生化表观遗传学总结
表观遗传学(总结)
1.表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化，且是染色质调节的基因转录水平的变化，这种变化不涉及DNA 序列的改变。
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗传学内容包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节。
研究表明，这些表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映，且均为维持机体内环境稳定所必需。
它们通过相互作用以调节基因表达，调控细胞分化和表型，有助于机体正常生理功能的发挥，然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此，进一步了解表观遗传学机制及其生理病理意义，是目前生物医学研究的关键切入点。
别名：实验胚胎学、拟遗传学、、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
2.表观遗传学现象（1）DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG 二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56%的人类基因组编码基因相关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分每1 Mb就有5—15个CpG岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。
由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
2024年度表观遗传学完整版
精准医疗
表观遗传学的研究有助于实现精准医疗，为患者 提供更为个性化的治疗方案。
药物研发
表观遗传学为药物研发提供了新的靶点和思路， 有望为疾病治疗带来更多有效的药物选择。
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THANKS
感谢观看
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的熔解曲线来判断甲基化状态。
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组蛋白修饰检测技术
染色质免疫沉淀（Chromatin Immunopr…
利用特异性抗体与组蛋白修饰位点结合，沉淀并富集与目标修饰相关的染色质片段，进
而分析组蛋白修饰在基因组上的分布。
ChIP-seq技术
将ChIP与高通量测序相结合，通过对富集得到的染色质片段进行测序，从而在全基因 组范围内确定组蛋白修饰的位置和丰度。
组蛋白修饰和染色质重塑 在转录调控中发挥重要作 用，参与细胞分化和发育 等过程。
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非编码RNA在表观调控中作用
非编码RNA种类
包括微小RNA（miRNA）、长链 非编码RNA（lncRNA）等多种类
型，它们在表观调控中发挥重要 作用。
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调控机制
通过靶向mRNA降解或抑制翻译等 方式来调控基因表达，影响细胞功 能和表型。
和发展。
癌基因激活
表观遗传变化如DNA低甲基化等 可导致癌基因激活，从而引发细
胞恶性转化。
表观遗传治疗
针对表观遗传调控异常的肿瘤， 开发表观遗传药物如DNA甲基转
移酶抑制剂等进行治疗。
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神经退行性疾病中表观遗传机制
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神经元特异性基因表达调控
表观遗传机制在神经元特异性基因表达调控中发挥重要作用，与神 经退行性疾病的发生发展密切相关。
生物高三表观遗传知识点
生物高三表观遗传知识点在遗传学领域中，表观遗传学是指通过非DNA序列变化来影响基因表达和细胞功能的遗传变化。
表观遗传是细胞和生物体发育过程中的一个重要因素，也在许多疾病的发生和发展中起着关键作用。
本文将介绍生物高三中常见的表观遗传知识点，以帮助读者更好地理解这一领域的重要性。
I. DNA甲基化DNA甲基化是表观遗传学中最常见的一种现象，它通过在DNA分子上添加甲基基团来影响基因表达。
甲基化通常发生在CpG二核苷酸的胞嘧啶上，可以促进或抑制基因的转录。
在高三生物课程中，学生需要理解DNA甲基化对基因组稳定性和个体发育的重要性。
II.组蛋白修饰组蛋白是染色质的主要组成部分，其修饰可以影响基因的可及性和转录水平。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等多种类型，不同修饰方式对基因表达起到不同的调控作用。
生物高三学生需要了解组蛋白修饰对基因表达和细胞分化的重要影响，以及它们在细胞功能和发育过程中的作用机制。
III.非编码RNA除了编码蛋白质的基因，人类基因组中还包含大量非编码RNA 基因。
这些非编码RNA在表观遗传中扮演重要角色，例如长链非编码RNA（lncRNA）可以通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用，调控基因表达和信号传导。
生物高三学生需要对不同类型的非编码RNA及其调控机制有所了解。
IV.环境因素的影响表观遗传学中另一个重要的方面是环境因素对基因表达的影响。
环境因素包括营养、化学物质、毒素、温度等，它们可以通过改变DNA甲基化或组蛋白修饰等方式，对基因表达起到调控作用。
