细胞及分子生物学.doc

细胞及分子生物学 总学时： 54 +18 =72 实验6次 共讲课16周，中间1周期中考试，最后1周期末复习第一部分 绪论 1 细胞生物学的研究对象 2 主要研究内容 3 该学科的发展简史 4 该学科的主要 特点 5 主要研究方法 6 生命进化的几种形式 7 真核细胞与原核细胞的主要区别 8 真核细胞的主要结构体系1.1 细胞生物学的主要研究对象 细胞 生命活动规律 细胞内基因组的表达 基因表达的产物如何装配成基本的结构体系及各种细胞器 基因表达产物如何调节细胞的生命活动 1.2 主要研究内容 结构 质膜、内膜系统、细胞核、细胞骨架 功能 物质运输、信号传递 蛋白质分选和运输 细胞周期，细胞分化，细胞衰亡1.3 细胞生物学的发展简史 细胞的发现 1665年胡克 细胞学说的建立 1838-1839 施旺和施莱登 细胞生物学的经典时期 19世纪后25年 细胞器的发现，细胞分裂现象，原生质理论 实验细胞学阶段 细胞遗传学，细胞生理，细胞生化 细胞超微结构学的发展 分子生物学的发展 分子细胞生物学：分子、细胞、细胞超微结构水平 1.4 该学科的主要特点 与人类的生命活动关系密切 实验性的科学 不断发展的学科, 当今生命科学发展的基础和瓶颈1.5主要研究方法（一） 细胞形态结构的观察 显微镜 电子显微镜 细胞组分分析方法 离心技术 细胞器、亚细胞结构等 显色技术 DNA、RNA、多糖等 细胞内特异蛋白的定位与定性 免疫荧光、免疫电镜、免疫印迹等技术 细胞内核酸的定位与定性 原位杂交、SOUTHERN杂交，NORTHERN杂交1.5 主要研究方法（二） 同位素技术的应用 生物大分子在细胞内的合成动态 各种杂交技术上 定量细胞化学分析技术 显微分光光度测定技术 流式细胞仪 细胞工程的有关技术 细胞培养、细胞融合、单克隆抗体技术、细胞拆合、显微操作技术、繁殖生物学技术等1.6 生命进化的几个阶段 非细胞形态 病毒 生物大分子-细胞-病毒 原核生物 真细菌 细菌 蓝藻 古核生物 古细菌(生长在极端特殊环境中的细菌） 如：产甲烷的细菌类、硫氧化菌、盐生菌等 真核生物 单细胞 酵母 多细胞生物 高等动植物细胞的基本知识 细胞膜 遗传信息载体DNA与RNA 核糖体 酶 支原体可能是最小、最简单的细胞1.8 真核细胞的基本结构体系 生物膜系统 遗传信息表达结构系统 细胞骨架系统第二部分质膜及细胞表面 细胞膜概述 结构模型 组成组分及主要特点 细胞表面的特化结构 细胞连接 细胞外被及细胞外基质 物质运输 信号传递 总结质膜的功能1. 细胞膜的概述 位于细胞最外层的由脂质和蛋白质组成的生物膜 是最重要的细胞器之一 与细胞基本的生命活动有关 进化上 质膜的形成是非细胞生命与细胞生命的一个重要分界点 细胞内膜系统的发展是细胞生物由低级到高级发展的反映2.质膜(plasma membrane)的结构模型 红细胞在质膜研究中的作用 蛋白质脂类蛋白质的三明治式 Davson Danielli 1925 单位膜模型 1959 Robertson图2-2、2-3 流动镶嵌模型 1972 Singer Nicolson 极性头部和非极性尾部的磷脂双分子层 蛋白质分子 镶嵌 脂双分子层或结合在其表面 细胞膜是一个相对稳定的动态结构3. 质膜的组成组分 膜脂 磷脂 50% 1个极性头部和两个非极性尾; 脂肪酸链多为偶数; 还具有不饱和脂肪酸 糖脂 5% 如:决定红细胞的ABO血型物质 胆固醇 = 1 mg/ml pH 6.9 37 度 Mg2 + 存在, Ca2+除去 6. 有一些微管结合蛋白(MAP)参与组装 MAP1 在微管间形成横桥 MAP1C为胞质动力蛋白 MAP2 ,还可使微管成束 tau蛋白 加速微管聚合,增加稳定性 MAP4 高度热稳定性 微管特异性药物 秋水仙素 通过加到微管的末端,阻止其他微管蛋白的加入. 紫杉醇 , 重水等 促进微管的稳定 功能 维持细胞形态 细胞内运输 鞭毛运动和纤毛运动 纺锤体和染色体运动 基体和中心粒基体和中心粒p2.