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1、中山大學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 本科生習(xí)題（附答案）一、內(nèi)膜系統(tǒng)與膜運(yùn)輸: 問(wèn)題與思考1. 如何理解膜結(jié)合細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)是按功能、分層次分布的?答：從功能上看, 細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 從層次看, 上游的靠?jī)?nèi), 下游的靠外。如細(xì)胞核位于細(xì)胞的中央,它是細(xì)胞中最重要的細(xì)胞器,有兩層膜結(jié)構(gòu)。細(xì)胞核的外膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜是聯(lián)系在一起的, 細(xì)胞核的外膜是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是參與蛋白質(zhì)合成, 其作用僅次于細(xì)胞核, 所以?xún)?nèi)質(zhì)網(wǎng)位于細(xì)胞核的外側(cè)。高爾基體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外側(cè),接受來(lái)自?xún)?nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)和脂肪,然后對(duì)它們進(jìn)行修飾和分選,它所完成的是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的下游工作。溶酶體是含有水解酶的囊泡,

2、它是由高爾基體分泌而來(lái)。內(nèi)體是由內(nèi)吞作用產(chǎn)生的具有分選作用的細(xì)胞器,它能向溶酶體傳遞從細(xì)胞外攝取的物質(zhì), 這種細(xì)胞器一般位于細(xì)胞質(zhì)的外側(cè)。另外還有線(xiàn)粒體、過(guò)氧化物酶體等分布在細(xì)胞的不同部位。如果是植物細(xì)胞還有葉綠體和中央大液泡, 它們是按功能定位。2. 內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是如何形成的?答：造成內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要是由細(xì)胞中三種不同的生化活動(dòng)引起的: 蛋白質(zhì)和脂的合成活動(dòng): 在動(dòng)物細(xì)胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工，脂的合成在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),而分泌蛋白的合成起始于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),完成于高爾基體；分泌活動(dòng): 內(nèi)吞活動(dòng)(endocytosis pathway),是分泌的相反過(guò)程, 細(xì)胞將細(xì)胞外

3、的物質(zhì)吞進(jìn)內(nèi)體和溶酶體。3. 請(qǐng)說(shuō)明內(nèi)膜系統(tǒng)的形成對(duì)于細(xì)胞的生命活動(dòng)具有哪些重要的意義?答：至少有六方面的意義: 首先是內(nèi)膜系統(tǒng)中各細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)的合成和裝配是統(tǒng)一進(jìn)行的，這不僅提高了合成的效率，更重要的是保證了膜結(jié)構(gòu)的一致性，特別是保證了膜蛋白在這些膜結(jié)構(gòu)中方向的一致性。 內(nèi)膜系統(tǒng)在細(xì)胞內(nèi)形成了一些特定的功能區(qū)域和微環(huán)境，如酶系統(tǒng)的隔離與銜接, 細(xì)胞內(nèi)不同區(qū)域形成pH值差異, 離子濃度的維持, 擴(kuò)散屏障和膜電位的建立等等，以便在蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、糖類(lèi)的合成代謝、加工修飾、濃縮過(guò)程中完成其特定的功能。 內(nèi)膜系統(tǒng)通過(guò)小泡分泌的方式完成膜的流動(dòng)和特定功能蛋白的定向運(yùn)輸，這不僅保證了內(nèi)膜系統(tǒng)中各細(xì)胞器的膜

4、結(jié)構(gòu)的更新，更重要的是保證了一些具有殺傷性的酶類(lèi)在運(yùn)輸過(guò)程中的安全，并能準(zhǔn)確迅速的到達(dá)作用部位。 細(xì)胞內(nèi)的許多酶反應(yīng)是在膜上進(jìn)行的,內(nèi)膜系統(tǒng)的形成,使這些酶反應(yīng)互不干擾。 擴(kuò)大了表面積,提高了表面積與體積的比值。 區(qū)室的形成,相對(duì)提高了重要分子的濃度,提高了反應(yīng)效率。4. 為什么說(shuō)蛋白質(zhì)的合成和分選運(yùn)輸是細(xì)胞中最重要的生命活動(dòng)之一?答：這是因?yàn)樵诩?xì)胞生命周期的各個(gè)階段都需要不斷補(bǔ)充和更新蛋白質(zhì)(或酶); 細(xì)胞中的線(xiàn)粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體等細(xì)胞器都是通過(guò)已存在細(xì)胞器的分裂增殖的，新形成的細(xì)胞器的生長(zhǎng)需要大量的蛋白質(zhì)。細(xì)胞本身也是通過(guò)分裂增殖的,新形成的細(xì)胞為了增大體積，需要不斷地補(bǔ)充蛋白。即

