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精诚所至 第一章 绪论细胞：(cell)是生物体形态结构和生命活动的基本单位。细胞学(cytology)：是研究细胞生命现象的科学，其研究范围包括：细胞的形态结构和功能、 分裂和分化、遗传和变异以及衰老和死亡等。细胞生物学(cell biology)：是从细胞、亚细胞和分子水平研究细胞生命活动的学科。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，研究和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机理与防治的科学。细胞生物学研究的主要任务：将细胞作为生命活动的基本单位，从细胞、亚细胞及分子水平上把细胞的结构和功能统一起来，以动态观点来探索细胞的各种生命活动。细胞生物学的分支学科:细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学、细胞社会学、细胞形态学、分子细胞学 第二节 细胞生物学的发展简史一、细胞的发现和细胞学说的创立阶段时间跨度：显微镜的发明19世纪中叶 突出成就：发现了细胞并创立了细胞学说主要事件： Janssen兄弟试制成第一台复式显微镜； Robert Hooke发现并命名了细胞； Leeuwenhoek首次观察到活细胞； Schleiden和Schwann提出了细胞学说。二、经典细胞学阶段时间跨度：19世纪中叶20世纪初叶 突出成就：采用固定和染色方法观察细胞的形态结构，使细胞学得到蓬勃的发展主要事件：Flemming发现细胞的有丝分裂现象；Hertwig发现受精现象和减数分裂现象。不足之处：对细胞的研究仍停留在形态结构的观察上三、实验细胞学阶段时间跨度：20世纪初叶20世纪中叶主要特点：应用实验方法，不再只偏重形态研究；相邻学科渗透，众多分支学科逐渐形成；电子显微镜发明并应用，对细胞形态的研究深入到亚显微水平并逐步将结构与功能统一起来。主要事件：Ruska设计制造了第一台电子显微镜 四、分子细胞生物学阶段起始时间：20世纪40年代主要特点：对细胞的研究真正从显微水平深入到亚显微水平直至分子水平。主要事件：Avery证实DNA为遗传物质；Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型；Crick创立中心法则。 第四节 细胞生物学研究动态与医学的进展当今细胞生物学研究热点：细胞通讯和细胞信号转导；细胞增殖与细胞周期的调控；细胞的生长和分化；细胞的衰老和死亡；干细胞及其应用；细胞工程第三章 细胞的分子基础和基本概念第一节、细胞的化学与分子组成细胞的组成元素：（原生质）C、H、O、N、S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe和微量元素 细胞的分子组成：生物小分子：无机小分子（水、无机盐）；有机小分子（单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸） 生物大分子：多糖、脂肪、蛋白质、核酸生物小分子：水：功能：良好溶剂 提供反应环境性质：极性分子极性化合物易溶于水存在形式：结合水、游离水无机盐：功能：维持细胞内外的渗透压和pH值；与蛋白质或脂类结合，构成功能性结合蛋白或类脂。存在形式：离子状态：阳离子：Na+,K+,Ca2+,Fe2+,Mg2+等阴离子：Cl-,SO42-,PO43-,HCO3-等单糖：通式：(2) =的正整数代表：(2)6 葡萄糖(G)功能：细胞主要的营养物质贮存：动物-糖原；植物-淀粉脂肪酸：通式：CH3(CH2)nCOOH n=1020的偶数不同脂肪酸分子的化学特性碳氢链长度 碳-碳双键的数目 碳-碳双键的位置功能：参与细胞膜的构成（构成磷脂分子）；分解产生能量。氨基酸：结构通式：功能：蛋白质的基本结构单位。核苷酸：化学组成：磷酸戊糖：核糖、脱氧核糖碱基：嘧啶（T、C、U）嘌呤（A、G）功能：核酸的基本结构单位。35磷酸二酯键核酸：功能：核酸生物遗传物质生命的生长、发育、遗传、变异分类：DNA、RNADNA双螺旋结构模型（1953，Watson and Crick)1.DNA分子由两条平行且方向相反、呈右手螺旋的多核苷酸链组成，两条链有一共 同的螺旋轴。2.两条链中脱氧核糖和磷酸排列在外侧， 碱基在内侧按互补配对原则（A=T，G三C）以氢键相连。3.相邻碱基对旋转36，间距0.34nm，螺旋一周为10个碱基对，螺距为3.4nm。 螺旋直径2.0nm。DNA的功能：DNA作为遗传物质，其主要功能在于储存，复制和传递遗传信息。DNA的复制：半保留复制RNA的结构、功能和分类结构：单链，可自身回折形成局部假双链。功能：mRNA：从DNA分子上转录遗传信息，是合成蛋白质的模板；tRNA： 专一性地输送活化的氨基酸 到核糖体的特定位点上；rRNA：与蛋白质一起构成核糖体。 分类：mRNA、tRNA、rRNA蛋白质：组成：基本单位：氨基酸，20种氨基酸结构通式相同分子结构：相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键相连，从而构成蛋白质的结构基础多肽链。一级结构：概念：多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。 