中山大学 2010学年 细胞生物学 复习题及答案

细胞生物学复习思考题

一、名词解释
细胞生物学 cell biology细胞生物学是从细胞、亚细胞、分子三个水平来探讨各种生命活动的科学。
生物膜 biology membrane 细胞膜和细胞内膜的统称。
膜受体 membrane receptor 是细胞表面的一种或一类分子，它们能识别、结合专一的生物活性物质（称配体），生成的复合物能激活和启动一系列物理化学变化，从而导致该物质的最终生物效应。
信号识别颗粒 signal recognition particle由6个蛋白质和1个小RNA分子组成的复合体。介导新生肽链与内质网膜结合，在核糖体没有和内质网膜结合的情况下阻止肽链延长。
细胞表面 cell surface 细胞表面是指包围在细胞质外层的结构复合体系和功能体系。
内膜系统 endomembrane system 内膜系统是指细胞内那些在形态结构功能上相互密切相关的膜性结构细胞器的统称，主要有内质网，高尔基体，溶酶体，各种囊泡等。
主动运输 active transport 主动运输是一种由特定载体蛋白介导的逆浓度梯度的运输，需要消耗能量。
膜泡运输 vesicular transport 囊泡运输是指囊泡以出芽的形式，从一种细胞器膜上产生、脱落并定向地与另一细胞器膜锚定、融合的过程。
细胞呼吸 cellular respiration 细胞呼吸是指糖类、脂肪、蛋白质在细胞内被彻底氧化分解为CO2和H2O，释放出能量储存在ATP中的过程。
细胞骨架 cytoskeleton 细胞骨架是由微管、微丝和中间纤维构成的细胞质中的蛋白质纤维网状结构。
踏车运动 treadmilling 微管、微丝在体外组装过程中，两端的聚合和解聚达到平衡，微管和微丝的总长不变，称为踏车。
巴尔小体 Barrbody 雌性哺乳类细胞内的X染色体在间期凝集固缩成异染色质，称为巴尔小体。
核纤层 nuclear lamina 核纤层是附着在内核膜上的纤维蛋白网，与中间纤维和核骨架相互连接，构成跨越细胞质和细胞核的骨架体系。
核仁周期 nucleolar cycle 在有丝分裂的过程中，核仁出现一系列形态结构与功能的周期性变化，称为核仁周期。
核骨架 nuclear scaffold 核骨架又称核基质，是指真核细胞间期核中除核膜、核仁和染色质以外的部分，是一个以非组蛋白为主体的纤维网架结构。
连接子 connexon间隙连接的多亚基复合体单元。每一个连接子由6个穿膜的连接蛋白组成的筒状，中央有直径1.5 nm的通道。
细胞黏附分子 cell adhesion molecule介导细胞与细胞间或细胞与胞外基质间相互接触和结合的众多分子的统称。大多数为糖蛋白，分布于细胞表面。
RGD序列RGD sequence 存在于纤连蛋白和某些细胞外基质蛋白肽链中的“Arg-Gly-Asp”三肽序列。
细胞周期 cellcycle 指一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束这段时期。
细胞检测点  cellcheck-point 细胞中存在一系列监控系统，对细胞中发生的重要事件以及出现的故障加以检测，只有当这些事件完成或故障修复后才允许细胞周期进一步运行，该监控系统即为监测点。

二、问答题
1．举例说明细胞生物学与医学的关系。
   细胞生物学是现代医学的基础学科和支柱学科。比如癌症发病机制就是正常细胞癌变，癌细胞无限增殖，从而导致癌症；又如心血管疾病，动脉粥样硬化的发病机制可能与动脉血管内皮细胞的特性改变有关。
2．比较原核细胞与真核细胞的差异。
   原核细胞体积较小，结构简单，无细胞核结构，只有裸露的环状DNA，无膜性细胞器，只有70S的核糖体，有细胞壁，分裂方式为无丝分裂；真核细胞体积较大，结构复杂，形态多样，有细胞核结构，有DNA长链，并会形成染色质和染色体，有膜性细胞器，80S的核糖体，无细胞壁，分裂方式有三种。
