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-细胞生物学整理-第 16 页四、简答题 第五章细胞通讯 1. 酪氨酸激酶的自身磷酸化有何作用?.自身磷酸化作用激活激酶的活性，促使胞内结构域与靶蛋白的结合。2. 为什么说蛋白激酶C是脂和钙依赖性的激酶?PKC激活时需要二酰甘油(DLG)和钙离子的协同作用。3酵母STE5基因的突变影响到多个层次的信号传导，请解释机理。3 Ste5蛋白被认为是MEK激酶(Stell)、MEK(Ste7)和MAP激酶(Fus)结合的骨架。因此，Ste5在多种水平上与该途径相作用可影响多层次的信号转导。4为了保持局部信号应答，必须防止旁分泌信号分子扩散得太远。为达到这一目的可有几种同方式?请解释。4大多数旁分泌信号分子的寿命非常短暂，当它们从细胞中释放后，会很快降解。另外，一些分子可与胞外基质相连，从而无法扩散得很远或者只能释放到有限的空间里，如神经和肌细胞间的突触间隙中。通过这些途径，旁分泌信号分子向周围环境的扩散被限制了。5霍乱毒素与百日咳毒素的作用机理有何不同?5霍乱毒素抑制了Gs蛋白Q亚基的GTP酶活性，而百日咳毒素抑制了Gi蛋白上GTP的结合。6. 任何信号级联反应的一个重要特征是其进行关闭的能力。若在一个级联反应中有多个需要被关闭的开关，你认为哪个(或哪几个)是最重要的?6参与放大系统的每个反应都必须能够被关闭，从而将信号通路重新置于静息水平。这些关闭了的开关中的每一个都是同样重要的。7为什么细胞利用Ca2+(通过钙泵使细胞内Ca2+浓度维持在10-7molL)进行胞内信号传递，而不是其他离子，如Na+(通过钠泵使细胞内钠浓度维持在10-3molL)?7由于胞内钙离子浓度非常低，相对来说，很少量的Ca2+流入就可导致胞质溶胶内Ca2+浓度的较大变化。与Na+相比，使胞内Na+浓度发生显著改变所需的离子量要多得多。8. 导致G蛋白激活的反应和导致Ras激活的反应之间有哪些异同?8两种激活过程都依赖于某些蛋白质，可催化G蛋白或Ras蛋白上的GDPGTP交换。所不同的是，G蛋白耦联受体可直接对G蛋白行使这种功能，而那些酶联受体被磷酸化激活后门则先将多个衔接蛋白装配为个信号复合物，再对Ras进行激活。9G蛋白耦联受体与酶联受体的主要不同点是什么? 蛋白耦联受体都含有7次跨膜的结构域，在信号转导中全部与G蛋白耦联；酶联受体都 属于单次跨膜受体。10.举例说明单体G蛋白的活性如何受到其他蛋白的调控。10Sos通过促进GTP代替GDP而激活Ras；GAP通过促进GTP的水解而使Ras失活；GDI通过抑制GDP的释放使Ras失活。11.蛋白激酶C是怎样促进基因转录的?11 至少可通过两种途径参与基因表达的控制：蛋白激酶C将细胞质中某些结合着转录调控因子的抑制蛋白磷酸化，使抑制蛋白释放出转录调节因子，调节蛋白进入细胞核促进特异基因表达。蛋白激酶C激活一个级联系统的蛋白激酶，使其磷酸化并激活下游的特定调控蛋白。12.PKA和PKC系统在信号放大中的根本区别是什么?12 PKA途径激活的是蛋白激酶A；PKC途径激活的是蛋白激酶C。13.当一个光子被视紫红质光感受器吸收，可激活大约200个称作转导素的胞内蛋白质分子。每一个分子随后结合并激活一种酶，即磷酸二酯酶，此酶每秒可水解4000个cGMP分子。cGMP存在于杆状感光细胞的胞质溶胶中。cGMP与质膜的Na+通道结合，使得Na+通道保持开启的构象。如果每个转导蛋白分子维持激活状态100ms，信号的放大可以达到什么程度?13每个光子引起80000个cGMP分子水解，因此，信号被放大80000倍(=200×4000 ×01)。14.细菌趋化性的本质是什么?14细菌趋化性的本质是趋化物与细菌表面的受体结合，通过信号转导引起适应性反应。15.血小板来源的生长因子(PDGF)可激活Elk-1转录因子。这个过程涉及哪些分子?15该过程涉及PDGF、PDGF受体、Grb2、Sos、Ras、GDP、GTP、Raf、MEK、MAP激酶、Elk-1。 16列举MAP激酶转导信号跨越核膜的三种方式。