-
分子生物学笔记
第一章
基因的结构
第一节
基因和基因组
一、基因
(gene)
是合成一种功
能蛋白或
RNA
分子所必须的全部
DN
A
序列．
一个典型的真核基因包括
①编码序列
—
外显子
(exon)
②插入外显子之间的非编码序列
—
内合子
(intron)
③
5'-
端和
3'-
端非翻译区
(UTR)
④调控
序列
(
可位于上述三种序列中
)
绝大多数真核基因是断裂基因
(split-
gene)
，外显子不连续。
二、基因组
(genome)
一特定
生物体的整套
(
单倍体
)
遗传物质的总和，
基因组的大小用全部
DNA
的碱基对总数表示。
人基因组
3X1 09(30
亿
bp)
，共编码约
10
万个基因。
每种真核生物的单倍体基因组中的全部
DNA
量称为
C
值
，与进化的复杂性并不一致
(C-value
Paradox)
。
人类基因组计划（
human genome
project, HGP
）
基因组
学（
genomics
）
,
结构基因组学（
structural
genomics
）和功能基因组学（
functional
genomics
）
。
蛋白质组（
proteome
）和蛋白质组学（
proteomics
）
第二节
真核生物基因组
一、真核生物基因组的特点：
，
①真核基因组
DNA
在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中．
②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分
(2
—
3
％
)
，
三、
基因家族
(gene
family)
一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因．
可能由某一共同祖先基因
(ancestral gene)
经重复
(duplication)
和突变产生。
基因家族的特点：
①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇
(gene
cluster)
或串联重复基因
(t
andemly
repeated
genes)
，如
rRNA
、
tRNA
和组蛋白的基因；
②有些基因家族的
成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；③有些成员不产生
有功能的基因产物，这
种基因称为假基因
(Pseudogene)
．
Ψ
a1
表示与
a1
相似的假基因．
四、超基因家族
(Supergene
family
，
Superfamily)
由基因
家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同
源性，但功能不同．
第四节
细菌和病毒基因组
一、细菌基因组的特点。
1
．功能相关的几个结构基因往往串联在
—
起，受
它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，
2
．结构基因中没有内含子，也无重叠现象。
3<
/p>
．细菌
DNA
大部分为编码序列。
二、病毒基因组的特点
< br>1
．每种病毒只有一种核酸，或者
DNA
，或者
RNA
；
2
．病毒核酸大小差别很大，
3X103
一
3X106bp
；
3
．除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。
4
．大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子
(RNA
或
DNA)
，仅少数
RNA
病毒由几个核酸片段组成．
5
．真核病毒基因有内含子，
而噬菌体（感染细菌的病毒）基因中无内含子．
6
．有重叠基因．
第五节
染色质和染色体
(
< br>二
)
组蛋白
(histone)
：
一类小的带有丰富正电荷
<
富含
Lys
，
Arg)
的核蛋白，与
DNA
有高亲和力．
(
二
)
．端粒
(telomere)
：
真核生物线状染色体分子末端的
DNA
区域
端粒
DNA
的特点：<
/p>
1
、由富含
G
的简单串联重复序列组成
(
长达数
kb)
．
人的端
粒
DNA
重复序列：
TTAGGC
。
1
2
、端粒的末端都有一条
12-16
碱基的单链
3
’
端突出
。
端粒的作用：防止
DNA
末端降解，保证染色体的稳定性和功能
（三）
、复制原点
第二章
DNA
的复制、修复和重组
第一节
DNA
的复制
(DNA
Replication)
一、
DNA
复制的基本特性
1.
半保留性
(Semi-Conservative)
2.
双向复制
(
一般
)
复制起始点
(origin)+
两侧复制叉
=
复制单位
(
复制子
, Replicon)
3.
半不连续性
(Semi-
discontinuous)
前导链
(leading
strand)-
连续合成，随从链
(Lagging Str
and)-
不连续
,
由岗崎片段
(okazaki
fragment)
连接而成
.
二、
DNA
复制必需的成份
(
真核生物
)
1.
染色体
DNA
复制必需三种核苷酸序列①复制起
点②着丝粒③端粒
.
2
．
RNA
引物
(RNA Primer)
一般
8-
14nt.
带游离
3'-OH
末端
.
3.
参加
DN
A
复制的主要酶和蛋白质
①
DNA
聚合酶
(DNA
Polymerase)
真核
DNA
复制的主要酶
DNA Pol
a/
δ
.
功能
:
从
5'-3'
< br>方向延伸与模板互补的子代链
.
②引发酶
(Primase)
与其他多种蛋白组成多蛋白复合体
-
引发体
(Primosome).
催化
RNA
引物合成和复制起始
. <
/p>
③
DNA
连接酶
(DNA Ligase)
催化
一个双链
DNA
的
5'
磷酸与另一双链
DNA
的
3'
-OH
形成磷酸二酯键
.
④
DNA
解链酶
(DNA Helicase),
打开
DNA
双链
.
⑤增殖细胞核抗原
(Proliferating
cell nuclear )
辅助催化前导链合成
.
⑥端粒酶
(Telomerase)
末端复制问题。
< br>端粒酶负责染色体末端
(
端粒
)
复制
,
是由
R
NA
和蛋白质组成的核糖核蛋白
.
其中
的
RNA
成分是端粒复制的模板
.(<
/p>
因此端
粒是逆转录酶
)
作用
:
维持端粒长度
.
端粒酶活性可用基于
PCR
的
“
TRAP
”
（
Telomerase repeat amplification protocol
）法测定
端粒与细胞寿命。
端粒、
端粒酶与肿瘤的关系：
绝大多数恶性肿瘤具有端粒酶活性但端粒缩短，
但也有约
5%
的肿瘤无端粒酶活性且端粒<
/p>
较长。
端粒酶作为新的肿瘤标志和肿瘤治疗靶点
.
