医学分子生物学 蛋白质的修饰与降解
蛋白质降解与修饰-理论与实验 (1)
Ubiquitin (泛素）
泛素由76个氨基酸残基组成，其中包括7个赖氨酸残基(K), 其C末端可与 底物的赖氨酸残基形成异肽键，从而引起底物泛素化。泛素的K11、K29 、K48和K63均能参与形成泛素与泛素间的异肽键 (Isopeptide bond)。 The C-terminal glycine 76 (Gly76) was identified to attach to the lysine site of protein substrate during ubiquitination 。
失调蛋白
底物
修饰
肿瘤类别
———————————————————————————————————————— SKP2 p27 (KIP) Polyubiquitylation Malignant melanoma MDM2 p53 Polyubiquitylation Non-small-cell lung cancer, soft-tissue carcinoma, colorectal cancer HAUSP p53, MDM2 De-ubiquitylation Non-small-cell lung cancer lymphoma APC Cyclin B, Polyubiquitylation Colorectal cancer securin FANCL FANCD2 Monoubiquitylation Fanconi anaemia-related cancers CYLD IKKγ De-ubiquitylation Cylindromatosis IAP2 BCL10 Polyubiquitylation MALT lymphomas CBL RTKs HIF Multiple monoubiquitylation Polyubiquitination Lymphoma, AML and gastric carcinoma von Hippel-Lindau disease
分子生物学考研试题及答案
分子生物学考研试题及答案# 分子生物学考研试题及答案## 一、选择题（每题2分，共20分）1. 以下哪个不是DNA聚合酶的功能？A. 校对功能B. 催化DNA链的延伸C. 催化RNA链的合成D. 催化DNA链的复制2. 真核生物的基因表达调控主要发生在哪个阶段？A. 转录前B. 转录后C. 翻译D. 翻译后3. 以下哪个是真核生物mRNA的5'端帽子结构？A. 甲基化鸟苷B. 磷酸化鸟苷C. 乙酰化鸟苷D. 腺苷4. 以下哪个不是蛋白质合成过程中的元件？A. 核糖体B. tRNAC. mRNAD. 内质网5. 基因克隆中，常用的载体是：A. 质粒B. 病毒C. 线粒体DNAD. 染色体DNA6. 以下哪个是限制性内切酶识别的序列？A. ATGB. GGTACCC. TATAAAD. CTTGAC7. 以下哪个是基因表达的负调控因子？A. 转录激活因子B. 转录抑制因子C. 转录因子D. RNA聚合酶8. 以下哪个是RNA干扰的机制？A. 降解mRNAB. 促进mRNA翻译C. 抑制蛋白质合成D. 促进DNA复制9. 以下哪个是基因组编辑技术CRISPR-Cas9的组成部分？A. 单链RNAB. 双链RNAC. 三链RNAD. 四链RNA10. 以下哪个是真核生物细胞周期的阶段？A. G0期B. G1期C. S期D. 所有选项都是## 二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述PCR技术的原理及其在分子生物学中的应用。
2. 解释什么是转录后修饰，并举例说明其在蛋白质功能中的作用。
3. 描述基因敲除技术的原理，并简述其在生物医学研究中的重要性。
## 三、论述题（每题25分，共50分）1. 论述基因表达调控的多层次机制，并举例说明其在疾病发生中的作用。
2. 讨论CRISPR-Cas9基因编辑技术的优势、局限性以及未来可能的发展方向。
## 参考答案### 一、选择题1. C2. A3. A4. D5. A6. B7. B8. A9. B10. D### 二、简答题1. PCR技术，即聚合酶链反应，是一种分子生物学中用于快速制备大量特定DNA片段的方法。
分子生物学第一篇基因表达调控和蛋白质修饰
分子生物学第一篇: 基因表达调控和蛋白质修饰基因组(Genome): 生物个体所携带遗传性物质的总量。
即细胞中的DNA总量，或病毒的DNA或RNA量“C值悖论”(C-value paradox): C值:一种生物细胞中特异不变的DNA总量（单倍体基因组）。
物种的C值和它进化的复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖论。
基因表达(Gene expression): 在一定调控机制下基因经过激活、转录、翻译、等过程产生具有生物学功能分子从而赋予细胞一定功能或表型，即基因的转录和翻译的过程。
基因表达调控（Regulation of gen expression): 细胞或生物体接受环境信号刺激或适应环境营养状况变化在基因表达水平上作出应答的分子机制。
这包括对表达基因种类和数量上的调调控。
基础基因表达(basic gene expression)：又称持续性/组成型基因表达(constitutive gene expression）: 不易受环境变化而改变的基因表达。
