細胞生物學_(期中1-9)課后練習題及答案(第四版及第三版集合)第一章：緒論1 細胞生物學的任務是什么？它的范圍都包括哪些？1) 任務：細胞生物學的任務是以細胞為著眼點，與其他學科的重要概念兼容并蓄，來闡明生物各級結構層次生命現象的本質。2) 范圍：(1) 細胞的細微結構；(2) 細胞分子水平上的結構；(3) 大分子結構變化與細胞生理活動的關系及分子解剖。2. 細胞生物學在生命科學中所處的地位，以及它與其他學科的關系1）地位：以細胞作為生命活動的基本單位，探索生命活動規律，核心問題是將遺傳與發育在細胞水平上的結合。2）關系：應用現代物理學與化學的技術成就和分子生物學的概念與方法，研究生命現象及其規律。3. 如何理解E.B.Wilson所說的“一切生物學問題的答案最終要到細胞中去尋找”。1) 細胞是一切生物體的最基本的結構和功能單位。2) 所謂生命實質上即是細胞屬性的體現。生物體的一切生命現象，如生長、發育、繁殖、遺傳、分化、代謝和激應等都是細胞這個基本單位的活動體現。3) 生物科學，如生理學、解剖學、遺傳學、免疫學、胚胎學、組織學、發育生物學、分子生物學等，其研究的最終目的都是要從細胞水平上來闡明各自研究領域中生命現象的機理。4) 現代生物學各個分支學科的交叉匯合是21世紀生命科學的發展趨勢，也要求各個學科都要到細胞中去探索生命現象的奧秘。5) 鑒于細胞在生命界中所具有的獨特屬性，生物科學各分支學科若要研究各種生命現象的機理，都必須以細胞這個生物體的基本結構和功能單位為研究目標，從細胞中研究各自研究領域中生命現象的機理。4. 細胞生物學主要研究內容是什么？1）細胞核、染色體以及基因表達2）生物膜與細胞器3）細胞骨架體系4）細胞增殖及其調控5）細胞分化及其調控6）細胞的衰老與凋亡7）細胞起源與進化8）細胞工程5. 當前細胞生物學研究中的基本問題以及細胞基本生命活動研究的重大課題是什么？ 研究的三個根本性問題：1）細胞內的基因是如何在時間與空間上有序表達的問題2）基因表達的產物結構蛋白與核酸、脂質、多糖及其復合物，如何逐級裝配行使生命活動的基本結構體系及各種細胞器的問題3）基因表達的產物大量活性因子與信號分子，如何調節細胞最重要的生命活動的問題 生命活動研究的重大課題：1）染色體DNA與蛋白質相互作用關系非組蛋白對基因組的作用2）細胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互關系及其調控3）細胞信號轉導細胞間信號傳遞；受體與信號跨膜轉導；細胞內信號傳遞4）細胞結構體系的裝配6 你認為是誰首先發現了細胞？1) 荷蘭學者A.van Leeuwenhoek，而不是R.Hooke。2) 1665年，R.Hooke利用自制的顯微鏡發現了細胞是由許多微小的空洞組成的，Hooke觀察到的并不是真正的細胞，而是死去的植物的細胞壁圍成的空腔，不過他的發現顯示出生物體中存在有更微細的結構，為后來認識細胞具有開創性的意義。4 細胞學說建立的前提條件是什么？1) 1665年，R.Hooke利用自制的顯微鏡發現了細胞是由許多微小的空洞組成的，顯示出生物體中存在有更微細的結構，為后來認識細胞具有開創性的意義。2) Hooke同時代的發現了許多種活細胞。3) 19世紀上半葉，隨著顯微鏡質量的提高和切片機的發明，對細胞的認識日趨深入。學者們開始認識到生物體是由細胞構成的，于是在18381839年，M.Schleidon和T.Schwann在總結前人工作的基礎上提出了細胞學說。5 細胞生物學各發展階段的主要特征是什么？它大體上經歷了細胞的發現；細胞學說的創立和細胞學的形成；細胞生物學的出現；分子細胞生物學的興起等各主要的發展階段。1) 細胞的發現階段：(1) 1604年，荷蘭眼睛商Z.Jansen創制了世界上第一架顯微鏡。(2) 英國物理學家Robert hooke(1635-1703)創造了第一架對科學研究有價值的顯微鏡。(3) 荷蘭科學家Antonie van Leeuwenhoek1674年用自制的顯微鏡發現了原生動物。2) 細胞學說的創立和細胞學的形成階段：(1) 顯微鏡制作技術有了明顯的進步，分辨率提高到1m以內；(2) 細胞學說創立、原生質理論提出；(3) 研究方向轉移到細胞內部結構上來。3) 細胞生物學的出現：(1) 電子顯微鏡的發明；(2) 研究方向轉移到細胞的超微結構和分子結構水平；(3) 細胞生物學誕生4) 分子細胞生物學的興起(1) 電鏡標本固定技術的改進；(2) 人們認識到細胞的各種活動與大分子的結構變化和分子間的相互作用的關系。6、細胞生物學的概念和研究內容概念：細胞生物學是以細胞為研究對象, 從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層次，以動態的觀點, 研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學是現代生命科學的前沿分支學科之一，主要是從細胞的不同結構層次來研究細胞的生命活動的基本規律。從生命結構層次看，細胞生物學位于分子生物學與發育生物學之間，同它們相互銜接，互相滲透。研究內容：細胞生物學的主要研究內容主要包括兩個大方面：細胞結構與功能、細胞重要生命活動。涵蓋九個方面的內容：細胞核、染色體以及基因表達的研究；生物膜與細胞器的研究；細胞骨架體系的研究；細胞增殖及其調控；細胞分化及其調控；細胞的衰老與凋亡；細胞的起源與進化；細胞工程；細胞信號轉導。