第二节
DNA
修复（
DNA
repair
）
DNA
修复是维持基因组完整性的重要机制，在保护基因组避免发生可能导致肿瘤或遗传疾病的突变中起关键
的作用。
引起
DNA
损伤的因素：
1
、
细胞内源性损伤因素：
DNA
复制错误；自发损伤包括碱基互变异构、碱基脱氨（
C
→
U
、
A
→
I
）和碱基丢失等；氧化代谢副产物如活性氧物
质（
Reactive oxygen species
，
ROS
）的攻击等。
2
、
环境中的损伤因素：
辐射（含紫外线
、
X
射线）产生胸腺嘧啶二聚体；化学致癌物（氧化脱氨，烷化
剂或代谢活化物如苯并芘、黄曲霉素
等产生碱基加合物）
一、碱基切除修复
(Base excision
repair
、
BER)
该途径中最关键的是必须通过一种糖苷酶
(glycosylase)
先除去变异碱基
(
如被氧化、烷基化或脱氨
的碱基
)
，该糖苷酶
催化连接损伤碱基
与脱氧核糖之间的糖苷键水解，释放游离碱基并在
DNA
中产生
一个去碱基位点，然后由去嘌呤／去
嘧啶
(AP)
核酸内切酶、
DNA
聚合酶和
DNA
连接酶等利用相对的一条正常链为模板进行修补合成。
BER
是修复内源性
DNA
损伤
(
自发水解、烷基化和活性氧攻击
)
的主要途径，因此对于降低自发突变的频率、防止肿瘤
< br>发生有重要作用。
2
二、核苷酸切除修复
(Nucleotide
excision
repair
，
NER)
首先由多聚体复合物识别损伤，再在损伤的两侧进行切除。随着
DNA
链被解开，包含损伤的单链片段释放出来，留下
的缺口由
DNA
聚合酶填补，
DNA
连接酶封闭。该途径包括
20
种以上蛋白，可以修复紫外辐射
诱导的环丁烷嘧啶二聚体
(CPD)
和
(6
—
4)
光产物
((6
—
4)PPs)
，以及一些
化学物质产生的大加合物。
NER
可再分为二条子途径：
(1)
全基因组修复
(Global
Genomic repair
，
GGR)
途径：修复整个基因组内的损伤，其效率取决于损伤的化学特性、损
伤部位的
DNA
序列和染色质结构。
(2)
转录藕联修复
(Trancsription<
/p>
—
coupled repair
，
TCR
，
)
：特异
地修复基因组中具有转录活性
(
即表达
)
的基因的被转录
DNA
链上的损伤，
该途径的
特点是依赖
RNA
聚合酶
II
催化的转录，其中的一些蛋白是普通
转录因子
TFIIH
的亚基。
三、错配修复
(Mismatch
repair)
负责修
复
DNA
复制过程中由于错误掺入而产生的错配。
四、重组修复
(Recomhinant
repair)
修复
DNA
的两条链均受损伤的部位的双链断裂或链间
交连。
第三节
重组
(recombination)
重组的本质是基因的重排或交换
.
即<
/p>
2
个
DNA
分子
间或一个
DNA
分子的不同部位间
,<
/p>
通过断裂和重接
,
交换
< br>DNA
片段从而
改变基因的组合和序列
< br>.
一
.
同源重组
(Homologous recombination)
指
DNA
同源序列间的重组
,
常发生于两个较长的同源
DNA
片段或
同源染色体之间。
可通过同源重组将外源基因定位整
合到细胞基因组中
.
二
.
转座
(transposition)
可移动的
DNA
元件
(mobile DNA elements)
-<
/p>
转座元件
(Transposable element).
它是指那些可在
DNA
分子内或
DNA
分子间转移的
DNA
片段
.
转座元件的转移过程
-
转座
转座的特点
:
1.
< br>转座后原来位置的转座元件序列仍然保留
,
但同时又把新
合成的
DNA
复本插入到另外一个位点
.
2.
转座过程需要转座酶
(transposase).
它催化断裂和重接两步连续的
过程
< br>(
需要
M2+)
3.
转座元件插入位置的两茶有
3-12bp
的正向
重复序列
(
靶序列
),
它是由于转座酶错位切割
DNA
造成的
.
这种短正向重复
序列是存在转座元件的特征
.
转座元件的分类
①转座子
(transposon):
通过
DNA
复制而转移的转座元件
.
②逆转座子
(retroposon)
或返座子
,
通过
RNA
阶段实现转移的
转座元件
(DNA
→
RNA
→
DNA
→
插入新位点
)
转座的遗传效应
-
导致基因重排、插入、缺失。
第三章
基因表达的调控
基因表达：
DNA
→
mRNA
→蛋
白质的遗传信息传递过程
第一节
基因的活化
基因的
< br>“
开关
”
-
染色质的活化
一、活性染色质的结构
二、活性染色质的结构特点
(
一
)DNaseI
敏感性
转录活性
(
< br>或有潜在转录活性
)
的染色质对
DNase I
更敏感．
(
二
)
组蛋白
H3
的
CyS110
上巯基暴露，
三、活性染色质结构的形成
(
二
)
、组蛋白修饰。
（三
)HMG
蛋白结合<
/p>
HMG
（
high mobility
group)
蛋白
—
高迁移率蛋白
,
如
HMG14/HMG17.
