最新细胞生物学 翟中和 第四版 课后习题答案(2)

2020-03-29 12:38

极大扩增的内膜特化结构系统。 2)不同点:?

线粒体外膜(outer membrane)含孔蛋白(porin),通透性较高;内膜(inner membrane)高度不通透性,向内折叠形成嵴(cristae);含有与能量转换相关的蛋白;膜间隙(intermembrane space)含许多可溶性酶、底物及辅助因子;基质(matrix)含三羧酸循环酶系、线粒体基因,表达酶系等以及线粒体DNA, RNA,核糖体。

叶绿体内膜并不向内折叠成嵴;内膜不含电子传递链;除了膜间隙、基质外,还有类囊体;捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。 4.为什么说三羧酸循环是能量代谢的中心?

第一,糖脂蛋白质在分解代谢过程都要先生成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A与草酰乙酸结合进行三竣酸循环才能彻底氧化。即三梭酸循环是糖脂蛋白质的共同代谢途径。

第二,三梭酸循环为糖、脂肪酸、某些氨基酸等物质的合成代谢提供小分子前体(如三羧酸循环中产生的α-酮戊二酸是谷氨酸的前体)

也就是说三羧酸循环是糖、脂肪酸和某些氨基酸相互转变的 代谢枢纽。 总的来说,三羧酸循环中产生的中间体,既能为分解代懈提供来源又能为合成代谢提供物质来源。

5.电子传递链与氧化磷酸化之间有何关系?

电子传递﹑质子驱动力的形成以及ATP合成是氧化磷酸化的核心。 6、试比较线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化的异同点。

1)相同点:线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化中,⑴需要完整的膜;⑵ATP的形成都是由H+移动所推动;⑶叶绿体的CF1因子与线粒体的F1因子都具有催化ADP和Pi形成ATP的作用。 2)不同点:

线粒体的氧化磷酸化是在内膜上进行的一个形成ATP的过程。它是在电子从NADH或FADH2经过电子传递链传递给的过程中发生的。每一个NADH被氧化产生3个ATP分子,而每一FADH2被氧化产生2个ATP分子,电子最终被O2接收而生成H2O。即:1对电子的3次穿膜传递,将基质中的3对H+抽提到膜间隙中,每2个H+穿过F1-F0ATP酶,生成1个ATP分子。

叶绿体的光合磷酸化是在类囊体膜上进行的,是由光引起的光化学反应,其产物是ATP和NADPH;碳同化(暗反应,在叶绿体基质中进行)利用光反应产生的ATP合NADPH的化学能,使CO2还原合成糖。光合作用的电子传递是在光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中进行的,这两个光系统互相配合,利用所吸收的光能把1对电子从H2O传递给NADP+。即:1对电子的2次穿膜传递,在基质中摄取3个H+,在类囊体腔中产生4个H+,每3个H+穿过CF1-CF0ATP酶,生成1个ATP分子。

7.光系统、捕光复合物和作用中心的结构与功能的关系如何? 在叶绿体的类囊体膜中镶嵌有大小、数量不同的颗粒,集中了光合作用能量转换功能的全部组分,包括:捕光色素(天线色素)、两个光反应中心、各种电子载体、合成ATP的系统和从水中抽取电子的系统等。它们分别装配在PSI、PSⅡ、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶等主要的膜蛋白复合物中。PSI和PSⅡ复合物都是由核心复合物和捕光复合物组成,但它们在组分、结构甚至功能上是不同的。PSⅡ的核心复合物是由20多个不同的多肽组成的叶绿素蛋白复合体,其反应中心多肽是蛋白D1和D2;PSI的核心复合物的反应中心是一个包含多种不同还原中心的多蛋白复合体;CF0-CF1ATP酶是由跨膜的H+通道CF0和在类囊体膜基质侧起催化作用的CF1两部分所组成;在亚基组分、结构和功能上均与线粒体的ATP合成

酶相似,但叶绿体的CF1地激活需有-SH基化合物,寡霉素对CF1无抑制作用。 8、氧化磷酸化偶联机制的化学渗透假说的主要论点是什么? 化学渗透假说主要论点:电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布,当高能电子沿其传递时,所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙,形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下,H+穿过ATP合成酶回到基质,同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。

