医学细胞生物第五版知识点大全

1 医学细胞生物学复习知识点医学细胞生物学复习知识点 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节细胞生物学概述细胞生物学概述 地球上所有生物均由细胞构成 细胞是生物体结构和功能的基本单位 一 细胞生物学的概念与研究内容 1 概念 细胞生物学是从细胞的显微 亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的 学科 研究内容分三个层次 显微 细胞 水平 光学显微镜技术 亚显微 亚细胞 水平 电子显微镜技术 分子水平 分子生物学技术 生物物理学方法 2 研究内容 研究对象 细胞 研究特点 结构与功能相结合 关注细胞间的相互关系 阐明生物体的生命现象的机制和规律 包括 1生长 发育 2分化 繁殖 3运动 4遗传 变异 5衰老和死亡 细胞遗传学 基因组学 genomics 细胞生理学 新兴领域 蛋白质组学 proteomics 分支学科 细胞社会学 细胞组学 cytomics 膜生物学 染色体生物学 干细胞生物学 细胞生物学研究的常用模式生物 细菌 基因调控 细胞周期等 酵母 蛋白质分泌和膜的起源 线虫 细胞凋亡的调控 果蝇 分化细胞系的产生 斑马鱼 脑和神经系统的形成和功能 小鼠 包括培养细胞 肿瘤等疾病模型 拟南芥 器官的发育和模式 二 细胞生物学在生命科学中的地位 生命科学的重要分支学科 生命科学的基础学科 现代生命科学中的前沿学科之一 生命科学中最为活跃的研究领域之一 细胞生物学的两种重要研究方式 1 表型特征 分子机制 2 2 生物大分子 其对细胞功能或行为的影响 因此 细胞生物学也被称为 细胞分子生物学 或 分子细胞生物学 第二节第二节 细胞生物学发展的几个主要阶段细胞生物学发展的几个主要阶段 一 细胞的发现与细胞学说的创立 1 细胞的发现 1665 年英国物理学家 Robert Hooke 观察到了软木塞中的蜂窝状小室 并将其命名 为 cell 细胞 自 1677 年开始 荷兰科学家 A Van Leeuwenhoek 用自制的高倍放大镜和显微镜观 察到了包括精子 细菌在内的活细胞 2 细胞学说的创立 1838 1839 年施莱登和施旺提出了细胞学说 Cell Theory 基本内容 一切生物 从单细胞生物到高等动 植物都是由细胞组成的 细胞是生 物形态结构和功能活动的基本单位 1855 年 R Virchow 提出 一切细胞只能来自原来的细胞 完善了细胞学说 细胞学说创立的意义 推动作用 19 世纪自然科学的三大发现之一 二 光学显微镜下的细胞学研究 19 世纪中叶到 20 世纪初期 技术 固定和染色 发现 无丝分裂 中心体 有丝分裂 线粒体 减数分裂 高尔基体 三 实验细胞学阶段 20 世纪初期到 20 世纪中叶 主要特点 采用多种实验手段研究细胞的生化代谢和生理功能 主要工作 Morgan 基因学说 基因是遗传性状的基本单位 组织培养技术 检测细胞中核酸的方法 从活细胞中分离出细胞核和各种细胞器 四 细胞生物学的诞生与发展 电子显微镜的发明和 20 世纪中叶分子生物学的发展 标志着亚显微结构与分子水平相 结合的细胞生物学的开端 4 1 电子显微镜的应用使细胞学研究深入到亚显微水平 1933 年 德国 E Ruska 等人发明了电子显微镜 透射电镜 1940 1980 电镜的技术不断革新 明确了过去在光镜下看到的高尔基体和线粒体 发现了过去在光镜下看不到的细胞器 内质网 溶酶体 核糖体 细胞骨架结构 4 2 分子生物学的研究进展促进了细胞生物学的形成与发展 1952 年 RE Franklin 拍摄到清晰的 DNA 晶体的 X 衍射照片 1953 年她认为 DNA 是 一种对称结构 可能是螺旋 1953 年 Watson 和 Crick 提出 DNA 双螺旋模型 与 Wilkins 分享 1962 年诺贝尔 3 生理学与医学奖 1953 1970 分子生物学进入一个快速的发展时期 证明 DNA 复制为半保留复制 发现 中心法则 central dogma DNA RNA 蛋白质 发表三联体密码假说 确定了 DNA 中编码氨基酸的 密码子 建立了 DNA 重组技术和 DNA 序列分析技术 以上理论和技术的建立 使细胞的形态结构和生理功能研究深入到分子水平 形成了 从分子水平 亚细胞水平和细胞整体水平来探讨细胞生命活动的学科 即细胞生物学 Cytology 发展为 Cell Biology 开始于 20 世纪 60 年代 DNA 双螺旋模型提出之后 伴随一系列分子生物学技术的建立 使细胞生物学与分子生 物学紧密结合 让人们能够在分子水平上探索细胞的各种生命活动 从此细胞生物学的研 究进入分子细胞生物学时代 五 细胞生物学的发展趋势 单个细胞显微 亚显微 生物个体水平研究细胞功能的分子基础 分子水平的研究 研究细胞间相互作用 分工协作的社会关系 第三节第三节 细胞生物学与医学细胞生物学与医学 1 细胞生物学是现代医学的基础和支柱学科 医学要解决的问题 是阐明人的生 老 病 死等生命现象的机制和规律 并对疾病进行诊断 治疗和预防 细胞是体现人类生 老 病 死之单位 人类生命从受精卵开始 经过胎儿 新生儿 幼年 成年 老年直至死亡等过程 这些 过程都是以细胞为单位进行的 细胞的结构损伤和功能紊乱是的疾病的本质所在 癌症 是正常细胞癌变的结果 糖尿病 是胰岛细胞受损或机体细胞失去对胰岛素的反应 阿尔茨海默病 老年痴呆症 胆碱能神经元进行性死亡 帕金森病 多巴胺能神经元受损 2 医学细胞生物学的概念 