武汉大学细胞生物学练习题部分答案.doc

1.如何理解细胞是生命活动的基本单位这一概念?(1)一切有机体都有细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位(2)细胞具有独立的,有序的自控代谢体系,细胞是代谢和功能的基本单位;(3)细胞是有机体发育的基本单位(4)细胞是物质结构,能量和信息过程精巧结合的综合体(5)细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性(6)没有细胞就没有完整的生命(7)细胞是多层次，非线性与多层面的复杂结构体系(8)细胞是高度有序的，具有自组装和自组织能力的体系2.为什么说直径仅0.1um的支原体PPLO是细胞，而体积相近的疱疹病毒就不是细胞？支原体PPLO具有以下特征：能在培养基上生长，具有典型的细胞质膜，一个环状的双螺旋DNA作为遗传信息的载体，mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成700多种蛋白质，以一分为二的方式分裂繁殖，体积仅为细菌的1/10，能寄生在其他细胞内繁殖，以上都是细胞的特征，所以说支原体PPLO是细胞。病毒虽然具备了生命活动的基本特征（复制与遗传），但不具备细胞的形态结构，是不“完全”的生命体。因为它们主要的生命活动必须在细胞内才能变现，在宿主细胞内复制增殖；病毒自身没有独立的代谢体系和能量转换系统，必须利用宿主细胞结构、“原料”、能量与酶系统进行增殖，因此，病毒是彻底的寄生物。3.显微水平与超显微水平的界限是0.2um，这是依据什么划分的？显微镜分辨率的高低取决于光源的波长，物镜镜口角和介质折射率N，其关系为： ，通常最大值可达140度，空气中N=1，最短的可见光波长为450nm，此时分辨率D=292nm，约3um。若在油镜下，N可提高至1.5，D则可达0.2um，所以普通光学显微镜和超显微镜的界限是0.2um.4细胞连接有哪几种类型，各有何功能？(1)封闭连接：细胞质膜上，紧密连接蛋白形成分支的链索条，与相邻的细胞质膜上的链条对应结合，将细胞间隙封闭。(2)锚定连接：通过中间纤维或微丝将相邻细胞或细胞与基质连接在一起，以形成坚挺有序的细胞群体、组织与器官。(3)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5.由间隙连接执行的细胞间通讯有哪些生理作用？(1)允许小分子代谢物和信号分子通过，是细胞间代谢耦联的基础(2)在神经冲动信息传递过程中的作用：神经元之间或神经元与效应细胞之间通过突触完成神经冲动的传导(3)在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用：保证卵泡正常发育6.细胞表面的黏着因子分为哪几种类型，各有何作用？(1)钙粘蛋白：对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成有重要作用。(2)选择素：能与特异糖基识别并结合(3)免疫球蛋白超家族：介导同亲型细胞黏着，或介导异亲型细胞黏着(4)整联蛋白：介导细胞与细胞间或细胞与胞外基质间的黏着7.植物细胞壁及胞间连丝的主要结构及功能细胞壁结构：由大分子组成，主要成分是多糖，包括纤维素、半纤维素、果胶质等；细胞壁功能：赋予细胞强度，保护细胞免受机械损伤以及病原体感染，发挥渗透屏障作用，小分子能顺利通过细胞壁，大分子很难通过胞间连丝结构：由相邻细胞的细胞质膜共同组成直径为2040nm的管状结构，中央是由光面内质网延伸形成的链样管。在链样管与管状质膜之间是由细胞液构成的环孔；胞间连丝功能：物质运输、信号传递8.小肠上皮细胞膜上载体蛋白转运葡萄糖，为何有时是协同运输，有时却是协助扩散？协同运输时：葡萄糖分子通过Na+驱动的同向协同运输方式进入上皮细胞，再经载体介导的协助扩散方式进入血液，Na+-K+泵消耗ATP维持Na+的电化学梯度协助扩散时：人类基因组编码十多种葡萄糖转运蛋白，可以同葡萄糖羟基形成氢键，可认为可形成载体蛋白内部朝内和朝外的葡萄糖结合位点，从而通过构象改变完成葡萄糖的协助扩散。