华科 细胞生物学复习提纲

一 细胞学说的建立及其意义 细胞学 cytology 研究细胞形态 结构 功能和生活史的科学 细胞学的确立 是从 Schleiden 1838 和 Schwann 1839 的细胞学说的提出开始的 而大部 分细胞学的基础知识是在十九世纪七十年代以后得到的 在这一时期 显微镜 的观察技术有了显著的进步 详细地观察到核和其他细胞结构 有丝分裂 染 色体的行为 受精时的核融合等 细胞内的渗透压和细胞膜的透性等生理学方 面的知识也有了发展 对于生殖过程中的细胞以及核的行为的研究 对于发展 遗传和进化的理论起了很大作用 细胞学说 1838 1839 年 和 共同提出 一切植物 动物都是由细胞组 成的 细胞是一切动植物的 细胞学说的主要内容是什么 有何重要意义 答 细胞学说的主要内容包括 一切生物都是由细胞构成的 细胞是组成生物 体的基本结构单位 细胞通过细胞分裂繁殖后代 细胞学说的创立对当时生物 学的发展起了巨大的促进和指导作用 其意义在于 明确了整个自然界在结构 上的统一性 即动 植物的各种细胞具有共同的基本构造 基本特性 按共同 规律发育 有共同的生命过程 推进了人类对整个自然界的认识 有力地促进 了自然科学与哲学的进步 二 原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞 组成原核生物的细胞 这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核 同时也没 有核膜和核仁 只有拟核 进化地位较低 由原核细胞构成的生物称为原核生物 真核细胞构成真核生物的细胞称为真核细胞 具有典型的细胞结构 有明显的细胞核 核 膜 核仁和核基质 遗传信息量大 并且有特化的膜相结构 真核细胞的种类繁多 既包括 大量的单细胞生物和原生生物 如原生动物和一些藻类细胞 又包括全部的多细胞生物 一 切动植物 的细胞 试论述原核细胞与真核细胞最根本的区别 答 原核细胞与真核细胞最根本的区别在于 生物膜系统的分化与演变 真 核 细胞以生物膜分化为基础 分化为结构更精细 功能更专一的基本单位 细 胞 器 使细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志 遗 传信息量与遗传装置的扩增与复杂化 由于真核细胞结构与功能的复杂化 遗 传 信息量相应扩增 即编码结构蛋白与功能蛋白的基因数首先大大增多 遗传信 息 重复序列与染色体多倍性的出现是真核细胞区别于原核细胞的一个重大标志 遗 传信息的复制 转录与翻译的装置和程序也相应复杂化 真核细胞内遗传信息 的 转录与翻译有严格的阶段性与区域性 而在原核细胞内转录与翻译可同时进行 原核生物和真核生物区别 从细胞结构 基因组结构和遗传过程分析 主要差别原核生物和真核生物区别 从细胞结构 基因组结构和遗传过程分析 主要差别 由真核细胞构成的生物 包括原生生物界 真菌界 植物界和动物界 真核细胞与原核细 胞的主要区别是 从细胞结构 1 真核细胞具有由染色体 核仁 核液 双层核膜等构成的细胞核 原核细胞无核膜 核 仁 故无真正的细胞核 仅有由核酸集中组成的拟核 2 真核细胞有内质网 高尔基体 溶酶体 液泡等细胞器 原核细胞没有 真核细胞有发达的微管系统 其鞭毛 纤毛 中心粒 纺锤体等都与微管有关 原核生 物则否 3 真核细胞有由肌动 肌球蛋白等构成的微纤维系统 后者与胞质环流 吞噬作用等密切 相关 而原核生物却没有这种系统 因而也没有胞质环流和吞噬作用 真核细胞的核糖体为 80S 型 原核生物的为 70S 型 两者在化学组成和形态结构上都有明 显的区别 4 原核细胞功能上与线粒体相当的结构是质膜和由质膜内褶形成的结构 但后者既没有自 己特有的基因组 也没有自己特有的合成系统 真核生物的植物含有叶绿体 它们亦为 双层膜所包裹 也有自己特有的基因组和合成系统 与光合磷酸化相关的电子传递系统位 于由叶绿体的内膜内褶形成的片层上 原核生物中的蓝细菌和光合细菌 虽然也具有进行 光合作用的膜结构 称之为类囊体 散布于细胞质中 未被双层膜包裹 不形成叶绿体 从基因组结构 1 真核生物中除某些低等类群 如甲藻等 的细胞以外 染色体上都有 5 种或 4 种组蛋白 与 DNA 结合 形成核小体 而在原核生物则无 2 真核生物中除某些低等类群 如甲藻等 的细胞以外 染色体上都有 5 种或 4 种组蛋白 与 DNA 结合 形成核小体 而在原核生物则无 3 真核细胞含有的线粒体 为双层被膜所包裹 有自己特有的基因组 核酸合成系统与蛋 白质合成系统 其内膜上有与氧化磷酸化相关的电子传递链 从遗传过程 1 真核细胞的转录在细胞核中进行 蛋白质的合成在细胞质中进行 而原核细胞的转录与 蛋白质的合成交联在一起进行 2 真核细胞的有丝分裂是原核细胞所没有的 3 真核细胞在细胞周期中有专门的 DNA 复制期 S 期 原核细胞则没有 其 DNA 复制常 是连续进行的 最原始的真核生物的直接祖先很可能是一种异常巨大的原核生物 体内具有由质膜内褶 而成的象内质网那样的内膜系统和原始的微纤维系统 能够作变形运动和吞噬 以后内膜 系统的一部分包围了染色质 于是就形成了最原始的细胞核 内膜系统的其他部分则分别 发展为高尔基体 溶酶体等细胞器 按照美国学者 L 马古利斯等重新提出的 内共生说 见细胞起源 线粒体起源于胞内共生的能进行氧化磷酸化的真细菌 而叶绿体则起源 于胞内共生的能进行光合作用的蓝细菌 三 细胞的基本共性 1 所有的细胞都有相似的化学组成 2 具有脂 蛋白体系的生物膜 3 相同的遗传装置 所有细胞都有 DNA 与 RNA 的遗传装置 4 一分为二的分裂方式 细胞都以一分为二的分裂方式分裂繁殖 5 细胞都有蛋白质合成的机器 