细胞与分子生物学考题
Chapter 3 Protein Structure & Function
1. The primary, secondary, tertiary and quaternary structures of proteins. N972010028 黄琴淑
(1) 一级结构 (primary structure) :蛋白质的序列称之为蛋白质的「一级结构」。
(2) 二级结构 (secondary structure) : 一级结构上的胺基酸间可交互作用，利用醯胺键上的C=O键与胺基形成氢键。这样形成的简单又有规则的结构，称之为二级结构 (secondary structure)。蛋白质有α螺旋 (helix)与 beta 折曲平面 (pleated sheet); 两种主要
而且规则的二级结构，由这些简单的结构又可组合成一些独立折叠的单元，称之为模组（motif）。
(3) 三级结构 (tertiary structure) :蛋白质的三级结构是由一条多月生(polypeptide)链组成，可包含一个或多个模组。
(4) 四级结构 (quaternary structure)：蛋白质的三级结构是由一条多月生(polypeptide)链组成，可包含一个或多个模组。一个含有多个次单元蛋白质中，每个次单元都是一个三级结构，次单元间可能有疏水性作用，盐桥等交互作用而形成四级结构，所以含有多个次单元的蛋白质才有四级结构 (quaternary structure)。
第壹题参考资料
蛋白质的一级结构
将蛋白质中胺基酸顺序视为整体构造，是一种用有机化学词语来描述分子的完全方法。自很多不同蛋白质的顺序分析中可以看出，每种蛋白质都有其独特的结构，而顺序排列即是该种系的特性。在少数的情形中，特殊的器官或组织也具有特定结构的蛋白质，更进一步的，蛋白质可以如细胞分裂一般很正确地被复制出相同顺序的蛋白质。我们可以参考牛的胰岛素(Bovine insulin)；更正确地说，是参考proinsulin。Proinsulin为生物活性贺尔蒙的先质(precursor)，藉着正常牛的胰脏岛状细胞仔，细地做成的一种特定构造。牛的胰岛素和其他哺乳类的胰岛素几乎是相同的，通常只有一个胺基酸不同，即A链中第8，9或10位置胺基酸的改变。这些相似性使得这方面的研究迅速扩展，虽然在不同种类中，胺基
酸会发生变化，但在18位置的胺基酸很明显地绝不会改变。研究不同种系中蛋白质的顺序，是现在研究构造与功能间关系的一种方法。
蛋白质的一级构造提供了我们分子有机-化学的性质描述，但却不能描述蛋白质中聚肽链的构造，必须使用其他实验方法后才能得到蛋白质分子的真正构造。
·参考资料: 王立禾, 阮立昂译蛋白质构造与功能 P4~6 复汉出版社 (1977)
蛋白质的二级结构
一、肽鍵的平面性質(Planar nature of the peptide bond)
二、α-螺旋狀體(α-helix)
三、β-結構(β-structure)
四、纖維狀與球狀蛋白(Fibrous and globular proteins)
一、肽键的平面性质(Planar nature of the peptide bond)
用物理方法测定不同种类的蛋白质，显示球状蛋白质(globular protein)不适合用直线延展的聚肽链表示，而要用紧而高度摺叠的结构表示。因此蛋白质分子的完整描述，必须包括聚肽链之形态，以及支链上取代基的位置、键结的详细分析。蛋白质的二级构造，正是和聚肽链的三度空间排列有关的构造。
Pauling与Corey用x-光绕射(x-ray diffraction)研究个别的胺基酸，以及许多dipeptide与tripeptide，以此建立peptide的结构单位。α-碳原子的键角及键长是和标准的正四面体的碳相同，然而在peptide bond中C-N键的长度则在单键及双键长之间；peptide bond的部分双键性质有助于Pauling及Corey了解peptide bond的面性质。在peptide bond上的四个取代基(substituents)几乎全部都是反式配置(trans-configuration)，因此在carbonyl group上的氧与在氮上的氢，位置是成对角线的。
在有两个或更多的胺基酸参与聚肽链结合时，peptide bond的平面性质受到排列及方向的限制；既然α-碳是作为两个胜肽平面间的转轴点(Swivel point)，故可利用C-N键角的旋转-角Φ，和C-C见角的旋转-角ψ来描述其排列方向。一般而言为了减低空间阻碍(steric hindrance)、增加相邻原子群的稳定性，造成旋转的角度-即相邻平面构造的方向，所以peptide bond 上巨大的carbonyl group，其位置必须尽可能远离相邻的羧基及α-碳取代基。这些关系限制了相邻碳链的自由度(degrees of freedom)、角Φ及ψ的旋转。
在聚肽类的结构中，氢键的位能也是一种重要的稳定因素。由于peptide bond使得一个peptide bond中的carbonyl group与另一个peptide bond中的醯胺基可能产生相互作用力，所以虽然氢键的吸引力很弱，但在聚肽链中因有很多可能的氢键发生，所以氢键成为使聚肽稳定的一个重要因素。具有最大氢键位能的两种聚肽链形态，就是α-螺旋状体(α-helix)和β-结构(β-structure)。
二、α-螺旋状体(α-helix)
Pauling及Corey在1951年提出了α-螺旋状结构为二级构造中的一种造型之假设，此种结构因为具有天生的稳定性，而在自然界中可以存在。α-螺旋状体是一种聚肽类的旋转排列，直链绕着中心的轴旋转，每一胺基酸从螺旋中以一定形态伸出。此螺旋体每旋转一次有3.6个胺基酸，并且螺旋上下两层间与轴平行的距离是5.4A。由此可知每一个胺基酸会有1.5A (5.4/3.6)的上升距离。此种空间结构排列极为严密，使得螺旋状结构中的氢键位能达到最大。
在α-螺旋状体中，每一胺基酸carbonyl group上的氧，与同一螺旋状体中，该前方第四个胺基酸中醯胺的氢，会产生氢键，氢键的位置几乎是和螺旋状体的轴是平行的。此种螺旋状结构及由氢键造成的稳定效果，形成外型为圆筒状，相当稳固，但在伸缩及弯曲时形态会有可逆性的改变。
多数的胺基酸，都可以作为α-螺旋柱结构单位，Proline是一个例外，因
为它是环状结构，所以不会在螺旋状体中发生；具有巨大支链如Valine及isoleucine般的胺基酸，也会中断阻碍螺旋状结构。凡不能做为螺旋状体结构单位的胺基酸，都视为螺旋状体＂破坏者＂(Breakers)。
三、β-结构(β-structure)
Pauling及Corey在1951年同时提出二级构造的另一种型式，称为β-结构或摺片状(pleated sheet)的聚肽链排列。在此种形态中，许多的聚肽链边靠边紧密接触，这些链藉着分子内氢键而稳定结构。为了要增加链和链之间的最大氢键数目，聚肽大小必须比完全延展开来的长度略短，使得胜肽类的基干看似皱起，其形态和摺片相似。在β结构中的支链位置，是在片状的上方或下方，相邻胺基酸的支链方向互不相同。在摺片状构造中的肽链排列，可能是彼此同向平行，或者是反向平行。在同向平行的结构中，所有的肽链均是由胺基一端排列到羧基一端的相同方向，而在反向平行的结构中，相邻各链的方向彼此互不相同。
四、纤维状与球状蛋白(Fibrous and globular proteins)
纤维状蛋白质在某些情况下视为α-螺旋状结构，而在其他状况下为β-结构。如头发的α-角蛋白类(α-keratin)是以α-螺旋状体为结构之外型；而β-结构则在丝的丝胶蛋白(sericin)中可以发现。纤维状蛋白的二级构造较球状蛋白的二级构造规则得多。典型的球状蛋白是不能用任何单一的二级构造来描述，而要用包括α-螺旋状体的片断，β-结构单位，及不规则或无重复性的结构三者总和之形态描述。
阐述球状蛋白的二级构造是一种很困难的工作，必须和研究蛋白质晶体的x-射线绕射分析合用。从1961到1963年报告中，kendrew出版的肌蛋白(myoglobin)三维空间电子密度图(Three dimensional electron density maps)及Peruty的血红素，为我们在了解蛋白质的详细分子构造上建立了一个新的纪元。
肌肉细胞中和氧结合的蛋白质是一种单一的聚肽链，具有153个胺基酸，并由非共价性吸引力和一个原血红素基(heme group)结合。Kendrew建立了这骨干形态并且注意到占有胺基酸总数70%的八个α-螺旋状体部分的存在。α-螺旋状体部分像一种稳固的圆筒结构，在空间中之结构与Pauling和Corey所提出的结构极为相似。延展型式的聚肽链之部分和α-螺旋状体区域相连接，这使得整个链可以弯曲及旋转。若从氮一端开始顺着聚肽链之方向，很明显的看出链会改变方向，并从前方转到背后。整个摺叠的效应使得整个结构缩紧，并且造成椭球之形状。
