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医学细胞生物学概要修改版

医学细胞生物学

MedicalCellBiolog

第一章细胞生物学与医学

1.细胞生物学定义：

探讨细胞生命现象的发生规律及其本质的科学。

2.研究内容：

研究细胞形态结构、功能活动，包括细胞的生长分裂、分化、遗传变异、运动、兴奋传导、癌变、衰老及死亡等,以及它们相互关系和功能活动的分子基础。

3.研究层次：

细胞水平（显微水平）亚细胞水平（亚微或超微水平）分子水平活体水平

第一节细胞学（Cytology）的诞生与发展

1、细胞的发现

2、细胞学说（CellTheory）的形成

经典细胞学说的要点1.一切生物体都由细胞构成

2.细胞是生命的基本单位

3.细胞是生物体结构和功能基本单位

4.细胞来源于已经存在的细胞

第二节细胞生物学的兴起

1.计量单位

长度单位：

毫米，微米，纳米，埃米重量单位：

微克，纳克，皮克

肉眼分辨力：

0.1-0.2m光学显微镜：

0.2μm电子显微镜：

0.1nm

第二章细胞的起源与进化

病毒（virus）

1.特点：

唯一的非细胞形态生命体（在活细胞内才能表现出基本生命活动,在电子显微镜下才能看到）

2.结构：

核酸分子与蛋白质组成的核酸-蛋白质复合体

3.分类：

根据其核酸类型可分为两大类：

DNA病毒和RNA病毒

第三章细胞的基本特征

细胞（Cell）：

指有膜包围的，能独立生存和繁殖的最小原生质团，是有机体结构和功能的基本单位。

构成细胞的三大要素1.膜包围2.一套遗传信息繁殖3.一套完整的代谢系统独立生存

第一节细胞的分子基础

一．细胞的小分子物质

无机成分:

1.水─占细胞总重70％,细胞内最重要无机小分子

2.无机盐─维持细胞内的渗透压和pH的稳定

有机成分:

1.单糖─主要由碳、氢、氧组成,化学组成为（CH2O）n脱水缩合形成多糖。

葡萄糖C6H12O6分解以ATP和NADH两种分子形式被利用和储存。

葡萄糖组成多糖动物细胞糖原植物细胞淀粉

2.脂肪酸─由两个不同部分组成：

疏水性长烃链和亲水性羧基一COOH。

最重要功能是构成细胞膜。

3.氨基酸结构：

羧基氨基

4.核苷酸结构：

含氮环化物、五碳糖、磷酸基团

腺嘌呤A鸟嘌呤G尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C

1、细胞的大分子物质

（1）蛋白质（Protein）

1.蛋白质结构蛋白质多级结构

2.蛋白质功能细胞的组成成分：

占细胞干重的50％以上

生物催化剂┄酶：

专一性，高效性

物质转运和传导：

膜通道蛋白，血红蛋白

收缩和运动功能：

肌动蛋白，肌球蛋白

防御保护作用：

免疫球蛋白

二核酸（Nucleicacid）

核酸结构与功能1.脱氧核糖核酸（DNA）

2.结构：

双螺旋,A-T及G-C

3.特性：

变性与复性

4.功能：

遗传信息的携带和储存

核糖核酸（RNA）1.结构：

单链，A-U，G-C

2.分类和功能：

信使RNA（mRNA）携带遗传信息

转运RNA（tRNA）识别密码子及转运氨基酸

核糖体RNA（rRNA）蛋白质合成场所

第二节细胞的结构特征

一、细胞的大小：

生物大小与细胞大小无相关性与细胞数目有关

二、细胞的数目：

成年人约有2×1014个细胞新生儿约有2×1012个细胞

四、细胞的结构：

膜相结构与非膜相结构

第四章细胞生物学的研究技术（自学）

1.细胞培养（cellculture）在无菌条件下，从机体中取出组织或细胞，模拟机体内正常生理状态下生存的基本条件，让它在培养器皿中继续生存、生长和繁殖的方法。

可分为原代细胞培养和传代细胞培养。

2.细胞系（cellline）:

原代细胞经首次传代成功后细胞

3.细胞株（cellstrain）：

从一个生物学鉴定的细胞系中用单细胞分离培养或通过筛选的方法由单细胞增殖形成具有特殊性状或标志的细胞群。

第五章细胞膜及其表面

★质膜（细胞膜）plasmamembrane：

包围在整个细胞外面的细胞膜;具有稳定细胞内部环境、控制物质运输、信息传递等功能.

