4、细胞生物学习题解答

作业 一 ： 1根据细胞生物学研究的内容与你所掌握的生命科学知识， 客观地、恰当地估价细胞生物学在生命科学中所处的地位，以及它与其他学科的关系。 答：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学。它在 显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号传递，真核细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等内容。 由于细胞生物学运用了近代物理、化学和分子生物学方法， 它主要研究细胞各种组成部分的结构、功能及其相互作用；研究细胞总体的和动态的功能活动，包括细胞生长分裂、发育分 化、遗传变异和演化，以及研究这些相互关系和功能活动的分子基础。因此，现代细胞生物学实际上是分子生物学与细胞生物学的结合，即细胞分子生物学。可见，细胞生物学的兴起是与分子生物学的发展不可分割的。 从生命结构层次来看，细胞生物学介于分子生物学与个体生 物学之间，同它们相互衔接、相互渗透。因此，细胞生物学是一门承上启下的学科，和分子生物学一起同是现代生命科学的基础。在我国基础科学发展规划中，细胞生物学与分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。它广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神 经生物学和免疫生物学等的研究中，并同农业、医学和生物高技术发展有极其密切的关系。 以医学为例。医学作为一门维持人类健康、防治人体疾病的 应用性学科同细胞生物学有着密切的关系。细胞生物学的新理论、新发现、新技术在医学方面的应用，极大地促进了医学的进步。如单克隆抗体的应用，使很多疾病的诊断简单而精确，使癌症等复杂疾病的治疗效果大大提高。 2通过学习细胞学发展简史，你如何认识细胞学说的重要 意义 ? 答：从细胞的发现到细胞生物学的建立，大约经历了 300 多 年的时间。这段历程一般分为以下五个阶段：细胞的发现；细胞学 说的建立；细胞学说的经典时期；实验细胞学时期；细胞生物学学科的形成与发展。 细胞学说是 1838 1839 年间由德国的植物学家施莱登和动 物学家施旺所提出，直到 1858 年才完善。它是关于生物有机体 组成的学说。主要内容是：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；所有细胞在结构和组成上基本相似；生物体是通过其细胞的活动反映其功能；新细胞是由已存在的细胞分裂而来；生物的疾病是因为其细胞机能失常。 恩格斯对细胞学说的评价是： 19 世纪自然科学的三大发现 之一。 细胞学说的 重要意义在于：它从细胞水平提供了自然界有机 统一的证据，证明动植物有着共同的起源，动植物的产生、成长和构造的秘密被揭开了，从而为十九世纪自然哲学领域中辩证唯物主义战胜形而上学和唯心主义，提供了一个有力的证据，为近代生物科学的发展接受有机界进化的观念准备了条件。 3细胞生物学研究的主要内容有哪些 ? 答：细胞生物学的研究内容十分广泛，主要包括： 细胞 核、染色体以及基因表 2 达的研究；生物膜与细胞器的研究；细胞骨架体系的研究；细胞增殖及其调控；细胞分化及其调控；细胞的衰老与编程性死亡 (凋亡 )； 细胞的起源 与进化； 细胞工程。 作业 二 ： 1根据你所掌握的知识，如何理解 “ 细胞是生命活动的基 本单位”这一概念 ? 答：关于细胞的定义有多种提法，近年比较普遍的提法是： 细胞是生命活动的基本单位。这一概念概括性较强，内涵也更有深度，要全面理解这一概念，应从以下五个方面去理解： 一切有机体都由细胞构成，只有病毒是非细胞形态的生命 体。细胞是构成有机体的基本单位；细胞具有独立的、有序的自控化技术体系，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；细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性；没有细胞就没有完整 的生命。 2病毒是非细胞形态的生命体，又是最简单的生命体。请 论证一下它与细胞不可分割的关系 ? 答：细胞虽然是地球上主要的生命形式，但并非是唯一的生 命形式。病毒也是生命体，但它不具细胞结构。是比细胞更小的生命体。 病毒是 19 世纪末通过对疾病的研究发现的，无法用光学显 微镜观察 。病毒没有细胞结构，不能在体外独立生活。只能在活 细胞中进行 增殖。 虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内才能 表现基本 的生命特征 (繁殖与遗传 )。从其生活史可知它与细胞 存在不可 分割的关系。 病毒的生活史可分为 5个过程： 吸附：病毒对细 胞的感染起始于病毒蛋白外壳病毒结合蛋白 (宿主细胞表面特殊的受体结合，分为可逆吸附和不可逆吸附两个阶段，受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特异性； 侵入：病毒吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。