生物高三学生需要了解环境因素对表观遗传的重要性，并理解环境对基因表达多样性和细胞功能的影响机制。
V.表观遗传与多种疾病之间的关系表观遗传与多种疾病之间存在着紧密的联系。
许多疾病，如癌症、心血管疾病和神经系统疾病，都与表观遗传异常有关。
生物高三学生需要理解表观遗传与疾病之间的关联性，并对相关的研究方法和治疗策略有所了解。
总结:以上是生物高三中常见的表观遗传知识点的简要介绍。
遗传学——表观遗传学
• 1879年德国生物学家弗莱明（F1eming· ） w 把细胞核中的丝状和粒状的物质，用染料染红， 观察发现这些物质平时散漫地分布在细胞核中， 当细胞分裂时，散漫的染色物体便浓缩，形成 一定数目和一定形状的条状物，到分裂完成时， 条状物又疏松为散漫状 。 • 1883年美国学者提出了遗传基因在染色体上 的学说。 • 1888年正式被命名为染色体。
2、二级结构：由核小体连接起来的纤维状结构 经螺旋化形成中空的螺线管。螺旋管的每一圈 包括6个核小体，外径约为30 nm。DNA的长 度在一级结构的基础上又被压缩了6倍。 3、三级结构：即由螺线管形成超螺线管，DNA 的长度在二级结构的基础上被压缩了40倍， 4、四级结构：在由三级到四级结构，即形成染 色单体后，DNA的长度在三级结构的基础上被 压缩了5倍。 因此由一条DNA长链，经过多级螺旋化，可以 使几厘米长的DNA与组蛋白等物质共同形成几 微米长的染色体，其长度总共被压缩了8 000 倍～10 000倍。
遗传学和表观遗传学的关系
● 传统遗传学认为遗传信息储存于DNA 的序列中， 它主要研究基因序列改变所致的基因表达水平的 变化，是基因质的变化； ● 表观遗传学则认为遗传信息是DNA甲基化形式 和组蛋白密码、RNA干涉等，是以基因表达水平 为主的量变遗传学。 ● 表观遗传变异也能遗传，并具重要的表型效应， 但其不同于基因突. ▲ 首先,表观遗传学是渐变的遗传过程而非突变 的过程; ▲第二，表观遗传变异常常是可逆的； ▲第三，表观遗传改变多发生在启动子区，而遗 传突变多发生在编码区等。
• 通常，DNA 甲基化与染色体的压缩状态、 DNA 的不可接近性以及与基因处于抑制和 沉默状态相关； 而DNA 去甲基化、组蛋白 的乙酰化和染色质去压缩状态，则与转录 的启动、基因活化和行使功能有关。 • 这意味着，不改变基因本身的结构，而改 变基因转录的微环境条件就可以左右基因 的活性，或令其沉默，或使其激活。
表观组学学习笔记-01表观遗传学简介
表观组学学习笔记-01表观遗传学简介表观遗传学简介⼀、什么是表观遗传学（Epigenetcs）在遗传学领域，表观遗传学指研究因内外环境变化使基因型相同的个体或细胞发⽣可遗传的表达模式改变的机制。
如：扬⼦鳄受精卵在温度为28.5摄⽒度孵出全为雌鳄，当温度上升到33.5摄⽒度时孵出全为熊鳄，当⽓温在30摄⽒度时，雌雄⽐例相等。
表观遗传学的特点：不涉及DNA序列的改变；仅仅表现为表型的改变；是对环境和各种⾮遗传因素的应答；具有组织特异性和时效性。
⼆、表观遗传学包含以下⼏种现象：1、位置效应：由于基因变换了染⾊体上的位置⽽引起表型改变的现象，说明了基因组不同区域特定的染⾊质结构对基因产⽣的影响2、副突变⼀个等位基因可以诱导另⼀个等位基因发⽣可遗传的表达模式的改变，发⽣表达模式改变的等位基因称之为副突变体（paramutant），副突变可以通过减数分裂传递给下⼀代3、基因组印记（genomics imprinting）因为等位基因来源于不同亲本⽽使其表达模式发⽣改变的现象，这是在哺乳动物中最早发现的表观遗传现象。
有2种特点，⼦代的等位基因中有⼀个发⽣沉默；哪⼀个等位基因沉默取决于等位基因的亲本来源。
4、剂量效应：细胞核中具有2份或2份以上基因的个体和只有1份基因的个体表现出相同表型的遗传效应。
5、位置阻隔效应-绝缘⼦（隔离⼦）阻碍相邻基因的调控；阻⽌染⾊质对基因的抑制效应的扩散;在三维⽔平使染⾊质环化，促使远距离的调控因⼦互作总结：表观遗传学指遗传序列不变但基因的表达模式发⽣了改变，表型的改变是依环境（或基因位于染⾊体上的位置）变化⽽发⽣改变的现象。
可以简单理解为环境决定基因的表达模式。
表观遗传学的作⽤途径包含染⾊质重塑、DNA甲基化、组蛋⽩修饰、RNA甲基化、⾮编码RNA（ncRNA）的调控等。
三、表观组学⽬前常见分析（实验及⽣信分析）RNA-seq 分析：检测转录本表达⽔平变化的测序技术。
适⽤于⽐较不同处理时两组实验样本之间的基因表达⽔平的差异⽐较分析。
生物发育过程中表观遗传学的作用机理
生物发育过程中表观遗传学的作用机理生物发育是一个十分复杂的过程，它涉及到基因的表达和调控。
然而，相较于那些一成不变的DNA序列，表观遗传学的影响也同样重要。
表观遗传学指的是不涉及基因序列变化的DNA修饰和蛋白质修饰等作用，这些都与基因表达和细胞分化密切相关，而在这个过程中，各种细胞类型和功能得以形成。
表观遗传学是如何工作的？表观遗传学的作用机理非常复杂。
首先，需要明确DNA的储存和传递是以一种非常规的方式进行的。
在细胞的核内，DNA绕在蛋白质上形成染色体。
这意味着通过以密集包裹的方式，DNA变得不容易被细胞机器反应，保护了DNA的完整性。
但如果细胞需要使用DNA，这些染色体必须通过适当的调节让其易于访问。
表观遗传学里的修饰就相当于一个升降机。
在基因转录中，RNA聚合酶必须访问核酸和染色质结构才能正确翻译DNA信息。
在细胞中，一些分子会与DNA 序列特定区域上的特定蛋白质相互作用，将其压缩成更为复杂的结构，难以被及时翻译。
这时，表观遗传学的修饰便可作用于蛋白质和DNA序列，使其变得可访问性更强，以便更快速、更具针对性地识别和作出响应。
表观遗传学与DNA甲基化的相关性表观遗传学的一个很好的例子就是DNA甲基化。
这里甲基化维持着细胞和组织类型的区别，有助于基因表达的调控。
DNA甲基化是将甲基基团添加到DNA碱基上，而与这个过程紧密相关的分子叫做“DNA甲基转移酶”。
