翟中和细胞生物学笔记_全_(整理打印版)
第一章绪论
生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。
细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。
细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势。
“细胞学说”的基本内容
认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；
每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；
新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。
学习细胞生物学的注意点
?抽象思维与动态观点
?结构与功能统一的观点
?同一性(unity)和多样性(diversity)的问题
?细胞生物学的主要内容：基本概念与实验证据；细胞器的动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等?实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow//Howweknow.
细胞是生命活动的基本单位
一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位
细胞是有机体生长与发育的基础
细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性
没有细胞就没有完整的生命细胞概念的一些新思考
细胞是多层次非线性的复杂结构体系
细胞具有高度复杂性和组织性
细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体 细胞完成各种化学反应；
细胞需要和利用能量；
细胞参与大量机械活动；
细胞对刺激作出反应；
细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。
细胞能进行自我调控；
繁殖和传留后代；细胞的基本共性
所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。
所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。
作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。
所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种观
生物大分子→病毒→细胞病毒
生物大分子细胞
生物大分子→细胞→病毒
原核细胞
基本特点：
遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。
主要代表：
支原体（mycoplast）——目前发现的最小最简单的细胞； 细菌
蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）
真核细胞
原核细胞与真核细胞的比较
真核细胞的基本结构体系
以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；
以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统
由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。
原核细胞与真核细胞的比较
原核细胞与真核细胞基本特征的比较
原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较
植物细胞与动物细胞的比较
植物细胞与动物细胞的比较
细胞壁
液泡
叶绿体
古细菌
古细菌（archaebacteria）与真核细胞曾在进化上有过共同历程
主要证据
（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。
（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细胞的基因组中存在内含子。
（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。
（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（70～84）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。
（5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。
除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加
强。
第三章细胞生物学研究方法
如何学习细胞生物学？
?抽象思维与动态观点
?结构与功能统一的观点
?同一性(unity)和多样性(diversity)的问题
?细胞生物学的主要内容：
结构与功能（动态特征）；
细胞的生命活动；
?实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow//Howweknow.
第三章细胞生物学研究方法
细胞形态结构的观察方法
细胞组分的分析方法
细胞培养、细胞工程与显微操作技术
第一节细胞形态结构的观察方法
光学显微镜技术（lightmicroscopy）
电子显微镜技术(Electromicroscopy)
扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope）
扫描遂道显微镜(scanningtunnelingmicroscope)
第二节细胞组分的分析方法
离心分离技术
细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法
特异蛋白抗原的定位与定性
细胞内特异核酸的定位与定性
放射自显影技术
定量细胞化学分析技术
第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术
细胞的培养
细胞工程
一、光学显微镜技术（lightmicroscopy)
普通复式光学显微镜技术
荧光显微镜技术（FluorescenceMicroscopy）
激光共焦扫描显微镜技术（LaserConfocalMicroscopy） 相差显微镜（phase-contrastmicroscope）
微分干涉显微镜（differentialinterferencecontrastmicroscope,DIC） 录像增差显微镜技术（video-enhancemicroscopy）二、电子显微镜技术
电子显微镜的基本知识
电镜与光镜的比较
电镜与光镜光路图比较
电子显微镜的基本构造
主要电镜制样技术
负染色技术
冰冻蚀刻技术
超薄切片技术
电镜三维重构技术
扫描电镜（Scanningelectronmicroscope，SEM）
三、扫描遂道显微镜 ScanningProbeMicroscope,SPM
(80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器)
包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等
原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此间相互作用力，如
量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等，
并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电特性或磁特性等。
装置：扫描的压电陶瓷，逼近装置，电子学反馈控制系统和数据采集、处理、显示系统。
特点：（1）可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高。
（侧分辨率为0.1～0.2nm，纵分辨率可达0.01nm）；
（2）可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息；（3）可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量。
（4）可连续成像，进行动态观察
用途：纳米生物学研究领域中的重要工具,在原子水平上揭示样本表面的结构。
普通复式光学显微镜技术
光镜样本制作
分辨率是指区分开两个质点间的最小距离
荧光显微镜技术（FluorescenceMicroscopy）
原理与应用
直接荧光标记技术
间接免疫荧光标记技术
在光镜水平用于特异蛋白质
等生物大分子的定性定位：
如绿色荧光蛋白(GFP)的应用
激光共焦扫描显微镜技术（LaserScanningConfocalMicroscopy）
原理
应用：排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率(1.4—1.7)，可重构样品的三维结构。
相差显微镜（phase-contrastmicroscope）将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞
微分干涉显微镜（differential-interferencemicroscope）偏振光经合成后，使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的细胞器 录像增差显微镜技术（video-enhancemicroscopy）计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动
电镜与光镜的比较
主要电镜制样技术
超薄切片技术用于电镜观察的样本制备示意图
负染色技术（Negativestaining）与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构
冰冻蚀刻技术（Freezeetching）（技术示意图）冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。
快速冷冻深度蚀刻技术（quickfreezedeepetching）
电镜三维重构技术
电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。
电镜三维重构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前结构生物学（StructuralBiology）——主要研究生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。扫描电镜
原理与应用：
电子“探针”扫描，激发样品表面放出二次电子，探测器收集二次电子成象。
CO2临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力问题
一、离心分离技术
用途：于分离细胞器与生物大分子及其复合物
差速离心：分离密度不同的细胞组分
密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离
二、细胞内核酸、蛋白质、
酶、糖与脂类等的显示方法
原理：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。FeulgenStaining 三、特异蛋白抗原的定位与定性
免疫酶标技术
免疫胶体金 免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限（图）
蛋白电泳(SDS-PAGE)与免疫印迹反应(Western-Blot)
免疫电镜技术：
免疫铁蛋白技术技术
应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等
四、细胞内特异核酸的定位与定性
光镜水平的原位杂交技术
（同位素标记或荧光素标记的探针）
电镜水平的原位杂交技术（生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合）
PCR技术
五、放射自显影技术
原理及应用：
利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；
实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。
步骤：
前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）———放射自显影
六．定量细胞化学分析技术
细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry）
利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质(如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括：紫外光显微分光光度测定法可见光显微分光光度测定法
流式细胞仪（FlowCytometry）
主要应用：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。
第四章细胞质膜与细胞表面
细胞质膜与细胞表面特化结构
细胞连接
细胞外被与细胞外基质
第一节细胞质膜与细胞表面特化结构
细胞质膜(plasmamembrane),又称细胞膜(cellmembrane)。
细胞内膜(intracellularmembrane);生物膜(biomembrane)一、胞质膜的结构模型
结构模型
◆E.Gorter和F．Grendel（1925）:
“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型
◆J.D.Robertson（1959年）：
单位膜模型(unitmembranemodel)
◆S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：
生物膜的流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)
◆K.Simonsetal(1997):脂筏模型（lipidraftsmodel）FunctionalraftsinCellmembranes.Nature387:569-572
生物膜结构
◆磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,
尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；
◆蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者；
◆生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。“Centraldogma”ofmembranebiology
膜的流动性
?膜脂的流动性
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。温度对膜脂的运动有明显的影响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。
?膜蛋白的流动
荧光抗体免疫标记实验
成斑现象(patching)或成帽现象(capping)
?膜的流动性受多种因素影响；细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是影响膜流动性的重要因素
膜的不对称性
?细胞质膜各部分的名称
?膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础
?膜蛋白与糖蛋白的不对称性
膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面
(GO+3HBH4labeling)；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。
二、膜脂——生物膜的基本组成成分
成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
膜脂的４种热运动方式
脂质体（liposome）
膜脂成分
◆磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）
?分为二类:甘油磷脂和鞘磷脂
?主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）；②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸)；
◆糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖脂含量较高；
◆胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。
运动方式
◆沿膜平面的侧向运动（基本运动方式）,其扩散系数为
10-8cm2/s；
◆脂分子围绕轴心的自旋运动；
◆脂分子尾部的摆动；
◆双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10－10。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。
脂质体（liposome）脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。
◆脂质体的类型。
◆脂质体的应用
脂质体的应用
?研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；
?脂质体中裹入DNA可用于基因转移；
?在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体
三、膜蛋白
基本类型
内在膜蛋白与膜脂结合的方式
外在膜蛋白与膜脂结合的方式
去垢剂(detergent)
◆外在(外周)膜蛋白
(extrinsic/peripheralmembraneproteins)；
?水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分
子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。
◆内在（整合）膜蛋白
(intrinsic/integralmembraneproteins)。
?水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离。
◆脂质锚定蛋白（lipid-anchoredproteins)
?通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。
◆膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。
◆跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。
◆某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂
双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
◆去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。
◆离子型去垢剂(SDS)和非离子型去垢剂（TritonX-100）四、确定膜蛋白方向的实验程序
胰酶消化法
同位素标记法
五、光脱色恢复技术(fluorescencerecoveryafterphotobleaching,FRAP)
研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。
程序：根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。
◆膜的流动性：生物膜的基本特征之一,
细胞进行生命活动的必要条件。
◆膜的不对称性
◆膜的分相现象。
七、细胞质膜的功能
为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;
选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢
产物的排除,其中伴随着能量的传递;
提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;
为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;
介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;
质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
八、膜骨架与细胞表面的特化结构
细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互联系,协同作用,并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。 膜骨架：指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。
红细胞的生物学特性
◆膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。
一、细胞连接的功能分类
1封闭连接
紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间
紧密连接的功能
◆形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；
◆隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；
◆支持功能
紧密连接嵴线中的两类蛋白：
◆封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；
◆claudin蛋白家族（现已发现15种以上）
2锚定连接
锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富
锚定连接的类型、结构与功能
◆与中间纤维相连的锚定连接
?桥粒:铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。
?半桥粒:半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上,在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。
◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接
?粘合带：
?粘着斑:细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。
锚定连接的结构组成
●通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。锚定连接具有两种不同形式:
◆与中间纤维相连的锚定连接主要包括桥粒和半桥粒；
◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑。
●构成锚定连接的蛋白可分成两类:
◆细胞内附着蛋白(attachmentproteins),将特定的细胞骨架成分(中间纤维或微丝)同连接复合体结合在一起(desmoplakin)
◆跨膜连接的糖蛋白,其细胞内的部分与附着蛋白相连,细胞外的部分与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。(desmoglein,desmocollin)
3通讯连接
间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。
神经细胞间的化学突触
◆存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经冲动。
胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络。
◆胞间连丝结构
◆胞间连丝的功能
间隙连接
◆间隙连接结构
◆间隙连接的蛋白成分
◆间隙连接的功能及其调节机制
◆间隙连接的通透性是可以调节的
间隙连接结构
?间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2～3nm。
?连接子(connexon)是间隙连接的基本单位。
每个连接子由6个connexin分子组成。
连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道。
?连接单位由两个连接子对接构成。
间隙连接的蛋白成分
?已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量26—60KD不等；
?连接子蛋白具有4个α-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域。
?连接子蛋白的一级结构都比较保守,并有相似的抗原性。
?不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，间隙连接的孔径与调控机制有所不同。间隙连接的功能及其调节机制
?间隙连接在代谢偶联中的作用
间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过,是细胞间代谢偶联的基础
代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实
代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用.
