第二章 细胞生物学实验技术

一、名词解释

1．显微分辨率（microscopic resolution）---在一定条件下利用显微镜所能看到的精细程度。

2．放射自显影技术（autoradiography）---用于整个细胞时，可以确定放射性标记物在细胞内的定位。用于凝胶或琼脂平板时，能鉴定出放射性的条带或菌落。

3．双向凝胶电泳（two-dimensional electrophoresis）---根据分子质量及等电点的不同将复杂的蛋白质混合物分开。这种高分辨率的技术能够分离同一混合物中的上千种蛋白质。

4．倒置显微镜（inverted microscope）---一种主要用于观察培养瓶或培养皿中的活细胞生长及分裂状态的特殊显微镜。与普通光镜相比，其光源、聚光镜和物镜的位置是倒置的，即光源在上，物镜在载物台的下方。另外，其聚光镜和物镜有较长的工作距离，以方便放置有一定厚度的培养瓶。 二、简答题

1．电子显微镜为何不能观察活标本？

因为电镜样品的观察室要求高度的真空条件。

2．简述冷冻蚀刻术的原理和方法。

冷冻蚀刻（freeze－etching）技术是在冷冻断裂技术的基础上发展起来的更复杂的复型技术。如果将冷冻断裂的样品的温度稍微升高，让样品中的冰在真空中升华，而在表面上浮雕出细胞膜的超微结构。当大量的冰升华之后，对浮雕表面进行铂一碳复型，并在腐蚀性溶液中除去生物材料，复型经重蒸水多次清洗后，捞在载网上作电镜观察。

3．比较投射电子显微镜和扫描电子显微镜。

答：都是用于放大与分辨微小结构，都是通过标本电子束的影响来探测标本结构。

TEM：电子束穿过标本，聚焦成像于屏幕或者显像屏上。用于研究超薄切片标本，有极高的分辨率，可给出细微的胞内结构。

SEM：电子束在标本表面进行扫描，反射的电子聚焦成像于显像屏上。可以反映未切片标本的的表面特征。

4．扫描隧道显微镜的工作原理及其优越性是什么？ 扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM） 由Binnig等1981年发明，是根据量子力学原理中的隧道效应而设计制造的。当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处电子云重叠，外加一电压（2mV~2V），针尖与样品之间产生隧道效应而有电子逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有一指数关系，当探针沿物质表面按给定高度扫描时，因样品表面原子凹凸不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，从而引起电流不断发生改变。将电流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。扫描隧道显微镜的分辨率很高，横向为0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。它的优点是三态（固态、液态和气态）物质均可进行观察，而普通电镜只能观察制作好的固体标本。

优越性：1)高分辨率 原子级分辨率，横向为1埃，纵向为0.1埃。2)可直接绘

出三维立体结构图像；3)可在常压、空气甚至溶液中探测样品，且可避免高能电子束的破坏作用；4)成像快；5)不需要任何透镜，体积小。 5．比较差速离心和密度梯度离心。 都是利用离心力对细胞匀浆悬浮物中的颗粒进行分离的技术。差速离心通常用于分离细胞器和较大的细胞碎片，分离的对象都比介质密度大。密度梯度离心也可分离较大颗粒和细胞器，但更多用于分离小颗粒和大分子物质。介质形成一个密度梯度，所分离的物质密度小于介质底物的密度。

6．在进行细胞组分的分离时，实验方案设计的一般原则是什么？ 根据所分离的物质具有一定的体积和密度，通过离心力场的作用加以分离，根据这两个因素可设计速度离心、等密度离心(蔗糖 CsCl)。

7．用细菌质粒和噬菌体基因组克隆真核生物的DNA有什么不同？ 都是储存和扩增真核生物DNA片段的技术，当克隆DNA数目为几十到几百个碱基时细菌质粒是合适的载体。对于较长的DNA分子，病毒载体更合适。在长满菌苔的平板上可聚集成百上千的噬菌斑，每个都可以用于筛选目的基因。

