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1. 胡克和列文虎克发现细胞 的动机是不同的 ， 你对此有何感想 ? （答 案） 胡克当时的目的只是想弄清楚为什么软木塞吸水后能 够膨胀，并且能够堵塞住暖水瓶中的气体溢出而保温。 列文虎克是为了保证售出的布匹质量， 用显微镜检查布 匹是否发霉。正是由于他们的观察力和对自然现象的好 奇心， 以及对事业的责任感才导致细胞的发现。 2. 为什么恩格斯对细胞学 说给予与此高的评价 ? （答案） 因为细胞学说的提出解决了生命的共同起源， 即生命 的同一性问题。 3. 如何理解人才、理论和技术在 科技发展中的作用 ?（答案） 从细胞的发展史可看出: 人才是关键， 是原动力， 理 论是指导， 指引方向， 技术是突破点。 4. 证明最早的遗传物质是 RNA 而不是 D N A 的 证据是什么 ? （ 答案） 核酶的发现。 所谓核酶就是具有催化活性的 R NA 分子。 5. 举例说明细胞 的形态与功能相适应（答案） 细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞 的共同特点。如红细胞呈扁圆形的结构，有利于 O 2 和 CO 2 的交换; 高等动物的卵细胞和精细胞不仅在形态、而 且在大小方面都是截然不同的，这种不同与它们各自的功能相适应。卵细胞之所以既大又圆， 是因为卵细胞受 精之后， 要为受精卵提供早期发育所需的信息和相应的 物质， 这样， 卵细胞除了带有一套完整的基因组外， 还 有很多预先合成的 m R NA 和蛋白质， 所以体积就大; 而 圆形的表面是便于与精细胞结合。精细胞的形态是既细 又长， 这也是与它的功能相适应的。精细胞对后代的责 任仅是提供一套基因组， 所以它显得很轻装; 至于精细 胞的细尾巴则是为了运动寻靶，尖尖的头部，是为了更 容易将它携带的遗传物质注入卵细胞。 6 . 真核细胞的体积一般是原核细 胞的 1 0 0 0 倍，真核细胞如何解决 细胞内重要分子的浓度问题 ? （ 答案） 出现了特化的内膜系统，这样，体积增大了，表面积 也大大增加， 一些重要分子的浓度并没有被稀释。 7 . 相邻水分子间的关系是靠氢键维系的 (图 1 - 7 )， 这种氢键赋予水 分子哪些独特的性质， 对于生活细胞 有什么重要性 ? （ 答案） 首先，氢键能够吸收较多的热能，将氢键打断需要较 高的温度，所以氢键可维持细胞温度的相对稳定。第二 是相邻水分子间形成的氢键使水分子具有一定的粘性， 这样使水具有较高的表面密度。第三，水分子间的氢键 可以提高水的沸点，这样使它不易从细胞中挥发掉。 8. 蛋白质的糖基化的蛋白质的理 化性质有哪些影响 ?（答案）溶解度。 糖基化往往使蛋白质在水中的溶解度增大。 但是，若糖链增长到一定程度，由于分子量增大和形成 高级结构，亦会出现憎水性增加的现象。电荷。氨基 糖解离后，应带正电荷。但是，天然存在的氨基糖的氨 基都被 N -乙酰基取代， 实际上相当于中性糖。 许多糖链 上有唾液酸，或糖醛酸，解离后带负电荷。所以，糖基 化可能使蛋白质增加许多负电荷。 9. 组成蛋白质的基本构件只是 2 0 种氨基酸 。 为什么蛋白质却具有如 此广泛的功能 ? （ 答案） 根本原因是蛋白质具有几乎无限的形态结构，因此蛋 白质仅仅是一类分子的总称。换句话说，蛋白质之所以 有如此广泛的作用，是因为蛋白质具有各种不同的结构， 特别是在蛋白质高级结构中具有不同的结构域，而这种 不同的空间构型使得蛋白质能够有选择地同其它分子进 行相互作用，这就是蛋白质结构决定功能的特异性。正 是由于蛋白质具有如此广泛不同特异性才维持了生命的 高度有序性和复杂性。 1 0 .为什么解决生命科学的问题不能仅 靠分子生物学而要靠细胞生物 学?（答案） 在生命活动中，随着细胞周期的进行和细胞代谢状态 的不同，各种反应复合物，包括细胞器乃至整个细胞要不断进行组装和去组装。因此，细胞生命活动的基础是 细胞组装活动，而这些组装活动又不能简单地归结于分 子水平的活动，这就是为什么不能仅靠分子生物学而要 靠细胞生物学解决生命科学问题的缘由。1. 图 2 -3 的解释（答案） 两个儿童共同振动一根绳子产生的波动类似于光子光 子和电子形成的波， 以此说明物体的大小对波的干扰。 (a) 两个儿童振动绳子产生的特征波长; ( b )向绳子波中扔进 一个球或一个物体，如果扔进物体的直径与绳子波长相 近， 就会干扰绳子波的移动; ( 3 )如果扔进一个垒球或其他 物体比绳子波长小得多，对绳子波的移动只有很小或没 有干扰; ( d)如果将绳子快速振动，波长就会大大缩短; (e ) 此时扔进垒球就会干扰绳子波的移动。 