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第一章 绪论细胞生物学的定义细胞生物学的三个研究水平我国基础科学发展规划中生命科学的四大基础学科：细胞生物学、分子生物学、神经科学、生态学当前细胞生物学的研究领域：1细胞膜与细胞器的研究；细胞骨架体系的研究；细胞核、染色体及基因表达的研究 2细胞通讯和细胞信号转导 3细胞增殖及其调控 4细胞分化及其调控 5细胞的衰老与凋亡 6干细胞及其应用 7. 细胞工程第二章 细胞的起源与进化从原核细胞到真核细胞的演进一、原核细胞(prokaryoctyt) 1、结构细胞壁、细胞膜、细胞质、荚膜特点：没有细胞核、无膜性细胞器 DNA存在于拟核区，为双链环状，不与组蛋白结合 细胞体积较小（1-10um） 含有核糖体2、原核生物：支原体、细菌、放线菌、蓝细菌 几乎所有的原核生物都是由单个原核细胞构成二、真核细胞（eukaryocyte）1、特点：有细胞核，核内含大部分DNA，有核膜可与细胞质分开胞质内有许多膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体等体积比原核细胞大1000倍。有细胞骨架。 2、真核细胞进化过程中的一个关键步骤是：膜性细胞器的出现。 2、真核生物：单细胞生物（酵母、绿藻）、真菌、动、植物三、原核细胞和真核细胞的比较 1、在基因组组成上有显著差异1）真核细胞含有更多的DNA，蕴藏更多的遗传信息。 DNA呈线状，并包装成高度凝集的染色质结构。2）真核细胞的细胞器中也含有DNA3）真核细胞的mRNA在合成后，必须在核内剪接加工，然后运到胞浆中翻译成蛋白质。DNA转录与翻译分开进行。 特征 原核细胞 真核细胞细胞结构 核膜 无 有核仁 无 有线粒体 无 有内质网 无 有高尔基复合体 无 有溶酶体 无 有细胞骨架 无 有核糖体 有，70S 有，80S基因组DNA量（信息量） 少 大DNA分子结构 环状 线状染色质或染色体 仅有一条DNA，DNA裸露 有2个以上DNA分子，DNA 不与组蛋白结合，但可与少 与组蛋白和部分酸性蛋白结合 量组蛋白结合。 以核小体及各级高级结构构成 染色质与染色体。基因结构特点 无内含子，无大量DNA重 有内含子和大量DNA重复序列 复序列。转录与翻译 同时进行（在胞质内） 核内转录，胞质内翻译转录与翻译后大分子的加工与修饰 无 有第三章 细胞生物学的研究方法和手段第一节 显微镜技术（microscopy）介绍几个相关概念：1、 分辨率（resolution, 也称分辨本领resolving power）：区分开两个质点间的最小距离。2、极限分辨率：能清楚分辨出两点之间的最小间隔。数值越小，分辨本领越强。人眼的极限分辨率为100um, 而动物细胞的大小在10-20um之间。一、 光学显微镜：分辨率为0.2um（一）普通光学显微镜（light microscope）1、应用最早、广。2、 光源自然光、灯光。3、最大放大倍数极限放大倍数为500倍4、可见结构：细胞、细菌、细胞器（线粒体、细胞核等）、少数病毒。 5、观察前的处理：固定、包埋、切片、染色。（二）荧光显微镜：分辨率高于普通光镜目前在光镜水平对特异蛋白质等生物大分子进行定性定位的最有力的工具。（三）相差显微镜技术1、 特点：观察活细胞、未染色的生物标本 避免在样品制作过程中细胞成分的丢失或失真。2、 应用：细胞培养中观察细胞的生长情况等。（四）激光共聚焦扫描显微镜（自学）：分辨率是普通光镜的1.4倍。二、 电子显微镜技术1、光源：电子束 波长与电子运动快慢有关，越快，波长越短，分辨力越强。2、分辨本领高：3、 可以观察：细胞的亚显微结构和生物大分子。4、 样品制备复杂：需要真空；要求样品很薄，一般在数十纳米，要求有超薄技术。一般用 重金属染色。