级医学细胞生物学知识点串讲

第十一章、细胞外基质 The Extracellular Metrix （ECM）,氨基聚糖与蛋白聚糖 （glycosaminoglycan and proteoglycan ）胶原和弹性蛋白（collagen and elastin ）纤连蛋白和层粘连蛋白（fibronectin and laminin）,细胞外基质,第一节 细胞外基质的主要组成成分,凝胶样基质,纤维网架,结构作用,黏着作用,其中，结缔组织中细胞外基质的含量最大,一、氨基聚糖与蛋白聚糖（强负电）,（一）氨基聚糖（GAG） 由重复的二糖单位构成的直链多糖,（二）蛋白聚糖 (PG）,氨基聚糖, 1100个氨基聚糖（GAG） GAG（1 2种） 糖链短（糖基在300个以下）共价结合在核心蛋白上,核心蛋白,1、蛋白聚糖的分子结构,若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成蛋白聚糖多聚体,软骨中的蛋白聚糖复合体,1、使组织具有弹性和抗压性,（三）氨基聚糖与蛋白聚糖的功能,2、对物质转运有选择渗透性,3、角膜中蛋白聚糖具有透光性（硫酸软骨素、硫酸角质素）,4、氨基聚糖的抗凝血作用（肝素）,5、细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用（连接素）,6、氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化,二、胶原与弹性蛋白（collagen and Elastin ）,（一）胶原是细胞外基质中的骨架结构（25%-30%）,由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外,（二）弹性蛋白（elastin）是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分,1、非糖基化纤维蛋白2、富含Pro、Gly，少羟基化3、不含 Gly-X-Y 序列，为 不 规则螺旋结构4、使组织具有弹性、回 缩力,三、细胞外基质中的非胶原性黏合蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）,是一类既可与细胞结合，又可与细胞外基质中其他大分子结合，从而使细胞与细胞外基质相互黏着的黏合蛋白,（一）纤连蛋白（fibronectin ，FN）-高分子量糖蛋白,（）,血浆纤连蛋白-可溶性纤连蛋白寡聚纤连蛋白基质纤连蛋白,FN,细胞纤连蛋白-不溶性纤连蛋白,间质细胞分泌,肝实质细胞分泌,1、纤连蛋白分子结构（二聚体）,球形结构域上含有不同的大分子结合位点 Arg-Gly-Asp三肽（RGD）是细胞表面各种FN受体识别并结合的最小结构单位 Arg：精氨酸Gly：甘氨酸Asp：天门冬氨酸,（二） 层粘连蛋白是基膜的主要功能成分,主要由附着在基底膜上的上皮细胞和内皮细胞以及被基底膜包绕的肌细胞分泌产生。,层粘连蛋白的分子结构,分子中存在的多个结构域，具有和多种物质结合的位点，如与胶原、硫酸乙酰肝素、肝素、脑苷脂和神经节苷脂等以及细胞表面受体（整联蛋白）结合的位点。,第十二章 细胞的信号转导,信号转导（signal transduction）：细胞之间的信号分子与靶细胞的受体特异性结合，通过信号转换系统把细胞外信号转变成细胞内的信号，从而使细胞对外界信号作出适当的反应。这种由细胞外信号转变成细胞内细胞内信号的过程称为信号转导。,一、细胞外信号,细胞外信号,激素,神经递质,局部化学介质,距离远、范围大、持续时间长,距离短、作用时间短,由细胞外液介导,是与受体特异结合，通过受体介导对细胞产生效应的分子，又称为配体（ligand）。,二、受体（receptor）,能识别和选择性结合胞外信号分子（配体），将细胞外信号转变成细胞内信号，引起胞内生物学效应的蛋白质。,受体的种类,膜受体,：镶嵌在膜上的糖蛋白，接受水溶性信号分子。,胞内受体：为DNA结合蛋白，与胞外亲脂性信号分子结合，作为转录因子参与基因表达调控。,细胞膜表面受体,1.离子通道型受体2.G蛋白耦联受体3.