2025年大学《化学生物学》专业题库- 生命科学中信号传导与调控

2025年大学《化学生物学》专业题库——生命科学中信号传导与调控考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内。）1.下列哪种分子通常作为脂溶性激素的受体？A.G蛋白偶联受体B.受体酪氨酸激酶C.离子通道受体D.核受体E.细胞表面受体酪氨酸磷酸酶2.cAMP依赖性信号通路中，关键的第二信使是：A.IP₃B.DAGC.Ca²⁺D.cAMPE.cGMP3.下列关于受体酪氨酸激酶（RTK）的描述，错误的是：A.通常位于细胞膜外侧B.激酶活性域位于胞质侧C.配体结合后通常发生二聚化D.主要通过磷酸化下游接头蛋白传递信号E.G蛋白是它的直接底物4.在MAPK信号通路中，从受体到ERK的信号传递通常涉及：A.JAK激酶的磷酸化作用B.PLCγ的激活C.RAS蛋白的参与D.Ca²⁺浓度的升高E.核受体的直接调控5.能够直接与细胞核内DNA结合，调节基因转录的信号分子是：A.G蛋白B.蛋白激酶C.脂溶性激素D.第二信使E.细胞骨架蛋白6.下列哪种机制是终止细胞外信号传导的重要方式？A.信号分子被酶快速降解B.受体与信号分子持续结合C.第二信使不断被合成D.G蛋白持续激活腺苷酸环化酶E.细胞膜不断内吞受体7.利用小分子抑制剂特异性阻断某个信号通路进行研究，这种方法在化学生物学中属于：A.基因敲除B.表观遗传修饰C.药物靶向D.RNA干扰E.细胞成像8.下列哪种技术常用于研究细胞膜上离子通道的功能？A.基因测序B.蛋白质质谱C.磷酸化分析D.膜片钳E.流式细胞术9.G蛋白偶联受体（GPCR）激活后，能够直接激活的效应器蛋白包括：A.蛋白激酶A（PKA）B.蛋白激酶C（PKC）C.磷脂酶C（PLC）D.RAS蛋白E.细胞色素c10.信号通路中的“交叉对话”指的是：A.多个信号通路共享同一个受体B.一个信号通路产生多个下游信号分子C.不同信号通路相互影响，共同调控下游事件D.信号分子在细胞内不同区域的分布不均E.第二信使的浓度随时间变化二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填入横线内。）1.信号传导过程中的信号级联放大效应，使得细胞对细胞外微弱信号的____________非常敏感。2.G蛋白是位于细胞膜内外的异源三聚体蛋白，其α亚基的活性变化受____________和____________的共同调控。3.细胞内重要的第二信使Ca²⁺，其浓度变化主要通过____________和____________两种机制进行调节。4.细胞凋亡信号通路中，Bcl-2家族蛋白通常扮演____________的角色，而Bax/Bak则促进____________。5.核受体属于____________蛋白，其结合的脂溶性信号分子需要先进入细胞内，通过与受体结合后____________基因表达。6.在研究信号传导机制时，利用____________技术敲除特定基因，可以研究该基因产物在信号通路中的作用。7.许多小分子药物通过____________信号通路的特定分子（如受体或激酶）来发挥药理作用。8.信号传导研究中的化学遗传学方法，是指利用小分子化合物来____________或____________特定基因的功能。三、名词解释（每题3分，共18分。请给出简洁、准确的定义。）1.第二信使2.G蛋白偶联受体（GPCR）3.信号级联4.细胞外基质（ECM）信号传导5.化学生物学方法6.信号网络的整合四、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述受体酪氨酸激酶（RTK）激活后可能引发的两种主要信号转导途径。2.比较cAMP信号通路和Ca²⁺信号通路在信号传递方式上的主要异同点。3.简述一个典型的G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号传导过程。