细胞生物学要点合辑

细胞生物学发展史主要事件,Janssen兄弟试制成第一台复式显微镜；,RobertHooke发现并命名了细胞；,Leeuwenhoek首次观察到活细胞；,Schleiden和Schwann提出了细胞学说。,Flemming发现细胞的有丝分裂现象；,Hertwig发现受精现象和减数分裂现象。,Ruska设计制造了第一台电子显微镜。,Avery证实DNA为遗传物质；,Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型；,Crick创立中心法则。,细胞,生物小分子,无机小分子,有机小分子,单糖脂肪酸氨基酸核苷酸,水无机盐,生物大分子,多糖脂类蛋白质核酸,细胞的分子组成,（1）蛋白质的一级结构,多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。,化学键：,主键：肽键副键：二硫键,蛋白质的四级结构模型,（2）蛋白质的二级结构,在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘绕或折叠的结构。,a-螺旋,化学键：,氢键,分类：,-折叠,概念：,概念：,（4）蛋白质的四级结构,概念：,化学键：,两条或两条以上具有三级结构的肽链之间借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。,氢键等,四级结构中每条具有三级结构的多肽链,亚基,亚基,氢键,蛋白质的四级结构,在二级结构的基础上按一定方式再行盘绕折叠而形成的空间结构。,（3）蛋白质的三级结构,概念：,化学键：,氢键，离子键，疏水键,真核细胞与原核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞大小较小(1-10um)较大(10-100um)代谢厌氧或需氧需氧细胞质无细胞骨架、胞质流动、有细胞骨架、胞质流动、内吞和外吐作用内吞和外吐作用细胞器无(除70S核糖体外)有内质网、高尔基复合体、线粒体等细胞核无核膜和核仁（类核）有核膜和核仁（真核）呈环状，位于细胞质内，位于细胞核内，含有许多非编码区，DNA不与组蛋白结合与组蛋白结合构成染色体在同一区室内合成RNA和核内合成和加工RNA，细胞质内合成RNA和蛋白质蛋白质（同时同地）蛋白质（异时异地）细胞分裂无丝分裂，无纺缍丝有丝分裂或减数分裂,形成纺缍丝分布细菌，支原体，立克次氏体原虫，真菌，植物，动物，人类运动简单原纤维及鞭毛纤毛或鞭毛细胞壁由胞壁质组成（细菌等）由纤维素组成（植物细胞）,化学组成,脂类、蛋白质、糖类,水、无机盐、金属离子,主要成分,少量成分,（一）膜脂,磷脂,糖脂,胆固醇,（二）膜蛋白,内在膜蛋白（70%80%）,外在膜蛋白（20%30%）,单糖或多聚糖+膜脂,共价键,糖脂,单糖或多聚糖+膜蛋白,糖蛋白,共价键,（三）膜糖类,生物膜,、内在膜蛋白,膜功能的承担者；,（1）跨膜蛋白贯穿脂双层，两端露出膜内外单次穿膜多次穿膜,2、外在膜蛋白,附在膜的胞质面，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的极性区域非共价地结合。,双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层中。,（2）半嵌入蛋白一端嵌入膜层内，另一端露出膜外,非双亲性分子；,膜蛋白,双亲性分子,既有亲水性一端，又有疏水性一端的分子。,如：磷脂、胆固醇、糖脂、内在膜蛋白,（一）生物膜的流动性,（1）侧向移动,（2）旋转运动,（3）左右摆动,（4）翻转运动,膜脂的特性：液晶态,固态,液晶态,液态,相变,相变温度,膜脂分子的运动方式,1、膜脂的流动性,膜蛋白分子的运动方式,（1）侧向移动,（2）旋转运动,2、膜蛋白的流动性,生物膜的特性,影响膜脂流动性的因素,1.脂肪酸链的饱和程度,2.脂肪酸链的长度,3.胆固醇的影响,4.卵磷脂/鞘磷脂的比例,5.其它因素,饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大。,链长，流动性小；链短，流动性大。,调节膜的流动性。,此比例小，流动性小；此比例大，流动性大。,环境温度，内在膜蛋白的含量,（二）生物膜的不对称性,糖脂：全部分布在细胞膜的外层。（非胞质面）,磷脂：分布在细胞膜的外层（非胞质面），内层（胞质面）,胆固醇：主要分布在细胞膜的外层。（非胞质面）,1、膜脂分布的不对称性,1、在脂双分子层中的分布位置不对称。（包括内在及外在膜蛋白）,3、糖蛋白均分布于细胞膜的外层。（非胞质面）,2、在膜内外层中的分布数量不对称。（细胞膜内层多于外层）,膜脂及膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。,2、膜蛋白分布的不对称性,生物膜的分子结构模型,“脂双分子层”的提出科学基础,细胞膜是由连续的脂双分子层组成的。,（一）片层结构模型,夹层学说,（球状）,（球状）,（双分子层）,“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板式结构,（二）单位膜模型,“两暗一明”的结构模型,覆盖在脂双分子层内外表面的是呈-折叠的薄片状蛋白质，非球状蛋白质。,（三）液态镶嵌模型,1.流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体；,2.球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。