高级生化简答与叙述

1、高级生物化学Joven1举例说明别构酶的调节（举例说明酶活性的调节）别构酶是寡聚酶，含两个或两个以上亚基，有多个底物结合部位（活性中心）和效应剂结合部位（调节中心）。活性中心负责与底物结合与催化，调节中心负责调节酶的反应速度。能调节酶活性的有别构激活剂和别构抑制剂。正协同：E.coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）的别构调节效应。这种酶分子由6个催化亚基和6个调节亚基组成。它的作用底物是天冬氨酸（Asp）和氨甲酰磷酸。在饱和氨甲酰磷酸存在下，ATCase的活性受ASP浓度调控：v-Asp作图为S型。当加入别构激活剂ATP时，曲线左移，随着Asp浓度的增大渐趋于双曲线。并且控制酶活性底物的分

2、子开关向浓度小的方向移动，而且范围变窄；加入别构抑制剂CTP时，曲线右移，S曲线明显，分子开关向浓度大的方向移动。负协同：3-磷酸甘油醛脱氢酶（3-PDG）催化糖酵解中唯一的脱氢反应，是负协同别构酶的代表。兔肌3-PDG由4个亚基组成，理论上全酶可结合4分子NAD+，但结合的亲和力不同，实际上通常只能结合2分子NAD+。即酶分子上只有一半NAD+结合位点被NAD+占据。这是一种极端的负协同效应，当第一和第二个NAD+与酶的两个亚基结合后，由于别构效应，是的另外两个亚基对NAD+的亲和力下降23个数量级，说明在一定的底物浓度范围内，酶活性不受底物浓度变化的影响，这是另一种意义上的调节。2.蛋白质

3、的翻译后修饰有哪些类型？举例论述两种蛋白质的共价修饰。新生多肽链多数都需经过翻译后修饰才会转变为成熟的蛋白质。许多蛋白质要分别经过甲基化、羟基化、糖基化、泛肽化、羧基化、磷酸化、乙酰化、脂酰化和异戊烯基化。例如蛋白质的泛肽化、蛋白质的可逆磷酸化等。蛋白质的泛肽化：蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素介导,所以又称为泛素降解途径。泛素介导的过程被称为泛素化。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。蛋白酶体存在于所有真核细胞中，其活性受干扰素的调节。泛素化是对特异的靶蛋白进行泛素修饰的过程。一些特殊的酶将细胞内的蛋白分类,从中选

4、出靶蛋白分子。泛素化修饰涉及泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3的一系列反应:首先在ATP供能的情况下酶E1粘附在泛素分子尾部的Cys残基上激活泛素,接着,E1将激活的泛素分子转移到E2酶上,随后,E2酶和一些种类不同的E3酶共同识别靶蛋白,对其进行泛素化修饰。根据E3与靶蛋白的相对比例可以将靶蛋白单泛素化修饰和多聚泛素化修饰。E3酶的外形就像一个夹子,靶蛋白连接在中间的空隙内。酶的左侧结构域决定靶蛋白的特异性识别,右侧结构域定位E2酶以转移泛素分子。蛋白质的可逆磷酸化：蛋白质可逆磷酸化修饰是调控各种各样生物学功能的通用机制。其后，人们陆续发现了许多受这种方式调控的生理生化过程，如基

5、因的复制和转录，分子识别和信号转导，蛋白质的合成与降解，物质代谢与跨膜运输，细胞形态建成与肌肉收缩，细胞周期的运转，细胞增殖与分化等等。实际上，蛋白质的可逆磷酸化是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽。可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的机制：通过可逆磷酸化向蛋白质大分子中引入或去掉一个或不多几个共价结合的磷酸基，可使其生物学活性发生戏剧性的转变，二者之间的关系可以归纳为以下几种：A.单一部位磷酸化导致单一功能的变化，如肝细胞糖原磷酸化酶中Ser14被磷酸化之后即可从钝化状态变成活化构象，催化糖原的磷酸解。 B.多部位磷酸化导致单一功能的变化，肝细胞中的糖原合酶Ser7和Ser10分别被AMPK和

6、PKA磷酸化而钝化。C.多部位磷酸化分别导致不同功能的变化，如转录因子STAT1的单体为钝化状态，当被受体结合的JAK将其Tyr701磷酸化后，有了二聚化和核转位的能力，再经一种MAPK将其Ser727磷酸化，才会充分活化，刺激靶基因的转录。D.单一部位磷酸化导致多个不同功能的变化，如肝细胞中的果糖6-磷酸激酶-2/果糖2,6-二磷酸酶，Ser32的磷酸化导致激酶活性的钝化和磷酶酶活性的活化。3. 试述蛋白质泛素化修饰的反应历程及其生物学意义。真核细胞中，细胞溶胶和细胞核内多数蛋白由泛肽-26S蛋白酶体途径降解。泛肽是一种高度保守的小蛋白，主要定位于细胞溶胶和细胞核，在一系列酶的作用下与靶蛋白

