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2013分子考题1、概述遗传密码的特点及遗传密码的破译对现代生命科学的意义。1.1）遗传密码的特点(杨建雄课件）1.2）遗传密码的破译对现代生命科学的意义注意注意，前方高能，只有度娘版本：第一密码的阐明解决了基因在不同生物体之间的转移与表达，开辟了遗传工程和蛋白工程的新产业。但是在异体表达的蛋白质往往不能正确折叠成为活性蛋白质而聚集形成包含体。生物工程的这个在生产上的瓶颈问题需要第二密码的理论研究和折叠的实验研究来指导和帮助解决。由于分子伴侣在新生肽链折叠中的关键作用，它一定会对提高生物工程产物的产率有重要的实用价值。蛋白工程的兴起，已经使人们不再满足于天然蛋白的利用，而开始追求设计自然界不存在的全新的具有某些特定性质的蛋白质，这就开辟了蛋白设计的新领域。前面提到的把原来主要是β-折叠结构改变为一个主要是α-螺旋的新蛋白的设计就是这方面的一个例子，更多的努力将集中于有实用意义的蛋白设计上。近年来得知某些疾病是由于蛋白质折叠错误而引起的如类似于疯牛病的某些神经性疾病老年性痴呆症帕金森氏症。这已引起人们极大的注意。异常刺激会诱导细胞立即合成大量应激蛋白帮助细胞克服环境变化，这些应激蛋白多半是分子伴侣。由于分子伴侣在细胞生命活动的各个层次和环节上都有重要的甚至关键的作用，它们的表达和行为必然与疾病有密切关系.如局部缺血化疗损伤心脏扩大高烧炎症感染代谢病细胞和组织损伤以及老年化都与应激蛋白有关。因此在医学上不仅开辟了与分子伴侣和应激蛋白有关的新的研究领域，也开创了广阔的应用前景。2、蛋白质合成后的加工有哪些方式课件版本：肽链合成后的加工指的是肽链在核糖体上合成后，经过细胞内各种修饰处理，成为有生物活性的成熟蛋白质的过程。对新生肽链的加工方式可分为三类：对肽链主链的修饰处理，即肽链的剪接；对氨基酸残基的修饰，包括泛素化、磷酸化、糖基化、脂基化、甲基化和乙酰化作用等；蛋白质高级结构的形成，包括多肽链的折叠、亚基聚合及辅因子（如金属离子、各种辅酶等）的添加。①肽链的剪接常见的肽链的剪接方式有：（1）肽链N端fMet或Met的切除蛋白质刚刚被合成时，都以fMet（原核生物）或Met（真核生物）开始。肽链合成后，其N端的fMet或Met残基通常在氨肽酶的催化作用下被切除，部分原核生物的蛋白质保留Met，但需要在脱甲酰酶的作用下去除甲酰基。（2）信号序列的切除需要被运输到各细胞器及细胞外的蛋白质N端一般有一段信号序列，用于指导蛋白质的输送（详见下一节），这一信号序列通常在完成任务后被相应的蛋白水解酶切除。（3）蛋白与多肽前体的剪切胰岛素、甲状旁腺素、生长激素等激素先合成无活性的前体，切去部分肽段而成熟。如前胰岛素原在内质网中被切除信号系列，成胰岛素原，被转运到胰岛细胞的囊胞中，C链被切除，A、B链通过3个二硫键连接为成熟的胰岛素。由下丘脑、丘脑等神经元产生的促阿黑皮素原（POMC）是一条大肽链，通过剪切可以产生促黑激素（MSH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）、β-内啡肽等多种成熟产物。多种消化酶以及与血液凝固相关的凝血因子在合成后，以无活性的酶原形式存在，需要切除部分氨基酸残基，才能成为有活性的酶，这一过程又称为酶原激活。HIV病毒在宿主体内复制时，其基因组的表达产物gag-pol为一条多肽链，需要在HIV病毒携带入宿主的蛋白酶的水解作用下，分裂为数种病毒生长和感染宿主细胞所需的成熟蛋白质。（4）蛋白质的剪接指前体蛋白中间的内含肽（intein）被切除，其两侧的外显肽（extein）被连接起来，形成成熟蛋白质的加工过程。一般具有自我催化功能，包括分子内的转换、中间产物的形成、Asn的环化、肽键的断裂和形成等步骤，其中肽键的断裂和形成是蛋白质剪接的关键反应。蛋白质剪接不同于胰岛素原的剪切（胰岛素的A链和B链在剪切后是通过二硫键连在一起）。蛋白质剪接可发生于细菌与真菌蛋白质，如酵母液泡H+-ATP酶亚基、T.LitoralisDNA多聚酶、集胞藻DNA聚合酶、结核杆菌recA基因产物亚基等的加工过程，也见于伴刀豆球蛋白A等高等生物蛋白质的加工过程中。