北医-生物细胞总结 - 图文

2009-2010学年细胞生物学总结 based on Terryhe, by SophieChang

细胞生物学总结

第一篇：绪论

1：原核细胞与真核细胞的异同点及代表****：

1）原核细胞的特点：原核细胞都不具有有膜包被的细胞核，只有细胞外膜系统而没有内

膜系统；

代表：支原体：最小最简单的细胞 细菌、蓝绿藻（亦称青菌）

2）真核细胞特点：有成形细胞核、内膜系统构成的细胞器和细胞骨架； 代表：酵母菌（yeast）：最简单的真核细胞 植物细胞、动物细胞

2：细胞特性：

原核细胞与真核细胞共有的特性（证明二者具有共同祖先，真核由原核进化而来）： 1．在DNA分子中用相同的密码编写遗传信息；

2．相似的遗传信息转录与翻译机制，相似的核糖核蛋白体； 3．相似构造的质膜；

4．共同的能量代谢途径（糖酵解和三羧酸循环） ； 5．以ATP形式保存和利用化学能；

6．相似构造的蛋白酶体 （消化蛋白质的结构）。 真核细胞和原核细胞的不同特性对比**：

______________________________________________________________________________

原核细胞 真核细胞

_______________________________________________________________________________细胞大小 1?10?m 10?100?m

核 拟核，无核被膜 有真核：核被膜、核膜孔、核仁 DNA 含量低，呈环形， 含量高，呈线形，在核内

不与蛋白质结合 与蛋白质相结合，构成结构复杂的染色体 基因组 单拷贝基因 双拷贝基因（二倍体）

细胞器 没有膜性细胞器和区室化 有膜性细胞器（内质网、高尔基体、溶酶体、 胞内体、过氧化酶体等），细胞内区室化

胞内运输 直接扩散 除直接扩散外还借助于细胞骨架、膜管网及囊泡运输 骨架系统 无细胞骨架系统 有（细胞质骨架与核骨架——微丝、微管、中间纤维） 基因表达 转录、翻译同时同处进行 先在核中转录,后在细胞质中翻译 调控机制简单 多层次调控，包括：

操纵子 转录前：基因重排、扩增、甲基化 启动子 转录水平：多种转录因子 转录后水平：RNA拼接 翻译水平

翻译后：磷酸化、糖基化、硫酸化、酯酰化

第七章：质膜

1：质膜（PM）的化学组成

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质膜的化学成分为膜脂、膜蛋白和膜复合糖。膜脂与膜蛋白两类分子以非共价键结合构成质膜的主体，糖与膜脂共价结合形成糖脂，糖与膜蛋白共价结合形成糖蛋白。简述如下：

1）质膜上的脂类

有磷脂（phospholipid）、胆固醇（cholesterol）和糖脂（glycolipid）三种。 (1)磷脂：构成细胞膜的基本成分。极性极强，有极性头部（磷脂）和非极性尾部 （脂肪酸烃链），称双亲性分子amphipathie molecule或兼性分子。分甘

油磷脂（甘油骨架）和鞘磷脂（鞘氨醇骨架）两类。

(2)胆固醇：胆固醇是也是双亲性分子（极：羟基；非极：甾环和烃链），散布于

磷脂分子之间，调节膜的流动性，增加膜的稳定性，降低水溶物质的通透性并有助于稳定膜蛋白的构象。

(3)糖脂：共价结合糖链的脂质，神经细胞膜上含量较高。双亲性分子（极：糖基，

决定糖脂类型；非极：烃链）。动物细胞质膜中的糖脂主要是鞘糖脂（glycosphingolipid，GSL），其脂质部分为神经酰胺（ceramid=神经鞘氨醇+脂肪酸）。含唾液酸的GSL成为神经节苷脂（gangliodide, Gg）,它是神经元质膜特征性成分，也是一类膜上受体（神经递质和毒素）。ABO血型抗原亦为糖脂，其寡糖部分决定抗原特异性。

（4）人工膜-脂质体（liposome）：是由磷脂分子在水相中形成的脂双层封闭结

构，可用于细胞膜的研究、转基因、疾病诊断及治疗。

2）质膜上的蛋白质

膜蛋白承担和执行质膜的各种功能，功能不同的细胞其膜蛋白的含量有极大差别。膜蛋白占已知药物靶标的近70%。

动物细胞质膜上包含催化细胞物质代谢的各种酶蛋白，运输各种物质和各种离子的载体蛋白和通道蛋白，质膜上还有接受细胞外界信号和传递信息的各种受体蛋白。以上各种蛋白也同时维持细胞膜的完整结构，依质膜上蛋白与膜脂结合方式及所处位置的不同可分为： （1）内在蛋白intrinsic或整合蛋白integral（跨膜/镶嵌） 特征：

a.全部或部分插入细胞膜内，直接与脂双层的疏水区域相互作用 b.具有特征性的疏水性氨基酸序列（一般形成跨膜alpha螺旋区） c.具有亲脂性或疏水性的特点，不易分离（去垢剂或有机溶剂抽取） d.由粗面内质网合成，经高尔基体加工修饰，通过囊泡运输至质膜。 e.占膜蛋白总量70%~80%

分类与举例:

单次跨膜蛋白（TypeI—N外C内；TypeII—相反）：RBC上的MN血型糖蛋白

多次跨膜蛋白：RBC上的带III蛋白（band 3）=AE1（anion transporter） （2）外在蛋白extrinsic或外周蛋白peripheral 特征：

a.分布于膜的内或外表明，不与脂双分子层的疏水内部接触

b.通过静电作用、离子键及氢键与膜质的极性头部非共价结合，或通过与内在蛋白特异性结合固定在膜上

c.具有亲水性

d.易从膜上分离（改变溶液的离子强度、PH、鳌合剂） e.约占膜蛋白总量的20%~30%

举例：RBC质膜中的血影蛋白（spectrin）和锚定蛋白（ankyrin），与band 3共同稳定RBC膜结构

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（3）脂锚定膜蛋白（lipid anchored membrane proteins）。

特征：膜蛋白的肽链并不嵌入膜中，而以其共价连接的烃链插入与膜质双层的外叶或内叶。

分类及举例：

酰化蛋白，如Src蛋白

异戊烯化蛋白，如Ras蛋白

GPI锚定膜蛋白（能锚定多种表明抗原、粘附分子和细胞表面水解酶），如癌胚抗原CEA

3.质膜的糖类

存在方式为糖缀合物（glycoconjugates，或糖复合物）：由糖类与非糖分子通过

糖苷键共价结合而成，包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂

(1)糖脂：为共价结合糖链的脂质，高等动物组织中的糖脂主要是鞘糖脂。 (2)糖蛋白：为共价结合糖的蛋白质，其糖链位分支的寡糖链，可分为N-糖链（GlcNAc

β→Asn）和O-糖链（GalNAc α→Ser/Thr）。糖蛋白有的是受体，如红细胞质膜上的血型糖蛋白A。

(3)蛋白聚糖：单体由核心蛋白质与一至数百条糖链共价结合构成，其糖链为无分

支的直链多糖，主要有重复的二糖单位构成，其二糖单位中普遍含有氨基糖（GlcNAc或GalNAc），故称为氨基聚糖(GAG)。

质膜的复合糖——细胞外被cell coat：质膜外表面的覆盖物，因为富含糖类物质，故又称糖萼glycocalyx。糖萼所携带的密密可能与遗传密码一样重要，因为它负责这细胞赖以生存的无数识别功能。动物细胞糖萼的特点是含有大量唾液酸等负电荷的糖残基，因而是细胞表面呈现负电性。

膜糖类的功能：提高膜的稳定性能够，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性；参与细胞的信号识别、细胞粘附；细菌和病毒感染的识别和结合位点。 2：流动镶嵌模型（fluid mosaic model） a.膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，尾对尾排列形成脂质双分子层； b.膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成 c.内在蛋白通过疏水区镶嵌在脂质双分子层中，外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外表面相互作用 d.生物膜具有“流动性”和不对称性

3：脂筏模型(lipid rafts model)：

1997年K.Simons等提出，生物膜脂双分子层中存在由鞘磷脂和胆固醇富集而成的有序微功能域，这些微功能域是鞘磷脂和胆固醇的动态集合，如同“脂筏”一样，脂筏上载着蛋白质，该模型强调质膜的流动性并非是绝对的，而是有相对静止的“脂筏”；

脂质双层脂筏不同：外层主为鞘脂、胆固醇和GPI-锚定蛋白、质膜内叶主要含有许多酰化蛋白质，尤其是信号转导蛋白，内外叶脂筏相互偶联；

脂筏的主要功能：A：信息跨膜转到有关；B：与脂和蛋白质的跨膜运输及病毒出入质膜有关。

4：质膜的特性：

1）质膜在结构和功能上的不对称性：

a.膜脂：脂双层中，脂分子不均匀分布；质膜内外两叶磷脂含量比例不同 b.膜蛋白：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 c.膜复合糖：只分布在细胞质膜的外表面

d.质膜功能：各种物质与离子的输送以及各种信号的接收与传递具有方向性

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2）质膜的流动性：

a.膜质分子的运动：侧向扩散、自旋运动、摆动（弯曲运动）、伸缩振荡、翻转运动、碳氢链的异构化互变

b.膜蛋白分子的运动：侧向扩散、旋转运动

c.影响膜质与膜蛋白运动性的各种因素：A：脂肪酸链的长度和不饱和度：短、不饱和度高，流动性大；B：胆固醇的含量：高则降低流动性；C：卵磷脂和鞘磷脂的比例：卵磷脂不饱和度高，含量多则流动性高；D：蛋白质：与膜脂分子相互作用，膜内在蛋白越多，流动性越小；E：温度和离子浓度等

第八章 细胞质

1：细胞质基质的基本概念：

细胞质（cytoplasm）：细胞质膜以内核以外的部分，包括：细胞质基质（cytosol）、

细胞器（organelle）、内含物（inclusion）等；

细胞质基质（cytosol）：真核细胞的细胞质中除去可以分辨的有形结构以外的胶状物

质。又称细胞液（cell sap）、透明质（hyaloplasm）、胞质溶胶、可溶相等。其中含有水、无机离子、脂类、糖类、氨基酸、核苷酸、RNA、蛋白质（20%~30%）等。

细胞质基质的基本功能有：参与许多中间代谢过程；参与蛋白质的合成、修饰、与选择

性降解；与细胞质骨架相关的功能（维持细胞形态、运动、细胞内物质运输及能量传递、为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点）

细胞器：单层膜的细胞器/内膜系统——内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、

膜性小泡等

双层膜的细胞起：线粒体、叶绿体、细胞核

不具有界膜的结构：细胞骨架系统、核糖核蛋白体、蛋白酶体、中心体等

2：核糖核蛋白体的基本类型和化学组成

核糖核蛋白体（ribosome）：简称核蛋白体或核糖体，由蛋白质和RNA组成的无被膜包被的颗粒状结构，唯一功能是以RNA为模板按照mRNA的指令由氨基酸高效而精确的合成肽链。

基本类型有：

1）70S：存在于原核细胞中；

2）80S：存在于真核细胞中；两者均由大小不同的两个亚基构成。 主要化学组成：

1）rRNA:处于核糖核蛋白酶体内部，在核仁内加工合成（5SrRNA除外），占60%； 原核细胞rRNA包括：23S、5S、16S亚基； 真核细胞rRNA包括：28S、5.8S、5S、18S亚基

2）r蛋白质：核糖核蛋白体表面，占40%；二者非共价结合。

rRNA的前体转录以后与蛋白质结合，形成复合体，在加工形成不同亚基，由核转运到胞质中再形成成熟的核糖核蛋白体。核糖核蛋白体是一种动态结构，只有在参与翻译过程时，大小亚单位才结合，肽链合成终止后，大小亚单位解离。（小亚基上有mRNA结合位点，俩个亚基夹有tRNA结合位点——A=aminoacyl site,P=peptidylsite,E=exit）

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3：蛋白酶体的结构

真核细胞中蛋白质降解的两条途径：

a.溶酶体内降解：不依赖ATP，在溶酶体内进行，降解细胞外源蛋白和内源长寿蛋白及衰老、缺陷细胞器中的蛋白质

b.泛素-蛋白酶体途径：依赖ATP，在蛋白酶体内进行，降解细胞内异常蛋白及短寿命蛋白

真核细胞中蛋白酶体存在于细胞质和细胞核，是分解内源性蛋白质的主要酶系统。真核细胞中蛋白酶体在密度梯度离心中的沉降系数为26S，又称为26S蛋白酶体。26S蛋白酶体由一个20S核心颗粒（core particle，CP）和1‐2个19S调节颗粒（regulator particle, RP）组成 1）20S蛋白酶体：

是26S蛋白酶体的核心颗粒/催化核心。圆桶状结构，由4个环组成，每个环有7个亚单位。 中间两个内环是β亚单位环，组成中心腔（central cavity, CC），腔内侧存在催化活性位点；外环是α亚单位环，控制底物的进出，仅允许解折叠的多肽通过。 （1）α亚单位

a. 控制着被降解底物进入蛋白酶体

? α环中央口被α亚单位N末端肽链所占据，α环完全关闭 ? α 3亚单位控制环口的关闭

? 7个亚单位均无催化活性，但可提供调节亚单位复合体的锚定位点 ? 含核定位信号，可标定蛋白酶体进入核内。 b.允许降解产物出蛋白酶体 （2） β亚单位

a.真核细胞中，β环上各有3个活性位点:

? β5，糜蛋白酶样（chymotrypsin‐like）活性，水解蛋白质的疏水性aa残基 ? β2，胰蛋白酶样（trypsin‐like）活性，水解蛋白质的碱性aa残基 ? β1，肽－谷氨酰－肽水解活性(peptidylglutamyl‐peptide hydrolysing，PGPH)活性, 水

解酸性氨基酸残基

b.3个活性β‐亚单位以前体形式存在，经自身剪切，使活性中心的苏氨酸残基暴露于成熟亚单位的N‐端。 2）19S蛋白酶体：

位于20S蛋白酶体的一端（26S）或两端（30S），与20S蛋白酶体结合后可显著提高其活性

由17个不同的亚单位构成，可分为：盖部( lid subcomplex )和基底部( base subcomplex ) （1）基底部

位于20S核心颗粒的两侧:

6个ATPase亚单位，Rpt 1‐6 ( Rpt ，regulatory particle ATPase )

2个非ATPase亚单位，Rpn 1、2 (Rpn ，regulatory particle non‐ATPase )

