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细胞生物

第二章细胞基本知识概要

第一节细胞的基本概念

•一细胞是生命活动的基本单位

•细胞是构成有机体的基本单位

•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

•没有细胞就没有完整的生命

二细胞的基本共性

•化学成分

•基本元素:

CHONPSCaKFeNaClMg

•生物小分子:

核苷酸氨基酸脂肪酸单糖

•生物大分子:

核酸蛋白质脂质多糖

•复合分子：

核蛋白脂蛋白糖蛋白糖脂等

•基本结构体系:

生物膜体系

遗传信息的复制与表达体系

第二节病毒Virus

一病毒的基本知识

■1.病毒是非细胞形态的生命体,特征:

■最小、最简单,可通过滤菌器,大多数病毒必须用电镜才能看见,一般在20-30nm之间;

■成分和结构简单,多数仅由核酸和蛋白质组成;

■核酸为DNA或RNA,没有含两种核酸的病毒;

■专营细胞内寄生生活;

■具有受体连结蛋白（receptorbindingprotein）,与敏感细胞表面的受体连结,进而感染细胞.

病毒的增殖过程

■1．病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染

■吸附:

决定于病毒表面的识别结构与敏感细胞表面的受体能否互补结合

■进入细胞:

多数动物细胞以“主动吞饮”作用使病毒进入细胞;包膜与细胞膜融合;噬菌体仅将核酸注入细胞.

■释放核酸:

在细胞的蛋白水解酶的作用下，壳体被裂解，释放出核酸。

第三节原核细胞Prokaryoticcell与古核细胞Archaebacteria

二、细菌细胞

▪是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。

▪绝大多数细菌的直径在0.5~5μm之间。

第四节真核细胞Eukaryoticcell

一、真核细胞的基本结构

亚显微结构水平上划分三个基本结构体系

①以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；

②以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统；

③由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统

不论是生物膜的厚度，遗传信息表达体系颗粒与纤维结构的大小，骨架纤维的直径都是在5—20nm的尺度范围。

第三章细胞膜与细胞表面

第一节细胞膜与细胞表面特化结构

一、质膜的流动镶嵌模型

根据Fluid-mosaicmodel：

•1.细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。

•2.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；

•3.蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。

二、膜的不对称性

质膜内外两层的组分和功能的差异，称膜的不对称性

•样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：

ES，细胞外表面（extrocytoplasmicsurface）；PS，原生质表面（protoplasmicsurface）；EF，细胞外小页断面（extrocytoplasmicface）；PF，原生质小页断面（protoplasmicface）。

三、膜骨架

•红细胞膜骨架的构成：

•血影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维（约13~15单体）相连，形成血影蛋白网络。

通过两个锚定点固定在质膜下方：

–通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结；

–通过锚蛋白与带3蛋白相连。

•这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。

第二节细胞连接celljunction

是细胞与细胞间或细胞与细胞外基质间的联结结构。

•分为三大类，即：

封闭连接（occludingjunction）、锚定连接（anchoringjunction）和通讯连接（communicating

junction）。

第四章物质的跨膜运输

第一节主动运输（activetransport）

由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧进行跨膜转运的方式。

主动运输的特点是：

①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；

②需要能量；

③都有载体蛋白。

一、Na+_K+ATP酶

结构：

由1个大催化亚单位和1个小的糖蛋白组成。

分布于动物细胞的质膜。

大亚单位在细胞质面有1个ATP结合位点，3个Na+结合位点

在膜外表面有2个K+结合位点和1个Quabain结合位点

Na+_K+ATPase工作原理：

在膜内侧Na+结合，ATP水解，泵本身磷酸化，构型改变，Na+朝向胞外并释放。

K+结合，泵去磷酸化，构型恢复原状，K+朝向细胞质并释放。

总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。

•乌本苷抑制其活性；Mg2+和少量膜脂提高其活性

作用：

1.维持细胞的渗透性，保持细胞体积2.维持低Na+高K+的细胞内环境；3.维持细胞静息电位

第五章细胞通讯与信号传递

第一节细胞通讯与细胞识别

一、细胞信号分子

细胞外信号分子称为“第一信使”。

第二信使（secondarymessenger）学说:

胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，从而激发一系列生化反应，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。

