细胞生物学教案

1、细胞生物学教案（翟中和等编著，第三版）第一章 绪 论教学目的1掌握本学科的研究对象及内容；2了解本学科的来龙去脉（发展史及发展前景）；3掌握与本学科有关的和名词。教学重点 本学科的研究对象及内容教学方法 讲授生互动讨论法学时：2教学内容第一章第一节第二节绪论细胞生物学研究的内容和现状细胞学与细胞生物学发展简史2 学时教学要求：掌握细胞学与细胞生物学发展的历史，细胞学说的建立及其所起的承前启后的重要作 用。 细胞学与细胞生物学发展的历史大致可以划分为以下几个阶段：（1）细胞的发现；（2）细胞学说的建立；（3）细胞学的经典时期；（4）实验细胞学时期；（5）细胞生物学学科的形成与发展。分析了细胞生物

2、学学科形成的基础与条件。当前细胞生物学主要发展方向是细胞生物学，它是以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本这一概念为出发点，在各层次上（主要在水平上）研究细胞生命活动基本规律的学科。细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的学科，它是现命科学的基础学科之一。热点问题：（1）细胞核、以及表达的研究；（2）生物膜与细胞器的研究；（3）细胞骨架体系的研究；（4）细胞增殖及其调控；（5）细胞分化及其调控；（6）细胞的衰老与程序性（凋亡）；（7）细胞的与进化；（8）细胞工程。重点介绍了当前细胞生物学发展的总趋势和热点领域与方向。第一节 细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学是现命科学的重要基础学科1.细胞学

3、（Cytology）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。二、细胞生物学的主要研究内容1. 细胞核、及表达表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和水平相结合的最活跃领域。2.生物膜与细胞器的研究 膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。3. 细胞骨架体系的研究 胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。4. 细胞增殖及调控生物生长和发育的机理是研究发生和逆转的重要途径（“再教育细胞”）

4、。5. 细胞分化及调控 一个卵如何发育为完整的问题。（细胞全能性）6 .细胞衰老、凋亡及问题。7. 细胞的与进化。8. 细胞工程 改造利用细胞的技术。生物技术是信息的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术取得了成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓 21 世纪是生物学，将主要体现在细胞工程方面。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1.DNA 与蛋白质相互作用关系；2. 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控；3 .细胞信号转导的研究；4 .细胞结构体系的装配。第二节 细胞生物学发展简史 细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期 19 世纪以及更前的时期（1665187

5、5），是以形态描述为主的生物科学时期；2.细胞学经典时期 20 世纪前半世纪（18751900），主要是实验细胞学时期；3.实验细胞学时期（19001953）；4.细胞学时期（1953 至今）。总过程概括为：细胞发现细胞学说建立细胞学形成细胞生物学的发展（1665） （18381839） （1892） （1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、 细胞的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The celltheory）1.1838 年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，

6、了植物发生论一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839 年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，了关于动植物的结构和生长一致性的显微研究一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。1 细胞是生物体的基本结构（单细胞生物，一个细胞就是一个）；2 细胞是生物体最基本的代谢功能（动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；3 细胞只能通过细胞而来。三、细胞学的诞生（细胞学的经典时期和实验细胞学时期）1原生质理论的提出2关于细胞的研究3重要细胞器的发现4遗传学方面的成就四、细胞

7、生物学的兴起1965 年，D.Robetis 将他原著的普通细胞学更名为细胞生物学（第四版），率先提出这一概念。五、细胞生物学参考资料1庄孝惠从胡克到细胞生物学，细胞生物学杂志，1987，22王亚辉细胞生物学的发展历史和现状，细胞生物学杂志 1986，13王亚辉细胞生物学的趋向和发展战略，大自然探索，1987，6（27）1217第二章 细胞基本知识概要教学目的1.掌握有关细胞的几个概念（细胞、原生质、细胞器等）和几个问题；2.了解细胞的共同特征；各种化学成分在细胞中的造形等；3. 真、原核细胞的一般结构特点。教学重点和难点真、原核细胞的主要区别教学方法讲授与讨论学时：2教学内容：第一节 细胞的

8、基本概念一、细胞和原生质的概念1.细胞： 细胞是由膜包围的，能进行繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本，是生物体最基本的形态结构和功能活动。2.原生质（Protoplasm）：指细胞内所含有的生活物质（细胞的生活物质），真核细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。细胞质（Cytoplasm），指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器（Organelle），另一部分是可溶相，称细胞质基质（Cytoplasmic miatrix）。细胞器（Organelle）：指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。细胞质基质（

