2025年大学《化学生物学》专业题库- 细胞生物学与基因调控

2025年大学《化学生物学》专业题库——细胞生物学与基因调控考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题2分，共10分）1.细胞信号转导2.基因表达调控3.染色体结构域4.核糖体位移5.CRISPR-Cas系统二、填空题（每空1分，共15分）1.细胞膜的主要组成成分是__________和__________，其基本结构是__________。2.细胞有丝分裂过程中，染色体数目加倍发生在__________期，减数分裂过程中，染色体数目减半发生在__________期。3.跨膜运输方式中，需要消耗ATP能量的有__________和__________。4.真核生物基因转录的起始密码子是__________，终止密码子是__________、__________和__________。5.操纵子模型中，负责阻遏基因表达的分子是__________，它通常与__________序列结合。6.DNA复制是__________复制，需要______________酶参与解开双螺旋，______________酶催化核苷酸添加。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述细胞骨架在维持细胞形态和细胞运动中的作用。2.比较真核生物与原核生物转录起始过程的异同。3.简述信号转导通路中常见的信号分子类型及其作用特点。4.简述基因表达分级的概念及其意义。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述细胞周期调控的分子机制，包括关键调控蛋白及其功能。2.论述真核生物基因表达调控的复杂性，至少从染色质结构、转录水平、转录后加工等多个层面进行阐述。试卷答案一、名词解释1.细胞信号转导：指细胞外信号分子与细胞受体结合后，引发一系列细胞内化学反应，将外界信号传递到细胞内部，最终导致细胞功能发生改变的过程。2.基因表达调控：指细胞根据需要，在时间和空间上精确控制基因表达活性的过程，包括基因的转录和翻译等步骤。3.染色体结构域：指染色质上具有特定功能的、在空间上分离的区域，由核小体之间的连接区域（Scaffold-AssociatedRegion,SAR）和核基质附着区域（MatrixAttachmentRegion,MAR）等结构元件界定。4.核糖体位移：指在蛋白质合成过程中，核糖体沿着mRNA模板移动，从一个密码子滑到下一个密码子的过程。5.CRISPR-Cas系统：一种存在于细菌和古细菌中的适应性免疫系统，通过向导RNA（gRNA）识别并结合特定DNA序列，引导Cas蛋白进行切割或其他修饰，从而抵御病毒感染或消除有害基因。二、填空题1.脂质蛋白质双分子层2.有丝分裂后期减数第二次分裂后期3.主动运输被动运输（或易化扩散）4.AUGUAAUAGUGA5.阻遏蛋白Operator（或O序列）6.半保留DNA解旋酶DNA聚合酶三、简答题1.细胞骨架在维持细胞形态和细胞运动中作用：细胞骨架由微管、微丝和中间纤维组成，它们通过动态组装和重组，维持细胞的基本形态，参与细胞质分裂、细胞迁移、物质运输（如囊泡运输）、细胞信号传导等重要细胞过程。例如，微管构成细胞骨架的“骨架”，参与细胞分裂纺锤体的形成和细胞轴突的延伸；微丝主要参与细胞质流动、肌肉收缩和细胞变形运动；中间纤维提供细胞抗张强度，维持细胞核等细胞器的位置。2.真核生物与原核生物转录起始异同：相同点：都需要RNA聚合酶识别并结合到启动子序列上，以启动转录过程。不同点：①启动子结构不同，原核生物启动子通常具有-10盒（Pribnow盒）和-35盒两个核心序列，而真核生物启动子结构多样，包括TATA盒、CAAT盒、GC盒等顺式作用元件。②RNA聚合酶不同，原核生物只有一种RNA聚合酶，而真核生物有三种RNA聚合酶（RNAPolI,II,III），分别负责转录rRNA,mRNA,tRNA等。③转录起始需要辅助因子不同，原核生物转录起始需要σ因子识别启动子，真核生物转录起始需要多种转录因子与启动子结合，形成转录起始复合物。3.信号转导通路中常见的信号分子类型及其作用特点：①激素类信号分子：通常为水溶性，通过体液运输到达靶细胞，与细胞膜受体或胞内受体结合，引发信号传递。作用特点：信号传递范围广，但速度较慢。②神经递质：由神经元释放，通过突触间隙作用于邻近神经元或其他细胞，与受体结合引发快速信号变化。作用特点：作用迅速，但作用范围相对局限。③生长因子：参与细胞增殖、分化和存活等过程的信号分子，通常与细胞膜受体结合，激活酪氨酸激酶等信号通路。作用特点：对细胞生长和分化至关重要。④局部信号分子：如前列腺素、一氧化氮等，在特定部位产生，作用于邻近细胞，参与炎症、血管舒缩等过程。作用特点：作用范围局部，参与快速或慢速的细胞调节。这些信号分子通过与受体结合，触发细胞内一系列级联反应，将信号传递至细胞内部，最终影响基因表达、酶活性等细胞功能。4.基因表达分级概念及其意义：基因表达分级指基因表达调控在多个层次的协同作用下进行的过程。①染色质水平调控：通过染色质结构的改变（如DNA甲基化、组蛋白修饰）影响基因的可及性，从而调控基因转录。②转录水平调控：通过顺式作用元件（如启动子、增强子）和反式作用因子（如转录因子）的相互作用，调控转录起始效率。③转录后加工调控：真核生物mRNA经过剪接、加帽、加尾等加工步骤，影响其稳定性、转运和翻译效率。