分子与细胞生物学 考试真题哦

2012年研究生分子与细胞生物学试题
∙可兴奋细胞的膜电位（静息电位和动作电位）的产生机制（15分）
∙阐述至少五种基因功能研究中常用的失活基因方法（15分）
∙真核细胞基因组结构特点（15分）
∙磷脂酰肌醇信号通路的组成、激活过程和机制（15分）
∙详述蛋白质泛素化降解途径在真核细胞周期调控中的作用（20分）
∙论述p53基因的抑癌机理（20分）
学院：化工学院专业：生物工程
姓名：学号：年级：2012级
1可兴奋细胞的膜电位（静息电位和动作电位）的产生机制答案：
⑴静息电位及其特点
静息电位是指细胞在安静状态下，存在于膜两侧的电位差，表现为膜内电位较膜外为负，一般在-100～-10mV。

其特征是：①在大多数细胞是一种稳定的直流电位；②细胞内电位低于胞外，即内负外正；
③不同细胞静息电位的数值可以不同。

⑵静息电位产生机制
静息电位主要由K+外流形成，接近于K+的电-化学平衡电位。

1.细胞内外Na+和K+的分布不均匀，细胞外高Na+而细胞内高K+。

2.安静时膜对K+的通透性远大于Na+，K+顺浓度梯度外流，并达到电-化学平衡。

3.钠-钾泵的生电作用，维持细胞内外离子不均匀分布，使膜内电位的负值增大，参与静息电位生成。

⑶动作电位及其特点
在静息电位的基础上，细胞受到一个适当的刺激，其膜电位所发生的迅速、一过性的极性倒转和复原，这种膜电位的波动称为动作电位。

动作电位的升支和降支共同形成的一个短促、尖峰状的电位变化，称为锋电位。

锋电位在恢复至静息水平之前，会经历一个缓慢而小的电位波动称为后电位，它包括负后电位和正后电位。

⑷动作电位的产生机制
动作电位上升支主要由Na+内流形成，接近于Na+的电-化学平衡电位。

1.细胞内外Na+和K+的分布不均匀，细胞外高Na+而细胞内高K+。

2.细胞兴奋时，膜对Na+有选择性通透，Na+顺浓度梯度内流，形成锋电位的上升支。

3.K+外流增加形成了动作电位的下降支。

2 阐述至少五种基因功能研究中常用的失活基因方法
答案：
⑴若把外源DNA片段插入到载体的选择标记基因中而使此基因失活，丧失其原有的表性特征，此方法叫插入失活。

标记基因多为抗生素抗性基因。

⑵完全基因剔除指通过同源充足直接将把基因在细胞或者动物个体中的活性完全消除。

进行完全基因剔除首先要在体外进行目的基因功
能的缺失突变，即构建携带突变基因的打靶载体。

携带突变基因的打靶载体通过各种方法导入胚胎干细胞或者体细胞中，通过同源重组将基因组中的野生型基因置换下来。

⑶利用反义基因抑制细胞基因表达，是阻断其mRNA的翻译而不是破坏基因本身。

具体操作路线有以下三条。

第一，从细胞中奋力把基因的mRNA，并以此为模板，由细菌RNA聚合酶体外合成其互补RNA链（即反义RNA），然后将之注射到细胞中。

反义RNA与靶基因转录出的mRNA互补形成双链结构，促使其降解。

第二，根据靶基因序列，设计并体外合成一小段单链DNA（反义DNA），它与靶基因mRNA5’端的翻译起始区互补并抑制其翻译。

第三，反义RNA 也能在宿主细胞内合成。

⑷放射线诱导的缺失突变通过放射线的诱变，可以产生染色体的缺失，易位，倒位，复制以及基因内的点突变。

随着胚胎干细胞成功建成和基因打靶技术成熟，放射线诱导大片段染色体片段的删除从而研究基因功能得到应用。

在小鼠基因组的任何一个位点诱导缺失突变的策略包括以下三个步骤在靶位点上通过同源重组引入一个选择标记基因，如Hprt HSV-tk 放射线处理中靶细胞筛选选择标记基因缺失的细胞分析ES细胞中染色体片段的缺失情况，可借助染色体上卫星标记或单核苷酸多态性标记的缺失情况推测缺失片段的大小合适的ES 细胞直接用于囊胚注射产生嵌合体小鼠，进而分析基因的功能。

⑸使用药物抑制该基因编码的蛋白质的功能表达，从而确定该基因的功能。

⑹在研究的基因上添加可控的启动子使其可控表达。

⑺创建必要基因的温度敏感突变，研究其在限制温度下突变株的表型。

3 真核细胞基因组结构特点
答案：
真核生物基因组的结构特点总结归纳如下：
1真核基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组。