7、細胞學說的意義：答：細胞學說、能量轉化與守恒定律和達爾文進化論并列為19世紀自然科學的“三大發現”，因為它大大推進了人類對整個自然界的認識，有力地促進了自然科學和哲學的進步。“細胞學說”提出后，即被推廣到許多領域的研究，對當時生物學的發展起了巨大的促進和指導作用。細胞學說使人們對生物的認識通過“細胞”統一起來，證明生物之間存在親緣關系，即動、植物的各種細胞具有共同的基本構造，基本特性，按共同規律發育，有共同的生命過程。細胞學說為進化論和孟德爾確立的遺傳學奠定了基礎。細胞學說對細胞結構的分析是一切生物科學和醫學分支進一步發展所不可缺少的。第二章：細胞的基本知識概要1、如何理解“細胞是生命活動的基本單位”這一概念？1）一切有機體都有細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位2）細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位3）細胞是有機體生長與發育的基礎4）細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性5）沒有細胞就沒有完整的生命6）細胞是多層次非線性的復雜結構體系7）細胞是物質（結構）、能量與信息過程精巧結合的綜合體8）細胞是高度有序的，具有自裝配與自組織能力的體系2、細胞的基本共性是什么？1）所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的生物膜2）所有的細胞都有DNA與RNA兩種核酸3) 所有的細胞內都有作為蛋白質合成的機器核糖體4）所有細胞的增殖都是一分為二的分裂方式3、 為什么說病毒不是細胞？蛋白質感染子是病毒嗎？1) 病毒是由一個核酸分子（DNA或RNA）芯和蛋白質外殼構成的，是非細胞形態的生命體，是最小、最簡單的有機體。僅由一個有感染性的RNA構成的病毒，稱為類病毒；僅由感染性的蛋白質構成的病毒稱為朊病毒。病毒具備了復制與遺傳生命活動的最基本的特征，但不具備細胞的形態結構，是不完全的生命體；病毒的主要生命活動必須在細胞內才能表現，在宿主細胞內復制增殖；病毒自身沒有獨立的代謝與能量轉化系統，必須利用宿主細胞結構、原料、能量與酶系統進行增殖，是徹底的寄生物。因此病毒不是細胞，只是具有部分生命特征的感染物。2) 蛋白質感染子是病毒的類似物，雖不含核酸，其增殖是由于正常分子的構象發生轉變造成的，這種構象異常的蛋白質分子成了致病因子，這不同于傳統概念上的病毒的復制方式和傳染途徑，所以蛋白質感染子是病毒的類似物。4、為什么說支原體可能是最小最簡單的細胞存在形式？1）支原體能在培養基上生長2）具有典型的細胞膜3）一個環狀雙螺旋DNA是遺傳信息量的載體4）mRNA與核糖體結合為多聚核糖體，指導合成蛋白質5）以一分為二的方式分裂繁殖6）體積僅有細菌的十分之一，能寄生在細胞內繁殖5、論證病毒和細胞不可分割的關系：病毒是非細胞形態的生命體，它的主要生命活動必須要在細胞內實現。當代科學認為病毒是細胞的演化產物，其主要依據如下：病毒由于其寄生的特性必須在細胞內復制與增值，沒有細胞就沒有病毒存在；有些病毒的核酸與細胞DNA片段十分相似。普遍認為病毒癌基因起源于細胞癌基因；病毒可看做DNA或RNA與蛋白質形成的復合大分子，與細胞核蛋白分子近似。因此，病毒可能來源于細胞。6、比較動物細胞和植物細胞的主要差異。植物細胞具有：細胞壁、液泡、質體、原球體、乙醛酸循環體等結構；動物細胞具有：溶酶體、中心體。動物細胞的通訊連接方式為間隙連接，植物的是胞間連絲。細胞膜系統的分化與演變。首先分化為兩個部分核與質，細胞質內又分割為結構更精細，功能更專一的各種細胞器，細胞內部結構與職能的分工協作是真核細胞區別于原核細胞的重要標志。遺傳信息量與遺傳裝置的擴增與復雜化。由于真核細胞結構與功能的復雜化，需要編碼結構蛋白與功能蛋白的基因數大大增多，因此遺傳信息重復序列與染色體多倍性的出現時真核細胞區別原核細胞的另一重大標志。遺傳信息的復制、轉錄與翻譯的裝置和程序復雜化，使得真核細胞內遺傳信息轉錄與翻譯有嚴格的階段性與區域性，而原核細胞內轉錄與翻譯則可同時同區進行，這也是兩者區別的最顯著差異之一。8、細胞生存所需的最基本的細胞結構和功能。細胞的生存必須具備細胞膜、核糖體、一套完整的遺傳信息物質和結構。功能：細胞膜為細胞生命活動提供了相對穩定的環境；為DNA、RNA、蛋白質的復制、轉錄翻譯提供了結合位點，使代謝反映高效而有序的進行；又為代謝底物的輸入與代謝產物的排除提供了選擇性物質運輸的通道，其中伴隨能量的傳遞。細胞核是遺傳信息儲存和表達的重要場所和指揮部，細胞的分裂、生長、分化、增值等一切生命活動均受細胞核遺傳信息的指導調控。核糖體是合成蛋白質的機器。構成細胞結構和行使生命活動功能的所有結構蛋白和功能蛋白都有核糖體翻譯合成，催化生命活動的的酶促反應所有的酶也是蛋白質，由核糖體翻譯合成的。第三章：細胞生物學研究方法1. 透射電鏡與普通光學顯微鏡的成像原理有何異同？ 透射電鏡與光學顯微鏡的成像原理基本一樣，不同的是: 1) 透射電鏡用電子束作光源，用電磁場作透鏡，2) 光學顯微鏡用可見光或紫外光作光源，以光學玻璃為透鏡。2. 放射自顯影技術的原理根據是什么？為何常用H3、C14、P32標記物做放射自顯影？1) 原理根據：放射性同位素發射出的各種射線具有使照相乳膠中的溴化銀晶體還原（感光）的性能。