核糖体 四 原核细胞与古核细胞 一 一 原核细胞原核细胞 二 最小最简单的细胞最小最简单的细胞 支原体支原体 三 三 原核细胞的两个代表类群原核细胞的两个代表类群 细菌和蓝藻细菌和蓝藻 一 细菌细胞 1 细菌细胞的表面结构 1 细胞壁 2 细胞质膜 3 中膜体 4 荚膜 2 细菌细胞的核区与基因组 3 细菌细胞核外 DNA 4 细菌细胞的核糖体 5 细菌细胞内生孢子 6 细菌细胞的增殖及其调控 1 细菌细胞的增殖 2 细菌细胞增殖的调控 二 蓝藻细胞 1 细胞结构 2 细胞分裂 3 异形胞 四 四 古核细胞 古细菌 古核细胞 古细菌 一 古细菌的细胞壁 二 古细菌的质膜 三 DNA 与基因结构 四 核糖体 支原体 是最简单的原核细胞 支原体的大小介于细菌与病毒之间 直径为 0 1 0 3 um 约 为细菌的十分之一 能够通过滤菌器 支原体形态多变 有圆形 丝状或梨形 光镜下难以 看清其结构 支原体具有细胞膜 但没有细胞壁 它有一环状双螺旋 DNA 没有类似细菌 的核区 拟核 能指导合成 700 多种蛋白质 支原体细胞中惟一可见的细胞器是核糖体 每 个细胞中约有 800 1500 个 支原体可以在培养基上培养 也能在寄主细胞中繁殖 古细菌 一类特殊细菌 在系统发育上既不属真核生物 也不属原核生物 它们具有原核 生物的某些特征 如无细胞核及细胞器 也有真核生物的特征 如以甲硫氨酸起始蛋白质的 合成 核糖体对氯霉素不敏感 还具有它们独有的一些特征 如细胞壁的组成 膜脂质的 类型 因之有人认为古细菌代表由一共同祖先传来的第三界生物 古细菌 原核生物 真 核生物 它们包括酸性嗜热菌 极端嗜盐菌及甲烷微生物 可能代表了活细胞的某些最早 期的形式 5 电子显微镜技术 一 一 电子显微镜电子显微镜 一 电子显微镜的基本知识 1 电子显微镜与光学显微镜的基本区别 2 电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数 3 电子显微镜的基本构造 1 电子束照明系统 2 成像系统 3 真空系统 4 记录系统 二 主要电镜制样技术 1 超薄切片技术 1 固定 2 脱水 3 包埋 4 切片 5 染色 2 负染技术 3 冷冻蚀刻技术 4 电镜三维重构与低温电镜技术 5 扫描电镜技术 分辨率 区分开两个质点间的最小距离 光学显微镜的分辨率 D 0 61 N sin 2 其中 为入射光线波长 N 介质折射率 镜口角 样品对物镜镜口的张角 电子显微镜按工作原理和用途的不同可分为 和 电镜超薄切片技术包括 等 四个步骤 透射电子显微镜工作原理 以电子束作光源 电磁场作透镜 电子束波长与 加速电压 通常 50 120KV 的平方根成反比 由电子照明系统 电磁透镜成像 系统 真空系统 记录系统 4 部分构成 分辨力 0 2nm 放大倍数可达百万 倍 用于观察超微结构 小于 200nm 扫描电子显微镜工作原理 是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 次级电子的多少与样品表面结构有关 次级电子由探测器收集 信号经放大用来调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 试比较电子显微镜与光学显微镜的区别 答案要点 光学显微镜是以可见光为照明源 将微小的物体形成放大影像的光 学 仪器 而电子显微镜则是以电子束为照明源 通过电子流对样品的透射或反射 及 电磁透镜的多级放大后在荧光屏上成像的大型仪器 它们的不同在于 照明 源 不同 光镜的照明源是可见光 电镜的照明源是电子束 由于电子束的波长远 短 于光波波长 因而电镜的放大率及分辨率显著高于光镜 透镜不同 光镜为 玻 璃透镜 电镜为电磁透镜 分辨率及有效放大本领不同 光镜的分辨率为 0 2 m 左右 放大倍数为 1000 倍 电镜的分辨率可达 0 2nm 放大倍数 106倍 真空要求不同 光镜不要求真空 电镜要求真空 成像原理不同 光镜是利 用 样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化成像 而电镜则是利用样品对电子的 散 射和透射形成明暗反差成像 生物样品制备技术不同 光镜样品制片技术较 简 单 通常有组织切片 细胞涂片 组织压片和细胞滴片等 而电镜样品的制备 较 复杂 技术难度和费用都较高 在取材 固定 脱水和包埋等环节上需要特殊 的 试剂和操作 还需要制备超薄切片 六 细胞培养与细胞工程 一 一 细胞培养细胞培养 一 动物细胞培养 二 植物细胞培养 二 二 细胞工程细胞工程 一 细胞融合与单克隆抗体技术 二 显微操作技术 细胞培养 把机体内的组织取出后经过分散 机械方法或酶消化 为单个细 胞 在人工培养的条件下 让其在培养瓶或培养基上继续生长与增殖 原代细胞培养 直接从有机体取出组织 通过组织块长出单层细胞 或者用酶 消化或机械方法将组织分散成单个细胞 在体外进行培养 在首次传代前的培 养称为原代培养 传代细胞培养 原代培养形成的单层培养细胞汇合以后 需要进行分离培养 即将细胞从一个培养器皿中以一定的比率移植至另一些培养器皿中的培养 否则细胞会因生存空间不足或由于细胞密度过大引起营养枯竭 将影响细胞的 生长 这一分离培养称为传代细胞培养 细胞株 从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群 能够繁 殖 50 代左右 在培养过程中其特征始终保持 细胞系 在体外培养的条件下 有的细胞发生了遗传突变 而且带有癌细胞 特点 失去接触抑制 有可能无限制地传下去的传代细胞 细胞融合 两个或多个细胞融合成一个双核细胞或多核细胞的现象 一般通 