细胞生物学期末复习参考材料.doc

细胞生物学期末复习参考材料备注：首先感谢参与整理材料的同学！本材料大部分根据老师提供的课件进行整理，由于主客观因素，难免会存在错误，仅供参考。若有发现错误，请与学习部联系，以便及时修改！最后预祝大家考试顺利第一章：绪论（整理者：赖笑媚）一、基础知识：1 细胞生物学的研究内容：细胞结构与功能、细胞重要生命活动包括：细胞核、染色体以及基因表达的研究；生物膜与细胞器的研究；细胞骨架体系的研究；细胞增殖及其调控；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。2 细胞生物学的发展历史：细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：第一阶段：从16世纪末19世纪30年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。第二阶段：从19世纪3020世纪中期，细胞学说形成后，主要进行细胞显微形态的研究。第三阶段：从20世纪30年代70年代，以细胞超微结构、核型、带型研究为主要内容。第四阶段：分子细胞生物学的时代。细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、 信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。3 细胞生物学的发展前景：推动产业革命，创造新的经济生长点；推动医学革命，延长人类寿命；推动绿色革命，解决食品危机；创造新品种，改善生态环境；发展绿色能源，解决能源危机；生物安全关系到国家安全；冲击传统伦理观念。二、要点：从细胞生物学的发展简史理解科学与技术的发展关系三、名词1 细胞生物学：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。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。2 细胞学说基本内容：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。第二章：细胞的统一性与多样性（整理者：谢玲玲）一、基础知识1 对细胞的基本理解1）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，细胞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 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命2）细胞的基本共性： 所有的细胞都有相似的化学组成。 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。 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 作为遗传信息复制与转录的载体。 作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。2 病毒相关知识1）病毒（Virus）是一类非细胞形态的介于生命与非生命形式之间的物质。有以下主要特征：个体微小，可通过除菌滤器，大多数必须用电镜才能看见；仅具有一种类型的核酸，或DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒；专营细胞内寄生生活；具有受体连结蛋白（receptor binding protein），与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类： DNA病毒与RNA病毒 。一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（Virion）。病毒具多样性，电镜下观察有五种形态：球形（Sphericity）：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、禽流感病毒、艾滋病毒、疱疹病毒及腺病毒等；丝形（Filament）：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒，人类流感病毒有时也是丝形；弹形（Bullet-shape）：形似子弹头，如狂犬病毒、疱疹性口炎病毒等，其他多为植物病毒。砖形（Brick-shape）：如天花病毒、牛痘苗病毒等；蝌蚪形（Tadpole-shape）：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体2）类病毒（viroid）仅由一个有感染性的RNA构成；3）朊病毒（蛋白质感染因子 prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成。3 原核细胞的类型及特征1）基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状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。2）类型： 支原体（mycoplast）目前发现的最小最简单的细胞； 支原体的直径通常为0.10.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性 ，其基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一）。 细菌：是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.55m之间。可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌。 蓝藻 ：又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用 ，但与光合细菌的光合作用的机制不一样，因此被认为是最简单的植物。蓝藻没有叶绿体，仅有十分简单的光合作用结构装置。蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细胞大得多，直径一般10um左右，甚至可达70m（颤藻）。蓝藻属单细胞生物，有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在。4 古核细胞的结构特点及进化地位1）与原核细胞相似：古核细胞没有核膜，其基因组结构为一环状DNA，常常含有操纵子结构。2）与真核细胞相似：（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非像细菌那样由肽聚糖构成；（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列；（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与；（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖；（55）之间；（5）5SrRNA：根据对5SrRNA的分子进化；3）除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰t；二、要点；1病毒的种类（举例与人类生活密切相关的病毒）；1）真病毒：由核酸分菌那样由肽聚糖构成。