这个过程中，甲基基团会被加到DNA序列特定区域上的胀缩区域，有时这也会在同样区域上造成基因沉默，而这种沉默是一种表观遗传学现象。
表观遗传学对生物体发育的影响表观遗传学不仅与DNA的储存和传递密切相关，还可以通过细胞分化影响一个细胞的未来组织类型。
在胚胎发育中，胚胎细胞会逐渐分散，并适当分化形成不同的细胞类型和组织类型。
作为基因表达调控机制的一部分，表观遗传学系统可以改变细胞的记忆，调节基因表达和对信号的反应，并塑造细胞命运。
总结总而言之，表观遗传学在生物发育过程中发挥了非常重要的作用。
生化 表观遗传学
染色质蛋白并非只是 一种包装蛋白，而是 在DNA和细胞其他组 分之间构筑了一个动 态的功能平台。
非编码RNA调节
无论是DNA修饰还是组蛋白修饰，都是基因活 性调节的中间参与者，而真正诱导基因活性改 变的最大可能者是功能性非编码RNA。 非编码RNA在调节基因表达、基因转录、调整 染色质结构、表观遗传记忆、RNA选择性剪接 以及蛋白质翻译中都发挥重要作用。 不仅如此，RNA在保护机体免受外来核酸的侵 扰中也扮演着重要的角色，被认为是最古老的 免疫体系。
DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之 一，可能存在于所有高等生物中。DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基 化则诱导了基因的重新活化和表达。
DNA甲基化
DNA甲基化是指在甲基化酶的作用下，将一个 甲基添加在DNA分子的碱基上。 DNA甲基化修饰决定基因表达的模式，即决定 从亲代到子代可遗传的基因表达状态。 DNA甲基化的部位通常在CpG岛的胞嘧啶
蛋白质磷酸化
蛋白质磷酸化与非磷酸化
非活性蛋白与活性蛋白的构象之间的转换是通过可逆共价修饰 调节蛋白质的方式，蛋白激酶则是这一过程催化磷酸化的重要蛋白， 而磷酸酯酶是去磷酸化的重要蛋白.
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个 左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化 的把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过 程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸.
随着对实验动物特别是克隆动物生物学 性状的了解以及人们对众多疾病的深入 研究，科学家发现，除了基因组DNA外， 还有基因组之外的大量遗传学信息调控 着基因的表达，表观遗传学(epigenetics) 应运而生。
高三生物遗传知识点总结
高三生物遗传知识点总结遗传学作为生物学中的一门重要学科，研究生物体及其后代的遗传规律。
在生物学的高中阶段，我们学习了许多关于遗传的知识，这些知识不仅仅是一门学科的学习，更是探索生命奥秘的窗口。
接下来，我们将对高三生物遗传知识进行一个总结。
1. 遗传的基本单位：基因基因是控制生物体遗传性状的基本单位，它位于染色体上，由DNA分子组成。
一个基因决定了一个特定的性状，如眼睛的颜色、头发的类型等。
基因共有两个拷贝，即遗传自父母，分别为等位基因。
等位基因可能表现为显性和隐性形式，显性基因的表型会表现出来，而隐性基因需要两个拷贝才能表现。
2. 子代遗传规律：孟德尔定律孟德尔定律是遗传学的基础，它揭示了子代遗传的规律。
其中包括一对基因互相独立分离、随机组合等规律。
孟德尔的豌豆实验是遗传学的里程碑，他通过对豌豆颜色和形状进行交配实验，推测出了一对基因的分离和组合规律。
3. 遗传的交叉规律交叉是指染色体上不同位点基因之间的互相交换，它使得基因组的多样性得以增加。
在有世代交替的生物中，交叉是在减数分裂过程中发生的，通过无数次的交叉，使得后代的染色体上呈现出新的基因组合。
4. 遗传的突变突变是指基因发生改变的现象。
突变产生于DNA分子的改变，可能包括点突变、插入突变和缺失突变等。
突变是生物进化和多样性的基础，也是遗传疾病发生的根源。
5. 单基因遗传性状单基因遗传性状是由一个基因决定的性状，如血型、耳垂形状等。
根据等位基因的性状表现，单基因遗传性状通常表现为显性和隐性两种形式。
如有父母中有一个是A型血，而另一个是O型血，则子代有25%的概率是O型血。
6. 多基因遗传性状多基因遗传性状是由多个基因共同决定的性状，如身高、皮肤颜色等。
多基因遗传性状的表现常常呈现连续性分布，符合正态分布曲线。
父母的身高会影响子代的身高，但具体表现受到环境的影响。
7. 染色体遗传染色体是基因的载体，人体中有23对染色体，其中一对性染色体为性别的决定因素。
表观遗传学
表观遗传学起源：表观遗传学（epigenetics）这个术语首次由研究胚胎发育的英国生物学家沃丁顿（Conrad Waddington）于1942 年提出，经过30 年的沉寂后，于70 年代中期被重新认识，并于80 年代后期被重新提出，90 年代末至今迅猛发展，成为生命科学领域中的研究热点之一。
概念：从经典遗传学理论上来讲，脱氧核糖核酸（DNA）是把生物的遗传信息传递给下一代的物质。
上一代的生活经历一般不会影响下一代，因为DNA 的序列不可能在如此短暂的时间内产生足以影响下一代性状的改变。
然而对人和动物的观察表明，上一代的生活经历可以通过DNA 序列以外的途径传给后代。
这些途径主要包括染色质修饰、DNA的甲基化、印记基因丢失和非编码RNA变化等。
它们不改变DNA 中核苷酸的序列，却能影响基因的表达。
这些不通过DNA 序列改变而影响身体性状，有时能遗传给后代的变化就叫做“表观遗传”（Epigenetic）修饰。
染色质修饰：染色质是由组蛋白与DNA组成的。
组蛋白是染色质的蛋白组分，DNA分子与其紧密结合，构成核小体。
组蛋白翻译后有多种修饰的方式，包括甲基化、乙酰化、磷酸化以及泛素化等。
这些修饰反应会影响组蛋白与DNA分子的相互作用，从而导致基因转录、DNA修复与复制、染色体的重排生理过程发生改变。
