細胞生物學第五次作業(yè)

1、1. 何謂細胞骨架？微管、微絲在細胞骨架中的主要作用是什么？(中)答：細胞質(zhì)骨架主要指指存在于細胞質(zhì)中的三類成分：微管、微絲和中間纖維。它們都是與細胞運動有關的結構。微管：它是中空的圓筒狀結構，直徑為18nm25nm,長度變化很大，可達數(shù)微米以上。構成微管的主要成分是微管蛋白。這種蛋白既具有運動功能又具有ATP酶的作用，使 ATP水解，獲得運動所需的能量。這種蛋白有兩個亞基，即a , 3亞基(一說兩種蛋白)它們成螺旋形排列。微管不穩(wěn)定，易在某些因子作用下加聚和解聚。除了獨立存在于細胞質(zhì)中的微管外，纖毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由許多微管聚集而成，細胞分裂時出現(xiàn)的紡錘絲也是由微管組成。此外，微管

2、常常分布在細胞的外線，起細胞骨架的作用。微管和功能在不同 類型的細胞內(nèi)并不完全相同，組成纖毛、鞭毛的微管主要與運動有關，而神經(jīng)細胞中的微管 可能與支持和神經(jīng)遞質(zhì)的運輸有關。微絲是原生質(zhì)中一種細小的纖絲，直徑約為50 Å60 Å,常呈網(wǎng)狀排列在細胞膜之下，在光鏡下看不見，但如果微絲集合成束，則可在光鏡下看到。微絲的成分是肌動 蛋白和肌球蛋白，這是肌纖維的運動蛋白。由此可知，它有運動功能，細胞質(zhì)的流動、變形 運動等都和微絲的活動有關。 動物細胞在進行分裂時，細胞中央發(fā)生橫縊，將細胞分成兩個， 也必須由微絲收縮而產(chǎn)生。有的微絲主要起支架作用，與維持細胞的形狀有

3、關。2. 一個骨骼肌細胞有三個不同的膜系統(tǒng)，每個都有自己的整合膜蛋白。請指出哪種膜一一質(zhì)膜(PM)、橫小管(TT)、肌質(zhì)網(wǎng)(SR)或無膜系統(tǒng)(NONE含有最為豐富的下列某種蛋白質(zhì)： 原肌球蛋白肌質(zhì)網(wǎng) 、乙酰膽堿受體質(zhì)膜 、Ca2+-ATPas肌質(zhì)網(wǎng)、肌聯(lián)蛋白橫小管 、Ca2+-釋放通道肌質(zhì)網(wǎng).仲)3 在下列各類細胞中哪一種有可能在細胞質(zhì)中含有高密度的中間纖維？請說明理由。(中)(1) 大變形蟲(一種自主生活的變形蟲);(2) 皮膚的上皮細胞；(3) 消化道的平滑肌細胞；(4) 大腸桿菌；(5) 脊髓中的神經(jīng)細胞；(6) 精細胞；(7) 植物細胞。答：(5)中可能含有高密度的中間纖維，因為中間纖

4、維是相對穩(wěn)定的蛋白質(zhì)纖維，為 細胞提供機械強度支持，在皮膚上皮細胞、神經(jīng)細胞、植物細胞的細胞形態(tài)一般穩(wěn)定，且有較強的耐剪切力所以可能含有高密度的中間纖維4.為什么將微管蛋白添加到已有的微管末端上，比從頭開始形成微管容易得多 ？解釋中心體內(nèi)丫微管蛋白是如何克服這一障礙的。(難)答：因為從頭形成微管需要經(jīng)歷三個時期，成核期微管蛋白聚合成短的寡聚體結構，核 心形成；聚合期二聚體在其兩端和側面增加使之擴展成片狀，當擴展至第13根原纖維時，合攏成為一段微管；穩(wěn)定期微管的組裝于去組裝速度相等；當在微管末端直接加微管蛋白時，減去了成核期，直接在末端開始添加，所以直接在末端添加微管蛋白比重新形成微管容易；微管