②氨基酸残基的修饰在生物细胞中有几十多种针对蛋白质氨基酸残基的修饰途径，均在相关酶的催化作用下完成，常见的有以下几种：（1）泛素化泛素由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞内，故名泛素，共价结合泛素的蛋白质能被特定的蛋白酶识别并降解,这是细胞内蛋白降解的普遍途径。在泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素蛋白质连接酶（E3），的连续传递作用下，泛素的羧基末端通过异肽键与靶蛋白Lys残基的-氨基连接在一起。（2）磷酸化磷酸化是在蛋白激酶的催化作用下，将ATP的-磷酸基转移到蛋白特定位点上的过程，磷酸化的位点为蛋白的Ser、Thr、Tyr残基侧链，反应过程见图10-2。磷酸化的逆过程为去除磷酸基的水解反应，由磷酸水解酶催化。蛋白质的磷酸化修饰常发生于成熟的蛋白质中，是生物体内调控酶活性的重要手段。蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程几乎涉及所有的生理及病理过程，如新陈代谢、信号转导、肿瘤发生、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等。（3）糖基化蛋白质的糖基化是在一系列糖基转移酶的催化作用下，蛋白质特定氨基酸残基共价连接寡糖链的过程，氨基酸与糖的连接方式主要有O型连接与N型连接两种。（4）脂酰基化蛋白质的脂酰基化是长脂肪酸链通过O或者S原子与蛋白质共价结合得到蛋白复合物（脂蛋白）的过程，例如蛋白质分子中半胱氨酸残基的侧链巯基可被棕榈酰化，甘氨酸残基可被豆蔻酰化，通过脂肪酸链与生物膜良好的相溶性，可使蛋白质固定在细胞膜上。脂蛋白是一类膜结合蛋白，其特定的脂酰基化修饰可帮助这类蛋白在细胞膜上定位，并进一步协助该蛋白发挥生物功能。（5）甲基化在甲基转移酶催化下，将S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移到赖氨酸或精氨酸侧链上，也可对天冬氨酸或谷氨酸侧链羧基进行甲基化，形成甲酯。甲基化对蛋白质的功能具有重要的调节作用，例如组蛋白的甲基化同转录调节和异染色体的形成有关，在表观遗传中占有中心地位，对细胞分化、发育、基因表达、基因组稳定性及癌症的产生等均有一定影响，蛋白质甲基化的异常或甲基转移酶的突变常会导致疾病。（6）乙酰化蛋白质氨基酸残基的乙酰化在乙酰转移酶的催化作用下进行，如组蛋白的乙酰化发生在核心组蛋白N端的赖氨酸残基，由组蛋白乙酰转移酶催化，去乙酰化则由组蛋白去乙酰酶催化。核心组蛋白N端的赖氨酸在生理条件下带正电，可与带负电的DNA或相邻的核小体发生作用，导致核小体构象紧凑及染色质高度折叠，乙酰化使组蛋白与DNA间的作用减弱，导致染色质构象松散，有利于转录调节因子的结合，促进基因的转录，去乙酰化则抑制基因转录。（7）羟基化在结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白中，脯氨酸和赖氨酸可经过羟基化修饰成为羟脯氨酸和羟赖氨酸，位于粗面内质网上的脯氨酰-4-羟化酶、脯氨酰-3-羟化酶和赖氨酰羟化酶负责特定脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化，胶原蛋白脯氨酸残基和赖氨酸残基的羟基化需要Vc，饮食中Vc不足时就易患坏血症（血管脆弱，伤口难愈），原因就是胶原纤维的脯氨酸和赖氨酸无法羟基化，从而不能形成稳定的结构。（8）腺苷酸化在腺苷酰转移酶的催化作用下，将ATP中的腺苷酸基团（AMP）转移到蛋白质的氨基酸残基侧链上，称为腺苷酸化。蛋白质的腺苷酸化可用于调节蛋白质的生物活性，例如在氨基酸的合成代谢中，谷酰氨合成酶的活性可利用腺苷酸化作用调控，当该酶的一个酪氨酸残基被腺苷酸化修饰后，酶即失去活性，去腺苷酸化可使酶获得活性。此外，有些蛋白质的Glu可以被羧基化，如凝血酶原的N-端有多个羧基化的Glu。有些寡肽激素C-端的Gly残基被酰胺化，从而使其半寿期得以延长。③多肽链的折叠蛋白质的折叠指的是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧链叠集等行为形成蛋白质的天然构象，同时获得生物活性。