细胞生物学期末复习提纲1精品文档.ppt

细胞生物学期末复习,第一章绪论,细胞生物学的定义（了解）细胞生物学的研究内容（了解）细胞的发现和细胞学说的建立（了解）,第二章细胞的统一性与多样性,细胞的基本概念（了解）原核细胞与真核细胞的比较（掌握）结构与功能的比较遗传装置与基因表达方式的比较病毒的起源（了解）,第三章细胞生物学研究方法,显微镜技术（了解）光学显微镜技术：分辨率、荧光显微镜电子显微镜技术：分辨率、与光镜的区别、电镜的应用（了解）电镜制样技术（了解）超薄切片技术负染色技术冷冻蚀刻技术电镜三维重构技术扫描电镜技术（SEM）的应用扫描隧道显微镜（STM）,细胞组分的分析技术（了解）细胞培养、细胞工程与显微镜操作技术（了解）,第四章细胞质膜,流动镶嵌模型：定义、结构特点（掌握）膜的组成与特征组成：膜脂的类型与运动方式（了解）、脂质体（掌握）膜蛋白的类型及与膜脂的结合方式（了解）特征：流动性与不对称性（掌握）质膜的基本功能（掌握）,第五章物质的跨膜运输,膜转运蛋白的类型与特点（了解）物质运输的三种方式被动运输（了解）主动运输（掌握）：定义、类型、Na+-K+泵的工作原理、其他类型的离子泵胞吞与胞吐作用：定义、受体介导的胞吞作用（以LDL的摄取为例）（掌握）,第六章线粒体与叶绿体,线粒体的结构（了解）电子传递链与电子传递：定义、组成与排列顺序（掌握）氧化磷酸化：定义、ATP形成机制（化学渗透假说（掌握）叶绿体的结构（了解）光反应与暗反应：定义、光合电子传递链、光合磷酸化、卡尔文循环（了解）,线粒体和叶绿体的半自主性（了解）导肽、分子伴侣（了解）线粒体与叶绿体的起源：内共生起源假说（掌握）,第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,细胞质基质：蛋白质的泛素化降解途径（了解）内质网的结构与功能（掌握）高尔基体的结构与功能（掌握）溶酶体的结构、功能与发生（了解）蛋白质的分选：信号肽、信号假说、蛋白质的分选途径（掌握）膜泡运输的类型（了解）,第八章细胞信号转导,信号分子与受体：类型（掌握）第二信使与分子开关：第二信使的类型、分子开关的定义（掌握）G蛋白耦联受体：G蛋白的定义（掌握）以cAMP为第二信使的信号通路（掌握）磷脂酰肌醇双信使通路（掌握）受体酪氨酸激酶（RTK）及RTK-Ras蛋白信号通路（了解）,第九章细胞骨架,细胞骨架的类型（了解）微丝：组成、组装的踏车行为、药物敏感性、功能（了解）微管：组成、类型、组装、药物敏感性、MTOC、功能、鞭毛与纤毛的结构（掌握）,第十章细胞核与染色体,核被膜的组成（了解）核孔复合体：结构模型、功能（掌握）核仁：超微结构、功能（掌握）,第十二章细胞增殖及其调控,细胞周期：定义、时相、细胞类型、各时相特点（掌握）细胞分裂：有丝分裂与减数分裂的异同点（了解）、同源染色体的联会、联会复合体的定义及功能（掌握）细胞周期的调控：MPF的组成及功能、周期蛋白的定义（掌握）,第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老,程序性细胞死亡与细胞凋亡的定义（掌握）细胞凋亡与细胞坏死的区别（掌握）细胞凋亡的分子机制：caspase家族的作用机制（了解）,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,有,无,无,无,无,无,无,无,无,无,无,无,无,无,提示（1）真核细胞和原核细胞均具有细胞膜、细胞质、核糖体，体现了真核细胞和原核细胞的统一性；（2）真核细胞具有成形细胞核、原核细胞具有拟核；（3）动植物细胞具有更多相似性；在结构上原核细胞比真核细胞简单和低等。,有,有,有,真核细胞与原核细胞的比较,较大,较小,有核膜、核仁，有真正细胞核,无核膜、核仁，有拟核,只有核糖体,有核糖体、线粒体内质网、高尔基体叶绿体、液泡等,真菌、动物、植物,蓝藻、细菌,显微镜的分辨率,肉眼：0.2mm光镜：0.2um电镜：0.2nm,（五）荧光显微镜Fluorescencemicroscope,特点：光源为紫外线，波长较短，分辨力高于普通显微镜；有两个特殊的滤光片；照明方式通常为落射式。,生物膜的流动镶嵌模型,根据Fluid-mosaicmodel：磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相，形成双分子层结构，组成生物膜骨架；细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成；蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。,（三）、脂质体（liposome）,是一种人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径251000nm不等。人工脂质体可用于：转基因运载制备的药物研究生物膜的特性,细胞膜的功能,为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤，甚至神经退行性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。,细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter），有的需要能量驱动，如：各类ATP驱动的离子泵；有的则不需要能量，如：缬氨酶素。通道蛋白能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以扩散的方式运输溶质。,1.载体蛋白（carrierprotein）及其功能,载体蛋白（carrierprotein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。,2.通道蛋白（channelprotein）,(1)概念：通道蛋白（channelprotein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。(2)特征：具有极高的转运速率；没有饱和值离子通道是门控的(其活性由通道开或关两种构象调节)。(3)类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）应力激活通道（stress-activatedchannel）,主动运输,概念：主动运输（activetransport）是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或电化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。特点：运输方向；膜转运蛋白；消耗能量。,主动运输所需能量的来源主要有：1.ATP直接提供能量（ATP驱动泵）2.ATP间接提供能量（耦联转运蛋白）3.光能驱动,ATP驱动泵,P-型离子泵：Na+-K+泵、钙泵、H+泵V-型质子泵F-型质子泵ABC超家族,2.Na+-K+泵的作用机制,低密度脂蛋白（low-densitylipoproteins,LDL):是胆固醇在肝细胞合成后与磷脂和蛋白质形成的复合物,进入血液，通过与细胞表面的LDL受体结合形成受体-LDL复合物，通过网络蛋白有被小泡的内化作用进入细胞，经脱被与包内体融合。包内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，作用是传输新吞入细胞的物质到溶酶体被降解。,包内体膜上有ATP驱动的质子泵，将H+泵进包内体腔中，使腔内pH降低，引起LDL与受体分离。包内体以出芽的方式形成运载受体的小泡，返回细胞膜，重复使用。含LDL的包内体与溶酶体融合，LDL被水解，释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用。