第三章 细胞的结构与起源

一、名词解释

1．模板组装（template assembly）-----指由模板指导，在一系列酶的作用下，合成新的、与模板完全相同的分子。这是细胞内一种极其重要的组装方式，DNA和RNA的分子组装就属于此类。

2．酶效应组装（enzumatic assembly）---相同的单体分子在不同的酶系作用下，生成不同的产物。

3．自体组装（self assembly）---生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构，现代的概念应理解为不需要模板和酶系的催化，以别于模板组装和酶效应组装。 4．细胞社会学（cell sociology）---细胞社会学是从系统论的观点出发，研究细胞整体个细胞群体中细胞间的社会行为（包括细胞间识别、通讯、集合和相互作用等），以及整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡等活动的调节控制。 二、简答题

1．举例说明内膜系统的形成对真核生物细胞是有利的。 如吞入一些物质象食物颗粒，把它们隔离起来而独自享用。而原核细菌无法捕食大块食物，而是通过输入物质在环境中分解食物，一起分享。 2．真核生物和原核生物细胞的共同点有哪些？ 重点是四点：1)有DNA；2)有核糖体；3)分裂法增殖；4)都有质膜。 3．真核生物和原核生物细胞的区别有哪些？ 区别 原核细胞 真核细胞 大小 细胞核 染色体 形状 数目 组成 1~10μm 无核膜 环状DNA分子 一个基因连锁群 DNA裸露或结合少量蛋白质 无或很少有重复序列 RNA和蛋白质在同一区间合成 二分或出芽 10~100μm 有双层的核膜 线性DNA分子 2个以上基因连锁群 DNA同组蛋白和非组蛋白结合 有重复序列 RNA在核中合成和加工；蛋白质在细胞质中合成 有丝分裂和减数分裂，少数出芽生殖。 DNA序列 基因表达 细胞分裂 内膜 鞭毛构成 光合与呼吸酶分布 核糖体 营养方式 细胞壁 无独立的内膜 鞭毛蛋白 质膜 70S（50S+30S） 吸收，有的行光合作用 肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白 有，分化成各种细胞器 微管蛋白 线粒体和叶绿体 80S（60S+40S） 吸收，光合作用，内吞 纤维素（植物细胞） 真核细胞与原核细胞最根本的区别可以归纳为两条：第一是细胞膜系统的分化与演变。真核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为两个独立的部分——核与质，细胞质内又以膜系统为基础分隔为结构更精细，功能更专一的单位——各种重要的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。第二是遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。这与第一点相互密切联系，由于真核细胞结构与功能的复杂化，遗传信息量相应随之扩增，即编码结构蛋白质与功能蛋白质的基因数首先大大增多。遗传信息重复序列与染色体多信性的出现是真核细胞区别于原核细胞的另一重大标志。遗传信息的复制、转录与翻译的装置和程序也相应复杂化，真核细胞内遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性与区域性，而在原核细胞内转录与翻译可同时进行，这也是两者区别的重要特征。 4．为什么说以多细胞的形式生存比较优越？ 真核细胞以失去血细胞快速生长为代价而变得精巧复杂，但可以通过分化进行功能特化。多细胞生物能利用单细胞生物所不能利用的食物来源，如吸收土壤养分、光合。但单细胞生物也有优点，如快速适应环境。

第四章 细胞质膜及其表面结构

一、名词解释

1．载体蛋白（carrier protein）--细胞膜的脂质双分子中分布着一类镶嵌蛋白，其肽链穿越脂双层，属于跨膜蛋白。载体蛋白转运物质进出细胞是依赖该蛋白与待转运物质结合后引发空间构象改变而实现的。

