细胞生物学简答题整理

1.简述G蛋白偶联受体所介导的信号通路的异同G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类：①激活离子通道；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP为第二信使；③激活磷脂酶C，以IP3和DAG作为双信使激活离子通道：当受体与配体结合被激活后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调控跨膜离子通道的开启和关闭，进而调节靶细胞的活性。激活或抑制腺苷酸环化酸的cAMP信号通路：细胞外信号（激素，第一信使）与相应G蛋白偶联的受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。腺苷环化酶调节胞内cAMP的水平，cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。cAMP信号通路主要是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A(PKA)，激活靶酶开启基因表达，从而表现出不同的效应。蛋白激酶A由2个催化亚基和2个调节亚基组成，cAMP的结合可改变调节亚基的构象，释放催化亚基产生活性。蛋白激酶A被激活后，一方面通过对底物蛋白的磷酸化，引起细胞对胞外信号的快速反应；另一方面，其催化亚基可进入细胞核，磷酸化cAMP应答元件结合蛋白(CREB)的丝氨酸残基。磷酸化的CREB蛋白被激活，它作为基因转录的调节蛋白识别并结合到靶细胞的cAMP应答元件(CRE)启动靶基因的转录，引起细胞缓慢的应答反应。cAMP信号通路中的缓慢反应过程：激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。cAMP是由腺苷酸环化酶(adenylylcyclase，AC)催化合成的，腺苷酸环化酶为跨膜12次的糖蛋白，在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP；细胞内的环腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)可降解cAMP生成5’-AMP，导致细胞内cAMP水平下降。因此，细胞内cAMP的浓度受控于腺苷酸环化酶和PDE的共同作用）。cAMP信号调控系统由质膜上的5种成分组成：刺激型激素受体(Rs)、抑制型激素受体(Ri)、刺激型G蛋白(Gs)、抑制型G蛋白(Gi)、腺苷酸环化酶(E)。Gs和Gi的β、γ亚基相同，而α亚基不同决定了对激素对腺苷酸环化酶的作用不同。Gs的调节作用：当细胞没有受到激素刺激时，Gs处于非活化状态，G蛋白的亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs受体结合后，导致受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，配体－受体复合物与Gs结合，Gs的亚基构象改变，排斥GDP结合GTP，使G蛋白三聚体解离，暴露出的亚基与腺苷酸环化酶结合，使酶活化，催化ATP环化为cAMP。随着GTP水解使亚基恢复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化作用。α亚基与βγ亚基重新组合，使细胞回复到静止状态。Gi的调节作用：Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：当Gi与GTP结合，Gi的α亚基与βγ亚基解离后，一是通过与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；二是通过βγ亚基复合物与游离的Gsα亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。磷脂酰肌醇双信使信号通路：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，通过G蛋白(Gq)激活质膜上的磷脂酶C-β(PLC-β)，使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解为1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)两个第二信使，使细胞外信号转换为胞内信号。