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高级生物化学复习资料 整理人：方义
第三、有限水解活化
第四、PKC和依赖cAMP的激酶（PKA） 29、肌醇磷脂的特点
第一、肌醇磷脂具有极高的代谢速率，使它具有信号分子的特点，即可迅速产生又可迅速灭活。
第二、肌醇环上具有5个自由羟基，其中至少有两个可被磷酸化，被水解后形成的IP3在Ca2+动员中具有重要作用，其它多磷酸肌醇如IP4也可能以某种方式参与信号传递。 第三、IP3等磷酸肌醇为水溶性，在细胞质中可以迅速扩散到作用部位。 第四、肌醇磷脂上甘油骨架第2位碳原子上所连接的脂肪酸常常是花生四烯酸，它是前列腺素等生物活性物质的前体，在胞内进一步代谢可能形成另外的信号分子。 第五、产生第二信使的直接前体PIP2只占膜脂的极小部分，它的水解不会影响膜的稳定性。 30、思考题
（一）简述cGMP信号转导途径及其在NO信号转导途径中的作用 （1）cGMP信号转导途径
信号分子→受体/GC→cGMP→蛋白激酶G →效应蛋白/酶→生理效应
GC有膜结合型和可溶性GC两种。可溶性GC含有血红素辅基结构，血红素能与NO直接结合而激活GC，可溶性GC为NO的受体。NO作为一种气体信号分子，通过扩散的方式进入临近的血管平滑肌细胞后，NO与GC的血红素结合而激活GC，激活的GC使细胞产生大量的cGMP，cGMP激活PKG，进而PKG磷酸化一系列平滑蛋白，导致平滑肌松弛和血管舒张。
（2）cGMP在NO信号转导过程中的作用
NO是一种胞间通讯的气体分子，它是由L-精氨酸氧化形成的，催化该反应的酶称为NO合成酶（NOS）。该酶有多种形式的同功酶，主要分为两类：一类为组成性表达型，另一类为诱导型；前者的活性依赖于钙-钙调蛋白，而后者的调节方式还不十分清楚。
NO作为信号分子调节的生理功能包括血管舒张，血小板凝集，在中枢神经系统中介导兴奋性神经传导等。在内皮细胞依赖性血管舒张现象中研究得比较清楚。
（二）简述cAMP信号转导途径，并举例说明在糖代谢中的调节转导过程 （1）cAMP信号转导途径
①信号分子→受体→G蛋白→AC→cAMP →蛋白激酶A→效应蛋白/酶→生理效应
②未受刺激前G蛋白以异三聚体的形式存在，含α、β、γ三个亚基，α亚基与GDP结合，当受体被信号分子刺激后，受体的构象改变，露出与G蛋白结合的位点。受体—配体复合物与G蛋白结合，降低其对GDP的亲和性，GDP解离，GTP取代GDP与α亚基结合，使α亚基从G蛋白上解离。
α亚基结合并活化腺苷酸环化酶产生cAMP，同时配体与受体解离，受体回复原构象。GTP水解导致α亚基脱离腺苷酸环化酶，并与β、γ复合物形成G蛋白。 （2）对代谢的调节作用
通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调节功能。如肾上腺素作为胞外的内分泌激素，作为信号分子与蛋白质结合。 31、病毒基因组的结构特点 ①结构简单，基因组小
②基因组可由DNA、也可由RNA组成 ③基因重叠
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④重复顺序少 ⑤非编码区少 ⑥相关基因丛集 ⑦基因组是单倍体
32、真核生物基因组的结构特点
①真核生物基因组远大于原核生物的基因组，结构复杂，基因数庞大，具有许多复制起点，但每个复制子的长度较小。
②真核基因的转录产物为单顺反子。即一个结构基因经转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。
③基因组中非编码区域多于编码区域，占90%以上的DNA序列。 ④真核生物DNA中含有大量的重复序列，所谓重复序列是指基因组中多次反复出现的DNA序列。
33、基因表达调控的基本原理 （一）基因表达的多级调控 基因激活
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
（二）基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。 三个基本要素：
1）特异的DNA调节序列 2）调节蛋白 3）RNA聚合酶
34、转录因子的作用
转录因子是起调控作用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录，只有当转录因子结合在其识别的DNA序列上后，基因才开始表达。 35、原核生物操纵子的结构及三种操纵子的机制 典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。
（一）乳糖操纵子调节机制
（1）原核生物乳糖操纵子(Lac operon)：其控制区包括调节基因（阻遏基因），启动基因和操纵基因；其信息区由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），透过酶基因（lacY）和转乙酰酶基因（lacA）
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串联在一起构成。
当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时
细胞中cAMP浓度升高 乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合