利用放射性物質使照相乳膠膜感光，再經顯影以顯示該物質自身的存在部位.2) 用H3、C14、P32標記物做放射自顯影原因：(1) 有機大分子均含有碳、氫原子，DNA和RNA等物質中存在磷元素，(2) 且C14和H3均為弱放射性同位素，半衰期長。4. 何謂免疫熒光技術？可自發熒光的細胞物質是否可在普通顯微鏡下看到熒光？1) 免疫熒光技術是將免疫學方法(抗體同特定抗原專一結合)與熒光標記技術相結合用來研究特異蛋白抗原在細胞內分布、對抗原進行定位測定的技術。它主要包括熒光抗體的制備、標本的處理、免疫染色和觀察記錄等過程。2) 不能。首先，熒光是因一定波長（能量）的光（一般為紫外光）照射到物體后瞬間產生的，作為普通顯微鏡光源的可見光，其能量不足以使物體產生熒光；其次，所產生熒光的波長要比入射光的要長，即使可以激發出熒光，肉眼也看不到。5. 超速離心技術的主要用途有哪些？1) 制備和純化亞細胞成分和大分子，即制備樣品；2) 分析和測定制劑中的大分子的種類和性質如浮力密度和分子量。6. 細胞融合有那幾種方法？病毒誘導與PEG的作用機制有何不同？1) 細胞融合的方法有四種：病毒法、聚乙二醇（PEG）法、電激和激光法。2) 病毒誘導：是先足夠數量的紫外滅活的病毒顆粒黏附在細胞膜上起搭橋作用，使細胞黏著成堆，細胞緊密靠近，同時細胞膜發生了一定的變化，在37溫浴條件下，粘結部位的細胞膜破壞，形成通道，細胞質流通并融合，病毒顆粒也隨之進入細胞。兩個細胞合并，細胞發生融合； 聚乙二醇（PEG）法：PEG使能改變各種細胞的末結構，使兩細胞接觸點處質膜的脂類分子發生疏散和重組，利用兩細胞接口處雙分子層質膜的相互親何以彼此的表面張力作用，使細胞發生融合。7、為什么說細胞培養是細胞生物學研究的最基本的技術之一？在體外模擬體內的生理環境，培養從集體中取出的細胞，并使之生存和生長的技術為細胞培養。細胞培養技術即是細胞的克隆，是細胞生物學研究方法中最有價值的技術，通過細胞培養可以獲得大量的細胞或其代謝產物。由于細胞生物學是研究細胞的結構、功能和其各種生命規律的一門科學，細胞培養為細胞生物學研究提供了最基本的原料。因此說，細胞培養技術是細胞生物學研究的最基本技術之一。8、細胞組分的分離與分析有哪些基本的實驗技術？哪些技術可用于生物大分子在在細胞內的定性與定位研究？（1）分離：差速離心、密度梯度離心、速度沉降、等密度沉降、流式細胞儀。定性分析：組織化學、細胞化學、免疫熒光、免疫電鏡、原位雜交等。定量分析：分光光度計、流式細胞儀。同位素標記結合放射自顯影技術可研究生物大分子在細胞內的動態變化。（2）蛋白質分子：免疫熒光纖維技術，免疫電鏡技術，蛋白質印跡技術；核酸分子：原位雜交，印跡雜交（southern和northern）9、舉出5種模式實驗生物病毒：結構簡單，基因組很小，可作為外源基因的載體，向組織細胞中轉染特定的基因。細菌：培養方便，生長快，基因結構簡單，突變株的誘變和分離、鑒定容易，技術成熟，進行基因定位簡便易行。酵母：優點同細菌，非常簡單的單細胞真核生物，生長迅速易于遺傳操作。線蟲：繁殖快，在顯微鏡下通體透明，便于追蹤，胚胎發育過程高度有序。果蠅：具有豐富的生物行為，易于進行遺傳學操作，許多基因在進化上很保守，與人類基因有很高的同源性。斑馬魚：胚胎發育在體外，發育快，過程程透明。小鼠：進化方面最接近人類。擬南芥：個體小，生長周期快，種子多，生活力強，最小的植物基因組，自花授粉植物，基因高度純合，突變率高。10、細胞拆合中，細胞重組的方式有哪幾種？答：胞質體與完整細胞重組；微細胞與完整細胞重組形成細胞；胞質體與核體重組形成重組細胞；細胞器與完整細胞的重組。 第四章：細胞質膜1、生物膜的基本結構特征是什么？這些特征與它的生理功能有什么聯系？膜的流動性：生物膜的基本特征之一，細胞進行生命活動的必要條件。1）膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質決定的，脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高,膜脂的流動性越大。溫度對膜脂的運動有明顯的影響。在細菌和動物細胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調節膜脂的相變溫度以維持膜脂的流動性。在動物細胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調節作用。膜蛋白的流動：熒光抗體免疫標記實驗；成斑現象(patching)或成帽現象(capping) 2）膜的流動性受多種因素影響：細胞骨架不但影響膜蛋白的運動，也影響其周圍的膜脂的流動。膜蛋白與膜分子的相互作用也是影響膜流動性的重要因素。3）膜的流動性與生命活動關系：信息傳遞；各種生化反應；發育不同時期膜的流動性不同 膜的不對稱性：1）膜脂與糖脂的不對稱性：糖脂僅存在于質膜的ES面，是完成其生理功能的結構基礎2） 膜蛋白與糖蛋白的不對稱性：膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細胞膜上都具有明確的方向性；糖蛋白糖殘基均分布在質膜的ES面；膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復雜的在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。