?间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用
电突触(electronicjunction)快速实现细胞间信号通讯
间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为
?间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用
胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路,从而为某一特定细胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化。 肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似“肿瘤抑制因子”。
间隙连接的通透性是可以调节的
?降低胞质中的pH值和提高自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低
?间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调
控及细胞外化学信号的调控
胞间连丝
◆胞间连丝结构
相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构
◆胞间连丝的功能
?实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运；
?实现细胞间的电传导；
?在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节
植物细胞间的物质运输。
五、细胞表面的粘连分子
同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的。
粘连分子的特征与类型
◆粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连；
◆多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。
◆粘连分子类型及细胞间粘着方式
类型
钙粘素（Cadherins）
选择素（Selectin）
免疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily，IgSF)
整合素（Integrins）
质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。
Cadherins：
属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，介导依赖Ca2+的细胞粘着和从ECM到细胞质传递信号。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。（30多个成员的糖蛋白家族）
E-Cadherins(epithelial),
N-Cadherins(neural)，
P-Cadherins(placental)，
桥粒钙粘素。
Selectin：
属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识
别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有凝
集素样结构域(lectin-likedomain)。
主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。
P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和L(Leukocyte)选择素。
Ig-Superfamily，IgSF：
分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。介导同亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着,但其粘着作用不
依赖Ca2+，其中N-CAMs在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。
粘着方式
细胞中主要的粘连分子家族
与细胞锚定连接相关的粘连分子
非锚定连接（nonjunctionaladhesion）的细胞粘连分子及其作用部位
与细胞锚定连接相关的粘连分子
第三节细胞外被与细胞外基质
基本概念
胶原(collagen)
氨基聚糖和蛋白聚糖
层粘连蛋白和纤粘连蛋白
弹性蛋白(elastin)
植物细胞壁
一、基本概念
细胞外被(cellcoat)又称糖萼(glycocalyx)
细胞外基质(extracellularmatrix)
真核细胞的细胞外结构（extracellularstructures）
二、胶原(collagen)
胶原是胞外基质最基本结构成份之一，动物体内含量最丰富的蛋白（总量的30％以上）。
三、氨基聚糖和蛋白聚糖
氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAGs)
蛋白聚糖(proteoglycan)
四、层粘连蛋白和纤粘连蛋白
层粘连蛋白(laminin)
纤粘连蛋白(fibronectin)
五、弹性蛋白(elastin)
◆弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉管壁及肺。
◆弹性纤维与胶原纤维共同存在,分别赋予组织以弹性及抗
张性。
◆弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具有两个明显的特征:
?构象呈无规则卷曲状态;
?通过Lys残基相互交连成网状结构。
六、植物细胞壁
植物细胞壁的组成
植物细胞壁的功能
◆增加细胞强度，提供支持功能；
◆信息储存库的功能：产生多种寡糖素作为信号物质，或抵抗病、虫害，或作为细胞生长和发育的信号物质。细胞外基质(extracellularmatrix)
◆结构组成：指分布于细胞外空间,由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构
◆主要功能：
?构成支持细胞的框架，负责组织的构建；
?胞外基质三维结构及成份的变化,改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。
?胞外基质的信号功能
细胞外被(cellcoat)又称糖萼(glycocalyx)
◆结构组成：
指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。
◆功能：不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重要作用。
真核细胞的细胞外结构（extracellularstructures）
常见的胶原类型及其在组织中的分布
◆胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白；
◆Ⅰ～Ⅲ型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构；但并非所有胶原都形成纤维；
?Ⅰ型胶原纤维束,主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中,具有很强的抗张强度;
?Ⅱ型胶原主要存在于软骨中;
?Ⅲ型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于伸展性的组织,如疏松结缔组织;
?Ⅳ型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及支架。胶原及其分子结构
◆胶原纤维的基本结构单位是原胶原；
◆原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；
◆原胶原肽链具有Gly-x-y重复序列，对胶原纤维的高级结构的形成是重要的；
◆在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈1/4交替平行排列,形成周期性横纹。
胶原的合成与加工
◆前体 肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原
(preprocollagen)；
?前原胶原(preprocollagen)是原胶原的前体和分泌形式，?在粗面内质网合成、加工与组装，经高尔基体分泌；
◆前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶
作用,分别切去N-末端前肽及C-末端前肽,成为原胶原（procollagen）；
◆原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（collagenfibril）和胶原纤维（collagenfiber）。
胶原的功能
◆胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最大,构成细胞外基质的骨架结构,细胞外基质中的其它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体
◆在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适应特定功能的需要；
◆胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号传递的调控网络中。
氨基聚糖
◆氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖
?二糖单位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)+糖醛酸;
?氨基聚糖:透明质酸、4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。
◆透明质酸(hyaluronicacid)及其生物学功能
?透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成分,也是蛋白聚糖的主要结构组分
?透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用
?透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化
蛋白聚糖
◆蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面◆蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(coreprotein)的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子
◆若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体
◆蛋白聚糖的特性与功能
?显著特点是多态性：不同的核心蛋白,不同的氨基聚糖；
?软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,赋予软骨以凝胶样特性和抗变形能力；
?蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多种生长因子结合，完成信号的传导。
层粘连蛋白(laminin)
◆层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一；
◆层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成
?细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；
?层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：
与Ⅳ型胶原的结合部位；
与细胞质膜上的整合素结合的
Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。
◆层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；
层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。
纤粘连蛋白(fibronectin)
◆纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）
◆纤粘连蛋白分型：
◆纤粘连蛋白的主要功能：
?介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨架的组织,促进细胞铺展；
?在胚胎发生过程中,纤粘连蛋白对于许多类型细胞的迁移和分化是必须的；
?在创伤修复中,纤粘连蛋白促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受损部位；
?在血凝块形成中,纤粘连蛋白促进血小板附着于血管受损部位。
?血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及链组成,整个分子呈V形。
?细胞纤粘连蛋白是多聚体。
?纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产物,每个亚单位由数个结构域构成，RGD三肽序列是为细胞识别的最小结构单位
?纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之一,在其细胞外功能区有与RGD 高亲和性结合部位。
植物细胞壁的组成
◆纤维素分子 纤维素微原纤维（microfibril）,
?为细胞壁提供了抗张强度
◆半纤维素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖
?介导微原纤维连接彼此连接或介导微原纤维与其它基质成分（果胶质）连接
◆果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶
?果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。
◆伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15％，糖的总量约占65％。
◆木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。
?参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增加了细胞壁的强度与抗降解
第五章物质的跨膜运输与信号传递
第一节物质的跨膜运输
被动运输（passivetransport）
◆特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白
◆类型：简单扩散（simplediffusion）、协助扩散（facilitateddiffusion）
◆膜转运蛋白：
?载体蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输。
?通道蛋白（channelproteins）——具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输
类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）压力激活通道（stress-activatedchannel）主动运输（activetransport）
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白
被动与主动运输的比较
●类型：三种基本类型
◆由ATP直接提供能量的主动运输—
?钠钾泵（结构与机制）
?钙泵（Ca2+-ATP酶）
?质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶
◆协同运输（cotransport）由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式
◆物质的跨膜转运与膜电位
胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）
作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输（bulktransport）。属于主动运输。
●胞吞作用
●胞吐作用
胞吐作用
●组成型的外排途径（constitutiveexocytosispathway）所有真核细胞连续分泌过程用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外
基质组分、营养或信号分子）
defaultpathway：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面
●调节型外排途径（regulatedexocytosispathway）特化的分泌细胞储存——刺激——释放产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，
分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定
●膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的
●囊泡与靶膜的识别与融合
细胞通讯与细胞识别
细胞通讯（cellcommunication）一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
●细胞通讯方式：
◆分泌化学信号进行通讯
?内分泌（endocrine）
?旁分泌（paracrine）
?自分泌（autocrine）
?化学突触（chemicalsynapse）
◆接触性依赖的通讯：细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白
◆间隙连接实现代谢偶联或电偶联
细胞识别（cellrecognition）
●概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。
●信号通路（signalingpathway）细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。
细胞的信号分子与受体
●信号分子（signalmolecule）
◆亲脂性信号分子
◆亲水性信号分子
◆气体性信号分子(NO)
●受体（receptor）多为糖蛋白
●第二信使（secondmessenger）
●分子开关（molecularswitches）
◆细胞内受体:为胞外亲脂性信号分子所激活
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
◆细胞表面受体:为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族：
?离子通道偶联的受体（ion-channel-linkedreceptor）
?G-蛋白偶联的受体（G-protein-linkedreceptor）
?酶偶连的受体（enzyme-linkedreceptor）通过细胞内受体介导的信号传递
●甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段：
◆初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；
◆次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。
●一氧化氮介导的信号通路
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
●G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
●细胞表面其它与酶偶联的受体
离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
◆信号途径
◆特点：
?受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白
?跨膜信号转导无需中间步骤
?主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递?有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性
