细胞生物学思考题 (2)

第五章

1. 比较载体蛋白和通道蛋白的特点。

答：载体蛋白和通道蛋白都是膜转运蛋白，两者以不同的方式辨别溶质（即决定运输某种溶质而不运输另外的溶质），通道蛋白根据溶质大小和电荷进行辨别，主要转运离子，载体蛋白只容许与载体蛋白上结合部位相合适的溶质分子通过。与载体蛋白相比，通道蛋白具有极高的转运速率（比已知任何一种载体蛋白最快转运速率要高1000倍以上），通道蛋白转运没有饱和值而载体蛋白转运过程有类似于酶和底物作用的饱和动力学特征，通道蛋白是门控开放而载体蛋白介导溶质转运时发生构象转变是随机发生的。

2. 比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。

答：主动运输和被动运输的特点：

（1）浓度梯度：主动运输是物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜转运的方式；而被动运输是物质顺浓度梯度或电化学梯度由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。

（2）是否需能：主动运输需要代谢能（由ATP水解直接提供能量）或与释放能量的过程相偶联（协同运输）；而被动运输不需要提供能量。

（3）膜转运蛋白：主动运输需要载体蛋白介导；被动运输有些需要载体介导（协助扩散、水孔蛋白），有的不需要（简单扩散）。

被动运输意义：

保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质及将分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外。

主动运输意义：

（1）保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质，即使这些营养物质在周围环境中或表面的浓度低；

（2）能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外，即使这些营养物质在细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多；

（3）能够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度，特别是K+、Ca2+和H+的浓度。3. 简述Na+-K+泵的工作原理及其生物学意义。

答：Na+-K+泵具有ATP酶活性，由大小两个亚基组成，小亚基（β亚基）是个糖蛋白，大亚基（α亚基）是跨膜蛋白，在其胞质面有一个A TP结合位点和三个高亲和Na+结合位点，在膜的外表面有二个K+高结合位点和一个乌本苷的结合位点。离子泵的工作原理是通过ATP驱动的泵的构象变化来完成离子转运。首先由Na+结合到α亚基的Na+结合位点，这一结合刺激了ATP水解，α亚基磷酸化，导致蛋白构象改变，并暴露Na+结合位点面向胞外，使Na+释放至胞外；与此同时，也将K+结合位点朝向细胞表面，结合胞外K+后刺激α亚基去磷酸化，并导致蛋白构象再次变化，将K+结合位点朝向胞质面，随即释放K+至胞质溶胶内。最后蛋白构象又恢复原状。

生物学意义：

a. 形成跨膜电势。由于K+由内向外泄露建立跨膜电势，对电压门通道，神经冲动起传递作用。

b. 维持渗透压。细胞内生物大分子物质水解，产生电离，带负电荷，从而吸引胞外Na+进入；细胞内Na+升高后，使水分进入细胞，由此引起细胞的膨胀，然后再通过Na+-K+泵，泵出

Na+，维持渗透压。

c. 可以协助其它物质运输。

4. 比较小分子物质运输和大分子物质运输的区别。

（1）运输方式不同：小分子运输主要以跨膜运输为主，分为主动运输和被动运输；大分子物质运输主要是膜泡运输，分为胞吞作用和胞吐作用。

（2）是否耗能：主动运输耗能而其他小分子运输的方式不耗能；膜泡运输消耗能量。（3）是否膜参与运输：对小分子物质运输来说，膜不参与，只是小分子物质跨过膜的两侧。对大分子物质运输来说，膜参与了膜泡的形成，使大分子物质能通过膜泡进入或排出细胞外。（4）是否有载体或受体的参与：在跨膜运输中，协助扩散和主动运输都需要载体的帮助才能完成。在膜泡运输中有的物质需要受体的参与才能完成运输过程，有的则不需要。

5. 以肝细胞吸取LDL为例，说明受体介导的入胞作用。

答：动物细胞在生物膜等结构合成需要胆固醇时，先合成LDL受体，并结合在膜上，这一有受体的区域又有衣被附着，叫有被小凹，LDL与膜受体在有被小凹处结合，随后将LDL 与受体一并形成细胞内有被小泡。有被小泡在胞内很快失去衣被，并与细胞内的另一小泡胞内体融合，胞内体是存在于细胞质周围的球形囊泡，有贮存物质的功能，其pH值5～6，能起酸溶作用，使无被小泡除去泡上的受体，并与细胞内的消化器初级溶酶体结合后成为次级溶酶体，最后经消化后释放出游离胆固醇，游离胆固醇可用于合成新的生物膜。

6. 比较组成型胞吐途径和调节型胞吐途径的特点及其生物学意义。

答：特点：组成型的外排途径存在于所有真核细胞中，而调节型外排途径仅存在于特化的分泌细胞；前者是连续分泌过程而后者需要胞外信号刺激；前者的蛋白质转运过程除某些有特殊标志的驻留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面；后者产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定。