组蛋白修饰通过以下3种途径影响基因的表达: ①通过改变基因的生存环境( 如电荷量和p H 值等), 增强或减弱转录辅助因子对基因表达的作用; ②直接影响染色质的构造和存在状态, 进而对蛋白与基因的相互作用产生改变; ③作为信号影响其下游蛋白的表达，进而改变基因的表达。
DNA甲基化：表观遗传修饰的主要形式为DNA甲基化，是目前研究得较多、较清楚的表观遗传调控机制。
生物体内甲基化状态主要有3种: 基因的持续低甲基化状态( 如管家基因的甲基化状态)、基因的去甲基化状态( 如一些控制生长发育的特异性基因的激活) 和基因的高甲基化状态( 如人类女性生殖细胞内X 染色体失活的基因修饰)。
生物化学表观遗传学
生物化学表观遗传学生物化学表观遗传学是研究生物体的基因表达调控和遗传信息传递的一门学科。
它关注的是基因组上的化学修饰如何影响基因表达，并探索这些修饰如何被维持和遗传给后代。
本文将介绍生物化学表观遗传学的基本概念、作用机制以及在生命科学领域的应用。
一、基本概念生物化学表观遗传学是研究基因表达调控的一门学科。
在生物体的细胞中，基因组DNA上的化学修饰可以影响基因的活性，从而调控基因的表达。
这些化学修饰可以通过添加或去除特定的化学基团来改变染色质的结构和功能，从而影响基因的可及性和转录活性。
生物化学表观遗传学的研究内容主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。
二、作用机制1. DNA甲基化DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰方式之一。
它通过在DNA分子上添加甲基基团来改变基因的表达。
甲基化主要发生在CpG二核苷酸位点上，即DNA链中的Cytosine（C）与Guanine（G）之间的碱基对。
DNA甲基化可以静默基因，使得其在转录过程中难以被RNA聚合酶识别和结合，从而抑制基因的表达。
2. 组蛋白修饰组蛋白是染色质的主要组成部分，它不仅可以调控DNA的结构和可及性，还可以通过化学修饰来影响基因的表达。
组蛋白修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化等多种修饰方式。
例如，组蛋白乙酰化可以增强染色质的松弛度，提高基因的可及性，从而促进基因的表达。
3. 染色质重塑染色质重塑是指通过改变染色质的三维结构来调控基因的表达。
染色质在细胞核中呈现出一种高度有序的结构，不同区域的染色质紧密程度不同，从而影响基因的可及性和表达水平。
染色质重塑可以通过转录因子、非编码RNA等多种机制实现，从而调控基因的表达。
三、应用领域生物化学表观遗传学在生命科学领域有着广泛的应用。
它不仅有助于解释生物个体的发育和分化过程，还可以解析疾病的发生机制，并为疾病的预防和治疗提供新的思路。
以下是生物化学表观遗传学在几个重要领域的应用示例：1. 癌症研究生物化学表观遗传学的异常调控与肿瘤的发生和发展密切相关。
生化表观遗传学总结共60页文档
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
生化表观遗传学总结
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
表观遗传的生化机理及应用介绍前景
非编码RNA
非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA分 子，包括microRNA、siRNA、piRNA 等。非编码RNA可以通过与mRNA结合 或与DNA结合来调控基因的表达。
非编码RNA在细胞生长、分化、凋亡以 及肿瘤发生等方面具有重要作用。非编 码RNA异常可以导致基因表达失调，与 多种疾病的发生和发展密切相关。
表观遗传的生化机理及应用介 绍前景
目
CONTENCT
录
• 表观遗传学概述 • 表观遗传的生化机理 • 表观遗传的应用 • 表观遗传的前景展望
01
表观遗传学概述
表观遗传学的定义
表观遗传学是一门研究基因表达方式可遗传变化机制的学科，它 关注基因型未发生变化但表型却发生了改变的遗传现象。
表观遗传学主要研究DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等机 制对基因表达的影响，以及这些影响如何在细胞分裂和组织发育 过程中被传递。
03
表观遗传的应用
疾病诊断与治疗
疾病诊断
表观遗传学改变与多种疾病的发生和发展密切相关，通过检测表 观遗传学标记物，有助于早期诊断疾病，如癌症、神经退行性疾 病等。
疾病治疗
表观遗传学药物可以改变基因的表达模式，从而治疗某些疾病。 例如，针对DNA甲基化的抑制剂可以用于治疗癌症和一些遗传性 疾病。
药物研发
个性化医疗
表观遗传学可以为个性化医疗提供依 据，通过分析个体的表观遗传标记， 为患者提供定制化的治疗方案。
表观遗传与生物进化
物种进化机制
表观遗传学在物种进化机制方面的研究有助于深入了解生物多样性的形成和演化过程。
适应性进化
表观遗传学在适应性进化方面的研究有助于揭示生物如何适应环境变化，提高生存和繁 殖能力。
基因调控和表观遗传学在生物化学中的应用
基因调控和表观遗传学在生物化学中的应用在生物化学领域中，基因调控和表观遗传学是两个重要的研究方向。
它们的研究成果不仅对于理解生物体内化学反应的机制具有重要意义，还为疾病的治疗和药物开发提供了新的思路和方法。
基因调控是指在细胞内控制基因表达的过程，通过调节基因的转录和翻译过程，细胞可以根据外界环境的变化来合理地调整基因的表达水平。
这种调控是通过一系列复杂的信号传导网络和调控因子来实现的。
近年来，研究人员发现许多与基因调控相关的分子，如转录因子和染色质修饰酶，它们能够直接或间接地影响基因的表达。
通过研究这些分子的功能和相互作用，我们可以更好地理解基因调控的机制，并且可以利用这些分子来调控特定基因的表达，从而实现对生物体的精确操控。
表观遗传学是研究基因表达水平可遗传的变化的学科。
它涉及到基因组中某些特定区域的化学修饰，如DNA甲基化和组蛋白修饰。