,三、氧化磷酸化,什么是氧化磷酸化：当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。什么是呼吸链：在线粒体内膜上存在有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，它们是传递电子的酶体系，由一系列可逆地接受和释放电子或H+的化学物质组成，在内膜上相互关联地有序排列，称为电子传递链（electron-transportchain）或呼吸链（respiratorychain）。,ATP合成酶(磷酸化的分子基础),分子结构基粒（elementaryparticle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F0偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。F1由5种多肽组成33复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。和单位交替排列，状如桔瓣。贯穿复合体（相当于发电机的转子），并与F0接触，帮助与F0结合。与F0的两个b亚基形成固定复合体的结构（相当于发电机的定子）。F0由三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道,可使质子由膜间隙流回基质。,氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说,化学渗透假说内容：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（M侧）泵至膜间隙（胞质侧或C侧），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（pH）及电位梯度（），两者共同构成电化学梯度（图7-9），即质子动力势（proton-motiveforce,P）。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。电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。,光反应,在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转换为电能（生成高能电子），进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能，形成ATP和NADPH并放出O2的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应（primaryreaction)原初反应是指叶绿素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递与转换，即光能被捕光色素分子吸收并传递至反应中心，在反应中心发生最初的光化学反应，使电荷分离从而将光能转换为电能的过程。,电子传递与光合磷酸化,电子传递与光合磷酸化需说明以下几点：最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体腔的质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于：H2O光解、cytb6f的H+-pump、NADPH的形成。ATP、NADPH在叶绿体基质中形成。电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化两条通路。循环式传递的高能电子在PS被光能激发后经cytb6f复合物回到PS。结果是不裂解H2O、产生O2，不形成NADPH，只产生H+跨膜梯度，合成ATP。光合磷酸化的概念：由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相耦联而生成ATP的过程，称为光合磷酸化。,导肽：位于线粒体前体蛋白N端的一段信号序列（约20个氨基酸残基），能够识别线粒体并牵引蛋白质通过线粒体膜进行运送，也称为信号肽。特点：含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸（精氨酸）；含较高羟基氨基酸（丝氨酸）；不含带负电荷的酸性氨基酸；可形成既具亲水性又具疏水性的螺旋结构。,一、线粒体和叶绿体的DNA,mtDNA/ctDNA形状、数量、大小双链环状(除绿藻mtDNA，草履虫mtDNA)mtDNA大小在动物中变化不大，但在植物中变化较大，高等植物，120kbp200kbp；人mtDNA：16,569bp，37个基因(编码12S,16SrRNA；22种tRNA；13种多肽：NADH脱氢酶7个亚基，cytb-c1复合物中1个cytb，细胞色素C氧化酶3个亚基，ATP合成酶2个Fo亚基)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。,二、线粒体和叶绿体的起源,内共生起源学说（endosymbiosishypothesis)叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻：Mereschkowsky，1905年Margulis，1970年：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。非共生起源学说主要内容：真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌。成功之处：解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。,rER的功能,蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成。需要移入内质网继续合成的蛋白：分泌蛋白；膜整合蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰加工：包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接；N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接。新生肽的折叠与组装这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。蛋白二硫健异构酶PDI和结合蛋白Bip的协助,sER的功能,脂类的合成合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转换蛋白（phospholipidsexchangeprotein，PEP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。肝的解毒作用（Detoxification）Systemofoxygenases-cytochromep450family；肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG）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,二、高尔基体的功能,1、参与细胞分泌活动负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，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medialGdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。