细胞生物学教案 69页

教学内容备注第一章绪论第一节细胞生物学研究的内容和现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科。1、概念或定义l细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学；或者说：应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法，以细胞为生命活动基本单位的思想为出发点，探索生命活动规律的学科。2、核心问题它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。3、细胞生物学与细胞学l细胞学：细胞结构、功能和生活史；静态观点；侧重整体细胞水平和亚细胞水平；l细胞生物学:细胞生命活动规律和调控机制；动态观点；侧重整体细胞水平、亚细胞水平和分子水平的结合。4、学科层次介于分子生物学和个体生物学之间，同它们互相渗透，是承上启下的学科。5、要重视细胞生物学l6、细胞生物学研究方法分析、比较、综合，从整体细胞水平、亚细胞水平和分子水平相结合的角度，把细胞结构和功能统一起来进行探索。二、细胞生物学的主要研究内容细胞结构与功能、细胞重要生命活动：细胞核、染色体以及基因表达的研究；生物膜与细胞器的研究；细胞骨架体系的研究；细胞增殖及其调控；细胞分化及其调控；细胞的衰老与凋亡；细胞的起源与进化；细胞工程。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势。分子细胞生物学是当前细胞生物学发展的主流。（一）当前细胞生物学研究中的三大基本问题（二）当前细胞基本生命活动研究的重大课题1.染色体DNA与蛋白质相互作用关系—主要是非组蛋白对基因组的作用；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：是当前细胞生物学研究的热门领域；4.细胞结构体系的组装。（三）细胞生物学的研究任务研究理论问题，研究实际问题，理论联系实际，揭示细胞生命规律，寻求规律控制途径，造福人类。（四）前景细胞学----〉细胞生物学-----〉分子细胞生物学----〉量子生物学第二节细胞学与细胞生物学发展简史一、细胞的发现\n对细胞的发现具有杰出贡献的学者：（1）英国学者胡克(RobterHooke)首次用显微镜观察植物细胞，发表《显微图谱》，绘制细胞学史上第一个有代表意义的细胞模式图。（2）荷兰学者列文虎克(A.V.LeeuwenHoek)首次用显微镜观察活细胞，首次描绘细胞核结构。二、细胞学说的建立及其意义1.M.Schleidon1838年，德国植物学家M.Schleidon根据自己的观察，论证了所有的植物体都是由细胞组合而成的，2.T.Schwann1839年，德国动物学家T.Schwann认为，动物体也是由细胞所组成。首次提出“细胞学说”这一名词。《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》3.“细胞学说”的基本内容：①认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成；②每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益；③新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。4.细胞学说的完善（1）1841年柯里克：个体发育是细胞不断繁殖所致；（2）1845年希波尔顿：原生动物为单细胞；（3）1855年魏尔啸：病理过程在细胞和组织内进行，细胞只能来自细胞；（4）1861年舒尔茨：细胞是具有生命特征的原生质，其中只有一个核。5.细胞学说的意义（1）生命科学发展（2）进化论和遗传学基石（3）建立细胞学三、细胞学经典时期（19世纪的最后25年）1875～19001.原生质理论和原生质概念的产生(1)普金耶：动物细胞“肉样质”(2)冯莫尔：植物细胞“肉样质”，命名为“原生质”(3)舒尔茨:原生质理论(4)汉斯坦:原生质体概念2.细胞分裂活动的发现（1）瑞马克：直接分裂（2）施特拉斯布格and弗莱明：间接分裂（3）海明：直接分裂--〉无丝分裂；间接分裂--〉有丝分裂（4）范贝内登and施特拉斯布格：减数分裂3.受精现象的研究（1）1875年赫特维希：动物受精；（2）1883年范贝内登：蛔虫卵和精子染色体数目比体细胞减半；（3）1888年施特拉斯布格：植物受精，其生殖细胞染色体数目比体细胞减半；（4）1898年纳瓦兴：被子植物双受精4.重要细胞器的产生四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展1、实验细胞学2、细胞遗传学3、细胞生理学4、细胞化学5、细胞分类学6、细胞免疫学7、细胞病理学8、细胞社会学五、细胞生物学学科的形成与发展细胞生物学的兴起是先进实验技术发展的必然产物。光学显微镜——细胞学；电子显微镜结合其它先进技术——细胞生物学细胞生物学不同于细胞学主要有两点：⑴深刻性：它从细胞的整体、超微和分子各个结构层次对细胞进行剖析，并把细胞的生命活动同分子水平和超分子水平的结构变化联系起来。⑵综合性：它所研究的内容极其广泛，涉及到许多领域，并同生理学、遗传学、发育生物学和生物化学相互融汇在一起。\n教学内容备注第二章细胞的统一性与多样性第一节细胞基本概念一、细胞是生命活动的基本单位(1)一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位(2)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(3)细胞是有机体生长与发育的基础(4)细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性(5)没有细胞就没有完整的生命二、细胞概念的一些新思考1.细胞是多层次非线性的复杂结构体系。¿细胞具有高度复杂性和组织性。2.细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体。¿细胞完成各种化学反应；¿细胞需要和利用能量；¿细胞参与大量机械活动；¿细胞对刺激作出反应；3.细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。¿细胞能进行自我调控；¿繁殖和传留后代；三、细胞的基本共性¿1.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。¿2.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。¿3.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。¿4.所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。第二节原核细胞与古核细胞原核细胞概述基本特点：¿遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。无细胞骨架。代表：¿支原体（mycoplast）——目前发现的最小最简单的细胞；¿细菌¿蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）原核细胞构成的生物称为原核生物，为单细胞生物。一、支原体：目前发现的最小、最简单的细胞or生命体，但已经具备了细胞的基本结构形态，并具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。就是说它具备了进行生命活动最基本要素。二、细菌和蓝藻1.细菌：(1)无典型核结构，有明显核区(类核)；(2)有细胞壁(肽聚糖)；(3)核糖体，无具膜细胞器；(4)有些具有荚膜及鞭、纤毛。2.蓝藻：(1)最简单原始的绿色植物之一，在原核细胞中体积最大；(2)是单细胞的，但可多细胞联合成群或丝状体；(3)无典型核结构，有明显核区(中央体)；(4)核糖体，无具膜细胞器；(5)外有细胞壁和胶质层；(6)具有光合片层。四、古核细胞（古细菌）生长在极端特殊的环境中，与人类活动关系不大。是20世纪80年代从原核生物（细胞）中划分出来的，研究证明，他比真细菌（原核生物）更可能是真核生物的祖先。主要证据：（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细胞的基因组中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。\n（4）有类似真核细胞的核糖体（5）5SrRNA：根据对5SrRNA的分子分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5SrRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。第三节真核细胞一、真核细胞基本结构体系1.以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；2.以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统；3.由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统二、细胞大小与分析1.各类细胞直径的比较2.细胞体积大小的规律无论种物的差异有多大，统一器官和组织的细胞体积大小倾向于在一个恒定的范围内。细胞体积守恒定律：器官的大小主要决定与细胞数量，与数量成正比；与细胞体积大小无关。3.细胞体积的影响因素（1）细胞相对表面积；体积与表面面积反比，体积越小，表面积越大，细胞与外界物质交换能力越大。（2）细胞核；细胞质的两受细胞核所含遗传信息量的控制（3）细胞内物质运输；较小体积利于胞内物质交流与运输三、细胞形态结构与功能的关系不同细胞的形态千差万别：呈圆形、椭圆形、柱形、方形、多角形、扁形、梭形，甚至不定形。高等生物是多细胞有机体，其细胞多构成了组织，各种细胞发生了结构和功能上的分化：细胞的形状往往与细胞执行的功能及存在的位置有一定的关系。四、植物细胞与动物细胞的比较二者的结构体系与功能体系相同；但是各自有一些独特的细胞结构与细胞器。(见第四节后)第四节非细胞形态的生命体——病毒及其与细胞的关系一、病毒基本知识1.病毒(virus)尽管不是细胞，然而①病毒的某些属性与细胞又有一定的共同性(如具有共同的遗传基础)，研究病毒活动可获得一些有价值的资料，有助于对细胞活动机理的理解。②病毒是寄生性感染物，其宿主是细胞，病毒的活动与细胞有着密切的关系。2.病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基（蛋白质感染子）构成；羊搔痒病、疯牛病、人的纹状体脊髓变性病和脑软化病都是由这种蛋白引起的二、病毒在细胞内的增殖（复制）吸附：病毒表面识别结构(pr)与易感细胞表面特异受体结合侵入：病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染合成：病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒的装配、成熟与释放三、病毒与细胞在起源和进化中的关系病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点：¿1.生物大分子→病毒→细胞¿2.生物大分子→病毒、细胞¿3.生物大分子→细胞→病毒原核与真核细胞的比较（见教材）原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较\n教学内容备注第三章细胞生物学研究方法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1.普通复式光学显微镜组成2.普通光镜的成像原理3.普通光镜样品制备4.普通光镜的应用优缺点优点：操作简便、样品制备简便；缺点：分辨率较低，图像反差小；应用：应用领域极为广泛，主要用于观察被检务的细微结构。(二)荧光显微镜技术1.技术原理强光源发出紫外光和蓝紫光，经过滤光系统，照射到样品，激发样品中的荧光物质发出可见荧光，通过物镜和目镜放大成像，观察和摄像2.结构性能(1)荧光光源---------高压汞灯、氙灯(2)滤色系统a.激发滤光片----选择激发光波长；b.阻断滤光片----吸收或阻挡激发光进入目镜，防止干扰和保护眼睛(3)光路系统由光源、滤色系统、集光镜、反光镜、物镜和目镜等组成3.应用观察物质结构，应用于地质、医学、生物学等。是目前对特意蛋白质等生物大分子定性定位的最有力工具。荧光显微镜技术包括直接荧光标记技术和间接免疫荧光标记技术。优点：图像清晰，灵敏度高，细胞内物质可做特异性观察与分析。(三)激光共焦点扫描显微镜技术(LaserScanningConfocalMicroscopy、LCM)1.原理：激光源经过双色镜反射，经物镜后汇聚到样品(预先经免疫荧光标记)的某一焦点，从焦点发出的荧光经过透镜汇聚成像并被检测器检出,而非焦点区的荧光不能汇聚成像。逐点、逐行、逐面快速扫描成像，扫描的激光与荧光收集共用一个物镜，物镜的焦点即扫描激光的聚焦点，也是瞬时成像的物点。系统经一次调焦，扫描限制在样品的一个平面内。调焦深度不一样时，就可以获得样品不同深度层次的图像，这些图像信息都储于计算机内，通过计算机分析和模拟，就能显示细胞样品的立体结构。2.应用：研究亚细胞结构与组分；激光共聚焦扫描显微镜既可以用于观察细胞形态，也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量。3.优点：A.通过共聚焦可进行光学切片，观察较厚样品内部结构，排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率(1.4—1.7)，获得样品三维结构；B.对固相、液相物体均可进行观察(四)相差显微镜(PCM)1.原理:光线通过样品时，产生直射光和衍射光，相差板使两种光的光程差(相位差)\n增加，通过透镜后，二者互相干涉，形成合成波，与背景光的振幅差异形成明暗反差。总之，相差显微镜把光线通过样品后形成的相位差(光程差)转化为振幅差(明暗图像)2.应用：广泛应用于医学、生物学尤其细胞生物学。优点；观察活体细胞，并且不需染色（五）微分干涉显微镜(DIC)1.原理；平面偏振光经棱镜折射后分成两束在不同时间经过样品相邻部位后，再经另外一个棱镜使两束光汇合，从而把样品厚度上的微小差别转化为明暗区别。2.应用：观察样品结构，测量样品内部一定区域的相位差和厚度，测量样品中干物质重量。优点：显示样品三维立体结构DIC显微镜使细胞的细微结构立体感特别强，适合于显微操作。目前像基因注入、核移植等生物工程的显微操作常在这种显微镜下进行。(六)录像增差显微镜技术（video-enhancemicroscopy）计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动。录像增差显微镜中的颗粒及细胞器的运动中的颗粒及细胞器的运动(七）其他光学显微镜暗视野显微镜；这种显微镜使照明光线不能直接进入物镜，只允许被标本反射和衍射的光线进入物镜。倒置显微镜：物镜和聚光镜的工作距离较长，可以直接研究观察备检物结构，观察培养物细胞形态特征，细胞分裂分化等。二、电子显微镜（一）电子显微镜的基本知识1.¿电镜与光镜的比较2.¿电镜与光镜光路图比较3.¿电子显微镜的基本构造电镜优点：分辨率高，成像清晰；透射电镜观察细胞内部亚显微结构，扫描电镜观察细胞表面结构，并生成三维立体图像。（二）主要电镜制样技术1.超薄切片技术2.负染色技术（Negativestaining）3.冰冻蚀刻技术（Freezeetching）（技术示意图）冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。快速冷冻深度蚀刻技术（quickfreezedeepetching）4.电镜三维重构技术电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。冰冻蚀刻（freeze-etching）亦称冰冻断裂（freeze-fracture）。技术流程如下：(1)标本置于-100¢ªC的干冰或-196ªC的液氮中，进行冰冻。(2)然后用冷刀骤然将标本断开，(3)升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻（etching）。(4)蚀刻后，向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂，再以90度角喷涂一层碳，加强反差和强度。(5)然后用次氯酸钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。复膜显示出了标本蚀刻面的形态，在电镜下得到的影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。5.扫描电镜电子“探针”扫描，激发样品表面放出二次电子，探测器收集二次电子成象。它是将标本表面上发射出的次级电子(二次电子)，被探测器(带样电荷的栅极)\n收集后，即向电子显象管发送信号，在荧光屏上显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本表面的真实结构。三、扫描遂道显微镜（ScanningProbeMicroscope,SPM）(80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器)包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此间相互作用力，如量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等，并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电特性或磁特性等。装置：扫描的压电陶瓷，逼近装置，电子学反馈控制系统和数据采集、处理、显示系统。特点：（1）可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高。侧分辨率为0.1～0.2nm，纵第二节细胞组分的分析方法一、离心分离技术用途：于分离细胞器与生物大分子及其复合物。差速离心：分离密度不同的细胞组分；密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离差速离心（differentialcentrifugation）在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器。在差速离心中细胞器沉降的顺序依次为：核、线粒体、溶酶体与过氧化物酶体、内质网与高基体、最后为核蛋白体。差速离心用于分离大小悬殊的细胞，更多用于分离细胞器。通过差速离心可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再进行分离纯化。密度梯度离心（densitygradientcentrifugation）用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离。密度梯度离心常用的介质为氯化铯，蔗糖和多聚蔗糖。速度沉降（velocitysedimentation）主要用于分离密度相近而大小不等的细胞或细胞器。等密度沉降（isopycnicsedimentation）适用于分离密度不等的颗粒。二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法原理：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。