5、细胞生物学练习精解

Chapert 5、细胞质基质和细胞内膜系统
（1）为什么说细胞质基质和细胞内膜系统各细胞器是结构区域化（或房室化）、功能有序化和发生
连续化的一个整体？
答：首先，必须明确细胞质基质和细胞内膜系统两个概念，所谓细胞质基质是指细胞质的溶胶质，它由中间代谢有关酶、底物、产物和细胞质骨架结构成分组成；而细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能或发生上相关的膜围绕的细胞器或细胞结构，主要包括内质网（核糖体）、Golg`s体、溶酶体（一些分泌泡）和微体。

其次，细胞质基质与细胞内膜系统是细胞内紧密联系的两个区域，它们与细胞骨架和细胞核共同构成结构、功能的整体——细胞；从功能上来看，细胞质基质与细胞内膜系统更是原生质成分的主要代谢场所，它们分工协作，围绕着三大生物分子如蛋白质、糖类和脂类的合成和分解代谢进行有序精密地工作；发生上，细胞质基质与细胞内膜系统也互为相关，连续更新。

详见下述图解：
附着核糖体游离核糖体（细胞质基质）sER + （rER）合成大部分糖类、合成大部分合成大部分部分蛋白质、简单脂类
复合脂类多肽链（具信号肽）合成多肽链（无信号肽）
加工、修饰膜出SRP SRP （辅基、辅酶与“四化”）
间芽结合DP 不结合DP
转N-连接糖基化
运rER驻留蛋白
加溶（结构蛋白、酶等）
工酶
少分泌蛋白膜蛋白体
量“四化”修饰
糖
基磷酸转移识别有糖基无糖基
修高尔基体（合成部分寡糖链修饰修饰
饰多数糖基修饰溶酶体酶具导肽或具核内
糖基增强分选信号磷酸化后转移定位信号
膜脂修饰稳定蛋白质构象
分类、包装与M6P
受体结合线通过原地
过粒核孔驻留线叶溶细分膜蛋白运输小泡氧体复合细
粒绿酶胞泌化、物胞
体细质
膜胞基
核质
线粒体、叶绿体溶酶体
细胞内膜系统的物质运输具三种运输方式：跨膜运输、通道运输和囊泡运输，其中，以囊泡运输为主，这更反映了细胞内膜系统各细胞器间的结构、功能与发生上的联系。

总之，细胞质基质与细胞内膜系统各细胞器与细胞结构是结构区域化、功能有序化和发生连续化的一个相关整体。

（2）何谓分子伴侣（或分子伴娘蛋白）？其主要类型有哪些？
答：分子伴娘蛋白（或称分子伴侣）是细胞中帮助多肽转运、折叠或装配而本身不参与最终产物形成的蛋白质。

识别
常见类型有：信号识别颗粒SRP 信号肽
A、内质网上，转运信号识别颗粒受体DP（或称停泊蛋白）
调节囊泡转运蛋白Rab(小分子G蛋白)
修复
不正确构象装配热休克蛋白家族（Hsp70、Hsp60、Cpns60）
（小错）蛋白二硫键异构酶
识别不正确构象折叠借助A TP依赖性水解酶降解
（大错）Bip（结合蛋白）
B、细胞质基质，转运、定位N-端第一个氨基酸（信号序列）
识别不正确构象泛素借助ATP依赖水解酶降解
修复热休克蛋白
（3）蛋白质的分选机制及主要过程如何？
答：A、蛋白质分选机制是指蛋白质一级结构（多肽链上的氨基酸组成和分布）上的顺序内源信号指导细胞内蛋白质在各细胞器内的转运、定位及分泌的机制。

