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遗传学
遗传学
1、单选:
10x2’
2、名解:
10x4’;15x3’
3、简答:
4-6
4、论述:
2x8’
绪论
掌握概念:
第一部分:
信号转导:
一、什么是信号转导?
Inbiology,signaltransductionreferstoanyprocessbywhichacellconvertsonekindofsignalorstimulusintoanother.(aformofcellcommunication)
–Signal(Molecules,Ion)
–Receiver(Receptor,IonChannel)
–Response(Signalpathway)
Signaltransductioninvolves
●activationofreceptorsbyextracellularsignals;
●signalrelayprimarilythroughproteinphosphorylationandinteractiontovariousintracellularsignalingpathways
●modulationofvariousbiologicalfunctionsbyactivatedintracellularsignalingpathways.
二、信号分子有哪些?
•Formsofsignalingmolecules
Gasses
•NO
•CO
SteroidHormones
(类固醇激素)
•Testosterone(睾酮)
•Estradiol(雌二醇)
•Progesterone(黄体酮)
•Glucocorticoids
–Cortisol
•Mineralocorticoids
–Aldosterone(醛固酮)
Neurotransmitters
乙酰胆碱、GABA等
PeptideHormonesandGrowthFactors
三、第二信使的概念。
配体与受体结合后并不进入细胞内,但间接激活细胞内其他可扩散,并能调节调节信号转导蛋白活性的小分子或离子。
如钙离子、环腺苷酸、环鸟苷酸、环腺苷二磷酸核糖、二酰甘油、肌醇-1,4,5-三磷酸、花生四烯酸、磷脂神经酰胺、一氧化氮和一氧化碳等。
四、经典的4个信号通路:
PKA、G蛋白耦联部分,酪氨酸,硫酸肌醇转导机制。
(简述机制、功能少点)
G蛋白偶联受体:
G-proteincoupledreceptor
一种与三聚体G蛋白偶联的细胞表面受体。
含有7个穿膜区,是迄今发现的最大的受体超家族,其成员有1000多个。
与配体结合后通过激活所偶联的G蛋白,启动不同的信号转导通路并导致各种生物效应。
G蛋白偶联型受体是具有七个跨膜螺旋的受体,在结构上面它包括七个跨膜区段,它们与配体结合后,通过与受体偶联的G蛋白的介导,使第二信使物质增多或减少,转而改变膜上的离子通道,引起膜电位发生变化。
其作用比离子通道型受体缓慢,这类受体与G蛋白之间的偶联关系也颇为复杂;一种受体可以和多种G蛋白偶联,激活多种效应系统;也可同时和几种受体偶联或几种G蛋白与一种效应系统联系而使来自不同受体的信息集中于同一效应系统。
与G蛋白偶联受体有关的信号通路有:
腺苷酸环化酶系统(AC系统),磷酸肌醇系统,视网膜光电信号传递系统,与嗅觉相关的信号传导系统,一氧化氮系统等。
三聚体GTP结合调节蛋白(trimericGTP-bindingregulatoryprotein)简称G蛋白,位于质膜胞质侧,由α、β、γ三个亚基组成,α和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上,G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用,当α亚基与GDP结合时处于关闭状态,与GTP结合时处于开启状态,α亚基具有GTP酶活性,能催化所结合的ATP水解,恢复无活性的三聚体状态,其GTP酶的活性能被RGS(regulatorofGproteinsignaling)增强。
RGS也属于GAP(GTPaseactivatingprotein)。
G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白,受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合,胞内结构域与G蛋白耦联。
通过与G蛋白耦联,调节相关酶活性,在细胞内产生第二信使,从而将胞外信号跨膜传递到胞内。
G蛋白耦联型受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体,在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦联型受体。
由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括:
cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。
(一)cAMP信号途径
在cAMP信号途径中,细胞外信号与相应受体结合,调节腺苷酸环化酶活性,通过第二信使cAMP水平的变化,将细胞外信号转变为细胞内信号。
1、cAMP信号的组分
①.激活型激素受体(Rs)或抑制型激素受体(Ri);
②.活化型调节蛋白(Gs)或抑制型调节蛋白(Gi);
③.腺苷酸环化酶(Adenylylcyclase):
是相对分子量为150KD的糖蛋白,跨膜12次。
在Mg2+或Mn2+的存在下,腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP。
④.蛋白激酶A(ProteinKinaseA,PKA):
由两个催化亚基和两个调节亚基组成,在没有cAMP时,以钝化复合体形式存在。
cAMP与调节亚基结合,改变调节亚基构象,使调节亚基和催化亚基解离,释放出催化亚基。
活化的蛋白激酶A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化,于是改变这些蛋白的活性,进一步影响到相关基因的表达。
⑤.环腺苷酸磷酸二酯酶(cAMPphosphodiesterase):
可降解cAMP生成5’-AMP,起终止信号的作用。
2、Gs调节模型
当细胞没有受到激素刺激,Gs处于非活化态,α亚基与GDP结合,此时腺苷酸环化酶没有活性;当激素配体与Rs结合后,导致Rs构象改变,暴露出与Gs结合的位点,使激素-受体复合物与Gs结合,Gs的α亚基构象改变,从而排斥GDP,结合GTP而活化,使三聚体Gs蛋白解离出α亚基和βγ基复合物,并暴露出α亚基与腺苷酸环化酶的结合位点;结合GTP的α亚基与腺苷酸环化酶结合,使之活化,并将ATP转化为cAMP。
随着GTP的水解α亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离,终止腺苷酸环化酶的活化作用。