（2）盖部

由9个Rpn亚单位构成，其中：

Rpn11亚单位具有去泛素化作用，使泛素从Ub‐蛋白质上释放出来 Rpn10连接基底部和盖部

（3）19S蛋白酶体的功能

识别多泛素化的蛋白质，Rpn10、Rpt5参与靶蛋白的识别 打开α环口： 基底部的Rpt亚单位直接与20S核心颗粒的7个α亚单位结合——ATP水解供能——底物蛋白质解折叠并发生变形——α环口打开，将底物送入蛋白酶体

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3：泛素-蛋白酶体对靶蛋白的降解过程

降解的蛋白质种类——错误折叠或异常的蛋白质/内质网应激；需要进行数量调控的蛋白质（靶蛋白的原则依据N-端原则：N端为Met稳定，为Arg最不稳定；降解信号：如周期蛋白破坏框和PEST序列等；蛋白质疏水核心区的信号：错误折叠、非正常修饰等）

(1) E1（泛素活化酶）的作用下，泛素活化 (2) 泛素分子由E1转到E2（泛素偶联/结合酶） (3) E3（泛素连接酶，有识别靶蛋白的功能）将泛素转移到靶蛋白分子赖氨酸残基的—NH2侧链上

(4) 通过重复步骤(1)(2)(3)，使靶蛋白多聚泛素化，靶向蛋白酶体

(5) 26S蛋白酶体中19S调节颗粒基底部的Rpt5等亚单位识别与靶蛋白连接的多聚泛素链 (6) 在ATP水解供能的条件下，靶蛋白变性、进入基底部. (7) 靶蛋白通过受基底部Rpt2亚单位调节的20S复合体的环口 (8) 靶蛋白在催化腔内降解，生成短肽 (9) 短肽穿出催化腔

(10) 在19S调节颗粒盖部Rpn11的作用下靶蛋白与多聚泛素链间发生去泛素化 其中E3在选择靶蛋白的特异性中起关键作用，E3靶蛋白的种类广泛涉及细胞周期调节因子、转录因子、细胞骨架调节因子以及细胞表面受体等，如APC降解M期周期蛋白帮助染色单体分离、活化NF-kappaB、SCF降解CKI（细胞周期调控蛋白）作用于G1/S的转换、抗原加工 去泛素化酶能调节泛素前体产生有功能的泛素、促进泛素再循环和逆转泛素化反应、促进蛋白降解过程正常化。

第九章：细胞的内膜系统

（一）内质网——葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-Pase） 1：粗面内质网的功能

1）蛋白质的合成：三种蛋白——分泌蛋白、膜整合蛋白、膜限区室内的驻留蛋白

质（包括内质网腔内的可溶性蛋白和溶酶体酶蛋白等）

2） 蛋白质的糖基化修饰：蛋白质的糖基化是通过内质网膜上的多萜醇介导的。

糖基化：指肽链的特定氨基酸残基接受共价连接的糖基形成寡糖链的连续过程。 N-连接的糖蛋白：GlcNAc β→Asn，开始于内质网腔，完成于高尔基体 O-连接的糖蛋白：GalNAc α→Ser/Thr，主要在高尔基体内完成

N-连接的寡糖前体必需在内质网膜上多萜醇介导下才能转移到蛋白质分子上。 a.单糖在细胞质中活化，形成UDP-单糖或GDP-单糖活化中间体

b.在特异性糖基转移酶的催化下依次将单糖加到焦磷酸化的多萜醇上

c.当形成(Man)5-(GlyNAc)2-p-p-(Dolichol)序列时，寡糖链分子翻转至内质网腔内，继续糖基化至14个糖基全部连接

d.当出现特定的Asn-X-Ser/Thr序列时，整个预先合成好的寡糖前体经糖基转移酶的催化转移到Asn，经进一步切割，形成新合成的糖蛋白共有序列（2GlcNAc+8Man）

3）新生多肽链折叠的控制

4） 膜脂的合成和转运（出芽或以PEP蛋白在膜间转运）

2：简述粗面内质网参与蛋白质合成的过程

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（1）粗面内质网合成蛋白质所必需结构组分： 信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP） 信号识别颗粒受体（SRP receptor） 转位子（translocon） GTP提供能量来源——SRP和SRP受体可结合GTP并发挥GTP酶的活性，GTP被水解后，SRP-SRP受体解离，核糖体-新生肽链-转位子复合物形成，新生多肽链向内质网腔内转移 （2）蛋白质翻译共转位（cotranslational translocation）过程 粗面内质网上合成蛋白的多肽链是一边合成一边从胞质转运到内质网腔的，这种边翻译边转运的过程称为翻译共转位。 可溶性蛋白质翻译共转位：可溶性蛋白=分泌蛋白+内质网腔的驻留蛋白等 跨膜蛋白质翻译共转位： Type I（N在ER内，C在胞浆内）：肽链中含有一个N端信号肽，引导多肽链进入内质网腔后被切除；肽链内部有止步锚定信号，其通过转位子时肽链停止向腔内移动而形成单次跨膜蛋白； Type II（N+C-）&Type III（N-C+）：信号肽委员肽链内部，称为信号锚定序列（SA）或内信号肽，SA序列被SRP识别，携带核糖体到内质网膜上作为开始转位信号，SA不被剪切，保留在磷脂双分子层中形成单次跨膜蛋白 TypeIV（多次跨膜蛋白）：蛋白序列中有多个SA和STA序列，以SA起始，SA与STA交替排列

3：名解

**信号肽（signal peptide）：由位于mRNA的5′端起始密码子之后信号密码子（signal codon）编码的特殊肽段，具有指导核糖体结合于内质网膜，并使新生肽链插入内质网膜进入内质网腔的作用；信号肽一般由15~30个氨基酸残基组成，富含疏水性氨基酸，易形成α螺旋，有利于与磷脂双分子层相互作用。信号肽在肽链成熟过程中，常被信号肽酶剪切。 信号识别颗粒 (SRP)：一种细长形含RNA的蛋白，由6条多肽链和一个7SL RNA组成；具有信号肽识别结构域、与核糖体A位点结合的结构域、内质网膜的SRP受体结合位点。它既能识别露出核糖核蛋白体之外的信号肽又能识别内质网膜上的SRP受体，通过其桥梁作用，使核糖体附着于ER膜上。

SRP受体：为内质网膜上的跨膜蛋白，又称停泊蛋白（docking protein），含有α、β两个亚基，α亚基含有SRP的结合部位、β亚基以疏水区锚定在ER膜上。

转位子（translocon）:又称蛋白转移器或跨膜通道；在哺乳动物中，其主要成分是与蛋白分泌有关的一种多肽Sec61p复合体，具有使新生多肽链穿过其中水溶性孔道进入内质网腔的作用。

**止步锚定序列(stop‐transfer anchor sequence, STA)：新生跨膜蛋白质肽链内部的疏水性肽段，是停止信号，当其进入内质网膜时，可使肽链停止向腔内移动。

**信号锚定序列(signal anchor sequence, SA)：处于新生肽链内部的信号肽，可被SRP识别引导跨膜转位，同时该序列不被剪切，在通过转位子时可发挥锚定作用。

多萜醇(dilichol)：一种长脂醇，其疏水尾部可与内质网膜的脂双层紧密结合。其磷酸基可结合核心寡聚糖链，当ER膜上有蛋白质合成时，在糖基转移酶作用下将寡糖链前体转移到蛋白质分子上形成N‐连接的糖蛋白。

内质网驻留蛋白：在内质网中合成的分泌蛋白经囊胚运至高尔基体，其中一部分含有KDEL/HDEL信号序列的蛋白质被反运回并滞留于内质网中，能够协助新生肽链折叠和转运。

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4：分子伴侣与多肽链折叠

分子伴侣(Chaperone)：是一种在蛋白质折叠和组装中起到质量控制作用的蛋白质。这类蛋白质能识别正在合成或部分折叠得多肽链，帮着这些多肽链进行正确的折叠和组装，但其本身并不参与最终产物的形成。

例如：1）N‐连接的糖蛋白在内质网腔内折叠需要钙联结蛋白(Calnexin)和肌网蛋白(Calreticulin)分子伴侣发挥作用。一旦这些蛋白质形成正确构象或装配完成，便以囊泡的形式运输到高尔基体进一步加工、修饰。

2）IgG重链在内质网内折叠需要重链结合蛋白BiP（binding protein, BiP）分

子伴侣发挥作用。

3）内质网腔是一种非还原性环境，多肽链极易形成不正确的二硫键，对其正确

折叠带来很大困难。蛋白二硫异构酶(protein disulfide isomerase, PDI)可以切断二硫键，形成自由能比较低的蛋白构象，以帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确的折叠状态。

但仍不能正确折叠或组装的蛋白质分子，通过转位子逆向运输到细胞质，然后经泛素标记而被蛋白酶体所降解。 分子伴侣的作用——质量控制(Quality control)

（二）高尔基体

1：**高尔基体的标志酶

运输小泡（vesicle小囊泡）——扁平囊（cisterna，潴泡，高尔基堆）——浓缩泡/分泌泡（vacuole）

磷酸转移酶：分选蛋白质，大部分转入高尔基体中间囊膜，少数有KDEL/HDEL内质网驻留蛋白特有信号序列的蛋白反向运回内质网

甘露糖苷酶和N-乙酰氨基葡萄糖转移酶的作用主要是对蛋白进行糖基化修饰、糖脂的糖链形成以及多糖的合成

半乳糖基转移酶：加半乳糖，延长糖链 唾液酸基转移酶：加唾液酸

2：高尔基体的极性：

高尔基体是一种极性细胞器，极性表现为从顺面到反面，其形态、化学组成以及功能上有很大差别。

(1)形态区别：扁平囊的顺面膜较薄，近似内质网膜，囊腔小而狭，一般朝向细胞核；

随着顺面向反面过渡，膜也逐渐加厚，至反面膜与质膜近似。

(2)化学组成区别：膜脂的种类和数量介于质膜和内质网膜之间；反面的膜较顺面的膜含有更多的酶，能促使分泌物的浓缩、成熟。

(3)功能区别：从顺面到反面，不同的膜囊含有不同的酶，对来自rER的蛋白质进行有序的糖基化作用。具体内容见上表。

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高尔基体极性的鉴定方法：

嗜锇反应——顺面；NADP酶反应——中间几层；CMP酶反应——反面；TPP酶反应——成熟面

3：高尔基体参与糖蛋白质的合成

糖蛋白中有两种寡糖链，一种是N‐连接的寡糖链，糖基合成开始于ER，完成于高尔基体；另一种是O‐连接寡糖链，是蛋白质的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链羟基上的O原子与寡糖链共价相连，这种蛋白质的糖链合成全部或主要在高尔基体完成。

来自rER的N‐连接糖蛋白，以出芽的方式经过小泡运输，转运到高尔基体进一步加工修饰。其中分泌蛋白和膜蛋白，经甘露糖苷酶Ⅰ和Ⅱ的作用，去掉大部分Man，接着由GlcNAc转移酶Ⅰ和Ⅱ，将GlcNAc结合到留存的Man上，然后再经半乳糖基转移酶、唾液酸基转移酶等作用，再加上半乳糖和唾液酸，完成糖链的修饰，最后释放到高尔基体囊泡内，运输、分泌到细胞外或保留在质膜上。

（三）溶酶体

溶酶体Lysosome：是由一层单位膜包裹，内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，能分解各种内源性和外源性物质，被称为细胞内的消化器。

1：溶酶体膜的特征 a.蛋白质高度糖基化：防止自身被水解消化 b.具有质子泵：依赖于ATP，维持溶酶体基质内的酸性环境 c.具有特殊的转运蛋白：将溶酶体消化水解产物运出

2：溶酶体的标志酶和pH （M6P标记的）酸性磷酸酶，发挥活性的pH为3~6，最适pH为5

3：简述溶酶体的种类

根据溶酶体是否与底物结合可分为：

初级溶酶体(primary lysosome,Ly or Ly1)——不含作用底物，仅含水解酶，且酶处于潜伏状态；圆形或卵圆形，直径较小；内含物电子密度均匀，不含有明显的颗粒物质。

次级溶酶体(secondary lysosome,sLy or Ly2)——内含水解酶、底物及消化后的产物；形态不规则，体积较大；内含物含有正在消化的颗粒或膜碎片。 根据溶酶体酶作用的来源和消化程度，次级溶酶体又分为： 异噬性溶酶体(heterolysosome)——消化的底物为外源性 自噬性溶酶体(autolysosome)——消化的底物为内源性

残体(residual body)——是次级溶酶体消化作用的最后阶段，由于酶的活力降低或消失，残留一些不被消化的物质，最终出胞或形成脂褐质（外源）或髓样结构（内源）

多泡体(multivesicular body)——是一种特殊形式的次级溶酶体，在单层膜包围的基质中有许多小泡

溶酶体的消化过程：

外源性物质 吞噬作用 吞噬体 与溶酶体融合 吞噬溶酶体 残体 出胞或形成脂褐素 内源性物质 吞噬作用 吞噬体 与溶酶体融合 吞噬溶酶体 髓样结构

4：溶酶体酶的形成和转运***

溶酶体的酶是在rER的核糖体上合成的，然后进入ER腔被糖基化，形成N‐连接糖蛋白。

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折叠形成信号斑(signal patch)，它被高尔基体顺面的N‐乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶识别，将GlcNAc‐P加到寡糖链的一或两个Man残基上，然后再经GlcNAc‐磷酸二酯酶的作用切去GlcNAc残基，形成M6P标记的水解酶。带有磷酸基团的甘露糖，不被高尔基体的甘露糖苷酶Ⅰ、Ⅱ剪切，亦不能加上半乳糖或唾液酸。在TGN处，因含有M6P的受体(MPR)，通过M6P与MPR相互识别并结合，包装出芽形成特异的运输小泡。运输小泡与晚期胞内体(late endosome)融合，使水解酶从MPR上分离，MPR再返回到TGN再被利用。

*答题要点：(1)rER中：翻译共转位；折叠成信号斑；(2)CGN中：磷酸转移酶作用下磷酸化形成M6P标志；(3)TGN中：受体识别M6P包裹，形成溶酶体。

5：溶酶体的功能

A.细胞内消化作用：包括

a.异体吞噬作用(heterophagocytosis)/营养作用 (nutrition)：将摄入细胞内的大分子物质分解成可溶性小分子物质，被细胞质所利用。

b.自体吞噬作用(autophagocytosis)/细胞新陈代谢自我更新：清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及损伤和死亡的细胞 B.自溶作用 (autocytolysis)

a 溶酶体膜破裂，酶释放出来，导致细胞自身溶解、死亡。 b.蝌蚪发育过程中尾巴消失 c. 精子受精过程

C.粒溶作用 (granulolysis)：溶酶体分解细胞内剩余营养颗粒的作用。

D.防御作用 (defence)：将外源性的有害因子 (如细菌、病毒等) 消化分解。

临床意义：

（一）先天性溶酶体病：由于基因缺陷使溶酶体中缺乏某种水解酶，致使相应的作用底物不能被降解而积蓄在溶酶体内，造成细胞代谢障碍而导致疾病。Tay-Sachs disease（黑朦病）：氨基己糖酶A缺乏，使得神经节苷脂GM2不能被降解；