化学键：主键-肽键；副键-二硫键二级结构：概念：在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘绕或折叠的结构。化学键：氢键分类： a-螺旋：多肽链内部借助氢键联系以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象。 -折叠：一条多肽链回折而形成的折叠片层结构。也发生在相邻两条多肽链之间。三级结构：概念：在二级结构的基础上按一定方式再行盘绕折叠而形成的空间结构。化学键： 氢键，离子键，疏水键四级结构：概念：两条或两条以上具有三级结构的肽链之间借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。即四级结构中每条具有三级结构的多肽链亚基四级结构化学键：氢键等注意：不是所有的蛋白质都有四级结构；只有一条多肽链的蛋白质，在三级结构上就表现出生物活性；而两条或两条以上条肽链构成的蛋白质，必须在四级结构上才能表现出生物活性。功能：a.蛋白质是细胞和组织的主要成分；b.作为酶催化生物体内各种化学反应；c.蛋白质具有运输，收缩，调节和防御功能。酶：由活细胞产生的、具有催化作用的物质，又称生物催化剂。特性：高度专一性、高效催化性、高度不稳定性第二节、细胞的形成与进化三个阶段：1、从分子到细胞：无机分子有机分子多聚体大分子2、从原核细胞到真核细胞：原始细胞储存遗传信息的DNA、指导蛋白质合成的RNA、制造蛋白质的核糖体原核细胞3、从单细胞生物到多细胞生物：单细胞群体多细胞生物 如：衣藻团藻盘藻多细胞生物的两个基本特点：细胞产生了特化；细胞之间协同合作。第三节、原核细胞与真核细胞根据细胞的进化程度，可将生物细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。原核细胞：支原体、细菌真核细胞：真菌等真核细胞与原核细胞的区别原核细胞 真核细胞 细胞大小 较小(1-10um) 较大(10-100um) 代 谢 厌氧或需氧 需氧 细 胞 质 无细胞骨架、胞质流动、 有细胞骨架、胞质流动、 内吞和外吐作用 内吞和外吐作用 细 胞 器 无(除70S核糖体外) 有内质网、高尔基复合体、线粒体等 细 胞 核 无核膜和核仁（类核） 有核膜和核仁（真核） 呈环状，位于细胞质内， 位于细胞核内，含有许多非编码区， DNA 不与组蛋白结合 与组蛋白结合构成染色体 在同一区室内合成RNA和 核内合成和加工RNA，细胞质内合成RNA和蛋白质 蛋白质 （同时同地） 蛋白质 （异时异地） 细胞分裂 无丝分裂，无纺缍丝 有丝分裂或减数分裂,形成纺缍丝 分 布 细菌，支原体，立克次氏体 原虫，真菌，植物，动物，人类 运 动 简单原纤维及鞭毛 纤毛或鞭毛 细 胞 壁 由胞壁质组成（细菌等） 由纤维素组成（植物细胞）第四章 细胞膜及物质的跨膜运输细胞膜（cell membrane)：概念：位于细胞表面的一层膜性结构，又称质膜（plasma membrane).功能：使细胞具有相对独立和稳定的内环境；是细胞内外物质、信息、能量交换的“门户”。细胞内膜（endomembrane）:除细胞膜外，真核细胞内还有许多膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体等，称为细胞内膜。它们共同构成真核细胞的内膜系统。单位膜(unit membrane)：任何生物膜在电镜下都呈现“暗明暗”三层结构，故称为单位膜。生物膜(biomembrane)：细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。组成：主要组成-脂类、蛋白质、糖类；少量组成-水、无机盐、金属离子蛋白质/脂类 : 在不同种类生物膜中有所不同功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类 大；功能少而简单的膜，蛋白质/脂类小。膜脂：磷脂、胆固醇、糖脂双亲性分子磷脂：磷 脂 酰 胆 碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂胆固醇：糖脂：脑苷脂、神经节苷脂膜蛋白：内在膜蛋白（70%80%）、外在膜蛋白（20% 30%）1、内在膜蛋白： 膜功能的承担者； 双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层中。（1）跨膜蛋白 贯穿脂双层，两端露出膜内外 单次穿膜 多次穿膜（2）半嵌入蛋白 一端嵌入膜层内，另一端露出膜外2、外在膜蛋白： 非双亲性分子； 附在膜的胞质面 ，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的极性区域非共价地结合。膜糖类：糖脂、糖蛋白，分布于非胞质面细胞外衣（糖萼）：细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织成一层多糖物质，称细胞外衣或糖萼。生物膜的特性：流动性、不对称性、（镶嵌性）1、膜脂的流动性：膜脂的特性液晶态膜脂分子的运动方式：（1）侧向移动；（2）旋转运动；（3）左右摆动；（4）翻转运动影响膜脂流动性的因素： 1.脂肪酸链的饱和程度：饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大。