Sci,Rep：酶類遺傳多樣性或改變機體的代謝特性

Sci,Rep：酶類遺傳多樣性或改變機體的代謝特性

2016年09月07日訊 日前，一項刊登在國際雜志Scientific Reports上的研究報告中，來自日本東北大學(xué)的研究人員通過研究闡釋了遺傳多樣性和機體代謝組學(xué)的關(guān)聯(lián)。

文章中，研究者Seizo Koshiba指出，我們發(fā)現(xiàn)，在健康個體機體中，遺傳突變或許會影響機體的酶類活性，而本文研究結(jié)果表明，在人類群體中遺傳多態(tài)現(xiàn)象、突變的結(jié)構(gòu)位點以及表型效應(yīng)三者或許息息相關(guān)，而且個體的機體代謝特性以及對疾病的易感性很有可能因適度的突變及過度有害罕見的突變而引發(fā)。

在這項研究中，研究者得出了如下結(jié)論：

1）研究者利用全基因組序列分析對機體代謝物濃度進行了調(diào)查，闡明了人類群體中酶類結(jié)構(gòu)突變和代謝表型之間的關(guān)聯(lián)；2）研究者鑒別出了五種代謝產(chǎn)物和基因突變之間的關(guān)聯(lián)，其中有四種基因突變被認為和代謝疾病險關(guān)聯(lián)，由這些突變?nèi)〈臍埢挥诖呋课坏拇我獏^(qū)域或者酶類相關(guān)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域中；3）兩名參與者機體中苯丙氨酸的代謝水平發(fā)生著較大的改變，而且其機體中含有罕見的基因突變，可以替代催化位點附近的殘基。4）相關(guān)研究數(shù)據(jù)揭示了人類群體中突變頻率、結(jié)構(gòu)位點和表型效應(yīng)三者之間的關(guān)聯(lián)。

未來研究人員或?qū)⒀芯凯h(huán)境和遺傳因素對個體機體代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組的影響，研究者的目標就是通過鑒別并且定量血液中的代謝產(chǎn)物，來發(fā)現(xiàn)疾病預(yù)防和早期診斷的新型生物標志物，該研究獲將幫助開發(fā)治療相關(guān)疾病的新型個體化預(yù)防和治療方法，同時對于尋找疾病發(fā)病機制以及探索新型治療思路也提供了一定希望。

最后研究者表示，本文研究是基于對參與到相關(guān)研究計劃中的512名健康個體的血液樣本分析而進行的。

酶類簡介

酶類，一類具有生物催化劑活性的蛋白。它參與一切有機物質(zhì)的形成和代謝。酶在體內(nèi)無所不在，離體后的器官或組織，在酶蛋白尚未鈍化和變性之前，仍具有活力。

少數(shù)酶具有輔基或輔酶，系高分子化合物，其分子量和結(jié)構(gòu)大多未能測定。酶所能催化的反應(yīng)，多數(shù)是可逆的；它既催化物質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)化，也催化物質(zhì)的分解、氧化還原或異構(gòu)化作用。