医学细胞生物学作为细胞生物学的一个重要分支 所要探讨的主要是与医学相关的细胞 生物学问题 这些问题往往是疾病发生发展的基础 以揭示人体各种细胞在生理和病理过程中的生命活动规律为目的 期望能对人体各种疾 病的发病机制予以深入阐明 为疾病的诊断 治疗和预防提供理论依据和策略 这就是医 学细胞生物学的主要研究内容 细胞生物学是转化医学研究的基石 转化医学强调将基础研究与解决患者实际问题相 结合 实现从 实验室到床边 的转化 第二章第二章 细胞的概念与分子基础细胞的概念与分子基础 一 原核细胞与真核细胞的区别 一 原核细胞与真核细胞的区别 二 细胞的化学组成是什么 二 细胞的化学组成是什么 4 三 如何理解细胞组分及其表现形式的动态变化三 如何理解细胞组分及其表现形式的动态变化 第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念 自然界中的生物 可区分为 3 个域 细菌域生物 prokaryotic cell 原核细胞 古菌域生物 archaeon 古核细胞 真核域生物 eukaryotic cell 真核细胞 一 原核细胞 种类 支原体 最小最简单的细胞 细菌 原核细胞的典型代表 原核细胞的特点 结构简单 仅由细胞膜包绕 细胞质内含有 DNA 区域 但无被膜包围 胞质内没有细胞器 但有核糖体 70S 大亚基 50 小亚基 30 在裸露的环状 DNA 分子中 基因的编码序列排列在一起 无内含子 蛋白质合成特点 转录与翻译同时进行 细菌结构示意图 二 真核细胞 高等生物由真核细胞组成 真核细胞的形态 多样 5 真核细胞的大小 10 20 m 但卵细胞大 真核细胞的基本结构 细胞膜 光学显微镜下 细胞质 细胞核 可看到核仁 光镜下的结构称显微结构 胞质中可看到 膜性细胞器 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化 物 电子显微镜下 酶体 线粒体 细胞骨架 微管 微丝 中间纤维 胞核中可看到 染色体 核骨架 电镜下的结构称亚显微结构 三 原核细胞与真核细胞的比较 第二节第二节 细胞的分子基础细胞的分子基础 细胞的化学组成细胞的化学组成 细胞中的化学元素 基本元素 C H O N 占 90 S P Cl K Na Ca Mg Fe 此 12 种占 99 9 微量元素 Cu Zn Mn Mo Co Cr Si F Br I Li Ba 一 组成细胞的生物小分子 1 无机化合物 水和无机盐 1 水 含量最多 70 6 存在形式 游离水 细胞代谢反应的良好溶剂 结合水 与蛋白质分子结合 是细胞结构的重要成分 水的结构特点 水分子由 1 个氧原子和 2 个氢原子组成 呈 V 字形 尾端带负电 两翼 带正电 从而表现出极性 A 水分子具有极性 因而是极性分子的良好溶剂 但不能溶解非极性物质 脂类 B 水分子可同蛋白质中的正 负电荷结合 2 无机盐 含量 细胞干重的 2 5 存在形式 离子状态 Cl HPO42 HCO3 Na K Ca2 Mg2 功能 维持细胞内外的渗透压和 pH 维持神经 肌肉应激性 维持酶的活性 与蛋白质或脂类结合 2 有机小分子 是组成生物大分子的亚单位 单糖 多糖 脂肪酸 脂类 氨基酸 蛋白质 核苷酸 核酸 1 单糖 小分子 单糖 CH2O n 五碳糖 戊糖 核糖 六碳糖 己糖 葡萄糖 2 脂肪酸 小分子 脂肪酸 无分支的具有偶数碳原子的脂肪族羧酸 结构特点 由两部分组成 一端是疏水性的长烃链 另一端是亲水性的羧基 COOH 分类 短链 2 4C 饱和 所有的碳原子均与氢原子结合 中链 6 10C 长链 12 26C 不饱和 碳原子间含有一个或多个双键 3 氨基酸 蛋白质的基本组成单位 4 核苷酸 磷酸 P P P P P P 戊糖 核糖 脱氧核糖 碱基 嘌呤 A G 嘧啶 C T U 二 组成细胞的生物大分子 DNA 携带遗传信息 7 RNA 遗传信息表达与调控 蛋白质 构成细胞的主要组分 占细胞 干重的 50 维持细胞的形状结构 细胞功能的主要执行者 多糖 存在于细胞表面和细胞间质 脂类 细胞膜结构的主要组分 占膜成分的 50 1 DNA 由几十个 几百万个单核苷酸聚合而成 核苷酸为其组成单位 2 RNA 由 DNA 转录而来 与 DNA 上的区别仅在于 RNA 中的 U 替代了 DNA 中的 T RNA 种类繁多 3 蛋白质 由几十个 几百个氨基酸组成的多聚体 氨基酸为蛋白质组成单位 氨基酸之 间以肽键连接 蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 蛋白质的二级结构 多肽链局部区域的氨基酸的规则排列 螺旋 helix 折叠 sheet 螺旋 helix 特点 右手螺旋 螺旋一圈有 3 6 个氨基酸残基 螺距为 0 54nm 氨基酸侧链伸向螺旋外侧 螺旋的走向都为顺时针方向 折叠 sheet 多肽链充分伸展 两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段可平行 排列 两条肽链走向可相同 也可相反 并通过肽链间的肽键羰基氧和亚氨基氢形 成氢 键从而巩固 折叠结构 蛋白质的三级结构 三级结构是由不同侧链间相互作用形成的肽链折叠 相互 作用的方式有氢键 离子键和疏水键等 具有三级结构的蛋白质即表现出生物学活具有三级结构的蛋白质即表现出生物学活 性性 蛋白质的四级结构 是在三级结构基础上形成的 在四级结构中每个独立的三 级结构的肽链成为亚基 多肽链亚基之间通过氢键等非共价键的相互作用 