细胞生物学(武汉大学)-刘江东版本

第五章物质的跨膜运输与信号传递 本章内容第一节物质的跨膜运输第二节细胞通讯与信号传递第一节物的跨膜运输MEMBRANETRANSPOT前 言为什么要进行运输（P108营养物排出谢物细胞内子度、维持细内境的稳。运输的方式：1、被动运输；2、主动运输；3、胞吞和胞吐作用。一、被动运输(passiveansport)P18定义：是通过简单扩散或者协助扩散实现的物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。特点：转运的动力来自于物质的浓度梯度，无需细胞提供能量。分类：简单扩散协助扩散（一）简单扩散（simlediffusio）1、定义：分子的运使分子扩的方式从的一侧浓梯度降的向进入一，也叫自扩（freedusin。2、特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②无需能量；③需膜蛋白的协助。3、过程：质先溶解在膜脂中，再从一侧扩散到另外一侧，最后进入水相。4、物质通透性决定于分子的脂溶性、极性、分子大小和带电性：－脂溶性越高，通透性越强；水溶性越高，通透性越弱；－非极分子比极性更易透过。H2O、O2等以透过，但速度较慢；－小分比大分子更易透过；－对带荷的物质是高度不通透。？图51 同的小分子自由扩散的速率差异（二）协助扩散（facilitateddiffusion）1定义极性分和机离子浓梯度减的向跨膜运运输过中需能但需要特异膜白协助运又称为促进扩散、易化扩散、帮助扩散。2协助扩散的特点转运效率高转具有特异性和饱和性由膜转运蛋（ebranetrnspotprotins）责转运。可以被抑制。3、膜转运白的分类：载体蛋白（carrierproten）通道蛋白（channelproteins）①载体蛋白（carerpoteins）分子结构多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过改变构象介导跨膜转运。功能：既介导被动运输，也可介导逆浓度梯度或者电化学梯度的主动运输；图5－3载蛋白通过构象变化介导被动运输有的需要能量驱动（如各类TP驱动的离子泵；有的则不需要（如缬氨酶素。又称通透（perease）和转运器（transorter具有酶的部分特性。有专一性；存在竞争性抑制和非竞争性抑制；葡萄糖的运输是典型的载体蛋白介导的协助扩散。血糖升高→促进胰岛素的分泌→促进各种靶细胞内膜泡膜上的葡萄糖载体蛋白转移到质膜上→提高葡萄糖的吸收糖尿病：Ⅰ型：合成胰岛素缺陷 Ⅱ型：胰岛素水平正常，但是靶细胞对其不应答？—受体或者运输蛋白出现问题。②通道蛋白（channelpoteins）分子结构是亲水性的跨膜通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。功能：只介导顺浓度梯度（电化学梯度）的被动运输。离子通道的特征：选性；转运效率高——16个离子/秒；门控——可开/关控制其活性；少数通道长期开放，如K+泄漏通道；多数通道关闭，只在一定条件刺激下开启。图5－4三种类型门控离子通道膜片钳（pah－cap）水的运输（非脂溶性、极性）大多数是通过简单扩散进入细胞小部分通过水通道蛋（aqupornAQP进行扩散AQP持续开放，水的转运无需能量，不受门控机制影响。目前在动、植物中已经分离到1水通道蛋白家族成员。二、主动运输actvetasport 表5－2典型乳类动物细胞内外离子浓度比较为什么要进行主动运输？1、保证了细胞（器）从低浓度环境中摄取必要的营养物质；2、能够向高浓度环境中排出废物、分泌物、离子；3、维持细内离子的适当浓度（H+、Ca2+、+。主动运输定义：是载体蛋白所介导的逆物质浓度梯度（电化学梯度）进行跨膜转运的方式。特点：–①逆度梯度（逆化学梯度）运输；–②需能量；–③需载体蛋白结构可变；–④具选择性和特异性。分类：按照能量来源–①TP接供能；–②协运输(TP间接供能)；–③光（见于细菌。（一）Na+K+泵——P直接供能1、细胞内的Na+、K+环境低Na+高K的离子环境动物细胞一般要消耗/（神经细消耗23的总TP来维持这种环境。Na+、K+的输入和输出是典型的主动运输，是通过钠钾泵来完成的。TheNobelPrizenCheistry19972、Na+-K泵（Na+-K+pum）①Na+-K+泵的分子结构：实际上就是Na+-K+TP酶，由2α亚基、2β亚基组成，分布于动物细胞的质膜上。α亚基是多次跨膜蛋白具有TP酶活性和Na+K+结合位点β亚基是具有组织特异性的糖蛋白。图5－6②Na+-K+泵的工作方式在膜内侧，3Na+与酶结合，激活TP酶活性，使TP分解，酶自身被磷酸化；酶构象发生改变，与Na+结合的部位转向膜外侧；向胞外释放3Na+并与2+结合，K+与磷酸化的酶结合后促使酶去磷酸化；酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧；向胞内释放K+，并又重新与Na+结合。100次/秒速运转。总的结果是每一消耗一个TP；输出3个Na+，入2个K+。使细胞外带正电荷。③Na+-K+泵的作用①维持细的渗透平衡，保持细胞的体积；②抵消了胞内外的Na+K+扩散维持低Na高K+的细胞内环境为协同运输提供驱动力；③维持细的静息电位。④Na+-K+泵的影响因子：乌本苷（oubn、毛黄（diitli）可抑制Na+-K+泵活性；Mg+、量的膜脂有助于提高Na+-K+泵的活性；氰化物抑制生物氧化，最终导致Na+-K+泵停止工作。(二)Ca2+泵——TP直接供能钙泵（Ca2pup）又称为Ca2+-TP酶，跨膜蛋白，进化上与Na+-K+泵的α亚基同源。作用：维细胞内较低的Ca2+浓（胞内浓度10-7M，胞外10-M。分布：质和肌细胞内质网膜。作用机制原理与钠钾泵相似每分解一个TP泵出2个Ca2将2+输出细或泵入内质网腔中储存起来。Ca2+-TP工作过程（三）H+泵——TP直接供能1质子泵分布植物胞真菌和细菌的质膜上没有Na+-K+泵只有子（H+TPase）2质子泵的功能质子泵将H+泵出细胞建立跨膜的H+电化学梯（相当于动物细胞膜上的Na+电学梯度，而驱动一些溶质的转运。3、质子泵分类（）①P-type用TP自酸化导致的构象改变来转移H+如植物细胞膜上的H+泵动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸“胃酸”②-tpe：位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上，由许多亚基构成，水解TP产生能量，将H+泵入细胞器，但不发生自磷酸化。③F-type：是由许多亚基构成的管状结构。利用H+动力势合成TP，也叫TP合，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。（四）协同运输（otraspor）1定义是由Na+-K+（H+泵与载体蛋白协同作用靠间接消耗TP所完成的主动运输方式，又叫偶联运输。2能量来源来自膜两侧的离子浓度梯（电化学梯度——动物细胞中常常利用膜两侧Na+梯度；植物细胞和细菌常利用H+梯度。3、协同运的分类根据物质运输方向与离子转移方向的关系，协同运输又可分为：共运输（mport）—物质运输方向和离子转移方向相同对向运输（antipor）——物质运输方向和离子转移方向相反①共运输（ymport（同向转运）物运输方向与离子转移方向相同。如小细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收伴随着Na+的入；某些菌中，乳糖的吸收伴随着H+的入。②对向运输（antiport（逆向转运）物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。动物细胞常通过Na+/H+对向协同输的方式来转运H+以调节细胞内的pH值。共运输和对向运输的比较（五）主动运输和被动运输的比较（六）动、植物细胞主动运输的比较图59三、胞吞和胞吐作用endocytosis&exocytois 述(P18：运输对象大分子和颗粒性物质（如蛋白质、多核苷酸、多糖等）运输方式物质包裹在脂双层膜囊泡中进行运输，因此又称为膜泡运输。