病毒感染细菌时，用酶将细菌的细胞壁穿孔后注入病毒核酸；对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，病毒完全被吞人； 复制：病毒核酸进入细胞后有两种去向，一是病毒的遗传物质整合到宿主的基因组中，形成溶原性病毒；二是病毒 用宿主的酶系进行复制和表达； 成熟：一旦 病毒的基因进行表达就可合成病毒装 配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒； 释放：病毒颗粒装配之后，它们就可从被感染的细胞中释放出来，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。 3为什么说 支原体可能是最小最简单的细胞存在形式 ? 答：支原体是目前发现的最小、最简单的细胞。它的基本结构与机能极其简单。体积很小，直径一般是 为细菌的十分之一，以一分为二的方式分裂繁殖，很多支原体能寄生在细胞内繁殖。目前没有发现比支原体 更小更简单的细胞了。 支原体除了具有作为细胞必需的结构外，几乎没有称得上结构复杂的装置了。但它具有细胞的基本结构与功能。 一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能是：细胞 膜、遗传信息载体 行蛋白质合成的一定数量的 核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。这些在支原体细胞内已基本具备。支原体能在培养基上生长，具有典型的细胞膜，一个环状的双螺旋 为遗传信息量不大的载体， 核糖 体结合为多聚核糖体， 3 指导合成约 700 多种蛋白质。 虽然它们是极为简单的生命体，都已具备了细胞的基本形态结构，并具有 作为生命活动基本单位存在的主要特征。 从保证一个细胞生命活动运转所必需的条件看，人们估计完 成细胞功能至少需要100 种酶。这些分子进行酶促反应所必须占 有的空间直径约为 50m，加上核糖体、细胞膜和核酶等，可以 推算出，一个细胞体积的最少极限直径不可能小于 100现在发现的最小支原体细胞的直径已接近这个极限，因此作为比支原体更小，更简单的细胞，又要维持细胞生命活动的基本要素，似乎是不可能存在的。所以说支原体可能是最小，最简单的细胞存在形式。 作业三： 1、细胞膜的基本特征是什么，具有什么功能？ 答：细胞膜 的基本特征是：（ 1）细胞膜由膜脂和膜蛋白组成的双层结构；（ 2）细胞膜具有流动性；（ 3）细胞膜具有不对称性。 细胞膜的功能： (1)为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； (2)选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物 的排除，其中伴随着能量的传递； (3)提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递； (4)为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进 行； (5)介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接； (6)质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构 ；（ 7）膜蛋白的异常与某些疾病，恶性肿瘤，甚至神经退化 性疾病相关，很多的膜蛋白作为疾病治疗的药物靶标。 2、何谓内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结合？ 答：根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子结合方式，膜蛋白可分为膜周边蛋白（外在膜蛋白和膜内在蛋白（整合膜蛋白）。 膜内在蛋白多数为跨膜蛋白，也有些插入脂双分子层中，它与膜脂结合的主要方式有：（ 1）膜蛋白的跨膜结构域与脂双分子层的疏水核心的相互作用，（ 2）跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸如精氨酸、赖氨酸等于磷分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过 阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。（ 3）某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱胺残基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双分子层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合 。 3、红细胞膜骨架的结构与功能是？ 答：膜骨架是指细胞膜下与膜蛋白相连的蛋白组成的网架结构，位于细胞质膜下 的胶层。红细胞膜蛋白主要包括血影蛋白 、锚蛋白、带 3 蛋白、带 影蛋白和肌动蛋白在维持膜形状及固定其他膜蛋白的位置方面起重要作用，膜骨架网络与细胞质膜之间的连接主要通过锚蛋白，红细胞质膜的刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨架复合体的相互作用来实现的，因此膜骨 架它参与与维护细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 作业四： 1、 比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义 。 