7、共价连接。多泛肽化的靶蛋白可被26S蛋白酶体识别并迅速降解。 泛肽途径涉及到的酶有泛肽活化酶（E1）、泛肽载体蛋白（E2）、泛肽-蛋白连接酶（E3）和26S蛋白酶体。通常只有一种E1，催化泛肽的活化。而E2和E3却存在很多种，尤其是E3，主要负责泛肽同蛋白质结合的选择性和降解的专一性，不同的靶蛋白由不同的E3来识别。26S蛋白酶体由至少30多种不同的亚基组成，包括空桶状的20S蛋白酶体和结合在其两端的19S调节复合物，催化多泛肽化靶蛋白质降解。 泛肽途径的酶促过程概括如下：在E1催化下活化的泛肽以硫酯键连接在E1上，消耗一分子ATP；在E2作用下，活化的泛肽分子以硫酯键结合于E2上；之后，E3

8、可直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽从硫酯中间物转移到底物蛋白一个Lys残基的-氨基N上，形成多泛肽链。在E1、E2、E3的作用下，靶蛋白被多泛肽化，随即被26S蛋白酶体识别并讲解。泛肽再经去泛肽酶再生之后重复利用。 多泛肽链的形成通常还需要多泛肽链延伸因子（E4）的帮助。去泛肽化酶（DUB）可消除错误的泛肽化。泛肽结合蛋白（UBPs）则通过与泛肽化蛋白的相互作用防止单泛肽变成多泛肽链，或把信号从泛肽化蛋白传向下游。 生物学意义：主要负责细胞溶胶和细胞核内短寿命蛋白和反常蛋白的降解，如转录因子和限速酶等。这些如不及时降解，会干扰正常的生理活动。降解后，这些酶的数量由基因表达来调

9、控，可以得到更精确的控制。4.蛋白质降解途径以及生物学意义1、 溶酶体途径溶酶体富含在酸性条件下起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体介导胞饮进入的脂蛋白、铁蛋白、激素、受体等长寿命蛋白迅速降解成肽或者氨基酸。溶酶体系统在某些生理条件下在蛋白质水解总量所占份额取决于营养和内分泌状况。在氨基酸供给不足的条件下，自体吞噬泡的数量增加，细胞蛋白降解加速，以弥补氨基酸代谢库的亏缺。许多激素也调节着溶酶体系统蛋白降解速率。2.蛋白质降解的泛肽途径从合成多泛肽或者泛肽嵌合蛋白开始，由-氨基泛肽C-端水解酶将他们加工，释放出泛肽单体。再由E1s 、E2s、 E3s按顺序通过依赖ATP的反应把泛肽

10、单体连接到靶蛋白上。泛肽化的蛋白或者或被依赖ATP的26S蛋白酶体降解，同时伴随泛肽的释放，或者由-氨基水解酶脱泛肽化。蛋白质降解生物学意义1维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡 2.参与细胞程序性死亡和贮藏蛋白的动员 3.按化学计量或脱辅基蛋白/辅因子比率累积寡聚蛋白的亚基 4.蛋白质前体分子的水解裂解加工 5.清除反常蛋白质以免其累积到对细胞有害的水平 6.控制细胞内关键蛋白的浓度，调节代谢或控制发育进程 7.参与细胞防御机制 8.蛋白质降解机制研究用于生物技术 5.生物膜的结构与功能生物膜功能：（1）区隔化或房室化内膜结构将细胞分隔成若干独立空间。在每一个膜包裹的空间聚集着特定种类的生物大分

11、子，共同完成着某一项特定的生命活动。如细胞核主要进行DNA的复制和转录等；而线粒体主要进行呼吸作用，提供能量；溶酶体则负责将一些吸收的或损伤的大分子降解为可以利用的小分子等等。（2）物质的跨膜运输生物膜既要防止细胞与环境之间以及细胞内各房室之间的物质自由混合，又要维持各区间物质有控制地交流。（3）能量转换为了推动各种生命活动的进行和维持自身的结构，生物必须保证有足够的能量供应。另外，当膜维持着某些特异离子或溶质跨膜的浓度差是，能量就储存于它的跨膜电化学梯度中，这样的膜称为“能势膜”（4）细胞识别细胞通过其表面的特殊受体与胞外信号物质分子或配体选择性地相互作用，触发细胞内一系列生理生化变化，最终

