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1、细胞生物学基本知识概要第3版略pptConvertor第二章 细胞基本知识概要一、细胞的基本概念（p19）细胞是由膜包围的能独立进行繁殖的原生质团，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。几个重要概念原生质(protoplasm)指活细胞的全部活物质,包括细胞质和细胞核(或类核)。原生质体(protoplast)脱去细胞壁的细胞叫原生质体, 是一生物工程学的概念。如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解

2、而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体。二、细胞的基本共性（p21）1、相似的化学组成。2、脂-蛋白体系的生物膜。3、RNA-DNA的装置。4、合成蛋白质的核糖体。5、一分为二的分裂方式。支原体(mycoplasma) 是目前发现的最简单、体积最小的原核细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原核细胞。三、非细胞形态的生命体-病毒（p40）（一）病毒的概念病毒（virus） DNA或RNA+蛋白质类病毒（viroid） 感染性RNA朊病毒（prion） 感染性蛋白质（二）病毒的类型(6类）（p43）DNA病毒 双链DNA+mRNA蛋白质单链+DNA DNA +RNA 蛋白质+RNA:指

3、与指导合成的蛋白质在序列上完全一致的mRNA.RNA病毒 1.双链RNA+mRNA蛋白质2.单链+RNA -RNA +RNA 蛋白质3.单链-RNA +RNA 蛋白质4.单链+RNA -DNADNA +mRNA蛋白质(含逆转录酶)转座子（transposon，transposable element）能将自身插入基因组新位置的DNA序列。转座（transposition）指转座子移到基因组中的新位点。逆转录病毒和反转录转座子以RNA 形式移动的转座子，反转录为DNA，然后插入基因组中某一新位点，这类转座子称为反录转座子(Retroposon，Retrotransposon)。逆转录病毒是其中的

4、一种，能自由地侵染宿主细胞，具有转座子的特征，在插入位点产生短同向重复序列。运用PB转座因子研究新方法可以在大范围内快速寻找疾病相关基因，建立多种疾病模型，寻找疾病机理和药物靶点，从而发现、创新治疗手段和药物，也为人类疾病的基因治疗提供了新途径。新方法还可以用于鉴定并研究具有重要生物学功能的基因，并改良经济动物。（三）病毒的结构蛋白质-壳体(保护作用,抗原性)及核酸合为核壳包膜(包膜小体)(四）病毒的生活史1.吸附(absorption)2.侵入(penetration)3.复制(replication)4.成熟(maturation)5. 释放(release)(四)研究病毒的意义1、细胞起

5、源2、了解疾病的发病机理3、基因治疗四、细胞的类型 1.原核细胞(prokaryotic cell)（p22）组成原核生物的细胞。主要特征是没有明显可见的细胞核, 同时也没有核膜和核仁, 只有拟核，进化地位较低。2.真核细胞（eucaryotic cell) （p31）以生物膜为基础进一步分化， 使细胞内部产生许多功能区室， 它们各自分工负责又相互协调和协作。动物细胞与植物细胞的比较植物细胞有细胞壁、叶绿体、液泡、圆球体、乙醛酸循环体，无溶酶体、中心体；通讯连接方式为胞间连丝，不是间隙连接；胞质分裂方式为细胞板，不是收缩环3.原核细胞与真核细胞的异同（p35）原核细胞真核细胞种类细菌、蓝藻、支

6、原体、衣原体、立克次氏体动物细胞、植物细胞、真菌等细胞膜 有（多功能性）有细胞质除核糖体外无其他细胞器有内膜系统（内质网、高尔基体、溶酶体）、线粒体、叶绿体细胞核无，只有一个拟核，染色体结构简单有（核膜、染色体、核仁、核骨架），染色体结构复杂细胞骨架无有大肠杆菌、酿酒酵母、拟南芥、果蝇、蠕虫（秀丽隐杆线虫）、鼠、人为模式生物*原核细胞与真核细胞的相同点1.都具有类似的细胞质膜结构2.都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码3.都是以一分为二的方式进行细胞分裂4.具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构5.代谢机制相同(如糖酵解和TCA循环)6.具有相同的化学能贮能机制，如ATP

