分子生物学-信号转导

分子生物学：从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。

它主要对蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。

DNA重组技术:DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。

信号转导:是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。

转录因子:是指一群能与基因5′端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。

功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。

结构分子生物学:就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。

生物信息学：是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。

染色体：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质构成。

染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。

染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。

C-值（C-value）:一种生物单位体基因组DNA的总量。

C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。

核心DNA（core DNA）：结合在核心颗粒而不被降解的DNA。

连接DNA（linker DNA）：重复单位中除核心DNA以外的其它DNA。

DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类。

DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。

又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。

蛋白质磷酸化和信号转导一、蛋白质磷酸化过程和功能1、蛋白质磷酸化p r o t e i n p h o s p h o r y l a t i o n（1）过程：P r o t e i n k i n a s e(蛋白激酶)P r o t e i n p h o s p h o r y l a t e d p r o t e i nA T P A D PP h o s p h a t a s e（磷酸酶）P i（2）主要磷酸化位点（对有-O H的氨基酸进行磷酸化）丝氨酸（S e r）/苏氨酸（T h r）:磷酸化之后电荷发生变化使蛋白质活性改变酪氨酸（T y r）:磷酸化之后通常招募其他蛋白因子，使下游蛋白质活性改变（3）蛋白质磷酸化的功能生物热力学；蛋白质降解；酶活性的调控（激活o r抑制）；蛋白质相互作用2、重要的蛋白激酶（1）C D K s：c y c l i n-d e p e n d e n t k i n a s e周期蛋白依赖性蛋白激酶，属于一组调控细胞周期的S e r/T h r蛋白激酶，和周期蛋白c y c l i n协同作用发挥激酶活性，作用于细胞周期的不同阶段（2）R T K s：R e c e p t o r T y r o s i n K i n a s e受体酪氨酸激酶，是具有酪氨酸激酶活性的受体，如E G F R（表皮生长因子受体）（3）C y t o p l a s m i c P r o t e i n-T y r o s i n e K i n a s e s：非受体酪氨酸激酶，存在于细胞质中，大部分结构中存在S H2、S H3结构域，是磷酸化的结合位点。

如S r c、J A K、F A K等二、信号转导1、信号转导的种类E n d o c r i n e（内分泌）：激素P a r a c r i n e（旁分泌）：神经递质A u t o c r i n e（自分泌）：生长因子2、信号转导的步骤（1）信号分子的合成（2）信号分子释放（3）信号分子传导（4）信号分子与受体结合（5）激活细胞内信号通路（6）细胞内信号传导3、信号转导通路的几个重要的酶蛋白激酶；蛋白磷酸酶；G蛋白偶联受体；离子通道；细胞核受体；转录因子4、信号转导通路的种类及途径（1）细胞内受体介导的信号通路：信号分子一般为激素如孕酮（p r o g e s t e r o n e）、甲状腺素（t h y r o x i n）、维甲酸（r e t i n o i c a c i d）过程：血液中的激素分子从血管中游离出来进入细胞，与细胞质中的受体形成复合物，复合物进入细胞核内对基因的转录表达进行调控。