与核小体核心颗粒结合，有利转录。
四、
DNA
甲基化与基因表达
．
3 <
/p>
(
一
)
、真核生
物基因组
DNA
的甲基化
(Methy
lation)
(
二
)DNA
甲基化的转录抑制作用。
持家基因
(housekeeping
gene)
：
是指对所有类型组织细
胞在任何时候都需要其表达的基因，通常都是维持细胞基本
生存所必须的基因，其表达常
保持在固定的水平。又称为组成性基因
(Constitutive
gene)
。
（三）甲基化与基因组印迹
基因组印迹
(genomic imprinting)
：
指基因表达活性只局限于来自双亲之一的基因版本。
被印迹
(imprinted)
的基因．
第二节
转录水平的调控
一、真核基因转录基本条件：
特异性基因转录的基本条件包括：
①
启动子
(
特别是核心启动子
)
②转录模板
(
转录起始点（
< br>+1
）
---
终止点
)
③
RNA
Pol
Ⅱ
④普通转录因子
(GTFs)
(
一
)
启动子
(pr
omoter)
与基因转录启动有关的一组
< br>DNA
序列，一般位于
RNA poII
转录起始点上游
100-200bp
以内，其功能是决
定转录的起始
点和调控转录频率．
启动子区域包括核心启动子和启动子上游近侧序列：
1
、核心启动子
(core
promoter)
是决定转录起始位置的关键序列，也是普通转录因子
TF
Ⅱ
D
的结合位点，
①
TATA
盒<
/p>
(TATA box)
位于转录起始点上游
-25
～
-30bp
．
②起始子
(initiator
，
Inr)
Inr
是与转录起始位点重叠的短的较保守序列．
注：①不是所有基因都含有
TATA
盒或
Inr
序列．有的只有其中之一，有的两者都无．
②这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变
2
、上游启动子元件
(Upstream
Promoter element
，
UPE)
位于较上游
(-30
一
-1
10bp)
，
能较强影响转录起始的频率，
如
CAAT
盒和
GC
盒．
其中
GC
盒是转录因
子
SPl
的结合位点。
(
二
)RNA
聚合酶Ⅱ
负责真核生物蛋白编码基因的转录
(
产物
mRNA)
，有
7-10
个亚基，最大亚基的羧基末端结构域
(CTD)
具有
7
个氨基酸
(
Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Set)
的重复序列，其中有多
个磷酸化位点．
CTD
磷酸化对调控基因转录有重要作用．
(
三
)
基础转录因子
(basal transcription
factor)
真核基因转录除
RNA
聚合酶外还需要许多蛋白因子
—
转录因子参加，其中一些转录
因子是
RNA
聚合酶Ⅱ转录起始必需
的
，并且可以维持基础水平的转录，因此称为基础转录因子或普通转录因子
(genera
l transcription factor)
1
．
RNA
聚合酶
II
的普通转录因子
(TF II)
包括
TFIID,TF
Ⅱ
B,TFIIF
，
TFIIE
，
TFIIH
，
TFIIA
等．
TFIID
是由
TATA
盒结合蛋白
(TATA
binding protein
，
TBP)
< br>和
8
种
TBP
< br>协同因子
(TBP associated factor
，
TAF)
组成的复
合物，
TFIID
可识别和结合核心启动子
(TATA
盒和
Inr)
；
TF
Ⅱ
B
的
C
端与
TFIID
< br>和
DNA
的复合物结合，
N-<
/p>
端与
TF
Ⅱ
F<
/p>
协同作用募集
RNA
聚合酶
II
，再加上
TFIIE,TFIIH
形成完整的
转录复合物．
TFIIH
有蛋白激酶活性，可使
RNA Pol
最大亚基
CTD
磷酸化，使转录起始过渡到转录延伸
．
TFIIA
有助于
TFIID
与
TATA
盒核心启动子结合．
2
< br>、
TAF
的作用
TFIID
中包括至少
8
种
TBP
协同因子
,
分子量为
30
—
250kD,
分别命名为
TAF
Ⅱ
-30
～
250
．
< br>
TAF
Ⅱ
150
识别起始子
(1nr)
序列．
TAF
是基因转录调控的辅助因子，它的作用是通过与多种
转录调控因子（激活物或阻遏物）的转录调控结构域结合，
4
而介导转录激活或抑制。
二、基因转录的顺式调控元件
顺式调控元件
(cis-regulating
element)
是指对基因表达有调控活性的
DN
A
序列，其活性只影响与其自身同处于一个
DNA
分子上的基因．
(
二
)
增强子
(enhancer)
能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件（其核心序列常为
8-12bp)
．
增强子的作用特点：
1
．能
(
通过启动子
)
提高同一条链上的靶基因转录速率；
2
．增强子对同源基因或异源基因同样有效；
3
．增强子的位置可在基因
5
’
-
上游、基因内或
3
’
下游序列中；
4
．自身没有
5
’
-
或
3
’
-
方向性；
5
．增强子可远离转录起始点
(
最多
< br>30Kb)
；
6
．增强子一般具有组织或细胞特异性．
(
三
)
负调控元件
—
沉寂子
负调控
元件是能抑制基因表达的序列．如
沉寂子
(silencer)
(
四
)
其它顺
式调控元件
1
．应答元件
(responsive
elements)
真核细胞中对某些特定的环境作出应答的
基因，常具有相同的顺式元件
—
应答元件．
应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别
(<
/p>
又称为可诱导的顺式调控元件／反式作用因子
)
< br>。
2
．转座元件对基因表达的调控，
。
三、基因转录的反式作用因子
转录水
平的调控主要是通过与多种
DNA
元件结合的蛋白因子来实现．
反式作用因子
(trans-
acting factor)
是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而调控靶基因
转录效率的一组蛋白质．
反式作用因子对基因表达的调控可正
(
激话
)
可负
(
阻遏
)
．<
/p>
第三节
转录后加工
在细胞核内对基因产物<
/p>
(mRNA
前体
)
进行各种修饰、剪接和编辑，使编码蛋白质的外显子部分连接成为一个连续的开
放读框
(open reading frame
，
< br>ORF)
的过程称为转录后加工．
一、
mRNA
前体加工的分子机制
-
核内
mRNA
前体
—
异质性核
RNA(hete
rogeneous nuclear RNA
，
hnRNA)
，
hnRNA
与蛋白质结合形成核异质性核糖核蛋白
(hnRNP), mRNA
< br>前体的加工在
hnRNP
上进行．
选择性剪接
(alternative splicing)<
/p>
：
在
mRNA
前
体的剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪接，内含子
也可以不被切除而
保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟
mRNA
中是可以
选择的，这种剪接方式称为选择性剪
接。此外，不同的启动子或不同的
< br>poly(A)
加尾位点的选择，也可看作选择性剪接．
选择性剪接的主要方式。
由来自一个
基因的
mRNA
前体因选择性剪接而产生多种
< br>mRNA
，并翻译出的不同蛋白质，称为同源异构体
(i
soform)
．
>5%
的人基因可在不同的组织或生理状态下，通过选择性剪接产生不同的蛋白质异构体，这是造成真接生 物高度异质
性的基础。
第四节
翻译水平调控
四、翻译后修饰
1
、
氨基酸
侧链的共价修饰：乙酰化、磷酸化、糖基化（
N-
、
O-
）
；
2
、
蛋白质
前体的切割和成熟。
Proprotein
→
< br>protein.