G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
●cAMP信号通路●磷脂酰肌醇信号通路
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
细胞表面其它与酶偶联的受体
◆受体丝氨酸/苏氨酸激酶
◆受体酪氨酸磷酸酯酶
◆受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals）
◆酪氨酸蛋白激酶联系的受体
两大家族：
?一是与Src蛋白家族相联系的受体；
?二是与Janus激酶家族联系的受体。
信号转导子和转录激活子（signaltransducerandactvatoroftranscription，STAT）与JAK-STAT途径。
cAMP信号通路
◆反应链：
激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录
◆组分及其分析
G-蛋白偶联受体
G-蛋白活化与调节
效应酶——腺苷酸环化酶
◆GPLR的失敏（desensitization）与减量调节
◆细菌毒素对G蛋白的修饰作用
GPLR的失敏：例：β肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不到1min内反应速降，以至消失。
受体活性快速丧失（速发相）---失敏（desensitization）；?机制：受体磷酸化受体与Gs解偶联，cAMP反应停止并被PDE 降解。
?两种Ser/Thr磷酸化激酶：PKA和β肾上腺素受体激酶（βARK），负责受体磷酸化；
?胞内协作因子β扑获蛋白（βarrestin）---结合磷酸化的受体，抑制其功能活性（βarrestin已克隆、定位11q13）。
反应减弱（迟发相）---减量调节（down-regulation）
?机制：受体-配体复合物内吞，导致表面受体数量减少，发现βarrestin可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors作用；
?受体减量调节与内吞后受体的分选有关。
磷脂酰肌醇信号通路
◆“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应磷脂酶C(PLC)→→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
◆受体酪氨酸激酶（receptortyrosinekinases，RTKs）包括6个亚族
◆信号转导：配体→受体→受体二聚化→受体的自磷酸化→激活RTK→胞内信号蛋白→启动信号传导
◆RTK-Ras信号通路：
配体→RTK→adaptor←GRF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→进入细胞核→其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修钸。
◆G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活
◆RTKs的失敏（desensitization）
G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活
?MAPK（Mitogen-activatedproteinkinase）又称ERK （extracelularsignal-regulatedkinase）----真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。
?MAPK的底物：膜蛋白（受体、酶）、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及多种核内或胞浆内的转录调控因子----在细胞增殖和分化中具有重要调控作用。
?PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的βγ亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待深入研究；
?PKC、PLC与G蛋白偶联受体介导的MAPK激活
PKC和PLC参与G蛋白偶联受体激活MAPK：
?G蛋白偶联受体激活G蛋白；G蛋白α亚基或βγ亚基激活PLC，促进膜磷脂代谢；磷脂代谢产物（DAG+IP3）激活PKC；PKC通过Ras或Raf激活MAPK；
?由于PKC对钙的依赖性不同，所以G蛋白偶联受体–MAPK途径对钙要求不同；
?PKA对G蛋白偶联受体–MAPK途径的负调控
?迄今未发现和制备出MAPK组成型突变（dominantnegativemutant），提示细胞难于忍受MAPK的持续激活（MAPK的去活是细胞维持正常生长代谢所必须）。主要机制：特异性的Tyr/Thr磷脂酶可选择性地使MAPK去磷酸化，关闭MAPK信号。
?cAMP↑，MAPK↓；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。
RTKs的失敏：催化性受体的效应器位于受体本身，因此失敏即酶活性速发抑制。
机制：受体的磷酸化修饰。EGF受体Thr654的磷酸化导致RTK 活性的抑制，如果该位点产生Ala突变，则阻止活性抑制，后又发现C端的Ser1046/7也是磷酸化位点。磷酸化位点所在的C 端恰好是SH2蛋白的结合部位。 引起受体磷酸化的激酶：
PKC----作用于Thr654；
CaMK2（Ca2+和CaM依赖的激酶2）----作用于Ser1046/7
还发现：EGF受体是CDK的靶蛋白，提示和周期调控有关。 RTK晶体结构研究表明，RTK激活后形成稳定的非抑制性构象；磷酸化修饰后，形成抑制性构象，引起失敏。
RTK失敏对细胞正常功能所必须，RTK的持续激活将导致细胞生长失控。
由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
整合蛋白与粘着斑
导致粘着斑装配的信号通路有两条
粘着斑的功能：
◆一是机械结构功能；
◆二是信号传递功能
通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：
◆由细胞表面到细胞核的信号通路
◆由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路
细胞信号传递的基本特征
与蛋白激酶的网络整合信息
●细胞信号传递的基本特征：
◆具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点
◆细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性
◆信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存
◆细胞以不同的方式产生对信号的适应(失敏与减量调节)
●蛋白激酶的网络整合信息与信号网络系统中的crosstalk 第六章细胞质基质与细胞内膜系统
一、细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其
体积约占细胞质的一半
基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。
主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。
完成各种中间代谢过程如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
蛋白质的分选与运输
与细胞质骨架相关的功能：维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等
蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
蛋白质的修饰
控制蛋白质的寿命
降解变性和错误折叠的蛋白质
帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象
二、细胞内膜系统（endomembranesystem）
细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。
真核细胞细胞内的区域化（compartmentalization）：
?细胞骨架纤维为组织者的Cytomatrix形成有序的动态结构；
?细胞内的膜相结构----细胞器（organelles）。
细胞内膜系统的研究方法
?放射自显影（Autoradiography）;
?生化分析（Biochemicalanalysis）;
?遗传突变分析（Geneticmutants）
一、内质网的形态结构
内质网的两种基本类型
粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）
光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）
微粒体（microsome）
二、ER的功能
ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。
rER的功能
蛋白质合成
蛋白质的修饰与加工
新生肽的折叠与组装
脂类的合成
sER的功能
类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）
肝的解毒作用（Detoxification）
肝细胞葡萄糖的释放（G-6P G）
储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中
蛋白质合成
分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的：包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。
注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体。
蛋白质的修饰与加工
修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等
糖基化在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面
N-linkedglycosylation（Asn）
O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）
酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸→Cys
新生肽的折叠与组装
新生肽的折叠组装：非还原性的内腔，易于二硫键形成；
?正确折叠涉及驻留蛋白：具有KDELorHDEL信号蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态
?结合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。脂类的合成
ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。
两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）；Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。
各种不同的细胞器具有明显不同的脂类组成：phosphatidylcholine（PC）：ER→GC→PM（高→低）phosphatidylserine（PS）：PM→GC→ER（高→低）
phospholipdtranslocator/flippase与膜质转位
磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；
磷脂的转运:transportbybudding：ER→GC、Ly、PM transportbyphospholipidexchangeproteins（PEP）：ER→otherorganelles（includingMitandChl）。
三、内质网与基因表达的调控
内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔
基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。
影响内质网 细胞核信号转导的三种因素：
内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。
折叠好的膜蛋白的超量积累。
内质网膜上膜脂成份的变化——主要是固醇缺乏不同的信
号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达
一、高尔基体的形态结构
电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成 高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性
高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应：
高尔基体至少由互相联系的4个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔
高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端)
高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmicdynein 和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。最近还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架。它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。
扁囊弯曲成凸面又称形成面（formingface）或顺面（cisface）
面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（matureface）或反面（transface）高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应
?嗜锇反应的高尔基体cis 面膜囊；
?焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面1～2层膜囊；
?胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans 面膜囊状
和管状结构
GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成。
?烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊
高尔基体顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）又称cis 膜囊
高尔基体中间膜囊（medialGolgi ）多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成
高尔基体反面网状结构（transGolginetwork，TGN ）
周围大小不等的囊泡
顺面囊泡称ERGIC/VTC----ERGIC53/58蛋白（结合Mn）
反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒
高尔基体顺面网状结构
?RER（蛋白质和脂类）— —（蛋白质KDEL或HDEL）CGN；
?蛋白丝氨酸残基发生O--连接糖基化；
?跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；
?日冕病毒的装配
高尔基体反面网状结构
TGN中的低pH值；标志酶CMP酶阳性
TGN的主要功能：
?参与蛋白质的分类与包装、运输；
?某些“晚期”的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋
白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜”作用，保证单向转运
二、高尔基体的功能
高尔基体与细胞的分泌活动
蛋白质的糖基化及其修饰
蛋白酶的水解和其它加工过程
高尔基体与细胞的分泌活动
?蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身
·流感病毒囊膜蛋白特异性地转运 上皮细胞游离端的质膜
·水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运 上皮细胞基底面的质膜
·水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞质基质侧的双酸分选信号Asp-X-Gln或DXE）起重要的作用
?溶酶体酶的分选：M6P 反面膜囊M6P受体
在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。蛋白质的糖基化及其修饰
蛋白质糖基化类型
蛋白质糖基化的特点及其生物学意义
蛋白聚糖在高尔基体中组装
植物细胞中高尔基体合成和分泌多种多糖
蛋白质糖基化类型
蛋白质糖基化的特点及其生物学意义
糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。
糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号。
进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。
蛋白聚糖在高尔基体中组装
一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的Ser残基上植物细胞高尔基体合成和分泌多种多糖
蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型
?无生物活性的蛋白原（proprotein） 高尔基体 切除N-端或两端的序列 成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。
?蛋白质前体 高尔基体 水解 同种有活性的多肽，如神经肽等。
?含有不同信号序列的蛋白质前体 高尔基体 加工成不同的产物。
?同一种蛋白质前体 不同细胞、以不同的方式加工 不同的多肽。
加工方式多样性的可能原因：
?确保小肽分子的有效合成；
?弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；
?有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。
在高尔基体中进行的肽链酪氨酸残基的硫酸化作用
三、高尔基体与细胞内的膜泡运输
高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用
一、溶酶体的结构类型
溶酶体膜的特征：
?嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；
?具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；
?膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。 溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）
类型
初级溶酶体（primarylysosome）
次级溶酶体（secondarylysosome）
?自噬溶酶体（autophagolysosome）
?异噬溶酶体（phagolysosome）
残余小体（residualbody），又称后溶酶体。溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性（heterogenous）的细胞器。
二、溶酶体的功能
phagocytosis phagosomeendocytosis earlyendosome l ateendosome lysosome autophagy autophagosome
清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）
其它重要的生理功能
溶酶体与疾病