9、Gytoplasmic matrix），是细胞质的可溶相，是作为细胞器的环境而存在的。细胞核（nucleus）：遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核（nucleoid）或类核区。第二节 非细胞形态的生命体（略）第三节 原核细胞与真核细胞原核细胞（Prokaryotic cell）具有两大特点：1 遗传信息量少（仅有一个环状 DNA）,无膜围细胞器及核膜2 最小、最简单的细胞支原体（mycoplasma）为何说支原体是最小的细胞？3 原核细胞的两个代表细菌和蓝藻细菌（bacteria， bacterium）主要来自对大肠杆菌（E.coli）的研究。细菌是原核细胞的典型代表，特点是：无典型的细

10、胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻（Blue-green algae）又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不一定都是兰色。第四节 真核细胞基本知识概要大约在 1216 亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的基本结构体系生物膜系统 以脂质及蛋白质成分为基础构建而成。遗传信息表达结构系统 以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统 由特异蛋白质装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区别可归纳为下面两条：1 细胞膜系统的分化与演变真核细胞以膜

11、分化为基础，分化为结构更精细，功能更专一的各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。而原核细胞无此情况。2 遗传信息量大与遗传装置的复杂化真核细胞的遗传信息可达上万个，并具重复序列，功能具二倍性或多倍性。原核细胞为单倍性。仅为一条环状 DNA，细菌只有几千个。二、细胞的大小及其分析原核细胞多在 110 或 15m，细菌多在 34m，支原体只有 0.1m。动物细胞多在（10100m，2030m， 1570m）。最大的细胞要属鸵鸟卵，可达 10 cm，卵黄只有 5cm。隆鸟卵直径可达 20 cm。那么，细胞的大小是怎样决定的呢？首先，细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限。其次，细胞的相对表面积

12、与细胞大小有关。最后，细胞内物质的交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构与功能的相关性和一致性是多数细胞的共性。四、细胞的化学成分及在原生质中的造形膜系统：主要以脂蛋白，包括细胞膜、核膜，以及一系列细胞器膜。颗粒系统：由蛋白质或白组成，如存在于线粒体内膜上的基本颗粒（F 因子），亦称内膜亚（inner membrane subunits ）和核糖白体，分别是氧化磷酸化和蛋白质的场所。系统：由蛋白质和核酸组成。第三章 细胞生物学研究方法教学目的1 了解主要工具和常用方法，侧重掌握基本原理和基本应用；2 认识工具和方法与学科发展的相关性。教学重点仪器方法的基本原理和基本应用

13、教学难点电镜制样及杂交技术教学方法讲授、参观教学学时：4教学内容第一节 细胞形态结构的观察方法一、 光学显微镜技术（一） 普通复式光学显微镜技术（二）荧光显微镜（fluorescence microscope）（三）暗视野显微镜（darkfield microscope）（四）相差显微镜（phase contrast microscope）（五）激光共焦点扫描显微镜（略）（六）微分显微镜（略）二、电子显微镜技术（一）电镜设计原理及分类（二）电镜的种类（三）透射式电子显微镜（四）光镜与电镜的主要区别综上可见，电镜与光镜区别主要在于：（1）光源不同 光镜为可见光或紫外线；电镜为（2）透镜不同 光镜

14、为；电镜为电磁透镜（3）真空（4）显示系统（五）扫描式电子显微镜扫描电镜的特点扫描电镜的基本结构（六）电镜样品技术1超薄切片技术（详见光盘）2负染色（negative staining）技术3核酸大的制样技术（大铺展技术，Kleinschmidt 法）4整装细胞电镜技术5 电子显微镜细胞化学技术是能过特殊的细胞化学反应，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微结构水平上对产物进行和半定量。主要有各种酶的，其次是核酸、蛋白质、脂肪、碳水化合物等的。酶的化学免疫细胞化学电镜技术（见本编第十一章）。6 冰冻蚀刻技术（freeze etching）7 扫描式电镜制样技术第二节 细胞组

15、分的分析方法（生化分析法）一、超速离心技术分离细胞（组分）及生物大（一） 各种离心技术分离细胞器、生物大离心方法：根据分离对象和目的不同，采用不同的离心方备离心和分析离心。（1）离心 (preparative centrifuge) 分离和纯化亚细胞成分和大，目的是样品。差速离心法：是最常用的方法，根据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。密度梯度离心（区带离心法）a、速率区带离心法（蔗糖密度梯度离心）b、等密度梯度离心法（氯化铯密度梯度离心）（2）分析离心（analytical centrifuge） 分析和测定制剂中纯的大的种类和性质，如浮力密度和量、生物大的