2. 为什么电子显微镜需要真空系统 ( v a cuum system )? （答案） 由于电子在空气中行进的速度很慢，所以必须由真空 系统保持电镜的真空度，否则，空气中的分子会阻挠电 子束的发射而不能成像。用两种类型的真空泵串连起来 获得电子显微镜镜筒中的真空，当电子显微镜启动时， 第一级旋转式真空泵( r o ta ry p u m p )获得低真空， 作为二 级泵的预真空；第二级采用油扩散泵( oi l d iff u s io n p u m p)获得高真空。 3. 什么是相位和相差 ?（答案） 所谓相位是光波在前进时，电振动呈现的交替的波形 变化。由于光是电磁波，其电振动与磁振动垂直，又与波的传播方向垂直，导致了传播时波形的变化。同一种 光波通过折射率不同的物质时，光的相位就会发生变化， 波长和振幅也会发生变化。所谓相差是指两束光波在某 一位置时，由于波峰和波谷不一致，即存在着相位上的 差异，叫相差。同一种光通过细胞时，由于细胞不同部 分的折射率不同， 通过细胞的光线比未通过细胞的光线 相位落后，而通过细胞核的光线比通过细胞其他部位的 相位落后， 这就是相位差。 4. 与光镜相比 ， 用于电子显 微镜的组织固定有什么特殊的要求 ? （答 案） 比光镜的要求更高。首先是样品要薄，这是因为电子 的穿透能力十分有限，即使是 1 0 02 00 kV 高压，电子 穿透厚度仅为 1m。通常把样品制成 5 01 0 0n m 厚的 薄片(一个细胞切成 1 0 02 0 0 片)， 称超薄切片 ( u lt ra th in s e c tio n)。其次是要求很好地保持样品的精细 结构，特别是在组织固定时要求既要终止细胞生命，又 不破坏细胞的结构。第三是要求样品要具有一定的反差。 电子显微镜的样品切片最后被放置在载网上而不是玻片 上。 5. 什么是细胞分选 ? 基本原理（答案）用流式细胞计将特定的细胞分选分选出来的技术， 分 选前， 细胞要被戴上特殊的标记。所用的标记细胞的探 针是能够同待分选细胞表面特征性蛋白(抗原)结合的抗 体，而这种抗体又能够同某种荧光染料结合。当结合有 荧光染料的探针与细胞群温育时，探针就会同具有特异 表面抗原的细胞紧紧结合，由于抗体的结合，被结合的 细胞带上了荧光标记。细胞被标记之后，除去游离的抗 体，并将细胞进行稀释。当稀释的细胞进入超声波振荡 器时，极稀的细胞悬浮液形成很小的液滴，一个液滴中 只含有一个细胞。液滴一旦形成并通过激光束时，激光 束激发结合在细胞表面抗体分子成为一种标签。当液滴 逐个通过激光束时，受到两种检测器的检测:如果液滴中 含有细胞就会激活干涉检测器( in te rfe re nc e d e t e ct or )， 只有带有荧光标记细胞的液滴才会激活荧光检测器 ( fl uo r es ce n ce d e t e ct or )。当带有荧光标记的液滴通过 激光束时，将两种检测器同时激活，引起液滴充电信号 使鞘液带上负电荷。由于液滴带有负电荷，移动时就会 向正极移动，进入到荧光标记细胞收集器中。如果是含 有非荧光标记细胞的液滴进入激光束，只会被干涉检测 器检测到，结果使充电信号将液滴的鞘液带上正电荷， 从而在移动时偏向负极，被非荧光标记细胞收集器所收 集。如果是不含有细胞的液滴进入激光束，则不会被任何检测器所检测，因而不会产生充电信号，液滴的鞘液 不会带上任何电荷，所以在移动时不受任何影响直接进 入非检测的收集器。 6. 什么是细胞培养， 应注意哪些问题 ?（答案） 在体外模拟体内的生理环境，培养从机体中取出的细 胞，并使之生存和生长的技术为细胞培养技术。细胞培 养技术是细胞生物学研究方法中最有价值的技术，通过 细胞培养可以获得大量的细胞，也可通过细胞培养研究 细胞的运动、细胞的信号传导、细胞的合成代谢等。细 胞培养的突出特点是在离体条件下观察和研究细胞生命 活动的规律。培养中的细胞不受体内复杂环境的影响， 人为改变培养条件(如物理、化学、生物等外界因素的变 化)即可进一步观察细胞在单因素或多因素的影响下的生 理功能变化。然而， 细胞在体外环境的局限性，又使细 胞的形态与功能不能与体内的同类细胞完全等同。 体外培养细胞必需注意三个环节 物质营养、 生存环境和 废物的排除。 体外培养细胞所需的营养是由培养基提供的。培养 基通常含有细胞生长所需的氨基酸、维生素和微量元素。 一般培养细胞所用的培养基是合成培养基，它含有细胞 生长必需的营养成分，但是在使用合成培养基时需要添 加一些天然成分，其中最重要的是血清，以牛血清为主。这是因为血清中含有多种促细胞生长因子和一些生物活 性物质。 