胞器那样具有双分子层膜。试描述这种单分子层膜的形态，解释它比双层膜稳定的原因。 磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的具有双重极性的分子。一端是极性的(亲水性的)“头”部，一端是非极性(疏水的)“尾”部。在双层膜组成的细胞器中，细胞器内外均为极性溶液，两层膜的亲水的“头”部分别向着细胞质和细胞器内的极性溶液，疏水的“尾”端则背离水相而相对排列，从而形成相对稳定的状态。而在植物种子细胞里的脂肪颗粒中的油脂为非极性溶液，单层磷脂膜的磷脂分子疏水的“尾”端向着内侧脂肪分子排列，而磷脂分子亲水的“头”向着外侧排列，暴露于细胞质的极性溶液中，从而形成了比较稳定的结构。 3．构成膜的蛋白质与磷脂双分子层的相互关系怎样?镶嵌在磷脂分子个的蛋白质有哪些结构特点和功能?
细胞膜主要由脂类和蛋内质组成，此外还含有少量糖类。脂类构成了细胞膜的基本结构——脂质双层，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面，完成膜的主要功能。膜蛋白分布呈不对称性，有的镶在膜表面，称为外在膜蛋内；有的嵌入或横跨脂双分子层，称内在膜蛋白；蛋白质分子在膜内外两层分布位置和数量有很大差异，膜内、外侧面伸出的氨基酸残基的种类和数目也有很大差异。另外，糖脂与糖蛋白上的糖基一般只分布于膜的非细胞质侧，多糖链往往具有分叉，它们对于接受和识别外来受体或信号起重要作用。 膜蛋白的主要作用有：①为运转蛋白，起物质运输作用，输送无机或有机分子跨膜进入膜的另一侧；②作为酶，催化发生在膜表面的重要代谢反应；③作为细胞表面受体或天线蛋白，敏感地接收膜表面的化学信息；④作为细胞表面的标志，被其他细胞所识别；⑤作为细胞表面的附着连接蛋白．与其他细胞相互结合；⑥作为锚蛋白，起固定细胞骨架的作用。 4．试从生命特征的不同方面说明细胞是生命的基本单位。 从生命的层次上看，细胞是具有完整生命力的最简单的物质集合形式；细胞是生物体进行新陈代谢的功能体系，作为一个外放系统，细胞不断与环境交换着物质与能量；细胞是生物体生长发育的基础，尽管数目众多的各种细脑形态和功能各个相同，它们都是由同一个受精卵分裂和分化而来的；细胞还是生物繁殖和遗传的基础，因为生物的繁殖与遗传离不开细胞分裂；不同组织细胞在信息传递过程中表现出分工合作的相互关系，各种精细的分工和巧妙的配合使复杂多细胞生物的各种代谢活动有序地进行。
5．举例说明细胞中膜的重要性和各项功能。为什么说生物膜系统是最重要的物质和能量代谢场所？
生物膜的重要性表现在以下几个方面：
(1)界膜和区室化：胞膜最重要的作用就是勾划了细胞的边界，并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。
(2)信息处理：常用质膜中的受体蛋白从环境中接收化学和电信号。细胞质膜中具有各种不 同的受体，能够识别并结合特异的配体，产生一种新的信号激活或抑制细胞内的某些反应。如细胞通过质膜受体接收的信号决定对糖原的合成或分解。膜受体接收的某些信号则与细胞分裂有关。
(3)能量转化：细胞膜的另一个重要功能是参与细胞的能量转换。例如叶绿体利用类囊体膜 上的结合蛋白进行光能的捕获和转换．最后将光能转换成化学能贮存在糖类中。同样，膜也能够将化学能转换成可以直接利用的高能化合物ATP，这是线粒体的主要功能。 (4)调节运输：膜为两侧的分子交换提供了一个屏障，—方面可以让某些物质“自由通透”．另 一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。
(5)功能区室化：细胞膜的另一个重要的功能就是通过形成膜结合细胞器，使细胞内的功能区室化。例如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合细胞器的基本功能是参与蛋白质的合成、加工和运输；而溶酶体的功能是起消化作用，与分解相关的酶主要集中在溶酶体。又如线粒体的内膜主要功能是进行氧化磷酸化，与该功能有关的两种蛋白复合体集中排列在线粒体内
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膜上。另一个细胞器叶绿体的类囊体是光合作用的光反应场所．所以其类囊体膜中聚集着与光能捕获、电子传递和光合磷酸化相关的功能蛋白和酶。 (6)参与细胞间的相互作用：在多细胞的生物中，细胞通过质膜进行多种细胞间的相互作用，包括细胞识别、细胞粘着、细胞连接等。如动物细胞可以通过间隙连接，植物细胞则可以通过胞生物膜的这些基本功能也是生命活动的基本特征，没有膜的这些功能，细胞不能形成，细胞的生命活动就会停止。
6.请用草图表示，由构成染色质的长链DNA分子经过紧密缠绕、折叠、凝缩、并与蛋白质结合形成了染色体，同时表示出染色体上的特征结构名称。
7.有丝分裂和减数分裂的共同点和差别是什么？ 共同点是两者都进行一次染色体复制。 不同点是：
有丝分裂
发生在所有正在生长的组织中，从合子阶段开始，继续到个体的整个生活周期，无联会，无交叉和互换；每个周期产生两个子细胞，产物的遗传成分相同，子细胞的染色体数与 母细胞相同。 减数分裂