,液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现象，为阐述膜功能奠定了基础，为人们普遍接受，但它忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用以及膜各部分流动性的不均匀性。,3.强调了生物膜的流动性和不对称性。,流动镶嵌模型,主要论点,客观评价,取决于膜的结构属性及分子特性：,H2O：不带电荷，双极结构,带电荷的离子不能或很难穿膜,Na+、K+、Cl-：分子小，离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了有效体积。,膜的选择性通透,O2、CO2、N2：不带电荷，非极性,分子量小、脂溶性强的物质能迅速通过脂双层膜,葡萄糖：分子大，不带电,不依靠专一的膜蛋白分子，顺浓度梯度使物质从膜的一侧转运到另一侧，不需要消耗细胞代谢能的运输方式。,被运输的物质借助于膜运输蛋白，顺着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且不需要消耗细胞代谢能的运输方式。,被运输的物质借助于膜运输蛋白，逆着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且需要消耗细胞代谢能的运输方式。,单纯扩散,被动运输,主动运输,（易化扩散）,膜运输蛋白及其介导的跨膜运输,根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：,载体蛋白：通过蛋白质发生可逆的构象变化进行物质运输；,通道蛋白：在蛋白质中心形成一个亲水性的通道，使特定溶质穿越。,载体蛋白既参与主动运输又参与被动运输；通道蛋白只参与被动运输。,载体蛋白介导的运输,被动运输,主动运输,通道蛋白介导的运输,（1）钠钾泵(Na+-K+pump),逆电化学梯度转运Na+和K+,化学本质：,Na+-K+ATP酶,兼有载体蛋白和酶的双重功能,化学组成：,Na+-K+ATP酶,大亚基：,小亚基：,跨膜脂蛋白,酶的催化部位,内侧：,Na+、ATP的结合部位,外侧：,K+、乌本箭毒苷的结合部位,膜外半嵌入的糖蛋白，作用不详。,载体蛋白介导的主动运输,运输过程：,(1)Na+在膜内侧结合到Na+结合位点,促进ATP分子的水解;(2)泵磷酸化，导致蛋白构型改变;(3)Na+结合部位转向膜外,Na+释放到膜外，同时K+结合位点朝向细胞表面；(4)K+与其结合位点结合后,刺激泵脱磷酸化,并导致蛋白的构型再次变化，K+结合位点朝向胞质面;(5)泵与K+亲和力下降,释放K+,蛋白复构，并与Na+亲和力上升,开始下一轮运输过程。,工作效率:,1个Na+-K+ATP酶分子每秒钟可水解100个ATP分子；,每水解1个ATP分子所释放的能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+。,生理意义:,A、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度；,B、维持膜电位；,C、调节细胞内外渗透压；,D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸等提供驱动力。,（2）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输,协同运输：,一种物质的运输依赖第二种物质同时运输。,协同运输,同向协同运输,逆向协同运输,钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输并不直接利用ATP，而是由钠钾泵产生的膜外高钠离子浓度驱动的。,此运输过程由两种载体蛋白协同完成：,葡萄糖特异性载体蛋白：,钠钾泵：,将Na+泵出细胞，造成胞内外的Na+浓度梯度。,利用Na+势能驱动，结合葡萄糖，使之与Na+相伴进入细胞。,细胞中葡萄糖的穿膜运输要几种形式？为什么在不同部位的细胞需要不同的葡萄糖运输形式？分别是如何完成的？,思考题：,顺电化学梯度转运物质。,离子通道蛋白的特点：,运输速度快；,特异性强；,间断开放，由闸门控制；,离子通道蛋白的类型：,电压闸门离子通道,配体闸门离子通道,机械闸门离子通道,通道蛋白介导的运输,内吞作用,外吐作用,吞饮作用,吞噬作用,受体介导的内吞作用,膜泡运输,大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质的转运过程。(此过程耗能）,(endocytosis),(exocytosis),内吞作用,细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。,根据吞入物质的状态、大小及特异程度的不同，分为三种：,（一）吞噬作用(phagocytosis),细胞吞入较大的固体颗粒或分子复合物的过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。,吞噬作用形成的膜囊泡称吞噬体。,原生动物获取营养的重要方式。,高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能。,（二）吞饮作用(pinocytosis),细胞吞入液体或溶质分子的活动。,形成的膜囊泡称吞饮体。,多数细胞具有吞饮作用。,（三）受体介导的内吞作用(receptor-mediatedendocytosis),大分子物质首先与质膜上的受体特异性结合，然后内陷成有被小窝，继之形成有被小泡的内吞方式。,A.特异性强，可大大提高内吞效率；,B.内吞过程中形成一类特殊的膜囊泡有被小泡。