跪求：高中生物必修二筆記（人教版） 回答有粉！

第一章 遺傳因子的發(fā)現(xiàn) 第一節(jié) 孟德爾豌豆雜交試驗（一） 1.選材：豌豆 （1）豌豆是自花傳粉植物，且是閉花授粉的植物； （2）豌豆花較大，易于人工操作； （3）豌豆具有易于區(qū)分的性狀。 2.遺傳學(xué)中常用概念： （1）性狀：生物所表現(xiàn)出來的形態(tài)特征和生理特性。 相對性狀：一種生物同一種性狀的不同表現(xiàn)類型。 性狀分離：雜種后代中，同時出現(xiàn)顯性性狀和隱性性狀的現(xiàn)象。 顯性性狀：在DD×dd 雜交試驗中，F(xiàn)1表現(xiàn)出來的性狀。 隱性性狀：在DD×dd雜交試驗中，F(xiàn)1未顯現(xiàn)出來的性狀 （2）純合子：遺傳因子（基因）組成相同的個體。其特點純合子是自交后代全為純合子，無性狀分離現(xiàn)象。 雜合子：遺傳因子（基因）組成不同的個體。其特點是雜合子自交后代出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象。 （3）雜交：遺傳因子組成不同的個體之間的相交方式。 自交：遺傳因子組成相同的個體之間的相交方式。 測交：F1（待測個體）與隱性純合子雜交的方式。 正交和反交：二者是相對而言的， 3.分離定律 實質(zhì)：在形成配子時，等位基因隨減數(shù)第一次分裂后期同源染色體的分開而分離，分別進入到不同的配子中。 第2節(jié)孟德爾豌豆雜交試驗（二） 1.兩對相對性狀雜交試驗中的有關(guān)結(jié)論 （1）兩對相對性狀由兩對等位基因控制，且兩對等位基因分別位于兩對同源染色體。 (2) F1 減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時，等位基因一定分離，非等位基因（位于非同源染色體上的非等位基因）自由組合，且同時發(fā)生。 （3）F2中有16種組合方式，9種基因型，4種表現(xiàn)型，比例9：3：3：1 2.自由組合定律 實質(zhì)：形成配子時，成對的基因彼此分離，決定不同性狀的基因自由組合。 4.常見遺傳學(xué)符號 符號 P F1 F2 × ♀ ♂ 含義 親本 子一代 子二代 雜交 自交 母本 父本 第二章 基因和染色體的關(guān)系 第一節(jié) 減數(shù)分裂和受精作用 1.減數(shù)分裂的一些概念 （1）染色體和染色單體：細胞分裂間期，染色體經(jīng)過復(fù)制成由一個著絲點連著的兩條姐妹染色單體。所以此時染色體數(shù)目要根據(jù)著絲點判斷。 （2）同源染色體和四分體：同源染色體指形態(tài)、大小一般相同，一條來自母方，一條來自父方，且能在減數(shù)第一次分裂過程中可以兩兩配對的一對染色體。四分體指減數(shù)第一次分裂同源染色體聯(lián)會后每對同源染色體中含有四條姐妹染色單體。 （3）一對同源染色體= 一個四分體=2條染色體=4條染色單體=4個DNA分子。 （4）聯(lián)會：同源染色體兩兩配對的現(xiàn)象。 （5）交叉互換：指四分體時期，非姐妹染色單體發(fā)生纏繞，并交換部分片段的現(xiàn)象。 （6）減數(shù)分裂：是有性生殖的生物在產(chǎn)生成熟生殖細胞時進行的染色體數(shù)目減半的細胞分裂 2.減數(shù)分裂 特點：復(fù)制一次， 分裂兩次。 結(jié)果：染色體數(shù)目減半，且減半發(fā)生在減數(shù)第一次分裂。 場所：生殖器官內(nèi) 3.精子與卵細胞形成的異同點 比較項目 不 同 點 相同點 精子的形成 卵細胞的形成 染色體復(fù)制 復(fù)制一次 第一次分裂 一個初級精母細胞（2n）產(chǎn)生兩個大小相同的次級精母細胞（n） 一個初級卵母細胞（2n）（細胞質(zhì)不均等分裂）產(chǎn)生一個次級卵母細胞（n）和一個第一極體（n） 同源染色體聯(lián)會，形成四分體，同源染色體分離，非同源染色體自由組合，細胞質(zhì)分裂，子細胞染色體數(shù)目減半 第二次分裂 兩個次級精母細胞形成四個同樣大小的精細胞（n） 一個次級卵母細胞（細胞質(zhì)不均等分裂）形成一個大的卵細胞(n)和一個小的第二極體。第一極體分裂（均等）成兩個第二極體 著絲點分裂，姐妹染色單體分開，分別移向兩極，細胞質(zhì)分裂，子細胞染色體數(shù)目不變 有無變形 精細胞變形形成精子 無變形 分裂結(jié)果 產(chǎn)生四個有功能的精子(n) 只產(chǎn)生一個有功能的卵細胞(n) 精子和卵細胞中染色體數(shù)目均減半 注：卵細胞形成無變形過程，而且是只形成一個卵細胞，卵細胞體積很大，細胞質(zhì)中存有大 量營養(yǎng)物質(zhì)，為受精卵發(fā)育準備的。 5.減數(shù)分裂和有絲分裂主要異同點 比較項目 減數(shù)分裂 有絲分裂 染色體復(fù)制次數(shù)及時間 一次，減數(shù)第一次分裂的間期 一次，有絲分裂的間期 細胞分裂次數(shù) 二次 一次 聯(lián)會四分體是否出現(xiàn) 出現(xiàn)在減數(shù)第一次分裂 不出現(xiàn) 同源染色體分離 減數(shù)第一次分裂后期 無 著絲點分裂 發(fā)生在減數(shù)第二次分裂后期 后期 子細胞的名稱及數(shù)目 性細胞，精細胞4個或卵1個、極體3個 體細胞，2個 子細胞中染色體變化 減半，減數(shù)第一次分裂 不變 子細胞間的遺傳組成 不一定相同 一定相同 6.受精作用：指卵細胞和精子相互識別、融合成為受精卵的過程。 注：受精卵核內(nèi)的染色體由精子和卵細胞各提供一半，但細胞質(zhì)幾乎全部是由卵細胞提供，因此后代某些性狀更像母方。 意義：通過減數(shù)分裂和受精作用，保證了進行有性生殖的生物前后代體細胞中染色體數(shù)目的恒定，從而保證了遺傳的穩(wěn)定和物種的穩(wěn)定；在減數(shù)分裂中，發(fā)生了非同源染色體的自由組合和非姐妹染色單體的交叉互換，增加了配子的多樣性，加上受精時卵細胞和精子結(jié)合的隨機性，使后代呈現(xiàn)多樣性，有利于生物的進化，體現(xiàn)了有性生殖的優(yōu)越性。 第二節(jié) 基因在染色體上 1. 薩頓假說推論：基因在染色體上，也就是說染色體是基因的載體。因為基因和染色體行為存在著明顯的平行關(guān)系。 2.、基因位于染色體上的實驗證據(jù) 果蠅雜交實驗分析 3.一條染色體上一般含有多個基因，且這多個基因在染色體上呈線性排列 4. 基因的分離定律的實質(zhì)： 基因的自由組合定律的實質(zhì)： 第三節(jié) 伴性遺傳 1.伴性遺傳的概念： 2. 人類紅綠色盲癥（伴X染色體隱性遺傳?。? 特點：⑴男性患者多于女性患者。⑵交叉遺傳。即男性→女性→男性。⑶一般為隔代遺傳。 3. 抗維生素D佝僂?。ò閄染色體顯性遺傳病） 特點：⑴女性患者多于男性患者。⑵代代相傳。 4、伴性遺傳在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用： 5、人類遺傳病的判定方法 口訣：無中生有為隱性，有中生無為顯性；隱性看女病，女病男正非伴性；顯性看男病，男病女正非伴性。 6、三種伴性遺傳的特點： （1）伴X隱性遺傳的特點： ① 男 ＞ 女 ② 隔代遺傳（交叉遺傳） ③ 母病子必病，女病父必病 （2）伴X顯性遺傳的特點： ① 女＞男 ② 連續(xù)發(fā)病 ③ 父病女必病，子病母 （3）伴Y遺傳的特點： （3）伴Y遺傳的特點： ①男病女不病 ②父→子→孫 3、常見遺傳病類型（要記?。? 伴X隱：色盲、血友病 伴X顯：抗維生素D佝僂病 常隱：先天性聾啞、白化病 常顯：多(并)指 第三章 基因的本質(zhì) 第一節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì) 一、1928年格里菲思的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗： 1、肺炎雙球菌有兩種類型類型： S型細菌：菌落光滑，菌體有夾膜，有毒性 R型細菌：菌落粗糙，菌體無夾膜，無毒性 2、實驗過程 3、實驗證明：無毒性的R型活細菌與被加熱殺死的有毒性的S型細菌混合后，轉(zhuǎn)化為有毒性的S型活細菌。這種性狀的轉(zhuǎn)化是可以遺傳的。 推論（格里菲思）：在第四組實驗中，已經(jīng)被加熱殺死S型細菌中，必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)—“轉(zhuǎn)化因子”。 二、1944年艾弗里的實驗： 1、實驗過程： 2、實驗證明：DNA才是R型細菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。 （即：DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)） 三、1952年郝爾希和蔡斯噬菌體侵染細菌的實驗 1、實驗過程 2、實驗結(jié)論：子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳的。（即：DNA是遺傳物質(zhì)） 四、1956年煙草花葉病毒感染煙草實驗證明：在只有RNA的病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。） 第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制： 一、DNA的結(jié)構(gòu) 1、DNA的組成元素：C、H、O、N、P 2、DNA的基本單位：脫氧核糖核苷酸（4種） 3、DNA的結(jié)構(gòu)： ①由兩條、反向平行的脫氧核苷酸鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 ②外側(cè)：脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架。 內(nèi)側(cè)：由氫鍵相連的堿基對組成。 ③堿基配對有一定規(guī)律： A ＝ T；G ≡ C。（堿基互補配對原則） 4、DNA的特性： ①多樣性：堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的。（排列種數(shù)：4n(n為堿基對對數(shù)) ②特異性：每個特定DNA分子的堿基排列順序是特定的。 5、DNA的功能： 攜帶遺傳信息（DNA分子中堿基對的排列順序代表遺傳信息）。 6、與DNA有關(guān)的計算： 在雙鏈DNA分子中： ① A=T、G=C ②任意兩個非互補的堿基之和相等；且等于全部堿基和的一半 例：A+G = A+C = T+G = T+C = 1/2全部堿基 二、DNA的復(fù)制 1、概念：以親代DNA分子兩條鏈為模板，合成子代DNA的過程 2、時間：有絲分裂間期和減Ⅰ前的間期 3、場所：主要在細胞核 4、過程：①解旋 ②合成子鏈 ③子、母鏈盤繞形成子代DNA分子 5、特點： 半保留復(fù)制 6、原則：堿基互補配對原則 7、條件: ①模板：親代DNA分子的兩條鏈 ②原料：4種游離的脫氧核糖核苷酸 ③能量：ATP ④ 酶：解旋酶、DNA聚合酶等 8、DNA能精確復(fù)制的原因： ①獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板; ②堿基互補配對原則保證復(fù)制能夠準確進行。 9、意義： DNA分子復(fù)制，使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而確保了遺傳信息的連續(xù)性。 第三節(jié) 基因控制蛋白質(zhì)的合成 一、RNA的結(jié)構(gòu)： 1、組成元素：C、H、O、N、P 2、基本單位：核糖核苷酸（4種） 3、結(jié)構(gòu)：一般為單鏈 二、基因：是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。主要在染色體上 三、基因控制蛋白質(zhì)合成： 1、轉(zhuǎn)錄： （1）概念：在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成RNA的過程。（注：葉綠體、線粒體也有轉(zhuǎn)錄） （2）過程 （3）條件：模板：DNA的一條鏈（模板鏈） 原料：4種核糖核苷酸 能量：ATP 酶：解旋酶、RNA聚合酶等 （4）原則：堿基互補配對原則（A—U、T—A、G—C、C—G） （5）產(chǎn)物：信使RNA（mRNA）、核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運RNA（tRNA） 2、翻譯： （1）概念：游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。（注：葉綠體、線粒體也有翻譯） （2）過程： （3）條件：模板：mRNA 原料：氨基酸（20種） 能量：ATP 酶：多種酶 搬運工具：tRNA 裝配機器：核糖體 （4）原則：堿基互補配對原則 （5）產(chǎn)物：多肽鏈 3、與基因表達有關(guān)的計算 基因中堿基數(shù)：mRNA分子中堿基數(shù)：氨基酸數(shù) = 6：3：1 四、基因?qū)π誀畹目刂? 1、中心法則 2、基因控制性狀的方式： （1）通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物的性狀； （2）通過控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接控制生物的性狀。 第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第一節(jié) 基因突變和基因重組 一、生物變異的類型 不可遺傳的變異（僅由環(huán)境變化引起） 可遺傳的變異（由遺傳物質(zhì)的變化引起） 基因突變 基因重組 染色體變異 二、可遺傳的變異 （一）基因突變 1、概念：是指DNA分子中堿基對的增添、缺失或改變等變化。 2、原因：物理因素：X射線、激光等； 化學(xué)因素：亞硝酸鹽，堿基類似物等； 生物因素：病毒、細菌等。 3、特點： ①發(fā)生頻率低： ② 方向不確定 ③隨機發(fā)生 基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期； 基因突變可以發(fā)生在細胞內(nèi)的不同的DNA分子上或同一DNA分子的不同部位上。 ④普遍存在 4、結(jié)果：使一個基因變成它的等位基因。 5、時間：細胞分裂間期（DNA復(fù)制時期） 6、應(yīng)用——誘變育種 ①方法：用射線、激光、化學(xué)藥品等處理生物。 ②原理：基因突變 ③實例：高產(chǎn)青霉菌株的獲得 ④優(yōu)缺點：加速育種進程，大幅度地改良某些性狀，但有利變異個體少。 7、意義： ①是生物變異的根本來源； ②為生物的進化提供了原始材料； ③是形成生物多樣性的重要原因之一。 （二）基因重組 1、概念：是指生物體在進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因重新組合的過程。 2、種類： ①減數(shù)分裂（減Ⅰ后期）形成配子時，隨著非同源染色體的自由組合，位于這些染色體上的非等位基因也自由組合。組合的結(jié)果可能產(chǎn)生與親代基因型不同的個體。 ②減Ⅰ四分體時期，同源染色體上（非姐妹染色單體）之間等位基因的交換。結(jié)果是導(dǎo)致染色單體上基因的重組，組合的結(jié)果可能產(chǎn)生與親代基因型不同的個體。 ③重組DNA技術(shù) 3、結(jié)果：產(chǎn)生新的基因型 4、應(yīng)用(育種)：雜交育種 5、意義：①為生物的變異提供了豐富的來源； ②為生物的進化提供材料； ③是形成生物體多樣性的重要原因之一 （三）染色體變異（下） 第二節(jié) 染色體變異及其應(yīng)用 一、染色體結(jié)構(gòu)變異： 實例：貓叫綜合征（5號染色體部分缺失） 類型：缺失、重復(fù)、倒位、易位（看書并理解） 二、染色體數(shù)目的變異 1、類型 個別染色體增加或減少： 實例：21三體綜合征（多1條21號染色體） 以染色體組的形式成倍增加或減少： 實例：三倍體無子西瓜 2、染色體組： （1）概念：二倍體生物配子中所具有的全部染色體組成一個染色體組。 （2）特點：①一個染色體組中無同源染色體，形態(tài)和功能各不相同； ②一個染色體組攜帶著控制生物生長的全部遺傳信息。： 3、單倍體、二倍體和多倍體 由配子發(fā)育成的個體叫單倍體。 有受精卵發(fā)育成的個體，體細胞中含幾個染色體組就叫幾倍體，如含兩個染色體組就叫二倍體， 含三個染色體組就叫三倍體，以此類推。體細胞中含三個或三個以上染色體組的個體叫多倍體。 三、染色體變異在育種上的應(yīng)用 育種方法小結(jié)： 1、多倍體育種： 方法：用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 （原理：能夠抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致染色體不分離,從而引起細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍） 原理：染色體變異 實例：三倍體無子西瓜的培育； 優(yōu)缺點：培育出的植物器官大，產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐富，但結(jié)實率低，成熟遲。 2、單倍體育種： 方法：花粉(藥)離體培養(yǎng) 原理：染色體變異 實例：矮桿抗病水稻的培育 優(yōu)缺點：后代都是純合子，明顯縮短育種年限，但技術(shù)較復(fù)雜。多倍體育種 單倍體育種 3、誘變育種 方法：用射線、激光、化學(xué)藥品等處理生物 原理： 基因突變 優(yōu)缺點 加速育種進程，大幅度地改良某些性狀，但有利變異個體少。 4、雜交育種 方法：簡便，但要較長年限選擇才可獲得純合子。 原理：基因重組 第三節(jié) 關(guān)注人類遺傳病 一、人類遺傳病與先天性疾病區(qū)別： 遺傳病：由遺傳物質(zhì)改變引起的疾病。（可以生來就有，也可以后天發(fā)生） 先天性疾病：生來就有的疾病。（不一定是遺傳?。? 二、人類遺傳病產(chǎn)生的原因：人類遺傳病是由于遺傳物質(zhì)的改變而引起的人類疾病 .三、人類遺傳病類型 （一）單基因遺傳病 1、概念：由一對等位基因控制的遺傳病。 2、原因：人類遺傳病是由于遺傳物質(zhì)的改變而引起的人類疾病 3、特點：呈家族遺傳、發(fā)病率高（我國約有20%--25%） 4、類型： 顯性遺傳病 伴X顯：抗維生素D佝僂病 常顯：多指、并指、軟骨發(fā)育不全 隱性遺傳病 伴X隱：色盲、血友病 常隱：先天性聾啞、白化病、鐮刀型細胞貧血癥、黑尿癥、苯丙酮尿癥 （二）多基因遺傳病 1、概念：由多對等位基因控制的人類遺傳病。 2、常見類型：腭裂、無腦兒、原發(fā)性高血壓、青少年型糖尿病等。 （三）染色體異常遺傳?。ê喎Q染色體病） 1、概念：染色體異常引起的遺傳病。(包括數(shù)目異常和結(jié)構(gòu)異常） 2、類型： 常染色體遺傳病 結(jié)構(gòu)異常：貓叫綜合征 數(shù)目異常：21三體綜合征（先天智力障礙） 性染色體遺傳?。盒韵侔l(fā)育不全綜合征（XO型，患者缺少一條 X染色體） 四、遺傳病的監(jiān)測和預(yù)防 1、產(chǎn)前診斷：胎兒出生前，醫(yī)生用專門的檢測手段確定胎兒是否患某種遺傳病或先天性疾病， 產(chǎn)前診斷可以大大降低病兒的出生率 2、遺傳咨詢：在一定的程度上能夠有效的預(yù)防遺傳病的產(chǎn)生和發(fā)展 五、人類基因組計劃及其意義 計劃：完成人體24條染色體上的全部基因的遺傳作圖、物理作圖、和全部堿基的序列測定。 意義：可以清楚的認識人類基因的組成、結(jié)構(gòu)、功能極其相互關(guān)系，對于人類疾病的診治和預(yù)防具有重要的意義 第五章 生物的進化 第一節(jié) 生物進化理論的發(fā)展 一、拉馬克的進化學(xué)說 1、理論要點：用進廢退；獲得性遺傳 2、進步性：認為生物是進化的。 二、達爾文的自然選擇學(xué)說 1、理論要點：自然選擇（過度繁殖→生存斗爭→遺傳和變異→適者生存） 2、進步性：能夠科學(xué)地解釋生物進化的原因以及生物的多樣性和適應(yīng)性。 3、局限性： ①不能科學(xué)地解釋遺傳和變異的本質(zhì)； ②自然選擇對可遺傳的變異如何起作用不能作出科學(xué)的解釋。 （對生物進化的解釋僅局限于個體水平） 三、現(xiàn)代達爾文主義 （一）種群是生物進化的基本單位（生物進化的實質(zhì)：種群基因頻率的改變） 1、種群： 概念：在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物的所有個體稱為種群。 特點：不僅是生物繁殖的基本單位；而且是生物進化的基本單位。 2、種群基因庫：一個種群的全部個體所含有的全部基因構(gòu)成了該種群的基因庫 （二）突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料 （三）自然選擇決定進化方向：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進化。 （四）突變和基因重組、選擇和隔離是物種形成機制 1、物種：指分布在一定的自然地域，具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能特征，而且自然狀態(tài)下能相互交配并能生殖出可育后代的一群生物個體。 2、隔離： 地理隔離：同一種生物由于地理上的障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。 生殖隔離：指不同種群的個體不能自由交配或交配后產(chǎn)生不可育的后代。 3、物種的形成： ⑴物種形成的常見方式：地理隔離（長期）→生殖隔離 ⑵物種形成的標志：生殖隔離 ⑶物種形成的3個環(huán)節(jié)： 突變和基因重組：為生物進化提供原材料 選擇：使種群的基因頻率定向改變 隔離：是新物種形成的必要條件 第二節(jié) 生物進化和生物多樣性 一、生物進化的基本歷程 1、地球上的生物是從單細胞到多細胞，從簡單到復(fù)雜，從水生到陸生，從低級到高級逐漸進化而來的。 2、真核細胞出現(xiàn)后，出現(xiàn)了有絲分裂和減數(shù)分裂，從而出現(xiàn)了有性生殖，使由于基因重組產(chǎn)生的變異量大大增加，所以生物進化的速度大大加快。 二、生物進化與生物多樣性的形成 1、生物多樣性與生物進化的關(guān)系是：生物多樣性產(chǎn)生的原因是生物不斷進化的結(jié)果；而生物多樣性的產(chǎn)生又加速了生物的進化。 2、生物多樣性包括：遺傳（基因）多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次