这些化学修饰可以影响染色质的结构和稳定性，从而影响基因的转录和翻译过程。
表观遗传学的研究表明，这些化学修饰不仅受到基因组DNA序列的影响，还受到环境因素的影响。
比如，环境中的化学物质、营养状况和生活方式等都可以影响基因组中的化学修饰，进而影响基因的表达。
这种可遗传的表观遗传变化被认为是一种重要的遗传机制，它可以解释为什么相同的基因组序列在不同个体中表现出不同的表型。
基因调控和表观遗传学在生物化学中的应用非常广泛。
首先，它们可以帮助我们理解疾病的发生机制。
许多疾病，如癌症和心血管疾病，都与基因的异常表达有关。
通过研究基因调控和表观遗传学，我们可以发现导致这些疾病的分子机制，并且可以找到针对这些机制的治疗方法。
例如，一些药物可以通过调节染色质修饰酶的活性来治疗癌症，从而抑制癌细胞的生长和扩散。
其次，基因调控和表观遗传学还可以为药物开发提供新的思路和方法。
传统的药物开发主要是通过寻找特定分子的拮抗剂或激动剂来实现的。
然而，这种方法往往只能针对特定的分子靶点，而不能全面地调控基因的表达。
生化遗传实验技术归纳总结
生化遗传实验技术归纳总结目前，生化遗传实验技术在生命科学领域中扮演着重要的角色。
本文将对生化遗传实验技术进行归纳总结，包括克隆技术、PCR技术、电泳技术和基因组测序技术等。
通过对这些技术的介绍，希望能够帮助读者更好地了解生化遗传实验技术及其在生物学研究中的应用。
一、克隆技术克隆技术是指通过体细胞核移植、基因工程或干细胞技术等方法，实现从一个个体中复制出与该个体完全一致的个体。
克隆技术可分为体细胞克隆和胚胎克隆两种类型。
体细胞克隆是指将体细胞核移植到受体卵母细胞中，然后发育成为一个与供体个体基因完全一致的个体。
胚胎克隆则是指源自胚胎干细胞的复制，通过分裂与发育产生多个与原个体基因相同的个体。
二、PCR技术PCR（Polymerase Chain Reaction）技术是一种重要的生物分子扩增技术，通过反复迭代的循环反应，在短时间内从少量样本中扩增目标DNA或RNA序列。
PCR技术广泛应用于基因测序、基因突变检测、物种鉴定和病原体检测等方面。
PCR技术具有灵敏、高效、快速和可靠的特点，成为许多分子生物学研究的关键实验方法。
三、电泳技术电泳技术是一种常用的分离和定量分析生物大分子的方法，通过利用DNA、RNA或蛋白质在电场中的迁移速度差异，实现分子的分离。
电泳技术主要有聚丙烯酰胺凝胶电泳、琼脂糖凝胶电泳和毛细管电泳等。
电泳技术广泛应用于基因型鉴定、蛋白质分析、核酸测序和分子生物学研究等领域，为科学家提供了重要的分子分析工具。
四、基因组测序技术基因组测序技术是指对一个有机体的全部基因组进行测序的方法。
随着技术的不断进步，基因组测序技术不断发展，从最早的Sanger测序法，到后来的高通量测序技术（如Illumina测序技术、Ion Torrent测序技术等），基因组测序的精确性、效率和成本不断提高。
基因组测序技术的广泛应用，为研究生物学基础、生物进化、基因突变和疾病诊断等提供了强有力的工具。
总结：生化遗传实验技术在现代生物学研究中发挥着重要作用。
表观遗传学
❖ SUMO化修饰是指SUMO共价结合由于靶蛋白的赖 氨酸残基上，类似但不同于泛素化，泛素化与蛋白 质降解有关，而SUMO化与转录调节及凋亡有关。通
常以非活性前体存在，在酶的作用下暴露出C端的双 甘氨酸残基才成为成熟的SUMO，在ATP作用下，经 SUMO活化酶E1,结合酶E2,连接酶E3的作用与靶蛋白底 物偶联。
表观遗传现象／修饰
❖ DNA甲基化（DNA methylation） ❖ 基因组印迹（genome imprinting） ❖ X染色体失活（X chromosome inactivation） ❖ 组蛋白的多种修饰如甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、
SUMO化，组蛋白变体等。 ❖ 染色质重塑（chromatin remodeling） ❖ 基因沉默（gene silencing） ❖ 假基因（pseudogene） ❖ RNA编辑（RNA editing） ❖ RNA干扰（RNA interference）
❖ 主要发生在赖氨酸（K）或精氨酸（R）上
❖ HKMTs(histone lysine methyltransfeas)和 PRMTs(histone arginine methyltransfeas)
❖ 分子效应：增加赖氨酸上的疏水力
❖ 生物学功能：a)基因转录活化
❖
b)基因转录沉默
❖
c) X染色体失活
CpG岛
The Characteristics of CpG islands
❖ CpG岛主要位于基因的启动子区，只有少量位于 基因的第一外显子区。
❖ CpG岛一般是非甲基化的。管家基因（housekeeping gene）的启动子区富含CpG岛，并保持 非甲基化状态。组织特异性基因的启动子CpG含 量少，但常常甲基化。
表观遗传学
DNA的甲基化
5-甲基胞嘧啶 →
N6-甲基腺嘌呤→
7-甲基鸟嘌呤 →
DNA的甲基化
SAH, S-腺苷同型半胱氨酸; SAM, S-腺苷蛋氨酸
DNA的甲基化
DNA的甲基化
1.在全部的 CG 二核苷酸中，约 70%~80% 的胞嘧啶是呈甲基 化状态的，称为甲基化的 CpG 位点。 2.CpG岛：富含 CpG 区域，长度 300~3000bp，CpG 的含量可 以达到预计的平均值，甚至超过期望值的5倍以上。 非随机出现：超过 60% 的编码基因的 5’UTR区域（转录起 始区域）含有 CpG 岛。 CpG 的含量： (1)CG出现的期望值（百分比）：1/16 = 6.25% (2)观察值：很少（小于1%） (3)原因：CG具有很高的突变率
五、表观遗传与胚胎发育
发育的早期与细胞分化相关的基因被暂时性的 表观沉默，维持细胞多分化潜能的基因表达；伴 随着发育的过程，与维持细胞多潜能性相关的基 因被表观沉默而分化相关的基因在特定的阶段表 达。这个动态的过程受到不同转录因子及表观遗 传因素共同的精细调控