5、常用的电镜 透射电镜(TEM): 观察细胞的微细结构扫描电镜（SEM）：观察细胞表面的三维形态第二节 细胞的分离和培养一、从组织中分离不同类型的细胞1、制备单细胞悬液：蛋白水解酶（胰蛋白酶、胶原酶 EDTA: 金属螯合剂 机械方法2、分离出不同类型的细胞 离心 抗体偶联法 流式细胞仪（FCM、flowcytometer）：最精密的细胞分离技术3、生化分析或细胞培养二、细胞培养（cell culture）1、定义：从活体组织中分离出特定的细胞，在一定条件下进行培养，使之能够继续生存、生长以至增殖的一种方法。2、是研究不同细胞功能的一种有力的手段。 所得的结果不能完全代表体内情况。3、几个相关的概念 in vitro:用培养的细胞进行的实验（离体的）。 in vivo在完整肌体内进行的实验（在体）。 原代培养(primary culture)：指直接从机体取下细胞、组织和器官后立即进行培养。 传代培养：是指把增殖的原代培养的细胞从培养瓶中取出，以1：2以上的比例扩大培养。细胞系：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转化的细胞，可无限繁殖、传代。三、细胞融合、 定义：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2、应用：研究不同细胞间的相互作用证明膜蛋白的运动制备单克隆抗体（B淋巴细胞与肿瘤细胞相融合，融合细胞既有肿瘤细胞无限传代的特性，又有淋巴细胞产生抗体的职能。人染色体上特定基因的定位第五章 细胞膜的结构生物膜和单位膜的定义第一节 细胞膜的化学组成 脂类双层、构成膜的主体蛋白质膜功能的担负者糖类分布在细胞表面其他：水、无机盐、金属离子在不同类型的生物膜中各种成分比例有差异。一般说来，功能复杂的膜中蛋白质的比例较高。一、膜脂1、种类 磷脂卵磷脂、鞘磷脂、磷脂酰肌醇等 结构特征 亲水头磷脂酰碱基 疏水尾脂肪酸链 胆固醇调节膜的流动性 加强膜的稳定性 糖脂存在于一切动物的细胞膜中有种属和组织差异性位于所有膜的非胞质面单层将糖基暴露在细胞表面，可作为受体，参与细胞识别和信息传导 2、特点：双亲性分子 3、存在方式（水溶液中） 球状的胶态分子团 脂质双分子层 脂质体：根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层的趋势而制备的人工膜 分成 平面脂质体膜 球形脂质体直径1微米 作用：质膜功能实验性研究 基因转移 疾病治疗二、膜蛋白1、 膜功能的主要承担者2、 不同类型的膜中含量差别很大3、 分类：外在膜蛋白内在膜蛋白占20%-30%膜的内外表面，内表面为主不与脂质的疏水区连接水溶性蛋白结合力较弱：离子键 静电作用分离条件：温和，不破坏膜结构 改变离子强度 浓度 提高温度占70%-80%多数为跨膜蛋白多见于功能复杂的细胞膜嵌入或贯穿脂双层，直接与脂质的疏水区相作用双亲性分子与膜结合紧密去垢剂使膜崩解后才能分离出来4、 功能：物质转运、受体、支持连接、催化作用三、膜中的糖类 1、存在与所有真核细胞的表面，形成细胞外被（cell coat）或糖萼2、细胞外被：膜上的糖蛋白和糖脂中的所有糖类都位于膜的非胞质面一侧，在大多数真核细胞膜的表面，富含糖类的周缘区称为细胞外被，保护细胞表面免受机械和化学损伤3、含量：一般少于10%4、形式：糖蛋白、糖脂5、种类：半乳糖、甘露糖、唾液酸等9种6、作用：保护、细胞识别、细胞黏附第二节、生物膜的特征生物膜的两个显著的特征：1、流动性、 2、不对称性一、 流动性1、流动性：膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态2、是细胞进行生命活动的必要条件3、生理常温时生物膜为液晶态4、膜脂分子的运动：侧向、翻转、旋转、弯曲、伸缩震荡5、 膜蛋白在质膜中的运动1）方式： 侧向细胞融合实验证实旋转不需要消耗能量2）特点：速度慢、区域性、3）并非所有的蛋白分子都能在膜上运动。