病毒特征和種類

分類: 電腦/網(wǎng)絡(luò) >> 反病毒
解析:

是一類個體微小，無完整細胞結(jié)構(gòu)，含單一核酸（DNA或RNA）型，必須在活細內(nèi)寄生并復(fù)制的非細胞型微生物。

“virus”一詞源于拉丁文，原指一種動物來源的毒素。病毒能增殖、遺傳和演化，因而具有生命最基本的特征，但至今對它還沒有公認的定義。最初用來識別病毒的性狀，如個體微小、一般在光學(xué)顯微鏡下不能看到、可通過細菌所不能通過的濾器、在人工培養(yǎng)基上不能生長、具有致病性等，現(xiàn)仍有實用意義。但從本質(zhì)上區(qū)分病毒和其他生物的特征是：①含有單一種核酸（DNA或RNA）的基因組和蛋白質(zhì)外殼，沒有細胞結(jié)構(gòu)；②在感染細胞的同時或稍后釋放其核酸，然后以核酸復(fù)制的方式增殖，而不是以二分裂方式增殖；③嚴格的細胞內(nèi)寄生性。病毒缺乏獨立的代謝能力，只能在活的宿主細胞中，利用細胞的生物合成機器來復(fù)制其核酸并合成由其核酸所編碼的蛋白，最后裝配成完整的、有感染性的病毒單位，即病毒粒。病毒粒是病毒從細胞到細胞或從宿主到宿主傳播的主要形式。

目前，病毒一詞的涵義可以是:指那些在化學(xué)組成和增殖方式是獨具特點的，只能在宿主細胞內(nèi)進行復(fù)制的微生物或遺傳單位。它的特點是：只含有一種類型的核酸（DNA或RNA)作為遺傳信息的載體；不含有功能性核糖體或其它細胞器；RNA病毒，全部遺傳信息都在RNA上編碼，這種情況在生物學(xué)上是獨特的；體積比細菌小得多，僅含有少數(shù)幾種酶類；不能在無生命的培養(yǎng)基中增殖，必須依賴宿主細胞的代謝系統(tǒng)復(fù)制自身核酸，合成蛋白質(zhì)并裝配成完整的病毒顆粒，或稱病毒體（完整的病毒顆粒是指成熟的病毒個體）。

病毒性質(zhì)的兩重性；

一、病毒生命形式的兩重性

1、病毒存在的兩重性 病毒的生命活動很特殊，對細胞有絕對的依存性。其存在形式有二：一是細胞外形式，一是細胞內(nèi)形式。存在于細胞外環(huán)境時，則不顯復(fù)制活性，但保持感染活性，是病毒體或病毒顆粒形式。進入細胞內(nèi)則解體釋放出核酸分子（DNA或RNA），借細胞內(nèi)環(huán)境的條件以獨特的生命活動體系進行復(fù)制，是為核酸分子形式。

2、病毒的結(jié)晶性與非結(jié)晶性 病毒可提純?yōu)榻Y(jié)晶體。我們知道結(jié)晶體是一個化學(xué)概念，是很多無機化合物存在的一種形式，我們可以認為某些病毒有化學(xué)結(jié)晶型和生命活動型的兩種形式。

3、顆粒形式與基因形式 病毒以顆粒形式存在于細胞之外，此時，只具感染性。一旦感染細胞病毒解體而釋放出核酸基因組，然后才能進行復(fù)制和增殖，并產(chǎn)生新的子代病毒。有的病毒基因組整合于細胞基因組，隨細胞的繁殖而增殖，此時病毒即以基因形式增殖，而不是以顆粒形式增殖，這是病毒潛伏感染的一種方式。

二、病毒結(jié)構(gòu)和功能的兩重性

1、標準病毒與缺陷病毒 在病毒的增殖過程中，由于其基因組因某種微環(huán)境因素的影響或轉(zhuǎn)錄過程的錯誤而發(fā)生突變，以致有裝配不全的病毒顆粒產(chǎn)生，稱為缺陷病毒，產(chǎn)生缺陷病毒的原親代病毒，則稱為標準病毒，缺陷病毒顆粒有干擾標準病繁殖的作用。

2、假病毒與真病毒 一種細胞有兩種病毒同時感染的情況，在增殖過程中，一種病毒可以穿上本身的外殼，這就是真病毒，是這種病毒的應(yīng)有“面目”；如果一種病毒的核酸被以另一病毒編碼的外殼，則稱為假病毒，此時一種病毒的本來性質(zhì)，被另一種病毒的性質(zhì)所掩蓋。

3、雜種病毒和純種病毒 兩種病毒混合感染時，除了出現(xiàn)假型病毒外，還有可能出現(xiàn)病毒核酸重組的情況，即一種病毒顆粒之中，可含有兩種病毒的遺傳物質(zhì)，此可稱為雜種病毒，折實病毒學(xué)中一個相當常見的現(xiàn)象。

三、病毒病理學(xué)的兩重性

1、病毒的致病性和非致病性 關(guān)于致病性和非致病性問題，是同宿主細胞相對二言的，在分子水平、細胞水平和機體水平，可能有不同的含義。在細胞水平有細胞病變作用，但在機體水平可能并不顯示臨床癥狀，此可稱為亞臨床感染或不顯感染。

2、病毒感染的急性和慢性 病毒感染所致的臨床癥狀有急、慢之分，有的病毒一般只表現(xiàn)急性感染而很少表現(xiàn)慢性感染；有的則既有急性過程，也有慢性過程。

目前對病毒的概念可以是：病毒是代謝上無活性，有感染性，而不一定有致病性的銀子，他們小于細胞，但大于大多數(shù)大分子，他們無例外地在生活細胞內(nèi)繁殖，他們含有一個蛋白質(zhì)或脂蛋白外殼和一種核酸，DNA或RNA，甚至只含有核酸而內(nèi)有蛋白質(zhì)，或只有蛋白質(zhì)而沒有核酸，它們作為大分子似乎太復(fù)雜，作為生物體它們的生理和復(fù)制方式又千姿百態(tài)。Lwoff在“病毒的概念”一文中強調(diào)病毒的特殊性時指出，“病毒應(yīng)該就是病毒，因為它們是病毒”。

病毒的形態(tài)

（1） 球狀病毒；（2）桿狀病毒；（3）磚形病毒；（4）有包膜的球狀病毒；（5）具有球狀頭部的病毒；（6）封于包含體內(nèi)的昆蟲病毒。

病毒的大小

較大的病毒直徑為300－450納米，較小的病毒直徑僅為18-22納米

病毒的組成

病毒主要由核酸和蛋白質(zhì)組成

病毒的復(fù)制過程叫做復(fù)制周期。其大致可分為連續(xù)的五個階段：吸附、侵入、脫殼、病毒大分子的合成、病毒的裝配與釋放

病毒的分類

國際病毒分類委員會（ICNV）第七次報告（1999），將所有已知的病毒根據(jù)核酸類型分為DNA病毒——單股DNA病毒，DNA病毒——雙股DNA病毒，DNA與RNA反轉(zhuǎn)錄病毒，RNA病毒——雙股RNA病毒，RNA病毒——單鏈、單股RNA病毒， *** RNA病毒及類病毒等八大類群。此外，還增設(shè)亞病毒因子一類。這個報告認可的病毒約4000種，設(shè)有三個病毒目，64個病毒科，9個病毒亞科，233個病毒屬，其中29個病毒屬為獨立病毒屬。亞病毒因子類群，不設(shè)科和屬。包括衛(wèi)星病毒和prion（傳染性蛋白質(zhì)顆粒或朊病毒）。一些屬性不很明確的屬稱暫定病毒屬。

病毒在自然界分布廣泛，可感染細菌、真菌、植物、動物和人，常引起宿主發(fā)病。但在許多情況下，病毒也可與宿主共存而不引起明顯的疾病。

簡史

在發(fā)現(xiàn)病毒以前，人們早已開始不自覺地利用病毒為人類服務(wù)。中國在16世紀前后，就用天花患者膿瘡中的漿液給健康人接種而使之獲得免疫力。差不多同時，荷蘭的種植者用嫁接法使郁金香感染病毒而開出美麗的碎色花朵；1796年E．琴納發(fā)明了牛痘苗；1885年L．路易斯·巴斯德首創(chuàng)了狂犬病疫苗。

1892年Д．И．伊萬諾夫斯基發(fā)現(xiàn)患煙草花葉病的煙葉汁通過阻留細菌的濾器后，仍保留其感染性；1898年M．W．拜耶林克再次發(fā)現(xiàn)了這一事實，并指出該病是一類與細菌不同的病原體所引起的。這是認識病毒的開端。以后相繼發(fā)現(xiàn)許多人類、植物和動物的疾病是由病毒引起的。1898年 F．A．J．勒夫勒和 P．伏羅施發(fā)現(xiàn)了牛的口蹄疫病毒；1915年F．W．特沃特和1917年F．埃雷爾分別發(fā)現(xiàn)了細菌病毒即噬菌體。

從30年代起開始探索病毒的理化性質(zhì)，M．施萊辛格提純了噬菌體并指出它是由蛋白質(zhì)和DNA構(gòu)成的；1935年W．M．斯坦利獲得了煙草花葉病毒的結(jié)晶；1936年首次在電子顯微鏡下看到該病毒是一種桿狀顆粒。以后許多病毒相繼被提純，對他們的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分進行了研究，為病毒分類提供了依據(jù)。