16MAP激酶对信号的转导是通过激酶自身的异位、磷酸化易位的因子、磷酸化抑制子使一个因子产生易位等方法。 。17.细胞为了进行快速的信号传递，为什么必须在细胸内快速分解cAMP?17快速分解cAmP使得cAMP浓度保持在一个较低的水平。腺苷酸环化酶可以催化产生新的cAmP，cAMP初始浓度越低，通过腺苷酸环化酶而获得的信号增幅就越大。五、实验设计与分析 1推测的检测结果见表A5-1。 2在一系列实验中，将编码突变型受体酪氨酸激酶的基因导入细胞。这些突变基因比正常基因的表达高很多，而细胞仍表达来自其正常受体基因的正常受体。导入下列突变受体酪氨酸激酶基因，会产生什么样的结果? (1)缺少胞外结构域； (2)缺少胞内结构域。2(1)由于缺失胞外的配体结合结构域，因此突变受体不能被激活。其存在也不会影响其他正常受体激酶的功能。 (2)此突变受体也是无活性的，但它们的存在可阻断正常受体介导的信号转导。因为结合配体后，突变受体与正常受体都可发生二聚化。两个正常受体聚在一起通过磷酸化可相互激活，但是突变受体与正常受体形成的混合二聚体不能发生上述的磷酸化激活过程。3血清紧张素是一个小分子胺，可充当神经递质在相邻的神经细胞间传递信号，同时也可以作为一种激素进入血液并且在非相邻组织的细胞中传递信号。可能在性格、情绪；睡眠及 中枢神经系统的镇痛中起作用。为了建立一个血清紧张素作用于靶细胞的模型，通过实验发现： (1)血清紧张素能提高靶细胞中的cAMP含量； (2)在匀浆处理的细胞中也可以观察到cAmP的增加，但是当将颗粒片段去除后则不会观 察到这一现象； (3)在匀浆处理的细胞中，血清紧张素与膜片段的解离需要GTP的存在； (4)靶细胞膜具有GTP酶活性。当对于血清紧张素和肾上腺素敏感的靶细胞被两种激素 同时处理时，并不会产生加性效应。 请就以上结果推测血清紧张素的作用机制。3其受体就是与三聚体G蛋白相耦联的膜受体，其效应物为腺苷酸环化酶(AC)。4两个蛋白激酶K1和K2，在胞内信号级联反应中依次起作用。如果两个蛋白激酶中任何一个含有致其永久性失活的突变，则细胞对胞外信号无反应。假如一种突变使K1永久激活， 则在含有该种突变的细胞中即使没有胞外信号也可观察到一种响应。现有一种双突变细胞：含有失活突变的K2和带激活突变的K1，观察到即使没有胞外信号，也会产生反应。那么在正常信号传递途径中，是K1激活K2还是K2激活KI? 4是K2激活K1。如果K1持续活化，就可以观察到不依赖于K2的反应。如果次序颠倒一下，需要由K1来激活K2，那么，由于所给例子中K2包含个失活突变，将不会活化。六、问答题1信号分子与受体结合的主要特点有哪些1主要特点有： (1)特异性：受体与信号分子的结合是高度特异性的反应，当然特异性存在高低的差异； (2)高亲和力：信号分子与受体结合的亲和力很高； (3)饱和性：由于细胞或组织的受体数量有限，因此当细胞被配体全部占据时，即达到受体饱和； (4)可逆性：结合是通过非共价键，因此是陕速可逆的，有利于信号的快速解除； (5)生理反应：信号分子与受体结合会引起特定的生理反应。2霍乱毒素引起腹泻的机制是什么?2霍乱毒素是一种作用于G蛋白的毒素。可将NAD+上的ADP-核糖基团转移到Gs的Q亚基，使G蛋白核糖化，这样抑制了。亚基的GTPase活性，从而抑制了GTP的水解，使Gs一直处于激活状态。结果使腺苷酸环化酶处于永久活性状态，cAMP的形成失去控制，引起Na+与水分分泌到肠腔导致严重腹泻。3比较cAMP信号系统与1Pa-DAG信号系统在跨膜信号传递作用的异同。二者都是G蛋白耦联信号转导系统，但是第二信使不同，分别由不同的效应物生成： cAMP由腺苷酸环化酶(AC)水解细胞中的ATP生成，cAMP再与蛋白激酶A(PKA)结合，引发一系列细胞质反应与细胞核中的作用。在另一种信号转导系统中，效应物磷脂酶Cq(PLC)将膜上的磷脂酰肌醇4，5-磷酸分解为两个信使：二酰甘油(DAG)与1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)，IP3动员胞内钙库释放Ca2+，与钙调蛋白结合引起系列反应，而DAG在Ca2+的协同下激活蛋白激酶C(PKC)，再引起级联反应。