1、医学细胞生物学 Cell 第一章 细胞生物学与医学 (cell biology) 第一节 细胞学的诞生与发展 (cytology) - 1590Janssen + 10 Cell from cellulae” 1668, J.Swammerdan 1674 A. van Leeuwenhoek 1777 W.Hewson 1781 F.Fontana 1805 G.R.TreviranuS 1812 J.Moldenhawer 1829 P.J.F.Turpin 1830 F.J.F.Meyen (Cell theory) 1838 Schleiden 1839 Schwann Matthia
2、s Jacob Schleiden Theodar Schwann Cell Theory : 1887 V.Beneden 1889 C.Golgi 1897 C.Garnier 1898 C.Benda : 1873 Schneider 1892 W.Flenning 1883 E.Beneden 1884 W.Hertwig and E.Strasburger J.Carnoy 1884 O.Hertwig 1892 2020 DNA RNA, RNA 1933 第二节 细胞生物学的兴起 (cell biology) 1. , 2. , , , , 3. 1. 2. 3. 4. : ,
3、1. 2. 3. 第三节 细胞生物学的发展趋势 第四节 细胞生物学在医学科学细胞生物学在医学科学 中的地位与作用中的地位与作用 第二章 细胞的起源与进化 第一节 细胞的起源 . . . 35 第二节 细胞的进化细胞的进化 - (DNARNA) - SARS H5N1 HIV DNA 第三章 细胞的基本特征 第一节 细胞的分子基础细胞的分子基础 C O HNSP 99% 4 1. : 85.0% 2. : 1.5% 3. 0.4% 4. 2.0% 5. 10.0% 6. DNA 0.4%; RNA 0.7% 90% C,H,O,N 1%微量元素微量元素 (B, Si, V, Mn, Co, Cu
4、, Zn, Mo) 9%: S, P, Na, Ca, K, Cl, Mg, Fe 70% K+Na+Mg2+Ca2+ Cl-HCO32-H2PO4-HPO42- 1% CH3CH2 nCOOH ATP (amino acid) nuleotide DNA, RNA A G T C U 由由单体单体聚合而成聚合而成 大小介于大分子与小分子之间大小介于大分子与小分子之间 有机物有机物 蛋白质蛋白质 脂类脂类 核酸核酸 糖类糖类 大分子大分子 1. , (-helix) (-pleated sheet) (triple helix, 3. , . 3 5 1. DNA : DNA,. RNA DN
5、A-; T U mRNAmessenger RNA tRNA (transfer RNA) rRNA (ribosomal RNA) mRNA, mRNA tRNA: mRNA rRNA:,; 5S,5.8S,18S,28S . 第二节 细胞的结构特征细胞的结构特征 (protoplasm) : 1215cm 0.1mm 0.1m 2030 m 21014 各类细胞各类细胞 结构结构、功能功能和所处环境不同和所处环境不同 形状和大小形状和大小 千差万别千差万别 骨细胞骨细胞 结缔组织细胞结缔组织细胞 卵细胞卵细胞 精子精子 毛细胞毛细胞 视杆细胞视杆细胞 神经神经 细胞细胞 立方上皮立方上皮
6、柱状上皮柱状上皮 细胞形状的多样性细胞形状的多样性 第三节 细胞的生命特征细胞的生命特征 , 第四章 细胞生物学的研究技术 Techniques in Cell Biology Preparatory observe put forward theoretics Design control tests Collect data Explain results Devise conclusion Refer to knowledge 第一节 细胞形态结构的观察 普通光镜普通光镜 特殊光镜特殊光镜 形态观察形态观察 扫描扫描电镜电镜 高压电镜高压电镜 透射电镜透射电镜 扫描隧道显微镜扫描隧道显微
7、镜 暗视野显微镜暗视野显微镜 相差显微镜相差显微镜 微分干涉差显微镜微分干涉差显微镜 荧光显微镜荧光显微镜 激光共聚焦显微镜激光共聚焦显微镜 光学显微镜光学显微镜 电子显微镜电子显微镜 扫描探针显微镜扫描探针显微镜 原子力显微镜原子力显微镜 microscopic structure- 普通光学显微镜普通光学显微镜 目镜 物镜 集光器 载物台 光源 H-E 相差显微镜相差显微镜 (phase contrast microscope) F. Zernike 1932 1953 微分干涉差差显微镜微分干涉差差显微镜 (differential interference contrast (DIC)
