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细胞生物学(翟中和)超强笔记

细胞生物学(翟中和)超强笔记
细胞生物学(翟中和)超强笔记

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。

总趋势

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。

重点领域

?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

?细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其

调控

?细胞信号转导的研究

?细胞结构体系的组装

美国科学情报研究所(ISI)1997年SCI

(Science Citation Index)收录及引用论文检索,全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是:

细胞信号转导(signal transduction);

细胞凋亡(cell apoptosis);

基因组与后基因组学研究(genome and post-genomic analysis)。

美国国立卫生研究院(NIH)在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话题?》(―What is popular in research today?‖)的调查报告中指出,目前全球

研究最热门的是

三种疾病:?癌症(cancer)

?心血管病(cardiovascular

diseases)

?爱滋病和肝炎等传染病

五大研究方向:

?细胞周期调控(cell cycle

control);

?细胞凋亡(cell

apoptosis);

?细胞衰老(cellular

senescence);

?信号转导(signal

transduction);

?DNA的损伤与修复

(DNA damage and repair)

―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。

第二章细胞基本知识概要

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。

病毒的基本知识

病毒(virus)——核酸分子(DNA或RNA)

与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体;

根据病毒的核酸类型可以将其分为两大

类:

DNA病毒与RNA病毒

病毒的多样性)

类病毒(viroid)——仅由感染性的RNA

构成;

朊病毒(prion)——仅由感染性的蛋

白质亚基构成;

病毒在细胞内增殖(复制)

病毒侵入细胞,病毒核酸的侵染

病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成

病毒的装配、成熟与释放

病毒与细胞在起源与进化中的关系

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种主要观

点:

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

真核细胞的基本结构体系

细胞的大小及其分析

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。

细胞的大小及其分析

各类细胞直径的比较

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

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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

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(Fluorescence Microscopy)

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

(Laser Scanning Confocal Microscopy)

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-contrast microscope)

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-interference microscope)

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-enhance

microscopy)

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(Negative staining)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(Freeze etching)(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(quick

freeze deep etching)

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(Structural Biology)

——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。

CO 2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。

Feulgen Staining

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:

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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(Flow Cytometry)

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。

一、细胞的培养

动物细胞培养

类型:原代培养细胞(primary culture cell)

继代培养细胞(sub-culture cell) 细胞株(cell strain)正常二倍体,接触抑制

细胞系(cell line)亚二倍体,接触抑制丧失

植物细胞

类型:原生质体培养(体细胞培养)

单倍体细胞培养(花药培养)

非细胞体系(cell-free system)

二、细胞工程

细胞融合(cell fusion)与细胞杂交(cell hybridization)技术

单克隆抗体(monoclone antibody)技

术图

细胞拆合与显微操作技术

物理法结合显微操作技术(图1、

图2)

化学法结合离心技术

制备核体(karyoplast)和胞质

体(cytoplast)。

其它技术

遗传分析(mutant, knock out,

knock in)

对细胞生命活动的研究成为当今生命科

学发展的瓶颈对细胞生命活动的研究成

为当今生命科学发展的瓶颈

第四章细胞质膜与细胞表面

第一节细胞质膜与细胞表面特化结构

细胞质膜(plasma membrane),又称细胞膜(cell membrane)。

细胞内膜(intracellular membrane);

生物膜(biomembrane)

细胞质膜的结构模型

膜脂——生物膜的基本组成成分

膜蛋白

确定膜蛋白方向的实验程序

光脱色恢复技术

分子生物学技术在膜蛋白研究上的应

生物膜结构特征

细胞质膜的功能

膜骨架与细胞表面的特化结构

第二节细胞连接

细胞连接的功能分类

封闭连接

锚定连接

通讯连接

细胞表面的粘连分子

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(unit membrane model)

◆S.J.Singer和G.Nicolson(1972):

生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic

model)

◆K.Simons et al(1997): 脂筏模型(lipid

rafts model)

Functional rafts in Cell membranes.

Nature 387:569-572

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。―C entral

dogma ‖ of membrane biology

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+3HBH4 labeling);

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/peripheral membrane

proteins );

?水溶性蛋白,靠离子键或其它弱

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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/

integral membrane proteins)。

?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-anchored

proteins)

?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

(Triton X-100)

SDS: CH3-(CH2)11-OSO3-Na+

CH3CH3

CH3– C– CH2– C–

(O-CH2-CH2)10- OH

CH3CH3

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

(fluorescence recovery after photobleaching, 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

◆膜骨架的概念

?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。

红细胞质膜蛋白及膜骨架

红细胞质膜蛋白及膜骨架

◆红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE

◆红细胞膜骨架的结构

一、细胞连接的功能分类

锚定连接(anchoring junctions)

◆与中间纤维相关的锚定连接:

?桥粒(desmosome)

?半桥粒(hemidesm osome);

◆与肌动蛋白纤维相关的锚定连接:

?粘合带(adhesion belt);

?粘合斑(focal adhesion)

二、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

紧密连接的结构

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)

三、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

锚定连接的类型、结构与功能

锚定连接的结构组成

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: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(attachment

proteins),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)

四、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

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的作用

电突触(electronic junction) 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-like domain)。

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

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(nonjunctional adhesion)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

一、基本概念

细胞外被(cell coat)又称糖萼

(glycocalyx)

细胞外基质(extracellular matrix)

真核细胞的细胞外结构(extracellular

structures)

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)。

常见的胶原类型及其在组织中的分布

胶原及其分子结构

胶原的合成与加工

胶原的功能

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(extracellular matrix)

◆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(cell coat)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(extracellular

structures)

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(collagen fibril)和胶原纤维(collagen

fiber)。

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

第 5 页共26 页

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(hyaluronic acid)及其生物学功

?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(core

protein)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;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(passive transport)

●主动运输(active transport)

●胞吞作用(endocytosis)与胞吐

作用(exocytosis)

第二节细胞通讯与信号传递

●细胞通讯与细胞识别

●细胞的信号分子与受体

●通过细胞内受体介导的信号传

●通过细胞表面受体介导的信号

跨膜传递

●由细胞表面整合蛋白介导的信

号传递

●细胞信号传递的基本特征与蛋

白激酶的网络整合信息

被动运输(passive transport)

◆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(simple

diffusion)、协助扩散(facilitated

diffusion)

◆膜转运蛋白:

?载体蛋白(carrier proteins)——

通透酶(permease)性质;介导被动运输

与主动运输。

?通道蛋白(channel proteins)

——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-gated channel)配体门

通道(ligand-gated channel)压力

激活通道(stress-activated

channel)

主动运输(active transport)

●特点:运输方向、能量消耗、

膜转运蛋白被动与主动运输的比

●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(bulk transport)。属于主动运输。

●胞吞作用

●胞吐作用

●组成型的外排途径

(constitutive exocytosis pathway)

