细胞生物学课后习题解答

作业一：

1．根据细胞生物学研究的内容与你所掌握的生命科学知识，客观地、恰当地估价细胞生物学在生命科学中所处的地位，以及它与其他学科的关系。

答：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学。它在显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号传递，真核细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等内容。

由于细胞生物学运用了近代物理、化学和分子生物学方法，它主要研究细胞各种组成部分的结构、功能及其相互作用；研究细胞总体的和动态的功能活动，包括细胞生长分裂、发育分化、遗传变异和演化，以及研究这些相互关系和功能活动的分子基础。因此，现代细胞生物学实际上是分子生物学与细胞生物学的结合，即细胞分子生物学。可见，细胞生物学的兴起是与分子生物学的发展不可分割的。

从生命结构层次来看，细胞生物学介于分子生物学与个体生物学之间，同它们相互衔接、相互渗透。因此，细胞生物学是一门承上启下的学科，和分子生物学一起同是现代生命科学的基础。在我国基础科学发展规划中，细胞生物学与分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。它广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中，并同农业、医学和生物高技术发展有极其密切的关系。

以医学为例。医学作为一门维持人类健康、防治人体疾病的应用性学科同细胞生物学有着密切的关系。细胞生物学的新理论、新发现、新技术在医学方面的应用，极大地促进了医学的进步。如单克隆抗体的应用，使很多疾病的诊断简单而精确，使癌症等复杂疾病的治疗效果大大提高。

2．通过学习细胞学发展简史，你如何认识细胞学说的重要意义?

答：从细胞的发现到细胞生物学的建立，大约经历了300多年的时间。这段历程一般分为以下五个阶段：①细胞的发现；②细胞学说的建立；③细胞学说的经典时期；④实验细胞学时期；⑤细胞生物学学科的形成与发展。

细胞学说是1838—1839年间由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺所提出，直到1858年才完善。它是关于生物有机体组成的学说。主要内容是：①细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；②所有细胞在结构和组成上基本相似；③生物体是通过其细胞的活动反映其功能；④新细胞是由已存在的细胞分裂而来；⑤生物的疾病是因为其细胞机能失常。

恩格斯对细胞学说的评价是：19世纪自然科学的三大发现之一。细胞学说的重要意义在于：它从细胞水平提供了自然界有机统一的证据，证明动植物有着共同的起源，动植物的产生、成长和构造的秘密被揭开了，从而为十九世纪自然哲学领域中辩证唯物主义战胜形而上学和唯心主义，提供了一个有力的证据，为近代生物科学的发展接受有机界进化的观念准备了条件。

3．细胞生物学研究的主要内容有哪些?

答：细胞生物学的研究内容十分广泛，主要包括：①细胞核、染色体以及基因表达的研究；②生物膜与细胞器的研究；③细胞骨架体系的研究；④细胞增殖及其调控；⑤细胞分化及其调控；⑥细胞的衰老与编程性死亡(凋亡)；⑦细胞的起源与进化；⑧细胞工程。

1．根据你所掌握的知识，如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一概念?

答：关于细胞的定义有多种提法，近年比较普遍的提法是：细胞是生命活动的基本单位。这一概念概括性较强，内涵也更有深度，要全面理解这一概念，应从以下五个方面去理解：①一切有机体都由细胞构成，只有病毒是非细胞形态的生命体。细胞是构成有机体的基本单位；②细胞具有独立的、有序的自控化技术体系，细胞是代谢与功能的基本单位；③细胞是有机体生长与发育的基础；④细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性；⑤没有细胞就没有完整的生命。

2．病毒是非细胞形态的生命体，又是最简单的生命体。请论证一下它与细胞不可分割的关系? 答：细胞虽然是地球上主要的生命形式，但并非是唯一的生命形式。病毒也是生命体，但它不具细胞结构。是比细胞更小的生命体。

病毒是19世纪末通过对疾病的研究发现的，无法用光学显微镜观察。病毒没有细胞结构，不能在体外独立生活。只能在活细胞中进行增殖。

虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内才能表现基本的生命特征(繁殖与遗传)。从其生活史可知它与细胞存在不可分割的关系。病毒的生活史可分为5个过程：

①吸附：病毒对细胞的感染起始于病毒蛋白外壳病毒结合蛋白(YAP)同宿主细胞表面特殊的受体结合，分为可逆吸附和不可逆吸附两个阶段，受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特异性；②侵入：病毒吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。病毒感染细菌时，用酶将细菌的细胞壁穿孔后注入病毒核酸；对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，病毒完全被吞人；③复制：病毒核酸进入细胞后有两种去向，一是病毒的遗传物质整合到宿主的基因组中，形成溶原性病毒；二是病毒DNA(或RNA)利用宿主的酶系进行复制和表达；④成熟：一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装 配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒；⑤释放：病毒颗粒装配之后，它们就可从被感染的细胞中释放出来，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。

3．为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式?

