细胞生物学

第一章 绪论

一、细胞生物学概念

? 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、细胞增殖与分化、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。 三、研究的重点领域

全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：

?细胞信号转导 细胞凋亡?基因组与后基因组学研究

三种疾病：癌症 心血管病 爱滋病和肝炎等传染病 五大研究方向：细胞周期调控 细胞凋亡 细胞衰老 信号转导 DNA的损伤与修复

第二节 细胞学与细胞生物学发展简史 一、细胞的发现（discovery of cell）

1665年，胡克创造了第一架有科学研究价值的显微镜。放大倍数可达40—140倍，并用其做了大量观察，将结果整理成书《显微图谱》（Micrographia）发表于1665年。在书中描绘了他所见到的木栓是由许多蜂巢状小室排成，并称之为细胞（Cell源于拉丁文Cella，原意为空隙、小室、小房子),是细胞学史上第一个细胞模式图。 把综合了细胞结构特点的图解称细胞模式图。 Hooke作为世界上细胞的第一个发现和命名者。 1677年，列文虎克（Antony Van Leeuwenhoek，1632—1723，荷兰布商，科学家）用自制显微镜看到了活细胞。

二、细胞学说的建立及其意义（The cell theory） 1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文（Beitrage zur Phytogenesis）。

1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文。

中心思想是：细胞是一切生物体的基本构成单位和功能单位。

细胞学说的创立，对当时生物学的发展起了巨大的促进和指导作用，明确了整个自然界在结构上的统一性，推进了人类对整个自然界的认识，有力促进了自然科学和哲学的进步。

恩格斯给予高度评价，把它与进化论和能量守

恒定律并列为十九世纪自然科学的三大发现。 还有人将其与达尔文的进化论（1859）和孟德尔的遗传学（1865）称作现代生物学的三大基石。实际上，可以说细胞学说又是后两者的基石。 三、细胞学的诞生（细胞学的经典时期和实验细胞学时期）

1953年美国分子遗传学家沃森(J.D.Watson)和英国分子生物学家、物理学家克利克(F.H.C.Crick)这两位生物分子舞台上的名角，提出了DNA分子结构的双螺旋模型，标志着分子生物学的诞生。 五、分子细胞生物学

哪3个有代表意义的细胞模式图？

一、1665年，胡克《显微图谱》描绘了他所见到的木栓是由许多蜂巢状小室；

二、1925年，Wilson魏尔逊绘制了一幅反映了光镜时代对细胞结构认识水平的细胞模式图； 三、1961年，希拉舍（绘制了细胞的超微结构，反映了电镜时代对细胞的认识水平。 小结：

细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的学科，它是现代生命科学的基础学科之一。细胞生物学研究的主要方面包括： ① 生物膜与细胞器；②细胞信号转导；③细胞骨架体系；④细胞核、染色体及基因表达；⑤ 细胞增殖及其调控；⑥细胞分化及干细胞；⑦ 细胞死亡；⑧细胞衰老；⑨ 细胞工程；⑩细胞的起源与进化。

本章回顾了细胞学与细胞生物学发展的简史，阐述了细胞学说的建立及其重要意义，分析了细胞生物学学科形成的基础与条件。细胞学与细胞生物学发展的历史大致可以划分为以下几个阶段：① 细胞的发现；② 细胞学说的建立；③ 细胞学的经典时期；④ 实验细胞学时期；⑤ 细胞生物学学科的形成与发展。当今的细胞生物学是以细胞作为生命活动的基本单位这一概念为出发点，在各层次上探索生命现象的最基本、最核心问题的一门重要的学科。

第二章 细胞的统一性和多样性

第一节 细胞的基本概念

?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。

细胞功能的共性：

?所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。 ?细胞都能进行新陈代谢（酶催化控制）

?细胞都具有运动性（自身运动和胞内物质运动） 第二节 原核细胞与古核细胞 基本特点：

? 遗传的信息量小，一个环状DNA构成； ? 细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。 主要代表：

?支原体（mycoplast）——最小最简单的细胞（0.1-0.3 μ ms， 最小基因组: 482 genes, 最低限度必需gene:256） ?细菌（细菌性疾病）

?蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria） 原 核 细 胞 细菌性疾病

1．空气传播的细菌病 ：白喉；军团菌热；脑膜炎；百日咳；丹毒；链球菌肺炎；结核病;猩红热； 2．其它细菌病 ：牙菌斑；龋齿; 幽门螺旋杆菌；与A类链球菌感染有关的病症 古细菌

第三节、真核细胞

真核细胞的基本结构体系

1、以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统； 3、由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。 2、以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统

原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较

1、都具有类似的细胞质膜结构

2、都以DNA为遗传物质，使用相同的遗传密码 3、都以一分为二的方式进行细胞分裂 4、转录和翻译机制相似，类似的核糖体结构 5、代谢机制相同（糖酵解和TCA循环） 6、化学能储存机制相同（ATP合成酶） 7、光合作用机制相同（蓝藻和植物相比） 8、膜蛋白的合成和插入机制相同

植物细胞与动物细胞的比较 细胞壁 液泡 叶绿体 第四节 非细胞形态的生命体

病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋

白质构成的核酸-蛋白质复合体；

根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA?病毒与RNA病毒

类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成； 朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成； 基因组：DNA或RNA，单链或双链，环状或线状。储存遗传信息，是病毒的感染单位。 DNA病毒繁殖的过程

①吸附：病毒通过表面的蛋白与细胞表面的特异的受体分子结合；

②侵染：病毒基因组进入宿主细胞，方式各有不同（胞吞，膜融合，核酸注入）；

③复制：利用宿主细胞提供的整套装置复制其基因组，合成蛋白；

④装配：基因组和核衣壳蛋白自发地组装成病毒粒子；

⑤释放：细胞会被裂解，释放出子代病毒，继续新的感染周期。

RNA病毒在细胞内增殖

1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染 2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成 3、病毒的装配、成熟与释放 病毒与人类

1、病毒的发现与分类

2、病毒的基本特征 小，结构简单—滤过性病毒 DNA或RNA—DNA病毒和RNA病毒 彻底的寄生性，繁殖方式：复制与装配

病毒是非细胞结构的生命体，是迄今发现的最小，最简单的生命体 3、病毒的物种及其分类

分类： 命名(宿主，病症，发现地等） 宿主(动物，植物，微生物） 核酸型（DNA or RNA) 繁殖方式 （裂性，温和性） 4、病毒与人类疾病--- 病毒性疾病

1．节肢动物媒介的病毒病 ：斑疹伤寒；鼠疫 2．直接接触传播的病毒病：炭疽；淋病；麻风病；梅毒；破伤风；砂眼；AIDS

3．食物和水传播的病毒病：肉毒中毒；霍乱；伤寒；脓毒性休克； 小结：

细胞是一切生命活动的基本单位，包括以下几个方面的涵义：（1）一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的形态结构单位。构成多细胞生物体的细胞虽然是“社会化”的细胞，但它们又保持着形态结构的独立性，每一个细胞具有自己完整的结构

体系。（2）细胞是有机体代谢与执行功能的基本单位，在细胞内的一切生化过程与试管内的生化过程的根本不同点，是细胞有严格自动控制的代谢体系，并且有保证完成生命过程有序性的独立的结构装置。（3）有机体的生长与发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。细胞是研究有机体生长与发育的基础。（4）细胞是遗传的基本单位，每一个细胞都具有遗传的全能性（除少数特化细胞）。构成各种生物机体的细胞的种类繁多，结构与功能各异，但它们都具有基本共性：细胞膜，两种核酸（DNA与RNA），蛋白质合成的机器——核糖体与一分为二的增殖方式，这些是细胞结构与生存不可缺少的基础。种类繁多的细胞可以分为原核细胞与真核细胞两大类。近年认为原核细胞并不是统一的一大类，建议将细胞划分为原核细胞、古核细胞与真核细胞三大类。支原体是迄今发现的最小最简单的细胞，它已具备细胞的基本结构，并且有作为生命活动基本单位存在的主要特征。作为比支原体更小更简单的细胞，又要维持细胞生命活动的基本要求，似乎不大可能。

细菌与蓝藻是原核细胞的两个重要代表。原核细胞的共同特征：没有核膜、遗传信息载体仅仅是一个裸露的环状DNA分子，除核糖体与细胞质膜及其特化结构外，几乎不存在其他复杂的细胞器。将原核细胞与真核细胞进行比较，从进化与动态的观点分析，主要有两个基本差异：一是以生物膜系统的分化与演变为基础，真核细胞形成了复杂的内膜系统，构建成各种具有独立功能的细胞器，双层核膜将细胞分隔为细胞核与细胞质两个基本部分；二是遗传结构装置的扩增与基因表达方式的相应变化。由于上述的根本差异，真核细胞的体积也相应增大，内部结构更趋复杂化，生命活动的时间与空间的布局更为严格，细胞内部出现精密的网架结构——细胞骨架。

古核细胞在形态结构、遗传装置虽与原核细胞相似，但一些基本分子生物学特点又与真核细胞接近。

第三章 细胞生物学研究方法

第一节 细胞形态结构的观察方法 ?光学显微镜技术 (light microscopy) ?电子显微镜技术 (Electro microscopy) ?扫描遂道显微镜 (scanning tunneling 光学显微镜： ◆普通双筒显微镜

◆荧光显微镜 ◆相差显微镜 ◆激光共聚焦显微镜 细胞形态结构的观察方法

——显微镜技术 电子显微镜： 透射电镜 扫描电镜 扫描隧道显微镜

细胞形态结构的观察方法——光学显微镜 （一）普通复式光学显微镜

光学显微镜的分辨率（Resolving power D） 提高分辨率： 增大数值孔径 缩短波长 （二）暗视野显微镜（darkfield microscope） 根据丁达尔效应的原理设计而成，在显微镜中安装特殊聚光器，使得照明光线不能直接进入物镜，而是只允许被标本反射或折射的光线进入物镜，这样视野背景是暗的，而物体的边缘是亮的，使样品在暗的背景上显得更加突出。适于观察细胞的运动和外部形态，而内部结构观察不清。 （三）相差显微镜（phase contrast microscope） 能将物体本身的相位差转换为振幅差的显微镜。 在普通光镜下观察标本时，是靠颜色（波长）和亮度（振幅）的差别而看到被检物体的结构。 活细胞近于无色透明，光波通过不吸收光，振幅变化不大，故人眼感觉不到。 1. 分离直射光和衍射光

2. 使直射光和衍射光之间产生干涉，使相位差变成振幅差, 表现为明与暗的对比

——用于观察未染色样品, 能够观察到无色透明的活的物体。

（四）荧光显微镜（fluorescence microscope） 以紫外线为光源，照射被检物体发出荧光，在显微镜下观察形状及所在位置。

荧光显微镜可以观察细胞内天然物质经紫外线照射后发荧光的物质，如叶绿体中的叶绿素能发出血红色荧光。也可观察诱发荧光物质，如用丫啶橙染色后，细胞中RNA发红色荧光，DNA发出绿色荧光，根据发光部位，可以定位研究某些物质在细胞内的变化情况。

（五）激光共聚焦显微镜 (confocal scanning microscope) （六）倒置显微镜

■物镜与照明系统的位置颠倒

■集光器与载物台之间的工作距离提高,可以放置培养皿、培养瓶等容器,直接对培养的细胞进行照明和观察

光镜标本制备技术 ? 细胞染色技术 组织固定和切片技术

细胞形态结构的观察方法 —— 电子显微镜 如果利用电子穿透样品成象而设计成电镜，则为透射式电子显微镜，反映样品内部的状况。 如果利用二次电子成象设计成的电镜，则为扫描式电镜，反映样品的表面立体形貌。 由四大部分组成:

●电子束照明系统： 电子枪，聚光镜 ●成像系统： 物镜、中间镜与投影镜 ●真空系统： 是保持电镜的真空度 ●记录系统： 荧光屏或感光胶片等 电子显微镜的基本结构 一、电子显微镜的种类及原理

a. 透射电子显微镜；b. 扫描电子显微镜 要求 样品超薄 保持精细结构 样品反差强 超薄切片过程

1.固定2.包埋(环氧树脂) 3.切片(600埃) 4.染色(醋酸铀与铅盐) 5. 观察 扫描电镜

用电子束去扫描样品表面，电子束激发样品表面放出二次电子，由探测器收集，形成立体感强的图。主要用于观察样品的表面结构

扫描电镜样品制备：固定、干燥、均匀镀上重金属膜、观察

冷冻断裂(freeze-fracture):

将样品迅速冷冻，用冰刀横切断裂，然后喷镀上重金属，用于电镜观察。 冷冻蚀刻 (freeze etching)：

在冷冻断裂技术基础上，让冷冻断裂的样品的温度稍微升高，样品表面的冰升华，在表面浮现出更多结构。

扫描电镜 果蝇的复眼

透射电镜过氧化氢酶 (catalase)与抗体结合后，抗体再与金颗粒结合，在电镜下定位在过氧化物酶体中 扫描隧道显微镜

用扫描探针对样品表面进行扫描，探针与样品的距离达到数A时，导致样品表面电子云发生重叠，在样品和针尖之间产生隧道电流，可获得样品表面的原子排列图像。

?用途：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。

◆DNA结构研究

◆胶原、纤维和蛋白质结构研究 ◆细胞膜表面结构的研究 第二节 细胞及其组分的分析方法 一、离心技术分离细胞组分 差速离心

原理：不同沉降系数的组分在不同的离心速度下沉降的速度不同，以此用来分离亚细胞组份。 等密度梯度离心

原理：离心介质以连续密度梯度分布，通过离心、每种物种悬浮到与自己密度相当的介质区 如：分离不同的DNA分子 －富含AT和富含GC的DNA

二、细胞成分的细胞化学显示方法

? 原理：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相对含量

组织化学和细胞化学法

基本原理 利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出一定的颜色，进行定性和定位研究的方法。

1、 Feulgen reaction 酸水解去除RNA，并除去嘌呤，醛基与schiff试剂作用形成紫红色。 2、 Brachet reaction 甲基绿——派罗宁染色显示RNA

3、 P.A.S reaction 过碘酸氧化作用破坏多糖的1，2—乙二醇基，使醛基暴露，与Schiff试剂作用显示紫红色。

4、 四氧化锇与不饱和脂肪酸反应呈黑色，由此证明脂肪滴的存在。

5、 苏木精—伊红染色（（Hematoxylin—Eosin，H·E染色法）苏木精是细胞核、伊红是细胞质的优良染料。结果：核呈蓝紫色，质呈桃红色。

6、 姬姆萨染色法 Giemsa属复合染料，核红紫色，质蓝色。

7、 吖啶橙荧光染色法 核DNA呈黄绿至亮绿荧光，胞质、RNA、核仁呈桔红色荧光。吖啶橙染色的细胞，形态清晰，颜色鲜明，并能粗略地反映细胞内两种核酸的相对含量。 死活细胞鉴别

1、 染色排除法 以死细胞和活细胞对色素的不同

吸附来鉴别。

死细胞着色：大多为酸性染料，易穿透死细胞质膜进入胞内，不能进入活细胞。这类染料有：台盼蓝、苯胺黑、赤藓红B、伊红Y等。

2、 吖啶橙法 采用此法可鉴别出固定之前细胞的死、活状态。已知吖啶橙是一种与DNA和RNA都能结合的荧光染料，在蓝光或紫外光激发下:原来的活细胞，其核呈亮绿色，核仁、RNA呈桔红色，胞质呈淡红褐色。原来是已经死亡的细胞，核呈暗绿色，胞质呈亮铜色。 各种细胞器的显示

1、 细胞核及染色体的染色

(1) Giemsa染色液 常规用，效果好。

(2) 醋酸地衣红 显示有丝分裂染色体细微结构。 2、 内质网 采用荧光染料 （1）Dioc6

（2）Hexyl ester of rhodamine（R6）绿光激发→红色。

（3） （已二基十二烷氧杂喹啉花青素）蓝光激发呈蓝绿色。 3、 高尔基体

（1）Baker苏丹黑B染色法 呈黑色囊泡。 （2）荧光染色活细胞中的高尔基体。 荧光探针NBD—hexanoic caramide，蓝光激发，高尔基体呈绿色荧光。 4、 溶酶体 5、 线粒体

