分子生物学习题

蛋白质1.试叙述蛋白质分子的超二级结构、结构域区别何在，各有哪些类型、结构特征及研究意义。超二级结构（supersecondarystructure）是指在多肽链内顺序上相互邻近的两个或多个二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成很有规律且空间上能辨认的二级结构组合体。目前发现的超二级结构主要有三种基本形式：螺旋组合（）：DNA结合花样，钙结合花样,折叠组合（）螺旋折叠组合（/）最为常见结构域（domain）是指二级结构或超二级结构在空间上进一步彼此聚集形成的紧密稳定的在蛋白质分子上明显可分的类似球状的结构。通常结构域都具有一定的功能，因此又把结构域不严格地称为功能域。1结构域是由不同的二级结构和超二级结构组合形成的球状结构（通常由100-200个氨基酸残基组成）；2.结构域是蛋白质超二级结构与三级结构之间的一个结构层次；3.结构域是蛋白质三级结构的基本结构单位和功能单位。4.大多数的大分子蛋白质都存在若干个结构域,但小的单体蛋白往往只有一个结构域（结构域=三级结构）。由于二级结构的组合构成了大多数结构域结构的核心，据此把蛋白质结构域分为四类：型（AllTopologies）型（AllTopologies）/型（Parallel/Topologies）小的不规则结构超二级结构研究意义：蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构功能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。由于Motifs结构有确定的结构模式，序列模式及疏水性特征等。蛋白质Motifs结构的研究对整个蛋白质空间结构的预测和蛋白质肽链折叠的研究有非常直接的相关性。近年来关于蛋白质超二级结构的研究已成为国际上的一个研究热点。结构域研究意义：由于结构域往往是蛋白质中具有进化保守性的一段氨基酸序列，同时也是蛋白质分子相互作用过程中发挥重要作用的结构和功能区域，结构域信息对于预测蛋白质间相互作用具有重要价值。2.浅述蛋白质分子折叠方式与构象病近年来研究发现蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，若蛋白质进行错误折叠形成非天然构象,并相互聚集，这些聚集体不仅丧失了原有的蛋白质功能,还对细胞有一定毒性。这种由分子构象改变所引起疾病——构象病”，或称“折叠病”。仅目前的研究成果：在活细胞中，蛋白质分子主要通过两种模式完成折叠过程，即自发的层次性折叠和依赖其他蛋白质的折叠。许多小分子蛋白质采取自发的分层性折叠的模式完成折叠过程，即首先在局部形成正确的二级结构，然后进一步组装形成超二级结构或结构域，最后再形成完整的构象。3.举例说明蛋白质的分子结构与功能间的关血红蛋白和肌红蛋白结构不同功能不同1试叙述受体的分类及其分子结构特点。⑴离子通道型受体：又称环状受体，受体本身就是位于细胞膜上的离子通道。其共同结构特点是由均一性的或非均一性的亚基构成一寡聚体，而每个亚基则含有4~6个跨膜区。⑵催化型受体(酶联受体)：此型受体只有一段-螺旋跨膜，受体本身具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）活性；或当受体与配体结合后，再与具有TPK活性的酶分子相结合，进一步催化效应酶或蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，也可以发生自身蛋白酪氨酸残基的磷酸化，由此产生生理效应。⑶G蛋白偶联型受体：此型受体通常由单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外区、跨膜区、细胞内区三个区。跨膜区由7个-螺旋结构组成；多肽链的N-端位于细胞外区，而C-端位于细胞内区；在第五及第六跨膜-螺旋结构之间的细胞内环部分（第三内环区），是与G蛋白偶联的区域。2试叙述G蛋白的分类、分子结构特点及其在跨膜信号传递中的作用机理。