2014年细胞生物学复习题第七章细胞质基质与内膜系统1.试述泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解的机制。

泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解机制是识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制。

其中，蛋白酶体是细胞内降解蛋白质的大分子复合体，富含ATP依赖的蛋白酶活性。

泛素是由氨基酸残基组成的小分子球蛋白，普遍存在与真核细胞中。

在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质N端，更常见的是与靶蛋白赖氨酸残基的ε氨基相连接。

然后带有泛素化标签的蛋白质被蛋白酶体识别并降解，通过该途径降解的蛋白质大体包括两大类：一是错误折叠或异常的蛋白质；二是需要进行存量调控和不稳定的蛋白质。

蛋白质的泛素化需要多酶复合体发挥作用，通过3种酶的先后催化来完成，包括泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2，又称泛素载体蛋白）和泛素连接酶（E3）。

泛素化过程涉及如下步骤：（1）泛素活化酶E1通过形成酰基-腺苷酸中介物使泛素分子C端被激活，该反应需要ATP；（2）转移活化的泛素分子与泛素结合酶E2的半胱氨酸残基结合；（3）异肽键形成，即与E2结合的泛素羧基和靶蛋白赖氨酸侧链的氨基之间形成异肽键，该反应由泛素连接酶E3催化完成。

重复上述步骤，形成具有寡聚泛素链的泛素化靶蛋白。

泛素化标签被蛋白酶体帽识别，并利用ATP水解提供的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白解折叠，去折叠的蛋白质转移至蛋白酶体核心腔内被降解。

当泛素化的靶蛋白其泛素自身的赖氨酸残基也被泛素化时，便形成具有寡聚泛素链的泛素化蛋白。

2.试述高尔基体的结构及其功能。

高尔基体是有极性的细胞器，面向细胞核扁囊弯曲成凸面称形成面（forming face）或顺面（cis face），面向质膜的凹面（concave）称成熟面（mature face）或反面（trans face）高尔基体的结构由三部分组成：（1）顺面管网状结构(CGN) 和顺面膜囊（cis膜囊）：该区域接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，少部分蛋白质与脂质再返回内质网。

蛋白质丝氨酸残基在此发生O-连接的糖基化。

跨膜蛋白质在细胞质基质一侧结构域的酰基化也发生在此。

（2）中间膜囊（medial Golgi）：该区域参与多数糖基修饰与加工、糖脂的形成、与高尔基体有关的多糖的合成（3）反面膜囊和反面管网状结构（TGN）：参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出、晚期蛋白质的修饰-包括：蛋白原的水解加工作用、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化此外，还存在周围囊泡，顺面一侧的囊泡是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称为ERGIC或VTCs泡；在高尔基体的反面一侧体积较大的为分泌泡与分泌颗粒高尔基体的功能：（1）参与细胞的分泌活动在TGN区存在3条蛋白质的分选途径：溶酶体酶的包装和分选、可调节性分泌（外界激素+受体→胞内信号→Ca2+升高→分泌泡释放）、组成性分泌（参与质膜更新或向胞外分泌蛋白）（2）参与蛋白质的糖基化及其修饰N-连接糖基化：寡糖链转移至新生肽链的特定三肽序列的天冬酰胺残疾上，在糙面内质网以及通过高尔基体各膜囊间隔的转移，寡糖链经一些列加工，最终形成成熟的糖蛋白。

O-连接的糖基化：高尔基体中进行。

动物细胞胞外基质中的蛋白聚糖在高尔基体组装：一个或多个氨基聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的Ser残基上高尔基体参与糖脂的合成：糖脂的糖侧链以与糖蛋白相同的途径和方式在高尔基体合成与加工，由高尔基体转运到溶酶体膜或细胞膜上参与植物细胞壁的合成：高尔基体合成和分泌的多糖参与细胞壁的构成纤维素是由细胞膜外侧的纤维素合成酶合成的。

（3）参与蛋白酶的水解和其他加工过程：很多肽类激素和神经多肽当转运至高尔基体的TGN甚至TGN所形成的分泌小泡中时，经蛋白水解酶的特异性地水解才成为有生物活性的多肽。

高尔基体酶解加工的几种类型：①没有生物活性的蛋白原(proprotein)进入高尔基体后，将蛋白原N端或两端的序列切除形成成熟的多肽（如ER合成的胰岛素原,在高尔基体切去一段C端）②有些蛋白质分子在糙面内质网中合成时含有多个相同氨基酸序列的前体，在高尔基体中水解成同种有活性的多肽，如神经肽等。

③一个蛋白质分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工成不同的产物，增加了细胞信号分子的多样性3.试述溶酶体的结构及其功能。

溶酶体是一种异质性细胞器，按完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体、次级溶酶体、残质体。

初级溶酶体中含有多种酸性水解酶。

溶酶体膜上成分与其他生物膜不同：①嵌有质子泵，借助水解ATP释放出的能量将H+泵入溶酶体内②多种载体蛋白用于水解的产物向外转运③膜蛋白高度糖基化防止自身的降解。

次级溶酶体分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。

自噬溶酶体：初级溶酶体与细胞内的自噬泡融合形成的复合体。

异噬溶酶体：初级溶酶体与细胞内的吞噬泡融合形成的复合体。

次级溶酶体内经历消化后，小分子物质可通过膜上载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用，未被消化的物质残存在溶酶体内形成残质体，通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。

