细胞生物学思考题(含答案)

1.思考题第一章细胞概述1.胡克和列文虎克发现细胞的动机是不同的，你对此有何感想?答：胡克当时的目的只是想弄清楚为什么软木塞吸水后能够膨胀，并且能够堵塞住暖水瓶中的气体溢出而保温。列文虎克是为了保证售出的布匹质量，用显微镜检查布匹是否发霉。正是由于他们的观察力和对自然现象的好奇心，以及对事业的责任感才导致细胞的发现。2.证明最早的遗传物质是RNA而不是DNA的证据是什么?答：核酶的发现。所谓核酶就是具有催化活性的RNA分子。3.举例说明细胞的形态与功能相适应。答：细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点。如红细胞呈扁圆形的结构，有利于O2和CO2的交换;高等动物的卵细胞和精细胞不仅在形态、而且在大小方面都是截然不同的，这种不同与它们各自的功能相适应。卵细胞之所以既大又圆，是因为卵细胞受精之后，要为受精卵提供早期发育所需的信息和相应的物质，这样，卵细胞除了带有一套完整的基因组外，还有很多预先合成的mRNA和蛋白质，所以体积就大;而圆形的表面是便于与精细胞结合。精细胞的形态是既细又长，这也是与它的功能相适应的。精细胞对后代的责任仅是提供一套基因组，所以它显得很轻装;至于精细胞的细尾巴则是为了运动寻靶，尖尖的头部，是为了更容易将它携带的遗传物质注入卵细胞。4.真核细胞的体积一般是原核细胞的1000倍，真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题?答：出现了特化的内膜系统，这样，体积增大了，表面积也大大增加，并使细胞内部结构区室化，一些重要分子的浓度并没有被稀释。5.相邻水分子间的关系是靠氢键维系的，这种氢键赋予水分子哪些独特的性质，对于生活细胞有什么重要性?答：首先，氢键能够吸收较多的热能，将氢键打断需要较高的温度，所以氢键可维持细胞温度的相对稳定。第二是相邻水分子间形成的氢键使水分子具有一定的粘性，这样使水具有较高的表面密度。第三，水分子间的氢键可以提高水的沸点，这样使它不易从细胞中挥发掉。8.蛋白质的糖基化对蛋白质的理化性质有哪些影响?答：①溶解度。糖基化往往使蛋白质在水中的溶解度增大。但是，若糖链增长到一定程度，由于相对分子质量增大和形成高级结构，亦会出现憎水性增加的现象。②电荷。氨基糖解离后，应带正电荷。但是，天然存在的氨基糖的氨基都被N-乙酰基取代，实际上相当于中性糖。许多糖链上有唾液酸，或糖醛酸，解离后带负电荷。所以，糖基化可能使蛋白质增加许多负电荷。9.组成蛋白质的基本构件只是20种氨基酸。为什么蛋白质却具有如此广泛的功能?答：根本原因是蛋白质具有几乎无限的形态结构，因此蛋白质仅仅是一类分子的总称。换句话说，蛋白质之所以有如此广泛的作用，是因为蛋白质具有各种不同的结构，特别是在蛋白质高级结构中具有不同的结构域，而这种不同的空间构型使得蛋白质能够有选择地同其它分子进行相互作用，这就是蛋白质结构决定功能的特异性。正是由于蛋白质具有如此广泛不同特异性才维持了生命的高度有序性和复杂性。10.为什么解决生命科学的问题不能仅靠分子生物学而要靠细胞生物学?答：在生命活动中，随着细胞周期的进行和细胞代谢状态的不同，各种反应复合物，包括细胞器乃至整个细胞要不断进行组装和去组装。因此，细胞生命活动的基础是细胞组装活动，而这些组装活动又不能简单地归结于分子水平的活动，这就是为什么不能仅靠分子生物学而要靠细胞生物学解决生命科学问题的缘由。11.请简述病毒的生活史。答：病毒的生活史分为5个基本过程:吸附(absorption):病毒对细胞的感染起始于病毒蛋白外壳同宿主细胞表面特殊的受体结合，受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特异性。侵入(penetration):病毒吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。病毒感染细菌时，用酶将细菌的细胞壁穿孔后注入病毒核酸；对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，病毒完全被吞入。