生物学意义：用于质膜的更新（囊泡内蛋白分泌到细胞外，成为膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）和维持细胞的生长和生存。

第六章

1. 简述线粒体的结构特征。

答：线粒体由内外两层彼此平行的单位膜套叠而成的封闭的囊状结构，具有“两膜两室”结构。（1）外膜：光滑平整具有小孔。（2）内膜和内部空间：内膜上有线粒体的标志性结构——嵴，还有基粒催化ADP磷酸化生成ATP。（3）基质：催化三羧酸循环。

2. 简述线粒体嵴上的基粒的结构和功能。

答：基粒位于线粒体内膜和嵴上，含有头部和基部两部分。

头部：球形，从内膜突出于基质内，容易从膜上脱落。称为F1，由9个亚基组成，为可溶性ATP酶，是线粒体内能量转换、合成ATP的关键部位。

基部：镶嵌与内膜中，称为F0，由疏水蛋白质组成，有a、b、c 3种亚基，是H+质子载体，能传递H+并通过内膜交给F1的催化部位。

3. 试述线粒体的氧化磷酸化耦联机制的化学渗透假说的主要论点是什么？有哪些证据？答：化学渗透假说认为，线粒体内膜中的呼吸链起着质子泵的作用，电子沿呼吸链传递时，

释放的能量转换为跨膜的H+浓度的势能。ATP酶利用这种能量催化ADP与Pi合成ATP，使释放的能量以高能磷酸键的形式储存于A TP中。实验证据：（1）组装有ATP合成酶的类囊体膜浸入有pH梯度的溶液中，加入ADP，能合成A TP。（2）细菌视紫红质和线粒体的ATP合成酶共同组装在脂质体内，经光照由光能产生质子梯度，加入ADP，能合成ATP。表明：（1）质子动力势乃ATP合成的动力；（2）膜应具有完整性；（3）电子传递与A TP合成是两件相关而又不同的事件。

4. 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的功能部位上的？答：进入线粒体膜的蛋白质在运输之前大多数以前体蛋白形式存在，即在蛋白质多肽链N-端引伸出一段含20～80个氨基酸残基的肽链，称为导肽。不同导肽所含信息量不同可使不同的线粒体蛋白质运送至线粒体的不同部位，有的运至基质，有的运至内膜或膜间腔。含导肽的前体蛋白在跨膜运输时，首先被线粒体表面受体识别，同时还需要位于外膜上的GIP （general insertion protein）蛋白的参与，GIP蛋白能在线粒体内外膜之间形成接触点，从而促进线粒体前体蛋白从内外膜的接触点通过内膜。前体蛋白在跨膜运输之前解折叠为松散的结构，以利于跨膜运输。通过内膜之后，其导肽即被线粒体基质中的酶水解除去，蛋白质重新卷曲折叠，形成成熟的蛋白质，它不能再通过膜。跨膜转运的蛋白质在解折叠和重折叠的过程中都需要某些被称为“分子伴侣”的分子参与。

5. 为何说线粒体是半自主性细胞器？

（1）线粒体有自身的DNA，具有遗传上的自主性。

线粒体内存在着自身的DNA（mtDNA）和完整的遗传信息传递与表达系统。能合成自身的mRNA、tRNA、rRNA，并生成自身的蛋白质，具有一定的遗传性。

线粒体DNA环状、裸露。核糖体55S，遗传密码与核的遗传密码也有差异。

（2）线粒体的自主性是有限的，功能的实现有赖于两套遗传系统的协调作用。

线粒体的DNA只含有3种蛋白质的遗传信息，占全部蛋白质的10%，其余90%的蛋白质由核DNA编码；线粒体的DNA转录和翻译所需的酶由核DNA编码；线粒体的生物发生是核DNA和mtDNA分别受控的过程。线粒体基础支架的形成、DNA的复制、转录、线粒体的生长、增殖等高度依赖核基因编码的蛋白质。而内膜上的氧化磷酸化的位点的分化受核DNA和mtDNA共同控制。

6. 简述线粒体起源的两种学说。

答：线粒体的起源主要有两种截然相反的观点，即内共生起源学说和非共生起源学说。内共生起源学说认为线粒体来源于细菌，即细菌被真核生物吞噬后，在长期的内共生过程中，通过演变，形成了线粒体。该学说认为：线粒体祖先原始线粒体（一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌）被原始真核生物吞噬后与宿主细胞间形成互利的共生关系，在长期的进化过程中，演化为线粒体。非共生起源学说又称细胞内分化学说。认为线粒体的发生是质膜内陷的结果，其中一种模型认为，在进化的最初阶段，原核细胞基因组进行复制，并不伴有细胞分裂，而是在基因组附近的质膜内陷形成双层膜，将分离的基因组包围在其中，从而形成结构相似的原始的细胞核和线粒体、叶绿体等细胞器。