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医学细胞生物学讲义（MEDICAL CELL BIOLOGY）第一章 绪论【熟悉】细胞、细胞生物学和细胞学说的概念【了解】细胞生物学的研究范围、研究观点，细胞生物学的发展简史及其与医学的关系。当前细胞生物学的主要特点和主要发展趋势。第一节细胞生物学研究内容细胞（cell）是生命活动的单位，是生物形态结构与功能的基本单位。细胞的基本功能：自我增殖和遗传、新陈代谢、运动性。细胞生物学（cell biology）是细胞学与分子生物学交汇的领域，它应用近代物理、化学技术和实验生物学的方法，从细胞整体水平、超微结构水平和分子水平来研究细胞结构及其生命活动规律的学科。是细胞学的延续和发展。医学细胞生物学（medical cell biology）是以细胞生物学和分子生物学为基础，探索研究人体细胞发生、发展、成长、衰老和死亡的生命活动规律以及发病机理和防治的学科。一、研究内容研究：细胞进化、生长繁殖分化、运动和兴奋传导、遗传与变异、癌变等基本活动规律二、三个研究水平：细胞整体水平、亚细胞水平（超微结构水平）、分子水平三、三个研究观点1进化观点2形态研究与功能研究相结合3整体和动态的观点第二节 细胞生物学发展简史一、细胞学说的创立（166519世纪中）“细胞学说（cell theory）”：一切生物（从单细胞生物到高等动物和植物）都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。“细胞来源”：一切细胞只来源于原来的细胞，一切病理现象都基于细胞的损伤。二、细胞学的经典时期（19世纪中20世纪初）研究特点：应用固定与染色技术，在光镜下观察细胞形态结构与分裂活动三、实验细胞学阶段（20世纪初中叶）研究特点：采用多种实验手段，出现交叉学科四、细胞生物学形成（20世纪50年代现在）50年代现在：着重分子水平研究1944，证实DNA为遗传物质1953，DNA双螺旋模型提出、DNA半保留复制、中心法则1955，三联体密码假说1961，破译密码含义60年代：（分子）细胞生物学形成90年代：PCR技术、克隆动物技术、HGP启动及完善，21世纪初：后基因组计划启动第三节 细胞生物学与医学的关系细胞生物学是现代医学的重要基础理论。细胞生物学的研究有助于医学重大课题的解决，致病机理的阐明、诊断、治疗、预防都依赖于（分子）细胞生物学的发展，如：（一）癌的防治（二）疾病诊断（三）疾病治疗（四）医学基因组学研究第四节 当前细胞生物学的特点和主要发展趋势一、当前细胞生物学的主要特点1细胞的分子机制方面的研究进展迅速2分子遗传学与基因工程方面的研究进展惊人3方法学的高度综合性二、当前细胞生物学主要发展趋势1真核细胞基因表达的调节和控制2发育基因及其调控作用的研究3在基因水平和细胞水平上对遗传、发育和进化关系问题的探索4真核细胞基因产物如何形成细胞结构，如何调节和行使细胞功能第二章 细胞的起源与进化【掌握】原核细胞和真核细胞的主要区别。【熟悉】细胞的进化：从原核细胞到真核细胞 从单细胞生物到多细胞生物【了解】细胞的起源（从简单分子到原始细胞）第一节 从简单分子到原始细胞无机分子：H2O、CH4、NH3、N2、H2低分子有机化合物：氨基酸、单糖、核苷酸、脂肪酸生物大分子：蛋白质、多糖、核酸原始细胞（质膜的出现）1生物小分子的形成2多核苷酸的形成：自我复制体系3多核苷酸指导多肽的合成：形成庞大复杂的增殖系统4原始细胞形成：细胞膜（质膜）的出现是最基本最关键的条件第二节 从原核细胞到真核细胞原始细胞的分裂与进化出现原核细胞，经漫长的年代繁衍，使地球表面积聚大量的氧气，利于真核细胞起源和进化 原核细胞与真核细胞形态结构的主要区别：原核细胞（procaryotic cell）1细胞小110m2无核膜、核仁（拟核），DNA含量少，裸露于细胞质中。3细胞质中细胞器极少，主要有核糖体，内膜系统无或简单。4细胞分裂为无丝分裂。真核细胞（eucaryotic cell）1细胞大10100m2有双层核膜包被，有核仁（真核），DNA含量多，位于核内。3细胞质中含有丰富的细胞器，并出现内膜系统和细胞骨架。4细胞分裂为有丝分裂，减数分裂，出现许多类型的分化细胞。 在进化意义上真核细胞与原核细胞的区别（具进步意义）：1细胞系统的分化与演变：细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。2遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化：遗传信息的重复序列与染色体多倍性的出现是真核细胞区别于原核细胞的另一重要标志。