生物化学与分子生物学 —、基因治疗的基本策略主要围绕致病基因 基因治疗是指将目的基因导入靶细胞，使之成为宿主细胞遗传物质的一部分，目的基因的表达产物对疾病起到治疗的作用。绝大部分疾病的发生都受到遗传因素的影响，如果用正常的健康基因替代有缺陷的基因来治疗疾病，则为这些疾病的病人提供了一个全新的治疗模式。随着基因治疗研究的不断深入，不仅可以将外源性正常基因导入病变细胞，产生正常的基因表达产物来补充缺失或功能异常的蛋白质；还可以采用适当的技术抑制过表达基因；亦可以将特定基因导入非病变细胞，在体内表达特定产物；或者向肿瘤细胞等功能异常的细胞中导入该细胞本来不存在的基因，利用这些基因的表达产物来治疗疾病。根据不同疾病的发病机制，所采用的基因治疗方式也有所不同，基因治疗的基本策略主要有以下几种：(—)缺陷基因精确的原位修复是基因治疗的理想方法包括对致病基因的突变碱基进行纠正的基因矫正(gene con-ec tion)和用正常基因通过重组原位替换致病基因的基因置换(gene replacement)。这两种方法均属于对缺陷基因精确的原位修复，既不破坏整个基因组的结构，又可达到治疗疾病的目的，是最为理想的治疗方法，但目前尚未能从理论和技术上得到突破。（二）基因增补是目前临床上使用的主要基因治疗策略不删除突变的致病基因，而在基因组的某一位点额外插入正常基因，在体内表达出功能正常的蛋白质，达到治疗疾病的目的。这种对基因进行异位替代的方法称为基因添加(gene augmentation)或称基因增补，是目前临床上使用的主要基因治疗策略。基因增补不仅可以用于替代突变基因，也可以在原有基因表达水平不足以满足机体需要的情况下，异位过表达来增强体内某些功能。例如在血友病病入体内导入凝血因子IX基因，恢复其疑血功能；将编码干扰素和白介素-2等分子的基因导入恶性肿瘤病人体内，可以激活体内免疫细胞的活力，作为抗肿瘤治疗中的辅助治疗，也称为基因免疫治疗。由于目前尚无法做到基因在基因组中的准确定位插入，因此增补基因的整合位置是随机的。这种整合可能会导致基因组正常调节结构的改变，甚至可能导致新的疾病。2004年，法国一儿童医院接受基因治疗的17名严重联合免疫缺陷症病入中，有3人因逆转录病毒载体插入并激活LM0-2基因而罹患白血病。（三）基因治疗可采用基因沉默或失活有些疾病是由于某一或某些基因的过度表达引起的，向病人体内导入有抑制基因表达作用的核酸，如反义RNA、核酶、干扰小RNA等，可降解相应的mRNA或抑制其翻译，阻断致病基因的异常表达，从而达到治疗疾病的目的。这一策略称为基因失活(gene inactivation)或基因沉默(gene silencing)，也称为基因干预(gene interference)。需要抑制的靶基因往往是过度表达的癌基因或者是第二十六章基因诊断和基因治疗487病毒复制周期中的关键基因。 （四）自杀基因亦可应用千基因治疗 上述三种基因治疗的策略都是以恢复细胞正常功能或干预细胞的功能为目的。在肿瘤的治疗中，通过导入基因诱发细胞“自杀“死亡也是一种重要的策略。自杀基因治疗肿瘤的原理是将编码某些特殊酶类的基因导入肿瘤细胞，其编码的酶能够使无毒或低毒的药物前体转化为细胞毒性代谢物，诱导细胞产生“自杀”效应，从而达到清除肿瘤细胞的目的。自杀基因的另一个策略是利用肿瘤细胞特异性启动子序列（如肝癌的甲胎蛋白启动子序列）以激活抑癌基因、毒蛋白基因等“细胞毒性基因“通过这些特殊的外源基因在肿瘤细胞中的特异性表达以达到对肿瘤细胞的杀伤作用。 二、基因治疗的基本程序 基因治疗的基本过程可分为5个步骤：心选择治疗基因；＠选择携带治疗基因的载体；＠选择基因治疗的靶细胞；＠在细胞和整体水平导入治疗基因；＠治疗基因表达的检测。 (—)选择治疗基因是基因治疗的关键 细胞内的基因在理论上均可作为基因治疗的选择目标。许多分泌性蛋白质如生长因子、多肤类激素、细胞因子、可溶性受体（人工构建的去除膜结合特征的受体），以及非分泌性蛋白质如受体、酶、转录因子的正常基因都可作为治疗基因。简言之，只要清楚引起某种疾病的突变基因是什么，就可用其对应的正常基因或经改造的基因作为治疗基因。 （二）治疗基因的载体可携带基因进入靶细胞 大分子DNA不能主动进入细胞，即使进入也将被细胞内的核酸酶水解。因此选定治疗基因后，需要适当的基因工程载体（见第二十三章）将治疗基因导入细胞内并表达。目前所使用的基因治疗用载体有病毒载体和非病毒载体两大类，基因治疗的临床实施一般多选用病毒载体。野生型病毒必须经过改造，以确保其在人体内的安全后才能作为基因治疗的载体。野生型病毒基因组的编码区主要为衣壳蛋白、酶和调控蛋白编码，而非编码区中则含有病毒进行复制和包装等功能所必需的顺式作用元件。基因治疗所用病毒载体的改造是剔除其复制必需的基因和致病基因，消除其感染和致病能力。原有的病毒复制和包装等功能改由包装细胞(packaging cell)提供。包装细胞是经过特殊改造的细胞，已经转染和整合了病毒复制和包装所需要的辅助病毒基因组，可以完成病毒的复制和包装。在实际应用中，治疗用病毒载体需要先导入体外培养的包装细胞，在其中进行复制并包装成新的病毒颗粒，获得足撮的重组病毒后再用于基因治疗。目前用作基因转移载体的病毒有逆转录病毒(retrovirus)、腺病毒(adenovirus汃腺相关病毒(a deno-associated virus, AAV)、单纯疤疹病毒(herpes simplex virus, HSV)等。不逆转录病毒逆转录酶同类型的病毒载体在应用中具有不同的逆转录病毒优势和缺点，可依据基因转移和表达的蛋白质合成出芽_尸~～融合宿主染色不同要求加以选择。以下仅以最为常用的逆转录病毒和腺病毒载体为例予以说明。 1.逆转录病毒载体逆转录病毒@转录逆转录 属于RNA病毒，其基因组中有编码逆转录酶和整合酶(integrase)的基因。在感染细胞内，病毒基因组RNA被逆转录成双链DNA，然后随机整合在宿主细胞的@`染色体DNA上，因此可长期存在于宿主前病毒整合细胞基因组中（图26-3)岱，这是逆转录图26-3逆转录病毒的生活周期示意医488第五篇医学分子生物学专题病毒作为载体区别于其他病毒载体的最主要优势。将逆转录病毒复制所需要的基因除去，代之以治疗基因，即可构建成重组的逆转录病毒载体。在目前的基因治疗中，70％以上应用的是逆转录病毒载体。逆转录病毒载体有基因转移效率高、细胞宿主范围较广泛、DNA整合效率高等优点。缺点主要是在两个方面存在安全性问题，一是病入体内万一有逆转录病毒感染，又在体内注射了大剂量假病毒后，就会重组产生有感染性病毒的可能；二是增加了肿瘤发生机会。后者的原因是由于逆转录病毒在靶细胞基因组上的随机整合所致，这种整合可能激活原癌基因或者破坏抑癌基因的正常表达。2.腺病毒载体腺病毒是一种没有包膜的大分子双链DNA病毒，可引起人上呼吸道和眼部上皮细胞的感染。人的腺病毒共包含50多个血清型，其中C亚类的2型和5型腺病毒(Ad2和Ad5)在人体内为非致病病毒，适合作为基因治疗用载体国。腺病毒载体不会整合到染色体基因组，因此不会引起病人染色体结构的破坏，安全性高；而且对DNA包被量大、基因转染效率高，此外对静止或慢分裂细胞都具有感染作用，故可用细胞范圃广。腺病毒载体的缺点是基因组较大，载体构建过程较复杂；由于治疗基因不整合到染色体基因组，故易随着细胞分裂或死亡而丢失，不能长期表达。此外，该病毒的免疫原性较强，注射到机体后很快会被机体的免疫系统排斥。 （三）选择基因治疗的靶细胞通常是体细胞 基因治疗所采用的靶细胞通常是体细胞(somatic cell)，包括病变组织细胞或正常的免疫功能细胞。由于人类生殖生物学极其复杂，主要机制尚未阐明，因此基因治疗的原则是仅限于患病的个体，而不能涉及下一代，为此国际上严格限制用人生殖细胞(germ line cell)进行基因治疗实验。适合作为靶细胞应具有如下特点：心靶细胞要易于从人体内获取，生命周期较长，以延长基因治疗的效应；＠应易于在体外培养及易受外源性遗传物质转化；＠离体细胞经转染和培养后回植体内易成活；＠选择的靶细胞最好具有组织特异性，或治疗基因在某种组织细胞中表达后能够以分泌小泡等形式进入靶细胞。人类的体细胞有200多种，目前还不能对大多数体细胞进行体外培养，因此能用于基因治疗的体细胞十分有限。目前能成功用千基因治疗的靶细胞主要有造血干细胞、淋巴细胞、成纤维细胞、肌细胞和肿瘤细胞等。1.造血干细胞造血干细胞(hematopoietic stem cell, HSC)是骨髓中具有高度自我更新能力的细胞，能进一步分化为其他血细胞，并能保待基因组DNA的稳定。HSC已成为基因治疗最有前途的靶细胞之一。由于造血干细胞在骨髓中含量很低，难以获得足够的数量用于基因治疗。人跻带血细胞是造血干细胞的丰富来源，其在体外增殖能力强，移植后抗宿主反应发生率低，是替代骨髓造血干细胞的理想靶细胞。目前已有跻带血基因治疗的成功病例。5肿瘤细胞肿瘤细胞是肿瘤基因治疗中极为重要的靶细胞。由于肿瘤细胞分裂旺盛，对大多第二十六章基因诊断和基因治疗489数的基因转移方法都比较敏感，可进行高效的外源性基因转移。因此，无论采用哪一种基因治疗方案，肿瘤细胞都是首选的靶细胞。此外，也可研究采用骨髓基质细胞、角质细胞、胶质细胞、心肌细胞及脾细胞作为靶细胞，但由千受到取材及导入外源基因困难等因素影响，还仅限于实验研究。（四）将治疗基因导入人体有生物学和非生物学法目前临床基因治疗实施方案中，体内基因递送(gene delivery)的方式有两种国。一种是间接体内疗法(ex vivo)，即先将需要接受基因的靶细胞从体内取出，在体外培养，将携带有治疗基因的载体导入细胞内，筛选出接受了治疗基因的细胞，繁殖扩大后再回输体内，使治疗基因在体内表达相应产物国。其基本过程类似于自体组织细胞移植。另一种是直接体内疗法(in vivo)，即将外源基因直接注入体内有关的组织器官，使其进入相应的细胞并进行表达。基因导入细胞的方法有生物学和非生物学法两类。生物学方法指的是病毒载体所介导的基因导入，是通过病毒感染细胞实现的，其特点是基因转移效率高，但安全问题需要重视。非生物学法是用物理或化学法，将治疗基因表达载体导入细胞内或直接导入入体内，操作简单、安全，但是转移效率低。常用的基因治疗用基因导入方法见表26-2。 名称操作方法用途及优缺点 直接注射法将携带有治疗基因的非病毒真核表达载体无毒无害，操作简便，目的基因表达时间可（多为质粒）溶液直接注射入肌组织，亦称为长达至1年以上；仅限于在肌组织中表达，裸DNA注射法导入效率低，需要注射大噩DNA基因枪法采用微粒加速装置，使携带治疗基因的微米操作简便、DNA用量少、效率高、无痛苦、级金或鸽颗粒获得足够能量，直接进入靶细适宜在体操作，尤其适于将DNA疫苗导入胞或组织。又被称为生物弹道技术(biolistic表皮细胞，获得理想的免疫反应；但目前不technology)或微粒轰击技术(particle born宜用于内脏器官的在体操作bardment technology)电穿孔法在直流脉冲电场下细胞膜出现105-115nm可将外源基因选择性地导入靶组织或器的微孔，这种通道能维持儿毫秒到几秒，在官，效率较高，但外源基因表达持续时间短此期间质粒DNA通过通道进入细胞，然后胞膜结构自行恢复脂质体(lip osome)利用人工合成的兼性脂质膜包裹极性大分脂质体可被降解，对细胞无毒，可反复给子DNA或RNA，形成的微毅泡穿透细胞膜，药；DNA或RNA可得到有效保护，不易被进入细胞核酸酶降解；操作简单快速、重复性好。但体内基因转染效率低，表达时间短，易被血液中的网状内皮细胞吞噬表26-2中列举的方法均不具备细胞的靶向性。能够实现靶向性的方法是受体介导的基因转移。利用细胞表面受体能特异性识别相应配体并将其内吞的机制，将外源基因与配体结合后转移至特定类型的细胞。无论是遗传性疾病还是恶性肿瘤的基因治疗，靶向性是非常重要的，特别是应用到体内时，既要考虑对靶细胞的治疗，又要注意对正常细胞的保护。受体介导的基因转移在基因治疗中有较好的优势和发展前景。


生物化学与分子生物学 名称操作方法用途及优缺点  （五）治疗基因表达的检测方法较多 无论以何种方法导入基因，都需要检测这些基因是否能被正确表达。被导入基因的表达状态可以用在第二十四章介绍过的PCR、RNA印迹、蛋白印迹及ELISA等方法去检测。对于导入基因是否整合到基因组以及整合的部位，可以用核酸杂交（见第二十四章）技术进行分析。 三、基因治疗的医学应用 基因治疗作为一门新兴学科，在很短的时间内就从实验室过渡到临床，已被批准的基因治疗方案490第五篇医学分子生物学专题有两百种以上，包括肿瘤、艾滋病、遗传病和其他疾病等。在我国，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、血友病IX因子、抑癌基因TP53等基因治疗的临床方案已进入市场或临床试验包。遗传病的基本特征是由遗传基因改变所引起的。只受一对等位基因影响而发生的疾病属于单基因遗传病，设计基因治疗方案相对容易，例如锄状细胞贫血、a－地中海贫血、血友病等。高血压、动脉粥样硬化、糖尿病的发生是多个基因相互作用的结果，并受环境因素影响，基因治疗的效果还有待于基础研究的突破。


生物化学与分子生物学 三、基因治疗的医学应用 1.单基因遗传病的基因治疗单基因缺陷引起的遗传病，由于其致病基因比较清楚，所以基因治疗方案也相对容易确定。基本方案是通过一定的方法把正常的基因导入到病人体内，表达出正常的功能蛋白。例如将人IX因子基因与逆转录病毒载体重组后转移到血友病病人自体的皮肤成纤维细胞中，使病入血中IX因子浓度升高，出血症状及出血次数都明显减少。2.针对多基因病的基因治疗基因治疗最早是针对一些单基因遗传病进行的，但是随着人类对其他疾病分子机制的深入了解、对许多疾病相关基因的分离和功能的研究，人们逐渐将基因治疗的策略用千如恶性肿瘤、心血管疾病、糖尿病及艾滋病等，尤其是对恶性肿瘤的基因治疗寄予极大的希望。目前已被克隆的恶性肿瘤相关基因很多，动物模型比较成熟，病人及亲属易接受，所以，恶性肿瘤的基因治疗研究日趋活跃，并取得了显著的成果。到目前为止世界各国已经批准开展进行的基因治疗方案中，70％以上是针对恶性肿瘤的包。


生物化学与分子生物学 三、基因治疗的医学应用 恶性肿瘤的基因治疗包括：针对癌基因表达的各种基因沉默、针对抑癌基因的基因增补、针对肿瘤免疫反应的细胞因子基因导入和针对肿瘤血管生成的基因失活等。其他的基因治疗方案包括：利用过表达VEGF基因促进血管生成治疗冠心病、针对病毒复制基因的基因沉默治疗艾滋病等。 四、基因治疗的前景与问题 经过20多年的努力，科学家们在基因治疗领域取得了很大的进步，获得了一些成功，但是仍然存在一些亟待解决的间题。这些问题包括：O缺乏高效、靶向性的基因转移系统；＠对千多种疾病的相关基因认识有限，因而缺乏切实有效的治疗靶基因；＠对真核生物基因表达调控机制理解有限，因此对治疗基因的表达还无法做到精确调控，也无法保证其安全性；＠缺乏准确的疗效评价。目前的基因治疗临床试验中，限于伦理问题，多选择常规治疗失败或晚期肿瘤病入，尚难以客观地评价治疗效果。


生物化学与分子生物学 四、基因治疗的前景与问题 将基因治疗方案用于人体必须经过严格的审批程序，需要专门机构的审批与监督。在我国，任何基因治疗方案都要经国家食品药品监督管理局审批。1999年6月颁布的《人基因治疗申报临床试验指导原则》详细规定了基因治疗所用生物制剂的研制、生产工艺、制剂的质量控制、临床实验和临床疗效评价的各个环节中应该遵守的原则。所有基因治疗的临床使用必须严格遵守这些法律法规。


生物化学与分子生物学 四、基因治疗的前景与问题 近年来国家对基因诊断与基因治疗领域非常重视，虽然没有新出台专门的规范性文件法规，但在国家大的规划方面均有涉及。在《“十三五”卫生与健康规划》（国发(2016]77号）中提出在加强行业规范的基础上，推动基因检测、细胞治疗等新技术的发展。在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》（国发(2016)67号）中提出发展专业化诊疗机构，培育符合规范的液体活检、基因诊断等新型技术诊疗服务机构。推动基因检测和诊断等新兴技术在各领域应用转化。建立具有自主知识产权的基因编辑技术体系，开发针对重大遗传性疾病、感染性疾病、恶性肿瘤等的基因治疗新技术。在《“十三五“国家科技创新规划》（国发(2016)43号）中提出开展重大疫苗、抗体研制、免疫治疗、基因治疗、细胞治疗、干细胞与再生医学、人体微生物组解析及调控等关键技术研究，研发一批创新医药生物制品，构建具有国际竞争力的医药生物技术产业体系。在《中国防治慢性病中长期规划(2017一2025年）》（国办发(2017J12号）提出支持基因检测等新技术、新产品在慢性病防治领域推广应用。


生物化学与分子生物学 四、基因治疗的前景与问题 基因诊断主要是针对DNA分子的遗传分析技术，包含定性和定量两类分析方法。PCR扩增和分子杂交是现代基因诊断的基本技术。基因诊断的特异性强、敏感度高，已成为临床实验医学的一个重要组成部分。基因诊断已成功应用于人类遗传病，尤其是单基因病的确诊及其症状前诊断。未来在多基因常见病的发病风险预测，个体化用药指导和疗效评价等方面也将显示出巨大的应用潜力。基因治疗是以改变人的遗传物质为基础的生物医学治疗，即将人正常基因或有治疗作用的DNA片段导入人体靶细胞的治疗方法。它针对的是异常基因本身，可以进行基因矫正、基因置换、基因增补、基因沉默等。将治疗基因导入人体的主要方式有DNA质粒直接注射、病毒栽体感染等。目前基因治疗已用于遗传病，如血友病等的治疗；在恶性肿瘤治疗方面的应用也已开始尝试。1.人体哪些标本可用于基因诊断？试归纳出不同组织体液标本可应用的基因诊断类型。2.外周血标本可以用于诊断遗传性疾病吗？如何应用？3.基因治疗仅可以用于遗传病吗？试总结出一些可以采用基因治疗疗法的疾病，可针对的靶基因是什么？（李存保）


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学 21世纪以来，生命科学进入了空前的“大数据(big data)”时代。生命科学研究模式亦正在发生重大转变，其主要标志就是生命科学正从“微观”（实验科学）向“宏观”（整合生物科学）的方向发展。DNA基因组学生物遗传信息的传递具有方向性和整体性。组学是基于组群或转录」集合的认识论，注重事物和过程之间的相互联系，即整体性。按照遗RNA转录物组学传信息传递的方向性，可将组学按基因组学、转录物组学、蛋白质组蛋白质蛋白质组学学、代谢组学等层次加以叙述（图27-1)。生物信息学的发展为组学研功能｝究提供了重要方法。系统生物医学则是在各种组学的基础上应用系代谢产物代谢组学统生物学原理与方法研究疾病发生发展规律和机制，发展现代高效的图27-1遗传信息的方预测、预防、诊断和治疗手段。系统生物医学的发展必将驱动新一轮向性与组学的关系医学科学革命。


生物化学与分子生物学 第一节基因组学 基因组(genome)是基因(gene)和染色体(chromosome)两个名词的组合，指的是一个生命单元所拥有的全部遗传物质（包括核内和核外遗传信息），其本质就是DNA/RNA。基因组学(genomics)是阐明整个基因组结构、结构与功能关系以及基因之间相互作用的科学。根据研究目的不同而分为结构基因组学(strnctural genomics)、功能基因组学(functional genom ics)和比较基因组学(comparative genomics)。结构基因组学通过基因组作图和序列测定，揭示基因组全部DNA序列及其组成；比较基因组学通过模式生物基因组之间或模式生物与人类基因组之间的比较与鉴定，发现同源基因或差异基因，为研究生物进化提供依据；功能基因组学则利用结构基因组学所提供的信息，分析和鉴定基因组中所有基因（包括编码和非编码序列）的功能。近年来，在基因组水平上研究不改变基因组序列而通过表观遗传修饰调控基因或基因组表达的表观基因组学(epigenomics)成为研究热点。


生物化学与分子生物学 一、结构基因组学揭示基因组序列信息 结构基因组学主要通过人类基因组计划(human genome project, HGP)的实施，解析人类自身DNA的序列和结构苍。研究内容就是通过基因组作图和大规模序列测定等方法，构建人类基因组图谱，即遗传图谱(geneti c map)、物理图谱(physical map)、序列图谱(sequence map)和转录图谱(transcription map)国。(—)通过遗传作图和物理作图绘制人类基因组草图人染色体DNA很长，不能直接进行测序，必须先将基因组DNA进行分解、标记，使之成为可操作的较小结构区域，这一过程称为作图。HGP实施过程采用了遗传作图和物理作图的策略。


生物化学与分子生物学 一、结构基因组学揭示基因组序列信息 1.遗传作图就是绘制连锁图遗传图谱又称连锁图谱(linkage map)。遗传作图(geneti c mapping)就是确定连锁的遗传标志(genetic marker；或分子标志，molecul扣．marker)位点在一条染色体上的排列顺序以及它们之间的相对遗传距离，用厘摩尔根(centi-Morgan, cM)表示，当两个遗传标记之间的重组值为1％时，图距即为lcM（约为1000kb)。常用的遗传标志有限制性片段长度多态性(restriction fragment le ngth polymorphism, RFLP)、可变数目串联重复序列(variable number of tandem repeat, VNTR)和单核昔酸多态性(s ingle nucleo tidepolymorphism, SNP)，其中SNP的精确度最高(05~1.0kb)。2.物理作圈就是描绘杂交图、限制性酶切图及克隆系图物理作图(physical mapping)以物理尺度(bp或kb)标示遗传标志在染色体上的实际位置和它们间的距离，是在遗传作图基础上绘制的更为详细的基因组图谱。物理作图包括荧光原位杂交图(fluorescent in situ hybridization map, FISH map;将荧光标记探针与染色体杂交确定分子标记所在的位置）、限制性酶切图(restriction map；将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置）及克隆重叠群图(clone contig map)等。在这些操作中，构建克隆重叠群图是最重要的一种物理作图，它是在采用酶切位点稀有的限制性内切酶或高频超声破碎技术将DNA分解成大片段后，再通过构建酵母人工染色体(yeast artificial chromosome, YAC)或细菌人工染色体(bacterial artificia l chromosome, BAC)，获取含已知基因组序列标签位点(sequence tagged site, STS)的DNA大片段。STS是指在染色体上定位明确、并且可用PCR扩增的单拷贝序列，每隔100kb距离就有一个标志。在STS基础上构建覆盖每条染色体的大片段DNA连续克隆系就可绘制精细物理图。可以说，通过克隆重叠群作图就可以知晓特异DNA大片段在特异染色体上的定位，这就为大规模DNA测序做好了准备。


生物化学与分子生物学 一、结构基因组学揭示基因组序列信息  （二）通过EST文库绘制转录圈谱 人类基因组DNA中只有约2％的序列为蛋白质编码序列，对于一个特定的个体来讲，其体内所有类型的细胞均含有同样的一套基因组，但成年个体每一特定组织中，细胞内一般只有10％的基因是表达的；即使是同一种细胞，在其发育的不同阶段，基因表达谱亦是不一样的。因此，了解每一组织细胞及其在不同发育阶段、不同生理和病理情况下mRNA转录情况，可以帮助我们了解不同状态下细胞基因表达情况，推断基因的生物学功能。转录图谱又称为cDNA图或表达图(expression map)，是一种以表达序列标签(expressed sequen ce tag,EST)为位标绘制的分子遗传图谱。通过从cDNA文库中随机挑取的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5'－或3'－端序列称为EST，一般长300-500bp左右。将mRNA逆转录合成的cDNA片段作为探针与基因组DNA进行分子杂交，标记转录基因，就可以绘制出可表达基因的转录图谱。


生物化学与分子生物学 （二）通过EST文库绘制转录圈谱 （三）通过BAC克隆系和鸟枪法测序等构建序列固谱在基因作图的基础上，通过BAC克隆系的构建和鸟枪法测序(shotgun sequencing)，就可完成全基因组的测序工作，再通过生物信息学手段，即可构建基因组的序列图谱。BAC载体是一种装载较大片段DNA的克隆载体系统，用于基因组文库构建。全基因组鸟枪法测序是直接将整个基因组打成不同大小的DNA片段，构建BAC文库，然后对文库进行随机测序，最后运用生物信息学方法将测序片段拼接成全基因组序列（图27-2)，此称为基因组组装(genome assembly)。 二、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性 比较基因组学是在基因组序列的基础上，通过与已知生物基因组的比较，鉴别基因组的相似性和差异性，一方面可为阐明物种进化关系提供依据，另一方面可根据基因的同源性预测相关基因的功能。比较基因组学可在物种间和物种内进行，前者称为种间比较基因组学，后者则称为种内比较基因组学，两者均采可用BLAST等序列比对工具。


生物化学与分子生物学 二、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性 （一）种间比较基因组学阐明物种间基因组结构的异同种间比较基因组学通过比较不同亲缘关系物种的基因组序列，可以鉴别出编码序列、非编码（调控）序列及特定物种独有的基因序列。而对基因组序列的比对，可以了解不同物种在基因构成、基因顺序和核昔酸组成等方面的异同，从而用千基因定位和基因功能的预测，并为阐明生物系统发生进化关系提供数据。 494第五篇医学分子生物学专题基因组DNABAC文库尸丿_大片段克隆 重叠物理图谱_＿＿＿_＿＿Shotgun克隆~r,..J^户J--^_一^rJr~丿它一',..Shotgun序列ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAA拼接与组装ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAACCCTGTGCATCCTACTG


生物化学与分子生物学 494第五篇医学分子生物学专题基因组DNABAC文库尸丿_大片段克隆 （二）种内比较基因组学阐明群体内基因组结构的变异和多态性同种群体内各个个体基因组存在大量的变异和多态性，这种基因组序列的差异构成了不同个体与群体对疾病的易感性和对药物、环境因素等不同反应的分子遗传学基础。例如，SNP最大限度地代表了不同个体之间的遗传差异，鉴别个体间SNP差异可揭示不同个体的疾病易感性和对药物的反应性，有利于判定不同人群对疾病的易感程度并指导个体化用药。 三、功能基因组学系统探讨基因的活动规律 功能基因组学的主要研究内容包括基因组的表达、基因组功能注释、基因组表达调控网络及机制的研究等。它从整体水平上研究一种组织或细胞在同一时间或同一条件下所表达基因的种类、数量、功能，或同一细胞在不同状态下基因表达的差异。它可以同时对多个表达基因或蛋白质进行研究，使得生物学研究从以往的单一基因或单一蛋白质分子研究转向多个基因或蛋白质的系统研究。


生物化学与分子生物学 （一）通过全基因组扫描鉴定DNA序列中的基因 这项工作以基因组DNA序列数据库为基础，加工和注释人类基因组的DNA序列，进行新基因预测、蛋白质功能预测及疾病基因的发现。主要采用计算机技术进行全基因组扫描，鉴定内含子与外显子之间的衔接，寻找全长可读框(open reading frame,0RF)，确定多肤链编码序列。 （二）通过BLAST等程序搜索同源基因 同源基因在进化过程中来自共同的祖先，因此通过核昔酸或氨基酸序列的同源性比较，就可以推测基因组内相似基因的功能。这种同源搜索涉及序列比较分析，NCB I的BLAST程序是基因同源性搜索和比对的有效工具。每一个基因在GenBank中都有一个序列访问号(accession number)，在BLAST界面上输入2条或多条访问号，就可实现一对或多对序列的比对。


生物化学与分子生物学 （三）通过实验验证基因功能 可设计一系列的实验来验证基因的功能，包括转基因、基因过表达、基因敲除、基因敲减或基因沉默等方法，结合所观察到的表型变化即可验证基因功能。由于生命活动的重要功能基因在进化上是保守的，因此可以采用合适的模式生物进行实验。（四）通过转录物组和蛋臼质组描述基因表达模式“基因的表达包括转录和翻译过程，研究基因的表达模式及调控可借助转录物组学和蛋白质组学相关技术与方法（见本章第二、三节）进行。 四、ENCODE计划旨在识别人类基因组所有功能元件 HGP提供了人类基因组的序列信息（符号），并定位了大部分蛋白质编码基因。如何解密这些符号代表的意义，特别是还有98％左右的非蛋白质编码序列的功能，仍然是一项十分繁重的任务。


