文章编号 ：1004-0374(2010)03-0224-05
细胞凋亡的结构生物学研究进展
施一公
（清华大学生命科学学院，北京 100084）
摘 要：在多细胞生物体内，细胞会发生编程性死亡(即细胞凋亡)，使得细胞数量得到精确调控。细胞凋亡调控的异常与癌症、自身免疫病、神经退行性疾病等疾病密切相关。在过去的二十年里，人们详细地研究了参与细胞凋亡调控的分子机制。该文综述了近年来利用结构生物学手段，对参与细胞凋亡调控的分子，主要是Ca spa se和与Ca spa se活性调控直接相关的蛋白功能的研究进展。
关键词：细胞凋亡；机制；结构生物学；Cas pas e
中图分类号：Q255; Q617 文献标识码：A
Mechanisms of programmed cell death through structural biology
SHI Yi-gong
(College of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Ab stra c t: C e lls und e rg o p ro g ra m m e d c e ll d e a th (a p o p o sis) in a ll m ultic e llula r o rg a nism s. Alte rna tio ns in a p o p to tic p a thw a ys ha ve b e e n im p lic a te d in m a ny typ e s of d ise a se s in hum a n, inc lud ing c a nc e rs, a utoim m une d ise a se s,
a nd ne urod e g e ne ra tive d isord e rs. I n the p a st tw o d e c a d e s, the m ole c ula r m e c ha nism s of a p op tosis ha ve
b e e n
e xte nsive ly stud ie d. I n this p a p e r, a utho r re vie w s the p ro g re ss in the stud ie s o
f m ole c ula r func tions of p rote ins
involve d in a p op tosis re g ula tions, m a inly C a sp a se s a nd C a sp a se-re g ula ting p rote ins, using struc tura l b iolog y
a pproa c he s.
K e y word s: apoptosis; mechanism; structural biology; Caspase
1 细胞凋亡调控机制研究背景
在动物体内，细胞数量需要被精确控制。如果细胞增殖过度，则造成癌症；如果细胞凋亡过度，则可引起神经退行性疾病诸如阿尔茨海默氏症。
细胞凋亡的有关知识，了解得最清楚的就是在秀丽隐杆线虫(C a e norha b d itis e le g a ns，C. e le g a ns)中。人们可以精确描述线虫中1 090个细胞的发育命运和其中的凋亡事件，其中有131个细胞在特定的位置和时间发生编程性死亡，留下成体线虫共959个细胞。在20世纪80~90年代，麻省理工的Ho rvitz研究组进行的遗传学研究表明，有4个基因共同严格控制了线虫中的细胞编程性死亡，它们是e g l-1、c e d-9、c e d-4和c e d-3[1]。c e d-3编码一个半胱氨酸蛋白酶C E D-3，特异性针对天冬氨酸残基，称为C a spa se。与所有的C a spa se一样，CE D-3的
这种活性必须受到调控，它被CE D-4激活，发生自身切割。C E D-4的功能又被C E D-9所抑制，而C E D-9又被E GL-1抑制，这样就形成了一个精确的调控系统。
在哺乳动物细胞中，凋亡的机制更为复杂。有两种被详细研究了的细胞凋亡途径：一条是外源性的途径，由胞外“死亡配体”(de a th l i g a nd)触发“死亡受体”(de a th re c e ptor)，进而通过级联反应激活C a sp a se-8——外源性途径的起始C a sp a se；另一方面，许多细胞凋亡由细胞内部事件，如DNA 损伤等压力而触发(内源性途径)，激活C a sp a se-9。在它们被激活后，Ca spa se-8、-9将激活下游效应C a sp a se，如C a sp a se-3、-7等。下游的这些C a sp a se 被激活，进而最终杀死细胞。
本文主要集中讨论另外一条途径——内源性途
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第3期施一公：细胞凋亡的结构生物学研究进展径的机制，这其中的大部分机制研究都是由德州西南医学中心王晓东完成的。内源性途径指由于DNA 损伤等事件触发，细胞内部的凋亡信号传递到线粒体，这时，通过存在于线粒体外膜上的B CL 家族蛋白，将细胞色素C释放出来。一旦被释放到胞质中，细胞色素C就与一个大的蛋白Apa f-1相互作用，使后者发生构象变化，成为激活的形式，再与辅因子AT P(或dAT P)结合，形成凋亡复合体(Ap op tosom e )。这是一个七聚体，Ac e ha n 等[2]通过电镜的方法报道了它的整体结构。
凋亡复合体的主要功能是招募C a sp a se -9的前体Pro -C a sp a se -9，激活其切割自身的一段序列。值得注意的是，被切下的蛋白片段仍然与Ca spa se -9的其他部分相互结合，这些组分一同构成了凋亡全酶(H oloe nzyme )。相比之下，单独的C a spa se -9的催化活性还不到全酶的1%。全酶的结构也用冷冻电镜的方法进行了解析[2]。凋亡全酶随后招募并切割C a sp a se -3和C a sp a se -7，而这两者随后切割细胞中已知超过100种的底物，并导致细胞凋亡。在哺乳动物细胞中都存在着调控这一过程的一些因子，称为凋亡抑制蛋白(inhib itors of a p op tosis pr otei ns, I APs)。I APs 能够结合起始Ca spa se (C a sp a se -9)和效应型C a spa se (C a sp a se -3、-7)，并由此阻止其酶活性的发挥。人类基因组中存在至少
8个I APs，包括X I AP、c I AP-1、c I AP-2、Survivin 等。在癌症中这些基因的功能都受到影响，因此，这些蛋白可能作为抗癌药物的靶点。I APs 都含有Ba c ulo virus I AP Re p e a t(BI R)结构域，每个I AP 通常含有1~3个BI R 结构域，这些BI R 结构域的功能不尽相同。例如，XI AP 中的BI R3结构域(BI R3)抑制C a sp a se -9，而其BI R2结构域则抑制C a sp a se -3。当然，实际上，I AP 的功能更为复杂，不仅限于此处描述的功能。
当细胞接到凋亡的信号指令时，凋亡全酶一开始并不会对细胞造成影响，而必须将I APs的抑制作用解除，这是通过另一种蛋白——Sm a c (又名Dia b lo )完成的。Sma c平时也存在于线粒体中，在细胞凋亡信号的触发下，线粒体释放出Sma c ，以促进完成凋亡过程。这样，凋亡过程的调控存在两条途径：线粒体释放出的细胞色素C ，参与激活C a sp a se 通路，促进凋亡全酶的组装；而同时线粒体也释放出Sma c ，解除I APs 对C a sp a se的抑制，使细胞走向死亡。
