2025年大学《生物科学》专业题库- 细胞生长与分化的分子机制

2025年大学《生物科学》专业题库——细胞生长与分化的分子机制考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题4分，共20分）1.细胞周期2.细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）3.生长因子受体酪氨酸激酶（RTK）4.转录因子5.表观遗传修饰二、简答题（每题6分，共30分）1.简述细胞周期中G1期向S期转换的关键调控步骤。2.描述Wnt信号通路的基本传递过程及其在细胞生长或分化中的潜在作用。3.解释什么是细胞分化，并列举两种主要的基因表达调控水平影响细胞分化。4.简述PI3K-AKT信号通路的主要下游效应及其如何影响细胞生长和存活。5.说明细胞如何通过检查点来监控细胞周期进程，并举例说明其中一个检查点的作用机制。三、论述题（每题15分，共45分）1.详细阐述RAS-MAPK信号通路在细胞生长和分化过程中的作用机制，并说明该通路中存在哪些关键调控点。2.论述表观遗传修饰（包括染色质重塑和DNA修饰）在维持细胞分化状态稳定性和细胞记忆中的作用。3.结合具体分子机制，分析细胞生长与细胞分化之间可能存在的相互调控关系，并讨论这种调控失衡与肿瘤发生的关系。试卷答案一、名词解释1.细胞周期：指细胞从一次分裂结束开始到下一次分裂结束所经历的一系列有序的、周期性变化的生命活动过程，包括间期（G1、S、G2期）和分裂期（M期）。**解析思路：*定义细胞周期的基本概念，涵盖其包含的主要阶段。2.细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）：一类具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的胞质蛋白，需要与细胞周期蛋白（Cyclin）结合才能被激活，通过磷酸化下游底物来驱动细胞周期进程。**解析思路：*强调CDK的特性（需要Cyclin结合才能激活）和功能（通过磷酸化驱动周期）。3.生长因子受体酪氨酸激酶（RTK）：一类跨膜受体蛋白，其细胞外结构域结合特定的生长因子，激活后通过其细胞内酪氨酸激酶活性，自我磷酸化并招募下游信号分子，引发细胞增殖、分化等响应。**解析思路：*描述RTK的结构特点（跨膜、酪氨酸激酶活性）、激活方式（结合配体）和基本功能（引发细胞响应）。4.转录因子：一类能够结合到靶基因启动子或增强子区域的DNA序列上的蛋白质，通过调控基因的转录效率来控制基因表达水平。**解析思路：*定义转录因子的功能（结合DNA、调控转录效率）和作用位点（启动子/增强子）。5.表观遗传修饰：指不改变DNA序列本身，但能够影响基因表达状态的可遗传的分子改变，主要包括染色质重塑（如组蛋白修饰）和DNA碱基修饰（如甲基化）。**解析思路：*强调表观遗传修饰的核心特征（不改变DNA序列、影响基因表达、可遗传）并列举主要类型。二、简答题1.简述细胞周期中G1期向S期转换的关键调控步骤。*答：G1期向S期转换的关键调控主要在G1/S期检查点进行。生长因子信号通过RTK-PI3K-AKT或RTK-MAPK等通路传递，激活CyclinD表达。CyclinD与CDK4/6结合形成复合物并激活，该复合物磷酸化抑制性蛋白Rb。磷酸化的Rb释放E2F转录因子，E2F随后激活众多S期启动子，驱动DNA复制开始。p53蛋白作为检查点蛋白，在DNA损伤或营养缺乏时抑制CyclinD-CDK4/6活性，阻止Rb磷酸化和E2F释放，从而阻止细胞进入S期。**解析思路：*概述G1/S转换的核心机制——检查点控制。涉及关键信号通路（RTK-PI3K/AKT,RTK-MAPK）、关键分子（CyclinD,CDK4/6,Rb,E2F,p53）及其相互作用和功能。