细胞生物学研究对象与任务.doc

第一章 绪论第一节 细胞生物学研究对象与任务细胞生物学（Cell Biology）及其研究的主要内容：生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。细胞生物学研究的主要内容有： 细胞结构与功能、细胞重要生命活动： 细胞核、染色体以及基因表达的研究 细胞膜与细胞器的研究 细胞骨架系统的研究 细胞增殖及其调空 细胞分化及其调控 细胞的衰老与凋亡 细胞的起源与进化 细胞工程第二节 细胞生物学发展简史一、细胞的发现和细胞学说的建立 二、经典细胞学发展阶段三、实验细胞学发展阶段四、分子生物学发展阶段第三节 医学细胞生物学在医学教育中的地位一、医学细胞生物学是医学科学的重要理论基础之一 二、细胞生物学和医学的发展相互影响，相互促进。第四节 细胞生物学常用的研究技术和方法一、细胞形态结构观察的技术和方法（一）细胞显微结构研究的技术与方法1.普通复式光学显微镜技术光镜样本制作分辨率是指区分开两个质点间的最小距离2.荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）原理应用：直接荧光标记技术间接免疫荧光标记技术在光镜水平用于特异蛋白质等生物大分子的定性定位：如绿色荧光蛋白(GFP)的应用3.激光共焦扫描显微镜技术（Laser Confocal Microscopy）原理应用：排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率(1.41.7)，可重构样品的三维结构。4.相差显微镜（phase-contrast microscope）将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞 5.微分干涉显微镜（differential interference contrast microscope, DIC）明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的细胞器6.录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy）计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动（二）细胞超微结构研究的技术与方法1.透射电子显微镜的基本知识电镜与光镜的比较利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差要求真空不要求真空要求真空1.33x10-51.33x10-3Pa玻璃透镜玻璃透镜电磁透镜可见光（400-700） 紫外光（约200nm)电子束（0.01-0.9）200nm100nmLMFMEM成像原理真空透镜光源分辨本领显微镜电镜与光镜光路图比较电子显微镜的基本构造 2.主要电镜制样技术负染色技术负染色技术（Negative staining）与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术（Freeze etching）（技术示意图）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）超薄切片技术超薄切片技术 用于电镜观察的样本制备示意图 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而形成的具有重要应用前景的一门新技术。电镜三维重构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前结构生物学（Structural Biology）主 要研究生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。3.扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM）电子“探针”扫描，激发样品表面放出二次电子，探测器收集二次电子成象。CO2临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力问题。二、细胞和亚细胞组分测定的技术与方法（一）细胞化学免疫荧光技术1.免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限蛋白电泳(SDS-PAGE)与免疫印迹反应(Western-Blot)免疫电镜技术：2.免疫铁蛋白技术3.免疫酶标技术4.免疫胶体金技术 应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等（二）细胞显微分光光度测定技术1.