分子细胞生物学.docx

1、分子细胞生物学50 学时（理论课50）3 学分一、课程性质、地位和任务分子细胞生物学是由于分子生物学技术的出现而诞生的一门新学科。它是一门在分子水平上研究基因对细胞活动调控以及各种细胞结构的形成和功能执行的科学，是现代生命科学研究的基础。因为只有在分子水平上了解了细胞的基本活动规律, 才能更好地学习掌握生命科学的其他知识, 从而利用现代生物学技术对各种生命活动现象和发展规律加以利用, 造福人类。本课程是生命科学学类本科生的专业基础课。其先修课程主要有：遗传学、生物化学和细胞生物学等。二、课程教学基本要求1 分子细胞生物学的研究方法；2 近年来蛋白质和核酸的结构和功能研究进展；3 生物膜运输物质

2、的分子机理；4 细胞各部位蛋白质的合成和定向运输的分子机理；5 细胞核的分子结构以及细胞核和细胞质之间物质运输的分子基础；6 细胞信号传导的分子机理。三、课程教学大纲与学时分配第一章分子细胞生物学学科简介和研究方法（10 学时）本章重点难点：分子水平上的操作技术。1、 分子细胞生物学的研究对象和内容2、 分子细胞生物学与其他学科的关系3、 分子细胞生物学的研究方法（1） 、研究细胞的组成和结构1. 荧光显微镜下鉴别细胞的组成和结构（1） 免疫荧光法（2） 活细胞研究（3） 检测局部Ca2+浓度和细胞内的pH（4） 共聚焦扫描显微镜展示细胞内物质的立体分布2. 在电子显微镜下鉴别细胞中的各种蛋白

3、质和超微结构（2） 、细胞的分类和细胞器的分离1. 流向细胞分类器分离细胞2. 细胞亚微结构的分级分离（1） 差速离心法（2） 密度梯度离心法（3） 激光剪（3） 、生物大分子的操作1. 放射性同位素是跟踪生物大分子活动必不可少的工具（ 1） 放射自显影术（ 2） 放射性同位素的定量测定（ 3） Pulse-chase 实验2. 确定核酸和蛋白质分子的大小以及分离和纯化核酸和蛋白质（1） 电泳法（2） 离心法（3） 色谱法（4） 透析（5） PCR 技术3. 确定蛋白质的氨基酸成分（1） 蛋白质的氨基酸组成（2） 蛋白质的氨基酸序列（3） 用抗体检测蛋白质并作定量分析4. 确定 DNA 序列（

4、4） 、生物芯片技术1. 主动式芯片技术（1） PCR 芯片（2） 心脏内置芯片（3） 胎儿异常红细胞分离芯片2. 被动式芯片技术（1） 寡核苷酸芯片技术（2） 基因芯片技术（3） 蛋白质芯片技术（5） 、生物信息学分析方法1. 分析核苷酸序列和结构2. 分析蛋白质序列和结构3. 分析蛋白质的三维结构（6） 、分离克隆基因1. 同源序列法2. 差异筛选法3. 转座子标签法4. 突变体法5. 图位克隆法（7） 、蛋白质组学的研究方法1. 鉴定蛋白质的功能2. 研究蛋白质的功能状态3. 研究蛋白质的相互作用第二章细胞的分子组成（10 学时）本章重点难点：蛋白质和核酸的结构特点和与此相关的功能。一、

5、蛋白质（一） 、蛋白质的基本结构特点1. Motif （模体）（1） Helix-loop-helix（2） Zinc finger motif（3） Coiled-coil motif2. Domain （结构域）3. 三维结构相似的蛋白质多有相似的氨基酸序列4. 伴侣蛋白5. 蛋白质具有传染疾病的能力、酶、抗体1. 抗体可区分非常相似的分子2. 抗体可用来分离和纯合蛋白质3. 单克隆抗体及其应用4. 抗体可催化化学反应二、核酸、核酸研究的新技术给染色体着色、反义链技术在生产和医疗上的应用、基因表达的调控1. 发育过程中基因表达的调控甲基化2. RNA 水平上的基因沉默（ 1） 抑制基因的活

