2023年细胞生物学复习汇总

细胞分化
1.什么是细胞分化？细胞分化的特点是什么？
答：（1）细胞分化（cell differentiation）是指同一来源的细胞逐渐产生出形态结构、功能特征各不相同的细胞类群的过程，其结果是在空间上细胞产生差异，在时间上同一细胞与从前的状态有所不同。细胞分化的本质是基因组在时间和空间上的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生标志性蛋白质。一般情况下，细胞分化是不可逆的。
（2）细胞分化的特点：
①　细胞分化的潜能随个体发育进程逐渐“缩窄”，在胚胎发育过程中，细胞逐渐由“全能”到“多能”，最后趋向“单能”，是细胞分化的一般规律；
②　细胞分化具有时空性，在个体发育过程中，多细胞生物的细胞既有时间上的分化，也有空间上的分化；
③　细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应，分化必须建立在分裂的基础上，及分化必然伴随着分裂，但分裂的细胞不一定就分化。细胞的分化程度越高，分裂能力也就越差；
④　细胞分化具有高度的稳定性，正常生理条件下，已经稳定分化为某种特异类型的细胞一般不能逆转到未分化状态或者成为其他类型细胞；
⑤　细胞分化具有可塑性，已分化的细胞可以在特殊条件下重新进入未分化状态或转分化为另一种类型细胞。
影响细胞分化的因素有哪些，请简单说明？
答：（1）细胞质不均一性：许多动物卵子细胞质的分布有明显的区域性，这种区域性虽然不影响染色体的行为，但对于以后胚胎器官发育有决定性作用；细胞质对细胞核的作用，还表现在对核功能活动的影响。
（2）细胞间的相互作用及位置效应：细胞间的相互作用可以是诱导作用，也可以是抑制作用，主要包括位置效应和细胞数量效应。
①　位置效应：改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变，许多寄生的甲壳类以幼虫到达寄主的先后顺序来决定性别；
②　细胞数量效应：细胞数量对诱导组织形成是必要的。
（3）染色质变化和基因重排：染色质变化主要包括：基因丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化。
①　基因丢失：细胞发育过程中出现染色体数量减少或者某一部分丢失的现象，如蛔虫发育过程；
②　基因扩增：细胞内特定基因拷贝数在某一时期大量增加的现象，如卵母细胞rDNA扩增以及双翅目昆虫体细胞内的多线染色体；
③　基因重排：基因与基因间的位置或顺序发生重新排列组合，如将细胞表达大量的抗体；
④　DNA甲基化：DNA上某些序列处的胞嘧啶被甲基化而引起基因失活。
（4）胞外信号分子：
①　近距离的胞外信号分子主要是细胞旁分泌的信号分子，包括成纤维细胞生长因子、转化生长因子及Wnt家族等；近端组织的相互作用又叫做胚胎诱导，如眼的发育工程中。
②　远距离的胞外信号分子主要是激素来调节的，如蝌蚪变态发育过程中；
③　人体血细胞的分化受到多种细胞因子的调控。
（5）细胞记忆：信号分子的有效作用时间是短暂的，但是细胞可以将这种短暂的作用储存起来形成长时间的记忆，逐渐向特定方向分化。
（6）环境：通常影响生物性别决定的环境因素有温度、日照长短、营养条件。
①温度对分化的影响：爬行动物的性别决定机制有两种：一种是异形性染色体决定，另一种是温度决定；
②日照长度对分化的影响：除葫芦科植物外，大麻的性别分化也受日照长度影响；
③营养条件对分化的影响：蜜蜂的受精卵有质好量多的蜂王浆供应就可以发育成为能正常发育的雌蜂（蜂王），反之就发育成为不育的雄峰（工蜂）。
什么是干细胞？它有哪些基本类型以及各自的基本特征？
答：（1）干细胞（stem cell）是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。
（2）根据干细胞的分化能力，可以分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。
全能干细胞：可以分化为机体内的任何一种细胞，直至形成一个复杂的有机体，如胚胎干细胞(ES细胞)；
多能干细胞：可以分化为多种类型的细胞，如造血干细胞可以分化为12中血细胞、神经细胞；
单能干细胞：只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。
（3）根据来源，干细胞可以分为胚胎干细胞（ES）、诱导多能干细胞（iPSC）和成体干细胞。
胚胎干细胞取自囊胚里的内细胞团，具有分化为新的机体的可能；
诱导多能干细胞来源于成体细胞重编辑而获得；
成体干细胞则来自各式各样的组织，在机体损伤修复中发挥重要的作用。
（4）干细胞的特征：
①干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处于分化途径的终端)；
②干细胞能无限增殖分裂；
③干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；
④干细胞分裂产生的于细胞只能在两种途径中迭择其一——或保持亲代特征，仍作为干细胞；或不可逆地向终末分化。
什么是iPS细胞？简单说明其在理论与实际研究中的作用。
答：（1）诱导多能干细胞（iPSC）是一种可由成人细胞直接诱导出来的多功能干细胞。
（2）在基础研究领域，干细胞治疗主要目的是揭示疾病机理，对特定疾病类型进行分析和鉴定，对药剂进行验证及应用，最终实现对疾病和特定患者进行治疗的目的，提高疾病预防和诊治的效益。①发病机制②发现新型药物，构建疾病模型。
（3）干细胞临床研究主要集中在角膜缘干细胞、神经干细胞、多能干细胞和间充质干细胞这几种细胞类型。
干细胞可以用于组织或器官的修复、移植，可以克服免疫排斥反应。有研究成果显示，已能在体外以干细胞为种子成功培育一些组织器官，来替代病变或衰老的组织器官。
细胞周期
1.什么是细胞周期？细胞周期各时期主要变化是什么？
答：（1）细胞周期（cell cycle）指细胞通过一系列有序的事件完成繁殖，这些事件包括复制内含物，然后分成两份，这一复制和分裂全过程成为细胞周期。
（2）哺乳动物和人等高等动物的细胞中，细胞周期可分为分裂期（M期）和分裂间期（S期）。
①　G0期：未受刺激的G0期细胞，DNA合成与细胞分裂的潜力仍然存在；当G0期细胞受到刺激而增殖时，又能合成DNA和进行细胞分裂；
②　G1期：从有丝分裂到DNA复制前的一段时期，又称合成前期，此期主要合成RNA和核糖体。该期特点是物质代谢活跃，迅速合成RNA和蛋白质，细胞体积显著增大。这一期的主要意义在于为下阶段S期的DNA复制做好物质和能量的准备；
③　S期：即DNA合成期，此期除了合成DNA外，同时还要合成组蛋白。DNA复制所需要的酶都在这一时期合成；
④　G2期：为DNA合成后期，是有丝分裂的准备期。此期DNA合成终止，大量合成RNA及蛋白质，包括微管蛋白和促成熟因子等。
2.细胞周期研究有哪些方法，具体细胞周期的时间是如何测定的？
答：（1）脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法（PLM法）：对待测细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记M期细胞比率的办法来测定细胞周期；