这其中包括一类“管家基因(housekeeping genes)”, 这类基因产物是细胞生存活动所必需的，在个体各生长阶段都表达。
可调节基因表达(regulated gene expression):易受环境变化而改变的基因表达。
对环境应答时被增强表达的过程称为诱导(induction), 被激活的基因称为可诱导基因(inducible genes)；对环境应答时被抑制表达的过程称为阻遏repression)，被抑制的基因称为可阻遏基因(repressible genes)基因表达规律:组织特异性(tissue specificity) 时间特异性(temporal specificity)基因表达调节的生物学意义:(一) 适应环境，维持生长和增殖(二) 维持个体发育与分化.真核细胞的结构特性:1、庞大基因组，结构复杂，大量重复序列，基因组大部分是非蛋白质编码的序列，基因内部常被内含子(intron)隔开2、结构基因转录产物是一条单顺反子(monocistron) mRNA,基本上没有操纵元件的结构，而且真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽链形成的亚基构成的，涉及到多个基因的协调表达。
分子生物学知识：蛋白质表达的调节机制
分子生物学知识：蛋白质表达的调节机制蛋白质表达的调节机制是生物体内蛋白质合成过程中的一系列调控机制。
蛋癸蛋白质表达是细胞生物学中最基本的生物学过程之一，对细胞的功能和生存至关重要。
蛋白质的表达调控机制包括转录调控和翻译调控两个层面。
这些调控机制能够有效地调节细胞内蛋白质的数量和种类，从而使细胞能够适应外部环境的变化和内部代谢的需要。
1.转录调控转录调控是指在转录过程中，通过控制RNA聚合酶的结合和活性来调节基因的转录水平。
细胞利用一系列的转录因子和共激活子来控制基因的转录。
这些转录因子可以识别并结合到特定的DNA序列上，从而启动或抑制基因的转录。
一种经典的转录调控机制是切割体的形成和功能。
在真核生物中，大部分mRNA在转录过程中都需要进行剪接修饰。
切割体由多种蛋白质组成，包括小核RNA和蛋白质因子。
切割体的形成和功能使得mRNA的剪接过程能够受到调控，从而产生不同种类的成熟mRNA，进而影响蛋白质的表达水平。
另一种转录调控机制是组蛋白修饰。
组蛋白是染色质的主要组成部分，它能够通过翻译后修饰来调节基因的转录。
例如，乙酰化和去乙酰化等修饰可以改变组蛋白对DNA的结合能力，进而影响染色质的开放性和基因的转录水平。
2.翻译调控翻译调控是指在mRNA翻译成蛋白质的过程中，通过控制转运RNA 和核糖体的结合来调节蛋白质的合成水平。
在这一过程中，细胞利用一系列的调控因子和信号通路来调节翻译的速率和效率。
一个典型的翻译调控机制是mRNA的稳定性调控。
mRNA在翻译前需要通过一系列的后修饰来影响其在细胞内的寿命和稳定性，并从而影响蛋白质的表达水平。
这些后修饰包括mRNA的poly(A)尾修饰和mRNA 的降解。
另外，一些RNA结合蛋白也能够通过结合到mRNA上来影响其稳定性和翻译效率。
转运RNA的选择性翻译也是一个重要的翻译调控机制。
这种机制能够通过选择性地识别和结合特定的转运RNA来调节特定蛋白质的合成水平。
例如，一些调控蛋白能够识别特定的转运RNA结构或序列，从而影响其在翻译过程中的优先级和效率。
分子生物学知识：蛋白质翻译的过程及调控
分子生物学知识：蛋白质翻译的过程及调控蛋白质是生物体内最重要的基本分子之一，翻译是蛋白质合成的第二步，是DNA变成蛋白质的过程，也是分子生物学领域研究的一个重要方向。
本文将详细介绍蛋白质翻译的过程和调控机制。
一、蛋白质翻译的基本过程蛋白质翻译是利用mRNA编码信息合成相应氨基酸序列的核糖体的过程。
它包括：识别mRNA上的起始密码子，启动翻译，不断读取mRNA 上的密码子，带有相应氨基酸的tRNA进入到核糖体中，形成肽键，不断合成肽链，显示蛋白质的三维结构，合成终止信号序列，终止翻译。
蛋白质翻译的过程是一个高度精密和高效的生物学过程，涉及到多个组分的协同作用。
其中，核糖体大小会影响识别mRNA上的起始密码子，载体和氨基酸修饰酶与氨基酸配对会影响tRNA的选择，异戊二烯基腺嘌呤和三磷酸腺苷在翻译的实时调控中扮演重要角色，参与调控的成分还包括反式作用元件，转录因子和小分子抑制剂等。
二、蛋白质翻译的调控1.核糖体大小有些原核生物通过改变核糖体大小来对蛋白质翻译进行调控。
多种感受器和蛋白质参与这一过程，如当环境营养缺乏时，Hfq蛋白可促进核糖体70S向50S的转化，从而抑制蛋白质合成。
此外，原核生物还能利用梭菌素等类似物质的抗生素来抑制蛋白质的合成。
2.tRNA的选择tRNAs中含有反式作用元件，这类元件会抑制或促进某些tRNA和核糖体间的接合。
例如ppGpp可作为氨基酸饥饿的信号，抑制酰-tRNA 合成酶，并促进详尽起始密码子使用不同的tRNA。
3.氨基酸与酰化酶配对氨基酸合成的过程包括转化、进入、修饰、以及由活化氨基酸转化而成的酰化实体等，这一过程中，一些特殊酰化实体可作为信号调控翻译速度，例如当丙氨酸浓度较低的时候，一些细菌会使用一个二氢叶酸-腰凝酶作为丙氨酸，同时可以调控不同tRNA对于不同氨基酸的选择。
4.mRNA的选择mRNA上的核糖体启动区，其中以AUG国际起始密码子为中心的25个核苷酸序列，是蛋白质翻译始动的重要标志。
分子生物学中的蛋白质表达调控
分子生物学中的蛋白质表达调控蛋白质是生命体内最为重要的基础分子之一，其表达调控对维持生命的正常运转至关重要。
分子生物学中的研究表明，蛋白质表达调控涉及复杂的信号传导、转录调控、翻译后调控等多个层次。
本文将从这些方面详细探讨蛋白质表达调控的机制和意义。
一、信号传导的作用对于细胞而言，表达适量的特定蛋白质可以满足细胞自身代谢的需要，但是在细胞生长、发育及应激应答等过程中蛋白质表达级别的快速改变是必要的。
这种调控依赖于信号传导网络的发挥作用，并可以通过调控转录因子的活性和稳定性来实现。
例如，细胞在受到刺激时，信号被传递至转录因子，从而激活特定基因的转录，产生符合需要的蛋白质。
二、转录调控的重要性转录调控是表达调控中最为核心的环节，也是最为广泛研究的方向。
转录调控可以通过多种方式实现，例如组蛋白修饰、转录因子结合和RNA聚合酶II的结构特性等等。
组蛋白修饰是一种转录激活的方式，通过组蛋白修饰酶作用将DNA包裹在染色质上，改变染色质的结构，从而影响基因的可访问性和稳定性。
与此同时，转录因子也可以通过与启动子相互作用，诱导RNA聚合酶II 的结合，并介导基因的转录。
此外，转录因子还可以作为适应环境变化的传感器，识别特定的信号，进而介导基因的表达调控过程。
三、翻译后调控的作用翻译后调控是指在蛋白翻译过程中， mRNA或蛋白质本身的调控作用。
这一调控方式可以通过微小RNA、RNA稳定性、蛋白翻译后修饰等多种方式实现。
例如，微小RNA可以结合到特定的mRNA上，针对其3'端进行递减降解。
此外，蛋白翻译后修饰也可以通过磷酸化或甲基化等方式来影响蛋白质的功能和稳定性。
这些翻译后调控因素可以对蛋白质表达产生重要的调控作用，从而完成细胞代谢、生长、分裂、凋亡和应激等生命过程。
四、表达调控的意义蛋白质表达调控在研究生命现象、发现疾病机理及挖掘药物靶点等领域都具有重要的意义。
例如，通过对差异表达基因的筛选和研究，可以发现相应的生物过程及其调控机制。
蛋白质修饰在分子生物学中的应用
蛋白质修饰在分子生物学中的应用蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，它们负责实现生命体系内的各种生物学功能。
而这些功能的实现往往涉及到蛋白质结构的调整与修饰。
蛋白质修饰是指通过化学反应改变蛋白质本身的化学性质，从而影响它们的功能。
这些修饰包括磷酸化、糖基化、乙酰化、甲基化等多种形式。
本文将着重探讨蛋白质修饰在分子生物学中的应用。
一、磷酸化修饰磷酸化修饰是生物体内最为重要的蛋白质修饰方式之一，是指在蛋白质的胺基酸上加入磷酸，使其带有正电荷。
磷酸化修饰对生物体内的信号转导、细胞周期调控、细胞凋亡、细胞迁移等诸多生物学过程产生直接的影响。
磷酸化修饰的主要催化剂是激酶，例如在癌症的发病过程中，一些激酶过度活化，导致恶性细胞的生长与转移。
二、糖基化修饰糖基化是将单糖或多糖连接到蛋白质上的一种修饰方式。
糖基化修饰有利于细胞黏附及调节蛋白质的运输、分泌和稳定性。
例如在神经元及神经胶质细胞中，糖基化修饰可维持神经元的正常生理活动。
而对于糖尿病患者来说，由于胰岛素生产不足或不良反应，导致血液中的糖分浓度过高，进而引发蛋白质糖基化修饰过度，并损害体内器官和细胞的生理活动。
三、乙酰化修饰乙酰化修饰则是将乙酰化基团连接到蛋白质的赖氨酸残基上，从而影响蛋白质的稳定性。
乙酰化修饰在转录调节、基因表达、细胞衰老及精子发生等方面发挥了重要作用。
例如在精子发生期间，乙酰化修饰可促进小卵糖蛋白在精子形成过程中的定向运动。
而在生物的衰老过程中，则可通过减缓细胞的衰老速度，实现生物延年益寿的效果。
四、甲基化修饰甲基化是指将甲基修饰基团连接到蛋白质的氨基酸侧基或DNA序列上，这种修饰方式在表观遗传学中有非常重要的作用。
在DNA甲基化修饰方面，它可以预示降低的基因转录活性、组蛋白修饰状态、染色体拓扑结构的改变等生物过程。
而在蛋白质甲基化修饰上，则主要参与到基因表达调控、信号转导及细胞增殖等生物过程。
五、蛋白质修饰在疾病研究中的应用蛋白质修饰不仅在生物过程中发挥重要作用，而且在疾病诊断和治疗方面也具有非常重要的应用前景。
4第四章 蛋白质的加工、运输与降解
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HSP70 辅助肽链折叠
（HSP40）
（HSP70）
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2. 伴侣素Gro EL和Gro ES
伴侣素（chaperonin）是分子伴侣的另一家族， 如大肠杆菌的Gro EL和Gro ES（真核细胞中同 源物为HSP60和HSP10）等家族。
其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折 叠形成天然空间构象的微环境。
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二、分子伴侣
细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成 的，其折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助，这 些辅助性蛋白质可以指导新生肽链按特定方式正 确 折 叠 ， 它 们 被 称 为 分 子 伴 侣 （ molecular chaperone）。
