细胞生物学复习要点2014

一、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都是由细胞构成，只有病毒除外。（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系

(三）细胞是有机体生长发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性（五）没有细胞就没有完整的生命在亚显微结构水平上划分为三大基本结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系；以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系；由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。电镜与光镜的比较

显微镜分辨本领光源透镜真空成像原理LMTEM200nm0.2nm可见光（400-700）电子束（0.01-0.9）玻璃透镜电磁透镜不要求真空要求真空1.33x10-5～1.33x10-3Pa利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差细胞质膜：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。它不仅构成细胞边界，同时在细胞与环境之间物质运输、能量转换及信息传递过程中也起着重要作用。生物膜：细胞内的膜系统与细胞质膜统称为生物膜。第二节生物膜基本特征与功能一、膜的流动性二、膜的不对称性膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇3种类型。1、磷脂分为两类：甘油磷脂和鞘磷脂。2、糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量占膜脂的5%以下，细胞糖脂有重要的生物学功能。3、胆固醇存在于动物细胞和少数植物细胞上，含量不超过膜脂的1/3。它在调节膜的流动性，增加膜的稳定性及降低水溶物质的通透性方面都起着重要作用，它还是脂筏的基本结构成分。1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2、选择性的物质运输，包括底物的输入和产物的输出，并伴随能量的传递；3、提供细胞的识别位点，完成信号的跨膜转导；4、提供结合位点，促进酶促反应的高效进行；5、介导细胞与细胞、细胞与胞外基质的连接；6、参与形成具有不同生物学功能的表面特化结构；7、膜蛋白可以作为某些疾病治疗的药物靶标。三、细胞质膜的基本功能膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维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功能。（一）载体蛋白及其功能在几乎所有生物膜上都有载体蛋白，它是普遍存在、多次跨膜的蛋白质分子。它能与特定的溶质分子结合，通过过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜运输。它具有高度的选择性和饱和动力学特征，也能被底物类似物竞争性抑制，对PH有依赖性。（二）通道蛋白通道蛋白形成跨膜的离子选择性通道，它所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。它普遍存在于真核细胞的质膜和细胞内膜上。主动运输是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度进行的跨膜转运的方式。根据能量来源不同可归纳为ATP驱动泵直接供能和耦联转运蛋白间接供能及光能驱动三种。钠钾泵由2个α亚基和2个β亚基组成的4聚体。Na+依赖的磷酸化与K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行，每个循环消耗1个ATP分子，泵出3个Na+，泵入2个K+。钠钾泵存在于动物细胞的质膜上，一般的动物细胞要消耗1/3的总ATP来维持细胞内低Na+高K+的离子环境，这种不均匀分布对维持细胞正常的生命活动，对神经冲动的传递及维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。它是一种典型的、基本的主动运输方式。线粒体是真核细胞内一种高效地将有机物中存储的能量转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。线粒体通过氧化磷酸化进行能量的转换。知识点线粒体是一个动态细胞器，它具有多形性、易变性、运动性和适应性，以线状和粒状最常见。不同类型的细胞线粒体的数量都是不同的，同一细胞线粒体的数量相对稳定。线粒体大小和数量能够反映出细胞对能量的需要。线粒体中的三羧酸循环是物质氧化的最终共同途径，氧化磷酸化是生物获得能量的主要途径。呼吸链中的电子载体按氧化还原电位从低向高排序。细胞内膜区分为三类结构：细胞质基质、细胞内膜系统(ER,Golgicomplex,Lys.,secretoryvesicles)、其它被膜包被的各种细胞器(mitochondria,chloroplasts,peroxisomes,andthenucleus)。第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能及发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。易位子：在内质网膜上有一种蛋白复合体，中心有一个2nm通道，功能与新合成的多肽进入内质网有关。第一节细胞质基质的涵义与功能

在真核细胞的细胞质中，除去可分辨细胞器外的胶状物质，称细胞质基质。糙面内质网多呈扁平囊状，排列整齐，表面分布着大量的核糖体，是二者形成的复合机能结构，主要功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。易位子：在内质网膜上有一种蛋白复合体，中心有一个2nm通道，功能与新合成的多肽进入内质网有关。（二）高尔基体的功能主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分别送到细胞特定部位或细胞外。内质网上合成的脂质一部分也要通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输，因此，高尔基体是细胞内大分子运输的主要交通枢纽。此外，高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂，在细胞生命活动中起多种重要的作用。（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体是单层膜围绕、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。在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用，具有重要的病理学意义。1信号分子

信号分子是细胞的信息载体，包括化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号如声、光、电和温度变化等。根据其亲水性通常可分为亲脂性和亲水性两类。2受体