过灭活的病毒或化学物质介导 也可通过电刺激融合 单克隆抗体 通过克隆单个分泌抗体的 B 淋巴细胞 获得的只针对某一抗原 决定簇的抗体 具有专一性强 能大规模生产的特点 显微操作技术 是指在高倍复式显微镜下 利用显微操作器 micromanipulator 进行细 胞或早期胚胎操作的一种方法 显微操作器是用以控制显微注射针在显微镜视野内移动的 机械装置 显微操作技术包括细胞核移植 显微注射 嵌合体技术 胚胎移植以及显微切 割等 杂交瘤是通过 和 两种细胞的融合实现的 由此所分 泌的抗体称为 体外培养的细胞 不论是原代细胞还是传代细胞 一般不保持体内原有的细胞 形态 而呈现出两种基本形态即 和 7 膜骨架 细胞质膜相关的膜骨架细胞质膜相关的膜骨架 一 膜骨架 二 红细胞的生物学特性 三 红细胞质膜蛋白及膜骨架 膜骨架 细胞质膜下与膜蛋白相连的 由纤维蛋白组成的网架结构 它参与细 胞质膜形状的维持 协助质膜完成多种生理功能 血影 红细胞经低渗处理后 质膜破裂 释放出血红蛋白和其他胞内可溶性蛋 白后剩下的结构 是研究质膜的结构及其与膜骨架的关系的理想材料 红细胞膜骨架蛋白主要成分包括 和 等 4 红细胞质膜蛋白及膜骨架的成分是什么 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳分析血影蛋白成分 红细胞膜蛋白主要包括血影蛋白 或称红膜肽 锚蛋白 带 3 蛋白 带 4 1 蛋白和肌动蛋白 还有一些血型糖 蛋白 膜骨架蛋白主要成分包括 血影蛋白 肌动蛋白 锚蛋白和带 4 1 蛋白 等 8 生物膜的结构模型 流动镶嵌模型强调 膜的流动性 膜蛋白分布的不对称性 目前对生物膜结构的认识归纳 1 含极性头 非极性尾的磷脂分子自发形成封闭的膜系统 头朝外 尾相 对 2 蛋白质镶嵌在脂双层中 不同的方式 3 生物膜 蛋白质在脂双层分子中的二维溶液 4 生物膜可弯曲 折叠 延伸 处于动态变化中 流动镶嵌模型 1972 年 Singer 和 Nicolson 总结了当时有关膜结构模型及各种研究新技 术的成就 提出了流动镶嵌模型 认为球形膜蛋白分子以各种镶嵌形式与脂双分子层相结 合 有的附在内外表面 有的全部或部分嵌入膜中 有的贯穿膜的全层 这些大多是功能蛋 白 流动相嵌模型有两个主要特点 其一 蛋白质不是伸展的片层 而是以折叠的球形镶嵌在脂双 层中 蛋白质与膜脂的结合程度取决于膜蛋白中氨基酸的性质 第二个特点就是膜具有一定 的流动性 不再是封闭的片状结构 以适应细胞各种功能的需要 这一模型强调了膜的流动由性和不对称性 较好地体现细胞的功能特点 被广泛接受 也得到 许多实验的支持 后来又发现碳水化合物是以糖脂或糖蛋白的形式存在于膜的外侧表面 单位膜模型 1959 年 J D Robertson 所提出 主要是根据电子显微镜的观察 发现细胞 膜是类似铁轨结构 railroad track 两条暗线被一条明亮的带隔开 显示暗 明 暗的三层 总厚度为 7 5 nm 中间层为 3 5 nm 内外两层各为 2 nm 并推测 暗层是蛋白质 透明层是 脂 并建议将这种结构称为单位膜 单位膜也有一些不足 首先该模型把膜看成是静止的 无法说明膜如何适应细胞生命活动的 变化 其二 不同的膜其厚度不都是 7 5 nm 一般在 5 10 nm 之间 其三 如果蛋白质是 伸展的 则不能解释酶的活性同构型的关系 还有 该模型也不能解释为什么有的膜蛋白 很容易被分离 有些则很难 脂筏 是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域 microdomain 大小约 70nm 左右 是 一种动态结构 位于质膜的外小页 由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链 分子间的作用 力较强 所以这些区域结构致密 介于无序液体与液晶之间 称为有序液体 Liquid ordered 在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提 所以又称为抗去垢剂膜 detergent resistant membranes DRMs 脂筏就像一个蛋白质停泊的平台 与膜的信号转 导 蛋白质分选均有密切的关系 3 试比较单位膜模型与流动镶嵌模型的优缺点 答案要点 单位膜模型的主要内容 两暗一明 细胞共有 厚约 7 5nm 各种 膜都具有相似的分子排列和起源 单位膜模型的不足点 膜是静止的 不变 的 但是在生命系统中一般功能的不同常伴随着结构的差异 这样共同的单位 膜结构很难与膜的多样性与特殊性一致起来 膜的厚度一致 不同膜的厚度 不完全一样 变化范围在 5 10nm 蛋白质在脂双分子层上为伸展构型 很 难理解有活性的球形蛋白怎样保持其活性 通常蛋白质形状的变化会导致其活 性发生深刻的变化 流动镶嵌模型的主要内容 脂双分子层构成膜的基本骨架 蛋白质分子或镶在表面或部分或全部嵌入其中或横跨整个脂类层 优点 强 调膜的流动性 认为膜的结构成分不是静止的 而是动态的 细胞膜是由流动 的脂类双分子层中镶嵌着球蛋白按二维排列组成的 脂类双分子层像轻油般的 流体 具有流动性 能够迅速地在膜平面进行侧向运动 强调膜的不对称性 大部分膜是不对称的 在其内部及其内外表面具有不同功能的蛋白质 脂类双 分子层 内外两层脂类分子也是不对称的 9 膜的流动性 一 膜脂的流动性 二 膜蛋白的流动性 三 膜脂和膜蛋白运动速率的检测 脂质体 将少量的磷脂放在水溶液中 它能够自我装配成脂双层的球状结构 这种结构称 为脂质体 所以脂质体是人工制备的连续脂双层的球形脂质小囊 脂质体可作为生物膜的研究模型 并可作为生物大分子 DNA 分子 和药物的运载体 因此 脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的极好材料 在构建导弹人工脂质体时 不仅要 将被运载的分子或药物包入脂质体的内部水相 同时要在脂质体的膜上做些修饰 如插入抗体 便于脂质体进入机体后寻靶 简述细胞膜的基本特性 答案要点 细胞膜的最基本的特性是不对称性和流动性 细胞膜的不对称性是 由膜脂分布的不对称性和膜蛋白分布的不对称性所决定的 膜脂分布的不对称 性表现在 膜脂双分子层内外层所含脂类分子的种类不同 脂双分子层内 外层磷脂分子中脂肪酸的饱和度不同 脂双分子层内外层磷脂所带电荷不同 糖脂均分布在外层脂质中 膜蛋白的不对称性表现在 糖蛋白的糖链主要 分布在膜外表面 膜受体分子均分布在膜外层脂质中 腺苷酸环化本科分 布在膜内表面 膜的流动性是由膜内部脂质分子和蛋白质分子的运动性所决定 的 膜脂的流动性和膜蛋白的运动性使得细胞膜成为一种动态结构 膜脂分子 的运动表现在 侧向扩散 旋转运动 摆动运动 翻转运动 膜蛋白的 分子运动则包括侧向扩散和旋转运动 10 膜蛋白 一 膜蛋白的类型 A 外在膜蛋白与膜脂结合的方式 1 水溶性蛋白 2 离子键其它弱键与膜表面蛋白 脂分子结合 3 提高温度 离子强度 脱离 B 脂锚定膜蛋白与膜脂结合的方式 1 脂酸 蛋白 N 端甘氨酸残基 2 烃链 蛋白 C 端半胱氨酸残基 3 糖脂 锚定在脂膜上 B 内在膜蛋白与膜脂结合的方式 二 1 跨膜结构域与脂双层疏水核心作用 最主要 最基本 2 跨膜结构域两端的带电荷残基 磷脂分子极性头带负电 离子键 直接作用 正电荷残基 间接作用 负电荷残基 由 ca2 Mg2 介导 3 胞质侧半胱氨酸 脂酸 插入脂双层 跨膜结构域 膜脂 具体作用方式 a 螺旋 跨膜区 20 个疏水 AA 外部疏水侧链与脂肪酸连 作用 b 折叠片 主要组成跨膜结构域 c 双性 螺旋 外侧非极性 内侧极性链 二 去垢剂 整合蛋白 又称内在蛋白 intrinsic protein 跨膜蛋白 transmembrane protein 部分或全 部镶嵌在细胞膜中或内外两侧 以非极性氨基酸与脂双分子层的非极性疏水区相互作用而 结合在质膜上 实际上 整合蛋白几乎都是完全穿过脂双层的蛋白 亲水部分暴露在膜的一侧 或两侧表面 疏水区同脂双分子层的疏水尾部相互作用 整合蛋白所含疏水氨基酸的成分较 高 跨膜蛋白可再分为单次跨膜 多次跨膜 多亚基跨膜等 跨膜蛋白一般含 25 50 的 螺旋 也有 折叠 如线粒体外膜和细菌质膜中的孔蛋白 外周蛋白 又称附着蛋白 protein attached 或外在蛋白 这种蛋白完全外露在脂双层的 内外两侧 主要是通过非共价健附着在脂的极性头部 或整合蛋白亲水区的一侧 间接与膜 结合 外周蛋白可用高盐或碱性 pH 条件分离 实际上 有时外周蛋白与整合蛋白是难以区分的 因 为许多膜蛋白是由多亚基组成的 其中有的亚基插入在脂双层 有些亚基则是外周蛋白 脂锚定蛋白 又称脂连接蛋白 lipid linked protein 通过共价健的方式同脂分子结合 位于 脂双层的外侧 同脂的结合有两种方式 一种是蛋白质直接结合于脂双分子层 另一种方 式是蛋白并不直接同脂结合 而是通过一个糖分子间接同脂结合 去垢剂 是能使蛋白质变性的一类化学物 去垢剂 表面活性剂 是一类即具有亲水基又 具有疏水基的物质 一般具有乳化 分散 和增溶作用 可分阴离子 阳离子和中性去垢 剂等多种类型 中性去垢剂在蛋白提取钟应用的较多 11 被动运输与主动运输 一 被动运输 1 葡萄糖转运蛋白 2 水孔蛋白 水分子的跨膜通道 二 主动运输 1 ATP 驱动泵 P 型泵型泵 Na K 泵 结构与机制 主要生理功能 1 维持膜电位 2 维持渗透平衡 Ca 泵其它 P 型泵 结构与功能 P 型 H 泵 V 型质子泵和型质子泵和 F 型质子泵型质子泵 ABC 超家族超家族 ABC 转运蛋白的结构与工作模式 ABC 转运蛋白与疾病 2 协同转运蛋白 3 光驱动泵 主动运输 物质逆浓度梯度或电化学梯度 由低浓度向高浓度一侧进行跨膜转 运的方式 需要细胞提供能量 需要载体蛋白的参与 被动运输 物质通过自由扩散或促进扩散 顺浓度梯度从高浓度向低浓度运输 运输动力来自运输物质的浓度梯度 不需要细胞提供能量 载体蛋白 是一类膜内在蛋白 几乎所有类型的生物膜上存在的多次跨膜的蛋 白质分子 通过与特定溶质分子的结合 引起一系列构象改变以介导溶质分子 的跨膜转运 简单扩散 物质直接通过膜由高浓度向低浓度扩散 不需要细胞提供能量 也 没有膜蛋白的协助 协助扩散 促进扩散 物质在特异膜蛋白的 协助 下 顺浓度或电化学梯 度跨膜转运 不需要细胞提供能量 特异蛋白的 协助 使物质的转运速率增 加 转运特异性增强 通道蛋白 由几个蛋白亚基在膜上形成的孔道 能使适宜大小的分子及带电荷 的溶质通过简单的自由扩散运动从膜的一侧到另一侧 比较主动运输与被动运输的异同 答案要点 运输方向不同 主动运输逆浓度梯度或电化学梯度 被动运输 顺浓度梯度或电化学梯度 是否需要载体的参与 主动运输需要载体参与 被动运输方式中 简单扩散不需要载体参与 而协助扩散需要载体的参与 是否需要细胞直接提供能量 主动运输需要消耗能量 而被动运输不需要消耗 能量 被动运输是减少细胞与周围环境的差别 而主动运输则是努力创造差别 维 持生命的活力 12 协同转运 协同运输 协同运输又称偶联主动运输 它不直接消耗 ATP 但要间接利用自由能 并且也 是逆浓度梯度的运输 运输时需要先建立电化学梯度 在动物细胞主要是靠钠泵 在植物 细胞则是由 H 泵建立的 H 质子梯度 同向转运 由于协同运输能够同时转运两种物质 如果两种物质向同一方向运输 则称为 同向转运 例如葡萄糖和 Na 