名词解释DNA cloning DNA 克隆基因克隆是指应用酶学方法，在体外对DNA 分子按照既定的目的分离、剪切和重新连接，构成具有自我复制能力的重组DNA 分子（复制子），然后把它导入宿主细胞，筛选出含有目的基因的转化子细胞，使其在宿主细胞内扩增，从而获得该DNA 分子的大量拷贝。过程包括：①获取目的DNA ；②用酶学方法将目的DNA 与载体连接成复制子；③转入宿主细胞；④筛选转化细胞；⑤扩增并提取同一DNA 分子。Genetic engineering 基因工程是指在体外条件下，人工将DNA 分子“剪切”并重新“拼接”成一个新的杂合DNA 分子，然后将其导入微生物或真核细胞内，使该分子得到无性繁殖，并使该基因在受体细胞中表达，产生出人类所需要的基因产物或改造、创造新的生物类型。基本过程包括：①目的基因的获得；②DNA 片段与载体的连接；③连接产物导入受体细胞；④重组体的扩增、筛选和鉴定；⑤目的基因在细胞中的表达；⑥表达产物的分离和鉴定等。Vector 载体用来携带目的基因，实现其无性繁殖或表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA 分子Gene library (gene bank)基因组文库这种存在于转化细胞（或细菌）内，由克隆载体所携带的所有基因组DNA 的集合称为基因组DNA 文库（G-文库）。Restriction endonuclease 限制性核酸内切酶识别DNA 特异的序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA 的一类内切酶，在细菌中的作用：与甲基化酶共同构成细菌的限制-修饰体系（restriction-modification system) 。限制外源DNA 、保护自身DNA 。cDNA library这种用细胞全部mRNA 经反转录制备全套cDNA 后所建的文库称为cDNA 文库（c-文库）Plasmid 质粒质粒是存在于染色体外、能自主复制的小分子环状双链DNA 分子。分子本身是含有复制功能的遗传结构，能在宿主细胞独立自主地进行复制，并在细胞分裂时保持恒定地传给子代细胞。Linker 连接子人工合成的短双链寡核苷酸其中有一个或数个限制性内切酶位点。仅用于平端粘性末端连接。Adaptor 适配子是人工合成的单链寡核苷酸，是一类只有20个以下碱基对的短链核苷酸的总称（包括脱氧核糖核酸DNA 或核糖核酸RNA 内的核苷酸），可以很容易地和它们的互补对链接，所以常用来作为探针确定DNA 或RNA 的结构，经常用于基因芯片、电泳、荧光原位杂交等过程中。Transformation 转化(Transformation)是将外源DNA 分子引入受体细胞, 使之获得新的遗传性状的一种手段, 它是微生物遗传、分子遗传、基因工程等研究领域的基本实验技术。问答题1、何谓基因克隆？简述基因克隆的基本过程。基因克隆是指应用酶学方法，在体外对DNA 分子按照既定的目的分离、剪切和重新连接，构成具有自我复制能力的重组DNA 分子（复制子），然后把它导入宿主细胞，筛选出含有目的基因的转化子细胞，使其在宿主细胞内扩增，从而获得该DNA 分子的大量拷贝。过程包括：①获取目的DNA ；②用酶学方法将目的DNA 与载体连接成复制子；③转入宿主细胞；④筛选转化细胞；⑤扩增并提取同一DNA 分子。2、何谓目的基因？写出其主要来源。应用重组DNA 技术有时是为分离、获得某一感兴趣的基因或DNA 序列，或是为获得感兴趣基因的表达产物—蛋白质。这些感兴趣的基因或DNA 序列就是目的基因，又称目的DNA(target DNA) ○。目的DNA 有两种类型：cDNA 和基因组DNA 。1目的基因化学合成法（已知目的基因的核苷酸序列或其产物的氨基酸序列）采用DNA 合成仪，分段合成再连接。优点：PCR 3、简述○可以选择密码子的核苷酸组成；缺点：价格昂贵。2基因库法：基因组文库和cDNA 文库○3PCR 的基本原理及过程。聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR) ：以拟扩增的DNA 分子为模板，以一对分别与模板5„末端和3‟末端相
互补的寡核苷酸片段为引物，在DNA 聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制沿着模板链延伸直至完成新的DNA 合成，重复这一过程，即可使目的DNA 片段得到扩增。组成PCR 反应体系的基本成分包括：模板DNA 、特异性引物、DNA 聚合酶（具耐热性）、dNTP 以及含有Mg2+的缓冲液。PCR 的基本反应步骤变性—将反应系统加热至95℃，使模板DNA 完全变性成为单链，同时引物自身和引物之间存在的局部双链也得以消除；退火(anneal)——将温度下降至适宜温度（一般较Tm 低5℃）使引物与模板DNA 退火结合；延伸，将温度升至72℃，DNA 聚合酶以dNTP 为底物催化DNA 的合成反应。