1细胞生物学学科形成的客观条件

1.细胞生物学学科形成的客观条件

细胞生物学是经过科学家长时期的研究与探索，在理论研究与实验研究相结合的基础上

逐渐形成的。从细胞生物学发展简史可知，由于光学显微镜的出现及分辨率的提高，人们逐

渐从显微水平认识细胞的结构，有了细胞结构的知识；20世纪50年代以来，电子显微镜与

超薄切片技术相结合，产生了细胞超微结构学这一新兴领域。

细胞超微结构所积累的资料，使细胞结构的知识在很大程度上得到了更新，大大加深与

拓宽了对细胞的认识。不仅对已知的细胞结构如线粒体、细胞膜、高尔基体、核膜、核仁、

染色质与染色体的结构的了解出现了全新的面貌，而且发现了一些新的重要的细胞结构，如

内质网、核糖体、溶酶体、核控复合体与细胞骨架体系等，为细胞生物学学科早期的形成奠

定了良好的基础。20世纪50一·60年代以来，生物化学与细胞学的相互渗透与结合，细胞

生物学这一领域的快速发展，使人们对细胞结构与功能相结合的研究水平达到了前所未有的

高度。

最重要的是20世纪70年代以来，科学家将分子生物学的概念与技术引进细胞学，使人

们能从分子水平来研究细胞的结构与功能。为细胞生物学这门学科的最后形成与建立创造了

全新的局面。所以20世纪60年代提出细胞生物学这一概念，它是以细胞作为一切有机体进

行细胞生命活动的基本单位这一概念为出发点，在显微、亚显微、分子水平上研究细胞生命

活动的基本规律的学科。

4．为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式?

支原体体积很小，直径一般只有0.1～0.3/μ m，仅为细菌的l/10。虽然病

毒的体积总体上比支原体小，但它不具备细胞形态。支原体能够在培养基上生长，

以一分为二的方式进行繁殖；具有典型的细胞质膜，一个环状的双螺旋DNA作为

遗传信息的载体，mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成700多种蛋白，

这也许是细胞维持生存所必需的最低数量的蛋白。

从保证一个细胞生命活动运转所必需的条件看，有人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占有的空间直径为50 nm，加上核糖体

