细胞生物学思考题(含答案)

1、 细胞生物学思考题第一章 细胞概述1 胡克和列文虎克发现细胞的动机是不同的你对此有何感想 答胡克当时的目的只是想弄清楚为什么软木塞吸水后能够膨胀并且能够堵塞住暖水瓶中的气体溢出而保温列文虎克是为了保证售出的布匹质量用显微镜检查布匹是否发霉正是由于他们的观察力和对自然现象的好奇心以及对事业的责任感才导致细胞的发现2 证明最早的遗传物质是RNA而不是DNA的证据是什么 答核酶的发现所谓核酶就是具有催化活性的RNA分子3 举例说明细胞的形态与功能相适应答细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点如红细胞呈扁圆形的结构有利于O2和CO2的交换 高等动物的卵细胞和精细胞不仅在形态而且在大小

2、方面都是截然不同的这种不同与它们各自的功能相适应卵细胞之所以既大又圆是因为卵细胞受精之后要为受精卵提供早期发育所需的信息和相应的物质这样卵细胞除了带有一套完整的基因组外还有很多预先合成的mRNA和蛋白质所以体积就大 而圆形的表面是便于与精细胞结合精细胞的形态是既细又长这也是与它的功能相适应的精细胞对后代的责任仅是提供一套基因组所以它显得很轻装 至于精细胞的细尾巴则是为了运动寻靶尖尖的头部是为了更容易将它携带的遗传物质注入卵细胞4 真核细胞的体积一般是原核细胞的1000倍真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题 答出现了特化的内膜系统这样体积增大了表面积也大大增加并使细胞内部结构区室化一些重要分

3、子的浓度并没有被稀释5 相邻水分子间的关系是靠氢键维系的这种氢键赋予水分子哪些独特的性质对于生活细胞有什么重要性 答首先氢键能够吸收较多的热能将氢键打断需要较高的温度所以氢键可维持细胞温度的相对稳定第二是相邻水分子间形成的氢键使水分子具有一定的粘性这样使水具有较高的表面密度第三水分子间的氢键可以提高水的沸点这样使它不易从细胞中挥发掉8 蛋白质的糖基化对蛋白质的理化性质有哪些影响 答溶解度糖基化往往使蛋白质在水中的溶解度增大但是若糖链增长到一定程度由于相对分子质量增大和形成高级结构亦会出现憎水性增加的现象电荷氨基糖解离后应带正电荷但是天然存在的氨基糖的氨基都被N-乙酰基取代实际上相当于中性糖许多

4、糖链上有唾液酸或糖醛酸解离后带负电荷所以糖基化可能使蛋白质增加许多负电荷9 组成蛋白质的基本构件只是20种氨基酸为什么蛋白质却具有如此广泛的功能 答根本原因是蛋白质具有几乎无限的形态结构因此蛋白质仅仅是一类分子的总称换句话说蛋白质之所以有如此广泛的作用是因为蛋白质具有各种不同的结构特别是在蛋白质高级结构中具有不同的结构域而这种不同的空间构型使得蛋白质能够有选择地同其它分子进行相互作用这就是蛋白质结构决定功能的特异性正是由于蛋白质具有如此广泛不同特异性才维持了生命的高度有序性和复杂性10为什么解决生命科学的问题不能仅靠分子生物学而要靠细胞生物学 答在生命活动中随着细胞周期的进行和细胞代谢状态的不

5、同各种反应复合物包括细胞器乃至整个细胞要不断进行组装和去组装因此细胞生命活动的基础是细胞组装活动而这些组装活动又不能简单地归结于分子水平的活动这就是为什么不能仅靠分子生物学而要靠细胞生物学解决生命科学问题的缘由11请简述病毒的生活史答病毒的生活史分为5个基本过程吸附 absorption 病毒对细胞的感染起始于病毒蛋白外壳同宿主细胞表面特殊的受体结合受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分因此病毒的感染具有特异性侵入 penetration 病毒吸附到宿主细胞表面之后将它的核酸注入到宿主细胞内病毒感染细菌时用酶将细菌的细胞壁穿孔后注入病毒核酸对动物细胞的感染则是通过胞吞作用病毒完全被吞入复制 r

6、eplication 病毒核酸进入细胞后有两种去向一是病毒的遗传物质整合到宿主的基因组中形成溶原性病毒第二种情况是病毒DNA 或RNA 利用宿主的酶系进行复制和表达成熟 maturation 一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装配所需的外壳蛋白并将病毒的遗传物质包裹起来形成成熟的病毒颗粒释放 release 病毒颗粒装配之后它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外并感染新的细胞有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解有些则是通过分泌的方式进入到细胞外12 我国细胞生物学的发展战略的主要内容是什么答主要包括以下13个方面1细胞的结构与机能 研究内容包括细胞膜内质网高尔基体溶酶体过氧化物酶体线粒体等细

7、胞结构和功能的研究 侧重于信号的跨膜转导蛋白质通道和穿膜机制大分子的修饰分选定向运输内吞外吐的机理核孔复合物如何调节核-质之间的运输等2染色体的结构及其基因表达调控 研究内容包括人类及水稻基因组计划这对优良品种的选育基因工程人类遗传病的基因诊断及治疗有重要意义染色体蛋白质与染色体骨架染色体结构与基因表达调控之间的关系染色体的构建及其高级结构染色体步移复制染色体的特化区域如动粒端粒着丝粒核仁组织者区等的结构与功能3 细胞骨架及核骨架系统细胞骨架的研究内容包括 微管微管结合蛋白及马达分子的机能微丝微丝结合蛋白及其与信号传递物质传送蛋白质合成的关系中间纤维的结构功能及其与细胞分化及进化的关系细胞核骨