细胞核骨架n 细胞核骨架 狭义 核基质 广义 核基质 核纤层 核孔复合体n 染色体骨架2.1 核基质pn 主要成分 核骨架蛋白 DNA拓扑异构酶II nuclear matrin D,E,F,G4等 DNA- loop Nuc2+ 蛋白 与富含AT的序列特异结合 ARBP 与MAR序列结合 核骨架结合蛋白 转录因子 酶、受体、供体及其他如肌动蛋白等。 少量RNA-维持核骨架三维网络结构 MAR-核骨架结合序列n 序列特点 富含AT 富含DNA解旋元件 富含反向重复序列 含有转录因子的结合位点n 一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端，在基因表达调控中起作用。n 功能： 与核骨架蛋白结合，将DNA- loop 锚定在核骨架上；与转录因子结合起调控作用n 核基质的功能 与DNA的复制有关 DNA 聚合酶通过结合在核骨架上被激活 与基因表达有关 与基因转录活性有关 MAR序列 与RNA修饰加工有关 基因只有结合在核骨架上才能进行转录，RNA聚合酶在核骨架上有结合位点 与病毒复制有关 与染色体构建有关2.2 核纤层pn 成分 1-3 种核纤层蛋白多肽组成n 特点 纤维直径为10 nm左右, 网络结构分布于内核膜与染色质之间. 核纤层蛋白被定为第V型中间纤维蛋白 其在细胞分化过程中的表达具有细胞特异性 随细胞分裂发生周期性的解聚和重装配 分裂前期, 解聚,蛋白单体弥散到细胞质中 分裂末期,重装配n 功能 为核膜和染色质提供结构支架 与核膜的重建和崩解有关2.3 染色体骨架p 背景 Hela细胞中期染色体存在非组蛋白骨架,并提出染色体的骨架/放射环模型. 之后得到证实. DNA放射环是普遍存在的,其上有骨架结合区存在;染色体骨架是它的组织者 成分 非组蛋白 约30多种,如DNA拓扑异构酶II 疑点 染色体骨架与细胞核骨架的关系 染色体骨架与染色体构建的关系3 细胞膜骨架p第五讲 细胞增殖及调控1 细胞周期的概念2 细胞周期的时相3 特异的细胞周期4 有丝分裂5 细胞周期的调控6 影响细胞周期调控的因素7 研究细胞周期的方法5.1 细胞周期的概念概念-细胞物质积累与细胞分裂的循环过程-细胞由一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止算作一个细胞周期-分为G1, S, G2和M期细胞的分类-连续分裂的细胞 周期中细胞-休眠细胞 G0期细胞-终端分化细胞 5.2 细胞周期时相-G1：合成细胞生长所需的蛋白质、糖类和脂质等，晚期有起始点，限制点，检验点-S: DNA合成期，新的组蛋白也在这个时期合成常染色质复制较早,异染色质复制较晚早期复制的DNA GC含量高,晚期复制的AT含量高-G2：DNA含量增加了一倍，为进入M期作好准备。 G2期检验点检查过后向M期转化-M: 有丝分裂期早熟染色体凝集 PCC, 不同间期细胞其形态不同, MPF含有这四个不同时期的细胞周期称为标准的细胞周期5.3 特异的细胞周期1 早期胚胎细胞的细胞周期G1和G2期很短；受精卵卵裂后细胞数目增加，但体积不增加。2 酵母细胞的细胞周期细胞周期持续时间较短；分裂时核膜不解聚，纺锤体在核内；一定环境下可进行有性生殖。3 植物细胞的细胞周期不含中心体，纺锤体也能装配以形成中间板的形式进行胞质分裂4 细菌细胞的细胞周期慢速生长和快速生长5.4 有丝分裂p中心粒动粒微管星体微管极性微管纺锤体装配过程中需要胞质动力蛋白和移动素类蛋白的帮助2. 有丝分裂过程-染色质浓缩变粗变短；中心体复制完成，移向两极；星体微管。-核膜破裂，核纤层解聚，染色体浓缩；纺锤体和极性微管；染色体向赤道方向运动-染色体排列在赤道板上。-染色单体分离，移向两极；后期A和后期B5.2 细胞的同步化概念-指自然的，或经人为选择或诱导造成的细胞周期同步化方法-选择同步化 有丝分裂选择法-诱导同步化 药物诱导-DNA合成阻断法 G1/S - TdR双阻断法 -中期阻断法 秋水仙素3 染色体运动的机制pMad 和 Bub蛋白可促使微管与动粒接触染色体排列到赤道板上的机制p染色体的分离机制 - 后期A p染色体的分离机制 - 后期B p4. 