遗传信息的复制、转录、翻译的装置和程序亦相应复杂化，真核细胞内遗传信息的转录、翻译有严格的阶段性与区域性，而原核细胞内转录和翻译可同时进行。第三节 从单细胞生物到多细胞生物单细胞生物单细胞生物群体多细胞生物如粘菌、绿藻、团藻多细胞生物出现细胞分化和功能协作、整体性第三章 细胞的分子基础【掌握】1、核酸的组成、分类；DNA的结构和功能；RNA的种类和功能。 2、蛋白质一级结构【熟悉】1、生物小分子（水、无机盐、单糖、脂肪酸）的功能。 2、蛋白质的空间结构（二、三、四级结构）的主要特点。【了解】酶蛋白的功能第一节 生物小分子一、无机化合物1水（活细胞中含量最多的组分）比热大、熔点高，表面张力大、良好溶剂游离水：是良好的溶剂，代谢反应的环境，调节体温。结合水：是细胞内结构的组分之一。2无机盐：游离离子渗透压，pH值；结合离子结合蛋白、类脂主要有：Na+、K+、Ca2+、Fe3+、Mg2+、Cl-、PO43-、HCO3-、SO42-二、有机小分子1单糖：（CH2O）n，（n=37）功能：供能是细胞的组分。最重要的单糖：戊糖：核糖核酸、游离核苷酸己糖：葡萄糖（主要营养物质）能量储备 能量利用糖原、淀粉 葡萄糖 ATP2脂肪酸：CH3（CH2）nCOOH，（N=1020） 兼性分子（双亲媒性分子）：疏水端、亲水端3氨基酸4核苷酸第二节 生物大分子核酸一、核酸（nucleic acid）的化学组成核酸分为两大类：脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）、核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）、两者基本的结构分子均为核苷酸，核苷酸的组成为：单核苷酸碱基+戊糖+磷酸，其中 碱基+戊糖 称为 核苷1碱基（base）：嘌呤：腺嘌呤（A）；鸟嘌呤（G）嘧啶：胞嘧啶（C）；胸腺嘧啶（T）；尿嘧啶（U）2戊糖：核糖（ribose，在RNA中）脱氧核糖（deoxyribose，在DNA中）3磷酸（phosphate）4核苷与核苷酸核苷：核糖核苷、脱氧核糖核苷核苷酸：核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸：dAMP、dGMP、dTMP、dCMPDNA核糖核苷酸：AMP、GMP、UMP、CMPRNA其它重要的单核苷酸：ATP，cAMP二、DNA（脱氧核糖核酸，deoxyribonucleic acid）1DNA结构：双螺旋（double helix）结构模型（watson & Crick,1953）（1）两条磷酸-核糖骨架组成双链，右手螺旋（2）双螺旋内侧碱基以氢键互补配对：A=T；GC，碱基平面垂直螺旋中心轴（3）相邻碱基平面相距0.34nm，螺旋一周10对碱基，螺距3.4nm（4）两条单链走向相反，一条为5 3，另一条为3 52DNA的半保留复制：DNA复制后，DNA量增加一倍，形成两条DNA产物，新生的DNA双链都是由原来的一条母链和一条子链组成，这种复制结果被称为半保留复制。3DNA功能（1）携带和传递遗传信息遗传信息的载体：DNA分子上储存的遗传信息由多核苷酸链上的碱基的种类、数量和排列顺序决定。各类生物DNA链上的核苷酸数很多，碱基的排列顺序有n100（n为核苷酸数）之多，这是构成生物界生物多样性的基础。通过DNA双链严格准确的碱基互补配对以及半保留复制DNA分子中储存的丰富的遗传信息就可准确无误地传递到子代DNA分子中去，所以DNA的主要功能是携带和传递遗传信息，这体现了遗传过程的相对保守性。（2）表达，产生生物的遗传性状作为模板转录RNA，从而控制蛋白质的合成（3）突变：发生变异，引导进化三、RNA（核糖核酸，ribonucleic acid）：单核苷酸链RNA也由4种核苷酸通过3，5 磷酸二酯键相连而成。注意RNA与DNA在结构组成上的区别。与DNA不同之处是RNA为单链，由UMP替代了DNA中的TMP，由核糖替代了DNA中的脱氧核糖。RNA种类：mRNA，rRNA，tRNA，不均一核RNA(hnRNA)，核小RNA(snRNA)。1mRNA：信使RNA。约占RNA总量的1%5%，由结构基因转录而来，作为模板，指导蛋白质合成。在DNA双螺旋的一条链上的某一小片段（即携带有结构和功能蛋白信息的基因，结构基因）通过碱基互补原则，有多种核苷酸原料和各种转录因子的参与，由RNA聚合酶II聚合而成。mRNA上有5向3方向连续排列的三联体密码子，通过翻译过程，可指导多肽链合成。