8、 microscope) Nomarski1952 DIC 暗视野显微镜暗视野显微镜 (dark field microscope) 4nm 50 DIC 荧光显微镜荧光显微镜 (Fluorescence Microscope) 分裂细胞的分裂细胞的 免疫荧光图像免疫荧光图像 荧光染料荧光染料 抗抗 体体 激光扫描共聚焦显微镜激光扫描共聚焦显微镜 (Laser Scanning Confocal Microscope, LSCM) submicroscpic structure- 0.2um ultramicroscopic structure- 0.2nm 40- 50nm 透射电镜透射电镜
9、 (transmission electron microscopeTEM ) 扫描电镜扫描电镜 (scanning electron microscopeSEM ) 3nm 120kV 10um 高压电镜高压电镜 (high voltage electron microscope) -196C etching 蚀刻蚀刻 断裂断裂 45 90 replica 复膜复膜 0.10.2nm 0.001nm DNARNA 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 (scanning tunneling microscopeSTM ) 原子力显微镜原子力显微镜 第二节 细胞的分离与培养细胞的分离与培养 flow
10、cytometer, FCM (fluorescence-activated cell sorting, FACS) cell fusion heterokaryon synkaryon hybrid cell line 第三节 细胞组分的分析细胞组分的分析 马达马达 冷冻冷冻 真空真空 沉降物沉降物 转子转子 装甲室装甲室 匀浆物匀浆物 肝脏肝脏 上清夜上清夜 完整完整 细胞细胞 完整完整 细胞细胞 1000g 20min 核核 线粒体线粒体 溶酶体溶酶体 过氧化物酶体过氧化物酶体 微粒体微粒体 内质网内质网 100000g 120min 105000g 20min DNase 静臵静臵20
11、min 10000g 20min 核糖体核糖体 凝胶过滤柱层析凝胶过滤柱层析 离子交换柱层析离子交换柱层析 亲合层析亲合层析 SDS-PAGE, western blotting, 2-D RNA RNARNA mRNA PCRNorthern mRNA DNA DNARNA RNADNA DNA 第四节 活细胞内分子的分析活细胞内分子的分析 常用常用3H胸腺嘧啶脱氧核苷显示胸腺嘧啶脱氧核苷显示DNA的放射自显影图像的放射自显影图像 第五节 细胞的活体内研究 transgenic mouse gene knockout mouse gene knockin mouse 第五章 细胞膜及其表面
12、（ CELL MEMBRANE AND ITS SURFACE ） cell membrane plasma membrane biomembrane 第一节 细胞膜的分子结构和特性细胞膜的分子结构和特性 1.phospholipid -12 3 O P O OO- CH2 CH2 +NH3 CH2HCH2C OO CO CO O P O OO- CH2 C +NH3 CH2HCH2C OO COCO O P O OO- CH2 CH2 +N CH2HCH2C OO COCO COO-H CH3 CH3H3C R1R2R1R2R1R2 P O OO- CH2HCH2C OO CO CO R1R
13、2 H OH OH H OH OH H H OH O H OH PEPSPCPI OH P O O O - C H 2 H C H 2 C O O C O C O R 1 R 2 P E O P O OO- CH2 CH2 +NH 3 CH2HCH2C OO CO CO O P O OO- CH2 C +NH 3 CH2HCH2C OO CO CO O P O OO- CH2 CH2 +N CH2HCH2C OO COCO COO-H CH3 CH3H3C R1R2 R1R2R1R2 P O OO- CH2HCH2C OO CO CO R1R2 H OH OH H OH OH H H OH O