细胞内膜：

在细胞内,围绕各种细胞器的膜性结构,其起源、结构和化学组成与质膜具有相似性.

★生物膜biologicalmembrane：

是质膜与细胞内膜的统称;是细胞进行生命活动的重要物质基础

★单位膜（Unitmembrane）:

电镜下，生物膜呈现“两暗夹一明”的超微结构,其中两层致密深色层各为2nm,中间疏松浅色层为3-5nm,总厚度约7.5nm,是所有生物膜的结构单位。

第一节细胞膜的分子结构和特性

1、膜的化学组成:

（一）膜脂：

1.磷脂:

磷脂酸、卵磷脂、脑磷脂，等

2.胆固醇

3.糖脂

★4.膜脂的共同特征：

兼性分子

（二）膜蛋白:

1.跨膜蛋白（transmembrane/integralprot.）

2.膜周边蛋白（peripheralprot.）

3.脂锚定蛋白（lipid-anchoredprot.）

（三）膜糖：

糖脂、糖蛋白

2、细胞膜的分子结构

（三）液态镶嵌模型（Fluidmosaicmodel）:

1972年,由Singer等提出

1、流动的脂双层构成膜的主体,具有流动性、有序性；

2、镶嵌和周围蛋白质覆盖或插入脂双层;

3、多数膜蛋白可在脂双层中横向扩散;

4、膜脂、膜蛋白和膜糖分布不均一。

（四）脂筏（Lipidraft）：

膜中富含胆固醇和鞘磷脂的微区，直径70nm，比膜的其他部分结构致密，更有秩序且较少流动性。

脂筏在膜内形成一个蛋白停泊的平台，参与信号转导、蛋白分选等活动。

★三、膜的主要理化特性

（一）膜的不对称性膜蛋白、膜脂、膜糖分布的不对称性→膜功能的方向性

（二）膜的流动性1.膜脂的流动性

2.膜蛋白的运动性

细胞融合（cellfusion）：

人鼠细胞融合中膜蛋白相互扩散运动

光脱色恢复技术

3.影响膜流动性因素

（1）脂肪酸链长度与不饱和程度

（2）胆固醇/磷脂比例

（3）卵磷脂/鞘磷脂比例

（4）膜蛋白影响

第二节细胞表面特化结构（简）

1、微绒毛（microvillus）[分布]动物细胞的游离面;

[结构]质膜突出，直径约0.1m,长0.2-1m,内部细胞质延伸支撑

[功能]

（1）扩大细胞膜表面积,利于物质交换;

（2）游走细胞的"运动工具"

二、细胞内褶（Cellinfolding）[分布]肾小管上皮细胞基底面

[结构]质膜向胞质内陷

[功能]扩大表面积

3、纤毛和鞭毛（Cilliaandflagella）

[分布]鞭毛是原生动物和精子的运动器官，纤毛分布于呼吸道上皮，生殖道上皮等部位

[结构]质膜外突，纤毛长5-10m,直径0.4m,鞭毛长150m;内部有微管支撑

[功能]

（1）推动液体或颗粒运动

（2）精子的运动

四、褶皱（ruffle）[分布]巨噬细胞的表面扁性突起

[结构]突出宽而扁,厚度约0.1m,高达几微米

[功能]与细胞吞噬活动有关

五、圆泡（Bleb）[分布]细胞表面泡状突起

[结构]直径1-10m

[功能]不明

第三节细胞连接（celljunction）

★细胞连接:

是指相邻细胞接触区域特殊分化形成的连接结构,以加强细胞间的机械连接，维持组织结构的完整性,协调细胞间的功能活动。

细胞连接的种类:

