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

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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。

9、氧化磷酸化偶联机制的化学渗透假说的主要论点是什么？有哪些证据？

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

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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。

实验证据：质子动力势乃ATP合成的动力；膜应具有完整性；电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件。

10、由核基因组编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是如何运送至线粒体和叶绿体的功能部位上进行更新或装配的？（P238，240）

由核基因组编码、在细胞质核糖体上合成，⑴定位于线粒体基质中的蛋白，其导肽的N端带正电荷，含有导向基质的信息，在跨膜转运时，首先在细胞质Hsp70（分子伴侣）的参与下解折叠为伸展状态，然后与膜受体结合并在接触点处通过线粒体膜进入基质，其导肽即被基质中的蛋白水解，成为成熟的蛋白质；⑵定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白，是其在“伴侣分子”引导的导肽进入基质后进一步在伴侣分子的引导下进入（或定位）线粒体膜或膜间隙；⑶定位于叶绿体基质中的蛋白，其前体蛋白(在细胞质中合成的) N端的转运肽仅具有导向基质的序列，引导其穿过叶绿体膜进入基质，由基质中特异的蛋白水解酶切去转运肽成为成熟蛋白质；⑷定位于叶绿体类囊体中蛋白，其前体蛋白N端的转运肽有两个区域，分别引导两步转运，其N端含有导向基质的序列，引导其穿过叶绿体膜上由孔蛋白形成的通道进入基质；而C端含有导向类囊体的序列又引导其穿过类囊体膜，进入类囊体腔，因此，它的转运肽经历两次水解，一次在基质内，另一次在类囊体腔中；不是由转运肽决定的，是成熟的捕光色素蛋白在其C端的跨膜区域类囊体导向序列（信号）引导多肽进入类囊腔中形成成熟蛋白。

11、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。 12、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。

13、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。 1）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。

2）非共生起源学说论点：

真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌。解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。 ⑴实验证据不多

⑵无法解释为何线粒体、叶绿体与细菌在DNA分子结构和蛋白质合成性能上有那么多相似之处 ⑶对线粒体和叶绿体的DNA酶、RNA酶和核糖体的来源也很难解释。 ⑷真核细胞的细胞核能否起源于细菌的核区？

14、线粒体与细胞凋亡有何关系？它是如何参与并启动细胞进入死亡程序的？

1) 线粒体与细胞凋亡有何关系：线粒体作为起始凋亡的主开关，可以开启内膜上的非特异性通道-线粒体通透性转变孔，在调控细胞凋亡中还具有重要作用。

2) 死亡信号诱导下，线粒体过量摄取钙离子，降低了线粒体的产能，加剧了其氧化压力，使线粒体通透性转变孔(mtPTP)开启；PT孔的开启解除了内膜的氢离子浓度梯度，导致呼吸链解偶联，同时，基质空间扩张，外膜胀破。膜间隙中细胞色素c、凋亡诱导因子（AIF）被释放；细胞色素c是切冬梅的激活蛋白，从而激活切冬梅的蛋白降解途径，引起细胞结构的破坏；AIF释放后进入细胞核，使染色质凝缩并造成DNA的大规模片断化，进而使细胞死亡。

第八章：细胞核与染色体

1、概述细胞核的基本结构及其主要功能。 1）核被膜（包括核孔复合体）：外核膜，附有核糖体颗粒；内核膜，有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体）；核纤层；核周间隙、核孔（nuclear pore）。 其功能为：构成核、质之间的天然选择性屏障；避免生命活动的彼此干扰；保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤；核质之间的物质交换与信息交流。 2）染色质：指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式；染色体(chromosome)，指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。 ⑴染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构 ⑵染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同，构象不同。