4.为什么说信号通路的研究是化学生物学的重要领域？五、论述题（每题12分，共24分。请结合所学知识，深入分析和阐述下列问题。）1.以MAPK信号通路为例，详细阐述其主要的下游效应以及这些效应如何影响细胞功能（如增殖、分化、凋亡等）。2.结合具体实例，论述化学工具（如药物或探针）在研究信号传导通路中的重要作用，并分析当前化学生物学在开发新型信号调节剂方面面临的挑战与机遇。---试卷答案一、选择题（每题2分，共20分。）1.D2.D3.E4.C5.C6.A7.C8.D9.C10.C二、填空题（每空1分，共15分。）1.信号2.G蛋白激活状态，效应器蛋白活性3.Ca²⁺泵，钙通道4.抑制剂，细胞凋亡5.翻译，反式6.基因敲除（或KO）7.细胞内8.模拟，抑制（或激活）三、名词解释（每题3分，共18分。）1.第二信使：指由细胞外信号分子（第一信使）在细胞内产生的、能够传递信号的分子，它们放大第一信使的信号并引发特定的细胞应答。2.G蛋白偶联受体（GPCR）：位于细胞膜上的一类跨膜受体，其下游通过激活或抑制G蛋白来传递细胞外信号至细胞内。3.信号级联：指细胞外信号被受体识别后，在细胞内通过一系列有序的酶促磷酸化或其他修饰反应，逐级传递并放大信号的过程。4.细胞外基质（ECM）信号传导：指细胞通过与细胞外基质成分的相互作用（如整合素与ECM结合）来感知和响应外部环境，并将信号传递到细胞内部的过程。5.化学生物学方法：指综合运用化学、生物化学、分子生物学等技术手段来研究生命现象、生物大分子功能及生命过程的学科方法。6.信号网络的整合：指细胞内多种不同的信号通路并非孤立存在，而是相互交织、相互作用，共同协调细胞对复杂环境做出精确应答的过程。四、简答题（每题5分，共20分。）1.简述受体酪氨酸激酶（RTK）激活后可能引发的两种主要信号转导途径。答：RTK激活后，可通过以下两种主要途径传递信号：*PLCγ途径：激活PLCγ，导致膜上磷脂酰肌醇（PIP₂）水解，产生第二信使IP₃（动员内质网Ca²⁺释放）和DAG（激活PKC），引发细胞应答。*Ras-MAPK途径：激活Src家族激酶（通过接头蛋白如Grb2），进而激活Ras蛋白，Ras激活Raf，激活MEK，最后激活ERK，ERK进入细胞核调控基因转录。2.比较cAMP信号通路和Ca²⁺信号通路在信号传递方式上的主要异同点。答：相同点：*都属于细胞内信号转导的第二信使系统。*都能放大细胞外信号并引发细胞应答。*都涉及信号分子浓度变化引发下游效应。不同点：*信号分子：cAMP是主要的第二信使，Ca²⁺是重要的第二信使，但细胞内Ca²⁺浓度变化幅度比cAMP大。*信号传递方式：cAMP通过激活PKA等蛋白激酶发挥作用；Ca²⁺通过改变浓度、与钙结合蛋白结合或激活钙调蛋白依赖性激酶等多种方式发挥作用。*信号调节：cAMP信号通路通常通过腺苷酸环化酶（AC）和磷酸二酯酶（PDE）的活性进行快速调节；Ca²⁺信号通路通过钙泵和钙通道进行更复杂的时空调节。*扩散性：Ca²⁺在细胞内扩散性差，信号局域性强；cAMP相对扩散性好。3.简述一个典型的G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号传导过程。答：典型的GPCR信号传导过程如下：1.配体（如激素）与细胞外的GPCR结合，导致受体构象发生改变。2.这种构象变化促使与之偶联的G蛋白的α亚基与GDP解离，并与GTP结合，G蛋白被激活。3.激活的G蛋白α亚基（有时还有β和γ亚基）解离下来，移动到膜内，并激活下游的效应器蛋白，如腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）或钾/钙通道等。4.效应器蛋白被激活后，产生第二信使（如cAMP、IP₃+DAG、Ca²⁺）或直接改变离子通道通透性。5.第二信使或直接效应引发细胞内一系列信号级联反应，最终导致特定的细胞应答。