对比一些模式生物(线虫、果蝇和哺乳动物)中的凋亡途径(图1)，发现其整体的调控模式较为保守。图中将功能相似的分子以同样的颜色显示。如：哺乳动物Ap a f-1与线虫C E D-4是功能上的同源物，而C a sp a se -9则与C E D-3
功能上地位相似。以
图1 线虫、果蝇和哺乳动物中的凋亡调控途径
226生命科学第22卷
上提到的这些调控分子作用模式，包括其分子结构，在过去的十年左右时间内，都被较为详细的研究了。
2 哺乳动物细胞凋亡的结构生物学研究
结构生物学能在原子水平的分辨率上研究蛋白质的结构和相互作用的方式，对于定量的、精确的研究生命过程中蛋白质发挥功能的方式有独特的优势。在细胞凋亡机制的研究中，结构生物学也被广泛的应用，并取得了许多重要的进展。
第一个例子是Sm a c蛋白是如何找到I APs并抑制其功能的。Sma c蛋白由295个氨基酸组成，其中N末端55个氨基酸编码一段线粒体定位序列(mitoc hondria-ta rg e ting se que nc e，MT S)，帮助Sm a c定位到线粒体上。成熟的Sm a c蛋白则不包含这一段序列。2000年，施一公实验室解析了Sma c 与XI AP的BI R3结构域的复合物晶体结构[3]。结构显示，成熟Sm a c的N末端四个氨基酸(NH
2
-Ala-Va l-Pro-I le)，结合在XI AP的BI R3结构域上非常保守的一个表面凹槽。考虑到Sma c对于X I AP功能的抑制，则这种结合方式一定发挥了抑制作用。经过比较发现，Ca spa se-9也拥有一个类似的四个氨基酸
组成的序列(NH
2
-Ala-T hr-Pro-Phe)，结合于BI R3结构域上的这个凹槽，结合方式也类似。X I AP通过BI R3结构域结合C a sp a se-9以抑制其活性，而Sm a c 则竞争性占据了这个位点，使C a spa se-9进一步活化C a sp a se-3、-7等。这种模式的发现为以XI AP为靶点的药物设计提供了很重要的提示，在过去十年中，有许多文献都报道了基于四肽类似物小分子的药物设计策略，作为促凋亡的一种抗癌药物，其中一些已进入1、2期临床试验。
第二个例子是I APs是如何结合并抑制C a sp a se-9的活性的。目前，C a spa se家族蛋白的结构大部分已经被解析。C a spa se家族蛋白的整体结构都比较相似，且均为同源二聚体的形式，每个单体由两个亚基p20和p10组成(图2)。仔细比较不同的C a sp a se (Ca spa se-1、-3、-7、-8、-9等)，其活性口袋周围的拓扑结构(由L1、L2、L3和L4四个卷曲组成)都非常的相似，而且该结构的维持需要另外一个分子的残基(即另一个分子的L2'区域 )参与。2003年，施一公实验室解析了C a sp a se-9结合XI AP-BI R3的复合物晶体结构[4]，阐述了X I AP抑制C a sp a se-9活性的分子机制。他们发现，XI AP-BI R3只结合一个单体的Ca spa se-9，而且这种结合的方式阻止了Ca spa se-9形成任何同源二聚体的可能，进而阻止Ca spa se-9形成有活性的形式。
第三个例子是I APs是如何抑制效应C a sp a se(如C a sp a se-3、-7)的活性的。X I AP与C a sp a se-7的复合物晶体结构[5]显示，XI AP的一段不属于BI R结构域的片段结合在C a sp a se-7的活性口袋区域，占据
图2 C a sp a se的整体结构和活性中心的结构
227第3期施一公：细胞凋亡的结构生物学研究进展
了底物所在的位点，而这段片段又不能被C a sp a se-7切割，这样就起到了阻止C a sp a se-7切割其目标底物的效果。
3 线虫细胞凋亡的结构生物学研究
以上讨论的主要是调亡途径的调节机制，而仍有两个重要的问题没有得到回答：一是起始C a sp a se和效应C a sp a se是如何被激活的；二是许多蛋白(包括细胞色素C)是如何从线粒体中被释放出来的：在正常生理条件下，线粒体外膜是不能通透蛋白质或肽段的，而在凋亡信号触发下，线粒体外膜变得对于某些蛋白质具有选择性通透能力。施一公实验室通过结构生物学的方法对以上第一个问题进行了系统的研究。
在之前的研究中，人们已经知道了Ca spa se-9切割Ca spa se-3、-7，能够激活后两者的活性，但并不清楚其原因。施一公实验室解析了未被切割的C a sp a se-7(C a sp a se-7 zym og e n)的晶体结构[6]，发现未被切割时，L2'片段被限制住，不能去稳定二聚体中另一个分子的活性口袋的结构。在被切割后，L2'片段可以摆动到另一个分子上去稳定其活性口袋。
那么起始C a sp a se(如C a sp a se-9)是如何被激活的呢？从结构上看，效应C a sp a se都是以组成型二聚体存在，而起始Ca spa se则不同，在溶液中，它们通常以单体形式存在。一种主流的看法认为，起始C a sp a se的激活需要其二聚化，而这种二聚化则是由距离上的靠近所驱使的。具体来说，Ap a f-1组成一个七聚体，而这7个单体每个又招募一个C a sp a se-9分子，使得C a sp a se-9单体分子在空间上靠近，局部产生很高的浓度，进而形成二聚体而被激活。
但是人们并不清楚为什么需要7个Ap a f-1分子完成这一效应。为了回答这一问题，施一公实验室研究了线虫中细胞凋亡途径中分子的结构和功能。首先他们纯化了E GL-1、C E D-9、C E D-4 (即Ap a f-1同源蛋白)和C E D-3这四个凋亡调控途径中的重要蛋白，这些纯化得到的蛋白可以在体外完成已经发现的线性调控途径中的反应：如果将C E D-4与C E D-3以不同比例混合，随着C E D-4量的增加，C E D-3的自身切割逐渐增多，成为成熟的C a spa se；如果加入不同量的C E D-9，C E D-4的激活效应又会不断被抑制；而在此基础上加入E GL-1，又能抑制C E D-9的效应。即这四个纯化的蛋白在体外都是有活性的，而且在体外能够完全重现这四个蛋白在体内的功能，并不需要别的蛋白辅助[7]。
在此基础上，他们首先研究了C ED-9是如何抑制C ED-4对C ED-3的激活效应。他们解析了C ED-9与C E D-4的复合物晶体结构[7]。晶体结构显示，两个C ED-4分子形成一个不对称的二聚体，与一个C ED-9分子形成复合物。每一个C E D-4分子又分别结合一个AT P和Mg2+。根据这个结构，可以对C ED-9抑制C E D-4功能的机制做两种假设：一是C E D-4本身具有AT Pa se活性，而C E D-9抑制了它的AT Pa se活性。不过经实验检验，第一种假设不太可能成立，因为C E D-4虽然结合AT P和Mg2+，却不能检测到任何AT Pa se活性。第二种假设是C E D-9将C E D-4限制在一种非活性的构象而不能发挥功能。经过凝胶过滤层析分析发现，C E D-4自身在溶液中的相对分子质量要大于C ED-9/C ED-4复合物，提示C ED-4本身具有与复合物中不一样的结构组成方式。用冷冻电镜(C ryo-E M)方法分析自由的C E D-4结构发现它是一种具有四重对称的结构，可能是一个四聚体，而C E D-9结合C E D-4后，阻止其形成四聚体，进而抑制其功能。为了验证这一假设，他们将两个C ED-4分子的接触面上参与相互作用的残基进行了突变，这样处理后的C E D-4丧失了对C E D-3的激活效应，证实了C E D-9对C E D-4效应的抑制是通过限制其形成多聚体的方式达到的。