B、细胞内蛋白质分选的具体过程如下：
具胞内定位信号驻留蛋白
（糖代谢酶、中间产物和底物）
N端具信号顺序具核内定位信号进入细胞核
具导肽，称后转移进入叶绿体、线粒体、
细胞质基质 N 端无信号肽 (第一氨基酸)
需ATP
过氧化物酶体
（游离核糖体）
泛素识别 （原料）
变性蛋白质 N 粗面内质网 （rER （附着核糖体） 修复非正确构象蛋白质 N 信号肽（肽链上20~35个氨基酸进入内质网后被切除）
+
信号识别颗粒（SRP ） SRP 脱离
信号识别颗粒受体（DP 内质网胞质侧膜上
根据内源信号不同
始端有开始序列 有开始序列 中间或其它位置 又有多个停止
（rER 胞质侧） 边合成，边转移（称共转移） 成跨膜蛋白
膜蛋白
（拓朴学特性未变）
BIP 识别
多肽链不能正确折叠、组装 多肽链正确折叠、组装
ATP 蛋白酶水解 热休克蛋白家族
变性蛋白质 修复非正确构象 寡聚体 （原料） 高级构象）
分离
Ca
2+BIP 高尔基体加工、修饰
+ （信号加强、构象稳定） 蛋白二硫键异构酶（滞留于rER ）
分泌蛋白
C 、蛋白质分选机制的实现需要细胞内各细胞器间或主要由结构上区域化的内膜系统各细胞器进行
协调、分工，以参与蛋白质有序化、连续化的定位、转导过程；更需要各类分子伴娘蛋白的直接帮助；还需要有较完整的降解更新途径，以补充新原料。

D 、对蛋白质分选机制的理解，有助于对许多重要医学病理的理解。

（4）细胞质基质和细胞内膜系统各细胞器之比较？
【考研重点试题及解答要点】
（5）布朗棘轮模型
答：布朗棘轮模型：是指线粒体前体蛋白从粗面内质网转运到线粒体内膜是由于前体蛋白的摆动性（即布朗运动），可能会刚进入线粒体内膜即出膜，所以有mhsp（内膜热休克蛋白）70与蛋白的N-导肽结合从而固定在内膜的表面，N-导肽在前体蛋白成熟后会由特定水解酶将水解掉。

（6）核蛋白体循环
答：核蛋白体循环（ribosomal cycle）是指活化的氨基酸在核糖体上，以mRNA为模板合成多肽链的过程。

蛋白质合成形式是指核糖体大小亚基在需要的时候组合形成核糖体，合成蛋白质后解体并在需要的时候重新组合形成核糖体的过程
广义的核蛋白体循环是指氨基酸活化后，在核蛋白体上缩合形成多肽链的过程，该过程包括肽链合成的起始，肽链的延长，肽链合成的终止和释放，狭义的核蛋白体循环指多肽链合成过程中肽链延长阶段，它由进位，成肽和转位3个步骤循环进行，直至终止阶段。

（7）把一个游离的氨基酸掺入到多肽的整个蛋白质合成过程中，一共需要出多少个高能磷酸键？答：需要4个；氨基酸的活化是消耗了2个高能磷酸键的，虽然是用了一个ATP 但是它脱了两个PPi 所以是消耗了两个高能磷酸键，再加上进位和移位的两个GTP 就是4个。

（8）说明内质网在蛋白质合成过程中的作用。

答：粗面内质网的主要功能是帮助膜结合核糖体合成的蛋白质转运。

膜结合核糖体上合成的蛋白质与游离核糖体上合成的蛋白质去向是不同的，下表列出了膜结合核糖体和游离核糖体合成的某些蛋白。

真核细胞中膜结合核糖体和游离核糖体合成的某些蛋白
由于粗面内质网上合成的蛋白质包括膜蛋白、内膜结构的腔池蛋白和分泌到细胞外的蛋白，所以必须有极好的运输机制进行分选定位，这就是信号肽假说。

（9）氢键破坏与Anfinsen？
答：Anfinsen实验证实了多肽链的氨基酸顺序是如何决定其三维结构的。

包括：蛋白变性、蛋白质折叠问题的提出、核糖核酸酶A的研究和体外核糖核酸酶的再折叠。

（10）服用巴比妥的癫痫病人的肝细胞内质网和肝炎病毒患者的会细胞内质网分别有什么特征？
答：服用巴比妥的癫痫病人，肝细胞中过氧化物小体增多，肝糖原缺乏以及滑面内质网增加。

肝炎病毒患者会发生黄疸，一般为肝细胞性黄疸，也就是说直接胆红素与间接胆红素均升高，而淤胆；肝细胞膜微绒毛将其摄取，进入肝细胞内，与Y、Z蛋白固定结合后送至光面内质网。