耗能：运过程涉及膜泡的融合和断裂，需要消耗能量，属于主动运输。运输量：可以同时转运一种或者几种数量不等的大分子或颗粒，因此又称批量运输（bktransort。（一）胞吞作用（endocytosis）1、定义：通过细胞膜内陷形成胞吞泡（endocyticvesicl，将外界物质输入细胞。2、分类：吞噬用（phgcosis）胞饮用（piocsis）①吞噬作用（phagcytois）吞入较大的颗粒性物质（微生物、细胞碎片等；又称胞吃作用（celuareatn；泡较大——吞噬体。发生细胞类型：变形虫、单细胞生物、巨噬细胞、中性粒细胞。②胞饮作（pinocytosi吞入液体或者溶解物囊泡较小发生细胞大多数细胞都可以连续进行。吞噬和胞饮作用的比较3、受体介导的胞吞作用（p120）①原理：一种选择浓缩机制，既可摄入特定的大分子，同时避免吸入大量胞外液体。通过网格蛋白有被小泡完成摄取。摄取物质p20下）物细胞摄取胆固醇、鸟卵细胞摄取卵黄蛋白、肝细胞摄取转铁蛋白、胰岛素进入细胞、巨噬细胞通过表面受体对免疫球蛋白及其复合物、病毒、细菌、衰老细胞的识别和摄入、VB12铁的摄取。图5-1格蛋白有被小泡介导的选择性运输②胆固醇的摄取胆固醇+磷脂+蛋白质（LDL）↓受体－LDL复合物↓内化进入细胞↓进入胞内体降解↓冠状动脉粥样硬化③胞内体膜泡运输的分选站，酸性环境，受体与物质在此分离。受体的去向：大部返回质膜，循环使用；有些入溶酶体，被降解；跨细胞的转运（transctosis）（母乳喂养的原理）又称转胞吞作用，受体和配体不作任何处理，内吞物从极性细胞一侧转到相反的方向。（二）胞吐作用（xcyosis）定义：细内某些膜泡（如分泌泡）中的物质通过细胞质膜运送出细胞的过程。可运送：、激素、神经递质、局部介质、血清蛋白、抗体、细胞外基质、植物细胞壁等。分类 组成型胞吐途径 调节型胞吐途径1、组成型胞吐途径（costitutiveeoytosispathwy）分布：存在于所有真核细胞中；高尔基体反面管网区分泌的囊泡持续不断地向质膜流动并与之融合；功能：①泡膜的蛋白和脂类不断供应质膜的更新；②囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，成为质膜外周蛋白、胞外基质组分、营养成分或者信号分子。2、调节型胞吐途径（ulated eoytosispathwy）又称诱型分泌；分布：存于特化分泌细胞；作用：分泌物（激素、粘液或者消化酶等）储存在分泌泡中；当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡与质融，释放含。第六章细胞质基质与细胞内膜系统内容提要第一节细胞质基质第二节内质网第三节 高尔基体第四节溶酶体和过氧化物酶体第五节细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配第一部分细胞质基质第一节胞质基质1、细胞质质的成分：(p59)2、细胞质基质是高度有序的体系(p160)细胞质骨架纤维贯穿于蛋白质胶体中；蛋白质与骨架直（间）接结合，或与生物膜结合，完成特定的生物学功能；功能相关的酶通过弱键结合在一起形成多酶复合物，定位在特定部位，催化一系列反应；大分子之间通过弱键相互作用，并处于动态平衡之中。第二部分细胞内膜系统（参照余）第二节内网endoplasicretiuu，ER内质网（E）概述(P164K.R.Porer(195发现于培养的小鼠成纤维细胞，是位于细胞质内部的网状结构，故名内质网。ER是由封的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构。存在于真核细胞中，占细胞膜系统总面积的一半左右。一、内质网的两种基本类型——糙面内质网roughendoplasmicreticulum，rER和光面内质网smoothendoplasmiceticulu，sER1糙面内质（rER(P15排列整齐的扁平囊状结构表面分布大量的核糖体rER可视为内质网和核糖体的复合体。rER的主要功能(P15)合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白、酶蛋白。因此rER在分泌细胞和浆细胞中非常发达。易位子结（transoo——位于ER膜上的白复合物是新合成的多肽进入内质网的通道。2、光面内质网（sER）(P15)表面核糖体，常为泡状、分支管状，形成复杂的立体结构；sER的主要功能①脂类合成的主要场所②往往作为出芽的位点将内质网合成的蛋白质和脂类转移到高尔基体中。3、rER和sER的结构关系(P165下)rER包含多种与sER同的蛋白；两者都是内质网的不同区域，并不混合；rER与线粒体关系紧密，而sER高尔基体在结构、功能和发生上联系紧密。4、ER与质膜、核膜的联系有时质膜向内折叠并与ER相连接二者相通——ER从质起源；rER常与外层核膜相连ER腔和核隙沟通外核膜上也常附有核糖体颗粒——ER与核膜的同源性。5、两个概念：微粒（miosom（P165中实过程中破碎的ER自我合形成的近似球形的膜泡结构，包含内质网膜和核糖体组分。具有ER的某些本功能。肌质网（aoplasicetculum）（11中）心骨骼肌细胞中特殊的E，内贮存高浓度的Ca2+，到神经冲动刺激后释放Ca2+，参肌肉收缩功能。6、核糖体循环7、外界因素对ER的作用（P16）ER对饥饿缺氧辐射化学毒物病毒非常敏感往往表现出囊泡化网腔扩大形成空泡，核糖体脱落。二、ER的功能——合成蛋白质和脂质的基地1、蛋白质的合成（P167）蛋白质的合成起始于细胞质基质中的核糖体如下这些蛋白质在合成开始不久后便转到ER上继续合成：①向细胞分泌的蛋，如抗体、激素、细胞外基质成分等；②膜整合白，运到质膜或者其他内膜系统；③需要与其它细胞组分严格分开的酶，如溶酶体中的水解酶；④需要进修饰的蛋白，如糖蛋白。2、脂质的合成（P16）合成几乎全部的膜脂（磷脂、胆固醇；合成磷脂的部位在ER的细胞质基质一侧一旦合成很快在转位酶的作用下转向ER腔面；合成的磷脂向其他膜转运的方式：①出芽→高尔基体、溶酶体、细胞膜上②借助PEP→线粒体、过氧化物酶体上3、蛋白质的修饰与加工（P169）修饰和加工包括“三、二硫键形成；其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终都被糖基化。〈叙述糖基化〉4、新生肽的折叠与装配（P169下）蛋白二硫键异构酶结合蛋白（bidgprtin，p）5、ER的其他功能（11中）肝细胞中光面内质网的解毒功能；肌细胞中特化的光面内质网——肌质网；参与胆固醇和固醇类激素的合成；储存C2，作为细胞内信号物质；提供酶附着的位点和机械支撑作。内质网-细胞核信号转导途径。第三节高基复合体Gogioplex概述CailloGogi（大利，198）在猫头鹰的神经细胞中发现一种网状结构，20纪50年代以才确认其存在和结构，并命名为高尔基体。高尔基体（Golibd高尔基器（olgiapaus，高尔复合体（Glgicoplex。存在于真核细胞中。一、高尔基体的形态结构（P17）1、形态结构、数量由一些排列较为整齐的、堆叠的扁平膜囊和周围大小囊泡组成。具有极性，具有恒定的位置和方向，物质运输也具有方向性；分泌旺盛的细胞中含量高（P173）靠近细胞核的膜囊凸面，称形成面（formigface）或顺面（cisface；面朝细胞膜的凹面，称成熟面（mauefae）或反面（transface。2、高尔基内的功能区隔（P173）①顺面膜囊（cisolgi）分布：高基体顺最侧的扁膜，又称面状结构（soginet－r，CG。功能：接受来自内质网新合成的物质，分类后大部分转入高尔基体的中间膜囊，少部分蛋白质（具有KDEL序列）返回并驻留于ER。②中间膜囊（medialGolgi）分布：高尔基体中部由扁平膜囊和管道组成的功能连续完整的膜囊系统；功能：表面积大，进行糖基化修饰、糖脂的形成、有关多糖的合成。