2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)與細胞信號傳導(dǎo)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在蛋白質(zhì)互作研究中，以下哪項技術(shù)主要基于蛋白質(zhì)-DNA結(jié)合來推斷蛋白質(zhì)互作？A.免疫共沉淀(Co-IP)B.表面等離子共振(SPR)C.酪氨酸激酶磷酸化實驗D.雙雜交系統(tǒng)(Y2H)2.蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分析中，度值越高的蛋白質(zhì)通常意味著什么？A.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜B.蛋白質(zhì)表達量越高C.蛋白質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)中連接其他蛋白質(zhì)的能力越強D.蛋白質(zhì)功能越單一3.以下哪種數(shù)據(jù)庫主要整合了來自多個實驗和計算預(yù)測的蛋白質(zhì)互作信息？A.PDBB.UniProtC.STRINGD.GO4.細胞信號傳導(dǎo)過程中，第二信使cAMP通常與哪種信號通路關(guān)聯(lián)？A.鈣離子信號通路B.MAPK/ERK通路C.PI3K/Akt通路D.G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)通路5.簡單序列相似性搜索工具（如BLAST）在PPI預(yù)測中主要利用了什么原理？A.基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的同源性B.基于蛋白質(zhì)表達譜的關(guān)聯(lián)性C.基于蛋白質(zhì)序列的相似性，假設(shè)相似序列可能具有相似功能或結(jié)構(gòu)，從而可能互作D.基于蛋白質(zhì)修飾狀態(tài)的相似性6.在細胞信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中，JAK/STAT通路通常涉及以下哪種關(guān)鍵分子機制？A.G蛋白偶聯(lián)B.酪氨酸殘基的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)C.鈣離子通道開放D.細胞膜上受體二聚化7.蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的模塊（Module）通常指什么？A.網(wǎng)絡(luò)中度值最高的蛋白質(zhì)集合B.網(wǎng)絡(luò)中連接緊密、功能相關(guān)的蛋白質(zhì)子集C.網(wǎng)絡(luò)中距離分布最均勻的蛋白質(zhì)集合D.網(wǎng)絡(luò)中表達量最高的蛋白質(zhì)集合8.信號通路富集分析的主要目的是什么？A.統(tǒng)計通路中包含的蛋白質(zhì)數(shù)量B.識別通路中蛋白質(zhì)之間的物理距離C.確定通路中哪些基因在特定條件下被顯著上調(diào)或下調(diào)D.確定通路在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)的面積比例9.以下哪項技術(shù)能夠直接檢測細胞提取物中蛋白質(zhì)間的物理相互作用？A.基因芯片分析B.質(zhì)譜分析(用于檢測Co-IP產(chǎn)物)C.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同源建模D.基因表達譜分析10.將蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析與基因表達數(shù)據(jù)相結(jié)合，主要目的是什么？A.驗證已知的蛋白質(zhì)互作B.識別在特定條件下發(fā)生互作變化的蛋白質(zhì)C.推斷互作蛋白的功能以及互作的調(diào)控機制D.精確量化蛋白質(zhì)互作的強度二、填空題（每空1分，共15分）1.蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析中，衡量節(jié)點之間連接緊密程度的指標(biāo)除了度外，還有__________和__________。2.免疫共沉淀技術(shù)（Co-IP）通常需要利用特異性結(jié)合的__________來富集目標(biāo)蛋白質(zhì)及其相互作用伴侶。3.細胞信號傳導(dǎo)的第三信使通常是__________，它可以在細胞內(nèi)擴散并影響下游信號分子。4.