2.脂肪酸链的长度：链长，流动性小；链短，流动性大。3.胆固醇的影响：调节膜的流动性。4.卵磷脂/鞘磷脂的比例：此比例小，流动性小；此比例大，流动性大。5.其它因素：环境温度，内在膜蛋白的含量2、膜蛋白的流动性运动方式：（1）侧向移动；（2）旋转运动（二）生物膜的不对称性 1、膜脂分布的不对称性第一：磷脂 磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）；磷脂酰乙醇胺 和 磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面） 磷脂酰丝氨酸带有负电荷(No.10) 细胞膜内层负电荷多于外层。第二：胆固醇 因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。（非胞质面） 第三：糖脂全部分布在细胞膜的外层。 （非胞质面） 2、膜蛋白分布的不对称性第一：膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。（包括内在及外在膜蛋白）第二：膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。（细胞膜内层多于外层）第三：糖蛋白均分布于细胞膜的外层。 （非胞质面） 膜脂及膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。 三、生物膜的分子结构模型“脂双分子层”的提出 科学基础 1925年，Gorter 和 Grendel 用丙酮抽提红细胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分子层，测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍，因而首次提出细胞膜是由连续的脂双分子层组成的。（三）液态镶嵌模型背景：单位膜模型存在明显缺陷，特别是它无法解释膜蛋白从膜上分离的难易程度差异，人们对它的异议越来越多。1972年，Singer 和 Nicolson 提出了液态镶嵌模型。主要论点：1. 流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体；2. 球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。3. 强调了生物膜的流动性和不对称性。客观评价：液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现象，为阐述膜功能奠定了基础，为人们普遍接受，但它忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用以及膜各部分流动性的不均匀性，膜的通透性细胞膜允许一定物质穿越的性能 特点：具有选择性 一、膜的选择性通透和单纯扩散膜对物质分子的通透性取决于膜的结构属性及分子特性：脂溶性越强的分子越容易穿膜；非极性物质脂溶性强，易穿膜，如O2,CO2,N2； 但H2O例外分子量越小越容易穿膜；不带电荷的分子容易穿膜，带电荷的离子不能或很难穿膜。离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了它的有效体积。单纯扩散：不需要消耗细胞代谢能，不依靠专一的膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。如二、膜运输蛋白及其介导的跨膜运输根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类： 载体蛋白：通过蛋白质发生可逆的构象变化进行物质运输； 通道蛋白：在蛋白质中心形成一个亲水性的通道，使特定溶质穿越。根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为两种运输方式：主动运输：被运输的物质借助于膜运输蛋白，顺着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且不需要消耗细胞代谢能,这种运输方式称。被动运输：被运输的物质借助于膜运输蛋白，逆着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且需要消耗细胞代谢能,这种运输方式称。载体蛋白 既参与主动运输又参与被动运输；通道蛋白 只参与被动运输。(一)载体蛋白介导的运输被动运输易化扩散：凡借助于载体蛋白的帮助，不消耗代谢能，顺浓度梯度转运物质的方式叫易化扩散。如葡萄糖、氨基酸等。易化扩散的速率在一定限度内与物质的浓度差成正比，当所有载体蛋白的结合部位全被占据时，速率达最大并维持在此水平上。（类似酶与底物的作用关系）主动运输（1）钠钾泵(Na+-K+pump)：逆电化学梯度转运Na+和K+化学本质：钠钾ATP酶，兼有 载体蛋白 和 酶 的双重功能化学组成：大亚基：跨膜脂蛋白（酶的催化位点）：内侧：Na+、ATP的结合部位外侧：K+、乌本箭毒苷的结合部位小亚基：膜外半嵌入的糖蛋白，作用不详运输过程：(1)Na+在膜内侧结合到Na+结合位点,促进ATP分子的水解;(2)泵磷酸化，导致蛋白构型改变;(3) Na+结合部位转向膜外, Na+释放到膜外，同时K+结合位点朝向细胞表面；(4) K+与其结合位点结合后,刺激泵脱磷酸化,并导致蛋白的构型再次变化，K+结合位点朝向胞质面;(5)泵与K+亲和力下降,释放K+,蛋白复构，并与Na+亲和力上升,开始下一轮运输过程。