16、构象变化、分析样品的纯度等。此工作必须是在离心的基础上进行。（二）细胞的选择性抽提（分离蛋白质、核酸大）（三）柱层析的技术（分析蛋白质和核酸）（四）电泳技术（五）色谱分析技术（色谱学分离纯化样品）（六）氨基酸分析技术二、细胞化学技术（一）组织化学和细胞化学法基本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出一定的颜色，进行定性和研究的方法。（二）免疫细胞化学法（特异蛋白抗原的与定性）基本原理：此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、

17、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。三、细胞内特异核酸序列的与定性（一）DNA 序列测定技术（二） 核酸杂交技术（molecular gbridization technique）（特异核酸的定性）概念 两条具有互补核酸顺序的单链核酸片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成 DNA-DNA、DNA-RNA 或 RNA-RNA 双链的过程。印迹杂交 (blot hybridization)用已知的带有标记的特定核酸（或抗体、蛋白质）作为探针，与通过印迹被转移的核酸（或抗原、蛋白质）片段杂交的过程。（1） Southern blotting （DNA 印迹法）

18、 将分离的 DN段通过毛细管作用转移到硝基素膜上，用 DNA 探针与之杂交的过程。是以发明此项技术的人名命名的（E?M?Southern）。是体外分析特异 DNA 序列的方法。（2）RNA 印迹术（Northern blotting）（3）蛋白质印迹术（Western blotting）（4）Eastern blotting（Western blotting 的变形） 当用凝胶进行抗原抗体反应，再进行印迹的方法）。（5） DNA 与蛋白质的体外吸附技术（Southwestern blotting） 结合了 Western印迹与 southern 印迹两种实验方法的特点而设计的一种检列特异性 D

19、NA 结合蛋白的实验方法（翟 P51）。（6） 原位杂交（Insitu hybridization） 用已知的带有标记的特定核酸作为探针，来测定与之成互补关系的DNA 区段的位置。四、电镜放射自显影技术原理 这是一种利用放射性同位素作为标记物对细胞化学物质进行超显微结构的、定性或定量的实验技术。五、定量细胞化学分析技术（一） 显微分光光度测定技术第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养（一）动物细胞培养（二）植物细胞的培养 包括单倍体细胞的培养和原生培养“全能性”指生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进行生长发育，并形成一个完整生物的能力。1 单倍体细胞的培养2 原生培养3

20、 植物细胞杂交（融合）（三）突变株和非细胞体系在细胞生物学研究中的应用二、细胞工程概念 应用细胞生物学和生物学的理论、方法和技术，按人们的预定设计蓝图有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物。该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了重组的新途径，不需分离、提纯、剪切、拼接等操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞（组织、）培养：in vivo 在体、生物体内in vitro 离体、生物体外细胞融合（体细胞杂交、细胞并合）细胞拆合（细胞质工程、细胞器移植）（组）工程繁殖生物学技术（胚胎冷冻技术、生物、胚胎移植、发育工程、胚

21、胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体）组分移植技术 将细胞的组分（核、质、甚至）直接移植到另一个细胞中去的技术第四章 细胞膜教学目的 ：1了解质膜的模型2掌握镶嵌模型的主要特点3理解细胞质膜的功能教学方法 讲授、讨论教学学时：2教学内容:细胞膜与细胞表面的特化结构一、细胞膜的结构模型细胞膜（Cell membrane） 指在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。是所有细胞共有的包被（原生质，细胞质）的一层膜。又有原生质膜（Plasmalemma）之称，通常简称质膜（Plasma membrane）。1、 双片层模型（bimolecular leaflet m）这一模型是 Danielli

22、 & Davson 于 1935 年提出的，因此又称 Danielli & davson模型。2、膜模型（The unit membrane m）这个模型是 19571959 年，英国伦敦大学的罗伯逊（Robertson），通过电镜观察后提出的。3、镶嵌模型（fluid mosaic m）这个模型的主要内容可归纳为：1 脂类物质以双层排列，膜的骨架；2 镶嵌性 蛋白质镶嵌在脂双层的网架中。存在方式有内在蛋白（整体蛋白）和外在蛋白（边周蛋白）。3 不对称性 蛋白质和脂质在膜上的分布具不对称性，膜两侧的性质和结构不同。4性 脂质双层和蛋白质是可以或运动的脂质的运动性：有实验表明，类