上述三个步骤称为一个循环，新合成的DNA 分子继续做为下一轮合成的模板，经多次循环（25～30次）后即可达到扩增DNA 片段的目的。4、哪些DNA 可以作为载体。试述作为克隆载体应具备的条件，举例说明。一般常用的载体是质粒、噬菌体和酵母人工染色体载体、粘粒(柯斯) 载体or 装配型质粒载体。天然的质粒、噬菌体和病毒都需要经过人工改造成为合乎要求的基因工程载体。质粒特点能自主复制（含有一个oir —复制子）；带有某些遗传信息，会赋予宿主细胞一些遗传性状，如含有的抗性基因等。5、试举例说明定向克隆连接。将待克隆的核酸分子按一定的方向连接入载体的分子克隆方法。如克隆载体插入位置上设置两个不同的限制性内切酶位点，在外源DNA 分子两端也放上相应的两个限制性酶切序列，经限制性酶消化后，所产生的DNA 黏性末端分别互补结合，外源DNA 就可定向插入载体。是指对外源DNA 及载体均用两种不同的限制酶消化，再将二者用DNA 连接酶连接起来的方法，该法可以使外源DNA 以固定的方向插入到载体中，亦可避免载体的自身环化。一般以单链噬菌体作为载体。7、简述转基因动物和动物克隆的基本过程（步骤） 1. 采取受精卵。采取受精卵的方法分为获得自然排卵的受精卵的方法和以激素诱发排卵的方法，还有采取未受精卵，然后在体外受精的方法。2. 向受精卵雄性原核注入DNA 溶液。通过微分干涉显微镜观察受精卵，会看到两个大的原核。两个核不久即可融合，接着核膜消失。雄性原核要比雌性原核能容纳更多的DNA 溶液，一般是向雄性原核注入DNA 溶液。3. 向假妊雌小鼠移植（1）假妊雌小鼠的制作（2）将操作卵移植至输卵管4. 转基因动物的检测。动物克隆方法将含有遗传物质的供体细胞的细胞核移植到去除了细胞核的卵细胞中，利用微电流刺激等使两者融合为一体，然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎，当胚胎发育到一定程度后，再移植到动物子宫中使动物怀孕，便可产下与提供细胞者基因相同的动物。试举例说明直接筛选和间接筛选的方法 直接筛选○1DNA 鉴定：重组子大小鉴定、重组子酶切图谱鉴定、DNA 序列分析、同源性分析鉴定（原位杂交）○2载体筛选：质粒载体的抗性标记筛选、噬菌体包装容量的正性筛选、质粒载体的α互补筛选（蓝白色斑筛选法）、标记补救筛选。间接筛选：翻译产物（Western blotting ）、转录产物（Northern blotting ）其他方法DNA restriction mapping analysis In situ hybridization Southern and Nothern blotting PCR : small amount of recombinant DNA sequencing1名词解释：间隙连接间隙连接（gapJunction) ：分布最普遍、最重要，而且具有细胞间通道作用。，G 蛋白，鸟苷酸结合蛋白，定位于细胞膜胞浆面的外周蛋白；位于膜受体与效应分子（effector ）之间的信号转导蛋白；具有结合GDP 或GTP 的能力，有潜在的GTP 酶（GTPase ）
活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。化学修饰调节，酶蛋白分子上的一些基团可在另一种酶的催化下，共价结合或去除某一化学基团，由此引发酶结构及活性改变的快速调节。自分泌，信息分子作用于自身如IL-2。旁分泌，信息分子为局部化学介质因子或称细胞因子如白细胞介素、各种生长因子、细胞分化发育因子等。这些细胞因子分泌后，主要作用于周围细胞；传递介质为细胞间液。交叉对话（crosstalk) 不同信息分子、不同信号转导途径之间存在相互调节，从而构成复杂的信号转导网络。一条信息途径的成员，可参与激活或抑制另一条信息途径；两种不同的信息途径可共同作用于同一效应蛋白或同一基因调控区而协同发挥作用；一种信息分子可作用几条信息传递途径；2、膜受体介导的信息传递途径有哪些？1.cAMP-蛋白激酶A(PKA)途径、Ca2+信使途径、肌醇磷脂信号途径（双信使系统）、cGMP-蛋白激酶途径、酪氨酸蛋白激酶(TPK)途径。3、简述肌醇磷脂信号系统（双信号系统）该系统的最大特点：胞外第一信使与膜受体结合后，同时产生两个胞内第二信使即IP3和DG ，分别启动两个信号转导途径，故称为“双信号系统”。细胞膜上的磷脂酰肌醇-4,5－二磷酸（PIP2）是产生双信使（IP3和DG ）的直接前体。IP3／Ca++信号转导途径：IP3是一种水溶性分子，质膜中产生后可迅速进入胞浆发挥作用；70年代，人们对胞外Ca++的跨膜内流及胞内Ca++库的释放机制不清楚，IP3的发现解决了这一问题；现在证实：多种细胞的内质网膜上存在IP3受体，其实质是一种Ca++通道蛋白，因此IP3的作用就是动员内质网Ca++库的释放；DG ／PKC 信号转导途径：正常情况下，细胞膜上不存在ＤＧ，它只是细胞受到外界刺激时ＰＩ水解产生的瞬时产物；质膜上产生的ＤＧ是脂溶性分子，存在于质膜上；ＤＧ作为第二信使的功能是由于PKC 的发现而阐明的；4、简述cAMP-PKA 途径：腺苷酸环化酶系统主要介导cAMP －蛋白激酶A 途径，是激素调节物质代谢的主要途径。胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺皮质激素等与靶细胞质膜上的特异性受体结合，形成激素受体复合物而激活受体。活化的受体催化G 蛋白形成αs－GTP 。释放的αs－GTP 能激活腺苷酸环化酶，催化ATP 转化成cAMP ，使细胞内cAMP 浓度升高，cAMP 能进一步激活PKA （蛋白激酶A ），PKA 再通过一系列化学反应（如磷酸化其他蛋白质的丝/苏氨酸）将信号进一步传递，达到信号转导的目的。5、简述间隙连接的功能1、电偶联传导连接小体形成的亲水孔道，允许离子通过，形成电偶联，可使一些可兴奋的细胞（如心肌细胞）由于离子迅速穿过间隙连接而偶连起来，保证心肌对刺激作出快速和同步反应。2、代谢偶连（代谢的协调）连接小体形成的亲水孔道，也允许水溶性小分子代谢物自由通过，这样使得细胞间通过间隙连接可共享某些代谢物（如底物、中间代谢物），以协调代谢。3、调控细胞增殖近年来这方面有许多研究报道。正常细胞群体，由于存在间隙连接，可以正常传播与增殖有关的信号，细胞增殖保持同步，保持平衡，按一定基因程序进行；间隙连接的阻断，可能使细胞脱离周围正常细胞的控制，从而获得自立性，表现不受控制的增殖。间隙连接细胞间通讯（gapjunctionintercellularcomunication,GJIC) ，是细胞生长、发育、增殖、分化及凋亡的重要调节机制；间隙连接蛋白（Cx ）的表达与恶性肿瘤的发生、发展、浸润和转移有密切关系；6、简述RTK-Ras-MAPK 途径 基本模式概括如下：配体与RTK 结合，受体变构，受体二聚化并自身磷酸化，中介分子Grb2、SOS 活化，激活Ras 蛋白，活化Raf 蛋白（MAPKKK ）激活丝裂原蛋白激酶（MAPK ）系统（MAPKK/MAPK）转移至核内磷酸化转录因子，调
控基因表达。RTK-ras-MAPK 信号转导途径异常在肿瘤发生过程中可能起重要作用。一系列大分子相互作用引起的级联反应。配体与受体结合后，导致受体二聚化，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性，引起受体本身的酪氨酸磷酸化，即发生自身磷酸化。磷酸化的受体产生了可被SH2结构域识别、结合的位点, 从而可募集含SH2结构域的下游信号分子如接头蛋白Grb2 MAPK作用机制：被激活后转移至细胞核内，使一些转录因子发生磷酸化，改变细胞内基因表达的状态。另外，它也可以使其它的酶发生磷酸化使之活性发生改变。MAPK 家族成员的底物大部分是转录因子、蛋白激酶等。MAPK 调控的生物学效应：参与多种细胞功能的调控，尤其是在细胞增殖、分化及凋亡过程中，是多种信号转导途径的共同作用部位。7。目前较肯定的第二信使有那些？核苷酸cAMP 、cGMP 脂类衍生物DG 糖类衍生物IP3无机离子Ca 2+这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使（secondary messenger ）名词解释：Free radical; 自由基的概念自由基（free radical,FR）又称游离基。是指能够独立存在的含有一个或一个以上未配对电子的原子、原子团、分子或离子。Cross talk 2、活性氧包括哪些？活性氧(reactive oxygen species,ROS) 的概念:活性氧是一类由氧形成, 并在分子组成上含有氧且化学性质比基态氧（o2）自身活泼的物质总称。O2·H2O2OH·O2‟统称为活性氧(ROS)活性氧中有一些是自由基，在这些自由基中，若不配对的电子位于氧，則称为氧自由基；活性氧中另一些则是非自由基的含氧物，非自由基的活性氧的特点是可以在自由基反应中产生，同時还可以直接或间接地触发自由基反应。超氧阴离子自由基（superoxideradicalO2·系氧的单电子还原态。产生途径如下:线粒体呼吸链的电子传递体系过程中产生。许多酶促反应系统可产生O2·许多氧化酶类可使O2发生单电子还原，生成O2·如黄嘌呤氧化酶（XO ）该体系也是实际工作中最常用的O2·产生体系。过氧化氢（H2O2) ：系氧的二个电子还原态。分子中含有较易断裂的过氧键，故性质也比较活泼。羟自由基（HO·）：系氧的三个电子还原态。是活性氧中最强的氧化剂，也是反应性及毒性很高的自由基。单线态氧（O2’）不是自由基，是一种激发态的分子氧。很多途径可以产生。3、机体抗氧化防御酶系包括哪些？抗氧化防御酶系超氧化物岐化酶（SOD ）谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px ）过氧化氢酶（catalase ，CA T ）SOD 是酶类抗氧化剂中最重要的一种：SOD 是体内以O2·为唯一底物的天然酶类清除剂。