细胞生物学复习资料整理

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绪论

名词解释

细胞生物学：细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等重大生命过程。

细胞：细胞是生物体结构与功能的基本单位。

细胞学说：细胞学说是由施旺和施莱登两人共同提出，并由一系列的学者进行修正的学说，其基本内容包括：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物构成；每个细胞是一个相对独立的单位，既有“它自己”的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。

问答题

细胞生物学的发展历史大致可划分为哪几个阶段

细胞生物学的发展大致可划分为5个阶段：

• 细胞的发现
• 细胞学说的建立
• 细胞学的经典时期
• 实验细胞学与细胞学的分支及其发展
• 细胞生物学学科的形成与发展

如何理解细胞是生命活动的基本单位

• 细胞是构成有机体的基本单位；
• 细胞是代谢与功能的基本单位；
• 细胞是有机体生长与发育的基础；
• 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁；
• 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。

故细胞是生命活动的基本单位。

比较真核细胞与原核细胞

真核细胞与原核细胞最根本的区别可以归纳为两条：

• 生物膜系统的分化与演变：

​ 真核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为两个独立的部分——细胞核与细胞质，细胞质内又以膜系统为基础分隔为结构更精细、功能更专一的单位——各种重要的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。细胞骨架为细胞内部空间布局提供了支架。

• 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化：
  • 真核细胞的基因组一般远远大于原核细胞的，作为遗传信息载体的DNA 也由原核细胞的环状单倍性变为线状多倍性；
  • 原核细胞基因表达的调控主要以操纵子的形式来进行，这种简单的调控方式能适应多种不利环境，进行快速调节，真核细胞因细胞核的存在，使表达实现了多层次调控；
  • 真核生物有不编码任何蛋白质或RNA 的基因间隔序列和内含子；
  • 真核细胞拥有多条DNA 分子， 并且DNA 与蛋白质形成交替存在的染色质和染色体；
  • 真核细胞发展出一整套由酶和调控蛋白组成的复杂精密的体系，严格调控细胞增殖，原核细胞的增殖没有严格阶段，也没有染色质与染色体结构的交替，更无纺锤体的出现。

病毒与细胞在起源上的可能关系有几种？目前哪种观点更有说服力，有哪些证据？

起源上目前存在3种主要观点：

• 生物大分子→病毒→细胞
• 生物大分子→细胞、病毒
• 生物大分子→细胞→病毒

目前，第二与第三种比较易于接受，第三种观点得到了更多实验结果的支持：

• 在原核细胞中，环形DNA 分子的附加体可以质粒的形式在细胞中复制，也可以整合在细菌的染色体中。其行为与细菌病毒λ噬菌体类似。
• 真核生物中，尤其是脊椎动物中普遍存在的第二类反转录转座子的两端具有长末端重复序列，其结构与整合于细胞基因组上的反转录病毒十分相似。二者可能有相同的起源。
• 已有的证据表明，有些病毒（如腺病毒）的核酸与哺乳动物细胞DNA 某些片段的碱基序列十分相似。

细胞质膜

名词解释

生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。

桥粒：桥粒是连接相邻细胞间的锚定连接方式， 最明显的形态特征是细胞内锚蛋白形成独特的盘状致密斑， 一侧与细胞内的中间丝相连， 另一侧与跨膜黏附性蛋白质相连， 在两个细胞之间形成纽扣样结构， 将相邻细胞铆接在一起。

脑磷脂：磷脂酰乙醇胺，是3-磷酸甘油的衍生物。

问答题

质膜是否具流动性？请设计实验证明。

质膜具有流动性。可以使用荧光漂白恢复技术证明：

• 首先用荧光物质标记膜蛋白或膜脂
• 然后用激光束照射细胞表面某一区域， 使被照射区域的荧光悴灭变暗形成一个漂白斑。
• 如果悴灭区域的亮度逐渐增加， 最后恢复到与周围的荧光光强度相等，则说明质膜具有流动性。

简述生物膜的基本成分与结构模型

生物膜的基本成分有膜脂和膜蛋白

• 膜脂是生物膜的基本组成成分，主要包括甘油磷脂、鞘脂和固醇3种基本类型
• 膜蛋白赋予生物膜非常重要的生物学功能。根据膜蛋白分离的难易程度及其与脂分子的结合方式，可分为：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白3种基本类型。

生物膜的结构模型根据提出顺序有“蛋白质—脂质—蛋白质” 的三明治式模型、单位膜模型、流动镶嵌模型和脂筏模型。
流动镶嵌模型主要强调：

• 膜的流动性， 即膜蛋白和膜脂均可侧向运动。
• 膜蛋白分布的不对称性， 有的结合在膜表面， 有的嵌入或横跨脂双分子层。

脂筏模型是对膜流动性的新的理解。在甘油磷脂为主体的生物膜上， 胆固醇、鞘磷脂等富集区域形成相对有序的脂相， 如同漂浮在脂双层上的“脂筏”一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。

什么是去垢剂？分为哪几类？去垢剂的主要作用是什么？

去垢剂是一端亲水、一端疏水的两性小分子，是分离与研究膜蛋白的常用试剂。

去垢剂分为离子型去垢剂（如SDS）和非离子型去垢剂（如Triton X-100）两种类型。

去垢剂可以插入膜脂， 与膜脂或膜蛋白的跨膜结构域等疏水部位结合， 形成可溶性的微粒。多用于膜蛋白的分离与纯化。

生物膜的不对称性主要体现在哪几个方面？生物学意义是什么？

生物膜的不对称性主要体现在：

• 同一种膜脂在脂双层中的分布不同
• 同一种膜蛋白在脂双层中的分布都有特定的方向或拓扑学特征
• 糖蛋白和糖脂的糖基部分均位于细胞质膜的外侧

生物膜的不对称性的生物学意义：

• 糖脂的不对称分布是完成其生理功能的结构基础；
• 磷脂分子不对称分布的原因和生物学意义还不很清楚；
• 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。

根据功能不同，细胞连接可以分为哪几类？各有什么特点？

可分为：封闭连接、锚定连接、通讯连接

• 封闭连接：将相邻上皮细胞的质膜紧密地连接在一起， 阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。紧密连接是这种连接的典型代表。
• 锚定连接：通过细胞膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞， 或细胞与胞外基质间黏着起来。根据直接参与细胞连接的细胞骨架纤维类型的不同，锚定连接又分为与中间丝相关的锚定连接与肌动蛋白纤维相关的锚定连接。前者包括桥粒和半桥粒；后者主要有黏着带和黏着斑。当细胞形成组织后，由于细胞间或者细胞与胞外基质间通过锚点连接分散作用力。从而增强细胞承受机械力的能力。
• 通讯连接：介导相邻细胞间的物质转运、化学或电信号的传递， 主要包括动物细胞间的间隙连接、神经元之间或神经元与效应细胞之间的化学突触和植物细胞间的胞间连丝。

物质的跨膜运输

名词解释

载体（蛋白）：膜上一类转运蛋白，可特异的、可逆的与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。

网格蛋白：由3个二聚体形成三脚蛋白复合体，每个二聚体包括1条相对分子质最为1.8×10⁵ 的重链和1条3.5×10⁴~4×10⁴的轻链，是包被的结构单位。

膜泡运输：大分子及颗粒物质不能直接通过细胞膜，而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成转运过程，称膜泡运输。

水孔蛋白：是一类具有6个α螺旋区的蛋白质家族， 通常形成四聚体的膜蛋白以行使其转运水或甘油等分子的功能。

问答题

简述被动运输与主动运输二者之间有哪些相同点和不同点。

相同点：都需要蛋白质载体

不同点：

• 主动运输需要消耗能量，而被动运输不需要消耗能量;
• 被动运输是顺电化学梯度或浓度梯度，而主动运输一般是逆着电化学梯度或浓度梯度

离子通道可以分为哪几种？作用机制分别是什么？

离子通道可分为三种，分别是电压门通道、配体门通道和应力激活通道

• 电压门通道：带电荷的蛋白质结构域会随跨膜电位梯度的改变而发生相应的移动， 从而使离子通道开启或关闭。
• 配体门通道：细胞内外的某些小分子配体与通道蛋白结合继而引起通道蛋白构象改变， 从而使离子通道开启或关闭。
• 应力激活通道：通道蛋白感应应力而改变构象，从而开启通道形成离子流， 产生电信号

根据能量来源的不同，主动运输可以分为哪几类？

由ATP 直接提供能量（ATP 驱动泵）、间接提供能量（协同转运或偶联转运蛋白）以及光驱动泵3种基本类型。

简述钠钾泵（钠钾ATP酶）的特点及其主要生理功能。

特点：

• 由2 个α和2个β亚基组成四聚体
• 每个循环消耗一个ATP 分子，可以逆着电化学梯度泵出3个Na⁺和泵入2个K⁺
• 由ATP 直接提供能量的主动转运，而非协同转运

Na⁺-K⁺泵主要生理功能：

• 维持细胞膜电位：每一个工作循环下来，Na⁺-K⁺泵将从细胞泵出3 个Na⁺并泵入2个K⁺， 对膜电位的形成起到了一定作用。
• 维持动物细胞渗透平衡：Na⁺-K⁺泵不断地将Na⁺泵到胞外维持了细胞的渗透平衡。还有Cl^-（靠膜电位停留在胞外） 参与维持动物细胞渗透压平衡。
• 吸收营养：动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物吸收的能量由蕴藏在Na⁺电化学梯度中的势能提供。

以LDL为例，简述受体介导的胞吞作用的过程。

• 胆固醇在血液中的运输通过与磷脂和蛋白质结合形成低密度脂蛋白（LDL）
• LDL与细胞表面的LDL受体特异地结合形成受体——LDL复合物
• 通过网格蛋白包被膜泡的内化作用进入细胞
• 经脱包被作用并与胞内体融合
• 胞内体的低pH环境可引起LDL与受体分离
• 胞内体以出芽的方式形成含有受体的小囊泡，返回细胞质膜，受体重复使用
• 含有LDL 的胞内体与溶酶体融合，LDL被水解， 释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用。


细胞质基质与内膜系统

名词解释

内膜系统：是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层膜包被的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。

细胞质基质：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，占据着细胞膜内、细胞核外的细胞内空间，称细胞质基质。

分子伴侣：存在于细胞质基质或细胞器中，可以识别正在合成或部分折叠的多肽，并与之某些部位结合，协助其转运、正确折叠或装配的一类蛋白质，但其本身不参与终产物的形成。

蛋白酶体：是细胞内降解蛋白质的大分子复合体，由约50种蛋白质亚基组成相对分子质量为2×10⁶ ~ 2.4×10⁶，富含ATP 依赖的蛋白酶活性，其功能然若细胞内蛋白质破碎机。

