12细胞生物学复习题

细胞生物学复习题（2012.5）1.当前细胞生物学研究的热点课题中你最感兴趣的是哪些？为什么？答：（1）细胞信号通讯和信号转导：明确细胞信号转导的机制对生命活动将有着重要意义。近年来人们对信号分子受体跨膜信号转导系统及胞内信号转导途径等方面有了深入的认识，并认为细胞内存在多种信号转导方式和途径，各种方式和途径间又有各个层次的交叉调控，是一个十分复杂的网络系统。研究结果将成为疾病机制研究(如肿瘤、药物中毒)、药物的筛选及毒副作用研究的基础。（2）细胞增殖与细胞周期的调控：细胞正常的分裂、增殖、分化与衰老维持着机体自身的稳定，细胞周期的异常会导致这一系列过程的紊乱，细胞的增殖是通过细胞周期来实现的，所以研究细胞增殖的基本规律及细胞周期的调控机制，不仅是控制机体生长发育的基础，也是研究细胞癌变发生及控制的重要途径。（3）细胞的衰老和凋亡：在细胞成熟与行使功能后，即走向衰老，细胞总体的衰老导致个体的老化。细胞衰老有诸多因素调控，当前多集中于分子水平上的研究，如探索衰老相关基因，癌基因或抑癌基因等癌肿相关基因与细胞衰老的关系，染色体端.粒与衰老的关系，以及一些与疾病有关的物质在衰老中的作用。多年来的研究表明细胞凋亡与个体生长、发育以及疾病发生与防治有着密切的关系，所以找出细胞凋亡的关键调控基因及其作用机制将是研究细胞死亡的重点工作。2.后基因组研究的内容及发展趋势展望。后基因组学的研究内容：基因的识别鉴定克隆基因的结构与功能的相互作用基因的表达调控、基因组学(Genomics)1986年由美国科学家ThomasRoderick提出,指对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一门科学。基因组研究主要包括两方面的内容:以全基因组测序为目标的结构基因组学(StructuralGenomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(FunctionalGenomics),后者又往往被称为后基因组学。功能基因组学是利用结构基因组学提供的信息和产物,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。1、基因组多样性、2、遗传疾病产生的起因、3、基因表达调控的协调作用以及蛋白质产物的功能等。4、模式生物体在研究功能基因组学中也起到了重要的工具作用。5、此外,生物信息学是对功能基因组学数据进行储存、分析和发掘的基本手段,主要体现在数据库对数据的储存能力上和分析工具的开发上。功能基因组研究进展到以下几个方面:全长cDNA克隆与测序;获得DNA芯片等基因转录图谱;突变体库的构建;高通量的遗传转化鉴定系统;生物信息技术平台与相应数据库的构建;以研究基因组表达的全部蛋白质及其相互作用为主要内容的蛋白质组学(Proteomlcs)。3.简述家蚕基因组研究的重大进展。答：继2003年绘制完成世界第一张家蚕基因组框架图后，以向仲怀院士为代表的西南大学家蚕研究团队历经5年攻坚，绘制完成世界首张家蚕基因组精细图谱，同时还首次成功开发出转基因新型有色茧品种，共取得4项重大研究成果。家蚕基因组精细图谱的完成，使大家能更深地认识吐丝、食性、发育及变态等家蚕特异的生物学过程，将为识别、筛选具有重要价值功能基因提供重要支撑。预测出14623个家蚕基因家蚕基因组精细图和之前发布的框架图相比，具有基因覆盖深度高、基因组组装更加完整、基因鉴定更加准确等特点，其基因组的序列覆盖度达到8.48倍，基因的覆盖度达99.6%，基因组装更加完整。通过精细分析，科学家共预测出了14623个家蚕基因，并以此为基础完成了精细图谱和分子连锁图谱的整合，目前已将76.7%的基因组片段和82.2%的基因定位到了家蚕染色体上。绿色蚕丝能发荧光西南大学家蚕基因组研究团队，成功开发出一种转基因新型有色茧品种，这也是我国首次获得的转基因新型有色蚕丝。团队专家指出，天然彩色茧中除了绿色茧的部分色素存在于丝素中外，其他色素大都存在于丝胶中，在缫丝、精炼的过程中极易损失和破坏，这也是人们在长期的品种选育中选择无色素的白色茧而淘汰有色茧的根本原因。