9、试比较光合碳同化三条途径的主要异同点。 1)C3途径(卡尔文循环):是靠光反应合成的ATP及NADPH作能源,推动CO2的固定、还原。每循环一次只能固定一个CO2分子,循环六次才能把6个CO2分子同化成一个己糖分子。

2)C4途径:在叶脉周围有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞,其外环列的叶肉细胞,在这两种细胞密切配合下不论CO2浓度的高低状态,对CO2净固定,这类植物积累干物质的速度快,为高产型植物。 3)CAM途径(景天科酸代谢):肉质植物的叶片,气孔白天关闭,夜间开放。夜间吸收CO2,在PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)催化下与PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结合,生产草酰乙酸,进一步还原为苹果酸;白天CO2从储存的苹果酸中经氧化脱羧释放出来,参与C3(卡尔文)循环,形成淀粉。CAM途径与C4途径相似,只是CO2固定与光合作用产物的生成,在时间及空间上与C4途径不同。

10、为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器?

1) 线粒体和叶绿体都有环状的DNA ,都拥有合成蛋白质的整套装置;

2)两者的DNA都能进行复制,但复制仍受核基因组的控制。mtDNA是由核DNA 编码、在细胞质中合成的。组成叶绿体的各种蛋白质成分是由核DNA和叶绿体DNA分别编码,只有少部分蛋白质是由叶绿体DNA编码的。

3)线粒体、叶绿体的生长和增殖是受核基因组和其本身的基因组两套遗传系统的共同控制,因而,它们被称为是半自主性的细胞器。

11、简述线粒体与叶绿体的内共生起源学说和非共生起源学说的主要论点及其实验证据。 内共生起源学说论点:

叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻,其祖先是原核生物的蓝细菌(Cyanobacteria),即蓝藻;线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰氏阴性细菌。 主要论据:

⑴基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似; ⑵有自己完整的蛋白质合成系统,能独立合成蛋白质,蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。

⑶两层被膜有不同的进化来源,外膜与细胞的内膜系统相似,内膜与细菌质膜相似。 ⑷以分裂的方式进行繁殖,与细菌的繁殖方式相同。

⑸能在异源细胞内长期生存,说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征。 ⑹线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。

⑺发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体,其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。 第七章

1、细胞质基质的结构组分及其在细胞生命活动中作用的理解。

基质的基本概念:用差速离心法分离细胞匀浆物组分,先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后,存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。

主要成分:中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点:细胞质基质是一个高度有序的体系;通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系,细胞骨架纤维贯穿其中。多数中间代谢反应及蛋白质合成与转运、某些蛋白质的修饰和选择性地降解等过程均在细胞质基质中进行。 其作用为:

1)完成各种中间代谢过程,如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 2)蛋白质的分选与运输

3)与细胞质骨架相关的功能――维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等 4)蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 ⑴蛋白质的修饰;⑵控制蛋白质的寿命;⑶降解变性和错误折叠的蛋白质;⑷帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠,形成正确的分子构象。 2.为什么说细胞内膜系统是一个结构与功能密切联系的动态性整体?

细胞内膜系统包括内质网﹑高尔基体﹑溶酶体﹑胞内体和分泌泡等,这些细胞器在结构﹑功能乃至发生上是彼此相互关联的动态整体,因此称之为内膜系统。各区室之间通过生物合成﹑蛋白质修饰与分选﹑膜泡运输和各种质量监控机制维系其系统的动态平衡。 3. 试述ER(内质网)的主要功能及其质量监控作用。 功能:(1)蛋白质的合成(糙面内质网的主要功能)(2)脂质合成(在光面内质网上)(3)蛋白质的修饰与加工(4)新生多肽的折叠与组装(5)肝细胞的解毒作用,肌质网储存与调节