大分子物质显示反应：孚尔根反应（显示核酸）紫红色；PAS反应(过碘酸-希夫试剂反应，显示多糖和糖蛋白)紫红色；四氧化锇染色（不饱和脂肪酸）黑色；苏丹Ⅲ（脂肪酸）深红色；苏丹黑（脂肪酸）黑色；米伦反应（蛋白质）红色；格莫瑞反应（碱性磷酸酶）灰或者黑色三、特异蛋白抗原的定位与定性根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原结合，对抗原进行专一定位测定的技术。如果将抗体结合上标记物，再与组织中的抗原发生反应，即可在光镜或电镜下显示出该抗原存在于组织中的部位。特异蛋白抗原的定位与定性技术（一）免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限（图）（二）免疫电镜技术：¿免疫铁蛋白技术¿免疫酶标技术¿免疫胶体金技术应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等四、细胞内特异核酸的定位与定性光镜水平的原位杂交技术同位素标记或荧光素标记的探针,\n探针杂交后，其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别，从而显示出位置）电镜水平的原位杂交技术（生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合）五、放射自显影技术原理及应用：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。步骤：前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）———放射自显影常用3H胸腺嘧啶脱氧核苷显示DNA的放射自显影图像六、定量细胞化学分析技术细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry）利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。流式细胞仪（FlowCytometry）主要应用：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。第三节细胞培养、细胞工程与基因转移技术一、1、细胞培养的含义对从生物有机体中取出的组织或细胞分散成的单个细胞以及单细胞生物给与必要培养条件，使其在培养环境中继续生长与增殖。2、细胞培养的意义与应用它是当前细胞生物学及整个生命科学研究与生物工程中最基本的实验技术。近年来，细胞生物学系列进展都与之紧密相关。它为植物育种、疫苗生产、药物研制、肿瘤防治提供全新手段，为基因工程等现代生物程提供必要条件。（一）原核生物的培养它是较为简单、较为基础的细胞培养方式。现代基因工程仍然进行大量的原核生物培养。原核生物培养简便、快速、周期短，培养过程中注意防止杂菌污染。（二）真核单细胞生物的培养它对揭示细胞基本生命活动的规律具有重要意义。现代基因工程需要大量培养真核单细胞生物。真核单细胞生物培养简便、快速、周期短，培养过程中注意防止杂菌污染。（三）动物细胞的培养1、培养类型（1）原代细胞培养（2）传代细胞培养2、培养方法：动物体→组织块→剪碎→酶液处理（胰酶或胶原酶）（目的：消化分散细胞）→营养液培养（适宜温度、pH值、无菌）（营养液加入小牛血清，目的：适宜细胞贴壁生长与分裂）3、细胞培养特点:(1)细胞贴壁生长；(2)形成单层细胞；(3)接触抑制；(4)形成细胞株及细胞系；（5）细胞形态改变（形成纤维样细胞和上皮样细胞）意义作用：为细胞融合，体细胞杂交，病毒培养创造条件。o传代细胞：在体外培养并能持续传代的细胞：o原代细胞：从机体取出立即培养的细胞；o细胞贴壁：分散的细胞悬液中的细胞很快粘附在培养瓶的瓶壁上；o单层细胞：培养瓶中的贴壁细胞进行细胞分裂，形成单层。o接触抑制：培养瓶中的贴壁单层细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止生长；o细胞株：细胞培养中，少数传代细胞可持续增殖40-50代，并保持染色体的二倍性和接触抑制现象。这类细胞叫细胞株。o细胞系：细胞培养中，少数细胞可无限制地传代，并染色体数\n量改变，失去接触抑制。这类细胞叫细胞系。（四）植物细胞的培养1、单倍体细胞的培养用花药在人工培养基上进行培养。花药→小孢子→胚状体→单倍体植株→愈伤组织→单倍体植株2、原生质体的培养（1）二倍体体细胞→原生质体→胚状体→植株（2）二倍体体细胞杂交→杂交细胞→植株愈伤组织长出的小苗（五）非细胞体系在细胞生物学研究中的作用非细胞体系：来源于细胞，不具有完整的细胞结构，但包含了进行生物学反应所需的物质所组成的体系。非细胞体系在研究DNA复制、RNA转录、Pr合成、高尔基体膜泡运输及细胞核装配等方面显示重要作用。二、1.细胞工程含义以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖，或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意志发生改变，以改良生物品种，加速繁育生物个体的过程。2.细胞工程的意义和作用-------利用细胞工程，培养各种细胞和组织，甚至用单细胞克隆出完整的动植物，改良生物品种，加速繁育生物个体。3.细胞工程（内容）单克隆抗体技术单克隆抗体技术意义：可以用不纯的抗原分子制备出纯化的单克隆抗体，单克隆抗体技术与基因克隆技术相结合为分离和鉴定蛋白质开辟新途径。单克隆抗体技术制备过程多克隆抗体与单克隆抗体多克隆抗体：一个抗原通常有几个不同的抗原决定簇，因此每个免疫淋巴细胞都可能产生针对某一抗原决定簇的抗体，这些由同一抗原而产生的不同抗体统称为多克隆抗体单克隆抗体只针对某一抗原决定簇的抗体称为单克隆抗体(如：B淋巴细胞能产生抗体，但每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体)。细胞融合与杂交技术细胞融合的含义----两个或者多个细胞融合成一个双核或者多核细胞的过程。（1）细胞融合途径植物细胞：a、化学诱导融合（聚乙二醇(PEG)）b、电激融合（低压交流电场）动物细胞：a、化学诱导融合；b、电激融合c、病毒诱导融合（灭活仙台病毒）（2）细胞融合与杂交的意义为研究细胞间遗传信息的转移、基因在染色体上的定位、创造新细胞株开辟有效途径。细胞拆合从不同的细胞中分离出细胞器及其组分，体外降旗重新组装为具有生物活性的细胞或细胞器的过程细胞拆合技术（1）核移植物理法：A细胞→A细胞质B细胞→B细胞核化学法：细胞→核、质分离→与其他细胞的核、质结合→杂交新细胞（2）染色体移植\nA、微细胞介导法：供体细胞→秋水仙素处理→细胞松弛素处理→收集微细胞→植物凝集素→悬浮微细胞→与受体细胞混合→凝集→加聚乙二醇→融合→洗涤→筛选B、直接转移法供体细胞→秋水仙素处理→低温处理→细胞破碎→收集染色体→染色体导入受体细胞三、1.基因转移技术的含义利用各种技术手段把目的基因导入基因受体内的系列相关技术。2.基因转移技术的意义与应用通过基因转移技术，实现遗传信息在不同物种中有计划、有目的的有效表达。为转基因生物和高等动物克隆的研究创造条件。3.基因转移技术显微操作技术主要有：显微镜下进行细胞解剖手术和微量物质注射。基因导入技术植物（1）质粒载体转化法（2）电穿孔法（3）微蛋轰击法（4）激光穿孔法（5）多聚物介导法（6）显微注射法（7）脂质体介导法动物（1）病毒颗粒转导法（2）磷酸钙转染法（3）葡聚糖转染法（4）聚阳离子-二甲基亚砜转染法（5）脂质体介导法（6）显微注射法（7）电穿孔法第四节模式生物常用的模式生物有：病毒、线虫、细菌、酵母、老鼠、果蝇、斑马鱼等。\n第四章教学内容备注第一节细胞质膜的结构模型一、细胞膜的结构模型1.结构模型的研究简史(1)1925年，Gorter&Grendel发现质膜为双层脂分子构成；(2)Cole(1932)和Shapiro(1934)海星卵表面张力实验(3)Danielli和Davson(1935)提出双分子片层结构质膜模型(4)Robertson(1959)提出“单位膜结构模型”(5)Singer和Nicolson（1972）提出流动镶嵌结构模型(6)Wallach(1975)提出晶格镶嵌模型(7)Jain和White（1977）提出板块镶嵌结构模型(8)近年来，脂筏模型2.各类模型的综述(1)膜具有流动性；(2)膜具有不对称性；(3)膜蛋白呈极性;(4)膜具有不均匀性;3.目前对生物膜结构的认识（1）具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，疏水的非极性头部相对，极性头部朝向水相，这种磷脂双分子层是组成磷脂双分子层的基本结构。（2）蛋白分子以不同方式镶嵌在膜质双分子层中或其表面，蛋白分子类型，蛋白分布的不对称性及其与磷脂分子的协同作用赋予生物膜各自不同的特性与功能。（3）生物膜可看成是蛋白质在磷脂双分子中的二维溶液。二、膜脂（一）膜脂成分（二）膜脂运动方式1.膜脂分子在膜内的运动方式ⅰ侧向扩散或侧向转移ⅱ旋转运动ⅲ伸缩震荡运动ⅳ左右摆动ⅴ翻转运动2.膜脂分子运动性的影响因素（1）脂分子类型（2）脂分子与膜蛋白互相作用（3）脂分子与膜外大分子互相作用（4）环境因子（温度、电流、射线等）（三）脂质体(p78)1.概念2.特性3.利用（1）生物膜研究（2）转基因（3）医学三、膜蛋白（一）膜蛋白类型1.根据与磷脂互作方式和在磷脂中的位置，分为（1）膜周边蛋白(外在蛋白)（2）膜整合蛋白(内在蛋白)2.根据功能分为(1)受体蛋白(2)载体蛋白(3)酶蛋白(4)链接蛋白（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式（三）去垢剂1.离子型去垢剂2.非离子型用途：分离纯化膜蛋白；去除生物膜第二节膜的流动性一、膜的流动性（一）膜脂的流动性1.膜脂流动的意义→保障细胞生理功能的完成。2.影响流动的因素\nI脂肪酸链不饱和程度II脂肪酸链长度III胆固醇/磷酸比值IV卵磷脂/鞘磷脂比值V膜脂所结合的蛋白质VI膜脂的极性基团、环境温度、离子强度、金属离子等。（二）膜蛋白的流动性1.膜蛋白运动方式（1）侧向运动（2）旋转运动2.影响膜蛋白流动的因素(1)膜蛋白自身结构(2)膜蛋白与磷脂结合的程度(3)膜蛋白与细胞骨架的结合(4)环境因子3.膜蛋白流动的意义：保障细胞生理功能的完成。膜的流动性的生理意义:1膜上的酶活性2膜内外的物质运输3细胞信息传递、激素与药物作用4细胞识别5细胞表面受体功能调节6植物耐寒性（三）光脱色恢复技术1.技术流程：(1)荧光标记(2)激光处理（脱色）(3)荧光恢复(4)结果计算2.用途→研究膜的流动性二、膜的不对称性(一)质膜各部分名称ES(细胞外表面)EFPS(原生质表面)PF(二)膜脂的不对称性1.含义：同一种膜脂在质膜上不均匀分布；外脂单层主要由磷脂酰胆碱和鞘磷脂组成；内脂单层则是由磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺组成；糖脂的糖侧链都分布在质膜外表面(ES)。2.意义：保障细胞生理功能的完成。(三)膜蛋白的不对称性1.含义：每种膜蛋白在质膜上有明确方向性；如：糖蛋白的糖残基都分布在质膜外表面(ES)。2.意义：保障细胞生理功能的完成。三、细胞质膜的基本功能1、为细胞生命活动提供相对稳定的内环境；2、选择性物质运输（有时伴随能量传递）；3、提供细胞识别位点，完成跨膜信息传递；4、提供酶结合位点，保证酶促反应进行；5、介导细胞与细胞、细胞与基质间的联系；6、参与形成各种细胞表面特化结构；7、参与细胞膜免疫活动。第三节膜骨架(一)膜骨架什么是膜骨架？(二)红细胞的生物学特性什么是血影?(三)红细胞质膜蛋白及膜骨架SDS-PAGE电泳显示红细胞膜蛋白的组成？膜骨架蛋白组成？各组成蛋白的主要作用？教学内容备注\n第五章物质的跨膜运输第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输物质的跨膜运输对细胞生存和生长至关重要，体现在：（1）摄取营养（2）排出废物（3）调节胞内离子浓度（4）维持内环境稳定性一、被动运输1.含义（教材109页）物质从高浓度区域跨膜向低浓度区域转运。2.特点：(1)方向：高浓度区域----低浓度区域(2)方式:扩散（简单~、协助~）(3)动力：浓度梯度(4)耗能：不需要（内容）：（一）简单扩散含义：物质跨膜转运，顺浓度梯度，不需耗能，不经过转运膜蛋白。适用物质：非极性小分子(O2,N2,C6H6)，无电荷极性小分子(H2O)扩散通透性决定于：分子大小、分子极性。特点：(低浓度时)转运速度慢；无最大转运速率；无转运特异性；无膜转运蛋白；无需耗能。（二）协助扩散含义：物质跨膜转运，顺浓度梯度或电化学势梯度，不需耗能，经过膜转运蛋白。适用物质：极性分子、无机离子特点：(低浓度时)转运速度快；有最大转运速率；有转运特异性；有膜转运蛋白；无需耗能。膜转运蛋白分为两类1.载体蛋白介导被动运输和主动运输。2.通道蛋白只介导被动运输。1.载体蛋白特点：（1）可随机改变构象；（2）具有特异性结合位点（特异性）；（3）具有饱和性；（4）存在竞争性抑制和非竞争性抑制；（5）对环境酸碱性有依赖性；（6）对转运物质无共价修饰。（7）介导被动运输与主动运输2.通道蛋白特点：（1）具有离子选择性（2）转运速度快（3）离子通道活性通过通道蛋白的开、关两种构象调节，（4）外界信号调控通道蛋白的开、关（5）离子跨膜的电化学梯度是物质运输动力。（6）介导被动运输通道分类根据刺激信号来源，分为：电压门通道（voltage-gatedchannel）；配体门通道（ligand-gatedchannel）；压力激活通道（stress-activatedchannel）二、主动运输1.含义：载体蛋白介导，物质逆浓度或者电化学梯度跨膜转运。2.特点：(1)载体蛋白介导(2)逆浓度或者电化学梯度(3)耗能3.基本类型主动运输（主要内容）主动运输基本类型--根据耗能来源分：(1)初级主动运输(ATP直接供能)钠钾泵、钙泵、质子泵(2)次级主动运输(ATP间接供能)Na+电化学梯度驱动、H+电化学梯度驱动(3)光能驱动的主动运输(一)钠钾泵（Na+-k+ATPase）由ATP直接功能；使动物细胞维持渗透平衡；所形成的胞外高浓度Na+使细胞主动从胞外摄取营养物质；由a和b两个亚基组成，具有ATP酶活性。乌本苷可使之失活；Mg2+\n使之活性提高。存在于一切动物的细胞膜上。钠钾泵工作机制(1)细胞内侧，a亚基和Na+结合促进ATP水解；(2)a亚基发生磷酸化，构象改变，Na+被泵出胞外；(3)细胞外侧，a亚基和K+结合,(4)a亚基发生去磷酸化，构象改变，K+被泵入胞内每一次循环消耗一个ATP,泵出3个Na+，泵入2个K+。(二)钙泵（Ca2+-ATPase）钙调蛋白(CAM)与钙泵结合，可以调节钙泵活性；消耗一个ATP,泵出2个Ca2+；主位于质膜和内质网膜上；用于维持胞内低浓度的游离Ca2+质子泵分为：（1）P型质子泵位于真核细胞质膜上，涉及磷酸化和去磷酸化。（2）V型质子泵位于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上，不涉及磷酸化和去磷酸化。（3）H+-ATPase（合成型质子泵）位于线粒体膜和类囊体膜，通过磷酸化合成ATP。(三)协同运输（次级主动运输）含义：钠钾泵（或质子泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP,主动运输。根据物质运输方向和离子转运方向，可分为:（1）共向运输（2）异向运输（四）跨膜转运和膜电位离子跨膜运输形成跨膜电位差。膜两侧各种带电物质形成的电位差总和即为膜电位。质膜极化(内负外正)产生静息电位。质膜去极化(Na+内流)可减小乃至猝灭静息电位。质膜反极化(内正外负)产生动作电位。质膜超极化（K+外流）可减小乃至猝灭动作电位，产生静息电位。三、胞吞作用与胞吐作用相关名词：1.膜泡运输：真核细胞内大分子和颗粒物质被包裹在磷脂双层膜围成的囊泡中进行跨膜转运的过程。2.胞吞作用：通过质膜内陷形成胞吞泡把外界物质转运到细胞内的过程。3.胞饮作用：通过质膜内陷形成胞饮泡把外界大分子转运到细胞内的过程。4.吞噬作用：通过质膜内陷形成吞噬泡把外界较大颗粒物质转运到细胞内的过程。5.胞吞泡：质膜内陷形成的磷脂双层膜(囊)泡。6.胞饮泡：质膜内陷形成的体积较小的磷脂双层膜(囊)泡，泡内主要是溶液和生物大分子。7.吞噬泡：质膜内陷形成的体积较大的磷脂双层膜(囊)泡，泡内主要是微生物和细胞碎片。（一）胞饮作用与吞噬作用二者的区别：（1）胞吞泡大小不同胞饮泡小，吞噬泡大（2）作用过程不同前者是连续发生过程；后者是信号触发过程（3）胞吞泡形成机制不同胞饮泡形成需网格蛋白、结合素蛋白和结合蛋白，吞噬泡需要微丝和结合蛋白。胞饮泡的形成需要网格蛋白包被（二）受体介导的胞吞作用被转运物质（配体）先与细胞表面互补性的受体结合，形成受体-配体复合物，同时启动内化作用形成胞吞泡。受体介导的胞吞作用是一种选择性浓缩机制，既可以保证细胞大量摄入特定大分子，又可以避免摄入过多胞外液体。LDL(低密度脂蛋白)介导的胞吞作用过程：1.胆固醇+磷脂+蛋白质→LDL(低密度脂蛋白)2.LDL+受体→LDL受体复合物3.复合物被网格蛋白内化→有被小泡(内含复合物)\n4.有被小泡→脱去包被→与胞内体融合5.胞内体内部LDL受体复合物分离→受体返回质膜6.胞内体(内含LDL)与溶酶体融合7.溶酶体内LDL→胆固醇+磷脂+蛋白质不同受体具有不同的胞内体分选途径：(1)受体返回原先的质膜结构域；(2)受体进入溶酶体被消化；(3)受体进入其它的质膜结构域。（三）胞吐作用1.胞吐作用：胞内的分泌泡和其他囊泡通过质膜外运的过程。2.组成型胞吐作用：所有真核细胞都具有把高尔基体分泌的囊泡向质膜运输并且与之融合的稳定过程。3.调节型胞吐作用：特化的分泌细胞产生的分泌物（激素、消化酶等）储存在分泌泡内，当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡就与质膜融合并把分泌物释放到胞外。调节型胞吐作用存在于特殊机能的细胞体内；其胞吐分选信号存在于蛋白质本身，分选的决定因素来自高尔基体反面网状结构（TGN）上的受体蛋白。调节型胞吐过程中的分泌启动通过钙离子浓度增加而实现。\n第六章教学内容与实施过程备注第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体的形态结构(一)、线粒体的形态、大小、数量与分布1、形状因细胞种类和细胞生理状况而异；有环形、球形、线状、哑铃状及分支状多种，以圆柱体和椭球体最多。2、大小因细胞种类和细胞生理状况而异；一般直径0.5-1.0微米，长1.5-3.0微米。3、数量因细胞种类和细胞生理状况而异；一般植物细胞多于动物细胞，代谢旺盛细胞多于不旺盛细胞。4、一般分布均与，但有其他分布方式，细胞内需能多的部位分布多，线粒体常排列成长链状，并与微管分布相对应。（二）、线粒体的超微结构超微结构概述→线粒体是由双层单位膜构成的封闭囊状结构；内外膜间不联系，中有间隙；内膜内折成褶，构成线粒体骨架；依据空间结构，线粒体可分为4部分（一）外膜（二）内膜（三）膜间隙（四）基质外界环境、机体发育、机体分化都引起线粒体结构的改变。(一)外膜→为单层膜，光滑有弹性通透型高有排列整齐的孔蛋白构成的桶状圆柱体中有小孔可供小分子通过。线粒体膜（外膜、内膜）示意图(二)内膜1、内膜结构→单层膜，比外膜厚；通透性较外膜小；向内折叠成嵴，表面积极大增加，代谢效率极大提高；嵴的形状与数量和细胞种类与生理状况有关2、线粒体分类（根据嵴的形态结构）（1）板层形（2）管形（3）羽冠形（4）网膜形（5）绒毛形（6）平行形（7）同心圆形1）2）为基本形3、基粒结构位于线粒体内膜和嵴的基质面上规则排列的带柄状球形小体分为头部（F1）、柄部和基部(F0)；104～105个基粒/线粒体（三）膜间隙（外室）为内膜与外膜间的空间；充满无定型液体，含可溶性酶、底物等；嵴内隙为膜间隙的延伸（四）基质（内室）为内膜与嵴所包的空间；含蛋白质、酶、DNA、RNA、核糖体等；具有一定的酸碱度和渗透压。