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组蛋白乙酰化修饰
组蛋白乙酰化与去乙酰化
组蛋白乙酰化修饰
中和赖氨酸的正电荷，C=O 具有一定的负电，能够 增加与 DNA 的斥力，使得 DNA 结构变得疏松，从而 导致基因的转录活化。
组蛋白乙酰化修饰
组蛋白去乙酰基酶家族分为3类(按蛋白质大小、 生活特性、催化结构域、亚细胞定位及活化方式)： 1.HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8 (定位于细胞核) 2.HDAC4, HDAC5, HDAC6,HDAC7A, HDAC9, HDAC10 (能 够在细胞核与胞质间转运) 靠结合某些转录抑制因子发挥作用，如 Sin2、NCoR （核受体辅抑制因子）等。 3.Sir2（去乙酰化功能依赖NAD+,可被烟酰胺阻断）
生物技术中的表观遗传学研究
生物技术中的表观遗传学研究近年来，随着生物技术的不断发展，表观遗传学作为一门新兴的研究领域逐渐受到人们的关注。
表观遗传学是研究基因表达调控的一种学科，其研究对象为基因表达和表观遗传修饰的关系，从而探讨疾病的发生和发展机制。
本文将从表观遗传学的定义、研究内容以及在生物技术领域中的应用等方面进行探讨和分析。
一、表观遗传学的定义表观遗传学是分子遗传学和细胞生物学等多学科交叉的产物，它研究基因表达调控的一种学科，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等不同类型的表观遗传修饰，探讨这些修饰对基因转录的影响，以及这些影响对生命活动的影响。
表观遗传学的研究主要涉及到基因表达的调控、组织和器官发生的调控、干细胞分化和再生医学、癌症的发生和治疗、神经发生和退行性疾病等多个领域。
表观遗传学的研究，为我们深入了解生物学、提高生物学学科的综合性和实用性提供了有益借鉴。
二、表观遗传学的研究内容1. DNA甲基化DNA甲基化是指DNA分子上的甲基化修饰，通常是指在胞嘧啶环的C-5位点，加上一甲基基团而形成的的化学反应。
DNA甲基化主要涉及到DNA的甲基化酶和脱甲基化酶之间的作用。
这种修饰在促进基因沉默、启动和维持正常细胞功能上起到了至关重要的作用。
2. 组蛋白修饰组蛋白是DNA包容体的主要成分之一，同时也是一种常见的蛋白质。
在细胞内，组蛋白通过修饰的方式进行表观遗传性变化。
组蛋白修饰主要包括乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化等。
这些修饰对于调节DNA的可读性和可转录性非常重要。
因此，组蛋白的修饰也是表观遗传学研究的重要领域之一。
3. 非编码RNA非编码RNA在表观遗传学研究中占据了重要的地位，因为它们在基因表达调控中发挥着重要的作用。
通过对非编码RNA与RNA或DNA的互作性及调控机制的研究，可以深入了解基因表达的调控机制和生命活动的本质。
三、表观遗传学在生物技术领域的应用1. 肿瘤预测和诊断表观遗传学的研究为肿瘤预测和诊断提供了新的技术手段。
表观遗传学机制总结——DNA甲基化
表观遗传标记是一种化学标签，将自己附着在DNA上，并在不改变遗传密码的同 时修改它的功能。DNA甲基化是一种这样的表观基因表达调控机制，可以传递给后代。
现在，正在发展中的技术，已经使科学家们能够研究复杂的和具有挑战性的小麦 基因组中的甲基化。
神奇的RNA世界
用CRISPR操控表观基因组
杜克大学的研究人员开发出了一种新方法，可以精确地 控制基因开启及激活的时间。
沉默CRISPR的DNA切割机制，仅利用它作为靶向系统 传送一种乙酰转移酶到特异启动子和增强子处。
借助这一新技术研究人员可通过化学操控包装DNA的 蛋白，来开启特异的基因启动子和增强子——控制基因活性 的基因组片段。
这些研究结果表明，植物中的RdDM很大程度上是由从前未知的一类Dicer非依 赖性非编码RNA所引导，这类siRNAs是一部分位点维持明动物研究所的张亚平院士、谢海兵博士和中国农业科学院的王 立贤研究员等人调查了来自3个猪品种脂肪和肌肉组织中全基因组范围长链基因间 非编码RNA的DNA甲基化水平。
转座子一度被视为基因组内的“垃坡DNA” 、“自私DNA”和“暗物质” ，转座子的生物学功能以及它们是如何被沉默的，一直是科学界的未解之谜 。该项目组紧密围绕这一关键科学问题，并针对农业生产上普遍关心的表现 遗传是否能用于作物育种实践的需求，在国际上率先开展了高等模式植物的 表现遗传调控机制研究，取得了具有重要理论意义和应用前景的系统性创新 成果。
表观遗传学的三大支柱之一 ——DNA甲基化
DNA甲基化的模式
DNA methylation pattern
5－氮胞苷药物处理
广泛的去甲基化作用
生物发育的表观遗传学机制
生物发育的表观遗传学机制生物的发育是一个由多种因素共同作用的过程，其中表观遗传学机制是其中非常重要的一部分。
表观遗传学是指不涉及DNA序列改变的遗传现象，它主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等多种表观遗传修饰。
这些修饰能够影响染色体结构、基因表达和遗传信息传递，从而调控生物的发育过程。
DNA甲基化DNA甲基化是表观遗传学最早被发现的一种修饰形式，它是指DNA分子上甲基基团加入到胸腺嘧啶（C）碱基的环氧基上所形成的化学修饰。
DNA甲基化对于维持基因表达和染色体稳定起着重要的作用。
在生物发育过程中，DNA甲基化可以影响基因表达，从而调控胚胎发育和成体特征的形成。
例如，胚胎早期的DNA甲基化模式是父母穿过过去，但是后期则会发生改变。
DNA甲基化的调节机制包括DNMT转移酶、TET脱氧酶和DNA甲基化酶的协同作用，它们共同参与调控胚胎干细胞发育、生殖细胞的分化和细胞命运决定等过程，对于维持生物个体的正常发育和生存都起着至关重要的作用。