随后他们研究了E GL-1是如何拮抗C E D-9对C ED-4的抑制效应的。他们解析了C ED-9结合EG L-1的一段片段的复合物的晶体结构[8]，在结构中EGL-1的片段形成一个α-螺旋插入到C E D-9表面的一个凹槽中，这个凹槽处于C E D-9分子结合C E D-4的位点的另一侧。将这个结构中的C E D-9的结构与C E D-9/CE D-4复合物中CE D-9的结构进行比较发现，C E D-9在结合E GL-1时发生了明显的构象变化，而这一构象变化使得参与C E D-9/C E D-4相互作用的重要残基偏离了其原有的位置，进而阻止了C E D-9与C E D-4进行结合。通过等热滴定检测(iso the rm a l ti-tra tio n c a lo rim e try，I T C)发现E GL-1结合C E D-9的亲和力要明显强于C E D-9与C E D-4的亲和力。这样，E GL-1的出现会驱使C E D-9离开C E D-4，从而使得C E D-4可以发挥其激活C E D-3的效应。
最新的进展则是对C E D-4激活C E D-3的机制的研究。施一公实验室首先从结构出发，解析了C E D-4自身的结构，发现其实C E D-4是以四个二聚体，即八聚体的形式存在的，分子中心有一个空
228生命科学第22卷
洞，形成一个漏斗形的分子。不对称二聚体是C E D-4组成的基本单位。从结构上看，C E D-4分子可以分为“三层”，第一层由CARD结构域组成，形成了漏斗结构的小口端；第二层和第三层则在此基础上堆积形成了具有四重对称轴的结构。
对比C E D-4和其功能上地位相似的Ap a f-1的结构发现，虽然C E D-4的单体和Ap a f-1单体(处于自抑制状态)整体结构上差别较大，但组成两者的各个结构域自身却具有相似的结构：包括α/β折叠、HD1结构域、C ARD结构域和WHD结构域。由于这些结构域结构上的高度相似性，可以从C E D-4的晶体结构出发，结合Ap a f-1的各个结构域的结构和电镜结构，模拟出Ap a f-1组成的调亡复合体的整体结构模型。这一模型与之前人们所认可的模型有明显的差异，即Ap a f-1分子是由其α/β折叠区域相互作用，形成一个七聚体，而不是之前认为的C ARD 结构域。尽管这一模型仍有待进一步确认，但初步的凝胶过滤层析实验说明这一模型是合理的。
那么C E D-4是如何激活C E D-3的。施一公实验室首先通过体外实验确认了C E D-4能在体外促进C E D-3 zym o g e n的自身切割活性，说明C E D-4能够促进CE D-3分子之间的相互作用。而且，使用纯化得到成熟的C ED-3进行同样的检测，则发现C ED-4同样能促进成熟的C E D-3对肽段底物的活性，这提示在C E D-3 zym o g e n被C E D-4激活、自身切割后，很可能仍然与C E D-4结合。通过凝胶过滤层析分析发现成熟的C E D-3确实也能与C E D-4形成复合物，经过将SDS-PAGE电泳条带进一步进行毛细管电泳分析，发现C E D-4与C E D-3形成复合物时的摩尔比为4:1，即8个C E D-4分子结合2个C E D-3分子。通过I T C的方法也确认了C E D-4的八聚体确实能与CE D-3的二聚体发生1:1的相互作用。而在没有C E D-4存在的情况下，通常C E D-3是以单体形式存在的。C E D-4很可能通过结合2个C E D-3，促进其形成二聚体。
通过截去CE D-3的不同部分的片段，发现C E D-3的L2'区域对于其结合C E D-4是必需的，而且将C E D-3的L2'区域构建到C a sp a se-9的相应部位，C a sp a se-9便也能响应C E D-4的激活了，说明C E D-3的L2'对于响应C E D-4的激活是极其关键的。同时施一公实验室也尝试解析C E D-3/C E D-4复合物的晶体结构，也得到了复合物的晶体，晶体的SDS-PAGE结果也显示两个蛋白都存在于晶体中，但在结构中并不能看到C E D-3，但能推测C E D-3的结合部位。通过冷冻电镜的分析，确实能发现在C E D-4结构的中央孔位置有C E D-3分子结合。总结起来，C E D-4形成多聚体形式，其结构中央部分可以结合2个分子的C E D-3，使后者由于距离上的接近而产生二聚化，进而激活其活性。
通过以上的这些研究，人们清楚地了解到多细胞生物中参与细胞凋亡调节的蛋白质分子发挥功能的方式，进而可以帮助人们进一步深入研究细胞凋亡的其他调控机制，并可基于结构开展以特异性蛋白分子为靶标的药物设计，为人类健康做出贡献。
[参 考 文 献]
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(中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所 孙兵法 编译)
细胞凋亡及相关因素的研究进展 论文摘要：细胞凋亡(Apoptosis)是一种生理性死亡Physiogicalcell death，PCD)，是细胞对内外信息刺激的 应答反应，[1]它与细胞的生长、分化一样．属于最基本的 细胞学事件或过程．它决定着生物体的基本特征和转归．是胚胎发生和个体发育中清除细胞以维持细胞数目正常的调 节机制。 [2]当组织细胞发生异常调亡时，即可引起疾病的发生。一般来讲．凋亡过多会引起退行性变或早衰，调亡过少．易诱发肿瘤。[3] 因此，细胞凋亡近年来引起生命科学研究领域的广泛关注。本文仅就细胞调亡的概念及相关因素作一简要的概述。 【Summary】 Apoptosis is a kind of Physiogicalcell death and a reaction of cells to around informations stimulate .[1] It is same as cells’ growth and differentiation which belong to the basic cell subject’s incident or process.it decide living things’essential character- Istics ,and used to clear away cells to keep it rgular number’s regulation mechanism in the procees of embryo occur and individual growth.[2]there will couse ill- Ness when the organization cells come into being particularly apoptosis .Generally speaking ,more cell
