第一章 細胞生物學概述

一、細胞生物學及其研究對象與目的

?細胞（cell）是有機體形態(tài)、結構和功能的基本單位。

?細胞生物學(cell biology)是運用近代物理、化學技術和分子生物學方法，從不同層次研究細胞生命活動規(guī)律的學科。（細胞整體——亞微結構——分子水平）

?研究的主要任務:

?以細胞作為生命活動的基本單位為出發(fā)點

?探索生命活動基本規(guī)律

?闡明生物生命活動的基本規(guī)律

?闡明細胞生命活動的結構基礎

?研究內容:

?在不同層次(顯微、亞顯微與分子水平)上研究細胞結構與功能

?細胞核、染色體以及基因表達

?細胞骨架體系

?細胞增殖、分化、衰老與凋亡

?細胞信號傳遞

?真核細胞基因表達與調控

?細胞起源與進化

二、細胞生物學的發(fā)展歷史

（一）細胞生物學發(fā)展的萌芽階段

(從顯微鏡的發(fā)明到十九世紀初葉，開始了細胞學的研究)

?1665 Robert Hook——Cell概念

?1677 Leeuwenhoek——觀察到纖毛蟲、人和哺乳動物的精子、細菌等。

（二）細胞學說的創(chuàng)立階段

(從十九世紀初葉到十九世紀中葉，這一階段創(chuàng)立了細胞學說)

?1838-1839 Schleiden，Schwan——細胞學說

?1855 Virchow——細胞只能來自細胞

（三）經典細胞學階段

(從十九世紀中葉到二十世紀初葉，這一階段細胞學有了蓬勃的發(fā)展)

?1841 Remark——雞胚血細胞直接分裂

?1861 Schultze——原生質

?1880 Flemming——無絲分裂

?1883 Van Beneden；

?1886 Strasburger——減數分裂

?1883 Van Beneden，Boveri——中心體

?1898 Benda——線粒體

?1898 Golgi——高爾基復合體

（四）實驗細胞學階段

(從二十世紀初葉到二十世紀中葉)

?1902 Boveri，Sutton——染色體遺傳理論

?1909 Harrison——組織培養(yǎng)

?1910 Morgen——基因－染色體學說

?1924 Feulgen——Feulgen染色測定DNA

?1933 Ruska——電子顯微鏡

?1940 Brachet——Unna染色測定RNA

?1943 Cloude——高速離心提取細胞器

（五）細胞生物學階段

(從二十世紀初葉到二十世紀中葉60年代～)

?1953 Watson，Crick——DNA雙螺旋模型

?1958 Meselson，Matthaei——半保留復制

?1958 Crick——中心法則

?1961 Nirengerg， Matthaei——確定遺傳密碼

?1972 Jackson，Symons——DNA體外重組

?1996 英國蘇格蘭盧斯林研究所——“多利羊”誕生。

?1987——人類基因組計劃

?2003——后基因組計劃

三、細胞生物學與醫(yī)學

?細胞是人體正常結構和功能的基本單位，也是病理發(fā)生的基本單位，細胞結構與功能的異常是疾病發(fā)生的基本原因或結構基礎。

?細胞生物學實驗技術運用到醫(yī)學研究中，引起廣大學者的普遍關注。

?細胞生物學與多門基礎醫(yī)學課程密切相關，也是臨床醫(yī)學有關學科的重要基礎之一。

復習思考題

什么是細胞生物學？它與醫(yī)學科學的關系如何？

細胞生物學的歷史發(fā)展對我們有什么啟示？

第二章 細胞生物學的研究技術和方法

第一節(jié) 細胞形態(tài)結構研究技術

一、細胞的顯微結構觀察

?分辨率（resolution，R） ，即極限分辨率，指能夠區(qū)分相近兩點的最小距離。

?R光鏡=0.2μm

?R人眼=0.07mm （70 μm）

?R電鏡=0.2nm

普通動物細胞 d=10～20μm

最大的人類細胞 人卵 d=0.2mm

最小的細胞 支原體 d=0.1μm

?顯微結構:是指通過光學顯微鏡所觀察到的細胞結構。

?光學顯微鏡是利用光線照明，將微小物體形成放大影像的儀器。

（一）普通光學顯微鏡

1、構成：

①照明系統(tǒng)

②光學放大系統(tǒng)

③機械裝置

2、基本原理

利用顏色（光的波長）和亮度（光波的振幅）的差別，達到觀察被檢物的目的。

3、基本應用

主要用于染色標本的觀察。細胞內的許多結構選擇性染色后都可被觀察。

根據標本的不同及需觀察目的物的不同常選用不同的顯色方法。

（二）相差顯微鏡

?用途：觀察未經染色的標本和活細胞。

（三）暗視野顯微鏡

?用途：主要是觀察物體的輪廓形態(tài)及其變化，但看不清內部的微細結構，適合于 觀察活細胞內的細胞核、線粒體、液體介質中的細菌和真菌等。

（四）熒光顯微鏡

?運用：成像反差強、檢測靈敏度高

?定性、定位和定量的研究組織內熒光標記物質

?對活細胞內分子的動態(tài)變化進行實時觀察

（五）共聚焦激光掃描顯微鏡

二、細胞的亞微結構觀察

?細胞中直徑小于0.2μm的結構統(tǒng)稱為亞微結構。

?亞微結構需用電子顯微鏡進行觀察。

?電子顯微鏡分辨率一般為0.2 nm，最高達0.08 nm。

（一）電子顯微鏡

1. 透射電鏡

?原理：當電子束透射樣品時，根據標本各部位密度的不同，部分電子發(fā)生散射，只有剩余電子成像，經物鏡和投射鏡等放大后投射到照相底片上或熒光屏上。散射的電子 不參加成像，故標本中密度大的部分成像后形成電子流量減少的暗區(qū)，相反，標本密度小的部位散射的電子少而形成明區(qū)。

?由于透射電鏡的電子穿透力較弱，所以觀察樣品需特殊制備成超薄切片（其厚度一般為50-100nm）。

2. 掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）

?分辨力一般在3nm，觀察細胞等生物標本可得到富有真實立體感的三維結構圖像。

?原理：

通過電子束照射在標本(標本表面噴涂上一層重金屬微粒)后產生的二次電子成像，二次電子產生的多少與電子束在標本表面的投射角有關，即與樣品的表面結構有關。經標本表面所發(fā)射的二次電子由探測體收集，并在那里被閃爍器轉變?yōu)楣庑盘?，再經光電倍增管和放大器轉變?yōu)殡娦盘杹砜刂茻晒馄辽想娮邮膹姸龋@示出與電子束同步的掃描圖像。圖像為立體形象，反映了標本的表面結構。

?應用：可直接觀察標本表面的三維形態(tài)。

3. 高壓電子顯微鏡

?加速電壓大于120kV的電鏡稱為高壓電鏡。

?加速電壓超過500kV的高壓電鏡稱為超高壓電鏡

（1）穿透力強，分辨力高，可觀察10μm厚的樣品。不需進行超薄切片。

（2）景深大，厚樣品在不同高度上的細節(jié)都能同時清楚成像在同一平面上。

（3）若加上特殊信號處理系統(tǒng)，可以得到細胞內部的三維精細結構圖像。

第二節(jié) 細胞分離和培養(yǎng)

?細胞的分離和培養(yǎng)是細胞生物學的基本研究技術。

一、不同類型細胞的分離

?將組織制備成游離的細胞懸液——通過破壞細胞外基質和細胞間連接來獲得。

?遵守的基本原則：

?分離體系所用的溶液必須是等滲的，具有緩沖性的離子強度；

?分離體系保持低溫，降低細胞的代謝活動；

?無菌操作；

?所用試劑、器皿必須滅菌。

（一）差速離心或密度梯度離心

1、差速離心

?原理：根據細胞的大小不同進行細胞的分離

?方法：從低速到高速逐級沉降

?分離對象：體積、質量差別較大的顆粒

2、密度梯度離心

?原理：分離的細胞組分放在已形成密度梯度的物質（如蔗糖）溶液的表面，在這種條件下進行離心，不同組分以不同的沉降速度沉降，形成不同的沉降帶。

（二）流式細胞技術

?利用流式細胞儀從多細胞懸液中分離目的細胞。

?樣品處理：用帶有熒光的特異抗

體標記待分離的細胞

?分離速度：2萬個細胞/S

?分離純度：>95%

二、細胞培養(yǎng)

?細胞培養(yǎng)： 是指細胞在體外的培養(yǎng)技術，即在無菌條件下，從機體中取出組織或細胞，模擬機體內正常生理狀態(tài)下生存的基本條件，讓它在培養(yǎng)器皿中繼續(xù)生存、生長和繁殖的方法。

（一）細胞培養(yǎng)的條件

1、營養(yǎng)條件：

?培養(yǎng)基：體外培養(yǎng)細胞要生存需要與其在體內生存基本相同的營養(yǎng)物質。

人工培養(yǎng)基（商品化）：各種營養(yǎng)物質經過一定的搭配、組合，形成了適合各種體外培養(yǎng)細胞生長人工培養(yǎng)基。常用：PRMI-1640、DMEM等 。

?血清：提供生長因子和細胞所需物質的很好來源。

2、支持物：培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿

3、5%CO2：多數細胞的最適PH值為7.2-7.4,生

存PH值為6-8

4、溫度： 37℃。

5、無菌環(huán)境

（二）原代培養(yǎng)與傳代培養(yǎng)

?原代培養(yǎng)：直接從體內獲取的組織或細胞進行的首次培養(yǎng)。

?傳代培養(yǎng)：當原代細胞經增殖達到一定密度后，將細胞分散，從一個培養(yǎng)器以一定比例移到另一個或幾個容器中的擴大培養(yǎng)。

（三）細胞建系

?細胞系：原代培養(yǎng)物經首次傳代成功即稱為細胞系，因此細胞系可泛指一般可能傳代的細胞。

?有限細胞系：不能連續(xù)培養(yǎng)的稱為有限細胞系，大多數二倍體細胞為有限細胞系。

? 無限細胞系：能夠連續(xù)傳代的細胞叫做無限細胞系，通常來源于惡性腫瘤組織的細胞能夠在體外無限繁殖、傳代，稱為無限細胞系。

?細胞系中有多種細胞混合存在。

?細胞株：從一個經過生物學鑒定的細胞系用單細胞分離培養(yǎng)或通過篩選的方法，由單細胞增殖形成的細胞群，稱細胞株。

（四）細胞融合

?細胞融合：是指細胞彼此接觸時，兩個或兩個以上的細胞合并形成一個細胞的現象。

① 自然融合

② 人工誘導融合

誘導方法：

生物法——滅活的仙臺病毒

化學法——聚乙二醇PEG

物理法——電融合

同核體、異核體

?細胞融合時，首先形成雙核或多核的異核體，通過有絲分裂，形成雜交細胞（hybrid cell）。

?應用：①膜蛋白流動性

②單克隆抗體制備

B淋巴細胞+小鼠骨髓瘤細胞=雜交細胞(細胞融合）

——具B分泌抗體功能，具瘤細胞無限增殖能力

——不斷從上清中獲得mAb。

第三章 細胞的分子基礎

1．原生質：細胞中的生命物質，由細胞質（包括質膜）和細胞核組成。

2．元素組成

?主要元素：C.H.O.N 4種

?少量元素：S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe 8種

?微量元素：Cu.Zn.Mn.Co.I.Br.F.Si.Sr.Ba 10種

3．分子組成

?無機化合物：水、無機鹽

?有機化合物：糖、脂、維生素、蛋白質（酶）、核酸。

第一節(jié) 細胞的小分子物質

一、水

?水是細胞內最重要的無機小分子，占細胞總重量的70%。

?大多數代謝過程都需要水參與。

二、無機鹽

?占細胞總重量的19%左右，以離子形式存在。

?維持細胞內的滲透壓和酸堿平衡。

?作為酶的輔助因子。

三、有機小分子

?是細胞代謝過程中的中間產物，也是構成生物大分子的基本單位。

?主要包括：單糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸。

?單糖

?脂肪酸 功能：1、構成細胞膜的主要成分。 2、能量

?氨基酸 功能：組成蛋白質的基本結構單位。

?核苷酸

第二節(jié) 細胞的大分子物質

一、蛋白質

?構成細胞的主要成分，是各種生命物質的主要結構基礎。

?基本結構單位：氨基酸

?基本化學鍵：肽鍵

?氨 基 酸：

?組成蛋白質的氨基酸有20種，主要以側鏈（R）區(qū)別----蛋白質特異性和多樣性。

?氨基酸通過肽鍵相連形成多肽鏈。

（一）蛋白質的分子結構

1. 蛋白質的一級結構

?組成蛋白質多肽鏈的氨基酸的種類、數量和排列順序。

?是蛋白質的基本結構和功能基礎。

?主鍵：肽鍵，少量二硫鍵

2. 蛋白質的二級結構

?在一級結構基礎上，肽鏈上相鄰近氨基酸殘基間主要靠氫鍵維系的有規(guī)律、

重復有序的空間結構。

?有三種類型：α螺旋（右手螺旋），β折疊，三股螺旋。

（1）α螺旋 肽鏈以右手螺旋盤繞而成的空心筒狀構象

（2）β折疊 一條肽鏈自身回折而成的平行排列構象

（3）三股螺旋 是膠原蛋白特有的結構，是動物重要的纖維蛋白

3. 蛋白質的三級結構

4. 蛋白質的四級結構 (血紅蛋白四級結構)

注 意：

?并非所有蛋白質都有四級結構；

?蛋白質必須在三級結構基礎上才能表現出生物活性。

（二）蛋白質的功能

二、核酸

?細胞內貯存和傳遞遺傳信息的生物大分子物質。

?基本結構單位：核苷酸

?基本化學鍵： 3’，5’——磷酸二酯鍵

1．脫氧核糖核酸（DNA)