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)

default pathway: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

(regulated exocytosis pathway)

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(cell

communication)

●细胞识别(cell

recognition)

第 6 页共26 页

细胞通讯(cell communication)

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

(chemical synapse)

◆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(cell recognition)

●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(signaling pathway)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(signal molecule)

◆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(second messenger)

●分子开关

(molecular switches)

◆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-linked

receptor)

?G-蛋白偶联的受体

(G-protein-linked

receptor)

?酶偶连的受体

(enzyme-linked receptor)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

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(signal

transducer and actvator of

transcription,STAT)与JAK-STAT途径。

cAMP信号通

◆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(β ARK),负责受

体磷酸化;

?胞内协作因子β扑获蛋白(β

arrestin)---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

◆受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine

kinases,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-activated protein

kinase)又称ERK(extracelular

signal-regulated kinase)----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

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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(dominant negative mutant),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

◆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cross talk

第六章细胞质基质与细胞内膜系统

第一节细胞质基质

细胞质基质(cytoplasmic matrix or

cytomatrix)

细胞内膜系统(endomembrane system)

第二节内质网

内质网(endoplasmic reticulum,ER)

的形态结构

ER的功能

内质网与基因表达的调控

第三节高尔基体

高尔基体的形态结构

高尔基体的功能

高尔基体与细胞内的膜泡运输

第四节溶酶体与过氧化物酶体

第五节细胞内蛋白质的分选与细胞结

构的组装

分泌蛋白合成的模型---信号假说

蛋白质分选与分选信号

膜泡运输

细胞结构体系的组装

一、细胞质基质

(cytoplasmic matrix or cytomatrix)

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

(endomembrane system)

细胞内膜系统概述

细胞内膜系统的研究方法

细胞内膜系统概述

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

De Duve, A.Claude and

G.Palade,1974 Nobel Plrize

?放射自显影

(Autoradiography);

?生化分析(Biochemical

analysis);

?遗传突变分析(Genetic

mutants)

一、内质网的形态结构

内质网的两种基

本类型

粗面内质网(rough

endoplasmic reticulum,rER)

光面内质网(smooth

endoplasmic reticulum,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)

System of

oxygenases---cytochrome p450

family;

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

第8 页共26 页

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- linked glycosylation

(Asn)

O- linked glycosylation

(Ser/Thr or Hylys/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

KDEL or HDEL信号

蛋白二硫键异构酶(protein

disulfide isomerase,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(Binding protein,

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→Golgi complex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)

phospholipd translocator /

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:

transport by budding:ER

→GC、Ly、PM

transport by phospholipid

exchange proteins(PEP):

ER→other organelles

(including Mit and Chl)。

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

(cytoplasmic dynein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(forming face)或顺

面(cis face)

面向质膜的凹面(concave)

又称成熟面(mature face)或反面

(trans face)

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-Golgi

network,CGN)又称cis膜囊

高尔基体中间膜囊(medial Golgi)

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(trans Golgi

network,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

第9 页共26 页

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(acid

phosphatase)

类型

初级溶酶体(primary lysosome)

次级溶酶体(secondary lysosome)

?自噬溶酶体

(autophagolysosome)

?异噬溶酶体

(phagolysosome)

残余小体(residual body),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 phagosome

endocytosis early endosome late

endosome 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

的功能

过氧化物酶

体的发生

过氧化物酶体与溶酶体的区别

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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-targeting signal,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(Signal hypothesis)

G.Blobel et al:Signal

hypothesis,1975

信号肽(Signal peptide)与共转移

(Cotranslocation)

导肽(Leader peptide)与后转移(Post

translocation)

信号假说

信号假说内容

指导因子:蛋白质N-端的信号肽(signal

peptide)

信号识别颗粒(signal recognition

particle,SRP)

信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白

docking protein,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(Signal peptides)与

信号斑(Signal patches)

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(post

translocation)。

蛋白质跨膜转移过程需要

第10 页共26 页

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(protein sorting)

与分选信号(sorting signals)

分选途径(Road map)

门控运输(gated transport);

跨膜运输(transmembrane transport);

膜泡运输(vesicular transport)

拓扑学等价性(Topologically equivalent)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

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-binding protein);

负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins)? 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( bulk flow)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-Golgi IC→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-associated membrane

protein)

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‖(open prison)。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‖(molecular chaperones)

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

?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‖(molecular

chaperones)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

●线粒体与氧化磷酸化

●叶绿体与光合作用

●线粒体和叶绿体是半自主性细胞器

●线粒体和叶绿体的增殖与起源

第一节线粒体与氧化磷酸化

●线粒体的形态结构

●线粒体的化学组成及酶的定位

●氧化磷酸化

●线粒体与疾病

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(outer membrane):含孔

蛋白(porin),

通透性较高。

◆内膜(inner membrane):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(intermembrane

space):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

●线粒体组分分离方法

●线粒体的化学组成

●线粒体酶的定位

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(oxidative

phosphorylation)的分子基础

●氧化磷酸化的偶联机制—化学渗

透假说

(Chemiosmotic Hypothesis,

Mithchell,1961)

●质子动力势的其他作用

●线粒体能量转换过程略图

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)

第11 页共26 页

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-transport chain)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(ATP

synthase)(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)

组成:含42个蛋白亚基,

至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。

作用:催化NADH氧化,

从中获得2高能电子→辅酶Q;泵

出4 H+

◆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)

组成:含FAD辅基,2Fe-S

中心,

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)

组成:包括1cyt c1、1cyt

b、1Fe-S蛋白

作用:催化电子从

UQH2→cyt c;泵出4 H+(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)

组成:二聚体,每一单

体含13 个亚基,

三维构象,cyt a, cyt a3 ,Cu,

Fe

作用:催化电子从cyt c→分子O2形成水,2 H+泵出,2 H+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—Banding Change

Mechanism (Boyer 1979)

◆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(proton motive

force)

◆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

·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

Brown Fat Cell

线粒体产生大量热量

第二节叶绿体与光合作用

●叶绿体(Chloroplast)的形态结构

●叶绿体的功能—光合作用

(photosynthesis)

一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构

●叶绿体与线粒体形态结构比较

叶绿体内膜并不向内折叠

成嵴;内膜不含电

子传递链;除了膜间隙、基质外,

还有类囊体;

捕光系统、电子传递链和ATP合成酶

都位于类囊体

膜上。

●叶绿体超微结构

二、叶绿体的功能—光合作用

(photosynthesis)

Photosynthesis:(1)光合电子传递反应—

光反应(Light Reaction)

(2)

碳固定反应—暗反应(Dark Reaction)

●光反应

●暗反应(碳固定)

