细胞生物学题目

1、简述染色质的组成、包装和染色质活性的调节。

答：染色质的组成：

包括间期细胞核内的DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA。

染色质的组装:

(1)多级螺旋模型

由DNA与组蛋白组装成核小体，在组蛋白Hl的介导下核小体彼此连接形成直径约10 nm 的核小体串珠结构，这是染色质组装的一级结构。在有组蛋白H1存在的情况下，由直径10 nm的核小体串珠结构螺旋盘绕，每圈6个核小体，形成外径25～30 nm，螺距12 nm的螺线管(solenoid)。螺线管是染色质组装的二级结构。螺线管进一步螺旋化形成直径为0．4 um 的圆筒状结构折叠，，称为超螺线管，这是染色质组装的三级结构。这种超螺线管进一步螺旋，形成长2～10um的染色单体，即染色质组装的四级结构。根据多级螺旋模型，从DNA 到染色体经过四级组装：

DNA（压缩7倍）→核小体（压缩6倍）→螺线管（压缩40倍）→超螺线管压缩5倍）→染色单体

(1)袢环结构模型袢环结构模型：

该模型认为，30 nm的染色线折叠成环，沿染色体纵轴，由中央向四周伸出，构成放射环，最终构成染色体。

上述两种关于染色体高级结构的组织模型，前者强调螺旋化，后者强调环化与折叠。

染色质活性调节：

（一）疏松染色质结构的形成

染色质的疏松状态源于核小体的结构改变或核小体的解聚。根据核小体结构与功能关系，可能有以下原因：

1、DNA局部结构的改变与核小体相位的影响

染色质并不是一个静止的结构，而是一个活泼、动态、可塑的蛋白质与核酸组成的复合体。当一个调控蛋白结合到染色质DNA的一个特定的位点上时，不管是在核小体间还是在一个核小体内，染色质都很容易被引发二级结构的改变。这些改变使得其他的一些结合位点与调控蛋白的结合变得要么更加容易，要么更加困难。

2、组蛋白的修饰

组成核小体的组蛋白八聚体的N端都暴露在核小体之外，某些特殊的氨基酸残基会发生乙酰化、甲基化、磷酸化或ADP核糖基化等修饰。这些基团修饰的意义：一是改变染色质的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，间接影响转录活性。

3．HMG结构域蛋白的影响

HMG结构域蛋白结合在DNA双螺旋的小沟中，以40倍的优势选择富含嘧啶的核苷酸元件。HMG结构域蛋白的功能之一是与DNA弯折和DNA一蛋白质复合体高级结构的形成有关。

(二)染色质的区间性

1、基因座控制区

基因座控制区(是染色体DNA上一种顺式作用元件，其结构域中含有多种反式作用因子的结合序列，可能参与蛋白质因子的协同作用，使启动子处于无组蛋白状态，即LCR具有稳定染色质疏松结构的功能；此外，多种反式作用因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍然保持在原来的位置上。

2、隔离子

基因表达有位置效应，有的活性基因变位到异染色质区附近时会失活。处于抑制状态与活化状态的染色质结构域之间、能防止不同状态的染色质结构域的结构特征向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。研究表明，隔离子可能有下列作用：一是作为异染色质定向形成的起始位点；二是作为结构域两端的锚定点，提供拓扑隔离区，使结构域外的增强子成分不能进入；三是涉及追踪机制，远端增强子处组成的复合体沿染色质模板运动直到启动子，而隔离子可阻止这个复合体超越正常作用范围。虽然3种作用模式均不能满意地解释所有观察到的隔离子现象，但却有可能证明隔离子是以不同方式行使功能的。

(三)染色质模板的转录

真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。

2、概述小G蛋白的生物学功能。

小 G 蛋白是真核生物中成员数量较多的一类信号转导蛋白，家族成员超过 100 个，分别参与调控细胞的多种生命活动。在功能上 Ras 家族调控基因的表达， Rho 家族调控细胞骨架重组、基因表达、细胞壁合成、细胞周期进程以及MAP 激酶信号的转导， Rab 家族和 Sar/Arf 家族调控囊泡运输和笼形蛋白的形成， Ran 家族调控核质运输、微管形成、有丝分裂的纺锤体形成及细胞分裂后核膜的组装。

（1）Rab GTPase Rab 是小 G 蛋白家族(Small GTP- bind-ing)中最大的一类亚家族， Rab 亚家族通过调控复杂的囊泡运输和维管系统活动调控真核细胞各细胞器之间的物质交换和信息传递。酵母中第一个被识别的小 G 蛋白 YPT1 属于 Rab 蛋白，之后的研究证明 YPT1 在细胞囊泡运输过程中扮演着重要的角色。YPT1 在供体膜上囊泡的萌发、接受体膜确定目标囊泡、囊泡与接受体膜粘附和接受体膜与囊泡锚定融合这 4 个囊泡运输过程中均起到了调控作用。YPT51p 调控液泡前体(prevacuolar)的核膜运输、 YPT2p 调控分泌蛋白的分泌途径、 YPT5 调控笼形蛋白的囊泡融合使之运输到早期的核内体，完成囊泡运输。