西南大学目前已成功建立了高效、实用的家蚕转基因技术体系，在此基础上开发了转基因新型有色茧开发技术，并与广西蚕业技术推广总站合作，育成了一对色彩稳定的新型绿色茧品种，完成批量缫丝和茧丝的性能鉴定，缫出的生丝不但在自然光下具有美丽的绿色，而且在紫外光下能发出绚丽的绿色荧光。成果一旦推广，将产生巨大的经济效益和社会效益。西南大学家蚕研究团队通过5年刻苦攻关，还相继取得了绘制完成30种蚕类基因组变异图谱、绘制完成家蚕重要病原微生物微孢子虫基因组精细图谱等2项重大研究成果。西南大学蚕基因研究成果时间表2003年，蚕桑学重点实验室成功绘制出家蚕基因框架图，被誉为21世纪蚕业科学研究的里程碑，奠定了我国在家蚕基因组研究中的世界领先地位。该成果2004年12月10日在《科学》上发表，这是近百年来我国在《科学》杂志发表家蚕研究论文“零”的突破，也是世界昆虫学界的一件大事。2006年1月2日，蚕桑学重点实验室研制成功家蚕基因芯片与表达图谱。这是我国在家蚕基因研究领域取得的又一项重大进展，将为我国家蚕产业的发展以及人类防病找到有效途径。2008年12月，世界首张蚕基因组精细图谱在西南大学完成，我国为世界家蚕基因组研究作出又一重大贡献。4.什么叫细胞的程序性凋亡？有哪些调控因素？细胞凋亡的生物学意义。答：细胞程序性死亡是个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的、并受到严格控制的正常组成部分。而细胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一整套形态学特征与坏死完全不同的细胞死亡形式。但是一般认为这两个概念可以交互使用，具有同等意义。调控因素：细胞凋亡相关因素分诱导性因素和抑制性因素两大类(1)诱导性因素：激素和生长因子失衡；理化因素如高温、强酸、强碱、抗癌药物；免疫性因素；微生物学因素如细菌、病毒等。(2)抑制性因素：某些激素（ACTH、睾丸酮）或细胞因子（IL-2，神经生长因子等）的去除，某些二价金属阳离子Zn2+，药物如苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂，病毒如EB病毒，牛痘病毒等及中性氨基酸。生物学意义：确保正常发育、生长；维持内环境稳定；发挥积极的防御功能。5.简述癌细胞发生的分子机制。原癌基因抑癌基因癌基因肿瘤抑制因子癌症主要是由携带遗传信息的DNA的病理变化而引起的疾病，与遗传病不同，癌症主要是体细胞DNA的突变，而不是生殖细胞DNA的突变。癌基因是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞的癌变。很多原癌基因的产物都是细胞生长分裂的调控因子。如P53等基因，这类基因是抑癌基因，抑癌基因实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上阻止细胞周期进程的作用。P53常常由于细胞的DNA损伤而被激活。P53激活后其蛋白产物一方面作为转录因子，启动P21的合成，P21与多种细胞周期蛋白激酶复合物结合，抑制它们的活性。其中最重要的包括Cyclin-CDK4，它的失活，导致其底物Rb蛋白不能被磷酸化，非磷酸化状态的Rb蛋白与转录因子E2F紧密结合，使E2F不能发挥作用，而E2F负责转录细胞进入S期的一系列关键基因，如DNA复制的所需要的酶类。于是细胞停留在G1期检验点。另一方面P53也启动了与DNA复制有关的基因的表达，来修复受损伤的DNA。如果损伤难以修复，P53会启动促细胞凋亡的基因的表达，细胞进入凋亡程序，最终死亡。如果抑癌基因突变，丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞周期失控而过度增殖。P53的突变，使损伤的DNA在细胞内得以复制，造成DNA链的缺口和断裂，最终导致基因组的不稳定，产生异倍体，发生癌变。答：从分子生物学的角度，恶性肿瘤可视为基因的疾病，是因某些染色体上的DNA损伤致使基因突变的结果，导致细胞的生长失控、缺乏分化而异常增生，并可侵犯正常组织和器官，最终可散布全身。