从不同的环境分离到两种细菌:一种是从平均温度为40℃的温泉中中分离的,另一种是从平均温度为4℃的冷水湖中分离的。
问答题
请推测两种细菌的细胞质膜中,哪一种具有较多的不饱和脂肪酸?
【正确答案】从冷水湖中分离的细菌的细胞质膜具有较多的不饱和脂肪酸。
【答案解析】
【正确答案】来自温泉细胞的质膜中含有较多长链脂肪酸。
【答案解析】
【正确答案】在27℃,来自冷水湖细菌的膜具有较大的流动性。
【答案解析】
问答题
将下列各项按照它们扩散通过膜双层的能力大小排序,并给出依据。
A.Ca
2+ B.CO
2 C.乙醇 D.葡萄糖 E.RNA F.H
2O
【正确答案】这些物质扩散通过膜双层的能力由大到小的顺序是:B、F、C、D、A、E 物质扩散通过膜双层的能力与其自身的结构和性质有关。O2、CO2、N2和苯极易通过细胞膜;水次之;乙醇是极性小分子,略次之;葡萄糖是稍大的极性分子,再次之;Ca2+虽然小,但是具有电荷的离子,比葡萄糖更难通过细胞膜;RNA是带有电荷的生物大分子,基本上不可能通过扩散的方式通过细胞膜。
【答案解析】
问答题
将一个蛙卵和一个红细胞放在纯水中,红细胞很快膨胀破裂,虽然蛙卵比红细胞大100万倍,却维持完整。请给予解释。(提示:有两种可能的原因)
【正确答案】从生物适应的角度出发,红细胞正常存在于血浆中,而蛙卵直接产在水中。血浆的渗透压比水大,因而可以推断红细胞的渗透压比蛙卵的渗透压大。将二者放入纯水之中,红细胞会膨胀破裂而蛙卵不会。 生物会采取很多方式来保护卵,其中一种就是在卯的外周包裹上一层物质防止异物的进入和入侵。蛙卵表面就可能存在一层厚厚的细胞外基质,有效减少了水的渗透进入。甚至,蛙卵可能存在一些机制主动排出多余的水分来保持其渗透压。这种设想是第二种可能的解释。
【答案解析】
问答题
跨膜结构域蛋白与质膜结合的方式有几种?为什么以这种方式存在?
【正确答案】①跨膜结构域有20个左右的疏水氨基酸残基形成α螺旋,长度约3nm,与脂双分子层的厚度相当;②某些α螺旋既有极性侧链,又有非极性侧链。α螺旋的外侧是非极性侧链,内侧是极性侧链,形成特异性分子的跨膜通道;③跨膜结构域只有10~12个氨基酸,形成β折叠结构。所有这些结合方式都是因为在α螺旋或β折叠内,多肽主链的极性肽键能被疏水的氨基酸侧链挡住而避开脂双层的疏水环境,从而使跨膜结构稳定。肽键之间的氢键进一步稳定了跨膜结构。
【答案解析】
问答题
阐述动物细胞膜和细胞表面各自的结构特点及其相互关系。
【正确答案】细胞膜是由磷脂双分子层构成骨架,蛋白质和脂类分子镶嵌于其中,且膜的结构处于流动变化中,其特征为镶嵌性、流动性、不对称性、蛋白质的极性。细胞膜的磷脂双分子层结构是整个细胞质膜的骨架,它具有将细胞质和外界环境隔离开来的作用。 质膜上镶嵌着诸多蛋白质,这些蛋白质在信号转导和物质运输方面起着重要作用。这些蛋白质在细胞内外两个朝向上是不对称的,具有极性,这种极性也是与其信号转导和物质运输的功能相适应的。 质膜表面存在一层富含糖类结构的细胞外被,具有细胞识别、血型抗原功能。细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质间也往往通过这层细胞外被形成细胞连接结构,如封闭连接、锚定连接和通讯连接等。 磷脂双分子层具有流动性,并且带动膜上的蛋白质等一起运动,并存在脂筏这样的亚微观结构。磷脂双分子层的流动性与脂质分子的类型、比率有关,与脂分子同膜蛋白及膜两侧的生物大分子之间的相互作用以及温度等环境条件有关。
【答案解析】
问答题
为什么膜蛋白能够稳定存在于磷脂双分子层中?