5、使是不進(jìn)行分裂的細(xì)胞，由于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的壽命限制和降解，也需要不斷地補(bǔ)充蛋白質(zhì)，取代細(xì)胞器中喪失功能的蛋白,所以蛋白質(zhì)的合成和分選運(yùn)輸是細(xì)胞中最重要的生命活動(dòng)之一。5. 在蛋白質(zhì)的合成與分泌的研究中分別使用了同位素示蹤技術(shù)、分離技術(shù)和突變體研究技術(shù), 說(shuō)明這些技術(shù)的研究結(jié)果各說(shuō)明了什么問(wèn)題?答：同位素示蹤技術(shù)確定了分泌的路線(xiàn), 從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)開(kāi)始經(jīng)高爾基體運(yùn)向細(xì)胞外;分離技術(shù)確定了參與合成和分泌的主要細(xì)胞器的作用:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是參與蛋白質(zhì)合成和轉(zhuǎn)運(yùn)的, 高爾基體不僅是中轉(zhuǎn)站, 而且具有加工的作用；突變體研究揭示了分泌活動(dòng)的相關(guān)基因及分泌的機(jī)理。6. 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是如何參與肝細(xì)胞維持血液中葡萄糖水平的恒定?

6、答：肝細(xì)胞的一個(gè)重要功能是維持血液中葡萄糖水平的恒定, 這一功能與葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相關(guān)。肝細(xì)胞是以糖原顆粒的形式儲(chǔ)存葡萄糖，肝細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的胞質(zhì)溶膠面附著有糖原顆粒,當(dāng)肌體需要葡萄糖時(shí)，糖原即被降解。肝細(xì)胞中的糖原降解是受激素控制的，激素作為信號(hào)分子激發(fā)cAMP的濃度升高，然后由cAMP激活蛋白激酶A，蛋白激酶A能夠激活將糖原水解生成1-磷酸葡萄糖的酶。由于1-磷酸葡萄糖不能夠通過(guò)擴(kuò)散穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入血液，需要先轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸，然后由光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的葡萄糖-6-磷酸酶將葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖和無(wú)機(jī)磷，釋放游離的葡萄糖進(jìn)入血液, 維持血液中葡萄糖水平的恒定。7. 什么

7、是肝細(xì)胞解毒? 肝細(xì)胞解毒的機(jī)理是什么?答：肝細(xì)胞中的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能夠?qū)ν鈦?lái)的有毒物質(zhì),如農(nóng)藥、毒素和污染物通過(guò)氧化、還原和水解,使有毒物質(zhì)由脂溶性轉(zhuǎn)變成水溶性而被排出體外, 此過(guò)程稱(chēng)為肝細(xì)胞解毒作用。解毒作用需要氧和NADH, 而且每氧化一分子底物,要消耗一分子的氧,進(jìn)而將NADPH轉(zhuǎn)變成NADP+。由于這種反應(yīng)的一個(gè)氧原子出現(xiàn)在產(chǎn)物中,其他則存在于水分子中,將催化這種類(lèi)型氧化作用酶稱(chēng)為混合功能的氧化酶。混合功能的氧化酶系統(tǒng)類(lèi)似一條呼吸鏈，由幾個(gè)組分組成，核心成員是細(xì)胞色素P-450，它是光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一類(lèi)含鐵的膜整合蛋白,因在450nm波長(zhǎng)處具有最高吸收值,因此而得名。細(xì)胞色素P-450是肝

8、細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要膜蛋白，約占光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白的20%, 占細(xì)胞總蛋白的23%。細(xì)胞色素P-450參與有毒物質(zhì)以及類(lèi)固醇和脂肪酸的羥基化。羥基化涉及四個(gè)基本反應(yīng)被氧化的物質(zhì)同細(xì)胞色素P-450結(jié)合細(xì)胞色素P-450中的鐵原子被NADPH還原氧同細(xì)胞色素P-450結(jié)合底物結(jié)合一個(gè)氧原子被氧化,另一個(gè)氧原子用于形成水。被氧化的底物由于帶上羥基,增強(qiáng)水溶性,容易被分泌排出。8. 為什么說(shuō)多聚核糖體是研究?jī)?nèi)質(zhì)網(wǎng)幫助蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)暮貌牧?答：這是因?yàn)楫?dāng)一條mRNA上結(jié)合有多個(gè)核糖體進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯時(shí),最先結(jié)合上的核糖體,其合成的多肽最長(zhǎng),最尾端的核糖體只是剛剛開(kāi)始進(jìn)行翻譯(圖Q9-1)。如果翻譯的是分泌蛋

