生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因表達(dá)調(diào)控

關(guān)于生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因表達(dá)調(diào)控真核生物的基因組真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和種類真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控Contents第2頁,共126頁，2024年2月25日，星期天一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp、染色質(zhì)、核膜單順反子基因不連續(xù)性斷裂基因（interruptedgene）、內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)非編碼區(qū)較多多于編碼序列(9:1)含有大量重復(fù)序列第一節(jié)真核生物的基因組第3頁,共126頁，2024年2月25日，星期天●基因組很小，大多只有一條染色體●

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)煉●存在轉(zhuǎn)錄單元多順反子原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)●有重疊基因第4頁,共126頁，2024年2月25日，星期天二、真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的空間結(jié)構(gòu)方面存在以下幾個(gè)方面的差異第5頁,共126頁，2024年2月25日，星期天①在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。②真核細(xì)胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。第6頁,共126頁，2024年2月25日，星期天③高等真核細(xì)胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。④真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。第7頁,共126頁，2024年2月25日，星期天⑤在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個(gè)所控制基因5’上游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合能力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動(dòng)子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直接促進(jìn)或抑制RNA聚合酶與它的結(jié)合。第8頁,共126頁，2024年2月25日，星期天⑥真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。

⑦許多真核生物的基因只有經(jīng)過復(fù)雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。

第9頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和種類一、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)第10頁,共126頁，2024年2月25日，星期天與原核一樣可分為轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（包括RNA的加工，運(yùn)輸，翻譯的調(diào)控等），也以轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控為主，與原核相比，真核生物表達(dá)的調(diào)控具有如下特點(diǎn)：1、真核生物中染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)基因的表達(dá)有明顯的調(diào)控作用。真核生物染色質(zhì)的組成單位是核小體，核小體的狀態(tài)影響DNA的表達(dá)，如核小體呈串珠狀結(jié)構(gòu)時(shí)，核小體上纏繞的二圈DNA上可進(jìn)行DNA的轉(zhuǎn)錄及復(fù)制等過程，當(dāng)核小體盤繞成螺線管狀結(jié)構(gòu)時(shí)，DNA上不能復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，原核生物的DNA不與組蛋白結(jié)合，其DNA始終是活動(dòng)狀態(tài)的。

2、真核生物以激活物進(jìn)行的正調(diào)控為主，且需多個(gè)激活物同時(shí)特異地結(jié)合在DNA上才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄第11頁,共126頁，2024年2月25日，星期天原核中有激活物進(jìn)行的正調(diào)控，亦有阻遏物進(jìn)行的負(fù)調(diào)控，二者同等重要，如E.coli中乳糖操縱子中，調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白對(duì)Lac操縱子的調(diào)控為負(fù)調(diào)控，而cAMP-CAP復(fù)合物對(duì)Lac操縱子起正調(diào)控作用。但在真核生物均以正調(diào)控為主，其原因可能是由于：