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细胞的基因组中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（7084）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。（5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。3）除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。二、要点1 病毒的种类（举例与人类生活密切相关的病毒）1）真病毒：由核酸分子与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。2）类病毒仅由一个有感染性的RNA构成；3）朊病毒（ 仅由感染性的蛋白质亚基构成；例子：病牛病、人类库鲁病及克-雅氏症等慢性神经系统退行性疾病。 根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类： DNA病毒与RNA病毒 。DNA病毒所含的DNA分子又有双链DNA与单链DNA的区别，而RNA病毒所含的RNA分子也有单链RNA与双链RNA的区别。 与人类生活密切相关的病毒：DNA病毒：天花病毒、RNA病毒：SARS、HIV2 病毒与进化的关系：病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。病毒与细胞在起源上的关系主要存在3种观点：（1细胞病毒（2细胞（3 病毒现在第二与第三种观点比较容易接受。而第三种观点越来越具收服力。其主要依据与论点是： 病毒具彻底寄生性，没有细胞的存在就没有病毒繁殖，因此只能是先有细胞后有病毒。 已经证明，有些病毒的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似。 病毒可看做DNA与蛋白质或RNA与蛋白质的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。 真核生物中普遍存在的第二类反转录转座子的两端含有长末端重复序列，结构与整合于基因组上的反转录病毒相似。3原核细胞的特点及其类型（见基础知识3）4 原核细胞与真核细胞的比较：（1）基本特征：详见课本P36（2）原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较：详见课本P37。5 古核细胞的进化地位及其依据：详见基础知识4三、名词1 细胞：细胞是生命活动的基本单位，所有的细胞都有相似的化学组成。2 病毒（virus）:核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒。3 类病毒：仅由一个有感染性的RNA构成，它们不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。4 支原体：目前发现的最小最简单的细胞，支原体的直径通常为0.10.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性 ，其基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一）。5 蓝藻：又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用 ，但与光合细菌的光合作用的机制不一样，因此被认为是最简单的植物。蓝藻没有叶绿体，仅有十分简单的光合作用结构装置。蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细胞大得多，直径一般10um左右，甚至可达70m（颤藻）。蓝藻属单细胞生物，有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在。6 朊病毒（蛋白质感染因子 prion）：仅由感染性的蛋白质亚基构成； 一种结构变异的蛋白质，对高温和蛋白酶均具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白PrPC（cellular prion protein），使PrPC发生结构变异，变为具有致病作用的PrPSc（scrapie-associated prion protein）。7 古核细胞（古细菌）（archaebacteria）:一些生长在极端特殊环境中的细菌 ，如盐细菌，产甲烷细菌等。所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧等，以前把它们归属于原核细胞，现认为其很可能是真核细胞的祖先。第三章：细胞生物学研究方法（整理者：赖笑媚）一、基础知识：1 显微镜的基本原理（分辨率公式）1）分辨率是指区分开两个质点间的最小距离其中 N=介质折射率；=镜口角，=入射光波长2）原理：详见课件2 各类显微镜的基本用途1）倒置显微镜：组成和普通显微镜一样，只不过物镜与照明系统颠倒，前者在载物台之下，后者在载物台之上，用于观察培养的活细胞，具有相差物镜。2）微分干涉显微镜(DIC) ：DIC显微镜使细胞的结构，特别是一些较大的细胞器，如核、线粒体等，立体感特别强，适合于显微操作。目前像基因注入、核移植、转基因等的显微操作常在这种显微镜下进行。3）扫描电子显微镜：用来观察标本的表面结构。4） 激光扫描共聚焦显微镜技术：可以用于观察细胞形态，也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量。5）相差显微镜 ：可用于观察活细胞3 透射和扫描电镜的基本原理及制样技术1）投射电子显微镜基本原理：电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子束照明系统、成像系统（物镜、中间镜与投影镜组成）、真空系统、记录系统、4部分构成。2）制样技术： 冰冻蚀刻技术 标本置于-100?C的干冰或-196?C的液氮中，进行冰冻,然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻（etching；负染色技术负染就是用重金属盐（如磷钨酸、醋酸双；超薄切片技术通常以锇酸和戊二醛固定样品，以环氧；3）扫描电子显微镜基本原理：用一束极细的电子束扫；4了解各种细胞成分分析方法的原理；1）离心分离技术；差速离心：在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心；密度梯度离心：用一定的介质在离心管内形成一连续或；2）细胞即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻（etching）。