鉴于O2·不仅可直接造成机体氧化损伤，而且是引发自由基连锁反应产生毒性更大的羟自由基（OH. ）的前身物及自由基连锁反应的启动剂。因此，如O2·能及时得到清除，则产生OH. 的可能性极小，连锁反应得以阻断。故对O2·的清除就显得非常重要。过氧化氢酶（catalase ，CA T ）又称触酶。该酶具有非常高的催化活性，是酶具有高度催化效率的杰出代表。该酶催化H2O2的分解（比自发反应高1020倍）。同SOD 一样，CA T 也是机体抗氧化防御酶系的重要组成之一。谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px 或GPx ）GSH-PX 是哺乳动物中目前所知道的唯一的含硒（Se ）的酶。GSH-Px 和SOD ，CA T 一道协调作用，清除O2·及H2O2，阻止自由基脂质过氧化的连锁反应。非酶抗氧化剂维生素E 、谷胱甘肽、维生素A 、维生素C 、胡萝卜素、尿酸、牛磺酸、血浆铜蓝蛋白、胆红素。通常把能与自由基反应而除去自由基的物质称为自由基清除剂（scavenger ）。把可以阻止自由基连锁反应启动和蔓延，终止自由基反应过程的物质称为抗氧化剂（antioxidant ）。实际上两者的作用往往交叉，人们习惯统称为抗氧化剂。自由基的概念自由基（free radical,FR ）又称游离基。是指能够独立存在的含有一个
或一个以上未配对电子的原子、原子团、分子或离子。 表示方法：通常是在其右上角加一个圆点“.”表示未配对电子。自由基最基本的共同特征:最外层轨道上具有未配对的电子(即奇数电子) 自由基的存在形式：①它可以是不带电荷的原子或分子（即呈电中性）。H 原子即为氢自由基（H. ）；基态分子氧（O2）具有两个未配对的电子，故称为双自由基（biradical ）②自由基也可以是带电荷的离子（可带正电亦可带负电）。名词解释Klenow fragment Klenow Fragment:是蛋白酶水解polI 的大片段，具有3‟→5‟核酸外切酶活性和DNA 聚合酶活性2. Rolling circle滚环复制3. T elomere 端粒：真核生物染色体线性DNA 分子末端的结构。防止染色体融合、丢失、降解，维持基因组的完整性T elomerase 端粒酶：端粒酶RNA ：3’-AAUCCCn-5’酶蛋白：①结合端粒DNA 和端粒酶RNA ② 具有逆转录酶活性 端粒酶功能： 解决末端复制问题。Replicon 复制子是独立完成复制的功能单位，习惯上把两个相邻复制起始点之间的距离定为一个复制子。论述题1. 大肠杆菌和真核生物中有哪些DNA 聚合酶及它们各有何功能？（1）大肠杆菌：DNApol: I 、II 、III 、IV 、V ，DNApol I ① 切除引物，填补缺口②参与DNA 损伤修复③5’→3’；3’→5’核酸外切酶活性 II 损伤修复,3’ →5’核酸外切酶活性III 主要复制的酶, 3’→5’核酸外切酶活性IV 、V 修复严重损伤的DNA 涉及DNA 的错误倾向修复，当DNA 受到严重损伤时，即可诱导产生这两种酶，使修复缺乏准确性，因而出现高的突变率。（2）真核生物：DNA pol α β γ δ ε，α合成引物，参与部分复制β参与DNA 损伤修复γ参与mtDNA 复制 δ主要复制的酶ε参与DNA 损伤修复简述原核生物与复制起始有关的酶与辅助因子有哪些？各有何功能？Dna A 识别起始点序列、Dna B解开DNA 双链、Dna C协助Dna B结合于起点、HU DNA结合蛋白，促使双链DNA 弯曲、引物酶（Dna G）合成RNA 引物、SSB 结合单链DNA 、拓扑异构酶II 理顺DNA 、Dam 甲基化酶 起始点GA TC 序列的腺嘌呤甲基化○ 3.DNA 损伤修复有哪几种方式？1Photoreactivation (光活化作用) ) ○3Mismatch repair (错配修○2Excision repair (切除修复复) ○4recombination repair (重组修复) 参与切除修复的酶及蛋白因子有哪些？各有何功能？UvrA 、DNA 结合蛋白、认别损伤部位，UvrB 、DNA 结合蛋白、结合损伤部位，UvrC 、核酸内切酶、切除损伤片段，UvrD 、解螺旋酶、解链、释放蛋白复合体，DNAPol I、DNA 聚合酶I 、缺口填补，核酸外切酶活性，Ligase 、连接酶、连接两个片段DNA 。修复过程：识别、切除、修复、连接。
Generecombination 基因重组是指整段DNA 在细胞内或细胞间, 甚至在不同物种之间进行交换, 并能在新的位置上复制、转录和翻译，基因重组可归类为自然突变现象，包括转化、转导、整合、转位等多种方式，在进化、繁殖、病毒感染、基因表达以及癌基因等过程中均起重要作用，也可以用人工的方式在体外进行基因重组。来源不同的限制酶，但能识别和切割同一位点，这些酶称同功异源酶。有些限制性内切酶虽然识别序列不完全相同，但切割DNA 后，产生相同的粘性末端，称为同尾酶。这两个相同的粘性末端称为配伍未端(compatible end) 粘性末端连接同一限制酶切割位点连接 由同一限制性核酸内切酶切割的不同DNA 片段具有完全相同的末端。只要酶切割DNA 后产生单链突变（5„突出及3‟突出）的粘性末端，同