6、影响膜流动性的因素 流动性越大 1）脂肪酸链的饱和程度和长度不饱和脂肪酸越多 烃链越短2）胆固醇的含量有双重作用：与磷脂结合，限制磷脂的运动 将磷脂隔开，使其更易流动正常含量，防止烃链的凝集 防止在温度降低时流动性突然降低 增加膜的稳定性3）卵磷脂和鞘磷脂的比值：比值越高，流动性越强。4）膜蛋白的影响：嵌入疏水区，降低流动性5）其他：环境温度、离子强度、酸碱度等。二、 膜的不对称性1、不对称性：质膜内外两层的结构和功能有很大差异2、膜脂分布的不对称性：相对性不对称，含量上的差别3、膜蛋白分布的不对称性： 4、糖基均分布在非胞质面：绝对的不对称第三节 细胞膜的分子结构模型一、片层结构模型二、单位膜模型三、 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)1、 膜中的脂双层构成膜的连续主体有序的分子排列液体的流动性2、 蛋白质分子以各种形式与脂双层结合。3、 膜是一种动态的、不对称的、具有流动性的结构4、 不足：无法解释质膜在变化过程中怎样保持膜的相对完整和稳定。四、 脂筏模型1、 膜各部分脂质的分布不均一。2、 脂筏(lipid rafts)：膜中富含胆固醇和鞘磷脂的微区中聚集一些特定的蛋白质，这些区域比膜的其他部分厚，更有秩序且较少流动，称为脂筏。3、 脂筏存在于质膜和高尔基体膜上。4、 质膜上的脂筏与caveolin-1结合后形成小窝caveole。5、 作用：在膜内形成一个有效的平台 在信号转导、细胞蛋白质转运等方面起作用。第四节 细胞膜与癌变1、将肿瘤称为膜分子病2、生物膜在癌变中的作用1） 膜表面糖链残缺，黏着力下降，接触抑制的丧失。2） 纤连蛋白等糖蛋白消失，肿瘤细胞易脱落，浸润并转移。3）含唾液酸的糖蛋白明显增加，逃避免疫监视4）通透性增加，受体介导的胞吞作用增强，物质转运活性增强5）表面常有所改变（微绒毛、变形等）3、接触抑制：离体的细胞培养时，正常细胞生长到彼此相互接触的密度时铺满成层后便停止生长分裂，称为接触抑制。 细胞失去接触抑制。第六章 物质的跨膜运输与信号转导第一节 小分子物质的跨膜转运一、 细胞膜是选择性半透膜二、 被动扩散 1、不需要膜蛋白协助，将物质顺浓度梯度（由高到低）进行跨膜转运的方式，不需要细胞提供能量。 2、运输物质： 非极性小分子（如H2O、尿素、甘油）不带电的极性小分子（如O2、CO2、乙醇）。 3、分子量越小，脂溶性越强，越容易通过脂双层。三、 膜运输蛋白1、膜运输蛋白：细胞中负责转运各种极性分子和离子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢产物的膜蛋白称膜运输蛋白。2、通常每种膜转运蛋白只转运一种特定类型的物质3、都是跨膜蛋白4、分两类：载体蛋白（carrier protein）改变构象 介导被动和主动运输 通道蛋白(channel protein)形成水性通道 只介导被动运输。四、 易化扩散（一）、载体蛋白介导的1、 定义：不耗能，需要膜运输蛋白的帮助，顺浓度梯度或电化学梯度方向向低浓度方向的跨膜转运过程。2、运输物质：极性分子和离子，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。3、特点：特异性 饱和现象 竞争性抑制4、举例：红细胞膜上葡萄糖（G）转运蛋白（二）、通道蛋白介导的1、典型的通道蛋白离子通道2、转运的物质：Na+、K+等3、离子通道的特点：快速 高度的选择性 非持续性开放 不需要消耗能量4、离子通道的类型 配体闸门通道神经递质、信号分子 电压闸门通道膜电位变化时开放五、 主动运输1、定义：消耗细胞代谢所产生的能量，借助细胞膜上载体蛋白的帮助，将物质逆浓度梯度或电化学梯度运输的方式。2、特点：逆浓度或化学梯度 需要消耗能量 需要特异性载体蛋白介导3、Na+ -K+泵（Na+ -K+ATP酶） 1）是一种离子泵，是细胞膜上进行主动运输的一种载体蛋白。它能主动地逆电化学梯度把Na+泵出细胞外，把K+摄入细胞内以维持细胞内高K低Na的离子梯度。水解一个ATP分子可排出3个Na+，摄入2个K+。 