例：胰岛素的成熟。
五、蛋白质的分泌和胞内定位
信号肽
：
作为蛋白质定位信号的短肽序列，指导蛋白质运输到正确位置，定位结束后通常被特异
的信号肽酶切除。
5
第四章
原癌基因与抑癌基因
第一节
概述
病毒致癌作用，病毒癌基因
Viral oncogene
，
V-onc).
。
细咆癌基因
(cellular oncogene
，
c-onc)
或原癌基因
(protoncogene)
—正常细胞中与
v-
onc
同源的基因，
抑癌基因
(tumor suppressor gene)<
/p>
：
是指由于其存在和表达而抑制细胞癌变的基因。
原癌基因与抑癌基因生物学性质差异：
1
．功能：抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖、促进分化成熟
与衰老，或引导多余细胞进入程序性细胞
死亡
(PCD)
，原癌基因的作用则相反．
2
．遗传方式：原癌基因是显性的，激活后即参与促进细胞增殖和癌变过程，而抑癌基因为隐性，只有发
生纯合失活
时才失去抑癌功能．
3<
/p>
．突变的细胞类型：抑癌基因突变不仅可发生在体细胞中，也可发生在生殖系
(germ
1ine)
细胞中，并通过其遗传突<
/p>
变，而原癌基因只在体细胞中产生突变。
第二节
原癌基因
原癌基因是细胞的正常基因
，其表达产物对细胞的生理功能极其重要，只有当原癌基因发生结构改变或过度表达时，
才有可能导致细胞癌变。
一、原癌基因表达的特点：
l
、
正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，
而且是受生长调节的，
其表达主要有三个特点：
①具有分化阶段
特异性；
②细胞类型特异性；
③细胞周期特异性。
2
、肿瘤细胞中原癌基因的表达有
2
个比较普遍和突出
的特点：
①一些原癌基因具有高水平的表达或过度表达?
②原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。
3
、细胞分化与原癌基因表达
．
在分化过程中，与分化有关的原癌
基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。
二，原癌基因的结构改变与其表达激活
(
一
)
点突变
(
二
)
染
色体易位
染色体易位
(translocation)
：是染色体的一部分因断裂脱离，并与其它
染色体联结的重排过程。
(
三
)
基因扩增
即基因拷贝数增加．
(
四
)LTR
插入
LTR
是逆转录病毒基因组两端的长末端重复，其中含有强启动子序列。
三、原癌基因产物的功能
大多数
原癌基因编码的蛋白质都是复杂的细胞信号转导网络中的成份，在信号转导途径中有着重要的作用．
原癌基因产物可作为：
1
、生长因子，如
sis(PDGF-
β
)
，
fgf
家族
(int-2
，
csf-1
等
)
2
、生长因子
受体
(
质膜
)
：具酪氨酸蛋白激酶活性，如
neu
，
ht
，
met
，
erbB
，
trk
，
fms
，
ros-1
等。
3
、非受体酪
氨酸蛋白激酶
(
质膜／胞质
)
如
src
家
族：
src
，
syn
< br>，
fyn
，
abl
，
lck
，
ros
，
yes
，
fes
，
ret
等．
<
/p>
4
、丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶
(
胞质
)
：如
raf
，
raf-1
，
m
os
，
pim-1
，
< br>
5
、
G
蛋白
(
质膜内侧
)
< br>，
具
GTP
结合作用和
GTP
酶活性，
如
ra
s
家族中的
H-ras
，
K-ras
，
N-ras
，
以及
mel
和
ral
等．
，
6
．核内
DNA
结合蛋白
(
转录因子
)
如
myc
家族，
fos
家族，<
/p>
Jun
家族，
ets
家族，
rel
，
erb
A(
类固醇激素受体
)
第三节
抑癌基因
一、抑癌基因失活与杂合性丢失
抑癌
基因为隐性癌基因，只有发生纯合失活时才对肿瘤形成起作用，通常的表现为抑癌基因的一个等位基因丢失，面<
/p>
另一个存留的等位基因发生突变
(
点突变
、
微缺失，
重排等
)
< br>，
等位基因丢失常伴有抑癌基因相邻区域的杂合性丢失
(
Loss
of heterozygosity
，
LOH)
，
6
LOS
指肿瘤中特定染色体上某种
DNA
多态性标志
(
< br>如
RFLP
，
VNTR
、
STR
或
SSCP<
/p>
等
)
的等位基因片段在同一患者
中由正常组织基因组中的两种变为一种，即等位基因型由杂合子变为纯合子。
LOH
是肿瘤细胞中部分染色体区域缺失的表现。
二、抑癌基因产物的功能
巳知的肿瘤抑制基因及其蛋白产物功能
基因
相关癌
产物胞内定位
作用
p53
Rb
WT-1 APC
DCC
NF l
RET VHL P16(MTS-1)
WAF
／
CIPl
BRCAl
肺癌、
乳腺癌等
（
>51
种）
视
网膜细胞瘤等
wilm
’肿瘤
结肠癌
结肠癌
神经纤维
瘤甲状腺癌
肾癌
黑素瘤等
(
多种
)
多种乳腺癌、宫颈癌等
核胞质？
粘附分子
< br>GTP
酶激活剂受体酪氨酸激酶
转录延伸因子