答：支原体是目前发现的最小、最简单的细胞。它的基本结构与机能极其简单。体积很小，直径一般是0.1－0.3um，仅为细菌的十分之一，以一分为二的方式分裂繁殖，很多支原体能寄生在细胞内繁殖。目前没有发现比支原体更小更简单的细胞了。支原体除了具有作为细胞必需的结构外，几乎没有称得上结构复杂的装置了。但它具有细胞的基本结构与功能。

一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能是：细胞膜、遗传信息载体DNA与RNA、进行蛋白质合成的一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。这些在支原体细胞内已基本具备。支原体能在培养基上生长，具有典型的细胞膜，一个环状的双螺旋DNA作为遗传信息量不大的载体，mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成约700多种蛋白质。虽然它们是极为简单的生命体，都已具备了细胞的基本形态结构，并具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。

从保证一个细胞生命活动运转所必需的条件看，人们估计完成细胞功能至少需要100种酶。这些分子进行酶促反应所必须占有的空间直径约为50m，加上核糖体、细胞膜和核酶等，可以推算出，一个细胞体积的最少极限直径不可能小于100nm，而现在发现的最小支原体细胞的直径已

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接近这个极限，因此作为比支原体更小，更简单的细胞，又要维持细胞生命活动的基本要素，似乎是不可能存在的。所以说支原体可能是最小，最简单的细胞存在形式。

2、说明Na+－K+泵的工作原理及其生物学意义。

答：Na+一K+泵是动物细胞中由ATP驱动的将Na+输出到细胞外同时将K+输入细胞内的运输泵，又称Na+泵或Na+一K+交换泵。实际上是一种Na+一K+ATPase。Na+一K+ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成。α亚基是跨膜蛋白，在膜的内侧有ATP结合位点，膜外侧有乌本苷结合位点；在α亚基上有Na+和K+结合位点。

Na+一K+ATPase运输分为六个过程：①在静息状态，Na+一K+泵的构型使得Na+结合位点暴露在膜内侧。当细胞内Na+浓度升高时，3个Na+与该位点结合；②由于Na+的结合，激活了ATP酶的活性，使ATP分解，释放ADP，a亚基被磷酸化；③由于α亚基被磷酸化，引起酶发生构型变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧，并向胞外释放3个Na+；④膜外的两个K+同α亚基结合；⑤K+与磷酸化的Na一K+ATPase结合后，促使酶去磷酸化；⑥去磷酸化后的酶恢复原构型，于是将结合的K+释放到细胞内。每水解一个ATP，运出3个Na+，输入2个K+。

Na+一K+泵工作的结果，使细胞内的Na+浓度比细胞外低10—30倍，而细胞内的K+浓度比细胞外高10—30倍。由于细胞外的Na+浓度高，且Na+是带正电的，所以Na+一K+泵使细胞外带上正电荷。

生物学意义：Na+一K+泵具有三个重要作用：一是维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的渗透作用；二是在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力；三是Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。

3、比较胞饮作用和吞噬作用的异同。(非大题)

答：胞饮作用是将溶液状的胞吞物通过细胞膜内部形成较小的囊泡，将外界液体状物质裹进并输入细胞的过程。吞噬作用是将颗粒状的胞吞物通过细胞膜内部形成较大的囊泡，将外界固体状的物质输入细胞的过程。

两者不同点：胞吞泡的大小不同：①胞饮泡直径150nm，而吞噬泡直径250nm；②所有的真核细胞都通过胞饮作用连接摄入溶液和分子，而大的颗粒性物质则主要是通过特殊的吞噬细胞摄入的，前者是一个连续发生的过程，后者需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体，因此是一个信号触发过程；③胞吞泡形成的机制不同：胞饮泡的形成需要网络蛋白或这一类蛋白的帮助；吞噬泡的形成需要有微丝及其结合蛋白的帮助。

相同点：① 主动运输，需ATP 提供能量；② 均要通过膜的内部并形成胞吞泡，胞吞泡的形成均有蛋白质的参与；③ 物质包裹在双层膜的囊泡中，运输过程中涉及膜融合的断裂的循环过程；④均是细胞完成大分子物质运输的方式。

4、比较组成型胞吐途径和调节型胞吐途径的特点及其生物学意义。

答：胞吐作用是将细胞内的分泌泡或某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。根据其过程是否连续分为组成型胞吐途径和调节型胞吐途径。