2）维持细胞内高K低Na 的离子梯度 3）间接效应：a.调节细胞容积 b.物质吸收 c.维持细胞内高浓度的K（核糖体合成蛋白 质和糖酵解的必要条件） d.产生膜电位 4、Ca2+ 泵（Ca2+ -ATP酶）5、H+-ATP酶六、协同运输1、协同运输：一些转运蛋白在转运一种溶质分子时，同时或随后伴随转运另一种溶质分子。2、分为 同向运输逆向运输 3、同向运输：见于从肠腔和肾小管主动转运葡萄糖，同时伴有Na+的同向转运 葡萄糖的主动运输是由其他物质如Na+的离子梯度中贮存的能量驱动的。而不是直接由ATP水解来驱动的。 Na+ -K+泵间接驱动这种转运过程。 4、上皮细胞中载体蛋白在细胞膜上的分布是不对称的。第九章 细胞的内膜系统1、内膜系统：细胞内膜构成了多种形态各异、功能不同的膜性细胞器。其中有些膜性细胞器在结构、功能和形态发生上具有一定联系，构成一个完整系统的一些膜性细胞器，相对于细胞膜而言，将它们统称为内膜系统，包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及其它各种小泡。2、是真核细胞特有的结构3、各种细胞器有相对固定的比邻关系4、能使各部分互不干扰、高度协调地进行各种代谢活动5、主要功能是进行蛋白质的合成和分选一、 核糖体（ribosome）1、类型 70S的核糖体：原核细胞、真核细胞的线粒体、 叶绿体 80S 的核糖体：线粒体、叶绿体以外的真核细胞2、化学组成 RNA ：60% 蛋白质：40% 3、结构、存在形式 大亚基 小亚基 一般以游离状态存在，只有当小亚基与mRNA结合后，大亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体 4、分布：原核细胞：大部分核糖体游离存在真核细胞：大部分为附着核糖体5、 附着核糖体附着在粗面内质网上 合成水溶性（分泌蛋白、驻留蛋白） 和膜蛋白 游离核糖体游离在细胞质中 合成基础性蛋白（结构蛋白、血红蛋白）多聚核糖体：多个核糖体结合到一个mRNA链上成串排列，形成蛋白质合成的功能单位。附着和游离核糖体的结构和功能相同，不同在于合成蛋白质的种类不同。6、功能：蛋白质的合成。二、 内质网（ER）(一) 形态结构1、单位膜围成的，由连续的小管、小泡和扁囊组成的三维网状膜系统 。一些细胞中这三种结构单位并非全部存在。 2、内质网腔与核膜腔相通 3、以细胞核为中心向四周铺展 4、在内膜系统中占中心地位。 （二）类型 粗面内质网（rER） 分泌蛋白合成旺盛的细胞（胰腺和浆细胞）丰富 分化程度低（肿瘤/胚胎细胞）较少 可根据粗面内质网结构的复杂程度，判断细胞的功能状态和分化程度 滑面内质网（sER） 扁囊结构少见，多数细胞中不丰富。 肝细胞、睾丸间质细胞、肾上腺细胞和骨骼肌细胞中丰富通常两种类型同时存在，特殊情况胰腺外分泌细胞：rER 肌细胞: sER （三）化学组成 1、微粒体内质网与细胞内其它成分连接复杂，不易分离，当细胞匀浆而被破坏后，内质网断裂成许多封闭小泡。a具备合成蛋白、脂类和蛋白糖基化等内质网的基本功能，在研究中可与内质网同等看待。b分为 粗面微粒体：来源于粗面内质网 滑面微粒体：来源不易确定 滑面内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜 2、脂类 蛋白质比细胞膜中的含量高 包括 分子伴侣蛋白 酶类：葡萄糖-6-磷酸酶（内质网的标志酶） （四）内质网的功能 与蛋白质的合成 参与脂类的合成（sER）、膜的生成 参与糖代谢：主要在滑面内质网上进行是否参与糖原的合成有争议主要参与糖原的分解 解毒作用：主要由肝细胞的滑面内质网完成。将一些外来药物和脂溶性代谢产物经氧化、还原、水解和结合等过程进行解毒。存在与解毒作用有关的酶类细胞色素P450 NADPH-细胞色素c还原酶 物质运输与交换 机械支持（五）内质网参与蛋白质的合成。