5、從微管組織中心開始形成，中心體內(nèi)丫微管蛋白環(huán)形復合體可形成一個含有10到13個丫微管蛋白分子的環(huán)形結構，于微管具有相同直徑，丫微管蛋白環(huán)形復合體刺激微管核心的形成，并包裹微管負端，阻止微管蛋白滲入，克服了這一障礙。（中）5動態(tài)不穩(wěn)定性造成微管迅速伸長或縮短。設想一條單一的處于縮短狀態(tài)的微管：（1）如果要停止縮短并進入伸長狀態(tài)，其末端必須發(fā)生什么變化?（2）發(fā)生這一轉換后微管蛋白的濃度有什么變化?（3）如果溶液中只有 GDP而沒有GTP,將會發(fā)生什么情況？（4）如果溶液中存在不能被水解的GTP類似物，將會發(fā)生什么情況 ？答：（1在微管末端形成一個 GTP帽；（ 2）發(fā)生這一轉化后，微管聚合速度大

6、于解離速度，微管伸長，微管蛋白濃度降低；（3）GTP是調(diào)節(jié)微管體外組裝的重要物質(zhì)，當微管蛋白異二聚體被GTP激活后，合成微管，而GDP勺亞基對微管聚合體的結合不緊密而從游離端釋放，微管便縮短。當只有GDP沒有GTP時，微管只能解聚不能聚合，微管會縮短。（4）如溶液中的GDF不能被水解，則微管蛋白會不斷聚合，微管會一直伸長。6比較偽足和片狀偽足。 （中 ） 答：偽足是變形蟲型生活相細胞特有的結構，也見于粘菌的變形體及紫菜的游動孢子， 但特別是指原生動物內(nèi)足類及多細胞動物的某種游離細胞， 以及在組織培養(yǎng)的各種多細胞動 物的組織細胞等，由原生質(zhì)體形成的臨時性突起的、與運動有關的細胞器。根據(jù)形狀， 將

7、偽足分為葉狀偽足、 絲狀偽足、 根狀偽足和有軸偽足四種類型， 但移動運動活潑的可專稱葉狀 偽足。 其他類型的偽足是以攝食為主要功能， 多數(shù)為游離性偽足。 偽足的形態(tài)及數(shù)目， 即使 在同一種細胞內(nèi)也可因外界條件 （如溶液的鹽類組成等） 及內(nèi)部狀態(tài)（如靜止形、 游走形等） 不同而異。片狀偽足 （lamellipodium） ： 運動的成纖維細胞的前緣，因微絲組裝形成的扁平凸起。7比較微管和微絲。 （易） 答：微絲又稱機動蛋白絲，或纖維狀機動蛋白，直徑 7 納米的纖維。 微絲網(wǎng)絡的空間結 構和功能取決于所結合的微絲結合蛋白的種類。 細胞內(nèi)微絲的組裝和去組裝的動力學過程與 細胞突起的形成，細胞質(zhì)分裂，

8、 細胞內(nèi)物質(zhì)運輸，肌肉收縮，吞噬作用，細胞遷移等多種 細胞運動有關。微管是由微管蛋白亞基組裝而成， 每個微管蛋白亞基都是由 2個非常相似的球狀蛋白 a 和3微管蛋白結合而成的一二聚體，這種a 3 -微管蛋白二聚體是細胞質(zhì)內(nèi)游離態(tài)微管蛋白的主要存在形式，也是微管組裝的基本結構單位。微管蛋白二聚體縱向排列而形成原纖絲， 13 個原纖絲合攏和構成微管的管壁，沿微管圓周成螺旋狀排列。分為單管，二聯(lián)管，三聯(lián) 管。8比較細胞質(zhì)動力蛋白與驅(qū)動蛋白。（易）答：細胞質(zhì)動力蛋白： 細胞質(zhì)動力蛋白是一個巨大的分子，分子量超過 10 萬道爾頓， 由910個多肽鏈組成。它有兩個大的球形的頭部，是生成力的部位。它在細胞中

9、至少有兩 個功能：第一是有絲分裂中染色體運動的力的來源；第二是作為負端微管走向的發(fā)動機，擔負小泡和各種膜結合細胞器的運輸任務。 在神經(jīng)細胞中 , 細胞質(zhì)膜動力蛋白參與將細胞質(zhì)細 胞器向神經(jīng)節(jié)的細胞體運輸。在成纖維細胞中 , 細胞質(zhì)膜動力蛋白負責將細胞器 , 包括高爾 基體小泡、 溶酶體和內(nèi)體等向細胞中心運輸?shù)娜蝿铡?體外分析表明， 細胞質(zhì)動力蛋白在微管 上移動的方向與驅(qū)動蛋白相反，從正端移向負端。驅(qū)動蛋白：能利用ATP水解所釋放的能量驅(qū)動自身及所攜帶的貨物分子沿微管運動的一 類馬達蛋白，與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸有關。9比較基粒與中心體。 （易 ）答：動物、某些藻類和菌類細胞中的圓筒狀細胞器。中心粒位于