2．核糖核酸（RNA)： 信使RNA (mRNA）

轉運RNA (tRNA）

核糖體RNA (rRNA）

（一）DNA

1. DNA的結構：1953年Watson和Crick提出B-DNA分子的雙螺旋結構模型。

2. DNA的功能

?攜帶和傳遞遺傳信息。

?核酶（ribozyme）

?具有酶活性的RNA分子。

?功能：核酶的底物是RNA分子，它們通過與序列特異性的靶RNA分子配對而發(fā)揮作用。

DNA和RNA的比較

DNA

RNA

戊糖

脫氧核糖

核糖

堿基

A、G、C、T

A、G、C、U

磷酸

相

同

結構

雙螺旋

單鏈或假雙鏈

分布

細胞核為主

細胞質為主

功能

儲存遺傳信息

傳遞和調控遺傳信息

第四章 細胞的基本結構

第二節(jié) 細胞結構的一般特征

一、細胞的基本共性

?所有細胞表面都有脂質雙分子層與鑲嵌蛋白構成的生物膜。

?所有細胞都具有DNA和RNA兩種核酸，作為遺傳信息儲存、復制與轉錄的載體。

?所有細胞都有核糖體。

?所有細胞都是以一分為二的方式進行分裂增殖的。

二、細胞的大小、形態(tài)和數目（自學）

四、細胞的一般結構

?亞微結構（電鏡）： 膜相結構

非膜相結構

?膜相結構：由單位膜參加形成的所有結構。包括：一網兩膜四體

?意義：區(qū)域化作用

?非膜相結構

?單位膜：電鏡下觀察，膜相結構的膜由兩側致密深色帶（各2nm)和中間一層疏松淺色帶(3.5nm)構成，把這三層結構形式作為一個單位，稱為單位膜。

第三節(jié) 原核細胞和真核細胞

原核細胞與真核細胞的比較

特 征

原核細胞

真核細胞

細胞大小

較小，1μm～10μm

較大，10μm ～100μm

細胞核(根本區(qū)別）

無核膜、核仁（擬核）

有核膜、核仁（真核）

DNA

環(huán)狀雙鏈，不與組蛋白結合

線狀雙鏈，與組蛋白結合成染色質

細胞壁

不含纖維素、主要由肽聚糖組成

不含肽聚糖，主要由纖維素組成

細胞器

無（除核糖體外）

有

核糖體

70S

80S

內膜系統(tǒng)

無

復雜

細胞骨架

無

有

轉錄與翻譯

轉錄與翻譯同時進行

轉錄在核內，翻譯在胞質中進行

細胞分裂

無絲分裂

有絲分裂，減數分裂

第五章 細胞膜的分子結構和特性

幾個重要的概念：

?單位膜（unit membrane）

?細胞膜：構成細胞外層界膜的單位膜，又稱質膜。

?細胞內膜：核膜和構成各種細胞器的膜。

?生物膜：細胞膜和細胞內膜統(tǒng)稱為生物膜。

第一節(jié) 膜的化學組成

概述：

?主要由蛋白質、脂類和糖類組成，此外還有水、無機鹽和金屬離子等。

?功能越復雜的膜其蛋白質所占的比例越大，反之則小。

一、膜脂（ Membrane Lipids）

?細胞膜上的脂類，是細胞的基本組成成分，形成膜的基本骨架。

?There are three major classes of lipids:

?磷脂、膽固醇和糖脂

?磷脂為主

（一） 磷脂（phospholipid）

?包括：

磷酸甘油酯——最簡單的磷酸甘油脂是磷脂酸、鞘磷脂

磷脂酸：磷 酸+甘 油+脂肪酸

鞘磷脂：脂肪酸+鞘氨醇+膽 堿

（二） 膽固醇（cholesterol）

?Cholesterol is only found in animals.

?極性羥基－固醇環(huán)－非極性脂肪酸鏈

?膽固醇與磷脂的碳氫鏈相互作用，可阻止磷脂凝集成晶體結構，對膜脂的物理狀態(tài)具有調節(jié)作用。

（三）糖脂（Glycolipids）

?為含一個或幾個糖基的脂類。

?大約占外層脂類分子的5%左右。

?脂的特點：（頭部——親水 尾部——疏水）

均含有極性基團和非極性基團，形成親水頭部和疏水尾部，稱為雙親媒性分子或兼性分子。

?脂在水環(huán)境中存在的三種形式：單分子團 、雙分子層 、脂質體

二、膜蛋白(Membrane proteins)

?細胞膜最重要組成。

?功能越復雜的膜蛋白質所占的比例越大，反之則小。

?分類：

?膜內在蛋白質：又稱鑲嵌蛋白，具有受體、載體、酶的作用；

?膜周邊蛋白質：又稱周圍蛋白，具有支架、收縮、調節(jié)作用。

?膜內在蛋白和膜周邊蛋白比較

名稱

含量

分布

解離方法

功能

膜內在蛋白

70%~80%

鑲嵌于膜脂雙分子層中

去垢劑

受體、載體、酶等作用

膜周邊蛋白

20%~30%

主要分布于膜內側

改變溶液的離子強度或PH值及加入金屬螯合劑等

起細胞支架、收縮、調節(jié)等作用

三、膜糖類

?糖蛋白(glycoprotein) ?糖脂(glycolipid) ?構成細胞外被。

?細胞外被（cell coat）P82 (第六章)

?細胞外被又稱糖萼，伸展于質膜的外表面，是質膜中糖蛋白和糖脂向外表面延伸出的寡糖鏈部分。

?作用：保護；細胞物質運輸；決定細胞識別、形態(tài)形成和分化時選擇性。

?細胞表面（cell surface） P82 (第六章)

?包圍在細胞質外層的一個復合結構體系和多功能體系，是細胞與外環(huán)境物質相互作用，并產生各種復雜功能的部位。包括細胞膜、細胞外被和胞質溶膠。

?胞質溶膠（cytosol） P83

?質膜下方的一層厚0.01～0.02μm的較黏滯無結構的液體物質。

?維持細胞的極性和形態(tài)，調節(jié)膜蛋白的分布和運動。

?細胞膜的基本骨架:

?膜脂 生物膜 基本骨架

磷脂

膽固醇

糖脂

?膜蛋白 多種方式 與脂雙層結合

膜內在蛋白（鑲嵌蛋白）

膜外在蛋白（周邊蛋白）

?膜糖 質膜外表面

與脂類結合- 糖脂

與蛋白結合- 糖蛋白

第二節(jié) 膜的分子結構

液態(tài)鑲嵌模型: (S.J.Singer and G.Nicolson(1972))

脂雙層構成膜的連貫主體，它具有晶體分子排列的有序性，又具有液體的流動性。膜中蛋白質分子以不同形式與脂雙分子層結合。強調了膜的流動性和膜蛋白的不對稱性。

?該模型優(yōu)點：強調了膜的流動性以及球形蛋白質與脂雙分子層的鑲嵌關系，可以解釋許多膜中所發(fā)生的現象。

?該模型缺點：沒有說明具有流動性的細胞膜在變化過程中怎樣保持膜的相對完整性和穩(wěn)定性。

? “晶格鑲嵌模型”和“板塊鑲嵌模型”對其補充。

第三節(jié) 膜的特性

一、膜的不對稱性（asymmetry）

?膜蛋白分布的不對稱性

?膜脂分布的不對稱性

二、膜的流動性（fluidity）

（一）膜脂的流動性（Fluidity of membrane lipid）

1、膜脂雙分子層是二維流體

?生理條件下，膜脂既有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動性，是居于晶態(tài)和液態(tài)之間的液晶態(tài)。

?溫度的改變可以在液晶態(tài)和晶態(tài)之間轉換，這種膜脂狀態(tài)的改變稱為相變。發(fā)生相變的臨界溫度稱為膜的相變溫度。

2、膜脂分子的運動

（二）膜蛋白的運動性（motility of membrane protein）

（1）側向擴散：膜蛋白在膜脂中可以自由漂浮和在膜表面擴散

（2）旋轉運動：膜蛋白能圍繞與膜平面相垂直的軸進行旋轉運動

（三）影響膜流動性的因素（effect factors of membrane fluidity）

?脂雙層中的不飽和脂肪酸越多，膜脂流動性越大。

?脂肪酸鏈越短，膜脂流動性越大。

?膽固醇與磷脂比值：

相變溫度以上，膽固醇含量增加，增加膜脂的有序性；

相變溫度以下，膽固醇含量增加，防止脂肪酸鏈相互凝聚，干擾晶態(tài)的形成。

?卵磷脂/鞘磷脂：比值越大，膜脂流動性越大

?脂雙層中嵌入的蛋白質越多，膜脂流動性越小

?膜脂中的極性基團、環(huán)境溫度、PH值、離子強度及金屬離子等均對膜脂的流動性產生一定的影響。

小 結:

?細胞膜的化學組成

?細胞膜的液態(tài)鑲嵌模型

?細胞膜的特性（不對稱性和流動性）

第七章 細胞膜與物質轉運

概 述：

?與細胞膜有關的物質運輸活動包括兩類：

?穿膜運輸：小分子和離子

?膜泡運輸：大分子和顆粒物質

第一節(jié) 穿膜運輸

?穿膜運輸是小分子物質和離子穿過細胞膜的運輸方式。

?膜的選擇性通透

?易于通過膜的物質：脂溶性物質、不帶電荷小分子物質

?不易通過膜的物質：帶電荷物質、大分子物質

?根據是否消耗細胞代謝能，穿膜運輸可分為：

?被動運輸

?主動運輸

一、被動運輸

?指物質從濃度高的一側，穿過膜運輸到濃度低的一側，即順濃度梯度穿膜擴散，不消耗細胞代謝能的運輸方式。

?依據是否需要膜運輸蛋白的協(xié)助，可分為：

?簡單擴散

?離子通道擴散

?易化擴散

（一）簡單擴散

?指不需要消耗細胞代謝能，不依靠膜運輸蛋白，順濃度梯度運輸小分子物質的運輸方式。

?特點： ?順濃度梯度運輸

?不消耗細胞的代謝能

?不依靠膜運輸蛋白（直接穿過膜的脂雙層）

?條件： ?溶質在膜兩側保持一定的濃度差

?溶質能透過膜（脂溶性小分子）

?決定擴散速度的因素： ?濃度梯度；

?通過物質的分子大??；

?通過物質在脂質中的相對溶解度。

?以簡單擴散的方式通過的物質包括：

j 一些脂溶性物質，如：苯、乙醚、氯仿、甾類激素等。

k不帶電荷 的極性小分子物質，如：H2O、CO2、N2、尿素等。

（二）離子通道擴散

?Na＋、K＋、Ca2+等極性很強的水化離子，借助膜上的離子通道由高濃度一側向低濃度一側擴散。

?離子通道為膜上的跨膜蛋白。包括三類：

?電壓閘門通道

?配體閘門通道

?機械閘門通道

1. 電壓閘門通道

?這類通道依據細胞內外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過膜電位的變化使其構型發(fā)生改變， 從而將"門"打開。

2. 配體門通道

?這類通道在細胞內外的特定配體與其表面受體結合時，引起門通道蛋白發(fā)生構象變化，結果使“門”打開 。

3. 機械閘門通道

?這類通道在細胞內外的機械壓力發(fā)生改變時，引起門通道蛋白發(fā)生構象變化，結果使“門”打開 。

?離子通道蛋白介導的離子轉運的主要特征：

?轉運速度很快 ；

?高度的選擇性；

?都是被動運輸。

（三）易化擴散

?一些非脂溶性的物質，需要借助細胞膜上的載體蛋白順濃度梯度的物質運輸方式。

?特點： ?順濃度梯度運輸

?不消耗細胞的代謝能

?依靠膜載體蛋白協(xié)助

?通過物質：非脂溶性物質或親水性物質：葡萄糖、氨基酸、核苷酸、金屬離子以及細胞代謝物等。

?過程： 例：葡萄糖載體蛋白介導紅細膜上葡萄糖的被動轉運。

?載體蛋白介導的協(xié)助擴散具有以下主要特征 :

?高度特異性 ?飽和現象 ?可抑制性

?決定因素：載體蛋白的飽和狀態(tài)。

二、主動運輸

?通過消耗細胞代謝能，將物質從低濃度一側向高濃度一側運輸，即逆濃度梯度運輸的過程叫主動運輸。

?特點：逆濃度梯度或電化學梯度運輸、要消耗細胞的代謝能、需運輸蛋白的幫助。

?影響因素：細胞代謝狀態(tài)。

?分類：

?離子泵——由ATP直接提供能量；

?伴隨運輸——由ATP間接提供能量。

（一）離子泵

?離子泵：是膜上的一種能將離子逆濃度梯度轉運的載體蛋白，實質是一種ATP酶。

?離子泵具有載體和酶的兩重作用。

?種類： ?鈉鉀泵 ?鈣泵（Ca2+-ATP酶） ?質子泵：H+-ATP酶

?以Na+—K+泵（ Na+—K+ pump)為例說明離子泵的作用機制。

① 組成：大亞基：跨膜蛋白，具有ATP酶活性，是催化亞單位。在細胞質側有Na+和ATP結合的部位，外側有K+和烏本苷結合的部位。

小亞基：具有組織特異性的糖蛋白，功能不詳。

②作用過程：

是通過ATP水解供能驅動泵構型改變來完成的。每水解一分子ATP所釋放的能量可泵出3個Na+ ，泵入2個K+。 應用烏本苷能抑制Na+—K+泵 。

?Na+-K+泵的作用： ①維持細胞的滲透壓，保持細胞的體積；

②維持低Na+高K+的細胞內環(huán)境；

③維持細胞的膜電位；

④驅動糖與氨基酸等的主動運輸。

（二）伴隨運輸

?是一類靠細胞代謝能間接提供能量完成的主動運輸方式。

?物質跨膜運輸所需要的能量來自膜兩側離子的電化學濃度梯度，而維持這種電化學勢的是鈉鉀泵或質子泵。

?物質逆濃度梯度跨膜運輸需同時伴有離子的順濃度梯度運輸，故名伴隨運輸。

?分類： ?共運輸（同向協(xié)同運輸）

?對向運輸（反向協(xié)同運輸）

第二節(jié) 膜泡運輸

概 述

?通過膜包裹被轉運物形成膜囊泡進行物質轉運的方式，稱為膜泡運輸。

?是大分子和顆粒物質的運輸方式。

?分類: ?胞吞作用

?胞吐作用

?均需消耗代謝能。

一、胞吞作用

?是指細胞膜局部發(fā)生內陷，將外來的大分子或顆粒物質包裹成小囊泡，最終脫離細胞膜進入細胞內的轉運過程。

?類型： ?吞噬作用；

?胞飲作用；

?受體介導的內吞作用。

（一）吞噬作用

?是指細胞內吞較大的顆粒物質或大分子復合物的過程。

?吞噬作用形成的囊泡較大，稱為吞噬體。

?作用過程：以細菌的吞噬為例說明 。

?吞噬作用是原生動物獲取營養(yǎng)物質的重要方式。

?哺乳動物的大多數細胞沒有吞噬作用，只有少數特化細胞具有這一功能，如巨噬細胞等，它們廣泛分布在組織和血液中，共同防御微生物的侵入，清除衰老死亡的細胞等。

（二）胞飲作用

?是指細胞內吞液體和溶質或極微小顆粒物質的過程 。

?胞飲作用形成的囊泡較小，稱為胞飲小體或胞飲小泡。

?作用過程：

（三）受體介導的內吞作用

?通過特異性受體—配體結合而引發(fā)的吞飲作用，稱為受體介導的內吞作用。

?是一種特異、高效地攝取細胞外大分子的方式 。

?作用過程： ?有被小窩： ?舉例：細胞對膽固醇的攝取

?LDL（低密度脂蛋白）：

LDL顆粒的分子結構為中心含有大約1500個酯化的膽固醇分子，起外包圍著800個磷脂分子和500個游離的膽固醇分子，載脂蛋白ApoB100將酯化膽固醇、磷脂、游離膽固醇組裝形成球形顆粒。