【摘要】细胞凋亡是当前生物学领域中研究的最新课题之一。细胞凋亡是个体发育过程中由一系列蛋白调控的细胞主动死亡过程，在保证多细胞生物健康生存的过程中扮演着关键角色，对个体的正常发育具有重要作用。它在多细胞生物的组织分化、器官发育、机体稳态的维持中有着重要意义。其中bcl-2家族、caspase 家族、p53蛋白、survivin蛋白都是重要的凋亡调节因子，在细胞凋亡中相互联系，相互作用，从而调控细胞凋亡．本文探讨了bcl-2家族、caspase家族、p53蛋白、survivin蛋白对细胞凋亡的调控机制。 【关键词】细胞凋亡、 bcl一2家族、caspase家族、p53 蛋白、survivin 蛋白 引言 细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。细胞凋亡是多蛋白严格控制的过程，随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了较为深入的认识，但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。而凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。细胞凋亡是一个主动过程，它涉及一系列蛋白的激活、表达以及调控等的作用。其中caspase家族蛋白、Bcl-2家族蛋白和p53蛋白、survivin等在凋亡的信号转导中扮演着重要角色。 一、caspase家族蛋白 1.1 caspase家族蛋白介绍 caspase是半胱氨酸基天冬氨酸一特异性蛋白酶(cystei-nyl aspartate specific proteinase)即半胱氨酸天冬氨酸酶的缩写。Caspase半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)家族，也称为ICE/CED-3家族，是美丽线虫(Caenorhabditis elegans)死亡基因CED-3的同源物。这类蛋白酶与细胞凋亡形态学特征变化(如细胞膜空泡形成、核膜破裂、染色质聚集和边聚及DNA断裂等)以及一些生化改变关系密切。它们是一组存在于胞浆中的半胱氨酸蛋白酶，其共同特点是特异性断开天冬氨酸残基后的肽键。到目前为止，在小鼠和人类中，已经发现caspase家族至少有14个成员。细胞中合成的caspase以无活性的酶原状态存在，经活化后方能执行其功能。 1.2 Caspase分类 Caspase分为三大类：凋亡启动因子(apoptotic initiators)、凋亡执行因子(apoptotic executioners)和炎症介导因子(inflammatory mediators)，构成了级联放大效应。凋亡启动因子在级联反应的上游，包括Caspase-2、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10等,能在其它蛋白辅助下发生自我活化并识别和激活下游的Caspase。如Caspase-8几乎能激活所有凋亡级联反应下游的Caspase而诱发凋亡。凋亡执行因子在级联反应的下游，包括Caspase-3、Caspase-6和Caspase-7等，作用于其特异性底物并导致细胞凋亡。如Caspase-3，是Caspase家族中的最重要的凋亡执行者之一，是细胞凋亡过程中的主要效应因子。它的活化是凋亡进入不可逆阶段的标志。炎症介导因子包括
关于化学生物学研究前沿进展的综述 姓名：陶宗学号：16010601001 导师：王海华教授 摘要 作为化学领域的一门新兴二级学科，化学生物学已经成为具有举足轻重作用的交叉研究领域，是推动未来生命和化学学科发展的重要动力。本文对近几年来我国化学生物学领域取得的突出进展加以归纳和介绍: (1)基于小分子化合物及探针的研究。利用有机化学手段，通过设计合成一系列多样化的小分子化合物，以这些探针为工具深入开展了细胞生理、病理活动的调控机制、细胞关键信号转导通路及重要靶标、抑制剂和标记物的发现、基于金属催化剂的活细胞生物分子激活等方面的研究；(2)以化学生物学技术为手段，着重发展了针对蛋白质、核酸和糖等生物大分子的合成、特异标记与操纵方法，用以揭示这些生物大分子所参与的生命活动的调控机制；(3)采用信号传导过程研究与靶标发现相结合，以实现“从功能基因到药物”的药物研发模式，发展了药物靶标功能确证与化合物筛选的联合研究策略；(4)以化学分析为手段，发展了在分子水平、细胞水平或活体动物水平上，获取生物学信息的新方法和新技术。这些研究成果极大地推动了我国化学生物学的进步。 关键词：化学生物学; 小分子探针; 生物大分子标记; 信号转导; 药物靶标 近年来，化学生物学已经成为具有举足轻重作用的一门新兴交叉学科，是推动未来生命科学和生物医药发展的关键研究领域。通过充分发挥化学和生物学、医学交叉的优势，化学生物学的研究具有重要的科学意义和应用前景，能够深入揭示生物学新规律，促进新药、新靶标和新的药物作用机制的发现，造福于人类的健康事业，推动社会经济发展。 在化学生物学的发展过程中，相继出现了如组合化学、高通量筛选技术、分子进化等一系列新技术和新方法，为化学与生物学、医学交叉领域的研究注入了新的内涵和驱动力。近年来，化学生物学家以小分子探针为主要工具，对细胞生命现象，尤其是细胞信号转导过程中的重要分子事件和机理进行了深入的研究。与此同时，化学生物学在与包括生物化学、分子生物学、结构生物学、细胞生物学等领域的交叉合作越发深入，研究优势越发明显，这也推动了化学、医学、药学、材料科学和生物学科相关前沿的探索研究。以下对近两年来我国化学生物学领域取得的突出进展进行大致的归纳和介绍。 1 基于小分子化合物及探针的研究
现代生物学进展资料 近代生物学发展的三个阶段： 一)、描述性生物学阶段： 19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位，为研究生物的结构、生理、生殖和发育等奠定了基础。1859年，英国生物学家达尔文，出版了《物种起源》一书,科学地阐述了以自然选择学说为中心的生物进化理论,这是人类对生物界认识的伟大成就，给神创论和物种不变论以沉重的打击，在推动现代生物学的发展方面起了巨大作用。 二）、实验生物学阶段。 19世纪中后期，自然科学在物理学的带动下取得了较大的成就。物理和化学的实验方法和研究成果也逐渐引进到生物科学的研究领域。到1900年，随着孟德尔发现的遗传定律被重新提出，生物学迈进到第二阶段—实验生物学阶段。在这个阶段中，生物学家更多地用实验手段和理化技术来考察生命过程，由于生物化学、细胞遗传学等分支学科不断涌现，使生物科学研究逐渐集中到分析生命活动的基本规律上来。 三）、分子生物学阶段： 20世纪30年代以来，生物科学研究的主要目标是生物大分子——蛋白质和核酸上。 1944年，美国生物学家艾弗里用细菌作实验，第一次证明了DNA是遗传物质。 1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克共同提出了DNA分子双螺旋结构模型，这是20世纪生物科学最伟大的成就，标志着生物科学的发展进入了一个新阶段——-分子生物学阶段。 21世纪生命科学的研究进展和发展趋势 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。很多科学家认为，在未来的自然科学中，生命科学将要成为带头学科，甚至预言21世纪是生物学世纪，虽然目前对这些论断还有不同看法，但勿庸置疑，在21世纪生命科学将继续蓬勃发展，生命科学对自然科学所起的巨大推动作用，决不亚于19世纪与20世纪上半叶的物理学。假如过去生命科学曾得益于引入物理学、化学和数学等学科的概念、方法与技术而得到长足的发展，那么，未来生命科学将以特有的方式向自然科学的其他学科进行积极的反馈与回报。当21世纪来临的时候，一些有远见的科学家、思想家与政治家将日益严重的诸多人类社会问题，如人口、地球
浅析澳洲苷蔗蟾蜍入侵及其启示 课程名称：生物学进展 姓名：戚德涛 学号： 2201150219 班级：临床医学（五年制）二班