生物化学与分子生物学 (-)ENCODE计划是HGP的延续与深入 若要全面理解生命体的复杂性，必须全面确定基因组中各个功能元件及其作用。在此背景下，美国于2003年9月启动了DNA元件百科全书(the Encycloped ia of DNA Eleme nt, ENCODE)计划。ENCODE计划的目标是识别人类基因组的所有功能元件，包括蛋白质编码基因、各类RNA编码序列、转录调控元件以及介导染色体结构和动力学的元件等，当然还包括有待明确的其他类型的功能性序列（图27-3)，其目的是完成人类基因组中所有功能元件的注释，帮助我们更精确地理解人类的生命过程和疾病的发生、发展机制。 DNA复制位点表观遗传修饰/,,,I［芦与 -----二．二之一＼/－－刁\y, f`'_＿II>基因长调控元件顺式调节元件转录本（增强子，阻遏子f(Jl默子，绝缘子）（启动子，转录因子结合位点）


生物化学与分子生物学 （二）ENCODE计划已取得重要阶段性成果 根据ENCODE计划联盟有关1640组覆盖整个人类基因组的数据分析报告认为：人类基因组的大部分序列(80.4%）具有各种类型的功能，而并非之前认为的大部分是＂垃圾“DNA；人类基因组中有399124个区域具有增强子样特征，70292个区域具有启动子样特征；非编码功能元件富含与疾病相关的SNP，大部分疾病的表型与转录因子相关。这些发现有助于深入理解基因表达调控的规律，并发现和鉴定出一大批与疾病相关的遗传学风险因子。 第二节转录物组学 转录物组(transcriptome)指生命单元所能转录出来的全部转录本，包括mRNA、rRNA、tRNA和其他非编码RNA~。因此，转录物组学(transcri ptomics)是在整体水平上研究细胞编码基因（编码RNA和蛋白质）转录产生的全部转录物的种类、结构和功能及其相互作用的科学。与基因组相比，转录物组最大的特点是受到内外多种因素的调节，因而是动态可变的。这同时也决定了它最大的魅力在于\IImiii496第五篇医学分子生物学专题揭示不同物种、不同个体、不同细胞、不同发育阶段和不同生理病理状态下的基因差异表达的信息。


生物化学与分子生物学 一、转录物组学全面分析基因表达谱 转录物组学是基因组功能研究的一个重要部分，它上承基因组，下接蛋白质组，其主要内容为大规模基因表达谱分析和功能注释。大规模表达谱或全景式表达谱(global exp比ss i on profile)是生物体（组织、细胞）在某一状态下基因表达的整体状况。长期以来，基因功能的研究通常采用基因的差异表达方法，效率低，无法满足大规模功能基因组研究的需要。利用近年来建立起来整体性基因表达分析如微阵列（或芯片）、表达系列分析和大规模平行信号测序系统等技术，可以同时监控成于上万个基因在不同状态（如生理、病理、发育不同时期、诱导刺激等）下的表达变化，从而推断基因间的相互作用，揭示基因与疾病发生、发展的内在关系。


生物化学与分子生物学 二、转录物组研究采用整体性分析技术 任何一种细胞在特定条件下所表达的基因种类和数量都有特定的模式，称为基因表达谱，它决定着细胞的生物学行为。而转录物组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的RNA及其功能。微阵列(microarray)、基因表达系列分析(serial analysis of gene expression, SAGE)和大规模平行信号测序系统(massively parall el signatur e sequencing, MPSS)等技术可用千大规模转录物组研究。


生物化学与分子生物学 二、转录物组研究采用整体性分析技术 （一）微阵列是大规模基因组表达谱研究的主要技术微阵列或DNA芯片（见第二十四章）可以同时测定成千上万个基因的转录活性，甚至可以对整个基因组的基因表达进行对比分析，因而成为基因组表达谱研究的主要技术。（二）SAGE在转录物水平研究细胞或组织基因表达模式SAGE的基本原理是用来自cDNA3'－端特定位置9~10bp长度的序列所含有的足够信息鉴定基因组中的所有基因。可利用铀定酶(anchoring enzyme, AE)和位标酶(tagging enzyme, TE)这两种限制性内切酶切割DNA分子的特定位置（靠近3'－端），分离SAGE标签，并将这些标签串联起来，然后对其进行测序。这种方法可以全面提供生物体基因表达谱信息。它还可用来定量比较不同状态下组织或细胞的所有差异表达基因。


生物化学与分子生物学 二、转录物组研究采用整体性分析技术 （三）MPSS是以序列测定为基础的高通量基因表达谱分析技术MPSS的原理是采用能够特异识别每个转录子信息的序列信号(sequence signatur e,16-20hp)来定量地大规模平行测定相应转录子的表达水平。也就是将mRNA一端测出的一个包含10~20bp的特异序列信号用作检测指标，每一序列信号在样品中的频率（拷贝数）就代表了与该序列信号相应的基因表达水平。MPSS所测定的基因表达水平是以计算mRNA拷贝数为基础的，是一个数字表达系统。只要将目的样品和对照样品分别进行测定，通过严格的统计检验，就能测定表达水平较低、差异较小的基因，而且不必预先知道基因的序列。三、转录物组测序和单细胞转录物组分析是转录物组学的核心任务目前，转录物组学的核心任务侧重千大规模转录物组测序和单细胞转录物组分析两个方面。


生物化学与分子生物学 二、转录物组研究采用整体性分析技术 (—)高通量转录物组测序是获得基因表达调控信息的基础转录物组测序即RNA测序(RNA sequencin g, RNA-seq)，其研究对象为特定细胞在某一功能状态下所能转录出来的所有RNA。基于高通最测序平台的RNA-seq技术能够在单核昔酸水平对任意物种的整体转录活动进行检测，在分析转录本的结构和表达水平的同时，还能发现未知转录本和低丰度转录本，发现基因融合，识别可变剪切位点和SNP，提供全面的转录物组信息。（二）单细胞转录物组有助于解析单个细胞行为的分子基础不同类型的细胞具有不同的转录物组表型，并决定细胞的最终命运。从理论上讲，转录物组分析应该以单细胞为研究模型，这样有助于解析单个细胞的行为、机制以及与机体的关系等的分子基础。单细胞测序可解决用全组织样本测序无法解决的细胞异质性问题，尤其适用于存在高度异质性的干细胞及胚胎发育早期的细胞群体。与活细胞成像系统相结合，单细胞转录物组分析更有助千深入理解细胞分化、细胞重编程及转分化等过程以及相关的基因调节网络。单细胞转录物组分析在临床上可以连续追踪疾病基因表达的动态变化，监测病程变化、预测疾病预后。


生物化学与分子生物学 第三节蛋白质组学 蛋白质是生物功能的主要载体。蛋白质组(proteome)是指细胞、组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。蛋白质组学(proteomics)以所有这些蛋白质为研究对象，分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，并在整体水平上阐明蛋白质调控的活动规律，故又称为全景式蛋白质表达谱(global protein expression profile)分析包。—、蛋白质组学研究细胞内所有蛋白质的组成及其活动规律蛋白质组学的研究主要涉及两个方面：一是蛋白质组表达模式的研究，即结构蛋白质组学(structural proteomics)；二是蛋白质组功能模式的研究，即功能蛋白质组学(functional proteomics)。由于蛋白质的种类和数量总是处在一个新陈代谢的动态过程中，同一细胞的不同周期，其所表达的蛋白质是不同的；同一细胞在不同的生长条件（正常、疾病或外界环境刺激）下，所表达的蛋白质也是不同的。以上动态变化增加了蛋白质组研究的复杂性。


生物化学与分子生物学 （一）蛋白质鉴定是蛋白质组学的基本任务 1.蛋白质种类和结构鉴定是蛋白质组研究的基础细胞在特定状态下表达的所有蛋白质都是蛋白质组学的研究对象。一般利用二维电泳和多维色谱并结合生物质谱、蛋白质印迹、蛋白质芯片等技术，对蛋白质进行全面的种类和结构鉴定研究。2翻译后修饰的鉴定有助千蛋白质功能的阐明很多mRNA表达产生的蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化、糖基化等过程。翻译后修饰是蛋白质功能悯控的重要方式，因此，研究蛋白质翻译后修饰对阐明蛋白质的功能具有重要意义。 （二）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的 1.各种蛋白质均需要鉴定其基本功能特性蛋白质功能研究包括蛋白质定位研究，基因过表达／基因敲除（减）技术分析蛋白质活性，此外，分析酶活性和确定酶底物，细胞因子的生物学作用分析，配体－受体结合分析等也属蛋白质功能研究范畴。


生物化学与分子生物学 （二）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的 2蛋白质相互作用研究是认识蛋白质功能的重要内容细胞中的各种蛋白质分子往往形成蛋白质复合物共同执行各种生命活动。蛋白质－蛋白质相互作用是维待细胞生命活动的基本方式。要深入研究所有蛋白质的功能，理解生命活动的本质，就必须对蛋白质－蛋白质相互作用有一个清晰的了解，包括受体与配体的结合、信号转导分子间的相互作用及其机制等。目前研究蛋白质相互作用常用的方法有酵母双杂交、亲和层析、免疫共沉淀、蛋白质交联、荧光共振能量转移等（见第二十四章）。二、二维电泳、液相分离和质谱是蛋白质组研究的常用技术目前常用的蛋白质组研究主要有两条技术路线，一是基于双向凝胶电泳(two-dimensional gel electrophores i s,2-DE)分离为核心的研究路线：混合蛋白质首先通过2-DE分离，然后进行胶内酶解，再用质谱(mass spectroscopy, MS)进行鉴定3；二是基于液相色谱(liquid chromatography, LC)分离为核心的技术路线：混合蛋白质先进行酶解，经色谱或多维色谱分离后，对肤段进行串联质谱分析以实现蛋白498第五篇医学分子生物学专题质的鉴定。其中，质谱是研究路线中不可缺少的技术。(-)2-DE-MALDI-MS根据等电点和分子量分离鉴定蛋白质1.2-DE是分离蛋白质的有效方法2-DE是分离蛋白质最基本的方法，其原理是蛋白质在高压电场作用下先进行等电聚焦(isoelec tric focusing, IEF)电泳，利用蛋白质分子的等电点不同使蛋白质得以分离；随后进行SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)，使依据等电点分离的蛋白质再按分子蜇大小进行再次分离（图27-4)。目前2-DE的分辨率可达到10000个蛋白质点。


生物化学与分子生物学 （二）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的 2. MALDI-MS鉴定2-DE胶内蛋白质点MS是通过测定样品离子的质荷比(mlz)来进行成分和结构分析的方法。2-DE胶内蛋白质点的鉴定常采用基质辅助激光解吸附离子化(matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI)技术。MALDI作为一种离子源，通常用飞行时间(time of flight, TOF)作为质量分析器，所构成的仪器称为MALDI-TOF-MS。MALDI的基本原理是将样品与小分子基质混合共结晶，当用不同波长的激光照射晶体时，基质分子所吸收能量转移至样品分子，形成带电离子并进入MS进行分析，飞行时间与(mlz)1/2成正比。MALDI-TOFMS适合微量样品(fmol-amol)的分析。


生物化学与分子生物学 （二）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的 利用质谱技术鉴定蛋白质主要通过两种方法：心肤质量指纹图谱(pep ti de mass fingerprinting, PMF)和数据库搜索匹配。蛋白质经过酶解成肤段后，获得所有肤段的分子质量，形成一个特异的PMF图谱，通过数据库搜索与比对，便可确定待分析蛋白质分子的性质。＠肤段串联质谱(MS/MS)的信息与数据库搜索匹配。通过MS技术获得蛋白质一段或数段多肤的MS/MS信二维电泳 星 §O·,... SOS-PAGE二一—pl渐降一渐降｀讥 息（氨基酸序列）并通过数据库检索来鉴定该蛋白质。混合蛋白质酶解后的多肤混合物直接通过（多维）液相色谱分离，然后进入MS进行分析。质谱仪通过选择多个肤段离子进行MS/MS分析，获得有关序列的信息，并通过数据库搜索匹配进行鉴定（图27-5)。


生物化学与分子生物学 （二）LC-ES卜MS通过液相层析技术分离鉴定蛋白质 基于LC-ESI-MS的蛋白质组研究技术通常称之为鸟枪法(shotgun)策略（图27-6)。其特点是组合多种蛋白质或肤段分离手段，首选不同的层析技术，实现蛋白质或多肤的高效分离，并与MS/MS技术结合，实现多肤序列的准确鉴定。1.层析分离肤混合物从组织中提取的目标蛋白质混合物首先进行选择性酶解，获得肤段混合物，然后进行二维液相分离。一维液相分离一般采用强阳离子交换层析，利用肤段所带电荷数差异进行分离；二维分离常常选择纳升反相层析，利用肤段的疏水性差异进行分离。


生物化学与分子生物学 （二）LC-ES卜MS通过液相层析技术分离鉴定蛋白质 2.电喷雾串联质谱鉴定肤段在肤段鉴定中，纳升级液相层析(nano-LC)常与电喷雾串联质谱(electrospray ionization, ESI)相连。ESI的基本原理是利用高电场使MS进样端的毛细管柱流出的液滴带电，带电液滴在电场中飞向与其所带电荷相反的电势一侧。液滴在飞行过程中变得细小而呈喷雾状，被分析物离子化成为带单电荷或多电荷的离子，使被分析物得以鉴定。nano-LC-ES I-MS可以实现对复杂肤段混合物的在线分离、柱上富集与同步序列测定，一次分析可以鉴定的蛋白质数目超过1000个，而结合多维层析分离技术，可以利用鸟枪法一次实验鉴定吓L上万个蛋白质。 第二十七章组学与系统生物医学499(1)样品分离2-DE挖取蛋白质点肮混合物(2)胰酶消化工上一匕\｀熘，门 /y9图27-5基千2-DE-MALDI-MS的蛋白质组分析技术路线MS谱获得蛋白质的PMF;MS/MS可测定蛋白质的部分氨基酸序列。


生物化学与分子生物学 500第五篇医学分子生物学专题第四节代谢组学 细胞内的生命活动大多发生于代谢层面，因此代谢物的变化更直接地反映了细胞所处的环境，如营养状态、药物作用和环境影响等。代谢组学(metabonomics)就是测定一个生物／细胞中所有的小分子组成，描绘其动态变化规律，建立系统代谢图谱，并确定这些变化与生物过程的联系3。—、代谢组学的任务是分析生物／细胞代谢产物的全貌代谢组学分为四个层次：心代谢物靶标分析(metabolite target analysis)：对某个或某几个特定组分进行分析；＠代谢谱分析(metabolic profiling an alysis)：对一系列预先设定的目标代谢物进行定量分析。如某一类结构、性质相关的化合物或某一代谢途径中所有代谢物或一组由多条代谢途径共享的代谢物进行定量分析；＠代谢组学：对某一生物或细胞所有代谢物进行定性和定量分析；＠代谢指纹分析(m e taboli c fingerprinting analysis)：不分离鉴定具体单一组分，而是对代谢物整体进行高通量的定性分析。


生物化学与分子生物学 500第五篇医学分子生物学专题第四节代谢组学 代谢组学主要以生物体液为研究对象，如血样、尿样等，另外还可采用完整的组织样品、组织提取液或细胞培养液等进行研究。血样中的内源性代谢产物比较丰富，信息量较大，有利千观测体内代谢水平的全貌和动态变化过程。尽管尿样所含的信息量相对有限，但样品采集不具损伤性。


生物化学与分子生物学 500第五篇医学分子生物学专题第四节代谢组学 二、核磁共振、色谱及质谱是代谢组学的主要分析工具由于代谢物的多样性，常需采用多种分离和分析手段，其中，核磁共振(nuclear生物体、器官、组织、细胞magnetic resonance, NMR)、色谱及MS等技术1离体是最主要的分析工具（图27-7)。(DNMR：是提取液当前代谢组学研究中的主要技术。代谢组学中常用的NMR谱是氢谱(I H-NMR)、碳谱GC J CE UPLC NMR、ITIR(13C-NMR)及磷谱(31P-NMR)。@MS：按质j I\I/I\/H』|LC\FT-Raman荷比(mlz)进行各种代谢物的定性或定量分LC-NMR-MS I了NMRMSUV析，可得到相应的代谢产物谱。＠色谱－质谱联用技术：这种联用技术使样品的分离、定性、定量一次完成，具有较高的灵敏度和选择代谢组学数据性。目前常用的联用技术包括气相色谱－质谱(GC-MS)联用和液相色谱－质谱(LC-MS)图27-7代谢组学研究的技术系统及手段联用。


生物化学与分子生物学 500第五篇医学分子生物学专题第四节代谢组学 三、代谢组学技术在生物医学领域具有广阔的应用前景代谢组学所关注的是代谢循环中小分子代谢物的变化情况及其规律，反映的是内、外环境刺激下细胞、组织或机体的代谢应答变化。与基因组学和蛋白质组学相比，代谢组学与临床的联系更为紧密。疾病导致体内病理生理过程变化，可引起代谢产物发生相应的改变。因此，开展疾病代谢组研究可以提供疾病（如某些肿瘤、肝疾病、遗传性代谢病等）诊断、预后和治疗的评判标准，并有助千加深对疾病发生、发展机制了解；利用代谢组学技术可以快速检测毒物和药物在体内的代谢产物和对机体代谢的影响，有利千判定毒物、药物的代谢规律，为深入阐明毒物中毒机制和发展个体化用药提供理论依据；利用代谢组学技术对代谢网络中的酶功能进行有效的整体性分析，可以发现已知酶的新活性吓1..并发掘未知酶的功能；最后，由千代谢组学分析技术具有整体性、分辨率高等特点，可广泛应用于中药第二十七章组学与系统生物医学501作用机制、复方配伍、毒性和安全性等方面的研究，为中药现代化提供技术支撑。


生物化学与分子生物学 第五节其他组学 一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其生物学功能生物界丰富多样的聚糖类型狻盖了有机体所有细胞，它们不仅决定细胞的类型和状态，也参与了细胞许多生物学行为，如细胞发育、分化，肿瘤转移，微生物感染，免疫反应等。糖组学(glycomi cs)侧重于糖链组成及其功能的研究，其主要研究对象为聚糖，具体内容包括研究糖与糖之间、糖与蛋白质之间、糖与核酸之间的联系和相互作用。糖组学是基因组学和蛋白质组学等的后续和延伸。因此，要深入了解生命的复杂规律，就必须有“基因组－蛋白质组－糖组＂的整体观念，这样才有可能揭示生物体全部基因功能，从而为重大疾病发生、发展机制的进一步阐明和有效控制，以及为疾病预测、新的诊断标记物的筛选及药物靶标的发现提供依据。


生物化学与分子生物学 第五节其他组学 （一）糖组学分为结构糖组学与功能糖组学两个分支糖组(glycome)指单个个体的全部聚糖，糖组学则对糖组（主要针对糖蛋白）进行全面的分析研究，包括结构和功能两方面内容，因此可将其分为结构糖组学(s tructural glycomics)和功能糖组学(fu nctional glycomics)两个分支。糖组学的内容主要涉及单个个体的全部糖蛋白结构分析，确定编码糖蛋白的基因和蛋白质糖基化的机制。因此，糖组学主要要回答4个方面的问题：心什么基因编码糖蛋白，即基因信息；＠可能糖基化位点中实际被糖基化的位点，即糖基化位点信息；＠聚糖结构，即结构信息；＠糖基化功能，即功能信息。（二）色谱分离／质谱鉴定和糖微阵列技术是糖组学研究的主要技术1.色谱分离与质谱鉴定技术色谱分离与质谱鉴定技术为糖组学研究的核心技术，被广泛地应用千糖蛋白的系统分析。通过与蛋白质组数据库结合使用，这种方法能系统地鉴定可能的糖蛋白和糖基化位点。


生物化学与分子生物学 第五节其他组学 具体策略包括如下几个步骤：心凝集素亲和层析-1（用千糖蛋白分离）：依据待分离糖蛋白的聚糖类型单独或串联使用不同的凝集素；＠蛋白质消化：将分离得到的糖蛋白用蛋白酶I消化以生成糖肤；＠凝集素亲和层析－2（用于糖肤分离）：采用与步骤CD相同的凝集素柱从消化液中捕集目的糖肤；＠HPLC纯化糖肤；＠序列分析、质谱和解离常数测定；＠数据库搜索和聚糖结构分析以获得相关遗传和糖基化信息。然后使用不同的凝集素柱进行第二和第三次循环，捕集其他类型的糖肤，以对某个细胞进行较全面的糖组学研究。其中凝集素亲和层析亦称为糖捕获(glyco-catch)法。2.糖微阵列技术糖微阵列技术是生物芯片中的一种，是将带有氨基的各种聚糖共价连接在包被有化学反应活性表面的玻璃芯片上，一块芯片上可排列200种以上的不同糖结构，几乎涵盖了全部末端糖的主要类型包。糖微阵列技术可广泛用于糖结合蛋白的糖组分析，以对生物个体产生的全部蛋白聚糖结构进行系统鉴定与表征。但目前可用于微阵列的糖数量还非常有限，糖微阵列技术有待进一步的发展。


生物化学与分子生物学 第五节其他组学 3.生物信息学糖蛋白糖链研究的信息处理、归纳分析以及糖链结构检索都要借助生物信息学来进行。目前这方面的数据库和网络包括CFG、KEGG和CCSD等。 （三）糖组学与肿瘤的关系密切 目前，2-DE已经成功地用千鉴定糖蛋白差异。已报道有多种血清糖蛋白可作为肾细胞癌、乳腺癌、结直肠癌等的标记物；糖基化改变普遍存在于肿瘤的发生、发展过程中，分析糖基化修饰对于深入研究肿瘤的发生机制及诊断治疗有着重要的价值；糖基化差异也可用于构建特异的多糖类癌症疫苗，以发展新的免疫治疗策略。与基因组学和蛋白质组学研究相比，糖组学的研究还处于起步阶段。阻碍糖组学迅速发展的原502第五篇医学分子生物学专题因主要是糖链本身结构的复杂性和研究技术的限制。但不管如何，糖组学作为基因组学和蛋白质组学的重要补充，将为人类在对生命本质深层次理解的进程中发挥越来越重要的作用。


生物化学与分子生物学 二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 生命体脂质具有化学多样性和功能多样性的特点，其代谢与多种疾病的发生、发展密切相关，很多疾病都与脂代谢紊乱有关，如糖尿病、肥胖病、癌症等。因此，脂质的分析量化对研究疾病发生机制和诊断治疗，以及医药研发有非常重要的生物学意义。脂组学(lipidomics)就是对生物样本中脂质进行全面系统的分析，从而揭示其在生命活动和疾病中发挥的作用区上(—)脂组学是代谢组学的一个分支脂组学的研究内容为生物体内的所有脂质分子，并以此为依据推测与脂质作用的生物分子的变化，揭示脂质在各种生命活动中的重要作用机制。通过研究脂质提取物，可获得脂组(lipidome)的信息，了解在特定生理和病理状态下脂质的整体变化。因此，脂组学实际上是代谢组学的重要组成部分。脂组学的研究有以下优势：心只研究脂质物质及其代谢物。脂质物质在结构上的共同点决定了样品前处理及分析技术平台的搭建较为容易，而且可以借鉴代谢组学的研究方法。＠脂组学数据库的建立和完善速度较快，并能建立与其他组学的网络联系。＠脂质组分析的技术平台可用于代谢组学的研究，促进代谢组学发展。


生物化学与分子生物学 二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 （二）脂组学研究的三大步骤—一分离、鉴定和数据库检索1样品分离脂质主要从细胞、血浆、组织等样品中提取。由于脂质物质在结构上有共同特点，即有极性的头部和非极性的尾部。所以，脂质采用氯仿、甲醇及其他有机溶剂的混合提取液，能够较好地溶出样本中的脂质物质。2.脂质鉴定随着分析技术的不断发展，脂质的分析方法也在不断的改进。总体而言，大部分的分析技术都能用来分析脂质，包括脂肪酸、磷脂、神经鞘磷脂、甘油三酷和类固醇等。常规的技术有菏层色谱(TLC)、气相色谱－质谱联用(GC-MS汃电喷雾质谱(ESI/MS)、液相色谱－质谱联用(LCIMS)、高效液相色谱－芯片－质谱联用(HPLC-ChiplMS汃超高效液相色谱－质谱联用(UPLCIMS)、超高效液相色谱－傅立叶变换质谱联用(UPLCIFT-MS)等。


生物化学与分子生物学 二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 3.数据库检索随着脂组学的迅速发展，相关数据库也逐步建立。现有数据库能够查询脂质结构、质谱信息、分类及实验设计、实验信息等，其功能也越来越完善。数据库的建立无疑成为推动脂组学自身发展的良好工具。国际上最大的数据库LIPID Maps(http:llwww. lipidmaps. org/)是由美国国立综合医学研究所(National Institute of General Medical Sciences, NIGMS)组织构建的，它包含了脂质分子的结构信息、质谱信息、分类信息、实验设计等。数据库包含了游离脂肪酸、胆固醇、甘油三酉趴磷脂等八个大类共40673种脂质的结构信息（截至2017年1月）。


生物化学与分子生物学 二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 （三）脂组学研究促进脂质生物标志物的发现和疾病诊断发现疾病相关的诊断标志物是进行疾病诊断的关键。脂组学所提供的方法能够监测病人与正常人之间的脂质变化，从中找到差异较大的脂质化合物，作为疾病早期诊断的指标。科学家定量研究了卵巢癌病人和良性卵巢瘤病人血清中各种胆固醇及脂蛋白的含量变化，结果表明：以载脂蛋白A I(apoA I)和游离胆固醇(free cholesterol, FC)为诊断指标排除卵巢瘤的正确率高达95.5%，综合apoA I、FC、高密度脂蛋白游离胆固醇(HDLFC)、高密度脂蛋白总胆固醇(HDLTC)、apoB及高密度脂蛋白－3(HDL3)片段诊断卵巢癌的准确率达到97.0%。另有证据报道溶血磷脂酸在卵巢癌的诊断中表现出高度的敏感性和特异性，能够作为早期诊断卵巢癌及术后随访的生物标志物。


生物化学与分子生物学 二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 总之，脂组学从脂代谢水平研究疾病的发生、发展过程的变化规律，寻找疾病相关的脂生物标志物，进一步提高疾病的诊断效率，并为疾病的治疗提供更为可靠的依据。脂组学能够在一定程度上促进代谢组学的发展，并通过代谢组学技术的整合运用建立与其他组学之间的关系，最终实现医学科学吓L的整体进步。 第二十七章组学与系统生物医学503第六节系统生物医学及其应用 HGP的完成极大地促进了医学科学的发展。各种组学的不断发展以及集成已经形成了一门新的学科一系统生物医学(systems biomedicine)。在这一大背景下，现代医学正酝酿着一场颠覆性的变革，分子医学的深入、精准医学的开展以及转化医学的发展等有望从分子水平突破对疾病的传统认识，从而彻底改变和革新现有的临床诊疗模式。一、系统生物医学是以整体性研究为特征的一种整合科学系统生物医学应用系统生物学(systems biology)原理与方法研究人体（包括动物和细胞模型）生命活动的本质、规律以及疾病发生发展机制，实际上就是系统生物学的医学应用研究。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学503第六节系统生物医学及其应用 （一）系统生物医学强调机体组成要素和表型的整体性系统生物医学从全方位、多层次（分子、细胞器、细胞、组织、器官、个体／基因型、环境因子、种群、生态系统）的角度，整体性揭示一个机体所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系及其效应。以往的实验生物学仅关心个别或一批基因和蛋白质，系统生物医学则不同，它要研究一个细胞／机体内所有的基因、所有的蛋白质，特别是所有生物分子间的所有相互关系及其导致的生物学效应。显然，系统生物医学是以整体性研究为特征的一种整合科学(integrative science)。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学503第六节系统生物医学及其应用 （二）系统生物医学将极大地推动现代医学科学的发展系统生物医学使生命科学由描述式的科学转变为定量描述和预测的科学，改变了21世纪医学科学的研究策略与方法，并将对现代医学科学的发展起到巨大的推动作用。当前系统生物医学理论与技术已经在预测医学(predictive medicine)、预防医学(preventive medicine)和个性化医学(personalized med icine)中得到应用，如应用代谢组学的生物指纹预测冠心病病人的危险程度和肿瘤的诊断以及治疗过程的监控；应用基因多态性图谱预测病人对药物的应答，包括毒副作用和疗效。再如，表型组学的细胞芯片和代谢组学的生物指纹将广泛用于新药的发现和开发，使新药的发现过程由高通量逐步发展为高内涵(high-content)。未来的治疗不再依赖千单一药物，而是使用一组药物（系统药物）的协调作用来控制病变细胞的代谢状态，以减少药物的副作用，维待疾病治疗的最大效果。


生物化学与分子生物学 二、分子医学是发展现代医学科学的重要基础 分子医学(molecular medicine)就是从分子水平阐述疾病状态下基因组的结构、表达产物、功能及其表达调控规律，发展现代高效预测、预防、诊断和治疗手段。因此，分子医学实际上就是医学的一个分支学科，主体内容是分子生物学在医学中的应用，涵盖了其主要的理论和技术体系。疾病基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢组学等是开展分子医学的基础。 （一）疾病基因组学阐明发病的分子基础 疾病基因（或疾病相关基因）以及疾病易感性的遗传学基础是疾病基因组学研究的两大任务。定位克隆(positional cloning)技术的发展极大地推动了疾病基因或疾病相关基因的发现和鉴定，该技术将疾病相关基因位点定位于某一染色体区域后，根据该区域的基因、EST或模式生物所对应的同源区的已知基因等有关信息，直接进行基因突变筛查，从而可确定疾病相关基因（见第二十五章）。