由于血清中含有一些不明成分，对于特殊目的细胞 培养是不利的。为此，研究人员正在探索无血清培养细 胞的条件，并已经取得一些进展。由于机体内的细胞生 长通常需要不同的细胞因子进行调节，所以在无血清培 养时仍然需要添加必要的因子， 包括： 促细胞生长因子(如 E G F )、促贴附物( 如层粘连蛋白)和其它活性物质( 如转铁 蛋白)。无血清培养排除了有血清培养时血清中不明因素 的干扰，使实验结果更加可靠。 体外细胞培养必需模拟体内细胞生长的环境。环境 因素主要是指 无菌环境、 合适的温度、 一定的渗透压和 气体环境。气体主要有两种O 2 和C O 2 。后者对于维持 细胞培养液的酸碱度十分重要。 活体内生长的细胞所产生的代谢物和废物通过一定的系 统进行利用和排除。体外培养细胞产生的代谢物和废物 积累在培养液中，所以定期更换培养液，对于体外细胞 培养也是至关重要的。 7. 什么是细胞系和细胞株 ? （答案） 原代培养物经首次传代成功后即为细胞系( c ell l in e )， 由原先存在于原代培养物中的细胞世系所组成。如果不 能继续传代， 或传代次数有限， 可称为有限细胞系( fi ni te c e ll l in e )， 如可以连续培养， 则称为连续细胞 系( cont in uo us c e ll l in e)， 培养 5 0 代以上并无限培养 下去。 从一个经过生物学鉴定的细胞系由单细胞分离培养 或通过筛选的方法由单细胞增殖形成的细胞群称细胞株 ( c ell s t ra in )。所以细胞株是通过选择法或克隆形成法从 原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质或标志的培 养细胞。从培养代数来讲，可培养到 4 0 -50 代。 8. 动物体细胞克隆有什么 意义 ?（答案） 动物体细胞克隆技术的成功对生命科学的发展具有重 要的推动作用，不仅证明了动物的体细胞具有全能性， 而且有巨大的应用前景。例如结合转基因技术生产药物。 现在很多药物如胰岛素、生长激素、表皮生长因子等都 是动物细胞体内正常的代谢物，某些病人由于产生这些 物质的功能发生缺陷，导致了相应疾病的发生，目前的 治疗方法就是给这些病人注射这类药物。由于这类药物 本身是来自动物的某些脏器，制备这种药物就需要大量 的动物提供脏器，因此成本就很高，如果通过转基因技 术把相应的基因转入到哺乳动物，让动物的乳汁生产具 有疗效的蛋白质就会降低成本，再结合动物体细胞克隆 技术，将这种转基因动物大量无性繁殖克隆，就可以大 大提高产量，大幅度降低成本，同时也保证了所转基因的稳定。该项技术也可以生产供动物本身和人类器官移 植的动物， 解决器官捐赠长期缺乏的问题。另外，动物 体细胞克隆技术在基因结构和功能、基因治疗、遗传病 及人类衰老等的研究方面都具有巨大的潜力。 9. 蔗糖 、 甘油和氯化铯都是密 度离心分离中的介质 ， 它 们在性质上 和使用上有什么不同 ? （ 答案） C sCl 可自行形成密度梯度，所以不必特别制备密度梯 度，只要将待分离的样品与之混匀即可。在离心的过程 中， 具有不同密度的颗粒随 C sC l 密度梯度的形成重新分 配; 而蔗糖和甘油要人工置备密度梯度。 蔗糖和甘油的最大密度为 1 .3 g/ c m 3 ，所以只能用 于分离密度在 1 .3 g/ c m 3 以下的细胞器或细胞结构; 而 氯化铯的最大密度可达 1 .9 g/ c m 3 以上， 可用于分离密 度大于 1 .3 g/ cm 3 的D N A分 子 。 在原理上， 由于具有不同密度的颗粒随 C sCl 密度 梯度的形成重新分配，所以又称为浮力密度离心 (buoyant density centrifugation); 而 蔗 糖 和 甘 油 则 是 在被离心的物质在下降的过程中由于密度的不同而被阻 止在不同的部位， 故是重力密度离心。 10. 离子交换层析的原理是什么 ?（答案）离子交换层析是根据蛋白质所带电荷的差异进行分离 纯化的一种方法。蛋白质的带电性是由蛋白质多肽中带 电氨基酸决定的。由于蛋白质中氨基酸的电性又取决于 介质中的 p H，所以蛋白质的带电性也就依赖于介质的 p H。当 p H 较低时，负电基团被中和，而正电基团就很 多; 在 p H 较高时，蛋白质的电性与低 p H 时相反。当蛋 白质所处的 p H，使蛋白质的正负电荷相等，此时的 pH 称为等电点。 离子交换层析所用的交换剂是经酯化、氧化等化学 反应引入阳性或阴性离子基团制成的，可与带相反电荷 的蛋白质进行交换吸附。