?LDL受體：由839個氨基酸殘基形成的單次跨膜糖蛋白。

?特點：吸收速度快，具有選擇性濃縮作用。

?運輸物質：已發(fā)現25種受體參與不同大分子的胞吞作用，如胰島素、某些病毒、低密度脂蛋白（LDL）和轉鐵蛋白等。

二、胞吐作用

?是細胞以小泡方式向外界環(huán)境排除物質的過程。

?這是一種與胞吞作用方向相反的外排過程 。

?運輸物質：

?細胞分泌產生的激素、酶類及未消化的殘渣等。

?作用過程：

小 結：

穿膜運輸： 被動運輸： 簡單擴散

離子通道：電位門通道

配體門通道

機械門通道

易化擴散

主動運輸： 離子泵

伴隨運輸：同向運輸

對向運輸

膜泡運輸： 胞吞作用： 吞噬作用

胞飲作用

受體介導的胞吞作用

胞吐作用

第十二章 內膜系統(tǒng)

概 述

?內膜系統(tǒng)(Endomembrane System)是指位于細胞質內在結構、功能以及發(fā)生上有一定聯(lián)系的膜性結構的總稱。

?內膜系統(tǒng)是真核細胞特有的結構，包括內質網、高爾基復合體、溶酶體、過氧化氫體、核膜以及細胞質內的膜性轉運小泡。

?這些膜是相互流動的，處于動態(tài)平衡，功能上相互協(xié)調。

第一節(jié) 內質網

一、內質網的形態(tài)結構和類型（the structure and type of ER）

?ER由封閉的膜系統(tǒng)及其形成的腔構成的相互溝通的網狀結構。它從核膜延伸至細胞質中，靠近細胞質內側。

?一層單位膜包繞；管狀、泡狀和囊狀組成的膜性管道系統(tǒng)。

?ER是真核細胞中最大的細胞器。

ER的膜占細胞膜系統(tǒng)的一半。所包圍的體積占細胞總體積的10%。

?內質網的形態(tài)結構、分布及數量多少與細胞類型、生理狀態(tài)及分化程度有關。

一般情況下，已分化細胞的內質網較發(fā)達，而增殖能力旺盛的未分化細胞內質網不發(fā)達。因此，內質網發(fā)達與否可作為判斷細胞分化程度和功能狀態(tài)的形態(tài)學指標。

?分類：（1）糙面內質網 （2）光面內質網

二、內質網的化學組成和酶類（the chemical composition and enzyme of ER）

?主要為蛋白質、脂類。 ?內質網的標志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。

?細胞色素P450在內質網膜中最為豐富。

三、內質網的功能（the funtions of ER）

（一）糙面內質網的功能

1.蛋白質的合成

?糙面內質網合成的蛋白質的類型：分泌蛋白，膜蛋白，細胞器駐留蛋白

?蛋白質的合成及轉移

2.蛋白質的折疊

3.蛋白質的糖基化修飾：（1）N-連接的寡糖蛋白 （2）O-連接的寡糖蛋白

4.蛋白質的運輸

5.糙面內質網與膜脂的合成

（二）光面內質網功能（記標題）

1.脂類的合成和轉運 2.解毒作用

3.糖原的代謝（使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。） 4.儲存和調節(jié)鈣離子濃度

四、微粒體(microsome)

?用蔗糖密度梯度離心法可將SER和RER分離，離心后ER斷裂成許多小泡，稱微粒體。

?是研究ER化學組成和功能的極好的材料。

◎rER和sER的區(qū)別

類別

rER

sER

結構

扁囊狀，排列整齊

分支管網狀

核糖體附著

附有核糖體

無核糖體附著

功能

合成、修飾、折疊、轉移外輸性蛋白，另外還可合成脂類。

不同種類的細胞實施不同的功能（脂類合成、解毒、糖原代謝、鈣庫等）。

第二節(jié) 高爾基復合體

一、高爾基復合體的形態(tài)結構 (結構和功能上表現出明顯的極性)

?由一層單位膜構成的結構較為復雜、主要由相互聯(lián)系的三個部分組成：

順面高爾基網（CGN）、中間高爾基網（MGN）、反面高爾基網（TGN）

?順面高爾基網（形成面、未成熟面、凸面）：一般認為是RER芽生而來。也稱轉移小泡。

?中間高爾基網：GC主體部分及最富特征性的結構，由3-8層弓形扁平囊膜平行排列而成。

?反面高爾基網（成熟面、分泌面、凹面）：由扁平囊末端或成熟面末端膨大脫落而成。

又稱濃縮泡或分泌泡。

?構成高爾基復合體主體的膜（扁平）囊，從形成面到成熟面可呈現不同的結構形態(tài)，各膜囊所執(zhí)行的功能也不盡相同，因此，高爾基復合體被稱為極性細胞器。

二、高爾基復合體的化學組成

?主要是由蛋白質和脂類組成

?含有多種酶，如催化糖蛋白合成的糖基轉移酶，催化糖脂合成的磺基糖基轉移酶，以及磷脂酶、糖苷酶等

?標志酶：糖基轉移酶

三、高爾基復合體的功能

?高爾基復合體對蛋白質的加工

?蛋白質的糖基化

?溶酶體酶的磷酸化

?分泌性蛋白質部分肽鏈的水解

?高爾基復合體對蛋白質的分選

四、高爾基體與細胞內的膜泡運輸

高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用

膜泡運輸的主要途徑,其中多數與高爾基體直接相關

?通過加工修飾，不同的蛋白質帶上可被反面高爾基網專一受體識別的分選信號，進而按照下列可能途徑被分類輸出：

① 溶酶體酶經高爾基復合體分選和包裝，以有被小泡的形式被轉運到溶酶體。
② 分泌蛋白以有被小泡的形式直接運向細胞膜或分泌釋放到細胞外——結構性分泌。
③ 分泌蛋白以分泌小泡的形式暫時性儲存于細胞質中，在有需要的情況下，被分泌釋放到細胞外——調節(jié)性分泌。

第三節(jié) 溶酶體

概 述

?溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。

?溶酶體（lysosome）是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。

?主要功能是進行細胞內的消化作用。

一、溶酶體的形態(tài)結構與酶

?形態(tài)結構：溶酶體是由一層單位膜構成的含有多種酸性水解酶的囊泡狀細胞器。

?最適pH＝5 ?特征酶：酸性磷酸酶

二、溶酶體膜的特性 （溶酶體內的pH為5.0）

① 溶酶體膜上具有H+泵及Cl-通道，能將細胞質中的H+及Cl-運輸到溶酶體中維持其酸性環(huán)境。

② 溶酶體膜的蛋白質表現為高度糖基化，可防止溶酶體膜被自身的酸性水解酶消化。

③ 溶酶體上存在特殊的膜轉運蛋白，能將溶酶體消化水解的產物運出溶酶體，供細胞加工重新利用或運出細胞外。

三、溶酶體的形成

內質網上核糖體合成溶酶體蛋白→進入內質網腔進行N-連接的糖基化修飾→進入高爾基體順面膜囊→磷酸轉移酶和N-乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶作用下形成M-6-P（甘露糖-6-磷酸）→與反面膜囊上的受體結合→運輸小泡形成并脫離反面高爾基網→運輸小泡與內體結合

→溶酶體酶前體與M-6-P 受體分離→

→溶酶體酶通過去磷酸化成熟（初級溶酶體）→次級溶酶體

→卸載的M-6-P受體通過溶酶體膜出芽、包裹、脫落，以運輸小泡的形式回到反面高爾基網再循環(huán) 。

四、溶酶體的類型

?根據功能狀態(tài)分類：初級溶酶體、次級溶酶體、終末溶酶體

?根據溶酶體的形成過程和執(zhí)行功能：內體性溶酶體、吞噬性溶酶體

（一）初級溶酶體

直徑約0.2~0.5um，有多種酸性水解酶，但沒有作用底物，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶等60余種，反應的最適PH值為5左右。

（二）次級溶酶體

是初級溶酶體與作用底物結合后形成的溶酶體。

分類：

A. 自噬性溶酶體：其內的底物是細胞內衰老、破損的細胞器以及細胞的內含物。

B. 異噬性溶酶體：是由初級溶酶體與吞噬體或胞飲體融合后形成的溶酶體。其內的底物是來自細胞外的細菌、異物及壞死組織碎片等。

（三）終末溶酶體

自噬性溶酶體和異噬性溶酶體到達末期階段，因酸性水解酶的活力下降，致使一些底物不能被徹底消化分解而殘留在溶酶體內，這種含有殘余底物的溶酶體叫終末溶酶體或殘余小體。

五、溶酶體的功能

?消化、營養(yǎng)保護作用

?對細胞內吞物質的消化——異噬作用

?對細胞自身物質的消化——①自噬作用；②分泌吞噬

?參與機體組織器官的變態(tài)和退化——自溶作用

?參與受精過程

?參與激素的合成和濃度調節(jié)

六、?溶酶體與醫(yī)學

（一）溶酶體與矽肺

（二）先天性溶酶體病

?糖原累積?。喝狈Ζ粒咸烟擒彰?；

（三）溶酶體與腫瘤

?某些致癌物引起溶酶體膜穩(wěn)定性降低，溶酶體酶致DNA損傷。

第四節(jié) 過氧化物酶體

?過氧化物酶體，也稱為過氧化氫體、過氧小體或微體。

?過氧化物酶體存在于所有真核細胞中。

一、過氧化物酶體的形態(tài)結構

?電鏡結構：由一層單位膜包裹的膜相細胞器，多呈圓形或卵圓形。

?其中含有極細的顆粒狀物質，中央常含有電子密度很高的結晶狀核心，稱為類核體或類晶體，為尿酸氧化酶的結晶。

?人和鳥類細胞的過氧化物酶體中不含尿酸氧化酶，因而沒有類核體。

二、過氧化物酶體的酶
1、氧化酶類

約占過氧化物酶體酶總量的50%，基本特征是對作用底物的氧化過程中，能把氧還原成過氧化氫。

2、過氧化氫酶類

約占過氧化物酶體酶總量的40%，其作用是將過氧化氫水解成水和氧氣。過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志酶。

3、過氧化物酶類

僅存在于如血細胞等少數幾種細胞類型的過氧化物酶體中，其作用與過氧化氫酶相同。

三、過氧化物酶體的功能

1、調節(jié)細胞的氧張力

細胞出現高濃度氧狀態(tài)時，過氧化物酶體通過強氧化作用進行有效調節(jié)，以避免細胞遭受高濃度氧的損害。

2、解毒作用

氧化酶／氧化氫酶

?消除細胞代謝過程中產生的過氧化氫以及其他有害物質，防止細胞中毒。這種類型的氧化反應在肝、腎細胞中特別重要。

3、其它作用

① 對脂肪進行β氧化，將脂肪酸分解為2C分子，2C分子再被轉化為乙酰輔酶A，或用于構建細胞的其他結構。

② 具有再生氧化型輔酶Ⅰ（NAD+）以及參與核酸和糖代謝的作用。

第五節(jié) 內膜系統(tǒng)與細胞內蛋白質的分選

一、內膜系統(tǒng)的區(qū)域化（房室化）

?膜相結構（包括內膜系統(tǒng)）在細胞內形成一些相互分隔的膜性區(qū)室，即具有區(qū)域化（房室化）作用。

?區(qū)域化的意義：將獨特的酶系統(tǒng)局限在細胞內特定的區(qū)域，使特定的生化反應過程在特定的區(qū)域內進行，減少了相互之間的干擾，提高了細胞新陳代謝的效率。

?內膜系統(tǒng)是一個整體 。

二、蛋白質的分選

?蛋白質的分選：細胞內新合成的蛋白質被準確無誤地送到有關膜結構和細胞器的過程，叫做細胞內蛋白質的分選。

?它是細胞結構和生命活動有序性的基礎。

（一）蛋白質分選的信號假說

分選信號、信號識別顆粒及其受體、細胞器膜上的蛋白質傳導通道

?分選的實現：（分選準確的保證）

①分選信號 ②分選受體

?而定位于胞質溶膠以及細胞表面的蛋白質是沒有分選信號的，這種定位方式稱為違約或欠缺途徑

（二）蛋白質的分選信號與運輸途徑

常見的分選信號：

?信號肽

是一段連續(xù)的氨基酸序列，長約15-60個氨基酸殘基。一旦完成分選過程，常被一種信號肽酶切除。

?信號斑

是指在蛋白質折疊過程中一些氨基酸殘基所構成的特異三維排列。構成信號斑的氨基酸殘基在線型氨基酸序列中彼此相距較遠，一般保留在已完成的蛋白質中。

三、蛋白質的運輸方式

蛋白質在細胞內的基本運輸途徑：門孔運輸、跨膜運輸、囊泡運輸

?門孔運輸

即：蛋白質在核、質之間的運輸。該運輸需通過核孔復合體，稱為門孔運輸或控制運輸。核孔復合體具有選擇控制功能，能主動運輸特異的大分子和大分子組裝物，而小分子物質可自由擴散。親核蛋白質具有核定位信號（NLS）而核孔復合體上有NLS的受體，二者結合后，親核蛋白就能進入核內。

?跨膜運輸

由膜上的蛋白轉運裝置（某種膜蛋白充當）運輸特異的蛋白質穿過膜從胞液到各種不同的細胞器。這樣運輸的蛋白質通常是不折疊的，運輸過程?？糠肿影閭H的幫助。

?囊泡運輸

蛋白質被選擇性地包裝成膜囊泡的形式（運輸小泡），定向轉運到靶細胞器。

第六節(jié) 內膜系統(tǒng)與膜流

一、膜流及其意義

1、膜流：

是指細胞的膜成分在質膜與內膜系統(tǒng)之間，以及在內膜系統(tǒng)各結構之間穿梭、轉移、轉換和重組的過程。

2、膜流的實現：通過各種膜性小泡的轉運實現。

3、意義：

膜流使內膜系統(tǒng)各細胞器之間在結構上和功能上形成了一個整體，實現了細胞生命功能的系列過程，這種機制使細胞內復雜的物質合成與分泌過程有序展開，體現了細胞特有的、精致的生命過程。