7、合成酶(原核位于细胞质膜，真核位于线粒体膜上)7.光合作用机制相同(蓝细菌与植物相比较)8.膜蛋白的合成和插入机制相同9.都是通过蛋白酶体(蛋白质降解结构)降解蛋白质(古细菌与真核细胞相比较)核外DNA 细菌质粒DNA线粒体DNA、叶绿体DNA细胞壁主要成分为氨基糖与壁酸植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶增殖方式无丝分裂（直接分裂）有丝分裂为主光合作用结构叶绿素a的膜层结构(蓝藻）、菌色素（细菌）植物叶绿体有叶绿素a和b细胞大小1-10 um10-100 um真核细胞特有的特点1.细胞分裂分为核分裂和细胞质分裂，并且分开进行2.DNA和蛋白质结合压缩成染色体结构，形成有丝分裂的结构3.具有复杂

8、的内膜系统和细胞内的膜结构(如内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、乙醛酸循环体、胞内体等)4.具有特异的进行有氧呼吸的细胞器(线粒体)和光合作用的细胞器(叶绿体)5.具有复杂的骨架系统(包括微丝、中间纤维和微管)6.有复杂的鞭毛和纤毛7.具有小泡运输系统(胞吞作用和胞吐作用)8.含有纤维素的细胞壁(如植物细胞)9.利用微管形成的纺锤体进行细胞分裂和染色体分离 10.每个细胞中的遗传物质成双存在，二倍体分别来自于两个亲本11.通过减数分裂和受精作用进行有性生殖4. 真核细胞的基本结构体系（p31）生物膜系统、遗传信息表达系统、细胞骨架系统生物膜结构体系(biomembrane system)

9、细胞内具有膜包被结构的总称, 包括细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体等。膜结构体系的基本作用是为细胞提供保护。质膜将整个细胞的生命活动保护起来，并进行选择性的物质交换；核膜将遗传物质保护起来，使细胞核的活动更加有效；线粒体和叶绿体的膜将细胞的能量发生同其它的生化反应隔离开来，更好地进行能量转换。膜结构体系为细胞提供较多的质膜表面，使细胞内部结构区室化。遗传信息表达结构系统(genetic expression system)又称颗粒纤维结构系统，包括细胞核和核糖体。细胞核中的染色质是纤维结构，由DNA和组蛋白构成。核糖体是由RNA和蛋白质构成的颗粒结构，是细胞内合成蛋白质

10、的场所。细胞骨架系统(cytoskeletonic system)由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构，包括细胞质骨架和细胞核骨架。主要成分是微管、微丝和中间纤维。细胞骨架系统的主要作用是维持细胞的一定形态，使细胞得以安居乐业。细胞骨架对于细胞内物质运输和细胞器的移动来说又起交通动脉的作用; 细胞骨架还将细胞内基质区域化；此外，细胞骨架还具有帮助细胞移动行走的功能。 第四章 细胞质膜细胞质膜：围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。生物膜（biomembrane）：细胞内的膜系统与细胞质膜统称为生物膜。一、细胞质膜的结构模型（p83）双分子片层结构模型1935年Davson&Daniel

11、li 三明治夹心模型单位膜模型1959年J.D Robertson “两暗夹一明”流动镶嵌模型(fluid mosaic model)1972年S.J. Singer & G.Nicolson根据免疫荧光技术和冰冻蚀刻技术的研究成果提出特点:1、 流动性 2、 不对称性相变:在特性凝固点时,单一磷脂形成的人工脂双层可从液态变化到晶态(凝胶态),这种状态的变化称为相变。此时的温度称为相变温度。分相：不同磷脂的相变温度不同，在某一温度时，有的为晶态，有的为液晶态。处于不同状态的磷脂分子分别聚集，形成相的分离。脂筏（lipid raft）模型 1997 年美国Simons提出的，它们在绝大多数哺乳动

12、物细胞质膜都有分布，是一种脂质微区结构。 一般大小为50-300nm，是生物膜不被去垢剂所溶解的部分，处于液晶相与凝胶相之间的liquid-ordered phase。脂筏的组分1.脂类:主要含胆固醇和鞘脂，包括鞘磷脂和鞘糖脂2. 蛋白质:大多与信号转导有关（ 如G 蛋白，一些受体，腺苷酸环化酶等等），脂筏与细胞内信息传递功能密切有关。脂筏的功能1、信号转导;2、跨细胞运输;3、胞外毒素、细菌以及病毒的内吞；4、胆固醇的运送；5、 维持胞内Ca2+的稳态平衡。脂筏与疾病的关系 与恶性肿瘤，心血管病以及肌肉萎缩等有关。如微囊素3 主要在骨骼肌、心肌和平滑肌细胞中表达， 如果微囊素3 的基因发生突