肌蛋白及血红素较许多他种的球状蛋白含有高量的α-螺旋状体区域。最近在酵素上的研究，如鸡的蛋白溶菌酶(egg-white lysozyme)，牛的乳凝乳蛋白酶A(Bovine Chymotrpsin A)，牛的核醣核酸酶(Bovine ribonuclease)及木瓜酵素(papain)，显示出螺旋状体的量从chymotrpsin中仅数卷，到在papain中占全
部胺基酸的20%。在chymotrpsin的三度空间结构里，聚肽链有很广泛的摺叠，只有C-端八个胺基酸是α-螺旋状体形态。聚肽链主要是延展的形态，链之区域间彼此是反向平行。Lysozyme及许多其他种类的酵素，及除了延展的链状及α-螺旋状体区域以外，具有β-结构。β-结构当存在于lysozyme中是以同向平行，但在ribonuclease及papain中却是反向平行的结构。
※※参考资料: 王立禾, 阮立昂译蛋白质构造与功能 P6~14 复汉出版社 (1977)
蛋白质的三级构造(Tertiary structure of proteins)
一、高度解析X-射線結晶學(High resolution x-ray crystallograply)
二、極性與非極性胺基酸(Polar and nonpolar residues)
三、蛋白質的摺合(Folding of the protein molecule)
一、高度解析X-射线结晶学(High resolution x-ray crystallograply)
为求了解球状蛋白中胺基酸的排列，必须使用具有高度解析力(1.5到2A)的x-射线绕射图形来研究。电子密度图代表蛋白质晶体内不同程度的单元体。这些三维空间电子密度分析和胺基酸的顺序分析合用，可决定每一个组成胺基酸原子的位置。有了这些资料后，便可以建立一个三维空间结构的蛋白质分子模型。
x-射线绕射分析法进步得很快，许多不同生理功能、不同大小及不同聚肽链数目的蛋白质分子组成，都用这种方法分析。这些研究显示，典型的球状蛋白是紧密的、具有广泛摺叠的聚肽链。此种分子紧密的性质，使得分子将其胺基酸支链都挤到彼此互相接触的地步，接近的距离足以促进支链间的反应。蛋白质的三级构造，即是指在摺叠分子中支链的排列位置。
在极性原子群间会发生氢键及盐类连接(Salt linkages)；在非极性原子群间发生疏水(hydrophobic)及凡得瓦(Van der Waals)作用力，双硫键即是一种特殊造型的支链反应，这是将两个Cystine胺基酸连接的一种共价键。虽然支链的
非共价性吸引力是一种较弱的吸引力，但由于造成此种吸力的原子群很多，所以这种吸引力成为一种重要的稳定因子，和在二级构造中的氢键类似，可以看出二级构造和三级构造是有很密切的关系的。
二、极性与非极性胺基酸(polar and nonpolar residues)
将胺基酸分类为极性或非极性，对于确定蛋白质结构中支链的功能很有帮助。以物理-化学研究为基础，在不同溶剂中的溶解度大者，即在表面与内部胺基酸的位置，可以很容易的将胺基酸分成两大类。极性的胺基酸也称为亲水性胺基酸，含有能够形成氢键，或与合适共存者形成离子键的支链原子或官能基。在此群中的有酸性、硷性、脂肪醇、及醯胺取代基。
非极性胺基酸则藉着脂肪族或芳香族支链取代基之存在与否来分辨。在水溶液环境中，这些碳氢支链有利于自身结合或形成疏水键。疏水性吸引力对于天然蛋白质的形态及稳定性有极大的贡献。必须注意的是，有些胺基酸同时包含有极性与非极性的取代基。Tyrosine具有极性的酚基及非极性的芳香环，tryptophan 具有极性的indole而其余支链为非极性。Glutamic acid及lysine具有极性官能基也具有非极性的methylene，这种混合的造型，使得摺叠状态下胺基酸间的吸引力变通性增大。
在内部极性基若有氢键或离子键的形成，稳定性会增加。球状蛋白的二次构造包括内部α-螺旋形区域及β-结构，并在peptide bond与支链取代基间有氢键的形成。在无水的环境中，内部埋藏的离子基倾向于形成离子对。在特殊蛋白质中，所形成键的造型决定于胺基酸排列的顺序，但一般而言，摺合的结构使得内部极性基间的吸引力达到最大。
三、蛋白质的摺合(Folding of the protein molecule)
有作用的胺基酸支链，在特定的形态下，有使整个大分子结构稳定的功用。我们也可以看出这些同样的反应，可帮助聚肽链从不规则组合的状态，摺合成具有生化活性标准形态之分子。
由Anfinsen及他的同事所做之一连串实验，显示出聚肽链的摺合是一种自然发生的过程，协同因子(co-factors)及酵素催化反应与其均无关系。在摺合的过程中，聚肽链会经历多次形态的转换，以达到一种具有最大稳定性的特定结构。换一句话说，也就是聚肽链会寻找一种具有最低自由能(free energy)的结构，显示出聚肽链的一级结构顺序，决定了摺合蛋白质分子的最终形态。
这些结论是从变性的核醣核酸(ribonuclease)，以及其他酵素之再摺合的研究而得出的。用8M尿素(urea)及乙基硫醇(mercaptoethanol)处理核醣核酸(ribonuclease)，前者作用在于使分子的摺合解开，后者造成四个双硫键的还原。经过转变的分子含有八个硫氢基(sulfhydryl group)，失去生化活性；并且
其物理性质也和预测的变性分子性质相符合。然后将8M尿素(urea)及乙基硫醇(mercaptoethanol)移去，置于合适的缓冲液中，在pH 8.0下进行双硫键的氧化，这些状况导致四个双硫键形成，伴随着酵素活性的恢复，而恢复蛋白质的性质和天然分子的性质相似；由于活性分子的生成量很高，表示平衡是有利于摺合状态的。
需要注意的是8个硫氢基(sulfhydryl group)有105种形成双硫键的方法，若polypeptide的摺合是一种随机过程，则会形成105种不同结构，最多只有百分之一的机会形成正确的核醣核酸酶。而观察到的生成量却很高，并且再生的核醣核酸酶中双硫键之正确配对，显示只有一种组合状态是有利的。因此蛋白质中胺基酸顺序指导其分子的三维空间结构，同时可假设这些实验观察，也适用于蛋白质分子生物合成相关的摺合过程。
※※参考资料: 王立禾, 阮立昂译蛋白质构造与功能 P15~19 复汉出版社 (1977)
四级结构的出现，出现在蛋白质由二个以上的peptide链组成时。
四级结构(Quateruary Structure)：一些蛋白质由二个以上的peptide链(次单位)组成，代表蛋白质的整体结构。
***蛋白质依据不同的结构通常分为一级结构、二级结构、三级结构及四级结构。
蛋白质的一级结构(primary structure)，又称化学结
构，是指胺基酸在胜肽链中的排列顺序及双硫键的位
置，胜肽链中胺基酸间以胜肽键为连接键。
蛋白质的二级结构(secondary structre)，是指多肽链
中彼此靠近的胺基酸残基之间由于氢键交互作用而形成
的空间关系；是指蛋白质分子中多肽链本身的摺叠方
式，主要是α-螺旋结构，其次是β-摺叠结构和β-转
角。
(一)α-螺旋结构
α-螺旋中每个残基(Cα)的成对二面角φ和ψ各自取同
一数值，φ=－57°、ψ=－48°，每圈螺旋占3.6个胺基
酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54 nm，每个残基绕轴旋
转100°，沿轴上升0.15 nm。
(二)β-摺叠结构
β-摺叠(β-pleated sheet)或β-摺叠片是蛋白质中第
二种最常见的二级结构，是指两条或多条几乎完全伸展
的多肽链靠链间氢键连结而形成的锯齿状摺叠构造，存
在于纤维状蛋白和球状蛋白中。
β-摺叠有平行式(parallel)和反平行式(antiparallel)两种(三)β-转角结构
β转角(β-turn)也称回折、β-弯曲或发夹结构，存在
于球状蛋白中。β-转角有3种类型，每种类型都有4个
胺基酸残基
蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指多肽链以
二级结构为基础，进一步摺叠、盘曲而形成特定的球状
分子结构。
由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具
有特定三维结构的蛋白质构造称为蛋白质的四级结构(quaternary structure)