其它重要的生理功能
作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；
分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节 参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；
受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。
溶酶体与疾病
溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症（隐性的遗传病）
某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，
进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）
三、溶酶体的发生
发生途径
分选途径多样化
?依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。
?还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的perforin和granzyme）
四、溶酶体与过氧化物酶体
过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。
过氧化物酶体与溶酶体的区别
过氧化物酶体和溶酶体的差别
过氧化物酶体的功能
动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：
依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H2O2；过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。
过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。
在植物细胞中过氧化物酶体的功能：
?在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；
?乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸 乙酰辅酶A 琥珀酸 葡萄糖。
过氧化物酶体的发生
氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。
过氧化物酶体蛋白分选的信号序列
（Peroxisomal-targetingsignal，PTS）：
?PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。
?PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N-端。
?过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别
的可能的受体蛋白。
过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。
内质网也参与过氧化物酶体的发生
一、分泌蛋白合成的模型---信号假说
信号假说(Signalhypothesis)
G．Blobeletal：Signalhypothesis,1975
信号肽（Signalpeptide）与共转移（Cotranslocation） 导肽（Leaderpeptide）与后转移（Posttranslocation）信号假说内容
指导因子：蛋白质N-端的信号肽（signalpeptide） 信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）
信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）等
在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系信号肽与共转移
信号肽（Signalpeptides）与信号斑（Signalpatches）
起始转移序列和终止转移序列
起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
跨膜蛋白的取向导肽与后转移
基本的特征：蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移（posttranslocation）。
蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。
二、蛋白质分选（proteinsorting）
与分选信号（sortingsignals）
分选途径
分选信号
分选途径（Roadmap）
门控运输（gatedtransport）；
跨膜运输（transmembranetransport）；
膜泡运输（vesiculartransport）
拓扑学等价性（Topologicallyequivalent）的维持
三．膜泡运输
膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。
三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用。
膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控
三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用
网格蛋白包被小泡
COPII包被小泡
COPI包被小泡
网格蛋白包被小泡
?负责蛋白质从高尔基体TGN 质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输
?在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜 内吞泡(细胞质) 胞内体 溶酶体运输
?高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地
COPII包被小泡
?负责从内质网 高尔基体的物质运输；
?COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配是受控的；
?COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。COPI包被小泡
COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF(GTP-bindingprotein)；
负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escapedproteins）?ER。 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：
?转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；
?通过识别驻留蛋白C-端的回收信号
(lys-asp-glu-leu,KDEL)的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。
COPI-包被小泡在非选择性的批量运输(bulkflow)中行使
功能,负责rER?Golgi?SV?PM。
COPI-包被小泡除行使Golgi→ER逆行转运外，也可行使顺行转运功能,从ER→ER-GolgiIC→Golgi。
膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装-去组装的复杂调控
膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向
选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合突触小泡膜上的VAMP—vesicle-associatedmembraneprotein)
在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收信号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成“开放的监狱”（openprison）。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各自特异的成分，这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础，但是在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。
四、细胞结构体系的组装
生物大分子的组装方式：
有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或对装配亚基的修饰
自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境
装配具有重要的生物学意义：
分子“伴侣”（molecularchaperones）
生物大分子的组装方式
?自我装配（self-assembly）
?协助装配（aided-assembly）
?直接装配（direct-assembly）
?复合物与细胞结构体系的组装
装配具有重要的生物学意义
?减少和校正蛋白质合成中出现的错误
?减少所需的遗传物质信息量
?通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程
分子“伴侣”（molecularchaperones）
细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。
第七章细胞的能量转换──线粒体和叶绿体
一、线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布
●线粒体的超微结构◆外膜(outermembrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。
◆内膜（innermembrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae）。含有与能量转换相关的蛋白
◆膜间隙（intermembranespace）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。
◆基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA,RNA，核糖体。
·执行氧化反应的电子传递链
·ATP合成酶
·线粒体内膜转运蛋白
二、线粒体的化学组成及酶的定位
线粒体的化学组成
◆蛋白质(线粒体干重的65～70％)
◆脂类(线粒体干重的25～30％)：
·磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。·线粒体脂类和蛋白质的比值:0.3:1（内膜）；1:1（外膜）三、氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。
●氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)的分子基础
●氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说(ChemiosmoticHypothesis,Mithchell,1961)
氧化磷酸化的分子基础
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机分子中储藏的能量→高能电子→质子动力势→ATP
◆氧化(电子传递、消耗氧,放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行
◆电子传递链(electron-transportchain）的四种复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链,FADH2呼吸链
◆在电子传递过程中，有几点需要说明
◆ATP合成酶（ATPsynthase）(磷酸化的分子基础)
电子传递链的四种复合物(哺乳类)
◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子→辅酶Q；泵出4H+◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体）
作用：催化2低能电子→FAD→Fe-S→辅酶Q(无H+泵出)
◆复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
作用：催化电子从UQH2→cytc；泵出4H+（2个来自UQ，2个来自基质）
◆复合物Ⅳ：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）
作用：催化电子从cytc→分子O2形成水，2H+泵出，2H+参与形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。
◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子(能量转化)，终止于O2形成水。
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)
◆高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基质侧泵到膜间隙，形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化) ◆电子传递链各组分在膜上不对称分布ATP合成酶(磷酸化的分子基础)
◆分子结构
◆线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP 合成是由两个不同的结构体系执行,F1颗粒具有ATP酶活性
◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP,又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙
◆ATP合成机制—BandingChangeMechanism(Boyer1979)
◆γ亚单位相对于αβ亚单位旋转的直接实验证据氧化磷酸化
的偶联机制—化学渗透假说
◆化学渗透假说内容：电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。
◆质子动力势(protonmotiveforce)
◆支持化学渗透假说的实验证据该实验表明：
·质子动力势乃ATP合成的动力
·膜应具有完整性
·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件质子动力势的其他作用
◆物质转运
◆产热：冬眠动物与新生儿的BrownFatCell线粒体产生大量热量
第三节线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
●半自主性细胞器的概念：自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、
自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的
遗传信息(自主性有限)。
●线粒体和叶绿体的DNA
●线粒体和叶绿体的蛋白质合成
●线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
一、线粒体和叶绿体的DNA
●mtDNA/ctDNA形状、数量、大小
●mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制
●mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。复制仍受核控制mtDNA/ctDNA形状、数量、大小
◆双链环状(除绿藻mtDNA，草履虫mtDNA)
◆mtDNA大小在动物中变化不大，但在植物中变化较大高等植物，120kbp~200kbp；
◆人mtDNA：16,569bp，37个基因(编码12S,16SrRNA；22种tRNA；13种多肽：NADH脱氢酶7个亚基，cytb-c1复合物中1个cytb，细胞色素C氧化酶3个亚基，ATP合成酶2个Fo亚基) 二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成●线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限
●线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性
（7-4）
●不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异●参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况：
◆由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成；
◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；
◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。
三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
●线粒体蛋白质的运送与组装
◆定位于线粒体基质的蛋白质的运送
◆定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送
●叶绿体蛋白质的运送及组装
第四节线粒体和叶绿体的增殖与起源
一、线粒体和叶绿体的增殖
●线粒体的增殖：由原来的线粒体分裂或出芽而来。
●叶绿体的发育和增殖
◆个体发育：由前质体（proplastid）分化而来。
◆增殖：分裂增殖
二、线粒体和叶绿体的起源
内共生起源学说
◆叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻：Mereschkowsky，1905年◆Margulis，1970年：线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰氏阴性细菌：叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌（Cyanobacteria），即蓝藻。
◆内共生起源学说的主要论据：
◆不足之处内共生起源学说的主要论据
◆基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。
◆有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质，蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。
◆两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似。
◆以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同。
◆能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征。
◆线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。
◆发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。
不足之处
◆从进化角度，如何解释在代谢上明显占优势的共生体反而将大量的遗传信息转移到宿主细胞中？
◆不能解释细胞核是如何进化来的，即原核细胞如何演化为真核细胞？
◆线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子，而真细菌原核生物基因组中不存在内含子，如果同意内共生起源
学说的观点，那么线粒体和叶绿体基因组中的内含子从何发生？
非共生起源学说
◆主要内容：真核细胞的前身是一个进化上
比较高等的好氧细菌。
◆成功之处：解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。
第八章细胞核(nucleus)与染色体(chromosome)
第一节核被膜与核孔复合体