时酶切位点附近的DNA 序列不影响连接，那么，当这样的两个DNA 片段一起退火时，粘性末端单链间进行碱基配对，然后在DNA 连接酶催化作用下形成共价结合的重组DNA 分子。不同限制性内切酶位点连接:由两种不同的限制性核酸内切酶切割的DNA 片段，具有相同类型的粘性末端，即配伍末端，也可以进行粘性末端连接。例如Mbo Ⅰ(▼GATC) 和BamH Ⅰ(G▼GATCC) 切割DNA 后 均可产生5' 突出的GA TC 粘性末端，彼此可互相连接。平端连接DNA 连接酶可催化相同和不同限制性核酸内切酶切割的平端之间的连接。原则上讲，限制酶切割DNA 后产生的平端也属配伍末端，可彼此相互连接；若产生的粘性末端经特殊酶处理，使单链突出处被补齐或削平，变为平端，也可实行平端连接。同聚物加尾连接同聚物加尾连接是利用同聚物序列，如多聚A 与多聚T 之间的退火作用完成连接。在末端转移酶(terminaltransferase)作用下，在DNA 片段端制造出粘性末端，而后进行粘性末端连接。这是一种人工提高连接效率的方法，也属于粘性末端连接的一种特殊形式。人工接头连接对平端DNA 片段或载体DNA ，可在连接前将磷酸化的接头(linker)或适当分子连到平端，使产生新的限制性内切酶位点。再用识别新位点的限制性内切酶切除接头的远端，产生粘性末端。感受态，是指细菌生长过程中的某一阶段的培养物，只有某一生长阶段中的细菌才能作为转化的受体，能接受外源DNA 而不将其降解的生理状态。感受态形成后，细胞生理状态会发生改变，出现各种蛋白质和酶，负责供体DNA 的结合和加工等。细胞表面正电荷增加，通透性增加，形成能接受外来的DNA 分子的受体位点等。影响感受态细胞转化效率的因素及实际操作过程中应注意的事项1．细菌的生长状态：实验中应密切注视细菌的生长状态和密度，尽量使用对数生长期的细胞（一般通过检测OD600来控制。DH5α菌株OD600为0.5时细胞密度是5×107/ml）；2．所有操作均应在无菌条件和冰上进行； 3．经CaCl2处理的细胞，在低温条件下，一定的时间内转化率随时间的推移而增加，24小时达到最高，之后转化率再下降（这是由于总的活菌数随时间延长而减少造成的）；4．化合物及无机离子的影响：在Ca2+的基础上联合其他二价金属离子（如Mn2+或Co2+）、DMSO 或还原剂等物质处理细菌，可使转化效率大大提高（100-1000倍）；5．所使用的器皿必须干净。迹量的去污剂或其它化学物质的存在可能大大降低细菌的转化效率；6．质粒的大小及构型的影响：用于转化的应主要是超螺旋的DNA ；7．一定范围内，转化效率与外源DNA 的浓度呈正比。转化(Transformation) 是将外源DNA 分子引入受体细胞, 使之获得新的遗传性状的一种手段, 它是微生物遗传、分子遗传、基因工程等研究领域的基本实验技术。转化过程所用的受体细胞一般是限制修饰系统缺陷的变异株，即不含限制性内切酶和甲基化酶
的突变体(Rˉ,Mˉ),它可以容忍外源DNA 分子进入体内并稳定地遗传给后代。受体细胞经过一些特殊方法(如电击\法,CaCl2,RbCl(KCl)等化学试剂法) 的处理后, 细胞膜的通透性发生了暂时性的改变, 成为能允许外源DNA 分子进入的感受态细胞(Compenentcells)。进入受体细胞的DNA 分子通过复制, 表达实现遗传信息的转移, 使受体细胞出现新的遗传性状。将经过转化后的细胞在筛选培养基中培养，即可筛选出转化子(Transformant,即带有异源DNA 分子的受体细胞) 。多细胞生物适应环境、调节代谢离不开内外环境与细胞、细胞与细胞之间的细胞通讯（cellcommunication ），这是生物存活、生长、分化，以及多细胞、多组织系统执行正常功能的需要。这种针对内外源信息所发生的细胞应答过程称为信号转导（signaltransduction ）。限速酶的特点：所催化的反应速度最慢（酶活性最低）；位于代谢途径的最前方或分支处；催化单向不可逆反应（或非平衡反应）；常常是变构酶、化学修饰酶、诱导酶或阻遏酶（受多种效应剂的调节）。细胞水平的代谢调节最基本、最原始的调控方式；是单细胞生物的主要调控方式；高等生物仍然保留了这种调节方式；除了个代谢途径在细胞内的空间隔离分布外，更多的是通过代谢物浓度改变的调节。变构调节概念：指某些小分子代谢物可以与酶的非催化部位（活性中心以外）可逆结合（非共价结合），由此引发的酶结构和活性的改变称为变构调节。变构调节的生理意义①代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)代谢途径中的关键酶，使代谢物不致生成过多。②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。③变构调节使不同的代谢途径相互协调。