细胞生物学简答题Word文档格式.docx

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Gs的调节作用：

当细胞没有受到激素刺激时，Gs处于非活化状态，G蛋白的亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；

当激素配体与Rs受体结合后，导致受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，配体－受体复合物与Gs结合，Gs的亚基构象改变，排斥GDP结合GTP，使G蛋白三聚体解离，暴露出的亚基与腺苷酸环化酶结合，使酶活化，催化ATP环化为cAMP。

随着GTP水解使亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。

α亚基与βγ亚基重新组合，使细胞回复到静止状态。

Gi的调节作用：

Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：

当Gi与GTP结合，Gi的α亚基与βγ亚基解离后，一是通过与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；

二是通过βγ亚基复合物与游离的Gsα亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。

磷脂酰肌醇双信使信号通路：

胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，通过G蛋白（Gq）激活质膜上的磷脂酶C-β（PLC-β），使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解为1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）两个第二信使，使细胞外信号转换为胞内信号。

IP3通过动员细胞内源钙到细胞质基质中，使胞质中游离Ca2+浓度升高；

DAG激活蛋白激酶C（PKC），活化的PKC使底物蛋白磷酸引起细胞反应。

因此该途径又称为“双信使系统”。

IP3-Ca2+信号通路

IP3是一种水溶性小分子，通过与内质网膜上IP3控制的Ca2+释放通道相结合，将Ca2+释放到细胞质基质中，Ca2+可活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应。

胞质中高浓度的游离Ca2+由质膜和内质网膜上的钙泵转移到细胞外或内质网中。

DAG-PKC信号通路

二酰基甘油（DAG）可活化与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）。

PKC有两个功能区，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。

在未受到刺激的细胞中，PKC主要分布在细胞溶质中，呈非活性构象。

细胞受到刺激时，PIP2水解，质膜上DAG积累，细胞溶质中Ca2+浓度升高，使细胞溶质中PKC转位到质膜内表面，在质膜上PKC受Ca2+、DAG和磷脂酰丝氨酸（PS）共同作用而激活，磷酸化底物蛋白的Ser/Thr。

PKC可通过至少两条通路增强基因的转录：

一是PKC活化一条蛋白激酶的级联反应，导致与DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化和激活，进而增强特殊基因的转录；