工作效率：1个Na+-K+ATP酶分子每秒钟可水解100个ATP分子；每水解1个ATP分子所释放的能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+。生理意义：A、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度；B、维持膜电位；C、调节细胞内外渗透压；D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸等提供驱动力。（2）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输协同转运：一种物质的运输依赖第二种物质同时运输。分为同向协同转运和逆向协同转运钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输并不直接利用ATP，而是由钠钾泵产生的膜外高钠离子浓度驱动的。此运输过程由两种载体蛋白协同完成：葡萄糖特异性载体蛋白 利用Na+势能驱动，结合葡萄糖，使之与Na+相伴进入细胞。 钠钾泵 将Na+泵出细胞，造成胞内外的Na+浓度梯度。（二）通道蛋白介导的运输 离子通道蛋白的特点(P63)：运输速度快；间断开放，由闸门控制； 特异性强；顺电化学梯度转运物质。离子通道蛋白的类型：电压闸门离子通道、配体闸门离子通道、机械闸门离子通道 膜泡运输：大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质的转运，所以称为。(此过程耗能）分类：内吞作用：胞饮、胞吞、受体介导的内吞作用外吐作用内吞作用：细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。根据吞入物质的状态、大小及特异程度的不同，分为三种：吞噬作用；吞饮作用；受体介导的内吞作用。吞噬作用(phagocytosis)：是指细胞吞入较大的固体颗粒或分子复合物的过程， 如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。吞噬作用形成的膜囊泡称吞噬体。是原生动物获取营养的重要方式在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能。吞饮作用(pinocytosis) 是指细胞吞入液体或溶质分子的活动。吞饮形成的膜囊泡称吞饮体。大多数细胞具有吞饮作用。受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis)：大分子的内吞除了一般进行的非选择性吞饮作用外，往往首先与质膜上的受体特异性结合，然后内陷成有被小窝，继之形成有被小泡，这种内吞方式称。如细胞对胆固醇的摄取特点：A.特异性强，可大大提高内吞效率；B.内吞过程中形成一类特殊的膜囊泡有被小泡。衣被的组成及结构：组成：网格蛋白（）；短肽结构：3网格蛋白分子+3短肽链三腿蛋白复合物五角形或六角形网格状结构（衣被）外吐作用：细胞内某些物质由膜包围成小泡从细胞内部逐步移到质膜下方，与质膜融合，把物质排到细胞外的运输过程。质膜循环：在细胞的内吞与外吐过程中，质膜与细胞内膜之间不断地进行着移位、融合或重组，并处于一种动态平衡中，这一现象称。细胞侧面的特化结构细胞连接(cell junction)：是指相邻细胞接触区域局部特化所形成的连接结构，其作用在于加强细胞间的机械联系，对于维持组织结构的完整性，协调细胞功能有重要意义。分类：紧密连接、桥粒连接、缝隙连接紧密连接(tight junction)存在部位：多见于上皮细胞靠近腔管的顶部侧面。结构特点：紧密连接是一种封闭连接，相邻细胞膜紧靠在一起，切面可见一系列的“点状对合”结构封闭链”的切面观相邻细胞膜的跨膜蛋白和脂质共同构成的“条索状”结构在膜面上呈网状行走封闭了细胞间的空隙桥粒连接（ anchoring junction）（1）、带状桥粒 (belt desmosome)：存在部位：位于上皮细胞紧密连接下方。结构特点：在细胞周围呈连续的腰带状，间隙约1520nm,又称中间连接。、点状桥粒 (spot desmosome)存在部位：在上皮细胞中位于带状桥粒下方。结构特点：附着斑，钙粘蛋白（桥粒芯蛋白、桥粒胶蛋白），中间纤维分布组织：机体组织内分布广泛，尤其在上皮组织，心肌和子宫颈等易受机械张力的组织中含量最为丰富。、半桥粒(hemidesmosome)存在部位：位于上皮组织基底层细胞与基底膜交界处。结构特点：形状、结构与点状桥粒相似，只是相当于点状桥粒的一半。缝隙连接 (gap junction)分布组织：普遍存在于各种组织细胞中(成熟骨骼肌细胞和循环系统中的血细胞除外)结构特点：每个连接小体由6个穿膜蛋白质分子围成，中央有直径2nm的通道，相邻细胞膜的连接小体一一对接，孔道相通，允许一定分子量以下的物质通过。每个六角形颗粒称为一个 “连接小体”，是缝隙连接的结构单位许多6-8nm的六角形颗粒规则地排列在质膜双方接触面积较大的盘状结构。特殊功能：除使细胞牢固连接外，主要介导细胞间通讯。