细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry）利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括：紫外光显微分光光度测定法；可见光显微分光光度测定法（三）流式细胞计量术（Flow Cytometry）主要应用：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。（四）放射自显影术1.原理及应用：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。2步骤：前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）放射自显影（五）细胞器的分离与提存技术三、细胞培养与细胞显微操作技术（一）体外细胞的培养动物细胞培养类型：原代培养细胞（primary culture cell）继代培养细胞（sub-culture cell）细胞株（cell strain） 正常二倍体，接触抑制细胞系（cell line） 亚二倍体，接触抑制丧失（二）细胞融合（cell fusion）技术又称细胞杂交（cell hybridization）技术（三）细胞显微操作技术（cell micromanipulation）复习思考题1光学显微镜技术有哪些新发展？它们各有哪些突出优点？为什么电子显微镜不能完全替代光学显微镜2为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一？第二章 细胞的分子基础及基本概念第一节 细胞的基本概念细胞：是生命活动的基本单位，一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，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结构单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命生物大分子：蛋白质和核酸等分子，分子结构复杂，分子量巨大，分子中载有生命活动的信息，是一切生命机体形态结构和生理功能的最重要的物质基础，在生命机体中担负着各种各样的生理功能，故称为生物大分子细胞的基本共性：1、所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。2、所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA。3、作为遗传信息复制与转录的载体。4、作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地。5、存在于一切细胞内。6、所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂原核细胞基本特点：遗传的信息量小，一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功 能的细胞器和细胞核膜。主要代表：支原体（mycoplast）最小最简单的细胞；细菌真核细胞真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其分析原核细胞与真核细胞的比较 第二节 生命现象的载体蛋白质蛋白质（protein） H2NCHCOOH1、组成单位：氨基酸（Amino Acid） 2、分子结构(1) 一级结构（primary structrure）：蛋白质的一级结构决定了蛋白质的多样性。(2)二级结构（second structure）：一级结构的基础上借氢键使分子折曲(3)三级结构（tertiary structure）：在二级结构的基础上进一步盘旋折叠产生特定的、不规则的球状构像 (4)四级结构（quaternary structure）：指各个亚基的空间排布和相互作用。3、蛋白质的种类：（1）按分子形状 ：球形蛋白：酶；纤维状蛋白：角蛋白（头发），胶原蛋白（2）按化学组成分：单纯蛋白质：分子组成全部为蛋白质 结合蛋白质：糖蛋白，脂蛋白（3）按功能分：酶蛋白，运动蛋白，激素蛋白，运输蛋白 结构蛋白。4、蛋白质的功能：（1）催化特定反应：酶专一性，高效性；（2）细胞的组成成分；（3）转运物质：膜通道蛋白，转运蛋白；（4）调节代谢：膜受体；（5）收缩：肌纤维；（6）防御保护：免疫球蛋白，抗体等（7）能量储存第三节 遗传信息的载体核酸(nulieic acid)1、基本单位：核苷酸（nucleotide）每个核苷酸均由三类较简单的化合物组成，核糖（五碳糖），碱基及磷酸，由于核糖和碱基的不同构成5种不同的单核苷酸，即腺嘌呤核苷酸（A）, 胞嘧啶核苷（C），鸟嘌呤核苷酸（G），胸腺嘧啶核苷酸（T），尿嘧啶核苷酸（U）。