浅析澳洲苷蔗蟾蜍入侵及其启示 临床医学五年制二班 2201150219 戚德涛 摘要:随着人类社会的发展，各个大陆、国家之间的交流日益丰富，然而伴随着人们的各种生活、生产活动，很多“多动”的动植物也都搭上了顺风车，进行了漫长而又辉煌的“迁徙之旅”，这就是生物入侵。人们后来才意识到自己将为自己的行为付出代价，经济损失、环境破坏，对抗还是接纳生物入侵这一事件也许还未可知。 1、生物入侵的方式 1.1有意引入 福寿螺、克氏原螯虾、牛蛙或水葫芦等是人们出于观赏、养殖有意引入的，在野外放养或弃养后任其自生自灭，最后在野外形成自然种群对动物区系中的土著种造成一定危害，并对当地农业经济造成一定影响[1]。 1.2无意引入 像植物还可能由邻近地域借助河流、风力等方式自然扩散或随交通工具传播进入、随植物引种进入、国际上商品交易或压舱水由于检查不严格随商品带入并发展为野生等方式，动物则多是依附于植物而进入外地。 1.3甘蔗蟾蜍入侵起始 1935年澳大利亚价值不菲的糖类作物，即将被贪婪的蔗糖甲虫破坏殆尽，政府想尽办法，希望能阻止这场由本土蔗糖甲虫引发的噩梦。科学家们不负众望，很快就找到了答案——那就是中美洲的苷蔗蟾蜍。苷蔗蟾蜍在原产地就以甲虫为食。这个由外来物种抑制本土害虫的办法听上去既廉价又有效，获得了人们的一致赞同。同一年科学界们引进了102只苷蔗蟾蜍，进行大范围试验。一开始，澳大利亚人像欢迎救世主一样欢迎这些蟾蜍，不幸的是，这些蟾蜍却另有打算，它们放过那些极难捕捉的蔗糖甲虫，却开始大肆捕食田野中数量庞大的其他昆虫，试验结果错得可怕。失望透顶的科学家们，只得使用杀虫剂来解决甲虫问题。终于获得成功的他们，彻底忘记了失败的蟾蜍试验。然而这些被遗忘的外来物种是不会自行离开的。于是，一场新的噩梦开始了。苷蔗蟾蜍的繁殖能力远远超出了科学家们的想象。甘蔗蟾蜍的繁殖是爆发式的，远远超过了他们在中美洲的繁殖速度，几年时间。原先的102只蟾蜍，十分轻易地变成了数百万只。一场新的战争，开始了... 2、生物入侵的危害 2.1对动植物健康的危害 生物入侵还对人类健康甚至生命产生严重危害并影响国际贸易。一些重大人畜疾(疫)病，给人类健康和社会稳定带来威胁与恐慌，成为影响国际贸易的技术壁垒之一。时下，“疯牛病”、“口蹄疫”、“西尼罗河脑炎”、“猪霍乱”、“鸡流感”等动物疾病的传播均称为“生物入侵”，其特点是不受时间和国界限制可以传播到世界各地，传染给其它生物。大多数传染性的疾病本身在其主要分布区域里都是人类传播的生物入侵者，如天花。另外引入种亦可作为疾病的载体，
1.简述G蛋白偶联受体所介导的信号通路的异同G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类： ①激活离子通道；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP 为第二信使；③激活磷脂酶C ，以IP3 和DAG 作为双信使 激活离子通道： 当受体与配体结合被激活后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调控跨膜离子通道的开启和关闭，进而调节靶细胞的活性。 激活或抑制腺苷酸环化酸的cAMP信号通路： 细胞外信号（激素，第一信使）与相应G蛋白偶联的受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。腺苷环化酶调节胞内cAMP的水平，cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。 cAMP信号通路主要是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A (PKA) ，激活靶酶开启基因表达，从而表现出不同的效应。蛋白激酶A 由2个催化亚基和2个调节亚基组成，cAMP的结合可改变调节亚基的构象，释放催化亚基产生活性。 蛋白激酶A被激活后，一方面通过对底物蛋白的磷酸化，引起细胞对胞外信号的快速反应；另一方面，其催化亚基可进入细胞核，磷酸化cAMP应答元件结合蛋白 (CREB) 的丝氨酸残基。磷酸化的CREB蛋白被激活，它作为基因转录的调节蛋白识别并结合到靶细胞的cAMP应答元件 (CRE) 启动靶基因的转录，引起细胞缓慢的应答反应。 cAMP信号通路中的缓慢反应过程：激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP→ cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。 cAMP是由腺苷酸环化酶 (adenylyl cyclase，AC) 催化合成的，腺苷酸环化酶为跨膜12次的糖蛋白，在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP；细胞内的环腺苷酸磷酸二酯酶 (PDE) 可降解cAMP生成5’-AMP，导致细胞内cAMP水平
结构生物学 李国富 教学目的：使学生了解结构生物学的内容和目标，熟悉结构生物学的基本概念、原理和方法。 什么是结构生物学：结构决定分子的性质，对生物大分子而言，就是结构决定了生物大分子的功能。无论生命现象在从细胞到个体的各个层次上如何具体（宏观）表现，在其背后都有一个分子层次（微观）上的机制—分子间的相互作用；而分子结构，尤其是生物大分子的结构是阐释各种具体相互作用的基础。因此，所谓结构生物学，从概念应有的本义来看，就是以生物大分子以及超分子复合物的结构为基础，解释生命现象的科学。这个定义包含一个前提条件—生物大分子、超分子复合物的结构以及它们在相互作用过程中的结构变化是已知的，和一个目标—用分子结构和结构的动态变化解释生命现象。前体条件要求结构生物学必然包含获取结构和跟踪结构动态变化的技术和方法：包括理论上运用物理、化学的相关原理来计算和模拟分子结构及其动态变化，以及利用物理、化学的相关实验技术来测定和跟踪分子结构及其动态变化，这些内容可以称为结构生物学的方法学。结构生物学的目标当然是归纳、分类和总结方法学的成果，对相关生命现象提供机理性解释，这些内容可以称为结构生物学的解释学。方法学和解释学之和构成了广义上的结构生物学，涉及数学、物理、化学、生物学的相关知识并相互交织。解释学的内容事实上已经在生物化学、分子生物学、细胞生物学等涉及分子机理的内容中分散出现，在有限的教学时间里，这些内容一般不在结构生物中出现或较少涉及。另外，方法学理论部分的成熟度和能解决的问题还有限，并且已包含在计算生物学、生物信息学等学科内，一般也不在结构生物中出现。所以，结构生物学从其作为一个学科诞生到走进课堂，已经历史地形成了它的习惯性内容，或者说一般提及的结构生物学主要是指方法学中的实验技术部分，这可以认为是狭义上的结构生物学。 教学内容：受学时、成熟度以及重要性的限制，本课程的教学内容也不可能包含与结构研究有关的所有实验技术，仅介绍X射线晶体衍射、核磁共振、电镜以及某些光谱学技术应用于生物大分子结构研究的基本原理和方法，主要内容如下。 一、X射线晶体学 1、晶体形成的原理和条件 2、晶体生长的基本方法 3、晶体的微观几何结构 4、物理基础—衍射与物质结构的关系 5、数学工具—傅里叶变换 6、晶体衍射的表示—结构因子
