1、细胞生物学细胞生物学学习提要学习提要“细胞学说细胞学说”的基本内容的基本内容 认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞 发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对机体整体的生命有所助益；新的细胞只能通过细胞分裂产生。细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位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没有细胞就没有完整的生命细胞的基本共性细胞的基本共性由脂蛋白体系的生物膜；DNARNA遗传装置；蛋白质合
2、成的机器核糖体一分为二的方式进行分裂原原 核核 细细 胞胞(prokaryotic cell)最基本的特点：最基本的特点：基因组遗传信息量小，一个环状DNA 细胞内没有膜相结构，没有专门的细胞器和细胞核；主要代表主要代表：v支原体（mycoplast）最小最简单的细胞；v细菌v蓝藻（又称蓝细菌）（Cyanobacteria）最小、最简单的细胞最小、最简单的细胞支原体支原体v支原体（支原体（mycoplast）0.10.3m，仅，仅为细菌的十分之一为细菌的十分之一v具有细胞的特征：具有细胞的特征：能在培养基上生长 具有典型的细胞膜 一个环状的DNA mRNA和核糖体 一分为二的分裂繁殖方式真核细
3、胞真核细胞(eukaryotic cell)结构体系结构体系生物膜结构系统遗传信息表达系统细胞骨架系统原核细胞与真核细胞的主要差异原核细胞与真核细胞的主要差异特征原核细胞真核细胞形态结构细胞核拟核核膜、染色质、核仁、核基质内膜系统无内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡等线粒体、叶绿体无有细胞骨架无有细胞壁氨基糖、壁酸植物细胞纤维素、果胶遗传结构和功能DNA1分子，几千基因2个以上，数万以上基因染色质裸露组蛋白、核小体、非组蛋白DNA复制无周期明显的周期性基因表达同时同地进行不同时段、不同区域大分子的加工无修饰细胞分裂无丝分裂有丝分裂、减数分裂植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较细胞壁
4、液泡 叶绿体 细胞形态结构的观察方法细胞形态结构的观察方法v光学显微镜技术（LM）v电子显微镜技术 (EM)：TEMSEMv扫描遂道显微镜 (STM)几种显微镜观察样品大小的范围几种显微镜观察样品大小的范围 1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 0.1nm光学显微镜光学显微镜电子显微镜电子显微镜扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜普通复式光学显微镜技术普通复式光学显微镜技术分辨率(D)是指区分开两个质点间的最小距离决定LM分辨率的三要素 物镜镜口角（）入射光波长（）界质折射率（N）荧光显微镜技术荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）v荧光
5、显微镜的应用荧光显微镜的应用不同的荧光染料激发后可发出不同的荧光，可用不同的荧光剂对同一标本染色，使细胞的不同成分呈现不同的颜色；在光镜水平用于特异蛋白质的定性和定位；如绿色荧光蛋白(GFP)的应用光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位的最有力工具光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位的最有力工具光学显微镜技术光学显微镜技术主要特点主要特点突出优点突出优点荧光显微镜荧光显微镜样品进行荧光标记样品进行荧光标记只有激发荧光可以成像只有激发荧光可以成像激光共焦点扫描显微镜激光共焦点扫描显微镜光通过一个小孔或裂隙光通过一个小孔或裂隙后成像，只有焦平后成像，只有焦平面能成像面能成像图像异常清晰，分辨
6、率图像异常清晰，分辨率提高提高1.41.41.71.7倍倍相差显微镜相差显微镜增加一块增加一块“相差板相差板”夸夸大样品密度相位差大样品密度相位差不需染色，可观察活体不需染色，可观察活体微分干涉显微镜微分干涉显微镜棱镜折射，增加样品密棱镜折射，增加样品密度的明暗区别度的明暗区别增加了反差，更具立体增加了反差，更具立体感感暗视野显微镜暗视野显微镜黑背景下，利用散射光黑背景下，利用散射光观察观察细胞及细胞器边缘轮廓细胞及细胞器边缘轮廓清晰清晰倒置显微镜倒置显微镜照明系统与物镜颠倒位照明系统与物镜颠倒位置置增加集光器与载物台的增加集光器与载物台的距离，可观察培养距离，可观察培养容器容器录像增差显微镜
