MCAT生物学:肌肉刺激和收缩

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例子问题

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问题#241:猫生物科学

一个人的肌肉细胞细胞内钙含量异常高。医生怀疑他可能有影响他的一个细胞器的遗传缺陷。哪个细胞器可能是导致这种情况的原因?

可能的答案:

核糖体

高尔基体

线粒体

肌浆网

正确答案:

肌浆网

解释

肌浆网是肌肉细胞特有的细胞器,它在肌肉休息时吸收钙。这种钙在刺激时被释放到细胞质中,是收缩的一个组成部分。受影响的个体可能有一个渗漏的肌浆网,允许钙释放到细胞质中,导致细胞内离子水平异常高。

核糖体用于蛋白质合成,与肌肉收缩无关。核也不参与肌肉收缩。高尔基体参与蛋白质的修饰和包装,也不参与肌肉收缩。线粒体负责产生ATP。虽然ATP是收缩过程的重要组成部分,并且线粒体在肌肉细胞中丰富,但线粒体的缺陷不会直接导致细胞内钙的增加。

问题1:肌肉刺激和收缩

下列哪一种蛋白质直接与肌动蛋白上的肌球蛋白结合位点相互作用?

可能的答案:

原肌球蛋白

肌钙蛋白

隐钙素

ATP水解酶

正确答案:

原肌球蛋白

解释

原肌凝蛋白与肌动蛋白交织在一起,在缺乏钙的情况下覆盖肌凝蛋白结合位点。一旦钙进入细胞,它就会与肌钙蛋白相互作用,进而引起原肌凝蛋白的构象变化,导致肌凝蛋白与肌动蛋白相互作用,从而导致肌肉收缩。没有原肌球蛋白,自发的交叉桥可能形成,导致不适当的肌肉收缩,在缺乏动作电位。

问题11:肌肉骨骼系统和肌肉组织

肌肉细胞中用来隔离钙的特殊细胞器是什么?

可能的答案:

肌浆网

连接

肌节

肌纤维膜

正确答案:

肌浆网

解释

肌浆网是肌细胞的特化细胞器,它允许钙被隔离。一旦钙被释放到细胞质中,它就会与肌钙蛋白和原肌凝蛋白相互作用,使肌凝蛋白和肌动蛋白结合并引起收缩。钙必须被隔离,以允许肌凝蛋白-肌动蛋白桥被破坏,并为未来的收缩重置。

肌膜是肌肉细胞膜。t小管渗透肌肉细胞,使刺激动作电位传播到细胞的所有部分。肌节是肌肉细胞的可收缩单位。

问题1:肌肉刺激和收缩

以下哪一种变化不会发生在经历长时间、有力收缩的肌肉上?

可能的答案:

线粒体数量增加

肌瘤数量增加

肌肉细胞增大

肌肉细胞的分裂

正确答案:

肌肉细胞的分裂

解释

记住,肌肉细胞不会进行有丝分裂。相反,肌肉大小的增加是由于肌纤维直径的增加。每条肌纤维中的肌节和线粒体的数量也会随着时间的推移而增加。这种细胞大小的增加,而不是细胞数量的增加,被称为肥大。

问题11:肌肉和肌细胞

钙在肌肉中的作用是什么?

可能的答案:

它把原肌凝蛋白从肌凝蛋白的头部拉出来

它允许原肌凝蛋白从肌动蛋白丝中分离出来

它有助于将肌凝蛋白头部移动到一个高能量的位置

它从肌动蛋白的活性部位释放肌凝蛋白头

正确答案:

它允许原肌凝蛋白从肌动蛋白丝中分离出来

解释

肌钙蛋白和原肌球蛋白附着在肌节的肌动蛋白丝上。这些蛋白的作用是阻断肌动蛋白上的肌球蛋白结合位点,防止不必要的收缩。当钙从肌浆网释放出来时,它会附着在肌钙蛋白上。肌钙蛋白会将原肌凝蛋白从肌动蛋白丝上拉开,这使得肌凝蛋白头附着并引起收缩。

ATP结合肌凝蛋白将其从肌动蛋白结合位点释放并转化为ADP,从而将肌凝蛋白头部调整到高能量位置。

问题21:肌肉骨骼系统和肌肉组织

关于肌钙蛋白在肌肉收缩过程中的作用,下列哪个说法是正确的?