微体：过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器。

问答题

细胞质基质的主要功能是什么？

1. 完成许多中间代谢过程：如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醋酸途径、糖原的合成与部分分解过程等。
2. 为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所
3. 与细胞质骨架的相关功能：
   • 细胞质骨架维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输及能量传递有关；
   • 细胞质骨架是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点
4. 与细胞膜的相关功能：
   • 细胞内的各种膜相细胞器使细胞质基质产生区室化，从而通过生物膜结构将蛋白质等生物大分子限定在膜的二维平面上，促进反应高效而有序地进行；
   • 依靠细胞膜或细胞器膜上的泵蛋白和离子通道维持细胞内外跨膜的离子梯度，依靠细胞膜某些协同转运蛋白调节细胞质基质的pH ，维持细胞内环境稳定。
5. 与蛋白质的修饰和选择性降解等方面有关：
   • 蛋白质的修饰：辅酶或辅基与酶的共价结合；磷酸化与去磷酸化；蛋白质糖基化作用；甲基化修饰；酰基化。
   • 控制蛋白质的寿命
   • 降解变性和错误折叠的蛋白质
   • 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象

简述蛋白质降解的泛素化途径。

• 泛素活化酶(E1) 通过形成酰基－腺甘酸中介物使泛素分子C端被激活， 该反应需要ATP；
• 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；
• 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。


内质网可以分为哪2类？详细说明内质网的功能有哪些？

内质网可分为糙面内质网和光面内质网

1. 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能。在糙面内质网上，多肽链边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔，以这类方式合成的蛋白质主要包括：向细胞外分泌的蛋白质；膜的整合蛋白；细胞器中的可溶性驻留蛋白。
2. 光面内质网是脂质合成的重要场所。内质网合成细胞需要包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。
3. 蛋白质修饰与加工。
   • 发生在内质网和高尔基体的蛋白质糖基化；
   • 在内质网发生二硫键的形成；
   • 蛋白质折叠和多亚基蛋白的装配；
   • 在内质网、高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割；
   • 在内质网的胞质侧发生的蛋白质修饰酰基化；
   • 少数蛋白发生，新生肽的脯氨酸和赖氨酸要进行羟基化，形成羟脯氨酸和羟赖氨酸。
4. 新生多肽的折叠与组装。
   • 内质网中有一种蛋白二硫键异构酶（PDI），它附着在内质网膜腔面上，可以切断二硫键，从而帮助新合成的蛋白质重新形成二硫键并产生正确折叠的构象。
   • 内质网含有一种结合蛋白(Bip)，是属于Hsp70家族的分子伴侣，在内质网中有两个作用：Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合，或者识别错误折叠的蛋白质或未装配好的蛋白质亚单位，并促进它们重新折叠与装配；防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。
5. 内质网的其他功能。
   • 肝细胞中的光面内质网中还含有一些酶具有解毒作用
   • 心肌细胞和骨胳肌细胞中含有发达的特化的光面内质网（肌质网）是储存Ca²⁺的细胞器，对Ca²⁺具调节作用。
   • 某些合成固醇类激素的细胞光面内质网非常丰富，其中含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列的酶。

N-连接糖基化与O-连接糖基化的主要区别是什么？

特征	N-连接	O-连接
合成部位	糙面内质网和高尔基体	高尔基体
合成方式	来自同—个寡糖前体	—个个单糖加上去
与之结合的氨基酸残基	天冬酰胺	丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸
最终长度	至少5 个糖残基	一般1~4个糖残基，但ABO 血型抗原较长
第一个糖残基	N-乙酰葡糖胺	N-乙酰半乳糖胺等

高尔基体的主要功能包括哪几方面？

1. 高尔基体与细胞的分泌活动：分泌性蛋白、多种细胞质膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原等胞外基质成分，其定向转运过程都是通过高尔基体完成的。
2. 蛋白质的糖基化及其修饰：大多数蛋白质或膜脂的糖基化修饰和与高尔基体有关的多糖的合成，主要发生在高尔基体。
3. 蛋白酶的水解和其他加工过程：有些多肽，经特异性水解才成为有生物活性的多肽。

根据处于完成生理功能的阶段的不同，溶酶体可以分为哪几类？溶酶体的功能是什么？结合高尔基体的功能，谈谈溶酶体是如何发生的？

大致可分为初级溶酶体、次级溶酶体、残质体

溶酶体的功能：

1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
2. 防御功能
3. 作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养
4. 在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，参与分泌过程的调节
5. 某些特定细胞程序性死亡，死亡后的细胞被周围吞噬细胞溶酶体消化清除。
6. 参与受精过程中的顶体反应

溶酶体的发生：

1. 溶酶体酶在糙面内质网上合成并经N－连接的糖基化基础修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成甘露糖-6-磷酸(M6P)；
2. 在高尔基体的反面膜囊和TGN 膜上存在M6P的受体，溶酶体酶与其他蛋白质区分开来，并得以浓缩。
3. 以出芽的方式形成网格蛋白/AP包被膜泡转运到溶酶体中；
4. 进入前溶酶体的酸性环境后，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体。

细胞骨架

名词解释

细胞骨架：是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。

微丝：是指真核细胞中由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维。

微管：是指由微管蛋白亚基组装而成的管状结构。

踏车行为：是指微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极则由于肌动蛋白亚基去组装而缩短的现象。

微管组织中心：是指在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构，主要包括中心体、纤毛基部、鞭毛基部。

问答题

细胞质骨架包括哪3种结构组分？每一种组分的结构成分包括哪些蛋白？各有什么功能？

细胞骨架主要包括微丝(MF)、微管(MT) 和中间丝(IF) 3种结构组分。

微丝

结构成分：主要结构成分是肌动蛋白，其在细胞内有两种存在形式，即肌动蛋白单体（又称球状肌动蛋白)和由单体组装而成的纤维状肌动蛋白。

功能：

• 维持细胞形态；
• 赋予质膜机械强度；
• 细胞运动；
• 构成微绒毛、应力纤维；
• 参与胞质分裂；
• 参与肌肉收缩等

微管

结构成分：α/β-微管蛋白二聚体是细胞质内游离态微管蛋白的主要存在形式， 也是微管组装的基本结构单位

功能：

• 构成细胞的网状支架，维持细胞的形态；
• 参与细胞内物质运输；
• 细胞器的定位；
• 构成纤毛、鞭毛，参与细胞的运动；
• 纺锤体和染色体运动;

中间纤维

结构成分，有6种主要类型：

1. 角蛋白，单体分为：酸性角蛋白（Ⅰ型）、中性或碱性角蛋白（Ⅱ型）。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维；

2. Ⅲ型中间丝，波形蛋白、结蛋白、微管成束蛋白、胶质丝酸性蛋白与外周蛋白；

3. Ⅳ型中间丝，包括3种神经丝蛋白亚基和α-介连蛋白；

4. Ⅴ型中间丝蛋白，核纤层蛋白A及其剪切体核纤层蛋白C 与核纤层蛋白B1和B2；

5. Ⅵ型中间丝蛋白，巢蛋白与desmuslin ；

6. 晶状体中发现的phakinin/CP49和丝晶蛋白属于“孤儿”类型。

功能：

• 细胞抗机械压力的能力；
• 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持；
• 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；
• 神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用；
• 参与传递细胞内机械的或分子的信息；
• 中间纤维与mRNA的运输有关；
• 与细胞分化有关：形成跨膜信息通道。

依赖于微管的马达蛋白包括哪几类？各有什么特点？简述微管与细胞内物质运输之间的关系。

依赖于微管的马达蛋白包括驱动蛋白和胞质动力蛋白

驱动蛋白特点

1. 是一条长80nm 的杆状结构，头部一端有两个呈球状的马达结构域，另一端是重链和轻链组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区。
2. 驱动蛋白具有许多超家族
3. 驱动蛋白的行为与其马达结构域在多肽链中的位置有关，大多数以微管为轨道由微管负端向微管正端运送货物，是正端走向的微管发动机
4. 大部分驱动蛋白可通过多肽链上一段卷曲螺旋相互作用而形成同源二聚体

细胞质动力蛋白特点

1. 细胞质动力蛋白是由一个相对分子质量接近1.5×10⁶的巨大蛋白复合物组成，含多个多肽亚单位： 两条具有ATP酶活性的使其沿微管移动的重链，两条中间链和一些轻链。
2. 动力蛋白是已知马达蛋白中最大、移动速度最快的成员。
3. 细胞质动力蛋白只有两个重链家族成员，Dync1 h1和Dync1 h2 。
4. 细胞质动力蛋白以微管为轨道由微管正端向微管负端运送货物，是负端走向的微管发动机

微管是细胞内物质运输之间的轨道

影响微丝、微管组装的特异性药物有哪些？各有什么特点？

影响微丝的有细胞松弛素和鬼笔环肽等。

• 细胞松弛素与微丝结合后可以将微丝切断，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显影响，因而用细胞松弛素处理细胞可以破坏微丝的网络结构，并阻止细胞的运动。
• 鬼笔环肽与微丝表面有强亲和力，但不与肌动蛋白单体结合，能阻止微丝的解聚，使其保持稳定状态。

影响微管的有秋水仙素和紫杉醇等

• 秋水仙素与微管蛋白亚基结合组装到微管末端后，其他的微管蛋白亚基很难再在该处进行组装，但不影响该微管的去组装，从而导致细胞内微管网络的解体。
• 紫杉醇与微管结合后可以阻止微管的去组装，但不影响微管末端的组装微管不停地组装，不会解聚，其结果使细胞周期的运行被终止。

简述骨骼肌细胞的结构组分以及肌肉收缩的滑动模型理论。

骨骼肌细胞的结构组分

骨骼肌细胞是由数百条更细的肌原纤维组成的集束，每根肌原纤维由称为肌节的收缩单元呈线性重复排列而成。每个肌节都表现出特征性的带型。

肌原纤维的带状条纹由粗肌丝和细肌丝的纤维有序组装而成。粗肌丝由肌球蛋白组装而成，细肌丝的主要成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌球蛋白的头部突出于粗肌丝的表面，并可与细肌丝上肌动蛋白亚基结合，构成粗肌丝与细肌丝之间的横桥。