（2）流式细胞仪测定法（Flow Cytometry）：对待测细胞进行染色，直接用流式细胞仪分析；
（3）活细胞成像（Live Cell Imaging）：对待测细胞进行荧光蛋白标记，用生物荧光显微镜进行长时间缩时摄影，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
3.比较有丝分裂和减数分裂的异同点。

一个关键的差异：是否有同源染色体的识别及整列。
4.细胞周期有哪几个关键调控蛋白？
答：细胞周期蛋白（cyclin）是指随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失，控制细胞周期运行的一组蛋白质。细胞周期蛋白已知有30余种，在脊椎动物中为cyclinA1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。G1、G1/S、S期为：CyclinD、 CyclinE、 CyclinA；M期为CyclinB。
（1）G1期细胞周期调控：
①　CyclinD为细胞通过限制点所必需；
②　CyclinE为G1/S转换，启动S期所必需；
③　CyclinD/E共同促使细胞通过限制点R，实现G1/S期转换；
④　抑制S-Cdk的CKI被SCF降解促使G1/S期转换；
（2）S期细胞周期调控：
①　CyclinA-Cdk复合物是S期中最主要的Cyclin-Cdk复合物，能启动DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制；
②　S-Cdk活性维持到G2及M期，这期间DNA只能复制一次；
（3）G2/M期细胞调控：
①　当M-Cdk1复合物上抑制性或活性磷酸化位点分别被Wee1和CAK磷酸化时，M-Cdk1失活；
②　G2晚期，部分活化的Cdc25（可能通过S-Cdk）对抑制性位点的去磷酸化，部分激活M-Cdk1，并通过正反馈途径快速使M-Cdk1激活达到高水平，实现G2/M转换；
（4）M期细胞周期调控：
①　APC-Cdc20介导的securin降解，有利于有丝分裂中期的姐妹染色单体分离，促进中期/后期转化；
②　APC-Cdh1介导的M-cyclin降解使相应的Cdk失活，促进早中期已磷酸化的蛋白在磷酸酶的作用下发生去磷酸化，而这对有丝分裂最终阶段的顺利结束以及胞质分裂的进行是非常必要的。
5.简述细胞周期的主要检验点及其功能。
答：为了保证细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运转，细胞中存在着一系列监控机制，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，只有当这些事件完成、故障修复后，才允许细胞周期进一步进行，该监控机制即为细胞周期检验点（checkpoint）。
细胞周期检验点按照不同的分类方式，可以分为三个、四个或者五个：
①　G1期检验点、G2期检验点、M期检验点；
②　未复制DNA检验点、纺锤体组装检验点、染色体分离检验点、DNA损伤检验点；
③　G1期末检验点、S期内检验点、G2期末检验点、DNA复制检验点、纺锤体组装检验点。
（1）G1期末检验点（G1/S期检验点）：主要检验分裂后细胞是否足够大，G1期合成的蛋白质和糖是否充足，是否有生长因子调控，DNA是否损伤、能否启动DNA的复制。如果DNA有损伤，那么G1/S检验点就能防止DNA损伤或是突变的细胞进入S期。损伤信号的传递用的是ATM/ATR，Chk1/Chk2信号通路，人类还特有p53/p21信号通路，可以启动SOS修复；
（2）S期内检验点：确保DNA复制完毕才能进入G2期，检验DNA在S期复制过程中是否受到损伤，如果有损伤，DNA复制的起点会受到阻碍，复制速度趋于停滞，同样是启动DNA修复机制；
（3）纺锤体组装检验点（SAC）：在前中期激活以防不成熟的过早的姐妹染色单体分离的信号通路。
细胞生物学和重大疾病
1.什么是心脑血管疾病？简述其发病原因与特点。
答：（1）心脑血管疾病是心脏血管和脑血管的疾病统称，泛指由于高血脂症、血液黏稠、动脉粥样硬化、高血压等所导致的心脏、大脑及全身组织发生缺血性或出血性疾病。是一种严重威胁人类，尤其是50岁以上中老年人健康的疾病，即使应用目前最先进、完善的治疗手段，仍有50%以上的脑血管意外幸存者生活不能完全自理。
（2）心脑血管疾病发病原因主要有：
①　动脉粥样硬化、高血压性小动脉硬化、动脉炎等血管性因素；
②　高血压等血流动力学因素；
③　高脂血症、糖尿病等血液流变学异常；
④　白血病、贫血、血小板增多等血液成分因素。
（3）心脑血管疾病具有发病率高、致残率高、复发率高、死亡率高、并发症多等“四高一多”的特点；心脑血管疾病还具有知晓率低、服药率低、治愈率低“三低”的特点。
2.心脑血管疾病有几种？简述任意两种的定义。
答：心脑血管疾病有高脂血症、动脉硬化、高血压、冠心病、脑血管病。
（1）高脂血症：是指血中脂类浓度升高。血浆中主要脂类有总胆固醇即游离胆固醇和胆固醇酯、甘油三酯。当其中一种或几种脂类升高均称为高脂血症。高脂血症中有90%以上是高脂蛋白血症。测定血浆胆固醇和甘油三酯浓度即可诊断高脂蛋白血症。
（2）高血压：是指以体循环动脉血压（收缩压和/或舒张压）增高为主要特征（收缩压≥140毫米汞柱，舒张压≥90毫米汞柱），可伴有心、脑、肾等器官的功能或器质性损害的临床综合征。高血压是最常见的慢性非传染性疾病，是全球疾病负担最重的疾病，也是心脑血管病最主要的危险因素。
3.什么是慢阻肺？简述致病的危险因素。
答：（1）慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺，COPD）是一种常见的、可以预防和治疗的疾病，其特征是持续存在的呼吸系统症状和气流受限，原因是气道和肺泡异常、通常与显著暴露于毒性颗粒和毒性气体中密切相关。慢阻肺最常见是由慢性支气管炎和（或）肺气肿发展而来，进一步发展为肺心病、呼吸衰竭、肺性脑病及出现全身各系统并发症的常见慢性疾病。
（2）慢阻肺发病因素包括个体易感因素以及环境因素两方面，它们之间相互影响。
①　现在认为比较明确的个体易感因素为α1-抗胰蛋白酶缺乏；
②　最主要的环境因素是吸烟，另外还包括吸入职业粉尘和化学物质（柴火和木炭等燃烧时的烟雾颗粒、过敏原、工业废气和室内被污染的空气等）。
细胞生物学和重大疾病
1.简单介绍肿瘤的四个分类。
答：肿瘤的分类通常依据其组织来源或者分化方向分为几大类，每一大类又可分为良性与恶性二组。
（1）人类大多数肿瘤来源于上皮组织。鳞状上皮–鳞状细胞癌；基底细胞–基底细胞癌；腺上皮–腺癌。
其余的恶性肿瘤来源于机体的非上皮组织
（2）非上皮组织来源的癌症中，第一大类来源于机体的各种结缔组织，它们都来源于胚胎的中胚层。这一类称为肉瘤的肿瘤只占临床肿瘤的1%，它们来源于多种间质细胞。
（3）第二大类非上皮组织来源的恶性肿瘤由各种组成造血系统的细胞转化而来，包括免疫系统的细胞，这些细胞同样来源于中胚层。淋巴组织–淋巴瘤；造血组织–白血病。
（4）第三大类非上皮组织来源的肿瘤，是由构成中枢和外周神经系统的各种细胞恶性转化而致。这类肿瘤通常被称为神经外胚层瘤，表明其是从早期胚胎的外胚层发育而来，包括胶质瘤、胶质母细胞瘤、神经母细胞瘤、神经鞘瘤和髓母细胞瘤。