,特点：,实例：,细胞对胆固醇的摄取,LDL颗粒(低密度脂蛋白)(lowdensitylipoprotein),LDL受体,有被小窝,有被小泡,内吞,去被,无被小泡,胞内体,融合,受体与LDL颗粒分开,含受体部分,受体再循环,含LDL颗粒部分,内体性溶酶体,融合,吞噬性溶酶体,游离胆固醇,释出,外吐作用,细胞内某些物质由膜包围成小泡从细胞内部逐步移到质膜下方，与质膜融合，把物质排到细胞外的运输过程。,以分泌蛋白为例，其外吐作用有两种形式,固有分泌,核糖体,内质网腔,转运囊泡,高尔基复合体,分泌囊泡,细胞膜,胞外,(constitutivepathwayofsecretion),核糖体,内质网腔,转运囊泡,高尔基复合体,分泌囊泡,细胞膜,胞外,胞外信号,受调分泌,(regulatedpathwayofsecretion),质膜循环,在细胞的内吞与外吐过程中，质膜与细胞内膜之间不断地进行着移位、融合或重组，并处于一种动态平衡中的现象。,细胞连接(celljunction),指相邻细胞接触区域局部特化所形成的连接结构，其作用在于加强细胞间的机械联系，对于维持组织结构的完整性，协调细胞功能有重要意义。,紧密连接,桥粒连接,缝隙连接,细胞连接,细胞侧面的特化结构,带状桥粒,点状桥粒,半桥粒,（一）紧密连接(tightjunction),存在部位：,多见于上皮细胞靠近腔管的顶部侧面。也存在于脑组织与毛细血管间，形成血脑屏障。,紧密连接是一种封闭连接，相邻细胞膜紧靠在一起，相邻细胞膜的跨膜蛋白和脂质共同构成的“条索状”结构，在膜面上呈网状行走。切面可见一系列的“点状对合”结构，“封闭链”的切面观。,结构特点：,功能特点：,封闭上皮细胞间隙，阻止上皮上下两侧物质自由穿行，还阻止质膜外叶层中蛋白质及脂类分子在顶部与基侧部间自由扩散。,又称闭锁小带,（二）桥粒连接（anchoringjunction）,位于上皮细胞紧密连接下方。,存在部位：,结构特点：,在细胞周围呈连续的腰带状，与细胞内微丝相连。细胞间有宽约1520nm的间隙，内含糖蛋白。,带状桥粒(beltdesmosome),又称黏着斑,功能特点：与细丝相互间进行力的传递，保持细胞坚固的联系。,点状桥粒(spotdesmosome),又称中间连接或黏着小带,存在部位：,在上皮细胞中位于带状桥粒下方。,机体组织内分布广泛，尤其在上皮组织，心肌和子宫颈等易受机械张力的组织中含量最为丰富。在上皮细胞，可与带状桥粒和紧密连接形成连接复合体。,分布组织：,钙粘蛋白,中间纤维,附着斑,结构特点：,桥粒芯蛋白,桥粒胶蛋白,功能特点：,将相邻细胞连为一体，使上皮细胞不因外界张力而分离，以承受机械压力。,位于上皮组织基底层细胞与基底膜交界处，只见于细胞的一侧。,存在部位：,功能特点：,形状、结构与点状桥粒相似，只是相当于点状桥粒的一半。,半桥粒,结构特点：,把上皮细胞铆在基膜上，以加强上皮细胞与其下基质的联系，并防止细胞在受外力时与基膜分离。,（三）缝隙连接(gapjunction),普遍存在于各种组织细胞中(成熟骨骼肌细胞和循环系统中的血细胞除外),是双方接触面积较大的盘状结构，许多六角形颗粒规则地排列在质膜上。每个六角形颗粒称为一个“连接小体”，它是缝隙连接的结构单位。每个连接小体由6个穿膜蛋白质分子围成，中央有通道，相邻细胞膜的连接小体一一对接，孔道相通，允许一定分子量以下的物质通过。,特殊功能：,除使细胞牢固连接外，主要介导细胞间通讯。（细胞粘合、细胞通讯）,分布组织：,结构特点：,细胞游离面的特化结构微绒毛、纤毛、鞭毛,小肠上皮细胞中各种细胞连接模式图,内膜系统,概念：,真核细胞中在结构、功能及发生上具有一定联系的细胞内膜，包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、核膜等，可以看成统一的膜成分在局部区域的特化。,功能：,提高细胞代谢效率，使特定的功能在特定的区域内完成。,(endomembranesystem),增大细胞内的表面积，为细胞内各种代谢提供更为广阔的场所。不同催化功能的酶系分隔局限在一定区域，保证了各种生理生化反应互不干扰，有条不紊的进行。形成了一个严密而完善的胞内物质合成、加工、运输和胞内结构、功能转化体系。,膜流现象,核糖体,基本类型,70S的核糖体：原核细胞,80S的核糖体：真核细胞,线粒体内核糖体接近70S,1.游离核糖体：游离于细胞质中；主要合成细胞本身的结构蛋白。,2.附着核糖体：附着在内质网膜上，是核糖体存在的主要方式；主要合成分泌蛋白。,存在方式,无论是游离核糖体还是附着核糖体，在进行蛋白质合成时，通常由mRNA将若干核糖体串联起来成为蛋白质合成的功能团，这种功能团称多聚核糖体(polyribosome)。,功能分区,5，,3，,mRNA,A部位,P部位,G因子,T因子,（1）A部位：又称受体部位，是接受氨酰-tRNA的部位。,（2）P部位：又称供体部位，是肽酰-tRNA移交肽链后释放tRNA的部位。,（3）T因子：又称转肽酶活性部位，在肽链延长时催化氨基酸与氨基酸之间形成肽键。,（4）G因子：又称GTP酶活性部位，分解GTP，并将肽酰-tRNA由A部位移到P部位。,胞质面附着大量核糖体，表面粗糙；常由板层状排列的扁囊构成；多分布在分泌功能旺盛或分化较完善的细胞内。,胞质面无核糖体附着，表面光滑；常由分支的小管或圆形小泡；多分布在一些特化的细胞中，如肝细胞。,粗面内质网,(roughendoplasmicreticulum,RER),滑面内质网,(smoothendoplasmicreticulum,SER),功能：蛋白质的合成、加工、分选、转运。,功能：固醇激素的合成和脂类代谢；糖原的合成与分解；解毒作用,内质网,粗面内质网的功能,（1）粗面内质网与蛋白质的合成,A、分泌蛋白：合成后分泌到细胞外的蛋白质。