CDK
抑制剂
CDK
抑制剂
转录因子
抑癌基因
p53
人
< br>P53
基因定位：
17P13
，
11
个外显子编码
393
个氨基酸。
p53
基因突
变：存在于一半以上的人肿瘤中，多为点突变，主要发生于外显子
5-8,
如肝癌中的
249
号密码子第
3
碱基
G
→
T ,
与黄曲霉素
B1
有关。
P53
蛋白结构和功能：
P53
蛋白为核内转录因子，包括①核心区的
DN
A
结合域；②
N
端转录激活域；③
C
端介导寡聚体化的结构域。
1
、
P53
的中央域识别和结合一个
10bp
的启
动子序列，可激活转录（通过
N-
端的反式激活域）
。
P53
突变大多发生
于
中央
DNA
结合域。
2
、
P53
也可结合
DNA
损伤时产生的单链区域
。
3
、
<
/p>
P53
是四聚体，寡聚化需要
C-
端域
4
、
P53
激活
cki p21,
后者抑制细胞周期于
G1
期
.
5
、
p53
激活与负责辐身损伤的修复蛋白
GADD45
，维持基因组稳定性。
6
、
P53
诱导凋亡的机制尚不清楚。
7
、正常情况下
p53
以低水平存在，半衰期短。
DNA
损伤稳定
< br>P53
并增加其转录活性
8<
/p>
、
Mdm2
使
p
53
不稳定，易被降解，并能直接抑制其反式激活活性（
Mdm
2
是癌基因）
第五章
信号转导
细胞外信号通过与细胞表面
的受体相互作用转变为胞内信号并在细胞内传递的过程称为信号转导
(signal
transduction)
跨膜信号转导过程包括：
1
，胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化；
2
，通过胞内信号转导物
< br>(
蛋白激酶，第二信使等
)
的相互作用传递信号；
3
，信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达）
。
第一节
胞内信使
细胞内信使
(intracellular messenge
r)
是具有信息传递作用的一些小分子，也称为第二信使
(se
cond messengers)
。
一、
cAMP{
环磷酸腺苷
)
，
生成：
腺苷酸环化酶催化
ATP
生成
cAMP;
代谢：
cAMP
磷酸二酯酶水解
cAMP
产生
5
’
-AMP
功能：
，
①激活蛋白激酶
A
②抑制蛋白磷酸酯酶
二、
cGMP(
环磷酸鸟苷
)
生成酶：鸟苷酸环化酶
代谢酶：
cGMP
磷酸二酯酶
功能：①激活蛋白激酶
G
②调控细胞膜离子通道
三、三磷酸肌醇（
inositol triphosphat
e,IP3
）和甘油二酯（
diacyglycerol,
DAG
）
7
G-
蛋白偶联受体激活磷脂酶
C
β
生成
IP3<
/p>
及
DAG
功能：
1
、
IP3
：开放胞内钙库，激活
Ca2+
途径．
2
、
DAD
：在
Ca2+
< br>和磷脂酰丝氨酸存在下，激活蛋白激酶
C
，
四、钙离子
细胞内钙离
子主要贮存于胞内钙库
(
如肌细胞的肌浆网，
< br>SR)
和线粒体中。
细胞质膜
两铡
[Ca2+]
跨膜梯度：细胞外液
>>
胞浆
胞浆内
[Ca2+]
的调节一通过
(
质膜
和钙库膜上的
)
钙离子通道
(
进入
)
和钙泵
(
出
)
，
钙通道开放的条件：
①质膜或钙库膜
去极化
(
可兴奋细胞
)
；
成②
IP3
介导钙库膜上钙通道开放
(
任何细胞
)
．
钙泵激活．线粒体钙泵的作用．
Ca
2+
功能：与钙调蛋白
(calmodulin, CaM)<
/p>
结合形成
Ca2+
?
CaM
复合物：
①激活腺苷酸环
化酶和磷酸二酯酶，②激活
Ca2+
?
CaM
依赖蛋白激酶
钙通道阻断剂及其临床应用。
五、一氧化氮
(NO)
NO
合成酶催化
L-
精氨酸生成
NO
和胍氨酸
NO
合成酶
(NOS)
分类：①神经元型
(nNOS)
．
②内皮细胞型
(ecNOS)
③诱导型（
iNOS)
功能：激活乌
苷酸环化酶，刺激
cGMP
合成。
NO
的生理病理作用
第二节
蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶
蛋白激酶
(Protein kinase
，
PK)
催化蛋白质的含羟基氨基酸
(
丝／苏和酪
)
的侧链羟基形成磷酸
酯（
ATP
的
γ
磷酸基转移
至氧）
．
蛋白质磷酸酯酶
(Protein phosphatase<
/p>
，
PPase)
催化磷酸蛋白的磷酸酯键
水解而去磷酸化。
细胞内任何一种蛋白质的磷酸化状态是由蛋
白激酶和蛋白磷酸酯酶的两种相反酶活性之间的平衡决定的。
蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。
一、信号转导过程中的蛋白激酶
{<
/p>
一
)
丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶
(Ser
／
Thr PK)
是一大类特异地催化蛋白质的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的激酶家族，参与多种信号转导过程。
1
、蛋白激酶
A
（
PKA)
-cAMP
依赖性蛋白激酶
.