14、 H OH PEPSPCPI =12-241618 2. cholesterol 5 3. glycolipid 20-25% integral protein peripheral protein mosaic protein 1 transmembrane protein 1.integral protein 疏水性穿膜区 亲水区 亲水区 2. peripheral protein 附着在其他膜蛋白上的周边蛋白 膜蛋白 膜蛋白 附着 结合 与脂肪酸链 形成酰胺键 锚定至膜上 与异戊二烯基 团形成硫酯键 锚定至膜上 结合 (1)运输蛋白 (2)受体蛋白 (3)酶 (4)连接蛋白 膜蛋白 gl
15、ycolipid glycoprotein 胞外面 胞质面 磷脂 肽链 糖基 糖蛋白的寡糖链 糖蛋白的寡糖链 糖脂的寡糖链 糖脂的寡糖链 E. Overton 1895 E. Gorter 1925 J. Danielli 于大亚基上于大亚基上, 肽基肽基 转 移 后 将 释 放 的转 移 后 将 释 放 的 tRNA的位点的位点 GTP酶位点：酶位点：有有GTP 酶活性酶活性，可提供催化可提供催化 肽酰肽酰-tRNA从从A位转位转 移到移到P位的能量位的能量 肽酰基转移酶位点：肽酰基转移酶位点： 于小亚基上于小亚基上, 催化氨催化氨 基酸间形成肽键基酸间形成肽键 () rRNA 4050%
16、50 60% 80S 真核细胞的真核细胞的 细胞质核糖体细胞质核糖体 70S 原核细胞的原核细胞的 细胞质核糖体细胞质核糖体 rDNA rRNA rRNA 16S rRNA 5S rRNA 23S rRNA rRNArRNA具有高度复杂的二级结构具有高度复杂的二级结构 3 mRNA的核糖体的核糖体 结合部位结合部位 mRNA 游离核糖体游离核糖体 完整核糖体完整核糖体 结合结合mRNA 翻译结束翻译结束 RNA 蛋白质合成过程蛋白质合成过程 核糖体核糖体 mRNA tRNA 密码子信息密码子信息 合成场所合成场所 氨基酸转运氨基酸转运 密密 切切 配配 合合 1. mRNA 3 codon 2
17、. tRNA mRNA 3. rRNA tRNA (AP) mRNA mRNA rRNA 解码中心解码中心(decoding center) 肽基转移酶中心肽基转移酶中心 (peptidyl transferase center) 起始起始延伸延伸终止终止 N-端端 1. initiation factor, IF mRNA -tRNA mRNA AUG -tRNA mRNA P 小亚基小亚基-mRNA-Met-tRNAfmet mRNA 真核生物的起始因子真核生物的起始因子eIF-2在起始翻译中的作用图解在起始翻译中的作用图解 2. -tRNAA P AP PtRNA P mRNA5 3A
18、tRNAP 新新 肽肽 键键 的的 形形 成成 过过 程程 图图 解解 延伸(Elongation) 新形成的肽键新形成的肽键 3. tRNA tRNA mRNA 肽 链 合 成 的 起 始 肽 链 合 成 的 起 始 肽 链 合 成 的 延 伸 肽 链 合 成 的 延 伸 肽 链 合 成 的 终 止 肽 链 合 成 的 终 止 肽肽 链链 合合 成成 的的 过过 程程 图图 解解 (polyribosome) (A)(A) (B)(B) mRNA mRNA 第三节 内膜系统 (endomembrane system) 溶酶体溶酶体 高尔基复合体高尔基复合体 核膜核膜 质膜质膜 分泌泡分泌泡
19、内质网内质网 内膜系统内膜系统 细胞质溶质细胞质溶质 高尔基复合体高尔基复合体 溶酶体溶酶体 质膜质膜 分泌泡分泌泡 Endoplasmic reticulum, ER The endoplasmic reticulum Electron micrograph of part of a bat pancreatic cell. 微 粒 体 的 电 镜 形 态 (microsome) 微粒体不是细胞内的固微粒体不是细胞内的固 有结构有结构, 而是细胞在匀浆而是细胞在匀浆 过程中所分离出的一种过程中所分离出的一种 膜泡成分膜泡成分, 它由内膜系统它由内膜系统 中各组分的膜断片自然中各组分的膜断片自
