细胞生物学第九至第十二章作业答案

第九章细胞信号转导
1 、什么是细胞通讯？细胞通讯有哪些方式？
答：细胞通讯是指一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相对应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。

细胞通讯有3种方式：
①细胞通过分泌化学信号进行细胞通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式；
②细胞间接触依赖性通讯，细胞间直接接触，通过信号细胞跨膜信号分子（配体）与相邻靶细胞表面受体相互作用；
③动物相邻细胞间形成间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。

2 、简述细胞的信号分子和受体的类型，信号转导系统的主要特性有什么？
答：<1>信号分子是细胞信息的载体，种类繁多，包括化学信号和物理信号。

各种化学信号根据其化学性质通常分为3类：①气体性信号，包括NO、CO；②疏水性信号分子，主要是甾类激素和甲状腺激素；③亲水性信号分子，包括神经递质、局部介导和大多数蛋白类激素。

<2>根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。

细胞内受体位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性分子；细胞表面受体又可分属三大家族：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶联受体。

<3>信号转导系统的主要特性：
①特异性：细胞受体与胞外配体的识别、结合、效应具有特异性，且受体与配体的结合具有饱和性可逆性特征；细胞信号转导既有专一性又有作用机制的相似性。

②放大效应：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大的级联反应。

最常见的级联放大作用是通过蛋白质磷酸化实现的；
③网络化和反馈调节机制：由一系列正反馈和负反馈环路组成网络特性，对于及时校正反应的速率和强度是最基本的调控机制；
④整合作用：细胞必须整合不同的信息，对细胞外信号分子的特异性组合作出程序性反应；
⑤信号的终止和下调：信号转导过程具有信号放大作用，但这种放大作用又必须受到适度控制，这表现为信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存。

细胞的信号转导具有适应的机制。

当细胞长期暴露在某种形式的刺激下，细胞对刺激的反应将会降低。

3、G-蛋白偶联受体的结构，其介导的信号通路有何特点？
答：G-蛋白偶联受体的结构都含有7个疏水肽段形成的跨膜α螺旋区和相似的三维结构，N 端在细胞外侧，C端在细胞胞质侧，每个跨膜α螺旋由22~24个氨基酸残基组成。

由G-蛋白偶联受体其介导的信号通路有何特点是：
（1）G-蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路可分为三类：①激活离子通道的G-蛋白偶联受体；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP为第二信使的G-蛋白偶联受体；③激活磷脂酶C，以IP3和DAG作为双信使的G-蛋白偶联受体。

（2）该通路具有多个第二信使：IP3、DAG、cAMP和Ca+。

4、何谓信号传递中的分子开关蛋白？举例说明其作用机制。

答：分子开关蛋白是指早信号传递过程中，通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。

细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分两类：一类开关蛋白的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭，许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身，在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。

5、G-蛋白耦联受体介导的信号通路中，以cAMP为第二信使的信号通路和磷脂酰肌醇双信
使信号通路分别是如何实现的？
答：cAMP信号途径：在此途径中，细胞外信号与相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMP水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。

cAMP信号途径具有两种调节模型：
<1>Gs调节模型
当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态，α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结合后，导致Rs构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs 蛋白解离出α亚基和βγ基复合物，并暴露出α亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP 的α亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。

随着GTP的水解α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亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。

<2>Gi调节模型
Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：
①α亚基通过间接方式抑制AC的活性；
②βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化；βγ亚基复合物直接与AC结合，抑制AC活性。

磷脂酰肌醇途径：
在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C，使质膜上PIP2水解成IP3和DG两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”。

其过程如下：
①IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca+浓度升高。

②DG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C。

PKC以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca+浓度升高，PKC便转位到质膜内表面，被DG活化。

③Ca+活化各种Ca+结合蛋白引起细胞反应，钙调素由单一肽链构成，具有四个钙离子结合部位。

结合钙离子发生构象改变，可激活钙调素依赖性激酶。

④IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。

Ca+由质膜上的Ca+泵和Na+-Ca+交换器将抽出细胞，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网。

