生物統(tǒng)計與實驗設(shè)計因表達調(diào)控

關(guān)于生物統(tǒng)計與實驗設(shè)計因表達調(diào)控真核生物的基因組真核生物基因表達調(diào)控的特點和種類真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達調(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●有重疊基因第4頁,共126頁，2024年2月25日，星期天二、真核細胞與原核細胞在基因轉(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高等真核細胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細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)育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內(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)相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因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，大都位于啟動子上游不遠處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接促進或抑制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在細胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達細胞質(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)真核生物基因表達調(diào)控的特點和種類一、真核生物基因表達調(diào)控的特點第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，真核生物表達的調(diào)控具有如下特點：1、真核生物中染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對基因的表達有明顯的調(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，如核小體呈串珠狀結(jié)構(gòu)時，核小體上纏繞的二圈DNA上可進行DNA的轉(zhuǎn)錄及復(fù)制等過程，當核小體盤繞成螺線管狀結(jié)構(gòu)時，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始終是活動狀態(tài)的。

2、真核生物以激活物進行的正調(diào)控為主，且需多個激活物同時特異地結(jié)合在DNA上才能啟動轉(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行的正調(diào)控，亦有阻遏物進行的負調(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Lac操縱子的調(diào)控為負調(diào)控，而cAMP-CAP復(fù)合物對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，如用阻遏物進行負調(diào)控，則一旦有一個阻遏物與一個轉(zhuǎn)錄單位結(jié)合，該段基因就不能表達，達不到靈活調(diào)控的目的。2)真核生物中98%以上的DNA是不表達的，如用激活物進行正調(diào)控，則只需合成少量激活物即可使目的基因表達，并能達到基因表達的精細調(diào)節(jié)。3)真核基因上有多個調(diào)控部位（調(diào)控元件），只有多個激活物均與相應(yīng)的調(diào)控元件結(jié)合后，才能啟動基因的轉(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行，所以RNA轉(zhuǎn)錄后的加工、運輸?shù)冗^程對基因的表達都有調(diào)控作用，而原核生物中轉(zhuǎn)錄與翻譯是同時進行的，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控相對簡單得多。4、真核基因的表達具組織或細胞特異性。即時空性真核基因可在發(fā)育的不同階段表達，或同一基因在不同組織細胞中表達不同產(chǎn)物，如降鈣素基因在甲狀腺中表達為降鈣素，在腦中表達為降鈣素相關(guān)肽。即真核生物基因的表達具有時間性和空間性，而原核中每個細胞的基因表達基本一致。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：一是瞬時調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控，它相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)。瞬時調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時，及細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，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。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水平上的基因表達調(diào)控●基因丟失基因擴增基因重排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。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育中，許多體細胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細胞的那些細胞一直保留著整套的染色體。目前，在高等真核生物（包括動物、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、基因擴增：基因擴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。如非洲爪蟾體細胞中rDNA的基因擴增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴增現(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)育控制利用流式細胞儀對從擬南芥不同發(fā)育階段的組織中分離到的間期細胞核進行分析，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，星期天將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉(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。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物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活，以確保其與只有一條X染色體的雄性個體內(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，其產(chǎn)物是一功能性RNA，沒有ORF卻含有大量的終止密碼子。實驗證明，XistRNA分子能可能與Xic位點相互作用，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。(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.對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點附近。第33頁,共126頁，2024年2月25日，星期天2.DNA拓撲結(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負超螺旋轉(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。每個活躍表達的基因都有一個或幾個超敏感位點，大部分位于基因5′端啟動子區(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，可增加基因表達水平倍以10上，說明MAR在基因表達調(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)的主要特點在結(jié)構(gòu)上：活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點活性染色質(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：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列。例：啟動子、增強子、沉默子等（1）啟動子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。核心啟動子和上游啟動子第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，星期天增強子特點：①增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍②增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強子以什么方向排列（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)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)時所必需的；④增強效應(yīng)有嚴密的組織和細胞特異性，說明增強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?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強效應(yīng)；⑥許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(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，星期天增強子作用機理：第53頁,共126頁，2024年2月25日，星期天（3）沉默子：某些基因含有負性調(diào)節(jié)元件——沉默子，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(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。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys或2個Cys和2個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）。當來自同一個或不同多肽鏈的兩個α-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個圈對圈的二聚體結(jié)構(gòu)時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

蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是指通過酶促反應(yīng)把磷酸基團從一個化合物轉(zhuǎn)移到另一個化合物上的過程，是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細胞信號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2000個左右的蛋白質(zhì)激酶和1000個左右的蛋白質(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)磷酸化在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用(1).在胞內(nèi)介導(dǎo)胞外信號時具有專一應(yīng)答特點。

與信號傳遞有關(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).對外界信號具有級聯(lián)放大作用；(4).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續(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.真核細胞主要跨膜信號轉(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或兩個以上堿性氨基酸，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)細胞中cAMP所引起的全部反應(yīng)。PKA全酶由4個亞基組成(R2C2）包括兩個相同的調(diào)節(jié)亞基（R）和兩個相同的催化亞基（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cAMP結(jié)合位點。R亞基對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胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細胞質(zhì)cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團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

磷酸肌醇級聯(lián)放大的細胞內(nèi)信使：磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的兩個酶解

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所引起的細胞質(zhì)Ca2+濃度升高，導(dǎo)致C激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到靠原生質(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激酶主要實施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個催化結(jié)構(gòu)域和一個調(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+的細胞學(xué)功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（CaM-kinase）來實現(xiàn)，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細胞內(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氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化?？茖W(xué)家把能同時催化這兩個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)。包括三個結(jié)構(gòu)域：胞外的配體結(jié)合區(qū)，細胞內(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)：是連接受體細胞內(nèi)、外兩部分，鑲嵌在細胞膜中的結(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，由三個不同的部分組成。與跨膜區(qū)相連的近膜區(qū)包括41-50個氨基酸，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)合位點和底物結(jié)合位點，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上的磷酸基團被去掉，CDK活性大為增強。CDK使磷酸酯酶磷酸化，進一步提高其活性。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)致細胞無法由G1進入S。

erbB原癌基因其實編碼了一個突變的EGF受體蛋白，它的胞內(nèi)激酶活性區(qū)被永久性激活（相當于EGF到正常EGF受體上）。因此，erbB導(dǎo)致了細胞的永久型分裂。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36kDa的催化亞基和一個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的共同點是它們

的催化域中氨基酸順序極為相似，共有240個氨基酸，內(nèi)含-HCXGXXR（S/T）G-的"signaturemotif"。胞內(nèi)型PTP只有一個催化域。受體型中常有兩個催化區(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，在免疫T細胞和B細胞中含量極高。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

處于信號傳遞鏈終端的蛋白質(zhì)磷酸化既能對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.對轉(zhuǎn)錄因子核定位的調(diào)節(jié)SV40抗原未磷酸化時存在于胞質(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)位信號結(jié)構(gòu)域(nucleartransportsignal，NTS)變構(gòu)而易于進入細胞核發(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期存在于細胞核內(nèi)，激活核酸內(nèi)切酶基因轉(zhuǎn)錄。在其它時期則以磷酸化的形式存在于細胞質(zhì)中。CdC2使其核轉(zhuǎn)位信號結(jié)構(gòu)域附近的3個Ser殘基磷酸化，使之無法進入核內(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)，

從而不能進入核內(nèi)；磷酸化使該區(qū)暴露，從而易于進入核內(nèi)。有時，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)使之不能進入核