細(xì)胞生物學(xué)1-5章問(wèn)答題.doc

一、 細(xì)胞概述 1. 胡克和列文虎克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的動(dòng)機(jī)是不同的， 你對(duì)此有何感想?（答案） 答：胡克當(dāng)時(shí)的目的只是想弄清楚為什么軟木塞吸水后能夠膨脹，并且能夠堵塞住暖水瓶中的氣體溢出而保溫。列文虎克是為了保證售出的布匹質(zhì)量，用顯微鏡檢查布匹是否發(fā)霉。正是由于他們的觀察力和對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心， 以及對(duì)事業(yè)的責(zé)任感才導(dǎo)致細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)。 2. 為什么恩格斯對(duì)細(xì)胞學(xué)說(shuō)給予與此高的評(píng)價(jià)?（答案） 答：因?yàn)榧?xì)胞學(xué)說(shuō)的提出解決了生命的共同起源， 即生命的同一性問(wèn)題。 3. 如何理解人才、理論和技術(shù)在科技發(fā)展中的作用?（答案） 答：從細(xì)胞的發(fā)展史可看出: 人才是關(guān)鍵，是原動(dòng)力， 理論是指導(dǎo)， 指引方向， 技術(shù)是突破點(diǎn)。 4. 證明最早的遺傳物質(zhì)是RNA而不是DNA的證據(jù)是什么?（答案） 答：核酶的發(fā)現(xiàn)。所謂核酶就是具有催化活性的RNA分子。 5. 舉例說(shuō)明細(xì)胞的形態(tài)與功能相適應(yīng)。（答案） 答：細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性與一致性是很多細(xì)胞的共同特點(diǎn)。如紅細(xì)胞呈扁圓形的結(jié)構(gòu)，有利于O2和CO2的交換;高等動(dòng)物的卵細(xì)胞和精細(xì)胞不僅在形態(tài)、而且在大小方面都是截然不同的，這種不同與它們各自的功能相適應(yīng)。卵細(xì)胞之所以既大又圓，是因?yàn)槁鸭?xì)胞受精之后， 要為受精卵提供早期發(fā)育所需的信息和相應(yīng)的物質(zhì)， 這樣， 卵細(xì)胞除了帶有一套完整的基因組外，還有很多預(yù)先合成的mRNA和蛋白質(zhì)， 所以體積就大; 而圓形的表面是便于與精細(xì)胞結(jié)合。精細(xì)胞的形態(tài)是既細(xì)又長(zhǎng)， 這也是與它的功能相適應(yīng)的。精細(xì)胞對(duì)后代的責(zé)任僅是提供一套基因組，所以它顯得很輕裝; 至于精細(xì)胞的細(xì)尾巴則是為了運(yùn)動(dòng)尋靶，尖尖的頭部，是為了更容易將它攜帶的遺傳物質(zhì)注入卵細(xì)胞。 6. 真核細(xì)胞的體積一般是原核細(xì)胞的1000倍，真核細(xì)胞如何解決細(xì)胞內(nèi)重要分子的濃度問(wèn)題?（答案） 答：出現(xiàn)了特化的內(nèi)膜系統(tǒng)，這樣，體積增大了，表面積也大大增加， 并使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)室化，一些重要分子的濃度并沒(méi)有被稀釋。 7. 相鄰水分子間的關(guān)系是靠氫鍵維系的， 這種氫鍵賦予水分子哪些獨(dú)特的性質(zhì)， 對(duì)于生活細(xì)胞有什么重要性?（答案） 答：首先，氫鍵能夠吸收較多的熱能，將氫鍵打斷需要較高的溫度，所以氫鍵可維持細(xì)胞溫度的相對(duì)穩(wěn)定。第二是相鄰水分子間形成的氫鍵使水分子具有一定的粘性，這樣使水具有較高的表面密度。第三，水分子間的氫鍵可以提高水的沸點(diǎn)，這樣使它不易從細(xì)胞中揮發(fā)掉。 8. 蛋白質(zhì)的糖基化對(duì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)有哪些影響?（答案） 答：溶解度。糖基化往往使蛋白質(zhì)在水中的溶解度增大。但是，若糖鏈增長(zhǎng)到一定程度，由于相對(duì)分子質(zhì)量增大和形成高級(jí)結(jié)構(gòu)，亦會(huì)出現(xiàn)憎水性增加的現(xiàn)象。電荷。氨基糖解離后，應(yīng)帶正電荷。但是，天然存在的氨基糖的氨基都被N-乙?；〈?，實(shí)際上相當(dāng)于中性糖。許多糖鏈上有唾液酸，或糖醛酸，解離后帶負(fù)電荷。所以，糖基化可能使蛋白質(zhì)增加許多負(fù)電荷。 9. 組成蛋白質(zhì)的基本構(gòu)件只是20種氨基酸。為什么蛋白質(zhì)卻具有如此廣泛的功能? （答案） 答：根本原因是蛋白質(zhì)具有幾乎無(wú)限的形態(tài)結(jié)構(gòu)，因此蛋白質(zhì)僅僅是一類分子的總稱。換句話說(shuō)，蛋白質(zhì)之所以有如此廣泛的作用，是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)具有各種不同的結(jié)構(gòu)，特別是在蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中具有不同的結(jié)構(gòu)域，而這種不同的空間構(gòu)型使得蛋白質(zhì)能夠有選擇地同其它分子進(jìn)行相互作用，這就是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定功能的特異性。正是由于蛋白質(zhì)具有如此廣泛不同特異性才維持了生命的高度有序性和復(fù)雜性。 10.為什么解決生命科學(xué)的問(wèn)題不能僅靠分子生物學(xué)而要靠細(xì)胞生物學(xué)?（答案） 答：在生命活動(dòng)中，隨著細(xì)胞周期的進(jìn)行和細(xì)胞代謝狀態(tài)的不同，各種反應(yīng)復(fù)合物，包括細(xì)胞器乃至整個(gè)細(xì)胞要不斷進(jìn)行組裝和去組裝。因此，細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)是細(xì)胞組裝活動(dòng)，而這些組裝活動(dòng)又不能簡(jiǎn)單地歸結(jié)于分子水平的活動(dòng)，這就是為什么不能僅靠分子生物學(xué)而要靠細(xì)胞生物學(xué)解決生命科學(xué)問(wèn)題的緣由。 11.請(qǐng)簡(jiǎn)述病毒的生活史（答案） 答：病毒的生活史分為5個(gè)基本過(guò)程: 吸附(absorption): 病毒對(duì)細(xì)胞的感染起始于病毒蛋白外殼同宿主細(xì)胞表面特殊的受體結(jié)合，受體分子是宿主細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特異性。 侵入(penetration): 病毒吸附到宿主細(xì)胞表面之后，將它的核酸注入到宿主細(xì)胞內(nèi)。病毒感染細(xì)菌時(shí)，用酶將細(xì)菌的細(xì)胞壁穿孔后注入病毒核酸；對(duì)動(dòng)物細(xì)胞的感染，則是通過(guò)胞吞作用，病毒完全被吞入。 復(fù)制(replication): 病毒核酸進(jìn)入細(xì)胞后有兩種去向，一是病毒的遺傳物質(zhì)整合到宿主的基因組中，形成溶原性病毒；第二種情況是病毒DNA(或RNA)利用宿主的酶系進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)。 成熟(maturation): 一旦病毒的基因進(jìn)行表達(dá)就可合成病毒裝配所需的外殼蛋白，并將病毒的遺傳物質(zhì)包裹起來(lái)，形成成熟的病毒顆粒。 釋放(release): 病毒顆粒裝配之后，它們就可從被感染的細(xì)胞中釋放出來(lái)進(jìn)入細(xì)胞外，并感染新的細(xì)胞。有些病毒釋放時(shí)要將被感染的細(xì)胞裂解，有些則是通過(guò)分泌的方式進(jìn)入到細(xì)胞外。 二、細(xì)胞生物學(xué)研究方法 1. 圖2-3的解釋（答案） 答：兩個(gè)兒童共同振動(dòng)一根繩子產(chǎn)生的波動(dòng)類似于光子光子和電子形成的波，以此說(shuō)明物體的大小對(duì)波的干擾。(a)兩個(gè)兒童振動(dòng)繩子產(chǎn)生的特征波長(zhǎng);(b)向繩子波中扔進(jìn)一個(gè)球或一個(gè)物體，如果扔進(jìn)物體的直徑與繩子波長(zhǎng)相近，就會(huì)干擾繩子波的移動(dòng);(3)如果扔進(jìn)一個(gè)壘球或其他物體比繩子波長(zhǎng)小得多，對(duì)繩子波的移動(dòng)只有很小或沒(méi)有干擾;(d)如果將繩子快速振動(dòng)，波長(zhǎng)就會(huì)大大縮短;(e)此時(shí)扔進(jìn)壘球就會(huì)干擾繩子波的移動(dòng)。 2. 為什么電子顯微鏡需要真空系統(tǒng)(vacuum system)?（答案） 答：由于電子在空氣中行進(jìn)的速度很慢，所以必須由真空系統(tǒng)保持電鏡的真空度，否則，空氣中的分子會(huì)阻撓電子束的發(fā)射而不能成像。