1）：真核基因組龐大，如用阻遏物進(jìn)行負(fù)調(diào)控，則一旦有一個(gè)阻遏物與一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位結(jié)合，該段基因就不能表達(dá)，達(dá)不到靈活調(diào)控的目的。2)真核生物中98%以上的DNA是不表達(dá)的，如用激活物進(jìn)行正調(diào)控，則只需合成少量激活物即可使目的基因表達(dá)，并能達(dá)到基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)節(jié)。3)真核基因上有多個(gè)調(diào)控部位（調(diào)控元件），只有多個(gè)激活物均與相應(yīng)的調(diào)控元件結(jié)合后，才能啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。第12頁,共126頁，2024年2月25日，星期天3、真核基因的表達(dá)具有多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控真核基因轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同的地方進(jìn)行，所以RNA轉(zhuǎn)錄后的加工、運(yùn)輸?shù)冗^程對(duì)基因的表達(dá)都有調(diào)控作用，而原核生物中轉(zhuǎn)錄與翻譯是同時(shí)進(jìn)行的，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控相對(duì)簡(jiǎn)單得多。4、真核基因的表達(dá)具組織或細(xì)胞特異性。即時(shí)空性真核基因可在發(fā)育的不同階段表達(dá)，或同一基因在不同組織細(xì)胞中表達(dá)不同產(chǎn)物，如降鈣素基因在甲狀腺中表達(dá)為降鈣素，在腦中表達(dá)為降鈣素相關(guān)肽。即真核生物基因的表達(dá)具有時(shí)間性和空間性，而原核中每個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)基本一致。第13頁,共126頁，2024年2月25日，星期天1、根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：一是瞬時(shí)調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)。瞬時(shí)調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時(shí)，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。二是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。2、根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平調(diào)控－－轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控－－轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控－－翻譯水平調(diào)控－－蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類：第14頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控●基因丟失基因擴(kuò)增基因重排DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控●●●●抗體分子的形成Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)座子第15頁,共126頁，2024年2月25日，星期天一、基因丟失：在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。目前，在高等真核生物（包括動(dòng)物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。第16頁,共126頁，2024年2月25日，星期天二、基因擴(kuò)增：基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。如非洲爪蟾體細(xì)胞中rDNA的基因擴(kuò)增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴(kuò)增現(xiàn)象。第17頁,共126頁，2024年2月25日，星期天基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現(xiàn)象?；蚪M拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質(zhì)增多，這可能構(gòu)成了加速基因進(jìn)化、基因組重組和最終物種形成的一種方式。發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加在植物中普遍存在第18頁,共126頁，2024年2月25日，星期天DNA含量的發(fā)育控制利用流式細(xì)胞儀對(duì)從擬南芥不同發(fā)育階段的組織中分離到的間期細(xì)胞核進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多倍體的DNA含量與組織的成熟程度成正比。對(duì)于一給定的物種，C是單倍體基因組中的DNA質(zhì)量。第19頁,共126頁，2024年2月25日，星期天將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。三、基因重排：第20頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共126頁，2024年2月25日，星期天四、DNA的甲基化與基因調(diào)控：1、DNA的甲基化第23頁,共126頁，2024年2月25日，星期天在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，CpG島第24頁,共126頁，2024年2月25日，星期天真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型甲基轉(zhuǎn)移酶從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶第25頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。第27頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共126頁，2024年2月25日，星期天3．DNA甲基化與X染色體失活雌性胎生哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保其與只有一條X染色體的雄性個(gè)體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活。第30頁,共126頁，2024年2月25日，星期天科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在X染色體上存在一個(gè)與X染色體失活有密切聯(lián)系的核心部位稱為X染色體失活中心（X-chromosomeinactivationcenter，Xic），定位在Xq13區(qū)（正好是Barr氏小體濃縮部位）。

Xi-specifictranscript(Xist)基因只在失活的X染色體上表達(dá)，其產(chǎn)物是一功能性RNA，沒有ORF卻含有大量的終止密碼子。實(shí)驗(yàn)證明，XistRNA分子能可能與Xic位點(diǎn)相互作用，引起后者構(gòu)象變化，易于結(jié)合各種蛋白因子，最終導(dǎo)致X染色體失活。第31頁,共126頁，2024年2月25日，星期天五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控：按功能狀態(tài)的不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)，所謂活性染色質(zhì)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)；非活性染色質(zhì)是指沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)?；钚匀旧|(zhì)由于核小體構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的改變，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動(dòng)。(一)活性染色質(zhì)第32頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（二）活性染色體結(jié)構(gòu)變化1.對(duì)核酸酶敏感活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。第33頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2.DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向3.DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。第34頁,共126頁，2024年2月25日，星期天4.組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低②H2A,H2B二聚體不穩(wěn)定性增加③組蛋白修飾④H3組蛋白巰基暴露第35頁,共126頁，2024年2月25日，星期天活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點(diǎn)。每個(gè)活躍表達(dá)的基因都有一個(gè)或幾個(gè)超敏感位點(diǎn)，大部分位于基因5′端啟動(dòng)子區(qū)域。第36頁,共126頁，2024年2月25日，星期天活性染色質(zhì)上具有核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（matrixattachmentregion，MAR）。MAR一般位于DNA放射環(huán)或活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端。在外源基因兩端接上MAR，可增加基因表達(dá)水平倍以10上，說明MAR在基因表達(dá)調(diào)控中有作用。是一種新的基因調(diào)控元件。第37頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共126頁，2024年2月25日，星期天真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不是裸露的DNA，因此染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，即是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。第40頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共126頁，2024年2月25日，星期天活性染色質(zhì)的主要特點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上：活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點(diǎn)活性染色質(zhì)上具有基因座控制區(qū)活性染色質(zhì)上具有核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（MAR序列）第43頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控一、真核基因轉(zhuǎn)錄（一）真核基因結(jié)構(gòu)第44頁,共126頁，2024年2月25日，星期天“基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。第45頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（二）順式作用元件定義：影響自身基因表達(dá)活性的非編碼DNA序列。例：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等（1）啟動(dòng)子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子第46頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（2）增強(qiáng)子：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。