由于病毒的結(jié)構(gòu)和組分簡單，有些病毒又易于培養(yǎng)和定量，因此從20世紀40年代以來，病毒始終是分子生物學(xué)研究的重要材料。30年代末，以M．德爾布呂克為代表的一派學(xué)者開始用大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體研究其復(fù)制和遺傳機制，奠定了分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。70年代，研究重點逐漸轉(zhuǎn)向動物病毒。分子生物學(xué)發(fā)展中的重要進展，如DNA和 RNA是遺傳物質(zhì)的確證，三聯(lián)體密碼學(xué)說的形成，核酸復(fù)制機制的闡明，遺傳信息流中心法則的提出，反轉(zhuǎn)錄酶、基因的重疊和不連續(xù)性等的發(fā)現(xiàn)，以至基因工程的興起和致癌理論的發(fā)展，幾乎無一不與病毒有關(guān)。一些蛋白質(zhì)和核酸的一級結(jié)構(gòu)分析，也常常是首先以病毒為材料研究完成的。反過來，分子生物學(xué)研究又促進了對病毒結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳的認識，使病毒學(xué)發(fā)展成一門獨立的分支學(xué)科。

在實踐方面，病毒的研究對防治人類、植物和動物的病毒病作出了重要貢獻。病毒疫苗的發(fā)展，為控制人類疾?。ㄈ缣旎āⅫS熱病、脊髓灰質(zhì)炎、麻疹等）和畜禽疾?。ㄈ缗Ｎ痢⒇i瘟、雞新城疫等）提供了有效措施；由于綜合防治和抗病育種等措施的利用，有效地控制了馬鈴薯退化病、小麥土傳花葉病、白菜蕪菁花葉病等農(nóng)作物病害；利用昆蟲病毒作為殺蟲劑的研究，也在大力開展并已進入實用階段。

培養(yǎng)和檢測

病毒研究的發(fā)展常常與病毒培養(yǎng)和檢測方法的進步有密切的關(guān)系，特別在脊椎動物病毒方面，小鼠和雞胚接種、組織培養(yǎng)、超速離心、凝膠電泳、電子顯微鏡和免疫測定等技術(shù)，對病毒學(xué)的發(fā)展具有深刻的影響。

噬菌體的培養(yǎng)和檢測方法最為簡單。將噬菌體接種到易感細菌的肉湯培養(yǎng)物中，經(jīng)18～24小時后，混濁的培養(yǎng)物重新透明，此時細菌被裂解，大量噬菌體被釋放到肉湯中，再經(jīng)除菌過濾，即為粗制噬菌體。為了測定其中噬菌體的數(shù)量，將粗制噬菌體稀釋到每一接種量含100個左右，與過量的細菌混合，然后鋪種于瓊脂平皿上，在溫箱中培養(yǎng)過夜，細菌繁殖成乳白色襯底，被噬菌體裂解的區(qū)域則在此襯底上表現(xiàn)為圓形的透明斑，稱為噬斑。噬斑數(shù)代表該接種量中有活力的噬菌體數(shù)量。如果挑出單個噬斑來培養(yǎng)，就能獲得由單個噬菌體所繁殖的后代，達到分離純化的目的。

動物病毒（見脊椎動物病毒）的培養(yǎng)可在自然宿主、實驗動物、雞胚或細胞培養(yǎng)中進行，以死亡、發(fā)病或病變等作為病毒繁殖的直接指標，或以血細胞凝集、抗原測定等作為間接指標。收獲發(fā)病動物的組織磨成懸液或有病變的細胞培養(yǎng)液，即為粗制病毒。測定活病毒數(shù)量可采用空斑法，其原理與噬斑法相同，但以易感的動物單層細胞代替細菌，在接種適當稀釋的病毒后，用含有培養(yǎng)液和中性紅的瓊脂覆蓋，使病毒感染局限在小面積內(nèi)形成病變區(qū)，襯底的健康細胞被中性紅染成紅色，病變區(qū)不染色而顯示為空斑。

至今植物病毒的培養(yǎng)和檢測大都是在整株植物上進行的。從搗碎的病葉汁中制備病毒，常用枯斑法檢測。用手指蘸上混有金剛砂的稀釋病毒在植物葉片上軒輕磨擦，經(jīng)一定時間后出現(xiàn)單個分開的圓形壞死或退綠斑點，稱為枯斑。

除了利用病毒的致病性定量檢測病毒外，還可應(yīng)用物理方法，如在電子顯微鏡下計數(shù)病毒顆粒，或用紫外分光光度計測定提純病毒的蛋白和核酸量，這些方法所測得的數(shù)據(jù)包括了有感染性和無感染性的病毒粒。

應(yīng)用電子顯微鏡不但能看清病毒粒的大小、形態(tài)，還可以分辨其表面的蛋白亞單位和內(nèi)部的核殼等超微結(jié)構(gòu)。

大小與形態(tài)

不同病毒的大小變動于20～450納米之間。最大的為痘病毒科，大小為（170～260）×（300～450）納米，最小的為雙聯(lián)病毒科，直徑18～20納米。

病毒的形態(tài)也是多樣的：球狀（包括二十面體），如脊髓灰質(zhì)炎病毒和有包膜的如皰疹病毒；桿狀（包括棒狀），如煙草花葉病毒；絲狀，如甜菜黃花病毒；彈狀，如水皰性口炎病毒；復(fù)雜構(gòu)型，如蝌蚪狀的T偶數(shù)噬菌體。有些病毒在細胞內(nèi)呈自然晶體排列。

結(jié)構(gòu)

最簡單的病毒中心是核酸，外面包被著1層有規(guī)律地排列的蛋白亞單位，稱為衣殼。構(gòu)成衣殼的形態(tài)亞單位稱為殼粒，由核酸和衣殼蛋白所構(gòu)成的粒子稱為核殼。較復(fù)雜的病毒外邊還有由脂質(zhì)和糖蛋白構(gòu)成包膜。核殼按殼粒的排列方式不同而分為3種模式：二十面體對稱，如脊髓灰質(zhì)炎病毒；螺旋對稱，如煙草花葉病毒；復(fù)合對稱，如 T偶數(shù)噬菌體。在脂質(zhì)的包膜上還有1種或幾種糖蛋白，在形態(tài)上形成突起，如流感病毒的血凝素和神經(jīng)氨酸酶。昆蟲病毒中有1類多角體病毒，其核殼被蛋白晶體所包被，形成多角形包涵體。

化學(xué)組成

核酸帶有遺傳密碼的病毒基因組。病毒依所含核酸種類不同可分為 DNA病毒和 RNA病毒。動物病毒或含DNA，或含RNA；植物病毒除少數(shù)組外大多為RNA病毒；噬菌體除少數(shù)科外大多為DNA病毒。

DNA或RNA可以是線型的或環(huán)狀的，可以是單鏈的或雙鏈的。RNA可以分節(jié)段或不分節(jié)段，單鏈RNA又分正鏈的和負鏈的。

在分節(jié)段的RNA植物病毒中，常見多分體基因組，即同一病毒的幾個RNA節(jié)段分別裝入衣殼中，形成大小不同的顆粒，有的分裝在兩種顆粒中稱二分體基因組，如豇豆花葉病毒；有的分裝在3種顆粒中稱三分體基因組，如黃瓜花葉病毒和雀麥花葉病毒。

通過遺傳學(xué)和生物化學(xué)方法，已查明一些病毒的基因圖譜。對MS2和ΦΧ174噬菌體?；ㄒ嘶ㄈ~病毒、SV40和乙型肝炎病毒核酸的核苷酸序列，已全部查明。

①蛋白質(zhì) 病毒的主要組分，依其功能可分為衣殼蛋白、膜蛋白、糖蛋白和內(nèi)在酶4類。

衣殼蛋白包裹核酸形成保護性的外殼。簡單的病毒只有1種衣殼蛋白，較復(fù)雜的如腺病毒衣殼是由六鄰體、五鄰體和纖維3種蛋白構(gòu)成的。在有包膜的病毒如流感和水皰性口炎病毒中，膜蛋白一方面與外層脂質(zhì)相連結(jié)，另一方面又同內(nèi)部的核殼相連結(jié)，起到維系病毒內(nèi)外結(jié)構(gòu)的作用。糖蛋白位于包膜表面，有的形成突起，如流感病毒的血凝素，能與細胞膜受體結(jié)合。病毒雖無完整的酶系統(tǒng)，但常含有一些特殊的酶，如流感病毒的神經(jīng)氨酸酶和噬菌體的溶菌酶。此外，呼腸孤病毒科、彈狀病毒科、正粘病毒科和副粘病毒科病毒粒中含RNA多聚酶，反錄病毒科含反轉(zhuǎn)錄酶，均與核酸復(fù)制有關(guān)。目前已查明十幾種病毒蛋白的全氨基酸序列。

②脂質(zhì) 存在于包膜中，包膜是在病毒成熟時從細胞質(zhì)膜或核膜芽生獲得的，所以病毒脂質(zhì)常具有宿主細胞脂質(zhì)的特征。用有機溶劑或去污劑破壞包膜脂質(zhì)，可使病毒粒裂解。

③糖 除核酸中的戊糖外，病毒包膜還含有與蛋白或脂質(zhì)結(jié)合的多糖。

煙草花葉病毒、流感病毒和枯草桿菌噬菌體的電子顯微鏡照片和結(jié)構(gòu)模式圖（見植物病毒、正粘病毒科和細菌病毒）。

復(fù) 制

病毒復(fù)制指病毒粒入侵宿主細胞到最后細胞釋放子代毒粒的全過程，包括吸附、進入與脫殼、病毒早期基因表達、核酸復(fù)制、晚期基因表達、裝配和釋放等步驟。各步的細節(jié)因病毒而異。

吸附與進入

T4噬菌體先以其尾絲與大腸桿菌表面受體結(jié)合，隨后尾鞘收縮， *** 出的尾軸穿入細菌外壁，把頭部內(nèi)儲存的DNA注射到細菌體內(nèi)。動物病毒也是先與細胞受體結(jié)合，以后或是靠細胞的吞噬作用進入，或是病毒包膜與細胞質(zhì)膜融合后使核殼進入。植物病毒則是通過傷口侵入或通過媒介昆蟲直接注入。一般情況下，病毒均須經(jīng)脫殼，即脫去外被的蛋白質(zhì)釋放核酸，才能進行下一步復(fù)制。

基因表達

將其核酸上的遺傳信息轉(zhuǎn)錄成信使核糖核酸（mRNA），然后再翻譯成蛋白質(zhì)。一般在核酸復(fù)制以前的稱早期基因表達，所產(chǎn)生的早期蛋白質(zhì)，有的是核酸復(fù)制所需的酶，有的能抑制細胞核酸和蛋白質(zhì)的合成；在核酸復(fù)制開始以后的稱晚期基因表達，所產(chǎn)生的晚期蛋白質(zhì)主要是構(gòu)成毒粒的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。早期和晚期蛋白質(zhì)中都包括一些對病毒復(fù)制起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。

轉(zhuǎn)錄

因病毒核酸的類型而異，共有6種方式：雙鏈DNA（dsDNA）的病毒如 SV40，其轉(zhuǎn)錄方式與宿主細胞相同；含單鏈DNA（ssDNA）的病毒如小DNA病毒科，需要通過雙鏈階段后再轉(zhuǎn)錄出mRNA；含單鏈正鏈RNA（ss+RNA）的病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒、煙草花葉病毒和Qβ噬菌體，其RNA可直接作為信使，利用宿主的蛋白質(zhì)合成機器合成它所編碼的蛋白質(zhì)；含單鏈負鏈RNA（ss-RNA）的病毒如水皰性口炎病毒和流感病毒，需先轉(zhuǎn)錄成互補的正鏈作為其mRNA，ssRNA的反錄病毒如雞肉瘤病毒和白血病病毒，需先經(jīng)反轉(zhuǎn)錄成dsDNA而整含到宿主染色體中，于表達時再轉(zhuǎn)錄成mRNA，含dsRNA的呼腸孤病毒，則以保守型復(fù)制方式轉(zhuǎn)錄出與原來雙鏈中的正鏈相同的mRNA。