按功能分类

1、封闭连接或紧密连接[结构]细胞膜跨膜蛋白相互融合成条索状结构，似拉链

[功能]细胞连接;保证物质转运方向;维持膜蛋白定位

[分布]上皮细胞以及表皮细胞间表面连接

2、锚定连接

由细胞骨架成分和连接蛋白共同参与的连接,其中连接蛋白包括细胞内附着蛋白和跨膜连接蛋白

1.黏合带（adhesionbelt）与黏合斑（adhesionplaque）

[结构]细胞间通过跨膜连接蛋白、附着蛋白与肌动蛋白丝连接,间隙15-20nm

[功能]加强细胞连接;使细胞与细胞外基质连接

[分布]上皮细胞

2.桥粒（Desmosome）和半桥粒（Hemidesmosome）

[结构]细胞间通过跨膜钙黏蛋白、桥粒斑与中间丝连接,桥粒间隙30nm。

[功能]连接细胞或基底膜;限制细胞膨胀;分散切力

[分布]易受牵连、摩擦组织

3、通讯连接（communicatingjunction）

1.间隙连接（gapjunction）

[结构]相邻细胞间平板状连接,通过连接子形成管形通道,间隙2-3nm

[功能]连接细胞;细胞间小分子交换;通讯传递

[分布]动物细胞间最普遍（骨骼肌和血细胞除外）

2.化学突触（Synapse）：

靠电信号与化学信号互换;如神经细胞

第五节细胞膜与物质的跨膜转运

★一、穿膜运输（transmembranetransport）

（一）小分子和离子的穿膜机制：

电化学梯度物质浓度梯度跨膜电压

（二）小分子和离子的穿膜运输方式

1、简单扩散

[特点]不耗能、不需膜蛋白、依靠物质浓度差

[举例]脂溶性物质,气体物质

2.离子通道扩散

[特点]

（1）需“通道蛋白”

（2）选择性、门控

（3）瞬间、大量运输

[分类]

（1）电压门控通道：

依靠膜电位

（2）配体门控通道：

依靠化学物质（配体）与受体结合,如乙酰胆碱通道

（3）机械门控通道：

感受压力、牵拉力等;将机械刺激信号转化为电化学信号

3.易化扩散/帮助扩散（facilitateddiffusion）

[特点]

（1）需载体蛋白;

（2）高度特异性（载体易位机制）;（3）饱和性;（4）不消耗能量

[举例]非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸等进入红细胞。

4.离子泵:

转运蛋白,具有离子结合位点和ATP酶活性

1）泵:

Na+-K+ATP酶,具有载体和酶活性,分布广.

膜内Na+与ATP酶结合（亲Na+构象）→ATP酶分解ATP并被磷酸化→ATP酶构象变化（亲K+构象）→Na+释放至膜外，膜外K＋与ATP酶结合→ATP酶去磷酸化,恢复亲Na+构象→K＋释放至膜内

2）钙泵:

Ca+-ATP酶,具有载体和酶活性;维持细胞内较低钙离子浓度,分部于质膜和内质网膜（肌浆网）

5.伴随运输/协同运输（cotransport）:

需转运蛋白,是利用离子浓度驱动的主动运输，如小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等

穿膜运输:

是离子、气体和小分子进出细胞膜进行物质转运的主要方式,其中脂溶性高、不带电荷的分子具有较高的通透性,包括被动运输和主动运输.

1.被动运输（passivetransport）：

分子顺浓度梯度的穿膜运输,不消耗代谢能ATP,包括简单扩散、离子通道扩散和易化扩散;脂溶性强、非极性小分子容易穿膜，膜转运蛋白、溶质浓度等因素可影响溶质穿膜过程。

2.主动运输（activetransport）:

借助膜载体蛋白,逆浓度梯度,消耗代谢能ATP。

包括离子泵和伴随运输.

二、膜泡运输（运输蛋白质、多核苷酸、多糖等大分子）

（一）胞吞作用（Endocytosis）:

物质附着－膜凹陷-膜分离－膜融合;耗能!

!