12、导致细胞的总体生物学效应相应改变，这样的过程称为细胞识别生物膜的结构：1极性脂双分子层构成生物膜的基本构架，膜蛋白镶嵌在其中。2生物膜是由极性脂和蛋白分子按二维排列的流体，膜的结构组分在其中可以移动并聚集组装。3生物膜中的蛋白质的分布不对称，有的镶嵌在脂双层的表面，有的则部分或全部嵌入脂双层内部，有的则横跨整个膜。两者关系：膜的主要特征包括：1.膜的不对称性膜脂，膜蛋白和糖类不对称的分布在脂双层上，所有的生物膜都具有这种结构的不对称性，这也是生物膜功能的重要基础。例如：几乎所有的糖脂分布在膜的外侧，这对于细胞识别起到了很重要的作用。2.膜的流动性包括脂膜的流动性和脂蛋白的流动性。例如：磷脂双分

13、子层的相变温度与其组分固有的结构有关，除极性头外，疏水尾巴的长短，双键的数目、构型和位置均不同程度的影响其相变温度。进而影响物质的跨膜运输和能量转化。6试述糖生物学与糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用糖生物学：糖生物学主要研究复合糖中糖链的结构及其生物合成：糖链信号的破译、糖链信号转导；涉及分化和疾病发生的糖链识别以及糖工程和糖生物学的前沿与应用。糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用：（1） 在受体-配体相互识别中的作用：受体与配体的识别和结合，实质上是受体上的结合部位与配体上的识别标记之间专一的结合。（2） 在维持血浆糖原蛋白平衡中的作用：血浆中至少有60多种糖蛋白，每种均以一定的速率合成，又经网络状

14、内吞以一定的速率清除，从而在血浆中保持动态平衡。（3） 构成某些抗原决定簇：生物大分子和细胞上的抗原决定簇是被生物系统“验明正身”的识别标志，有许多抗原决定粗实际上就是特定的糖结构。（4） 凝集素对单糖和聚糖的识别作用：糖类作为信号分子，某生物学功能离不开专一识别并与其结合的另一个类大分子-凝集素。（5） 在病原体-寄主细胞识别中作用：病原菌对寄主的感觉以及寄主巨噬细胞吞噬病原体的过程，同样从细胞间的专一性识别和粘着开始的。（6） 在配子识别和结合中的作用：有性繁殖中同种配子之间专一的识别和结合，使物种的遗传特性得以世代相传。（7） 在细胞粘附中作用：细胞作为有机生命活动基本单位，必须相互粘合

15、或与胞外基质粘合，形成组织、器官和完整的个体，参与细胞识别与粘合的大分子几乎都是糖蛋白和蛋白聚糖。7.糖蛋白中聚糖部分的一般生物学功能（1）聚糖在蛋白质分子正确折叠和亚基缔合中的作用N-糖基化是伴翻译过程，必然对肽链折叠产生明显影响。N-寡糖前体中1-3臂外端的Glc残基是糖蛋白肽链正确折叠的重要信号。糖链可影响肽链的正确折叠，为天然构象的形成和酶活性做出贡献，糖链本身并不是活性中心的组分，其结构的变化未引起酶失活。（2）聚糖对蛋白质的屏蔽效应聚糖覆盖于糖蛋白表面，一个单糖大约覆盖约0.6nm长度的表面积，聚糖越大，天线数越多，覆盖的面积就越大，对糖蛋白抗御蛋白酶水解具有重要的意义。（3）聚糖

16、在糖蛋白细胞内分拣、投送和分泌中的作用溶酶体蛋白上带有Man-6-P的高甘露糖型N-聚糖是其分拣和投送的信号。合成Man-6-P的关键酶N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶的缺失导致溶酶体酶无法投送到位，造成胎死腹中。（4）聚糖对糖蛋白生物活性的影响聚糖并不直接参与糖蛋白酶类的底物结合与催化过程，多数糖蛋白酶类去掉糖链后催化活力没有明显变化。但是，糖链是亲水结构，酸性糖链还带有负电荷，糖链的引入必然改变蛋白分子亲水表面的大小与布局和/或电荷平衡，影响蛋白质的构象，从而不同程度地影响其生物学性质。（5）聚糖在分子识别和细胞识别中的作用糖链最重要的生物学功能是在分子识别和细胞识别中充当信号分子。在受体-配