④翻译水平调控：通过调控核糖体结合、mRNA稳定性或翻译起始效率，控制蛋白质合成。⑤蛋白质水平调控：通过蛋白质的降解、修饰等影响蛋白质的活性和稳定性。基因表达分级的意义在于实现对基因表达的精确、动态和多层次的控制，使细胞能够根据内外环境的变化，适时、适量地合成所需蛋白质，维持生命活动的正常进行。四、论述题1.细胞周期调控分子机制：细胞周期由一系列有序的生化事件构成，其进程受到精确的调控，主要由周期蛋白（Cyclins）和周期蛋白依赖性激酶（CDKs）以及它们的调控因子（如抑制蛋白和激酶）共同调控。①G1期调控：G1期是细胞生长和准备进入S期的阶段。关键调控点称为“限制点”（Checkpoint），其中最重要的是G1/S限制点。该点的调控核心是CDK4/6与D型周期蛋白的结合。当细胞生长信号充足时，D型周期蛋白积累，与CDK4/6结合形成复合物，磷酸化并灭活抑制蛋白p16INK4a和Rb蛋白。p16INK4a直接抑制CDK4/6，而Rb蛋白的灭活则释放E2F转录因子，激活S期基因的表达，推动细胞进入S期。若生长信号不足或DNA损伤存在，p16INK4a表达增加，抑制CDK4/6，阻止Rb蛋白灭活，E2F无法激活，细胞停滞在G1期。②G2/M期调控：G2期是细胞为有丝分裂做准备，主要进行DNA复制和细胞体积增长。G2/M期转换的关键是CDK1（也称CDC2）与CyclinB的复合物。该复合物在G2期末被激活，磷酸化驱动蛋白（Chromosome-spindleapparatus）和核酶等，促进染色质凝集、纺锤体形成和核膜破裂，推动细胞进入M期。其激活受到Wee1激酶的抑制和CyclinB激酶（CDK1-CyclinB）自身磷酸化正反馈的调控。③M期调控：细胞进入M期后，CDK1-CyclinB复合物持续活跃，维持纺锤体稳定和染色体运动。末期，CyclinB被泛素化降解，CDK1活性迅速下降，使细胞从M期退出。④DNA损伤调控：细胞周期检查点（如G1/S,S,G2/M）能够检测DNA损伤，并通过激活检查点相关蛋白（如p53,Chk1,Chk2）来抑制CDK活性，阻止细胞进入下一期，从而给予细胞修复DNA损伤的时间。p53是重要的肿瘤抑制因子，在DNA损伤时被激活，可以诱导细胞周期停滞或凋亡。CDK抑制蛋白（CKIs）如p21和p27，也参与周期停滞的调控。细胞周期调控是一个复杂精密的分子网络，确保细胞分裂的准确性和完整性。2.真核生物基因表达调控的复杂性：真核生物基因表达调控的复杂性体现在多个层面，涉及多种分子机制和调控元件的相互作用。①染色质结构调控：染色质是DNA与组蛋白等蛋白质的复合物，其结构状态（如染色质包装紧密程度、DNA甲基化、组蛋白修饰）直接影响基因的可及性，从而调控基因表达。例如，异染色质是高度压缩且通常不活跃的染色质区域，而常染色质则相对松散，基因活跃。组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化等修饰可以改变染色质的染色状态，招募转录因子或染色质重塑复合物，进而激活或抑制基因表达。例如，组蛋白乙酰化通常与活跃染色质相关，而组蛋白甲基化则可能关联于沉默染色质。DNA甲基化主要发生在CpG岛，通常与基因沉默相关，但也可通过招募甲基化结合蛋白来激活基因表达。②转录水平调控：a.启动子区域：启动子是RNA聚合酶结合并启动转录的区域，包含核心启动子序列（如TATA盒、启动子proximal元件）和远端增强子元件。不同的启动子具有不同的转录活性，并受到特定转录辅因子（转录因子）的调控。b.转录因子：转录因子是能够结合到顺式作用元件（如启动子、增强子）上，并直接或间接调控基因转录效率的蛋白质。真核生物存在大量转录因子，它们通常包含DNA结合域和调节域，可以单独作用或形成多蛋白复合物。转录因子自身的表达和活性也受到多种因素的调控（如其他转录因子、信号通路、表观遗传修饰）。c.增强子与沉默子：增强子是位于基因上游、下游或内含子中，能够远距离调控基因转录活性的顺式作用元件。沉默子则与增强子结构相似，但作用是抑制基因转录。增强子和沉默子通过特定的转录因子（辅激活因子或辅抑制因子）与染色质重塑复合物相互作用，影响染色质结构和转录效率。③转录后加工调控：真核mRNA在转录完成后还需要经过一系列加工步骤才能成为成熟的、可进行翻译的mRNA。a.5'端加帽：在mRNA的5'端添加一个7-甲基鸟苷帽（m7G），保护mRNA免受降解，并参与mRNA的核输出和翻译起始。b.3'端加尾：在mRNA的3'端添加一个多聚A尾巴（PolyA），增强mRNA的稳定性，促进核输出，并参与翻译起始。c.剪接：真核pre-mRNA包含外显子（编码序列）和内含子（非编码序列），剪接过程是在剪接体（Spliceosome）的作用下，切除内含子，将外显子连接起来的过程。剪接异常会导致蛋白质功能异常或无义蛋白产生。④翻译水平调控：a.mRNA稳定性：mRNA的3'端PolyA尾巴和5'端帽子结构及其相互作用蛋白，以及mRNA内部特定的序列或结构（如AU-richelement,ARE），可以调控mRNA的降解速率，从而影响基因表达的水平和持续时间。b.核糖体结合：某些mRNA可以存在多个翻译起始位点，或者翻译效率受到核糖体结合能力的调控。c.翻译起始：真核mRNA翻译起始需要帽子结合蛋白（eIF4F复合物）、翻译起始因子（eIFs）和核糖体小亚基等共同作用，识别mRNA的起始密码子（AUG）。