细胞生物学中的信号转导通路研究细胞是生命的基本单位，而信号转导则是细胞内外信息传递的重要过程。

细胞通过信号转导通路能够感知和适应环境的变化，进而调控细胞的生理和生化反应。

在细胞生物学中，信号转导通路的研究日益受到重视，为我们深入理解细胞的基本功能和疾病的发生机制提供了重要的线索。

一、信号转导通路的基本原理信号转导通路是由一系列分子互相作用、传递信息的网络。

它可以将外界刺激转化为细胞内的生化信号，从而触发特定的生理反应。

细胞表面的受体分子接收外界信号刺激，经过一系列的氨基酸激酶反应、蛋白激酶级联反应、核酸酶活性等，最终将信号传递到细胞内核或细胞器内，引发一系列的生理反应。

二、信号转导通路的类型信号转导通路可以分为多种类型，例如细胞内受体信号转导通路、细胞-细胞信号转导通路和细胞外信号传导通路。

1. 细胞内受体信号转导通路细胞内受体包括细胞色素P450、酪氨酸激酶受体、雌激素受体等。

当外界刺激分子与这些受体结合时，受体会发生构象变化，进而激活或抑制下游的信号转导分子，触发特定的生理效应。

2. 细胞-细胞信号转导通路细胞-细胞信号转导通路通过细胞间的接触或通过细胞外分泌分子进行信号传递。

典型的例子是细胞的黏附和信号传递，细胞间的连接蛋白质通过信号分子的传递来影响细胞内的信号转导通路。

3. 细胞外信号传导通路细胞外信号传导通路主要包括激素信号传导、生长因子受体信号传导等。

例如，生长因子与细胞表面受体结合后，激活细胞内酪氨酸激酶活性，通过级联反应传递信号，进而导致细胞增殖、分化、凋亡等生理反应。

三、信号转导通路与疾病信号转导通路在维持细胞正常功能和生理过程中起着关键的调控作用。

然而，当信号传导通路发生异常时，会引发一系列疾病的发生。

例如，某些信号转导通路的过度活化会导致细胞增殖异常，最终可能导致肿瘤的发生。

因此，研究信号转导通路的异常与疾病之间的关系，不仅有助于阐明疾病的发生机制，还为疾病的诊断和治疗提供新的思路。

分子生物学中的信号转导信号转导是一种重要的生物学现象，是细胞之间、细胞内产生相互作用的过程。

在细胞膜外部和内部，将分子信息转换为具有不同生物学意义的生化变化，是细胞的一种功能。

一、信号转导的概念信号转导是一种细胞内的相互作用过程，细胞通过转化和传输信息，从而引起生化效应。

信号传递被看作通过多种酶路径和介导分子相互配合的复杂化学过程，也是一种复杂的细胞调控机制。

二、信号转导的方式1. 内源信号转导：由于细胞内常常存在一些内部通向催化反应的通途或生物感应器。

当这些通路或感应器受到外部各种信号的刺激时，就会引起内部催化反应系统的活化，产生新的信号，从而调节细胞的生物学效应。

2.外源信号转导：多数情况下是外源信号在细胞膜表面协同产生对信号转导的影响，如感光细胞、味觉细胞和嗅觉细胞的接受和识别等。

三、信号转导的机制细胞膜外受体：细胞膜外受体是细胞膜上比较特殊的蛋白质，它们的分子结构是目前认识的较为复杂的分子，可通过复杂的糖化和磷酸化过程产生多种功能。

这些受体的作用在于，接收细胞外的化学、生物物质，并传递到细胞内。

次级信号产生器：在信息的传输过程中，细胞内次级信号产生器是信号传递的最重要的分子分支。

次级信号产生器一般是对环境进行反应的，如酶、离子通道以及细胞骨架。

核酸和蛋白质：核酸和蛋白质是信号转导的具体产生物，一些酶和离子可引起核酸和蛋白质的合成和破坏。

四、信号转导的应用1. 治疗癫痫：癫痫是一种中枢神经系统疾病，目前常常采用神经递质的抑制来治疗。

通过信号转导的临床应用，可以对癫痫的病因做出更精确的判断。

2. 治疗肺部疾病：肺部疾病如肺癌、铁偏卟啉症等，通过信号转导的方法，可以定位肺部细胞病变的组织和细胞，及时进行干预和治疗。

综上所述，信号转导在分子生物学和医学领域中应用广泛，同时也是细胞生物学中的重要研究方向之一。

未来，信号转导机制的研究将有助于深入了解细胞内的生理过程，为疾病预防和治疗提供更精确的方法和手段。

分子生物学中的新兴研究领域分子生物学是研究生物体内分子和基因的结构、功能及其相互关系的学科。

随着科学技术的不断进步，分子生物学的研究领域也在不断扩展和更新，涌现出许多新兴研究领域。

在本文中，我们将探讨几个当前备受关注的新兴研究领域。

一、细胞信号转导网络的研究细胞信号转导网络是分子生物学研究的重要方向之一。

细胞通过复杂的信号转导网络实现信息的传递和响应，影响细胞的生理功能和行为。

近年来，研究人员在细胞信号转导网络方面取得了重要进展。

例如，研究人员通过研究细胞中的信号通路和蛋白质相互作用，发现了新的调控机制和新的信号分子。

这些研究不仅为了解细胞的生物学过程提供了新的视角，也为发现新的药物靶点和治疗方法提供了理论基础。