用兩種類型的真空泵串連起來(lái)獲得電子顯微鏡鏡筒中的真空，當(dāng)電子顯微鏡啟動(dòng)時(shí)，第一級(jí)旋轉(zhuǎn)式真空泵(rotary pump)獲得低真空，作為二級(jí)泵的預(yù)真空；第二級(jí)采用油擴(kuò)散泵(oil diffusion pump)獲得高真空。 3. 什么是相位和相差?（答案） 答：所謂相位是光波在前進(jìn)時(shí)，電振動(dòng)呈現(xiàn)的交替的波形變化。由于光是電磁波，其電振動(dòng)與磁振動(dòng)垂直，又與波的傳播方向垂直，導(dǎo)致了傳播時(shí)波形的變化。同一種光波通過(guò)折射率不同的物質(zhì)時(shí)，光的相位就會(huì)發(fā)生變化，波長(zhǎng)和振幅也會(huì)發(fā)生變化。所謂相差是指兩束光波在某一位置時(shí)，由于波峰和波谷不一致，即存在著相位上的差異，叫相差。同一種光通過(guò)細(xì)胞時(shí)，由于細(xì)胞不同部分的折射率不同，通過(guò)細(xì)胞的光線比未通過(guò)細(xì)胞的光線相位落后，而通過(guò)細(xì)胞核的光線比通過(guò)細(xì)胞其他部位的相位落后， 這就是相位差。 4. 與光鏡相比， 用于電子顯微鏡的組織固定有什么特殊的要求?（答案） 答：比光鏡的要求更高。首先是樣品要薄，這是因?yàn)殡娮拥拇┩改芰κ钟邢?，即使?00200kV高壓，電子穿透厚度僅為1m。通常把樣品制成50100nm厚的薄片(一個(gè)細(xì)胞切成100200片)，稱超薄切片(ultrathin section)。其次是要求很好地保持樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，特別是在組織固定時(shí)要求既要終止細(xì)胞生命，又不破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。第三是要求樣品要具有一定的反差。電子顯微鏡的樣品切片最后被放置在載網(wǎng)上而不是玻片上。 5. 什么是細(xì)胞分選？基本原理是什么？（答案） 答：用流式細(xì)胞計(jì)將特定的細(xì)胞分選分選出來(lái)的技術(shù)， 分選前， 細(xì)胞要被戴上特殊的標(biāo)記。所用的標(biāo)記細(xì)胞的探針是能夠同待分選細(xì)胞表面特征性蛋白(抗原)結(jié)合的抗體，而這種抗體又能夠同某種熒光染料結(jié)合。當(dāng)結(jié)合有熒光染料的探針與細(xì)胞群溫育時(shí)，探針就會(huì)同具有特異表面抗原的細(xì)胞緊緊結(jié)合，由于抗體的結(jié)合，被結(jié)合的細(xì)胞帶上了熒光標(biāo)記。細(xì)胞被標(biāo)記之后，除去游離的抗體，并將細(xì)胞進(jìn)行稀釋。當(dāng)稀釋的細(xì)胞進(jìn)入超聲波振蕩器時(shí)，極稀的細(xì)胞懸浮液形成很小的液滴，一個(gè)液滴中只含有一個(gè)細(xì)胞。液滴一旦形成并通過(guò)激光束時(shí)，激光束激發(fā)結(jié)合在細(xì)胞表面抗體分子成為一種標(biāo)簽。當(dāng)液滴逐個(gè)通過(guò)激光束時(shí)，受到兩種檢測(cè)器的檢測(cè):如果液滴中含有細(xì)胞就會(huì)激活干涉檢測(cè)器(interference detector)，只有帶有熒光標(biāo)記細(xì)胞的液滴才會(huì)激活熒光檢測(cè)器(fluorescence detector)。當(dāng)帶有熒光標(biāo)記的液滴通過(guò)激光束時(shí)，將兩種檢測(cè)器同時(shí)激活，引起液滴充電信號(hào)使鞘液帶上負(fù)電荷。由于液滴帶有負(fù)電荷，移動(dòng)時(shí)就會(huì)向正極移動(dòng)，進(jìn)入到熒光標(biāo)記細(xì)胞收集器中。如果是含有非熒光標(biāo)記細(xì)胞的液滴進(jìn)入激光束，只會(huì)被干涉檢測(cè)器檢測(cè)到，結(jié)果使充電信號(hào)將液滴的鞘液帶上正電荷，從而在移動(dòng)時(shí)偏向負(fù)極，被非熒光標(biāo)記細(xì)胞收集器所收集。如果是不含有細(xì)胞的液滴進(jìn)入激光束，則不會(huì)被任何檢測(cè)器所檢測(cè)，因而不會(huì)產(chǎn)生充電信號(hào)，液滴的鞘液不會(huì)帶上任何電荷，所以在移動(dòng)時(shí)不受任何影響直接進(jìn)入非檢測(cè)的收集器。 6. 什么是細(xì)胞培養(yǎng)， 應(yīng)注意哪些問(wèn)題?（答案） 答：在體外模擬體內(nèi)的生理環(huán)境，培養(yǎng)從機(jī)體中取出的細(xì)胞，并使之生存和生長(zhǎng)的技術(shù)為細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是細(xì)胞生物學(xué)研究方法中最有價(jià)值的技術(shù)，通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)可以獲得大量的細(xì)胞，也可通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)研究細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞的合成代謝等。細(xì)胞培養(yǎng)的突出特點(diǎn)是在離體條件下觀察和研究細(xì)胞生命活動(dòng)的規(guī)律。培養(yǎng)中的細(xì)胞不受體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，人為改變培養(yǎng)條件(如物理、化學(xué)、生物等外界因素的變化)即可進(jìn)一步觀察細(xì)胞在單因素或多因素的影響下的生理功能變化。然而，細(xì)胞在體外環(huán)境的局限性，又使細(xì)胞的形態(tài)與功能不能與體內(nèi)的同類細(xì)胞完全等同。 體外培養(yǎng)細(xì)胞必需注意三個(gè)環(huán)節(jié)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、生存環(huán)境和廢物的排除。 體外培養(yǎng)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)是由培養(yǎng)基提供的。培養(yǎng)基通常含有細(xì)胞生長(zhǎng)所需的氨基酸、維生素和微量元素。一般培養(yǎng)細(xì)胞所用的培養(yǎng)基是合成培養(yǎng)基，它含有細(xì)胞生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)成分，但是在使用合成培養(yǎng)基時(shí)需要添加一些天然成分，其中最重要的是血清，以牛血清為主。這是因?yàn)檠逯泻卸喾N促細(xì)胞生長(zhǎng)因子和一些生物活性物質(zhì)。 由于血清中含有一些不明成分，對(duì)于特殊目的細(xì)胞培養(yǎng)是不利的。為此，研究人員正在探索無(wú)血清培養(yǎng)細(xì)胞的條件，并已經(jīng)取得一些進(jìn)展。由于機(jī)體內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)通常需要不同的細(xì)胞因子進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以在無(wú)血清培養(yǎng)時(shí)仍然需要添加必要的因子，包括：促細(xì)胞生長(zhǎng)因子(如EGF)、促貼附物(如層粘連蛋白)和其它活性物質(zhì)(如轉(zhuǎn)鐵蛋白)。無(wú)血清培養(yǎng)排除了有血清培養(yǎng)時(shí)血清中不明因素的干擾，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠。 體外細(xì)胞培養(yǎng)必需模擬體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境。環(huán)境因素主要是指無(wú)菌環(huán)境、合適的溫度、一定的滲透壓和氣體環(huán)境。氣體主要有兩種O2和CO2。后者對(duì)于維持細(xì)胞培養(yǎng)液的酸堿度十分重要。 活體內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)胞所產(chǎn)生的代謝物和廢物通過(guò)一定的系統(tǒng)進(jìn)行利用和排除。體外培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)生的代謝物和廢物積累在培養(yǎng)液中，所以定期更換培養(yǎng)液，對(duì)于體外細(xì)胞培養(yǎng)也是至關(guān)重要的。 7. 什么是細(xì)胞系和細(xì)胞株?（答案） 答：原代培養(yǎng)物經(jīng)首次傳代成功后即為細(xì)胞系(cell line)， 由原先存在于原代培養(yǎng)物中的細(xì)胞世系所組成。