带有阳离子基团的交换剂可置 换吸附带负电荷的物质， 称为阴离子交换剂， 如 D EA E - 纤维素树脂;反之称为阳离子交换剂， 如 C M-纤维素树脂。 不同的蛋白质有不同的等电点，在一定的条件下解离后 所带的电荷种类和电荷量都不同，因而可与不同的离子 交换剂以不同的亲和力相互交换吸附。当缓冲液中的离 子基团与结合在离子交换剂上的蛋白质相竞争时，亲和 力小的蛋白质分子首先被解吸附而洗脱，而亲和力大的 蛋白质则后被解吸附和洗脱。因此，可通过增加缓冲液 的离子强度和/ 或改变酸碱度，便可改变蛋白质的吸附状 况，使不同亲和力的蛋白质得以分离。 11. 何谓乳腺生物反应器， 它的出现有什么意义 ?（答案）乳腺生物反应器是根据细胞生物学中蛋白质合成与分 选的机理，结合基因工程技术、动物转基因技术等，利 用动物的乳腺分泌某些具有重要价值的基因产物。 乳腺生物反应器是一项综合技术，发展乳腺生物反 应器不仅需要基因工程技术，也需要动物胚胎技术，转 基因技术，蛋白质提纯技术和常规畜牧技术。 乳腺生物反应器有特殊优点。乳腺生物反应器生产 药品，基本上是一个畜牧业过程。 >> 3. 细胞质膜与跨膜运输 1. 比较质膜、内膜和生 物膜在概念上的异同（答案） 细胞质膜( p la s ma m em b ra n e)是指包围 在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和 膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞 内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外， 在细 胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。 真核生物除了具有细胞表面膜外，细胞 质中还有许多由膜分隔成的各种细胞器，这 些细胞器的膜结构与质膜相似，但功能有所 不同，这些膜称为内膜( in te r na l membrane)， 或 胞 质 膜 (cytoplasmic m e m br a ne )。 内膜包括细胞核膜、 内质网膜、 高尔基体膜等。由于细菌没有内膜，所以细 菌的细胞质膜代行胞质膜的作用。 生 物 膜 (biomembrane， or biological m e m br a ne )是细胞内膜和质膜的总称。生物 膜是细胞的基本结构，它不仅具有界膜的功 能，还参与全部的生命活动。 2 . 如何理解细胞膜作为界膜对细胞生命活动所起的作 用? （答 案） 界膜的涵义包括两个方面:细胞界膜和内 膜结构的界膜， 作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意义，这种界膜不仅使 生命进化到细胞的生命形式，也保证了细胞 生命的正常进行，它使遗传物质和其他参与 生命活动的生物大分子相对集中在一个安全 的微环境中， 有利于细胞的物质和能量代谢。 细胞内空间的区室化，不仅扩大了表面积， 还使细胞的生命活动更加高效和有序。 3 . 简述细胞膜结构的基本功能及对细胞生命活动的影 响。 （答案） 细胞膜结构的基本功能包括以下几个方 面: 界膜和区室化( del i ne ati o n a n d compartmentalization) 细胞膜最重要的 作用就是勾划了细胞的边界，并且在细胞质 中划分了许多以膜包被的区室。 调 节 运 输 (regulation of transport) 膜为两侧的分子交换提供了一个屏障，一方 面可以让某些物质“ 自由通透“ ，另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。 功能区室化 细胞膜的另一个重要的功 能就是通过形成膜结合细胞器，使细胞内的 功能区室化。例如细胞质中的内质网、高尔 基体等膜结合细胞器的基本功能是参与蛋白 质的合成、加工和运输；而溶酶体的功能是 起消化作用，与分解相关的酶主要集中在溶 酶体。又如线粒体的内膜主要功能是进行氧 化磷酸化，与该功能有关的酶和蛋白复合体 集中排列在线粒体内膜上。另一个细胞器叶 绿体的类囊体是光合作用的光反应场所，所 以在类囊体膜中聚集着与光能捕获、电子传 递和光合磷酸化相关的功能蛋白和酶。 信号的检测与传递( detec t io n a nd transmission of signals) 细胞通常用质 膜中的受体蛋白从环境中接收化学和电信 号。细胞质膜中具有各种不同的受体，能够 识别并结合特异的配体，产生一种新的信号 激活或抑制细胞内的某些反应。如细胞通过 质膜受体接收的信号决定对糖原的合成或分 解。