即形成 了更为复杂的空间结构 4 多糖 大分子糖 动物细胞 双糖 寡糖 植物细胞 多糖 糖原 动物细胞 淀粉 植物细胞 单糖分子通过脱水作用以糖苷键结合形成多糖 糖类的功能 1 储存能量 糖原和淀粉 2 构成细胞的结构物质 如糖蛋白和糖脂是细胞膜的构成成分 3 在细胞识别 细胞粘附及信息传递中发挥重要作用 如免疫球蛋白 IgG 粘附分子整 合素等 5 脂类 大分子 脂类 甘油三酯 脂肪 8 磷脂 甘油磷脂 四种 鞘磷脂 甘油三酯 3 分子脂肪酸与 1 分子甘油以酯键相连构成 磷脂 是细胞膜脂类的主要组分 见第四章 第四章第四章 细胞膜与物质的穿膜运输细胞膜与物质的穿膜运输 1 掌握细胞膜的化学组成分子 生物学特性及细胞膜的分子结构模型 掌握细胞膜的化学组成分子 生物学特性及细胞膜的分子结构模型 2 掌握小分子物质穿膜运输方式及特点 大分子和颗粒物质运输的胞吞与胞吐作用 掌握小分子物质穿膜运输方式及特点 大分子和颗粒物质运输的胞吞与胞吐作用 受体介导的胞吞作用 受体介导的胞吞作用 3 熟悉细胞表面的特化结构 细胞膜异常时与某些疾病发生的关系 熟悉细胞表面的特化结构 细胞膜异常时与某些疾病发生的关系 细胞膜又称质膜 Plasma membrane 是包围在细胞质表面的一层薄膜 是生命进化的关 键一步 作用 与外界环境分隔 形成特有的内环境 物质转运 细胞外感受器 信号传递 细胞识别 质膜 生物膜 单位膜 电镜下呈 两暗夹一明 内膜 脂类 脂质双层 共价键 非共价键 结构组成 蛋白质 转运蛋白 连接体 受体 酶 糖脂 糖类 细胞外被 糖蛋白 功能 转运 小分子 大分子 大颗粒 第一节第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性细胞膜的化学组成与生物学特性 一 质膜的化学组成 一 膜脂 细胞膜上的脂类 1 膜脂的组成成分 1 磷脂 phospholipid 膜脂分子中含有磷酸基团 是膜脂的基本成分 含量最高 50 以上 甘油磷脂 以甘油为骨架 磷脂酰胆碱 卵磷脂 磷脂酰乙醇胺 脑磷脂 磷脂酰丝氨酸 负电荷 磷脂酰肌醇 鞘磷脂 非共价键 9 2 胆固醇 Cholesterol 散布在磷脂分子之间 结构特点 羟基 甾环 烃链 3 糖脂 glycolipid 分布在质膜的非胞质面 结构特点 脂类 寡糖 在 植物 细菌 磷脂酰胆碱的衍生物 动物 鞘氨醇衍生物 称鞘糖脂 2 膜脂的特征 均为两性分子 P72 73 亲水 hydrophilic 头部 极性基团 疏水 hydrophobic 尾部 C H 链 二 膜蛋白 1 含量 髓鞘膜 25 线粒体内膜 75 一般膜 50 2 存在方式 根据膜蛋白与脂质双层结合的方式不同分类 1 膜内在蛋白 穿膜蛋白 占 70 80 单次穿膜 下图 A 多次穿膜 下图 B 多亚基穿膜 下图 C 2 膜外在蛋白 周边蛋白 占 20 30 位于膜两侧 结合弱 蛋白质 借 螺旋与脂单层互作 胞质一侧 下图 D 蛋白质 附着在穿膜蛋白上 两侧 下图 G H 3 脂锚定蛋白 脂连接蛋白 脂质分子 蛋白质 共价键 脂肪酸链 蛋白质 胞质侧 下图 E 与磷脂酰肌醇分子相连的寡糖链 蛋白质 质膜外 下图 F 称为 糖基磷脂酰 肌醇锚定蛋白 三 膜糖 1 组成及存在形式 糖脂 脂类 寡糖 糖蛋白 蛋白质 寡糖 多糖 10 糖基化位点 N 连接 天冬酰胺 O 连接 丝氨酸 苏氨酸 糖种类 葡萄糖 半乳糖 甘露糖 岩藻糖 唾液酸 N 乙酰半乳糖胺 N 乙酰葡萄糖胺 2 含量 2 10 3 存在部位 非细胞质一侧 细胞外被 糖萼 二 质膜的特性 1 不对称性 1 膜脂的不对称性 RBC 外层 磷脂酰胆碱 鞘磷脂 糖脂 内层 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺 负电荷 2 膜蛋白的不对称性 3 膜糖的不对称性 非细胞质一侧 2 二维流动性 1 脂类的流动性 运动方式 侧向扩散 107times sec 翻转运动 once month 旋转运动 弯曲运动 伸缩振荡运动 影响膜流动性的因素 0 0 脂双层的液晶态特性 液态 晶态 相变 温度的变化导致膜状态的改变 相变温度 温度的下降可导致流动的液晶态转变为 冰冻的晶状凝胶 当温度上 升 到某一点时又可转变为液晶态 该临界温度谓之相变温度 0 0 脂肪酸链 C H 链 的饱和度 含不饱和碳氢链的膜流动性大 0 0 C H 链的长度 含短碳氢链的膜流动性大 0 0 胆固醇的含量 双重调节作用 相变温度以上 胆固醇含量高 膜稳定性好 相变温度以下 干扰晶态形成 0 0 卵磷脂与鞘磷脂的比例 卵磷脂比例高 膜流动性好 0 0 膜蛋白的结合方式 2 膜蛋白的流动性 侧向扩散 实验证实 细胞融合实验 光致漂白荧光恢复法 光脱色恢复技术 旋转运动 三 生物膜的分子结构模型 1 流动镶嵌模型 是目前普遍接受的模型 脂质双层 内在 外在蛋白 流动性 不对称性 相变 11 晶格镶嵌模型 板块模型 是对该模型的有效补充 2 脂筏模型 是在流动镶嵌模型基础上的新进展 脂筏 lipid raft 由特殊脂质和蛋白质组成的微区 富含胆固醇和鞘磷脂 聚集一些特 定种类的膜蛋白 该微区比膜的其他部分厚且较少流动 利于 蛋白质相互作用 蛋白质变构 功能 参与信号转导 受体介导的胞吞 第二节第二节 小分子物质和离子的穿膜运输小分子物质和离子的穿膜运输 物质跨膜运输可以分为被动运输和主动运输两大类 被动运输 简单扩散 易化扩散 一 简单扩散 simple diffusion 特点 溶质分子通过质膜进行自由扩散 