17、体相互识别中的作用在维持血浆糖蛋白平衡中的作用构成某些抗原决定簇凝集素对单糖和聚糖的识别作用在病原体-寄主细胞识别中的作用在配子识别与结合中的作用在细胞粘附中的作用8.细胞信号转导以糖原代谢的激素调节为例，说明细胞信号转导的分子机制答：细胞信号转导包括信号分子的接收、信号的放大和效应产生三个阶段。大多数胞外化学信号（第一信使）都通过质膜上的专一性受体识别与结合。受体不仅能区别不同的外界刺激，而且还能激活特定的信号放大系统，产生胞内信使（第二信使），后者再通过特定的效应分子作用与靶分子，导致蛋白质结构、酶活力、膜透性、基因表达等方面的改变，从而产生一系列生理、病理效应。糖原降解时产生的热稳定因子

18、（cAMP）可以促使糖原磷酸化酶活化。许多动物激素都是与受体结合，激活与其偶联的G蛋白，活化的G蛋白作用于ACase，从而改变细胞内的cAMP的浓度。当cAMP浓度升高时，蛋白激酶的两个调节亚基与cAMP结合，导致构象改变，对催化亚基的亲和力下降，蛋白激酶被激活，每个蛋白激酶分子使许多酶分子磷酸化活化，每个酶分子产生许多产物分子，从而有效地把胞间信号的微小变化转化成大量胞内效应分子，产生明显的生物学效应。9.举例说明异源三聚体G蛋白和小分子G蛋白在信号转导中的作用答：G蛋白即GTP结合蛋白，是一个蛋白质家族，在细胞信号转导中起着偶联膜受体与效应器的中介作用。G蛋白的GTP结合形式为其活化态，G

19、DP结合形式为其非活化态。通常按其分子大小分为异源三聚体G蛋白，缩写为Gp和单链小分子G蛋白。（1） 异源三聚体G蛋白在信号转导中的作用：以肌醇磷酸酯酸信号系统为例子，异源三聚体G蛋白能活化磷脂酰基醇专一的PLC，PLC是磷酸信号系统的中心环节，决定IP3和DG信号分子的生成。（2） 单链小分子G蛋白在信号转导中的作用：以Ras-MAPK信号转导为例，Ras是最早发现的小G蛋白，是ras基因的产物。它在细胞信号转导中的主要作用是把上游受体型酪氨酸蛋白激酶接收的信号传递到下游的MAPK级联系统和PI-3K通路。Ras参与的信号途径涉及a.成纤维细胞的生长和癌变b.造血细胞的增值和分化c.T细胞的

20、活化d.嗜铬细胞瘤细胞的分化e.上皮细胞的生长抑制。10.球状蛋白质的分子结构包括哪些层次？应该从哪几方面认识蛋白质结构与功能的关系？举例论述蛋白质分子的三维结构与其功能之间的联系。球状蛋白质的分子结构包括一级结构、二级结构、超二级结构、结构域、三级结构和四级结构。Pr的功能与其特殊结构有着密切联系，结构是特定功能的内在依据，功能则是特定结构的外在表现。以Mb和Hb为例。Mb 1）结构：是精确的三维结构球蛋白，由一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素辅基结构构成，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，E、F螺旋之间有一条疏水的裂缝，血红素就结合在这个缝内。2）功能：贮存氧，在细胞代谢需要氧时

21、释放出氧，氧和曲线为双曲线，适合于通过组织从血液接受氧气将它储藏在细胞内备用。游离状态下，血红素对CO的亲和力比对O2的亲和力大25000倍，而结合状态仅大200倍；且在Mb中，远测His（E1）的存在对其与CO的结合产生更大的位阻效应，大大降低了对CO的亲和力和CO中毒的危险，从而保证生理条件下，Mb能有效地履行贮藏和输送O2的功能，脱氧Mb与血红素结合后，螺旋恢复至75%，分子结构紧凑，稳定性提高，说明血红素辅基对肽链折叠有影响。Hb 1)结构：由4个亚基（22）组成，每个亚基含一条多肽链和一个血红素辅基，构成一个四面体。2）功能：适合于从肺泡到组织的氧气运输，氧合曲线呈S型。Hb与O2结

22、合存在协同效应，即Hb有四个与氧结合的区域，先结合的O2影响同一分子中空闲O2结合部位对后续O2的亲和力，当氧和血红素结合时，Fe2+外层电子重排，从顺时变为反时，直径缩小13%，卟啉平面变成扁平，Fe移入卟啉而中央小孔，触发了Hb亚基构象改变，破坏了原来的非共价键形成的新的非共价键，导致其他三个没和氧结合的亚基发生变化，导致局部的氧和部位构象改变，对氧的亲和力提高，出现S型曲线。2，3-二磷酸甘油酸（BPG）是Hb别构效应剂，对稳定脱氧血红蛋白的四级结构发挥着重要作用，它与脱氧血红蛋白中亚基间的静电作用在血红蛋白氧合后就不存在了。如果没有BPG,Hb的氧合就不存在协同效应。11.核质运输过程