蚀刻后，向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂，再以90度角喷涂一层碳，加强反差和强度。然后用次氯酸钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。复膜显示出了标本蚀刻面的形态，在电镜下得到的影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。 负染色技术 负染就是用重金属盐（如磷钨酸、醋酸双氧铀）对铺展在载网上的样品进行染色；吸去染料，样品干燥后，样品凹陷处铺了一薄层重金属盐，而凸的出地方则没有染料沉积，从而出现负染效果，分辨力可达1.5nm左右 超薄切片技术 通常以锇酸和戊二醛固定样品，以环氧树脂包埋，以热膨胀或螺旋推进的方式推进样品切片厚2050nm3）扫描电子显微镜基本原理：用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子由探测体收集，并被转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。4 了解各种细胞成分分析方法的原理1）离心分离技术差速离心：在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器.密度梯度离心：用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离，常用的介质为氯化铯，蔗糖和多聚蔗糖。2）细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在 细胞中的分布和含量。3）特异蛋白抗原的定位与定性（免疫细胞化学）：根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原专一结合，对抗原进行定位测定的技术。4）细胞内特异核酸的定位与定性（原位分子杂交技术）：用来检测染色体上的特殊DNA序列。最初是使用带放射性的DNA探针，通过放射自显影来显示位置。后来又发明了免疫探针法，将探针核苷酸的侧链加以改造，探针杂交后，其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别，从而显示出位置。5）定量细胞化学分析技术：细胞显微分光光度术（利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质）流式细胞仪（流式细胞术是对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。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。）5 了解细胞工程常用的几种技术1）细胞融合（cell fusion）技术：通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞融合或细胞杂交。诱导细胞融合的方法有三种：生物方法（病毒）、化学方法（聚乙二醇PEG）、物理方法（电激和激光）。2）显微操作技术：在高倍复式显微镜下，利用显微操作器进行细胞或早期胚胎操作的一种方法。包括细胞核移植、显微注射、嵌合体技术、胚胎移植以及显微切割等。3）单克隆抗体技术：单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用，正常淋巴细胞（如小鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可以在体外长期培养，但不分泌抗体。二、要点：了解研究方法的基本用途，能根据研究目的选用合适的研究方法三、名词1差速离心：在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器2 密度梯度离心：用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离，常用的介质为氯化铯，蔗糖和多聚蔗糖。 3 免疫荧光技术：用荧光标记的抗体或抗原与样品(细胞、组织或分离的物质等)中相应的抗原或抗体结合，以适当检测荧光的技术对其进行分析的方法。4 原位杂交：用标记的单链DNA或RNA探针显示出与其互补的核苷酸序列在组织或细胞中的位置。5 群体培养：将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合后形成均匀的单细胞层。6 克隆培养：将高度稀释的游离细胞悬液加入培养瓶中，各个细胞贴壁后，彼此距离较远，经过生长增殖每一个细胞形成一个细胞集落。 7 细胞融合：通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞融合或细胞杂交。8 单克隆抗体：高度均质性的特异性抗体，由一个识别单一抗原表位的B细胞克隆所分泌。一般来自杂交瘤细胞。9 模式生物：作为实验模型以研究特定生物学现象的动物、植物和微生物。从研究模式生物得到的结论，通常可适用于其他生物。通常具有个体较小、容易培养、操作简单、生长繁殖快的特点。第四章：细胞质膜与细胞表面（整理者：蓝丽萍）一、基础知识1 生物膜的基本结构 具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相形成脂双分子层，它是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白。但在脂筏中存在某些有助于其结构相对稳定的功能蛋白。 蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或结合在其表面，蛋白的类型、蛋白分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自的特性与功能。 生物膜可看作是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。然而膜蛋白与膜脂之间，膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧其他生物大分子的复杂的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性，同时也形成了赖以完成多种膜功能的脂筏等结构2 生物膜的成分膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇3种类型。膜蛋白分为3类：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白。3 细胞连接的类型和功能1）类型 封闭连接（occluding junction）将相邻上皮细胞的质膜紧密地连接在一起，阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一端。