比较特征 被动运输 主动运输 简单扩散 协助扩散 主动运输 被运输的物质 是否需要结合 不需要 载体蛋白需要 通道蛋白不需要 需要 能量 浓度梯度 浓度梯度 电压 4 梯度 运输方向 顺浓度梯 度 顺浓度梯度 逆浓度梯度 特异性 无 有 是 载体 无 载体蛋白和通道 蛋白 载体蛋白 运输的分子高浓度时 的饱和性 无 有 有 生物学意义 在不需要能量的情况下，借 助浓度梯度，保证了物质的运输。 保证细胞和细胞器必须物质通过膜的的运输，即使是从低浓度到高浓度，维持一些离子浓度梯度。 2、说明 K+泵的工作原理及其生物学意义 。 答： K+泵是动物细胞中由 动的将 出到 细胞外同时将 K+输入细胞内的运输泵，又称 或 K+交换泵。实际上是一种 K+ K+由 两个大亚基 ( 亚基 )和两个小亚基 ( 亚基 )组成。 亚基是跨 膜蛋白，在膜的内侧有 合位点，膜外侧有乌本苷结合位 点；在 亚基上有 K+结 合位点。 K+输分为六个过程： 在静息状态， K+泵的构型使得 合位点暴露在膜内侧。当细胞内 度升高时， 3 个 该位点结合； 由于结合，激活了 的活性，使 解，释放 a 亚基被磷酸化； 由于 亚基被磷酸化，引起酶发生构型变化，于是与 合的部 位转向膜外侧，并向胞外释放 3 个 膜外的两个 K+同 亚基结合； K+与磷酸化的 K+使酶 去磷酸化；去磷酸化后的酶恢复原构型，于是将结合的 K+释 放到细胞内。每水解一个 出 3 个 输入 2 个 K+。 K+泵工作的结果，使细胞内的 度比细胞外低 10 30 倍，而细胞内的 K+浓度比细胞外高 10 30 倍。由于细胞外的 度高，且 带正电的，所以 K+泵使细胞外带上 正电荷。 生物学意义： K+泵具有三个重要作用：一是维持了细 胞 子的平衡，抵消了 子的渗透作用；二是在建立细 胞质膜两侧 子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力；三是 建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲 传导提供了基础。 3、 比较胞饮作用和吞噬作 用的异同。 答：胞饮作用是将溶液状的胞吞物通过细胞膜内部形成较小 的囊泡，将外界液体状物质裹进并输入细胞的过程。吞噬作用是将颗粒状的胞吞物通过细胞膜内部形成较大的囊泡，将外界固体状的物质输入细胞的过程。 两者不同点：胞吞泡的大小不同：胞饮泡直径 150吞噬泡直径 250所有的真核细胞都通过胞饮作用连接摄入溶液和分子，而大的颗粒性物质则主要是通过特殊的吞噬细胞摄入的，前者是一个连续发生的过程，后者需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体，因此是一个信号触发过程；胞吞泡形成的机制不同：胞饮泡的 形成需要网络蛋白或这一类蛋白的帮助；吞噬泡的形成需要有微丝及其结合蛋白的帮助。 相同点： 主动运输，需 供能量； 均要通过膜的内部并形成胞吞泡，胞吞泡的形成均有蛋白质的参与； 物质包裹在双层膜的囊泡中，运输过程中涉及膜融合的断裂的循环过程；均是细胞完成大分子物质运输的方式。 4、 比较组成型胞吐途径和调节型胞吐途径的特点及其生物 学意义。 答：胞吐作用是将细胞内的分泌泡或某些膜泡 中的物质通过细胞质膜运出细胞 5 的过程。根据其过程是否连续分为组成型胞吐途径和调节型胞吐途径。 组成型胞吐途径指细胞从 高尔基体反面管网区分泌的囊泡向 质膜流动并与之融合的稳定过程。新合成的囊泡膜的蛋白和膜类脂不断地供应质膜更新，确保细胞分裂前质膜的生化功能，囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，有的成为质膜外周蛋白，有的形成胞外基质组分，有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液。 调节型胞吐途径：分泌细胞产生的分泌物 (如激素、糖液或 消化酶 )储存在分泌泡内，当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡 与质膜融合并将其内含物释放出去。调节型胞吐途径存在于特殊机能的细胞中，如已知脑垂体细胞分泌促肾上腺皮质激素，胰岛素的 细胞分泌胰岛素，胰腺的腺泡细胞分 泌胰蛋白酶原，这三种 分泌产物均分别储存在各自细胞的可调节性分泌泡中。只有在相应信号刺激下向细胞外分泌，保证特殊生理功能的可调节性。 5、简要说明 G 蛋白偶联受体介导的信号通路有何特点？ 答： 酶或离子通道的作用，要通过与 合的调节蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内。 号通路、磷脂肌醇信号途径。 号通路中，细胞外信号与相应受体结合，通过调节第二信使 水平而引起细胞反应的信号通路。磷脂肌醇信号途径通过膜上 G 蛋 白（ 化磷酸酯酶 ，催化膜上的 4， 5分解为两个细胞内的第二信使，甘油二酯（ 1， 4， 5 细胞质中，同钙调蛋白结合，参与一系列的反应，而 过激活蛋白激酶 C，并可活化 H+交换，引起细胞内 高，进而引起对外界信号的应答。 