蛋白质四级结构的形成是多肽链之间特定的交互作用的
结果，这些交互作用是非共价键性质的如氢键、疏水交
互作用等。
维持蛋白质高级结构的作用力来自蛋白质胜肽段内胺基
酸残基间的交互作用，包括共价键和非共价键（次级
键）。
2. Characteristics of peptide bond.
N962010005 黄真
Peptide bond 的生成
胺基酸像乐高玩具或积木一样，可以一个一个头尾接起来，组成一个巨分子蛋白质。连接的方法非常简单，个胺基酸 (1) 的羧基与后一个胺基酸 (2) 的胺基，经脱水反应即可。所生成的双胜 (1-2) 都还有一个胺羧基，可以继续连接下去。如此两个胺基酸间所产生的新键，称为胜肽键 (peptide bond)，如上图中的 C-N。
多胜肽键组成了蛋白质的骨架，蛋白质是生物的重要分子，因此胜肽键也可以说是组合了生命的基本骨架。
■到講義相關部份
▲
Peptide bond 的性质
胜肽键看似单键，但 C-N 键旁的 C=O 双键会与它产生共振，因此具有双键的性质；且中心的 C 与 N 原子都是使用sp2轨道，因此其前后六个原子都躺在同一平面上，称为胜肽平面 (如上图虚线所围起)。注意每一个胺基酸的中心是碳，而两个碳之间是以胜肽平面连在一起，因此蛋白质可以说是由许多胜肽平面以碳为接点连成的。
3. The information and the rule of protein folding.
N972010015 李垂勋
3. The information and the rule of protein folding (reference:
textbook P.74-77 and lecture slide)
Answer
(1). The information of protein folding is encoded in its primary structure
可由Anfinsen＇s experiment (1972 Nobel Prize in chemistry) 来证明
将具有催化作用的protein以特殊溶剂(urea and mercapto-ethanol)将其双硫键破坏,使得protein失去其催化活性,但是,在移除这些溶剂之后,双硫键恢复键结,protein又再度恢复其催化活性,由此实验得知,protein folding的信息来自其胺基酸序列,即primary structure
(2). The rule of protein folding
DNA转录形成mRNA,再转译成polypeptide chain, 此polypeptide chain需经过适当folding后才能执行其特定功能,所以,protein folding对于细胞是非常重要的
Protein folding有2个重要原则:
1.protein folding是个自发性的过程, folding后的protein是处
于最低free energy (或高entropy) 的状态,且folding的过程是选择消耗最低能量的pathway;
2.生物体内protein folding的过程会经由chaperone来加速其进行, chaperones可分为molecular chaperones及chaperonins; molecular chaperones (eg. Hsp70, ATPase) 可以与unfolded or partial folded protein结合以稳定其结构,藉以避免这些proteins 聚集(aggregating)或被分解(degraded), 作为正确folding之基础; 而chaperonins (eg. TriC in eukaryote, GroEL in prokaryote) 会形成一个folding chamber,将unfolded preotein隔开(sequestered),提供足够的时间及适当的环境以利protein folding,也就是直接增进protein folding的过程
Chaperone-mediated protein folding:
Unfolded protein( or nascent protein)很迅速地与Hsp70的substrate-binding domain结合,而ATP会结合在
nucleotide-binding domain,藉由accessory proteins(DnaJ/Hsp40)刺激ATP水解成ADP,造成Hsp70构形改变成closed form, 进而促使protein folding,之后,再藉由accessory proteins(GrpE/BAG1),并
提供适当的ATP,使得Hsp70恢复成open form,并释放folded protein
Chaperonin-mediated protein folding:
GroEL是prokaryotic chaperonin,在缺乏ATP的状态下,为＂tight ＂ conformation,会与partially folded or misfolded protein结合,此时,若加入ATP及co-chaperonin(GroES),会使GroEL变成＂relaxed＂ conformation,并将properly folded pretein释放
补充: 与misfolded protein相关的疾病
1. Alzheimer＇s disease: amyloid precursor protein 在正常情况下应该被分解(proteolysis)成细小片段(short fragment),但是,因为构形(conformation)的改变(原本应该是α helix却变成βsheet),使得这些proteins被分解成高度稳定的filaments,即β
-amyloid protein, 并聚集形成insoluble palgues
4. Interactions that stabilizing the protein structure
N972010004 汤佳桦
5. Specific ligand binding mediates protein function. N972010012 林东徵
5.Specific ligand binding mediates protein function.(版本一)
A：蛋白质有许多不同的形状大小并在细胞内和细胞外执行一连串不同的活动，但这些功能大部分来自于蛋白质与他们自己、其他巨大分子、小分子或其他离子的结合能力。
和蛋白质结合的分子通常叫做「配体」(ligand)，配体的结合造成蛋白质构型
的改变，是大部分蛋白质功能的基础并且对于调节蛋白质的活性是非常重要的。
1.配体结合有两个特性：
2.专一性(Specificity)：指配体与蛋白质结合的能力优先于其他分子。
亲和力(Affinity)：指配体与蛋白质结合的强度，通常可以以解离常数(Kd)
来表示。
蛋白质与配体的专一性和亲和力主要是来自蛋白质上方的「配体结合位置」(ligand-binding site)，要有较强的专一性和亲和力，必须此位置的形状和化学特性(如带电性等)与配体有互补性，形成所谓的「分子互补」(molecular complementarity)，分子互补可以形成非共价作用力使他们结合。
对于蛋白质-配体结合最好的例子与研究(有高亲和力和灵敏的专一性)，就是抗体和抗原的结合，抗体在由免疫系统制造的蛋白质，在血液中循环预防抗原的入侵，抗原包括细菌、蛋白质或多醣类等外来物质，不同的抗体对不同的抗原发生反应，抗体对于抗原上的某个部位有键结的专一性，此部位称为「抗原决定位」(epitope)，抗体对抗原形成专一的灵敏性，形成抗体-抗原复合体并在细胞中开始一连串的免疫反应。
所有的抗体都是Y形状的分子，由两个重链和两个轻链形成，抗体上的臂上都由一股轻链以双硫键连结重链，在臂上的末端有六个高度不同的loops，称为「互补决定区域」(complemjentarity-determining regions,CDRs)，形成抗原的结合部位，由于此六个loops有高度变异性，因此可对不同的抗原决定位形成专一性。
参考：课本p78~p79
N972010005 高应升
5.Specific ligand binding mediates protein function. (版本二)
几乎所有蛋白质的功能都依靠它们和其它分子(ligand)的结合来调控，ligand 可能是小分子(如葡萄糖)或大分子。两种性质可用来描述protein与ligand交互作用的特性，专一性(specificity)是指一个protein对某个ligand的结合能力优于对其他ligand。亲和力(affinity)则是结合的强度。
以protein kinase A这个功能对许多细胞蛋白活性具有关键性调节效果的蛋白质为例来说明：
protein kinase A＋ATP＋substrate → protein kinase A＋ADP＋substrate
磷酸化
※酵素和特定ligand结合并促进这个已结合的受质磷酸化。磷酸化的受质再将信息往下传递以更进一步的调控基因的表现。
6. Ways of protein regulation.
N972010021 沈育君
7. Proteasome-mediated proteolysis
N972010006 柴汉东
7.Proteasomes mediated proteolysis:
Ciechanover et al - 2004 Nobel Prize in chemistry
1)目的: 除了化学修饰和加工外,细胞内蛋白的活性,还必须视其存在量,以使细胞内的合成速率和降解速率达到平衡状态。
PS:真核生物的细胞,具有几种细胞内水解蛋白途径,用于分解错误摺叠或变性的蛋白质。
一个主要的细胞内途径是,以lysosome进行降解作用,他是一个有膜包里的胞器,其内部环境呈现酸性,并充满了水解酶。溶酶体的降解作用,主要是针对细胞外的蛋白质,和细胞内老旧或有缺陷的胞器。
另一个与lysosome途径不同的降解作用是proteasome mediated proteolysis 。
●2) 机制:是将lysine侧链加上一个ubiquitin (泛蛋白)做修饰, ubiquitin
是一个含有76个残基的polypeptide;接着被ubiquitin贴标签的protein,会被proteasome degradation。ubiquitination包含三个步骤:
●加入一个泛蛋白分子,以活化泛蛋白活化酶(ubiquitin-activating enzyme;
E1),这个反应需要消耗ATP。
●将泛蛋白分子转移到泛蛋白结合酶(ubiquitin-conjugating enzyme;E2)的
半胱胺酸(cysteine)残基上。
●在键结于E2的泛蛋白分子,和标的蛋白的lysine残基间,会形成peptide
bond,此反应会被泛蛋白连接酶(ubiquitin ligase;E3)催化。
这个过程会重复许多次,后来的ubiquitin分子会连结到前一个分子上。最后形成的polyubiquitin会被proteasome辨识出来
细胞质内散布着大量的proteasome,他们可以进行proteolysis,将具有polyubiquiti-modified target protein切割掉。此过程中需要ATP的协助,并且会产生短片段胜肽(7-8个残基),和完整的泛蛋白分子。(见下图)
M972010021 蔡怡菁
7. Proteasome-mediated proteolysis
蛋白质分解作用中，一些位在细胞质中的short-lived proteins会被26S preteaosome所代谢分解。长76-residues 的ubiquitin先由一些活化酵素所活化，接着标到一些老化的蛋白质或者错误摺叠的蛋白质上，将这些要待分解的蛋白质给先ubiquitination。ubiquitin-labeled protein再经由proteaosome 中的19S cap所辨识，最后经由20S将之分解释出。此种利用能量分解一些不要的蛋白质路径即为preteaosome-mediated proteolysis。
其路径如下:
8. Principles for protein separation by gel filtration, ion exchange and
affinity chromatography.