3）核仁：纤维中心(fibrillar centers,FC)、致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)、颗粒组分(granular component,GC)、核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin)、核仁基质（(nucleolar matrix)。其功能为：核糖体的生物发生(ribosome biogenesis)，包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配；rRNA基因转录；rRNA前体的加工。 4）核基质或核骨架(nuclear skeleton)：｛包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。｝； 核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系；核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统；核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的, 含有多种蛋白成分及少量RNA；核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。 2、试述核孔复合体的结构及其功能。

核孔复合体结构包括：胞质环（cytoplasmic ring）、外环、核质环（nuclear ring）、内环、辐（spoke）、柱状亚单位（column subunit）、腔内亚单位(luminal subunit)、环带亚单位（annular subunit）、中央栓（central plug）。其功能为：核质交换的双向性亲水通道；通过核孔复合体的主动运输；亲核蛋白与核定位信号；亲核蛋白入核转运；转录产物RNA的核输出。 3、概述染色质的类型及其特征。 染色质的基本概念：

1）染色质（chromatin）的概念:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。

2）染色体(chromosome)的概念:指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。 3）染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构；染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。 基本类型：

常染色质(euchromatin)

1）概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态（典型包装率750倍）, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。

2）特征：DNA包装比约为1 000～2 000分之一；单一序列 DNA 和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)；并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 异染色质(heterochromatin)

1）概念：碱性染料染色时着色较深的染色质组分。 2）类型：结构异染色质（或组成型异染色质）(constitutive heterochromatin)、兼性异染色质(facultative heterochromatin) ；结构异染色质或组成型异染色质，除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心。

3）结构异染色质特征：①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段；②由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA；③具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质；④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；⑤在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。

4）兼性异染色质特征：在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质，如X染色体随机失活；异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。

4、比较组蛋白与非组蛋白的特点及其作用。 组蛋白(histone)

1）核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 2）H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性。

3）特点：真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。 非组蛋白

1）非组蛋白具多样性和异质性

2）对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins) 3）具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。

4）非组蛋白的不同结构模式：α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helix motif)；锌指模式(Zinc finger motif)； 亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif，ZIP)；螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif，HLH)；HMG-盒结构模式（HMG-box motif）。 5、试述核小体的结构要点及其实验证据。 结构要点：

1）每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1； 2）组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构；

3）146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体；

4）两个相邻核小体之间以连接DNA 相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp；

5）组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装（self-assemble）的性质；

6）核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达。 主要实验证据：

1）铺展染色质的电镜观察：未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 ；

2）用非特异性微球菌核酸酶消化染色质，部分酶解片段分析结果；

3）应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体，具有二分对称性（dyad symmetry），核心组蛋白的构成是先形成（H3）2﹒（H4）2四聚体，然后再与两个H2A﹒H2B异二聚体结合形成八聚体；

4）SV40微小染色体（minichromosome）分析与电镜观察。

6、试述从DNA到染色体的包装过程。 从DNA到染色体经过四级包装过程： 一级结构，核小体

二级结构，螺线管(solenoid)

三级结构，超螺线管(supersolenoid)

四级结构，染色单体（chromatid）

即：DNA—压缩7倍—→核小体—压缩6倍—→螺线管—压缩40倍—→超螺线管—压缩5倍—→染色单体

经过四级螺旋包装形成的染色体结构，共压缩了8400倍。 7、分析中期染色体的三种功能元件及其作用。

1）自主复制DNA序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。

2）着丝粒DNA序列(centromere DNA sequence,CEN) ：两个相邻的核心区，80-90bp的AT区，11bp的保守区。

3）端粒DNA序列(telomere DNA sequence,TEL) ：端粒序列的复制，端粒酶，在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关。 8、概述核仁的结构及其功能。 1）结构：纤维中心(fibrillar centers,FC)，是rRNA基因的储存位点；致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)，转录主要发生在FC与 DFC的交界处，并加工初始转录本；颗粒组分(granular component,GC)，负责装配核糖体亚单位，是核糖体亚单位成熟和储存的位点；核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin) 与核仁基质（(nucleolar matrix)。 2）功能：是核糖体的生物发生场所，是一个向量过程(vetorical process)，即：从核仁纤维组分开始, 再向颗粒组分延续。这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配；rRNA基因转录的形态及其组织；rRNA前体的加工；核糖体亚单位的组装。 9、概述活性染色质主要特点。 1）概念：活性染色质(active chromatin)是具有转录活性的染色质。活性染色质的核小体发生构象改变，形成疏松的染色质结构，从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA 聚合酶在转录模板上滑动。 2）主要特征：