10、間期細胞核附近或有絲 分裂細胞的紡錘體極區(qū)中心， 有時移至細胞表面纖毛和鞭毛的基部， 則稱基粒。葉綠素基粒： 在葉綠體基質(zhì)中，有許多單位膜封閉形成的扁平小囊，稱為類囊體。中心體是動物細胞中一種重要的細胞器， 每個中心體主要含有兩個中心粒。 它是細胞分 裂時內(nèi)部活動的中心。 動物細胞和低等植物細胞中都有中心體。 它總是位于細胞核附近的細 胞質(zhì)中，接近于細胞的中心，因此叫中心體。 在電子顯微鏡下可以看到，每個中心體含有兩 個中心粒，這兩個中心粒相互垂直排列。中心體與細胞的有絲分裂有關。10請比較中間纖維與骨骼肌細胞中肌球蛋白纖維n的結構，兩者主要的相同之處是什么?主要的不同之處又是什么 ?（中）答

11、：相同之處：（ 1）酶解后都有頭部和桿部：（ 2）桿部都表現(xiàn)為多級螺旋；（ 3）都 是細胞骨架的組成成分；不同之處：（1）中間纖維除頭部與桿部還有尾部；（2 ）肌球蛋白n有酶活性，中間纖維沒有；（3中間纖維是絲狀蛋白多聚體，肌球蛋白n是一種馬達蛋白；11 句子“肌肉收縮時Ca2+的作用是：”是關于肌收縮的描述， 但不完整。下面所給的四個短語是否都能用來使該句子完整？為什么？將肌球蛋白頭部從肌動蛋白上脫離下來；將動作電位從質(zhì)膜傳遞到收縮元件；與肌鈣蛋白結合，使之移動原肌球蛋白，從而將肌動蛋白纖維暴露于肌球蛋白頭部；維持肌球蛋白纖維的結構。（難）答：可以描述，但不可以；當肌肉收縮時，肌細胞興奮而使

12、胞漿內(nèi)Ca2+增加,Ca2+便與細絲上的肌鈣蛋白結合，使其構型發(fā)生變化， 從而牽拉原肌凝蛋白滾動移位，將其掩蓋的肌球蛋白頭部暴露出來，而不是使頭部脫離下來，Ca2+也不具備維持肌球蛋白纖維的結構的作用。12 列舉細菌與動物細胞之間的差別。這些差別很可能是由于在進化過程中出現(xiàn)的部分或所有現(xiàn)代真核細胞具有的細胞骨架所造成的。 （易）答：廣義的細菌即為原核生物是指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱作擬核區(qū)（或擬核）的裸露DNA的原始單細胞生物，包括真細菌和古生菌兩大類群。 其中除少數(shù)屬古生菌外， 多數(shù)的原核生物都是真細菌?？纱址譃?6 種類型，即細菌（狹義） 、放線菌、螺旋體、支原 體、立克次氏體和衣

13、原體。 人們通常所說的即為狹義的細菌， 狹義的細菌為原核微生物的一 類，是一類形狀細短，結構簡單，多以二分裂方式進行繁殖的原核生物，是在自然界分布最 廣、個體數(shù)量最多的有機體， 是大自然物質(zhì)循環(huán)的主要參與者。 細菌主要由細胞壁、 細胞膜、 細胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構成，有的細菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結構。絕大多數(shù)細菌的 直徑大小在 0.55卩m之間。可根據(jù)形狀分為三類，即：球菌、桿菌和螺形菌（包括弧菌、 螺菌、螺桿菌） 。 還有一種利用細菌的生活方式來分類，分為兩大類：自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌，其 中異養(yǎng)菌包括腐生菌和寄生菌。 不進行有絲分裂、 減數(shù)分裂、 無絲分裂的細胞。這種細胞不 發(fā)生原生質(zhì)流動，觀

14、察不到變形蟲樣運動。動物細胞是真核細胞，具完整細胞結構有成形的細胞核。13從紅豆杉樹皮中提取的藥物紫杉醇具有和秋水仙堿（一種生物堿 ）相反的作用。紫杉醇與微管緊密結合，使之十分穩(wěn)定。當它作用于細胞時，造成更多的游離微管蛋白組裝成微管。 紫杉醇與秋水仙堿對于分裂細胞是致命的， 兩者都用作抗癌藥物。 為什么這兩種藥物作用機 理不同，對分裂細胞卻都是有害的 ?（難）答 : 微管參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂。在分裂前期，染色體動粒出現(xiàn)后，微管伸 入核區(qū)與動粒形成側位連接， 動粒沿微管向極區(qū)移動時有獲得更多微管， 形成端位連接， 推 動染色體向中間移動，達到平衡。紫杉醇與微管緊密結合，使之十分穩(wěn)定。