N972010003 李恒嘉
8. Principles for protein separation by gel filtration, ion exchange and
affinity chromatography.
Gel filtration层析法：依分子大小的不同将protein分离。
将protein混合物小
心地置于装填着有孔洞小
珠的玻璃管柱上方。较小的protein通过的速率会比较大的protein
还慢。不同的protein用不同的冲洗体积将
protein带出，在管子底端就可以收集不同
的分层溶液。
Ion exchange层析法：依分子的不同净带电性将protein分离。在
管柱中填充带正电或负电的小珠。当不同带电性
的protein通过时，与小珠相反带电的protein
就会被吸住，不会流出。再逐渐增加盐梯度，冲
张学文简历 张学文，男，理学博士，1965年6月出生于湖南省华容县，现任湖南农业大学理学院生物技术系教授。 学历及工作简历： 1982年9月—1986年7月：湖南农学院（今湖南农业大学）园艺系本科学习，毕业获学 士学位； 1986年9月—1989年7月：湖南农学院遗传育种专业硕士研究生，主攻分子遗传学研究 方向，毕业获农学硕士学位； 1989年7月—1991年4月：湖南省农业科学院从事遗传育种研究工作，任研究实习员；1991年4月—1995年7月：湖南农业大学生物技术系，任助教、讲师； 1995年9月—1999年7月：湖南农业大学植物学专业攻读博士学位，主攻生化与分子生 物学方向。1999年毕业获理学博士学位。 1996年获得副教授任职资格并被聘为生物技术系副教授。 1997年7月—1998年8月：美国戴维斯加州大学（UniversityofCaliforniaatDavis）植 物生物系访问学者，主要从事植物发育分子生物学研究；2002年9月—2003年7月：挪威王国卑尔根大学分子生物学系访问学者，主要从事肿瘤 的细胞及分子生物学研究。 2001年8月获教授任职资格。为湖南农业大学细胞生物学硕士点领衔导师。1993年被湖南省教育厅确认为高校青年骨干教师培养对象，1999年被确认为湖南农业大学中青年骨干教师。 主讲课程： 博士生“基因工程专题” 硕士生“基因工程原理”、“分子遗传学”、“分子遗传学实验技术”、“遗传工程原理”、“生物技术概论”。 本科生“基因工程”、“现代生物技术”。
近五年研究工作简介： 1998—2000，参与国家“863”项目“草鱼抗病基因工程研究”，为项目技术负责人。2000—2003，参与国家“863”项目“草鱼抗病基因工程中试研究”。2000—2002，主持国家教育部研究课题“分离克隆水稻胚胎发生调控基因cDNA”。2001—2003，主持湖南省自然科学基因项目“水稻胚胎发生调控基因的研究”。2002—2005，主持湖南省优秀中青年基金项目“α-半乳糖苷酶基因的分离克隆及突变研究”2003—2005，主持湖南省专项科研基金项目“利用基因工程方法发酵生产α-半乳糖苷酶”。近五年主要论文著作目录 1.张学文,罗慧敏拟南芥homeobox基因A21的研究.《面向21世纪的科技进步与社会经济 发展》1999.12北京:科学技术出版社.中国科协首届学术年会交流. 2.张学文,罗泽民拟南芥同源转换盒基因A21反义RNA基因重组体构建及转化.湖南师范大 学学报.2001,27(1):79-83. 3.张学文 ArabidopsishomeoboxgeneA21isactiveindividingcells.10th InternationalCongres sonGenes,GeneFamiliesandIsozyme.1999.10Beijing. 4.张学文生物技术跨越发展的战略研究湖南省科学技术协会2001年年会优秀论文 奖,2001.9.长沙. 5.张学文,洪亚辉,赵燕植物开花时期的分子控制.湖南农业大学学报.2003,29(6):523-528. 6.唐香山,张学文饲料酶制剂研究进展广西农业科学.2004,4. 7.唐香山,张学文,章怀云α-半乳糖苷酶基因克隆及在酵母中的表达.生物工程杂志.2004,4. 8.唐香山，张学文酵母表达载体研究进展生命科学研究.2004,6. 9.陈开健,章怀云，张学文等转人α-干扰素基因草鱼饲喂大鼠的安全性研究.湖南农业大学学 报.2002.28(2):149-151.
《分子生物学》试卷（A卷）答案及评分标准 一、名词解释（每题3分，共30分） 1.反向重复序列：反向重复序列又称回文序列，指在双键DNA序列中按确定的方向阅读 双键中的每—条链的序列都是相同的。 2.反向生物学：反向生物学是指利用重组DNA技术和离体定向诱变的方法研究已知结构 的基因相应的功能，在体外使基因突变，再导入体内，检测突变的遗传效应，即以表型来探索基因的结构。 3.割裂基因：在真核生物基因组中，基因是不连续的，在基因的编码区域内部含有大量的 不编码序列，从而隔断了对应于蛋白质的氨基酸序列。这一发现大大地改变了以往人们对基因结构的认识。这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因。 4.卫星DNA：有些高度重复DNA序列的碱基组成和浮力密度与主体DNA不同，在氯化 绝密度梯度离心时，可形成相对独立于主DNA带的卫星带。卫星DNA由此得名。卫星DNA由长串联的重复序列组成，一般对应于染色体上的异染色区域。 5.SOS应急反应：许多能造成DNA损伤或抑制DNA复制的过程能引起一系列复杂的诱 导效应，这种效应称为应急反应(SOS response)。SOS反应包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶源性细菌释放噬茵体等。 6.转录因子：RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子(主要是蛋白质)称为转录因子，其作用 或识别DNA的顺式作用位点，或识别RNA聚合酶，或是识别其他因子。 7.转录后加工：细胞内由RNA聚合酶合成的原初转录物一般都需要经过—系列的变化， 包括链的裂解、5’端与3’端的切除、特殊结构的形成、核苷的修饰、糖苷键的改变、剪接和编辑等过程，才能转变为成熟的RNA分子。这些过程总称为RNA的成熟，或称为转录后加工。 8.读码框架：mRNA以核苷酸序列的方式携带着遗传信息，并通过这些信息来指导合成 多肽链中氨基酸的序列。每个氨基酸可通过mRNA上连续排列的3个核苷酸组成的三联体密码子来决定，这些密码以连续排列的方式连接构成读码框架。 9.基因表达调控：基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制机制，是细胞中基因表达 的过程在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出适当反应的复杂过程。 10.绝缘子：绝缘子是近年发现的—类特殊顺式作用元件，它不同子增强子，其功能是阻止 激活或阻遏作用在染色质上的传送，使染色质的活性限定于结构域之内。如果将一个绝缘子置于增强子和启动子之间，它能阻止增强子对启动子的激活。 二、填空题（每空1分，共20分） 1.（核苷酸）、（3’，5’—磷酸二酯键） 2.（2’—脱氧核糖）、（核糖） 3.（氢键）、（碱基堆积力） 4.（加热）、（pH值）、（有机溶剂）。 5.（DNA的均一性）、（G-C对含量）、（介质中的离子强度） 6.（琼脂糖凝胶电泳）、（聚丙烯酰胺凝胶电泳） 7.（保真性)、（协同性)、（持续性) 8.（互变异构）、（碱基脱氨基）
分子生物学试题及答案 一、名词解释 1．cDNA与cccDNA：cDNA是由mRNA通过反转录酶合成的双链DNA；cccDNA是游离于染色体之外的质粒双链闭合环形DNA。 2．标准折叠单位：蛋白质二级结构单元α－螺旋与β－折叠通过各种连接多肽可以组成特殊几何排列的结构块，此种确定的折叠类型通常称为超二级结构。几乎所有的三级结构都可以用这些折叠类型，乃至他们的组合型来予以描述，因此又将其称为标准折叠单位。 3．CAP：环腺苷酸（cAMP）受体蛋白CRP（cAMP receptor protein ），cAMP与CRP结合后所形成的复合物称激活蛋白CAP（cAMP activated protein ） 4．回文序列：DNA片段上的一段所具有的反向互补序列，常是限制性酶切位点。 5．micRNA：互补干扰RNA或称反义RNA，与mRNA序列互补，可抑制mRNA的翻译。 6．核酶：具有催化活性的RNA，在RNA的剪接加工过程中起到自我催化的作用。 7．模体：蛋白质分子空间结构中存在着某些立体形状和拓扑结构颇为类似的局部区域 8．信号肽：在蛋白质合成过程中N端有15~36个氨基酸残基的肽段，引导蛋白质的跨膜。 9．弱化子：在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。 10．魔斑：当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止全部基因的表达。产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸（pppGpp）。PpGpp与pppGpp的作用不只是一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。 11．上游启动子元件：是指对启动子的活性起到一种调节作用的DNA序列，-10区的TATA、-35区的TGACA 及增强子，弱化子等。 12．DNA探针：是带有标记的一段已知序列DNA，用以检测未知序列、筛选目的基因等方面广泛应用。13．SD序列：是核糖体与mRNA结合序列，对翻译起到调控作用。 