的偶联运输 它是由 Na 离子梯度驱动的 异向转运 如果同时转运的两种物质是相反的方向 则称为异向转运 如心肌细胞中 Na 与 Ca2 的交换 也是由 Na 离子梯度驱动的 十三 叶绿体的主要功能 光合作用光合作用 一 原初反应 1 光合色素 2 光化学反应 二 电子传递和光合磷酸化 1 电子传递 1 PS 的结构与功能 2 Cytb6f 复合物的结构与功能 3 PS 的结构与功能 2 光合磷酸化 1 CF0 CF1ATP 合酶 2 光合磷酸化的类型 3 光合磷酸化的作用机制 4 ATP 合成机制 三 光合碳同化 1 卡尔文循环 1 羧化阶段 2 还原阶段 RuBP 再生阶段 2 C4 阶段 3 景天酸代谢 叶绿体 植物细胞中由双层膜围成 含有叶绿素能进行光合作用的细胞器 间质中悬浮 有由膜囊构成的类囊体 内含叶绿体 DNA 光合磷酸化 在光照条件下 叶绿体将腺二磷 ADP 和无机磷 Pi 结合形成腺三磷 ATP 的生物学过程 是光合细胞吸收光能后转换成化学能的一种贮存形式 非循环光合磷酸化 PS 电子传递系统接收红光后 激发态 P680 从水光解得到电子 传递给 NADP 电子传递经过两个光系统 在传递过程中产生的 H 梯度驱动 ATP 的形成 在这个过程中 电子传递是一个开放的通道 故称为非循环式光和磷酸化 光合作用的过程主要可分为三步 和 14 线粒体的功能 氧化磷酸化氧化磷酸化 一 ATP 合酶 二 质子驱动力 三 电子传递链 四 电子传递复合物 1 复合物 NADH CoQ 还原酶 2 复合物 琥珀酸 CoQ 还原酶 3 复合物 CoQ Cytc 还原酶 4 复合物 细胞色素氧化酶 线粒体 线粒体由两层膜包被 外膜平滑 内膜向内折叠形成嵴 两层膜之间有腔 线粒体 中央是基质 基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类 内膜上具有呼吸链酶系及 ATP 酶 复合体 线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成 ATP 的主要场所 有细胞 动力工厂 power plant 之 称 另外 线粒体有自身的 DNA 和遗传体系 但线粒体基因组的基因数量有限 因此 线粒体 只是一种半自主性的细胞器 氧化磷酸化 在活细胞中伴随着呼吸链的氧化过程所发生的能量转换和 ATP 的形成 称 为氧化磷酸化 化学渗透假说 英国生物化学家 P Mitchell 于 1961 年提出的解释释氧化磷酸化偶联机 理的假说 该学说认为 在电子传递过程中 伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移 形成跨膜的氢离子梯度 这种势能驱动了氧化磷酸化反应 提供了动力 合成了 ATP 这一 学说具有大量的实验证明 得到公认并获得了 1978 年诺贝尔奖 化学渗透学说可以很好地 说明线粒体内膜中电子传递 质子电化学梯度建立 ADP 磷酸化的关系 呼吸链 又称电子传递链 是线粒体内膜上一组酶的复合体 其功能是进行电子传递 H 的传递及氧的利用 最后产生 H2O 和 ATP ATP 合成酶 ATP 合成酶广泛存在于线粒体 叶绿体 异养菌和光合细菌中 是 生物体能量转换的核心酶 该酶分别位于线粒体内膜 类囊体膜或质膜上 参 与氧化磷酸化和光合磷酸化 在跨膜质子动力势的推动下催化合成 ATP 线粒体中 氧化和磷酸化密切偶联在一起 但却由两个不同的系统实现的 氧 化过程主要由 实现 磷酸化主要由 完 成 15 信号假说与蛋白质分选信号 信号假说 1975 年 G Blobel 和 D Sabatini 等根据进一步实验依据提出 蛋白 合成的位置是由其 N 端氨基酸序列决定的 他们认为 分泌蛋白在 N 端含有 一信号序列 称信号肽 由它指导在细胞质基质开始合成的多肽和核糖体转移 到 ER 膜 多肽边合成边通过 ER 膜上的水通道进入 ER 腔 这就是 信号假说 蛋白质分选 细胞中绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成 随后或在细胞质基质中或转至糙面内质网上继续合成 然后 通过不同途径转 运到细胞的特定部位并装配成结构与功能的复合体 参与细胞的生命活动的过 程 又称定向转运 信号肽 分泌蛋白的 N 端序列 指导分泌性蛋白到内质网膜上合成 在蛋白合 成结束前信号肽被切除 信号斑 在蛋白质折叠起来时其表面的一些原子特异的三维排列构成信号斑 构成信号斑的氨基酸残基在线性氨基酸序列中彼此相距较远 它们一般是保留 在已完成的蛋白中 折叠在一起构成蛋白质分选的信号 信号识别颗粒 SRP 是一种核糖核酸蛋白复合体 沉降系数为 11S 含有分子量为 72kDa 68kDa 54kDa 19kDa 14kDa 及 9kDa 的 6 条多肽和一个 7S 长约 300 个核苷酸 的 scRNA SRP 上有三个功能部位 翻译暂停结构域 P9 P14 信号肽识别结合位点 P54 SRP 受体 蛋白结合位点 P68 P72 因此 SRP 能够识别刚从游离核糖体上合成出来的信号肽 并与 之结合 暂时中止新生肽的合成 同时与内质网上的停靠蛋白结合 使核糖体附着到内质网 膜上 并进行新生肽的转移 SRP 对正在合成的其它蛋白质无作用 这些游离核糖体也就不 能附着到内质网膜上 停靠蛋白 即 SRP 在内质网膜上的受体蛋白 它能够与结合有信号序列的 SRP 牢牢地结 合 使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来 停靠蛋白含有两个亚基 一个亚基暴露 于细胞质的亲水部分 由 640 个氨基酸组成 另一个亚基是嵌入膜内的疏水部分 由 