4尽管细胞外Ca2+通常是很高的，而细胞内Ca2作用的浓度并不高，为什么细胞还是进行了胞内Ca2+储存机制?4质膜的面积与细胞中内质网膜的总面积相比是很小的。一般来说，内质网要远远丰富得多，作为一个由膜管和膜层组成的庞大网络，充满了整个细胞，这使得Ca2+可以均匀地释放到整个细胞。由于Ca2+泵将Ca2+陕速地从胞质溶胶中清除出去，从而阻止了Ca2+在胞质溶胶中进行任何有效距离的扩散，因此这一均匀释放的作用是很重要的。5蛋白激酶C是怎样表现出活性的?5第二信使IP3DAG的信号级联反应要通过蛋白激酶C(PKC)起作用。PKC的激活需要膜脂DAG的存在，又是Ca2+依赖性的，需要胞内Ca2+浓度的升高。非活性PKC分布于胞质中，激活时成为膜结合的酶，属于多功能丝氨酸、苏氨酸激酶，可作用于胞质中的某些酶，参与生化反应的调节；也可作用于细胞核的转录因子，参与基因表达的调控。PKC在细胞的生长、分化、细胞代谢以及转录激活方面具有非常重要的作用。 6类固醇激素受体和离子通道耦联受体所应用的信号机制都很简单，并且信号成分也十分少。它们能导致起始信号的放大吗?如果是，如何放大起始信号? 6就类固醇激素受体来说，类固醇和受体形成一对一的复合物结合到DNA上从而激活转录，因此在配体结合和转录激活之间没有放大作用。放大在随后发生，靶基因转录会产生许多mRNA分子，而每一个mRNA分子又翻译产生许多蛋白质分子。 对于离子通道耦联受体，一个离子通道在开放时可通过成千上万个离子，这就是此类信号放大步骤。 7G蛋白耦联受体是以降低GDP结合的强度来激活G蛋白的。包括引起GDP的迅速解离,随后被胞质溶胶中浓度比GDP高得多的GTP所代替。假设一种G蛋白亚基的突变造成与GDP的亲和力降低，而不显著改变和GTP的亲和性，这将引起什么后果?比较此种突变的效应和霍乱毒素的效应。 突变的G蛋白几乎持续活化，这是因为GDP可自发地解离，即使在没有活化的G蛋白耦联受体存在的情况下，GTP也可结合G蛋白。因此，细胞的行为将会与霍乱毒素造成的效应相似，后者可修饰G蛋白亚基使之不能水解GTP，而丧失了去活化能力。与霍乱毒素效应的不同之处在于：突变的G蛋白并非不能去活化，它自身可正常地去活化，但由于GDP的解离和GTP的重新结合而立刻被再次激活。 8Ras蛋白的功能起一种分子开关的作用，通过其他蛋白质的作用使得GTP与其结合而处于激活态。一种GTP酶激活蛋白可促进将结合Ras的GTP水解为GDP，于是Ras的工作就像电路的开关，一个人把它打开而另一人则把它关掉。假如一种突变细胞没有GTP酶激活蛋白，在Ras活性对胞外信号的反应方式中预计会发现什么异常?8可能会出现的异常的变化有：(1)由于Ras信号不能被有效地关闭，将会存在很高的Ras活性背景。(2)由于一些Ras分子已经结合了GTP，对某一细胞外信号作出反应的Ras活性将远高于正常情况。但是，当所有Ras分子都转变为GTP结合状态时则容易达到饱和。(3)对某一信号的应答将大大放慢，因为信号依赖的髓，GTPRas复合物的增加，使得初始的GTP结合态Ras已经达到很高的本底。9请比较神经细胞与分泌激素的内分泌细胞信号传导的异同。并讨论两种机制的优点。9两类细胞产生的信号都能够长距离传导：神经元能够沿着长轴突传递动作电位，而激素则通过循环系统到达机体各处。由于在一个突触处神经元分泌大量的神经递质，因此浓度非常高，从而神经递质受体只需以低亲和力与神经递质结合。相反，激素在血液中被极大地稀释，它们以很低的浓度进入循环。因此，激素受体一般以极高的亲和力与相应激素结合。靶细胞通过感受血液中激素的水平作出应答；而一个神经元通过特定的突触联系与选定的靶细胞通讯。神经信号传递速度很快，仅受动作电位的传播速度与突触的工作情况所限制；而激素信号则比较慢，其限制因素是循环速度和远距离的扩散。10关于多次跨膜和单次跨膜受体蛋白进行信号转导的机制，有这样的推测：当结合了配体且被膜另一侧的结构域感知时，多次跨膜蛋白可改变其构象，于是通过蛋白分子传递一跨膜信号。相反，单次跨膜蛋白不能将构象变化传递过膜，而是通过寡聚化行使功能。你同意此说法吗?