l、主要由粗面内质网完成2、合成蛋白的种类 分泌蛋白（酶、多肽类激素等） 驻留蛋白：溶酶体中的酸性蛋白 内质网、高尔基体等的固有蛋白 膜蛋白：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、3、合成过程：1) 核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上 信号肽（signal peptide）：由位于分泌蛋白mRNA5-端起始密码之后的信号 密码编码 是最先被翻译的氨基酸序列 由16-26个疏水氨基酸组成， 可指导分泌蛋白在粗面内质网上的合成 一旦进入内质网腔，即被信号肽酶切掉 信号假说（参见教材）2) 核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔3) 分子伴侣在内质网腔内对蛋白质进行折叠 分子伴侣：一些蛋白质能特异识别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合，帮助这些多肽进行折叠、装配和转运但本身不参与最终产物的形成，只起陪伴作用的蛋白质包括：蛋白二硫异构酶(PDI) 结合蛋白(Bip) 葡萄糖调节蛋白94 C末端有KEDL序列，4) 新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化（N-连接） 由内质网腔转运到高尔基体和溶酶体的蛋白质均为糖蛋白。糖基化的方式以N-连接为主 5） 内质网合成的蛋白质经芽生的小泡向高尔基体转运6） 蛋白质在高尔基体内加工、分选并运送到细胞膜或溶酶体等靶结构。 （六）内质网的病理改变（自学）三、高尔基体(Golgi body) 1、结构：单位膜围成的膜性细胞器 基本结构单位扁平囊泡、小泡、大泡 2、有极性的细胞器 生成面面向细胞核、内质网 分泌面面向细胞膜一侧 3、化学组成 蛋白质：含量低于内质网膜、高于细胞膜 包括多种酶类 标志酶：糖基转移酶 脂类 4、功能不同的三个组成部分 顺面高尔基网状结构分选内质网新合成的蛋白质、脂类 大部分转入高尔基中间膜囊 小部分返回内质网 高尔基中间膜囊糖基化 反面高尔基网状结构蛋白质的分选 5、功能 1）参与细胞的分泌活动 2）参与蛋白质、糖脂等的加工和修饰 3）对内质网合成的蛋白质加工修饰后，通过分选运送到不同的结构 4）水解和加工蛋白质5）参与膜的转化活动。 6、高尔基体对蛋白质进行糖基化的生物学意义 使蛋白质在成熟过程中能正确折叠、增强蛋白质的稳定性。利于分类包装。保证糖蛋白从ER到高尔基体的单方向转运四、溶酶体（lysosome） 1、一种膜性细胞器 2、形状：圆形、卵圆形 3、内部含有60多种酸性水解酶。 4、内部酸性环境的保持依靠质子泵。 5、膜蛋白的高度糖基化可以使溶酶体膜免受溶酶体内蛋白酶的消化。 6、类型 内体性溶酶体运输小泡和内体合并 吞噬性溶酶体内体性溶酶体+被水解的吞噬底物 分为 自噬性 异噬性 7、溶酶体的形成：参见教材 8、残余小体：一些未被消化分解的物质存留在溶酶体内，形成电镜下电子密度较高、色调较深的残留物。 包括：脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构 9、功能：消化细胞内吞的物质 分解细胞自身的物质 参与激素的形成 参与器官的发育：青蛙尾部消失过程中除了溶酶体起作用外，细胞凋亡机制也起作用。 10、溶酶体相关的疾病 先天性溶酶体病 矽肺 类风湿性关节炎 肿瘤五、过氧化物酶体（peroxisome） 1、膜性细胞器 2、含有多种酶，过氧化氢酶为标志酶 3、功能：代谢解毒 4、过氧化物酶体和溶酶体的区别 电镜下：尿酸氧化酶等常形成晶格状结构 酶的种类：多种氧化酶类 pH：7左右 标志酶：过氧化氢酶 5、发生：已有的过氧化物酶体分裂而成。