13、变，会导致一种肌肉萎缩病的形成。二、膜的化学组成（一）膜脂 （p85）均为双亲性分子（极性头部和非极性尾部），包括磷脂、胆固醇和糖脂三种类型。1、磷脂（1）甘油磷脂磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺(PE)生物膜的骨架信号转导过程中的信号分子 （2）鞘磷脂 脑和神经细胞膜中最丰富，植物细胞和原核细胞中没有。2、胆固醇和中性脂类双相调节作用相变温度以上时，增加膜的稳定性；相变温度以下时，提高膜的流动性。3、糖脂血型抗原ABO血型由红细胞膜脂或膜蛋白中的糖基决定的。A血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人红细胞膜脂寡糖链

14、的末端是半乳糖(Gal)，O型则没有这两种糖基，而AB型的人则在末端同时具有这两种糖。（二）膜蛋白（p88）整合蛋白(integral protein)又称内在蛋白(intrinsic protein)， 跨膜蛋白(transmembrane protein) 外在蛋白(peripheral protein)又称附着蛋白(protein-attached) 脂锚定蛋白(lipid-anchored)又称脂连接蛋白(lipid-linked protein) (三) 膜蛋白与膜脂的结合方式（p90）1、膜蛋白以螺旋单次或多次跨膜2、筒（-barrel)跨膜3、形成大的蛋白复合物跨膜4、通过共价结

15、合的脂类基团 棕榈酸结合蛋白、豆蔻酸结合蛋白、异戊二烯结合蛋白、糖脂结合蛋白5、通过与膜蛋白非共价的相互作用跨膜蛋白质(Integral membrane protein )在膜的两边都有结构域存在的蛋白质。共同特点：至少存在一个跨膜区域，包括一个含有2126个疏水氨基酸的螺旋。约占细胞中蛋白质的1/4-1/3。单次跨膜蛋白质第一类：蛋白质N末端朝向胞外空间，较常见。第二类：方向相反即N 末端朝向胞质。方向是在蛋白质插入内质网膜的过程中决定的。多次跨膜蛋白 当跨膜结构域的数目是奇数时，蛋白质的两端位于膜两侧，而偶数时两个末端位于同侧。三、生物膜的基本特征（一）膜的流动性1、膜脂的流动性1.1膜

16、脂的运动方式（p87）1)侧向扩散 基本运动方式2)旋转运动3)翻转运动4)摆动1.2 影响膜流动性的因素1)影响膜脂流动性的因素膜本身的组成成分遗传因子环境的理化因素（如温度、离子强度、药物、pH等）（1）脂肪酸链的饱和程度,不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。（2）脂肪酸链的长度，链越短膜脂的流动性越大。（3）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。 （4）卵磷脂/鞘磷脂的比值大，流动性增加，因为后者的黏度大。（5）温度对膜脂的运动有明显的影响。、膜蛋白的运动性荧光漂白和细胞融合技术证明膜蛋白存在运动性。荧光抗体免疫标记实验淋巴细胞的成斑现象(patching)或成帽现象(ca

17、pping)通过抗体交联膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的现象也是证明膜蛋白在膜平面侧向扩散的例子。影响膜蛋白运动的因素1、内在蛋白聚集形成复合物。2、内在蛋白与周围成分（外在蛋白、细胞骨架、膜脂分子等）相互作用形成偶联蛋白。3、受周围膜脂性质和相态的制约。蛋白质的几种运动方式 随机移动 有些蛋白质能够在整个膜上随机移动。移动的速率比用人工脂双层测得的要低。 定向移动 有些蛋白比较特别，在膜中作定向移动。例如，有些膜蛋白在膜上可以从细胞的头部移向尾部。 局部扩散 有些蛋白虽然能够在膜上自由扩散，但只能在局部范围内扩散。 (二)膜的不对称性(p93)1、膜脂的不对称

18、性 同一种脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。 糖脂为完全不对称分布用脂酶处理法研究膜脂分布的不对称性 2、膜蛋白的不对称性 每种膜蛋白在细胞膜上具有明确的方向性和分布的区域性。放射性标记法测定膜蛋白分布的不对称性 膜蛋白的不对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称 首先要分离细胞膜，然后用乳过氧化物酶进行膜蛋白标记。过氧化物酶的分子较大而不能透过细胞膜，这样可以用于标记膜外表面的蛋白，标记后，分离膜蛋白，电泳分离和放射自显影进行鉴定。低渗溶液时,酶进入内部进行标记.细胞质膜的基本功能1,边界与通透性障碍2，组织和功能定位3，运输作用4，信号检测5，细胞间通讯第五