9、白,最先結(jié)合上的核糖體合成的多肽,其N(xiāo)-端可能沒(méi)有了信號(hào)序列,因?yàn)樵趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)中被切除了。從骨髓瘤分離多聚核糖體的體外翻譯實(shí)驗(yàn)證明了這一推測(cè)。用去垢劑處理從骨髓瘤分離的多聚核糖體，使之與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜分離后，繼續(xù)在無(wú)細(xì)胞體系(不含RER小泡)中進(jìn)行翻譯，發(fā)現(xiàn):短時(shí)間溫育，即可得到成熟的分泌蛋白(無(wú)信號(hào)序列),而長(zhǎng)時(shí)間的溫育，得到的產(chǎn)物N-端有信號(hào)序列,這一結(jié)果說(shuō)明由于mRNA中多聚核糖體合成蛋白質(zhì)的不同步,位于mRNA3端的核糖體合成的蛋白質(zhì)在分離前不僅進(jìn)入了內(nèi)質(zhì)網(wǎng),而且在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔中被切除了信號(hào)序列。越靠近mRNA5端的核糖體合成的蛋白質(zhì)越短,所以在體外經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的翻譯得到的是含有信號(hào)序列的前蛋白,因

10、為沒(méi)有了內(nèi)質(zhì)網(wǎng),信號(hào)序列不能被切除。9. 補(bǔ)充修改后的信號(hào)假說(shuō)的要點(diǎn)是什么?答: 新的信號(hào)假說(shuō)的要點(diǎn)如下:ER轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)合成的起始。通過(guò)ER轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)合成仍然起始于胞質(zhì)溶膠中的游離核糖體。核糖體是蛋白質(zhì)合成的基本裝置，它并不決定合成蛋白質(zhì)的去向，合成的蛋白質(zhì)何去何從，是由mRNA決定的，也就是說(shuō)是由密碼決定的。信號(hào)序列與SRP結(jié)合。SRP的信號(hào)識(shí)別位點(diǎn)識(shí)別新生肽的信號(hào)序列并與之結(jié)合; 同時(shí),SRP上的翻譯暫停結(jié)構(gòu)域同核糖體的A位點(diǎn)作用, 暫時(shí)停止核糖體的蛋白質(zhì)合成。核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。結(jié)合有信號(hào)序列的SRP通過(guò)它的第三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中受體(?？康鞍?結(jié)合, 將核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白

11、質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道(protein-translocating channel) ?，F(xiàn)已了解,SRP受體是一種G蛋白,它對(duì)分泌蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要的調(diào)節(jié)作用。受體蛋白與GTP結(jié)合,表示是活性狀態(tài),能夠與SRP結(jié)合,如果結(jié)合的是GDP 是非活性狀態(tài),不能與SRP結(jié)合。 SRP釋放與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道的打開(kāi)。 當(dāng)SRP-信號(hào)序列-核糖體-mRNA復(fù)合物錨定到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜后,SRP受體將其結(jié)合的GTP水解同時(shí)將SRP釋放出來(lái),此時(shí)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)通道打開(kāi), 新生的肽插進(jìn)通道。釋放的SRP又回到胞質(zhì)溶膠中循環(huán)使用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道是一個(gè)多蛋白的復(fù)合物，詳細(xì)的作用尚不清楚。信號(hào)序列與通道中受體結(jié)合。蛋白質(zhì)繼續(xù)合成,隨著SR

12、P的釋放,核糖體上的多肽插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白通道之后，信號(hào)序列與通道中的受體(或稱(chēng)信號(hào)結(jié)合蛋白)結(jié)合,蛋白質(zhì)的合成重新開(kāi)始,并向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)運(yùn),在此過(guò)程不需要能量驅(qū)動(dòng)。信號(hào)肽酶切除信號(hào)序列。 當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)完成之后,若轉(zhuǎn)運(yùn)多肽的信號(hào)序列是可切割的序列則被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中信號(hào)肽酶(signal peptidase)所切割,釋放出可溶性的成熟蛋白質(zhì)，切下的信號(hào)序列將被降解。10. 根據(jù)信號(hào)假說(shuō), 膜蛋白(單次和多次跨膜)是怎樣形成的? 答：主要是由停止轉(zhuǎn)移信號(hào)及其數(shù)量決定的。新生肽上是否含有停止轉(zhuǎn)移信號(hào)決定了新生肽是否全部穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,成為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的可溶性蛋白還是成為膜蛋白。N-末端的信號(hào)序列和內(nèi)含信號(hào)序列都可作