14．单克隆抗体：只针对单一抗原决定簇起作用的抗体。 15．考斯质粒：是经过人工构建的一种外源DNA载体，保留噬菌体两端的COS区，与质粒连接构成。16．蓝-白斑筛选：含LacZ基因（编码β半乳糖苷酶）该酶能分解生色底物X-gal(5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)产生蓝色，从而使菌株变蓝。当外源DNA插入后，LacZ基因不能表达，菌株呈白色，以此来筛选重组细菌。称之为蓝-白斑筛选。 17．顺式作用元件：在DNA中一段特殊的碱基序列，对基因的表达起到调控作用的基因元件。18．Klenow酶：DNA聚合酶I大片段，只是从DNA聚合酶I全酶中去除了5’→3’外切酶活性 19．锚定PCR：用于扩增已知一端序列的目的DNA。在未知序列一端加上一段多聚dG的尾巴，然后分别用多聚dC和已知的序列作为引物进行PCR扩增。 20．融合蛋白：真核蛋白的基因与外源基因连接，同时表达翻译出的原基因蛋白与外源蛋白结合在一起所组成的蛋白质。 二、填空 1． DNA的物理图谱是DNA分子的（限制性内切酶酶解）片段的排列顺序。 2． RNA酶的剪切分为（自体催化）、（异体催化）两种类型。 3．原核生物中有三种起始因子分别是（IF-1）、（IF-2）和（IF-3）。 4．蛋白质的跨膜需要（信号肽）的引导，蛋白伴侣的作用是（辅助肽链折叠成天然构象的蛋白质）。5．启动子中的元件通常可以分为两种：（核心启动子元件）和（上游启动子元件）。 6．分子生物学的研究内容主要包含（结构分子生物学）、（基因表达与调控）、（DNA重组技术）三部分。7．证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是（肺炎球菌感染小鼠）、（ T2噬菌体感染大肠杆菌）这两个实验中主要的论点证据是：（生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能）。 8．hnRNA与mRNA之间的差别主要有两点：（hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接，）、 （mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子，在mRNA3′末端多了一个多聚腺苷酸(polyA)尾巴）。 9．蛋白质多亚基形式的优点是（亚基对DNA的利用来说是一种经济的方法）、（可以减少蛋白质合成过程中随机的错误对蛋白质活性的影响）、（活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭）。 10．蛋白质折叠机制首先成核理论的主要内容包括（成核）、（结构充实）、（最后重排）。 11．半乳糖对细菌有双重作用；一方面（可以作为碳源供细胞生长）；另一方面（它又是细胞壁的成分）。所以需要一个不依赖于cAMP—CRP的启动子S2进行本底水平的永久型合成；同时需要一个依赖于cAMP—CRP的启动子S1对高水平合成进行调节。有G时转录从（ S2）开始，无G时转录从（ S1）开
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血液细胞形态学检查标准操作程序 一．目的：指导血液细胞形态学的检查。 二．该SOP变动程序：本操作程序的改变，可由任一使用本SOP的工作人员提出，并报下述人员批准：专业负责人、科主任。 三．具体内容 （一）原理：将血液制成细胞分布均匀的薄膜涂片，用瑞氏—吉姆萨复合染料染色后，在光学显微镜下油镜观察各类细胞的形态特征及数量变化，对血液系统及某些感染疾病有辅助诊断及疗效观察等意义。 （二）标本要求： 1.采血后推制厚薄适宜的血膜片，血膜应呈舌状，头、体、尾清晰可分。 2.推好的血膜应在空气中晃动，以促使其快干，以免细胞变形缩小。 （三）试剂准备：瑞氏—吉姆萨复合染液。 （四）仪器、器材要求：显微镜、洁净载玻片。 （五）操作具体步骤： 1.染色：平置玻片于染色架上，滴加染色液3～5滴，使其迅速盖满血膜约1min后，滴加 缓冲液5～10滴，轻轻摇动玻片或对准血片吹气，与染液充分混合，10～20min后用水冲去染液待干。 2.选择涂片细胞分布厚薄适宜、染色良好的区域在油镜下观察各类细胞的形态及数量变 化。 （六）结果判断 1.红细胞：正常形态呈双凹圆盘状、无核、平均直径7.2μｍ，染粉红色，外周血中无有核红细胞、异常形态红细胞量小于1％。 2.白细胞：正常外周血中白细胞分为中性杆状核粒细胞占1％～5％，中性分叶核粒细胞占50％～70％，嗜酸性粒细胞占0.5％～5％，嗜碱性粒细胞占0～1％，淋巴细胞占20%～40%，单核细胞占3%～8%，无幼稚细胞。 3.血小板：正常形态呈椭圆形及不规则形，无核、胞质中有嗜苯胺蓝颗粒，直径约2～4μｍ，多为2μｍ左右，呈单个或成堆分布。 （七）干扰因素 1.涂片要新鲜，涂片自然晾干后立即进行染色，如特殊情况下，一般不超过一周，否则，细胞蛋白质变性，使染色偏碱。 2.染色时间长短除与气温有关外，也与细胞增生情况、各批染液的性能有关，故要求将染色中的涂片在显微镜下观察，待颗粒清楚、核浆分明，着色满意后才终止染色，冲洗晾干待检。 3.染色过深得涂片可用瑞氏染液滴加于涂片上，马上冲洗；染色过浅可重染，先加缓冲液再加染色液，混合后复染到需要的深度。 （八）临床意义 （一）红细胞分布异常 1.红细胞分布异常：红细胞呈缗钱状分布，见于多发性骨髓瘤、巨球蛋白血症、高纤维蛋白原血症等，红细胞聚集成堆见于冷凝集素血症。 2.红细胞大小及染色异常 a.低色素性小红细胞增多：见于缺铁性贫血、海洋性贫血、骨髓增生异常综合症等。 b.正色素性或高色素性大红细胞增多，见于巨幼细胞性贫血、抗核酸代谢药物等影响。 3.异性红细胞 a.球形红细胞增多：见于遗传性球形红细胞增多症（常大于25%）、自身免疫性溶血性贫血等。
细胞生物学：研究细胞基本生命活动规律的科学，它从不同层次(显微、亚显微和分子水平)上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与分化等。 细胞分化：其本质是细胞内基因选择性表达功能蛋白质的过程。 细胞质膜 ( plasma membrane )：又称细胞膜，指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。 内膜：形成各种细胞器的膜。 生物膜( biomembrane )：质膜和内膜的总称。 细胞外被：也叫糖萼，由质膜表面寡糖链形成。 膜骨架：质膜下起支撑作用的网络结构。 细胞表面：由细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成。 脂筏模型(lipid rafts model) ：即在生物膜上胆固醇等富集而形成有序脂相,如同脂筏一样载着各种蛋白。脂筏是质膜上富含胆固 醇和鞘磷脂的微结构域。 被动运输指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度到低浓度方向的跨膜运输。 水孔蛋白(aquporins ；AQPs) ：或称水分子通道，是一类具有选择性、高效转运水分的膜通道蛋白。不具有“水泵”功能，通过减小水分跨膜运动的阻力而使细胞间的水分迁移速度加快。 协助扩散：也称促进扩散( facilitated diffusion )：各种极性分子和无机离子顺着浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。 通道蛋白：跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度通过，又称离子通道。 配体门通道：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改变，“门”打开，又称离子通道型受体。 协同运输：靠间接提供能量完成主动运输，所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。动物细胞中常常利用膜两侧Na+ 浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+ 浓度梯度来驱动。分为：同向协同和反向协同。 膜泡运输：真核细胞通过胞吞作用( endocytosis )和胞吐作用( exocytosis )完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。 胞吐作用：包含内容物的囊泡移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外底物水平的磷酸化：由相关酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP 分子生成ATP 的过程。氧化磷酸化：在呼吸链上与电子传递相耦联，ADP 被磷酸化生成ATP 的过程。 半自主性细胞器：自身含有遗传表达系统，但编码的遗传信息十分有限，其RNA 转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息。 细胞内膜系统：是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、由膜包被的细胞器或细胞结构。包括内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等。 粗面内质网：多为扁囊状，在ER 膜的外表面附有大量的核糖体，普遍存在于分泌蛋白质的细胞中。 