2真核基因组存在大量的重复序列。

3真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别。

4真核基因组的转录产物为单顺反子。

5真核基因是断裂基因，有内含子结构。

6真核基因组存在大量的顺式作用元件，包括启动子、增强子、沉默子等。

7真核基因组中存在大量的DNA多态性。

DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性。

8真核基因组具有端粒结构。

4磷脂酰肌醇信号通路的组成、激活过程和机制
答案：
磷脂酰肌醇信号通路的组成：由三个成员组成:受体、G蛋白和效应物。

Gq蛋白也是异源三聚体,其α亚基上具有GTP/GDP结合位点,作用方式与cAMP系统中的G蛋白完全相同。

该系统的效应物是磷酸肌醇特异的磷脂酶C-β(phosphatidylinositol-specific phospholipase C-β, PI-PLCβ)，此处的β表示一种异构体。

激活过程和机制：在这一信号转导途径中,膜受体与其相应的第一信使分子结合后，激活膜上的Gq蛋白(一种G蛋白),然后由Gq蛋白激活磷酸脂酶Cβ(phospholipase Cβ, PLC), 将膜上的脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinositol biphosphate, PIP2)分解为两个细胞内的第二信使：二酰甘油( diacylglycerol, DAG)和1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)。

IP3动员细胞内钙库释放Ca2+到细胞质中与钙调蛋白结合，随后参与一系列的反应；而DAG在Ca2+的协同下激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，然后通过蛋白激酶C引起级联反应，进行细胞的应答。

5详述蛋白质泛素化降解途径在真核细胞周期调控中的作用答案：
真核细胞在进行有丝分裂过程时，M期激酶的活化启动有丝分裂，而有丝分裂的过程中需要周期蛋白和其他一些蛋白的降解。

而这些蛋白质的降解都需要进行泛素化然后泛素化的蛋白质被蛋白酶降解。

在真核细胞中有一个8个亚基组成的大复合体负责在后期选择降解物，它被称为APC（有丝分裂后期起始复合体），是一个E3泛素连接酶，负责结底物蛋白质并将泛素转移到分子上，然后泛素的蛋白
质被蛋白酶体降解。

有丝分裂时，APC特异性激活，有两条不同的路线能激活APC，每条路线都能引起它降解一种特定底物。

在前期M期激酶被活化，周期蛋白A被泛素化降解，周期蛋白B和Pdslp 在后期被降解，CDC20和Cdh1结合APC并激活它的泛素化活性，CDC20对APC降解Pdslp是必须的，而Pdslp调控从中期到后期的转换。

Cdh1对APC降解Clb 2是必须的，Clb2的降解是退出有丝分裂所必需的。

6论述p53基因的抑癌机理
答案：
p53基因是细胞中的一个抑癌基因，能够表达p53蛋白。

p53是一个肿瘤抑制因子，它在50%的人类癌症疾病中都有缺失或失去活性，DNA的损伤可以激活野生型p53，p53能够阻止癌细胞周期进程或凋亡，这种反应也依赖于其周围环境。

野生型p53基因是细胞增长的“监控器”。

当细胞内外各种刺激信号引起基因应激反应时，p53蛋白常被磷酸化和乙酰化修饰而变构，或与细胞内某些蛋白质结合，促使p53活化，从而引起p21基因的转录体及其翻译产物水平增加。

p21蛋白是调节细胞周期和周期素依赖性CDK5的广谱抑制因子。

能够使细胞停留在不同的时期，这有利于受损的DNA修复，即阻止新DNA合成，待旧的DNA损伤修复后细胞持续增殖。

突变型p53则无以上功能，不能保持基因的稳定性，常有未修复DNA的细胞持续增殖，可能导致细胞癌变。

当细胞受到UV照射、电离辐射、化学物质、氧、dNTP耗竭等引起DNA损伤时，活化的p53可促进GADD45基因表达。

此基因和p21基因相似，GADD45蛋白与CDK3和增殖细胞核抗原（PCNA）结合成CDKS/GADD45/PCNA复合物，PNCA具有DNA修复酶的作用，促使损伤DNA修复。

GADD45也可以p21/CDKS/GADD45/PCNA 四聚体的形式，促DNA修复。

当DNA损伤不能修复时，活化P53则诱导Bax基因表达，抑制Bcl-2基因表达；Bax是Bcl-2癌基因家族成员，Bcl-2蛋白具有阻止细胞凋亡的作用，Bax的作用则相反。

在正常细胞中同源的Bcl-2 Bcl-2或异源的BaxBcl-2占优势，不引起细胞凋亡。

当细胞损伤不能修复时，因p53诱导Bax表达增加使同源的BaxBax增加，导致细胞凋亡。

当p53基因发生突变时，上述功能无法正常实现，细胞发生癌变。