主要有：

cAMP、cGMP、IP3、DG。

Ca2+通常被称为第三信使。

第二信使的作用：

信号转换、信号放大。

第二节膜表面受体介导的信号转导

cAMP信号途径

通过调节第二信使cAMP的浓度变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。

•cAMP信号途径的组分：

•①激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）；

•②活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；

•③腺苷酸环化酶。

G蛋白偶联型受体

配体—受体复合物与靶蛋白的作用要通过与G蛋白的偶联，信号传递需第二信使。

•G蛋白：

即三聚体GTP结合调节蛋白

•位置：

质膜胞质侧。

•组成：

αβγ三个亚基，α亚基具有GTP酶活性，βγ二聚体共价结合于膜上。

••作用：

相当于分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开启状态。

配体与受体结合，导致受体胞内结构域与G蛋白α亚基偶联，并促使α亚基结合的GDP被GTP交换而被活化，从而传递信号。

它将受体与腺苷酸环化酶偶联

•Gs调节模型:

•当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态时，Gs蛋白为异三聚体，α亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶（C）没有活性；

•激素配体与Rs结合，导致Rs构象改变，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，排斥GDP，结合GTP而活化，Gs蛋白解离出α亚基和βγ亚基复合物。

–α亚基活化腺苷酸环化酶，将ATP转化为cAMP。

–βγ亚基复合物也可激活某些胞内靶分子。

Gi调节模型

①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；

②通过βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。

磷脂酰肌醇途径

胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）。

又称为“双信使系统”（double

•messengersystem）。

•–IP3开启胞内IP3门控钙通道，使Ca2+浓度升高，激活钙调蛋白。

•–DG激活蛋白激酶C（PKC）：

第三节

细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整和信息

一、细胞信号传递的基本特征

1、多途径、多层次的细胞信号传递通路具有收敛或发散的特点。

2、非相关受体的信号，可以在细胞内收敛成激活一个共同的效应器的信号；来自相同的配体（如表皮生长因子或胰岛素）的信号，又可发散激活各种不同的效应器，导致多样化的细胞应答。

•从细胞表面到细胞内的4条主要信号通路的比较不难发现：

•磷脂酶C既是G蛋白偶联受体信号途径的效应酶，又是RTK信号途径的效应酶（具有SH2结构域的信号蛋白），在两条信号通路中具有中介作用；

•4条信号通路彼此不同但在运作机制上又具有相似的原理，最终都是激活蛋白激酶。

由蛋白激酶形成的整合信息网络原则上可调节细胞任何特定的过程。

第五章细胞质基质与细胞内膜系统

第一节内质网

一、ER的形态

是内膜构成的封闭的网络系统。

是真核细胞中最多的膜。

•可分为糙面型内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）两类。

•RER扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着

•SER分支管状或小泡状，无核糖体附着。

•细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。

二、ER的功能

●内质网是蛋白质和脂质合成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。

●RE主要合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；

●是脂质合成的重要场所。

●原核细胞内没有内质网，由细胞膜代行其某些类似的职能。

内质网上进行的主要为N-连接的糖基化。

第二节高尔基体

一、形态结构

●是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。

常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面靠近细胞核称为形成面（formingface）或顺面（cisface）。

凹进的一面对着质膜称为成熟面（matureface）或反面（transface）。

顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。

二、主要功能

●高尔基体的主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。

O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行。

第三节溶酶体与过氧化物酶体

是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。

一、溶酶体的结构类型

酸性磷酸酶是标志酶。

●残体（residualbody）

●又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。

残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。

第四节细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配

●蛋白质的分选（proteinsorting）：

蛋白质在细胞质基质中的核糖体或线粒体、叶绿体上合成，然后转运至细胞的特定部位装配成结构与功能的复合体，从而参与细胞生命活动的过程。

第六章线绿体与叶绿体

第一节线粒体与氧化磷酸化

ATP合酶（ATPsynthetase）的结构

●状如蘑菇，属F型质子泵。

●分为球形的F1（头部）和嵌入膜中的F0（基部）

●F1由3α3βγδε组成复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个β亚基具有一个）。

α和β单位交替排列，状如桔瓣。

γ贯穿αβ复合体（转子），并与F0接触，ε帮助γ与F0结合。

δ与F0的a、b亚基形成固定αβ复合体的结构（定子）。

●F0由三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。

氧化磷酸化的作用机理

●质子动力势（化学渗透（Chemiosmotic）假说）：

电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧（M侧）泵至膜间隙（胞质侧或C侧），形成pH梯度（△pH）及电位梯度（△Ψ），两者共同构成电化学梯度，即质子动力势（proton-motiveforce,△P）。

●△P=△Ψ-（2.3RT/F）△pH

●当温度为25℃时△P的值为220mV左右。

●质子沿电化学梯度穿过内膜上的ATP合酶流回基质，使ATP酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成ATP。