光面内质网：ER 膜上无颗粒(核糖体) ，ER 的成分不是扁囊，而常为小管小囊，它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。 次级溶酶体：是正在进行或完成消化作用的溶酶体，分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。 残体：又称后溶酶体( post-lysosome )，已失去酶活性，仅留未消化的残渣，可排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。 细胞内蛋白质分选：除线粒体和植物叶绿体中能合成少量蛋白质外，绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成然后运至细胞的特定部位，这一过程称蛋白质的定向转运或蛋白质分选。 信号序列：引导蛋白质定向转移的线性序列，通常15-60 个氨基酸残基，对所引导的蛋白质没有特异性要求。 信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。翻译后转运：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器或成为基质可溶性驻留蛋白和支架蛋白。共翻译转运：蛋白质合成在游离核糖体上起始后，由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网，经高尔基体加工包装转运溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。 分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子，可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的某些部位结合，从而帮助这些多肽转运、折叠、或装配。这类分子本身并不参与最终产物的形成。 细胞信号转导：指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始表达、各种生物学效应形成的过程。 双信使系统：在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G 蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C( PLC-
现代分子生物学复习题
现代分子生物学 一.填空题 1.DNA的物理图谱是DNA分子的限制性内切酶酶解片段的排列顺序。 2.核酶按底物可划分为自体催化、异体催化两种类型。 3.原核生物中有三种起始因子分别是IF-1、 IF-2 和IF-3 。 4.蛋白质的跨膜需要信号肽的引导，蛋白伴侣的作用是辅助肽链折叠成天然构象的蛋白质。 5.真核生物启动子中的元件通常可以分为两种：核心启动子元件和上游启动子元件。 6.分子生物学的研究内容主要包含结构分子生物学、基因表达与调控、DNA重组技术三部分。 7.证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是肺炎球菌感染 小鼠、T2噬菌体感染大肠杆菌这两个实验中主要的论点证据是：生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能。 8.hnRNA与mRNA之间的差别主要有两点： hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接、 mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子，在mRNA3′ 东隅已逝 2 桑榆非晚！
末端多了一个多聚腺苷酸(polyA)尾巴。 9.蛋白质多亚基形式的优点是亚基对DNA的利用来说是一 种经济的方法、可以减少蛋白质合成过程中随机的错误对蛋白质活性的影响、活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭。 10.质粒DNA具有三种不同的构型分别是： SC构型、 oc 构型、 L构型。在电泳中最前面的是SC构型。 11.哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中常见的元件TATA、GC、 CAAT所对应的反式作用蛋白因子分别是TFIID 、SP-1 和 CTF/NF1 。 12.与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，转 录因子与DNA结合的功能域常见有以下几种螺旋-转角-螺旋、锌指模体、碱性-亮氨酸拉链模体。 13.转基因动物常用的方法有：逆转录病毒感染法、DNA 显微注射法、胚胎干细胞法。 14.RNA聚合酶Ⅱ的基本转录因子有、TFⅡ-A、TFⅡ-B、 TFII-D、TFⅡ-E他们的结合顺序是： D、A、B、E 。 其中TFII-D的功能是与TATA盒结合。 15.酵母DNA按摩尔计含有32.8%的T,则A为_32.8%_,G 为_17.2%_和C为_17.2%__。 16.操纵子包括_调控基因、调控蛋白结合位点和结构基因。 17.DNA合成仪合成DNA片段时，用的原料是模板DNA 东隅已逝 3 桑榆非晚！
细胞生物学复习重点内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
第四章细胞膜和细胞表面 1.组成细胞膜的组要化学成分是什么这些分子是如何排列的 2. 膜脂、膜蛋白、膜糖类。膜脂排列成双分子层，极性头部朝向内外两侧，非极性尾部相对排列位于膜的内部；整合膜蛋白镶嵌于脂质双分子层中，外在膜蛋白主要分布于膜的内表面；膜糖类是分布与细胞膜外表面的一层寡糖侧链。 3.生物膜的两个显着性特征是什么？ ①流动性：膜脂和膜蛋白都是可运动的。②不对称性：膜的内外两层的膜脂种类、分布不同；整合膜蛋白不对称镶嵌，外在膜蛋白在内表面；膜糖类分布在外表面。 3.小分子物质跨膜运输有哪几种各有什么特点 4. （1）被动运输其转运方向为顺浓度梯度，不消化代谢能。 （2）主动运输需要消化细胞的代谢能，但可以逆浓度梯度转运；包括离子泵和协同运输。①离子泵本身具有ATPase活性，在分解ATP放能的同时实现离子的逆浓度梯度转运；②协同运输在动物细胞是借助顺浓度转运Na+，即消耗Na+梯度的同时实现溶质的逆浓度转运，是间接地消耗ATP。 5.以钠钾泵为例，简述细胞膜的主动运输过程 ①在胞质侧结合3个钠离子；②水解ATP，本身磷酸化；③构象变化，钠离子转移到胞外侧，释放钠离子；④结合胞外2个钾离子；⑤去磷酸化；⑥构象变化，钾离子转移到胞质侧，释放钾离子。 6.以低密度脂蛋白(LDL)为例，简述受体介导的内吞作用的主要过程
①膜外侧LDL受体与LDL结合；②膜内陷形成有被小凹；③内陷进一步形成有被小泡；④有被小泡脱衣被，与内体融合；⑤内体酸性环境下受体与LDL分离，返回膜上。、 第五章细胞信号传导 1.cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路有哪些区别和联系？ 是G蛋白偶联受体介导的主要2条信号转导通路。信号通路的前半段是相同的：G 蛋白偶联受体识别结合胞外信号分子，导致G蛋白三聚体解离，并发生GDP与GTP 交换，游离的Gα-GTP处于活化状态，导致结合并激活效应器蛋白。但两条通路的效应器并不相同，因此通路后半段组成及产生的细胞效应存在差别：（1）cAMP 信号通路：第一个效应器是腺苷酸环化酶（AC），活化后产生第二信使cAMP，进而活化蛋白激酶A（PKA），导致靶蛋白磷酸化及一系列级联反应；（2）磷脂酰肌醇信号通路：第一个效应器是磷脂酶C（PLC），活化后产生第二信使IP3和DAG，DAG锚定于质膜内侧，IP3扩散至内质网，刺激内质网释放Ca2+，至胞质Ca2+浓度升高，DAG和Ca2+活化蛋白激酶C（PKC），并进一步使底物蛋白磷酸化。 2.试述细胞内Ca2+浓度的调控机制 细胞膜和内质网膜上均有Ca2+泵和Ca2+通道，①Ca2+泵以主动运输方式将胞质中的Ca2+转运至胞外或内质网腔，使静息状态下胞质Ca2+浓度极低（10-7摩尔浓度）；②当信号分子与Ca2+通道蛋白特异结合（如内质网上的Ca2+通道蛋白与IP3结合、突触后膜上的Ca2+通道蛋白与乙酰胆碱结合），会引起Ca2+通道瞬间开放，使胞质Ca2+浓度迅速升高，产生细胞效应。 3.总结细胞信号转导途径的组成与基本特征 组成：①配体即胞外信号分子；②受体：细胞表面受体和细胞内受体；③第二信
细胞生物学学习体会 通过网络课程学习,有幸聆听到王金发教授对《细胞生物学》课程的讲授，使我不仅学到了细胞生物学专业新的知识与研究技术、方法,而且在教学方面也受益非浅。下面就我的学习谈一些体会。 一、全面学习了细胞生物学的专业知识 《细胞生物学》是一门包容量大、发展迅速的学科。内容涉及生物膜的结构与功能；内膜系统区室化形成及各种细胞器的结构与功能；细胞信号转导；细胞核、染色体以及基因表达；细胞骨架体系；细胞增殖及其调控；细胞分化、癌变及其调控；细胞的衰老与程序性死亡；细胞的起源与进化；细胞工程技术等多个方面。 (一)对细胞生物学的专业知识有了更深的认识。 1、细胞通讯方面 记得第一次听王老师的课就是讲授细胞的通讯，在多细胞生物中，细胞不是孤立存在的，而是生活在细胞社会中，它们必须协调一致，才能维持机体的正常生理机能，它们的协调是通过细胞通讯来完成的。细胞通讯是通过信号分子与受体的识别，从而在靶细胞内产生一系列反应的过程。信号分子有第一信使和第二信使之分，第二信使位于细胞内，由第一信使与受体识别后最先在胞内产生的，它主要与细胞内受体作用，所以受体也可分为表面受体和胞内受体。信号分子与受体的识别作用具有特异性。细胞信号传递所发生的反应有快速反应和慢速反应。快速反应是信号分子与受体作用后直接引起细胞内的一系列代谢反应；慢速反应则需要引起基因表达，再表现出各种代谢反应。细胞通讯过程是个复杂的过程，一个细胞的周围有上百种不同的信号分子，细胞要对这些信号分子进行分析，做出正确的反应。信号转换的研究在近年很热门，但进展缓慢，主要是因为信号转换的复杂性，不同信号的组合产生的效应是不一样的。 2、蛋白质的合成和分选机理 蛋白质的合成是在核糖体上，有两种合成体系，一种是在细胞质中游离的核糖体上，另一种是在膜旁核糖体上合成，它们合成的蛋白质将分布到不同的部