如果不能繼續(xù)傳代，或傳代次數(shù)有限， 可稱為有限細(xì)胞系(finite cell line)， 如可以連續(xù)培養(yǎng)， 則稱為連續(xù)細(xì)胞系(continuous cell line)， 培養(yǎng)50代以上并無(wú)限培養(yǎng)下去。 從一個(gè)經(jīng)過(guò)生物學(xué)鑒定的細(xì)胞系由單細(xì)胞分離培養(yǎng)或通過(guò)篩選的方法由單細(xì)胞增殖形成的細(xì)胞群稱細(xì)胞株(cell strain)。所以細(xì)胞株是通過(guò)選擇法或克隆形成法從原代培養(yǎng)物或細(xì)胞系中獲得的具有特殊性質(zhì)或標(biāo)志的培養(yǎng)細(xì)胞。從培養(yǎng)代數(shù)來(lái)講，可培養(yǎng)到40-50代。 8. 動(dòng)物體細(xì)胞克隆有什么意義?（答案） 答：動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)的成功對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用，不僅證明了動(dòng)物的體細(xì)胞具有全能性， 而且有巨大的應(yīng)用前景。例如結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)藥物?，F(xiàn)在很多藥物如胰島素、生長(zhǎng)激素、表皮生長(zhǎng)因子等都是動(dòng)物細(xì)胞體內(nèi)正常的代謝物，某些病人由于產(chǎn)生這些物質(zhì)的功能發(fā)生缺陷，導(dǎo)致了相應(yīng)疾病的發(fā)生，目前的治療方法就是給這些病人注射這類藥物。由于這類藥物本身是來(lái)自動(dòng)物的某些臟器，制備這種藥物就需要大量的動(dòng)物提供臟器，因此成本就很高，如果通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)把相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)入到哺乳動(dòng)物，讓動(dòng)物的乳汁生產(chǎn)具有療效的蛋白質(zhì)就會(huì)降低成本，再結(jié)合動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)，將這種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物大量無(wú)性繁殖克隆，就可以大大提高產(chǎn)量，大幅度降低成本，同時(shí)也保證了所轉(zhuǎn)基因的穩(wěn)定。該項(xiàng)技術(shù)也可以生產(chǎn)供動(dòng)物本身和人類器官移植的動(dòng)物， 解決器官捐贈(zèng)長(zhǎng)期缺乏的問(wèn)題。另外，動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)在基因結(jié)構(gòu)和功能、基因治療、遺傳病及人類衰老等的研究方面都具有巨大的潛力。 9. 蔗糖、甘油和氯化銫都是密度離心分離中的介質(zhì)， 它們?cè)谛再|(zhì)上和使用上有什么不同?（答案） 答：CsCl可自行形成密度梯度，所以不必特別制備密度梯度，只要將待分離的樣品與之混勻即可。在離心的過(guò)程中，具有不同密度的顆粒隨CsCl密度梯度的形成重新分配;而蔗糖和甘油要人工置備密度梯度。 蔗糖和甘油的最大密度為1.3g/cm3 ，所以只能用于分離密度在 1.3g/cm3以下的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu);而氯化銫的最大密度可達(dá)1.9g/cm3以上， 可用于分離密度大于1.3g/cm3的DNA分子。 在原理上， 由于具有不同密度的顆粒隨CsCl密度梯度的形成重新分配，所以又稱為浮力密度離心(buoyant density centrifugation); 而蔗糖和甘油則是在被離心的物質(zhì)在下降的過(guò)程中由于密度的不同而被阻止在不同的部位，故是重力密度離心。 10. 離子交換層析的原理是什么?（答案） 答：離子交換層析是根據(jù)蛋白質(zhì)所帶電荷的差異進(jìn)行分離純化的一種方法。蛋白質(zhì)的帶電性是由蛋白質(zhì)多肽中帶電氨基酸決定的。由于蛋白質(zhì)中氨基酸的電性又取決于介質(zhì)中的pH，所以蛋白質(zhì)的帶電性也就依賴于介質(zhì)的pH。當(dāng)pH較低時(shí)，負(fù)電基團(tuán)被中和，而正電基團(tuán)就很多; 在pH較高時(shí)，蛋白質(zhì)的電性與低pH時(shí)相反。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)所處的pH，使蛋白質(zhì)的正負(fù)電荷相等，此時(shí)的pH稱為等電點(diǎn)。 離子交換層析所用的交換劑是經(jīng)酯化、氧化等化學(xué)反應(yīng)引入陽(yáng)性或陰性離子基團(tuán)制成的，可與帶相反電荷的蛋白質(zhì)進(jìn)行交換吸附。帶有陽(yáng)離子基團(tuán)的交換劑可置換吸附帶負(fù)電荷的物質(zhì)，稱為陰離子交換劑，如DEAE-纖維素樹(shù)脂;反之稱為陽(yáng)離子交換劑，如CM-纖維素樹(shù)脂。不同的蛋白質(zhì)有不同的等電點(diǎn)，在一定的條件下解離后所帶的電荷種類和電荷量都不同，因而可與不同的離子交換劑以不同的親和力相互交換吸附。當(dāng)緩沖液中的離子基團(tuán)與結(jié)合在離子交換劑上的蛋白質(zhì)相競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，親和力小的蛋白質(zhì)分子首先被解吸附而洗脫，而親和力大的蛋白質(zhì)則后被解吸附和洗脫。因此，可通過(guò)增加緩沖液的離子強(qiáng)度和/或改變酸堿度，便可改變蛋白質(zhì)的吸附狀況，使不同親和力的蛋白質(zhì)得以分離。 11. 何謂乳腺生物反應(yīng)器， 它的出現(xiàn)有什么意義?（答案） 答：乳腺生物反應(yīng)器是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)中蛋白質(zhì)合成與分選的機(jī)理，結(jié)合基因工程技術(shù)、動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)等，利用動(dòng)物的乳腺分泌某些具有重要價(jià)值的基因產(chǎn)物。 乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)綜合技術(shù)，發(fā)展乳腺生物反應(yīng)器不僅需要基因工程技術(shù)，也需要?jiǎng)游锱咛ゼ夹g(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)，蛋白質(zhì)提純技術(shù)和常規(guī)畜牧技術(shù)。 乳腺生物反應(yīng)器有特殊優(yōu)點(diǎn)。乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥品，基本上是一個(gè)畜牧業(yè)過(guò)程。 三、細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸 1. 請(qǐng)比較質(zhì)膜、內(nèi)膜和生物膜在概念上的異同（答案） 答：細(xì)胞質(zhì)膜(plasma membrane)是指包圍在細(xì)胞表面的一層極薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所組成。質(zhì)膜的基本作用是維護(hù)細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。另外， 在細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)、分裂、分化中起重要作用。 真核生物除了具有細(xì)胞表面膜外，細(xì)胞質(zhì)中還有許多由膜分隔成的各種細(xì)胞器，這些細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)與質(zhì)膜相似，但功能有所不同，這些膜稱為內(nèi)膜(internal membrane)，或胞質(zhì)膜(cytoplasmic membrane)。內(nèi)膜包括細(xì)胞核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜等。由于細(xì)菌沒(méi)有內(nèi)膜，所以細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜代行胞質(zhì)膜的作用。 生物膜(biomembrane，or biological membrane)是細(xì)胞內(nèi)膜和質(zhì)膜的總稱。