蛋白质：由核基因编码 在细胞质基质中合成 合成后转运到过氧化物酶体膜脂：在内质网上合成 通过膜泡运输或磷脂交换蛋白转运而来六、蛋白质分选的四种基本类型 蛋白质的跨膜转运：膜泡运输选择性的门控转运：核孔复合体细胞质基质中的蛋白质转运：与细胞骨架密切相关第十章 囊泡运输囊泡运输（vesicular transport）：囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又与另一个内膜细胞器发生融合，这个转运过程称为囊泡运输。是真核细胞物质运输的一种主要方式是一个双向、有序的过程一、囊泡及其转运的分子基础 1、囊泡：囊膜来源于细胞膜、细胞器膜 表面有特异性的包被蛋白 2、囊泡的分类：根据包被蛋白 网格蛋白包被囊泡细胞膜 内体 高尔基体 内体 高尔基体 溶酶体（偶见） COP包被小泡粗面内质网 高尔基体COP包被小泡高尔基体 粗面内质网其它 3、网格蛋白包被囊泡的转运1） 网格蛋白(clathrin)囊泡表面覆盖的一层纤维丝状蛋白，有三个臂（三条腿），每条腿含有一条重链和一条轻链。提高囊泡的表面张力。不具备捕获能力2） 网格蛋白包被囊泡的转运过程：被转运分子与质膜上的受体结合被接合素（adaptin）捕获接合素催化网格蛋白聚合在动力素和网格蛋白的参与下，囊泡形成动力素在将囊泡口收缩囊泡与细胞膜脱离。三、 胞吞作用（endocytosis）1、大分子物质（细菌、病毒、生物大分子颗粒）进入细胞的一种方式2、需要消耗能量 3、分为 吞噬作用：固态物质主要执行清除任务巨噬细胞、单核细胞、多形白细胞 胞饮作用：液体、溶质大多数细胞中不断进行摄取大分子物质的主要途径主要由网格蛋白包被小泡完成 5、受体介导的胞吞作用1） 定义：有些大分子物质如LDL，进入细胞必须先与膜上特异性的受体识别并结合，然后通过胞吞作用进入细胞内的特异性的内吞方式2） 过程（以LDL为例参见教材）3） 特点：138页最后一段。4） 维生素B12、铁离子等四、胞吐作用 与胞吐作用相反，消耗ATP。 分泌形式：1.固有分泌： 持续不断地分泌出去 2.受调分泌：合成后的大分子贮存在分泌颗粒中，接受刺激后外吐。见于特化的分泌细胞第十一章 线粒体（mitochondrion）提供细胞生命活动所需能量的95%。有细胞“动力工厂”之称一、形态结构、化学组成 1、形态：光镜下线状、颗粒状 2、数量分布：不同类型细胞线粒体的数量相差很大。 多分布在细胞内能量需求大的区域。 3、结构：电镜下： 双层封闭性膜囊结构1） 结构和功能不同的两层膜是细内膜：胞质与线粒体基质之间主要的通透屏障，内表面有负责多种功能的蛋白 外膜内膜厚度7nm5nm表面光滑、平整向内突起、折叠蛋白质含量低，50%高，76% 通透性大，5000的小分子可自由通过小，150不能通过包括ATP合酶、转运蛋白、电子传递链2）膜间腔：内外膜间的间隙 充满无定形液体，含有多种可溶性酶、底物和辅助因子 转位接触点电镜下观察到线粒体内外膜相互接触、使膜间隙变窄的部位。利于物质运输。3）基质腔：内膜包裹形成的 含均质性的胶状物， 主要成分蛋白质（酶）、脂类 线粒体DNA，线粒体RNA，线粒体核糖体（相对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统）4）基粒（elementary particle）：线粒体内膜内表面上排列规则的球形小体，是将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使ADP生成ATP的重要部位，它的化学本质是ATP合酶分成3个部分 头部合成ATP的关键装置柄部调控质子通过基部嵌入内膜，是质子流向头部的通道 4、化学组成： 蛋白质： 占65%-70%，含酶最多的细胞器（120种） 不同部位的标志酶 内膜细胞色素氧化酶 外膜单胺氧化酶 基质苹果酸脱氢酶 膜间腔腺苷酸激酶脂类： 占25%-30% 特点：含丰富的心磷脂、少量的胆固醇DNA/RNA/核糖体:辅酶：如CoQ , FMN, FAD, NAD+维生素和无机离子：第二节、线粒体的半自主性 线粒体是动物细胞中除细胞核之外唯一含有遗传物质的细胞器，并且有自己的蛋白翻译系统。