15、當它作用于細胞 時，造成更多的游離微管蛋白組裝成微管， 是染色體達不到赤道板平衡， 不能進行后期分裂； 秋水仙堿能結合和穩(wěn)定游離的微管蛋白， 使它無法聚合成微管， 引起微管裂解， 無法與動粒 結合，無法無法完成后期分裂；所以兩種藥物對分裂細胞都有害。14簡要說明肌節(jié)收縮的原理。 （易 ）答 : 肌節(jié)的收縮時纖絲間互相滑動所致。肌絲滑行過程中肌細胞興奮而使胞漿內(nèi)Ca2+增加時，Ca2+便與細絲上的肌鈣蛋白結合，使其構型發(fā)生變化，從而牽拉原肌凝蛋白滾動移位，將其掩蓋的結合位點暴露出來。 橫橋立即與肌纖蛋白結合形成肌纖凝蛋白， 同時橫橋上 的ATP酶獲得活性，加速ATP分解釋放能量，使橫橋發(fā)生扭動，

16、牽拉細肌絲向粗肌絲內(nèi)滑行， 肌節(jié)縮短 .15 .什么叫凝膠-溶膠（gelsol）和溶膠一凝膠（sol-gel）轉變？（中）答: 細胞內(nèi)部凝膠狀態(tài)的原生質(zhì)與溶膠狀態(tài)的原生質(zhì)容易相互轉換，稱為溶膠 -凝膠轉換。這個現(xiàn)象是觸變性。 在有變形運動的細胞中這種轉換是經(jīng)常發(fā)生的。 細胞后部的凝膠溶膠化 向前端的偽足方向流動，在前端就成為凝膠化的外壁。溶膠 - 凝膠轉換也能人為的發(fā)生，例 如對變形蟲從外部施以幾百公斤 /平方厘米的壓力就能使凝膠就溶膠化，結果變形蟲不能保 持其原來的形狀，由于表面張力的關系而變?yōu)榍驙睿Ｖ惯\動。16. 微絲具有哪些生物學功能 ?（易）答: 1）形成應力纖維：緊貼粘合斑的質(zhì)膜內(nèi)

17、側由微絲緊密排列成束的微絲2）形成微絨毛：微絲束無收縮功能，止于端網(wǎng)結構3）細胞變形運動：前端伸出突起，緊接前端形成新的錨定位點，再接著細胞依靠支點 向前移動，最后后部錨定位點與基質(zhì)脫離，細胞尾部向前移。4）胞質(zhì)分裂： 在有絲分裂末期， 在赤道位置的質(zhì)膜內(nèi)側大量平行排列但是極性方向的 微絲組成了胞質(zhì)收縮環(huán)，肌球蛋白介導肌動蛋白絲之間相互滑動，使細胞分裂成兩個子細 胞。5）維持細胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機械強度6）肌肉收縮：肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動所致17. 簡述微絲的組裝過程。 （難）答: 微絲由肌動蛋白組成，分幾個階段：第一階段是成核反應，即形成至少2-3 個肌動蛋白單體組成的寡聚體，然后開

18、始多聚體的組裝。第二個階段是纖維的延長。18. 簡述三種細胞骨架成分的結構異同。（易）答: 細胞骨架由微絲、微管和中間纖維構成。 微管形成的有些結構是比較穩(wěn)定的，是由于微管結合蛋白的作用和酶修飾的原因。 微絲主要由肌動蛋白構成，和肌球蛋白一起作用，使細胞運動。中間纖維其化學組成比較復雜。構成它的蛋白質(zhì)多達 5 種，常見的有波形蛋白 ）、角蛋 白、結蛋白、神經(jīng)元纖維、神經(jīng)膠質(zhì)纖維。在不同細胞中，成分變化較大。答：加固細胞骨架，與微管、微絲一起維持細胞形態(tài)和參與胞內(nèi)物質(zhì)運輸，并可固定細胞核。在細胞分裂時可能對紡錘體與CS由空間定向于支架作用。20藥物紫杉醇和秋水仙素皆用作抗癌藥，兩種藥物的作用機理