生物膜是細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，它不僅具有界膜的功能，還參與細(xì)胞的全部生命活動(dòng)。 2. 如何理解細(xì)胞膜作為界膜對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)所起的作用?（答案） 答：界膜的涵義包括兩個(gè)方面:細(xì)胞界膜和內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的界膜， 作為界膜的膜結(jié)構(gòu)對(duì)于細(xì)胞生命的進(jìn)化具有重要意義，這種界膜不僅使生命進(jìn)化到細(xì)胞的生命形式，也保證了細(xì)胞生命的正常進(jìn)行，它使遺傳物質(zhì)和其他參與生命活動(dòng)的生物大分子相對(duì)集中在一個(gè)安全的微環(huán)境中，有利于細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝。細(xì)胞內(nèi)空間的區(qū)室化，不僅擴(kuò)大了表面積，還使細(xì)胞的生命活動(dòng)更加高效和有序。 3. 簡(jiǎn)述細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的基本功能及對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)的影響（答案） 答：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的基本功能包括以下幾個(gè)方面: 界膜和區(qū)室化(delineation and compartmentalization) 細(xì)胞膜最重要的作用就是勾劃了細(xì)胞的邊界，并且在細(xì)胞質(zhì)中劃分了許多以膜包被的區(qū)室。 調(diào)節(jié)運(yùn)輸(regulation of transport) 膜為兩側(cè)的分子交換提供了一個(gè)屏障，一方面可以讓某些物質(zhì)"自由通透"，另一方面又作為某些物質(zhì)出入細(xì)胞的障礙。 功能區(qū)室化 細(xì)胞膜的另一個(gè)重要的功能就是通過(guò)形成膜結(jié)合細(xì)胞器，使細(xì)胞內(nèi)的功能區(qū)室化。例如細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等膜結(jié)合細(xì)胞器的基本功能是參與蛋白質(zhì)的合成、加工和運(yùn)輸；而溶酶體的功能是起消化作用，與分解相關(guān)的酶主要集中在溶酶體。又如線粒體的內(nèi)膜主要功能是進(jìn)行氧化磷酸化，與該功能有關(guān)的酶和蛋白復(fù)合體集中排列在線粒體內(nèi)膜上。另一個(gè)細(xì)胞器葉綠體的類囊體是光合作用的光反應(yīng)場(chǎng)所，所以在類囊體膜中聚集著與光能捕獲、電子傳遞和光合磷酸化相關(guān)的功能蛋白和酶。 信號(hào)的檢測(cè)與傳遞(detection and transmission of signals) 細(xì)胞通常用質(zhì)膜中的受體蛋白從環(huán)境中接收化學(xué)和電信號(hào)。細(xì)胞質(zhì)膜中具有各種不同的受體，能夠識(shí)別并結(jié)合特異的配體，產(chǎn)生一種新的信號(hào)激活或抑制細(xì)胞內(nèi)的某些反應(yīng)。如細(xì)胞通過(guò)質(zhì)膜受體接收的信號(hào)決定對(duì)糖原的合成或分解。膜受體接收的某些信號(hào)則與細(xì)胞分裂有關(guān)。 參與細(xì)胞間的相互作用(intercellular interaction) 在多細(xì)胞的生物中， 細(xì)胞通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)行多種細(xì)胞間的相互作用，包括細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞粘著、細(xì)胞連接等。如動(dòng)物細(xì)胞可通過(guò)間隙連接，植物細(xì)胞則通過(guò)胞間連絲進(jìn)行相鄰細(xì)胞間的通訊， 這種通訊包括代謝偶聯(lián)和電偶聯(lián)。 能量轉(zhuǎn)換(energy transduction) 細(xì)胞膜的另一個(gè)重要功能是參與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換。例如葉綠體利用類囊體膜上的結(jié)合蛋白進(jìn)行光能的捕獲和轉(zhuǎn)換，最后將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存在碳水化合物中。同樣，膜也能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成可直接利用的高能化合物ATP，這是線粒體的主要功能。 細(xì)胞膜的這些基本功能也是生命活動(dòng)的基本特征，沒(méi)有膜的這些功能， 細(xì)胞不能形成， 細(xì)胞的生命活動(dòng)就會(huì)停止。 4. 有人說(shuō)紅細(xì)胞是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料，你能說(shuō)說(shuō)理由嗎?（答案） 答：首先是紅細(xì)胞數(shù)量大，取材容易(體內(nèi)的血庫(kù))，極少有其它類型的細(xì)胞污染; 其次成熟的哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核和線粒體等膜相細(xì)胞器，細(xì)胞膜是它的惟一膜結(jié)構(gòu)， 所以分離后不存在其它膜污染的問(wèn)題。 5. 紅細(xì)胞如何進(jìn)行O2和CO2的運(yùn)輸作用?（答案） 答：紅細(xì)胞對(duì)O2和CO2的運(yùn)輸與膜的性質(zhì)有關(guān)。氧是一種小分子，它能夠自由擴(kuò)散通過(guò)紅細(xì)胞膜進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)，并被血紅蛋白結(jié)合。紅細(xì)胞膜的這種性質(zhì)使得紅細(xì)胞能夠從肺中攝取氧，因?yàn)樵诜蚊?xì)管中O2的壓力高， O2就很容易透過(guò)紅細(xì)胞膜進(jìn)入紅細(xì)胞；又由于肺毛細(xì)管中CO2的壓力很低，紅細(xì)胞中的CO2就會(huì)釋放出來(lái)。紅細(xì)胞從肺組織中獲得O2后通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入體毛細(xì)管，在體毛細(xì)管中由于O2的壓力低、CO2壓力高，O2就會(huì)從紅細(xì)胞中釋放出來(lái)，而CO2則會(huì)進(jìn)入紅細(xì)胞。 由于氣體CO2難溶于水溶液，進(jìn)入紅細(xì)胞后就難以溶解到紅細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。這要依賴于紅細(xì)胞質(zhì)中的碳酸酐酶(carbonic anhydrase)，它可將CO2轉(zhuǎn)變成水溶性的碳酸氫根陰離子(HCO3-)。水溶性的碳酸氫根陰離子通過(guò)紅細(xì)胞膜中的帶3蛋白，同Cl-離子進(jìn)行交換排出紅細(xì)胞，所以將帶3蛋白稱為陰離子交換蛋白。 6. 請(qǐng)簡(jiǎn)述紅細(xì)胞膜骨架的裝配過(guò)程（答案） 答：分為三步; 首先是血影蛋白與4.1蛋白、肌動(dòng)蛋白的相互作用:血影蛋白的和亞基形成二聚體，在紅細(xì)胞膜內(nèi)，血影蛋白多以4聚體形式存在(也有6聚體、8聚體)。血影蛋白4聚體在4.1蛋白的幫助下同肌動(dòng)蛋白寡聚體結(jié)合組成骨架的基本網(wǎng)絡(luò)。一般認(rèn)為，1217個(gè)肌動(dòng)蛋白寡聚體及4.9蛋白和原肌球蛋白組成一個(gè)基本結(jié)構(gòu)蛋白，這種結(jié)構(gòu)蛋白再結(jié)合到血影蛋白和4.1蛋白復(fù)合體上。4.9蛋白和原肌球蛋白可穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白寡聚體。 4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用:4.1蛋白的N端，35000的區(qū)域在生理狀態(tài)下帶正電荷，而血型糖蛋白帶負(fù)電荷，所以4.1蛋白能夠以靜電穩(wěn)定性同血型糖蛋白結(jié)合。 錨定蛋白與血影蛋白、帶3蛋白的相互作用:錨定蛋白N端90000區(qū)可與帶3蛋白結(jié)合，而72000區(qū)可與血影蛋白結(jié)合，由于帶3蛋白是膜整合蛋白、血影蛋白是膜骨架蛋白，所以錨定蛋白起媒介作用將骨架蛋白與質(zhì)膜相連。 7. 有人說(shuō)膜脂的功能僅作為膜的骨架，并作為非脂溶性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的障礙， 你認(rèn)為此說(shuō)有何不妥?