组蛋白修饰组蛋白修饰是一类广泛存在于核心染色体蛋白组分中，通过化学修饰来调节染色体结构和DNA-蛋白质相互作用的表观遗传机制。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等多种类型的化学修饰，它们可以影响染色体形态和染色质的可及性，从而影响染色体上的基因表达。
例如，在果蝇的发育过程中，H3K27me3组蛋白修饰参与调控果蝇体节发育的逆推和重新定位。
同样，在植物的根系发育过程中，H3K9ac组蛋白乙酰化可以影响根系细胞的分化和组织形态的形成。
非编码RNA非编码RNA是一类最近才被发现的新型RNA分子，它们不经过翻译过程，无法翻译成蛋白质的RNA分子。
非编码RNA在多种生物中都扮演着重要的角色，包括染色体的一些重要功能块、基因调控、RNA修饰等方面。
例如，在小鼠的胚胎发育过程中，调节脐带血管形成的miR-126基因作为一种非编码RNA在发育过程中的调控中起到了巨大的作用，同时，miR-29b基因也在小鼠乳突的发育过程中发挥了重要的调控作用。
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S-腺苷 甲硫氨 酸SAM
胞嘧啶甲基 化反应
5-甲基胞嘧啶
胞嘧啶
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一 种被称为日常型（mainte-nance）甲基转移酶， 另一种是 从头合成（denovo synthesis）甲基转 移酶。前者主要在甲基化母链（模板链）指导下 使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶 相对应的胞嘧啶甲基化。日常型甲基转移酶常常 与DNA内切酶活性相耦联，有3种类型。II类酶活 性包括内切酶和甲基化酶两种成分，而I类和III类 都是双功能酶，既能将半甲基化DNA甲基化，又 能降解外源无甲基化DNA。
当一个基因的启动子序列中的CpG岛被甲基化 以后，尽管基因序列没有发生改变，但基因不 能启动转录，也就不能发挥功能，导致生物表 型的改变。 DNA甲基化抑制基因表达
DNA甲基化模式可以在DNA复制后被保持下来
肿瘤细胞的甲基化特点
总体甲基化水平低 局部甲基化水平高，即抑癌基因的甲基化水 平高
在结构基因的调控区段，CpG二联核苷常常以成簇串 联的形式排列。结构基因5’端附近富含CpG二联核苷的 区域称为CpG岛(CpG islands)。 CpG岛是CG二核苷酸含量大于50%的区域。CpG岛通 常分布在基因的启动子区域。
CpG岛的甲基化会稳定核小体之间的紧密结合 而抑制基因的表达。
原始性细胞
涉及到不同亲本 来源的印迹基因 的DNA甲基化型 都是在生殖细胞 成熟过程中建立 的。
（2n）
配子
（ n）
合子
（2n）
印迹基因的DNA甲基化型在生殖细胞成熟过程中的建立
迄今已发现的印迹基因已有150余个，大多成 簇排列，其中许多是疾病基因。虽多数印迹基 因的作用机制尚不清楚，然而几乎都与DNA甲 基化型的异常相关联。
组蛋白修饰
基因正常表达除了需要相应转录因子的诱导和 启动子区处于低甲基化状态外，还需要具备另 外一个表观遗传学条件，即组蛋白修饰处于激 活状态。 组蛋白对特定氨基酸的修饰可以间接提供某些 蛋白的识别信息，然后通过蛋白质和染色质的 相互作用改变染色质的结构，从而调控基因的 表达。
组成核小体的组蛋白可以被多种化合物 所修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等， 组蛋白的这类结构修饰可使染色质的构 型发生改变，称为染色质构型重塑。
基因组印记与DNA甲基化密切相关
1956年Prader-Willi综合征(Prader-Willi Syndrome,PWS)，患者肥胖、矮小、中 度智力低下。染色体核型分析表明为 父源染色体15q11-13区段缺失。
1968年Angelman综合征 (Angelman Syndrome， AS)，共济失调、智力低 下和失语。母源染色体 15q11-13区段缺失
染色质蛋白并非只是 一种包装蛋白，而是 在DNA和细胞其他组 分之间构筑了一个动 态的功能平台。
非编码RNA调节
无论是DNA修饰还是组蛋白修饰，都是基因活 性调节的中间参与者，而真正诱导基因活性改 变的最大可能者是功能性非编码RNA。 非编码RNA在调节基因表达、基因转录、调整 染色质结构、表观遗传记忆、RNA选择性剪接 以及蛋白质翻译中都发挥重要作用。 不仅如此，RNA在保护机体免受外来核酸的侵 扰中也扮演着重要的角色，被认为是最古老的 免疫体系。
表观遗传学 Epigenetics
蛋白质磷酸化
克隆动物未老先衰 同卵双生的双胞胎虽 然具有相同的DNA序 列，却存在表型的差 异和疾病易感性的差 异 组织特异性基因的表 达 复杂疾病的发生
单从DNA序列上寻找众多 疾病的病因是片面的，往 往事倍功半，对于某些疾 病甚至可能永远找不到答 案。
表观遗传学的研究已成为基因组测序后 的人类基因组重大研究方向之一。这一 飞速发展的科学领域从分子水平揭示了 复杂的生物学现象，为解开人类和其他 生物的生命奥秘、造福人类健康带来了 新希望。
从现在的研究情况来看，表观遗传学变 化主要集中在三大方面：
DNA甲基化修饰 组蛋白修饰 非编码RNA的调控作用。
ribosomal RNA (rRNA) messenger RNA (mRNA) transfer RNA (tRNA) heterogeneous nuclear RNA (hnRNA) small nuclear RNA(snRNA) small nucleolar RNA (snoRNA) small cytoplasmic RNA ribozyme microRNA (miRNA) small interfering RNA (siRNA) non-coding RNA (ncRNA)