⑤DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。

6、概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。

答：受体酪氨酸激酶是细胞表面一大类重要受体家族，当配体与受体结合，导致受体二聚化，激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性，随即引起一系列磷酸化级联反应，终至细胞生理和基因表达的改变。

RTK-Ras信号通路是受体酪氨酸激酶所介导的重要信号通路，其基本模式是：配体→RTK→接头蛋白→GRF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKKK→MAPK→进入细胞核→其他激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修饰，对基因表达产生多种效应。

①组成：受体受体酪氨酸激酶家族包括6个亚族。

其胞外配体为可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，还有RTK-Ras信号通路中各种因子。

②特点：
（1）激活机制为受体之间的二聚化、自磷酸化、活化自身；
（2）没有特定的二级信使，要求信号有特定的结构域；
（3）有Ras分子开关的参与；
（4）介导下游MAPK的激活
③功能：RTKS信号通路主要参与控制细胞生长、分化过程。

RTK-Ras信号通路具有广泛的功
能，包括调节细胞的增殖分化，促进细胞存活，以及细胞代谢的调节与校正。

第十章细胞骨架
1细胞骨架的广义和狭义定义，简述细胞骨架的主要功能。

答：细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系：
狭义概念——指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。

广义概念——指细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。

细胞骨架的主要功能：
①维持细胞的一定形态，使细胞得以安居乐业；
②细胞骨架对于细胞内物质运输和细胞器的移动起交通动脉的作用;
③细胞骨架将细胞内基质区域化；
④细胞骨架具有帮助细胞移动行走的功能。

2 简述微管、微丝和中间纤维的结构组成？各有何功能？
答：<1>微丝的主要结构成分是肌动蛋白，其功能为：
①维持细胞形态，赋予质膜机械强度；
②参与细胞运动和变形运动；
③构建微绒毛,增加小肠表面积；
④应力纤维介导细胞间或与基质表面的粘着；
⑤参与胞质分裂；
⑥参与肌肉收缩；
<2>微管由微管蛋白亚基组装而成，每个微管蛋白都是由2个非常相似的球蛋白亚基，即α-微管蛋白和β-微管蛋白，结合而成的二聚体。

其功能为：
①维持细胞形态（微管的基本功能）；
②细胞器的定位；
③细胞内物质的运输；
④鞭毛运动和纤毛运动；
⑤纺锤体与染色体运动；
<3>中间丝的主要结构成分是不同类型的中间丝蛋白，中间丝的核心部分主要由中间丝蛋白的杆状区构成。

中间丝蛋白的中部是由大约310个氨基酸组成的杆状区，两侧是高度多变的N端（氨基端）头部和C端（羧基端）尾部。

两个中间丝蛋白分子平行排列形成双股螺旋的二聚体结构。

中间纤维的功能为：
①增强细胞抗机械压力的能力；
②角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持；
③结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用；
④神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用；
⑤参与传递细胞内机械的或分子的信息；
⑥中间纤维与mRNA的运输有关；
3 归纳作用于微管、微丝的特异性药物。

答：①作用于微丝组装的特异性药物：
（a）细胞松弛素: 切断微丝纤维，并结合在微丝正极，抑制肌动蛋白加到微丝纤维上，阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。

（b）鬼笔环肽: 与微丝侧面结合,使微丝纤维稳定而抑制其功能。

荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。

②作用于微管特异性药物：
（a）秋水仙素: 阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺锤体结构。

（b）紫杉醇: 能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。

名词：
微管组织中心（MTOC）：在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构。

马达蛋白：是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，它负责细胞内的一部分物质或者整个细胞的宏观运动。

踏车现象：在一定条件下,微管一端发生装配使微管延长,而另一端则去装配而使微管缩短,当两端速度相等，微管的长度保持稳定，这种现象称为踏车行为。

第十一章细胞核和染色体
1 染色质的组成成分包括哪些？染色体DNA的三种功能元件及其作用是什么？
答：染色质的组成成分包括DNA、组蛋白、非组蛋白以及少量的RNA。

染色体DNA的三种功能元件及其作用如下：
①DNA复制起点：确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞遗传世代传递中的连续性；
②着丝粒：实习报告分裂时已完成父子的染色体能够平均分配到子细胞中；
③染色体两端的端粒：保持染色体的独立性和稳定性。

