1、细胞生物学串讲 第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 细胞的统一性与多样性细胞的统一性与多样性 第三章第三章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法第四章第四章 细胞质膜与细胞表面细胞质膜与细胞表面第五章第五章 物质的跨膜运输与信号传递物质的跨膜运输与信号传递 第六章第六章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统第七章第七章 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体第八章第八章 细胞核与染色体细胞核与染色体第九章第九章 核糖体核糖体第十章第十章 细胞骨架细胞骨架第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控第十二章第十二章 细胞分化与基因表达调控细胞分化与基因表达调控第十三章第十三章 细胞衰老与
2、凋亡细胞衰老与凋亡 第一章第一章 绪绪 论论（三）细胞骨架体系的研究 细胞骨架体系的研究是一个比较新的发展中的研究领域。存在于真核细胞内，包括细胞质骨架和细胞核骨架两大部分（四）细胞增殖及其调控核心：研究细胞增殖的基本规律及其调核心：研究细胞增殖的基本规律及其调控机制控机制 控制生物的生长与发育控制生物的生长与发育 控制癌变的发生控制癌变的发生（五）细胞分化及其调控 一个成年人包含约一个成年人包含约10101313个细胞，由同一个受个细胞，由同一个受精卵发育而来，这些细胞是否都相同？精卵发育而来，这些细胞是否都相同？细胞分化是生物发育的基础，是细胞分化是生物发育的基础，是细胞生物细胞生物学学发
3、育生物学发育生物学与与遗传学遗传学的重要会合点。的重要会合点。（六）细胞的衰老与凋亡 细胞衰老细胞衰老的研究将是的研究将是2121世纪初的热门课题之一世纪初的热门课题之一细胞的衰老与动植物寿命细胞的衰老与动植物寿命目前多数科学家是用目前多数科学家是用细胞体外培养细胞体外培养的方法来研究的方法来研究细胞衰老的规律。细胞衰老的规律。寻找细胞中的寻找细胞中的“衰老因子衰老因子”及其信号传导，解答及其信号传导，解答生物体寿命的奥秘。生物体寿命的奥秘。（七）细胞的起源与进化有了细胞才会有生命活动，由此研究细胞的起源实质就是研究生命的起源。在生命起源和细胞进化的漫长过程中，有机物是怎样演化成细胞和真核细胞
4、是怎样产生的，是引人注目的两大重要问题。（八）细胞工程细胞工程：应用细胞生物学或分子生物学的方法，在细胞或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质，获得新型生物或特种细胞产品的科学技术。在工农业生产、医药实践和科学研究等方面具有重要意义。1 1）认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来而来,并由细胞和细胞产物所构成；并由细胞和细胞产物所构成；2 2）每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自自己的己的”生命生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；命有所助益；3
5、 3）新的细胞可以通过老细胞的繁殖产生。新的细胞可以通过老细胞的繁殖产生。“细胞学说细胞学说”的基本内容的基本内容第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体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一、一、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具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是有机体生长与发育的基础细胞是细胞是遗传的基本单位遗传的基本单位，细胞具有遗传的，细胞
6、具有遗传的全能性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二、病毒的生活史二、病毒的生活史 从病毒入侵细胞到子代病毒的成熟释放称为一个从病毒入侵细胞到子代病毒的成熟释放称为一个复复制周期制周期，它包含以下几个过程：，它包含以下几个过程：.吸附吸附(absorption):(absorption):病毒是否能特异性吸附于细病毒是否能特异性吸附于细胞表面，决定于病毒蛋白外壳是否能特异识别宿主细胞表面，决定于病毒蛋白外壳是否能特异识别宿主细胞表面的受体。胞表面的受体。2.2.侵入侵入(penetration):(penetration):病毒吸附到宿主细胞表面之病毒吸附到宿主细胞表面之后
7、，将它的核酸注入到宿主细胞内。其中病毒感染细后，将它的核酸注入到宿主细胞内。其中病毒感染细菌时，只将核酸注入细胞，壳体不进入；而病毒对动菌时，只将核酸注入细胞，壳体不进入；而病毒对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，将病毒完全吞入物细胞的感染，则是通过胞吞作用，将病毒完全吞入细胞内细胞内4.4.成熟成熟(maturation):(maturation):一旦病毒的基因进行表达一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗就可合成病毒装配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒。传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒。5.5.释放释放(release):(re
8、lease):病毒的核酸和外壳蛋白装配成病毒的核酸和外壳蛋白装配成病毒颗粒后，它们就可从被感染的细胞中释放出来病毒颗粒后，它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外，并感染新的细胞。有些病毒释放时要进入细胞外，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。入到细胞外。.复制复制(replication):(replication):病毒核酸进入细胞后利用病毒核酸进入细胞后利用宿主的酶系统进行核酸的复制和外壳蛋白的表达；宿主的酶系统进行核酸的复制和外壳蛋白的表达；四、原核细胞和真核细胞的比较四、原核细胞和真核细