分子生物学主要研究内容 1. 核酸的分子生物学。 核酸的分子生物学研究 核酸的结构及其功能。由于 核酸的主要作用是携带和传 递遗传信息，因此分子遗传 学是其主要组成部分。由于 50年代以来的迅速发展，该 领域已形成了比较完整的理 论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。遗传信息传递的中心法则是其理论体系的核心。 2. 蛋白质的分子生物学。 蛋白质的分子生物学研究执行各种生命功能的主要大分子──蛋白质的结构与功能。尽管人类对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难度较大，与核酸分子生物学相比发展较慢。近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对其基本规律的认识尚缺乏突破性的进展。 3.细胞信号转导的分子生物学。 细胞信号转导的分子生物学研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。构成生物体的每一个细胞的分裂与分化及其它各种功能的完成均依赖于外界环境所赋予的各种指示信号。在这些外源信号的刺激下，细胞可以将这些信号转变为一系列的生物化学变化，例如蛋白质构象的转变、蛋白质分子的磷酸化以及蛋白与蛋白相互作用的变化等，从而使其增殖、分化及分泌状态等发生改变以适应内外环境的需要。信号转导研究的目标是阐明这些变化的分子机理，明确每一种信号转导与传递的途径及参与该途径的所有分子的作用和调节方式以及认识各种途径间的网络控制系统。信号转导机理的研究在理论和技术方面与上述核酸及蛋白质分子有着紧密的联系，是当前分子生物学发展最迅速的领域之一。 4.癌基因与抑癌基因、肽类生长因子、细胞周期及其调控的分子机理等。 从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献。
一、细胞内膜泡运输的概况、类型及其主要功能 膜泡运输是蛋白质分选的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装，还涉及多种不同的膜泡靶向运输及其复杂的调控过程。主要分为一下三种类型： COPⅠ包被小泡：负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。 COPⅡ衣被小泡：介导内质网到高尔基体的物质运输。 网格蛋白衣被小泡：介导质膜→胞内体、高尔基体→胞内体、高尔基体→溶酶体、植物液泡的物质运输 二、试述物质跨膜的种类及其特点 主要有三种途径： （一）被动运输： 指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。 1、简单扩散：也叫自由扩散（free diffusion）。特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； ②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。 2、促进扩散：特点：①比自由扩散转运速率高；②运输速率同物质浓度成非线性关系； ③特异性；④饱和性。 （二）主动运输: 是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高的一侧进行跨膜转运的方式。 主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③都有载体蛋白。（三）吞排作用 真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。 三、试述Na+—K+泵的工作原理 Na+—K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出3个Na+，转进2个K+。 四、试述胞间通信的主要类型 1）、细胞间隙连接 细胞间隙连接：是一种细胞间的直接通讯方式。两个相邻的细胞以连接子相联系。连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。 2）、膜表面分子接触通讯 是指细胞通过其表面信号分子（受体）与另一细胞表面的信号分子（配体）选择性地相互作用，最终产生细胞应答的过程，即细胞识别。 3）、化学通讯 细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能，这种通讯方式称为化学通讯。根据化学信号分子可以作用的距离范围，可分为以下3类：内分泌、旁分泌、自分泌
蛋白质科学进展与展望—— 1.结构生物学定义 以生物大分子三维结构测定为主要手段、以生物大分子结构与功能研究为内容、以探讨和阐明生物学各前沿领域中分子作用机制和原理为目的一门的学科。 2.结构生物学中常用的技术 X射线衍射、核磁共振、（冷冻）电镜、理论建模、电子衍射、光线衍射、中子衍射等，各种技术互相补充互相促进，目前 X射线衍射技术仍是最常用的解析生物大分子三维结构的技术。以下总结一下前三种技术的优缺点： ⑴X射线衍射技术 优点：所能测定的生物大分子分子量范围较宽，可以从1k D a以下到400k D a甚至更大，而且技术的成熟度比较高、应用成本较低廉。 缺点：需要制备出适合于X射线衍射的蛋白晶体。 ⑵溶液核磁共振技术 优点：不需要预先制备晶体，动态的溶液结构，更接近于生理状态。 缺点：N M R技术只适用于分子量<30k D a的可溶性蛋白，且需同位素标记，成本较高；数据收集和处理需要几个星期，需要样品在采集数据期间能够保持足够的稳定性。 ⑶冷冻电镜技术 优点：适合测定分子量较大的生物大分子的复合体，例如病毒、膜蛋白的复合体等。缺点：分辨率较低，方法还有待发展，不过近年来发展迅速（原始数据质量提高，可直接检测电子信号而减少光电转化导致的数据分辨率降低）。 3.利用X射线衍射技术解析蛋白三维结构的一般流程。 ⑴制备蛋白样品 选择合适的载体与表达系统，优化纯化步骤得到高纯度的蛋白，再浓缩至足够的浓度得到待结晶的蛋白样品。 ⑵制备蛋白结晶（详见补充材料） 通过不断优化结晶条件直至生长出质量较高的蛋白晶体（从盐种类及浓度、p H值、P E G 种类及浓度等方面进行优化，目前还有商业化的k i t可以辅助结晶） ⑶数据采集及分析 利用X射线进行晶体衍射，得到一系列衍射图谱，经特殊软件处理后获得丢失的相位信息，最终得到电子密度图而获得目的蛋白的初始三维结构模型，再经过多轮修正和
细胞凋亡的研究进展 姓名：郝先行 学号：10000821 学院：通达学院
摘要：细胞凋亡(apoptosis)是机体正常细胞在受到生理和病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程,是一个主动、高度有序、基因控制及一系列酶参与的过程。细胞凋亡在保证多细胞生物健康生存过程中扮演着关键角色,对个体的正常发育具有重要作用。机体在产生新生细胞的同时,衰老和突变的细胞通过凋亡机制而被清除,使器官和组织得以正常地发育和代谢。细胞凋亡发生异常会导致疾病的发生,如肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等。本文概述了细胞凋亡的特征、分子机理、2条主要信号途径、检测方法、生物学意义及与疾病的关系。 关键词：细胞凋亡；分子机理；信号通路；检测方法；疾病 参考文献： 1.潘耀谦高丰.细胞凋亡与细胞坏死比较的研究进展[J].动物医学进展，2000，21(4)：5-8. 2.唐兆新高洪.细胞凋亡的生化特征和生物学意义[J].动物医学进展，1998，19(4)：1- 3. 3.高利波高洪.细胞凋亡与疾病防治[J].动物医学进展，2001，22(2)：37-38. 4.宋建领王金萍等.细胞凋亡的研究近况[J].云南畜牧兽医，2003(1)：5-7. 5.Kerr J FR., Winterford CM, Harmon BV. Apoptosis Its significance in cancer and cancer therapy[J]. Cancer ,1994 ,73 :2013～202 6. 6.Vaux DL. . Apoptosis timeline[J]. Cell Death Differ ,2002 ,9 :349～354. 7.杨宇泽师如意谷传慧.细胞凋亡的特征、检测方法及生物学意义[J].上海畜牧兽医通讯，2008(5)：67-67.
