最新细胞生物学翟中和第四版课后习题答案

第四章：细胞膜与细胞表面

1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？

以极性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面。生物膜具有两个显著的特征，即膜的不对称性和膜的流动性：1）、生物膜结构的不对称性保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有不同的功能，有的功能只发生在膜外侧，有的则在膜内侧，这是生物膜发生作用所必不可少的。如调节细胞内外Na+、K+的Na+—K+ATP酶，其运转时所需的ATP是细胞内产生的，该酶的ATP结合点正是处于膜的内侧面；许多激素受体等接受细胞外信号的则处于细胞外侧。2）、膜的流动性与物质运输、能量转换、细胞识别、药物对细胞的作用密切相关。可以说，一切膜的基本活动均在生物膜的流动状态下进行。

2、何为内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结合？

内在膜蛋白又称整合膜蛋白，这类蛋白部分或全部插入脂双层中，多数为横跨整个膜的跨膜蛋白。它与膜结合的主要方式有：1)、膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。2)、跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基，如精氨酸、赖氨酸等与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca+、Mg+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。3）、某些膜蛋白通过自身在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合的脂肪酸分子，插到膜双层之间，进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合。

3、从生物膜结构模型的演化，谈谈人们对生物膜的认识过程。

生物膜结构模型的演化是人类认识细胞膜的一个循序渐进的过程，是随着实验技术和方法的改进而不断完善的：1）、1925年:质膜是由双层脂分子构成的；2)、1935年：提出“蛋白质—脂质—蛋白质”的三明治式的质膜结构模型，这一模型影响达20年之久；3）、1959年提出单位膜模型，并大胆推测所有的生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的单位膜构成；4）、1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型，强调：①膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动；②膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入或横跨脂双层分子。5）、“液态晶模型”和“板块镶嵌模型”等的提出，可看作是对流动镶嵌模型的补充。6）、1988年“脂筏模型”。从生物膜结构模型的演化过程可知，人们对事物的认识是在实践中不断深入、逐渐完善的过程。

4、红细胞膜骨架的基本结构与功能是什么？

膜骨架是细胞质膜与膜内的细胞骨架纤维形成的复合结构。红细胞膜骨架蛋白主要包括：血影蛋白或称红膜肽，锚蛋白，带4、1蛋白和肌动蛋白。血影蛋白和肌动蛋白在维持膜的形状和固定其它膜蛋白的位置方面起重要作用。功能：参与维持细胞的形态，并协助细胞质膜完成多种的生理功能。

第五章、物质的跨膜运输

1、比较载体蛋白与通道蛋白的特点。

1）、膜转运蛋白可以分为两类：载体蛋白和通道蛋白（又称离子通道）。它们以不同的方式辨别溶质。2）、载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜的蛋白质分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。具有高度选择性；具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；对PH有依赖性。3）、离子通道有3个显著特征：①极高的转运速率②没有饱和值③非连续性开放而是门控的。离子通

道无需与溶质分子结合。它的开或关两种构象的调节，应答于适当的信号。根据应答信号的不同，离子通道又分为电压门通道、配体门通道、压力激活通道。

2、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。

主动运输和被动运输的特点：（1）浓度梯度：主动运输是物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜转运的方式；而被动运输是物质顺浓度梯度或电化学梯度由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。（2）是否需能：主动运输需要代谢能（由ATP水解直接提供能量）或与释放能量的过程相偶联（协同运输）；而被动运输不需要提供能量。（3）膜转运蛋白：主动运输需要载体蛋白介导；被动运输有些需要载体介导（协助扩散、水孔蛋白），有的不需要（简单扩散）。

被动运输意义：保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质及将分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外。

主动运输意义：（1）保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质，即使这些营养物质在周围环境中或表面的浓度低；（2）能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外，即使这些营养物质在细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多；（3）能够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度，特别是K+、Ca2+和H+的浓度。

3、比较P—型离子泵、V—质子泵、F—型质子泵和ABC超家族。

①根据泵蛋白的结构和功能特性，依靠A TP水解供能的ATP驱动泵可分为4类：P—型离子泵、V—质子泵、F—型质子泵和ABC超家族。前3种只转运离子，后一种主要是转运小分子。②P—型离子泵因在泵周期中利用ATP水解能形成磷酸化中间体而得名；③V—质子泵和F—型质子泵两者彼此相似，但与P—型离子泵无关且更为复杂，在功能上都只转运质子，并且在转运H+过程中不形成磷酸化的中间体；④V—质子泵利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+电化学梯度泵出H+进入细胞器，以维持细胞质基质PH中性和细胞期内的PH酸性；F—型质子泵以相反的方式发挥其生理作用，即H+顺浓度梯度运动，将所释放的能量与ATP合成耦联起来，因此称为H+—ATP合成酶更贴切。⑤ABC超家族含有更多的成员，也更为多样。

4、说明Na+-K+泵的工作原理及其生物学意义。

Na+-K+泵是一种典型的主动运输方式，由ATP直接提供能量。Na+-K+泵存在于细胞膜上，是由α和β二个亚基组成的跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性。

工作原理：在细胞内侧α亚基与Na+相结合促进ATP水解，α亚基上的天门冬氨酸残基磷酸化引起α亚基构象发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，α亚基构象再度发生变化将K+泵进细胞，完成整个循环。Na+依赖的磷酸化和K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行。每个循环消耗一个ATP分子，泵出3个Na+和泵进2个K+。

生物学意义：动物细胞借助Na+-K+泵维持细胞内低Na+高K+的离子环境，这种特殊的离子环境对维持细胞正常的生命活动，对神经冲动的传播以及对维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。同时利用胞外高浓度的Na+所储存的能量，主动从细胞外摄取营养。还可以协助其它物质运输。

5、比较动物细胞、植物细胞和原生动物细胞应付低渗膨胀的机制。

不同细胞用不同的机制应付低渗膨胀：1）、动物细胞借助Na+-K+泵维持渗透平衡；2）、植