(1) Heidenhain 铁苏木精染色法

结果：线粒体深蓝至蓝黑色，间期细胞只有线粒体着色。

(2) Janus green B活染线粒体 结果：线粒体蓝绿色。 (3) 罗丹明123活染线粒体

结果：蓝光激发，线粒体发绿色荧光。 6、 叶绿体

由于该细胞器形态较大，本身富含叶绿素，故不用染色便可观察。常用材料：君子兰、虎眼万年青、水绵、双星藻等。 三、特异蛋白抗原的定位与定性

免疫荧光技术：将免疫学方法与荧光标记技术相结合用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。 免疫电镜技术：能有效提高样品的分辨率，在超微结构水平上研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。

四、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 核酸分子杂交技术（特异核酸的定性定位） 一、概念

两条具有互补核酸顺序的单链核酸分子片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。 二、基本原理

当溶液中的DNA分子经高温或高pH处理后，DNA双链分子会变性产生两条单链，如果将温度逐渐下降或pH恢复中性，那么两条单链会按照硷基互补配对原则，重新形成氢键恢复到原来的双链结构。如果两条链的来源不同，只要它们之间的硷基顺序是同源互补的或者部分同源互补，那么，便可形成全部或部分复性，即产生分子杂交。 DNA变性：又称熔解，指DNA双链在加热（100℃）或改变PH值（PH≥13）时引起氢链打开，使两股链分离的过程。能引起DNA双链解离为单链的温度称为熔解温度（Tm）。

DNA复性：又称退火，变性后的DNA单链，当温度缓慢下降冷却时（65℃），互补的单链又可通过碱基配对，重新形成DNA双链（double stranded）的过程。

通常两种待杂交的分子之一是已知的并且预先用同位素标记，称为“分子探针”，以识别另一种核酸分子中与其同源的序列。

一般利用：测定单链分子核酸顺序间的互补关系，某一基因的拷贝数，以及非对称性转录等方面的信息。

三、杂交方法

（一）液相核酸分子杂交 （二）固相核酸分子杂交

在固相核酸分子杂交技术中，无论采用哪一种基质，都是将变性DNA吸印固定于支持介质上，再与“标记分子”进行杂交。这便是所谓的印迹杂交或称印迹术（blotting）

（三）印迹杂交 (blot hybridization)

用已知的带有标记的特定核酸分子（或抗体、蛋白质分子）作为探针，与通过印迹被转移的核酸

分子（或抗原、蛋白质分子）片段杂交的过程。 印迹：通过电泳或毛细管作用将凝胶电泳分离开的DNA、RNA或蛋白质转移到某一种基膜（常用硝基纤维素膜）上的过程。由于此过程类似于把墨渍吸到吸墨纸上而称为blotting。

常用基膜：DBM滤纸、硝基纤维素膜、尼龙膜。 根据转移的成分不同，印迹术可分为DNA印迹术、RNA印迹术和蛋白质印迹术。 1 Southern blotting （DNA印迹法） 2 Northern blotting （RNA印迹术） 3 Western blotting（蛋白质印迹术）

4 Eastern blotting（Western blotting的变形）对双向电泳后蛋白质分子的印迹分析 5 DNA与蛋白质的体外吸附技术

结合了Western印迹与southern印迹两种实验方法的特点而设计的一种检测序列特异性DNA结合蛋白的实验方法。用以研究DNA和蛋白质的相互作用，将PAGE后的蛋白质分子，通过电泳转移至硝酸纤维素膜或尼龙膜上，然后用同位素标记的DNA探针进行吸附，这样与DNA有亲和作用的蛋白质条带便可显示出放射自显影条带。 6 原位杂交（Insitu hybridization）

用标记的核酸探针，通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置的方法。 “探针”（probe）制作：

用放射性同位素对已知核酸（DNA或RNA）进行标记的过程。分活体内（in vivo）标记和体外（in vitro）标记。

五、定量细胞化学分析与细胞分选技术

流式细胞仪(flow cytometry)：通过鉴定细胞表面特征蛋白所结合的荧光素或染色体特异结合的DNA探针的荧光，分选细胞或染色体。 主要应用：

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。 第三节 细胞培养与细胞工程 一、细胞的培养 动物细胞培养

类型：原代培养细胞（primary culture cell）

传代培养细胞（subculture cell） 原代细胞→有限细胞系→永生细胞系 约传10代 40-50代 无限制传代

植物细胞培养

类型： 原生质体培养 （体细胞培养）

单倍体细胞培养（花药培养） 动物细胞培养：

物质营养 – 培养基，含血清的合成培养基 生存环境 – 无菌、温度、渗透压和气体O2和CO2 废物的排除 – 定期更换培养液

植物组织培养：根据植物细胞全能性发展起来的利用植物植株的不同组织培养成完整植株的方法。 植物原生质体培养：采用植物二倍体体细胞，先经纤维素酶处理去掉细胞壁形成原生质体，再用合适的培养基诱导分化重新长成植株。 1）细胞培养（cell culture）

指细胞在体外条件下的生长，在细胞培养的过程中，细胞不再形成组织。培养物是单个细胞或细胞群

2) 组织培养（tissue culture）

指组织在体外条件下的保存或生长，此时可能有组织分化并保持组织的结构与功能。培养物是组织碎块或器官的一部分

3）器官培养（organ culture）

指器官的胚芽、整个器官在体外条件下的保存或生长，此时亦能有器官的分化并保持器官的立体结构和功能

in vivo 在体、活体、生物体内 in vitro 离体、生物体外 连续细胞系（cell line）

原代培养物经首次传代成功后即成细胞系。由原先存在于原代培养物中的细胞世系（多种细胞）所组成

目前常用的细胞系有：3T3（小鼠胚胎成纤维细胞）；CHO（正常中国仓鼠卵巢细胞）；Hela（人宫颈癌细胞)亚二倍体，接触抑制丧失 细胞株（cell strain）

通过选择法或克隆形成法从原代培养物中获得的具有特殊性质或标志的培养物称细胞株。这种特殊性质或标志必须在整个培养期间始终存在。在描述某一细胞株时，必须说明它的特殊性质或标志。正常二倍体，接触抑制 克隆（clone）

又称无性繁殖系或无性系，指由一个细胞或共同祖先通过有丝分裂所产生的遗传特性一致的细胞群或生物群，亦指DNA片段群

上皮样细胞：指形态规则，边缘清晰，排列紧密的

六角形细胞

成纤维样细胞：棱形的平行排列或交叉成网的细胞 接触抑制和密度依赖性

当培养细胞分裂增殖相互间密切接触时，细胞停止活动的现象为接触抑制。（非正常细胞如癌细胞除外）。

二、细胞工程(Cell Engineering)

细胞工程之基础——细胞培养：在体外模拟体内的生理环境，培养从机体中取出的细胞，使之生存和生长的技术。

细胞工程涉及的主要技术：细胞培养；细胞分化的定向诱导、细胞融合和显微注射等

细胞工程：在细胞水平上有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物产品。

细胞融合：两个或多个细胞自然或经人工诱导而合并成单个细胞的过程，

其中人工诱导细胞融合一般另称作“细胞杂交” 细胞融合方法： 病毒介导法

PEG（聚乙二醇）介导法 电脉冲介导法 激光介导法 融合细胞类型：

同核融合细胞——同核体（homokaryon） 异核融合细胞——异核体（heterokaryon） 单克隆抗体制备

B淋巴细胞可产生抗体，但不能无限繁殖，与肿瘤细胞融合后就可以无限增值。把产生抗体的单个B淋巴细胞同肿瘤细胞杂交的技术。 细胞拆合

通过一定的实验技术，从活细胞中分离出细胞器及其组分，然后在体外一定条件下将不同细胞来源的细胞器及其组分进行重组，使其装配成具有生物活性的细胞或细胞器

这一技术首先要制备核体和胞质体，物理法结合显微操作技术

化学法结合离心技术制备

小细胞（minicell）又称核体，具有细胞核、带有薄层细胞质

胞质体（cytoplast,cytosome)重组细胞，除去细胞核后由细胞膜包裹的结构，胞质体与核体的融合 第四节 细胞及生物大分子的动态变化 荧光漂白恢复技术

单分子技术与细胞生命活动的研究 酵母双杂交技术 荧光共振能转移技术 放射自显影技术

一、荧光漂白恢复技术Fluorescence Photobleaching Recovery ，FPR

可以用于解决活细胞表面及胞内包括蛋白定位，动力学以及与其他成分相互作用等一系列问题。 二、单分子技术：是在细胞内实时观测单一分子运动规律的技术。可在纳米空间尺度和毫秒时间尺度上精确测量单分子的距离、位置、指向、分布、结构及各种动态过程。

常见方法：光镊、磁镊和原子力显微镜。 三、酵母双杂交技术：

1989建立，在活细胞内研究蛋白质与蛋白质之间的相互作用。

转录激活因子：DB（DNA结合域制作诱饵），AD（转录激活域制作猎物） 四、荧光共振能量转移技术FRET

FRET技术是检测活体中生物大分子纳米级距离和纳米级距离变化的有力工具，可以检测某一细胞中两个蛋白是否存在直接的相互作用

供体蛋白与受体蛋白无相互作用（B）和有相互作用（C）时的荧光变化(距离在5－10nm的范围内 )。FRET效率反映了体内两种蛋白是否直接相互作用及作用的强弱

五、放射自显影（Radioautography）

它是利用卤化银乳胶现象,检查和测量放射性的一种方法。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 本章小结

细胞形态结构的观察方法

光学显微镜技术（light microscopy） 电子显微镜技术 (Electro microscopy) 细胞组分的分析方法 离心分离技术

细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 特异蛋白抗原的定位与定性 细胞内特异核酸的定位与定性 核酸分子杂交技术 细胞培养与细胞工程 动物细胞培养：原代，传代 细胞融合与单克隆技术

动物克隆

细胞及生物大分子的动态变化 荧光漂白恢复技术 单分子技术 酵母双杂交技术 荧光共振能转移技术 放射自显影技术

第五节 模式生物与功能基因组的研究

生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种被选定的生物物种就是模式生物

易培养，快生长，体积小 ，快速学习，基因组序列

没有通用的模式生物，只有最适合研究某些问题的模式生物。 一 常用模式生物

发育研究中常用的模式生物 （一）大肠杆菌

应用最广泛，最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系；

构造相对简单，遗传背景清晰，培养操作容易； 基因组DNA为拟核中的一个环状分子。同时可以有多个环状质粒DNA。 （二）酵母

这是目前最强，调控机理最严格的启动子之一。 菌株易于进行高密度发酵，外源蛋白表达量高。 毕赤酵母中存在过氧化物酶体，表达的蛋白贮存其中，可免受蛋白酶的降解，而且减少对细胞的毒害作用。 （三）线虫 （四）果蝇 （五）斑马鱼 基本的生物学特征

胚胎透明，发育快：－－适合胚胎学研究 后代数量大 (雌鱼每周能产几百枚卵)－－适合遗传学分析

个体小：－－易于大规模饲养，养殖成本低 心血管系统发育缺陷的斑马鱼依然能够通过气体交换存活数天

其血管发生与形成过程与哺乳动物相比有很高的保守性

斑马鱼：理想的模式脊椎动物，斑马鱼是进行心血管发育机制研究的理想模式脊椎动物 （六）小鼠

体型小生长期短、成熟早、繁殖力强

性情温顺，胆小怕惊，对环境变化敏感，品种和品系很多，是实验动物中培育品系最多的动物 （七）拟南芥

植株形态个体小，高度只有30cm左右，生长周期快，每代时间短，从播种到收获种子一般只需6周左右；种子多，每株每代可产生数千粒种子；形态特征简单，生命力强，用普通培养基就可作人工培养； 基因组小，只有5对染色体。

随着生命科学研究的发展，还会有新的物种被人们用来作为模式生物。但它们会有一些基本共同点： 1）有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群；

2）对人体和环境无害，容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖；

3）世代短、子代多、遗传背景清楚； 4）容易进行实验操作，特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法。 二、突变体制备技术 （DNA与RNA水平）

RNAi技术，RNA水平制备突变体一种方法。 RNA干扰（RNA interference, RNAi）是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。

由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。 基因敲除

DNA水平制备突变体的一种方法。 三、蛋白质组学技术

生命活动的认识——细胞内各种蛋白质功能及其相互协同作用

蛋白质组——一种基因组所表达的全部蛋白质 蛋白质分离技术

双向电泳、多维液相色谱、毛细管电色谱等 蛋白质鉴定技术 （一）双向凝胶电泳 原理：

第一向基于蛋白质的等电点不同用等电聚焦分离，第二向则按分子量的不同用SDS-PAGE分离，把复杂蛋白混合物中的蛋白质在二维平面上分开。 存在问题： 低拷贝蛋白的鉴定

极酸或极碱蛋白的分离 极大（>200kD）或极小（<10kD=蛋白的分离 难溶蛋白的检测，这类蛋白中包括一些重要的膜蛋白 （二）色谱技术

原理：利用不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起运动，并在两相间进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离 （三）质谱 原理：

使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。 种类：

气相色谱-质谱联用仪（GC-MS） 液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）

基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS）， 傅里叶变换质谱仪（FT-MS） （四）蛋白质芯片 原理：

对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上（如酶、抗原、抗体、受体、配体、细胞因子等），

根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白（存在于血清、血浆、淋巴、间质液、尿液、渗出液、细胞溶解液、分泌液等），经洗涤、纯化，再进行确认和生化分析 应用：

蛋白质表达谱分析， 蛋白质与蛋白质的相互作用，

DNA－蛋白质、RNA－蛋白质的相互作用， 筛选药物作用的蛋白靶点等 （五）生物信息学

生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。

其研究重点主要体现在基因组学（Genomics）和蛋白质组学（Proteomics）两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息。 研究方法：

数据库的建立 生物学数据的检索 生物学数据的处理

生物学数据的利用：计算生物学 NCBI(美国国立生物技术信息中心) 本章小结 常用模式生物

大肠杆菌，酵母，线虫，果蝇，斑马鱼，小鼠 拟南芥

蛋白质组学技术 蛋白质分离技术

双向电泳、多维液相色谱、毛细管电色谱等 蛋白质鉴定技术

质谱、蛋白质芯片、生物信息学等

第四章 细胞质膜

细胞质膜(cell membrane)又称质膜（plasma membrane），是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。

真核细胞的生物膜（biomembrane）包括细胞的内膜系统（细胞器膜和核膜）和细胞质膜（cell membrane）。

第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分 一、细胞膜结构的研究历史

3. J. Danielli & H. Davson 1935 提出了“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。

4. J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。 5. “流动镶嵌模型”。 质膜的流动镶嵌模型的特点

组成成分：主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。

不对称性：蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。流动性：膜蛋白和膜脂可作各向运动。

6. Simon 1988年提出脂筏模型（lipid raft model）： 生物膜上的脂质以甘油磷脂双分子层为主；胆固醇和鞘磷脂富集区域形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的“脂筏”；各种膜蛋白如同其它脂质一样。

7. 生物膜结构的归纳认识

具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中自发形成封闭的膜系统；

蛋白质分子及其它膜酯分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或其表面；

生物膜可以看成双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液，存在相互作用；

细胞生命活动过程中，可出现弯曲、折叠、延伸等改变，处于动态变化中。 二、膜脂

膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 （一）磷脂

是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。磷脂为双型性分子（amphipathic molecules）或双亲媒性分子或兼性分子。 磷脂分子的结构特征：

a. 一般有一个极性头（磷酸和碱基）和两个非极性的尾（脂肪酸链）；

b. 脂肪酸碳链为偶数，16，18，20个C； c. 含有不饱和脂肪酸(油酸)，多为顺式。 类型：分为甘油磷脂和鞘磷脂。 1、甘油磷脂

以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链和一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。 主要类型有：

磷脂酰胆碱（phosphatidyl choline，PC，旧称卵磷脂）

磷脂酰丝氨酸（phosphatidyl serine，PS） 磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine ，PE，旧称脑磷脂）