Inclusion-cell disease（I-细胞病）：由于溶酶体缺失M6P，而使其无法聚集到溶酶体中，未消化的底物蓄积在溶酶体中形成大包涵体。 （二）矽肺/石棉肺

SiO2—??—吞噬溶酶体——矽酸——溶酶体膜破裂、巨噬细胞死亡——释放的矽酸颗粒又被其它巨噬细胞吞噬——大量巨噬细胞死亡——刺激成纤维细胞分泌大量胶原——肺泡弹性下降——矽肺

（三）类风湿性关节炎：认为是由于细胞内溶酶体膜脆性增加，溶酶体局部释放（胶原酶侵袭软骨细胞，导致局部损伤，进而参与关节的炎症反应）所致，临床上应用糖皮质激素类膜稳定剂治疗 （四）休克

组织缺血、缺氧时导致溶酶体膜的稳定性降低，溶酶体酶外漏，引起组织、细胞姿容，造成不可逆损伤，临床同样用糖皮质激素来稳定溶酶体膜

（四）过氧化物酶体

过氧化物酶体Peroxisome：是一种特殊的细胞器，由单层膜包裹，内含多种氧化酶和过氧化酶，广泛存在于动、植物细胞中，含氧化酶和过氧化氢酶

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1：标志酶

过氧化氢酶

(*在形态学上，常用DAB法显示过氧化氢酶，在光镜和电镜下变呈棕色颗粒)

2：功能

解毒作用、对细胞氧张力的调节作用、参与脂肪酸的分解代谢 3：过氧化酶体膜和腔内蛋白的合成

新的过氧化物酶体由原来的过氧化物酶体通过生长与分裂形成的。

过氧化物酶体腔和膜中所有的蛋白质都是在胞浆中游离核糖体上合成的。

进入过氧化物酶体中的蛋白质，在C端都有一个特异的三肽序列SKL(-Ser-Lys-Leu-)。带有SKL信号的蛋白质都能转运到过氧化物酶体中。

第十章：细胞内外物质的跨膜运输

1：名词解释

1）生物合成-分泌通路(biosynthetic-secretory pathway)

胞内合成的蛋白质、碳水化合物、脂质等从内质网转运至高尔基体，再由高尔基体转运至质膜而出胞，这条途径称为生物合成-分泌通路 (biosynthetic-secretory pathway)；也有人称之为出胞或胞吐作用(exocytosis)。

内化作用internalization：细胞外物质通过囊泡转运进入细胞内称为入胞或胞吞作用（endocytosis），亦称为内化作用 2）*囊泡转运(vesicular transport)

囊泡以芽生方式从供给的细胞器生成后，携带着被转运的物质到达接受的细胞器并与其发生膜融合，这一过程称为囊泡转运。

囊泡运输有两大特点：

1、囊泡介导的物质转运在膜性细胞器之间是有序的，并且具有方向性和双向性 2、具有高度的靶向性和被转运物质的高度特异性 3）网格蛋白（clathrin）

网格蛋白包被囊泡表面覆盖一层纤维丝状蛋白质，形同网格，故名网格蛋白；网格蛋白的单体是由3条重链和3条轻链组成，每一条重链与一条轻链组合在一起，形同一个外展的臂，被称为三条臂蛋白(triskelions)。重链的末端形成球形的结构域，是衔接蛋白（adapter proteins, AP）结合的位点。

囊泡形成需要：网格蛋白或外被体（COP I、COP II）、衔接素、动力蛋白 衔接蛋白又称衔接素或接合素（adaptin），一端与网格蛋白重链结合，催化网格蛋白的聚合，另一端与被转运物质分子衔接

动力蛋白又称缢断蛋白：一种小分子G蛋白，在包被小窝形成时，环绕在囊泡底端形成囊泡颈部，随着缢断蛋白GTP的水解，囊泡颈部不断收紧，最终形成包被囊泡

4）囊泡的停靠（dock）*

装载转运物质的囊泡到达目的地后，必须接受检查才能允许“卸载货物”，这一过程

称为囊泡的停靠(dock)；只有通过停靠程序，囊泡才能与靶膜融合，卸载转运分子。选择性的融合是保证细胞膜相结构高度有序流动的因素之一

5）结构性分泌途径（Constitutive secretory pathway）

外运的囊泡，不需要细胞内外因素的调控，径直出胞，称为结构性分泌途径或称固有

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性分泌途径。如细胞膜的组分、细胞外基质蛋白等；存在于所有的细胞中

6）调节性分泌途径Regulated secretory pathway

从高尔基体反面形成的囊泡暂不分泌而储存在细胞质中，当细胞受到外界信号刺激时，囊泡与细胞膜融合并把其中的内容物释放到细胞外。如肽类激素(胰岛素) 、消化酶(胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶)等；只存在于某些特化细胞中

7）受体介导的胞吞作用 receptor-mediated endocytosis

大分子与细胞表面的特异性受体相结合，然后局部质膜在网格蛋白的帮助下内陷，先形成包被小窝，然后进一步发展为网格蛋白包被的囊泡，以受体-转运物质复合体形式入细胞。（可视为对所摄取分子的选择性浓缩）

2：囊泡的类型及作用

囊泡表面常被一层特异性蛋白质包被，因而也称为有被囊泡（coated vesicle）。根据包被蛋白的不同，可将转运囊泡分为两类：

1）网格蛋白包被囊泡（clathrin-coated vesicle）：

主要负责质膜与胞内体以及高尔基体与胞内体之间的物质转运；包括受体介导的入胞作用和溶酶体的形成。

2）外被体（coatomer）包被囊泡：按照外被体包被蛋白的不同又可分为：

a.COP （coat protein）I包被囊泡：主要负责蛋白质由高尔基体逆向转运回内质网以

及高尔基体膜囊之间的逆向转运；如内质网的驻留蛋白和高尔基体的驻留蛋白；ARF依赖

b.COP（coatprotein）II包被囊泡：主要负责蛋白质由粗面内质网向高尔基体方向转

运；如分泌蛋白；SarI依赖

包被蛋白的主要功能是负责囊泡的塑形和协助捕获要转运的物质。 Vesicle

Coat and Adapter Proteins

Small

GTP-Binding protein ARF ARF ARF ARF

Transport step

Clathrin

Clathrin; AP2 Clathrin; AP1 Clathrin; AP3 COP ?, ?, ??, ?, ?, ?, ?

Plasma membrane? endosome Golgi ? endosome Golgi ? lysosome

Golgi ?ER

Retrograde transport between Golgi cisternae ER ? Golgi

COPI

COPII

Sec23/Sec24 complex; Sec13/Sec31 complex; Sec16

Sar1

3：囊泡转运的过程

1）囊泡的形成：

囊泡自细胞质膜或细胞内膜系统芽生后，须经规定的途径才能到达靶细胞器，并卸载所转运的物质；内质网到高尔基体可以通过简单弥散方式转运，而高尔基体到质膜必须借助细胞骨架进行。

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细胞内包被囊泡与靶细胞器的膜相互融合是一种特异的过程。

ER出芽形成的小泡只与cis-Golgi的膜囊融合； GC的TGN出芽形成的分泌泡只与质膜融合。

囊泡从一个细胞器芽生到抵达另一靶细胞器并卸载所转运的物质，经过识别、停靠与融合等过程。

2）囊泡在靶细胞器的停靠

装载转运物质的囊泡到达目的地后，必须接受检查才能允许“卸载货物”，这一过程称为囊泡的停靠(dock)。只有通过停靠程序，囊泡才能与靶膜融合，卸载转运分子。 选择性的融合是保证细胞膜相结构高度有序流动的因素之一。 3）囊泡与靶细胞器的融合：

囊泡与靶细胞器之间的融合是两类蛋白彼此相互作用的结果。一类称为v-SNAREs蛋白，位于运输小泡的膜上；一类称为t-SNAREs，位于靶膜或受体膜上。v-SNAREs 和t-SNAREs之间的特异性相互作用，控制了小泡靶向锚定和融合。

囊泡的融合至少需要3种蛋白质参与 ：

VAMP (vesicle-associated membrane protein，一种v-SNARE)：单链跨膜蛋白； Synatxin (一种t-SNARE)：单链跨膜蛋白； SNAP25：双链?螺旋。

除SNARE蛋白外，还有一些其他蛋白质也参与调节囊泡的停靠和融合，如Rab，属单体GTP结合蛋白家族；当与GDP结合时，Rab无活性；而与GTP结合时Rab转为活化，参与囊泡的停靠与融合。

第十一章 线粒体

1.线粒体的超微结构

在电镜下，线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭性囊状结构，主要由外膜、内膜、膜间隙和基质腔组成。

1）外膜（outer membrane）

膜厚约6?7nm。用磷钨酸负染，可见孔蛋白(porin)。允许分子量小于6kDa 的分子通过。外膜特征性酶是单胺氧化酶、 NADH-细胞色素C还原酶。

2）内膜（inner membrane）

厚约5nm。内膜向线粒体内突出形成嵴(cristae)。嵴的形成增加了内膜的表面积。内膜含有三类不同功能的蛋白质：呼吸链的酶复合体、ATP合酶(ATP synthase)复合体、

特异性转运蛋白质

内膜是高度特化的，它含有高比例的心磷脂：约占磷脂的20％，使内膜具有对离子

不能渗透的性质。

内膜和嵴的基质面有许多带柄的小体称为基粒(elementary particle)或称F1颗粒(F1

particle)。

线粒体的结构变化主要是嵴的变化。嵴的形状和排列的方式不同，嵴有两种类型：

板层状：哺乳动物多数细胞是板层状嵴，多垂直于长轴，少数与长轴平行。 管泡状：少数细胞的线粒体嵴是小管状或管泡状，常见于原生动物和多数植物

细胞中

3）膜间隙

是外膜与内膜之间的狭窄的腔隙，宽约6~8nm。由于外膜的通透性大，膜间隙内的

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基本成分与胞液相同。腺苷酸激酶为特征酶。

在膜间隙中存在与内膜疏松结合的细胞色素C。 细胞色素C穿过外膜释放到细胞液

中，参与细胞凋亡的信号级联，对凋亡的启动具有关键性作用。

4）基质（Matrix）

嵴之间形成的间隙，内含很多蛋白质和脂类。

含有许多重要的酶系：三羧酸循环酶系、脂肪酸氧化酶系、蛋白质和核酸合成的酶

系等；

含有DNA、核糖核蛋白体等。

2.内膜大分子结构、组成及功能（？）

线粒体内膜含有三类不同功能的蛋白质：

a.呼吸链的酶复合体（辅酶I、黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q、细胞色素），执行氧化还原反应

b.ATP合酶复合体，于线粒体基质内合成ATP；膜部为质子通道 又称F0-F1ATP酶，是大的跨膜复合体；

1）F1 由5个不同的亚单位组成——3? 3? 1? 1? 1?。?与?交替环状排列，形成球形头部；

?亚单位具有与ATP、ADP结合位点，催化ADP和Pi合成ATP；

?与?亚基有很强的亲和力，结合在一起形成“转子”(rotor)，通过旋转调节3个?

亚单位催化位点的开放和关闭。

F1部分还有一个10kDa的多肽，称为ATP酶的抑制多肽，可能具有调节酶活性的作用。 2）F0是嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨膜质子通道。 细菌的F0已被确定，由a、b、c三种亚单位组成；数量关系为a1b2c9-12。 a、b和F1的?亚单位共同组成“定子”，以防止?亚单位顶上的?、?六聚体转动。

呼吸链/电子传递体系与基粒/ATP合酶/磷酸化体系二者偶联完成的氧化磷酸化是生成ATP的一种主要方式，是细胞内能量转换的主要环节。

c.特异性转运蛋白质，调节代谢物进、出基质。

主要存在两个重要的体系，占线粒体内膜蛋白的30%~40%：

3.Targeting sequence、线粒体的半自主性

靶向序列（Targeting sequence）亦称导肽或信号肽，外源性线粒体蛋白质前体在N末端或者近N端具有一个或者数个由20~50个氨基酸残基组成的靶向序列，当信号序列形成alpha螺旋时，一侧为带正电荷的碱性氨基酸残基，另一侧为疏水氨基酸残基；其作用为：a.引导蛋白质前体与线粒体外膜特异性受体结合并穿过线粒体外膜；b.使肽链的穿膜移行停止并作为锚定在膜中的序列。有些导肽被剪切，有的则不被剪切。

半自主性：线粒体含有自己的DNA(mtDNA)和核糖体，能够自主进行蛋白质的合成，但只有少数蛋白质是由mtDNA编码，在线粒体的核糖体上合成，大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质游离核糖体合成后再输入到线粒体，因此线粒体是一个半自主性细胞器。 MtDNA编码的蛋白质是呼吸链与ATP酶复合体的主要组分，定位于线粒体内膜中，多为疏水性蛋白质。蛋白质起始aa和细菌一样，是甲酰蛋氨酸（f-met），对红霉素等敏感。 MtDNA复制所需的mtDNA聚合酶、mtRNA聚合酶等都是由核基因组所编码的。MtDNA复制不受细胞周期的影响。 目前线粒体并分三类：mtDNA缺失或插入、mtDNA点突变、nDNA异常所致mtDNA改变。

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4.细胞质中合成的蛋白质向线粒体中输入的共同特点

1） 以前体形式运输，蛋白质前体向线粒体输入需要靶向序列(targeting sequence)(亦称导肽或信号肽)引导和/或锚定。

2） 蛋白质前体进入线粒体一般需要外膜中的特异性受体及位于内、外膜中的输入通道,即线粒体蛋白转位子(translocon) ，受体和转位子总称为外膜转位子(translocon of the outer membrane, Tom)复合物和内膜转位子(translocon of the inner membrane，Tim)复合物；

3）蛋白质前体与Tom中的受体特异性结合后，被转位进入线粒体膜间隙或在内外膜接触点处转位而进入到基质中。

4）蛋白质前体以解折叠状态进行运输 ：在运输过程中， 蛋白质必需以解折叠的状态进行转运；当抵达目的地后再折叠为最后的活性构象。解折叠及再折叠分别需要胞液中及基质中的分子伴侣(Hsp70, Hsp60等)协助。