依据是什么?10此推测是正确的。受体与配体结合后，多次跨膜受体，如G蛋白耦联受体的各个跨膜螺旋之间产生相对迁移和重排(见图A5-1)。由于位于胞质溶胶区的环结构排布的改变，这一构象的变化可在膜的另一侧被感受到。单独的跨膜片段不足以直接传递信号，配体结合后，膜内也不可能发生重排。例如，受体酪氨酸激酶这一类单次跨膜受体在与配体结合后发生二聚化，使胞内的酶结构域彼此靠近并相互激活。11一个细胞如果仅有充足的营养支持，而没有其他细胞的信号交流，就会自杀。这种调节的意义是什么? 11多细胞机体，如动物中，细胞适时的存活是非常重要的。细胞的存活依赖于其他细胞生的信号，假如生长在错误位点的细胞也许就不能得到它所需要的存活信号，于是细细胞外信号分子胞死亡。这种现象也有助于调节细胞的数量及质量。有实验证据表明，上述机制在发育中的组织和成熟的组织中都参与调节细胞数量，同时保证了细胞的质量。12肌细胞中的肌球蛋白肌动蛋白系统的收缩是由胞内Ca2+浓度的增加来触发的。肌细胞具有特殊的Ca2+释放通道里阿诺碱(ryanodine)受体，因为它对药物中的里阿诺碱敏感。里阿诺碱受体位于肌质网的膜中，与内质网中的IP3门控Ca2+通道相反，操纵里阿诺碱受体的配体就是Ca2+。试讨论里阿诺碱受体通道对肌细胞收缩的重要性。12Ca2+激活的Ca2+通道产生一个正反馈回路：Ca2+释放的越多，就有更多的Ca2+通道开放。因此，胞质溶胶内的ca2+信号爆发式地被传送到整个肌细胞，从而确保所有的肌球蛋白肌动蛋白纤维几乎同时收缩。载体蛋白在膜的一侧结合一个离子后改变构象，然后在膜的另一侧释放离子。因此它们直接运输离子。通道蛋白在膜上形成能让离子通过的亲水孔道。两种类型的离子运输都只能运输特定的离子，两者都能被调节。另外，它们都必须具有与离子结合的亲水表面。两种类型的运输子都以疏水区域来保护疏水膜上的亲水表面。 14比较异源三聚体G蛋白和单体G蛋白。14两者都作为信号转导分子起作用，从细胞膜表面与配体结合的受体那里获得信息，传递给细胞内的效应分子。它们的活化状态都与GTP结合，都有GTP酶活性。通过水解GTP为GDP，GDP结合的G蛋白都处于失活状态。异三聚体G蛋白通过解离。亚基行使功能，亚基与效应物发生作用。单体G蛋白如Ras，通过激活效应物起作用，配体与受体酪氨酸激酶结合导致自身磷酸化，SH2蛋白被还原，通过Sos介导，G蛋白释放GDP并结合GTP。15比较酪氨酸蛋白激酶和丝氨酸苏氨酸蛋白激酶。15激酶都是将磷酸基团转移给靶蛋白，但是转给靶蛋白上的不同位点。大多数激酶具有酪氨酸残基特异性，或丝氨酸苏氨酸特异性。酪氨酸激酶使靶蛋白(酶)的酪氨酸磷酸化，而丝氨酸苏氨酸蛋白激酶则是使靶蛋白(酶)的丝氨酸或苏氨酸磷酸化。16比较植物中的信号传导途径和动物中的信号传导途径。 16这两类物种基本上采用十分近似的信号转导途径，除了少数的例外。两者都有胞内ca2+、IP3和DAG的变化，但动物独有环化核苷酸作为第二信使，植物独有水杨酸作为第二信使，组氨酸激酶也是植物所特有的。 18ras基因中的一个突变(导致蛋白质中第12位甘氨酸被缬氨酸取代)会导致蛋白GTP酶活性的丧失，并且会使正常细胞发生癌变。请解释这一现象。18Ras蛋白是一种单体小G蛋白，与GTP结合时活化，将GTP水解为GDP后失活。如果ras基因突变导致GTP酶活性的丧失(由于一个氨基酸的替换)，Ras就不能去活化，信号级联系统始终处于开放状态，因而转录、翻译、复制以及生长分裂都失去控制，导致癌变的发生。第三章细胞质膜与跨膜运输四、简答题 2. 新生儿呼吸窘迫症同膜流动的关系如何?2由于质膜中卵磷脂/ 磷脂比值过低，抵制了膜的流动性，影响了O2/CO2的交换。3. 动脉硬化的细胞学基础是什么? 3由于膜脂的组成成分发生改变，使得膜的流动性降低。如胆固醇比值，以及卵磷脂/ 磷脂的比值等。4. 哺乳动物的红细胞之所以成为研究衰老的重要模型，主要原因是什么?4没有细胞核，不受新合成蛋白质的干扰。5Na+葡萄糖协同运输的主要特点是什么?5无须直接消耗ATP，但需要依赖电化学梯度。