二、线粒体的化学组成以及酶的定位（一）、线粒体组分分析方法1、细胞破碎2、外膜分离3、内膜与基质分离4、定性分析线粒体各组分（二）、线粒体化学组成1、蛋白质：65-70%线粒体干重（1）可溶性Pr基质内的酶和膜的外周Pr；（2）不可溶Pr膜的镶嵌、结构、部分酶Pr2、脂类：磷脂为主，外膜为卵磷脂，内膜为心磷脂；3、其他：DNA,RNA,核糖体。（三）、线粒体酶的定位120多种酶分布于线粒体各部，37%为氧化还原酶，10%为合成酶，9%为水解酶，标志酶约30种，三、线粒体功能（自学）氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。四、线粒体与疾病\n第二节叶绿体与光合作用一、叶绿体的形态、大小和数目1、形状因细胞种类和细胞生理状况而异；2、大小因细胞种类和细胞生理状况而异；3、数量因细胞种类和细胞生理状况而异；4、一般分布于细胞质中。二、叶绿体的结构和化学组成叶绿体与线粒体形态结构比较叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜不含电子传递链；除了膜间隙、基质外，还有类囊体；捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。叶绿体的三部分结构：（一）叶绿体膜1、双层膜，内膜通透性大、外膜通透性小2、内膜不内折，上有转运体，可以转运代谢物。（二）类囊体1、基质类囊体2、基粒类囊体；3、单层膜围成的封闭扁平小囊，含叶绿素，是进行光合作用的场所。光能转变为化学能在类囊体上进行。4、类囊体分为8个面。（三）叶绿体基质1、含片层结构；2、主成分：可溶性蛋白，RUBP羧化酶为主，还有核糖体，淀粉粒、质体小球、DNA等。第三节线粒体和叶绿体是半自主性细胞器一、线粒体半自主性概述1、半自主性细胞器→自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。2、线粒体是半自主性细胞器。二、线粒体的DNA（mtDNA）1、与内膜结合，呈双线环状；2、mtDNA大小在动物中变化不大，但在植物中变化较大3、以半保留方式进行自我复制，复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。复制所需DNA聚合酶由核基因编码，细胞质中合成。三、线粒体与蛋白质的生物合成线粒体合成蛋白质的种类数量十分有限；线粒体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性；不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异；四、线粒体与蛋白质转运和组装1、绝大多数Pr以前体形式存在，在胞质中合成并运转，前提N-末端存在导肽，利于蛋白质穿过线粒体双层膜，到达预定位点。过程：含导肽的前体蛋白被线粒体表面的受体识别，外膜GIP蛋白参与，同时前体蛋白解析为松散解构，通过内膜，导肽被酶水解，前体蛋白重新折叠为成熟pr分子。叶绿体的半自主性（一）叶绿体DNA(ctDNA)双线环状分子，每个叶绿体约含12个ctDNA,（二）叶绿体的发育由核DNA与叶绿体DNA共同控制；叶绿体也是半自主性细胞器。（三）参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况：◆由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成；◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。（四）大多数Pr以前体形式存在，在胞质中合成并运转，前提N-末端存在导肽，利于蛋白质穿过叶绿体双层膜，到达预定位点。\n过程：含导肽的前体蛋白被叶绿体表面的受体识别，同时前体蛋白解析为松散解构，通过内膜，导肽被酶水解，前体蛋白重新折叠为成熟pr分子并插入类囊体膜或进入类囊体腔，Pr与叶绿素自身合成的Pr组装成复合物。第四节线粒体和叶绿体的增殖与起源一、线粒体的增殖：由原来的线粒体分裂或出芽而来。二、起源1、内共生假说：真核细胞通过共生顺序过程产生，先建立线粒体，后建立叶绿体。2、非共生假说（分隔假说）:线粒体等细胞器是由质膜内折，将细胞分割成若干区域形成。三、叶绿体的发生和增殖1、发生：原质体→叶绿体↘白色体2、增殖；分裂增殖，不需光，外界条件对增殖由影响。本章教学总结：线粒体和叶绿体是真核细胞两种重要的产能细胞器，同学们已经在《植物生理》和《生物化学》等课程中涉及到了，但都主要侧重于功能的介绍，而本章则完整地介绍了两种细胞器的化学成分、功能、增殖方式以及起源问题，使学生有一个系统而完整的认识。呼吸作用和光合作用的能量转换有许多共同点，在机制研究上很多地方可互相借鉴，这对于探讨生物中能量转换的规律是十分重要的。\n第八章细胞信号转导教学内容备注第一节概述一、细胞通讯细胞通讯（cellcommunication）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。\n细胞识别（cellrecognition）指细胞与细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，从而引起细胞反应的现象（一）细胞通讯的方式1.化学通讯；2.细胞间接触依赖性的通讯；3．动物细胞间的间隙连接以及植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通。化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能。根据化学信号分子可以作用的距离范围，可分为以下4类（图8-6）：①.  内分泌（endocrine）：内分泌细胞分泌的激素随血液循环输至全身，作用于靶细胞。其特点是：①低浓度，仅为10-8-10-12M；②全身性，随血液流经全身，但只能与特定的受体结合而发挥作用；③长时效，激素产生后经过漫长的运送过程才起作用，而且血流中微量的激素就足以维持长久的作用。②  旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包括：①各类细胞因子；②气体信号分子（如：NO）③ 突触信号发放：神经递质（如乙酰胆碱）由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。④自分泌（autocrine）：与上述三类不同的是，信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。如：大肠癌细胞可自分泌产生胃泌素，介导调节c-myc、c-fos和rasp21等癌基因表达，从而促进癌细胞的增殖。图8-1化学通信的类型（二）信号分子与受体1.信号分子生物细胞所接受的信号既可以使物理信号（光、热、电流），也可以是化学信号，从化学结构来看细胞信号分子包括：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等，其共同特点是：①特异性；②高效性，；③可被灭活。从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子等四类。从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类。脂溶性信号分子，如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。水溶性信号分子，如神经递质、细胞因子和水溶性激素，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号转换机制，通过胞内信使（如cAMP）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为第一信使（primarymessenger），而cAMP这样的胞内信号分子被称为第二信使（secondarymessenger）。目前公认的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+被称为第三信使是因为其释放有赖于第二信使。第二信使的作用是对胞外信号起转换和放大的作用。2．受体受体（receptor\n）是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用具有三个主要特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体（intracellularreceptor）和细胞表面受体（cellsurfacereceptor，图8-2）。细胞内受体介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内的甾体类激素受体。细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，可分为：①离子通道型受体、②G蛋白耦联型受体和③酶耦联型受体。每一种细胞都有其独特的受体和信号转导系统，细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与细胞的固有特征有关。有时相同的信号可产生不同的效应，如Ach可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。3.第二信使与分子开关第二节 胞内受体介导的信号传导细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白（图8-31）。在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90）结合形成复合物，处于非活化状态。配体（如皮质醇）与受体结合，将导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受体暴露出DNA结合位点而被激活。这类受体一般都有三个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中部富含Cys、具有锌指结构的DNA或Hsp90结合位点，以及位于N端的转录激活结构域。甾类激素分子是化学结构相似的亲脂性小分子，分子相对质量为300Da左右，可以通过简单扩散跨越质膜进入细胞内。每种类型的甾类激素与细胞质内各自的受体蛋白结合，形成激素-受体复合物，并能穿过核孔进入细胞核内，激素和受体的结合导致受体蛋白构象的改变，提高了受体与DNA的结合能力，激活的受体通过结合于特异的DNA序列调节基因表达。受体与DNA序列的结合已得到实验证实，结合序列是受体依赖的转录增强子，这种结合可增加某些相邻基因的转录水平。甾类激素诱导的基因活化分为两个阶段：①直接活化少数特殊基因转录的初级反应阶段，发生迅速；②初级反应的基因产物再活化其他基因产生延迟的次级反应，对初级反应起放大作用。如果蝇注射蜕皮激素后仅5～10min便可诱导唾腺染色体上6个部位的RNA转录，再过一段时间至少有100个部位合成RNA，致使大量合成次级反应所特有的蛋白质产物。这类激素作用通常表现为如影响细胞分化等长期的生物学效应。甲状腺素和雌激素也是亲脂性小分子，其受体位于细胞核内，作用机理与甾类激素相同。也有个别的亲脂性小分子，如前列腺素，其受体在细胞膜上。图8-2胞内受体NO是另一种可进入细胞内部的信号分子，能快速透过细胞膜，作用于邻近细胞。R．Furchgott等三位美国科学家因发现NO作为信号分子而获得1998年诺贝尔医学与生理学奖。血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitricoxidesynthase，NOS）催化，以L精氨酸为底物，以还原型辅酶Ⅱ（NADPH）作为电子供体，生成NO和L瓜氨酸。NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与NO的合成有关。\n血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2＋结合，改变酶的构象（图8-32），导致酶活性的增强和cGMP合成增多（图8-33）。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。图8-3鸟苷酸环化酶图8-4NO的作用机制第三节 膜表面受体介导的信号转导亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋白激素、生长因子等）不能直接进入细胞，只能通过膜表面的特异受体传递信号，使靶细胞产生效应。膜表面受体主要有三类（图8-7）：①离子通道型受体（ion-channel-linkedreceptor）；②G蛋白耦联型受体（G-protein-linkedreceptor）；③酶耦联的受体（enzyme-linkedreceptor）。第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联（kinasecascade）事件，即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，籍此使信号逐级传送和放大。图8-5膜表面受体主要有三类一、离子通道型受体离子通道型受体（图8-5）是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gatedchannel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。\n图8-6离子通道型受体图8-7乙酰胆碱受体结构模型图8-8乙酰胆碱受体的三种构象图8-9神经肌肉接点处的离子通道型受体 二、G蛋白耦联型受体三聚体GTP结合调节蛋白（trimericGTP-bindingregulatoryprotein）简称G蛋白，位于质膜胞质侧，由α、β、γ三个亚基组成，α和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用（图8-12），当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态，α亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被RGS（regulatorofGproteinsignaling）增强。RGS也属于GAP（GTPaseactivatingprotein）。图8-10G蛋白分子开关G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白（图8-10），受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内。G蛋白耦联型受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦联型受体。图8-11G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白\n由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。（一）cAMP信号途径在cAMP信号途径中，细胞外信号与相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMP水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。1、cAMP信号的组分①. 激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）；②.活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；③. 腺苷酸环化酶（Adenylylcyclase）：是相对分子量为150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP（图8-14）。图8-12腺苷酸环化酶图8-13蛋白激酶A④. 蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成（图8-13），在没有cAMP时，以钝化复合体形式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的蛋白激酶A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，于是改变这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表达。⑤. 环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMPphosphodiesterase）：可降解cAMP生成5’-AMP，起终止信号的作用（图8-14）。图8-14cAMP的降解2、Gs调节模型当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态，α亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与Rs结合后，导致Rs构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs蛋白解离出α亚基和βγ基复合物，并暴露出α亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的α亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。随着GTP的水解α亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。α亚基与βγ亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能开启质膜上的K+通道，改变心肌细胞的膜电位。此外βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合GTP的α亚基起协同或拮抗作用。\n霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，致使α亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的α亚基上，使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录（图8-15）。图8-15Gs调节模型不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同，在肌肉细胞1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸（图8-16），而抑制糖原的合成。在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMPresponseelement）是DNA上的调节区域（图8-16）。图8-15cAMP信号与糖原降解图8-16cAMP信号与基因表达3、Gi调节模型Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径：①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；②通过βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化（图8-17）。