5） 线粒体蛋白质的输入需要消耗能量 ，能量来自于ATP的水解，胞液中的及基质中的Hsp70兼有ATP酶活性

5.核基因编码的蛋白质输入到线粒体基质内的过程

蛋白质前体与胞液中的Hsp70结合呈解折叠状态；

N端的基质靶向序列与其特异性受体相结合并在内外膜接触点同时穿过对接的Tom和Tim转位子直接进入线粒体基质；

经基质蛋白酶切除N端的基质靶向序列；

在基质中mHsp70的协助下重新折叠为有功能的蛋白质。

蛋白质输入到内膜中的途径： 蛋白质前体具有一个N端基质靶向序列和一个相隔不远的肽链内停止移行序列； 基质靶向序列穿过内外膜接触点进入基质中，然后被切除； 当疏水性的停止移行序列穿入Tim通道时，肽链停止移行并锚定于内膜中； 随后跨膜序列侧向移至内膜中。 蛋白质输入到膜间隙中的途径： 一个N端基质靶向序列及一个相隔不远的位于肽链内的膜间隙靶向序列，均被剪切； 有的膜间隙蛋白质没有N端的基质靶向序列，是直接穿过外膜的总输入孔进入膜间隙 蛋白质输入到外膜中的途径： 蛋白具有一个短的N端基质靶向序列，随后接一个长的疏水性外膜序列，后者具有停止移行和外膜锚定的双重作用；

这两个靶向序列均不被切除。

6 其他

1）线粒体与杆菌的类似处：大小；DNA为封闭双链环状，无内含子。 2）线粒体的分布：人成熟红细胞内无线粒体；精子头端无线粒体。 3） 电镜下观察到的基粒即F0F1ATP酶或称ATP酶复合体。

4） mtDNA含有37个基因：2个rRNA基因、22个tRNA基因和13个蛋白质编码序列。 5） mtDNA的遗传密码与细胞核DNA的标准密码不同。

6）翻译后转位的蛋白有：线粒体蛋白、过氧化物酶体蛋白、至胞核的蛋白。

第十二章 细胞骨架及细胞运动

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细胞骨架概述

概念：

细胞骨架（cytoskeleton）是指真核细胞中由蛋白纤维构成的网架结构体系，广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。狭义的细胞骨架指细胞质骨架，主要由微管（microtubule, MT）、微丝（microfilament, MF）和中间纤维（intermediate filament, IF）组成。

细胞骨架的功能有维持细胞形态；保持细胞内结构的有序性；与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化等生命活动密切相关。 三个成分

微管（放射形）、微丝（纵贯细胞分布）、中间纤维（网状，有序性不如另两者） 三个特点

弥散性、整体性、变动性

1 微管：

需要理解的概念：

微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC)

微管的聚合从特异性的核心形成位点开始，这些核心形成位点主要是中心体、染色体的着丝点和纤毛的基体。因此着丝点、中心体、基体是微管组织中心。

在大多数情况下，微管的负极指向微管组织中心，正极背离微管组织中心，指向细胞边缘、轴突远端、鞭毛和纤毛顶部等。 GTP-cap：

当GTP-微管蛋白的聚合速度大于GTP的水解速度时，在微管末端不断增加GTP-微管蛋白，形成一GTP帽，使微管能稳定地延长。

随着GTP-微管蛋白的消耗，其浓度下降，其在末端聚合的速度下降，当聚合速度

在微管和微丝合成过程中，当游离的微管蛋白/肌动蛋白的浓度为临界浓度时，其添加到正极的速率=从负极失去的速率，从而使微管/微丝的合成处于平衡状态，纤维长度保持不变的现象称为踏车现象。

微管的亚单位、类型

单管：微管管壁由13根原纤维(protofilament)包围而成，长短不一 单管不稳定，形成二联管与三联管后稳定 微管的分子组成

1） 微管蛋白(tubulin) 由αβγ三种组成

a. α、β-微管蛋白是微管的主要结构分子，二者形成的异二聚体是微管组装的基本单位；γ-微管蛋白不是构成微管的主要结构成分，但在微管执行功能中必不可少 b. αβ异二聚体含有GTP或GDP的两个结合位点：一个秋水仙素结合位点和一个长

春新碱结合位点。二价阳离子也能结合到微管蛋白二聚体上。

c.γ-微管蛋白

位于微管组织中心，对确定微管形成及微管极性起重要作用。

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存在方式：一种环状形式聚集在MTOC上作为微管聚合的组织部位，α‐微管蛋白结合到γ‐微管蛋白上，确定微管结合方向，α和β微管蛋白异二聚体逐渐加上去，微管延长伸展。

2） 微管结合蛋白(Microtubule associated proteins, MAPs)

是一类可与微管结合并于微管蛋白共同组成微管系统的蛋白，主要功能是调节微管的特异性，把微管连接到特定的细胞器上。参与微管组装并增加微管的稳定性，是微管结构和功能必需的成分。

除马达蛋白外，MAPs可分为 a. 稳定微管的MAP

Tau家族，包括MAP2和MAP4。Tau在“神经原纤维紊乱”中形成的成对螺旋状纤维是最常见的老年痴呆症——Alzheimer's disease以及其它大脑退行性疾病的特点。 b.破坏微管稳定性的MAP

? 引发灾变，过表达会减弱微管聚合：Op18(oncoprotein 18, 癌蛋白

18)/stathmin

? 活跃地去除微管末端的亚单位：驱动蛋白相关蛋白的一个家族 ? 活跃地切断微管使之形成更多便于解聚的末端：katanin c. 生长中微管正极相关的MAP d.连接蛋白 3）达因蛋白

结合到二联管中

微管的组装

体外三个时期：

a. 成核期（nucleation): 又称延迟期(lag phase)、限速期

微管形成的条件：α和β微管蛋白+GTP+Mg2+适宜温度37oC，形成二聚体(寡聚体

oligomer)，二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状结构，当片状结构加宽至13根原纤维合拢形成一段微管。（微管蛋白的浓度及GTP的存在最为重要）

b.聚合期(polymerization phase):又称 延长期(elongation)

聚合速度>解聚速度，微管加长，游离的微管蛋白浓度下降，解聚速度逐渐增加。 c. 稳定期(steady state phase)：正端的延长速度=负端的缩短速度 体内组装：

在体内，相同浓度游离微管蛋白的结合率约比体外高5~10倍，聚合与解聚的变化频 率也很高；

由于微管的负端附着在微管组装中心上而受保护，因此，体内微管延长或缩短的变化大都发生在正端。（大多数情况下，微管正端远离微管组装中心，指向细胞边缘， 轴突远端，鞭毛和纤毛顶部等）

微管的生物学功能及举例 1、维持细胞形态：

体外培养的神经细胞，其轴突的伸长依赖于微管，用秋水仙素、低温等方法处理细胞，微管解聚，细胞变圆；去除秋水仙素的作用，细胞将会恢复原来的形态。 2、参与细胞器的运动

微管构成鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)运和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动；微管在有丝分裂期构成纺锤体参与染色体向两极的移动

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3、参与细胞内物质的运输

细胞中的小泡和蛋白质颗粒在微管动力蛋白（Motor proteins）的协助下经过长距离运输到达特定区域。根据运动方向可分两大类：

驱动蛋白(Kinesin)：朝微管正极方向运动，如由神经元胞体向轴突的运输； 动位蛋白(Dynein)：朝微管负极运动，如色素颗粒、毒素等由轴突向神经元胞体的运输。 4、信息传递

质膜上的糖脂和糖蛋白起到“接收天线”的作用，质膜下的微管作为“导线”连接细胞器，把胞外的信息向内传递。 药物的影响

5）药物对微管的影响

a.秋水仙素和nocodazole（合成化学物）能结合到游离的微管蛋白二聚体上，降低其结合到微管末端的亲和力而抑制微管聚合。

b.长春碱通过倾向于形成微管蛋白的副晶格结构而使微管解聚。 c.紫杉醇结合到β-微管蛋白上明显增强微管的稳定性。

长春新碱和秋水仙素：阻止微管聚合，抑制纺锤丝形成，终止有丝分裂；秋水仙素处理细胞使细胞变圆

紫杉醇：促进微管蛋白的聚合，将细胞阻断在M期。

亚化学计量浓度的长春碱和紫杉醇通过干扰癌细胞中期纺锤体形成或解聚而用于癌症治疗。

2：微丝（MF）

1）微丝有稳定态和不稳定态两种：

稳定型:肌肉细胞、小肠上皮的微绒毛、细胞间的带状桥粒等。 不稳定型:大部分非肌细胞中,如胞质分裂的收缩环。 2）微丝的组装

a.基本组成单位——肌动蛋白(actin)，其单体是一种具有ATP结合位点的球状蛋白质，称球状肌动蛋白(G‐actin)；

b.微丝的聚合过程

成核期(Nucleation phase) ：限速过程，又称延迟期。

二聚体（不稳定） 三聚体（核心形成）

*肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝也具有极性，有正负极之分。在装配过程中，装配快的一端称为正极，装配慢的一端称为负极。

生长期(Growth phase) ：正端快，为负端的10倍。

平衡期(Equilibrium phase)：正端的延长速度=负端的缩短速度。 c.微丝体外聚合条件：

2+

? 一定的盐浓度（主要是Mg），

2+++

? 在Mg和高浓度K或Na的溶液诱导下，G-actin则装配成F-actin；

2+++

? 在Ca及低浓度K、Na等阳离子溶液中，微丝趋于解聚成G-actin。 ? 一定的G-actin浓度, ? ATP,

? pH：>7.0 。

d.微丝体内组装的特点： 1、生长速度

肌动蛋白丝正极的生长速度大于负极。体内肌动蛋白丝的生长在正极。

当游离肌动蛋白单体处于临界浓度时，添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上

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微管与微丝组装的异、同 原料不同 微管 失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象(Treadmilling)。踏车现象需要消耗能量，每一个肌动蛋白分子结合1个ATP, ，当肌动蛋白分子加入到微丝之后，ATP立刻水解。

体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。

2、ATP-actin和ADP-actin对纤维末端的亲和力不同

ATP-actin:对纤维末端的亲和力高，使纤维延长；ADP-actin对纤维末端的亲和力低，易脱落，使纤维缩短。

ATP-cap：ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，当ATP-actin浓度高时，形成一连串的ATP-actin，被称为ATP帽 3、G-actin的临近浓度

微丝 肌动蛋白 ATP pH〉7，一定盐浓度（Mg2+） 成核期—生长期—平衡期 α和β微管蛋白（异二聚体） 能量物质不同 GTP pH、温度、盐 适宜温度37，Mg2+ 过程 生长方向 聚合过程 调节 成核期—延长期—稳定期 延长或缩短的方向均在正极 聚合与解聚同时进行，当聚合速度〉解聚速度，微管/微丝延长；当聚合速度<解聚速度，微管/微丝缩短 主要取决于底物浓度与能量分子的存在 动态不稳定性主要取决于GTP-微管动态不稳定性主要取决于F-actin结蛋白末端聚合速度和GTP水解速度；合的ATP水解速度与游离的G-actin单GTP-cap 体浓度之间的关系；ATP-cap

3）微丝结合蛋白及举例

a.单体隐蔽蛋白（monomer sequestering protein）：控制游离肌动蛋白数量。与可溶性肌动蛋白结合，阻止其结合到纤维上，构成隐蔽的蛋白库。如胸腺肽，Β‐thymosins b.单体聚合蛋白（monomer polymerizing protein）：控制游离肌动蛋白数量。结合到肌动蛋白亚单位的倒刺端，阻断肌动蛋白的结合

c.加帽蛋白（capping protein）：调节肌动蛋白纤维的长度，与肌动蛋白纤维结合，阻止亚单位聚合和解离；

d.纤维切断蛋白（filament severing protein）：结合在微丝中文，将微丝切断。如溶胶蛋白gelsolin

e.肌动蛋白纤维交联蛋白（cross-linking protein）：连接肌动蛋白纤维并稳定其组装。包括α辅肌动蛋白(α‐actinin)、丝束蛋白(fimbrin)和绒毛蛋白(vilin)。

4）微丝的特异性药物

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? 细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝，并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚

合，导致微丝解聚。

? 鬼笔环肽 (phalloidin)： 与微丝侧面结合，防止微丝解聚。用荧光物质标记的鬼

笔环肽能显示微丝在细胞中的分布

5) 微丝功能：

a.构成细胞的支架，维持细胞的形态 细胞皮层（cell cortex）：细胞膜下由微丝和各种微丝结合蛋白组成的网状结构。 具有很高的动态性，与肌动蛋白一起为细胞膜提供强度和韧度，维持细胞的形态。 应力纤维(Stress fiber):细胞中由较稳定的肌动蛋白纤维束组成的应力纤维，在细胞膜下沿长轴平行分布，质膜上有附着点，对细胞起支撑作用。

b. 参与细胞运动：Rho（RhoA) 可调控应力纤维和粘着斑的形成。皮质微丝网络的聚合和解聚促进了维族的伸展细胞的运动和吞噬作用

c.参与细胞分裂：细胞膜收缩环形成

d.参与细胞内信号转导：细胞外信号通过膜受体传递给膜下微丝，再传递至核膜及核骨架，启动 DNA合成；核内信息也可传出到细胞膜，形成自内向外传导的方式。

3 中间纤维

1）中间纤维的特点：一种直径约10nm的纤维状蛋白，介于微丝和微管之间。

2）中间纤维的功能：在细胞核膜下形成一坚固的核纤层，在胞质中形成一网状结构，联

系核质，质膜及其他细胞骨架，赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的形态结构与功能，对细胞的生命活动具有重要性。

3）中间纤维分类及分布

中间纤维结合蛋白(IF‐associated protein, IFAP)在桥粒和半桥粒中起着粘着和固定中间纤维的作用。

4）中间纤维的结构：头、尾是可变的非螺旋区，杆状区既是形成超螺旋二聚体的关键区，又是形成多聚体的驱动力。

中间纤维的组装：单倍体平行且对齐——二聚体反向平行——进一步组装形成四聚体 5）中间纤维的功能

a. 发挥功能具有时空特异性：上皮细胞在胚胎早期及成年肝中表达I型和II型角蛋白；

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皮肤不同层的上皮表达不同的角蛋白。

b. 提供细胞的机械强度作用：比微丝微管更耐受剪切力（单纯性大泡性表皮松懈症为细胞角质蛋白缺陷造成）

c.维持细胞和组织完整性的作用：中间纤维在外可与细胞膜和胞外基质直接联系，在内可与核表面积和核基质直接联系，中间纤维与微管，微丝及其它细胞器联系，维持细胞的形态结构和功能的完整性。肝细胞CK8基因改变，中间纤维结构破坏，细胞容易破裂。

d. 与DNA复制有关：核纤层蛋白在其它蛋白的协助下，与染色体结合，结合点可能是核基质粘附点，DNA复制位点和端粒。

e. 与细胞分化及细胞生存有关：角质蛋白中间纤维维持皮肤生发层细胞的生存。 肿瘤细胞与癌症诊断：不同类型的中间纤维严格地分布在不同类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类区分:

癌: 细胞角质蛋白; 肌肉瘤: 结蛋白；

非肌肉瘤：波形纤维蛋白；

神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；

4 三种细胞骨架之间的关系

1）微管和中间纤维都是从细胞核出发向细胞的周边呈放射状延伸，并在细胞内许多部位平行分布。这三种纤维之间有肌动蛋白丝连结。

2）细胞内的三种骨架均起支撑作用，微丝与微管参与细胞运动，微管与中间纤维参与细胞内营养物质的运输。

3）三种细胞骨架均参与细胞的信息传递。 三种纤维对比

第十三章 细胞核的功能和结构（以老师给的思考题为主）

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1 细胞核的基本结构包括哪些？

核被膜，染色质，核仁，核基质 高等动物细胞核直径一般为5-10微米。 核被膜 外核膜 结构：与内质网膜连续 表面附有大量核糖体 表面有骨架成分分布

功能：与蛋白合成和细胞核在细胞内的定位有关 内核膜

分布：内核膜内表面 核纤层 组成：核纤层蛋白

功能：间期 染色质锚定 分裂期 调控核膜 核间隙 与内质网腔相通 核孔 结构：核孔复合体 功能：核内外物质转运 大分子 小分子 核基质 结构：核骨架 功能：

核仁 结构：三个特征性功能区

纤维中心 rDNA

（核仁组织者） 原纤维成分 rRNA

颗粒成分 成熟的rRNA前体 功能：rRNA 合成、加工 核糖体装配 染色体 染色体DNA

复制源：DNA复制起始点

使染色体能够进行复制 着丝粒：姐妹染色单体连接部位 细胞分裂时使两拷贝分离 端 粒：染色体末端

保证DNA复制的完整性 染色体蛋白 组蛋白

H2A H2B H3 H4—核小体 H1 — 染色体高级结构 非组蛋白

染色体组装：不同结构水平

染色质的种类：常染色质和异染色质的区别

2 细胞核的基本功能（真核细胞细胞核存在的意义） 1）精细的骨架系统使细胞核保持在一定的区域;

2）真核细胞中由于有核膜的存在，使得长长的DNA分子避免因胞质中纤丝产生的机械力而受到损伤。保持细胞基因组的完整性；

3）在真核细胞中转录与翻译在不同区域进行，细胞核是基因转录发生的场所，只有加

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工成熟的mRNA才能出核；RNA剪接是真核细胞基因组信息传递的重要一步，细胞核的存在使这种剪接不会受到干扰。

4）胞核是核糖核蛋白合成和加工的场所； 5）胞分裂和信号传导等生命活动密切相关。 3 核孔复合体(nuclear pore complex, NPC)的结构

核孔复合体主要由以下几部分组成：

1.胞质环，位于核孔胞质面一侧的整个边缘，从环上向胞质伸出8条对称分布的短纤维； 2.核质环，位于核孔核质面一侧的整个边缘，从环上向核质伸出8条呈对称分布的长纤维，并在纤维末端形成直径60nm的小环，称核篮或核笼结构；

3.辐，由核孔边缘伸向核孔中心的结构，呈辐射状八重对称分布。包括柱状亚单位（支撑核孔）、腔内亚单位（将核孔复合体锚定在核膜上）、环带亚单位（由八个颗粒状结构环绕在孔道内）；

4.中心栓(中心颗粒)，在物质交换中起转运作用。

核孔复合体的功能是：1、构成了核质间双向运输的亲水性通道（小分子被动扩散）；2、作为一种特殊的跨膜运输载体蛋白复合物（大分子主动运输）

4 亲核蛋白向细胞核内转运的过程，以及该过程涉及到哪些辅助因子？

亲核蛋白是指在细胞质内合成，然后输入到核内发挥作用的一类蛋白质。亲核蛋白入核需要三个条件： 1、核定位信号

核定位信号(nuclear localization sequence, NLS)/核引导序列：是存在于亲核蛋白内的一段4~8个氨基酸序列，富含带正电荷的碱性氨基酸，进入核后不被剪切。可被核孔复合体的转运蛋白识别，经主动运输过程将亲核蛋白转运到细胞核内。 2、相关蛋白质协助 importinα/importinβ异二聚体 Ran蛋白 3、GTP水解供能

亲核蛋白入核过程：

1、亲核蛋白质通过NSL与作为受体的协助蛋白importin结合成转运复合物，在importinβ的介导下与核孔复合体的胞质纤维结合；

2、转运复合体随之转入到核孔复合体中，核孔复合体构象改变，将转运复合体从胞质面转移到核质面；

3、转运复合体在核质面与核质中存在的一种GTP结合蛋白Ran相互作用，导致复合体解离，亲核蛋白质释放出来进入核质中；

4、受体与亲核蛋白解离后与Ran蛋白一起返回胞质，在胞质中Ran上的GTP水解成GDP，并与受体亚基解离；

5、结合GDP的Ran蛋白返回到胞核内，并转换为GTP结合的Ran蛋白。

这样，受体蛋白和Ran蛋白可重新被利用。亲核蛋白质在转运过程中需要消耗GTP。在核蛋白质的转运过程中，核孔复合体通道的直径可发生变化。

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核输出的蛋白质需要有核输出信号（Nuclear export signal,NES），RNA的输出也需要通过与具有NES的蛋白质结合完成。5’端帽子结构对mRNA出核是必要的。 5 核纤层的功能

核纤层是紧靠细胞核内膜处存在着的一层蛋白网络结构。由1~3种核纤层蛋白(Lamin)组成，它与中等纤维、核骨架相互连接，参与形成贯穿于细胞核和细胞质的骨架体系。

细胞间期：维持核孔位置及核被膜形状，为染色质提供锚定部位。

分裂期：对核膜崩解及重建起调控作用（核纤层蛋白在细胞周期中的变化：在分裂前期结束时, 在有丝分裂促进因子(MPF)的催化下, 核纤层蛋白被磷酸化而解聚,核膜崩解, α型核纤层蛋白分散于细胞质中，β型核纤层蛋白结合在核膜小泡上。此时，核孔复合体解聚成不同的成分。细胞进入分裂末期时, 核纤层蛋白去磷酸化而重新聚集形成核纤层, 与核纤层蛋白相结合的核膜小泡重新形成完整的核膜,核孔复合物也随之重新形成。） 6 核仁的结构与功能是什么？

核仁nucleolus：是真核细胞间期核中最明显的结构，光镜下为匀质、无包膜的球形小体。

1）核仁的结构

a.纤维中心：电镜下为浅染的低电子密度区域，所含主要成分为rDNA（由DNA袢环组成核仁组织者，具有rRNA的性质）

b.致密纤维成分：核仁内电子密度最高的区域，位于浅染区的周围，所含主要成分为正在转录的rRNA,此外还有一些RNA结合蛋白

c.颗粒成分：镜下呈致密的颗粒结构，位于核仁的外周，核仁的主要结构，由核糖核蛋白体前体颗粒构成。

核仁的三种基本组分组和在一起，共同完成核仁的功能。 核仁周围染色质：核仁周围的一染色质。 核仁基质：核仁中无定形的蛋白质液体。 2）核仁的功能

? rRNA的合成、加工：人的45S rRNA前体经加工产生18S、5.8S、28S rRNA。真核生物

rRNA前体的甲基化和切割是由核仁小RNA(small nucleolar RNA, snoRNA)指导的。 ? 核糖核蛋白体亚单位的装配：前体rRNA的加工过程不是在游离状态下进行，而是与

胞质输入的蛋白质（5s rRNA也由胞质输入）形成核糖核蛋白复合体后，形成大、小亚基前体，进而转移到胞质中成熟。

7 核骨架的概念与功能 概念：

狭义概念：仅指细胞核内以纤维形蛋白质成分为主的纤维网架体系。

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广义概念：除了核中的纤维网架结构外，还包括核纤层、核孔复合体及核仁等。 功能：

a.参与DNA包装和染色体构建

b.与DNA复制有关 3H标记发现核基质中存在DNA分子、DNA聚合酶、DNA拓扑异构酶 c.参与基因表达调控 3H标记发现核基质中存在RNA分子、RNA聚合酶、正在转录的基因 d.与mRNA加工有关 8 着丝粒的结构

着丝粒连接两条染色单体，由于染色体在着丝粒部位内缢，又称主缢痕（primary constriction）。根据Plata的着丝粒/动粒复合体模型分为3个结构域，从内而外为： 配对结构域：中期姐妹染色单体相互作用点，目前发现的内部着丝粒蛋白（INCENP）和染色单体连接蛋白（clips）参与染色单体在着丝粒处的结合 中心结构域：是着丝粒区的主体，包括串联重复的卫星DNA，具有物种专一性，人染色体着丝粒区域由171bp大小的alpha卫星DNA重复2000~3000次组成。 动粒结构域：可分为于着丝粒中心结构域连接的内板、电子目的比较低的中间间隙、城半透明状，电子密度较高的外板。在动粒微管与动粒结合是，外板上覆盖一层成为纤维冠的结构，由微管蛋白组成。

其他：

DNA关键序列：

复制起始点、着丝粒、端粒 染色体形态结构： 着丝粒（主缢痕）、次缢痕、随体、端粒 染色体类型：

常染色质与异染色质比较 碱性染料染色 形态 部位 功能

常染色质 着色浅 解旋的细纤维丝 核中央 活跃地复制转录 异染色质 着色深 卷曲成粗大颗粒 核被膜内表面 转录不活跃 第十四章 细胞增殖和调控

1 细胞周期的主要事件

1）G1期：

有丝分裂完成到DNA合成之前，是细胞生长和DNA合成准备期； 时间变化最大，控制着连续分裂细胞的增值率； 主要生化事件——

中心体分离，为进行中心体复制作准备；

合成DNA复制所需酶类及与细胞G1期到S期转换有关的蛋白质（触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白）；

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与细胞周期进行有关的蛋白质的磷酸化（H1组蛋白、非组蛋白、某些蛋白激酶）； G1/S检验点（限制点，R） 2）S期：

是从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程； 主要生化事件——

DNA复制，组蛋白和非组蛋白合成，核小体组装，中心体复制。（真核DNA复制有多个复制起点、复制起点成簇活化、DNA复制不同步的特点；组蛋白合成与DNA合成是联动关系，保证蛋白形成数量与DNA量相适应） DNA复制检测点 3）G2期：

DNA复制完成有有丝分裂开始前的时期，为M期进行多种结构和功能的准备； 主要生化事件——

加速合成某些RNA和蛋白质，如合成M期组装纺锤体所需微管蛋白，成熟促进因子(MPF)等；

中心体长大并开始向细胞两极分离；存在G2/M期检测点。

G2/M检验点 4）M期：

细胞分裂开始到分裂成两个子细胞的过程；

RNA合成停止，蛋白质合成减少，染色体高度螺旋化，遗传物质均等分裂，形成2个子细胞；细胞呈球形；

? 前期(prophase)：染色质凝集，开始组装有丝分裂装置，核仁解体。

? 早中期(prometaphase)：核被膜崩解；核纤层解聚；纺锤体进一步装配；纺

锤体微管与染色体接触、结合；动粒微管牵拉染色体剧烈旋转、振荡，往返于两极之间。

? 中期(metaphase)：染色体排列到赤道面上；染色体最大程度凝集；形成完

整的有丝分裂器。

? 后期(anaphase)：姐妹染色单体相互分离并移向两极；动粒微管缩短、极微

管加长

? 末期(telophase)：子染色体到达两极；动粒微管消失；染色体开始解螺旋；

核膜碎片重组为完整核被膜；核仁重新出现。

? 胞质分裂(cytokinesis)：开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期；赤

道板周围处细胞表面下陷形成分裂沟，微丝束在赤道板处绕细胞一周形成收缩环。

纺锤体组装检验点

2 细胞分裂中形成纺锤体的三类微管

中心体具有微管组织中心的作用，其周围聚集大量放射状排列的微管，称为星体。星体周围的微管可分为三种：

1）极微管(polar microtubules, overlap microtubules)

在纺锤体中由一极通向另一极，一端与中心体相连，为微管的负极，另一端游离，为微管的正极；极微管在赤道板附近相互重叠，重叠区微管的游离端加长，并在动力蛋白的作用下相互滑动，可不断把星体推向两极。 2）动粒微管(kinetochore microtubules)

一端与中心体相连，另一端结合到动粒上。动力微管在与染色体动力相连处缩短，将

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染色单体拉向两极。

3）星体微管(astral microtubules)

纺锤体开始组装时，从中心体向周围发出辐射状的微管，呈星状结构。

由两端星体、星体微管、极间微管和动粒微管组合形成的纺锤形结构称为纺锤体或有丝分裂器。

3 细胞增殖调控的三种主要分子

1）周期蛋白(Cyclin)：在细胞周期中呈周期性累积和消失；在高等真核生物中，cyclins主要包括A-H八个成员，分类如下

G1-cyclins：cyclin D；G1/S -cyclins：cyclinE；S-cyclins：cyclinA；M-cyclins：cyclinB。 2）周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin‐dependent kinase, Cdk)：与周期蛋白结合，进而表现出丝氨酸/苏氨酸蛋白酶活性，至少有Cdk1-8八种，分别在细胞周期特定时间被激活，通过磷酸化底物驱使细胞完成细胞周期。

Cyclin与Cdk形成二聚复合物，表现出激酶活性，通过磷酸化底物，驱使细胞完成细胞周期。Cdk为催化亚基，Cyclin为调节亚基，Cyclin与Cdk的复合物又被称为细胞周期引擎分子；具体作用为： 作用周期 G1 G1/S S M Cyclin Cdk 作用 （调节亚基） （催化亚基） D 4/6 Rb磷酸化，释放转录因子E2F，激活DNA复制相关基因表达，促使细胞通过R点 E 2 促进细胞通过G1/S检测点，启动DNA合成 A B 2 1/2 使DNA复制得以延续 成熟促进因子（mature-promoting F），又称细胞促分裂因子（mitosis-promoting F），促进有丝分裂事件发生，如染色体浓缩、微管蛋白磷酸化 CKI与Cdk或Cyclin‐Cdk复合物结合，拮抗Cyclin，抑制Cdk的激活，对Cdk激酶的活性起负性调控作用。