除此之外还有将细肌丝锚定于Z 盘或质膜上的CapZ、α-辅肌动蛋白和纽蛋白；在肌节中起结构作用的肌联蛋白、伴肌动蛋白和肌营养不良蛋白。

滑动模型理论：肌肉收缩时肌节缩短，但在肌节内并无粗／细肌丝的长度变化，而只是由神经冲动引发的细肌丝与粗肌丝之间的相对滑动所致。基本过程如下：P205

1. 动作电位的产生
2. Ca²⁺的释放
3. 原肌球蛋白位移
4. 细肌丝与粗肌丝之间的相对滑动
   • 在初始状态，组成粗肌丝的肌球蛋白的头部（马达结构域） 没有结合ATP 时，该肌球蛋白的头部与细肌丝结合，并成僵直状态。
   • ATP 结合到肌球蛋白的头部导致与肌动蛋白纤维的结合力下降， 肌球蛋白与肌动蛋白分开；
   • ATP 水解为ADP+Pi，ATP 水解释放出的能量被肌球蛋白吸收， 导致进一步的构象变化， 头部结构域向前抬升， 并结合到靠近细肌丝正极端的一个肌动蛋白亚基上；
   • Pi释放，肌球蛋白颈部结构域发生构象变化，头部与细丝的角度发生变化，拉动细肌丝导致细肌丝相对于粗肌丝的滑动；
   • ADP 释放，肌球蛋白的头部结构域与细肌丝之间又回到僵直状态。

简述中间纤维（中间丝）的组装模式，并简要介绍中间纤维与核纤层蛋白之间的联系。

中间纤维的组装模式

1. 两个单体的杆状区以平行排列的方式形成双股螺旋的二聚体；
2. 两个二聚体以反向平行和半分子交错的形式组装成四聚体；
3. 四聚体之间在纵向（首尾） 和侧向相互作用，最终组装成横截面由32个中间丝蛋白分子组成，长度不等的中间丝。

中间纤维与核纤层蛋白之间的联系

由Ⅴ型中间丝蛋白组装而成的核纤层结构在核膜的内侧呈正交网状排列。核纤层与内核膜上的核纤层蛋白受体相连，是核膜的重要支撑结构，也是染色质的重要锚定位点。

细胞核

名词解释

核小体：是染色质的基本单位，直径约10nm 的球形小体，由组蛋白和200bp左右的DNA组成。

核定位信号：亲核蛋白上含有的特殊氨基酸序列，以保证整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。

染色质：指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。

动粒：在主缢痕处两个染色单体的外侧表面部位的特殊结构，它与染色体微管接触，是微管蛋白的组织中心。

多线染色体：在某些细胞有丝分裂期间，DNA 多次复制而细胞不分裂。产生的子染色体并行排列，且体细胞内同源染色体配对，紧密结合在一起从而阻止染色质纤维进一步聚缩，形成体积很大的多线染色体。

核纤层：主要由3种核纤层蛋白构成的中间纤维网络片层结构，紧贴内层核膜下，与胞质中间丝、核基质有密切联系。

问答题

细胞核由哪几部分组成？主要功能是什么？

细胞核主要由核被膜、核纤层、染色质、核仁及核体组成。

细胞核的主要功能：

• 是遗传信息的主要贮存库；
• 是遗传信息的复制和传递的场所；
• 进行遗传信息的表达，是细胞生命活动的控制枢纽。

什么是核孔复合体？简述核孔复合体的结构组成，以及核孔复合体的运输功能有什么特点？

核孔复合体是在核被膜上由多种核孔蛋白构成的联系核质和细胞质的复杂隧道结构。

核孔复合体的结构组成：核孔复合体主要由胞质环、核质环、辐和栓4部分组成。

• 胞质环：位于核孔边缘的胞质面一侧，环上有8条短纤维对称分布伸向胞质。
• 核质环：位于核孔边缘的核质面一侧，环上对称地连有8条细长的纤维，向核内伸入50~70nm，在纤维的末端形成一个直径为60nm 的小环，小环由8 个颗粒构成。
• 辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，有位于核孔边缘的“柱状亚单位”、穿过核膜伸入双层核膜的膜间腔的“腔内亚单位”和靠近中心的“环带亚单位”的3个结构域。环带亚单位由8个颗粒状结构环绕形成核孔复合体核质交换的通道。
• 栓：位于核孔的中心，呈颗粒状或棒状。

核孔复合体运输功能及特点，核孔复合体是核质交换的双功能、双向性亲水通道。

• 双功能表现在核孔复合体有两种运输方式：被动扩散与主动运输。
• 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。

简述染色质组装的两种结构模型。

染色质组装的多级螺旋模型，DNA（压缩7倍）→核小体（压缩6倍）→螺线管（压缩40倍）→超螺线管（压缩5倍）→染色单体

由DNA与组蛋白组装成核小体，在组蛋白H1的介导下核小体彼此连接形成直径约10nm的核小体串珠结构，在有组蛋白H1存在的情况下，由直径10nm的核小体串珠结构螺旋盘绕，每圈6个核小体，形成外径25~30nm，螺距12nm的螺线管，螺线管进一步螺旋形成直径为0.4μm 的超螺线管，再进一步螺旋折叠形成直径为2~10μm的染色单体。经过四级螺旋组装形成的染色体结构，共压缩了8400倍。

染色质组装的放射环结构模型，DNA→核小体→螺线管→DNA复制环→微带→染色单体

螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带。微带是染色体高级结构的单位，约10⁶个微带沿纵轴构建成子染色体。

什么是中期染色体的三种功能元件？其主要功能是什么？

在细胞世代中确保染色体的复制和稳定遗传，染色体起码应具备3种功能元件，构成染色体DNA的这3种关键序列称为染色体DNA的功能元件。

三种功能元件的主要功能

• 自主复制DNA 序列：确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞世代传递中的连续性。
• 着丝粒DNA 序列：使细胞分裂时已完成复制的染色体能平均分配到子细胞中。
• 端粒DNA 序列：保持染色体的独立性和稳定性。

简述核仁的3种基本组分特点及功能，谈谈为什么凡是蛋白质合成旺盛的细胞中核仁都明显偏大。

核仁的3种基本组分：纤维中心，致密纤维组分和颗粒组分

• 纤维中心（FC）：包埋在颗粒组分内部一个或几个浅染的低电子密度的圆形结构。FC中的染色质不形成核小体结构，也没有组蛋白存在，但存在嗜银蛋白。其中磷蛋白C23可能与核仁中染色质结构的调节有关。是rRNA基因的储存位点。
• 致密纤维组分（DFC）：是核仁超微结构中电子密度最高的部分，呈环形或半月形包围FC, 由致密的纤维构成，通常见不到颗粒。转录主要发生在FC与DFC的交界处。
• 颗粒组分（GC）：是核仁的主要结构。它由直径15-20 nm的RNP构成。代表核糖体亚基成熟和储存的位点。

蛋白质的合成需要核糖体，核糖体生物发生与核仁有关。在大小亚基合成时，小亚基所需的18S rRNA直接在核仁中合成，装配完成后从核仁运输出来，在核仁的停留时间较短，大亚基组装所需的28S rRNA、5.8S rRNA可以在核仁中合成但5S rRNA需要从核仁之外的其他部位汇集再进行装配，大亚基合成较慢，过多大亚基滞留在核仁中，故蛋白质合成旺盛的细胞中核仁都明显偏大。

什么是核基质？什么是核骨架？核骨架的功能是什么

核基质是指真核细胞的核内除染色质、核膜与核仁外，以蛋白质成分为主的网架结构。

核骨架广义上包括核基质、核纤层以及染色体骨架，狭义上是指核基质。

核骨架的功能

1. 维持细胞核的形态
2. 为DNA、染色质在核中的空间排列提供支附作用
3. 核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的组装与构建有密切关系。

蛋白质分选和膜泡运输

名词解释

蛋白质分选：是指在核糖体上合成的蛋白质，通过信号肽，在翻译的同时进入内质网，然后经过各种加工和修饰，使不同去向的蛋白质带上不同的标记，最后经过高尔基体反面膜囊进行分选，包装到不同类型的小泡，并运送到目的地的过程。

信号肽：位于蛋白质的N端，一般由16~26个氨基酸残基组成，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等3 部分，在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网，进入内质网后通常被切除，无严格的专一性。

膜泡运输：是蛋白质分选的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。大分子和颗粒物质被运输时由膜包围形成膜泡，通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运的过程。

问答题

试述细胞内蛋白质的合成部位及其去向（蛋白质分选的途径）。

核细胞中除线粒体和植物细胞叶绿体中能合成少量蛋白质外，绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。

核基因编码的蛋白质的分选大体可分2条途径：

• 共翻译转运途径：在细胞质基质中多肽链合成起始后，转移到内质网，然后边合成边转入内质网腔，再经高尔基体运输至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外；
• 后翻译转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器。

简述信号（肽）假说的主要内容。

以分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白质在内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过移位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前切除信号肽。其他类型的蛋白质也含有类似的信号序列，指导蛋白质完成定向运输。

由核基因编码的蛋白质是如何运送到线粒体中去的？

在游离核糖体上合成的前体蛋白，与胞质蛋白分子伴侣Hsc70结合，并使其保持未折叠或部分折叠状态，其N端具有基质靶向序列，前体蛋白与内外膜接触点附近的输入受体(Tom20/22) 结合，被转运进入输入孔。

输入的蛋白进而通过内外膜接触点的输入通道（外膜为Tom40, 内膜为Tim23/17)，线粒体基质分子伴侣Hsc70与输入蛋白结合并水解ATP以驱动基质蛋白的输入。

输入的基质蛋白其基质靶向序列，在基质蛋白酶作用下被切除， 同时Hsc70 也从新输入的基质蛋白上释放出来，进而折叠，产生活性构象。


转运膜泡表面包被蛋白可以分为哪3类？这3类膜泡类型的特征有什么不同？

可分成COPⅡ包被膜泡、COPⅠ包被膜泡和网格蛋白/接头蛋白包被膜泡。

COPⅡ包被膜泡：由小分子 GTPase Sar1、 Sec23/Sec24、Sec13/Sec31以及大的纤维蛋白Sec16等组成，介导细胞内顺向运输即负责从内质网→高尔基体的物质运输；

COPⅠ包被膜泡：COPⅠ包被含有7种蛋白亚基包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF。负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网；介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。

网格蛋白/接头蛋白包被膜泡：是一类双层包被的膜泡，外层由网格蛋白组成，内层由接头蛋白复合物组成。纯化的网格蛋白分子呈三腿结构，每个分支含一条重链和一条轻链。负责运输途径质膜→内体；高尔基体→内体；高尔基体→溶酶体、植物液泡。