受体是一种能识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，多数受体都是蛋白质且多为糖蛋白，少数受体是糖脂，有的受体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。G蛋白耦联受体的结构与激活G蛋白耦联受体，是指配体-受体复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用要通过与G蛋白的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。所有G蛋白耦联受体都有含有7个疏水残基肽段形成跨膜α-螺旋区和相似的三维结构，N末端在细胞外侧，C末端在细胞胞质侧。所有真核生物从单细胞酵母到人类都具有相似的7次跨膜结构。G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：以cAMP为第二信使的信号通路；以肌醇-1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）作为双信使的磷酸脂酰肌醇信号通路；G蛋白耦联离子通道的信号通路。cAMP为第二信使的信号通路机理多细胞动物各种以cAMP为第二信使的信号通路，主要是通过cAMP激活的蛋白激酶A（PKA）所介导的。以cAMP为第二信使的信号通路的主要效应是通过活化cAMP依赖的PKA使下游靶细胞磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为，这是细胞快速应答胞外信号的过程。细胞骨架概念细胞骨架(cytockeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间丝；广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。第二节微管及其功能除人的红细胞外，微管几乎存在于从阿米巴到高等动植物所有真核细胞胞质中，而所有原核生物中没有微管。微管由微管蛋白装配成的长管状细胞器，通过其亚单位的装配和去装配能改变其长度。作用于微管的特异性药物

秋水仙素：是最重要的微管工具药物，它可以立即破坏纺缍体，阻断微管蛋白装配成微管。

紫杉酚：能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。微管组织中心微管的组装可以分为成核和延伸两个阶段。在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心（MTOC），除中心体以外，细胞内起管理管组织中心作用的类似结构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等细胞。纺锤体微管动粒微管：连接染色体动粒与两极的微管极微管：从两极发出，在纺锤体中部赤道区相互交错重叠的微管星体微管：中心体周围呈辐射分布的微管细胞核(nucleus)是真核细胞内最大、最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢的调控中心。所有细胞除了植物韧皮部的筛管和哺乳动物成熟的红细胞外都含有细胞核。细胞核主要由被膜、染色质、核仁及核骨架组成。一、核被膜概念核被膜(nuclearenvelope)位于间期细胞核的最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。核被膜的功能构成了核、核质之间天然的选择性屏障，保证了核内外各项生理功能互不干扰，保护核内DNA分子不受外部的机械损伤核质之间频繁的物质交换和信息交流可以通过核被膜上的核孔复合体进行（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，共1000多个蛋白质分子。目前人们倾向于把所有核孔复合体蛋白统一命名为核孔蛋白(nucleoporin,Nup)（三）核孔复合体的功能：核质交换的双向选择性亲水通道核孔复合体可以看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，是一个双功能、双向性的亲水性核质交换通道。双功能表现在它有两种运输方式：被动扩散与主动运输。双向性表现在既介导蛋白质的入核转动，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒（RNP）的出核转动。第二节染色质染色质和染色体是细胞周期不同阶段可以互相转变的形态结构。三、染色质蛋白质

染色质DNA结合蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读，包括两类：一类是组蛋白(histone)，与DNA非特异性结合；另一类是非组蛋白(nonhistone)，与DNA特异性结合。（二）染色质组装的多级螺旋模型

根据多级螺旋模型，从DNA到染色体经过四级组装：异染色质(heterochromatin)指间期核中，染色质纤维折叠压缩程度高，处于聚缩状态，用碱性染料染色时着色深的那些染色质。染色质通过紧密折叠压缩可能是关闭基因活性的一种途径。着丝粒与动粒着丝粒连接两个染色单体，并将染色单体分为两臂：短臂和长臂。由于着丝粒区浅染内缢，所以也叫主缢痕。它主要包括三种不同的结构域：2、隔离子

处于抑制状态与活化状态的染色质结构域之间、能防止不同状态的染色质结构域的结构特征向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。它的作用为：一是作为异染色质定向形成的起始位点；二是作为结构域两端的锚定点，使结构域外的增强子成分不能进入；三是涉及追踪机制。