7、录像增差显微镜计算机辅助微分干涉显计算机辅助微分干涉显微镜微镜提高分辨率，可观察颗提高分辨率，可观察颗粒的运动粒的运动光学显微镜与电子显微镜的基本区别光学显微镜与电子显微镜的基本区别光学显微镜光学显微镜电子显微镜电子显微镜分辨本领分辨本领可见光：可见光：200nm紫外光：紫外光：100n接近接近0.1nm光源光源可见光（波长可见光（波长400700nm）紫外光（波长约紫外光（波长约200nm）电子束（波长电子束（波长0.010.9nm）透镜透镜玻璃透镜玻璃透镜电磁透镜电磁透镜真空真空不要求真空不要求真空1.331011.33104 pa成像原理成像原理利用样品对光的吸收形成明暗利用样品对光的吸
8、收形成明暗反差和颜色变化反差和颜色变化利用样品对电子束的散射和透利用样品对电子束的散射和透射形成明暗反差射形成明暗反差电镜的限制：不能观察活的生物样品；难以观察细胞的全貌；主要电镜制样技术主要电镜制样技术v超薄切片技术超薄切片技术 用于电镜观察的基本样本制备v负染色技术负染色技术 染色背景，衬托出样品的精细结构v冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构快速冷冻深度蚀刻技术（quick freeze deep etching）v电镜三维重构技术：电镜三维重构技术：电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合扫描电镜扫描电镜v样品处理样品处理 CO 2
9、临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力 喷镀一层金膜表面良好的导电性。扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 STMSTM （scanning tunnel microscopescanning tunnel microscope）原理原理：量子力学中的“隧道效应”。其关键部件是一个加上一定电压的精密探针。探针接近物质时，因“隧道效应隧道效应”而飞出电子，从而产生电流；当表面原子凸凹不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，电流因而随之变化。扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜v特点特点分辨本领高，（横向分辨率为0.10.2nm，纵分辨率可达0.001nm）；可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量
10、。v用途用途可直接观察生物大分子的原子布阵和一些生物结构的原子排列。纳米生物学研究领域中的重要工具。差速离心差速离心 v特点特点 介质密度均一；速度由低向高，逐级离心。v沉降顺序沉降顺序 核线粒体溶酶体与过氧化物酶体内质网与高基体核蛋白体。v用途用途 分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯度离心再行分离纯化。密度梯度离心密度梯度离心v各种成分的沉降速率与它们的形状和大小有关，通常以沉降系数（S）表示。v类型：速度沉降、等密度沉降。v常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。速度沉降速度沉降v特点特点 介质密度较低密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。
11、v原理原理 介质密度梯度平缓，分离物按各自的沉降系数以不同的速度沉降而达到分离。等密度沉降等密度沉降v特点特点 介质密度高，陡度大，介质最高密度大于被分离组分的最大密度。力场比速率沉降法大10100倍，需要高速或超速离心。v原理原理 样品各成分在连续梯度的介质中经过一定时间的离心则沉降到与自身密度相等的介质处，并停留在那里达到平衡，从而将不同密度的成分分离。常用细胞化学方法常用细胞化学方法方法显示物质颜色Feulgen反应反应DNA红色PAS反应多糖紫红色联苯氨反应过氧化氢酶棕色脂溶染色法脂溶染色法脂滴黑色茚三酮反应茚三酮反应：蛋白质蓝色流式细胞仪流式细胞仪v细胞分散并对待测成分进行特异染色；
12、v悬滴中的细胞一个一个依次通过检测器；检测器可测定每个细胞中待测成分的含量；不同表面标记的细胞所带电荷情况不同产生不同偏转，实现细胞的分选。基本概念基本概念v原代培养（原代培养（primary culture）：指直接从机体，特别是幼小动物机体取出的细胞进行的培养，一般指传代10代以内的培养物。v传代培养（传代培养（subculture）：是指细胞从一个培养瓶以一定比例转移接种到另一培养瓶的培养。基本概念基本概念v细胞株（细胞株（cell strain）：从培养细胞中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。v细胞系（细胞系（cell line）：来源于原代培养物，在培养过程中发生突变或转化的细胞，
13、在培养条件下可无限传代的细胞。v克隆（克隆（clone）：）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。植物细胞培养植物细胞培养v原生质体培养原生质体培养 培养脱壁后的细胞 v单倍体培养单倍体培养 通过花药或花粉培养可获得单倍体植株。细胞融合细胞融合（cell fusion）通过培养和介导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞 同核体同核体：相同基因型的细胞融合而成。异核体：异核体：不同基因型的细胞融合而成。v自发融合：自发融合：同种细胞在培养过程中自发合并的现象。v诱发融合：诱发融合：异种间的细胞必须经诱导剂处理才能融合。v融合因子融合因子：生物方法（灭活的病毒