载体蛋白有两种结合位点，分别结合Na与葡萄糖；载体蛋白借助NaK泵建立的电位梯度，将Na与葡萄糖同时转运到胞内；胞内释放的Na又被NaK泵泵出细胞外建立Na梯度。6府以下化合物按膜通透性递增次序排列：核糖核酸，钙离子，葡萄糖，乙醇，氮分子，水。6通透性：氮分子(小而非极性)>乙醇(小而略有极性)>水(小而极性)>葡萄糖(大而极性)>钙离子(小而带电荷)>RNA(很大而且带电荷)。7. 重症肌无力患者体内产生乙酰胆碱受体分子的自身抗体，这些抗体与肌细胞质膜上的乙酰胆碱受体结合并使其失活。该疾病导致患者破坏性和进行性的衰弱，随着疾病的发展，多数患者肌肉萎缩，说话和吞咽困难，最后呼吸障碍而引起死亡。试解释肌肉功能中的哪一步受到了影响?自身抗体抑制了乙酰胆碱受体的功能，·使得神经递质(乙酰胆碱)不能(或仅仅微弱地) 刺激肌肉收缩，导致肌无力。9为什么带3蛋白又叫阴离子传递蛋白? 9具有阴离子转运的功能。10为什么大多数跨膜蛋白的多肽链以d螺旋或p折叠横跨脂双层? 10在螺旋和折叠内，多肽主链的极性肽键都能被疏水的氨基酸侧链挡住而完全避开脂双层的疏水环境，肽键之间的内部氢键稳定。11. 简述红细胞质膜的胞质面骨架结构的组成。 11组成膜骨架的蛋白质有：血影蛋白，又称收缩蛋白；肌动蛋白；原肌球蛋白；锚定蛋白 (ankyrin)，又称带21蛋白；带41蛋白；内收蛋白(adducin)。 12为什么用细胞松弛素处理细胞可增加膜的流动性? 12一些膜内侧蛋白质与细胞骨架成分肌动蛋白丝相连，形成一个整体，细胞松弛素可破坏肌动蛋白丝；即破坏细胞骨架，从而增加了膜的流动性。 肌动蛋白丝：即破坏细胞骨架，从而增加了膜的流动性。13动物细胞及植物细胞主动运输的比较。 13动物细胞质膜上具有Na+K+-ATPase，并通过对两种离子的转运建立细胞的电化学梯度；植物细胞质膜中具有H+-ATPase，并通过对质子的运输建立细胞的电化学梯度。14一跨膜蛋白形成了跨越真核细胞质膜的亲水孔道，当一配体结合在真核细胞外表面激胞时，将允许Na+进入细胞。该跨膜蛋白由5个相似的亚基组成，每个亚基含有跨膜螺旋，螺旋的一个侧面上有亲水氨基酸侧链，相对的另一面上有疏水氨基酸侧链。从蛋白质作为离子通道的功能考虑，指出这5个跨膜螺旋可能的排列形式。 14这5个a螺旋的亲水面聚集在一起形成穿过脂双层的孔，其上排布着亲水的氨基酸侧链，离子能通过这个亲水性孔道。螺旋的疏水侧链则与脂双层中脂质分子的疏水性尾部相互作用。15为什么红细胞质膜需要蛋白质? 15膜蛋白将脂双层锚定在细胞骨架上，因此增加了质膜强度，当红细胞被泵过小血管时能耐受住压力。并且需要膜蛋白进行物质的跨膜转运。16. 简要说明(在100个字以内)动作电位如何沿轴突传播。 16当一根轴突的静息膜电位下降到阈值以下时，紧邻区域内的电压门控Na+通道打开并允许Na流入，使该膜进一步去极化，引起较远的电压门控Na+通道也开放，产生一种去极化波，沿着轴突迅速传播，称为动作电位。由于Na+通道开放后不久即失活，通过电压门控K+通道和K+渗漏通道的作用，兴奋后的膜可迅速恢复原来的静息状态。17. 简述主动运输的三种不同的直接能量来源。 17首先是ATP，这是大多数P型泵所需要的，如Na+K+泵、H+泵等。第二种直接的能量来源是光能，如细菌的视紫红质就是吸收光能，诱导构象变化，运输H质子。第三种指 在细菌的基团转运中，磷酸烯醇式丙酮酸提供能源。18简述水通道蛋白AQPl的结构组成。18AQP1是由四个相同的亚基构成，每个亚基的分子质量为28kDa，每个亚基有6个跨膜 结构域，在跨膜结构域2与3、5与6之间各有一个环状结构，是水分子通过的通道。 六、问答题1.构成细胞质膜的膜蛋白有哪些生物学功能? 1质膜的大多数生物学功能都是由膜蛋白来执行的(1)作为运输蛋白，转运特定的物质进出细胞； (2)作为酶，催化相关的代谢反应； (3)作为连接蛋白，起连接作用； (4)作为受体，起信号接收与传递作用等。 3.比较维持膜蛋白脂双层内的疏水作用与帮助蛋白质折叠为独特三维结构的力作用。3疏水的氨基酸侧链暴露于水相在能量方面是不利的。有两种方法能使这些侧链避开水而达到在能量方面更有利的状况。第一，可以形成穿过脂双层的跨膜片段。