组成型胞吐途径指细胞从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程。新合成的囊泡膜的蛋白和膜类脂不断地供应质膜更新，确保细胞分裂前质膜的生化功能，囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，有的成为质膜外周蛋白，有的形成胞外基质组分，有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液。

调节型胞吐途径：分泌细胞产生的分泌物(如激素、糖液或消化酶)储存在分泌泡内，当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将其内含物释放出去。调节型胞吐途径存在于特殊机能的细胞中，如已知脑垂体细胞分泌促肾上腺皮质激素，胰岛素的β细胞分泌胰岛素，胰腺的腺泡细胞分泌胰蛋白酶原，这三种分泌产物均分别储存在各自细胞的可调节性分泌泡中。只有在相应信号刺激下向细胞外分泌，保证特殊生理功能的可调节性。

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5、简要说明G蛋白偶联受体介导的信号通路有何特点？

答：G-蛋白偶联受体为膜受体，与酶或离子通道的作用，要通过与GTP结合的调节蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内。G-蛋白偶联受体有cAMP信号通路、磷脂肌醇信号途径。cAMP信号通路中，细胞外信号与相应受体结合，通过调节第二信使cAMP的水平而引起细胞反应的信号通路。磷脂肌醇信号途径通过膜上G—蛋白（Gq）活化磷酸酯酶C-β（PLC），催化膜上的4，5-二磷酸脂酰肌醇（PIP2），分解为两个细胞内的第二信使，甘油二酯（DG）

2+

和1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）。IP3动员细胞内钙库释放Ca到细胞质中，同钙调蛋白结合，参

++

与一系列的反应，而DG通过激活蛋白激酶C，并可活化Na/H交换，引起细胞内pH升高，进而引起对外界信号的应答。

2、高尔基复合体由哪几部分组成?其主要功能是什么?

答：高尔基复合体由一层单位膜围成的泡状复合结构，膜表面光滑，无核糖体附着，形态上可分为扁平囊、小囊泡、大囊泡3部分。

主要功能：高尔基复合体是细胞生命活动中不可缺少的中介细胞器，其主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类和包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。不仅参与糖蛋白、糖脂、多糖的生物合成，而且还参与分泌蛋白的加工、浓缩、贮存和运输过程，在细胞的蛋白质分选和指导大分子物质运输到细胞各特殊区域的过程中，高尔基复合体起着十分重要的作用。此外，溶酶体也是由高尔基复合体形成的。

5、何谓蛋白质的分选?已知膜泡运输有哪几种类型？

答：高尔基体反面网络的功能是进行蛋白质的分选。分选作用主要是由信号序列和受体之间的相互作用决定的，如同KDEL序列是内质网的滞留信号一样，不同部位的蛋白具有不同的信号，在反面高尔基网络被分选包装到不同的小泡，没有特别信号的则进人非特异的分泌小泡。 运输小泡有：网格蛋白有被小泡；COPⅠ有被小泡；COPⅡ有被小泡。

1、试述核孔复合体的结构及其功能。

答：核孔复合体是指包括核孔及其相关联的环状结构体系。包括胞质环(cytoplasmic ring)，外环、核质环、内环和辐。辐由柱状亚单位、腔内亚单位、环带亚单位、中央栓及核孔组成。孔环颗粒共有8对，呈放射状排列在核孔周围。每个孔环颗粒的直径约10-25nm，由微细粒子和纤丝盘绕而成。周边颗粒位于内、外核膜交界处，核孔的周缘以细纤丝与相对应的内、外孔环颗粒相连。中央颗粒位于核孔中央，呈粒状或棒状，直径为5～30hm，也是 由细纤丝连接孔环颗粒和周边颗粒。核孔复合体中央的核孔是含水通道，这一圆柱形腔道直径为9nm，长度为15nm，允许水溶性物质进出核膜内外。因此，核孔复合体的功能在于调节核孔大小，实现细胞核与细胞质之间物质交换的调控。

3、如何理解核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建?

答：①新核膜来自旧核膜；②核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性；③以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模型；④核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。

2、何谓多聚核糖体?以多聚核糖体的形式行使功能的生物学意义是什么?