小 結

? 內膜系統(tǒng)的概念

? 內質網的形態(tài)結構、類型、功能及其標志酶

? 高爾基復合體的形態(tài)結構、功能及其標志酶

? 溶酶體的形態(tài)結構、類型、功能、與疾病的關系

? 過氧化物酶體的結構、功能及其標志酶。

? 膜流的概念、生物學意義；理解內膜系統(tǒng)在結構上和功能上的整體性

復習思考題

? 內膜系統(tǒng)的形成對于細胞的生命活動具有什么樣的生物學意義？

? 分泌性蛋白質是如何進入內質網腔的？它們又是怎樣被進一步加工和分選的？

? 結合高爾基復合體的形態(tài)結構特征，談談它是怎樣行使其生理功能的？

? 為什么稱溶酶體為細胞內的消化器官？

? 真核細胞內膜系統(tǒng)各細胞器是如何實現它們之間的相互聯(lián)系的

第十三章 線粒體

掌握：

線粒體的電鏡結構（包括ATP合成酶即基本微粒的形態(tài)結構）；

理解其半自主性。

熟悉：

線粒體酶的定位分布（主要是標志酶）；

蛋白質被運送到線粒體的特點。

第一節(jié) 線粒體的結構

一、線粒體的形態(tài)、大小、數量及分布

?光鏡結構：短線狀、粒狀或桿狀。

?大?。弘S細胞不同差異較大。

?數量：因細胞種類不同而異。

?分布：在細胞內分布不均，一般聚集在細胞功能旺盛，需要能量供應的區(qū)域。

二、線粒體的亞微結構

?電鏡結構：線粒體是由兩層單位膜圍成的封閉膜性結構，其內膜和外膜套疊構成囊中囊，內囊與外囊不相通。

1、外膜（outer membrane）

?包圍整個線粒體外面的一層單位膜，厚度約5－7nm，平整、光滑。膜上含有孔蛋白，其中央有小孔，可通過分子量10 000Da以下的分子，是線粒體外膜物質轉運的通道，因此，外膜通透性較高。

2、內膜（inner membrane）

?位于外膜內側，由一層平均厚度為4.5nm的單位膜組成，通透性較外膜小，僅允許小的不帶電荷的分子進入，大分子、離子則需特殊的轉運蛋白幫助才能進行跨膜運輸。

?內膜向內褶疊形成嵴（cristae）

?內膜和嵴上有許多基本微粒（基粒）

3、外室（outer chamber）

?又稱為膜間腔或外腔。是線粒體內、外膜之間的腔隙，與嵴內腔相通。

4、內室（inner chamber）

?是線粒體內膜封閉形成的，嵴和嵴之間的腔隙，也叫嵴間腔或內腔。其內充滿了液態(tài)的無定形膠質溶液，內含蛋白質、脂類、DNA、RNA、核糖體、多種酶、基質顆粒等，稱為基質。由于內膜的選擇性通透作用，使細胞質與基質之間的物質交換受到控制。

第二節(jié) 線粒體的化學組 成及酶定位

一、線粒體的化學組成

?主要成分是蛋白質和脂類，尤以蛋白質為多。

1、蛋白質

?分為可溶性蛋白和不溶性蛋白兩大類。

2、脂質

?不同來源線粒體的脂質組成成分有差異，但均以磷脂為主。

?線粒體脂質與蛋白質的比例在外膜為1：1，而在內膜為1：4，此外，線粒體內外膜所含脂質和蛋白質的種類也有差異 。

3、水、無機鹽離子及其他

二、線粒體中酶的定位分布

?線粒體是細胞質中含酶最多的細胞器之一。不同的酶定位分布于線粒體的不同結構區(qū)域。

?j三羧酸循環(huán)酶類：線粒體基質中。

?k呼吸鏈酶類：線粒體內膜上。

?lATP酶復合體（基粒）：線粒體內膜上。

?功能：將呼吸鏈電子傳遞過程中氧化產生的能量轉換給ATP 貯存。所以，ATP 酶復合體是偶聯(lián)磷酸化的關鍵裝置。

?線粒體功能部位的標志酶(P181表）

?外膜——單胺氧化酶

?內膜——細胞色素氧化酶

?膜間腔——腺苷酸激酶

?基質——三羧酸循環(huán)酶系

第三節(jié) 線粒體的功能

?線粒體是細胞氧化的中心和動力站。其主要功能是氧化磷酸化，合成ATP。

?通過對三大營養(yǎng)物質（糖、脂肪、氨基酸）有氧氧化釋放能量，并將能量通過ADP磷酸化，儲存于ATP中，以ATP形式提供細胞生命活動所需能量的95%以上。

一、細胞氧化及其基本過程

?細胞氧化：生物體從外界吸收O2，將細胞內各種能源物質氧化分解，放出CO2和H2O，釋放能量，供生命活動的需要，又稱細胞呼吸。

第四節(jié) 線粒體的半自主性

?線粒體不完全受核控制，具有自身的遺傳體系（mtDNA，三種RNA，核糖體，氨基酸活化酶等），能自主復制和再生。但由于其遺傳信息量小，大部分功能蛋白質分子需依賴于核基因編碼，由兩套遺傳系統(tǒng)共同控制，因而線粒體是一個半自主性的細胞器（semiautonomous organelle）。

一、mtDNA

?mtDNA被稱為是真核細胞的第二遺傳系統(tǒng)。存在于線粒體基質中，多為裸露的閉合雙鏈環(huán)狀結構，所含堿基對少，可自我復制。其含量僅為全細胞DNA含量的1%。

?人mtDNA的結構：

?由兩條鏈組成的閉合環(huán)狀分子，外環(huán)為重鏈（H鏈），內環(huán)為輕鏈（L鏈）。

?mtDNA易于發(fā)生突變。

三、線粒體蛋白質的運送

?線粒體蛋白質跨膜轉運的特點：

1、線粒體蛋白質前體由細胞質內的游離核糖體合成后，再轉運至線粒體內，即屬于后轉移形式單向跨膜運輸。

2、線粒體蛋白質的轉運需要特定的蛋白質分選信號（導肽）引導。

3、線粒體蛋白質前體在跨膜運送前后，需經歷一個解折疊與重折疊的成熟過程。該過程中，需分子伴侶的幫助。

復習思考題

v 線粒體的形態(tài)結構及其功能是什么？為什么說線粒體具有半自主性？

第十四章 核糖體

掌握：

核糖體的形態(tài)結構、存在形式。

核糖體功能位點。

熟悉：

核糖體的基本類型、化學組成；

?核糖體（ribosome）又稱為核蛋白體或核糖核酸蛋白體，是一種非膜性顆粒狀的細胞器，由rRNA和蛋白質組成。

?是蛋白質合成的中心場所，存在于幾乎所有類型的活細胞中，是細胞最基本的不可缺少的重要結構，被稱為生命活動的基本粒子。

第一節(jié) 核糖體的形態(tài)結構與存在形式

一、形態(tài)結構

?電鏡結構：核糖體由大、小兩個亞基組成。

?大亞基：略呈圓錐形 ；中央部位有一條管道（中央管道），是新合成的多肽鏈釋放的通道。

?小亞基：長條狀，呈略微彎曲的葫蘆形 。

?大小亞基結合時在其結合面上形成一條隧道，這是mRNA穿過的通道。

二、存在形式 （P197）

不合成蛋白質時 合成蛋白質時 完成合成任務

↓ ↓ ↓

游離大、小亞基 → 核糖體單體 → 解聚、脫離

↓

多聚核糖體

↙ ↘

附著核糖體 游離核糖體

第二節(jié) 核糖體的基本類型與化學成分

一、核糖體的基本類型

?根據核糖體來源的生物類群的不同分類：

原核生物核糖體

真核生物核糖體: 細胞質核糖體

細胞器核糖體: 線粒體核糖體（動物）

葉綠體核糖體（植物）

二、核糖體的化學成分

?核糖體的化學成分是：rRNA和核糖體蛋白質（ribosome protein, rP）。

?rRNA位于核糖體內部，而蛋白質則主要分布在核糖體表面，二者靠非共價鍵結合。

?不同類型的核糖體在大小及化學成分上有差異。

兩種基本類型:

?一種是70S的核糖體（50S+30S），主要存在于原核細胞和真核細胞中的葉綠體。

大亞基（50S）：23S、5S rRNA+31種蛋白質

小亞基（30S）：16S rRNA +21種蛋白質

?一種是80S的核糖體（60S+40S），存在于所有真核細胞（線粒體和葉綠體除外）。

大亞基（60S）：5S、5.8S、28S rRNA+49種蛋白質

小亞基（40S）：18s rRNA+33種蛋白質

第三節(jié) 核糖體的生物發(fā)生和自組裝

第四節(jié) 核糖體的功能

一、核糖體的功能位點

?核糖體的功能是進行蛋白質的生物合成。

?核糖體上存在多個與蛋白質合成相關的活性部位，主要包括：

1、mRNA結合部位：位于小亞基上。

2、氨?；Y合位點，又稱A位(A site)或受位(entry site)：主要位于大亞基上，是與新?lián)饺氲陌滨?tRNA相結合的部位。

3、肽?；Y合位點，又稱P位(P site)或供位(donor site)：主要位于大亞基上，是與延伸中的肽?；?tRNA結合的部位。

4、tRNA結合位點，又稱E位（exit site）：位于大亞基上，是肽酰-tRNA移交肽鏈后tRNA的暫時?？奎c。

5、肽?；D移酶位：位于大亞基上，是與肽酰-tRNA從A位點轉移到P位點有關的轉移酶的結合位點。同時，此位點還可能與催化氨基酸之間形成肽鍵和水解GTP為肽酰-tRNA的轉移提供能量有關。

二、蛋白質合成的基本過程

（一）多聚核糖體

?由mRNA分子和多個核糖體形成的聚合體，是蛋白質合成的功能集團。

?多聚核糖體所含核糖體的數量是由 mRNA分子的長度決定的。一般情況下，mRNA分子越長，核糖體的個數就越多。

（三）合成蛋白質的類型：

1、結構性蛋白質（內源性蛋白質）：主要由游離于細胞質中的游離核糖體負責合成。

2、輸出性蛋白質（分泌蛋白質）：主要由附著于RER和核膜的附著核糖體負責合成。

?這種附著是臨時性功能性附著。

?也有實驗證明：①附著核糖體也能產生結構蛋白質，游離核糖體也可產生輸出蛋白質；②游離核糖體和附著核糖體可共同合成同一類蛋白質。

復習思考題

1.核糖體的形態(tài)結構如何？有哪些功能位點？

2.真核細胞細胞質核糖體的化學組成如何？有哪些存在形式

第十五章 細胞骨架

?是廣泛存在于真核細胞中由蛋白質纖維組成的網絡系統(tǒng)。

?功能：保持細胞形態(tài)、參與細胞運動、細胞分裂、細胞內運輸以及信息傳遞等。

?廣義：包括細胞質骨架、細胞核骨架、細胞膜骨架、細胞外基質等纖維體系。

?狹義：指由微管、微絲、中間纖維組成的細胞質骨架。

第一節(jié) 微 管

掌握：

1、細胞質骨架的概念；

2、微管的化學組成、存在形式；

3、微管的主要功能。

熟悉：

1、微管的形態(tài)結構；

2、微管的組裝（條件和影響因素、過程、微管組織中心）

一、微管的組成及一般形態(tài)結構

?微管（microtubule，MT）是一種具有極性、直而中空的圓筒狀結構，直徑24-26nm，長短不一。

?主要成分：微管蛋白

微管相關蛋白

1、微管蛋白

?是構成微管的主要蛋白。是一種酸性蛋白質，由α和β兩種單體構成。α–微管蛋白和β–微管蛋白的理化性質相似，分子大小相近。

?通常α和β–微管蛋白各一個分子連在一起構成較穩(wěn)定的異二聚體（heterodimer）。異二聚體是微管裝配的基本結構單位。

?γ–微管蛋白是近年來發(fā)現的第三種微管組成成分。含量低（不到1%），但是作用同樣重要。

?γ–微管蛋白通常以γ–微管蛋白環(huán)狀復合物（γ–TuRC）的形式存在于微管組織中心，對微管的正常組裝有調節(jié)作用。

2、微管相關蛋白（MAP）（了解）（P210）

?是微管結構和功能的必需成分。決定不同微管間的差異，種類較多。

?主要有MAP–1、MAP-2、MAP–4和Tau蛋白等幾種，分為Ⅰ型MAP和Ⅱ型MAP。

二、微管的組裝

?微管是一種具有極性、動態(tài)的、不穩(wěn)定的結構，可依細胞活動不斷組裝和去組裝（微管←→微管蛋白）。

（一）微管組裝的條件和影響因素

1、微管蛋白濃度

?關鍵因素之一。微管的組裝需要一定的微管蛋白濃度。把微管蛋白聚合與微管組裝時必需的最低微管蛋白濃度，稱為臨界濃度。

?其值大約為1mg/ml，但會受到其他因素的影響。

2、組裝其他條件

?高Mg2+濃度、適當PH（約6.9）、合適的溫度（＞20℃）、GTP（關鍵因素之二）、氧化氘（D2O）的供應、紫杉醇能促進微管的組裝。

?反之，小于4℃的溫度、高Ca2+濃度、秋水仙堿、長春花堿等，可抑制微管的

聚合組裝，甚至使其解體。

“踏車”模型

1、成核期（nucleation phase）

αβ異二聚體→寡聚體核心→片狀結構→13根原纖維→一段微管

?由于該期異二聚體的聚合速度緩慢，是微管聚合限速階段，故也稱為延遲期。

2、聚合期（polymerization phase）

?也稱延長期（elongation phase），細胞內高濃度的游離微管蛋白，使微管蛋白二聚體在微管正端聚合、組裝的速度遠遠快于負端的解離速度，微管因此得不斷地延長。

3、穩(wěn)定期（steady state phase）

?隨著細胞質中游離微管蛋白濃度的下降，微管在正、負兩端的聚合與解聚速度達到平衡，使微管長度趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

GTP帽→GDP帽 表現出動力學不穩(wěn)定性。

?微管組織中心（microtubule organizing center, MTOC）：是微管形成的核心位點，微管的組裝由此開始。常見的MTOC：中心體、纖毛的基體。

?MTOC的作用：幫助細胞質中的微管在組裝過程中成核，接著微管從微管組織中心開始生長。

?γ–微管蛋白環(huán)狀復合物（γ–TuRC）作為微管蛋白二聚體結合的核心，是微管組裝的始發(fā)位置。不但可促使微管的生長和延長，而且也控制著細胞質中微管形成的數量、位置和方向。