●光合作用与有氧呼吸的关系图

光反应在类囊体膜上由光引起的光化

学反应,通过叶绿素等光合色素分子吸收、

传递光能,水光解,并将光能转换为电能(生

成高能电子),进而通过电子传递与光合磷

酸化将电能转换为活跃化学能,形成ATP和

NADPH并放出O2 的过程。包括原初反应、

电子传递和光合磷酸化。

◆原初反应(primary reaction)光能的

吸收、传递与转换,形成高能电子(由光系

统复合物完成,光合作用单位的概念)

◆电子传递与光合磷酸化

电子传递与光合磷酸化

·电子传递与光合磷酸化需说明以下几

点:

①最初电子供体是H2O,最终电子受体

是NADP+。

②电子传递链中唯一的H+-pump是

cytb6f复合物。类囊体腔的

质子浓度比叶绿体基质高,该浓

度梯度产生的原因归于:

H2O光解、cytb6f 的H+-pump、

NADPH的形成。ATP、

NADPH在叶绿体基质中形成。

③电子沿光合电子传递链传递时,分

为非循环式光合磷酸化和

循环式光合磷酸化两条通路。循环式

传递的高能电子在PSⅠ

被光能激发后经cytb6f复合物回到

PSⅠ。结果是不裂解H2O、

产生O2,不形成NADPH,只产生

H+跨膜梯度,合成ATP 。

暗反应(碳固定)

利用光反应产生的ATP 和

NADPH,使CO2还原为糖类等有机物,即

将活跃的化学能最后转换为稳定的化学

能,积存于有机物中。这一过程不直接需

要光(在叶绿体基质中进行)。

◆卡尔文循环(Calvin cycle)(C3途径)

◆C4途径或 Hatch-Slack循环

◆景天科酸代谢途径

第三节线粒体和叶绿体是半自主性细胞

●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

●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

第12 页共26 页

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,16S rRNA;22种tRNA;13种多肽:

NADH脱氢酶7个亚基,cyt b-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

●线粒体和叶绿体的增殖

●线粒体和叶绿体的起源

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

(endosymbiosis hypothesis)

●非共生起源学说内共生起源学

◆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。

◆不足之处

第八章细胞核(nucleus)与

染色体(chromosome)

第一节核被膜与核孔复合体

●核被膜

●核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)

核被膜

●结构组成

●核被膜的功能

●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(outer nuclear membrane),

附有核糖体颗粒

◆内核膜(inner nuclear membrane),

有特有的蛋白成份(如核纤层蛋白B受体)

◆核纤层(nuclear lamina)

◆核周间隙(perinuclear space)

◆核孔(nuclear pore)

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

?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

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

(nuclear pore complex,NPC)

结构模型

◆胞质环(cytoplasmic ring),外环

◆核质环(nuclear ring),内环

◆辐(spoke)

?柱状亚单位(column

subunit)

?腔内亚单位(luminal

subunit)

?环带亚单位(annular

subunit)

◆中央栓(central plug):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1 000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

?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

核孔复合体上,为其N端进行核质交

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

核孔复合体物质运输功能

第13 页共26 页

示意图

爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验

◆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

亲核蛋白与核定位信号

?亲核蛋白(karyophilic protein)

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(nuclear localization signal,

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5s rRNA与tRNA

的核输出由蛋白质介导;

?RNA 聚合酶II转录的hn RNA,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(Nuclear Export Signal,

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

●染色质的概念及化学组成

●染色质的基本结构单位—核小体

(nucleosome)

●染色质包装的结构模型

●常染色质和异染色质

一、染色质的概念及化学组成

●染色质概念

●染色体DNA

染色体蛋白质

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(short interspersed

elements,SINEs)

长散在重复元件(long interspersed

elements,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(satellite DNA),主要分布

在染色体着丝粒部位;

小卫星DNA(minisatellite DNA),又

称数量可变的的串联重复序列,

常用于DNA指纹技术(DNA

finger-printing)作个体鉴定;

卫星DNA(microsatellite DNA)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

?三种构型DNA的主要特征

?DNA构型的生物学意义

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(nucleosomal histone):

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(sequence specific

DNA binding proteins)

?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-helix motif)

?锌指模式(Zinc finger motif)

?亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif,

ZIP)

第14 页共26 页

?螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix

motif,HLH)

?HMG-盒结构模式(HMG-box motif):二、染色质的基本结构单位—

核小体(nucleosome)

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(dyad symmetry),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20bp DNA,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166bp DNA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

(multiple coiling model)

●染色体的骨架-放射环结构模型

(scaffold radial loop structure model)

●染色体包装的不同组织水平

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

(chromsomal scaffold)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)

◆概念: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1 000~2 000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)

(constitutive

heterochromatin)

?兼性异染色质(facultative

heterochromatin)

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(functional

elements)

●核型与染色体显带

●巨大染色体(giant chromosome)

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

(metacentric chromosome)

◆亚中着丝粒染色体

(submetacentric chromosome)

◆亚端着丝粒染色体

(subtelocentric chromosome)

◆端着丝粒染色体

(telocentric chromosome)。

染色体的主要结构

◆着丝粒(centromere)与着丝点(动粒,

kinetochore)

◆次缢痕(secondary constriction)

◆核仁组织区(nucleolar organizing

region,NOR)

◆随体(satellite)

◆端粒(telomere)

着丝粒与着丝点(动粒)

?着丝点结构域(kinetochore domain)

内板(inner plate)

中间间隙(middle

space),innerzone

外板(outer plate)

纤维冠(fibrouscorona)

?中央结构域(central domain)

CENP-B盒与动粒蛋白

?配对结构域(pairing domain):

内部着丝粒蛋白

INCENP(inner centromere protein)

染色单体连接蛋白

clips(chromatid linking proteins)

染色体DNA的三种功能元件

(functional elements)

三种功能元件的实验证明

自主复制DNA序列(autonomously

replicating DNA sequence, 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(centromere DNA

sequence,CEN) :

两个相邻的核心区:80-90bp

的AT区;11bp的保守区。

端粒DNA序列(telomere DNA

sequence,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‖(artificial

minichromosome)。

第15 页共26 页

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

巨大染色体

多线染色体(polytene chromosome)

灯刷染色体(lampbrush chromosome)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(housekeeping gene)

位于间带, ―奢侈‖基因(luxury gene) 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(lampbrush chromosome)

◆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

一次分裂时停留在双线期的染色体。

◆灯刷染色体的超微结构

◆灯刷染色体的转录功能

第四节核仁(nucleolus)

●核仁的超微结构

●核仁的功能

●核仁周期

一、核仁的超微结构

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(fibrillar centers,FC)

致密纤维组分(dense fibrillar

component,DFC)

颗粒组分(granular component,GC)