23、核被膜将细胞核与胞浆分隔开，二者之间的物质运输需经核孔复合物进行。分子量小于5kDa的物质随机扩散通过核孔；550kDa的物质可能经被动扩散进入核内，也可能经由主动运输；分子量50kDa的物质，像组装的核糖体亚基和信息体等巨大的核蛋白复合物，必须经由NPC主动运输。大分子的核质运输依赖于温度和能量供给，还需要运输因子的介导和核孔复合物蛋白的参与。（1）核输入：输入细胞核的蛋白质内有一段特殊的氨基酸序列作为输入信号，称为核定位信号（nuclear localization signal, NLS）。NLS介导的蛋白质核输入是个多步骤、单向、温度和能量依赖的复杂过程，并表现出竞争饱和性。输入素（5

24、8kDa）有识别NLS的功能，是NLS受体；输入素（97kDa）则与NPC组分相互作用。NLS蛋白与异源二聚体结合是核输入的起始步骤；输入素·NLS蛋白复合物借助于在核孔周围聚集。NLS蛋白-输入素复合物进入细胞核需消耗能量，而且至少需要Ran和NTF2（p10）蛋白，可能还需要一些Ran结合蛋白（Ran BP）和Ran GAP的协同作用。Ran是广泛参与细胞过程的一种小G蛋白，通过结合输入素使二聚体解聚，并促进输入素从核孔复合物结合部位释放出来。NTF2（p10）可与NPC中心区的糖蛋白p62结合，引导NLS蛋白·输入素复合物到达中心通道。还有一些蛋白和受体入核需要Hsp

25、70Hsc70的参与。（2） 核输出：与核输入形成对照，输出的多为巨大的核蛋白颗粒（RNP），转位时打开成为直径的25nm的颗粒，可能是NPC最大输出尺寸。对蛋白质等大分子上核输出信号(nuclear export signal, NES)所知有限，这些NES常常是接应蛋白的结合部位。已鉴定的输出素（exportin）为CRM1CAS。CRM1与NPC的CANNup 214相结合；CAS以一种依赖Ran·GTP的方式与输入素结合。12.泡囊运输蛋白质等生物大分子通过质膜进出细胞（内吞外排），以及经由内质网-Golgi器运输到质膜和其它内膜系统，均需依赖有被泡囊运输（coated ve

26、sicle traffic）系统。1.泡囊运输过程可划分成三个阶段：货物在供体膜上聚集，膜发生凹陷，出芽，形成有被小泡；运输小泡在细胞内定向转移（靶向）；小泡停靠在受体膜（靶膜）上，拆卸外被，小泡膜与靶膜融合，释放出内涵物，完成货物运送。2.泡囊运输中至少形成三类不同的外被：网格蛋白或包涵素包被的小泡，负责运输液泡溶酶体蛋白；COP包被的小泡，负责ER到Golgi器以及Golgi器各区间的蛋白质运输；lace-like包被的小泡，负责Golgi网到质膜及分泌蛋白的运输。3.以受体介导的内吞（receptor-mediated endocytosis）为例，说明泡囊运输的步骤接合蛋白复合物AP2

27、被募集到质膜内侧，停靠在synptotagmin上；AP2在质膜内侧自动群集，并募集网格蛋白三叉辐射体组装成网格状结构；dynamin被募集到AP2-网格蛋白网格状结构上，弯曲，形成有被小窝；受体自动聚集到有被小窝（有的受体在结合配体时才聚集到有被小窝）；配体与受体结合，触发有被小窝内陷（开始出芽），通过一个狭口粘在质膜内侧，dynamin在缺口上重新分配；膜的外叶开始融合，小泡出芽，这个过程需水解ATP和GTP；释放网格蛋白，Hsc70和auxilin介导外被的拆卸，这个过程也要水解ATP；释放AP2，失去外被的内吞小泡与胞内体融合，释放出所结合的配体。内吞小泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体

28、，其中的水解酶可将配体降解。含有受体的小泡可与质膜融合，使受体循环使用，或将受体送入溶酶体降解。13.酶活性调节主要包括别构调节、酶原的激活、可逆共价修饰、滞后酶和记忆酶。别构调节：酶分子的非催化部位与某些化合物非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节，具有这种调节作用的酶称为别构酶。包括两种模型：齐变模型：又称对称模型。该模型假设，别构酶至少以两种构象存在，即松弛态S和紧固态T。一个酶分子中所有原体必须保持同一构象，全为T或全为R，为结合配体的R态与T态酶分子间保持动态平衡。序变模型：此模型人为不存在R0与T0平衡，因此同一分子存在不同状态的原体。配体结合影响同一分子