百日咳毒素催化Gi的α亚基ADP-核糖基化，结果降低了GTP与Gi的α亚基结合的水平，使Gi的α亚基不能活化，从而阻断了Ri受体对腺苷酸环化酶的抑制作用，但尚不能解释百日咳症状与这种作用机理有关。\n图8-17Gi调节模型（二）磷脂酰肌醇途径在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号（图8-18），这一信号系统又称为“双信使系统”（doublemessengersystem）。图8-21磷脂酰肌醇途径IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高。激活各类依赖钙离子的蛋白。用Ca2+载体离子霉素（ionomycin）处理细胞会产生类似的结果（图8-21）。DG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（ProteinKinaseC，PKC）。PKC以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高，PKC便转位到质膜内表面，被DG活化（图8-22），PKC可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。DG的作用可用佛波醇酯（phorbolester）模拟。图8-22IP3和DG的作用C图8-23Ca2+信号的消除\nDG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。由于DG代谢周期很短，不可能长期维持PKC活性，而细胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活性所产生的效应。现发现另一种DG生成途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的DG，用来维持PKC的长期效应。（三）其它G蛋白偶联型受体1．化学感受器中的G蛋白气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gatedcationchannel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。2．视觉感受器中的G蛋白黑暗条件下视杆细胞(或视锥细胞)中cGMP浓度较高，cGMP门控钠离子通道开放，钠离子内流，引起膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。视紫红质（rhodopsin,Rh）为7次跨膜蛋白，含一个11顺-视黄醛。是视觉感受器中的G蛋白偶联型受体，光照使Rh视黄醛的构象变为反式，Rh分解为视黄醛和视蛋白（opsin），构象改变的视蛋白激活G蛋白（transducin,Gt），G蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解。从而关闭钠通道，引起细胞超极化，产生视觉。可见胞内cGMP水平下降的负效应信号起传递光刺激的作用（图8-24）。视觉感受器的换能反映可表述为：光信号→Rh激活→Gt活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减少→Na+离子通道关闭→离子浓度下降→膜超极化→神经递质释放减少→视觉反应。图8-24视觉感受器中的G蛋白（四）小G蛋白小G蛋白（SmallGProtein）因分子量只有20~30KD而得名，同样具有GTP酶活性，在多种细胞反应中具有开关作用。第一个被发现的小G蛋白是Ras，它是ras基因的产物。其它的还有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白β亚基也是一种小G蛋白。小G蛋白的共同特点是，当结合了GTP时即成为活化形式，这时可作用于下游分子使之活化，而当GTP水解成为GDP时（自身为GTP酶）则回复到非活化状态。这一点与Gα类似，但是小G蛋白的分子量明显低于Gα。在细胞中存在着一些专门控制小G蛋白活性的小G蛋白调节因子，有的可以增强小G蛋白的活性，如鸟苷酸交换因子（guaninenucleotideexchangefactor,GEF）和鸟苷酸解离抑制因子（GuaninenucleotidedissociationInhibitor,GDI），有的可以降低小G蛋白活性，如GTP酶活化蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。第四节酶耦联型受体介导的信号转导酶偶联型受体（enzymelinkedreceptor）分为两类，其一是本身具有激酶活性，如肽类生长因子（EGF，PDGF，CSF等）受体；其二是本身没有酶活性，但可以连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。这类受体的共同点是：①通常为单次跨膜蛋白[6]；②\n接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。已知六类：①受体酪氨酸激酶、②酪氨酸激酶连接的受体、③受体酪氨酸磷脂酶、④受体丝氨酸/苏氨酸激酶⑤受体鸟苷酸环化酶、⑥组氨酸激酶连接的受体（与细菌的趋化性有关）。（一）受体酪氨酸激酶1、酪氨酸激酶酪氨酸激酶可分为三类：①受体酪氨酸激酶，为单次跨膜蛋白；②胞质酪氨酸激酶，如Src家族、Tec家族、ZAP70、家族、JAK家族等；③核内酪氨酸激酶如Abl和Wee。受体酪氨酸激酶（receptorproteintyrosinekinases，RPTKs）的胞外区是结合配体结构域，配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点（图8-25）。配体（如EGF）在胞外与受体结合并引起构象变化，导致受体二聚化（dimerization）形成同源或异源二聚体，在二聚体内彼此相互磷酸化胞内段酪氨酸残基，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性。这类受体主要有EGF、PDGF、FGF等（图8-26）。图8-25受体酪氨酸激酶的二聚化和自磷酸化图8-26各类受体酪氨酸激酶 2、信号分子间的识别结构域信号转导分子中存在着一些大约由50~100个氨基酸构成的结构域，它们在不同的信号转导分子中具有很高的同源性。这些结构域的作用是在细胞中介导信号介导分子的相互识别和连接，共同形成不同的信号转导途径（Signaltransductionpathway），如电脑的接口一样把不同的设备连接起来，形成信号转导网络（Signaltransductionnetwork）。与细胞信号分子识别有关的结构域主要有：SH2结构域（SrcHomology2结构域）：约100个氨基酸组成，介导信号分子与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合。SH3结构域（SrcHomology3结构域）：约50～100个氨基酸组成，介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合。PH结构域（PleckstrinHomology结构域）：约100~120个氨基酸组成，可以与膜上磷脂类分子PIP2、PIP3、IP3等结合，使含PH结构域蛋白由细胞质中转位到细胞膜上。3、RAS信号途径受体酪氨酸激酶（RPTK）结合信号分子，形成二聚体，并发生自磷酸化而活化，活化的RPTK激活RAS，由活化的RAS引起蛋白激酶的磷酸化级联反应（图8-27）。Ras蛋白要释放GDP，结合GTP的才能激活，GDP的释放需要鸟苷酸交换因子（GEF，如Sos）参与；Sos有SH3结构域，但没有SH2结构域，因此不能直接和受体结合，需要接头蛋白（如Grb2）的连接，接头蛋白通过SH2与受体的磷酸酪氨酸残基结合，再通过SH3与Sos结合，Sos与膜上的Ras接触，从而活化Ras。\nRas本身的GTP酶活性不强，需要GTP酶活化蛋白（GAP）的参与，使Ras结合的GTP水解而失活，GAP具有SH2结构域可直接与活化的受体结合。RPTK-Ras信号通路可概括如下：配体→RPTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→进入细胞核→转录因子→基因表达。图8-27RAS信号途径图8-28IRS 4．胰岛素受体介导的信号转导胰岛素受体也属于受体酪氨酸激酶，是由α和β两种组成四聚体型受体，其中β亚基具有激酶活性，可将胰岛素受体底物（insulinreceptorsubstrates,IRSs）磷酸化（图8-28），IRS作为多种蛋白的停泊点，可以结合或激活具有SH2结构域的蛋白。如磷脂酰肌醇3-激酶PI3K催化PI形成PI(3,4)P2和PI(3,4,5)P3，这两种磷酸肌醇可作为胞内信号蛋白（含PH结构域）的停泊位点，激活这些蛋白。其信号通路主要有：①通过激活BTK（Bruton'styrosinekinase），再激活磷脂酶Cγ（PLCγ），引起磷脂酰肌醇途径。②激活磷脂酰肌醇依赖性激酶PKD1（phosphoinositoldependentkinase），PKD1激活转位到膜上的蛋白激酶B（PKB，一种丝氨酸/苏氨酸激酶，如Akt）。激活的PKB返回细胞质，将细胞调亡相关的BAD蛋白磷酸化，抑制BAD的活性，从而使细胞存活（图8-29）。图8-29蛋白激酶B的活化（二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶受体酪氨酸磷酯酶（receptortyrosine\nphosphatases）为单次跨膜蛋白受体，受体胞内区具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配体与受体结合激发该酶活性，使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸残基的寿命，使静止细胞具有较低的磷酸酪氨酸残基的水平。它的作用不是简单的与RPTK相反，可能与酪氨酸激酶一起协同工作，如参与细胞周期调控。白细胞表面的CD45属这类受体，对具体配体的尚不了解。和酪氨酸激酶一样存在胞质酪氨酸磷酯酶。胞质酪氨酸磷酯酶胞内段具有两个SH结构域，称作SHP1和SHP2，通过SHP1可以与细胞因子受体连接，使Jak去磷酸化，SHP1结构域缺陷的老鼠，各类血细胞异常。说明胞质酪氨酸磷酯酶与血细胞分化有关。。（三）受体酪氨酸磷酯酶（四）受体鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶（receptorguanylatecyclase）是单次跨膜蛋白受体，胞外段是配体结合部位，胞内段为鸟苷酸环化酶催化结构域。受体的配体心房排钠肽（atrialnatriureticpeptides，ANPs）和脑排钠肽（brainnatriureticpeptides，BNPs）。当血压升高时，心房肌细胞分泌ANPs，促进肾细胞排水、排钠，同时导致血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。介导ANP反应的受体分布在肾和血管平滑肌细胞表面。ANPs与受体结合直接激活胞内段鸟苷酸环化酶的活性，使GTP转化为cGMP，cGMP作为第二信使结合并激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），导致靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。除了与质膜结合的鸟苷酸环化酶外，在细胞质基质中还存在可溶性的鸟苷酸环化酶，它们是NO作用的靶酶，催化产生cGMP。（五）细胞因子受体超家族（略）概括如下：1、 配体与受体结合导致受体二聚化；2、 二聚化受体激活JAK；3、 JAK将STAT磷酸化；4、 STAT形成二聚体，暴露出入核信号；5、 STAT进入核内，调节基因表达。图8-30JAK-STAT信号途径第七章教学内容与实施过程备注\n第一节细胞质基质的涵义与功能一、细胞质基质的含义基本概念：→用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。细胞质基质的成分与特点主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。二、细胞质基质的功能完成各种中间代谢过程；如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等蛋白质的分选与运输；与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解；蛋白质的修饰；控制蛋白质的寿命；；降解变性和错误折叠的蛋白质；帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象三、细胞质基质与胞质溶胶第二节细胞内膜系统与功能---内质网说明→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。内质网：细胞内由单层膜围成的管状或扁囊状的相互连通或封闭的网状结构。膜厚约5~6nm，单位膜结构;总面积很大：如肝细胞中，内质网总面积为质膜的30~40倍完整细胞内的内质网在细胞核周围形成了网状的三维结构，在细胞质内铺展成树枝状，形成了复杂的网络。内质网为真核细胞所具有，原核细胞无此结构。一、内质网的两种基本类型1、粗面内质网→与核糖体结合；功能：合成分泌型蛋白与膜蛋白；分布：分泌细胞与浆细胞含多，微分化细胞与肿瘤细胞含少。2、滑面内质网→不与核糖体结合；功能：合成脂类；多作为出芽位点，把蛋白质与脂类转到高尔基体分布：所占内质网的比例较小。内质网的化学组成1、脂类：比例约为1∕3，主要为磷脂，及中性脂肪，磷脂酰肌醇等；2、蛋白质：比例约为2∕3，主要为糖蛋白，包括30-40中酶，其中，细胞色素P450为内质网所特有的标志酶，主要存在在于滑面内质网上。二、内质网的功能1.rER的功能蛋白质合成；蛋白质的修饰与加工；新生肽的折叠与组装；脂类的合成2.sER的功能类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）；肝的解毒作用；肝细胞葡萄糖的释放（G-6P¦G）储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中蛋白质合成（1）分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）在内质网上继续合成。（2）其它的多肽是在细胞质基质中“游离”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。\n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。脂类的合成ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）；Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。各种不同的细胞器具有明显不同的脂类组成：磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；¿磷脂的转运:内质网上膜脂向其它膜结构转运的方式1、以出芽方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上。2、依靠水溶性载体蛋白（磷脂转换蛋白）实现生物膜之间转移磷脂。蛋白质的修饰与加工1、糖基化2、羟基化3、酰基化4、形成二硫键新生肽的折叠与组装三、内质网与基因表达的调控内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程需要精确调控。影响内质网¦细胞核信号转导的三种因素：内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。折叠好的膜蛋白的超量积累。内质网膜上膜脂成份的变化——主要是固醇缺乏。不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达第二节细胞内膜系统及其功能----高尔基体一、高尔基体的结构类型（一）高尔基体的整体结构与其极性1.主体结构显示为排列较为整齐的堆叠在一起的扁平膜囊；2.膜囊多呈弓形，或者半球形、球形；3.膜囊周围分布有较多大小不等的囊泡。4.高尔基体是有极性的细胞器：位置极性、方向极性、物质转运与生化极性（二）显示高尔基体结构的四种标志性细胞化学反应嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面1～2层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构；烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊。高尔基复合体各部膜囊的标志细胞化学反应区（三）高尔基体的四部分结构1.高尔基体顺面网状结构（CGN），又称cis膜囊作用：接收来自内质网的物质，进行分类并转入中间膜囊；部分糖基化、酰基化反应也再次进行；2.高尔基体中间膜囊（medialGolgi）作用：多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成3.高尔基体反面网状结构（TGN）作用：蛋白质分类、包装与外运，部分蛋白质的修饰；4.周围大小不等的囊泡→作用：顺面囊泡参与接收来自内质网的物质；反面体积较大的囊泡（分泌泡与分泌颗粒）参与蛋白质外运二、高尔基体的功能高尔基体功能概述1、把内质网合成的pr加工包装后分类运到细胞特定部位或分泌到细胞外。2、把内质网合成的脂类运到质膜或溶酶体膜上。\n3、细胞内糖类合成的场所。（一）高尔基体与细胞的分泌活动1、分泌蛋白、膜蛋白、溶酶体水解酶、胶原纤维等都是通过高尔基体完成定向转移。2、蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身。（二）蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质糖基化类型;蛋白质糖基化的特点及其生物学意义;蛋白聚糖在高尔基体中组装;植物细胞中高尔基体合成和分泌多种多糖;蛋白质糖基化类型;蛋白质糖基化的特点及其生物学意义1、特点：糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。2、作用：蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。3、意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。蛋白聚糖在高尔基体中组装→一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的Ser残基上（三）蛋白酶的水解和其它加工过程1、蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型（1）无生物活性的蛋白原（proprotein）Ú高尔基体Ú切除N-端或两端的序列Ú成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。