苏大细胞生物学研究生课程思考题.docx
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苏大细胞生物学研究生课程思考题
第一次
1.简述细胞的基本生物学特征
答:
结构上:
①由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成生物膜,即细胞膜
②含有两种核酸DNA和RNA,作为遗传信息复制和转录的载体
③作为蛋白质合成机器的核糖体,存在于一切细胞内
功能上:
①通过细胞分裂实现细胞的增殖
②能进行新陈代谢,代谢过程需要和利用能量,能合成蛋白质,代谢作用由酶控制
③具有运动性,包括细胞自身的运动和细胞内的物质运动
④对细胞内外环境刺激能产生应答
2.干细胞的分化机制
答:
干细胞是机体中能进行自我更新和多向分化潜能并具有形成克隆能力的细胞,在个体的分化和发育中起着决定性作用。
根据分化潜能可分为:
全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞,根据来源可分为胚胎干细胞,成体干细胞。
个体的发育是由胚胎干细胞受基因在时间和空间的特异性表达调控,如管家基因、奢侈基因,并受细胞微环境的影响发育成多能干细胞,再分化为不同的组织器官。
3.干细胞微环境的组成和概念
答:
概念:
微环境是指存在于干细胞所处的基质中,对于干细胞命运(增殖分化)起调控作用的三维空间和各种信号分子(生长因子及受体,激素及介导分子)的总称。
组成:
①信号分子:
以自分泌或旁分泌形式影响干细胞增殖分化。
②细胞粘附分子:
确保干细胞定位于微环境中并接受信号分子的调控。
③细胞外基质:
对干细胞正常功能的维持提供重要信号,直接调节干细胞分化方向。
④空间效应:
维持合适的干细胞数目和定向分化
4.胚胎干细胞的来源和标志物
答:
来源:
①囊胚内细胞团或更早期胚胎细胞—ECcell
②胚胎生殖脊细胞(即原始生殖细胞)—EGcell
③畸胎瘤细胞—ECcell
④体细胞核转移
Markers:
OCT4/3(一种POU转录因子),SSEAs(stagespecificembryonicantigens)
5.解释肿瘤干细胞的概念和生物学特征
答:
概念:
肿瘤干细胞(TSC),也称肿瘤起源细胞,是从肿瘤组织中分离或鉴定的少数细胞,具有无限的自我更新和诱导肿瘤发生的能力,是肿瘤产生的种子细胞。
生物学特征:
①无限自我更新能力:
TSC能够产生与上一代完全相同的子代细胞,并通过自我更新维持着肿瘤的持续生长
②分化潜能:
TSC能够产生不同分化的子代瘤细胞,在体内形成新的肿瘤
③高效瘤性:
即很少的TSC即能在体外培养生成大集落,很少量的TSC注入实验动物体内即可形成肿瘤,而一段肿瘤细胞形成肿瘤非常困难,或需要大量细胞
④耐药性:
TSC膜上多数表达ATP-bindingcassette(ABC)家族膜转运蛋白,这类蛋白大多可运输并外排包括代谢产物、药物、毒性物质、内源性脂类物质、多肽、核苷酸及固醇类等多种物质,使之对许多化疗药物产生耐药。
目前认为TSC的存在是导致肿瘤化疗失败的主要原因。
6.试述iPS技术的概念与发展。
答:
概念:
通过采用导入外源基因的方法使体细胞去分化为多能干细胞,称这类干细胞为诱导多能干细胞
发展:
最初是日本科学家山中伸弥在2006年利用病毒载体将四个转录因子(Oct4,Sox2,Klf4和c-Myc)的组合转入分化的体细胞中,使其重编程而得到的类似胚胎干细胞和胚胎APSC多能细胞
2007年11月,Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道,利用ips技术可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。
2008年,哈佛大学实验室利用诱导细胞重新编程技术把来自10种不同遗传病患者病人的皮肤细胞转变为iPS
美国科学家还发现,iPS可在适当诱导条件下定向分化变成血细胞,再用于治疗疾病。
哈佛大学另一实验室发现利用病毒将三种在细胞发育过程中起重要作用的转录因子引入小鼠胰腺外分泌细胞,可以直接使其转变成与干细胞极为相似的细胞,并且可以分泌胰岛素、有效降低血糖。
中国科学院动物研究所和上海交通大学医学院合作完成的工作表明,利用iPS细胞能够得到成活的具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞与胚胎干细胞具有相似的多能性
第二次
1.Usingspecificexamples,describethetwophenomenathatgiverisetothediversityofadhesivemolecules?
2.Cadherinsareknowntomediatehomophilic(嗜同性相互作用)interactionsbetweencells,whatisahomophilicinteraction,andhowcanitbedemonstratedexperimentallyforE-cadherins?
嗜同性相互作用:
钙粘蛋白通常连接相似类型的细胞在另一个细胞上,并主要连接存在于相邻细胞表面的相同的钙黏着蛋白
3.Whatisthenormalfunctionoftightjunction?
whatcanhappentotissueswhentightjunctiondonotfunctionproperly?
答:
紧密连接是封闭连接的主要形式,一般存在于上皮细胞之间。
封闭连接是将上皮细胞的质膜紧密地连接在一起,阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。
紧密连接有两个主要功能:
1.阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧通过胞外间隙扩散到另一侧,形成渗透屏障,起重要的封闭作用。
2.形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障,从而支持上皮细胞极性
Eg:
紧密连接在大脑毛细血管形成血脑屏障,阻止离子或者水分子等通过血管内皮细胞进入大脑。
若大脑血脑屏障中紧密连接没有正确发挥功能,一些离子或水分子则可以通过血管内皮细胞进入大脑,破坏大脑内环境的稳定。
4.whatiscollagen,andhowisitsynthesized?
Howdoweknowthatcollagenisrequiredfortissueintegrity?
答:
collagen:
胶原,包含一系列存在于细胞外基质中的纤维性糖蛋白,在动物界中发现,具有高拉伸强度,是人体中含量最丰富的蛋白
(是胞外基质最基本成分之一,也是动物体内含量最丰富的蛋白,时胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白)
合成方式:
step1:
原胶原(tropocollagen)在与内质网膜相关的核糖体上合成
Step2:
前肽缔合形成三聚体,并通过二硫键共价连接
Step3:
修饰促进拉链样的形成及伴侣蛋白Hsp47的结合
Step4,5:
折叠的原胶原转运、穿过高尔基体
Step6:
合成的链从高尔基体分泌出来
Step7:
N,C末端被切除依赖(Zn2+依赖性的前胶原N蛋白酶和前胶原C蛋白酶作用)
Step8:
原胶原三聚体组装成原纤维,并被共价连接起来
5.youhavesynthesizedanoligopeptide(寡肽)containinganRGD(Arg-Gly-Asp)sequencesurroundedbyotheraminoacid.whatistheeffectofthispeptidewhenaddedtoafibroblast(成纤维细胞)cellculturegrownonalayeroffibronectin(纤连蛋白)absorbedtothetissueculturedish?
Whydoesthishappen?
答:
纤连蛋白由两个相似的亚基组成,每个亚基有数个结构域,这些结构域有的能识别并结合细胞表面受体,这些与细胞表面受体结合的结构域含有RGD三肽序列。
纤连蛋白的细胞表面受体是整联蛋白(integrin)家族成员,其细胞外功能区有与RGD三肽序列高亲和性的结合部位,具有介导细胞黏着的功能。
当把合成的含RGD序列的多肽加入含有纤连蛋白的培养成纤维细胞的培养基中后,由于合成肽的RGD序列与纤连蛋白中的RGD序列竞争性地结合在细胞表面的整联蛋白上,阻断细胞与纤连蛋白的结合,细胞便不能贴壁、生长,从而停止分裂直至凋亡。
6.bloodclotting(血液凝固)isacrucialfunctionofmammaliansurvival.howdothemultiadhesive(多粘附性)propertiesoffibronectinleadtotherecruitmentofplatelets(血小板)tobloodclots?
答:
纤连蛋白有助于血液凝固,血液中存在一种可溶性的纤连蛋白:
血浆纤连蛋白(plasmafibronectin),在血凝块形成中,血浆纤连蛋白能结合血纤维蛋白(fibrin),促进血小板附着于血纤维蛋白上。
血液凝固过程中,血小板结合与受损血管或被其他可溶性信号分子作用后引起细胞内信号的传递,诱导血小板膜上的αⅡbβ3整联蛋白构象发生改变而被激活。
活化的整联蛋白与血液凝固蛋白—纤维蛋白原结合后导致血小板彼此粘连在一起形成血凝块。
7.usingstructuralmodel,explainhowintegrins(整联蛋白)mediateoutside-inandinside-outsignaling?
答:
整联蛋白是异亲型结合,Ca2+,Mg2+依赖性的细胞黏着分子,由α、β两个亚基形成跨膜异二聚体
“inside-out”由内向外的信号转导:
当细胞内信号传递启动后,会导致整联蛋白构像的改变而表现出与其他蛋白结合的能力,最后介导细胞黏着。
这种由细胞内部信号传递的启动而调节细胞细胞表面整联蛋白活性的方式称为“由内而外”的信号转导。
Eg:
血液凝固过程,血小板结合与受损血管或被其他可溶性信号分子作用后引起细胞内信号的传递,诱导血小板膜上的αⅡbβ3整联蛋白构象发生改变而被激活。
活化的整联蛋白与血液凝固蛋白—纤维蛋白原结合后导致血小板彼此粘连在一起形成血凝块。
“outside-in”由外而内的信号转导:
整联蛋白作为受体介导信号从细胞外环境到细胞内的转导,称为“由外而内”的信号转导。
Eg:
正常细胞的锚定依赖性生长必须使细胞附着在胞外基质上才能成功培养,如果细胞不能贴附在胞外基质上就会停止分裂直至凋亡。
因为正常细胞的生长需要细胞整联蛋白附着在胞外基质上产生的信号,而细胞恶变时,细胞的存活不再依赖于整联蛋白与胞外配体的结合。
第三次
1.Ca2+,IP3,ancAMPhaveallbeendescribedassecondmessengers,inwhatwaysaretheirmechanismsofactionsimilar?
inwhatwaysaretheydifferent?
第二信使(secondmessenger):
指在胞内产生的小分子,其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合,并在细胞信号转导中行使功能。
相同点:
1.胞内信号产生后,要与其靶分子(靶蛋白或靶酶)作用而传递信息,继而产生生理反应。
cAMP信使的靶分子是蛋白激酶A(PKA),Ca2+信使的靶分子或受体是钙结合蛋白和Ca2+调节蛋白。
2.都是G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路,G蛋白耦联受体是指配体-受体复合物与靶蛋白(效应酶或通道蛋白)的作用要通过G蛋白的耦联,在细胞内产生第二信使,从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。
不同:
cAMP介导的信号通路
1.产生:
cAMP为第二信使的信号通路中,Gα亚基的效应酶是腺苷酸环化酶(AC),通过腺苷酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP的水平,腺苷酸环化酶激活后,cAMP水平急剧增加,使靶细胞产生快速应答。
作用靶分子:
以cAMP为第二信使的信号通路,主要通过cAMP激活的蛋白激酶A(PKA)介导,活化的PKA使下游靶蛋白磷酸化,影响细胞代谢和细胞行为。
cAMP信号的灭活:
cAMP被Ⅳ型环腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)分解成为5'-AMP,信号因而失活。
IP3介导的信号通路:
产生:
IP3为第二信使的信号通路中,通过效应酶磷脂酶C(PLC)水解产生(磷脂酰肌醇PI在磷脂酰肌醇4激酶(PI(4)P)作用下产生PIP2,PIP2在PLC作用下水解成IP3),IP3在细胞质中扩散。
IP3/Ca2+信号传递途径:
IP3刺激细胞内质网释放Ca2+进入细胞质基质,使胞内Ca2+浓度升高(IP3结合到内质网IP3受体上,使其构像发生改变,离子通道打开,Ca2+随即释放,产生各种细胞效应。
胞质中高水平的Ca2+可被内质网上的Ca2+泵重新泵如内质网储存
通过钙调蛋白引起细胞反应。
IP3的灭活:
在5'-磷酸酶的作用下水解为IP2或在PI3K作用下,由AYP提供磷酸基团而被磷酸化,生成IP4。
Ca2+介导的信号通路:
钙信号的产生与终止:
细胞内Ca2+增减波动的结果。
当某种外界刺激达到细胞表面时,处于质膜上及内质网(或肌质网)膜上钙离子通道开放,胞外或内质网中Ca2+释放至细胞质内,胞内Ca2+浓度升高,这是钙信号产生的主要途径。
Ca2+信号的终止,需要质膜和内质网上的Ca2+泵起作用,Ca2+与CaM结合,直接或间接地激活质膜以及内质网上的Ca2+泵,将胞质Ca2+浓度降到静息水平。
钙信号的传递途径:
Ca2+信号传递是通过钙结合蛋白介导的
2.WhatistheroleofRasinsignalingpathways?
HowisthisaffectedbytheactivityofaRas-GAP?
HowdoesRasdifferfromaheterotrimericGprotein
答:
1.作用:
Ras蛋白在RTKs介导的信号通路中是一种关键组分,是ras基因表达产物,是由190个氨基酸残基组成的小的单体GTP结合蛋白,具有GTPase活性,分布于质膜胞质一侧,结合GTP时为活化状态,结合GDP时为失活态。
2.Ras-GAP作用:
Ras需要GTP酶活化蛋白(GAP)来启动其GTP酶活性,GAP能加速GTP水解,是Ras功能的负调节因子。
Ras蛋白从活化态到失活态的转变,需要GTP酶活化蛋白GAP的促进。
3.Ras与G蛋白的区别:
Ras是单体GTP结合蛋白,G蛋白是三聚体
Ras位于质膜胞质侧,G蛋白位于质膜胞浆侧
Ras需要GTP酶活化蛋白GAP来启动其GTPase酶活性,G蛋白的Gα亚基本身具有GTPase酶活性
Ras从失活态到活化态需要先释放GDP才能结合GTP,G蛋白是直接发生GDP和GTP的交换
3.Becausecalmodulinactivatesmanydifferenteffectors(eg.proteinkinases,phosphodiesterases,calciumtransportproteins),acalmodulinmoleculemusthavemanydifferentbindingsitesonitssurface.Wouldyouagreewiththisstatement?
whyorwhynot?
答:
不同意,钙调蛋白CaM含有4个氨基酸序列相似的基本结构域,各能结合一个Ca2+。
CaM为哑铃型,两个球状末端(氨基端和羧基端)由一个长的柔性的α螺旋连接,每个末端有2个Ca2+结合域。
当CaM和靶蛋白结合时,Ca2+-CaM构像发生改变,然后与靶酶结合将其激活。
CaM可以识别不同靶酶可能是因为,CaM有4个结合位点,理论上可产生16种构像,然后CaM将Ca2+浓度信号释放成对不同靶酶的识别。
如:
cAMP环化酶只需结合2个Ca2+的Ca2+-CaM复合体;激活Ca2+-ATP酶及MLCK分别需要3个及4个Ca2+-CaM。
4.Howisitpossiblethatthesamefirstmessenger,suchasepinephrine,canevokedifferentresponseindifferenttargetcells?
Thatthesamesecondmessenger,suchascAMP.canalsoevokedifferentresponseindifferenttargetcells?
Thatthesameresponse,suchasglycogenbreakdown,canbeinitiatedbydifferentstimuli?
答:
1.第一信使:
水溶性信号分子,如神经递质,细胞因子,水溶性激素,不能穿过细胞膜,只能与膜受体结合,经信号转换机制,通过胞内信使或激活膜受体的激酶,引起细胞的应答反应。
当同一种信号分子结合时,不同细胞对同一信号产生不同的反应。
肾上腺素有两种受体:
α受体,β受体,α受体引起的反应为血管收缩,瞳孔扩散等;β受体引起的反应为支气管扩张,血管扩张等。
2.第二信使:
胞外化学物质(第一信使)不能进入细胞,作用与细胞表面受体,导致产生胞内第二信使,从而激发一系列生化反应,最后产生一定的生理效应。
cAMP作为第二信使的信号通路,主要通过cAMP激活的PKA介导。
而绝大多数哺乳类细胞都表达G蛋白耦联受体,很多激素激活这些受体导致PKA的活化,但不同细胞的应答反应可能只依赖于不同细胞表达的特殊PKA异构体和PKA底物,从而产生不同效应。
3.肾上腺素和胰高血糖素受体结合各自配体被激活后,都能促进糖原降解
5.DescribethestepsbetweenthebindingofaninsulinmoleculeatthesurfaceofatargetcellandactivationoftheeffectorPI3K.Howdoestheactionofinsulindifferfromotherligandsthatactbymeansofreceptortyrosinekinases?