29、中其余空闲部位对配体的亲和力，如增强亲和力则表现正协同，反之则为负协同。酶原的激活：酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。可逆共价修饰：酶蛋白分子中的某些基团可以在其他酶的催化下发生可逆共价修饰，从而导致酶活性的改变，称为可逆共价修饰调节。滞后酶和记忆酶：滞后酶，从T到R转变时间需要数分钟。记忆酶，以对底物亲和力较低的稳定构象存在，与底物结合后转变为亲和力较高的另一种构象，释放后仍呈现易结合底物的构象的酶。14.cAMP（环核苷酸胞内信使）信号转导途径cAMP的产生与灭活：许多动物激素都是通过与G蛋白偶联的受体相结合，激活膜内侧与受体偶联的G蛋白，活化的G·GTP即可

30、作用于ACase，改变细胞内cAMP的浓度，产生预定的生物学效应。如果配体与刺激性受体结合, 激活的Gs·GTP可使ACase活性增大，胞内cAMP上升；如果配体作用于抑制性受体，活化的Gi·GTP则抑制ACase，胞内cAMP下降。磷酸二酯酶（PDE）使cAMP水解而灭活，在cAMP信号通路中有着重要的作用。cAMP信号传递：cAMP信号产生之后，通过激活依赖cAMP的蛋白激酶PKA，对靶蛋白的Ser/Thr进行磷酸化修饰，调节其活性，产生生物学效应。PKA全酶由两个调节亚基（R）和两个催化亚基（C）组成，至少有3种催化亚基（C,C,C），有4种调节亚基（R，R，R，R）

31、。R与R有组织分布专一性，对cAMP类似物的亲和力和自身磷酸化能力有所不同。无cAMP时，R2与两个C结合成全酶C2R2并抑制其催化活性。当细胞内cAMP浓度升高时，R2即与cAMP结合，导致构象改变，对C的亲和力下降4个数量级，C2R2随即解离，释放出有活性的催化亚基，使靶蛋白Ser/Thr磷酸化。cAMP信号途径调节的生理过程：cAMP信号途径的功能都是靠激活PKA来实现的。PKA的靶蛋白很多，包括糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢和类固醇合成等过程关键的酶类；膜运输系统；转录因子等.15.跨膜运输。（主动运输）（一）小分子物质的主动运输：细胞经常逆着浓度梯度选择性地吸收或排出这些物质，同时伴随

32、着能量的消耗，称为主动运输。主动运输的特点：需要供给能量；专一性；运输速率可达到“饱和”状态；方向性；选择性抑制。主动运输可再划分为初级主动运输、次级主动运输和基团移位。（1）初级主动运输：初级主动运输系统直接通过ATP等高能化合物提供能量，推动离子和某些代谢物的主动运输。Na+-K+-ATPase（或称钠钾泵）：几乎所有的细胞都有Na+-K+-ATPase活力，可把细胞内的Na+泵出细胞外，同时又把细胞外的K+泵入细胞内。自然界存在三种类型的离子泵：P型离子泵、F型离子泵、V型离子泵。细菌结合蛋白传送系统：革兰氏阴性菌具有周质结合蛋白传递系统，主动运输一些糖、氨基酸、磷酸盐等。（2）次级主动

33、运输：次级主动运输系统不直接通过水解ATP提供能量来推动，而是依赖于以离子梯度形式贮存的能量。例如一些动物细胞质膜有Na+-K+-ATPase和透性酶组成这样的协同运输系统，细胞就能依靠细胞外高浓度的Na+离子顺着电化学梯度驱动糖和氨基酸逆着浓度梯度进入细胞。（3）基团移位：物质跨膜运输通常并不需要进行化学修饰，但有些细菌摄入糖时需进行磷酸化反应，以糖-磷酸形式进行细胞，称为基团移位。如细菌的磷酸烯醇式丙酮酸：糖-磷酸转位系统（PTS）由三种酶（E1、E11、E111）和热稳定蛋白（HPr）组成，其中E1和HPr均为可溶性蛋白，E11为跨膜蛋白，E111结合于膜内侧，通过一系列反应把糖摄入细胞

34、内。（二）大分子物质的主动运输：生活细胞需要主动地摄入或排出蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子，即使在细胞内，不同的细胞器、房室之间也有大分子的跨膜转位。以蛋白质为例，蛋白质的跨膜运输有三种基本途径：孔门运输，即蛋白质在胞液与核之间的运输。核孔复合物具有选择控制功能，能主动运输特定的大分子和大分子复合物。跨膜转位，即蛋白质通过膜上的转位器或转位复合物从胞液进入线粒体、内质网、过氧化物酶体等细胞器。囊泡运输，即可溶性蛋白从内质网到高尔基体、溶酶体等房室，以及分泌到质膜或摄入细胞，特点就是要包装成特定的运输小泡。16.信号转导途径之间的关系（cAMP与Ca通路间的互作）：cAMP与Ca2+信号途径之间