23、脂的脂肪酸链部分在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摆动、翻转，同时整个可作侧向扩散运动。蛋白质的运动性：有侧向扩散和旋转两种方式，受周围膜质性质和相态的制约。荧光抗体免疫标记可观察。综合镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性。由此造成各种膜的功能差异。4、晶格镶嵌模型（蛋白液晶膜模型）5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型（Lipid rafts m）。目前认为，这些模型并无本质区别，只是对镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。二、质膜的化学组成细胞膜几乎全都是脂类（50%）和蛋白质（40%），仅含少量糖类（210%糖脂和糖蛋白）和微

24、量核酸（细菌质膜、核膜、mit、chl 内膜），结合方式及存在意义尚不清楚。（一）膜脂（Lipids）（二）蛋白质（Protein）（膜蛋白）（三）糖类（Carbohydrate）三、质膜的功能（function of c.m）质膜与外界环境开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种重要功能，概括为：物质，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。四、骨架与细胞表面的特化结构膜骨架（membrane associated cytoskeleton）指质膜下与膜蛋白相连的由蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理机能。早期有

25、人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。第五章 物质的跨膜教学目的 ：1掌握物质跨膜的方式2协助扩散与简单扩散的区别3大的机理教学重点难点 物质跨膜的方式，大的机理，教学方法 讲授、讨论教学学时：3教学内容:第一节 物质的跨膜一、（Passive transport）指通过简单扩散或协助扩散实现物质从浓度高处经质膜向浓度低处的方式。速率依赖于膜两侧被运送物质的浓度差及其大小、电荷性质等。不需要细胞代谢供应能量。（一）简单扩散（simple diffusion）指物质顺浓度梯度的扩散，不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需专一的载体（膜蛋白），只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，物质便扩散穿膜，又称自由扩散（f

26、ree diffusion）。特点：（二）协助扩散（facilitated diffusion）又称促进扩散。绝大多数在细胞代谢上非常重要的生物，如各种极性和某些无机离子（糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等）是不溶于脂的（非脂溶性物质），但它们可以有效地进入细胞，只是扩散速度并不总是随浓度梯度的增大而加快，而是在一定限度内同物质浓度成正比，超过一定限度，即使提高浓度差，扩散速度也再高。分析知它们是通过另一种方式协助扩散进行的。这种方式除了依赖物质浓度差以外，还必须依赖于专一性的膜蛋白（转运膜蛋白）。膜蛋白（memberan transport pr.）: 镶嵌在质膜上的、与物质有关的跨膜蛋白质称

27、膜蛋白，是一种横穿脂双层的跨膜，包括两类：1 隧道蛋白（channel pr.）（通道蛋白、槽蛋白）：以其亲水区亲水通道和离子通道，水及一定大小和电荷的离子通过。离子通道（亦称门孔、门隧道）通常呈关闭状态，只有当膜电位或化学信号物质刺激后才开启通道。膜电位刺激开放的离子通道称电位门通道；化学信号物质刺激开放的通道称配体门通道。2 载体蛋白（carrier pr.）：识别结合特异性底物后通过构象变化实现物质转移。类似于酶与底物的作用，故又称“透性酶”（Permease）。综上， 凡是借助于载体蛋白和通道蛋白顺浓度梯度的物质方式称facilitated diffusion、或促进扩散或易化扩散。葡

28、萄糖进入红细胞，进入小肠上皮细胞通常以这种方式。协助扩散有三个特点：1 低浓度时比简单扩散速度快；2 存在最大转运速度；3 有转运膜蛋白存在，故具有选择性、特异性。二、主动（active transport）又称代谢关联（metabolically linked tramsport），是物质的主要方式。包括由 ATP 直接提供能量和间接提供能量两种方式。（一）ATP 直接提供能量的主动离子泵所谓离子泵是一种位于细胞膜上的 ATP 酶，是一（穿膜）内在蛋白，能将 ATP水解成 ADP+pi，同时能量，ATP 酶构象发生变化，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度。在质膜上，作为“泵”的 ATP 酶很多

29、，它们都具有专一性，不同的 ATP 酶不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如Ca+，叫钙泵（肌质网膜）；H+，叫氢泵（细菌质膜）等等，质子泵又分为 P 型（真核质膜上）、V 型（溶酶体膜）、H+ATP 酶（线、叶、细菌质膜）。现以钠钾泵为例，说明离子泵的工作机制。Na+K+泵是存在于质膜上的由和 二个亚基组成的蛋白质。在有 Na+、K+、Mg2+存在时就能把 ATP 水解成 ADP+Pi，同时，把 Na+和 K+以反浓度梯度方向进行穿膜。可见 Na+-K+泵是一种由 Mg2+激活的 Na+-K+-ATP 酶。1957 年，J.skou首先发现并阐述其机制，一般设想：在膜内侧