Cover Legend Just as the discovery of the Rosetta Stone in 1799 by Napoleon's troops enabled Egytian hieroglyphics to be deciphered, mathematical bioinformatic techniques have allowed the imprint status of a gene to be predicted from cis-acting genomic motifs. This resulted in the genome-wide identification of genes in the human with high probability of being imprinted, and permitted the identification of candidate imprinted genes for complex human disorders where parent-oforigin inheritance is involved. Cover design by James V. Jirtle (Webwiz Design)
蛋白质磷酸化
蛋白质磷酸化与非磷酸化
非活性蛋白与活性蛋白的构象之间的转换是通过可逆共价修饰 调节蛋白质的方式，蛋白激酶则是这一过程催化磷酸化的重要蛋白， 而磷酸酯酶是去磷酸化的重要蛋白.
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个 左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化 的把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过 程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸.
DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之 一，可能存在于所有高等生物中。DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基 化则诱导了基因的重新活化和表达。
DNA甲基化
DNA甲基化是指在甲基化酶的作用下，将一个 甲基添加在DNA分子的碱基上。 DNA甲基化修饰决定基因表达的模式，即决定 从亲代到子代可遗传的基因表达状态。 DNA甲基化的部位通常在CpG岛的胞嘧啶
胚胎组织
受 精 卵
个体发育过程中表观基因组的重编程
早期原始生殖细胞在沿着生殖系统管腔移行时，原属体细胞型的表观遗传修饰(包括基因组印迹)会 被删除。在生殖细胞发生与成熟过程中表观遗传标记重新建立(蓝线表示精子分化，红线表示卵细胞 分化)。受精后会进行除印迹基因(由黑色虚线表示)以外的表观遗传修饰的删除与重建，重建后的表 观基因组在组织特异性定型后被稳定地维持。
随着对实验动物特别是克隆动物生物学 性状的了解以及人们对众多疾病的深入 研究，科学家发现，除了基因组DNA外， 还有基因组之外的大量遗传学信息调控 着基因的表达，表观遗传学(epigenetics) 应运而生。
表观遗传是指在没有DNA序列变化的基 础上，基因表达状态的可遗传性的改变。 表观遗传学是研究基因组DNA序列未发 生变化、而基因表达及基因功能的诱导 和维持却发生可遗传变化的科学。
诱导性多能干细胞 induced pluripotent stem cells, iPS
DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA 均参与基因表达重新编程的过程中。 真核细胞中存在着一个由RNA干扰、组 蛋白结构修饰和DNA甲基化系统组成的 一个表观遗传修饰网络，能动地调控着 具有组织和细胞特异性的基因表达模式。 机体的表观遗传模式的变化在整个发育 过程中是高度有序的，也是严格受控的。
基因表达的重新编程
已完全分化的细胞，其基因组在特定条件下经 历表观遗传修饰重建而为胚胎发育中的基因表 达重新编程(reprogramming)并赋予发育全能 性，为胚胎发育和分化发出正确的指令。 胚胎发育中表观基因组重新编程的差误将会导 致多种表观遗传缺陷性疾病。
表观基因组
原始性细胞
成熟性细胞
组蛋白修饰主要是氨基端的甲基化修饰和(或) 乙酰化修饰，特定组蛋白的氨基酸残基被甲基 化和(或)乙酰化可以最终激活基因的表达，反 之则抑制基因的表达。 特定组蛋白羧基端的泛素化同样影响蛋白质的 降解过程，从而也可调节基因的表达。 目前研究还发现组蛋白修饰与CpG岛的甲基化 密切相关。
Histone Code
(2)糖原合成酶—P—失活
使许多蛋白质磷酸化
(1)核中组蛋白磷酸化—加速核酸的复制，转录。 (2)核糖体蛋白质磷酸化—加速蛋白质合成通性。 (3)使膜蛋白磷酸化—加速物质的转运。
蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用 (1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于 胞内信使， 如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacyl glycerol）等，这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少 受胞内代谢产物的影响。 (2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶"活性"。与酶的重新合成及分解相比，这种方 式能对外界刺激做出更迅速的反应。 (3).对外界信号具有级联放大作用； (4).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。 被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。