（酶、抗体、肽类激素、胞外基质成分等）,B、膜蛋白：合成后嵌在膜内的蛋白质。（膜受体、膜抗原等）,D、溶酶体蛋白：合成后通过特定途径成为溶酶体中的酶。（溶酶体中的酸性水解酶类）,C、驻留蛋白：合成后留在内质网腔中，对新生肽链进行修饰、转运和折叠。（某些可溶性蛋白质）,RER上合成的四类蛋白质,解释内质网膜对游离核糖体的识别、两者的结合以及所合成的多肽链穿过内质网膜进入内质网腔等一系列事件。,分泌蛋白合成的信号假说,蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：,*信号肽（signalpeptide）：在分泌蛋白mRNA5端起始密码子AUG之后有一组信号密码,蛋白质合成时先在游离核糖体上由信号密码翻译出信号肽，信号肽由1830个疏水氨基酸组成。*信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）：由6种多肽和1个RNA组成，既能识别信号肽，又能与核糖体的A位点结合，导致蛋白质合成暂停。*SRP受体（SRPreceptor）：内质网膜的整合蛋白，可与SRP特异结合。*移位子（translocator，translocon）：内质网膜的通道蛋白。,信号假说的内容,1）合成信号肽。,2）SRP识别信号肽，形成核糖体-SRP复合体，翻译暂停。,3）SRP与ER膜上的SRP受体识别并结合，形成核糖体-SRP-SRP受体复合体，核糖体与ER膜结合。,4）信号肽插入ER腔，SRP脱离核糖体，翻译继续。,5）信号肽被切除，成熟肽链落入ER腔。,6）核糖体脱离ER膜进入细胞质。,内质网腔,细胞质,SRP受体,信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP),tRNA,A,P,核糖体,mRNA,信号肽(signalpeptide),A,信号密码（signalcodon),蛋白质转移到内质网的机制,（2）粗面内质网与蛋白质的糖基化修饰,蛋白质的两种糖基化修饰：,N-连接糖基化：寡糖与天门冬酰胺(Asn)残基侧链上的氨基基团相连接。在RER腔中完成。,寡糖与丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)残基侧链上的羟基基团相连接。主要或全部在高尔基复合体中完成。,O-连接糖基化：,（3）粗面内质网与蛋白质的运输,1）分泌蛋白的运输：,分泌蛋白,ER腔,转运小泡,高尔基复合体,浓缩泡,(分泌泡),细胞外,2）膜蛋白的运输：,RER上合成的膜蛋白，其肽链中会出现一个或多个终止穿膜信号，从而使其以不同方式整合在ER膜上。,3）驻留蛋白的运输：,RER上合成的驻留蛋白，其肽链羧基端带有驻留信号肽，从而使其“驻留”在ER腔中，负责对新生肽链进行修饰、转运和折叠。,4）溶酶体蛋白的运输：,溶酶体蛋白,ER腔,转运小泡,高尔基复合体,转运小泡,溶酶体,+内体,光镜下：网状结构,电镜,高尔基中央扁平囊区：,反面高尔基网络：,顺面高尔基网络：,高尔基复合体,顺面扁囊,中间扁囊,反面扁囊,高尔基复合体是具有极性的细胞器。,也称形成面，靠近细胞中心或内质网,也称成熟面，远离细胞中心或靠近细胞膜,功能,分泌蛋白在RER中合成后被运送至GC，在其中经浓缩、修饰、加工后包装于分泌泡中，最终分泌到细胞外。,分泌运输,蛋白质的O-连接糖基化作用主要或全部在高尔基复合体内完成。,高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。,加工修饰,有些蛋白和酶，只有在GC中被特异性水解后才能成熟或具有活性（胰岛素）。,不同的糖蛋白通过不同的运输小泡运输。,分选运输,膜的转移,细胞的内吞作用：,细胞膜,细胞内膜,细胞的外吐作用：,细胞内膜,细胞膜,膜流现象：在细胞的内吞与外吐过程中，细胞膜与细胞内膜之间可发生移位、融合或重组，使得各种膜性结构之间相互联系、相互转移的现象。,细胞膜,细胞内膜,溶酶体的形成,溶酶体的酶由rER上的核糖体合成,rER腔内,高尔基复合体（加工修饰）,出芽离开,转运小泡,转运小泡,溶酶体,+内体,内吞体,RER,顺面网状结构,反面网状结构,高尔基复合体,溶酶体水解酶前体,加入磷酸,(M-6-P),前溶酶体,ATP,ADP+Pi,H+,去除磷酸,pH=6,成熟溶酶体,（内体性溶酶体）,溶酶体的发生,溶酶体,酶的特点,溶酶体内有多种酸性水解酶，最适pH5.0，能把蛋白质、核酸、多糖、脂类等大分子分解。,不同类型细胞及同一类型细胞内不同的溶酶体中酶的种类和比例各不相同，但酸性磷酸酶则普遍存在，所以将其作为溶酶体的标志酶。,1、溶酶体膜上有特殊的转运蛋白质子泵，将胞质中的H+泵入溶酶体，以形成和维持溶酶体内的酸性环境。,2、溶酶体膜内存在多种载体蛋白，用于向外运输消化水解的产物。,3、溶酶体膜蛋白高度糖基化，以防止自身被水解消化。,膜的特征,内体性溶酶体,类型,按形成过程和功能状态分类,形成过程：,内质网,高尔基复合体,内体性溶酶体,功能状态：,只含酶，不含底物，未进行消化活动,吞噬性溶酶体,形成过程：,内体性溶酶体,底物,吞噬性溶酶体,功能状态：,既含酶，又含底物，已进行消化活动,分类：,自噬性溶酶体,异噬性溶酶体,（内体性溶酶体+内源性底物）,（内体性溶酶体+外源性底物）,自噬体,异噬体,+,含铁小体,多泡体,髓样结构,残余小体,吞噬性溶酶体达功能末期，水解酶活性降低或丧失，一些未被分解的物质保留在溶酶体中，形成残余小体。,定义：,常见类型：,脂褐质：常见于神经细胞和心肌细胞中，随着年龄增长而数量增多。,功能,消化作用,1、自噬作用,细胞对内源性物质，如线粒体、内质网等细胞器碎片的消化作用。,意义：,是细胞新陈代谢的重要方式；,是机体和细胞的自我保护功能。