膜受体接收的某些信号则与细胞分裂有关。 参与细胞间的相互作用( i nter c el lu lar interaction) 在多细胞的生物中， 细胞通 过质膜进行多种细胞间的相互作用，包括细 胞识别、细胞粘着、细胞连接等。如动物细 胞可通过间隙连接，植物细胞则通过胞间连 丝进行相邻细胞间的通讯， 这种通讯包括代 谢偶联和电偶联。 能 量 转 换 (energy transduction) 细 胞膜的另一个重要功能是参与细胞的能量转 换。例如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白 进行光能的捕获和转换，最后将光能转换成 化学能储存在碳水化合物中。同样，膜也能 够将化学能转换成可直接利用的高能化合物 A TP，这是线粒体的主要功能。 细胞膜的这些基本功能也是生命活动的 基本特征， 没有膜的这些功能， 细胞不能形 成， 细胞的生命活动就会停止。 4 . 有人说红细胞是研究膜结构的最好材料，你能说说 理由吗?（答案）首先是红细胞数量大，取材容易( 体内的 血库)，极少有其它类型的细胞污染; 其次成 熟的哺乳动物的红细胞中没有细胞核和线粒 体等膜相细胞器， 细胞膜是它的唯一膜结 构， 所以分离后不存在其它膜污染的问题。 5 . 如何根据图 3 - 3 解释红细胞对 O 2 和C O 2 的运输作 用? （答 案） 红细胞对 O 2 和C O 2 的运输与膜的性质 有关。氧是一种小分子，它能够自由扩散通 过红细胞膜进入红细胞内，并被血红蛋白结 合。红细胞膜的这种性质使得红细胞能够从 肺中摄取氧， 因为在肺毛细管中 O 2 的压力 高， O 2 就很容易透过红细胞膜进入红细胞； 又由于肺毛细管中 C O 2 的压力很低，红细胞 中的 C O 2 就会释放出来。红细胞从肺组织中 获得 O 2 后通过循环系统进入体毛细管， 在体毛细管中由于 O 2 的压力低、 CO 2 压力高， O 2 就会从红细胞中释放出来，而 C O 2 则会进入 红细胞。 由于气体 C O 2 难溶于水溶液，进入红细 胞后就难以溶解到红细胞的细胞质中。这要 依赖于红细胞质中的碳酸酐酶( ca rb o n ic anhydrase) ，它 可 将 CO 2 转变成水溶性的碳 酸氢根阴离子( H CO 3- ) 。 水溶性的碳酸氢 根阴离子通过红细胞膜中的带 3 蛋白， 同 C l - 离子进行交换排出红细胞，所以将带 3 蛋白 称为阴离子交换蛋白。 6. 红细胞膜骨架的装配过程怎样 ? （ 答案） 分为三步; 首先是血影蛋白与 4 . 1 蛋白、 肌动蛋 白的相互作用: 血影蛋白的和亚基形成二 聚体，在红细胞膜内，血影蛋白多以 4 聚体 形式存在( 也有 6 聚体、8 聚体)。血影蛋白 4 聚体在 4 .1 蛋白的帮助下同肌动蛋白寡聚体结合组成骨架的基本网络。一般认为，1 2 1 7 个肌动蛋白寡聚体及 4 .9 蛋白和原肌球蛋 白组成一个基本结构蛋白，这种结构蛋白再 结合到血影蛋白和 4 .1 蛋白复合体上。 4 .9 蛋 白和原肌球蛋白可稳定肌动蛋白寡聚体。 4 .1 蛋白同血型糖蛋白相互作用: 4 .1 蛋白的 N 端，3 5 000 的区域在生理状态下带 正电荷，而血型糖蛋白带负电荷，所以 4 .1 蛋白能够以静电稳定性同血型糖蛋白结合。 锚定蛋白与血影蛋白、 带 3 蛋白的相 互作用: 锚定蛋白 N 端 9 000 0 区可与带 3 蛋 白结合，而 7 2 00 0 区可与血影蛋白结合，由 于带 3 蛋白是膜整合蛋白、血影蛋白是膜骨 架蛋白，所以锚定蛋白起媒介作用将骨架蛋 白与质膜相连。 7 . 有人说膜脂的功能仅作为膜的骨架，并作为非脂溶 性物质进入细胞的障碍 ， 你认为此说有何不妥 ? （答 案） 膜脂的主要功能是构成膜的基本骨架。去除膜脂，则使膜解体。另外膜脂也是膜蛋 白的溶剂， 一些蛋白通过疏水端同膜脂作用， 使蛋白镶嵌在膜上得以执行特殊的功能。有 研究表明，膜脂为某些膜蛋白( 酶) 维持构象、 表现活性提供环境， 一般情况下， 膜脂本身 不参与反应(细菌的膜脂参与反应) 。 膜上有很 多酶的活性依赖于膜脂的存在。如果去掉脂 类， 酶蛋白即失去活性， 加上脂类， 又可 使活性恢复。有些膜蛋白只有在特异的磷脂 头部基团存在时才有功能。 8. 糖脂是如何决定血型的 ? （答案） A B O 血型是由 A B O 血型抗原决定的， 称为 A BO 血型决定子( d e te r m in an t)，它是 一种糖脂， 其寡糖部分具有决定抗原特异性 的作用。 