9、胞的比较主要表现为两个基本差异：主要表现为两个基本差异：一、一、生物膜系统的分化和演变生物膜系统的分化和演变。真核细胞形成了复。真核细胞形成了复杂的内膜系统，构成各种功能独立的细胞器，核膜杂的内膜系统，构成各种功能独立的细胞器，核膜将细胞分隔为核和质两个基本部分；将细胞分隔为核和质两个基本部分；二、二、遗传信息量和遗传装置的扩增与复杂化。遗传信息量和遗传装置的扩增与复杂化。以上两种变化使真核细胞体积增大，内部结构复杂以上两种变化使真核细胞体积增大，内部结构复杂化，生命活动的时间和空间布局更加严格，细胞内化，生命活动的时间和空间布局更加严格，细胞内部出现精密的网架结构细胞骨架部出现精密的网架结构
10、细胞骨架具体基本特征的比较具体基本特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜有（多功能性）有核膜有无染色体一个裸露的环状DNA；信息量小；无内含子和重复序列多个染色体，信息量大；具有内含子和重复序列；线状DNA与蛋白质组成高度复杂的染色体和染色质核仁有无核糖体70S(50S大亚基+30S小亚基)80S(60S大亚基+40S小亚基)主要细胞器有无核外DNA质粒DNA线粒体和叶绿体DNA细胞壁主要成份为氨基糖和壁酸动物细胞无；植物细胞中的主要成份为纤维素和果胶细胞骨架有无大小110m10100m特征原核细胞真核细胞DNA复制无周期性，连续进行有周期性，在间期进行基因表达的时空关系转录和翻译同时同地进行核
11、内转录，细胞质内翻译，有严格的阶段性和区域性基因表达调控较简单，主要以操纵子方式复杂性和多层次性细胞增殖方式无丝分裂以有丝分裂为主第四节 真核细胞一、真核细胞的基本结构体系一、真核细胞的基本结构体系三大基本结构体系三大基本结构体系生物膜系统生物膜系统遗传信息表达系统遗传信息表达系统细胞骨架系统细胞骨架系统包括细胞膜和各种细胞器膜；形成许多结构与功能分区；包括细胞膜和各种细胞器膜；形成许多结构与功能分区；进行物质运输、信号传递、为生化反应提供表面；进行物质运输、信号传递、为生化反应提供表面；DNADNA与蛋白质组成复合体，在核内进行复制和转录；与蛋白质组成复合体，在核内进行复制和转录；mRNAm
12、RNA运输到细胞质中指导核糖体翻译蛋白质；核仁在运输到细胞质中指导核糖体翻译蛋白质；核仁在核内主要负责核糖体亚单位的装配；核内主要负责核糖体亚单位的装配；包括核骨架和胞质骨架，由一些特异蛋白构成的网络包括核骨架和胞质骨架，由一些特异蛋白构成的网络体系；主要对细胞形态与内部结构的合理布局起支架体系；主要对细胞形态与内部结构的合理布局起支架作用，也与胞内大分子运输、细胞分裂等相关作用，也与胞内大分子运输、细胞分裂等相关METHODS AND TECHNIQUES本章内容提要本章内容提要 第一节第一节 显微技术显微技术 一、光学显微镜一、光学显微镜 二、电子显微镜二、电子显微镜 三、显微操作技术三、
13、显微操作技术 第二节第二节 生物化学与分子生物学技术生物化学与分子生物学技术 第三节第三节 细胞分离技术细胞分离技术 第四节第四节 细胞培养与细胞杂交细胞培养与细胞杂交第一节第一节 显微技术显微技术 光学显微镜：以可见光（或紫外线）为光源。光学显微镜：以可见光（或紫外线）为光源。电子显微镜：以电子束为光源。电子显微镜：以电子束为光源。、光学显微镜、光学显微镜(P49)1.1.构成：构成：照明系统照明系统 光学放大系统光学放大系统 机械装置机械装置 2.2.原理：经物镜形成倒立实像，经目镜进一步放大原理：经物镜形成倒立实像，经目镜进一步放大成像。成像。（一）普通光学显微镜（一）普通光学显微镜二、
14、电子显微镜二、电子显微镜(P56)（一）透射电子显微镜（一）透射电子显微镜transmission electron microscope,TEM 以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束的波长短，并且以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束的波长短，并且波长与加速电压波长与加速电压(通常通常50120KV)的平方根成反比。的平方根成反比。由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等统、电源系统等5部分构成。部分构成。分辨力分辨力0.2nm，放大倍数可达百万倍。，放大倍数可达百万倍。用于观察超微结构（用于观察超微结构（ultrast
15、ructure），即小于），即小于0.2m、光、光学 显 微 镜 下 无 法 看 清 的 结 构，又 称 亚 显 微 结 构学 显 微 镜 下 无 法 看 清 的 结 构，又 称 亚 显 微 结 构（submicroscopic structures）。）。1.原理原理第三节第三节 细胞分离技术细胞分离技术(P64)一、离心技术一、离心技术 是分离细胞器（如细胞核、线粒体、高尔基体）及各是分离细胞器（如细胞核、线粒体、高尔基体）及各种大分子基本手段。种大分子基本手段。转速为转速为1025kr/min的离心机称为高速离心机。的离心机称为高速离心机。转速转速25kr/min，离心力，离心力89K者
16、称为超速离心机。者称为超速离心机。目前超速离心机的最高转速可达目前超速离心机的最高转速可达100000r/min，离心，离心力超过力超过500Kg。（一）差速离心（一）差速离心 Differential centrifugation(P64)特点：特点：介质密度均一；介质密度均一；速度由低向高，逐级离心。速度由低向高，逐级离心。用途：分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。用途：分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。沉降顺序：核沉降顺序：核线粒体线粒体溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体内质网与高基体内质网与高基体核蛋白体。核蛋白体。可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再行分可将细胞器初步分离，