（2）蛋白质前体Ú高尔基体Ú水解Ú同种有活性的多肽，如神经肽等（3）含有不同信号序列的蛋白质前体Ú高尔基体Ú加工成不同的产物（4）同一种蛋白质前体Ú不同细胞、以不同的方式加工Ú不同的多肽2、加工方式多样性的可能原因²确保小肽分子的有效合成；²弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；²有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。（四）高尔基体与细胞器的膜泡运输1、高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用。2、膜泡运输的主要途径大多与高尔基体直接相关。高尔基体的连续分泌与调节分泌1、连续分泌：通过分泌泡不断把膜蛋白与膜脂运至细胞表面。2、调节分泌：分泌泡成熟后暂存于胞质中，接受外来信号时，在向外释放。三、高尔基体来源1、内质网或核膜产生的小泡，2、细胞质的其他结构或其他小泡，3、原有高尔基体分裂而来。第二节细胞内膜系统与功能——溶酶体与过氧化物酶体溶酶体→溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性（heterogenous）的细胞器。一、溶酶体的结构类型1、泡状结构，外被单层膜，大小因细胞而异。形态变化多样性与不同阶段执行细胞内部消化活动有关。2、溶酶体膜化学组成：脂蛋白（鞘磷脂）3、溶酶体所含的酶均为酸性水解酶。溶酶体的主要标记酶：酸性磷酸酶；\n胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）4.溶酶体分类初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）自体吞噬，异体吞噬（见教材135页）残余小体（residualbody），又称后溶酶体。5.溶酶体膜的特征嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；具有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，有利于防止自身膜蛋白的降解。二、溶酶体的功能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;防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）。其它重要的生理功能(见下一页)其它重要的生理功能作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。三、溶酶体的发生依赖于M6P的发生途径（见下页）不依赖于M6P的发生途径四、溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体又叫微体，是单层膜围成的内含氧化酶类的细胞器。1.过氧化物酶体与溶酶体的区别2.过氧化物酶体的功能动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。在植物细胞中过氧化物酶体的功能：参与光呼吸反应；参与乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸Ú乙酰辅酶AÚ琥珀酸Ú葡萄糖。3.过氧化物酶体的发生过氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。组成过氧化物酶体的蛋白质均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。内质网也参与过氧化物酶体的发生第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选：细胞内的蛋白质在细胞质基质的核糖体起始合成后，转运到细胞的特定部位参与装配成具有特定结构与功能的复合体的过程。一、信号假说与蛋白质分选信号1.信号假说2.信号肽（Signalpeptide）与共转移（Cotranslocation）3.导肽（Leaderpeptide）与后转移（Posttranslocation）1.信号假说\nBlobel和Babatini（1975）提出信号假说：分泌性蛋白N端序列作为信号肽（信号序列），指导分泌性蛋白到内质网上合成，在蛋白质合成之前信号肽被切除。信号假说的发生过程1、蛋白质开始合成（在细胞质基质），2、肽链N端形成信号序列（肽链约含80个aa），3、信号序列结合信号识别颗粒（在细胞质基质）终止肽链合成，4、通过信号序列、识别颗粒、核糖体与停泊蛋白（在内质网）组成复合物，信号序列转移到内质网，5、信号识别颗粒脱离信号序列与核糖体，返回细胞质基质，重复工作，6、信号序列穿越内质网膜，进入内质网腔，被信号肽酶切除，7、蛋白质继续合成直到整个肽链形成（在内质网）。2.信号肽与共转移信号肽：位于蛋白质N端的用于指导分泌性蛋白质在内质网上合成的一小段多肽。共转移：细胞质中的核糖体起始蛋白质的合成以后，在信号肽的指导下，一边继续合成，一边向内质网腔中转移。开始转移序列：是指引导多肽链穿过内质网膜的信号肽。停止转移序列：多肽链中某一序列与内质网膜牢固结合，不进入内质网腔。此序列称为----。3.¿导肽与后转移导肽：叶绿体、线粒体和过氧化物酶体中的蛋白质是在某种信号序列的引导下进入这类细胞器的，这种序列称为-----。后转移：蛋白质在细胞质基质中合成以后才转移到叶绿体、线粒体和过氧化物酶体中的过程。信号假说的意义解决了哪些蛋白质在细胞质基质合成，哪些蛋白质在内质网上合成，以及将来转移到细胞的哪些部位的问题。明确了多肽自身所携带的信号序列（信号肽）的决定作用。二、蛋白质分选的基本途径与类型（一）信号分选的基本途径途径一：多肽链在细胞质中合成后转运到线粒体、叶绿体、过氧化物体、细胞核、内质网等处。途经二：多肽链在细胞质中合成起始后转运到内质网腔继续合成，经高尔基体转运到溶酶体、细胞膜或细胞外。（二）蛋白质分选的类型1.蛋白质跨膜转运；2.膜泡运输；3.选择性门控转运；4.细胞质基质的蛋白转运三、膜泡运输完成细胞内的膜泡转运需要10多种运输小泡；分别担负不同的复杂任务。例如：1.网格蛋白有被小泡；负责蛋白质从高尔基体TGN向质膜；2.COPII有被小泡；负责蛋白质、脂类从内质网向高尔基体；3.COPI有被小泡；负责回收内质网逃逸蛋白返回内质网。膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)\n附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。高尔基体的膜泡运输枢纽作用。四、细胞结构的装配有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或对装配亚基的修饰；自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境生物大分子的组装方式：自我装配（self-assembly）；协助装配（aided-assembly）；直接装配（direct-assembly）复合物与细胞结构体系的组装装配具有重要的生物学意义→减少和校正蛋白质合成中出现的错误；减少所需的遗传物质信息量；通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程。分子“伴侣”（molecularchaperones）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，这类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。\n教学内容备注第九章细胞骨架第一节微丝(MF)（一）形态结构与分布又称肌动蛋白纤维，是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。电镜下呈螺旋状纤维。具有极性。基本成分为肌动蛋白，多分布于近细胞膜的下方。（二）生化组成1、主成分：肌动蛋白(F-actin)（由球形肌动蛋白(G-actin)单体形成的多聚体）2、微丝结合蛋白（1）肌肉收缩系统中微丝结合蛋白包括：肌球蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白。（2）非肌肉收缩系统中微丝结合蛋白包括：肌球蛋白、原肌球蛋白。（三）组装与去组装1、溶液含ATP、Ca2+、低浓度Na+、K+时，微丝趋于解聚为G-actin;2、溶液含Mg2+、高浓度Na+、K+时，G-actin趋于组装微丝；3、一定条件下，微丝一端（+）因添加G-actin而延长，另一端（-）因G-actin脱落而解聚；这种动态变化过程称为微丝的踏车行为。4、多数非肌肉细胞中，微丝处于动态，持续进行装配和解聚，与维持细胞形态和细胞运动有关；5、生物体内肌动蛋白装配在两个水平上受到结合蛋白的调控：（1）游离肌动蛋白单体的浓度，（2）微丝横向连接成束或网的程度。（四）微丝特异性药物1、细胞松弛素：可切断微丝，并结合在微丝末端以阻止肌动蛋白聚合，但对解聚无明显影响。2、鬼笔环肽与微丝有较强的亲合作用，可以稳定肌动蛋白纤维，抑制解聚。细胞松弛素作用与微丝（五）微丝的功能微丝功能概述微丝性骨架结构与细胞许多重要功能有关。近年发现还与细胞信号传递有关，有些微丝结合蛋白是蛋白激酶以及癌基因的作用底物；与多聚核糖体及蛋白质的合成有关；微丝还与维持细胞形态以及膜骨架有关。1、肌肉收缩（1）骨骼肌细胞的收缩单位是肌原纤维，它由粗、细肌丝组成，粗肌丝主成分为肌球蛋白，细肌丝主成分为肌动蛋白及肌球蛋白和肌钙蛋白。（2）HuxleyandHanson1958年提出肌肉收缩的滑动学说，主张肌肉收缩时肌纤维长度的改变源于粗、细两类肌丝相互滑动。（3）肌肉收缩过程①动作电位产生②Ca2+释放③原肌球蛋白位移④肌动蛋白丝和肌球蛋白丝的相对滑动⑤Ca2+回收2、微绒毛（1）组成微绒毛的核心是规则排列的微丝束，因其中不含肌球蛋白、原肌球蛋白、辅肌动蛋白，所以无收缩功能，起维持微绒毛形态作用。（2）微丝结合蛋白在微丝束形成、维持以及与微绒毛细胞膜连接中发挥重要作用。3、应力纤维\n（1）应力纤维由大量平行排列的微丝组成，主要成分为肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、辅肌动蛋白，在真核细胞中大量存在。（2）应力纤维在细胞形态发生、细胞分化、组织形成等方面有重要作用。4、胞质溶胶与变形虫运动（1）胞质溶胶富含肌动蛋白，为细胞膜提供强度和韧性，维持细胞形态。（2）变形虫运动的动力来源于肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间的相互作用，该运动可为细胞松弛素所抑制。5、胞质分裂环（1）细胞有丝分列时，胞质分裂环的收缩使两个子细胞被分开。（2）胞质分裂环由大量平行排列但具有不同极性的微丝构成，其收缩动力来源于肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间的相互作用，该运动可为细胞松弛素所抑制。第二节微管(MT)（一）微管形态结构与分布1、真核细胞独有，位于胞质，2、细长中空，具有一定刚性的圆管状结构；3、管壁由13条原丝纵向平行排列而成；4、细胞内微管呈网状或束状分布，并与其它蛋白组成纺锤体、中心粒、鞭毛、纤毛等结构。微管形态结构（二）生化组成1、微管蛋白→分为a-微管蛋白和b-微管蛋白2、微管结合蛋白（1）MAP1蛋白，对热敏感，可在微管间形成横桥，不能使微管成束。（2）MAP2蛋白，对热不敏感，可在微管间以及微管和中间纤维间形成横桥，可使微管成束。（3）tau蛋白，对热不敏感，可在微管间以及微管和中间纤维间形成横桥，可使微管成束。（三）组装与去组装1、微管在体外的装配（1）体外装配所需条件适宜温度（37℃），pH值（6.9）;微管蛋白浓度大于1mg/ml，Ca2+尽可能少，Mg2+必需，GTP提供能量。（2）体外装配过程α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体,→αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维,→经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋。→当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。（3）微管的极性所有的微管都有极性，所有微管构成的亚细胞结构也有极性。微管原纤维的亚单位a-b二聚体以ab-ab-ab的形式排列，形成了微管的极性。微管组织中心（MTOC）决定了微管极性。微管蛋白的加工与释放主要发生在（+）极，微管的延长主要靠（+）极组装GTP微管蛋白。当微管两端具有GTP帽结构时，微管组装；具有GDP帽结构时，微管解聚。（4）微管的踏车行为微管一端发生装配使微管延长，同时另一端解聚（去装配）使微管缩短。低温、高压、高钙浓度使平衡倾向于解聚。适温、适压、无钙使平衡倾向组装。微管的踏车行为（5）化学药物与微管装配秋水仙素、长春花碱、鬼臼素抑制装配；紫杉醇、重水促进装配。\n为行使正常的微管功能,微管动力学不稳定性（处于动态的装配和解聚状态）是其功能正常发挥的基础。2、微管在体内的装配（1）微管在体内的装配在时间与空间上被高度调节；（2）胞质微管、有丝分裂微管、微管蛋白亚单位（a-b二聚体）之间存在动态平衡；（3）体内微管的延伸与解聚有头-尾向，头端（+）延伸速度是尾端（－）拆除速度的两倍。3、微管组织中心（MTOC）（1）微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处，称为微管组织中心。（2）常见的微管组织中心（MTOC）间期细胞MTOC：è中心体(动态微管)分裂细胞MTOC：è有丝分裂纺锤体极(动态微管)鞭毛纤毛细胞MTOC：è基体(永久性结构)（3）微管组织中心决定了微管极性。+极指向MTOC，-极背向MTOC。（四）微管功能1、鞭毛运动和纤毛运动（1）鞭毛和纤毛的结构可分为3部分：本体；细胞向外伸出的细柱状突起；基体；来源于中心粒的本体下的圆筒状结构；小根。固定与收缩作用鞭毛和纤毛运动机制(a)1.1968年Satir提出微管滑动学说说明鞭毛和纤毛运动机制；2.滑动学说观点:纤(鞭)毛本体外周的二联体微管a管的动力蛋白与相邻的b管发生时分时合的变化，在相邻的二联丝之间形成暂时的横桥，导致二联丝间发生相对滑动；同时，放射辐和中央鞘间也周期性发生时分时合的变化，使二联丝间的相对滑动变为纤(鞭)毛弯曲运动。鞭毛和纤毛运动机制(b)纤(鞭)毛弯曲运动直接能源：ATP→ATP由基部向顶部扩散；纤(鞭)毛滑动过程:（教材333-334）①a管的动力蛋白头部与相邻的b管某一位点接触，与动力蛋白结合的ATP水解，动力蛋白头部角度改变；②新补充的ATP使a管的动力蛋白与相邻的b管脱离；③ATP水解放能使动力蛋白头部角度复原；④动力蛋白头部与相邻的b管下一位点接触，过程循环。2、纺锤体与染色体运动(1)纺锤体运动：①有丝分裂器（微管系统之一）与染色体的子细胞精确分配有关；（动物细胞的有丝分裂器指纺锤体与星体，植物细胞指纺锤体）②从分裂间期到分裂期，间期胞质微管解聚成为微管蛋白，并重新组装成纺锤体介导染色体运动，分裂末期纺锤体微管又解聚为微管蛋白，并重新组装成胞质微管。③纺锤体分为极纤维和动力纤维。（2）染色体运动①过程：有丝分裂前期，中心粒向两极迁移，胞质微管进入核区，建立染色粒与细胞两极的联系，后期微管拉动染色体的力大于把两核拉近的反作用力，姊妹染色体被分开。②运动机制解释：动力平衡假说（染色体运动与微管的组装--去组装作用直接有关）；滑动机制假说（染色体运动因为微管蛋白分子的侧面相互运动引起）。3、基体(基粒)和中心粒（1）基体来自中心粒，其结构与中心粒完全相同，具有微管组织中心作用。（2）中心粒是由9组三联体微管围成的圆筒状结构。A、B、C三条亚纤维管共同构成一组三联体微管，9组三联体微管按照一定角度排列，形成风车状有机结构。\n（3）中心粒聚有一定自我装配能力，其作用是组织形成鞭毛和纤毛，以及参与细胞有丝分裂。4、细胞内物质的运输胞内某些物质运输需微管参与。可能一是提供动力，二是提供轨道。神经细胞中物质从细胞主体向轴突的运输方式：慢速运输和快速运输。其中快速运输与微管密切相关。细胞内物质的运输5、维持细胞形态（1）微管维持细胞整体形态；如果用秋水仙素处理细胞微管，细胞会失去原有形态变成圆形。（2）维持细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突的形态。第三节中间纤维(IF)中间纤维概述也叫10nm纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于IF。（一）形态结构与分类组成1、中空、长、无分支、直径10nm左右；2、按免疫与电泳行为，IF分为5类（1）角质纤维蛋白（2）波形纤维蛋白（3）结蛋白（4）胶质纤维酸性蛋白（5）神经纤维蛋白3、中间纤维蛋白来源于同一基因家族，具有高度同源形。4、IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。（二）中间纤维装配1、IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；·反向平行的四聚体导致IF不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在形式可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。2、装配过程：IF蛋白分子→双股螺旋（二聚体）→四聚体→原纤维→中间纤维中间纤维装配（三）中间纤维的功能→总体功能：参与细胞形态的形成与维持，细胞内结构支撑，细胞位移；参与细胞内颗粒运输；参与细胞间连接；参与细胞器特别是细胞核的定位；参与细胞分化。中间纤维的功能（进一步）◆增强细胞抗机械压力的能力；◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用◆参与传递细胞内机械的或分子的信息◆中间纤维与mRNA的运输有关第四节三种细胞骨架的区别内容略\n教学内容备注第十章细胞核与染色体概述1、真核细胞具有细胞核，原核细胞无真正的细胞核；2、细胞核包括核被膜、染色质、核仁及核骨架；3、是细胞遗传与代谢的调控中心；4、细胞内所含细胞核的数目与细胞种类有关。细胞核约占细胞总体积的10%左右。一个典型的细胞核横切面示意图第一节核被膜与核孔复合体一、核被膜(一)核被膜的基本结构（1）外核膜：表面分布有核糖体，与粗面内质网相联；（2）内核膜：表面无核糖体，分布有特异蛋白；（3）核孔：内外核膜融合处形成的环形开口。核被膜的功能u构成核、质之间的天然选择性屏障²避免生命活动的彼此干扰²保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤u核质之间的物质交换与信息交流（二）核被膜在细胞周期中的崩解与装配1、核被膜在细胞周期中发生有规律的的崩解与装配。分裂期发生解体，分裂末期发生重建。2、核被膜的来源：（1）旧核膜碎片连接而成；（2）内质网重新形成。二、核孔复合体（一）核孔复合体的结构1、纤丝模型（1）核孔与孔环复合体构成丝状结构，在核被膜上非随机分布，穿过双层核膜，构成核质间的亲水性转运通道。（2）主要结构：环（rings）、辐(spokes）、中央拴(centralplug,transporter)及孔环纤维等。（3）内外膜各有一环，每环呈八重对称分布；辐有8条，辐射对称；中央拴在核孔复合体中心，呈颗粒或棒状。2、滴漏样模型（1）胞质环、核质环、核篮、辐、中央拴共同构成滴漏样核孔复合体。（2）胞质环向胞质部分伸出丝状物形成捕鱼笼状核篮结构。3、圆柱体模型核孔复合体与垂直与核膜的中心轴呈8重对称，与平行与核膜的平面则表现为两侧不对称。与其功能不对称相一致。（二）核孔复合体的功能作为核之间物质交换的双向选择的亲水通道。