6、性（ 2） 发育过程中调控基因的表达3. RNA 引导的 DNA 甲基化4. 依赖于 RNAi 的异染色质形成、RNA在医学临床上的应用1. RNA介导的基因表达抑制（ 1） 反义 RNA 技术（ 2） Trans-cleaving ribozymes（ 3） RNA干扰技术2. RNA 介导的基因修复3. RNA 与蛋白质相互作用、 RNA 在特殊位置被降解或沉默、植物染色体的共线性1. 不同物种间染色体上基因排列顺序相似2. 水稻不同染色体之间也具有一定程度的共线性三、脂类、生物膜的主要组成成分1. 微团2. 脂质双层3. 脂质体、 Leptin 调控脂类代谢糖（1） 、细胞表面糖类性质的

7、变化与细胞的生长发育和病变密切相关（2） 、糖分子参于细胞中大分子的定向输送以及细胞细胞识别过程1. 大分子定向输送 定 向输送2. 细胞间相互识别第三章细胞膜和物质运输（8 学时）本章重点难点：生物膜对各种物质的运输机制。一、细胞膜的结构特点（1） 、细胞膜的脂质双层由不同脂类分子构成（2） 、构成细胞膜的脂类和蛋白质可在细胞膜中运动（3） 、细胞膜蛋白质与细胞骨骼的连接影响蛋白质的排列和可动性（4） 、细胞膜的流动性取决于组成细胞膜的脂类成分和温度1. 温度2. 脂类成分（5） 、细胞外被使大多数细胞的表面带负电荷二、细胞膜的物质运输（1） 、膜运输蛋白分类1. 泵2. 通道蛋白3. 运输

8、子（1） Uniporter（2） Symporter（3） Antiporter（2） 、被动运输1. 简单扩散（ 1） 借助于脂质双层扩散（ 2） 借助于通道蛋白扩散2. 协助扩散3. 细胞细胞通道（ 1） 缝隙连接中的通道（ 2） 胞间连丝中的通道（3） 、主动运输1. 泵类运输蛋白的分类（1） P 类（2） V 类（3） F 类（4） ABC类2. 钠钾离子泵3. 钙离子泵4. 氢离子泵5. ABC 运输蛋白6. 癌细胞的细胞膜对多种药物的运输、伴随运输1. 同向伴随运输（ 1 ）葡萄糖和氨基酸与钠离子伴随运输（ 2）含氢离子的同向伴随运输2. 反向伴随运输（1） 钙离子钠离子反向伴随

9、运输（2） 反向伴随运输调节细胞中的pH（3） 含阴离子的反向伴随运输（4） 植物和真菌细胞中的液泡上存在多个反向伴随运输系统、代谢过程伴随物质运输、蛋白质的运输1. NH2 末端信号肽2. 膜受体3. 跨膜蛋白质通道4. 蛋白质移动装置马达蛋白（ 1） 热激蛋白70（ 2） Sec A（ 3） 与核蛋白体有关联的蛋白质合成因子5. 蛋白质折叠形成三维结构、水的运输（渗透压作用）和细胞体积的调节1. 动物细胞可通过调节细胞内渗透压维持其正常体积2. 植物细胞通过改变细胞内的渗透压控制叶片气孔的开关、内吞作用1 . 受体调节的内吞作用（1） 被运输物质与受体结合和内吞作用（2） Clathrin

10、 在内吞进细胞中的膜泡外形成网络样外套（3） 酸性环境使被内吞的物种与受体分开（4） 大多数膜受体和形成内吞小体的生物膜被再利用（5） 细胞对高密度脂蛋白（HDL）的内吞作用2 .依赖于小窝（caveolae）的内吞作用、病毒和毒素入侵细胞1. 许多病毒通过内吞作用进入细胞2. HIV 和其它膜包病毒通过与细胞膜融合进入细胞第四章生物膜、分泌蛋白质、溶酶体蛋白质的生物合成和分配（6 学时）本章重点难点：蛋白质合成、修饰和定向分配的分子机制。一、细胞膜脂类物质的合成（1） 、磷脂在生物膜的界面合成（2） 、蛋白质 flippase使新合成的磷脂分子分布到生物膜的两脂质层（3） 、动、植物细胞中其

