细胞生物学简答题整理

1.简述G蛋白偶联受体所介导的信号通路的异同

G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类：

①激活离子通道；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP 为第二信使；③激活磷脂酶C ，以IP3 和DAG 作为双信使

激活离子通道：

当受体与配体结合被激活后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调控跨膜离子通道的开启和关闭，进而调节靶细胞的活性。

激活或抑制腺苷酸环化酸的cAMP信号通路：

细胞外信号（激素，第一信使）与相应G蛋白偶联的受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。腺苷环化酶调节胞内cAMP的水平，cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。

cAMP信号通路主要是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A (PKA) ，激活靶酶开启基因表达，从而表现出不同的效应。蛋白激酶A 由2个催化亚基和2个调节亚基组成，cAMP的结合可改变调节亚基的构象，释放催化亚基产生活性。

蛋白激酶A被激活后，一方面通过对底物蛋白的磷酸化，引起细胞对胞外信号的快速反应；另一方面，其催化亚基可进入细胞核，磷酸化cAMP应答元件结合蛋白(CREB) 的丝氨酸残基。磷酸化的CREB 蛋白被激活，它作为基因转录的调节蛋白识别并结合到靶细胞的cAMP应答元件(CRE) 启动靶基因的转录，引起细胞缓慢的应答反应。

cAMP信号通路中的缓慢反应过程：激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP→ cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。

cAMP是由腺苷酸环化酶 (adenylyl cyclase，AC) 催化合成的，腺苷酸环化酶为跨膜12次的糖蛋白，在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP；细胞内的环腺苷酸磷酸二酯酶 (PDE) 可降解cAMP生成5’-AMP，导致细胞内cAMP水平下降。因此，细胞内cAMP的浓度受控于腺苷酸环化酶和PDE的共同作用）。

cAMP信号调控系统由质膜上的5种成分组成：刺激型激素受体(Rs)、抑制型激素受体(Ri)、刺激型G蛋白(Gs)、抑制型G蛋白(Gi)、腺苷酸环化酶(E)。Gs和Gi的β、γ亚基相同，而α亚基不同决定了对激素对腺苷酸环化酶的作用不同。

Gs的调节作用：当细胞没有受到激素刺激时，Gs处于非活化状态，G蛋白的亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs受体结合后，导致受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，配体－受体复合物与Gs结合，Gs的亚基构象改变，排斥GDP 结合GTP，使G蛋白三聚体解离，暴露出的亚基与腺苷酸环化酶结合，使酶活化，催化ATP环化为cAMP。随着GTP水解使亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作

用。α亚基与βγ亚基重新组合，使细胞回复到静止状态。

Gi的调节作用：Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：当Gi与GTP结合，Gi的α亚基与βγ亚基解离后，一是通过与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；二是通过βγ亚基复合物与游离的Gsα亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。

磷脂酰肌醇双信使信号通路：

胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，通过G蛋白(Gq) 激活质膜上的磷脂酶C-β(PLC-β)，使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2) 水解为1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG) 两个第二信使，使细胞外信号转换为胞内信号。IP3通过动员细胞内源钙到

细胞质基质中，使胞质中游离Ca2+浓度升高；DAG激活蛋白激酶C (PKC)，活化的PKC使底物蛋白磷酸引起细胞反应。因此该途径又称为“双信使系统”。

IP3-Ca2+信号通路

IP3是一种水溶性小分子，通过与内质网膜上IP3 控制的Ca2+释放通道相结合，将Ca2+释放到细胞质基质中，Ca2+可活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应。胞质中高浓度的游离Ca2+由质膜和内质网膜上的钙泵转移到细胞外或内质网中。

DAG-PKC信号通路

二酰基甘油(DAG) 可活化与质膜结合的蛋白激酶C (PKC)。PKC 有两个功能区，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合

区。在未受到刺激的细胞中，PKC主要分布在细胞溶质中，呈非活性构象。细胞受到刺激时，PIP2水解，质膜上DAG积累，细胞溶质中Ca2+浓度升高，使细胞溶质中PKC转位到质膜内表面，在质膜上PKC 受Ca2+、DAG和磷脂酰丝氨酸(PS)共同作用而激活，磷酸化底物蛋白的Ser/Thr。

PKC可通过至少两条通路增强基因的转录：一是PKC活化一条蛋白激酶的级联反应，导致与DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化和激活，进而增强特殊基因的转录；二是PKC磷酸化与基因调节蛋白结合的抑制蛋白，使细胞质中的基因调节蛋白从抑制状态下释放出来，进入细胞核，刺激特定基因转录。

2.胞质中动力蛋白、驱动蛋白在结构与功能上的异同

驱动蛋白(kinesins)：

结构：驱动蛋白是由两条相同的重链和两条相同的轻链构成的四聚体；有一对球形的头，与微管结合并具有水解ATP为驱动蛋白移动提供能量；有一个扇形的尾，是货物结合部位；

头部通过颈部、螺旋状的α螺旋杆部与扇形尾部相连。

功能：大多数驱动蛋白的马达结构域位于N端，驱动物质沿微管从微管(-)端向微管(+)端运行；细胞中负责GC→PM的膜泡运输；神经细胞中负责向神经轴突末梢的正向运输；部分驱动蛋白的马达结构域位于重链的C端，驱动物质从微管(+) 端向(-)端运行，如

ER→GC ；每一步长度大约为8nm，正好是一个αβ微管二聚体的长度；移动的速度与ATP的浓度有关，速度高时，可达到每秒

900nm。

动力蛋白(dyneins)：

结构：含2条或3条重链构成的球形头部（含有马达结构域），多条轻链构成的尾部，还有一些中间链介于重链和轻链间。动力蛋白的马达结构域位于重链的C端，轴丝动力蛋白具有3个头部马达结构域，胞质动力蛋白具有2个头部马达结构域。与胞质动力蛋白相结合的动力蛋白激活复合体，介导胞质动力蛋白与“货物”间的结合。