这需要约20个残基连续地位于一条多肽链中。第二，疏水氨基酸可以隐蔽在折叠的多肽链的内部。这是将多肽链折叠成独特三维结构的主要作用力之一。在上述两种情况下，脂双层内或蛋白质内部的疏水作用都基于相同的原理。第十章细胞骨架与细胞运动 四、简答题1说明肌球蛋白I的结构特点。为单体蛋白，有头、颈、尾三个结构域，没个结构域有不同功能。头部结合肌动蛋白，具有ATP酶活性；轻链与颈部结合，起调节作用；尾部与膜结合。2当细胞进入有丝分裂时，原来的胞质微管必须迅速解聚，代之以将染色体拉向子细胞的纺锤体。以日本武士的短剑命名的酶剑蛋白在有丝分裂开始时被激活，将微管切成短的 片段。请分析剑蛋白产生的微管短片段的命运并作出解释。2.剑蛋白将微管沿长轴方向在远离GTP帽的位置上切断，这样产生的微管片段在断裂处就带有GDP-微管蛋白，并迅速解聚。因而剑蛋白提供了一种机制，可以迅速破坏细胞中现有的微管。3目前已知的发动机蛋白都不是在中间纤维上进行移动的，为什么?3因为中间纤维没有极性，其两端在化学组成上是没有区别的。假如一个发动机蛋白结合在中间纤维上，将无法感知一个确定的方向，无法进行定向的运动。4细胞质中肌动蛋白纤维的形成是由肌动蛋白结合蛋白控制的。某些肌动蛋白结合蛋白可大幅提高启动肌动蛋白纤维形成的速度。请设想一种可能的机制。4任何一种肌动蛋白的结合蛋白，如果能够稳定由两个或更多肌动蛋白单体组成的复合物， 且不封闭纤维生长所需的末端，则这种肌动蛋白结合蛋白就可促进新纤维的产生(成核过 程)。5在爬行细胞的前缘，肌动蛋白纤维的正端结合在质膜上，肌动蛋白单体就在这些末端添加上去，将质膜向外推动从而形成片状伪足或丝状伪足。是什么机制掌握纤维的另一端，防止它们被推入细胞的内部?5细胞含有肌动蛋白结合蛋白，使肌动蛋白成束或交联。从片状伪足和丝状伪足延伸过来的这些纤维稳固地结合在细胞皮层的纤维网格上，为生长中的棒状纤维提供所需的机械锚定点，使细胞膜变形。 6细胞骨架蛋白的重叠功能的意义是什么? 6功能的“冗余”可防止细胞因某种蛋白质缺陷而受到不良影响。7下列哪一种变化是在骨骼肌细胞收缩时发生的?z 盘反向移动使间距扩大；肌动蛋 白纤维收缩；肌球蛋白纤维收缩；肌节变短。7只有是正确的。肌肉收缩时，Z盘相互靠拢，而肌动蛋白纤维和肌球蛋白纤维都不 收缩。8纤毛中动力蛋白臂的排列方式使之激活时，头部将邻接的外侧二联体朝纤毛的顶端推动。 如果所有的动力蛋白分子同时被激活，为什么纤毛反而不能产生弯曲运动?构思一种动力 蛋白的活动方式来解释纤毛的单向弯曲现象。8如果所有的动力蛋白臂同等活跃，则弯曲所必需的微管之间显著的相对运动将不存在，因此，只有纤毛一侧的少数几个动力蛋白分子被选择性地激活。当它们将各自相邻的微管推向纤毛顶端时，纤毛就背向含有激活的动力蛋白一侧的方向弯曲。9.简要说明肌纤维和肌原纤维在组成上有何不同。9肌细胞的概念是指一个单独的骨骼肌细胞，但实际上每个细胞是由许多胚成肌细胞融合而成的多核体。肌原纤维呈细的圆柱状，在一个肌纤维中可以有数百条肌原纤维，肌原纤维由线形排列的肌节组成。10.简要说明肌节收缩的原理。10肌节的缩短不是由于纤丝的缩短，而是纤丝间互相滑动所致。细肌丝向肌节中央滑动， 导致重叠部分增加，缩短了肌节。粗肌丝与细肌丝之间的滑动必然涉及肌球蛋白头部 与肌动蛋白细肌丝的接触，产生粗、细肌丝间的交联桥才能产生滑动。五、实验设计与分析 1如何证明微丝担负胞质环流的功能?2如何证明鱼的色素细胞中色素分子的移动是微管依赖性的?3指出下列哪些过程可直接被秋水仙碱(C)、紫杉醇(T)、细胞松弛素(CHL)和或不能水解的ATP同系物如AMP-PNP阻断：_轴突运输 ； _减数分裂纺锤体的形； _减数分裂纺锤体的分解 ； _顶体反应 ； _吞噬作用 ； _胞质分裂五、实验设计与分析1用影响微丝的药物细胞松弛素B处理细胞，可使胞质环流停止。2这些色素颗粒可以迅速到达细胞各处，或者回到细胞中心，以适应体色的调节。 素颗粒是沿着微管转运的，用破坏微管运输的药物处理就可以获得证据。3AMP-PNP,秋水仙碱 轴突运输秋水仙碱 有丝分裂纺锤体的形成 紫杉醇 有丝分裂纺锤体的解体 AMP-PNP,细胞松弛素 顶体反应 AMP-PNP，细胞松弛素吞噬作用 AMP-PNP，细胞松弛素 胞质分裂实际上色六、问答题1.