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1、整理翟中和笔记习题细胞生物学(翟中和)笔记细胞生物学：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋 亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心 问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。细胞概念的一些新思考：(1)细胞是多层次非线性的复杂结构体系，细胞具有高度复杂性和组织性。(2)细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体：细胞完成各种化学反应；细胞需要和利用能量；细胞参与大量机械活动；细胞对刺激作出反应。(3)细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系:细胞能进行自

2、我调控；繁殖和传留后代。扫描遂道显微镜（Scanning Probe Microscope,SPM）：80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器，包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等。纳米生物学研究领域中的重要工具,在原子水平上揭示样本表面的结构。特点：可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高，侧分辨率为0.10.2nm，纵分辨率可达0.01nm；可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息；可在真空、大气、液体等多种条件下工作，非破坏性测量；可连续成像，进行动态观察。光学显微镜技术（light microscopy)：（1）荧光显微镜技术（Fluorescence Micro

3、scopy）：直接荧光标记技术；间接免疫荧光标记技术。在光镜水平用于特异蛋白质等生物大分子的定性定位：如绿色荧光蛋白(GFP)的应用。（2）激光共焦扫描显微镜技术（Laser Scanning Confocal Microscopy）：排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率(1.41.7nm)，可重构样品的三维结构。（3）相差显微镜（phase-contrast microscope）：将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞。（4）微分干涉显微镜（differential-interference microscope）:明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中

4、较大的细胞器。（5）录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy）:计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动。主要电镜制样技术:超薄切片技术：样本制备。 负染色技术（Negative staining）：与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构。冰冻蚀刻技术（Freeze etching）：冰冻断裂与蚀刻复型，主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。快速冷冻深度蚀刻技术（quick freeze deep etching）。电镜三维重构技术：电子显微术、电子衍射技术与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。电镜三维重

5、构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前结构生物学（Structural Biology）主要研究生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。 离心分离技术：分离细胞器与生物大分子及其复合物。差速离心：分离密度不同的细胞组分；密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离。细胞内核酸、蛋白质、 酶、糖与脂类等的显示方法：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。特异蛋白抗原的定位与定性：（1）免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限 ，蛋白电泳(SDS-PAGE)：与免疫印迹反应(

6、Western-Blot)。（2）免疫电镜技术：免疫酶标技术；免疫胶体金技术；免疫铁蛋白技术：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态，胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等。细胞内特异核酸的定位与定性：光镜水平的原位杂交技术 ，同位素标记或荧光素标记的探针；电镜水平的原位杂交技术 ，生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合PCR技术。 放射自显影技术：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究，实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）放射自显影。定量细胞化学分析技术：细胞显微分光光度技术（Micro

7、spectrophotometry）：利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括紫外光/可见光显微分光光度测定法。流式细胞仪（Flow Cytometry）：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。 膜蛋白的流动：据荧光抗体免疫标记实验成斑现象(patching)或成帽现(capping)。 膜脂成分：（1）磷脂：膜脂的基本成分（50以上）分为，甘油磷脂和鞘磷脂 。 主要特征：具有一个极性头和两个非极性的尾脂肪酸链（心磷脂除外）；脂

8、肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸)。 （2）糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5以下）,神经细胞糖脂含量较高。（3）胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。紧密连接：是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间，紧密连接嵴线中的两类蛋白：封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；Claudin蛋白家族（现已发现15种以上）。 锚定连接：在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤为富，通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将

9、细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。(1).与中间纤维相连的锚定连接：桥粒: 铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。(2)与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带：细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 构成锚定连接的蛋白分两类: 细胞内附着蛋白(attachment proteins)：将特定的细胞骨架成分(中间纤维或微丝)同连接复合体结合在一起 (

10、desmoplakin)。 跨膜连接的糖蛋白：其细胞内的部分与附着蛋白相连, 细胞外的部分与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞基质相互作用。间隙连接：结构： 间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为23nm ；连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位，每个连接子由6个connexin分子组成，连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道；连接单位由两个连接子对接构成。间隙连接的蛋白成分： 已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量2660KD不等；连接子蛋白具有4个-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域；连接子蛋白的一级结构都比较保守, 并有相似的抗原性；不同类型细胞表达不同的

11、连接子蛋白，间隙连接的孔径与调控机制有所不同。 间隙连接的功能及其调节机制： (1)间隙连接在代谢偶联中的作用： 间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过, 是细胞间代谢偶联的基础； 代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用。 (2)间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用： 电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯； 间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为。 (3)间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用：胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路, 从而为某一特定细胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化；肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或

12、消失，间隙联接类似 “肿瘤抑制因子”。 间隙连接的通透性是可以调节的：胞质中的pH值和自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低。间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控胞间连丝。胞间连丝结构：相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构。功能：实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运；实现细胞间的电传导；在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。细胞表面的粘连分子：同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征，细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的。粘连分子的特征：（1）粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连；（2）多数要依赖Ca

13、2+或Mg2+才起作用。（3）粘着方式与类型：钙粘素（Cadherins）：属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白（30多个成员的糖蛋白家族），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。 选择素（Selectin）：属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有凝集素样结构域(lectin-like domain)。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间识别与粘着。包括P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和L(Leukocyte)选择素。 免疫球蛋白超家族的CAM(