近年來發(fā)現(xiàn)有些病毒（如腺病毒和SV40）的基因是不連續(xù)的，有外顯子與內(nèi)含子之分，轉(zhuǎn)錄后有剪接過程，把內(nèi)含子剪除而把外顯子連接起來，才有mRNA的功能。多數(shù)病毒的mRNA還需經(jīng)過其他加工，如在5′端加上“帽子”結(jié)構(gòu)和在3′端加上多聚腺嘌呤核苷酸。

病毒基因轉(zhuǎn)錄所需酶的來源也不相同，如小DNA病毒科、乳多泡病毒科所需依賴于DNA的RNA多聚酶，都是利用宿主原有的酶；而彈狀病毒科、正粘病毒科、副粘病毒科和呼腸孤病毒科所需的依賴于RNA的RNA多聚酶，以及反錄病毒科所需的反轉(zhuǎn)錄酶，都是病毒粒自備的。

翻譯

不同病毒mRNA翻譯的方式是不同的。一般認為噬菌體的翻譯是多順反子的，如Qβ的RNA上有3個順反子（為單個肽鏈編碼的基因功能單位），可沿著1條mRNA獨立地翻譯出3種多肽。動物病毒的翻譯是單順反子的，即由其基因組轉(zhuǎn)錄成不同的mRNA，每種mRNA翻譯成一種多肽。分節(jié)段基因組病毒如流感病毒和呼腸孤病毒，每1節(jié)段RNA構(gòu)成1個順反子，多分體基因組的植物病毒也是如此。脊髓灰質(zhì)炎病毒的mRNA先被翻譯成1個分子量為20萬的巨肽，再經(jīng)裂解成為衣殼蛋白和酶。

有些病毒如ΦΧ174，Qβ噬菌體和 SV40等，存在基因重疊現(xiàn)象，即按讀碼位相不同而從同一核苷酸序列可以表達出一種以上的蛋白質(zhì)。這是病毒經(jīng)濟地利用其有限的遺傳信息的1種方式。

核酸復(fù)制

DNA病毒按照經(jīng)典的沃森-克里克堿基配對方式進行 DNA復(fù)制。乳多泡病毒的環(huán)狀 DNA按“滾環(huán)”模式進行復(fù)制時，需要有核酸內(nèi)切酶和連接酶參與。病毒RNA是通過半保留方式復(fù)制的，即以病毒RNA（vRNA）為模板，同時轉(zhuǎn)錄幾個互補鏈（cRNA），cRNA轉(zhuǎn)錄完成并脫落后，又以同樣方式再轉(zhuǎn)錄出新的vRNA。因此，在感染細胞中可以查出具有部分雙鏈結(jié)構(gòu)而又拖著多條長短不同單鏈“尾巴”（正在合成中的互補鏈）的“復(fù)制中間體”。

病毒核酸復(fù)制所需酶的來源也各不相同。SV40DNA合成所需的酶都來自宿主。含RNA的Qβ噬菌體、小RNA病毒科和含ssRNA的植物病毒所需RNA多聚酶的某個亞基，可能由病毒基因編碼，而其他亞基來自宿主。皰疹病毒DNA復(fù)制所需的酶，部分地由病毒編碼，如DNA多聚酶和胸苷激酶，可能還有核苷酸還原酶。痘類病毒的獨立自主能力最強，甚至能在去核細胞中進行DNA復(fù)制，其基因組至少能為75種蛋白質(zhì)編碼，包括DNA多聚酶、胸苷激酶、脫氧核糖核酸酶和聚核苷酸連接酶。

裝配與釋放

病毒核酸和結(jié)構(gòu)蛋白是分別復(fù)制的，然后裝配成完整的病毒粒。最簡單的裝配方式（如煙草花葉病毒）是核酸與衣殼蛋白相互識別，由衣殼亞單位按一定方式圍繞RNA聚集而成，不借助酶，也無需能量再生體系。許多二十面體病毒粒先聚集其衣殼，然后再裝入核酸。有包膜的病毒，在細胞內(nèi)形成核完后轉(zhuǎn)移至被病毒修飾了的細胞核膜或質(zhì)膜下面，以芽生方式釋放病毒粒。T4噬菌體則先分別裝配頭部、尾部和尾絲，最后組合成完整病毒粒，裂解細菌而釋放，其中有些步驟需酶的作用。

細胞水平上的感染類型和宿主反應(yīng)

很早發(fā)現(xiàn)噬菌體感染有裂解性和溶源性之分。以大腸桿菌的λ噬菌體為例，裂解性感染于經(jīng)歷上述復(fù)制周期后產(chǎn)生大量子代病毒粒而將細菌裂解；而溶源性感染時，噬菌體DNA環(huán)化并整合到大腸桿菌 DNA的特異性位點上，隨著細菌的分裂而傳給子代細菌，細菌不被裂解也不產(chǎn)生子代病毒粒。營養(yǎng)條件、紫外線或化學(xué)藥物都能使溶性源感染轉(zhuǎn)化為裂解性。動物的DNA病毒如 SV40、腺病毒、皰疹病毒等于感染敏感細胞（稱為容許細胞）后，形成裂解性感染，而于感染不大敏感的細胞（稱為不容許細胞）后，則形成轉(zhuǎn)化性感染。轉(zhuǎn)化性感染與溶源性感染相似，病毒DNA或其片段整合于細胞染色體上，并隨細胞分裂而傳給子代細胞，表達其部分基因（一般為早期基因），但不產(chǎn)生子代病毒粒，細胞也不死亡，但被轉(zhuǎn)化成類似于腫瘤細胞，可無限地傳代。另一方面，RNA腫瘤病毒（如雞肉瘤病毒）必須先將其RNA反轉(zhuǎn)錄成dsDNA并整合到細胞染色體上，才能進行復(fù)制，所以這種感染方式是獨特的，既是轉(zhuǎn)化性感染，又產(chǎn)生大量病毒粒。

宿主細胞對病毒感染的反應(yīng)有4種：無明顯反應(yīng)、細胞死亡、細胞增生后死亡和細胞轉(zhuǎn)化。例如，副粘病毒SV5在細胞培養(yǎng)中產(chǎn)生大量病毒而不引起明顯反應(yīng)。多數(shù)病毒感染敏感細胞時，由于抑制了細胞核酸和蛋白質(zhì)合成而引起細胞死亡。痘病毒感染時，先 *** 細胞多次分裂然后死亡，造成痘皰病灶。DNA病毒和RNA腫瘤病毒則引起細胞轉(zhuǎn)化。

有些動物病毒于感染宿主細胞后，在胞核或細胞質(zhì)內(nèi)形成具有特殊染色特性的內(nèi)含物，稱為包涵體，如痘病毒的細胞質(zhì)內(nèi)包涵體和皰疹病毒的胞核內(nèi)包涵體。這些包涵體有的是由未成熟或成熟的病毒粒構(gòu)成，有的是宿主細胞的反應(yīng)產(chǎn)物，有的是兩者的混合物。有些昆蟲病毒的病毒粒包埋在蛋白基質(zhì)中，形成包涵體如核型多角體病毒。

脊椎動物細胞感染病毒后的另一種反應(yīng)是產(chǎn)生干擾素。干擾素是一種動物細胞編碼的蛋白，其基因平常處于不活動狀態(tài)，于病毒感染或經(jīng)雙鏈RNA誘導(dǎo)后活化。干擾素有廣譜的抗病毒作用，但并不直接作用于病毒，其作用機制是通過與細胞膜結(jié)合，激活具有抗病毒作用的3種酶，阻斷了病毒mRNA的翻譯。干擾素在防止病毒擴散和疾病恢復(fù)中有一定作用，并有可能成為一種抗病毒藥物。

機體水平上的感染類型和宿主反應(yīng)

高等動、植物感染病毒后，可表現(xiàn)為顯性感染和持續(xù)感染，動物病毒還可表現(xiàn)為隱性感染。隱性感染無臨床癥狀，顯性感染表現(xiàn)為臨床疾??；在持續(xù)感染中，病毒在機體內(nèi)長期存在。動物病毒的持續(xù)感染又分為潛伏感染、慢性感染和長程感染3類。潛伏感染如皰疹，平常無癥狀也查不到病毒，但由于內(nèi)外因素的 *** 而復(fù)發(fā)時出現(xiàn)病毒；慢性感染如乙型肝炎，有或無癥狀，但可查到病毒；長程感染限于少數(shù)病毒，如綿羊的 Maedi－visna（一種反錄病毒感染）可查到病毒；潛伏期和病程都很長，進行性發(fā)病直至死亡。

高等動物能對病毒感染產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)。免疫反應(yīng)分為體液免疫和細胞免疫兩類，體液免疫表現(xiàn)為由B細胞產(chǎn)生的抗體，其中包括能特異地滅活病毒的中和抗體。中和抗體在預(yù)防再感染中起主導(dǎo)作用。細胞免疫的主要表現(xiàn)是識別病毒抗原并發(fā)生反應(yīng)的T淋巴細胞，在清除病毒和病毒感染細胞中起主導(dǎo)作用。

植物細胞對病毒常有過敏反應(yīng)，細胞迅速死亡，形成枯斑，同時病毒復(fù)制也受到限制。另一種反應(yīng)是產(chǎn)生一種很象干擾素的抗病毒因子，能保護未受感染的細胞。

致瘤作用

有一些病毒能誘發(fā)良性腫瘤，如痘病毒科的兔纖維瘤病毒、人傳染性軟疣病毒和乳多泡病毒科的 *** 瘤病毒；另有一些能誘發(fā)惡性腫瘤，按其核酸種類可分為DNA腫瘤病毒和RNA腫瘤病毒。DNA腫瘤病毒包括乳多泡病毒料的SV40和多瘤病毒，以及腺病毒科和皰疹病毒科的某些成員，從腫瘤細胞中可查出病毒核酸或其片段和病毒編碼的蛋白，但一般沒有完整的病毒粒。RNA腫瘤病毒均屬反錄病毒科，包括雞和小鼠的白血病和肉瘤病毒，從腫瘤細胞中可查到病毒粒。這兩類病毒均能在體外轉(zhuǎn)化細胞。在人類腫瘤中，已證明EB病毒與伯基特淋巴瘤和鼻咽癌有密切關(guān)系；最近，從一種T細胞白血病查到反錄病毒。此外，Ⅱ型皰疹病毒可能與宮頸癌病因有關(guān)，乙型肝炎病毒可能與肝癌病因有關(guān)。但是，病毒大概不是唯一的病因，環(huán)境和遺傳因素可能起協(xié)同作用。

起 源

對于病毒的起源曾有過種種推測；一種觀點認為病毒可能類似于最原始的生命；另一種認為病毒可能是從細菌退化而來，由于寄生性的高度發(fā)展而逐步喪失了獨立生活的能力，例如由腐生菌→寄生菌→細胞內(nèi)寄生菌→支原體→立克次氏體→衣原體→大病毒→小病毒；還有一種則認為病毒可能是宿主細胞的產(chǎn)物。這些推測各有一定的依據(jù)，目前尚無定論。因此病毒在生物進化中的地位是未定的。但是，不論其原始起源如何，病毒一旦產(chǎn)生以后，同其他生物一樣，能通過變異和自然選擇而演化。