PKA
由两个催化亚基
C
和两个调节亚基
R
所构成
PKA
参与
cAMP
介导的转录水平调控。
PKA
的其它
(
下游
)
底物
：①多种代谢相关酶②核内组蛋白和非组蛋白③膜蛋白等。
2
、蛋白激酶
C(PKC)
-Ca2+
激活的／磷脂依赖性蛋白激酶．
<
/p>
调节：可被
Ca2+
，
< br>DAG
和磷脂酰丝氨酸激活．
TPA(
< br>佛波酯
)
也可激活．
PKC
分子由
N-
端的
调节区和
C
—端催化区（亲水的蛋白激酶结构域）所组成。
PKC
有多种
亚型
(>12
种
)
．
PKC
可激活：
①受体，如
EGFR
，胰岛素受体，细胞因子受体等。
②细胞骨架蛋白如
Map
，
Tau
．
8
②膜蛋白，如
< br>Na+-H+
交换蛋白，
Ca2+-ATP
酶等．
④核蛋白／转录因子，起始因子等，
⑤信号转导物如鸟苷酸环化酶，
Raf-1
等．
3
、
Ca2+
?钙调蛋白依赖性蛋白激酶
(Cam-PK)
Cam-
PKII
是一种多功能的蛋白激酶．
4
。
cGMP
依赖的蛋白激酶
(PKG)
功能：调节胞内钙离子．
5
，
DNA
依赖的蛋
白激酶
(DNA-PK)
调节：结合游离
DNA
片段后被激活，
底物：核
内
DNA
结合蛋白和转录因子，如
SP
l
，
Fos
／
Jun
，
Myc
和
P53
，
作用：①参与
DNA
修复和重组
,
②通过激活
TF
调节基因表达
;
③参与细胞周期的关卡机制
(Checkpoint).
6
．丝裂原激活的蛋白激酶
(Mitoge
n-activated protein kinase
，
MAPK)
调节：
MAPK
激酶
-MAPKK
（
M
EK
）
。
下
游底物：核内转录因子如
Myc
，
Ju
n
，
Ets
及其它胞内蛋白．
(
二
)
酪氨酸蛋白激酶（
Tyrosine protein
kinase
，
TPK)
—特异地催化蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，
< br>蛋白质酪氨酸磷酸化在细胞生长，分化和转化的调节中起重要作用。
1
、经典的
src
激酶家
族
原癌基因
c-src
蛋白产物
Src
是一种酪氨酸蛋白激酶，它有三个基
本结构域：从
C-
端至
N--
端依次为
SH1
、
SH
2
，
SH3(SH=src
homolog)
。
SHl
结构域：具酪氨酸激酶活性，
SH2
结构域：能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列，
SH
结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残
基与靶蛋白结合，
Src
家族：包括
原癌基因
src
，
yes
，
lyn
，
fyn
，
lck
，
blk
，
fgr
，
bcd
和
yrk
编码蛋白，它们都有
TPK
活性．共同参与细
胞转化的信号转导过程
．
SH2
结构域在信号转导途径中的
重要作用：由于含
SH2
结构域的信号转导分子可以识别和结合
其他含磷酸化酪氨酸
的蛋白，因此，通过蛋白质的酪氨酸磷酸化／去磷酸化调节可以决定
信号转导分子的结合与解离，从而导致信号的开
启或关闭。
<
/p>
2
、
JAK
嫩酶
家族
JAK(Janus kinase)
< br>激酶家族包括
Jakl
，
Jak
2
，
Jak3
，
Tyk2
等，
Jak
激酶具有一个
TPK
结构域和一个激酶样结构域，<
/p>
它们与
Src
的
TPk
激酶结构域具有同源性，
但
Ja
K
激酶没有
SH2
，
< br>SH3
结构域；
Jak
激酶主要参与细胞因子的信号转导．
二、蛋白磷酸酯酶对磷酸化的调节
(
一
)
、丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酯酶<
/p>
这类酶选择性地作用于含磷酸丝氨酸
或磷酸苏氨酸残基的肽链，使之脱去磷酸基团并改变生物活性．
主要成员：
PPl
，
PP2A
，
PP2B
，
PP2
C
，等．
PP2A
，催化亚基及其功能．
(
二
)
酪氨酸蛋白磷酸酯酶
(PTPase)
蛋
白质酪氨酸磷酸酯酶催化磷酸化酪氨酸残基的去磷酸化反应，与相应的酪氨酸蛋白激酶共同调节蛋白质的磷酸化水
平，
PTPase
< br>家族可分为
2
类：
9
1
、胞
质型
(
非受体型
)
：小的可溶性蛋白，只有一个催化结构域，
特点是合有
SH2 domain
，如
PTPlC
，
，
PTPlB
等．
，
2
．受体
型
(PTPR)
，是大的跨膜蛋白，特点是有
< br>2
个串联的胞浆催化结构域，如白细胞共同抗原
CD45
，
PTPlC(
存在于造血细胞
)
：
N
端
2
个串联重复的
SH2
结构域
{
识别
Tyr
?