化学修饰的概念:酶蛋白分子上的一些基团可在另一种酶的催化下，共价结合或去除某一化学基团，由此引发酶结构及活性改变的快速调节。化学修饰的特点：①酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。②具有联放大效应（瀑布效应）通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应称为级联放大效应（cascadesystem) ③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。酶含量的调节特点：含量决定活性；酶蛋白含量的增加涉及基因表达过程，耗时数小时或数天；缓慢而持久；酶蛋白合成的诱导（Induction ）：诱导剂：某些底物、激素、药物等可在转录水平上使酶合成量增加称为诱导。酶蛋白合成的阻遏（Repression ）阻遏剂：某些物质如代谢产物可在转录水平上使酶合成量减少称为阻遏剂。举例：胆固醇—HMGCoA 还原酶单细胞生物与外环境直接交换信息。多细胞生物中的单个细胞不仅需要适应环境变化，而且还需要细胞与细胞之间在功能上的协调统一。信号通讯是生物适应环境不断变异、进化的结果。细胞与细胞的直接联系：是最原始的方式，表现为物质直接交换，或者是通过
细胞表面分子相互作用实现信息交流，这种调节方式至今仍然是高等动物细胞分化、个体发育及实现整体功能协调、适应的重要方式之一。间接通讯：indirectcommunication 相隔一定距离的细胞之间，靠分泌发放化学信息分子进行相互联系和通讯(化学通讯）。是细胞间通讯的主要途径。信息分子：是指在细胞内外进行信息传递的一类化学物质；种类繁多，性质各异，作用复杂；细胞间信息物质——第一信使，细胞内信息物质——第二信使内分泌信号（endocrine):信息分子为激素传递介质为血液，作用距离最远突触分泌信号（synaptic) ：为作用距离最短的是神经元突触内的神经递质(neurotransmitter)。组织特异性和效应特异性，细胞外的信息分子只对能识别它的靶细胞起作用，并产生特定的效应。受体概念：是指定位于细胞膜上或细胞内（胞浆或胞核）能特异识别化学信息分子并与之特异结合进而引起生物学效应的物质。化学本质：蛋白质（尤其糖蛋白），个别是糖脂。配体(ligand)：能与受体呈特异结合的生物活性分子。受体的作用：识别外源信息分子。与受体相对应的信息分子称为配体；将配体的信号进行转换，使之成为细胞内分子可以识别的信号，并传递至其它分子，引起细胞的应答。受体的分类：按细胞定位（一）膜受体：存在于细胞膜上的受体。它们绝大部分为糖蛋白。（二）胞内受体：位于胞浆或细胞核中的受体。它们多为DNA 结合蛋白（反式作用因子）。膜受体分类1、环状受体—离子通道型受体2、七次跨膜α螺旋受体—G 蛋白偶联性受体3、单次跨膜α螺旋受体—酶偶联性受体1. 环状受体(离子通道型受体) ：多为数个亚基组成的寡聚体蛋白；兼具受体和离子通道两种功能。跨膜信号转导无需中间步骤，反应快受体分子构成离子通道。受体与信号分子结合后变构，导致离子通道开放或关闭，引起迅速短暂的效应。它们的开放或关闭直接受化学配体的控制，又被称为配体-门控受体通道（ligand-gatedreceptorchannel ）。配体主要为神经递质。如烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR),r-氨基丁酸受体（GABA ），谷氨酸受体等。2. 七次跨膜受体（G 蛋白偶联性受体）结构上均为单体蛋白，氨基端位于细胞外表面，羧基端位于胞膜内侧，完整的肽链要反复跨膜7次。由于肽链反复跨膜七次，在膜外侧和膜内侧形成了几个环状结构。其膜内侧的环状结构（第3环）可以与G 蛋白相互作用。该受体信号转导途径中的第一步反应都是激活G 蛋白，故这类受体亦被称为G 蛋白偶联型受体（G-proteincoupledreceptor ，GPCR ）G 蛋白的共同特征：定位于细胞膜胞浆面的外周蛋白；位于膜受体与效应分子（effector ）之间的信号转导蛋白；具有结合GDP 或GTP 的能力，有潜在的GTP 酶（GTPase ）活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。G 蛋白的结构特征：由α.β.γ三个亚基组成的异三聚体；MW 为100Kd 左右α亚基决定