14、）、化学方法（PEG）、物理方法（电击和激光）。单克隆抗体技术单克隆抗体技术v原理：B淋巴细胞能分泌特异抗体，但不能长期培养，瘤细胞可以在体外长期培养，但不能分泌特异抗体。于是Kohler和Milstein 1975将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获1984年诺贝尔奖。Preparation of hybridomas that secrete monoclonal antibodies against a particular antigen(X).The selective growth medium used contains an inhibitor(aminopterin)th
15、at blocks the normal biosynthetic pathways by which nucleotides are made.The cells must therefore use a bypass pathway to synthesize their nucleic acids,and this pathway is defective in the mutant cell line to which the normal B lymphocytes are fused.Because neither cell type used for the initial fu
16、sion can grow on its own,only the hybrid cells survive.Monoclonal AntibodiesHAT培养基培养基vHAT培养基次黄嘌呤（hypoxantin）氨基蝶呤（aminopterin）胸腺嘧啶脱氧核苷（thymidin）v 细胞内核苷酸的合成有从头合成途径和扑救途径。由于氨基蝶呤可阻碍起始合成途径，所以培养基中含有它时，细胞便只能依赖补救途径。v 嘌呤的中间合成途径缺失株（HGPRT-）和嘧啶的中间合成途径缺失株（TK-），由于可以互补，所以两者的杂种细胞，即使在氨基蝶呤的存在条件下也可以增殖。模式生物的意义模式生物的意义v由于
17、基因在进化上的保守性和遗传密码的通用性，从一种实验生物得到的有关基因性质或功能方面的信息往往也适用于其它生物，因此我们有可能选择更适于回答细胞生物学问题的模式生物进行研究。模式生物的特点模式生物的特点v个体较小；v容易培养；v操作简单；v生长繁殖快；v细胞质膜细胞质膜(plasma membrane)又称细胞膜(cell membrane)：是指围绕在细胞最外围，由脂质和蛋白质组成的生物膜v生物膜生物膜(biomembrane)细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜质膜主要结构模型质膜主要结构模型(a)Davson和和Danielli双分子片层模型（双分子片层模型（1935）(b)Singer和和
18、G.Nicolson流动镶嵌模型流动镶嵌模型（1972）(c)目前盛行的膜的结构模型目前盛行的膜的结构模型目前对生物膜结构的认识目前对生物膜结构的认识 v组织者组织者膜脂膜脂 v功能执行者功能执行者膜蛋白膜蛋白 v膜脂与膜蛋白的相互作用膜脂与膜蛋白的相互作用 v特性：双极性分子特性：双极性分子v结构：脂质双分子层结构：脂质双分子层膜的成分膜的成分膜脂膜脂v磷脂甘油磷脂鞘磷脂v糖脂v胆固醇脂质体脂质体（liposome）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。膜的成分膜的成分膜蛋白膜蛋白v膜内在蛋白（整合膜蛋白）膜内在蛋白（整合膜蛋白）v膜外在蛋白（膜周边蛋白）膜外在蛋白（
19、膜周边蛋白）v脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白 uu离子型去垢剂离子型去垢剂(SDS)uu非离子型去垢剂（非离子型去垢剂（Triton X-100）去垢剂去垢剂两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。膜的流动性膜的流动性v膜脂流动性脂肪酸长度、饱和度；温度；胆固醇的双重调控；v膜蛋白流动性膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性v荧光抗体免疫标记实验荧光抗体免疫标记实验 v成斑现象（成斑现象（patching）和成帽现象）和成帽现象（capping）v荧光漂白恢复技术荧光漂白恢复技术(光脱色恢复技术FRAP)膜的不对称性膜的不对称性v细胞膜各部分名称细胞膜各部分名称ESEFPFPS膜骨架膜骨架v膜骨架膜骨架（m
