细胞生物学第五至第八章作业答案

第五章物质的跨膜运输1物质跨膜运输有哪三种途径？ATP驱动泵可分哪些类型？答：物质跨膜运输有简单扩散、被动运输和主动运输三种途径。ATP驱动泵可分P型泵、V型质子泵和F型质子泵以及ABC超家族，其中P型泵包括Na+—K+泵、Ca+泵和P型H+泵。各种ATP驱动泵的比较：类型运输物质结构与功能特点存在部位P型H+、Na+、K+、Ca+通常有大小两个亚基，大亚基被磷酸化，小亚基调节运输H+泵：存在于植物、真菌和细菌的质膜；Na+/K+泵、Ca+泵、H+/K+泵：存在于哺乳动物胃细胞表层质膜F型H+有多个跨膜亚基，建立H+的电化学梯度，合成ATP细菌的质膜、线粒体内膜、叶绿体的类囊体膜V型H+有多个跨膜亚基，亚基的细胞质部分可将ATP水解，并利用释放的能量将有H+运输到囊泡中形成酸性环境植物、酵母和其他真菌的液泡膜；动物溶酶体和内体的膜；破骨细胞和肾管状细胞等分泌酸性物质的质膜ABC型离子和各种小分子两个膜结构域形成水性通道，两个细胞质ATP结合结构域与ATP水解及物质运输相偶联细菌质膜、哺乳动物的内质网膜和细胞质膜2.简述钠钾泵的结构特点及其转运机制。答：Na+—K+泵位于动物细胞的质膜上，由2个α和2个β亚基组成四聚体。Na+—K+泵的转运机制总结如下：在细胞内侧α亚基与Na+相结合促进ATP水解，α亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起α亚基构象发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α亚基的另一位点结合，使其失去磷酸化，α亚基的构象再次发生变化，将K+泵入细胞，完成整个循环。3、简述葡萄糖载体蛋白的结构特点及其转运机制。答：葡萄糖载体蛋白，简称为GLUT，是一个蛋白质家族，包括十多种葡糖糖转运蛋白，他们具有高度同源的氨基酸序列，都含有12次跨膜的α螺旋。GLUT中多肽跨膜部分主要由疏水性氨基酸残基组成，但有些α螺旋带有Ser、Thr、Asp和Glu残基，他们的侧链可以同葡萄糖羟基形成氢键。葡萄糖载体蛋白的转运机制为：氨基酸残基为形成载体蛋白内部朝内和朝外的葡萄糖结合位点，从而通过构象改变完成葡萄糖的协助扩散。转运方向取决于葡萄糖的浓度梯度，从高浓度向低浓度顺梯度转运。4、举例说明协同运输的机制。答：协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同与反向协同。①同向协同指物质运输方向与离子转移方向相同。如人体及动物体小肠细胞对葡萄糖的吸收就是伴随着Na+的进入，细胞内的Na+离子又被钠钾泵泵出细胞外，细胞内始终保持较低的钠离子浓度，形成电化学梯度。②反向协同物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+以调节细胞内的PH值，即Na+的进入胞内伴随者H+的排出。选做：5、举例说明受体介导的内吞作用。答：受体介导内吞作用大致分为四个基本过程∶①配体与膜受体结合形成一个小窝；②小窝逐渐向内凹陷，然后同质膜脱离形成一个被膜小泡；③被膜小泡的外被很快解聚，形成无被小泡，即初级内体；④初级内体与溶酶体融合，吞噬的物质被溶酶体的酶水解。具有两个特点，即：①配体与受体的结合是特异的，具有选择性；②要形成特殊包被的内吞泡。例如LDL受体蛋白是一个单链的糖蛋白，为单次跨膜蛋白。LDL受体蛋白合成后被运输到细胞质膜，即使没有相应配体的存在，LDL受体蛋白也会在细胞质膜集中浓缩并形成被膜小窝，当血液中有LDL颗粒，可立即与LDL的apoB-100结合形成LDL-受体复合物。一旦LDL与受体结合，就会形成被膜小泡被细胞吞入，接着是网格蛋白解聚，受体回到质膜再利用，而LDL被传送给溶酶体，在溶酶体中蛋白质被降解，胆固醇被释放出来用于质膜的装配，或进入其他代谢途径。名词：载体蛋白：载体蛋白是多回旋折叠的跨膜蛋白质，它与被传递的分子特异结合使其越过质膜。其机制是载体蛋白分子的构象可逆地变化，与被转运分子的亲和力随之改变而将分子传递过去。载体蛋白具有专一性、饱和性两种特性。通道蛋白：是一类横跨细胞膜,能使适宜大小的分子及带电荷的分子通过简单的自由扩散运动,从质膜的一侧转运到另一侧的蛋白质。