300 个氨基酸所组成 SRP 受体蛋白除了同 SRP 结合将核糖体引导到内质网 同时 它的 亚基 与 SRP 一起催化 GTP 水解释放能量 帮助信号肽转位 细胞质中合成的蛋白质如果存在 将转移到内质网上继续合成 如果该蛋白质上还存在 信号假说中 要完成含信号肽的蛋白质从细胞质中向内质网的转移需要细胞质 中的 和内质网膜上的 的参与协助 信号假说的主要内容是什么 答 分泌蛋白在 N 端含有一信号序列 称信号肽 由它指导在细胞质基质开始 合成的多肽和核糖体转移到 ER 膜 多肽边合成边通过 ER 膜上的水通道进入 ER 腔 在蛋白合成结束前信号肽被切除 指导分泌性蛋白到糙面内质网上合成的 决定因素是 N 端的信号肽 信号识别颗粒 SRP 和内质网膜上的信号识别颗粒 受体 又称停泊蛋白 docking protein DP 等因子协助完成这一过程 16 细胞内膜系统及其功能 一 一 内质网内质网 一 内质网的两种基本类型 二 内质网的功能 1 蛋白质合成是糙面内质网的主要功能 合成的蛋白质主要包括 1 向细胞外分泌的蛋白质 2 膜的整合蛋白 3 细胞器中的可溶性驻留蛋白 2 光面内质网是脂质合成的重要场所 3 蛋白的修饰与加工 4 新生多肽的折叠与组装 5 内质网的其他功能 三 内质网应激及其信号调控 1 内质网腔内未折叠或错误折叠蛋白质的超量积累 引发未折叠蛋白 质应答反应 UPR 2 固醇调节级联反应是指胆固醇缺乏引发的固醇调控元件结合蛋白质 SREBP 信号通路调节基因转录的反应 3 ERS 反应引发的细胞凋亡 二 二 高尔基体高尔基体 一 高尔基体的形态结构与极性 4 种常用的标志细胞化学反应 1 嗜锇反应 顺面膜囊染色 2 焦磷酸硫胺素酶 TPP 酶 反面的 1 2 层膜囊 3 胞嘧啶单核苷酸酶 CMP 酶 和酸性磷酸酶 靠近反面膜囊和 反面管网结构 CMP 酶是溶酶体标志酶 4 NADP 酶 中间几层扁平囊 高尔基体由 4 个部分组成 1 顺面膜囊或顺面网状结构 CGN 2 中间膜囊 3 反面膜囊或反面管网结构 TGN 解释高尔基体结构组织及囊膜间蛋白转运的两种可能模型 膜泡运输模型 膜囊成熟模型 二 高尔基体的功能 1 高尔基体与细胞的分泌活动 TGN 区是蛋白质包装分选的关键枢纽 至少 3 条分选途径 1 溶酶体的包装与分选途径 2 可调节性分泌 3 组成型分泌 2 蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白质糖基化的生物学功能 促进折叠 增强温度 携带不同标志 利于分选包装 保证糙网 高尔基体单向转 移 没有 会导致胚胎死亡 影响蛋白水溶性和电荷性质 3 蛋白酶的水解和其他加工过程 高尔基体中酶解加工的的类型 1 蛋白原 切除 N 端或两端 活性 2 糙面合成时 含多个相同序列 水解 形成同种多肽 3 前体中含有不同信号序列 加工成不同的产物 三 三 溶酶体溶酶体 一 溶酶体的形态结构与类型 二 溶酶体的功能 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 3 其他重要的生理功能 1 消化器官 提供营养 2 摄入分泌颗粒 参与分泌调节 3 退化发育中 参与程序性死亡和细胞的清除 4 参与受精过程 顶体 特化的溶酶体 三 溶酶体的发生 四 溶酶体与疾病 四 四 过氧化物酶体过氧化物酶体 一 过氧化物酶体与溶酶体的区别 二 过氧化物酶体的功能 三 过氧化物酶体的发生 17 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 一 一 蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质分选转运的基本途径与类型 2 条分选途径 1 后翻译转运途径 2 共翻译转运途径 4 类转运方式 1 蛋白质跨膜转运 2 膜泡运输 3 选择性的门控转运 4 细胞质基质中蛋白质的转运 二 二 蛋白质向线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质向线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的分选 一 蛋白质从细胞质基质输入到线粒体 1 胞质基质 线粒体基质 2 胞质基质 线粒体内膜 3 胞质基质 线粒体膜间隙 二 叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入 三 过氧化物酶体蛋白的分选 细胞内膜泡运输细胞内膜泡运输 一 一 膜泡运输概观膜泡运输概观 二 二 COP 包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输 三 三 COP 包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输 四 四 网格蛋白网格蛋白 接头蛋白包被膜泡的装配与运输接头蛋白包被膜泡的装配与运输 五 五 转运膜泡与靶膜泡的锚定和融合转运膜泡与靶膜泡的锚定和融合 六 六 细胞结构体系的组装细胞结构体系的组装 各种类型的装配具有以下重要生物学意义 1 减少和校正蛋白质合成中出现的错误 2 大大减少所需的遗传物质信息量 3 通过装配与去装配更易调节与控制多种生物学过程 披网格蛋白小泡 由网格蛋白形成的被膜小泡 从反面高尔基体网络出芽形成的选择 性的分泌小泡 包括溶酶体酶运输小泡 以及细胞质膜中由受体介导的内吞作用形成的内吞 泡都是由网格蛋白参与形成的 这些小泡的表面都包裹一层聚合的网格蛋白 网格蛋白小泡 参与反面高尔基体和质膜之间的选择性分泌和内吞活动 但是从高尔基体反面网络形成的披 