分子细胞生物学考试往年资料

11跨膜运输（一）被动运输是分子或物质从高到低顺浓度梯度运输；转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供能量。包括简单扩散和协助扩散。简单扩散指分子通过热运动以自由扩散的方式从膜的高浓度一侧到低浓度一侧。如一些非极性的小分子CO2，O2等的运输。协助扩散指转运蛋白介导的各种极性分子和无机离子顺其浓度梯度或电化学梯度减小的方向所进行的跨膜转运。转运蛋白主要有通道蛋白和载体蛋白。跨膜通道是一类横跨细胞膜的蛋白，这类蛋白不需要与溶质分子结合，跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电荷的离子通过快速协助扩散运动，从膜的一侧转运到另一侧。通道蛋白转运分子不同分为水通道蛋白和离子通道蛋白。离子通道上常具有门，因此又称为门通道。根据控制门开关条件的不同离子通道又分为电压门通道，配体门通道，压力激活通道。（二）主动运输指物质逆着浓度梯度由低浓度向高浓度运输，在此过程中需要供给能量，根据能量来源不同可分为ATP直接提供能量和间接提供能量以及光能驱动的主动运输三种基本类型。由ATP直接提供能量的主动运输也称ATP驱动泵，这类泵本身是一种载体蛋白，也是一种酶-ATP酶。它能催化ATP水解提供能量主动运输H+、Na+、K+、Ca+等，由于所运输的溶质不同，可分为质子泵、钠钾泵和钙泵等。由ATP间接提供能量的协同转运，协同转运是一类有钠钾泵或H+泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质跨膜运输所需要的直接动力来自膜两侧离子电化学梯度，而维持这种电化学浓度梯度则是通过钠钾泵或H+泵消耗ATP所实现的。（三）内吞与外排真核细胞完成大分子与颗粒性物质如蛋白质，多糖，多核苷酸的跨膜运输是通过胞吞作用和胞吐作用作用完成的，在转运过程中，物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，因此又称为膜泡运输，过程涉及质膜的融合与断裂，因此也需要消耗能量，属于主动运输。2细胞膜的性质流动性不对称性生物膜由脂类、蛋白质和糖类组成。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者，而糖类分别与脂类和蛋白质共价结合形成糖脂和糖蛋白。膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。膜蛋白分为三类：膜整合蛋白、膜外周蛋白和膜锚定蛋白。(1)不对称性主要是膜脂和膜蛋白的不对称性。膜脂包括磷脂的不对称性，膜两侧都有磷脂，但是磷脂的种类和数量不同，此外糖脂的糖侧链都在质膜的细胞外表面表现出完全不对称性；膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在膜上都具有明确的方向性，如细胞表面的受体、膜上载体蛋白等，特别是质膜上的糖蛋白，其糖残基均分布在质膜的细胞外表面。(2)流动性脂分子运动的主要方式是侧向运动，还有自旋、摆动和翻转；膜蛋白的运动方式有随机移动，定向运动和局部运动。3胞间连接细胞连接的主要方式有紧密连接、锚定连接和通讯连接。（1）紧密连接作用是封闭相邻细胞间的接缝，阻止溶液中的小分子从细胞间隙穿过。机理是通过跨膜蛋白紧密排列形成脊索，两个细胞间的脊索相对应，紧密连接在一起。脊索数量越多，连接程度越紧密。（2）锚定连接通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞或细胞与胞外基质间连接起来。根据直接参与细胞连接的细胞骨架纤维种类的不同将锚定连接分为两种类型，一种是与中间纤维连接的桥粒和半桥粒，另一种是与肌动蛋白纤维连接的黏合带和黏合斑。（3）通讯连接介导相邻细胞间的物质转运、化学或电信号的传递，主要包括间隙连接、神经细胞间的化学突触和植物细胞间的胞间连丝。4粗面内质网上蛋白质的合成（怎么合成，信号学说）细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中。有些蛋白质在合成一段短肽后2便停止合成，连同核糖体一起转运到内质网膜上，在内质网上继续合成并转运进内质网腔。