(每个10一20 nm)、细胞膜和核酸所占有的空间，我们可以推算一个细胞的最

小极限直径不可能小于100 nm，支原体的大小已经接近理论极限。比支原体更

小、更简单，又能维持细胞生命基本活动的细胞，似乎是不可能存在的，故支原

体可能是最小最简单的细胞存在形式。

5.说明Na-K泵的工作原理及其生物学意义？

工作原理：

在细胞内侧α亚基与Na+相结合促进ATP水解，α亚基上的第一个天门冬氨

酸残基磷酸化引起α亚基构象发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α

亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，α亚基构象再度发生变化将K+泵进细胞。

Na+依赖磷酸化和K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替发生，每秒钟可发生

1000次左右构象变化。

每个循环消耗一个ATP分子，泵出3个Na+和泵进2个K+,

功能：

①维持细胞的渗透平衡，保持细胞的体积；

②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位，为协同运输提供驱动

力。

③有利于神经冲动的传播。

④胞外高浓度的Na+代表大量的能量积累，用于维持紧急情况下Na+驱动的其他

运输。

举出5种细胞生物学研究中常用的模式生物，说明其基本特征及在科学研究中

的贡献？

1．病毒

病毒的结构简单，基因组小，繁殖快，适合遗传操作。

病毒主要用于基因表达调控、生物大分子相互作用、生命物质自组装以及肿瘤

的发生与防治等方面的研究。

2．细菌

细菌的基因结构简单，培养方便，生长快，突变株的诱变、分离、鉴定技术成

熟，转基因技术成熟，进行基因定位简便易行。

3．酵母

单细胞真核生物的代表，生长迅速并且易于遗传操作。

具有细菌的一些优点，而且具有真核细胞的组织结构。

用于生物学研究的酵母主要有裂殖酵母和芽殖酵母。

4．线虫

秀丽隐杆线虫基因组测序已经完成。

生命周期为3天，繁殖快，在显微镜下通体透明，共有959个细胞。

5．果蝇

黑腹果蝇基因组测序完成，编码13 601个基因，具有丰富的生物学行为，易于

遗传操作。

果蝇基因组中许多基因进化保守，与人类基因的同源性较高。

6．斑马鱼

容易繁殖，孵化后3个月就到达性成熟期，每次产卵200个左右。

鱼卵产出仅1天就可完成早期胚胎发育，整个胚胎发育在体外进行。

鱼卵和胚胎均是透明的，便于观察。

斑马鱼的基因数目与人类的相近，许多基因与人类的基因存在一对应的关系。

7．小鼠

小鼠是小型哺乳动物，在进化上最接近人类。其基因组测序已完成，与人类的

非常相近。

8．拟南芥

拟南芥的个体小，株高30 cm，生长周期为6周左右，种子数量大，生命力强。

拟南芥是白花授粉植物，基因高度纯合，仅有5对染色体，其基因组测序已经

完成，是具最小基因组的植物材料。

3光学显微镜技术有哪些新发展？它们各有哪些突出优点？为什么电子显微镜

不能完全代替光学显微镜？

光学显微镜是光学显微技术的主要工具，问世以来被广泛应用于细胞形态与结

构的研究。光学显微镜是利用光线照明，使微小物体形成放大影像的仪器。其

组成主要分为光学放大系统，照明系统、机械及支架系统。要提高分辨率必须

从这三个系统上改进。先后出现了荧光显微镜、激光共焦点扫描显微镜、相差

显微镜、微分干涉显微镜、暗视野显微镜、倒置显微镜及录像增差显微镜技术。

各自的主要特点和突出优点是:

电子显微镜不能完全代替光学显微镜：

尽管拥有电镜，普通光学显微镜在科研中的地位不可取代，而且光学显微镜正发

挥着越来越重要的作用。

(1)细胞生物学是在显微、亚显微和分子3个结构层次上研究细胞，在显微水平

上研究细胞需用普通光学显微镜，在亚显微水平上需用电子显微镜，因此两者是

在细胞的不同显微水平上观察细胞结构，缺一不可。

(2)普通光学显微镜样品易制备，而电镜对样品的要求很高。

(3)电镜不能观察活细胞及其动态变化。

(4)普通光学显微镜操作简单，对环境和设备的要求没有电镜高。

6.比较胞饮作用和吞噬作用的异同

答 胞饮作用和吞噬作用的不同点

①胞吞泡的大小不同。胞饮泡直径一般小于150 nm，而吞噬泡直径往往大

于250 nm。

②所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液和分子，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，后者首先需

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胞吞泡形成机制不同。胞饮作用需要网格蛋白形成包被、接合素蛋白连接；

吞噬作用需要微丝及其结合蛋白的参与。

胞饮作用和吞噬作用的相同点

①均是细胞完成大分子物质与颗粒性物质运输的方式。

②均要通过膜的内部并形成胞吞泡。

③胞吞泡的形成均有蛋白质的参与。

7.简述一氧化氮信号转导机制。

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

合酶催化精氨酸氧化形成瓜氨酸并释放NO，NO通过扩散进入临近平滑肌细胞，

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。血管腔径值增大，血流量增大，输氧量增大。

8.指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成需要哪些主要的结构

或因子？它们是如何协同完成肽链在内质网上合成？

结构或因子:信号肽 信号识别颗粒 易位子 DP

①来自于细胞核的mRNA在细胞质基质中被激活后，首先与核糖体大、小亚基

结合，并开始转译蛋白质。

②当多肽链延伸至80个氨基酸左右后，N端的信号肽与信号识别颗粒结合并使

肽链延伸暂时停止，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至信号识别颗粒

与ER膜上的DP结合，核糖体与内质网膜的易位子结合。

③信号识别颗粒脱离了信号肽和核糖体，返回细胞质基中重复使用，肽链又开始

延伸。

④以环化构象存在的信号肽与易位子组分结合并使孔道打开，在某种信号肽蛋白

的帮助下，信号肽穿入ER膜并引导肽链以袢环的形式进入ER腔中，这是一个

依赖于ATP的过程。

⑤腔面上信号肽酶切除信号肽，肽链继续延伸直至完成整个多肽链的合成。

9. 如何证明线粒体的电子传递和氧化磷酸化作用是在两个不

同的结构系统来实现的？

①亚线粒体小泡的产生和重建实验:

1964年，E.Racker等人用超声波处理线粒体，线粒体内内膜分解（不同部

位断裂）而形成一些闭合的小泡——亚线粒体小泡，其上有ATP酶复合体（基

粒）附着，这些亚线粒体小泡具有电子传递和氧化磷酸化反应的功能；再进一步

处理。用更强的超声波或尿素，或膜蛋白酶处理亚线粒体小泡，则小泡表面偶联

因子F1解离下来（基粒头部），结果小泡只能进行电子传递，失去合成ATP能力；

把F1因子再装配到无颗粒的小泡上（一定条件混合处理），结果小泡又恢复把氧

化磷酸化同电子传递相偶联的能力。

A、整个电子传递系统存在于线粒体内膜上。

B、氧化磷酸化作用由ATP酶复合体承担。

10.比较线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化的区别

11.简述鞭毛的结构和如何完成运动的

结构:

轴丝：9×2+2

动力蛋白臂

辐条、辐条头

微管连接蛋白

基体(位于鞭毛和纤毛根部结构)

9×3+0

纤毛和鞭毛的微管组织中心,负责鞭毛和纤毛

的合成。

运动机制:

①A管伸出的臂与相邻二联管的B管结合；

②ATP释放能量，释放的能量使B管向上滑动；

③新的ATP结合，使臂与B管脱离；

④ATP水解释放能量，使臂的位置回复原位并开始下一次循环。

12.试述核孔复合体的结构及其功能。

（1）四种结构组分：

①胞质环。有8条短纤维伸向胞质。

②核质环。有8条细长的纤维，末端形成一直径为60mm的小环，由8个颗

粒构成，构成核蓝结构。

③辐。由核孔边缘伸向中心，呈现辐射状八重对称。柱状亚单位、腔内亚单

位、环带亚单位

④栓。位于核孔的中心。

（2）功能上是—双功能、双向性的亲水性核质交换通道。

双功能表现在运输方式：被动扩散和主动运输。

①被动扩散的亲水通道。有效直径为9～10nm。离子、小分子及直径10 nm

以下的物质原则上可以自由通过。

②主动运输的选择性表现在：

A、对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可达约10-20nm，甚至可达26 nm

B、是一个信号识别与载体介导的过程，需要ATP,并表现出饱和动力学特征；

C、具有高度的选择性，并且是双向的,即亲核蛋白的核输入、RNA分子及RNP

颗粒的核输出。

13.如何应用双阻断的方法获得G1/S期同步化细胞？

G1/S-TdR双阻断法是最常用的方法：

向对数生长期的培养细胞的培养基加入过量的TdR，使其最终浓度达2.5m

mol/L，这时DNA合成基本被抑制，S期细胞基本不前进，而其它期细胞沿细胞

周期转运，最后停止于G1/S处，此为第一次阻断，移去TdR洗涤细胞，再加入

新鲜培养液，则阻断因素解除，细胞沿周期继续前进。当释放时间大于ts时，

所有的细胞均脱离S期。这时再用TdR第二次阻断，细胞群体再经过G2+M+G1

的时间，细胞被阻断于G1/S交界处的狭窄的区段中，这种阻断方案仅适用于（t

G1+ t G2+ M）＞ts的细胞。

14.为什么说肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果？

答 癌细胞是一种变异的细胞，是产生癌症的病源，癌细胞与正常细胞不同，有无限生长、

转化和转移三大特点，也因此难以消灭。

癌细胞在转移过程中会遇到很多困难，首先要经过数十次变异，然后要克服细胞间黏附

作用脱离出来，并改变形状穿过致密的结缔组织。成功逃逸后，癌细胞将通过微血管进入血

液，在那里它还可能遭到白细胞的攻击。接下来癌细胞将通过微血管进入一个新器官(现被

称为“微转移”)。在这里，癌细胞面临着并不友好的环境(称为“微环境”)，有些细胞当即

死亡，有些分裂数次后死亡，还有一些保持休眠状态，存活率仅为数亿分之一。存活下来的

癌细胞能够再生，成为化验中可发现的“肉眼可见转移”。随着转移的发展，它挤走了正常

的细胞，破坏了器官的功能，最后足以致命。

一次突变并不足以将一个健康细胞转变为癌细胞。一个细胞癌变要求在一个细胞中发生

几次单独的突变，它们共同作用才能诱发细胞癌变。经统计，一个细胞转化需要发生3～7

次单独的随机突变。实验表明肿瘤的发生是原癌基因的活化并一般伴随抑癌基因的失活。

15.细胞凋亡与细胞的坏死有什么区别?