?通常，微管的負端總是指向MTOC，而正端則與之相背，游離于胞質的一側。

四、微管的存在形式

單管：

是細胞質中最常見的微管存在形式。由13根原纖維包圍而成。常以分散或成束狀態(tài)分布在細胞質中,不穩(wěn)定。

二聯(lián)管：

由A、B兩根微管組成，其中A管與B管構造相同，并有3根原纖維與B管共有，主要是構成鞭毛和纖毛的桿狀部分。

三聯(lián)管 ：

由A、B、C三根微管組成，其中A與B、B與C各有三根原纖維共有。中心粒和纖毛的基體是三聯(lián)管。

五、微管的主要功能及其與其他細胞結構的關系

（一）微管的主要功能

1.構成細胞的網狀支架，維持細胞的形態(tài)，固定和支持細胞器的位置。

2.參與細胞的收縮與變形運動，是纖毛和鞭毛等細胞運動器官的主體結構成分。

3.參與細胞器的位移和細胞分裂過程中染色體的定向移動。

4.參與細胞內大分子顆粒物質及囊泡的定向轉送運輸。

復習思考題

v 1、何為細胞骨架？細胞質骨架的構成包括哪些主要組分？

v 2、試述微管的化學組成及其組裝過程。

v 3、微管組裝的影響因素有哪些？

v 4、何為微管組織中心？其有何作用？

v 5、微管的主要功能是什么？

第二節(jié) 微絲

掌握：

1、微絲的化學組成、主要功能。

2、中間纖維的分子結構特點。

3、中心粒的亞微結構。

熟悉：

1、微絲的形態(tài)結構和組裝。

2、中間纖維的組裝；中間纖維與醫(yī)學的關系。

3、鞭毛和纖毛軸絲部分的亞微結構。

一、微絲的主要組成及結構

（一）微絲的基本結構成分

?微絲（microfilament，MF）是一種具有極性的實心纖維狀結構，直徑為7nm，直而長度不一。

?主要成分：肌動蛋白

微絲結合蛋白

1、基本結構成分：

?球形肌動蛋白（globular actin, G-actin）

?其單體外觀呈河蚌狀結構，有極性；具有與ATP/ADP以及Mg2+、K+、Na+等陽離子結合的位點。

?分為三類：α、β和γ肌動蛋白

2、微絲結合蛋白（P215）（了解）

?是微絲結構和功能的必需成分。其不僅直接參與微絲纖維系統(tǒng)高級結構的形成，而且對肌動蛋白纖維的動態(tài)組裝具有重要的調節(jié)功能。

?種類較多。

（二）微絲的結構及組裝

1、微絲的結構形式及特征

G-肌動蛋白→F-肌動蛋白 →纖維狀微絲

2、微絲組裝的影響因素及基本過程

（1）組裝基本過程：有“踏車”現象

①成核期（nucleation phase）

G-肌動蛋白 →三聚體或四聚體核心 →F-肌動蛋白

?該期是微絲組裝的限速階段，會滯留相對較長的時間，故也稱為延遲期。

②生長期（growth phase）

?也稱延長期。此期G肌動蛋白在核心兩端的集結、聚合速度不斷加快，使得F肌動蛋白得以迅速增長、延伸。

?F肌動蛋白兩端表顯出明顯的差速生長和延伸。一般，把生長、延伸速度快的一端稱作正（+）端，另一端即為負（－）端。

③平衡期（equilibrium phase）

?隨著G肌動蛋白濃度的下降，G肌動蛋白聚集、結合到微絲上的速度與其從微絲上解離、脫落的速度逐漸接近，最終達到一種平衡狀態(tài)，使微絲長度相對恒定。

（2）組裝的影響因素

?微絲的組裝需要有一定濃度的G肌動蛋白單體、ATP提供能量（作用主要表現在延長階段）、以及一定濃度的無機離子（主要是Mg2+）。

?若在Ca2+以及很低濃度的Na+、K+溶液中，微絲趨向于解聚成G肌動蛋白；

而在Mg2+和高濃度的Na+、K+溶液的誘導下，G肌動蛋白則裝配成F肌動蛋白。

?某些藥物也能夠特異性地影響微絲的組裝與功能。

如：細胞松馳素，能特異地破壞微絲的組裝；而鬼筆環(huán)肽則可促進微絲的組裝。

（P216，微絲特異性藥物）

三、微絲的分布類型和主要功能

（一）微絲的分布和類型(了解)

（二）微絲的主要功能

1、組成細胞骨架，維持細胞形態(tài)。

2、參與細胞運動。如：肌肉收縮、胞質環(huán)流、變形運動、胞質分裂等。

3、構成細胞間的連接裝置。

4、其他

第三節(jié) 中間纖維

?中間纖維（intermediate filament, IF）：又稱中等纖維，化學成分、種類復雜，結構獨特，對解聚微管（秋水仙素）和抑制微絲（細胞松弛素B）的藥物均不敏感，是廣泛存在于真核細胞中的第三種骨架成分。

?組成中間纖維的成分極為復雜，而且有嚴格的細胞類型分布。

?各種細胞內的中間纖維，由于各自的免疫學特性、化學性質不同，因而功能各異。

二、中間纖維的分子結構與組裝

?形態(tài)：中空管狀纖維，長而不分支，直徑約為10nm，介于微管和微絲之間。

（一）中間纖維蛋白的分子結構

中間纖維的共同結構為：

?α螺旋桿狀中心段+兩端非螺旋的頭部區(qū)（氨基端，N端）和尾部區(qū)（羧基端，C端）

?α螺旋區(qū)約含310個氨基酸殘基，其長度和氨基酸順序高度保守。而頭、尾區(qū)是高度可變的，具有不同的氨基酸組成和化學性質。

（二）中間纖維的組裝 （四聚體→原纖維→亞絲→中間纖維）

1、雙股超螺旋二聚體結構的形成

2、四聚體的形成

3、原纖維的形成和中間纖維最終的組裝

（三）中間纖維組裝的相關條件及影響因素

?中間纖維的體外組裝不需要核苷酸參加；

?不依賴于蛋白質濃度；

?無需結合蛋白的輔助；

?也不受溫度變化的影響。

?但是，一些中間纖維在低離子強度和微堿條件下，可有明顯的解聚。

四、中間纖維的主要功能

1、支架作用，特別是對細胞核的定位和固定。

2、與細胞內微絲、微管一起發(fā)揮物質的定向運輸作用。

3、在細胞癌變調控中具有一定的作用。

4、與mRNA的運輸有關，并對mRNA的細胞內定位和翻譯有決定性的作用。

5、不以纖維形式存在的中間纖維蛋白，可作為一種信息分子或者信息分子的前體，參與細胞內的信號轉導過程，影響DNA的復制和轉錄。

五、中間纖維與醫(yī)學

?中間纖維的不同類型嚴格分布于不同類型的細胞中。因此，可作為細胞類型區(qū)分的特征性標志之一。

?如：作為腫瘤診斷和分類鑒別的工具。

第四節(jié) 中心粒、纖毛和鞭毛

一、中心粒（centriole）

?普遍存在于動物細胞和低等植物細胞中，是微管構成的非膜性細胞器。

?細胞分裂時成對出現 。

?光鏡下：中心體——中心粒+中心球

?電鏡下：中心粒

1、中心粒的亞微結構

?中心粒是成對的彼此相互垂直排列的圓筒狀小體。

?橫切面觀，中心粒圓柱小體是由9束三聯(lián)微管按一定角度排列成似風車旋翼狀的中心粒小輪。每束三聯(lián)微管由內向外為A、B、C三根亞微管組成。

9×3+0

2、功能

?與細胞分裂和運動有關。

①中心體是低等植物細胞和動物細胞中的微管組織中心。

②中心粒存在有ATP酶，表明它為細胞運動和染色體移動提供能量。

3、中心粒的起源（了解，細胞周期時講）

二、鞭毛和纖毛

?鞭毛和纖毛是由細胞膜特化而成的附屬結構，少而長的為鞭毛，多而短的為纖毛，其來源和結構基本相同。

?基本結構（熟悉）：軸絲部分主要由二聯(lián)微管構成，基體部分同中心粒一樣由三聯(lián)微管構成。

表1 細胞質骨架三種組分的比較

微管

微絲

中間纖維

基本形態(tài)

中空管狀

直徑24～26nm

實心纖維

直徑約7nm

中空管狀

直徑約10nm

結構

13根原纖維組成

螺旋狀纖維

4根8聚體亞絲組成

組織特異性

無

無

有

化學組成

微管蛋白、微管相關蛋白

肌動蛋白、微絲結合蛋白

成分復雜，有嚴格的細胞類型分布

單體

球形αβ異二聚體

球形G肌動蛋白

桿狀蛋白

結合核苷酸

GTP

ATP

無

極性

有

有

無

踏車行為

有

有

無

蛋白庫

有

有

無

特異性藥物

秋水仙素、長春花堿

紫杉醇

細胞松弛素B

鬼筆環(huán)肽

復習思考題

1、試述微絲的形態(tài)結構、化學組成及其組裝過程。

2、微絲組裝的影響因素有哪些？微絲的主要功能是什么？

3、中間纖維的分子結構特點是什么？中間纖維如何組裝？

第四篇 細胞核（16~19）

概 述：

?形態(tài)、數量、大小和位置各異

?體積：細胞核與細胞質在體積之間通常存在一個大致的比例，即細胞核的體積約占細胞總體積的10%左右，這被認為是制約細胞最大體積的主要因素之一。

?組成：間期核由核膜和核纖層、核基質（核骨架）、染色質、及核仁四個部分組成，分裂期的核不完整。

?功能：遺傳信息的儲存場所，從而控制細胞的遺傳與代謝活動。

第十六章 核 膜

掌握：

1、核膜的亞微結構。

2、核膜的區(qū)域化作用、控制核-質之間的物質交換的功能 。

3、核輸入信號概念。

熟悉：

1、核孔復合體的亞微結構。

2、核膜的蛋白質生物合成、在細胞分裂中參與染色體的定位與分離的功能。

第一節(jié) 核膜的化學成分（了解）

第二節(jié) 核膜的亞微結構

?電鏡下，核膜是由兩層互相平行的單位膜組成的雙層膜結構。

一、內、外層核膜

?核膜外層：面向細胞質，表面附有核糖體，部分與RER相連通，其形態(tài)、組分及含有的酶的種類也與內質網無明顯區(qū)別，故核膜也屬于內膜系統(tǒng)的一部分。

?核膜內層：面向細胞核，表面光滑，無核糖體附著，通透性小于外層。

二、核周間隙

?內、外膜之間的腔隙，內部充滿液態(tài)物質?？膳c內質腔相連。是內、外層核膜間的緩沖區(qū)。

三、核孔復合體

（一）核孔

?內、外膜局部融合形成許多小孔，稱為核孔（nuclear pore）。

?一個典型的哺乳動物細胞核膜上有3000～4000個核孔。

?合成功能旺盛的細胞其核孔數目較多。

（二）核孔復合體

?電鏡下，核孔是一個復雜且有規(guī)律的盤狀結構體系，稱為核孔復合體

★ “捕魚籠式”的核孔復合體模型。（熟悉）

1、胞質環(huán)：

?位于核孔邊緣的胞質一面，與外核膜相連，故稱外環(huán)，環(huán)上有8條短的胞質纖維，對稱分布，伸向細胞質。

2、核質環(huán)：

?位于核孔邊緣的核質面，與內層核膜相連，又稱內環(huán)，環(huán)上對稱地連有8條細胞纖維，伸向核質，在纖維末端形成一個小環(huán)。這樣，核質面的核孔復合體就像一個捕魚籠式的結構，故稱為核籃。

3、輻：由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱，其結構復雜。

4、中央栓：位于核孔中心，呈顆粒狀或棒狀，推測它在核質交換中起一定的作用。

功能：是核質交換的雙向選擇性親水通道。

第三節(jié) 核膜的主要功能

一、區(qū)域化作用

?核膜作為細胞質和細胞核之間的界膜，將細胞分成核與質兩大結構與功能區(qū)域。使細胞核有了相對的穩(wěn)定內環(huán)境，也使DNA復制、RNA轉錄與蛋白質合成在時、空上分隔進行，更有利于基因表達的調控。是細胞進化的一個關鍵步驟。

二、控制細胞核與細胞質的物質交換

（一）無機離子和小分子物質可以自由通過核膜

（二）大分子物質和一些小顆粒物質可以通過核孔復合體

?核孔復合體對大分子物質的運輸具有雙向性和選擇性。

?核→質：1、成熟RNA；如：tRNA 、mRNA。2、核糖體大、小亞基。

?質→核：1、DNA復制、RNA轉錄所需要的酶類。

2、染色體組裝所需的蛋白質

3、核糖體蛋白。

1、核蛋白質的運輸

?核蛋白質：是一類在細胞質中合成，需要或能夠進入細胞核發(fā)揮功能的蛋白質。

?質→核：核輸入信號（NIS）

?核輸入信號：是親核蛋白自身所攜帶的由4-8個氨基酸組成的短肽序列，可以位于蛋白質的任何部位。不同的親核蛋白的NIS有一定差異，但都富含帶正電荷的氨基酸(賴氨酸、精氨酸)，以及脯氨酸。

2、生物大分子的雙向運輸

?核→質：核輸出信號

?核輸出信號：可能是RNA分子或與RNA分子結合的蛋白質。

三、合成生物大分子

四、在細胞分裂中參與染色體的定位與分離

復習思考題

1、核膜的形成對細胞的生命活動有何意義？

2、試述核膜的亞微結構和主要功能。

第十七章~第十九章

掌握：

1、核纖層和核骨架的概念。

2、染色質和染色體的概念、化學組成；核小體、螺線管的構成；常染色質和異染色質的特點；常/異染色質、結構/兼性異染色質的概念；中期染色體的形態(tài)結構。

3、核仁的化學組成、亞微結構和功能。

熟悉：

1、熟悉核纖層的主要功能。

2、染色體構建的兩個模型；染色體的分類和數目。

3、核仁的形成、核仁組織者區(qū)的概念；了解核仁周期。

第十七章 核纖層和核骨架

第一節(jié) 核纖層

?核纖層：是廣泛存在于高等真核細胞中的一層緊貼核膜內層的高電子密度纖維蛋白網。

在細胞核內與核骨架相連，在細胞核外與中間纖維連接，構成貫穿于細胞核

與細胞質的網架結構體系，整體觀呈球形網絡，切面觀呈片層結構。

一、核纖層的組成成分：主要成分是核纖層蛋白，其實質就是一種中間纖維蛋白。

二、核纖層的主要功能

（一）維持核膜的形態(tài)與染色體的核周錨定

（二）與核膜重建相關

（三）與染色質凝集有關

（四）參與細胞核構建

第二節(jié) 核骨架

?核骨架（nuclear skeleton）又稱核基質（nuclear matrix）：

?是間期細胞核內除去核膜和核纖層、染色質與核仁以外的由非組蛋白組成的纖維網架結構，其基本形態(tài)與細胞骨架類似，在結構上與核孔復合體、核纖層、核仁、染色質以及細胞質骨架等結構均有密切的聯(lián)系。

?核骨架的功能：

?核骨架為細胞核內組分提供了一個結構支架，細胞核內許多重要的生命活動，如：DNA復制、基因表達、hnRNA加工、染色體構建、細胞分裂、分化等均與核骨架有關。而且病毒的復制也與核骨架有關。

第十八章 染色質和染色體

概 述:

?都是遺傳物質。

?染色質是指間期細胞核內能被堿性染料著色的物質。常呈網狀不規(guī)則結構。由于其結構松散，利于遺傳信息的復制和表達。

?染色體是在細胞分裂過程中由染色質高度聚縮而成的棒狀結構。由于其結構緊湊，彼此分開，利于遺傳物質的平均分配。

?染色質和染色體是同一物質在不同細胞周期的不同形態(tài)表現。

第一節(jié) 染色質和染色體的化學組成

?主要成分：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA。

一、DNA

二、組蛋白

?屬堿性蛋白質，與DNA的結合不要求特殊的核苷酸序列。

?種類：H1、H2A、H2B、H3、H4；

除H1外，其余4種組蛋白無種屬和組織特異性，在進化上高度保守。

?功能：H1與染色質高級結構形成有關；其余四種組蛋白參與核小體核心顆粒的構成。

組蛋白對DNA復制、轉錄活性有抑制作用。

三、非組蛋白

?是染色質中除組蛋白以外所有蛋白質的統(tǒng)稱，屬酸性蛋白質，帶負電荷。

?非組蛋白可識別染色體上高度保守的特異DNA序列并與之結合，故又稱序列特異性DNA結合蛋白。

?種類：種類繁多，含量少。有種屬和組織特異性。

?功能：功能各異，包括與核酸代謝及染色體化學修飾有關的酶、部分結構/調節(jié)蛋白等。

?非組蛋白能特異性解除組蛋白對DNA活性的抑止作用，促進DNA復制和轉錄。

四、RNA：量少，來源與功能尚有爭論。

第二節(jié) 染色質和染色體的亞微結構

一、核小體（nucleosome）

?核小體是構成染色質的基本結構單位。

?組成：五種組蛋白和200bp左右的DNA組裝形成。

核心顆粒：各兩分子（H2A、H2B、H3、H4）組成的八聚體

核心顆粒+1.75圈（約146bp）DNA+60bp連接DNA+H1蛋白

二、螺線管（solenoid）:每6個核小體繞成一圈，形成螺線管.