ATP合酶的作用机制

●1979年BoyerP提出构象偶联假说。

要点如下：

●1．ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。

●2．F1具有三个催化位点，但在特定的时间，三个催化位点的构象不同（L、T、O）、与核苷酸的亲和力不同。

●3．质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。

第二节叶绿体（Chloroplast）与光合作用

光合磷酸化

●一对电子从P680经P700传至NADP+，在类囊体腔中增加4个H+，2个来源于H2O光解，2个由PQ从基质转移而来，在基质中一个H+又被用于还原NADP+，所以类囊体腔内有较高的H+（pH≈5，基质pH≈8）形成质子动力势，H+经ATP合酶，渗入基质、推动ADP和Pi结合形成ATP。

第三节线粒体与叶绿体的半自主性及增殖

一、半自主性

●半自主性细胞器：

线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身基因组两套遗传系统控制。

二、叶绿体的增殖

●在个体发育中叶绿体由原质体发育而来。

●在有光条件原质体的小泡数目增加并融合形成片层，发育为基粒，形成叶绿体。

●在黑暗生长时，原质体小泡融合速度减慢，并转变为三维晶格结构，称为前片层体，这种质体称为黄化质体。

在有光下仍可发育为叶绿体。

●幼小叶绿体能靠分裂而增殖。

●成熟叶绿体一般不再分裂或很少分裂。

第七章细胞核与染色体

间期核：

核被膜、核仁、染色质和核基质

第一节核被膜（Nuclearenvelope）与核孔复合体（NPC）

•胞质环（cytoplasmicring）：

又称外环，8条短纤维对称分布伸向胞质；

•核质环（nuclearring）：

又称内环，环上也对称地连有8条细长的纤维，伸人核内，像“捕鱼笼”（fish-trap）结构，或称为核篮（nuclearbasket）结构；

•辐（spoke）：

由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称。

•栓：

或称中央栓（centralplug），位于核孔的中心，呈颗粒状或棒状，又称为中央颗粒。

•辐可进一步分为三个结构域：

•柱状亚单位（columnsubunit）：

位于核孔边缘，连接内、外环，起支撑作用；

•腔内亚单位（1uminalsubunit）：

在柱状亚单位之外，接触核膜部分的区域。

伸入核膜的膜间腔；

•环带亚单位（annularsubunit）：

在柱状亚单位之内，靠近核孔复合体中心的部分。

由8个颗粒状结构环绕。

亲核蛋白的入核转运：

•①亲核蛋白通过NLS识别importinα，与可溶性NLS受体importinα/importinβ异二聚体结合，形成转运复合物；

•②在importinβ的介导下，转运复合物与核孔复合体的胞质纤维结合；

•③转运复合物通过改变构象的核孔复合体从胞质面被转移到核质面；

•④转运复合物在核质面与Ran-GTP结合，并导致复合物解离，亲核蛋白释放；

•⑤受体的亚基与结合的Ran返回胞质，在胞质内Ran-GTP水解形成Ran-GDP并与importinβ解离，Ran-GDP返回核内再转换成Ran-GTP状态。

第二节染色质

一、染色质的概念及化学组成

☐染色质：

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：

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。

☐组成：

DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA

（一）染色体DNA

☐•3种序列：

①单一序列（三联体密码编码氨基酸信息）；②中度重复序列（101~5，基因选择性表达）；③高度重复序列（>105，卫星DNA、小卫星DNA、微卫星DNA）。

☐•二级结构有3种构像：

①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。

（二）核小体结构要点

☐–①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1；

☐–②由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；

☐–③DNA分子超螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；

☐–④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。

（三）异染色质和常染色质

☐间期核中染色质分异染色质和常染色质。

☐常染色质（enchromatin）：

处于伸展状态，有转录活性。

☐异染色质（heterochromatin）：

处于聚缩状态，无转录活性，多位于着丝粒，端粒等部位。

分为①组成型异染色质②兼性异染色质

☐两者主要区别：

螺旋化程度、DNA序列和功能。

常、异染色质可相互转换。

第三节染色体chromosome

染色体DNA的3种功能元件

☐–①自主复制DNA序列（ARS），是DNA复制的起点，富含AT。

☐–②着丝粒DNA序列（CEN），含α卫星DNA，将复制完的染色体平均分配到子细胞。

☐–③端粒DNA序列（TEL）。

核型与染色体显带

⏹1.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。

⏹2.带型：

染色体经物理、化学因素处理后，再进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。

⏹染色体显带技术可分为两类：

⏹–一类是产生的染色带分布在整个染色体长度上如：

Q、G和R带；另一类是局部性的显带，如C（异染色质）、T（端粒）和N（核仁组织区）带

第四节核仁

核仁的功能

☐核糖体的生物发生，包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。