作业五： 1、 比较糙面内质网和光面内质网的形态结构与功能 。 答：内质网是由一层单位膜所形成的膜状、泡状和管状结构，并形成一个连续的网膜系统。 并形成了一个连续的网膜系统 。根据内质网上是否附有核糖体， 将内质网分为两类：粗面内 质网光面内质网。 糙面内质网 多呈扁囊形，排列较为整齐， 有核糖体附着， 功能是合成分泌性的蛋白质、多种 膜蛋白和酶蛋白 ，还进行蛋白质的修饰与加工，蛋白质的折叠 。 光面内质网 无核糖体附着 ，通常为小的膜管和 小的囊泡状，广泛存在于 各种类型的细胞中 ，包括包括胆固醇 的内分泌细胞、肌 细胞、肾细胞等。光面内质 网是脂类的重要 场 所，它 往往作为出芽的位点，将内质网上 全盛的蛋白质或脂类转运到高 尔基体。光面内质网具有很多重要 的功能，如类固醇激素的合成、肝细胞的脱毒作用、糖原分解释 放 葡萄糖、肌肉收缩的调节等。 2、 高尔基复合体由哪几部分组成 ?其主要功能是什么 ? 答：高尔基复合体由一层单位膜围成的泡状复合结构，膜表 面光滑，无核糖体附着，形态上可分为扁平囊、小囊泡、大囊泡 3 部分。 主要功能：高尔基复合体是细胞生命活动中不可缺少的中介 细胞器，其主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类和包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。不仅参与糖蛋白、糖脂、多糖的生物合成，而且还参与分泌蛋白的加工、浓缩、贮存和运输过程，在细胞的蛋白质分选和指导大分子物质运输到细胞各特殊区域的过程 中，高尔基复合体起着十分重要的作用。此外，溶酶体也是由高尔基复合体形成的。 3、 溶酶体结构上有何特点 ?在细胞中的作用是什么 ? 答：溶酶体是由一层单位膜围成内含多种酸性水解酶类的球 形或卵圆形结构，其形 6 态大小差异很大，直径可从 米至数 微米。电镜下，因其内含物的电子密度较高、着色深，易与线粒体、过氧化物酶体等泡状细胞器相区别。溶酶体含有丰富的水解酶，大约有 50 种左右，溶酶体的标志酶为酸性磷酸酶。溶酶体 膜比质膜薄，约6常生理状况下，溶酶体的膜相当稳定， 但在病理情况下，溶酶体膜通透性大大增加，使水解酶 外漏，导致机体组织自溶。 溶酶体的基本功能是进行细胞内的消化作用。它既可对吞噬 入胞的异源物质如细菌、病毒等进行消化分解，也可对细胞内自噬的衰亡细胞器、营养颗粒等物质进行消化分解，称为细胞内消化，清除无用的生物大分子，衰老、死亡的细胞；同时机体中细胞的生理性自溶 (两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化 )及精、卵 结合也与溶酶体有关。 4、 溶酶体完成消化作用，其消化底物的来源有哪几种途径 ? 答：溶酶体的主要功能是消化作用。其消化底物的来源有三 种途径：自体吞噬(细胞内原有的物质； 通过 吞噬形成的吞噬 体 (供的有害物质； 通过内吞作 用 (供的营养物质。由于吞噬作用和内吞作用提 供的被消化的物质都是来自细胞外，又将这两种来源的物质消化作用统称为异体吞噬 ( 5、 何谓蛋白质的分选 ?已知膜泡运输有哪几种类型？ 答：高尔基体反面网络的功能是进行蛋白质的分选。分选作 用主要是由信号序列和受体之间的相互作用决定的，如同 列是内质网的滞留信号一样，不同部位的蛋白具有不同的信号，在反面高尔基网络被分选包装到不同的小泡，没有特别信号的则进人非特异的分 泌小泡。 运输小泡有：网格蛋白有被小泡； 被小泡； 被小泡。 6、 过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别 ?怎样理解过氧化物 酶体是异质性的细胞器 ? 答：过氧化物酶体 (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。 1954 年 次在鼠肾的肾小管上皮细胞中观察到这种细胞器。过氧化物酶体是一种与溶酶 体完全不同的细胞器。它普遍地存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。早年以大鼠肝组织及种子植物的种子作为研究过氧化物酶体的实验材料。近些年来，人们从 几种酵母菌及成纤维细胞中筛选出一系列过氧化物酶体缺陷突变株，进而克隆了 18 种与过 氧化物酶体发生相关的基因 (称 应的蛋白称 从而对这一细胞器的成分、功能及其发生过程有了进一步 了解。 过氧化物酶体与溶酶体的区别：过氧化物酶体和初级溶酶体 的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成品格状结构，因此可作为电镜下识别的主要特征。此外，这两种细胞器在成分、功能及发生方式等方面都有很大的差异，详见表： 特 征 溶酶体 微 体 形态大小 多呈球形，直径 酶晶体 常有酶 、 晶体 酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类 左右 7左右 是否需 02 不需要 需要 功能 细胞内的消化作用 多种功能 发生 酶在糙囱内质网合成经 ， 高尔基体出芽形成 酶在细胞质基质中合成，绎分裂与磐配形成 7 识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶 作业六 1、试述细胞以哪种方式进行通讯，各种方式之间有何不同？ 