网格蛋白小泡与从细胞质膜形成的披网格蛋白小泡所用的衔接蛋白 adaptin 是不同的 在披网格蛋白小泡形成过程中 网格蛋白同膜受体结合 形成被膜小窝 并逐渐使被膜小窝 下陷 最后同膜脱离形成一个包有网格蛋白外被的小泡 据估计 在培养的成纤维细胞中 每分钟大约有 2500 个披网格蛋白小泡从质膜上脱离下来 COP 被膜小泡 由外被蛋白 coat protein COP 包裹的小泡 外被蛋白是一个 大的复合体 称为外被体 coatomer 这种类型的小泡介导非选择性运输 它参与从 ER 到 顺面高尔基体 从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊 从中间膜囊到反面高尔基体的运输 COP 被膜小泡 由外被蛋白 coat protein COP 包裹的小泡 主要介导蛋白质从 高尔基体运回内质网 包括从反面高尔基体运向顺面高尔基体 以及将蛋白质从反面高尔基体 运回到内质网 何为蛋白质分选 细胞内蛋白质分选的基本途径 分选类型是怎样的 答 蛋白质的分选 细胞中绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始 合成 随后或在细胞质基质中或转至糙面内质网上继续合成 然后 通过不同 途径转运到细胞的特定部位并装配成结构与功能的复合体 参与细胞的生命活 动的过程 又称定向转运 细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的 并都是起始 于细胞质基质中 基本途径 一条是在细胞质基质中完成多肽链的合成 然后 转运至膜围绕的细胞器 如线粒体 叶绿体 过氧化物酶体 细胞核及细胞质 基质的特定部位 有些还可转运至内质网中 另一条途径是蛋白质合成起始后 转移至糙面内质网 新生肽边合成边转入糙面内质网腔中 随后经高尔基体转 运至溶酶体 细胞膜或分泌到细胞外 内质网与高尔基体本身的蛋白成分的分 选也是通过这一途径完成的 蛋白质分选的四种基本类型 1 蛋白质的跨膜转 运 主要指在细胞质基质合成的蛋白质转运至内质网 线粒体 叶绿体和过氧 化物酶体等细胞器 2 膜泡运输 蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内 质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞不同的部位 3 选择性的门控 转运 指在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性地完成核输入或 从细胞核返回细胞质 4 细胞质基质中的蛋白质的转运 十八 细胞质基质的功能 一 一 细胞基质的含义细胞基质的含义 二 二 细胞基质的功能细胞基质的功能 一 蛋白质 脂酸合成场所 二 与细胞骨架先关的功能 骨架是胞质基质的主要结构成分 三 与细胞膜相关的功能 胞质基质产生区室化 四 蛋白质修饰和选择性降解 1 蛋白质修饰 1 辅酶或辅基与酶的共价结合 2 磷酸化与去磷酸化 3 蛋白质糖基化作用 4 甲基化作用 5 酰基化作用 2 控制蛋白质的寿命 泛素化的过程 泛素活化酶 E1 通过形成酰基 腺苷酸中介物使泛素 C 端激活 耗 ATP 转移活化的泛素分子与泛素结合酶 E2 的半胱氨酸残基结合 异肽键形成 与 E2 结合的泛素羧基和靶蛋白赖氨酸侧链的氨 基之间形成异肽键 E3 催化 3 降解变性和错误折叠的蛋白质 4 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠 形成正确的分子构象 简述细胞质基质的功能 答 物质中间代谢的重要场所 有细胞骨架的功能 蛋白质的合成 修饰 降 解和折叠 比较 N 连接糖基化和 O 连接糖基化的区别 答 N 连接与 O 连接的寡糖比较 特 征N 连接O 连接 合成部位 合成方式 与之结合的氨基酸残 基 最终长度 第一个糖残基 糙面内质网 来自同一个寡糖前 体 天冬酰胺 至少 5 个糖残基 N 乙酰葡萄糖胺 糙面内质网或高尔基体 一个个单糖加上去 丝氨酸 苏氨酸 羟赖氨酸 羟脯 氨酸 一般 1 4 个糖残基 但 ABO 血型抗 原较长 N 乙酰半乳糖胺等 十九 细胞通讯 细胞通讯可概括为 3 种形式 分泌化学信号 通讯 细胞间接触依赖性通讯 动物 间隙连接 植物 胞间联系 分泌化学信号作用的方式 内分泌 旁分泌 化学突触 自分泌 细胞通讯 细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中 细胞间或细胞内通过高度精确和 高效地发送与接收信息的通讯机制 并通过放大引起快速的细胞生理反应 或者引起基因 活动 尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动 使之成为生命的统一整体对多变 的外界环境作出综合反应 多细胞生物是由不同类型的细胞组成的社会 而且是一个开放的社会 这个社会中的单个 细胞间必须协调它们的行为 为此 细胞建立通讯联络是必需的 二十 微丝与细胞运动 一 一 微丝的组成及其组装微丝的组成及其组装 一 结构与成分 二 微丝的组装及其动力学特性 三 影响微丝组装的特异性药物 二 二 微丝网络结构的调节与细胞运动微丝网络结构的调节与细胞运动 一 非肌肉细胞内微丝的结合蛋白 体内肌动蛋白的组装在两个水平上受到微丝结合蛋白的调节 可溶性肌动蛋白的存在状态 微丝结合蛋白的种类及其存在状态 1 肌动蛋白单体结合蛋白 2 成核蛋白 3 加帽蛋白 4 交联蛋白 5 割断及解聚蛋白 二 细胞皮层 三 应力纤维 ie 细胞伪足的形成与细胞迁移 四 微绒毛 五 胞质分裂环 