●核孔复合体（nuclearporecomplex,NPC）
核被膜
●核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建结构组成
◆外核膜（outernuclearmembrane），附有核糖体颗粒
◆内核膜（innernuclearmembrane），有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体）
◆核纤层（nuclearlamina）
◆核周间隙（perinuclearspace）
◆核孔（nuclearpore）
核被膜的功能
◆构成核、质之间的天然选择性屏障
?避免生命活动的彼此干扰
?保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤
◆核质之间的物质交换与信息交流核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建
◆新核膜来自旧核膜
◆核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性
（domain-specific）。
◆以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模型
◆核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。
核孔复合体（nuclearporecomplex,NPC）
结构模型
◆胞质环（cytoplasmicring），外环
◆核质环（nuclearring），内环
◆辐（spoke）
?柱状亚单位（columnsubunit）
?腔内亚单位(luminalsubunit)
?环带亚单位（annularsubunit）
◆中央栓（centralplug）：transporter
核孔复合体成份的研究
核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子质量约为125×106，推测可能含有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。
◆gp210：结构性跨膜蛋白
◆p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域已知的脊椎动物核孔复合体的蛋白成份简表
gp210：结构性跨膜蛋白
?介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点
?在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
?在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用
p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域
?疏水性N端区：可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换
?C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到核孔复合体上，为其N端进行核质交换活动提供支持。
核孔复合体的功能
◆核质交换的双向性亲水通道
◆通过核孔复合体的主动运输
◆亲核蛋白与核定位信号
◆亲核蛋白入核转运的步骤
◆转录产物RNA的核输出
通过核孔复合体的主动运输
生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的
主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。
选择性表现在以下三个方面：
?对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约10～
20nm，甚至可达26nm，
?主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征
?主动运输具有双向性，即核输入与核输出亲核蛋白与核定位信号
?亲核蛋白（karyophilicprotein）在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质
?核质蛋白（nucleoplasmin）的入核转运
?核定位信号(nuclearlocalizationsignal，NLS)
NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。
NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。 NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除。
NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件亲核蛋白入核转运的步骤
?结合：需NLS识别并结合importin；
?转运：需GTP水解提供能量
转录产物RNA的核输出
转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。
?RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；
?RNA聚合酶III转录的5srRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导；
?RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5’端加帽和3’端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；
?细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关。
?mRNA的出核转运过程是有极性的，其5’端在前，3’端在后。
?核输出信号(NuclearExportSignal，NES)：RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号。
?入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。
第二节染色质
一、染色质的概念及化学组成
染色质概念
◆染色质（chromatin）:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在的形式。
◆染色体(chromosome):指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。
?染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构
?染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。
染色体DNA
◆基因组（genome）
◆DNA分子一级结构具有多样性
◆DNA二级结构具有多形性(polymorphism)
基因组（genome）
?概念凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子，
一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。
?基因组大小通常随物种的复杂性而增加
?基因组中两类遗传信息
编码序列
调控序列
DNA分子一级结构具有多样性
?非重复序列DNA
?中度重复DNA序列
短散在重复元件（shortinterspersedelements，SINEs）
长散在重复元件（longinterspersedelements，LINEs）在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且影响基因表达。
?高度重复DNA序列
卫星DNA（satelliteDNA），主要分布在染色体着丝粒部位； 小卫星DNA（minisatelliteDNA），又称数量可变的的串联重复序列，常用于DNA指纹技术（DNAfinger-printing）作个体鉴定；
卫星DNA（microsatelliteDNA）重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。
DNA二级结构具有多形性(polymorphism)
?三种构型DNA：
B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的DNA构象；
A型DNA，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；
Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一种变构形式，活性明显降低
DNA构型的生物学意义
沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用 沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别
三种构型的DNA处于动态转变之中
DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，
这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。染色体蛋白质
负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读
◆组蛋白(histone)：
◆非组蛋白(nonhistone)：
◆非组蛋白的不同结构模式
组蛋白(histone)
?核小体组蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构
?H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用,它赋予染色质以极性。
?特点： 真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；
没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。
非组蛋白
?非组蛋白具多样性和异质性
?对DNA具有识别特异性，又称序列特异性
DNA结合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)
?具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。
非组蛋白的不同结构模式
?α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)
?锌指模式(Zincfingermotif)
?亮氨酸拉链模式(Leucinezippermotif，ZIP)
?螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helixmotif，HLH) ?HMG-盒结构模式（HMG-boxmotif）：
二、染色质的基本结构单位—
核小体(nucleosome)
主要实验证据
核小体结构要点
主要实验证据
◆铺展染色质的电镜观察
?未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构
◆用非特异性微球菌核酸酶消化染色质，部分酶解片段分析结果
◆应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体，具有二分对称性（dyadsymmetry），核心组蛋白的构成是先形成（H3）2﹒（H4）2四聚体，然后再与两个H2A﹒H2B异二聚体结合形成八聚体
◆SV40微小染色体（minichromosome）分析与电镜观察
核小体结构要点
◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1
◆组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构
◆146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。包括组蛋白H1和166bpDNA的核小体结构又称染色质小体。
◆两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同
物种变化值为0～80bp
◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装
（self-assemble）的性质
◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达
三、染色质包装的结构模型
染色质包装的多级螺旋模型
◆一级结构：核小体
◆二级结构：螺线管(solenoid)
◆三级结构：超螺线管(supersolenoid)
◆四级结构：染色单体（chromatid）
压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍
DNA———→核小体———→螺线管———→超螺线管———→染色单体
染色体的骨架-放射环结构模型
◆非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的无数的DNA侧环）
◆30nm的染色线折叠成环,沿染色体纵轴,由中央向四周伸出,构成放射环。
◆由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位,大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。
四、常染色质和异染色质
常染色质(euchromatin)
异染色质(heterochromatin)：指间期细胞核中,折叠压缩程度高,处于聚缩状态的染色质组分。
常染色质(euchromatin)：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态（典型包装率750倍）,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。
◆DNA包装比约为1000～2000分之一
◆单一序列DNA和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)
◆并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转
录的必要条件而非充分条件
异染色质(heterochromatin)
◆概念：碱性染料染色时着色较深的染色质组分
◆类型
?结构异染色质（或组成型异染色质）(constitutiveheterochromatin)
?兼性异染色质(facultativeheterochromatin)
结构异染色质或组成型异染色质
除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心
结构异染色质的特征：
①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段；
②由相对简单、高度重复的DNA序列构成,如卫星DNA；
③具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质；
④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；
⑤在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。
兼性异染色质
在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质，如X染色体随机失活
异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径
第三节染色体
●中期染色体的形态结构
●染色体DNA的三种功能元件（functionalelements）
●核型与染色体显带
●巨大染色体（giantchromosome）
中期染色体的形态结构
中期染色体的典型形态
类型
染色体的主要结构
类型
◆中着丝粒染色体(metacentricchromosome)
◆亚中着丝粒染色体(submetacentricchromosome)
◆亚端着丝粒染色体(subtelocentricchromosome)
◆端着丝粒染色体(telocentricchromosome)。
染色体的主要结构
◆着丝粒(centromere)与着丝点(动粒，kinetochore)
◆次缢痕(secondaryconstriction)
◆核仁组织区(nucleolarorganizingregion,NOR)
◆随体(satellite)
◆端粒(telomere)
着丝粒与着丝点(动粒)
?着丝点结构域(kinetochoredomain)
内板(innerplate)
中间间隙(middlespace),innerzone
外板(outerplate)
纤维冠(fibrouscorona)
?中央结构域(centraldomain)
CENP-B盒与动粒蛋白
?配对结构域(pairingdomain)：
内部着丝粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)
染色单体连接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)
染色体DNA的三种功能元件
自主复制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：具有一段
11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各
200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。
着丝粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)：两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区。
端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)：
◆端粒序列的复制
◆端粒酶，在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关。
“人造微小染色体”(artificialminichromosome)。
核型与染色体显带
核型(karyotype)是指染色体组在有丝分裂中期的表型,包括染色体数目、大小、形态特征的总和。
核型模式图(idiogram)将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来,再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图,它代表一个物种的核型模式。
染色体显带技术
多线染色体
◆存在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞、某些植物细胞
◆多线染色体的来源：核内有丝分裂(endomitosis)
◆多线染色体的带及间带：带和间带都含有基因，可能“管家”基因(housekeepinggene)位于间带,“奢侈”基因(luxurygene)位于带上。
◆多线染色体与基因活性：胀泡是基因活跃转录的形态学标志
灯刷染色体
灯刷染色体（lampbrushchromosome）
◆灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型
◆灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。
第四节核仁(nucleolus)
一、核仁的超微结构
三种基本核仁组分和rRNA的转录
与加工形成RNP的不同事件有关超微结构
纤维中心(fibrillarcenters,FC)
致密纤维组分(densefibrillarcomponent,DFC)
颗粒组分(granularcomponent,GC)
核仁相随染色质(nucleolarassociatedchromatin)与核仁基质（(nucleolarmatrix)
三种基本核仁组分和rRNA的转录与加工形成RNP的不同事件
有关
FCs是rRNA基因的储存位点；
转录主要发生在FC与DFC的交界处，并加工初始转录本；