（5）在众多非典型恶性肿瘤中，畸胎瘤是最特殊的一种，因为无法将它归类到具体类型的肿瘤中。
2.简单介绍癌症治疗的免疫疗法。
答：（1）正常情况下，免疫系统可以识别并清除肿瘤微环境中的肿瘤细胞，但为了生存和生长，肿瘤细胞能够采用不同策略，使人体的免疫系统受到抑制，不能正常的杀伤肿瘤细胞，从而在抗肿瘤免疫应答的各阶段得以幸存。肿瘤细胞的上述特征被称为免疫逃逸，不同肿瘤可以通过不同环节的异常抑制免疫系统对肿瘤细胞的有效识别和杀伤从而产生免疫耐受，甚至促进肿瘤的发生、发展。
（2）肿瘤免疫治疗就是通过重新启动并维持肿瘤-免疫循环，恢复机体正常的抗肿瘤免疫反应，从而控制与清除肿瘤的一种治疗方法。包括单克隆抗体类免疫检查点抑制剂、治疗性抗体、癌症疫苗和小分子抑制剂。目前已在多种肿瘤如黑色素瘤，非小细胞肺癌、肾癌和前列腺癌等实体瘤的治疗中展示出了强大的抗肿瘤活性，多个肿瘤免疫治疗药物已经获得美国FDA批准临床应用。CTLA-4,PD-1/PD-L1。
3.简单介绍癌症治疗的细胞疗法。
答：（1）细胞疗法是一种将活细胞注射到病人体内以治疗某些疾病的方法，包括干细胞疗法和免疫细胞疗法。免疫细胞疗法是指把病人的细胞从血里面分离出来，在体外用一些细胞因子，使它变成一种杀伤细胞，再回输到血液中去，这种杀伤细胞可以识别肿瘤细胞进行杀伤。
（2）根据不同的作用机制，细胞疗法可以分为7类：CAR-T，TCR-T，靶向未指定的肿瘤相关抗原（TAA）或肿瘤特异性抗原（TSA）的自体循环T细胞，肿瘤浸润T细胞（TIL），基于新技术（如诱导性多能干细胞、CRISPR或γδT细胞）的T细胞，源于其他细胞（如巨噬细胞、干细胞）的疗法。其中CAR-T和TCR-T疗法近两年备受关注，成为了科研和医疗圈的“网红”。
（3）细胞疗法在过去取得了一系列出色成绩，但它依然面临着不少挑战。首先，病毒载体的生产颇具瓶颈；其次，患者数量是临床试验的一大限制环节；第三，细胞疗法在实体瘤中缺乏疗效；第四，细胞疗法的副作用如细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性危害巨大。期待细胞疗法能够早日克服这些瓶颈，治疗更多的癌症患者。
单革
1.简述RNA世界及内共生起源这两个假说。
答：（1）RNA世界假说：假说认为地球上早期的生命分子以RNA先出现，之后才是DNA。且这些早期的RNA分子同时拥有如同DNA的遗传讯息储存功能，以及如蛋白质般的催化能力，支持了早期的细胞或前细胞生命的运作。
1）尽管如今遗传信息是通过DNA储存的，但是一些有机生物比如：病毒用RNA作为遗传信息；
2）1980年RNA在细胞中作为一种重要的核糖酶起催化作用；
3）RNA核糖酶能帮助催化合成新的RNA分子；
4）RNA直接指导蛋白合成；
5）在非生物条件下实验表明RNA序列能够进化，在特殊条件下一些RNA序列是更稳定的并且复制更快的，并且比其他序列出现错配的概率小。
生命的起源RNA
1）第一个细胞可能是通过化学进化产生的，包括4个步骤:
①　非生物合成小的有机分子（单体）→C+H=有机分子
②　单体结合在一起形成聚合物（蛋白质、核酸）
③　合成能自我复制的分子（遗传性状）→蛋白质和多聚核酸
④　将这些有机分子包装成原生生物→由非生物产生的分子聚集在一起，维持着一个内部的化学环境，并表现出一些与生命有关的特性（即新陈代谢）。
2）遗传起源（origins of heredity）：出现最早的遗传物质，可能为RNA；原始细胞出现（proto-cells）：有活性的物质开始有膜包裹；最早的细胞出现；出现光合作用；出现有氧呼吸形式；出现捕食行为；真核生物出现；多细胞生物出现。今天，遗传信息通常以DNA的形式存储，但有些生物，如病毒，用RNA来存储信息。
光合作用：循环光合作用途径起源于35-32亿年前，阳光作为能源被生物利用。非循环光合作用途径出现在25亿年前，不仅可以利用光能，而且可以放出O2。自此之后，空气中的O2开始聚集。为有氧呼吸的出现提供了条件。有氧呼吸可以为生物活动提供更多能量，对生物进化意义重大。
3）短链核苷酸聚合物可以在实验室中进行非生物合成：
①　如果将这些聚合物添加到核糖核苷酸单体溶液中，根据碱基配对规则，可以从模板中复制10个碱基长的序列；
②　如果加入锌，复制的序列可以达到40个核苷酸，误差小于1%。
4）20世纪80年代，托马斯·切赫和西德尼·阿尔特曼发现RNA分子是现代细胞的重要催化剂；
RNA催化剂，称为核酶，从RNA中去除内含子(自催化)；
pre-tRNA的RNase P裂解5 '中的C1 RNA(催化剂不被反应本身消耗)；
核酶也有助于催化新的RNA聚合物的合成；
在生命起源前的世界里，RNA分子可能已经完全能够进行核糖酶催化的复制。
5）实验室实验表明，RNA序列可以在非生物环境中进化；
RNA分子既有基因型(核苷酸序列)，也有与周围分子相互作用的表现型(三维形状)；
在特定条件下，某些RNA序列比其他序列更稳定、复制更快、出错更少——偶尔的复制错误会产生突变，选择筛选这些突变以获得最稳定或最擅长自我复制的基因。
6）RNA导向的蛋白质合成可能是从特定氨基酸与RNA分子上的碱基的弱结合开始的，其功能类似于简单的模板，将一些氨基酸长时间地连接在一起——这是今天核糖核酸在核糖体中的一个功能；
如果RNA合成了一个短肽作为一种帮助RNA复制的酶，那么早期的化学动力学将包括分子合作和竞争。
（2）内共生起源假说：内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核生物细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。主要论据支持：
①　遗传信息转移：真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌和蓝细菌的遗传信息，说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移，这种转移极大地削弱了线粒体和叶绿体的自主性，建立起稳定、协调的核质互作关系；
②　基因组与细菌基因组具有明显的相似性：线粒体和叶绿体具有细菌基因组的典型特征；
③　具备独立、完整的蛋白质合成系统：线粒体和叶绿体的蛋白质合成机制类似于细菌，而有别于真核生物；
④　分类方式与细菌相似：线粒体和叶绿体均以缢裂的方式增殖，类似于细菌；
⑤　膜的特性：线粒体、叶绿体的内膜和外模存在明显的性质和成分差异。
2.简述研究转录因子与DNA相互作用的几个（至少例举4个）实验研究方法。
答：（1）凝胶阻滞分析（Gel shift Assay）：利用凝胶进行的电泳迁移率变动分析。不同大小的分子在凝胶中电泳移动的速度不同，当某种分子与另一种分子特异性结合后，它在非变性凝胶电泳带中的位置就发生了变化，由此可以分析不同分子间的相互作用。如待检测DNA样品与核蛋白提取物孵育后进行电泳，如果核蛋白提取物中存在能与DNA特异结合的蛋白质，由于大分子复合体的形成，电泳时就出现迁移率降低，区带滞后的现象。该方法用来研究DNA与特异性蛋白的相互作用，常是放射性标记的DNA片段与纯化蛋白，或提取物中的蛋白混合物相结合，然后在非变性凝胶中分析该产物。与游离DNA相比，蛋白-DNA复合物的迁移率将降低，因此，与游离DNA相对应，人们将观察到带中的“阻滞”。