答：核糖体，是细胞内一种核糖核蛋白粒，其唯一功能是按照mRNA的指令合成蛋白质多肽链。所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

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聚核糖体的生物学意义：同一条mRNA被多个核糖体同时蛋白质，大大提高了蛋白质合成的速率，也减轻了细胞核因转录和加工的压力。以多聚核糖体的形式进行多肽合mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。

1、 什么是细胞周期，细胞周期中各时期有什么变化？

答：细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。G1期是从有丝分裂完成到DNA复制前的一段时期，又称合成前期。此期主要合成RNA及核糖体。S期即DNA合成期。在此期，除了DNA合成外，同时还要合成组蛋白。DNA复制所需的酶都在这一时期合成。G2期为DNA合成的后期，是有丝分裂的准备期。在这一时期，大量合成RNA及蛋白质，包括微管蛋白和促成熟因子等。分裂期又称M期或D期，是从细胞分裂开始到结束所经历的过程，也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止。

4、试比较有丝分裂和减数分裂的异同点。

答：相同点：是细胞的两种重要分裂方式，通过纺缍体与染色体的相互作用，将细胞一分为二；细胞周期都包含G1、S、G2、M四个时期；每个细胞周期DNA都复制一次。不同点如下表。

有丝分裂 减数分裂

3、细胞衰老有哪些特征?

答：细胞的衰老一般指细胞的形态、结构、化学成分和生理功能逐渐衰退的总现象。细胞衰老的主要特征有如下几个方面：①细胞核的变化。细胞核的大小是倍增次数的函数，即随着细胞分裂次数的增加，核不断增大。细胞核结构的衰老变化中最明显的是核膜的内折。染色质固缩化是衰老细胞核中的另一变化。此外，在酵母Sgsl突变体衰老细胞中还观察到核仁裂解为小体的现象。②内质网的变化。衰老细胞中糙面内质网呈解体的趋势。③线粒体的变化。研究结果表明，细胞中线粒体的数量随关年龄的增大而减少，而体积则随着年龄的增大而增大。有人认为线粒是细胞衰老的生物钟；④致密斑的生成。致密斑是衰老细胞中常见的一种结构，绝大多数动物细胞在衰老时都会有致密斑的积累。⑤膜系统的变化。年轻的功能健全的细胞的膜呈液晶相，脂双层比较柔韧，脂肪酸链能自由移动，每个脂质分子与其相邻分子之间的位置交换极其频繁。衰老的或有缺陷的膜通常处于凝胶相和固定相，这时磷脂的脂肪酸尾被“冻结”了，完全不能自由移动，而膜应变为刚性了，因此，埋藏于其中的蛋白质也就不能再运动了，在机械刺激或压迫等条件下，膜就会出现裂隙，其选择性及其它功能均受到损害。⑥细胞衰老时，间隙连接减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小，使细胞间代谢协作减少了。

3、什么是干细胞？它分为哪几种类型，各型的主要特征是什么？

答：动物细胞特别是高等动物细胞，随着胚胎发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅分化成多种细胞类型及其构建组织的潜能，具有分化潜能的细胞称为多能干细胞 。

根据来源与分化潜能的差别，干细胞又分为胚胎干细胞和成体干细胞，胚胎干细胞具有分化成各种细胞类型的潜力。成体中具有分化成多种血细胞能力的细胞称为造血干细胞，它在造血器官骨

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增 殖 体细胞增殖 生殖细胞增殖 分 裂 DNA复制一次，分裂一次，子细胞与母细胞相同 DNA复制一次，分裂两次，子细胞染色体数目减半。 重 组 无配对，无重组，各个个体相同。 有配对，有重组，所以个体间不同。 髓中仅占细胞总数的万分之一。仅具有分化形成某一种类型细胞能力的干细胞，称为单能干细胞。

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6、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?

答：过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器。1954年Rhodin首次在鼠肾的肾小管上皮细胞中观察到这种细胞器。过氧化物酶体是一种与溶酶体完全不同的细胞器。它普遍地存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。早年以大鼠肝组织及种子植物的种子作为研究过氧化物酶体的实验材料。近些年来，人们从几种酵母菌及成纤维细胞中筛选出一系列过氧化物酶体缺陷突变株，进而克隆了18种与过氧化物酶体发生相关的基因(称Pex基因，对应的蛋白称peroxin)，从而对这一细胞器的成分、功能及其发生过程有了进一步了解。

过氧化物酶体与溶酶体的区别：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品格状结构，因此可作为电镜下识别的主要特征。此外，这两种细胞器在成分、功能及发生方式等方面都有很大的差异，详见表：

特 征 形态大小 酶种类 pH 功能 发生 溶酶体 微 体 多呈球形，直径0.2—0.5um．无酶晶体 0.15～0.25um，内常有酶、晶体 酸性水解酶 5左右 细胞内的消化作用 形成 含有氧化酶类 7左右 需要 多种功能 分裂与磐配形成 过氧化氢酶 是否需02 不需要 酶在糙囱内质网合成经，高尔基体出芽酶在细胞质基质中合成，绎识别的标志酸性水解酶等 酶

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