紧密连接是这种连接的典型代表。 锚定连接（anchoring junction）通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞，或细胞与胞外基质间连接起来。根据直接参与细胞连接的细胞骨架纤维种类的不同，锚定连接又分为与中间丝相关的锚定连接和雨肌动蛋白丝相关的锚定连接。前者包括桥粒和半桥粒，后者主要有黏合带和黏合斑。 通讯连接（communicating junction）介导相邻细胞间的物质转运、化学或电信号的传递，主要包括间隙连接、神经元间的化学突触和植物间的胞间连丝。2）功能 紧密连接有两种功能。紧密连接阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧通过胞外间隙扩散到另一侧，形成渗透屏障，；锚定连接功能（略）；（以间隙连接为代表）功能主要有三种间隙连接在；二、要点：；1膜的流动性相关因素：；膜的流动性是由膜脂的流动性和膜蛋白的流动性决定的；膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动，它在很大程度；2生物膜的结构特征；3各类细胞连接的结构和功能；4脂质体的应用：；脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性胞层一侧通过胞外间隙扩散到另一侧，形成渗透屏障，起重要的封闭作用。形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。 锚定连接功能（略） （以间隙连接为代表）功能主要有三种间隙连接在代谢耦联中的作用 间隙连接能够允许小分子代谢物和信号分子通过试细胞间代谢耦联的基础。间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 神经元之间或神经元与效应细胞之间通过突触完成神经冲动的传导。间隙连接在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用 卵泡的正常发育依赖于间隙连接。间隙连接也出现在动物胚胎发育的早期。二、要点：1 膜的流动性相关因素：膜的流动性是由膜脂的流动性和膜蛋白的流动性决定的膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动，它在很大程度上是由脂分子本身的性质决定的。一般来说，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。2 生物膜的结构特征3 各类细胞连接的结构和功能4 脂质体的应用：脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的极好的实验材料。脂质体中裹入DNA可有效地将其导入细胞中。在临床治疗中，脂质体也有诱人的应用前提。脂质体中裹入不同的药物或酶等具有特殊功能的生物大分子，可有望用于诊断与治疗多种疾病，特别是脂质体技术与单抗及其他技术结合，可使药物更有效地作用于靶细胞以减少对机体的损伤。5 细胞粘附分子的结构特点（1） 钙黏蛋白钙黏蛋白是一种同亲性结合、Ca离子依赖的细胞黏着糖蛋白，对胚胎发育中的细胞识别，迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有重要作用。钙黏蛋白往往形成二聚体或多聚体，在细胞外的肽链部分折叠形成5个或6个重复结构域，Ca离子就结合在重复结构域之间，从而赋予钙黏蛋白分子刚性和强度。（2） 选择素选择素是一类异亲性结合、Ca离子依赖的细胞黏着分子，能与特异糖基识别并结合。选择素主要参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与黏着，帮助白细胞从血液进入炎症部位。（3） 免疫球蛋白超家族免疫球超家族指分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的细胞黏着分子超家族。其中有的介导同亲型细胞黏着，有的介导异亲型细胞黏着，但免疫球蛋白超家族的黏着都不依赖Ca离子。（4） 整联蛋白整联蛋白普遍存在于脊椎动物细胞表面，属于异亲型结合、Ca离子或Mg离子依赖性的细胞黏着分子，介导细胞与细胞之间或细胞与胞外基质间的黏着。整联蛋白由、两个亚基形成跨膜二聚体。三、名词：1、细胞质膜（plasma membrane）是指围绕在细胞最外层，有脂质和蛋白质组成的生物膜。2、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）膜蛋白不对称的分布在质膜中，有的镶在膜表面，有的嵌入或横跨脂双分子层，膜蛋白和膜脂均可侧向运动。3、脂质体（liposome）是指根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。4、膜骨架（membrane associated cytoskeleton）是指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。5、去垢剂（detergent）是指一端亲水另一端疏水的两性小分子，是分离与研究膜蛋白的常用试剂。去垢剂有离子型去垢剂和非离子型去垢剂两类。6、紧密连接（tight junction）是封闭连接的典型代表，指将相邻上皮细胞的质膜紧密地连接在一起，阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一端。7、桥粒（desmosome）是细胞与细胞间的一种锚定连接方式，在质膜内表面有明显的致密胞质斑，为与之连接的中间丝提供锚定位点。8、黏合斑（focal adhesion）是细胞与胞外基质之间的连接方式，参与的细胞骨架组分是微丝，跨膜粘连蛋白是整联蛋白，有助于维持细胞在运动过程中的张力以及细胞生长的信号传递。9、间隙连接（gap junction）是在动物细胞间专司细胞间通信的连接方式。相邻细胞质膜上的两个连接子对接形成中空的完整的间隙连接结构，以利于小分子通过。10、胞间连丝(plasmodesma)指相邻植物细胞之间的联系通道，直接穿过两相邻细胞的细胞壁。第五章：物质的跨膜运输（整理者：许珍）一、基础知识：1、主动运输的类型：简单扩散和协助扩散2、被动运输的类型 ：（1）由ATP直接提供能量的主动运输 如钠钾泵、钙离子泵、质子泵、ABC超家族等（2）由ATP间接提供能量的主动运输 如协同运输（3）光能驱动的主动运输，见于细菌3、膜泡运输的类型：胞吞作用和胞吐作用胞吞分为：吞噬作用和胞饮作用胞吐分为：组成型的外排途径和调节型外排途径二、要点：1 钠钾泵的工作原理：Na+-K+泵具有ATP酶活性，因此又称Na+-K+ ATPase。 Na+-K+泵是由2个亚基和2个亚基组成的四聚体。在细胞内侧亚基与Na+结合促进ATP水解，亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起亚基构象发生改变，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，亚基构象再度发生变化，将K+泵进细胞，完成整个循环。