细胞游离面的特化结构微绒毛、纤毛、鞭毛第五章 细胞核与遗传信息的导向核被膜由两层单位膜构成外核膜(outer nuclear membrane)：面向细胞质，其表面附有核糖体，常见与粗面内质网相连，可看成是内质网在局部区域的特化结构。内核膜(inner nuclear membrane)：面向核基质，其内表面附着一层电子密度高的纤维状蛋白质，称为核纤层（厚度100nm）。核间隙(perinuclear space)：内外核膜之间的腔隙，宽2040nm，与内质网腔相通，充满液态无定形物质，内含多种蛋白质和酶。 核孔(nuclear pore)：核孔是内外核膜融合产生的圆环状结构，是“核质”物质交换的通道；核孔数目与细胞种类及生理状态有关。 核孔复合体(nuclear pore complex, NPC)：核孔及其周围相关联的环状结构体系统称为核孔复合体，它是由排列成八角形的蛋白质颗粒组成的，包括孔环颗粒8对、边围颗粒8个及中央颗粒1个，各颗粒间由蛋白质细纤丝相连，组成一个网状结构。功能：有选择地介导细胞核与细胞质之间的物质运输（水溶性物质；一些大分子物质）核膜的主要功能1、稳定细胞核形态和成分。2、区域化作用：将核物质与细胞质物质隔开，保证遗传物质的稳定、遗传信息的准确传递和高效表达。3、控制细胞核与细胞质的物质交换，无机离子和小分子物质可自由通过，大分子和颗粒物质通过核孔复合体以主动运输方式通过。4、在细胞分裂中参与染色体的定位与分离5、参与合成生物大分子，如抗体、膜蛋白、脂质等。核纤层(nuclear lamina)：是附着于内核膜的纤维状蛋白质层，在哺乳动物及鸟类细胞中由3种蛋白质构成：lamina a、lamina b、lamina g作用：核纤层为核膜提供结构支架，以维持核孔位置和核被膜形状；在细胞间期，为染色质提供锚定部位，分裂期通过其磷酸化和去磷酸化过程对核膜的崩解和重组起调控作用。“染色质”一词由Flemming（1882年）首次提出，是指间期细胞核内能被碱性染料着色的物质。染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段的表现形式。染色质的化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA1、DNA：DNA是染色质中重要的化学成分，是遗传信息的携带者。真核细胞中每一条染色体都由一长的DNA分子组成。人类体细胞中有46个DNA分子就有46条细丝染色质丝。染色体DNA要完成复制，必须包含3个特殊序列(P78-79)：复制源顺序着丝粒顺序端粒顺序2、组蛋白(histone)：真核细胞特有的碱性蛋白，富含碱性氨基酸(精氨酸、赖氨酸等），带正电荷，可与带负电荷的DNA分子紧密结合。根据在组装形成染色质中的作用不同，可分为两大类：核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4 ）：参与核小体的组成；在进化上高度保守。H1组蛋白：参与染色质高级结构的构建；进化上不保守。在细胞周期中，组蛋白与DNA的合成同时进行。3、非组蛋白(nonhistone)：真核细胞特有的酸性蛋白，富含酸性氨基酸（天门冬氨酸、谷氨酸等），带负电荷，具有种属和组织特异性。功能：1.参与染色体的构建；2.启动基因复制；3.调控基因转录。4、RNA：含量不到DNA量的10%，这些RNA是染色质中的正常成分还是转录出来的各种RNA的混杂，尚未定论。染色质的种类常染色质(euchromatin)（伸展染色质 、功能性染色质）：解螺旋的细纤维丝、染色浅、功能上活跃。异染色质(heterochromatin)（浓缩染色质、非功能性染色质）：高度螺旋和盘曲、染色深、功能上不很活跃。常染色质和异染色质的化学本质相同，只是染色质的不同存在状态而已。在一定条件下，两者可以相互转化。异染色质(heterochromatin)结构异染色质 (constitutive heterochromatin)： 在所有细胞类型的全部发育阶段均处于永久凝集状态。兼性异染色质(facultative heterochromatin)：在某些细胞类型或一定的发育阶段呈凝集状态的异染色质，如X染色体随机失活。 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 常染色质异染色质细胞核内的位置间期细胞核中央 间期细胞核被膜的内表面附近螺旋化程度 解旋的细纤维丝，电镜下呈浅亮区 螺旋缠绕紧密，电镜下呈粗大颗粒含DNA序列和功能 含单一和重复序列的 DNA，可复制和转录，功能活跃 与组蛋白结合紧密，很少转录，功能静止复制时间S期早期S期晚期分裂期位置染色体的两臂 染色体的着丝粒、端粒或染色体臂上常染色质之间染色质的四级结构（多级螺旋模型）1.一级结构：核小体(nucleosome) 是染色质的基本结构单位，F 10nm。缩小7倍2.二级结构：螺线管(solenoid)是染色质的二级结构。是由核小体串螺旋盘绕形成的外径30nm、内径10nm的中空管状结构。螺线管每周含6个核小体。缩小6倍3 .三级结构：超螺线管(supersolenoid)为染色质的三级结构。它是由螺线管进一步螺旋盘绕而形成的直径400nm的圆筒状结构。继续缩小42倍4 .四级结构：1160m的超螺线管进一步盘绕折叠至210 m，就形成了分裂中期的染色单体，即四级结构。缩小至少5倍从DNA双螺旋到染色单体，总长度压缩了近10000倍！