（2）DNA亲和层析（DNA affinity chromatography）：将具有特定的DNA序列和基质偶联放置在层析柱中，当要被分离的蛋白混合液通过层析柱时，与特异DNA具有亲和能力的蛋白质就会被吸附而滞留在层析柱中；那些没有亲和力的蛋白质由于不被吸附，直接流出，从而与被分离的蛋白质分开，然后选用适当的洗脱液， 改变结合条件将被结合的蛋白质洗脱下来，称为DNA亲和层析。第一步：把细胞内所有蛋白加入层析柱中，里面有含有很多不同DNA序列的基质；之后用低盐溶液洗去未结合DNA的蛋白，再用中盐溶液把结合了DNA的蛋白洗提出来。第二步：把第一步中的DNA结合蛋白加入只含有GGGCCC/CCCGGG序列的层析柱中，之后用中盐溶液把所有对此序列不特异的蛋白都洗去，再用高盐溶液洗提特异性识别GGGCCC/CCCGGG的蛋白。
（3）染色质免疫沉淀技术(Chromatin immuniprecipitation)：是目前唯一研究体内DNA与蛋白质相互作用的方法。它的基本原理是在活细胞状态下固定蛋白质－DNA复合物，并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过免疫学方法沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。
（4）DNA足迹法（DNA footprinting）：一种用来测定DNA-蛋白质专一性结合的方法。用于检测与特定蛋白质结合的DNA序列的部位,可展示蛋白质因子同特定DNA片段之间的结合区域。其原理为：DNA和蛋白质结合以后便不会被DNAase分解，在测序时便出现空白区(即蛋白质结合区)，从而了解与蛋白质结合部位的核苷酸对数目；在用酶移出与蛋白质结合的DNA后，又可测出被结合处DNA的序列。DNA足迹法能鉴定启动子区域特殊位点的功能。
（5）指数富集的配基系统进化技术(SystematicEvolution of Ligands by Exponential Enrichment，SELEX)：利用该技术可以从随机单链核酸序列库中筛选出特异性与靶物质高度亲和的核酸适体(Aptamer)。寻找可以被基因调控蛋白识别的DNA序列，其基本思想是将一个单链的寡核苷酸库与基因调控蛋白混合，混合液中存在蛋白核酸复合物，洗掉未与蛋白结合的核酸，分离与蛋白结合的核酸分子，以此核酸分子为模板进行PCR，得到PCR产物进行下一轮筛选，直到获得与蛋白有高亲和力和特异性的核酸分子。
3.简述一个典型的真核基因是如何被打开，然后进行转录的（注意结合表观遗传调控和转录调控）。
答：（1）首先，染色质结构影响基因转录，松散的染色质中的基因可以转录。基因激活蛋白结合到超螺旋的染色质上，并招募染色体重塑复合物结合到染色质上形成染色质重塑复合体，使染色质结构变的松散；
（2）随后招募组蛋白修饰酶对组蛋白进行共价修饰。因为组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用；
（3）同时，DNA甲基化阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录，因此需要去甲基化修饰；
（4）修饰后的染色质基因的调控序列如增强子序列能够与调控蛋白结合，同时RNA聚合酶Ⅱ同一些通用转录因子结合到基因的启动子上形成转录起始复合物，并将调控序列与启动子区的DNA结合促使转录起始。
4.简述果蝇剂量补偿和性别决定。
答：（1）果蝇剂量补偿：
①　剂量补偿指的是在XY性别决定机制的生物中，使性连锁基因在两种性别中有相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。在果蝇中，在雌性果蝇中，X:A(Autosome)=1，X染色体以基础水平转录;而在雄性中，X:A=0.5，使X染色体高水平转录，这样雄果蝇虽然只有一条X染色体，但表达的量与雌果蝇二条X染色体表达的量相近，达到剂量平衡。
②　非编码RNA rox 在果蝇剂量补偿中的作用：非编码RNA rox1与rox2 只在雄性果蝇中表达，与MSL 复合物的组装有关，MSL 复合物乙酰化X 染色体上的 H4 组蛋白增加该X 染色体的转录水平。MSL复合体在果蝇基因组中约有35个进入位点，其中两个实际上含有rox1/rox2基因；这表明rox1/rox2 RNAs可能在进入位点识别中发挥作用。
③　有一组基因称为雄性特异致死效应基因（male-specific lethaleffects，msls）这组基因已发现有4个：ms1-1、 ms1-2、ms1-3、和mle(maleless)。在雌性体细胞中，msls突变无任何效应，表明雌性个体不需这些基因的产物；但对雄性来说，msls发生突变，雄性X-连锁基因的活性水平则低于正常值，此雄性突变体在幼虫晚期和蛹早期死亡。这些结果表明剂量补偿是通过一个提高雄性X-连锁基因的活性的正调控过程来完成的。在雌性中，X:A之比为1，SXL基因被激活，从而msls处于非活性状态，X-连锁基因以基础水平转录；而在雄性中，因缺乏有功能的SXL蛋白，msls基因被激活，使X染色体高水平转录。
（2）果蝇性别决定：果蝇的性别由X染色体和常染色体数的比率（X:A）决定，即X:A的比值形成了最初的个体性别决定信号。 由X:A信号启动的果蝇性别决定包括三个不同的性别分化过程：①体细胞的性别分化；②生殖细胞的性别决定；③剂量补偿。就果蝇而言，三者的遗传机制在一定程度上是相同的。
SXL基因是果蝇性别决定的枢纽：在体细胞性别决定体系中，X:A比例信号是通过性致死（SXL）基因作用的。在XX果蝇中，SXL基因存在着丰富的剪切过程，即异性特异性剪切过程，使得SXL基因得以活化，从而产生了相应的雌性特异性蛋白产物来激活其他的性别控制基因，在这些性别控制基因的作用下，果蝇性别就朝着雌性的方向分化；在XY果蝇中，SXL基因的剪切过程处于一种欠缺状态，其SXL基因是非活性的，因此果蝇性别就朝着雄性方向发展。
5.简述哺乳动物剂量补偿的分子机理。
答：（1）剂量补偿指的是在XY性别决定机制的生物中，使性连锁基因在两种性别中有相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。正常雌性哺乳动物的体细胞中，两条X染色体中只有一条X染色体在遗传上有活性(activation X,Xa)，另一条在遗传上无活性 (inactivation X,Xi)，其结果使X连锁基因得到剂量补偿，保证染色体为XX的雌性和XY的雄性具有相同的有效基因产物。
（2）X染色体上存在一种称为X去活化中心（X inactivation center，XIC）的序列，可调控X染色体的沉默化，是阻碍因子可能的结合位置。XIC序列上含有两个非转译RNA基因，分别是Xist与Tsix，两者参与了去活化作用。
（3）Xist基因会转录出RNA分子，且此RNA将不会转译成蛋白质，Xist是X去活化的主要影响因子，失活的X染色体外围会被Xist RNA包覆，而Xa则没有这种现象。Xist是唯一会由Xi表现的基因，缺乏Xist基因的X染色体将无法去活化。在去活化作用发生以前，每条X染色体上的Xist基因都会有微弱表现；而在去活化过程中，Xa将会中止Xist的表现，同时Xi则会增强，使RNA产物增加。Xist RNA会从XIC位置开始，逐渐将Xi包覆起来，而且这些Xist RNA并不会作用到Xa上。Xi被RNA包覆过后不久就会发生基因沉默现象。