磷脂酰肌醇（phosphatidyl inositol，PI）等。 2、鞘磷脂

鞘磷脂（sphingomyelin，SM）在脑和神经细胞膜中特别丰富，亦称神经醇磷脂，它是以鞘胺醇（sphingoine）为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞和植物中没有鞘磷脂。 （二） 糖脂

存在于原核和真核细胞的质膜上，其含量约占膜脂总量的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10％。糖脂也是两性分子，结构与磷脂相似，由一个或多个糖残基代替磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。

最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，它只有一个半乳糖

残基作为极性头部；

变化最多、最复杂的糖脂是神经节苷脂。儿童所患的家族性白痴病（Tay-sachs disease）和神经节苷脂有关。 （三）固醇

只存在于真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少。它是一种双性分子。

功能：调节脂双层流动性，增加膜的稳定性，降低水溶性物质的通透性，生物活性分子的前体化合物（Vd）。 膜脂的分子运动

1 侧向扩散运动 2 旋转运动 3 摆动运动 4 伸缩震荡运动5 翻转运动 6 旋转异构化运动 （四）脂质体

脂质体（liposome）是根据磷脂分子在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的一种人工膜。脂质体可用于细胞膜的研究；转基因；疾病的诊断及治疗。

膜脂的功能：

1）支撑，膜脂是细胞的骨架；

2）维持构象并为膜蛋白行使功能提供环境； 3）是部分酶行驶功能所必需的。 三、 膜蛋白

膜蛋白是膜功能的主要体现者。酵母核基因组编码的蛋白质中约1/3为膜蛋白。

根据与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分为内在蛋白（integral protein）、外周蛋白（peripheral protein）和脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）。

一）内在蛋白（integral proteins）

内在蛋白为两性分子。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。

内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多个α螺旋组成亲水通道；二是由β折叠组成亲水通道。

（二）内在蛋白与脂膜的结合方式：

膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。跨膜结构域两端带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电 的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+ 等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂

双层之间, 还有少数蛋白与糖脂共价结合。 （三）去垢剂

去垢剂(表面活性剂)是一类即具有亲水基又具有疏水基的物质，

一般具有乳化、分散、和增溶作用

非离子去垢剂：对蛋白质的变性作用比较温和，用于蛋白质或酶提取，如Triton X-100，聚乙二醇等 阴离子去垢剂：十二烷基硫酸钠和十二烷基璜酸钠（SDS）。前者可促进核蛋白的溶解，将核酸释放出来，并对核酸酶有一定抑制作用，常用于核酸的提取

阳离子去垢剂：如洁尔灭、新洁尔灭等，消毒灭菌类居多

二）外周蛋白（peripheral protein）

外周蛋白又称为外在蛋白（extrinsic protein）：为水溶性的，分布在细胞膜的表面，靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合。

改变溶液的离子强度或者提高温度就可以从膜上分离下来。

第二节、生物膜基本特征与功能 一，生物膜的基本特征 一）膜脂的不对称性 1. 影响膜脂流动的因素

主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。 2．膜蛋白的流动

可用细胞融合技术和荧光漂白恢复技术（FRAP）检测膜蛋白的流动性。

质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。

当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。 3．膜流动性的意义

脂分子在脂双层中呈不均匀分布，质膜的内外两侧分布的磷脂的含量比例也不同。 二）膜蛋白的不对称性

指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性和分布的区域性。各种膜蛋白在膜上都有特定的

分布区域。

三）复合糖的不对称性

无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关

细胞表面的特化结构是为适应某种环境而形成的特殊表面结构，

如：膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等

分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。

三、细胞质膜相关的膜骨架

膜骨架指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构( meshwork)，它参与维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。它的特点是粘质性高，有较强的抗拉能力。 （一）、膜骨架

（二）红细胞的生物学特性

哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜系统，细胞膜既有良好的弹性又有较高的强度，并且细胞膜和膜骨架的蛋白比较容易纯化、分析。红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物释放，留下一个保持原形的壳，称为血影。因此，是研究膜骨架的理想材料。

（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架

血影 用非离子去垢剂处理：所有的脂质和血型糖蛋白及大部分带3蛋白消失，血影的形状基本不变。SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析：红细胞质膜蛋白主要成分包括：血影蛋白、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白和血型糖蛋白。

改变处理的离子强度：血影蛋白和肌动蛋白条带消失，血影的形状改变，膜的流动性增强。——外在蛋白

用Triton—100处理：带3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形状基本不变。——内在蛋白 四、细胞质膜的基本功能 看图总结生物膜的功能？

为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; ? 选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢

产物的排除,其中伴随着能量的传递;

? 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;

? 为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有

序地进行;

? 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; ? 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

? 膜蛋白的异常与疾病有关，可以作为疾病治疗的药物靶标 本章小结

细胞质膜的结构模型

“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型 暗-明-暗三层结构， “单位膜”模型 流动镶嵌模型 脂筏模型

细胞质膜的基本成分 膜脂：磷脂、糖脂和固醇

膜蛋白：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定蛋白 细胞质膜的基本特征 流动性 不对称性

细胞质膜的基本功能 稳定的内环境 选择性的物质运输 细胞信息跨膜传递 酶的结合位点 介导细胞连接 形成特化结构

第十七章 细胞社会的联系

第一节 细胞连接(cell junction)

概念：是指在细胞质膜特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或者细胞外基质形成的细胞间或细胞与细胞基质之间的联系结构。 类型：根据行使功能的不同进行分类： 封闭连接（occluding junctions） 锚定连接（anchoring junctions） 通讯连接（communicating junctions） 一、封闭连接（occluding junctions）

封闭连接将相邻的质膜紧密连接在一起阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内。分为紧密连接和间壁连接。

（一）紧密连接（tight junction）

又称封闭小带（zonula occludens），是封闭连接的主要形式，存在于脊椎动物的上皮细胞、血管内皮细胞。连接区域由蛋白质形成的嵴线，嵴线主要由：密封蛋白claudin和闭合蛋白occludin和外周蛋白ZO组成。

紧密连接的功能:

封闭（阻止可溶性物质的扩散）——渗透屏障 维持上皮细胞极性（将游离面与基底面细胞膜上的膜蛋白相互隔离） 支持

二、锚定连接（anchoring junctions）

锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。

分布：需要承受机械力的组织，如心脏、肌肉及上皮组织

肌动蛋白纤维介导的锚定连接 1.黏着带（adhesion belt） 2.黏着斑

中间纤维介导的锚定连接 1.桥粒（desmosome）2，半桥粒 三、通讯连接（communicating junction） ◆一种特殊的细胞连接, 位于特化的具细胞间通讯作用的细胞，在细胞间形成电偶联或代谢偶联, 以此来传递信号 ◆通讯连接的方式： ●间隙连接(gap junction) ●化学突触(chemical synapse)

●胞间连丝(plasmodesmata):plant cells only （一）间隙连接(gap junction) 分布组织：

普遍存在与各种组织细胞中(成熟骨骼肌细胞和循环系统中的血细胞除外),相邻膜间有2~4nm距离,故又名缝隙连接. 结构特点：

双方接触面积较大的盘状结构/连接子(Connexons)许多6-8nm的六角形颗粒规则地排列在质膜上，每个六角形颗粒称为一个“连接小体”，是缝隙连接的结构单位，每个连接小体由6个穿膜的连接蛋白围成，中央有直径2nm的水性通道，相邻细胞膜的连接小体一一对接，孔道相通，允许分子量1000以下的物质通过。 功能：

加强细胞间连接，介导细胞间通讯。 间隙连接的功能

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

代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实

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.

间隙连接在胚胎早期发育中的作用

? 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消失，间隙联接类似“肿瘤抑制因子”。

间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为（心脏跳 动，小肠蠕动） 间隙连接通透性的调节

一般来说，允许相对分子量小于1×103的无机离子及小分子物质通过；

对小分子的通透能力具有底物选择性，如电荷选择性；

通透性受胞质Ga 2+浓度和pH调节，pH降低和Ga 2+浓度升高，通透性降低；

受胞外化学信号的调节，有助于细胞间的代谢偶联。

（二）化学突触

结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜）电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯 （三）胞间连丝的功能

?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。 第二节、细胞粘着及其分子基础

细胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。

可大致分为四类：钙粘蛋白、选择素、免疫球蛋白超家族、整联蛋白。 细胞粘附分子的作用方式 同亲性 异亲性

衔接分子依赖性

细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：

①胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别；

②跨膜区，多为一次跨膜；

③胞质区，肽链的C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子

相连，以活化信号转导途径。 一、钙粘蛋白

钙粘蛋白（cadherin）属同亲性CAM，其作用依赖于Ca2＋。至今已鉴定出30种以上钙粘蛋白，分布于不同的组织。把手状结构，口袋状结构 钙粘素的作用：

1．介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘蛋白是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。

2．参与细胞分化，钙粘蛋白对于胚胎细胞的早期分化及成体组织的构筑有重要作用。在发育过程中通过调控钙粘蛋白表达的种类与数量可决定胚胎细胞间的相互作用，从而通过细胞的微环境，影响细胞的分化，参与器官形成过程。

3．抑制细胞迁移，很多种癌组织中细胞表面的E钙粘蛋白减少或消失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。因而有人将E钙粘蛋白视为转移抑制分子。

二、选择素（淋巴细胞归巢）

选择素（selectin）属异亲性CAM，其作用依赖于Ca2＋。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合，帮助白细胞进入炎症部位。已知选择素有三种：L选择素、E选择素及P选择素。 三、免疫球蛋白超家族

免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF），分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）的类似结构域CAM超家族，一般不依赖于Ca2＋。免疫球蛋白结构域是指借二硫键维系的两组反向平行β折叠结构。神经细胞黏着分子（NCAM） 同亲性结合 四、整联蛋白

整联蛋白（integrin）大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2＋。介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表达整联蛋白。整联蛋白介导的信号传递

整联蛋白参与信号传递方向：由内向外；由外向内； 往往以无活性的形式存在于细胞表面，必需激活后才能介导细胞粘着——由内向外

整联蛋白的信号转导功能依赖于络氨酸蛋白激酶（FAK），FAK的活化依赖整联蛋白与细胞外基质配体结合形成黏合斑——由外向内 第三节 细胞外基质 一，细胞外基质

概念：细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是指分部于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。结缔组织含量最丰富

功能：粘连；支持；改变细胞微环境；信号功能。 类型：

结构蛋白：胶原和弹性蛋白——强度和韧性 蛋白聚糖：蛋白质和多糖共价形成，高度亲水性——抗压

粘连糖蛋白：层粘连蛋白和纤连蛋白——有助于细胞粘连

一）胶原（collagen）

胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。 类型：已发现20多种，Ⅰ～Ⅳ型了解较多。 分布广泛，结缔组织中最丰富，体内含量最多的蛋白25%~30%

来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞

功能：骨架结构，赋予组织刚性及抗张力；参与信号传递。

胶原是三条α多肽链形成的三股螺旋，长300nm,直径1.5nm,富含Gly,Pro和Lys

胶原的每条链由重复的Gly-X-Y序列构成。（X=pro，Y=hyp或hyl）

Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋。三股链再绕成右手超螺旋。

胶原装配不正确引起的遗传综合症：过度松弛皮肤症

二） 弹性蛋白（elastin）

弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性，弹性纤维的伸展性比同样横截面积的橡皮条至少大5倍。弹性蛋白也是富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白质。与胶原蛋白不同的是，其脯氨酸没有羟基化，所以没有羟脯( 赖)氨酸的存在。

弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列构成：一种是疏水短肽赋予分子以弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨酸残基的α螺旋，负责在相邻分子间形成交联。

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:

构象呈无规则卷曲状态；

通过Lys残基相互交连成网状结构。 三）糖胺聚糖与蛋白聚糖

1．糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG） 糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成不分支的长链

多糖

二糖单位：氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖) + 糖醛酸;

糖胺聚糖: 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 acid)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 2．蛋白聚糖（proteoglycan）

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，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体 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，可与多种生长因子结合，完成信号的传导。 四）纤连蛋白（fibronectin，FN）

纤连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD） 纤连蛋白的主要功能：

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；

在胚胎发生过程中，纤连蛋白对于许多类型细胞的迁移和分化是必需的；

在创伤修复中，纤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，纤连蛋白促进血小板附着于血管受损部位。

五）层粘连蛋白（laminin，LN）

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

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。

二，基膜

特异的细胞外基质结构：位于上皮层的基底面，将上皮细胞与结缔组织分开

主要成分：胶原、蛋白聚糖、层粘连蛋白等 功能：支撑组织作用；调节分子以及细胞运动；渗透性屏障。

动物细胞表面存在着一层富含糖类物质的结构，称为细胞外被或糖萼（glycocalyx）。细胞外被是由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成的，实质上是质膜结构的一部分。 细胞外被的作用：

1、保护作用：细胞外被具有一定的保护作用，去掉细胞外被，并不会直接损伤质膜。

2、细胞识别：细胞识别与构成细胞外被的寡糖链密切相关。寡糖链由质膜糖蛋白和糖脂伸出，每种细胞寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的密码，它是细胞的”指纹”，为细胞的识别形成了分子基础。

3、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，人有20几种血型，最基本的血型是ABO血型。A、B、O三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基有所不同。A型血的糖链末端为N-乙酰半乳糖；B型血为半乳糖；AB型两种糖基都有，O型血则缺少这两种糖基。 三，植物细胞壁（cell wall） 为细胞壁提供了抗张强度 植物细胞壁的组成

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

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 植物细胞壁的功能

?增加细胞强度，提供支持功能；

?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。 本章小结 细胞连接

封闭连接、锚定连接、通讯连接 细胞黏着分子基础

钙粘蛋白、选择素、免疫球蛋白超家族、整联蛋白 细胞外基质

胶原、弹性蛋白、糖胺聚糖和蛋白聚糖、纤连蛋白和层粘连蛋白

第五章 物质的跨膜运输

第一节 膜转运蛋白与小分子的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白

1、细胞内外离子差别调控机制：特殊的膜转运蛋白；脂双层的疏水性

2、脂双层的不透性：绝大多数溶质分子和离子高度不透，脂溶性分子和小的不带电荷分子例外 3、跨膜运输怎么办？ 两类主要转运蛋白： 膜转运蛋白：

?载体蛋白（carrier proteins）——通透酶（permease） 特点：自身构象发生改变；具有高度选择性，介导被动运输与主动运输

?通道蛋白（channel proteins）——离子选择性通道 特点：转运速率高；没有饱和值；离子通道是门控的，受控于细胞信号，只介导被动运输 （一）载体蛋白及其功能

疏水性小分子，可溶于双脂层。如缬氨霉素，短杆菌肽A

（二）通道蛋白及其功能

3种类型：离子通道、孔蛋白及水孔蛋白 跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度通过，大多数是离子通道。 离子通道3大特征：

具有极高的接近自由扩散的转运速率； 没有饱和值

非连续性开放而是门控的，也称为门通道（配体门通道、电位门通道、机械门通道）。 1、配体门通道(ligand gated channel)

特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改变， “门”打开，又称离子通道型受体： 阳离子通道，如乙酰胆碱受体（Ach受体）； 阴离子通道，如γ－氨基丁酸受体。 Ach受体

2、电位门通道(voltage gated channel)

特点：膜电位变化可引起构象变化，“门”打开。Na+、K+、Ca2+电位门通道结构相似。 3、应力激活通道

特点：感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。

两类应力激活通道：

一类对牵拉敏感，为2价或1价的阳离子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+为主，几乎存在于所有的细胞膜。

另一类对剪切力敏感 ，仅发现于内皮细胞和心肌细胞。

二、小分子物质的跨膜运输 小分子易于大分子 非极性分子易于极性分子 带电离子高度不通透

（一）、简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）： ①沿浓度梯度（或电化学梯度）直接通过脂双层； ②不需要提供能量； ③没有膜转运蛋白协助。 （二）、被动运输

也称促进扩散（facilitated diffusion）：糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等顺浓度或电化学势梯度的不需要提供能量的跨膜转运 载体：转运蛋白