一、线粒体DNA1、有种属差异 2、动物细胞mtDNA多为1.6kb, 比核DNA小100-1000倍 3、人mtDNA大小：16569bp，比核3*109小得多 结构：双链、环状DNA，不同于核的双链螺旋结构 共有37个基因 22个编码tRNA （核有 个） 2个编码rRNA 13个编码蛋白质 不同于核基因组的特点：1. 结构紧密，基因内部不含内含子，没有或很少有非编码序列2. 不与组蛋白结合，核内DNA是与组蛋白结合并包装成染色质3. 两条链的编码不对称：37个编码序列中28个位于H链上4. 密码子与反密码子的配对是不严格的：只需22种tRNA5. 遗传密码的意义有所不同：二、线粒体内蛋白质的来源：外源性：90% 依赖于核DNA编码，并在胞质内合成。对核编码蛋白的转运 1）导肽：将被转运入线粒体的蛋白质（前体蛋白）的N-末端都有一段20-80个氨基酸组成的序列，称为。识别、牵引的作用 2）过程：前体蛋白去折叠（分子伴侣如胞质HSP70参与），在导肽的作用下与输入受体结合 前体蛋白到达转位接触点，穿膜进入线粒体的基质腔。 前体蛋白重新折叠（线粒体HSP70、60、10参与），水解酶将导肽裂解。 内源性：很少，10% 是完成电子传递和氧化磷酸化必须的。 线粒体内合成，不运出线粒体 需要的tRNA,mRNA和核糖体是专用的4、线粒体遗传系统与核遗传系统的相互关系 1）线粒体中含有DNA、各种RNA、核糖体和蛋白质合成所需的酶类，它的遗传系统能表达和进行蛋白质的合成。有一定的自主性。 2）线粒体合成的蛋白质只能满足本身结构和功能的极小一部分需求，它的遗传系统的表达在很大程度上依赖于核遗传系统。因为mtDNA复制，转录和翻译过程中所需的酶类都是由核基因组指导合成，并转运到线粒体内。 所以，线粒体只能是一个半自主性的细胞器。 3）细胞核遗传系统也会受到线粒体遗传系统表达状态的影响。三、线粒体与氧化磷酸化 1 、细胞呼吸（细胞氧化）在细胞内特定的细胞器（主要是线粒体）内，在O2的参与下，分解各种大分子物质，产生CO2,同时分解代谢所释放出的能量储存于ATP中的过程2、细胞氧化的四个阶段 糖酵解细胞质中进行 乙酰CoA的生成线粒体基质 三羧酸循环线粒体基质 氧化磷酸化线粒体内膜四、细胞的能量转换：化学渗透假说 当电子沿呼吸链传递时，所释放的能量将质子从内膜基质侧泵至膜间隙，由于线粒体内膜对离子是高度不通透的，从而使膜间隙的质子浓度高于基质，在内膜的两侧形成pH梯度及电位梯度两者共同构成电化学梯度。质子沿电化学梯度穿过内膜上的ATP酶复合物流回基质，使ATP酶的构象发生改变，将ADP和Pi合成ATP。五、线粒体与疾病 1）线粒体疾病的特征 高突变率 多质性 母系遗传 阈值效应第十二章 细胞骨架细胞骨架: 真核细胞中由蛋白纤维交织而成的立体网架结构、充满细胞质空间，与细胞膜和 核膜存在一定的结构联系，参与细胞一切重要的生命活动。包括三种类型的蛋白质纤维 微管(microtubules)微丝(microfilaments)中间丝(intermediate filaments)第一节 微管 一、结构、化学组成1、中空的小管2、分子组成：微管蛋白（tubulin） 3、基本构件：微管蛋白和形成的异二聚体异二聚体头尾相接原纤维侧面扩展成片片层达13根原纤维时，合拢为一段微管在两端不断加上异二聚体微管延长。 4、有极性 5、存在形式 单管主要的形式 稳定，低温、钙离子能使之解聚较稳定 二联管分布在鞭毛、纤毛 三联管中心粒、鞭毛和纤毛的基体中二、微管结合蛋白（microtubule-associated protein, MAP） 1、微管中的一些结合在微管表面，与微管共存并参与微管装配的辅助蛋白， 2、包括：MAP-1、2，tau、MAP-43、分布：神经细胞 MAP-1、2胞体和树突中tau只存在于轴突中 神经细胞、非神经细胞MAP-44、功能：调节微管的特异性，将微管连接到特异性细胞器上三、微管的组装1微管组织中心（MTOC, microtubule