答：细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产 生胞内一系列生理生化变化。 主要又三种方式： （ 1）细胞通过分泌化学信号进行细胞间的通讯； （ 2）细胞间接接触依赖性的通讯； （ 3）动物相邻细胞间形成间隙连接以及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。 第一种通讯方式细胞间不接触而通过信号分子进行细胞间的通讯。 第二种通讯方式，细胞间直接接触而无须信号分子的释放，代之以通过质膜上的信号分子与靶细胞质膜上的受体分子相互作用来介导细胞间的通讯。 2、简要说明 G 蛋白偶联受体介导的信号通路有何特点？ 答： 体，与酶或离子通道的作用，要通过与 合的调节蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内。 号通路、磷脂肌醇信号途径。 号通路中，细胞外信号与相应受体结合，通过调节第二信使 水平而引起细胞反应的信号通路。磷脂肌醇信号途径通过膜上 G 蛋白（ 化磷酸酯酶 ，催化膜上的 4， 5分解为两个细胞内的第二信使，甘油二酯（ 1， 4，5 细胞质中 ，同钙调蛋白结合，参与一系列的反应，而 过激活蛋白激酶 C，并可活化 H+交换，引起细胞内 而引起对外界信号的应答。 3、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（ 是细胞表面的一大类重要酶连受体家族，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，纵致细胞生理和域基因表达的改变。 号通路是这类受体所介导的重要信号通路，具有广泛的功能，包括调节细胞的增殖和分化，促进细胞的存活，以及细胞 代谢过程种的调节与校正作用。 号通路的基本模式是：配体 其他激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修饰。 作业七 1、除 支持和运动外，细胞骨架还有什么功能 ?怎样理解 “骨架”的概念 ? 答：细胞骨架除具有支持和运动功能外，还具有物质运输、 能量转换、信息传递、细胞分化等方面的作用。 作为支架，为维持细胞的形态提供支持结构。例 如红细胞质膜的内部主要是靠以肌动蛋白纤维为主要成分的膜骨架结构维持 着红细胞的结构。 在细 胞内形成一个框架 结构，将细胞内的各种 细胞器分隔在各种不同的位置，使它们具有不同的作用环境。所以细胞骨架是胞质溶胶的组织者，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域网络。 为细胞内的物质和细胞器的运输、运动提供机械支持。例如 从内质网产生的小 8 泡向高尔基体的运输，由胞吞作用形成的吞噬泡向溶酶体的运输；在有丝分裂和减数分裂过程中染色体向两级的移动，以及含有神经细胞产生的神经递质的小泡向神经细胞末 端的运输都要依靠细胞骨架的机械支持。为细胞从一个位置向另一位置移动提供动力 。典型的单细胞靠纤毛和鞭毛进行运动。 为信使 供锚定位点，促进 译成多肽。用非 离子去垢剂提取细胞成份可发现细胞骨架相当完整，许多与蛋白质合成有关的成分同细胞骨架结合在一起。 除了上述的机构功能之外，细胞骨架还参与细胞的信号传 导。有些细胞骨架成分常同细胞质膜的内表面接触，这对于细胞外环境中的信号在细胞内的传导起重要作用。 在上述功能中，细胞骨架最基本的两个功能是：第一，使细 胞维持一事实上的形态；第二，细胞骨架具有运动的能力，包括肌体的运动和细胞器的移动。 2、微光管是如何组装的 ？ 答：微管在体外的组装过程可以分为成核和延伸两个阶段。首先微管蛋白， a 管蛋白和 B 微管蛋白形成长度为 8 聚体先沿纵向聚合形成一个短的原纤维，这种原纤维可能不够稳定，第二个过程是以原纤维为基础，经过侧面增加二聚体而扩展为弯曲的片状结构，这种片状结构的稳定性大大提高，第三个过程是， 聚体平行于长轴重复排列形成原纤维，当螺旋带加宽至 13 根纤维时，既合拢成微管的壁。游离的 、在 B 微管的交换点结有 管蛋白二聚体再不断加到这一微管的端点使之延长。 3、 比较微丝、微管和中间纤维的特点。 微丝 微管 中间纤维 单体 球蛋白 球蛋白 杆状蛋白 结合核苷酸 二聚体 无 纤维直径 7250构 双链螺旋 13 根源纤丝组成空心管状纤维 8 个 4 聚体或 4 个 8 聚体组成的空心管状纤维 极性 有 有 无 组织特异性 无 无 有 蛋白库 有 有 无 踏车形为 有 有 无 动力结合蛋白 肌球蛋白 动力蛋白，驱动蛋白 无 特异性药物 细胞松驰 素 鬼笔环肽 秋水仙素，长春花碱，紫杉酚 4、 细胞中同时存在几种骨架体系有什么意 义 ?是否是物质 和能量的一种浪费 ? 答：在细胞中，现在提到的有细胞质骨架、细胞核骨架、细 胞膜骨架及染色体骨架。每种骨架及骨架的各种组成成分各有不同的功能。多种骨架体系存在有利细胞之间的分工与协作，对细胞完成正常的生理活动具有重要意义，不能看成是物质和能量的一种浪费。 5、 细胞骨架的研究方法有哪些 ? 答：用于 细胞骨架的研究方法主要有三种。荧光显微镜应用：荧光显微境主要用来研究细胞骨架的动力学。例如，细胞骨架的蛋白亚基能够同小分子的荧光染料共价结合，使细胞骨架带上荧光标记，并发现荧光。