2014细胞生物学复习题

2014年细胞生物学复习题

第七章细胞质基质与内膜系统

1.试述泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解的机制。

泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解机制是识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制。其中，蛋白酶体是细胞内降解蛋白质的大分子复合体，富含ATP依赖的蛋白酶活性。泛素是由氨基酸残基组成的小分子球蛋白，普遍存在与真核细胞中。在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质N端，更常见的是与靶蛋白赖氨酸残基的ε氨基相连接。然后带有泛素化标签的蛋白质被蛋白酶体识别并降解，通过该途径降解的蛋白质大体包括两大类：一是错误折叠或异常的蛋白质；二是需要进行存量调控和不稳定的蛋白质。

蛋白质的泛素化需要多酶复合体发挥作用，通过3种酶的先后催化来完成，包括泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2，又称泛素载体蛋白）和泛素连接酶（E3）。泛素化过程涉及如下步骤：（1）泛素活化酶E1通过形成酰基-腺苷酸中介物使泛素分子C端被激活，该反应需要ATP；（2）转移活化的泛素分子与泛素结合酶E2的半胱氨酸残基结合；（3）异肽键形成，即与E2结合的泛素羧基和靶蛋白赖氨酸侧链的氨基之间形成异肽键，该反应由泛素连接酶E3催化完成。重复上述步骤，形成具有寡聚泛素链的泛素化靶蛋白。泛素化标签被蛋白酶体帽识别，并利用ATP水解提供的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白解折叠，去折叠的蛋白质转移至蛋白酶体核心腔内被降解。当泛素化的靶蛋白其泛素自身的赖氨酸残基也被泛素化时，便形成具有寡聚泛素链的泛素化蛋白。

2.试述高尔基体的结构及其功能。

高尔基体是有极性的细胞器，面向细胞核扁囊弯曲成凸面称形成面（forming face）或顺面（cis face），面向质膜的凹面（concave）称成熟面（mature face）或反面（trans face）高尔基体的结构由三部分组成：

（1）顺面管网状结构(CGN) 和顺面膜囊（cis膜囊）：该区域接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，少部分蛋白质与脂质再返

回内质网。蛋白质丝氨酸残基在此发生O-连接的糖基化。跨膜蛋白质在细胞

质基质一侧结构域的酰基化也发生在此。

（2）中间膜囊（medial Golgi）：该区域参与多数糖基修饰与加工、糖脂的形成、与高尔基体有关的多糖的合成

（3）反面膜囊和反面管网状结构（TGN）：参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出、晚期蛋白质的修饰-包括：蛋白原的水解加工作用、蛋白质酪氨

酸残基的硫酸化

此外，还存在周围囊泡，顺面一侧的囊泡是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称为ERGIC或VTCs泡；在高尔基体的反面一侧体积较大的为分泌泡与分泌颗粒高尔基体的功能：

（1）参与细胞的分泌活动

在TGN区存在3条蛋白质的分选途径：溶酶体酶的包装和分选、可调节性分泌

（外界激素+受体→胞内信号→Ca2+升高→分泌泡释放）、组成性分泌（参与质

膜更新或向胞外分泌蛋白）

（2）参与蛋白质的糖基化及其修饰

N-连接糖基化：寡糖链转移至新生肽链的特定三肽序列的天冬酰胺残疾上，在

糙面内质网以及通过高尔基体各膜囊间隔的转移，寡糖链经一些列加工，最终

形成成熟的糖蛋白。

O-连接的糖基化：高尔基体中进行。

动物细胞胞外基质中的蛋白聚糖在高尔基体组装：一个或多个氨基聚糖（通过

木糖）结合到核心蛋白的Ser残基上

高尔基体参与糖脂的合成：糖脂的糖侧链以与糖蛋白相同的途径和方式在高尔

基体合成与加工，由高尔基体转运到溶酶体膜或细胞膜上

参与植物细胞壁的合成：高尔基体合成和分泌的多糖参与细胞壁的构成

纤维素是由细胞膜外侧的纤维素合成酶合成的。

（3）参与蛋白酶的水解和其他加工过程：

很多肽类激素和神经多肽当转运至高尔基体的TGN甚至TGN所形成的分泌小

泡中时，经蛋白水解酶的特异性地水解才成为有生物活性的多肽。

高尔基体酶解加工的几种类型：

①没有生物活性的蛋白原(proprotein)进入高尔基体后，将蛋白原N端或两端的

序列切除形成成熟的多肽（如ER合成的胰岛素原,在高尔基体切去一段C

端）

②有些蛋白质分子在糙面内质网中合成时含有多个相同氨基酸序列的前体，在

高尔基体中水解成同种有活性的多肽，如神经肽等。

③一个蛋白质分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工成不同的产物，增

加了细胞信号分子的多样性

3.试述溶酶体的结构及其功能。

溶酶体是一种异质性细胞器，按完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体、次级溶酶体、残质体。

初级溶酶体中含有多种酸性水解酶。溶酶体膜上成分与其他生物膜不同：①嵌有质子泵，借助水解ATP释放出的能量将H+泵入溶酶体内②多种载体蛋白用于水解的产物向外转运③膜蛋白高度糖基化防止自身的降解。

次级溶酶体分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。自噬溶酶体：初级溶酶体与细胞内的自噬泡融合形成的复合体。异噬溶酶体：初级溶酶体与细胞内的吞噬泡融合形成的复合体。

次级溶酶体内经历消化后，小分子物质可通过膜上载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用，未被消化的物质残存在溶酶体内形成残质体，通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。

溶酶体的基本功能是细胞内的消化作用，可分为内吞作用、吞噬作用和自噬作用三种途径，每种途径导致不同来源的物质在细胞内被消化。

（1）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老和死亡的细胞：清除酶和代谢产物，调节代谢；清除衰老的细胞器如线粒体；清除衰老和凋亡的细胞如红细胞（2）防御功能：识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体的作用下将其杀死并进一步降解。(吞噬细胞：清除抗原-抗体复合物、吞噬细菌、病毒等病原体、衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质；巨噬细胞：溶酶体非常丰富，含有过氧化氢、超氧物等，与溶酶体酶共同作用杀死细菌)

（3）溶酶体还具有其它重要的生理功能：作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节，甲状腺球蛋白-甲状腺素；参与清除退行性变化的细胞和特定程序性死亡细胞；受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应

第八章蛋白质分选与膜泡运输