另外还有ATP，三磷酸腺苷，是细胞内化学能的载；cAMP，环磷酸腺苷，细胞内的信号分子。2、核酸的种类结构 DNA：脱氧核糖核苷酸，两条走向相反的互补核苷酸链组成的双螺旋，互补的双链之间通过碱基间形成的氢键而结合在一起。RNA：核糖核酸，单链，三种RNA（mRNA，tRNA，rRNA）具有三种不同的功能。3、结构:DNA双螺旋结构4、DNA的功能为储存、复制遗传信息，并转录三种RNA即mRNA、tRNA与rRNA指导合成蛋白质。5、DNA与RNA区别复习思考题1、 名词：细胞、原核细胞、真核细胞、生物大分子2、 原核细胞与真核细胞的不同点。3.蛋白质四级结构模式要点有哪些？ 4.比较DNA与RNA在化学组成上的区别。5.DNA双螺旋结构模型要点。 6.RNA的种类与功能。 第三章 细胞膜与细胞表面第一节 细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的概念（cell membrane,cytomembrane）： 生物膜（biomembrane）,单位膜（unit membrane）,细胞内膜，细胞膜一、细胞膜的化学组成： (一)膜脂: 在真核细胞膜中主要有磷脂、胆固醇、糖脂等,其中以磷脂为最多。 1.磷脂(phospholipid):主要是磷酸甘油脂和鞘磷脂 2.胆固醇(cholesterol):是膜中的中性脂,在动物的真核细胞膜中含最高,与磷 脂的碳氢链相互作用,增加质膜的强度,降低膜的流动性 3.糖脂(glycolipid):含有糖的脂类,糖共价地与脂结合在一起。如脑苷酸(鞘磷脂中的硷酸和胆碱换成糖),为最简单的糖脂。 4.膜脂的共同特点 兼性分子(双亲媒性)、分子中含亲水部分(硷酸、胆碱)和疏水部份(脂肪酸链)。 膜脂的结构特点:头部亲水面向水面,在水相中,可形成团粒或片状双层。(二)膜蛋白 膜蛋白是膜功能主要的承担和执行者。膜功能的差异主要在于所含蛋白质的不同。根据膜蛋白与膜脂的结合方式不同,可分为两类: 1.镶嵌蛋白:(mosaic protein),又称内在蛋白大多数镶嵌蛋白含有疏水区相互作用,而结合在质膜上,内在蛋白不溶于水,分为部分嵌入及跨膜蛋白。 2.周围蛋白(Peripheral Protein),又称外在蛋白 外在蛋白一般为水溶性蛋白质,分布在质膜内外两侧,通过静电作用及离子键,氢键与膜脂分子的极性头部相结合。或通过与内在蛋白相互作用,间接与膜结合。(三)膜糖二、细胞膜的结构1.单位膜模型 （unit membrane model）该模型认为“两暗夹一明”三层结构中的暗带,是对 酸亲合力大的蛋白质层,而明带是双层脂类分子,蛋白质层并非是球形蛋白质(因为球形蛋白质的直径2nm)。而是由单层肽链的折叠形式的蛋白质,通过静电作用与磷酸极性端相结合。 该模型提出各种生物膜在形态上的共性,但无法说明膜的动态结构变化及功能特性的多样化,但该模型提出的单位膜的概念一直沿用至今。 2.液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 该模型的主要论点是:流动的脂双层构成膜的连续主体,球形的膜蛋白质以各种镶嵌形式与脂双分子层相结合。构成膜的脂双层具有液晶态的特性,它既有晶体的分子排列的有序性,又有液体的流动性。 该模型的突出特点是强调了膜的流动性和上述膜组分分布的不对称性,即膜的结构成份不是静止的,而是动态的。但该模型也有其不足之处,它忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的限制作用,忽视了膜各部分流动性的不均匀性等,从而使人们又提出了一些新的模型。3.晶格镶嵌模型 (lattice mosaic model)1975年提出,该模型认为细胞膜所以具有流动性是由于脂类可逆地进行无序(液态)和有序(晶态)的相变过程,镶嵌蛋白对脂类分子的运动有控制作用,可使其周围的脂质分子形成界面脂,而不发生单独活动,两者合在一起构成膜中晶态部份(晶格)。流动的脂质是局部的,仅是小片的点状分布。 4.板块镶嵌模型 (block mosaic model)1977年提出,该模型认为,在流动的脂类双分层中存在许多大小不同,刚性较大,彼此独立移动的脂质区(有序结构的“板块”),期间被流动的脂质“板块”(无序的)所分割,这两种“板块”之间可能存在一种连续的动态平衡,因而细胞膜实际上是同时存在有不同流动性的板块镶嵌而成的运态结构:这种结构使细胞膜的各部分的流动性处于不均一状态,并可随生理状态和环境条件的变化而发生晶态和非晶态的相变化。三、生物膜具有两个显著的特性:膜的不对称性和膜的流动性。(一)膜的不对称性:：1.膜蛋白分布的不对称性 2.膜脂的不对称性 3.膜糖的不对称性 (二)膜的流动性： 1.膜脂的流动性2.膜蛋白的运动性3.