1.吞噬作用:

吞入大分子固体颗粒等,形成吞噬体

2.胞饮作用:

吞饮大分子液体物质,形成胞饮体

★3.受体介导的胞吞作用:

有受体参与,特异性强,选择浓缩机制，速度快

有被小泡结构:

网格蛋白形成的三腿蛋白复合体

受体介导的内吞

一般液相内吞

有受体

无

有被小凹（泡）

有被或无被

摄入物选择、浓集

无

摄入物：

特定

非特定

发生时间：

激发

经常、持续

（2）胞吐作用/外排作用（exocytosis）

[内吞与胞吐共性]膜融合;小泡运输;耗能。

[举例]蛋白质如胰岛素;小分子如组胺。

穿胞吞吐作用：

胞饮体由一侧胞饮入,另一侧外排出,胞吞作用和胞吐作用相偶联分布于上皮细胞、乳腺细胞等

第六节细胞膜受体

1、细胞膜受体的结构和分类

细胞膜受体（receptor）:

存在于细胞膜上,能选择性地识别外来信号，与之结合而发生继发信号,产生相应细胞效应的结构.

（一）膜受体化学成分和结构：

从结构角度1.细胞外域2.跨膜域3.细胞内域

从功能角度

（1）识别部

（2）转换部（3）效应部

（二）膜受体的分类

（1）酪氨酸蛋白激酶

（2）配体闸门通道（3）G蛋白偶联

2、膜受体的特性

（1）特异性与其非决定性空间构象互补

（2）可饱和性

（3）高亲和度

（4）可逆性

（5）特定组织定位。

三、受体的数量和分布

（1）一种细胞膜上可有几种受体。

（2）一种受体可分布在不同细胞膜。

（3）细胞膜上受体数量可发生变化，如“反馈调节”

第七节膜受体与信号转导

一、细胞的化学信号分子、受体及G蛋白

（一）化学信号分子及其受体

（二）G蛋白:

鸟苷酸结合蛋白

1.G蛋白的作用机制

2.G蛋白家族

二、胞内主要信号通路：

★

（一）cAMP信号通路

（二）磷脂酰肌醇信号通路:

神经递质、多肽激素等

DAG介导的蛋白激酶C激活

（三）具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体信号通路

（四）鸟苷酸环化酶与cGMP

（五）一氧化氮信号

三、蛋白激酶使底物磷酸化

1.信号转导系统的意义：

细胞内存在一个对外来信号起反应的完整转导系统,其可使细胞接受、汇聚、分析处理各种信号,从而作出最有利于细胞生存与发展的反应

★2.信号转导（signaltransduction）：

细胞外的化学信号分子与靶细胞的受体结合，通过信号转换机构将第一信使转变为细胞能“感知”的信号（细胞内第二信使），从而诱发细胞作出相应反应的过程。

3.G蛋白偶联受体:

具有多个跨膜区的蛋白,与配体结合触发自身构象改变,再进一步调节G蛋白活性,从而将配体信号传递到细胞内.

★4.G蛋白（G-protein）:

可与鸟苷酸GTP或GDP结合的蛋白,由αβ异三聚体组成,具有GTP酶活性,G蛋白偶联受体接受外来信号可发生构象改变,并激活G蛋白等一系列细胞内效应蛋白

5.第二信使:

细胞表面受体接受细胞外信号后,转换而成细胞内信号,携带该信号的分子称为第二信使。

第八节膜受体与细胞识别

海绵细胞的相互识别（属同种细胞识别）

白细胞识别细菌（属异种间细胞识别）

受精作用（同种异类细胞识别）

一、细胞识别的分子基础

★细胞识别（cellrecognition）:

细胞间相互辨认和鉴别，对自己和异己分子认识的现象,具有种属、组织和细胞特异性.其分子基础是各类细胞表面受体间或受体与大分子间互补形式的相互作用。

二、细胞识别所引起的反应类型

1.配体进入细胞如受体介导的胞吞

2.细胞的黏着如海绵细胞识别、受精作用

3.信息传入细胞内，引起细胞功能改变：

如激素和神经递质传递信息

第十节细胞膜与医药学

一、膜转运系统异常与疾病

1.胱氨酸酮尿症载体蛋白先天缺陷，对氨基酸吸收先天障碍

2.肾性糖尿病Na+、糖伴随运输的载体功能下降

二、膜受体异常与疾病

（一）遗传性高胆固醇血症

（1）LDL受体先天异常

（2）有被小窝受体结合部位缺失

（二）肌无力症与乙酰胆碱受体

（三）抗原受体缺乏与无/低丙种球蛋白血症

三、癌变与细胞表面关系

四、膜生物工程与医药学

（一）脂质体在基因治疗中的应用

（二）脂质体在制药业中的应用

第六章细胞质和细胞器

（CytoplasmandOrganelle）

第一节细胞质基质（自学）

第二节核糖体（Ribosome）

一、核糖体的形态结构★

分布于几乎所有类型的活细胞中（除哺乳动物成熟红细胞外）,是已知细胞内最小的细胞器,直径约25nm,不规则颗粒

★与多肽链合成功能有关的四个活性部位1.A位（aminoacyl）氨酰基位点

2.P位（peptidyl）肽酰基位点

3.肽酰基转移酶位点

4.GTP酶位点

二、核糖体的类型与理化特性

★

（一）核糖体的类型

（二）核糖体的理化特性

★核糖核酸和特定蛋白质核糖核酸蛋白体

三、核糖体的形成与组装:

（以真核细胞为例）

四、核糖体和蛋白质的合成★

（一）RNA的作用

（二）蛋白质合成的基本过程

参与蛋白质合成主要成员

主要原料20种氨基酸

运输工具tRNA

编码模板mRNA

合成场所核糖体

蛋白质合成的简要过程1.氨基酸的激活和转运2.多肽链的合成

新合成肽链穿越内质网的转移机理

信号肽假说

信号肽:

蛋白质合成时,首先在游离核糖体上翻译出一段肽链,约有15～30个氨基酸组成,是附着核糖体的标记.

信号识别颗粒（signalrecognitionparticle,SRP）:

是核糖体蛋白,它能特异识别结合信号肽.

SRP受体（SRPreceptor）:

是结合在内质网膜上的镶嵌蛋白,它可以识别结合SRP.

信号肽酶:

水解信号肽的酶.

五、核糖体的存在形式

核糖体有游离单糖体和附着核糖体两种

每种由单体和多聚体两种形态

多聚体由mRNA串连,为暂时性结合,属功能形式

★多聚核糖体（polyribosome）

在多肽链合成中,常常3-5个甚至几十个核糖体由mRNA串联在一起，形成螺纹状或念珠状结构，它是合成多肽链的功能形式，当肽链合成终止后，多聚核糖体重新解离成单体。

★核糖体合成的蛋白在细胞内定位

外输性蛋白质：

主要在固着核糖体上合成，分泌到细胞外发挥作用，如抗体蛋白、激素等。

内源性蛋白质（结构蛋白）：

用于细胞本身或组成自身结构的蛋白质，主要在游离核糖体上合成，如溶酶体内的蛋白等。

第3节

内膜系统

一.内质网

（名词解释）内膜系统：

在结构、功能和发生上有一定联系的，位于细胞内部的膜性细胞器，包括核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、膜性转运小泡等，它们是统一的膜系统在局部区域特化的结果，是真核细胞特有的结构。

（一）内质网的化学组成

脂质：

60%，卵磷脂为主；蛋白质：

40%；

内质网的标志性酶：

葡萄糖-6-磷酸酶细胞色素P450

网质蛋白：

钙网蛋白蛋白质二硫键异构酶

（非重点）分子伴侣（Chaperone）:

细胞中能识别正在合成的或部分折叠的多肽,并与其一定部位相结合,帮助这些多肽的正确折叠、组装或转运,但其本身并不参与最终的形成

（二）内质网形态结构和类型：

形态结构：

膜性管网系统，包括管状、泡状、囊状

类型：

粗面内质网（RER）光面内质网（SER）

两种内质网的比较

类型

RER

SER

核糖体

有

没有

结构

扁囊为主，管腔

与核膜腔相通

分支小管或小泡,与RER相通

分布

合成肽类激素的细胞中多（浆细胞，胰腺细胞）

分泌类固醇激素细胞中多（汗腺胞,小肠上皮细胞）

性质

嗜碱性

嗜酸

（三）内质网的功能

1.粗面内质网的功能

（1）核糖体附着支架:

分泌性蛋白质、膜整合蛋白、可溶性驻留蛋白

（2）新生多肽链的折叠与装配

（3）参与蛋白质的糖基化：

内质网腔内进行

（4）蛋白质的胞内运输

2.光面内质网的功能

（1）脂质合成例如磷脂（卵磷脂）合成

（2）糖原代谢葡萄糖-6-磷酸酶

（3）解毒作用肝细胞上的SER有丰富的氧化酶系统，降解脂溶性药物。

（4）Ca2+贮存及其浓度调节肌质网——特化的SER，贮存Ca2+。

（5）胃酸、胆汁的合成与分泌

（四）新合成肽链穿越内质网转移机理

（五）内质网的病理性变化1.内质网的脱粒、肿胀如四氯化碳中毒。

2.内质网内包含物

（名词解释）多核糖体的解聚：

是指多核糖体分散为单体,失去正常有规律的排列,孤立地分散在胞质中或附着在粗面内质网上。

脱粒：

是指粗面内质网上的核糖体脱落下来,分布稀疏,散在胞质中，粗面内质网上出现解聚和脱粒将伴随外输性蛋白生成的减少。

2、高尔基复合体（GolgiComplex）

（一）高尔基复合体的形态结构

显微结构：

光镜下，位于核的一侧或周围一套网状结构

超微结构：

大小泡、扁平囊等膜性囊泡状结构

（二）高尔基体的化学组成

1.脂质组成：

膜成分40%，介于细胞膜和内质网之间

2.含有的主要酶类

糖基转移酶、磷酸酶、蛋白水解酶、其它酶类

N—连接的糖基化O—连接的糖基化

糖:

N—乙酰葡萄糖胺糖：

N—乙酰半乳糖胺

氨基酸：

天冬酰胺-NH2侧链氨基酸：

苏氨酸、丝氨酸-OH侧链

发生部位：

内质网发生部位：

高尔基体（主要）

（三）高尔基复合体的功能

1.胞内物质的转送运输和细胞的分泌活动

2.糖蛋白的加工合成

3.蛋白质的水解

4.参与蛋白质分选和胞内膜泡运输

蛋白质分选（ProteinSorting）:

细胞内新合成蛋白质被特异地分送到需要它的靶部位（如溶酶体等）的现象,其对于各种蛋白在细胞内的正确定位具有重要意义;主要包括囊泡、跨膜及门孔运输三种途径

参与溶酶体的形成

在内质网中,酶蛋白前体修饰加工为N-连接甘露糖蛋白,由转运小泡运输..在高尔基复合体中,寡糖链甘露糖残基再经磷酸化修饰加工、分选,网格蛋白有被转运小泡的形成..胞质转运过程中,脱衣被形成无被小泡后,与细胞内晚期内体融合成前溶酶体..pH下降,MGP受体分离,溶酶体成熟

高尔基体功能的区隔化/房室化

由于高尔基体的不同部位中所存在的与糖的加工修饰相关的酶类是不同的，故糖蛋白在高尔基体中的加工和修饰在空间上和时间上具有高度的有序性。

基大致的趋势是从顺面开始，在反面完成。

高尔基体在功能上的这种区域性，称作高尔基体功能的区隔化/房室化

具有动态、极性、异质性的细胞器

（四）病理状态下高尔基体的异常改变

1高尔基体肥大

2.高尔基体萎缩与损坏

3.肿瘤细胞中高尔基体的变化

高尔基体的发达程度与细胞分化程度成正比:

细胞分化程度越高,分泌功能越旺盛,高尔基体的数量越多;对某一类型的癌细胞来说，分化程度越低，高尔基体越不发达，恶性程度越高

参与溶酶体的形成

在内质网中,酶蛋白前体修饰加工为N-连接甘露糖蛋白,由转运小泡运输在高尔基复合体中,寡糖链甘露糖残基再经磷酸化修饰加工、分选,网格蛋白有被转运小泡的形成胞质转运过程中,脱衣被形成无被小泡后,与细胞内晚期内体融合成前溶酶体pH下降,MGP受体分离,溶酶体成熟

三、溶酶体（Lysosome）

（一）结构特征

1.6nm的单位膜包围成的直径0.25-0.8μm圆形、卵圆形结构

2.含多种酸性水解酶，

酸性磷酸酶是标志酶,为异质性细胞器;

3.膜上H＋泵，使内部pH值保持5左右

（二）溶酶体的类型（依据不同的生理功能状态分类）

1.初级溶酶体: