全面完整细胞生物学第四版笔记Word文档格式.docx

1、（2）Hatwig采用实验方法研究海胆和蛔虫卵发育中的核质关系，创立了实验细胞学。细胞遗传学核心为染色体基因学说，Hertnig发现了动物的受精现象，Qverton在植物体也发现受精现象并证明生殖细胞染色体数是体细胞的一半，Boveri与Sutton提出了遗传的染色体学说。（3）细胞生理学的研究细胞对周围环境的反应，生长与繁殖的机制等。（4）细胞化学成分DNA 二、第二章 细胞的统一性和多样性（一）细胞的基本特征（1）细胞是生命活动的基本单位（细胞=生命）细胞是构成有机体的基本单位（病毒是非细胞形态的生命体）细胞是代谢与功能的基本单位，单细胞生物依靠一个细胞完成运动、呼吸、排泄和生殖等一系列生

2、理活动，多细胞生物则更多依靠之间的相互合作。细胞是有机体生长与发育的基础细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点关于细胞概念的一些新思考：a.细胞是物质、能量与信息过程精巧结合的综合体b.细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组织体系。（2）细胞的基本共性具有相似的化学成分（C、H、O、N、P、S）脂蛋白体系的生物膜：细胞能量转换的基地，并形成相对稳定的细胞内环境相同的遗传装置以DNA储存和传递遗传信息，以RNA为转录物指导蛋白质的合成，蛋白质的合成场所是核糖体。一分为二的分裂方式遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分配到两个子细胞内。（二）原核细胞与古核细胞

3、细胞结构都是由细胞质、细胞膜、细胞核组成，细胞质内有内质网、高尔基体、溶酶体和线粒体等细胞器；细胞核内有染色体。细菌、放线菌和支原体等微生物是肉眼看不到的，它们没有细胞核，也没有内质网等细胞器。由此，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类，所以生物界分为原核生物与真核生物。原核生物由单个原核细胞构成，而真核生物又可分为单细胞真核生物与多细胞真核生物。另一类群是古核细胞，它们的遗传信息表达系统与其他的 原核细胞差异很大，而与真核细胞却更为接近，所以从原核细胞中分离出来，称为古核细胞，相应的生物称为古核生物。（1）原核细胞没有典型的核结构，如细菌。包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌和蓝藻等。原

4、核细胞的基因组很小，主要遗传物质仅为一个环状DNA，没有细胞器、细胞核膜，体积也很小。无法进行复杂的细胞分化，无法形成多细胞生命体。支原体-是能在无生命培基中生长繁殖的最小最简单的细胞，具备细胞的基本形态结构与功能，没有细胞壁，只有细胞膜，没有核区，主要以一分为二的方式进行分裂繁殖。总之，支原体体积小，仅为细菌的1/10，可通过细胞滤器，可寄生在细胞内繁殖。最早发现的支原体是PPLO（拟胸膜肺炎病原体）。一个细胞生存与繁殖必须具备的结构装置与机能是细胞膜、DNA与RNA、核糖体以及酶。细菌和蓝藻-a.细菌是分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体，其细胞表面结构主要有细胞膜（最重要的

5、结构）、细胞壁、中膜体、荚膜与鞭毛。细胞壁较厚、坚韧且有弹性，主要成分是肽聚糖，对细胞有保护作用。青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成，从而抑制细胞壁的合成。阳性菌的壁酸含量极高，故对青霉素敏感，阴性菌则不敏感。细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌的蛋白质构成，为半透性膜。可进行选择性交换物质、代谢、有氧呼吸、分泌蛋白质等，还可参与对周围环境的应答反应。中膜体是由细胞膜内陷形成的囊泡状，常见于分裂期细菌的隔或横壁旁，可能是DNA复制的支点。细菌细胞核区主要是一个环状DNA分子组成，没有核膜与核仁，称为拟核。细菌的基因组为作为有一个复制起点的独立单位而进行复制，遵循半保留复制。细菌细胞内除了核区DN

6、A，还存在可进行自主复制的质粒，是裸露的环状DNA（核外DNA）。每个细胞有500050000个核糖体，合成运输到胞外的蛋白质或质膜蛋白。与mRNA形成多核糖体，是翻译肽链的结构。G+细菌处于不利环境或营养耗尽时，形成内生孢子（芽孢），其折光性很强，不易染色，可过滤恶劣环境。b.蓝藻是自养型原核生物，可进行光合作用，其光合作用系统中有叶绿素a和光系统II。其细胞结构主要有细胞膜、细胞壁（有纤维素层）、类囊体、中心质。其细胞分裂是细胞中部向内生长出新横隔壁，将中心质与原生质分为两半，也可通过出芽、断裂和复分裂增殖。丝状蓝藻在氮源不足时，群体中5%10%的细胞转化为异性胞。个体大，细胞壁厚，并且丢

7、弃了光系统，合成固氮酶。（2）古核细胞（古细菌）有细胞壁，染色为G+或G-，大小为0.115，分裂方式为二分裂,出芽等，且能在高温或高盐环境中生存。古细菌的细胞壁没有胞壁酸和D-氨基酸，因此青霉素与万古素对古细菌没有作用。古细菌的质膜由脂质与蛋白质构成，其DNA也是环状。核糖体数为70S。（三）真核细胞三大基本结构体系为生物膜系统（脂质与蛋白质为基础），遗传信息传递与表达系统（DNA,RNA和蛋白质组成的复合体）和细胞骨架系统（胞质骨架和核骨架，对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用）。细胞的尺寸大小由核糖体的活性，蛋白质与核糖体RNA的量所决定，原生动物细胞动植物细胞细菌细胞支原体细胞最小

8、的病毒细胞=10倍，植物细胞大小由中央液泡的膨胀决定。原核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为细胞核与细胞质，再分隔为各种细胞器。真核细胞的基因租大于原核细胞，DNA为线状多倍性，原核细胞为环状多倍性;原核细胞基因表达调控主要以操纵子的形式进行，真核细胞的细胞周期分为细胞间期与分裂期，且在分裂出现纺锤丝，故称有丝分裂或间接分裂，原核细胞则为无丝分裂或直接分裂。植物细胞有细胞壁（主要成分是纤维素，在细胞分裂过程中形成），液泡（调节细胞内环境）,叶绿体（进行光合作用）（四）病毒为非细胞形态的生命体，体积很小，结构极其简单，可通过细菌虑器;遗传载体具有多样性，含DNA与RNA，为彻底的寄生性，没有独

9、立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。真病毒是核酸蛋白质复合体，亚病毒则仅有一个有感染性的环状DNA分子构成，只感染植物（如类病毒）。1982年从羊瘙痒病的羊体中分离出的阮病毒不是入侵者，仅仅是机体自身某一种蛋白质的构想改变所致。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），含DNA与RNA，为彻底的寄生性，没有独立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），根据核酸类型不同可分为DNA病毒与RNA病毒（2003年

10、的SARS病毒属于正链RNA病毒），根据核壳体形态分为立体对称与螺旋对称两种类型。病毒可以引起人类和动物的许多严重疾病，如HPV可引起妇女的宫颈癌。病毒是在宿主细胞内增殖，以病毒核酸为模板进行病毒核酸的复制与转录，并翻译病毒蛋白质，最后从细胞中释放出来。DNA病毒侵染细胞后，利用宿主细胞代谢系统先后转录和翻译病毒的“早期蛋白”，“晚期蛋白”并进行DNA复制。RNA病毒其本身就可以作为模板，利用宿主细胞代谢系统，翻译出病毒的早期蛋白。反转录病毒则以病毒RNA分子为模板，在反转录酶作用下合成DNA分子。病毒的装配过程就是成熟过程，当核酸与蛋白质装配成核壳体后，就成为具有感染性的完整病毒粒子。而有囊

11、膜的病毒，还需要以出芽的方式包上囊膜而发育为成熟的子代病毒。有囊膜的病毒以出芽方式释放而一般病毒是逐步向细胞外释放。第三章 细胞生物学的研究方法（一）细胞形态结构的观察方法 这一节主要是介绍了观察细胞形态结构所使用的仪器和方法，主要有光镜，电镜,STM及不同种类的显微镜的成像原理，仪器构造和使用方法。光镜的使用使人们第一次看见了细胞，进而建立了细胞学说，它可以直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。相差显微镜可看到活细胞显微结构的细节，微分干涉显微镜更试用于研究活细胞，能观察并记录活细胞中的颗粒及细胞器的运动，荧光显微镜可以对细胞内特异的蛋白质，核酸,糖类，脂质及某些离子等进行定性定位研究，激光