13、為起始轉(zhuǎn)移信號(hào),但N-末端的信號(hào)序列是可切除的,而內(nèi)含信號(hào)序列是不可切除的。膜蛋白的跨膜次數(shù)是由其內(nèi)含信號(hào)序列和停止轉(zhuǎn)移信號(hào)序列的數(shù)目決定的, 這些信號(hào)序列都是多肽鏈中的疏水氨基酸區(qū), 因此,根據(jù)多肽鏈中疏水氨基酸區(qū)的數(shù)目和位置可以預(yù)測(cè)其穿膜情況。另外, 由于膜蛋白總是從胞質(zhì)溶膠穿入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜, 并且總是保持信號(hào)序列中含正電荷多的氨基酸一端朝向胞質(zhì)溶膠面, 因而相同蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的取向也必然相同。結(jié)果造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中蛋白質(zhì)取向的不對(duì)稱(chēng)性,并由此決定了該蛋白在其它膜結(jié)合細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)中的方向。11. 為什么說(shuō)高爾基體是一種極性細(xì)胞器?答：高爾基體的極性有兩層含義: 一是結(jié)構(gòu)上的極性,二是功能上的極

14、性。結(jié)構(gòu)上的極性:高爾基體可分為幾個(gè)不同的功能區(qū)室。靠近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一面是由一些管狀囊泡形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通常將這一面稱(chēng)為順面(cis face), 或稱(chēng)形成面(forming face)。由于順面是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以又稱(chēng)順面高爾基網(wǎng)絡(luò)(cis Golgi network,CGN)。從功能上看,CGN被認(rèn)為是初級(jí)分選站(primarily sorting station),負(fù)責(zé)對(duì)從ER轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒別,決定哪些需要退回,哪些可以進(jìn)入下一站。高爾基體中間膜囊(medial Golgi) 由扁平囊和管道組成,形成不同的區(qū)室, 但功能上是連續(xù)的、完整的膜體系。多數(shù)糖基修飾、糖脂的形成、以及與高爾基體有關(guān)

15、的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊中。反面高爾基網(wǎng)絡(luò) (trans Golgi network，TGN), 是高爾基復(fù)合體最外面一側(cè)的管狀和小泡狀物質(zhì)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是高爾基復(fù)合體的組成部分，并且是最后的區(qū)室。蛋白質(zhì)的運(yùn)輸信號(hào)在此被特異的受體接受，進(jìn)行分揀，集中，形成不同的分泌小泡，被運(yùn)送到不同的地點(diǎn)。因此, 它的主要功能是參與蛋白質(zhì)的分類(lèi)與包裝,并輸出高爾基體。某些晚期蛋白質(zhì)的分類(lèi)與包裝也發(fā)生在TGN中。功能上的極性:高爾基體雖然是由膜囊構(gòu)成的復(fù)合體,但是不同的膜囊有不同的功能,執(zhí)行功能時(shí)又是流水式操作,上一道工序完成了,才能進(jìn)行下一道工序,這就是高爾基體的功能極性。12. 為什么偶爾會(huì)出現(xiàn)高爾

16、基體蛋白向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸? 有什么意義?答：從理論上講, 除了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)外, 其他由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)都是通過(guò)小泡轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體的順面, 小泡與順面高爾基體網(wǎng)絡(luò)融合之后, 轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)進(jìn)入高爾基體腔, 這是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體間的主流運(yùn)輸。但偶爾也有從高爾基體各個(gè)部位形成的小泡沿微管回流到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。造成高爾基體蛋白向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)脑蛴袃煞N可能:一是ER在進(jìn)行蛋白質(zhì)運(yùn)輸時(shí)發(fā)生包裝錯(cuò)誤,將ER的結(jié)構(gòu)和功能蛋白運(yùn)輸?shù)礁郀柣w, 被高爾基體的監(jiān)控蛋白發(fā)現(xiàn)并將走私蛋白遣返。第二種情況是在不良環(huán)境下細(xì)胞作出的應(yīng)激反應(yīng)。 作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白在其羧基端都有一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)(ER retention