核仁相随染色质(nucleolar associated

chromatin)

与核仁基质((nucleolar matrix)

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(ribosome

biogenesis)是

一个向量过程(vetorical process):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(guide RNA)

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

活性染色质及其主要特征

染色质结构与基因转录

活性染色质及其主要特征

活性染色质(active chromatin)与

非活性染色质(inactive chromatin)

活性染色质主要特征

活性染色质(active chromatin)与

非活性染色质(inactive chromatin)

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,

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

活性染色质主要特征

活性染色质具有DNase I超敏感位点

(DNase I hypersensitive site,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DNase I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

基因座控制区(locus control

region,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

第16 页共26 页

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‖(nucleosome plow)假说

第六节核基质与核体

核基质(nuclear matrix)

核体(nuclear bodies,NBs)

核基质(nuclear matrix)

核基质或核骨架(nuclear skeleton)的概

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。

目前对核骨架的研究结论

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(nuclear bodies,NBs)

核体概念

螺旋体(coiled bodies,CBs)

早幼粒细胞白血病蛋白体

(promyelocytic leukaemia protein bodies,PML bodies)

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

(subnuclear domain),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(molecular warehouse)。

螺旋体(coiled bodies,CBs)

小核糖核蛋白质(sn RNPs)、细胞周期控制

蛋白和几种基本转录因子,如p80 coilin

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。

核糖体的基本类型与成分

核糖体的结构

核糖体蛋白质与rRNA的功能分析

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

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16S rRNA结构的研

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

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-loop structure)

?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

核糖体上具有一系列与蛋白质

合成有关的结合位点与催化位点

在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核糖体上具有一系列与蛋白质

合成有关的结合位点与催化位点

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(exit site)

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

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?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

多聚核糖体(polyribosome或polysome)

蛋白质的合成

RNA在生命起源中的地位及其演化过

一、多聚核糖体

(polyribosome或polysome)

概念

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)

第一节细胞质骨架

●微丝(microfilament, MF)

●微管(microtubules)

●中间纤维(intermediate filament,IF)

●细胞骨架结构与功能总结

第二节细胞核骨架

●核基质(Nuclear Matrix)

●染色体骨架

●核纤层(Nuclear Lamina )

一、微丝(microfilament, MF)

又称肌动蛋白纤维(actin

filament), 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

●装配

●微丝特异性药物

●微丝结合蛋白

●微丝功能

●肌肉收缩(muscle contraction)

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:

·Parallel bundle: MF同向平

行排列,主要发现于

微绒毛与丝状伪足。

·Contractile bundle: MF反向平行

排列,主要

发现于应力纤维和有丝分裂收

缩环。

·Gel-like network: 细胞皮层(cell

cortex)中微丝

排列形式,MF相互交错排列。

微丝功能

◆维持细胞形态,赋予质膜机械强度

◆细胞运动

◆微绒毛(microvillus)

◆应力纤维(stress fiber)

◆参与胞质分裂

◆肌肉收缩(muscle contraction)

微丝遍及胞质各处,集中分布于

质膜下,和其结合蛋白形成网络

结构,维持细胞形状和赋予质膜

机械强度,如哺乳动物红细胞膜

骨架的作用。成纤维细胞爬行与

微丝装配和解聚相关

是肠上皮细胞的指状突起,用以

增加肠上皮细胞表面积,以利于营养的快

速吸收。

应力纤维(stress fiber):广泛

存在于真核细胞。

成分:肌动蛋白、肌球蛋白、原

肌球蛋白和 -辅肌动蛋白。介导

细胞间或细胞与基质表面的粘

着。

(细胞贴壁与粘着斑的形成相

关,在形成粘合斑的质膜下,微

丝紧密平行排列成束,形成应力

纤维,具有收缩功能。)

收缩环由大量反向平行

排列的微丝组成,其收缩机制是肌动蛋白

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和肌球蛋白相对滑动。

肌肉收缩(muscle contraction)

肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器,它

直接将化学能转变为机械能。

◆肌肉的细微结构(以骨骼肌为

例)

◆肌小节的组成

◆肌肉收缩系统中的有关

蛋白

◆肌肉收缩的滑动模型

◆由神经冲动诱发的肌肉

收缩基本过程

肌肉收缩系统中的有关蛋白

①肌球蛋白(myosin)—所

有actin-dependent motor proteins都属于

该家族,其头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。

·Myosin Ⅱ

主要分布于肌细

胞,有两个球形头部结构域(具有

ATPase活性)和尾部

链,多个Myosin尾部相互缠绕,

形成myosin filament,即粗肌丝。

②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)

由两条平行的多肽链形成α-螺

旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,

结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌

球蛋白头部的结合。

③肌钙蛋白(Troponin, Tn)

为复合物,包括三个亚基:TnC(Ca2+敏感

性蛋白)

能特异与Ca2+结合;

TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋

白ATPase活性)

由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程

·动作电位的产生

·Ca2+的释放

·原肌球蛋白位移

·肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动

·Ca2+的回收

二.微管(Microtubules)

●微管结构与组成

●装配

●微管特异性药物

●微管组织中心(MTOC)

●微管结合蛋白(MAP)

●微管功能

微管结构与组成

微管可装配成单管,二联管(纤毛和

鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。

装配

◆装配方式

◆所有的微管都有确定的极性

◆微管装配是一个动态不稳定过程

α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚

体,αβ二聚体先形成环状核心(ring),经过

侧面

增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体

平行于

长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。

当螺

旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一

段微管。

·微管装配的动力学不稳定性是

指微管装配

生长与快速去装配的一个交替

变换的现象

·动力学不稳定性产生的原因:

微管两端具GTP帽(取决于微管

蛋白浓度),微

管将继续组装,反之,无GDP帽则

解聚。

微管特异性药物

◆秋水仙素(colchicine) 阻断

微管蛋

白组装成微管,可破坏纺锤体结

构。

◆紫杉酚(taxol)能促进微管的

装配,

并使已形成的微管稳定。

◆为行使正常的微管功能,微管

动力学

不稳定性是其功能正常发挥的

基础。

微管组织中心(MTOC)

◆概念:

◆常见微管组织中心

◆中心体(centrosome)

◆基体(basal body)

微管在生理状态或实验

处理解聚

后重新装配的发生处称为微管组织中

心(microtubule organizing center, MTOC)。

常见微管组织中心

◆间期细胞MTOC:→中心体(动

态微管)

◆分裂细胞MTOC:→有

丝分裂纺锤体极(动态微管)

◆鞭毛纤毛细胞MTOC:

→基体(永久性结构)

中心体(centrosome)

·中心体(centrosome)结构

·中心体复制周期

·γ管蛋白:位于中心体周围的基质

中,环形

结构,结构稳定,为αβ微管蛋白

二聚体提

供起始装配位点,所以又叫成核位

基体(basal body)