随体位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕与染色区与染色体主体部分相连。有随体的染色体称为sat染色体。端粒是染色体两个端部特化结构。一个基因组内的所有端粒都是由相同的重复序列组成，它的生物学作用在于维持染色体的完整性和个体性，与染色体在核内的空间排布和减数分裂时同源染色体配对有关。第五节核仁核仁(nucleolus)是真核细胞间期核中最显著的结构。真核细胞的核仁具有重要功能，它是rRNA合成、加工和核糖体亚单位装配场所。二、核仁的功能核仁的主要功能涉及核糖体的生物发生，从核仁纤维组分开始向颗粒组分延续。核仁除了rRNA的合成、加工和核糖体亚单位装配的主要功能之外，另一个功能涉及mRNA的输出与降解。核糖体的基本类型有两种类型的基本核糖体：一种是70S的核糖体，相对分子质量为2500×103，原核细胞的核糖体为70S，真核细胞线粒体与叶绿体内的核糖体也近似于70S；另一种是80S的核糖体，相对分子质量为4800×103，真核细胞的核糖体除以上均为80S。核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：1、与mRNA的结合位点2、与新掺入的氨酰tRNA的结合位点，A位点3、与延伸中的肽酰tRNA的结合位点，P位点4、肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点，E位点5、与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶（延伸因子EF-G）的结合位点6、肽酰转移酶的催化位点肽链合成的主要阶段原核细胞蛋白质合成过程已较为清楚，包括3个主要阶段：肽链的起始、肽链的延伸和肽链的终止。各种细胞在分裂之前，还必须进行一定的物质准备，物质准备和细胞分裂是一个相互连续的过程，这一过程即为细胞增殖。细胞增殖是生物繁育的基础。第一节细胞周期概述细胞物质积累与细胞分裂的循环过程，称为细胞周期。从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。G0期细胞的转化在细胞社会中，有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，这些细胞称为静止期细胞，或G0期细胞，周期细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。G0期细胞一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期，分裂增殖。2、S期受到多种细胞周期调节因素的严密控制。DNA复制与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜等密切相关。真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。新的组蛋白也是在S期合成的。3、G2期此时细胞核内DNA的含量已经增加一倍，由G1期的2n变成4n，即每个染色体有4个拷贝的DNA。细胞能否进入M期，要受到G2期检验点的控制。4、M期M期即细胞分裂期，包括有丝分裂和减数分裂两种方式。体细胞一般进行有丝分裂，成熟过程中的生殖细胞进行减数分裂，也称成熟分裂。四、细胞周期同步化自然界存在的细胞周期同步过程，称为自然同步化。细胞周期同步化也可以人工选择或人工诱导，统称为人工同步化。人工同步化是指人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。酵母细胞的细胞周期特点持续时间较短，大约为90分钟；分裂过程为封闭式，在细胞分裂时细胞核核膜不解聚；与细胞分裂直接相关的纺缍体不是在细胞质中，而是在细胞核中；酵母在一定的环境条件下也进行有性繁殖。细菌的细胞周期特点细菌的细胞周期也基本具备4个时期。但是，细菌在快速生长情况下，细胞周期过程有着较大变化。细菌细胞每分裂一次仅需要30分钟，而完成一轮DNA复制需要70分钟，如何协调。细胞分裂后，立即开始新一轮的DNA复制。复制的起始点不是在一个DNA分子上，而是在两个正在形成中的DNA分子上同时进行。结果是，细胞完成两轮细胞周期后，得到4个细胞。动粒与着丝粒动粒又称为着丝点，是附着于着丝粒上的一种细胞器，而着丝粒则是指染色体主缢痕部位的染色质。动粒的外侧主要用于纺缍体微管附着，内侧与着丝粒相互交织。每条中期染色体上含有两个动粒，分别位于着丝粒的两侧。细胞分裂后，两个动粒分别被分配到两个子细胞中去。当细胞再次进入S期后，动粒又会重新复制。减数分裂前间期减数分裂前间期的最大特点在于其S期持续时间较长;减数分裂间期的S期仅复制其DNA总量的99.7-99.9%，剩下的要等到减数分裂前期才进行复制;大多数生物，其减数分裂前间期的细胞核大于体细胞核。细胞周期蛋白在海胆卵细胞中存在有两种特殊蛋白质。这两种蛋白质的含量随细胞周期进程而变化，在间期积累，在细胞分裂期消失，在下一个周期中又重复这一消长现象，因而被称为细胞周期蛋白。周期蛋白的特点首先，它们都含有一段相当保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框。M期周期蛋白的分子结构含有另一个特点，分子的近N端含有一段由9个氨基酸组成的特殊的序列，称为破坏框。破坏框主要参与由泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白中不含有破坏框,其C末端含有一段特殊的PEST序列,与G1期周期蛋白更新有关.第一节程序性细胞死亡不论是单细胞生物还是多细胞生物，其细胞死亡往往受到某种由遗传机制决定的“死亡程序”控制，所以也被称为程序性性细胞死亡（PCD）。动物细胞的程序性死亡动物细胞的死亡方式包括三种：凋亡，坏死，自噬。细胞凋亡的概念和特征细胞凋亡的生物学意义强调这种细胞的死亡方式是自然的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为。细胞凋亡的主要特征细胞质膜保持完整，内含物不外泄需要ATP提供能量，是一个耗能过程前两个阶段时间很短（二）细胞坏死细胞坏死是区别于细胞凋亡的另一种典型细胞死亡方式。细胞坏死时，细胞质出现空泡，细胞质膜破损，细胞内含物释放到胞外，引起周围组织的炎症反应。与凋亡不同，染色质片段不发生凝集，也不产生有规律的降解，而是被随机降解。细胞坏死的意义细胞坏死可能是细胞程序性死亡的另一种形式，具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时，坏死作为凋亡的替补方式被细胞采用。细胞自噬的意义细胞自噬是与细胞凋亡不同的另一种程序性细胞死亡方式.它主要原因发酵在个体遭遇营养危机及胚胎发育期间.细胞靠降解自身物质来产生能量,最终导致死亡.（一）复制衰老的机制细胞具有某种计算复制次数的