三、染色體的構建

（一）染色體支架—放射環(huán)結構模型

非組蛋白支架 → 襻環(huán) → 微帶 → 染色單體

（二）多級螺旋模型（四級結構模型）

從DNA到染色單體要經過以下包裝：

DNA（壓縮7倍）→核小體（6）→螺線管（40）→超螺線管（5）→染色單體

第三節(jié) 異染色質和常染色質

常染色質與異染色質的比較：

常染色質和異染色質在化學性質上沒有什么差別，只是染色質的兩種不同的存在狀態(tài)，

二者在結構上是連續(xù)的。

分類：結構性異染色質、兼性異染色質

1、結構異染色質：在所有類型細胞的全部發(fā)育階段中都為異染色質。常見于染色體的著絲粒、端粒、次縊痕等部位。不進行轉錄，可能與控制細胞分裂、分化及結構蛋白基因表達有關。是異染色質的主要類型。

2、兼性異染色質(功能性異染色質)：在某些類型的細胞中或在細胞發(fā)育的一定階段，由原來的常染色質失去轉錄活性，轉變成為凝集狀態(tài)的異染色質。

三、常染色質與異染色質在細胞中的分布比例

?由于細胞所處的生活周期、分化程度和生理狀態(tài)不同，常染色質與異染色質在細胞中的分布比例常有差異。一般來說，細胞中轉錄功能愈活躍，常染色質的區(qū)域愈大；專一程度越高的細胞，異染色質的比例越大。（了解）

第四節(jié) 染色體

一、染色體的結構及其類型 (描述染色體形態(tài)結構以中期染色體為標準。)

(一）染色體的結構

?每一條中期染色體都是由兩條相同的染色單體通過一個著絲粒相連接構成，這兩條單體由一個DNA分子復制而來，彼此互稱姐妹染色單體。

1.絲粒（主縊痕）和動粒

?著絲粒位于主縊痕（初級縊痕）中心，由高度重復的異染色質組成。在主縊痕兩側的外面有一個附加的特化圓盤狀結構，由蛋白質組成，稱為動粒，又叫著絲點。動粒可與紡錘絲微管接觸，是微管蛋白聚合中心之一。

?著絲粒/動粒區(qū)域總稱為著絲粒—動粒復合體或著絲粒結構域。

?對細胞有絲分裂過程中染色體與紡錘體的整合以及染色體的有序分離起重要作用。

?包括3種不同的結構域：由外向內分為動粒結構域、中心結構域、配對結構域。

2.長、短臂（p, q） 3.次縊痕—核仁組織區(qū)（NOR） 4.隨體和隨體柄 5.端粒

?每條染色體都必須具備：著絲粒、臂和端粒

（二）染色體的分類

?根據著絲粒的相對位置，染色體可分為四種類型：

中央著絲粒染色體、亞中著絲粒染色體、近端著絲粒染色體、端著絲粒染色體

?人類沒有端著絲粒染色體

（三）染色體的數目（熟悉人類染色體數目）

?不同物種具有不同數目的染色體，每一物種的染色體數目是恒定的。

?人類正常體細胞中有46條染色體，可以配成23對。即：人類正常體細胞中含兩個染色體組屬于二倍體細胞，2n＝46。

第十九章 核 仁

第一節(jié) 核仁的化學組成與亞微結構

一、核仁的化學組成

?主要為蛋白質（80%）、RNA（10～11%）、DNA（8%）和少量脂類。

?蛋白質主要是核仁染色質的組蛋白和非組蛋白、核糖體蛋白質、RNA聚合酶等；

?RNA主要為rRNA； ?DNA中主要是rRNA基因（又稱rDNA ）。

二、核仁的亞微結構 （核仁為非膜性結構）

?光鏡下：通常為單一或多個均質的球形小體。

?電鏡下：為一種無界膜包被的、由纖維絲構成的海綿狀球體結構，由四部分組成。

（一）核仁相隨染色質

?組成：核仁周圍染色質（異染色質）和核仁內染色質（常染色質）。

?核仁組織者區(qū)（NOR）（熟悉概念）

核仁內染色質DNA上含有大量 rDNA的區(qū)域，這些rDNA可通過高速轉錄產生大量rRNA，進而在組成、形成核仁的過程中發(fā)揮作用。人類NOR位于5對有隨體的染色體（13、14、15、21、22號）的副縊痕部位。

（二）纖維中心和密集纖維部分

?纖維中心（FC）在電鏡下呈低密度區(qū)，被密集纖維部分包圍成圓形結構小島。纖維中心主要由核仁內染色質組成。

?密集纖維部分（DFC）是核仁中電子密度最高的部分，呈環(huán)狀或半月狀包圍纖維中心。主要成分是rRNA，是rRNA合成活躍的區(qū)域。

（三）顆粒部分

?為高電子密度顆粒，位于纖維結構的周圍直到核仁邊緣。主要是成分是rRNA和

蛋白質，是正在加工、處于不同成熟階段的核糖體亞單位的前體顆粒。

（四）核仁基質

?為無定形的蛋白質性液體物質，是上述三種結構存在的結構環(huán)境。

第二節(jié) 核仁的形成與周期性變化

一、核仁的形成

二、核仁周期

?核仁是一種動態(tài)結構，其形態(tài)和功能在細胞周期中發(fā)生周期性變化。

?分裂間期有完整結構，分裂前期核仁消失，分裂末期核仁重現。

第三節(jié) 核仁的功能

?核仁是rRNA合成、加工和核糖體大、小亞基裝配的場所。

一、核仁是細胞核中rRNA合成的活動中心。

二、核仁是裝配核糖體大小亞基的工廠

?核糖體大、小亞基的前體物質在核仁內合成并運輸到細胞質中。而核糖體大、小亞基前體在進入細胞質以后才被加工成熟，使蛋白質的合成只能在細胞質中進行，這有利于防止核內加工不完全的hnRNA與有功能的核糖體接近和發(fā)生作用。

復習思考題

1、何為核纖層？其功能如何？何為核骨架？

2、試述染色質的化學組成、超微結構及其包裝過程。

3、比較常染色質和異染色質。

4、試述中期染色體的形態(tài)結構和分類。

5、核仁的化學組成是什么？亞微結構如何？

6、核仁如何形成？其功能是什么？什么是核仁周期？

第二十一章 細胞的分裂

掌握：

1、有絲分裂器。

2、有絲分裂和減數分裂的過程及其特征。

3、有絲分裂和減數分裂的比較。

4、減數分裂、同源染色體、聯(lián)會、聯(lián)會復合體、姐妹/非姐妹染色單體、二價體、四分體等概念。

5、減數分裂的生物學意義。

熟悉：

1、無絲分裂的概念。

2、第二次減數分裂各期特點。

3、減數分裂前間期。

?真核細胞的分裂方式；無絲分裂、有絲分裂、減數分裂

第一節(jié) 無絲分裂

?無絲分裂（amitosis）又稱直接分裂（direct division），是指細胞核和細胞質的直接分裂。

?過程：在進行無絲分裂前，細胞體積增大，DNA復制；DNA復制后，分裂即開始，表現為細胞核拉長成啞鈴形，中央部分變細斷開，細胞隨之分裂成兩個。

?特點：沒有染色體組裝和紡錘體形成、過程簡單而迅速。分裂后遺傳物質不一定平均分配給兩個子細胞。

第二節(jié) 有絲分裂

?有絲分裂（mitosis）又稱為間接分裂（indirect division），是真核細胞增殖的一種最主要的分裂方式。在分裂過程中要形成有絲分裂器，以保證遺傳物質平均分配到兩個子細胞中，維持遺傳的穩(wěn)定性，故稱為有絲分裂。

?細胞周期: 間期: 合成前期（G1期）

合成期（S期）DNA復制

合成后期（G2期）

分裂期（M期）:

核分裂 (前、前中、中、后、末)

胞質分裂

一、有絲分裂器的結構和功能

?有絲分裂器（mitotic apparatus）是指細胞在分裂過程中形成的專門執(zhí)行細胞分裂功能的臨時性 細胞結構，以確保兩套染色體均等的分配給兩個子細胞。由中心體、紡錘體、星體和染色體組成。

（一）紡錘體和星體的結構

1、紡錘體 ①動粒微管 ②極微管

2、星體

（二）有絲分裂器的功能

?有絲分裂器在維持染色體的平衡、運動、分配中均起著重要作用。在這些過程中微管的伸長或縮短產生的某種推或拉的機械力量是重要的推動力之一。

二、有絲分裂過程及其特征

（一）前期（prophase）

?主要特征：確定分裂極、染色質凝集成染色體、核仁縮小消失和核膜崩解。

（二）前中期（prometaphase）

?主要特征：紡錘體微管結合在染色體動粒上，牽拉染色體向赤道面移動。

（三）中期（metaphase）

?主要特征：染色體達到最大的凝集，排列在赤道面上。

（四）后期（anaphase）

?主要特征：著絲?？v裂，姐妹染色體單體分開，在各自紡錘絲的牽引下分別移向兩極。

（五）末期（telophase）

?主要特征：到達兩極的染色體解螺旋成為染色質；核膜、核仁重現。

（六）胞質分裂 (胞質分裂通常從后期末或末期初開始。)

第三節(jié) 減數分裂

?減數分裂（meiosis）

是配子發(fā)生成熟期中所進行的一種特殊的細胞分裂，又稱為成熟分裂。在這一過程中，DNA復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，結果形成染色體數目減少一半的子細胞（配子）。

?配子的發(fā)生（gametogenesis）

是指有性生殖過程中精子和卵子的形成過程。它們都經過增殖、生長、成熟三個時期（精子的發(fā)生過程還有變形期）。

?精、卵發(fā)生的共同特點：在成熟期中要進行減數分裂。

一、由有絲分裂向減數分裂的轉變

?減數分裂前間期（前減數分裂間期）

?S期：進行DNA的復制。兩個特點：

1、時間較長；

2、合成全部染色體DNA的99.7%，而其余的0.3%是在偶線期合成的。

?G2期：由有絲分裂向減數分裂轉變的決定時期。

?在G2期以前：細胞由有絲分裂不同步化向減數分裂同步化轉變。

二、減數分裂過程及其特征

?同源染色體：是指一條來自父方，一條來自母方，在減數分裂時能兩兩配對，形態(tài)、大小和結構都基本相同的兩條染色體。

?聯(lián)會（synapsis）：在第一次減數分裂偶線期，每對同源染色體從靠近核膜的某一點開始相互靠攏在一起，在相同位置上的染色粒準確地配對，這個過程稱為聯(lián)會。

?粗線期非姊妹染色單體間發(fā)生DNA片斷互換[交換(crossing-over) ]。

（一）第一次減數分裂

1、前期Ⅰ

（1）細線期（leptotene stage）

?染色質凝集為細線狀染色體，此時染色體的復制已完成，但在光鏡下還看不出染色單體；

?核仁及核膜膨大。

（2）偶線期（zygotene stage）

?同源染色體開始兩兩配對稱為聯(lián)會，有聯(lián)會復合體形成；

?每對染色體形成一個緊密相伴的二價體(bivalent)。

（3）粗線期（pachytene stage）

?染色體明顯變粗變短；

?四分體(tetrad)形成；

?非姊妹染色單體間發(fā)生DNA片斷互換，產生新的等位基因的組合。電鏡下可見重組節(jié)。

（4）雙線期（diplotene stage）

?染色體進一步螺旋化縮短，聯(lián)會復合體解體；

?同源染色體開始分離，使交換后的染色體出現交叉(chiasma)；

?交叉端化。

（5）終變期（diakinesis stage）

?染色體變得更加粗短，形態(tài)清晰；?交叉漸移至兩端；?核仁，核膜消失；?紡錘體開始形成。

2、中期Ⅰ: 各二價體（四分體）排列在赤道面上形成赤道板，紡錘體形成。

3、后期Ⅰ: 同源染色體分離，非同源染色體自由組合，二分體(dyad)在各自紡錘絲的牽引下，分別移向兩極。

4、末期Ⅰ

?二分體到達兩極后，染色體解旋，伸展，核仁重新形成，核膜重建。

?胞質分裂，子細胞形成。

?每個子細胞中都只有n個二分體，即染色體數目由2n→n。

（二）第二次減數分裂

1、前期Ⅱ：每個二分體凝縮，中心體向兩極移動，組裝紡錘體，核膜消失。

2、中期Ⅱ：二分體整齊的排列在赤道面上形成赤道板，紡錘體形成。

3、后期Ⅱ：

?二分體著絲?？v裂，形成兩個單分體，在紡錘絲的牽引下，分別移向細胞兩極。

?每一極含n個單分體。

4、末期Ⅱ：到達兩極的染色體解旋成染色質，核膜、核仁重新出現，細胞質分離，形成兩個單倍體細胞。

三、減數分裂的意義

1、使生殖細胞中染色體數目從2n減到n，精卵結合后的受精卵又恢復2n，保證了親代與子代之間染色體數目的相對恒定，為后代的性狀遺傳和正常發(fā)育提供了物質基礎。

2、在減數分裂過程中由于非姐妹染色單體之間發(fā)生片段交換；同源染色體分離、非同源染色體之間自由組合等因素，可形成不同染色體組成的配子，使后代個體表現出多樣性，這為紛繁復雜的生物變異提供了豐富的原材料，可推動在自然選擇作用下的生物進化。