G 蛋白的特异性受体结合位点、鸟苷酸结合位点潜在的GTP 酶活性；β.γ亚基通常结合在一起起调节作用；G 蛋白偶联受体的信号传递的基本模式：配体与受体结合；受体变构激活G 蛋白；G 蛋白激活或抑制膜上的效应分子（EFFECTOR ）；效应分子改变细胞内第二信使的含量与分布；细胞内第二信使作用相应的靶分子，使之构象改变，从而改变细胞的代谢和基因表达等功能。小分子G 蛋白(smallGprotein)与G 蛋白三聚体（100Kd ）相比要小得多，因而称为小分子量G 蛋白。小分子量G 蛋白在多种信号转导途径中亦具有开关作用。第一个被发现的小分子量G 蛋白是Ras 只有21kD （P21蛋白/Ras蛋白）。在将信号从细胞膜外传递至细胞核的过程中，Ras 蛋白起着非常重要的作用。整个过程开始于生长因子（如EGF 或PDFG ）等与各自受体的细胞外功能域结合。（见TPK 信号转导途径）3. 单次跨膜的具有内在酶活性的受体受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白化学实质是糖蛋白，只有一个跨膜螺旋结构整个分子分为3个结构区：胞外配体结合区、中间跨膜区、胞内具有TPK 活性结构区属于这种类型的受体有酪氨酸蛋白激酶(TPK)的广泛参与胞内受体胞内受体实质:多为转录因子或称反式作用因子信息分子:类固醇激素、甲状腺素、VitD3、维甲酸等）受体作用的特点：高度特异性、高度亲和力、可饱和性、可逆性、特定的作用模式、具有放大效应。信息分子的转导途径：通过膜受体介导的信号转导途径、通过胞内受体介导的信号转导途径、通过膜受体介导的跨膜信号转导途径，几乎都涉及蛋白激酶（proteinkinase,PK ）问题；所谓蛋白激酶是指催化蛋白质发生磷酸化修饰的酶。蛋白激酶种类繁多，目前已经发现800余种。这些PK 大都属于重要的信号转导分子。其中对细胞功能影响较大的有：蛋白激酶A(PKA)蛋白激酶B(PKB=Akt)蛋白激酶G(PKG)蛋白激酶C(PKC)钙调蛋白依赖的蛋白激酶（Ca2+/CaM-PK）酪氨酸蛋白激酶（TPK ）丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK) 目前对蛋白激酶尚无同一的分类标准；通常根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类不同可以分为两大类：丝氨酸／苏氨酸型PK ，酪氨酸型PK 丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK ）：属于丝氨酸/苏氨酸激酶；是接收膜受体转换与传递的信号并将其带入细胞核内的一类重要分子，在多种受体信号传递途径中均具有关键性作用. ；MAPK 被激活后，可转移至细胞核内，在核内它可使一些转录因子发生磷酸化，从而改变细胞内基因表达的状态。目前已经知道：MAPK 参与多种细胞功能的调控，尤其在细胞增殖、分化和凋亡过程中，似乎是多种信号转导途径的共同作用部位。（一）cAMP-蛋白激酶A(PKA)途径：该信号系统是建立最早、最完善的细胞信号传递模型，一直作为指导性模式指导着其它信号系统的研究工作。（三）肌醇磷脂信号系统（双信号系统）是80年代阐明的一条信号转导通路；是继
cAMP 和CaM 发现以来在细胞信号系统研究历史上的第三个里程碑；该系统的最大特点：胞外第一信使与膜受体结合后，同时产生两个胞内第二信使即IP3和DG ，分别启动两个信号转导途径，故称为“双信号系统”。磷脂（PL ）的基本结构与种类： PL 是细胞膜的重要成分（干重的40%）；主要是甘油磷脂。 膜甘油磷脂中有10%为肌醇磷脂（Inositolphospholipid,pI), 主要分布于膜内侧，其中占其总量5%的磷脂酰肌醇-4,5－二磷酸（PIP2）是产生双信使（IP3和DG ）的直接前体。IP3／Ca++信号转导途径：IP3是一种水溶性分子，质膜中产生后可迅速进入胞浆发挥作用；70年代，人们对胞外Ca++的跨膜内流及胞内Ca++库的释放机制不清楚，IP3的发现解决了这一问题；现在证实：多种细胞的内质网膜上存在IP3受体，其实质是一种Ca++通道蛋白，因此IP3的作用就是动员内质网Ca++库的释放；DG ／PKC 信号转导途径：正常情况下，细胞膜上不存在ＤＧ，它只是细胞受到外界刺激时ＰＩ水解产生的瞬时产物；质膜上产生的ＤＧ是脂溶性分子，存在于质膜上；ＤＧ作为第二信使的功能是由于PKC 的发现而阐明的；（五）酪氨酸蛋白激酶（TPK) 信号转导途径酪氨酸蛋白激酶（Tyrosineproteinkinase,TPK ）:通过使底物蛋白中的酪氨酸残基磷酸化而起作用。该信号系统建立时间不长，却是细胞信号途径研究中最活跃的领域； 在细胞增殖、分化过程中，酪氨酸磷酸化通常具有正向调节作用，因而TPK 信号系统与细胞的生长和增殖有关。许多癌基因的产物与此系统的蛋白有同源性，因而受到极大关注。TPK 分类：受体型TPK （RTK ）：细胞膜/催化型受体，非受体型TPK ：胞浆/非催化型受体受体型TPK 的效应通过两条途径实现：小分子第二信使途径：受体型TPK 活化后通过激活AC 、PLC-α、磷脂酶A 的作用产生小分子第二信使；RTK-Ras-MAPK 途径：一系列大分子相互作用引起的级联反应。受体型TPK （RTK ）特点：胰岛素受体、许多生长因子（EGF\PDGF\VEGF)受体、某些原癌基因产物等属于此类；位于细胞膜；信号转导的基本环节： 配体与受体结合后，导致受体二聚化（dimerization ），激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性，引起受体本身的酪氨酸磷酸化，即发生自身磷酸化（autophosphorylation) 。