（4）Tsix基因同样也会转录出一条无蛋白质产物的RNA分子。Tsix基因是Xist基因的反义序列，实际上是来自同一段DNA上互补的两股，产物RNA具有互补性。这使Tsix成为Xist的负向调节因子，使没有表现Tsix的X染色体比较容易被去活化。Tsix在去活化作用发生以前，同样会在每条染色体上微弱表现；当X去活化启动之后，Xi将会中止表现Tsix RNA；相较之下，Xa上的Tsix将会继续表现大约几天的时间。
6.简述RNAi（包括siRNA和microRNA）分子通路。
miRNA与siRNA的相同点：
1）二者的长度都约在22nt左右。
2）二者都依赖Dicer酶的加工，是Dicer酶的产物，所以具有Dicer产物的特点。
3）二者生产都需要Argonaute家族蛋白 存在。
4）二者都是RISC组分，所以其功能界限变得不清晰，如二者在介导沉默机制上有重叠。
5）miRNA与siRNA合成都是由双链的RNA或RNA前体形成的。
miRNA与siRNA的不同点：
1）根本区别是miRNA是内源的，是生物体的固有因素，而siRNA是人工体外合成的，通过转染进入人体内，是RNA干涉的中间产物。
2）结构上，miRNA是单链RNA，而siRNA是双链RNA。
3）Dicer酶对二者的加工过程不同，miRNA是不对称加工，miRNA仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂，其他部分降解；而siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂。
4）在作用位置上，miRNA主要作用于靶标基因的3’-UTR区，而siRNA可作用于mRNA的任何部位。
5）在作用方式上，miRNA可抑制靶标基因的翻译，也可以导致靶标基因的降解，即在转录水平后和翻译水平起作用，而siRNA只能导致靶标基因的降解，即为转率水平后调控。
6）miRNA主要发育过程中起作用，调节内源基因表达，而siRNA不参与生物生长，是RNAi的产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。
7.简述你对生命起源、进化、基因表达调控、表观遗传调控、非编码RNA这几部分内容的学习感悟。
生命起源，有RNA世界、内共生起源学说，即生命各项功能的进一划分和生命之间为满足适应环境而形成的功能互补共同体；进化则是满足达尔文的适者生存，即生命存在很多随机突变，适应环境的保存得以保存下来；基因表达调控、表观遗传、非编码RNA则是在生命发展、分化、发育、突变的全过程中起着重要的调控作用的。因此，总结以上内容，可以总结出，生命总是在为适应环境做出努力，任何生命过程中出现的现象都可以追溯为生命更好的生存。
8.例举表观遗传调控的几个重要的调控方式，详述至少1种方式。
答：表观遗传学,就是不改变基因的序列,通过对基因的修饰来调控基因的表达。所以,表观遗传学调控,就是通过各种表观遗传的修饰方式来对基因进行调控。表观遗传学主要通过DNA 修饰、蛋白质修饰与非编码RNA 调控3 个层面上调控基因表达。具体的一般指DNA甲基化、染色质重塑、基因组印记、染色体失活、非编码RNA调控。
（1）DNA甲基化：DNA甲基化是最早被发现、也是目前研究最深入的表观遗传调控机制之一。广义上的DNA甲基化是指DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT)的催化作用下，以s一腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine，SAM)作为甲基供体，通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰过程。这种DNA甲基化修饰可以发生在胞嘧啶的C一5位、腺嘌呤的N一6位及鸟嘌呤的N一7位等位点。一般研究中所涉及的DNA甲基化主要是指发生在CpG二核苷酸中胞嘧啶上第5位碳原子的甲基化过程，其产物称为5-甲基胞嘧啶(5一mC)，是植物、动物等真核生物DNA甲基化的主要形式，也是目前发现的哺乳动物DNA甲基化的唯一形式。DNA甲基化作为一种对稳定的修饰状态，在DNA甲基转移酶的作用下，可随DNA的复制过程遗传给新生的子代DNA，是一种重要的表观遗传机制。一般说来，DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则可诱导基因的重新活化和表达。
（2）染色质重构是染色质结构的动态修饰，允许浓缩的基因组DNA进入调控转录机制蛋白，从而控制基因表达。这种重构主要是通过1)特定酶的共价组蛋白修饰来完成的，即组蛋白乙酰转移酶(HATs)、去乙酰化酶、甲基转移酶和激酶，以及2)依赖ATP的染色质重构复合物，它们可以移动、排出或重组核小体。除了积极调控基因表达外，染色质的动态重构还在DNA复制和修复等几个关键的生物学过程中发挥表观遗传调控作用;细胞凋亡;染色体分离以及发育和多能性。染色质重构蛋白的异常被发现与人类疾病有关，包括癌症。靶向染色质重塑途径目前正在成为治疗几种癌症的主要治疗策略。
9.例举生命起源、进化、基因表达调控、表观遗传调控、非编码RNA这几部分谈到的几个生物学家（至少例举5个），并简述其中一个标志性（可以是有两人共同的一个工作）的工作。
答：（1）Lynn Margulis，内共生起源假说；
（2）T.Cech和S.Altman，发现RNA的催化特性；
（3）C.H. Waddington，表观遗传；
（4）张毅，DNA甲基化；
（5）Sydney Brenner：首先提出三联体密码(生物信息学的诞生吗?)(RNA领带俱乐部)2,第一个迹象的存在mRNA 3,确定停止密码子4,乳糖操纵子(第三人是谁?)5,开始研究秀丽隐杆线虫6,受过教育的多个诺贝尔奖获得者7:“他们的发现有关遗传调节器官发展和程序性细胞死亡的
10.讨论你对一个调控（基因、分子通路等等）保守或者不保守，遗传调控与表观遗传调控的相互关系，非编码RNA的调控作用，这三方面当中一个的认识，并举例说明。
答：genetic是研究基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的学科。研究范围包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传信息的实现三个方面。经典遗传学认为基因是一个最小的单位，不能分割，既是结构单位，又是功能单位。认为基因决定了遗传形状。
epigenetics是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）。
简言之，经典遗传学和表观遗传学都应该属于研究生物遗传的范畴，只不过，经典遗传学多侧重于基因改变对遗传性状的影响并认为基因决定了形状，而表观遗传学看到了除了基因以外的其他因素如环境等。

细胞通讯
1.细胞用来相互交流的信号策略是什么?