30、，Na+、Mg2+与酶（亚基）结合，促使酶与 ATP 反应，H3PO4，并与酶结合，引起酶构象变化，与 Na+结合部位转向膜外侧。此时的构象亲 K+排 Na+，当与 K+结合后，使酶脱去 H3PO4，酶构象恢复，结合 K+的一面转向膜内，此时构象亲 Na+排 K+，这样反复进行，不断在细胞内积累 K+，将 Na+排出细胞外。（二） 间接利用 ATP 的主动伴随（或称协同，co-transport）指一种溶质的传递要同时依赖于另一种溶质的传递。如果两种溶质的传递方向相同，称同向（symport），如果方向彼此相反，则称反向（antiport）。（三）基团转移早见于细菌，也见于动物细胞。靠共价修饰

31、（需能）（四）物质的跨膜转运与膜电位1 调节渗透压；2 某些物质的吸收；3 产生膜电位；4 激活某些生化反应；如细胞内高浓度 K+是核糖体蛋白质及糖孝解过程中重要酶活动的必要条件。三、胞吞与胞吐作用还有一种物质的方式不同于此，是细胞膜将外来物包起来送入细胞或者把细胞产物包起来送出细胞。前者称胞吞作用，后者称胞吐作用，总称吞排作用（ Cytosis ）。这样的物质方式称膜泡（ transport by vesicleformation），又称批量（bulk transport）。大物质及颗粒物质常以此方式进出细胞。（一）胞饮作用与吞噬作用某些物质与膜上特异蛋白质结合，然后质膜内陷形成囊泡，称胞吞

32、泡（endocyticvesicle）。将物质包在里面，最后从质膜上分离下来形成小泡，进入细胞内部。根据内吞的物质性质，将其分为：吞噬作用（Phagocytosis）吞噬泡，内吞较大固体物质，如颗粒白细胞、巨噬细胞。胞饮作用（Pinocytosis）胞饮泡，内吞液体或极小颗粒，白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、植物根细胞。（二） 胞吐作用（exocytosis）又称外卸某些代谢废物及细胞物形成小泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融合后将物质排出。如：小肠上皮的杯状细胞向肠腔中粘液，经溶酶体消化处理后的残渣排向细胞外等过程。关于衣被小泡（Coated vesicle）存在于真核细胞中，具有毛刺状外表面

33、的一类小泡（50250nm）。可以是内膜系统的有关细胞器芽生而成，也可以是由质膜内陷，断裂形成，进行细胞器间的物质。（三） 受体介导的胞吞作用（receptormediated endocytosis）某些大的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。需说明的是，膜泡时由于质膜内陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一种主动方式。第六章细胞质基质与细胞内膜系统教学目的：1了解细胞质基质的含义2掌握细胞质基质的功能3掌握真核细胞所有细胞器的形态，结构，功能，重点掌握高尔基体，溶酶体的特性以及功能。4 线粒体和叶绿体的半性教学重难点：高

34、尔基体，溶酶体的特性以及功能。高尔基体的极性和溶酶体的发生机理。教学时数：4教学内容（本章对内容进行了重新编排，除了细胞核之外所有的细胞器均在本章讲授）第一节 细胞质基质的涵义与功能 细胞质基质的涵义（一）概念细胞质基质（cytoplasmic matrix or cytomatrix）是真核细胞的细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。曾被称为细胞液（cell sap）、透明质（hyaloplasm）、胞质溶胶（cytosol）和细胞质基质等。主要成分为参与中间代谢的数千种酶类、细胞质骨架结构、糖原和脂滴等处于储藏物以及mRNA等物质。（二）细胞质基质组分的组织状态1细胞质基质是一个高度有

35、序的体系，其中胞质骨架贯穿其中，多数蛋白质直接或间接地与骨架或生物膜结合。2执行某一生物学过程的酶类，彼此之间可靠弱键结合，形成多酶复合体，催化一系列反应，此体系中前一个反应的产物即为下一个反应的底物。3蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大(如mRNA)之间都可通过弱键相互作用，处于动态平衡之中。4这种高度有序的结构体系形成可以使细胞高效地完成复杂的代谢过程。但此结构体系的维持必须依靠细胞质基质中高浓度的蛋白质以及其周围特定的离子环境。二、细胞质基质的功能（一）许多中间代谢的场所1如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、2糖原的与部分分解过程。3蛋白质的4脂肪酸的。5核苷酸代谢（二）提供物质和信

