细胞生物学四五章总结

细胞生物学第四章总结,生物技术12-1班申慧陈晓钦何晓东司高鹏,第4章细胞质膜与细胞社会联系,本章重点：细胞质膜的结构模型与基本成分细胞质膜的基本特征与功能细胞连接细胞粘着及其分子基础细胞外基质,对生物膜结构的认识,磷脂分子在水相中具有自发封闭的性质蛋白质分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面细胞生命活动中，生物膜处于不断的动态变化中生物膜可看作是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液,一、膜脂(membranelipid)成分,甘油磷脂占膜脂的50%以上，是3-磷酸甘油的衍生物，主要在内质网上合成鞘脂鞘氨醇的衍生物，包括鞘磷脂、糖脂等，主要在高尔基体合成固醇胆固醇的合成是在动物细胞的胞质和内质网上合成的，但动物体内的胆固醇多数来自于食物,二、膜脂的运动方式,沿膜平面的侧向运动脂分子围绕轴心的自旋运动脂分子尾部摆动双层脂分子之间的翻转运动,三、膜蛋白(membraneprotein),膜蛋白种类外在膜蛋白或外周膜蛋白内在膜蛋白或整合膜蛋白脂锚定膜蛋白（目前了解的内在膜蛋白均为跨膜蛋白，由胞质外结构域、跨膜结构域、胞质内结构域3部分组成）,2020/5/30,内在膜蛋白与脂质的结合方式,膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用（范德华力）跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头部形成离子键；或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头部相互作用某些脂蛋白通过自身在胞质一侧的半胱氨酸残基共价结合到脂肪酸分子上，后者插入脂双层进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力,三、细胞质膜相关的膜骨架,细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持质膜形状并协助质膜完成多种生理功能哺乳动物红细胞具有很好的弹性和强度红细胞质膜的刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨架复合体的相互作用来实现红细胞双凹形椭圆结构的形成还需要其他的骨架纤维参与,四、细胞质膜的基本功能,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除,其中伴随着能量的传递;提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜转导;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、细胞与外基质之间的连接;质膜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、肿瘤等有关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。,第三节细胞连接,多细胞生物体内没有细胞是“孤立”的通过细胞通讯、黏着、连接以及细胞与胞外基质的相互作用构成复杂的细胞社会决定细胞的行为和命运，包括结构与功能分化、位置以及生死抉择，维持机体的稳态平衡细胞连接(celljunction):细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质之间的连接结构封闭连接-锚定连接-通讯连接,一、紧密连接（tightjunction）,一般存在于上皮细胞之间主要功能:形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障:维持上皮细胞极性.(紧密连接形成的渗透屏障是相对的，某些小分子可通过紧密连接，以细胞旁路途径从上皮细胞层一侧转运或“渗漏”到另一侧),二、锚定连接,增强组织中细胞承受机械力的能力细胞内锚蛋白+跨膜黏附性蛋白1.与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒桥粒(desmosome)：相邻细胞内的中间丝通过桥粒相互作用，将相邻细胞连成一体，增强了细胞抵抗外界压力与张力的机械强度中间丝角蛋白丝、钙黏蛋白半桥粒(hemidesmosome)：细胞与胞外基质间的连接中间丝整联蛋白层粘连蛋白,2.与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：黏着带与黏着斑,黏着带(adhesionbelt)推测在动物胚胎发育形态建成过程中促使上皮细胞层弯曲形成神经管等结构微丝钙黏蛋白黏着斑(focaladhesion)细胞与胞外基质之间的连接方式微丝整联蛋白维持细胞运动张力以及影响细胞生长信号传递,三、通讯连接,间隙连接(gap-junction)：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接胞间连丝(plasmodesma)：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络化学突触(chemicalsynapses)：存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动,第四节细胞黏着及其分子基础,细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）通过3种方式介导细胞识别与黏着同亲型结合、异亲型结合、衔接分子依赖性结合,1.