答：细胞通讯的方式:分泌化学信号进行细胞间通讯、细胞间接触依赖性通讯、间隙连接。
分泌化学信号进行细胞间通讯：
内分泌：由内分泌腺产生激素，分泌进入血液循环，作用于相应的靶器官。
旁分泌：信号细胞分泌局部化学介质释放到细胞外液中，作用于邻近的靶细胞。
化学突触：神经元受到刺激后，突触前膜释放神经递质，作用于突触后膜上的受体，从而实现电信号-化学信号-电信号的快速传导。
自分泌：细胞对其自身分泌的信号分子起反应。
细胞间接触依赖性通讯：信号细胞膜上结合蛋白（信号分子）直接与相邻靶细胞的表面受体相互作用。
间隙连接：动物相邻细胞间形成间隙连接使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联，从而实现功能调控。
2. 细胞将信号从细胞表面传递到细胞内的一般策略是什么？
答：细胞信号传导的三个阶段是接受，转导和应答 。信号细胞释放信号分子，转运信号分子至靶细胞，与靶细胞表面的受体特异性结合并导致受体激活，启动靶细胞内一种或多种信号转导途径，引发细胞代谢、功能或基因表达的改变。
有两大类受体：细胞内受体和细胞表面受体。亲水性配体结合细胞表面（质膜）受体，如离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体、酶联受体。疏水性配体通过质膜扩散并结合细胞质或细胞核中的细胞内受体。不同类型的细胞通常对相同的细胞外信号分子作出不同的反应，每个细胞被编程以响应细胞外信号分子的特定组合。
3. 控制信号转导的关键分子开关是什么?
答：1）GTPase开关蛋白。构成细胞内GTPase超家族包括三聚体G蛋白和单体G蛋白，如Ras和类Ras蛋白。这类鸟苷酸结合蛋白当结合GTP时呈活化状态，当结合GDP时呈失活状态。（开关蛋白通过两种状态的转换控制下游靶细胞的活性。开关蛋白从失活态向活化态的转换，由鸟苷酸交换因子GEF介导，GEF引起GDP从开关蛋白释放，继而结合GTP并引起G蛋白构想改变使其活化；随着结合GTP水解形成GDP和Pi，开关蛋白又恢复成关闭的失活状态）
2）磷酸化作用：通过蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，呈激活状态；通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，呈失活状态，从而调节蛋白质活性。（共有两种起到细胞内信号分子作用的蛋白激酶：丝氨酸/苏氨酸激酶可以磷酸化蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基；色氨酸激酶，可以磷酸化蛋白的色氨酸残基。当信号分子到达时，分子开关启动蛋白激酶的作用，接受由ATP来的一个磷酸基团，从失活状态转变为激活状态，并结合信号分子；之后起到蛋白磷酸酶的作用，从激活状态变为失活状态，同时把接受的信号分子释放入胞内。）
3）Ca+的结合或解离 钙调蛋白（CaM）
4. 细胞用来提高信号的速度、效率和特异性的一般策略是什么?（单个细胞如何设法对细胞外信号的许多不同组合做出特定的反应？信号复合物的装配模式）
答：1) 支架蛋白使信号蛋白紧密相连，使它们在局部高浓度的环境中相互作用，依次活化，从而快速、有效且专一性地应答胞外信号，避免与其他信号传导途径相互干扰。
2) 依赖激活的细胞表面受体装配细胞内信号蛋白复合物，表面受体结合胞外信号被激活后，受体胞内段多个氨基酸残基位点发生自磷酸化作用，从而为胞内不同的信号蛋白提供锚定位点，形成短暂的信号转导复合物分别介导可能不同的下游事件。
（3）受体结合胞外信号被激活后，使邻近质膜上的特殊磷酸化分子过磷酸化，从而结合其下游信号蛋白，激活信号蛋白后信号传递到下游；
（4）受体结合胞外信号被激活后，在邻近质膜上形成修饰的肌醇磷脂分子，从而募集具有 p H 结构的信号蛋白，装配形成信号复合物。
补充：模块式的相互作用域介导细胞内信号蛋白之间的相互作用
信号复合物的组装取决于高度保守的小的相互作用域。识别的基序可以是短肽序列，共价修饰（例如磷酸化或泛素化的氨基酸）或另一个蛋白质结构域。
Src同源2（SH2）结构域、磷酸酪氨酸结合（PTB）结构域：特定肽序列中的磷酸化酪氨酸； Src同源性3（SH3）结构域：富含脯氨酸的短序列； Pleckstrin同源性（PH）域：磷酸肌醇的charged head group。

5. 信号的空间和时间控制的重要性是什么?
   答：细胞信号传导途径的功能和效率依赖于它们在空间和时间上的组织。
   （1）空间方面涉及到信号的局部和全局方面。信号分子的空间组织可以导致高度局部性的信号事件，但是当信号分子分布得更加均匀时，信号就会在整个细胞中扩散。如利用窖蛋白组织各种信号成分、信号通路的空间组织所产生的第二信使微区
   （2）信号的时间方面与信息在时域组织的方式有关（磷酸化、去磷酸化迅速，复合物短暂的形成及解离）

细胞衰老的调控（meiyide）
1.试述 p53-p21 和 CDKs-Rb 信号轴在复制型细胞衰老和癌基因诱导的细胞衰老中所起的核心作用。
其中P53/CDK/ pRB/E2F通路的激活始于ATM（ataxia telangiectasia mutated共济失调突变基因）等基因对损伤DNA的探测，进而以磷酸化的形式激活P53。
CDK(p16ink4A)是 CDK4、CDK6 活性的抑制剂，CDK4/6/Cyclin D复合物可以使pRB磷酸化并通过E2F的作用激活细胞周期必需基因的表达而完成细胞周期，激活的 CDK(p16ink4A)通过抑制CDK4/6/Cyclin D活性而阻止pRB的磷酸化，从而使细胞停滞于G0/G1 期无法进入S期启动染色体的复制完成细胞周期。
P53通过诱导细胞凋亡或生长停滞，避免细胞因DNA的损伤而发生癌变。DNA损伤会诱导P53的表达，P53通过识别损伤的DNA（端粒的缩短），诱导P21 的表达进而抑制CDK的活化，使Rb不能磷酸化，E2F处于持续失活状态，细胞不能从G1期到S期，同时相关复制因子进行DNA的修复，如果不能修复核酸，P53会诱导细胞发生凋亡防止有癌变的细胞形成，最终引发细胞衰老。
2.与正常细胞相比，衰老细胞有哪些特征性改变？如何利用这些特征性改变判断细胞是否发生了衰老（至少提出2 种方法）
衰老细胞的特征：
细胞在很长一段时间内仍然维持代谢活性，但因阻滞于G1期，失去了对有丝分裂原的反应能力和合成DNA的能力，不能进入S期。
细胞通常体积变大，表达pH 6.0时有高酶活性的β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase; SA-β-Gal)。
细胞形状变大变平胞核增大核膜内陷染色质固缩胞内溶酶体变多等。衰老细胞中细胞器数量尤其是线粒体数量减少，胞质内有色素堆积和空泡形成，最终导致细胞死亡。