二、基因组学和转录组学的研究基因组学和转录组学是目前分子生物学研究领域的热点，也是实现个性化医学的重要手段。

随着高通量测序技术的发展和降低成本，我们可以更加深入地了解基因组和转录组的组成和功能。

通过研究基因组和转录组的变异，我们可以揭示遗传和表观遗传对疾病发生和发展的影响，为疾病的早期诊断和治疗提供依据。

此外，转录组学的研究也对我们理解细胞分化、发育等基本生物学过程起到重要的推动作用。

三、代谢组学的研究代谢组学是研究生物体内代谢物的产生、变化和调控的学科。

近年来，代谢组学的研究发展迅速，为了解代谢相关疾病的发生机制、发现新的药物靶点和治疗方法提供了重要线索。

代谢组学研究主要通过分析生物样本中的代谢产物，揭示代谢途径的变化和代谢物之间的相互关系。

例如，研究人员通过代谢组学的方法发现了许多与疾病相关的代谢物，这些代谢物可以作为潜在的生物标志物用于疾病的早期诊断和预测。

四、蛋白质互作网络的研究蛋白质互作网络是分子生物学研究的重要内容之一。

蛋白质在细胞中发挥重要的功能，蛋白质之间的相互作用决定了细胞的生理状态和功能。

研究人员通过蛋白质互作网络的分析，可以了解蛋白质间的相互作用和调控机制，揭示细胞功能和疾病发生的分子基础。

●绪论、基因（组）的结构与功能●分子生物学——研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能、生命信息的传递及调控的一门学科。

●基因——合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷酸序列。

一般是DNA序列（或RNA病毒中的RNA）。

结构基因：编码多肽链或RNA的核苷酸序列。

调控序列：通常位于基因编码区的上游，与转录调控相关的核苷酸序列。

断裂基因：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成。

●操纵子——通常由2个以上的编码序列与相应启动序列、操纵序列以及其他调节序列串联组成。

●启动子——起始转录的一段必需的DNA序列，包括与RNA聚合酶结合区、转录起始点及其它各种可能与调控蛋白结合的区域，本身一般不被转录。

●开放阅读框——mRNA上从起始密码子到终止密码子之间的连续编码序列或是DNA上与之对应的序列。

一个ORF编码一条完整的多肽链。

●基因组——指生物体的一套完整的单倍体遗传信息。

●单拷贝序列——在单倍体基因组中，只出现一次或数次，储存了编码各种不同功能蛋白质的遗传信息。

●重叠基因——病毒基因组的一段DNA序列有两个或两个以上的开放读码框架，可以编码两种或两种以上的多肽链，称为重叠基因。

●基因重叠——指基因组DNA中某些序列被两个或两个以上的基因所共用。

这些基因序列之间互相有重叠，所以称基因重叠●多基因家族——一组功能相似、核苷酸序列具有同源性的基因．●假基因——与正常功能的基因序列相似，但无转录功能或转录产物无功能的基因。

●基因组复制●DNA复制——是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。

●半保留复制——DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。

子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。

两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。

这种复制方式称为半保留复制。

●双向复制——复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。

分子生物学中的信号通路与调控机制信号通路是生命活动中重要的调控系统，它可以将一个或多个外部刺激转化为细胞内部的分子信号，进而触发一系列特异性生物活动。

分子生物学研究了许多信号通路，也发现了多种调控机制，涉及信号传导、基因表达、细胞增殖等多个方面。

本文将简要介绍分子生物学中的信号通路与调控机制。

1. 细胞表面受体介导的信号传导许多重要的信号通路是通过细胞表面的受体介导的，这些受体可以感受特定的内外环境刺激，并转导信号到细胞内部。

其中，酪氨酸激酶受体包括受体酪氨酸激酶（RTK）和非受体酪氨酸激酶（NRTK），它们是生物体内最重要的信号转导介质之一。

RTK 受体家族包括EGF受体和胰岛素受体，它们通过直接将细胞表面的合适激素与特定的受体结合起来，从而激活其酪氨酸激酶活性，引起多个下游效应蛋白的磷酸化反应并传递信号。