特点： ①转运速率高； ②运输速率同物质浓度成非线性关系，具有最大运转速率； ③特异性，对溶质的亲和性不同；④饱和性

1、葡萄糖转运蛋白：葡萄糖浓度决定其转运方向 2、水孔蛋白（水通道）

20世纪80年代，Agre发现第一个水孔蛋白CHIP28 （28 KD ）

目前已发现至少200种此类蛋白，被命名为水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。

功能：肾小管水的重吸收；脑中排出额外的水；唾液和眼泪的形成等

4个亚基组成的四聚体，每个亚基由6个跨膜α螺旋组成

2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。 （三） 主动运输

主动运输（active transport）：由载体蛋白介导的物质逆浓度或电化学势梯度的与某种释放能量的过程相耦联的跨膜转运方式

特点：

①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②都有载体蛋白； ③需要能量。 能量来源：

① 协同运输中的离子梯度动力（耦联转运蛋白）； 协同运输（cotransport）

靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。 1、同向协同（symporter）

如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。 2、反向协同（antiporter）

如Na+驱动的Cl--HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。

② ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量； ③ 光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌，如菌紫红质利用光能驱动H+的转运。 第二节 ATP驱动泵与主动运输

ATP驱动泵：将ATP水解，利用释放的能量将小分子物质或离子进行跨膜转运，又称转运ATPase。 1、P-type (phosphorylation) ：如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 2、V-type (vacuole) ：存在于各类小泡膜上，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、植物液泡膜上。

3、F-type (energy-coupling factors ) ：利用质子动力势合成ATP，即ATP合酶，位于线粒体内膜上。 4，ABC超家族 一、P型泵 （一）钠钾泵

构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 工作原理：

对离子的转运循环依赖自身磷酸化过程，所以叫做P-type离子泵。每个周期转出３个钠离子，２个钾离子。

钠钾泵的生理功能： ①维持细胞的静息电位。

②维持细胞的渗透性，保持细胞体积； ③胞外高Na+能量储存，利于吸收营养

（二）钙离子泵

作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（胞内钙浓度10-7M，胞外10-3M）。 位置：质膜、内质网膜。 二、质子泵

三、ABC 超家族（ABC superfamily）

最早发现于细菌，是一庞大的蛋白家族，都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette）。 特异性：一种ABC转运器只转运一种或一类底物，不同成员可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质。

Mammalian MDR1 protein

ABC转运器与病原体对药物的抗性有关。MDR （multidrug resistance protein，多药抗性蛋白）是第一个被发现的真核细胞ABC转运器，约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。 四、离子跨膜转运与膜电位

静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电位；（-70到-30 mV）；钠、钾离子通道关闭 动作电位（active potential） ：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位；

极化（polarization）：静息电位是细胞质膜内外相对稳定的电位差，内负外正的现象；

去极化（depolarization）：细胞接受阈值刺激，钠离子通道打开，瞬间大量钠离子流入细胞使静息电位减少乃至消失的过程；

反极化（hyperpolarization）：钠离子通道关闭，钾离子通道打开，钾离子流出细胞外使质膜再度极化，甚至超过原来的静息电位——超极化期。 静息状态→去极化期→反极化期→超极化期→阈电位

静息状态：Na+，K+通道关闭 去极化期：Na+通道打开

反极化期：Na+通道失活， K+通道打开 超极化期：Na+通道失活， K+通道关闭 离子流与动作电位的关系 讨论：主动与被动运输的比较?

第三节、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，在转运过程中物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，又称膜泡运输；或称批量运输（bulk transport）。属于主动运输。

一、胞吞作用的类型

●概念：通过细胞膜内陷形成囊泡，称胞吞泡（endocytic vesicle），将外界物质裹进并输入细胞的过程。

●类型：胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。

吞噬作用：吞噬细胞和原生动物通过细胞膜从周围环境摄取固体颗粒，并在其内部形成吞噬体的过程。

吞噬作用是细胞内吞作用的特殊形式，是将周围环境中的固体颗粒例如细菌等通过小泡的形式吞食进入细胞内部。对于一些细胞而言，吞噬作用是为了获取营养物质 而在免疫系统中，这一细胞机制更多地用于清理病原体和细胞碎片等。细菌、死亡的组织细胞以及矿物质微粒都可以成为被吞噬的对象。对于单细胞生物而言，吞噬作用与进食活动是同源的。

根据胞吞物质是否具有专一性分为：受体介导的胞吞作用和非特异性的胞吞作用

受体介导的胞吞作用是一种选择浓缩机制，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免了吸入细胞外大量的液体。低密度脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。该途径也会被流感病毒和HIV病毒利用

胞饮作用——网格蛋白依赖的胞吞作用

胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。膜泡运输的主要分选站之一 受体在胞内体中的分选途径：

1、返回原来的质膜结构域，如LDL受体 2、进入溶酶体被消化，如表皮生长因子受体 3、转胞吞作用：至质膜不同的结构域，如具有极性的上皮细胞一侧通过胞吞作用摄入，另一侧通过胞吐作用输出物质

二、胞吞作用于细胞信号转导 1、胞吞作用对信号转导的下调

EGF受体及EGF吞入胞内降解，导致细胞信号转导活性下调

2、胞吞作用对信号转导的激活 Notch信号通路 三，胞吐作用

● 胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程

●组成型的外排途径（constitutive exocytosis

pathway）

所有真核细胞从高尔基体分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的连续分泌过程。用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子） 去限定途径（default pathway）：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（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌细胞 储存——刺激——释放 本章小结 第一节： 一、简单扩散

①沿浓度梯度扩散②不需要提供能量③没有膜蛋白协助 二、协助扩散

① 转运速率高② 非线性关系 ③ 特异性④ 饱和性

第二节： 主动运输

①逆浓度梯度运输②需要能量③都有载体蛋白 一、钠钾泵二、钙离子泵三、质子泵四、ABC转运器五、协同运输

第三节：胞吞与胞吐作用 一、胞吞：胞饮与吞噬 二、胞吐：组成型与调节型

第六章 细胞的能量转换─

第一节 线粒体与氧化磷酸化

1890年，R. Altaman发现线粒体，命名为生命小体bioblast。

1897年，Benda将这种颗命名为mitochondrion。 1900年，L. Michaelis用Janus Green B 对线粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。 1904年，在植物细胞中发现了线粒体。

至20世纪50年代，证实三羧酸循环，氧化磷酸化和脂肪酸氧化等重要的能量代谢过程均发生在线粒体中。

现在线粒体的结构和功能的研究已经深入到分子水平。

一、基本形态及动态特征 （一）形态、分布及数目

形状：线粒体一般呈粒状或短线状。具有多形性、易变性、运动性和适应性等特点 化学组成：蛋白质、脂类和核酸。

大小：一般直径0.3~1μm，长1.5~3.0μm，在人成纤维细胞中可长达40μm，称巨线粒体。

数量及分布：（不同类型相差大）与能量需求相关 植物细胞少于动物细胞（叶绿体可代替部分功能）；动物细胞代谢旺盛的细胞多；通常结合在微管上，分布在细胞功能旺盛的区域。（许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体）。 （二）线粒体的融合与分裂 形态调节的基本方式

融合——大体积的线条状或片层状线粒体 分裂——形成小体积的颗粒状线粒体 线粒体数目调控的基础

融合与分裂处于平衡状态——数目与体积不变 线粒体数目和体积调控的生物学意义 体积小——易于依赖细胞骨架的动态运输 体积大——细胞特定区域相对静态分布

线粒体融合与分裂的偶联——线粒体间共享遗传信息

（三）线粒体融合与分裂的分子及细胞生物学基础 1.分子生物学基础

融合基因——定位于线粒体外膜——编码GTPase 分裂基因——定位于细胞质——编码GTPase 2，.细胞生物学基础 线粒体融合与分裂装置 融合装置：不明

分裂装置：分裂环（内外环） 线粒体分裂3个阶段

早期：准备阶段，内环先于外环形成； 中期：线粒体膜环形内陷，外环加粗； 后期：线粒体膜被分断，内环消失。 二、线粒体的超微结构

线粒体（mitochondrion）是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。

包括：外膜（outer membrane）、内膜（inner membrane）、膜间隙（intermembrane）和基质（matrix）四个功能区隔 。

,外膜：具有孔蛋白构成的亲水通道，允许小分子物质自由通过。外膜通透性高，标志酶为单胺氧化酶。 内膜：内膜内陷形成嵴（cristae）来扩大内膜表面积。嵴有两种类型，板层状和管状。心磷脂含量高，通透性很低，H+和ATP等不能自由通过，必需有载体蛋白和通透酶参与。嵴膜上有基粒，基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F0偶联因子）构成。标志酶为细胞色素氧化酶。

膜间隙：内外膜之间的间隙，延伸到嵴的轴心部。标志酶为腺苷酸激酶。

基质：可溶性蛋白质的胶状物质。标志酶为苹果酸脱氢酶。 三、氧化磷酸化

氧化磷酸化——指物质在体内氧化时释放的能量供给ADP与无机磷合成ATP的偶联反应； 实质是电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程。 必需环节：

ATP合酶；电子传递；线粒体内膜（质子驱动力） （一）ATP合酶

ATP合酶（ATP synthetase）或F1 F0-ATP酶，成蘑菇状。分布于线粒体和叶绿体中，在跨膜质子动力势的推动下，ADP磷酸化生成ATP，参与氧化磷酸化和光合磷酸化。 结构组成

ATP合成酶的分子结构由突出于膜外的F1头部和嵌入膜中的F0基部两部分组成。

ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用质子动力势合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 。

F1头部：为水溶性的蛋白质，从内膜突出于基质，比较容易从膜上脱落。它可以利用质子动力势合成ATP，也可以水解ATP，转运质子，属于F型质子泵。

F1是由9个亚基组成的α3β3γδε复合体， 具有三个ATP合成的催化位点（一个/β亚基）。 α和β单位交替排列成桔瓣状结构。

γ贯穿αβ复合体，发挥转子的作用来调节三个β 亚基催化位点的开放和关闭，并与F0接触， ε帮助γ与F0结合。

δ与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构（相当于定子）。

F0基部：嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨膜的质子通道。

ab2c10-12复合体，c亚基构成环状结构，a亚基与b亚基二聚体和F1的δ亚基共同组成“定子” 1979年代Boyer P提出构象偶联假说，其要点如下： 1．ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。 2．F1具有三个催化位点，同一时间，三个催化位点的构象不同，与核苷酸的亲和力也不同。 在L构象（loose），ADP、Pi与酶疏松结合； 在T构象（tight）底物（ADP、 Pi）与酶紧密结合在一起，并形成ATP；

在O构象（open）ATP与酶的亲和力很低，被释放出去。

3．质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。 支持构象偶联假说的实验

1．日本的吉田（Massasuke Yoshida）等人将α3β3γ固定在玻片上，在γ亚基的顶端连接荧光标记的肌动蛋白纤维，在含有ATP的溶液中温育时，在显微镜下可观察到γ亚基带动肌动蛋白纤维旋转。 2．在另外一个实验中，将荧光标记的肌动蛋白连接到ATP合酶的F0亚基上，在ATP存在时同样可以观察到肌动蛋白的旋转。 （二）质子驱动力

线粒体内膜上的电子传递为膜间隙和基质之间的质子浓度梯度提供保证，H+跨膜电位差和质子浓度梯度形成质子驱动力 （三）电子传递链

概念：有序排列在线粒体的内膜，能可逆的接受和释放电子或H+的酶体系称为电子传递链或呼吸链。

呼吸链电子载体主要有5种：黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、泛醌等。

黄素蛋白：含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或FAD可接受2个电子和2个质子。

细胞色素：以铁卟啉为辅基的色蛋白，通过Fe3+、Fe2+形式变化传递电子。呼吸链中有5类，即细胞色素a、a3、b、c、c1，其中aa3含有铜原子。 铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+ 、 Fe3+互变进行电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型。

铜原子：类似于铁硫蛋白的结构，通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。

泛醌：是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q，QH2和自由基半醌（QH）。 （四）电子传递链的复合物

利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物，即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。

泛醌和细胞色素C不属于任何一种复合物。 泛醌溶于内膜，

细胞色素C位于线粒体内膜的C侧，属于膜的外周蛋白。 复合物Ⅰ

NADH脱氢酶，以二聚体形式存在，作用是催化NHDH的2个电子传递至泛醌，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→UQ 电子传递体和质子移位体 复合物Ⅱ

琥珀酸脱氢酶，含有一个FAD，2个铁硫蛋白，作用是催化电子从琥珀酸转至泛醌。不转移质子 电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→UQ 复合物Ⅲ

细胞色素c还原酶，以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素b、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。催化电子从泛醌传给细胞色素c，每转移1对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 电子传递体和质子移位体 复合物Ⅳ

细胞色素c氧化酶，以二聚体形式存在，将细胞色素c接受的电子传给氧，每转移1对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 电子传递体和质子移位体 四、线粒体与疾病

克山病：心肌线粒体硒含量明显降低，硒对线粒体膜具有稳定作用。

年龄增加与线粒体变化：数量减少，体积增大，内容物网状化，损伤性mtDNA增多

衰老与线粒体：线粒体是细胞内自由基的源泉，决定细胞衰老（SOD活性降低）

与细胞凋亡有关：释放细胞色素c参与凋亡 植物的细胞质雄性不育 第二节 叶绿体与光和作用

● 叶绿体(Chloroplast)的基本形态及动态特征 ● 叶绿体的超微结构 ● 光合作用(photosynthesis) （一）叶绿体的形态、分布及数目

叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜不含电子传递链；除了膜间隙、基质外，还有类囊体；捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。 异同点

（二）叶绿体的分化与去分化 ◆由原质体（proplastid）分化而来。

原质体：有色体；白色体；叶绿体；蛋白质体；淀

粉质体等

◆分化于幼叶的形成和生长阶段

◆特定情况下，分化是可逆的：植物组织培养形成愈伤组织

（三）叶绿体的分裂

具有分裂环（内外环），与线粒体相似

分裂环的缢缩——叶绿体分裂的细胞动力学基础 叶绿体分裂装置——与叶绿体分裂相关蛋白组成的分裂功能单位——包括分列环及其它相关蛋白质

二、叶绿体的超微结构 叶绿体膜

叶绿体由内膜和外膜组成，膜间为10~20nm的膜间隙。外膜通透性大，含有孔蛋白； 内膜通透性较低，含有转运蛋白 类囊体

在叶绿体基质中，由许多单位膜封闭形成的扁平小囊。

基粒类囊体：象圆盘一样叠在一起的类囊体。基粒片层。

基质类囊体：贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊体。基质片层。 基质

是内膜与类囊体间的流动性成分，中间悬浮着片层系统。

主要成分包括：碳同化相关的酶类（RUBP羧化酶）、叶绿体DNA、蛋白质合成体系、一些颗粒成分等。第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源 ●线粒体和叶绿体的DNA ●线粒体和叶绿体的蛋白质

●线粒体和叶绿体基因组与细胞核的关系 ●线粒体与叶绿体的起源 半自主性细胞器：

自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。

（一）线粒体和叶绿体的DNA

● mtDNA /cpDNA形状、数量、大小 双链环状， cpDNA比mtDNA大且多

● mtDNA和cpDNA均以半保留方式进行自我复制

mtDNA S和G2期复制； cpDNA G1期复制● mtDNA和cpDNA的复制受核的控制，DNA聚

合酶由核基因编码，细胞质核糖体上合成 （二）线粒体和叶绿体的蛋白质

● 线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限 ●线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性

●不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异

●参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况： ◆由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成； ◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；

◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。

（三）线粒体、叶绿体基因组与细胞核的关系 核质互作：

细胞核与线粒体、叶绿体之间在遗传信息和基本表达调控等层次上建立的分子协作机制 核质冲突：

细胞核与线粒体、叶绿体基因单方面发生突变，引起细胞中的分子协作机制出现障碍，细胞或个体表现出异常的表型 RNA编辑：

线粒体、叶绿体的基因表达过程中，个别碱基需要修饰才能翻译出正确的蛋白质，这种修饰发生在RNA水平。

第四节 线粒体和叶绿体的起源

●内共生起源学说（endosymbiosis hypothesis) ●非共生起源学说 讨论话题

什么时候人类也能像植物那样，用清洁、简便、高效的办法从自然界获取能量呢？

美国加州大学伯克利分校的科学家，在这一领域取得了重大突破，找到了可使光合反应顺利进行的特殊催化剂——氧化钴纳米颗粒，实现了高转化率的光解反应，相关论文已发表在德国《应用化学》期刊上。