19、章 物质的跨膜运输膜转运的三种途径第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白通道蛋白载体蛋白离子载体种类水通道蛋白（AQP）、离子通道葡萄糖载体、钠钾泵、质子泵、钙泵等可动离子载体（缬氨霉素）、形成通道载体（短杆菌肽A）转运方式协助扩散被动运输或主动运输被动运输性质跨膜蛋白跨膜蛋白小的疏水分子，溶于脂双层区别根据大小和电荷辨别溶质只允许与蛋白结合部位相适合的溶质分子通过微生物合成，鉴定膜转运蛋白的两种方法 细胞松弛素B是葡萄糖转运蛋白的抑制剂二、被动运输（passive transport)与 主动运输（active transport）不同运输形式的比较性质简单扩散协助

20、扩散主动运输参与运输的膜成分能量来源运输方向特异性饱和性转运物质性质1.简单扩散（simple transport) 气体分子、小的不带电荷的极性分子、脂溶性分子沿浓度梯度扩散（高 低）不耗能量没有膜蛋白的协助限制因素：脂溶性、分子大小、带电性2、水孔蛋白（aquaporin，AQP）2003年诺贝尔化学奖 水通道的发现4个亚基组成的四聚体大多数水是直接通过脂双层进入细胞的，也有些水是通过水通道蛋白进行扩散的。 扩散与渗透有何不同？渗透：水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。3、协助扩散（facilitated diffusion）非脂溶性物质或亲水性物质；需膜蛋白协助；比自由扩散转运速率高；存在

21、最大转运速率；有特异性、饱和性4、主动运输（active transport)（p108） 1）ATP直接提供能量-ATP驱动泵2）ATP间接提供能量-耦联转运蛋白3）光驱动泵-菌紫红质主动运输的特点：逆浓度梯度或电化学梯度扩散;消耗能量;需膜运输蛋白的协助;选择性和特异性第二节 离子泵和协同转运 P-型离子泵ATP驱动泵 V-型离子泵 F-型离子泵 ABC超家族一、P-型离子泵（P-class ion pump）(一）钠钾泵1 组成亚基 功能亚单位 ATP酶活亚基 调节亚单位2 作用机理3、生物学意义维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；维持低钠高钾的细胞内环境；维持细胞的静息电位。（二） 钙泵

22、和其他P-型质子泵 1、钙泵分布在质膜和某些细胞器膜,保持细胞内游离钙离子低浓度2、P型质子泵 植物细胞、真菌、细菌的质膜二、V-型和F型质子泵1、V-型质子泵 胞内体、溶酶体膜、破骨细胞质膜和液泡膜2、F-型质子泵 线粒体内膜、植物类囊体膜、细菌质膜三、ABC超家族(ABC superfamily)都含有两个保守的ATP结合区,能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质;催化脂双层中脂类的翻转四、协同转运（cotransport)（P114）1、特点钠钾泵或质子泵与载体蛋白协同作用间接消耗ATP，直接动力为膜两侧离子的电化学梯度动物细胞为钠离子电化学梯度植物细胞和细菌为质子电化学梯度2、

23、类型同向转运(symport) 物质运输方向与离子转移方向相同,如葡萄糖进入小肠反向转运(antiport)物质运输方向与离子转移方向相反, 如Na+-H+交换第三节 胞吞作用（endocytosis)和胞吐作用(exocytosis)共同特点：1、主动运输，需ATP提供能量2、大分子和颗粒物质的运输如蛋白、 多肽、多糖3、膜融合4、小泡运输5、质膜的循环一、胞饮作用和吞噬作用胞饮作用吞噬作用胞吞物溶液颗粒性物质胞吞泡胞饮泡直径小于150nm吞噬泡直径大于250nm胞吞泡形成网格蛋白等协助微丝及其结合蛋白的帮助摄入方式所有真核细胞连续摄入，经常且持续原生动物或吞噬细胞特有，需信号激发网格蛋白有