肿瘤是由基因突变而导致异常增生的单个细胞，这种异常增生细胞克隆出来的后裔所形成。然而，肿瘤的克隆性起源并不意味着产生肿瘤的原始细胞从一开始就已获得了恶性细胞的所有特征。相反，恶性肿瘤的发生是一个多阶段逐步演变的过程，肿瘤细胞是通过一系列进行性的改变而逐渐变成恶性的。在这种克隆性演化过程中，常积累一系列的基因突变，可涉及不同染色体上多种基因的变化，包括：癌基因、肿瘤抑制基因、细胞周期调节基因、细胞凋亡基因及维持细胞基因组稳定性的基因（包括：DNA修复、DNA复制及染色体分离基因）等。这些基因的变化，有的是从种系细胞由遗传得来，有的则是从体细胞由环境因素引起而后天获得的，故癌症有遗传性和散发性之别。6.科学研究中常用的模式生物有那些？请列出各自的特点或特征。答：（1）海胆：是最早被使用的模式生物，主要用于早期发育生物学。（2）黑腹果蝇：主要用于遗传和发育研究其特点为：繁殖迅速，染色体巨大，易于进行基因定位，遗传背景清楚。（3）秀丽隐杆线虫特点：1）通身透明，长不过1mm；2）身体中所有细胞能被逐个盘点并各归其类幼虫：556个体细胞，2个原始生殖细胞成虫：雌雄同体成虫：959个体细胞，2000个生殖细胞雄性成虫（偶见）：1031个体细胞，1000个生殖细胞；3）生命周期短，从生到死仅为三天半，使得不间断地观察并追踪每个细胞的演变成为可能；4）把线虫浸泡到含有核酸的溶液中可实现基因导入。（4）酵母特点：1）是单细胞生物，可在基本培养基上生长，可通过改变物理或化学环境完全控制其生长；2）在单倍体和二倍体的状态下均可生长，并可在实验条件下控制单倍体和二倍体之间的相互转换，这对其基因功能的研究十分有利；3）有将近31%编码蛋白质的基因或ORF与哺乳动物编码蛋白质的基因有高度的同源性。（5）斑马鱼和[非洲爪蟾：是目前最常用的两种模式低等脊椎动物斑马鱼特点：1）产卵多，繁殖迅速；2）胚胎通体透明，是进行胚胎发育机理和基因组研究的好材料；非洲爪蟾特点：卵母细胞体积大，数量多，易于显微操作，还可制成具有生物活性的无细胞体系，易于生化分析，在卵母细胞减数分裂机理研究中有重要作用。（6）小鼠：已育成千余个独立的远交群和近交系，是生物医学研究中广泛使用的模式生物，是当今世界上研究最详尽的哺乳类实验动物。培育出了各种疾病模型，已有完整的基因图谱。（7）拟南芥：植株小，每代时间短，结子多，生活能力强，植物基因组最小，而且是自花授粉基因高度纯合，易获得功能缺陷型。（8）家蚕7.何谓细胞全能性？简述细胞分化的机理。在多细胞生物中每个体细胞的细胞核具有个体发育的全部基因，细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。只要条件许可，都可发育成完整的个体。根据动物细胞全能性大小，可分为全能性细胞（如动物早期胚胎细胞），多能性（如原肠胚细胞），专能性（如造血干细胞）。细胞分化的机理：（课堂讲的）（1）细胞分裂的不对称性（2）细胞间的相互作用（3）细胞核与细胞分化细胞分化的机理极其复杂，概括而言细胞的分化命运取决于两个方面：一是细胞的内部特性，二是细胞的外部环境，前者与细胞的不对称分裂以及随机状态有关，尤其是不对称分裂使细胞内部得到不同的基因调控成分，表现出一种不同于其它细胞的核质关系和应答信号的能力；后者表现为细胞应答不同的环境信号，启动特殊的基因表达，产生不同的细胞行为，如分裂、生长、迁移、粘附、凋亡等，这些行为在形态发生中具有极其重要的作用。8.解释诱导多能干细胞的概念及其生物学意义。Ips(inducedpluripotentstemcell)是有成人体细胞经过简单的基因改造产生的，它具有胚胎干细胞的特点，可以分化为任意一种体细胞。这个技术打破了人们对干细胞能分化为体细胞这一过程不可逆的偏见，而为将来我们获取干细胞新增了一个途径。iPS技术是干细胞研究领域的一项重大突破，它回避了历来已久的伦理争议，解决了干细胞移植医学上的免疫排斥问题，使干细胞向临床应用又迈进了一大步。随着iPS技术的不断发展以及技术水平的不断更新，它在生命科学基础研究和医学领域的优势已日趋明显。