袢环模型（loop model）（见PPT图）1.中期染色体的形态结构（看书）动粒(kinetochore)：是两条染色单体外表面在主缢痕处的特殊附加结构，为染色体的运动中心，是动粒微管着力的部位。次缢痕：在某些染色体上除主缢痕外的另一个染色较浅的缢缩部位称为次缢痕，常存在于近端着丝粒染色体的短臂上，可作为染色体的鉴别标志。次缢痕部位与分裂末期核仁的形成有关，因而被称为核仁组织区（NOR）。随体：与次缢痕相连的球形或棒状小体称为随体，是鉴别染色体重要特征之一。 2.染色体的类型：中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体近端着丝粒染色体端着丝粒染色体人类正常体细胞染色体中只包含前三种类型的染色体。 3.染色体的数目：体细胞、生殖细胞基因组：生物体内单倍染色体组成叫做生物体的基因组(genome)，它代表了一个生物体染色体中储存的全部遗传信息。核 型：根据染色体的相对大小，着丝粒的位置，臂的长短，随体的有无等特征，把某种生物体细胞中的全套染色体按一定顺序分组排列起来，就构成了这一物种的核型(karyotype)。人类体细胞的正常核型（见书）核基质(nuclear matrix)：间期细胞核中除去核被膜、核纤层、染色质及核仁以外的网架体系，由330nm粗细不均的蛋白纤维组成，又称核骨架。 化学组成：蛋白质（90% ）：主要是非组蛋白性的纤维蛋白，相当部分为含硫蛋白，分子量46KD。 少量DNA和RNA：功能：1 .与DNA的复制有关。2 .参与 DNA包装和染色体的构建。3 . DNA转录的“落脚点”在核基质上。4 . 对转录后的RNA进行加工。5 .病毒 DNA在核内复制与装配也与核基质有关。核仁 化学组成：蛋白质、RNA、DNA超微结构：纤维中心、致密纤维成分、颗粒成分纤维中心 (fibrillar center,FC)：电镜下浅染的低电子密度区域，是rRNA基因rDNA的存在部位。 rDNA是染色体上伸展出的DNA袢环，在袢环上rRNA基因串联排列，进行高速转录，产生rRNA，组织形成核仁。每一个rRNA基因的袢环称为一个核仁组织者。 核仁组织区（nucleolar organizing region,NOR）：rRNA基因通常分布于几条不同的染色体上，人类rRNA基因位于5条染色体上，即13、14、15、21、22号染色体。在二倍体的46条染色体上，就有10条分布有rRNA基因，在间期核中，它们伸入到核仁内共同构成的区域称为NOR。核仁组织区定位在核仁染色体的次缢痕部位。致密纤维成分 (dense fibrillar component,DFC)：是核仁内电子密度最高的区域，含紧密排列的原纤维丝，其直径510nm，长约2040nm。位于浅染区的周围，主要成分是rRNA和蛋白质。颗粒成分(granular component,GC)：呈直径1520nm的致密颗粒，是核糖体大小亚基的前体颗粒，散布于致密纤维成分中或围绕着致密纤维成分。核仁周围染色质： (PNC) 围在核仁周围的染色质，属异染色质。核仁内染色质： (INC) 伸入核仁内的染色质袢环，载有rRNA基因（rDNA），属常染色质。核仁的主要功能：合成rRNA；装配核糖体大小亚基的前体核仁周期(nucleolar cycle)：核仁随细胞周期的进行而呈现周期性的变化（形成或消失）。细胞核的功能一、遗传信息的贮存1、DNA分子携带遗传信息，蕴藏于核苷酸序列中2、DNA分子中具有一定生物功能的区段称为基因，编码产生蛋白质或RNA，控制生物某一特定性状3、DNA分子与组蛋白结合并被包装，保证遗传物质的稳定、表达的准确二、遗传信息的复制DNA的复制，具有半保留性、双向性、多起点性、不连续性、不同步性的特点三、遗传信息的转录1、转录要经历起始、延伸、终止三个基本步骤2、转录后要进行一系列加工修饰3、转录要受到多种影响因子的调节第六章 细胞骨架细胞骨架：是由蛋白纤维交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，与其外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动、细胞分裂以及信号传递等有关。（P.108）包括微管（MT），微丝(MF)和中等纤维(IF)。一、微丝基本单位肌动蛋白(actin)肌动蛋白分子具有极性：一端有氨基和羧基的暴露，称为正端，另一端则称为负端。肌动蛋白在细胞中的存在方式 ： 球状肌动蛋白(肌动蛋白单体 G-actin) 纤维状肌动蛋白(肌动蛋白聚合体 F-actin)微丝的结构是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。F 5-9nm，长短不一。在电镜下，单根微丝呈双螺旋结构，每14个球状肌动蛋白分子旋转一圈。 微丝具有极性（一端加聚，一端解聚）。 微丝在细胞质中分布不均匀，细胞皮质区（即细胞膜的内侧）比较集中。微丝的组装：踏车行为过程：成核期、生长期、平衡期微丝组装的动态调节 ATP是调节微丝组装的动力学不稳定行为的主要因素。 微丝结合蛋白(ABP)对微丝的组装也具有调控作用。影响微丝组装的特异性药物与离子： 细胞 松弛素B：特异性地破坏微丝组装。 鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合。