24、被小泡介导的选择性转运 网格蛋白协助形成小窝和小泡 接合素蛋白捕获特异转运分子 转运分子受体识别转运分子 发动蛋白（dynamin)GTP结合蛋白，使小窝脱离质膜，形成小泡。有被小泡的常见类型类型外被蛋白起源目的地网格蛋白有被小泡网格蛋白+接合素蛋白1高尔基体溶酶体(经胞内体)网格蛋白有被小泡网格蛋白+接合素蛋白2质膜胞内体COP有被小泡COP蛋白ER高尔基潴泡高尔基体高尔基体高尔基潴泡ER (三)受体介导的胞吞作用1.定义2.过程 配体与受体结合扳动内化作用，形成网格蛋白有被小泡脱被并与胞内体融合受体分选，转运小泡与溶酶体融合受体的可能命运1、再循环 回到同一质膜域2、降解进入溶酶体3、跨细

25、胞的转运（胞吞转运作用）转运至质膜的不同区域所有生长中的细胞表面都有铁结合转铁蛋白的受体,在中性pH条件下与铁结合转铁蛋白与铁结合, 然后通过内吞作用进入细胞。在细胞内,在内体的酸性环境中, 转铁蛋白释放出铁, 但是转铁蛋白仍然同膜受体结合, 并与受体一起回到质膜；当细胞外环境变成中性时, 转铁蛋白同受体脱离,并自由地结合铁, 然后又开始新一轮循环。实际上, 转铁蛋白穿梭于细胞外液体和内体之间, 避开了溶酶体, 快速传递细胞生长所需的铁 母体IgG跨过新生鼠表皮细胞的跨细胞的转运 (四) 胞吐作用1 组成型胞吐途径- 真核细胞均有，连续进行 高尔基体反面管网区 质膜 作用：供应质膜更新-膜整合

26、蛋白和膜脂 可溶性分泌蛋白分泌到胞外(以default pathway方式:粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面)酶、生长因子和细胞外基质成分 2 调节型胞吐途径- 分泌细胞具有,分泌小泡受刺激时分泌第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输第一节 细胞质基质（cytosol)的涵义和功能一、涵义: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。二、功能1、所有中间代谢均发生在细胞质中，其中大部分是在细胞质基质中进行2、与细胞骨架有关3、蛋白质的修饰4、控制蛋白的寿命5、蛋白质的选择性降解和重新折叠三、蛋白质的降解途径1.溶酶体降解途径:细胞外来蛋白和细胞表面受体,不耗能;2.非溶酶体降

27、解途径-泛素（ubiquitin)依赖的蛋白质降解途径,细胞自身蛋白;消耗ATP泛素依赖的蛋白质降解途径步骤1.泛素与靶蛋白结合步骤2.蛋白酶体降解靶蛋白E1激活泛素泛素与E2 结合活化的泛素与E3结合形成多聚泛素链多聚泛素化靶蛋白与蛋白酶体的19S复合物上的泛素受体结合,被20S复合物降解成短肽泛素通过异构酶的作用再循环使用E1(ubiquitin-activating enzyme，泛素激活酶) 负责激活泛素分子。水解ATP获取能量。E2 (ubiquitin-conjugating enzyme，泛素交联酶) 负责把泛素分子绑在需要降解的蛋白质上。E3(ubiquitin-ligase，

28、泛素连接酶)具有辨认指定蛋白质的功能 。第二节 细胞内膜系统及其功能膜结合细胞器（membrane-bound organelle）细胞质中所有具有膜结构的细胞器，包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等。真核细胞膜结合细胞器的主要功能 内膜系统的概念(p175)在结构、功能、乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。 一、内质网的形态结构与功能(p175)（一）形态结构 小管、小囊、扁囊（小池、潴泡）基本“单位结构”，形成连续网状膜系统，内腔相通。标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。 (二）两种基本类型(p1

29、76)：糙面内质网（RER）、光面内质网（SER）(三）功能常用微粒体(microsome)作为研究对象。(p176)在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构,在体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。1、 蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能合成蛋白质的种类(p178)1，向细胞外分泌的蛋白质2膜整合蛋白，并且决定膜蛋白在膜中的排列方式 3可溶性驻留蛋白4需要修饰和加工的某些蛋白在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的 多肽 ：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、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白。注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体2、光面内质网是脂质合成的重要场所(p178) 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在光面内质网膜中合成磷脂酰胆碱膜磷脂转移的两种方式:磷脂转换蛋白和出芽3、蛋白质的加工与修饰(p179)主要有糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成等。4、多肽链的折叠与组装(p180)一些ER驻留蛋白帮助转移到ER腔