细胞生物学笔记翟中和全.docx

细胞生物学笔记翟中和全.docx

《细胞生物学笔记翟中和全.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学笔记翟中和全.docx（94页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

细胞生物学笔记翟中和全

翟中和细胞生物学笔记

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。

细胞连接的功能分类

˜封闭连接u紧密连接˜通讯连接u间隙连接u神经细胞间的化学突触u植物细胞中的胞间连丝˜锚定连接u与中间丝相关的锚定连接：

²桥粒²半桥粒u与肌动蛋白丝相关的锚定连接：

²粘合带²粘合斑

˜紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间

u形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；u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；u支持功能

锚定连接

连接名称跨膜粘连蛋白胞外配体结合细胞骨架类型胞内錨蛋白

桥粒钙黏蛋白相邻细胞钙黏蛋白中间丝桥粒斑珠蛋白、桥粒斑蛋白

半桥粒整连蛋白基膜的层粘连蛋白中间丝桥粒斑样蛋白

黏合带钙黏蛋白相邻细胞钙黏蛋白微丝连环蛋白、纽蛋白、α—辅肌动蛋白

黏合斑整连蛋白基膜的纤粘连蛋白微丝踝蛋白、纽蛋白、filamin和α—辅肌动蛋白

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u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。

间隙连接²连接子是间隙连接的基本单位。

每个连接子由6个跨膜连接蛋白呈环状排列，连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道。

²连接单位由两个连接子对接构成。

细胞表面的黏着分子—钙粘蛋白—选择素—免疫球蛋白超家族（IgSF）—整联蛋白家族。

—钙粘蛋白：

属同亲型结合，依赖Ca2+的细胞粘着糖蛋白，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）

—选择素:

属异亲型结合，依赖Ca2+的细胞粘着分子，能与特异糖基识别并结合。

P—选择素、E—选择素和L—选择素。

—免疫球蛋白超家族：

指分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的细胞黏着分子（CAM）超家族。

介导同亲型细胞粘着或介导异亲型细胞粘着,但其粘着作用不依赖Ca2+，其中神经细胞黏着分子（N-CAMs）在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。

—整连蛋白：

属于异亲性结合、Ca2+或Mg2+依赖性的黏着分子，介导细胞与细胞之间或细胞与胞外基质间的黏着。

细胞外基质根据其组成成分的功能划分：

①结构蛋白，包括胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性；②蛋白聚糖，由蛋白和多糖共价形成，具有高度亲水性，赋予胞外基质抗压的能力③粘连糖蛋白，包括层粘连蛋白和纤连蛋白，有助于细胞粘连到胞外基质上。

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）。

˜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）

u弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要

存在于脉管壁及肺。

u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。

u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:

²构象呈无规则卷曲状态;

²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

u增加细胞强度，提供支持功能；

u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）

u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

u主要功能：

²构成支持细胞的框架，负责组织的构建；

²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。

²胞外基质的信号功能

细胞外被（cellcoat）又称糖萼（glycocalyx）

u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。

u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

u胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白；

uⅠ～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；

²Ⅰ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;

²Ⅱ型胶原主要存在于软骨中;

²Ⅲ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;

²Ⅳ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

u胶原纤维的基本结构单位是原胶原；

u原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；

u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；

u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

u前体a肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原（preprocollagen）；

²前原胶原（preprocollagen）是原胶原的前体

和分泌形式，

²在粗面内质网合成、加工与组装，

经高尔基体分泌；

u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）；

u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

u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

u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；

u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

u氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖

²二糖单位之一是氨基己糖

（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）+糖醛酸;

²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。

u透明质酸（hyaluronicacid）及其生物学功能

²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

²透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用

²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

u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

u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

u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

u蛋白聚糖的特性与功能

²显著特点是多态性：

不同的核心蛋白,不同的氨基聚糖；

²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；

²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）

u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；

u层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成

²细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；

²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。

u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）

u纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）

u纤粘连蛋白分型：

u纤粘连蛋白的主要功能：

²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；

²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；

²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；

²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。

²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。

²细胞纤粘连蛋白是多聚体。

²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

²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

u纤维素分子Ú纤维素微原纤维（microfibril）,

²为细胞壁提供了抗张强度

u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

²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

u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

²果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。

u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％。

u木质素（lignin）：

由酚残基形成的水不溶性多聚体。

²参与次生壁形成,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

˜物质的跨膜运输

˜细胞通讯与信号传递

第一节物质的跨膜运输

●被动运输（passivetransport）

●主动运输（activetransport）

●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递

●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（passivetransport）

u特点：

运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白

u类型：

简单扩散（simplediffusion）、协助扩散（facilitateddiffusion）

u膜转运蛋白：

²载体蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性质；

介导被动运输与主动运输。

²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

u由ATP直接提供能量的主动运输—

²钠钾泵（结构与机制）

²钙泵（Ca2+-ATP酶）

²质子泵：

P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶

u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

u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）

●细胞识别（cellrecognition）

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：

u分泌化学信号进行通讯

²内分泌（endocrine）

²旁分泌（paracrine）

²自分泌（autocrine）

²化学突触（chemicalsynapse）

u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

u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）

u亲脂性信号分子

u亲水性信号分子

u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）

u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）

u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：

²离子通道偶联的受体（ion-channel-linkedreceptor）

²G-蛋白偶联的受体（G-protein-linkedreceptor）

²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：

u初级反应阶段：

直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；

u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

u信号途径

u特点：

²受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白

²跨膜信号转导无需中间步骤

²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

²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

u受体丝氨酸/苏氨酸激酶

u受体酪氨酸磷酸酯酶

u受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals）

u酪氨酸蛋白激酶联系的受体

两大家族：

²一是与Src蛋白家族相联系的受体；

²二是与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

u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

u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

uGPLR的失敏（desensitization）与减量调节

u细菌毒素对G蛋白的修饰作用

GPLR的失敏：

例：

b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。

³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b肾上腺素受体激酶（bARK），负责受体磷酸化；

®胞内协作因子b扑获蛋白（barrestin）---结合磷酸化的受体，抑制其功能活性（barrestin已克隆、定位11q13）。

³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barrestin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

u“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pHÓ

受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路

u受体酪氨酸激酶（receptortyrosinekinases，RTKs）

包括6个亚族

u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

uRTK-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。

uG蛋白偶联受体介导的MAPK的激活

uRTKs的失敏（desensitization）

G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活

²MAPK（Mitogen-activatedproteinkinase）又称ERK（extracelularsignal-regulatedkinase）----真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。

²MAPK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。

²PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的bg亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待深入研究；

²PKC、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a亚基或bg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；

²PKA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。

®cAMPá，MAPKâ；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。

³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。

³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

³还发现：

EGF受体是CDK的靶蛋白，提示和周期调控有关。

³RTK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。

³RTK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

¡ñ整合蛋白与粘着斑

¡ñ导致粘着斑装配的信号通路有两条

¡ñ粘着斑的功能：

u一是机械结构功能；

u二是信号传递功能

¡ñ通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：

u由细胞表面到细胞核的信号通路

u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：

u具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点

u细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性

u信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存

u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

第一节细胞质基质

˜细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）

˜细胞内膜系统（endomembranesystem）

第二节内质网

˜内质网（endoplasmicreticulum,ER）

的形态结构