三联体密码：mRNA分子上每三个连续的核苷酸为一组，可决定肽链上的一个氨基酸，被称为三联体密码或遗传密码1个密码子（包含3个碱基）1个氨基酸（按5 3 方向）2tRNA：转运RNA。三叶草结构。产生过程与mRNA类似，由DNA上编码tRNA的基因转录而来。携带特定氨基酸到核糖体，参与蛋白质合成。tRNA上的反密码子能识别mRNA上密码子，3 端的-CCA活化末端可连接特定氨基酸。3tRNA：核糖体RNA。由rRNA转录而来。rRNA是核糖体组成成分，与核糖体蛋白质组装成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。第三节 生物大分子蛋白质蛋白质是生命的物质基础，（1）构成细胞的主要成分，确定细胞形态结构（2）参与机体一切生理活动，并起关键作用：如参与分子识别、催化、运输等生命过程，故有“工作分子”之喻。一、氨基酸（amino acid，AA）蛋白质的基本组成单位，由20种基本氨基酸组成，均属于L-a-AA。AA为两性化合物。H HH2N C COOH 或 H3N+ C COO- R R R为侧链基团。二、肽键（peptide bond）与肽（peptide）1 肽键：相邻两个氨基酸的-氨基与-羧基脱水以酰胺键形式形成的共价键（-CO-NH-）H O H H H2O H O HH2N C C + N C COOH H2N C C N C COOHR OH H R R H R 肽键肽键是酸、碱、蛋白质水解酶水解蛋白质的作用部位。 2肽：由AA以肽键相连形成寡肽（oligopeptide）：10个以下氨基酸残基多肽（polypeptide）：10个以上氨基酸残基蛋白质（protein）：50-100个以上氨基酸残基3方向：氨基端（N端）羧基端（C端）三、蛋白质的分子结构（一）蛋白质的一级结构组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序（二）蛋白质的二级结构局部或某一段肽链的空间结构，由氢键维持。有以下几种构象单元1-螺旋(-helix)：右手螺旋，一周3.6个氨基酸，螺距0.54nm2-折叠(-plealed sheet)：锯齿状，不同肽链间形成氢键3其余有-转角、无规则卷曲、-螺旋等（三）蛋白质的三级结构在二级结构的基础上，整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，主要依靠R基团（侧链）间的相互作用维持（四）蛋白质的四级结构多条肽链组成的蛋白质中各亚基（subunit）的空间排列和相互接触的布局。（五）蛋白质的构象与化学性质蛋白质的一级结构是高级结构的基础蛋白质的高级结构的构象决定了其功能蛋白质相对稳定的天然构象是蛋白质功能的基础四、酶蛋白1高效性2特异性3活性可调节性4易受外界环境影响五、糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂第四章 细胞膜的结构和功能细胞膜（cell membrane）：是包围在细胞外周的一层薄膜，又称质膜（plasma membrane）细胞器：细胞内具有一定形态和功能的微细结构生物膜：细胞膜和细胞内各种细胞器的膜第一节 细胞膜的分子结构【掌握】1、膜脂、膜蛋白的种类和特性。 2、生物膜的液态镶嵌模型 3、生物膜的特性：流动性和不对称性 膜脂、膜蛋白的运动方式，影响膜流动性的因素 膜脂、膜蛋白分布的不对称【熟悉】生物膜的单位膜模型【了解】1、膜脂的分子结构 2、膜糖的存在方式 3、生物膜的片层结构模型，板块镶嵌模型，晶格镶嵌模型一、细胞膜的化学组成由脂类、蛋白质、糖类、水、无机盐、金属离子等组成。（一）膜脂（membrane lipid）1膜脂的种类和分子结构磷脂膜脂 胆固醇糖脂都为兼性分子（分子中既有亲水端，也有疏水端）（1）磷脂（phospholipid）磷脂酰碱基 + 甘油基团（鞘氨醇）+ 脂肪酸极性头部（亲水） 非极性尾部（疏水）（2）胆固醇（cholesterol）：较为刚性的甾环结构。散布于磷脂分子间，调节膜的流动性，增强膜的稳定性（3）糖脂（glycolipid）：由糖基和脂类组成，是一种亲水脂。寡糖+鞘氨醇2膜脂分子的排列特性兼性分子，自发装配成类脂双分子层，自我封闭形成封闭小泡。（二）膜蛋白膜功能的主要承担者（运输蛋白、酶、受体等）（1）内在蛋白（integral protein）（镶嵌蛋白）不同程度地镶嵌在类脂双分子层中，有的为跨膜蛋白。以疏水键和共价键镶嵌在膜内，与膜结合紧密（2）周边蛋白（外周蛋白，peripheral protein）以非共价键结合在膜的内外表面（内表面较多），与膜结合疏松。（三）膜糖类多为低聚糖（110个单糖或单糖衍生物）存在于膜的外表面。与膜脂、膜蛋白以共价键相连，分别形成糖脂、糖蛋白、蛋白多糖。二、生物膜的分子结构1片层结构模型（lamella structure model）形成蛋白质磷脂蛋白质的片层结构2单位膜模型（unit structure model）电镜下，生物膜呈现“两明一暗”的三层结构（内外两层为电子密度高，中间一层为电子密度低）3液态镶嵌模型（fluid mosaic model）在液晶态的类脂双分子层中，不同程度地镶嵌着可移动的球形蛋白质。特征：流动性和不对称性4晶格镶嵌模型（lamella structure model）生物膜中流动的脂质是在可逆地进行无序和有序的相变，膜蛋白与周围的脂类分子形成界面脂，构成大小不等的晶格，嵌在流动的脂质分子中。5板快镶嵌模型（lamella structure model）由许多大小不等的流动性不同的类脂板块有序地构成，镶嵌在流动的无序的类脂分子中。三、生物膜的特性（一）生物膜的流动性1膜脂的流动性膜脂为液晶态，可随温度发生相变相变：膜脂随着温度变化从液晶态（晶态）转变为晶态（液晶态）的物态转变过程。温度液晶态 晶态（凝胶态）温度相变温度：膜脂从液晶态（晶态）转变为晶态（液晶态）的临界温度值。膜脂的运动形式侧向扩散旋转运动弯曲运动伸缩震荡运动翻转运动2膜蛋白的运动性侧向扩散 旋转扩散受膜脂流动性的直接影响，属于被动扩散。3影响膜流动性的因素（1）温度（2）脂肪酸链的长度和不饱和度（3）胆固醇的含量（4）卵磷脂/鞘磷脂的比值（5）膜蛋白的含量（二）生物膜的不对称性1膜蛋白的不对称性膜蛋白在内外两层的分布是不对称的2膜脂的不对称性 膜内外两层的磷脂种类不同外层：卵磷脂，鞘磷脂、胆固醇多内层：磷脂酰乙醇胺，磷脂酰丝氨酸多 糖类全部分布在于膜的非胞质面第二节 细胞表面（cell surface）【掌握】细胞表面的概念、组成【熟悉】细胞表面的功能【了解】细胞表面的结构细胞表面：由细胞膜、细胞外被、胞质溶胶层以及一些其它的特化结构所组成的复合结构体系。一、细胞外被（cell coat）1化学组成：膜糖蛋白、糖脂、蛋白多糖外伸的糖链部分2结构特点：糖链交织成网状，末端富含唾液酸，排斥伸展3功能保持作用细胞识别种同一类型细胞的识别 例：胚胎发育种不同类型细胞的识别 例：受精作用同种不同类型细胞的识别 例：细菌感染类型细胞的识别 例器官移植二、胞质溶胶层（cytosol）类脂双层的胞质面下的一层透明的粘滞的溶胶状物质（蛋白质、微管、微丝等）第三节 细胞膜与物质运输【掌握】1、分子物质的穿膜运输：被动运输：简单扩散、载体蛋白和通道蛋白介导的易化扩散主动运输2、膜泡运输：胞吞作用（吞噬作用、胞饮作用、受体介导的胞吞作用）的类型和主要特点胞吐作用【了解】1、配体闸门通道和电压闸门通道介导的易化扩散2、离子泵、钙泵的具体作用过程穿膜运输：小分子物质、离子细胞膜的物质运输方式膜泡运输：大分子、颗粒物质一、穿膜运输简单扩散被动运输 通道蛋白介导的易化扩散易化扩散载体蛋白介导的易化扩散离子泵主动运输离子梯度驱动的协同运输（一）被动运输（passive transport）顺电化学梯度不耗能1简单扩散（simple diffusion）顺电化学梯度不耗能不需要膜蛋白的协助可以自由透过类脂双层的两类小分子：（1）疏水（脂溶性）小分子：如苯、醇、甾类激素等（2）不带电的极性小分子：如水，CO2，尿素，甘油2易化扩散顺电化学梯度不耗能需要膜蛋白的协助 膜转运蛋白为跨膜蛋白，能在脂双层形成一个跨膜的蛋白通道以运送特异性物质 通道蛋白：能形成贯穿脂双层的含水通道，允许体积和电荷的大小都适当的物质通过的跨膜蛋白。 载体蛋白：通过构象改变进行物质跨膜转运的内在蛋白载体蛋白运输的方式：单运输：一种载体只运送一种物质共运输：两种物质同时伴随转运，运输方向相同协同运输对运输：两种物质同时伴随转运，运输方向相反由载体蛋白介导的物质通道蛋白介导的易化扩散由通道蛋白在膜上形成亲水通道，让离子顺电化学梯度进出细胞膜的运输方式。特点：顺电化学梯度，不耗能，通道蛋白介导运输对象：离子（Na+、K+、Ca2+、Cl- 等）通道的类型：持续开放的通道间接开放的通道闸门通道（通道蛋白构象变化形成的不同的开关状态）配体闸门通道：如乙酰胆碱阳离子通道电压闸门通道：如Na+通道、K+通道、Ca2+通道等。载体蛋白介导的易化扩散通过载体蛋白发生可逆性构象变化协助物质顺电化学梯度进行运输的方式。特点：顺电化学梯度，不耗能，载体蛋白介导运输对象：亲水性小分子（单糖、氨基酸、核苷酸、离子等）（二）主动运输逆电化学梯度耗能载体蛋白协助1离子泵（1）Na+-K+泵（Na+-K+ ATP酶）能逆电化学梯度对向运输Na+-K+，并利用自身对ATP的水解提供能量的ATP酶1ATP释放的能量输出3 Na+，摄入2K+（2）Ca2+泵（自学）Ca2+-ATP酶，从胞质中运至细胞外、内质网或线粒体内2离子梯度驱动的协同运输有些物质逆浓度梯度运输的能量是由与之协同运输的另一种物质的电化学梯度中贮存的能量来提供。（1）Na+-葡萄糖共运输（2）Na+-H+对向运输二、膜泡运输大分子及颗粒物质通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程。（一）胞吞作用部分细胞膜包围环境中的大分子或颗粒物质形成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的物质转运过程。1吞噬作用（phagocytosis）细胞摄取大分子或颗粒物质形成吞噬体（吞噬泡）的过程。2胞饮作用（pinocytosis）细胞摄入液态物质、水溶性大分子或小颗粒物质的过程。3受体介导的胞吞作用（receptor mediated endocytosis）通过细胞膜受体与配体（所要摄入的特异性大分子）结合而引发的吞饮作用。是受体参与的一种特异、高效地摄取细胞外大分子的胞吞作用。具体过程：配体 + 细胞膜受体有被小窝（coated pit）有被小泡（coated vesicle）无被小泡（光滑小泡）与内体结合内体内体分裂为含受体的小泡和含配体的小泡受体再循环，含配体的小泡与溶酶体结合，形成内体性溶酶例：LDL受体介导的胞吞作用（二）胞吐作用（exocytosis）包含有内容物的小泡由细胞内到达细胞膜，通过膜的融合后把内容物排到细胞外的过程。功能：1、补充更新细胞膜2、分泌各种物质，排出代谢物结构性分泌途径：形成分泌泡后立即排出细胞外的分泌过程调节性分泌途径：分泌泡接受信号刺激后，才把泡内物质排出细胞外的分泌过程第四节 细胞膜的信号传导【熟悉】1、信号的概念和分类。2、信息传导的方式：直接信息传导、间接信息传导。3、配体、受体的概念。【了解】1、受体的特性，膜受体的分类。2、G蛋白的结构、种类和作用机理。3、信息跨膜传导体系的种类和作用过程。一、细胞信息传递的参与物1信号分子：是信号传导途径中的第一信使物理信号：声、光、电、温度化学信号：激素、神经递质、生长因子、药物生物大分子结构信号：蛋白质、多糖、核酸2受体细胞膜或细胞内（细胞核）能接受外来信号的生命活性物质3第二信使接受了受体传来的信号后，能启动或调节细胞内一系列生化反应，最终产生一定的生理效应。第一信使（配体：激素、神经递质等） 受体（膜受体、胞内受体） 第二信使（cAMP、cGMP、DG、IP3、Ca2+） 生理效应二细胞膜受体膜受体：细胞膜上能识别并特异性地与配体结合，从而引起细胞内一系列生理生化反应的蛋白质配体：能与受体特异性结合的信号分子1膜受体与配体相互作用的特点：高度的选择性高度的亲和力可逆性可饱和性强大的生物效应2膜受体的基本类型配体闸门离子通道型受体受体本身为一种或几种离子的离子通道，与配体结合后，空间构型发生改变，通道开放或关闭，从而控制离子的进出。酪氨酸蛋白激酶型受体（生长因子类受体）受体既有受体作用，又有酪氨酸激酶的活性G蛋白偶联型受体受体与配体结合后，构象发生改变，再进一步与G蛋白接触，进而调节G蛋白的活性将配体的信号传到细胞内第五节 细胞膜与疾病【了解】膜转运系统异常与疾病；膜受体异常与疾病；细胞膜与癌变。一膜转运蛋白病：膜转运蛋白结构或数量异常 例：胱氨酸尿症二受体蛋白病：膜受体异常 例：家族性高胆固醇血症三膜骨架蛋白病：例：圆形红细胞增多症四细胞膜与肿瘤1细胞外被的糖链改变：接触抑制消失；唾液酸化程度增加2糖蛋白改变3膜脂改变4出现新的抗原第六章 细胞的内膜系统【掌握】内膜系统、细胞器、膜性结构和细胞质的概念细胞质：1、膜性结构（内膜系统、线粒体等）2、非膜性结构（核糖体、细胞骨架）3、细胞质基质、内容物一、内膜系统1定义：细胞质中存在着许多由膜构成的细胞器或结构（不包括线粒体、叶绿体），它们彼此相关，甚至连通，组成一个庞大而又精密复杂的系统。内膜系统：由膜围成的在形态结构、功能和发生上具有相互联系的小管、小泡、扁囊组成的系统。2组成：核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、分泌泡等3特性：与质膜一样，是由单位膜构成的一种动态结构4功能：为各种重要的生命活动提供足够的膜表面区域化作用。起封闭、隔离、互不干扰的作用。如：酶系统的隔离与连接、扩散屏障、膜电位的建立、离子梯度的维持、区域间的PH差异等二、细胞质基质（胞质溶胶）1分类小分子：水、无机离子（K+、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等）中等分子：脂类、糖类（葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸、核苷酸及其衍生物大分子：多糖、蛋白质、脂蛋白、酶、RNA。2功能：在细胞的物质代谢中起重要作用。如糖酵解，核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境为各类细胞器完成其功能活动供给所必需的一切底物第一节 内质网【掌握】1、粗面内质网的主要结构特点；粗面内质网的蛋白质合成（信号学说）和运输的主要过程2、滑面内质网的主要结构特点【熟悉】1、粗面内质网与蛋白质的糖基化；2、滑面内质网的主要功能（滑面内质网与脂类代谢，类固醇激素的生成）3、微粒体的概念【了解】1、内质网的化学组成2、粗面内质网的脂类合成；3、滑面内质网的功能（参与糖原代谢，横纹肌收缩与解毒作用）4、内质网的形成与来源5、内质网的病理改变主要功能：蛋白质和脂类合成；内膜系统的起源（占中心地位）一、内质网（endoplasmic reticulum，ER）的结构1、内质网膜系统：小管、小泡、扁囊连接成网状。2、内质网形态结构、分布状态、数量与细胞类型、生理状态及分化程度极为相关二、内质网的化学组成1、内质网占整个细胞质量的15-20%，其中RNA占细胞总量的50-60%2、由脂类和蛋白质构成。内质网膜的脂类较细胞膜少；蛋白质则较多3、酶：标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶4、膜分化：基本膜经过各种修饰（有次序地加上酶、专一性的糖或脂类）形成各种类型的膜微粒体（microsome）：是细胞匀浆在差速离心时所分离出的膜泡成分，具有内质网的基本特征。三、内质网的类型（一）粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）：常排列成板层状的扁囊网，外膜表面通过核糖体连接蛋白附着大量核糖体核糖体：蛋白质合成场所主要化学成分：蛋白质和分类：附着核糖体：主要合成分泌性蛋白质游离核糖体：主要合成结构性蛋白质功能状态都为多聚核糖体，非功能状态为大、小亚基分开核糖体结构：核糖体由大、小两个亚基构成TPAG核糖体的功能部位：A部位：氨基酸部位或受位，接受氨酰基tRNAP部位：肽基部位或放位，肽基tRNA移交肽链后，tRNA被释放的部位T因子：肽基转移酶，作用：（1）在肽链延长时，催化氨基酸间形成肽键；（2）催化已合成的肽链和部位的tRNA断开。G因子：GTP酶，催化肽基tRNA从A位P位（二）滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）表面光滑，为分支小管和小泡。与在形态、功能上有明显不同，但两者在结构上是连续的。四、内质网的功能RER：蛋白质的合成和转运；蛋白质的修饰和加工SER：细胞的解毒作用；一些小分子物质的合成及代谢（一）粗面内质网的功能1、RER与蛋白质合成 信号学说：信号肽的合成：信号密码(mRNA)生成信号肽SRP核糖体复合体形成SRP识别信号肽SRP核糖体复合体SRP与核糖体结合后，占据了核糖体大亚基上的A位，其作用：阻止了携带氨基酸的tRNA进入核糖体，从而使蛋白质的合成暂终止。防止多肽链链被分解核糖体与内质网结合SRP识别内质膜上的SRP受体SRP把核糖体引导到内质网膜上核糖体的大亚基与膜上的核糖体结合蛋白结合SRP脱离内质网参与再循环多肽链进入内质网腔多肽链的继续合成信号肽使膜上的多个受体蛋白结合起来形成通道多肽链进入内质网腔信号肽被酶分解整条多肽链合成后膜受体蛋白分开，管道消失核糖体加入再循环SRP具有和核糖体、信号肽、内质网膜上的SRP受体的三个结合位点。当核糖体附着在内质网后，SRP就脱离内质网参与SRP循环；当多肽链合成完毕，核糖体和内质网膜脱离，大小亚基解离，参与核糖体循环。2、蛋白质在腔内的糖基化在内质网合成的大部分蛋白质都需糖基化而形成糖蛋白（糖基作为分拣信号）。3、大多数蛋白质经高尔基复合体被排出细胞外小泡Golgi复合体浓缩泡分泌颗粒排到细胞外小泡浓缩泡分泌颗粒排到细胞外（少数）4、脂类在内质网的合成RER与SER都能合成脂类和参与脂肪代谢，在合成脂蛋白时两者有一定分工。