生物信息学发展概况及研究进展 韩龙生物化学与分子生物学2010200531 1 概述 生物信息学是在生命科学、计算机科学和数学的基础上逐步发展而形成的一门新兴的边缘学科，它以核酸和蛋白质为主要研究对象，以数学、计算机科学为主要研究手段，对生物学实验数据进行获取、加工、存储、检索与分析，从而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的[1]。 生物信息学的发展大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代。目前，它的主要研究内容已经从对DNA和蛋白质序列比较、编码区分析、分子进化转移到大规模的数据整合、可视化，转移到比较基因组学、代谢网络分析、基因表达谱网络分析、蛋白质技术数据分析处理、蛋白质结构与功能分析以及药物靶点筛选等[1]。在后基因组时代的今天，生物信息学已经成为目前极其热门的系统生物学研究的重要手段。 利用各种功能的软件系统平台，目前生物信息学方法主要通过序列比对与分析、功能基因组与基因表达数据的分析、蛋白质结构预测以及基于结构的药物设计等方面应用于各个生命科学研究领域。 1.1序列比对与分析 序列比对是生物信息学的基础，是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包——BLAST和FASTA；两个以上序列的多重序列是生物信息学中尚未解决的一个NP完全的组合优化问题，是目前研究的热点[2]。比较经典的算法有SAGA算法[3]、CLUSTAL算法以及隐马尔可夫模型（Hidden Markov Models，HMM）多重序列比对算法，另外，如Notredame等[4]开发的T-Coffee算法、Timo等[5]设计的Kalign算法、张琎等[6]设计的基于GC-GM多序列比对穷举遗传算法，是通过穷举某个特定范围内的所有序列的长度取值，来确定最终最佳比对长度的一种多序列比对算法。这些算法已应用于各种多序列比对软件，并在应用中不断得到优化。 1.2 功能基因组学 在后基因时代的今天，基因组学的研究已从结构基因组学（Structural genomics）转向功能基因组学（Functional genomics）[1] 。功能基因组的任务是进行基因组功能注释（Genome annotation），了解基因功能、认识基因与疾病的关系、掌握基因的产物及其在生命活动中的作用。基因的时空差异表达是功能基因组学研究的理论基础。
第十二章细胞增殖与细胞周期 一、单项选择题1．细胞周期中，决定一个细胞是分化还是增殖的控制点（R 点）位于 A. G1期末 B. G2期末 C. M期末 D.高尔基复合体期术 E. S期 2．细胞分裂后期开始的标志是 A. 核仁消失 B.核膜消失 C.染色体排列成赤道板 D.染色体复制E着丝粒区分裂，姐妹染色单体开始分离 3 .细胞周期中，DNA合成是在 A. G1 期 B. S期 C. G2 期 D. M 期E GO 期 4．有丝分裂中，染色质浓缩，核仁、核膜消失等事件发生在 A.前期 B.中期 C.后期 D.末期 E.以上都不是 5．细胞周期中，对各种刺激最为敏感的时期是 A. GO 期 B. G1 期 C. G2 期 D. S期 E. M 期 6．组蛋白的合成是在细胞周期的 A. S期 B. G1 期 C. G2 期 D. M 期E GO 期 7 下列哪种关于有丝分裂的叙述不正确 A.在前期染色体开始形成 B.前期比中期或后期都长 C. 染色体完全到达两极便进入后期 D.中期染色体最粗短 E 当染色体移向两极时，着丝点首先到达 8 着丝粒分离至染色单体到达两极是有丝分裂的 A .前期B.中期 C.后期D.末期E.胞质分裂期 9 细胞增殖周期是指下列哪一阶段 A.细胞从前一次分裂开始到下一次分裂开始为止 B 细胞从这一次分裂开始到分裂结束为止 C 绌胞从这一次分裂结束到下一次分裂开始为止 D. 细胞从前一次分裂开始到下一次分裂结束为止 E 细胞从前一次分裂结束到下一次分裂结束为止 10. 细胞周期中，遗传物质的复制规律是 A.异染色质先复制 B.常染色质先复制 C 异染色质大量复制，常染色质较少复制 D. 常染色质大量复制，异染色质较少复制 E 常染色质和异染色质同时复制 11. 真核生物体细胞增殖的主要方式是 A.有丝分裂 B.减数分裂 C.无丝分裂 D.有丝分裂和减数分裂 E.无丝分裂和减数分裂 12. 从细胞增殖角度看，不再增殖细胞称为 A. G1A态细胞 B. G1B态细胞 C. G1期细胞 D. G2期细胞 E. G0期细胞 13. 在细胞周期中，哪一时期最适合研究染色体的形态结构 A.间期 B.前期 C.中期D后期E.末期 14. 细胞周期的顺序是 A. M期、G1期、S期、G2期B . M期、G1期、G2期、S期 C. G1期、G2期、S期、M期 D. G1期、S期、M期、G2期
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-
文章编号 ：1004-0374(2010)03-0224-05 细胞凋亡的结构生物学研究进展 施一公 （清华大学生命科学学院，北京 100084） 摘 要：在多细胞生物体内，细胞会发生编程性死亡(即细胞凋亡)，使得细胞数量得到精确调控。细胞凋亡调控的异常与癌症、自身免疫病、神经退行性疾病等疾病密切相关。在过去的二十年里，人们详细地研究了参与细胞凋亡调控的分子机制。该文综述了近年来利用结构生物学手段，对参与细胞凋亡调控的分子，主要是Ca spa se和与Ca spa se活性调控直接相关的蛋白功能的研究进展。 关键词：细胞凋亡；机制；结构生物学；Cas pas e 中图分类号：Q255; Q617 文献标识码：A Mechanisms of programmed cell death through structural biology SHI Yi-gong (College of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Ab stra c t: C e lls und e rg o p ro g ra m m e d c e ll d e a th (a p o p o sis) in a ll m ultic e llula r o rg a nism s. Alte rna tio ns in a p o p to tic p a thw a ys ha ve b e e n im p lic a te d in m a ny typ e s of d ise a se s in hum a n, inc lud ing c a nc e rs, a utoim m une d ise a se s, a nd ne urod e g e ne ra tive d isord e rs. I n the p a st tw o d e c a d e s, the m ole c ula r m e c ha nism s of a p op tosis ha ve b e e n e xte nsive ly stud ie d. I n this p a p e r, a utho r re vie w s the p ro g re ss in the stud ie s o f m ole c ula r func tions of p rote ins involve d in a p op tosis re g ula tions, m a inly C a sp a se s a nd C a sp a se-re g ula ting p rote ins, using struc tura l b iolog y a pproa c he s. K e y word s: apoptosis; mechanism; structural biology; Caspase 1 细胞凋亡调控机制研究背景 在动物体内，细胞数量需要被精确控制。