20、然 卷曲而成卷曲而成，如内质网和如内质网和 高尔基复合体的膜等高尔基复合体的膜等。 3040 细胞色素P-450 内质网膜驻留激酶内质网膜驻留激酶 信号识别颗粒的受体信号识别颗粒的受体 (signal-recognition particle receptor) 核糖体亲合蛋白核糖体亲合蛋白 葡萄糖-6-磷酸酶 网质蛋白网质蛋白 (reticulo-plasmin) (endoplasmin) (calreticulin) 贮积贮积Ca2+ 分子伴侣分子伴侣 (Ig heavy-chain-binding protein, BiP) (protein disulphide isomerase,
21、 PDI) 内内 质质 网网 的的 分分 布布 完整细胞内的内质网在核周形成网状三维结构。完整细胞内的内质网在核周形成网状三维结构。 糙面内质网糙面内质网 (rough endoplasmic reticulum, RER) 胞质面附着有核糖体，表面粗糙胞质面附着有核糖体，表面粗糙 光面内质网光面内质网 (smooth endoplasmic reticulum, SER) 无核糖体附着，表面光滑无核糖体附着，表面光滑 电镜下的光面内质网图象电镜下的光面内质网图象 糙面内质网的糙面内质网的EM图象图象 Rough ER Smooth ER RERRER SERSER形态形态 扁囊状扁囊状 合成
22、蛋白质合成蛋白质 小管或小囊状小管或小囊状 合成类固醇合成类固醇 胞质面胞质面(cytoplasmic face) 腔面腔面(luminal face) 小管小管 小囊小囊 内质网的内质网的三维立体结构三维立体结构 Smooth ER Rough ER 1. RER 的功能 PDI Bip N-连接糖基化连接糖基化 ER驻留蛋白驻留蛋白 运往其它部位的蛋白运往其它部位的蛋白 2. SER 的功能 SER 糖原颗粒糖原颗粒 SER腔腔 进入血液进入血液 SER膜膜 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖- -6- -磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖- -1 1- -磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖- -6- - 磷酸酶磷酸酶
23、磷酸化酶磷酸化酶 Pi 6- SER (detoxification) SER Ca2+ 内质网内质网 内质蛋白内质蛋白 钙网蛋白钙网蛋白 Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ 钙泵钙泵 Ca2+储备库储备库 Ca2+信号反应信号反应 内质网内质网 线粒体线粒体 Ca2+ signal sequence N- signal recognition
24、 particle, SRP SRP SRP- SRPSRP SRP G.Blobel因此项创见而荣获因此项创见而荣获1999年诺贝尔奖！年诺贝尔奖！ Targeted to ER membra ne SRP SRP Golgi Complex (Golgi body) (Golgi Apparatus) (internal reticular apparatus) 1898C. Golgi (Golgi complex) 分枝状圆泡分枝状圆泡 2030nm 分枝状小管分枝状小管 大囊泡、小囊泡、大囊泡、小囊泡、 扁平囊扁平囊 弓形弓形 高尔基体的结构极性高尔基体的结构极性 形成面形成面(fo
25、rming face) 顺面顺面(Cis face) 6nm 凸面凸面 凹面凹面 成熟面成熟面(maturing face) 反面反面(Trans face) 10nm (TGN) (CGN) 胆固醇胆固醇 磷脂磷脂 糖脂糖脂 脂类脂类 (标记酶标记酶) 酶酶 硫胺素焦磷酸酶硫胺素焦磷酸酶 糖基转移酶糖基转移酶 酸性磷酸酶酸性磷酸酶 磷脂酶磷脂酶 溶酶体酶溶酶体酶 甘露糖转移酶甘露糖转移酶 N N- -乙酰半乳糖转移酶乙酰半乳糖转移酶 N N- -乙酰葡萄糖胺转移酶乙酰葡萄糖胺转移酶 岩藻糖转移酶岩藻糖转移酶 半乳糖转移酶半乳糖转移酶 唾液酸转移酶唾液酸转移酶 糖基转移酶糖基转移酶 脂类糖基化
26、：脂类糖基化：磺化磺化- -糖基转移酶糖基转移酶 （参与蛋白质合成）（参与蛋白质合成） 酶原颗粒的形成路线图解酶原颗粒的形成路线图解 蛋白质在蛋白质在RER处合成处合成 酶原颗粒移至细胞顶部，同质酶原颗粒移至细胞顶部，同质 膜融合后将内容物释放到胞外膜融合后将内容物释放到胞外 在在Golgi区蛋白质被包装成酶原颗粒区蛋白质被包装成酶原颗粒 新生蛋白质由新生蛋白质由RER输往输往Golgi复合体复合体 高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能 受调控和不受调控的分泌路线示意图受调控和不受调控的分泌路线示意图 内陷内陷 部分质膜返部分质膜返 回高尔基区回高尔基区 高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能