2.描述Wnt信号通路的基本传递过程及其在细胞生长或分化中的潜在作用。*答：Wnt信号通路的基本传递过程主要有两条途径：经典的Wnt/β-catenin通路和非经典的Wnt/cAMP通路。经典通路中，当细胞外Wnt蛋白与细胞表面Frizzled受体及共受体LRP结合时，能够阻止β-catenin在细胞浆中被泛素化降解，导致β-catenin积累并转移到细胞核内，与Tcf/Lef转录因子结合，激活下游靶基因的转录，影响细胞增殖、分化和迁移。非经典通路则主要通过G蛋白偶联受体（如Ror）传递信号，影响细胞骨架和细胞运动。**解析思路：*描述两种主要通路的基本框架：经典通路的关键事件（抑制降解导致β-catenin积累入核并激活靶基因），非经典通路的特点（通过G蛋白偶联受体）。同时点明其在细胞生长或分化中的普遍作用。3.解释什么是细胞分化，并列举两种主要的基因表达调控水平影响细胞分化。*答：细胞分化是指起源相同的多能细胞或干细胞，在特定微环境影响下，通过基因表达模式的差异，最终变成具有特定结构和功能的特化细胞的过程。主要的基因表达调控水平影响细胞分化的包括：①转录水平调控：通过转录因子识别并结合DNA序列，调控特定基因的转录效率，是决定细胞命运的关键；②后转录水平调控：通过miRNA等非编码RNA与mRNA结合，导致mRNA降解或翻译抑制，从而精细调控蛋白质合成。**解析思路：*先给出细胞分化的定义。然后列举两种主要的调控层面，并简要说明其作用机制：转录水平（核心机制）和后转录水平（通过miRNA等）。4.简述PI3K-AKT信号通路的主要下游效应及其如何影响细胞生长和存活。*答：PI3K-AKT信号通路的主要下游效应包括：促进细胞存活（通过抑制凋亡相关蛋白如Bad、激活NF-κB等）、促进蛋白质合成（通过mTOR通路激活S6K和4E-BP1）、促进葡萄糖摄取和代谢（增强糖酵解）、以及抑制细胞自噬。这些效应共同促进细胞生长和增殖，维持细胞存活。**解析思路：*列举该通路几个关键且相互关联的下游效应（促存活、促生长、促代谢），并点明这些效应如何协同作用影响细胞生长和存活。5.说明细胞如何通过检查点来监控细胞周期进程，并举例说明其中一个检查点的作用机制。*答：细胞通过检查点在特定的时点监控细胞内外环境，确保细胞周期进程的准确性和细胞完整性。当检测到异常（如DNA损伤、染色体未正确附着、细胞大小不合适）时，检查点会启动信号通路，暂时阻止细胞周期蛋白-CDK复合物的活性或阻止细胞进入下一阶段，从而为修复损伤或解决问题提供时间。例如，G1/S期检查点：在G1期末，如果细胞接收到足够的生长信号（如通过RTK-PI3K-AKT或RTK-MAPK通路）并检测到DNA完整，CyclinD-CDK4/6会磷酸化并灭活Rb蛋白。Rb的失活释放了E2F转录因子，E2F随后激活S期所必需的基因（如DNA聚合酶），使细胞具备进入S期的条件。如果存在DNA损伤，p53蛋白会积累并激活，一方面直接抑制CyclinD-CDK4/6活性，另一方面诱导p21的表达，p21能抑制CDK2，从而阻止Rb磷酸化和E2F释放，阻止细胞进入S期。**解析思路：*先说明检查点监控细胞周期的基本功能。然后选择一个具体的检查点（G1/S期），描述其正常进程（生长信号如何驱动进入S期，涉及CyclinD-CDK4/6、Rb、E2F），并重点阐述其异常情况下的监控机制（DNA损伤时p53如何介入并阻止进程）。三、论述题1.详细阐述RAS-MAPK信号通路在细胞生长和分化过程中的作用机制，并说明该通路中存在哪些关键调控点。*答：RAS-MAPK信号通路是重要的细胞通讯通路，其基本传递过程为：细胞外的生长因子（如EGF、FGF）结合到细胞表面的RTK受体上，激活受体自身的酪氨酸激酶活性，导致下游接头蛋白（如Grb2）被招募并磷酸化。Grb2招募并激活一种小GTP酶——RAF。