1、细胞生物学复习细胞生物学期末整理第二章细胞的统一性与多样性1细胞是生命活动的基本单位。一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命2. 细胞的基本共性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。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。3. 病毒的基本知识病毒（virus）核酸
2、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 病毒的多样性）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；4. 原核细胞基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状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）目前发现的最小最简单的细胞； 细菌 蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria） 5. 真核细胞的基本结构体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统； 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质
3、为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。第三章细胞生物学研究方法1几种光学显微镜相差显微镜（phase-contrast microscope） 将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞 微分干涉显微镜（differential-interference microscope） 偏振光经合成后，使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的细胞器录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy） 计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动 。2. 扫描遂道显微镜原理：扫
4、描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此间相互作用力，如量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电特性或磁特性等。 3. 细胞组分的分析方法 离心分离技术 用途：于分离细胞器与生物大分子及其复合物 差速离心：分离密度不同的细胞组分 密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法原理：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含量。 特异蛋白抗原的定位与定性 免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨
5、率有限 蛋白电泳(SDS-PAGE)与免疫印迹反应(Western-Blot) 免疫电镜技术： 免疫铁蛋白技术免疫酶标技术免疫胶体金技术 应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等 细胞内特异核酸的定位与定性 光镜水平的原位杂交技术 （同位素标记或荧光素标记的探针） 电镜水平的原位杂交技术 （生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合）放射自显影技术 原理及应用：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。步骤：前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）细胞内同
6、位素所在位置的显示 放射自显影定量细胞化学分析技术 细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry）利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括： 紫外光显微分光光度测定法 可见光显微分光光度测定法 流式细胞仪（Flow Cytometry）主要应用：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量； 测定细胞群体中不同时相细胞的数量； 从细胞群体中分离某些特异染色的细胞； 分离DNA含量不同的中期染色体。 单克隆技术：将b淋巴细胞与肿瘤细胞杂交，使得子代细胞具有两种亲本细胞的特性，既可以分泌抗体，又可以像肿瘤细胞一样无限增殖
7、。第四章 细胞质膜与细胞表面一细胞质膜与细胞表面特化结构 1.生物膜结构磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分, 尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白； 蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面, 膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； 生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。 “Central dogma ” of membrane biology2.脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。脂质体的应用研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入DNA可用于基因转移；在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体3.膜蛋白的基本类型外在(外周)膜蛋白 (extri
8、nsic/peripheral membrane proteins )； 水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜表 面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合， 易分离。 内在（整合）膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins)。 水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密， 需用去垢剂使膜崩解后才可分离。 脂质锚定蛋白（lipid-anchored proteins) 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。4细胞质膜的功能 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
9、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。 5细胞连接1.种类： 封闭连接(occluding junctions) 紧密连接(tight junction) 锚定连接(anchoring junctions)与中间纤维相连的锚定连接 桥粒: 铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。 半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是
10、终止于半桥粒的致密斑内。 与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带： 位于紧密连接下方,相邻细胞间形成一个连续的带状结构。间隙约1520nm,也称带状桥粒(belt desmosome)。 粘合斑: 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 通讯连接(communicating junctions) 间隙连接(gap junction)； 神经细胞间的化学突触(chemical synapse)； 植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。5.细胞外被与细胞外基质 细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx) 结构组成： 指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多
11、糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。功能： 不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重要作用。 细胞外基质(extracellular matrix) 结构组成：指分布于细胞外空间, 由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构 主要功能： 构成支持细胞的框架，负责组织的构建； 胞外基质三维结构及成份的变化,改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、 分化和凋亡起重要的调控作用。 胞外基质的信号功能 6.真核细胞细胞外结构:第五章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输1.被动运输（passive transport）特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋
12、白 类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散（facilitated diffusion） 膜转运蛋白： 载体蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性质，介导被动运输与主动运输。 通道蛋白（channel proteins）具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输 类型： 电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（ligand-gated channel） 压力激活通道（stress-activated channel） 2.主动运输（active transport） 类型： 由ATP直接提供能量
13、的主动运输 钠钾泵 （结构与机制） 钙泵（Ca2+-ATP酶） 质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶 协同运输（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用， 靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式 物质的跨膜转运与膜电位 3.胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis） 胞吞作用胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别胞吐作用 组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway）所有真核细胞连续分泌过程用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞
14、外基质组分、营养或信号分子） 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 储存刺激释放产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定 膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的第二节 细胞通讯与信号传递1.细胞通讯与细胞识别 细胞通讯（cell communication）：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。