27、分拣分拣 (sorting) TGN (反面高尔基网反面高尔基网) 胞质胞质 高尔基复合体高尔基复合体 连续分泌连续分泌 (continuous secretion) 新生可溶性蛋白新生可溶性蛋白 新生膜蛋白新生膜蛋白 新生膜脂新生膜脂 不受调控不受调控 的膜融合的膜融合 质膜质膜 肽激素、胰蛋白酶肽激素、胰蛋白酶 等物质的分泌泡等物质的分泌泡 不连续分泌不连续分泌 (discontinuous secretion) 信号传导信号传导 激素或神经激素或神经 递质等信号递质等信号 受调控的膜融合受调控的膜融合 连在连在Asn的氨基基团上的氨基基团上 连在连在Ser、Thr和和hLys的羟基基团上
28、的羟基基团上 寡糖寡糖 NN- -连接寡糖连接寡糖 (N-linked oligosaccharides) OO- -连接寡糖连接寡糖 (O-linked oligo-saccharides) 高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能 N-连接寡糖连接寡糖 O-连接寡糖连接寡糖 连接的氨基酸残基连接的氨基酸残基 , 连接的基团连接的基团 -NH2 -OH 糖链长度糖链长度 525 14, 56 合成部位合成部位 高尔基复合体对糖蛋白共价修饰的分区化高尔基复合体对糖蛋白共价修饰的分区化 高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能 前胰岛素原前胰岛素原 胰岛素原胰岛素原 高高 尔尔 基基 复复 合合 体体
29、的的 功功 能能 高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能 蛋白质的混合物蛋白质的混合物 ER Golgi ComplexComplex 质膜质膜 分选分选 TGN 调节分泌调节分泌(分选信号分选信号控制控制) 连续连续 分泌分泌 运往溶酶体运往溶酶体(分选信号分选信号控制控制) Lysosome 溶酶体溶酶体 形态和大小形态和大小 溶酶体的电镜形态溶酶体的电镜形态 形态形态 大小大小 (最小：最小：0.05 m 最大：数最大：数 m 平均：平均：0.50.5 mm) 一般：一般：0.20.8 0.20.8 m (H+-ATPase) 溶酶体膜在成分上与其它生物膜不同溶酶体膜在成分上与其它生物膜不
30、同: : () 溶酶体溶酶体 () 残余小体残余小体 (residual body) 三级溶酶体三级溶酶体 (tertiary lysosome) 次级溶酶体次级溶酶体 (secondary lysosome) 初级溶酶体初级溶酶体 (primary lysosome) 细胞中酸性水解酶分布电镜图细胞中酸性水解酶分布电镜图 新生溶酶体酶小泡新生溶酶体酶小泡 次级溶酶体次级溶酶体 溶酶体酶小泡溶酶体酶小泡 次级溶酶体次级溶酶体 吞噬吞噬 人肺泡巨噬细胞中髓样小体人肺泡巨噬细胞中髓样小体残留小体残留小体电镜图像电镜图像 脂褐质小体脂褐质小体 6- (M6P) N- M6P M6P 溶酶体发生过程溶
31、酶体发生过程 M6P “细胞内细胞内 清洁工清洁工 溶酶体溶酶体 MM MM 1. 次级溶酶体次级溶酶体 溶酶体酶溶酶体酶 小泡小泡 被消化物被消化物 2. 3. 细菌细菌 巨噬白细胞巨噬白细胞 酵母菌酵母菌 巨噬白细胞巨噬白细胞 溶酶体酶小泡溶酶体酶小泡 次级溶酶体次级溶酶体 残余小体残余小体 可利用成分可利用成分 4. 5. 在蝌蚪变态过程中尾部溶酶体的组织蛋白酶活性与尾长度的关系在蝌蚪变态过程中尾部溶酶体的组织蛋白酶活性与尾长度的关系 输卵管输卵管 输精管输精管 胚胎胚胎 哺乳动物胚胎发育过程中生殖管道的变化过程图示哺乳动物胚胎发育过程中生殖管道的变化过程图示 精子头部的顶体在受精过程中
32、的作用图解精子头部的顶体在受精过程中的作用图解 顶体顶体 (acrosome)： 透明质酸酶、神透明质酸酶、神 经氨酸酶、酸性经氨酸酶、酸性 磷酸酶和蛋白酶磷酸酶和蛋白酶 等多种水解酶等多种水解酶 特化的特化的 溶酶体溶酶体 受精过程中的功能受精过程中的功能 30 2. 1. - 3. SiO2 SiO2 peroxisome (microbody) 1954J. Rhodin卵圆形小体卵圆形小体 单层膜单层膜 卵圆形或圆形小体卵圆形或圆形小体 0.010.15nm 过氧化物酶体的电镜照片过氧化物酶体的电镜照片 晶格状晶格状 内含物内含物 晶格状核心由晶格状核心由 过氧化物酶体的代谢反应图解过