细胞衰老的检测方法：
检测衰老相关的Beta-半乳糖苷酶活性，衰老细胞或组织产生的Beta-半乳糖苷酶可以催化底物X-Gal，生成深蓝色的产物，可以利用光学显微镜观察到衰老细胞和正常细胞。适合于以内体外检测衰老细胞的标记物。
端粒长度的检查，端粒位于染色体末端的核蛋白结构，高度保守的TTAGGG重复序列组成，可保护染色体末端维持其稳定性。端粒长度会随着细胞的分裂而缩短，因此端粒的长度是细胞衰老的一个主要标志(端粒限制性片段分析TRF；荧光原位杂交FISH)
端粒限制性片段分析：也叫端粒southern印迹法，应用端粒重复序列探针来检测限制性酶切后所保留的端粒的方法。限制酶会将核酸酶解为短的片段，留下大量完好的端粒，即端粒限制性片段。用凝胶电泳分离基因组片段，通过放射性探针杂交端粒重复序列的方式检测端粒的存在。TRFs的大小不一，反应细胞中端粒成都的不同。
荧光原位杂交FISH：FISH端粒长度分析基于荧光肽核酸探针（PNA）的特异性标记，探针发出的荧光信号与所杂交的端粒长度直接相关，因此可以测量端粒的长度。可用于细胞或者组织匀浆或组织切片。
3.请问什么是细胞衰老？衰老的细胞有哪些特征？细胞衰老的生物学意义有哪些？
细胞衰老（cell aging）是指细胞在执行生命活动过程中，随着时间的推移，细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程。细胞衰老是指细胞不可逆地脱离细胞周期并丧失增殖能力后进入的一种永久的生长停滞状态，并最终导致细胞死亡。正常情况下，随着细胞的不断分裂，染色体末端的特殊结构“端粒”会逐渐缩短，当端粒缩短到一定程度时，细胞增殖停滞并诱发细胞衰老，这种衰老称之为增殖性衰老或生理性衰老。而另一种衰老——早熟性衰老，主要源于氧化应激、癌基因激活所造成的DNA损伤及其引发的DNA损伤修复反应。
特征：细胞在很长一段时间内仍然维持代谢活性，但因阻滞于G1期，失去了对有丝分裂原的反应能力和合成DNA的能力，不能进入S期。细胞通常体积变大，表达pH 6.0时有高酶活性的β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase; SA-β-Gal)。细胞形状变大变平胞核增大核膜内陷染色质固缩胞内溶酶体变多等。衰老细胞中细胞器数量尤其是线粒体数量减少，胞质内有色素堆积和空泡形成，最终导致细胞死亡。
生物学意义：细胞衰老可以避免含有短端粒的细胞继续分裂所引发的基因组的不稳定，还可以避免DNA复制压力及其他细胞压力(如DNA损伤和氧化压力)所造成的细胞复制过程中不可修复的损伤。衰老机制的适时启动可以拮抗肿瘤的发生，目前较普遍认为细胞衰老是肿瘤发生的天然屏障，肿瘤细胞可能是逃脱或延迟衰老机制产生恶变的结果。防止细胞过度生长和细胞癌化的一种保护机制。
4.为什么说细胞衰老既有抑制又有促进肿瘤形成的作用？
细胞衰老是细胞在外在微环境变化和内在基因表达失调作用下脱离细胞周期后的一种相对稳定的状态，具有不可逆性且不能增殖但具备代谢活性。如P53通过诱导细胞凋亡或生长停滞，避免细胞因DNA的损伤而发生癌变。DNA损伤会诱导P53的表达，P53通过识别损伤的DNA（端粒的缩短），诱导P21 的表达进而抑制CDK的活化，使Rb不能磷酸化，E2F处于持续失活状态，细胞不能从G1期到S期，同时相关复制因子进行DNA的修复，如果不能修复核酸，P53会诱导细胞发生凋亡防止有癌变的细胞形成，最终引发细胞衰老
由于衰老细胞任然有基本的代谢存在，同时可以产生各种活性蛋白，也能对肿瘤的发生起促进作用，衰老细胞可以不断积累，产生各种细胞炎性因子以及表皮生长因子，从而对组织微环境构成破坏，可以间接对细胞造成损害，甚至诱导细胞恶性增殖。衰老不足可以诱导肿瘤的发生，过度衰老也可以导致肿瘤的发生。所以细胞衰老在早期可以抑制肿瘤的的发生，而到晚期则促进肿瘤的形成。
细胞死亡及其调控
1.一瓶正在培养的细胞经过一定的处理之后发生了死亡现象，请问如何判断这些细胞是否发生了凋亡（提出至少四种方案）？
1)AnnexinV/PI双染色法检测早期凋亡：坏死细胞的PS也会从细胞膜的内表面翻转到细胞膜的外表面，AnnexinV也能识别坏死细胞表面的PS，所以AnnexinV无法区分坏死细胞和凋亡细胞。而PI染料能够与细胞内的DNA结合，区分坏死细胞和活细胞。早期凋亡细胞和活细胞的细胞膜仍然完整，PI染料无法自由通过细胞膜进入细胞内与DNA结合，所以PI染料无法标记凋亡细胞和活细胞，而PI染料却能够通过坏死细胞的细胞膜与细胞内的DNA结合，坏死细胞内PI染料被488nm激光激发后会发射红荧光，被相应通道接收。所以AnnexinV和PI同时使用，就可以区分活细胞、早期凋亡细胞和坏死细胞。
2)线粒体膜电位检测：JC-1是亲脂性阳离子荧光染料可结合到线粒体基质，其荧光的强弱或减弱说明线粒体内膜电负性的增高或降低。正常生理状态下，线粒体负电性高，JC-1进入线粒体以多聚体存在，红色荧光强，细胞凋亡时，线粒体去极化产生，负电性降低，JC-1则以单体存在细胞质，绿色荧光增强。
3)活化caspase-3检测：活化的caspase-3由其前体裂解的一个17KD亚单位和一个12KD亚单位组成，形成异二聚体，可被Anti-Active Caspase-3抗体特异性识别。用荧光素标记Anti-Active Caspase-3抗体即可检测到活化的caspase-3。
4)DNA片段化的检测：细胞凋亡时染色体发生浓缩，染色质DNA在核小体单位之间的连接处断裂，形成180-200bp及其整数倍数的寡核苷酸片段。DNA一旦发生片段化，在DNA双链结构上会出现很多缺口，可以使用FITC标记的DUTP或BrdU在酶的作用下掺入到缺口中，然后检测掺入的信号强度，来判断发生片段化的程度。

2.请问细胞凋亡（ Apoptosis ）和程序性细胞死亡（ Programmed Cell Death ）是同一个概念吗？为什么？
首先，PCD是一个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中，某些细胞的死亡是个体发育中一个预定的，并受到严格控制的正常组成部分，而凋亡是一个形态学概念，至于细胞坏死是一种不同于的受到基因控制的细胞死亡形式；其次，PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡（PCD）与细胞凋亡是有很大区别的。PCD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，并受到严格程序控制的正常组成部分，具有高度的可遗传的时序性和空间性。例如蝌蚪变成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞死亡，这些形形色色的在机体发育过程中出现的细胞死亡有一个共同特征：即散在的、逐个地从正常组织中死亡和消失，机体无炎症反应，而且对整个机体的发育是有利和必须的。细胞凋亡（apoptosis）指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