3．试述核酸、蛋白质的结构与功能。
核酸：DNA的结构：一级结构是4种脱氧核苷酸的数量和排练顺序，二级结构是两条平行反向的多核苷酸链组成DNA的基本骨架，一条5’à3’，另一条3’à5’，碱基对位于核苷酸链的内侧，通过A=T，C=G碱基互补配对，螺旋直径为2nm，螺距为3.4nm，一个螺距内有10个碱基对，螺旋结构上存在大沟和小沟。DNA的功能：贮存遗传信息，复制和传递遗传信息。RNA的结构：单链结构，有U无T，戊糖为核糖而不是脱氧核糖。RNA的功能：mRNA是蛋白质合成的模板，tRNA负责转移运输氨基酸，rRNA是核糖体的组成成分。
蛋白质：结构：一级结构是肽链上氨基酸的数量种类和排列顺序，二级结构是某段多肽链的空间结构，一般有α螺旋和β折叠两种，三级结构是肽链不同区域的氨基酸侧链通过相互作用形成肽链折叠，一般有氢键、离子键、疏水作用和范德华力，四级结构是两条具有独立三级结构的多肽链通过非共价键形成多聚体。功能：细胞和组织的组成成分，酶的催化活性，传递信息，贮存和运输小分子，免疫功能，调节功能。
4．简述核糖体的结构与功能，并比较原核细胞与真核细胞核糖体的异同。
   结构：核糖体是高电子密度的圆形或椭圆形小颗粒，由大亚单位和小亚单位组成。大亚单位包括嵴、柄、中心突，小亚单位包括头部、基部和平台。
   功能：游离性核糖体合成组织蛋白，附着性核糖体合成分泌蛋白。
   原核细胞：沉降系数70S，5S、16S、23SrRNA，蛋白质有52种，RNA/蛋白质=1.5：1
   真核细胞：沉降系数80S，5S、5.8S、28S、18S，蛋白质有83种，RNA/蛋白质=1：1
5．决定膜不对称性和流动性的因素有哪些？如何影响的？
膜不对称性：1、膜脂分布不对称，内外两层脂类分子不对称，内层为磷脂酰胆碱和鞘磷脂，外层为磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺。糖脂只分布在外侧或内膜系统非胞质侧。2、膜蛋白分布不对称，跨膜蛋白具有方向性，酶蛋白分布不同。3、膜糖的不对称，寡糖链只分布在质膜外侧，内膜系统的膜糖分布在内侧。
   流动性：1、键长长的流动性强；2、脂肪酸链的饱和度越低，流动性越强；3、胆固醇具有双重调节作用；4、含双键多的流动性强；5、卵磷脂与鞘磷脂比值越高流动性越强；6、膜蛋白越多，流动性越弱。
6．简述液态镶嵌模型学说的基本内容。
1、磷脂双层构成细胞膜的连续主体；2、强调了球形蛋白是镶嵌在双层脂分子中；3、提出了细胞膜是具有不对称性和流动性特点的结构。
7．钠泵是如何转运钠Na+、K+的？说明其过程和意义。
过程：第一步，Na+结合在ATP酶上，激活酶的活性，促使ATP水解，而高能磷酸基与天冬氨酸残基结合使其磷酸化，从而改变了蛋白质分子的构型，使结合了Na+的部位朝向膜外，同时ATP酶与Na+的结合度降低，从而将Na+排出；第二步，K+与酶结合，促进ATP酶去磷酸化，酶又恢复原来的构型，K+的亲和度降低，又将K+排入细胞内。
8．简述内质网的结构组成和主要功能。
结构：分布在细胞核附近，由扁囊、小管和小泡组成的三维管网结构，遍布细胞质，膜间为内质网腔，由内质网膜包裹着细胞质基质隔离形成。粗面型内质网上附着有核糖体。
   功能：粗面型内质网是合成分泌蛋白的重要场所，是核糖体的支架结构，新生肽链在上面进行折叠加工，与蛋白质的糖基化和蛋白质的胞内运输有关，信号肽也在上面合成。滑面型内质网是合成脂类的场所，参与糖原的代谢，是细胞解毒的重要场所，贮存Ca2+，与胆汁胃酸的合成分泌相关。
9．试述高尔基复合体的结构和功能。