33、氧化物酶体的代谢反应图解 O2 H2O2 H2O 脂酰脂酰-CoA 盐酸盐酸 D-氨基酸氨基酸 尿酸尿酸 乙醇乙醇 氧化酶氧化酶 过氧化氢酶过氧化氢酶 氧化底物氧化底物 醋酸盐醋酸盐 第四节 线粒体 (Mitochondrion) 80% 线状线状 颗粒状颗粒状 成纤维细胞成纤维细胞 肝细胞肝细胞 电镜下线粒体的形态结构电镜下线粒体的形态结构 线粒体线粒体 基质基质 膜间隙膜间隙 外膜外膜 内膜内膜 嵴嵴 大小与大小与细胞类型细胞类型 生理状态生理状态 ( , , pH) 0.51.0 m 28 m 线粒体在活细胞中的形态变化线粒体在活细胞中的形态变化 线粒体数量线粒体数量 1个个 50万个万
34、个() 3 105万个万个( () () 5001000() 代谢和能量需求状态代谢和能量需求状态 一般随机均匀分布一般随机均匀分布 在代谢旺盛的需能部位较集中在代谢旺盛的需能部位较集中 骨骼肌骨骼肌 心肌心肌 精子鞭丝精子鞭丝 RER mt mt RER 细胞质溶质细胞质溶质 外膜外膜 膜间隙膜间隙 内膜内膜 基质基质 嵴嵴 线粒体线粒体 三维结三维结 构图解构图解 膜间隙膜间隙 基质基质 肝细胞线粒体的超微结构肝细胞线粒体的超微结构 线粒体线粒体 5-7nm; ; 孔蛋白孔蛋白 (porin) 10 kDa 孔蛋白单体孔蛋白单体 外膜外膜 1nm NH2 COOH (B) (A) 10kD
35、a 孔经孔经23nm 4.5 nm ( 150Da ) cristae elementary particle F0 F1 内膜内膜 ATP合酶复合体合酶复合体 F0 F1 -ATP 嵴嵴(cristae) 嵴的数量与线粒体氧化活性的强弱程度有关。嵴的数量与线粒体氧化活性的强弱程度有关。 需需 能能 多多 需需 能能 少少 外膜外膜 膜间隙膜间隙 内膜内膜 嵴嵴 基质基质 3. translocation contact site 内外膜转位接触点内外膜转位接触点 蛋白质蛋白质 有形成分有形成分 丝状物质丝状物质(DNARNA) 致密颗粒状物质致密颗粒状物质 (Ca2+Mg2+Zn2+) 三羧
36、酸循环三羧酸循环 脂肪酸氧化脂肪酸氧化 丙酮酸氧化丙酮酸氧化 核糖体核糖体 脂类脂类 4. matrix 由于线粒体各部位功能不同由于线粒体各部位功能不同, , 所含的酶也不同：所含的酶也不同： 内膜：内膜： 线粒体基质：线粒体基质： 部部位位 酶酶的的名名称称 外外 膜膜 单胺氧化酶单胺氧化酶* * 犬尿氨酸羧化酶犬尿氨酸羧化酶 NADHNADH- -细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶 脂肪酸辅酶脂肪酸辅酶A A连接酶连接酶 膜膜 间间 隙隙 腺苷酸激酶腺苷酸激酶* * 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 内内 膜膜 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶* * ATPATP合成酶合成酶 NADHNADH脱
37、氢酶脱氢酶 - -羟丁酸脱氢酶羟丁酸脱氢酶 琥珀酸脱氢酶等呼吸链酶系琥珀酸脱氢酶等呼吸链酶系 丙酮酸氧化酶丙酮酸氧化酶 肉毒碱脂肪酸酰基转移酶肉毒碱脂肪酸酰基转移酶 - -羟丙酸脱氢酶羟丙酸脱氢酶 线粒体基质线粒体基质 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶* * 脂肪酸氧化酶系脂肪酸氧化酶系 蛋白质和核酸合成酶系蛋白质和核酸合成酶系 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 柠檬酸循环酶系柠檬酸循环酶系 能量代谢能量代谢 储积钙离子储积钙离子 功能功能 参与细胞凋亡参与细胞凋亡 80%ATP在线粒体中合成在线粒体中合成 DNA mtDNA 5-10mtDNA tRNArRNA mtDNA仍受核的控制仍受核的控制mtDNA
38、复制所复制所 需的聚合酶是由核需的聚合酶是由核DNA编码编码、在细胞质中合成的在细胞质中合成的 线粒体的生长和增殖受核基因组和线粒体基因线粒体的生长和增殖受核基因组和线粒体基因 组两套遗传系统共同控制组两套遗传系统共同控制半自主性的细胞器半自主性的细胞器。 100037 线粒体的半自主性线粒体的半自主性 线粒体的生长与增殖所线粒体的生长与增殖所 需要的大部分蛋白质由需要的大部分蛋白质由 核基因编码核基因编码、在细胞质在细胞质 中合成；仅有少部分中合成；仅有少部分蛋蛋 白质由其自身基因编码白质由其自身基因编码、 在线粒体内合成在线粒体内合成。 + 由原有的线粒体分裂、生长而来由原有的线粒体分裂、