（11）游离核糖体与附着核糖体各合成哪些蛋白质？
答：附着于内质网上的核糖体所合成的蛋白质,与游离于细胞基质中的核糖体所合成的蛋白质有所不同。

附着于内质网上的核糖体,主要是合成某些专供输送到细胞外面的分泌物质,如抗体、酶原或蛋白质类的激素等，游离核糖体所合成的蛋白质,多半是分布在细胞基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子(包括酶分子)。

此外还合成某些特殊蛋白质,如红细胞中的血红蛋白等。

因此,在分裂活动旺盛的细胞中,游离核糖体的数目就比较多,而且分布比较均匀。

这一点已被用来作为辨认肿瘤细胞的标志之一。

附着于内质网上的核糖体主要合成分泌蛋白和膜蛋白二种类型，如抗体、细胞外基质成分和受体等，游离于细胞质基质中的核糖体主要合成驻留蛋白，如自身代谢所需的酶和核内定位蛋白。

核糖体常常以多聚体形式参与多肽链的形成，不同形式的核糖体上合成多肽链随后借助各自的分选信号的指导和分子伴侣的协助进行细胞质基质和内膜系统上的后期加工、修饰、转运和定位，最后形成特定蛋白质。

（12）若某种mRNA上有5个核糖体，它至少合成多少条相同的多肽链？
答：事实上在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。

蛋白质开始合成时，第一个核糖体在mRNA的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNA的3'端移动一定距离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合，现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。

两个核糖体之间有一定的长度间隔，每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率（见下图）。

在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。

由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核蛋白体。

一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链。

核蛋白体循环：在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。

合成速度40aa/秒。

多聚核糖体的核糖体个数，与模板mRNA的长度有关，例如血红蛋白的多肽链mNRA编码区有450个核苷酸组成，长约150nm 。

上面串连有5-6个核糖核蛋白体形成多核糖体。

而肌凝蛋白的重链mRNA 由5400个核苷酸组成，它由60多个核糖体构成多核糖体完成多肽链的合成。

（13）真核生物与原核生物蛋白质合成的异同
答：真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。

另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。

（1）mRNA
真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核输入胞浆，投入蛋白质合成；而原核生物的mRNA常在合成尚未结束时，已开始翻译。

真核生物mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形式的“帽”，有由多聚腺苷酸形成的“尾”，为单顺反子，只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的启动点，一个合成的终点；而原核生物的mRNA为多顺反子，含有蛋白质合成多个启动点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾”的结构。

在5′端方向启动信号的上游存在富含嘌呤的SD区段。

真核生物的mRNA则无此区段。

真核生物的mRNA代谢较慢，哺乳类动物mRNA的半衰期为4～6h，而细菌的mRNA半衰期仅在1～3min。

此外真核生物的mRNA前体常含有插入顺序，即内含子，需要在加工时切除。

（2）核蛋白体
真核生物的核蛋白体（80S）大于原核生物。

小亚基为40S含有一种rRNA(18S rRNA)；大亚基为60S，含有3种rRNA（28S rRNA、5．5S rRNA和5S rRNA），所含的核蛋白体蛋白质亦多于原核生物。

原核生物小亚基16SrRNA的3′末端有一富含嘧啶的区段，可与其mRNA启动部位富含嘌呤的SD区互补结合。

在真核生物相应的rRNA（18S rRNA）中，无此互补区。

（3）tRNA
真核生物起着启动作用的氨基酸tRNA为不需要甲酰化的Met－tRNA fMet而原核生物中为fMet-tRNA fMet，系Met－tRNA fMet经蛋氨酰tRNA转甲酰基酸催化后的产物。

（4）合成过程
1）启动。

真核生物的启动因子（eIF）有9-10种，真核生物核蛋白小亚基先与Met－tRNA fMet结合，再与mRNA结合，此时需要一分子ATP。

2）肽链延长。

真核生物中催化氨基酸tRNA进入受体的延长因子只有一种（EFT 1）。

催化肽酰tRNA
移位的因子称为EFT 2，可为白喉毒素所抑制。

3）终止。

真核生物只需一种终止因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子，并需要三磷酸鸟苷。

原核生物的终止因子有3种。

此外，哺乳动物类等真核生物线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的蛋白合成体系，以合成线粒体的某些多肽。

该体系类似原核生物蛋白合成体系。