在含：ATP和Ca2+、低浓度Na+、K+溶液中微丝趋向解聚（F-actin G-actin）在含：Mg2+和高浓度Na+、K+溶液中微丝趋向聚合（G-actin F-actin）。微丝结合蛋白及其功能微丝结合蛋白有40余种，它们从不同的水平调控微丝的组装，包括调节肌动蛋白单体形成肌动蛋白多聚体，以及肌动蛋白多聚体组装成微丝等过程，影响微丝的稳定性、长度和构型。在细胞中起控制微丝的形成、交联、盖帽和截断的作用，并可移动细胞中的微丝。（P110微丝的功能 （一）构成细胞的支架，维持细胞的形态 （二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩 （三）参与细胞分裂 （四）参与细胞运动 （五）参与细胞内物质运输 （六）参与细胞内信号转导收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌球蛋白(myosin) 头部具ATP酶活力.有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosin filament,即粗肌丝。 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形成-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。 肌钙蛋白 (Troponin, Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特异与Ca2+结合; TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)肌小节的组成肌肉收缩的滑动模型二、微管微管的形态结构: 中空圆柱状结构，通常是直的，有时也呈弧形。微管的化学组成: a微管蛋白、b微管蛋白异二聚体原纤维微管微管的存在形式：单管（13根原纤维）、二联管（23根）、三联管（33根）微管结合蛋白 微管结合蛋白（MAP）是一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白； 主要包括MAP-1、MAP-2、tau、MAP4； 主要功能是调节微管的特异性并将微管连接到特异性的细胞器上。微管的组装（踏车行为）成核期：由a、 b微管蛋白聚合成寡聚体核心，接着二聚体在其两端和侧面加聚使之扩展成片状带，加宽至13根原纤维时合拢成一段微管。延长期：该期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长。稳定期：微管的聚合和解聚速度相等。微管的体外组装：1972年Weisenbery小鼠分离微管蛋白体外组装微管的体内组装：微管的体内组装除遵循体外组装规律外，还受严格的时间和空间控制。时间控制: 细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合与 解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影响：某些特殊蛋白质、Ca2+浓度等。空间控制：1.微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：中心粒 、纤毛及鞭毛的基体部）。2.微管的定向延长和排列及与细胞其它成分的连接等。影响微管组装的因素1、温度：温度超过20有利于组装，低于4引起分解。2、药物：秋水仙素和长春花碱引起分解；紫杉酚促进组装。3、离子：Ca2+低时促进组装，高时引起分解。微管的功能 （一）维持细胞的形态 （二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动 （三）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移 （四）参与细胞内的物质运输 （五）参与染色体的运动，调节细胞分裂 （六）参与细胞内信号转导微管与其他细胞结构的关系 微管常密集地分布于细胞膜内侧，控制膜内在蛋白的位置。 游离核糖体可能附着于微管与微丝的交叉点上； 有些微管可直接连于GC小泡上，提示微管可能于小泡物质运输有关； 线粒体周围，常可见与其长轴平行的微管分布； 细胞核周围，微管分布特别紧密，并存在接触联系，核孔的生理功能也与微管有联系。纤毛和鞭毛是伸出细胞表面、由微管组成并能产生运动的特化结构。纤毛与鞭毛在来源和结构上基本相同，少而长的叫鞭毛；多而短的叫纤毛。纤毛的主杆部是9 X 2 + 2微管；基底部9 X 3 + 0 纤毛与鞭毛的运动：双向搏动，均匀波动纤毛、鞭毛运动机制微管间的滑动中心粒的结构与功能形态结构：光镜下中心体呈球状小颗粒电镜下中心粒有中心球和中心粒组成结构图式：（9 X 3 + 0） 组成成分：微管蛋白和鸟苷酸。功能：1. 组织形成鞭毛和纤毛并参与细胞的有丝分裂 与微管蛋白的合成、微管的聚合有关。2. 其上存在ATP酶与细胞能量代谢有关 为细胞运动和染色体移动提供能量。三、中间纤维直径10nm，介于微管与微丝之间，故得名中间纤维。IF结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛素B影响，并且没有极性。化学组成: 中间纤维蛋白形态结构：中间纤维的基本组成单位 中间纤维单体中间纤维单体的共同结构域： a-螺旋的杆状区：由310个氨基酸残基(IIV和VI型)或356个氨基酸残基(V型)组成。