二是PKC磷酸化与基因调节蛋白结合的抑制蛋白，使细胞质中的基因调节蛋白从抑制状态下释放出来，进入细胞核，刺激特定基因转录。

2.胞质中动力蛋白、驱动蛋白在结构与功能上的异同

驱动蛋白（kinesins）：

结构：

驱动蛋白是由两条相同的重链和两条相同的轻链构成的四聚体；

有一对球形的头，与微管结合并具有水解ATP为驱动蛋白移动提供能量；

有一个扇形的尾，是货物结合部位；

头部通过颈部、螺旋状的α螺旋杆部与扇形尾部相连。

功能：

大多数驱动蛋白的马达结构域位于N端，驱动物质沿微管从微管（-）端向微管（+）端运行；

细胞中负责GC→PM的膜泡运输；

神经细胞中负责向神经轴突末梢的正向运输；

部分驱动蛋白的马达结构域位于重链的C端，驱动物质从微管（+）端向（-）端运行，如ER→GC；

每一步长度大约为8nm，正好是一个αβ微管二聚体的长度；

移动的速度与ATP的浓度有关，速度高时，可达到每秒900nm。

动力蛋白（dyneins）：

含2条或3条重链构成的球形头部（含有马达结构域），多条轻链构成的尾部，还有一些中间链介于重链和轻链间。

动力蛋白的马达结构域位于重链的C端，轴丝动力蛋白具有3个头部马达结构域，胞质动力蛋白具有2个头部马达结构域。

与胞质动力蛋白相结合的动力蛋白激活复合体，介导胞质动力蛋白与“货物”间的结合。

动力蛋白沿微管从微管（+）端向微管（-）端运行；

运输小泡和膜结合细胞器向细胞中心运输（PM→GC，ER→GC）；

与染色体着丝点上动粒和有丝分裂纺锤体的共定位密切相关，也是细胞分裂后期染色体分离动力的来源。

两种马达蛋白都是单方向运输物质，驱动蛋白：

从（-）端向（+）端的运输，动力蛋白：

从（+）端向（-）端运输；

运输方式为逐步行进，驱动力是ATP，每消耗一分子ATP行进一步。

3.试述caspase在细胞凋亡中外源途径及内源途径的异同

Caspase依赖性的细胞凋亡主要通过两条途径引发：

细胞表面死亡受体起始的外源途径和线粒体起始的内源途径。

细胞表面死亡受体介导的外源性细胞凋亡：

死亡受体介导的细胞凋亡起始于死亡配体与受体的结合。

死亡配体主要是肿瘤坏死因子（TNF）超家族成员；

死亡受体为跨膜蛋白，TNF-R1和Fas（Apo-1,CD95）是死亡受体家族的代表成员，其胞外具有半胱氨酸富集的重复区，胞内具有死亡结构域（deathdomain，DD）。

配体与受体结合，受体构象改变发生聚合，聚合的Fas受体通过胞内死亡结构域（DD）招募同样具有死亡结构域的接头蛋白FADD和Caspase-8酶原，形成死亡诱导信号复合物DISC（deathinducingsignalingcomplex）。

Caspase-8酶原在复合物中通过自身切割而被激活，进而切割执行者Caspase-3酶原，产生有活性的Caspase-3，导致细胞凋亡。

Caspase-8还通过切割Bcl-2家族成员Bid将凋亡信号传递给线粒体，引发凋亡的内源途径，使凋亡信号进一步扩大。

线粒体起始的内源性细胞凋亡：

当细胞受到内部或外部的死亡信号刺激时，细胞色素c从线粒体释放到胞质作为通路的起始，释放的细胞色素c与胞质中的Apaf-1（apoptosisproteaseactivatingfactor）结合。

Apaf-1的N端具有Caspase募集结构域（CARD），它与细胞色素c结合后发生自身聚合，并进一步通过CARD结构域招募细胞质中的Caspase-9酶原，形成大的凋亡复合体（apoptosome）。

Caspase-9酶原在凋亡复合体中发生自身切割而活化，活化的Caspase-9再进一步激活执行者Caspase-3和Caspase-7酶原，引起细胞凋亡。

线粒体外膜释放通透性的改变主要受到Bcl-2（B-celllymphomagene2）家族的调控。

Bcl-2家族成员可分为3个亚族：

Bcl-2亚族，包括bcl-2、bcl-xl、Bcl-w等可通过抑制线粒体释放Cytc，进而抑制细胞凋亡；

Bax亚族，包括Bax、Bak等通过改变线粒体膜透性促使Cytc的释放，促进细胞凋亡；

BH3亚族，包括Bad、Bid、Bik等充当细胞内凋亡信号的“感受器”，促进细胞凋亡。

细胞接受凋亡信号后，促凋亡因子Bax和Bak发生寡聚化，从细胞质中转移到线粒体外膜上，并与膜上的电压依赖性阴离子通道相互作用，促进cytc释放从而引起细胞凋亡。

凋亡抑制因子Bcl-2和Bcl-xl能与Bax/Bak形成异二聚体，通过抑制Bax和Bak的寡聚化来抑制线粒体膜通道的开启。

4.溶酶体的发生

初级溶酶体是在高尔基体的反面以出芽的形式形成，形成过程如下：

rER合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高尔基体顺面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→在N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶和N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶作用下溶酶体水解酶形成M6P→与反面膜囊上的M6P受体结合→通过网格蛋白包装成有被囊泡出芽→脱去网格蛋白后与晚期胞内体融合→胞内体pH降低使水解酶与M6P受体脱离并去磷酸后形成转运泡，经成熟后形成成熟的溶酶体。

溶酶体的形成可能存在多条途径。

依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外。

在细胞质膜上也存在依赖钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。

还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的perforin和granzyme）。

5.举例说明CDK激酶在细胞周期是如何实现调控的

在细胞周期的后期逐渐合成、至周期的中间阶段突然消失的周期性存在蛋白，成为细胞周期蛋白。

细胞周期蛋白可分为3类：

S期周期蛋白，M期周期蛋白，G1期周期蛋白。

S期周期蛋白为cyclinA，在S期开始表达，到中期时开始消失；

M期周期蛋白为cyclinB，在S期开始表达，在G2/M期到达峰值，中期到后期转换时消失。

G1期周期蛋白在脊椎动物中位cyclinC、D、E，在酵母中为Cln1、Cln2、Cln3，他们在G1期开始表达，进入S期后消失。

能与细胞周期蛋白结合并将周期蛋白作为其调节亚单位、进而表现出蛋白激酶活性的蛋白统称为细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶，简称为CDK激酶。