20、embrane associated cytoskeleton）是质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。v血影（血影（ghost）红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳脂双层的不透性和膜转运蛋白脂双层的不透性和膜转运蛋白v膜转运蛋白 载体蛋白（carrier protein）通道蛋白（carrier protein）载体蛋白及其功能载体蛋白及其功能v特异性v 构象变化v 通透酶（permease）：饱和性和竞争性v介导被动运输与主动运输。v跨膜的亲水性通道离子通道v离子选择性，可调节性v只介导被动运输v离子通道与载体蛋白区别：极高的转运效率没有饱和值门控通道通道蛋
21、白及其功能通道蛋白及其功能v电压门通道v配体门通道v压力激活通道配体门控通道配体门控通道(ligand gated channel)v特点特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道蛋白发生构象变化“门”打开，又称离子通道型离子通道型受体受体。v分类分类：阳离子通道阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体，阴离子通道阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸受体。电位门通道电位门通道(voltage gated channel)v特点特点细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化构象变化“门”打开vNa+、K+、Ca2+三种电压门通道结构相似，在进化上是由同一个远祖基因演化而来。被动运输与主动运输被动运输与主
22、动运输v被动运输的特点被动运输的特点运输方向（高浓度低浓度）跨膜动力（电化学梯度）膜转运蛋白（通道蛋白、载体蛋白）简单扩散简单扩散（simple diffusion）v自由扩散（free diffusion）v特点特点沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散不需要提供代谢能没有膜蛋白的协助v物质的通透率 取决于分子大小和分子的极性 协助扩散协助扩散（facilitated diffusion）（促进扩散、易化扩散）v特点特点 转运速率高 特异性 饱和性主动运输（主动运输（active transport）v由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式 v特点特点v能量必须与细胞内某种释
23、放能量的过程相偶联v载体蛋白构象变化，影响亲和力的改变 vATP驱动泵：ATP酶v偶联转运蛋白（协同转运）v光驱动泵 ATP驱动离子泵驱动离子泵vP型离子泵型离子泵vV型质子泵型质子泵vF型质子泵型质子泵vABC超家族超家族P型离子泵型离子泵-钠钾泵钠钾泵（Na-kATPase）v结构结构 亚基、亚基v机制机制 Na依赖的磷酸化 k依赖的去磷酸化 v意义意义质膜两侧Na、k不均匀分布有助于维持动物细胞的渗透平衡；胞外高浓度的Na代表了大量的能量储存；驱动转运溶质进入细胞；P-型质子泵型质子泵-钙泵（钙泵（Ca2ATPase）v分布：细胞膜和内质网膜上v意义：维持胞质低钙离子浓度P-型质子泵（型
24、质子泵（HATPase）v植物细胞、细菌、真菌（包括酵母）的 质膜上建立和维持H梯度。v哺乳类胃的泌酸细胞质膜上将H泵出，将K 泵进。V-型质子泵和型质子泵和F-型质子泵型质子泵v共同点共同点只转运质子；不发生自磷酸化vV-type 膜泡质子泵（vacuolar proton pump）存在于各类小泡膜上水解ATP逆浓度转运H到细胞器内，维持细胞器内酸性vF-type 利用质子动力势合成ATP，也叫H ATP合成酶分布于线粒体内膜、植物细胞类囊体膜、细菌质膜协同转运协同转运（cotransport）v协同转运是由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
25、式v能量来源能量来源膜两侧离子的电化学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。v分类分类 同向运输（symport）对向运输（antiport）胞吞作用和胞吐作用胞吞作用和胞吐作用v膜泡运输膜泡运输v大分子与颗粒性物质的v跨膜主动运输 胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别特 征内吞泡的大小转运方式内吞泡形成机制胞饮作用吞噬作用小于150nm大于250nm。连续发生的过程需受体介导的信号触发过程需要笼形蛋白形成包被 及接合素蛋白连接需要微丝及其结合蛋白的参与受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用v批量内吞批量内吞和受