第48頁,共126頁，2024年2月25日，星期天SV40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約200bp處有兩段長72bp的正向重復(fù)序列。第49頁,共126頁，2024年2月25日，星期天增強(qiáng)子特點(diǎn)：①增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍②增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（5‘→3’或3‘→5’），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；

第50頁,共126頁，2024年2月25日，星期天③大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需的；④增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明增強(qiáng)子只有與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能；第51頁,共126頁，2024年2月25日，星期天⑤沒有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)；⑥許多增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對(duì)環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。第52頁,共126頁，2024年2月25日，星期天增強(qiáng)子作用機(jī)理：第53頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（3）沉默子：某些基因含有負(fù)性調(diào)節(jié)元件——沉默子，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。第54頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（三）反式作用因子

1、定義：能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)）第55頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2、結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域連接區(qū)第56頁,共126頁，2024年2月25日，星期天

（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）鋅指結(jié)構(gòu)（zincfinger）堿性-亮氨酸拉鏈（basic-leucinezipper）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic–helix/loop/helix，bHLH）第57頁,共126頁，2024年2月25日，星期天1、螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋第58頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2、鋅指結(jié)構(gòu)配位鍵2-9個(gè)定義：是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元。是由一個(gè)含有大約30個(gè)氨基酸的環(huán)和一個(gè)與環(huán)上的4個(gè)Cys或2個(gè)Cys和2個(gè)His配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。第60頁,共126頁，2024年2月25日，星期天

Cys2/Cys2鋅指Cys2/His2鋅指見于甾體激素受體見于SP1，TFⅢA等第61頁,共126頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄因子SP1（GC盒）

、連續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。第62頁,共126頁，2024年2月25日，星期天3、堿性-亮氨酸拉鏈二聚體亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。肽鏈氨基端20～30個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。第63頁,共126頁，2024年2月25日，星期天這類蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的。第64頁,共126頁，2024年2月25日，星期天定義：出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元（motif）。當(dāng)來自同一個(gè)或不同多肽鏈的兩個(gè)α-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個(gè)圈對(duì)圈的二聚體結(jié)構(gòu)時(shí)就形成了亮氨酸拉鏈。第65頁,共126頁，2024年2月25日，星期天4、堿性-螺旋-環(huán)-螺旋第66頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（四）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物第67頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)、蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá)

蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是指通過酶促反應(yīng)把磷酸基團(tuán)從一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)化合物上的過程，是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信號(hào)的傳遞過程中占有極其重要的地位。第68頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共126頁，2024年2月25日，星期天已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達(dá)2000個(gè)左右的蛋白質(zhì)激酶和1000個(gè)左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。第70頁,共126頁，2024年2月25日，星期天1．蛋白質(zhì)磷酸化在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用(1).在胞內(nèi)介導(dǎo)胞外信號(hào)時(shí)具有專一應(yīng)答特點(diǎn)。

與信號(hào)傳遞有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）等，這種共價(jià)修飾調(diào)節(jié)方式顯然比變構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。

(2).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化控制了細(xì)胞內(nèi)已有的酶“活性”。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對(duì)外界刺激做出更迅速的反應(yīng)。

第71頁,共126頁，2024年2月25日，星期天(3).對(duì)外界信號(hào)具有級(jí)聯(lián)放大作用；(4).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的持續(xù)反應(yīng)。被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸。組氨酸和賴氨酸殘基也可能被磷酸化。第72頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第74頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第76頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第77頁,共126頁，2024年2月25日，星期天旁分泌突觸內(nèi)分泌第78頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2.真核細(xì)胞主要跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

第79頁,共126頁，2024年2月25日，星期天3.蛋白激酶的種類與功能根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化

第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

第三類是"雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。第80頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第81頁,共126頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物來分又可分成兩大類：

A、信使依賴性蛋白質(zhì)激酶（messenger-dependentproteinkinase），包括胞內(nèi)第二信使或調(diào)節(jié)因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個(gè)亞類；

B、非信使依賴型蛋白激酶。第82頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第83頁,共126頁，2024年2月25日，星期天4.受cAMP調(diào)控的A激酶

被A激酶磷酸化的蛋白質(zhì)其N端上游往往存在兩個(gè)或兩個(gè)以上堿性氨基酸，特異氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改變了這一蛋白的酶活性。這一酶活性代表了絕大多數(shù)細(xì)胞中cAMP所引起的全部反應(yīng)。PKA全酶由4個(gè)亞基組成(R2C2）包括兩個(gè)相同的調(diào)節(jié)亞基（R）和兩個(gè)相同的催化亞基（C）。全酶的分子量為150-170kD。第84頁,共126頁，2024年2月25日，星期天C亞基具有催化活性，R亞基具有調(diào)節(jié)功能，有兩個(gè)cAMP結(jié)合位點(diǎn)。R亞基對(duì)C亞基具有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶（R2C2）無催化活性。R亞基與cAMP的結(jié)合導(dǎo)致C亞基解離并表現(xiàn)出催化活性。