17、常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。离纯化。（二）密度梯度离心（二）密度梯度离心(P65)用介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细用介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过离心力场的作用使胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过离心力场的作用使细胞分层、分离。细胞分层、分离。类型：速度沉降、等密度沉降。类型：速度沉降、等密度沉降。常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。分离活细胞的介质要求：分离活细胞的介质要求：1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；2）pH中性或易调为中性；
18、中性或易调为中性；3）浓度大时渗透压不大；）浓度大时渗透压不大；4）对细胞无毒。）对细胞无毒。第四节第四节 细胞培养与细胞杂交细胞培养与细胞杂交一、细胞培养一、细胞培养(P70)（一）动物细胞培养（一）动物细胞培养(P71)群体培养（群体培养（mass culture）：将含有一定数量）：将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（汇合（confluence）后形成均匀的单细胞层；）后形成均匀的单细胞层；克隆培养（克隆培养（clonal culture）：培养高度稀释）：培养高度稀释的细胞悬液，细胞贴壁生长，每一个细胞形成的细胞悬液，细胞
19、贴壁生长，每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆。一个细胞集落，称为克隆。原代培养原代培养（primary culture）即：培养直接来自动物机）即：培养直接来自动物机体的细胞群，将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶体的细胞群，将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶称为传代或传代培养（称为传代或传代培养（Passage）。）。细胞株（细胞株（cell strain）：从原代培养细胞群中筛选出的具）：从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。有特定性质或标志的细胞群。细胞系（细胞系（cell line）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突
20、变或转化的细胞，可养过程中发生突变或转化的细胞，可无限繁殖无限繁殖。克隆（克隆（clone）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的有丝分裂产生的遗传性状一致遗传性状一致的细胞群。的细胞群。PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES二、质膜的流动镶嵌模型二、质膜的流动镶嵌模型根据Fluid-mosaic model：1.细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。2.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；3.蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。
21、内容提要内容提要 第一节、被动运输第一节、被动运输 一、简单扩散一、简单扩散 二、协助扩散二、协助扩散 第二节第二节 主动运输主动运输 一、钠钾泵一、钠钾泵 二、钙离子泵二、钙离子泵 三、质子泵三、质子泵四、四、ABC ABC 转运器转运器五、协同运输五、协同运输第三节、膜泡运输的基本概念第三节、膜泡运输的基本概念一、吞噬作用一、吞噬作用二、胞饮作用二、胞饮作用三、外排作用三、外排作用四、穿胞运输四、穿胞运输五、胞内膜泡运输五、胞内膜泡运输第一节第一节 被动运输被动运输一、简单扩散一、简单扩散 也叫自由扩散（也叫自由扩散（free diffusionfree diffusion）特点：）特点：
22、沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的通透性（某种物质对膜的通透性（P P）可以根据它在油和水中的分）可以根据它在油和水中的分配系数（配系数（K K）及其扩散系数（）及其扩散系数（D D）来计算：）来计算：P=KD/tP=KD/t t t为膜的厚度。为膜的厚度。二、协助扩散二、协助扩散 也称促进扩散（也称促进扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）。）。特点：特点：比自由扩散转运速率高；比自由扩散转运速率高；运输速率同物质浓运输速率同物
23、质浓度成非线性关系；度成非线性关系；特异性；饱和性。特异性；饱和性。载体：离子载体和通道蛋白两种类型。载体：离子载体和通道蛋白两种类型。第二节、主动运输第二节、主动运输 主动运输的特点是：主动运输的特点是：逆浓度逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；梯度（逆化学梯度）运输；需要需要能量能量；都有都有载体载体蛋白。蛋白。主动运输所需的能量来源主要有：主动运输所需的能量来源主要有：协同运输中的协同运输中的离子梯度离子梯度动力；动力；ATP ATP驱动的泵通过水解驱动的泵通过水解ATPATP获得能量；获得能量；光光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。一、钠钾泵一、钠钾泵
24、构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。工作原理：NaNa+-K-K+ATPATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与NaNa+、K K+的亲和力发生变化。在膜内侧的亲和力发生变化。在膜内侧NaNa+与酶结合，激活与酶结合，激活ATPATP酶活性，使酶活性，使ATPATP分解，分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与酶被磷酸化，构象发生变化，于是与NaNa+结合的部位转向膜外侧；这种磷结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对酸化的酶对NaNa+的亲和力低，对的亲和力低，对K K+的