P
，并指导蛋白与蛋白结合<
/p>
)
，
C
端为磷酸
酯酶
催化结构域。
Jak
可作为
PTP1C
底物．
PTPase
基因可能是肿瘤抑制基因．
第三节
细胞膜受体介导的信号转导
一、受体的分类
质膜受体和胞内受体（胞浆或核受体，如类固醇激素受体）
膜受体的分类：
（一）
G
蛋白耦联受体家族
又称
为七次胯膜受体家族，特点是具有七段跨膜的
α
螺旋结构，本身
无酶活性，胞浆侧肽链上有磷酸化位点，受体功
能受磷酸化调节。成员；肾上腺素受体、
多巴受体、视紫红蛋白等。
（二）酪氨酸激酶受体家族
受体本身
胞浆侧有蛋白酪氨酸激酶活性，并且胞浆侧肽链上有自身磷酸化位点，配基结合后受体形成二聚体，二聚体
中每个亚基可以磷酸化对应的另一亚基，从而启动信号转导。
这类受体主要包括多数生长因子受体
(
如
IGF
，
EGF
，
PDGF
，
NGF
，
SCF
，
HGF
等生长因子的受体
)
，除胰岛素受体
< br>外，这类受体均由一条肽链组成．
(
< br>三
)
细胞因子受体家族
这类受体本身无
TPK
活性，
但其胞浆侧近膜部分有非受体酪氨酸蛋白激酶的结合位点，
在配基与受体结合后
，
受体发
生二聚化或寡聚化，并激活
J
ak
族蛋白酪氨酸激酶．
此类受体包括细胞因子受体以及生长激素、促乳素等受体．
<
/p>
细胞因子
(cytokine)
：是淋巴
细胞和造血细胞产生的一大类对细胞生长和分化有调节作用的蛋白因子。包括干扰素
(I
FN)
、白细胞介素
(IL)
、白血病
抑制因子（
LIF
）
、抑癌素
M
等
(
但
IL-8R
为
G
蛋白藕联受体
)
(
四
)
离子通道受体
与配基结合后构成离子通道，主要存在于神经突触，如乙酰胆碱
(ACH)
，
5-HT
受体等。
二、
G
蛋白介导的信号转导
。
G
蛋白藕联受体的信号转导途径由三部分组成：
①细胞
膜受体；②
G
蛋白③效应物
(effe
ctor)
，其中
G
蛋白将受体与效应
物藕联．
G-
蛋白
< br>(G-protein)
是一种鸟苷酸结合蛋白，是由
α
、
β
和
γ
三个亚基组成的异三聚体，
多，
β
和
γ
亚基总是紧密结
合
在一起作为一个功能单位
G
β
γ
G
α
亚基可分为
Gs,Go,Gi,Gq
等，其活性可
被霍乱毒素（
CT
）或百日咳毒素（
P
T
）修饰。
G-
蛋白介导的信号转导的机制：
G-
蛋白循环。
G-pr
的效应物：离子通道、腺苷酸环化酶、磷
脂酶
C
、磷脂酶
A2
< br>等
三、
RAS-
MAPK
信号转导途径
1
、途径中的信号分子
Ras
：具鸟苷酸结合活性的一种胞浆蛋白（与
G-
蛋白不同）
Ras
活性与其结合的鸟苷酸有关。
鸟苷酸交换因子（
SOS
）
Ras
?
GDP
Ras
?
GTP
(
失活
) GTP
酶激活蛋白（
GAP
）
（激活）
接头蛋白：生长因子受体结合蛋白
Grb2
，通过其
SH2
结构域与
Tyr
被
磷酸化的受体结合，同时通过其
SH3
域与具有
pro
富集区的
SOS
结合，
并通过
SOS
活化
Ras
蛋白．
10
2
、
Ras-
MAPK
途径：
生长因子→生长因子
受体
(
具酪氨酸激酶活性
)
→含有
SH2
结构域的接头蛋白
< br>(
如
Grb2)
→鸟苷酸交换因
子
SOS
→
Ras-GTP
→
Rafl
→
MAPKK
（
MEK
）→
MAPK
→转录因子→调节基因表达。
3
．
Ras-
MAPK
途径的调节
①
Ras-MAPK
途径中信号转导分
子的突变
(
如
Ras)
和表达量的改变．
②其他信号转导途径的影响
cAMP-PKA
：抑制
Raf-1<
/p>
；
PKC
：活
化
Raf~l
，
四、
Jak-
stat
途径：
STAT
：信号转导物与转录激活剂（
signal transducer
and activators of
transcription
）
至少
6
种，分子量
84-113KD
，含一个
SH2
结构域
(
羧端
)
，一个
SH3
样结构域，并合有
DNA
结
合域，
Stat
的激活依
赖通过磷酸化
形成二聚体．
Jak-
Stat
途径：
细胞因子→受体
(
二聚体化
)
→<
/p>
Jak
→
Stat
→
Stat
二聚体
(
活化
)
→易位至核，影响转录．
?
第六章
细胞周期及其调节
细胞增殖
(cell
proliferation)
与细胞生长分裂周期．
第一节
细胞周期
一、细胞周期
(cell
cycle
)
：指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程，这个过程所需的时间称为细
胞周
期时间。
细胞周期由
G1
、
S
、
G2
和
M
期组成
(G1
、
S
和
G2
期又合称为分裂间期
)
。
G1(Gap1)
期：
DNA
合成前期
(
复制
前期
)
，从上次有丝分裂完成到
DNA
复制之前的阶段
;
S
期：
DNA
复制期
;
G2
期：合成后期，从
DNA
复制完成至有丝分裂开始
;
M
期：有丝分裂
(Mitosis)
期，包括核分裂和胞质分裂
．
M
期结束后形成两个新的子细胞。
<
/p>
注：①不同细胞的细胞周期时间不同，一般
S+G2+M
期较恒定，而
G1
期变化较大，因而它决定了细
胞周期时间的长
短；
②
G1
期细胞有三种可能的趋向：
1)
进入
S
期
(
< br>即进入细胞周期
)
．
2)
处于静止期即
Co
期
(
在一定条件下可重新进入增殖
周期
)
，
3)
分化、衰老、凋亡。
二、细胞周期中各时相的主要生化事件
细胞周期中每期都有其特殊功能，其中
S
期的
DNA
复制和
M
期细胞核的有丝分裂是细胞周期中
2
个最关键的过程：
1
、
G1
期：为
DNA
复制作准备，
G1
早期合成各种
RNA
、结构蛋
白和酶等，细胞通过一个限制点
(restriction
p
oint
，
R
点
)
后在
G1
后期合成
DNA
复制有关的蛋白和酶。
在开始合成
DNA
之前有一个关卡
(
checkpoint)
，检查染色体
DNA
< br>是否有损伤，如有则先要进行修复。
2
、
S
期：
DNA(
包栝端粒
)
的复制及组蛋白合成、核小体装配．<
/p>
S
期后每一染色体复制成
2
个染色单体?