2试述核孔复合物的结构和功能。

答：核孔复合体主要包括一下四种结构成分：
①胞质环：位于核孔边缘的胞质面一侧；
②核质环：位于核孔边缘的核质面一侧，成核篮结构；
③辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重结构，可进一步分为3个结构域：柱状亚单位、腔状亚单位和环状亚单位。

④栓（中央栓）：位于核孔中心，呈颗粒状或棒状。

从功能上讲，核孔复合体可以看做是一种特殊的跨膜运输的蛋白复合体，并且是一个双功能、双向性的亲水核质交换通道。

双功能表现在它有两种运输方式：被动扩散和主动运输；双向性表现在既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒（RNP）的出核转运。

名词：
核被膜：位于细胞核的最外层，由内外两层平行但不连接的单位膜构成，是细胞核与细胞质之间的界膜。

核纤层：位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络，主要由1至3种核纤层蛋白多肽组成。

核定位信号（NLS）：位于核质蛋白C端，一段可引导蛋白质通过核孔复合体进入细胞核的氨基酸序列。

常染色质：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态, 用碱性染料染色时着浅的染色质。

异染色质：指在整个间期, 仍然保持折叠压缩,处于聚缩状态, 碱性染料染色时着色较深的染色质组分。

约占基因组10%，分布于端粒和着丝粒。

核仁周期：在细胞周期中，分裂前期时核仁变小，并逐渐消失；末期时，重新开始核仁形成。

核仁这种进行分离和重新聚合的过程，称为核仁周期。

第十二章核糖体
1 核糖体上有哪些与蛋白质合成相关的结合位点和催化位点？
答：核糖体上有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：
①与mRNA结合的位点：蛋白质的起始合成先需要mRNA与大小亚基结合。

原核生物中，核糖体与mRNA的结合位点位于16S rRNA的3’端，其准确识别的基础是细菌mRNA上一段特殊的SD序列；真核生物中没有SD序列，核糖体大小亚基准确识别的基础主要依赖于mRNA
5 ’端的甲基化帽子结构；
②A位点（氨酰基位点）：与新参入的氨酰-tRNA结合的位点；
③P位点（肽酰基位点）：与延伸中的肽酰-tRNA结合的位点；
④E位点：脱氨酰tRNA离开A位点到完全释放的一个位点；
⑤与肽酰-tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶的结合位点；
⑥肽酰转移酶的结合位点；
⑦与蛋白质合成有关的其他起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点。

2 核糖体的基本类型有哪些？简述其结构。

答：核糖体有两种基本类型：原核生物核糖体和真核生物核糖体；
原核细胞的核糖体较小，沉降系数为70S，相对分子质量为2.5MDa，由50S和30S两个亚基组成。

典型的原核生物大肠杆菌核糖体是由50S大亚基和30S小亚基组成的。

50S大亚基含有34多肽链和两种RNA分子，相对分子质量大的rRNA的沉降系数为23S，相对分子质量小的rRNA为5S。

30S小亚基含有21多肽链和一个16S的rRNA分子。

真核细胞核糖体的沉降系数为80S，相对分子质量为3.9～4.5MDa，大亚基为60S，小亚基为40S。

在大亚基中，有大约49种蛋白质，另外有三种rRNA∶28S rRNA、5S rRNA和5.8S rRNA。

小亚基含有大约33种蛋白质，一种18S的rRNA。

在完整的核糖体中，rRNA约占2/3，折叠成高度压缩的三维结构，构成核糖体的核心；核糖体蛋白质约为1/3，通常定位在核糖体的表面，而其伸展的多肽链尾部则伸入核糖体内的rRNA分子中。

名词：
核酶：是具有催化功能的RNA分子，是生物催化剂，可降解特异的mRNA序列。

多聚核糖体：是指合成蛋白质时，多个甚至几十个核糖体串联附着在一条mRNA分子上，
形成的似念珠状结构，使得一条mRNA在几乎同一时间被多个核糖体利用，同时合成多条肽链。