39、生长而来 间壁分裂间壁分裂() 收缩后分离收缩后分离 出芽出芽 隔隔 间壁分裂间壁分裂( (离离) ) 肝细胞中正在分裂的线粒体肝细胞中正在分裂的线粒体 (a)外侧所示为人外侧所示为人mtDNA的编码的编码 产物产物: 编码编码复合物复合物43个亚基个亚基 中的中的7个个(ND1,2,3,4,4L,5和和6); 编码编码复合物复合物11个亚基中的细个亚基中的细 胞色素胞色素b); 编码编码复合物复合物13个个 亚基中的亚基中的3个个(COI, II,III); 编码编码 ATPase复合物复合物16个亚基中的个亚基中的2 个个(6, 8); 编码编码大小大小rRNA(16S, 12S rRNA
40、); 编码编码22种种tRNA(白白 线区线区, 其旁的英文字母代表同族其旁的英文字母代表同族 氨基酸氨基酸)。(b) 内侧示人内侧示人mtDNA 中的致病点突变中的致病点突变, 用用疾病的首字疾病的首字 缩写缩写和和核苷酸的位置核苷酸的位置来表示来表示。 (自自Wallace, 1999) 部分致病突变在人线部分致病突变在人线 粒体基因组中的定位粒体基因组中的定位 第七章 细胞骨架 microtubules, MT microfilament, MF intermediate filament, IF 真核细胞三类重要结构体系 Cytoskeleton (cytoskeleton) (mic
41、rotubule) (microfilament) (intermediate filament) 维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构 有序性，而且还参与细胞的运动、物质的运 输、能量转换、信息传递和细胞分裂等一系 列重要生命活动。 第二节 微管 Microtubule, MTMicrotubule, MT 一、微管的结构与微管蛋白 二、微管结合蛋白 三、微管的组装和极性 四、微管的功能 一、微管的结构和微管蛋白一、微管的结构和微管蛋白 1 24nm15nm 13 A fluorescently stained image of cultured epithelial cells sho
42、wing the nucleus (yellow) and microtubules (red) 2 (tubulin) - 80% - 20% - - (microtubule-associated proteins, MAPs) (Tau/ GDP GTP (heterodimer) , GTP Mg2+ + GTP 微管蛋白 含量 不足1% 定位于微管组织中心 (MTOC) 对微管的形成、数量和位置，以及极性的 确定和细胞分裂起重要作用 3 singlet doublet triplet 二、二、 微管结合蛋白微管结合蛋白 三、微管的组装和极性三、微管的组装和极性 : 13 + - 微管
43、组织中心（微管组织中心（ microtubule organizing center,MTOC ）：活细胞内微管组装时总是活细胞内微管组装时总是 以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微 管组织中心管组织中心, ,包括中心体、基体。为微管装配包括中心体、基体。为微管装配 提供始发区域，控制着细胞质中微管的数量、提供始发区域，控制着细胞质中微管的数量、 位置及方向。位置及方向。 (centrosome) = 2 + MTOC MT are nucleated by a protein complex containing -tubulin 9+ 9+2 MTO
44、C 微管蛋白的浓度微管蛋白的浓度 温度：温度： 4 20 20 促进组装促进组装 CaCa2+ 2+ ：低则促进组装 ：低则促进组装, , 高则趋向解聚高则趋向解聚 压力：压力： 高则趋向解聚高则趋向解聚 pHpH值：值： 调节组装调节组装 药物：药物： 如如秋水仙素、长春花碱秋水仙素、长春花碱等抑制微管组装，等抑制微管组装， 紫杉醇紫杉醇能促进微管的组装并稳定已组装的微管。能促进微管的组装并稳定已组装的微管。 四、微管的功能四、微管的功能 四、微管的功能四、微管的功能 motor protein ATP myosin kinesin dynein 2 + 2 a (dynein) b, ck