26、体介导的内吞受体介导的内吞v受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 选择浓缩机制v低密脂蛋白、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。v分选机制分选机制 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 v转运途径转运途径 粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面胞吐作用胞吐作用胞吐作用的类型胞吐作用的类型v组成型胞吐作用组成型胞吐作用 所有真核细胞 意义：质膜更新；胞外基质成分；营养成分或信号分子 连续分泌过程v调节型胞吐作用调节型胞吐作用特化的分泌细胞 意义：产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存刺激释放线粒体的超微结构线粒体的超微结
27、构 v两层单位膜套叠而成的囊状结构（外膜57nm；内膜6nm）；外膜内膜膜间隙内室嵴基本微粒（基粒）电子传递链（呼吸链）电子传递链（呼吸链）electrontransport chainv定义定义线粒体内膜上有序排列的有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，由一系列可逆地接受和释放电子或H的成分组成。v2条呼吸链条呼吸链长呼吸链，即NADH呼吸链；短呼吸链，即FADH2呼吸链；v组成组成：4个功能复合物：包埋于线粒体内膜中；Co.QcytC：可流动的递氢体和递电子体。ATP合成酶的分子结构与组成合成酶的分子结构与组成vATP合成酶广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。v
28、ATP合成酶一般分布在线粒体内膜、类囊体膜或质膜上；v功能氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。vATP合成酶是线粒体氧化磷酸化和叶绿体光合磷酸化偶联的关键装置，也是合成能源物质ATP的关键装置。ATP合成酶合成酶v头头（F1因子，F1ATPase）由5种多肽组成33复合体具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。v柄部柄部（寡霉素敏感性蛋白）v基片基片（F0因子）三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。氧化磷酸化作用与电子传递的偶联氧化磷酸化作用与电子传递的偶联v氧化磷酸化氧化磷酸化当电子从NADH或FADH2经呼
29、吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程。v呼吸链上有3个部位的自由能变化较大，是呼吸链中氧化还原释放能量并与ADP磷酸化生成ATP偶联的部位。NADH辅酶Q；细胞色素b细胞色素c；细胞色素aa3分子氧。氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制v化学渗透假说的主要内容：呼吸链各组分不对称分布，电子在膜中沿呼吸链传递时，所释放的能量将H从线粒体基质侧泵到膜间隙，产生质子梯度，即质子动力势质子动力势，在此梯度驱动下，H穿过内膜上的ATP合成酶流回基质，其能量促使ADP和Pi合成ATP。化学渗透假说的特点化学渗透假说的特点v强调线粒体膜结构的完整性保证质子动力势的形成。解偶联剂的作
30、用机制部分在于改变膜对H的通透性。v定向的化学反应H定向从基质到膜间隙，形成梯度；H从膜间隙通过ATP合成酶；ATP合成酶的作用机制合成酶的作用机制1979年Boyer P提出构象耦联假说。其要点如下：v1ATP酶利用质子动力势，发生构象变化，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。v2F1具有三个催化位点，在特定的时间，三个催化位点的构象不同（L、T、O），与核苷酸的亲和力不同。v3质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动亚基旋转，由于亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起亚基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。v植物细胞具有
31、独特的细胞器叶绿体（chloroplast）有色体（chromoplast）白色体（leucoplast）v由3部分组成：外被（chloroplast envelope）类囊体（thylakoid）基质（stroma）v含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜外膜、内膜、类囊体膜v3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔膜间隙、基质和类囊体腔v叶绿体基质中，由单位膜封闭形成的扁平小囊。基粒类囊体基粒类囊体：类囊体片层垛叠而成；基质类囊体基质类囊体：类囊体片层不垛叠，贯穿于基粒之间；光合作用基本过程光合作用基本过程v光反应：光反应：原初反应；原初反应；电子传递和光合磷酸化；电子传递和光合磷酸化；v