生物化学与分子生物学 （一）疾病基因组学阐明发病的分子基础 SNP是疾病易感性的重要遗传学基础，例如，APOE基因单个碱基变异与阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)的发生相关，趋化因子受体基因CCR5中一个单纯缺失突变会导致对HIV的抗性等。疾病基因组研究在全基因组SNP制图基础上，筛选和鉴定与疾病相关的SNP，从而阐明各种疾病易感人群的遗传学背景，为疾病的诊断和治疗提供新的理论基础。 504第五篇医学分子生物学专题 （二）药物基因组学揭示遗传变异对药物效能和毒性的影响药物基因组学(pharmacogenomics)是功能基因组学与分子药理学的有机结合。药物基因组学以药物效应和安全性为目标，研究各种基因突变与药效及安全性的关系。正因为药物基因组学是研究基因序列变异及其对药物不同反应的科学，所以也是研究高效／特效药物的重要途径，通过它可为病人或者特定人群寻找合适的药物包。


生物化学与分子生物学 504第五篇医学分子生物学专题 药物基因组学广泛应用遗传学、基因组学、蛋白质组学和代谢组学信息来预测患病人群对药物的反应，从而指导临床试验和药物开发过程。不断涌现的各种生物分析技术，如基因变异检测技术、SNP高通量扫描技术、药物作用显示技术、基因分型研究技术等，为药物基因组学的进一步发展提供了技术支撑。药物基因组学使药物治疗模式由诊断定向治疗转为基因定向治疗。（三）疾病转录物组学阐明疾病发生机制并推动新诊治方式的进步疾病转录物组学是通过比较研究正常和疾病条件下、或疾病不同阶段基因表达的差异情况，从而为阐明复杂疾病的发生发展机制，筛选新的诊断标志物，鉴定新的药物靶点，发展新的疾病分子分型技术，以及开展个体化治疗提供理论依据。


生物化学与分子生物学 504第五篇医学分子生物学专题 例如，外周血转录物谱可作为冠状动脉疾病(coronai-y artery diseases, CAD)诊断与病程、预后判定的生物标志物。CardioDx发展了基于23个基因表达谱的诊断试剂盒Corns CAD，适用于早期阻塞性CAD的诊断。再如，近年研究表明多种疾病（包括肿瘤）与miRNA密切相关，检测血清中miRNA表达谱可指示某些疾病的发生。目前巳有HBV、心脏疾病（包括急性冠状动脉综合征、急性心肌梗死、高血压、心力衰竭等）、2型糖尿病和肝癌等的血清miRNA作为诊断标记物的报道。此外，miRNA还可作为某些疾病治疗的潜在靶点，例如针对miRNA-182的反义寡聚核昔酸可以用千黑色素瘤肝转移的治疗。 （四）疾病蛋白质组学发现和鉴别药物新靶点 药物作用靶点的发现与验证是新药发现阶段的重点和难点，成为制约新药开发速度的瓶颈。近年来，随着蛋白质组研究技术的不断进步，蛋白质组学在药物靶点的发现应用中亦显示出越来越重要的作用。


生物化学与分子生物学 （四）疾病蛋白质组学发现和鉴别药物新靶点 疾病相关蛋白质组学研究可以发现和鉴定在疾病条件下表达异常的蛋白质，这类蛋白质可作为药物候选靶点。疾病相关蛋白质组学还可对疾病发生的不同阶段进行蛋白质变化分析，发现一些疾病不同时期的蛋白质标志物，不仅对药物发现具有指导意义，还可形成未来诊断学、治疗学的理论基础。许多疾病与信号转导异常有关，因而信号分子和途径可以作为治疗药物设计的靶点。在信号传递过程中涉及数十或数百个蛋白质分子，蛋白质-蛋白质相互作用发生在细胞内信号传递的所有阶段。而且，这种复杂的蛋白质作用的串联效应可以完全不受基因调节而自发地产生。通过与正常细胞作比较，掌握与疾病细胞中某个信号途径活性增强或丧失有关的蛋白质分子的变化，将为药物设计提供更为合理的靶点。（五）医学代谢组学提供新的疾病代谢物标志物代谢组学经过十余年的发展，方法正日趋成熟，其应用已逐步渗透到生命科学研究领域的多个方面，在医学科学中亦日益彰显出其强有力的潜能。


生物化学与分子生物学 （四）疾病蛋白质组学发现和鉴别药物新靶点 与基因组学和蛋白质组学相比，代谢组学研究侧重千代谢物的组成、特性与变化规律。通过对某些代谢产物进行分析，并与正常入的代谢产物比较，可发现和筛选出疾病新的生物标志物，对相关疾病作出早期预警，并发展新的有效的疾病诊断方法。例如通过代谢组学的研究，证实血清中VLDL、LDL、HDL和胆碱的含量／比值可以判断心脏病的严重程度；血清中脂蛋白颗粒的组成，如脂肪酸侧链的不饱和度、脂蛋白分子之间相互作用的强度（而不是脂质的绝对含量）是影响高血压病人收缩压的主要因素；通过比较病人与正常人尿样中嗦呤和啼唗化合物图谱，能够实现绝大多数核甘酸相关代谢遗传疾病的诊断。 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 精准医学(precision medicine)的目的就是全面推动个体基因组研究，依据个人基因组信息＂量体裁衣”式(tailored)制定最佳的个性化治疗方案，以期达到疗效最大化和副作用最小化。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 精准医学分为短期和长远两个目标。短期目标就是癌症治疗。癌症是常见的疾病，其全球发病率和死亡率逐年上升，而目前临床上尚缺乏有效的、针对性强的治疗方法。精准医学希望通过个体基因组研究，发现和鉴定与癌症发生发展相关的基因和调控因子，发掘新的肿瘤标志物，发展新的肿瘤分子分型技术，开展基于个体基因组的个体化治疗方法与技术。长期目标是健康管理。精准医学通过科技进步，将其优势拓展到健康和医疗的各个方面，从而提升对疾病风险评估，疾病发生、发展和转归机制的认识，以及疾病最佳治疗方案的制定与实施。我国于2016年正式启动国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项，按照全链条部署、一体化实施的原则，部署新一代临床用生命组学技术研发，大规模人群队列研究，精准医学大数据的资源整合、存储、利用与共享平台建设，疾病防诊治方案的精准化研究，精准医学集成应用示范体系建设等五大研究任务。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 四、转化医学是加速基础研究实际应用的重要路径转化医学(translation al medicine)强悯以临床问题为导向，开展基础－临床联合攻关，将基因组学等各种分子生物学研究成果迅速有效地转化为可在临床实际应用的理论、方法、技术和药物。转化医学的核心是要在实验室和病床(bench to bedside，简称B2B)之间架起一条快速通道。转化医学产生的背景主要基于以下几个方面：心基础研究与临床问题解决之间严重脱节；＠疾病谱的转变使医疗成本大大增加；＠基础科学研究积累大量数据的意义需要解析；＠基础研究和药物开发及医学实践三者需要整合。因此，围绕以临床问题为导向，开展医学科学实践，是解决医学根本性问题的有效途径，这也是转化医学的根本目的。转化医学的目标就是将生命科学和生物技术及相关的现代科学技术整合、转变现有的医学模式，推动医疗改革，提高入民的健康水平和生活质量，从而达到更精确的预警与诊断，更有效的干预和治疗，降低发病率推迟发病平均年龄提高治愈率、减少重症病人，以及降低医疗的综合成本。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 生物遗传信息的传递具有方向性和整体性的特点。组学从组群或集合的角度梒视遗传信息传递链中各类分子(DNA、RNA、蛋白质、代谢物等）的结构与功能以及它们之间的联系。按照生物遗传信息，无方向，可将组学分为基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢组学等层次。基因组学是阐明整个基因组结构、功能以及基因之间相互作用的科学。主要研究内容包括结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学。结构基因组学的主要任务是基因组作图和序列测定；比较基因组学通过不同生物基因组之间的比较，研究基因组的功能及其进化关系；功能基因组学利用结构基因组所提供的信息，分析基因组中所有基因（包括编码和非编码序列）的功能；ENCODE计划是HGP的延续与深入，其主要目的是识别人类基因组中所有的功能元件，特别是非编码序列的功能和转录调控元件。转录物组学在整体水平上研究生命单元所能转录出来的全部转录本（包括mRNA和所有非编码RNA)的种类、结构和功能，以及表达水平、时空分布、相互作用及其调控规律等。转录物组受到内外多种因素的调节，因而是动态可变的。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 蛋白质组学以细胞、组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质为研究对象，分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，揭示蛋白质之间的相互作用及其调控规律。二维电冰和多维色谱是分离蛋白质组的有效方法，生物质谱是蛋白质组鉴定的主要工具。\(!~~506第五篇医学分子生物学专题代谢组学的主要任务就是测定一个生物所有小分子代谢物的组成，描绘其动态变化规律，建立系统代谢图谱，并确定这些变化与基因、转录、蛋白质层面以及生物过程的联系。糖组学主要研究对象为聚糖，重点研究糖与糖之间、糖与蛋白质之间、糖与核酸之间的联系和相互作用。脂组学是对生物样本中脂质进行全面系统的分析并从代谢水平阐明与生命过程的有机联系。系统生物医学应用系统生物学原理与方法研究人体（包括模式动物）生命活动的本质、规律以及疾病发生发展机制，并在此基础上发展新的有效的预测、预防、诊断和治疗方法。


生物化学与分子生物学 第二十七章组学与系统生物医学505三、精准医学是实现个体化医学的重要手段 各种组学和系统生物医学的不断发展及其原理／技术与医学、药学等领域交又，产生了分子医学、精准医学、转化医学等现代医学概念。现代医学科学将从分子和整体水平突破对疾病的传统认识，改变和革新现有的诊断、治疗模式。 1何为组学？按生物遗传信息流方向，主要组学有哪些？2.试述系统生物医学如何推动未来医学的发展。（焦炳华）名词释义 5. CRISPR(clustered regularly interspaced palindromic repeats，成簇规律间隔短回文重复）；细菌基因组上成簇排列的、由来自噬菌体DNA的间隔序列(spacer)和宿主菌基因组的重组序列所形成的特殊重复序列－间隔序列阵列。CRISPR存在于巳测序的40％细菌基因组和90％古细胞(archaea)基因组中。 508名词释义 泳分离的DNA片段变性为单链后转移到膜性材料，在含有探针的溶液中进行杂交反应，可对特定DNA片段进行定性和定量分析。


生物化学与分子生物学 508名词释义 22. HMG-CoA还原酶(HMG-CoA reductase)：在胆固醇生物合成过程中，催化HMG-CoA还原为甲轻戊酸，是细胞胆固醇合成的限速酶。23凡值(K,,, value)：等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。31. RNA印迹(RNA blotting)：通过检测RNA或mRNA分子，对基因表达进行分析的技术，亦称Northern blotting。利用RNA印迹技术可以对某一组织或细胞中已知的特异mRNA的表达水平进行分析，也可以比较不同组织和细胞中的同一基因的表达情况。


生物化学与分子生物学 508名词释义 35癌基因(oncogene)：能导致细胞发生恶性转化和诱发癌症的基因。绝大多数癌基因是细胞内正常的原癌基因突变或表达水平异常升高转变而来，某些病毒也携带癌基因。36氨基酸代谢库(ami no acid metabolic pool)：体内分布于各组织及体液中参与代谢的游离氨基酸的总和，包括食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸、体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸。可作贮存或被利用。37巴斯德效应(Pasteur effect)：糖的有氧氧化抑制糖的无氧氧化的现象。在有氧条件下，肌组织通过此效应实现产能的最大化。38半保留复制(semi-conservati ve replication):DNA复制时，亲代DNA双螺旋解开成为两条单链各自作为模板，按照碱基配对规律合成一条与模板相互补的新链，形成两个子代DNA分子。每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链e这种复制方式称为半保留复制。


生物化学与分子生物学 508名词释义 39半不连续复制(semi-discon tinuo us replicat ion)：前导链连续复制而后随链不连续复制的方式。40必需氨基酸(essentia l amino ac id)：体内合成的最不能满足机体需要，必须从食物中摄取的氨基酸。包括：亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、颌氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和组氨酸。41必需脂肪酸(essential fatty acids)：机体必需但自身又不能合成或合成量不足、必须靠食物提供的多不饱和脂肪酸。42表达载体(expression vector)：用于介导特定基因在靶细胞中表达的DNA分子，也称表达构造(expression construct),含有增强子和启动子等调控序列用于引导所携带外源基因的有效转录。43别构效应(allos te ri c effect)：小分子化合物或配基结合于蛋白质或酶活性部位以外的其他部位（别构部位），引起蛋白质分子的构象变化，而导致蛋白质活性改变的现象。44卧啾症(porphyria)：铁卧啾合成代谢异常而导致叶啾或其中间代谢物排出增多的一类疾病，有先天性和后天性两大类。


生物化学与分子生物学 508名词释义 50超螺旋结构(superhelix或supercoil)：由于双螺旋DNA的弯曲、盘绕而造成的DNA分子进一步扭曲所形成的一种DNA的三级结构。DNA超螺旋有两种：当DNA分子沿轴扭转的方向与通常双螺旋的方向相反时，造成双螺旋的欠旋而形成负超螺旋；反之则为正超螺旋。在生物体内，DNA一般以负超螺旋构象存在。


生物化学与分子生物学 508名词释义 51.沉默子(silencer)：可抑制基因转录的特定DNA序列，当其结合一些反式作用因子时对基因的转录起阻遏作用，使基因沉默。52重组DNA技术(recombinant DNA technology)：通过体外操作将不同来源的两个或两个以上DNA分子重新组合，并在适当细胞中增殖形成新的功能DNA分子的方法。53初级胆汁酸(primatJ bile acids)：由肝细胞以胆固醇为原料合成的胆汁酸及其与甘氨酸或牛磺酸的结合产物，包括胆酸、鹅脱氧胆酸、甘氨胆酸、牛磺胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸和牛磺鹅脱氧胆酸。54次级胆汁酸(seconda1J bile acids)：初级胆汁酸经肠菌作用产生的胆汁酸及其结合产物，包括脱氧胆酸、石胆酸、甘氨脱氧胆酸、牛磺脱氧胆酸、熊脱氧胆酸等。55从头合成(de novo synthesis)：生物体利用简单前体物质合成生物分子的途径，如利用氨基酸、5－磷酸核糖、一碳单位及CO2等代谢物前体物质为原料，经过一系列酶促反应合成噤呤核昔酸即是从头合成。56代谢(metabolism)：机体活细胞内的全部化学变化，其反应几乎全部是酶促反应。


生物化学与分子生物学 508名词释义 57.代谢综合征(me taboli c syndrome)：一组以肥胖、高血糖（糖调节受损或糖尿病）、高血压以及血脂异常［高TC（甘油三酷）血症和（或）低HDL-C（高密度脂蛋白胆固醇）血症］集结发病的临床综合征，特点是机体代谢上相互关联的危险因素在同一个体的组合。免受胞内核酸酶降解的一类特殊蛋白质。61单顺反子(monocistron)：真核生物一个结构基因转录生成一条mRNA，编码一条多肤链的初级转录物。62.单体酶(monomeric enzyme)：由一条）汰链构成的酶称为单体酶。


生物化学与分子生物学 508名词释义 63胆固醇逆向转运(reverse cholestero l transport, RCT)：新生HDL从肝外组织细胞获取胆固醇并在血浆LCAT、apo A、apo D及CETP和PTP共同作用下，胆固醇被酷化、转移至内核与VLDL甘油三酣交换，新生双脂层盘状HDL逐步膨胀为单脂层球状的成熟HDL。VLDL在转变为LDL后，与成熟HDL一起经血液运输至肝，与肝细胞膜表面HDL受体、LDL受体结合，被肝细胞摄取降解，其中的胆固醇酷可被分解转化成胆汁酸排出体外，这种将肝外组织多余胆固醇运输至肝分解转化排出体外的过程就是胆固醇逆向转运途径。64胆汁酸的肠肝循环(enterohepatic circulation of bile acid)：在肝细胞合成的初级胆汁酸，随胆汁进入肠道并转变为次级胆汁酸。肠道中约95％胆汁酸可经门静脉被重吸收入肝，并与肝新合成的胆汁酸一起再次被排入肠道，构成胆汁酸的肠肝循环。65蛋白聚糖(proleoglycan)：以聚糖含扯为主，由糖胺聚糖共价连接于不同核心蛋白形成的糖复合体。66蛋白质靶向输送(protein targeting)：蛋白质合成后在细胞内被定向输送到其发挥作用部位的过程，也称蛋白质分拣(protein sorting)。67蛋白质变性(protein denaturation)：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。一般认为蛋白质的变性主要发生二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。68蛋白质－蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)：是指两个或两个以上的蛋白质分子通过非共价键相互作用并发挥功能的过程。69蛋白质的三级结构(tertia11stlucture)：是指整条肤链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肤链所有原子在三维空间的排布位置。70蛋白质等电点(protei n isoelectr ic point, pl)：在某一pH的溶液中，蛋白质解离成阳离子和阴离子的趋势或程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。71蛋白激酶(protein kinase)：将ATP或其他核昔三磷酸的丫－磷酸基转移给靶蛋白质的Ser、Thr、Tyr、Asp或His的侧链的一类酶。可以调节被磷酸化的蛋白质分子的功能。


生物化学与分子生物学 508名词释义 72.蛋白质相互作用结构域(protein interaction domain)：蛋白质分子中能识别并结合其他蛋白质分子的一段特定氨基酸序列。其结合位点可通过蛋白质磷酸化而产生，也可以是具有特定氨基酸序列的肤段。73蛋白质组学(proteomics)：以细胞、组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质为研究对象，分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，揭示蛋白质之间的相互作用及其调控规律的学科领域。74氮平衡(nitrogen balance)：机体从食物中摄入氮与排泄氮之间的关系。正常成人食入的蛋白质等含氮物质可以补偿含氮物质代谢产生的含氮排泄物。75低密度脂蛋白受体(LDL receptor)：广泛分布于体内各组织细胞表面，能特异地识别和结合LDL，主要生理功能是摄取降解LDL并参与维持细胞内胆固醇平衡。76底物水平磷酸化(substrate-level phosphorylation):ADP或其他核背二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水解直接相偶联的反应过程，是生物体内产能的方式之一。


生物化学与分子生物学 508名词释义 77第二信使(second messenger)：细胞内受配体与受体结合后激活的可扩散、并调节信号转导蛋白质活性的小分子或离子，又称细胞内小分子信使。如钙离子、环腺甘酸(cAMP)、环鸟背酸(cGMP)、环腺昔二磷酸核糖、甘油二酣(diglyceride,DAG)、肌醇－1,4,5－三磷酸(inositol triphosphate, IP3汃花生四烯酸、磷脂酰神经酰胺、一氧化氮和一氧化碳等。78电泳(electrophores is)：依据分子或颗粒所带的电荷、形状和大小等不同，因而在电场介质中移动的速度不同，从而达到将蛋白质、核酸或其他带电的颗粒混合物进行分离的技术。79电子克隆(in silico cloning)：通过已获得的序列与数据库中核酸序列及蛋白质序列进行同源性比较，或对数据库中不同物种间的序列比较分析、拼接，预测新的全长基因等，进而通过实验证实，从组织细胞中克隆该基因的研究策略。


生物化学与分子生物学 508名词释义 80端粒酶(telomerase)：一种自身携带模板的逆转录酶，人类端粒酶由三部分组成：端粒酶RNA、端粒酶协同蛋白l和端粒酶逆转录酶。该酶兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能。RNA组分中含有一段短的模板序列与端粒DNA的重复序列互补，而其蛋白质组分具有逆转录酶活性，以RNA为模板催化端粒DNA的合成，将其加到端粒的3'－端，以维持端粒长度及功能，81短散在核元件(short interspersed nuclear elements, SINEs)：以散在方式分布于基因组中的较短的重复序列，重复序列平均长度约为300-500bp，与平均长度约为lOOObp的单拷贝序列间隔排列。又称为短散在重复序列(short interspersed repeat sequence)。


生物化学与分子生物学 508名词释义 彼此聚合形成一个结构和功能上的整体，此即为多酶复合物，亦称为多酶体系(multienzyme system)。90多顺反子(polycistron)：携带了几条多肤链的编码信息，受同一个控制区调控的mRNA分子，多见于原核生物。一个多顺反子通常包括数个功能上有关联的基因，它们串联排列，共同构成编码区，共用一个启动子和一个转录终止信号序列，几个编码基因在转录合成时仅产生一条mRNA长链，为几种不同的蛋白质编码。91翻译(lrnnslation)：在多种因子辅助下，核糖体与mRNA模板结合，tRNA识别模板mRNA序列中的密码子及转运相应氨基酸，进而按照模板mRNA信息合成蛋白质肤链的过程。92.翻译后加工(post-translational processing)：新生肤链转变成为有特定空间构象和生物学功能的蛋白质的过程，包括肤链的折叠和二硫键的形成、肤链的剪切、肤链中某些氨基酸残基侧链的修饰、肤链聚合及连接辅基等。


生物化学与分子生物学 508名词释义 93反式作用因子(trans-acting factor)：起反式作用的调控元件。有些调节序列远离被调控的编码序列，通过其产物(mRNA或蛋白质）间接调节基因的表达。这种调节基因产物又称为调节因子，它们不仅能对处于同一条DNA链上的结构基因的表达进行调控，而且还能对不在一条DNA链上的结构基因的表达起到同样的作用。因此，这些分子被称为反式作用因子。反式作用因子以特定的方式识别和结合在顺式作用元件上，实施精确的基因表达调控。 酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。 98分子伴侣(molec ular chaperone)：与部分折叠或错误折叠的肤链以非共价形式特异结合，促使其正确折叠或提供折叠微环境的一类辅助性蛋白质，在生物界广泛存在。目前研究得较为清楚的是热激蛋白70(heat shoc k protein70, Hsp70)家族和伴侣蛋白(chaperonin)。


生物化学与分子生物学 酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。 99.分子病(molecular dis ease)：由于基因上DNA分子的缺陷，致使细胞内RNA及蛋白质合成出现异常、人体结构与功能随之发生变异的疾病。DNA分子的此种异常，有些可随个体繁殖而传给后代。例如锁状细胞贫血。100分子医学(molecular medicine)：从分子水平阐述疾病状态下基因组的结构、功能及其表达调控规律，发展现代高效预测、预防、诊断和治疗手段的学科领域。101.复合糖类(complex carbohydrate)：糖基分子与蛋白质或脂以共价键连接而形成的化合物，即糖蛋白、蛋白聚糖、肤聚糖、糖脂及脂多糖等含有糖类的复合生物大分子的统称。104.复制基因(replicator)：含有一个复制起点并能促进DNA复制起始所必需的全部DNA序列。E.coli的复制因子是oriC。在原核细胞中，复制因子的识别与DNA解旋、募集DNA聚合酶偶联进行。而在真核细胞中，这两个阶段相分离可以确保每个染色体在每个细胞周期中仅复制一次。


生物化学与分子生物学 酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。 105复制子(replicon)：从一个DNA复制起点起始的完整DNA分子或DNA分子上的某段复制区域称为复制子。复制子是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位。高等生物有数以万计的复制子，复制子间长度差别很大，约在13-900kb之间。106.干扰小RNA(siRNA)：受内源或外源双链RNA诱导后，细胞内产生的一类双链RNA。在特定情况下通过一定酶切机制，这些RNA可转变为具有特定长度(21-23个碱基）和特定序列的小片段RNA。siRNA参与RISC组成，与特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。


生物化学与分子生物学 酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。 107感染(infect ion)：致病微生物（如病毒、细菌、真菌）入侵机体组织或细胞的过程。在分子生物学中，一般是指以病毒作为外源DNA运载体导入哺乳细胞的过程。108冈崎片段(O kazaki fragment)：沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段。复制完成后，这些不连续片段经过去除引物，埴补引物留下的空隙，连接成完整的DNA长链。109高度重复序列(highly repetitive seque n ce)：真核基因组中存在的有数千到几百万个拷贝的DNA重复序列。这些重复序列的长度为6-200bp，不编码蛋白质或RNA。110功能克隆(functional clon in g)：从异常表型入手，找出造成这种表型的代谢缺陷或蛋白质结构异常，如酶的失活或缺失，结构蛋白质分子的异常等，最后确定编码这种蛋白质的基因并将其定位、克隆的技术。换句话说，这是从表型异常出发，找出导致出现异常表型的异常功能蛋白质，根据蛋白质的氨基酸序列推导出编码的核昔酸序列，以此作为探针，在基因组文库或cDNA文库中去筛选目的基因或目的cDNA，最后克隆和定位这种异常蛋白质的编码基因。


生物化学与分子生物学 酸、肌酸酐、尿酸、胆红素和氨等。 111霖聚酶(o ligomeric enzyme)：由多个相同或不同的肤链（即亚基）以非共价键连接组成的酶称为驿聚酶。 512名词释义 ll4核昔酸切除修复(nucleotide excision repair, NER)：在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完好的DNA链为模板，合成和连接得到正常序列，使DNA恢复原来的正常结构的DNA损失修复方式。与碱基切除修复不同，核昔酸切除修复系统并不识别具体的损伤，而是识别损伤对DNA双螺旋结构所造成的扭曲，但修复过程与碱基切除修复相似。首先，由一个酶系统识别DNA损伤部位；其次，在损伤部位两侧切开DNA链，去除两个切口之间的一段受损的寡核昔酸；再次，在DNA聚合酶作用下，以另一条链为模板，合成一段新的DNA，填补缺损区；最后由连接酶连接，完成损伤修复。115.核酶(ribozyme)：具有催化功能的RNA分子。它的发现打破了酶都是蛋白质的传统观念。


生物化学与分子生物学 512名词释义 118.核酸(nucle ic acid)：由核昔酸或脱氧核昔酸通过3',5'－磷酸二酷键连接而成的一类生物大分子，有核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两种。分别具有携带和传递遗传信息的功能。123核糖体(ribosome)：由大亚基和小亚基组成的生物体细胞器，是蛋白质合成的场所。通过mRNA与携带氨基酸的tRNA的相互作用合成蛋白质。核糖体的大亚基和小亚基分别由rRNA和核糖体蛋白质组成。124.核糖体RNA(ribosomal RNA, rR NA)：核糖体中的RNA。真核生物核糖体通常有28S、18S、5.8S和5S四种；原核生物核糖体则有23S、16S和5S三种。125核糖体结合位点(ribosome-binding site, RBS)：原核生物mRNA起始密码子AUG及其上游的一段序列。该序列距AUG上游约10个核节酸处通常为－AGGAGG-（也称Shine-Dalgarno序列），可被16S rRNA通过碱基互补而精确识别，从而将核糖体小亚基准确定位于mRNA。


生物化学与分子生物学 512名词释义 126核小RNA(s mall nuclear RNA, snRNA)；细胞核内的短片段RNA，长度100-215个核甘酸，研究较多的为7类，由于含U丰富，故编号为U l~U7。其中U3存在于核仁中，其他6种存在于非核仁区的核液里。U3snRNA与核仁内28S rRNA的成熟有关。U7与组蛋白前体mRNA的茎环结构的加工有关。其他5种小核RNA是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体(spliceosome)的主要成分，参与前体mRNA的加工过程。127.核小核糖核蛋白(small nuclear ribonucleoprotein, snRNP)：由核小RNA与一些蛋白质构成的复合体，参与RNA剪接等重要生物学过程。比如5种核小核糖核蛋白是剪接体的主要组成部分，U7snRNP则参与组蛋白前体mRNA的茎环结构的加工。


生物化学与分子生物学 512名词释义 128.核小体(n ucleosome)：由约200bp的DNA区段和多个组蛋白组成的复合体，是染色质基本组成单位。其中146bp的DNA区段与八聚体(H2A、印B、H3和H4各两分子）的组蛋白组成核小体核心颗粒，核心颗粒之间通过一个组蛋白HI分子以及0~50bp的DNA连接区彼此相连，构成真核染色质的一种重复的串珠状结构。129.核心酶(core enzyme)：不含sigma位）因子的原核RNA聚合酶，由凸邸'o五个亚基组成。核心酶能够催化NTP按模板的指引合成RN A。130后随链(lag驴ng strand)：在DNA复制过程中，因为复制方向与解链方向相反，不能连续延长，只能随着模板链的解开逐段地从5'---+3'生成引物并复制子链。这一不连续复制的链称为后随链。131呼吸链(respiratory chain)：又称电子传递链(electron transfer chain)，指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，形成一个传递电子／氢的体系，可通过连续的氧化还原反应将电子最终传递给氧生成水，并释放能掀。


生物化学与分子生物学 512名词释义 132化学降解法测序(chemical degradat ion sequenci n g)：通过标记DNA片段末端，并利用专一性化学试剂对DNA进行特异性降解，使之从糖环上脱落导致磷酸二酷键断裂，产生4套含有长短不－DNA分子的混合物，从而确定DNA分子中4种碱基序列的技术。133.化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)：线粒体呼吸链进行电子传递时，通过呼吸链复合体I、III、W将基质侧的质子泵至线粒体内膜的膜间隙侧，形成跨内膜的质子电化学梯度（质子浓度和跨膜电位差）而储存能量，当质子顺浓度梯度回流至基质时促进ATP合酶利用ADP合成ATP。134环形RNA(circularRNA,circRNA)：一类具有封闭环状结构的单链RNA分子。135黄疽(jaundice)：血浆胆红素高于正常水平时扩散进入组织造成黄染的体征。


生物化学与分子生物学 512名词释义 136回文序列(palindrome)：双链DNA中的互补链核昔酸序列以相同方向配对，因此，从5'一3'方向的序列完全一致，这两条链的核甘酸序列称作回文序列。137活化能(activation energy)：是指在一定溫度下，lmol反应物从基态转变成过渡态所需要的自由能。138活性染色质(active chromatin)：相对松弛、具有转录活性的染色质。当基因被激活时，可观察到染色质相应区域发生某些结构和性质变化，使其易于被转录因子等识别结合，起始转录。139基因(gene)：一段含有特定遗传信息的核昔酸序列（大多数生物中是DNA序列，少数是RNA序列），能够编码功能产物多肤或RNA。140基因表达(gene expression)：基因转录及翻译的过程，也是基因所携带的遗传信息表现为表型的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历转录和翻译过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。但并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码基因转录产生RNA的过程也属于基因表达。