不需要膜转运蛋白协助 转运是由高浓度向低浓度方向进行 所需要的能量来自高浓度本身所包含 的势能 不需要细胞提供能量 膜的选择通透性 易于通过膜的物质 脂溶性物质 不带电荷小分子物质 不易通过膜的物质 带电荷物质 大分子物质 条件 溶质必须能透过膜 溶质在膜两侧保持一定的浓度差 二 易化扩散 facilitated diffusion 1 定义 在特异性的膜运输蛋白介导下 一些非脂溶性 或亲水性 的物质顺电化学梯度的跨膜转运 不消耗细胞的代谢能 属于被动运输 膜运输蛋白膜运输蛋白 membrane transport protein 是指细 胞膜上负责转运不能通过简单扩散穿膜的物质的 蛋白质 如负责转运各种离子 葡萄糖 氨基酸 核苷酸及各种代谢产物的载体蛋白载体蛋白和通道蛋白通道蛋白 载体蛋白 carrier 与特定溶质分子结合 通过构象改变进行物质转运 既介导被动运输又介导主动运输 2 特点 具有选择性 特异性 转运速率远高于直接穿膜的简单扩散 但低于通道 具有饱和性 存在最大转运速度 门控通道的类型 1 配体门控通道 离子通道型受体 与胞外特定配体结合后构象改变 闸门 打开 允许某种离子快速跨膜转运 如乙酰 12 胆碱受体是典型的配体门控通道 2 电压门控通道 跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象变化 使通道开放 离子顺浓度梯度自由扩散通过 细胞膜 通道开放时间只有几毫秒 随即迅速自发关闭 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞 如神经元 肌细胞及腺上皮细胞等 3 应力激活通道 通道蛋白受应力作用 引起构象改变而开启 闸门 离子通过亲水通道进入细胞 引 起膜电位变化 产生电信号 如内耳毛细胞感受声波震动 听觉的产生 离子通道的特点 介导被动运输 对离子有高度选择性 转运速率高 不持续开放 受不持续开放 受 闸门闸门 控制 控制 水通道介导水的快速转运 1 定义 细胞膜上由水孔蛋白 aquaporin AQP 形成的专一性转运水分专一性转运水分 子子的通道 2 水通道蛋白的结构 水通道在质膜上是由四个对称排列的圆 筒状亚基包绕而成的四聚体四聚体 每个亚基 即一 个 AQP1 分子 的中心存在一个只允许水分子只允许水分子 通过通过的中央孔 孔的直径约 0 28nm 稍大于 水分子直径 3 水通道的特点 1 持续开放持续开放的膜通道蛋白 2 转运速度快 一个 AQP1 通道蛋白每秒钟可允许 3 109个 水分子通过 3 水分子移动方向完全由膜两侧的渗透压差膜两侧的渗透压差决定 被动运输 passive transport 小结 比较简单扩散和易化扩散 运输方式 主动 or 被 动运输 运输方向 是否需要 膜运输蛋 白 是否消耗 能量 溶质转运速度 简单扩散 易化扩散 13 三 主 动运输 主动运输定义 载体蛋白介导的物质逆电化学梯度 由低浓度一侧向高浓度一侧由低浓度一侧向高浓度一侧进行的穿膜转运方式 与 某种释放能量的过程相偶联 能量来源包括 ATP 水解 光吸收 电子传递 顺浓度梯度的 离子运动等 主动运输的特点 1 低浓度 高浓度运输 2 需要能量 主动运输所需的能量来源主要有 通过水解 ATP 获得能量或离子浓度梯度势能 3 都由载体蛋白介导 主动运输的分类 原发性主动运输 继发性主动运输 1 原发性主动运输 primary active transport 原发性主动转运是指细胞直接直接利用代谢产生的能量将物质 通常是带电离子 逆浓度梯度 或电位梯度进行跨膜转运的过程 介导这一过程的膜蛋白膜蛋白称为离子泵离子泵 ion pump ATP 驱动泵驱动泵 特点 属穿膜蛋白 在膜的胞质侧有一个或多个 ATP 结合位点 能够水解 ATP 使自身磷酸化 利用 ATP 水解所释放的能量将被转运分子或离子从低浓度向高浓度转运 所以常称之 为 泵 具有专一性专一性 如钠钾泵 氢泵 钙泵等 ATP 驱动泵类型 P 型离子泵 驱动阳离子跨膜转运 如钠钾泵 V 型质子泵 需 ATP 供能 对 H 的转运 F 型质子泵 合成 ATP 在能量转换中起重要作用 如线粒体 ATP 酶 ABC 转运体 参与糖 氨基酸及小分子物质的运输 Na K 泵 泵 Na K ATP 酶 酶 结构组成 由 2 个 亚基 大亚基 和 2 个 亚基 小亚基 组成 亚基是一个多次穿膜的膜整 合蛋白 具有 ATP 酶活性 亚基具有组织特异性 功能不清楚 功能 1 水解一个 ATP 分子 2 向细胞外输出 3 个 Na 转入 2 个 K 3 维持渗透压平衡 保持细胞容积恒定 产生和维持膜电位 为某些物质的 吸收提供驱动力提供驱动力 4 为蛋白质合成及代谢活动提供必要的离子浓度提供必要的离子浓度 14 2 继发性主动运输 secondary active transport 间接间接利用 ATP 能量的主动转运过程 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时 能量非直接来 自 ATP 的分解 特点 由 Na K 泵泵 或 H 泵 建立离子电化学梯度 载体蛋白间接消耗载体蛋白间接消耗 ATP 所完成的主 动运输方式 物质穿膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度的势能 协同运输类型 共运输 symport 物质运输方向与离子转移方向相同相同 如 小肠细胞对葡萄糖 的吸收伴随着 Na 的进入 对向运输 