影响膜的流动性的因素 (1)脂肪酸链的长短不饱和程度:(2)胆固醇与硷脂的比例:(3)卵硷脂与鞘硷脂的比值(4)膜蛋白的影响(5)其他:环境温度、pH、离子强度、金属离子等 膜流动性具有十分重要的生理意义,可以说一切膜的基本活动均在细胞膜的流动状态下进行。第二节 细胞膜与细胞内外物质运输细胞进行各种行使活动,必然要与环境间不断进行着物质交换,细胞膜是物质交换的直接参加者,它有选择地允许或阻止一些物质通过细胞膜的性能称为膜的通透性(permeability),膜选择性通透,对物质进出细胞起着调节作用。是细胞膜的主要生理功能之一,如果细胞膜的选择性通透发生异常,将会产生病理状态,甚至导致细胞死亡。 细胞膜的物质转运有多种机制,概括起来,它要有二大类: 穿膜运输离子和小分子的运输 膜泡运输大分子和颗粒的运输 (一)穿膜运输 ：穿膜运输的基本类型可分为被动运输和主动运输两种类型:1.被动运输(Passive Transport) 细胞内外的各种物质浓度有差异,某一物质在细胞内外的浓度差,即为浓度梯度,凡是顺浓度梯度(从高低),只依靠高浓度物质的势能,而不消耗细胞的代谢能(指分解ATP)的经膜扩散的转运方式统称为被动运输,具体方式有以下几种: (1)简单扩散(Simple Diffusion)（概念，举例）(2)离子通道扩散(ionic Channel): 一类是电压闸门通道 另一类配体闸门通道小结:离子通道扩散、不水消耗代谢能,将离子从高低顺浓度梯度转运,有选择性、门控性、瞬间完成大量转运。 (3)易化扩散(Facilitated Diffusion),又称帮助扩散 2.主动运输(Active Transport) 细胞具有逆浓度梯度运输物质的能力,在这种转运过程中,除了需要借助膜上载体蛋白外,还要消耗代谢谢能(分解ATP)、细胞这种利用代谢能未驱动物质逆浓度梯度转运的运输,称为主动运输。 (1)离子泵：（以Na -K Pump(泵)为例） Na -K Pump(泵)的结构和转运的过程； (2)离子梯度驱动的主动运输(伴随运输or协同运输) (Cotransport): 细胞从外环境摄取aa和葡萄糖等营养物质为例(二)膜泡运输 细胞膜对大分子(蛋白、多核苷酸、多糖)和颗粒物质在细胞内的转运过程中涉及到细胞膜内部形成小膜泡及膜的融合,故称为膜泡运输,可分为内吞作用和胞吐作用。 1.内吞作用:Endocytosis 细胞质膜逐凹陷包围环境中的大分子和颗粒物质，膜融合形成细胞内的小膜泡,进入细胞内的转运过程为内吞作用。 根据所形成的小膜泡的大小及内容物等不同,分为吞噬作用,胞饮作用和受体介导的内吞三种方式。 (1)吞噬作用:phagocytosis 过程和作用(2)胞饮作用Pinocytosis过程和作用(3)受体介导的内吞(Receptor-Mediated Endocytosis) 这是专一性很强的内吞,大部分动物细胞通过名次免体介导的内容作用,使一些特定的大分子进入细胞。受体介导的内吞是方度特异性的,可使细胞有选择地吞入大量浓集专一的大分子、激素、转铁蛋白及低密度脂蛋白(LDL)等重要大分子都是通过这种途径进入细胞，以动物细胞摄取胆固醇为例。2.外排作用(Exocytosis) 与内吞作用的顺序相反,有些大分子物质通过形成小膜泡从细胞内部逐渐移至细胞表面,泡膜与质膜相融合,将内容物 出细胞外,此过程称为外排作用或胞化作用。第三节 细胞连接一、细胞连接的概念细胞与细胞间、细胞与胞基质间发生联系的特殊结构。二、细胞连接的类型闭锁连接，紧密连接（tight junction）锚着连接（anchoring junction）通讯连接，其中有 缝隙连接（gap junction）紧密连接位置：管腔和腺体上皮细胞侧壁近顶端 (临腔面)形态和结构 ：相邻细胞的跨膜蛋白互相对接，分布呈网状，在细胞侧壁上环绕一圈作用：封闭细胞间隙 （相对性）锚着连接类型：粘合连接（adherens junction）桥粒（desmosome）半桥粒（hemidesmosome）以桥粒为例：位置：管腔和腺体上皮细胞侧壁 形态结构：钮扣或铆钉状连接相邻细胞，但保持细胞间隙作用：维持上皮组织结构通讯连接类型：缝隙连接（gap junction）化学突触胞间连丝 (仅见于植物)缝隙连接形态结构：相邻质膜上的跨膜蛋白分子形成连通的通道连接子。每一个缝隙连接都含有一簇连接子，数量可达数百。连接子是由6个相同的连接蛋白亚单位构成。缝隙连接作用和特点：介导细胞间电和化学的偶联。通透的物质或离子有一定的大小限制。有组织特异性（连接蛋白不同、通透性不同）。通透性是可调的。复习思考题：1、名词：单位膜、主动运输、被动运输、胞吞作用、胞吐作用、细胞连接2、细胞膜分子结构模型种类、主要论点有何异同点。3、细胞膜内外的物质交换有哪些方式？各有何特点？4、细胞连接有几种方式？各有何特点？第四章 细胞外基质是细胞分泌到细胞外的蛋白质和多糖，形成纤维凝胶网络结构。胞外基质的成份、结构很复杂，可分为：1、氨基聚糖和蛋白聚糖2、胶原和弹性蛋白3、纤连蛋白和层粘连蛋白 第一节 细胞外基质的蛋白质种类、结构和功能 一、氨基聚糖和蛋白聚糖 (一).