细胞生物学简答题整理

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”。

-Ca2+信号通路IP3IP3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。