organizing center）微管的聚合是从特异性的核心形成位点开始的，这些核心形成位点主要位于中心体和纤毛的基体中，称为微管 正端远离 MTOC负端指向MTOC 作用：帮助微管的装配过程中的成核作用所有微管组织中心都具有微管球蛋白微管球蛋白：可聚合成环状复合体帮助和球蛋白聚合受细胞周期调控 2、影响微管组装、去组装的因素 GTP和微管蛋白浓度是调节微管组装的主要物质 压力、温度、酸碱度、离子浓度等 药物：秋水仙碱和长春新碱可抑制微管的聚合紫杉醇可促进和稳定微管的组装Nocodazole抑制微管的聚合四、微管的主要功能（一）、构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态（二）、参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成 1、中心粒：9组三联管围成的圆柱形小体 属于“9+0” 存在与动物细胞和低等植物细胞中 成对出现，相互垂直主要功能是与微管蛋白的合成和聚合有关；参与细胞分裂，存在ATP酶，为细胞运动和染色体移动提供能量 2、纤毛和鞭毛 微管形成的细胞表面特化结构，是能收缩的丝状细胞附属物 来源和结构基本相同，不同点在于数量和长度 大多数属于 “9+2”类型（三）、参与细胞内的物质运输 主要由微管马达蛋白完成。 马达蛋白的定义：167页（四）、维持细胞内细胞器的定位和分布（五）、参与染色体的运动，调节细胞分裂 微管是构成有丝分裂器的主要成分（六）、参与细胞内的信号传导第二节 微丝一、组成：基本单位肌动蛋白（actin） 存在方式球状肌动蛋白 纤维状肌动蛋白可弯曲性蛋白纤维，双螺旋结构/单根， 具有极性，位于细胞膜内侧细胞皮质区二、微丝结合蛋白：参与微丝的组装、微丝功能的正常发挥三、组装：需ATP和K+、Mg2+存在下成核期（核心：三聚体）、生长期、平衡期 四、影响组装去组装的因素 1、球状肌动蛋白浓度、 ATP：ATP-actin对微丝纤维末端的亲和力高ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落、 K+等离子的浓度 4、药物：细胞松弛素抑制微丝的聚合 鬼笔环肽抑制微丝的解体 5、微丝结合蛋白。五、微丝的主要功能 1、构成细胞的支架，维持细胞的形态 细胞皮层：细胞膜下，由微丝和微丝结合蛋白组成网状结构 微丝不能单独发挥作用，必须形成网络或束状结构才能发挥作用。 细胞的特化结构微绒毛和应力纤维是由微丝形成的。 2、参与细胞的运动 3、参与细胞分裂 大量极性不同、平行排列的微丝构成收缩环 4、参与肌肉的收缩 肌肉收缩的结构单位肌小节中的细肌丝中包含有肌动蛋白 5、参与细胞内物质的运输：与微管一道进行细胞内物质运输 6、参与细胞内信号传递第三节 中间丝一、结构最复杂、最坚韧。不受细胞松弛素和秋水仙素的影响。二、构成：由一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的纤维状蛋白质组成 各种中间丝蛋白的区别在于头部和尾部的长度和序列三、装配特点：中间丝的横切面上有32个蛋白单体。两端是相同的，是非极性的结构。装配与温度和蛋白浓度无关，不需要ATP或GTP。四、中间丝的功能 1、形成细胞内一个完整的网状骨架系统 2、为细胞提供机械强度支持 3、参与细胞连接 4、参与细胞内信息的传递、物质的运输 5、维持核膜的稳定：核纤层蛋白是中间丝的一种。 6、参与细胞分化：微管和微丝在各种细胞中都是相同的，而中间纤维蛋白的表达具有组织特异性，与细胞分化的关系非常密切。 微丝、微管、中间丝的比较：参见181页表12-3 第四节 细胞骨架与疾病一、 细胞骨架与肿瘤1、肿瘤细胞中细胞骨架的改变 结构破坏，微管解聚 某些成分改变，可导致运动能力增强。2、细胞骨架与肿瘤的诊断 不同类型的中间纤维严格分布在不同类型的细胞中，用于区分上皮细胞、肌细胞、间质细胞、胶质细胞、神经细胞。 即使转移后，肿瘤细胞继续表达其来