细胞生物学资料：第十一章 细胞核与染色体

中山大学生命科学学院

细胞生物学模拟试卷

第十一章细胞核与染色体

任课教师：

命题人：10349001

命题时间：2013年1月5日

姓名：专业：______________

一、填空题（每题1分，共10分）

1.核被膜的结构比较复杂，它由外核膜、内核膜、核周腔、____________、和

核纤层五个部分组成。

2._____________是另外一种形式的信号肽，这种信号肽序列可以位于多肽序

列的任何部分。一般含有4~8个氨基酸，作用是帮助核蛋白进入细胞核，这种入核信号与导肽有许多重要的区别。

3.分子伴侣一定不是最终组装完成的结构的组成部分，但不一定就是一个独立

的实体，如一些蛋白水解酶的前序列以及一些核糖核蛋白体的加工前的部分对于这些酶的折叠和成熟时必须的，因此把他们称作_______________。4.DNA有三种构型，其中_____________是右手螺旋的DNA并且也是最稳定

的DNA。

5._____________是真核生物在有丝分裂和减数分裂时，两个姐妹染色单体附

着的区域，含有11个高度保守的碱基序列：-TGATTCCGAA-，功能是形成着丝粒，均等分配两个子代染色单体。

6._______________是最早在原核基因的激活蛋白和阻遏蛋白中发现的调控蛋

白，有两个相同的α螺旋，中间被一段非螺旋的肽隔开。

7.核小体又被称为核体、核粒，是染色质基本结构单位。由200个左右碱基对

的DNA和5中组蛋白结合而成，其中四种组蛋白__________________各2分子组成八聚体的小圆盘。

8.______________是染色体中连接两个染色单体、并将染色单体分为短臂和长

臂的结构。

9.___________是卵母细胞进行第一次减数分裂时，停留在双线期的染色体。

10.核仁包括三个不完全分隔的结构：纤维中心、_____________、颗粒区。

二、判断题，正确用T表示, 不正确用F表示(每题1分，共10分)

1.核孔复合体因为口径比较多，所以介导的运输方式为被动运输。（）

2.核质蛋白是一种丰富的核蛋白，具有头尾两个不同的结构域，由5个单体组

成，分子质量为165kDa，是耐热性可溶蛋白。（）

3.分子内伴侣具有高度的专一性，通过水解作用释放，不需要ATP。（）

4.驱动蛋白质折叠和组装耳朵主要作用来自于蛋白质疏水区域间的疏水作用。

（）

5.组蛋白具有一定的保守性，尤其是H2A和H2B是已知的蛋白质中最保守的。

（）

6.反式作用因子就是指DNA上面的一些元件，如增强子、沉默子等。（）

7.核酸酶超敏感位点是染色质DNA中对Dnase I表现出高度敏感的区域，缺少

核小体。（）

8.染色体组装的顺序为：DNA、核小体、螺旋管、超螺旋管、染色体。（）

9.核仁主要功能是进行rRNA的合成，并且是由专一的RNA聚合酶I负责转

录的。（）

10.核纤层是染色质复制时附着的位点。（）

三、问答题（每题4分，共20分）

1.分子伴侣种类很多, 它们在结构上具有哪些共同的特点?

2.举例说明分子伴侣在应激反应中的作用。

3.举例说明分子伴侣是如何参与信号转导?机理如何?

4.5种组蛋白在结构和功能上有什么异同?

5.灯刷染色体形成的生物学意义何在?

四、看图描述（每题10分，共20分）

1.试述核被膜的超微结构及功能？

2.根据对核蛋白运输机制的研究及相关蛋白的发现, 提出了核蛋白的运输模型,

请对这一模型作出文字说明(PCC1:Ran nucleotide-exchange factor1)。

五、材料分析题（每题20分，共40分）

1.Assuming that 32 million histone octamers are required to package the human

genome, how many histone molecules must be transported per second per pore complex in cells whose nuclei contain 3000 nuclear pores and are dividing once per day?

2.Assuming that the 30-nm chromatin fiber contains about 20 nucleosomes (200

bp/nucleosome) per 50 nm of length, calculate the degree of compaction of DNA associated with this level of chromatin structure. \A4rat fraction of the 10,000-fold condensation that occurs at mitosis does this level of DNA packing represent?