17、 signal):Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信號(hào)序列。如Bip就帶有KDEL信號(hào), 它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的分子伴侶,如果從Bip上除去這種信號(hào), Bip蛋白就會(huì)分泌出來(lái); 如果將KDEL信號(hào)加到別的分泌蛋白上, 這種蛋白也就變成了滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)。KDEL信號(hào)在高爾基復(fù)合體各個(gè)部分的膜上都有相應(yīng)的受體。如果ER滯留蛋白質(zhì)在出芽時(shí)被錯(cuò)誤地包進(jìn)分泌泡而離開(kāi)了ER, 高爾基復(fù)合體膜上的這種信號(hào)受體蛋白就會(huì)與逃出的ER蛋白結(jié)合,并形成小泡, 將這些ER蛋白押送回到ER。因此這種回流運(yùn)輸對(duì)于保證內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常功能是十分重要的。13. 溶酶體中含有的都是水解酶類(lèi), 那么溶酶體破裂會(huì)使

18、細(xì)胞裂解嗎?答：如果是少量的溶酶體酶泄漏到胞質(zhì)溶膠中, 并不會(huì)引起細(xì)胞損傷,其主要原因是胞質(zhì)溶膠中的pH值為7.0左右，在這種環(huán)境下, 溶酶體的酶基本沒(méi)有活性。但是, 如果溶酶體大量破裂, 對(duì)細(xì)胞就有危害了。14. 自噬作用對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)有什么意義?答：自噬作用的意義是多方面的，包括:酶系統(tǒng)的更新:處于不同的細(xì)胞周期、不同分化階段和不同生理狀態(tài)下的細(xì)胞, 進(jìn)行著不同的生理生化反應(yīng), 需要不同的酶系統(tǒng), 細(xì)胞生理狀態(tài)的變化要依靠酶系統(tǒng)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于細(xì)胞質(zhì)中某些暫時(shí)不需要的酶系統(tǒng)或代謝產(chǎn)物, 需要通過(guò)自噬作用進(jìn)行酶系統(tǒng)的更新。老舊細(xì)胞器的清除:細(xì)胞中的生物大分子和細(xì)胞器都有一定的壽命, 為了

19、保證細(xì)胞正常的代謝活動(dòng), 必須不斷地清除衰老的細(xì)胞器和生物大分子。很多生物大分子的半衰期只有幾小時(shí)或幾天。肝細(xì)胞中線(xiàn)粒體的壽命平均約10天左右。參與細(xì)胞發(fā)育:自噬作用在不同類(lèi)型細(xì)胞中發(fā)生的頻率不同。在某些正在發(fā)育的細(xì)胞中,自噬作用特別強(qiáng), 因?yàn)檫@些細(xì)胞要不斷地進(jìn)行細(xì)胞器的更新, 或消除。如紅細(xì)胞發(fā)育成熟后, 所有的細(xì)胞器都要通過(guò)自噬作用被清除。應(yīng)激反應(yīng):另外在細(xì)胞饑餓條件下, 自噬作用也特別強(qiáng), 此時(shí)的吞噬作用主要是為細(xì)胞提供能量, 維持細(xì)胞的生命活動(dòng)。15. 溶酶體酶蛋白M6P標(biāo)記是怎樣形成的?答：所謂溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記, 就是溶酶體酶蛋白合成之后經(jīng)糖基化和磷酸化, 使甘露糖殘基磷酸化

20、。它的形成涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和順面高爾基體。溶酶體的酶在膜旁核糖體上合成，通過(guò)信號(hào)肽的引導(dǎo)進(jìn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行N-連接糖基化。在此過(guò)程中，溶酶體酶蛋白先帶上3個(gè)葡萄糖、9個(gè)甘露糖和2個(gè)N-乙酰葡萄糖胺，切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖后轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體；在高爾基體順面網(wǎng)絡(luò)對(duì)N連接的糖鏈進(jìn)行磷酸化修飾，帶上6-磷酸甘露糖的標(biāo)記, 甘露糖的磷酸化比較復(fù)雜。將磷酸基團(tuán)添加到溶酶體酶的甘露糖的第六位碳上的反應(yīng)是由兩種酶催化的，一種酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶(N-acetyglucosamine phosphotransferase)，它有兩個(gè)功能位點(diǎn)，一個(gè)是識(shí)別位點(diǎn)，能夠同溶酶體酶進(jìn)行特異性地結(jié)合