12、扫描共焦显微镜以激光为光源，极大的提高了图像的分辨率。电镜可以观察到细胞内部的精细结构，扫描隧道显微镜STM可以探测微观世界物质表面形貌。（二）细胞及其组分的分析方法 当代细胞生物学研究常采用的实验方法是形态观察与细胞组分分析相结合，主要分为（1）用超离心技术分离细胞组分用低渗匀浆，超声破碎或研磨方法使细胞质膜破碎，形成细胞器和细胞组分组成的混合匀浆，再通过差速离心，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。密度剃度离心分为速度沉降（用于分离相近但大小不一的细胞组分）和等密度沉降（分离不同密度的细胞组分）。（2）细胞成分的细胞化学显示方法显色剂与一些特殊基因特异性结合，通过其在细胞中的定位及颜色的深浅可

13、以判断某种物质在细胞中的分布及含量。如福尔根反应可特异显示呈紫红色的DNA的分布；四氧化锇与不饱和脂肪酸反应呈黑色，氮汞试剂与蛋白质侧链上的酪氨酸残基反应，成红色沉淀。（3）特异蛋白抗原的定位与定性免疫荧光技术（将免疫学方法和荧光标记技术相结合研究特异蛋白抗原在细胞内的分布）和免疫电镜技术（在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位）（4）细胞内特异核酸的定位与定性研究，通常用原位杂交技术。（5）定量细胞化学分析与细胞分选技术流式细胞术可定量测定细胞中DNA,RNA或特异标记的蛋白含量。（三）细胞培养与细胞工程 （1）细胞培养是最基本的实验技术，主要有动物细胞培养（原代细胞和传代细胞）和植物细胞培

14、养（单倍体细胞培养和原生质体培养）（2）细胞工程涉及的主要技术有细胞培养，细胞分化的定向诱导,细胞融合和显微注射等细胞融合与单克隆抗体技术显微操作技术与动物的克隆细胞及生物大分子的动态变化 荧光漂泊恢复技术（用亲脂性或亲水性的荧光分子与蛋白或脂质藕联，检测活体细胞分子运动速率）单分子技术（在细胞内实时观测单一生物分子运动规律）与细胞生命活动的研究酵母双杂交技术（在活细胞内研究蛋白质相互作用的实验技术）荧光共振能量转移技术检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用。放射自显影技术模式生物与功能基因租的研究 细胞生物学常用的模式生物:大肠杆菌（原核生物），酵母（单细胞真核生物），线虫,果蝇，斑马鱼

15、，小鼠和拟南芥突变体制备技术（RNAi和基因敲除即DNA水平制备突变体）蛋白质组学技术（包括蛋白质分离技术和蛋白质鉴定技术）双向凝胶电泳（高分辨率的蛋白质分离技术）色谱技术质谱蛋白质芯片（适用于蛋白质表达谱分析）生物信息学第四章 细胞质膜 细胞质膜的结构模型与基本成分细胞质膜结构是蛋白质分子以不同方式镶嵌在脂双分子层或结合在表面。膜脂是生物膜的基本组成成分，包括甘油磷脂（内质网中合成），鞘脂（高尔基体中合成）和固醇。膜脂的运动方式有4种:侧向，自旋，尾部的摆动和翻转运动。膜蛋白分为外在膜蛋白,内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白。内在膜蛋白均为跨膜蛋白，结构上可分为胞质外结构域，跨膜结构域和胞质内结构域。

16、去垢剂是一端亲水一端疏水的两性小分子，分离与研究膜蛋白的常用试剂。 细胞质膜的基本特征与功能特征:膜的流动性（膜脂与膜蛋白的流动性）膜的不对称性细胞质膜相关的膜骨架基本功能:提供相对稳定的内环境选择性的物质运输提供细胞识别位点提供酶结合位点介导细胞之间，细胞与胞外基质间的连接等。第五章物质的跨膜运输这一章节主要是讲细胞内物质的跨膜运输，主要有三种途径:被动运输、主动运输和胞吞与胞吐。（一）脂双层的不透性和膜转运蛋白-（1）细胞外最丰富的阳离子：Na+，细胞内最丰富的阳离子：Ka+。离子浓度差异取决于膜转运蛋白和脂双层的疏水性。膜转运蛋白分为载体蛋白（多次跨膜蛋白）和通道蛋白（离子通道） ，载体

17、蛋白通过对自身构象的改变实现跨膜转运，通道蛋白通过形成亲水性通道形成跨膜转运。（2）小分子物质的跨膜运输类型;简单扩散、被动运输、主动运输。 简单扩散不需要细胞提供能量，也无需膜转运蛋白；被动运输通过膜转运蛋白的协助，完成跨膜转运，如葡萄糖转运蛋白，水孔蛋白（水分子的跨膜通道）；主动运输分为ATP驱动泵，协同转运蛋白，光驱动泵（细菌细胞）三种类型。（二）ATP驱动泵与主动运输分为四类P型泵主要负责Na,K,H+,Ca2+跨膜剃度的形成和维持。V型质子泵和F型质子泵ABC超家族（ABC转运蛋白）能将天然毒物和代谢废物排出体外。离子跨膜转运与膜电位（三）胞吞与胞吐作用真核细胞通过胞吞与胞吐作用完成