激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團(tuán)傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進(jìn)入糖酵解并提供ATP。

第85頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第86頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第87頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第88頁,共126頁，2024年2月25日，星期天5.C激酶與PIP2、IP3和DAG

磷酸肌醇級(jí)聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使：磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的兩個(gè)酶解

產(chǎn)物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二?；视停―AG）。C激酶（PKC）是依賴于Ca2+的蛋白質(zhì)激酶。由于IP3所引起的細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度升高，導(dǎo)致C激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到靠原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)處，并被DAG和Ca2+的雙重影響所激活。

第89頁,共126頁，2024年2月25日，星期天

C激酶的活性也受磷脂酰絲氨酸的影響，原因是后者大大提高了C激酶對(duì)于Ca2+的親和力，從而使得C激酶能被生理水平的Ca2+離子所活化。C激酶主要實(shí)施對(duì)絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)域。第90頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第91頁,共126頁，2024年2月25日，星期天6.CaM激酶及MAP激酶

Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（CaM-kinase）來實(shí)現(xiàn)，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAP-kinase，又稱為extracellular-signal-regulatedkinase，ERKS）活性受許多外源

細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。第92頁,共126頁，2024年2月25日，星期天MAP-激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個(gè)氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。科學(xué)家把能同時(shí)催化這兩個(gè)氨基酸殘基磷酸化的酶稱為MAP-激酶-激酶，它的反應(yīng)底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同時(shí)被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，從而在信息傳導(dǎo)中發(fā)揮功能。第93頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第94頁,共126頁，2024年2月25日，星期天7.酪氨酸蛋白激酶

對(duì)于許多生長因子受體的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息傳遞過程中起著重要作用。表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）、神經(jīng)生長因子（NGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（VEGF）受體都擁有定位于胞內(nèi)的酪氨酸激酶功能區(qū)域和膜外區(qū)。第95頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第96頁,共126頁，2024年2月25日，星期天

具有受體功能的酪氨酸

蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)。包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域：胞外的配體結(jié)合區(qū)，細(xì)胞內(nèi)部具有酪氨酸蛋白激酶活性的區(qū)域和連接這兩個(gè)區(qū)域的跨膜結(jié)構(gòu)。

胞外配體結(jié)合區(qū)：RPTK的N端大約500-850個(gè)氨基酸組成親水性胞外配體結(jié)合區(qū)域，氨基酸序列變化較大，是不同RPTK與相應(yīng)配體特異性結(jié)合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。第97頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第98頁,共126頁，2024年2月25日，星期天跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)：是連接受體細(xì)胞內(nèi)、外兩部分，鑲嵌在細(xì)胞膜中的結(jié)構(gòu)，在靠近膜內(nèi)側(cè)C端常常是由堿性氨基酸形成簇狀結(jié)構(gòu)。胞內(nèi)活性區(qū)：保守性較高，由三個(gè)不同的部分組成。與跨膜區(qū)相連的近膜區(qū)包括41-50個(gè)氨基酸，可能是RPTK活性的功能的調(diào)節(jié)部位。第二部分為活性位點(diǎn)所在的催化區(qū)，其氨基酸組成具有很高的保守性。第99頁,共126頁，2024年2月25日，星期天該區(qū)含有ATP結(jié)合位點(diǎn)和底物結(jié)合位點(diǎn)，可能是不同類型RPTK底物特異性的決定區(qū)域。第三部分是多變的C末端，包括70-200個(gè)氨基酸，主要是由小分子量氨基酸組成的親水性結(jié)構(gòu)，具有高度的可塑性。第100頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第101頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第102頁,共126頁，2024年2月25日，星期天沒有Cyclin，CDK無活性。

Cyclin的合成和積累。形成Cyclin和CDK復(fù)合物。Tyr磷酸化阻礙了ATP的結(jié)合，CDK仍然無活性。T-環(huán)中的Thr被磷酸化，Tyr上的磷酸基團(tuán)被去掉，CDK活性大為增強(qiáng)。CDK使磷酸酯酶磷酸化，進(jìn)一步提高其活性。CDK使DBRP磷酸化，具有酶活性。在DBRP的幫助下，泛素連接酶把泛素加到Cyclin上。Cyclin被降解，CDK失活。