IP3通过动员细胞内源钙到细胞质基质中，使胞质中游离Ca2+浓度升高；DAG激活蛋白激酶C(PKC)，活化的PKC使底物蛋白磷酸引起细胞反应。因此该途径又称为“双信使系统”。IP3-Ca2+信号通路IP3是一种水溶性小分子，通过与内质网膜上IP3控制的Ca2+释放通道相结合，将Ca2+释放到细胞质基质中，Ca2+可活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应。胞质中高浓度的游离Ca2+由质膜和内质网膜上的钙泵转移到细胞外或内质网中。DAG-PKC信号通路二酰基甘油(DAG)可活化与质膜结合的蛋白激酶C(PKC)。PKC有两个功能区，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。在未受到刺激的细胞中，PKC主要分布在细胞溶质中，呈非活性构象。细胞受到刺激时，PIP2水解，质膜上DAG积累，细胞溶质中Ca2+浓度升高，使细胞溶质中PKC转位到质膜内表面，在质膜上PKC受Ca2+、DAG和磷脂酰丝氨酸(PS)共同作用而激活，磷酸化底物蛋白的Ser/Thr。PKC可通过至少两条通路增强基因的转录：一是PKC活化一条蛋白激酶的级联反应，导致与DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化和激活，进而增强特殊基因的转录；二是PKC磷酸化与基因调节蛋白结合的抑制蛋白，使细胞质中的基因调节蛋白从抑制状态下释放出来，进入细胞核，刺激特定基因转录。2.胞质中动力蛋白、驱动蛋白在结构与功能上的异同驱动蛋白(kinesins)：结构：驱动蛋白是由两条相同的重链和两条相同的轻链构成的四聚体；有一对球形的头，与微管结合并具有水解ATP为驱动蛋白移动提供能量；有一个扇形的尾，是货物结合部位；头部通过颈部、螺旋状的α螺旋杆部与扇形尾部相连。功能：大多数驱动蛋白的马达结构域位于N端，驱动物质沿微管从微管(-)端向微管(+)端运行；细胞中负责GC→PM的膜泡运输；神经细胞中负责向神经轴突末梢的正向运输；部分驱动蛋白的马达结构域位于重链的C端，驱动物质从微管(+)端向(-)端运行，如ER→GC；每一步长度大约为8nm，正好是一个αβ微管二聚体的长度；移动的速度与ATP的浓度有关，速度高时，可达到每秒900nm。动力蛋白(dyneins)：结构：含2条或3条重链构成的球形头部（含有马达结构域），多条轻链构成的尾部，还有一些中间链介于重链和轻链间。动力蛋白的马达结构域位于重链的C端，轴丝动力蛋白具有3个头部马达结构域，胞质动力蛋白具有2个头部马达结构域。与胞质动力蛋白相结合的动力蛋白激活复合体，介导胞质动力蛋白与“货物”间的结合。功能：动力蛋白沿微管从微管(+)端向微管(-)端运行；运输小泡和膜结合细胞器向细胞中心运输(PM→GC，ER→GC)；与染色体着丝点上动粒和有丝分裂纺锤体的共定位密切相关，也是细胞分裂后期染色体分离动力的来源。两种马达蛋白都是单方向运输物质，驱动蛋白：从(-)端向(+)端的运输，动力蛋白：从(+)端向(-)端运输；运输方式为逐步行进，驱动力是ATP，每消耗一分子ATP行进一步。3.试述caspase在细胞凋亡中外源途径及内源途径的异同Caspase依赖性的细胞凋亡主要通过两条途径引发：细胞表面死亡受体起始的外源途径和线粒体起始的内源途径。细胞表面死亡受体介导的外源性细胞凋亡：死亡受体介导的细胞凋亡起始于死亡配体与受体的结合。死亡配体主要是肿瘤坏死因子(TNF)超家族成员；死亡受体为跨膜蛋白，TNF-R1和Fas(Apo-1,CD95)是死亡受体家族的代表成员，其胞外具有半胱氨酸富集的重复区，胞内具有死亡结构域(deathdomain，DD)。配体与受体结合，受体构象改变发生聚合，聚合的Fas受体通过胞内死亡结构域(DD)招募同样具有死亡结构域的接头蛋白FADD和Caspase-8酶原，形成死亡诱导信号复合物DISC(deathinducingsignalingcomplex)。Caspase-8酶原在复合物中通过自身切割而被激活，进而切割执行者Caspase-3酶原，产生有活性的Caspase-3，导致细胞凋亡。Caspase-8还通过切割Bcl-2家族成员Bid将凋亡信号传递给线粒体，引发凋亡的内源途径，使凋亡信号进一步扩大。线粒体起始的内源性细胞凋亡：当细胞受到内部或外部的死亡信号刺激时，细胞色素c从线粒体释放到胞质作为通路的起始，释放的细胞色素c与胞质中的Apaf-1(apoptosisproteaseactivatingfactor)结合。Apaf-1的N端具有Caspase募集结构域(CARD)，它与细胞色素c结合后发生自身聚合，并进一步通过CARD结构域招募细胞质中的Caspase-9酶原，形成大的凋亡复合体(apoptosome)。