2、膜的流動鑲嵌模型是怎樣形成的？它在膜生物學研究中有什么開創意義？1) 形成的原因及前提：(1) 單位膜模型無法滿意的解釋許多膜屬性，如膜結構不斷地發生動態變化；各種膜沒有一成不變的統一性；各種膜均具有各自的特定厚度，提取膜蛋白的難易程度不同；各種膜的蛋白質與脂類的成份比率不同等。(2) 本世紀60年代，新技術的發明和應用，對質膜的認識越來越深入。(3) 利用冷凍蝕刻法顯示出膜上有球形顆粒，(4) 用示蹤法表明膜的結構形態在不斷地發生變動。在此基礎上，S.J.Singer和G.L.Nicolson在1972年提出了膜的流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)。2) 意義：流動鑲嵌模型除了強調脂類分子與蛋白質分子的鑲嵌關系外，還強調了膜的流動性，主張膜總是處于流動變化之中，脂類分子和蛋白質分子均可做側向流動。 后來有許多實驗結果支持了流動鑲嵌模型的觀點。3、 質膜在細胞生命活動中都有哪些重要作用？ 1）為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境;2）選擇性的物質運輸,包括代謝底物的輸入與代謝產物的排除,其中伴隨著能量的傳遞;3）提供細胞識別位點,并完成細胞內外信息跨膜傳遞;4）為多種酶提供結合位點,使酶促反應高效而有序地進行;5）介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接;6）質膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結構。4、質膜的膜蛋白都有哪些類別？各有何功能？膜脂有哪幾種？1) 膜蛋白根據功能的不同，可將分為四類：運輸蛋白，連接蛋白，受體蛋白和酶。運輸蛋白：物質運輸，與周圍環境進行物質和能量的交換；連接蛋白：細胞連接；受體蛋白：細胞識別，信號傳遞；酶：具有催化活性。2) 膜脂：膜脂主要為磷脂和膽固醇，磷脂主要包括有卵磷脂和腦磷脂(cephalin)，鞘脂（帶有一個氨基）和糖脂（結合有寡糖鏈）。5、何謂細胞外被？它有哪些功能？1) 細胞外被是指動物細胞表面的由構成質膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成的厚約1020nm的絨絮狀結構。 2) 功能：(1) 細胞識別；(2) 血型抗原；(3) 酶活性。6、細胞膜表面有哪幾種常見的特化結構？膜骨架的基本結構與功能是什么？1）細胞表面特化結構主要包括：膜骨架、鞭毛、纖毛、變形足和微絨毛，都是細胞膜與膜內的細胞骨架纖維形成的復合結構，分別與維持細胞的形態、細胞的運動、細胞與環境的物質交換等功能有關。2）膜骨架：指細胞質膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網架結構，其功能是維持細胞質膜的形狀并協助質膜完成多種生理功能。7、細胞連接都有哪些類型？各有何結構特點？細胞連接按其功能分為：緊密連接，錨定連接，通訊連接。1) 緊密連接（封閉連接），細胞質膜上，緊密連接蛋白(門蛋白)形成分支的鏈索條，與相鄰的細胞質膜上的鏈索條對應結合，將細胞間隙封閉。2) 錨定連接：通過中間纖維（橋粒、半橋粒）或微絲（粘著帶和粘著斑）將相鄰細胞或細胞與基質連接在一起，以形成堅挺有序的細胞群體、組織與器官。3) 通訊連接：包括間隙連接和化學突觸，是通過在細胞之間的代謝偶聯、信號傳導等過程中起重要作用的連接方式。4) 胞間連絲連接：是高等植物細胞之間通過胞間連絲來進行物質交換與互相聯系的連接方式。8、細胞外基質與細胞外被有何區別？它們如何相互作用？1) 細胞外被是指動物細胞表面的由構成質膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成的厚約1020nm的絨絮狀結構，是細胞膜的一部分。2) 細胞外基質是存在細胞之間的非細胞性的物質，是由一些蛋白質和多糖大分子構成的精密有序的網絡結構，是細胞的分泌物在細胞附近構成的精密結構，它不同于細胞外被之處是，通過與細胞質膜中的細胞外基質受體結合，同細胞建立了相互關系。9、細胞外基質組成、分子結構及生物學功能是什么？1) 細胞外基質（EM）成分可表示如下：多糖：糖胺聚糖，蛋白聚糖纖維蛋白：膠原，彈性蛋白,纖連蛋白，層粘連蛋白；2) 作用： 細胞外基質可影響細胞的發育、極性和行為活動。(1) 糖胺聚糖（GAG）鏈構成的網絡，形成了水化凝膠，各種蛋白質纖維埋藏于凝膠之中。GAG多糖鏈帶負電荷，同蛋白質共價結合形成蛋白聚糖。(2) 蛋白聚糖:a. 滲濾作用；b. 細胞表面的輔受體；c. 調節分泌蛋白的活性；d. 細胞間化學信號傳遞。(3) 膠原，彈性蛋白 ：結構作用(4) 纖連蛋白，層粘連蛋白：黏著作用。10、膠原纖維的裝配過程都經過哪些步驟？膠原纖維是經多步過程裝配而成，包括膠原分子的合成、分泌和修飾等步驟。1) 內質網膜結合的核糖體上合成膠原分子的多肽鏈，最初合成的多肽鏈為前體肽鏈，稱為前鏈(pro-chain)。2) 合成的前體肽鏈進入內質網腔，此前體鏈除在氨基端帶有信號肽序列外，在氨基端和羧基端尚帶有稱為前肽(propeptides)的氨基酸序列。