α亚基与βγ亚基重新结合,使细胞回复到静止状态。
活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子,具有传递信号的功能,如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下,活化的βγ亚基复合物能开启质膜上的K+通道,改变心肌细胞的膜电位。
此外βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合,对结合GTP的α亚基起协同或拮抗作用。
霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上,致使α亚基丧失GTP酶的活性,结果GTP永久结合在Gs的α亚基上,使α亚基处于持续活化状态,腺苷酸环化酶永久性活化。
导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续外流,产生严重腹泻而脱水。
该信号途径涉及的反应链可表示为:
激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。
不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同,在肌肉细胞1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸(图8-18),而抑制糖原的合成。
在某些分泌细胞,需要几个小时,激活的PKA进入细胞核,将CRE结合蛋白磷酸化,调节相关基因的表达。
CRE(cAMPresponseelement)是DNA上的调节区域。
3、Gi调节模型
Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径:
①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合,直接抑制酶的活性;②通过βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合,阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。
百日咳毒素催化Gi的α亚基ADP-核糖基化,结果降低了GTP与Gi的α亚基结合的水平,使Gi的α亚基不能活化,从而阻断了Ri受体对腺苷酸环化酶的抑制作用,但尚不能解释百日咳症状与这种作用机理有关。
(二)磷脂酰肌醇途径
在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合,激活质膜上的磷脂酶C(PLC-β),使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)两个第二信使,胞外信号转换为胞内信号,这一信号系统又称为“双信使系统”(doublemessengersystem)。
IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合,开启钙通道,使胞内Ca2+浓度升高。
激活各类依赖钙离子的蛋白。
用Ca2+载体离子霉素(ionomycin)处理细胞会产生类似的结果。
DG结合于质膜上,可活化与质膜结合的蛋白激酶C(ProteinKinaseC,PKC)。
PKC以非活性形式分布于细胞溶质中,当细胞接受刺激,产生IP3,使Ca2+浓度升高,PKC便转位到质膜内表面,被DG活化,PKC可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细胞产生不同的反应,如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。
DG的作用可用佛波醇酯(phorbolester)模拟。
Ca2+活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应,钙调素(calmodulin,CaM)由单一肽链构成,具有四个钙离子结合部位。
结合钙离子发生构象改变,可激活钙调素依赖性激酶(CaM-Kinase)。
细胞对Ca2+的反应取决于细胞内钙结合蛋白和钙调素依赖性激酶的种类。
如:
在哺乳类脑神经元突触处钙调素依赖性激酶Ⅱ十分丰富,与记忆形成有关。
该蛋白发生点突变的小鼠表现出明显的记忆无能。
IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2,或被磷酸化形成IP4。
Ca2+由质膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交换器将抽出细胞,或由内质网膜上的钙泵抽进内质网。
DG通过两种途径终止其信使作用:
一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸,进入磷脂酰肌醇循环;二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。
由于DG代谢周期很短,不可能长期维持PKC活性,而细胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活性所产生的效应。
现发现另一种DG生成途径,即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的DG,用来维持PKC的长期效应。
PKA信号通路
酪氨酸信号通路
五、其他
Signalproteincomplexes:
Signalcascadesareoftenmediatedbylarge"solidstate"assembliesthatmayincludereceptors,effectors,andregulatoryproteins,linkedtogetherinpartbyinteractionswithspecializedscaffoldproteins.
Scaffoldproteinsofteninteractalsowithmembraneconstituents,elementsofthecytoskeleton,andadaptorsmediatingrecruitmentintoclathrin-coatedvesicles.
Theyimproveefficiencyofsignaltransfer,facilitateinteractionsamongdifferentsignalpathways,andcontrollocalizationofsignalproteinswithinacell.
Lipidrafts:
♦Complexsphingolipidstendtoseparateoutfromglycerophospholipids&co-localizewithcholesterolinmembranemicrodomainscalledlipidrafts.