21、。另一個(gè)是催化位點(diǎn)。另一種酶是N-乙酰葡萄糖苷酶, 功能是釋放N-乙酰葡萄糖胺。識(shí)別位點(diǎn)同溶酶體酶的識(shí)別和結(jié)合是構(gòu)型特異性的, 即識(shí)別信號(hào)斑。信號(hào)斑是溶酶體酶蛋白多肽形成的一個(gè)特殊的三維結(jié)構(gòu), 它是由三段信號(hào)序列構(gòu)成的, 可被磷酸轉(zhuǎn)移酶特異性識(shí)別。反應(yīng)中磷酸基的供體是UDP N-乙酰葡萄糖胺(N-acetyglucosamine，GlcNAc), 甘露糖殘基磷酸化的位點(diǎn)是第六位碳原子。每個(gè)溶酶體酶蛋白上有8個(gè)甘露糖殘基, 至少有一個(gè)甘露糖殘基被磷酸化。溶酶體酶蛋白的甘露糖一旦被磷酸化, 就帶上了甘露糖6-磷酸標(biāo)記。16. 溶酶體的酶是如何經(jīng)M6P分選途徑進(jìn)行分選的?答：溶酶體貯積癥是一種遺傳病

22、, 是由于溶酶體中缺少一種或幾種酶所致。這種病人不能消化糖脂和一些原本由溶酶體酶消化的細(xì)胞外的成份, 使這些物質(zhì)作為大的包涵體積累在溶酶體中。I-細(xì)胞病(I-cell disease)是一種特別嚴(yán)重的溶酶體貯積癥, 這種病人的溶酶體中缺少多種酶。通過(guò)比較I-細(xì)胞病人和正常人的溶酶體酶的差異發(fā)現(xiàn)M6P是溶酶體酶的分選信號(hào), 病人細(xì)胞中缺少GlcNAc 磷酸轉(zhuǎn)移酶, 不能使溶酶體酶帶上甘露糖6-磷酸標(biāo)記, 缺少M(fèi)6P信號(hào)的溶酶體酶不能進(jìn)入溶酶體, 而被分泌到細(xì)胞外。從I-細(xì)胞病人中分離成纖維細(xì)胞培養(yǎng)在含有M6P溶酶體酶的培養(yǎng)基中,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中溶酶體的量幾乎達(dá)到正常人的水平, 這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明細(xì)胞質(zhì)膜含有

23、M6P受體, 并且能夠通過(guò)內(nèi)吞作用將培養(yǎng)液中溶酶體的酶轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。因?yàn)樘砑拥娜苊阁w酶開(kāi)始是在培養(yǎng)基中, 后來(lái)進(jìn)入了細(xì)胞內(nèi)的溶酶體, 對(duì)于這一現(xiàn)象只能用質(zhì)膜的M6P受體轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)解釋。17. 如何根據(jù)溶酶體貯積癥研究M6P分選途徑?答：溶酶體酶進(jìn)入溶酶體的非M6P途徑有兩種可能方式:一種是作為膜蛋白,合成時(shí)就插在膜上,; 另一種可能是作為前體合成并結(jié)合在膜上, 進(jìn)入溶酶體膜后水解釋放到溶酶體腔中。如-葡糖腦苷脂酶(-glucocerebrosidedase), 此酶作為前體合成并結(jié)合在膜上,但是成熟后仍然結(jié)合在溶酶體的膜上。酸性磷酸酶在合成時(shí)是以前體形式被合成的并且作為ER的整合蛋白結(jié)合在ER的膜

24、中。這種膜結(jié)合的前體酶通過(guò)高爾基體被運(yùn)入溶酶體, 最后通過(guò)切割作為成熟的酸性磷酸酶被釋放到溶酶體的腔中。指導(dǎo)膜結(jié)合蛋白從ER進(jìn)入溶酶體的尋靶信號(hào)是一段特殊的氨基酸序列,這段序列位于跨膜蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域。如果將酸性磷酸酶的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域中的一個(gè)酪氨酸突變后, 這種酶的前體就只能結(jié)合在ER的膜而不能進(jìn)入溶酶體中。在其他的溶酶體酶中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的情況,說(shuō)明酪氨酸是溶酶體酶尋靶信號(hào)的組成部分。18. 請(qǐng)舉例說(shuō)明溶酶體酶進(jìn)入溶酶體的非M6P途徑的可能方式答：溶酶體酶進(jìn)入溶酶體的非M6P途徑有兩種可能方式:一種是作為膜蛋白,合成時(shí)就插在膜上,; 另一種可能是作為前體合成并結(jié)合在膜上, 進(jìn)入溶酶體膜后水解釋放