分子生物学试题 一、名词解释 1、基因：能够表达和产生蛋白质和RNA的DNA序列，是决定遗传性状的功能单位。 2、基因组：细胞或生物体的一套完整单倍体的遗传物质的总和。 3、端粒：以线性染色体形式存在的真核基因组DNA末端都有一种特殊的结构叫端粒。该结构是一段DNA序列和蛋白质形成的一种复合体，仅在真核细胞染色体末端存在。 4、操纵子：是指数个功能上相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动子和操纵基因）以及下游的转录终止信号所构成的基因表达单位，所转录的RNA 为多顺反子。 5、顺式作用元件：是指那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的特异DNA序列。包括启动子、上游启动子元件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。 6、反式作用因子：是指真核细胞内含有的大量可以通过直接或间接结合顺式作用元件而调节基因转录活性的蛋白质因子。 7、启动子：是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列。 8、增强子：位于真核基因中远离转录起始点，能明显增强启动子转录效率的特殊DNA序列。它可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可相距靶基因较远。 9、基因表达：是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。 10、信息分子：调节细胞生命活动的化学物质。其中由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质称为细胞间信息分子；而在细胞内传递信息调控信号的化学物质称为细胞内信息分子。11、受体：是存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而发生生物学效应的的特殊蛋白质。 12、分子克隆：在体外对DNA分子按照即定目的和方案进行人工重组，将重组分子导入合适宿主，使其在宿主中扩增和繁殖，以获得该DNA分子的大量拷贝。 13、蛋白激酶：是指能够将磷酸集团从磷酸供体分子转移到底物蛋白的氨基酸受体上的一大类酶。 14、蛋白磷酸酶：是具有催化已经磷酸化的蛋白质分子发生去磷酸化反应的一类酶分子，与蛋白激酶相对应存在，共同构成了磷酸化和去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。 15、基因工程：有目的的通过分子克隆技术，人为的操作改造基因，改变生物遗传性状的系列过程。 16、载体：能在连接酶的作用下和外源DNA片段连接并运送DNA分子进入受体细胞的DNA 分子。 17、转化：指质粒DNA或以它为载体构建的重组DNA导入细菌的过程。 18、感染：以噬菌体、粘性质粒和真核细胞病毒为载体的重组DNA分子，在体外经过包装成具有感染能力的病毒或噬菌体颗粒，才能感染适当的细胞，并在细胞内扩增。 19、转导：指以噬菌体为载体，在细菌之间转移DNA的过程，有时也指在真核细胞之间通过逆转录病毒转移和获得细胞DNA的过程。 20、转染：指病毒或以它为载体构建的重组子导入真核细胞的过程。 21、 DNA变性：在物理或化学因素的作用下，导致两条DNA链之间的氢键断裂，而核酸分子中的所有共价键则不受影响。 22、 DNA复性：当促使变性的因素解除后，两条DNA链又可以通过碱基互补配对结合形成DNA 双螺旋结构。 23、退火：指将温度降至引物的TM值左右或以下，引物与DNA摸板互补区域结合形成杂交
线粒体： 1.呼吸链（电子传递链）Respiratory chain一系列能够可逆地接受和释放H+和e-的化学物质所组成的酶体系在线粒体内膜上有序地排列成互相关联的链状。 2.化学渗透假说（氧化磷酸化偶联机制）：线粒体内膜上的呼吸链起质子泵的作用，利用高 能电子传递过程中释放的能量将H+泵出内膜外，造成内膜内外的一个H+梯度（严格地讲是离子的电化学梯度），ATP合酶再利用这个电化学梯度来合成ATP。 3.电子载体:在电子传递过程中与释放的电子结合并将电子传递下去的物质称为电子载体。 参与传递的电子载体有四种∶黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和辅酶Q，在这四类电子载体中，除了辅酶Q以外，接受和提供电子的氧化还原中心都是与蛋白相连的辅基。 4.阈值效应：突变所产生的效应取决于该细胞中野生型和突变型线粒体DNA的比例，只有突变型DNA达到一定数量（阈值）才足以引起细胞的功能障碍，这种现象称为阈值效应。 5.导向序列：将游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号称为导向信号，或导向序列，由于 这一段序列是氨基酸组成的肽，所以又称为转运肽。 6.信号序列：将膜结合核糖体上合成的蛋白质的N-端的序列称为信号序列，将组成该序列 的肽称为信号肽。 7.共翻译转运：膜结合核糖体上合成的蛋白质通过定位信号，一边翻译，一边进入内质网， 由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的，故称为共翻译转运。 8.蛋白质分选：在膜结合核糖体上合成的蛋白质通过信号肽，经过连续的膜系统转运分选才 能到达最终的目的地，这一过程又称为蛋白质分选。 核糖体： 1.原核生物mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence) 。 2.核酶：将具有酶功能的RNA称为核酶。 3.N-端规则(N-end rule): 每一种蛋白质都有寿命特征，称为半衰期(half-life)。研究发现多肽链N-端特异的氨基酸与半衰期相关，称为N-端规则。 4.泛素介导途径：蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,故称为泛素降解途径。 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。 细胞核： 1.核内膜：有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体），膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，即核纤层（nuclear lamina），可支持核膜。 核外膜：靠向细胞质的一层，是内质网的一部分，胞质面附有核糖体 核周隙：内、外膜之间有宽20~40nm的腔隙，与粗面内质网腔相通 核孔复合体：内、外膜融合处，物质运输的通道 核纤层：内核膜内表面的纤维网络，支持核膜，并与染色质、核骨架相连。 2.核孔复合体：是细胞核内外膜融合形成的小孔，直径约为70 nm，是细胞核与细胞质间物 质交换的通道。 3.核孔蛋白：参与构成核孔的蛋白质，可能在经核孔的主动运输中发挥作用。 核运输受体：参与物质通过核孔的主动运输。 核周蛋白: 是一类与核孔选择性运输有关的蛋白家族，相当于受体蛋白。 5.输入蛋白：核定位信号的受体蛋白, 存在于胞质溶胶中, 可与核定位信号结合, 帮助核蛋白进入细胞核。 输出蛋白：存在于细胞核中识别并与输出信号结合的蛋白质, 帮助核内物质通过核孔复合
一. 名词解释 1. C值及C值反常反应：所谓C值，通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量。真核细胞基因的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是C值反常现象。 2. 半保留复制：DNA生物合成时，母链DNA解开分为两股单链，各自为模板按碱基互补规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股从亲本完全接受过来，另一股则完全从新合成。两个子细胞的DNA碱基序列一致。 3 半不连续复制：前导链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。 4 引发体：复制的起始含有解螺旋酶.DNA C蛋白.引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。 5. DNA损伤：在复制过程中发生的DNA突变体称为DNA损伤。 6 转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。 7. 中心法则：通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质.RNA还以逆转录的方式将遗传信息体传递给DNA分子。这种遗传信息的流向称为中心法则。 8 编码链：双链DNA中，不能进行转录的那一条DNA链，该链的核苷酸序列与转录生成的RNA的序列一致，又称意义链。 9. 