（消化掉自体的一小部分，以维持整体的生存）,2、异噬作用,细胞对外源性物质，如胞外营养成分、细菌、病毒等的消化作用。,意义：,为细胞生存提供营养物质；,是机体防御功能的一部分。,胞外消化,协助精子与卵细胞受精,顶体：特化的溶酶体,骨质更新,破骨细胞的溶酶体酶能释放到细胞外，分解和消除陈旧的骨基质。,细胞内的溶酶体膜破裂，消化酶释出，使细胞自身被消化的过程。,蝌蚪发育过程中尾部的退化、哺乳动物断乳后乳腺的退行性变化等都与细胞自溶作用有关。,自溶作用,激素生成,甲状腺素的生成,所含的酶,共有40种以上的酶。其中标志酶是过氧化氢酶。,过氧化物酶体,功能,对有毒物质的解毒作用,对细胞氧张力的调节作用,对氧化型辅酶I(NAD+)的再生作用,参与核酸、脂肪和糖的代谢,思考题：,1、以分泌性蛋白为例，阐述其从游离核糖体上的初始合成到粗面内质网中继续合成、加工、修饰的过程。,2、试举例说明内膜系统在功能上的相互联系。,超微结构,电镜下：是由两层单位膜围成的封闭膜囊结构。,线粒体,外膜：,平整、光滑，有多套运输蛋白（通道蛋白），围成筒状圆柱体，中央有小孔，允许分子量10,000以下的物质通过。,内膜：,通透性很小，但有高度的选择通透性，借助膜运输蛋白控制其内外物质的交换。,内膜向内形成的突起，增加内膜的表面积。,内外膜间的间隙。,嵴与嵴之间的空间。,嵴间腔：（内室）,嵴内的空隙,嵴：,嵴内腔：,膜间隙：（外室）,可溶性ATP酶（F1),疏水蛋白(HP；F0),基粒(elementaryparticle),内膜基质面上许多带柄的小颗粒，与膜面垂直而有规律地排列。其本质为ATP酶复合体。,3-4nm长4.5-6nm,6-11.5nm高5-6nm,头部,柄部,基片,对寡酶素敏感的蛋白（OSCP),ATP酶复合体抑制多肽（调节酶活性）,F1由5种多肽组。33复合体，具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。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。,ATP合酶,基质,位于嵴间腔（内室）中，充满电子密度较低的物质。,脂类,蛋白质,酶类,线粒体DNA,线粒体mRNA,线粒体tRNA,线粒体核糖体,基质颗粒,线粒体基因组,mtDNA:双链环状DNA分子、不与组蛋白结合、分散在线粒体基质中，分子量小。,mtDNA全部核苷酸序列16569个碱基对,37个基因,2种编码rRNA(12S和16S）基因,22种编码tRNA基因,13种编码蛋白质基因,mtDNA排列紧凑、高效利用、可自我复制，但其遗传密码与“通用”遗传密码表不完全相同，如：UGA色氨酸而不是终止密码。,半自主性,1、线粒体有自己的DNA分子和蛋白质合成系统，即有独立的遗传系统，故有一定的自主性。,2、mtDNA分子量小、基因数目少，只编码线粒体蛋白质的10%，而绝大多数线粒体蛋白质（90%）是由核基因编码，在细胞质中合成后转运到线粒体中的。,因此，线粒体为半自主性细胞器,3、线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。,核编码蛋白质的线粒体转运,输入线粒体的蛋白大多是在细胞质中合成后再运送的，蛋白质分子以前体形式存在。,前体蛋白质的特征：空间构型以解折叠状态存在。N-末端含有称为导肽的前导序列。导肽具有牵引、识别、将蛋白质导入线粒体的作用。,1、前体蛋白在线粒体外保持非折叠状态,绝大多数前体蛋白都要和一种称之为热休克蛋白70的分子伴侣结合，从而防止前体蛋白行成不可解开的构象。,2、多肽链穿越线粒体膜,前体蛋白一旦和受体结合后，就和外膜和内膜上的膜通道发生作用进入线粒体。前体蛋白进入线粒体基质后，mthsp70一个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一样将蛋白质“铰进”基质，这一过程也需要消耗ATP。,3.多肽链进入线粒体基质的再折叠,蛋白质进入线粒体基质后，必须恢复其天然构象以行使功能。在mthsp70和Hsp60的帮助下，前体蛋白进行正确折叠。由转运肽酶切除导肽，成为成熟的线粒体基质蛋白。,电子经呼吸链传递时，同时起质子泵的作用，驱动质子（H+）从线粒体基质腔（内室）转移到膜间腔（外室），从而产生膜内外质子电化学梯度储存势能,当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。,化学渗透假说,线粒体内膜上的基粒（ATP酶复合体）也能可逆地跨线粒体内膜转运质子（H+）。水解ATP产生能量将质子从内室转移到外室；当外室存在大量质子时使线粒体内膜内外存在足够的质子电化学梯度，质子则从外室通过基粒（ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室同时驱动F1因子中ATP酶利用这种势能合成ATP。,线粒体内膜本身具有离子不通透性，能隔绝包括H+、OH-在内的各种正负离子。,线粒体内膜上有一系列介导基本代谢物质和选择性转运无机离子进出内膜的载体蛋白。,电子传递过程中所释放的能量并非直接用于合成ATP，而是用来将质子从内室泵到外室。,类型,是由蛋白纤维交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，与外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动有关。,细胞骨架,微丝,基本单位：肌动蛋白(actin),微丝具有极性，一端有氨基和羧基的暴露，称为正端，另一端则称为负端,存在方式,球状肌动蛋白(肌动蛋白单体G-actin),纤维状肌动蛋白(肌动蛋白聚合体F-actin),由蛋白纤维组成的实心纤维细丝，长短不一，广泛存在于所有真核细胞中，以束状、网状或纤维状分散分布于细胞质的特定空间位置上：在细胞膜内侧的细胞皮质区比较集中。