三 三 肌球蛋白 依赖于微丝的分子马达肌球蛋白 依赖于微丝的分子马达 一 肌球蛋白的种类 二 肌球蛋白的结构 1 型肌球蛋白 2 非传统类型的肌球蛋白 四 四 肌肉细胞的收缩运动肌肉细胞的收缩运动 一 肌纤维的结构 二 肌肉收缩的滑动模型 1 动作电位的产生 2 Ca2 的释放 3 原肌球蛋白移位 4 细肌丝与粗肌丝之间的相对滑动 微丝 又称肌动蛋白纤维 actin filament 由肌动蛋白组成的 直径为 8nm 的纤维 微丝 是双股肌动蛋白丝以螺旋的形式组成的纤维 两股肌动蛋白丝是同方向的 肌动蛋白纤维 也是一种极性分子 具有两个不同的末端 一个是正端 另一个是负端 肌动蛋白 是微丝的结构蛋白 以两种形式存在 即单体和多聚体 单体的肌动蛋白是 由一条多肽链构成的球形分子 又称球状肌动蛋白 globular actin G actin 外形类似花生果 肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝 称为纤维状肌动蛋白 fibros actin F actin 在电子显微 镜下 F 肌动蛋白呈双股螺旋状 直径为 8nm 螺旋间的距离为 37nm 肌动蛋白是一种中等大小的蛋白质 由 375 个氨基酸残基组成 并且是由一个大的 高度保 守的基因编码 单体肌动蛋白分子的分子量为 43kDa 其上有三个结合位点 一个是 ATP 结合位点 另两个都是与肌动蛋白结合的结合蛋白结合位点 应力纤维 应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构 由大量平行排列的 微丝组成 与细胞间或细胞与基质表面的粘着有密切关系 可能在细胞形态发 生 细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用 胞质分裂环 在有丝分裂末期 两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环 收缩环是由大量平行排列的微丝组成 由分裂末期胞质中的肌动蛋白装配而成 随着收缩环的收缩 两个子细胞被分开 胞质分裂后 收缩环即消失 微丝的化学组成及在细胞中的功能 答 微丝的化学组成 主要成分为肌动蛋白和肌球蛋白 肌球蛋白起控制微丝 的形成 连接 盖帽 切断的作用 也可影响微丝的功能 其他成分为调节蛋 白 连接蛋白 交联蛋白 微丝的功能 1 与微管共同组成细胞的骨架 维 持细胞的形状 2 具有非肌性运动功能 与细胞质运动 细胞的变形运动 胞吐作用 细胞器与分子运动 细胞分裂时的膜缢缩有关 3 具有肌性收缩 作用 4 与其他细胞器相连 关系密切 5 参与细胞内信号传递和物质运输 二十一 微管及其功能 一 一 微管的结构组成与极性微管的结构组成与极性 二 二 微管的组装和去组装微管的组装和去组装 一 微管的体外组装和踏车行为 i 二 作用于微管的特异性药物 三 三 微管组织中心微管组织中心 一 中心体 二 基体和其他微管组织中心 四 四 微管的动力学性质微管的动力学性质 五 五 微管结合蛋白对微管网络结构的调节微管结合蛋白对微管网络结构的调节 六 六 微管对细胞结构的组织作用微管对细胞结构的组织作用 七 七 细胞内依赖于微管的物质运输细胞内依赖于微管的物质运输 一 驱动蛋白 1 驱动蛋白的分子结构及其功能 2 驱动蛋白沿微管运动的分子机制 二 细胞质动力蛋白及其功能 八 八 纤毛和鞭毛的结构与功能纤毛和鞭毛的结构与功能 一 纤毛的结构与组装 1 纤毛的结构 2 纤毛的组装 发生 二 纤毛或鞭毛的运动机制 三 纤毛的功能 九 九 纺锤体和染色体运动纺锤体和染色体运动 微管 在真核细胞质中 由微管蛋白构成的 可形成纺锤体 中心体及细胞特 化结构鞭毛和纤毛的结构 踏车现象 在一定条件下 细胞骨架在装配过程中 一端发生装配使微管或微 丝延长 而另一端发生去装配而使微管或微丝缩短 实际上是正极的装配速度 快于负极的装配速度 这种现象称为踏车现象 微管组织中心 MTOC 微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处 称为微管组织中心 动物细胞的 MTOC 为中心体 MTOC 决定了细胞中微管的极 性 微管的 极指向 MTOC 极背向 MTOC 什么是微管组织中心 它与微管有何关系 答 微管组织中心是指微管装配的发生处 它可以调节微管蛋白的聚合和解聚 使微管增长或缩短 而微管是由微管蛋白组成的一个结构 二者有很大的不同 但又有十分密切的关系 微管组织中心可以指挥微管的组装与去组装 它可以 根据细胞的生理需要 调节微管的活动 如在细胞有丝分裂前期 根据染色体 平均分配的需要 从微管组织中心 中心粒和染色体着丝粒处进行微管的装配 形成纺锤体 到分裂末期 纺锤体解聚成微管蛋白 所以说 微管组织中心是 微管活动的指挥 试述微管的化学组成 类型和功能 答 微管的化学组成 主要化学成分为微管蛋白 为酸性蛋白 其他化学成分 为微管结合蛋白包括为微管相关蛋白 微管修饰蛋白 达因蛋白 微管的类型 单微管 二联管 三联管 微管的功能 1 构成细胞的网状支架 维持细胞的形态 2 参与细胞器的 分布与运动 固定支持细胞器的位置 3 参与细胞收缩和伪足运动 是鞭毛纤 毛等细胞运动器官的基本组成成分 4 参与细胞分裂时染色体的分离和位移 5 参与细胞物质运输和传递 二十二 染色质的基本结构单位 核小体 一 一 核小体核小体 一 核小体的发现 1 电镜观察未处理 30nm 染色质纤丝 染色质呈串珠状结构 2 非特异性微球核酸酶消化染色质 200bp 为单位的单体 二体 三体等 裸染色质处理 产生随机大小片段 3 X 衍射 中子散射 电镜三维重建 核小体直径 11n