第七章 细胞质基质与内膜系统

第一节 细胞质基质及其功能 概念：

最早的概念称透明质 （hyaloplasm），指细胞质中除线粒体、质体等在光镜下所能看到的所有细胞器以外的部分，又称细胞液（Cell sap）。 从生化角度讲，细胞液实际上是细胞质的可溶相，经过超速离心后，除去所有细胞器和各种颗粒的上清液部分，故又有胞质溶胶（Cytosol）之称。）。

透明质（细胞液） —→ 胞质溶胶 —→细胞质基质

光镜下可见结构以外的部分 离心沉淀物以外部分 可分辩结构以外的胶状物质

细胞质基质：指除去能分辩的细胞器和颗粒以外的细胞质部分，是一复杂的高度有组织的胶体系统。 呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变由溶胶变为凝胶状态或者相反，这成为某些细胞运动方式的动力。 化学组成

细胞质基质是细胞真正的内环境，其组成成分复杂。主要含有与中间代谢有关的数千种酶类，依分子大小大致划分为下列几种。

小分子和各种离子：如水 K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+等

中分子类：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸类等 大分子类：蛋白质、脂蛋白、RNA、多糖等 细胞质基质的功能

1，完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与分解、蛋白质的合成等。提供离子环境、提供底物、物质运输通路、细胞分化等, 2，蛋白质的分选与运输 3，与细胞质骨架相关的功能

胞质骨架可作为细胞质基质结构体系的组织者，为基质中其它成分或细胞器提供锚定位点；维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等。

4，蛋白质的修饰和选择性的降解

蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质

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

在基质中合成的蛋白质命运不同：

a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网； b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、叶绿体、微体、细胞核等）中；

c、留在细胞质中（驻留蛋白）或参与膜建成（膜蛋白）。 控制蛋白质寿命

决定蛋白质寿命的为存在于N端的第一个氨基酸，称信号氨基酸，决定N端的稳定或不稳定。识别N端不稳定的氨基酸信号并准确地将这种蛋

白质降解是依赖于泛素的降解途径。在蛋白质降解

过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后由一种蛋白酶体（26s的蛋白酶复合体）将蛋白质完全水解； 泛素降解途径(ubiquitin-dependent pathway)： 泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有蛋白质降解和细胞周期调控等多种生物学功能。

热休克蛋白(heat shock protein ，Hsp)

主要包括HSP100,HSP90,HSP70,HSP60等家族，每一家族中都有由不同基因编码的数种蛋白成员。

大多数组成型表达，有些在胁迫条件下高水平表达，维持细胞稳态。

能选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成正确构象。 第二节 细胞内膜系统及其功能

内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由单层膜包绕形成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。

内膜系统使真核细胞细胞内区域化（compartmentalization） 细胞内膜系统 意 义 ：

大大增加了细胞内膜的表面积；

为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合位点；

酶系统的隔离与连接；

蛋白质、糖、脂肪的合成、加工和包装； 运输分泌物；

扩散屏障及膜电位建立； 离子梯度的维持等。

问题：线粒体和叶绿体是否属于细胞内膜系统？（不是，细胞内膜系统是单层膜） 内质网的形态结构与功能 概 述

早在1897年，法国人Garnier就发现分泌活动旺盛的胰腺和唾液腺细胞中有一个呈条形或丝状结构的嗜碱性区域，随细胞的活动和生理状态而有所变化，细胞处在活动状态时，这种结构丰富，动物高度饥饿时，这种结构消失，喂食后又重新出现。故将其称为“动质”或“酿造质”（ergastoplasm-古希腊语：改变、酿造）。

1945年，著名超微结构学家K.B.Porter，在电镜下观察组织培养的鸡胚成纤维细胞时，发现有各种大小的管道相连成网状，并多处在细胞质的内质部位，故定名为内质网。

这种结构与细胞内物质合成有关，故有细胞的生物合成“工厂”之称。 一、 内质网的形态结构 （一）形态结构特点

ER是交织分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或小管状管道系统。基本结构分为二部分： 内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄（5-6nm），有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，少数能与质膜相连。

内质网腔：内含细小蛋白质颗粒。

ER在外形上呈多态性，但有三种基本的形态。 1 扁平囊状排列：囊状内质网或称“池”。这种内质网具有宽大的腔，有时似打足了气的气球，有时又象放了气的气球（扁平状）。如果蝇幼虫唾腺细胞中的RER。

2 管道状排列：管道内质网，这种内质网呈分枝而细长的管子（tubules），互相连通，交错成复杂的网状，能与核外膜相连，少数可见与质膜相连。 3 小泡状排列：小泡状内质网，这种内质网常在特殊生理状态及病变细胞中出现，是过渡类型。 上述3种形状是可以互相转变的。 （二）基本类型 内质网的两种基本类型

?粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER）

?光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）

两类内质网在细胞中分布和数量往往决定于细胞执行的功能：

如植物胚细胞通常内质网不多也不集中，但当种子发育时，胚乳细胞中含有大量内质网。 在动物卵细胞、胚胎细胞内质网不发达，胰腺细胞、肝细胞、浆细胞等分泌细胞，内质网非常发达。但在分泌活动低下时，内质网数目又明显减少。 总之，一般在蛋白质合成旺盛的细胞，RER较多；参与脂肪代谢的细胞（脂肪细胞、肾上腺皮质细胞），多为SER；

在幼嫩细胞中（干细胞，胚胎细胞），RER较少，而其相应的成熟细胞中，RER较多； 如果细胞内有丰富的RER，那么SER相应少，

反之亦然。但在肝细胞中两类内质网都很丰富。 关于ER的化学组成是通过离体的化学分析进行研究的，多数资料来自微粒体

差速离心：分离出的内质网碎片（掺有少量质膜及Golgi体膜）组成的膜泡，而不是细胞内固有结构。 蔗糖密度梯度离心：可以得到较纯化的内质网碎片，甚至能把RER和SER的微粒体分开，更有利于分析其化学组成。

分析表明：蛋白质约占2/3（比质膜多），主要是酶类，其中葡萄糖-6-磷酸酶是内质网的标记酶。脂类1/3（比质膜少）在滑面内质网高于粗面内质网，主要为磷脂和胆固醇。 二、ER的功能

ER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

? 1蛋白质合成 ? 2蛋白质的修饰与加工

? 3新生肽的折叠与组装

1，rER主要合成：分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。 其它多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的：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。

是非判断：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的？

注意：所有蛋白的合成都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体 2，蛋白质的修饰与加工

糖基化：在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面

N- linked glycosylation（Asn） O-linked glycosylation（Ser/Thr）

?酰基化：发生在ER的细胞质基质侧（形成脂锚定蛋白）

?羟基化：新生肽的脯氨酸和赖氨酸形成羟脯氨酸和羟赖氨酸（合成胶原的细胞中） 3，新生肽的折叠与组装

合成后折叠成正确构象并装配完成 结合蛋白（Binding protein，Bip）

属于热休克蛋白70家族，结合于未折叠好的蛋白质外露的疏水核心；识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，促进重新折叠与装配；防止新合

成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。 肽链合成——几十s

多肽在内质网中停留时间——几十min 正确折叠的多肽去向：高尔基体

错误折叠的多肽去向：细胞质基质中泛素依赖性途径降解

分子“伴侣”（molecular chaperones）

细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。 sER的功能 1，脂类的合成

2，肝的解毒作用——细胞色素P450家族酶系 3，作为分泌蛋白的运输通路

4，类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）

5，储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中 1，脂类的合成

sER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇），在细胞质面合成，通过转位酶（磷脂转位蛋白）转到腔面。

两种例外：

鞘磷脂和糖脂（sER开始→Golgi complex完成）；

Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。 磷脂的转运: transport by budding（出芽）：sER→GC、Ly、

PM

transport by phospholipid exchange proteins（PEP，磷脂转换蛋白）： sER→other organelles（including Mit and Chl）。 三、内质网应激及其信号调控

内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程，

当某些内外因素使细胞内质网生理功能发生紊乱，钙稳态失衡，未折叠及错误折叠的蛋白质的超积累，细胞会激活一些相关信号通路，引发内质网应激（endoplasmic reticulum stress, ERS），,是一种自我保护机制和质量监控机制，事关细胞生死抉择。

一方面调动应激反应蛋白减轻应激因子对细胞的损伤——调节细胞稳态

另一方面启动细胞凋亡——不能修复的损伤细胞

内质网应激的三种反应途径 未折叠蛋白的应答（URP）。 内质网超负荷反应（EOR）。

固醇调节级联反应——是固醇耗损所致（SREBP固醇调节原件结合蛋白介导信号途径） 高尔基体的形态结构与功能

高尔基体是内膜系统的一部分，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，现在称这种复杂的结构为高尔基复合体（Golgi complex）。

高尔基体是普遍存在于真核细胞中的重要细胞器，最初由意大利医生Camillo Golgi于1898年用硝酸银染色，在猫头鹰的小脑蒲肯野氏细胞中发现，呈黑色的网状结构，命名为“内网器”（mternal reticular apparatus）。

由于这种结构同周围细胞液折射率相近，故在活细胞不易观察到，直到上个世纪50年代还有人怀疑它的存在。

后来在电镜下证实了这种结构的存在，为纪念Golgi本人，改称这种结构为高尔基体（Golgi body ）或高尔基器（Golgi apparatus）。 一、高尔基体的形态结构

电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成

高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性

高尔基体至少由互相联系的4个部分组成， 高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应： 高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端)

高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmic dynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。

扁囊弯曲成凸面又称形成面（forming face）或顺面（cis face）

面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（mature face）或反面（trans face）

高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应 嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊；

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans

面1～2层膜囊；

胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构

GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成。 ? 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊。 ? 顺面膜囊

? 中间膜囊多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成

? 反面膜囊 周围大小不等的囊泡顺面囊泡较小，为物质运输小泡

反面体积较大的为分泌泡或分泌颗粒

解释高尔基体结构组织及膜囊间蛋白质转运的两种可能模型

A 膜泡运输膜型 B 囊膜成熟模型 高尔基体顺面网状结构 高尔基体反面网状结构

TGN?的主要功能：参与蛋白质的分类与包装、运输；某些“晚期”的蛋白质修饰

（如半乳糖的唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工） 二、 高尔基体的功能 高尔基体与细胞的分泌活动 蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白酶的水解和其它加工过程

发生在高尔基体TGN区的蛋白质分选途径 高尔基体与细胞的分泌活动

溶酶体酶的包装与分选：M6P(6-磷酸甘露糖?)反面膜囊M6P受体 ?可调节性分泌途径

分泌细胞中新合成的可溶性分泌蛋白在分泌泡聚集、储存并浓缩，在特殊刺激条件下引发分泌活动。 ?组成型分泌途径

所有真核细胞均可通过分泌泡连续分泌蛋白质至细胞表面。

溶酶体酶的分选过程:

溶酶体酶寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6—磷酸甘露糖（M6P），这是溶酶体酶的标志，在高尔基体反面膜囊上有M6P受体，M6P与之结合，从而与其它酶分离开，而进入一个特殊区域，最后形成溶酶体。

蛋白质糖基化类型

N-连接与O-连接的寡糖比较 糖基化的主要作用

一 、为各种蛋白质打上不同的标记，以利于高尔基体的分类包装，同时保证糖蛋白从RER至高尔基膜囊的单方向运输。

二、蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；

三、多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。

蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型 ? 无生物活性的蛋白原（proprotein）?高尔基体?切除N-端或两端的序列?成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。

? 蛋白质前体?高尔基体?水解?同种有活性的多肽，如神经肽等。

? 含有不同信号序列的蛋白质前体?高尔基体?加工成不同的产物。

? 同一种蛋白质前体?不同细胞、以不同的方式加工?不同的多肽。 三、溶酶体

溶酶体（lysosome）几乎存在于所有的动物细胞中。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。其主要功能是进行细胞内的消化作用。

1955年，de Duve与Novikoff 合作，用分级分离技术及电子显微镜在鼠肝细胞中证明了其结构，并命名为溶酶体。意思是它能起溶解和消化作用。 现代定义：是由单层膜围成的含有高浓度酸性水解酶，并具有潜在酶反应的一种细胞器。 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞，植物细胞内的溶酶体，目前意见不一，有人认为植物细胞内有类似溶酶体的结构，而单独称为植物溶酶体，如圆球体、糊粉粒和蛋白质体。液泡也具此功能。 哺乳动物红血细胞例外，细菌中无溶酶体，有人在细菌的质膜与壁之间发现有类似溶酶体的酸性水解酶区域，称质周隙（Periplasmatic space）。 一、结构及化学组成

电镜下观察，溶酶体是外包一层单位膜的圆泡状结构，平均大小约在0.25~0.8μm（0.2~0.5μm）之间，介于线粒体和微体之间。

溶酶体膜是一典型的单位膜，其化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。这层膜对溶酶体本身所含酶具有抗性，膜一旦破裂，则消化细胞，危及

组织，故溶酶体有“自杀袋”之称。

膜内是细胞内酶的仓库，含有多种水解酶（50~60余种），能分解蛋白质、核酸和多糖及脂类。这些酶的最适PH在3~6之间，故称酸性水解酶. ? 溶酶体膜的特征：

?嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；

?具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；

?膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。

溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acid phosphatase）

溶酶体的类型

初级溶酶体（Primary lysosome ）是指刚从高尔基的边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状态的溶酶体（不含作用底物）。内容物为均一的酶液，无活性。

次级溶酶体（Secondary lysosome）指初级溶酶体同消化物融合后，正在进行消化或已经消化后的泡状结构，又称消化泡（digestive vacuole）。 次级溶酶体又因所消化物质的来源和消化程度不同，分为：

异体吞噬泡（heterophagic vacuole），异噬小体 自体吞噬泡（autophagic vacuole），自噬小体 终末溶酶体（telolysome）、残余小体（residual body）或残质体，后溶酶体次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构。这时已失去酶活性或酶活性极弱。 溶酶体的功能

?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 其它重要的生理功能

?作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养； ?分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节

?参与清除赘生组织或退行性变化的细胞，保证发育的正常进行；

细胞的自溶作用——保证发育

溶酶体膜破裂，酶溢出，将整个细胞消化掉（自杀）。这是正常情况下机体的一种保护性适应，也是保证某些动物正常发育的有效措施。例如： a、无尾两栖类，变态时尾部的退化； b、人在胚胎后期指的分开；

c、哺乳类性器官的发生。胚胎早期，具两套生殖管道，在一定的发育时期，其中有一条要退化消失。吴尔夫管→雄性器官，米勒氏管→雌性器官； d、精子头部的溶酶体（顶体）消化卵细胞周围的滤泡细胞，使精子和卵子的膜很快融合，以完成受精；

e、种子萌发。 溶酶体与疾病

溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病——储积症（隐性的遗传病）泰-萨二氏病：己糖胺酶缺失，神经节苷脂不能降解 某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖。抑制溶酶体活性 矽肺:

当二氧化矽粉末(SiO2)吸入肺中，被巨噬细胞吞噬出现在溶酶体中，由于矽酸与溶酶体膜之间的氢键反应，破坏了膜的稳定性，使膜破裂，溶酶体酶流入细胞质而引起自溶，导致细胞死亡。SiO2颗粒从死亡的细胞再度释出，重新被另外的巨噬细胞吞噬，如此反复进行。这样使巨噬细胞相继死亡，最后刺激成纤维细胞胶原纤维结沉积，结果肺泡的弹性降低，肺功能受损害。 磷酸化识别信号：信号斑 溶酶体的发生途径

在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。

还存在不依赖于M6P的分选途径 分选途径多样化

新合成溶酶体酶转运到溶酶体的途径 四、过氧化物酶体

过氧化物酶体(peroxisome)是微体(microbody)的一种，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器