③反面膜囊（transGolg）分布位面的最层外侧伸细质中有泡与之连又称反高基体网结（transGoginew，TGN；功能：参蛋白质的分类、包装和转运，最后从高尔基体输出，形态不断变化。④高尔基体周围的囊泡：顺面一侧的为ER和高基体之间的物质运输小泡，称为ERGIC或VTCs；反面一侧的为分泌泡和分泌颗粒，将分类和包装的物质运输到细胞特定部位。二、高尔基体的功能——交通枢纽 (P175)将内质网合成的多种蛋白质(分泌性蛋白、细胞膜蛋白、溶酶体酸性水解酶、胶原纤维等)进行加工、分类和包装，然后分别运送到细胞特定的部位或者细胞外。内质网合成的部分脂类也需要经过高尔基体运送到细胞膜和溶酶体膜。1、高尔基体与细胞的分泌活动分泌蛋白、膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶、胶原纤维等细胞外基质、溶酶体酶在高尔基体内完成定向转运。例如：溶酶体酶在高尔基体中的分选：带有6磷酸甘露糖（M6P）志。蛋白质在高尔基内的分选转运信息存在于蛋白质氨基酸序列本身。2、蛋白质的糖基化及其修饰（17） （糖基化的介绍和意义）rER合成的蛋白质在ER和高尔基体中发生糖基化，并且在从rER向尔基体转运的过程中，发生一系列的修饰和加工。3、蛋白质的水解和其他加工过程（19）切除蛋白原N端或两端的序列（如胰岛素、胰高血糖素；将前体切割成多段同种有活性的多肽（某些神经肽；相同的前体经过不同的加工可以形成不同的多肽，增加了细胞信号分子的多样性。4、在细胞分泌中起主要作用：消道分泌物、呼吸道分泌物、皮脂腺、汗腺5、是酶原粒和初级溶酶体的发源地：酶原：无活性的蛋白酶前体，如胃蛋白酶原、胰蛋白酶原加工包装 胞外排高尔基体 → 酶原粒 → 胰管 → 蛋白酶6、在植物细胞中参与分裂末期多糖的合成；7、细胞中“膜流”的调控枢纽：膜流”embraneflow维持质膜及内膜系统动态平衡的循环途径。第四节溶酶体和过氧化物酶体 lysome&pexisome一、溶酶体（lysosoe）1、溶酶体述（P182）单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是细胞内消化。酸性水解酶是其标志酶。几乎存在于所有动物细胞中（植物中同等功能的细胞器为圆球体、中央液泡；异质性（heterogenous）2、分类：按照完成生理功能的阶段分为：初级溶酶体(riarylsosoe)次级溶酶体(secondrylysosoe)残体（resdualod）（1初级溶酶（primarylysosom刚刚形成的溶酶体不含底物；圆球形容物均一，有多种酸性水解酶（包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶等50余酸性水解酶，反应最适pH值5。膜上嵌有H＋泵，将＋泵入溶酶体内，维持酸性内环境；膜脂中胆固醇含量高，促进摸的稳定性。膜上具有多种转运蛋白用于水解产物的转运；膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身被降解。酶结构相似，可能有共同起源。（2）次级溶酶体（scodarylyosoe）含有水解酶和底物，是将要、正在进行消化作用的溶酶体。形状不规则，可能包含多种生物大分子、细胞器、细菌等，成分非常复杂。分类：自噬溶酶体（autophaglyosme：与自泡形成的复合体异噬溶酶体（phaglysoome：与噬泡、胞饮泡、吞噬泡形成的复合体（3）残余体（esidualbody（P18）未被消化的物质残留在溶酶体中，又称为溶酶后体；残余体内的物质最终以胞吐的方式排出细胞。3、溶酶体功能（P184）1）清除无的生物大分子、衰老的细胞器、衰老死亡的细胞——“清道夫”降解不再需要的酶或某些代谢产物；清除衰老的细胞器和生物大分子.2）防御功：颗粒白细胞和巨噬细胞可以吞噬细菌和病毒，在溶酶体中将其杀死。3）细胞内消化：参与分泌过程的调节;清除凋亡细胞;4）精子的顶体（aooe）,类似于酶体，实现受精过程。4、溶酶体发生（P18） （以记上的为准）各种溶酶体酶在rER上合成→N－连接的糖基化修饰→转运到高尔基体→甘露糖残基磷酸化为6—酸甘露糖（M6p，浓→出芽方式转运到溶酶体中TGN将溶酶体酶转运到前溶酶（prelsosoe其膜上的H＋泵使内部呈酸性环境，引起M6P磷酸化，与受体分离，M6P受体梭于高尔基体和溶酶体之间，重复使用。5、溶酶体疾病1）矽肺：二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，不能被消化，颗粒表面形成硅酸，导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释放，细胞崩解，矽尘释出。释放的矽尘又被其他巨噬细内吞噬，如此反复进行。激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化，呼吸功能下降。2）肺结结核杆菌不产生内外毒素,也荚膜和侵袭性酶但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶酶体的杀伤作用,使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖,导致巨噬细胞裂解,释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。3）台—萨病（aySahs（4：人溶酶中天生缺乏β-氨基己糖酯酶A，不能分解神经细胞中的神经节苷脂（GM2导致GM2脑细胞内的积累，造成精神呆滞和死亡。二、过氧化物酶体（perxisoe）1、概述（P188）Rhodin1954发现于鼠肾小管上皮细胞。异质性。又称微体（icrobod；普遍存在于真核生物的各类细胞中，在肝脏和肾脏细胞中数量较多。特点：含氧化氢酶（标志酶）和一至多种依赖黄素（AD）的氧化酶；氧酶：将底物氧化，并生成H2O。过化氢酶:将HO2氧化为水和氧气。二偶联，保护细胞。2、溶酶体过氧化物酶体的比较（P189表6－）3、过氧化酶体的功能：1）在动物胞中：氧化分解有毒成分；可能分解脂肪酸高能分子对细胞直接供热；2在植物胞中催化光呼吸反在萌发的种子中因涉及乙醛酸循环又称乙醛酸循环体。4、过氧化酶体的发生（P190）过氧化物酶体分裂产生子代的过氧化物酶体；组成过氧化物酶体的蛋白是在细胞质基质中合成的，然后在引导肽的引导下，进入过氧化物酶体，分选信号PTS1、PTS2；膜脂在内质网上合成后，通过磷脂转移蛋白PEP或膜泡运输转移而来。第六章 第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配蛋白质的合成地?蛋质的命?P191）定向转（protintaei又称分（protinsortg在细质基质核糖体上合成的蛋白质经过转运到达正确的部位并装配成具有结构和功能的复合体，参与细胞的生命活动。199年.Bbel的关于号序列控制蛋白质的转移和定位成果获得了诺贝尔奖。一、信号假说与蛋白质分选信号P91蛋白运输途径中：①没有障碍：细胞质基质→细胞质基质②完全封闭膜障碍：绿体、线粒体、溶酶体、内质网、高尔基体等③有膜障碍，但具孔：细胞核蛋白质分子上的信号序列决定运输方向：①入核信号：指导核蛋白的运输；②引导肽引导叶绿体、线粒体、过氧化物酶体蛋白运输；③信号肽指导内膜系统的蛋白质运输。1、指导分泌蛋白在rER上合成的因素（P191）信号肽序列（决定因素）信号识别颗粒 信识别颗粒受体1）信号肽序列（sigalsequence）于蛋白质N端，长166个氨基酸基，包括疏水核心区、C和N端三部分。是决定该蛋白在rER上合成决定因素。2信号识别颗（ignleognitonpartilSRP是6种肽和1个7S的RNA组成的复合物，M＝35×0；既可与新生肽信号序列和核糖体结合，又能和停泊蛋白结合。3停泊蛋（dockingpoteinDPMW＝7213存在于质网上特异地与信号识别颗粒结合。2、分泌蛋白的合成过程（P192）蛋白质的合成起始于细胞质基质中的游离核糖体上，当多肽链延伸到80个氨基残基时，N端的信号序列和SPR结合，延伸暂时停止；SPR与内质网上的停泊蛋白（SPR受体）结合，核糖体与内质网膜上的易位子（transocn）结合。