参考答案：

一、填空题

1.核孔复合体

2.核定位信号

3.分子内伴侣

4.B型DNA

5.着丝粒序列

6.螺旋-转角-螺旋基序

7.H2A、H2B、H3、H4

8.着丝粒

9.灯刷染色体

10.致密纤维组分

二、判断题

FTTTF FTTTT

三、问答题

1.答: 共同点有:①家族成员具有高度保守性如Hsp70家族是由一类高度保守

的蛋白质组成，广泛分布于真核生物和原核生物中。在果蝇、酵母、鸡、哺乳动物、锥虫和细菌等生物细胞中检测发现，甚至在具有最远亲缘关系的真核生物中的Hsp70的序列一致性也达到了50％。而原核生物的分子伴侣Dnak

与真核生物的分子伴侣Hsp70同源性也高达50％。Hsp60家族中大肠杆菌细胞质分子伴侣GroEL与真核生物线粒体基质分子伴侣cpn60的同源性达到60％。②家族成员结构上具有相似性如Hsp70家族成员都折叠成两个功能结合区域?ATP结合域和底物结合结构域；结晶X－射线分析和电镜观察Hsp60家族中GroEL与cpn60的结构，发现它们都是由十四个相对分子质量60kDa 的蛋白质亚基构成两个七元环，再堆叠形成圆筒状的14－聚体，中央形成空穴，推测空穴与它们帮助蛋白质折叠的功能有关，可能是提供折叠的场所。

③组成型表达家族成员大部分在体内为组成型表达，在刺激条件下会被进一

步诱导。Hsp60、Hsp70、Hsp90在细胞内含量丰富，正常情况下GroEL可占细胞总蛋白质含量的1～2％，热诱导下最高可达10～15％；cpn60占线粒体基质蛋白质总量的1％。也有例外，如Hsp70家族成员Hsp72只是诱导产物，正常情况下在细胞中含量很低。这与它们在细胞中所起的作用有关。④家族成员都具有可被底物激活和增强的弱的ATP酶活性这一特性与它们在作用过程中与ATP结合水解循环过程偶联有关，Hsp70的K＋依赖的ATP 酶活性在它与底物结合时增加2～20倍。

2.答: 这方面的例子很多。如大肠杆菌中DnaK基因缺失严重地降低了细胞在

30℃的生长速度，在40℃则生长完全被抑制。野生型的大肠杆菌在42℃条件下预处理5分钟将明显提高菌株在50℃条件下的存活率。酵母Hsp104基因突变体暴露在50℃下几分钟其死亡的速率是野生型细胞的100～1000倍，同时这种突变体对乙醇的耐受力下降了1000倍。用人类组成型表达的Hsp70基因转化的鼠细胞和猴细胞，明显提高了耐热能力。对于热激蛋白在热休克反应（heat shock response)中的作用机制已研究得比较深入，但还不能准确描述其中关键的生物过程。免疫荧光标记法确定真核生物的Hsp70集中于膜上、核质和核仁中，同时在酵母无细胞提取液中纯化的Hsp70可以修复因热诱导被破坏的核功能如mRNA的剪接。热休克后的果蝇属（Drosophila)生物组成型表达的Hsp70可以加快核形态的恢复，对脊椎动物进行微注射Hsp70可使mRNA在短时热激条件下存活能力提高。热处理主要是破坏mRNA合成、rRNA合成和蛋白质的合成与降解。由此可见分子伴侣在热激反应中的作用首先是恢复细胞转录和翻译的机能。Sherman和Goldberg等人的研究结果表明分子伴侣DnaK等不仅可与变性蛋白结合，阻止它们聚集，还作为蛋白酶酶解的识别要素，使被破坏的蛋白质能被快速降解掉，减少了被破坏的蛋白与功能蛋白间发生有害作用的可能性，防止不溶蛋白聚集积累，同时无功能蛋白质释放的游离的氨基酸可供新的蛋白质的合成。说明分子伴侣不能帮助未折叠的中间物获得正确的折叠途径时，它们就加速中间物的降解，保证体内环境的稳定。

3.答: 研究证明, 一些脂溶性信息分子在细胞质中的受体有三个位点：同信息

分子结合的位点(hormone binding site)、同DNA结合的结构域(DNA binding domain)以及核定位信号位点(nuclear localization), 所以受体本身就是核定位蛋白。当细胞未受到激素激活时, 受体是同伴侣蛋白结合在一起的, 核定位信号和DNA结合位点都被隐蔽起来。当细胞受到信号分子作用(如激素), 脂溶性的激素进入细胞质, 同相应受体上的激素结合位点结合, 使受体同伴侣蛋白脱离, 露出核定位信号位点和DNA结合位点。然后, 核定位蛋白通过核孔进入细胞核, DNA结合位点同染色体上的DNA结合, 启动基因的表达。

例如糖皮质(激)素受体(glucocorticoid receptor), 其本身就是一个基因表达的

调节蛋白, 在没有激素作用时, 同分子伴侣Hsp90结合, 存在于细胞质中。

当细胞受到激素作用后, 激素进入细胞质, 并同受体结合, 使之与伴侣蛋白分开, 这样, 受体可进入细胞核调控基因的表达。

4.答: 组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白, 是一类小分子碱性蛋白质,

有五种类型：H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4（表11-4），它们富含带正电荷的碱性氨基酸, 能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。5种组蛋白在功能上分为两组:一组是核小体组蛋白(nucleosomal histone), 包括H2A、H2B、H3和H4, 这四种组蛋白相对分子质量较小(102～135个氨基酸残基), 它们的作用是将DNA分子盘绕成核小体。它们没有种属及组织特异性, 在进化上十分保守, 特别是H3和H4是所有已知蛋白质中最为保守的。H1属于另一组组蛋白, 它不参加核小体的组建, 在构成核小体时起连接作用, 并赋予染色质以极性。H1有一定的组织和种属特异性。H1的相对分子质量较大, 有215个氨基酸残基, 在进化上也较不保守。