3）周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制蛋白(Cdk inhibitor, CKI)：对Cdk激酶活性起负调节

cip1INK4a

作用的蛋白质，分为CIP/KIP（有P21）和INK4（有p16）两大家族； p21cip1是CIP/KIP家族的的代表：与多种cyclin-Cdk复合物结合，抑制Cdk激酶的活性；直接抑制DNA的合成；p53为其上游。

p16INK4a是INK4家族的典型代表；与cyclinD竞争结合Cdk4、6而抑制Cdk4、6的活性；抑制Rb磷酸化，阻止细胞从G1期进入S期，对细胞周期起到刹车作用。

4 细胞周期检验点(checkpoint)：细胞内保证细胞周期中DNA复制和染色体分配的监控

机制称细胞周期检测点。

DNA损伤检验点：检测DNA有无损伤、合成有无错误，DNA损伤、合成为完成，不能进入S期或M期——

G1/S checkpoint(早G1期和晚G1期之间；是控制细胞增殖的关键), G2/M checkpoint；

P53活化（降低P53和Mdm2的结合力）导致细胞停滞在G1/S和G2/M转换； DNA复制检验点：检测DNA复制的进度，S期DNA合成未完成，不能进入M期 纺锤体组装检验点(M期)：纺锤体组装异常、核染色体连接不良，不能进入后期

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在早G1期和晚G1之间存在一个特定的检验点，在酵母中称启动点（start），在高等真核细胞中称限制点（restriction,R点），是控制细胞增殖的关键

5 其他

1）细胞周期(cell cycle)：是指连续分裂的细胞从一次分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个连续过程，即为细胞增殖一次所经历的活动和所需要的时间。 细胞周期的特点有：

单向性：G1、S、G2、M不能逆行；

阶段性：各时相的细胞型态和代谢特点都有明显差异。

2）细胞活动可分为分裂期(M)和静止期(G1+S+G2)；一般来说，不同生物细胞的细胞周期时间有差异，G1期时间变化较大，S+G2+M的时间变化相对恒定。 3）从增殖的角度，细胞可分为3类： 连续分裂细胞/周期细胞(cycling cell)（如小肠绒毛上皮隐窝细胞、表皮基底层细胞）； 休眠细胞/G0期细胞/静止期细胞(quiescent cell)：暂时脱离细胞周期，不进行增值，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，如肝脾细胞、淋巴细胞、成纤维细胞（与肿瘤发生有关）；

终端分化细胞(是指不可逆地脱离细胞周期、丧失分裂能力并具有一定生理机能的细胞，如神经细胞、肌肉细胞)。

4）细胞同步化（Synchronization of cell）：指在生理过程中自然发生的或者人工处理造成的使细胞处于同一细胞周期时相的方法；人工同步化主要用于体外培养细胞，方法有： a.选择同步化

? 有丝分裂选择法：适用于单层培养的细胞，利用M期细胞呈圆球状隆起，与培养皿

附着力弱的特点，震荡收集； ? 活细胞离心淘汰法：适用于悬浮培养的细胞，利用不同时相细胞体积不同而沉降速

度不一致进行筛选；

b.诱导同步化：

? DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆的抑制DNA合成，常用TdR

（胸腺嘧啶腺苷）双阻断法，细胞同步在S期；适用于任何细胞培养体系；

? 药物阻断法：利用某些药物（秋水仙素）抑制微管的聚合，阻断有丝分裂器的形成，

从而把细胞阻断在细胞中期；

? N2O（氧化亚氮）阻断法：暂时干扰M期细胞纺锤体的功能，只适用于上皮型细胞； 5）

6） M期细胞呈球形

7）星体微管可变为另外两种微管

8）哺乳动物中心体由一对相互垂直的中心粒及中心粒周围物质(PCM)组成 9）有丝分裂中期，纺锤体的微管处于动态平衡状态 10）胞质分裂中收缩环由微丝构成

第十五章 细胞分化

1 细胞分化的概念、指标及特点

1）概念：（什么是细胞分化？）

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? 一般概念：细胞分化是指同一来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能上稳定性差

异的过程；也就是一种类型的细胞在形态结构、生化特性和生理机能等方面稳定地转变为另一类型细胞的过程。

? 分子水平概念：细胞分化意味着机体内不同类型的细胞中有不完全一致的基因活

性，而表现为某些特异性蛋白质的合成，即细胞分化是基因选择性表达的结果。 2）细胞分化的三大指标：形态结构，生化特性，生理机能 3）特点

? 细胞分化的稳定性：各种不同类型细胞的分化特征在子代细胞中仍能继续保持。当

初诱导祖先细胞分化的信号所起的作用在子代细胞中仍能保持其记录。

? 细胞分化调节的保守性：不同动物间的同源蛋白，特别是其中的基因调节蛋白，在

结构上，在功能即生化反应上具有一定的相似性。若用实验方法人为地在不同动物间进行互换，仍能正确地执行对细胞分化发育的调节。

? 细胞分化调节的时空性：特异性基因是在体内的一定部位和一定时间内表达。由某

种信号引发各种分化发育事件的协调作用，导致特异性基因的表达，最终形成各种类型的分化细胞。

? 可逆性：细胞分化是相对稳定和持久的，但在一定条件下，一种分化的细胞可经去

分化和再分化而转变为另一种类型的分化细胞在动物一般表现为病理状态或人工状态，其意义在于生物体细胞的克隆。

2、说明什么是细胞决定（以果蝇成虫盘为例）

细胞决定（cell determination）：

一般概念：在细胞尚无可识别的的分化特征之前，存在一个预先保证细胞怎样变化的时期，这一阶段通称为细胞决定

分子概念：某些基因永久性关闭，而另一些基因顺序表达，使分化的潜能从全能向专嫩逐渐局限化的过程。此时细胞虽然尚无可分辨的分化特征，但已具备向某一特定方向分化的能力，并且这种能力是稳定的、可遗传的。 可用图示：

以果蝇幼虫期的成虫盘为例：

成虫盘是幼虫体内处于细胞决定状态的细胞团。即处于成虫盘细胞未分化状态，但位于幼虫体内不同位置的成虫盘，已决定预先向某种特定类型分化，变态后由成虫盘产生成体不同的结构。保幼激素可使成虫盘细胞增殖，但抑制它们向成虫细胞分化。

若将幼虫的成虫盘移植到成体果蝇腹腔中，受成体果蝇高水平保幼激素的抑制，成虫盘可以保持未分化状态不断增值（经不断移植，9年，1800代）；

若再将成虫盘抑制入一个准备变态的幼虫体内，通常仍能发育成从最初成虫盘中发育出来的相同结构，说明细胞决定状态具有稳定性和可遗传性。偶尔，被移植的成虫盘不按已决定的分化类型，发育成另外的成虫结构，称为转决定（transdetermination），是遗传性突变的结果。

3、细胞选择决定的机制：不均等分裂 1）细胞不对称分裂

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细胞进行不对称分裂，使子细胞出现明显差异，不均等分配使子细胞质中含有不同的生物分子。这些分子作为决定子，直接或间接地改变基因表达，从而使子细胞获得不同发育方向的决定，分化为不同的细胞类型。

不对称分裂的结果是产生一个干细胞和一个即将分化的祖细胞，祖细胞的分化潜能相当于干细胞受到明显限制。

2）细胞间相互作用——侧向抑制

使细胞间产生差异而发育为不同类型细胞的最普遍途径是细胞接受不同环境的刺激。在胚胎发育中主要表现为从相邻细胞发出的信号。

在一群相同的细胞中，每个细胞均具有获得决定向某一特定类型细胞分化的可能，每个细胞均发出抑制信号影响周围相邻细胞，使彼此处于竞争的态势。优势细胞发出更强的抑制信号。结果是优势细胞最终获得决定向特定类型的细胞分化。这就是细胞间侧向抑制作用的结果。

3）细胞间相互作用与不对称分裂相结合调控细胞决定

其它

细胞决定子（cytoplasmic determinant）：能够影响细胞分化方向的细胞质组分称为决定子；在卵母细胞就已形成，从受精卵的第一次卵裂开始就发挥作用。 组合调控（combinatorial control）：有限的少量调节蛋白（转录因子）启动位数众多的特异性细胞类型的分化。每种类型的细胞分化都是在一组调节蛋白不同的排列组合下，通过协调或者拮抗的方式完成的他的启动依赖于一两种关键性基因调节蛋白（转录因子）对下游其他多个调节基因的级联启动，编码这类关键性调节蛋白的基因即为分化启动基因。

第十六章 干细胞

1 干细胞的概念及类型

1)概念：干细胞（stem cell）是一类具有自我复制（self-renewal）和多潜能分化的细胞. 2）类型：

a.按分化潜能，可分为三类：

? 全能干细胞（totipotent stem cell）：具有形成完整个体的分化潜能。如胚

胎干细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型，可进一步形成机体的任何组织或器官。 ? 多能干细胞（multipotent stem cell）：是已经决定但未分化的细胞，最终可

以产生两种以上类型的功能细胞，如各系的母细胞——造血干细胞（HSC 可以分化为血液中的各种类型的成熟细胞）

? 专能干细胞（monopotent stem cell）：亦称前体细胞（progenitor cell），

分裂产生的子细胞只能分化为单一类型的功能细胞，如表皮基底层干细胞、精原细胞等。

b.按分化进程，可分为两大类：

胚胎干细胞（embryonic stem cell） 成体干细胞（adult stem cell）

2 干细胞的应用前景

1）再生医学——以干细胞生物工程为技术主体的再生医学尝试应用干细胞干预治疗和修复损伤组织；

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替代治疗：

造血干细胞移植：替代病人体内坏死或缺失的各种血细胞，重建病人的造血系统，治疗再生性贫血和白血病等，干细胞来源：异体骨髓造血干细胞、脐带血造血干细胞； 自体骨髓干细胞移植：治疗心肌梗塞：能够促进心肌组织再生和血管再生、分泌细胞因子、减少心肌细胞死亡；

干细胞作为基因治疗的载体：回体（ex vivo）基因疗法-----无免疫排斥反应，安全性高；

治疗性克隆：利用体细胞核移植（SCNT）技术，把病人体细胞的细胞核注入到一个未受精的卵细胞，重新启动已分化的供体细胞核的原始发育程序，使其发育成囊胚后再从中分离胚胎干细胞，进而在体外培育出与病人遗传背景完全吻合的细胞、组织、器官用于移植，解决克隆排斥问题。 2）肿瘤治疗 a. 基础方面

体外培养的肿瘤细胞 化学诱导因子 诱导分化 筛选调节基因表达的药物 胞质因子对恶性表达的调控 正常组织的基因片段/mRNA使癌细胞逆转 b. 临床方面 以药物或生物制剂控制细胞的分化和增殖为肿瘤治疗的一大方向，如分化诱导剂作为手术和放疗的辅助，控制残余癌细胞，防止新癌细胞形成；13-顺-视黄酸已用于皮肤科及肿瘤临床治疗

第十七章 细胞外基质及其与细胞的相互作用

1：细胞外基质的概念和功能

细胞外基质（extracellular matrix, ECM）：在细胞外间隙中充满由多种不溶性大分子精密组装起来的错综复杂的网架，即细胞外基质；其组成成分主要包括：胶原（collage）、非胶原糖蛋白(non-collage glycoprotein)、弹性蛋白(elastin)、氨基聚糖(GAG)与蛋白聚糖(PG)；

细胞外基质的分布：结缔组织及骨骼中ECM含量丰富；脑、上皮和肌肉组织的ECM含量很少，特化为基膜（basement membrane, basal lamina）。

胶原及弹性蛋白形成基质中的纤维，分别赋予组织以抗张强度及弹性；氨基聚糖及蛋白聚糖可结合大量水分子而在基质中占据较大空间，并因含有大量负电荷而赋予组织以抗压性；非胶原糖蛋白对细胞的各种生命活动具有关键性影响。各类基质大分子之间通过选择性的相互作用形成结构精细并具有组织特异性的网络结构，为细胞的粘附、生存及活动提供适宜的场所。 不同组织细胞表面存在着各种ECM受体。当受体与相应的ECM分子结合后便启动各种信号，通过不同的信号转导系统或细胞骨架而影响细胞的形态、结构、功能及核内基因的表达，从而调节细胞的存活、死亡、增值、分化、迁移等生命活动。 细胞与ECM间相互作用的平衡是生物体结构完整性与功能多样性的保障，细胞与ECM间相互作用的紊乱会导致多种疾病。

2：胶原的合成与降解

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1）生物合成过程

胶原的生成的全过程主要包括细胞内阶段和细胞外阶段。 胞内阶段：转录、翻译、前α链的修饰、修饰后的聚合

a. 转录：具有典型三股超螺旋结构的胶原分子，其α链的结构基因转录后需进行大量的精确的剪接才能生成mRNA。

b. 翻译：胶原肽链的翻译在RER上进行，生成带信号肽的早前胶原

（preprocollagen）。早前胶原在RER腔内被切去信号肽后称为前α链。（前?链两端不含有Gly-X-Y序列，而具有较多的酸性aa和芳香族aa残基，被称为N端前肽和C端前肽）

c. 前α链的修饰：前α链在内质网和高尔基体进行翻译中和翻译后的修饰，即对之进行羟基化和糖基化。（对Pro及Lys残基的羟化有助于形成链间氢键，以稳定三股螺旋结构；糖基化包括前肽部分的Asn残基N糖基化剂三股螺旋部分的Hylys残基O糖基化两种类型）

d. 修饰后聚合：三条前α链的C端借二硫键形成链间交联，进而对齐排列，从C端向N端聚合形成三股螺旋结构，称为前胶原（procollagen）。前胶原是原胶原的前体和分泌形式，以囊泡形式分泌到细胞外。