蛋白质转入内质网合成的信号假说至少涉及6中成分:（1）信号肽（2）信号识别颗粒SRP，（3）SRP受体（4）易位子，易位子具有蛋白多肽通道结构（5）能量（6）分子伴侣。信号假说：信号肽与SRP结合，肽链延伸终止，SRP与SRP受体结合，SRP和SRP受体脱离信号肽（需要GTP提供能量），肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔，信号肽被信号肽酶切除，肽链延伸至终止，翻译体系解散。在分子伴侣等帮助下蛋白质折叠。5物质的跨核膜运输核膜最重要的功能之一是控制细胞核内外的物质运输。核膜的这种作用是通过核孔复合体来完成的。核孔复合体可以被看做是一种横跨双层核膜的转运蛋白复合体。它的功能具有双向性，表现为既介导蛋白质的入核运输，又介导RNA、核糖体蛋白质的出核转运。在转运方式上既有被动扩散，又有主动运输。（1）被动扩散作用，核孔复合体是核膜上的亲水通道，直径9nm左右，长约15nm。一般认为直径小于10nm的分子可以顺着浓度梯度自由通过核孔复合体。（2）主动运输作用，把在细胞质中合成的蛋白质等转运到细胞核中，同时把细胞核中形成的RNA分子和核糖核蛋白颗粒等转运进细胞质中。主动运输是信号识别和载体介导的过程，需要ATP提供能量。核孔复合体在主动运输的过程中可以调节自身的孔径，使分子质量较大的分子能够通过。（3）蛋白质的核输入，核质蛋白进入细胞核之前，首先要同被称为核输入受体的蛋白质结合，形成转运复合物。核输入受体是异二聚体，具有输入蛋白α和输入蛋白β两个亚基。输入蛋白α负责识别核质蛋白的核定为信号，输入蛋白β能够与核孔复合体作用，将核质蛋白运到细胞核中。在细胞核中，Ran-GTP与输入蛋白β相互作用，使核质蛋白与复合物脱离，释放核质蛋白。然后Ran-GTP结合受体的亚基重新回到细胞质。在细胞质中Ran-GTP被转变成Ran-GDP，同时释放输入蛋白β，这样细胞质中的输入蛋白α和输出蛋白β可以重新构成二聚体，进行蛋白质的转运。Ran-GDP可以通过核孔复合体返回到细胞核中，再转换成Ran-GTP。（4）RNA和蛋白质的核输出，RNA也是通过与蛋白质形成复合体来实现转运的。核内蛋白质具有核输出信号。一般认为核内蛋白质的输出方式可能与核质蛋白的输入方式相似，但方向相反。即核输出蛋白首先通过核输出信号与核蛋白输出受体结合，核输出作用需要Ran蛋白的参与，核输出过程需要GTP提供能量。6微丝的组装与功能微丝是由肌动蛋白聚合而成的丝状结构。肌动蛋白为单个多肽链的球状蛋白质，分子结构不对称，肌动蛋白球形分子上有一裂缝，其中有一个ATP结合位点。能够聚合成微丝的肌动蛋白是ATP-肌动蛋白。由于肌动蛋白自身结构上的非对称性，因此微丝也是具有极性的蛋白多聚体结构。当聚合形成微丝时，单体肌动蛋白可以从微丝的两端加入，从而使微丝延长，但两端的聚合速率有所不同，通常把聚合较快的一端称为正端，而把聚合较慢的一端称为负端。组装条件：微丝的装配必需在一定浓度的离子，一定浓度的肌动蛋白和ATP存在下才能进行。若在Ca+以及很低浓度的Na+、K+离子的溶液中，微丝趋于解聚成肌动蛋白，而在Mg2+和高浓度Na+、K+离子的溶液中，肌动蛋白则装配成微丝。组成过程:微丝体外聚合通常经过三个阶段：成核，延长，动态稳定。成核阶段：肌动蛋白首先形成二聚体，二聚体不稳定，但是一旦肌动蛋白聚合成三聚体，就会成为比较稳定的结构。延长阶段：1个actin（肌动蛋白）分子可以结合1分子ATP，结合ATP的actin即ATP-actin对纤维末端的亲和性高，当ATP-actin结合到末端后，使actin构象发生改变，然后ATP水解为ADP+Pi。而ADP-actin对纤维末端的亲和性低，容易从末端脱落，使纤维缩短。ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，当ATP-actin高浓度时，ATP-actin在末端聚合的速度大，由于ATP水解为ADP+Pi在稍后发生，从而在纤维末端形成一连串的ATP-actin，称为ATP帽。而在近纤维中部为ADP-actin；当ATP-actin不断耗竭使其浓度下降时，这时ATP-actin在末端的聚合速度便下降，而ATP水解为ADP-Pi的速度不变，结果使ATP帽不断缩小而消失，最后暴露出ADP-actin，由于ADP-actin对末端的亲和性小，结果ADP-actin不断从末端解聚脱落，使纤维缩短。