复制(replication):病毒核酸进入细胞后有两种去向，一是病毒的遗传物质整合到宿主的基因组中，形成溶原性病毒；第二种情况是病毒DNA(或RNA)利用宿主的酶系进行复制和表达。成熟(maturation):一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒。释放(release):病毒颗粒装配之后，它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。12.我国细胞生物学的发展战略的主要内容是什么？答：主要包括以下13个方面：1）细胞的结构与机能研究内容包括细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体等细胞结构和功能的研究,侧重于信号的跨膜转导、蛋白质通道和穿膜机制、大分子的修饰、分选、定向运输、内吞、外吐的机理、核孔复合物如何调节核-质之间的运输等。2）染色体的结构及其基因表达调控研究内容包括人类及水稻基因组计划,这对优良品种的选育、基因工程、人类遗传病的基因诊断及治疗有重要意义。染色体蛋白质与染色体骨架、染色体结构与基因表达调控之间的关系。染色体的构建及其高级结构。染色体步移复制、染色体的特化区域（如动粒、端粒、着丝粒、核仁组织者区等）的结构与功能。3)细胞骨架及核骨架系统细胞骨架的研究内容包括:微管、微管结合蛋白及马达分子的机能；微丝、微丝结合蛋白及其与信号传递、物质传送、蛋白质合成的关系；中间纤维的结构、功能及其与细胞分化及进化的关系；细胞核骨架侧重研究核基质与核纤层、MAR与核骨架结合蛋白的机能；染色体骨架与染色体包装和功能的关系等。4)胞外基质研究作为细胞外基质支架的胶原与弹性蛋白及其与某些胶原性疾病和衰老间的关系。非胶原糖蛋白在细胞增殖、分化、癌转移等方面的作用。氨基聚糖和蛋白聚糖是膜的整合成份与辅助受体,它们与心血管病及老年病的关系。细胞外基质受体的活化与信号识别、信号转导的关系等.5)细胞周期调控这是近年来发展迅速的领域之一,包括对已克隆的周期蛋白依赖性蛋白激酶及周期蛋白的功能研究、克隆这两个基因家族新成员并确定其功能、研究其调节网络,包括对癌基因、抑癌基因及CKI的研究与细胞衰老、凋亡和癌变的关系，以及泛素、PKC、PKA、Ca2+、MAPK与细胞周期调控的关系等。6)细胞分化、衰老、死亡及相关基因的研究研究的重点是分离细胞分化的关键基因；研究分化与癌变的关系；p53与细胞增殖、分化、癌变、逆转的关系；同源异型基因的研究；分化中基因群的相互作用；细胞衰老与原癌基因、抑癌基因及衰老相关基因；端粒与衰老的关系等。7)细胞信号转导细胞与细胞之间的信息传递机制是相当复杂的,细胞因子、激素与受体以及细胞内第二信使共同组成传递信息的网络,并依此对细胞周围环境发生应答。这实际上是一种细胞调节,如果这种调节失常,就会造成疾病。研究重点是信号分子的结构与机能、信号分子与受体相互作用机理、受体与原初反应。8)细胞社会学(cellsociology)细胞社会学是从系统论的观点出发，研究细胞整体和细胞群体中细胞间的社会行为(包括细胞间识别、通讯、集合和相互作用等)，以及整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡等活动的调节控制。胚胎发育中的许多问题（如图式形成、胚层分化、形态发生运动、组织分化、器官形成和再生等）都需要从细胞群的特性和社会行为方面进行研究。细胞社会学就是在体外研究细胞的社会行为，用人工的细胞组合研究不同发育时期的相同细胞或不同细胞的行为;研究细胞之间的识别、粘连、通讯以及由此产生的相互作用、作用本质、以及对形态发生的影响等。9)细胞结构体系的组装及细胞工程主要研究生物大分子如何逐级组装并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系。细胞是一个高度有组织有秩序而又瞬息万变的体系,应用分析与综合的思维方法,人为拆卸、组装不同层次的细胞结构,研究其机能，将为细胞生物学的发展起到巨大的推动作用。10)生殖有关的细胞生物学问题生殖是生物世代交替的中心环节。