25、亲和力高，因而在膜外侧释放的亲和力高，因而在膜外侧释放NaNa+、而、而与与K K+结合。结合。K K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与是与K K+结合的部位转向膜内侧，结合的部位转向膜内侧，K K+与酶的亲和力降低，使与酶的亲和力降低，使K K+在膜内被释放，在膜内被释放，而又与而又与NaNa+结合。其总的结果是每一循环消耗一个结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATPATP；转运出三个；转运出三个NaNa+，转进两个转进两个K K+。Na+-K+ATP PUMP第六章第六章 细胞的能量转换细胞的能量转换线粒体和叶绿体
26、线粒体和叶绿体P126线粒体与氧化磷酸化线粒体与氧化磷酸化叶绿体与光合作用叶绿体与光合作用线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体的增殖与起源线粒体和叶绿体的增殖与起源三、氧化磷酸化三、氧化磷酸化P130线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细 胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细 胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及 电解质稳态平衡的调控有关。氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说 (Chemiosmotic Hypothesis,Mithchell,19
27、61)质子动力势的其他作用线粒体能量转换过程略图氧化磷酸化的分子基础氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP 氧化(电子传递、消耗氧,放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链,FADH2呼吸链电子传递链的四种复合物电子传递链的四种复合物(哺乳类哺乳类)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，从
28、中获得2高能电子辅酶Q；泵出4 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UQH2cyt c；泵出4 H+（2个来自UQ，2个来自基质）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+参与形成水在电子传
29、递过程中，有几点需要说明四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)，终止于O2形成水。电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低，H2O/O2最高)高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基 质侧泵到膜间隙，形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)电子传递链各组分在膜上不对称分布氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说化学渗透假说内容：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
30、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。二、叶绿体的功能光合作用 (photosynthesis)P145 Photosynthesis:(1)光合电子传递反应光反应(Light Reaction)(2)碳固定反应暗反应(Dark Reaction)光反应暗反应(碳固定)光合作用与有氧呼吸的关系图光反应在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转换为电能（生成高能电子），进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能，形成ATP和NADPH并
31、放出 O2 的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应（primary reaction)光能的吸收、传递与转换，形成高能电子(由光系统复合物完成，光合作用单位的概念)电子传递与光合磷酸化P148电子传递与光合磷酸化需说明以下几点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
32、光合磷酸化两条通路。循环式传递的高能电子在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。第七章第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质细胞质基质 内内 质质 网网 高尔基体高尔基体溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构 后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学 家多称之为胞质溶胶。主要成分：中间代谢有关的数
33、千种酶类、细胞质骨架结构。主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义第八章第八章 细胞信号转导细胞信号转导本节重要内容本节重要内容 通过细胞内受体介导的信号传导通过细胞内受体介导的信号传导 通过细胞表面受体介导的信号传通过细胞表面受体介导的信号传导导 G蛋白耦联受体介导的信号转导（重点）蛋白耦联受体介导的信号转导（重点）pG蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：2.磷脂酰肌醇信号通路：又称磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统系统或双信使系统1.cAMP信号通路：又称信号通路