在內質網腔中，前肽鏈中的脯氨酸和賴氨酸殘基分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。每一條前鏈與其它兩條前鏈通過由羥基形成的氫鍵相互結合，構成了3股螺旋的前膠原(procollagen)分子。此分子的裝配起始于內質網，后經高爾基體裝配完成，被包裝到分泌泡中，分泌到細胞外。3) 前膠原被分泌到細胞外之后，前肽序列被專一的蛋白質水解酶切除，前膠原轉變成了膠原分子。4) 膠原分子在細胞外又進一步裝配成了膠原原纖維，最后后者又裝配成了膠原纖維。原纖維一旦形成，膠原分子便通過在賴氨酸間的共價結合，加固了原纖維的結構。這種結合要依賴于原纖維結合膠原(fibril-associated collagen)（如IX型和II型膠原分子）的參與。11、纖連蛋白分子有哪些結構特點？如何發揮作用？1) 分子是由兩個亞基組成的二聚體，在靠近羧基端有一對二硫鍵將兩個亞基連在一起，使兩個亞基排成“V”字形。亞基多肽鏈折疊成56個棒狀和球形功能區，各功能區分別可同特定的分子或細胞發生轉移結合，功能區之間的連接部位可折屈，對蛋白酶敏感。2) 多肽鏈含有三種重復序列，即I、II、III型組件，功能區即是由這三種組件重復組合而成。在III型重復中含有特異的三肽序列，-Arg-Gly-Asp-(RGD),此RGD序列可被細胞表面基質受體中的整聯蛋白(integrin)所識別,從而同細胞結合，促使細胞同基質結合。促進細胞遷移，對細胞的遷移有導向作用12、紅細胞膜骨架的基本結構與功能。答：紅細胞膜骨架是在紅細胞膜的內側，由膜蛋白和纖維蛋白組成的網架結構。紅細胞膜內存在的蛋白質主要包括血影蛋白、錨蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白和肌動蛋白，血型糖蛋白。膜支架蛋白主要成分包括血影蛋白、肌動蛋白、錨蛋白和帶4.1蛋白等。血影蛋白在帶4.1蛋白的協助下與肌動蛋白結合成膜骨架基本網絡，帶4.1蛋白和血型糖蛋白相互作用，錨定蛋白與血影蛋白、帶3蛋白相互作用。 膜骨架復合體與質膜蛋白的相互作用實現紅細胞質膜的剛性與韌性，維持紅細胞的形態。13、何為內在膜蛋白？它以以什么方式與脂雙層膜相結合？答：內在膜蛋白：或稱整合膜蛋白，全部或部分與磷脂雙層的疏水核相互作用、牢固連接的膜結合蛋白，多數為跨膜蛋白，也有些插入脂雙層中，只有用去垢劑處理才能將其從膜上移去。 疏水性相互作用：膜蛋白的跨膜結構域通過范德華力等與脂雙層分子的疏水核心相互作用，跨膜結構域是與膜脂結合的主要部位。這些結構域主要有螺旋，折疊片結構。螺旋的外側是非極性鏈，內測是極性鏈，形成特異極性分子的跨膜通道。反向平行的折疊片相互作用形成非特異性的跨膜通道，可允許小分子自由通過；離子鍵作用：磷脂極性頭部是帶負電荷的，它可以直接與帶正電荷的氨基酸殘基相互作用，而通過以Ca、Mg等陽離子為中介，與帶負電荷的氨基酸殘基間接作用；共價結合：某些膜蛋白氨基酸殘基與脂肪酸分子或糖脂共價結合。14、Na+/葡萄糖協同運輸的主要特點是什么？無須直接消耗ATP，但需要依賴Na+梯度和電化學梯度。載體蛋白有兩種結合位點，分別結合Na與葡萄糖；載體蛋白借助Na/K泵建立的電位梯度，將Na與葡萄糖同時轉運到胞內；胞內釋放的Na又被Na/K泵泵出細胞外建立Na濃度。15、膜蛋白的功能？作為物質運輸通道，轉運特定的物質進出細胞；作為酶，催化相關的代謝反應；作為細胞間介導，起連接作用；作為受體，起信號接收與傳遞作用等；細胞識別，起免疫反應。16、初生細胞壁和次生細胞壁初生細胞壁與次生細胞壁表明了細胞的不同成熟階段。初生細胞壁包圍著正在生長的植物細胞，為了允許細胞的進一步生長，因此具有一定程度的伸張能力。次生細胞壁發生于更為成熟的植物細胞，也更堅硬。它們較初生細胞壁含有更多的纖維素，次生細胞壁是更強的支撐結構。17、細胞粘著分子有哪些，分別有什么功能？動物細胞表面介導細胞同細胞或細胞外基質黏附的蛋白質分子。均為整合膜蛋白，包括：整聯蛋白、鈣黏著蛋白、選擇素、免疫球蛋白超家族。黏著分子多數需要依賴Ca或Mg才起作用，這些分子介導的細胞識別與黏著還能在細胞骨架的參與下，形成細胞連接，如橋粒等。鈣黏蛋白：是一種同親型結合的黏著因子、Ca2+依賴的細胞黏著糖蛋白，對胚胎發育中的細胞識別、遷移和組織分化以及成體組織器官構成具有重要作用；整聯蛋白：異親型細胞結合，Ca2+或Mg2+依賴性的細胞黏著分子，由和兩個亞基形成的異二聚體糖蛋白，可介導細胞與細胞及細胞與細胞外基質的粘附鏈接；選擇素：一類異親型結合、Ca2+依賴的細胞黏著分子，能與特異糖基識別并結合。選擇素是跨膜蛋白，其胞外部分具有凝集素樣結構域。凝集素：是動物細胞和植物細胞都能夠合成和分泌的、能與糖結合的蛋白質，在細胞識別和黏著反應中其重要作用，主要是促進細胞間的黏著；免疫球蛋白超家族：同親性或異親性、不依賴Ca2+，含有免疫球蛋白類似（Ig）結構域。參與免疫功能；介導細胞間的黏著作用。18、細胞通過那些方式產生社會聯系？有何生物學意義？細胞主要通過封閉連接、錨定連接、通訊連接等主要方式產生社會聯系。細胞通訊和信號轉導是細胞社會聯系的核心問題。細胞社會聯系的主要功能在于提供細胞之間彼此物質、信息交流的通道。在多細胞生物中，沒有一個孤立的細胞，細胞彼此之間通過各種連接方式產生社會聯系，進而形成和諧的細胞社會。第五章 物質的跨膜運輸1、物質跨膜運輸有哪幾種方式？它們的異同點。