2. 信号转导的调控机制细胞内的信号转导还受到多种调控机制的影响。

其中，蛋白修饰是最为常见的调控机制之一，包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等等。

磷酸化是最常见的一种，能够影响蛋白酶活性、蛋白交互作用、蛋白稳定性和局部配体的亲和性等多个方面。

磷酸化水平的具体调控可以受其他蛋白的催化作用、体积分数变化、离子浓度的影响、内部网络级联等多个机制的调控。

此外，信号通路还受到常见的信号透明质酸调控、花生四烯酸-烷基酰基转移酶（PLA2）分泌的影响、微小RNA或基因改造等多种调控机制的影响。

3. 转录调控转录因子是一个大型家族的蛋白质，它们主要参与基因表达和细胞分化。

在分子生物学中，转录因子常常被视为一种基本的调控因子，因为它们作为生物体在表达基因方面的重要调节因素之一，扮演着重要的生理角色。

转录因子是在特定的开关序列（灵敏位点或促动序列）中结合DNA后活化或抑制下游基因的表达。

研究人员在这个家族中发现了许多亚型，这些亚型在不同组织中都具有不同的功能。

例如，在胚胎发育中，十二指肠分化相关转录因子（CDX2）和肠上皮细胞转录因子（Cdx2）在小肠细胞中都起着非常重要的作用。

第二章基因【目的要求】掌握:基因的概念及结构特点;结构基因;基因转录调控相关序列;顺式作用元件;多顺反子,单顺反子。

一、基因:是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。

二、结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列成为结构基因。

三、基因转录调控相关序列:1原核生物基因的调控序列中最基本的是启动子和终止子，有些基因中还有不同的调节蛋白结合位点或操纵元件。

操纵元件:是一段能够被不同基因表达调控蛋白识别和结合的DNA序列，是决定基因表达效率的关键元件。

2真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件，包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。

启动子和上游启动元件:TATA盒-TFIID-RNA聚合酶复合物(启动转录);CAA盒-CTF(决定转录的效率);GC盒-Sp1(促进转录)。

增强子:可特异性的与转录因子结合，增强转录因子的活性。

四、顺式作用元件:真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件。

包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。

五、多顺反子:原核生物的结构基因多转录为多顺反子mRNA，即每一个mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息(来自几个结构基因)，利用共同的启动子及终止信号，组成“操纵子”的基因表达调控单元。

转录出来的mRNA分子可以编码几种不同的、但是多为功能相关蛋白质。

六、单顺反子:真核生物结构基因转录为单顺反子mRNA，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子、经翻译生成一条多肽链，基本上没有操纵子的结构。

转录生成的mRNA前体中既有编码序列(外显子)，又有间隔序列(内含子)，需要进行转录后的剪切加工以及各种修饰，形成成熟的mRNA。

1熟悉:基因型;表现型;基因突变;;外显子;内含子;选择性剪接。

一、基因型:指逐代传递下去的成对因子的集合，因子中一个来源于父本，另一个来源于母本。

细胞信号转导1.secondary messenger:是细胞表面受体接受细胞外信号后转化而来的细胞内信号。

2.receptor：是细胞膜或细胞内的一些天然分子，能够识别和结合有生物活性的化学信号物质，从而启动一系列信号转导，最后产生相应的生物学效应.3.GTP binding proteins：是一种鸟苷三磷酸(GTP)结合蛋白，一般是指与细胞表面受体偶联的异三聚体G蛋白。