8、架侧重研究核基质与核纤层MAR与核骨架结合蛋白的机能染色体骨架与染色体包装和功能的关系等4 胞外基质研究作为细胞外基质支架的胶原与弹性蛋白及其与某些胶原性疾病和衰老间的关系非胶原糖蛋白在细胞增殖分化癌转移等方面的作用氨基聚糖和蛋白聚糖是膜的整合成份与辅助受体它们与心血管病及老年病的关系细胞外基质受体的活化与信号识别信号转导的关系等5 细胞周期调控 这是近年来发展迅速的领域之一包括对已克隆的周期蛋白依赖性蛋白激酶及周期蛋白的功能研究克隆这两个基因家族新成员并确定其功能研究其调节网络包括对癌基因抑癌基因及CKI的研究与细胞衰老凋亡和癌变的关系以及泛素PKCPKACa2MAPK与细胞周期调控的关系等

9、6 细胞分化衰老死亡及相关基因的研究 研究的重点是分离细胞分化的关键基因研究分化与癌变的关系p53与细胞增殖分化癌变逆转的关系同源异型基因的研究分化中基因群的相互作用细胞衰老与原癌基因抑癌基因及衰老相关基因端粒与衰老的关系等7 细胞信号转导 细胞与细胞之间的信息传递机制是相当复杂的 细胞因子激素与受体以及细胞内第二信使共同组成传递信息的网络并依此对细胞周围环境发生应答这实际上是一种细胞调节如果这种调节失常就会造成疾病研究重点是信号分子的结构与机能信号分子与受体相互作用机理受体与原初反应8 细胞社会学 cell sociology 细胞社会学是从系统论的观点出发研究细胞整体和细胞群体中细胞间的社

10、会行为 包括细胞间识别通讯集合和相互作用等 以及整体和细胞群对细胞的生长分化和死亡等活动的调节控制胚胎发育中的许多问题如图式形成胚层分化形态发生运动组织分化器官形成和再生等都需要从细胞群的特性和社会行为方面进行研究细胞社会学就是在体外研究细胞的社会行为用人工的细胞组合研究不同发育时期的相同细胞或不同细胞的行为 研究细胞之间的识别粘连通讯以及由此产生的相互作用作用本质以及对形态发生的影响等9 细胞结构体系的组装及细胞工程 主要研究生物大分子如何逐级组装并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系细胞是一个高度有组织有秩序而又瞬息万变的体系 应用分析与综合的思维方法人为拆卸组装不同层次的细胞结构研究其

11、机能将为细胞生物学的发展起到巨大的推动作用10 生殖有关的细胞生物学问题生殖是生物世代交替的中心环节生殖生物学对促进生物的繁殖野生濒危动植物的挽救和控制人口膨胀及优生优育方面均有重要意义优先发展领域侧重于精子发生过程中与增殖分化变态有关的基因表达基因克隆及其功能的研究精子顶体反应的分子机理精卵一级识别和二级识别的体外受精机理胚胎植入启动分子机理及其信号转导细胞粘附迁移和侵入与着床进程中粘附因子细胞外基质 ECM 和金属蛋白酶之间的相互作用等11 肿瘤的细胞生物学 癌是一种分子病是通过体外物理化学生物因素的影响及机体本身遗传基础原癌基因的激活过表达抑癌基因的缺失突变及调控异常等多种因素所诱发的肿

12、瘤细胞生物学的研究应集中于以下领域肿瘤细胞结构显微及亚显微结构水平及分子水平的癌的早期诊断细胞周期因子的调节失控细胞凋亡的失控信号转导系统的障碍肿瘤细胞的侵袭和转移的机理肿瘤细胞标志的确定基因治疗肿瘤病因及癌变机理的研究12 进化细胞生物学进化细胞生物学是介于进化生物学细胞生物学分子生物学原生生物学与物种生物学之间的一门新兴交叉学科在弄清真核细胞的起源与进化的基础上从进化的角度考察细胞生物学中一切重要的问题侧重于从进化细胞生物学的角度进一步探讨结构与生命活动的进化关系还包括新的有代表性生物的发现与研究有关基因序列测定和比较研究等13 植物细胞工程 cell engineering 植物细胞工程

13、是植物生物技术的重要组成部分在资源缺乏的新世纪中将发挥极为重要的作用如对作物遗传性的改良植物细胞体外培养生产贵重的代谢产物等同时应对一些重要的基础问题应进行深入的研究如分化过程中特异基因时空协同表达调控克隆有关的重要基因并研究其表达及植物细胞工程关键高新技术问题第二章细胞生物学研究方法1举例35个说明研究方法的突破对细胞生物学发展的推动作用 答细胞培养技术 离心分离技术 流式细胞分离技术 基因敲除技术 干细胞培养技术 2为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一3用什么方法追踪活细胞中蛋白质合成与分泌过程包括哪几个步骤答追踪活细胞中某种蛋白质合成与分泌的过程一般采用同位素示踪技术其基本步

14、骤是将放射性同位素标记的氨基酸 3H亮氨酸 加到细胞培养基中在很短时间内使这些与未标记的相应氨基酸化学性质相同的标记分子进入细胞 称为脉冲标记 除去培养液并洗涤细胞再换以未标记氨基酸的培养基培养细胞已进入细胞的标记氨基酸将被蛋白质合成系统作为原料加以利用掺入到某种新合成的蛋白质中每隔一定时间取出一定数量的细胞利用电镜放射自显影技术探查被标记的特定蛋白质在不同时间所处的位置通过比较不同时间细胞取样的电镜照片就可以了解细胞中蛋白质合成及分泌的动态过程4 图2-3的解释答两个儿童共同振动一根绳子产生的波动类似于光子光子和电子形成的波以此说明物体的大小对波的干扰 a 两个儿童振动绳子产生的特征波长 b

15、 向绳子波中扔进一个球或一个物体如果扔进物体的直径与绳子波长相近就会干扰绳子波的移动 3 如果扔进一个垒球或其他物体比绳子波长小得多对绳子波的移动只有很小或没有干扰 d 如果将绳子快速振动波长就会大大缩短 e 此时扔进垒球就会干扰绳子波的移动5为什么电子显微镜需要真空系统 vacuum system 答由于电子在空气中行进的速度很慢所以必须由真空系统保持电镜的真空度否则空气中的分子会阻挠电子束的发射而不能成像用两种类型的真空泵串连起来获得电子显微镜镜筒中的真空当电子显微镜启动时第一级旋转式真空泵 rotary pump 获得低真空作为二级泵的预真空第二级采用油扩散泵 oil diffusion