膜泡运输的关键步骤涉及哪些过程？简述介导转运膜泡与靶膜融合的主要机制。

膜泡运输的关键步骤至少涉及如下过程：

• 供体膜的出芽、装配和断裂，形成不同的包被转运膜泡；

• 在细胞内由马达蛋白驱动、以微管为轨道的膜泡运输；

• 转运膜泡与特定靶膜的锚定和融合。

介导转运膜泡与靶膜融合的主要机制：

1. 在供体膜上的鸟苷酸交换因子(GEF) 识别并结合特异性Rab蛋白， 诱发GTP置换GDP, 鸟苷酸交换引发Rab蛋白构象改变并暴露其共价结合的脂质基团，从而帮助Rab-GTP蛋白锚定在供体膜上，并随膜泡转移，在靶膜上Rab-GTP与Rab效应器结合，这种结合有助于膜泡锚定和v-SNARE 与t-SNARE 的配对 ;

2. v-SNARE 蛋白与同类t-SNARE 胞质结构域相互作用，形成稳定的卷曲SNARE复合体， 将膜泡与靶膜紧密束缚在一起；

3. 伴随SNARE复合物形成后，供体膜泡与靶膜随即融合；

4. 两膜融合后，NSF联合α-SNAP 蛋白随即与SNARE 复合体结合，然后NSF 催化ATP 水解，驱动SNARE 复合体解离， 游离的SNARE蛋白再用于其他膜泡的融合。

5. 具有GTPase活性的Rab蛋白水解与之结合的GTP, 释放可溶性的Rab-GDP 进入细胞质。在细胞质中Rab-GDP与GDP 解离抑制物(GDI)结合，从而防止Rab 蛋白从Rab-GDP复合物中释放出来 ，直至与GEF 发生相互作用。


细胞信号转导

问答题

简述细胞信号转导系统的组成及其特性。

通过细胞表面受体介导的信号通路通常由下列5个步骤组成：

• 细胞表面受体特异性识别并结合胞外信号分子（配体），形成受体-配体复合物， 导致受体激活；
• 由于激活受体构象改变， 导致信号初级跨膜转导， 靶细胞内产生第二信使或活化的信号蛋白；
• 通过胞内第二信使或细胞内信号蛋白复合物的装配， 起始胞内信号放大的级联反应
• 细胞应答反应， 如果这种级联反应主要是通过酶的逐级激活， 结果将改变细胞代谢活性， 或者通过基因表达调控蛋白影响细胞基因表达和影响发育， 或者通过细胞骨架蛋白的修饰改变细胞形状或运动；
• 由于受体脱敏或受体下调，终止或降低细胞反应。

信号转导系统的主要特性：

• 特异性：细胞受体与胞外配体通过结构互补机制以非共价键结合， 形成受体-配体复合物， 简称具有“结合” 特异性，受体因结合配体而改变构象被激活，介导特定的细胞反应，从而又表现出“ 效应器” 特异性。此外，受体与配体的结合具有饱和性和可逆性的特征。
• 放大效应：信号传递至胞内效应器蛋白（通常由酶或离子通道蛋白组成），引发细胞内信号放大的级联反应，如果级联反应主要是通过酶的逐级激活，结果将改变细胞代谢活性。最常见的级联放大作用是通过蛋白质磷酸化实现的。
• 网络化与反馈调节机制：细胞信号系统网络化的相互作用是细胞生命活动的重要特征，在细胞内由一系列蛋白质组成的信号转导系统中，细胞对刺激作出适时适度的反应是细胞完成各种生命活动的基础，信号网络化效应有利于克服分子间相互作用的随机性对细胞生命活动的负面干扰。这样的网络特性是由一系列正反馈和负反馈环路组成的，对于及时校正反应的速率和强度是最基本的调控机制。
• 整合作用：多细胞生物的每个细胞都处于细胞“社会“ 环境之中，大最的信息以不同组合的方式调节细胞的行为。因此，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，甚至作出生死抉择，这样才能维持生命活动的有序性。

细胞信号传递的通路随信号受体存在部位不同可分为几大类？各有什么特点？

根据靶细胞上的受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。

故有细胞内受体介导的信号传递和细胞表面的G蛋白偶联受体介导的信号转导、酶联受体介导的信号转导和其他细胞表面受体介导的信号通路。

细胞内受体介导的信号传递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信号分子，其中NO也可以作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶接合。

细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子或膜结合型信号分子。其又分属三大家族：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶偶联受体。

概述G蛋白耦联受体介导的信号通路的组成、特点及主要功能。

信号通路按其效应器蛋白的不同可分为3类：

• 激活离子通道的G蛋白偶联受体；
• 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；
• 激活磷脂酶C，以IP₃和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体。

激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：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与关闭，进而调节靶细胞的活性；

主要功能：

• 心肌细胞上M乙酰胆碱受体激活G蛋白开启K⁺通道；
• Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭。

激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：G_α亚基的首要效应酶腺苷酸环化酶，通过腺苷酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP的水平，进而影响信号通路的下游事件。

主要功能：

• 对肝细胞和肌细胞糖原代谢进行调节；
• 对真核细胞基因表达进行调控。

激活磷脂酶C，以IP₃和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别激活IP₃-Ca²⁺和DAG-PKC两种不同的信号通路。

主要功能：

• 驱动心机细胞收缩；
• 引发平滑肌舒张；
• 参与众多生理功能涉及细胞“短期生理效应”（细胞分泌、肌肉收缩等），又涉及细胞增殖、分化等“长期生理效应”。

cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路有哪些联系和区别？

两者都属于G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路。

以cAMP为第二信使的信号通路中，主要是通过cAMP激活蛋白激酶A（PKA）所介导的。

磷脂酰肌醇信号通路中，胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，IP₃刺激细胞内质网释放Ca²⁺，DAP激活PKC。

以RTK为例,简述酶联受体介导的信号转导过程。

1. 在静息状态下RTK活性很低，配体的结合导致受体二聚化，当受体二聚化后，激活受体的蛋白酪氨酸激酶的活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基（受体自磷酸化）。
2. 活化的RTK通过磷酸酪氨酸残基可以结合多种细胞质中带有SH2结构域的蛋白，其中一类是接头蛋白，另一类是在信号通路中有关的酶。这两类RTK结合蛋白的结构和功能不同，但他们都具有两个高度保守而无催化活性的结构域SH2和SH3。
3. GRB2作为一种接头蛋白既与活化受体上的特异磷酸酪氨酸残基结合又与胞质蛋白鸟苷酸交换因子SOs结合，具有鸟苷酸交换因子活性的Sos蛋白与Ras结合导致活化Ras的构象改变，使非活性的Ras-GDP转换成有活性的Ras-GTP。

以Ras激活Raf为例：

4. 活化是Ras蛋白与Raf（MAPKKK）的N端结构域结合并使其激活。
5. 活化的Raf结合并磷酸化另一种蛋白激酶MAPKK
6. MAPKK磷酸化其唯一底物MAPK并使其激活
7. 活化的MAPK进入细胞核，可使许多种底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，包括调节细胞周期和细胞分化的特异性蛋白表达的转录因子，从而修饰它们的活性。



细胞增殖调控和细胞分化

问答题

简述细胞周期各时相的特点。并以MPF为例说明细胞周期的调控特点。

G₁期，开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成细胞核DNA。

S期，细胞开始合成DNA和新的组蛋白。

G₂期，此时细胞核内DNA含量已经增加一倍，其他结构物质和相关的亚细胞结构完成进入M期的必要准备。

M期，进行有丝分裂或或减数分裂。

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1. MPF即CDK1，或p34^cdc2激酶，由p34^cdc2蛋白和周期蛋白B（cyclin B）结合而成。p34^cdc2蛋白在细胞周期中的含量相对稳定，而周期蛋白B的含量则呈现出周期性变化。周期蛋白B一般在G₁晚期开始合成，通过S 期，其含量不断增加，达到G₂期，含量达到最大值。当p34^cdc2蛋白与周期蛋白B结合后，表现出激酶活性。到G₂晚期阶段，CDK1活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。

2. CDK1激酶活性受到很多因素的综合调节。周期蛋白与CDK1结合是CDK1激酶活性表现的前提条件。但是，周期蛋白与CDK1结合是CDK1活化的必要不充分条件，还需要weel/mikl激酶和CDK1活化激酶催化CDK1的Thr14、Tyr15 、Thr161 磷酸化，然后，CDK1在磷酸酶Cdc25C的催化下，其Thr14 和Tyr15 去磷酸化，最终表现出激酶活性。

3. CDK1激酶通过使某些蛋白磷酸化，改变其下游的某些蛋白质的构象从而启动其功能，实现其调控细胞周期的目的。比如，组蛋白H1 磷酸化，促进染色体凝集；核纤层蛋白磷酸化，促进核纤层解聚；核仁蛋白磷酸化，促进核仁解体；p60^c-Src蛋白磷酸化，促进细胞骨架重排；C-ab 1蛋白磷酸化，促进调整细胞形态等。

4. 活化的CDK1促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：

   • 染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；
   • 细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配；
   • 高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。

5. 在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白质降解：后期抑制因子和有丝分裂周期蛋白。前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1失去活性，有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。

细胞周期中有哪些检验点？各起何作用？

G₁期检验点：在G₁期的晚期阶段，分裂的细胞可以通过一个特定时期进入 S 期，开始细胞核 DNA 合成，并继续运行直到完成细胞分裂， 这个特定时期称为检验点。在酵母中称为起始点（start），在哺乳动物中称为限制点（R 点）。G₁期检验点的主要事件包括：DNA 是否损伤， 细胞外环境是否适宜，细胞体积是否足够大等。防止DNA 损伤或突变的细胞进入S期。

S期检验点：在S期内发生DNA 损伤如DNA 双链发生断裂时，S期内部检验点被激活，从而抑制复制起始点的启动，使DNA 复制速度减慢，S 期延长，同时激活DNA 修复和复制叉的恢复等机制。S 期检验点的主要事件是DNA 复制是否完成。出现损伤或未完成则使DNA 修复或减缓合成速度。

G₂期检验点：细胞能否顺利进入M期要受到G₂期检验点的控制， G₂期检验点的主要事件包括：DNA 是否损伤， 细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。阻止带有DNA 损伤的细胞进入M期，使得细胞有充足的时间将损伤的DNA 修复。

中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：可以阻止染色体分离，直到姐妹染色单体正确地连接于有丝分裂纺锤体上。纺锤体组装检验点的主要事件包括：监控纺锤体微管与染色单体动粒的连接，染色体在赤道面的队列和向纺锤体两极的分离等。若这些事件未正确完成， 检验点将阻止细胞从分裂中期进入后期。