14、Ig-Superfamily，IgSF)：分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。介导同亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着，但其粘着作用不依赖Ca2+，其中N-CAMs 在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。 整合素（Integrins）。质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。胶原蛋白:是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白，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。 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； 型胶原主要存在于软骨中； 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； 型胶原形成二维网格样结构，是基膜

15、的主要成分及支架。 胶原及其分子结构：胶原纤维的基本结构单位是原胶原；原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；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； 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：（1）前体肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原 (preprocollagen)。 前原胶原是原胶原的前体和分泌形式； 在粗面内质网合成、加工与组装，经高尔基体分泌。（2）前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶，分别切去N-末端前肽及C-末端前肽，成为原胶原（procollagen）；原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（c

16、ollagen fibril）和胶原纤维（collagen fiber）。 胶原的功能 ：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；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；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：氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖。 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；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。透明质酸(hyaluronic aci

17、d)及其生物学功能：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；透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用；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：蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子；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。；见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面蛋白聚糖的特性与功能： 显著特点是多态性：不同的核心蛋白，不同的氨基聚糖； 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；蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可

18、与多种生长因子结合，完成信号的传导。 层粘连蛋白(laminin)：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层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成，细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上。受体结合部位：与型胶原的结合部位；与细胞质膜上的整合素结合的Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。作用：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)：纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）纤粘连蛋白的主要功能： 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； 在胚胎发生过

19、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； 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； 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。 血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及B链组成,整个分子呈V形；细胞纤粘连蛋白是多聚体；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；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：纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril），为细胞壁提供了抗张强度。半纤维素（hemicell

20、ulose）： 木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖，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。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，果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。 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。木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。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。离子通道：是门控的；只介导被动运输。电压门通道（voltage-gated channel）；配体门通道（liga

21、nd-gated channel）；压力激活通道（stress-activated channel）。 ATP直接提供能量的主动运输：钠钾泵（结构与机制）；钙泵（Ca2+-ATP酶）；质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶。 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 细胞识别（cell recognition）：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（signaling pathway）：细胞识别

22、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）。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： 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；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。细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活胞表面受体分属三大家族：离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）；G-蛋白偶联的受体（G-

23、protein-linked receptor）；酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）。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特点：受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白；跨膜信号转导无需中间步骤；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；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：AMP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

24、体：受体丝氨酸/苏氨酸激酶；受体酪氨酸磷酸酯酶；受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals）。酪氨酸蛋白激酶联系的受体两大家族：一是与Src蛋白家族相联系的受体；二是与Janus激酶家族联系的受体。 信号转导子和转录激活子（signal transducer and actvator of transcription，STAT）与JAK-STAT途径。cAMP信号通路：激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录。 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.。GPLR的失敏：如，肾上腺素受体被激活后，10-15秒cA

25、MP骤增，然后在不到1min内反应速降，以至消失。受体活性快速丧失（速发相）-失敏（desensitization）： 机制：受体磷酸受体与Gs解偶联，cAMP反应停止并被PDE降解。 两种Ser/Thr磷酸化激酶：PKA 和肾上腺素受体激酶（ ARK）， 负责受体磷酸化； 胞内协作因子扑获蛋白（ arrestin）-结合磷酸化的受体，抑制其功能活性（ arrestin 已克隆、定位11q13）。 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 arrestin可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors。作用

26、：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：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pH。受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路：受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）包括6个亚族。 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 RTK- Ras信号通路：配体RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核其它激酶或基因调控

27、蛋白（转录因子）的磷酸化修钸。G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活，RTKs的失敏（desensitization）。G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活：MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。MAPK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。 PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待深入研究。PKC、PLC与G蛋白偶

28、联受体介导的MAPK激活：G蛋白偶联受体激活G蛋白，G蛋白亚基或 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。 PKA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（dominant negative mutant），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。cAMP ， MAPK

29、；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。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。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。还发现，EGF受体是CDK的靶蛋白，提示和周期调控有关。RTK晶体结构研究表明，R

30、TK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。RTK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。细胞表面整合蛋白介导的信号传递：整合蛋白与粘着斑，导致粘着斑装配的信号通路有两条。 粘着斑的功能：一是机械结构功能；二是信号传递功能。通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：1 由细胞表面到细胞核的信号通路；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：1 具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点；2 细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性；3 信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存；细胞以不同

31、的方式产生对信号的适应(失敏与减量调节)。内质网(ER)：是由膜围成的扁平的囊、槽、池或管，并形成相互沟通的网状系统，在ER腔内充满了液状基质。是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。rER的功能：蛋白质合成；蛋白质的修饰与加工；新生肽的折叠与组装；脂类的合成。sER的功能：类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）；肝的解毒作用（Detoxification）System of oxygenases-cytochrome p450 family；肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG）；储存钙离子，肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中。串联”核糖体上合成：分泌蛋白、膜整合蛋白、内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。 “游离”核糖体上合成：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、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。蛋白