颗粒组分区（GC）负责装配核糖体亚单位，是核糖体亚单位成熟和储存的位点。
二、核仁的功能
核糖体的生物发生(ribosomebiogenesis)是一个向量过程(vetoricalprocess)：从核仁纤维组分开始,再向颗粒组分延续。这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。 rRNA基因转录的形态及组织特征
rRNA前体的加工
核糖体亚单位的组装
rRNA基因转录的形态及组织特征
组织特征：位于NORs的rDNA是rRNA的信息来源。
形态特征:“圣诞树”样结构。
rRNA基因的转录采取受控的级联放大机制。
rRNA前体的加工
加工过程
修饰与加工
小分子核仁RNA(snoRNAs)、小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）
引导RNA（guideRNA）
核糖体亚单位的组装 加工下来的蛋白质和小的RNA存留在核仁中,可能起着催化
核糖体构建的作用；
核糖体的成熟作用只发生在转移到细胞质以后,从而阻止有功能的核糖体与核内加工不完全的hnRNA分子接近；
核仁的另一个功能涉及mRNA的输出与降解。
三、核仁周期
核仁的动态变化
核仁结构的动态变化依赖于rDNA转录活性和细胞周期的运
行
第五节染色质结构和基因转录
活性染色质主要特征
活性染色质(activechromatin)与非活性染色质(inactivechromatin)
活性染色质是具有转录活性的染色质
活性染色质的核小体发生构象改变，具有疏松的染色质结构，从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。
非活性染色质是没有转录活性的染色质
活性染色质主要特征
活性染色质具有DNaseI超敏感位点（DNaseIhypersensitivesite，DHS）：染色质上无核小体的DNA片段，通常位于5‘-启动子区，长度几百bp。
染色质活性基因DNaseI敏感性的检测
活性染色质在生化上具有特殊性
?活性染色质很少有组蛋白H1与其结合；
?活性染色质的组蛋白乙酰化程度高；
?活性染色质的核小体组蛋白H2B很少被磷酸化；
?活性染色质中核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式；
?HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。
染色质结构与基因转录
疏松染色质结构的形成
染色质的区间性
染色质模板的转录
疏松染色质结构的形成
DNA局部结构的改变与核小体相位的影响
?当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时，染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合。
?核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录
DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特别是5-mC）
组蛋白的修饰
?组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接影响转录活性（磷酸化、甲基化、乙酰化，泛素化（uH2A）//Arg，His，Lys，Ser，Thr）
?组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation），影响转录
HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响
?HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关
染色质的区间性
基因座控制区（locuscontrolregion,LCR）
?染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能；
?与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。。
隔离子（insulator）
?防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。
?作用：作为异染色质定向形成的起始位点；提供拓扑隔离区
染色质模板的转录
基因转录的模板不是裸露的DNA，染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键
转录的“核小体犁”（nucleosomeplow）假说
第六节核基质与核体
核基质(nuclearmatrix)
核体（nuclearbodies，NBs）
核基质(nuclearmatrix)
核基质或核骨架(nuclearskeleton)的概念
狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系。
广义概念应包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。
核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系；
核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统。
核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的,含有多种蛋白成分及少量RNA ；
核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。
核体（nuclearbodies，NBs）
核体概念
螺旋体（coiledbodies，CBs）
早幼粒细胞白血病蛋白体（promyelocyticleukaemiaproteinbodies，PMLbodies）
核体概念 间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之
间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域（subnucleardomain），统称为核体。如螺旋体
和早幼粒细胞白血病蛋白体。
在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的储存或查封位点或称之为分子货仓（molecularwarehouse）。
螺旋体（coiledbodies，CBs）
小核糖核蛋白质（snRNPs）、细胞周期控制
蛋白和几种基本转录因子，如p80coilin
螺旋体的功能
?与snRNP的生物发生（biogenesis）有关；
?CBs在基因表达协调反馈调节中有作用。
早幼粒细胞白血病蛋白体
PML体的功能
?转录调节
?病毒感染的靶结构
?PML体组成的改变与某些疾病表型的发生有关
?PML蛋白的功能可能是作为负生长调节子和肿瘤抑制子而发挥作用
?PML可能介导程序性细胞死亡，PML体在细胞周期调控中起作用
第九章核糖体(ribosome)
第一节核糖体的类型与结构
核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。
一、核糖体的基本类型与成分
核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome)
基本类型
?附着核糖体
?游离核糖体
?70S的核糖体
?80S的核糖体
主要成分
?r蛋白质：40%，核糖体表面
?rRNA:60%,，核糖体内部
二、核糖体的结构
结构与功能的分析方法
蛋白质合成过程中很多重要步骤
与50S核糖体大亚单位相关结构与功能的分析方法
离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；
纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系
双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中，与rRNA结合的蛋白质的类型
双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在结构上的相互关系
电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
对rRNA，特别是对16SrRNA结构的研究
70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系的空间模型
?同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。
?不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上非常保守。
?蛋白质结合到rRNA上具有先后层次性。
?核糖体的重组装是自我装配过程
?16SrRNA的一级结构是非常保守的
?16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构
(stem-loopstructure)
?rRNA臂环结构的三级结构模型
蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关 涉及的多数因子为G蛋白(具有GTPase活性)，核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。
最近人们成功地制备L11-rRNA复合物的晶体，获得了
其空间结构高分辨率的三维图象。?这一结果证实了前人用各种实验技术所获得的种种结论
?提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可能的作用
机制，从而为揭开核糖体这一具有30多亿年历史的古老的高度复杂的分子机器的运转奥秘迈出了极重要的一步。
三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析
与mRNA的结合位点
与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A 位点
与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P 位点
肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exitsite)
与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因
子EF-G)的结合位点
肽酰转移酶的催化位点
与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点
在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究
核糖体蛋白
在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分
r蛋白质的主要功能
核糖体蛋白
?很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白
质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。
?多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因突变。
?在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白的结构具有更高的保守性。
在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分
?具有肽酰转移酶的活性；
?为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；
?为多种蛋白质合成因子提供结合位点；
?在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；
?核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。
r蛋白质的主要功能
?对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；
?在蛋白质合成中,某些r蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；
?在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核
糖体蛋白与rRNA共同行使功能。
第二节聚核糖体与蛋白质的合成
一、多聚核糖体(polyribosome或polysome)核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。
多聚核糖体的生物学意义
?细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。?以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。
三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程
生命是自我复制的体系
DNA代替了RNA的遗传信息功能
蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能
生命是自我复制的体系
?三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。
?核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。
?由RNA催化产生了蛋白质DNA代替了RNA的遗传信息功能?DNA双链比RNA单链稳定；
?DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能
?蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；
?与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。
第十章细胞骨架(Cytoskeleton)
一、微丝(microfilament,MF)又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。
成分
●肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,外观呈哑铃状,这种actin又叫G-actin，将G-actin形成的微丝又称为F-actin。装配
◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，既正极与负极之别。
◆体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin 在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。
◆体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin 结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。
◆MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内,有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。
微丝特异性药物
◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。
◆鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止MF解聚。
◆影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。
微丝结合蛋白
整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞骨架结合蛋白的调节。
◆actin单体结合蛋白
这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调节，如proflin等。
◆微丝结合蛋白
◆微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：
细胞生物学考试重点
第一章：绪论 细胞学说：施来登和施旺提出 主要内容：◆所有生物都是由一个或多个细胞组成的 ◆细胞是所有生物结构和功能的基本单位 ◆一切细胞产自于已存在的细胞 意义：对细胞与生物有机体的关系及其在生物体中的作用和地位有了明确的科学理论的概括，把动植物等生物有机体在细胞水平上统一起来。对生物科学的发展起到重大推动作用。 第二章：细胞的统一性和多样性 细胞的基本共性： 1、相似的化学组成 2、脂-蛋白体系的生物膜 3、相同的遗传装置：核酸和蛋白质分子构成的遗传信息的复制与表达系统 4、一分为二的分裂方式 原核细胞主要代表：支原体、细菌、蓝藻 真核细胞的基本结构体系： 1、以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统：质膜、细胞核、细胞质 主要功能：选择性的物质跨膜运输与信号转导 2、遗传信息表达系统： 包括细胞核和核糖体 DNA与组蛋白构成了染色质与染色体的基本结构—核小体（nucleosome） 核小体装配成染色质，继而在细胞分裂阶段形成染色体 3、细胞骨架系统：是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统。分为胞质骨架和核骨架。 （胞质骨架：由微丝、微管与中等纤维等构成的网络体系。核骨架：包括核纤层和核基质。）器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无关,把这种现象为“细胞体积的守恒定律”。 细胞的体积受什么因素控制？ 答：与各部分细胞的代谢活动及细胞功能有关；受外界环境条件的影响；细胞的核与质之间有一定的比例关系；细胞的“比面值”与细胞内外物质的交换及细胞内物质交流的关系 原核细胞与真核细胞、植物与动物细胞的比较： 功能上的共同点：都是生命的基本结构单位；都能进行分裂；都能遗传 结构上的共同点：都有细胞膜；都有DNA和RNA；都有核糖体
细胞生物学笔记-第三章细胞生物学研究方法
第三章细胞生物学研究方法 如何学习细胞生物学？ ?抽象思维与动态观点 ?结构与功能统一的观点 ?同一性(unity)和多样性(diversity)的问题 ?细胞生物学的主要内容： 结构与功能（动态特征）； 细胞的生命活动； ?实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室 ——What we know//How we know. 第三章细胞生物学研究方法 细胞形态结构的观察方法 细胞组分的分析方法 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 第一节细胞形态结构的观察方法 光学显微镜技术（light microscopy）
电子显微镜技术(Electro microscopy) 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope） 扫描遂道显微镜(scanning tunneling microscope ) 第二节细胞组分的分析方法 离心分离技术 细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 特异蛋白抗原的定位与定性 细胞内特异核酸的定位与定性 放射自显影技术 定量细胞化学分析技术 第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术 细胞的培养 细胞工程 一、光学显微镜技术（light microscopy) 普通复式光学显微镜技术 荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）