分 類

病毒分類命名的工作現(xiàn)由國際病毒分類委員會負責(zé)，已于 1971、1976、1979和 1982年發(fā)表過 4次報告。

1982年將資料較齊全而能分類的病毒劃分為7大群，分群的根據(jù)是基因組的核酸種類（DNA或 RNA）、類型（ds或ss）和有無包膜。7大群中包括59個科組：

dsDNA，有包膜 4科

dsDNA，無包膜 8科，1組

ssDNA，無包膜 3科，1組

dsRNA，有包膜 1科

dsRNA，無包膜 1科，4個可能科

ssRNA，有包膜 8科，1組

ssRNA，無包膜 4科，22組，1個可能組

如按宿主分類，則為：

細菌病毒 10科

真菌病毒 3個可能科

植物病毒 24組，1個可能組

無脊椎動物病毒 2科，1組

脊椎動物病毒 9科

無脊椎、脊椎動物共有的病毒有6科，即痘病毒科虹彩病毒科、小DNA病毒科、披膜病毒科、布尼亞病毒科和小RNA病毒科，以及一個可能科，即二節(jié)段雙鏈RNA病毒。

無脊椎、脊椎動物和植物共有的病毒有2科，即呼腸孤病毒科和彈狀病毒科。

病毒分類還處于初期階段，以后還會迅速發(fā)展和演變。目前對資料較齊全的動物病毒和噬菌體都已立為科，科名采用拉丁文；而植物病毒則只立組，組名多采用縮拼法，即將某科的典型代表病毒的普通名稱如Tobacco mo-saic virus縮拼為 Tobamo-virus?？葡路謥喛萍皩?，屬下即為各個病毒的普通名稱，目前尚未分種。

中科眾安 | 科學(xué)家們在抗腫瘤研究領(lǐng)域取得的新成果

本文中，我整理了科學(xué)家們近年來在抗腫瘤研究中取得的新成果，與大家一起學(xué)習(xí)！

doi：10.1038/s41586-019-1228-x

近日，一篇發(fā)表在國際雜志Nature上的研究報告中，來自德州農(nóng)工大學(xué)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，人類基因STING（干擾素基因的刺激子）的一小片段或是治療自身免疫性疾病和癌癥的關(guān)鍵。文章中，研究者發(fā)現(xiàn)，一種特定的蛋白質(zhì)基序或能幫助科學(xué)家們開發(fā)新型藥物，來抑制引發(fā)自身免疫性障礙的人類機體未知免疫反應(yīng)。

STING是一種特殊的蛋白質(zhì)，其能在人類和其它動物機體中發(fā)送免疫反應(yīng)的信號，文章中，研究者們發(fā)現(xiàn)了一種名為PLPLRT/SD的蛋白質(zhì)基序，其是STING蛋白質(zhì)末端附近的短鏈氨基酸序列，在開啟機體免疫系統(tǒng)功能抵御病毒感染上扮演著至關(guān)重要的角色。TBK1是一種與多種疾病發(fā)病相關(guān)的蛋白激酶，比如額顳葉癡呆、某些癌癥和諸如狼瘡等自身免疫性疾病，研究者Li表示，我們在蛋白質(zhì)STING中鑒別出了一種短鏈序列，其能夠招募并激活TBK1，從而開啟機體自身的免疫反應(yīng)。

【2】Sci Rep：重磅！一種新型藥物或能調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)來有效抵御腫瘤攻擊

doi：10.1038/srep25311

一項發(fā)表在國際雜志Scientific Reports上的研究報告中，來自日本慶應(yīng)大學(xué)研究人員通過研究表示，通過刺激患者機體的免疫系統(tǒng)，一種用來治療血液障礙的藥物或有望幫助阻斷多種類型實體瘤的生長。這種名為5-aza-CdR的藥物當前被用來治療會誘發(fā)白血病的血液障礙，其能抑制DNA甲基化，從而抑制酶類對基因組DNA進行化學(xué)修飾，諸如這樣的修飾會改變控制多種關(guān)鍵細胞功能的基因的表達，包括細胞生長和生存等。

如今有些研究發(fā)現(xiàn)，諸如5-aza-CdR的甲基化抑制劑還能被用來治療其它類型的癌癥，這些效應(yīng)或許歸因于藥物能再度激活腫瘤抑制基因的表達，但其中所涉及的具體分子機制研究人員并不是很清楚。這項研究中，研究人員Yoshimasa Saito及其同事開始通過研究闡明藥物5-aza-CdR的工作原理，首先他們評估了5-aza-CdR對腸癌小鼠模型的治療效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該藥物能夠抑制大約三分之一的腫瘤進行生長，而且接受該藥物治療的小鼠相比沒有接受治療的小鼠而言機體中腫瘤的尺寸趨于更小。

【3】Sci Immunol：新方法或能重新激活T細胞來有效抵御癌癥

doi：10.1126/sciimmunol.aap9520

近日，來自美國弗吉尼亞大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)了一種新方法，或能重新激活因抵御癌癥而耗盡的T細胞的功能，相關(guān)研究刊登于國際雜志Science Immunology上。文章中，研究人員闡明了烯醇化酶1（enolase 1）水平的下降對T細胞所產(chǎn)生的影響，以及如何繞過該影響給機體免疫系統(tǒng)“充電”。

此前研究結(jié)果表明，免疫系統(tǒng)有時無法有效抵御癌變的腫瘤組織，因為當腫瘤浸潤性的淋巴細胞（TILs）攻擊腫瘤組織時常常會失去能量，疲憊的T細胞或許就無法有效殺滅癌細胞，從而就會使得腫瘤組織不斷增殖，研究者認為，T細胞或許會因饑餓的腫瘤細胞奪走葡萄糖而變得“無精打采”，這項研究中，他們就找到了一種新方法來克服這種問題，從而讓TILs能夠有效攻擊癌癥。

【4】Nat Cell Biol：鑒別出幫助機體抵御癌癥的特殊“染色體掃描儀”蛋白

doi：10.1038/s41556-019-0282-9

近日，來自丹麥哥本哈根大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究鑒別出了修復(fù)人類DNA嚴重損傷的一種新型機制，相關(guān)研究刊登于國際雜志Nature Cell Biology上，研究者指出，細胞中的這種特殊“掃描儀”能夠決定無瑕疵的DNA修復(fù)過程是否被開啟。

對于DNA的嚴重損傷而言有兩種基本的修復(fù)系統(tǒng)，但僅有一種修復(fù)系統(tǒng)是無瑕疵的，如果該系統(tǒng)無法正常發(fā)揮功能就會增加DNA損傷后機體患癌的風(fēng)險；我們都知道，BRCA基因的突變會誘發(fā)遺傳性的卵巢癌和乳腺癌。研究者Anja Groth教授表示，我們闡明了細胞開啟修復(fù)嚴重DNA損傷的“完美系統(tǒng)”（flawless system）的分子機制，其能夠保護機體免于癌癥發(fā)生。

【5】NEJM：個體化癌癥療法或幫助抵御腫瘤對靶向藥物的耐受性

doi：10.1056/NEJMoa1508887

靶向作用驅(qū)動腫瘤生長的遺傳突變的藥物為多種嚴重癌癥的治療帶來了革命性的變革，但很多時候，腫瘤都會對藥物產(chǎn)生耐受性，而且腫瘤經(jīng)常是通過產(chǎn)生新的突變來促進耐藥性的出現(xiàn)，這就需要科學(xué)家們不斷開發(fā)更有潛力的藥物來克服耐藥性的腫瘤，近日一項發(fā)表在NEJM上的研究論文中，來自麻省總醫(yī)院的研究者就利用多種不同的靶向療法檢測了肺癌患者對藥物的耐受性進化情況，當耐受性促進第三代靶向療法的開發(fā)時，新的突變就會恢復(fù)癌癥細胞對第一代靶向療法的反應(yīng)。

Alice Shaw博士說道，對于很多使用第一代抑制劑藥物復(fù)發(fā)的腫瘤患者而言，比如克里唑蒂尼，更多潛在且具有選擇性的新一代抑制劑療法或許對于治療患者更為有效，然而對新一代抑制劑產(chǎn)生耐藥性的癌癥經(jīng)常會對并不是那么強大的抑制劑產(chǎn)生耐受性，而且通常是通過產(chǎn)生新的突變來促進對新一代抑制劑的耐藥性，而對老一代的抑制劑變得敏感。

doi：10.1080/2162402X.2019.1608106

利用免疫細胞刺激身體攻擊腫瘤的癌癥療法，可以通過一種增強其功能的分子得到改善。對老鼠的研究發(fā)現(xiàn)，改進后的療法產(chǎn)生了強大的抗癌免疫反應(yīng)，導(dǎo)致了腫瘤縮小。初步實驗表明，這種分子對人體細胞有類似的作用，并可能促進癌癥治療的成功。這種被稱為LL-37的分子是人體對感染的自然反應(yīng)，有助于殺死有害的細菌和病毒。

近日，來自愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它還影響免疫細胞，增強它們的功能。特別是這種分子增強了特定細胞的功能，這些細胞負責(zé)啟動被稱為樹突狀細胞的靶向免疫反應(yīng)。樹突狀細胞已被用于癌癥治療，因為它們可以觸發(fā)其他免疫細胞識別和攻擊腫瘤。這種方法通常包括取患者自身細胞的樣本，在實驗室特殊條件下培養(yǎng)，然后再注入患者體內(nèi)。這一過程成本高昂，而且由于難以制備足夠數(shù)量的樹突狀細胞而受阻，這些細胞具有用于治療的正確特性。

【7】PNAS：抗腫瘤細胞如何治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤？

doi：10.1073/pnas.1821442116

膠質(zhì)母細胞瘤是一種無法治愈的腦腫瘤，通常與表皮生長因子受體（EGFR）的突變有關(guān)。在膠質(zhì)母細胞瘤中發(fā)現(xiàn)的主要EGFR突變，稱為EGFRvIII，用大約20年前由路德維希癌癥研究所開發(fā)的抗體mAb806進行治療，但其作用機制尚不清楚。與斯德哥爾摩大學(xué)（瑞典）和加州大學(xué)圣地亞哥分校合作，生物醫(yī)學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)揭示了這種抗體如何作用于突變的EGFR，從而大大擴展了它的應(yīng)用范圍。

該研究發(fā)表在PNAS期刊上，為癌癥的新療法鋪平了道路。該工作的結(jié)果表明，與先前認為的相反，mAb806可用于治療許多攜帶EGFR突變的腫瘤，而不僅僅用于特定突變。此外，科學(xué)家已經(jīng)證明，即使EGFR未發(fā)生突變，也可以對其進行治療，以使其對mAb806治療敏感。 “這一發(fā)現(xiàn)奠定了抗EGFR聯(lián)合治療與抗體和激酶抑制劑的合理基礎(chǔ)，而不是”盲目測試“它們，正如迄今為止所做的那樣，”IRB巴塞羅那分子模擬和生物信息學(xué)實驗室負責(zé)人Modesto Orozco說。以前的研究報道，mAb806識別通常隱藏的EGFR區(qū)域。在攜帶EGFRvIII的某些腫瘤中，已經(jīng)除去了一半的受體，使得該區(qū)域變得可接近，從而允許抗體的治療用途。研究人員現(xiàn)已證明，EGFR上的許多不同突變改變了受體的形狀，使mAb806能夠檢測到這個“隱藏”區(qū)域。

【8】Nat Commun：諸如蘋果和茶葉等富含黃酮類化合物的食物或能保護機體抵御癌癥和心臟病發(fā)生

doi：10.1038/s41467-019-11622-x

日前，一篇發(fā)表在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來自伊迪斯科文大學(xué)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，攝入富含黃酮類化合物的食物（比如蘋果和茶葉）或能幫助機體有效抵御癌癥和心臟病，尤其是對于吸煙者和重度飲酒者。

這項研究中，研究人員在23年間評估了53048名丹麥人的飲食狀況，他們發(fā)現(xiàn)，習(xí)慣性攝入適量或大量富含黃酮類化合物食物（植物性食物和飲料中的黃酮類化合物）的人群或許并不太會因癌癥或心臟病而死亡。研究者Nicola Bondonno博士說道，攝入富含黃酮類化合物食物的人群死亡風(fēng)險較低，對于那些因吸煙及每天飲用兩種以上標準酒精飲料而患慢性疾病風(fēng)險較高的人群而言，這種保護性效應(yīng)似乎是最強的。