36、息传递的通路细胞与环境、细胞质与细胞核、细胞器之间的物质、能量交换、信息传递等都需通过细胞质基质来完成。（三）蛋白质的分选及转运。（持细胞形态和运动、胞内物质及大。通过细胞质骨架把蛋白质、mRNA等生物大固定在特定的位点，在细胞质基质中形成了更为精细的区域，使复杂的代谢反应高效而有序地进行。（五）蛋白质的修饰和选择性降解第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指真核细胞中由膜围成的、在结构、功能乃至发生上有密切关系的细胞器或细胞结构。主要包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。 内质网的形态和功能（一）内质网(endoplasmic reticulum，ER)的形态结构特点1形

37、态1）内质网存在于真核细胞的细胞质中，由膜围成的小管(tubule)、小泡( vesicle)或扁囊(cisternae)连接而成的连续网状膜系统。2）内质网膜和外层核膜是连续的，ER内腔与两层核膜中间的核周间腔相通连，少数内质网与质膜相连。3）内质网连续网状结构的形成可能由其上结合的驱动蛋白引导其沿微管延伸排列而成。4）内质网结构和功能的好材料微粒体（microsome）组织或细胞匀浆过程中内质网被破坏，破碎的内质网重新封闭形成直径约100nm的泡结构，此即微粒体。它包含内质网膜与核糖体两种组分。在体外实验中，微粒体仍具蛋白质，蛋白质的糖基化和脂类等内质网的基本功能。2内质网的形成及其意义3

38、内质网可能由细胞质膜演化而来。证据：原核细胞的细胞质膜内侧有时附着大量核糖体，电镜下可见真核细胞内折细胞质膜与内质网相连通。2）内质网形成的意义a 增加了细胞内膜的表面积，为多种酶提供结合位点。b 形成完整的封闭体系，将内质网上物质与细胞质基质中物质分隔开来，利于它们的和。（二）内质网的两种类型1 粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）其上附有核糖体，由板层状排列的扁囊。主要性的蛋白和多种膜蛋白。多分布于蛋白旺盛的细胞（胰腺细胞，浆细胞），未分化细胞和肿瘤细胞中较少。2 光（滑）面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）

39、表面光滑，无核糖体附着，常由分支小管或圆形小泡，小管直径50100nm，很少有扁囊。是脂质的重要场所。分布于脂类旺盛细胞如肝和肾上腺皮质细胞以及骨骼肌（其含特化内质网肌浆网，是钙储存库）。（三）内质网的功能1 在粗面内质网的核糖体上蛋白、内质网、高尔基体、溶酶体和液泡的驻留蛋白。2膜整合蛋白3脂类和转运4蛋白质的修饰与5新生多肽的折叠与装配6参与糖原代谢肝细胞的SRE附着的糖原颗粒，可被6-磷酸葡萄糖酶催化降解，生成葡萄糖。7 生物转化作用SER膜上集中着重要的氧化还原酶系(如P450酶系)，可将、毒物经氧化、羟化后，消除其作用或毒性，特别是经羟化后极性增强，易于被排泄出体外，起排毒作用。8

40、贮积Ca2+的功能肌细胞SER特化成成肌质网，其膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中的Ca2+泵入其内，储存起来。受到神经冲动刺激后，出来，使肌肉收缩。9 支撑作用：ER为细胞内最丰富的膜，形成网络结构，提供机械支撑作用，为胞质酶提供附着支架 。另外，内质网具有。二 高尔基体的形态结构与功能高尔基体（Golgi body）是内膜系统的一部分，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，也称高尔基器（Golgi apparatus）或高尔基复合体（Golgi complex）。（一）高尔基体的形态结构1高尔基体的形态：由一些(48个)排列较为整齐的呈弓形、半球形或球形的扁平膜囊(saccules)堆

41、叠形成。膜囊周围还分布有囊泡。2高尔基体是极性细胞器1）排列有方向性：顺面(cis face)或称输入面靠近细胞核；(trans face)或称输出面靠近细胞膜。2）物质转运方向性：物质从一侧进入，另一侧输出。3）生化极性：高尔基体各膜囊中酶及其它结分不同，功能也不相同。高尔基体的顺面膜囊、trans面的1-2层膜囊、trans面的一些膜囊状和管状结构和中间几层扁平囊分别表现出嗜锇反应、焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)、胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)和烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的细胞化学反应。3 高尔基复合体的结构高尔基复合体可以分成几个功能上相对的结构区域，从形成面到脱离面依次是：1)顺