9.说明Na+-K+泵的工作原理和生物学意义？工作原理：在细胞内侧亚基与Na+相结合促进ATP水解，亚基上的天门冬氨酸残基磷酸化引起亚基构象发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+和亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，亚基构象再度发生变化，将K+泵进细胞，完成整个循环。Na+依赖的磷酸化和K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行。每个循环消耗一个ATP分子泵出3个Na+和泵进2个K+生物学意义：动物细胞借助Na+-K+泵维持细胞渗透平衡，同时利用细胞外高浓度的Na+所储存的能量，主动从细胞外摄取营养。10.比较线粒体氧化磷酸化和叶绿体的光和磷酸化的异同点（1）相同点：a.ATP的形成都是由H+的移动所驱动的 b.叶绿体的CF1因子与线粒体的F1因子都具有催化ADP和Pi形成ATP的作用； c都需要完整的膜。（2）异同点：a.叶绿体中通过1对电子的2次穿膜传递，在基质中摄取3个H+，在内囊体腔中产生4个H+，每3个H+穿过叶绿体ATP合酶，生成1个ATP分子； b.线粒体中，1对电子3次穿膜传递，将基质中的5对H+抽提到膜间隙中，每2个H+穿过线粒体ATP合酶，生成1个ATP分子。11.为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？线粒体和叶绿体中均具有自我繁殖所必需的基本组分，具有独立进行转录和翻译的功能。线粒体与叶绿体的绝大多数蛋白质由核基因编码，在细胞质核糖体上合成，然后转移到线粒体或叶绿体内，与线粒体或叶绿体DNA编码的蛋白质协同作用。在两者协同作用的关系中，细胞核的功能更重要。一方面它提供了绝大部分遗传信息，另一方面它具有关键的控制功能。因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制，所以称为半自主性细胞器。12.概述ATP酶复合体的分子结构及工作机制分子结构：ATP酶包括两个组分：球状的F1头部和嵌于内膜的F0基部。F1为耦联因子，是水溶性的蛋白复合物，由5种类型的9个亚基组成，其组分为33。F1头部中的5种多肽由核DNA编码。3个亚基和3个亚基交替排列，形成一个橘瓣状结构。单个的亚基的一个结构域构成一个穿过F1的中央轴，亚基的另一结构域主要与3个亚基中的一个结合。亚基协助亚基附着于F0基部。亚基与亚基有很强的亲和力，结合在一起形成转子，位于33的中央，共同旋转以调节3个亚基催化位点的开放与关闭。亚基是F1和F0相连必须的。 F0是嵌合在内膜的疏水性蛋白复合体，由abc三种亚基组成一个跨膜质子通道，多拷贝的c亚基形成一个环状结构。工作机制：结合变构机制：质子梯度的作用并不是用于形成ATP，而是使ATP从酶分子上解脱下来。ATP合酶上的3个亚基的氨基酸序列是相同的，但它们的构象却不同。ATP通过旋转催化而合成，在此过程中通过F0通道的质子流引起c亚基环和附着于其上的亚基纵轴在33的中央进行旋转，旋转是由F0质子通道所进行的质子跨膜运动来驱动的。旋转在360度范围内分3步发生，大约每旋转120度，亚基就会与一个不同的亚基相接触，正是这种接触迫使亚基转变成-空缺构象。亚基的一次完整旋转（360度）必然使每一个亚基都经历3种不同的构象改变，导致合成3个ATP以及从酶表面的释放。13.植物细胞中既然有叶绿体这种产能细胞器，为什么还必须线粒体？(1)叶绿体是光合作用的场所。在光照下植物通过叶绿体，将无机物（CO2和水）转化为有机物，同时将光能固定为稳定的化学能。这一过程（全过程，中间阶段不议）并没产生植物直接可以利用的能量。(2)线粒体是有氧呼吸的主要场所。细胞通过线粒体，将细胞内的有机物彻底分氧为无机物（CO2和水等），同时将有机物中稳定的化学能转化为活跃化学能（以ATP方式存在），可以直接被细胞生命活动利用。