这样就可以追踪细胞骨 架蛋白在细脆活动中的作用，包括装配、去装配、物质运输等。这种方法还有一个好处，就是在活细胞时就可以观察。另外，也可用荧光抗体研究以很低浓度存在的蛋白质 9 在细胞内的定位。荧光抗体既可以直接注射活细胞进行定位，也可以加到固定的细胞或组织切片中进行反应和分析。电视显微镜，是用照相机将细胞的活动记录在胶片上并可在电视屏上显示。将样品放在载玻片上，然后通过聚焦的激束系统将含有分子马达样品直接放在微管上，在合适的条件下，可在电视屏幕上观察分子马达以 能量来源沿着微管移动。 电子显微技术的应用：细胞骨架的一个很特别的特性是用 非离子去垢剂，如 理时保持非溶解状态。当用这 凑去垢剂处理细胞时，可溶性的物质、膜成分被抽提出来，留下细胞骨架，并且同活细胞中的结构完全一样。根据这一特性，采用金属复型技术在电子显微镜下观察到细胞骨架的基本排列。 6、 什么是细胞骨架 ?有哪些类型和功能 ? 答：细胞骨架是指存在于细胞质内的网络结构。它是由纤维 状蛋白组成，主要包括微管、微丝和中等纤维等类型。细胞骨架的功能包括：构成细胞内支架并给细胞器定位；与细胞器运动有关参与细胞的有丝分裂和减数分裂；参与物质运输； 与信息传递、分泌活动有关。 7、 微管的形态结构怎样 ? 答：微管呈中空圆柱体状，外径 25径 15短不 一，在大多数细胞中仅有几微米长，但在某些细胞，如神经系统的运动神经元的微管可长达几厘米。微管的管壁是由 13 条原纤 维包围而成，原纤维呈纵行螺旋排列，每条原纤维都是由直径为 5 毫微米的球形亚单位微管蛋白组成。 8、 微管是由哪些化学成分组成的 ? 答： 微管的化学成分包括微管蛋白、微管关联蛋白和微管装饰蛋白等。微管蛋白是微管的主要蛋白质，微管蛋白可分为 、 两型，分子量都在 55000 左右。各含500 个左右的氨基酸残基， 但氨基酸组成和多肽链序列不同。微管关联蛋白和微管装饰蛋白统称为微管结合蛋白，该蛋白是在微管组装后结合到微管表面上去的，微管结合蛋白主要与微管的聚合和解聚的调节有关。 作业八 1、 试述核孔复合体的结构及其功能。 答：核孔复合体是指包括核孔 及其相关联的环状结构体系。包括胞质环(外 环、核质环 、内环 和 辐。辐由柱状亚单位、腔内亚单位、环带亚单位、中央栓及核孔组成。孔环颗粒 共有 8 对，呈放射状排列在核孔周围。每个孔环颗粒的 直径约 10由微细粒子 和纤丝盘绕而成。周边颗粒位于内、外核膜 交界处，核孔的周缘以细纤丝与相对应的内、外孔环颗粒相连。中央颗粒位于核孔中央，呈粒状或棒状，直径为 5 30是 由细纤丝连接孔环颗粒和周边颗粒。核孔复合体中央的核孔是含水通道，这一圆柱形腔道直径为 9度为 15许水溶性 物质进出核膜内外。因此，核孔复合体的功能在于调节核孔大小，实现细胞核与细胞质之间物质交换的调控。 2、 核被膜有何功能 ? 答： 构成核、质之间的天然选择性屏障； 避免生命活动 的彼此干扰；保护受细胞骨架运动所产生的机械力的 损伤；核质之间的物质交换与信息交流。 3、 如何理解核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建 ? 答： 新核膜来自旧核膜； 核被膜的去组装是非随机的， 具有区域特异性 ； 以非洲爪蟾卵提取物为基 础的非细胞核装配体系提供了实验模型；核被膜的解体 10 与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。 4、 试述核基质的结构和功能。 答：核基质是核膜内除核纤层、染色质与核仁以外的一个精 密的网架体系。该网架由 3 30，主要成 分是非组蛋白性的纤维蛋白。核基质的功能包括：参与 装和染色体构建； 与 制有关； 参与基因 表达调控；是 工的场所； 与核内 毒复制、 装配过程有关。 5、 试述核仁的细微结构和功能。 答：核仁是存在于核内无包膜的、由纤维丝构成的海绵状颗粒结构。核仁结构由原纤维成分、颗粒成分、核仁相随染色质和核仁基质 4 部分组成： 原纤维丝直径为 58 20 40排列紧密，构成核仁的海绵状网架，主要成分是 蛋白质；在电镜下，颗粒成分的电子密度较大，直径 15 20布 于原纤维 网架之间，颗粒成分主要也是由 蛋白质组成， 可能是核糖体的前身；核仁相随染色质由 10径纤维组成， 分为 2 种：一种是在核仁周围，叫核仁周围染色质，主要是异染 色质。另一种是深人到核仁内部，称核仁内染色质，主要是常染色质；核仁基质为无定形的蛋白质性液体物质，电子密度低，与核基质沟通，悬浮着原纤维和颗粒成分。 核仁的功能是合成核糖体核糖核酸和装配核糖体亚基。核仁 们在 合酶 I 催化下转录出 45S 经裂解加工成 18S 和28S 些成熟 的 蛋白质结合。在核仁内装配成核糖体的大、小亚基，通 过核膜孔运送到胞质中去。 6、 分析中期染色体的三种功能元件及其作用。 答：在细胞世代传递中要确保染色体的复制和稳定遗传，染 色体起码应具备三种功能元件 ：一个 制起点，确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞世代传递中的连续性；一个着丝粒，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；最后，在染色体的两个末端必须有端粒，保持染色体的独立性和稳定性。