cAMP与CRP结合并使之激合 促使阻抑蛋白与操纵基因分离 CRP与启动基因结合并促使 RNA聚合酶与启动基因结合
基因转录激活
当培养基中乳糖浓度降低而葡萄糖浓度升高时
细胞中cAMP浓度降低 缺乏乳糖与阻抑蛋白结合 CRP失活 阻抑蛋白与操纵基因结合 CRP及RNA聚合酶不能与 启动基因结合 基因转录被阻遏
（二）色氨酸操纵子的调节机制
色氨酸操纵子（trp operon）主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。通过阻遏蛋白的负调控和转录衰减作用调节。
转录衰减作用是转录能正常开始，但是转录过程可因细胞内氨基酸浓度太高而使转录中止的一种调节机制。
色氨酸操纵子的衰减作用是由162个核苷酸残基的RNA前导顺序进行的。这个前导顺序位于操纵子mRNA的5′末端，在第一个结构基因的起始密码子的前面。这个前导顺序可分为四段，分别标为1，2，3，4号顺序。3号和4号顺序之间能通过碱基配对形成茎环结构。在其茎部富含GC碱基，而其3′端有一个多尿嘧啶核苷酸串列，这种结构实际上是一个不依赖ρ因子的转录终止子。当这种结构形成时，转录受到阻碍。这种茎环结构能否形成取决于为14个氨基酸残基编码的前导顺序的翻译事件。这段顺序为1号顺序。
前导顺序中的1号顺序是个能感觉色氨酸浓度的关键元件。它含有多个色氨酸密码子，可以看成是色氨酸传感器。它决定着3号顺序是与4号顺序还是和2号顺序配对。当色氨酸浓度高时，携带色氨酸的tRNA浓度也高，翻译就可紧跟着转录而通过多个色氨酸密码，在这种情况下2号顺序被核糖体所覆盖因而不能跟3号顺序配对，终止子结构就可以在3、4
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号顺序之间形成，转录就停止。当色氨酸浓度低时，由于缺乏携带色氨酸的tRNA，核糖体被滞留在两个色氨酸密码子上，此时2号顺序能自由和3号顺序配对，因此转录就可继续进行。这样转录可以随着色氨酸浓度进行衰减调节。 （三）阿拉伯糖操纵子的调节机制
这是一个利用同一种调节蛋白的不同结构形式活化和抑制操纵子的调控方式。
（1）AraC蛋白是一个具有两种不同功能构象的蛋白质。P1型为阻遏子，P2型为激活子。 （2） AraC蛋白靠阻遏它本身基因的转录调节它自身的合成。 （3）一些参与调节的DNA序列可以在较远的距离起作用。 调节作用分三种情况：
1）葡萄糖很丰富且没有阿拉伯糖情况下，结合于araO2和araI的两个AraC蛋白之间互相结合，形成一个约210碱基对的一个环，从而使araBAD启动子的转录被抑制，基因araB、A、D不被转录，阻止操纵子的转录（阴性调控或负调节作用）
2）当葡萄糖不存在（或低水平）而阿拉伯糖存在时，CAP-cAMP很丰富，与araI附近的CRP结合位点结合，阿拉伯糖与AraC蛋白结合改变了构象，成为激活子，DNA环被打开，能与CAP-cAMP协同诱导araBAD基因的转录（阳性调控或正调节）
3）阿拉伯糖和葡萄糖均不存在或阿拉伯糖和葡萄糖均丰富时，操纵子均处于阻遏状态。 36．思考题（三题中必考一题）
（一）一般培养基的碳源中有葡萄糖存在时，大肠杆菌是不利用乳糖的，只给乳糖时，则产生出大量的β—半乳糖苷酶，并利用乳糖。然而，用葡萄糖替换乳糖时，就几乎不产生β—半乳糖苷酶。回答下列问题:
（1）能产生β—半乳糖苷酶有关的四个基因是什么？ 答：结构基因，操纵基因，启动基因，调节基因 （2）能利用乳糖是由于乳糖和什么结合？ 答：阻遏蛋白
（3）发现没有乳糖而大量产生β—半乳糖苷酶的变异株，这种变异株的产生是由于（调节基因）的突变，因而不能生成（阻遏物）或者由于（操纵基因）的突变，（阻遏蛋白）不能和（操纵基因）结合，所以没有乳糖时（结构基因）也可以活动，它的遗传信息传递给（mRNA），最后在（核糖体）上合成了β—半乳糖苷酶。
（二）衰减机制需要一个先导区域存在，预测下列变化对色氨酸操纵子的调控有何影响 （1）删除整个前导区域；（2）删除编码前导肽的序列；（3）前导区域不含AUG密码子 答：（1）如果整个前导区缺失，弱化作用（即衰减作用）则是不可能的，转录只是单纯由色氨酸阻遏物调控，而色氨酸阻遏调控很弱，因此，色氨酸操纵子转录的总速度是增加的 （2）如果编码前导肽的序列缺失，转录只由色氨酸阻遏物控制。编码前导肽的序列缺失，则没有片段1的形成，从而允许形成稳定的2.，3—茎环结构，而阻止了3，4—茎环结构的形成，即无法形成衰减作用。对已启动的色氨酸操纵子的转录将继续进行。
（3）如果前导区不含AUG，色氨酸操纵子则难以启动转录，由于起始密码子的缺乏，前导肽的合成不会发生，1，2--茎环和3，4--茎环几乎处于形成状态，从而导致转录终止。 （三）大肠杆菌细胞能在不同碳源上生长，当细菌在以下物质条件存在下生长时，乳糖操纵子的转录速度如何？
（1）乳糖和葡萄糖存在时；（2）葡萄糖存在时；（3）只有乳糖存在时 答：（1）乳糖和葡萄糖同时存在时，乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白空间的构象改变，而不与操纵子基因结合，使操纵基因处于开放状态。但由于葡萄糖存在时，使细菌细胞中cAMP浓度处于很低水平，不能与CAP结合形成cAMP—CAP复合物,不能与启动子特定区域结合促进转录，故结构基因不能表达或仅本底水平表达，乳糖操纵子转录处于很低水平。
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