生物化学与分子生物学 512名词释义 141基因表达调控(regulation of gene expression)：细胞或生物体在接受内、外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上作出应答的分子机制。142.基因捕获(gene trapping)：将一个含报告基因的DNA载体随机插入基因组，产生内源基因失活突变，通过报告基因的表达，提示插入突变的存在以及内源基因的表达特点的技术。143基因超家族(gene superfamily)：一些DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族总称。147基因家族(gene fami ly)：基因组中存在的许多来源千同一个祖先，结构和功能相似的一组基因。同一家族的这些基因的外显子具有相关性。150基因敲入(gene knock-in)：通过同源重组的方法，用某一基因替换另一基因，或将一个设计好的基因片段插入到基因组的特定位点，使之表达并发挥作用的技术。151基因添加(gene augmentation)：不删除突变的致病基因，而在基因组的某一位点额外插入正常基因，在体内表达出功能正常的蛋白质的方法。


生物化学与分子生物学 512名词释义 152基因芯片(gene chip)：在单位面积有规律地紧密排列特定的霖核背酸、DNA片段等的固体支待物，亦被称作DNA微阵列(DN A mi croarray)。利用这类芯片与标记的生物样品进行杂交，可对样品的基因表达谱信息进行快速定性和定量分析。153基因亚家族(gene subfamily)：一个多基因家族中可有多个基因，根据结构与功能的不同又可以分为亚家族。如G蛋白中属ras超家族约有50多个成员，根据其序列同源性程度又可进一步分为Ras、Rho和Rab三个主要的亚家族。154.基因诊断(gene d iagnosis)：以DNA和RNA为诊断材料，通过检查基因结构、功能以及表达是否正常，是否存在外源基因及表达产物等，对人体状态和疾病作出诊断的方法。155.基因治疗(gene therapy)：在基因水平上治疗疾病的方法。包括基因置换、基因修正、基因修饰、基因失活、引入新基因等。156基因置换(gene replacement)：通过基因操作，用正常基因替换体内有缺陷的基因，使基因的功能得以恢复的方法。157.基因组(genome)：是指一个生物体内具有的遗传信息的总和。


生物化学与分子生物学 512名词释义 158基因组编辑(genome ed山ng)：对基因组进行定点修饰的一项新技术。利用该技术，可以精确地定位到基因组的某一位点上，在这位点上剪断靶标DNA片段并插入新的基因片段。此过程即模拟了基因的自然突变，又修改并编辑了原有的基因组，真正达成了“编辑基因“。159.基因组构(gene organization)：单个基因的组成结构及一个完整的生物体内基因的组织排列方式统称为基因组构。160基因组学(genomics)：阐明整个基因组结构、结构与功能的关系以及基因之间相互作用的学科领域。161激素敏感性脂肪酶(h ormon e sensitive lipase, HSL)：即脂肪细胞中的激素敏感性甘油三醋脂肪酶，在脂肪动员过程中催化甘油二酷水解生成甘油一酷及脂肪酸，它对多种激素敏感，其活性受多种激素调节，是脂肪动员的限速酶。162.极低密度脂蛋白(very low density lipopr otein, VLDL)：肝细胞合成的甘油三酷在肝细胞内质网与载脂蛋白BlOO、C等载脂蛋白及磷脂、胆固醇组装成的一种脂蛋白，由肝细胞分泌入血，功能是运输内源性甘油三醋和胆固醇。


生物化学与分子生物学 A)。前体mRNA的剪接在剪接体完成。 166碱基(base)：一类带碱性的有机化合物，是嗦呤和啼唗的衍生物。DNA中的碱基主要有腺嗦呤、鸟嗦呤、胞啥唗和胸腺瞪唗；RNA中的碱基主要有腺膘呤、鸟嗔呤、胞啥唗和尿啥唗。167.碱基错配修复(mismatc h base repa ir):DNA损伤修复的一种特殊形式，是维持细胞中DNA结构完整稳定的重要方式，主要负责纠正下列错误：O复制与重组中出现的碱基配对错误；＠因碱基损伤所致的碱基配对错误；＠碱基插入；＠碱基缺失。从低等生物到高等生物，均拥有保守的碱基错配修复系统或途径。168碱基堆积力(ba se stacking force)：核酸分子双螺旋结构中的相邻两个碱基对在旋进过程中，由于彼此重叠而产生的疏水性相互作用。169.碱基对(base pa江）：核酸中两条单链的碱基通过氢键形成的一种特定的化学结构。主要的碱基对有腺嗦呤－胸腺啥唗(A-T)碱基对、腺噤呤－尿瞪唗(A-U)碱基对、鸟膘呤－胞啥唗(G-C)碱基对和鸟嗦呤－尿啥唗(G-U)碱基对。


生物化学与分子生物学 A)。前体mRNA的剪接在剪接体完成。 170碱基切除修复(base excision repair, BER)：受损DNA通过生物体内存在的一类特异的DNA糖昔酶的作用切除错误碱基，再由一系列的酶加工进行正确填补而恢复功能的DNA损伤修复方式，普遍存在于各种类型的生物中。整个修复过程包括：G)DNA糖昔酶特异性识别DNA链中已受损的碱基并将其水解去除，产生一个无碱基位点；＠在此位点的5'－端，无碱基位点核酸内切酶将DNA链的磷酸二酷键切开，同时去除剩余的磷酸核糖部分；＠DNA聚合酶在缺口处以另一条链为模板修补合成互补序列；＠由DNA连接酶将切口重新连接，使DNA恢复正常结构。


生物化学与分子生物学 A)。前体mRNA的剪接在剪接体完成。 171校对(proofreading)：具有3'一5'外切酶活性的DNA聚合酶可将错配的碱基水解下来，同时利用5'->3'聚合酶活性补回正确配对的碱基，复制可以继续下去，这种功能称为校对。172接合作用(conjugation)：细菌的遗传物质在细菌细胞间通过细胞－细胞直接接触或细胞间桥样连接的转移过程。173结构域(domain)：是蛋白质分子结构中紧密球状的折叠区，可被特定分子识别和具有特定功能的三级结构元件。174结合胆红素(conjugated b如ub in)：胆红素在肝细胞内与葡糖酪酸结合生成的胆红素，为水溶性，可从尿中排出。175解链(melting)：核酸溶液在温度升高时，由于其碱基对的氢键以及碱基堆积力受到破坏，核酸的双链分子或单链分子的双链区域解离成为单链的过程。


生物化学与分子生物学 A)。前体mRNA的剪接在剪接体完成。 176.解链曲线(melting cU1-ve)：亦称熔解曲线。以核酸溶液的吸光度（一般在260nm处）作为溫度的函数的曲线。此曲线描述，由于温度的增高，双链DNA或RNA分子解离成为单链的曲线。177解链温度(melting temperature)：双链DNA分子或双链RNA分子丧失半数双螺旋结构时的温度，用符号T,＇，表示。一般由解链曲线所确定。每种DNA或RNA都有其特征性的T,＇，值。178解旋酶(he licase)：复制起始利用ATP供能来解开DNA双链的酶，DnaB在原核生物中起解旋酶的作用，真核生物也具有和原核生物同源的解旋酶。 名词释义515 酶促反应的表观凡值增大，最大反应速率(vm.,)不变。可以通过增加底物浓度解除这种抑制。181.聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)：在体外扩增特定DNA片段的技术方法。以DNA为模板，以1对与模板互补的寡核甘酸片段为引物，反复进行变性、退火和延伸，在DNA聚合酶作用下，使目的DNA片段得到扩增。


生物化学与分子生物学 名词释义515 182聚合酶转换(polymerase swi tching)：真核生物DNA复制过程中，DNA polo.合成引物，然后迅速被具有连续合成能力的DNA pol8和DNA pole所替换，这一过程称为聚合酶转换。DNA pol8负责合成后随链，DNA pole负责合成前导链。183聚糖(glycan)：由单糖通过糖背键聚合而成的寡糖或多糖。184绝缘子(ins ulator)：是基因组上对转录调控起重要作用的一种元件，可以阻碍增强子对启动子的作用，或者保护基因不受附近染色质环境（如异染色质）的影响。185可变剪接(alternative splicing)：有些前体mRNA被剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的成熟mRNA，最终产生不同的蛋白质分子的RNA剪切方式的现象，又称选择性剪接。即，这些真核生物前体mRNA分子的加工可能具有2个以上的加多聚腺昔酸的断裂和多聚腺昔酸化的位点，因而一个前体mRNA分子可经剪切或（和）可变剪接形成不同的mRNA。


生物化学与分子生物学 名词释义515 186可读框(open reading frame, ORF)：从mRNA的5'－端起始密码子AUG开始，至3'－端终止密码子的一段能编码并翻译出氨基酸序列的核昔酸序列。可读框通常代表某个基因的编码序列。190磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)：从糖酵解的中间产物葡糖－6－磷酸开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成果糖－6－磷酸和3－磷酸甘油酸，从而返回糖酵解的代谢途径。此途径不产能，但可提供NADPH和磷酸核糖。191磷脂酶A2(p hospholipase A2, PLA2)：参与磷脂降解的一种磷脂酶，能水解甘油磷脂2位酷键，生成1分子游离脂肪酸和1分子溶血磷脂。196酶(enzyme)：催化特定反应的蛋白质，是一种生物催化剂。酶能通过降低反应的活化能加快反应速率，但不改变反应的平衡点。酶具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。


生物化学与分子生物学 名词释义515 199.酶的共价修饰(cova lent mod山cation of enzymes)：酶蛋白肤链上的一些基团可在其他酶的催化下，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团，从而影响酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的共价修饰。200酶的活性中心(active ce nter of enzymes)：酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域称为酶的活性中心。201.酶的特异性(enzyme specific ity)：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并产生一定的产物，酶的这种特性称为酶的特异性，亦称为酶的专一性。根据酶对底物选择的严格程度，酶的特异性可分为绝对特异性和相对特异性。202.酶原(zymogen或proenzyme)：无活性的酶的前体称作酶原。在一定条件下，酶原向有催化活性的酶的转变过程称为酶原的激活。酶原的激活大多是经过蛋白酶的水解作用，去除一个或几个肤段后，导致分子构象改变，从而表现出催化活性。酶原激活的实质是酶的活性中心形成或暴露。


生物化学与分子生物学 名词释义515 203密码子(codon)：由3个相邻的核昔酸组成的mRNA基本编码单位，又称编码三联体(coding triplet)，或三联体密码(tripl et code)。密码子共有64种，包括61种氨基酸密码子（包括起始密码子）及3个终止密码子，由它们决定多肤链的氨基酸种类、排列顺序以及翻译的起始和终止。在mRNA的可读框区域，每3个相邻的核昔酸为一组，编码一种氨基酸或肤链合成的起始／终止信息，称为密码子或三联体密码(tripl et code)。


生物化学与分子生物学 名词释义515 204免疫印迹法(immunoblotting)：利用抗体对电泳之后转移和固定到膜型材料上的蛋白质分子进行检测的技术，亦称蛋白质印迹、Western blotting。可用于检测样品中特异性蛋白质的存在、进行半定掘分析。205免疫组织化学和免疫细胞化学技术(immunohistochemistry and immunocytochemistJ·y techniques)：用标记的抗体在组织／细胞原位对目标抗原（目标蛋白质／多肤）进行定性、定址、定位检测的实验技术。206模体(motif)：蛋白质二级结构和三级结构之间的一个过渡性结构层次，在肤链折叠过程中，一些二级结构的构象单位彼此相互作用组合而成。207内含子(intron)：位于外显子之间、可以被转录在前体RNA中，但经过剪接被去除，最终不存在于成熟RNA分子中的核背酸序列，又被称为间插序列。208逆转录(reverse transcription)：以RNA为模板，以四种脱氧核旮三磷酸(dNTP)为底物，由逆转录酶催化合成DNA链过程。因其信息流动方向(RNA--->DNA)与转录过程(DNA--->RNA)相反而得名，是一种特殊的复制方式。209逆转录PCR(reverse tra nscr iption PCR, RT-PC R)：是将RNA的逆转录反应和PCR反应联合应用的一种技术。以RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA，再以cDNA为模板通过PCR反应来扩增目的基因。可对已知序列的RNA进行定性定盘分析。210.拧檬酸循环(c itric acid cycle)：线粒体内使l分子乙酰CoA彻底氧化的由八步酶促反应所构成的循环反应系统。包括4次脱氢反应、2次脱狻反应，生成4分子还原当址和2分子CO2，循环的各中间产物没有乱的变化。它是糖、脂肪、氨基酸的共同供能途径和物质转变枢纽。211葡萄糖耐扯(glucose tolerance)：人体对摄入的葡萄糖具有很大耐受能力的现象，表现为一次性食入大批葡萄糖后，血糖水平不会持续升高，也不会出现大的波动。212启动子(promoter)：启动子是依赖DNA的RNA聚合酶（简称RNA pol)识别、结合和启动转录的一段DNA序列。启动子一般位于转录起始位点的上游。原核细胞的启动子含有RNA pol特异性结合和转录起始所需的保守序列。在真核细胞，RNA pol一般不直接结合启动子，而是通过通用转录因子结合到启动子的DNA双链上。213启动子解脱(promoter escape)：真核生物基因转录起始后，合成的RNA片段超过l0个核昔酸时，形成一个稳定的包含有DNA模板、RNA聚合酶和RNA片段的转录起始复合体，此时复合体中RNA聚合酶从启动子上脱离的现象称为启动子解脱。214前导链(leading strand)：在DNA复制过程中，复制方向与解链方向相同，沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的，这股链称为前导链。215全基因组关联分析(genome-w ide association study, GWAS)：在人类全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核昔酸多态性((single nucleotide polymorphism, SNP)，从中筛选出与疾病相关的SNP。216全酶(holoenzyme)：由核心酶加上G亚基的原核RNA聚合酶。6亚基的功能是辨认转录起始点，RNA聚合酶全酶能在特定的起始点上开始转录。细胞的转录起始是需要全酶的，转录延长阶段则仅需核心酶。217全外显子测序(whol e exon sequencin g)：对全基因组外显子区域DNA富集从而进行高通证测序的技术，它选择性地检测蛋白质编码序列，有助于实现定位克隆，对常见和罕见的基因变异都具有较高灵敏度。218染色体(chromosome)：在细胞发生有丝分裂时期，细胞核中携带遗传信息的物质深度压缩形成的聚合体，易于被碱性染料染成深色。主要由DNA和蛋白质组成。219染色体原位杂交(in situ h ybridization)是核酸分子杂交技术在基因定位中的应用，也是一种直接进行基因定位的方法。


生物化学与分子生物学 名词释义515 220.染色质(chromatin)：细胞内具有遗传性质的物质在细胞分裂间期的存在形式，结构较松散，形态步规则，弥散在细胞核内。221乳糜微粒(chylomicron, CM)：由小肠黏膜细胞利用从消化道摄取的食物脂肪酸再合成甘油三酷后组装形成的一种脂蛋白，经淋巴系统吸收入血，功能是运输外源性甘油三酷和胆固醇。222乳酸循环(Cori cycle)：肌收缩通过糖的无氧氧化生成乳酸，乳酸经血液运入肝，在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌摄取，由此构成循环。此过程既能回收乳酸中的能址，又可避免乳酸堆积而引起酸中毒。 名词释义517 223生物氧化(biological oxidation)：各种代谢物在生物体内的氧化分解过程。其中糖、脂肪、蛋白质等营养物质产生的NADH、FADH2在线粒体内经氧化分解产生CO2和H20，释放能量驱动ADP磷酸化生成ATP，是细胞产生ATP的主要方式。另外，微粒体等氧化酶也可对底物进行氧化修饰等，但不产生能量。


生物化学与分子生物学 名词释义517 224.生物转化(biotransformation)：机体对异源物及某些内源性的代谢产物或生物活性物质进行的氧化、还原、水解及各种结合反应，增加其水溶性和极性，易于从尿或胆汁排出体外。定最PCR。实时PCR消除了产物堆积对定量分析的干扰，可以准确地确定起始DNA拷贝数，实现精确定最。227噬菌体展示(phage display)：将外源性DNA插入到噬菌体衣壳蛋白编码基因中的一种表达克隆技术。228.受体(receptor)：细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质（少数为糖脂分子）。229受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase, RTK)：具有细胞外受体结构域的酪氨酸激酶，当膜外信号物质结合受体后，激活其细胞内的激酶活性域，从而对底物的酪氨酸残基进行磷酸化。230.双核中心(binuclear center)：呼吸链中复合体IV用于传递电子的功能单元。主要由Cu离子和血红素中的Fe离子组成，其功能是将电子传递给氧生成水。


生物化学与分子生物学 名词释义517 233双向复制(b吐rectional replication)：复制从起点开始，向两个方向进行解链，复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区。原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点(or igin)，进行的是单点起始双向复制。真核生物基因组由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起点，呈多起点双向复制特征。234双向启动子(b吐rectional promoter)：位于两个相邻且转录方向相反的基因之间的一段DNA序列。近年来在人类等动植物基因组中存在大量的相邻且转录方向相反的基因，被称之为＂头对头“基因对(h ead-to-head gene pairs)。当这两个相邻的＂头对头“基因转录起始位点之间的距离小于1kb'左右时，这段基因间的DNA序列称为双向启动子。235水溶性维生素(water-soluble vi tam in)：是一类溶于水而不溶于脂肪和有机溶剂的有机分子，在体内主要构成酶的辅因子，包括B族维生素（维生素B!、维生素B2、维生素B6、维生素Bl2、维生素PP、泛酸、生物素与叶酸）和维生素C。


生物化学与分子生物学 名词释义517 236顺式作用元件(cis-acting element):DNA分子中与被调控基因临近的一些调控序列，包括启动子、上游调控元件、增强子和一些细胞信号反应元件等，这些调控序列与被调控的编码序列位于同一条DNA链上，故被称为顺式作用元件，又被称为顺式调节元件(cis-regula tor element, CRE)。237狻基末端结构域(carboxyl-terminal domain, CTD)：真核RNA聚合酶II的最大亚基的狻基末端有一段共有序列(consens us sequen ce)，为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser样的七肤重复序列片段，称为狻基末端结构域。狻基末端结构域被磷酸化后，转录开始。238肤键(peptide bond)：一个氨基酸的a－氨基与另一个氨基酸的a－狻基脱水而形成的酰胺键连接。肤键具有部分双键的性质而有一定的刚性。


生物化学与分子生物学 名词释义517 239.探针(probe)：是带有放射性核素或其他标记（荧光、生物素等）的核酸片段，它具有特定的序列，能够与待测的核酸片段互补结合，因此可用于检测核酸样品中存在的特定基因。240糖胺聚糖(glycosaminoglycan)：由二糖单位重复连接而成的杂多糖，不分支。二糖单位中一个是糖胺(N－乙酰葡糖胺或N－乙酰半乳糖胺），另一个是糖酪酸（葡糖醋酸或艾杜糖醋酸）。241糖蛋白(glycoprotein)：糖类分子与蛋白质分子共价结合形成的蛋白质，即含糖基的蛋白质。242糖的无氧氧化(anaerobic oxidation of gl ucose)：不利用氧时，1分子葡萄糖先经糖酵解生成2分子丙酮酸，然后在细胞质中还原成2分子乳酸，这一过程净生成2分子ATP，可为机体快速供能。243糖的有氧氧化(aerobic oxidation of glucose)：有氧时1分子葡萄糖先经糖酵解生成2分子丙酮酸，接着进入线粒体氧化脱狻生成2分子乙酰CoA，再进入拧檬酸循环并偶联发生氧化磷酸化，彻底生成CO2和H20。此过程净生成30或32分子ATP，是人体利用葡萄糖产能的主要途径。


生物化学与分子生物学 518名词释义 244糖基化(gl ycosylation)：非糖生物分子与糖形成共价结合的反应过程。245糖基化位点(glycosylation site)：糖蛋白分子中与糖形成共价结合的特定氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr(X为脯氨酸以外的任何氨基酸）3个氨基酸残基组成的序列。246糖基转移酶(glycosyltransferase)：催化糖基从糖基供体（如尿昔二磷酸葡萄糖）转移到受体化合物（蛋白质、脂或另一糖分子）的酶。


生物化学与分子生物学 518名词释义 247.糖酵解(glycolysis):I分子葡萄糖在细胞质中生成2分子丙酮酸的过程，净生成2分子ATP和2分子NADH，是糖有氧氧化和无氧氧化的共同起始阶段。248糖密码(sugar code)：每一聚糖都有一个独特的能被单一蛋白质阅读，并与其相结合的特定空间构象（语言），即糖密码。249糖生物学(glycobiology)：研究糖类及其衍生物的结构、代谢以及生物学功能，探索糖链的生物信息机制与生命现象关系的学科领域。250糖形(glycoform)：不同种属、组织的同一种糖蛋白的N－连接型聚糖的结合位置、糖基数目、糖基序列不同，可以产生不同的糖蛋白分子形式，这种糖蛋白聚糖结构的不均一性称为糖形。251糖异生(gluconeogenesis)：非糖化合物（乳酸、甘油、生糖氨基酸等）在肝和肾转变为葡萄糖或糖原的过程，对于饥饿引起肝糖原耗尽后的血糖补给具有重要意义。包括糖与糖之间、糖与蛋白质之间、糖与核酸之间的联系和相互作用，旨在阐明聚糖的生物学功能以及与细胞、生物个体表型的联系。256.铁蛋白(ferritin)：由24个亚基组成的中空蛋白质分子，可结合450个铁离子，是体内铁的储存形式。


生物化学与分子生物学 518名词释义 257.通用转录因子(general transcription factor)：一类直接或间接结合RNA聚合酶的转录因子，又称基本转录因子(basal transcript ion fact01)。通用转录因子、中介子(mediator)和RNA聚合酶是真核生物启动转录的蛋白质复合体的基本和主要组分。258同工酶(isoenzyme或isozyme)：是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。259同切点酶(isoschizome1)：识别DNA链上相同序列但切割位点不同的限制性内切核酸酶，也称异源同工酶。260同尾酶(i socaudarner)：识别DNA链上不同序列但切割后产生相同黏端的限制性内切核酸酶，所产生的相同黏端称为配伍末端(compatible end)。


生物化学与分子生物学 518名词释义 261同源重组(homologous recombination)：在两个相似或相同DNA分子之间核昔酸序列互换的一种遗传重组，又称基本重组(general recombination)。在哺乳动物的配子发生的减数分裂过程中，同源重组可产生DNA序列的新重组，标示着后代的遗传变异；不同种屈的细菌和病毒也在水平基因转移中用同源重组互换遗传物质。262酮体(ketone bodies)：脂肪酸在肝经B－氧化分解后转化形成的中间产物，包括乙酰乙酸、B－胫基丁酸和丙酮。酮体经血液运输至肝外组织氧化利用，是肝向肝外输出能撮的一种方式。263退火(annealing)：变性的双链DNA经缓慢冷却后，两条互补链可以重新恢复天然的双螺旋构象的过程。


生物化学与分子生物学 518名词释义 264.脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)：一类带有遗传信息的生物大分子。由4种主要的脱氧核昔酸(dAMP、dGMP、dCMP和dTMP)通过3',5'－磷酸二酷键连接聚合而成的生物大分子。DNA携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息进行传代。组成DNA的脱氧核甘酸的比例和排列不同，显示不同的生物功能，如编码功能、复制和转录的调控功能等。排列的变异可能产生一系列疾病。265瓦伯格效应(Warburg effec t)：有氧时，葡萄糖不彻底氧化而是分解生成乳酸的现象，有利于增殖活跃的组织细胞进行生物合成。


生物化学与分子生物学 518名词释义 266.外显子(exon)：基因组DNA中出现在成熟RNA分子上的核甘酸序列。外显子被内含子隔开，转录后经加工被连接在一起，生成成熟的RNA分子。信使核糖核酸(mRNA)所携带的信息指导多肤链的生物合成。267微RNA(m icroRNA, miRNA)：真核生物中广泛存在的一类长度为22个核昔酸的非编码RNA分子。通过特异性结合靶信使核糖核酸(mRNA)抑制转录后的基因表达。在调控基因表达和调控细胞性状等方面发挥主要作用。268微粒体乙醇氧化系统(mi crosomal ethanol ox心zing system, MEOS)：是乙醇－P450单加氧酶，仅在血中乙醇浓度很高时被诱导，其催化的产物是乙醒。269微量元素(trace element或m icroelement)：维持机体正常生理功能、在人体中存在的量低于人体体重0.01%，每日需要量在100mg以下的化学元素，包括铁、碳、铜、锌、镁、硒、氯、钥上古、铭、年凡、锡、银、硅，主要功能是作为酶的辅因子等。


生物化学与分子生物学 518名词释义 270.维生素(v itami n)：生物体内不能合成，或合成量甚少、不能满足机体的需要，必须由食物供给，以维持正常生命活动的一类低分子量有机化合物，是生物体内的重要营养素之一，按其溶解特性的不同，分为脂溶性维生素和水溶性维,生素两大类。271卫星DNA(satellite DNA)：真核细胞染色体具有的高度重复核背酸序列，主要存在于染色体的着丝粒区，通常不被转录，在人基因组中可占10％以上。由于其碱基组成中GC含量少，具有不同的浮力密度，在氯化绝密度梯度离心后呈现出与大多数DNA有差别的＂卫星”条带而得名。


生物化学与分子生物学 518名词释义 274无噤呤／无1密唗位点(apurinic/apyrimidini c site):DNA分子上受损伤的碱基被一种特异的DNA－糖旮酶除去，形成的无嗦呤或无瞪唗的位点(AP位点），这些位点在内切酶的作用下可形成DNA链的断裂。275无义介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay, NMD)：细胞在对前体mRNA进行剪接加工时，异常的剪接反应会在可读框内产生无义的终止密码子。无义介导的mRNA降解是一种广泛存在于真核生物细胞中的mRNA质量监控机制。该机制通过识别和降解含无义的终止密码子的转录产物来防止有潜在毒性的截短蛋白质的产生。276.戊糖(pentose)：由5个碳原子组成的单糖，其中最主要的一种形式是以D形式存在的核糖和脱氧核糖，是核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的主要成分。277系统生物学(systems biolo扮＇）：以系统论理论、结合实验科学、数学和计算机建模等方法，对一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，在特定条件下这些组分间的相互关系及其导致的生物学效应进行整合研究为特征的生物学。


生物化学与分子生物学 518名词释义 278系统生物医学(systems biomedic ine)：应用系统生物学原理与方法研究人体（包括动物和细胞模型）生命活动的本质、规律以及疾病发生发展机制的学科领域，实际上就是系统生物学的医学应用研究。287锌指(zinc finger)：一些蛋白质中存在的一类具有指状结构的模体。主要存在于作为转录因子的DNA结合结构域模体中，锌指结构由一个a－螺旋和两个反平行的B－折叠三个肤段组成。其中2个半胱氨酸残基和2个组氨酸（或4个半胱氨酸）残基鳌合锌离子。288.新一代测序(next generation sequencing, N GS)：满足DNA测序微趾、快速和低成本化需求而产生的一些新的高通拭DNA测序技术。这些技术在原理上不同于经典的测序技术，其共同特点在一次反应中同时分析多个DNA小片段，因而可快速获得所有序列，再经生物信息学整合分析，得出个体的基因组序列。这些技术是实现个体全基因组测序的核心。289信号序列(signal sequence)：决定蛋白质靶向输送的特征性序列，存在于新生肤链的N－端或其他部位，可被细胞转运系统识别并引导蛋白质转移到细胞内或细胞外的特定部位。


生物化学与分子生物学 518名词释义 290.信号转导(signal u·ansduction)：细胞对来自外界的刺激或信号发生反应，通过细胞内多种分子相互作用引发一系列有序反应，将细胞外信息传递到细胞内，并据以调节细胞代谢、增殖、分化、功能活动和凋亡的过程。291信号转导复合物(signaling complex)：衔接蛋白和支架蛋白通过蛋白质相互作用结构域将一些信号转导分子结合在一起形成的复合物，既可使信号转导分子有序相互作用，又可使相关的信号转导分子容纳于一个隔离而稳定的信号转导通路内，避免信号途径之间的交叉反应，维持信号转导通路的高效和专一性。292信号转导途径(signal transdu ction pathway)：信号分子与其在细胞的受体结合以后所引起的一系列有序的酶促级联反应过程。293信使RNA(messenger RNA, mRNA)：携带从DNA编码链得到的遗传信息，并以三联体读码方式指导蛋白质生物合成的RNA，由编码区、上游的5'－非编码区和下游的3'－非编码区组成。约占细胞RNA总蜇的3%~5%。真核生物mRNA的5'－端有帽子结构和3'－端含多腺背酸的尾巴结构。


生物化学与分子生物学 518名词释义 294血脂(plasma lipid)：血浆中脂质的总称，包括甘油三酉趴胆固醇、胆固醇酷、磷脂和游离脂肪酸等。临床上常用的血脂指标是甘油三醋和胆固醇，正常成人12~14小时空腹血浆甘油三醋为10~150mg/d i（平均l OOmg/dl)，总胆固醇为150~250m g/di（平均200mg/dl)。pol催化下逐一加入dNTP而形成DNA子链。亦可是体外人工合成DNA时，可与模板结合的单链DNA片段。302应激(stress)：机体或细胞为应对内、外环境刺激所作出一系列非特异性反应。


生物化学与分子生物学 518名词释义 303运铁蛋白(transferrin, TRF)：能与金属结合的一类分子质量约76~81kD的糖蛋白，又称转铁蛋白，是血浆中主要的含铁蛋白质，负责运载由消化道吸收的铁和由红细胞降解释放的铁。304载脂蛋白(apolipoprotein)：脂蛋白中的蛋白质部分，分为A、B、C、D、E等几大类，在血浆中起运载脂质的作用，还能识别脂蛋白受体、调节血浆脂蛋白代谢酶的活性。305增强子(enhancer)：增强启动子工作效率的顺式作用元件，能够在相对于启动子的任何方向和任何位置（上游或下游）都发挥作用。306增色效应(hyperchromic e[fect)：双链DNA分子或双链RNA分子解链变性后，其核酸溶液的紫外吸收（一般在260nm处）增强的现象。307支架蛋白(scaffold protein)：带有多个蛋白质结合域可将同一信号转导途径中相关蛋白质组织成群的蛋白质，一般是分子盘较大的蛋白质。