磷酸化的受体产生了可被SH2结构域识别、结合的位点, 从而可募集含SH2结构域的下游信号分子如接头蛋白Grb2(growthfactorbindingprotein2,Grb2)接头蛋白或称衔接蛋白（adaptorprotein) 接头蛋白是信号转导通路中不同信号转导分子的接头，连接上、下游信号转导分子。发挥作用的结构基础：蛋白质相互作用结构域。功能：募集和组织信号转导复合物，即引导信号转导分子到达并形成相应的信号转导复合物。大部分接头蛋白的结构中含有2个或2个以上的蛋白相互作用结构域，如SH2结构域。SH3结构
域SH2结构域是Src 同源序列2结构域的简称，因与原癌基因src 编码的酪氨酸蛋白激酶区同源而得名。由约100个氨基酸残基组成，作用是可识别含磷酸化酪氨酸残基的其它蛋白质并发生不同亲和力的结合。这种结合依赖于酪氨酸残基的磷酸化及其周围的氨基酸残基所构成的基序（motif ）。已经发现细胞质中许多与信号传递有关的蛋白质分子均含有这种结构。接头蛋白Grb2即是其中之一。SH3结构域由约50-100个氨基酸残基组成，介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子的结合，其亲和力与脯氨酸残基及邻近氨基酸残基所构成的基序序列相关SOS 通过Grb2结合Ras.GDP , 使Ras 构象变化, 促进GDP 释放和与GTP 结合，使Ras 激活。活化的Ras 激活下游分子Raf （MAPKKK ）。Raf 是MAPK 级联反应的第一个分子，由此启动MAPK 的三级级联激活。Raf （MAPKKK ）作用于MAPKK ，使之磷酸化而被活化。活化的MAPKK 再作用于MAPK 使之磷酸化而被活化，直此完成MAPK 的三级激活过程。活化的MAPK 转移至细胞核，发挥调节作用。MAPK 作用机制：被激活后转移至细胞核内，使一些转录因子发生磷酸化，改变细胞内基因表达的状态。另外，它也可以使其它的酶发生磷酸化使之活性发生改变。MAPK 家族成员的底物大部分是转录因子、蛋白激酶等。MAPK 调控的生物学效应：参与多种细胞功能的调控，尤其是在细胞增殖、分化及凋亡过程中，是多种信号转导途径的共同作用部位。Ras 蛋白:是ras 癌基因的产物，系小分子G 蛋白（P21），具有G 蛋白的分子开关作用。GTPaseactivatingproteins(GAP）：Ras 活性的负调节因子SOS （鸟嘌呤核苷酸释放因子，GRF ）：Ras 活性的正调节因子SOS(sonofsevenless)富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras 的GDP 换成GTP 。受体型TPK(RTK)-Ras-MAPK信号转导途径：该途径是细胞外信号传递到细胞核内的级联反应的最基本途径；基本模式概括如下：配体与RTK 结合，受体变构，受体二聚化并自身磷酸化中介分子Grb2、SOS 活化激活Ras 蛋白活化Raf 蛋白（MAPKKK ）激活丝裂原蛋白激酶（MAPK ）系统（MAPKK/MAPK）转移至核内磷酸化转录因子，调控基因表达RTK-ras-MAPK 信号转导途径异常在肿瘤发生过程中可能起重要作用。因此人们在针对这个途径的某些环节，设计一些方法来阻断RTK-ras-MAPK 信号转导（PTK 抑制剂），从而达到治疗肿瘤的目的。2.JAKs-STA T 途径IFN 、EPO 、CSF 、IL-2、IL-6等，其受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAKs （JanusKinase ）完成信息转导；JAKs 为非受体型酪氨酸蛋白激酶，与细胞因子结合存在，活化后使信号转导子和转录激动子（STA T ）发生酪氨酸磷酸化，并形成二聚体进入核内，其作为有活性的转录因子，影响相关基因的表达。二、胞内受体介导的信号转导过程信息分子：通
常系脂溶性信息分子如类固醇激素（糖皮质激素、盐皮质激素、雄激素、雌激素、孕激素) 甲状腺素、1，25-(OH)2-D3维甲酸核内受体：雌激素、甲状腺素、维生素D 等胞浆受体：类固醇激素（除雌激素除外）信号转导过程及特点：胞内受体均属于转录因子（反式作用因子），并具有Zn 指结构作为其DNA 结合区；没有激素作用时，受体与热休克蛋白（HSP ）形成复合物，因而阻止了受体向细胞核的移动及其与DNA 结合；激素与受体结合后，受体变构，导致热休克蛋白与其解离，暴露出受体核内转移部位及DNA 结合部位，激素-受体复合物向核内转移，并结合于DNA 上的激素反应元件（HRE ），不同的激素-受体复合物结合于不同的HRE 。结合于HRE 的激素-受体复合物再与位于启动子区域的基本转录因子作用，从而开放或关闭其下游基因的转录，进而改变细胞的基因表达谱。