32、暗反应：（碳同化）暗反应：（碳同化）光反应光反应v光能不稳定的化学能v需要光能，所吸收的光能被用来生成ATP，水分子裂解产生O2和H，H则被用来还原NADP，形成NADPH。类囊体膜上进行。原初反应；原初反应；电子传递和光合磷酸化；电子传递和光合磷酸化；暗反应暗反应v碳同化碳同化v不稳定的化学能稳定的化学能v不需要光能，利用光反应生成的ATP和NADPH使CO2还原，合成碳水化合物。在叶绿体基质中进行。v原初反应：叶绿素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程。v包括光能的吸收、传递、与转换。v反应过程：光能捕光色素分子反应中心光能的吸收与传递光能化学能v天线色素天线色素：（捕光色素分子
33、）只能吸收聚集光能和传递激发能给反应中心的作用，无光化学活性。包括全部叶绿素b、大部分叶绿素a、胡萝卜素和叶黄素。v反应中心色素反应中心色素：既是光能的捕捉器，又是光能的转换器，可将光能转换为电能。特殊状态的叶绿素avP680（PS）vP700（PS）光合作用单位光合作用单位v光合作用单位由捕光色素和反应中心构成，是进行光合作用的最小结构单位。v反应中心组成 电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化 电子传递电子传递v光合链光合链由光系统和光系统协同（接力）完成。PS PS H2Ocytbf复合物NADPv最终将电子传递给NADP，生成NADPH。v伴随着电子传递，把类囊体膜外的H不断地转运到
34、类囊体腔中，使膜内外两侧形成H浓度差。电子传递与光合磷酸化电子传递与光合磷酸化光系统光系统发生光化学反应发生光化学反应：v产生强氧化剂P680+，弱还原剂Ph-。v水光解，产生两个质子两个质子，电子由Mn、Z传给P680+释放出氧氧。Ph-把电子传递给QA、QB电子传递体：电子传递体：PQCytbf复合物复合物 PCv结果：基质中的一对质子被泵至类囊体腔光系统光系统发生光化学反应发生光化学反应：v产生弱氧化剂P700+，强还原剂A0。v P700+接受PC中的电子，经A0、A1、铁硫蛋白传至铁氧还蛋白（FD），最终把电子传给NADP+生成NADPH。光合磷酸化光合磷酸化v定义定义：由光照所引起
35、的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。v光合作用将CO2同化为有机物质，是通过光合磷酸化产生的ATP和NADPH的换能作用实现的。v机制机制：在类囊体膜两侧形成的质子电动势差，推动H回流，途径是膜中的CF0到膜外的CF1，从而发生磷酸化作用。项 目相同点不同点光合磷酸化氧化磷酸化进行部位均在膜上进行类襄体膜线粒体内膜ATP形成均经ATP合成酶形成在膜外侧在膜内侧电子传递均有一系列电子传递体在光合链上在呼吸链上能量状况均有能量转换来自光能的激发，贮藏能量来自底物的分解，释放能量H2O的关系均与H2O有关H2O的光解H2O的生成质子泵均有质子泵产生PQ穿梭将H+泵到膜内UQ穿梭将H+泵到
36、膜外v活跃的化学能（ATP，NADPH）稳定的化学能（储存于糖中）v卡尔文循环（C3途径）是唯一的可合成碳水化合物的根本途径。v但C3途径要求CO25105ml/L，否则反应停止；在CO2浓度较低情况下固定CO2的问题C4途径景天科酸代谢场所场所条件条件物质物质变化变化能量变化能量变化光反应光反应暗反应暗反应基粒类囊体上基粒类囊体上基质中基质中光、色素、酶光、色素、酶多种酶多种酶水的光解水的光解CO2 的固定、还原的固定、还原光能光能 活跃化学能活跃化学能产物产物O2 ATP NADPH糖类稳定的化学能糖类稳定的化学能(CH2O)n H2O ADP NADPADP+Pi ATPNADP NAD
37、PHv固定CO2的最初产物是草酰乙酸。v特点：在叶脉周围有一圈含叶绿素的维管束鞘细胞，其外面环列着叶肉细胞对CO2的固定由两类细胞配合完成。利用的效率特别高，即使CO2浓度低，也可以固定CO2。vC4植物，如玉米、甘蔗、高粱等。景天科酸代谢（景天科酸代谢（CAM）v干旱地区，CAM植物；v夜间吸收CO2，生成草酰乙酸苹果酸；v白天草酰乙酸从苹果酸中氧化脱羧释放出来，参与卡尔文循环。线粒体和叶绿体的生长和增殖受核基因组核基因组及其自身的基因组自身的基因组两套遗传系统的控制。线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体 蛋白质的运送与装配蛋白质的运送与装配v由核基因编码，在细胞质核糖体上合成的线粒体和叶绿体蛋白，
38、需运送至线粒体和叶绿体各自的功能部位上进行更新和装配。v线粒体内膜上存在内外膜接触点，蛋白质可一次进入基质。蛋白质的转运装置转位因子由两部分构成膜上受体蛋白质通过的孔道v蛋白质合成定位的特点后转移方式后转移方式 先合成前体形式，然后运输到线粒体或叶绿体内。v前体蛋白=成熟蛋白+导肽转运前的状态转运前的状态：伸展的前体蛋白；转运后的状态转运后的状态:信号序列在导肽酶的作用下，被切除，形成的成熟蛋白重折叠。v被转运蛋白所到达的特定部位：被转运蛋白所到达的特定部位：外膜、内膜、膜间隙、基质。v进入不同部位的蛋白具有不同的转运途径。进入不同部位的蛋白具有不同的转运途径。v导肽导肽 前体蛋白N端的蛋白质