结构：高尔基复合体是由三种不同模型囊泡组成的细胞器，扁平囊泡是其最具特征的主体结构。由3-8个扁平囊泡组成，每个囊泡间距为20-30nm，膜间腔宽度为10-15nm，凸面靠近核膜或内质网，称为顺面，是高尔基复合体的入口区域，膜厚6nm，凹面称为反面，是高尔基体的出口区域，膜厚8nm，大囊泡位于反面，小囊泡位于顺面。
   功能：高尔基复合体是胞内蛋白质运输分泌的中转站，是胞内物质加工合成的重要场所，是囊泡定向运输和蛋白质分选的枢纽。
10．溶酶体具有哪些功能？
   溶酶体可以分解胞内的外来物质和残损老化的细胞器，具有细胞营养和消化的功能，也是机体防御系统的重要部分，参与某些腺体的代谢，在个体的发生和发育过程中起重要作用。
11．试述线粒体的超微结构。
外膜：外膜是一层包围在线粒体表面的单位膜，厚约6nm，仅含少量酶蛋白。
   内膜：内膜厚约4.5nm，深度折叠形成嵴，富含各种酶蛋白，内膜上有电子传递链和基粒，有转运蛋白，含有各种转运系统。
   膜间腔是内外膜之间空隙组成的空间，宽约6-8nm，富含可溶性酶、底物和辅助因子。
   基质含有线粒体DNA、RNA、各种酶蛋白和核糖体。
12．简述线粒体不同位置的标志酶。
   外膜：单胺氧化酶；内膜：细胞色素氧化酶；基质：苹果酸脱氢酶；膜间腔：腺苷酸激酶。
13．简述ATP合酶的结构。
   ATP合酶由F1头部和F0基部组成。F1头部伸向基质，上面有催化位点，F0基部埋在磷脂双分子层中形成一个通道，质子可通过此通道从膜间腔转移到基质中。
14．简述ATP合成的结合变构机制。
   质子通过F0的运动使γ基转动，诱导β基发生周期性构象改变：L→T→O，使ADP和Pi不断结合生成ATP。
15．简述微管、微丝、中间纤维的结构和功能。
   微管的结构：微管的外径24nm，管壁厚度约5nm，跨越细胞的整个长度或宽度。管壁由纵向排列的球状蛋白组成，称为原纤维，13条原纤维构成中空管状结构。每一个装配单位的一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白，所以微管不对称，具有极性。
   微管的功能：1、维持和支持细胞形态；2、参与细胞内物质运输；3、参与染色体运动，调节细胞分裂；4、参与细胞内信号的传导；5、参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成；6、维持和稳定细胞器的分布。
   微丝的结构：微丝是由肌动蛋白单体组成的多聚体，直径约8nm。肌动蛋白单体有2个亚基，每个亚基上有375个氨基酸残基，上面有ATP/ADP、Mg2+和Na+/K+以及肌球蛋白的结合位点，具有极性。
   微丝的功能：1、参与维持和稳定细胞形态；2、参与细胞运动；3、参与肌肉收缩；4、参与细胞内物质运输；5、参与细胞分裂；6、参与信号传导。
   中间纤维的结构：中间纤维是丝状蛋白的多聚体，具有一个由310个氨基酸组成的α螺旋杆状区，两端是非螺旋的头部和尾部。杆状区的氨基酸数量和排列顺序非常保守，是结构的关键区域，头部N端和尾部C端高度可变，2个多肽的α螺旋杆状区以弯曲螺旋的形式缠绕，形成约45nm的二聚体。
   中间纤维的功能：1、组成了完整的细胞骨架网状结构；2、参与细胞连接；3、参与细胞内物质的运输和信号传导；4、参与细胞分化；5、维持核膜稳定；6、为细胞提供机械支持。
16．简述核膜的作用。
   核膜将细胞质和核内物质从空间上分隔开来，形成区域化作用，使转录和翻译在空间上分离，核膜控制着细胞核与细胞质之间的物质交换。

17．简述核孔的基本结构及功能。
   结构：核孔由三部分构成：胞质环、核质环、辐。胞质环位于核孔边缘的胞质面，与外核膜相连，环上有8条细长纤维伸向胞质，核质环位于核孔边缘的核质面，与内核膜相连，环上有8条细长纤维伸向核质，纤维末端有小颗粒使其结合成小环，形成鱼篮式结构，称为核篮。辐由三部分组成，其中柱状亚单位构成孔壁的主体，环带亚单位即为辐，伸向核孔中心，腔内亚单位在膜间腔中，富含跨膜蛋白，而中央栓结构不确定其存在与否。