活化的RAF进一步激活MEK（MAPK/ERK激酶），然后MEK激活MAPK（主要是ERK）。活化的ERK进入细胞核，磷酸化一系列下游底物，包括转录因子（如Elk-1,c-Fos,c-Myc）、核糖体S6激酶（S6K）和eIF4E翻译启动因子等。这些底物的磷酸化调控基因表达、蛋白质合成、细胞周期进程、细胞存活、迁移和分化等多种细胞行为。该通路的关键调控点包括：①RTK的激活与磷酸化水平；②Grb2与RAF的结合；③RAF的GTPase激活蛋白（GEF）和GTPase结合蛋白（GAP）的调控，控制RAF的活化状态；④MEK激酶的活性调控，如通过MEK抑制剂（如U0126）阻断；⑤ERK自身的磷酸化与去磷酸化平衡，涉及MAPK激酶激酶（MAPKKK，如RAF）和MAPK去磷酸化酶（如MKP1）；⑥核内ERK下游底物的选择性与磷酸化调控。**解析思路：*详细描述通路从受体激活到ERK磷酸化下游底物的完整过程。明确指出通路如何影响细胞生长（如蛋白质合成、细胞周期）和分化（如转录因子调控）。然后列举通路中多个关键的控制节点，展示其复杂性和可调控性。2.论述表观遗传修饰在维持细胞分化状态稳定性和细胞记忆中的作用。*答：表观遗传修饰是指不改变DNA序列序列，但能够影响基因表达的可遗传的分子标记，在维持细胞分化状态稳定性和建立细胞记忆中起着至关重要的作用。在细胞分化过程中，特定基因的转录被激活或抑制，这些状态需要被稳定下来以维持分化细胞的特性。表观遗传修饰通过以下方式实现：①染色质重塑：组蛋白修饰（如乙酰化、甲基化、磷酸化等）可以改变染色质的构象，使基因区域变得易于或难以接近，从而稳定地开启或关闭基因表达。例如，激活染色质通常与组蛋白乙酰化（H3K9ac,H3K14ac）和特定组蛋白修饰模式（如H3K4me3）相关；而沉默染色质则与组蛋白去乙酰化（如H3K9me2,H3K27me3）相关。②DNA甲基化：主要发生在启动子区域的CpG二核苷酸序列上，通过甲基化酶添加甲基基团。通常，启动子区域的DNA甲基化与基因沉默相关，可以阻止转录因子结合或招募RNA聚合酶，从而稳定地关闭基因表达。这些表观遗传标记可以在细胞分裂过程中被部分保留（通过DNA甲基化复制和组蛋白修饰的重新分配），从而将分化状态传递给子代细胞，形成细胞记忆。这种表观遗传编程使得细胞能够“记住”其分化命运，即使在去除诱导分化的信号后也能维持其特化状态。**解析思路：*首先强调表观遗传修饰在维持分化状态稳定性和建立细胞记忆中的核心作用。然后分别阐述两种主要表观遗传机制（染色质重塑和DNA甲基化）如何通过改变染色质可及性或直接抑制转录来稳定基因表达模式。最后点明这些标记的可遗传性及其在维持细胞记忆和分化稳定性中的意义。3.结合具体分子机制，分析细胞生长与细胞分化之间可能存在的相互调控关系，并讨论这种调控失衡与肿瘤发生的关系。*答：细胞生长与细胞分化是细胞生命活动的两个基本方面，它们之间存在复杂的相互调控关系。一方面，细胞分化通常需要先进行生长和增殖，为形成复杂的组织和器官提供细胞基础。例如，在发育过程中，干细胞首先增殖（生长），然后在信号诱导下分化为各种特化细胞。另一方面，分化的细胞状态本身也反过来影响其生长行为。许多分化后的特化细胞进入终末分化状态，生长增殖能力大大降低甚至丧失（如神经元、肌肉细胞）。然而，在某些情况下，分化过程本身也受到生长信号的调控。例如，某些生长因子可以促进特定类型细胞的分化；而持续的增殖信号也可能干扰正常的分化程序，导致细胞停留在分化的早期阶段或分化不完全。反之，分化的细胞如果重新获得异常的增殖能力，则可能向肿瘤细胞转化。这种调控失衡与肿瘤发生密切相关。在肿瘤中，细胞常常同时表现出生长失控（细胞周期异常、凋亡抑制）和分化异常（分化潜能丧失、向不成熟细胞类型分化、上皮间质转化EMT）。例如，某些癌症的发生与干细胞或祖细胞异常增殖和分化障碍有关；持续的促生长信号