1细胞概述及细胞内膜系统.ppt

1、生物奥赛辅导 细胞学部分,第一章细胞生物学研究方法,细胞形态结构的观察方法 细胞组分的分析方法 离心分离技术 细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 放射自显影技术等 细胞工程（细胞培养、细胞融合）与显微操作等技术,光学显微镜技术（light microscopy） 电子显微镜技术 (electron microscopy),荧光显微镜下看微管、微丝和DNA,电镜与光镜的比较,电子显微镜切片的制备过程,胶体金标记的胰岛素分泌过程,牛蛙内耳毛细胞突起结构扫描电子显微镜图片,微分干涉显微镜图片显示同一结构,透射电子显微镜图片显示同一结构。,3H标记RNA,电镜下的骨髓细胞，35S标记5分钟后

2、,离心分离技术,纸（膜）层析,细胞培养技术,动物细胞培养 类型：原代培养细胞 传代培养细胞 细胞株（cell strain） 细胞系（cell line） 植物细胞原生质体培养 （体细胞培养） 类型： 单倍体细胞培养（花药培养）,Hela 细胞（a) 和 CHO （中国仓鼠卵巢细胞）（b) 细胞的培养,单克隆抗体技术,参考书： 细胞生物学高教出版社 翟中和等 细胞生物学农大出版社 敖光明等 细胞生物学北师大 薛绍白等 普通生物学高教出版社 陈阅增等 精英教案下册,细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上研究： 1、细胞结构与功能。 2、细胞增殖、分

3、化、衰老与凋亡。 3、细胞信号传递。 4、真核细胞基因表达与调控。 5、细胞起源与进化等内容。 核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。,第二章 细胞学说和细胞基本概念,Cell theory has three basic tenets:,3. All cells arise only from preexisting cells by division.,1. All organisms are composed of one or more cells. 2. The cell is basic unit of structure and function for all organ

4、isms.,一、细胞的基本概念,细胞是生命活动的基本单位 细胞概念的一些新思考 细胞的基本共性 原生质和原生质体,原生质及原生质体,原生质：细胞内含有的生活物质。在真核细胞中可分为细胞质和细胞核两部分。 原生质体：构成细胞的全部生活物质，包括细胞膜、细胞质和细胞核。,细胞是生命活动的基本单位,一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位 细胞是有机体生长与发育的基础 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命,一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位,细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细

5、胞是代谢与功能的基本单位,细胞是有机体生长与发育的基础,Dolly and her daughter,细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性,细胞的基本共性,所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。 Plasma membrane 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。 DNA/RNA 作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。 Ribosome 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。,Hela cells,二、细胞的基本结构原核细胞与真核细胞,原核细胞 真核细胞,nuclear envelope,1.原 核

6、细 胞（见微生物）,2.真核细胞,真核细胞的基本结构体系,生物膜结构围成的各种细胞器 典型的细胞核：以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,10-100um，细胞膜、细胞质和细胞核,植物细胞与动物细胞的比较,三、细胞的形态与大小,各类细胞直径的比较,细胞和细胞组分的相对大小,第三章 细胞膜系统第一节 细胞膜的结构和特性,细胞膜的生物学功能, 细胞膜与物质的跨膜运输 细胞膜与细胞连接 细胞膜与细胞通讯（详见信号转导）,细胞与复杂的外界环境隔离开，以维持细胞内环境的相对稳定；细胞与外界环境发生的一切联系和反应都必须有细胞膜参与。,第三章

7、物质的跨膜运输,被动运输 主动运输 胞吞作用与胞吐作用,物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。 对于进出细胞的物质具有高度的选择性。,1.被动运输,特点：运输方向（高浓度低浓度）、 跨膜动力（物质本身的浓度差）、 能量消耗（不需要细胞为其提供能量）、膜转运蛋白 类型： 简单扩散（自由扩散） 协助扩散,简单扩散（自由扩散） 物质顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输，即不需要细胞提供能量，也不需要膜蛋白协助。 影响因素： 物质本身分子大小：分子越小，物质在跨膜运动过程中受到的空间阻力越小，扩散速度就越快。 物质极性大小：极性越小，脂溶性就越大，物质扩散速度就越快。 膜两侧物质的浓度差：浓度差

8、越大，物质简单扩散速度越快。 环境温度,协助运输中的膜转运蛋白： 载体蛋白多次跨膜蛋白分子；能与特定的溶质分子结合；载体蛋白通过构象改变介导分子跨膜转运，具有高度特异性，与特定物质结合后，通过本身构象的变化来转运物质。 通道蛋白（channel proteins）有膜蛋白的亲水区形成跨膜的通道，允许大小适宜的分子或离子顺浓度梯度通过。 通道蛋白不需要与被运输的溶质分子结合，由于通道蛋白几乎都与离子转运有关，又称为离子通道。 特点：具有离子选择性，转运速率高； 离子通道是门控的；只介导被动运输，在特定条件刺激下才瞬时开放，开关两种构象调节。如电压门通道、配体门通道、压力激活通道。,2.主动运输（