什么是细胞分化？细胞分化的本质是什么？举例说明理由。

在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化。

细胞分化的本质是基因组在时间和空间上的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生标志性蛋白质。如鸡的输卵管细胞合成卵清蛋白；胰岛β细胞合成胰岛素。

自测

名词解释

细胞生物学：细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等重大生命过程。

细胞：细胞是生物体结构与功能的基本单位。

细胞学说：细胞学说是由施旺和施莱登两人共同提出，并由一系列的学者进行修正的学说，其基本内容包括：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物构成；每个细胞是一个相对独立的单位，既有“它自己”的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。

生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。

桥粒：桥粒是连接相邻细胞间的锚定连接方式， 最明显的形态特征是细胞内锚蛋白形成独特的盘状致密斑， 一侧与细胞内的中间丝相连， 另一侧与跨膜黏附性蛋白质相连， 在两个细胞之间形成纽扣样结构， 将相邻细胞铆接在一起。

脑磷脂：磷脂酰乙醇胺，是3-磷酸甘油的衍生物。

载体（蛋白）：膜上一类转运蛋白，可特异的、可逆的与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。

网格蛋白：由3个二聚体形成三脚蛋白复合体，每个二聚体包括1条相对分子质最为1.8×10⁵ 的重链和1条3.5×10⁴~4×10⁴的轻链，是包被的结构单位。

水孔蛋白：是一类具有6个α螺旋区的蛋白质家族， 通常形成四聚体的膜蛋白以行使其转运水或甘油等分子的功能。

内膜系统：是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层膜包被的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。

细胞质基质：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，占据着细胞膜内、细胞核外的细胞内空间，称细胞质基质。

分子伴侣：存在于细胞质基质或细胞器中，可以识别正在合成或部分折叠的多肽，并与之某些部位结合，协助其转运、正确折叠或装配的一类蛋白质，但其本身不参与终产物的形成。

蛋白酶体：是细胞内降解蛋白质的大分子复合体，由约50种蛋白质亚基组成相对分子质量为2×10⁶ ~ 2.4×10⁶，富含ATP 依赖的蛋白酶活性，其功能然若细胞内蛋白质破碎机。

微体：过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器。

细胞骨架：是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。

微丝：是指真核细胞中由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维。

微管：是指由微管蛋白亚基组装而成的管状结构。

踏车行为：是指微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极则由于肌动蛋白亚基去组装而缩短的现象。

微管组织中心：是指在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构，主要包括中心体、纤毛基部、鞭毛基部。

核小体：是染色质的基本单位，直径约10nm 的球形小体，由组蛋白和200bp左右的DNA组成。

核定位信号：亲核蛋白上含有的特殊氨基酸序列，以保证整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。

染色质：指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。

动粒：在主缢痕处两个染色单体的外侧表面部位的特殊结构，它与染色体微管接触，是微管蛋白的组织中心。

多线染色体：在某些细胞有丝分裂期间，DNA 多次复制而细胞不分裂。产生的子染色体并行排列，且体细胞内同源染色体配对，紧密结合在一起从而阻止染色质纤维进一步聚缩，形成体积很大的多线染色体。

核纤层：主要由3种核纤层蛋白构成的中间纤维网络片层结构，紧贴内层核膜下，与胞质中间丝、核基质有密切联系。

蛋白质分选：是指在核糖体上合成的蛋白质，通过信号肽，在翻译的同时进入内质网，然后经过各种加工和修饰，使不同去向的蛋白质带上不同的标记，最后经过高尔基体反面膜囊进行分选，包装到不同类型的小泡，并运送到目的地的过程。

信号肽：位于蛋白质的N端，一般由16~26个氨基酸残基组成，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等3 部分，在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网，进入内质网后通常被切除，无严格的专一性。

膜泡运输：是蛋白质分选的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。大分子和颗粒物质被运输时由膜包围形成膜泡，通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运的过程。

绪论

细胞生物学的发展历史大致可划分为哪几个阶段

细胞生物学的发展大致可划分为5个阶段：

• 细胞的发现
• 细胞学说的建立
• 细胞学的经典时期
• 实验细胞学与细胞学的分支及其发展
• 细胞生物学学科的形成与发展

如何理解细胞是生命活动的基本单位

• 细胞是构成有机体的基本单位；
• 细胞是代谢与功能的基本单位；
• 细胞是有机体生长与发育的基础；
• 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁；
• 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。

故细胞是生命活动的基本单位。

比较真核细胞与原核细胞

真核细胞与原核细胞最根本的区别可以归纳为两条：

• 生物膜系统的分化与演变：

​ 真核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为两个独立的部分——细胞核与细胞质，细胞质内又以膜系统为基础分隔为结构更精细、功能更专一的单位——各种重要的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。细胞骨架为细胞内部空间布局提供了支架。

• 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化：
  • 真核细胞的基因组一般远远大于原核细胞的，作为遗传信息载体的DNA 也由原核细胞的环状单倍性变为线状多倍性；
  • 原核细胞基因表达的调控主要以操纵子的形式来进行，这种简单的调控方式能适应多种不利环境，进行快速调节，真核细胞因细胞核的存在，使表达实现了多层次调控；
  • 真核生物有不编码任何蛋白质或RNA 的基因间隔序列和内含子；
  • 真核细胞拥有多条DNA 分子， 并且DNA 与蛋白质形成交替存在的染色质和染色体；
  • 真核细胞发展出一整套由酶和调控蛋白组成的复杂精密的体系，严格调控细胞增殖，原核细胞的增殖没有严格阶段，也没有染色质与染色体结构的交替，更无纺锤体的出现。

病毒与细胞在起源上的可能关系有几种？目前哪种观点更有说服力，有哪些证据？

起源上目前存在3种主要观点：

• 生物大分子→病毒→细胞
• 生物大分子→细胞、病毒
• 生物大分子→细胞→病毒

目前，第二与第三种比较易于接受，第三种观点得到了更多实验结果的支持：

• 在原核细胞中，环形DNA 分子的附加体可以质粒的形式在细胞中复制，也可以整合在细菌的染色体中。其行为与细菌病毒λ噬菌体类似。
• 真核生物中，尤其是脊椎动物中普遍存在的第二类反转录转座子的两端具有长末端重复序列，其结构与整合于细胞基因组上的反转录病毒十分相似。二者可能有相同的起源。
• 已有的证据表明，有些病毒（如腺病毒）的核酸与哺乳动物细胞DNA 某些片段的碱基序列十分相似。

细胞质膜

质膜是否具流动性？请设计实验证明。

质膜具有流动性。可以使用荧光漂白恢复技术证明：

• 首先用荧光物质标记膜蛋白或膜脂
• 然后用激光束照射细胞表面某一区域， 使被照射区域的荧光悴灭变暗形成一个漂白斑。
• 如果悴灭区域的亮度逐渐增加， 最后恢复到与周围的荧光光强度相等，则说明质膜具有流动性。

简述生物膜的基本成分与结构模型

生物膜的基本成分有膜脂和膜蛋白

• 膜脂是生物膜的基本组成成分，主要包括甘油磷脂、鞘脂和固醇3种基本类型
• 膜蛋白赋予生物膜非常重要的生物学功能。根据膜蛋白分离的难易程度及其与脂分子的结合方式，可分为：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白3种基本类型。

生物膜的结构模型根据提出顺序有“蛋白质—脂质—蛋白质” 的三明治式模型、单位膜模型、流动镶嵌模型和脂筏模型。
流动镶嵌模型主要强调：

• 膜的流动性， 即膜蛋白和膜脂均可侧向运动。
• 膜蛋白分布的不对称性， 有的结合在膜表面， 有的嵌入或横跨脂双分子层。

脂筏模型是对膜流动性的新的理解。在甘油磷脂为主体的生物膜上， 胆固醇、鞘磷脂等富集区域形成相对有序的脂相， 如同漂浮在脂双层上的“脂筏”一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。

什么是去垢剂？分为哪几类？去垢剂的主要作用是什么？

去垢剂是一端亲水、一端疏水的两性小分子，是分离与研究膜蛋白的常用试剂。

去垢剂分为离子型去垢剂（如SDS）和非离子型去垢剂（如Triton X-100）两种类型。

去垢剂可以插入膜脂， 与膜脂或膜蛋白的跨膜结构域等疏水部位结合， 形成可溶性的微粒。多用于膜蛋白的分离与纯化。

生物膜的不对称性主要体现在哪几个方面？生物学意义是什么？

生物膜的不对称性主要体现在：

• 同一种膜脂在脂双层中的分布不同
• 同一种膜蛋白在脂双层中的分布都有特定的方向或拓扑学特征
• 糖蛋白和糖脂的糖基部分均位于细胞质膜的外侧

生物膜的不对称性的生物学意义：

• 糖脂的不对称分布是完成其生理功能的结构基础；
• 磷脂分子不对称分布的原因和生物学意义还不很清楚；
• 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。

根据功能不同，细胞连接可以分为哪几类？各有什么特点？

可分为：封闭连接、锚定连接、通讯连接

• 封闭连接：将相邻上皮细胞的质膜紧密地连接在一起， 阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。紧密连接是这种连接的典型代表。
• 锚定连接：通过细胞膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞， 或细胞与胞外基质间黏着起来。根据直接参与细胞连接的细胞骨架纤维类型的不同，锚定连接又分为与中间丝相关的锚定连接与肌动蛋白纤维相关的锚定连接。前者包括桥粒和半桥粒；后者主要有黏着带和黏着斑。当细胞形成组织后，由于细胞间或者细胞与胞外基质间通过锚点连接分散作用力。从而增强细胞承受机械力的能力。
• 通讯连接：介导相邻细胞间的物质转运、化学或电信号的传递， 主要包括动物细胞间的间隙连接、神经元之间或神经元与效应细胞之间的化学突触和植物细胞间的胞间连丝。

物质的跨膜运输

简述被动运输与主动运输二者之间有哪些相同点和不同点。

相同点：两者都需要载体参与

不同点：

• 被动运输不需要能量，而主动运输需要
• 被动运输是顺电化学梯度或浓度梯度，而主动运输一般是逆着电化学梯度或浓度梯度

离子通道可以分为哪几种？作用机制分别是什么？

离子通道可分为三种，分别是电压门通道、配体门通道和应力激活通道

• 电压门通道：带电荷的蛋白质结构域会随跨膜电位梯度的改变而发生相应的移动， 从而使离子通道开启或关闭。
• 配体门通道：细胞内外的某些小分子配体与通道蛋白结合继而引起通道蛋白构象改变， 从而使离子通道开启或关闭。
• 应力激活通道：通道蛋白感应应力而改变构象，从而开启通道形成离子流， 产生电信号