19、有何不同?（中 ）答： 癌細胞可以無限增殖，微管參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂。在分裂前期，染色 體動粒出現(xiàn)后， 微管伸入核區(qū)與動粒形成側位連接， 動粒沿微管向極區(qū)移動時有獲得更多微 管，形成端位連接，推動染色體向中間移動，達到平衡。紫杉醇與微管緊密結合，使之十分 穩(wěn)定。 當它作用于細胞時， 造成更多的游離微管蛋白組裝成微管，是染色體達不到赤道板平衡，不能進行后期分裂； 秋水仙堿能結合和穩(wěn)定游離的微管蛋白，使它無法聚合成微管，引起微管裂解，無法與動粒結合，無法無法完成后期分裂；所以兩種藥物的機制不同。21說明肌球蛋白 I 的結構特點。 （中）答：結構特點：（1 ）肌球蛋白I只有一條重鏈，尾部較

20、短；（2）位于重鏈的N末端形 成一個球狀頭部，含有一個肌動蛋白結合位點和 ATP結合位點的催化區(qū)域； （3）C末端形成 一個尾部；22當細胞進入有絲分裂時， 原來的胞質(zhì)微管必須迅速解聚， 代之以將染色體拉向子細胞的 紡錘體。 以日本武士的短劍命名的酶劍蛋白在有絲分裂開始時被激活，將微管切成短的片段。請分析劍蛋白產(chǎn)生的微管短片段的命運并作出解釋。（中答： 劍蛋白切割后的微管片段在形成紡錘體時結合成微管，參與染色體的運動；因為劍蛋白是一種與微管有關的 ATP酶，可使微管斷裂，并使微管解聚為微管蛋白的二聚體， 但有 絲分裂中紡錘體形成需要微管， 所以微管蛋白的二聚體會被細胞再次合成微管， 參與有絲分

21、 裂。23目前已知的發(fā)動機蛋白都不是在中間纖維上進行移動的，為什么?（難）答： 馬達蛋白有三大家族， 動力蛋白與驅(qū)動蛋白以微管為軌道， 肌球蛋白以微絲為軌道； 動力蛋白與驅(qū)動蛋白的頭部與微管以空間結構專一的方式結合，肌球蛋白頭部只與肌動蛋白結合，而中間纖維沒有這兩種結構，所以馬達蛋白不在中間纖維上移動。24細胞質(zhì)中肌動蛋白纖維的形成是由肌動蛋白結合蛋白控制的。某些肌動蛋白結合蛋白可大幅提高啟動肌動蛋白纖維形成的速度。請設想一種可能的機制。（中）答： 肌動蛋白結合蛋白提高肌動蛋白的結合速率的作用機制可能是，肌動蛋白結合蛋白可以快速使肌動蛋白形成三聚體，即核心形成，肌球蛋白便快速在核心兩端迅速聚合

22、。25在爬行細胞的前緣， 肌動蛋白纖維的正端結合在質(zhì)膜上， 肌動蛋白單體就在這些末端添 加上去， 將質(zhì)膜向外推動從而形成片狀偽足或絲狀偽足。 是什么機制掌握纖維的另一端， 防 止它們被推入細胞的內(nèi)部 ?（難）答： 微絲結合蛋白可防止纖維被推入細胞， 微絲結合蛋白一組促進分支狀肌動蛋白絲形 成，另一組再生長的肌動蛋白絲上形成一個核心，而其他結合蛋白是肌動蛋白絲前端結合， 后端解聚，以防止纖維被推入細胞。26細胞骨架蛋白的重疊功能的意義是什么?（中）答： 細胞骨架蛋白的重疊功能的意義有： 重疊后可以更好地維持細胞形態(tài)；可以增強細胞的機械強度支持； 可以更好地完成細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸和信息傳遞。27. 下列哪一種變化是在骨骼肌細胞收縮時發(fā)生的庖z盤反向移動使間距擴大；肌動蛋 白纖維收縮；肌球蛋白纖維收縮；肌節(jié)變短。 （中）答:和28. 纖毛中動力蛋白臂的排列方式使之激活時， 頭部將鄰接的外側二聯(lián)體朝纖毛的頂端推動。如果所有的動力蛋白分子同時被激活，為什么纖毛反而不能產(chǎn)生彎曲運動?構思一種動力蛋白的活動方式來解釋纖毛的單向彎曲現(xiàn)象。（難）答: 因為當所有動力蛋白分子被激活時， 所有纖毛的動力蛋白臂會同時將外側二聯(lián)體朝 纖毛頂端推動， 所以纖