氨基聚糖： 结构：由一个氨基己糖(N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰基半乳糖)和一个糖醛酸(葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸)组成重复二糖单位聚合而成不分支的长链状多糖。多数糖基硫酸化(硫酸软骨素和硫酸角质素)。 透明质酸：组成：由N-乙酰氨基葡萄糖和D-葡萄糖醛酸组成二糖单位。由几千(5 000)个二糖单位聚合成直链多糖，非硫酸化。 功能：透明质酸结合大量水分子，形成粘性水化凝胶，扩大1 00010 000倍，使基质膨胀。对细胞迁移和分化、创伤的修复愈合有特殊作用。 (二).蛋白聚糖： 1).组成：除透明质酸外各种(几百条)氨基聚糖链(每链300个糖基以下)与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接，形成各种形式的蛋白聚糖分子(单体)。 若干个蛋白聚糖单体的核心蛋白通过非共价键紧密结合与透明质酸上，形成巨大多聚体。 软骨中由硫酸软骨素和硫酸角质素附于核心蛋白上形成蛋白聚糖单体 蛋白聚糖单体的核心蛋白通过非共价键紧密结合与透明质酸上。赋予软骨以凝胶样特性和抗变形能力。 二、胶原和弹性蛋白 (一).胶原：是动物细胞外的基质中，一个高度特化的纤维蛋白家族，是动物体内含量最多(30%)的蛋白质，分布于各种组织、细胞间。是不溶性纤维形蛋白。在不同的组织中胶原的含量差别很大。 1.形成与结构： 1).胶原基因：约3040 kb，50左右外显子，多数外显子含54 bp，编码6个重复的Gly-X-Y序列的原始单位，其他外显子编码2个或3个原始单位。 2).胶原产生、型胶原由：成纤维细胞产生；型胶原由：软骨细胞产生；型胶原由：上皮细胞和内皮细胞产生。 3).、型胶原的形成与结构： 1/.a-链的基因在细胞核内转录形成hnRNA、精确的剪接和加工形成mRNA，通过核孔出细胞核。 2/.在细胞质内的粗面内质网上合成前体肽链(前a-链 )，前a-链 切去信号肽、N端和C端添加短前肽。3/.在高尔基体内加工：羟基化、糖基化、形成二硫键，以氢键连接形成三股a -螺旋的前胶原。4/.前胶原合成后，分泌进入细胞间隙中，切去前肽，形成直径1.5nm、长300nm的胶原分子。 2.胶原的功能：细胞外基质的骨架结构。 1).皮下结缔组织中，胶原成柳条状多向抗张性。 2).肌腱中延应力主轴平行成束排列，具抗韧性、抗张性。 3).在成熟的骨骼、角膜和横膈肌腱中，形成有序的胶合板样结构。 4).骨骼肌和平滑肌细胞周围，型胶原组成纤维网络，包围于细胞表面。 5). 型胶原构成各种上皮细胞基膜的网架结构。 6).胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。 3.影响胶原的因素： Cu2+影响胶原分子的交联。 胶原酶：在创伤组织 、分娩后的子宫 、前肽 糖皮质激素 、雌二醇和孕酮 、甲状腺素 。 Vc和Fe2+参与赖氨酸的羟化，影响其与弹力蛋白的交联，皮肤和肌腱血管破裂，导致胶原病。Vc脯氨酸的羟化受阻，引起坏血病。 (二).弹性蛋白：是弹性纤维的主要成份，不形成螺旋结构。830个氨基酸组成高疏水性蛋白质。丰富的甘氨酸、脯氨酸，羟脯氨酸少、无羟赖氨酸。无Gly-X-Y重复序列。无糖基化。无规则的螺旋结构。分泌到细胞外的弹性蛋白通过赖氨酸间的交联键，形成弹性的网状结构。 三、纤粘连蛋白和层粘连蛋白 (一).纤粘连蛋白：高分子量糖蛋白，含糖4.59.5%。亚单位约2500个氨基酸，羧基末端二硫键形成二聚体，V字型。 纤粘连蛋白的主要功能是介导细胞粘着。在动物胚胎发育中，能诱导细胞分化、细胞迁移。 1).血浆纤粘连蛋白：可溶性二聚体，分布于血浆(0.3mg/ml)和体液中。参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞的功能。主要来自肝实质细胞。 2).细胞表面纤粘连蛋白：不溶性寡聚体，附着在细胞表面，与微丝走向一致。与培养细胞的粘着斑相连。 3).基质纤粘连蛋白：高度不溶，分布与基质中，主要由间质细胞产生。 (二).层粘连蛋白：各种动物的胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分。高分子糖蛋白(820kD)，由一条重链(A链400kD)和B1(215kD)及B2(205kD)两条轻链构成。不对称十字形。 功能：介导细胞粘着于胶原，促进细胞增长和分化。