微体（microbody）:也是一种由单位膜围成的细胞器，在大小上很难与溶酶体相区别，只是所含酶类不同：

氧化酶、过氧化物酶或过氧化氢酶， 在形态上有卵圆形、哑铃形、圆球形等。 过氧化物酶体（Peroxisome）

存在于动物细胞和高等植物的叶肉细胞中，含较多氧化酶。其主要功能表现在：

（1）解毒作用：主要体现在动物细胞，这种微体含有与生成H2O2有关的酶，也含有分解H2O2的过氧化氢酶，将代谢过程中产生的对细胞有毒害的H2O2分解。

RH2+O2 →

R+H2O2

H2O2 → H2O+1/2 O2

（2）分解脂肪酸等高能分子，向细胞直接提供热能。

（3）与胆固醇代谢有关。

（4）执行光呼吸（乙醇酸代谢）：这一功能体现在植物细胞。过氧化物酶体是乙醇酸氧化的场所，氧化的结果是摄取氧，释放CO2，这一过程只能在光照下，与叶绿体、线粒体联合进行，称为光呼吸（photorespiration）） 过氧化物酶体与溶酶体的区别

?过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。 过氧化物酶体的发生

? 过氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体，还需要进一步装配形成成熟的细胞器。组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。

? 过氧化物酶体蛋白存在分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：

? 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。 本章小结 内膜系统：

内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器 ER的主要功能：

合成蛋白质（分泌性蛋白和跨膜蛋白）和脂类，ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给膜性细胞结构。

蛋白质糖基化修饰：

1. O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为N乙酰半乳糖胺。

2. N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，连接的糖为N-乙酰葡糖胺。 高尔基体的主要功能：

将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细

胞外。

溶酶体的主要功能：

1. 细胞内消化；2. 细胞凋亡；3. 自噬作用(autophagy)；4. 防御作用；5. 参与分泌过程的调节，如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素；6. 形成精子的顶体 。

第八章 蛋白质分选与膜泡运输

蛋白质分选(protein sorting)或蛋白质寻靶（protein targeting)

细胞质或粗面内质网上合成的蛋白质，通过不同的分选和运转机制，确保蛋白质被运至细胞的特定部位，并组装成不同结构和功能复合体的过程。 一、信号假说与蛋白质分选信号 信号假说

这一过程主要是由三个因子协助完成的，即： 信号肽（signal peptide）又称指导因子

信号识别颗粒（ signal recognition particle， SRP） SRP受体（又称停泊蛋白docking protein，DP） 信号肽的一级序列

信号肽位于蛋白质的N端，16~26个氨基酸残基，一级序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三个区域构成。信号肽似乎没有严格的专一性，目前尚未发现共同的信号序列。 信号识别颗粒(SRP):

信号识别颗粒受体(SRP receptor, GTP binding protein)

信号假说主要内容：

（1）编码分泌蛋白的mRNA，在起始密码子AUG之后，紧跟着一组特定的信号密码子（约有45-90、48-78个核苷酸），由此编码一段多肽。

（2）多肽链的合成开始在游离核糖体上，信号密码子转译为信号肽（signal peptide ，疏水性āā占优势），约有16-26个氨基酸。

（3）在细胞质中有信号识别颗粒（signal recognition protein ，SRP，识别正在合成信号肽的核糖体并与之结合，合成暂停，引导核糖体与ER膜上的易位子结合，而SRP 则与SRP受体（又称停泊蛋白，docking Protein）结合，蛋白质合成继续， SRP脱离释放返回基质重复利用。

（4）信号肽与易位子作用并使RER形成隧道，合成的多肽链通过隧道进入内质网池。

（5）信号肽已无用，被位于RER膜内表面的信号肽酶（Signal peptidase）切掉。 （6）多肽链继续生长，直至合成完毕。

（7）最后在一种分离因子作用下，核糖体脱离开膜，隧道封闭。

在游离核糖体上起始合成→SRP结合信号肽后暂停翻译 →SRP与rER上的DP结合 →信号肽与移位子结合，打开孔道→SRP脱离，肽链合成重启→信号肽被切除、降解→肽链合成终止，核糖体释放，肽链折叠

跨膜蛋白的共翻译转运机理

肽链上的一段特殊AA序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。

继信号肽、导肽后，人们又发现一系列蛋白质分选信号序列，统称信号序列，有些还可能形成三维结构的信号称信号斑

细胞质中合成的没有信号序列的蛋白质去向？成为细胞质驻留蛋白

二、蛋白质分选的基本途径与类型 蛋白质分选的两条基本途径：

共翻译转运（co-translational translocation)分泌蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程 。在游离核糖上起始合成,SRP引导转运到rER边合成，边转运,靶区：细胞质膜及细胞内膜系统

后翻译转运（post-translational translocation）蛋白质在细胞质基质合成以后在导肽的指导下转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的过程。在游离核糖体上合成,靶区：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核、细胞基质的驻留蛋白或骨架蛋白、内质网（某些分泌蛋白） 四种基本转运类型

1 蛋白质的跨膜转运(transmembrane transport) 进入内质网腔（膜）、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等

2 膜泡运输(vesicular transport)

内质网→高尔基体→细胞表面、质膜、溶酶体 3选择性的门控转运(gated transport) 进入细胞核（核孔复合体） 4 细胞质基质中蛋白质的转运

二、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选

（一）、蛋白质向线粒体的分选

核基因编码的线粒体蛋白的合成和输入大体上要涉及到4个步骤：

在细胞质基质中合成多肽前体物 前体物和细胞器表面的受体结合

穿过并移进细胞器膜 前体物被加工成成熟多肽 靶向线粒体基质的跨膜运送 靶向线粒体内膜的跨膜运送 靶向线粒体膜间隙的跨膜运送

(二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入 (三) 过氧化物酶体中的蛋白质输入

无论是膜上还是腔中的蛋白都是在细胞质基质中合成

绝大多数过氧化物酶体基质蛋白的C-端含有过氧化物酶体定位序列(peroxisomal-targeting sequence,PTS 1) SKL(Ser-Lys-Leu)

PST1无特异性：当把这一短的信号序列连接到细胞质中的任何蛋白质上，都可使该蛋白质被输入过氧化物酶体中。

过氧化物酶体基质蛋白由PTS1定位序列引导输入 第1步：过氧化氢酶和其他大多数基质蛋白C末端均含有PTS1摄取－定位序列，此序列与细胞质溶质受体Pex5结合。

第2步：结合了基质蛋白的Pex5与过氧化物酶体膜上的Pex14相互作用。

第3步: 基质蛋白-Pex5复合物被转移到一组膜蛋白(Pex10/Pex12/Pex2)上，基质蛋白被输入到过氧化物酶体基质中。

第4步：在基质蛋白转移过程中或在腔内，Pex5与基质蛋白解离，返回细胞质溶质中，返回过程中还要涉及到Pex10/Pex12/Pex2复合物和另外一些膜蛋白及细胞质溶质蛋白质。

输入蛋白质可以折叠状态进入过氧化物酶体，输入后定位序列不切除.

第二节、膜泡运输(Vesicle Transport )

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。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。

完成细胞的膜泡运输至少需要10种以上的运输小泡，每种小泡表面都有特殊标志以保证运转的物质运至特定细胞部位，目前发现3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用。 蛋白质的分泌与胞吞途径概观

在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式:

1. 网格蛋白/接头蛋白有被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞内体及溶酶体的运输；

2. COPII包被小泡介导从内质网→高尔基体的运输；

3. COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体→内质网。 COPII包被

小泡负责从内质网?高尔基体的物质运输； 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；

COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。

COPII包被小泡的装配：Sar1-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白 COPI包被小泡COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF(GTP-binding protein)；负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins） ER?。 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；

通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL)的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。

网格蛋白/接头蛋白包被小泡: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 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地 转运膜泡与靶膜的锚定和融合 ?膜泡运输的3个关键步骤：

供体膜的出芽、装配和断裂形成包被转运膜泡； 细胞内由马达蛋白驱动、以微管为轨道的膜泡运输转运膜泡与特点靶膜的锚定和融合

?膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向

?选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用

生物大分子的组装方式 ?自我装配（self-assembly）

亚基本身具有装配信息，细胞提供组装环境 ?协助装配（aided-assembly）

其它成分参与或亚基进行修饰，需ATP或GTP提供能量

?直接装配（direct-assembly） 亚基直接组装到预先形成的结构上 ?复杂的细胞结构及结构体系之间的组装

四、细胞结构体系的组装 装配具有重要的生物学意义

?减少和校正蛋白质合成中出现的错误:多肽链氨基酸残基数据减少；组装过程具有错误校正机制 ?减少所需的遗传物质信息量:多肽链氨基酸残基数据减少，相应DNA的长度减少 ?通过装配与去装配更容易调节与控制 本章小结

蛋白质分选的两条基本途径： A:翻译后转移；B:共翻译转移 蛋白质分选的运输方式：

1. 门控运输；2.跨膜运输；3.膜泡运输；4.细胞质基质中的蛋白质运输。 蛋白质分选的信号机制

信号肽；信号识别颗粒；信号识别颗粒的受体；ER膜上的易位子等。 3种类型的有被小泡：

1. 网格蛋白/接头蛋白小泡 ；2. COPI小泡；3. COPII小泡

生物大分子的装配方式：

1.自我装配； 2.协助装配； 3.直接装配。 生物大分子装配的生物学意义 ：

1.减少和校正蛋白质合成中出现的错误； 2.减少所需的遗传物质信息量；

3.通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程 。

第九章 细胞信号转导

第一节、细胞信号转导概述 第二节、细胞内受体介导的信号转导 第三节、G蛋白偶联受体介导的信号转导 第四节、酶连受体介导的信号转导 第五节、其他细胞表面受体介导的信号通路 第六节、信号的整合与控制

重点：信号转导相关概念，细胞内受体介导的信号转导，G蛋白偶联受体介导的信号转导。 难点：G蛋白偶联受体介导的信号转导，受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路。 细胞通讯

●概念：一个信号产生细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。 细胞通讯方式：

?分泌化学信号进行通讯

?内分泌（endocrine）-激素 ?旁分泌（paracrine）-生长因子

?自分泌（autocrine）-病理 ?化学突触（chemical synapse）-化学信号

?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；胚胎发育过程中决定相邻细胞的分化命运。

?间隙连接实现代谢偶联或电偶联 胞外信号介导的细胞通讯步骤： 1、产生信号分子 2、运送信号分子

3、信号分子结合并激活受体 4、活化受体启动信号转导 5、引发细胞生理活动改变 6、信号解除

信号转导系统主要参与者：信号分子（化学；物理），受体，第二信使，分子开关 信号分子（signal molecule）

?疏水性信号分子（甾类激素、甲状腺素） ?亲水性信号分子（神经递质、肽类激素） ?气体性信号分子（NO）

受体（receptor）能够识别和选择性结合某种配体的大分子，多为糖蛋白，少数为糖脂。 受体种类：

?细胞内受体: 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） ?细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活 细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-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor） 细胞表面受体转导胞外信号引发两类主要反应——慢反应和快反应

第二信使（second messenger）

第二信使学说：胞外信号不能进入细胞，作用于细胞表面受体，导致胞内产生第二信使，激发一系列生化反应，产生一定的生理效应，随着第二信使的降解而终止信号作用。

第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出，并于1971年获得诺贝尔医学与生理学奖

定义：胞内产生的非蛋白质小分子，通过浓度变化应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节胞内酶和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行

使携带和放大信号的功能。如环腺苷酸、环鸟苷酸、钙离子、肌醇三磷酸和肌醇磷脂等 分子开关（molecular switches）

定义：指通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。 分类：

一类开关蛋白（switch protein）的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭，许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身，在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应；

另一类开关蛋白由GTP结合蛋白（GTPase开关蛋白）组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。 三，信号转导系统及其特性 （一）基本组成

1：特异受体识别信号分子，受体激活

2：信号跨膜转导，产生第二信使或活化信号蛋白 3：胞内级联反应实现信号放大作用， 4：细胞应答反应，改变细胞生理活动 5：信号分子失活，细胞反应终止或下调

细胞内信号蛋白的相互作用是靠蛋白质模式结合域（modular binding domain）特异介导的。 如SH2结构域：特异结合围绕磷酸络氨酸残基的氨基酸序列。

（二）细胞内三种类型信号蛋白复合物装配 基于支架蛋白的信号复合物装配 在活化受体上信号复合物的装配 肌醇磷脂锚定位点结合的信号复合物 （三），信号转导系统主要特性 1，特异性：结合与效应器； 2，放大效应；

3，网络化与反馈调节机制； 4，整合作用。

细胞的命运取决于对胞外信号的特殊组合进行程序性反应，表现不同的行为 第二节、细胞内受体介导的信号传递 细胞内核受体及其对基因表达的调节

细胞内核受体与类固醇激素诱导基因活化分为两个阶段：

?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

●一氧化氮介导的信号通路

NO由NO合酶催化合成（血管内皮细胞和神经元）； NO扩散到邻近细胞与鸟苷酸环化酶活性中心的Fe2+结合，改变构象，增强其活性，环鸟苷酸（cGMP）合成增加；

cGMP通过蛋白激酶PKG（cGMP依赖的蛋白激酶）的活化，抑制肌动-肌球蛋白复合物的信号通路，导致血管平滑肌舒张

例如：硝酸甘油治疗心绞痛；枸橼酸西地那非（Viagra）治疗ED。 NO在导致血管平滑肌舒张中的作用

第三节、G蛋白偶联受体介导的信号转导 一、G蛋白偶联受体的结构与激活

G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白，α、β和γ3个亚基组成， Gα亚基具有GTPase活性为分子开关蛋白

G蛋白偶联受体：与三聚体G蛋白偶联的细胞表面受体。含有7个穿膜区，是迄今发现的最大的受体超家族，其成员有1000多个。与配体结合后通过激活所偶联的G蛋白，启动不同的信号转导通路并导致各种生物效应。

胞外信号（配体）结合所诱导的Ｇ 蛋白的活化 二、G-蛋白偶联受体介导的细胞信号通路 ●激活离子通道的G蛋白偶联受体

●激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP为第二信使的G蛋白偶联受体

●激活磷脂酶C，以IP3和DAG作为双信使的G蛋白偶联受体

（一）激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路 特点：

?受体与配体结合后被激活，偶联G蛋白的分子开关，调控跨膜离子通道的开启与关闭，调节靶细胞的活性

?如：心肌细胞的M乙酰胆碱受体，视杆细胞的光敏感受体 人的视杆细胞

人类视网膜上两类光受体： ①视锥细胞光受体：色彩感受；

②视杆细胞光受体：接受弱光刺激，视紫红质，定位于视杆细胞外段扁平膜盘上。

传导素（transducin，Gt）：三聚体G蛋白与视紫红质偶联

视杆细胞中Gt蛋白耦联的光受体（视紫红质）诱导的阳离子通道的关闭

PDE：cGMP磷酸二酯酶

（二）激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 又称PKA系统(protein kinase A system, PKA)，细胞外信号与相应受体结合，通过调节细胞内第二信使cAMP的水平而引起反应的信号通路。

信号分子通常是激素，对cAMP水平的调节，是靠腺苷酸环化酶进行的。 PKA系统的五种成分组成？ 刺激性激素受体， 抑制性激素受体， 刺激性G蛋白， 抑制性G蛋白， 腺苷酸环化酶C。

cAMP特异地活化cAMP依赖的PKA

1、cAMP-PKA信号对肝和肌细胞糖原代谢的调节，短期快速应答反应

2、cAMP-PKA信号通路对基因转录的激活 信号途径：

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。缓慢应答反应 霍乱毒素：百日咳毒素

（三）激活磷脂酶C——磷脂酰肌醇信号通路 磷脂酰肌醇信号通路：

胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的Gsα亚基和磷脂酶C，

使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）两个第二信使，

胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”（double messenger system）。 IP3- Ca2+和DAG-PKC双信使信号通路 “双信使系统”反应链：

胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→①→IP3→胞内Ca2+浓度升高→ Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应

磷脂酶C(PLC)→②→DAG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH↑

咖啡因降低ryanodine受体对Ca2+的敏感性，通道开通，细胞兴奋

活化的PKC激活基因转录的两条细胞内途径： ①PKC的活化，激活一条蛋白激酶的级联反应，导致与DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化激活，增强特殊基因的转录；