【9】JEM：首次直觀地觀察到CAR-T細胞抵御血液癌癥的過程

doi：10.1084/jem.20182375

當癌癥從機體免疫系統(tǒng)中逃逸時，我們的防御系統(tǒng)就會變得無能為力無法有效抵御癌癥，嵌合抗原受體T細胞（CAR T細胞）或許就能展現(xiàn)出一種潛在的免疫療法，其能有效應(yīng)對腫瘤，但某些患者疾病的復(fù)發(fā)往往給當前的療法提出了巨大挑戰(zhàn)，近日，來自巴斯德研究所等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究鑒別出了CAR T細胞的精確功能，或能優(yōu)化未來癌癥的治療手段，相關(guān)研究刊登于國際雜志The Journal of Experimental Medicine上。

抵御癌癥的其中一種策略基于對患者自身的T淋巴細胞進行修飾來使其能夠識別腫瘤細胞所表達的CD19靶點分子，從而就能有效清除癌細胞，臨床試驗證明這種方法是非常有效的，因此這種療法常常用來治療成年和兒童血液癌癥患者，但其中有些患者的癌癥會復(fù)發(fā)，為了能夠改善療法的有效性，這項研究中研究人員闡明了CAR T細胞的精細化工作機制。

【10】Nat Commun：腸道微生物組或能指揮機體免疫系統(tǒng)抵御癌癥

doi：10.1038/s41467-019-09525-y

近日，一項刊登在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來自Sanford Burnham Prebys醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)研究所的科學(xué)家們通過研究闡明了腸道微生物組和機體免疫系統(tǒng)抵御癌癥能力之間的因果關(guān)聯(lián)，文章中，研究者鑒別出了11種細菌，其能激活小鼠的機體免疫系統(tǒng)并減緩黑色素瘤的進展，此外研究者還闡明了一種未折疊蛋白反應(yīng)（UPR，unfolded protein response）的關(guān)鍵作用，UPR是一種能維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的細胞信號通路，研究人員在對免疫檢查點療法產(chǎn)生反應(yīng)的黑色素瘤患者機體中常常能觀察到UPR水平的下降，這或許就能揭示對病人分層的潛在標志物。

研究者Thomas Gajewski說道，免疫療法能夠延長很多癌癥患者的壽命，通過研究患者對療法產(chǎn)生反應(yīng)和耐受的分子機制，我們就能夠擴大因化療而受益患者的數(shù)量。這項研究中我們建立了微生物組和抗腫瘤免疫力之間的關(guān)聯(lián)，同時揭示了UPR在這一過程中扮演的關(guān)鍵角色，相關(guān)研究結(jié)果或能幫助研究人員對接受選擇性檢查點抑制劑療法的黑色素瘤患者進行分類。