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• 细胞内分子伴侣可分为两大类
医学分子生物学
第四章 蛋白质的加工、运输与降解
南华大学生物化学与分子生物学教研室
目录 CONTENT
• 新生肽链的折叠 • 蛋白质亚基的聚合与组装 • 蛋白质翻译后的修饰 • 蛋白质的运输和定位 • 细胞内蛋白质的降解
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新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂 的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这 一 加 工 过 程 称 为 翻 译 后 加 工 (post-translational processing)。
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四、新生肽链错误折叠所致的疾病
（一）朊病毒病——神经退行性疾病
Prion：一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制 并具感染性的亚病毒因子。
“朊”——蛋白质的旧称
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第五章 蛋白质的修饰
（2）烷基化反应
修饰剂常带有活泼的卤素原子，很容易使蛋白质 分子的亲核基团如氨基、巯基、羧基、硫醚基和 咪唑基发生烷基化，这类试剂有2，4-二硝基氟苯、 碘代乙酸、碘代乙酰胺、苯甲酰卤化物和碘甲烷 等。
（3）氧化和还原反应
如H2O2、N-溴代琥珀酰亚胺能将侧链基团氧化， 易受氧化的侧链基团有巯基、硫醚基、吲哚基、 咪唑基以及酚基等。 还原剂主要作用于二硫键，如2-巯基乙醇、巯基 乙酸和二硫苏糖醇（DTT）等。
二、基因融合
融合蛋白经合适的表达系统表达后，即可 获得由不同功能蛋白拼合在一起而形成的新型 多功能蛋白。构建融合蛋白的基本原则是：第 一个蛋白质基因的终止密码子删除，再接上带 有终止密码子的第二个蛋白质或多肽基因，即 可实现两个基因的融合表达。
三、tRNA介导定点搀入非天然氨基酸
基本过程：
（1）首先将目标蛋白质的基因重组入可用于体外转录 的载体中； （2）利用寡核苷酸介导的位点特异性突变，将为特定 氨基酸编码的密码子（如图AGC）突变成无义密码 （TAG）； （3）利用run off转录或化学/酶法反密码子环取代法 合成相应的校正tRNA，并用T4RNA连接酶通过PdCpA-非 天然氨基酸，将非天然氨基酸连到校正tRNA上。 码子，将非天然氨基酸搀入到蛋白质分子的特定位点。
（4）通过体外转录体系，产生在特定位点突变成 UAG的mRNA （5）通过体外翻译体系，借助携带有非天然氨基 酸的校正tRNA上的反密码子，通读mRNA上的UAG无 义密码子，将非天然氨基酸搀入到蛋白质分子的 特定位点。
基团专一性与位点专一性的区别 基团专一性试剂 不仅可与活性部 位的基团发生反 应，也可以与活 性部位以外的基 团发生反应。 亲和标记试剂只 专一性作用于蛋 白质的特定部位 如活性部位的侧 链基团。
蛋白质的生物合成与修饰
01
蛋白质生物合成概述
蛋白质生物合成的重要性
维持生命活动
蛋白质是生物体结构和功能的基 础，参与细胞代谢、信号传导、 免疫应答等生命活动。
肽键的形成
通过转肽反应，新加载的氨基酸与前一个氨基酸形成肽键，使肽链不 断延伸。
肽链合成的终止和释放
终止阶段
当遇到终止密码子时，释放因子识别并与之结合，导致肽链合成 的终止。
肽链的释放
在释放因子的作用下，完成合成的肽链从核糖体上释放出来。
后续修饰
释放后的肽链可能还需要经过一系列的修饰和加工，如剪切、折叠、 磷酸化等，才能成为具有生物活性的蛋白质。
合形成活化形式的过程。
活化反应的机制
02
氨基酸活化通常涉及与ATP等核苷酸的反应，形成氨酰-AMP等
中间产物，再进一步与特定tRNA结合。
活化反应的意义
03
活化后的氨基酸才能被用于蛋白质的生物合成，保证合成过程
的顺利进行。
tRNA的转运机制
tRNA的结构与功能
tRNA是一种小分子RNA，具有特定的三叶草结构，能够识别并 携带特定的氨基酸。
合成生物学
利用合成生物学技术设计和构建人工生物系统，实现高效、 可持续的蛋白质生产。
01
精准医疗
基于蛋白质生物合成的精准医疗将实现 个性化诊断和治疗，提高医疗效果。
02
03
伦理与法规
随着蛋白质生物合成技术的不断发展， 相关伦理和法规问题也日益凸显，需 要加强监管和公众科普教育。
THANKS
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修饰
医学分子生物学之蛋白质分子折叠和定位
生命科学是研究生命现象和生命活动规律的 综合性学科
研究内容：生命物质的结构与功能，生物与生物之 间及生物与环境之间相互关系。
前沿领域：分子生物学、分子遗传学、细胞生物学、 发育生物学和神经生物学。而分子生物学是生命 科学的前沿。
生命科学的发展过程
整体水平