42、面网状结构 (cis Golgi network，CGN)和顺面膜囊(Cis Golgi)CGN是位于顺面最外侧的管状网络结构。可初步分选来自内质网的蛋白质，并参与蛋白的O-连接糖基化及酰基化。2）高尔基中间膜囊(medial Golgi)由扁平膜囊与管道组成。参与多糖以及蛋白质和脂类的糖基化修饰。3）高尔基体膜囊(trans Golgi)和网状结构（trans Golgi network，TGN）TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，以及某些“晚期”的蛋白质修饰也，如半乳糖（）2，6位的唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解作用等。4）高尔基体周围囊泡，包括：顺面侧囊泡： 是E

43、R 和Golgi 之间的小泡， 称为ERGIC (endoplasmicreticulm-golgi intermediate compartment) 或VTCs （ Vesicular-tubularclusters)。侧囊泡：主要为泡和颗粒。高尔基体膜囊周缘囊泡：用来完成膜囊间的物质。高尔基体是一个动态结构，各膜囊间有囊泡相连，其空间结构的维持与细胞骨架特别是微管关系密切。（二）高尔基体的化学组成脂类：成分介于内质网和质膜之间，从粗面内质网到高尔基复合体再到质膜，神经鞘磷脂和胆固醇含量逐渐上升，而磷脂酰胆碱含量逐渐下降。多糖： 从形成面到成熟面梯度逐渐上升蛋白质：各种酶类，其中糖基转移酶

44、是高尔基复合体的特征性酶（三）高尔基体在细胞中的分布特点随细胞类型和生长时期不同而有很大不同。功能旺盛的细胞，较发达（如腺体细胞和神经细胞）；而不具功能的细胞中则很罕见。（四）、高尔基复合体的功能1 参与细胞的活动蛋白的过程：蛋白质在RER上进入ER腔出芽成囊泡进入CGNmedial Golgi中TGN 形成囊泡囊泡与质膜融合 排出胞外。蛋白质在高尔基体中的分选及转运信息存在于其本身。2 蛋白质的糖基化及其修饰1）RER上的大多数蛋白质在从内质网向高尔基体及在高尔基体各膜囊之间的转运过程中，连接在蛋白侧链上的寡糖基会发生一系列有序的与修饰。2）糖基化的两种形式：3)糖基化及寡糖的有关的酶特性：

45、都是整合膜蛋白，其活性部位均位于内质网或高尔基体的腔面。4)糖基化的可能功能：A 给蛋白打上标志，利于高尔基体的分类与包装，保证糖蛋白从RER至高尔基体膜囊单方向转移；B 影响多肽构象，促使其正确折叠；侧链上的多羟基糖还可影响蛋白的水溶性及所带电荷的性质；C增强蛋白稳定性，抵御水解酶降解；(溶酶体酶)D在细胞表面形成糖萼，起细胞识别和保护质膜作用。3蛋白酶的水解和其它过程有些蛋白质如胰岛素等多肽激素和神经多肽等时先形成无生物活性的前体物，经改造后才具备活性。此过程在TGN中发生，相关蛋白水解酶多结合在TGN膜上。在分选的最后一站发生此过程，可以有效地防止这它们在细胞内起作用。4 膜的转变功能高

46、尔基体的膜在厚度和化学组成上处于内质网和质膜之间。内质网上的新膜转移至高尔基体，经修饰后形成泡，其在与质膜或其它内膜系统融合时将新形成的膜整合到其它内膜上，使膜成分得到补充和更新，此即膜转化功能。5 参与植物细胞壁的形成植物细胞典型初生壁涉及数百种酶类，多数都存在于内质网和高尔基体中。三 溶酶体的形态结构和功能溶酶体（lysosome）是单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。（一）溶酶体形态结构1形态 电镜下观察，溶酶体是外包一层膜的圆泡状结构。2结构1）溶酶体膜：化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。其中脂类和蛋白多高度糖基化,对溶酶体本身所含酶具有抗

47、性，而膜一旦破裂，则消化细胞，危及组织。溶酶体膜的特点：a嵌有质子泵，以形成和维持酸性内环境。b具有多种载体蛋白，用于向外转运水解产物。c膜蛋白高度糖基化，可防止被自身所含水解酶降解。2）内含物主要是多种酸性水解酶类，酶的最适pH为4.6左右，其中酸性磷酸酶是常用的标志酶。3分布溶酶体存在于动物细胞中，植物细胞中的圆球体、糊粉粒及植物液泡行使类似溶酶体的功能。4异质性：不同溶酶体的大小及所包含的水解酶种类都可能不同。（二）溶酶体的类型1 初级溶酶体（Primary lysosome ）：由高尔基复合体分选产生的小泡和前溶酶体融合形成，内含各种酸性水解酶，但未与底物结合，内容物均一，呈球形，直径

