2025年大学《生物科学》专业题库- 细胞信号传导机制研究

2025年大学《生物科学》专业题库——细胞信号传导机制研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内）1.下列哪种分子通常不作为细胞内信号转导的第二信使？A.cAMPB.Ca²⁺C.IP₃D.G蛋白E.cGMP2.G蛋白偶联受体（GPCR）激活后，能够直接激活的是：A.细胞内受体B.酪氨酸激酶C.磷脂酰肌醇特异性磷脂酶CD.蛋白激酶AE.钙泵3.下列哪种信号通路主要介导细胞增殖和分化信号？A.cAMP-PKA通路B.Ca²⁺-钙调蛋白通路C.受体酪氨酸激酶（RTK）-RAS-MAPK通路D.肝细胞生长因子（HGF）受体-PLCγ通路E.神经递质-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶通路4.磷酸酶PP2A在信号转导中的主要作用是：A.激活腺苷酸环化酶B.磷酸化关键激酶C.激活蛋白激酶CD.使受体或下游信号分子去磷酸化E.产生第二信使cAMP5.下列分子中，哪一种不属于受体酪氨酸激酶（RTK）的常见底物？A.STAT蛋白B.RAS蛋白C.PLCγD.JAK蛋白E.AKT蛋白6.细胞信号转导过程中的“交叉对话”（crosstalk）指的是：A.信号分子浓度过高B.信号通路在空间上紧密靠近C.不同的信号通路相互影响，共同调控细胞反应D.信号通路中的酶发生构象变化E.第二信使的合成增加7.下列哪种情况最可能导致细胞凋亡？A.细胞外信号因子持续激活PI3K-AKT通路B.细胞外信号因子持续激活STAT通路C.细胞内Ca²⁺浓度急剧升高并持续维持在较高水平D.细胞外信号因子激活Bcl-2家族促凋亡成员E.cAMP水平持续升高8.能够直接与配体结合并自身发生构象变化，进而打开或关闭离子通道的受体是：A.G蛋白偶联受体B.配体门控离子通道受体C.受体酪氨酸激酶D.细胞内受体E.离子通道偶联受体9.以下哪种机制不属于信号转导通路的负反馈调控？A.激活蛋白的自身磷酸化位点被磷酸化而失活B.信号分子被特异性的磷酸酶降解C.激活信号导致一种抑制性蛋白的表达增加D.信号通路末端的效应分子抑制上游激酶的活性E.配体与受体的结合10.研究细胞信号传导机制常用的分子生物学技术包括：A.基因敲除/敲入技术B.RNA干扰技术C.蛋白质印迹（WesternBlot）技术D.以上所有二、填空题（每空1分，共15分）1.细胞信号转导是指细胞外信号通过细胞膜或细胞内信号分子介导，最终引起细胞__________、__________或基因表达发生改变的过程。2.蛋白质的__________和__________是最常见的翻译后修饰，对蛋白质的活性、定位和稳定性具有重要影响，并在信号转导中发挥关键作用。3.在cAMP信号通路中，腺苷酸环化酶（AC）通常受到__________蛋白的调控，其活性变化可影响第二信使cAMP的水平。4.细胞内的钙离子主要储存在__________、内质网和__________中，其浓度的变化是许多信号通路的重要触发因素。5.JAK-STAT信号通路是许多细胞因子和生长因子信号转导的重要途径，其中JAK代表__________，STAT代表__________。6.信号通路中的__________是指一条信号通路引发的下游信号能够激活另一条信号通路的过程。7.细胞信号传导研究的“分子对接”模型（MolecularDocking）可以帮助预测__________与受体的结合模式，或药物分子如何干扰信号转导过程。三、名词解释（每题3分，共15分）1.第二信使（SecondMessenger）2.磷酸化（Phosphorylation）3.信号级联（SignalCascade）4.信号整合（SignalIntegration）5.