细胞异常与疾病 • 蛋白质分子异常与疾病 • 代谢异常与疾病 • 癌基因和抑癌基因异常与疾病 • 基因工程与基因工程药物
第一部分 蛋白质分子的折叠和定位
蛋白质的生物学功能
1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
• 晶核由特定氨基酸残基形成接近天然状态相互作 用的结构。
• 以晶核为核心向两侧扩大，使得整个肽链迅速折 叠成为天然构象。
拼图模型（jip-saw puzzle model)
• 多肽链可沿多条不同途径进行折叠，最终形成天 然构象。
• 外界环境变化或突变可能会给单一折叠造成较大 的影响，对其他途径影响不大。
• Anfinsen 的“自组装”热力学假说得到 了许多体外实验的支持，一些小分子量蛋 白质在体外可进行可逆的变性和复性。
• 该假说发展成“蛋白质一级结构决定高 级结构”的著名论断，并荣获1972年诺贝 尔化学奖。
一些蛋白折叠“自组装”假说不能解释的 现象。有些蛋白变性-复性并非完全可逆；蛋 白质变性与复性是在不同条件下进行的，不 符合热力学准静态标准。
model) • 扩散-碰撞-缔合模型（diffusion-collosion-
adhesion model) • 动力学模型（kinetic model) • 格点模型（ HP model)
蛋白质修饰的机制和影响因素
蛋白质修饰的机制和影响因素随着分子生物学的发展，人们对于蛋白质修饰机制的了解也越来越深入。
蛋白质修饰可以改变蛋白质的三维结构、稳定性、活性和亲和力，从而影响细胞信号转导、开关控制、细胞分裂、DNA修复等生物学过程。
本文将探讨蛋白质修饰的机制和影响因素。
一、蛋白质修饰的机制蛋白质修饰主要包括翻译后修饰和转录后修饰两种。
翻译后修饰包括磷酸化、甲基化、乙酰化等，发生在蛋白质合成完成后，用于调控蛋白质的功能和稳定性。
转录后修饰主要指由泛素连接到目标蛋白上的泛素化修饰，这种修饰方式能够调控蛋白质的降解和维持稳态水平。
下面将以磷酸化为例着重讲解蛋白质翻译后修饰的机制。
磷酸化修饰作为其中最为重要的一种方式，主要通过激酶酶促反应来完成。
具体来说，首先激酶识别靶蛋白的特定序列，接着将ATP的γ-磷酸基团转移到该序列上，用酵素学的方式将磷酸基团转移给靶蛋白，从而完成了磷酸化修饰的过程。
磷酸化能够改变蛋白质的电荷、立体构象和结构，影响蛋白质的活性、亲和力和参与的基础过程。
此外，磷酸化还能够与其他蛋白质结合形成复合物，从而参与许多蛋白质相互作用的过程。
二、蛋白质修饰的影响因素蛋白质修饰的影响因素可以分为生理、化学、环境三个方面。
这里我们只介绍其中最重要的因素。
1、生理因素生理因素是借助于蛋白质自身内在的机制来影响修饰的方式。
例如，在细胞分裂过程中，许多蛋白激酶和磷酸酶的表达量都会发生变化，使得磷酸化和去磷酸化的平衡状态也发生变化，从而影响蛋白质的修饰。
此外，这些因素还和细胞的生理状态、环境压力等有关。
2、化学因素化学因素主要包括蛋白质的化学构成和胺基酸的序列，这些都是决定化学修饰的重要因素。
其中，蛋白质中的氨基酸包括丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等，其组成和序列决定了磷酸化和甲基化等反应发生的位置和效果。
例如，在某些特定的序列环境中，磷酸化和甲基化可以协同作用从而发生更加复杂的转化过程。
3、环境因素环境因素主要包括温度、pH值、离子浓度等化学变量。
分子生物学在医药中的研究进展及应用
分子生物学在医药中的研究进展及应用随着科学技术的飞速发展，分子生物学在医药领域的应用日益广泛，为我们的健康带来了前所未有的保障。
分子生物学以其独特的视角和方法，对疾病的预防、诊断和治疗等方面产生了深远的影响。
一、分子生物学在疾病预防中的应用分子生物学在疾病预防方面的应用主要体现在基因检测和疫苗研发两个方面。
基因检测技术可以帮助我们了解个体的基因信息，预测其对某些疾病的易感性，从而实现早期预防。
例如，对于乳腺癌、肺癌等遗传性疾病，通过基因检测可以提前发现并采取相应的预防措施。
另一方面，疫苗的研发是预防传染病的重要手段。
利用分子生物学技术，我们可以对病原体的基因进行精确分析，快速研制出高效、安全的疫苗，为公众健康提供有力保障。
二、分子生物学在疾病诊断中的应用在疾病诊断方面，分子生物学技术也发挥了关键作用。
例如，基于PCR（聚合酶链式反应）技术的基因诊断方法，可以在短时间内对病原体进行精确的检测和识别，提高疾病的诊断速度和准确性。
分子生物学还在肿瘤诊断中发挥了重要作用，通过对肿瘤细胞的基因变异进行分析，可以精确判断肿瘤的性质和程度，为制定治疗方案提供依据。
三、分子生物学在疾病治疗中的应用在疾病治疗方面，分子生物学为我们提供了全新的思路和方法。
靶向治疗是分子生物学治疗的一种重要方式。
通过识别疾病相关的特定分子靶点，我们可以设计出针对性的药物，精确地作用于病变部位，提高疗效的同时降低副作用。
例如，针对某些癌症的靶向药物已经广泛应用于临床治疗。
基因治疗是另一种由分子生物学衍生出的治疗方法。
通过修改人类基因，纠正缺陷基因引起的疾病，从而达到治疗目的。
虽然目前基因治疗还处于研究阶段，但已经展现出了巨大的潜力。
四、展望未来分子生物学在医药领域的应用前景广阔。
随着技术的不断进步，我们有望在未来看到更多的突破性成果。