（二）滑面内质网的功能1、脂类代谢合成磷脂和胆固醇参与脂类代谢，如脂肪细胞、肾上腺皮质细胞、小肠的吸收细胞2、类固醇激素的合成肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞、卵巢共体细胞3、糖原在内质网的合成与分解4、参与横纹肌的收缩横纹肌的特化为肌质网，参与肌肉收缩5、内质网的解毒作用过量苯巴比妥肝细胞的SER增生、有关酶亦增多氧化分解解除毒性五、内质网的形成与来源（略）六、内质网的病理改变（略）病理条件下：病毒性肝炎附着多聚核糖体单核糖体从ER上脱落分泌蛋白合成减少第二节 高尔基复合体【掌握】1、高尔基复合体的主要结构2、高尔基复合体的主要功能在细胞分泌中的作用 参与蛋白质分选运输3、膜流的概念与意义【熟悉】高尔基复合体在分泌过程中的加工修饰作用【了解】1、高尔基复合体的化学组成2、高尔基复合体的异常变化主要功能：细胞分泌，胞内物质运输的中间环节一、高尔基复合体（Golgi complex）的结构1形状（LM）：不规则的网状、颗粒状、弯曲盘绕的线状2分布：在神经细胞中，围核排列；有极性结构的细胞中，Golgi复合体位于核与细胞分泌端之间3数量与分化程度及功能状态关系（一）扁平囊泡形态结构、化学组成及功能上有一定的极性。为310层扁囊，可分顺面（形成面）和反面（成熟面）反面较顺面有更多的酶，利于分泌物的浓缩和成熟（二）小囊泡（运输小泡）多位于扁平囊的顺面（三）大囊泡（浓缩泡）多位于扁平囊的反面二、高尔基复合体的化学组成1蛋白质、脂类介于内质网与质膜之间，过度性细胞器2酶：特征性酶为糖基转移酶三、高尔基复合体的功能（一）在细胞分泌活动中的作用：对内质网合成的分泌蛋白起重要的运输作用（二）对蛋白质的修饰加工1对蛋白质进行糖基化修饰糖蛋白糖基化：N-连接糖基化（RER），O-连接糖基化（Golgi器）2糖脂的糖基化（三）分选蛋白质溶酶体酶（顺面修饰）新合成的蛋白质经修饰形成 分泌蛋白（反面修饰）膜蛋白（中层修饰）（四）对蛋白质的水解加工：水解成为有活性的蛋白质（五）参与膜的转化膜转化：RERGolgi质膜膜流：膜性结构间膜成分的相互联系和转移的现象。四、高尔基复合体的病理变化（略）第三节 溶酶体【掌握】1、溶酶体的主要性质；溶酶体的标志酶2、各种不同类型的溶酶体的区别（内体性溶酶体、吞噬性溶酶体、自噬性溶酶体、异噬性溶酶体、混合性溶酶体、残余体）3、溶酶体的主要功能（自噬作用、异噬作用、自溶作用）【熟悉】1、内体性溶酶体的形成2、自体吞噬体与异体吞噬体的区分【了解】1、溶酶体的形态结构2、溶酶体膜的适应性，溶酶体的功能（参与受精过程和骨质更新；保护和防御作用；激素的合成和分泌）3、溶酶体与疾病几乎所有的真核细胞都具有溶酶体，原核细胞和哺乳动物的红细胞则没有。功能：细胞内大分子降解的场所一、溶酶体（Lysosome，Ly）的形态与特征形态特征：园形或卵园形，内含多种酸性水解酶（一）溶酶体的膜1主要成分：脂蛋白（鞘磷脂含量多）2特殊性质：质子泵特殊的转运蛋白高度糖基化3膜的稳定性、通透性（M300）（二）溶酶体的酶10种酸性水解酶，几乎可水解所有的生物大分子。2标志酶：磷酸酶3大多为糖蛋白，带负电荷，酶可保持游离，最适为pH为3-6。二、溶酶体的类型（一）内体性溶酶体（前溶酶体）运输小泡（Golgi器出芽）+ 内体（细胞的胞吞作用）内体性溶酶体（二）吞噬性溶酶体1自噬性溶酶体：作用底物是内源性的发生条件：细胞内结构衰老、变性；机体发生饥饿；细胞本身发生病变2异噬性溶酶体：作用底物是外源性。如：细菌、红细胞、蛋白质糖原颗粒等3混合性溶酶体：底物兼有内源性和外源性4残余体：消化作用的最后阶段，酶活性降低或消失，残留物不再被消化，具有一定电子密度。如：脂褐质、髓样结构、多泡体、含铁小体等三、溶酶体的功能（一）细胞正常的消化作用：细胞内消化 继续代谢外源性物质 异体吞噬体 异噬性 小分子 溶酶体 物质 提供营养物质内体性溶酶体 细胞内消化 自噬性 胞吐作用内源性物质 自体吞噬体 溶酶体 残余体 留在细胞（二）细胞的自溶作用自溶作用：溶酶体膜在细胞内破裂时，整个细胞被溶酶体所释放的酶所消化。（三）参与受精作用和骨质更新（破骨细胞）细胞外起作用（四）保护和防御1保护：对外源性、内源性有害因子或衰老结构进行降解和消化；应激状态，细胞自体吞噬。2防御：炎症时白细胞受损后，脓液的形成。3麻风杆菌和结核杆菌可抵御溶酶体的消化作用（五）激素生成与分泌调节（甲状腺素的生成）四、溶酶体与疾病的关系（略）（一）贮积病：遗传性缺陷导致先天性缺乏某种溶酶体酶，结果与酶相应的底物不能消化而贮积在细胞内。如：II型糖原贮积病：缺乏-葡萄糖苷酶（二）溶酶体与矽肺巨噬细胞吞噬矽粉异体吞噬体异噬性溶酶体硅酸使Ly变构、破裂巨噬细胞死亡成纤维cell增生成纤维细胞分泌大量胶原胶原纤维结节肺弹性下降矽肺（三）溶酶体与类风湿性关节炎巨噬细胞吞噬类风湿因子关节软骨细胞内溶酶体膜脆性增加溶酶体酶局部释放侵蚀软骨关节损伤第四节 过氧化物酶体【熟悉】1、过氧化物酶体的标志酶2、过氧化物酶体的主要功能（解毒作用，对细胞氧的调节）【了解】1、过氧化物酶体的结构和酶的种类2、过氧化物酶体的起源与形成由单层膜包围的、位于基质内的致密小颗粒，称为微体。