（答案） 答：膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的基本骨架。去除膜脂，則使膜解體。另外膜脂也是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過(guò)疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上得以執(zhí)行特殊的功能。有研究表明，膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境，一般情況下，膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌的膜脂參與反應(yīng))。膜上有很多酶的活性依賴于膜脂的存在。如果去掉脂類， 酶蛋白即失去活性，加上脂類， 又可使活性恢復(fù)。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團(tuán)存在時(shí)才有功能。 8. 糖脂是如何決定血型的?（答案） 答：ABO血型是由ABO血型抗原決定的， 稱為ABO血型決定子(determinant)，它是一種糖脂， 其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用。 ABO血型決定子是短的、分支寡糖鏈，如A血型的人具有一種酶，這種酶能夠?qū)-乙酰半乳糖胺添加到糖鏈的末端；B血型的人具有在糖鏈末端添加半乳糖的酶，AB血型的人具有上述兩種酶；O血型的人則缺少上述兩種酶，在抗原的末端既無(wú)N-乙酰氨基半乳糖，又無(wú)半乳糖。 也就是說(shuō) 人的血型是A型、B型、AB型還是O型，是由紅細(xì)胞膜脂或膜蛋白中的糖基決定的。A血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型則沒(méi)有這兩種糖基，而AB型的人則在末端同時(shí)具有這兩種糖。 9. 十二烷基磺酸鈉(SDS)和Triton X-100都是去垢劑，哪一種可用于分離有生物功能的膜蛋白?（答案） 答：去垢劑可分為離子型和非離子型兩種。十二烷基磺酸鈉(SDS)是常用的離子型去垢劑，它不僅可使細(xì)胞膜崩潰，并與膜蛋白的疏水部分結(jié)合使其分離，而且還破壞膜蛋白內(nèi)部的非共價(jià)鍵，使蛋白變性，所以不宜用于分離有功能的膜蛋白。Triton X-100是溫和性去垢劑，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白變性，可分離到有生物功能的膜蛋白。 10. 膜結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的意義是什么?（答案） 答：膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對(duì)稱性導(dǎo)致了膜功能的不對(duì)稱性和方向性。保證了生命活動(dòng)的高度有序性。 膜脂在膜中的分布是不對(duì)稱的，雖然這種不對(duì)稱性的生物學(xué)作用還了解得很少，但已經(jīng)取得了不少進(jìn)展。如糖脂是位于脂雙層的外側(cè)，其作用可能作為細(xì)胞外配體(ligand)的受體。磷脂酰絲氨基主要集中在脂雙層的內(nèi)葉，在生理pH下帶負(fù)電荷，這種帶電性使得它能夠同帶正電的物質(zhì)結(jié)合，如同血型糖蛋白A跨膜螺旋鄰近的賴氨酸、精氨酸結(jié)合。磷脂酰膽堿出現(xiàn)在衰老的淋巴細(xì)胞外表面，作為讓吞噬細(xì)胞吞噬的信號(hào)。磷脂酰膽堿也出現(xiàn)在血小板的外表面，此時(shí)作為血凝固的信號(hào)。磷脂酰肌醇主要集中在內(nèi)葉，它們?cè)趯⒓?xì)胞質(zhì)膜的刺激向細(xì)胞質(zhì)傳遞中起關(guān)鍵作用。 膜不僅內(nèi)外兩側(cè)的功能不同， 分布的區(qū)域?qū)δ芤灿杏绊憽Ｔ斐蛇@種功能上的差異， 主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對(duì)稱引起的。 細(xì)胞間的識(shí)別、運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、信號(hào)傳遞等都具有方向性。這些方向性的維持就是靠分布不對(duì)稱的膜蛋白、膜脂和膜糖來(lái)提供。 11. 孔蛋白只存在于雙層膜的外膜中，為什么？（答案） 答：由于孔蛋白的孔徑大，所以只能存在于外膜，而不能存在于內(nèi)膜。內(nèi)膜有界膜的作用，如果有孔蛋白，則失去界膜的功能。 12. 在酶法標(biāo)記測(cè)定膜蛋白的定向?qū)嶒?yàn)中若是要標(biāo)記膜內(nèi)側(cè)的蛋白，該如何處理？（答案） 答：將人工脂質(zhì)體放入低滲溶液中，這樣， 乳過(guò)氧化物酶就能進(jìn)入脂質(zhì)體進(jìn)行內(nèi)側(cè)蛋白質(zhì)標(biāo)記(Q3-1)。 圖Q3-1 乳過(guò)氧化物酶就能進(jìn)入脂質(zhì)體進(jìn)行內(nèi)側(cè)蛋白質(zhì)標(biāo)記 13. 請(qǐng)說(shuō)明磷脂酶處理法研究紅細(xì)胞膜脂在脂雙層中定位的原理（答案） 答：由于紅細(xì)胞具有血影現(xiàn)象，只要將紅細(xì)胞置于低離子濃度的溶液中，紅細(xì)胞就會(huì)發(fā)生滲漏釋放出內(nèi)含物，得到只有紅細(xì)胞膜的空殼。然后調(diào)整溶液中的Mg2+離子濃度，改變紅細(xì)胞小泡的狀態(tài)。若是從溶液中除去Mg2+， 則形成外翻的小泡，若是加入Mg2+則是正常方向的小泡， 然后用脂酶分別處理這兩種紅細(xì)胞膜。常用的脂酶是磷脂酶(phospholipase)，這種酶也是因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量大而不通過(guò)細(xì)胞膜，所以磷脂酶只能附著在膜泡的外表面，能夠被磷脂酶水解的就是位于外表面的磷脂，然后再根據(jù)它原來(lái)的狀態(tài)，確定在紅細(xì)胞膜脂中的定向。 14. 膜的流動(dòng)性的生理意義何在？（答案） 答： 細(xì)胞質(zhì)膜適宜的流動(dòng)性是生物膜正常功能的必要條件。 酶活性與流動(dòng)性有極大的關(guān)系，流動(dòng)性大活性高。 如果沒(méi)有膜的流動(dòng)性，細(xì)胞外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)法進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)合成的胞外物質(zhì)及細(xì)胞廢物也不能運(yùn)到細(xì)胞外，這樣細(xì)胞就要停止新陳代謝而死亡。 膜流動(dòng)性與信息傳遞有著極大的關(guān)系。 如果沒(méi)有流動(dòng)性，能量轉(zhuǎn)換是不可能的。 膜的流動(dòng)性與發(fā)育和衰老過(guò)程都有相當(dāng)大的關(guān)系。 15. 請(qǐng)從起始條件、運(yùn)輸方式、產(chǎn)生的結(jié)果等三個(gè)方面進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸?shù)谋容^。（答案） 答：將比較結(jié)果列于表Q3-1中: 表Q3-1 被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸在起始條件、運(yùn)輸方式和產(chǎn)生的結(jié)果的比較 被動(dòng)運(yùn)輸 主動(dòng)運(yùn)輸 起始條件 細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)濃度大大高于細(xì)胞內(nèi)的濃度 細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)的濃度可能高于、也可能低于細(xì)胞內(nèi)的濃度 運(yùn)輸方式 通過(guò)擴(kuò)散或運(yùn)輸?shù)鞍仔纬傻耐ǖ肋M(jìn)入細(xì)胞 通過(guò)具有酶活性的運(yùn)輸?shù)鞍?泵)，在能量的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)出細(xì)胞 產(chǎn)生的結(jié)果 最后使細(xì)胞內(nèi)外的濃度達(dá)到平衡 最后細(xì)胞內(nèi)外的濃度處于穩(wěn)定，建立了濃度梯度 16. 如何根據(jù)細(xì)胞的滲透現(xiàn)象解釋植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離(plasmolysis)?（答案） 答：由于細(xì)胞的滲透現(xiàn)象，使得細(xì)胞在不同濃度的溶液中，會(huì)發(fā)生膨脹(swell)或收縮(shrink)。實(shí)際上這種現(xiàn)象取決于溶液中的溶質(zhì)和細(xì)胞中該物質(zhì)的濃度。