非螺旋区：头部（N端）、尾部（C端）中间纤维的组装过程：特点：1. 四聚体的组装是反向平行排列，两端对称，故中间纤维无极性2. 八聚体的组装遵循半分子长度交错的原则。3. 中间纤维的体外组装不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，也不依赖 于温度和蛋白质的浓度； 。4. 在体内，绝大部分中间纤维蛋白已装配成中间纤维，几乎不存在相应的可溶性蛋白，也没有“踏车行为”；而微管或微丝组装时只有30%的蛋白质分子处于组装状态，有“踏车行为”。5.目前认为中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的调节方式。功能：（一）中间纤维发挥功能具有时空特异性 （二）中间纤维提供细胞的机械强度作用 （三）中间纤维维持细胞和组织的完整性 （四）中间纤维与DNA复制有关 （五）中间纤维与细胞分化及细胞生存有关第七章 线粒体1894年 Altmann 光镜 生物芽体 (bioblast)1897年 Benda 命名线粒体(mitochondrion)一.线粒体的形态结构形状：光镜下呈线状、粒状、短杆状大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.51.0um；长度：3um数目：不同类型的细胞差异较大。 正常细胞中：10002000个。分布：因细胞形态和类型的不同而有所差异。通常分布于细胞生理功能旺盛或需要能量较多的区域。总之,线粒体的形状、大小、数目和分布在不同类型细胞或不同生理状态下差别较大。线粒体的超微结构：电镜下观察线粒体是由两层 单位膜围成的封闭膜囊结构。（见书）基粒(elementary particle)：内膜基质面上许多带柄的小颗粒，与膜面垂直而有规律地排列。 其本质为ATP酶复合体。线粒体基质：位于嵴间腔（内室）中，充满电子密度较低的物质。内含线粒体DNA、线粒体核糖体等线粒体的化学组成：蛋白质（65% -70%）、脂类、其他线粒体中酶的分布，约120种外膜特征酶：单胺氧化酶膜间隙特征酶：腺苷酸激酶内膜特征酶：细胞色素（c）氧化酶、琥珀酸脱氢酶基质特征酶：苹果酸脱氢酶线粒体基因组mtDNA: 双链环状DNA分子、不与组蛋白结合、分散在线粒体基质中，长约5um、分子量小。1981年Anderson人胎盘mtDNA全部核苷酸序列16 569个碱基对mtDNA 16569 bp 37个基因2种 编码 rRNA(12S和16S）基因、22种 编码 tRNA基因、13种 编码 蛋白质基因mtDNA排列紧凑、高效利用、可自我复制，但其遗传密码与“通用”遗传密码表不完全相同 ，如：UGA色氨酸而不是终止密码。线粒体：有自身的蛋白质合成体系，如：氨基酸活化酶、线粒体、核糖体等。线粒体的蛋白质合成与原核细胞相似，而与真核细胞不同：原因：1.mRNA的转录和翻译几乎在同一时间、同一地点进行。2.蛋白质合成的起始tRNA与原核细胞一样，为N-甲酰甲硫氨酰tRNA,真核细胞起始的tRNA为甲硫氨酰tRNA.3.线粒体蛋白质合成系统对药物的敏感性与细菌一致。四、线粒体的半自主性 线粒体有自己的DNA分子和蛋白质合成系统，即有独立的遗传系统，故有一定的自主性。 mtDNA分子量小、基因数目少，只编码线粒体蛋白质的10%，而绝大多数线粒体蛋白质（90%）是由核基因编码，在细胞质中合成后转运到线粒体中的。 线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。因此，线粒体为半自主性细胞器(semiautonomous organelle)五、核编码蛋白质的线粒体转运 输入线粒体的蛋白大多是在细胞质中合成后再运送的，蛋白质分子以前体形式存在。1、前体蛋白在线粒体外保持非折叠状态这种前体蛋白质与线粒体内的成熟蛋白质相比，具有两个明显特征： 前体蛋白质的空间构型是以解折叠状态存在。前体的N-末端含有一称为导肽的前导序列。导肽：蛋白质N端有一段20-80氨基酸组成的基质导入序列(matrix-targeting sequence, MTS)，在线粒体内膜和外膜上有其相应的受体。导肽具有牵引、识别、将蛋白质导入线粒体的作用。解折叠状态：绝大多数前体蛋白都要和一种称之为热休克蛋白70（heat shock protein 70，hsp70）的分子伴侣结合，从而防止前体蛋白行成不可解开的构象。2、多肽链穿越线粒体膜前体蛋白一旦和受体结合后，就和外膜和内膜上的膜通道发生作用进入线粒体。前体蛋白进入线粒体基质后，mthsp70一个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一样将蛋白质“铰进（hand over hand）”基质，这一过程也需要消耗ATP。3. 多肽链进入线粒体基质的再折叠蛋白质进入线粒体基质后，必须恢复其天然构象以行使功能。在mthsp70和Hsp60的帮助下，前体蛋白进行正确折叠。 由转运肽酶切除导肽，成为成熟的线粒体基质蛋白。细胞氧化(cellular oxidation)：在酶的催化下氧将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。由于此过程中，要消耗O2释放CO2和H2O，故又称细胞呼吸。细胞氧化基本过程糖酵解：在细胞质内进行，反