跨膜運輸：直接進行跨膜轉運的物質運輸，又分為簡單擴散、協助擴散和主動運輸。1) 簡單擴散：順物質電化學梯度，不需要膜運輸蛋白，利用自身的電化學梯度勢能，不耗細胞代謝能；2) 協助擴散：順物質電化學梯度，需要通道蛋白或載體蛋白，利用自身的電化學梯度勢能，不耗細胞代謝能；3) 主動運輸：逆物質電化學梯度，需要載體蛋白，消耗細胞代謝能。2、比較主動運輸與被動運輸的特點及其生物學意義。1）主動運輸的特點及其生物學意義：特點：由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由濃度低的一側向濃度高的一側進行跨膜轉運。需要與某種釋放能量的過程相偶聯。類型：由ATP直接提供能量（Na+-K+泵、Ca2+泵、）、間接提供能量（Na+-K+泵或H+泵、載體蛋白的協同運輸）、光驅動的三種類型。生物學意義：動物細胞借助Na+-K+泵維持細胞滲透平衡，同時利用胞外高濃度的Na+所儲存的能量，主動從細胞外攝取營養；植物細胞、真菌（包括酵母）和細菌細胞借助膜上的H+泵，將H+泵出細胞，建立跨膜的H+電化學梯度，利用H+電化學梯度來驅動主動轉運溶質進入細胞；Ca2+泵主要存在于細胞膜和內質網膜上，將Ca2+輸出細胞或泵入內質網腔中儲存，以維持細胞內低濃度的游離Ca2+，Ca2+對調節肌細胞的收縮與舒張至關重要。2）被動運輸的特點及其生物學意義：特點：物質的跨膜運輸的方向是由高濃度向低濃度，運輸動力來自物質的濃度梯度，不需要細胞提供代謝能量。類型：單擴散和載體介導的協助擴散。協助擴散的載體為：載體蛋白和通道蛋白，載體蛋白既可介導被動運輸和主動運輸；通道蛋白只能介導被動運輸。生物學意義：每種載體蛋白能與特定的溶質分子結合，通過一系列構象改變介導溶質分子的跨膜轉運；通道蛋白是多次跨膜親水、離子通道，充許適宜大小分子和帶電荷的離子通過，其顯著特點為：具有離子選擇性，轉運速率高，凈驅動力是溶質跨膜的電化學梯度；離子通道是門控的，其活性是由通道開或關兩種構象所調節，通過通道開關應答于適當地信號。3、說明Na+-K+泵的工作原理及其生物學意義。Na+-K+泵是一種典型的主動運輸方式，由ATP直接提供能量。Na+-K+泵存在于細胞膜上，是由和二個亞基組成的跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性。工作原理：在細胞內側亞基與Na+相結合促進ATP水解，亞基上的天門冬氨酸殘基磷酸化引起亞基構象發生變化，將Na+泵出細胞，同時細胞外的K+與亞基的另一位點結合，使其去磷酸化，亞基構象再度發生變化將K+泵進細胞，完成整個循環。Na+依賴的磷酸化和K+依賴的去+磷酸化引起構象變化有序交替進行。每個循環消耗一個ATP分子，泵出3個Na和泵進2個K。生物學意義：動物細胞借助Na+-K+泵維持細胞滲透平衡，同時利用胞外高濃度的Na+所儲存的能量，主動從細胞外攝取營養。4、動物細胞、植物細胞和原生動物細胞應付低滲膨脹的機制有何不同？動物細胞通過泵出離子維持細胞內低濃度溶質，如鈉鉀泵、鈣泵等。植物細胞依靠細胞壁避免膨脹和破裂，從而耐受較大的跨膜滲透差異。 原生動物通過收縮定時排除進入細胞的過量的水而避免膨脹。5、比較胞飲作用和吞噬作用的異同。胞飲和吞噬是細胞胞吞作用的兩種類型。胞飲作用是一個連續發生的過程，所有真核細胞都能通過胞飲作用連續攝入溶質和分子；吞噬作用首先需要被吞噬物與細胞表面結合并激活細胞表面受體，是一個信號觸發過程。胞飲泡的形成需要網格蛋白、結合素蛋白和結合蛋白等的幫助；吞噬泡的形成則需要微絲及其結合蛋白的幫助，在多細胞動物體內，只有某些特化細胞具有吞噬功能。6、比較組成型胞吐途徑和調節型胞吐途徑的特點及其生物學意義。細胞的胞吐作用是將細胞內的分泌泡或其他某些膜泡中的物質通過細胞質膜運出細胞的過程。 特點：1）真核細胞從高爾基體反面管網區分泌的囊泡向質膜流動并與之融合的穩定過程即組成型的胞吐途徑。通過連續性的組成型胞吐途徑：細胞新合成的囊泡膜的蛋白和脂類不斷地供應質膜更新，以確保細胞分裂前質膜的生長；囊泡內可溶性蛋白分泌到細胞外，成為質膜外圍蛋白、胞外基質組分、營養成分或信號分子等。2）特化的分泌細胞調節型胞吐途徑存在于特殊機能的細胞中，分泌細胞產生的分泌物（激素、粘液或消化酶）儲存在分泌泡內，當細胞在受到胞外信號刺激時，分泌泡與質膜融合并將內含物釋放出去。生物學意義：細胞的質膜更新，維持細胞的生存與生長。7、質膜在細胞吞吐作用(cytosis)中起什么作用？1) 識別被內吞物質；2) 形成陷穴小泡；3) 包圍細胞外物質，形成小泡；脫離質膜，進入細胞內部；4) 同細胞質中的小泡融合，把其所含的物質吐到細胞外。8、比較P型離子泵、V型質子泵、F型質子泵和ABC超家族的異同。1、P型離子泵(P-type ion pump)，或稱P型ATPase。此類運輸泵運輸時需要磷酸化(P是phosphorylation的縮寫)，包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。2、V型泵(V-type pump)，或稱V型ATPase，主要位于小泡的膜上( V代表vacuole或vesicle)，如溶酶體膜中的H+泵，運輸時需要ATP供能，但不需要磷酸化。3、F型泵(F-type pump)，或稱F型ATPase。