生物化学与分子生物学 518名词释义 308脂蛋白(lipoprotein)：血浆脂蛋白是脂质与载脂蛋白结合形成的复合体，一般呈球形，表面为载脂蛋白、磷脂、胆固醇的亲水基团，这些化合物的疏水基团朝向球内，内核为甘油三酷、胆固醇酷等疏水脂质。血浆脂蛋白是血浆脂质的运输和代谢形式。309.脂蛋白脂肪酶(lipoprot.e in lipase, LPL)：分布于骨骼肌、心肌及脂肪等组织毛细血管内皮细胞表面的一种脂肪酶，能水解CM和VLDL中的甘油三酷，释放出甘油和游离脂肪酸供组织细胞摄取利用。310脂肪动员(fat mobilization)：储存在脂肪细胞中的脂肪在脂肪酶的作用下，逐步水解，释放出游离脂肪酸和甘油供其他组织细胞氧化利用的过程。311.脂溶性维生素(lipid-soluble vitamin)：是疏水性化合物，易溶于脂质和有机溶剂，常随脂质被吸收，包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K。312.脂酰－CoA胆固醇脂酰转移酶(acyl-CoA:cholesterol acyltransferase, ACAT)：分布于细胞内质网，能将脂酰辅酶A上的脂酰基转移至游离胆固醇的3位轻基上，使胆固醇酷化储存在胞质中。


生物化学与分子生物学 518名词释义 313脂组学(lipidomics)：研究生物体内所有脂质分子的组成与结构，并以此为依据推测与脂质作用的生物分子的变化，揭示脂质在各种生命活动中的重要作用的学科领域。 名词释义521 316转氨基作用(transa minati on)：氨基转移酶所催化的将a－氨基酸的氨基转移给a－酮酸、从而产生相应的a－酮酸与仅氨基酸的可逆的氨基转移过程。317转导作用(transduction)：病毒或病毒载体介导外源DNA进入靶细胞的过程。318转化(transformati on)通过直接从周闱环境中摄取并掺入外源遗传物质引起细胞遗传改变的现象。


生物化学与分子生物学 名词释义521 319转化医学(translational medicine)：以临床、实验室和社会三大支柱为核心的生物医学分支学科。旨在强调以临床问题为导向，开展基础－临床联合攻关，将基因组学等各种基础研究成果迅速有效地转化为可在临床实际应用的理论、方法技术和药物。320转化作用(transformation)：受体菌通过细胞膜直接从周围环境中摄取并掺入外源遗传物质引起自身遗传改变的过程，受体菌必须处于敏化状态，这种敏化状态可以通过自然饥饿、生长密度或实验室诱导而达到。321转基因动物(tran sge ni c a nimal)：应用转基因技术培育出的携带外源基因，并能稳定遗传的动物，其制备步骤主要包括转基因表达载体的构建、外源基因的导入和鉴定、转基因动物的获得和鉴定、转基因动物品系的繁育等。322转基因技术(transgenic technology)：将外源基因导入受精卵或胚胎干细胞(embryon ic stem cell)，即ES细胞，通过随机重组使外源基因插入细胞染色体DNA，随后将受精卵或ES细胞植入假孕受体动物的子宫，使得外源基因能够随细胞分裂遗传给后代的技术。


生物化学与分子生物学 名词释义521 323.转录(transcription)：生物体以DNA为模板合成RNA的过程，意指将DNA的碱基序列转抄为RNA序列。324.转录偶联修复(transcrip tion coupled repa订，TC-NER)：核昔酸切除修复的一种方式，即对那些正在转录的基因模板链上的损伤进行修复。另一种修复方式是全基因组损伤修复(global genomic repair, GG-NER)。在转录偶联修复中，RNA聚合酶识别损伤部位，起始损伤修复。325.转录衰减(tJ·a nscription attenuation)：新生成的mRNA链与RNA聚合酶相互作用使转录水平降低并提前终止的转录调节方式，为原核生物操纵子调节机制之一。326转录物组学(transcrip tomics)：以细胞、组织或机体基因组在特定时间和空间转录产生的全部转录物的种类、结构和功能进行研究的学科领域，包括对其表达水平、时空分布、相互作用及其调控规律等方面的分析。


生物化学与分子生物学 名词释义521 327转录因子(transcription factor, TF)：直接结合或间接作用于基因启动子、增强子等特定顺式作用元件，形成具有RNA聚合酶活性的动态转录复合体的蛋白质因子。绝大多数转录因子由其编码基因表达后进入细胞核，通过识别、结合特异的顺式作用元件而增强或降低相应基因的表达。转录因子也被称为反式作用蛋白或反式作用因子。328转染(transfection)：植物、动物细胞通过细胞膜摄取外源遗传物质引起自身遗传改变的现象，通常可引起癌变。329转移RNA(tra nsfer RNA, tRNA)：由75~90个核昔酸组成的小分子RNA。每种tRNA可在氨酰tRNA合成酶催化下与特定的氨基酸共价连接生成氨酰tRNA。在核糖体中通过tRNA的反密码子和mRNA的密码子相互作用，参与蛋白质生物合成。


生物化学与分子生物学 名词释义521 330转座重组(tran sposi tion al recombinat ion)或转座(transpos山on)：由插入序列(IS)和转座子(Tn)介导的基因移位或重排。331转座子(transposon, Tn)：能将自身或其拷贝插入基因组新位置的DNA序列，一般属于复合型转座子(composite Tn),有一个中心区域，两边是插入序列(IS)，除有与转座有关的编码基因外，还携带其他基因如抗生素抗性基因等。332.缀合酶(conjugated enzyme)：由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成的酶称为缀合酶。其中的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅因子。酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制；辅因子主要决定酶促反应的类型。333着色性干皮病(xeroderma pigmentosum, XP)：一种由千DNA损伤切除修复系统缺陷所导致的遗传病。着色性干皮病病人的皮肤对阳光极度敏感，易受照射损伤，可在幼年时罹患皮肤癌，同时伴有智力发育迟缓，神经系统功能紊乱等症状。


生理学 综述 绪论是本书各章内容的宏观概括和共性提炼。在本章中，我们将介绍生理学研究的对象和任务、生理学常用的研究方法、机体生命活动的基本特征、内环境及其稳态并概括性地阐述机体生理功能的调节。通过绪论的学习，可使学习者建立对生理学的总体认识，并了解细胞、组织、器官、系统和机体整体生命活动之间的联系，理解维待机体内环境相对稳定即稳态的重要性。实际上，机体生命活动的一切调节都围绕着保持这种稳态来进行的。稳态的概念和意义也泛指整个机体的正常生命活动过程的相对稳定。


生理学 综述 第一节生理学的研究对象和任务—、生理学的研究对象生理学(physiology)是生物科学的一个重要分支，是一门研究机体生命活动各种现象及其功能活动规律的科学。所谓机体，指的是有机体，即生物体，是自然界中有生命物体的总称。因此，生理学对不同研究对象进行研究，也形成了不同的生理学科。按不同的研究对象，可分为动物生理学(animal physiology汃植物生理学(plant physiology)、人体生理学(human physiology)等。按研究对象所处的环境状态不同，又可分太空生理学(space physiology)、潜水生理学(diving physiology)、高原生理学(p lateau physiology)等。按研究的器官、系统来划分，又产生了神经生理学、心血管生理学、消化生理学、肾脏生理学等。随着研究手段的不断发展和研究深度的不断深入，又派生出电生理学、生理心理学、神经生物学、神经科学等。


生理学 二、生理学的研究任务 人体生理学(human physiology)是研究人体功能活动及其规律的科学。人体是一个结构功能极其复杂的统一整体，在人体生理学的研究任务中，既要研究人体各系统楛官和不同细胞正常生命的功能活动现象和规律并阐明其内在机制，又要研究在整体水平上各系统、器官、细胞乃至基因分子之间的相互联系，因为生命活动实际上是机体各个细胞乃至生物分子、器官、系统所有功能活动互相作用、统一整合的总和。随着分子生物学的研究不断深入，细胞生理学的研究也不断纵深发展。在分子水平上的研究已成常态。转化医学的问世，也使生理学的研究密切与生物化学、病理学、病理生理学、药理学和各临床学科互相联系。生理学也不断从研究正常的生命活动规律和功能活动的内在机制跨越到研究这种活动与疾病发生发展和治疗干预的内在关系，成为各临床学科开展预防、诊断、治疗、康复和临床科学研究的重要基石，成为连接基础和临床学科的一门重要桥梁学科。现代生理学的研究技术和实验手段也是现代医学科学研究中最主要方法之一。


生理学 三、生理学与医学的关系 生理学与医学有着密切的联系。在基础医学中，病理学、病理生理学、药理学的研究都建立在生理学的研究基础上进一步发展，如对于强心药物的药效评价，常采用正常心功能曲线作为参照。此外基础医学中的很多研究方法也是从生理学的研究方法发展而来的。如器官灌流、电生理技术等均被广泛应用于医学相关领域的研究中。


生理学 三、生理学与医学的关系 在临床医学中，人们通过观察体验、总结积累了很多关于人体正常功能的知识，并形成了一些生理学的概念。如美国外科医生William Beaumont在1822年通过观察因猎枪走火导致胃痪的患者，发现了胃体运动和胃酸分泌规律S｀。一些基本生理活动，如体温、心率、呼吸和血压均是临床上必不可少的观察指标，而生理学为其提供了正常的参考值范围。所以在临床上，无论在诊断、治疗、康复方面都离不开以生理学作为正常的对照。相反，认识了人体正常生理功能之后，人们便可以更好地认识疾病发展的规律和病理变化特点，促进临床诊疗水平的进步。如气道平滑肌受体的生理研究为临床诊断和治疗高气道反应性疾病$伈提供了依据并促进了以受体为靶点的药物研究，进而提高了治疗的效果；又如心电生理的研究促使了经导管射频消融技术(RFCA)在治疗心律失常中的应用。由此可见，生理学的研究为现代医学提供了重要的科学理解的基础，而临床治疗和疾病过程的研究又有助于我们对正常生理功能的理解。生理学和医学这种联系已被社会广泛认可，诺贝尔基金会也专门为此设立了“诺贝尔生理学或医学奖”，由此可见生理学对医学的重要性。


生理学 三、生理学与医学的关系 随着转化医学概念的提出，生理学工作者和临床医学工作者也将更加紧密合作，推动生理学与临床医学的合作研究，并把研究的成果及时转化，为临床医学提供更多的新理论、新知识和新方法。生理学与医学的关系将会更加紧密地向前发展。


生理学 四、生理学的认识层次 细胞(cell)是构成人体的最基本结构和功能单位，单细胞生物体的全部生命活动都发生在一个细胞内。在人体，不同的细胞群构成了各种组织和器官，功能相同的器官组成了系统，它们各司其职，互相联系，密切配合，构成了机体生命活动的整体总和。例如，人体的每个细胞都要进行新陈代谢的生命活动，这就需要向外界获取营养物质，借助千消化系统，机体可向外界摄取食物等，并对其进行消化和吸收，以补充细胞新陈代谢所需要的能橄和原料。而消化系统与血液循环系统、呼吸系统、泌尿系统、神经和内分泌系统的互相配合，使机体的总体生命活动协调和谐地进行。从消化道吸收的营养物质等以血液为载体借助于循环系统运输至全身；机体的能量代谢还需要氧气，氧化代谢的产物如二氧化碳也需要排出体外，这些过程可借助呼吸系统来实现；机体的代谢产物、多余的水分、有机离子、有毒物质还可通过肾脏的滤过、重吸收和分泌排泄的功能，排出体外；神经和内分泌系统则对机体的生长、发育、成熟和衰老等生理活动发挥调节和整合作用，使机体的总体生命活动协调和谐地进行（图1-1)。可见，机体的正常生命活动离不开各细胞、组织、器官与系统之间的相互配合。因此，人们要认识生理学，可从分子和细胞层面、器官和系统层面、整体层面入手。（一）从器官和系统层面研究生理学早期的生理学研究主要对机体器官和系统功能活动进行研究，即着重阐明器官和系统的功能活动规律以及受哪些因素的调节。例如对心脏泵血功能的研究是阶绕心脏泵血的过程、心脏泵血功能的评价、影响心脏泵血的因素从而阐明器官功能。又如对消化系统的研究是以机械性消化和化学性消化两种方式探讨食物在口腔、胃内、小肠和大肠的消化过程，从而构成对整个消化系统消化功能的阐述。这种对器官和系统功能研究也有助千临床医学对其的认识和评价，为临床疾病的诊断治疗提供具有参考价值的正常对照。然而，对人体功能更深一层的认识除了从器官系统的宏观层面入手，还需要深入到细胞和分子的水平。（二）从细胞和分子层面研究生理学由于各器官的功能是由构成该器官的各种细胞的生理特性所决定的，因此，从细胞水平着手研究有助于对器官功能的深入了解。如2014年诺贝尔生理学或医学奖得主John O'Keefe和Moser夫妇研究发现大脑海马区存在“位置细胞”和“网格细胞＂，从而发挥大脑的定位功能。又由千细胞的特性是由构成细胞生物大分子的理化特性及其编码基因所决定的，所以，对生理机制的研究就自然地深入到基因组的结构功能与染色体遗传信息构建的水平。如1994年肥胖基因及其编码的产物瘦素的发现，在基因水平揭示了脂肪代谢的重要调节机制。


生理学 四、生理学的认识层次 近三十多年来，分子生物学的飞速发展，特别是实验技术的突飞猛进，给细胞分子水平的生理学研究带来了广阔崭新的前景。生理学家逐步了解到细胞间识别、信号转导和物质转运的机制，揭示了细胞增殖、细胞分化的一些规律，进而深入到基因组的结构功能与染色体遗传信息构建的水平。例如心脏之所以能搏动，是由于肌细胞中含有特殊的蛋白质，这些蛋白质分子由特定基因编码，具有一定的结合排列方式，在离子浓度的变化和酶的作用下其排列方式发生变化，从而发生收缩或舒张的活动。目前，对心肌细胞的研究已逐步深入到细胞内大分子、基因水平乃至后基因组（如蛋白组学）层面上。值得注意的是，细胞和分子水平的研究，多采用离体的方法，故所获结果往往不足以代表其在完整机体内的功能。因此，细胞分子水平的研究始终要和器官、系统乃至整体水平的研究结合起来才能更全面、更深入地阐明生命活动的本质。


生理学 （三）从整体层面研究生理学 整体水平研究是以完整的机体为研究对象，分析在各种生理条件下不同器官、系统之间相互联系和协调的规律。人体的生理活动是体内各个器官、系统的生理功能活动相互配合又相互制约的完整而协调的过程。在整体水平研究中既要注意到整体的共性，又要注意到个体的特性。人的生理活动具有个体的特点，并且随着个体生活条件的改变而不断变化发展着，而且不同个体处在同一状态也存在差异。另外，我们还要注意到整体水平的研究不能只局限于生物体本身。我国古代学者已懂得“天人合一＂的道理，认识到入与环境互相依存、互相影响的辩证关系，天、地、人三者的关系，也即是自然环境社会－人的关系。在现代生物心理牡会－环境的新型医学模式中，生理学研究也不应只局限千某些生理变谜的变化，而应从环境、社会、心理等多方面地去认识这个生物变量所产生的变化及其．嘐0i}第—章绪论意义。


生理学 （三）从整体层面研究生理学 现代高新技术使我们有可能将整体、器官、组织、细胞的结构与功能分析深入到生物大分子内部，揭示出机体更多未知的功能和活动规律，但就生理学的任务和研究目的而言，结构与功能关系的研究是一个永恒的命题。因此，上述三个水平的研究虽然分析层次不同，但研究目的是一致的。三种层次的研究互相联系，互相补充，互相促进，不断深入，可使入类从更广、更深的层面完整地认识机体正常活动的规律。 第二节生理学的常用研究方法 生理学是一门理论性很强、实践性也很强的科学。生理学的每一个认识或结论均从实验中获得。因此实验研究的方法对于生理学的进展至为重要。早期的生理学研究方法多来源于对人体和疾病过程的直接观察，1628年，威廉·哈维(William H釭vey)发表《关千动物心脏与血液运动的解剖研究》，他根据动物实验证实了体内的血液循环现象，并阐明了心脏在循环过程中的作用，指出血液受心脏推动，沿着动脉血管流向全身各部，再沿着静脉血管返回心脏，并循环不息。他的贡献不仅仅是对血液循环的发现，更重要的是他由此创立了现代实验医学，开启了生理实验科学的新纪元。


生理学 第二节生理学的常用研究方法 生理学实验(physiology experiment)是人为控制一定的实验条件，对生命活动现象进行科学观察和分析，以获得对这种生命活动规律认识的一种研究手段。由于生物伦理学对实验对象的限制，我们不可以将对机体有害的或对机体存在潜在损害的实验在人类自身上进行。因此，利用动物实验来探讨人体的某些生理功能及其产生机制是不可缺少的。但人类也认识到生命伦理的重要性，并订立“3R”原则(Reduction, Replacement, Refinement)以规范使用实验动物的研究行为。在使用实验动物时，应根据不同的研究目的和需求选用适当的动物种类并考虑动物的性别、年龄、体重等因素。如研究呕吐现象一般选用对呕吐反应最敏感的猫作为实验对象；研究细胞生物电时可选用枪乌贼巨大的神经突触作为实验标本；两栖类的蛙或蟾捈，其离体组织和器官所需条件简单，耐受缺氧能力强，故常用于肌肉生理、神经生理、心脏生理等实验。特别要指出的是，作为进化到高等程度的人类，其生理的高级功能与实验动物存在有质的差别，因此，从动物身上获得的数据不能生搬硬套在人类身上。


生理学 一、动物实验 动物实验按其进程通常可分为急性实验和慢性实验S伈。急性实验(acute experiment)是以动物活体标本或完整动物为实验对象，人为地控制实验条件，在短时间内对动物标本或动物整体特定的生理活动进行观察和干预并记录其实验结果作为分析推断依据的实验。实验通常具有损伤性，甚至不可逆转，可造成实验对象的死亡。急性试验可分为在体(in vivo)实验和离体(in vitro)实验。在体实验是指在麻醉或清醒状态下的动物身上进行的观察或实验，也称活体解剖实验。在体实验的条件易于控制，实验较简单。离体实验是将器官或细胞从体内分离出来，在一定实验条件下进行的研究。它有利于排除无关因素的影响，但实验在特定的条件下进行，其获取的结果不一定能代表在自然条件下的整体活动情况。


生理学 一、动物实验 慢性实验(chronic experiment)是指以完整、清醒的动物为研究对象，尽量使动物所处的外界环境接近自然常态，在一段时间内，在同一动物身上反复多次观察完整机体内某些器官功能活动或生理指标变化的实验。实验一般在动物清醒的状态下进行，必要时也可对动物先进行预处理，待动物康复后再进行实验。例如，观察动物头期胃液分泌的假饲实验，需要先行手术将动物的食管连接到颈部皮肤形成一个食管疫，使摄取的食物不能进入胃部，以便观察头期胃液分泌的情况。慢性实验获得的结果比较接近整体的生理功能活动，但实验条件要求高，时间长，整体条件太复杂，影响因素较多，所得的结果有时不易分析。急性、慢性实验作为常用的两种生理学实验方法可以互相补充、取长补短。毕竟动物的研究始终不能代替人体的研究，对人体功能和活动规律的认识仍需以人体作为研究对象。


生理学 二、人体生理研究 由于伦理学的限制，早期的人体生理研究主要是以调查和记录人体的一些生理参数资料为主，如人体身高、体重、血压、心率、肺活批、血细胞数量等。也可观察、记录人体处千高温、低氧（高原）、失重（航空）等环境下习服的生理适应性改变。随着现代科学技术的迅猛发展，特别是电子技术、光化学技术、声学技术等日新月异的进步，让人体的无创性研究成为了可能。心电图、脑电图、超声和X光影像技术为人体生物电和器官形态功能的研究提供了条件。特别是近年来生物芯片、计算机微电子技术给人体的研究带来了新的手段。人们可以在生命伦理学的指导下，通过人体活动的基本数据的收集、分析乃至大数据海量挖掘等方法，以获取更加有用的生理学资料，为临床医学提供更有指导性的实验依据。随着基因图谱的不断解码和破译，人类认识生命的发生、个体的发育、成熟、衰老的过程不断深化，也使个体化生理功能研究和生物信息学研究成为了可能。


生理学 二、人体生理研究 在生物的进化过程中，进化程度越高级，其机体的功能活动就越复杂。人类是进化最高级的动物，其功能活动的精确性和复杂性不言而喻。因此，对其活体功能的直接研究还存在着很多局限性，采用仿生学的方法来模拟人体功能的研究也是人体研究的一种蹊径。整合生理学和转化医学的发展也必将推动人体研究朝着更深入、更全面、更结合临床实际、更符合伦理原则的方向发展。


生理学 三、科学方法是解开生理学问题的钥匙 运用正确的科学方法进行生理学的研究，是获得生理学真知的重要途径。过往人们对生理学的研究，从初步观察记录开始，并通过假设推断来认识入体的构造和生理活动方式。公元2—3世纪，古罗马医生盖伦(Claudius Galen)就开始采取观察、假设、类比思维的方法认识人体生理学，直至威廉·哈维开辟了直接向现象求知，通过实验求证问题的科学方法，生理学研究才走上现代实验科学的正确轨道（图1-2)。科学方法包括研究技术手段和方法论，前者多借助于当代先进的科学技术和方法来开展研究；后者是指进行科学研究时采用的工作方法和思维模式，在长期的科学研究中已形成：＂问题的提出—假设—设计实验验证假设—实验（观察、记录、收集资料证据）一讨论分析—得出结论（证实或推翻先前的假设）＂的工作思维模式。人们借助理化技术以观察生理学活动的现象，以数据、图像来表现这些生理活动的情况，运用数理统计学的方法，整理分析资料，使生理学从定性研究走向定量研究，从而了解从量变到质变的客观规律。例如早期的生理学研究应用记纹鼓、肌动杠杆来记录肌肉n v s,(jV lLlE LM I_HA_R VEI.AN CLI,胚如R,g/i,(5'1'~/,ffori5迈n”“加inCo/.知儿加dmm,.,心．乎Sumptibus GVILIHMI FITZ ERi.


生理学 三、科学方法是解开生理学问题的钥匙 图1-2英国科学家威廉·哈维(W曲am Harvey,1578-1657)及其著作《关千动物心脏与血液运动的解剖研究》收缩的变化，随着电和磁的发现，示波器、多导仪、微电极等的问世推动了电生理学的发展。现代的三维成像技术、功能性磁共振(fMRI)、放射性同位素示踪技术、气相或液相色谱－质谱技术、基因芯片技术、单核昔酸多态性(SNP)分析等使人们对生理学的认识水平不断深入。在方法论方面，信息论、控制论、系统论等现代科学理论也被用千指导现代生理学的研究。研究的思维模式也从“还原论”即无限细化、不断深入的还原方法走向整合生理学和转化医学的道路，即形态与功能相结合、局部与整体相结合、正常与异常相结合、微观与宏观相结合，基础与临床相结合的思维层面。因而，在学习生理学知识的同时，了解获取这些知识的技术和方法、分析和推断的逻辑思维过程，不但可以加深对所学知识的理解，而且还有助于学会批判性地吸收知识，建立正确的科学思维方法。


生理学 第三节生命活动的基本特征 无论是单细胞还是高等动物，各种生物体都具有一些共同的基本生命特征，包括新陈代谢(metabolism)、兴奋性(excitab山ty)适应性(adap tab山ty)和生殖(reproduction)等。从入体生命活动全周期来看，发育、成熟、衰老乃至死亡，也是一个具有规律性特征的过程。本节除了对上述四个基本生命特征作一概述外，也对生命周期的衰老过程作一简介，有关发育、成熟的生理特征会在相关学科予以介绍。 —、新陈代谢 机体要生存，就得不断与环境进行物质和能量交换，摄取营养物质以合成自身的物质，同时不断分解自身衰老退化物质，并将分解产物排出体外。这种自我更新过程称为新陈代谢。由于新陈代谢包括体内各种物质的合成、分解和能量转化利用，故包含物质代谢（合成代谢、分解代谢）和能量代谢（能量产生及转换利用）。新陈代谢一旦停止，生命活动就会结束，因此新陈代谢是机体生命活动最基本的特征。


生理学 二、兴奋性 机体生存在一定的环境中，当环境发生变化时，机体会主动对环境的变化作出适宜的反应，比如单细胞生物阿米巴原虫摄食时可伸出伪足｀，包围并摄入食物颗粒，而一旦碰到有害物质，伪足会立刻游走避开。在日常生活中，当人的手接触到发烫的热水时，会马上缩回来，避开热水的烫伤；人的眼睛看到强光时，瞳孔会立即缩小，避免强光对眼睛的伤害。在生理学上，这种作用千机体的内外环境变化称为刺激(stimulus)而机体对刺激所产生的应答性变化称为反应(response)。


生理学 二、兴奋性 通常机体内不同的组织细胞对刺激所产生的反应表现出不同的形式。比如，神经细胞（包括感受器）对刺激表现出来的反应形式是产生和传导动作电位；骨骼肌、心肌、平滑肌表现为收缩和舒张；而各种腺体则表现为分泌腺液。在生理学中，我们将这些接受刺激后能迅速产生某种特定生理反应的组织称为可兴奋组织。机体或可兴奋组织、细胞在接受刺激产生反应时，其表现的形式主要有两种：一种是由相对静止变为显著的运动状态，或原有的活动由弱变强，称为兴奋(excitation)。由千可兴奋组织在发生反应之前都会产生动作电位的变化，因此，现代生理学也将能对刺激产生动作电位的组织或细胞相应称为可兴奋组织或可兴奋细胞，将组织细胞接受刺激后产生动作电位的现象称为兴奋。另一种表现形式是由运动转为相对静止，或活动由强变弱，这称为抑制(inhibition)（详见第二章）。


生理学 二、兴奋性 并不是所有的刺激都能引起机体的反应，刺激要引起反应通常需要具备三个条件，即足够的刺激强度、足够的刺激作用时间和适当的刺激强度-时间变化率。若固定刺激作用时间（即固定刺激波形的波宽）和刺激强度廿寸间变化率（可采用方波），单独改变刺激强度来刺激活组织细胞时，可观察到不同的刺激强度对活组织细胞反应的影响，通常我们将能引起活组织细胞产生反应的最小刺激强度称＠扣，为闾强度（t~reshold intensity)，简称闾值(thres hold)。刺激强度低于阙值的刺激称为阙下刺激，刺激强度大于阔值的刺激称为阙上刺激，引起最大反应的最小刺激称为最适刺激。超过最适刺激的称为强刺激或超强刺激，后者容易造成组织细胞的疲劳或伤害。


生理学 二、兴奋性 活组织细胞接受刺激产生反应的能力或特性称为兴奋性。不同的组织细胞对同样刺激的反应不同，通常可以采用阙值衡量兴奋性的高低。对于兴奋性高的组织细胞，用较小的刺激便能使其产生兴奋，即其阙值较低。对于兴奋性较低的组织细胞，需用较强的刺激才能让其产生兴奋，即其阔值较高。因此，阙值的大小可反映组织细胞兴奋性的高低。两者呈反变关系：生物体所处的环境无时不在发生着变化。比如大气的气压、温度、湿度等在不同季候中的变化差别很大。人类在长期的进化过程中，已逐步建立了一套通过自我调节以适应生存环境改变需要的反应方式。机体按环境变化调整自身生理功能的过程称为适应(adaptation)。机体能根据内外环境的变化调整体内各种活动，以适应变化的能力称为适应性。适应可分为生理性适应和行为性适应两种，如长期居住高原地区的人，其血中红细胞数和血红蛋白含量比居住在平原地区的人要高，以适应高原缺氧的生存需要，这属于生理性适应；寒冷时人们通过添衣和取暖活动来抵御严寒，炎热的季节，人们利用通风对流来降低环境温度，这是行为性适应。


生理学 二、兴奋性 适应能力是生物体应对环境变化的一种生存能力，也是一种习服现象(accustomization)，即机体为了适应新的生存环境变化而产生一系列的适应性改变。这种适应过程与环境变化的强度和适应的待续时间有关。长期刺激与适应的结果可通过基因水平的固化而保留给后代，如长期生活在寒带的人群比生活在热带的人群的抗寒能力强；而长期生活在热带的人群的耐热能力则优千生活在寒带的人群。疾病的过程其实也是机体对致病因素的一个异常的适应过程。正如寒武纪时期软体生物从无壳到有壳的进化历程一样，从进化的角度来看，疾病也是生理功能适应内外环境变化的异乎寻常的反应，这种反应的结果不管机体能否适应都可能在分子或基因水平积累成进化的记录。一旦条件成熟，将为人类基因的进化提供一个适应性的结果。


生理学 四、生殖 生殖是机体繁殖后代、延续种系的一种特征性活动。成熟的个体通过无性或有性繁殖方式产生或形成与本身相似的子代个体。无性生殖是指不经过两性生殖细胞结合，由母体直接产生新个体的生殖方式，如分裂生殖（细菌等）、出芽生殖（水螅等）、抱子生殖（蕨类等）。有性生殖是指由亲代产生的有性生殖细胞，经过两性生殖细胞（如精子和卵细胞）的结合，成为受精卵，再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式。人类通过这种生殖方式使新的个体得以产生，遗传信息得以代代相传。生命从产生、生长发育、成熟乃至衰老、死亡也可以说是生物体的一个共性。