第四節(jié) 有絲分裂和減數分裂的比較

1、有絲分裂是細胞分裂的普遍方式；而減數分裂只發(fā)生于配子發(fā)生的成熟期。

2、有絲分裂DNA復制一次，細胞分裂一次（均等分裂）；減數分裂DNA復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次（一次為減數分裂，一次為均等分裂）。

3、減數分裂染色體數目減半；有絲分裂后染色體數目不變。

4、減數分裂后一個細胞形成遺傳物質不同的4個子細胞（因為交換及非同源染色體的隨機組合）；而有絲分裂后，一個細胞形成遺傳物質相同的2個子細胞。

5、減數分裂時前期Ⅰ出現聯(lián)會，非姐妹染色單體間片段的交換；而有絲分裂則無。

6、有絲分裂一般時間較短；減數分裂一般時間較長。

復習思考題 :

1、真核細胞的分裂方式有哪幾種？

2、何為有絲分裂器？其結構、功能如何？

3、試述動物細胞有絲分裂的過程及其各期特點。

4、什么叫減數分裂？試述減數分裂的過程、各期特點及其生物學意義。

5、有絲分裂和減數分裂之間有哪些差異？

第二十二章 細胞周期

概 述

細胞周期：是指細胞從一次分裂結束開始生長，到再次分裂終了所經歷的過程，

分為G1期、S期、G2期、M期。

第一節(jié) 細胞周期的一些基本概念

?細胞在體內的增殖特性不同，包括三種增殖類型：

1.連續(xù)分裂的細胞（增殖細胞、周期細胞）

?指在細胞周期中連續(xù)運轉的細胞，因而又稱增殖細胞、周期細胞。

如：皮膚基底層細胞、造血干細胞、消化道、陰道上皮細胞等。

?這類細胞的分裂對于組織的更新有著重要意義。

2.暫不增殖細胞（ G0期細胞）

?指暫時脫離細胞周期，不增殖的細胞。但在適當因素刺激下，可再次重新返回細胞周期，開始分裂，又稱為G0期細胞。

如：成纖維細胞、平滑肌細胞、血管內皮細胞、某些淋巴細胞、肝、腎、胰腺細胞等。?組織的再生、創(chuàng)傷的愈合、免疫反應均與此相關。

3.終末分化細胞

?終末分化細胞是指那些不可逆的脫離細胞周期，喪失分裂能力，保持生理功能的細胞。

如：成人心肌細胞、神經細胞、成熟的紅細胞等。

一、細胞周期模型

?真核細胞有一個復雜的細胞周期調節(jié)蛋白網絡，控制細胞周期的進程，稱為細胞周期調控系統(tǒng)。

?細胞周期研究常用的模型有：酵母、爪蟾胚胎細胞、體外培養(yǎng)的哺乳動物細胞。

1.酵母

?優(yōu)點：單細胞真菌，增殖速度快，基因組簡單，便于遺傳操作；與人的細胞周期調控系統(tǒng)非常相似。

2.爪蟾胚胎細胞

?優(yōu)點：分裂快，便于分析基本的細胞周期調控機制；

體積大，便于將實驗物質注射到卵細胞，以研究注射物質對細胞周期進程的影響。

可從卵中制備出細胞質并在試管中重建細胞周期事件，可在高度簡化的可控制條件下研究細胞周期。

3.體外培養(yǎng)的哺乳動物細胞

?常用從正常組織或腫瘤組織中分離出來的細胞為材料 。

?優(yōu)點：分離細胞的試驗條件易控制，便于研究。

便于對細胞周期調控系統(tǒng)所涉及的蛋白進行生化分析。

便于了解細胞增殖的調控、細胞癌變的機制。

二、細胞同步化

?細胞同步化的概念：使處于細胞周期不同階段的培養(yǎng)細胞，共同進入細胞周期某一特定階段，這一過程稱為細胞的同步化。

?細胞同步化的方法：誘導同步化和選擇同步化

?誘導同步化：在培養(yǎng)液中加入或去除某些成分，或者改變培養(yǎng)溫度，從而對細胞的生長進行阻滯或恢復，將不同步生長的細胞調整為同步生長，獲得時相較為均一的細胞群體。 （如：中期阻斷法、DNA合成阻斷法、低溫培養(yǎng)法）

?選擇同步化：根據細胞的體積、黏附性等的時相特征來對不同時相的細胞進行選擇和分離，從而實現細胞的同步化。（如：有絲分裂搖落法、活細胞離心淘洗法）

第二節(jié) 細胞周期各時相的動態(tài)

一、G1期（合成前期）：

?G1期是細胞生長的主要階段，也是為進入S期作物質準備的時期。在此期細胞內有大量的RNA和蛋白質合成。

?根據時間順序以及發(fā)生分子事件的特點，G1期又可進一步分早G1期和晚G1期。

?早、晚G1期之間有一限制點（restriction，R點）。

1.早G1期——細胞生長

?主要表現為：RNA、蛋白質、脂類以及糖類的大量合成，形成大量的細胞器和其他結構，使細胞體積、表面積以及細胞核、質比例增加。

2.限制點(R點)——分裂決定

?介于早G1期和晚G1期之間。

?是細胞周期進程的重要調控點。

?決定細胞后續(xù)命運(進入S期;G0期細胞;分化或凋亡)。

3.G1晚期——復制準備

（1）為DNA合成作準備。

如:合成DNA復制所所需要的各種脫氧核糖核酸、胸腺嘧啶核苷酸激酶、DNA聚合酶、解旋酶等。

（2）大量合成與細胞周期運行密切相關的蛋白，以使細胞周期能夠順利延續(xù)。

如：細胞周期蛋白、鈣調蛋白、觸發(fā)蛋白等。

（3）DNA損傷修復

二、S期（合成期）：DNA合成、染色質組裝、中心粒復制

1.DNA復制：是細胞增殖的關鍵，僅局限于S期。

（1）啟動信號

（2）S期復制不同步

一般情況下，GC含量高的DNA序列先復制，AT含量高的DNA序列后復制。

就染色質而言，常染色質先復制，兼性異染色質次之，結構性異染色質最后復制。

2.組蛋白、非組蛋白大量合成，染色質組裝

組蛋白mRNA在復制完成后迅速降解，S期以外很少有組蛋白合成。

同時，對組裝后的染色質進行選擇性的甲基化。

3.完成中心粒的復制

三、G2期（合成后期）：復制檢查和分裂準備

1.復制檢查

2.分裂準備 ：（1）合成微管蛋白及其關聯(lián)蛋白

（2）合成染色質凝集相關蛋白

（3）合成M期調控蛋白

（4）中心粒開始分別移向細胞兩極

四、M期（分裂期）

是將復制了的遺傳物質平均分配到兩個子細胞中的時期。

在細胞周期中M期所占時間最短，但細胞的形態(tài)結構變化最大。

第三節(jié) 細胞周期的驅動力

一、細胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白質磷酸化調控系統(tǒng)

二、細胞周期原動力：周期性基因表達

三、細胞周期的清道夫：泛素化蛋白質降解系統(tǒng)

四、細胞周期的外動力：生長因子信號轉導系統(tǒng)

第四節(jié) 細胞周期的檢控點

?細胞周期檢控點：

指在細胞周期各時相的轉換中存在的特定時間點，是檢查和控制細胞周期進程的信號通路，對DNA復制、紡錘體組裝及染色體分離等主要細胞周期事件進行調節(jié)、監(jiān)控。

?主要包括G1/S，G2/M，中期/后期轉換檢控點。

一、CDK活性抑制和檢控點

二、G1/S：DNA損傷檢控點

三、G2/M：DNA復制檢控點

四、中期/后期：分裂檢控點（紡錘體組裝檢控點）

小 結：

1、細胞周期的概念、分期

2、細胞的增殖類型

3、細胞周期研究常用的模型（名稱）

4、細胞同步化的概念和方法

5、細胞周期各時相的動態(tài)特點

6、檢控點的概念、類型和意義

練 習 題

(一)、名詞解釋

（1）細胞周期（cell cycle） （2）G0期細胞（G0 cell ）

（二）、問答題

（1）什么是細胞的同步化，有哪些方法，請舉例說明。

（2）細胞周期根據所發(fā)生的分子事件不同，可分為哪些時相，各時相的動態(tài)特點是什么？

（3）什么是細胞周期的檢控點。常見的檢控點有哪些？主要作用是什么？

（三）、選擇題：

1.中心粒的復制發(fā)生在哪期( )

A. G1 B. S

C. G2 D. M E. G0

2.各種細胞周期時間不同，主要是由于( )。

A. S期的差異 B. G1期長短不同

C. G2期長短不同 D. 分裂前期不同

E. 分裂中期不同

3.成熟促進因子（MPF）合成是在( )。

A. G0期 B. G2期

C. S期 D. M期 E. G1期之末

4.放線菌素D是DNA聚合酶合成抑制劑，如果培養(yǎng)的腫瘤細胞株中加入此試劑，則細胞不能進入( )。

A. G1期 B. S期

C. G2期 D. M期 E. G0期

5.細胞周期中，決定一個細胞是分化還是增殖的控制點（R點）位于( )。

A. G1期 B. G2期

C. M期 D. G0期 E. S期

6.能調控細胞周期進行的是( )。（多選）

A.周期蛋白（cyclin） B.周期蛋白依賴激酶（cdk）

C. 細胞因子 D. DNA解旋酶 E. 泛素

7.細胞同步化的方法有( )。（多選）

A. 低溫培養(yǎng)法 B. 選擇同步化

C. 細胞沉降分離法 D. 誘導同步化 E. 中期阻斷法

8.細胞周期的檢控點（ ）（多選）

A.細胞周期各時相的轉換中存在的特定時間點。

B.細胞周期程序出現問題或環(huán)境條件變化時，檢控點機制被激活。

C.通過增強對CDK的結合抑制和磷酸化抑制阻止細胞周期進程。

D.可同時啟動DNA修復、細胞凋亡等應對機制。

E.檢查和控制細胞周期進程的信號通路。

9. A. 終末分化細胞 B. 淋巴細胞

C. G0期細胞 D. 周期細胞

① 和上皮組織的基底細胞一樣為繼續(xù)增殖細胞的是（ ）。

② 暫時從G1期離開細胞周期，停止細胞分裂，但在給予適當刺激后可以重新進入周期進行分裂的細胞是（ ）。

③ 一旦生成后就不可逆地離開細胞周期的細胞，終身不再分裂的細胞（ ）。

④ 由于生化代謝不活躍，對藥物不敏感，致使化療不易取得好的效果，成為腫瘤復發(fā)的根源，是（ ）

第二十三章 細胞分化

教學要求

l 掌握：細胞分化的基本概念、一般規(guī)律和潛能；細胞決定的基本概念和特征。

l 熟悉：細胞分化的影響因素。

l 了解：細胞分化與基因表達調控、細胞分化與腫瘤。

第一節(jié) 細胞分化的一般概念

一、細胞分化的概念

?細胞分化：是指同一來源的細胞經過分裂逐漸在形態(tài)結構、生理功能和蛋白質等方面產生穩(wěn)定性差異的過程。

?識別細胞分化的三項指標：形態(tài)結構、生理功能、生化特征。

?細胞分化的主要標志：細胞內開始合成新的特異性蛋白質

?細胞分化的本質：由于基因選擇性表達合成特異性蛋白質，導致形態(tài)、結構和功能各異的細胞的出現。

二、細胞分化的一般規(guī)律

（一）細胞分化的穩(wěn)定性

?實驗：①離體培養(yǎng)的皮膚上皮細胞，傳代后仍保持為上皮細胞

②黑色素細胞體外培養(yǎng)30多代后，仍能合成黑色素顆粒

?已分化的終末細胞在形態(tài)結構和功能上保持穩(wěn)定。

?穩(wěn)定性是細胞分化最顯著的特點，是個體生命活動的基礎。

（二）細胞分化的可逆性

?某些特殊條件下，已經分化的細胞可以發(fā)生逆轉，回復到原未分化狀態(tài)的現象，

稱為去分化或脫分化 。

★無論是動物還是植物，細胞分化的穩(wěn)定性是普遍存在的，而分化的可逆性（轉分化、去分化）是有條件的。

（三）細胞分化基因調節(jié)的保守性

?研究表明不同動物間的同源蛋白，特別是其中的同源調節(jié)蛋白，在結構、功能及生化反應上具有一定的相似性。

（四）細胞分化的時空性

?細胞分化的時間性：指一個細胞在不同的發(fā)育階段細胞可以有不同的形態(tài)結構和功能。

?細胞分化的空間性：指同一種細胞的后代，由于各種細胞所處的空間位置不同，其環(huán)境也不一樣，可以有不同的形態(tài)結構和功能。

三、細胞分化的生物學意義

?細胞分化是個體發(fā)育的基礎。

?胚胎發(fā)育過程中——產生不同組織器官形成新的個體。

?胚后發(fā)育中——產生特定類型細胞補充組織損失的細胞。

第二節(jié) 細胞決定與細胞分化

一、細胞決定的基本概念

?細胞決定：個體發(fā)育過程中，細胞在發(fā)生可識別的形態(tài)變化之前就已確定了未來的發(fā)育命運，這種細胞預先作出的分化選擇，稱為細胞決定。

二、細胞決定是早期發(fā)育事件

?細胞決定的時間：胚胎發(fā)育早期

?一般在胚胎三胚層期，在細胞之間出現可識別的形態(tài)和功能差異以前，各器官的預定區(qū)

已經確定，每個預定區(qū)決定了它只能按一定的規(guī)律發(fā)育分化成特定的組織、器官和系統(tǒng)。

?細胞決定先于細胞分化并制約著細胞分化的方向

三、細胞分化的潛能與細胞決定

?細胞分化的普遍規(guī)律：全能→多能→單能→特化

（一）在發(fā)育過程中細胞潛能逐漸變窄

1、全能性細胞：具有發(fā)育為一個完整個體的能力的細胞。

哺乳類在桑葚期的8細胞前細胞均為全能型 。

2、多能性細胞：在胚胎發(fā)育的三胚層形成后，細胞的分化潛能受到限制，僅能向本胚層組織和器官分化發(fā)育的細胞。

3、單能性細胞：經過器官發(fā)生，各種組織、細胞的發(fā)育命運最終確定，形成單能性細胞。

4、終末分化細胞（特化細胞）：

單能性細胞形成在形態(tài)上特化、功能上專一化的終末分化細胞（特化細胞）。

①隨著分化程度的提高，細胞分裂能力逐漸下降。高度分化的細胞往往不再發(fā)生分裂。

②隨著分化程度的提高，細胞對環(huán)境因子的反應能力也逐漸下降。

?細胞決定是細胞分化潛能逐漸受限的過程。

（二）分化細胞細胞核的全能性

?高等動物在胚胎發(fā)育過程中，細胞的全能性逐漸受到限制最后成為終末分化細胞。

?細胞核卻始終保持著其分化的全能性，稱為全能性細胞核。

?遺傳物質主要存在于細胞核中

?已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性

四、細胞決定的特征

1、細胞決定的穩(wěn)定性

2、細胞決定的可遺傳性

3、細胞決定的可逆性

五、細胞決定的機制及調節(jié)