按照G蛋白的分子结构，通常可分为异三聚体型和单体型（小分子）G蛋白两大类。异三聚体型G蛋白通常由、、三种不同的亚基构成，存在于细胞膜上，其亚基能够可逆地结合GTP或GDP，并具有GTPase活性。而单体型G蛋白由一条相当于异三聚体型亚基的多肽链构成。小分子单体型G蛋白通常为单链，位于质膜内侧面，与异三聚体型G亚基有高度的同源性，也具有结合GTP或GDP的能力，以及GTPase活性。作用机理1当异三聚体型G蛋白的亚基与GDP结合，并构成三聚体时呈无活性状态。2当配体与膜受体结合后，受体的构象发生变化，与G相互作用，GDP从G脱落而与GTP结合，G蛋白被激活。3G与亚基分离，分别与效应蛋白（酶）发生作用。4G的GTPase将GTP水解为GDP，G重新与亚基结合而失活。1与异三聚体型G蛋白的亚基类似，单体型G蛋白与GDP结合时呈无活性状态。2当信号传递引起鸟苷酸交换因子（GEF）激活后，可促进小分子G蛋白上的GDP交换为GTP而被活化。③活化的单体型G蛋白与下游信号转导分子（或蛋白激酶）形成复合体并导致后者活化，从而完成信号的传递。④鸟苷酸激活蛋白（GAP）与G蛋白-GTP作用，激活其GTPase活性，GTP被水解为GDP，G蛋白失活。3试比较cAMP信号转导系统与cGMP信号转导系统的异同点。4试叙述IP3和DAG信号转导系统的组成和作用。磷脂酰肌醇-4,5-双磷酸（PIP2）分布于细胞质膜内侧面，在磷脂酶C（PLC）的催化下水解，即可生成两种第二信使——1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）。水溶性的IP3从质膜释放进入胞液，作用于内质网膜上的IP3受体而发挥作用。IP3受体是由四个亚基构成的配体门控钙离子通道蛋白。一分子IP3受体可结合4分子IP3，从而使其钙通道开放，内质网内的钙离子外流，引起胞液中钙离子浓度升高，与钙结合蛋白（如钙调素）相互作用而传递信号。甘油二酯（DAG）是蛋白激酶C（PKC）的辅激活剂。细胞内DAG水平的升高，可导致PKC的激活，从而引起多种酶或蛋白质的磷酸化修饰。5试叙述钙信号转导系统及其对细胞功能的调节。正常情况下，细胞胞液中的钙离子浓度比细胞外低约1万倍。当细胞受到刺激后，存在于质膜、内质网膜、肌浆网膜及线粒体膜上的钙通道开放，可使胞液中的钙离子浓度升高10~100倍。通过胞液钙离子浓度的改变，即可将刺激信号传递给特定的钙结合蛋白，产生特定的生理效应Ca2+对细胞生理功能的调节主要通过影响钙结合蛋白的功能来实现。细胞内的钙结合蛋白分两类：⑴Ca2+受体蛋白：如钙调素（CaM）。Ca2+与CaM结合而使之变构活化，活化的CaM可调节多种酶或蛋白质的活性，包括磷酸二酯酶、腺苷酸环化酶、CaM依赖性蛋白激酶（CaMPK）等。⑵钙调节酶：Ca2+与钙调节酶结合而使其活性改变，包括PKC、-酮戊二酸脱氢酶、PLC、PLA2等。细胞周期和细胞凋亡1.试叙述细胞周期的时相及其特征。细胞周期一般包含下列四个阶段：1.G1期：从有丝分裂完成到DNA复制之前的一段时期；2.S期：为DNA复制的时期；3.G2期：从DNA复制完成到有丝分裂开始的一段时期；4.M期：从细胞分裂开始到结束的时期。①G1期：细胞周期的大部分时相处于G1期，动物细胞一般为6~12小时。该期主要的生化活动是合成RNA和蛋白质。②S期：此期一般持续6~8小时，其长短主要由基因组的复杂度决定。该期主要的生化活动是复制DNA。③G2期：是最短的时相。该期主要的生化活动是合成一些与有丝分裂有关的蛋白质。④M期：该期很短，一般持续0.5~2小时。该期生化合成停止，细胞形态发生改变，一个母细胞分裂成2个子代细胞。2.试叙述周期素及CDK的种类、结构与功能。周期素都是CDK的调节亚基，分别在细胞周期的不同时期积累，激活CDK，使其具有催化关键底物的磷酸化修饰并调节其活性。五大类周期素中都含有由100～150个氨基酸残基组成的保守区，称为周期素盒（cyclinbox），是与CDK相互作用的活性区域。