细胞生物学简答题

细胞⽣物学简答题

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 (adenylyl cyclase，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(death domain，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(death inducing signaling complex)。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(apoptosis protease activating factor) 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-cell lymphoma gene 2) 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Cyt c，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Cyt c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cyt c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cyclin A，在S期开始表达，到中期时开始消失；M期周期蛋⽩为cyclin B，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cyclin C、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。cyclin D主要与CDK4和CDK6结合并调节后者活性；cyclin A常被