2、蛋白质的糖基化及修饰O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行，通过逐次将糖基转移到Ser、Thr和Hyr的OH上形成寡糖链，糖的供体为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。3、蛋白酶的水解和其他加工过程如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。4、蛋白聚糖的糖基化和糖脂的糖基化5、其他功能：参与植物细胞壁的形成、参与形成溶酶体和微体6、蛋白聚糖和糖蛋白的硫酸盐化,硫酸根,酪氨酸（羟基）,溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）,高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）,溶酶体酶分选与局部浓缩,以出芽的方式转运到前溶酶体,磷酸葡萄糖苷酶,磷酸化识别信号：信号斑,发生途径,溶酶体的发生过程,信号假说,G.Blobel和D.Sabatini等提出信号假说（Signalhypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。蛋白质转入内质网合成的过程：信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体(DP)结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽被切除肽链延伸至终止翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translacation。,分选途径（Roadmap）,1.门控运输（gatedtransport）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。2.跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。3.膜泡运输（vesiculartransport）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。4.细胞质基质中蛋白的转运与细胞骨架密切相关,（二）信号分子与受体,1.信号分子物理信号（光、热、电流）化学信号（内分泌激素、气味分子、细胞代谢产物、药物毒物）。,3.第二信使与分子开关,第一信使：细胞外信号分子。第二信使(Secondmassenger)：第一信使与受体作用后在细胞内最早产生的信号分子。包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等。功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。,G蛋白：即：trimericGTP-bindingregulatoryprotein(三聚体GTP结合调节蛋白）。组成：三个亚基，和亚基属于脂锚定蛋白。作用：分子开关，亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开启状态。亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被GAP增强。,G蛋白,Fig.cAMP信号通路对基因转录的激活,信号分子与受体结合通过G蛋白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内cAMP浓度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亚基）转为进入细胞核，使基因调控蛋白（cAMP应答结合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。,胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（diacylglycerol,DAG）。IP3开启胞内IP3门控钙离子通道，Ca2+浓度升高，激活钙调蛋白（CaM）等Ca2+依赖蛋白；DAG在Ca2+协助下激活蛋白激酶C（PKC）。,2、磷脂酰肌醇双信使信号通路,Fig.磷脂酰肌醇信号通路图解,磷脂酰肌醇（IP3）信号通路,2.微管的种类,单管：常分散于细胞质中或成束分布。二联管：由A、B两根单管组成。三联管：A、B、C三根单管组成。,（二）微管组织中心microtubuleorganizingcenter,MTOCs,是微管进行组装的区域，都具有微管球蛋白，如：中心体、鞭毛基体。,结构：由基体和鞭杆两部分构成。鞭毛中的微管为9+2结构。二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成。A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为93+0。,4.形成纤毛与鞭毛,胞质环核质环辐中央栓,电镜下的核孔复合体(nuclearporecomplex，NPC),由四个部分组成：,捕鱼笼式（fish-trap)模型,生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的主动运输完成的：对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约1020nm，甚至可达26nm。主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征主动运输具有双向性，即核输入与核输出。,通过核孔复合体的主动运输,核被膜的功能,构成核、质之间的天然选择性屏障使基因表达时空隔离作为保护性屏障，使核处于一定的微环境中，避免生命活动的彼此干扰保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤染色体的定位和酶等大分子的支架核质之间的物质交换与信息交流,一、核仁形态,纤维中心(fibrillarcenters，FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子。致密纤维组分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的RNP，转录主要发生在FC与DFC的交界处。颗粒组分(granularcomponent，GC)：由直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。,一、细胞周期,由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，叫细胞周期。分为4个期：G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到S期DNA复制之前的间隙时间。S期(synthesisphase)，指DNA复制的时期。G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。M期又称D期(mitosisordivision)，细胞分裂开始到结束。,从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：连续分裂细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多型核白细胞等,1）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。2）偶线期：亦称合线期，是同源染色体配对的时期。同源染色体配对形成联会复合体(synaptonemalcomplex，SC）二价体（bivalent）四分体（tetrad）。这一时期合成约0.3%左右的DNA，称为zyg-DNA，与同源染色