酪氨酸蛋白激酶型受体,受体作用的特点1、选择性2、高结合力3、可饱和性4、可逆性5、磷酸化和去磷酸化,三、细胞内信号（第二信使）,第二信使：指受体被激活后在细胞内产生的、能介导信号转导的一类活性物质。主要有cAMP、cGMP、DAG、IP3及Ca2+。,与钙离子相关的第二信使有：cAMP 、DAG、IP3,第十三章 细胞分裂与细胞周期,第一节 细胞分裂 (cell division),细胞分裂：是细胞生命活动的重要特征之一，是一亲代细胞形成两个子代细胞的过程。通过细胞分裂，亲代细胞的遗传物质和某些细胞组分相对均等地分配到两个子代细胞中，可以保证生物遗传性状的稳定。,无丝分裂 有丝分裂 减数分裂,细胞分裂有三种方式：,一、无丝分裂(amitosis),无丝分裂：是低等生物的主要分裂方式，也存在于高等动物细胞中。,特点：分裂过程核膜不消失，也无纺锤体形成及染色体组装，由亲代细胞直接断裂形成子代细胞。高等动物细胞的分布：创伤、癌变及衰老的细胞；上皮组织、疏松结缔组织、 肌组织及肝脏。,二、有丝分裂(mitosis),有丝分裂： 是高等真核生物分裂的主要方式。 在分裂过程中，细胞核发生了一系列复杂的变化（DNA复制、染色体组装等），细胞通过形成有丝分裂器，将遗传物质均等的分配到两个子代细胞中，保证细胞在遗传上的稳定性。有丝分裂是一个连续的动态变化的过程，时间约0.52小时。,分 期,前 期,中 期,后 期,末 期,(一) 前 期 (prophase),染色质凝集（标志） 分裂极确定和纺锤体的形成 核仁缩小解体,(二) 中期 (metaphase),染色体最大程度的凝集 非随机地排列在赤道板上,(三) 后期 (anaphase),姐妹染色单体发生分离，向两极移动,着丝粒分裂,(四) 末期 (telophase),子细胞核的形成 胞质的分裂,减数分裂,减数分裂： 前期、中期、后期、末期,减数分裂间期：没有DNA复制,减数分裂： 前期、中期、后期、末期,减数分裂：有性生殖生物形成生殖细胞过程中，DNA 复制一次、连续两次分裂、染色体数目减少 一半的一种特殊的有丝分裂方式。,三、减数分裂(meiosis),(一) 减数分裂,1.前期：持续的时间长，变化复杂。 分为：细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。,染色质开始凝集 同源染色体配对,前期细线期(凝集),（1）细线期,（2）偶线期,前期偶线期(配对),联会：同源染色体开始靠拢，并通过侧面紧密相贴， 这种配对的过程叫联会。,在联会的同源染色体间，沿染色体纵轴方向，形成一种特殊的结构，称为联会复合体。, 同源染色体配对, 合成在S期未合成的0.3%的DNA,侧生成分,重组小结,中间区,姐妹染色单体(父源的),姐妹染色单体(母源的),中央成分,L-C纤维,联会复合体发生于细线期，完成于偶线期。作用：稳定同源染色体的配对。,（3）粗线期,父方同源染色体,联会后形成的结构称为 四分体(二价体),母方同源染色体,在联会复合体上出现重组小结； 同源非姐妹染色单体发生片断交换和重组； 合成减数分裂所特有的组蛋白，同时也合成1.7%DNA。,（4）双线期 联会复合体发生去组装 联会的同源染色体相互排斥、分开，仅有交叉相连 染色体两端与核膜脱离 RNA合成异常活跃 在鱼类、两栖类以及无脊椎动物等， 可以在双线期看到“灯刷染色体 ”。 本期持续时间较长 在人类可以持续50年之久。,交叉端化：随着双线期的进行，交叉将逐渐远离着丝粒，向染色体臂的末端部推移，数目也由此减少，即为交叉端化。,（5）终变期 染色体进一步凝集 交叉端化现象明显，最后存在于四分体的两端 中心体移到两极，形成纺锤体 核仁开始消失；核膜破裂,父方姐妹染色单体,姐妹染色单体1,姐妹染色单体2,姐妹染色单体3,姐妹染色单体4,母方姐妹染色单体,间期,SC组装,细线期,偶线期,粗线期,SC去组装,双线期至终变期,1,2,3,4,2. 中期 交叉端化的同源染色体排列在赤道面上形成赤道板。 3. 后期 在纺锤丝的作用下同源染色体分离，分别向两极移动，并最终达到两极。,4.末期 形成两个子代细胞核。胞质分 裂，一个细胞形成两个子代细胞。 （二）第一次减数分裂后出现短暂的间期 间期：细胞进入暂短的间期。 