基于結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)互作預(yù)測方法通常利用__________或__________作為模板來尋找潛在的互作界面。5.STRING數(shù)據(jù)庫提供了一個__________預(yù)測值，用于評估蛋白質(zhì)互作的可能性。6.在MAPK信號通路中，MAPK激酶通常被上游的__________激酶磷酸化激活。7.PPI網(wǎng)絡(luò)中的通路分析可以幫助我們識別在網(wǎng)絡(luò)中形成連續(xù)路徑的蛋白質(zhì)集合，這些集合通常對應(yīng)于__________。8.信號整合是指細胞能夠同時接收并__________多種不同的信號，并做出協(xié)調(diào)的響應(yīng)。9.蛋白質(zhì)磷酸化是一種重要的翻譯后修飾，它通常由__________催化，由__________催化去除。10.通過分析特定疾病條件下PPI網(wǎng)絡(luò)的拓撲學(xué)參數(shù)變化，可以探索__________與疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述雙雜交系統(tǒng)（Y2H）的基本原理及其在PPI研究中的主要應(yīng)用和局限性。2.比較基于序列的方法和基于結(jié)構(gòu)的方法在預(yù)測蛋白質(zhì)互作時的主要異同點。3.簡述細胞信號傳導(dǎo)過程中，信號從細胞外傳遞到細胞內(nèi)的基本步驟和關(guān)鍵分子。4.解釋什么是蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的模塊，并簡述幾種常用的網(wǎng)絡(luò)模塊識別方法。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析在解析細胞信號傳導(dǎo)通路中的作用和優(yōu)勢。2.假設(shè)你獲得了一組在特定應(yīng)激條件下差異表達的基因列表，請描述你會如何利用生物信息學(xué)方法（結(jié)合PPI網(wǎng)絡(luò)分析）來初步探索該應(yīng)激信號可能涉及的信號通路。3.討論在整合PPI數(shù)據(jù)、基因表達數(shù)據(jù)和信號通路信息進行網(wǎng)絡(luò)分析時，可能遇到的主要挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的處理策略。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.D5.C6.B7.B8.D9.B10.C二、填空題1.介度,緊密度2.抗體3.cAMP4.已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)模板5.可信度6.MEK(MAPK/ERK激酶)7.信號通路8.處理和整合9.激酶,磷酸酶10.蛋白質(zhì)功能與疾病三、簡答題1.答案：雙雜交系統(tǒng)（Y2H）利用基因融合和報告基因（如LacZ）檢測蛋白質(zhì)間的相互作用。將待測蛋白與DNA結(jié)合域（BD）融合表達，將已知相互作用蛋白（如激活因子）與轉(zhuǎn)錄激活域（AD）融合表達。如果待測蛋白與已知蛋白發(fā)生互作，AD和BD在細胞核內(nèi)重新組合，激活報告基因的表達。通過檢測報告基因（如顏色變化或酶活性）判斷互作是否發(fā)生。主要應(yīng)用是大規(guī)模篩選未知互作伙伴。局限性包括假陽性和假陰性較高（如檢測非特異性互作、不能檢測膜蛋白互作、對蛋白質(zhì)構(gòu)象敏感等）。2.答案：基于序列的方法利用蛋白質(zhì)序列的相似性推斷互作可能性，原理是功能或結(jié)構(gòu)相似的蛋白可能互作。常用工具如PSI-BLAST。優(yōu)點是數(shù)據(jù)量廣、計算快速、可檢測新蛋白。缺點是準(zhǔn)確率有限，序列相似不一定代表功能或結(jié)構(gòu)相似，也無法檢測序列無關(guān)的互作。基于結(jié)構(gòu)的方法利用已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。通過同源建模獲得待測蛋白結(jié)構(gòu)，分析其與已知互作蛋白結(jié)構(gòu)或潛在互作界面。優(yōu)點是準(zhǔn)確率較高，可以直接觀察互作界面。缺點是依賴已知結(jié)構(gòu)信息，計算量較大，對結(jié)構(gòu)預(yù)測質(zhì)量要求高。3.答案：信號傳導(dǎo)基本步驟：信號分子（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)）與細胞膜受體結(jié)合，導(dǎo)致受體構(gòu)象變化或激活膜上其他蛋白。信號在細胞內(nèi)通過一系列級聯(lián)反應(yīng)傳遞，通常涉及第二信使（如cAMP、Ca2?）的產(chǎn)生或釋放，以及蛋白激酶（如酪氨酸激酶、絲氨酸/蘇氨酸激酶）的磷酸化活性改變。最終激活下游效應(yīng)分子（如轉(zhuǎn)錄因子），改變基因表達或細胞行為。關(guān)鍵分子包括受體、G蛋白、第二信使、激酶、磷酸酶、離子通道、轉(zhuǎn)錄因子等。4.答案：蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的模塊是指網(wǎng)絡(luò)中一群功能相關(guān)、物理上緊密連接的蛋白質(zhì)。它們通常形成緊密的子網(wǎng)絡(luò)，與網(wǎng)絡(luò)中其他模塊的連接較少。模塊識別方法包括：基于拓撲參數(shù)的方法（如模塊度最大化）、基于層次聚類的方法、基于重疊群的方法、以及結(jié)合功能注釋的方法（如識別富集特定GOterms的蛋白質(zhì)集）。四、論述題1.答案：蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析在解析細胞信號傳導(dǎo)通路中作用顯著。首先，通過整合大量PPI數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建細胞信號傳導(dǎo)的宏觀網(wǎng)絡(luò)圖，揭示通路成員及其潛在連接關(guān)系。其次，可以利用網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)分析（如識別度/介度中心節(jié)點）來定位通路中的關(guān)鍵調(diào)控蛋白或信號樞紐。再次，結(jié)合基因表達數(shù)據(jù)，可以在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)記出在特定條件下表達變化的節(jié)點，從而定位通路中發(fā)生顯著變化的區(qū)域。此外，通路富集分析可以幫助將網(wǎng)絡(luò)中的互作節(jié)點映射到已知的生物學(xué)通路，從而識別通路的核心組成和調(diào)控機制。網(wǎng)絡(luò)分析還能揭示通路模塊化和層次結(jié)構(gòu)，有助于理解信號的整合與級聯(lián)放大。優(yōu)勢在于可以從系統(tǒng)層面整合多維度信息，提供對復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)的宏觀視圖，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實驗難以揭示的潛在互作和調(diào)控關(guān)系，為通路機制研究和藥物靶點發(fā)現(xiàn)提供重要線索。2.答案：探索應(yīng)激信號涉及的信號通路步驟：首先，利用生物信息學(xué)工具（如RNA-Seq分析軟件）處理差異表達基因列表，進行GO富集分析和KEGG通路富集分析。GO富集分析可以識別差異表達基因主要涉及的生物學(xué)過程、分子功能等通用功能。KEGG通路富集分析則可以將差異基因映射到已知的通路圖（如MAPK、PI3K、細胞凋亡等通路）。其次，關(guān)注富集分析中顯著上調(diào)或下調(diào)的通路。以顯著富集的通路（如假設(shè)的MAPK通路）為例，進一步在PPI數(shù)據(jù)庫（如STRING）中查詢該通路中關(guān)鍵蛋白的互作網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合該通路的PPI網(wǎng)絡(luò)，可以識別通路中的核心調(diào)控節(jié)點（如激酶、磷酸酶）以及可能受到應(yīng)激信號直接影響的下游效應(yīng)蛋白。最后，可以結(jié)合該通路在細胞應(yīng)激反應(yīng)中的已知功能，綜合判斷該通路是否參與當(dāng)前的應(yīng)激過程，并預(yù)測哪些蛋白可能作為潛在的信號分子或下游效應(yīng)分子。3.答案：整合PPI、基因表達和信號通路信息的網(wǎng)絡(luò)分析面臨挑戰(zhàn)：第一，數(shù)據(jù)來源多樣，格式不統(tǒng)一，需要數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化和整合預(yù)處理。第二，數(shù)據(jù)噪聲和誤差，PPI數(shù)據(jù)存在假陽性和假陰性，表達數(shù)據(jù)受技術(shù)噪音影響，通路信息可能不完整或存在冗余。第三，計算復(fù)雜性，整合多組學(xué)數(shù)據(jù)需要處理大規(guī)模高維數(shù)據(jù)集，計