·位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基

体(basal body )

·中心粒和基体均具有自我复制性质

微管功能

◆维持细胞形态

◆细胞内物质的运输

◆细胞器的定位

◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动

◆纺锤体与染色体运动

维持细胞形态

用秋水仙素处理细胞破坏

微管,导致细胞

变圆,说明微管对维持细胞的不对称形

状是重要

的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、

轴突的

形成和维持, 微管亦起关键作用。

细胞内物质的运输

真核细胞内部是高度区域

化的体系, 细胞中合成的物质、

一些细胞器等必须经过细胞内运

输过程。这种运输过程与细胞骨

架体系中的微管及其Motor

protein有关。

·Motor proteins

·神经元轴突运输的类型

及运输模式

·色素颗粒的运输

Motor proteins

目前已鉴定的Motor

proteins多达数十种。根据其

结合的骨架纤维以及运动方向和

携带的转运物不同而分

为不同类型。胞质中微管motor

protein分为两大类:

驱动蛋白(kinesin):通常朝

微管的正极方向运动

动力蛋白(cytoplasmic

dynein):朝微管的负极运动

Kinesin与Dynein的分子结构

Kinesin与Dynein的运输方式

鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动

·纤毛和鞭毛的运动形式

·纤毛与鞭毛的结构

·纤毛运动机制

三、中间纤维(intermediate filament,IF)

10nm纤维,因其直径介于

肌粗丝和细丝之间, 故被命名为中间纤

维。IF几乎分布于所有动物细胞,往往形

成一个网络结构,特别是在需要承受机械

压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞

中。除了胞质中,在内核膜下的核纤层也

属于IF。

●中间纤维的装配

●中间纤维的成分与分布

●中间纤维结合蛋白(IFAP )

及其判定标准

●中间纤维的功能

中间纤维的装配

◆中间纤维装配过程

◆IF装配与MF,MT装配相比,有以下几个

特点:

·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT

的单体呈球形);

·反向平行的四聚体导致IF不具有极

性;

·IF在体外装配时不需要核苷酸

或结合蛋白的辅助,

在体内装配后,细胞中几乎不

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存在IF单体(但IF的存在

形式也可以受到细胞调节,如核纤层的装配与解聚)。

中间纤维的成分与分布

IF成分比MF,MT复杂,具有组织特异性。

IF在形态上相似,而化学组成有明显的差别。

◆中间纤维类型与分布

◆中间纤维蛋白的表达具有严格的组织

特异性

中间纤维的功能

◆增强细胞抗机械压力的能力

◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持

◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组

分,

对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用

◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起

作用

◆参与传递细胞内机械的或分子的信息

◆中间纤维与mRNA的运输有关

第二节细胞核骨架

核基质(Nuclear Matrix)

形态结构

◆研究核骨架的分级抽提方法

非离子去垢剂溶解膜结构系统,胞质中可溶性成分随之流失; 再用

Tween40和脱氧胆酸钠处理,胞质中的微

管、微丝与一些蛋白结构被溶去,胞质中只有中间纤维网能完好存留;然后用核酸酶

与0.25mol/L硫酸铵处理,染色质中DNA、RNA和组蛋白被抽提, 最终核内呈现一个精细发达的核骨架网络, 结合非树脂包埋-去包埋剂电镜制样方法,可清晰地显示核骨架-?核纤层-中间纤维结构体系。

成分

核骨架不象胞质

骨架那样由非常专一的蛋白成分

组成,核骨架的成分比较复杂,主

要成分是核骨架蛋白及核骨架结

合蛋白,并含有少量RNA。

◆核骨架蛋白

◆骨架结合蛋白

◆其它

核骨架结合序列

◆ DNA序列中的核骨架结合序列

(matrix associated region,

MAR)

这部分DNA与核骨架蛋白的结

合不为高盐溶液抽提所破坏,在

基因表

达调控中有作用

◆核骨架结合序列的基本特征

◆ MAR的功能

·通过与核骨架蛋白的结合,将

DNA放射环锚定在核骨架上;

·作为许多功能性基因调控蛋白

的结合位点。

核骨架结合序列的基本特征

·富含AT

·富含DNA 解旋元件(DNA

unwinding elements)

·富含反向重复序列(Inverted

Repeats)

·含有转录因子结合位点。

功能

◆核骨架与DNA复制

◆核骨架与基因表达

大量研究工作表

明真核细胞中RNA的转录和加工

与核骨架有关。具有转录活性

的基因是结合在核骨架上

的; RNA聚合酶在核骨架上具有

结合位点。

◆核骨架与病毒复制

◆核骨架与染色体构建

二、染色体骨架

●染色体骨架/放射环模型

●染色体骨架的真实性

◆银染法能选择性地显示染色体

轴结构

◆DNA酶和RNA酶处理或用

0.4mol/L H2SO4处理去除组蛋白,

对染色体轴没有影响,用胰蛋白

酶消化则染色体轴破坏,说明染

色体轴是非组蛋白性的。

◆染色体骨架/放射环模型在分

子水平上得到两个直接证据

●染色体骨架与染色体高级结构

三、核纤层(Nuclear Lamina)

●核纤层分布与形态结构

●成分——核纤层蛋白(Lamin)

●核纤层蛋白的分子结构及其与

中间纤维蛋白的关系

●核纤层蛋白在细胞分化

中的表达

●核纤层在细胞周期中的

变化

●功能

成分——核纤层蛋白(Lamin)

◆哺乳动物和鸟类细胞中有

核纤层蛋白A

核纤层蛋白B

核纤层蛋白C

核纤层蛋白的分子结构及

其与中间纤维蛋白的关系

◆核纤层与中间纤维之间的共同

·两者均形成10nm纤维;

·两者均能抵抗高盐和非离子

去垢剂的抽提;

·某些抗中间纤维蛋白的抗体

能与核纤层发生交叉反应

·LaminA和LaminC的cDNA克

隆推导出核纤层蛋白的氨基

酸顺序与中间纤维蛋白高度

保守的α-螺旋区有很强的

同源性, 说明核纤层蛋白是

中间纤维蛋白.