第二节 细胞外基质的生物学作用一、细胞外基质的结构作用二、影响细胞的存活与死亡三、决定细胞的形状四、控制细胞的增殖五、控制细胞的分化六、参与细胞的迁移第三节 细胞外基质的受体整合素是多种细胞外基质成分的受体第四节 细胞外基质与医学一、胶原与疾病二、纤粘连蛋白与疾病三、层粘连蛋白与疾病四、蛋白聚糖与疾病（一）动脉粥样硬化（二）蛋白聚糖与肿瘤的发生与转移五、整合素与疾病复习思考题：1、名词：细胞外基质2、细胞外基质分几大类？各自的结构特点及分类？3、细胞外基质的生物学作用。第五章 细胞内膜系统复习相关概念：内膜，细胞内膜构成了多种形态各异、功能不同的膜性细胞器。其中某些膜性细胞器在结构、功能和发生上具有一定联系，形成一个完整的功能体系称为内膜系统，其包括核被膜，内质网、高而基体，溶酶体，微体以及一些小泡等。而线粒体虽然是膜相结构，但整个膜的动态关系不属于这连续统一体中的成员，因此，不包括在内膜系统中。 第一节 内质网（Endoplasmic Reticulum ，ER）一、形态结构及分类：（1） 粗面内质网（Rough Endoplasmic Reticulum SER）（2）滑面内质网（Smooth Endoplasmic Reticulum SER） 扁囊，小管和小泡互相连成的连续管网系统。内与核被膜相连通，少数与质膜相连。 二、化学组成及分布：三、内质网的功能：（一） 粗面内质网的功能：1、核糖体的附着（信号肽假说）、蛋白质合成。2、蛋白质糖基化作用。3、蛋白质的其它修饰。4、蛋白质的运输（二） 滑面内质网功能：1、 脂质和胆固醇类的合成及运输 2、糖原的合成与分解 3、药物的代谢与解毒： 第二节 高尔基体（Golgi Body) 一、 高尔基体的形态结构： 高尔基体由小泡、扁平囊泡和大泡组成。顺面，反面二、 高尔基体区室化：顺面管网区，顺面囊区，中囊区，反面囊区，反面管网区。三、高尔基体的功能：1、蛋白质的糖基化及糖链的修饰。2、蛋白质的水解3、蛋白质的分拣与运输（以溶酶体蛋白和分泌蛋白的分拣与运输分别为例说明）4、 高尔基体参与膜的转变：从膜流上看：由内质网芽生的小泡与高尔基体顺面的膜融合成为扁平囊泡的膜，然后扁平囊泡的膜再移向成熟面，以出芽的方式形成大泡向细胞膜移动，最后大泡的膜与细胞膜融合，成为细胞膜的膜，其中的分泌物排出，可见，高尔基体是一个不断变化的动态结构，实验证明，高尔基体在40分钟内完全更新一次。四、高尔基体的异常变化 （一）形态异常，可表现为： 肥大：常见于功能亢进和代偿性功能亢进的情况。 萎缩：破坏和消失，常见于中毒等病理情况下。 （二）内容物的变化 如：脂肪肝时，高尔基体中的含脂蛋白颗粒消失。 （三）数量异常： 癌细胞分化越低，高尔基体越不发达。复习思考题：1、 名词：内膜系统、粗面内质网、光面内质网2、 简述内膜系统包括哪些细胞器？3、 内质网分类、结构和功能。4、 以胰岛素为例说明高尔基体的对蛋白质的改造功能。第三节 溶酶体(Lysosome) 溶酶体(Lysosome)为细胞内的另一种细胞器,外被以单位膜,内含多种酸性水解酶,能分解各种内源性或外源性物质,被称为细胞内的消化装置。存在于动、植物细胞中，原核细胞中未发现。溶酶体的特征酶是酸性磷酸酶。一、溶酶体的类型：溶酶体分为初级溶酶体、次级溶酶体和残余小体三大类初级溶酶体：从高尔基体出芽形成的内含多种水解酶的小泡。此时小泡中缺乏水解底物，小泡中的酶亦无活性。次级溶酶体：初级溶酶体在细胞质中最终与含水解底物的小泡融合，从而使水解酶被激活此时的溶酶体称为初级溶酶体。初级溶酶体又可根据其作用底物的来源不同，分为自噬性溶酶体(autophago lysosome) 和异噬性溶酶体(heterophago lysosome)。（一） 作用底物来自细胞内的自噬性溶酶体 自噬性溶酶体的作用底物是内源性的，即来自细胞内衰老和崩解的细胞器或局部细胞质等，它们由单位膜包围，形成自体吞噬体，后者与内体性溶酶体合并形成自噬性溶酶体。（二）作用底物来自细胞外的异噬性溶酶体 异噬性溶酶体的作用底物是经由细胞的吞饮或吞噬而被摄入细胞内的外源性物质,包括一些大分子物质和细胞,如:细菌、红细胞、铁蛋白酶和酶原颗粒等，异噬性溶酶体见于单核巨噬细胞系统的细胞、白细胞、肝细胞和肾细胞等。（三） 末期阶段的吞噬性溶酶体形成残余小体 二、溶酶体的功能：（一）对细胞内源性物质消化（自噬作用）和外源性物质的消化（异噬作用）（二）自溶作用：例参与机体的器官组织变态和退化 ，蝌蚪变蛙过程的尾部吸收，哺乳类动物子宫膜的周期性萎缩均与溶酶体有密切关系。 （三）胞外消化：例协助精子与卵细胞受精 ：动物精子头部顶端的顶体是一种特化的溶酶体，在卵细胞受精时，能释放出水解酶，消化围绕卵细胞的滤泡细胞，使精子能顺畅地达到卵细胞的细胞膜，便于精核进入卵细胞。又如：破骨细胞的溶酶体酶能释放到细胞外，吸收和消除陈旧的骨基质，这是骨质更新的一个重要步骤。三、溶酶体与某些人类疾病的关系（一）溶酶体的破裂是形成矽肺的原因 矽肺是一种职业病，其形成原因主要是溶酶体的破裂。 肺弹性丧失 矽克平能与矽酸分子结合，保护了溶酶体膜不发生破裂。 （二） 由于溶酶体酶缺陷而引起的先天性溶酶体病现已发现有四十几种先天性溶酶体病是由于溶酶体缺乏某些酶而引起的，由于溶酶体缺乏某些酶，相应的作用底物不能被分解而积累于溶酶体内，表现为溶酶体过载现象，而导致疾病的发生。 如：型糖原蓄积病，由于患者的常染色体隐性基因缺陷，不能葡萄糖苷酶，致使糖原无法被分解而积累于溶酶体内，使溶酶体越变越大，以致大部分细胞质被溶酶体所占据。 黑蒙性痴呆：由于细胞内先天性缺乏一种溶酶体酶氨基已糖酶A，使脑组织中积累了大量的神经节苷脂M2。 有人设想将溶酶体所缺失的酶包裹在人工脂质体内，由细胞吞噬入胞后，脂质体与溶酶体合并，内含的酶便进入溶酶体内，从而达到治疗目的。 （三） 溶酶体在类风湿性关节炎中的作用 细胞内溶酶体膜脆性增加，溶酶体酶局部释放，其中胶原酶能侵蚀软骨细胞而引起本病。消炎痛和肾上腺皮质激素能稳定溶酶体膜，而用于治疗本病。 （四） 溶酶体与癌症 致癌物质进入细胞后，先贮存于溶酶体，再与染色体整合，溶酶体损伤后释放出来的水解酶，可能是致癌物引起染色体异常和细胞分裂失控的有关因素。 有人设想，利用溶酶体释放的水解酶使细胞自溶和消化周围细胞的特征来治疗癌症，将抗癌药与一些载体分子结合（如抗体，DNA分子），使它们被癌细胞吞噬后，在溶酶体中载体分子被水解，抗癌药可直接对癌细胞发挥杀伤作用。 第四节 过氧化氢酶体一、内体的形态结构和类型 介于质膜和溶酶体之间的膜囊结构内环境呈酸性有早期内体和晚期内体之分存在特征性的MPRs二、内体的功能分选：受体和结合物的分离 传递消化底物形成溶酶体复习思考题：1、 名词：初级溶酶体、次级溶酶体2、 溶酶体的结构和功能第六章 线 粒 体除原核细胞及真核哺乳类成熟红细胞外,几乎所有需氧的真核细胞均有线粒体,它是细胞进行能量代谢的重要胞器,是细胞的氧化中心和动力站。 第一节线粒体的形态结构和分布 一、线粒体的形态、大小、数量和分布：1、数量：线粒体在不同细胞内变动很大，就是同一细胞在不同生理状态下也不一样。2、形态：光镜下呈粒状、线装，但形态随各种环境条件和生理状态不同而变，如低渗或PH为酸性时，线粒体膨胀为颗粒装；人胚肝细胞的线粒体在早期为短棒状，晚期为长棒状等。 3、大小：直径一般为0.5-1.0祄,但骨骼肌中可有巨大线粒体,长达8-10um.数目:相差很大，代谢旺盛者线粒体多，如心肌、肝等，肝细胞平均含2000个，精子中少，仅25个。 4、分布：随细胞的形态而异，柱状细胞分布在细胞两极；球型细胞则为放射状排列。二、线粒体的超微结构电镜下线粒体是由二层单位膜围成的封闭膜性囊，内膜和外膜套叠构成囊中之囊，内外囊并不相通。(一)外膜（outer membrane）单位膜：平均厚5.5nm，与线粒体内膜不连续，脂类和蛋白质的组成与内膜不同。外膜含有多套运输蛋白质，这些蛋白质的构成脂类双分子层上水溶性物质可以穿过通道，分子量在10000以下的物质均能通过，所以通透性高。(二)内膜（inner membrane）单位膜:平均厚4.5nm,具高度选择通透性,只能让分子量ATP,将能量贮于ATP中。 3、外膜: 在能量生成上占的地位不重要,其中最主要的酶是单胺氧化酶,可作为外膜的标志酶,另外还有脂肪酸激酶等。4、膜间腔 第二节 线粒体的功能一、线粒体的功能：氧化磷酸化 线粒体的主要功能是通过氧化磷酸化反应合成ATP，为细胞提供能量。糖和脂肪等营养物质，在细胞质中经过酵解作用产生丙酮酸和脂肪酸，进入线粒体基质后，经过一系列分解代谢形成乙酰辅酶A，再进一步参加三羧酸循环，脱下的氢经线粒体内膜上的电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，生成水。在此过程中释放出的能量，通过ADP的磷酸化，生成含高能磷酸键的ATP储存于体内，供机体各种活动的需要。二、以糖为例该过程大致可分为四个阶段：1.糖酵解: 细胞质中进行在胞质中，1分子葡萄糖在一系列有关的酶的作用下,分解为2分子丙酮酸。 2. 由丙酮酸形成乙酰辅酶A:在基质中进行丙酮酸进入线粒体后,在内膜上丙酮酸脱氢酶系的作用下,氧化(脱氢)、脱羧后与辅酶A(CoA)结合转化成乙酰CoA,这是葡萄糖、氨基酸、脂肪代谢的共同中间产物。以此作为共同彻底氧化分解的共同原料而参加下阶段三羧酸循环。3.三羧酸循环(柠檬酸循环):在基质中进行三羧酸循环的一系列酶存在于基质中,因而乙酰CoA在基质中与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸循环,此循环过程中并不释放出很多能量,而是在一系列脱氢酶的作用下进行逐步脱氢,放出2个CO2 ,CO2 直接扩散出线粒体外,而每次循环结果脱下的成对的氢(2H + ),实际上是质子和电子,并不能直接与O2 化合成水,而是汇集到内膜上的电子传递酶系(放能流水线)。 4.