18、大分子与颗粒性物质的跨膜运输（蛋白质,多糖等）胞吞可分为吞噬和胞饮两类。吞噬作用是原生生物摄取食物的一种方式。胞饮作用发生于所有类型的真核细胞中，可分为网格蛋白依赖的胸吞作用，胞膜窖依赖的胞吞作用，大型胞饮作用以及非网格蛋白。胞吞作用参与细胞信号转导。胞吐是通过分泌泡或其他膜泡与质膜融合而将膜泡内的物质运出细胞的过程。 第六章 线粒体与叶绿体这一章主要讲线粒体和叶绿体的基本形态、功能、来源及其半自主性。（一）线粒体与氧化磷酸化（1）线粒体是存在于真核细胞内的重要细胞器，呈颗粒或短线状，其在细胞内的分布与细胞内的能量需求密切相关，其数目与细胞的类型相关，并随着细胞的分化而变化。线粒体形态调控的基

19、本方式是线粒体的融合与分裂，也是其数目调控的基础。线粒体融合与分裂均依赖于特定的基因和蛋白质的调控（分子生物学基础），线粒体的融合与分裂是一个动的过程，需要特定的力学机制予以保障，需要所有蛋白质在细胞内组装而成的功能单位（细胞生物学基础）（2）线粒体的超微结构基本结构是由内外两层单位膜封闭包裹而成。外膜平展，是一层平滑单位膜结构，起膜界作用，内膜向内折叠延伸形成嵴，膜间隙是存在于外膜与内膜之间的空间，基质是内膜之内的空间，为富含可溶性蛋白质的胶装物质，有特定的PH和渗透性。（3）氧化磷酸化线粒体的主要功能是合成细胞生命活动能源ATP，通过氧化磷酸化作用进行能量转换，其内膜上的ATP合成酶、电子

20、传递及内膜本身的理化特性为磷酸化提供了必须的保障。ATP合酶是最终生成ATP的装置，质子驱动力驱动ATP的生成，电子从一个载体传向下一个载体，沿呼吸链传递并释放能量（电子传递链），分布于线粒体内膜含有电子传递催化中心的膜蛋白复合物称为电子传递复合物。（4）由线粒体功能障碍引起的疾病称为线粒体病，如脑坏死、心肌病、肿瘤等。线粒体病可能来源于线粒体DNA的突变或核DNA的突变。（二）叶绿体与光合作用（1）叶绿体存在于植物细胞中，其中含有叶绿素，体积较大，分布在细胞质膜与液泡间薄层的细胞质中，呈平层排列。其在细胞膜下的分布依光照情况而发生变化 （2）叶绿体的分化与去分化-叶绿体分化于幼叶的形成和生长

21、阶段，叶绿体的分化是可逆的，在形态上表现为体积增大、内膜系统的形成和叶绿素的积累，生化和分子生物学上表现为叶绿体功能所必需的酶、蛋白质、大分子的合成、运输及定位。（3）叶绿体的分裂：质体和叶绿体是通过分裂而实现增殖的，分裂主要集中在生长的幼叶中，分裂环的缢缩是叶绿体分裂的细胞动力学基础。（4）叶绿体的超微结构:叶绿体的超微结构可分为3个部分叶绿体被膜、类囊体及叶绿体基质，为光合作用提供了必须的结构支持。（5）光合作用：叶绿体的主要功能是进行光合作用，光合作用是自然界将光能转换为化学能的主要途径，其本质可视为呼吸作用的逆过程。分为光反应（ 在类囊体膜上进行，包括原初反应、电子传递及光合磷酸化）和

22、固碳反应（在叶绿体基质中进行，是光反应的产物）（三）线粒体和叶绿体的半自主性及其起源（1）线粒体和叶绿体DNA：线粒体DNA呈双链环状，分子结构与细菌的DNA相似，叶绿体DNA亦呈环状，分子大小依物种的不同呈现较大差异。它们均已半保留方式复制，复制所需要的DNA聚合酶、解旋酶等均由核基因组编码。线粒体和叶绿体的DNA具有与核DNA一样的编码功能，它们的基因组编码的蛋白质在线粒体和叶绿体的生命活动中是重要和不可缺少的。线粒体的生命活动受到细胞核及它们自身基因组的双重调控（2）起源:线粒体和叶绿体为内共生起源，分别是行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。因为它们的基因组与细菌基因组具有明显的相似性