核纤层在细胞周期中的变化

◆A型核纤层蛋白在组装核纤层

时通过蛋白水解失去C端(异戊二

烯化 ,isoprenylation)。核膜崩

解, 核纤层解聚时, A型核纤层蛋

白以可溶性单体形式弥散到胞质

中。

◆B型核纤层蛋白则永久法尼基

化(farnesylated),与核膜小泡

保持结合状态,当核膜重现时,在

染色体周围重装配, 形成子细胞

的核纤层。

功能

◆为核膜及染色质提供了

结构支架

第十一章细胞增殖及其调控

细胞增殖(cell proliferation)的意义

◆细胞增殖(cell proliferation)

是细胞生命活动的重要特征之一,

是生物繁育的基础。

◆单细胞生物细胞增殖导致生物

个体数量的增加。

◆多细胞生物由一个单细胞(受精

卵)分裂发育而来,细胞增殖是多

细胞生物繁殖基础。

◆成体生物仍然需要细胞增殖,

主要取代衰老死亡的细胞,维持

个体细胞数量的相对平衡和机体

的正常功能。

◆机体创伤愈合、组织再

生、病理组织修复等,都要

依赖细胞增殖。

第一节细胞周期与细胞分裂

●细胞周期(cell cycle)概述

●有丝分裂(mitosis)

●胞质分裂(Cytokinesis)

●减数分裂(Meiosis)

第二节细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)

●细胞周期调控系统的主要作用

●细胞周期检验点(Cell Cycle

Checkpoint)

●MPF

●Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期

运转

●细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的

负调控)

一、细胞周期(cell cycle)概述

●细胞周期

●细胞周期中各个不同时相及其主要事

●细胞周期长短测定

●细胞周期同步化

●特异的细胞周期

二、有丝分裂(mitosis)

●前期(prophase)

●前中期(prometaphase)

●中期(metaphase)

●后期(anaphase)

●末期(telophase)

三、胞质分裂(Cytokinesis)

●动物细胞胞质分裂

●植物细胞胞质分裂

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最新细胞生物学翟中和第四版课后习题答案

第四章:细胞膜与细胞表面 1、生物膜的基本结构特征是什么?这些特征与它的生理功能有什么联系? 以极性尾部相对,极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,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而。生物膜具有两个显著的特征,即膜的不对称性和膜的流动性:D、生物膜结构的不对称性保证了膜功能的方向性,使膜两侧具有不同的功能,有的功能只发生在膜外侧,有的则在膜内侧,这是生物膜发生作用所必不可少的。如调节.细胞内外Na+、K+的Na+-K+ATP酶,其运转时所需的ATP是细胞内产生的,该酶的ATP结合点正是处于膜的内侧面:许多激素受体等接受细胞外信号的则处于细胞外侧。2)、膜的流动性与物质运输、能量转换、细胞识别、药物对细胞的作用密切相关。可以说,一切膜的基本活动均在生物膜的流动状态下进行。 2、何为内在膜蛋白?它以什么方式与膜脂相结合? 内在膜蛋白又称整合膜蛋白,这类蛋白部分或全部插入脂双层中,多数为横跨整个膜的跨膜蛋白。它与膜结合的主要方式有:1)、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。2)、跨膜结构域两端携带正电荷的纨基酸残基,如精敏酸、赖缎酸等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Ca+、Mg+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。3)、某些膜蛋白通过自身在细胞质基质一侧的半胱织酸残基上共价结合的脂肪酸分子,插到膜双层之间,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。 3、从生物膜结构模型的演化,谈谈人们对生物膜的认识过程。 生物膜结构模型的演化是人类认识细胞膜的一个循序渐进的过程,是随着实验技术和方法的改进而不断完善的:D、1925年:质膜是由双层脂分子构成的;2)、1935年:提出“蛋白质一脂质一蛋白质”的三明治式的质膜结构模型,这一模型影响达20年之久:3)、1959 年提出单位膜模型,并大胆推测所有的生物膜都是由“蛋白质一脂质一蛋白质”的单位膜构成:4)、1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型,强调:①膜的流动性,膜蛋白和膜脂均可侧向运动:②膜蛋白分布的不对称性,有的镶嵌在膜表面,有的嵌入或横跨脂双层分子。5)、“液态晶模型”和“板块镶嵌模型”等的提出,可看作是对流动镶嵌模型的补充。6)、1988年“脂筏模型”。从生物膜结构模型的演化过程可知,人们对事物的认识是在实践中不断深入、逐渐完善的过程。 4、红细胞膜骨架的基本结构与功能是什么? 膜骨架是细胞质膜与膜内的细胞卅架纤维形成的复合结构。红细胞膜骨架蛋白主要包括:血影蛋白或称红膜肽,锚蛋白,带4、1蛋白和肌动蛋白。血影蛋白和肌动蛋白在维持膜的形状和固定其它膜蛋白的位置方而起重要作用。功能:参与维持细胞的形态,并协助细胞质膜完成多种的生理功能。 第五章、物质的跨膜运输 1、比较载体蛋白与通道蛋白的特点。 1)、膜转运蛋白可以分为两类:载体蛋白和通道蛋白(又称离子通道)。它们以不同的方式辨别溶质。2)、载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜的蛋白质分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。具有高度选择性:具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征:对PH有依赖性。3)、离子通道有3个显著特征:①极高的转运速率②没有饱和值③非连续性开放而是门控的。离子通道无需与溶质分子结合。它的开或关两种构象的调方,应答于适当的信号。根据应答信号的不同,离子通道又分为电压门通道、配体门通道、压力激活通道。 2、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。 主动运输和被动运输的特点:(1)浓度梯度:主动运输是物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜转运的方式;而被动运输是物质顺浓度梯度或电化学梯度由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。(2)是否需能主动播需要代谢能(由ATP水解直接提供能量)或与释放能量的过程相偶联(协同运输):而被动运输不需

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。

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

(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 翟中和版 总结笔记第七章

Cell biology 细胞生物学 第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 细胞内被膜区分类:细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器 第一节细胞质基质的含义和功能 一、细胞质基质的含义 (1)含义:在真核细胞的细胞质中,除去可分辨的细胞器以外的胶状物质 主要含有: (1)与代谢有关的许多酶 (2)与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构

细胞质基质是一个高度有序的体系,细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中,多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合,或与生物膜结合,从而完成特定的功能。细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系,蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在,与周围溶液的分子处于动态平衡。 差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。 二、细胞质基质的功能 (1)蛋白质分选和转运 N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上,通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成,并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中,也有些蛋白驻留在细胞质基质中。

(2)锚定细胞质骨架 (3)蛋白的修饰、选择性降解 1 蛋白质的修饰 辅基、辅酶与蛋白的结合 磷酸化和去磷酸化 糖基化 N端甲基化(防止水解) 酰基化 2 控制蛋白质寿命 N端第一个氨基酸残基决定寿命 细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解,依赖于泛素降解途径 3 降解变性和错误折叠的蛋白质 4 修复变性和错误折叠的蛋白

热休克蛋白的作用 第二节细胞内膜系统及其功能 细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。 研究方法:电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析 一、内质网的形态结构和功能 内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成的互相沟通的三维网络结构。 (一)内质网的两种基本类型 糙面内质网和光面内质网。 糙面内质网:扁囊状整齐附着有大量核糖体 功能:合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网:分支管状,小