答:
胰岛素受体IR属于受体酪氨酸激酶家族的O型亚家族,是一个四聚体,由两个α亚基和两个β亚基通过二硫键连接。
两个α亚基位于细胞质膜的外侧,其上有胰岛素的结合位点。
两个β亚基是跨膜蛋白,起信号转导的作用。
胰岛素与受体α亚基结合改变β亚基构像胰岛素受体二聚化,激活受体的蛋白酪氨酸激酶活性,进而在二聚体内彼此交叉磷酸化胰岛素受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基,即受体自磷酸化
胰岛素受体底物IRS通过磷酸化酪氨酸结合域结合到活化的受体蛋白磷酸化的酪氨酸残基上,IRS具有SH2或PTB结合域,PI3K的P85亚基含有SH2结构域能与IRS结合,从而解除自抑制,激活了催化亚基P110进而激活PI3K
第四次
1.比较蛋白质共转运和后转运的不同
细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的,并都起始于细胞质基质中游离的核糖体。
答:
⑴翻译共转运:
内质网膜上的膜结合核糖体在合成蛋白质时,由于蛋白质N短信号肽序列的作用,使得多肽链合成完成之前就在进行转运。
游离核糖体上合成不久,产生信号肽,附着于RER,附着核糖体上合成的新生肽进入RER,部分成为驻留蛋白,其它进行膜泡运输;(边合成边分选)
信号肽:
新和成多肽链中用于指导蛋白质的跨膜转移的N末端的氨基酸序列。
蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽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,经高尔基体加工包装运输到溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。
⑵翻译后转运:
在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成,如果新翻译出的多肽N端没有信号肽,则游离核糖体翻译蛋白完成以后再进行转运,转运至膜周围的细胞器,如线粒体,叶绿体,过氧化物酶体及细胞核,或成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白。
游离核糖体上合成的蛋白释放到胞质,少数带分选信号的被分别引导到相应细胞器,其它成为基质蛋白。
(先合成再分选)
游离和附着核糖体结构和功能相同,但合成蛋白质性质不同
2.蛋白质分选的途径有哪些?
蛋白质的跨膜转运(transmembranetransport):
主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体(包括叶绿体)和过氧化物酶体等细胞器。
进入内质网的分泌蛋白N端有信号肽序列,进入线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等细胞器的蛋白需要不同的寻靶序列。
膜泡运输(vesiculartransport):
蛋白质通过不同类型的转运小泡,从糙面内质网合成部位转运至高尔基体,进而分选转运至细胞的不同部位。
主要有1)COPⅡ有被小泡介导的从内质网到高尔基体的物质运输;2)COPⅠ有被小泡介导的从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运。
内质网腔中驻留蛋白C端含有KDEL序列,若它们从内质网逃逸到高尔基体管网区(CGN),则CGN上膜结合受体蛋白识别并结合这些逃逸蛋白的信号序列,形成COPⅠ有被小泡将它们回收到内质网。
内质网的膜蛋白C端有一个回收信号,通常是KKXX,能与COPⅠ包被结合,促使逃逸蛋白返回ER。
3)网格蛋白有被小泡介导的从高尔基体TGN向质膜、包内体、溶酶体或植物液泡的运输
选择性的门控转运(gatedtransport):
在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性地完成。
核孔复合体是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体,是一个双功能(被动扩散,主动运输),双向性的核质交换通道(既介导蛋白质的入核转运,又介导RNA、核糖核蛋白颗粒RNP的出核转运)。
亲核蛋白入核需要核定位信号NLS,NLS由7个氨基酸残基组成(Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val)。
亲核蛋白除NLS外,入核还需要一些胞质因子(importinα、importinβ、Ran、NTF2等)
3.细胞内膜泡运输的方式有哪些?
答:
1)COPⅡ有被小泡介导的从内质网到高尔基体的物质运输;
2)COPⅠ有被小泡介导的从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运。
内质网腔中驻留蛋白C端含有KDEL序列,若它们从内质网逃逸到高尔基体管网区(CGN),则CGN上膜结合受体蛋白识别并结合这些逃逸蛋白的信号序列,形成COPⅠ有被小泡将它们回收到内质网。
内质网的膜蛋白C端有一个回收信号,通常是KKXX,能与COPⅠ包被结合,促使逃逸蛋白返回ER。
3)网格蛋白有被小泡介导的从高尔基体TGN向质膜、包内体、溶酶体或植物液泡的运输
4.膜泡运输的调控机制如何?
膜泡运输的的定向机制:
各类运输小泡能够准确的与靶膜融合,是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别,涉及识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs(solubleSNFattachmentproteinreceptor)和Rabs(targetingGTPase)。
其中SNAREs介导运输小泡特异性停泊和融合,Rab作用是使运输小泡靠近靶膜。
SNARE介导特异性的膜泡融合。
每种转运泡都有特异性的v-SNARE,能与靶膜上的t-SNARE作用,从而使膜泡与靶膜锚定并融合,例如从内质网衍生的膜泡上的v-SNARE与高尔基体顺面上的t-SNARE结合,定向网高尔基体运输,而不会运往其他膜上。
Rab蛋白帮助膜泡锚定。
供体膜上的GEF识别并结合特异性的靶膜上的Rab蛋白,使GDP置换变成有活性的GTP结合形式,随着膜泡运输,Rab-GTP与靶膜上的Rab效应器结合,有助于膜泡锚定,有助于t-S
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