11、它生物膜的磷脂来源于滑面内质网二、膜蛋白质、分泌蛋白质和溶酶体蛋白质的合成（一）、新合成肽链的信号肽引导核蛋白体附着在内质网上、肽链穿过内质网膜进入内质网腔1. 信号识别蛋白2. 信号识别蛋白受体3. 膜通道蛋白质4. 伴侣蛋白Bip、合成结束的分泌蛋白质穿过内质网膜进入内质网腔、膜蛋白质合成1. 跨膜一次，NH 3+端在内质网中，COO-端在细胞基质中2. 跨膜一次，NH 3+端在细胞基质中，COO -端在内质网中3. 跨膜几次4. 蛋白质的一端镶嵌在生物膜中5. 膜附着蛋白质、内质网中蛋白质的修饰1. 二硫键在肽链合成过程中或合成刚结束就形成2. 形成多聚体蛋白质、内质网中蛋白质的定向输送

12、1. 只有正常三维结构的蛋白质才能被送到高尔基复合体2. N 连接糖链在定向输送中的作用3. 内质网中异常三维结构蛋白质的降解4. 内质网中蛋白质的聚集5. 内质网蛋白质被选择性地留在内质网中、高尔基复合体中蛋白质的修饰1. O 连接糖蛋白的形成2. N 连接糖蛋白的形成、高尔基复合体中蛋白质的定向输送1. 甘露糖6磷酸是溶酶体蛋白质的标志2. 前肽引导蛋白质到液泡3. 蛋白质的调节分泌和连续分泌4. 细胞膜不同部位蛋白质的定向输送、高尔基复合体是循环使用细胞膜的主要位点、蛋白质合成中的最后修饰从前体蛋白质到成熟蛋白质、运输小泡和蛋白质的定向输送1. 蛋白质外套和运输小泡的形成（1） Clat

13、hrin（2） Coatomer（3） COPII 蛋白质2. 运输小泡和受体膜融合3. 蛋白质的定向输送（1） 带运输信号的蛋白质被运输到指定部位（2） 带滞留信号的蛋白质被留在原处（3） 即无运输信号又无滞留信号的蛋白质通过bulk flow被运输4. 高尔基复合体囊泡间的运输小泡流向5. 磷酸肌醇参于调节运输小泡的形成和运输第五章细胞核、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体的形成（4 学时）本章重点难点：细胞核的分子结构以及细胞核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白质的跨膜运输机理。一、细胞核的形成（1） 、核膜的形成和分解1. 板层状蛋白质是决定核结构的主要因素2. 板层状蛋白质磷酸化与核膜解体

14、相关3. 染色质解聚和板层状蛋白质的去磷酸化使核膜再形成（2） 、核质运输1. 多数蛋白质是有选择性地进入细胞核2. 不同氨基酸序列引导不同蛋白质的核质运输（ 1） 蛋白质输入进细胞核（ 2） 蛋白质跨膜运输3. Ran 在核质运输以及核中的其它作用4. 蛋白质的输出5. RNA 蛋白质复合体的输出6. 磷酸肌醇在核质运输和基因调控中的作用（3） 、核的分子结构1. 间期核的结构2. 核内染色体的运动3. 异染色质调控基因表达二、线粒体的形成（1） 、线粒体DNA 和 RNA1. 动植物线粒体DNA 来源于单亲2. 不同细胞中的线粒体DNA 差别悬殊（2） 、多数线粒体蛋白质在细胞基质中合成三

15、、叶绿体的形成（1） 、叶绿体DNA 和 RNA（2） 、叶绿体蛋白质的合成和运输四、过氧化物酶体的形成第六章细胞通讯（12 学时）本章重点难点：各种细胞通讯的分子机理。一、细胞通讯的基本概念（1） 、细胞通讯的方式1. 细胞间通道2. 细胞间直接的物理接触3. 细胞间不接触，通过信号分子通讯（2） 、信号分子和受体（3） 、细胞通讯中其它保守的蛋白质功能2. 连接蛋白质3. 蛋白激酶和蛋白磷酸化酶4. 通过O-连接的N-乙酰葡萄糖胺使蛋白质糖基化二、信号分子通过细胞膜受体通讯的机制（1） 、通过第二信使的作用1. cAMP 作为第二信使（ 1） 形成 cAMP（ 2） cAMP 调控细胞的活

16、动（ 3） cAMP 的新功能守门（gating）2. Ca2+作为第二信使3. 1,2甘油二酯和1,4,5三磷酸肌醇作为第二信使4. cGMP 作为第二信使（ 1） 膜鸟苷酸环化酶（ 2） 细胞质鸟苷酸环化酶（2） 、作用于酪氨酸蛋白激酶系统1. 激活受体酪氨酸蛋白激酶2. Ras 在酪氨酸蛋白激酶体系中的作用 1） 1）激活 Ras 2） Ras激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3. 受体酪氨酸蛋白激酶的分解4. 胰岛素受体和血糖浓度的调节（3） 、作用于酪氨酸蛋白激酶链接的受体（4） 、作用于整联蛋白（integrin ）1 .激活依赖于Ras的信号传导路径2 .激活依赖于3-磷酸肌醇激酶（PI

17、3K）的信号传导路径3 . 调控 focal adhesion 的组成（5） 、蛋白激酶与细胞通讯（6） 、引发基因活动改变1. 激活调控含cAMP 反应成分基因的转录因子2. 激活调控c-fos 基因的转录因子3. 激活转录因子STATs（7） 、受体的调节（ 1） 细胞的内吞作用造成膜受体的数量减少（ 2） 磷酸化作用调节膜受体的活性三、信号分子通过细胞内受体的作用机制四、微生物中由激素引发的细胞通讯（一）外激素引起酵母细胞交配（二）特异性的信号传导路径复合体（三）细胞分化过程中的细胞聚集依赖于细胞间通讯五、植物激素与植物的生长和分化（一）生长激素的作用机制1. 引起高等植物细胞变长2.影

18、响基因表达(二)赤霉素通过加速特殊mRNA的合成激发种子发芽(三)脱落酸在细胞应激反应中的作用机制(四)植物的组氨酸天门冬氨酸双组分系统1 .信号传导方式2 .乙稀和细胞激动素引发的信号传导六、植物抗病反应中的细胞通讯四、教学方式及课程考试办法本课程以课堂讲授为主。本课程有一次随堂课程练习，每次练习时间10-15分钟；课程练习采用开卷、独立完成形式；课程练习的成绩占课程成绩的10%。本课程结束后，根据课程基本要求，采取笔试、课堂开卷、独立完成的方式进行期末考核；期末考核成绩占课程成绩的90%。五、主要参考书目1 .主要教学用书(1) H. Lodish, A. Berk, S. L. Zipu

19、rsky, P. Matsudaira, D. Baltimore, J. Darnell. Molecular Cell Biology. New York: W. H. Freeman and Company, 2000 (4th edition).(2) G. Karp. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. New York: JohnWiley & Sons, Inc., 2002 (3rd edition).2 .参考教材和文献(1) B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M

20、. Raff, K. Roberts, P. Walter. Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science, 2002 (4th edition).(2) 近期参考文献(生命科技学院 王石平)美文欣赏1、走过春的田野，趟过夏的激流，来到秋天就是安静祥和的世界。秋天，虽没 有玫瑰的芳香，却有秋菊的淡雅，没有繁花似锦，却有硕果累累。秋天，没有更 日的激情，却有浪漫的温情，没有春的奔放，却有收获的喜悦。清风落叶舞秋韵, 枝头硕果醉秋容。秋天是甘美的酒，秋天是壮丽的诗，秋天是动人的歌。2、人的一生就是一个储蓄的过程，在奋斗的时候储存了

21、希望；在耕耘的时候储 存了一粒种子；在旅行的时候储存了风景；在微笑的时候储存了快乐。聪明的人 善于储蓄，在漫长而短暂的人生旅途中，学会储蓄每一个闪光的瞬间，然后用它 们酿成一杯美好的回忆，在四季的变幻与交替之间，散发浓香，珍藏一生！3、春天来了，我要把心灵放回萦绕柔肠的远方。让心灵长出北归大雁的翅膀， 乘着吹动彩云的熏风，捧着湿润江南的戢霖，唱着荡漾晨舟的渔歌，沾着充盈夜 窗的芬芳，回到久别的家乡。我翻开解冻的泥土，挖出埋藏在这里的梦，让她沐 浴灿烂的阳光，期待她慢慢长出枝蔓，结下向往已久的真爱的果实。4、好好享受生活吧，每个人都是幸福的。人生山一程，水一程，轻握一份懂得， 将牵挂折叠，将幸福

22、尽收，带着明媚，温暖前行，只要心是温润的，再遥远的路 也会走的安然，回眸处，愿阳光时时明媚，愿生活处处晴好。5、漂然月色，时光随风远逝，悄然又到雨季，花，依旧美；心，依旧静。月的 柔情，夜懂；心的清澈，雨懂；你的深情，我懂。人生没有绝美，曾经习惯漂浮 的你我，曾几何时，向往一种平实的安定，风雨共度，淡然在心，凡尘远路，彼 此守护着心的旅程。沧桑不是自然，而是经历；幸福不是状态，而是感受。6、疏疏篱落，酒意消，惆怅多。阑珊灯火，映照旧阁。红粉朱唇，腔板欲与谁 歌？画脸粉色，凝眸着世间因果；未央歌舞，轮回着缘起缘落。舞袖舒广青衣薄， 何似院落寂寞。风起，谁人轻叩我柴扉小门，执我之手，听我戏说？7、

23、经年，未染流殛漠漠清殛。流年为祭。琴瑟曲中倦红妆，霓裳舞中残娇魇。 冗长红尘中，一曲浅吟轻诵描绘半世薄凉寂寞，清殛如水。寂寞琉璃，荒城繁心。 流逝的痕迹深深印骨。如烟流年中，一抹曼妙娇羞舞尽半世清冷傲然，花祭唯美。 邂逅的情劫，淡淡刻心。那些碎时光，用来祭奠流年，可好？8、缘分不是擦肩而过，而是彼此拥抱。你踮起脚尖，彼此的心就会贴得更近。 生活总不完美，总有辛酸的泪，总有失足的悔，总有幽深的怨，总有抱憾的恨。 生活亦很完美，总让我们泪中带笑，悔中顿悟，怨中藏喜，恨中生爱。9、海浪在沙滩上一层一层地漫涌上来， 又一层一层地徐徐退去。我与你一起在 海水中尽情的戏嬉，海浪翻滚，碧海蓝天，一同感受海的胸怀，一同去领略海的 温情。这无边的海，就如同我们俩无尽的爱，重重的将我们包裹。10、寂寞的严冬里，到处是单调的枯黄色。四处一片萧瑟，连往日明净的小河 也失去了光彩，黯然无神地躲在冰面下恢恢欲睡。有母女俩，在散发着丝丝暖意 的阳光下，母亲在为女儿梳头。她温和的把头发理顺。又轻柔的一缕缕编织着麻 花辫。她脸上写满笑意，似乎满心的慈爱永远装不下，溢到嘴边。流到眼角，纺 织进长长的。麻花辫。阳光亲吻着长发，像散上了金粉，闪着飘忽的光辉。女儿 乖巧地依偎在母亲怀里，