电子传递和氧化磷酸化：线粒体内膜上 由三羧酸循环脱下的H2 被离解为H+和e-,在电子传递酶体系作用下(内膜及嵴膜上),依次还原(传出电子)和氧化(接受电子),电子在这一过程中被传递、质子(H+)则被不断“泵”出内膜,进入膜间腔和嵴间腔。这便形成了由H+浓度梯度及膜电位组成的质子动力。泵出的质子可以通过ATP合成酶中特殊的通道,借助质子动力而渗透到线粒体基质中去。质子梯度降低时所释放的自由能可供ATP合成酶催化ADP生成ATP。第三节 线粒体的遗传与半自主性一、线粒体的增殖 、分裂：由线粒体内膜向中心内褶或由某一个嵴延伸到对缘的线粒体内膜,形成通贯嵴把线粒体一分为二,使其成为只有外膜相联的两个独立的细胞器,接着线粒体完全分离；或在线粒体中央部分收缩并向两端拉长,使中央成为很细的颈,整个线粒体即呈哑铃形,最后分开成为两个新的线粒体。、出芽：先从线粒体上生出小芽,然后与母体分离,逐渐发育成线粒体。 二、线粒体DNA的特点一条mtDNA构成一个线粒体基因组，mtDNA为双链环状，16569bp，双链中有一条为重链(H)，另一条为轻链(L)，重链和轻链上编码物各不相同；能自主复制，共含有37个基因，其中13个蛋白质基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因，主要编码线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质，如电子传递链酶复合体中的亚基。mtDNA的特点：双链环状、自主复制、多拷贝；基因排列紧凑，几乎无内含子，基因之间间隔极短、无间隔甚至重叠；高效转录，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾；突变率高，缺乏修复能力；母系遗传；部分密码子不同于核内DNA的密码子三、线粒体的半自主性 自1963年M. Nass 和S. Nass发现线粒体DNA（mtDNA，mitochondrial DNA，）以来，人们对 mtDNA进行了大量的研究。进一步发现在线粒体基质中除了有DNA以外,还有蛋白质合成系统（mRNA、rRNA、tRNA 、核糖体和氨基酸活化酶等）。研究表明，虽然线粒体有自己的 DNA，并能进行表达，但由线粒体DNA编码的蛋白质仅占线粒体总蛋白的10%，其余90%的蛋白质（包括线粒体基因组复制与表达所需要的各种酶）是由核基因编码，在细胞质合成后输入至线粒体的。这表明线粒体功能的维持需要核基因和线粒体基因两套遗传系统的控制，所以说线粒体是一个半自主性细胞器。第四节 线粒体与疾病线粒体是细胞内结构和功能复杂而敏感的多变的细胞器。当细胞内、外环境因素发生变化时，均能引起线粒体的形态结构、大小、数目和酶的活性改变。所以，往往把线粒体作为对疾病诊断和测定环境因素的敏感指标。同时一些药物或毒物也对线粒体产生作用，而且线粒体上某些组分又可治疗一些疾病。一、线粒体作为诊断和测定环境因素的指标、线粒体对缺血性损伤的反应、线粒体与肿瘤的关系 肿瘤无氧酵解高,线粒体少、内嵴少、酶系及ATP酶含量少。二、药物、毒物对线粒体的作用 三、线粒体突变与疾病四、线粒体与衰老、细胞凋亡五、线粒体疾病的基因治疗复习思考题：1、名词：基粒、电子传递链2、线粒体的电镜下的形态结构。3、为什么说线粒体是动力工厂？4、为什么说线粒体是个半自主性细胞器？第七章 核 糖 体第一节 核糖体的类型核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。 一、核糖体的一般形态特征（形态、大小和性质）二、核糖体的基本类型与成分 ：核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) （一）基本类型： 1、附着核糖体2、游离核糖体3、70S的核糖体4、80S的核糖体。（二）主要成分：1、r蛋白质：40%，核糖体表面。2、rRNA:60%，核糖体内部。第二节 核糖体的结构与功能一、核糖体的结构：1、RNA的结构：5端结构域；中心结构域；3端结构域；最后一个结构域；2、蛋白质在核糖体结构中的地位3、核糖体的重要活性部位：mRNA结合位；氨酰tRNA结合位和肽基tRNA结合位；转肽酶部位；中央管与出口位。二、核糖体的功能（一）、在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分1、具有肽酰转移酶的活性；2、为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；3、为多种蛋白质合成因子提供结合位点；4、在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；5、核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。 （二）在核糖体中蛋白质的主要功能1、对rRNA 折叠成有功能的三维结构是十分重要的；2、在蛋白质合成中, 某些r蛋白可