9、active transport）,特点：运输方向（低浓度高浓度）、 跨膜动力（细胞提供能量）、 能量消耗、 膜转运蛋白 类型： 由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 （结构与机制） 协同运输 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式,（1）ATP直接供能的主动运输“泵”,利用ATP；逆浓度 a亚基； a亚基有NaK结合位点和ATP酶活性 亚基糖蛋白。 内侧与细胞内Na结合，ATP酶活性被激活后使构象改变，将Na运出。同时与膜外K结合，去磷酸化后构象再次改变，将K输入。,1ATP=3Na+2K,四种以ATP为动力的转运蛋白,（2）协同运输：不直接

10、需要ATP,动物细胞对氨基酸和葡萄糖的主动运输是伴随Na的同向协同运输，靠Na浓度梯度维持，靠ATP间接提供能量。,同向运输,对向运输,如何将氨基酸、葡萄糖转运穿过肠上皮？,1、微绒毛膜上定位有Na/葡萄糖转运蛋白，将葡萄糖逆浓度从肠腔转运进入上皮细胞 2、基底膜上葡萄糖单向转运蛋白，从上皮细胞转运入血液。 3、基底膜上的Na-K泵维持Na的平衡。 4、上皮细胞间的紧密连结阻止分子倒流。,食物中的葡萄糖，高Na，Cl,细胞质，低Na,高K,血，高Na低K,离子和小分子跨膜运输机制比较,（3）胞吞作用与胞吐作用,作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输,胞吞作用,通过细胞膜

11、内陷形成小囊，将被转运的物质包在囊内而后脱离细胞膜形成小囊泡 胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别：,胞饮作用,吞噬作用,胞吐作用,是细胞内合成的大分子物质通过形成囊泡，与膜相互结合，将所含大分子物质排出细胞外。 上述两种都需要细胞提供能量。,第二节 细胞基质和内膜系统,细胞质基质 内膜系统 微体 核糖核蛋白体 线粒体和叶绿体,细胞质包括细胞质基质和细胞器。,细胞内膜系统,细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关 的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。 主要包括：内质网、高尔基复合体、溶酶体、以及细胞核。,（一） 内 质 网(ER),基本类型 粗面内质网（ rER） 光面内质网（sER）,由封闭

12、的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。,比较rER和sER,与其他细胞器的关系： （1）细胞膜有时与ER连，甚至管道相通发生关系。 （2）ER常与外核膜连接，ER腔与核周隙相沟通，外核膜有时附着核糖体核-质物质交换；发生同源性。 （3）合成旺盛的细胞，rER与线粒体紧密相连能量关系。 （4）间期，ER分布常常与微管走向一致，并与微管马达蛋白结合在驱动蛋白牵引下向外延伸呈复杂网状机构。,1、 内质网的化学组成和结构,化学成分：脂类、蛋白质及RNA。 葡萄糖-6-磷酸酶、 细胞色素P-450是内质网的标志酶（特征酶）,单位膜构成形状大小不同的扁平囊、小囊、小管组成，连成网状结构。,2、ER

13、的 功 能,ER是细胞内蛋白质加工与脂类合成的基地，几乎全部脂类都是在内质网合成的。,sER的功能, 脂类代谢与糖类代谢 脂肪、磷脂及类固醇合成并且与糖元的合成及分泌密切相关。 ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇） 肝的解毒作用。 含一些酶，如细胞色素P450家族酶系，对不溶于水有毒物质进行氧化、羟化作用而完全溶于水并转送出细胞进入尿液，从而消除对细胞毒害。 肌肉细胞肌质网，膜上Ca-ATP酶将Ca泵入肌质网中，神经冲动刺激后，Ca释放，肌肉收缩。,脂质合成： sER合成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂。合成磷脂所需要的3种酶都定位在ER膜上，其活性部位在膜的细胞质

14、基质一侧。合成磷脂的底物来自于细胞质基质，反应的第一步是增大膜面积；第二三步确定新合成磷脂的种类。合成后由细胞质基质侧转向内质网腔面，靠转位因子和转位酶的帮助完成。 合成的磷脂一种由内质网以出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上；另一种凭借一种水溶性的载体蛋白（磷脂转换蛋白）在膜之间转移磷脂。 糖脂的合成开始于ER，后再高尔基体完成。 线粒体和叶绿体也有脂质合成系统,rER 的 功 能, 蛋白质的合成 蛋白质的修饰与加工 新生肽的折叠与组装,蛋白质的合成与转运；蛋白质的加工,蛋白质合成,Er上核糖体合成的:分泌蛋白；膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（如溶酶体酶）等 在细胞质基质中“游