有离子通道、孔蛋白和水孔蛋白三种类型。胞吞作用：也称入胞作用或内吞作用，质膜凹陷将所摄取的液体或颗粒物质包裹，逐渐成泡，脂双层融合、箍断，形成细胞内的独立小泡，以摄取物质。胞吐作用：胞吐作用是指通过融合蛋白的帮助，运输小泡通过与细胞质膜的融合将内容物释放到细胞外基质的过程。细胞识别：细胞识别是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞的认识。多细胞生物有机体中有三种识别系统：抗原-抗体的识别、酶与底物的识别、细胞间的识别。分子开关：分子开关是指通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。第二信使：第二信使是第一信使作用于靶细胞后在胞浆内产生的信息分子，将获得的信息增强，分化，整合并传递给效应器，使其发挥特定的生理功能或药理效应。第二信使包括：环磷腺苷（cAMP），环磷鸟苷(cGMP)，肌醇磷脂，钙离子，廿碳烯酸类，一氧化氮等。钙调蛋白：钙调蛋白是真核生物细胞中一种能够与钙离子结合的胞质溶胶蛋白。第六章细胞的能量转化――线粒体和叶绿体1、简述线粒体的超微结构和功能。答：线粒体的基本结构由内外两层单位膜分子包裹而成。存在于外膜与内膜之间的空间为膜间隙，内膜之内的空间为基质。外膜：为线粒体最外面一层平滑的单位膜结构，平展，起界膜的作用。外膜的通透性很高，膜上分布有孔蛋白，可根据细胞形态可逆性地开闭；还分布有一些特殊的酶类，使得其能够参与膜磷脂的合成，以及对将在线粒体基质中彻底氧化的物质进行初步分解。外膜的标志酶是单胺氧化酶。内膜：位于外膜内侧的一层单位膜结构。内膜向内折叠延伸形成嵴，大大地增加了内膜的表面积。内膜具有高度不透性，保证了内膜环境的稳定。内膜是氧化磷酸化的关键场所，也是进行电子传递的主要部位。内膜的标志酶是细胞色素酶。膜间隙：膜间隙内的业态介质内含有可溶性酶、底物和辅助因子。膜间隙的标志酶是腺苷酸激酶，其功能为催化ATP分子末端磷酸基团转移到AMP，生成ADP。线粒体基质：基质中含有多种酶类，能够催化多类重要生化反应。基质中还含有DNA、RNA、核糖体以及转录、翻译必需的重要分子。从上述结构特征可知，线粒体的主要功能是高效地将有机物中储存的能量转换为细胞生命所需的直接能源ATP。2、试比较线粒体与叶绿体在基本结构方面的异同。答：比较项目线粒体叶绿体形态特征一般呈颗粒或短线状，为高度动态的细胞器一般呈凹透镜或铁饼状，是一种动态细胞器外膜结构单位膜结构，通透性大，具孔蛋白单位膜结构，通透性大，具孔蛋白内膜结构单位膜结构，具高度不透性单位膜结构，通透性小，增加内膜表面积的方式向内折叠延伸形成嵴类囊体垛叠成基粒基质胶状物质，含有多种酶类，参与重要的生化反应胶状物质，含有多种酶类，参与重要的生化反应能量转换呼吸作用光合作用3、简述叶绿体的结构？光合作用的过程分哪几个步骤？答：叶绿体的结构可以分为3个部分：叶绿体被膜、类囊体和叶绿体基质。叶绿体的被膜结构与线粒体的被膜相似，具双层单位膜结构，分为外膜与内膜，中具膜间隙。外膜，通透性大，含孔蛋白；而内膜通透性小，起通透屏障的作用。类囊体是捕获光能的主要部位，具有不同于其他膜的膜结构，膜脂质双分子层的流动性非常大。叶绿体基质中含有多种酶类、核糖体、植物铁蛋白、淀粉粒等物质，是光合作用固定CO2的主要场所。光合作用由两步反应协同完成，分别称为依赖光的反应（也称光反应）和碳同化反应（也称固碳反应）。光反应包括原初反应和电子传递及光合磷酸化两个步骤，指叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能并将其转化为电能，进而转化为活跃的化学能，形成ATP和NADPH，同时产生O2的一系列反应。光反应在类囊体膜上进行。碳同化反应是指在光反应产物，即ATP和NADPH的驱动下，CO2被还原成糖的分子反应的过程，该过程将活跃的化学能转换为稳定的化学能，在叶绿体基质中进行。选做：4、试比较线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化的异同点。答：比较项目线粒体的氧化磷酸化叶绿体的光合磷酸化主要功能高效地将有机物中储存的能量转换为细胞生命将活动的直接能源ATP。