跨膜信号转导（TransmembraneSignaling）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号转导过程的主要步骤。2.简述受体酪氨酸激酶（RTK）介导的信号转导过程的关键特征。3.简述细胞信号转导通路中正反馈调控的潜在意义。4.简述Ca²⁺作为第二信使的独特之处。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述MAPK信号通路在细胞应激反应和分化中的作用，并简述其主要的调控机制。2.结合实例，论述细胞信号通路异常与疾病发生发展的关系。---试卷答案一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内）1.D*解析：第二信使（SecondMessengers）是指细胞内产生的、能够传递信号的分子，如cAMP、Ca²⁺、IP₃、DAG等。G蛋白（Gprotein）是位于细胞膜内侧的信号转导分子，它本身不作为第二信使，而是作为受体和效应分子之间的中介，将受体接收到的信号传递给下游效应分子（如腺苷酸环化酶、PLC等）。2.C*解析：G蛋白偶联受体（GPCR）激活后，其α亚基发生构象变化，可以调节下游效应分子的活性。其中，PLCγ（磷脂酰肌醇特异性磷脂酶Cγ）是G蛋白偶联受体通路中常见的下游效应分子之一，被激活后能够水解磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP₂），产生第二信使IP₃和DAG。PKA通常由AC激活，STAT通常由JAK激活。3.C*解析：RAS-MAPK通路是经典的细胞增殖和分化信号通路。当生长因子等配体与RTK结合后，激活下游的RAS蛋白，进而激活RAF、MEK、ERK等一系列激酶，最终导致细胞周期蛋白的表达和细胞增殖、分化的发生。4.D*解析：蛋白磷酸酶（如PP2A）的作用是去除靶蛋白上的磷酸基团，即使靶蛋白去磷酸化。在信号转导中，磷酸化和去磷酸化是调节蛋白质活性的关键机制，磷酸酶通过去磷酸化作用可以终止或减弱信号通路的传导。5.E*解析：AKT蛋白（也称蛋白激酶B，PKB）是PI3K-AKT信号通路的核心激酶，本身通常不被RTK直接磷酸化，而是由PI3K产生的PtdIns(3,4,5)P₃招募并激活。STAT蛋白是JAK-STAT通路的下游效应分子。RAS是RTK通路的下游分子。PLCγ是RTK-PLCγ通路的下游分子。JAK是JAK-STAT通路的上游激酶。6.C*解析：信号通路交叉对话（Crosstalk）是指在细胞内，一条信号通路的活动可以影响另一条或多条信号通路的活性或输出，反之亦然。这种复杂的相互作用使得细胞能够对多种信号做出协调和精细的响应。7.D*解析：Bcl-2家族是一类参与调控细胞凋亡的蛋白质，其中促凋亡成员（如Bax,Bak）的表达或活性增加会导致线粒体膜通透性改变，释放细胞色素C等凋亡诱导因子，从而启动细胞凋亡程序。持续高水平的Ca²⁺内流也可能触发钙依赖性凋亡途径。PI3K-AKT通路通常发挥抗凋亡作用。STAT通路功能多样，不一定导致凋亡。cAMP水平过高通常抑制凋亡。8.B*解析：配体门控离子通道受体（Ligand-gatedIonChannelReceptor）是一类受体蛋白，其本身就是一个离子通道。当特定的神经递质或激素（配体）与其结合时，通道的构象发生改变，导致离子跨膜流动，从而改变细胞膜的离子电导率和膜电位。9.E*解析：负反馈调控是维持信号通路动态平衡的重要机制，常见的负反馈方式包括：效应分子抑制上游激酶活性（如ERK抑制RAS-GTP酶活性）、激活蛋白的自身磷酸化位点被磷酸化而失活（如PDK1磷酸化PKA的调节亚基）、信号分子被特异性的磷酸酶或降解酶处理、以及诱导表达抑制性蛋白等。配体与受体的结合是信号开始的步骤，属于正反馈或信号启动，不是负反馈调控机制本身。10.D*解析：研究细胞信号传导机制需要多种分子生物学技术。