15、离”核糖体上合成的：包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。,注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体。,“信号假说”核糖体如何结合到ER膜上进行蛋白质合成 游离的核糖体合成的肽链中包含一段特殊的氨基酸序列，称为“信号肽”，主要有疏水性氨基酸构成。 如果游离的核糖体合成这样的信号肽，细胞质中有信号识别颗粒（SRP），专一性的识别信号肽，而rER上有SRP受体，在SRP参与和作用下，信号肽结合到ER膜的一种蛋白偶联通道（易位子）上。 从SRP识别信号肽，到核糖体结合于rER膜上这一过程中，蛋白质合成暂时

16、停止。核糖体与Rer结合后，转译重新开始，易位子通道打开，延伸的肽连在信号肽的引导下穿过rER膜进入rER腔中。信号肽被结合于ER膜内侧的信号肽酶水解；新合成的多肽链继续深入ER腔中，直至合成结束。,分子“伴侣”,细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。,蛋白质的加工,糖基化 在糖基转移酶作用下有顺序的将寡糖转移到蛋白质上形成糖蛋白。 由rER合成的蛋白质的糖基化起始于rER腔面. N- 连接（Asn）连接到天冬酰胺的酰胺N原子上. 当深入rER腔中的新生

17、肽链中出现Asn残基时，在糖基转移酶的作用下，寡糖连连接于Asn残基-酰胺基上。这种糖基化作用称为N-连接糖基化。,包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等,新生肽的折叠与组装,新生肽的折叠组装：非还原性的内腔，易于二硫键形成； 正确折叠：具有一定信号,在二硫键异构酶帮助新合成的蛋白重新形成二硫键 分子伴侣:(chaperone）具有折叠酶的功能,能识别蛋白折叠后的疏水面并与之结合,防止错误折叠;参与蛋白质跨膜运输后分子的重折叠以及装配. ,（二）高尔基复合体, 化学组成及结构 高尔基体的功能 高尔基体与细胞内的膜泡运输,1、高尔基体的化学组成和结构,化学组成：主要由脂类、蛋白质及多糖物质组成

18、。 其标志性酶为糖基转移酶。 结构：电镜下单位膜围成的扁平囊状结构堆叠在一起，周围结合有些小管或大小不等的小囊泡构成高尔基复合体。 高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性,扁囊弯曲成凸面又称形成面（forming face） 或顺面（cis face） 凸面朝向细胞核或ER一方。扁平囊膜较薄（60A)，接受ER合成的物质，对其进行初步的加工和分类。 面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（mature face）或反面（trans face） 凹面朝向细胞膜一侧。扁平囊膜较厚（80A），能将物质分类并排出。 中间膜囊含糖基转移酶，是糖基化主要部位。,2、 高尔基体的功能,

19、（1）为细胞提供一个内部的运输系统： 参与蛋白质的加工、转运、分选、包装 （2）糖基化作用 （3）参与细胞壁的形成,高尔基体与细胞的分泌活动,放射性同位素示踪技术显示不同时间段分泌蛋白的去向,蛋白质的糖基化及其修饰,含有多种糖基转移酶，能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。与内质网不同的是，高尔基复合体中进行O-连接糖基化，即糖基在糖基转移酶的催化下，与肽链中的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基侧链-OH相连。,蛋白质糖基化类型比较,蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型, 无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体 切除N-端或两端的序列成熟的多肽。 如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。 蛋白质

20、前体高尔基体水解同种有活性的多肽， 如神经肽 含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物。 同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同的多肽。,3、蛋白质分选与分选信号（略） ,高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用,（三）溶酶体（lysosome）,溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。,1、溶酶体的化学组成及结构,化学成分：脂类与蛋白质。含酸性水解酶。 溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acid phosphatase）, 嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境； 具有

21、多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解,类 型,初级溶酶体（primary lysosome）（原溶酶体）：由GC分离的囊泡，含无活性的水解酶。不具消化功能。 次级溶酶体（secondary lysosome）（消化泡）：正在消化的溶酶体。 自噬溶酶体：消化物来自细胞（如衰老的细胞器）。 异噬溶酶体：消化物来自细胞外。 残余小体（residual body）（后溶酶体）消化完成的溶酶体，具有消化不了的残渣。,2、溶酶体的功能,参与细胞内的正常消化作用：大分子内吞作用进入细胞后，通过溶酶体消化，分解为小分子物质扩散到细胞质，对细胞起营养作用。细胞吞噬的异物在溶酶体内被消化，还有防御功能 。 自体吞噬作用：清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞 自溶作用：整个细胞被酶水解、消化，甚至死亡，发生细胞自溶。溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，这对于维持细胞的正常代谢活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。,溶酶体的合成和成熟过程