Na+依赖的磷酸化和K+依赖的去磷酸化引起的构象变化有序交替发生，每个循环消耗1个ATP分子，泵出3个Na+和泵进2个K+。 2 协同运输的工作原理：由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧例子的电化学梯度，而这种离子电化学梯度是通过Na+-K+ 泵（或H+泵）消耗ATP实现的。根据物质运输方向与离子顺电化学梯度的转移方向的关系，协同转运分为同向转运和反向转运。同向转运是物质运输方向和离子移动方向相同，如小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物，就是伴随Na+从细胞外流入细胞内而完成的。完成同向协同转运的载体蛋白有两个结合位点，必须同时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合才能进行同向转运。反向转运是指物质转运的方向与离子转移的方向相反。三、名词1、被动运输：是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运， 不需要消耗能量。2、简单扩散：物质进行跨膜转运时，顺浓度梯度，不需要提供能量，也没有膜蛋白的协助的扩散。3、协助扩散：是物质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，不需要细胞提供能量，有特异性膜蛋白的协助扩散；4、载体蛋白：通透酶（permease）性质，介；5、通道蛋白：具有离子选择性，转运速率高；离子通；6、主动运输：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度；7、钠钾泵：它会使细胞外的Na+浓度高于细胞内，；8、协同运输：由Na+-K+泵（或H+-泵）与载；9、膜泡运输：；10、胞吞作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输；11细胞提供能量，有特异性膜蛋白的协助扩散。4、载体蛋白：通透酶（permease）性质，介导被动运输与主动运输。5、通道蛋白：具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输，又称离子通道 。6、主动运输：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的方式。7、钠钾泵：它会使细胞外的Na+浓度高于细胞内，当Na+顺着浓度差进入细胞时，会经由本体蛋白质的运载体将不易通过细胞膜的物质以共同运输的方式带入细胞。8、协同运输 ：由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式 。9、膜泡运输 ：10、胞吞作用 ：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，又称膜泡运输，属于主动运输。11、胞吐作用 ： 某些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞之外，这个过程也称为外排作用12、胞饮作用 ：细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质，这种内吞作用称为胞饮作用13、组成型外排 ：所有真核细胞都有从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程，通过这种方式，新合成的蛋白质和脂质以囊泡的形式连续不断的供应质膜更新，从而确保细胞分裂前质膜的生长。14、调节型外排 ：分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液）存储在分泌泡内，当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。第六章：线粒体和叶绿体（整理者：吴艳梅，赖笑媚）线粒体功能、半自主性细胞器、真核生物起源一、基础知识1线粒体的结构和酶的定位（1）线粒体的结构外膜(outer membrane）：脂类和蛋白质约各占50%，含孔蛋白，通透性较高，标志酶为单胺氧化酶。内膜（inner membrane）：含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。高度不通透性（与心磷脂有关），向内折叠形成嵴（cristae）,含有与能量转换相关的蛋白（基粒）膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。 基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。（2）线粒体酶的定位2氧化磷酸化的分子基础和偶联机制半自主性细胞器的问题（1）氧化磷酸化的分子基础1）氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行：2）电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链3）ATP合成酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基础) 线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成是由两个不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性 工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 ATP合成机制: 旋转催化理论（结合变构机制）（2）偶联机制半自主性细胞器的问题 化学渗透假说内容：电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子 沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化 学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时 合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。 支持化学渗透假说的实验证据该实验表明：质子动力势乃ATP合成的动力；膜应具有完整性；电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件。3真核细胞起源的内共生假说（1）内容：线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰氏阴性细菌；叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌（Cyanobacteria），即蓝藻。