1961年Anfinsen经核糖核酸酶的体外变性和复性试验，提出蛋白质的一级结构决定高级结构的著名假说，此后许多研究结果证实了这一观点所具有的普遍意义目前还无法直接研究在生物体内肽链的折叠过程，但通过对蛋白质体外折叠的研究，可了解蛋白质的体内折叠所的一些基本规律，例如：蛋白质的折叠沿着特定的动力学途径进行，在一个很短的时间内完成，不是随机尝试所有可能的构象直到遇到最适构象。蛋白质的折叠是一个序变过程，经历中间状态，且中间态应被保护，以防止降解作用或其它与折叠相互竞争的作用。蛋白质折叠过程是一个自由能和构象熵均逐渐减少的过程，成熟蛋白质的构象通常是单一的。在整个肽链合成完毕之前，新生肽链的错误折叠或分子间的相互作用应该被抑制。要穿过膜进行输送的蛋白的折叠需要在通过生物膜之后进行。寡聚蛋白各亚基的折叠要相互调节以形成正确的寡聚体。许多蛋白质的折叠是随着新生肽链的延伸过程同步进行的。体内蛋白质的折叠是同错误折叠及蛋白质的聚沉相竞争，多数新生肽链的折叠需要其他细胞因子（主要是蛋白质）的帮助，帮助其他蛋白质进行折叠的蛋白质分为折叠酶和分子伴侣两类，只有少数新生肽链的折叠不需要折叠酶和分子伴侣。3、概述BLAST工具的概念和基本类型BLAST:BasicLocalAlignmentSearchTool（以下关于BLAST工具概念的解释来自搜狗百科）BLAST工具是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似性比较的分析工具。BLAST程序能迅速与公开数据库进行相似性序列比较。BLAST结果中的得分是对一种对相似性的统计说明。BLAST对一条或多条序列(可以是任何形式的序列)在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对。BLAST还能发现具有缺口的能比对上的序列。BLAST是基于Altschul等人在J.Mol.Biol上发表的方(J.Mol.Biol.215:403-410(1990)),在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。从BLAST发展到NCBI提供的BLAST2.0,已将有缺口的比对序列也考虑在内了。BLAST可处理任何数量的序列,包括蛋白序列和核酸序列;也可选择多个数据库但数据库必须是同一类型的,即要么都是蛋白数据库要么都是核酸数据库。所查询的序列和调用的数据库则可以是任何形式的组合,既可以是核酸序列到蛋白库中作查询,也可以是蛋白序列到蛋白库中作查询,反之亦然。基本类型：1、BLASTP是蛋白序列到蛋白库中的一种查询。库中存在的每条已知序列将逐一地同每条所查序列作一对一的序列比对。2、BLASTX是核酸序列到蛋白库中的一种查询。先将核酸序列翻译成蛋白序列（一条核酸序列会被翻译成可能的六条蛋白），再对每一条作一对一的蛋白序列比对。3、BLASTN是核酸序列到核酸库中的一种查询。库中存在的每条已知序列都将同所查序列作一对一地核酸序列比对。4、TBLASTN是蛋白序列到核酸库中的一种查询。与BLASTX相反，它是将库中的核酸序列翻译成蛋白序列，再同所查序列作蛋白与蛋白的比对。5、TBLASTX是核酸序列到核酸库中的一种查询。此种查询将库中的核酸序列和所查的核酸序列都翻译成蛋白（每条核酸序列会产生6条可能的蛋白序列），这样每次比对会产生36种比对阵列。或者写课件上的这个表格：程序名检测序列数据库类型方法Blastp蛋白质蛋白质用检测序列蛋白质搜索蛋白质序列数据库Blastn核酸核酸用检测序列核酸搜索核酸序列数据库Blastx核酸蛋白质将核酸序列按6条链翻译成蛋白质序列后搜索蛋白质序列数据库Tblastn蛋白质核酸用检测序列蛋白质搜索由核酸序列数据库按6条链翻译成的蛋白质序列数据库4蛋白质三级结构的预测的方法有哪些，并简述各自的主要原理（答案在李广林A生物信息学第111页开始）方法一：比较建模比较建模法又称为同源建模法（Homologymodeling），它是基于进化相关的序列具有相似的三维结构，且进化过程中三维结构比序列保守而利用进化相关的结构模板信息建模。方法二：折叠识别（穿线法预测）穿线法是用于检测进化相关的序列和相似的折叠，接受与靶蛋白非常相似的结构。该方法已相对成熟，进一步的研发主要在结构的优化，使提炼的结构模板更加接近其天然结构。穿线法是蛋白质结构预测最活跃的领域之一，