若將動(dòng)物細(xì)胞置于高滲溶液中，水則會(huì)從細(xì)胞中滲出，細(xì)胞發(fā)生收縮。細(xì)胞在低滲溶液中會(huì)吸水膨脹和破裂。若將植物細(xì)胞置于高滲溶液中，細(xì)胞脫水發(fā)生質(zhì)壁分離(plasmolysis)。若是在低滲溶液中，植物的細(xì)胞壁保護(hù)細(xì)胞防止過(guò)度膨脹而破裂，此時(shí)由于水的進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)的壓力升高，使細(xì)胞變得堅(jiān)硬(圖Q3-2)。 圖Q3-2動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞在不同濃度的蔗糖溶液中的行為 17. 為什么所有帶電荷的分子(離子)， 不管它多小， 都不能自由擴(kuò)散?（答案） 答: 帶電的物質(zhì)通常同水結(jié)合形成一個(gè)水合的外殼，這不僅增加了它們的分子體積，同時(shí)也大大降低了脂溶性。因此說(shuō)，所有帶電荷的分子(離子)，不管它多小， 都不能自由擴(kuò)散。 18. 如何理解被動(dòng)運(yùn)輸是減少細(xì)胞與周圍環(huán)境的差別，而主動(dòng)運(yùn)輸則是努力創(chuàng)造差別，維持生命的活力？（答案） 答：主要是從創(chuàng)造差異對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)的意義方面來(lái)理解這一說(shuō)法。主動(dòng)運(yùn)輸涉及物質(zhì)輸入和輸出細(xì)胞和細(xì)胞器，并且能夠逆濃度梯度或電化學(xué)梯度。這種運(yùn)輸對(duì)于維持細(xì)胞和細(xì)胞器的正常功能來(lái)說(shuō)起三個(gè)重要作用: 保證了細(xì)胞或細(xì)胞器從周圍環(huán)境中或表面攝取必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，即使這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在周圍環(huán)境中或表面的濃度很低; 能夠?qū)⒓?xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)，如分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細(xì)胞外，即使這些物質(zhì)在細(xì)胞外的濃度比細(xì)胞內(nèi)的濃度高得多; 能夠維持一些無(wú)機(jī)離子在細(xì)胞內(nèi)恒定和最適的濃度，特別是K+、Ca2+和H+的濃度。概括地說(shuō)，主動(dòng)運(yùn)輸主要是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，以及在各種不同生理?xiàng)l件下細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的快速調(diào)整， 這對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。 19. 四種運(yùn)輸ATPase在結(jié)構(gòu)、存在部位和功能上有什么不同?（答案） 答：四種運(yùn)輸ATPase的差異列于表Q3-2中。 表Q3-2 四類ATP驅(qū)動(dòng)的離子和小分子運(yùn)輸泵的比較 類型 運(yùn)輸物質(zhì) 結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn) 存在的部位 P型 H+，Na+，K+，Ca2+ 通常有大小兩個(gè)亞基，大亞基被磷酸化，小亞基調(diào)節(jié)運(yùn)輸。 H+泵:存在于植物、真菌和細(xì)菌的質(zhì) 膜;Na+/K+:動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜;H+/K+泵:哺乳動(dòng)物胃細(xì)胞表層質(zhì)膜;Ca2+泵:所有真核生物的質(zhì)膜; 肌細(xì)胞的肌質(zhì)網(wǎng)膜。 F型 只是H+ 有多個(gè)跨膜亞基，建立H+的電化學(xué)梯度，合成ATP。 細(xì)菌的質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜、葉綠體的類囊體膜。 V型 只是H+ 多個(gè)跨膜亞基， 亞基的細(xì)胞質(zhì)部分可將ATP水解， 并利用釋放的能量將H+運(yùn)輸?shù)侥遗葜校怪蔀樗嵝原h(huán)境。 植物、酵母和其它真菌的液泡膜;動(dòng)物細(xì)胞的溶酶體和內(nèi)體的膜;某些分泌酸性物質(zhì)的動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜(如破骨細(xì)胞和腎管狀細(xì)胞)。 ABC型 離子和各種小分子 兩個(gè)膜結(jié)構(gòu)域形成水性通道，兩個(gè)細(xì)胞質(zhì)ATP結(jié)合結(jié)構(gòu)域與ATP水解及物質(zhì)運(yùn)輸相偶聯(lián)。不同結(jié)構(gòu)域可以位于同一個(gè)亞基，也可位于不同的亞基。 細(xì)菌質(zhì)膜(運(yùn)輸氨基酸、糖和肽);哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(運(yùn)輸與MHC 蛋白相關(guān)的抗原肽);哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜(運(yùn)輸小分子、 磷脂、小的類脂分子) 20. 簡(jiǎn)述 Na+/K+泵(Na+/K+ pump， Na+/K+ ATPase)的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制（答案） 答：Na+/K+泵是動(dòng)物細(xì)胞中由ATP驅(qū)動(dòng)的將Na+ 輸出到細(xì)胞外同時(shí)將K+輸入細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸泵，又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實(shí)際上是一種Na+ /K+ ATPase。Na+ /K+ ATPase是由兩個(gè)大亞基(亞基)和兩個(gè)小亞基(亞基)組成。亞基是跨膜蛋白，在膜的內(nèi)側(cè)有ATP結(jié)合位點(diǎn)，細(xì)胞外側(cè)有烏本苷(ouabain)結(jié)合位點(diǎn);在亞基上有Na+和K+結(jié)合位點(diǎn)。 Na+/K+ ATPase運(yùn)輸分為六個(gè)過(guò)程: 在靜息狀態(tài)，Na+/K+泵的構(gòu)型使得Na+ 結(jié)合位點(diǎn)暴露在膜內(nèi)側(cè)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高時(shí)，3個(gè) Na+ 與該位點(diǎn)結(jié)合； 由于Na+的結(jié)合，激活了ATP酶的活性， 使ATP分解， 釋放ADP，亞基被磷酸化; 由于亞基被磷酸化， 引起酶發(fā)生構(gòu)型變化， 于是與Na+ 結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，并向胞外釋放3個(gè)Na+ ；膜外的兩個(gè)K+同亞基結(jié)合; K+ 與磷酸化的Na+/K+ ATPase結(jié)合后， 促使酶去磷酸化; 去磷酸化后的酶恢復(fù)原構(gòu)型， 于是將結(jié)合的K+ 釋放到細(xì)胞內(nèi)。每水解一個(gè)ATP， 運(yùn)出3個(gè)Na+ ， 輸入2個(gè)K+ 。Na+ /K+泵工作的結(jié)果，使細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度比細(xì)胞外低1030倍，而細(xì)胞內(nèi)的K+濃度比細(xì)胞外高1030倍。由于細(xì)胞外的Na+濃度高，且Na+是帶正電的，所以Na+ /K+泵使細(xì)胞外帶上正電荷。 意義: Na+/K+ 泵具有三個(gè)重要作用， 一是維持了細(xì)胞Na+離子的平衡，抵消了Na+離子的滲透作用;二是在建立細(xì)胞質(zhì)膜兩側(cè)Na+離子濃度梯度的同時(shí)，為葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸泵提供了驅(qū)動(dòng)力;三是Na+泵建立的細(xì)胞外電位，為神經(jīng)和肌肉電脈沖傳導(dǎo)提供了基礎(chǔ)。 21. 簡(jiǎn)述Ca2+ 泵(Ca2+ pump， Ca2+ ATPase)的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理（答案） 答：Ca2+-ATPase有10個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)有兩個(gè)大的細(xì)胞質(zhì)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，第一個(gè)環(huán)位于跨膜結(jié)構(gòu)域2和3之間，第二個(gè)環(huán)位于跨膜結(jié)構(gòu)域4和5之間。