antiport 物质运输方向与离子转移的方向相反相反 如动物细胞常通过 Na H 反向协同运输的方式来转运 H 以调节细胞内的 pH 值 第三节第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输大分子和颗粒物质的穿膜运输 小泡运输 vesicular transport 定义 大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜 物质进出是由膜包围 形成囊 泡 通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运过程 发生位点 质膜及胞内各种膜性细胞器之间的物质运输 作用 促进细胞内外物质交换 信息交流等 胞吞 endocytosis 定义 指质膜内陷 包围细胞外物质形成胞吞泡 脱离质膜进入细胞内的转运过 程 又称入胞入胞或内吞内吞 类型 根据胞吞物质的大小 状态及特异程度不同分为吞噬吞噬 胞饮胞饮和受体介导的受体介导的 胞吞胞吞 吞噬 phagocytosis 定义 细胞膜凹陷或形成伪足 摄入直径大于 250nm 的颗粒物质 如细 菌 细胞碎片等 的过程 形成的小囊泡称吞噬体 吞噬体 phagosome 或吞吞 噬泡 噬泡 phagocytic vesicle 细胞 具有吞噬功能的细胞 中性粒细胞 单核细胞 巨噬细胞 功能 在机体防御系统中发挥重要作用 胞饮 pinocytosis 定义 细胞质膜内陷 非特异性摄入溶质或液体的过程 形成的小囊泡 称胞饮体胞饮体 pinosome 或胞饮泡 胞饮泡 pinocytic vesicle 细胞分布 常见于巨噬细胞 白细胞 毛细血管内皮细胞 肾小管内皮 细胞 小肠上皮细胞等 受体介导的胞吞 receptor mediated endocytosis 定义 细胞通过受体的介导摄取细胞外特异性蛋白质或其他化合物的过 程 为细胞提供了高效 选择性地摄取细胞外大分子物质的方式 特点 具有选择性和高效性 胞吐 exocytosis 定义 细胞内合成的物质通过膜泡转运至细胞膜 与质膜融合后将物质排出细胞 外的过程称为胞吐作用 也称为外排外排或出胞出胞 胞吐作用分为两种类型 连续性分泌 constitutive secretion 受调分泌 regulated secretion 15 连续性分泌 定义 连续性分泌途径指分泌蛋白在粗面内质网合成粗面内质网合成后 转运至高尔基高尔基 复合体修饰复合体修饰 浓缩 分选 装入分泌膜泡 随即被运送到细胞膜 与质 膜融合 将分泌物排出的过程 分布 普遍存在于所有所有的动物细胞中 受调分泌 定义 调节性分泌途径是指细胞分泌蛋白合成后被储存储存于分泌囊泡内 只有当细胞接受到细胞外信号的刺激细胞外信号的刺激 才能启动胞吐过程 将分泌物释 放到细胞外 分布 存在于分泌激素 酶 神经递质的特化特化细胞中 第五章第五章 细胞的内膜系统细胞的内膜系统 1 掌握内膜系统的概念及结构组成 掌握内膜系统的概念及结构组成 2 掌握糙面内质网 光面内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体的主要化学掌握糙面内质网 光面内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体的主要化学 组成 结构特征与生理功能 组成 结构特征与生理功能 3 熟悉内膜系统之间在结构 功能及来源发生上的相互关系 熟悉内膜系统之间在结构 功能及来源发生上的相互关系 4 熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用 熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用 细胞内膜系统 真核细胞特有的结构 与原核细胞相互区别的重要标志之一 在结构 功能或发生上相互关联的一些由膜围绕的细胞器 核膜 内质网 高尔基体 溶酶体 过氧化物酶体和各种小泡 相互分隔成封闭性区室且各有一套独特的微环境 有相对固定的比邻关系 各部分互不干扰 但又互相依存 高度协调地进行各种代谢 活动 主要功能是蛋白质的合成和分选 核糖体 ribosome 不属于细胞内膜系统 又名核蛋白体 没有膜包裹没有膜包裹的颗粒状细胞器 蛋白质合成的机器 普遍存在于原 核细胞和真核细胞中 核糖体唯一的功能是按 mRNA 的指令指导氨基酸高效而精确地合成蛋白质或多肽 一 一 化学组成和基本类型 RNA 60 构成核糖体的骨架 蛋白质 40 两种基本类型 70S 的核糖体 原核细胞 2500 X 103 真核细胞 线粒体内的核糖体 叶绿体内的核糖体 80S 的核糖体 除线粒体 叶绿体以外的真核细胞的核糖体 4800 X 103 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 二 核糖体的结构 电镜下 颗粒状 大亚基 小亚基 16 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 三 细胞内分布与蛋白质合成 分布 附着核糖体 附着在粗面内质网上 合成分泌蛋白和膜蛋白 游离核糖体 游离在细胞质中 合成基础性蛋白 多聚核糖体 多个核糖体结合到一条 mRNA 链上排列 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 不同点在于合成蛋白质的种类不同 第一节第一节 内质网内质网 内质网的发现 19 