减数分裂的主要过程5. 减数分裂的主要特点染色体数目减半，是有性生殖的物种染色体数目稳定的基础联会复合体的形成 重组是变异的基础重组-生物个体多样性和进化的基础。5. 5 细胞周期的调控 (-)1 细胞分裂基因 cdc基因 如cdc2（裂殖）、 cdc28（芽殖）2 细胞周期蛋白: 随细胞周期呈周期性增长或消失的蛋白质.目前已经发现了多种-G1期周期蛋白: 酵母细胞中有CLN1,CLN2,CLN3-M : 周期蛋白A、B-都有细胞周期蛋白框, A, B,N末端有一个破坏框（泛素途径）,负责降解; G1 期的C末端有PEST序列,与降解有关.3 细胞周期的调控因子 -SPF G1/S-MPF G2/M-APC M期由中期向后期转化的调节因子4 CDK激酶和CDK激酶抑制物5 细胞周期运转 p34cdc2-细胞周期蛋白 -CDK1 p34cdc2为一蛋白激酶, 催化亚基,周期蛋白为调节亚基,二者结合才有活性MPF-20世纪70年代初发现并命名-PCC现象，M期存在促分裂因子；非洲爪蟾卵细胞诱导成熟的实验也证实-MPF的存在。-1988年，MPF为蛋白激酶，含P32和P45，分别为p34cdc2 和 p56cdc13的同源物。-G2/M 的转化中起重要作用5. 6 细胞周期的调控 (二)细胞周期运转的调控G1/S 的转化-主要受G1期周期蛋白依赖性CDK激酶所控制-如：CDK2 CDK4 CDK6等-CyclinE,A Cyclin D-中心体复制，与DNA复制有关-复制起始点识别复合体 Orc-6个亚单位-Cdc6 Cdc45也是DNA复制必须的调控因子-DNA 复制执照因子学说 p409图11-39DNA复制延搁检验点与S/G2/M Wee1 和 Cdc25c参与调控APC-后期促进因子 中期 后期-成分8种 AP1至AP8-作用及特点-调节M期周期蛋白泛素化途径降解-非周期蛋白的降解-APC活性受M期CDK激酶的调节，也受纺锤体装配检验点的调控-Cdc20 为APC有效的正调控因子APC的作用机制20S 蛋白质复合体+?M中期向后期转化的机制-纺锤体装配-不完全 Mad2在动粒上，与Cdc20结合 抑制其活性，姐妹染色单体不能分离 不能向后期转化。-完全 Mad2从动粒上消失 解除Cdc20抑制作用 APC活化 降解M期周期蛋白 CDK激酶活性丧失 细胞由中期向后期转化 5.6 影响细胞周期调控的因素-生长因子及其受体-在细胞生长过程中或对细胞增殖起刺激作用的因子. G0 G1-癌基因与抑癌基因-癌基因表达的蛋白在细胞的增殖和分化中起重要的调节作用-抑癌基因有抑制癌生长的作用-其他物理或化学因素-DNA损伤 抑制细胞周期 修复后再运转5.7 研究细胞周期的方法细胞周期长短的确定细胞周期同步化的方法人工选择药物诱导DNA合成阻断法分裂中期阻断法第六讲 细胞分化 概念 在个体发育中, 由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。 个体发育是通过细胞分化过程实现的。 细胞分化程序是在高度精密机制的调控下，有条不紊地进行。 一旦失去控制，分化程序就会发生癌变1 细胞分化的特征与机制2 真核细胞基因表达的调控 转录水平 转录后加工水平 翻译水平3 影响细胞分化的因素（自学）4 转分化 （自学）5 癌细胞癌细胞的基本特征癌基因和抑癌基因致癌因素1 细胞分化的特征 单细胞生物、原核生物 不同的生活史 多细胞生物 构建执行不同功能的组织与器官 形成个体细胞分化的机制 细胞分化的模式图（12-2） 细胞全能性 差别基因表达 调控蛋白的组合调控启动的细胞分化的本质 细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质