钙黏蛋白(cadherin),同亲型结合、Ca2+依赖的细胞黏着糖蛋白典型钙黏蛋白胞外部分形成5个重复结构域铰链区是Ca2+结合位点胞外最后一个重复结构域在Ca2+结合后彼此“嵌合”在一起，从而实现Ca2+依赖性细胞黏着低浓度（0.05mmol/L）Ca2+导致钙黏蛋白胞外部分的刚性丧失阳离子螯合剂EDTA能破坏Ca2+或Mg2+依赖性的细胞黏着通过调控钙黏蛋白的种类与数量能影响细胞间的黏着与迁移，从而影响组织分化,2.选择素(selectin),异亲型结合、Ca2+依赖性的细胞黏着分子选择素是跨膜蛋白，其胞外部分具有高度保守并能识别其他细胞表面特异性寡糖链的凝集素（lectin）结构域选择素及整联蛋白介导的细胞黏着，帮助白细胞从血液进入组织,3.免疫球蛋白超家族(IgSF),分子结构中具有与免疫球蛋白类似结构域的细胞黏着分子超家族（不依赖于Ca2+）大多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞之间的黏着,4.整联蛋白(integrin),普遍存在于脊椎动物细胞表面，异亲型结合、Ca2+或Mg2+依赖性的细胞黏着分子，主要介导细胞与胞外基质间的黏着整联蛋白参与的信号传递方向有“由内向外”和“由外向内”两种形式涉及细胞内外配体活化细胞表面整联蛋白血液凝固过程：“由内向外”传递信号黏着斑介导的锚定依赖性生长：“由外向内”,第五节细胞外基质,多细胞生物除细胞外还包括由细胞分泌的蛋白质和多糖构成的胞外基质细胞外基质在结缔组织中含量最为丰富为组织构建提供支撑框架，还对与其接触的细胞的存活、发育、迁移、增殖、形态以及其他功能产生重要的调控作用,动物细胞的胞外基质成分,结构蛋白：胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性蛋白聚糖：由蛋白质和多糖共价形成，高度亲水，赋予胞外基质抗压能力粘连糖蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白，有助于细胞粘连到胞外基质上,1.胶原(collagen),（1）结构与类型是胞外基质最基本成分，也是动物体内含量最丰富的蛋白质（2）胶原的合成与装配胶原的合成与组装始于内质网，并在高尔基体中进行修饰，最后在细胞外组装（3）胶原的空间排布形式胶原纤维的大小和空间排布形式在不同结缔组织中存在巨大差异，这至少与两方面因素有关：一是细胞分泌的胞外基质中一些纤维结合胶原（fibrilassociatedcollagen）二是分泌胶原的细胞对胶原在胞外基质中排布的影响,2.弹性蛋白(elastin),主要存在于脉管壁及肺组织呈无规则卷曲状态，通过Lys残基相互交连成网状结构与胶原纤维共同存在，分别赋予组织弹性及抗张性随着年龄增加，弹性蛋白不断流失，胶原铰链程度增加，导致关节不灵活、皮肤起皱、失去弹性,3.糖胺聚糖和蛋白聚糖,（1）糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）糖胺聚糖是由重复的二糖单位氨基己糖+糖醛酸构成的不分支长链多糖糖胺聚糖像海绵一样吸水产生膨压，赋予胞外基质抗压的能力（2）蛋白聚糖（proteoglycan）蛋白聚糖由糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的大分子,蛋白聚糖,软骨中蛋白聚糖借助连接蛋白以非共价键的形式与透明质酸结合形成复合体，赋予软骨凝胶样特性和抗变形能力蛋白聚糖与多种生长因子结合，有利于激素分子与细胞表面受体结合,4.纤连蛋白和层粘连蛋白,（1）纤连蛋白(fibronectin)有数个结构域,能识别并结合胞外基质组分还能识别并结合细胞表面受体（通过自身RGD三肽序列）（2）层粘连蛋白(laminin)有多个不同的结构域，与型胶原、肝素、整联蛋白等结合层粘连蛋白主要分布于各种动物胚胎及成体组织的基膜,5.基膜与细胞外被,1）基膜(basallamina，basementmembrane)成分为型胶原、层粘连蛋白、巢蛋白以及基膜蛋白聚糖等对组织起结构支撑、调节通透性等作用（2）细胞外被(cellcoat)糖萼(glycocalyx)细胞质膜外表面覆盖的一层黏多糖物质，是细胞质膜的正常结构组分保护细胞膜，并在细胞识别中起重要作用,6.植物细胞壁,植物、真菌、藻类和原核细胞胞外基质形成不同类型的细胞壁赋予植物细胞强度，保护细胞免受机械损伤以及病原体感染发挥渗透屏障作用植物细胞壁也是由细胞分泌的植物细胞壁由大分子构成，主要成分是多糖，包括纤维素、半纤维素、果胶质等初生细胞壁是在细胞生长时期合成的，由纤维素、半纤维素、果胶和糖蛋白等组成次生细胞壁是细胞分化期合成的，含有木质素，但基本不含有果胶,本章小结,质膜的结构、成分、特征及功能细胞连接类型、结构及功能细胞粘着分子类型、结构及功能细胞外基质类型、结构及功能,细胞生物学第五章总结,本章主要内容：膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输ATP驱动泵与主动运输胞吞作用与胞吐作用,第一节膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