构成染色体 这三种关键序列 称为染色体 功能元件。 近年来采用分子克 隆技术把真核细胞染色体的复制起点、着丝粒和端粒这三种 键序列分别克隆成功，并把它们互相搭配 或改造而构成所谓“人造微小染色体” 。 7、概述核仁的结构及其功能。 答：结构为： 纤维中心 、 致密纤维组分 、 颗粒组分、核仁相随染色质与核仁基质。 核仁的功能主要涉及核糖体的生物发生。这一过程包括 合成、加工和核糖体亚单位的装配。还涉及 输 出与降解。 8、 概述活性染色质的主要特点。 答：活性染色质具有 敏感位点。当染色质用 化时，可将染色质降解成酸溶性的 片段。 如用很低浓度的 理染色质，切割将首先发生在少 数特异性位点上。这些特异性位点叫做 敏感位点。超 敏感位点的存在是活性染色质的特点。活性染色质在生化上具有特殊性，根据对活性染色质蛋白组分的生化分析发现：活性染色质很少有组蛋白 其结合； 活性染色质的 4 种核心组蛋 白虽然以常量存在，但是与非活性染色质相比较，活性染色质上的组蛋白乙酰化程度高；与非活 11 性染色质相比，活性染色质的核小体组蛋白 少被磷酸化； 核小体组蛋白许 多物种包括果蝇和人的活性染色质中很少有变异的形式存在； 白是染色体非组蛋白中一组 较丰富、不均一、富含电荷的蛋白质。其中 在于活性染色质中，与 合。平均每 10 个核小体中有 1 个核小体是与 合的，其氨基酸序列在进化中 高度保守，表明它们有重要功能。 10、 试述染色质结构与基因转录的关系。 答：染色质是指细胞核内易于被碱性染料 (如洋红、苏木 精、龙胆紫等 )染上颜色的物质。这些物质是由 蛋白质 (组蛋白和非组蛋白 )和少量 成。在光镜下常呈颗粒状、 块状、细丝状交织成网状的结构。它存在于间期细胞核内，是细 胞间期遗传物质的存在形式。实质上染色质就是间期核内伸展开来的 蛋白质纤维。可分为常染色质和异染色质两种。异染 色质是 蛋白质纤维没有充分伸展开的部分。常染色质是高 度伸展的部分，由于稀疏呈分散状态，在光镜下着色较浅。常染色质能进行复制和转录，是具有活性的染色质。异染色质很少进行转录，本来含有活动基因，由于折叠紧密凝聚而不表现活性。 染色质中的主要成分，是遗传物质。 过自我复制， 将遗传信息传给子代，使遗传信息得以延续。 作业 九 1、 已知核糖体上有哪些活性部位 ? 答：核糖体上具有一 系列与蛋白质合成 有关的结合位点与催化位点：与 结合位点； 与新掺人的氨酰 结 合位点 氨酰基位点，又称 A 位点； 与延伸中的肽酰 结合位点 肽酰基位点，又称 P 位点； 肽酰转移后与 与即将释放的 结合位点 与肽酰 位点转移到 即延伸因子 G)的结 合位点；肽酰转移酶的催化位点；与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点。 2、何 谓多聚核糖体 ?以多聚核糖体的形式行使 功能的生物学意义是什么 ? 答：核糖体，是细胞内一 种核糖核蛋白粒，其唯一功能是按 照 指令合成蛋白质多肽链。所以核糖体是细胞内蛋白质 合成的分子机器。核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条 子上高效地进 行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与 聚合体称为多聚核糖体。 聚核糖体的生物学意义：同一条 多个核糖体同时 蛋白质，大大提高了蛋白质合成的速率，也减轻了细胞核因转录和加工的压力。以多聚核糖体的形式进行多肽合 利用及对其浓度的调控更为经济和有效。 3、你认为最早出现的简单 生命体中的大分子是什么 ?为什 么？ 答： 细胞中最主要的三种 过 核糖体结合在一起，共同完成遗传信息表达中的最后一步 蛋翻译。证明 有肽酰转移酶的活性，大大提高了对 命起源中最基本也是最富有挑战性的问题 细胞遗传信息装置起源的兴趣。 生命是自我复制的体系。推测最早出现的简单生命体中的生 物大分子，应是既具有遗传信息载体功能又具有酶的催化功能。 当今细胞遗传信息传递装置中有 12 蛋白质三种 生物大分子。 具有信息载体功能，而无酶涪陛；蛋白质具 有多种酶活性而 尚未发现有遗传信息载体功能；只有 具 有信息载体的功能，又具有酶催化功能。因此推测 能是生命起源中最早的生物大分子。 信息功能人们早已明了， 为信使 多病毒如艾滋病病毒和流感病毒等基因载体就是 称 毒。但 化功能是近二十年才被发现。随后人们发现 系列具有催化作用的 称核酶。核酶不仅可催 解、连接、 剪接，在体外已 证明某些 可催化 合反应以及 磷酸化、氨酰 化和烷基化等多种反应。 能具有肽 酰转移酶 的活性，在蛋白质合成中起着关键作用。 从化学性质上推测，核糖核酸的基本成分一核糖，很容易 由当时地球表面含量丰富的甲烷来合成。而脱氧核糖则需要经核糖还原而成，这一反应在细胞中是由专一的酶完成的。因此，生命的最早形式可能是由膜围绕的一套具有自我复制能力的分子体系和简单的物质与能量供应体系，其遗传物质的载体是 不是 此整个体系复 制效率很低。 在漫长的进化过程中，由 化产生了蛋白质，进而 替了 遗传信息功能，蛋白质则取代了绝大部分 的功能， 逐渐演化成 今天的细胞。 作业 十 1、 什么是细胞周期，细胞周期中各时期有什么变化？ 答：细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。 制前的一段时期，又称合成前期。