何谓细胞骨架?微管、微丝在细胞骨架中的主要作用是什么?1细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，由微管、微丝、中间纤维组成。 微管功能大致分为四个方面：支架作用，维持细胞形态、定位细胞器；作为胞内物质运输 的轨道；作为纤毛、鞭毛的运动元件；参与细胞分裂。微丝的功能包括：肌细胞中参与肌原纤维收缩；在非肌细胞中参与胞质分裂、胞质环流、吞噬作用、细胞变形运动、膜泡运 输、细胞黏着与连接等。中间纤维为细胞提供机械强度支持；参与细胞连接(桥粒与半桥 粒)；维持核膜稳定；结蛋白(desmin)及相关蛋白对肌节的稳定作用。2一个骨骼肌细胞有三个不同的膜系统，每个都有自己的整合膜蛋白。请指出哪种膜质膜(PM)、横小管(TT)、肌质网(SR)或无膜系统(NONE)含有最为丰富的下列某蛋白质：原肌球蛋白_、乙酰胆碱受体_、Ca2+ATPase_ 、肌联蛋白_、Ca2+_释放通道_ 。2原肌球蛋白 NONE 、乙酰胆碱受体 PM 、Ca2+ATPas SR 、肌联蛋白 NONE 、Ca2+释放通 道 SR 。3在下列各类细胞中哪一种有可能在细胞质中含有高密度的中间纤维?请说明理由。 (1)大变形虫(一种自主生活的变形虫)； (2)皮肤的上皮细胞； (3)消化道的平滑肌细胞； (4)大肠杆菌；(5)脊髓中的神经细胞；(6)精细胞；(7)植物细胞。3通常快速移动的细胞，如大变形虫(1)和精细胞(6)在细胞质中不需要中间纤维，因为它 们既不产生也不承受张力。植物细胞(7)受到自然界较强的作用力，但它们通过坚韧的细 胞壁，而不是通过细胞骨架提供机械支持。上皮细胞(2)、平滑肌细胞(3)以及神经细胞 的轴突则含有丰富的中间纤维，可为细胞受到周围组织运动引起的牵张力提供支持。上述 所有真核细胞的核膜中都含有中间纤维，而细菌，如大肠杆菌(D)，则根本不含任何中间 纤维。，4为什么将微管蛋白添加到已有的微管末端上比从头开始形成微管容易得多?解释中心体 内微管蛋白是如何克服这一障碍的。4两个微管蛋白二聚体相互之间的亲和性较一个微管蛋白二聚体与微管末端的亲和性要低。因为在前一种情况下相互作用的部位十分有限，而后者有许多可能的相互作用位点，如微管蛋白二聚体以末端对末端的方式添加到一条原纤维上去，或以旁侧对旁侧方式与相邻原纤维中的微管蛋白亚基结合形成环状的横切面。因此，要从头开始形成微管，就必须有足够的微管蛋白二聚体聚集在一处并保持相当长时间的结合，以利于其他微管蛋白分子添加上去。只有当一定数量的微管蛋白二聚体已经聚集起来时，其余的亚基才能添加上去。因此，这种最初的“成核部位”的形成方式太罕见，在胞内的微管蛋白浓度下不可能自发进行。中心体带有预先聚合的微管微蛋白环(这里丁微管蛋白之间的旁侧对旁侧结合力要比微管蛋白之间所能形成的强得多)，微管蛋白二聚体可与之结合。微管蛋白的结合条件与添加到已聚合的微管末端的条件相仿，因此，中心体中的微管蛋白环可被看作是一个永久性的预先聚合好了的“成核部位”。5动态不稳定性造成微管迅速伸长或缩短。设想一条单一的处于缩短状态的微管： (1)如果要停止缩短并进入伸长状态，其末端必须发生什么变化?(2)发生这一转换后微管蛋白的浓度有什么变化?(3)如果溶液中只有GDP而没有GTP，将会发生什么情况? (4)如果溶液中存在不能被水解的GTP类似物，将会发生什么情况?5(1)由于失去了GTP帽，即末端的微管蛋白亚基都以结合GDP的形式存在，微管因而缩 短。溶液中带有GTP的微管蛋白亚基仍会添加到末端，但是寿命很短，因为GTP可 能被水解，或者围绕着的微管解体使其脱落下来。但是如果足够的带有GTP的亚基以 足够快的速度添加上去并覆盖了微管末端带有GDP的微管蛋白亚基，这时可产生一个 新的GTP帽，微管就可重新开始生长。 (2)当微管蛋白浓度较高时，GTP亚基的添加速率会比较高，因而缩短微管转变为增长微 管的频率也会随微管蛋白浓度的升高而增加。