第9章 生物膜的结构和功能
一、选择题
1动物细胞内引起储存Ca2＋释放的第二信使分子是（ ）。[浙江师范大学2011研]
A．IP3
B．DAG
C．cAMP
D．cGMP
【答案】A
【解析】IP3（三磷酸肌醇）作为第二信使，从质膜扩散到细胞质，引起Ca2＋从内质网钙库中释放出来，导致细胞内Ca2＋浓度瞬间增高，这一作用发生在几乎所有真核细胞中。
2一氧化氮受体是（ ）。[南开大学2011研]
A．G蛋白偶联受体
B．鸟苷酸环化酶
C．腺苷酸环化酶
D．受体酪氨酸激酶
【答案】B
【解析】NO是种可溶性气体，可作为局部介质在许多组织中发挥作用，靶细胞内可溶性鸟苷酸环化酶（GC）的激活是NO发挥作用的主要机制。
二、填空题
1脂双层膜的流动性主要取决于磷脂的______和______。[华东理工大学2007研]
【答案】相变温度；运动方式
2生物膜上有许多膜固有蛋白，它们的跨膜肽段大多二级结构呈______。[中国科学院&华南理工大学研]
【答案】α螺旋结构
3膜内在蛋白的跨膜区域多为______氨基酸，膜的两侧多为______氨基酸。[南开大学研]
【答案】非极性；极性带电荷
4生物膜的膜脂只是______和______。[华中农业大学2008研]
【答案】磷脂；糖脂
5细胞表面受体丝氨酸/苏氨酸激酶是______次跨膜蛋白受体，受体胞内区具有______活性，它的主要配体是______。[中科院-中科大2005研]
【答案】1；丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶；转化生长因子β家族成员
三、判断题
1NO作为信号分子，它能使细胞内的cAMP水平升高。（ ）[厦门大学2011研]
【答案】错
【解析】NO释放后可以激活其受体，从而刺激生成第二信使cGMP，cGMP的作用是通过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，导致血管平滑肌的舒张。
2Ca2＋是细胞内广泛存在的信使，细胞质中游离的Ca2＋浓度比胞外高。（ ）[浙江师范大学2010研]
【答案】错
【解析】细胞质基质中Ca2＋的浓度是严格受控的。钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca2＋输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离Ca2＋。
3细胞外信号都是通过细胞表面受体来进行跨膜信号传递的。（ ）[南开大学2007研]
【答案】错
【解析】有的脂溶性的信号分子可以跨膜进入细胞与胞内受体结合。
4细胞受体与腺苷酸环化酶同在质膜上，是相互分离的在功能上相关的两种蛋白。（ ）[南京师范大学2005研]
【答案】对
5线粒体内膜上蛋白质约占领2/3（m/m），脂质约占据1/3（m/m）。因此，线粒体内膜的结构并不符合Singer的液态镶嵌模型。（ ）[中国科学院研]
【答案】错
【解析】①细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜。其化学组成大致相同，主要由蛋白质、脂质、糖类构成，含量有差别；同时它们具有共同的结构特征。②Singer的液态镶嵌模型是针对生物膜的结构提出的一种模型，范围覆盖线粒体内膜。
6由于生物膜具有流动性。因此膜蛋白可进行侧向运动和翻转运动。（ ）[南开大学研]
【答案】错
【解析】蛋白质在质膜上运动，以扩散为主，没有翻转活动。
7SDS是蛋白酶K的激活剂。（ ）[复旦大学研]
【答案】错
【解析】SDS是常用的离子型去垢剂，它可使细胞膜崩溃，并与膜蛋白的疏水部分结合使其分离，破坏膜蛋白内部的非共价键，使蛋白质变性。
四、名词解释题
第二信使[山东大学2005研]
答：第二信使是指受细胞外信号的作用，在细胞质溶质内形成或向细胞质溶质释放的细胞内小分子，负责将信号传到细胞内部，如cAMP、IP3、Ca2＋等。第二信使通过其浓度变化（增加或减少）应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节细胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。
五、问答题
1在生物膜中某些脂类的生物学功能是什么？[上海科学院生物化学研究所研]
答：生物膜中的脂类包含磷脂、胆固醇、糖脂等，其生物学功能如下：
（1）磷脂为构成生物膜的主要成分，其运动决定膜的流动性；
（2）胆固醇调节膜的流动性，增加膜的稳定性；
（3）生物膜中的某些脂质在信号传递中有重要的意义，如糖脂在免疫应答中，DG/IP3作为第二信使也产生于膜脂质。
2简述生物膜的主要生理功能。[华南理工大学研]
答：生物膜的主要功能包括：
（1）把细胞与外界环境隔开，将胞内空间形成小区（区域化），有利于进行特定的生化反应；
（2）高度的选择性，利于物质吸收与运输；
（3）生物膜庞大的表面积，利于代谢加速进行；
（4）识别外界物质，对外界刺激发生反应；
（5）其他，如能量转换、信息传递、免疫、胞饮、排泄吞噬等。
六、论述题
1简述生物膜的流动性，并简述磷脂中脂肪酸对于流动性的作用，以及胆固醇对于膜流动性的影响，用试验证明蛋白质的流动性。[中国农业大学2007研]