SPR脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质，肽链恢复延伸；信号肽引导肽链以袢环的形式进入内质网腔。信号肽酶切除信号肽。肽链持续延伸直到完成。这种边合成肽链边转移到内质网腔中的方式称为共转移（cotranlocaio。3、蛋白质在膜上的位置决定（13）①有信号肽序列的肽，在rER合成，无此序列的，注定在细胞质基质中合成；②只有起始转移序列，没有停止转移序列的链，合成后的肽链进入内质网腔；③肽链中部如果有一个停止转移序列，合成的肽链最终成为单次跨膜蛋白；④如果有多个停止转移序列，合的肽链最终成为多次跨膜蛋白。蛋白质分子上的信号序列决定运输方向：①入核信号：指导核蛋白的运输；②引导肽引导叶绿体、线粒体、过氧化物酶体蛋白运输；③信号肽指导内膜系统的蛋白质运输。2指导蛋白质进入线粒体叶绿体和过氧化物酶体的因（P193） 这些细胞器内的大多数蛋白是合成好之后在导（前导肽（ledetie的指导下进入细胞器内部称为后转（posttransloatio。二、蛋白质分选的基本途径和类型（P193）蛋白质分选途径①“三体”——跨膜运输②ER、高尔基体、细胞膜（外、酶体——膜泡运输③细胞核——选择性门控④细胞基质内——细胞骨架定向运输1蛋白质的跨膜转（P19） 细胞质基质中合成的蛋白质转运到线粒体质（叶绿体过氧化物酶体，需要运输蛋白的帮助。2、膜泡运输 蛋白质从ER→高尔基体→溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外。3、选择性的门控转运 蛋质在细胞质基质和核之间通过核孔复合物进行的选择性输入和输出。4、细胞质基质中的蛋白质转运 依靠在细胞骨架上的定向运输。三、膜泡运输（veicuartransport（P195）真核细胞特有的蛋白转运方式，各种蛋白通过转运泡，从高尔基体TGN区→细胞各部位；（一）膜泡的形成 前发现的三种不同类型的有被小泡：1、网格蛋白有被小泡小泡从高尔基体被转运到溶酶体、胞内体、液泡或质膜，小泡的结构同内吞作用。2、COPⅡ有被小泡由内质网向高尔基体的物质运输；跨膜受体在内质网腔中捕获并浓缩转运物质，COPⅡ蛋白、Sar蛋白和内质网膜受体装配小泡，并出芽；3、COPⅠ有被小泡（17）负责将逃逸蛋白（escapdprotin返回内质网。内质网内正常的驻留蛋白的C端有一段回收信号序（retrievlsigals如KDEL转运泡一般将其排斥在外如果有少数意外逃逸到高尔基体的CGN会被CGN膜结合受体识别并形成COPⅠ小泡将其送回内质网。凡是送往高尔基体的蛋白质，如果没有回收信号序列，则不会返回内质网。（二）膜泡和靶膜的融合（P20）特点：选性融合通过两类膜蛋白v-SNARE（膜泡上和t-SNARE（靶膜上）互补作用，决定膜泡的锚定和融合。源于内质网的膜泡只能与高尔基体CGN融合不会与中间膜囊融合而中间膜囊膜泡只能和TGN融合。（三）蛋白质的分选蛋白质在细胞内的去向决定于蛋白质本身携带的信号某些信号可使其长期驻留在ER或者高尔基体中；另外一些信号可使蛋白质不断从一个间隔转移到另外一个间隔；补充概念：分子伴侣（olcuarhaprones）P204细胞中的某些蛋白质分子，可以识别正在合成的、或者部分折叠的多肽，并与之相结合，帮助这些多肽的转运、折叠、装配。但不是最终功能结构的组分。分子伴侣的特点：分布广泛细菌、人、动植物细质基质、细胞器中是一类蛋白的总称——具有这种功能的蛋白都称为分子伴侣，结构可能完全不同；作用机制复杂；一定不是最终结构组分，不一定是可分离实体。分子伴侣家族家族成员具有高度保守性；家族成员结构上具有相似性；组成型表达：大部分在体内组成型表达，但在一定刺激条件下会被进一步诱导。具有可被底物激活的弱TP酶活性。分子伴侣的功能1帮助蛋质的折叠和装配2帮蛋白质的转运和定位3参与细胞器结构的发生应激反应5、参信号转导第七章细胞的能量转换——线粒体和叶绿体 本章结构第一节 线粒体与氧化磷酸化第二节 叶绿与光合作用第三节 粒体和叶绿体是半自主性细胞器第四节 线体和叶绿体的增殖与起源第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体的形态结构（P208）（一）形状、大小、数量和分布线形、颗粒形、香肠状等；1.53μ，直径0.5～1μm；数目：少则数个（或无）～数十万个， 成哺乳动物的红细胞中般无；分布：新陈代谢旺盛细胞中，线粒体数目多。如心肌、小肠和肝脏细胞；在细胞中分布不均匀，可以在细胞中运动、变形和分裂增殖。往往在需能旺盛的部位比较集中，如分泌细胞的合成区域、精子细胞的鞭毛中区。线粒体的超微结构（二）线粒体的超微结构（P20）由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构；1外膜ouerebrane)(P29) 含40%脂类和60%蛋白具有孔蛋（porin构成的亲水通道允许MW10kD以下的分子通过。2、内膜(nrebrane)(P209)1）不透性（pereabilit）——缺乏胆固醇，富含心磷脂（0％，与菌质膜相似；内膜通透性很低，H＋、TP、丙酮酸要载体或通透酶的协助才能通过；2）(P20)基粒：头部称F1，基部称F，又称F0-F1因子或者TP酶复合物；3)(P210内向内室褶叠形成“嵴crista，大了内膜的面积，为生化反应提供了场所；需能多的细胞，嵴的数量也多；嵴的形状：板层状和 状；3、膜间隙P210）宽约6～n充满液体内含许多可溶性酶底物和辅助因子呈现凝胶态包括嵴内间隙4、基质（内室）腔内充满胶状物质含有多种酶核糖体环状DNARNA和含磷酸钙的颗粒可溶性代谢中间产物；具有一定的H和渗透压；二、线粒体的化学组成及酶的定位（一）线粒体的化学组成(P210) 白质（650％） 脂（2530：（二）线粒体酶的定位（P21）0余种酶，分布于外膜、内膜、膜间隙和基质中，详见表7-1；标志酶： 外膜 单胺氧酶内膜 细胞色氧化酶膜间隙 腺苷酸酶基质 苹果酸氢酶三、线粒体的功能进行氧化磷酸化，合成TP，为细胞生命活动提供直接能量。是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释能的场所（P212）参与氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞信号转导、细胞内离子的跨膜转运、电解质平衡调节、Ca2＋平调节等细胞呼吸的三个阶段：第一阶段：发生在细胞质基质、线粒体基质中；葡萄→→丙酮酸→乙酰CoA脂肪酸→乙酰CoA氨基酸→酰CoA；第二阶段： 发生在线粒体基质中；乙酰CoA进入柠檬酸代谢途径，被酶促转变为CO2，同时产生还原性的电子载体NADH和ADH2。第三阶段：发生于线粒体内膜上ADH和AD2重新被氧化，形成氧化型的辅酶。电子进入呼吸（电子传递链最终使O2还原为H2O电子在传递过程中释放的能量以TP的形式贮存起来。（一）氧化磷酸化的分子结构基础(P22)定义：(P217上)当电子从NADH或ADH2经过呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成TP，这一过程称为氧化磷酸化。电子传递和TP合成由不同的结构分别承担——线粒体内膜上的组分担任电子传递的呼吸链；内膜表面的基粒责TP的合成。1、电子传递链（呼吸链）(P22下)1）组成：粒体内膜上的呼吸链是典型的多酶氧化还原体系，包括多种氧化还原酶：①烟酰胺脱氢酶类（以NAD＋或NADP＋为辅酶）②黄素脱氢酶类（以FMN或AD为辅基）③铁硫蛋白类（铁硫中心，FeS）④辅酶Q类⑤细胞色素类NAD和NADPFMN和D铁硫蛋（Fe）分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进电子传递辅酶Q是溶性小分子量醌类化合物通过氧化和还原传递电子有3种形即氧化型醌Q还原型氢（Q2和介于两者之者的半醌（QH）细胞色素 以铁卟啉为辅基的蛋白，通Fe3+Fe2+形式化传递电子2）电子传递链的组织结构（P213）电子传递链可以分为4种功能复合物：复合物Ⅰ（NADH-CoQ氧化原酶）复合酶Ⅱ（琥珀酸-CoQ氧化还原酶）复合酶Ⅲ（CoQ-细胞色素c氧化还原）复合酶IV（细胞色素c氧化酶）a.