细胞由G1期向S期转化主要受G1期CDK激酶控制。

哺乳动物细胞中，与G1期细胞周期蛋白结合的CDK激酶主要包括CDK2、CDK4和CDK6。

cyclinD主要与CDK4和CDK6结合并调节后者活性；

cyclinA常被划分为M期周期蛋白，但它也可与CDK2结合使后者表现激酶活性，说明cyclinA可能参与调控G1/S期转化过程。

cyclinE在G1/S期与CDK2结合，呈现CDK2的激酶活性促进细胞进入S期。

G2/M期主要受CDK1激酶调控，CDK1激酶即MPF,或P34cdc2蛋白和细胞周期蛋白cyclinB组成。

CDK1蛋白本身不具有蛋白激酶的活性。

当cyclinA/B含量积累到一定值时，两者相互结合成复合体，结合cyclin的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化，并被CDK激活激酶将Thr161磷酸化。

在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK1的Thr14和Tyr15去磷酸化，其激酶活性才能表现出来。

在G2/M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。

在M期，当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子APC，将泛素连接在cycliA和cyclinB上，通过多泛素化作用，使它们被蛋白酶体降解，完成一个细胞周期。

以MPF为例阐述：

MPF是一种使多种底物磷酸化的蛋白激酶，即CDK1激酶，由p34蛋白和周期蛋白B结合而成。

CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。

周期蛋白B一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，达到G2期，其含量达到最大值，CDK1激酶的活性随着周期蛋白B浓度变化而变化。

CDK1激酶的活化还受到激酶与磷酸酶的调节。

活化的CDK1激酶可使更多的CDK1激酶活化。

随着周期蛋白B含量达到一定程度，CDK1激酶活性开始出现，到G2晚期阶段，CDK1激酶活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。

活化的CDK1激酶促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：

（1）染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；

（2）细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始组装；

（3）高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。

在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白降解：

后期抑制因子和有死分裂周期蛋白。

前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；

后者的降解意味着CDK1激酶失去活性，有死分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。

6.EGF通过受体酪氨酸激酶进行信号传导过程

表皮生长因子与其受体－表皮生长因子受体结合后可引发一系列细胞内变化，最终使细胞发生分化或增殖。

表皮生长因子受体是一种受体酪氨酸蛋白激酶，而受体酪氨酸蛋白激酶→Ras→MAPK级联途径是表皮生长因子刺激信号传递到细胞核内的最主要途径。

它由以下成员组成：

表皮生长因子受体→含有SH2结构域的接头蛋白（如Grb2）→鸟嘌呤核苷酸释放因子（如SOS）→Ras蛋白→MAPKKK（如Raf1）→MAPKK→MAPK→转录因子等

EGF受体介导的信号转导过程

1.受体酪氨酸激酶的激活

在静息状态RTK活性很低，当配体与受体结合时引起受体二聚化后，激活受体的蛋白酪氨酸激酶活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化，引发受体自磷酸化。

激活的RTK内的磷酸酪氨酸残基可被含SH2结构域的胞内信号蛋白所识别，启动信号传导。

2.RTK信号的传递

RTK结合蛋白都具有高度保守的结构域——SH结构域（Srchomologregion，包括SH2和SH3）。

含有SH2的蛋白可直接与活化的酪氨酸蛋白激酶受体结合并被磷酸化；

SH3结构域结合富含脯氨酸的基序，不能直接与受体酪氨酸残基结合，它需通过细胞内的接头蛋白将信号向下传递。

被磷酸化的胞内蛋白包括两类：

一类是信号通路中有关的酶，如：

GTP酶活化蛋白（GAP）、磷脂酶C-γ（PLC-γ）、3-磷酯酰肌醇激酶（PI3K）、酪氨酸磷酸酶（SyP）以及Src类的非受体酪氨酸蛋白激酶等。

另一类是接头蛋白，如生长因子受体结合蛋白-2（GRB-2），其作用是偶联活化受体与其他信号分子，参与构成信号转导复合物，但它本身没有酶活性，也不传递信号。

3.Ras蛋白的激活及Ras-MAPK通路

生长因子受体结合蛋白GRB2，具有SH2结构域，可直接与活化受体特异性磷酸酪氨酸残基结合，GRB2还具有两个SH3结构域，能结合并激活另一种胞质蛋白Sos（Sonofsevenless）。