23、，均为单条环状双链DNA分子；都具备独立完整的蛋白质合成系统，类似于细菌而有别于真核生物，分裂方式都为缢裂的方式分裂增殖，类似于细菌。第七章 细胞质基质与内膜系统这一章节主要讲的是细胞质基质及其功能，内膜系统及功能，各种细胞器的形态及功能。（一）细胞质基质及其功能细胞质基质是粘稠的胶体，是蛋白质与脂肪合成的重要场所。功能:为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所；与细胞骨架相关，细胞质骨架是细胞质基质的主要结构成分；与细胞膜相关；与蛋白质的修饰和选择性降解，控制蛋白质的寿命，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）细胞内膜系统和功能细胞质内膜系统包括内质网，高尔基体，溶酶体，

24、胞内体和分泌泡等细胞器（1）内质网分为光面内质网和糙面内质网，糙面内质网呈扁囊状，排列较为整齐，表面附有大量的核糖体，功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；光面内质网表面没有附着核糖体，是脂质的合成场所。内质网的功能:糙面内质网是合成蛋白质的主要场所，光面内质网是脂质合成的重要场所；是蛋白质的修饰与加工的场所；新生多肽的折叠与组装在内质网中进行；还有其他功能，如肝细胞的解毒、储存和调节Ca2+。内质网的应激反应有未折叠蛋白质应答反应、内质网超负荷反应、固醇调节级联反应和启动凋亡程序。（2）高尔基体由大小不一、形态多变的囊泡体系组成，变平膜囊多呈弓形或半球形。由相互联系的四个部分组成：顺面膜囊、中间

25、膜囊、反面膜囊以及高尔基体网状结构。其功能主要是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后运送到细胞特定部位或分泌到细胞外-与细胞的分泌活动相关，是蛋白质包装分选的关键枢纽；蛋白质的糖基化及修饰主要发生在高尔基体；蛋白酶的水解及其他蛋白质分子加工。（3）溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，是异质性细胞器，主要功能是行使细胞内的消化作用，其功能有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（可以识别并吞噬入侵的细菌和病毒）及其他生理功能（为细胞提供营养、参与分泌过程的调节等）。由于溶酶体过载、代谢紊乱，引起溶酶体储积症。（4）过氧化物酶体（微体）

26、是由单层膜围绕的内含氧化酶类的细胞器。过氧化酶与初级溶酶体形态大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶常形成晶格状结构，这是两者的主要区别。 第八章 蛋白质分选与膜泡运输 这一章主要是介绍细胞内的蛋白质分选及膜泡运输功能一、细胞内蛋白质的分选（1）信号假说（ GBlobelet ：Signal hypothesis,1975提出）：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（SRP）和内质网上的信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP）等 ；信号肽与共转移：a.起始转移序列和终止转移序 b.起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数导肽与后转移;

27、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不仅需要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。 （2）蛋白质的分选信号：蛋白质分选的转运途径A.后转运 B.共转运 类型-a.门控转运； b.跨膜转运；c.膜泡运输 d.细胞质基质中蛋白质的转运。（3）蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选（需要多个不同的靶序列，定位到叶绿体的前体蛋白N端、线粒体蛋白N端的导肽、过氧化物酶体蛋白C端的内在靶向序列）：蛋白质从细胞基质中输入到线粒体 a.从细胞质基质输

28、入到线粒体基质 b.以3种途径从细胞质基质到线粒体内膜 c.线粒体蛋白通过两条途径从细胞质基质到线粒体膜间隙 叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入 叶绿体不产生跨内膜的电化学梯度ATP水解供能是其唯一动力来源。类囊体蛋白含有多个靶向序列，以前体形式合成。进入基质后转运途径为SRP依赖途径和PH依赖途径。（3）过氧化物酶体蛋白的分选 （3）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。 根据转运膜泡表面包被蛋白的不同，有三种不同类型的转运膜泡 COPII包被小泡 、 COPI包被小泡、 网格蛋白包被小泡。 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 A.网格蛋白包被小泡 a. 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 b. 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 c. 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地 B. COPII包被小泡-a. 负责从内质网 高尔基体的物质运输；b. 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； c. COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。 C. COPI包被小泡 a