16、 pump 获得高真空6什么是相位和相差 答所谓相位是光波在前进时电振动呈现的交替的波形变化由于光是电磁波其电振动与磁振动垂直又与波的传播方向垂直导致了传播时波形的变化同一种光波通过折射率不同的物质时光的相位就会发生变化波长和振幅也会发生变化所谓相差是指两束光波在某一位置时由于波峰和波谷不一致即存在着相位上的差异叫相差同一种光通过细胞时由于细胞不同部分的折射率不同通过细胞的光线比未通过细胞的光线相位落后而通过细胞核的光线比通过细胞其他部位的相位落后这就是相位差7与光镜相比 用于电子显微镜的组织固定有什么特殊的要求 答比光镜的要求更高首先是样品要薄这是因为电子的穿透能力十分有限即使是100200

17、kV高压电子穿透厚度仅为1m通常把样品制成50100nm厚的薄片 一个细胞切成100200片 称超薄切片 ultrathin section 其次是要求很好地保持样品的精细结构特别是在组织固定时要求既要终止细胞生命又不破坏细胞的结构第三是要求样品要具有一定的反差电子显微镜的样品切片最后被放置在载网上而不是玻片上8什么是细胞分选基本原理是什么 答用流式细胞计将特定的细胞分选分选出来的技术 分选前 细胞要被戴上特殊的标记所用的标记细胞的探针是能够同待分选细胞表面特征性蛋白 抗原 结合的抗体而这种抗体又能够同某种荧光染料结合当结合有荧光染料的探针与细胞群温育时探针就会同具有特异表面抗原的细胞紧紧结合

18、由于抗体的结合被结合的细胞带上了荧光标记细胞被标记之后除去游离的抗体并将细胞进行稀释当稀释的细胞进入超声波振荡器时极稀的细胞悬浮液形成很小的液滴一个液滴中只含有一个细胞液滴一旦形成并通过激光束时激光束激发结合在细胞表面抗体分子成为一种标签当液滴逐个通过激光束时受到两种检测器的检测如果液滴中含有细胞就会激活干涉检测器 interference detector 只有带有荧光标记细胞的液滴才会激活荧光检测器 fluorescence detector 当带有荧光标记的液滴通过激光束时将两种检测器同时激活引起液滴充电信号使鞘液带上负电荷由于液滴带有负电荷移动时就会向正极移动进入到荧光标记细胞收集器中

19、如果是含有非荧光标记细胞的液滴进入激光束只会被干涉检测器检测到结果使充电信号将液滴的鞘液带上正电荷从而在移动时偏向负极被非荧光标记细胞收集器所收集如果是不含有细胞的液滴进入激光束则不会被任何检测器所检测因而不会产生充电信号液滴的鞘液不会带上任何电荷所以在移动时不受任何影响直接进入非检测的收集器9什么是细胞培养 应注意哪些问题答在体外模拟体内的生理环境培养从机体中取出的细胞并使之生存和生长的技术为细胞培养技术细胞培养技术是细胞生物学研究方法中最有价值的技术通过细胞培养可以获得大量的细胞也可通过细胞培养研究细胞的运动细胞的信号传导细胞的合成代谢等细胞培养的突出特点是在离体条件下观察和研究细胞生命活

20、动的规律培养中的细胞不受体内复杂环境的影响人为改变培养条件 如物理化学生物等外界因素的变化 即可进一步观察细胞在单因素或多因素的影响下的生理功能变化然而细胞在体外环境的局限性又使细胞的形态与功能不能与体内的同类细胞完全等同体外培养细胞必需注意三个环节物质营养生存环境和废物的排除体外培养细胞所需的营养是由培养基提供的培养基通常含有细胞生长所需的氨基酸维生素和微量元素一般培养细胞所用的培养基是合成培养基它含有细胞生长必需的营养成分但是在使用合成培养基时需要添加一些天然成分其中最重要的是血清以牛血清为主这是因为血清中含有多种促细胞生长因子和一些生物活性物质由于血清中含有一些不明成分对于特殊目的细胞培

21、养是不利的为此研究人员正在探索无血清培养细胞的条件并已经取得一些进展由于机体内的细胞生长通常需要不同的细胞因子进行调节所以在无血清培养时仍然需要添加必要的因子包括促细胞生长因子 如EGF 促贴附物 如层粘连蛋白 和其它活性物质 如转铁蛋白 无血清培养排除了有血清培养时血清中不明因素的干扰使实验结果更加可靠体外细胞培养必需模拟体内细胞生长的环境环境因素主要是指无菌环境合适的温度一定的渗透压和气体环境气体主要有两种O2和CO2后者对于维持细胞培养液的酸碱度十分重要活体内生长的细胞所产生的代谢物和废物通过一定的系统进行利用和排除体外培养细胞产生的代谢物和废物积累在培养液中所以定期更换培养液对于体外细

22、胞培养也是至关重要的10什么是细胞系和细胞株 答原代培养物经首次传代成功后即为细胞系 cell line 由原先存在于原代培养物中的细胞世系所组成如果不能继续传代或传代次数有限 可称为有限细胞系 finite cell line 如可以连续培养则称为连续细胞系 continuous cell line 培养50代以上并无限培养下去从一个经过生物学鉴定的细胞系由单细胞分离培养或通过筛选的方法由单细胞增殖形成的细胞群称细胞株 cell strain 所以细胞株是通过选择法或克隆形成法从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质或标志的培养细胞从培养代数来讲可培养到40-50代11动物体细胞克隆有什么意

23、义 答动物体细胞克隆技术的成功对生命科学的发展具有重要的推动作用不仅证明了动物的体细胞具有全能性而且有巨大的应用前景例如结合转基因技术生产药物现在很多药物如胰岛素生长激素表皮生长因子等都是动物细胞体内正常的代谢物某些病人由于产生这些物质的功能发生缺陷导致了相应疾病的发生目前的治疗方法就是给这些病人注射这类药物由于这类药物本身是来自动物的某些脏器制备这种药物就需要大量的动物提供脏器因此成本就很高如果通过转基因技术把相应的基因转入到哺乳动物让动物的乳汁生产具有疗效的蛋白质就会降低成本再结合动物体细胞克隆技术将这种转基因动物大量无性繁殖克隆就可以大大提高产量大幅度降低成本同时也保证了所转基因的稳定该

24、项技术也可以生产供动物本身和人类器官移植的动物解决器官捐赠长期缺乏的问题另外动物体细胞克隆技术在基因结构和功能基因治疗遗传病及人类衰老等的研究方面都具有巨大的潜力12蔗糖甘油和氯化铯都是密度离心分离中的介质它们在性质上和使用上有什么不同 答CsCl可自行形成密度梯度所以不必特别制备密度梯度只要将待分离的样品与之混匀即可在离心的过程中具有不同密度的颗粒随CsCl密度梯度的形成重新分配而蔗糖和甘油要人工置备密度梯度蔗糖和甘油的最大密度为13gcm3 所以只能用于分离密度在 13gcm3以下的细胞器或细胞结构而氯化铯的最大密度可达19gcm3以上 可用于分离密度大于13gcm3的DNA分子在原理上由

25、于具有不同密度的颗粒随CsCl密度梯度的形成重新分配所以又称为浮力密度离心 buoyant density centrifugation 而蔗糖和甘油则是在被离心的物质在下降的过程中由于密度的不同而被阻止在不同的部位故是重力密度离心13离子交换层析的原理是什么 答离子交换层析是根据蛋白质所带电荷的差异进行分离纯化的一种方法蛋白质的带电性是由蛋白质多肽中带电氨基酸决定的由于蛋白质中氨基酸的电性又取决于介质中的pH所以蛋白质的带电性也就依赖于介质的pH当pH较低时负电基团被中和而正电基团就很多 在pH较高时蛋白质的电性与低pH时相反当蛋白质所处的pH使蛋白质的正负电荷相等此时的pH称为等电点离子交

26、换层析所用的交换剂是经酯化氧化等化学反应引入阳性或阴性离子基团制成的可与带相反电荷的蛋白质进行交换吸附带有阳离子基团的交换剂可置换吸附带负电荷的物质称为阴离子交换剂如DEAE-纤维素树脂反之称为阳离子交换剂如CM-纤维素树脂不同的蛋白质有不同的等电点在一定的条件下解离后所带的电荷种类和电荷量都不同因而可与不同的离子交换剂以不同的亲和力相互交换吸附当缓冲液中的离子基团与结合在离子交换剂上的蛋白质相竞争时亲和力小的蛋白质分子首先被解吸附而洗脱而亲和力大的蛋白质则后被解吸附和洗脱因此可通过增加缓冲液的离子强度和或改变酸碱度便可改变蛋白质的吸附状况使不同亲和力的蛋白质得以分离14何谓乳腺生物反应器 它

27、的出现有什么意义 答乳腺生物反应器是根据细胞生物学中蛋白质合成与分选的机理结合基因工程技术动物转基因技术等利用动物的乳腺分泌某些具有重要价值的基因产物乳腺生物反应器是一项综合技术发展乳腺生物反应器不仅需要基因工程技术也需要动物胚胎技术转基因技术蛋白质提纯技术和常规畜牧技术乳腺生物反应器有特殊优点乳腺生物反应器生产药品基本上是一个畜牧业过程第三章 细胞质膜与跨膜运输1 请比较质膜内膜和生物膜在概念上的异同答细胞质膜 plasma membrane 是指包围在细胞表面的一层极薄的膜主要由膜脂和膜蛋白所组成质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定并参与同外界环境进行物质交换能量和信息传递另外在细胞

28、的生存生长分裂分化中起重要作用真核生物除了具有细胞表面膜外细胞质中还有许多由膜分隔成的各种细胞器这些细胞器的膜结构与质膜相似但功能有所不同这些膜称为内膜 internal membrane 或胞质膜 cytoplasmic membrane 内膜包括细胞核膜内质网膜高尔基体膜等由于细菌没有内膜所以细菌的细胞质膜代行胞质膜的作用生物膜 biomembraneor biological membrane 是细胞内膜和质膜的总称生物膜是细胞的基本结构它不仅具有界膜的功能还参与细胞的全部生命活动2 如何理解细胞膜作为界膜对细胞生命活动所起的作用答界膜的涵义包括两个方面细胞界膜和内膜结构的界膜作为界膜的

29、膜结构对于细胞生命的进化具有重要意义这种界膜不仅使生命进化到细胞的生命形式也保证了细胞生命的正常进行它使遗传物质和其他参与生命活动的生物大分子相对集中在一个安全的微环境中有利于细胞的物质和能量代谢细胞内空间的区室化不仅扩大了表面积还使细胞的生命活动更加高效和有序3 简述细胞膜结构的基本功能及对细胞生命活动的影响答细胞膜结构的基本功能包括以下几个方面界膜和区室化 delineation and compartmentalization 细胞膜最重要的作用就是勾划了细胞的边界并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室调节运输 regulation of transport 膜为两侧的分子交换提供了一个

30、屏障一方面可以让某些物质自由通透另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍功能区室化细胞膜的另一个重要的功能就是通过形成膜结合细胞器使细胞内的功能区室化例如细胞质中的内质网高尔基体等膜结合细胞器的基本功能是参与蛋白质的合成加工和运输而溶酶体的功能是起消化作用与分解相关的酶主要集中在溶酶体又如线粒体的内膜主要功能是进行氧化磷酸化与该功能有关的酶和蛋白复合体集中排列在线粒体内膜上另一个细胞器叶绿体的类囊体是光合作用的光反应场所所以在类囊体膜中聚集着与光能捕获电子传递和光合磷酸化相关的功能蛋白和酶信号的检测与传递 detection and transmission of signals 细胞通常用质膜中

31、的受体蛋白从环境中接收化学和电信号细胞质膜中具有各种不同的受体能够识别并结合特异的配体产生一种新的信号激活或抑制细胞内的某些反应如细胞通过质膜受体接收的信号决定对糖原的合成或分解膜受体接收的某些信号则与细胞分裂有关参与细胞间的相互作用 intercellular interaction 在多细胞的生物中 细胞通过质膜进行多种细胞间的相互作用包括细胞识别细胞粘着细胞连接等如动物细胞可通过间隙连接植物细胞则通过胞间连丝进行相邻细胞间的通讯这种通讯包括代谢偶联和电偶联 能量转换 energy transduction 细胞膜的另一个重要功能是参与细胞的能量转换例如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光

32、能的捕获和转换最后将光能转换成化学能储存在碳水化合物中同样膜也能够将化学能转换成可直接利用的高能化合物ATP这是线粒体的主要功能细胞膜的这些基本功能也是生命活动的基本特征没有膜的这些功能细胞不能形成 细胞的生命活动就会停止4 有人说红细胞是研究膜结构的最好材料你能说说理由吗 答首先是红细胞数量大取材容易 体内的血库 极少有其它类型的细胞污染 其次成熟的哺乳动物的红细胞中没有细胞核和线粒体等膜相细胞器细胞膜是它的惟一膜结构 所以分离后不存在其它膜污染的问题5 红细胞如何进行O2和CO2的运输作用 答红细胞对O2和CO2的运输与膜的性质有关氧是一种小分子它能够自由扩散通过红细胞膜进入红细胞内并被血

33、红蛋白结合红细胞膜的这种性质使得红细胞能够从肺中摄取氧因为在肺毛细管中O2的压力高 O2就很容易透过红细胞膜进入红细胞又由于肺毛细管中CO2的压力很低红细胞中的CO2就会释放出来红细胞从肺组织中获得O2后通过循环系统进入体毛细管在体毛细管中由于O2的压力低CO2压力高O2就会从红细胞中释放出来而CO2则会进入红细胞由于气体CO2难溶于水溶液进入红细胞后就难以溶解到红细胞的细胞质中这要依赖于红细胞质中的碳酸酐酶 carbonic anhydrase 它可将CO2转变成水溶性的碳酸氢根阴离子 HCO3- 水溶性的碳酸氢根阴离子通过红细胞膜中的带3蛋白同Cl-离子进行交换排出红细胞所以将带3蛋白称为

34、阴离子交换蛋白6 请简述红细胞膜骨架的装配过程答分为三步 首先是血影蛋白与41蛋白肌动蛋白的相互作用血影蛋白的和亚基形成二聚体在红细胞膜内血影蛋白多以4聚体形式存在 也有6聚体8聚体 血影蛋白4聚体在41蛋白的帮助下同肌动蛋白寡聚体结合组成骨架的基本网络一般认为1217个肌动蛋白寡聚体及49蛋白和原肌球蛋白组成一个基本结构蛋白这种结构蛋白再结合到血影蛋白和41蛋白复合体上49蛋白和原肌球蛋白可稳定肌动蛋白寡聚体 41蛋白同血型糖蛋白相互作用41蛋白的N端35000的区域在生理状态下带正电荷而血型糖蛋白带负电荷所以41蛋白能够以静电稳定性同血型糖蛋白结合 锚定蛋白与血影蛋白带3蛋白的相互作用锚定

35、蛋白N端90000区可与带3蛋白结合而72000区可与血影蛋白结合由于带3蛋白是膜整合蛋白血影蛋白是膜骨架蛋白所以锚定蛋白起媒介作用将骨架蛋白与质膜相连7 有人说膜脂的功能仅作为膜的骨架并作为非脂溶性物质进入细胞的障碍你认为此说有何不妥答膜脂的主要功能是构成膜的基本骨架去除膜脂则使膜解体另外膜脂也是膜蛋白的溶剂一些蛋白通过疏水端同膜脂作用使蛋白镶嵌在膜上得以执行特殊的功能有研究表明膜脂为某些膜蛋白 酶 维持构象表现活性提供环境一般情况下膜脂本身不参与反应 细菌的膜脂参与反应 膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在如果去掉脂类酶蛋白即失去活性加上脂类 又可使活性恢复有些膜蛋白只有在特异的磷脂头部基团

36、存在时才有功能8 糖脂是如何决定血型的答ABO血型是由ABO血型抗原决定的 称为ABO血型决定子 determinant 它是一种糖脂其寡糖部分具有决定抗原特异性的作用ABO血型决定子是短的分支寡糖链如A血型的人具有一种酶这种酶能够将N-乙酰半乳糖胺添加到糖链的末端B血型的人具有在糖链末端添加半乳糖的酶AB血型的人具有上述两种酶O血型的人则缺少上述两种酶在抗原的末端既无N-乙酰氨基半乳糖又无半乳糖也就是说人的血型是A型B型AB型还是O型是由红细胞膜脂或膜蛋白中的糖基决定的A血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乳糖胺 GalNAc B血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖 Gal O型则没

37、有这两种糖基而AB型的人则在末端同时具有这两种糖9 十二烷基磺酸钠 SDS 和Triton X-100都是去垢剂哪一种可用于分离有生物功能的膜蛋白答案 答去垢剂可分为离子型和非离子型两种十二烷基磺酸钠 SDS 是常用的离子型去垢剂它不仅可使细胞膜崩溃并与膜蛋白的疏水部分结合使其分离而且还破坏膜蛋白内部的非共价键使蛋白变性所以不宜用于分离有功能的膜蛋白Triton X-100是温和性去垢剂它可以使膜脂溶解又不使蛋白变性可分离到有生物功能的膜蛋白10 膜结构不对称性的意义是什么 答膜脂膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性保证了生命活动的高度有序性膜脂在膜中的分布是不对称的虽然这

38、种不对称性的生物学作用还了解得很少但已经取得了不少进展如糖脂是位于脂双层的外侧其作用可能作为细胞外配体 ligand 的受体磷脂酰丝氨基主要集中在脂双层的内叶在生理pH下带负电荷这种带电性使得它能够同带正电的物质结合如同血型糖蛋白A跨膜螺旋邻近的赖氨酸精氨酸结合磷脂酰胆碱出现在衰老的淋巴细胞外表面作为让吞噬细胞吞噬的信号磷脂酰胆碱也出现在血小板的外表面此时作为血凝固的信号磷脂酰肌醇主要集中在内叶它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中起关键作用膜不仅内外两侧的功能不同分布的区域对功能也有影响造成这种功能上的差异 主要是膜蛋白膜脂和膜糖分布不对称引起的细胞间的识别运动物质运输信号传递等都具有方向性这

39、些方向性的维持就是靠分布不对称的膜蛋白膜脂和膜糖来提供11 孔蛋白只存在于双层膜的外膜中为什么 答由于孔蛋白的孔径大所以只能存在于外膜而不能存在于内膜内膜有界膜的作用如果有孔蛋白则失去界膜的功能12 在酶法标记测定膜蛋白的定向实验中若是要标记膜内侧的蛋白该如何处理 答将人工脂质体放入低渗溶液中这样 乳过氧化物酶就能进入脂质体进行内侧蛋白质标记 Q3-1 图Q3-1 乳过氧化物酶就能进入脂质体进行内侧蛋白质标记13 请说明磷脂酶处理法研究红细胞膜脂在脂双层中定位的原理答由于红细胞具有血影现象只要将红细胞置于低离子浓度的溶液中红细胞就会发生渗漏释放出内含物得到只有红细胞膜的空壳然后调整溶液中的Mg

40、2离子浓度改变红细胞小泡的状态若是从溶液中除去Mg2 则形成外翻的小泡若是加入Mg2则是正常方向的小泡 然后用脂酶分别处理这两种红细胞膜常用的脂酶是磷脂酶 phospholipase 这种酶也是因为相对分子质量大而不通过细胞膜所以磷脂酶只能附着在膜泡的外表面能够被磷脂酶水解的就是位于外表面的磷脂然后再根据它原来的状态确定在红细胞膜脂中的定向14 膜的流动性的生理意义何在答 细胞质膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件 酶活性与流动性有极大的关系流动性大活性高 如果没有膜的流动性细胞外的营养物质无法进入细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外这样细胞就要停止新陈代谢而死亡 膜流动性与信息

41、传递有着极大的关系 如果没有流动性能量转换是不可能的 膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系15 请从起始条件运输方式产生的结果等三个方面进行主动运输和被动运输的比较答将比较结果列于表Q3-1中表Q3-1 被动运输与主动运输在起始条件运输方式和产生的结果的比较被动运输主动运输起始条件细胞外被运输的物质浓度大大高于细胞内的浓度细胞外被运输的物质的浓度可能高于也可能低于细胞内的浓度运输方式通过扩散或运输蛋白形成的通道进入细胞通过具有酶活性的运输蛋白 泵 在能量的驱动下进出细胞产生的结果最后使细胞内外的浓度达到平衡最后细胞内外的浓度处于稳定建立了浓度梯度16 如何根据细胞的渗透现象解释植物细胞的

42、质壁分离 plasmolysis 答由于细胞的渗透现象使得细胞在不同浓度的溶液中会发生膨胀 swell 或收缩 shrink 实际上这种现象取决于溶液中的溶质和细胞中该物质的浓度若将动物细胞置于高渗溶液中水则会从细胞中渗出细胞发生收缩细胞在低渗溶液中会吸水膨胀和破裂若将植物细胞置于高渗溶液中细胞脱水发生质壁分离 plasmolysis 若是在低渗溶液中植物的细胞壁保护细胞防止过度膨胀而破裂此时由于水的进入细胞内的压力升高使细胞变得坚硬 图Q3-2 图Q3-2动物细胞和植物细胞在不同浓度的蔗糖溶液中的行为17 为什么所有带电荷的分子 离子 不管它多小都不能自由扩散 答 带电的物质通常同水结合形成

43、一个水合的外壳这不仅增加了它们的分子体积同时也大大降低了脂溶性因此说所有带电荷的分子 离子 不管它多小都不能自由扩散18 如何理解被动运输是减少细胞与周围环境的差别而主动运输则是努力创造差别维持生命的活力 答主要是从创造差异对细胞生命活动的意义方面来理解这一说法主动运输涉及物质输入和输出细胞和细胞器并且能够逆浓度梯度或电化学梯度这种运输对于维持细胞和细胞器的正常功能来说起三个重要作用 保证了细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必需的营养物质即使这些营养物质在周围环境中或表面的浓度很低 能够将细胞内的各种物质如分泌物代谢废物以及一些离子排到细胞外即使这些物质在细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多 能够

44、维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度特别是KCa2和H的浓度概括地说主动运输主要是维持细胞内环境的稳定以及在各种不同生理条件下细胞内环境的快速调整这对细胞的生命活动来说是非常重要的19 四种运输ATPase在结构存在部位和功能上有什么不同 答四种运输ATPase的差异列于表Q3-2中 表Q3-2 四类ATP驱动的离子和小分子运输泵的比较类型运输物质结构与功能特点存在的部位P型HNaKCa2通常有大小两个亚基大亚基被磷酸化小亚基调节运输H泵存在于植物真菌和细菌的质 膜NaK动物细胞的质膜HK泵哺乳动物胃细胞表层质膜Ca2泵所有真核生物的质膜 肌细胞的肌质网膜F型只是H有多个跨膜亚基建立H的电