复合物Ⅰ（NADH-CoQ氧化还原酶）组成又称NADH脱氢酶二聚体每个单体含有1分子的FMN和67个铁硫中是呼吸链中最大最复杂的酶复合物作用化NADH的1对电传输给辅酶Q同时将4个H+由线粒体基质转移至膜间隙。既是电子传递体又是质子移位体。.复合物Ⅱ（琥珀酸-CQ氧化还原酶（P13下）组成：又琥珀酸脱氢酶。包括1个AD、2个铁硫蛋白和一个细胞色素b。作用：催电子从琥珀酸通过AD和铁硫蛋白传输给辅酶Q。不能使质子跨膜转移。c.复合物Ⅲ（CoQ-细胞色素c氧化还原酶（P214）组成：含有2个细胞色素b、1个胞色素c1和1个铁硫蛋白。作用：化电子从辅酶Q传给细胞色素，每转移2个电子，同时将4个H由线粒体基质泵至膜间隙。既是电子传递体，又是质子转移体。.复合物Ⅳ（细胞色素c氧化酶）组成：含细胞色素aa3和2个原子；作用催电子从细胞色素c传给氧每转移2个电在基质侧消耗2个子同时转移2个质子至间隙。既是电子递体，又是质子转移体。3）两条主要的呼吸链四种复合物在电子传递过程中协同作用；复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要的NADH呼吸链催化NADH的氧化；复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成ADH2呼吸链，催化珀酸的氧。 ⅠⅢ:Ⅳ=1:374）电子传递链的电子传递顺序呼吸链各个组分有严格的排列顺序和方向，电子按照氧化还原电位从低向高传递。NADH→→FMN→CoQ→→b→c1↓2←←a3←c2、TP合酶的结构和组成（P214下）又称F1F0-TP酶（H＋-TP酶，如蘑菇，广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中。位于线粒体内膜、类囊体膜或质膜上，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下催化合成TP；“印钞机”TP合酶（P215）①结：F1头部和F0基部组成。②TP合酶的组成F1（P215水溶性球蛋白复合体突出于基质内由9（α3β3γδε）亚基组成。②TP合酶的组成F1子3α3组“橘瓣结构结合在一起才表现出酶活性其中β亚基可以催化TP合成水解γε亚基形“转子”F0因（P216）嵌在膜上形成一个跨膜质子通道；ab212c亚基形成形结构；a、b、δ亚基成“定子。（二）氧化磷酸化的偶联机制（27）化学渗透假（cheiosoticoplghohesi英国生物学家Mthel提出并获178年诺贝尔化学奖。1、化学渗假说的基本要点：在电子传递过程中所释放的能量将H＋从线粒体内膜基质泵至膜间隙由于内膜对H＋是不通透的，而使膜间隙的H＋浓度高于基质，在内膜两侧形成质子动力势；该动力势驱动H＋穿过内膜的TP合成酶流回基质，其能量促使ADP→TP2、化学渗假说的特点：P218电传递过程中，质子被泵入膜间隙的反应过程：1）调线粒体膜结构的完整性；2）定向的化学反应；3、化学渗假说不能解释所有的实验结果（三）P酶的作用机制F1上3个β亚基与核苷酸结合有三种构象（P219）空置状态 （O态）松弛结合态（L态）紧密结合态（T态）γ亚基在αβ3形成的筒中单向转动，使得3个β亚基轮流在O态、L态和T三种状态之间转换，完成空位、ADP结合和TP合成过程。四、线粒体与疾病（21）克山病，是一种心肌线粒体病，因缺硒导致心肌线粒体膨胀、结构破坏。已知的有10多种都是tDNA异（突变缺失重排引起的遗传疾病表现为电子传递酶系和氧化磷酸化酶系的异常。线粒体与细胞衰老和细胞凋亡有关机体95％的氧自由基来自于线粒体另外通过释放细胞色素c与细胞凋亡。自由基和衰老DNA的改变可导致产生错误的遗传信息并促使渐进的细胞退化（deeriratin。自由基：原子或者分子的外层轨道上只有单个未配对电子时，倾向于极不稳定，这种原子或者分子成为自由基。H2O→H?＋自由基成因：共价键断裂；原子和分子在氧化还原反应中接受转移的单个电子。169年，氧化物岐化酶（SOD）的发现O?－＋?－2H＋→H2O2＋O2长寿？产更少的自由基；或者更强的破坏自由基的能力；或者修复自由基造成的损伤。果蝇实验小鼠节食实验抗氧化物谷光甘肽VEVCβ胡萝卜素苯叔丁硝酸（PB）第七章第二节叶绿体和光合作用概念：质体植物特有的细胞器；包括叶绿体、有色体和白色体三类；叶绿体是植物细胞特有的能量转换细胞器，主要功能是进行光合作用。光合作用是地球上一切生命活动的初级能源。一、叶绿体的形状、大小和数目双凸椭圆形、扁半球形（P223）直径36米，厚23微米叶肉细胞一般含有5000个叶绿，占细胞质体积的40～90％二、叶绿体的结构和化学组成（4）叶绿体由三部分组成：叶绿体膜（被膜（cloopastebran；类体（thlki；基质（一）叶绿体膜（chloplastmembane（2）由外膜和内膜双层单位膜组成；中间形成膜间隙；主要成分为蛋白质和脂类；外膜通透性大，很多化合物可透过，而内膜的选择性强，许多物质需要通过转运体的协助才能通过。（二）类囊体（thylao（P224）1、类囊体的结构在基质中有许多由单位膜封闭而成的扁平小囊称为类囊（thykoid多个类囊体叠置成垛，称为基粒（grana；一个叶绿体一般含有460个基粒一个基粒约由5～0类囊体组成;所有的类囊体彼此相通——大大增加膜片层的面积，更有效地捕获光能。2、类囊体的化学组成（P224）括光合作用能量转换功能的全部组分。1）光能吸收系统）电子传递系统3）光合磷酸化系统1）光能吸收系统（2）①光合系统Ⅰ（PSⅠ）包含多种不同还原中心的多蛋白复合体，中心色素P700；②光合系统Ⅱ（PSⅡ由多种不同多肽组成的叶绿素蛋白复合体，中心色素P68；③天线复合物（捕光色素）由几百个叶绿素分子和其他色素组成，吸收多种波长的光能，迅速传给PSⅠ和PSⅡ，本身无光化学活性。2）电子传递系统由递氢体递电子体成，其中质体醌PQ是递氢体（既递电子又递质子，而胞色素bf、质体蓝素PC、铁氧还蛋白Fd都是电子体。3）光合磷酸化系统（26）即CF0-CF1TP酶合物，分布在类囊体膜的外表面。也是电子传递偶联的TP合成系统，但是CF1的激活需要－SH基化合物和Mg2，且不受寡霉素抑制。（三）基质（P227）主要成分为：ctDNA：裸露环形双链，每个叶绿体含有2~0个DNA拷贝；ct核糖体与原核细胞的类似，属70，悬浮于基质中；RuBP颗粒核酮糖-15二磷酸羧化酶是暗反应固定CO2第一步反应的关键酶由8个大亚基和8小亚基组成。大亚基由叶绿体基因组编码，小亚基由核基因组编码。其他组分淀粉粒、RNA、脂滴、铁蛋白等。三、叶绿体的主要功能——光合作用（P227）光反应 初反应电传递和光合磷酸化 暗反应 碳化（一）原初反应（primaryeactio（P228）光能被捕光色素分子吸收，传递至反应中心并发生最初的光化学反应，是将光能转化为电能的过程。反应中心由三部分组成：中心色素分子Chl 原初电子体D 初电子受体APSⅡ的中心色素为P680最大吸峰为60nPSⅠ的中心色素为P70吸收峰为0n。反应过程如图7－3示通过原初反应原初电子供体D不断被氧化为D＋而原初电子受体A不断被还原为A（二）电子传递和光合磷酸化（29）1、电子传递：是在两个不同的光系统中进行的，即由PSⅠ和PSⅡ协同完成。①电子在光合系统Ⅱ的传递（P229）PSⅡ的反应中心经过光子激发，产生强氧化剂P680＋，P680＋从水中再夺取电子被还原为P680。H＋释放到类囊体腔中，放出O2。电子→原初电子受体Ph－→质体醌QA→质体醌QB→PQH2（QB2-＋2H＋）解离→Cytbf（H释放到类囊体腔）→ 质体蓝素PC）→0＋(PSⅠ)②电子在光合系统Ⅰ的传递（P230）P700→A0→A1→(铁硫蛋白)→F（铁还蛋白）→NADP（NADP-＋H＋+2e-）综合①②两个光合系统将一对电子从H2O传递给NADP＋2、光合磷酸化（photophosphorylation（P231）电子传和磷酸化相偶联生成TP的过程称为光合磷酸化。