在第一個(gè)環(huán)上有Ca2+離子結(jié)合位點(diǎn);在第二個(gè)環(huán)上有激活位點(diǎn)，包括ATP的結(jié)合位點(diǎn)。Ca2+-ATPase的氨基端和羧基端都在細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)，羧基端含有抑制區(qū)域。在靜息狀態(tài)，羧基端的抑制區(qū)域同環(huán)2的激活位點(diǎn)結(jié)合，使泵失去功能，這就是自我抑制。 Ca2+-ATPase泵有兩種激活機(jī)制，一種是受激活的Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物的激活，另一種是被蛋白激酶C激活。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時(shí)，Ca2+同鈣調(diào)蛋白結(jié)合，形成激活的Ca2+/鈣調(diào)蛋白復(fù)合物，該復(fù)合物同抑制區(qū)結(jié)合，釋放激活位點(diǎn)，泵開(kāi)始工作。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度下降時(shí)，CaM同抑制區(qū)脫離，抑制區(qū)又同激活位點(diǎn)結(jié)合，使泵處于靜息狀態(tài)。在另一種情況下，蛋白激酶C使抑制區(qū)磷酸化，從而失去抑制作用；當(dāng)磷酸酶使抑制區(qū)脫磷酸，抑制區(qū)又同激活位點(diǎn)結(jié)合，起抑制作用。 Ca2+ 泵的工作原理類似于Na+/K+ ATPase。在細(xì)胞質(zhì)膜的一側(cè)有同 Ca2+結(jié)合的位點(diǎn)，一次可以結(jié)合兩個(gè) Ca2+， Ca2+結(jié)合后使酶激活，并結(jié)合上一分子ATP，伴隨ATP的水解和酶被磷酸化，Ca2+泵構(gòu)型發(fā)生改變，結(jié)合 Ca2+的一面轉(zhuǎn)到細(xì)胞外側(cè)，由于結(jié)合親和力低Ca2+離子被釋放，此時(shí)酶發(fā)生去磷酸化，構(gòu)型恢復(fù)到原始的靜息狀態(tài)。 Ca2+ -ATPase每水解一個(gè)ATP將兩個(gè)Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細(xì)胞外。 22. 請(qǐng)簡(jiǎn)述細(xì)菌細(xì)胞中葡萄糖的磷酸化運(yùn)輸機(jī)理（答案） 答：細(xì)菌細(xì)胞中葡萄糖的磷酸化運(yùn)輸過(guò)程是:首先將供體磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)的酶I(E-I)，然后將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給HPr蛋白，起始步驟對(duì)于各種糖的運(yùn)輸都是相同的。第二步要根據(jù)被轉(zhuǎn)運(yùn)的糖而定，如運(yùn)輸?shù)氖瞧咸烟?，HPr蛋白要將磷酸基轉(zhuǎn)給酶(E-)，再轉(zhuǎn)給位于質(zhì)膜中的酶(E-)，但對(duì)于甘露糖的轉(zhuǎn)運(yùn)則不需酶的參與，所以可直接將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)給位于質(zhì)膜中的酶(E-)；最后由酶將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)給被運(yùn)輸?shù)奶?。酶和酶?duì)于不同的糖具有特異性。 該運(yùn)輸方式中，被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)到細(xì)胞中的糖濃度，從形式上看沒(méi)有提高，但實(shí)質(zhì)上是提高了，只不過(guò)通過(guò)磷酸化作用進(jìn)行了修飾。 23. 什么是細(xì)菌視紫紅質(zhì)質(zhì)子泵(bacteriorhodopsin proton pump)? 如何工作?（答案） 答：嗜鹽的厭氧菌halobacterium halobium 生活在陽(yáng)光充足的鹽水池中。在進(jìn)化過(guò)程中，這種菌的細(xì)胞質(zhì)膜上出現(xiàn)了多種能被光線激活的蛋白質(zhì)，“紫膜”是該菌質(zhì)膜上一些特化的區(qū)域(斑塊)，上面只含一種蛋白質(zhì)，就是細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)。該蛋白含有七個(gè)螺旋，每個(gè)螺旋長(zhǎng)3-4nm，在蛋白的中部有幾個(gè)能夠吸收光的視黃醛基團(tuán)，又稱發(fā)色基團(tuán)；當(dāng)該基團(tuán)被一個(gè)光量子激活時(shí)，就能引起整個(gè)分子的構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致兩個(gè)H+從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)送到細(xì)胞外。結(jié)果造成了細(xì)胞內(nèi)外的質(zhì)子濃度差：細(xì)胞外部高內(nèi)部低，這種濃度梯度可被另一種膜蛋白用于ATP的合成。在這個(gè)系統(tǒng)中，H+的運(yùn)輸是由光提供能量。 24. 簡(jiǎn)述說(shuō)明ABC運(yùn)輸?shù)鞍讓?duì)甘露糖運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理。（答案） 答：甘露糖先通過(guò)外膜的選擇性孔蛋白進(jìn)入膜間腔，然后被一種結(jié)合蛋白(周質(zhì)結(jié)合蛋白)所結(jié)合。結(jié)合蛋白有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)同甘露糖結(jié)合，該結(jié)構(gòu)域與甘露糖等物質(zhì)結(jié)合后，會(huì)引起另一個(gè)結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)型變化并同ABC運(yùn)輸?shù)鞍捉Y(jié)合。這樣，被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)就得以同ABC運(yùn)輸?shù)鞍捉Y(jié)合，在水解ATP供能的情況下，ABC運(yùn)輸?shù)皩⑻堑冗\(yùn)入細(xì)胞內(nèi)。 25. 請(qǐng)比較動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸?shù)牟町悾ù鸢福?答：動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞不僅結(jié)構(gòu)有所差別，載體蛋白也有所不同。動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜上有Na+-K+ ATPase，并通過(guò)對(duì)Na+、K+ 的運(yùn)輸建立細(xì)胞的電化學(xué)梯度；但是在植物細(xì)胞(包括細(xì)菌細(xì)胞)的質(zhì)膜中沒(méi)有Na+-K+ATPase，代之的是H+-ATP酶，并通過(guò)對(duì)H+的運(yùn)輸建立細(xì)胞的電化學(xué)梯度，使細(xì)胞外H+的濃度比細(xì)胞內(nèi)高；與此同時(shí)H+泵在周圍環(huán)境中創(chuàng)建了酸性pH，然后通過(guò)H+質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)的同向運(yùn)輸，將糖和氨基酸等輸入植物的細(xì)胞內(nèi)。在動(dòng)物細(xì)胞溶酶體膜和植物細(xì)胞的液泡膜上都有H+-ATP酶，它們作用都一樣，保持這些細(xì)胞器的酸性。 四、 細(xì)胞環(huán)境與互作 1. 植物細(xì)胞被的主要成分有哪些? 各起什么作用?（答案） 答: 主要成分包括:纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素和糖蛋白。 纖維素是由葡萄糖構(gòu)成的，在細(xì)胞壁中，由5060個(gè)纖維素分子形成一束，并且相互平行排列，形成長(zhǎng)的、堅(jiān)硬的微纖維。纖維素則相當(dāng)于動(dòng)物細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原。 半纖維素是由幾種不同類型的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。