   功能：核孔通过主动运输和被动运输控制核质之间的物质交换，原则上直径小于10nm的小分子可以自由通过，而对钠离子仍有一定的隔离作用，大分子通过主动运输来穿过核孔。
18．简述核纤层的作用。
核纤层是一层附着在内核膜的蛋白纤维网，与中间纤微以及核骨架相互连接，形成跨越细胞质和细胞核的骨架结构。核纤层在细胞核中起支架作用，与染色体的凝集和核膜重建密切相关，参与了细胞核构建与DNA复制。
19．简述组蛋白的组成特点和种类。
组蛋白是构成染色质和染色体的基本单位，是一组等电点大于10的碱性蛋白质。富含带正电的碱性蛋白质赖氨酸和精氨酸，并且根据精氨酸和赖氨酸的比值的不同，分为H1、H2A、H2B、H3、H4五类。
20．简述核小体的组成。
进化上高度保守的组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两分子组成核小体组蛋白八聚体， C端与疏水氨基酸结合，N端带正电与DNA结合，辅助DNA卷曲缠绕，形成核小体。
21．简述常染色质和异染色质的区别。
常染色质和异染色质在螺旋化程度和DNA序列及功能上有明显差异，但其化学本质相同。常染色质是细胞间期中处于伸展状态的染色质纤维，螺旋化程度较低，其DNA主要由单一序列和中度重复序列组成，具有核酸酶敏感位点。异染色质是间期中处于凝集状态的染色质，不具有转录活性，包括兼性异染色质和结构异染色质。
22．简述核仁的亚显微结构。
核仁由三部分构成：纤维中心、致密纤维组分、颗粒成分。纤维中心是rDNA的存在区域，致密纤维组分电子密度最高，由致密的细纤维丝构成，直径5-10nm，呈半月形包围纤维中心，含有正在转录的rRNA，颗粒成分呈颗粒状，直径15-20nm，主要由核糖体前体构成。核仁中还有核仁周围异染色质和核仁基质。
23．简述紧密连接的结构和功能。
   结构：紧密连接在透射电镜下为相邻的质膜以断续点连接在一起，扫描电镜下细胞间的嵴线由跨膜蛋白组成的条索，将细胞间隙封闭起来，冰冻蚀刻电镜下分支糖蛋白形成长链，封闭两个相邻的细胞膜，形成紧密连接。
   功能：紧密连接封闭了上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的屏障，并且阻碍了细胞膜的膜蛋白和膜脂的侧向移动。
24．简述锚定连接的分类和结构特点。
   锚定连接分为黏合连接和桥粒连接。黏合连接是一种由微丝介导的连接方式。
黏合带位于紧密连接的下方，是由微丝介导的细胞与细胞之间的连接。相邻质膜间隙15-30nm，跨膜黏连蛋白为钙黏素形成的同源二聚体，细胞内锚定蛋白有多种，包括α、β、γ连环蛋白，纽蛋白，α辅肌动蛋白等，连接方式为微丝—细胞内锚定蛋白—钙黏素—钙黏素—细胞内锚定蛋白—微丝的连续结构。
   黏着斑位于上皮细胞基底部，是由微丝介导的细胞与细胞外基质的连接，跨膜黏连蛋白为整联蛋白，细胞内锚定蛋白为踝蛋白、纽蛋白、α辅肌动蛋白、细丝蛋白等。连接方式为细胞外基质—整联蛋白—细胞内锚定蛋白—微丝。
   桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接，相邻细胞以纽扣状的结构连接起来，相邻细胞质膜间隙约为30nm。
25．简述间隙连接的功能。
间隙连接的主要功能是细胞通讯，代谢耦联在胚胎发育早期功能特别重要，而电耦联可以通过离子流改变电位，引起细胞生理学的变化。
26．试比较钙黏素、整联蛋白、IgSF-IgSF、选择素这四种黏附分子的主要结构和功能。