根据能量来源的不同，主动运输可以分为哪几类？

可分为由ATP 直接提供能量( ATP 驱动泵）、间接提供能量（协同转运或偶联转运蛋白）以及光驱动泵。

简述钠钾泵（钠钾ATP酶）的特点及其主要生理功能。

特点：

• 由2 个α和2个β亚基组成四聚体
• 每个循环消耗一个ATP 分子，可以逆着电化学梯度泵出3个Na⁺和泵入2个K⁺
• 由ATP 直接提供能量的主动转运，而非协同转运

Na⁺-K⁺泵主要生理功能：

• 维持细胞膜电位：每一个工作循环下来，Na⁺-K⁺泵将从细胞泵出3 个Na⁺并泵入2个K⁺， 对膜电位的形成起到了一定作用。
• 维持动物细胞渗透平衡：Na⁺-K⁺泵不断地将Na⁺泵到胞外维持了细胞的渗透平衡。还有Cl^-（靠膜电位停留在胞外） 参与维持动物细胞渗透压平衡。
• 吸收营养：动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物吸收的能量由蕴藏在Na⁺电化学梯度中的势能提供。

以LDL为例，简述受体介导的胞吞作用的过程。

• 胆固醇在血液中的运输通过与磷脂和蛋白质结合形成低密度脂蛋白（LDL）
• LDL与细胞表面的低密度脂蛋白受体特异地结合形成受体——LDL复合物
• 通过网格蛋白包被膜泡的内化作用进入细胞
• 经脱包被作用并与胞内体融合
• 胞内体的低pH环境可引起LDL与受体分离
• 胞内体以出芽的方式形成含有受体的小囊泡，返回细胞质膜，受体重复使用
• 含有LDL 的胞内体与溶酶体融合，低密度脂蛋白被水解， 释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用。

细胞质基质与内膜系统

细胞质基质的主要功能是什么？

1. 完成许多中间代谢过程：如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醋酸途径、糖原的合成与部分分解过程等。
2. 为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所
3. 与细胞质骨架的相关功能：
   • 细胞质骨架维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输及能量传递有关；
   • 细胞质骨架是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点
4. 与细胞膜的相关功能：
   • 细胞内的各种膜相细胞器使细胞质基质产生区室化，从而通过生物膜结构将蛋白质等生物大分子限定在膜的二维平面上，促进反应高效而有序地进行；
   • 依靠细胞膜或细胞器膜上的泵蛋白和离子通道维持细胞内外跨膜的离子梯度，依靠细胞膜某些协同转运蛋白调节细胞质基质的pH ，维持细胞内环境稳定。
5. 与蛋白质的修饰和选择性降解等方面有关：
   • 蛋白质的修饰：辅酶或辅基与酶的共价结合；磷酸化与去磷酸化；蛋白质糖基化作用；甲基化修饰；酰基化。
   • 控制蛋白质的寿命
   • 降解变性和错误折叠的蛋白质
   • 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象

简述蛋白质降解的泛素化途径。

• 泛素活化酶(E1) 通过形成酰基－腺甘酸中介物使泛素分子C端被激活， 该反应需要ATP；
• 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；
• 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。

内质网可以分为哪2类？详细说明内质网的功能有哪些？

内质网可分为糙面内质网和光面内质网

1. 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能。在糙面内质网上，多肽链边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔，以这类方式合成的蛋白质主要包括：向细胞外分泌的蛋白质；膜的整合蛋白；细胞器中的可溶性驻留蛋白。
2. 光面内质网是脂质合成的重要场所。内质网合成细胞需要包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。
3. 蛋白质修饰与加工。
   • 发生在内质网和高尔基体的蛋白质糖基化；
   • 在内质网发生二硫键的形成；
   • 蛋白质折叠和多亚基蛋白的装配；
   • 在内质网、高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割；
   • 在内质网的胞质侧发生的蛋白质修饰酰基化；
   • 少数蛋白发生，新生肽的脯氨酸和赖氨酸要进行羟基化，形成羟脯氨酸和羟赖氨酸。
4. 新生多肽的折叠与组装。
   • 内质网中有一种蛋白二硫键异构酶（PDI），它附着在内质网膜腔面上，可以切断二硫键，从而帮助新合成的蛋白质重新形成二硫键并产生正确折叠的构象。
   • 内质网含有一种结合蛋白(Bip)，是属于Hsp70家族的分子伴侣，在内质网中有两个作用：Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合，或者识别错误折叠的蛋白质或未装配好的蛋白质亚单位，并促进它们重新折叠与装配；防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。
5. 内质网的其他功能。
   • 肝细胞中的光面内质网中还含有一些酶具有解毒作用
   • 心肌细胞和骨胳肌细胞中含有发达的特化的光面内质网（肌质网）是储存Ca²⁺的细胞器，对Ca²⁺具调节作用。
   • 某些合成固醇类激素的细胞光面内质网非常丰富，其中含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列的酶。

N-连接糖基化与O-连接糖基化的主要区别是什么？

特征	N-连接	O-连接
合成部位	糙面内质网和高尔基体	高尔基体
合成方式	来自同—个寡糖前体	—个个单糖加上去
与之结合的氨基酸残基	天冬酰胺	丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸
最终长度	至少5 个糖残基	一般1~4个糖残基，但ABO 血型抗原较长
第一个糖残基	N-乙酰葡糖胺	N-乙酰半乳糖胺等

高尔基体的主要功能包括哪几方面？

1. 高尔基体与细胞的分泌活动：分泌性蛋白、多种细胞质膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原等胞外基质成分，其定向转运过程都是通过高尔基体完成的。
2. 蛋白质的糖基化及其修饰：大多数蛋白质或膜脂的糖基化修饰和与高尔基体有关的多糖的合成，主要发生在高尔基体。
3. 蛋白酶的水解和其他加工过程：有些多肽，经特异性水解才成为有生物活性的多肽。

根据处于完成生理功能的阶段的不同，溶酶体可以分为哪几类？溶酶体的功能是什么？结合高尔基体的功能，谈谈溶酶体是如何发生的？

大致可分为初级溶酶体、次级溶酶体、残质体

溶酶体的功能：

1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
2. 防御功能
3. 作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养
4. 在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，参与分泌过程的调节
5. 某些特定细胞程序性死亡，死亡后的细胞被周围吞噬细胞溶酶体消化清除。
6. 参与受精过程中的顶体反应

溶酶体的发生：

1. 溶酶体酶在糙面内质网上合成并经N－连接的糖基化基础修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成甘露糖-6-磷酸(M6P)；
2. 在高尔基体的反面膜囊和TGN 膜上存在M6P的受体，溶酶体酶与其他蛋白质区分开来，并得以浓缩。
3. 以出芽的方式形成网格蛋白/AP包被膜泡转运到溶酶体中；
4. 进入前溶酶体的酸性环境后，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体。

细胞骨架

细胞质骨架包括哪3种结构组分？每一种组分的结构成分包括哪些蛋白？各有什么功能？

细胞骨架主要包括微丝(MF)、微管(MT) 和中间丝(IF) 3种结构组分。

微丝

结构成分：主要结构成分是肌动蛋白，其在细胞内有两种存在形式，即肌动蛋白单体（又称球状肌动蛋白)和由单体组装而成的纤维状肌动蛋白。

功能：

• 维持细胞形态；
• 赋予质膜机械强度；
• 细胞运动；
• 构成微绒毛、应力纤维；
• 参与胞质分裂；
• 参与肌肉收缩等

微管

结构成分：α/β-微管蛋白二聚体是细胞质内游离态微管蛋白的主要存在形式， 也是微管组装的基本结构单位

功能：

• 构成细胞的网状支架，维持细胞的形态；
• 参与细胞内物质运输；
• 细胞器的定位；
• 构成纤毛、鞭毛，参与细胞的运动；
• 纺锤体和染色体运动;

中间纤维

结构成分，有6种主要类型：

1. 角蛋白，单体分为：酸性角蛋白（Ⅰ型）、中性或碱性角蛋白（Ⅱ型）。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维；

2. Ⅲ型中间丝，波形蛋白、结蛋白、微管成束蛋白、胶质丝酸性蛋白与外周蛋白；

3. Ⅳ型中间丝，包括3种神经丝蛋白亚基和α-介连蛋白；

4. Ⅴ型中间丝蛋白，核纤层蛋白A及其剪切体核纤层蛋白C 与核纤层蛋白B1和B2；

5. Ⅵ型中间丝蛋白，巢蛋白与desmuslin ；

6. 晶状体中发现的phakinin/CP49和丝晶蛋白属于“孤儿”类型。

功能：

• 细胞抗机械压力的能力；
• 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持；
• 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；
• 神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用；
• 参与传递细胞内机械的或分子的信息；
• 中间纤维与mRNA的运输有关；与细胞分化有关：形成跨膜信息通道。

依赖于微管的马达蛋白包括哪几类？各有什么特点？简述微管与细胞内物质运输之间的关系。

依赖于微管的马达蛋白包括驱动蛋白和胞质动力蛋白

驱动蛋白特点

1. 是一条长80nm 的杆状结构，头部一端有两个呈球状的马达结构域，另一端是重链和轻链组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区。
2. 驱动蛋白具有许多超家族
3. 驱动蛋白的行为与其马达结构域在多肽链中的位置有关，大多数以微管为轨道由微管负端向微管正端运送货物，是正端走向的微管发动机
4. 大部分驱动蛋白可通过多肽链上一段卷曲螺旋相互作用而形成同源二聚体

细胞质动力蛋白特点

1. 细胞质动力蛋白是由一个相对分子质量接近1.5×10⁶的巨大蛋白复合物组成，含多个多肽亚单位： 两条具有ATP酶活性的使其沿微管移动的重链，两条中间链和一些轻链。
2. 动力蛋白是已知马达蛋白中最大、移动速度最快的成员。
3. 细胞质动力蛋白只有两个重链家族成员，Dync1 h1和Dync1 h2 。
4. 细胞质动力蛋白以微管为轨道由微管正端向微管负端运送货物，是负端走向的微管发动机

微管是细胞内物质运输之间的轨道

影响微丝、微管组装的特异性药物有哪些？各有什么特点？

影响微丝的有细胞松弛素和鬼笔环肽等。

• 细胞松弛素与微丝结合后可以将微丝切断，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显影响，因而用细胞松弛素处理细胞可以破坏微丝的网络结构，并阻止细胞的运动。
• 鬼笔环肽与微丝表面有强亲和力，但不与肌动蛋白单体结合，能阻止微丝的解聚，使其保持稳定状态。