,(microfilament,MF),一、结构和分子组成,适当的盐浓度下,动态调节,ATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素。肌动蛋白结合蛋白对微丝的组装也具有调控作用。,二、微丝的组装,按功能分为五类：,对肌动蛋白丝有调节作用。从不同水平调控微丝的组装。,三、微丝结合蛋白,掺入因子：与肌动蛋白结合，参与微丝组装。,聚合因子：肌动蛋白单体结合蛋白、剪切蛋白和盖帽因子。调节细胞内肌动蛋白单体浓度。,交联蛋白与捆绑蛋白：位于平行肌动蛋白纤维之间，呈桥梁状。将肌动蛋白纤维连结成束。,成核因子：启动微丝成核，调节微丝核心形成。,移动因子：促进微丝移动的肌球蛋白。,四、主要功能,）构成细胞的支架，维持细胞的形态。）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩。）参与细胞分裂。）参与细胞运动。）参与细胞内物质运输。）参与细胞内信号转导。,微管,一、结构与化学组成,微管蛋白,-微管蛋白,-微管蛋白,微管结合蛋白,(microtubule，MT),化学组成：,中空的圆柱状结构，横断面上看是由13根原纤维呈纵向平行排列而成，具有极性。,形态结构：,二、存在类型,单管,二联管,三联管,三、微管结合蛋白,是一类可以与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白质，结合在围观表面可以与其他细胞器连接。主要功能稳定微管的结构和促进微管的聚合；增加微管装配的起始点和提高起始装配速度。,四、功能,构成细胞的网状支架，维持细胞的形态。构成纤毛、鞭毛和中心粒，参与细胞运动。维持细胞器的位置，参与细胞器的位移。参与细胞内物质，特别是大分子和颗粒物质的运输。参与染色体运动，调节细胞分裂。参与细胞内信号转导。,中间纤维,直径介与微管与微丝之间，结构稳定，没有极性,（IF）,-螺旋杆状区：310个氨基酸,非螺旋区：头部（N-端）、尾部（C-端）,结构,（intermediatefilament）,一、中间纤维蛋白,中间纤维蛋白,X2,平行对齐,双股超螺旋二聚体,反向平行,二、中间纤维的组装,四聚体,半分子长度交错,X2,八聚体原纤维,X4,中间纤维,（基本亚基）,支持作用，特别是对细胞核的定位和固定。参与物质的定向运输。在细胞癌变过程中具有一定作用。与m胞内定位和运输有关。参与胞内的信号转导过程。,三、中间纤维的功能,胞质骨架三种组分的比较,细胞骨架功能总结,1、构成细胞的支撑网架结构。2、维持细胞内部结构的有序性，为各种细胞器提供附着位点。3、为细胞器的运动和细胞内物质运输提供轨道。4、细胞运动。纤毛和鞭毛等运动器官主要是由细胞骨架构成的。5、为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽。6、参与细胞的信号传导。有些细胞骨架成分常同细胞质膜的内表面接触，这对于细胞外环境中的信号在细胞内的传导起重要作用。7、是细胞分裂的机器。有丝分裂的两个主要事件,核分裂和胞质分裂都与细胞骨架有关。,核膜,细胞核(nucleus)：是真核细胞内最大的细胞器，是遗传物质储存、复制和转录的场所，是细胞生命活动的控制中心。,间期细胞核包括：,核仁,染色质,核基质,间期细胞核中除核膜、染色质和核仁以外的由非组蛋白组成的纤维网架结构，在结构上与核孔复合体、核纤层、核仁等结构有密切联系，又称核骨架。,细胞核,两层单位膜构成,核膜,面向胞质，外表面附有核糖体，常与糙面内质网相连，可看成是内质网在局部的特化。,面向核基质，其外表面无核糖体附着。,外核膜,内核膜,又称核周间隙，是内外核膜之间的腔隙，与糙面内质网腔相通，是细胞质与细胞核之间物质交流的重要通道之一，内含多种蛋白质和酶。,核间隙,真核细胞的核膜上分布。它是内外核膜融合产生的圆环状结构，是“核质”物质交换的通道。其数目与细胞种类及生理状态有关。在电镜下观察，呈圆形或八角形。,核孔,核膜的主要功能,1、稳定细胞核形态和成分。2、区域化作用：将核物质与细胞质物质隔开，保证遗传物质的稳定、遗传信息的准确传递和高效表达。3、控制细胞核与细胞质的物质交换，无机离子和小分子物质可自由通过，大分子和颗粒物质通过核孔复合体以主动运输方式通过。4、在细胞分裂中参与染色体的定位与分离5、参与合成生物大分子，如抗体、膜蛋白、脂质等。,“捕鱼笼”模型,核孔复合体(nuclearporecomplex),定义,功能,1、允许水溶性物质通过；2、选择性运输大分子物质。,结构,核孔及其周围由一组蛋白颗粒以特定方式排列而形成的复杂结构。,上下两圈各有8个对称分布的蛋白颗粒，称孔环颗粒。上下两层孔环颗粒间，有8个排列于内外核膜交界处，称边围颗粒。位于核孔中央的粒状或棒状颗粒，称中央颗粒。各颗粒间有蛋白质细丝相连，形成网状结构。,染色质：间期细胞核内能被碱性染料着色的物质。,细网状，不规则形态,高度凝缩,（间期）,染色质(chromatin),螺旋化,染色体(chromosome),（分裂期）,去螺旋,染色质和染色体是同一种物质在不同细胞时相表现出的不同形态。,染色质,DNA,少量RNA,组蛋白,非组蛋白,化学组成,真核细胞中特有的成分，合成于细胞周期的S期（合成期），与DNA的合成同时进行。,染色质种类,解螺旋的细纤维丝、碱性染料着色浅、功能活跃。,常染色质,高度螺旋和盘曲、碱性染料着色深、功能不活跃。,异染色质,结构异染色质,兼性异染色质,在所有细胞类型的全部发育阶段均处于永久凝集状态。