12级细胞生物学作业

112级细胞生物学作业第一章绪论1目前细胞生物学研究的热点有哪些？你最感兴趣的是什么？答：目前细胞生物学研究的内容一般可分为细胞结构与功能和细胞重要的生命活动两个部分，主要包括有：①生物膜和细胞器;②细胞信号转导;③细胞骨架体系;④细胞核、染色体及基因表达；⑤细胞的增值及其调控；⑥细胞分化及干细胞生物学；⑦细胞死亡；⑧细胞衰老；⑨细胞工程；⑩细胞的起源和进化。目前全球最热门的研究方向是：①细胞周期的调控；②细胞凋亡；③细胞衰老；④信号转导；⑤DNA的损伤修复。其中将细胞信号转导网络作为今后十年的主要研究内容，它是了解细胞增殖、分化、凋亡、衰老及细胞代谢活动的调控机制的重要基础。而我最感兴趣的是细胞衰老的研究。细胞衰老的研究是研究人与动植物体寿命的基础。在细胞成熟与行使功能后，即走向衰老，细胞总体的衰老导致个体的老化。细胞衰老有诸多因素调控，大量实验表明，动物二倍体细胞在体外分裂与传代的次数是有限的，从而推测体内细胞的寿命也会受到分裂次数的限制。围绕着复制性衰老和胁迫诱导性衰老的机制，人们提出了诸如端粒衰老学说和氧化损伤学说，但体内细胞衰老的机制仍知甚少，细胞与个体衰老之间的关系还是一个更深的谜。随着科技的进步，对细胞衰老及个体的衰老的研究也会进一步取得新的成果，而这些成果将对研究衰老过程的本质、老年病的发病机制及老年人的保健问题，为预防老年病的发病和有效治疗提供理论依据，逐步揭示细胞衰老的“真相”。第二章细胞的统一性与多样性（自学为主）1根据你所掌握的知识，如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一概念？答：细胞对于生命的重要性不言而喻，它是细胞有机体形态、结构、生理的基本单位，也是生命功能的基本单位。主要表现在以下几个方面：①一切有机体都有细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位；②细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位；③细胞的分裂、迁移、分化和凋亡是有机体生长与发育的基础；④细胞是繁殖的基本单位，细胞具有遗传的全能性，是遗传的桥梁；⑤细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点，没有细胞就没有完整的生命；⑥细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系，即细胞是物质（结构）、能量与信息2过程精巧结合的综合体，并且细胞是高度有序的，具有自装配与自组织能力的体系。概括而言，细胞是生命活动的基本单位。第三章细胞生物学研究方法1电子显微镜与光学显微镜有什么区别？为什么电子显微镜不能完全代替光学显微镜？答：电子显微镜的基本原理是是电子光学原理，与光学显微镜的完全不同。电子显微镜是用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下聚焦成像，它分辨率和分辨本领远远高于于光学显微镜。但是电子显微镜需要在高度真空条件下工作，且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤，所以很难观察活的生物。而光显微镜可以直接用于观察非染色活细胞的观察。不仅如此，电镜观察对电镜制样技术有很高的要求，在造价上比光学显微镜昂贵，普及难度高，并且适合的工作范围也有很大的限制。综合上述几点，电镜不能完全取代光学显微镜，仍需要和光镜技术相结合。2目前细胞生物学研究技术和手段有哪些？答：一般来说，凡是用来解决细胞生物学问题所采用的方法都属于细胞生物学研究方法。在目前细胞生物学研究常常使用如基因的克隆、表达与DNA的序列测定，研究特异DNA、RNA片段或蛋白质所常用的Southern杂交、Northern杂交和蛋白免疫印迹等实验和技术。一、细胞形态的结构的观察方法①光学显微镜。包括普通复式显微镜、相差显微镜、微分干涉显微镜、荧光显微镜和激光扫描显共焦微镜等；②电子显微镜及主要的电镜制样技术。主要的电镜制样技术包括超薄切片技术、负染色技术、冷冻蚀刻技术、电镜三维重构与低温电镜技术和电镜扫描技术等；③扫描隧道显微镜。二、及其组分的分析方法①离心技术——用于细胞组分；包括密度梯度离心等；②细胞成分的细胞化学显示方法——测定蛋白质、核酸、多糖和脂质等细胞组分，例如福尔根反应可以特异显示紫红色的DNA的分布；③特异蛋白抗原的定位与定性——包括免疫荧光与免疫电镜、免疫印迹、放射免疫沉淀和蛋白质芯片、质谱分析等技术；④细胞内特异核酸的定位和定性——原位杂交技术；⑤定量细胞化学分析与细胞分选技术——常用显微分光光度测定技术和流式细胞术等。3三、细胞培养和细胞工程①细胞培养——动物细胞培养和植物细胞培养；②细胞工程——细胞融合与单克隆抗体技术、显微操作技术和动物细胞的克隆等。四、细胞及生物大分子的动态变化①荧光漂白恢复技术（FPR）；②单分子技术与细胞生命活动；③酵母伤杂交技术；④荧光共振能量转移技术；⑤放射自显影技术。五、模式生物与功能基因组的研究①细胞生物学研究常用的模式生物；②突变体制备技术；③蛋白质组学技术。第四章细胞质膜1生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？答：生物膜的基本结构特征是：①具有极性头部和非极性尾部的磷脂双分子层；②蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或结合在其表面，膜蛋白的分布呈不对称性；③具有一定的流动性，在三维空间上可出现弯曲、折叠。延伸等改变；生物膜的主要生理功能有：①为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；②选择性的物质运输，包括代谢底物的输入和代谢产物的排除，其中伴随着能量的传递；③提供细胞识别位点，并完成细胞内外的信息跨膜传导；④为多种酶提供结合为点，使酶促反应高效而有序的进行；⑤介导细胞与细胞、细胞与胞外基质之间的连接；⑥质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；⑦膜蛋白的异常与某些遗传疾病、恶性肿瘤、自身免疫疾病甚至神经退行性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。2细胞膜的流动性和不对称性如何体现？膜的不对称性有何意义？4答：细胞膜的流动性体现在膜脂分子的运动和膜蛋白的运动，而不对称性表现在膜脂、膜蛋白、糖蛋白和糖脂在细胞膜上呈不对称分布。膜的不对称性具有重要的生理意义，它与膜上的物质运输、细胞间的联系、细胞粘着及细胞识别等有关，是生物膜完成复杂的在时间与空间有序的各种生理活动的保证。名词：膜骨架：膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它从力学上参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。脂筏：脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域。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。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，又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5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：受体介导内吞的基本特点有两个特点：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。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。6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。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。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