6.G蛋白α亚基上的GTP水解为GDP，G蛋白失活，并重新与β、γ亚基结合，回到静息状态，信号传导终止。4.为什么说信号通路的研究是化学生物学的重要领域？答：信号通路研究是化学生物学的重要领域，原因如下：*生命活动的核心基础：细胞的增殖、分化、凋亡、运动、对环境的响应等基本生命活动都由精密调控的信号通路介导。*疾病发生的分子机制：许多人类疾病，特别是癌症、神经退行性疾病、代谢综合征等，都与信号通路的异常激活或抑制密切相关。*药物研发的靶点：信号通路中的关键分子（如受体、激酶、离子通道等）是开发靶向药物的重要靶点。理解通路机制有助于发现新的药物作用靶点和设计更有效的药物。*化学生物学方法的平台：研究信号通路提供了丰富的平台，用于发展、验证和应用化学生物学方法，如利用小分子工具进行化学遗传学操作、开发疾病模型、进行高通量筛选等。*跨学科交叉的体现：信号通路研究天然地融合了生物学、化学、药理学、遗传学等多学科知识，是化学生物学学科特点的集中体现。五、论述题（每题12分，共24分。）1.以MAPK信号通路为例，详细阐述其主要的下游效应以及这些效应如何影响细胞功能（如增殖、分化、凋亡等）。答：MAPK信号通路（特别是ERK分支）是研究最深入的分支之一，其下游效应广泛且多样，主要通过以下机制影响细胞功能：*调控基因转录：活化的ERK可以进入细胞核，直接磷酸化转录因子（如Elk-1,c-Fos,c-Myc），或通过磷酸化染色质相关蛋白（如组蛋白）来改变染色质结构，从而调节目的基因的转录水平。这些基因的产物可能参与细胞周期进程、生长因子合成、细胞迁移等。*影响细胞周期进程：ERK信号通路通过调控细胞周期蛋白（如CyclinD1）和周期蛋白依赖性激酶（CDK）的表达或活性，促进细胞从G₁期进入S期，驱动细胞增殖。*促进细胞生长和存活：ERK信号可以激活多种促进细胞生长和存活的信号通路，如PI3K-Akt通路，抑制凋亡相关蛋白（如Bad）的活性，从而抑制细胞凋亡。*调控细胞迁移和侵袭：ERK可以磷酸化细胞骨架相关蛋白（如FAK、paxillin）和粘附分子（如E-钙粘蛋白），影响细胞与外基质的粘附以及细胞骨架的重排，从而调控细胞的迁移和侵袭能力，这在伤口愈合和肿瘤转移中起重要作用。*诱导细胞分化：在特定细胞类型中，ERK信号通路可以驱动细胞分化程序，例如在神经发育过程中，ERK通路对神经元分化至关重要。*其他效应：还可影响蛋白质合成、代谢重编程等。综上，MAPK信号通路通过其下游的转录调控、细胞周期、存活、迁移、分化等多种效应，在细胞的生长、发育、响应外界刺激等生命活动中扮演着核心调控角色。2.结合具体实例，论述化学工具（如药物或探针）在研究信号传导通路中的重要作用，并分析当前化学生物学在开发新型信号调节剂方面面临的挑战与机遇。答：化学工具（药物、抑制剂、激活剂、探针等）在研究信号传导通路中发挥着不可或缺的作用：*通路功能的验证与探索：通过使用特异性抑制剂或激活剂，可以验证某个信号分子或通路在细胞生理或病理过程中的功能。例如，使用PD98059特异性抑制MEK激酶，可以研究ERK通路在细胞增殖中的作用；使用博来霉素（一种钙离子载体）可以研究细胞内Ca²⁺浓度变化对肌肉收缩的影响。*关键节点的识别与机制研究：高通量筛选结合的化合物库，可以发现针对特定信号通路节点的活性分子，从而帮助定位通路中的关键调控点。例如，筛选发现的小分子抑制剂可以揭示激酶的底物特异性和催化机制。*信号动态过程的可视化：利用荧光探针（如Fura-2测量细胞内Ca²⁺、cAMP荧光探针）或生物发光共振能量转移（BRET）探针，可以在活细胞中实时、原位地监测信号分子的浓度变化或相互作用，揭示信号的时空动态特性。*建立疾病模型与药物开发：针对异常激活的信号通路开发的小分子药物（如EGFR抑制剂用于肺癌治疗），本身就是研究该通路功能并将其转化为临床应用的典范。化学工具也用于建立和验证动物疾病模型。*化学遗传学方法：小分子工具可以模拟或抑制特定基因的功能，实现“化学遗传学”操作，用于研究复杂性状或疾病中基因网络的调控。