只发生在有性繁殖组织中，高等生物限于成熟个体；许多藻类和真菌发生在合子阶段；由联会，可以在有基因交叉和互换；后期Ⅰ是同源染色体分离的减数分裂；后期Ⅱ是姐妹染色单体分离的均等分裂；产生4个细胞产物（配子或孢子），产物的遗传成分不同，是父本和母本染色体的不同组合，为母细胞的一半。 8.列举出你所知道的细胞器和它们各自的功能。
核糖体（ribosme)：由rRNA和蛋白质组成的粒状小体细胞器，常散在于细胞质中(游离核糖体)或附着于内质网上，由大小两个亚基构成，是蛋白质合成的场所，大小亚基结合成完整的核糖体行使翻译功能。 线粒体（mitochondria）：细胞中重要而独特的细胞器，是呼吸作用进行的主要场所；在线粒体中，通过Krebs循环和氧化磷酸化作用将营养物质氧化分解，并进一步将分解获得的能量转化为化学能贮存在ATP中，供给生物生命活动之用，因此线粒体被称为生物体的“动力工厂”。
溶酶体（lysosome)：溶酶体是由单层膜包围成的小球体细胞器，内含多种水解酶；具有吞噬外来异物并将其分解的异溶作用和对细胞内衰老、死亡细胞器进行消化处理的自溶作用。
高尔基体（Golgi apparatus)：高尔基体是内质网合成产物和细胞分泌物的加工和包装的场所。最后形成分泌泡将分泌物排出。新合成的蛋白质在被运送到高尔基体后，由于糠类或其他辅基的加入而使其发生了变化。随后这些产物在高尔基体盘的边缘被包装于小泡，这
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些小泡又以出芽的方式脱离高尔基体盘的边缘，释放入细胞质。高尔基体是由细胞内其他膜系转变而来的。 质体（plastid）：是植物细胞的细胞器，包括白色体和有色体。植物根或茎细胞中的白色体含有淀粉、油类或蛋白质。植物色彩丰富的花或果实的细胞具有有色体，有色体内含有各种色素。叶绿体是一类最重要的有色体。
微管（microtubule)：是细胞骨架的主要成分之一，其主要化学成分为微管蛋白，许多微管蛋白分子排列成原丝，13条原丝围成的中空管即为微管；其主要功能包括保持细胞形状、纤毛和鞭毛的运动、原生质与染色体运动、胞内运输等。 微丝（microfilament）：指细胞内直径5-9nm，长短不一、散布、成束或交织成网的蛋白质纤维。是细胞骨架的主要成分之一，其主链蛋白由肌动蛋白组成。 中心粒（centriole）：为圆筒状小体，通常成对存在，由9组三联微管排列而成，与细胞分裂时纺锤体的形成密切相关，一般由两个相互垂直的中心粒构成中心体。 9.为什么在膜的双分子层中，脂肪酸碳原子间的双键越多，膜的流动性就越大？
膜的流动性是指脂分子的侧向运动，主要是由脂分子中脂肪酸碳链的长短和不饱和程度决定的。碳链越短，不饱和键越多，膜脂的流动性越大。相同碳链长度的脂肪酸，不饱和键越多熔点越低，因此膜的流动性越大。
10．物质的跨膜运输分为被动运输和主动运输，其主要差别是什么? 主动运输是指由细胞供给能量，将某种物质分子从膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。自由扩散和协助扩散都属于被动运输，其特点是物质分子进行顺浓度梯度的移动，所需要的能量自高浓度溶液本身所包含的位能，不需要另外供给能量。 11．请以酵母细胞为例，简单介绍细胞周期控制的机制。
在酵母菌细胞进入G1期到达G1期检验点时，该检验点通过比较细胞质体积与基因组的大小，决定是否让新合成的G1周期蛋白与Cdk结合，激活称为启动点激酶（start kinase）的二聚体引擎分子。即在G1期，随着细胞的生长，细胞的体积增大到一定程度而其DNA总量仍保持稳定，G1周期蛋白便与Cdk结合，激活启动点激酶，使周期性细胞通过G1检验点进入S期，DNA的复制便开始启动，G1周期蛋白接着便解离和自我降解。但是，如果G1检验点检查该周期性细胞不具备进入S期的条件，这时这些细胞便进入G0期。
完成了DNA复制后进入G2期的细胞首先开始逐渐积累M周期蛋白，该周期蛋白与Cdk结合形成称之为有丝分裂促进因子（mitosis-protomoting factory，MPF）的二聚体。最初，MPF在其磷酸化之前并没有活性。当非常少量的MPF被磷酸化以后，它们具有正向反馈调节作用，即少量磷酸化的MPF反过来可以增强催化MPF磷酸化的酶活性，促进细胞内被激活的MPF浓度急剧增加，最终导致细胞通过G2检验点的检查，进入M期，有丝分裂过程开始启动。
细胞进入M期以后，MPF可进一步催化核小体组蛋白H1磷酸化，再使核纤层蛋白和微管结合蛋白磷酸化，促使核纤层结构解体，从而促进纺锤体组装及染色单体的分离，保证一系列有丝分裂的正常进行。
M期的时间长短取决于活性MPF浓度变化，因为MPF本身会使二聚体上的周期蛋白自我降解。虽然Cdk的浓度始终不变，但新合成的M周期蛋白降解后，活性MPF浓度减少到一定程度，M期结束，有丝分裂过程完成，细胞有开始下一次以G1期为起点的周期循环。
第四章
1 生物代谢的本质是什么?