25、到溶酶體腔中。如-葡糖腦苷脂酶(-glucocerebrosidedase), 此酶作為前體合成并結(jié)合在膜上,但是成熟后仍然結(jié)合在溶酶體的膜上。酸性磷酸酶在合成時(shí)是以前體形式被合成的并且作為ER的整合蛋白結(jié)合在ER的膜中。這種膜結(jié)合的前體酶通過(guò)高爾基體被運(yùn)入溶酶體, 最后通過(guò)切割作為成熟的酸性磷酸酶被釋放到溶酶體的腔中。指導(dǎo)膜結(jié)合蛋白從ER進(jìn)入溶酶體的尋靶信號(hào)是一段特殊的氨基酸序列,這段序列位于跨膜蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域。如果將酸性磷酸酶的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域中的一個(gè)酪氨酸突變后, 這種酶的前體就只能結(jié)合在ER的膜而不能進(jìn)入溶酶體中。在其他的溶酶體酶中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的情況,說(shuō)明酪氨酸是溶酶體酶尋靶信號(hào)的組成部

26、分。19. 極性細(xì)胞中的膜蛋白通過(guò)什么方式進(jìn)行選擇性運(yùn)輸?shù)?答：在極性細(xì)胞中, 如上皮細(xì)胞, 細(xì)胞膜分成頂端膜和基底外側(cè)膜, 兩部分細(xì)胞膜含有不同的膜蛋白和膜脂, 糖脂和糖蛋白只存在于頂部細(xì)胞膜中。在這種有極性的細(xì)胞中, 細(xì)胞質(zhì)膜蛋白的分泌具有選擇性, 主要是通過(guò)反面高爾基網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇性包裝, 將不同部位膜蛋白包裝到不同的小泡, 然后運(yùn)送到不同的部位。通過(guò)病毒感染實(shí)驗(yàn)和基因重組實(shí)驗(yàn),證明極性膜蛋白的定位信號(hào)在膜蛋白中。當(dāng)用流感病毒感染MDCK表皮細(xì)胞時(shí), 子代病毒從頂部質(zhì)膜出芽釋放出來(lái); 但是若用VSV病毒感染MDCK細(xì)胞時(shí), 子代病毒是通過(guò)基底側(cè)質(zhì)膜出芽。出芽地點(diǎn)的不同是由于病毒外殼蛋白成熟

27、時(shí)被運(yùn)輸?shù)牡攸c(diǎn)不同。流感病毒的HA糖蛋白合成后從高爾基體運(yùn)送到頂部質(zhì)膜, 而VSV糖蛋白(G蛋白)則從高爾基體運(yùn)送到基底側(cè)質(zhì)膜。利用重組DNA技術(shù), 將編碼HA的基因?qū)胛锤腥镜募?xì)胞, 發(fā)現(xiàn)所表達(dá)的HA都定位在頂部質(zhì)膜, 這表明定位信號(hào)位于HA糖蛋白上。極性細(xì)胞中可通過(guò)轉(zhuǎn)胞吞(transcytosis)作用進(jìn)行膜蛋白的選擇性運(yùn)輸。如在肝細(xì)胞中, 合成的基底側(cè)質(zhì)膜蛋白與頂部質(zhì)膜蛋白先是在一起被運(yùn)送到基底側(cè)質(zhì)膜, 然后通過(guò)內(nèi)吞作用將這兩種類(lèi)型的蛋白包裝到同一種小泡, 通過(guò)分選作用, 將內(nèi)吞泡中基底側(cè)質(zhì)膜的蛋白質(zhì)分選出來(lái),再將它運(yùn)回到基底側(cè)的質(zhì)膜循環(huán)使用。而攜帶頂部質(zhì)膜蛋白的小泡則跨過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜與頂部

28、質(zhì)膜融合, 這種過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)胞吞作用。20. 什么是受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用?有什么特點(diǎn)? 基本過(guò)程怎樣?答：在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用中,隨內(nèi)吞泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)可分為三大類(lèi)配體(獵物)、受體和膜組分, 它們有著不同的去向:在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞中,配體基本被降解, 少數(shù)可被利用。大多數(shù)受體能夠再利用, 少數(shù)受體被降解。通常受體有四種可能的去向: 受體內(nèi)吞之后,大多數(shù)受體可形成載體小泡重新運(yùn)回到原來(lái)的質(zhì)膜上再利用，這些受體主要是通過(guò)次級(jí)內(nèi)體的分揀作用重新回到細(xì)胞質(zhì)膜上(如M6P受體、LDL受體)；受體和配體一起由載體小泡運(yùn)回到原來(lái)的質(zhì)膜上再利用,如轉(zhuǎn)鐵蛋白及轉(zhuǎn)鐵蛋白受體就是通過(guò)這種方式再循環(huán)；受體和配體一起進(jìn)入