按照子传递方式，分为非循环式和循环式两种型。1）光合磷酸化的类型：①非循环式光合磷酸化：电子传是开放的通道，每放出一个O2只能合成24个TP。②循环式光合磷酸化：（P231PSⅠ中电子经过A0A1FeSFd后又传给Cytbf和PC，从而流回到PSⅡ，电子传递呈现闭合的回路，因此称为循环式光合磷酸化。只生成TP，不产生NADPH和O2。2）光合磷化的作用机制（P231）质子来源：①PQ既是电子载体，又是质子载体，每循环一次，将两个H＋从基质转入类囊体膜内侧；②H2O的光解产生H＋也留在膜内侧；膜两侧的H＋电动势差，推动CF1-CF0TP合酶，合成TP。3）氧化磷化和光合磷酸化的比较：（三）光合碳同化（22）将光反应产生的TP和NADH中的活跃化学能贮存为糖类中稳定的化学能——碳同化三条途径：卡尔文循环* (合成淀粉) C3途径 C4循环 景天科酸代谢途径 P2321.卡尔文循环（Cavincyce）161年Calin因获得诺贝尔化学奖；最初产物为三碳化合物，因此又称C3循环该类植物也被称为C3物；该反应的酶系都在叶绿体基质中，无需光照，因此也被称为暗反应；包括3阶：羧化、还原、RuBP再生。每循环一次，固定一个CO2。①CO2的羧化：RuBP作为CO2的受体（CO2被固定形成羧基，然裂解成2分子的3-磷酸甘油酸（PGA；②还原阶：PGA被还原为3-磷酸甘油醛，光合作用合成的P和NADPH在此阶段被利用；③RuBP再生（更阶段：3-磷酸甘油醛经过一系列的转变，再生成RuBP。2、C4途径（P233）另外一个独特的固定CO2的途径，在于甘蔗、玉米和一些热带草本植物，这类植物也被成为C4植物；固定过程的初产物为草酰乙酸（四碳化合物发生于叶肉细胞中，固定产物最终运输到维管束鞘细胞，将高浓度的CO2传递卡尔文循环；固定效率高，快速，高产3、景天科酸代谢（CAM（P233）景天科物发现夜间入，固为草酰酸进一步原苹果，天2从果酸中释放来参与卡文环与C4径类，2要固两只有机产物有明的日夜变特，无需种型的细协工作。第七章第节 线粒和叶绿体是半自主性细胞器一、线粒体和叶绿体的半自主性1、自主性P24)1）二者都有自己的遗传系统：线粒体和叶绿体中都含有DNA、RNA（RNA、tRNA、rRNA；线粒体基因组能编码合成0种蛋；叶绿体可以合成0种蛋白质；2）二者都有自己的蛋白质合成系统：线粒体和叶绿体都有自己的核糖体（70S型合成自身的一部分蛋白质。2、依赖性：线粒体叶体所需的大多数白是由细核因编码细胞质糖上合成再运到线粒和绿体中。细胞核的功能是主要的，一方面提供了绝大部分遗传信息，另一方面具有关键的控制功能。线粒体和叶绿体的自主程度的有限的，对核遗传有很大的依赖性，称为半自主性细胞器（semiautonomousorgaell。二、线粒体和叶绿体的DNA(P234)三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配(P37)由核基因编码、在细胞质合成的蛋白质，需要经过“后转移”过程，运送到线粒体和叶绿体的功能部位；1、蛋白质向线粒体的运送：1）引导肽线粒体前体蛋白质在运输以前，以未折叠的形式存在，N端有一段信号序列称为导肽或引肽（leadersequenc，完转运后被信号肽酶（sigalppida）切除，就成为成熟蛋白，这种现象就叫做“后转移（post－translation。导肽的特点：①多位于肽链的N端，由大约200个氨基酸成，有丰富的带正电荷的碱性氨基酸残基；②形成一个两性α螺旋，带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧；③对所牵引的蛋白质没有特异性要求。线粒体内外膜的接触点2)蛋白质的运送(P27)①前体蛋白连接的导肽，首先被线粒体表面的受体识别，在GIP蛋白的参与下，从内外膜的接触点通过内膜。②线粒体基质中的Hsp0与导肽交，防止多肽链退缩，并且更多的Hsp0结合到链上，并且在紧缩→松弛两种构象间变换，将多肽分子拖入线粒体内。③导肽被基质中的MPP和PEP水解，前体蛋白折叠成为成熟的蛋白分子。④导肽上携带的信息不同，决定了蛋白质在线粒体内存在于基质中还是膜上。2蛋白质向叶绿体的运送(P29) 过程同线粒体蛋白质的运送类似比如都具“后转移过程都依赖接触（contactsite都需能量前蛋白N端都有引导序列使用后被信号肽酶切除。转运肽N端含有的额外的氨基酸序列，称为转运肽（transitpepidessequene）蛋白质前体在转运肽的牵引下进入叶绿体，经过酶切除去转运肽，成为成熟的蛋白质。定位于类囊体的蛋白，N端和C各有一段转运肽，引导蛋白→基质→类囊体腔第七章第四节线粒体和绿体的增殖与起源一、线粒体和叶绿体的增殖(P240)二、线粒体和叶绿体的起源P241两种截然相反的观点：内共生起源学说和非共生起源学说。（一）内共生起源学说1学说主内容真细胞的祖先吞噬了一种原始的好氧革兰氏阴性菌和营光合作用原始蓝藻，又未能将其消化，久而久之，形成了彼此共生的关系。真核细胞为它们提供营养，细菌和蓝藻为细胞提供能量和合成营养物质。在进化过程中，这些细菌和蓝藻逐渐丢失了原有的一些特征，关闭丢失和转移一些基因，逐渐演变为现在的线粒体和叶绿体。2、主要论据：1）线粒体叶绿体与细菌的相似之处：续表1续表2表32）线粒体叶绿体的内膜结构、成分与外膜差异很大，而外膜与细胞的内膜系统相似；3）线粒体叶绿体能在异源细胞内长期存活；4）自然界存胞内共生现象，如蓝藻与真菌的共生，细菌和草履虫共生。But…3内共生学说遇到的问题：1）线粒体和叶绿体中基因的内含子从何而来？2）线粒体的遗传密码中，有三种密码子既不同于真核细胞，也不同于原核细胞，如何解释？（如，UGA一般是终止信号，在线粒体中却代表色氨酸）（二）非共生起源说(43)要点：真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌，通过细胞膜的内陷、扩张和分化，形成了线体叶绿体雏最初因的复制未随细胞分基因被含到内的膜中，形了始的线体叶绿体细核。在进化过程中，线粒体和叶绿体丢失了一部分基因，而细胞核的基因组则有了高度的发展。质体发展了光合作用，线粒体演变为专具呼吸功能的细胞器。第八章细胞核与染色体细胞核（nuus）概述P247）181年rnana发现于类细胞；11年，Bron发现于植物。细胞核大小：植物14，动物10μ。形状、数目不等。细胞核的组成（P248：核被膜色质核 仁核骨架本章内容第一节核被膜与核孔复合体第二节染色质第三节染色体第四节核仁第五节染色质结构和基因转录第六节核基质与核体第一节核膜与核孔复合体nucearveope&nuearporeoplex一、核被膜（nulearenvelop）（一）分布：位于间期细胞核的最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。（二）功能1基因表达的时空隔离2为遗传信息的保存复制和转录提供特定的环境；3、染色质酶分子的支架和固着部位。（三）核被膜结构（P248中）1、双层核膜（P248）两层平行的单位膜构成，两层膜间为相距200nm的空间，称为核周间隙或者核周池①外核膜通常附有核糖体颗粒，且常常与糙面内质网（R）相连，使核周隙与内质网腔彼此相通。②内核膜 表面光滑，无核糖体附着，但内表面附着有致密的核纤层和特有蛋白质成分【如核纤层蛋白B受体（LBR】2、核孔复合体（NPC）nuclearpoecomplex（29）是间期细胞核表面普遍存在的结构；转录功能越活跃的细胞，核孔复合体的数量越多。一般在3kk①核孔复合体（NP）的结构模型（P251） NPC镶嵌于核孔上，直径略大于核孔；横向结构从外向内依次分为环－辐－栓三种结构亚单位；纵向结构从核外向核内依次分为胞质环－辐－核质环种结构亚单位。a.胞质环（ctoplasicrin）又称外环，环上有8条短纤维伸向胞质；b.核质（nuclearring称内环环上也有8较长纤（50－0n的纤维伸入核内并在末端连接一个直径6m的小环（8个颗粒组成）——核篮（nulearbaket）c.