（2）内共生起源学说的主要论据基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似，而与真核细胞不同。 有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质，蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似。以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同。能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征。线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构-蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。二、要点1 F1F0-ATP合酶的结构和功能及工作过程 （内容较多，详见课本P139-142 ATP合酶的结构与组成）2为什么说线粒体和叶绿体是半自主性的细胞器（1）半自主性细胞器的概念： 自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。（2）.线粒体和叶绿体的DNA：mtDNA /ctDNA形状、数量、大小：mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时 间在G1期。复制仍受核控制 mtDNA表现为母系遗传，突变率高于核DNA，且缺乏修复能力。有些遗传病，如Leber遗传性视神经病，肌阵挛性癫；3线粒体DNA的特点；(1)mtDNA分子为环状，外环为重链（H），内；(2).除与mtDNA复制及转录有关的一小段区域；(3)每个线粒体含数个mtDNA，动物mtDNA；4线粒体和叶绿体自身蛋白来源；（1）线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限；（2）线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有；（3）不同来些遗传病，如Leber遗传性视神经病，肌阵挛性癫痫等均与线粒体基因突变有关。3 线粒体DNA的特点(1)mtDNA分子为环状，外环为重链（H），内环为轻链（L ），大多数基因由H链转录， 包括2个rRNA ， 14个tRNA 和12个编码多肽的mRNA ， L链编码另外8个tRNA和一条多肽链。(2).除与mtDNA复制及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。(3)每个线粒体含数个m tDNA，动物m tDNA 约16-20kb，mtDNA上的基因相互连接或仅间隔几个核苷酸序列， 一些多肽基因相互重叠， 几乎所有阅读框都缺少非翻译区域。很多基因没有完整的终止密码， 而仅以T或TA 结尾，mRNA的终止信号是在转录后加工时加上去的。4 线粒体和叶绿体自身蛋白来源（1）线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限（2）线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性（3）不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异（4） 参加叶绿体组成的蛋白质来源有种情况：由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成； 由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成； 由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。三、名词：1 F1F0-ATP合酶： 由多亚基组装形成的多蛋白复合体，ATP合酶是生物体能量转换的核心酶，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力的驱动下催化合成ATP。广泛存在于线粒体，叶绿体，光合细菌和异氧菌中。包括两部分：球状的F1头部和嵌于内膜的F0基部 2 F1因子 ：是水溶性的蛋白复合物，由5种类型的9个亚基组成。 3 F0因子 ：是嵌合在内膜的疏水性蛋白复合体，由a,b,c三个亚基组成的一个跨膜质子通道4 旋转催化假说（结合变构学说） ：详见课本P1405 半自主性细胞器：自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。第七章：细胞质基质与内膜系统（整理者：吴艳梅）一、基础知识：1 内质网的结构和功能（1）结构：由封闭的管状或扁平壤状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。分为粗面内质网和光面内质网。粗面内质网多呈扁壤状，排列较为整齐，因在其表面分布着大量的核糖体而命名。光面内质网常为分支管状，形成较为复杂的立体结构。（2）功能：1）粗面内质网： 蛋白质合成；蛋白质的修饰与加工；新生肽的折叠与组装2）光面内质网：脂类的合成和转运；类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）肝的解毒作用；肝细胞葡萄糖的释放（G-6P?G）；储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中2 高尔基体的结构和功能（1）结构：由数个扁平膜囊和大小不等的囊泡构成的有极性的细胞器，呈弓形或半球形，顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常大量分布于分泌端的细胞质中。高尔基体至少由互相联系的3个部分组成，每部分又可能划分出更精细的间隔（2）功能：1）参与细胞分泌活动 :对细胞合成的蛋白质进行加工，分类和运出，其过程是ER上合成蛋白质进入ER腔以出芽形成囊泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。2）蛋白质的糖基化及其修饰3）蛋白酶的水解和其它加工过程4）（其他功能：进行膜的转化功能;参与形成溶酶体;参与植物细胞壁的形成;合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质3 溶酶体的功能和分类（1）功能：1）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞2）防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）3） 其它重要的生理功能:?作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；?