这种调节机制使该系统达到自主平衡： 较多微管的缩短可造成高浓度的游离微管蛋白，转为增长的微管也就增多；反之，增 长的微管多了，游离微管蛋白浓度下降从而GTP-亚基的添加速率也下降，在某些部 位GTP水解的速率会超过添加速率，造成GTP帽破坏，微管又开始进入缩短状态。 (3)如果只有GDP存在，微管会持续短缩，并最终消失，因为结合有GDP的微管蛋白二 聚体之间的亲和力十分低，不可能被稳定地添加到微管上。 (4)如果有GTP存在但不能被水解，那么微管将持续增长，直到所有游离的微管蛋白亚基 被消耗完为止。6比较伪足和片状伪足。6单细胞个体可通过前端细胞质的推进从而实现它们在各自支持物上的“爬行”。细胞进行这种变形虫式的爬行运动时，会向前伸展出明显的圆形突起，叫做伪足。胞质从细胞内部流向这些突起形成向前的运动。通常一些组织细胞，例如，成纤维细胞在培养过程中，可伸出明显的、扁平的片状突起，这种突起叫做片状伪足。片状伪足在细胞与爬行的支持物之间形成暂时的黏着。这两种细胞质突起中都含有肌动蛋白。77.比较微管和微丝。这是存在于几乎所有真核细胞的两种细胞骨架元件。两者都在细胞分裂、细胞运动以及维持细胞形态中起重要作用。两者都在细胞内处于一种动态的稳定状态之中，其装配与解聚的相对速度反应了任一时刻细胞的需求。它们的大小、发生、结合的动力蛋白、组成的亚基、受调节的方式以及它们在细胞中的功能都是不同的。8。两者都是将ATP的化学能转化为动能的大的发动机蛋白，都与微管结合在一起，但只有动力蛋白存在于纤毛和鞭毛的微管之中。驱动蛋白是通过加末端方式来引导微管的运动， 动力蛋白则通过减末端方式来引导微管运动。虽然它们在功能上有相似之处，但不是同源蛋白，而且立体结构非常不同。它们并不属于同一蛋白家族。9.比较基粒与中心体。 9都是作为微管组织中心的细胞内结构，并且微管装配核心就沿着它们所结合的蛋白生成。 都具有相同的由9个等间距的三联体微管组成的原纤维结构。中心体出现于部分真核细胞的核附近，分裂间期是微管汇聚的中心，在细胞有丝分裂时，纺锤体就起源于中心粒。而基粒则出现于纤毛和鞭毛的基部，在该处着生出微管纤丝。10请比较中间纤维与骨骼肌细胞中肌球蛋白纤维的结构，两者主要的相同之处是什么 主要的不同之处又是什么?10两种纤维均由蛋白二聚体形式的亚基组成，靠卷曲螺旋相互作用而维系在一起。二聚体均通过卷曲螺旋结构域聚合成纤维。中间纤维的二聚体是以头对头形式组成的，因而形成的纤维无极性；而所有位于肌球蛋白纤维同一半侧的肌球蛋白分子以头部取相同朝向的方式排列，因此具有极性，这对于在肌肉中形成收缩力是必需的。11句子“肌肉收缩时Ca2+的作用是：_”是关于肌收缩的描述，但不 完整。下面所给的四个短语是否都能用来使该句子完整?为什么?将肌球蛋白头部从 肌动蛋白上脱离下来；将动作电位从质膜传递到收缩元件；与肌钙蛋白结合，使之移动原肌球蛋白，从而将肌动蛋白纤维暴露于肌球蛋白头部；维持肌球蛋白纤维白结构。11或都可以正确地完成句子。细胞膜上动作电位的直接结果是将Ca2+从肌质网释放到胞质溶胶中，而肌细胞由于这一迅速的胞质Ca2+浓度升高而触发收缩。Ca2+在高浓度时肌钙蛋白结合，肌钙蛋白驱使原肌球蛋白移位，暴露出肌动蛋白纤维上的肌球蛋白结合位点。 和是错的，因为Ca2+对肌球蛋白头部脱离肌动蛋白没有影响，该过程是由ATP水解 造成的。ca2+也不对维持肌球蛋白纤维的结构起作用。12列举细菌与动物细胞之间的差别。这些差别很可能是由于在进化过程中出现的部分或反 有现代真核细胞具有的细胞骨架所造成的。12(1)动物细胞相当大，形状多变，而且没有细胞壁，因而需要细胞骨架来支撑并保持其 形状。 (2)动物细胞及其他真核细胞都有细胞核，细胞核靠中间纤维在细胞中成形并维持在适 当的部位。核纤层附着于核被膜的内侧，支持核被膜并使之成形，中间纤维网络包 围核并穿行在细胞质中。 (3)动物细胞可通过改变细胞形状进行移动。这一过程需要肌动蛋白及肌球蛋白的参与。 (4)动物细胞的基因组比细菌大得多，分为许多染色体。细胞分裂时，染色体必须精确 地分配到两个子细胞中。这一过程需要形成有丝分裂纺锤体的微管系统参与。 (5)动物细胞具有胞内细胞器。细胞器在胞内的定位依赖