（spok核孔边伸向中心8重对称结构进一步分为三个结构域柱状亚单位——位于核孔边缘，连接内外环，支撑作用；腔内亚单位——伸入核间腔；环带亚单位——在柱状亚单位之内，靠近NPC中心。d.栓（plug）又称中央栓、中央颗粒，位于核孔中央。与物质运输有关，又称tranorte。②NPC组分的研（22主要由白质组成约10多蛋白质分子统一命名为核孔蛋白（nulorin，p；其中以g20和p2最代表性。③NPC的功能（P25）——核质交换的双向选择性亲水通道NPC可视为特殊的跨膜运输蛋白复合体双功能：动扩散和主动运输；双向性： 核→质 →核a、通过NPC的被动扩散NPC是一个亲水通道（有效直径91n，离子、小分子直径1nm以下的物质理论上都可自由通过；物质的扩散速度和分子大小成反比；并非所有的小分子都能经过NPC运输，如有的蛋白的运输需要信号序列；有的被限制在细胞核或者细胞质内不能移动。b、通过NPC的主动运输（P25）主动运输的对象（特：双向性)质→核：DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白、核糖体蛋白等；核→质：RNA、核糖体亚单位等主动运输特征：运输颗粒可以大于NPC直径运输需要信号识别载体介导耗能和表现出饱和动力学特征；NPC怎样进行主动运输？（P25）亲核蛋白（karyophilicpotein）的转运机制亲核蛋白都含有特殊的氨基酸序列——核定位序（信号（NL证了蛋白质能通过NPC运输到核内。核定位序（nucleroaliationseuenceNLS（P256中又称核定位信号是存在于亲核蛋白内的一（几段氨基酸序列富含碱性氨基酸AgsPro等可位于蛋白的不同部位，序列并不保守；亲核蛋白完成输入后，NLS不被切除；NLS只是亲核蛋白入核的必要条件之一，还存在多种综合调节因素。c、亲核蛋白的主动运输过程（运入核（26下：Ⅰ结合（bdig）——核蛋白首先结合到NPC的胞质面，依赖NLS；Ⅱ亲核蛋与iportin/iportinβ成转运复合物；Ⅲ转运复物和NPC的胞质纤维结合；ⅣNPC改变构象，转运复合体从胞质面被转到核质面；Ⅴ转运复体与Ran-GP结合，导致复合体解散，亲核蛋白释放；Ⅵ亚基和an-P返回胞质，Rn-GTP水解成Ran-GDP，并与iproiβ解离，Ran-GDP返回核内，转换成RanGTPd、RNA的主动运输（运出核（P257：rRNA（RNA酶Ⅰ转录）以核糖核蛋白颗粒（RNP）的形式运出核；5SrRN、tRNA（RNA酶Ⅲ转录）的转运由蛋白质介导；hnRNA（RNA酶Ⅱ转录）需要5’加帽、3’加多聚A尾、剪接，形成成熟的RA运出核。RNA的核输出都需要蛋白质的参与，这些蛋白质带有特殊的序列——核输出信号。二、核被膜在细胞周期中的崩解和装配(P29)分裂期：双层核膜崩解为单层膜泡，核孔复合体解体，核纤层去装配；分裂末期：核被膜围绕染色质重新生成。新核膜的成分来自于旧核膜；核被膜的去装配重建受细胞周期调控因子的调节该过程可能通过对核纤层蛋白核孔复合体蛋白磷酸化、去磷酸化修饰来实现。第八章 二节染色质chroatin一、染色质的概念和化学组成（28）定义：间细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。染色质的化学组成：染色质DNA√组蛋白 √非组蛋白√少量RNA（一）染色质DNA（P258下）分类：单贝序列 度重复序列 高度重复列（二染色质蛋白（P261组蛋（hisoe与DNA非特异结合非组蛋（nhisoe：与DNA特异结合。1、组蛋白（histone）①组成占染色质蛋白质的300％属碱蛋白质富含Ag和s等碱性氨基酸残基，带正电荷，可以与DNA紧密结合，对核苷酸无选择性。②分类：经过电泳分成5种组分——H1、H2A、H2B、H3和H4；分为两组：核小体组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）H1蛋白核小体组蛋白：H2A、H2B、H3、4组装成核体（nulose，进化上十分保守（H3、H4是已知最为保守的蛋白质；H1组蛋白变异较大，有种属、组织特异性。功能：连接核小体。2、非组蛋白（nonhistone（P261下）①又称序列特异性DNA结合蛋白（sequncepcifcDNAbindgprten是染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质；②非组蛋白的特性（P262：a多样性质性占染色质蛋白的6～70％不组织细胞中种类数量不同包括（22）参与核酸代谢修饰的酶HMG蛋白核质蛋白染色体骨架蛋白肌动蛋白基因调控表达蛋白等。b、特异识别DNA识别特异DNA序列、靠氢键、离子键结合于DNA大沟；c、功能多样 基因表的调控和染色质高级结构的形成。③非组蛋白的结构模式：模式一：α螺旋-转角-α螺旋（heix-unhlxoti）最简单最普遍；两个α螺旋组成一个β转角羧基端的螺旋负责识别DNA序列模式二锌指模式模式三亮氨酸拉链模式模式四：螺旋-环-螺旋模式；模式五：HMG框结构模式（P26SY二、染色质的基本结构单位——核小体（P265）核小体（neeosoe）染色质包装的基本结构单位，是由核心颗粒和连结线DNA组成的“串珠”状结构。核小体的结构要点：P2661、每个核小体单位包：0bp右的DNA；1个组蛋八聚体；1个组蛋白H12组蛋白八聚体组成2H22H22H32H4 构成核体的核心通过离子键和氢键和DNA结合。3、4bp的DNA绕核心1.5圈；H1组蛋白锁住DNA进出端2bp。4相邻核小体之间以6p左右的接DN（linkerA相连随物种不同而变0～8bp5、核小体有自装配性质（self-asseble）组蛋白同DNA之间的结合与DNA序列无关。6（P267核小体在DNA上的定位受到不同因素的影响，如非组蛋白的结合；基组成。三、染色质包装的结构模型总长约2m的DNA盘绕在直径仅58微米的细核内。（一）多级螺旋模型1、DNA在组蛋白的介导下，形成核小体串珠结构——一级结构；2、核小体以6个/圈进螺旋盘绕，形成螺线管（solnid——二级结构；3、螺线管一步螺旋化，形成超螺线管（superolnid）—三级结构。4、超螺线进一步螺旋折叠，形成染色单体（chroatid）——四级结构。DNA→核小体（一级结构）压缩7倍 → 线管（二级结构）压缩6倍→超螺线管（三级结构）缩40倍→色单体（四级结构）缩5倍 总压缩：7××0×＝800（倍）（二）放射环结构模型（P269）一级、二级结构同多级螺旋模型；螺线管形成DNA复制环，每8个呈放射状平面排列，形成微带（inibad；16个微带建成染色单体。细胞核是高度有序的细胞器一条染色体浓缩于特定的区域，不与其他染色体重叠。RA剪接位点集中在0－0个区。四、常染色质和异染色质（P270下）（一）常染色质（euchomatin）特点：间核中处于伸展状态，对碱性染料着色浅，包装比12001100；组成：单序列、中度重复序列DNA（组蛋白基因、tRNA基因；是基转录的必要条件。（二）异染色质（hetchoatin）特点：间核中，处于聚缩状态，对碱性染料着色深；分类：结异染色质（组成型异染色质）兼性异染色质1、结构/组成型异染色质（constitutiveheteochmati）除复制期外，在整个细胞周期中均处于聚缩状态。特点：①定位于中期染色体上着丝粒区、端粒、次缢痕、染色体臂某些节段；②DNA序列相对简单，高度重复；③传惰性，不转录、不编码蛋白质；④制过程中晚复制、早聚缩；⑤与染色质高级结构形成、染色质区间性、转座等。2、兼性异染色质（fcultativeheteoomain）在某些细胞类型或一定发育阶段，原来的常染色质聚缩，丧失基因转录活性，变为异染色质。特点：总量随不同细胞类型而变化，胚胎细胞含量少，高度特化的细胞含量多。是关闭基因的途径之一。举例：雌哺乳动物中X染色体失活——巴氏小体。