②PKC的活化，导致一种抑制蛋白的磷酸化，使细胞质中的基因调控蛋白摆脱抑制状态释放出来，进入细胞核，激活特殊基因的转录 第四节 酶连受体介导的信号转导

酶连接细胞表面受体：又称催化性受体，都为跨膜蛋白，当胞外信号与受体结合即激活受体胞内段的酶活性。 酶连受体种类： 受体络氨酸激酶； 受体丝氨酸/苏氨酸激酶； 受体络氨酸磷酸酯酶； 受体鸟苷酸环化酶； 络氨酸蛋白激酶联系的受体。

1、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）：细胞表面一大类重要受体家族，50多种，包括7个亚族；

RTKs具有控制细胞生长、分化功能。 所有RTKs三个结构域：

细胞外结构域——配体结合位点； 疏水跨膜α螺旋；

细胞质结构域——一个蛋白络氨酸激酶活性的催化位点

信号转导：配体→受体→受体二聚化→受体的自身磷酸化→激活RTK→胞内信号蛋白→启动信号传导

RTK- Ras信号通路 Ras蛋白：

一类能与GTP结合的蛋白质，参与细胞内的信号转导，最初发现于大鼠肉瘤病毒(rat sarcoma)，以字头缩写而得名

RTK-Ras信号通路：配体→RTK→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。 细胞表面整联蛋白介导的信号转导 ●整联蛋白：

组成：α和β亚基组成的异二聚体，胞外段具有细胞外基质（纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖）结合位点。 功能：不仅介导细胞黏附，而其提供了一种信号途径，使胞外环境调控细胞内活性 ●粘着斑：

组成：整联蛋白、细胞质蛋白和肌动蛋白纤维。 功能：一是机械结构功能；二是信号传递功能（既受信号控制，又具有信号转导功能），由络氨酸激

酶Src和黏着斑激酶FAK实现。

●通过粘着斑由整联蛋白介导的信号传递通路： ?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 第六节、细胞信号转导的整合与控制 ●细胞信号传递的基本特征：

多通路、多环节、多层次和高度复杂的可控过程 ●特定胞外信号产生多样性细胞反应机制： 细胞外信号的强度或持续时间的不同控制反应的性质

在不同细胞中，相同受体因不同的胞内信号蛋白可引发不同的下游通路

细胞通过整合不同通路的输入信号调节细胞对信号的反应

来自细胞表面G蛋白耦联受体、整联蛋白和受体酪氨酸激酶所转导的信号都收敛到Ras蛋白，然后沿MAPK级联反应途径向下传递

信号传递途径具有收敛、发散和交叉特点 细胞对信号的控制

细胞对外界信号的适度反应：信号的有效刺激和启动；信号通路本身的调节；信号的解除并导致细胞反应终止

解除和终止信号的方式：受体脱敏与下调（desensitization）

靶细胞对信号分子脱敏的5种方式

1，受体没收,2，受体下调,3，受体失活4，信号蛋白失活,5，产生抑制蛋白 本章总结

第一节、细胞通讯与信号转导系统及其特性 细胞间通讯方式：分泌化学信号；接触性依赖；间隙连接实现代谢偶联或电偶联

细胞通讯步骤：产生信号分子；运送信号分子；信号分子结合并激活受体；活化受体启动信号转导；引发细胞生理活动改变；信号解除

信号转导系统主要参与者：信号分子，受体，第二信使，分子开关

信号转导系统特性：特异性；放大效应；网络化与反馈调节机制；胞外信号的整合作用。 第二节、通过细胞内受体介导的信号转导 细胞内核受体及其对基因表达的调节 类固醇激素诱导基因活化两个阶段：

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

一氧化氮介导的信号通路

第三节、G蛋白偶联受体介导的信号转导 ● cAMP信号通路

五种成分：激活型受体，抑制型受体，激活型和抑制型调节G蛋白和腺苷酸环化酶C

信号途径：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。 ●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→

①→IP3→胞内Ca2+浓度升高→ Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 PLC→

②→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内?pH↑, ●G蛋白偶联受体介导离子通道的调控

受体/离子通道复合体；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；具有配体的特异性选择和运输离子的选择性

第四节、酶连受体介导的信号转导 酶连受体种类 受体络氨酸激酶；

RTK-Ras信号通路：配体→RTK→ →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。 受体丝氨酸/苏氨酸激酶； 受体络氨酸磷酸酯酶； 受体鸟苷酸环化酶； 络氨酸蛋白激酶联系的受体。 细胞表面整联蛋白介导的信号转导

通过粘着斑由整联蛋白介导由细胞表面到细胞核或细胞质核糖体的两条信号传递通路 第六节、信号的整合与控制

细胞信号传递的基本特征：多通路、多环节、多层次和高度复杂的可控过程

5种不同的脱敏方式:1. 受体没收;2. 受体下调； 3. 受体失活；4. 信号蛋白失活；6. 抑制性蛋白质产生。

第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)

第一节、微丝(microfilament, MF)与细胞运动 又称肌动蛋白纤维(actin filament)或纤维状肌动蛋

白（fibrous actin）, 是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。 一、微丝的组成及其组装

●肌动蛋白(actin)是微丝的主要结构成分，在胞内具有两种形式：肌动蛋白单体，又叫G-actin，单体组装形成纤维状肌动蛋白，又称为F-actin。 哺乳类和鸟类细胞中至少存在6种肌动蛋白：4种α-肌动蛋白和β及γ-肌动蛋白。

生物进化过程中高度保守， α-肌动蛋白（400个AA）仅有4-6个AA差异， α-肌动蛋白和β及γ-肌动蛋白相差约25个AA残基 （一）结构与成分

β-Actin是PCR常用的内参，β-Actin抗体是Western Blot很好的内参。

内参即是内部参照（Internal Control），对于哺乳动物细胞表达来说一般是指由管家基因编码表达的蛋白。它们在各组织和细胞中的表达相对恒定，在检测蛋白的表达水平变化时常用它来做参照物。 ◆ MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。

◆微丝的组装与去组装与下列因素有关： 肌动蛋白的状态（是否结合ATP）；

离子的种类及浓度：溶液含ATP/Mg2+以及较高浓度的Na+、 K+时，倾向于F-actin

◆ 体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G- actin在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。 （二）微丝的组装及其动力学特性

肌动蛋白在正极端组装占优势，负极端去组装占优势

踏车行为：微丝在体外组装过程中，正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，负极由于肌动蛋白亚基的去组装而缩短的现象。 微丝装配过程

第一步：成核反应——2-3个肌动蛋白单体组成寡聚体，限速步骤，过程缓慢。 第二步：纤维的延长，快速过程

第三步：稳定期——纤维的正极组装速度与负极解聚速度相同，长度保持不变，此时体系中的actin单体浓度称为临界浓度（Cc） 三、影响微丝组装的特异性药物

◆细胞松弛素（cytochalasins）：真菌的一种代谢产

物，可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，但对解聚没有明显影响，因而可以破坏微丝的三维网络。

◆鬼笔环肽（phalloidin）：由毒蕈（Amanita phallodies）产生的双环杆肽，?与微丝有强亲合作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，且只与F-肌动蛋白结合，而不与G-肌动蛋白结合 （一）非肌肉细胞中的微丝结合蛋白

1、肌动蛋白单体结合蛋白：胸腺素β4；前纤维蛋白

2、成核蛋白：Arp2/3复合物（-）——启动成核过程；形成蛋 白（+）——提高组装速度，抵抗加帽蛋白作用

3、加帽蛋白：CapZ；凝溶胶蛋白超家族——阻止微丝解聚或 过度组装

4、交联蛋白：成束蛋白——相邻微丝交联成平行排列；凝胶形成蛋白——将微丝链接成网状；丝束蛋白——相邻微丝形成排列紧密的微丝束；α-辅肌动蛋白——肌动蛋白间相距较远

5、割断及解聚蛋白：凝溶胶蛋白——高钙浓度下切断微丝，使肌动蛋白有凝胶态向溶胶态转变；丝切蛋白/肌动蛋白解离因子——提高微丝解聚速度 二、微丝网络动态结构的调节与细胞运动 （二）细胞皮层（cell cortex）：

大部分微丝集中紧贴在细胞质膜的胞质区域并由微丝交联蛋白交联成凝胶状三维网络结构 维持细胞形状和赋予质膜机械强度，参与多种细胞运动：胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动和吞噬等

（三）应力纤维（stress fiber）：

紧贴黏合斑的细胞质膜侧大量排列的微丝束 广泛存在于真核细胞。呈带状外观，介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。

成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-?辅肌动蛋白。

（四）细胞伪足的形成与细胞迁移 细胞在基质或相邻细胞表面的迁移过程： 1、细胞表面在它运动方向的前端伸出突起； 2、突起与基质之间形成锚定位点（黏着斑），使突起附着在基质表面

3、细胞以附着点为支点向前移动，

4、最后细胞后部的附着点与基质脱离，细胞尾部前移。

（五）微绒毛(microvillus) 是肠上皮细胞的指状突

起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。

微丝束功能：支撑微绒毛，无收缩功能 （六）胞质分裂环

胞质分裂环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。 五、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达

分子马达（molecular motor）：既能与微丝或微管结合，又能与细胞器或膜泡特异结合，水解ATP而沿着骨架纤维运输“货物”

一类为依赖于微管的驱动蛋白（kinesin）和动力蛋白（dynein）；

一类为依赖于微丝的肌球蛋白（myosin）： （一）肌球蛋白（myosin）的种类

18种肌球蛋白超家族：最保守的马达结构域 分类依据：差异很大的C端和N端 （二）肌球蛋白的结构

3个功能结构域：马达结构域；调控结构域；与肌球蛋白复合体组装相关或与运输的“货物”结合的尾部结构域

Ⅱ型肌球蛋白：（传统的肌球蛋白） 2条重链和4条轻链形成的高度不对称结构 在肌细胞中组成肌原纤维的粗丝，占肌细胞总蛋白的一半；

在非肌细胞中则参与胞质分裂环的收缩环的形成和张力纤维的活动

Ⅰ和V型肌球蛋白：（非传统的肌球蛋白） 参与细胞内“货物”的运输

运输方向：往微丝的正极端移动（Ⅵ例外） 四、肌细胞的收缩运动 肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械

能。

骨骼肌及肌纤维的结构 （一）肌纤维的结构 粗肌丝与细肌丝

（二）肌肉收缩系统中的有关蛋白

①原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。 ②肌钙蛋白 (Troponin, Tn)为复合物，包括三个亚基：Tn-C(Ca2+敏感性蛋白) 能特异与Ca2+结合; Tn-T(与原肌球蛋白结合); Tn-I(抑制肌球蛋白ATPase活性)

③ CapZ； α-辅肌动蛋白；钮蛋白等。 （三）肌肉收缩的滑动模型

1、动作电位的产生：神经元→肌细胞→肌质网 2、Ca2+的释放：肌质网→肌浆

3、原肌球蛋白位移：暴露出肌动蛋白与肌球蛋白结合位点

4、肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动：肌球蛋白沿肌动蛋白丝滑动，水解ATP 5、Ca2+的回收 ：收缩停止

第二节、微 管（Microtubules）及其功能 一、微管结构组成与极性

（一）成分：α，β微管蛋白，其二聚体是微管装配的基本单位。

不可交换位点： α微管蛋白上的GTP结合位点，GTP不被水解

可交换位点： β微管蛋白上的GTP结合位点，GTP被水解

在二聚体上还有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；一个秋水仙素的结合位点；一个长春花碱的结合位点。

（二）形态：长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原纤维。 真核细胞中微管的分布状态

微管可装配成单管(细胞质和纺锥体)，二联管(纤毛和鞭毛中)，三联管(中心粒和基体中)。 ◆所有的微管都有确定的极性。有“头”、“尾”之分。微管的起始端为尾，（-）极；生长端为头，（+）极；（-）极指向MTOC，（+）极背向MTOC。装配主要在（+）极添加或释放异二聚体。 ◆具有踏车现象。

在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另一端发生去装配而使微管缩短，当装配和去装配的速度相同时，微管的长度保持稳定，这一现象称踏车现象。 二、微管的组织与去组装 微管装配过程

1、α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体，并纵向聚合成短的丝状结构——成核阶段； 2、αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维——延伸阶段；

3、进一步经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带——延伸阶段；

4、当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管——延伸阶段；

5、在端部不断添加二聚体使微管延长——延伸阶段。

微管的动态不稳定性依赖于微管末端β-微管蛋白上GTP的有无 微管特异性药物

◆秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白组装成微管，对微管的去组装没有影响，可破坏纺锤体结构。 ◆诺考达唑（Nocodazole） 是一种抗肿瘤药物，通过使微管解聚发挥作用。

◆紫杉酚(taxol)和重水（D2O）能阻止微管的去组装，促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。 三、微管组织中心(MTOC)

◆概念：在生理状态或实验处理时，能够起始微管的成核作用并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC)。 ◆常见微管组织中心：

1、间期细胞MTOC：? 中心体(动态微管) 2、分裂细胞MTOC：?有丝分裂纺锤体极(动态微管)

3、鞭毛纤毛细胞MTOC：?基体(永久性结构) （一）中心体(centrosome) 中心体(centrosome)

结构：9组三联体微管组成；微管A为完全微管含有13根原纤丝；微管B和C为不完全微管 中心体的微管成核作用

电镜发现微管并不起源于中心粒，而是在中心粒外周物质区域γ-微管蛋白

（二）基体(basal body)和其他微管组织中心 基体：位于鞭毛和纤毛根部的类似结构。 结构：9组三联体微管组成；微管A为完全微管含有13根原纤丝；微管B和C为不完全微管 基体和中心粒为同源结构，可以相互转变（精子鞭毛），都具有自我复制功能（S期） 高尔基体反面膜囊也具有组织微管组装能力 四、微管的动力学性质

微管装配的动力学不稳定性：指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象，通常发生在微管的正极或中心体的远端

研究方法：体外培养细胞，注射罗丹明标记的微管蛋白，荧光显微镜观察 动力学不稳定性产生的原因：

微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度),微管将继续组装,反之,无GTP帽则解聚。 活细胞内微管的动态不稳定性

五、微管结合蛋白

(Microtubule Associated Protein, MAP)

组成微管的化学成分除微管蛋白外，还包括其它一些蛋白质。通称为微管结合蛋白。 结构：有两个区域组成

碱性的微管结合区域，可与微管结合，增加微管的成核作用；

酸性的突出区域，可与其他骨架纤维相连。 分类：包括I 型和II型

I 型对热敏感，如MAP-1，主要存在于神经细胞。II型热稳定性高，包括 MAP-2（神经细胞内），MAP-4和tau蛋白（神经细胞内）。 MAP的主要功能是：

①参与微管的装配；②增加微管稳定性或强度。 Tau蛋白异常磷酸化、糖基化

MAP2和tau蛋白诱导产生的维管束的结构 细胞器的分布及细胞形态发生与维持：

用秋水仙素处理细胞破坏微管，导致细胞变圆说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。 对于细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持， 微管亦起关键作用。 六、微管对细胞结构的组织作用 七、细胞内依赖于微管的物质运输

真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。 这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其马达蛋白（Motor protein）有关。

快速冷冻深度蚀刻电镜图像显示在轴突内部的微管和膜性细胞器之间有马达蛋白构成的横桥相连（箭头）

马达蛋白（Motor proteins）

目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。胞质中微管motor protein分为两大类：

驱动蛋白(kinesin):大多朝微管的正极方向运动 胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的负极运动 （一）驱动蛋白