转录因子：能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，称反式作用因子。在反式作用因子中，直接或间接结合DNA聚合酶的，则称为转录因子。 10 RNA编辑：是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入，删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编码的遗传信息发生改变，因为经过编辑mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。 11 cDNA：互补DNA，是以mRNA为模板，按碱基互补规律，合成与mRNA互补的DNA 单链。 12 RNA选择性剪接：是指不同的剪切方式从一个mRNA前体产生不同的mRNA剪接异构体的过程。 13 GU-AG法则：多数细胞核mRNA前体中内含子的5’边界序列为GU，3’边界，序列为AG。因此，GU表示供体先借点的5’端，AG代表接纳体衔接点3’端序列。习惯上，这种保守序列模式称为GU-AG法则。 14. 顺反子：遗传学上将编码一个多肽链的遗传单位，称为顺反子。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子。 15. 翻译：以mRNA为模板，氨酰-tRNA为原料直接供体，在多种蛋白质因子和酶的参与下，在核糖体上将mRNA分子上的核苷酸顺序表达为有特定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 16. 摆动假说：Crick为解释反密码子中某些稀有成分的配对以及许多氨基酸有2个以上的密码子的问题而提出的假说。 17. 氨酰-tRNA合成酶：是一类催化氨基酸和tRNA相结合的特异性酶。 18. SD序列：早在1974年，Shine就发现，几种细菌小亚基rRNA3’末端顺序为：5’—ACCUCCUA—3’，它可以和mRNA中离AUG顺序5’侧约9-13个碱基处有一段富含嘌呤碱基AGGA或GAGG互补，后来称此区域为SD。 19. 多核糖体：mRNA同时与若干个核糖体结合形成的念珠转结构，称为多核糖体。 20 核定位序列：蛋白质中的一种常见的结构域，通常为一短的氨基酸序列，它能与核载体相互作用，将蛋白质运进细胞核内。 21. 基因打靶：是指通过DNA定点同源重组，改变基因组中的某一特定基因，从而在生物活体内研究此基因的功能。
《细胞生物学》测试卷(一) 一．单项选择 1．内质网内连着核膜，外连质膜的结构特点适于（）。 A、参与细胞内某些代谢反应 B、提供核糖体附着的支架 C、提供细胞内物质运输的通道 D、扩展细胞内膜面积、有利于酶的附着 2．原始生命的结构组成与下列细胞内容物中的哪一个最相似（）。 A、核仁 B、线粒体 C、核糖体 D、T4噬菌体 3．下列不属于微丝作用的是（）。 A、肌肉收缩 B、参与细胞质运动及细胞移动 C、形成有丝分裂器 D、维持微绒毛的形状 E、形成胞质分裂环 4．细胞的鞭毛和纤毛的结构呈 9＋2型；基体和中心体的为9＋0型。关于它们的结构，下列叙述正确的是 A、＋前的9所示结构相同 B、9表示9条二联微管 C、9表示9条三联微管 D、2和0表示的是中央微管的情况 5．高等到动物进行呼吸的基本单位是（）。 A、细胞 B、线粒体 C、肺泡 D、呼吸系统 6．以下对叶绿体结构的描述中，与吸收和转化光能关系最密切的是（）。 A、叶绿体具有双层单位膜包围着的细胞器 B、在类囊体膜上分布着色素和酶 C、在类囊体的内腔含有液体 D、基质中有酶、DNA和RNA 7．要研究某植物的核型，最理想的研究材料是（）。 A、花药 B、根尖 C、叶表皮细胞 D、皮层 8．细胞表面和细胞器表面都具有的特征是（）。 A、亲水性 B、被糖蛋白所覆盖 C、单层单位膜 D、疏水性 9．细胞中的全部基因都存在于（）。 A、细胞核中 B、染色体中 C、DNA中 D、核酸中 10．下列哪项是细胞核的最重要的机能？（）。 ①控制机体发育②控制机体异化作用③控制细胞全部生命活动 1
④控制机体的遗传和变异⑤细胞中全部基因的贮存场所 A、①② B、②④ C、③⑤ D、①④ 11．下列四种生物的细胞中明显区别于另外三种的是（）。 A、酵母 B、青霉 C、蓝藻 D、衣藻 12．动物细胞膜中的脂双层结构具有流动性与下列哪一种物质关系最密切？ A、磷脂 B、胆固醇 C、糖脂 D、膜蛋白 13．对于细胞周期时间相差很大的不同种类的两种细胞来说，通常它们的差别最明显的时期是（）。 A、G1期 B、S期 C、G2期 D、M期 14．原核生物的质粒是细菌等的（）。 A、染色体DNA B、细胞器DNA C、核外DNA D、附加体 15．（2001全国联赛）用两种不同的荧素分子分别标记两个细胞质膜中的磷脂分子，再将两个细胞融合，经过一段时间后会发现两种荧光均匀地分布在细胞质膜上，这表明了组成质膜的脂分子（）。 A、在双层之间做翻转运动 B、做自旋运动 C、尾部做摇摆运动 D、沿膜平面做侧向运动 16．用秋水仙素处理细胞后，细胞的哪项活动会发生变化？ A 变形运动 B 胞质分裂 C 染色体向极移动 D 吞噬作用 17．核仁增大的情况一般会发生在哪类细胞中？ A 分裂的细胞 B 需要能量较多的细胞 C 卵原细胞或精原细胞 D 蛋白质合成旺盛的细胞 18．若将酵母菌之线粒体DNA进行突变，使其线粒体不再分裂，再将此突变的酵母菌涂抹在含有葡萄糖的培养基上培养，将可观察到何种现象？（） A、因为子代中没有线粒体，所以无菌落形成 B、因为可以由糖酵解作用而获得部分能量，所以有小菌落形成 C、因为线粒体DNA对真核细胞不重要，故有正常大小的菌落形成 D、因为糖酵解作用是在线粒体中进行，故最多表现一半的菌落 19．糖蛋白普遍存在于细胞膜上，如果将细胞培养在含药品X的培养基中，发现细胞无法制造糖蛋白的糖侧链，则此药品可能作用于蛋白质合成及运输过程的哪种细胞器上？（） A 核糖体 B 线粒体 C内质网 D 溶酶体 20．生长因子通常是指机体不同组织细胞产生的一类 A 多肽类 B 糖脂类 C 糖类 D 脂类 2
华西药学院2009-2010学年上学期分子生物学考题答案 2013年1月22日晚 使用说明：此答案仅供参考，如有谬误，还请见谅！ 一、英文翻译【12*0.5=6分】 1 SNP 单核苷酸多态性 2 Transposon 转座子 3 RNA splicing RNA剪接 4 Attenuator 衰减子 5 determination of DNA sequence DNA序列测定 6 Interrupted gene 断裂基因 7 DDRP DNA指导的DNA聚合酶8 CRP 分解代谢基因活化蛋白 9 site-specific in vitro mutation 体外定向突变10 frameshift mutation 移码突变（这个过时了，不考） 11 translocation 移位12 primase 引物酶 二、名词解释【10*2=20分】 1 Enhancer 增强子：指远离转录起点，决定基因表达的时空特异性，增强启动子转录活力的一段DNA序列。 2 Molecular chaperone 分子伴侣：细胞内能够帮助新生肽链正确折叠和装配组装成为成熟蛋白质的一类蛋白因子，在真核生物和原核生物中广泛存在。 3 semidiscontinous replication 半不连续复制：一条链上的DNA在DNA聚合酶的作用下以5'-3'方向连续合成一条长的DNA链，而另一条另一条链的DNA合成是不连续的，即先合成一段段短的DNA片段，再将这些短片段连成DNA长片段，这样的过程称为半不连续复制 4 supergene family 超基因家族: 来源相同、结构相似，但功能却不尽相同的一大批基因，这一大批基因分属于不同的基因家族，总称为超基因家族 5 promoter 启动子：RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，是RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子 6 mic RNA 干扰mRNA的互补RNA，即反义RNA，通过碱基互补和特定mRNA的SD序列、起始密码子AUG以及它们的上下游的部分核苷酸序列结合，从而抑制mRNA的翻译 7 reverse transcription 逆转录：以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用，通常又叫做RNA指导的DNA合成。 8 stringent response 严紧反应（这个过时了，不考） 9 gRNA（这个过时了，不考） 10 physical map物理图谱:以一段已知的核苷酸序列的DNA为“位标”，以碱基对Mb或Kb 等物理距离为图距的基因组图。 三、填空【60*0.5=30分】 1、RNA生物合成抑制剂有【】、【】、【】三种，其中碱基类似物是属于【】（这个过时了，不考） 2、Southern印迹杂交是鉴别【DNA 】靶分子的杂交，Northern印迹杂交是鉴别【RNA】靶分子的杂交，而Western印迹杂交可以用来分析【蛋白质】 3、端粒的复制依赖【端粒酶】的催化，以【RNA】为模板通过【逆转录】方式来完成 4、RNA聚合酶对转录起始的调控主要是通过【σ亚基替换】来调控，这是因为【σ因子】能够识别DNA分子上的RNA合成的起始信号，不同的【σ因子】会竞争性的与核心酶结合，而且【环境】的变化可以诱导产生特定的【σ因子】，从而开启特定的基因。 5、DNA复制后修复主要有【重组修复】和【SOS修复】两大类，其中【SOS修复】属于差错倾向性修复。 6、根据突变带来的效果，DNA突变可分为【无义突变】、【同义突变】和【错义突变】，