世纪 在光镜下观察动物腺细胞时发现 称为动质 1945 年 Porter 等在电镜下观察小鼠成纤维细胞时发现 命名为内质网 endoplasmic reticulum ER 一 内质网的形态结构与基本类型 一 内质网的形态结构 由一层一层生物膜包裹的相互连续的小管 小泡和扁囊组成的网状系统 膜厚约 5 6nm 内腔 内质网腔 内质网膜与核外膜连续 内质网腔与核膜腔相通 分布 内质网分布于内质区 并扩展 延伸至靠近细胞膜的外质区 除哺乳类成熟的红细胞之外 内质网普遍存在于各类细胞之中 二 内质网的基本类型 1 粗面内质网 rER 呈板层状整齐排列的扁囊 表膜面附着许多颗粒状的核糖体 内质网与核糖体共同形成复合机能结构 主要功能合成分泌性蛋白和膜蛋白 分泌蛋白合成旺盛的细胞 胰腺和浆细胞 丰富 发达 分化程度低 胚胎细胞 干细胞 肿瘤细胞或 较少 但游离核糖体增多 2 滑面内质网 sER 内质网表面无核糖体附着 少有扁囊结构 多由分支小管或小泡构成较为复杂的立 体结构 常与粗面内质网相通 是脂质合成的重要场所 所占的区域较小 在某些细胞中非常发达并具有特殊功能 如 肝细胞中丰富 解毒作用 睾丸 肾上腺细胞丰富 合成激素 大多数细胞两者同时存在 但比例不同 胰腺外分泌细胞全部为 rER 肌细胞全部为 sER 二 内质网的化学组成 占膜结构的 50 细胞体积 10 以上 占细胞质量 15 20 内质网膜 17 脂类 30 40 较细胞膜少 主要成分为磷脂 磷脂酰胆碱较多 鞘磷 脂较少 蛋白质 60 70 较细胞膜多 约 30 种 标志酶 葡萄糖 6 磷酸酶 含多种酶系 蛋白质加工转运酶系 解毒酶系 脂类代谢酶系 碳水化合物代谢酶系等 微粒体 microsome 将组织匀浆经低速离心去除核及线粒体后再超速离心后分离出的 内质网碎片 三 内质网的功能 蛋白质 脂类和糖类合成的重要基地 扩大膜的表面积 有利于酶的分布提高代谢效率 使细胞质区域化 为物质代谢提供特定的内环境 参与物质运输 物质交换和解毒作用 对细胞起机械支持作用 一 粗面内质网的功能 1 信号肽介导的蛋白质的合成 1975 年 G Blobel 等提出信号肽假说 获 1999 年诺贝尔生理或医学奖 主要成分 信号肽 信号肽识别颗粒 SRP 信号肽识别颗粒受体 SRP R 通道蛋白移位子 停止转移序列 信号假说 signal hypothesis 1 信号肽引导核糖体结合到内质网膜 信号肽 蛋白质合成中最先被翻译的氨基酸序列 信号识别颗粒 SRP 细胞质溶胶中识别信号肽的颗粒 2 新生肽链到内质网腔的跨膜转运 协同翻译转运协同翻译转运 多肽链穿过内质网膜入腔是与翻译同步进行 3 蛋白质在内质网腔内的折叠 分子伴侣 协助多肽折叠 装配和转运 4 大部分蛋白质在内质网腔内需糖基化需糖基化 形成糖蛋白 5 蛋白质由内质网向高尔基复合体的运输 小泡将分泌蛋白从内质网运输到高尔基复合体 6 蛋白质在高尔基复合体内加工分选 7 运输出细胞外 附着核糖体合成的蛋白质包括 细胞外分泌的蛋白质 抗体 酶 肽类激素 胞外基质蛋白 膜嵌入蛋白 细胞膜蛋白 内质网等膜性细胞器膜上的膜蛋白 还有膜受体和膜 抗原 与其他细胞组分严格隔离的蛋白质 需要进行复杂修饰的蛋白质 某些可溶性蛋白合成后进入细胞基质中 游离核糖体主要合成 细胞本身所需要的结构蛋白 某些特殊蛋白质 红细胞中的血红蛋白 2 合成脂质 18 合成细胞所需要的全部膜脂 磷脂和胆固醇 其中最主要的是卵磷脂卵磷脂 磷脂向其他膜转运的方式 出芽方式 转运到高尔基体 溶酶体 细胞膜 水溶性载体蛋白 在膜之间转移磷脂 3 蛋白质合成的质量控制 从内质网输送到高尔基复合体的蛋白质必须正确的折叠和组装 否则将被留在内质网腔内 通过内质网膜上的逆转运器输送到细胞质中并最终到细胞中降解 由分子伴侣完成 可识别错误折叠和未完全装配的蛋白 二 滑面内质网的功能 1 固醇类激素的合成和脂类代谢 合成细胞所需的大部分膜脂 含有合成胆固醇的全套酶系和使胆固醇转化为类固醇激 素的酶类 2 参与糖原的代谢 与糖原的合成无关但与糖原的分解有关 3 解毒功能 肝脏的解毒作用 由滑面内质网完成 由肠道吸收的外源性毒物或药物以及代谢产生 的内源性毒物 均由肝细胞的内质网通过氧化 甲基化 结合等方式降低或排除毒性 4 肌细胞中含有发达的滑面内质网 称肌浆网 膜上有 Ca2 ATP 可将细胞基质中的 Ca2 泵入肌浆网中贮存起来 当受到 N 冲动刺激 后 肌浆网释放 Ca2 到肌丝之间 激活 ATP 酶 使 ATP ADP 释放能量 肌肉收缩 第二节第二节 高尔基复合体高尔基复合体 Golgi complex 蛋白质合成 加工 糖基化的场所蛋白质合成 加工 糖基化的场所 一 形态结构 具有极性 有比较恒定的位置和方向 富有特征性扁囊堆叠 弓形 大量大小不等的囊泡 顺面 形成面 近内质网近内质网 有许多运输小小 泡泡 vesicles 筛选由内质网新合成 的蛋白质和脂类 凸面凸面 然后将其 输入中央扁囊区 一小部分再返回 内质网 反面 成熟面 近细胞膜 数目不等体积 较大分泌泡较大分泌泡 vacuoles 凹面凹面 中央扁平囊区 cisternae 顺 反面之 间 高尔基复合体的高尔基复合体的 3 个区室的功能个区室的功能 接受粗面内质网芽生的运输小泡 筛选由内质网合成的蛋白和脂类 将大部分转入扁囊去 少部分返回 内质网 被标志性的化学反应 嗜锇反应嗜锇反应显示 19 二 化学组成 蛋白质 60 含量低于内质网膜 高于细胞膜 含有多种酶类 标志性酶 糖基转移酶糖基转移酶 脂 类 40 卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间 三 功能 对来自内质网合成的蛋白质糖基化和分选发送 一 分泌蛋白的加工与修饰 1 糖蛋白的合成和修饰 蛋白质的糖基化 糖脂的糖基化 2 蛋白质的加工改造 蛋白由无活性的酶原 有活性的蛋白 二 参与蛋白质的分选和运输 分选 不同区室对蛋白质糖链按顺序修饰 分泌蛋白 跨膜蛋白 溶酶体蛋白 运输 高尔基反面形成运输小泡 达细胞膜 溶酶体膜 膜融合 排出内容物 挽救受体 识别错误分选而丢失的蛋白并将其运回高尔基复合体 三 形成溶酶体 先在内质网处合成溶酶体的膜蛋白 膜脂和各种酶 在高尔基复合体处加工修饰从 反 面分选运输 从反面以出芽方式形成 第四节第四节 溶酶体溶酶体 溶酶体的发现 1955 年 Christian de Duve 等人应用电镜观察鼠肝细胞时 发现一种富含各种水解酶的颗 粒 将其命名为溶酶体 lysosome 蛋白质的糖基化 合成糖脂和多糖 可被标志性的化学反应 NADP 酶反应酶反应显示 体积较大的分泌泡 进行蛋白质的分选功能 20 分布广泛 除成熟红细胞外 在原核细胞中尚未观察到溶酶体 内含多种酸性水解酶 60 多种 细胞内消化器官 溶酶体 异质性细胞器 不同的溶酶体的形态大小甚至内容物都不完全一致 标志酶 酸性磷酸酶 膜蛋白 高度糖基化 免受溶酶体内蛋白酶的消化 内部酸性环境 靠质子泵维持 溶酶体膜 与细胞膜和其他内膜不同 含有特殊的转运蛋白 质子泵 可借助水解 ATP 释放出能量将 H 泵入溶酶体内 使其内的 H 浓度比细胞质中高 100 倍以上 以形成和维持酸性内环境 溶酶体膜的蛋白质高度糖基化 以防止自身膜蛋白的降解 具有多种载体蛋白可使水解后的产物向外运送 一 一 形态特点和化学组成 颗粒状 球形 一层单位膜一层单位膜包裹 内含多种高浓度酸性 ph 5 0 水解酶 可分 解核酸 蛋白 多糖和脂类 二 溶酶体的类型 传统 初级溶酶体 前溶酶体 成熟溶酶体 只有酶而无底物 次级溶酶体 初级溶酶体 底物 按形成过程 功能状态 内体性 由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成 吞噬性 内体性溶酶体 被水解的各种吞噬底物融合形成 三级溶酶体 残余小体 residual body 定义 未被消化和分解的物质残留在溶酶体中形成的电子密度较高 色调较深的小体 酶 活性逐渐降低以致最 终消失 进入溶酶体生理功能作用的终末状态 常见的残余小体 脂褐质 lipofusion 神经细胞 心肌细胞 含铁小体 siderosome 单核巨噬细胞 多泡体 multivesicular 神经细胞 卵母细胞 盐酸细胞 髓样结构 myeline figure 肿瘤细胞 病毒感染细胞 巨噬细胞系统 内体性溶酶体的形成过程 酶蛋白在内质网合内质网合成并糖基化糖基化形成带有甘露糖的糖蛋白 甘露糖糖蛋白转运至高尔基复合体形成面高尔基复合体形成面 被磷酸化形成溶酶体酶的分选信号分选信号 M 6 P 在反面高尔基网腔面 被 M 6 P 受体识别受体识别 包裹形成网格蛋白有被小泡有被小泡 有被小泡脱被形成无被小泡无被小泡与胞内晚期内吞体结合成内体性溶酶体 底物的来 源 性质 自噬性 底物来自细胞内 衰老崩解的细胞器 异噬性 底物来自细胞外 细菌 异物等 21 在前溶酶体膜上质子泵作用下形成酸性内环境 溶酶体酶与溶酶体酶与 M 6 P 受体解离 去磷受体解离 去磷 酸化而成熟酸化而成熟 三 溶酶体的功能 内 外源性物质的消化 参与生理活动和发育过程 一 细胞内物质的消化 内源性 衰老 病变的细胞器 胞质中某些蛋白 含 KFERQ 序列 更新细胞成分 维持生理功能 外源性 细菌 异物 红细胞 胞饮摄入的可溶性物质是细胞中胆固醇的来源 二 细胞外物质的消化 受精 精子的顶体 骨质更新 破骨细胞的溶酶体 三 自溶作用与器官发育 两栖类尾部的消失 细胞凋亡亦参与 四 参与激素分泌的调节分泌自溶现象 参与甲状腺素的生成 第五节第五节 过氧化物酶体过氧化物酶体 仅存在于动物和人体细胞中 以肝 肾细胞中较为丰富 过氧化物酶体的发现 1954 年 过氧化物酶体 peroxisome 又称微体 microbody 是 J Rhodin 首次发现于鼠 肾小管上皮细胞中的一种独特的结构 形态结构 一层单位膜包裹 圆形或卵圆形 直径 0 2 1 7 m 异质性 电镜下 有些细胞过氧化物酶体内含有晶格结构 称为类核体或类晶体 尿酸氧化酶 化学组成 含 40 多种氧化酶 过氧化氢酶过氧化氢酶 标志酶 功能 消除氧化底物产生的过氧化氢及毒物 参与肝 肾的解毒功能 参与核酸 脂肪 糖的代谢 生物发生 酶由细胞内的游离核糖体游离核糖体产生 由信号肽引导到过氧化物酶体中 第六节第六节 囊泡 囊泡 vesicle 与囊泡转运 与囊泡转运 一 囊泡的来源与类型 细胞内物质运输的主要载体 每种囊泡表面都有特殊的标志 以确保转运物质送至特定的 部位 目前至少有 10 种以上 1 网格蛋白有被囊泡 来源 反面高尔基复合体或细胞膜 介导蛋白质从反面向胞体内 溶酶体或膜运输 或反向运输 2 COP I 有被囊泡 来源 顺面高尔基复合体 22 负责回收转运返回内质网和高尔基体的膜内蛋白的逆向运输 3 COP II 有被囊泡 来源 粗面内质网 介导从内质网到高尔基体的物质转运 二 囊泡转运 定义 囊泡以出芽的方式 从一种细胞器膜产生 脱离后又定向地与另一种细胞器膜相互 融合的过程 1 囊泡转运是细胞物质定向运输的基本途径 2 囊泡转运是一个高度有序并受到严格选择和精密控制的物质运输过程 