在某些细胞类型或一定的发育阶段，常染色质聚缩并丧失基因转录活性，变为异染色质，如X染色体随机失活。,异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径,X（常染色质）,化学本质相同，只是染色质的不同存在状态。一定条件下，两者可以相互转化。,例如：哺乳类雌性动物性染色体XX，其中一条为常染色质，另一条为异染色质。,巴氏小体,X（异染色质）,相同点：,不同点,染色质的四级结构（多级螺旋模型）,连接DNA：连接两个核小体,组蛋白核心：,DNA双螺旋：,构成八聚体,绕组蛋白核心,一级结构,染色质的基本结构单位。,核小体(nucleosome),二级结构,螺线管,每6个核小体缠绕一圈形成的中空管状结构。,三级结构,四级结构,超螺线管,染色单体,经过染色体的四级结构，DNA分子长度压缩了近10000倍。,螺线管进一步盘曲而形成。,超螺线管进一步盘绕折叠就形成了分裂中期的染色单体。,根据染色体的相对大小，着丝粒的位置，臂的长短，随体的有无等特征，把某种生物体细胞中的全套染色体按一定顺序分组排列起来，就构成了这一物种的核型。,生物体内单倍染色体组成叫做生物体的基因组，它代表了一个生物体染色体中储存的全部遗传信息。,基因组(genome),核型(karyotype),(nucleolus),核仁,超微结构,纤维中心,致密纤维成分,颗粒成分,核仁相随染色质,核仁组织区：存在于特定染色体的次缢痕部位，含有rDNA的染色质丝（袢环），在间期核中，它们伸入到核仁内参与核仁的组成，故称为核仁组织区。人类rDNA位于5对近端着丝粒染色体上，即第13、14、15、21、22号染色体。,功能,合成rRNA装配核糖体,rDNA,45SrRNA,核糖体大、小亚基,剪切、加工,+5srRNA,18s、5.8s、28srRNA,+protein,转录,核仁周期,核仁周期：,核仁随细胞周期的进行而呈现周期性变化（形成和消失）。,间期,细胞有12个或多个核仁。,分裂期,染色质浓缩、rRNA合成停止，rDNA袢环逐渐缩回到染色体，核仁缩小继而消失。,细胞分裂期后末期,核仁组织者染色体解旋，rDNA伸展成袢环，在酶的作用下合成rRNA，经积累和包装rDNA袢环周围又组建成新的核仁。,核仁（有）,核仁（消失）,核仁（再现）,细胞核的功能,一、遗传信息的贮存,DNA分子携带遗传信息，蕴藏于核苷酸序列中。DNA分子中具有一定生物功能的区段称为基因，编码产生蛋白质或RNA，控制生物某一特定性状。DNA分子与组蛋白结合并被包装，保证遗传物质的稳定、表达的准确。,二、遗传信息的复制,DNA的复制，具有半保留性、双向性、多起点性、不连续性、不同步性的特点。,三、遗传信息的转录,转录要经历起始、延伸、终止三个基本步骤。转录后要进行一系列加工修饰。转录要受到多种影响因子的调节。,胞核拉长，中间断裂，胞质一分为二，形成两个子细胞。（子细胞中遗传物质可能不均）,细胞分裂,无丝分裂（直接分裂）,高等真核生物细胞分裂的主要方式。,核分裂,胞质分裂,主要特征：形成有丝分裂器(mitoticapparatus),有丝分裂,有丝分裂过程中由纺缍体、染色体、中心粒和星体共同组成的临时性结构，专门执行有丝分裂的功能，对维持染色体的平衡、确保两套染色体均等地分配给两个子细胞具有重要作用。,前期(prophase),染色质凝集；核仁解体；核膜破裂；纺锤体形成;染色体向赤道面运动。,有丝分裂各期的主要事件,后期(anaphase),染色体达到最大程度凝集，并排列在赤道面上形成赤道板；有丝分裂器形成。,末期(telophase),子细胞核出现；胞质分裂收缩环。,着丝粒断裂；姐妹染色单体分离，并移向细胞两极。,中期(metaphase),有性生殖个体形成生殖细胞的一种特殊分裂方式。在分裂过程中，染色体复制一次，而细胞连续分裂两次，子细胞只含有母细胞染色体数目的一半。,意义,1、维持有性生殖的生物染色体数目的恒定。2、构成了生物变异及多样性的基础。,减数分裂,1、同源染色体分离（四分体二分体）2、非同源染色体随机组合,1、姐妹染色单体分离2、非姐妹染色单体随机组合。,减,减,减数分裂过程,第一次减数分裂,第二次减数分裂,前期,中期,后期,末期,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,减数分裂前间期（G1，S，G2）,减数分裂间期不进行DNA复制,前期,中期,后期,末期,染色体复制,前期I（偶线期）,同源染色体配对，称为联会，形成联会复合体（synaptonemalcomplex，SC）。二价体（四分体）形成。,同源染色体(homologouschromosomes)：形态大小相同、结构相似、一条来自父方一条来自母方，上面载有等位基因的一对染色体。,前期I（粗线期）,同源染色体的非姐妹染色单体之间发生部分片段的交换，出现交叉(chiasma)现象。,前期I（双线期）,联会复合体消失。同源染色体某些部分分离，出现交叉端化(terminalization)现象。RNA合成异常活跃。,前期I（终变期）,1、核仁消失，纺锤体形成。2、染色体再凝集。3、四分体端化明显。,有丝分裂和减数分裂的不同点,细胞周期,是指从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂结束所经历的过程。,细胞周期,分裂间期(interphase),分裂期（M期）(mitoticphase),DNA合成前期（G1期）,DNA合成期（S期）,DNA合成后期（G2期）,前期,中期,后期,末期,细胞周期(cellcycle),细胞周期的动态变化,此期合成大量RNA和蛋白质。是细胞生长的主要阶段。,G1期,细胞周期时间的不同，主要差别在G1期的长短不一。