【正确答案】依赖于膜蛋白质结构特征及与膜脂的相互作用两方面:结构上的特征:①有20个左右疏水性氨基酸残基组成α螺旋跨膜。②α螺旋一侧具有疏水性氨基酸残基,内侧是极性氨基酸残基,形成特异性的跨膜结构。③由10~12个疏水性氨基酸残基组成卢折叠跨膜。作用力:①跨膜结构域与膜脂分子的疏水作用。②跨膜结构域两端的携带正电荷的氨基酸残基与膜磷脂极性头部,或带负电荷的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+与带负电荷的膜磷脂极性头部相互作用。③脂类修饰蛋白,依赖脂类插入膜中。
【答案解析】
【正确答案】质膜具有不对称性和流动性。不对称性:膜脂分布的不对称性表现在:①膜内层和外层所含脂质分子的种类不同;②膜内外磷脂层所带电荷不同;③膜内外层磷脂分子中脂肪的饱和度不同;④糖脂只分布在外层脂质中。膜蛋白的分布是绝对不对称的:①糖蛋白的糖链主要分布在膜的外表面;②膜受体分子均分布在膜外层脂质分子中;③腺苷酸环化酶分布在膜的内表面。膜的流动性是由膜内部脂质分子和蛋白质分子的运动性所决定的。膜脂的流动性和膜蛋白的运动性使得细胞膜成为一种动态结构。膜脂分子的运动表现在:旋转异构、左右摆动、旋转运动、侧向扩散、倒翻运动。膜蛋白的分子运动包括侧向扩散运动和旋转扩散运动等。影响膜流动性的因素有:胆固醇;磷脂分子脂肪酸链;卵磷脂与鞘磷脂的比例。总之,流动性是质膜的一种基本特性,必须保持在适当程度才能保证质膜的正常功能。当细胞对其膜的流动性失去自我调节能力时,将会发生膜的功能障碍或细胞病变。
【答案解析】
问答题
从生物膜结构模型的演化谈谈人们对生物膜结构的认识过程。
【正确答案】从1925年至今,关于生物膜结构的模型主要有三明治式模型、单位膜模型、流动镶嵌模型、晶格镶嵌模型和板块镶嵌模型、脂模型。 最早对质膜进行研究的是E.Verton,他于1895年研究了质膜的透性。他用植物细胞作为材料,发现凡是溶于脂肪的物质也很容易穿过膜,反之不溶于脂肪的物质则不容易穿过膜。 1897年Crjins和Hediu用红细胞做了类似的实验,亦证明分子穿膜有通透性与其在脂中的溶解度有关。于是E. Dverton主张,细胞膜是由一层脂物质所组成,从而初步明确了细胞膜的化学性质。 1917年Langmilir设计了脂类单分子膜技术,亦称为膜平衡技术,此技术至今仍然是研究人工膜的重要技术,通过此方法可得到单层脂分子膜。 1925年Gtorter和Grendel利用langmulir设计的脂分子膜技术测定了细胞膜中脂分子单层的总面积,所获结果支持Overton的推论。 1933年Couandev和Barlurd发现,虽然质膜对某些物质的通透性与该物质的脂溶性有关,但在一些分子如水、甲醇等,其细胞的能力大于根据其脓溶性所应用的能力,因此推想,细胞膜脂双层分子中一定还有一些贯穿脂双层的小孔,便于分子的通过。 以上认识虽然是初步的,但却为对质膜的深入研究打下了基础。 ①三明治模型是Davson和Danielli提出的质膜中含有蛋白质成分,并提出“蛋白质-脂质-蛋白质”的质膜结构模型,这一模型影响长达20年之久。②1959年,J. D. Roberbson发展了三明治模型,提出了单位膜模型,大胆地推断所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成。③1972年,S. J. Singer和G. Nicolson提出了生物膜的流动镶嵌模型。④1975年,Wallach提出了晶格镶嵌模型。⑤1977年,Jain和White进一步发展了Wallach的晶格镶嵌模型,提出了板块镶嵌模型。⑥最近有人提出脂模型,即在生物膜上胆固醇富集而形成有序富相,如同“脂筏”一样载着各种蛋白。 从生物膜结构模型的演化过程可知,人们对事物的认识是在实践中不断深入,认识是逐渐完善的过程。
【答案解析】
问答题
膜脂有哪几种基本类型?它们各自的结构特征与功能是什么?