生物代谢就是发生在生物体内的由酶控制的全部化学反应和能量的转化过程。 2．请从热力学原理出发，讨论为什么生命活动需要不断地输入能量。 热力学第一定律告诉我们能量是守恒的，生命体自身不能产生能量，所有的能量来源与
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外部的输入。而根据热力学第二定律的描述宇宙或系统的各种过程总是向着熵增大的方向进行。事实上，生命一直与热力学第二定律．即与自发过程作着斗争。对于细胞和生命体而言，需要不断的输入能量，否则系统的有序化的程度就要下降。熵不断增加的结果就是细胞或者生命体的死亡。
3．放能反应与吸能反应有什么区别?哪一种反应能够自发进行?为什么?
在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能，这个反应便趋于自发进行。自发反应可释放自由能，称为放能反应。相反，另一些反应需要从外界输人自由能才能进行，称为吸能反应。
热力学第二定律指出，系统的各种过程总是向着熵值增大的方向进行。放能反应能够使细胞内熵增大，所以会自发的进行。
4．什么叫活化能?为什么酶具有高的催化效率? 酶是一种生物催化剂。它与普通催化剂一样，是通过降低反应所需的活化能促进细胞代谢的生化反应的，但是酶比普通催化剂有更高的催化效率，这是由酶分子的特殊结构所决定的。影响酶高催化效率的有关因素有：邻近定向效应、底物的变形与诱导契合、共价催化、酸碱催化金属离子催化和活性部位微环境。
5．根据酶的特性和催化原理说明蛋白质空间结构对于功能的重要性。
酶的高效性、专一性等特点均与酶的空间结构有关。在一定的构象下，酶才能形成底物结合部位和催化反应的活性中心，使酶与底物专一性结合，并在反应活性中心降低反应活化能，使反应更易进行。如果失去空间结构，酶将失去催化活性，因此一定的空间结构是蛋白质执行其生理功能所必需的。
6．为什么说细胞呼吸与汽油的燃烧在本质上是—样的? 细胞呼吸和汽油燃烧都是一种氧化反应，在能量本质上是相同的，只是底物的种类不同。可以用一个通式来表达这两种反应：有机化合物+O2→CO2+能量 7．简述细胞呼吸各阶段化学反应反其发生的部位。
有氧细胞呼吸的化学过程大致可以分成以下几个阶段：
第一阶段为糖酵解。将一分子葡萄糖分解成两分子丙酮酸。反应发生在线粒体外的细胞质中。
第二阶段为丙酮酸氧化。丙酮酸氧化为乙酰辅酶A，并释放一分子C02。反应在线粒体中进行。
第三阶段为三羧酸(Krebs)循环。将乙酰辅酶A氧化为CO2并产生NADH、FADH2和GTP。反应发生在线粒体的基质中。
第四阶段是电于链传递的氧化磷酸化。将NADH、FADH 2的还原型电子传递给氧，并产生ATP。反应在线粒体内膜上进行。
8．将叶绿体置于pH为4的酸性溶液里，直到基质的pH也达到4．然后将叶绿体取出，再置于pH为8的溶液里，这时发现叶绿体开始合成ATP。请解释上述实验现象。 由于叶绿体的基质pH值为4而外界溶液的pH值为8，造成叫绿体内外的质子浓度差．即跨膜的氢离子梯度，而这一浓度梯度导致质子顺浓度梯度从叫绿体内经ATP合成酶出到外界溶液中，这个过程中所释放的能量使ADP与磷酸结合生成ATP。
9．请设计一个实验来证明，光合作用中产生的O2来源于H20，而非来源于CO2。
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用O同位素示踪实验。(参见教材①用O同位素标记水中的O元素，检测到光合作用
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产物O2中含有O，②用O同位素标记CO2中的O元素，检测光合作用产物中的O 2，未发现18
O。则可证明光合作用中的O2来源于H2O。
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