生理学 四、生殖 值得一提的是人类辅助生殖技术的发展，包括体外受精－胚胎移植(in vitro fertilization and embryo transfer, IVF-ET)、卵泡浆内单精子显微注射(intra-cytoplasmic sperm injection, ICSI)、胚胎植入前遗传学诊断(pre-implantation genetic小agnosis, PGD)，不仅解决了人类不孕不育症的困扰，而且使优生优育成为可能。此外，从1996年第一只克隆羊“多莉＂的诞生乃至2018年中国克隆猴的问世，克隆技术的不断发展也对伦理学和传统生殖方式提出了新的挑战，考验着人类理性发展的智慧。


生理学 五、衰老 生命周期中有一个随着时间的进展而表现出功能活动的不断减退、衰弱，直至死亡的过程，这个过程泛称为衰老(senescence)，在文献中也常以“老化”(ageing)出现。严格意义上讲，老化是衰老的M”所}动态过程，衰老是老化的结局，是机体从健康老化到处于疾病和功能退化的状态。在人体上这种老化在生理学上主要表现为随着年龄的增长，人体各器官系统及其组织细胞功能出现退行性变化或衰退状态，对内外环境适应能力逐渐减弱，具有全身性、进行性、内在性和衰退性的特点。(—)人体结构成分的衰老变化人体结构成分的衰老表现为机体水分的减少和脂肪的增多。正常成年人全身含水量男性约为体重的60%，女性约为50%，随着年龄的增长，机体的含水量逐渐减少，60岁以上的老年人全身含水量男性约为51.5%，女性为42%~45％而且其细胞外水分变化较小，细胞内含水量变化可从42％降至35%。人体的新陈代谢活动也随年龄的增长而逐渐减慢，耗热量逐渐降低，摄入的热能转化为脂肪储积增加，脂肪可转化为胆固醇，故总胆固醇也随着增加。（二）细胞数量减少成人以后，随着年龄的增长，各种器官细胞数量开始减少，细胞内水分减少，细胞出现萎缩、死亡。最后致使各器官的重量和全身体重减轻，器官功能下降。（三）全身器官功能下降人体各器官的生理功能均随增龄而下降，老年人出现头发变白稀少，皮肤松弛干燥变皱，视力、听力下降，牙齿松动脱落。成年后，骨髓的造血功能降低，45岁后更为明显，造血组织逐渐被脂肪和结缔组织替代，红细胞和血红蛋白减少。心肌传导组织的结缔组织钙化或纤维化，可引起室内传导阻滞，心肌纤维随年龄增长逐步发生脂褐素沉积，心肌呈棕色萎缩，同时ATP酶活性下降，钙离子扩散率减少，导致心肌收缩力下降，搏出佩减少。老年人的交感和副交感神经的敏感性也随着年龄的增长而降低，对窦性心率调节能力也随增龄而减弱，故窦性心动过缓多于心动过速。肺活量随增龄而减少，30岁以后，平均每增加一岁，肺活噩减少0.6%。老年人可因肺弹性回缩力和呼吸肌收缩能力的减弱，以及呼吸道阻力的增加而导致余气量随年龄的增长而增大；此外，神经系统、消化系统、生殖系统等均出现器官随年龄的增长而功能退化的表现S`。（四）机能改变和对内外环境的适应能力逐渐下降机体的运动功能、生殖功能、基础代谢、能噩代谢，糖、蛋白质和脂肪三大代谢功能等随着增龄均出现进行性衰退的改变。组织细胞对胰岛素的敏感性降低，表现为糖耐量下降；蛋白质的分解代谢大千合成代谢，脂类的消化、吸收、合成、代谢降解功能随增龄而减退。水盐代谢出现细胞内液的显著减少和血清Na十浓度的逐渐增加，钙代谢也出现异常，钙从骨组织向其他组织转移。机体这一切退行变化也导致其对内外环境变化的适应能力逐步下降。应该指出的是，每个个体的老化发展速度是不同的，所以衰老的变化也各有不同。即便在同一个体内，不同组织器官的老化发生和发展也不尽相同。一般毛发、骨骼、肌肉、皮肤老化较早，内脏器官衰老的发生相对较迟。老化的速度也与人体的养生保养有着密切的关系，所以注意养生保养对延缓衰老过程有重要的积极意义。


生理学 五、衰老 第四节机体的内环境、稳态和生物节律—、机体的内环境生理学将机体生存的外界环境称为外环境(external environment)，包括自然环境和社会环境。体内各种组织细胞直接接触并赖以生存的环境称为内环境(internal environment)。人体内的液体总称为体液(body fluid)，约占体重的60%。体液可分为两部分：约2/3的体液分布在细胞内，称为细胞内液(intracellular fluid)，其余的1/3分布在细胞外，称为细胞外液(extracellular fluid)，包括血浆组织液、淋巴液和脑脊液。由千体内细胞直接接触的环境就是细胞外液，所以生理学中通常把细胞外液称之为内环境。体内有些液体，如胃内、肠道内、汗腺管内、尿道内、膀胱内的液彸，.＇，，体，都是与外环境连通的，所以不属千内环境的范畴。 第—章绪论 细胞外液含有各种无机盐（如钠、氯、钾、钙、镁、碳酸氢盐等）和细胞必需的营养物质（如糖、氨基酸、脂肪酸等），还含有氧、二氧化碳及细胞代谢产物。正常细胞通过细胞膜进行细胞内液和细胞外液之间的物质交换，以维持细胞生命活动的进行。


生理学 二、内环境的稳态 内环境的稳态(homeostasis)是指内环境的理化性质，如温度、酸碱度、渗透压和各种液体成分的相对恒定状态。早在1857年，法国生理学家Claude Bernard就提出了内环境的概念，他观察到尽管机体所处的外环境可有很大变化，但细胞外液的理化性质变动却非常小，因此他指出：内环境的相对稳定是机体能自由和独立生存的首要条件。这个观点对后来稳态概念的提出具有重要的意义。1926年，美国生理学家坎农(Walter B. Cannon)将希腊语的homeo与stasis合成homeostasis一词用来表述＂稳态”这一生理学的重要概念。这种表述揭示了生命活动的正常进行有赖千内环境相对稳定的内在规律。至今，稳态的概念一直被引用并泛化到细胞分子水平、器官系统乃至机体整体功能活动的相对稳定状态。


生理学 二、内环境的稳态 内环境的稳态并不是静止不变的固定状态，而是各种理化因素在各种生理活动的调节下达到动态平衡的一种相对恒定的状态。稳态的维持是机体自我调节的结果。在正常情况下，由细胞代谢引起的营养物质消耗和代谢产物的产生，或由外界环境变化如高温、严寒、低氧引起的呕吐或腹泻等都会导致细胞外液理化性质的变化，从而干扰稳态。但机体可通过多个系统和器官的活动以及负反馈控制系统，使遭受干扰影响的内环境及时得到恢复，并通过与外环境的物质交换，使机体内环境的各种理化因素包括渗透压、温度、酸碱度、水、电解质及营养成分等都保待在一个适宜的相对恒定的水平，从而维持其相对稳定。


生理学 二、内环境的稳态 稳态具有十分重要的生理意义。因为细胞的各种代谢活动都是酶促生化反应，所以细胞外液中需要有足够的营养物质、氧气和水分，以及适宜的温度、离子浓度、酸碱度和渗透压等；细胞膜两侧不同的离子浓度分布也是可兴奋细胞保持其正常兴奋性和产生生物电的基本保证。如果内环境的理化条件发生重大变化或急骤变化，超过机体本身调节与维持稳态的能力，则机体的正常功能会受到严重影响。如高热、低氧、水和电解质及酸碱平衡紊乱等都将损害细胞功能，引起疾病，甚至危及生命。因此，维持稳态是保证机体正常生命活动的必要条件。 三、生物节律 生物节律是机体普遍存在的生命现象。机体内的各种功能活动按一定的时间顺序发生周期性变化，称为节律性变化，而变化的节律称为生物节律(biorhythm)。


生理学 三、生物节律 体内的各种功能按生物节律发生的频率高低可分为日周期、月周期、年周期，如体温日周期变化表现为清晨低，午后高；血压的日周期变化表现为双峰双谷；月经是典型月周期变化，春困和北欧常见的“冬季抑郁(winter blue)”的发生则具有年周期的特点。在日常的生活和工作中，生物节律都具有生理意义。如人体体温在24小时的日周期中，以2~6时最低，此时人体处于熟睡状态，体内多数生命活动处于相对静息状态，机体以最节能的方式维持基本生命活动的需要。清醒后，为适应新一天的生活工作的需要，体温逐渐升高，在午后l3~18时达到最高。若打破生物节律，入体就会出现不适，如在快速跨越多个时区的旅行中会出现时差(jet-lag)反应，常常出现疲劳、警觉性降低、认知能力下降、睡眠－觉醒周期紊乱等症状。


生理学 三、生物节律 生物节律的存在也反映了机体内环境的水平相应的节律性变化，这种节律性变化一方面来自机体在长期进化中形成的生物固有节律，同时也受到外环境变化的影响，如月球、太阳引力的影响。目前对生物节律产生的确切机制尚未十分明了。人们从17世纪就注意到生物节律的现象并对其进行观察和研究。直至今天，人们逐步地揭示了松果体和下丘脑视交叉上核(suprachiasmaticnucleus, SCN)与哺乳动物的生物节律密切相关，尽管其内在机制尚未被完全阐明，但目前对生物节律的研究已深入到基因水平，Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash和Michael W. Young最早在果蝇中发现了Period a、Timeless、Doubletime等与生物节律相关的基因，有助于阐明调控昼夜节律的分子机制，他们因此共同获得了2017年诺贝尔生理学或医学奖。


生理学 三、生物节律 生物节律是生物体在进化过程中行为模式选择和演化的结果，是生物体经历环境选择和长期变化的产物，是生物体用于预测时间变化，及时调整生理稳态的一种内在调节机制。它存在的意义是可使机体对环境变化作出前瞻性的主动适应。在临床研究中，已有利用这种节律性变化来提高药物的疗效尝试，也有关于生物节律与肿瘤、代谢性疾病、睡眠障碍等关系研究的报道。此外，生物节律的研究对航天、航海、轮班作业、驾驶安全等也具有重要的应用意义。 第五节机体生理功能的调节 当机体内、外环境发生改变时，为了保证机体能够适应这种改变，维持内环境的相对稳定，机体内部必须进行一系列的调节活动来维持这种稳态，这种过程称为生理功能的调节(regulation)。其主要调节方式有以下三种：神经调节(nervous regulation)、体液调节(humoral regulation)和自身调节(autoregulation)。这些调节活动既可以单独存在、独立完成，也可相互配合、协同完成，共同实现维持机体内环境的相对稳定，保证生命活动的正常进行。


生理学 一、神经调节 肾交感神经在肾脏内不仅支配肾血管，还支配肾小管上皮细胞和球旁细胞，对肾小管的支配以近端小管、髓拌升支粗段和远端小管为主。肾交感神经兴奋时，释放去甲肾上腺素，通过下列方式调节尿液的生成：O与肾脏血管平滑肌a受体相结合，引起肾血管收缩而减少肾血流量。由于入球小动脉比出球小动脉收缩更明显，使肾小球毛细血管血浆流量减少，毛细血管血压下降，肾小球滤过率下降。＠通过激活B受体，使球旁器的球旁细胞释放肾素，导致循环血液中血管紧张素II和酘固酮浓度增加，增加肾小管对水和NaCl的重吸收，使尿量减少0＠与0'.1-肾上腺素能受体结合，刺激近端小管和简拌（主要是近端小管）对Na•,Cl和水的重吸收。这一效应可被a广肾上腺素能受体拈抗剂眽嗤嗦(prazosin)所阻断。肾交感神经活动受许多因素的影响。例如循环血量增加，可以通过心肺感受器反射，抑制交感神经的活动。动脉血压增高，可以通过压力感受器反射，减弱交感神经活动。当机体出现功能紊乱，如严重失血时，机体处于应激状态，肾交感神经兴奋，传出冲动使肾小球滤过率减少，以保证重要器官的血供。


生理学 刺激--反应 体内各种感受器相当于换能器，通常可接受内、外环境变化的刺激并转变为一定形式的神经放电信号，后者通过传入神经传至相应的神经中枢，中枢对传入信号进行分析处理并发出指令，由传出神经传至效应器，改变其活动。如当人们看到食物或进食时，引起唾液腺分泌的过程，就是一个神经调节的典型例子。神经反射的特点是反应迅速，起作用快，调节精确。通常神经反射包括非条件反射(unconditioned reflex)和条件反射(cond山oned reflex)。


生理学 刺激--反应 非条件反射是与生俱来的，其反射中枢基本上位千大脑皮层以下较低部位，反射弧相对固定，是生物体进化的产物。然而，机体更多的反射活动是通过后天学习获得的条件反射。例如吃过酸梅的人，可能发生“望梅止渴＂的反应。条件反射是建立在非条件反射的基础上，是人或高等动物在生活过程中根据不同环境条件和体验而建立起来的。巴甫洛夫做过这样一个有趣的实验：他观察到给狗喂食时，狗有唾液分泌，这属于非条件反射，此时食物是非条件剌激；不给食物，让狗单纯听到铃声，它不分泌唾液，铃声为无关刺激；若让狗每次进食时都听到同样的铃声，反复多次地进行强化以后，单纯给予铃声刺激，狗会分泌唾液，此时铃声从无关刺激转变为条件刺激。这种在特定条件下建立起来的声响引起唾液分泌的反射（即由条件刺激引起的反射）称为条件反射。条件反射的刺激与反应之间的关系灵活可变且不固定，若不加以强化，则可逐渐消退（详见第十章）。


生理学 第一章绪论二、体液调节 体液调节是指机体的某些组织细胞所分泌的特殊的化学物质，通过体液途径到达并作用千靶细胞上的相应受体，影响靶细胞生理活动的一种调节方式漫卜。这种特殊的化学物质可以是内分泌细胞或内分泌腺分泌的激素，如甲状腺素、胰岛素、糖皮质激素，也可以是某些组织细胞产生的特殊化学物质，如白细胞介素（简称白介素）、生长因子、趋化因子、组胺，抑或是组织细胞代谢过程中产生的某些代谢产物，如CO2、NO、H飞上述所指的体液途径主要是通过血液循环作用于全身各处的靶细胞，发挥相应的调节作用，这种方式称为远距分泌(telecrine)调节。但也有一些化学物质不通过血液循环而直接进入周围的组织液，经扩散作用到达邻近的细胞后发挥特定的生理作用，这种调节可以看作是局部性体液调节，或称为旁分泌(paracrine)调节，如胰高血糖素刺激胰岛B细胞分泌胰岛素的调节过程。还有些细胞分泌的激素或化学物质在局部扩散，又反馈作用于产生该激素或化学物质的细胞本身，这种方式称为自分泌(autocrine)调节，如胰岛素亦可抑制B细胞自身分泌胰岛素的活动。另外，下丘脑内有一些神经细胞能合成激素，激素随神经轴突的轴浆流至末梢，由末梢释放入血，这种方式称为神经内分泌(neuroendocrine)调节，如血管升压素等。


生理学 第一章绪论二、体液调节 人体内也有很多内分泌腺的活动接受来自神经和体液的双重调节，称为“神经－体液调节”。例如胃液头期的分泌，胃壁细胞的泌酸活动一方面接受神经系统的直接调节，另一方面，神经反射传出通路的分支还可作用于G细胞引起胃泌素的释放，间接作用于壁细胞引起胃酸分泌。与神经调节相比，体液调节是一种较为原始的调节方式，其作用缓慢而持久，作用面较广泛，调节方式相对恒定，它对人体生命活动的调节和自身稳态的维持起着十分重要的作用。 三、自身调节 心血管活动的自身调节包括心脏泵血功能的自身调节和组织器官血流量的自身调节。关千心脏泵血功能的自身调节可见前文影响心输出量的因素中的异长、等长自身调节部分；关于组织器官血流量自身调节的机制，一般可用局部代谢产物学说和肌源学说加以解释。


生理学 第六节人体内自动控制系统 人体内存在许许多多不同类型的复杂的控制系统，精密地调节着人体生命活动。1948年，美国数学家Norbert Wiener发表了《控制论一关千在动物和机器中控制和通讯的科学》，建立了自动控制理论(cybernetics)，随后控制论很快被运用到人类工程学、通讯工程学、计算机工程学、生理学与医学管理学与数学，形成了众多的交叉学科，推动了科技和管理科学的发展。运用工程技术领域中使用的自动控制理论，有助千我们对人体内自动控制系统的运作规律和特点的认识和理解。控制系统可分为非自动控制系统、反馈控制系统和前馈(feed-forward)控制系统。非自动控制系统是一个开环系统(open-loop system)，其控制部分的活动不受受控部分活动的影响。由于其在体内并不多见，所以在此不做讨论。下面主要介绍反馈控制系统和前馈控制系统。


生理学 一、反馈控制系统第—章绪论部分发出指令使受控部分发生活动，输出偏差信息I控制部分 变量反映受控部分的活动情况，监测装置（神经中枢、内分泌细胞）对输出变量进行采样，并发出反馈信息回输到比较器，比较器将此信息与系统原先设定的参考信息（标准信息）进行比较，将控制指令反馈信息和参考信息比较产生的偏差信息传输至控制部分，控制部分接收偏差信息（效应细胞、靶细胞）|-—一干扰信息后进行整合、分析并作出调整的决定，发出控制信息对受控部分的活动进行调整，以保证输出变量的准确性，避免受控部分受输出变蜇到干扰而影响输出变量（图1-4)。这样，在控制部分和受控部分之间形成一种反馈控效应制系统的闭环联系。图1-4反馈控制系统示意图在反馈控制系统中，反馈信号对控制部分的活动可发生不同的影响，据此，可将反馈分为两种：负反馈(negative feedback)和正反馈(pos itive feedback)。机体的控制系统也好比这样一个自动控制的闭环系统，神经中枢就好比控制部分，肌肉器官的效应器就好比受控部分，各式各样的感受器就好比监测装置，机体的各种生理活动都有一个相应的调定点，如体温调定点设置在37°C，体液pH的调定点设置在7.4等，调定点就如比较器的参考信息。机体也同样通过反馈系统保证正常生理活动的有序进行。（－）负反馈控制系统负反馈控制系统是一个闭环的控制系统。来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相反方向改变，称为负反馈。负反馈调节的意义是使系统处于一种稳定状态。如果因某种外在或内在因素的影响，使该系统的受控部分活动过强时，过强的输出信息可通过负反馈机制作用于控制部分，由控制部分输出信息令受控部分的活动减弱；相反，若受控部分活动过弱时，通过这种负反馈机制，受控部分的活动得以增强。在正常生理情况下，体内的控制系统绝大多数都属于负反馈控制系统，它们在维持机体内环境稳态中起重要作用。例如，当机体的动脉血压突然升高时，分布在主动脉弓和颈动脉窦的压力感受器就能感受到这一变化，并将这一信息通过迷走神经和舌咽神经反馈到心血管中枢，经中枢的整合、比较、分析后，通过传出神经支配心脏和血管的活动，使动脉血压回降至调定点的相应水平。正常机体内，血糖浓度、pH、循环血量、渗透压等也是在负反馈控制系统的作用下保持稳定的。（二）正反馈控制系统正反馈控制系统也是闭环控制系统，来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相同方向改变，这种反馈活动称为正反馈。在正反馈的情况下，反馈控制系统处千再生状态。与负反馈相反，正反馈不可能维持系统稳态或平衡，而是打破原先的平衡状态。体内的正反馈控制系统远较负反馈控制系统少，但在排泄、分挽等生理活动中，正反馈调节具有重要的生理意义。例如，当膀胱中的尿液充盈到一定程度时，可剌激膀胱壁上的牵张感受器，后者发出冲动经传入神经传至排尿中枢，中枢通过整合、比较、分析后，经传出神经引起逼尿肌的收缩、内括约肌的舒张，使尿液进入后尿道。此时尿液还可刺激后尿道的感受器，进一步加强排尿中枢的活动，使排尿反射一再加强，直至尿液排尽为止。又如正常分挽过程中，子宫收缩导致胎头下降并牵张宫颈，宫颈受到牵张可进一步加强宫缩，使胎头继续下降，此时宫颈进一步受到牵张，宫颈的牵张再加强宫缩，如此反复，直至胎儿挽出。实际上，正常机体中的一些正反馈活动也是为了维待整个机体的稳态。如上述的分挽过程，母体通过正反馈挽出胎儿，打破了原来怀孕的稳态；而新个体挽出后，母体又恢复至怀孕前的稳态。值得一提的是，并不是所有正反馈所建立的稳态都是有利千机体的，在异常的情况下，过强的正反馈也会导致病理改变。例如，当机体某处小血管破裂时，各种凝血因子通过正反馈相继被激活，使血液凝固，形成血凝块，将血管破口封住。若这种正反馈活动过强时，也可能导致血栓的形成，甚至造成严重后果。


生理学 一、反馈控制系统第—章绪论部分发出指令使受控部分发生活动，输出偏差信息I控制部分  二、前馈控制系统 除了上述的负反馈和正反馈控制系统以外，体内还存在着另一种调控机制一一－前馈控制系统。在自动控制理论中，前馈控制系统是利用输入或扰动信号（前馈信号）的直接控制作用构成的开环控制系统。当控制部分发出信号，指令受控部分进行某一活动时，受控部分不发出反馈信号，而是由某一监测装置在受到剌激后发出前馈信号，作用于控制部分，使其及早作出适应性反应，及时地调控受控部分的活动。前馈控制系统可以避免负反馈调节时矫枉过正产生的波动和反应的滞后现象，使调节控制更快、更准确。机体内的前馈控制系统也属于这样一个开环控制系统。例如，人在参加赛跑前，尽管信号枪还没响起，通过前馈调节，参赛者已出现心率加快，心输出量增加，肺通气量增加，肾上腺素分泌增加等一系列应急反应，以提前适应赛跑时机体血供和耗氧量增加的需要。可见，这种前馈活动使机体的调节控制更富有预见性和适应性。


生理学 第七节生理学发展的回顾和展望 生理学是一门古老而又年轻，不断焕发新活力的科学。早在公元前，人类已经开始对生命活动现象进行了初步的观察。公元前五世纪，古希腊医生希波克拉底(Hippocrates，公元前459—377年）提出，人体是由水、火、金、土四种基本流质即热性的血液、冷性的黏液、黑胆汁（静脉血）和黄胆汁决定其生命活动的。几乎与此同时，我国第一部医学典籍——《黄帝内经》问世，它对脏腑的功能已经有较详细的记录，其中一些认识至少要比外国早一千几百年。到了17世纪，生理学逐渐发展成为一门独立学科。18世纪以后，生理学在神经、呼吸、消化以及内分泌等诸方面获得了很大的进展，它标志着实验生理学生根发芽、蓬勃生长。而19世纪则是生理学研究业绩昭著，发展壮大的时期。20世纪以来，借助千电子学、生物化学等其他现代科学技术的发展，生理学获得了突飞猛进的进步。特别在近20~30年来分子生物学的崛起，促进生理学家将原有整体层面、系统层面、器官层面、细胞层面的研究迅速推进和深入到分子水平的层面。传统的电生理学也积极与现代的分子生物学、大数据生物信息分析等新生技术联姻，从而寻找生命现象更深层次的物质基础和功能机制。但是不管生理学采用何种方法、何种技术，研究达到何种层次，最终生理学研究必须在多种层次互相整合，最后回归整体，因为机体是一个有生命的统一整体。因此微观研究必须与宏观研究结合起来，不同层次的微观整合成不同层次的宏观，最后回归到整体的宏观上。所有的研究都必须回到回答生理学研究的基本问题：机体是怎样进行生命活动的？生命活动的表现形式和功能实现有什么特点或规律？


生理学 第七节生理学发展的回顾和展望 可以预见，随着以智能化为特征的工业4.0时代的到来，新的技术、新的学科将会不断被引进和渗入到生理学研究之中，给生理学带来崭新的生命活力和广阔的发展空间，未来的生理学将跨进更加辉煌的新时代~a（王庭槐）1.人体生理学与医学两者之间有何关系？2.生理学可以从哪些层面来进行研究？3.人体生命活动有哪些基本特征？4.机体内环境稳态的维持有什么生理意义？5.通过比较正反馈、负反馈与前馈之间的异同，试说明其各自的生理意义。


生理学 第七节生理学发展的回顾和展望 [I]朱大年，王庭槐生理学．8版．北京：人民卫生出版社，2013.[2]王庭槐生理学3版北京：人民卫生出版社，2015[3]王庭槐禁不住的真理之光医学与哲学，1981,2:28-30细胞(cell)是构成人体的最基本结构和功能单位。人体各器官和系统的功能活动都与构成该器官和系统的细胞群体密不可分。人体大约有lO14个细胞，按其功能可分为两百余种。每一种细胞主要执行一种特定的功能，也有的细胞可执行多种功能，但某些功能活动是所有细胞或某些细胞群体所共有的。例如，所有细胞都具有物质跨膜转运功能、信号转导功能和生物电现象；约占人体体重一半的各种肌细胞都具有收缩功能。本章主要介绍细胞的这些具有普遍性的基本功能。


生理学 第一节细胞膜的物质转运功能—、细胞膜的化学组成及其分子排列形式 细胞膜(cell membrane)也称质膜(plasma membrane)，是分隔细胞质与细胞周围环境的一层膜结构，厚度7~8nm。细胞膜和细胞内各种细胞器的膜结构及其化学组成是基本相同的，主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类物质。其中，蛋白质和脂质的比例在不同种类的细胞可相差很大。一般而言，在功能活跃的细胞，膜蛋白含量较高；而在功能简单的细胞，膜蛋白含量相对较低。例如，膜蛋白与膜脂质在小肠黏膜上皮细胞膜中的重掀比可高达4.6:l，而在构成神经纤维髓鞘的施万细胞膜中的重量比仅为0.25:1。关于各种化学成分在膜中排列的形式，目前广为接受的是Singer和N】cholson于1972年提出的液态镶嵌模型(fluid mosaic model)学说。这一学说认为，液态脂质双层构成膜的基架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌在其中，糖类分子与脂质、蛋白结合后附在膜的外表面（图2-1)。


生理学 整合蛋白（一）细胞膜的脂质 在多数细胞，虽然膜蛋白质总重量大于脂质，但由千蛋白质的分子量比脂质大得多，所以脂质的分子数却远多千蛋白质。因而，脂质成为细胞膜的基本构架，连续包被在整个细胞的表面。膜脂质主要由磷脂(phospholipid汃胆固醇(cholesterol)和少量糖脂(glycolipid)构成。在大多数细胞的膜脂质中，磷脂占总量的70％以上，胆固醇不超过30%，糖脂不超过10%。磷脂是一类含有磷酸的脂类。磷脂中含量最多的是磷脂酰胆碱，其次是磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺，含量最低的是磷脂酰肌醇。各种膜脂质在膜上的分布是不对称的。大部分的磷脂酰胆碱和全部的糖脂都分布在膜的外层，含氨基酸的磷脂（磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇）主要分布在膜的内层。其中，磷脂酰肌醇的含量虽然很少，但可作为细胞内第二信使三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的供体，因而在跨膜信号转导中有重要作用（见第二节）。脂质分子都是双嗜性分子(amphiph山c molecule)。例如，磷脂分子中含有磷酸和碱基的头端具有亲水性，含有较长脂肪酸的尾端具有疏水性S;；胆固醇分子中的轻基以及糖脂分子中的糖链具有亲水性，分子的另一端则具有疏水性。脂质分子的双嗜特性使之在质膜中以脂质双层(lipid bilayer)的形式存在，即两层脂质分子的亲水端分别朝向细胞外液或胞质，疏水的脂肪酸经链则彼此相对，形成膜内部的疏水区。质膜的疏水区是水以及水溶性物质如葡萄糖和各种带电离子的天然屏障，但脂溶性物质如氧气、二氧化碳以及乙醇等则很容易穿透。脂质分子呈双层排列是Gorter和Grendel于1925年通过对红细胞膜化学成分的测定和红细胞膜表面积的计算推测出来的S》。


生理学 整合蛋白（一）细胞膜的脂质 膜脂质可因温度改变而呈凝胶或溶胶状态。正常人体温高千膜脂质的熔点，即已超过两种状态的转换温度，故膜脂质在人体内呈溶胶状态，具有一定程度的流动性。脂质双分子层在热力学上的稳定性和它的流动性，使细胞能够承受相当大的张力和变形而不至千破裂，如红细胞有很强的变形性和可塑性，能通过比其直径还小的毛细血管和血窦空隙。膜脂质的流动性还可使嵌入的膜蛋白发生侧向移动、聚集和相互作用。细胞的许多基本活动，如膜蛋白的相互作用、膜泡运输、细胞的运动、分裂、细胞间连接的形成等都有赖于质膜保持适当的流动性。除了与温度有关外，质膜的流动性还与膜脂质的成分及膜蛋白的含量有关。胆固醇分子具有不易变形的肖环结构，后者与脂肪酸链的结合可限制脂质的流动，故膜脂质中胆固醇含量愈高，膜的流动性就愈低；脂肪酸胫链长度愈长、饱和脂肪酸愈多，膜的流动性也愈低，如动物脂肪以饱和脂肪酸为主，室温下可呈固态；膜中镶嵌的蛋白质含量增多时也会降低膜的流动性。


生理学 （二）细胞膜的蛋白 细胞膜的功能主要是通过膜蛋白(membran e protein)实现的。根据膜蛋白在膜上的存在方式，可将其分为表面膜蛋白(peripheral membrane protein)和整合膜蛋白(i ntegral membrane protein)两类（见图2-1)。表面膜蛋白约占膜蛋白总量的20%-30%，主要附着于细胞膜的内表面。例如，膜骨架蛋白和错定蛋白。前者属于结构蛋白，常以蛋白分子多聚体形成的长条细丝形式出现，可使质膜具有一定的强度和弹性；后者用于整合膜蛋白的定位，将其固定到特定的质膜位置。有的表面蛋白还以酶的形式发挥胞内信号转导作用或参与某些物质转运的控制。表面蛋白通过静电引力与脂质的亲水部分相结合或通过离子键与膜中的整合蛋白相结合，但其结合力较弱。高盐溶液可使离子键断开，因而可用于表面蛋白从膜中的洗脱。