溶酶体的基本功能是细胞内的消化作用，可分为内吞作用、吞噬作用和自噬作用三种途径，每种途径导致不同来源的物质在细胞内被消化。

（1）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老和死亡的细胞：清除酶和代谢产物，调节代谢；清除衰老的细胞器如线粒体；清除衰老和凋亡的细胞如红细胞（2）防御功能：识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体的作用下将其杀死并进一步降解。

(吞噬细胞：清除抗原-抗体复合物、吞噬细菌、病毒等病原体、衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质；巨噬细胞：溶酶体非常丰富，含有过氧化氢、超氧物等，与溶酶体酶共同作用杀死细菌)（3）溶酶体还具有其它重要的生理功能：作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节，甲状腺球蛋白-甲状腺素；参与清除退行性变化的细胞和特定程序性死亡细胞；受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应第八章蛋白质分选与膜泡运输1.试述分泌蛋白的合成、加工及转运途径。

分泌性蛋白N端序列作为信号肽指导分泌性蛋白到ER膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。

蛋白质在糙面内质网的合成的决定因素是信号肽、信号识别颗粒和信号识别颗粒的受体。

蛋白质首先在细胞质基质有利的核糖体上起始合成，当多肽链延伸至80个左右氨基酸残基时，N端的的内质网信号序列暴露出核糖体并与信号识别颗粒结合，导致肽链延伸暂时停止，防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至信号识别颗粒与内质网膜上的SRP受体结合，这种结合的相互作用被GTP与SPR和SRP受体的结合所强化。

核糖体/新生肽与内质网膜的移位子结合，信号识别颗粒脱离了信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸。

以环化构象存在的信号肽与移位子组分结合并使孔道打开，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环的形式进入内质网腔中，这是一个耗能过程。

与此同时，腔面上的信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。

肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成，蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，移位子关闭。

分泌蛋白经共翻译转运途径完成分选：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基体加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。

2. 试述细胞内膜泡运输的类型及其各自主要功能。

细胞内膜泡运输类型分为三种：COP II包被膜泡、COP I 包被膜泡和网格蛋白/接头蛋白包被膜泡。

COP II包被膜泡含有小分子GTP结合蛋白Sar1-起始组装、Sec23/Sec24复合物-与Sar1组成三重复合物、Sec13/Sec31复合物-具自组装成网格结构的特点、纤维蛋白Sec16-增加聚合效率。

介导细胞内顺向运输，即负责从内质网到高尔基体的物质运输。

主要功能是将蛋白质从内质网运向高尔基体。

COP I包被膜泡含有7种蛋白亚基和一种GTP结合蛋白ARF。

介导细胞内膜泡逆向运输，负责从高尔基体反面膜囊到高尔基体顺面膜囊以及从高尔基体顺面网状区到内质网的膜泡转运。

主要功能是回收错误分选的内质网逃逸蛋白返回内质网。

网格蛋白/接头蛋白包被膜泡由网格蛋白构成的蜂巢样的外层网格组成。

介导几种蛋白质分选途径，①负责蛋白质从高尔基体TGN 质膜、胞内体或溶酶体的运输；②在受体介导的细胞内吞途径负责将物质从质膜 内吞泡 胞内体 溶酶体运输。

第九章细胞信号转导1.以甾类激素为例说明通过细胞内受体介导的信号传递的过程及其特点细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的基因调控蛋白。

在细胞内，受体与抑制性蛋白如Hsp90结合形成复合物，处于非活化状态。

当信号分子与受体结合，将导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露它的DNA结合位点而被激活。

激素类信号分子与血清蛋白结合运输至靶组织并扩散跨越质膜进入进入细胞内，通过核孔与特异性核受体形成激素-受体复合物并改变受体构象；激素-受体复合物与基因特殊调节区结合，影响基因转录。

特点1：细胞内受体一般含有3个功能与：C端的结构域是激素的结合位点，中部结构域是DNA或Hsp90的结合位点，N端是转录激活结构域。

特点2：甾类激素诱导基因活化分为两个阶段：快速的初级反应阶段和延迟的次级反应阶段。

在初级反应阶段，直接激活少数特殊的基因转录。

在延迟的次级反应阶段，初级反应的基因产物再激活其他基因转录，对初级反应起放大作用。

2.请说明血管内皮细胞NO产生的机理及其作用。

产生机理：血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞G蛋白偶联受体并激活磷脂酶C，通过第二信使IP3导致细胞质Ca2+水平升高。

当Ca2+结合钙调蛋白后，刺激NO合酶以L-精氨酸为底物，以还原型辅酶II（NADPH）为电子供体，等物质的量地生成NO和L-瓜氨酸。

作用：NO是一种具有自由基性质的脂溶性气体分子，可透过细胞膜快速扩散，进入邻近平滑肌细胞，激活具有鸟苷酸环化酶活性的NO受体，刺激生成第二信使cGMP，而cGMP 通过cGMP依赖的蛋白激酶G的活化，抑制肌动-肌球蛋白复合物信号通路，导致血管平滑肌舒张。

3.试比较G蛋白偶联受体介导的信号通路(效应蛋白、第二信使、生物学功能)由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路按其效应器蛋白的不同可分为3类：（1）激活离子通道的G蛋白偶联受体；（2）激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP为第二信使的G蛋白偶联受体；（3）激活磷脂酶C，以IP3和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体。

（1）激活离子通道的G蛋白偶联受体：效应蛋白为离子通道；一般不含第二信使；生物学功能：心肌细胞上M乙酰胆碱受体激活G蛋白开启K+通道，改变膜电位，减缓心肌细胞的收缩频率；Gt蛋白偶联的光敏感受体的活化诱发cGMP门控阳离子通道的关闭。