可能的答案:

肌钙蛋白泛素化,一旦肌浆网释放钙离子进入肌节,肌钙蛋白就被降解

肌钙蛋白直接与肌动蛋白结合,覆盖肌凝蛋白的结合位点

肌钙蛋白结合钙离子并移动原肌凝蛋白以暴露肌动蛋白上的肌凝蛋白结合位点

肌钙蛋白在钙离子存在时直接与肌凝蛋白结合

正确答案:

肌钙蛋白结合钙离子并移动原肌凝蛋白以暴露肌动蛋白上的肌凝蛋白结合位点

解释

肌肉收缩受到严格的调控。原肌凝蛋白结合肌动蛋白丝并覆盖肌凝蛋白结合位点。肌钙蛋白与原肌凝蛋白相互作用。当受到钙的刺激时,肌钙蛋白发生构象变化,使原肌凝蛋白移动,并暴露肌动蛋白上的肌凝蛋白结合位点。当结合位点暴露时,肌凝蛋白可以与肌动蛋白结合,肌肉收缩。肌钙蛋白不直接与肌凝蛋白或肌动蛋白结合,也不会泛素化和降解。

211题:系统生物学和组织类型

一名研究人员发现了一种收缩细胞的突变株,在生理条件下不会收缩;然而,当钙浓度高于生理水平时,细胞收缩。以下哪一种突变可能是导致这种表型的原因?

可能的答案:

肌钙蛋白的一种突变的钙结合区域,降低对钙离子的亲和力

原肌凝蛋白的一种突变的钙结合域,它降低了对钙的亲和力

原肌凝蛋白的一种突变的钙结合域,增加对钙的亲和力

肌钙蛋白的一种突变的钙结合区域,增加对钙离子的亲和力

正确答案:

肌钙蛋白的一种突变的钙结合区域,降低对钙离子的亲和力

解释

肌肉收缩是通过阻断肌动蛋白的肌球蛋白结合位点,并在收缩发生时选择性地暴露它们来调节的。原肌凝蛋白结合肌动蛋白纤维并招募肌钙蛋白来执行这种阻断功能。肌钙蛋白会结合钙离子,改变构象,将原肌凝蛋白移出肌凝蛋白结合位点,从而使肌凝蛋白发生收缩。问题中描述的最可能的突变是导致肌钙蛋白对钙的亲和力降低,从而在正常生理浓度下不允许肌球蛋白结合位点暴露。

问题23:肌肉和肌细胞

肌肉痉挛是由于肌肉长时间收缩引起的。长时间的肌肉收缩是因为肌凝蛋白头不能与肌动蛋白丝分离。肌肉痉挛最可能的原因是什么?

可能的答案:

耗尽钠储存

钙储备不足

肌肉microtears

耗尽ATP储存

正确答案:

耗尽ATP储存

解释

问题指出,肌肉痉挛的发生是因为肌凝蛋白头仍然附着在肌动蛋白的活性部位;因此,你正在寻找一种分子,它负责将肌凝蛋白头部从肌动蛋白中分离出来。回想一下,ATP与肌凝蛋白头的结合将肌凝蛋白头从肌动蛋白结合位点释放出来。这使得原肌球蛋白重新附着在肌动蛋白上,使肌肉放松。与肌凝蛋白头结合的ATP解离成ADP和无机磷酸盐,使肌凝蛋白头进入高能状态,为另一次收缩性卒中做准备。一旦原肌凝蛋白再次从肌动蛋白丝中释放出来,肌凝蛋白头部上的ADP和无机磷酸盐被释放,肌凝蛋白头部附着在肌动蛋白上,循环继续。