影响微管的有秋水仙素和紫杉醇等

• 秋水仙素与微管蛋白亚基结合组装到微管末端后，其他的微管蛋白亚基很难再在该处进行组装，但不影响该微管的去组装，从而导致细胞内微管网络的解体。
• 紫杉醇与微管结合后可以阻止微管的去组装，但不影响微管末端的组装微管不停地组装，不会解聚，其结果使细胞周期的运行被终止。

简述骨骼肌细胞的结构组分以及肌肉收缩的滑动模型理论。

骨骼肌细胞的结构组分

骨骼肌细胞是由数百条更细的肌原纤维组成的集束，每根肌原纤维由称为肌节的收缩单元呈线性重复排列而成。每个肌节都表现出特征性的带型。肌原纤维的带状条纹由粗肌丝和细肌丝的纤维有序组装而成。粗肌丝由肌球蛋白组装而成，细肌丝的主要成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌球蛋白的头部突出于粗肌丝的表面，并可与细肌丝上肌动蛋白亚基结合，构成粗肌丝与细肌丝之间的横桥。

除此之外还有将细肌丝锚定于Z 盘或质膜上的CapZ、α-辅肌动蛋白和纽蛋白；在肌节中起结构作用的肌联蛋白、伴肌动蛋白和肌营养不良蛋白。

滑动模型理论：肌肉收缩时肌节缩短，但在肌节内并无粗／细肌丝的长度变化，而只是由神经冲动引发的细肌丝与粗肌丝之间的相对滑动所致。基本过程如下：

1. 动作电位的产生
2. Ca²⁺的释放
3. 原肌球蛋白位移
4. 细肌丝与粗肌丝之间的相对滑动
   • 在初始状态，组成粗肌丝的肌球蛋白的头部（马达结构域） 没有结合ATP 时，该肌球蛋白的头部与细肌丝结合，并成僵直状态。
   • ATP 结合到肌球蛋白的头部导致与肌动蛋白纤维的结合力下降， 肌球蛋白与肌动蛋白分开；
   • ATP 水解为ADP+Pi，ATP 水解释放出的能量被肌球蛋白吸收， 导致进一步的构象变化， 头部结构域向前抬升， 并结合到靠近细肌丝正极端的一个肌动蛋白亚基上；
   • Pi释放，肌球蛋白颈部结构域发生构象变化，头部与细丝的角度发生变化，拉动细肌丝导致细肌丝相对于粗肌丝的滑动；
   • ADP 释放，肌球蛋白的头部结构域与细肌丝之间又回到僵直状态。

简述中间纤维（中间丝）的组装模式，并简要介绍中间纤维与核纤层蛋白之间的联系。

中间纤维的组装模式

1. 两个单体的杆状区以平行排列的方式形成双股螺旋的二聚体；
2. 两个二聚体以反向平行和半分子交错的形式组装成四聚体；
3. 四聚体之间在纵向（首尾） 和侧向相互作用，最终组装成横截面由32个中间丝蛋白分子组成，长度不等的中间丝。

中间纤维与核纤层蛋白之间的联系

由Ⅴ型中间丝蛋白组装而成的核纤层结构在核膜的内侧呈正交网状排列。核纤层与内核膜上的核纤层蛋白受体相连，是核膜的重要支撑结构，也是染色质的重要锚定位点。

细胞核

细胞核由哪几部分组成？主要功能是什么？

细胞核主要由核被膜、核纤层、染色质、核仁及核体组成。

细胞核的主要功能：

• 是遗传信息的主要贮存库；
• 是遗传信息的复制和传递的场所；
• 进行遗传信息的表达，是细胞生命活动的控制枢纽。

什么是核孔复合体？简述核孔复合体的结构组成，以及核孔复合体的运输功能有什么特点？

核孔复合体是在核被膜上由多种核孔蛋白构成的联系核质和细胞质的复杂隧道结构。

核孔复合体的结构组成：核孔复合体主要由胞质环、核质环、辐和栓4部分组成。

• 胞质环：位于核孔边缘的胞质面一侧，环上有8条短纤维对称分布伸向胞质。
• 核质环：位于核孔边缘的核质面一侧，环上对称地连有8条细长的纤维，向核内伸入50~70nm，在纤维的末端形成一个直径为60nm 的小环，小环由8 个颗粒构成。
• 辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，有位于核孔边缘的“柱状亚单位”、穿过核膜伸入双层核膜的膜间腔的“腔内亚单位”和靠近中心的“环带亚单位”的3个结构域。环带亚单位由8个颗粒状结构环绕形成核孔复合体核质交换的通道。
• 栓：位于核孔的中心，呈颗粒状或棒状。

核孔复合体运输功能及特点，核孔复合体是核质交换的双功能、双向性亲水通道。

• 双功能表现在核孔复合体有两种运输方式：被动扩散与主动运输。
• 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。

简述染色质组装的两种结构模型。

染色质组装的多级螺旋模型，DNA（压缩7倍）→核小体（压缩6倍）→螺线管（压缩40倍）→超螺线管（压缩5倍）→染色单体

由DNA与组蛋白组装成核小体，在组蛋白H1的介导下核小体彼此连接形成直径约10nm的核小体串珠结构，在有组蛋白H1存在的情况下，由直径10nm的核小体串珠结构螺旋盘绕，每圈6个核小体，形成外径25~30nm，螺距12nm的螺线管，螺线管进一步螺旋形成直径为0.4μm 的超螺线管，再进一步螺旋折叠形成直径为2~10μm的染色单体。经过四级螺旋组装形成的染色体结构，共压缩了8400倍。

染色质组装的放射环结构模型，DNA→核小体→螺线管→DNA复制环→微带→染色单体

螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带。微带是染色体高级结构的单位，约10⁶个微带沿纵轴构建成子染色体。

什么是中期染色体的三种功能元件？其主要功能是什么？

在细胞世代中确保染色体的复制和稳定遗传，染色体起码应具备3种功能元件，构成染色体DNA的这3种关键序列称为染色体DNA的功能元件。

三种功能元件的主要功能

• 自主复制DNA 序列：确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞世代传递中的连续性。
• 着丝粒DNA 序列：使细胞分裂时已完成复制的染色体能平均分配到子细胞中。
• 端粒DNA 序列：保持染色体的独立性和稳定性。

简述核仁的3种基本组分特点及功能，谈谈为什么凡是蛋白质合成旺盛的细胞中核仁都明显偏大。

核仁的3种基本组分：纤维中心，致密纤维组分和颗粒组分

• 纤维中心（FC）：包埋在颗粒组分内部一个或几个浅染的低电子密度的圆形结构。FC中的染色质不形成核小体结构，也没有组蛋白存在，但存在嗜银蛋白。其中磷蛋白C23可能与核仁中染色质结构的调节有关。是rRNA基因的储存位点。
• 致密纤维组分（DFC）：是核仁超微结构中电子密度最高的部分，呈环形或半月形包围FC, 由致密的纤维构成，通常见不到颗粒。转录主要发生在FC与DFC的交界处。
• 颗粒组分（GC）：是核仁的主要结构。它由直径15-20 nm的RNP构成。代表核糖体亚基成熟和储存的位点。

蛋白质的合成需要核糖体，核糖体生物发生与核仁有关。在大小亚基合成时，小亚基所需的18S rRNA直接在核仁中合成，装配完成后从核仁运输出来，在核仁的停留时间较短，大亚基组装所需的28S rRNA、5.8S rRNA可以在核仁中合成但5S rRNA需要从核仁之外的其他部位汇集再进行装配，大亚基合成较慢，过多大亚基滞留在核仁中，故蛋白质合成旺盛的细胞中核仁都明显偏大。

什么是核基质？什么是核骨架？核骨架的功能是什么

核基质是指真核细胞的核内除染色质、核膜与核仁外，以蛋白质成分为主的网架结构。

核骨架广义上包括核基质、核纤层以及染色体骨架，狭义上是指核基质。

核骨架的功能

1. 维持细胞核的形态
2. 为DNA、染色质在核中的空间排列提供支附作用
3. 核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的组装与构建有密切关系。

蛋白质分选和膜泡运输

试述细胞内蛋白质的合成部位及其去向（蛋白质分选的途径）。

核细胞中除线粒体和植物细胞叶绿体中能合成少量蛋白质外，绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。

核基因编码的蛋白质的分选大体可分2条途径：

• 共翻译转运途径：在细胞质基质中多肽链合成起始后，转移到内质网，然后边合成边转入内质网腔，再经高尔基体运输至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外；
• 后翻译转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器。

简述信号（肽）假说的主要内容。

以分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白质在内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过移位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前切除信号肽。其他类型的蛋白质也含有类似的信号序列，指导蛋白质完成定向运输。

由核基因编码的蛋白质是如何运送到线粒体中去的？

在游离核糖体上合成的前体蛋白，与胞质蛋白分子伴侣Hsc70结合，并使其保持未折叠或部分折叠状态，其N端具有基质靶向序列，前体蛋白与内外膜接触点附近的输入受体(Tom20/22) 结合，被转运进入输入孔，输入的蛋白进而通过内外膜接触点的输入通道（外膜为Tom40, 内膜为Tim23/17)，线粒体基质分子伴侣Hsc70与输入蛋白结合并水解ATP以驱动基质蛋白的输入。输入的基质蛋白其基质靶向序列，在基质蛋白酶作用下被切除， 同时Hsc70 也从新输入的基质蛋白上释放出来，进而折叠，产生活性构象。

转运膜泡表面包被蛋白可以分为哪3类？这3类膜泡类型的特征有什么不同？

可分成COPⅡ包被膜泡、COPⅠ包被膜泡和网格蛋白/接头蛋白包被膜泡。

COPⅡ包被膜泡：由小分子 GTPase Sar1、 Sec23/Sec24、Sec13/Sec31以及大的纤维蛋白Sec16等组成，介导细胞内顺向运输即负责从内质网→高尔基体的物质运输；

COPⅠ包被膜泡：COPⅠ包被含有7种蛋白亚基包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF。负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网；介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。

网格蛋白/接头蛋白包被膜泡：是一类双层包被的膜泡，外层由网格蛋白组成，内层由接头蛋白复合物组成。纯化的网格蛋白分子呈三腿结构，每个分支含一条重链和一条轻链。负责运输途径质膜→内体；高尔基体→内体；高尔基体→溶酶体、植物液泡。