♦Membranefragmentsassumedtobelipidraftsarefoundtoberesistanttodetergentsolubilization,whichhasfacilitatedtheirisolation&characterization.
♦Differencesinmolecularshapemaycontributetoatendencyforsphingolipidstoseparateoutfromglycerophospholipidsinmembranemicrodomains.
Signalcomplexesareoftenassociatedwithlipidraftdomainsoftheplasmamembrane.
Scaffoldproteinsaswellassignalproteinsmayberecruitedfromthecytosoltosuchmembranedomainsinpartby
♦insertionoflipidanchors
♦interactionofpleckstrinhomologyorotherlipid-bindingdomainswithhead-groupsoftransientlyformedphosphatidylinositolderivatives,suchasPIP2orPI-3-P.
AKAPs(A-KinaseAnchoringProteins)arescaffoldproteinswithmultipledomainsthatbindto
♦regulatorysubunitsofProteinKinaseA
♦phosphorylatedderivativesofphosphatidylinositol
♦variousothersignalproteins,suchas:
•G-protein-coupledreceptors(GPCRs)
•OtherkinasessuchasProteinKinaseC
•Proteinphosphatases
•Phosphodiesterases
AKAPslocalizesignalcascadeswithinacell.
Theycoordinateactivationofproteinkinasesaswellasrapidturn-offofsignals.
Downstreamofsignaltransductionpathways:
Summary:
Signaltransductioninvolves
●activationofreceptorsbyextracellularsignals;
●signalrelayprimarilythroughproteinphosphorylationandinteractiontovariousintracellularsignalingpathways
●modulationofvariousbiologicalfunctionsbyactivatedintracellularsignalingpathways.
Currentviewofsignaltransduction
Signaltransductioninvolvesproteinphosphorylationandproteininteraction
A.518kinases;~180phosphatases.
B.~One-thirdofallproteinsareregulatedbyreversiblephosphorylation.
C.Substrate(酶作用物,底物)targets:
Kinase:
~15-20
Phosphatase:
~50
第二部分:
转基因动物
一、简答题:
怎样做(经典线路图)
二、转座重组
大多数基因在基因组内的位置是固定的,但有些基因可以从一个位置移动到另一个位置。
这些可移动的DNA序列包括插入序列和转座子。
有插入序列和转座子介导的基因转移或重排称为转座。
三、定位转基因的基本过程
●获取同源重组臂
●构建基因打靶载体
●ES细胞基因打靶
●中靶ES细胞的筛选
●囊胚注射
●胚胎移植
●获得嵌合体动物
第三部分:
单和多基因疾病
1、常见疾病是但还是多?
多基因疾病的特点。
一、单基因病的遗传方式
(一)常染色体显性遗传
例1:
Huntington舞蹈病
例2:
Marfan综合征
(二)常染色体隐性遗传
例1:
囊性纤维化(cysticfibrosis,CF)
例2:
早老症(progeny)
例3:
软骨发育不全症II型
(三)X伴性显性遗传
低磷酸盐血症(抗维生素D佝偻病)
(四)X伴性隐性遗传
例:
假肥大型进行性肌营养不良
(五)Y连锁遗传
例:
外耳道多毛症
常见多基因遗传病
2、数量和性状。
3、概念:
易感性、易患性、阈值
4、家系图推断遗传病方式(论述题)
5、哈代平衡
6、跳跃基因
7、二次假说
8、多基因遗传的特点
9、遗传早现(geneticanticipation)
有些遗传病在世代传递过程中有发病年龄逐代超前和病情症状逐代加剧的现象。
20世纪90年代后,发现遗传早现与不稳定的DNA重复序列有关。
10、异常血红蛋白病和地中海贫血有共同的分子基础——突变、缺失
基因缺失是引起地中海贫血的主要原因
基因突变是引起地中海贫血的主要原因
第四部分:
线粒体
一、与线粒体相关的疾病
●线粒体肌病