如果细胞增殖过度，则造成癌症；如果细胞凋亡过度，则可引起神经退行性疾病诸如阿尔茨海默氏症。 细胞凋亡的有关知识，了解得最清楚的就是在秀丽隐杆线虫(C a e norha b d itis e le g a ns，C. e le g a ns)中。人们可以精确描述线虫中1 090个细胞的发育命运和其中的凋亡事件，其中有131个细胞在特定的位置和时间发生编程性死亡，留下成体线虫共959个细胞。在20世纪80~90年代，麻省理工的Ho rvitz研究组进行的遗传学研究表明，有4个基因共同严格控制了线虫中的细胞编程性死亡，它们是e g l-1、c e d-9、c e d-4和c e d-3[1]。c e d-3编码一个半胱氨酸蛋白酶C E D-3，特异性针对天冬氨酸残基，称为C a spa se。与所有的C a spa se一样，CE D-3的 这种活性必须受到调控，它被CE D-4激活，发生自身切割。C E D-4的功能又被C E D-9所抑制，而C E D-9又被E GL-1抑制，这样就形成了一个精确的调控系统。 在哺乳动物细胞中，凋亡的机制更为复杂。有两种被详细研究了的细胞凋亡途径：一条是外源性的途径，由胞外“死亡配体”(de a th l i g a nd)触发“死亡受体”(de a th re c e ptor)，进而通过级联反应激活C a sp a se-8——外源性途径的起始C a sp a se；另一方面，许多细胞凋亡由细胞内部事件，如DNA 损伤等压力而触发(内源性途径)，激活C a sp a se-9。在它们被激活后，Ca spa se-8、-9将激活下游效应C a sp a se，如C a sp a se-3、-7等。下游的这些C a sp a se 被激活，进而最终杀死细胞。 本文主要集中讨论另外一条途径——内源性途
【2018-2019】生物化学与分子生物学专业就业前景-推荐word版 本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！ == 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ == 生物化学与分子生物学专业就业前景 生物化学与分子生物学既是生命科学的基础，又是生命科学的前沿。下面 是小编为大家整理的生物化学与分子生物学专业就业前景的相关资料，仅供 大家参考。 生物化学与分子生物学专业就业前景 生物化学与分子生物学是一门从分子水平研究生命现象的科学。它是一门 新兴学科，是其它医学基础学科发展的基石。由于分子生物学理论和技术向医 学基础各学科的渗透，从而不断产生新的边缘学科和交叉学科。因此，分子生 物学已成为当代生命科学发展的主流，在今后相当一段时间内，它将是生命科 学乃至自然科学领域内的核心科学之一。特别是基因组的研究取得重大突破后，正深入到后基因组学时代，通过功能基因组学和比较基因组学的研究，对基因、细胞、遗传、发育、进化和脑功能的探索正在形成一条主线，随之而来的转录 组学、蛋白质组学、代谢组学、结构生物学、计算生物学、生物信息学、系统 生物学等方面的研究也将在生命科学中成为重要角色，而实现这一系列研究需 要大量的专业知识人才，因此为此专业的毕业生提供了较多的就业机会。 总体来说，此专业的就业前景不错，专业适用面比较广泛, 比如制药、医学、科研、以及一些化学相关行业。不过与专业完全对口的工作不多。分子生 物学已成为当代生命科学发展的主流，在今后相当一段时间内，它将是生命科 学乃至自然科学领域内的核心科学之一。特别是基因组的研究取得重大突破后，正深入到后基因组学时代，通过功能基因组学和比较基因组学的研究，对基因、细胞、遗传、发育、进化和脑功能的探索正在形成一条主线，随之而来的转录 组学、蛋白质组学、代谢组学、结构生物学、计算生物学、生物信息学、系统 生物学等方面的研究也将在生命科学中成为重要角色，而实现这一系列研究需 要大量的专业知识人才，因此为此专业的毕业生提供了较多的就业机会。 生物化学与分子生物学专业介绍 生物化学与分子生物学专业主要是从微观即分子的角度来研究生物现象， 在分子水平探讨生命的本质，研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节。 该专业涉及物理、化学、数学、生物学等多学科的交叉，渗透于生物学的 其他专业之中，属于基础性研究专业。
1990 年 试题 一、名词解释 : (每题 6 分，共 30 分) 1.cDNA library 以 mRNA 为模板，经反转录酶合成互补DNA 构建而成的基因库 是以特定的组织或细胞mRNA 为模板，逆转录形成的互补DNA （ cDNA ）与适当的载体（常用噬菌体或质粒载体）连接后转化受体菌形成重组DNA 克隆群，这样包含着细胞全部 mRNA 信息的 cDNA 克隆集合称为该组织或细胞的cDNA 文库 2.Aritotic apparatus 3.跨膜信号 transmembrane signal 4.促有丝分裂原 mitogen 5.Nuclear lamina 二．论述题 : (每题 30 分，共 120 分) 1.细胞有丝分裂后期染色体分离趋向两极的机理是如何证明的? 2. Kinetochore 是由哪几种主要蛋白组成，用什么方法研究其定位、分子量及机能? 3. 举例说明oncogene、 growth factors 及受体之间的联系 4.试述横纹肌、细胞内粗细丝两分子的结构、各种主要蛋白成分在肌肉收缩中的作用。
1991 年试题一、名词解释 : 1.着丝点与着丝粒用 6.蛋白印迹法二、论述题 : 2.核纤层 3.多线染色体 (western blotting) 7.2G 4. cdc2 (cell Division) 5. 受体介导的内吞作 蛋白 8.同源盒 9.原位杂交 10.原癌基因 1.简述细胞连接的儿种类型及共功能 2.简述微管、微丝组装的动力学不稳定模型 1992 年试题 1.胞内体 2.信号肽与导肽 3.跨细胞转运 4.微管组织中心 5.踏车行为 6.核纤层 7.驱动蛋白 8.成 虫盘 9.桥粒和半桥粒 10.周期素二、论述题： 1.膜离子通道的类型及其调节机制 2.糖蛋白的加工部位及其转运 4.细胞有丝分裂过程中染色体的运动及其机理 5.以果蝇举例说明动物体节分化的基因调节 6.核仁组成结构与功能的分子学基础 1993 年试题 二、论述题： 1细胞质膜的主要功能 2.试述鉴别动物细胞各周期时相群体的方法 3.试述非肌肉细胞中肌球蛋白和肌动蛋白相互作用的调节机制 4.如何用实验证明细胞被决定 5.缁类激素调节基因表达的机制 1994 年试题 一、名词解释： 1. 荧光原位杂交 2.内含子、外显子、原初转录体的关系 3.southwestern（ blotting ） 4. 编程性细胞死亡 5.中心体 6.受体介导的胞吞作用 7.小核糖核蛋白颗粒（snRNPs） 8. 同源异形突变 9.联会复合体10.转基因动物 二、论述题： 1. 试述高尔基体对蛋白质的加工及分选功能 2.粘合斑的结构与功能 3.细胞周期中G1 至 S 期、 G2 至 M 期调控事件 4.亲脂类和肽类外信号分子细胞信号传导的异同