答：（1）生物膜的流动性是指膜脂和膜蛋白的运动状态。膜脂的流动性主要决定于磷脂，膜蛋白的分子运动主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。在生理条件下，磷脂大多呈液晶态。有以下几种运动方式：
①在膜内作侧向扩散或侧向移动；
②在脂双层中作翻转运动；
③磷脂烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动；
④围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动；
⑤围绕与膜平面相垂直的轴作旋转运动。
（2）磷脂中脂肪酸对于流动性的作用在于脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加；长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。
（3）胆固醇对于膜流动性的影响在于胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。
（4）实验验证：漂白荧光恢复法可以证明蛋白质的侧向扩散运动。具体做法为：用荧光标记的抗体与细胞膜上的抗原反应，使细胞膜带有荧光，用紫外线照射，使一侧细胞的荧光淬灭，放置一段时间后会发现荧光物质又均匀分布在细胞表面。
2简述革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在革兰氏染色中差异的原因。[中国科学技术大学2016研]
答：（1）革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌用革兰氏染色法的染色结果是：革兰氏阴性菌用番红复染后呈红色，革兰氏阳性菌呈紫色。
（2）原因：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物，革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次较多且交联致密，故遇乙醇脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会出现缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色；而革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄且交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此通过乙醇脱色后仍呈无色，再经番红等红色染料复染，就使革兰氏阴性菌呈红色。
3（1）画出可形成胶束（micelle）和脂质双分子层（lipidbilayet）的脂分子结构示意图。
（2）为何cis-不饱和脂肪酸链会增加膜的流动性，导致同样长度的脂呈现液态而非固态？
（3）给出两点脂肪比糖更能储存热量的原因。[中国科学技术大学2016研]
答：（1）磷脂分子结构示意图（图1-9-1）
图1-9-1 磷脂分子结构示意图
磷脂分子是指含有磷酸的脂类，属于复合脂。磷脂组成生物膜的主要成分，分为甘油磷脂与鞘磷脂两大类，分别由甘油和鞘氨醇构成。磷脂为两性分子，一端为亲水的含氮或磷的头，另一端为疏水（亲油）的长烃基链。
（2）cis-不饱和脂肪酸即顺式不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸由于分子内部难以形成紧密结构因此会增加膜的流动性；不饱和脂肪酸与高级一元醇酯化形成的甘油三酯仍为液态，通常把这样脂称为植物油。
（3）脂肪比糖更能储存热量的原因有以下两点：①脂肪的C、H比例比葡萄糖的含量高，同质量的脂肪比糖类含能量多；②脂肪疏水，而糖类亲水，前者在细胞中占体积小。
4生物膜的结构特征。[厦门大学2015研]
答：生物膜是以磷脂双分子层为基本骨架，辅以膜脂和膜蛋白，具有流动性、选择透过性、和信号识别等功能的用以分割膜内外环境的膜状结构。生物膜主要有以下结构特征：
（1）膜的流动性
细胞膜中含有一定量的不饱和脂肪酸，所以细胞膜处于动态变化中。膜的流动性包含膜脂的流动性（侧向运动，翻转运动，自旋运动等）和膜蛋白的流动性。膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用；温度对膜脂的运动有明显的影响。
（2）膜的不对称性：
①膜脂的不对称性：指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布；
②糖脂的不对称性：指糖脂分子仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础；
③膜蛋白的不对称性：指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的，在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。
④糖蛋白的不对称性：糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面。