4.small GTP binding proteins：是指分子量20-30KD的单链G蛋白。

5.蛋白质的磷酸化：是指由蛋白激酶催化ATP或者GTP的γ-磷酸基转移到底物蛋白的特定氨基酸残基上的过程。

6.signalling domain：是信号蛋白中保守的非催化结构域，能特异性结合另一蛋白中的肽段，介导信号蛋白之间的相互作用。

7.junctin adaptor：是指一些本身无酶活性，只在信号通路中起连接、接头或停靠作用的细胞内蛋白质。

8.transcription factor：是一种具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子。

9.MAPK：丝裂原激活的蛋白激酶属于丝/苏氨酸蛋白激酶类，是接收膜受体转换与传递的信号，并将其带入细胞核内的一类重要细胞，在多种受体信号传递途径中均有关键作用。

10.PTK：酪氨酸蛋白激酶是一类能催化蛋白质酪氨酸残基磷酸化的蛋白激酶。

11.RTK：受体酪氨酸蛋白激酶为PTK的一种，是PTK结构直接装配在受体的胞内区，因此兼有受体和酶两种作用。

12:蛋白激酶（kinase）:是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。

13：PKA：蛋白激酶A又称依赖于CAMP的蛋白激酶，属于丝/苏氨酸蛋白激酶类，由两个调节亚基R和两个催化亚基C组成的四聚体。

14：PKG：蛋白激酶G又称依赖于CGMP的蛋白激酶,是由相同的亚基构成的二聚体15：PSTK:丝/苏氨酸蛋白激酶包括ACG组、钙调素激酶组，CMGC 组。

AGC组指三个主要激酶家族即PKA、PKG、PKC。

细胞内信号转导的分子机制细胞内信号转导是指细胞通过一系列分子机制将外部刺激转化为内部信号，从而调节细胞的生理和路径生化反应。

这个过程包括信号接收、信号传递和信号响应。

细胞内信号转导分子机制涉及多种信号通路和分子，其复杂性和关联性使其成为分子生物学和细胞生物学研究的热点之一。

一、信号接收通路在细胞内信号转导中，信号接收器是信号传递的第一步。

目前，广泛存在的信号接收器分为三类：细胞膜受体、胞质受体和核内受体。

其中最常见的细胞膜受体主要有酪氨酸激酶受体、七个跨膜结构的G蛋白偶联受体和离子通道受体。

酪氨酸激酶受体以其能够快速启动信号传递的能力而在研究中受到普遍关注。

七个跨膜结构的G蛋白偶联受体主要用于转导GPCR信号。

离子通道受体则用于介导内流和外流的离子通道的激活或抑制。

二、信号传递通路信号传递是细胞获得外界刺激并响应的中介过程。

信号传递涉及多种通路，其中最常见的是蛋白质激酶、酶解酶和G蛋白偶联受体通路。

1. 蛋白质激酶通路蛋白质激酶通路是最常见的信号传递通路之一，包括酪氨酸激酶和丝氨酸/苏氨酸激酶。

酪氨酸激酶主要通过磷酸化激酶底物来启动下游信号传递。

它既能磷酸化各种酪氨酸蛋白，也能磷酸化它自己的酪氨酸残基。

丝氨酸/苏氨酸激酶主要在细胞周期调控和肿瘤的发生中起重要作用。

2. 酶解酶通路酶解酶是通过切断多肽链而抑制或激活下游分子的酶。

信号传递通路中，酶解酶主要通过酶解某些获得活性的蛋白酶来传递或调节信号。

例如，Caspase蛋白酶能够在凋亡过程中通过酶解细胞因子来调节凋亡进程。

3. G蛋白偶联受体通路G蛋白偶联受体是在细胞膜上发现的七个跨膜蛋白，它们通过G蛋白激活转录因子或酶来传递信号。

G蛋白可划分为Gs、Gi和Gq。

Gs主要作用于激活腺苷酸酰化酶产生cAMP,从而激活蛋白激酶A；Gi则与Gs相反，主要作用为抑制cAMP产生。

Gq则主要介导IP3和DAG的合成激活下游信号通路。

三、信号响应通路在信号响应通路中，上下游信号通路中的信号被转换成目标蛋白的功能改变。