,G1期存在限制点（R点），能对多种环境信号进行综合、协调并作出反应，以确定细胞是否进入S期。G1期是决定细胞增殖状态的关键阶段。,有丝分裂准备期。细胞合成进入期所需要的结构与功能相关蛋白。,染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。,S期,G2期,M期,进行DNA的复制、染色体成分（组蛋白和非组蛋白）的合成。S期也是中心粒的复制时期。,周期中细胞（cyclingcell）：是指在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞，如表皮生发层细胞、造血干细胞。静止期细胞（quiescentcell）：指的是暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉细胞等。,G1期的增殖状态,真核细胞有一个复杂的细胞周期调节蛋白网络，称为细胞周期调控系统（cell-cyclecontrolsystem)。,细胞周期蛋白&细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin）(cyclin-dependentkinase，CDK),CyclinCDK复合物才具酶活性Cyclin：调节亚基,CDK：催化亚基,细胞周期的调控,（一）细胞周期调控系统的组成,cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心。在细胞周期的各阶段，不同的CDK通过结合特定的cyclin，调节不同的CDK激酶的活性，使相应的蛋白质磷酸化。其周期性的形成及降解，引发、控制细胞周期进程中的特定事件，并促成了G1期向S期，G2期向M期，中期向后期等关键过程不可逆的转换。,（二）细胞周期事件的胞内调控机制,G2/M期转化中cyclinB-CDK复合物的作用,G2晚期形成cyclin-CDK复合物，促进G2期向M期转换。该复合物又被称为成熟促进因子（maturationpromotingfactor，MPF)，意为能促进M期启动的调控因子。,MPF磷酸化M期启动有关的蛋白质。如MPF可催化组蛋白H1磷酸化，从而调节染色体高级组装，引起染色质凝集与启动有丝分裂；MPF可磷酸化核纤层蛋白。促使核纤层结构解体。,MPF=cyclinBCdk1,激活的M-Cdks使细胞进入有丝分裂期,蛋白磷酸化酶Cdc25：移去抑制性的磷酸抑制性激酶Weel：活性被抑制,2.G1期的调控,G1-CDK使RB蛋白磷酸化而释放转录因子E2F,促进G1期细胞跨越限制点，向S期发生转化。,3.S期的DNA复制,CyclinA-Cdk复合物形成。CyclinACdk复合物能启动DNA的复制，并且阻止已复制的DNA再次发生复制。,细胞融合实验表明:只有G1期的细胞有能力开始DNA复制,而完成了S期的细胞G2期细胞则不能进行DNA复制。,（三）细胞周期的胞外调控因素生长因子对细胞增殖的影响,生长因子：是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多数能促进细胞增殖，又称有丝分裂原（mitogen）。如表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）、血小板生长因子（platelet-derivedgrowthfactor，PDGF）等。,生长因子刺激G1-CdkandG1/S-Cdk活性,如通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclinD、SCF、E2F等G1-S有关的基因表达，细胞进入S期。,从受精开始的个体发育过程中细胞之间发生稳定性差异的过程。,celldifferentiation,细胞分化,4.细胞分化的时空特异性。,特点,单个细胞在一定条件下具有分化发育成完整个体的能力。,全能细胞（totipotentcell),多能细胞（pluripotentcell),分化潜能受限，失去发育成完整个体的能力，但仍具有发育成多种表型的能力。,细胞分化的潜能,稳定型单能(unipotency),动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高，而逐渐“变窄”，此为细胞分化的普遍规律。,随着细胞分化，细胞的分化潜能进一步受到限制，只有分化形成某一类型细胞的能力。,分化细胞细胞核有全能性,细胞分化的实质是细胞按照一定程序发生的差别基因表达。,细胞分化与基因选择性表达,不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。,又称组织特异性基因(tissue-specificgenes)指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；如红细胞的血红蛋白基因，皮肤的角蛋白基因。,管家基因(house-keepinggene)：,是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；如核糖体蛋白，线粒体蛋白，膜蛋白、组蛋白。,奢侈基因(luxurygene)：,一、细胞核对细胞分化的影响,二、细胞质对细胞分化的影响,细胞核内基因选择性表达,细胞分化的影响因素,卵裂期，不同的细胞质组分被分配到不同类型的细胞内，这些特殊的组分被称为形态发生的决定子，它们支配细胞分化的途径。,卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布，而是定位于特定的空间。卵的异质性使卵的分裂必然是不对称的，不同