此期主要合成 核糖体。 S 期即 成期。在此期，除了 成外，同时还要合成组蛋白。 制所需的酶都在这一时期合成。 成的后期，是有丝分裂的准备期。在这一时期，大量合成 蛋白质，包括微管蛋白和促成熟因子等。分裂期又称 M 期或 D 期，是从细胞分 裂开始到结束所经历的过程，也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止。 2、 细胞周期时间是如何测定的 ? 答 ：细胞周期长短测定可以采 用：脉冲标记 制和 细胞分裂指数观察测定法；流式细胞仪测定法 ； 缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂 间 期和分裂期的准确时间。 3、 细胞周期同步化有哪些方法 ? 答：细胞同步化指自然的或经人工诱导形 成的细胞周期一致性，前者称自然同步化，后者是人工同步化。 自然同步化是自然界存在的现象，在动、植物细胞中都有发 现。它们不需人为创造条件，因而有可能在接近自 然的条件下进行观察。由于自然同步化的细胞群体受到诸多条件的限制，因而促进了细胞培养的各种人工同步化方法的发展。所以，人工同步化比较普遍使用的是体外培养细胞，大致可分为选择同步化、诱导同步化或者两者的结合。 4、试比较有丝分裂和减数分裂的异同点。 13 答： 相同点：是细胞的两种重要分裂方式，通过纺缍体与染色体的相互作用，将细胞一分为二 ；细胞周期都包含 S、 M 四个时期；每个细胞周期 复制一次。 不同点如下表。 增 殖 分 裂 重 组 有丝分裂 体细胞增殖 制一次，分裂一次，子细胞与母细胞相同 无配对，无重组，各个个体相同。 减数分裂 生殖细胞增殖 制一次，分裂两次，子细胞染色体数目减半。 有配对，有重组，所以个体间不同。 5、 说明细胞分裂后期染色单体分离和向两极移动的运动机 制。 答：解释后期染色单体分离和向两极移动的运动机制，有多 种假说。目前获得比较广泛支持的假说是后期 A 和后期 B 两个 阶段假说。在后期 A，动粒微管变短，将染色体逐渐拉向两极。 一般认为，动粒微管变短是由于其动粒端解聚所造成的；而这种解聚又是由于动力蛋白沿动粒微管向极部运动的结果。微管动力蛋白首先结合到动粒上 ，在 解提供能量的情况下，沿动粒 微管向极部运动，并带动动粒和染色单体向极部运动。动粒微管的末端随之降解成微管蛋白二聚体，动粒微管变短，动粒和染色单体与两极之间的距离逐渐拉近。当染色单体接近两极，后期 A 结束，转向后期 B。在后期 B，极性微管游离端 (正极 )在 供能量的情况下微管蛋白聚合，使极性微管加长，形成较宽的极性微管重叠压。移动素类蛋白 (极性微管重叠区的微 管结合，并在来自两极的极性微管之间搭桥。 微管正极 行走，促使来自两极的极性微管在重叠区相互滑动，使重叠区逐渐变得狭窄，两极之 间的距离逐渐变长。同时，胞质动力蛋白在星体微管之间搭桥，并向星体微管负极运动，进一步将两极之间的距离拉长。 作业十一 1、 凋亡的 概念，形态特征和与细胞坏死的区别 ? 答： 细胞的凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，凋亡过程中的形态特征： 凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细 胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布；凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的 片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体；凋亡小体逐渐被邻近的细胞吞噬并消化。 在整个凋亡过程中，细胞膜的整合性保存完好，死亡细胞的内容物不溢出，不发生炎症反应。而坏死细胞膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破裂的细胞器以及染色质片段，释放到细胞外，导致炎症反应。 2、什么是“ 限”？ 14 答：细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的 寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限。具体理解如下：（ 1） 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞； （ 2） 细胞的增殖能力与供体年龄有关；（ 3） 物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系； 二倍体细胞的衰老是由细胞本身决，决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境； 是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老 3、 细胞衰老有哪些特征 ? 答：细胞的衰老一般指细胞的形态、结构、化学成分和生理 功能逐渐衰退的总现象。细胞衰老的主要特征有如下几个方面：细胞核的变化。细胞核的大小是倍增次数的函数，即随着细胞分裂次数的增加，核不断增大。细胞核结构的衰老变化中最明显的是核膜的内折。 染色质固缩化是衰老细胞