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)。

南开大学翟中和细胞生物学考研笔记

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

总趋势 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。 重点领域 ?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 ?细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 ?细胞信号转导的研究 ?细胞结构体系的组装 美国科学情报研究所(ISI)1997年SCI(Science Citation Index)收录及引用论文检索,全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是: 细胞信号转导(signal transduction); 细胞凋亡(cell apoptosis); 基因组与后基因组学研究(genome and post-genomic analysis)。 美国国立卫生研究院(NIH)在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话题?》(“What is popular in research today?”)的调查报告中指出,目前全球研究最热门的是 三种疾病: ?癌症(cancer) ?心血管病(cardiovascular diseases) ?爱滋病和肝炎等传染病 (infectious diseases:AIDS,hepatitis) 五大研究方向: ?细胞周期调控(cell cycle control); ?细胞凋亡(cell apoptosis); ?细胞衰老(cellular senescence); ?信号转导(signal transduction); ?DNA的损伤与修复(DNA damage and repair) “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。 Alberts B et al. Essential Cell Biology. New York and London:Garland publishing,Inc. 1998 Alberts B et al.Molecuar Biology of the Cell, 3rd ed. New York and London:Garland Publishing,Inc. 1994 Becker W.M. et al. The World of the Cell. Fourth Ed. The Benjamin/Cummings Publishing Company. 2000 Gerald Karp. Cell and Molecular Biology:concepts and experiments,2nd Edition. Published by John Wiley & Sons,Inc. 1999 Lodish H. et al. Molecular Cell Biology. 4th Ed. Scientific American Books,Inc.2000. 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

翟中和第四版细胞生物学1~9章习题及答案复习过程

翟中和第四版细胞生物学1~9章习题及答 案

翟中和第四版《细胞生物学》习题集及答案 第一章绪论 一、名词解释 细胞生物学:是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学,它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡,以及细胞信号传导,细胞基因表达与调控,细胞起源与进化等重大生命过程。 二、填空题 1、细胞分裂有直接分裂、减数分裂和有丝分裂三种类型。 2、细胞学说、能量转化与守恒和达尔文进化论并列为19世纪自然科学的“三大发现”。 3、细胞学说、进化论和遗传学为现代生物学的三大基石。 4、细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平,对细胞的各种生 命活动展开研究的科学。 5、第一次观察到活细胞有机体的人是荷兰学者列文虎克。 三、问答题: 1、当前细胞生物学研究中的3大基本问题是什么? 答:①基因组是如何在时间与空间上有序表达的?

②基因表达产物是如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器的?这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么? ③基因及其表达的产物,特别是各种信号分子与活性因子是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程? 2、细胞生物学的主要研究内容有哪些? 答:①生物膜与细胞器②细胞信号转导③细胞骨架体系④细胞核、染色体及基因表达⑤细胞增殖及其调控⑥细胞分化及干细胞生物学⑦细胞死亡⑧细胞衰老 ⑨细胞工程⑩细胞的起源与进化 3、细胞学说的基本内容是什么? 答:①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。 ②每个细胞作为一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益。 ③新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。 第二章细胞的统一性与多样性 一、名词解释 1、细胞:生命活动的基本单位。 2、病毒(virus):非细胞形态生命体,最小、最简单的有机体,必须在活细胞体内复制繁殖,彻底寄生性。 3、原核细胞:没有核膜包裹的和结构的细胞,细菌是原核细胞的代表。 4、质粒:细菌的核外DNA。裸露环状DNA分子,可整合到核DNA中,常做基因工程载体。

细胞生物学(翟中和)重点

; 第八章蛋白质分选与膜泡运输 一、分泌蛋白合成的模型---信号假说 信号假说 信号肽 与共转移 导肽 与后转移 信号假说 信号假说内容 指导因子:蛋白质N-端的信号肽 信号识别颗粒) 信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白)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 信号肽与信号斑 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 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、蛋白质分选与分选信号 分选途径 门控运输 跨膜运输 膜泡运输 拓扑学等价性的维持 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; 负责回收、转运内质网逃逸蛋白? 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( bulk flow)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-Golgi IC→Golgi。 第九章细胞信号转导 一、(细胞通讯) :指一个信号产生细胞发出的信息通过介质(配体)传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用,然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化,最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。 1、可分为3种方式:①细胞通过化学信号进行细胞间通讯,是多细胞生物普遍采用的通讯方式;②细胞间接触依赖性通讯,细胞间直接接触,通过信号细胞跨膜信号分子与相邻靶细胞表面受体相互作用;③动物相邻细胞间形成间隙连接、植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通,通过交换小分子实现代谢偶联或电偶联,从而实现功能调控。 2、细胞分泌化学信号的作用方式:①内分泌,由内分泌细胞分泌信号分子到血液中,通过血液循环运送到体内各个部位,作用于靶细胞②旁分泌,细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中,经过局部扩散作用于邻居靶细胞③通过化学突触传递神经信号④自分泌细胞对自身分泌的信号分子产生反应。 3、通过胞外信号所介导的细胞通讯如下步骤:①信号细胞合成并释放信号分子②转运信号分子至靶细胞③信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体激活④活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径⑤引发细胞代谢、功能或基因表达的改变⑥信号的解除并导致细胞反应终止。 、第二信使学说:胞外化学信号(第一信使)不能进入细胞,它作用于细胞表面受体,导致产生胞内信号(第二信使),从而引发靶细胞内一系列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二信使的降解使其信号作用终止。 第二信使至少有两个基本特性: ①是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子;②能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。 第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油、1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)、Ca2+ 等。 第十章细胞骨架 细胞骨架包括微,微管,中间丝 细胞骨架特点:弥散性,整体性,变动性 一、微丝 又称肌动蛋白纤维,是指真核细胞中由肌动蛋白组成、直径为7nm的

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第八章细胞核与染色体 二、填空题 1、细胞核外核膜表面常附有颗粒,且常常与相连 通。 2、核孔复合物是特殊的跨膜运输蛋白复合体,在经过核孔复合体的主动运输中,核孔复合体具有严格的选择性。 3、是蛋白质本身具有的、将自身蛋白质定位到细胞核中去的特异氨 基酸序列。 4、核孔复合体主要由蛋白质构成,迄今已鉴定的脊椎动物的核孔复合物蛋白成分已达到十多种,其中与是最具代表性的两个成分,它 们分别代表着核孔复合体蛋白质的两种类型。 5、细胞核中的区域含有编码rRNA的DNA序列拷贝。 6、染色体DNA的三种功能元件是、、。 7、染色质DNA按序列重复性可分为、、等 三类序列。 8、染色质从功能状态的不同上可以分为和。 9、按照中期染色体着丝粒的位置,染色体的形态可分 为、、、四种类型。 10、着丝粒-动粒复合体可分为、、三 个结构域。 12、核仁超微结构可分为、、三部 分。 13、广义的核骨架包括、、。 14、核孔复合体括的结构组分 为、、、。 15、间期染色质按其形态特征和染色性能区分为两种类型:和, 异染色质又可分为和。 16、DNA的二级结构构型分为三种,即、、。 17、常见的巨大染色体有、。 18、染色质包装的多级螺旋结构模型中,一、二、三、四级结构所对应的染色体结构分别 为、、、。