膜泡运输的关键步骤涉及哪些过程？简述介导转运膜泡与靶膜融合的主要机制。

膜泡运输的关键步骤至少涉及如下过程：

• 供体膜的出芽、装配和断裂，形成不同的包被转运膜泡；

• 在细胞内由马达蛋白驱动、以微管为轨道的膜泡运输；

• 转运膜泡与特定靶膜的锚定和融合。

介导转运膜泡与靶膜融合的主要机制：

在供体膜上的鸟苷酸交换因子(GEF) 识别并结合特异性Rab蛋白， 诱发GTP置换GDP, 鸟苷酸交换引发Rab蛋白构象改变并暴露其共价结合的脂质基团，从而帮助Rab-GTP蛋白锚定在供体膜上，并随膜泡转移，在靶膜上Rab-GTP与Rab效应器结合，这种结合有助于膜泡锚定和v-SNARE 与t-SNARE 的配对 ;

v-SNARE 蛋白与同类t-SNARE 胞质结构域相互作用，形成稳定的卷曲SNARE复合体， 将膜泡与靶膜紧密束缚在一起， 伴随SNARE复合物形成后，供体膜泡与靶膜随即融合，两膜融合后，NSF联合α-SNAP 蛋白随即与SNARE 复合体结合，然后NSF 催化ATP 水解，驱动SNARE 复合体解离， 游离的SNARE蛋白再用于其他膜泡的融合。

具有GTPase活性的Rab蛋白水解与之结合的GTP, 释放可溶性的Rab-GDP 进入细胞质。

在细胞质中Rab-GDP与GDP 解离抑制物(GDI)结合，从而防止Rab 蛋白从Rab-GDP复合物中释放出来 ，直至与GEF 发生相互作用。

细胞信号转导

简述细胞信号转导系统的组成及其特性

通过细胞表面受体介导的信号通路通常由下列5个步骤组成：

• 细胞表面受体特异性识别并结合胞外信号分子（配体），形成受体-配体复合物， 导致受体激活；
• 由于激活受体构象改变， 导致信号初级跨膜转导， 靶细胞内产生第二信使或活化的信号蛋白；
• 通过胞内第二信使或细胞内信号蛋白复合物的装配， 起始胞内信号放大的级联反应
• 细胞应答反应， 如果这种级联反应主要是通过酶的逐级激活， 结果将改变细胞代谢活性， 或者通过基因表达调控蛋白影响细胞基因表达和影响发育， 或者通过细胞骨架蛋白的修饰改变细胞形状或运动；
• 由于受体脱敏或受体下调，终止或降低细胞反应。

信号转导系统的主要特性：

• 特异性：细胞受体与胞外配体通过结构互补机制以非共价键结合， 形成受体-配体复合物， 简称具有“结合” 特异性，受体因结合配体而改变构象被激活，介导特定的细胞反应，从而又表现出“ 效应器” 特异性。此外，受体与配体的结合具有饱和性和可逆性的特征。
• 放大效应：信号传递至胞内效应器蛋白（通常由酶或离子通道蛋白组成），引发细胞内信号放大的级联反应，如果级联反应主要是通过酶的逐级激活，结果将改变细胞代谢活性。最常见的级联放大作用是通过蛋白质磷酸化实现的。
• 网络化与反馈调节机制：细胞信号系统网络化的相互作用是细胞生命活动的重要特征，在细胞内由一系列蛋白质组成的信号转导系统中，细胞对刺激作出适时适度的反应是细胞完成各种生命活动的基础，信号网络化效应有利于克服分子间相互作用的随机性对细胞生命活动的负面干扰。这样的网络特性是由一系列正反馈和负反馈环路组成的，对于及时校正反应的速率和强度是最基本的调控机制。
• 整合作用：多细胞生物的每个细胞都处于细胞“社会“ 环境之中，大最的信息以不同组合的方式调节细胞的行为。因此，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，甚至作出生死抉择，这样才能维持生命活动的有序性。

细胞信号传递的通路随信号受体存在部位不同可分为几大类？各有什么特点？

根据靶细胞上的受体存在的部位，可将受体区分为细胞内受体和细胞表面受体。

故有细胞内受体介导的信号传递和细胞表面的G蛋白偶联受体介导的信号转导、酶联受体介导的信号转导和其他细胞表面受体介导的信号通路。

细胞内受体介导的信号传递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信号分子，其中NO也可以作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶接合。

细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子或膜结合型信号分子。其又分属三大家族：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶偶联受体。

概述G蛋白耦联受体介导的信号通路的组成、特点及主要功能。

信号通路按其效应器蛋白的不同可分为3类：

• 激活离子通道的G蛋白偶联受体；
• 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；
• 激活磷脂酶C，以IP₃和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体。

激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：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与关闭，进而调节靶细胞的活性；

主要功能：

• 心肌细胞上M乙酰胆碱受体激活G蛋白开启K⁺通道；
• Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭。

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激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：G_α亚基的首要效应酶腺苷酸环化酶，通过腺苷酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP的水平，进而影响信号通路的下游事件。

主要功能：

• 对肝细胞和肌细胞糖原代谢进行调节；
• 对真核细胞基因表达进行调控。

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激活磷脂酶C，以IP₃和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体所介导的信号通路

特点：胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别激活IP₃-Ca²⁺和DAG-PKC两种不同的信号通路。

主要功能：

• 驱动心机细胞收缩；
• 引发平滑肌舒张；
• 参与众多生理功能涉及细胞“短期生理效应”（细胞分泌、肌肉收缩等），又涉及细胞增殖、分化等“长期生理效应”。

cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路有哪些联系和区别？

两者都属于G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路。

以cAMP为第二信使的信号通路中，主要是通过cAMP激活蛋白激酶A（PKA）所介导的。

磷脂酰肌醇信号通路中，胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，IP₃刺激细胞内质网释放Ca²⁺，DAP激活PKC。

以RTK为例,简述酶联受体介导的信号转导过程。

1. 在静息状态下RTK活性很低，配体的结合导致受体二聚化，当受体二聚化后，激活受体的蛋白酪氨酸激酶的活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基（受体自磷酸化）。
2. 活化的RTK通过磷酸酪氨酸残基可以结合多种细胞质中带有SH2结构域的蛋白，其中一类是接头蛋白，另一类是在信号通路中有关的酶。这两类RTK结合蛋白的结构和功能不同，但他们都具有两个高度保守而无催化活性的结构域SH2和SH3。
3. GRB2作为一种接头蛋白既与活化受体上的特异磷酸酪氨酸残基结合又与胞质蛋白鸟苷酸交换因子SOs结合，具有鸟苷酸交换因子活性的Sos蛋白与Ras结合导致活化Ras的构象改变，使非活性的Ras-GDP转换成有活性的Ras-GTP。

以Ras激活Raf为例：

4. 活化是Ras蛋白与Raf（MAPKKK）的N端结构域结合并使其激活。
5. 活化的Raf结合并磷酸化另一种蛋白激酶MAPKK
6. MAPKK磷酸化其唯一底物MAPK并使其激活
7. 活化的MAPK进入细胞核，可使许多种底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，包括调节细胞周期和细胞分化的特异性蛋白表达的转录因子，从而修饰它们的活性。

细胞增殖调控和细胞分化

简述细胞周期各时相的特点。并以MPF为例说明细胞周期的调控特点。

G₁期，开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成细胞核DNA。

S期，细胞开始合成DNA和新的组蛋白。

G₂期，此时细胞核内DNA含量已经增加一倍，其他结构物质和相关的亚细胞结构完成进入M期的必要准备。

M期，进行有丝分裂或或减数分裂。

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1. MPF即CDK1，或p34^cdc2激酶，由p34^cdc2蛋白和周期蛋白B（cyclin B）结合而成。p34^cdc2蛋白在细胞周期中的含量相对稳定，而周期蛋白B的含量则呈现出周期性变化。周期蛋白B一般在G₁晚期开始合成，通过S 期，其含量不断增加，达到G₂期，含量达到最大值。当p34^cdc2蛋白与周期蛋白B结合后，表现出激酶活性。到G₂晚期阶段，CDK1活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。

2. CDK1激酶活性受到很多因素的综合调节。周期蛋白与CDK1结合是CDK1激酶活性表现的前提条件。但是，周期蛋白与CDK1结合是CDK1活化的必要不充分条件，还需要weel/mikl激酶和CDK1活化激酶催化CDK1的Thr14、Tyr15 、Thr161 磷酸化，然后，CDK1在磷酸酶Cdc25C的催化下，其Thr14 和Tyr15 去磷酸化，最终表现出激酶活性。

3. CDK1激酶通过使某些蛋白磷酸化，改变其下游的某些蛋白质的构象从而启动其功能，实现其调控细胞周期的目的。比如，组蛋白H1 磷酸化，促进染色体凝集；核纤层蛋白磷酸化，促进核纤层解聚；核仁蛋白磷酸化，促进核仁解体；p60^c-Src蛋白磷酸化，促进细胞骨架重排；C-ab 1蛋白磷酸化，促进调整细胞形态等。

4. 活化的CDK1促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：

   • 染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；
   • 细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配；
   • 高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。

5. 在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白质降解：后期抑制因子和有丝分裂周期蛋白。前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1失去活性，有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。

细胞周期中有哪些检验点？各起何作用？

G₁期检验点：在G₁期的晚期阶段，分裂的细胞可以通过一个特定时期进入 S 期，开始细胞核 DNA 合成，并继续运行直到完成细胞分裂， 这个特定时期称为检验点。在酵母中称为起始点（start），在哺乳动物中称为限制点（R 点）。G₁期检验点的主要事件包括：DNA 是否损伤， 细胞外环境是否适宜，细胞体积是否足够大等。防止DNA 损伤或突变的细胞进入S期。

S期检验点：在S期内发生DNA 损伤如DNA 双链发生断裂时，S期内部检验点被激活，从而抑制复制起始点的启动，使DNA 复制速度减慢，S 期延长，同时激活DNA 修复和复制叉的恢复等机制。S 期检验点的主要事件是DNA 复制是否完成。出现损伤或未完成则使DNA 修复或减缓合成速度。

G₂期检验点：细胞能否顺利进入M期要受到G₂期检验点的控制， G₂期检验点的主要事件包括：DNA 是否损伤， 细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。阻止带有DNA 损伤的细胞进入M期，使得细胞有充足的时间将损伤的DNA 修复。

中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：可以阻止染色体分离，直到姐妹染色单体正确地连接于有丝分裂纺锤体上。纺锤体组装检验点的主要事件包括：监控纺锤体微管与染色单体动粒的连接，染色体在赤道面的队列和向纺锤体两极的分离等。若这些事件未正确完成， 检验点将阻止细胞从分裂中期进入后期。

什么是细胞分化？细胞分化的本质是什么？举例说明理由。

在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化。

细胞分化的本质是基因组在时间和空间上的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生标志性蛋白质。如鸡的输卵管细胞合成卵清蛋白；胰岛β细胞合成胰岛素。