39、信号序列，能牵引蛋白质通过线粒体膜，转运到位后被水解切除。v导肽的特点导肽的特点多位于N端，约由20个氨基酸，富含精氨酸、带羟基的氨基酸。形成一个两性的螺旋，带正电荷的亲水氨基酸和不带电荷的疏水氨基酸分别位于的两侧。有识别线粒体的信息，但对转运的蛋白质无特异性的要求。线粒体和叶绿体的起源线粒体和叶绿体的起源v内共生假说内共生假说 线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。v非共生假说非共生假说 线粒体的发生是质膜内陷的结果。非共生假说的依据：1.细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜。2.质粒DNA与线粒体DNA比较有许多相似之处。细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义基本概念基本概念 细
40、胞质基质是细胞质内除细胞器和内含物以外的、较为均质和半透明的胶状物质。生物化学家称之为胞质溶胶。成分成分极其庞杂极其庞杂 中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构、大量的蛋白质和RNA分子。特点特点高度有序的体系高度有序的体系 多酶复合体 锚定于细胞骨架上 附着于生物膜上 细胞内膜系统细胞内膜系统（endomembrane system）内质网内质网(endoplasmic reticulum,ER)v由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构通的网状结构v内膜系统的发源地使细胞内膜的表面积大增内膜系统的发源地使细胞内膜的表面积大增v形成了完整封闭体系形成
41、了完整封闭体系v是细胞内除核酸外的大分子合成基地是细胞内除核酸外的大分子合成基地内质网的类型内质网的类型v糙面内质网糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER）扁囊状，排列整齐，膜表面分布着大量的核糖体rER 是ER与核糖体组成的功能性复合体v光面内质网光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）分支管状，只是内质网连续结构的一部分 v微粒体微粒体（microsome）内质网的功能内质网的功能 ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地v蛋白质的合成蛋白质的合成 分泌的蛋白质 膜的整合蛋白 可溶性驻留蛋白v脂质的合成脂质的合成 v蛋白质
42、的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 v新生多肽的折叠与装配新生多肽的折叠与装配vrER的功能的功能 分泌蛋白在内质网上合成过程分泌蛋白在内质网上合成过程 v在游离核糖体上起始多肽链的合成，至80个氨基酸残基v信号识别颗粒与信号肽结合合成暂停v信号识别颗粒与DP结合；核糖体与内质网膜上的易位子（translocon）结合v信号识别颗粒脱离，返回胞质，重新利用v肽链穿入内质网腔，合成继续v信号肽被腔面上的信号肽酶切除，肽链继续延伸直至完成整个多肽链的合成sER的功能的功能高尔基体高尔基体(Golgi Complex)v形态形态 扁平膜囊和大小不等的囊泡v极性极性 位置、方向、物质转运与生化极性v组成组
43、成 高尔基体顺面网状结构（CGN）高尔基体中间膜囊（medial Golgi）高尔基体反面网状结构（TGN）周围大小不等的囊泡（高尔基小泡、分泌泡）v结构特点结构特点 动态动态结构结构 高尔基体的功能高尔基体的功能v高尔基体与细胞的分泌活动高尔基体与细胞的分泌活动v蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化及其修饰v蛋白酶的水解和其它加工过程蛋白酶的水解和其它加工过程v蛋白质的分选及运输蛋白质的分选及运输高尔基体与细胞的分泌活动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质的糖基化及其修饰v类型类型 N-连接糖基化连接糖基化 O-连接糖基化连接糖基化v特点特点 没有模板没有模板 分区定位分区
44、定位 复杂的加工复杂的加工v意义意义 分选信号分选信号 蛋白质的构象和稳定性蛋白质的构象和稳定性 蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质 蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型N-连接糖基化连接糖基化O-连接糖基化连接糖基化合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体合成方式合成方式同一个寡糖前体同一个寡糖前体每个单糖次序加每个单糖次序加与之结合基团与之结合基团NH2（天冬酰胺天冬酰胺）OH(丝氨酸等）丝氨酸等）最终长度最终长度5个糖残基以上个糖残基以上14个糖残基个糖残基首个糖残基首个糖残基N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等蛋白酶的水