*Vc是Pro羟化酶的辅助因子，缺乏Vc则前胶原的羟化不足，因而不能形成稳定的三股螺旋结构

而被降解，故膳食中缺乏Vc可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。

胞外阶段：

a. 前胶原分子在细胞外由两种特异性不同的蛋白水解酶分别切去N端前肽及C端前肽，形成不溶性的原胶原。

b. 原胶原分子在细胞外进一步形成多聚体，呈有序的阶梯式平行排列，并发生侧向共价交联而聚合成胶原原纤维。

c. 胶原原纤维进一步共价交联聚合后成为具有很强抗张强度的不溶性的巨大胶原纤维。

*随年龄增长交联键日益增多，胶原纤维紧密导致皮肤、血管等组织僵硬，是老化的一个重要方面

有些类型胶原的三股螺旋结构不联续，有一些非胶原序列插入，如肽段，决定了其结构上的区别；另外某些类型的胶原前肽被全部或部分保留，形成各式网状结构

2）降解：胶原降解速率比一般蛋白慢 ? 参与胶原分解的酶类主要有：

? 胶原酶：主要作用于I、Ⅱ、Ⅲ型胶原；

? 明胶酶：作用于Ⅳ、V、Ⅶ、Ⅺ型胶原；肿瘤细胞能产生明胶酶，特异性

地作用于Ⅳ型胶原，破坏基膜，为侵袭、转移开辟道路。 ? 基质裂解素：作用于Ⅲ、IV、Ⅸ、X型胶原。 ? 降解过程

? 三股超螺旋部分：在胶原酶作用下，打开超螺旋，进一步被蛋白水解酶降

解。

? 非螺旋/弱螺旋部分：直接被蛋白水解酶降解。 ? 降解过程的调节

? 胶原酶通常无活性，经蛋白酶(纤溶酶和血管舒缓素)作用后转变为有活性

的胶原酶

? 前胶原水解出的前肽又对胶原酶起抑制作用。 ? 胶原酶的活化与抑制，可以调节胶原的转换率，从而在一些生理和病理过

程中发挥重要作用。

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胶原与疾病的关系 类三股螺旋的型 长度 I 300nm,67nII m横纹 300nm,67nm横纹 m横纹 IV 390nm 特点 较粗大的纤维束 较细的条状纤维束 较细的纤维束 三维交联网络,C端球状 分布 皮肤、肌腱、韧带、骨、牙、角膜、胎儿皮肤、其它间隙组织 软骨（主要）、玻璃体、椎间盘髓核、脊索 相关基因突变与疾病关系 骨生成缺陷：骨脆弱、易骨折 软骨发育异常，导致骨、关节畸形 III 300nm,67n伸展性大的组织（如肺、子宫、Ehlers-Danlos综合症：皮心、肝等），常与I型胶原共分布 肤、血管脆弱，皮肤延展性过度、关节活动度过大 所有各种基膜 3：细胞外基质中的其它成分

（1）非胶原糖蛋白

功能：介导细胞与细胞外基质其他成分的粘着，研究较多的有纤粘连蛋白和层粘连蛋白 分布：纤粘连蛋白（Fibronectin, FN）存在于血浆及其他体液中（可溶性）、细胞表面（不溶性）、细胞间质和某些基膜中（难溶性）；层粘连蛋白（laminin, LN）存在于各种基膜中，为基膜中的主要功能成分，是胚胎发育中最早出现的ECM成分。 结构：纤粘连蛋白分子亚单位的肽链由重复aa序列构成球形结构域，可分别与不同大分子或细胞表面特异受体结合，因此FN为多功能分子。

（2）弹性蛋白 功能：增加了组织伸展性和弹性，促进细胞粘附，具有趋化作用 分布：伸展性大的组织，如疏松结缔组织、皮下、肺、脉管壁、子宫、胎盘。

结构：呈无规则卷曲结构 （3）氨基聚糖GAG 结构：由重复的二糖单位[氨基糖-糖醛酸]构成的直链多糖 分类： 氨基聚糖 组织分布 透明质酸（Hyalurongic acid, HA） 结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体 硫酸软骨素（Chondroitin sulfate, CS） 软骨、角膜、骨、皮肤、动脉 硫酸皮肤素（Dermatan sulfate, DS） 皮肤、血管、心、心瓣膜 硫酸乙酰肝素（Heparan sulfate, HS） 肺、动脉、细胞表面 肝素Heparin 肺、肝、皮肤、肥大细胞 硫酸角质素（Keratan sulfate, KS） 软骨、角膜、椎间盘 （4）蛋白聚糖（PG） 结构：由氨基聚糖与核心蛋白丝氨酸残基共价结合形成 合成与降解：核心蛋白肽链在rER，为限速步，肽链的糖基化在Golgi；在一系列细胞外酶或溶酶体中细胞内酶的催化下进行

蛋白聚糖多聚体是动物体内分子量最巨大的成分。它由若干蛋白聚糖单体借连接蛋白和透明质酸非共价结合而成，而蛋白聚糖则由氨基聚糖与蛋白质的丝氨酸残基共价结合形成，构成蛋白聚糖的蛋白质称核心蛋白（core protein）.

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氨基聚糖与蛋白聚糖的生物学功能：

（1）蛋白聚糖可与ECM、细胞表面以及生长因子等结合 （2）GAG和PC具有缓冲和抗压缩作用（负电荷） （3）GAG参与细胞的迁移和增值

（4）透明质酸、硫酸软骨素有较强保水作用，随机体老化而被硫酸软骨素等替代，蛋白聚糖的成分改变导致组织弹性减弱 （5）GAG帮助骨的钙化

（6）GAG中肝素等成分有抗凝血和降血脂的作用

4：人工基膜概念及作用

基膜是特化的ECM，为各种上皮细胞坐落的铺垫，也围绕在肌细胞、脂肪细胞及神经髓鞘（Schwann cell）周围，将细胞与结缔组织隔离。肾小球的基膜有选择滤过作用。

基膜主要有IV型胶原、LN、粘连蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖构成。 基膜的生物学功能包括：

对细胞及分子的选择透过性；

决定上皮细胞和内皮细胞的形状与极性，作为细胞粘着、铺展和迁移的依托； 调节细胞增殖、分化与迁移；

参与创伤修复。

人工基膜(Matrigel):从小鼠EHS瘤中提取。其主要成分与基膜相似，是体外研究肿瘤细胞侵袭能力时所用的最接近体内情况的基膜成分。

5：胞外基质受体及相关信号转导

细胞表面存在的各种ECM成分的特异性受体,他们多为跨膜糖蛋白；某些糖脂及跨膜PG可作为辅助受体。

ECM成分受体的一个共同特点是：一种基质蛋白质具有数种受体；同一受体在不同的细胞或不同的条件下又往往以不同的ECM成分为配体。这就形成了ECM成分与其受体作用的多样性与复杂性。

ECM受体可分为两大类：整合素族(integrins)和非整合素族(non-integrins)。整合素是动物细胞与ECM结合的主要受体。 整合素介导的信号传导通路：（双向作用） 胞内信号外传（inside outsignaling）：存在于质膜中的整合素的辅助蛋白与细胞因子、生长因子、凝集素等信号分子结合后，可引起胞内的信号级联反应，从而启动细胞内信号外传。整合素通过这种方式来调节其受体与其配体结合的活性。例子：生长因子受体的活化导致Ras

途径的活化，从而活化某些胞内信号，引起整合素的胞质结构域发生构象改变，并传导至其胞外结构域引发构象改变，遂与配体结合，细胞粘附于ECM。

胞外信号内传（outside insignaling）：细胞在ECM上粘附后可通过激活相应的ECM受体将信号传入细胞内，从而启动细胞内的信号传导。当细胞粘附于ECM时，活化的整合素分子继而与其配体(ECM成分)结合并聚集成簇，启动粘着斑(focal adhesion)的组装。

粘着斑的成分包括整合素、talin、纽蛋白(vinculin)、?-辅肌动蛋白(?-actinin)、tensin和粘着斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)等。其中FAK在粘着斑的组装中发挥中心作用。它与整合素的胞质部分直接相连。FAK具有酪氨酸激酶结构域，当粘着斑形成后，FAK首先发生自身磷酸化而转变为活化状态，然后进一步催化胞内各种信息分子的磷酸化，继而导致MAPK的活化。MAPK可将激活信息从细胞质传到细胞核内，从而影响细胞核内一定基因的表达。

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6：定着依赖性生长的分子机制

定着依赖性生长：细胞只有粘附与铺展在一定的ECM上才能接受生长因子或细胞因子的刺激，从G1期进入S期， 在非粘附与铺展状态下，即使存在有效浓度的生长因子细胞周期仍然不能运行。 细胞增殖对ECM的需要是有一定的选择的。

分子机制：信号通路的“cross-talk”：整合素介导的信号通路与生长因子受体信号通过FAK与之相连，即FAK是这两条通路的一个交汇点。生长因子受体主要介导Ras-MAPK通路。对大多数正常细胞，只有当Ras同时受到来自生长因子受体和整合素两方面的刺激时，才能使MAPK的活化达到引起c-fos转录所需要的阈值水平，继而促进细胞从G1期进入S期。

FAK信号通路信息传递顺序：ECM molecules→Integrin→Src→FAK→Grb2→SOS→Ras→MAPKKK→MAPKK→MAPK→转录因子活化→基因转录

7：细胞外基质与细胞的相互作用

ECM通过其受体影响细胞骨架的组装，从而影响细胞形态与极性以及增殖、分化、迁移等生命活动 （1）维持组织结构的整合性 （2）影响细胞的形态与极性 游离态细胞为球形，上皮细胞仅在黏附与基膜时才显现出极性； （3）影响细胞的存活与死亡 失巢凋亡（anoikis）：上皮、内皮细胞一旦脱离ECM则会发生凋亡，正常真核细胞（除成熟血细胞外），大多需黏附与一定的ECM上才能抑制凋亡而存活。 （4）调节细胞的增殖， 定着依赖性生长（anchorage dependent growth）：大多数正常真核细胞在球形状态下不能增殖，只有在一定的ECM上黏附并铺展才能使细胞周期运行。 细胞只有在ECM上才能接受生长因子或细胞因子的刺激，从G1进入S期。 （5）控制细胞的分化 某些类型的细胞通过与特定的ECM成分作用而撤出细胞周期，进行形态与功能的分化。 （6）影响细胞的迁移 ECM可控制细胞迁移的速度与方向，并为细胞迁移提供“脚手架” 细胞对ECM具有调控作用 （1）各种ECM成分是由局部细胞产生的 （2）细胞指导所在区域ECM成分的组装和方向 （3）ECM蛋白质的降解是在细胞的严密控制下进行的（蛋白质成分由基质金属蛋白酶matrix metalloproteinase, MMP家族和丝氨酸蛋白酶家族的联合作用降解，糖链成分由各种糖苷酶催化降解）

*MMP是一组Zn2+依赖的内肽酶，具有广泛的降解胶原的活性，大致可分五类：胶原酶、明胶酶、基质溶解酶、弹性蛋白酶、跨膜的模型基质金属蛋白酶

8：细胞外基质的生物学功能与疾病

肝、肺的病理性纤维化：胶原含量、结构、类型的异常；

肾小球肾炎：血浆中纤粘连蛋白浓度降低，失去对肾的保护作用； 层连蛋白含量增高促进肿瘤细胞游走；

硫酸软骨素含量偏低、硫酸皮肤素含量增高，后者与LDL结核沉积于动脉壁。 缺乏降解GAG的酶可导致粘多糖积累病

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b.迁移和运动细胞的动态极性：受趋化因子的刺激，在PI3K（磷脂酰肌醇3激酶）和PTEN

（10号染色体上的磷酸酶和张力蛋白同源物）作用下PIP3高度富集于细胞前沿，同时引发中心体迁移和重定位，并带动细胞核、中心体、高尔基体、胞内体/溶酶体/分泌囊泡沿运动方向从前至后依次排列；

c.不对称细胞分裂（asymmetric cell division）：指细胞分裂时两个子细胞不均等的

继承了分裂前母细胞内的物质或者母细胞与其所在微龛环境的关系，存在于所有真核细胞中；纺锤体的旋转、迁移和空间定位起到了决定性作用。

3）细胞表面极性分子主要有哪些？

指能够被募集在细胞皮质内，并常常特异和非对称的定位于某一膜域的分子。包括：分离蛋白PAR1‐6、非典型蛋白激酶C(atypical PKCs, aPKCs)、Rho家族小GTP酶Cdc42，犰甲蛋白家族；PAR1‐6、aPKC、Cdc42中任何一个基因的突变均可引起分离缺陷表型，表现为受精卵的不对称分裂障碍，胚胎的极性遭到破坏。

4）上皮－间质变迁（EMT，简称间变）与间质－上皮变迁（MET）的含义。

EMT的核心过程是细胞极性模式的变迁，即上皮细胞的稳定极性模式消失，代之以间质细胞的动态极性模式。EMT是细胞转分化的一种方式，表现为上皮细胞的极性特征消失（包括细胞与细胞之间的连接消失、细胞骨架和细胞器的分布状态改变）；上皮细胞标志分子如E‐cadherin（抑癌基因产物）亦消失转；细胞转而表达N‐cadherin（癌基因产物）和间质细胞特有的某些标志分子如波形蛋白（vimentin）、干细胞标志巢蛋白（nestin）等，并获得了类似于间质细胞的迁移运动能力并以离散的单个细胞迁移到他处出现成纤维细胞或肌成纤维细胞样的表型；E-cadherin表达下调和Mnt/?-cat-enin通路活化在EMT过程中具有关键作用，与多种癌症的发生和转移有关。

在一定条件下发育为完全分化表型的上皮细胞；此即上皮－间质变迁（EMT）的逆过程MET。

5）哪些抑癌基因是调控细胞极性的关键基因？

APC, CDH1, PAR4/STK11/LKB1/PJS, PTEN, plakoglobin/γ‐catenin；这些基因的突变不仅导致恶性肿瘤完全丧失了其原发正常组织的结构特征和功能，而且切断了细胞极性对细胞周期的反馈调控。

5.细胞通信与信号转导

1）G蛋白类信号开关的概念和“开－关”互变过程，包括G蛋白、单体G蛋白、small GTPases、小G蛋白、大G蛋白、三聚体G蛋白、GEF、GAP等概念。

信号开关（signaling switches，即通讯开关）或分子开关（molecular switches）是指处于受体下游信号转导途径关键部位的一类蛋白质，他们可以接受上游信号而被活化进入开启状态，进而将信号传递到下游分子；又能以一定方式失活进入关闭状态，从而终止信号转导；其活化和失活能快速反复切换，切换同时常伴有其在细胞内的移位。G蛋白类信号开关包括单体G蛋白和三聚体的G蛋白两大类分子开关，二者开-关互变过程相同：

处于静止状态的G蛋白上结合着GDP；上游信号导致结合的GDP释放，与周围的GTP交换，使G蛋白转变为GTP结合状态，即活化状态，从而活化下游通路；G蛋白本身具备GTP酶活性，在一定条件下可将自身结合的GTP水解为GDP，恢复静止状态。

参与信号转导的GTP酶超家族即为G蛋白，包括单体和三聚体两种； 单体G蛋白即为小GTP酶（small GTPases），也就是小G蛋白，包括Ras, Ran, Rho, Rac, Cdc42, Arf, EF-Tu；

三聚体G蛋白（trimeric guanine nucleotide binding proteins）。或称为大G蛋白（large G proteins）。如：Gs, Gi, Gq.