●线粒体脑肌病(KSS(Kearns-Sayresyndrome),MELAS(Mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidemiaandstroke-likeepisodes),线粒体脑肌病伴乳酸血症和卒中样发作,MERRF(Myoclonusepilepsywithragged-red-fiber,RRF)肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维病)
●Leber遗传性视神经病
●亚急性坏死性脑脊髓病(Leighdisease)
二、该种疾病的遗传特点
●线粒体疾病的遗传方式包括母系遗传及孟德尔遗传。
●一个细胞的mtDNA有多重拷贝,一个线粒体编码基因的表现型依赖于一个细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例,仅当突变型达到一定阈值时,病理特征才能表现出来。
●当线粒体中90%存在这种突变,将出现典型症状,当突变比例下降时,症状也随之变轻。
●细胞分裂时,子代细胞中突变型和野生型mtDNA的比例可能发生变化,改变其基因型和表现型。
●本组疾病为多系统疾病,主要累及肌肉、中枢和外周神经系统,肾、肝、内分泌腺体等也可受累,与贫血和糖尿病等疾病也相关。
三、mtDNA的遗传特征
1、mtDNA具有半自主性
2、mtDNA的遗传密码与通用密码不同
3、mtDNA为母系遗传
4、mtDNA在有丝分裂和减数分裂间都要经过复制分离
5、mtDNA的杂质性与阈值效应
6、mtDNA的突变率和进化率极高
7、主要编码与氧化磷酸化过程相关的酶系
第五部分:
基因诊断和治疗
一、病毒载体
病毒介导的基因转移系统
病毒载体介导的基因转移效率较高,因此它也是使用最多的基因治疗载体。
据统计,有72%的临床实验计划和71%的病例使用了病毒载体,其中用得最多的是逆转录病毒载体。
简答题(适当多答些)
二、逆转录病毒载体的特点。
①逆转录病毒包膜上由env编码的糖蛋白,能够被许多哺乳动物细胞膜上的特异性受体识别,从而使逆转录病毒携带的遗传物质高效地进入靶细胞。
②逆转录病毒结构基因gag、env和pol的缺失不影响其他部分的活性。
③前病毒可以高效整合至靶细胞基因组中,有利于外源基因在靶细胞中的永久表达。
④包装好的假病毒颗粒(携带目的基因的重组逆转录病毒载体)以芽生的方式分泌至辅助细胞培养的上清液中,易于分离制备。
主要缺点(随机整合,有插入突变、激活癌基因的潜在危险;逆转录病毒载体的容量较小,只能容纳7kb以下的外源基因。
)
三、脂质体介导的基因转移技术
脂质体介导的基因转移技术使用方便、成本低廉。
基本原理:
利用阳离子脂质体单体与DNA混合后,可以自动形成包埋外源DNA的脂质体,然后与细胞一起孵育,即可通过细胞内吞作用将外源DNA(即目的基因)转移至细胞内,并进行表达。
四、腺病毒载体的不足,优点
优点
1.基因导入效率高,对人类安全;
2.宿主范围广;
3.基因转导与细胞分裂无关;
4.重组腺病毒可通过口服经肠道吸收、或喷雾吸入或气管内滴注;
5.腺病毒载体容量较大,可插入7.5kb外源基因;
缺点
1.不能整合到靶细胞的基因组DNA中。
分裂增殖快的细胞,导入的重组病毒载体,随分裂而丢失的机会增多,表达时间相对较短。
2.宿主的免疫反应导致腺病毒载体表达短暂。
3.有两个环节可能产生复制型腺病毒。
(1)腺病毒产生过程中与293辅助细胞内E1区序列发生同源重组;
(2)腺病毒载体与被治疗的患者体内已感染的野生型腺病毒,甚至乳头瘤病毒、巨细胞病毒发生重组。
4.靶向性差。
五、基因干预概念、种类,哪些方法可用基因干预
概念:
采用特定的方式抑制某个基因的表达,或者通过破坏某个基因的结构而使之不能表达,以达到治疗疾病的目的。
种类:
1.反义RNA(antisenseRNA)
2.干扰RNA(RNAinterference)
3.核酶(ribozyme)
方法:
1.反义RNA与基因表达调控
利用反义RNA对体外培养的细胞进行基因表达调控,通常采用的方法有两种:
(1)体外合成反义RNA,直接作用于培养细胞,细胞吸收RNA后,发挥作用。
(2)构建能转录反义RNA的重组质粒,将质粒转入细胞,转录出反义RNA而发挥作用。
2.受体介导反义RNA转移技术
借助受体介导DNA转移方法把DNA换成反义RNA,就可以实现受体介导的反义RNA的转移。
3.反义RNA的应用前景
受体介导的反义RNA基因治疗有其自身的优点,而在一定程度上补充了转基因治疗的不足。
(二)干扰RNA
1.RNA干扰现象
对RNA干扰的认识来源于用线虫(C.elegans)和果蝇所进行的实验。
RNA干扰(RNAinterference,RNAi)是一种由双链RNA诱发的基因沉默现象。
在此过程中,与双链RNA有同源序列的信使RNA(mRNA)被降解,从而抑制该基因的表达。
2.RNA干扰的机制
RNA干扰过程主要有2个步骤:
(1)小干扰性RNA(siRNA)
(2)siRNA与细胞内的某些酶和蛋白质形成复合体,称为RNA诱导的沉默复合体(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)。
(三)核酶(ribozyme)
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