生殖生物学对促进生物的繁殖、野生濒危动、植物的挽救和控制人口膨胀及优生优育方面均有重要意义。优先发展领域侧重于精子发生过程中与增殖、分化、变态有关的基因表达、基因克隆及其功能的研究。精子顶体反应的分子机理、精卵一级识别和二级识别的体外受精机理。胚胎植入启动分子机理及其信号转导。细胞粘附、迁移和侵入与着床进程中粘附因子、细胞外基质(ECM)和金属蛋白酶之间的相互作用等。11)肿瘤的细胞生物学癌是一种分子病,是通过体外物理、化学、生物因素的影响及机体本身遗传基础,原癌基因的激活、过表达,抑癌基因的缺失、突变及调控异常等多种因素所诱发的。肿瘤细胞生物学的研究应集中于以下领域:肿瘤细胞结构、显微及亚显微结构水平及分子水平的癌的早期诊断。细胞周期因子的调节失控、细胞凋亡的失控、信号转导系统的障碍、肿瘤细胞的侵袭和转移的机理、肿瘤细胞标志的确定、基因治疗、肿瘤病因及癌变机理的研究。12)进化细胞生物学进化细胞生物学是介于进化生物学、细胞生物学、分子生物学、原生生物学与物种生物学之间的一门新兴交叉学科。在弄清真核细胞的起源与进化的基础上从进化的角度考察细胞生物学中一切重要的问题,侧重于从进化细胞生物学的角度进一步探讨结构与生命活动的进化关系,还包括新的有代表性生物的发现与研究,有关基因序列测定和比较研究等。13)植物细胞工程(cellengineering)植物细胞工程是植物生物技术的重要组成部分。在资源缺乏的新世纪中将发挥极为重要的作用,如对作物遗传性的改良、植物细胞体外培养生产贵重的代谢产物等。同时应对一些重要的基础问题应进行深入的研究,如分化过程中特异基因时空协同表达调控。克隆有关的重要基因并研究其表达及植物细胞工程关键高新技术问题。第二章细胞生物学研究方法1．举例（3～5个）说明研究方法的突破对细胞生物学发展的推动作用。答：①细胞培养技术，…②离心分离技术，…③流式细胞分离技术，…④基因敲除技术，…⑤干细胞培养技术，…⑥……2．为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一？3．用什么方法追踪活细胞中蛋白质合成与分泌过程？包括哪几个步骤？答：追踪活细胞中某种蛋白质合成与分泌的过程一般采用同位素示踪技术。其基本步骤是：①将放射性同位素标记的氨基酸(3H－亮氨酸)加到细胞培养基中，在很短时间内使这些与未标记的相应氨基酸化学性质相同的标记分子进入细胞(称为脉冲标记)；②除去培养液并洗涤细胞，再换以未标记氨基酸的培养基培养细胞，已进入细胞的标记氨基酸将被蛋白质合成系统作为原料加以利用，掺入到某种新合成的蛋白质中；③每隔一定时间取出一定数量的细胞，利用电镜放射自显影技术探查被标记的特定蛋白质在不同时间所处的位置。通过比较不同时间细胞取样的电镜照片就可以了解细胞中蛋白质合成及分泌的动态过程。4.图2-3的解释。答：两个儿童共同振动一根绳子产生的波动类似于光子光子和电子形成的波，以此说明物体的大小对波的干扰。(a)两个儿童振动绳子产生的特征波长;(b)向绳子波中扔进一个球或一个物体，如果扔进物体的直径与绳子波长相近，就会干扰绳子波的移动;(3)如果扔进一个垒球或其他物体比绳子波长小得多，对绳子波的移动只有很小或没有干扰;(d)如果将绳子快速振动，波长就会大大缩短;(e)此时扔进垒球就会干扰绳子波的移动。5．为什么电子显微镜需要真空系统(vacuumsystem)?答：由于电子在空气中行进的速度很慢，所以必须由真空系统保持电镜的真空度，否则，空气中的分子会阻挠电子束的发射而不能成像。用两种类型的真空泵串连起来获得电子显微镜镜筒中的真空，当电子显微镜启动时，第一级旋转式真空泵(rotarypump)获得低真空，作为二级泵的预真空；第二级采用油扩散泵(oildiffusionpump)获得高真空。6．什么是相位和相差?答：所谓相位是光波在前进时，电振动呈现的交替的波形变化。由于光是电磁波，其电振动与磁振动垂直，又与波的传播方向垂直，导致了传播时波形的变化。同一种光波通过折射率不同的物质时，光的相位就会发生变化，波长和振幅也会发生变化。所谓相差是指两束光波在某一位置时，由于波峰和波谷不一致，即存在着相位上的差异，叫