（一）早期胚胎細胞決定中以卵細胞質的作用最明顯

?在胚胎早期發(fā)育過程中，細胞質中某些物質成分的分布有區(qū)域性，胞質成分不均質。

?細胞分裂時胞質成分（決定子）呈不均等分配到子細胞中，這種不均一性胞質成分

可以調控細胞核基因的表達，在一定程度上決定細胞的早期分化。

（二）早期胚胎細胞決定與細胞位置的相關性

?細胞所處的位置不同對細胞分化的命運有明顯影響，改變細胞所處的位置可導致細胞分化方向的改變，這種現象稱為位置效應。

（三）細胞決定與發(fā)育階段特異基因表達

?細胞決定從本質上講是發(fā)育階段特異基因表達的結果。

第三節(jié) 基因與細胞分化

?持家基因：

?持家基因：維持細胞基本活動所必需的基因。

?持家蛋白：由持家基因表達，存在于所有分化類型的細胞中，維持細胞生存所必需的基本蛋白，如細胞骨架蛋白、膜蛋白、染色質的組蛋白、核糖體蛋白等。

?奢侈基因：

?奢侈基因：編碼組織細胞特異性蛋白的基因，其產物對細胞的生存無直接影響，但對細胞的分化、決定細胞的特異性方面起重要作用。

?奢侈蛋白：由奢侈基因編碼，僅存在與特定的分化細胞中，賦予分化細胞不同特征的特異性蛋白，如紅細胞中的血紅蛋白、皮膚表皮細胞中的角蛋白、肌細胞中的肌動蛋白和肌球蛋白。

一、環(huán)境因素

?生物個體的生長發(fā)育離不開環(huán)境，環(huán)境中的物理、化學因子等往往以提供信號的方式

影響機體的細胞分化。

二、細胞群間的相互作用與位置效應

（一）胚胎誘導

?胚胎誘導：胚胎發(fā)育特定階段，一部分細胞對鄰近細胞產生影響，并決定其分化方向的作用，稱為胚胎誘導。

①胚胎誘導可發(fā)生在不同胚層之間，也可以發(fā)生在同一胚層不同區(qū)域之間。

②中胚層首先開始獨立分化，再促進內胚層、外胚層向著各自相應的組織器官分化。

1、胚胎誘導的特點：

（1）誘導具有層次

初級誘導→次級誘導→三級誘導

舉例：眼球發(fā)育過程的多級誘導作用

（2）誘導有區(qū)域特異性和遺傳特異性

?區(qū)域特異性:同樣類型的細胞，位置不同，誘導不同基因的選擇性表達，表現出區(qū)域特異性。

?遺傳特異性:不同類型的細胞，胚胎誘導時受自身基因組的影響，表現出遺傳特異性。

（二）細胞抑制：在胚胎發(fā)育過程中，已分化的細胞抑制鄰近細胞進行相同分化而產生的負反饋調節(jié)作用。

（三）細胞識別與黏合

?同類細胞具有特異性相互識別和黏合的能力。

?一旦細胞間識別并黏合，其質膜各部分就緊密結合成細胞間傳遞離子、電荷及分子的通道。

（四）細胞外基質

三、激素

?激素是某些細胞分泌的多種信息分子的總稱，通常經過血液或淋巴液運輸，到達一定

距離外所作用的靶細胞，經過一系列的信號傳遞過程，影響靶細胞的分化。

?遠距離的調節(jié)作用。

?激素對細胞分化的影響通常在個體發(fā)育晚期。

第五節(jié) 細胞分化與腫瘤細胞

一、腫瘤細胞的產生與細胞分化

1、細胞癌變是細胞去分化的結果

① 癌細胞主要表現出低分化和高增殖的細胞特征。

② 腫瘤細胞缺乏正常分化細胞的功能

如：肝癌細胞不能合成血漿白蛋白、胰島癌細胞不能合成胰島素等等。

?分化異常（分化特征的消失和功能缺陷）是腫瘤細胞的一個重要生物學特性。

2、腫瘤起源于一些未分化或微分化的干細胞，是由于組織更新時所產生的分化異常所致。

3、能自我更新的組織和細胞更容易發(fā)生癌變，尤其是上皮組織。

4、通常腫瘤細胞分化越差，惡性程度越大。

復習思考題:

（1）什么叫細胞分化？有何規(guī)律？

（2）細胞決定的概念？有何特征？

（3）細胞分化與細胞決定的關系？

（4）影響細胞分化的因素主要有哪些？

習 題

?名詞解釋：

1、細胞分化，細胞決定；

2、全能性細胞、多能性細胞、單能性細胞、終末分化細胞；

3、持家基因、奢侈基因；

?問答題：

1、細胞分化的一般規(guī)律是什么？

2、影響細胞分化的因素主要有哪些？

3、細胞決定的特征是什么？

?選擇題：

1．細胞分化的實質是( )
A.基因選擇性表達 B.基因選擇性丟失
C.基因突變 D.基因擴增 E.以上都不對

2． 下列由奢侈基因編碼的蛋白是（ ）
A.肌動蛋白 B. 膜蛋白
C. 組蛋白 D. 血紅蛋白 E.核糖體蛋白

3． 人紅細胞和胰島細胞含有（ ）
A.相同的DNA，相同的mRNA，不同的蛋白質
B. 相同的DNA，不同的mRNA，不同的蛋白質
C. 相同的DNA，相同的mRNA，相同的蛋白質
D.不同的DNA，不同的mRNA，不同的蛋白質
E.以上都不對\

4． 細胞分化的共同規(guī)律是( )
A.多能-全能-單能 B.全能-單能-多能
C.單能-多能-全能 D.全能-多能-單能 E.多能-全能-單能

5．在胚胎發(fā)育中，一部分細胞對鄰近的另一部分細胞產生影響，并決定其分化方向的作用稱為（ ）
A.胚胎誘導 B.細胞分化
C.決定 D.轉化 E.選擇性表達

6．與各種細胞分化的特殊性狀有直接關系的基因是（ ）
A.斷裂基因 B.奢侈基因
C.管家基因 D.編碼基因 E.非編碼基因

7．關于管家蛋白，下列敘述不正確的是（ ）
A.維持細胞生命活動所必須的
B.各類細胞普遍共有的
C.細胞向特殊類型分化的物質基礎
D.包括核糖體蛋白
E.賦予分化細胞不同特征的特異性蛋白

8．要產生不同類型的細胞需要通過（ ）
A.有絲分裂 B.減數分裂
C.細胞分裂 D.細胞分化 E. 細胞去分化

9．對細胞分化遠距離調控的物質是（ ）
A.激素 B.DNA
C.RNA D.糖分子 E.離子
第二十四章 細胞的衰老和死亡

教學要求：

?掌握：細胞的壽命（Hayflick界限 ）；細胞衰老的概念和特征；細胞壞死和細胞凋亡的概念、特征、區(qū)別；

?熟悉：細胞衰老的機制

?了解：細胞凋亡的影響因素、細胞凋亡的分子機制，細胞凋亡與醫(yī)學。

概 述：

?衰老（aging）和死亡（death）是生命的基本現象。

?細胞衰老和死亡是不可避免的，是細胞生命活動的必然規(guī)律。

第一節(jié) 細胞的衰老

一、細胞衰老的概念

1、定義

是細胞內部結構的衰變。在正常情況下細胞隨著年齡的增加，機能和結構發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現象。

2、細胞的壽限：體外培養(yǎng)細胞所具有增殖分裂的極限。

?體外細胞可傳代的次數與細胞來源個體的年齡成反比。

?動物體細胞在體外可傳代的次數與物種的壽命有關。

?Hayflick界限：細胞，至少是培養(yǎng)細胞，不是不死的，而是有一定的壽命的；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是著名的Hayflick界限。

二、細胞衰老（Cellular aging）的表現

（一）形態(tài)學改變

（二）生化改變

1、DNA:復制與轉錄受到抑制。

2、RNA: mRNA和tRNA含量降低。

3、蛋白質：含量下降；肽鍵斷裂、交聯(lián)變性。

4、酶：活性中心被氧化，酶失活。

5、脂類：不飽和脂肪酸被氧化，膜的流動性降低。

（三）細胞外基質改變：大分子交聯(lián)增加。

（四）細胞內水分減少

三、細胞衰老的機制

?差錯學派：代謝廢物累積學說、大分子交聯(lián)學說、自由基學說、線粒體DNA突變學說、

體細胞突變與DNA修復學說、差錯災難學說、微量元素學說、神經內分泌學說

?遺傳學派：程序性衰老學說、重復基因失活學說、復制性衰老學說、長壽基因學說、

終末分化學說

1. 代謝廢物積累學說

細胞功能下降→代謝廢物不能及時排出胞外或降解與消化→越積越多，占據的空間越來越大→影響細胞代謝廢物的運輸→阻礙細胞的物質交換和信號傳遞→引起細胞衰老

?細胞內代謝產物的積累至一定量后，會引起細胞衰老。 （例：脂褐素沉積）

2.自由基學說

?自由基：一類瞬時形成的含不成對電子的原子或功能基團。包括氧自由基、氫自由基、碳自由基、脂自由基等。

?外源性自由基：由環(huán)境中的高溫、輻射、光解、化學物質等引起。

內源性自由基：由體內各種代謝反應產生，是人體自由基的主要來源。

?正常細胞內存在清除自由基的防御系統(tǒng)，包括：

① 酶系統(tǒng)（抗氧化酶）：超氧化物岐化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT）等

② 非酶系統(tǒng)（抗氧化劑）：維生素才C、維生素E、醌類物質

?當自由基產生超過機體的清除能力，過多的自由基就會對許多細胞組織造成損傷。

3. 復制性衰老學說（端粒鐘學說）

?端粒：位于染色體末端，由端粒DNA和端粒蛋白構成；起穩(wěn)定染色體末端的作用。

?細胞增殖次數與端粒DNA長度有關。

?端粒酶：是一種由RNA和蛋白質組成的反轉錄酶，能以自身的RNA為模板合成端粒DNA，對于端粒的穩(wěn)定有至關重要的作用。

4. 長壽基因學說

?該學說認為，衰老是一個過程，是在一定階段，由一些基因依次觸發(fā)啟動所致，是細胞或機體本身的固有結果。

（1）促進衰老的基因，稱為衰老基因

（2）抑制衰老的基因，稱為抗衰老基因或長壽基因

第二節(jié) 細胞死亡

?細胞死亡：是細胞衰老的結果，是細胞生命現象不可逆的停止及細胞生命的結束。

被動死亡——細胞壞死；

主動死亡——程序性細胞死亡，或細胞凋亡。

一、細胞壞死

?細胞壞死：指細胞受到化學因素、物理因素和生物因素等環(huán)境因素的傷害，引起細胞死亡的病理過程。

?細胞壞死主要由酶性消化和蛋白質變性引起。

?細胞壞死時，細胞膜和細胞器破裂溶解，細胞內容物釋放引起周圍組織產生的炎癥反應對其他細胞具有破壞作用，常表現為成群細胞的丟失或破壞。

二、細胞凋亡

?細胞凋亡：是指體內細胞主動發(fā)生的、有基因控制的細胞自動結束生命的過程，是細胞為適應生存環(huán)境而主動采取的死亡方式。

（一） 凋亡發(fā)生的過程

1. 凋亡的起始：

?細胞膜表面微絨毛和細胞間連接的減少、消失，但細胞膜保持完整，未失去通透性；

?細胞質濃縮、細胞器改變（線粒體增大、線粒體嵴明顯；內質網膨大，溶酶體增多，細胞骨架結構排列紊亂）；

?染色質固縮。

2. 凋亡小體的形成：

?當凋亡細胞核染色質裂解形成大小不等的碎片后，細胞膜皺縮，整個細胞經過類似胞吐的方式，形成一些大、小不等的，由細胞膜包裹的、表面光滑的球形小體。

?凋亡小體是判斷細胞凋亡的主要形態(tài)結構之一。

3. 凋亡小體逐漸被鄰近的細胞所吞噬并消化

（二） 凋亡細胞的特征

1、染色質異常凝集、核質邊緣化，胞質凝縮，染色質進一步裂解形成大小不等的核碎片，核斷裂，凋亡小體形成。

2、凋亡小體被鄰近的細胞所吞噬消化，無內容物釋放，不會產生炎癥反應。

3、凋亡細胞仍需合成一些蛋白質，要消耗ATP。

4、凋亡細胞的DNA電泳后呈梯狀；壞死細胞的DNA電泳后呈彌散狀。

5、凋亡是通常是生理性的；壞死是病理性的。

（三） 細胞凋亡與醫(yī)學的關系

1.與發(fā)育的關系

凋亡在生物發(fā)育過程中的作用主要有：

①去除不需要的結構； ②控制細胞數目；

③去除有害細胞； ④細胞的自我保護作用。

2.細胞凋亡與疾病的關系

（1）細胞過度凋亡，導致心血管疾??；

（2）細胞凋亡受阻，導致腫瘤的發(fā)生；

（3）細胞凋亡的研究給自身免疫病帶來真正的突破；

（4）神經系統(tǒng)的退行性病變。

復習思考題：

1.Hayflick界限

2.細胞衰老的概念和特征

3.細胞凋亡、細胞壞死概念、特征、區(qū)別

練習題:

（一） 名詞解釋：細胞衰老、細胞壞死、細胞凋亡、 Hayflick界限

（二） 問答題：

1、細胞衰老有哪些特征？

2、細胞壞死和細胞凋亡的主要特征分別有哪些？

3、細胞凋亡的基本過程？

4、細胞凋亡和細胞壞死的主要特征比較。

5、細胞凋亡的機制有哪些，其要觀點是什么？（4種）

第二十五章 個體發(fā)育中的細胞

教學要求:

?掌握：干細胞的概念、干細胞的生物學特征。

?熟悉：胚胎干細胞的概念和特征。腫瘤細胞的生物學特性。

?了解：成體干細胞特征、干細胞增殖和分化的調控、干細胞的定向誘導分化。

第一節(jié) 干細胞

概述:

1、干細胞的概念

干細胞：是指一類處于分化過程之中，具有分裂增殖能力（自我復制）和多向分化潛能的細胞。

它存在于人體或動物個體發(fā)育各個階段的組織器官中，是各種分化細胞或特化細胞的初始來源。

2、干細胞的分類

?根據分化潛能的高低：全能干細胞、多能干細胞、單能干細胞

?根據細胞來源時期不同：胚胎干細胞、成體干細胞

一、干細胞的生物學特性

?