细胞生物学整理

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(D／LG)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10-7mol／L)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10-3mol／L)?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GDP／GTP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。9．G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。10．Sos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：①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。②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?12PKA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(=200×4000×0．1)。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。16．MAP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IP3／DAG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。7．G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。8．Ras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，GTP／Ras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