35、在不同层面上的交谈：Ca2+活化CaM之后，可激活依赖Ca2+-CaM的PDE，从而降低cAMP的浓度；另一方面，PKA可将与内质网Ca2+泵结合的受磷蛋白磷酸化，或使质膜Ca2+泵C-端磷酸化激活Ca2+泵，把Ca2+泵入钙库或胞外而降低胞浆中的Ca2+浓度。在这一点上两条信号通路之间实为负反馈相互抑制作用。Ca2+·CaM激活的肌球蛋白轻链激酶（MLCK）如先被PKA磷酸化便难以结合Ca2+·CaM，二者在此相互拮抗。PKA和CaMPK共同的底物糖原合酶被磷酸化后钝化，而糖原磷酸化酶激酶（PhK）同时被PKA激活，PhK的一个调节亚基实际就是CaM，必须与Ca2+结合才

36、能被激活，因此cAMP和Ca2+信号促进糖原的降解同时抑制糖原合成，两条信号途径在这一点上相互协同。PKA和CaMPK都能活化转录因子CREB，促进相同的基因表达，也表现为协同作用。大多数ACase亚型都能被Ca2+·CaM激活，表现为Ca2+信号可促进cAMP信号；而PKA将IP3R磷酸化使这个Ca2+通道对IP3刺激的敏感性下降，抑制Ca2+信号的强度。Ca2+·CaM活化的蛋白磷酸酶2B（PP2B）可使PDE脱磷酸而活化，加速cAMP的降解；PP2B还催化PP1抑制蛋白（I-1）脱磷酸而失去抑制作用，从而使PP1活化，把被PKA磷酸化的靶蛋白脱磷酸，逆转cAMP信号途

37、径的作用，表现为拮抗性相互作用。其实PKA的靶蛋白还有许多，受Ca2+调节的酶和生理过程更多，这两条信号途径之间的关系还要错综复杂得多。17.胱天蛋白酶（caspase）：由于这个家族成员均属于Cys蛋白酶，特异地识别四肽模体并切断Asp之后的肽键，活性中心为半胱氨酸，均以酶原（pro-caspase）形式合成与存在，介导细胞凋亡。分子量3050kDa，基本结构包括：N-端结构域，一个大亚基（20kDa）和一个小亚基（10kDa）。N-端结构域由23216个残基组成，序列高度可变，参与酶原激活的调节。pro-caspase活化时，首先要切下C-端的小亚基，再从大亚基片段前切除N-端结构域，活性

38、酶就是两个大亚基和两个小亚基组成的异源四聚体。18.caspase诱发细胞凋亡的机理：（2）灭活细胞抗凋亡蛋白：活化的caspase-3可以把CAD（caspase-activated DNase 或DNA fragmentation factor）-ICAD (inhibitor of CAD)中的ICAD降解，释放出有活性的CAD，进入细胞核之后在核小体之间裂解染色体DNA，使之片段化。凋亡抑制因子Bcl-2家族的一些抗凋亡成员也被活化的caspase降解而丧失抗凋亡作用，有些片段甚至具有促凋亡作用。（2）破坏细胞结构：活化的caspase-6可通过剪切直接拆毁细胞结构，如特异地切割核纤层

39、蛋白（lamin），将lamin首尾聚合形成的支持核膜和使染色质组织化的刚性结构核板破坏，促使染色质固缩。（3）破坏细胞损伤监测网络和修复机制：细胞中存在着精巧的监测网络，以便及时探测DNA的损伤，并在DNA修复期间推迟细胞周期的进程。监测基因组状态和调节细胞周期进程的两种重要的蛋白质p53和pRb在凋亡期间被caspase-3和其它效应caspase裂解。（4）激活启动细胞死亡的蛋白激酶：已知在细胞凋亡期间至少有13种蛋白激酶被caspase-3和其它效应caspase裂解，如MEKK1、PAK2、Mst1/Krs、PKC、PKC、PKC1和PRK2等。19.蛋白质磷酸化特点、调节活性的机制

40、及其意义：（1）蛋白质可逆磷酸化作用的特点原核细胞通过蛋白质可逆磷酸化进行调控的生理生化过程相对较少。随着生物进化，越是高等生物这种调节方式的使用越普遍，表明蛋白质可逆磷酸化作用具有显著的优势和特殊的重要性。这种调控方式至少具有以下特点：1 专一性强：胞外信号经胞内信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通过对特定靶蛋白进行可逆的磷酸化修饰调节细胞生理过程，与别构调节相比显然较少受胞内代谢物的影响，能较专一地对胞外刺激作出准确的应答。2 级联放大效应：信号转导过程包括一系列连锁反应，前面的反应对下一步的酶进行可逆磷酸化修饰，从而使微弱的原始信号逐级放大，同时级联系统各层次的可调控性增强了对生理生化