此外，还可含有降解盒（destructionbox）或PEST序列（脯-谷-丝-苏），可通过定时降解或快速转换来调节周期素的水平在高等真核细胞中，周期素至少分为A、B、C、D、E、F、G等几大类。周期素C：周期素C的C-端存在一个PEST序列，其细胞内的水平在G1期中点达高峰。周期素D：周期素D至少有D1、D2、D3三种亚型。周期素D的C-端存在一个PEST序列；N-端含有一个与DNA肿瘤病毒转化蛋白共同的顺序Leu-X-Cys-X-Glu，是周期素D与p110Rb等蛋白结合所必需。周期素E：有E1和E2两种亚型，其细胞内的水平在G1/S调控点达峰值。周期素A：包括三种亚型：A1、A2和A3。在细胞周期的DNA合成之前出现，并不断增加，与启动DNA复制有关，主要在S期发挥作用。周期素B：周期素B在人类有两种亚型，B1和B2。周期素B水平的变化主要由其降解速率来调控。周期素B在S晚期出现，在细胞进入M期之前，其水平呈线性增高，当达到一定阈值时，促使CDK激活；当细胞进入M期后，周期素B降解速率增加，水平骤然下降，CDK失活。CDK人们对CDK的认识，最初是通过研究培养细胞和酵母细胞而得到的。目前已经确定的CDK有：裂殖酵母中CdC2；酿酒酵母中的CdC28、PHO85、KIN28以及人类细胞中CDK1～10。CDK的分子量一般为35～40kD，不同CDK的氨基酸组成有40%以上的同源性。典型的CDK催化亚基的活性中心约由300个氨基酸残基组成，当处于单体或非磷酸化状态时，CDK没有催化活性。CDK的催化活性受到激活因素与抑制因素两方面的调节。在激活因素中，目前认为CDK与周期素的结合以及保守的苏氨酸残基的磷酸化是较为重要的两种调节因素；而在抑制因素中，CDK的N-端氨基酸残基的抑制性磷酸化以及抑制蛋白的结合是主要的调节因素。3.试叙述细胞周期的调控机理。真核细胞的分裂增殖必须经过两个关键的调控点：即DNA合成开始时的G1→S期的转换和有丝分裂开始时的G2→M期的转换。细胞必须在顺利经过这两个调控关键点之后，才可能完成细胞的分裂增殖，即细胞周期。除此之外，细胞由G0→G1期的转换，也涉及另外一个调控点。细胞周期中各关键点的转换，是通过各种调控因子相互作用，构成级联网络调控系统来实现的。这一调控系统的核心就是周期素依赖的蛋白激酶（cyclin-dependentproteinkinase，CDK）家族。正是该家族成员的顺序激活和对关键底物的磷酸化促进细胞周期的有序进程，启动并完成G1→S期和G2→M期的转换4.细胞凋亡的形态及生化特征有哪些？凋亡细胞的形态学改变主要发生在细胞核。凋亡时，由于细胞膜保持完整，无内容物溢出，故一般不会引起炎症反应。凋亡细胞出现特征性的形态学改变：①染色质密集，呈边缘化；②核固缩；③DNA链断裂；④出现凋亡小体。凋亡细胞的典型生化改变是将其基因组DNA进行琼脂糖凝胶电泳时，DNA片段表现为间隔180~200bp的阶梯状条带。5.试叙述细胞凋亡相关基因及其表达产物的作用机制。Ced基因家族是线虫的细胞凋亡相关基因，包括Ced-3、Ced-4、Ced-9等。其中，Ced-3基因编码产物与人半胱氨酸蛋白酶（如ICE）同源，Ced-4基因编码产物与人Apaf-1蛋白同源，Ced-9的编码产物与人的bcl-2有同源性。Ced基因家族的表达产物中，Ced-3和Ced-4能促进细胞凋亡；而Ced-9能与Ced-3和Ced-4形成复合物并抑制其活性，从而抑制细胞凋亡rpr基因是果蝇的凋亡相关基因，该基因编码一种与Fas的DD结构域同源的小分子多肽，以Fas介导凋亡类似的方式激活ICE/Ced-3样蛋白酶，促进细胞凋亡。bcl-2基因定位于人第18号染色体上，与线虫的ced-9基因同源，能编码26kD的Bcl-2和22kD的Bcl-2两种蛋白。bcl-2基因为凋亡抑制基因，其表达产物是膜整合蛋白。Apaf-1基因表达的Apaf-1蛋白为凋亡酶激活因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1），与线虫的Ced-4蛋白同源，在线粒体介导的凋亡途径中起重要作用。Fas基因，定位于人第10号染色体上，其编