A B O 血型决定子是短的、分支寡糖链， 如 A 血型的人具有一种酶， 这种酶能够将 N - 乙酰半乳糖胺添加到糖链的末端； B血 型 的 人具有在糖链末端添加半乳糖的酶， A B 血型的 人具有上述两种酶；O 血型的人则缺少上述 两种酶， 在抗原的末端既无 N -乙酰氨基半乳 糖， 又无半乳糖。 也就是说 人的血型是 A 型、B 型、AB 型还是 O 型，是由红细胞膜脂或膜蛋白中的 糖基决定的。A 血型的人红细胞膜脂寡糖链 的末端是 N -乙酰半乳糖胺( Ga lNA c)， B 血型 的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖 ( G a l)，O 型则没有这两种糖基，而 A B 型的 人则在末端同时具有这两种糖。 9. 十二烷基磺酸钠 (SDS) 和 T r iton X-10 0 都是去垢剂 ， 哪一种可用于分离有生物功能的膜蛋白 ? （答案） 去垢剂可分为离子型和非离子型两种。 十二烷基磺酸钠( SD S )是常用的离子型去垢 剂，它不仅可使细胞膜崩溃，并与膜蛋白的 疏水部分结合使其分离，而且还破坏膜蛋白 内部的非共价健， 使蛋白变性， 所以不宜用于分离膜蛋白。T r it on X -10 0 是温和性去垢 剂，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白变性， 可分离到有生物功能的膜蛋白。 10. 膜 结构不对称性的意义是什么 ? （答案） 膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导 致了膜功能的不对称性和方向性。保证了生 命活动的高度有序性。 膜脂在膜中的分布是不对称的，虽然这 种不对称性的生物学作用还了解得很少，但 已经取得了不少进展。如糖脂是位于脂双层 的外膜，其作用可作为细胞外配体( l iga n d) 的受体。磷脂酰丝氨基主要集中在脂双层的 内叶， 在生理 p H 下带负电荷， 这种带电性使 得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖 蛋白 A 跨膜螺旋邻近的赖氨酸、精氨酸结 合。磷脂酰胆碱出现在衰老的淋巴细胞外表 面，作为让吞噬细胞吞噬的信号。磷脂酰胆 碱也出现在血小板的外表面，此时作为血凝固的信号。磷脂酰肌醇主要集中在内叶，它 们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中起关 键作用。 膜不仅内外两侧的功能不同， 分布的区 域对功能也有影响。 造成这种功能上的差异， 主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不对称引起 的。 细胞间的识别、运动、物质运输、信号 传递等都具有方向性。这些方向性的维持就 是靠分布不对称的膜蛋白、膜脂和膜糖来提 供。 11. 孔 蛋白只存在于双层膜的外膜中 ， 为什 么？ （答 案） 由于孔蛋白的孔径大，所以只能存在于 外膜，而不能存在于内膜。内膜有界膜膜的 作用，如果有孔蛋白，则失去界膜的功能。 1 2 . 在酶法标记测定膜蛋白的定向实验中若是要标记 膜内侧的蛋白，该如何处理？（答案）将人工脂质体放入低渗溶液中，这样， 乳过氧化物酶就能进入脂质体进行内侧蛋白 质标记( Q 3 - 1 )。 图 Q 3 -1 乳过氧化物酶就能进入脂质体进 行内侧蛋白质标记 13. 脂 酶处理法研究红细胞 膜蛋白定位原理（答案） 由于红细胞具有血影现象，只要将红细胞置于低离子浓度的溶液中，红细胞就会发 生渗漏释放出内含物，得到只有红细胞膜的 空壳。然后调整溶液中的 M g 2+ 离子浓度， 改 变红细胞小泡的状态。若是从溶液中除去 Mg 2+ ， 则形成外翻的小泡， 若是加入 M g 2+ 则是正常方向的小泡， 然后用脂酶分别处理 这两种红细胞膜。常用的脂酶是磷脂酶 ( p h o s ph o lip a se )， 这种酶也是因为分子量大 而不通过细胞膜，所以磷脂酶只能附着在膜 泡的外表面，能够被磷脂酶水解的就是位于 外表面的磷脂，然后再根据它原来的状态， 确定在红细胞膜脂中的定向。 14. 膜 的流动性的生理意义何在？（答案） 细胞质膜适宜的流动性是生物膜正常 功能的必要条件。 酶活性与流动性有极大的关系，流动 性大活性高。 如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细 胞废物也不能运到细胞外，这样细胞就要停 止新陈代谢而死亡。 膜流动性与信息传递有着极大的关 系。 如果没有流动性，能量转换是不可能 的。 膜的流动性与发育和衰老过程都有相 当大的关系。 