基因敲除/敲入技术可以研究特定基因在信号通路中的作用；RNA干扰技术可以特异性地抑制目标基因的表达；蛋白质印迹（WesternBlot）技术可以检测信号通路中关键蛋白的表达水平或磷酸化状态。以上所有技术都是研究信号转导的重要工具。二、填空题（每空1分，共15分）1.功能改变；基因表达*解析：细胞信号转导的基本功能是接收外界信号并引发细胞产生相应的生物学效应，这些效应包括细胞形态结构的变化、代谢活动的改变以及基因表达模式的调整等。2.磷酸化；脱磷酸化*解析：磷酸化和脱磷酸化是两种重要的翻译后修饰，通过在蛋白质特定位点添加或移除磷酸基团，可以精确地调节蛋白质的活性、亚细胞定位、稳定性以及与其他分子的相互作用，在细胞信号转导调控中发挥着核心作用。3.G（或Gα）；（或GTP结合）（注：此处指G蛋白的α亚基，通常结合GTP）*解析：腺苷酸环化酶（AC）的活性受到其上游的G蛋白调控。当GPCR被激活后，其耦联的G蛋白的α亚基发生构象变化并释放GDP，结合GTP，从而激活AC，促进ATP转化为cAMP。4.线粒体；肌质网（注：根据细胞类型和具体语境，内质网也可能储存钙）*解析：细胞内的钙离子（Ca²⁺）主要储存在特定的细胞器中以维持低游离钙浓度。在肌肉细胞中，肌质网是主要的钙库；在大多数其他细胞中，内质网是主要的钙库。线粒体也是钙的重要储存和调控场所。细胞质中的游离钙浓度虽然很低，但变化迅速，是重要的信号分子。5.Janus激酶；SignalTransducerandActivatorofTranscription（或转录激活因子）*解析：JAK-STAT通路是一类重要的细胞因子和生长因子信号转导通路。JAK（Januskinase）是一类非受体酪氨酸激酶，位于细胞膜内侧，负责磷酸化受体或下游信号分子。STAT（SignalTransducerandActivatorofTranscription）是一类核内转录因子，被JAK磷酸化后二聚化进入细胞核，激活目标基因的转录。6.串扰*解析：信号通路串扰（Crosstalk）是不同信号通路之间相互影响的现象。7.信号分子与受体的结合*解析：分子对接（MolecularDocking）是计算化学中的一种方法，用于预测小分子（如药物）与生物大分子（如蛋白质受体）如何结合，以及结合的亲和力。在信号转导研究中，可以用来预测信号分子（配体）如何与受体结合，或者设计能够干扰信号转导的分子（抑制剂）。三、名词解释（每题3分，共15分）1.第二信使（SecondMessenger）：指细胞外信号分子进入细胞后，能够放大信号、传递信息并引发细胞应答的内源性小分子或离子。它们本身不直接与受体结合，而是在受体激活后产生或释放，将信号传递到细胞内更远或更深的位置。2.磷酸化（Phosphorylation）：指在酶或蛋白质的特定氨基酸残基（主要是丝氨酸Ser、苏氨酸Thr和酪氨酸Tyr）上共价连接一个磷酸基团的过程。该过程通常由蛋白激酶催化，需要ATP或GTP提供能量。磷酸化是细胞信号转导中最普遍的调控机制之一，可以改变蛋白质的活性、稳定性、定位和与其他分子的相互作用。3.信号级联（SignalCascade）：指细胞内一系列酶促反应按顺序发生，像瀑布一样逐级传递和放大信号的过程。上游信号分子的激活引发下游信号分子的磷酸化或构象变化，进而激活下一个分子，如此连续传递，最终导致细胞产生特定的生物学效应。4.信号整合（SignalIntegration）：指细胞同时接收多种不同的信号，并将这些信号整合起来，产生协调一致的细胞反应的过程。细胞通过不同的机制（如使用不同的受体、将信号分子汇聚到共同的下游效应分子、调节不同信号通路的交叉talk）来整合来自不同信号源的信息，以精确调控细胞行为。5.跨膜信号转导（TransmembraneSignaling）：指细胞外的信号分子首先与细胞膜上的受体结合，然后通过膜蛋白（如G蛋白、离子通道、酶）或细胞内信号分子的扩散，将信号传递到细胞内部的过程。