驱动蛋白（Kinesin）是一类蛋白质超级家族（Kinesin superfamily proteins，KIFs），

驱动蛋白是由单体组成的多聚体，其“头部”具有ATP酶活性，能通过水解ATP获得能量，改变构型，进行运动。

驱动蛋白分类：

N-驱动蛋白：马达结构域位于肽链的N端，kinesin1-12，-极→+极移动；

M-驱动蛋白：马达结构域位于肽链的中部，kinesin13，结合在微管正极端或负极端，使微管处于不稳定状态

C-驱动蛋白：马达结构域位于肽链的C端，kinesin14，+极→-极移动 步行（hand over hand）模型

驱动蛋白的两个球状头部交替向前，每水解一分子ATP，后面的马达结构域将向前移动两倍的步距（16nm）

尺蠖（inchworm）模型

驱动蛋白两个头部中的一个始终向前，另一个永远在后，每步移动8nm （二）动力蛋白及其功能 动力蛋白超家族

细胞质动力蛋白：膜泡运输；动粒和有丝分裂纺锤体定位；细胞分裂后期染色体的分离 纤毛或鞭毛动力蛋白：运动作用

八、纤毛(cilia) 和鞭毛(flagella)的结构与功能 结构构成：由质膜包围且突出于细胞表面、微管和动力蛋白等构成的高度特化的结构

功能：运动装置，与细胞信号转导、细胞增殖与分化、组织与个体发育相关。 （一）纤毛的结构及组装 9+2排列 9+0排列 纤毛的组装：

1、高尔基体上分离出中心粒膜泡，包裹母中心粒的顶端及一些中心体蛋白；

2、母中心粒开始延伸并获得成为基体所需的结构，融合一些膜泡，形成次级中心粒膜泡；

3、母中心粒随同次级中心粒膜泡向质膜下迁移，到达纤毛组装位点，发生质膜融合形成杯状纤毛项链；

4、在鞭毛运输复合物的介导下，原生纤毛进一步装配并延长

（二）纤毛或鞭毛的运动机制

纤毛或鞭毛的运动过程中相邻二联体微管的滑动模型

单细胞生物：主要运动装置

动物细胞：推动组织表面的液体定向流动，传输信号分子，影响靶细胞的定向分化和发育

作为感受装置，接受和传递外界物理或化学信号刺激，参与一系列细胞或机体内信号调控过程。 （三）纤毛的功能 九、纺锤体与染色体运动 星体微管极性微管动粒微管 马达蛋白介导的纺锤体的行为 第三节 中间丝

中间丝：又称中间纤维，直径约10nm，介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命名为中间纤维。 IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。

IF通常是围绕细胞核开始组装，并伸展到细胞边缘与质膜上的桥粒与半桥粒相连 一、中间丝的主要类型和组成成分

IF成分比MF、MT复杂，分布具有组织特异性。IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。 310个氨基酸组成的α螺旋的杆状区：保守区域，高度多变的N端头部和C端尾部，2个中间丝蛋白分子平行排列形成双股螺旋的二聚体结构，不同的中间纤维蛋白来自同一基因家族，具有高度同源性。β片层

二、中间丝的组装与表达

首先是两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体，，然后两个二聚体反向平行以半交叠方式形成四聚体，再由四聚体首尾相接形成原纤维，最后每8根原纤维构成圆柱状的10nm中间纤维。 ◆IF装配与MF,MT装配相比，有哪些特点？ 1、IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；

2、反向平行的四聚体导致IF不具有极性； 3、IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助；

4、在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)；

5、新的中间丝蛋白可以通过交换的方式掺入到原来的纤维。

6、细胞周期中中间丝的去组装与重组装与蛋白质亚基的磷酸化和去磷酸化有关，与细胞质膜上特定的部位链接；通过跨膜蛋白与细胞外基质或相邻细胞的中间丝链接

细胞内部与核膜连接（V型中间丝蛋白组装成核纤层）

三、中间丝与其他细胞结构的联系 四、中间丝的功能

◆增强细胞抗机械压力的能力 ◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持

◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用 ◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用 ◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆中间丝与mRNA的运输有关

◆中间丝在细胞分化中的作用：由于中间纤维蛋白的表达具有组织特异性 细胞骨架的主要功能？ 本章小结

微丝：球形肌动蛋白单体G-actin 聚合形成的纤维形肌动蛋白F-actin

踏车现象：当G-actin处于临界浓度时，MF的装配可以表现出ATP-actin继续在（+）端添加而延长，而在（-）端脱落而缩短，表现出一种“踏车”现象。 肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白等； 肌肉收缩基本过程： 1.动作电位的产生 ； 2.Ca2+的释放； 3.原肌球蛋白位移；

4.肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动； 5.Ca2+的回收。

微丝的功能：形成微绒毛；形成应力纤维；细胞的运动；胞质分裂；维持细胞形态，赋予质膜机械强度；细胞器运动；信息传导等

微管：MT的基本结构：αβ-tubulin组成的异二聚体 ；可装配成单管，二联管(纤毛和鞭毛中)，三联管(中心粒和基体中) MT装配过程：

（1）α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体,αβ二聚体先形成一个短的原纤维protofilament；（可能不稳定）

（2）以原纤维为基础，经过侧面增加二聚体而扩展为弯曲的片层结构；（稳定性增高）

（3）当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。新的二聚体添加到MT的端点使之延长。 常见的微管组织中心：中心体、基体和有丝分裂纺锤体极

微管的功能：维持细胞形态；细胞内物质运输；鞭毛运动和纤毛运动；纺锤体的形成和染色体的运

动。

中间丝：IF分类：角蛋白纤维、结蛋白纤维、神经胶质纤维、波形纤维和神经元纤维 IF组装：

①两个单体形成超螺旋二聚体;

②两个二聚体反向平行(半交错)组装成四聚体； ③四聚体组成原纤维；

④8根原纤维组成IF（也有人认为4根八聚体组成IF）。 IF功能：

(1)增强细胞抗机械压力的能力; (2) 参与桥粒、半桥粒的形成和维持;

(3)结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用； (4)神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用 (5)参与传递细胞内机械的或分子的信息 (6)中间纤维与mRNA的运输有关。

原核生物——细菌是否也有细胞骨架? （有）

第十三章 细胞周期与细胞分裂

第一节 细胞周期 第二节 细胞分裂

细胞增殖(cell proliferation)：亲代细胞通过物质准备和细胞分裂产生两个子代细胞的过程。

细胞增殖过程又称细胞周期（cell cycle）；细胞分裂周期（cell division cycle）；细胞生活周期（cell life cycle）；细胞繁殖周期（cell reproductive cycle）； 第一节 细胞周期 一、细胞周期概述

细胞周期分为：细胞分裂间期(interphase) （物质积累期）和细胞分裂期(mitosis) 。

细胞周期是指从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累和准备，直到下一次细胞分裂结束为止所经历的整个过程。 标准的细胞周期 G1→ S → G2 → M期

高等生物体细胞周期时间长短的主要差别在 G1期 周期中细胞：指在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。

G0期细胞：又称为静止期细胞或休眠细胞（主要发生在G1），指暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，如结缔组织的成纤维细胞、淋巴细胞、肝、肾细胞等。

终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、 多形核细胞等。

细胞分裂间期(interphase) : G1→ S → G2 细胞分裂期(mitosis,M或division,D): 包括有丝分裂(Mitosis)、减数分裂(meiosis )和胞质分裂(cytokinesis)，可分为前期、前中期、中期、后期和末期5个连续的时相。

二、细胞周期中不同时相及其主要事件 细胞周期各不同时相主要调控点:

1. G1期：在G1期晚期有一个特定时期，在芽殖酵母被称为起始点(start)，在其他真核生物成为限制点(restriction point, R点)或检验点(checkpoint), 是G1期晚期的一个基本事件。

2. S期：S期检验点主要检查DNA是否完成复制。 3. G2： G2期检验点DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否有利于细胞分裂。

4. M期：纺锤体组装检验点。 三、细胞周期同步化

概念：自然过程中发生或经人为处理造成细胞周期一致的现象 方法

1、天然同步化：

a：多核体，如粘虫、疟原虫 b：海胆、海参及两栖类的受精卵

c：增殖抑制解除后的同步分裂：真菌的休眠孢子

2、人工同步化 a、选择同步化：

有丝分裂选择法：M期细胞附着性低 细胞沉降分离法：M期细胞体积大 b、诱导同步化：

DNA合成阻断法：抑制剂 分裂中期阻断法：秋水仙素

条件依赖性突变株式细胞周期同步化 四、特殊的细胞周期

是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。 1. 早期胚胎细胞的细胞周期 2. 酵母细胞的细胞周期 3. 植物细胞的细胞周期 4. 细菌的细胞周期

（一）早期胚胎细胞的细胞周期

a. 细胞在成熟过程已经积累了大量的物质，不需要临时合成物质。

b. G1期、G2期非常短，以至于认为细胞周期只有S期和M期。

c.子细胞在G1期、G2期不生长，越分裂体积越小。 d. 参与细胞周期的调控因子和调控机制和标准的细胞周期比较一致。

（二) 芽殖酵母（S. cereviciae) 的细胞周期 酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相方面相似。 特点：

（1）细胞周期持续时间短；

（2）封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚； （3）纺锤体位于细胞核内；

特点：细胞分裂为均等分裂；细胞生长为长度增加、直径不变

（三) 高等植物体细胞的细胞周期

植物细胞周期与动物细胞的标准细胞周期相似 特点：

植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；

植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行胞质分裂。 （四）细菌细胞的细胞周期

慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期

细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾 第二节 细胞分裂

细胞分裂分为无丝分裂（amitosis） 、有丝分裂（mitosis）和减数分裂（meiosis）三种类型。 无丝分裂(amitosis):又称为直接分裂(direct division)，主要表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，期间不涉及纺锤体形成及染色体变化，因此称为无丝分裂。

有丝分裂（mitosis）: 又称为间接分裂（indirect division），特点是有纺锤体的出现和染色体的变化，最终子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。

减数分裂（meiosis）:染色体复制一次而细胞连续分裂两次，是高等动植物配子体形成的分裂方式。

一、有丝分裂(Mitosis):

意义：保证了携带遗传信息的染色体一代代以相同的染色体数目传递下去，从而维持了遗传的稳定性。

有丝分裂过程可人为的划分为分裂间期和分裂期,其中包括前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂6个时期，前5个是相互连续的核分裂过程，胞质分裂则相对独立。 高等动物细胞有丝分裂过程

（一）有丝分裂各期的重要事件及其结构装置 1、前期(prophase): 染色质凝缩：

H1组蛋白磷酸化诱导染色质由线形经过螺旋化、折叠和包装等过程形成早期染色体结构。 Smc（structural maintenance of chromosome）蛋白复合物：

粘连蛋白——介导姐妹染色单体的黏着 凝缩蛋白——介导染色体凝缩 细胞分裂极的确定：

中心体复制完成，形成星体，参与纺锤体的装配，移向两极，从而确立细胞分裂极。

核仁解体：核仁在前期末缩小并消失，rDNA缩回染色体的次縊痕处。 2、前中期(prometaphase):

前中期是指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间，核膜破裂为前中期开始的标志。 标志性事件之一——核膜崩解：以小膜泡的形式分散在细胞质中

核纤层蛋白在有丝分裂促进因子（MPF）作用下：磷酸化使核纤层解聚成核纤层蛋白： 核纤层蛋白A——可溶性单体弥散在细胞质中 核纤层蛋白B——结合在核膜小泡上

标志性事件之二——纺锤体装配完成，形成有丝分裂器：细胞核周围的纺锤体侵入到细胞的中心区，部分纺锤体微管结合到染色体的动粒上。 纺锤体组装过程

标志性事件之三——染色体整列：

前提条件：纺锤体极体发出的微管捕捉染色体动粒形成染色体动粒微管。 3. 中期(metaphase):

中期是指染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，动物染色体呈辐射状排列。染色体两边的牵引力达到平衡。

主要标志：染色体整列完成并且所有染色体排列在

赤道面上，形成典型的纺锤体。 染色体在赤道面整列的两种假说

牵拉假说：动粒微管越长，拉力越大，当来自两级的动粒微管拉力相等时，染色体被稳定在赤道面上外推假说：染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两级的外推力相等时，染色体被稳定在赤道面上 4. 后期(anaphase):

标志性事件——姊妹染色单体分离，形成子代染色体，分别向两极移动。

后期可大致划分为连续的两个阶段：即后期A和后期B，后期A动粒微管变短，后期B极性微管长度增加。

有丝分裂后期由ATP驱动的马达蛋白沿微管向极部运动使染色体分开，ATP-驱动的染色体运动，促使微管解聚，微管解聚促使染色体运动，有丝分裂中后期转换 5. 末期(telophase):

染色单体到达两极，并开始去浓缩。动粒微管消失，极性微管继续加长；核膜、核仁和部分细胞器重新装配。

6. 胞质分裂(cytokinesis):

胞质分裂开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。胞质分裂整个过程可以简单的归纳为4步： 分裂沟位置的确立，肌动蛋白聚集和收缩环的形成，，收缩环的收缩，，收缩环处细胞质膜融合并形成两个子细胞。

中央纺锤体和星体微管作用于细胞皮层并诱导分裂沟的形成 有丝分裂的变异

① 不进行胞质分裂，形成二核或多核细胞； ② 染色体后期不开，形成多倍体；

③ 细胞周期中缺少M期，核染色体反复加倍而不分开，形成多线染色体；

④ 体细胞进行减数分裂，形成单倍体； 减数分裂：

是细胞只进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。 减数分裂意义：

1、减数分裂确保世代间遗传的稳定性；

2、增加变异机会，确保生物的多样性，增强生适应环境变化的能力；

3、减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。

二、减数分裂(Meiosis): 中末或配子减数分裂 居中或孢子减数分裂 起始或合子减数分裂 减数分裂特点：

遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半；

S期持续时间较长，进行部分DNA的复制；同源染色体在减数分裂期Ⅰ配对联会、 基因重组；减数分裂同源染色体配对排列在中期板上，第一次分裂时，同源染色体分开。减数分裂前间期：S期持续的时间比较长，并且DNA进行不 完全复制，复制总量的99.7%—99.9%。 减数分裂分裂期：

减数分裂期Ⅰ：前期Ⅰ、前中期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ和胞质分裂期Ⅰ等6个阶段。 减数分裂期Ⅱ：前期Ⅱ、前中期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞质分裂期Ⅱ等6个阶段。 减数分裂过程

前期Ⅰ（prophase Ⅰ）

前期Ⅰ所发生的主要变化主是合成一定量的RNA和蛋白质，并进行染色体配对和基因重组。 根据细胞形态的变化分为：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期5个阶段。

细线期（leptotene）：染色质凝集，螺旋化，包装成细纤维样染色体结构——凝集期

偶线期（zygotene）：同源染色体配对——二价体——四分体；形成联会复合体；合成0.3%的DNA 粗线期（pachtene）：染色体进一步浓缩，联会复合体出现重组结——基因重组；合成一部分DNA；合成减数分裂专有组蛋白

双线期（diplotene）：同源染色体开始分离，仅留下几处交叉，四分体结构清晰可见；RNA转录活跃；持续时间长，且不同生物变化大

终变期（diakinesis）：交叉向染色体端部移动——端化

减数分裂过程的特殊结构及其变化 1、性染色体的分离 XY型性别决定

染色体组成为XX：染色体组成为XY或XO： ZW型性别决定

染色体组成为ZW：染色体组成为ZZ：

哺乳类动物、多数雌雄异体植物、部分昆虫，某些鱼类和两栖类动物

鸟类、鳞翅目昆虫、某些两栖类和爬行类动物 2、联会复合体和基因重组

联会复合体：减数分裂前期Ⅰ，同源染色体间的临时性蛋白质梯状结构，介导同源

染色体之间配对（联会）和遗传重组（交换） 主要功能：为相互作用的染色单体之间完成交换提供一种结构框架

组成成分：蛋白质DNA片段 本章小结

细胞增殖的意义：生命的基本特征，种族繁衍、个体发育、机体修复，受严密的调控

细胞周期：从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，所经历的过程

细胞周期时相：G1期；S期；G2期；M期 G1期的检验点：细胞体积是否足够大？S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？中-后期检验点：纺锤体组装检验点。 无丝分裂：又称为直接分裂，表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，其间不涉及纺锤体形成及染色体变化

有丝分裂分为6个时期：前期、前中期、中期、后期和末期、胞质分裂。

减数分裂：细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。

减数分裂的意义：确保世代间遗传的稳定性；增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力；有性生殖的基础。

减数分裂前期I ：①细线期，②偶线期，③粗线期，④双线期，⑤终变期。

联会复合体：由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状；有重组节，是交换发生的部位； 主要由蛋白质和DNA片段组成，并含有少量RNA ；在细线期开始装配，形成于偶线期，成熟于粗线期并装配重组节，双线期去装配，消失于终变期。

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