例如，通过解码人类基因组，我们可以更深入地理解人类生理和病理过程；通过生物信息学分析，我们可以开发出更加精确的疾病预测和治疗方法；通过研究免疫系统与疾病的相互作用，我们可以发现新的免疫疗法和疫苗设计策略。
分子生物学---9蛋白质修饰(泛素化)
泛素化内稳态及信号一：背景1.细胞内蛋白酶解：80%-90%通过蛋白酶体降解，10%-20%通过自噬。
2．泛素：由70个左右的氨基酸组成，本身有7个赖氨酸可被泛素化。
细胞内广泛存在的一种蛋白。
占细胞总蛋白1-2%，真核生物中高度保守。
泛素内稳态取决于不断的改变。
泛素化和去泛素化是一个动态平衡过程。
3．细胞内泛素化-蛋白酶体系统（U P S）（1）E3连接酶亚家族：E3连接酶的功能影响细胞每个方面的活性，它的改变可以导致疾病。
（2）E3连接酶（大约600种）可以作为o n c o g e n e或者t u m o r s u p p r e s s o r（3）泛素信号：分类及功能功能：细胞凋亡、D N A转录和修复、分化和生长、免疫应答和炎症，细胞表面受体和离子通道，血管新生，核糖体生物合成等等泛素信号异常：肿瘤、病毒感染、神经退行性疾病、发育畸形、细菌感染等。
蛋白质降解受到抑制后，正常细胞会出现生长抑制，而肿瘤细胞则出现凋亡。
二、泛素内稳态及应激1.细胞内泛素内稳态（老师上课说过这是可能的考点）泛素内稳态：泛素合成聚泛素链形成聚泛素链组装泛素降解泛素应激：泛素增加、泛素减少泛素减少：损害减数分裂、组织生长缺陷、突触发育及功能、胎儿肝脏发育细胞周期及耐逆性、增殖缺陷、扰乱造血系统、神经退化和代谢紊乱、细胞分化异常泛素增加：延迟衰老、改变基因表达、热击的应答方式、促进细胞增殖和应激耐受、改变蛋白酶体构成、激活自噬三、泛素信号和主要信号通路1、N-e n d r u l e通路泛素化蛋白酶体系统中最简单的规则：及蛋白质N端的特点决定蛋白质的半衰期，若N端为精氨酸或者赖氨酸的蛋白质寿命就很短。
最早期试验：牛血清白蛋白（B S A）N端为天冬氨酸，可以被A T E1（精氨酸t-R N A转移酶1）催化在N端加上精氨酸，进而被E3连接酶识别发生降解。
后来发现：机制是蛋白质N端带上谷氨酸和天冬氨酸可以在A T E1作用下被精氨酸化。
分子生物学(二)
分子生物学（二）引言概述：分子生物学是研究生物分子结构和功能的学科。
本文将继续讨论分子生物学的相关内容，重点关注五个大点，包括蛋白质合成、基因表达调控、DNA复制、基因突变和分子诊断技术。
正文：一、蛋白质合成1. 转录和翻译的关系：RNA聚合酶合成mRNA，然后在核糖体中翻译成蛋白质。
2. 编码和非编码RNA：编码RNA包括mRNA和tRNA，而非编码RNA则不直接编码蛋白质，如rRNA和miRNA。
3. 编码RNA修饰：例如，剪接和RNA编辑，可以改变RNA序列，并对蛋白质产生重要影响。
4. 信使RNA降解：通过RNA酶的作用，mRNA可以被降解，控制蛋白质的合成量和速率。
5. 蛋白质翻译后修饰：包括磷酸化、糖基化和乙酰化等多种修饰形式，影响蛋白质的功能和稳定性。
二、基因表达调控1. 转录调控：转录因子的结合可以激活或抑制基因的转录过程，影响蛋白质的合成。
2. 染色质结构：染色质的组织结构和修饰可以影响基因的可及性，进而调控基因表达。
3. miRNA的调控作用：miRNA可以与mRNA结合，抑制其翻译或诱导降解，进而调控基因表达。
4. DNA甲基化：DNA甲基化是一种在基因调控中重要的表观遗传修饰方式，参与基因的静默。
5. 细胞信号转导：细胞内外的信号转导通路可以调控基因表达，对细胞发育和功能起重要作用。
三、DNA复制1. DNA复制的步骤：包括解旋、合成互补链和连接等多个步骤，确保DNA的准确复制。
2. DNA聚合酶：DNA聚合酶是复制DNA的主要酶类，具有高度专一性和准确性。
3. 复制起始位点选择：复制起始位点的选择是复制过程的关键步骤，受到复制起始蛋白的调控。
4. DNA损伤修复：复制过程中，可能会发生DNA损伤，细胞会通过修复机制保护DNA的完整性。
5. 复制过程的调控：多种蛋白质和调控机制参与DNA复制的调节，确保复制的顺序和精确性。
四、基因突变1. 突变的类型：包括点突变、缺失、插入和倒位等多种突变类型，影响DNA序列的改变。
蛋白质降解途径的探究及其应用
蛋白质降解途径的探究及其应用蛋白质是构成生物体的基本组成部分，它们参与了细胞形态的塑造、细胞功能的调节以及代谢产物的合成。
然而，由于蛋白质分子的巨大复杂性，它们往往需要不断地进行修饰、重组、转运等过程，因而也涉及到了大量的蛋白质降解。
正确的蛋白质降解通路对于生物体的正常发育和运转至关重要，而这个过程也越来越引起人们的关注，目前其应用于医学、农业和环境等方面也得到了广泛的探究。
传统上，蛋白质降解主要依赖于酶和氧化等化学反应的作用。
然而随着分子生物学的发展，越来越多的蛋白质降解通路得以揭示，进而为该领域的应用提供了可能。
在这些通路中，涉及的生物分子极为多样，包括多种蛋白酶、蛋白配体、内质网和高分子降解等。
蛋白质降解通过多种途径实现，具体可分为两种：一种为自我消化的降解途径，另一种是介导性降解途径。
自我消化的降解途径是指蛋白质本身调节其活性的能力，在一定的条件下，引导蛋白质自行被分解。
这种自降解的途径包括两种主要类型：旋转的退火和超配位的折叠。
自降解的途径的存在，在保证细胞发育和运行的同时，也对诸如肿瘤治疗和感染控制等方面带来了更多的选择性和效率。