（2） Rho GTPase Rho 由 Rac、 Rho、 Cdc42 组成。早期研究发现， Cdc42、 Rac、 Rho 调控真核细胞肌动蛋白的装配和细胞的极性生长。最近，研究表明他们还调控多种生理过程，如基因表达、细胞壁的合成、 H 2 O 2产生、胞浆移动、细胞周期、真核生物器官细胞分化、花粉管生长、根毛发育和氧化还原反应等。Rho 在酵母细胞和哺乳动物细胞中的调控功能是类似的。最先发现 Rho 调节酵母细胞和哺乳动物细胞的肌动蛋白骨架组成。在酵母中 Cdc42p 和 Rho1p 基因分别调控肌动蛋白细胞骨架的两极分化、调控功能的确立及细胞极性的维持。而哺乳动物的 Rho 蛋白在肌动蛋白压力纤维的组装上起关键功能。近期研究还发现 Rho 还参与调控多种其他的生命活动过程，包括细胞骨架重组、基因表达、细胞壁合成以及细胞循环等。

（3） Ran GTPase Ran 是真核细胞中表达丰度较高的一类小 G 蛋白，它参与调控细胞纺锤体的形成、细胞周期进程、核膜的结构及功能、核质的物质运输、细胞氧化还原反应以及RNA 出核、 RNA 合成、加工等。、

（4） Sar/Arf GTPase Arf GTPase 和 Arf- like GTPase 被归为 Arf GTPase， Arf- like 简称 Arl- GTPase，又被称为 Sar GT-Pase。Arf 主要参与形成笼形蛋白、囊泡运输以及作为多功能调节蛋白。囊泡外周蛋白有 COP- I、 COP- II 和网格蛋白。Arf 蛋白参与更新外周蛋白，并将其运输到囊泡出芽位点。酵母Sar1p 调控 COP- II 外周蛋白的更新，将其从内质网运输到高尔基体。此外，酵母的另 2 种 ArfGTPase 基因 Arf1p 和Arf2p 也被发现更新 COP- I 外周蛋白、调节其从内质网到高尔基体的囊泡运输，他们的功能是可以互替的。

3、概述物质运输的方式及其特点。

细胞膜是选择性半透膜，对离子选择性通透，产生了细胞内外的电位差，用以传导电信号。

一、小分子物质

小分子物质通过细胞膜的转运主要有三种方式：简单扩散（simple diffusion）和易化扩散（facilitated diffusion）和主动运输（active transport）。

（一）简单扩散（simple diffusion）：又称被动扩散，影响简单扩散的因素有：分子量越小、脂溶性越强、非极性比极性分子过脂双层膜速率越快

特点：浓度梯度扩散高-低、不需要提供能量。

（二）易化扩散：也称促进扩散（facilitated diffusion），易化扩散是膜蛋白介导的被动扩散。其转运方式主要有两种：一是经载体介导的易化扩散。二是经通道介导的易化扩散。单纯扩散与易化扩散都属于被动转运，被动转运的主要特点是：转运物质过程的本身不需要消耗能量，是在细胞膜上的特殊蛋白的“帮助”下，顺着浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运，是一个“被动”的过程。

（三）由载体蛋白介导的物质运输

1.载体蛋白介导的被动转运(易化扩散)

⑴特点——类似于酶-底物反应

①结合溶质分子具有特异性；②结合溶质分子具有饱和性：达到饱和状态时转运速率最大(Vmax) ；③每种载体对各自溶质均有一结合常数(Km) ，V＝1／2Vmax时溶质的浓度；

④结合可被竞争性或非竞争性抑制剂阻断

2.载体蛋白介导的主动运输

主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。

主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输）；③都有载体蛋白。

3、通道蛋白（channel protein）

通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。

特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。

二、大分子物质的囊泡转运——胞吞和胞吐

囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又与另一内膜细胞器发生融合，这一转运过程称为囊泡转运。根据物质的运输方向分为胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocytosis）

共同特点：双向、特异、有序、化学修饰

（一）细胞胞吞作用的两种形式：吞噬（phagocytosis）和吞饮（pinocytosis）。

胞吞作用消耗能量,属于细胞膜的主动运输。

特点：①所摄入的大分子在质膜上有特异受体；②内吞由大分子配体与其受体的识别、结合而激发；③受体配体复合物聚集于质膜的有被小窝内，由有被小泡送至内体。

（二）细胞胞吐作用

胞吐作用的途径：结构性途径(constitutive pathway of secretion) 和调节性途径。

特点：胞吐作用消耗能量,属于细胞膜的主动运输。