29、溶酶體被降解, 如在某些信號(hào)傳導(dǎo)中,信號(hào)分子與受體一起被溶酶體降解；受體和配體一起通過(guò)載體小泡被轉(zhuǎn)運(yùn)到相對(duì)的細(xì)胞質(zhì)膜面, 這就是轉(zhuǎn)胞吞作用。被內(nèi)吞進(jìn)來(lái)的膜成分有三種可能的去向: 第一種是隨著細(xì)胞質(zhì)膜受體分選產(chǎn)生的小泡一起重新回到質(zhì)膜上再循環(huán)利用；第二種可能是同高爾基體融合，成為高爾基體膜的一個(gè)部分，這些膜有可能通過(guò)小泡的回流同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)融合；第三種可能是隨著溶酶殘?bào)w的消失而消失。21. 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞中, 內(nèi)吞泡中的配體、受體和膜成分的去向如何?答：在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用中,隨內(nèi)吞泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)可分為三大類(lèi)配體(獵物)、受體和膜組分, 它們有著不同的去向:在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞中,配體基本被降解, 少

30、數(shù)可被利用。大多數(shù)受體能夠再利用, 少數(shù)受體被降解。通常受體有四種可能的去向: 受體內(nèi)吞之后,大多數(shù)受體可形成載體小泡重新運(yùn)回到原來(lái)的質(zhì)膜上再利用，這些受體主要是通過(guò)次級(jí)內(nèi)體的分揀作用重新回到細(xì)胞質(zhì)膜上(如M6P受體、LDL受體)；受體和配體一起由載體小泡運(yùn)回到原來(lái)的質(zhì)膜上再利用,如轉(zhuǎn)鐵蛋白及轉(zhuǎn)鐵蛋白受體就是通過(guò)這種方式再循環(huán)；受體和配體一起進(jìn)入溶酶體被降解, 如在某些信號(hào)傳導(dǎo)中,信號(hào)分子與受體一起被溶酶體降解；受體和配體一起通過(guò)載體小泡被轉(zhuǎn)運(yùn)到相對(duì)的細(xì)胞質(zhì)膜面, 這就是轉(zhuǎn)胞吞作用。被內(nèi)吞進(jìn)來(lái)的膜成分有三種可能的去向: 第一種是隨著細(xì)胞質(zhì)膜受體分選產(chǎn)生的小泡一起重新回到質(zhì)膜上再循環(huán)利用；第二種

31、可能是同高爾基體融合，成為高爾基體膜的一個(gè)部分，這些膜有可能通過(guò)小泡的回流同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)融合；第三種可能是隨著溶酶殘?bào)w的消失而消失。22. 簡(jiǎn)述LDL經(jīng)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用被吞入細(xì)胞和被利用過(guò)程答：基本過(guò)程是:(1) LDL在質(zhì)膜的被膜小窩中與受體結(jié)合;(2)小窩向內(nèi)出芽; (3)形成被膜小泡;(4)網(wǎng)格蛋白去聚合形成無(wú)被小泡(初級(jí)內(nèi)體);(5)內(nèi)體調(diào)整pH至酸性,使LDL與受體脫離(次級(jí)內(nèi)體); (6) 受體被分揀出來(lái),被載體小泡運(yùn)回到質(zhì)膜; (7)通過(guò)膜融合,受體回到質(zhì)膜再利用;(8)LDL被分選進(jìn)入沒(méi)有受體的小泡, 與初級(jí)溶酶體融合形成次級(jí)溶酶體;(10)在次級(jí)溶酶體中,蛋白質(zhì)被降解成氨基酸,膽

32、固醇脂被水解產(chǎn)生膽固醇和脂肪酸。23. 什么是低密度脂蛋白(LDL), 與動(dòng)脈粥樣硬化(動(dòng)脈變窄)有什么關(guān)系?答：LDL是一種球形顆粒的脂蛋白，直徑為22nm, 核心是1500個(gè)膽固醇酯；外面由800個(gè)磷脂和500個(gè)未酯化的膽固醇分子包裹,由于外被脂分子的親水頭露在外部，使LDL能夠溶于血液中；最外面有一個(gè)分子量為55 kDa的蛋白，叫輔基蛋白B-100(apolipoprotein B-100), 它能夠與特定細(xì)胞的表面受體結(jié)合。LDL受體蛋白是一個(gè)單鏈的糖蛋白,由839個(gè)氨基酸組成,跨膜區(qū)由22個(gè)疏水的氨基酸組成,為單次跨膜蛋白。LDL受體蛋白合成后被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)膜,即使沒(méi)有相應(yīng)配體的存在, LDL受體蛋白也會(huì)在細(xì)胞質(zhì)膜集中濃縮并形