(3)生物从能量角度而言，是一个能量的耗散系统。生命现象的展示和生命活动（包括生长、发育等）都是以消耗能量为前提才能实现。(4)植物细胞并不是所有细胞都有叶绿体。叶绿体只存在于那些能进行光合作用的绿色部分。植物大部分细胞都没有叶绿体。（植物细胞中叶绿体的主要功能为光合作用:即利用光能将二氧化碳和水合成为碳水化合物，储存光能并释放氧气。是将光能转化为高能键能再转化为化学能。线粒体的主要功能是进行呼吸作用以及氧化磷酸化。氧化磷酸化是将化学能转化为高能键能，生成ATP分子。因此，植物细胞内的叶绿体通过转化光能，利用水，固定二氧化碳，生成有机物，为自养贮能的过程，再通过线粒体利用氧气，分解有机物，释放二氧化碳，将化学能释放，形成ATP向细胞供能，线粒体和叶绿体分别负责“化能”和“自养”的过程。）14.细胞质核糖体上合成的蛋白质后转移到线粒体和叶绿体的功能部位的事实究竟支持哪种起源学说?15.为什么说氧化磷酸化是动物细胞获得能量的主要途径,却不是唯一的?ADP变成ATP是一个磷酸化过程,在动物细胞中ADP磷酸化有2种途径:(1)底物水平的磷酸化.由相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上,生成ATP.(2).氧化磷酸化.指在呼吸链上与电子传递相耦联的由ADP被磷酸化形成ATP的酶促过程.在此两种过程中,氧化磷酸化是动物等需氧细胞生命活动的主要能量来源.16.简述细胞质基质中蛋白质被选择性降解的原理及过程.过程:畸形蛋白质所暴露出来的氨基酸疏水基团被识别,由此启动对蛋白质N端第一个氨基酸残基的作用,其结果形成了不稳定的氨基酸,被依赖于泛素的蛋白降解途径彻底水解.17.糙面内质网可合成哪几类蛋白质?其去向如何?a.向细胞外分泌的蛋白质：常以分泌小泡的形式通过细胞的胞吐作用运输到细胞外b膜的整合蛋白：定向去往各自所属膜结构c构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白：有些驻留蛋白需与其他细胞组分严格分离，内质网、高尔基体和胞内体中固有的蛋白质以及其他有重要生物活性的蛋白质在合成后进入内质网。18.服苯巴比妥的癫痫病人和肝炎病毒患者的肝细胞内质网分别有何特征？a.服苯巴比妥的癫痫病人肝细胞内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网格结构。b肝炎病毒患者的肝细胞内质网腔扩大并形成空泡，继而核糖体从内质网膜上脱落，蛋白质合成受阻。19.蛋白质糖基化（1）类型：N连接的糖基化：寡糖基转移到天冬酰胺残基上； O连接的它糖基化：发生在丝氨酸或苏氨酸的残基上。（2）生理功能：a.为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高尔基体进行分选、包装、转移。 b促进折叠和增强稳定性。 c参与细胞通讯、分化和个体发育。 d影响蛋白质的水溶性和电荷。20.为什么说高尔基体是细胞内大分子运输枢纽和“膜流”调控枢纽？21.细胞内蛋白分选定向转运有哪些类型？（1）.翻译后转运途径：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，或者称为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白；（2）.共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。22.概述膜泡运输中的三种有被小泡的特质、发生部位及功能。（1）Cop有被小泡：a.结构：5种蛋白亚基组成，包括Sec13p,Sec31p,Sec23p,Sec24p,Sar1p b.发生部位：内质网膜 c功能：负责从内质网到高尔基体的物质运输（2）Cop有被小泡： a.结构：7种蛋白亚基和一种调节膜泡转运的GTP结合蛋白ARF b.发生部位： c.功能：负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运（3）网格蛋白有被小泡： a.