34、：又称PKA系统系统在胞内形成的第二信使是：在胞内形成的第二信使是：cAMP在胞内形成的第二信使是：在胞内形成的第二信使是：IP3和和DGcAMP通过激活蛋白激酶通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子）影响下游分子DG通过激活蛋白激酶通过激活蛋白激酶C(PKC)来影响下游分子来影响下游分子效应酶：腺苷酸环化酶效应酶：腺苷酸环化酶效应酶：磷脂酶效应酶：磷脂酶C1.cAMP信号通路信号通路激活激活组成成分：组成成分：1.信号信号受体受体:7次跨膜的膜整合蛋白次跨膜的膜整合蛋白2.G-蛋白蛋白:将受体接收的信号后，将受体接收的信号后，G-蛋白被活蛋白被活化（结合化（结合GTP），进而可激活下游的效
35、应物），进而可激活下游的效应物 3.效应酶（靶蛋白）效应酶（靶蛋白）:腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 cAMP信号通路信号通路信号信号G蛋白耦联受体蛋白耦联受体G蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶cAMP蛋白激酶蛋白激酶A基因调控蛋白基因调控蛋白基因转录基因转录2.磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路pG蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体结合后，同样激活结合后，同样激活G蛋白的蛋白的亚基，但活化的亚基，但活化的亚亚基激活质膜上的基激活质膜上的磷脂酶磷脂酶C（PLC），生成，生成三磷酸肌三磷酸肌醇（醇（IP3）和和二酰甘油（二酰甘油（DG）两个第二信使，实两
36、个第二信使，实现对胞外信号的应答（现对胞外信号的应答（双信使系统双信使系统）磷脂酰肌醇信号通路效应磷脂酰肌醇信号通路效应G-G-蛋白蛋白激活磷酯酶激活磷酯酶C(PLC)C(PLC)PIP2IP3DG受体受体磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体蛋白耦联受体活化的活化的G蛋白蛋白磷脂酶磷脂酶CPIP2IP3二酰基甘油二酰基甘油蛋白激酶蛋白激酶CCaM级联反应级联反应反应反应内质网钙库内质网钙库受受IP3调节的调节的钙离子通道钙离子通道P263 P263 第九章第九章 细胞骨架细胞骨架(Cytoskeleton)细胞骨架是指存在于真核细细胞骨架是指存在于真核细胞中的胞中的蛋白纤维网架体
37、系蛋白纤维网架体系 有狭义和广义两种概念有狭义和广义两种概念 在细胞质基质中包括微丝、在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。微管和中间纤维。在细胞核中存在核骨架在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架核纤层体系。核骨架 、核、核纤层与中间纤维在结构上相纤层与中间纤维在结构上相互连接互连接,贯穿于细胞核和细贯穿于细胞核和细胞质的网架体系。胞质的网架体系。第一节第一节 细胞质骨架细胞质骨架微丝微丝(microfilament,MF)微微 管（管（microtubules）中间纤维（中间纤维（intermediate filament,IF)细胞骨架结构与功能总结细胞骨架结构与功能总结MF装装 配
38、配MF是由是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性具有极性,装配时呈头尾相接装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，既故微丝具有极性，既正极与负极之别。正极与负极之别。体外实验表明，体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快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。由于比正极快。由于G-actin在正极端装配，负极去装配，在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。从而表现为踏车行为。体内装配时，体内装配时，MF呈现出呈现出动态不稳定性动态不稳定性，主要，主要取决于取决
39、于F-actin结合的结合的ATP水解速度与游离的水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。单体浓度之间的关系。MT装配装配 装配方式：装配方式：-微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成微管蛋白形成二聚二聚体，体，二聚体先形成环状核心二聚体先形成环状核心(ring)，经过侧面，经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带，增加二聚体而扩展为螺旋带，二聚体平行于二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。当螺。当螺旋带加宽至旋带加宽至13根原纤维时，即合拢形成一段微管。根原纤维时，即合拢形成一段微管。所有的微管都有确定的极性所有的微管都有确定的极性微管装配是一
40、个动态不稳定过程：微管装配是一个动态不稳定过程：微管装配的动力学不稳定性是指微管装配生长微管装配的动力学不稳定性是指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象与快速去装配的一个交替变换的现象 动力学不稳定性产生的原因：动力学不稳定性产生的原因：微管两端具微管两端具GTPGTP帽帽(取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度)，微，微管将继续组装，反之，无管将继续组装，反之，无GDPGDP帽则解聚。帽则解聚。微管特异性药物：微管特异性药物：秋水仙素秋水仙素(colchicine)阻断微管蛋阻断微管蛋 白组装成微管，可破坏纺锤体结构。白组装成微管，可破坏纺锤体结构。紫杉酚紫杉酚(taxol)能促进微管
41、的装配能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。并使已形成的微管稳定。为行使正常的微管功能，微管动力为行使正常的微管功能，微管动力学不稳定性是其功能正常发挥的基学不稳定性是其功能正常发挥的基础。础。微管组织中心微管组织中心(MTOC)P285 概念：概念：微管在生理状态或实验处理条件下，具微管在生理状态或实验处理条件下，具有起始微管的组装和延伸的细胞结构称为有起始微管的组装和延伸的细胞结构称为微管组织中心微管组织中心(microtubule organizing center,MTOC)。IFIF装配与装配与MF,MTMF,MT装配相比，有以下几个特点：装配相比，有以下几个特点：IF IF装配的