41、过程的调控作用。3 节省而有效的调节：可逆的磷酸化使被修饰的蛋白质激活或被“冻结”，在不改变蛋白质总量的情况下，只需消耗很少的ATP，就能有效地调节活性蛋白质的含量。与重新合成和分解相比，这种方式使细胞得以快速、有效、节省地对外界刺激作出反应。4 功能上的多样性：蛋白质的磷酸化与脱磷酸化几乎涉及所有的生理过程，除调节酶活性这个主要功能外，有些蛋白质的磷酸化导致其亚细胞定位改变；此外从磷蛋白为胚胎发育提供营养到调控细胞的生长发育、分裂分化、基因表达甚至癌变，都有蛋白质可逆磷酸化的参与。可逆磷酸化的靶蛋白包括许多酶类、受体、膜上运输系统、结构蛋白、调节蛋白等其它功能蛋白。最近还发现某些功能蛋白被磷

42、酸化后对其活性并无影响，称为“哑态”磷酸化。这类蛋白磷酸化后常常成为蛋白降解的靶子，因此推测磷酸化作用参与活性蛋白的灭活，成为某生理过程调节机制的一部分。5 持续的时效：信号引起的细胞效应中，有些是相当持久的，如细胞分裂、分化等过程。虽然胞内信号分子的寿命很短促，蛋白激酶一旦被激活，即通过自身磷酸化等方式把活性维持较长的时间，被它们磷酸化的靶蛋白则可更长久地维持其效应，直至被蛋白磷酸酶脱去磷酸。6 时空上的精确性：虽然受可逆磷酸化调节的蛋白质很多，但每种蛋白质的磷酸化修饰具有自己的细胞周期特异性、发育阶段周期性、种属和组织分布的特异性，从而呈现出特有的时空分布模式。这种分布上的广泛性与时空上的

43、特异性相结合，构成了对生命过程更精确和更有效的调控。（2）可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的分子机制据目前研究的水平可从下述几方面予以说明：Ø 磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化：磷酸化位点虽然远离活性部位，导入一个负电基团带来的结构信息经远距离的构象传导使得活性部位的构象发生巨大改变。许多别构酶的磷酸化位点在远离催化部位的N-端或C-端。例如肝细胞糖原磷酸化酶亚基由842个氨基酸组成，N-端结构域（1484位）含有磷酸化位点（Ser14）、AMP和ATP等效应剂结合部位和糖原停靠部位；C-端结构域（485842）Lys680共价连接一个辅因子磷酸吡哆醛，活性中心Arg569在结构域界

44、面处。非磷酸化的二聚体是其钝化状态（GPb），活化形式为磷酸化的二聚体（GPa），磷酸化的Ser14距活性中心约3.5nm。对GPa和GPb晶体结构进行的解析表明，磷酸化之后引发了巨大的构象变化：GPb的N-端形成两个-螺旋夹一个帽状结构（1-cap-2），位于亚基界面；磷酸化之后Ser14- 与另一亚基帽状结构中的Arg43相互作用，将它拉向自己的螺旋，产生一个对别构激活剂AMP高亲和力的结合部位。其次，在GPb中活性部位离分子表面约1.5nm，残基282286形成的环阻塞了活性中心通道，把Arg569个隔在内部；磷酸化导致上述环移开，使活性中心暴露。Ø 磷酸化导致功能部位区域构象

45、发生变化：当磷酸化部位靠近功能部位时，引入的磷酸基团与功能区域某个或某些残基相互作用，导致功能部位构象的改变或调整。例如PKA催化亚基呈双叶瓣结构，活性中心在两个叶瓣之间的裂隙底部。在催化部位附近的Thr197是其自身磷酸化位点，Thr197- 与催化残基Asp166以及相邻的Asp165相互作用，还与上下叶瓣的某些残基（如His87、Lys189）也相互作用，使催化部位呈更为紧凑的结构。PØ 磷酸基的位阻效应导致功能丧失：有些蛋白质被磷酸化后构象并未发生明显改变，但由于引入的磷酸基团的位阻效应而丧失其功能。以异柠檬酸脱氢酶为例，当它的Ser113磷酸化后活性中心的构象并未变化，但是Ser113- 占据了底物异柠檬酸一个羰基的位置，因而丧失活性。异柠檬酸脱氢酶对苹果酸的活性比对其生理底物低得多，被磷酸化后虽