结构：由网格蛋白构成的蜂巢样的外层网格，形成结构骨架。由接合素蛋白构成的内壳，覆盖在面向细胞质基质侧的膜泡表面 b.发生部位：高尔基体的TGN区 c.功能：介导蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡的运输23.细胞通讯有哪几种不同方式，各有何特点？（1）通过分泌化学信号进行细胞间通讯。特点：需要细胞分泌化学信号（2）细胞间接触依赖性的通讯。特点：细胞间直接接触，影响其他细胞（3）动物相邻细胞间形成间隙连接以及植物细胞间通过细胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢耦联和电耦联。 24.简述受体络氨酸激酶介导的信号通路的特点25.体外培养的正常细胞贴壁才能生长、分裂，而癌细胞却能悬浮培养，为什么？正常细胞表面整联蛋白与胞外配体相互作用，通过一系列反应激活涉及细胞生长与增殖相关的基因转录。如果没有这些接触，则无法激活涉及细胞生长与增殖相关的基因转录，从而使非黏着细胞通过细胞周期的进程受阻。因此，细胞在基质上的黏着对正常细胞的生存是必须的。而癌细胞不需要上述激活途径就可以无限增殖，因此可以悬浮培养。26.微丝和微管的踏车现象有何生理意义？微管的踏车行为是细胞内的动态装配行为，如果微管蛋白的数量大于平衡数量，那么微管就逐渐增长；相反，微管逐渐缩短。所以细胞要控制微管的长度，只需控制微管蛋白的浓度便可。27.肌肉收缩过程神经冲动至运动终板-肌质胞质膜去极化-传至肌质网-肌质网去极化-释放Ca2+到肌浆中-Ca2+浓度升高-Ca2+与Tn-C结合-肌钙蛋白构象改变-In-I与肌动蛋白结合力减弱-脱离，成应力状态-原肌球蛋白的移位，消除肌动蛋白与肌球蛋白结合障碍。肌球蛋白头部与肌动蛋白附着，肌球蛋白头部是一种依赖于肌动蛋白所活化的ATP酶，与肌动蛋白的结合引起肌球蛋白头部朝着肌动蛋白细丝弯曲，同时释放ADP+Pi和能量，弯曲后的肌球蛋白头部能结合ATP，从而与肌动蛋白分开，肌球蛋白一旦释放即恢复原来的构型，致使细肌丝与粗肌丝之间产生滑动，表现为ATP的水解和肌肉收缩。28.微管的负极指向MTOC，正极背向MTOC微管在中心体部位成核模型：13个r微管蛋白在中心体的无定形致密周质中呈螺旋状排列形成一个开放的环状结构。微管组装时，游离的-微管蛋白二聚体有序的加到r-微管蛋白构成的环上，而且r-微管蛋白只与二聚体中的-微管蛋白结合，这样组装起来的微管在靠近中心体的一端为负极端，另一端为正极端。29.（9+2）微管运动模型与鞭毛运动纤毛轴丝的外周是9组二联体微管，中间是2根由中央鞘所包围的单体微管，外围二联体微管与A管和B管组成的，其中A管为安全微管，由13哥球形亚基环绕而成，B管为不安全微管，仅由10个亚基构成，另3个亚基与A管公用。运动：（1）.A管动力蛋白头部与B管的接触促使动力蛋白结合的ATP水解，产物释放，同时造成头部角度的改变。 （2）.新的ATP结合使动力蛋白头部与B管脱离 (3).AT水解,其释放的能量使头部的角度复原 (4).带有水解产物的动力蛋白头部与B管上另一位点结合,开始又一次循环.30.核糖体的大小亚单位在蛋白质合成前后装配和解离有什么意义？蛋白质合成时是氨酰tRNA首先与小亚基结合之后 大亚基才与小亚基氨酰tRNA的二元聚合物结合 若大小亚基不解离 则防止了小亚基与氨酰tRNA的结合 使翻译无法进行31.缺钙者为什么容易抽筋？动物死亡时为什么都呈僵直状态？32.简述核糖体主要成分的合成场所、大小亚单位装配场所及转运途径。（1）合成场所：rRNA在细胞核内合成，r蛋白在细胞质中合成（2）转运途径：r蛋白入核转运是通过核孔复合体的转运，RNA分子要经过加工、修饰成为成熟的RNA分子，并与相关蛋白质结合在一起，以RNA-蛋白质复合体的形式转运出核。33.阐明核仁、核仁组织者与核仁染色体之间的关系核仁由核仁组织区DNA、RNA和核糖体亚单位等成分组成的球形致密结构。在电镜下可区分成纤维中心、致密纤维组分和颗粒组分三个区域。 