   钙黏素是一类依赖Ca2+的同亲性细胞黏附分子，多为单次跨膜蛋白，750个氨基酸残基，常以同源二聚体的形式存在，胞外区常为5个重复结构域，胞内区相对保守，与细胞骨架相连，对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及组织器官的构筑起重要作用；整联蛋白普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖Ca2+和Mg2+的异亲性黏附分子，由α、β两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白，介导细胞间以及细胞与细胞外基质间的相互识别和黏着，同时整联蛋白还具有信号转导作用，调节细胞生命活动的作用；免疫球蛋白超家族是分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、不依赖Ca2+的细胞黏附分子，每个Ig结构域都是由90-110个氨基酸形成的紧密结构，其中以二硫键项链，大多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞黏着；选择素是一类依赖于Ca2+的异亲性黏附分子，为单次跨膜蛋白，能特异识别细胞表面寡糖链中的特定糖基，参与白细胞与血管内皮细胞或血小板的识别和暂时性黏附，帮助白细胞、血小板从血液进入炎症部位。
27．简述N-CAM的结构特点。
N-CAM有许多细胞表达，包括神经细胞，共20余种，胞外区有5个Ig-样的结构域，与相邻细胞以同亲型方式黏着，与神经系统的发育、轴突的生长和再生、突触的形成关系密切。
28．细胞外基质的主要成分有哪些？
细胞外基质的主要成分有氨基聚糖与蛋白聚糖、胶原和弹性蛋白、非胶原型黏合蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白。
29．简述氨基聚糖的结构特点及种类。
   氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖，又称粘多糖。二糖单位包括氨基己糖和糖醛酸。根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化的数量和存在部位可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。

30．简述蛋白聚糖的组成和结构特点。
蛋白聚糖是由氨基聚糖（除透明质酸）与核心蛋白共价组成的高分子复合物，含糖量大，分子量高，多为不分支较长的GAGs高糖链。核心蛋白为单链多肽，其上可连接1-100个氨基聚糖形成蛋白聚糖。
31．比较I型胶原和弹性蛋白的结构特点和主要功能。
胶原蛋白分子结构为三股螺旋。3条α肽链盘旋而成，长300nm，直径1.5nm，每条肽链约1050氨基酸，甘氨酸占1/3，富含Pro和Lys。肽链中氨基酸组成规律的三肽重复序列Gly-X-Y，功能为协助完成细胞生长、黏附、运动、增殖、分化，粘连、支持、保护细胞连聚为组织、器官。
   弹性蛋白是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分，是高度疏水的非糖基化纤维蛋白，约有830个氨基酸，富含脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸，主要由疏水性短肽和α螺旋片段组成，表面包绕一层糖蛋白组成的微原纤维。功能为防止组织撕裂，使组织既有弹性又有韧性，同时也是动脉中含量最高的细胞外基质蛋白。
32．比较FN和LN的主要结构特点和功能。      
   纤粘连蛋白为高分子纤维状糖蛋白，由2个相似的亚单位构成二聚体，C端以二硫键相连成V形，有许多结合位点，每条肽链约含2450个氨基酸，构成5-7个球形结构域，具有三肽序列Arg-Gly-Asp结合活性部位。功能有介导细胞和细胞外基质的黏着，与细胞的迁移相关，在胚胎发生期引导细胞迁移和细胞分化。