微丝的稳定需要结合蛋白。功能：（1）肌肉收缩，以骨骼肌细胞的收缩单位是肌原纤维，肌原纤维由粗肌丝和细肌丝装配形成。细丝3的基本组成成分是肌动蛋白，粗丝的基本组成成分是肌球纤维，二者之间可以滑动造成肌肉收缩。（2）微绒毛，肠上皮细胞微绒毛的轴心微丝是非肌肉细胞中高度有序微丝束的代表，微丝呈同向平行排布，微丝束起微绒毛形状的作用，无收缩功能。(3)细胞运动，如阿米巴原虫，单细胞生物，放在玻璃板上，它们会快速移动不断伸出或收回尾足，尾足的伸缩结构是由微丝来支撑的，微丝的聚合使细胞形成突起，即伸出尾足，突起部分即微丝解聚，其尾足收回。（4）胞质分裂，动物细胞有丝分裂后期微丝构成缢缩环，从而形成两个子细胞（5）应力纤维，真核细胞中广泛存在的微丝束结构。由大量平行排列的微丝组成，应力纤维与细胞间或细胞与基质的粘着有密切关系。应力纤维可能在细胞形态、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用。7微管的组装与功能微管是由微管蛋白装配成的长管状细胞器结构。首先微管蛋白α与微管蛋白β形成二聚体，二聚体聚合形成原丝，短的原丝结合形成片状结构，片状结构围绕起来形成13根原丝构成的管状结构。新的二聚体再不断地加到这一段微管的端点，使之延长。装配快的一端为正极，装配慢的一端为负极。组装过程：每个微管二聚体结合2分子GTP，一份子GTP结合在α-微管蛋白的N位点，不被水解，另一GTP分子分子结合在β-微管的E位点，它不仅可被水解，还可在GDP与GTP之间发生置换。结合GTP的微管蛋白对微管末端的亲和性大，易在其末端聚合。参考刘丽丽的答案。微管结合蛋白结合在微管上，使微管处于稳定结构。功能：（1）维持细胞形态，对于细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持，微管亦起关键作用。（2）细胞内运输，神经轴突运输和鱼色素细胞中色素颗粒的运输是两个最为直观的例证。（3）鞭毛运动和纤毛运动。（4）纺锤体和染色体运动（5）基体和中心粒8与G蛋白偶联的受体的基本特性G蛋白偶联的受体是细胞表面由单条多肽经7次跨膜形成的受体，N端在细胞外，C端在细胞内，受体的氨基酸序列含有7个疏水残基肽段，每段22-24个氨基酸残基，形成7次跨膜α螺旋，其中螺旋5和6之间的胞内环状结构域及C端肽段都具有亲水性，对与G蛋白的相互作用至关重要。这类受体的种类很多，在结构上都很相似，信号分子与受体不是一一对应，受体可以接受几个不同信号分子结合，但是是固定的。9与G蛋白偶联的两个通路（cAMP,磷脂酸肌醇通路）cAMP信号通路：该信号途径涉及的反应链可表示为：激素→G蛋白偶联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖性蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。cAMP信号通路由5种成分组成：（1）激活型激素受体Rs或抑制型激素受体Ri（2）激活型调节蛋白Gs或抑制型调节蛋白Gi（3）腺苷酸环化酶AC（4）蛋白激酶A即PKA（5）环腺苷酸磷酸二酯酶，可降解cAMP，导致细胞内cAMP水平下降，起终止信号的作用。Gs偶联Rs和腺苷酸环化酶，Gs和Rs相互作用激活腺苷酸环化酶活性，提高细胞内cAMP水平。当细胞没有受到激素（胞外信号）刺激，Gs处于异三聚体的非活化态，其α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结合后，导致Rs构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而释放出GDP，结合GTP而活化，α亚基从而与βγ亚基复合物解离，同时α亚基暴露出与腺苷酸环化酶的结合位点；结合着GTP的α亚基与腺苷酸环化酶结合并使之活化，将ATP转化为cAMP；维持十余秒后，α亚基上的GTP酶活性使结合的GTP水解为GDP，α亚基恢复为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性。α亚基与βγ亚基复合体重新结合，使细胞回复到静止状态。如有胞外信号配体与受体结合，以上过程重复进行。Gi偶联Ri和腺苷酸环化酶，Gi和Ri相互作用抑制腺苷酸环化酶活性，降低细胞内c