激光共焦扫描显微镜技术（Laser Confocal Microscopy） 相差显微镜（phase-contrast microscope） 微分干涉显微镜 （differential interference contrast microscope, DIC） 录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy） 二、电子显微镜技术 电子显微镜的基本知识 电镜与光镜的比较 电镜与光镜光路图比较 电子显微镜的基本构造 主要电镜制样技术 负染色技术 冰冻蚀刻技术 超薄切片技术 电镜三维重构技术 扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM） SPM(Scanning probe microscope) 三、扫描遂道显微镜 Scanning Probe Microscope,SPM (80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器) 包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等 原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此间相互作用力，如 量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等， 并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电
细胞生物学翟中和第三版课后练习题及答案
第一章：绪论 1．细胞生物学的任务是什么？它的范围都包括哪些？ 1) 任务： 细胞生物学的任务是以细胞为着眼点，与其他学科的重要概念兼容并蓄，来阐明生物各级结构层次生命现象的本质。 2) 范围： (1) 细胞的细微结构； (2) 细胞分子水平上的结构； (3) 大分子结构变化与细胞生理活动的关系及分子解剖。 2. 细胞生物学在生命科学中所处的地位，以及它与其他学科的关系 1）地位：以细胞作为生命活动的基本单位，探索生命活动规律，核心问题是将遗传与发育在细胞水平上的结合。 2）关系：应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法，研究生命现象及其规律。 3. “一切生物学问题的答案最终要到细胞中去寻找”。 1) 细胞是一切生物体的最基本的结构和功能单位。 2) 所谓生命实质上即是细胞属性的体现。生物体的一切生命现象，如生长、发育、繁殖、遗传、分化、代谢和激应等都是细胞这个基本单位的活动体现。 3) 生物科学，如生理学、解剖学、遗传学、免疫学、胚胎学、组织学、发育生物学、分子生物学等，其研究的最终目的都是要从细胞水平上来阐明各自研究领域中生命现象的机理。 4) 现代生物学各个分支学科的交叉汇合是21世纪生命科学的发展趋势，也要求各个学科都要到细胞中去探索生命现象的奥秘。 5) 鉴于细胞在生命界中所具有的独特属性，生物科学各分支学科若要研究各种生命现象的机理，都必须以细胞这个生物体的基本结构和功能单位为研究目标，从细胞中研究各自研究领域中生命现象的机理。 4. 细胞生物学主要研究内容是什么？ 1）细胞核、染色体以及基因表达 2）生物膜与细胞器 3）细胞骨架体系 4）细胞增殖及其调控 5）细胞分化及其调控 6）细胞的衰老与凋亡 7）细胞起源与进化 8）细胞工程 5. 当前细胞生物学研究中的基本问题以及细胞基本生命活动研究的重大课题是什么？ 研究的三个根本性问题： 1）细胞内的基因是如何在时间与空间上有序表达的问题 2）基因表达的产物――结构蛋白与核酸、脂质、多糖及其复合物，如何逐级装配行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器的问题 3）基因表达的产物――大量活性因子与信号分子，如何调节细胞最重要的生命活动的问题 生命活动研究的重大课题： 1）染色体DNA与蛋白质相互作用关系――非组蛋白对基因组的作用 2）细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及其调控 3）细胞信号转导――细胞间信号传递；受体与信号跨膜转导；细胞内信号传递 4）细胞结构体系的装配 6．你认为是谁首先发现了细胞？ 1) 荷兰学者A.van Leeuwenhoek，而不是R.Hooke。
医用细胞生物学知识点
医用细胞生物学知识点 细胞生物学 (cell biology )：细胞生物学是以细胞为研究对象，经历了从显微水平到亚显微和分子水平 的发展过程，成为今天在分子层次上研究细胞精细结构和生命活动规律的学科。 医学细胞生物学 (medical cell biology)：医学细胞生物学以揭示人体各种细胞在生理和病理过程中 的生 命活动规律为目的，期望能对人体各种疾病的发病机制予以深入阐明，为疾病的诊断、治疗和预防提 供理论依据和策略。 对细胞概念理解的五个角度： ①细胞是构成有机体的基本单位； ②细胞是代谢与功能的基本单位； ③ 细胞是有机体生长与发育的基础； ④细胞是遗传的基本单位； ⑤没有细胞就没有完整的生命。 生物界划分的三个类型：原核细胞、古核细胞和真核细胞。 原核细胞与真核细胞的比较： p13 表 2-1 生物大分子：是由有机小分子构成的，大约有 3000种，分子量从 10000到 1000000。 核酸 (nucleic acid ) 的基本单位 :核苷酸。 核苷酸：核苷的戊糖羟基与磷酸形成酯键，即成为核苷酸。 DNA 分子的双螺旋结构模型( p18图 2-8)：DNA 分子由两条相互平行而方向相反的多核苷酸链组成， 即一条链中磷酸二酯键连接的核苷酸方向是 5'→3'，另一条是 3'→ 5'，两条链围绕着同一个中心轴 以右手方向盘绕成双螺旋结构。 基因组：细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质称为基因组。 动物细胞内含有的主要 RNA 种类及功能： p20 表 2-3 核酶 (ribozyme ) :核酶是具有酶活性的 RNA 分子。 蛋白质 ( protein )的基本单 位：氨基酸。 肽键：肽键是一个氨基酸分子上的 羧基 与另一个氨基酸分子上的 氨基经脱水缩合 而成的化学键。 肽 (peptide) ：氨基通过肽键而连接成的化合物称为肽。 蛋白质分子的二级结构： α -螺旋， β-片层。 酶 (enzyme)：酶是由生物体细胞产生的具有催化剂作用的蛋白质。 酶的特性：高催化效率，高度专一性，高度不稳定性。 光学显微镜的种类：普通光学显微镜，荧光显微镜，相差显微镜，暗视野显微镜，共聚焦激光扫描显 微镜。 细胞培养：细胞培养是指细胞在体外的培养技术，即无菌条件下，从机体中取出组织或细胞，模拟机 体内正常生理状态下生存的基本条件，让它在培养器皿中继续生存、生长和繁殖的方法。 细胞膜 (cell membrane ):细胞膜是包围在细胞质表面的一层薄膜，又称质膜 ( plasma membrane ) 生物膜 ( biomembrane ):目前把 质膜 和细胞内膜系统 总称为生物膜。 细胞膜的组成：主要由脂类、蛋白质和糖类组成 磷脂 (phospholipid)可分为两类：甘油磷脂 由于磷脂分子具有亲水头和疏水 尾，故称为 膜蛋白可分为三种基本类型：膜内在蛋白 蛋白 (lipid anchored protein) 。 细胞外被 ( cell coat )：在大多数真核细胞表面有富含糖类的周缘区，称为细胞外被或糖萼。 细胞外被的基本功能： 保护细胞抵御各种物理、化学性损伤 ，如消化道、呼吸道等上皮细胞的细胞外 被有助于润滑、防止机械损伤，保护黏膜上皮不受消化酶的作用。 1． 2． 3． 4． 5． 6． 7． 8． 9． 10． 11 ． 12 ． 13 ． 14 ． 15 ． 16 ． 17 ． 18 ． 19． 20． 21 ． 22 ． 23 ． 24 ． 25 ． 26． 27． 28． (phosphoglycerides )和鞘磷脂 (sphingomyelin,SM) 。 两亲性分子 或兼性分子 。 intrinsic protein )、膜外在蛋白 (extrinsic
细胞生物学之笔记--第10章 细胞连接与细胞黏附题库
第十章细胞连接与细胞黏附[分布！结构！功能！] 第一节细胞连接 细胞连接cell junction：人和多细胞动物体内除结缔组织和血液外，各种组织的细胞之间按一定的排列方式，在相邻细胞表面形成各种连接结构，以加强细胞间的机械联系和维持组织结构的完整性、协调性，这种细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区称为细胞连接。 一、紧密连接tight junction 封闭连接（occluding junction）的唯一一种。 ?分布：广泛分布在各种上皮细胞，如消化道上皮、膀胱上皮、曲细精管生精上皮的支持 细胞基部、腺体的上皮细胞管腔面的顶端区域、脑毛细血管内皮细胞之间等 ?特征：“焊接线（嵴线）”两个相邻细胞质膜以断续的点状结构连在一起。非点接触处有 10-15nm的细胞间隙。“封闭索sealing strand”由跨膜蛋白颗粒形成，交错形成网状，环绕在每个上皮细胞的顶部，连接相邻细胞，封闭细胞间隙，防止小分子从细胞一侧经过细胞间隙进入另一侧。 ?参与蛋白：40+种，主要是穿膜蛋白和胞质外周蛋白。穿膜蛋白中有两类已确定，闭合蛋白 &密封蛋白。 闭合蛋白Occludin 65kD 4次穿膜蛋白 自己识别自己C端与N端均伸向细胞质 密封蛋白Claudin 20~27kD 肾小管上皮Mg2+ ?功能：①封闭上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的封闭带，防止细胞外物质无选择地 通过细胞间隙进入组织，或组织中的物质回流入腔中，保证组织内环境的稳定。②形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。 二、锚定连接anchoring junction ?定义：一类由细胞骨架纤维参与、存在于细胞间或细胞与细胞外基质之间的连接结构 ?主要作用：形成能够抵抗机械张丽的牢固粘合 ?主要功能：参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动&发育、分化等过程 ?分布：广泛分布在动物各种组织中，尤其需要承受机械力的组织（eg.上皮、心肌、子宫颈）?蛋白：①细胞内锚定蛋白intracellular anchor protein 在细胞质面与特定的细胞骨架成分（肌动蛋白丝或中间纤维）相连，另一侧与穿膜黏着蛋白连接。②穿膜黏着蛋白transmembrane adhesion protein，是一类细胞黏附分子，其胞内部分与胞内锚定蛋白相连，胞外部分与相连细胞特异 ?分类： （一）黏着连接adhering junction是由肌动蛋白丝参与的锚定连接 1.黏着带adhesion belt ?定义：位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带装结构 ?蛋白：钙黏着蛋白cadherin。是Ca2+依赖性黏附分子。在质膜中形成同源二聚体。 ?胞内侧的锚定蛋白：α、β、γ连环蛋白(catenins)，α-辅肌动蛋白(actinin)、纽蛋白(vinculin) 等，锚定肌动蛋白纤维 ?作用：维持细胞形态和组织器官完整性。特别是为上皮细胞和心肌细胞提供了抵抗机械张 力的牢固粘合。动物胚胎发育使上皮内陷形成管状、泡状器官原基，对形态发生起重要作用
细胞生物学翟中和重点名词解释
细胞生物学复习提纲 名词解释 1.微管:在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。 2.微丝:在真核细胞的细胞质中，由肌动蛋白和肌球蛋白构成的，可在细胞形态的支持及细胞肌性收缩啡肌性运动等方面起重要作用的结构。 3.光合磷酸化:由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。 4.氧化磷酸化:电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP,这一过程称为氧化磷酸化。 5.ATP合成酶: ATP 合成酶广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。该酶分别位于线粒体内膜、类囊体膜或质膜上，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。 6.载体蛋白:是一类膜内在蛋白，几乎所有类型的生物膜上存在的多次跨膜的蛋白质分子。通过与特定溶质分子的结合，引起一系列构想改变以介导溶质分子的跨膜转运。 7.通道蛋白:由几个蛋白亚基在膜上形成的孔道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过简单的自由扩散运动从膜的一侧到另一侧。 8.被动运输:指溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式，又叫协助扩散。 9.主动运输:物质逆浓度梯度或电化学梯度，由低浓度向高浓度-侧进行跨膜转运的方式，需要细胞提供能量，需要载体蛋白的参与。 10.胞吞作用:细胞通过质膜内陷形成囊泡，将胞外的生物大分子、颗粒性物质或液体等摄取到细胞内，以维持细胞正常的代谢活动。 11.胞吐作用:细胞内合成的生物分子和代谢物以分泌泡的形式与质膜融合而将内含物分泌到细胞表面或细胞外的过程。 12.P-型离子泵:运输时需要磷酸化，具有两个独立的α催化亚基，.具有ATP结合位点，绝大多数还有β调节亚基 13.V-型离子泵:位于小泡的膜上，运输时需ATP供能，但不需要磷酸化，利用ATP水解供能， 14.COPII包被膜泡:介导细胞内顺向运输，负责从内质网到高尔基体的物质运输 15.COPI包被膜泡:介导细胞内膜泡逆向运输，负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运。 16.脂锚定膜蛋白：位于脂双层表面,通过与之共价相连的脂分子插入膜的脂双分子中，从而锚定在细胞质膜上。与脂肪酸锚定的膜蛋白多分布在质膜内侧，与糖脂结合的多分布在质膜外侧 17.初级溶酶体：游离在细胞中的尚未执行其消化功能的溶酶体，仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位酶，其中的酶处于非活性状态 18.次级溶酶体：初级溶酶体与细胞内自噬体或异噬体融合形成的进行消化作用的膜包被复合物 19.中间丝：存在于真核细胞质中的，由蛋白质构成的，其直径介于微管和微丝之间，在支持细胞形态、参与物质运输等方面起重要作用的纤维状结构。
细胞生物学翟中和复习资料全
细胞生物学复习资料 第一章绪论 一、细胞生物学定义及其主要研究内容（名词解释） 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微 / 超微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 二、细胞生物学的发展史（代表人物及其发现） 1、细胞的发现。胡克利用自制显微镜发现了细胞。 2、细胞学说的建立及其意义。施莱登和施旺共同提出细胞学说 3、细胞学的经典时期 4、实验细胞学时期。摩尔根建立基因学说。 5、细胞生物学学科的形成与发展 第二章 一、细胞是生命活动的基本单位 （一）一切有机体都由细胞构成（除病毒是非细胞形态生命体外），细胞是构成有机体的基本单位（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位。细胞生命活动以物质代谢为基础；以能量代谢（ATP）为动力；以信息调控为机制。 （三）细胞是有机体生长与发育的基础 （四）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 （五）没有细胞就没有完整的生命（病毒也适合）。结构破坏的细胞不能生存；单独的细胞器不能长期培养。 二、细胞的基本共性 1、所有的细胞都有相似的化学组成 2）所有细胞表面均有细胞膜（磷脂双分子层 + 镶嵌蛋白质） 3）均含有 DNA 与 RNA 作为遗传信息复制与转录的载体 4）均含有核糖体（合成蛋白质） 5）所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂 三、原核细胞的基本特征 1、遗传的信息量小，一个环状 DNA 构成； 2、细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。 原核生物的代表： 支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻等
细胞生物学知识点
第一章医学细胞生物学绪论 名词解释：生物学，细胞生物学 解答题：细胞对生命活动的意义，细胞的共同属性 易考点：首次命名植物细胞的人，发现无丝分裂、减数分裂的事件，提出DNA 双螺旋模型 第二章细胞生物学研究方法 名词解释：分辨率，电子显微镜，酶细胞化学技术，流式细胞技术，细胞培养，细胞系，细胞株，细胞融合，干细胞 解答题：细胞培养的基本条件，光学显微镜技术的原理 易考点：分辨率的计算公式及各个字母代表的意思，光镜的分辨极限，暗视野显微镜观察的是细胞轮廓以及观察的范围，透射显微镜观察的是细胞内部的细微结构，扫描电子显微镜观察的是三维立体形貌。 第四章细胞膜 名词解释：生物膜，细胞膜 解答题：流动镶嵌模型，细胞膜的特性，耦联运输 易考点：功能复杂的膜中所占蛋白质的比例大，三种膜蛋白的存在形式，影响膜脂流动性的因素，细胞膜的物质转运功能（选择题形式），糖萼的本质 第六章内膜系统 名词解释：内膜系统，细胞质 解答题：信号假说的主要内容，高尔基复合体的功能，滑面内质网的功能，溶酶体的形成过程，溶酶体的功能 易考点：内质网的标志酶，高尔基复合体的形态（形成面，成熟面），溶酶体的标志酶 第七章线粒体 名词解释：三羧酸循环，氧化磷酸化，底物水平磷酸化，呼吸链，分子伴侣，导肽 解答题：描述线粒体的结构 易考点：光镜下线粒体的结构，线粒体各部位的标志酶，呼吸链的复合体中每个复合体有哪些物质，线粒体疾病的特点，化学渗透学说主要知道氧化放能
第八章细胞骨架 名词解释：细胞骨架，中间纤维结合蛋白 解答题：微管的体外装配，影响微管装配的因素，微管的功能（简单描述），微丝的组装过程，影响微丝组装的因素，微丝的功能，中间纤维结合蛋白的功能，中间纤维的组装的控制以及影响因素，中间纤维的功能 第九章细胞核 名词解释：核型，核纤层，细胞骨架，核基质， 解答题：简述细胞核的基本结构，核孔复合体的结构，常染色质和异染色质的异同点，核仁的光镜和电镜结构。 易考点：核基质的功能，人体哪几号染色体上有核仁组织区。 第十一章细胞生长与增殖 名词解释：细胞增殖，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物CDKI。解答题：简述有丝分裂过程及各过程标志，减数分裂过程。易考点：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂的英文，细胞周期调控的起主要作用的物质。 第十三章细胞分化 名词解释：细胞分化，细胞决定，管家基因，奢侈基因。易考点：细胞分化实质，细胞分化特点。第十五章：名词解释：干细胞。易考点：干细胞的分类，干细胞的来源。 第十四章细胞衰老与死亡 名词解释：细胞衰老。解答题：细胞凋亡与细胞坏死的主要区别。易考点：细胞衰老的表现，细胞凋亡的特征。 第十五章：名词解释：干细胞。
细胞生物学考研复习笔记
细胞生物学考研复习笔记 ------------翟中和第一章绪论 第二章细胞基本知识概要 第三章细胞生物学研究方法 第四章细胞质膜与细胞表面 第五章物质的跨膜运输与信号传递 第六章细胞质基质与细胞内膜系统 第七章细胞的能量转换──线粒体和叶绿体 第八章细胞核(nucleus)与染色体(chromosome) 第九章核糖体(ribosome) 第十章细胞骨架(Cytoskeleton) 第十一章细胞增殖及其调控 第十二章细胞分化与基因表达调控 第十三章细胞衰老与凋亡
第一章绪论 细胞生物学研究的内容和现状 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学的主要研究内容 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 细胞重大生命活动的相互关系 细胞学与细胞生物学发展简史 细胞的发现 细胞学说的建立其意义 细胞学的经典时期 实验细胞学与细胞学的分支及其发展 细胞生物学学科的形成与发展 细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书 细胞生物学 生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细 胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 主要内容 细胞结构与功能、细胞重要生命活动： 细胞核、染色体以及基因表达的研究 生物膜与细胞器的研究 细胞骨架体系的研究 细胞增殖及其调控 细胞分化及其调控 细胞的衰老与凋亡 细胞的起源与进化
(完整版)细胞生物学翟中和第四版教案