Caspase-9酶原在凋亡复合体中发生自身切割而活化，活化的Caspase-9再进一步激活执行者Caspase-3和Caspase-7酶原，引起细胞凋亡。线粒体外膜释放通透性的改变主要受到Bcl-2(B-celllymphomagene2)家族的调控。Bcl-2家族成员可分为3个亚族：Bcl-2亚族，包括bcl-2、bcl-xl、Bcl-w等可通过抑制线粒体释放Cytc，进而抑制细胞凋亡；Bax亚族，包括Bax、Bak等通过改变线粒体膜透性促使Cytc的释放，促进细胞凋亡；BH3亚族，包括Bad、Bid、Bik等充当细胞内凋亡信号的“感受器”，促进细胞凋亡。细胞接受凋亡信号后，促凋亡因子Bax和Bak发生寡聚化，从细胞质中转移到线粒体外膜上，并与膜上的电压依赖性阴离子通道相互作用，促进cytc释放从而引起细胞凋亡。凋亡抑制因子Bcl-2和Bcl-xl能与Bax/Bak形成异二聚体，通过抑制Bax和Bak的寡聚化来抑制线粒体膜通道的开启。4.溶酶体的发生初级溶酶体是在高尔基体的反面以出芽的形式形成，形成过程如下：rER合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高尔基体顺面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→在N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶和N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶作用下溶酶体水解酶形成M6P→与反面膜囊上的M6P受体结合→通过网格蛋白包装成有被囊泡出芽→脱去网格蛋白后与晚期胞内体融合→胞内体pH降低使水解酶与M6P受体脱离并去磷酸后形成转运泡，经成熟后形成成熟的溶酶体。溶酶体的形成可能存在多条途径。依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外。在细胞质膜上也存在依赖钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的perforin和granzyme)。5.举例说明CDK激酶在细胞周期是如何实现调控的在细胞周期的后期逐渐合成、至周期的中间阶段突然消失的周期性存在蛋白，成为细胞周期蛋白。细胞周期蛋白可分为3类：S期周期蛋白，M期周期蛋白，G1期周期蛋白。S期周期蛋白为cyclinA，在S期开始表达，到中期时开始消失；M期周期蛋白为cyclinB，在S期开始表达，在G2/M期到达峰值，中期到后期转换时消失。G1期周期蛋白在脊椎动物中位cyclinC、D、E，在酵母中为Cln1、Cln2、Cln3，他们在G1期开始表达，进入S期后消失。能与细胞周期蛋白结合并将周期蛋白作为其调节亚单位、进而表现出蛋白激酶活性的蛋白统称为细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶，简称为CDK激酶。细胞由G1期向S期转化主要受G1期CDK激酶控制。哺乳动物细胞中，与G1期细胞周期蛋白结合的CDK激酶主要包括CDK2、CDK4和CDK6。cyclinD主要与CDK4和CDK6结合并调节后者活性；cyclinA常被划分为M期周期蛋白，但它也可与CDK2结合使后者表现激酶活性，说明cyclinA可能参与调控G1/S期转化过程。cyclinE在G1/S期与CDK2结合，呈现CDK2的激酶活性促进细胞进入S期。G2/M期主要受CDK1激酶调控，CDK1激酶即MPF,或P34cdc2蛋白和细胞周期蛋白cyclinB组成。CDK1蛋白本身不具有蛋白激酶的活性。当cyclinA/B含量积累到一定值时，两者相互结合成复合体，结合cyclin的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化，并被CDK激活激酶将Thr161磷酸化。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK1的Thr14和Tyr15去磷酸化，其激酶活性才能表现出来。在G2/M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。在M期，当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子APC，将泛素连接在cycliA和cyclinB上