15、细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。细胞通讯方式： 分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse） 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 间隙连接实现代谢偶联或电偶联细胞识别（cell recognition）：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 信号通路（signaling pathwa
16、y）:细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。2.细胞的信号分子与受体 信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子 亲水性信号分子 气体性信号分子(NO) 受体（receptor）多为糖蛋白 细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）细胞表面受体: 为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
17、-protein-linked receptor）酶偶连的受体（enzyme-linked receptor） 受体的功能： 介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用) 信号转导：受体的激活（activation） （级联反应）； 受体失敏（desensitization） 关闭反应、 减量调节（down-regulation） 降低反应。第二信使（second messenger）：指胞内产生的小分子，其浓度变化（增加或减少）应答于胞外信号与细胞表面受体结合，并在细胞信号传导中行驶功能；目前公认的第二信使包括c AMP, c GMP , Ca2+, 二酰甘油（DAG），1,4,5-肌醇三磷酸（I
18、P3）等3.通过细胞内受体介导的信号传递 1.甾类激素介导的信号通路 两步反应阶段： 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。4.通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递 特点： 受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性 G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递 cAMP信号通路 反应链：激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转
19、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 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应 磷脂酶C(PLC) DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH 受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）包括6个亚族 信号转导：配体受体受体二聚化受体的自磷酸化激活RTK胞内信号蛋白启动信号传导 RTK- Ras信号通路：配体RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修钸。
20、G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活 cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。 粘着斑的功能：一是机械结构功能；二是信号传递功能 通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路： 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5.细胞信号传递的基本特征：具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存细胞以不同的方式产生对信号的适应(失敏与减量调节)第六章 细胞质基质与细胞内膜系统一细胞质基
21、质 1.功能 完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 蛋白质的分选与运输 与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 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二. 内 质 网 1.rER的功能 蛋白质合成 蛋白质的修饰与加工 新生肽的折叠与组装 脂类的合成 2.sER的功能 类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质） 肝的解毒作用（Detoxification）cytochrome p450 family:羟基化 肝细胞葡萄糖的
22、释放（G-6PG） 储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中 三高尔基体1.蛋白糖基化类型 四溶酶体与过氧化物酶体 1.过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody)，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。与微粒体的区别：微粒体是内质网人工破碎后形成的球状颗粒。2.过氧化物酶体的功能动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液 中的有毒成分，起到解毒作用。过氧化物酶体中常含有两种酶： 依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H2O2； 过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。过氧化物酶体分
23、解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。在植物细胞中过氧化物酶体的功能： 在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化， 即所谓光呼吸反应； 乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体 降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。 五细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装 1. 膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装-去组装的复杂调控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 在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收信号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留
24、或回收回来，所以有人将内质网比喻成“开放的监狱”（open prison）。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各自特异的成分，这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础，但是在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。 2.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
25、、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”。第七章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体一以线粒体与氧化磷酸化 1. 氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说 电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。 2电子传递链的四种复合物(哺乳类)： 复合物：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，
26、从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出2 H+ 复合物：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化2低能电子从琥珀酸FADFe-S辅酶Q (无H+泵出) 复合物：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从辅酶Q cyt c；泵出2 H+ 复合物：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成： 二聚体，每一单体含13个亚基，三维构象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与形
27、成水二叶绿体与光合作用 光合作用：光反应:光能-电能-化学能(ATP和NADH) 原初反应（primary reaction) 光能的吸收、传递与转换，形成高能电子 (捕光色素及反应中心构成了光合作用单位) 电子传递与光合磷酸化需说明以下几点： 最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。 电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体腔的质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于：H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。 电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化两条通路。循环式传递
28、的高能电子在PS被光能激发后经cytb6f复合物回到PS。结果是不裂解H2O、产生O2，不形成NADPH，只产生H+跨膜梯度，合成ATP 。 暗反应(碳固定):ATP和NADH使CO2还原为糖类等有机物卡尔文循环（Calvin cycle）C3途径,最重要最基本途径 分为3个阶段:羧化,还原,RUBP再生阶段。ATP 和NADPH推动CO2的固定、 还原。每循环一次只能固定一个CO2分子，循环六次才能把6个CO2分子同化成一个己糖分子。C4途径或 Hatch-Slack循环景天科酸代谢途径三线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 1.半自主性细胞器的概念： 自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传
29、信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自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)。受两套遗传系统的控制。2. mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。 复制仍受核控制 四线粒体和叶绿体的增殖与起源 1.线粒体的增殖：由原来的线粒体分裂或出芽而来。叶绿体的发育和增殖：个体发育：由前质体（proplastid）分化而来。 增殖：分裂增殖第八章 细胞核(nucleus)与染色体(chromosome)细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢的调
30、控信息中心细胞核的结构组成：一 核被膜(nuclear envelope)与核孔复合体(NPC） 1.核被膜(nuclear envelope)结构组成：外核膜（outer nuclear membrane），附有核糖体颗粒 内核膜（inner nuclear membrane），有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体） 核纤层（nuclear lamina） 核周间隙（perinuclear space）核孔（nuclear pore） 2.核孔复合体(NPC）结构组成：胞质环（cytoplasmic ring），外环 核质环（nuclear ring），内环 辐（spoke） 柱状亚单位（column subunit） 腔内亚单位(luminal subunit) 环带亚单位（annular subunit） 中央栓（centr