48、在0.2-0.5m。2 次级溶酶体（Secondary lysosome）：由初级溶酶体同消化物融合形成，形态不规则，直径可达几微米。分类：1) 异噬性溶酶体(heterophagolysosome)底物是外源性的，又可分为a吞噬性溶酶体（phagolysosome) :吞噬泡和初级溶酶体结合形成b多泡体（multivesicular body):胞饮泡和初级溶酶体结合形成2)自噬性溶酶体: 底物是内源性的,存在于正常细胞、受损细胞及病变细胞中，对细胞内结构的更新起着重要作用。3残余体（residual body）未被消化的残渣物质累积在次级溶酶体中形成。（三）溶酶体功能1 清除无用的生物大、

49、衰老的细胞器及衰老损伤和的细胞溶酶体含有的多种水解酶几乎可以降解生物体内所有大物质。依靠自噬泡可降解细胞中无用的蛋白、脂和核酸等大物质和细胞器。依靠巨噬细胞（含大量溶酶体）清除衰老细胞。当溶酶体中某种酶缺乏时，则造成某些物质在细胞中累积，形成各类贮积症。2 防御功能杀死的或细菌。但是某些病原体如麻风杆菌和利什曼原虫(引起黑热病)可抑制吞噬泡的酸化，从而抑制溶酶体活性；通过受体介导的内吞作用侵入细胞的，则利用酸性环境脱掉衣壳。3 作为胞内消化“”为细胞提供营养降解内吞及体内存在的大物质，以供能或其它新的大物质。4 参与、组织形成与更新在发育以及组织更新中的细胞自融和程序性细胞的清除都同溶酶体相关

50、。5 协助细胞内的是一个大的特化溶酶体。过程中，中的水解酶协助精子穿透卵外层，进入，完成。6 溶酶体与人类疾病各类贮积症，台-萨氏综合征、II型糖原累积病、Gaucher病、矽肺、肺结核和类风湿性关节炎等都和溶酶体相关。（四）溶酶体的发生溶酶体的发生主要涉及溶酶体酶的分选、转运和激活的过程。1 溶酶体酶和分选过程及其发生部位1）溶酶体酶在RER上并进行N-连接糖基化修饰，加上了甘露糖。2）CGN区中的N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶识别溶酶体蛋白的信号斑，并在N乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶的协助下磷酸化其上的甘露糖，产生分选信号M6P。3）TGN区M6P受体特异性的识别并结合M6P（中性条件下结合，酸性条

51、件下解离），在膜囊溶酶体酶聚积处，出芽形成有被小泡。4）有被小泡脱被形成无被小泡，无被小泡与前溶酶体逐渐融合，在其酸性条件下，M6P受体和M6P分离，酶到腔种，活化成成溶酶体酶，M6P受体返回。四 过氧化物酶体（peroxisome）1 形态过氧化物酶体又称微体（microbody），是一种由膜围成的细胞器，呈卵圆形、哑铃形、圆球形，在大小上与溶酶体类似，但常含酶结晶，其含有氧化酶、过氧化物酶或过氧化氢酶。在动、植物细胞中普遍存在。植物细胞中的过氧化物酶体也称乙醛酸循环体。2 过氧化物酶体中的酶1）依赖于黄素(FAD)的氧化酶：将底物氧化，并形成H2O2，其催化反应如下式：RH2+O2R+H2

52、O22）过氧化氢酶：占过氧化物酶体总蛋白量的40，为过氧化物酶体的标志酶，催化反应如下：H2O2+R'H2R'+2H2O23过氧化物酶体和溶酶体区别特征溶酶体过氧化物酶体形态多呈球形，直径0.2-0.5m，球形，直径0.15-0.25m，多有酶无酶晶体晶体酶种类酸性水解酶氧化酶类PH5左右7左右是否需 不需要需要O2功能细胞内消化多种功能发生高尔基体出芽形成，酶在RER由老细胞器和装配形成，酶在中细胞质基质中标志酶酸性磷酸酶过氧化氢酶4过氧化物酶体主要功能1）解毒作用：将生物大降解成H2O2，2）植物细胞中可分解脂肪酸等高能，向细胞直接提供热能。3）植物细胞中执行光呼吸功能：它催化CO2固定反应副产物（乙醇酸）的氧化，是光呼吸反应的重要一环。5 过氧化物酶体的发生1）方式：新过氧化物酶体由成熟过氧化物酶体形成，新过氧化物酶体接受来自细胞质基质中的蛋白组分和来自内质网的膜成分而逐渐长大成熟。2）其内蛋白均由核编码，在细胞质基质中后转运到其中：过 氧 化 物 酶 体 蛋 白 C 和 N- 端 分 别 含 有