45、inesindynein 四、微管的功能四、微管的功能 四、微管的功能四、微管的功能 92 +29 A B B 四、微管的功能四、微管的功能 : A ATP B 四、微管的功能四、微管的功能 a(b)c (d) 7nm Cells are capable of remarkable motility: The neural crest cells in a vertebrate embryo leave the developing nervous system and migrate across the entire width of the embryo, forming such di
46、verse products as the pigment cells of the skin, teeth, and the cartilage of the jaws (see Figure 7.11). Legions of white blood cells patrol the tissues of the body searching for debris and microorganisms. Certain parts of cells can also be motile; broad projections of epithelial cells at the edge o
47、f a wound act as motile devices that pull the sheet of cells over the damaged area, sealing the wound. Similarly, the leading edge of a growing axon sends out microscopic processes that survey the substratum and guide the cell toward a synaptic target All of these various examples of motility share
48、at least one component: they all depend on the presence of microfilaments, the third major type of cytoskeletal element. Microfilaments are also involved in intracellular motile processes, such as the movement of vesicles, phagocytosis, and cytokinesis. External view of cell and types of podia proje
49、ctions Localization of actin at lamellipodium and as stress fibers.JPG 一、微丝的结构与肌动蛋白一、微丝的结构与肌动蛋白 (actin) , (actin filament) nm Actin 肌动蛋白肌动蛋白(actin)(actin) 肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白 actin G-actin (globular actin) F-actin (fibrous actin) actin Mg2+K+Na+ATP/ADP 100 F- 原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝中与肌动蛋白的结合原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝
50、中与肌动蛋白的结合 G- ATPK+Mg2+ B 四、微丝的功能四、微丝的功能 四、微丝的功能四、微丝的功能 四、微丝的功能四、微丝的功能 四、微丝的功能四、微丝的功能 四、微丝的功能四、微丝的功能 四、微丝的功能四、微丝的功能 ATP ATP II2 + 4 A myosin molecule walks along an actin filament through a cycle of structural changes. (intermediate filament) 一、中间纤维的结构和中间纤维蛋白 60 310 NC Type Protein Size (kd) Site of