质量监控作用包括:(1)未折叠蛋白质应答反应,即错误折叠与未折叠蛋白质不能按正常途径从内质网中释放,从而在内质网腔内聚集,引起一系列分子伴侣和折叠酶表达上调,促进蛋白质正确折叠,防止其聚集,从而提高细胞在有害因素下的生存能力(2)内质网超负荷反应,细胞除启动未折叠蛋白质应答反应之外,正确折叠的蛋白质在内质网过度蓄积,特别是因膜蛋白在内质网异常堆积也会启动其他促生存的机制来反制内质网压力(3)固醇调节级联反应,是由内质网表面合成的胆固醇损耗所致,通过固醇调节元件结合蛋白质介导的信号途径,影响特定基因表达(4)如果内质网功能持续紊乱,细胞将最终启动凋亡程序。 4. 试述高尔基体的结构特征及其生理功能。 解答一:

> 顺面膜囊/网状结构:中间多孔而连续的分支网状

> 高尔基体中间膜囊:由扁平囊和管道组成形成不间隔,功能连续、完整的体系

> 高尔基体反面膜囊及反面高尔基网络:蛋白分选的枢纽,蛋白包装形成网格蛋白/AP包被膜泡,蛋白“晚期”修饰

功能:参与形成溶酶体;参与细胞分泌活动: 调节型分泌 组成型分泌 蛋白质的糖基化及其修饰:进行膜的转化功能; 将蛋白水解为活性物质 解答二:

1) 结构特征:

高尔基复合体由成摞的囊泡叠置而成。。囊泡的边缘部分连接有许多大小不等的表面光滑的小管网,其周围还存在有衣被小泡和无被小泡。一个成摞存在的囊泡又称为分散高尔基体,由5~8层囊泡组成, 构成了高尔基复合体的主体结构。

分散高尔基体在结构和生化成分上具有极性,和内质网临近的近核一侧,囊泡弯曲呈凸面, 称为形成面或顺面;在远核的一侧, 囊泡呈凹面,称为成熟面或反面。从顺面到反面,囊泡膜的厚度逐渐增大。 2) 功能:

(1) 形成和包装分泌物; (2) 蛋白质和脂类的糖基化;

(3) 蛋白质的加工改造; (4) 细胞内的膜泡运输; (5) 膜的转化。

高尔基复合体在内膜系统中处于中介地位, 它在对细胞内合成物质的修饰和改造中具有重作用。许多重要大分子的运输和分泌都要通过高尔基复合体。 5、蛋白质的糖基化的基本类型、特征及生物学意义是什么?

蛋白质的糖基化在糖基转移酶(glycosyltransferase)作用下发生在ER腔面 1)基本类型: N-连接糖基化(Asn);O-氧连接糖基化(Ser/Thr) 2)特征: N-连接与O-连接的寡糖比较 特 征 类 型

N-连接 O-连接

1.合成部位 粗面内质网 粗面内质网或高尔基体 2.合成方式 来自同一个寡糖前体 一个个单糖加上去

3.与之结合的 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸

4.最终长度 至少5个糖残基 一般1~4个糖残基,但ABO血型抗原较长 5.第一个糖残基N—乙酰葡萄 N—乙酰半乳糖胺等 3)蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 ⑴糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板,靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。

⑵糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性;多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说,糖基化并非作为蛋白质的分选信号。

⑶进化上的意义:寡糖链具有一定的刚性,从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白,这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被,同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。

6. 溶酶体是怎样发生的?它有哪些基本功能?

1)初级溶酶体由高尔基体分泌形成,含多种酸性水解酶。

次级溶酶体是正在进行消化作用的溶酶体,分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。 残体又称后溶酶体,已失去酶活性,仅留未消化的残渣。 2)基本功能

⑴清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞,防御功能(病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化) ⑵作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养;

⑶分泌腺细胞中,溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节 ⑷参与清除赘生组织或退行性变化的细胞; ⑸受精过程中的精子的顶体(acrosome)反应。 (6)防御功能

7、过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别?怎样理解过氧化物酶体是异质性的细胞器?

1)区别:过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似,但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构,可作为电镜下识别的主要特征。

2)异质性:在不同生物细胞中以及单细胞生物的不同个体中的溶酶体,所含酶的种类及其行使的功能都有所不同,因此说过氧化物酶体是异质性的细胞器。


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