一、过氧化物酶体的结构1中央含类核体（人和鸟除外）2含40多种酶，主要有三类：氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶，标志酶：过氧化氢酶（约占总酶的40%）二、过氧化物酶体的功能1对有毒物质的解毒作用 H2O2+RH2R+2H2O2对细胞氧的调节作用 RH2+O2R+H2O23参与核酸、脂肪和糖的代谢三、过氧化物酶体的起源与形成第八章 线粒体第一节 线粒体的形态结构【掌握】线粒体的超微结构【了解】线粒体的大小、数量及分布第二节 线粒体的化学组成和酶的定位【了解】线粒体的化学组成，酶的定位第三节 线粒体的功能【掌握】1、细胞氧化（细胞呼吸）的主要过程：糖酵解乙酰CoA生成三羧酸循环氧化磷酸化2、细胞氧化各个环节的发生部位及各阶段的主要产物3、有氧呼吸各步骤的能量转化，即自由能是如何进行转化的？ATP是如何生成的？第四节 线粒体的半自主性【掌握】线粒体半自主性的含义【了解】1、线粒体DNA；线粒体核糖体与蛋白质合成；线粒体基因与细胞质基因之间的关系2、线粒体的增殖与起源第五节 线粒体与疾病【了解】线粒体肌病与心肌线粒体病；线粒体与肿瘤；线粒体与衰老；线粒体某些组分的作用。一、功能概述：敏感、多变的细胞器，氧化中心和动力站（换能器）二、结构概述：具有大量内膜，作用：支架及增加生化反应的膜表面、区域化三、线粒体DNA及蛋白质合成系统，半自主性细胞器第一节 线粒体的形态结构形态（LM下）：粒状、杆状、线状，与种类、生理状况有关。一、外膜光滑、连续，含孔蛋白，形成孔道，孔径13nm，便于分子量在10,000以下的物质通过二、外室或膜间腔1介于外膜与内膜之间的腔隙，与嵴内腔相通，宽约20nm。2含有多种可溶性酶、底物、辅助因子，随呼吸活跃而变化三、内膜和嵴1内膜：内陷成嵴（增大了膜表面积）2内膜通透性很低，（M150）借助于运输蛋白质，具有高度的选择通透性3嵴的数量、排列、形态四、基粒嵴膜上垂直分布着许多基本颗粒（基粒，F1颗粒）1头部：含可溶性ATP酶(F1)合成ATP；ATP酶复合体抑制多肽抑制ATP酶水解ATP2柄部：对寡酶素敏感的蛋白质（OSCP）调控质子通道3膜部（Fo）：疏水蛋白（HP）横跨内膜，Fo可能是质子通道五、内室或嵴间腔、基质1嵴与嵴之间的腔隙，充满基质2基质中浮有一些有形成分：mt核糖体、环状的线粒体DNA(mtDNA)、mtRNA，基质颗粒3基质颗粒：积聚Ca2+、Mg2+的场所，调节线粒体内部的离子环境第二节 线粒体的化学组成与酶的定位一、化学组成水（酶促反应的诱剂、物理介质）：蛋白质：内膜分布较多；脂类。二、酶的定位1外膜：合成线粒体脂类的酶2内膜：呼吸链酶系、ATP合成酶系3基质：酶混合物，三羧酸循环反应酶系、丙酮酸与脂肪酸氧化酶系、蛋白质与核酸合成酶系第三节 线粒体的功能1细胞有氧呼吸的基地和供能的场所，供应细胞生命活动95%的能量2线粒体的主要功能是把氧化各种底物产生的自由能转化为可被细胞直接利用的形式ATP3细胞氧化（细胞呼吸）：是指依靠酶的催化，氧将细胞内各种供能物质氧化、分解、释放能量，并排出CO2和H2O。4细胞呼吸的特点：（1）是在线粒体进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应（2）所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中（3）整个反应过程是分步进行，能量也是逐步释放（4）反应在恒温和恒压和条件下进行（5）反应过程中需要水参与。细胞氧化（细胞呼吸）的过程一、酵解（细胞质）1燃料分解：葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等能源物质在细胞质中无氧分解2反应方程式：葡萄糖+2Pi+2ADP丙酮酸+2H2O+2ATP3能量转移：大量能量蕴藏在丙酮酸中二、乙酰辅酶A生成（线粒体基质）1丙酮酸进入线粒体2反应方程式：2丙酮酸+2HS-CoA2乙酰CoA+2CO23能量转移：乙酰辅酶A三、三羧酸循环（线粒体基质）生成CO2，ATP及H（具有还原能）四、电子传递偶联的氧化磷酸化（内膜）1呼吸链的电子传递呼吸链（电子传递链）：线粒体内膜的酶体系有序地排列成相互关联的链状。H先解离为H+和e-电子在线粒体内膜的酶体系上的逐级传递使1/2 O2还原为O-O-与基质中的2个H+化合生成H2O2氧化磷酸化在电子传递过程中，能量水平较高的电子经过电子