无DNA复制。,(三) 减数分裂,与有丝分裂过程基本相似。1.前期：如染色体去凝集，则重新凝集，中心体向两极移动，逐渐形成纺锤体。染色体向赤道面移动。2.中期：染色体排列在赤道面上形成赤道板。3.后期：姐妹染色单体分离，在纺锤丝的 牵引下分别向两极移动并达到两极。4.末期：形成核膜，染色体去凝集，核仁 和核膜重新出现。5.胞质分裂：形成4个单倍体的子细胞。,亲代细胞,细胞周期,有丝分裂,第二节 细胞周期及其调控,一、细胞周期的基本概念,亲代细胞,有丝分裂,子代细胞,子代细胞,细胞周期(cell cycle) 连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂完成所经历的全过程。在这一过程中，细胞通过一系列的生化活动复制细胞的组分，然后将细胞一分为二，这种周期性的复制和分裂过程称为细胞周期。包括间期和有丝分裂期。,二、细胞周期各时相的动态与生物大分子的合成,细胞进行活跃的RNA和蛋白质的合成,细胞体积增大, RNA聚合酶活性升高。 G1期向S期转换所需蛋白（触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等）； S期DNA复制起始和延长所需要的酶（解螺旋酶、DNA聚合酶）。 多种蛋白质的磷酸化 组蛋白、非组蛋白及某些蛋白激酶 细胞膜对物质的转运功能增强,(一) G1期是DNA复制准备期,G1期细胞对外界变化非常敏感，如温度、营养物质、生长因子、离子浓度、pH值、药物等。,(二) S 期（DNA合成期）, DNA复制合成 GC含量较高的DNA序列早复制、AT含量较高的DNA序列晚复制；常染色质先复制、异染色质后复制。 蛋白质的合成 组蛋白、非组蛋白和染色质凝集蛋白的合成；同时组蛋白的持续磷酸化仍在进行。 中心粒的复制完成,(三) G2期 (有丝分裂准备期) 合成大量的RNA、ATP及细胞进入有丝分裂期所需要的结构与功能相关的蛋白，为细胞进入M期作准备。,成熟促进因子(maturation promoting factor,MPF) 是一种在G2期形成的、能促进M期启动的调控因子。包括CyclinB和Cdk1 。, S期复制的中心粒，在G2期成熟，并移向细胞两极。 G2晚期到M期之前，中心粒周围形成晕（中心粒周围物质）。,(四) M 期 染色质凝集、核膜崩解、姐妹染色单体分离、核膜重建等。 RNA合成抑制、除非组蛋白外，其他蛋白合成显著降低。,第十四章 细胞分化,一、细胞分化的基本概念(一) 细胞分化(cell differentiation) 是指从受精卵开始的个体发育过程中，细胞之间逐渐产生稳定性差异的过程。,细胞分化是渐进的、长期变化的过程，在有机体整个生命过程中都有细胞分化活动，但在胚胎期表现的最典型、最显著。,(二) 细胞分化的特征1. 细胞分化具有高度的稳定性 在一般情况下，经过分化形成的某种稳定类型细胞（形态结构和功能上保持稳定的细胞），不能逆转到未分化状态。如，神经元细胞。2.细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向 细胞决定（cell determination）: 在个体发育过程中，在细胞发生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的命运，即只能向特定的方向分化，这种预先做出的选择称细胞决定。 细胞决定发生以后，分化方向一般不会改变。,3.细胞生理状态随着细胞分化水平的提高而变化（1）细胞分化水平越高，细胞的分裂能力越低。（2）细胞分化水平越高，细胞对环境因素的反应能力越低。4. 细胞分化具有时间性和空间性 （1）时间性：一个细胞，在发育的不同时间阶段，其形态结构和功能不同。 （2）空间性：同一细胞的后代，由于所处空间位置不同， 其环境也不同，其形态结构也不同。, 二、细胞的分化潜能,全能性(totipotency)： 细胞在一定条件下具有发育成完整个体的潜能，称为细胞的全能性 (totipotency blastocyst)。 