19、核孔复合物是的双向性亲水通道,通过核孔复合物的被动扩散 方式有、两种形式;组蛋白等亲核蛋 白、RNA分子、RNP颗粒等则通过核孔复合体的 进入核内。 三、选择题 2、真核细胞间期核中最显著的结构是()。A、染色体 B、染色质 C、核仁 D、 核纤层 6、从氨基酸序列的同源比较上看,核纤层蛋白属于()。 A、微管 B、微丝 C、中间纤维 D、核蛋白骨架 8、下面有关核仁的描述错误的是()。 A、核仁的主要功能之一是参与核糖体的生物合成 B、rDNA定位于核仁区 内. C、细胞在M期末和S期重新组织核仁 D、细胞在G期,核仁消 2失 10、构成染色体的基本单位是()。A、DNA B、核小体 C、螺线管 D、 超螺线管 11、染色体骨架的主要成分是()。A、组蛋白 B、非组蛋白 C、DNA D、RNA 12、异染色质是()。 A、高度凝集和转录活跃的 B、高度凝集和转录不活跃的 C、松散和转录活跃的 D、松散和转录不活跃的 一、名词解释: 7、核仁组织区:位于染色体的次缢痕部位,是rRNA基因所在部位,与间期细胞 核仁形成有关。但并非所有的次缢痕都是NOR。 9、核纤层:是位于细胞核内膜与染色质之间的纤维蛋白片层或纤维网络,与核 内膜紧密结合。它普遍存在于高等真核细胞间期细胞核中。 10、亲核蛋白:是指在细胞质基质内合成后,需要或能够进入细胞核内发挥功能 的一类蛋白质。 11、核基质: 广义的概念是由核纤层、核孔复合体和一个不溶的网络状结构(即 核基质)组成;狭义的概念是指细胞核中存在的一个纤维蛋白构成的纤维网架体 系,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,它不包含核膜、核纤层、染色质和核仁等成分,但这些网络状结构与核 纤层及核孔复合体、染色质等有结构与功能联系。 12、核型:即细胞分裂中期染色体特征的总和。包括染色体的数目、大小和形态 特征等方面。 14、核定位信号:亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,这些内含的特殊短肽 保证了整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。这段具有“定向”“定 位”作用的序列被命名为核定位序列或核定位信号(亲核蛋白的特殊氨基酸序列, 具有定向、定位的作用,保证蛋白质能够通过核孔复合体转运到细胞核内)。 二、填空题 1、核糖体,粗面内质网; 2、双向; 3、核定位序列(信号); 4、gp210,p62; 5、 核仁组织区6、DNA复制起始序列(或自主复制DNA序列)、着丝粒DNA序列、端 粒DNA序列。7、单一序列、中度重复序列、高度重复序列;8、活性染色质,非

翟中和第四版细胞生物学1~6章习题及答案

翟中和第四版《细胞生物学》习题集及答案 第一章绪论 一、名词解释 细胞生物学:是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学,它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡,以及细胞信号传导,细胞基因表达与调控,细胞起源与进化等重大生命过程。 二、填空题 1、细胞分裂有直接分裂、减数分裂和有丝分裂三种类型。 2、细胞学说、能量转化与守恒和达尔文进化论并列为19世纪自然科学的“三大发现”。 3、细胞学说、进化论和遗传学为现代生物学的三大基石。 4、细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平,对细胞的各种生 命活动展开研究的科学。 5、第一次观察到活细胞有机体的人是荷兰学者列文虎克。 三、问答题: 1、当前细胞生物学研究中的3大基本问题是什么? 答:①基因组是如何在时间与空间上有序表达的? ②基因表达产物是如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器的?这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么? ③基因及其表达的产物,特别是各种信号分子与活性因子是如何调节诸如细胞的增殖、

分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程? 2、细胞生物学的主要研究内容有哪些? 答:①生物膜与细胞器②细胞信号转导③细胞骨架体系④细胞核、染色体及基因表达⑤细胞增殖及其调控⑥细胞分化及干细胞生物学⑦细胞死亡⑧细胞衰老⑨细胞工程⑩细胞的起源与进化 3、细胞学说的基本内容是什么? 答:①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。 ②每个细胞作为一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益。 ③新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。 第二章细胞的统一性与多样性 一、名词解释 1、细胞:生命活动的基本单位。 2、病毒(virus):非细胞形态生命体,最小、最简单的有机体,必须在活细胞体内复制繁殖,彻底寄生性。 3、原核细胞:没有核膜包裹的和结构的细胞,细菌是原核细胞的代表。 4、质粒:细菌的核外DNA。裸露环状DNA分子,可整合到核DNA中,常做基因工程载体。 二、选择题 1、在真核细胞和原核细胞中共同存在的细胞器是(D ) A. 中心粒 B. 叶绿体 C. 溶酶体 D. 核糖体

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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 细胞工程 总趋势 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。 重点领域

?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 ?细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 ?细胞信号转导的研究 ?细胞结构体系的组装 美国科学情报研究所(ISI)1997年SCI(Science Citation Index)收录及引用论文检索,全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是: 细胞信号转导(signal transduction); 细胞凋亡(cell apoptosis); 基因组与后基因组学研究(genome and post-genomic analysis)。 美国国立卫生研究院(NIH)在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话题?》(―What is popular in research today?‖)的调查报告中指出,目前全球研究最热门的是 三种疾病: ?癌症(cancer) ?心血管病(cardiovascular diseases) ?爱滋病和肝炎等传染病 (infectious diseases:AIDS,hepatitis) 五大研究方向: ?细胞周期调控(cell cycle control); ?细胞凋亡(cell apoptosis); ?细胞衰老(cellular senescence); ?信号转导(signal transduction); ?DNA的损伤与修复(DNA damage and repair) “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。

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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 细胞工程 总趋势 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。 重点领域 ?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 ?细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 ?细胞信号转导的研究 ?细胞结构体系的组装 美国科学情报研究所(ISI)1997年SCI(Science Citation Index)收录及引用论文检索,全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是: 细胞信号转导(signal transduction); 细胞凋亡(cell apoptosis); 基因组与后基因组学研究(genome and post-genomic analysis)。 美国国立卫生研究院(NIH)在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话

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