这是细胞与外界环境进行信息交流的基本方式。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号转导过程的主要步骤。*解析思路：该题要求描述GPCR信号通路的基本流程。首先要明确GPCR是配体门控的，其下游连接G蛋白。描述时需涵盖配体结合、受体构象变化、G蛋白激活、G蛋白与下游效应分子（如AC、PLC）相互作用、第二信使产生、信号传递至下游激酶或效应蛋白，以及最终的细胞反应和负反馈抑制等关键环节。*答案要点：配体与细胞外GPCR结合→GPCR发生构象变化→耦联的G蛋白（通常处于GDP结合态）的α亚基构象改变并释放GDP→α亚基结合GTP，成为GTP结合态并被激活→活化的G蛋白α亚基（或β、γ亚基）与下游效应分子（如腺苷酸环化酶AC、磷脂酰肌醇特异性磷脂酶CPLC、离子通道）相互作用→效应分子被激活或失活，产生/释放第二信使（如cAMP、IP₃、DAG、Ca²⁺）或直接改变离子流→第二信使扩散至细胞内或作用于下游靶点（如蛋白激酶APKA、蛋白激酶CPKC、Ca²⁺依赖性蛋白）→靶点被磷酸化等修饰，引发细胞应答（如基因表达改变、酶活性改变、离子通道开放/关闭）→信号终止（如GTP水解酶GDP结合G蛋白，使其失活；第二信使被降解或排出细胞；受体/G蛋白被磷酸化失活等）。2.简述受体酪氨酸激酶（RTK）介导的信号转导过程的关键特征。*解析思路：该题要求概述RTK信号通路的核心特点和步骤。关键在于指出RTK的结构特点（跨膜、酪氨酸激酶活性域）和核心信号分子（RAS、MAPK通路）。需要描述RTK的二聚化、自身磷酸化、招募下游接头蛋白或效应分子（如Grb2、SOS、PI3K、PLCγ、JAK），以及激活关键信号通路（如RAS-MAPK、PI3K-AKT）的过程。*答案要点：RTK是跨膜受体，其细胞外结构域识别配体，胞质域包含酪氨酸激酶活性中心；配体结合诱导RTK二聚化→激活RTK的酪氨酸激酶活性，发生自身磷酸化→磷酸化的RTK胞质域成为招募平台，吸引含SH2结构域的接头蛋白（如Grb2）或效应分子（如SOS、PI3K、PLCγ、JAK）结合→Grb2-SOS复合物将RAS-GDP激活为RAS-GTP，启动RAS-MAPK通路；或PI3K被招募激活，产生PtdIns(3,4,5)P₃，激活AKT通路；或PLCγ被招募激活，产生IP₃和DAG；或JAK被招募，激活STAT通路→激活的信号分子（如RAS、MAPK、AKT、Ca²⁺、STAT）进一步传递信号，最终导致细胞增殖、分化、存活等生物学效应。3.简述细胞信号转导通路中正反馈调控的潜在意义。*解析思路：该题要求解释正反馈的作用。正反馈是指信号通路的输出反过来增强输入信号的过程。需要说明其特点（放大信号、加速反应）以及生物学意义（如确保信号有效传递、快速启动反应、形成决策点、维持细胞状态）。*答案要点：正反馈调控是指信号通路的下游产物或相关分子反过来增强上游信号或受体活性的过程。其潜在意义在于：①放大信号：使得微弱的初始信号能够被有效检测并引发强烈的细胞反应；②加速反应：促使信号通路能够快速启动并达到峰值；③形成决策点：在某些情况下，正反馈可能帮助细胞在多种可能的命运中选择一种；④维持细胞状态：在某些稳态维持机制中，正反馈可能有助于维持细胞在特定功能状态。例如，在细胞凋亡过程中，Bcl-2家族蛋白的正反馈调控有助于放大凋亡信号。4.简述Ca²⁺作为第二信使的独特之处。*解析思路：该题要求比较Ca²⁺与其他第二信使的不同。需要强调Ca²⁺的化学性质（金属离子）、细胞内浓度极低且变化迅速、主要储存场所、以及其作用方式（直接调节酶活性、影响离子通道、改变细胞结构等）。