核仁组织区(nucleolus organizer region)：即rRNA序列区，它与细胞间期核仁形成有关，构成核仁的某一个或几个特定染色体片断。这一片段的DNA转录为rRNA。 核仁染色体（nucleolar chromosome）亦称核小体染色体。在核分裂末期形成核仁时，核仁在特定染色体的特定部位（核仁形成区）形成。通常将这种具有核仁形成区的染色体称为核仁染色体。核内的核仁数虽等于核内的核仁染色体数，但有时所形成的核仁可因互相融合而减少。核仁形成区通常位于分裂中期染色体的次级缢痕部位（参见具随体染色体）。核仁形成区含有与核糖体RNA互补的核糖体DNA，是活跃合成核糖体RNA的部分。此外，像昆虫和两栖类的卵细胞那样，在大量合成核糖体RNA的细胞中，于减数分裂的粗线期核仁形成区的核糖体DNA具有选择性地大量增殖（基因增殖）和合成，在核糖体DNA合成多的细胞中，其数量可约达核DNA总含量的70。34.染色体上组蛋白与非组蛋白的功能（1）组蛋白：核小体组蛋白H2B,H2A,H3,H4可帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构；H1组蛋白在构成核小体时起连接作用，赋予染色体以极性（2）非组蛋白：基因表达的调控和染色质高级结构的形成35.核骨架与核纤层的功能（1）核骨架：是存在于真核细胞内真实的结构体系，与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿核与质的一个独立结构系统；含有多种蛋白成分及少量RNA，与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。（2）核纤层：核纤层结构在核膜的内层呈正交网状排列，与内核膜上的核纤层蛋白受体相连，从未成为核膜的重要支撑结构。此外，核纤层还是染色质的重要锚定位点。36.四级结构螺旋模型是如何解释染色体空间构型的？从DNA到染色体经过四级组装：DNA-(压缩七倍)-核小体（压缩六倍）螺线管（压缩40倍）超螺线管（压缩五倍）染色单体。37.染色体必备的3种功能元件（1）一个DNA复制起点：确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞世代传递中的连续性；（2）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；（3）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。38.蛋白质合成旺盛的细胞中核仁都明显偏大在代谢活跃的细胞的核仁中，颗粒组分是核仁的主要结构，这些颗粒是正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体颗粒，核中核仁的大小差异主要是由颗粒组分数量的差异造成的。而核糖体是蛋白质合成的主要场所，因此在蛋白质合成旺盛的细胞中核糖体数目多，核仁偏大。39rRNA基因都是中等重复序列，而且是生物进化上高度保守的序列原是生命体中的起始生物大分子应该是既有遗传信息载体功能又具有酶催化功能，而mRNA据此要求，且RNA是地球生命起源的最早的生物大分子，因此是进化上高度保守的序列，但在漫长的进化过程中，DNA和蛋白质逐渐大部分代替了RNA的遗传信息和催化功能，因此rRNA基因都是中等重复序列。40.植物细胞中叶绿体核糖体和线粒体核糖体并不相同，这种事实支持哪种起源学说？41.游离核糖体和附着核糖体的结构和化学组成都相同，但为什么合成产物不同？42.蛋白质合成的步骤（1）肽链的起始：a.30s小亚基与mRNA的结合 b.第一个氨酰tRNA进入核糖体 c.完整起始复合物的组装（2）肽链的延伸：a.氨酰tRNA进入核糖体A位点的选择 b.肽键的形成 c.转位 d.脱氨酰tRNA的释放（3）肽链的终止43.真核生物核糖体（80s）的发生过程及各部分来源（1）组成：80s核糖体由40s亚基（小亚基）与60s亚基（大亚基）组成。40s亚基由18srRNA分子和许多核糖体蛋白质组成；而60s亚基则由18s、5.8s和28sRNA和许多核