半纖維素木聚糖在木質(zhì)組織中占總量的50%，它結(jié)合在纖維素微纖維的表面，并且相互連接，這些纖維構(gòu)成了堅(jiān)硬的細(xì)胞相互連接的網(wǎng)絡(luò)。 果膠(pectin) 是由半乳糖醛酸和它的衍生物組成的多聚體。類似動(dòng)物細(xì)胞的粘多糖，很容易形成水合膠。果膠在細(xì)胞壁中的作用主要是連接相鄰細(xì)胞壁，并且形成細(xì)胞外基質(zhì)，將纖維素包埋在水合膠中。 木質(zhì)素(lignin)是由聚合的芳香醇構(gòu)成的一類物質(zhì)，主要存在于木質(zhì)組織中，主要作用是通過(guò)形成交織網(wǎng)來(lái)硬化細(xì)胞壁。木質(zhì)素主要存在于纖維素纖維之間， 它的作用是抵抗壓力。 糖蛋白(glycoprotein) 在植物細(xì)胞壁中占總量10%。最重要的一種糖蛋白叫伸展蛋白(extensin)，這種蛋白同其它的相關(guān)蛋白一起，與纖維素等形成交叉網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一種加固蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的力。 2. 初生壁和次生壁是如何形成的?（答案） 答: 細(xì)胞壁的分泌合成是逐步、分層次進(jìn)行的，合成越早，最后離開(kāi)質(zhì)膜越遠(yuǎn)。首先形成的是中間層(middle lamella)，其構(gòu)成成份主要是果膠。果膠是相鄰兩細(xì)胞壁所共有的，并且起到將兩個(gè)細(xì)胞連接在一起的作用。 分泌合成的第二個(gè)區(qū)帶稱為初生壁，是在細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)期形成的。初生壁的厚度約為100200nm，與動(dòng)物細(xì)胞的基膜相當(dāng)。初生壁由纖維素、半纖維素、果膠和糖蛋白等松散組成。在初生壁中，果膠對(duì)于初生壁的彈性是十分重要的，使細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展。 次生壁是在細(xì)胞停止生長(zhǎng)后分泌形成的，主要是增加細(xì)胞壁的厚度和強(qiáng)度。次生壁位于初生壁的內(nèi)層， 纖維素和木質(zhì)素是次生壁的主要成份，但基本不含果膠，這樣使得次生壁非常的堅(jiān)硬。次生壁是由幾層纖維素微纖維組成，各自形成密集結(jié)實(shí)的層。 3. 如何證明革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁中胞壁質(zhì)還具有骨架作用決定細(xì)胞的形態(tài)?（答案） 答: 用溶菌酶水解細(xì)胞壁的胞壁質(zhì)的實(shí)驗(yàn)可證明這一點(diǎn)，因?yàn)橛萌芫杆饬思?xì)菌細(xì)胞壁中的胞壁質(zhì)之后，細(xì)菌就全部變成了球形。 4. 為什么青霉素對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌具有抑制作用?（答案） 答: 青霉素是由真菌產(chǎn)生的一種抗生素，它能夠抑制參與細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖裝配后形成肽側(cè)鏈的酶的活性，沒(méi)有了側(cè)鏈，細(xì)菌細(xì)胞就不能夠抵抗正常的滲透壓， 其結(jié)果被處理的細(xì)菌細(xì)胞就會(huì)破裂。青霉素主要是對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌起作用，因?yàn)楦锾m氏陰性菌的細(xì)胞壁中肽聚糖含量較少，所以對(duì)青霉素不太敏感。 5. 動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)和植物細(xì)胞的細(xì)胞壁的共同特征是什么?（答案） 答: 動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)的主要成份是膠原，而植物細(xì)胞壁的主要成份是纖維素。共同的特征是:它們都是長(zhǎng)長(zhǎng)的堅(jiān)硬的纖維，并且這些纖維都是包埋在兩性的基質(zhì)中，在基質(zhì)中充滿了糖蛋白或多糖。 6. 細(xì)胞外基質(zhì)具有哪些功能?（答案） 答: 細(xì)胞外基質(zhì)具有下列功能: 對(duì)細(xì)胞的形態(tài)和細(xì)胞活性的維持起重要作用。 例如，若用酶將培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞或哺乳動(dòng)物的胰腺表皮細(xì)胞的ECM水解掉，細(xì)胞的合成和分泌活動(dòng)就會(huì)顯著下降；此時(shí)將細(xì)胞外基質(zhì)材料再添加到處理的培養(yǎng)瓶，可使細(xì)胞恢復(fù)活力并分泌產(chǎn)物。 幫助某些細(xì)胞完成特有的功能。 如肝細(xì)胞(hepatocytes)作為肝組織的主要細(xì)胞必須同基膜或其他的細(xì)胞外基質(zhì)接觸才能合成細(xì)胞型(cell-type)的蛋白質(zhì)。將肝細(xì)胞分離并放在塑料培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，即使加有某種膠原纖維，它們也會(huì)停止翻譯肝組織特異蛋白(如白蛋白)的mRNA，并停止合成這些mRNA。如果在培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)液中添加了合適的細(xì)胞外基質(zhì)的成份，mRNA的合成和翻譯就會(huì)恢復(fù)。 同一些生長(zhǎng)因子和激素結(jié)合進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)。 此外， 某些特殊的細(xì)胞外基質(zhì)也是細(xì)胞分化所必需的。胚胎發(fā)育的最后階段形態(tài)建成(morphogenesis)也需要某些細(xì)胞外基質(zhì)的成份。 7. 透明質(zhì)酸在細(xì)胞外基質(zhì)中的存在方式和作用是什么?（答案） 答: 在細(xì)胞外基質(zhì)中， 透明質(zhì)酸既能參與蛋白聚糖的形成，又能游離存在。在軟骨組織的細(xì)胞外基質(zhì)中，透明質(zhì)酸同糖胺聚糖和核心蛋白組成軟骨組織的蛋白聚糖復(fù)合物，稱為透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物。在這種復(fù)合物中，透明質(zhì)酸作為一個(gè)長(zhǎng)軸，將蛋白聚糖連接在一起，形成更大的更復(fù)雜的蛋白聚糖，使細(xì)胞外基質(zhì)具有更大的抗壓性。透明質(zhì)酸是一種重要的糖胺聚糖，是增殖細(xì)胞和遷移細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分， 一旦遷移細(xì)胞停止移動(dòng)，透明質(zhì)酸就會(huì)從細(xì)胞外基質(zhì)中消失，此時(shí)細(xì)胞間開(kāi)始接觸。 8. 蛋白聚糖在細(xì)胞外基質(zhì)中的功能是什么?（答案） 9. 膠原的合成、裝配和分泌的過(guò)程怎樣?何時(shí)成為水不溶性的?（答案） 答: 首先在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體上合成僅含有信號(hào)肽的原鏈(pro-chain)， 又稱前原膠原（preprocollagen），原鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。然后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中通過(guò)分子內(nèi)交聯(lián)， 三股前體肽自我裝配形成三股螺旋， 即前膠原(procollagen)。前膠原進(jìn)入高爾基體， 經(jīng)過(guò)加工修飾，并在高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)被包進(jìn)分泌小泡，然后通過(guò)與質(zhì)膜的融合，分泌到細(xì)胞外。在細(xì)胞外，前膠原被兩種專一性不同的蛋白水解酶作用， 切除N端和C端的前肽， 兩端各保留部分非螺旋區(qū)，稱為端肽區(qū)(telopeptide region)，此時(shí)形成的是膠原(collagen)。膠原通過(guò)分子間交聯(lián)進(jìn)而聚合成膠原原纖維(collagen fibrills)，最后裝配成膠原纖維（collagen fibers)。原膠原是可溶性的， 但是， 聚合成膠原纖維就成為水不溶的了。 10. 舉例說(shuō)明某一特定組織的性能通常與膠原分子的三維結(jié)構(gòu)有關(guān)（答案） 答: 例如腱，它起著連接肌肉和骨的作用，因此在肌肉收縮時(shí)必須能夠承受巨大的拉力。腱具有細(xì)胞外基質(zhì)，并且在E