42、单体是纤维状蛋白装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT(MF,MT的单体呈球的单体呈球形形)；反向平行的四聚体导致反向平行的四聚体导致IFIF不具有极性；不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体单体(但但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚配与解聚)。第十章第十章 细胞核细胞核(nucleus)与与 染色体染色体(chromosome)P307 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控信息中
43、心 细胞核的结构组成：核被膜核被膜(nuclear envelope)与核孔复合体与核孔复合体(NPC）染色质（染色质（chromatin）染色体染色体(chromosome)核仁核仁(nucleolus)核基质与核体核基质与核体 核被膜的核被膜的结构结构组成组成P309 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）亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophi
44、lic protein）P315 在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的 一类蛋白质。核定位信号(nuclear localization signal，NLS)P316NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除。NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件。核小体结构要点核小体结构要点P328每个核小体单位包括200bp左右的DNA超
45、螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构核小体的性质及结构要点示意图核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。包 括 组 蛋 白 H 1 和166bpDNA的核小体结构又称染色质小体。两个相邻核小体之间以连接DN
46、A相连，典型长度60bp，不同物种变化值为080bp核小体的性质及结构要点示意图核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。组蛋白与DNA之间的相互作用 主要是结构性的，基本不依赖 于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装的性质。核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达。核小体的性质及结构要点示意图核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Alberts等）
47、在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。染色质包装的多级螺旋模型染色质包装的多级螺旋模型 一级结构：核小体 二级结构：螺线管(solenoid)三级结构：超螺线管(supersolenoid)四级结构：染色单体（chromatid）压缩压缩7倍倍 压缩压缩6倍倍 压缩压缩40倍倍 压缩压缩5倍倍 DNA核小体核小体螺线管螺线管超螺线管超螺线管染色单体染色单体 第十一章第十一章 核糖体核糖体(ribosome)核糖体的类型与结构 多聚核糖体与蛋
48、白质的合成 核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点（包括7种位点）与mRNA的结合位点与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site)与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点肽酰转移酶的催化位点与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点 一、多聚核糖体一、多聚核糖体 (polyribosome或或polysome)概念 核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个 甚至几十个核糖体串连
49、在一条mRNA分子上高效地进行肽 链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与 mRNA的聚合体称为多聚核糖体。第十二章第十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控P384P384细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义的意义细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂细胞周期调控细胞周期调控细胞周期细胞周期概念：概念：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。传物质和其他内含物分配给子细胞。细胞周期时相组成
50、细胞周期时相组成细胞周期时间细胞周期时间根据增殖状况，细胞分类三类根据增殖状况，细胞分类三类细胞周期时相组成细胞周期时相组成间期间期(interphase):G1 phase，S phase，G2 phaseM phase:有丝分裂期有丝分裂期(Mitosis),胞质分裂期胞质分裂期(Cytokinesis)细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1 周期性运转，在间期细胞体积增周期性运转，在间期细胞体积增 大大(生长生长)，在，在 M 期细胞先是核分裂，期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一接着胞质分裂，完成一 个个细胞周期细胞周期。细胞周期时间细胞周期时间不同细胞的不同细胞的细胞周期时间差异细胞周期