Sos蛋白具有鸟苷酸交换因子活性，它与Ras结合导致构象改变，使非活性的Ras-GDP转换成有活性的Ras-GTP。

Ras-MAPK通路：

（1）.活化的Ras蛋白将作为MAP激酶激酶的激酶（MAPKKK）的Raf蛋白的Ser/Thr残基磷酸化，使Raf蛋白活化，将短寿命Ras-GTP信号事件转变为长寿命的信号事件；

（2）.Raf蛋白使MAP激酶的激酶（MAPKK）（MEK）发生磷酸化而激活；

（3）.MAPKK是一种双重特异性的蛋白激酶，只能催化其唯一底物MAPK的Thr和Tyr同时被磷酸化。

（4）.活化的MAPK进入细胞核，可使许多底物蛋白的Ser/Thr残基磷酸化，包括调节细胞周期和细胞分化的特异性蛋白表达的转录因子，从而改变它们的活性。

概述：

表皮生长因子与受体结合后，可以使受体发生二聚体化，从而改变了受体的构象，使其中的蛋白酪氨酸激酶活性增强，受体自身的酪氨酸残基发生磷酸化，磷酸化的受体便形成了与含SH2结构域的蛋白分子Grb2结合的位点，导致Grb2与受体的结合。

Grb2中有两个SH3结构域，该部位与一种称为SOS的鸟苷酸交换因子结合，使之活性改变，SOS则进一步活化Ras，激活的Ras作用于MAPK激活系统，导致ERK的激活。

最后ERK转移到细胞核内，导致某些转录因子的活性改变从而改变基因的表达状态及细胞的增殖与分化过程。

7.信号肽假说

分泌蛋白在N端含有一信号肽，它指导分泌性蛋白到ER膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过ER膜上的通道进入ER腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。

信号肽指导蛋白质的共翻译转运途径。

信号肽位于蛋白质的N端，通常为16～26个氨基酸残基，包括疏水核心区、C端和N端三个区域构成。

通常指导分泌蛋白进入内质网腔，在完成蛋白质合成后被信号肽酶切除。

血清白蛋白和HIV-1型病毒的gp160信号肽两者的N端区长度明显不同。

蛋白质首先在细胞质基质游离核糖体上起始合成（①），合成约80个多肽暴露出信号肽时，SRP识别并结合信号肽，翻译停止（②），直到接触到rER膜，核糖体附着于ER上的SRP受体（停靠蛋白）（③）。

随后，信号肽结合到转移器（移位子）上，转移器打开通道到ER腔，SRP从其受体上释放，多肽链通过通道（④）。

这些过程中需要结合和水解GTP提供能量。

新生多肽链进入ER腔后，信号肽被信号肽酶切除（⑤），蛋白质继续合成并折叠为成熟蛋白，转运器关闭（⑥⑦）。

8.质子泵类型

利用ATP水解提供的能量驱动离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜主动运输，类似于“泵”的作用，故也称为ATPase。