45、化学梯度合成ATP细菌的质膜线粒体内膜叶绿体的类囊体膜V型只是H多个跨膜亚基 亚基的细胞质部分可将ATP水解 并利用释放的能量将H运输到囊泡中使之成为酸性环境植物酵母和其它真菌的液泡膜动物细胞的溶酶体和内体的膜某些分泌酸性物质的动物细胞质膜 如破骨细胞和肾管状细胞 ABC型离子和各种小分子两个膜结构域形成水性通道两个细胞质ATP结合结构域与ATP水解及物质运输相偶联不同结构域可以位于同一个亚基也可位于不同的亚基细菌质膜 运输氨基酸糖和肽 哺乳动物内质网膜 运输与MHC 蛋白相关的抗原肽 哺乳动物细胞质膜 运输小分子 磷脂小的类脂分子 20 简述 NaK泵 NaK pump NaK ATPase

46、 的结构和作用机制 答NaK泵是动物细胞中由ATP驱动的将Na 输出到细胞外同时将K输入细胞内的运输泵又称Na泵或NaK交换泵实际上是一种Na K ATPaseNa K ATPase是由两个大亚基 亚基 和两个小亚基 亚基 组成亚基是跨膜蛋白在膜的内侧有ATP结合位点细胞外侧有乌本苷 ouabain 结合位点在亚基上有Na和K结合位点NaK ATPase运输分为六个过程 在静息状态NaK泵的构型使得Na 结合位点暴露在膜内侧当细胞内Na浓度升高时3个 Na 与该位点结合 由于Na的结合激活了ATP酶的活性使ATP分解 释放ADP亚基被磷酸化 由于亚基被磷酸化 引起酶发生构型变化 于是与Na 结

47、合的部位转向膜外侧并向胞外释放3个Na 膜外的两个K同亚基结合 K 与磷酸化的NaK ATPase结合后 促使酶去磷酸化 去磷酸化后的酶恢复原构型 于是将结合的K 释放到细胞内每水解一个ATP 运出3个Na 输入2个K Na K泵工作的结果使细胞内的Na浓度比细胞外低1030倍而细胞内的K浓度比细胞外高1030倍由于细胞外的Na浓度高且Na是带正电的所以Na K泵使细胞外带上正电荷意义 NaK 泵具有三个重要作用 一是维持了细胞Na离子的平衡抵消了Na离子的渗透作用二是在建立细胞质膜两侧Na离子浓度梯度的同时为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力三是Na泵建立的细胞外电位为神经和肌肉电脉冲传导提供了基

48、础21 简述Ca2 泵 Ca2 pump Ca2 ATPase 的结构和作用机理 答Ca2-ATPase有10个跨膜结构域在细胞膜内侧有两个大的细胞质环状结构第一个环位于跨膜结构域2和3之间第二个环位于跨膜结构域4和5之间在第一个环上有Ca2离子结合位点在第二个环上有激活位点包括ATP的结合位点Ca2-ATPase的氨基端和羧基端都在细胞膜的内侧羧基端含有抑制区域在静息状态羧基端的抑制区域同环2的激活位点结合使泵失去功能这就是自我抑制Ca2-ATPase泵有两种激活机制一种是受激活的Ca2钙调蛋白 CaM 复合物的激活另一种是被蛋白激酶C激活当细胞内Ca2浓度升高时Ca2同钙调蛋白结合形成激活

49、的Ca2钙调蛋白复合物该复合物同抑制区结合释放激活位点泵开始工作当细胞内Ca2浓度下降时CaM同抑制区脱离抑制区又同激活位点结合使泵处于静息状态在另一种情况下蛋白激酶C使抑制区磷酸化从而失去抑制作用当磷酸酶使抑制区脱磷酸抑制区又同激活位点结合起抑制作用Ca2 泵的工作原理类似于NaK ATPase在细胞质膜的一侧有同 Ca2结合的位点一次可以结合两个 Ca2 Ca2结合后使酶激活并结合上一分子ATP伴随ATP的水解和酶被磷酸化Ca2泵构型发生改变结合 Ca2的一面转到细胞外侧由于结合亲和力低Ca2离子被释放此时酶发生去磷酸化构型恢复到原始的静息状态Ca2 -ATPase每水解一个ATP将两个C

50、a2离子从胞质溶胶输出到细胞外22 请简述细菌细胞中葡萄糖的磷酸化运输机理答细菌细胞中葡萄糖的磷酸化运输过程是首先将供体磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基团转移到细胞质的酶I E-I 然后将磷酸基团转移给HPr蛋白起始步骤对于各种糖的运输都是相同的第二步要根据被转运的糖而定如运输的是葡萄糖HPr蛋白要将磷酸基转给酶 E- 再转给位于质膜中的酶 E- 但对于甘露糖的转运则不需酶的参与所以可直接将磷酸基团转给位于质膜中的酶 E- 最后由酶将磷酸基团转给被运输的糖酶和酶对于不同的糖具有特异性该运输方式中被转运进到细胞中的糖浓度从形式上看没有提高但实质上是提高了只不过通过磷酸化作用进行了修饰23 什么是细菌视紫

51、红质质子泵 bacteriorhodopsin proton pump 如何工作答嗜盐的厌氧菌halobacterium halobium 生活在阳光充足的盐水池中在进化过程中这种菌的细胞质膜上出现了多种能被光线激活的蛋白质紫膜是该菌质膜上一些特化的区域 斑块 上面只含一种蛋白质就是细菌视紫红质 bacteriorhodopsin 该蛋白含有七个螺旋每个螺旋长3-4nm在蛋白的中部有几个能够吸收光的视黄醛基团又称发色基团当该基团被一个光量子激活时就能引起整个分子的构型发生变化导致两个H从细胞内运送到细胞外结果造成了细胞内外的质子浓度差细胞外部高内部低这种浓度梯度可被另一种膜蛋白用于ATP的合成