输,一、脂双层的不透性和膜转运蛋白,脂双层疏水对绝大多数极性分子、离子以及细胞代谢产物的通透性极低，形成了细胞的渗透屏障膜转运蛋白可分为两类：载体蛋白（carrierprotein，transporter）多次跨膜；通过构象改变介导溶质分子跨膜转运与底物（溶质）特异性结合；具有高度选择性；具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；但对溶质不做任何共价修饰通道蛋白（channelprotein）3种类型：离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白大多数通道蛋白都是离子通道转运底物时，通道蛋白形成选择性和门控性跨膜通道,离子通道的类型及其3个显著特征,具有极高的转运速率没有饱和值离子通道非连续性开放,而是门控的,电压门通道配体门通道（胞外配体）配体门通道（胞内配体）应力激活通道,载体蛋白和通道蛋白的主要区别,膜转运蛋白约15-30%的膜蛋白是膜转运蛋白，可分两类：载体蛋白（carrierproteins）通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输似“船”通道蛋白（channelproteins）只介导被动运输，是门控式水性通道似“桥”或“通道”,二、小分子物质的跨膜运输类型,3种类型：简单扩散、被动运输和主动运输（一）简单扩散(simplediffusion)1、顺电化学梯度或浓度梯度2、不需要细胞提供能量3、无需膜转运蛋白协助4、脂双层对溶质的通透性大小主要取决于分子大小和分子的极性（二）被动运输(passivetransport)1、顺着电化学梯度或浓度梯度协助扩散(facilitateddiffusion)膜转运蛋白协助载体蛋白介导通道蛋白介导（三）主动运输(activetransport),载体蛋白所介导、逆着电化学梯度或浓度梯度、耗能3种类型ATP驱动泵（ATP直接供能）协同转运或偶联转运（ATP间接提供能量）光驱动泵,第二节ATP驱动泵与主动运输,ATP驱动泵通常又称为转运ATPase，分为4类P型泵、V型质子泵、F型质子泵和ABC超家族,一、P型泵(P-typepump),2个催化亚基，具有ATP结合位点；2个调节亚基至少有一个催化亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，改变转运泵的构象，实现离子的跨膜转运转运泵水解ATP使自身形成磷酸化的中间体（一）Na+-K+泵（Na+-K+ATPase）维持细胞膜电位维持动物细胞渗透平衡吸收营养（二）Ca2+泵及其他P型泵细胞质基质中低Ca2+浓度的维持主要得益于质膜或细胞器膜上的钙泵每消耗1分子ATP从细胞质基质泵出2个Ca2+,二、V型质子泵和F型质子泵,V型质子泵广泛存在于动物细胞的胞内体膜、溶酶体膜、破骨细胞和肾小管细胞的质膜以及植物、酵母及其他真菌细胞的液泡膜上（V为vesicle）转运H+过程中不形成磷酸化的中间体维持细胞质基质pH中性和细胞器内pH酸性F型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上（F为factor）转运H+过程中不形成磷酸化的中间体F型质子泵常利用质子动力势合成ATP，又称作H+-ATP合成酶,三、ABC超家族,ABC超家族也是一类ATP驱动泵广泛分布于从细菌到人类各种生物中，是最大的一类转运蛋白通过ATP分子的结合与水解完成小分子物质的跨膜转运（一）ABC转运蛋白的结构与工作模式4个“核心”结构域2个跨膜结构域，分别含6个跨膜螺旋，形成底物运输通路决定底物特异性2个胞质侧ATP结合域，有ATPase活性ATP分子结合,诱导2个ATP结合域二聚化，引起转运蛋白构象改变，使底物结合部位暴露于质膜的另一侧,ABC型泵的主要功能,ABC蛋白是细菌质膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的转运蛋白，依赖水解ATP的能量，从环境中逆浓度梯度摄取营养（细菌）；依赖水解ATP的能量，将进入胞质的疏水性小分子药物泵出细胞（肿瘤细胞）；是哺乳动物细胞质膜上磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其它小分子的转运蛋白；是肝、小肠、肾细胞膜上排除天然毒物和代谢废物的主要结构。,四、离子的跨膜转运与膜电位,膜电位：细胞膜两侧离子分布的不平衡所产生的电位差。静息电位：细胞未受刺激时质膜两侧的电位差。内负外正神经细胞-90mv肌肉细胞-60mv动作电位：神经细胞膜上某部位受刺激后，由于离子通道的规律开放和关闭，而引起的静息电位的倒转所产生的电位。内正外负。,第三节胞吞作用与胞吐作用,真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，如蛋白质、多核苷酸、多糖等物质包裹在脂双层膜包被的囊泡中，因此又称膜泡运输一、胞吞作用的类型吞噬作用（phagocytosis）原生生物：摄取食物巨噬细胞和中性粒细胞摄取营养物，清除病原体、衰老、凋亡的细胞吞噬作用是一个信号触发的过程胞饮作用（pinocytosis）几乎发生于所有类型真核细胞中往往连续摄入溶液及可溶性分子胞饮泡直径一般小于吞噬泡直径,1.网格蛋白依赖的胞吞作用,网格蛋白(clathrin)由3个二聚体组成，3个