第一章绪论一．细胞生物学研究的内容和现状 1．细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。 核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。细胞生物学的主要研究内容 一般可分为细胞结构功能与细胞重要生命活动两大基本部分：大致归纳为下面几个领域：1）细胞核、染色体以及基因表达的研究2）生物膜与细胞器的研究3）细胞骨架体系的研究4）细胞增殖及其调控5）细胞分化及其调控6）细胞的衰老与凋亡7）细胞的起源与进化8）细胞工程当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 1）细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势2）当前研究的重点领域： I：染色体DNA与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用 II：细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 III：细胞信号转导的研究 IV：细胞结构体系的组装二．细胞学与细胞生物学发展简史 1．细胞的发现 2．细胞学说的建立其意义 1838～1839年，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了“细胞学说”。 3．细胞学的经典时期 4．实验细胞学时期 5．细胞生物学学科的形成与发展 第二章细胞基本知识概要细胞的基本概念 1．细胞是生命活动的基本单位。1）一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 2）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位 3）细胞是有机体生长与发育的基础 4）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性5）没有细胞就没有完整的生命 2．细胞概念的一些新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系：细胞具有高度复杂性和组织性
《细胞生物学》第四版(翟中和、王喜忠、丁明孝)名词解释
中文英文解释 癌基因 oncogene 通常表示原癌基因（proto oncogene）的突变体，这些基因编码的蛋白使细胞的生长失去控制，并转变成癌细胞，故称癌基因。 氨酰-tRNA合成酶 aminoacyl tRNA synthetase 将氨基酸和对应的tRNA的3′端进行共价连接形成氨酰-tRNA的酶。不同的氨基酸被不同的氨酰－tRNA合成酶所识别。 暗反应 light independent reaction 光合作用中的另外一种反应，又称碳同化反应（carbon assimilation reaction)。该反应利用光反应生成的ATP和NADPH中的能量，固定CO2生成糖类。 白介素-1β转换酶 interleukin-1β converting enzyme， ICE Caspase-1，Caspase家族成员之一，线虫Ced3在哺乳动物细胞中的 同源蛋白，催化白介素-1β前体的剪切成熟过程。 半桥粒 hemidesmosome位于上皮细胞基底面的一种特化的黏着结构，将细胞黏附到基膜上。胞间连丝 plasmodesma相邻植物细胞之间的联系通道，直接穿过两相邻细胞的细胞壁。 胞内体 endosome 动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是转运由胞吞作用新摄取的物质到溶酶体被降解。胞内体被认为是胞吞物质的主要分选站。 胞吐作用 exocytosis携带有内容物的膜泡与质膜融合，将内容物释放到胞外的过程。 胞吞作用 endocytosis 通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（胞饮和吞噬作用）。 胞外基质 extracellular matrix 分布于细胞外空间、由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构，如胶原和蛋白聚糖等，在决定细胞形状和活性的过程中起着一种整合作用。 胞质动力蛋白 cytoplasmic dynein 由多条肽链组成的巨型马达蛋白，利用ATP水解释放的能量将膜泡或膜性细胞器等沿微管朝负极转运。 胞质分裂 cytokinesis细胞周期的一部分，在此期间一个细胞分裂为两个子细胞。表观遗传 epigenetics与核苷酸序列无关的调节基因表达的可遗传控制机制。 病毒粒子 virion 单个病毒颗粒，通常由蛋白外壳和包裹在其内的遗传物质共同组成，仅能在宿主细胞内增殖，广泛用于细胞生物学研究。 捕光复合体Ⅱlight harvesting complex Ⅱ，LHCⅡ位于光系统Ⅰ之外的色素蛋白复合物，含有大量天线色素为光系统Ⅱ（PSⅡ）收集光子。 糙面内质网 rough endoplasmic reticulum，RER 附着有核糖体的内质网。糙面内质网由许多扁平膜囊组成，主要功能包括合成分泌性蛋白、溶酶体蛋白、膜整合蛋白以及膜脂分子。 常染色质 euchromatin间期核中处于分散状态、压缩程度相对较低、着色较浅的染色质。 成膜体 phragmoplast 在植物细胞中期赤道板相应位置上致密排列的物质。由成簇交错的微管（与即将形成的细胞板垂直）和一些与其相连的电子致密物组成。 程序性细胞死亡 programmed cell death，PCD 是受到严格的基因调控、程序性的细胞死亡形式。对生物体的正常发育、自稳态平衡及多种病理过程具有重要的意义。 初生壁 primary wall生长中的植物细胞壁，具有可伸展性。 中文英文解释 次生壁 secondary wall在大多数成熟植物细胞中发现的较厚的细胞壁。 粗肌丝 thick filament组成肌节的两种特征性纤维之一，主要由肌球蛋白构成。在横切面上
细胞生物学重点知识整理
细胞生物学 第一章：绪论 ●现代细胞生物学研究的三个层次是什么？ ●细胞的发现 ●细胞学说 ●分子生物学的出现 ●真核细胞与原核细胞的比较 第三章：细胞基础 ●生物大分子 ●蛋白质一、二、三、四级结构 ●核酸分类 ●DNA/RNA结构、功能比较 ●三类主要RNA的大体结构与功能 ●DNA双螺旋结构模型 第四章：细胞膜 ●膜的化学组成：三种膜脂加二种膜蛋白 ●膜的流动镶嵌模型fluid mosaic model ●脂筏 ●膜的两大特性， ●物质运输的方式及比较：穿膜与跨膜 ●主/被动运输名词及其异同 ●内吞、外吐比较 ●细胞表面，细胞外被概念 第六章：细胞连接与细胞外基质 ●名解解释： ◆细胞连接cell junction, ◆紧密连接tightjunction, ◆锚定连接anchoringjunction, ◆通讯连接communicationjunction, ◆细胞外基质extracellular matrix, ●细胞连接可分为几种类型？在结构和功能上各有什么特点？ 第七章：核糖体 ●根据来源和沉降系数，细胞中核糖体分两类，其亚基组成？其rRNA组成及组成蛋白质种类？ ●细胞中核糖体有几种存在形式？所合成的蛋白质在功能上有什么不同？ ●核糖体上重要活性位点 ●蛋白质合成的过程 ●遗传密码，密码子，反密码子之间有何联系和区别？ ●遗传密码具有哪些特征？
（细胞生物学复习资料вＴсエ莋室整理） 第一，对内膜系统的概念和相互关系有较清楚的了解和掌握； 第二，重点要了解和掌握内质网，高尔基体，溶酶体和过氧化物酶体等细胞器和结构的性质特点和主要功能，以及有关的一些重要名词术语概念。 标志酶分别是。。 Signal peptide- SRP- ribosome 膜流；溶酶体分类；有被小泡类型；膜泡定向运输机制 名词解释 内膜系统； 内质网； 粗面内质网； 滑面内质网； 信号肽,信号假说内体性溶酶体； 吞噬性溶酶体；自噬性溶酶体； 异噬性溶酶体内质网有几种类型？在形态和功能上各有何特点？ ●简述分泌蛋白的合成和分泌过程 ●高尔基复合体的超微结构有何特点？ ●高尔基复合体有哪些主要功能？ ●简述溶酶体的形成过程（溶酶体与ER、GC的关系）。 ●溶酶体分为几类？各有何特点？ ●溶酶体与过氧化物酶体比较（形态结构，化学成分，标志酶，功能） ●内膜系统各细胞器的结构与功能 第八章：线粒体 ●名词解释：（部位+结构+功能）细胞氧化，细胞呼吸, 基粒，电子传递链，氧化磷酸化 ●线粒体的超微结构如何？ ●线粒体的功能 ●呼吸链及组成 ●基粒的结构与功能 ●化学渗透学说如何解释氧化磷酸化偶联？ ●线粒体半自主性 第九章：细胞骨架 ●细胞骨架cytoskeleton， ?微管组织中心（ MTOC ）， ?微管microbubule， ?微丝microfilament， ?中间纤维intermediate filament， ?踏车现象（踏车行为）p89“快于改为等于” ●微管、微丝、中间纤维的功能 ●细胞骨架中各纤维系统的异同 ●细胞骨架中各纤维系统的装配 ●比较纤毛与微绒毛的结构组成
1997-2016年武汉大学661细胞生物学考研真题及答案解析-汇编
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细胞生物学(翟中和完美版)笔记
细胞生物学教案 . 第一章绪论 教学目的 1 掌握本学科的研究对象及内容； 2 了解本学科的来龙去脉（发展史及发展前景）； 3 掌握与本学科有关的重大事件和名词。 教学重点本学科的研究对象及内容 第一节细胞生物学研究内容与现状 一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 1.细胞学（Cytology）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学 2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。 二、细胞生物学的主要研究内容 1. 细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。 2.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。 3. 细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。 4. 细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径（“再教育细胞”）。 5. 细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。（细胞全能性） 6 .细胞衰老、凋亡及寿命问题。 7. 细胞的起源与进化。 8. 细胞工程改造利用细胞的技术。生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。 三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 1. 染色体DNA与蛋白质相互作用关系； 2. 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控； 3 .细胞信号转导的研究； 4 .细胞结构体系的装配。 第二节细胞生物学发展简史 一细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期 19世纪以及更前的时期（1665—1875），是以形态描述为主的生物科学时期； 2. 细胞学经典时期20世纪前半世纪（1875—1900），主要是实验细胞学时期； 3. 实验细胞学时期（1900—1953）； 4. 分子细胞学时期（1953至今）。
细胞生物学考试重点!!
细胞生物学：是研究细胞形态结构和功能和起源的科学。 细胞:是生命活动和结构的基本单位。其结构通常由细胞膜，细胞质，以及细胞器所构成。生活在地球上的细胞可分为：原核细胞；古核细胞和真核细胞三大类。 细胞学说： 一切生物，从单细胞生物到高等动植物都是由细胞组成的，细胞是生物形态结构功能活动的基本单位，细胞通过分裂形成组织。细胞来自于细胞。每个细胞相对独立，一个生物体内各细胞之间协同配合。 为什么说细胞是生命的基本单位？ 细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的； 细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础； 细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传语言； 细胞是生物体生长发育的基础； 形状与大小各异的细胞是生物进化的结果 没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开细胞） 细胞生物学学习方法： 【1】抽象思维与动态，立体的观点；【2】同一性(unity)，多样性(diversity)联系性，开放性，历史性，发展性的观点；【3】实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室，来源于观察，实验创新的观点；【4】化学成分，结构，和功能结合的观点；【5】尊重记忆的规律来进行学习。 细胞的大小和细胞分裂的原因 细胞如果太小，则最低限度的细胞器以及生命物质没有足够的空间存放；太大则表面积不够。有人认为，由于细胞的重量和体积的增长，造成了细胞表面积与体积的比例失调，从而触发细胞分裂。随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。表面积/体积比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施 原生质(protoplasm)： 1839 Purkinje用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。 细胞核：细胞核（nucleus）是细胞内最重要的细胞器，核 表面是由双层膜构成的核被膜（nuclear envelope），核内 包含有由DNA和蛋白质构成的染色体（chromosome）。核内1 至数个小球形结构，称为核仁（nucleolus）。细胞核中的原 生质称为核质。 细胞质（cytoplasm）：质膜与核被膜之间的原生质。 细胞器：具有特定形态和功能的显微或亚显微结构称为细胞器 细胞质基质:细胞质中除细胞器以外的部分。又称为或胞质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一半。 真核细胞:具有核膜，由膜围成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等在结构上形成了一个连续的体系，称为内膜系统。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化。区隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。细胞质基质的功能：为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境;许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成；②核苷酸的合成；③脂肪酸合成；④糖酵解；⑤磷酸戊糖途径；⑥糖原代谢；⑦信号转导。供给细胞器行使其功能所需要的一切底物;控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化;参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解 真核细胞的结构 细胞壁（植物细胞具有） 细胞细胞膜（质膜） 原生质体细胞质 细胞核 三大结构体系: 生物膜系统质膜、内膜系统（细胞器） 遗传信息表达系统染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等等 细胞骨架系统胞质骨架、核骨架 植物细胞特有的结构:细胞壁、叶绿体、大液泡、胞间连丝 细胞形态：单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关；高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关 原核细胞：没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，称为拟核。DNA为裸露的环状双螺旋分子，通常没有结合蛋白，没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。无细胞器, 无细胞骨架原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有的产生孢子。以无丝分裂或出芽繁殖 原核细胞真核细胞 细胞大小很小（1-10微米）较大（10-100微米） 细胞核无核膜、核仁（称“类核”）有核膜、核仁 遗传系统 DNA不与蛋白质结合 DNA与蛋白质结合成染色质， 一个细胞仅一条DNA 一个细胞有多条的染色体 细胞器无有 细胞分裂无丝分裂有丝分裂为主 质粒(plasmid) ：除核区DNA外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状DNA分子，所含遗传信息量为2~200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。 细胞膜：细胞质与外界相隔的一层薄膜，又叫质膜 生物膜：细胞内由膜构成的结构其成分基本相近，因此又把细胞中的所有膜统称为生物膜。特征：流动性，不对称性 “单位膜”模型由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。 细胞膜的功能：1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。 脂双层的特点：⑴自我封闭性⑵装配性⑶流动性⑷不对称性
(完整版)医学细胞生物学笔记
第四章、细胞生物学的研究技术 （简单了解，考试题目较简单） 一显微镜 1普通显微镜（light microscope）: 主要用于染色标本的观察 2相差显微镜（phase contrast microscope）: 用于观察培养的活细胞(无色的细胞)倒置相差显微镜适用于观察体外培养的活细胞的结构和活动 3微分干涉差显微镜(DIC显微镜)：适用于活细胞之类的无色透明标本的观察，广泛应用于各 种细胞工程中的显微操作 4暗视野显微镜：适用于无色透明标本的观察（活细胞），但不可以观察到细胞的内部结构5激光扫描共聚焦显微镜：荧光检测、细胞结构的三维重建；、微操作、定点破坏培养物中的 某些细胞，实现对某些特定细胞的保留 6荧光显微镜：检测细胞表面或内部特定的抗原 二．亚显微结构的观察 1电子显微镜（electron microscope）：透射电镜TEM用于观察和研究细胞内部细微结构；扫描电镜SEM用于观察标本表面精细的三维形态结构；高压电镜2扫描探针显微镜：扫描隧道显微镜;原子力显微镜 三.细胞的分离与培养 （1）细胞的分离：利用物理性质不同（沉降和离心）；利用不同类型细胞与玻璃或塑料的黏附能力不同；利用抗体特异性结合的特性；采用带有荧光染料的特异性抗体来标记悬液中的某些特定细胞，然后采用流式细胞仪将被标记的细胞分离出来（悬液：用蛋白质水解酶处理组织块，并加入一定量的乙二胺四乙酸EDTA以结合溶液中的Ca2+，再通过轻微振荡使组织解散） （2）细胞的培养（cell culture）:从组织分离出来特定的细胞在一定条件进行培养，使之能够继续生存生长以至增殖的一种方法，分为原代培养和传代培养 细胞在体外生长的条件：培养基；支持物；其他（CO2浓度、适宜的温度、PH） A原代培养：由起始实验材料所进行的细胞培养 B对已有的细胞（原代培养所得的培养物或已有的培养物）进行继续培养 C细胞系：通过原代培养所得的细胞培养物（可以含有原代培养所用的起始实验材料的所含细胞） D细胞株（cell strain）：由单一类型的细胞所组成的细胞系 四．细胞融合（cell fusion）:是指两个或两个以上的细胞相互接触并且合并而形成一个细胞（基因型相同的细胞形成融合称为同核融合，基因型不同的细胞形成的融合称为并核融合）;细胞融合的方法：生物诱导法，化学诱导法，物理诱导法 五．细胞连接（cell junction）: A封闭连接occluding junction（又称紧密连接tight junction） B锚定连接anchoring junction:与肌动蛋白相连的锚定连接（隔状连接、黏合带、黏合斑）；中 间丝相连的锚定连接（桥粒、半桥粒） C通讯连接：间隙连接、化学突触、胞间连丝 ★第五章、细胞膜及其表面 （重点内容）、