這種泵主要存在于細菌質膜、線粒體內膜和葉綠體的類囊體膜中，它們在能量轉換中起重要作用，是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯因子(F即factor的縮寫)。4、ABC運輸蛋白(ATP-binding cassettle transportor)，這是一大類以ATP供能的運輸蛋白，已發現了100多種，存在范圍很廣，包括細菌和人。 前3種只轉運離子，后一種主要是轉運小分子。9、比較載體蛋白和通道蛋白的異同細胞膜上存在兩類主要的轉運蛋白，即：載體蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。 它們的功能都是轉運細胞膜外的溶質到細胞膜內。載體蛋白又稱作載體（carrier）、通透酶（permease）和轉運器（transporter）。能夠與特異性溶質結合，通過自身構象的變化，將與它結合的溶質轉運到膜的另一側。載體蛋白有的需要能量驅動，如：各類ATP驅動的離子泵；有的則不需要能量，以自由擴散的方式運輸物質，如：纈氨酶素。這里要注意，之所以稱為通透酶，是因為它與所運輸物質之間有對應關系，特異性強。通道蛋白與所轉運物質之間的結合較弱，它能形成親水的通道（可以想象為親水的孔，如porin），當通道打開時能允許特定大小的溶質通過，特異性不如載體蛋白強。所有通道蛋白均以自由擴散的方式運輸溶質，不消耗能量。第六章：線粒體和葉綠體1、怎樣理解線粒體和葉綠體是細胞能量轉換的細胞器？線粒體和葉綠體都是高效的產生ATP的精密裝置。盡管它們最初的能量來源不同，但卻有著相似的基本結構，而且以類似的方式合成ATP。ATP是細胞生命活動的直接供能者，也是細胞內能量的獲得、轉換、儲存和利用等環節的聯系紐帶。2、線粒體的各部分結構分別與哪些代謝反應有關？1) 內膜(1) 細胞凋亡：線粒體作為起始的主開關，可以開啟內膜上的非特異性通道-線粒體通透性轉變孔(mitochondrial permeability transition pore, mtPTP)(2) 電子傳遞和氧化磷酸化：電子傳遞鏈和氧化磷酸化的酶存在于內膜中；2) 基質(1) 三羧酸循環：參與三羧酸循環、脂肪酸氧化和丙酮酸氧化的酶存在于線粒體基質中(2) 儲積鈣離子：基質中的致密顆粒狀物質與儲積Ca2+有關(3) 細胞凋亡：在線粒體膜間隙中鑒定出了多種死亡促進因子，包括細胞色素c、凋亡誘導因子和被稱為切冬酶的潛伏蛋白酶。3、試比較線粒體與葉綠體在基本結構方面的異同。1）基本結構的相同點：線粒體和葉綠體的形態、大小、數量與分布常因細胞種類、生理功能及生理狀況不同而有較大差別。兩者均具有封閉的兩層單位膜，內膜向內折疊，并演化為極大擴增的內膜特化結構系統。2）不同點：線粒體外膜(outer membrane）含孔蛋白(porin)，通透性較高，標志酶：單胺氧化酶（monoamine oxidase）；內膜（inner membrane）高度不通透性，向內折疊形成嵴（cristae）；含有與能量轉換相關的蛋白，標志酶：細胞色素氧化酶(cytochrome oxidase)；膜間隙（intermembrane space）含許多可溶性酶、底物及輔助因子，標志酶：腺苷酸激酶(adenylate kinase)；基質（matrix）含三羧酸循環酶系、線粒體基因，表達酶系等以及線粒體DNA, RNA，核糖體。葉綠體內膜并不向內折疊成嵴；內膜不含電子傳遞鏈；除了膜間隙、基質外，還有類囊體；捕光系統、電子傳遞鏈和ATP合成酶都位于類囊體膜上。4、如何測定線粒體的呼吸鏈各組分在內膜上的排列分布？利用氧化還原電位的高低測試呼吸鏈中各組分在內膜上的排列順序和方向。即各組分在內膜呼吸鏈上的順序與其得失電子的趨勢有關，電子總是從低氧化還原電位向高氧化還原電位流動。氧化還原電位值愈低的組分供電子的傾向愈大，愈易成為還原劑而處于傳遞鏈的前面。在線粒體內膜呼吸鏈電子傳遞過程中，電子是按氧化還原電位從低向高傳遞。NAD/NADH的氧化還原電位值最低（E00.32V），O2/H2O的氧化還原電位值最高（E00.82V）。5、RuBP羧化酶有何功能？它是有哪些亞基組成的？各有何基因組編碼？功能：核酮糖1，5二磷酸（RuBP）是光合作用中一個起重要作用的酶系統，是葉綠體卡爾文循環羧化階段中CO2的接受體，在RuBP羧化酶的催化下，CO2與RuBP反應形成2分子3磷酸甘油酸（PGA）。組成亞基：RuBP羧化酶有8個大亞基和8個小亞基組成，其中每個大亞基的相對分子質量約為335310，小亞基的相對分子質量約為1410。酶的活性中心位于大亞基上，小亞基只具有調節功能。編碼基因組：RuBP羧化酶的大亞基是由葉綠體基因組編碼，在基質中合成。而小亞基則是由核基因組編碼，在細胞質基質中合成。6、試比較線粒體的氧化磷酸化與葉綠體的光合磷酸化的異同點。1）相同點：線粒體的氧化磷酸化與葉綠體的光合磷酸化中，需要完整的膜；ATP的形成都是由H移動所推動；葉綠體的CF1因子與線粒體的F1因子都具有催化ADP和Pi形成ATP的作用。2）不同點：線粒體的氧化磷酸化是在內膜上進行的一個形成ATP的過程。它是在電子從NADH或FADH2經過電子傳遞鏈傳遞給的過程中發生的。每一個NADH被氧化產生3個ATP分子，而每一FADH2被氧化產生2個ATP分子，電子最終被O2接收而生成H2O。即：1對電子的3次穿膜傳遞，將基質中的3對H抽提到膜間隙中，每2個H穿過F1-F0ATP酶，生成1個ATP分子。