分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节；参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；?受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。（2）分类：分为初级溶酶体和次级溶酶体。其中次级溶酶体包括自噬溶酶体和异噬溶酶体4 蛋白分选与加工蛋白质的分选大体可分为两条途径：1翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器2共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至粗面内质网，然后新生肽边合成边转入粗面内质网中，再经高尔基体加工包装运至溶酶体，细胞质膜或分泌到细胞外。如果从蛋白质分选的转运方式或机制来看，又可将蛋白质转运分为4类：1蛋白质的跨膜转运2膜泡转运3选择性的门控转运4细胞质基质中的蛋白质的转运二、要点：1 内质网的功能：详见基础知识12 高尔基体的功能 ：详见基础知识23 溶酶体膜特征（1）嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境（2）具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运（3）膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解 4 糖基化两种方式5 溶酶体在一些特殊细胞中的功能详见基础知识36 分泌蛋白合成的信号假说即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。三、名词1内膜系统：细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等；2初级溶酶体：呈球形，直径0.2-0.5um，内；3次级溶酶体：是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬；4信号肽：分泌蛋白新生肽链N端的一段2030氨；5分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合；一、基础知识：；1细胞信号传递的方式；（1）细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多；（2）细胞间接触依赖性的通讯，指细胞间直接接触，酶体、胞内体和分泌泡等。2 初级溶酶体：呈球形，直径0.2-0.5um，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.5nm。其中含有多种水解酶类，都属酸性水解酶。3次级溶酶体：是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡，胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称之为自噬溶酶体和异噬溶酶体，二者都是进行消化作用的溶酶体。4信号肽：分泌蛋白新生肽链N端的一段2030氨基酸残基组成的肽段。将分泌蛋白引导进入内质网，同时这个肽段被切除。5分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。 第八章：细胞信号转导（整理者：李名森）主要是概念和几种信号通路一、基础知识：1细胞信号传递的方式（1）细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式。（2）细胞间接触依赖性的通讯，指细胞间直接接触，通过与质膜结合的信号分子影响其它细胞。（3）动物相邻细胞间形成间隙连接以及植物细胞间通过胞间连丝使细胞相互沟通，通过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联。2细胞信号通路（1）信号的合成与释放（2）信号分子运至靶细胞（3）信号分子与靶细胞受体特异性结合并导致受体激活（4）活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径（5）引发细胞功能、代谢或发育的改变（6）信号的解除并导致细胞反应的终止二、要点：1细胞内受体的结构特点一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白,少数是糖脂。一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应2 cAMP信号途径（1）主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。首要效应酶是腺苷酸环化酶，通过腺苷酸环化酶活性的变化调节靶细胞内第二信使cAMP的水平，进而影响信号通路的下游事件。（2）反应链：激素G-蛋白耦联受体(GPLR)G-蛋白腺苷酸环化酶cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录 （大家可以用自己的话加以描述）这正是从细胞表面受体通过第二信使cAMP引发的细胞内级联反应实现信号放大，并表现细胞整体反应的过程3 磷脂酰肌醇信号途径最大特点是胞外信号被膜受体接受后同时产生2个胞内信使，分别启动2个信号传递途径，即IP3/Ca2+和DAG/PKC途径，实现细胞对外界信号的应答。“双信使系统”反应链：胞外信号分子G-蛋白耦联受体G-蛋白IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应磷脂酶DG激活PKC蛋白磷酸化、活化Na+/H+交换使胞内pH升高?4 酶偶联受体的激活受体酪氨酸激酶（RPTKs)为单次跨膜蛋白，配体与受体结合，导致二聚化形成同源或异源二聚体，二聚体内彼此交叉磷酸化胞内段酪氨酸残基。磷酸化的酪氨酸残基进一步导致构象变化，或有利于ATP的结合，或有利于其他受体结合其他蛋白质底物。活化的RPTKs通过磷酸酪氨酸残基可以结合多种细胞质中带有SH2结构域的结合蛋白或信号蛋白，基一是接头蛋白，另一类是在信号通路中有关的酶。三、名词：1 细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。2 细胞识别：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用引起细胞反应的现象。3 信号分子： 是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质等以及物理信号诸声、光、电和温度变化等。根据其溶解性可分为亲脂性和亲水性其共同特点是：特异性，高效性，可被灭活4 受体：一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白,少数是糖脂。一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应5 分子开关：两组在进化上保守的胞内蛋白在信号转导中行使功能，一类是GTP