52、在这个系统中H的运输是由光提供能量24 简述说明ABC运输蛋白对甘露糖运输的机理答甘露糖先通过外膜的选择性孔蛋白进入膜间腔然后被一种结合蛋白 周质结合蛋白 所结合结合蛋白有两个结构域一个同甘露糖结合该结构域与甘露糖等物质结合后会引起另一个结构域发生构型变化并同ABC运输蛋白结合这样被运输的物质就得以同ABC运输蛋白结合在水解ATP供能的情况下ABC运输蛋将糖等运入细胞内25 请比较动物细胞和植物细胞主动运输的差异答动物细胞和植物细胞不仅结构有所差别载体蛋白也有所不同动物细胞质膜上有Na-K ATPase并通过对NaK 的运输建立细胞的电化学梯度但是在植物细胞 包括细菌细胞 的质膜中没有Na-K

53、ATPase代之的是H-ATP酶并通过对H的运输建立细胞的电化学梯度使细胞外H的浓度比细胞内高与此同时H泵在周围环境中创建了酸性pH然后通过H质子梯度驱动的同向运输将糖和氨基酸等输入植物的细胞内在动物细胞溶酶体膜和植物细胞的液泡膜上都有H-ATP酶它们作用都一样保持这些细胞器的酸性第四章 细胞环境与互作1细胞外基质的化学组成和主要功能是什么答细胞外基质的化学组成包括3类氨基聚糖和蛋白聚糖胶原和弹性蛋白以及纤连蛋白和层粘连蛋白主要功能表现在对细胞组织起支持保护提供营养以及胚胎发育形态建成细胞分裂细胞分化细胞运动迁移细胞识别细胞黏着和通信联络等方面2胶原的分子组成和结构有何特点如何装配有何功能答胶

54、原分子由3条螺旋肽链组成每条肽链包含约1000个氨基酸残基氨基酸组成规则的Gly-X-Y X为ProY为Hypro或Hylys 三肽重复序列三肽相互交联胶原在合成时首先合成前胶原分泌到细胞外基质中有前肽酶切去前肽形成直径15nm长300nm的胶原分子胶原分子按照相邻分子相错14长度前后分子首尾相隔35nm的距离进行自我装配形成直径1030nm明暗相间的胶原纤维胶原纤维在细胞外基质中常聚集成束功能胶原在不同的组织中呈不同形态结构与其功能 抗张性强韧性抗拉性支持保护形成基膜等 相适应胶原通过与细胞外基质中各种成分结合将细胞外基质组织起来同时与细胞表面受体结合连成组织和器官胶原通过细胞表面受体介导与

55、细胞内骨架相互作用影响细胞的形态与运动胶原有刺激上皮细胞分化维持上皮细胞生长的作用并作为细胞相互作用的支架和细胞迁移的基质引导细胞迁移3纤连蛋白的结构如何为什么说纤连蛋白是一种多功能分子答纤连蛋白由2个相似的亚单位形成二聚体含糖5每条肽链约2500个氨基酸残基肽链中折叠成各种球状结构域每个结构域能选择性的与细胞外基质中的各种大分子 胶原氨基聚糖蛋白聚糖等 和细胞表面纤连蛋白受体结合行使各种功能两条肽链C端通过二硫键共价结合构成V型分子功能纤连蛋白是一种多功能分子能使细胞锚定在底物上静止不动也能诱导细胞运动迁移在组织分化细胞黏着和迁移时起重要作用在成纤维细胞表面纤连蛋白形成纤维束与细胞内张力纤维

56、走向一致有细胞表面受体介导通过连接蛋白与微丝束相互作用形成黏着斑血浆纤连蛋白能促进血液凝固和创伤面修复创伤与血浆纤连蛋白结合吸引成纤维细胞平滑肌细胞和内皮细胞形成肉芽形成瘢痕刺激上皮细胞生长修复胚胎发育初期大量分泌纤连蛋白启动细胞沿着一定途径迁移纤连蛋白合成分泌减少使肿瘤细胞黏着能力下降并迁移4植物细胞被的主要成分有哪些 各起什么作用 答 主要成分包括纤维素半纤维素果胶木质素和糖蛋白纤维素是由葡萄糖构成的在细胞壁中由5060个纤维素分子形成一束并且相互平行排列形成长的坚硬的微纤维纤维素则相当于动物细胞外基质中的胶原半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体这些糖是五碳糖和六碳糖包括木糖阿伯

57、糖甘露糖和半乳糖等半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50它结合在纤维素微纤维的表面并且相互连接这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络果胶 pectin 是由半乳糖醛酸和它的衍生物组成的多聚体类似动物细胞的粘多糖很容易形成水合胶果胶在细胞壁中的作用主要是连接相邻细胞壁并且形成细胞外基质将纤维素包埋在水合胶中木质素 lignin 是由聚合的芳香醇构成的一类物质主要存在于木质组织中主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁木质素主要存在于纤维素纤维之间它的作用是抵抗压力糖蛋白 glycoprotein 在植物细胞壁中占总量10最重要的一种糖蛋白叫伸展蛋白 extensin 这种蛋白同其它的相关蛋白一起与纤

58、维素等形成交叉网络产生一种加固蛋白质-多糖复合物的力5初生壁和次生壁是如何形成的 答 细胞壁的分泌合成是逐步分层次进行的合成越早最后离开质膜越远首先形成的是中间层 middle lamella 其构成成份主要是果胶果胶是相邻两细胞壁所共有的并且起到将两个细胞连接在一起的作用分泌合成的第二个区带称为初生壁是在细胞生长时期形成的初生壁的厚度约为100200nm与动物细胞的基膜相当初生壁由纤维素半纤维素果胶和糖蛋白等松散组成在初生壁中果胶对于初生壁的弹性是十分重要的使细胞在生长过程中进一步扩展次生壁是在细胞停止生长后分泌形成的主要是增加细胞壁的厚度和强度次生壁位于初生壁的内层纤维素和木质素是次生壁的主要成份但基本不含果胶这样使得次生壁非常的坚硬次生壁是由几层纤维素微纤维组成各自形成密集结实的层6如何