1、通过核孔复合体的被动扩散2、通过核孔复合体的主动运输大分子物质在细胞核质间的分配主要是通过通过核孔复合体的主动运输来完成。这一过程双向进行，具有高度选择性。通过核孔复合体的主动运输表现为：①对运输颗粒大小的限制；②是一个信号识别与载体介导的过程，消耗ATP\n，并表现出饱和动力学特征；③具有双向性，核输入与核输出双向进行。（2）亲核蛋白与核定位信号①亲核蛋白（karyophilicprotein）在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质②核定位信号(nuclearlocalizationsignal，NLS)NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。（2）亲核蛋白与核定位信号（续）NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除。NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件③与NLS特异结合蛋白（NBPs）的作用方式；Ⅰ、与NLS结合，把亲核蛋白送到核孔复合体；Ⅱ、与亲核蛋白结合，并被送到核内；（停泊受体）Ⅲ、与亲核蛋白结合，一起穿过核孔，在核内解离，再经核孔返回细胞质。（穿梭受体）（3）亲核蛋白入核转运的步骤①结合：被运物质特异结合在中央栓处；②停泊：亲核蛋白被引导至中央栓中心；③转运：中央栓打开，形成中央通道，被运物质进入核内。此过程需NLS识别，需GTP水解提供能量亲核蛋白入核转运的步骤（4）转录产物RNA的核输出转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。²RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；²RNA聚合酶III转录的5srRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导；²RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5′端加帽和3′端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5′端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；（4）转录产物RNA的核输出（续）²细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关。²mRNA的出核转运过程是有极性的，其5′端在前，3′端在后。²核输出信号(NuclearExportSignal，NES)：RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号。²入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。转录产物RNA的核输出核输入与核输出示意图第二节染色质一、染色质的概念及化学组成（一）概念：（1）染色质（chromatin）:指间期细胞核内由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。（2）染色体(chromosome):指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构；染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。\n(二)真核细胞染色质的化学组成1、DNA按重复序列化分为：（1）高度重复序列DNA(重复频率107次)（2）高度重复序列DNA(重复频率10-105次)（3）单一序列（单拷贝）DNA(重复频率小于10次)按二级结构划分为：B型DNA:右手双螺旋经典结构；活性最高A型DNA:右手双螺旋变构结构；活性中等Z型DNA:左手双螺旋变构结构。活性较低2、RNA含量少3、组蛋白²核小体组蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构²H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用,它赋予染色质以极性。²特点：真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。4、非组蛋白²非组蛋白具多样性和异质性²对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白²非组蛋白特性（1）对DNA具有识别特异性（2）依靠氢键与离子键识别（3）所是别的DNA序列在进化上很保守（4）数量少，作用大。²非组蛋白功能（1）协助DNA折叠（2）协助启动复制（3）特异控制转录与翻译。非组蛋白的不同结构模式²α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)²锌指模式(Zincfingermotif)²亮氨酸拉链模式(Leucinezippermotif，ZIP)²螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helixmotif，HLH)²HMG-盒结构模式（HMG-boxmotif）：5、脂类：与蛋白质构成脂蛋白，或与RNA执行功能有关。●二、染色质的基本结构单位—核小体(nucleosome)（一）核小体结构主要实验证据◆铺展染色质的电镜观察²未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 ◆用非特异性微球菌核酸酶消化染色质，部分酶解片段分析结果◆应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体，具有二分对称性（dyadsymmetry），核心组蛋白的构成是先形成（H3）2﹒（H4）2四聚体，然后再与两个H2A﹒H2B异二聚体结合形成八聚体◆SV40微小染色体（minichromosome）分析与电镜观察核小体结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1◆组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构\n◆146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。包括组蛋白H1和166bpDNA的核小体结构又称染色质小体。核小体结构要点（续）◆两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装（self-assemble）的性质◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达●三、染色质包装的结构模型1、染色质包装的多级螺旋模型◆一级结构：核小体◆二级结构：螺线管(solenoid)◆三级结构：超螺线管(supersolenoid)◆四级结构：染色单体（chromatid）压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍DNA———→核小体———→螺线管———→超螺线管———→染色单体2、染色体的骨架-放射环结构模型◆非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的无数的DNA侧环）◆30nm的染色线折叠成环,沿染色体纵轴,由中央向四周伸出,构成放射环。◆由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位,大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。●四、常染色质和异染色质◆概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态（典型包装率750倍）,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。◆DNA包装比约为1000～2000分之一◆单一序列DNA和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)◆并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件结构异染色质或组成型异染色质除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心结构异染色质的特征：①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段；②由相对简单、高度重复的DNA序列构成,如卫星DNA；③具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质；④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；⑤在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。结构异染色质具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质；第三节染色质结构和基因活化一、活性染色质及其主要特征（一）活性染色质(activechromatin)与非活性染色质(inactivechromatin)¿活性染色质是具有转录活性的染色质¿活性染色质的核小体发生构象改变，具有疏松的染色质结构，从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。¿非活性染色质是没有转录活性的染色质\n（二）活性染色质主要特征¿活性染色质具有DNaseI超敏感位点（DNaseIhypersensitivesite，DHS）：染色质上无核小体的DNA片段，通常位于5‘-启动子区，长度几百bp。¿活性染色质在生化上具有特殊性²活性染色质很少有组蛋白H1与其结合；²活性染色质的组蛋白乙酰化程度高；²活性染色质的核小体组蛋白H2B很少被磷酸化；²活性染色质中核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式；²HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。二、染色质结构与基因转录（一）疏松染色质结构的形成¿DNA局部结构的改变与核小体相位的影响²当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时，染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合。²核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录¿DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特别是5-mC）¿组蛋白的修饰²组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接影响转录活性（磷酸化、甲基化、乙酰化，泛素化（uH2A）//Arg，His，Lys，Ser，Thr）²组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation），影响转录¿HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响²HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关（二）染色质的区间性¿基因座控制区（locuscontrolregion,LCR）²染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能；²与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。。¿隔离子（insulator）²防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。²作用：作为异染色质定向形成的起始位点；提供拓扑隔离区（三）染色质模板的转录¿基因转录的模板不是裸露的DNA，染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键¿转录的“核小体犁”（nucleosomeplow）假说第四节染色体一、中期染色体的形态结构（形态分类）u中着丝粒染色体(metacentricchromosome)u亚中着丝粒染色体(submetacentricchromosome)u亚端着丝粒染色体(subtelocentricchromosome)u端着丝粒染色体(telocentricchromosome)。中期染色体的形态结构（主要结构）◆着丝粒(centromere)与着丝点(动粒，kinetochore)◆次缢痕(secondaryconstriction)◆核仁组织区(nucleolarorganizingregion,NOR)◆随体(satellite)◆端粒(telomere)中期染色体的形态结构\n着丝粒着丝粒与着丝点(动粒)²着丝点结构域(kinetochoredomain)内板(innerplate)中间间隙(middlespace),innerzone外板(outerplate)纤维冠(fibrouscorona)²中央结构域(centraldomain)CENP-B盒与动粒蛋白²配对结构域(pairingdomain)：内部着丝粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)染色单体连接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)二、染色体DNA的三种功能元件（关键序列）自主复制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需着丝粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)：两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区。端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)：◆端粒序列的复制◆端粒酶，在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关。三、核型与染色体显带四、巨大染色体(一)多线染色体◆存在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞、某些植物细胞◆多线染色体的来源：核内有丝分裂(endomitosis)◆多线染色体的带及间带：带和间带都含有基因，可能“管家”基因位于间带,“奢侈”基因(luxurygene)位于带上。◆多线染色体与基因活性：胀泡是基因活跃转录的形态学标志。幼虫组织细胞多线染色体多线染色体上的带和间带的形成，多线染色体胀泡形成示意图多线染色体的带(B)及间带(I)多线染色体的胀泡(二)灯刷染色体灯刷染色体（lampbrushchromosome）◆灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型◆灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。◆灯刷染色体的超微结构◆灯刷染色体的转录功能。第五节核仁一、核仁的超微结构（一）纤维中心(fibrillarcenters,FC)FCs是rRNA基因的储存位点（二）致密纤维组分(densefibrillarcomponent,DFC)转录主要发生在FC与DFC的交界处，并加工初始转录本（三）颗粒组分(granularcomponent,GC)负责装配核糖体亚单位，是核糖体亚单位成熟和储存的位点。（四）核仁相随染色质(nucleolarassociatedchromatin)与核仁基质（(nucleolarmatrix)\n核仁的超微结构二、核仁的功能（一）rRNA前体的合成核仁DNA是核糖体RNA的信息来源；在核仁的基质单位合成。（二）rRNA前体的加工涉及一系列的核酸降解切割以及碱基修饰。小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）作为引导RNA（guideRNA）参与rRNA前体的加工。（三）核糖体前体的合成¿加工下来的蛋白质和小的RNA存留在核仁中,可能起着催化核糖体构建的作用；¿核糖体的成熟作用只发生在转移到细胞质以后,从而阻止有功能的核糖体与核内加工不完全的hnRNA分子接近；¿核仁的另一个功能涉及mRmRNA的输出与降解。三、核仁周期1、核仁的动态变化G2期：核仁变小;M期初：逐渐消失;M期末重建；G1期：逐渐变大；S期：复原。2、核仁结构的动态变化依赖于rDNA转录活性和细胞周期的运行第六节核基质与核体核基质(nuclearmatrix)核体（nuclearbodies，NBs）核基质(nuclearmatrix)核基质或核骨架(nuclearskeleton)的概念¿狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系。¿广义概念应包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结、构体系),以及染色体骨架。目前对核骨架的研究结论¿核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系；¿核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统。¿核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的,含有多种蛋白成分及少量RNA；¿核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。核体（nuclearbodies，NBs）核体概念¿间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域（subnucleardomain），统称为核体。如螺旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。¿在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的储存或查封位点或称之为分子货仓（molecularwarehouse）。螺旋体（coiledbodies，CBs）\n教学内容备注第十一章核糖体核糖体简介：核糖体是合成蛋白质的，细胞内最基本的、最不可缺少的重要细胞器。外无被膜，体积较小，嗜碱性很强。细胞内有两种存在方式：1、附着核糖体（真核细胞，附着在内质网上；原核细胞，附着在脂膜内侧）；2、游离核糖体（分布于胞质中）常分布于蛋白质合成旺盛区域，数量多少与蛋白质合成程度正相关。一、核糖体的类型与化学组成（一）类型1、70S核糖体（原核）；2、80S（真核）（二）组成（见图）（均有大、小两个亚单位组成）1、蛋白质；2、核糖体RNA(rRNA)**核糖体显强负碱性（RNA所带负电荷大大多于Pr所带正电荷）二、核糖体的结构（一）结构（亚单位）1、大亚单位，略呈半圆形，一侧伸出三个突起，中央为一凹陷，2、小亚单位，长条形，1/3处的裂痕分其为大小两个区域，3、大、小亚单位结合，凹陷处形成隧道供mRNA穿行。