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GEF（guanine nucleotide-exchange factor）：称为鸟嘌呤核苷酸置换分子，它们能与Ras蛋白结合将与之结合的GTP置换为GDP从而激活Ras使之具有GTP酶活性；

GAP（GTPase-activating protein）：称为GTP酶激活蛋白，它能够加速结合GTP水解为GDP而使G蛋白呈无活性状态。

2）经典Wnt/?-catenin信号通路的活化过程，通路中的关键基因突变或表达调控变化与癌症的关系。

Wnt信号通路是由Wnt蛋白家族成员（富含半胱氨酸的分泌性糖蛋白）介导的信号转导途径，因为它调控的是细胞之中?-catenin（?连环蛋白）的水平进而影响到细胞增殖，故又称Wnt/?-catenin信号通路。

经典Wnt/?-catenin信号通路（The canonical Wnt/?-catenin pathway）的活化过程： Wnts ? Frz (Wnt receptor 是一7次跨膜蛋白) ? Dsh（胞质调节蛋白）活化 ? 阻断Axin-APC-?-catenin-GSK复合体（缺乏Wnt蛋白时，?-catenin结合在Axin-APC- GSK复合体上并被Axin上的酪蛋白激酶CK1和糖原合酶激酶GSK3依次磷酸化）内GSK3对?-catenin的磷酸化 ? 减少磷酸化的?-catenin经泛素—蛋白酶体途径降解 ? 细胞质游离的未磷酸化?-catenin ? ? ?-catenin移位入核 ? 核内?-catenin-LEF（淋巴样增强子结合蛋白，为转录因子）/TCF（T细胞因子，为转录因子）复合体 ? ?MYC, JUN/FOS, cyclin D1等基因转录 ? 细胞通过G1期限制点进入S期

癌症：Wnt/?-catenin通路的过度活化与细胞转化和癌变、癌细胞的EMT、肿瘤转移等过程密切相关：APC, axin为抑癌基因；DSH, ?-catenin为癌基因；WNTs既可能抑癌，也可能促癌。Wnt/?-catenin通路活化在EMT过程中具有关键作用，与多种癌症的发生和转移有关。

6 .细胞社会性

1）菌生膜（biofilm) 、微龛（niche）、细胞因子（cytokines）、 GPCRs或七次跨膜受体、受体酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinases, RTKs）的含义。

菌生膜概念参见以前；

微龛（niche）或微环境（microenvironment）：个细胞在其表面接触到的、由其它细胞和细胞外基质所提供（或呈递）的细胞环境和体液环境的总和 ，具有固相化、梯度化（有极性）的生物活性分子分布特点。细胞连接和细胞粘附是微龛的重要结构和分子基础。

细胞因子（cytokines）：狭义定义为作用于细胞因子受体（为蛋白质酪氨酸激酶联系的受体，Tyrosine kinase-linked receptors），并启动JAK-STAT通路的信号分子，包括ILs, IFNs, CSFs, EPO, GH (growth hormone)等.

广义定义为：主要以旁分泌或自分泌的方式发挥作用，分子量在8~80 kDa的小蛋白质。即凡是以“因子”命名的细胞外可溶性小蛋白质均可称为细胞因子，重要例子：淋巴因子（lymphokines）或免疫因子：淋巴细胞分泌的细胞因子；

GPCRs：G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors），又称七次跨膜受体，是具有7个跨膜?-螺旋区并且C端位于细胞质侧的膜蛋白，可启动G蛋白耦联受体介导的信号通路。广泛存在于真、原核生物和多种人体细胞中，目前临床药物50%以上的作用靶点为GPCRs。

受体酪氨酸激酶 ( Receptor tyrosine kinases, RTKs )：受体大多数为单跨膜蛋白，胞外区与配体结合，胞内区具有激酶活性，可使靶蛋白（包括自身肽链）特定部位的酪氨酸残基磷酸化，启动酶（耦）联受体介导的信号通路。 广泛存在，在人体有超过100各成员。

2）细胞粘附分子的概念和主要种类。

细胞粘附分子（Cell adhesion molecules, CAM）：介导细胞在某个表面（另一个细胞、细胞外基质）上粘附的细胞表面分子。为跨膜糖蛋白，一般由较大的胞外区、疏水的跨膜区及相对短小的胞内区构成，其特性包括

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非酶、非通道或载体蛋白、非可溶性分子受体；

导双向（输入、输出）的相互作用：既介导作用力的双向传递，又介导信息的双向传导； 既是受体又是配体；

可以是细胞受体，如cadherins，也可以是细胞外基质受体，如integrins，但不是可溶性分子的受体（经典受体）。

主要种类包括：

? 钙粘素超家族分子（Cadherin superfamily） ? 免疫球蛋白超家族细胞粘附分子（IgCAMs） ? 整合素超家族分子（Integrin superfamily） ? 凝集素类粘附分子，如选凝素或选择素 （Selectins）家族分子等 ? 粘附GPCRs：GPR56等

3）在正常细胞PI和PS主要定位于质膜的何处？它们如何参与细胞识别、通讯和信号转导？

磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）正常定位于质膜内片。

参与方式：PI产生第二信使: 1) IP3 , IP4 , IP6 , DAG；2) 产生PI(3, 4, 5)P3：募集

2+

带PH结构域的信号转导分子。PS: 1) 在Ca的协同下募集携带C2结构域的多种分子，如PKC和dysferlin. 2) 作为凋亡细胞的标志分子，从质膜内片翻转到质膜外片，被吞噬细胞表面的annexin V分子特异识别。

第十九章 细胞衰老（celluar aging ）

细胞衰老：细胞对环境变化的适应能力和维持细胞内环境的稳定能力降低，并以形态结构、化学成分与生物化学及生理功能改变为基础的变化，细胞总体的衰老反映了机体的衰老, 而机体的衰老是以总体细胞的衰老为基础的。

1.Hayflick界限：

正常的细胞在体外培养过程中，即使为之提供最适的营养条件，也只能维持一定时间的生长，之后生长停滞并逐渐衰老死亡。这种在细胞培养过程中出现的细胞增殖极限称为“Hayflick”极限。由hayflick在1961年首次报道。

2.胶原交联学说/老化架桥学说：

认为结缔组织架桥的形成，是机体老化的重要原因之一；胶原是决定结缔组织理化性质的最重要因素。胶原分子间形成的架桥数目伴随增龄而逐渐增多;导致纤维结构变硬，逐渐失去弹性及柔软性; 妨碍细胞与血管间的物质交换，削弱细胞的正常功能;与高血压、关节硬化、皮肤皱纹等密切相关。结缔组织中含量最高的氨基聚糖以及蛋白聚糖随衰老进程含量变化明显：

前者在胚胎早期由透明质酸和硫酸软骨素组成，胚胎发育过程中，胶原纤维逐渐形成，随之由硫酸皮肤素所取代。机体进入衰老阶段，胶原纤维周围的氨基聚糖含量显著降低，而硫酸皮肤素所占的比重却显著增多。后者总量逐渐减少、糖链所占比重下降、肽链所占比重却相对增加，导致组织的保水能力及弹性减弱。

3.线粒体老化的机制

线粒体的老化是细胞衰老的重要原因之一，线粒体随增龄而出现的结构与功能异常都极为显著，线粒体功能的改变可能在衰老过程中起主要作用。

1）表现（看之即可）

a.线粒体膜的改变：内膜的改变尤为显著，表现为：通透性增强，线粒体内水分丢失，

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离子的张力增高，改变了分子的静电作用，导致大分子凝聚，其功能发生空间障碍；同时水分丢失导致代谢产物弥散受到限制，进一步引起衰内膜（腺嘌呤核苷酸载体）形态结构发生变化，ADP/ATP转换活动显著降低。

b.线粒体基质的变化：出现不透明、 含有颗粒或电子致密包含物；在横切面上，基质空间被有序排列的管状结构所分隔，出现有带致密小体以及圆形包含物，可能为脂质。

c.线粒体数目的改变：数目减少。

d.线粒体形态结构的改变：平均体积增大，总体积下降 。 2）机制

近年来认为线粒体DNA（mtDNA）损伤时线粒体衰老的主要原因，而mtDNA损伤的原因主要包括内外两个方面：

外部因素：环境及食物中化学因素导致核苷酸烷基化，高强度紫外线照射、离子辐射可使DNA链断裂，X射线与化学性致癌剂引发DNA双螺旋交联。

内部因素：氧化应激，自由基增多，而线粒体DNA为裸露DNA，最易受自由基损伤；催化mtDNA复制的DNA聚合酶γ不具有校正功能，复制错误频率高；缺乏有效的修复酶，损伤后没有完整的修复机制；故mtDNA最容易发生突变。mtDNA基因排列紧密利用率高； mtDNA 序列进化速度快，有害突变出现频率高；mtDNA内在热不稳定而引起自发的化学变化，如脱氨基、脱嘌呤、甲基化及水解等。

mtDNA突变，无活性的氧化磷酸化有关酶复合物日渐增多，呼吸链功能受损；线粒体数量减少；每一线粒体ATP产量及总产量显著下降，导致细胞所需能量缺陷及程序性死亡，引起机体组织器官功能减退，而成为生物衰老的重要原因。

4.端粒、端粒酶与细胞衰老

位于染色体两端的片段在细胞里具有重要作用即为端粒（telomere），人类端粒的重复序列为TTAGGG；

端粒的作用：

a.具有防止染色体降解、断端彼此发生融合、重排和丢失等稳定染色体的功能； b.能够补偿染色体末端遗传信息的丢失；

c.参与染色体在核内的定位及基因的表达调控。 端粒与细胞衰老：

a.DNA复制中存在“末端复制问题”——DNA聚合酶不能从头合成DNA ，须由RNA引物引导来开始自身的复制过程，引物降解后，新合成的DNA链的5′端留下一段无法填补的缺口，使染色体末端的碱基对缓慢地丢失。而端粒的出现解决了这个问题：复制从端粒开始而不是具有实际意义的染色体开始，可以避免有意义的编码序列丢失，但是端粒序列却随着复制而缩短。人体正常体细胞端粒短、端粒酶活性低，随分裂次数增多，部分端粒序列发生丢失使端粒长度缩短，当缩短到一定程度会导致细胞停止分裂进入老化进程，此为复制性衰老（rep licative senescence）；而假如可以通过某些机制重建或保护端粒，就可以使细胞获得永生，如干细胞、肿瘤细胞、永生型细胞等；

b.不同细胞端粒长度不同，分化程度越高，端粒越短，而影响端粒长度的因素很多（端粒结合蛋白等），但最重要的是端粒酶；它是一种核糖核酸蛋白复合物，由小分子RNA和蛋白质组成；在人体它以自身的RNA为模板，不断合成新的端粒DNA序列，向端粒末端添加(TTAGGG)n序列，弥补端粒的丢失，维持端粒的完整性，使得细胞逃脱程序性死亡，获得无限增殖能力，成为永生化细胞。

c.真核细胞的端粒有较长的储备，但在细胞的有丝分裂过程中，伴随着部分端粒序列的丢失，端粒长度逐渐缩短。当其短到一个关键的长度，就会激活涉及到p53及RB蛋白的DNA损伤途径，进人“Ml老化期(Ml senescence)”，细胞不再分裂，退出细胞周期而死亡。但在

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2009-2010学年细胞生物学总结 based on Terryhe, by SophieChang

那些缺乏p53及RB蛋白功能的细胞，可越过Ml期而继续分裂，端粒继续缩短，最终达到一个关键阈值，而进入“M2危象期 ( M2 crisis)”，某些细胞由于端粒太短而死亡。但某些细胞则可在此期激活端粒酶，使端粒长度得到恢复，维持了染色体的稳定，从而避免死亡。这种细胞即具有所谓的“永生性”，有无限增殖能力。肿瘤细胞、永生型细胞、干细胞中检测到了端粒酶活性。

5.脂褐素（lipofusin)

是蛋白质和DNA、脂类共价缩合形成的巨交联物（荧光镜：淡黄至橙红色自发荧光物质）；随年龄增长在各种组织细胞内的含量增加，是目前公认的衰老指标之一；在次级溶酶体形成，生成与多种因素有关（VE缺乏、缺氧、自由基产生等）；结构致密不能被彻底水解或排出细胞，所以不断积聚阻碍细胞物质交换和信号传递最终导致细胞衰老。 6：其他：

1）P16在衰老细胞中持续高表达；

2）细胞寿命与细胞分化程度、增殖能力以及生存时间与机体衰老密切相关，根据其特点对机体组织细胞进行动态分类： a.恒久性组织的细胞

属高度分化类的细胞。细胞在出生后便失去分裂和增殖能力，细胞数量不再增加，随机体生长，体积逐渐增大；尔后随着机体的衰老,体积逐渐变小，直至细胞死亡。其细胞的寿命接近机体的寿命。这类组织细胞随机体衰老的进程，出现两个十分显著的特点：其一，细胞数量减少；其二，细胞内部结构发生变化，表现出组织重量的减轻和功能的减退。主要包括：心肌、骨骼肌、骨细胞、肾上腺髓质细胞、肾髓质细胞、脂肪细胞、胃酶原细胞、神经细胞等。

b.稳定性组织的细胞

细胞通常不分裂,但终生保留有分裂的能力，在正常情况下，细胞没有明显的衰老死亡, 细胞也极少出现分裂的现象。主要包括：皮肤结缔组织、呼吸道上皮、肾上腺皮质细胞、肾皮质细胞、唾腺细胞、胰腺细胞及胰岛细胞、胃壁细胞和肝细胞。 c.更新性组织的细胞

这类细胞也可称为功能细胞，是指不能继续分裂、高度特化的细胞，在执行特定功能后，细胞以不同方式由新的同类细胞分化成熟所取代，直至到个体生命的结束，细胞才停止了替换。主要包括：皮肤的表皮、毛囊细胞、角膜上皮、口腔粘膜、胃肠道上皮、精原细胞、红细胞和白细胞等。不同类的组织其更新速度各不相同。 d.可耗尽的组织细胞

这类细胞在个体一生的某一阶段逐渐消耗减少，而不能得到补充，最后消耗殆尽。如卵巢组织细胞。

第二十章 细胞凋亡

1.细胞凋亡的形态学特征

1）起始阶段：

细胞变圆，有周围细胞脱离，失去微绒毛、细胞质浓缩，内质网扩张呈泡状与细胞膜融合，核染色质密度升高、浓聚在核膜周围，呈半月形；

2）凋亡小体（Apoptotic body）的形成：

核仁裂解，染色质断裂，质膜内陷将细胞分割，细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，这些突起渐渐分隔，形成单个的凋亡小体；

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