S
→
G2
期关卡：检查
DNA
复制是否完成
3
、
G2
期：为有丝分裂作准备．有
< br>RNA
和非组蛋白合成。
4<
/p>
、
M
期：染色体浓缩一仿锤体形成→染色
体分离并移向细胞两端→染色体解聚，形成两个新核→胞质分裂。
第二节
周期素依赖性蛋白激晦与细胞周期调节
周期素依赖性蛋白激酶
(cyclin-dependent
kinases
，
CDKs)
通过使
特异底物磷酸化调节细胞周期进行，其活性依赖与
周期素
(cy
clin)
结合形成复合物。
一、周
期素
-
周期素依赖性蛋白激酶
周期素家族和周期素依赖蛋白激酶
(CDK)
家族．
细胞周期的不同时相表达不同
cyc-
CDK
，这些
cyc-
CDK
复合物在各不同的细胞周期过渡点起作用．
11
1
、
G1
期
cyc-CDK
G1
期表达的周期素为周期素
C
、
D
（
D1
、
D2
、
D3)
和
E
。
D
族周期素主要与
CDK4(
以及
CDK2
、
CDK5
、
CDK6)
结合成活性的蛋白激酶复合物，对细胞通过
R
点
(G0
→
G1
过渡
有重要作用。
E
族周期素与
CDK2
形成复合物。
cycE-CDK2
复合物调控
G1
→
S
过渡。
2
、
S
期和
M
朔
cyc-CDKs
cycA-CDK2
：驱
动细胞通过
S
期．
cycB-cdc2
：驱动
G2
→
M
期过渡
(cdc
2
或
p34cdc2
即
CDKl)
．
二、周期素依赖性蛋白激酶抑制物
(cyclin-dependent kinase
inhibitor
，
CKIs)
C
Kls
通过与
CDKs
结合而抑制激酶
活性，在细胞周期中起负调控作用．
CKIs
一般按其分子量命名．
：
CKls
的分类：
< br>1
、
Kip
／
< br>Cip
家族：包括三种结构相关蛋白
P21
、
P27
、
P57
、特点是能结合并抑制大多数
cyc-
CDK
复合物；
P21(
其它名称
WAFI
／
CI
Pl
等
)
：可被
P53
诱导转录，
P21
抑制
cycDl-CDK4
和
cycE-CDK2
，参与
(
由于
DNA
损伤诱
导的
)P53
介导的细胞周期停止。
P27
< br>参与血清去除、接触抑制和
TGF-
β
< br>等导致的细胞周期停止。
2
、
INK
4
蛋白家族，包括四种相关蛋
P16
、
P15
、
P18
、
P19
．
特点：
INK4
是
cycD-
CDK4
和
cycD-CDK6
的专一
性抑制剂，并与
CDK
单体结合。
<
/p>
P15
可能参与
TGF-
β
诱导的细胞周期停止于
G1
期，
’
三、细胞周期调节因子与肿瘤
1
、
cyclin
和
CDKs
可能为原癌基因，其突变或过度表达可导致细胞转化
。
2
、
CK
I
可能是广谱的肿瘤抑制基因，其失活导致
CDK
活性失调。
p16(MTSl)
< br>在肿瘤中突变特点及其作用。
第三节
细胞周期的其它调节机制
生长因子、
生长抑制因子、原癌基因
(
如，
myc
)
和抑癌基因产物、蛋白质可逆磷酸化、蛋白水解等对细胞周期也有重要
调节作用。
一、
pRB
，
?
抑癌蛋白，分子量
106KD
，其活性与磷
峻化状态有关：
G0
及
G1
早期：
pRB
非磷酸化
，与转录因子
E2F-1
结合
(
抑制转录
)
GF
等→
cycD-
CDK4
及
cycE-CDK2
激活→
pRb
磷酸化
(
失活
)
→释放
E2F
→
DNA
合成基因表达。
二、
p53
抑癌蛋白
(
转录因子
)
，
在细胞周期中的作用：参与细胞周期关卡
-DNA
损伤检查的关键蛋白
(
通过诱导
P21
转录使细胞周期停止于
G1
期
)
。
三、细胞因子对细胞周期的作用．
1
．生长因子在细胞通郧点中的作用
GF
→
GFR
→
Ras-MAPK
→
fos/jun
等基因表达→
cycD-CDK4
等表
达→
pRB
磷酸化→
E2F
释放→进入细胞增殖周期。
2
、生长抑制因子与细胞周期停止
<
/p>
TGF-
β
使细胞周期停止于
G1
期。
四、泛有素<
/p>
(Ubiquitin
，
Ub)
介导的蛋白水解作用
周期素，周期素依赖性蛋
白激酶抑制剂
(
如
P27)
以及其它细胞周期调节蛋白均可通过泛有素介导的蛋白酶水解作用降
解，这
些按精确的时间顺序进行的蛋白水解反应在细胞周期的不同阶段起着重要的调节作用。
第七章
细胞凋亡
12
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