（二）四个功能活性部位（结合与催化位点）1、A部位（氨基酸部位）在大亚基，接受氨酰基tRNA2、p部位（肽酰基部位），在小亚基，肽基tRNA转交肽链后，tRNA被释放的部位3、肽基转移酶部位（转移酶¢ñorT因子部位）在大亚基，催化aa形成肽链4、GTP酶部位（转移酶¢òorG因子部位）在大亚基，催化肽基tRNA有A部位转到P部位（三）Mg2+浓度对亚单位结合的影响：1、浓度大于0.001mol/L时，大小亚基结合为核糖体。2、浓度小于0.001mol/L时，大小亚基分离。三、多聚核糖体与蛋白质的合成（一）多聚核糖体1、多聚核糖体所含核糖体数目由mRNA长度决定。2、多肽合成速度的提高倍数与结合在mRNA上的核糖体数目成正比。3、原核细胞在DNA转录mRNA同时，核糖体就结合到mRNA上去合成蛋白质。（二）蛋白质的合成1、蛋白质合成过程涉及3种RNA,几种核苷酸及一系列的酶与蛋白质辅助因子。2、pr合成可分为4个阶段（1）氨酰-tRNA合成（2）肽链合成起始（3）肽链延伸（4）肽链合成终止与释放3、蛋白质合成的全部过程都在核糖体上进行，它是pr的合成工厂。四、核糖体蛋白质与rRNA的功能（一）核糖体蛋白质的功能与rRNA折叠成有功能的三维结构有关;与蛋白质合成时核糖体的空间构象有关;与rRNA共同参与核糖体结合位点识别及催化作用。（二）核糖体rRNA的功能：具有肽酰转移酶活性;为tRNA提供结合位点;为蛋白质结合因子提供结合位点;参与pr合成时同mRNA的结合\n教学内容备注第十二章细胞增殖及其调控细胞增殖(cellproliferation)的意义◆细胞增殖(cellproliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。◆单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。◆多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。◆成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。◆机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。第一节细胞周期与细胞分裂一、细胞周期(cellcycle)1.概念细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。期间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。2.细胞周期时相组成按照细胞形态变化可以把细胞周期分为分裂间期(interphase):G1phase，Sphase，G2phase有丝分裂期(Mitosis，Mphase),胞质分裂期(Cytokinesis)细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在M期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。3.细胞周期时间·不同细胞的细胞周期时间差异很大;·S+G2+M的总时间变化较小，尤其M期最为恒定，通常30分钟左右；细胞周期时间长短主要差别在G1期;有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期几种细胞的细胞周期时间表4.根据增殖状况，细胞分类三类周期中细胞机体中能够按照细胞周期持续运转(增殖)的细胞。如表皮基底层细胞，Go期细胞有些保持着分裂潜力的细胞暂时退出细胞周期，通常情况下不能合成DNA，得处于静止状态，但当给予某种刺激时，可重新进入细胞周期。如肝、肾细胞、淋巴细胞。终末分化细胞这部分细胞分化后丧失增殖能力，终生处于G1期，通过分化、衰老至死亡。如角质细胞、神经细胞、肌细胞、红血细胞等。[二]细胞周期中不同时相及其主要事件1.周期中不同时相及其主要事件：◆G1期◆S期◆G2期◆M期G1期[DNA合成前期]·与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。S期(DNA合成期)·DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构，此期还合成非组蛋白。G2期[DNA合成前期]·DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子\nM期(D期，细胞分裂期)·真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其它物质分配给子细胞。2.细胞周期的检验点也叫做细胞周期的限制点。是指在细胞周期的各个阶段中存在一个特定时期，可以引起细胞周期进程被抑制。这种抑制并非因为DNA损伤或者DNA复制尚未完成而引起，而是由于细胞内存在一系列的监控机制所致，这些监控机制可以鉴别细胞周期中的错误，诱导产生特异的抑制因子阻止细胞周期的进一步运行。常见的检验点G1期检验点[G1®S]:DNA损伤S期检验点[S®G2]:DNA未复制启动点[S]：DNA复制G2期检验点[G2®M]:DNA损伤;纺锤体装配检验点[M中期]:纺锤体装配异常（三）细胞周期长短测定（自学）◆脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法◆流式细胞仪测定法◆缩时摄像技术。(四)细胞周期同步化1.自然同步化2.人工选择同步化(1)有丝分裂选择法(2)密度梯度离心法3.药物诱导法(1)DNA合成阻断法(2)分裂中期阻断法（五）特异的细胞周期特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。◆1.爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快,无G1期,G2期非常短,S期也短,[以至于认为仅含有S期和M期]子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂细胞体积越小。细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本一致的。参见P368爪蟾早期胚胎细胞与体细胞的细胞周期比较爪蟾早期胚胎细胞细胞分裂◆2.酵母细胞的细胞周期·酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似·酵母细胞周期明显特点；（1）酵母细胞周期持续时间较短（2）封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；（3）纺锤体位于细胞核内；（4）在一定环境下，也进行有性繁殖◆3.植物细胞的细胞周期(1)植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。(2)植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。(3)植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂\n◆4.细菌的细胞周期快速生长时，细菌细胞需要经过两轮细胞周期才能完成一次DNA复制，得到4个细胞]。慢速生长时细菌的细胞周期与真核细胞相似。二、有丝分裂（mitosis）又叫间接分裂，发生于细胞周期的分裂期，因纺锤丝出现故名。（一）有丝分裂的特征1、特征：有丝分裂器的产生2、有丝分裂器指细胞产生的由微管和微管结合蛋白所形成的相关细胞器，动物细胞中是：中心粒，星体，纺锤体；植物细胞：纺锤体。3、有丝分裂器维持染色体运动、平衡、分配。（二）有丝分裂的过程●1、前期(prophase)●2、前中期(prometaphase)●3、中期(metaphase)●4、后期(anaphase)●5、末期(telophase)6、胞质分裂1、前期(prophase)（1）标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体（2）第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配（3）其他行为：分裂极确定，核膜解体，核仁消失。Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡。前期(prophase)染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体2、前中期(prometaphase)（1）核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体（2）纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管（3）不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。前中期(prometaphase)三种类型的微管（纺锤体微管）3、中期(metaphase)（1）所有染色体排列到赤道板(MetaphasePlate)上，标志着细胞分裂已进入中期（2）是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？·着丝粒微管动态平衡形成的张力中期(metaphase)4、后期(anaphase)（1）排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动。（2）后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。·后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。5、末期(telophase)（1）染色单体到达两极，即进入了末期,到达两极的染色单体开始去浓缩。（2）核膜开始重新组装。（4）核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束。（3）Golgi体和ER重新形成并生长。末期(telophase6、胞质分裂核分裂与胞质分裂相继发生，属于两个不同过程。\n（1）动物细胞胞质分裂（2）植物细胞胞质分裂（1）动物细胞胞质分裂◆胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关◆胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractilering)。也叫胞质分裂环。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。（2）植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。(三)有丝分裂的重要细胞器1、中心粒(1)G1期，细胞有一对互相垂直的中心粒；S期，中心粒复制加倍；G2期—M期，中心粒分开形成纺锤体的两极；M期末，每个子细胞获得一对互相垂直的中心粒，其中有一个母中心粒和一个子中心粒(2)中心粒与周围相关物质构成的复合物叫中心体(3)研究认为中心粒并非有丝分裂所必需，真正起作用的是其周围的蛋白质类。2、动粒又叫着丝点。是染色体上主缢痕部位的特化区域，纺锤丝与染色体的结合部位。动粒区域分为3个结构域：（1）动粒结构域（2）中心结构域（3）配对结构域染色体的动粒3.纺锤体[1]纺锤体的结构特点-P380呈纺锤形，主由微管和微管结合蛋白构成；两端为星体[植物细胞无星体]。纺锤体微管分为动粒微管和极性微管；[2]纺锤体的装配过程P3811.中心体分离，负向运动动力蛋白与纺锤体微管接合；2.负向运动动力蛋白向负极移动，形成早期纺锤体；3.正向运动动力蛋白在纺锤体微管之间搭桥，借助正向运动，拉长纺锤体；4.负向运动动力蛋白在质膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体拉近两极质膜，使纺锤体进一步被拉长。（四）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制1.染色体列队[1]染色体列队的意义通过纺锤体运动，使染色体列队于赤道板上，是启动染色体分离并向两个子细胞中平均分配的先决条件。[2]染色体列队的过程（1）细胞分裂前期到前中期，MAD和BUD蛋白与染色体的动粒接合；（2）动粒微管与动粒结合，该染色体的MAD和BUB蛋白消失；（3）动粒微管与所有染色体的动粒结合，MAD和BUB蛋白消失，染色体列队于赤道板上。[3]染色体列队的机制\n牵拉假说：染色体运动是由于动粒微管的牵拉作用；但染色体两侧动粒微管的作用力达到平衡时，使染色体列队于赤道板上。外推假说：由于星体的排斥作用，把染色体外推，当染色体两侧的外推力达到平衡时，染色体列队于赤道板上。2.染色体分离后期A和后期B两个阶段假说·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。负向运动动力蛋白沿动粒微管向负极行走，引导动粒向负极运动，动粒后面所暴露出的微管随之解聚。·后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。正向运动动力蛋白在纺锤体微管之间搭桥，借助正向运动，拉长纺锤体；负向运动动力蛋白在质膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体拉近两极质膜，使纺锤体进一步被拉长。三、减数分裂（meiosis）(一)减数分裂的概念与意义1、减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。2、◆确保世代间遗传的稳定性；◆增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。◆减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。3、同源染色体配对是减数分裂机制的核心(二)减数分裂前间期包括G1期，S期，G2期，但S期特别长。(三)减数分裂过程1、第一次减数分裂分为：前期Ⅰ，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ2、第二次减数分裂分为：前期Ⅱ，中期Ⅱ，后期Ⅱ，末期Ⅱ1、第一次减数分裂，前期Ⅰ前期I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期等五个阶段细线期(凝集期)：染色体呈单条线状，核的体积增大；偶线期(配对期)：同源染色体配对；形成联会复合体(SC)；粗线期(重组期)：染色体缩短变粗，形成四分体(tetrad)，出现重组节，粗线期DNA(P-DNA)；双线期(合成期)：同源染色体分开(交叉处相联)，联会复合体(SC)消失；终变期(再凝集期)：染色体更加缩短变粗，交叉明显，数量减少，交叉向染色体端部转移(端化)，期末核仁、核膜消失，纺锤体微管清晰可见，染色体呈棒状。前期Ⅰ五个阶段1、第一次减数分裂，中期Ⅰ核膜破裂，纺锤体侵入核区，四分体向纺锤体中部移动，染色体排列在赤道面上。1、第一次减数分裂，后期Ⅰ同源染色体分离，移向两极；每个染色体为一个二分体，含两个染色单体。\n1、第一次减数分裂，末期Ⅰ核膜、核仁出现，染色体松散，延长，2、第二次减数分裂，前期Ⅱ染色体凝缩，核膜解体，纺锤体形成；2、第二次减数分裂，中期Ⅱ染色体集中于纺锤体中央，着丝粒排列于赤道面，2、第二次减数分裂，后期Ⅱ姊妹染色单体分离，分别移向两极，期末每极含单倍体染色体组。2、第二次减数分裂，末期Ⅱ核膜、核仁出现，染色体松散，延长，胞质分裂。(四)性染色体分离和同源染色体联会[1]性染色体分离对于含两条XX、XY或XO性染色体的细胞，两条XX(XY或XO)性染色体和常染色体一样进行正常配对、交换和分离；[2]同源染色体配对是减数分裂机制的核心1、联会染色体(SC)同源染色体配对时形成特殊结构：联会染色体(SC)两条同源染色体之间沿纵轴方向形成平行直梯形的扁平带状结构，包括侧生组分、中央组分，重组节，横向排列的L-C纤维。联会染色体(SC)成分：碱性蛋白质，DNA、微量RNA。联会染色体(SC)2、联会染色体(SC)形成与去组装分裂间期G2期(或前期Ⅰ早期)，SC单体合成（在细胞质中）；进入核内，组成侧生组分轴心（两条）；侧生组分轴心逐渐靠拢，到间距100nm时，侧生组分轴心所伸出的纤维交错形成中央组分。单链Z-DNA,RNA,Pr顺序识别分子组合到SC中；联会多从核膜一端开始，象闭合拉链一样使两条染色体联会在一起；粗线期-双线期，同源染色体交叉，发生DNA重组；双前期末，同源染色体分开，SC去组装，其亚单位分散到核质及胞质中去，或形成多聚合体。(五)、减数分裂与有丝分裂的比较[1]共同处；都有纺锤体参与[2]不同处1、有丝:体细胞增殖，子细胞与亲代细胞染色体数、遗传功能相同；减数：生殖细胞增殖方式，子细胞与亲代细胞染色体数、遗传功能不同。2、有丝：DNA复制一次，细胞分一次；减数：DNA复制一次，细胞分裂二次。3、有丝：无同源染色体配对和DNA重组；减数：同源染色体配对，DNA重组。有丝：无同源染色体配对和DNA重组；减数：同源染色体配对，DNA重组。第二节细胞周期的调控细胞周期运转受到细胞内外各种因素的紧密调控。其中，周期蛋白依赖性CDK激酶是细胞周期调控的重要因素；CDK激酶至少含有两个亚单位：周期蛋白为调解亚基，CDK蛋白为催化亚基。\n教学内容备注第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老第一节程序性细胞死亡一、细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，所以也常常被称为细胞编程死亡（programmedcelldeath,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。这一假说是基于Hayflick界限提出的：1961年Hayflick根据人胚胎细胞的传代培养实验提出。指细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡，它与细胞的病理死亡有根本的区别。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如：蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡，脊椎动物的神经系统的发育，发育过程中手和足的成形过程。二、细胞凋亡的形态学和生物学特征（一）细胞凋亡与坏死(necrosis)二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptoticbodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应细胞凋亡和细胞坏死的区别（二）细胞凋亡的形态学特征在形态学上细胞凋亡的发生过程可分为3个阶段：1凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。2凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体。3凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化（三）细胞凋亡的生化特征1、细胞凋亡的主要特征是形成大小为180～200bp特征性的DNAladders。2、凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG（tissueTransglutaminase）积累并达到较高水平。