当运输的物质为离子时常称为离子泵（Ionpump）。

这种主动运输方式直接利用水解ATP提供能量，所以又称为初级主动运输。

1.P-型离子泵

所有的P-型离子泵都有2个独立的α催化亚基，具有ATP结合位点；

绝大多数还具有2个起调节作用的小的b亚基。

在转运离子过程中，至少一个α亚基发生磷酸化和去磷酸化反应。

主要类型：

A.Na+－K+泵；

B.Ca2+泵；

C.P－型质子泵

A.Na+－K+泵

由2个α和2个β亚基组成的四聚体。

α为多次跨膜的大亚基，具有Na+、K+和ATP结合位点；

β为单次跨膜的小亚基，协助α亚基折叠。

工作原理：

细胞内侧α亚基与Na+结合激活了ATP酶活性，使ATP水解，α亚基的Asp残基被磷酸化，引起α亚基构象改变，将Na+泵出细胞；

同时，细胞外K+与α亚基的另一个位点结合，使其去磷酸化，α亚基构象再度发生改变，将K+泵入细胞，完成整个循环。

每次循环消耗1个ATP，泵出3个Na+，泵入2个K+

B.Ca2+泵

是由1000个氨基酸残基组成的多肽构成的跨膜蛋白，每一泵单位中有10个跨膜a螺旋，内侧有两个大的环状结构。

是Ca2+－ATP酶，工作原理与Na+－K+泵类似，每循环1次消耗1个ATP，将2个Ca2+泵出细胞质基质到细胞外或肌质网。

P型H+泵的结构与Na+－K+泵结构类似。

P型H+泵的工作原理与Na+-K+泵的工作原理相同，在的运输过程中涉及亚基的磷酸化和去磷酸化，利用水解ATP所释放的能量将H+泵出细胞质基质。

2.V型质子泵和F型质子泵

结构和工作原理与ATP合酶类似。

F型H+泵存在于线粒体内膜、植物类囊体膜和细菌质膜上，主要用于合成ATP（ATP合酶）。

3.ABC超家族

所有ABC转运蛋白都共享一种由4个“核心”结构域组成：

2个跨膜结构域（T），形成运输分子的跨膜通道；

2个胞质侧ATP结合域（A）。

ABC转运蛋白的每个T结构域由6个跨膜a螺旋组成，形成跨膜转运通道并决定每个ABC转运蛋白底物的特异性。

9.核孔复合体结构与功能

胞质环（cytoplasmicring）：

又称外环，核孔边缘胞质面一侧环上有8个细胞质颗粒和8条纤维伸向胞质；

核质环（nuclearring）：

又称内环，核孔边缘核质面上8条纤维伸向核内，且在纤维末端形成一个小环，使核质环形成类似“捕鱼笼”的核篮结构。

辐（spoke）：

由核孔边缘伸向核孔中央，呈辐射状八对称，连接内外环。

由以下三部分组成：

柱状亚单位（columnsubunit）：

连接胞质环与核质环

腔内亚单位（luminalsubunit）：

伸向核周腔

环带亚单位（annularsubunit）：

伸向中央栓

中央栓（centralplug）：

位于核孔中央，在核质交换中起作用，也称为中央颗粒或转运器（transporter）。

核孔复合体是核质与胞质间分子及颗粒物质的双向性、双功能性物质交换通道。

双向性体现在既可以入核，也可介导物质出核；

双功能性体现在既可进行被动扩散，也可进行主动运输。

10.有丝分裂染色体整列与染色体分向两极的机制

染色体整列：

细胞分裂前期和前中期，Mad蛋白和Bub蛋白在染色体的动粒上聚集。

由纺锤体极体发出的微管与动粒联结后，Mad蛋白和Bub蛋白消失，某些染色体滞后，未与微管联结的动粒依然含有Mad蛋白和Bub蛋白。

当所有的染色体的动粒均与微管联结，Mad蛋白和Bub蛋白消失，染色体列队到赤道板上。

与染色体整列到赤道面上相关的主要流行两种学说，即牵拉学说和外推学说。

牵拉学说认为，染色体向赤道面方向运动，是由于动力微管牵拉的结果。

动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道面上。

外推学说认为，染色体向赤道方向移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。

染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自于两极的推力达到平衡时，染色体即被稳定在赤道面上。

这两种假说也许并不互相排斥，有可能同时发挥作用，或有其他机制的共同参与。

染色体分向两极：

后期A：

动粒微管在正端不断去装配变短，染色体产生两极运动；

后期B：

极微管在正端装配使长度增加，并产生彼此间的滑动，使两极之间的距离逐渐拉长，染色体向极运动；

染色体分离和向两极运动分为两期，后期A和后期B。

后期A指染色体向两极移动的过程，这是因为染色体着丝点微管在着丝点处去组装而缩短，在分子马达蛋白的作用下染色体向两极移动，体外实验证明即使在不存在ATP的情况下，染色体着丝点也有连接到正在组装的微管上的能力，使染色体发生移动。

后期B指两极之间距离拉大的过程，这是因为一方面极体微管延长，结合在极体微管重叠部分的马达蛋白提供动力，推动两极分离，另一方面星体微管去组装而缩短，结合在星体微管正极的马达蛋白牵引两极距离增大，可见染色体分离是在微管和马达蛋白的共同作用下实现的。