15. 请 从起始条件 、 运输方式 、 产 生的结果等三个方面 进行主动运输和被动运输的比较 。 （答案） 将比较结果列于表 Q 3-1 中: 表 Q 3-1 被动运输与主动运输在起始调 节、运输方式和产生的结果的比较 被动运输 主动运输 起始 条件 细胞外被运 输的物质浓 度大大高于 细胞内的浓 度 细胞外被运 输的物质的 浓度可能高 于、 也可能低 于细胞内的浓度 运输 方式 通过扩散或 运输蛋白形 成的通道进 入细 胞 通过具有酶 活性的运输 蛋白( 泵)， 在 能量的驱动 下进 入细胞 产生 的结果 最后使细胞 内外的浓度 达到 平衡 最后细胞内 的浓度高于 细胞外的物 质浓度， 建 立了浓度梯 度 1 6 . 如何根据细胞的渗透现象解释植物细胞的质壁分 离(plasm o lysis)? （答案） 由于细胞的渗透现象，使得细胞在不同 浓度的溶液中，会发生膨胀( s w ell )或收缩 ( s h ri nk )。 实际上这种现象取决于溶液中的溶质和细胞中该物质的浓度。当将动物细胞置 于高渗溶液中，水则会从细胞中渗出，细胞 发生收缩。细胞在低渗溶液中会吸水膨胀和 破裂。当将植物细胞置于高渗溶液中，细胞 脱水发生质壁分离( plas m o ly si s)。若是在低 渗溶液中，植物的细胞壁保护细胞防止膨胀 破裂，此时由于水的进入，细胞内的压力升 高，使细胞变得坚硬( 图 Q 3-2)。 图 Q 3 - 2 动物细胞和植物细胞在不同浓度 的蔗糖溶液中的行为 17 . 为 什么 所有 带电荷 的分 子 ( 离 子)， 不 管它 多 小， 都 不能自由扩散 ?（答案）答: 带电的物质通常同水结合形成一个 水合的外壳， 这不仅增加了它们的分子体积， 同时也大大降低了脂溶性。因此说，所有带 电荷的分子(离子)， 不管它多小， 都不能自 由扩散。 1 8 . 如何理解“被动运输是减少细胞与周围环境的差 别， 而主动运输则是努力创造差别 ， 维持生命的活力 “ ? （答案） 答: 主要是从创造差异对细胞生命活动 的意义方面来理解这一说法。主动运输涉及 物质输入和输出细胞和细胞器，并且能够逆 浓度梯度或电化学梯度。这种运输对于维持 细胞和细胞器的正常功能来说起三个重要作 用: 保证了细胞或细胞器从周围环境中或 表面摄取必需的营养物质，即使这些营养物 质在周围环境中或表面的浓度很低; 能够 将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢废物以及一些离子排到细胞外，即使这些物质在 细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多; 能 够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的 浓度，特别是 K + 、C a 2+ 和H + 的浓度。概括 地说，主动运输主要是维持细胞内环境的稳 定，以及在各种不同生理条件下细胞内环境 的快速调整， 这对细胞的生命活动来说是非 常重要的。 19. 四种运输 A T P a se 在结构、 存 在部位和功能上有什 么不同?（答案） 四种运输 A T P a se 的差异列于表 Q 3 -2 中。 表 Q 3-2 四类 A TP 驱动的离子和小分子运 输泵的比较 类型 运输 物质 结构与功能特 点 存在 的部位 P型 H + ， Na + ， K + ， Ca 2+ 通常有大小 两个亚基 ， 大 亚基被磷酸 化， 小亚基调 H + 泵:存在于 植物 、 真 菌和 细菌的质 膜; N a + /K + :动节运输。 物细胞的质 膜; H + /K + 泵: 哺乳动物胃 细胞表层质 膜; C a 2+ 泵:所 有真核生物 的质膜; 肌细 胞的肌质网 膜。 F型 只是 H + 有多个跨膜 亚基，建立 H + 的电化学 梯度，合成 AT P 。 细菌的质膜 、 线粒体内膜 、 叶绿体的类 囊体膜。 V型 只是 H + 多个跨膜亚 基， 亚基的 细胞质部分 可将 A T P 水 解， 并利用 释放的能量 植 物、 酵 母 和其它真菌 的液泡膜; 动物细胞的 溶酶体和内 体的膜;某将H + 运输到 囊泡中 ， 使之 成为酸性环 境。 些分泌酸性 物质的动物 细胞质膜(如 破骨细胞和 肾管状细胞 )。 AB C 型 离子 和各 种小 分子 两个膜结构 域形成水性 通道 ， 两 个细 胞质 A T P 结 合结构域与 A T P 水解及物 质运输相偶 联。 不同结构 域可以位于 同一个亚基 ， 也可位于不 同的亚基。 