五、染色质结构和基因转录（略）第八章 第三节染色体chmome一、中期染色体的形态结构（22）染色体的电子显微镜照片（一）中期染色体的主要结构1、着丝粒主缢痕 、次缢痕3核仁组织区、随体5、粒 √（1）动粒结构域位于丝粒的外表面；包括：内板（innerplate）中间隙（iddlepace）外板（ouerplate）（2中央结构（cntraldonP273着丝粒主体由串连重复的卫星DNA组成往往具有物种专一性；DNA能与动粒蛋白结合（3配对结构域 位着丝粒内表面是姐妹色单体相互作用的位点;成分INCENP和clip;与染色体配对有关.2端（telomee（P274染色体端特化结构3DNA为富含G串连重复序列——TELDNA。一个基因组内的所有端粒序列相同，但是物种之间的序列不同。脊椎动物保守序列：TAGGG重复：500300次长：2k2k 作用：持染色体的完整和独立，参与同源染色体配对起细胞分裂计时器的作用，控制细胞的衰老。二、染色体DNA的三种功能元件DNA复制位点 着丝粒DNA序列端粒DNA序列1、自主复制DNA序列（ARS（P274下）核细胞的染色体上含有多个复制起点，确保全染色体的快速复制。2着丝粒DNA序（CE（P275确保复制的染色体在有丝分裂时平均分配到子细胞中去。3、端粒DNA序列（TL（P27）①端粒酶（telomerase：一种核糖核蛋白复合物，具有逆转录酶活性。只在生殖系细胞和部分干细胞发挥功能；以物种专一的内在的RNA作模板，把合成的端粒重复DNA序列加到染色体3’端。②端粒和细胞分裂计时:体细胞每分裂一次，端粒重复序列就缩短一些，端粒重复序列的长度与细胞分裂的次数和细胞的衰老有关；肿瘤细胞具有表达端粒酶活性的能力，使癌细胞可以无限制增殖。三、几种特殊染色体（P280）（一）多线染色体（polytenechomosome）发：Babini(81发现于蚊幼虫唾腺细胞；分布：双翅目昆虫的幼虫组织细胞（唾液腺、气管、肠、马氏管）以及植物的部分胚珠细胞中。产生：核有丝分裂，DNA多次复制，而细胞不分裂。特点：①形态：多线性，体积巨大；②时相：细胞处于永久间期；③”体细胞联会；④横带纹——数目、大小、形态、位置固定⑤泡和环——在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成胀泡（puf，巴氏环（Babinirng——胀泡是基因活跃转录的区域。（二）灯刷染色体（lampbrushchmosome（282）发现：最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。普遍存在动物卵母细胞中。特点：由于染体主轴两侧有侧环状如灯刷故名灯刷染色体。图8－5灯刷染色体灯刷染色体的特点：①时相：卵母细胞第一次减数分裂，染色体停留于双线期，维持数月（年；②态：具有轴和侧环结构；③侧环是RNA活跃转录的区域；④转录产物为前体RNA（hnRA。第四节核仁nucleolus核仁（nullus）概述布：间期的细胞核内；形状数量呈圆球形1个或多个蛋白质合成旺盛活跃生长的细胞有较大较多的核仁，反之核仁很小或无。周期性：核仁在有丝分裂前期消失，末期重建。功能：合成、加工rRNA、装配核糖体亚单位的场所。一、核仁的超微结构1纤维中心(FC)√2致密纤维组分(DFC)√3颗粒组分(GC)√4核仁基（核仁骨架。〈1..3的答〉二、核仁的功能主要能：核糖体的生物发生。该过程包括：rRNA的合成；rRNA的加工；核糖体亚单位的装配（一）rRA基因转录的特征染色体的NORs区域中的rDNA是rRNA的信息来源；10～0个rRNA因拷贝在少数染色体的NORs区串联重复排列；转录时，新生的rRNA链依次增长，形成“圣诞树”样结构；转录产物的’端形成RNP颗粒。（二）rRA前体的加工5.88S28SrRNA基因一起转录生成45（哺乳类3（果蝇或37（酵母的转录产物经过加工得到41S3220S中产物5SrNA基因不分布于NORs区但也串联重复排列于染色体上在核仁外转录转录产物也需要经过加工可得到5SrRA片段。（三）核糖体亚单位的装配45S产物与白质结合形成80S的RNP复合体随后被加工逐渐失去一些RNA和蛋白质，形成两种大小不同的核糖体亚单位前体（含1S、含5.8、8S，运出胞核；核糖体的成熟作用发生于亚单位被运送至细胞质后。三、核仁周期1、核仁的周期性：分裂前期，核变小，随着染色质凝集，在中期、后期消失；分裂末期核仁物质聚集，在NORs周围重建成新的核仁。2、核仁的期变化依于rRNA基因的活性。第九章 核糖体本章内容第一节核糖的类型与结构第二节聚核糖体与蛋白质的合成第一节核体的类型与结构（P30）概 述158年Rbinin和Brown在植物细胞中通过电镜才观察到这种颗粒结构；核糖体是体积较小（直径13n）的无膜包围的细胞器，在普通光镜下观察不到；全名——核糖核蛋白体（ribooe，简称——核糖体或核蛋白体。分布：除少数几种高度分化的细胞外（如哺乳动物红细胞，核糖体存在于一切细胞中【原核细胞（支原体）、真细胞，这别于其他细胞器。分类：附着核糖体 游离核糖体。一、核糖体的基本类型与成分1、核糖体基本类型（3370S和80S（S为Svedbeg沉降系数单位）70S核糖体在于原核细胞和真核细胞的线粒体、叶绿体中；80S核糖体在于真核细胞（线粒体、叶绿体除外）二、核糖体的结构 要成分是rRNA（60％）和r蛋白（4％）（P302）1、核糖体够自我装配——不需要其他大分子的参与；2、装配过具有先后层次——某些r蛋白首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配；3不同原生物中r蛋白序列之间具有很高的同源性不真核生物中r蛋白序列之间也存在很高的同源性。4、rRNA序列一级结非常保守，二级结构加一致——臂环。5、核糖体构型的稳定性依靠Mg2+：在M2+浓小于1M的溶液中，70S核糖体易离解为50S和0S大小亚单位；当M2+浓大于10M时，两个核糖体形成1S的二聚体；三、核糖体的功能（P309）——合蛋白质1、核糖体的功能位点6个〈略〉2、rRNA是核糖体功能的主导者肽酰转移酶催化位点(23SrRNA)；为tRNA提供结合位点（A、P、E位点；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；在合成起始和肽链延伸中与RNA结合。3、r蛋白的功能：促进rRNA三维结构的折叠；对核糖体构象变化起调控作用；与rRNA共同行使结合、催化功能。第九章 第二节多聚核糖体与蛋白质的合成一、多聚核糖体（31）1义个核糖体串连在一条RNA分子上高效地进行肽链的合成这种聚合体称为多聚核糖体（polribooe。2、相邻糖体之间的距离约0核苷酸，核糖体的数量决定于RNA的长度。3、多聚糖体大大提高了多肽的合成效率。二、蛋白质的合成（以原核细胞为例）三、RNA在生命起源中的地位RNA既有信息载体功能，又有酶的催化功能，因此推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子；核（ioyme的发现—可以催化RNADNA的水解和连接催化RNA的剪（splicin；催化RNA聚合反应、RNA的磷酸化、氨酰基化等；肽酰转移酶合成肽链。第十章细胞骨架ctskeleton概 述（P31）细胞骨架（ctokltn）是指真细胞中的蛋白纤维网架体系。细胞核骨架细胞质骨架细胞膜骨架细胞外基质本章内容一节细胞骨架 第节细胞核架第一节细质骨架包括三类蛋白质纤丝——微丝（icrofilaent）微管（icrotuule）中间纤维（ineedatefilaent）成分：微丝、微管和中间纤维均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体。微丝多分布在细胞质膜的内侧，确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管主要分布在核周围，确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维分布在整个细胞中，使细胞具有张力和抗剪切力。细胞骨架的功能：支架：维细胞的形态，如红细胞膜骨架；细胞内框架：为各种细胞器提供附着位点；运输轨道运输膜泡、细