3 特异性识别融合是囊泡物质定向转运和准确卸载的基本保证 4 囊泡转运是实现细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新的桥梁 第六章第六章 线粒体与细胞的能量转换线粒体与细胞的能量转换 1 掌握线粒体的基本结构 功能和化学渗透假说的机制 掌握线粒体的基本结构 功能和化学渗透假说的机制 2 熟悉线粒体相关的临床意义熟悉线粒体相关的临床意义 3 了解线粒体的发生了解线粒体的发生 第一节第一节 线粒体的基本特征线粒体的基本特征 一 线粒体的形态 数量和结构 不同类型或不同生理状态的细胞 线粒体的形态 大小 数目及排列分布并不相同 形态 光镜下呈线状 粒状或杆状等 数量 因细胞种类而不同 细胞至少只含 1 个线粒体 最多的达 50 万个 代谢旺盛时 线粒体数量较多 反之线粒体的数量则较少 电镜下 线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构 外膜 膜上有多种转运蛋白多种转运蛋白 它们形成较大的水相通道跨越脂质双层 使外膜出现 直 径 2 3nm 的小孔 允许通过分子量在分子量在 10 000 以下的物质以下的物质 包括一些小分子 多肽 内膜 通透性小通透性小 分子量大于 150 的物质不能通过 选择性高选择性高 膜上的转运蛋白控 制 内 外腔的物质交换 以保证活性物质的代谢 转位接触点 translocation contact site 23 在线粒体的内 外膜上存在的一些内膜与外膜相互接触的地方 此处膜间隙变狭窄 称为转位接触点 内膜转位子 Tim 通道蛋白 外膜转位子 Tom 受体蛋白 功能 蛋白质等物质进出线粒体的通道 基质 matrix 成分 酶类 催化三羧酸循环 脂肪酸氧化 氨基酸分解 蛋白质合成 双链环状 DNA 线粒体特有 核糖体 基粒 elementary particle 内膜 包括嵴 的内表面附着许多突出于内腔的颗粒 每个线粒体大约有 104 105个 基粒由多种蛋白质亚基组成 分为三部分 头部 圆球形 突入内腔中 基片 嵌于内膜中 柄部 将头部与基片相连 基粒头部具有酶活性 能催化 ADP 磷酸化生成 ATP 因此 基粒又称 ATP 合酶复合体合酶复合体 ATP synthase complex 二 线粒体的化学组成 含蛋白质 65 70 脂类 25 30 和 DNA 等 内膜标志酶内膜标志酶 细胞色素氧化酶 细胞色素氧化酶 外膜标志酶外膜标志酶 单胺氧化酶 单胺氧化酶 基质标志酶基质标志酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 膜间腔的标志酶膜间腔的标志酶 腺苷酸激酶 腺苷酸激酶 线粒体 DNA 特点 通常是裸露裸露的 不与组蛋白结合 存在部位 线粒体的基质基质内或依附于线粒体内膜内膜 数量 一个线粒体内往往有 1 至数个 mtDNA 分子 平均为 5 10 个 编码产物 线粒体的 tRNA rRNA 及一些线粒体蛋白质 三 线粒体的遗传物质 基因组结构 为一条双链环状的 DNA 分子 双链中一为重链 重链 H 一为轻链 轻链 L 重 链和轻链上的编码产物各不相同 与核基因组相比 线粒体基因组有很 少 非编码的序列 人类线粒体基因组共编码 37 个基因 tRNA rRNA 和一些线粒体蛋白质 四 线粒体核编码蛋白质的转运 一 核编码蛋白向线粒体基质中的转运 1 需要条件 基质导入序列 matrix targeting sequence MTS 分子伴侣 保持前体蛋白在线粒体外的非折叠状态 NAC 与少数前体蛋白相互作用 增加蛋白转运的准确性 独立的遗传体系 24 hsc70 和绝大多数的前体蛋白结合 使前体蛋白打开折叠 防止已松弛的前体蛋 白 聚集 2 转运过程 前体蛋白与受体结合与受体结合 mthsp70 可与进入线粒体腔的前导肽链交联 防止了前导肽链退回细胞质 3 基质作用蛋白酶基质作用蛋白酶 MPP 定位于线粒体内膜上 切除大多数蛋白的基质导入序列 二 核编码蛋白向线粒体其他部位的转运 1 蛋白质向线粒体膜间腔的转运 信号序列 基质导入序列 MTS 引导前体蛋白进入基质 膜间腔导入序列 ISTS 引导前体蛋白进入膜间腔 转运方式 整个蛋白进入基质 第 2 个信号序列 ISTS 引导多肽链引导多肽链通过内膜上的通道进入膜间进入膜间 腔腔 第 2 个信号序列 ISTS 起转移终止转移终止序列的作用 阻止前体蛋白向基质转运 并固定固定 于内膜于内膜上 切去位于内膜上的 ISTS 部分后 进入膜间腔 通过直接扩散直接扩散从胞浆通过外膜而进入膜间腔 2 蛋白质向线粒体外膜和内膜的转运 在外膜蛋白的转运中 类孔蛋白类孔蛋白 P70 的研究最多 事实上在 P70 的 MTS 后有一段 长的疏水序列 也起着转移终止序列的作用 而使之固定于外膜上 内膜上的蛋白质的转运机制尚不完全清楚 五 线粒体的起源 目前普遍接受的线粒体起源假说为内共生学说 该学说认为线粒体可能起源于与古老 厌 氧真核细胞共生的早期细菌 六 线粒体的分裂与融合 一 线粒体是通过分裂方式实现增殖的 目前普遍接受的观点认为 线粒体的生物发生是通过原有线粒体分裂完成的 线粒体的生物发生过程 第一阶段 线粒体进行分裂增殖分裂增殖 第二阶段 线粒体本身的分化过程 建成能够行使氧化磷酸化氧化磷酸化功能的机构 线粒体三种分裂方式 出芽分裂 收缩分裂 间壁分裂 线粒体的分裂都不是绝对均等的 在同一线粒体中 可能存在有不同类型的 mtDNA 随机地分配随机