葉綠體的光合磷酸化是在類囊體膜上進行的，是由光引起的光化學反應，其產物是ATP和NADPH；碳同化（暗反應，在葉綠體基質中進行）利用光反應產生的ATP合NADPH的化學能，使CO2還原合成糖。光合作用的電子傳遞是在光系統和光系統中進行的，這兩個光系統互相配合，利用所吸收的光能把1對電子從H2O傳遞給NADP。即：1對電子的2次穿膜傳遞，在基質中攝取3個H，在類囊體腔中產生4個H，每3個H穿過CF1-CF0ATP酶，生成1個ATP分子。7、如何證明線粒體的電子傳遞和磷酸化作用是由兩個不同結構系統來實現的？用胰蛋白酶或尿素處理亞線粒體小泡，則小泡外面的顆粒解離，無顆粒的小泡只能進行電子傳遞，而不能使ADP磷酸化生成ATP。將顆粒重新裝配到無顆粒的小泡上時，則有顆粒的小泡又恢復了電子傳遞和磷酸化相偶聯的能力。8、光系統、捕光復合物和作用中心的結構與功能的關系如何？在葉綠體的類囊體膜中鑲嵌有大小、數量不同的顆粒，集中了光合作用能量轉換功能的全部組分，包括：捕光色素（天線色素）、兩個光反應中心、各種電子載體、合成ATP的系統和從水中抽取電子的系統等。它們分別裝配在PSI、PS、細胞色素bf、CF0-CF1ATP酶等主要的膜蛋白復合物中。PSI和PS復合物都是由核心復合物和捕光復合物組成，但它們在組分、結構甚至功能上是不同的。PS的核心復合物是由20多個不同的多肽組成的葉綠素蛋白復合體，其反應中心多肽是蛋白D1和D2；PSI的核心復合物的反應中心是一個包含多種不同還原中心的多蛋白復合體；CF0-CF1ATP酶是由跨膜的H通道CF0和在類囊體膜基質側起催化作用的CF1兩部分所組成；在亞基組分、結構和功能上均與線粒體的ATP合成酶相似，但葉綠體的CF1地激活需有SH基化合物，寡霉素對CF1無抑制作用。9、氧化磷酸化偶聯機制的化學滲透假說的主要論點是什么？有哪些證據？化學滲透假說主要論點：電子傳遞鏈各組分在線粒體內膜中不對稱分布，當高能電子沿其傳遞時，所釋放的能量將H+從基質泵到膜間隙，形成H+電化學梯度。在這個梯度驅使下，H+穿過ATP合成酶回到基質，同時合成ATP，電化學梯度中蘊藏的能量儲存到ATP高能磷酸鍵。實驗證據：質子動力勢乃ATP合成的動力；膜應具有完整性；電子傳遞與ATP合成是兩件相關而又不同的事件。10、由核基因組編碼、在細胞質核糖體上合成的蛋白質是如何運送至線粒體和葉綠體的功能部位上進行更新或裝配的？由核基因組編碼、在細胞質核糖體上合成，定位于線粒體基質中的蛋白，其導肽的N端帶正電荷，含有導向基質的信息，在跨膜轉運時，首先在細胞質Hsp70（分子伴侶）的參與下解折疊為伸展狀態，然后與膜受體結合并在接觸點處通過線粒體膜進入基質，其導肽即被基質中的蛋白水解，成為成熟的蛋白質；定位于線粒體內膜或膜間隙的蛋白，是其在“伴侶分子”引導的導肽進入基質后進一步在伴侶分子的引導下進入（或定位）線粒體膜或膜間隙；定位于葉綠體基質中的蛋白，其前體蛋白(在細胞質中合成的) N端的轉運肽僅具有導向基質的序列，引導其穿過葉綠體膜進入基質，由基質中特異的蛋白水解酶切去轉運肽成為成熟蛋白質；定位于葉綠體類囊體中蛋白，其前體蛋白N端的轉運肽有兩個區域，分別引導兩步轉運，其N端含有導向基質的序列，引導其穿過葉綠體膜上由孔蛋白形成的通道進入基質；而C端含有導向類囊體的序列又引導其穿過類囊體膜，進入類囊體腔，因此，它的轉運肽經歷兩次水解，一次在基質內，另一次在類囊體腔中；不是由轉運肽決定的，是成熟的捕光色素蛋白在其C端的跨膜區域類囊體導向序列（信號）引導多肽進入類囊腔中形成成熟蛋白。11、試比較光合碳同化三條途徑的主要異同點。1）C3途徑（卡爾文循環）：是靠光反應合成的ATP及NADPH作能源，推動CO2的固定、還原。每循環一次只能固定一個CO2分子，循環六次才能把6個CO2分子同化成一個己糖分子。2）C4途徑：在葉脈周圍有一圈含葉綠體的維管束鞘細胞，其外環列的葉肉細胞，在這兩種細胞密切配合下不論CO2濃度的高低狀態，對CO2凈固定，這類植物積累干物質的速度快，為高產型植物。3）CAM途徑（景天科酸代謝）：肉質植物的葉片，氣孔白天關閉，夜間開放。夜間吸收CO2，在PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）催化下與PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）結合，生產草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸；白天CO2從儲存的蘋果酸中經氧化脫羧釋放出來，參與C3（卡爾文）循環，形成淀粉。CAM途徑與C4途徑相似，只是CO2固定與光合作用產物的生成，在時間及空間上與C4途徑不同。12、為什么說線粒體和葉綠體是半自主性細胞器？1) 線粒體和葉綠體都有環狀的DNA ，都擁有合成蛋白質的整套裝置；2)兩者的DNA都能進行復制，但復制仍受核基因組的控制。mtDNA是由核DNA 編碼、在細胞質中合成的。組成葉綠體的各種蛋白質成分是由核DNA和葉綠體DNA分別編碼，只有少部分蛋白質是由葉綠體DNA編碼的。3)線粒體、葉綠體的生長和增殖是受核基因組和其本身的基因組兩套遺傳系統的共同控制，因而，它們被稱為是半自主性的細胞器。13、簡述線粒體與葉綠體的內共生起源學說和非共生起源學說的主要論點及其實驗證據。1）內共生起源學說論點：葉綠體起源于細胞內共生的藍藻，其祖先