   层粘连蛋白是胚胎发育中最早出现的细胞外基质成分，为糖蛋白，由αβγ三条多肽组成的异三聚体，至少有8个结合位点，结合上皮细胞、内皮细胞等。功能为基膜的主要成分，具有RGD序列，可被各种细胞识别，在早期胚胎中保持细胞间的黏附、细胞的机型及细胞的分化具有重要意义。
33．简述基膜的分布和主要组成成分。   
基膜是细胞外基质的特化的柔软、坚韧的网膜结构，位于上皮细胞或内皮细胞基底部，或包绕在肌细胞、雪旺氏细胞周围，将细胞与结缔组织隔离。主要组成成分为IV型胶原、层粘连蛋白、内联蛋白、渗滤素。
34．简述I型胶原和IV型胶原的主要区别和分布。
   胶原蛋白分子结构为三股螺旋。3条α肽链盘旋而成，长300nm，直径1.5nm，每条肽链约1050氨基酸，甘氨酸占1/3，富含Pro和Lys。肽链中氨基酸组成规律的三肽重复序列Gly-X-Y，I型胶原主要存在于肌腱、皮肤、骨、韧带，IV型胶原的三肽序列不规则重复，不形成规则α螺旋结构，前胶原分子的前肽不被切除，C-端“头对头”形成二聚体，几个二聚体再交联形成网络结构，构成基膜的骨架，仅分布于基底膜。
35．胶原的合成装配（I-III型）步骤中各产物出现在细胞的何种部位？
前α链存在于内质网中，前胶原的合成始于内质网，结束于高尔基体，并被小泡分泌出细胞外，胶原原纤维在细胞外基质中形成，胶原纤维存在于细胞外基质。
36．简述前胶原和胶原原纤维的区别。
   前胶原分子是带有前肽的三股螺旋胶原分子，而胶原原纤维是被切去前肽的胶原分子，并且出现横纹。
37．简述无丝分裂的特点。
   无丝分裂常见于低等动物，在动物上皮、结缔组织和肌细胞、骨细胞中也被发现，分裂时染色质不凝集，核保持完整，拉长为哑铃状，肌动蛋白丝组成的无丝分裂装置将核断开形成2个核，胞质也环状缢缩，形成2个子细胞，不利于倍增的遗传物质等分给细胞。
38．简述有丝分裂期（mitosis）各时期主要特点和主要事件。
前期染色质凝集成染色体，核膜破裂、核仁缩小解体，分裂极确定，纺锤体形成；中期的主要标志是染色体高度凝缩，排列在赤道面上；后期着丝粒分开，姐妹染色单体分离，并向细胞两极迁移；末期，子代细胞核形成于胞质分裂，染色体开始解旋，RNA合成恢复，核仁重新形成，高尔基体和内质网重新形成。
39．简述减数分裂前期各时期的主要特点和主要事件。
细线期核增大，核仁明显，同源染色体配对。偶线期染色体端粒丛集在核被膜一侧的内表面，同源染色体形成联会复合体。粗线期染色体进一步凝集，同源染色体出现染色体片段交换和重组。双线期染色体与核膜脱离，联会复合体消失，但出现交叉。终变期同源染色体重组完成，核膜核仁组建消失，中心体开始移向两极形成纺锤体，纺锤体伸向核区，染色体向赤道面移动。
40．简述G1期、S期、G2期的主要事件。
G1期是细胞生长和DNA合成准备期，大量合成RNA和蛋白质，多种蛋白磷酸化，膜转运作用活跃。S期是DNA合成期，DNA合成启动，组蛋白合成并持续磷酸化，中心粒复制完成。G2期为有丝分裂做准备，合成细胞进入M期所必需蛋白的mRNA，细胞蛋白质合成几乎全部停止。
41．什么是cyclin和Cdk? Cyclin-Cdk主要有什么重大作用？Cdk的活性可受到哪三个方面的调节？
   Cyclins是细胞周期蛋白，Cdk是细胞周期依赖性蛋白激酶，是一类必须与cyclin结合后才具有活性的蛋白激酶，在细胞周期调控中起关键作用。Cdk的活性主要受到三个方面的调节，一是cyclin，二是Cdk抑制因子的抑制作用，三是Cdk自身一些特殊位点磷酸化或去磷酸化可调节Cdk的活化或失活。

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谢谢楼主