钙对于肌肉收缩是必不可少的,因为它允许原肌凝蛋白从肌动蛋白结合位点移除。然而,钙的消耗会导致肌动蛋白位点被阻塞,阻止收缩的发生(与肌肉痉挛的持续收缩相反)。钠的耗尽可能导致神经肌肉连接处的动作电位减少。这也会抑制肌肉收缩,而不是维持它。肌肉微撕裂可以在运动中发生,但与肌肉痉挛无关。

问题24:肌肉和肌细胞

下面哪个是真正的肌钙蛋白和原肌凝蛋白?

可能的答案:

两者都由脂肪酸组成,在肌肉收缩中起着重要作用

ATP与肌钙蛋白结合,从肌凝蛋白头部释放原肌凝蛋白

原肌凝蛋白与肌动蛋白结合并阻止肌凝蛋白头与肌动蛋白结合

肌钙蛋白与肌凝蛋白结合原肌凝蛋白与肌动蛋白结合

正确答案:

原肌凝蛋白与肌动蛋白结合并阻止肌凝蛋白头与肌动蛋白结合

解释

肌钙蛋白和原肌球蛋白都是在肌肉收缩中起重要作用的蛋白质。因为它们是蛋白质,肌钙蛋白和原肌球蛋白是由氨基酸组成的。回想一下,脂肪酸构成了脂质,而不是蛋白质。

在典型的肌肉收缩过程中,原肌凝蛋白与肌动蛋白结合。这阻断了肌凝蛋白头与肌动蛋白的结合,防止肌肉收缩。当钙离子从肌浆网释放出来时,肌钙蛋白与肌动蛋白相互作用并去除原肌凝蛋白。这两种蛋白质都不直接与肌凝蛋白相互作用。原肌球蛋白是非常重要的,因为它可以防止长时间的肌肉收缩,这可能导致一些肌肉疾病。

ATP在肌肉收缩中起着重要作用;然而,它从不与原肌凝蛋白相互作用。ATP对于将肌凝蛋白头部从肌动蛋白的活性部位移除是很重要的。在ATP结合后,肌凝蛋白头部与肌动蛋白分离,这使得原肌凝蛋白重新附着在肌动蛋白的活性位点上。没有ATP,肌凝蛋白头部就不能与肌动蛋白分离,从而导致肌肉收缩时间延长。人死后停止产生ATP;因此,收缩的肌肉不能放松,随后出现尸僵。

问题21:肌肉和肌细胞

试验显示,某病人的肌浆网钙储备已耗尽。下列哪一项是这种异常的直接后果?

可能的答案:

原肌凝蛋白不能将肌钙蛋白从肌凝蛋白的活性部位移除

肌钙蛋白不能将原肌凝蛋白从肌动蛋白的活性位点移除

肌钙蛋白不能将原肌凝蛋白从肌凝蛋白的活性部位移除

原肌凝蛋白不能将肌钙蛋白从肌动蛋白的活性部位移除

正确答案:

肌钙蛋白不能将原肌凝蛋白从肌动蛋白的活性位点移除

解释

在典型的肌肉细胞中,原肌凝蛋白与肌动蛋白的活性位点结合。这可以防止肌肉收缩,因为肌凝蛋白头不能与肌动蛋白活性部位结合。当肌浆网释放钙离子进入肌细胞的细胞质时,肌肉收缩开始。钙离子结合并激活肌钙蛋白。活化的肌钙蛋白分子随后将原肌凝蛋白从肌动蛋白的活性位点移除。这使得肌肉收缩发生,因为肌凝蛋白头现在可以与肌动蛋白的活性部位结合,并启动一个缩短肌节的力量搏动。

肌浆网中钙离子耗尽的个体不会激活肌钙蛋白,因此肌肉张力和力量会降低。

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