生理学 （二）细胞膜的蛋白 整合膜蛋白约占膜蛋白总量的70%-80%，它们以其肤链一次或反复多次穿越膜脂质双层为特征。穿越脂质双层的肤段以疏水性氨基酸残基为主，肤键之间易形成氢键，因而多以a螺旋结构的形式存在；露出膜外表面或内表面的肤段则是亲水性的，分别以直链形式构成连接疏水性a跨膜螺旋的细胞外环或细胞内环。一个a跨膜螺旋需18-21个氨基酸残基才能穿越厚约3nm的疏水区。因此，可根据肤链中所含的有足够长度的疏水性片段的数目来推测蛋白是否为跨膜蛋白及其跨膜次数。例如，G蛋白耦联受体的肤链包含7个有足够长度的疏水性片段，因而推测它是一个7次跨膜的蛋白。整合膜蛋白与脂质分子结合紧密，在膜蛋白纯化过程中可用两性洗涤剂使之与脂质分离。一般来说，与物质跨膜转运功能和受体功能有关的蛋白都属于整合膜蛋白，如载体、通道、离子泵、G蛋白耦联受体等。也有一些整合膜蛋白作为黏附分子(adhesion molecule)在细胞与基质、细胞与细胞之间发挥作用。


生理学 （二）细胞膜的蛋白 各种功能蛋白质分子在质膜中的位置分布存在区域特性，这与细胞完成其特殊功能有关。例如，骨骼肌细胞膜上的凡型乙酰胆碱受体通常都集中在与神经末梢相对应的终板膜上，这与神经肌肉之间的信息传递有关；有髓神经纤维轴突膜上的电压门控钠通道几乎全部集中在裸露的郎飞结处，这与兴奋的发生和跳跃式传导（见后）有关。


生理学 （三）细胞膜的糖类 细胞膜中的糖类主要是一些寡糖和多糖链，它们以共价键的形式与膜蛋白或膜脂质结合而形成糖蛋白(glycoprotein)或糖脂(glycolip过）。大多数整合蛋白都是糖蛋白，近1/10的膜脂质是糖脂。结合于糖蛋白或糖脂分子上的糖链几乎总是伸向细胞膜的外侧（被称为细胞“天线”)，形成细胞的糖包被(glycocalyx)。细胞表面糖包被的相互接触可促进细胞之间的相互接触和作用；许多糖类带有负电荷，这使得细胞表面呈现负电性，从而排斥带有负电荷的物质与其接触，如血液中红细胞之间能够保持分开状态就与膜上唾液酸（一种天然的碳水化合物）携带着负电荷有关；许多糖类还作为一种分子标记发挥受体或抗原的功能。例如，霍乱毒素的受体就是一种称为GMI的糖脂；红细胞膜上ABO血型系统的抗原就是由糖蛋白或糖脂上不同的寡糖链所决定的，其中A型抗原和B型抗原的差别仅在于此糖链中一个糖基的不同（见第三章）。


生理学 二、跨细胞膜的物质转运 细胞膜的脂质双分子层是一个天然屏障，各种离子和水溶性分子都很难穿越细胞膜脂质双层的疏水区，从而使胞质中溶质的成分和浓度与细胞外液显著不同。然而，由于新陈代谢的需要，细胞总是要从外界摄取02和营养物质，同时排出细胞的代谢产物，这些物质的进入和排出都要经过细胞膜转运。事实上，细胞维持生命活动在很大程度上是依赖跨细胞膜的物质转运而实现的。据估计，细胞用千物质转运的能量约占细胞耗能总量的2/3。对于理化性质不同的溶质，细胞膜具有不同的转运机制。


生理学 （一）单纯扩散 单纯扩散(simple diffusion)是指物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。这是一种物理现象，没有生物学转运机制参与，无需代谢耗能，属千被动转运，也称简单扩散。如图2-2所示，经单纯扩散转运的物质都是脂溶性（非极性）物质或少数不带电荷的极性小分子物质，如02、CO心凡、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水等。根据相似相溶原理，高脂溶性物质容易穿越脂质双层，因此02、CO心凡等高脂溶性小分子的跨膜扩散速度很快（如呼吸时肺毛细血管与肺泡之间的气体交换）；水是不带电荷的极性小分子，也能以单纯扩散的方式通过细胞膜，但脂质双层对水的通透性很低，故扩散速度很慢（某些组织对水的通透性很大，是因为其细胞膜上存在水通道的缘故，见后）；分子较大的非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸等，很难直接通过膜脂质双层；各种带电离子，尽管其直径很小，却也不能通透膜脂质双层。


生理学 （一）单纯扩散 物质经单纯扩散转运的速率主要取决于被带电荷的无机离子脂溶性小分子或不带较大的极性分子(Na+、K\Ca2+、转运物在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透电荷的极性小分子灌萄糖等）W、Cl一等）性。浓度差愈大、通透性愈高，则单位时间内物?质扩散的量就愈多。另外，物质所在溶液的温.o.`o....度愈高、膜有效面积愈大，转运速率也愈高。 （二）易化扩散 易化扩散(facilitated diffusion)是指非脂溶 性的小分子物质或带电离子在跨膜蛋白帮助 图2-2单纯扩散示意图下，顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运。根据跨膜蛋白及其转运溶质的不同，易化扩散可分为经通道的易化扩散和经载体的易化扩散两种形式。两者都属千被动转运，无需消耗ATP。


生理学 性的小分子物质或带电离子在跨膜蛋白帮助 1经通道的易化扩散各种带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运称为经通道的易化扩散(fac山tated diffusion via channel)。由千经通道转运的溶质几乎都是离子，因而这类通道蛋白也称离子通道(ion channel)。离子通道均无分解ATP的能力，它们所介导的跨膜转运都是被动的。如图2-3所示，离子通道蛋白贯穿脂质双层、中央有亲水性孔道(pore)。当通道处'i'lT, cj岔}于关闭状态时没有离子通过；通道开放时离子可经孔道从膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散。离子通过时无需与通道蛋白结合，能以极快的速度跨越细胞膜。据测定，通道开放时离子转运速率可达每秒lO6~lO8个。


生理学 （通道关闭）（通道开放）离子通道具有两个重要的基本特征： (1)离子选择性离子选择性(i on selecti v ity)是指每种通道只对一种或几种离子有较高的通透能力而对其他离子的通透性很小或不通透。例如，钾通道对K十的通透性要比Na十大1000倍；乙酰胆碱受体阳离子通道对小的阳离子如Na+,K+高度通透，而Cl一则不能通透。据此，可将通道分为钠通道、钙通道、钾通道、氯通道和非选择性阳离子通道等。通道对离子的选择性取决于孔道的口径和带电状况等因素，如阳离子通道的内壁带负电荷，故有助于阳离子通过而阻碍阴离子通过（见图2-3)。此外，通道的离子选择性还与通道的形状、内壁的化学结构以及离子键分布等有关。(2)门控特性S`：大部分通道蛋白分子内部有一些可移动的结构或化学基团，在通道开口处起＂闸门”作用。许多因素可引起闸门运动，导致通道的开放或关闭，这一过程称为门控(gating)。在静息状态下，大多数通道的闸门都处千关闭状态，只有受到刺激时才发生分子构象变化，引起闸门开放。根据闸门对不同刺激的敏感性，即门控特性，可将离子通道分为：心电压门控通道(voltage-gated ion channel)，这类通道受膜电位调控（图2-4A）。当膜两侧电位差发生改变，通常是在膜发生去极化时，通道蛋白分子内的一些带电化学基团（也称电位感受区）发生移动，进而引起分子构象变化和闸门开放，如神经细胞轴突膜中的电压门控钠通道。电压门控通道的开放是神经或肌肉发生动作电位的基本机制。体内也有少量电压门控通道是在膜发生超极化时才打开的，如存在于心肌细胞膜中的Ir通道（见第四章）。＠化学门控通道(chemical-gated ion channel)，这类通道受膜外或膜内某些化学物质调控（图2-4B)。这是一类兼有通道和受体功能的蛋白分子，也称配体门控通道(ligand-gated ion channel)，如骨骼肌终板膜上的凡型乙酰胆碱受体，也称凡型乙酰胆碱受体阳离子通道，其膜外侧有两个乙酰胆碱结合位点，结合位点与乙酰胆碱分子结合后可使通道的构象发生改变，引起闸门开放。化学门控方式对神经元之间或神经元与肌肉之间的信号传递极其重要。＠机械门控通道(mechanically-gated ion channel)，这类通道受机械刺激调控，通常是质膜感受牵张刺激后引起其中的通道开放或关闭（图2-4C)，如耳蜗基底膜毛细胞上的机械门控通道、动脉血管平滑肌细胞上的机械门控钙通道等。某些感受器细胞（如触觉、听觉、运动觉、位置觉、血压）的换能作用也是经机械门控通道介导的。


生理学 （通道关闭）（通道开放）离子通道具有两个重要的基本特征： 此外，也有少数通道始终是开放的，这类通道称为非门控通道，如神经纤维上的钾漏通道(po tassium leak channel)。细胞膜中除离子通道外，还存在水通道(water channel)。如前所述，水分子可以单纯扩散的方式通过细胞膜，但膜脂质对水的通透性很低，扩散速度很慢。事实上，某些细胞对水的转运速率可达到惊人的程度。例如，红细胞每秒允许百倍于自身容积的水通过其质膜，若将红细胞置千低渗溶液中，（通道关闭）（通道开放）


生理学 （通道关闭）（通道开放）离子通道具有两个重要的基本特征： A.电压门控通道；B.化学门控通道；C.机械门控通道．配体是能够与受体特异结合的化学物质水很快进入细胞内，使之膨胀而发生溶血；此外，肾小管、集合管、呼吸道以及肺泡等处的上皮细胞对水的转运能力也很强。在这些细胞的质膜中，存在着大量对水高度通透且总是开放的水通道。组成水通道的蛋白称为水通道蛋白(aquaporin, AQP)，其水相孔道只能允许水分子以单列形式扩散通过，但速率可达到每秒2xl09个。各种离子水化后因直径加大，因而不能通过水通道。由于细胞膜水通道的发现，Peter Agre被授予2003年诺贝尔化学奖。目前发现，各种哺乳类细胞上至少存在有十多种以上的水通道蛋白。某些细胞膜上水通道密度还可受生理性调控，如肾小管上皮细胞膜上水通道的数量可因抗利尿激素水平的升高而增加，这是尿浓缩的机制（见第八章）。2.经载体的易化扩散载体(carrier)也称转运体(transporter)，是介导多种水溶性小分子物质或离子跨膜转运的一类整合膜蛋白。与离子通道或水通道不同，各种载体或转运体不存在贯穿整个细胞膜的孔道结构，但能与一个或少数几个溶质分子或离子特异性结合。经载体的易化扩散(facilitated diffusion via carrier)是指水溶性小分子物质在载体蛋白介导下顺浓度梯度进行的跨膜转运，属于载体介导的被动转运（载体介导的主动转运见后）。如图2-5A所示，当载体上的结合位点朝向被转运物浓度较高的一侧时，结合位点与底物（指被转运物）分子结合的概率较高；与底物结合后，载体蛋白发生构象改变，底物被封闭(occlude)千载体蛋白内，随之结合位点朝向底物浓度较低的膜的另一侧；于是底物从结合位点上解离并释放到膜的另一侧。当膜两侧的底物浓度相等时，底物的净转运为零。由千载休转运时载体蛋白需经历”与底物结合－构象变化－与底物解离”等一系列过程，因此物质经载体转运的速率较慢，每秒转运的分子或离子数仅有200-50000个，远低于离子通道或水通道的转运速率。体内许多重要的物质如葡萄糖氨基酸等的跨膜转运就是经载体易化扩散实现的，如葡萄糖转运体(glucose transporter, GLUT)可将胞外的葡萄糖顺浓度梯度转运到细胞内。GLUT有多种类型，分布于不同的组织细胞。其中，GLUT!表达千多种组织细胞，是一种基本的葡萄糖转运体；GLUT4分布于横纹肌和脂肪等组织基础状态下主要储存于胞质内的翍泡膜中，可受肌肉活动的影响和胰岛素的调飞{i}节。肌肉活动时，含GLUT4的襄泡通过出胞而插入肌细胞膜，可使肌细胞得到更多的葡萄糖；血中胰岛素水平增高时，GLUT4痰泡可在几分钟内启动出胞而插入细胞膜，大大提高细胞转运葡萄糖的能力。有些糖尿病患者因缺乏胰岛素而不能使血中葡萄糖有效转入细胞内，因而出现高血糖。有些糖尿病患者常伴有GLUT4数量或功能降低，此时即使胰岛素水平正常仍不能有效转运葡萄糖，出现胰岛素抵抗。


生理学 （通道关闭）（通道开放）离子通道具有两个重要的基本特征：  载体介导的易化扩散具有以下特点： (1)结构特异性：各种载体只能识别和结合具有特定化学结构的底物。例如，同样浓度差的情况下，葡萄糖载体对右旋葡萄糖（人体内可利用的糖类都是右旋的）的转运量远超过左旋葡萄糖。


生理学 载体介导的易化扩散具有以下特点： （底物与载体结合）（底物被封闭）（底物与载体分离）(2)饱和现象：由于细胞膜中载体的数量和转运速率有限，当被转运的底物浓度增加到一定程度B时，底物的扩散速度便达到最大值(vm.,)，不再随底单纯扩散或物浓度的增加而增大，这种现象称为载体转运的饱经通道易化扩散V-L_I二－和现象(saturation)。与此不同的是，在单纯扩散、离子经通道易化扩散以及水的渗透过程中，转运速率通常随被转运物浓度的增加而呈线性增加（图25B)。最大扩散速度vma,能反映载体蛋白构象转换的最大速率；扩散速度达Vmax一半(l/2Vmax)时的底Km底物浓度物浓度，称为米氏常数(Michealis constant, Km)，可反图2-5经载体易化扩散及其饱和现象示意图映载体蛋白对底物分子的亲和力和转运效率。凡愈A.经载体易化扩散的过程；B经载体易化扩小表示亲和力和转运效率愈高，反之亦然（图2散的饱和现象，而单纯扩散或经通道易化扩散5B)。


生理学 载体介导的易化扩散具有以下特点： 无饱和现象(3)竞争性抑制：如果有两种结构相似的物质vmax：最大扩散速率；凡：米氏常数，即转运速率达到vm釭一半时的底物浓度都能与同一载体结合，两底物之间将发生竞争性抑制(competitive inh曲tion)。其中，浓度较低或凡较大的溶质更容易受到抑制。 （三）主动转运 某些物质在质膜两侧的分布是具有明显浓度梯度的，如细胞外的Na十和Ca2十浓度明显高于胞质内，而胞质内的K十浓度明显高千细胞外。这种状态不可能经物质的扩散实现，是通过膜的主动转运系统完成的。主动转运(ac tive transport)是指某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢提供能量而进行的逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运。完成主动转运的膜蛋白本质上也属于载体，也有同被转运底物特异性结合的特征。根据膜蛋白是否直接消耗能量，主动转运可分为原发性主动转运和继发性主动转运。一般所说的主动转运是指原发性主动转运。


生理学 （三）主动转运 1.原发性主动转运细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和（或）电位梯度转运的过程称为原发性主动转运(primary active transport)。原发性主动转运的底物通常为带电离子，因此介导这一过程的膜蛋白或载体被称为离子泵(ion pump)。离子泵的化学本质是ATP酶，可将细胞内的ATP水解为ADP，自身被磷酸化而发生构象改变，从而完成离子逆浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运。离子泵种类很多，常以它们转运的离子种类命名，如同时转运Na十和阳的钠－钾泵、转运C汒的钙泵、转运H十离子的质子泵等。(1)钠钾泵：钠钾泵(sodium-potassium pump)是哺乳动物细胞膜中普遍存在的离子泵，简称钠泵。由千钠泵的发现，生物化学家Jens C Skou与他人共享1997年的诺贝尔化学奖。如图2-6所示，钠泵是由a和B两个亚单位组成的二聚体蛋白质。其中，a亚单位是催化亚单位，需在膜内的Na十和膜外K Na+的K十共同参与下才具有ATP酶活性，故钠泵_也称钠钾依赖式ATP酶(Na+, K+-ATPase)。a亚单位上有3个Na+,2个K和一个ATP分子的结合位点，可表现为El和E2两种主要构象。当a亚单位与ATP结合时，构象为KEl，离子结合位点朝向细胞内侧，此时a亚••Na••••••单位对K十亲和力较低而对Na十亲和力较高，(E1)(E2)使巳结合的2个K释放到细胞内，并与细胞图2-6钠泵主动转运示意图内3个N旷结合；结合N旷后，a亚单位的ATP酶活性被激活，ATP分解，a亚单位被磷酸化，构象由E l转变为E2，离子结合位点朝向细胞外侧，这时a亚单位对Na十亲和力降低而对K十亲和力增高，使已结合的3个Na十释放到细胞外，并与胞外的2个K结合；结合K后，a亚单位发生去磷酸反应，再次与另一分子的ATP结合并触发构象由E2回到El，从而完成了钠泵的一个转运周期。因此，钠泵每分解一分子ATP可逆浓度差将3个Na+移出胞外，将2个K移入胞内，其直接效应是维持细胞膜两侧N旷和K十的浓度差，使细胞外液中的Na十浓度达到胞质内的10倍左右，细胞内的K十浓度达到细胞外液的30倍左右。同时，钠泵每次活动都会使3个Na•移出胞外、2个K移入胞内，产生一个正电荷的净外移，故钠泵具有生电效应。钠泵转运的一个周期约需10毫秒，即最大转运速率为每秒500个离子.a o在哺乳动物，细胞膜钠泵活动消耗的能量通常占细胞代谢产能的20%-30%，有的细胞如某些功能活动活跃的神经细胞甚至可占到70%，提示钠泵活动对维持细胞的正常功能十分重要。一般认为，细胞膜上钠泵活动的生理意义主要有：心钠泵活动造成的细胞内高k十为胞质内许多代谢反应所必需，如核糖体合成蛋白质就需要高K十环境。＠维持胞内渗透压和细胞容积。在静息状态下，膜对Na•,K•都有一定通透性(K十淜通道）。虽然这时K的通透性相对较高，但由千膜内有机负离子（带负电的蛋白质、核昔酸等）的吸引，外漏的K十较少，而N旷受浓度差和电位差的驱动漏入到胞内的数量则相对较多。钠泵的活动可将漏入胞内的N旷不断转运出去，保持细胞正常的渗透压和容积，以防细胞水肿。＠钠泵活动形成的N旷和K+Jf夸膜浓度梯度是细胞发生电活动如静息电位和动作电位的基础（见本章第三节）。＠钠泵活动的生电效应可使膜内电位的负值增大，直接参与了静息电位的形成（见本章第三节）。＠钠泵活动建立的Na十跨膜浓度梯度可为继发性主动转运提供势能储备（见后文）。钠泵抑制剂哇巴因(ouabain)与钠泵E2状态下的细胞外部结构有较高的亲和力，可以改变钠泵构象，阻断钠泵活动。


生理学 （三）主动转运 (2)钙泵：钙泵(calcium pump)是哺乳动物细胞上广泛分布的另一种离子泵，也称Ca2•-ATP酶。钙泵不仅位于质膜上，还集中分布于肌细胞的肌质网和其他细胞的内质网膜上。质膜上的钙泵称为质膜钙ATP酶(plasma membrane Ca2•-ATPase, PMCA)，肌质网和内质网膜上的钙泵称为肌质网和内质网钙ATP酶(sarcoplasmic and endoplasmic reticulum calcium ATPase, SER CA)。钙泵的活动原理类似千钠泵，不同的是钙泵具有特异性的C比结合位点，当胞质内Ca2＋浓度升高时，C砍通过与钙调素(calmodulin, CaM)蛋白的结合可刺激钙泵活动。PMCA每分解l分子ATP，可将其结合的1个Ca2•由胞质内转运至胞外；SERCA则每分解1分子ATP可将2个Ca2＋从胞质内转运至内质网中。两种钙泵的共同作用可使胞质内游离Ca2＋浓度保持在0. I-0.2µmol/L的低水平，仅为细胞外液Ca"浓度(l~2mmol/L)的万分之一。在如此低浓度的游离C汒背景下，细胞对胞质内Ca2＋浓度的增加将变得非常敏感，以致经钙通道流入胞质内的Ca正成为触发或激活许多生理过程如肌细胞收缩、腺细胞分泌、神经递质释放以及某些酶蛋白或通道蛋白的激活等的关键因素。


生理学 （三）主动转运 (3)质子泵：入体内有两种重要的质子泵(proton pump)。一种是主要分布于胃腺壁细胞和肾脏集合管闰细胞顶端膜上的H+,K•-ATP酶（也称氢钾泵）。氢钾泵与钠钾泵同属一个家族，也由两个亚单位组成，a亚单位的活动机制类似千钠钾泵。但氢钾泵的主要功能是分泌H十和摄入K勹可逆浓w:,~度梯度将W有效地分泌到胃液或尿液中，分别参与胃酸形成和肾脏的排酸功能。据测算，胃腺壁细胞的质子泵可逆着100万倍的W浓度差转运H+，肾脏集合管闰细胞上的质子泵可逆着900倍的H+浓度差转运H飞临床上治疗胃溃疡和十二指肠溃疡时采用的药物奥美拉嗤就是一种质子泵抑制剂，可特异性结合并抑制胃腺壁细胞的质子泵，阻断胃酸分泌。另一种质子泵是分布于各种细胞器膜中的W-ATP酶，也称氢泵。氢泵不依赖K+，可将H十由胞质内转运至溶酶体、内涵体、高尔基复合体、内质网、突触襄泡等细胞器内，以维持胞质的中性和细胞器内的酸性，使不同部位的酶都处于最适pH环境，同时也建立起跨细胞器膜的W浓度梯度，为溶质的跨细胞器膜转运提供动力（见后文）。


生理学 （三）主动转运 2.继发性主动转运某些物质的主动转运不直接来自ATP的分解，而是利用原发性主动转运机制建立起的Na十或订的浓度梯度，在N旷或H十离子顺浓度梯度扩散的同时使其他物质逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运，这种间接利用ATP能量的主动转运过程称为继发性主动转运(secondary active transport)。显然，继发性主动转运依赖于原发性主动转运，若用药物（如哇巴因）抑制钠泵活动，相应的继发性主动转运将会逐渐减弱，甚至消失。与易化扩散时只转运一个底物分子的载体即单转运体(uniporter)不同，继发性主动转运的载体同时要结合两种或两种以上的分子或离子才能引起载体蛋白的构象改变。根据这些物质的转运方向，继发性主动转运又分为同向转运和反向转运两种形式。在绝大多数情况下，溶质跨质膜转运的动力来自钠泵活动建立的N旷的跨膜浓度梯度，而溶质跨细胞器膜转运的动力则来自质子泵活动建立的W的跨膜浓度梯度，如突触毅泡膜中的单胺类递质转运体，就是与袋泡内高浓度的H十交换而实现的，痰泡每排出2个H+，可将1个单胺类分子转入痰泡内。


生理学 （四）膜泡运输 大分子和颗粒物质进出细胞并不直接穿过细胞膜，而是由膜包围形成教泡，通过膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程完成转运，故称为膜泡运输(vascular lranspmt)。膜泡运输可同时转运大量物质，故也称批量运输(bulk transporl)。膜泡运输是一个主动的过程，需要消耗能量，也需要更多蛋白质参与，同时还伴有细胞膜面积的改变。膜泡运输包括出胞和人胞两种形式（图2-7)。S沁嚣嚣＄跷霓：．＂细胞鹉暖众一冒昙譬－－冤厨（囊泡与质膜融合）（囊泡内容物释放）B的


生理学 （质膜凹陷）徘成囊袋）徘成囊泡） 1.出胞出胞(exocytosis)是指胞质内的大分子物质以分泌艇泡的形式排出细胞的过程。例如，外分泌腺细胞排放酶原颗粒和黏液、内分泌腺细胞分泌激素、神经纤维末梢释放神经递质等过程都屈千出胞。几乎所有的分泌物都是通过内质网－高尔基体系统形成和处理的。由粗面内质网上核糖体合成的蛋白质可转移到高尔基体加工处理，形成具有膜包裹的分泌痰泡。出胞时，在多种蛋白质的介导下，毅泡逐渐移向细胞膜的内侧，并与细胞膜发生融合、破裂，最后将其内容物释放到细胞外（图27A)。由于在出胞过程中教泡膜与质膜融合，因而会使细胞膜表面积有所增加。出胞有两种形式：(1)待续性出胞：持续性出胞是指细胞在安静情况下，分泌媒泡自发地与细胞膜融合而使埏泡内大分子物质不断排出细胞的过程，如小肠黏膜杯状细胞分泌黏液的过程。(2)调节性出胞：调节性出胞是指细胞受到某些化学信号（如激素）或电信号（如动作电位）的诱导时，储存于细胞内某些部位的分泌襄泡大量与细胞膜融合，并将裂泡内容物排出细胞的过程，如动作电位到达神经末梢时引起的神经递质释放。


生理学 （质膜凹陷）徘成囊袋）徘成囊泡） 2.入胞入胞(endocytosis)是指细胞外大分子物质或物质团块如细菌、死亡细胞和细胞碎片等被细胞膜包裹后以襄泡形式进入细胞的过程，也称内化(internalization)。进入细胞后的襄泡随即被溶酶体进行处理。与出胞相反，入胞过程可使细胞膜面积有所减小。入胞也可分为两种形式：(1)吞噬：被转运物质以固态形式进入细胞的过程称为吞噬(phagocytosis)。吞噬所转运的物质不是以分子而是以团块或颗粒形式出现，如细菌、死亡细胞或组织碎片等。吞噬发生时，细胞膜在膜受体和收缩蛋白参与下伸出伪足，逐渐将团块或颗粒包裹起来，经膜融合、离断后进入胞内，形成直径较大的膜性教泡(1-2µm)，即吞噬泡。吞噬仅发生于一些特殊的细胞，如组织中的巨噬细胞和血细胞的中性粒细胞等。当机体发生炎症时，血液中的中性粒细胞与单核细胞数量会增多。它们可迅速穿越血管内皮进入感染部位，其中单核细胞转化成巨噬细胞，后者与中性粒细胞共同发挥吞噬病原体的作用。(2)吞饮：被转运物质以液态形式进入细胞的过程称为吞饮(pinocy tosis)。吞饮可发生于体内几乎所有的细胞，是多数大分子物质如蛋白质分子进入细胞的唯一途径。当这些大分子物质接触到细胞膜时，吞饮活动增强。这时，细胞在接触转运物质处发生膜的凹陷，逐渐形成痰袋样结构包裹被转运物，再经膜的融合、离断、进入胞内，形成直径较小的弱泡（O. l-0.2µm)即吞饮泡（图2-7B)。吞饮又可分为液相入胞和受体介导入胞两种方式。液相入胞(flu id-phase endocytosis)是指溶质连同细胞外液连续不断进入胞内的一种吞饮方式。液相入胞对底物的选择没有特异性，转运溶质的僵与胞外溶质的浓度成正比。受体介导入胞(receptor-mediated endocytosis)是被转运物与细胞膜受体特异性结合后，选择性进入细胞的一种入胞方式。受体通常集中在细胞膜外表面称为有被小窝(coated p it)的凹陷之处。这种入胞方式非常有效，在溶质选择性进入细胞的同时，细胞外液很少进入；而且即使胞外溶质的浓度很低，也不影响有效的入胞过程。许多大分子物质，如运铁蛋白、低密度脂蛋白、维生素脰转运蛋白等都是通过受体介导入胞方式进行的。其中，血浆中的低密度脂蛋白(low-density lipopro tein,LDL)主要在肝脏由细胞膜上的LDL受体介导入胞，被溶酶体消化后将其结合的胆固醇释放出来以供利用。如果LDL过高或LDL受体缺乏，LDL将不能被正常代谢，从而使血浆中LDL浓度升高，引起高胆固醇血症和动脉硬化。


生理学 （祁全顺）第二节细胞的信号转导—、信号转导概述（一）信号转导的概念 尽管细胞的信号转导(s ignal transd uc tion)是指生物学信息（兴奋或抑制）在细胞间或细胞内转换和传递，并产生生物效应的过程，但通常指跨膜信号转导(transmembran e signal tran sduction)，即生物活性物质（激素、神经递质、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用而激活或抑制细胞功能的过程。一般把参与完成细胞间信号通讯或细胞内信号转导的化学物质称为信号分子(s ignal molecule)，专司生物信息携带功能的小分子物质称为信使分子(messenger molec ule)，完成细胞间或细胞内生物信息转换和传递的信号分子链称为信号转导通路(signal lransduclion pathway或signaling pathway)。因此，细胞信号转导的核心在于通过特定信号转导通路进行生物信息的细胞内转换与传递过程，并可涉及对相关功能蛋白质的基因表达过程的调控。`L细胞的信号转导本质上就是细胞和分子水平的功能调节，是机体生命活动中生理功能调节的基础。机体在对内、外环境变化的适应过程中，宏观上需要机体各系统、器官之间的相互协调（神经、体液和自身调节）完成适应性反应，微观上三种调节方式都要依赖机体各种功能细胞的协洞活动、各司其职，其中必然在各种细胞间需要有复杂的信号交流过程，这一过程就是细胞的信号转导。


生理学 （祁全顺）第二节细胞的信号转导—、信号转导概述（一）信号转导的概念 信号转导中的信号指的是生物学信号，即带有生物学意义的信号，可以是物理信号，如电、声、光和机械牵张等，更多的是以化学物质为载体的化学信号，如激素、神经递质和细胞因子等。所以信号可以来自外环境的刺激，也可以来自体内细胞的产生和释放。至千信号转导的结果即生物效应，可以是对靶细胞功能的影响，也可以是对靶细胞代谢、分化和生长发育的影响，甚至是对靶细胞形态结构和生存状态等方面的影响。