5.答: 灯刷染色体的形态与卵子发生过程中营养物储备是密切相关的。大部分

DNA以染色粒形式存在, 没有转录活性, 而侧环是RNA转录活跃的区域, 一个侧环往往是一个大的转录单位, 有的是由几个转录单位构成的。灯刷染色体侧环上的RNA主要是mRNA, mRNA与蛋白质结合形成无活性的RNP 颗粒, 这些颗粒贮存在卵母细胞中, 以便受精之后使用。与DNA结合并贮存起来的蛋白主要是转录因子, 如FRGY2, 在卵母细胞生长过程可选择性地调节基因表达。灯刷染色体除了具有合成和贮存的作用外, 对于卵子发生期的核糖体合成有重要作用。在卵子发生的生长期, 需要大量的核糖体。细胞核必须供给大量的核糖体RNA给细胞质体积已经很大的卵母细胞,势必给细胞核中核糖体基因的转录带来严重的负担。为缓解这一问题, 需要选择性地扩增rRNA基因, 其结果, rRNA基因的拷贝数成千倍的增加, 这就相当于增加了核仁的数量。

四、看图描述

1.答：核被膜是包被核内含物的双层膜结构，电镜下的结构组成包括外核膜、

内核膜、核间隙、核纤层和核孔复合体。①外核膜：厚约6～8nm，其胞质面有的部分附有核糖体，结构类似粗面内质网。外核膜并认为是内质网膜的特化区域，外表面亦有核糖体附着，可进行蛋白质的合成。外核膜的外表面可见有中间纤维形成的细胞骨架网络，与细胞核在细胞内的定位有关。②内核膜：是核被膜中面向核质的一层膜，较外核膜平整光滑，与外核膜平行排列，外表面无核糖体附着。其内侧有一层致密的纤维状网络叫做核纤层。③核周隙：内外核膜之间的腔隙，宽约20～40nm，内含多种蛋白质和酶。④核孔：是内外膜相互融合而成的圆环状结构。电镜下显示为复杂而有规律的结构，由一组蛋白质颗粒以特定方式排列而成，成为核孔复合体。⑤核纤层：是附着于内核膜下的纤维蛋白网。此层电子密度较大，是由10nm粗细的中间丝纵横排列交织成网的纤维蛋白质，一侧结合于内核膜的特殊部位，另一侧与染色体的特殊位点结合。对核膜有支持作用，并与染色质及核组装有密切关系。核被膜具有以下多种功能：①核被膜是细胞核和细胞质之间的屏障，内、外核膜的脂质双层分子可阻挡极性分子通过，并有避磁、避电及保持核内pH的作用；②核周隙是物质之间理化缓冲区，维持核内DNA复制，转

录活动的稳定微环境；③核被膜有物质交换作用，核质之间的水、离子、甘油、蔗糖等小分子物质可迅速通过核膜，而大分子物质可以主动运输、膜泡方式转运；④核被膜上附有多种三大代谢所需的酶和能量代谢酶，与DNA 复制、转录、蛋白质合成有关的酶都位于核膜；⑤核膜还是基因表达调控的阀门，核内信息通过mRNA经核孔流向细胞质，控制蛋白质的合成，因而核孔可控制信息流量。核孔同时还可介导细胞核与细胞质间的物质运输。2.答: 按照这一推测的模型，在细胞质中的核运输蛋白α、核运输蛋白β和货

物蛋白（cargo protein）相互作用形成一个运输复合物，其中运输蛋白α亚基识别并与NLS结合。而运输蛋白β亚基与核孔复合物作用，将复合物转运到细胞核中。在此过程中需要消耗ATP。在细胞核中，Ran?GTP（一种小GTP结合蛋白）与输入蛋白β亚基相互作用，导致货物蛋白与复合物脱离，成为细胞核中的游离蛋白。为了进行下一个运输循环，输入蛋白α亚基和输入蛋白β亚基-Ran?GTP复合物重新回到细胞质。细胞质中的Ran?GTP-激活蛋白（RanGAP）将Ran?GTP转变成Ran?GDP, 并使Ran?GDP与输入蛋白β亚基脱离，游离的输入蛋白β亚基和α亚基一起参与新的具有NLS信号的入核蛋白的运输。而Ran?GDP可通过核孔复合物回到细胞核中，在Ran 核苷交换因子1(Ran nucleotide-exchange factor1,RCC1)的作用下，释放GDP, 重新结合GTP。

五、材料分析题

1.

2.