45、解和其它加工过程蛋白酶的水解和其它加工过程v方式方式 v意义意义 溶酶体形态结构与类型溶酶体形态结构与类型溶酶体的结构类型溶酶体的结构类型v初级溶酶体（primary lysosome）v次级溶酶体（secondary lysosome）自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）v残余小体（residual body）是否存在作用底物底物来源不同溶酶体膜的特性溶酶体膜的特性v膜内侧高度糖基化膜内侧高度糖基化 膜结构完整膜结构完整v膜上膜上H泵泵 pH5.2v膜上载体蛋白膜上载体蛋白 向胞质输送养料向胞质输送养料溶酶体的功能溶酶体的功能基本功能基本功
46、能消化作用消化作用细胞的自我更新（自噬作用）防御功能作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养其它特殊功能：细胞分泌 顶体反应 细胞凋亡（自溶作用)免疫功能自噬作用：溶酶体与自噬泡融合，将自身的某些结构加以降解。自溶作用：溶酶体膜受损，其内酸性水解酶大量释放到细胞质空间，造成细胞溶解死亡。溶溶 酶酶 体体 与与 疾疾 病病溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑溶酶体发生途径溶酶体发生途
47、径 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisom)又称微体又称微体(microbody)v形态结构形态结构 囊泡结构囊泡结构单层膜围绕，单层膜围绕，0.5um，圆形、椭圆形或哑呤形，圆形、椭圆形或哑呤形 内含物内含物过氧化氢酶（标志酶）过氧化氢酶（标志酶）依赖黄素（依赖黄素（FAD）的氧化酶）的氧化酶v特点特点 异质性的细胞器异质性的细胞器 尿酸氧化酶结晶尿酸氧化酶结晶 过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能 RH2+O2R+H2O2 H2O2+RH2R+H2Ov动物细胞（肝细胞或肾细胞）动物细胞（肝细胞或肾细胞）解毒作用解毒作用v分解脂肪酸等高能分子向
48、细胞直接分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能提供热能v植物中植物中叶肉细胞，叶肉细胞，光呼吸反应光呼吸反应 种子萌发，种子萌发，乙醛酸循环乙醛酸循环过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生v分裂方式增值，进一步装配成熟分裂方式增值，进一步装配成熟v膜脂可能在内质网上合成后转运而来膜脂可能在内质网上合成后转运而来v蛋白成分在细胞质基质中合成，然后转运到过氧蛋白成分在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体化物酶体 信信 号号 假假 说说v信号假说内容 分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。v指导因子蛋白质N-端的信号肽（signal pept
49、ide）信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒的受体（停泊蛋白docking protein，DP）等 信号肽与共转移信号肽与共转移v信号肽信号肽与信号斑信号斑：分泌蛋白开始合成时N端的一段1626个氨基酸残基序列，以此指导分泌蛋白在糙面内质网中的合成和转运，在蛋白质合成结束前被切除 v共转移（Cotranslocation）肽链一边合成一边转移到内质网腔中的方式起始转移序列和终止转移序列 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数只有N端信号序列的肽链将进入内质网腔 导肽与后转移导肽与后转移导肽导肽 指导线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白
50、质和过氧化物酶体指导线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质和过氧化物酶体中的蛋白质从胞质中转移到相应细胞器的信号序列中的蛋白质从胞质中转移到相应细胞器的信号序列后转移后转移（post translocation）蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中器中 蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。细胞通讯的三个环节细胞通讯的三个环节v细胞信号发放细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞v信号转导 外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化