⑴活性染色质具有DNase I超敏感位点（DNase I hypersensitive site，DHS），无核小体的DNA片段，敏感位点通常位于5‘-启动子区，长度几百bp；

⑵活性染色质在生化上具有特殊性，很少有组蛋白H1与其结合，组蛋白乙酰化程度高，核小体组蛋白H2B很少被磷酸化，核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式，HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。

10、试述染色质结构与基因转录的关系。 1）疏松染色质结构的形成

⑴DNA局部结构的改变与核小体相位的影响：当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时，染色质易被引发二级结构的改变，进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合；核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录。

（a）基因的关键调控元件被留在核心颗粒外面，从而有利于结合转录因子；

（b）位于DNA上调控元件被盘绕在核心组蛋白上，因为组蛋白，使DNA上的关键调控元件靠得很近，它们可以通过转录因子而联系。

⑵DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特别是5-mC）。

⑶组蛋白的修饰：组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接影响转录活性（磷酸化、甲基化、乙酰化，泛素化（uH2A）// Arg，His，Lys，Ser，Thr）；组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation），影响转录。

⑷HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响：HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关。 2）染色质的区间性

⑴基因座控制区（locus control region,LCR）：染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能；与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。 ⑵隔离子（insulator）：防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子；作用：作为异染色质定向形成的起始位点；提供拓扑隔离区染色质模板的转录。

3）基因转录的模板不是裸露的DNA，染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键 。 4）转录的“核小体犁”（nucleosome plow）假说 。

第九章：核 糖 体

1、以80S核糖体为例，说明核糖体的结构成分及其功能。 核糖体是一种没有被膜包裹的颗粒状结构，其主要成分：核糖体表面r蛋白质40%，核糖体内部rRNA60%。

80S的核糖体普遍存在于真核细胞内，由60S大亚单位与40S小亚单位组成，60S大亚单位相对分子

33

质量为3200×10，40S小亚单位的相对分子质量为1600×10。小亚单位中含有18S的rRNA分子，相对

3

分子质量为900×10，含有33种r蛋白；大亚单位中含有一个28S的rRNA分子，相对分子质量为1600

3

×10，还含有一个5S的rRNA分子和一个5.8S的rRNA分子，含有49种r蛋白。 核糖体大小亚单位常游离于胞质中，只有当小亚单位与mRNA结合后大亚单位才与小亚单位结合形成完整核糖体。肽链合成终止后，大小亚单位解离，重又游离于胞质中。核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。

2、已知核糖体上有哪些活性部位？它们在多肽合成中各起什么作用？ 活性部位及其作用： ⑴与mRNA的结合位点

⑵与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点 ⑶与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点 ⑷肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exit site)

⑸与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点 ⑹肽酰转移酶的催化位点

⑺与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点 3、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？

1）概念：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。 2）多聚核糖体的生物学意义：

⑴细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。

⑵以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。 4、试比较原核细胞与真核细胞的核糖体在结构与组分及蛋白质合成上的异同点。

结构与组分的比较： 核糖体 亚基 rRNA 23S=2904碱基 5S=120碱基 16S=1542碱基 28S=4718碱基 5.8S=160碱基 5S=120碱基 18S=1874碱基 r蛋白 31 21 细菌: 50S 70S 6相对分子质量2.5×10 30S 66%RNA 哺乳动物： 80S 相对分子质量4.2×106 60％RNA 在蛋白质合成上的相同点： 60S 49 40S 33