3.试以肿瘤坏死因子 TNFɑ 为例阐述其诱导程序性细胞坏死的过程。
肿瘤坏死因子a (tumor necrosis factor- alpha ,TNFa)是一种具有多效生物学效应的细胞因子。
TNF的生物学效应都是通过细胞表面的2种TNF受体(TNFR)引发,其信号传导通路主要包括
caspase家族介导的细胞凋亡、衔接蛋白TRAF介导的转录因子NFkB和JNK蛋白激酶的活化。
TNFR1和TNFR2的生物学功能不是独立的,许多生物学活性由二者共同完成。
4.请问细胞凋亡一定是 caspase 依赖的吗？为什么？
凋亡包括内源性线粒体细胞色素释放途径和外源性死亡受体途径，而caspase3是最终凋亡执行分子，caspase8是外源性凋亡途径的执行者，caspase9是内源性凋亡途径的执行者，
线粒体通路：即通过线粒体释放凋亡酶激活因子激活 Caspase。线粒体是细胞生命活动控制中心，它不仅是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，而且是细胞凋亡调控中心。此通路由含BH3 结构域的Bcl-2 家族成员(Bid、 Bad、 Bim、 Harikari 、Noxa等)与另外的结合在线粒体外膜面或存在于胞浆的Bcl-2家族成员(Bax亚家族成员Bax，Bak 等) 相互用，导致后者的寡聚并插入线粒体膜，从而引起线粒体膜通透性改变，跨膜电位丢失，释放细胞色素 C (Cytc)和其他蛋白。Cytc 的释放是线粒体凋亡路径的关键步骤。
释放到细胞浆的细胞色素 C在 dATP存在的条件下能与凋亡相关因子 1(Apaf-1)结合，使其形成多聚体，而后通过 Apaf-1 氨基端的 Caspase 募集结构域(caspase recruitment domain ,CARD)募集胞质中的Caspase-9 前体，并促使caspase-9 与其结合形成凋亡小体，被激活的 caspase-9能激活其它的 caspase 如 caspase-3 和 caspase-7 等，从而诱导细胞凋亡。此外，线粒体还释放凋亡诱导因子，如 AIF，参与激活 caspase，促凋亡因子能诱导细胞色素C 释放和凋亡小体的形成。
内质网通路：即由内质网失常引起，而非以细胞膜或线粒体为靶点的凋亡信号触发。内质网是细胞内蛋白质合成的主要场所，同时也是Ca2+的主要储存库。内质网Ca2+平衡的破坏或者内质网蛋白的过量积累是关键步骤，它们会诱导位于内质网膜的Caspase-12 的表达，同时诱导胞质的Caspase-7 转移到内质网表面。Caspase-7 可激活Caspase-12，而激活的 Caspase-12 可进一步剪Caspase-3 从而引发细胞凋亡。
死亡受体通路：由各种外界因素作为细胞凋亡的启动剂，然后通过不同的信号传递系统传递凋亡信号，引起细胞凋亡。死亡受体为一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子受(TNFR)基因超家族。 其胞外部分都含有一富含半胱氨酸的区域 ,胞质区有一由同源氨基酸残基构成的结构，有蛋白水解功能，称“死亡区域”(death domain)。已知的死亡受体有五种，TFR-1 (又称 CD120a 或p55)，Fas(CD95 或Apo1)，DR3(死亡受体 3，又称 Apo3，WSL-1，TRAMP，LARD)，DR4 和DR5(Apo2，TRAIL-R2， TRICK2，KILLER)。
前三种受体相应的配体分别为 TNF，FasL (CD95L)，Apo-3L (DR3L)，后两种均为 Apo-2L (TRAIL)。例如配体 FasL可首先诱导 Fas 三聚体化，三聚化的 Fas 和 FasL 结合后，使三个Fas 分子的死亡结构域相聚成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死亡结构域的蛋白FADD，在细胞膜上形成凋亡诱导复合物，从而激活caspase8，进而引起随后的级联反应，细胞发生凋亡。
5.为什么说线粒体是细胞凋亡过程中的核心细胞器？
在细胞凋亡过程中线粒体跨膜电位的耗散主要是由于线粒体内膜的通透性转变，这是由于生成了动态的由多个蛋白质组成的位于线粒体内膜与外膜接触位点的通透性转变孔道（PT孔道）PT孔道由线粒体各部分的蛋白质与细胞质中蛋白质联合构成。凡是能够专一作用于线粒体诱导PT孔道生成的物质，都能引起细胞凋亡。⑴若将纯化的正常的线粒体与纯化的细胞核在一起保温，并不导致细胞核的变化。但若将诱导生成PT孔道的线粒体与纯化的细胞核一同保温，细胞核即开始凋亡变化。⑵细胞死亡调节蛋白不论是抑制死亡的bcl-2家族还是促进细胞死亡的Bax家族均以线粒体作为靶细胞器。bcl-2蛋白的C端的疏水肽段能插入线粒体外膜。事实上相当量的bcl-2位于线粒体内外膜的接触位点。综上所述，细胞凋亡与线粒体的结构与功能有着密切的关系。如果线粒体有大量PT孔道形成，细胞ATP浓度很快下降，则在致凋亡的蛋白酶被活化前细胞就坏死了。而如果PT孔道的诱导生成是一种比较缓和与持续的状态，在细胞ATP浓度下降前专一的蛋白酶被激活。
6.Bcl-2 家族包括哪几类成员？它们是如何控制线粒体通透性的？
细胞色素C等凋亡前体物质是通过线粒体膜上的膜通透性孔道（permeability transition pore,PT孔）释放到胞浆中，PT孔是位于线粒体内外膜之间的由不同蛋白组成的复合体。该复合体由胞质中的己糖激酶、线粒体外模上的电压依赖性阴离子通道（VDAC）、线粒体膜间隙的肌酸激酶、线粒体内膜上的腺氨酸转运蛋白(ANT)以及基质中的亲环蛋白D(cyclophilin D)组成。PT孔是线粒体内外信息交流的枢纽，外界凋亡刺激因素可导致PT孔的开放，从而直接导致线粒体电化学梯度耗散、细胞色素C等凋亡相关分子的释放。
Bcl-2家族 蛋白对于PT孔的开放和关闭起着关键的调节作用，促凋亡蛋白Bax等可以通过与ANT或VDAC的结合介导PT孔的开放，而抗凋亡类蛋白如Bcl-2、Bcl-xL等则可通过与Bax竞争性地与ANT结合，或者直接阻止Bax与ANT、VDAC的结合来发挥其抗凋亡效应。
BID/Bad/Bak-like因子通过破坏膜电位，影响电压依赖性阴离子通道VDAC和ATP/ADP交换转运蛋白，作用于开放通透性转换孔等通透性通道。
Bax可以在膜上齐聚，形成一个能够运输细胞色素c的通透性通道。