【正确答案】膜脂是膜的基本骨架,是两亲性分子,主要包括甘油磷脂、鞘脂、固醇三种类型。①磷脂:甘油磷脂构成了膜脂的基本成分,占整个膜脂的50%以上。由磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成的极性的亲水头部和脂肪酸链构成的非极性的疏水尾部组成,在生物膜中磷脂的亲水头部位于膜表面,而疏水尾部位于膜内侧。甘油磷脂为3-磷酸甘油的衍生物,包括:磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇,主要在内质网合成。甘油磷脂为两性分子,不仅是生物膜的基本成分,而且某些成分如磷脂酰肌醇等在细胞信号转导中起重要作用。 ②鞘脂:鞘脂均为鞘氨醇的衍生物,主要在高尔基体合成。可与甘油磷脂共同组成生物膜,还具有其他生物学功能,如人红细胞表面含有ABO血型糖脂。鞘脂是一种携有一个或多个以共价键连接糖基的复合脂质,由脂类和寡糖构成,分布于膜的非胞质面。所有动物的细胞膜都含有糖脂,是膜的重要组成成分,也能构成受体结构,在细胞识别和信号转导中起重要作用。 ③固醇:胆固醇及其衍生物统称固醇。主要存在于动物细胞,可调节膜的流动性,增加膜的稳定性及降低水溶性物质的通透性。胆固醇除了作为生物膜的主要结构成分外,还是很多重要生物活性分子的前体化合物,如固醇类激素、维生素D和胆酸。
【答案解析】
问答题
何谓膜内在蛋白?它以什么方式与脂双层膜相结合?
【正确答案】根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式,膜蛋白可分为膜周边蛋白(外在膜蛋白)和膜内在蛋白(整合膜蛋白)。 膜内在蛋白又称为整合蛋白。为两性分子,疏水部分位于脂双层内部,亲水部分位于脂双层外部。由于存在疏水结构域,整合蛋白与膜的结合非常紧密,只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来。多数为跨膜蛋白,也有些插入脂双层中,它与膜脂结合的主要方式有:①膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用;②跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸如精氨酸、赖氨酸等与磷分子带负电的极性头形成离子键,或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。③某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂双层分子,进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
【答案解析】
问答题
生物膜的基本特征是什么?这些特征与它的生理功能有什么联系?
【正确答案】人类对生物膜的认知比其他细胞器要晚得多,先后提出了各种生物膜模型。目前认为生物膜结构具有以下特征。①具有极性的头部和非极性尾部的脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质,以水性非极性尾部相对,极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,尚未发现在生物膜结构中组织作用的蛋白,这一结构特点,为细胞和细胞器的生理活动提供了一个相对稳定的环境,在细胞与外界,细胞器与细胞器之间有了一个界面。②蛋白分子以不同的方式镶嵌在双层分子中或结合在其表面,蛋白的类型,蛋白分布的不对称及其与分子的协同作用赋予生物膜具有的特性与功能。有利于选择的物质运输,提供细胞识别位点,为多种酶提供了结合位点,同时参与形成具有不同功能的细胞表面特征结构。③可看成是蛋白质在双层分子中的二维溶液。 然而膜蛋白质与膜脂之间,膜蛋白与膜蛋白之间及其膜两侧其他生物大分子的复杂的相互作用。在不同转变上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。这一特点保证了膜内外物质,能量与信息的传递。 生物膜具有两个显著的特征,即膜的不对称性和膜的流动性。生物膜结构的不对称,保证了膜功能的方向,使膜两侧具有不同功能。有的功能只发生在膜外,有的则在内层,这些生物膜发挥作用所必不可少的。如调节细胞内外Na+、K+浓度的酶,其运转时所需的DTP是细胞内产生的,该酶的DTP结合点正是处于膜的内侧面,许多激素受体易接受细胞外信号的结构,则处于细胞外侧。膜的流动性与物质转运,能量转化,细胞识别免疫,药物对细胞的作用密切相关,可以说,一切膜的基本活动均在细胞膜的流动状态下进行。若细胞膜固化,黏度增大,膜内的活动将终止,最后导致细胞死亡。
【答案解析】
问答题
细胞表面有哪几种常见的特化结构,红细胞膜骨架的基本结构与功能是什么?
【正确答案】细胞表面常见的特化结构包括:微绒毛,细胞表面深处的细长突起;皱褶,细胞表面的扁形突起,也称片足或变形足;纤毛和鞭毛,细胞表面伸出来的条状运动装置;细胞连接,细胞表面的特化结构,或特化区域,两个细胞通过这种结构连接起来。 红细胞膜骨架的基本结构:红细胞膜骨架在红细胞膜内侧,由膜蛋白和纤维蛋白组成的网状结构。红细胞膜内存在的蛋白质主要包含血影蛋白(又称为红膜肽)、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白、带4.2蛋白、肌动蛋白、血型糖蛋白。膜支架蛋白包含血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白。 血影蛋白在带4.1蛋白的协助下与肌动蛋白结合成膜骨架基本网络,带4.1蛋白和血型糖蛋白相互作用,锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白相互作用。 红细胞膜骨架的基本功能:膜骨架复合体与质膜蛋白的相互作用实现红细胞质膜的刚性与韧性;维持红细胞的形态。
【答案解析】