見Lehninger,figure13-33。第103頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第104頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第105頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第106頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第107頁,共126頁，2024年2月25日，星期天CDK通過蛋白質(zhì)磷酸化過程控制細(xì)胞分裂。沒有被磷酸化的PRb能與轉(zhuǎn)錄因子E2F相結(jié)合并使后者不能激活一系列與DNA合成有關(guān)的酶，導(dǎo)致細(xì)胞無法由G1進(jìn)入S。

erbB原癌基因其實(shí)編碼了一個(gè)突變的EGF受體蛋白，它的胞內(nèi)激酶活性區(qū)被永久性激活（相當(dāng)于EGF到正常EGF受體上）。因此，erbB導(dǎo)致了細(xì)胞的永久型分裂。第108頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第109頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第110頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第111頁,共126頁，2024年2月25日，星期天8.蛋白磷酸酯酶

Ser/Thr蛋白磷酸酯酶主要包括：PP-1，PP-2A，PP-2B和PP-2C四類。

PP-1是糖代謝中的一個(gè)關(guān)鍵酶，具有很高的活性，其催化亞基為38kDa，可以與其它組分或調(diào)節(jié)亞基組成全酶。PP-2A全酶包括一個(gè)36kDa的催化亞基和一個(gè)65kDa的調(diào)節(jié)亞基。PP-2B是目前所發(fā)現(xiàn)的唯一受Ca和CaM調(diào)節(jié)的蛋白磷酸酶,催化了磷酸化酶激酶α亞基的脫磷酸化作用。由61kDa的A亞基和16kDa的B亞基組成。A為催化亞基。PP-2C的分子量為43-48kDa，其活性需要mmol/L水平的Mg2+，現(xiàn)對(duì)其參與調(diào)節(jié)的生理過程知之甚少。第112頁,共126頁，2024年2月25日，星期天酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP）主要有:胞內(nèi)型，跨膜受體型。兩類PTP的共同點(diǎn)是它們

的催化域中氨基酸順序極為相似，共有240個(gè)氨基酸，內(nèi)含-HCXGXXR（S/T）G-的"signaturemotif"。胞內(nèi)型PTP只有一個(gè)催化域。受體型中常有兩個(gè)催化區(qū)，其不同類型的胞外結(jié)構(gòu)往往不同。PTP1B（胞內(nèi)型）是一個(gè)37kDa的胞內(nèi)酶，在氨基酸水平上與CD45（跨膜受體型）的胞內(nèi)部分有很高的同源性。

CD45是一類在結(jié)構(gòu)上相關(guān)的，高分子量（150-280kD）跨膜蛋白，具有與受體極為相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在免疫T細(xì)胞和B細(xì)胞中含量極高。第113頁,共126頁，2024年2月25日，星期天9.蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá)

處于信號(hào)傳遞鏈終端的蛋白質(zhì)磷酸化既能對(duì)許多酶蛋白及生理代謝過程起直接的調(diào)節(jié)作用，又能通過使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化來調(diào)節(jié)基因活性。a.對(duì)轉(zhuǎn)錄因子核定位的調(diào)節(jié)SV40抗原未磷酸化時(shí)存在于胞質(zhì)，其111和112位殘基被酪蛋白激酶II（CKII）磷酸化后，其分子內(nèi)的核轉(zhuǎn)位信號(hào)結(jié)構(gòu)域(nucleartransportsignal，NTS)變構(gòu)而易于進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用。第114頁,共126頁，2024年2月25日，星期天第115頁,共126頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄因子SWI5只在G1期存在于細(xì)胞核內(nèi)，激活核酸內(nèi)切酶基因轉(zhuǎn)錄。在其它時(shí)期則以磷酸化的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中。CdC2使其核轉(zhuǎn)位信號(hào)結(jié)構(gòu)域附近的3個(gè)Ser殘基磷酸化，使之無法進(jìn)入核內(nèi)，失去激活基因轉(zhuǎn)錄功能。。第116頁,共126頁，2024年2月25日，星期天

有時(shí)轉(zhuǎn)錄因子上存在一種抑制結(jié)構(gòu)（R），掩蓋了它的NTS功能區(qū)，

從而不能進(jìn)入核內(nèi)；磷酸化使該區(qū)暴露，從而易于進(jìn)入核內(nèi)。有時(shí)，非磷酸化狀態(tài)下轉(zhuǎn)錄因子與胞質(zhì)錨定或抑制亞基結(jié)合，掩蓋其NTS結(jié)構(gòu)使之不能進(jìn)入核