全能性细胞：受精卵细胞,多能性(pluripotency) 随着胚胎发育进行，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型的潜能，这种潜能称为细胞的多能性，这种细胞称为多能性细胞。如：三胚层细胞,受精卵,卵裂,分化,外胚层,中胚层,内胚层,1. 在发育过程中细胞分化潜能逐渐变窄,单能性(unipotency) 细胞只具有向特定细胞系分化的能力，这种细胞分化的潜能是单能性。,全能性(totipotency)多能性(pluripotency),2.分化细胞的细胞核具有全能性,三、细胞分化与基因表达,细胞分化是基因选择性表达的结果,管家基因(house keeping gene) 是维持细胞生存所必需的，在各种细胞中处于活性表达状态，这类基因称为管家基因。如，细胞骨架蛋白、膜蛋白、染色质组蛋白、核糖体蛋白以及参与能量代谢的糖酵解酶。这类基因与细胞分化的关系不大。奢侈基因(luxury gene) 在不同组织中进行选择性的表达，用来维持组织的特异性功能，又称组织特异基因 。 这类基因是细胞分化的基础。如，红细胞中的血红蛋白、皮肤表皮细胞的角蛋白、肌细胞中的肌动蛋白和肌球蛋白等。,细胞分化的实质：基因选择性表达细胞分化的标志：细胞内合成新的特异性蛋白质 在真核细胞，基因表达的调控可以发生在不同的水平上，主要发生在三个彼此相对独立的水平上： （一）转录水平的调控 （二）转录后的加工调节 （三）翻译水平的调控,第十五章 细胞的衰老与细胞死亡,第一节 细胞衰老 一、 细胞衰老的概念 细胞衰老：是指正常细胞的形态结构、化学成分、生理功能和增殖能力逐渐减弱衰退的现象。,（一） 细胞衰老与机体衰老的关系 细胞衰老与人体衰老既有联系又有区别： 1.区别：细胞衰老与人体衰老是两个不同的概念。 2.联系：机体衰老以细胞总体的衰老为基础，细 胞总体的衰老反应了机体的衰老。,（二）体内各类细胞的寿命不同,1.与机体寿命接近的细胞(终末分化细胞） 如神经元、脂肪细胞、骨骼细胞和心肌细胞。2.缓慢更新的细胞 如肝脏、肾脏细胞和胃壁细胞。3.快速更新的组织细胞 如上皮细胞、血细胞。,二、细胞衰老的表现,（一）形态学的变化（1）细胞核的变化 核膜内折、核质固缩。（2）内质网和线粒体的变化 内质网弥散分布，尼克体含量减少； 线粒体数量减少。（3）细胞内色素或腊样物质沉积（4）膜系统的变化膜的流动性降低，脆性增加,（二）生化方面的改变,（1）DNA：复制与转录受到抑制，端粒DNA丢失，线粒体 DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、交联等。 （2）RNA： mRNA和rRNA的含量降低。 （3）蛋白质：含量下降，胞内蛋白发生糖基化、氨甲酰 化、脱氨基等反应。（4）酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、 Mg2+、Fe2+等丢失，导致酶失活。（5）脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋 白之间交联，膜的流动性降低。,第二节 细胞死亡,细胞死亡的形式有两种：细胞坏死(necrosis) ：是细胞受到物理、化学和生物因素等损伤后而引起细胞被动死亡的现象。亦称病理性死亡（非正常性死亡）。细胞凋亡(apoptosis) ：是由基因控制的细胞有序性的主动死亡现象。又称生理性死亡（正常性死亡）。,细胞凋亡与坏死的区别,坏死 凋亡,1.性质 病理性 生理性或病理性 2.诱导因素 强烈的刺激（极端环境） 较弱刺激（生理/病理因素）3.生化特点 被动过程，无蛋白合成， 主动过程，有新蛋白合成， 不耗能ATP 耗能量ATP4.形态变化 细胞结构全面溶解、破坏、 胞膜及细胞器相对完整 细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩5.DNA电泳 随机降解，电泳呈均一 DNA片段化（180-200bp） DNA片状 电泳呈“梯”状条带6.炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体相对完整，无炎症反应7.凋亡小体 无 有8.基因调控 无 有,第三节 细胞凋