生理学 （三）主要的信号转导通路 在信号转导通路中，受体(receplo1)是指细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质。在细胞膜中的受体称为膜受体，在胞质内和核内的受体分别称为胞质受体和核受体C能与受体发生特异性结合的活性物质称为配体(ligand)。依据参与介导的配体和受体特性的不同，信号转导有两类方式（图28)。一类是水溶性的配体或物理信号，先作用于膜受体，再经跨膜和细胞内信号转导机制产生效应，这是本节介绍的主要内容。依据膜受体的特性可分为多种通路，主要是离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联型受体和招募型受体介导的信号转导。另一类是脂溶性配体通过单纯扩散进入细胞内，直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，通常都通过影响基因表达而产生效应，称为核受体介导的信号转导。应当指出的是，大部分膜受体介导的信号转导通路亦可改变转录因子活性而影响基因表达。


生理学 第二章细胞的基本功能电、饥怓寺＿＿心I~膜电位变化子尸亘►Ca2•i主生长I I;三三二i飞(TF)妞1-I DNA"'.因子信使类固醇激素Smad勹吵麟受J：核了体）S产二亡／ 图2-8几种主要信号转导通路的模式图Ras：一种小G蛋白；Smad:Smad蛋白，具有转录因子(TF)作用的蛋白质家族；JAK:Janus酪氨酸激酶；STAT：信号转导子与转录激活子另外，在细胞内也存在直接由细胞内功能区隔触发或传播的信号转导通路，对各细胞器与其他细胞成分的活动协调至关重要。例如，内在分泌(intracrine)的成纤维细胞生长因子FGF,和FG凡以及白细胞介素IL-1，即直接在细胞内发挥信号转导作用。


生理学 （四）信号网络系统 细胞的信号转导机制研究是目前生理学乃至生命科学研究的热点。研究表明，不仅信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因的表达过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成信号间的交互对话(cross-talk)甚至是信号网络(signaling n e twork)系统。尽管近年来对信号转导机制的研究已经取得了许多重大进展，涉及多个”组学”(omics)，但仍屈于亟待深入研究和探索的领域可L。


生理学 （五）信号转导与人类疾病 由千细胞的信号转导功能就是机体生理功能调节的细胞和分子机制，所以信号转导通路及信号网络中各信号分子、信号分子间以及信号通路间的相互作用的改变，是许多人类疾病的分子基础，这已在癌症、动脉硬化、心肌肥大、炎症性疾病以及神经退行性疾病等发生发展的病理机制研究中取得了显著进展。另外，信号分子、信号转导环节以及信号网络的节点，也是药物作用的有效靶点，是目前基础与临床医学、药物治疗学，乃至药物设计中最前沿的领域之一。｀L二、离子通道型受体介导的信号转导本章第一节所述的经通道的易化扩散，因离子通道转运带电离子所产生的跨膜电流，可以改变细胞的生物电活动，进而显示跨膜信号转导功能（见图2-8)。其中化学门控通道是一类由配体结合部位和离子通道两部分组成、同时具有受体和离子通道功能的膜蛋白，故称为离子通道型受体(ion channe l receptor)或促离子型受体(ionotropic receptor)。调控这些通道的化学物质（配体）是一些信使分子。而“促离子型”是指该类受体被激活后可引起离子跨膜移动的变化，实现信号转导功能。


生理学 （五）信号转导与人类疾病 离子通道型受体因其本身即为离子通道，当配体（激动剂）与受体结合时，离子通道开放，细胞膜对特定离子的通透选择性增加，从而引起细胞膜电位的改变，表现出路径简单和速度快的特点，如从递质结合受体到产生电位变化仅需0.5毫秒，适千完成神经电信号的快速传递。常见的非选择性阳离子通道受体有烟碱(N)型乙酰胆碱(ACh)受体(nAChR)、促离子型谷氨酸受体(iGluR)等，如骨骼肌终板膜中的N2型ACh受体阳离子通道，由运动神经末梢释放的ACh激活，产生N旷内流为主的离\,子跨膜移动，导致膜电位变化，最终引起肌细胞的兴奋。而氯通道受体有甘氨酸受体(GlyR)、丫－氨基丁酸A受体(GABAAR)等，如神经元膜上的GABAA R被递质激活后，氯通道开放而引起C「内流，使膜电位变得更负，导致神经元兴奋性降低而产生抑制。


生理学 （五）信号转导与人类疾病 尽管电压门控通道和机械门控通道不称为受体，但它们也能将接受的物理刺激信号转换成细胞膜电位变化，具有与化学门控通道类似的＂促离子型“信号转导功能，故也可归入离子通道型受体介导的信号转导中。与化学门控通道不同的只是接受的是电信号或机械信号，但它们也通过离子通道的活动和跨膜离子电流将信号转导至细胞内。例如，骨骼肌终板膜中的凡型ACh受体阳离子通道激活所产生的膜电位变化，还需进一步激活邻近的肌细胞膜中电压门控钠通道，进而产生动作电位才能引发骨骼肌收缩。血压升高时，血液对血管壁平滑肌的扩张刺激，可激活平滑肌细胞膜中机械门控离子通道，导致Ca2＋内流，引起血管平滑肌的收缩。


生理学 三、G蛋白耦联受体介导的信号转导 G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor)是指被配体激活后，作用于与之耦联的G蛋白，再引发一系列以信号蛋白为主的级联反应而完成跨膜信号转导的一类受体。G蛋白耦联受体既无通道结构，也无酶活性，它所触发的信号蛋白之间的相互作用主要是一系列的生物化学反应过程（图2-9),故也称为促代谢型受体(metabotropic receptor)。G蛋白耦联受体介导的信号转导所涉及的信号分子包括多种信号蛋白和第二信使，信号蛋白主要包括G蛋白耦联受体、G蛋白、G蛋白效应器和蛋白激酶等。由于G蛋白耦联受体介导的信号转导需要经过多级信号分子的中继，因而较离子通道型受体介导的信号转导慢，但作用的空间范围大、信号的逐级放大作用明显。气｀配（－）主要的信号蛋白和第二信使G蛋白耦巴一、1. G蛋白耦联受体G蛋白耦联受联受体激活的G蛋白耦联受体体分布广泛，是膜受体中最大的家族，目/＞一、前已知的有1000多种，而人类基因组中巳->-知编码该类受体的基因约有2000个。激白效应器活这类受体的配体也种类繁多，如儿茶酚或通道）G3胺、5轻色胺、乙酰胆碱、氨基酸类神经递第二信佷质以及几乎所有的多肤和蛋白质类神经或其前付递质和（或）激素（钠尿肤家族除外），还有白激酶A(PKA)·白激酶C(PKC)光子、嗅质和味质等。这类受体在结构上蛋白激酶G(PKG)·;一一一或通道转录因子被均由形成7个跨膜区段的单条多肤链构激活或抑制成（故又称7次跨膜受体），每个跨膜区段图2-9G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导通路由高度保守的20~27个氨基酸残基形成a－螺旋结构。Lefkowitz和Kobilka因对G蛋白耦联受体研究的杰出贡献而共享2012年诺贝尔化学奖。这类受体位于胞外的N末端有糖基化位点，N末端或跨膜区可形成配体结合域，位于胞内侧的C末端有丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化位点，而连接跨膜区段的胞内环和C末端则形成G蛋白结合域。因此，G蛋白耦联受体被配体激活后，通过改变分子构象而结合并激活G蛋白，再通过一系列级联反应将信号传递至下游的最终效应靶标，不仅可调节离子通道活动，还可以调节细胞的生长、代谢、细胞骨架结构以及通过改变转录因子的活性而调控基因表达等活动。


生理学 三、G蛋白耦联受体介导的信号转导 2. G蛋白G蛋白(G protein)是鸟昔酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding protein)的简称，是G蛋白耦联受体联系胞内信号通路的关键膜蛋白。由于对G蛋白及其在细胞信号转导中作用的研究成就，Gilman和Rodbell共享了1994年生理学或医学诺贝尔奖。G蛋白存在千细胞膜的内侧面，通常指由a、B和'Y三个亚单位构成的异三聚体c蛋白°另外凡扩寸还存在小G蛋白＂mall G pro阳们和转录因子两类G蛋白，但它们一般不直接受G蛋白耦联受体的激活。在异三聚体G蛋白中，a亚单位是G蛋白主要的功能亚单位，既有结合GTP或GDP的能力，又具有GTP酶活性；而B和丫亚单位通常形成功能复合体发挥作用。一般根据a亚单位基因序列的同源性及其功能进行分类，已发现由17个基因编码的23种不同的a亚单位，分为G,、G,、立和G12家族4大类型，每类又可分为多种亚类。另外，5种B亚单位和13种丫亚单位也已被克隆。


生理学 三、G蛋白耦联受体介导的信号转导 G蛋白的分子构象依其结合的鸟昔酸不同而异，与GDP结合为G蛋白三聚体－GDP复合物呈失活态（图2-lOA)，与GTP结合则为激活态（图2-10B, C)。G蛋白在失活态和激活态两种构象之间进行相互变换，便发挥了信号转导的分子开关(molecular switch)作用，即激活态G蛋白导通、失活态G蛋白中断信号的转导。在此过程中GDP的释放和GTP/GDP的转换是该循环的限速步骤，a亚单位的GTP酶活性是其关键（图2-10D)。另外，激活态G蛋白解离成a亚单位－GTP复合物(a-GTP)和防复合体两部分，各自激活相应的下游效应器（酶或离子通道），把信号转导到细胞内部。


生理学 A细胞外「－G蛋白耦联受体D厂配体效应器酶或离子通道 有三磷酸肌醇(inositol triphosphate, IP3)、二酰甘油(diacylglycerol, DG)、环－磷酸鸟昔(cyclic guanosine monophosphate, cGMP)、Ca气花生四烯酸(arachidonic acid, AA)及其代谢产物等。第二信使可进一步通过激活蛋白激酶，产生以靶蛋白磷酸化和构象变化为特征的级联反应或调控基因表达，导致细胞功能改变。膜离子通道不仅可作为蛋白激酶的靶蛋白受到调控，胞内侧化学门控通道也可直接受控于阳第二信使，如视杆细胞外段膜中钠通道的开放程度受胞质内cGMP浓度的调控。


生理学 A细胞外「－G蛋白耦联受体D厂配体效应器酶或离子通道 5.蛋白激酶蛋白激酶(protein kinase)是一类将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白而产生蛋白磷酸化(protein phosphorylation)的酶类。被磷酸化的蛋白质底物一方面可发生带电特性改变，另一方面可发生构象改变，导致其生物学特性发生变化。若底物蛋白也是一种蛋白激酶，便可触发瀑布样依次磷酸化反应，称为磷酸化级联反应(phosphorylation cascade)。蛋白激酶引起的磷酸化作用，可通过胞内存在的蛋白磷酸酶(protein phosphatase)使底物蛋白去磷酸化而终止。由第二信使激活的蛋白激酶常称为第二信使依赖性蛋白激酶，如cAMP依赖性蛋白激酶即蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)、Ca2•依赖性蛋白激酶即蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)等。


生理学 （二）常见的信号转导通路 1.受体－G蛋白－AC-cAMP-PKA通路这一通路的关键信使分子是cAMP，因而该通路也称为cAMP第二信使系统。参与该通路的G蛋白有队和G1两类，其中激活态的立能激活AC，具有12次穿膜的AC被激活后，其位于胞内侧的催化活性部位可催化胞质中ATP分解生成cAMP，提高胞质中cAMP的浓度；但激活态的G则抑制AC的活性，降低胞质中cAMP的浓度。所以，该通路中的受体依据其所耦联的C蛋白类型不同，可发挥相互拈抗的作用，如B－肾上腺素受体、多巴胺D1受体、前列腺素受体、血管升压素汇受体等通过G，激活AC，加速cAMP的产生；而0'.2肾上腺素受体、5-HT,受体、多巴胺队受体等则激活G并抑制AC，减少胞内cAMP产生。另外，与AC作用相反的cAMP磷酸二酷酶(PDE)，可催化cAMP生成5'-AMP，进而减弱或终止cAMP的信使分子作用。cAMP作为第二信使分子，其大多数信号转导功能都是通过激活cAMP依赖的PKA而完成的，PKA以丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶方式，将ATP分子的磷酸根转移到底物蛋白的丝氨酸／苏氨酸残基上（磷酸化反应），而磷酸根所带的高密度电荷能引起底物蛋白构象改变，进而使酶的活性、通道的活动状态、受体的反应性和转录因子的活性发生改变。被PKA磷酸化的底物蛋白不同，由该蛋白在细胞中的功能不同而显示的效应也不同。例如，PKA在肝细胞激活磷酸化酶激酶而促进肝糖原分解，在心肌细胞使钙通道磷酸化而增强心肌收缩，在脑内海马的锥体神经元抑制Ca2＋激活的钾通道而产生去极化，在细胞核内则可通过cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element-binding protein, CREB)、cAMP反应元件调节子(cAMP response element modulator, CREM)和活化转录因子－1(acli vating lranscription factor-I, ATFl)等介导和调节靶基因的表达，生成新的蛋白质，进而改变细胞的功能。另外，cAMP还可直接作用千膜离子通道而产生信号转导作用，如直接门控超极化激活的环核背酸门控阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated calion channel, HCN); cAMP还可通过cAMP激活的交换蛋白(exchange protein activated by cAMP, EPAC)激活Ras相关蛋白(Rap)介导的非cAMP2受体－G蛋白－PLC-IP3-C矿和DG-PKC通路这一通路的关键信使分子是I凡和DG，因而该通路也称为IP3和DG第二信使系统，属于非核昔酸类的Ca2＋动员－肌醇脂质代谢通路。经由该通路进行信号转导的受体（如5-H飞受体、a1肾上腺素能受体等）通常与凡或G家族中的G11、凡和G13亚型耦联而激活PLC，其中凡的a亚基和陌复合体都可激活PLC,PLC再分解膜脂质中PI凡为IP3和DG。其中IP3是小分子水溶性物质，即扩散入细胞质后激活内质网或肌质网等非线粒体Ca2•库膜中的IP3受体(IP3receptor, IP3R)，后者作为化学门控的钙释放通道(calcium release channel)引起胞内Ca2＋库释放Ca2+，升高胞质中C亡浓度，进而启动C汒信号系统。IP3可被IP3磷酸单脂酶降解而消除。另一信使分子DG属于脂溶性物质，生成后与Ca2＋和膜中的磷脂酰丝氨酸一起，在膜的内侧面结合并特异地激活胞质中的PKC,PKC再进一步磷酸化下游功能蛋白而改变生理功能。DG在PLA2等作用下降解而终止其第二信使作用。但经PLA2降解的产物，如花生四烯酸又可激活PKC，而花生四烯酸的代谢产物如前列腺素、白三烯等又能进一步发挥信使分子的作用。S》PKC属于丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，其结构中含疏水性调节区和亲水性催化区，调节区有DG、磷脂和Ca2+的结合部位。由千PKC有多种亚型，且各自的激活条件、组织分布以及底物特性均有所不同，PKC激活后使底物蛋白磷酸化可产生多种生物效应。同时，由于PKC激活后常与膜脂质、DG和Ca2＋形成复合物，故被PKC催化的底物多为膜蛋白，如Na+-H+交换体被磷酸化可增强Na仁W交换，升高胞质内pH；心室肌细胞膜中的钠泵、钙泵和Na+-Ca2＋交换体被磷酸化可促进胞质中Ca"的排出。


生理学 （二）常见的信号转导通路 3. Ca2＋信号系统由上述IP3触发从胞内钙库释放进胞质的Ca2+，以及经细胞膜中电压或化学门控通道由胞外进入胞质的Ca气一方面作为带电离子可影响膜电位而直接改变细胞的功能，但更重要的是作为第二信使，通过与胞内多种底物蛋白相结合而发挥作用，参与多种胞内信号转导过程（图2-11)。在细胞内能与Ca2＋结合的蛋白统称为钙结合蛋白(cal c ium-binding protein, CaBP或calbindin),其中最重要的是钙调蛋白(calmodulin, CaM), Ca正与CaM形成Ca2+－CaM复合物，不仅本身具有多种调节功能，还可激活Ca2+-CaM依赖性蛋白激酶(Ca2+/CaM-dependent protein kinase, CaMK)、蛋白磷酸酶如钙调磷酸酶(calcineurin)等，进而产生广泛的生物效应。另外，近年来应用Ca2＋成像技术能观察到细胞内微区域Ca2＋信号，称为Ca2＋信号的基本单元(elementary unit)，如钙火花(calcium spark)等，这些Ca2＋信号呈现时空多样性，显示了细胞内Ca2+信号转导的数字－模拟二元特征，可能为Ca2＋信号实现各种复杂信息的准确有效传递提供了解释｀L。


生理学 （二）常见的信号转导通路  胞质Ca2＋浓度升高广泛的生物效应四、酶联型受体介导的信号转导 酶联型受体(enzyme-linked receplot)是指其本身就具有酶的活性或与酶相结合的膜受体。这类受体的结构特征是每个受体分子只有单跨膜区段，其胞外结构域含有可结合配体的部位，而胞内结构域则具有酶的活性或能与酶结合的位点。这类受体的主要类型有酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶结合型受体、鸟昔酸环化酶受体和丝氨酸／苏氨酸激酶受体，涉及神经营养因子、生长因子和细胞因子等配体的信号转导。


生理学 （一）酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体 酪氨酸激酶受体(tyrosine kinase recep tor, TKR)也称为受体酪氨酸激酶(recep tor tyrosine kinase),其特征是胞内结构域具有酪氨酸激酶活性。激活这类受体的配体主要是各种生长因子，包括表皮生长因子、血小板源生长因子、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和胰岛素等。在其细胞外部分与配体结合后，其胞内侧的酪氨酸激酶即被激活，继而磷酸化下游蛋白的酪氨酸残基，若被磷酸化的是结构或功能蛋白则直接改变细胞功能，若被磷酸化的是信号蛋白则触发其下游信号转导过程（如图28中的Ras小G蛋白等）。酪氨酸激酶结合型受体(tyrosi n e kinase associated recep tor, TKAR)与TKR不同，其本身没有酶的活性，而是在激活后才在胞内侧与胞质中的酪氨酸激酶结合，并使之激活，进而磷酸化下游信号蛋白的酪氨酸残基，产生生物效应。通常激活该类受体的配体是各种生长因子和肤类激素，如促红细胞生成素、干扰素、白细胞介素、生长激素、催乳素和瘦素等。


生理学 （一）酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体 与G蛋白耦联受体相比，TKR和TKAR介导的信号转导通路相对简捷，但产生效应缓慢，因为这类通路要通过胞内多种信号蛋白的级联反应，甚至需要通过对基因表达的调控才能产生生物效应，这些慢效应主要涉及细胞的代谢、生长、增殖、分化和存活等过程。S`（二）鸟苦酸环化酶受体鸟昔酸环化酶(guanylyl cyclase, GC)受体是一种胞外N末端为配体结合域而胞内C末端为GC活性结构域的单跨膜a螺旋分子。激活该受体的配体主要是心房钠尿肤(atrial natriureti c peptide, ANP)和脑钠尿肤(brain natriur etic pept ide, BNP）。当受体被配体激活后，即可通过其GC活性催化胞质中GTP生成cGMP，后者作为第二信使可进一步激活cGMP依赖性蛋白激酶G(prote i n kinase G, PKG),而PKG则作为丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，再将底物蛋白磷酸化而实现信号转导。另外，作为气体信使分子的一氧化氮(nitric oxide,NO)，其作用的受体也是一种游离千胞质中的可溶性GC，其被激活后，则通过cGMP-PKG通路产生生物效应，如引起血管平滑肌的舒张反应等。 （三）丝氨酸／苏氨酸激酶受体 丝氨酸／苏氨酸激酶受体的胞内结构域具有丝氨酸／苏氨酸激酶活性，如转化生长因子书(transforming grO\vth factor-~,TGF-~)受体等，该受体被激活后再使Smad蛋白的丝氨酸／苏氨酸残基磷酸化而激活，并转位到细胞核中，调控特定蛋白质基因的表达（见图2-8)。 五、招募型受体介导的信号转导 招募型受体(recrui tment receptor)也是单跨膜受体，受体分子的胞内域并没有任何酶的活性，故不能进行生物信号的放大。但招募型受体的胞外域一且与配体结合，其胞内域即可在胞质侧招募激酶或转接蛋白(adaptor protein)，激活下游不涉及经典第二信使的信号转导通路，如细胞因子受体介导的JAK-STAT信号通路等（见图2-8)，它主要调控造血细胞及免疫细胞的功能。TKAR也可看作是一种招募型受体。招募型受体对信号转导的特异性通常需要共受体或受体寡聚化来实现。招募型受体的主要配体是细胞因子等，受体涉及细胞因子受体、整联蛋白受体、Toll及Toll-like受体、肿瘤坏死因子受体、T细胞受体等众多种类。 六、核受体介导的信号转导 由于胞质受体与配体结合后，一般也要转入核内发挥作用，通常把细胞内的受体统称为核受体(nucl ear receptor)。能与核受体结合的配体主要是直接进入胞内的胞外信使分子，通常为小分子脂溶性物质，如类固醇激素等（图2-12)。核受体实质上是激素调控特定蛋白质转录的一大类转录调节因子，其中I型核受体即类固醇激素受体，如在胞质中的糖皮质激素受体、盐皮质激素受体，在胞质、胞核中均有的性激素受体，以及在胞核中的维生素趴受体等；II型核受体有存在于胞核中的甲状腺激素受体；皿型核受体有维甲酸受体等。核受体常为单链多肤，含有激素结合域、D NA结合域、转录激活结合域和较链区等功能区段。激素结合域位于受体的C末端，由220~250个氨基酸残基构成，除能与激素结合外，还存在与热休克蛋白(heal shock prote in, HSP)结合位点、受体二聚体形成所需的片段以及转录激活作用。DNA结合域由66~68个氨基酸残基构成，存在两个被称为＂锌指“(zinc finger)的特异氨基酸序列片段，是介导激素受体复合物与DNA特定部位结合的结构，决定了受体调控作用的特异性，同时也存在受体发生二聚体时分子间的作用位点。在受体未与激素结合前，＂锌指“通常被遮盖，此时受体与DNA的亲和力图2-12核受体介导的信号转导通路模式图0~＠为配体自进入细胞至产生生物效应的全过程，详见正文I-IRE：激素反应元件；DNA：脱氧核糖核酸；mRNA：信使核糖核酸较低。转录激活结合域在N末端，由25-603个氨基酸组成，具有转录激活作用。较链区是处于DNA结合域与激素结合域之间的一段氨基酸序列，主要与核受体的核定位信号有关。核受体一般处于静止状态，需活化后才能与靶基因DNA中称为激素反应元件(hormon e response element, HRE)的特定片段结合，调控其转录过程。参与胞质中类固醇激素受体活化的主要是称为分子伴娘(molecul釭chaperone)的蛋白质，如HSP90、HSP70等热休克蛋白。它们能使受体铀定在胞质中，并遮盖受体的DNA结合域，导致受体不能发挥作用（非DNA结合型受体）。当类固醇激素进入胞质与受体结合形成激素－受体复合物后，核受体便与热休克蛋白解离，核受体域内的核转位信号暴露，激素－受体复合物转位至细胞核内，再以二聚体形式与核内靶基因上HRE结合(DNA结合型受体），继而调节靶基因转录并表达特定的蛋白质产物，引起细胞功能改变（图2-12)。核受体由非DNA结合型转变为DNA结合型即为核受体的活化。另外，配体与核受体的结合，除了能去除热休克蛋白而活化核受体外，还能促使核受体发生磷酸化，进一步增强核受体与HRE结合的能力。位于核内的核受体，如甲状腺激素受体，则不需要与热休克蛋白结合，在与配体结合前就与靶基因的HRE处于结合状态，但没有转录激活作用，只有在与相应配体结合后，才能激活转录过程。 （汪萌芽）第三节细胞的电活动 细胞在进行生命活动时都伴随有电现象，称为细胞生物电(bioelectricity)。细胞生物电是由一些带电离子（如Na+,K+、Cl\Ca正等）跨膜流动而产生的，表现为一定的跨膜电位(transmembrane potenti al)，简称膜电位(membrane potential)。细胞的膜电位主要有两种表现形式，即安静状态下相对平稳的静息电位和受刺激时迅速发生、并向远处传播的动作电位。机体所有的细胞都具有静息电位，而动作电位则仅见于神经细胞、肌细胞和部分腺细胞。临床上诊断疾病时广泛应用的心电图、脑电图、肌电图、胃肠电图和视网膜电图等是在器官水平上记录到的生物电，它们是在细胞生物电活动基础上发生总和的结果。 考极参电一、静息电位(—)静息电位的测定和概念习\ 如图2-13所示，参考电极置千细胞外液，细胞外液接地使之保持在零电位水平；测量电极是尖端极细（可小于lµm)的玻璃微电极，可插入细胞内而不明显损伤细胞。当测量电极置于细胞外液时，示波器荧屏上的光点在零电位水平扫描，表示参考电极和测量电极之间没有电位差；在测量电极插入细胞的瞬间，示波器荧屏上的扫描线立即下移，表示电位立即降到零电位水平以下（如蛙神经纤维在-70mV左右），并保持基本稳定。这种静息状态下存在于细胞膜两侧的内负外正的电位差，称为静息电位(rest i ng potential, RP)。据测定，当细胞外液固定于零电位时，各类细胞的膜内电位在安静情况下均为负值，范围在－l0~－l00mV之间，如在骨骼肌细胞约为－90mV，神经细胞约－70mV，平滑肌细胞约－55mV，红细胞约－JOmV。由于记录膜电位时均以细胞外为零电位，故细胞内负值越大，表示膜两侧的电位差越大，亦即静息电位越大。生理学中，通常将安静时细胞膜两侧处千外正内负的稳定状态称为极化(polarization)。当细胞受神经纤维到刺激时，静息电位可发生改变。另外，某些中枢细胞外液神经元和具有自律性的心肌、平滑肌细胞可出现自图2-13神经纤维静息电位测定示意图发性的静息电位波动。静息电位增大（如细胞内电位由－70mV变为－90mV)表示膜的极化状态增强，这种静息电位增大的过程或状态称为超极化(hyperpolariza ti on)；静息电位减小（如细胞内电位由-70mV变化为－50mV)的过程或状态称为去极化(depolarization)；膜内电位变为正值、膜两侧极性倒转的状态称为反极化(reverse pol ar i zation)；细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程则称为复极化(re polarizalion)。


生理学 考极参电一、静息电位(—)静息电位的测定和概念习\ （二）静息电位的产生机制妥》静息电位形成的基本原因是带电离子的跨膜转运，而离子跨膜转运的速率取决于该离子在膜两侧的浓度差和膜对它的通透性。1细胞膜两侧离子的浓度差与平衡电位细胞膜两侧离子的浓度差是引起离子跨膜扩散的直接动力。该浓度差是由细胞膜中的离子泵，主要是钠泵的活动所形成和维持的（见前）。表2-1显示的是哺乳动物骨骼肌膜两侧的离子浓度，其中细胞外液的Na十浓度为细胞内液Na十浓度的12倍左右；而细胞内液k十浓度为细胞外液k十浓度的30倍左右。在这种情况下，若质膜只对一种离子如K十有通透性，k将在浓度差的驱动下从细胞内向细胞外扩散，同时膜内带负电荷的有机离子因细胞膜对它们几乎不通透而聚积在膜的内表面，从而将外流的K十限制千膜的外表面。由此，膜的内外表面之间便产生了内负外正的电位差，即K十扩散电位（图2-14A)。同理，若质膜只对N旷有通透性，Na十离子将在浓度差的驱动下从细胞外向细胞内扩散，产生内正外负的Na十扩散电位（图2-14B)。扩散电位胞外浓度胞内浓度浓度比值平衡电位静息电位离子(X)[X]。u1(mM)[X];n(mM)[X]。ut/［X]i(mV)(mV)Na+1451212+67K+41550.026-98c1-120430-90Ca2+1.0Io-•10000+123注：表中Ca2＋浓度为游离Ca2飞浓度A.细胞膜只对K十具有通透性时，k+从细胞内向细胞外扩散，细胞内出现负电位；B细胞膜只对N旷具有通透性时，Na十从细胞外向细胞内扩散，细胞内出现正电位形成的跨膜电场对带电离子跨膜移动的作用与浓度差作用正好相反，将阻止该离子的继续扩散。跨膜电场和离子浓度差这两个影响带电离子移动的驱动力的代数和称为离子的电－化学驱动力(eleclrochemica l driving force)。当电位差驱动力增加到与浓度差驱动力相等时，电－化学驱动力即为岑，此时该离子的净扩散品为零，膜两侧的电位差便稳定下来（图2-14)。这种离子净扩散为零时的跨膜电位差称为该离子的平衡电位(equilibrium potential)。利用Nernst公式，便可计算出某种离子的平衡电位，即Ex-RT,ln[X]。(V)(2-1)ZF[X],式中且为某离子(X)的平衡电位（以细胞外为零电位的细胞内数值，单位为伏特），R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数，Z为离子价数，［XL和[X]，分别为该离子在细胞外液和细胞内液中的浓度。如果离子X为正l价，环境温度为29.2°C，将自然对数转换为常用对数以及凡的单位用mV表示时，则上述Nerns t公式可表示为凡＝601g—一气mV)(2-2)[X].


生理学 考极参电一、静息电位(—)静息电位的测定和概念习\ 从该公式可以看出，对于任何单价离子来说，膜两侧10倍浓度差产生的化学驱动力需要大约60mV的电位差来平衡。浓度相差愈大，平衡电位愈大。而且，当[X]。>［X]，时（如N旷或Ca“)，其平衡电位为正值；当[X]。＜［X]，时（如K+），其平衡电位为负值。在哺乳动物体内温度(37"C）条件下，该公式的系数为61.5mV。若将膜两侧溶液中的离子浓度分别代入式中，可计算出各种离子的平衡电位，如K平衡电位(K+equilibrium potential, EK)、N旷平衡电位(Na+equilibrium potential, EN.)等（表2l)。一般来说，哺乳动物多数细胞的凡为－90--lOOmV,E N.为＋50-+70mV。