2．通道蛋白（channel protein）---细胞膜上的脂质双分子层中存在着一类能形成孔道，供某些分子进出细胞的特殊蛋白质（跨膜蛋白）。

3．简单扩散（simple diffusion）---又称自由扩散，属被动转运的一种。指脂溶性物质或分子质量小且不带电荷的物质在膜内外存在浓度差的条件下沿着浓度梯度通过细胞质膜的现象。分子或离子的这种自由扩散方式的跨膜转运，不需要细胞提供能量，也不需膜蛋白的协助。

4．易化扩散（facilitated diffusion）---也称协助扩散，属被动转运的一种。指小分子物质在细胞质膜的两边存在浓度差以及膜中存在特定蛋白质的条件下沿着浓度梯度所进行的跨膜转运。该过程不需消耗细胞的代谢能，但必须有载体蛋白的协助。以这种方式通过膜的物质主要是非脂溶性的或带有电荷的小分子。易化扩散是通过载体蛋白的变构而完成的。

5．通道扩散（channel diffusion）---是细胞质膜对小分子物质被动转运的一种类型。是由膜上的通道蛋白完成的协助扩散。

6．侧向扩散（lateral diffusion）---又称侧向迁移。在同一单层内的脂分子经常互相换位，其速度相当快，这种运动始终保持脂分子在质膜中的排布方向，亲水的基团

朝向膜表面，疏水的尾指向膜的内部。

7．翻转扩散（transverse diffusion）---又称翻转（fliop-flop）。它是指脂分子从脂双层的一个小叶翻转到另一个小叶的运动。

8．离子通道（ion channel）---一种跨膜的孔洞结构，为在电化学梯度作用下穿越脂双层膜的离子提供了亲水性的通道。

9．协同运输（cotransport）---又称耦联主动运输，它不直接消耗ATP，但要间接利用自由能，并且也是逆浓度梯度的运输。运输时需要先建立电化学梯度，在动物细胞主要是靠Na+泵，在植物细胞则是由H+泵建立的H+质子梯度。 二、简答题

1．脂双分子层的结构由其脂质分子的特殊性质所决定，假如出现下列情况之一，将会怎样？

1）假定磷脂只有一条烃链而非两条；

是一种去垢剂。脂质头的直径比烃尾的直径大得多，因而该分子的形状是圆锥形而不是圆柱形，分子聚集在一起是微团，而不是双层。 2）假定烃链比正常的短，例如只有约10个碳原子长； 形成了脂双层更具流动性，脂双层更不稳定，因较短的烃尾疏水性弱，所以形成双层的力量减弱。

3）假定所有的烃链都是饱和的； 则形成的双层具有很弱的流动性。 4）假定所有的烃链都是不饱和的； 更具流动性。

5）假定双层含有混合的两种脂质分子，一种具有两条饱和的烃尾，另一种具有两条不饱和的烃尾； 饱和分子趋向于互相聚集，流动性大大降低的小区域，则脂双层表面没有均一性。

2．为什么大多数跨膜蛋白的多肽链以α-螺旋或β-折叠横跨脂双层？

在α-螺旋和β-折叠内，多肽主链的极性肽键却能被疏水Aa侧链挡住而完全避开脂双层的疏水环境，肽链内部的氢键稳定。

3．为什么用细胞松弛素处理细胞可增加膜的流动性？

一些膜内侧蛋白质与细胞骨架成分肌动蛋白丝相连，形成一个整体，松弛素可破坏肌动蛋白丝即破坏细胞骨架，从而增加膜的流动性。 4．动脉硬化的细胞学基础是什么？

由于膜脂的组成成分发生变化，使膜的流动性降低。如胆固醇比值，卵磷脂/鞘磷脂。

5．构成细胞质膜的膜蛋白有哪些生物学功能？

1)保护：为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；

2)运输：选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；(作为运输蛋白，转运特定物质进出细胞)

3)通信：提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；(作为受体，起信号接收和传递作用)

4)提供酶结合位点：为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；(作为酶，催化相关的代谢反应)

5)介导细胞连接：导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；(作为连接蛋白，起连接作用)