由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联，为碳同化提供直接能源ATP。催化合成ATP的酶ATP合酶CF0-CF1ATP合酶合成ATP的驱动作用机制1对电子在3次跨膜传递过程中将5对H+由基质摄入膜间隙，之后平均每2个H+穿过线粒体ATP合酶驱动生成1个ATP分子。1对电子的2次跨膜传递，导致基质中的3个H+被摄取进入类囊体腔，同时类囊体腔内产生4个H+，此后平均每3个H+穿过叶绿体ATP合酶驱动生成1个ATP分子。氧化磷酸化和光合磷酸化的相同之处在于：ATP的形成都由H+流所驱动；叶绿体的CF1因子与线粒体F1因子都具有催化ADP和Pi形成ATP的作用；两者都需要完整的膜结构；等等。5、由核基因编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是如何运送至线粒体和叶绿体的功能部位上的？答：由核基因编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是运送至线粒体的功能部位过程如下：①蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质：合成的蛋白质前体与胞质蛋白分子伴侣Hsp70结合，并使其保持未折叠或部分折叠状态；其N端具有基质靶向序列，前体蛋白与内外膜接触点附近的输入受体结合，被转运进入输入孔，输入的蛋白进而通过内外膜接触点的输入通道，线粒体的基质分子伴侣Hsp70与输入蛋白结合并水解ATP以驱动基质蛋白的输入。②蛋白质以3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜：途径A：具有N端基质靶向序列的蛋白，在线粒体外膜上利用Tom40作为输入孔道，外膜上Tom22/20作为识别N端基质靶向序列的输入受体，内膜转运蛋白是Tim23/17。途径B：具有N端基质靶向序列和内在疏水结构域的蛋白，其前体先进入基质，基质靶向序列被切割后在装配到内膜上。途径C：缺少N端基质靶向序列但含有被Tom70/Tom22输入受体识别的多个内在靶向序列的蛋白，通过两种膜间隙蛋白的协助在外膜和内膜通道之间转运。③线粒体蛋白通过两条途径从细胞质基质进入到线粒体膜间隙途径A：通过蛋白质内在的靶向序列预定其定位在膜间隙，并且在转运过程中被内膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割，然后释放的蛋白质折叠并与血红素结合。途径B：此途径转运的蛋白通过外膜Tom40输入孔，直接进入膜间隙。而由核基因编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是运送至叶绿体的功能部位过程如下：①定位于叶绿体基质中的蛋白，其前体蛋白（在细胞质中合成的）N端的转运肽仅具有导向基质的序列，引导其穿过叶绿体膜进入基质，由基质中特异的蛋白水解酶切去转运肽成为成熟蛋白。②定位于叶绿体类囊体中的蛋白，其前体蛋白N端的转余台有两个区域，分别引导两步转运，其N端含有导向基质的序列，引导其穿过叶绿体膜上由孔蛋白形成通道进入基质；而C端含有导向类囊体的序列又引导其穿过类囊体膜，进入类囊体腔，因此，它的转运肽经历两次水解，一次在基质内，另一次在类囊体腔中；不是由转运肽决定的，是成熟的捕光色素蛋白在其C端的跨膜区域类囊体导向序列（信导）引导多肽进入类囊体腔中形成成熟蛋白。6、氧化磷酸化偶联机制的化学渗透假说的主要论点是什么？答：氧化磷酸化偶联机制的化学渗透学说的基本观点是：①线粒体的内膜中电子传递与线粒体释放H+是偶联的，即呼吸链在传递电子过程中释放出来的能量不断地将线粒体基质内的H+逆浓度梯度泵出线粒体内膜。②H+不能自由透过线粒体内膜，结果使得线粒体内膜外侧H+浓度增高，基质内H+浓度降低，在线粒体内膜两侧形成一个质子跨膜梯度，线粒体内膜外侧带正电荷，内膜内侧带负电荷。③线粒体外的H+可以通过线粒体内膜上的三分子体顺着H+浓度梯度进入线粒体基质中，这相当于一个特异的质子通道，H+顺浓度梯度方向运动所释放的自由能用于ATP的合成，寡霉素能与OSCP结合，特异阻断这个H+通道，从而抑制ATP合成。④解偶联剂的作用是促进H+被动扩散通过线