介导性降解途径是指外部化学环境或细胞环境介导蛋白质分解的过程。
在这一类通路中，包括由蛋白酶催化的蛋白质水解和由多种蛋白配体介导的蛋白质降解两种方式。
前者通常需要特定的酶参与，如两头分解酶和蛋白酶体，具有较高的选择性和效率；而后者则依赖于蛋白配体和受体的功能作用。
蛋白质降解途径与生物体相结合，为人们应对众多疾病提供了新的思路和方法。
例如，在肿瘤治疗中，人们利用蛋白酶和抑制蛋白质降解的小分子药物来干预细胞的自我消化过程，从而达到抑制癌细胞增殖和减轻化疗副作用的目的。
在感染控制中，人们可以通过结合蛋白抗原和T细胞共刺激分子过程展开病原体的引导性降解，从而加快病原体遇到免疫系统的输送速度。
此外，蛋白质降解途径还在农业和环境方面发挥重要作用。
利用这些途径，人们可以快速地识别、减轻和解决对农业造成的病虫害等问题。
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利用电泳、免疫共沉淀、色谱、生物质 谱、生物信息学等方法，对修饰蛋白质及 修饰位点进行鉴定。
第二节
蛋白质的降解
蛋白质的降解途径
• 泛素-蛋白酶体通路：需能，高效、特异的 蛋白质降解过程，控制着动植物体内绝大 多数蛋白质的降解。
• 自噬-溶酶体：不需能量。主要降解细胞外 和细胞膜蛋白质
泛素-蛋白酶体系统
溶酶体
蛋白质的修饰
概念：是指蛋白质翻译后进行共价修饰加工的过程， 通过一个或几个氨基酸残基加上修饰基团而改变 蛋白质的性质。
目的：调节蛋白质的活性，使蛋白质结构更为复杂， 功能更完善。
蛋白质的修饰
• 磷酸化修饰 • 脂基化修饰 • 甲基化修饰 • 乙酰化修饰 • 类泛素化修饰 • 巴豆酰化修饰
一、磷酸化修饰
泛素化过程的关键酶
• 泛素激活酶E1：细胞只表达一种E1，将泛素转 移到泛素结合酶E2上；
• 泛素偶连酶E2：约50种，E2与许多E3作用； • 泛素连接酶E3：约1000种，直接或间接与底物
蛋白结合，促进泛素从E2的硫酯键转移到底物 蛋白上，作为被UPS识别和降解的靶向信号。
泛素化反应
1. 泛素的活化：以ATP为能量，将泛素C-端的羧基 连接到泛素活化酶E1的巯基上，形成一个泛素和 泛素活化酶E1之间的硫酯键。
• 大多数蛋白质通过26S蛋白酶体以ATP和泛素依赖 方式降解；11S-20S-11S,11S-20S-19S，PA20020S-19S以不依赖ATP和泛素的方式降解一些调节 蛋白、氧化蛋白及衰老蛋白。
泛素的结构与组成
• 泛素含有76个氨基酸残基, 广泛存在于真核生物， • 泛素的氨基酸序列极其保 守。 •泛 素 共 价 结 合 于 底 物 蛋 白 的赖氨酸残基上，将底物蛋 白进行泛素化标记而被UPS 特异识别并迅速降解。
分布广泛，人类有四种： SUMO1、SUMO2 、 SUMO3、 SUMO4
• SUMO1-3：在各个组织均表达 • SUMO4:在肾脏、淋巴结和脾脏表达
催化蛋白质SUMO化修饰的酶
SUMO化修饰需要多个酶参与： E1活化酶、E2结合酶、E3连接酶。
• SUMO化修饰中，E1和E2可使底物蛋白完成修饰。 • 但大多数SUMO化修饰仍需要E3连接酶的参与。 • E3连接酶并不与SUMO分子形成共价结合，但可以
2.一种蛋白质可以有一种以上的翻译后 • 在RNA聚合酶Ⅱ控制的基因表达过程中，
磷酸化和糖基化对RNA聚合酶Ⅱ起到了不 同的作用。 • 组蛋白乙酰化和甲基化共同修饰作用
八、蛋白质修饰的研究策略
尽管蛋白质翻译后修饰对其生物学功能 有着重要的作用，目前对其规模化研究受 到分析方法的限制。主要由于翻译后修饰 蛋白质的化学计量低，复杂性造成的。蛋 白质修饰类型及程度差别大，有的修饰转 瞬即逝。
蛋白质脂基化的生物学作用
• 脂基化蛋白相当于细胞信号转导的开关， 在信号转导方面发挥重要作用。
• 蛋白质脂基化增强蛋白质在细胞膜上的亲 和性，调节蛋白质的亚细胞定位、 蛋白质 的转运、 蛋白质之间的相互作用及蛋白质 的稳定性。
催化蛋白质脂基化的酶
• 棕榈酰基转移酶 该酶抑制剂具有抗肿瘤特性
• 法呢基转移酶 该酶抑制剂对正常细胞无毒性，对肿
1.蛋白质丝氨酸、苏氨酸激酶
• cAMP依赖的蛋白激酶（cAMP dependent protein kinase, PKA)
• Ca2+/磷脂依赖的蛋白激酶（Ca2+ /phospholipid dependent protein kinase, Ca2+ /PL-PK)或蛋白激 酶C (protein kinase C, PKC)
• Ca2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶（Ca2+ /calmodulin dependent protein kinaes, CaM-PK)
• cGMP依赖的蛋白激酶 (cGMP dependent protein kinase, PKG)
• DNA依赖的蛋白激酶（DNA dependent protein kinase, DNA-PK)
不依赖ATP和泛素的UPS组成
• 11S蛋白酶体激活因子（PA28或REG）因不 含ATPase活性，可不依赖ATP和泛素介导蛋 白酶体进行蛋白质降解。
• PA200是分子量为200kDa单体结构激活因子， 可激活蛋白酶体降解肽，而不能降解蛋白 质。
UPS的分类
• 三种激活因子与20S蛋白酶体至少可组成四种蛋白 酶体复合体：19S-20S-19S，11S-20S-11S,11S20S-19S，PA200-20S-19S