细菌质膜 (运 输氨 基酸、 糖和肽) ;哺 乳动物内质 网膜(运输与 M H C 蛋白相 关的抗原肽) ; 哺乳动物 细胞质膜(运 输小分子、 磷脂 、 小 的类 脂分子 ) 20. 简 述 N a + /K + 泵( N a + /K + pump ， N a + /K + A T P a se) 的 结构和作用原理（答案）Na + /K + 泵是动物细胞中由 A T P 驱动的 将N a + 输出到细胞外同时将 K + 输入细胞内 的运输泵，又称 N a + 泵或 N a + /K + 交换泵。 实 际上是一种 N a + /K + ATPase。 Na + /K + A TP as e 是由两个大亚基(亚基)和两个小亚 基( 亚基)组成。亚基是跨膜蛋白，在膜的 内侧有 A T P 结合位点，细胞外侧有乌本苷 ( o u ab a in )结合位点;在亚基上有 N a + 和K + 结合位点。 Na + /K + A T P as e 运输分为六个过程: 在 静息状态， Na + /K + 泵的构型使得 N a + 结合位 点暴露在膜内侧。 当细胞内 N a + 浓度升高时， 3个 N a + 与该位点结合； 由于 N a + 的结 合， 激活了 A T P 酶的活性， 使 A TP 分解， 释 放 A D P， 亚基被磷酸化; 由于亚基被磷 酸化， 引起酶发生构型变化， 于是与 N a + 结合的部位转向膜外侧，并向胞外释放 3 个 Na + ； 膜外的两个 K + 同亚基结合; K + 与磷酸化的 N a + /K + A T P as e 结合后， 促使酶去磷酸化; 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A T P ， 运 出3个N a + ， 输 入2个K + 。 Na + /K + 泵工作的结果， 使细胞内的 N a + 浓度 比细胞外低 1 0 -30 倍， 而细胞内的 K + 浓度比 细胞外高 1 0 -30 倍。由于细胞外的 N a + 浓度 高，且 N a + 是带正电的，所以 N a + /K + 泵使 细胞外带上正电荷。 意义: N a + /K + 泵具有三个重要作用， 一 是维持了细胞 N a + 离子的平衡，抵消了 N a + 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 N a + 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。 21. C a 2+ 泵( C a 2+ pu mp ， C a 2+ AT P a s e ) 的 结 构 和 作 用原理（答案） Ca 2+ - AT Pa se 有 1 0 个跨膜结构域， 在细 胞膜内侧有两个大的细胞质环状结构，第一个环位于跨膜结构域 2 和 3 之间，第二个环 位于跨膜结构域 4 和 5 之间。在第一个环上 有C a 2+ 离子结合位点; 在第二个环上有激活 位点，包括 A TP 的结合位点。C a 2+ -ATPase 的氨基端和羧基端都在细胞膜的内侧，羧基 端含有抑制区域。在静息状态，羧基端的抑 制区域同环 2 的激活位点结合，使泵失去功 能，这就是自我抑制。 Ca 2+ - A TP as e 泵有两种激活机制，一种是 受激活的 C a 2+ /钙调蛋白( C aM )复合物的激 活，另一种是被蛋白激酶 C 激活。当细胞内 Ca 2+ 浓度升高时，C a 2+ 同钙调蛋白结合，形 成激活的 C a 2+ /钙调蛋白复合物， 该复合物同 抑制区结合，释放激活位点，泵开始工作。 当细胞内 C a 2+ 浓度下降时， C aM 同抑制区脱 离，抑制区又同激活位点结合，使泵处于静 息状态。在另一种情况下，蛋白激酶 C 使抑 制区磷酸化，从而失去抑制作用；当磷酸酶 使抑制区脱磷酸， 抑制区又同激活位点结合， 起抑制作用。 Ca 2+ 泵的工作原理类似于 N a + /K +A TP as e。在细胞质膜的一侧有同 C a 2+ 结合 的位点，一次可以结合两个 C a 2+ ，C a 2+ 结 合后使酶激活，并结合上一分子 A TP，伴随 A TP 的水解和酶被磷酸化，C a 2+ 泵构型发生 改变， 结合 C a 2+ 的一面转到细胞外侧， 由于 结合亲和力低 C a 2+ 离子被释放，此时酶发生 去磷酸化，构型恢复到原始的静息状态。 Ca 2+ - AT P as e 每水解一个 A T P 将两个 Ca 2+ 离子从胞质溶胶输出到细胞外
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