*答案要点：Ca²⁺作为第二信使具有一些独特之处：①化学性质：Ca²⁺是基本的金属离子，其细胞内浓度远低于其他第二信使如cAMP；②浓度变化：细胞内游离Ca²⁺浓度虽然很低（约μM级），但变化非常迅速且幅度大（nM到mM级），对细胞反应具有高度敏感性；③储存与释放：Ca²⁺主要储存在细胞内的特定细胞器（如内质网、肌质网、线粒体）中，通过钙泵和钙离子通道进行主动转运和释放，其浓度变化受多种机制精密调控；④作用方式多样：Ca²⁺可以直接结合到钙结合蛋白（如钙调蛋白）上，调节下游酶的活性；也可以改变细胞膜离子通道的通透性，影响膜电位；还能影响细胞骨架的组装和细胞形态变化。这些特点使得Ca²⁺能够参与多种快速和慢速的细胞过程，并在多种信号通路中扮演重要角色。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述MAPK信号通路在细胞应激反应和分化中的作用，并简述其主要的调控机制。*解析思路：该题要求深入讨论MAPK通路的功能和调控。首先要明确MAPK通路的基本组成（MAPK激酶级联：MAP3K→MAP2K→MAPK）。然后分别论述其在应激反应（如DNA损伤、氧化应激）和细胞分化中的作用，可以结合具体的MAPK亚型（如ERK、JNK、p38）。接着，重点阐述调控MAPK通路的主要机制，包括上游激酶的激活（如Ras-MEK依赖性和非依赖性途径）、负反馈抑制（如ERK磷酸化并抑制MEK）、以及磷酸酶的调控等。*答案要点：MAPK（Mitogen-ActivatedProteinKinase）信号通路是一级激酶级联，由MAP3K、MAP2K和MAPK三级激酶组成，核心通路包括ERK、JNK（c-JunN-terminalkinase）和p38MAPK。其作用广泛，在细胞应激反应和分化中发挥重要作用。*应激反应作用：细胞外的应激信号（如紫外线、氧化剂、生长因子缺乏、炎症因子）可以通过不同途径激活MAPK通路。ERK主要参与细胞增殖、生长和存活信号，但在某些应激下也参与转录调控。JNK主要介导细胞应激反应，如DNA损伤、氧化应激，激活AP-1转录复合物，促进细胞凋亡或存活相关基因表达。p38MAPK是重要的应激反应通路，参与炎症、细胞凋亡、衰老等过程，调控多种应激反应基因的表达。*细胞分化作用：MAPK通路（特别是ERK通路）也参与多种细胞的分化过程，如肌肉细胞、神经细胞、造血细胞的分化。生长因子等信号通过激活ERK通路，调控分化的关键转录因子（如MyoD、NeuroD、PU.1）的表达或活性，引导细胞走向特定的分化命运。*主要调控机制：①上游激活：MAPK通路的激活依赖于上游MAP3K和MAP2K激酶。激活途径包括Ras依赖性途径（生长因子激活RTK→RAS→SOS→RAS-GTP→MEK→ERK）和非Ras依赖性途径（如通过Ca²⁺信号、应激信号直接激活MAP3K，如ASK1、MLK）。②负反馈调控：激活的MAPK（特别是ERK）可以反过来磷酸化并抑制其上游的激酶，如MEK，形成负反馈环路，限制信号传导的幅度和持续时间。③磷酸酶调控：细胞内存在多种MAPK磷酸酶（如MKP1），可以磷酸化并灭活MAPK，使信号终止。④亚细胞定位：MAPK通路的不同成员可能在不同亚细胞区室中被激活和发挥作用，如ERK主要在细胞质和细胞核，JNK和p38主要在细胞质。这些复杂的调控机制确保了MAPK信号通路能够精确地响应不同细胞信号，并调控细胞应激反应和分化等关键生物学过程。2.结合实例，论述细胞信号通路异常与疾病发生发展的关系。*解析思路：该题要求结合具体例子，说明信号通路异常（过度激活、失活、紊乱）如何导致疾病。需要选择1-2个经典的信号通路异常与疾病的例子，清晰描述通路正常功能、异常表现（如基因突变、表达失衡、药物影响等导致通路激活或抑制）、以及由此引发的细胞行为改变和疾病发生机制。*答案要点：细胞信号通路是调节细胞生长、增殖、凋亡、分化等基本生命活动的重要机制。其异常（如过度激活、功能缺失或通路间失衡）是许多疾病发生发展的核心分子基础。*例子1：癌症与信号通路异常。癌细胞最显著的特征是失去了正常的生长调控，呈现持续增殖和抵抗