代謝的合成代謝

合成代謝（又稱為同化作用）是一系列合成型代謝進程（即利用分解代謝所釋放的能量來合成復(fù)雜分子）的總稱。一般而言，用于組成細胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜分子都是從小且簡單的前體一步一步地構(gòu)建而來。合成代謝包括三個基本階段：首先生成前體分子，如氨基酸、單糖、類異戊二烯和核苷酸；其次，利用ATP水解所提供的能量，這些分子被激活而形成活性形式；最后，它們被組裝成復(fù)雜的分子，如蛋白質(zhì)、多糖、脂類和核酸。
不同的生物體所需要合成的各類復(fù)雜分子也互不相同。自養(yǎng)生物，如植物，可以在細胞中利用簡單的小分子，如二氧化碳和水，來合成復(fù)雜的有機分子如多糖和蛋白質(zhì)。異養(yǎng)生物則需要更復(fù)雜的物質(zhì)來源，如單糖和氨基酸，來生產(chǎn)對應(yīng)的復(fù)雜分子。生物體還可以根據(jù)它們所獲得的能量來源的不同而被細分為：獲取光能的光能自養(yǎng)生物和光能異養(yǎng)生物，以及從無機物氧化過程或的能量的化能自養(yǎng)生物和化能異養(yǎng)生物。 植物細胞（其周圍環(huán)繞的為紫色的細胞壁）中充滿了光合作用的“工廠”──葉綠體（綠色）。
光合作用是利用陽光、二氧化碳（CO2）和水來合成糖類并釋放出氧氣的過程。這一過程利用光合反應(yīng)中心所產(chǎn)生的ATP和NADPH將CO2轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，并繼續(xù)將3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為生物體所需的葡萄糖，因此該過程被稱為碳固定。碳固定反應(yīng)作為卡爾文-本森循環(huán)的一部分，由RuBisCO酶來進行催化。[發(fā)生在植物中的光合作用分為三種：C3碳固定、C4碳固定和CAM光合作用。這些光合作用種類之間的差異在于當二氧化碳進入卡爾文循環(huán)的途徑不同：C3型植物可以直接對CO2進行固定；而C4和CAM型則先將CO2合并到其他化合物上，這是對強光照和干旱環(huán)境的一種適應(yīng)。
在光合型原核生物中，碳固定的機制只見差異性更大。例如，二氧化碳可以經(jīng)由卡爾文-本森循環(huán)（一種反式檸檬酸循環(huán)）[或者乙酰輔酶A的羧化作用而被固定。此外，原核的化能自養(yǎng)菌也可以通過卡爾文-本森循環(huán)來固定CO2，但卻使用來自無機化合物的能量來驅(qū)動反應(yīng)。 糖類的合成代謝中，簡單的有機酸可以被轉(zhuǎn)化為單糖（如葡萄糖），然后單糖再聚合在一起形成多糖（如淀粉）。從包括丙酮酸鹽、乳酸鹽、甘油、3-磷酸甘油酸和氨基酸在內(nèi)的化合物來生成葡萄糖的過程被稱為糖異生。糖異生將丙酮酸鹽通過一系列的中間物轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸，其中的許多中間物可以與糖酵解過程共享。然而，糖異生過程不是簡單的糖酵解過程的逆反應(yīng)，其中多個步驟是由不在糖酵解中發(fā)揮作用的酶來催化的。這樣就使得葡萄糖的合成和分解可以被分別調(diào)控，以防止這兩個途徑進入無效循環(huán)（futile cycle）。
雖然脂肪是通用的儲存能量的方式，但在脊椎動物，如人類中，儲存的脂肪酸不能通過糖異生作用而被轉(zhuǎn)化為葡萄糖，因為這些生物體無法將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)楸猁}（植物具有必要的酶，而動物則沒有）。 因此，在長期饑餓后，脊椎動物需要從脂肪酸來制造酮體來代替組織中的葡萄糖，因為像腦這樣的組織不能夠代謝脂肪酸。在其它生物體，如植物和細菌中，由于存在乙醛酸循環(huán)，可以跳過檸檬酸循環(huán)中的脫羧反應(yīng)，使得乙酰輔酶A可以被轉(zhuǎn)化為草酰乙酸鹽，而草酰乙酸鹽可以被用于葡萄糖的生產(chǎn)，因此解決了脊椎動物中存在的這一代謝問題。
多糖和聚糖是通過逐步加入單糖來合成的，加入單糖的過程是由糖基轉(zhuǎn)移酶將糖基從一個活化的糖-磷酸供體（如尿苷二磷酸葡萄糖）上轉(zhuǎn)移到作為受體的羥基（位于延長中的多糖鏈）上。由于糖環(huán)上的任一羥基都可以作為受體，因此多糖鏈可以是直鏈結(jié)構(gòu)，也可以含有多個支鏈。這些生成的多糖自身可以具有結(jié)構(gòu)或代謝功能，或者可以在寡糖鏈轉(zhuǎn)移酶的作用下被轉(zhuǎn)接到脂類和蛋白質(zhì)上（即糖基化作用）。
脂肪酸、萜類化合物和類固醇
類固醇代謝途徑的簡化圖。其中包括了中間物異戊烯焦磷酸（IPP）、二甲基烯丙焦磷酸酯（DMAPP）、焦磷酸香葉酯（GPP）和鯊烯。有一些中間物被省略。產(chǎn)物為羊毛甾醇。
脂肪酸合成是一個將乙酰輔酶A多聚化并還原的過程。脂肪酸上的乙?；準峭ㄟ^一個反應(yīng)循環(huán)來延伸的，包括加入乙?；?、將其還原為乙醇和繼續(xù)還原為烷烴的過程。在脂肪酸的生物合成中發(fā)揮作用的酶可以被分為兩類：動物和真菌中，所有的脂肪酸合成反應(yīng)由一個單一的多功能酶，I型脂肪酸合成酶來完成；[而在植物質(zhì)體和細菌中，有多個不同的酶分別催化每一個反應(yīng)，這些酶統(tǒng)稱為I型脂肪酸合成酶。
萜烯和異戊二烯類化合物（包括類胡蘿卜素在內(nèi)）是脂類中的一個大家族，它們組成了植物天然化合物中的最大的一類。這些化合物是以異戊二烯為單位，聚合和修飾而成的；其中，異戊二烯是由具反應(yīng)活性的前體，異戊烯焦磷酸和二甲烯丙基焦磷酸提供的。[這兩個前體可以在不同的途徑中被合成。動物和古菌利用甲瓦龍酸途徑來從乙酰輔酶A生產(chǎn)這兩個化合物；而植物和細菌則通過非甲瓦龍酸途徑利用丙酮酸和甘油醛-3-磷酸作為底物來生產(chǎn)它們。另一個利用這些活化的異戊二烯供體的重要反應(yīng)是類固醇的生物合成。其中，異戊二烯單位連接在一起聚成角鯊烯，然后折疊起來，經(jīng)過一個質(zhì)子引發(fā)的連續(xù)成環(huán)反應(yīng)得到羊毛脂甾醇。而羊毛脂甾醇能夠被繼續(xù)轉(zhuǎn)化為其他類固醇，如膽固醇和麥角甾醇。
蛋白質(zhì)
生物體之間合成20種基本氨基酸的能力各不相同。大多數(shù)的細菌和植物可以合成所有這20種氨基酸，而哺乳動物只能合成10種非必需氨基酸。因此對于包括人在內(nèi)的哺乳動物，獲取必需氨基酸的途徑只能是攝入富含這些氨基酸的食物。所有氨基酸都可以從糖酵解、檸檬酸循環(huán)或磷酸戊糖循環(huán)中的中間產(chǎn)物生成。其中，合成過程所需的氮由谷氨酸和谷氨酰胺來提供。氨基酸合成需要先有適當?shù)摩粒嵝纬?，然后通過轉(zhuǎn)氨作用形成氨基酸。
氨基酸是通過肽鍵連接在一起并進一步形成蛋白質(zhì)。每種不同的蛋白質(zhì)都對應(yīng)著自己獨特的氨基酸序列（又被稱為一級結(jié)構(gòu)）。如同20多個字母就能排列組合成數(shù)以萬計的單詞一般，不同的氨基酸連接在一起能夠形成數(shù)量龐大的蛋白質(zhì)種類。氨基酸通過連接到對應(yīng)轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）分子上形成氨酰tRNA而被激活，然后才可以被連接在一起。這種氨酰tRNA前體是通過一個ATP依賴的反應(yīng)（將tRNA與正確的氨基酸相連接）來合成，該反應(yīng)由氨酰tRNA合成酶進行催化。[然后，以信使RNA中的序列信息為指導(dǎo)，帶有正確氨基酸的氨酰tRNA分子就可以結(jié)合到核糖體的對應(yīng)位置，在核糖體的作用下將氨基酸連接到正在延長的蛋白質(zhì)鏈上。
核苷酸
核苷酸是由氨基酸、二氧化碳以及甲酸來合成的。由于其合成途徑需要消耗大量的代謝能量，大多數(shù)的生物體內(nèi)都有有效的系統(tǒng)來進行核苷酸補救。嘌呤是以核苷（即堿基連接上核糖）為基礎(chǔ)合成的。腺嘌呤和鳥嘌呤是由前體核苷分子肌苷單磷酸（即次黃苷酸）衍生而來，而次黃苷酸則是由來自甘氨酸、谷氨酰胺和谷氨酰胺的原子以及從輔酶四氫葉酸鹽上轉(zhuǎn)移來的甲酸基來合成的。嘧啶是由堿基乳清酸鹽合成的，乳清酸鹽則由谷氨酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)化而來。
異型生物質(zhì)代謝和氧化還原代謝
所有的生物體如果持續(xù)攝入非食物類物質(zhì)而沒有相應(yīng)的代謝途徑，這些物質(zhì)就會在細胞中積累并造成危害。這些存在于機體內(nèi)可能造成損害的物質(zhì)被稱為異型生物質(zhì)（xenobiotic）。[異型生物質(zhì)包括合成藥物、天然毒藥和抗生素，所幸的是它們可以在一系列異型生物質(zhì)代謝酶的作用下被去毒化。在人體中，細胞色素-P450氧化酶、尿苷二磷酸葡醛酸轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucuronosyltransferases）和谷胱苷肽轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase）都屬于這類酶。這一酶系統(tǒng)的功能發(fā)揮有三個階段：首先氧化異型生物質(zhì)，然后在該物質(zhì)分子上連接一個水溶性基團，最后修飾過的含水溶性基團的異型生物質(zhì)被運出細胞（在多細胞生物體中，還可以被進一步代謝并被排出體外）。在生態(tài)學(xué)中，這些反應(yīng)對于污染物的微生物降解和污染土壤（特別是石油污染）的生物修復(fù)具有極為重要的作用。許多這樣的微生物反應(yīng)在多細胞生物體中也同樣存在，但由于微生物種類的多樣性使得它們能夠代謝的物質(zhì)比多細胞生物體要廣泛的多，它們甚至可以降解包括有機氯在內(nèi)的持久性有機污染物。
在需氧生物中還存在氧化應(yīng)激的問題。其中，需要對包括氧化磷酸化和蛋白質(zhì)折疊中二硫鍵形成所產(chǎn)生的活性氧（如過氧化氫）進行處理。[這些能夠損害機體的氧化活性物質(zhì)由抗氧化代謝物（如谷胱甘肽）和相關(guān)酶（如過氧化氫酶和辣根過氧化物酶）來清除。
生物體的熱力學(xué)
生物體也必須遵守?zé)崃W(xué)定律（描述功和熱之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系）。熱力學(xué)第二定律指出，在任何封閉系統(tǒng)中，熵值總是趨向于增加。雖然生物體的高度復(fù)雜性看起來似乎與這一定律相反，但生物體實際上是開放系統(tǒng)，能夠與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和能量交換；因此，生命系統(tǒng)不是處于平衡之中，而是表現(xiàn)為耗散結(jié)構(gòu)來維持它們的高度復(fù)雜性，同時增加周圍環(huán)境的熵值。[細胞中的代謝則是通過將分解代謝的自發(fā)過程和合成代謝的非自發(fā)過程偶聯(lián)來達到保持復(fù)雜性的目的。用熱力學(xué)來解釋，代謝實際上就是通過制造無序來保持有序。
調(diào)控機制
由于生物體的外界環(huán)境處于不斷的變化之中，因此代謝反應(yīng)必須能夠被精確的調(diào)控，以保持細胞內(nèi)各組分的穩(wěn)定，即體內(nèi)平衡。[代謝調(diào)控也使得生物體能夠?qū)ν饨缧盘柈a(chǎn)生反饋并能夠與其周圍環(huán)境進行互動。其中，兩個緊密聯(lián)系的概念對于了解代謝途徑的調(diào)控機制非常重要：其一，一個酶在代謝途徑中的調(diào)節(jié)就是它的酶活性是如何根據(jù)信號來增加或降低的；其二，由這個酶所施加的控制即是它的活性的變化對于代謝途徑整體速率（途徑的通量）的影響。例如，一個酶可以在活性上發(fā)生很大的變化（比如被高度調(diào)控），但如果這些變化對于其所在的代謝途徑的通量基本沒有影響，那么這個酶就不能夠?qū)τ谶@一途徑發(fā)揮控制作用。
代謝調(diào)控可分為多個層次。在自身調(diào)節(jié)中，代謝途徑可以自調(diào)節(jié)以對底物或產(chǎn)物水平的變化做出反應(yīng)；例如，產(chǎn)物量降低可以引起途徑通量的增加，從而使產(chǎn)物量得到補償。這種類型的調(diào)節(jié)包含對于途徑中多個酶的活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)。多細胞生物中，細胞在接收到來自其他細胞的信號后作出反應(yīng)來改變它的代謝情況，而這就屬于外部調(diào)控。這些信號通常是通過可溶性分子（“信使”）來傳遞的，如激素和生長因子，它們能夠特異性地與細胞表面特定的受體分子結(jié)合。在與受體結(jié)合之后，信號就會通過第二信使系統(tǒng)被傳遞到細胞內(nèi)部，此過程中通常含有蛋白質(zhì)的磷酸化。
由胰島素調(diào)節(jié)的葡萄糖代謝是一個研究得比較透徹的外部調(diào)控的例子。[機體合成胰島素是用于對血液中葡萄糖水平的升高做出反應(yīng)。胰島素與細胞表面的胰島素受體結(jié)合，然后激活一系列蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)，使細胞能夠攝入葡萄糖并將其轉(zhuǎn)化為能量儲存分子，如脂肪酸和糖原。糖原的代謝是由磷酸化酶和糖原合成酶來控制的，前者可以降解糖原，而后者可以合成糖原。這些酶是相互調(diào)控的：磷酸化作用可以抑制糖原合成酶的活性，卻激活磷酸化酶的活性。胰島素通過激活蛋白磷酸酶而降低酶的磷酸化，從而使糖原得以合成。
進化
進化樹顯示所有來自生物三域中的生物體有著共同的祖先。細菌顯示為藍色，真核生物顯示為紅色，而古菌顯示為綠色。一些生物門的相對位置也都在進化樹周圍標示出來
如前所述，代謝的中心途徑，如糖酵解和三羧酸循環(huán)，存在于三域中的所有生物體中，也曾存在于“最后的共同祖先”中。[共同祖先細胞是原核生物，并且很可能是一種具有廣泛的氨基酸、糖類和脂類代謝的產(chǎn)甲烷菌。這些古老的代謝途徑之所以沒有進一步進化，其原因可能是途徑中的反應(yīng)對于特定的代謝問題已經(jīng)是一個優(yōu)化的解決辦法，可以以很少的步驟達而到很高的效率。第一個基于酶的代謝途徑（現(xiàn)在可能已經(jīng)成為嘌呤核苷酸代謝中的一部分）和之前的代謝途徑是原始的RNA世界的組成部分。
研究者們提出了多種模型來描述新的代謝途徑是如何進化而來的：如添加新的酶到一個較短的原始途徑，或是復(fù)制而后分化整個途徑，并將已存在的酶和它們的復(fù)合體帶入新的反應(yīng)途徑中。[這些進化機制中，哪一種更為重要目前還不清楚，但基因組研究顯示在同一個途徑中的酶可能具有一個共同“祖先”，這就提示許多途徑是通過一步接一步的演化方式利用已存在的反應(yīng)步驟來獲得新的功能。[另一種較為合理的模型來自于對代謝網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的演化研究，其結(jié)果提示酶具有普適性，同樣的酶能夠在不同的代謝途徑中被利用并發(fā)揮相似的作用。這些利用的進程就導(dǎo)致進化，酶在途徑中以類似于馬賽克排列的方式進行拼接。第三種可能性是代謝中的一些部分可以以“模塊”的方式存在，而模塊可以被用于不同的途徑并對不同的分子執(zhí)行相似的功能。
在進化出新的代謝途徑的同時，進化也可能造成代謝功能的降低或喪失。例如，一些寄生物失去了對于生存非關(guān)鍵的代謝進程，代之以直接從宿主體內(nèi)獲取氨基酸、核苷酸和糖類。類似的代謝能力退化的現(xiàn)象在一些內(nèi)共生生物體中也被觀察到。
相關(guān)的研究分析
擬南芥（Arabidopsisthaliana）中三羧酸循環(huán)的代謝網(wǎng)絡(luò)。酶和代謝物用紅色方塊來表示，它們之間的相互作用用黑線來表示。
代謝的經(jīng)典研究方法是還原法，即對單個代謝途徑進行研究。放射性示蹤是一個非常有用的研究手段，它通過定位放射性標記的中間物和產(chǎn)物來追蹤代謝過程，從而可以在整個生物體、組織或細胞等不同水平上對代謝進行研究。隨后，對催化這些化學(xué)反應(yīng)的酶進行純化，并鑒定它們的動力學(xué)性質(zhì)和對應(yīng)的抑制劑。另一種研究方法是在一個細胞或組織中鑒定代謝相關(guān)的小分子，其中所有的這些小分子被稱為一個代謝組（Metabolome）。綜上，這些研究給出了單個代謝途徑的組成結(jié)構(gòu)和功能；但這些方法卻無法有效應(yīng)用于更為復(fù)雜的系統(tǒng)，如一個完整細胞中的所有代謝。
細胞中代謝網(wǎng)絡(luò)（含有數(shù)千種不同的酶）的復(fù)雜性由右圖（圖中僅僅只含有43個蛋白質(zhì)和40個代謝物之間的相互作用）可知是極高的。但可以利用基因組數(shù)據(jù)來構(gòu)建完整的代謝化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)并生成更整體化的數(shù)學(xué)模型來解釋和預(yù)測各種代謝行為已經(jīng)成為可能。特別是將從經(jīng)典研究方法中所獲得的代謝途徑和代謝物的數(shù)據(jù)以及從蛋白質(zhì)組學(xué)和DNA微陣列研究中獲得的數(shù)據(jù)整合到這些數(shù)學(xué)模型中，則可以極大地完善這些模型。利用所有這些技術(shù)，一個人體代謝模型已經(jīng)被提出，這一模型將對未來的藥物和生物化學(xué)研究提供指導(dǎo)。
代謝信息的一項主要的技術(shù)應(yīng)用是代謝工程。在代謝工程中，諸如酵母、植物和細菌等生物體被遺傳工程改造為生物技術(shù)中的高效工具，用于包括抗生素在內(nèi)的藥物或工業(yè)用化學(xué)品（如1,3-丙二醇和莽草酸）的生產(chǎn)。[[這些改造通常有助于降低產(chǎn)物合成中的能量消耗，增加產(chǎn)量和減少廢物的產(chǎn)生。

本文地址:http://www.soujuw.cn/jiankang/300118.html.

聲明： 我們致力于保護作者版權(quán)，注重分享，被刊用文章因無法核實真實出處，未能及時與作者取得聯(lián)系，或有版權(quán)異議的，請聯(lián)系管理員，我們會立即處理，本站部分文字與圖片資源來自于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載是出于傳遞更多信息之目的,若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請立即通知我們(管理員郵箱：602607956@qq.com)，情況屬實，我們會第一時間予以刪除，并同時向您表示歉意,謝謝!

上一篇: 青海研發(fā)出野生冬蟲夏草替代品(冬蟲夏···

下一篇: Structure：關(guān)鍵蛋白或助力新···