第八章核糖体

第一节核糖体的类型与结构

●合成蛋白质的细胞器：

按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。

●核糖体几乎存在于一切细胞内。

●主要成分是rRNA（约占60％），r蛋白（约占40%）。

●存在形式：

附着核糖体，游离核糖体。

核糖体的基本类型与成分

●两种基本类型：

原核细胞、真核细胞线粒体与叶绿体内的核糖体为70S；真核细胞的核糖体（除线粒体与叶绿体核糖体外）均为80S。

●由大小两个亚基构成，只在以mRNA为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。

第二节多聚核糖体与蛋白质的合成

●一、多聚核糖体

●核糖体并不是单独工作的，而是由多个甚至几十个串连在一条mRNA分子上，称多聚核糖体（polyribosome）。

●每种多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度来决定

第九章细胞骨架

第一节细胞质骨架

微丝的装配

⏹微丝装配时，溶液中ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，ATP-肌动蛋白在（+）端添加，而从（-）端分离，表现出“踏车”现象。

⏹肌肉收缩肌动蛋白丝与肌球蛋白丝相对滑动所致

微管两端具GTP帽，微管将继续装配，反之，具GDP帽则解聚。

功能

⏹1、维持细胞形态

⏹2、细胞内运输

⏹是胞内物质运输的路轨。

⏹涉及两大类马达蛋白：

驱动蛋白kinesin，向

（+）极运输小泡；胞质动力蛋白dyenin，驱动向（-）极的运输。

两者均需ATP提供能量。

胞质骨架三种组分的比较

微丝微管中间纤维

成分肌动蛋白微管蛋白5类中间纤维蛋白

单体球蛋白αβ球蛋白杆状蛋白

纤维直径~7nm~22nm10nm

结构双链螺旋13根原纤维组成8个4聚体体组成

空心管状纤维空心管状纤维

极性有有无

组织特异性无无有

踏车现象有有无

结合蛋白有有有

特异性药物细胞松驰素秋水仙素，无

鬼笔环肽长春花碱，紫杉酚

第十章细胞增殖及其调控

细胞周期

（一）概述

⏹由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，叫细胞周期（cellcycle）。

分4个期：

⏹–G1期（gap1），指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间。

⏹–S期（synthesisphase），指DNA复制的时期

⏹–G2期（gap2），指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。

⏹–M期又称D期（mitosisordivision），细胞分裂开始到结束。

胞质分裂

⏹动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现。

4步：

⏹分裂沟位置的确立，肌动蛋白聚集和收缩环形成，收缩环收缩，收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。

⏹收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。

用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？

有丝分裂前期

⏹•①染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成，③核仁解体，④核膜消失。

⏹在着丝粒（主缢痕）处装配动粒（着丝点）

⏹S期中心体已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，核膜解体时，中心粒已到达两极。

⏹星体（aster）：

中心体与其周围放射出来的微管。

纺锤体有三种微管结构：

⏹–①极性微管（polarmt）两极间的微管，在纺锤体中部重叠。

⏹–②动粒微管（kinetochoremt），是从着丝点到另一极的微管；

⏹–③星体微管（astralmt），由中心粒放射出来的微管。

植物没有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。

减数分裂Meiosis

⏹特点：

细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂。

⏹两性生殖细胞经过减数分裂，各自的染色体数减少一半。

⏹为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。

⏹

（一）减数分裂前间期（premeiosis）

⏹间期也可分为G1期、S期和G2期。

⏹•减数分裂的S期时间较长，部分DNA（约0.3%左右）是在偶线期合成的

减数分裂过程

⏹1）细线期：

染色体凝集，呈细线状，两条染色单体的臂不分离，具有念珠状的染色粒。

⏹2）偶线期：

是同源染色体配对的时期。

⏹–概念：

同源染色体配对的过程称联会；

⏹在联会的部位形成一种特殊复合结构，称联会复合体（SC）；

⏹配对以后，两条同源染色体紧密结合在一起所形成的复合结构，称二价体（bivalent）；

⏹由于每个二价体由两条染色体构成，共含有4条染色单体，因而又称四分体（tetrad）。

⏹–这一时期合成约0.3%左右的DNA，称为zyg-DNA。

⏹3）粗线期：

同源染色体的非姊妹染色单体间部分DNA片段发生交换的时期。

染色体进一步浓缩，变短变粗。

⏹4）双线期：

重组结束，联会的同源染色体相互排斥、开始分离，交叉开始端化。

联会复合体消失。

⏹5）终变期：

染色体显著变短。

由于交叉端化（terminalization）过程的进一步发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。

核仁此时开始消失，核被膜解体。