神经系统疾病发病机制中的作用
• Parkin是泛素和蛋白的E3连接酶，能与E2共同 作用；
• Parkin变性，影响某些蛋白降解，引起多巴胺 类神经元的毒性损伤而引起帕金森病。
2. 泛素活化酶E1将活化后的泛素通过交酯化反应传 递给泛素结合酶E2。
3. 泛素连接酶E3将E2上的泛素连接到靶蛋白上。 上述过程循环往复，靶蛋白可共价连接多个
泛素分子，然后被26S蛋白酶体降解。
泛素化调节和去泛素化调节
• 蛋白质本身提供特定的UPS识别信号。 • 泛素化信号通常被掩盖在正常蛋白质结构
结Байду номын сангаасE2和底物，促进SUMO由E2向底物转移。
SUMO化修饰的生物学意义
• SUMO化核内底物多数是转录调节因子，进行正调 控或负调控；
• 参与维持基因组的完整性及调节染色体凝集与分 离；
• 参与DNA修复过程； • 拮抗泛素的作用，避免蛋白质降解。 • 调节蛋白质核质转运及信号转导。
六、巴豆酰化修饰
中，蛋白质在天然状态下不被降解。 • 蛋白质正常结构出现变化或者受损，暴露
这些信号，就会被UPS发现。
UPS的生物学意义
• 通过降解错误的折叠、突变或者损伤的蛋 白质来维持细胞的质量。
• 通过降解关键的调节蛋白来控制细胞的基 本生命活动。例如生长、代谢、细胞凋亡、 细胞周期和转录调控。
泛素-蛋白酶体与疾病
• 蛋白质去磷酸化：蛋白质磷酸化逆过程由 蛋白磷酸酶催化，称为蛋白质去磷酸化。
细胞内30%蛋白质可被磷酸化和去磷酸化修饰。
蛋白质磷酸化的生物学作用
细胞信号传导、 神经活动、 肌肉收缩 及细胞增殖、 发育和分化等生理病理过程。 许多调控机制都涉及蛋白质的磷酸化修饰。
蛋白质磷酸化修饰生物学效应
• 增强或减弱被修饰蛋白质的酶活性或其他 活性；
概念： 是指在巴豆酰基转移酶催化下，在蛋白
质赖氨酸添加巴豆酰基的过程。
蛋白质巴豆酰化修饰的生物学意义
组蛋白赖氨酸巴豆酰化修饰与基因活化密 切相关，机制目前尚不清楚。
七、不同翻译后修饰的相互协调与影响
1.在细胞信号转导过程中存在多种蛋白质翻 译后修饰 脂基化修饰是蛋白质磷酸化的开端，磷 酸化修饰过程分别受到特定蛋白激酶调节， 是细胞信号转导过程的主体。
• 蛋白质酪氨酸磷酸酶 目前已发现30多种，1/3是跨膜蛋白质酪氨酸 磷酸酶，类似受体分子。2/3位于胞质，为非 受体型蛋白质酪氨酸磷酸酶。
蛋白激酶抑制剂和蛋白磷酸酶抑制剂
• 蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性均可被一些 小分子化合物抑制。
• 这些小分子化合物在疾病治疗或蛋白激酶 和蛋白磷酸酶的研究中具有重要的意义。
活性。 • 作用于PP2B的抑制剂：
抑制Ca2+依赖蛋白磷酸酶的活性
二、脂基化修饰
• 脂基化蛋白是一类膜蛋白，其特定的脂肪链修饰 可帮助这类蛋白质细胞膜上定位，协助该蛋白发 挥生物学作用。
• 蛋白质脂基化：长链脂肪酸通过O或者S原子与蛋 白质形成蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质的半 胱氨酸残基被棕榈酰化，或者被法呢基化修饰。
2.蛋白质酪氨酸激酶
• 特异性催化蛋白质酪氨酸残基磷酸化的激 酶家族。
• 分为受体型PTK和非受体型 PTK。
3.双专一性蛋白激酶
• 同时自身磷酸化Tyr和Ser/Thr • 在信号级联反应中其重要作用
催化蛋白质去磷酸化的蛋白磷酸酶
• 蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸酶 PP1、PP2A、PP2C、PPX等，亚细胞定位不同。
瘤细胞有抑制作用。
三、甲基化（protein methylation)修饰
概念：在甲基化转移酶催化下，甲基基团 由甲基S-腺苷甲硫氨酸转移至相应蛋白质 的过程。
甲基代替了氨基上的H原子，减少了氢 键的形成数量，甲基增加了空间阻力，影 响底物与蛋白质的相互作用。
蛋白质甲基化修饰的生物学作用
• 影响蛋白质之间的相互作用 • 蛋白质与RNA之间的相互作用 • 蛋白质的定位 • RNA加工 • 细胞信号转导
• 1980年前后Ciechanover A，Hershko A和 Rose Ⅰ发现了泛素-蛋白酶体系统 （ubiqutin-proreasomesystem，UPS）
• 2004年获诺贝尔化学奖 • UPS参与细胞内80%以上蛋白质的降解
UPS组成
有酶促活性的蛋白酶体 20S核心颗粒和蛋白酶体激活因子
白质特定位置上添加乙酰基的过程。
蛋白质乙酰化的生物学作用
• 组蛋白乙酰化调节基因转录 • 可实现对自噬过程的动态调控 • 调节代谢酶的活性及代谢通路
催化蛋白质乙酰化的酶
催化蛋白质赖氨酸乙酰化是乙酰基转移酶 。
五、类泛素化修饰
• 小泛素相关修饰物（small ubiquitin related modifier, SUMO)是类泛素家族重要成员；
• 蛋白激酶催化的磷酸基转移反应， • 是最常见，最重要的蛋白质翻译后修饰方
式之一。 • 在细胞信号转导过程中起重要作用。 • 1992年 Fischer EH和krebs EG 共同获诺
贝尔生理或医学奖。
蛋白质磷酸化和去磷酸化
• 蛋白质磷酸化：是通过蛋白激酶催化将ATP 或GTP的γ位磷酸基转移到蛋白质特定位点 上的过程。