（四）诱导细胞凋亡的因子1、物理性因子：包括射线（紫外线，?射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等。2、化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子?（TNF?），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等。（五）细胞凋亡的检测◆形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察◆DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带◆TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法◆彗星电泳法（cometassay）◆流式细胞分析：根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。三、细胞凋亡的的分子机制细胞坏死与细胞凋亡在形态学和生物化学上有着明显的区别。细胞凋亡有广泛的生物学意义，例如，在胚胎发育时期清除多余的细胞，有利于器官的建成。当细胞被病毒感染或发生癌变时，机体也会通过凋亡的方式加以清除。\n细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。1．Caspase家族Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆的走向死亡。Bcl-2为凋亡抑制基因，Bcl-2表达的蛋白是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子的释放。p53是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡四、植物细胞的凋亡五、细胞凋亡与衰老细胞凋亡与衰老是一个相当复杂的关系。观点一、细胞凋亡的失调引起细胞衰老；观点二、细胞凋亡不引起细胞衰老，二者不存在因果关系。第二节细胞衰老一、早期的细胞衰老研究100年前，魏斯曼曾提出种质不死而体质会衰老和死亡的学说，后来，Carrel和Ebeling认为细胞本身不会衰老,衰老是由于环境的影响造成的。特别是20世纪40-50年代，由于L系小鼠细胞和Hela细胞系的建立，又使细胞不死性的观点更加巩固。直到60年代初，Hayflick等人的出色工作对细胞不死的观点彻底动摇了。二、Hayflick界限细胞，至少体外培养的细胞，并非不死的，而是有一定寿命的；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限。即Hayflick界限。Hayflick通过对不同生物的胚成纤维细胞的体外培养，发现物种寿命和培养细胞寿命之间存在着确切的相互关系。Hayflick巧妙的设计实验，进一步证明了决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部环境。取老年男性个体的细胞（间期无巴氏小体）和年轻女性个体的细胞（间期有巴氏小体）进行单独或混合培养，并统计其倍增次数。结果发现，混合培养中的两类细胞的倍增次数与各自单独培养时相同，即在同一培养液，当年轻细胞旺盛增殖的同时，年老细胞就停止生长了；年轻细胞的胞质体与年老的完整细胞融合时，得到的杂种细胞不能分裂；年老细胞的胞质体与年轻的完整细胞融合时，杂种细胞的分裂能力几乎与年轻细胞相同。充分说明决定细胞的衰老是细胞核，而不是细胞质。三、细胞在体内条件下的衰老●在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发育的早期也会发生；●正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力也表现出随着有机体年龄的增高而下降；◆衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是G1期明显延长；◆衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老；◆骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞增殖速度也趋缓慢.四、衰老细胞结构的变化（一）形态与结构变化1细胞核的变化：核膜内折，染色质固缩，核仁不规则。2内质网的变化：年轻动物：RER发育好、排列有序；年老动物：RER弥散、总量减少。\n3线粒体的变化：数量随龄减少，体积随龄增大。由于线粒体是细胞呼吸和氧化的中心，有人称它是决定细胞衰老的生物钟。而有些研究者则认为线粒体不是衰老的启动者，而是受害者。4致密体（脂褐质）的生成：是由溶酶体或线粒体转化而来的。它是自由基诱发的脂质过氧化作用的产物。5膜系统的变化：目前资料表明，膜的改变确实与衰老有密切关系，年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相。6细胞骨架体系的变化：7高尔基体和溶酶体的变化：数量随衰老明显增多。（二）分子水平的变化DNA：复制与转录受到抑制，但也有个别基因会异常激活，RNA：mRNA和tRNA含量降低。蛋白质：合成速率降低。酶分子：活性中心被氧化，酶失活。脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。五、细胞衰老的分子机制（一）氧化性损伤学说（自由基理论）Harman50年代（1956）提出。认为衰老的一条重要的途径是因自由基脂质的过氧化而引起细胞功能的多方面异常。（二）端粒与衰老发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的“有丝分裂钟”学说（Harley,1990）。端粒由富含G、C简单重复顺序所组成，其长度随细胞衰老过程而逐渐缩短，但端粒酶却可维持端粒的长度。（三）rDNA与衰老酵母染色体外rDNA环（ERC）的积累，导致细胞衰老。（四）沉默信息调节蛋白复合物与衰老沉默信息调节蛋白复合物[Sircomplex]存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。（五）SGS1基因、WRN基因与衰老SGS1基因和WRN基因同源,编码解旋酶;酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）;wrn突变引发早老症。细胞死亡细胞死亡是细胞衰老的结果，是细胞生命现象的终止。包括急性死亡（细胞坏死）和程序化死亡（细胞凋亡）。细胞死亡最显著的现象，是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程，要决定一个细胞何时已死亡是较因难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么，怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢？通常采用活体染色法来鉴定。如用中性红染色时，生活细胞只有液泡系染成红色，如果染料扩散，细胞质和细胞核都染成红色，则标志这个细胞已死亡。\n教学内容备注第十四章细胞分化与基因表达调控前言◆细胞分化(celldifferentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。◆细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。是正常细胞分化机制失控的第一节细胞分化说明：细胞分化首先表现为细胞间产生稳定的差异。细胞分化方向的确定通常早于形态差异的出现。一、细胞分化的概念(一)细胞分化是基因选择性表达的结果分子生物学研究表明：细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构和功能的差异。不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，基因产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。(二)组织特异性基因与当家基因分化细胞基因组中所表达的基因大致可以分为两类：◆当家基因(house-keepinggenes)：是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；◆组织特异性基因(tissue-specificgenes)，或称奢侈基因(luxurygenes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；◆另外，一些特异的组织特异性基因-----调节基因，其产物用于其它调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。细胞分化的实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；这种差异性表达不仅涉及基因转录水平和转录后加工水平上的精确调控，而且涉及染色体和DNA水平，翻译水平和翻译后加工与修饰水平上的复杂严格的调控过程。(三)组合调控引发组织特异性基因的表达p416组合调控（combinationalcontrol）概念：有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。生物学作用：借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。分化启动机制：靠某一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动实现为数众多的特异细胞类型的分化。(四)单细胞有机体的细胞分化：●单细胞有机体同样存在细胞分化；●与多细胞有机体细胞分化的不同之处：\n单细胞有机体多为适应不同的生活环境，而多细胞有机体则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。●多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。(五)转分化与再生1.转分化●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化（transdifferentiation）。●转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。去分化:又称脱分化，指分化细胞失去其特有的结构与功能转变为未分化细胞的过程。再分化：指去分化的细胞重新分化为具有特定结构与功能的细胞的过程。2.再生●生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物体缺失某部分后的重建过程，广义的再生包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。●不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。一般，植物强于动物，低等动物强于高等动物。二、影响细胞分化的因素●（一）细胞的全能性1.细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。如受精卵以及早期胚胎细胞，植物体细胞等。2.动物细胞的分化潜能动物尤其高等动物随着胚胎发育，细胞逐渐丧失发育为完整个体的能力，仅具有分化为有限细胞类型以及构建组织的潜能，称为多潜能性。也即，在整个机体发育过程中，细胞分化潜能因为受到限制而逐渐变窄，有全能性细胞转化为多能和单能干细胞。但是，动物细胞的细胞核始终保持分化的全能性。将蛙的肠上皮细胞的核取出，植入去核的卵子中，以后该杂交细胞可以发育成蝌蚪乃至于成体蛙。干细胞：具有多潜能性的细胞，终生保持有丝分裂能力，其子代可以单方向或多方向分化为其他类型的细胞。多能干细胞：具有分化为多种类型细胞潜能的干细胞。单能干细胞：仅具有分化为某一类型细胞能力的干细胞。也叫做定向干细胞。终末分化：由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程。终末分化细胞的核仍具有全能性。（二）影响细胞分化的因素1胞外信号分子（1）近距离细胞[近端组织]之间的相互作用是通过细胞旁分泌产生旁泌素[也叫细胞生长分化因子]来实现；（2）远距离细胞之间的相互作用是通过特定腺体分泌的激素来实现；2细胞记忆与决定(1)细胞记忆：细胞可以把信号分子的短暂的有效作用储存起来形成长时间的记忆信息，并依此逐渐向特定的方向转化。(2)细胞决定:细胞接受某一指令后，在发育过程中这一细胞及其子代细胞将区别于其他细胞而分化形成某种特定的细胞类型。也即在分化特征上未显现之前就已经决定了细胞的分化命运。(3)细胞决定与细胞记忆有关；3受精卵细胞质的不均一性受精卵细胞质中的蛋白质、隐蔽mRNA等的不均一分布造成卵裂中不均匀分配，从而影响卵裂细胞向不同方向分化。\n这种影响卵裂细胞分化方向的细胞质成分叫做决定子。它是决定细胞分化方向的初始信息。4细胞间的相互作用与位置效应胚胎诱导：细胞间的相互作用对细胞分化和器官构建的影响作用。位置效应：改变细胞所处的位置可以导致细胞分化方向的改变。这种现象叫做位置效应。5环境对性别决定的影响环境作为外因通过影响细胞自身的遗传信息表达来决定细胞的性别分化。6染色质变化与基因重排通过染色质变化与基因重排首先形成分化为新的细胞核，然后影响细胞质，从而形成新的细胞类型。7细胞核对细胞分化的作用核的分化行为影响细胞质的化学组成；核质互作最终导致细胞分化，进而促进胚的分化。8细胞质对细胞分化的作用（1）细胞质分化较早，分化明显；细胞质对核基因活性表达具有调节作用。（2）性状的出现并不完全由细胞核决定，细胞质也发挥作用。三、细胞分化与胚胎发育细胞分化是胚胎发育的基础。第二节癌细胞(Cancercell)一．癌细胞的基本特征◆细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为“永生”细胞。◆具有扩散性和侵润性·癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散性，这是癌细胞的基本特征。·在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞的结构和功能。◆细胞间相互作用改变（识别改变；表达水解酶类；产生新的表面抗原）◆蛋白表达谱系或蛋白活性改变（胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高）◆mRNA转录谱系的改变（少数基因表达不同；突变位点不同，表型多变）◆染色体非整倍性二、癌基因与抑癌基因原癌基因(proto-oncogenes)：与促进细胞增殖有关的、具有引起细胞癌变潜能的基因。癌基因：是原癌基因的突变形式，能引起正常细胞癌变。编码的蛋白质主要是生长因子、生长因子受体、信号转导通路分子、基因转录调控因子和细胞周期调控蛋白等。抑癌基因：抑癌基因是正常细胞增殖过程中的负调控因子。抑癌基因编码的蛋白抑制细胞增殖，使细胞停留于检验点上阻止周期进程。其缺失或失活，也可引起细胞癌变。抑癌基因的编码产物主要有跨膜受体、细胞调节因子或结构蛋白、转录因子和转录调节因子、细胞周期因子等。三、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果●细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，所以患者多为年长者。癌症治疗●传统思路是手术、放疗、化疗●癌症治疗新方案◆免疫治疗(Immunotherapy)◆基因治疗(Genetherapy)◆抑制癌症促进蛋白的活性◆抑制肿瘤血管形成第三节真核细胞基因表达的调控（自学）第十五章教学内容备注\n细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构称为细胞连接（celljunction）。细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类，即：封闭连接（occludingjunction）、锚定连接（anchoringjunction）和通讯连接（communicatingjunction）。第一节细胞连接一、封闭连接（一）紧密连接（tightjunction）图15-1紧密连接位于上皮细胞的上端图15-2兔上皮细胞的紧密连接（冰冻蚀刻）图15-3紧密连接的模式图二、锚定连接（一）粘合带与粘合斑粘合带（adhesionbelt）呈带状环绕细胞，一般位于上皮细胞顶侧面的紧密连接下方（图15-4）。在粘合带处相邻细胞的间隙约30nm。图15-4粘合带结构模型同样多细胞生物体内，每个细胞都会通过多种途径与机体的其他细胞建立结构、物质及信息的社会联系，使自己的形态结构、生命活动受到整个机体、局部组织、周围细胞以及细胞外信号分子的调节与控制。\n（二）桥粒与半桥粒桥粒（desmosome）存在于承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管等处的复层鳞状上皮细胞之间和心肌中（图15-5）。图15-5桥粒的结构模型半桥粒（hemidesmosome）在结构上类似桥粒，位于上皮细胞基面与基膜之间（图15-5），它桥粒的不同之处在于：①只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；②穿膜连接蛋白为整合素（integrin）而不是钙粘素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；③细胞内的附着蛋白为角蛋白（keratin）。三、通讯连接（一）间隙连接间隙连接（gapjunction）存在于大多数动物组织。在连接处相邻细胞间有2～4nm的缝隙，而且连接区域比紧密连接大得多，最大直径可达0.3μm。在间隙与两层质膜中有大量蛋白质颗粒，是构成间隙连接的基本单位，称连接子（connexon），由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成，直径8nm，中心形成一个直径约1.5nm的孔道。图15-6左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型间隙连接的功能包括：1．参与细胞分化2．协调代谢：例如，在体外培养条件下，把不能利用外源次黄嘌呤合成核酸的突变型成纤维细胞和野生型成纤维细胞共同培养，则两种细胞都能吸收次黄嘌呤合成核酸。如果破坏细胞间的间隙连接，则突变型细胞不能吸收次黄嘌呤合成核酸。3、构成电紧张突触：平滑肌、心肌、神经末梢间均存在的这种间隙连接，称为电紧张突触（electrotonicsynapses）。电紧张突触无须依赖神经递质或信息物质即可将一些细胞的电兴奋活动传递到相邻的细胞。（二）胞间连丝\n图15-7胞间连丝结构模型（三）化学突触化学突触（synapse）是存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通过释放神经递质来传导兴奋。由突触前膜(presynapticmembrane)、突触后膜(postsynapticmembrane)和突触间隙(synapticcleft)三部分组成。图15-8化学突触的结构模型表15-1各种连接的比较封闭连接紧密连接上皮组织间壁连接只存在于无脊椎动物中锚定连接连接肌动蛋白粘合带上皮组织粘合斑上皮细胞基部连接中间纤维桥粒心肌、表皮半桥粒上皮细胞基部通讯连接间隙连接大多数动物组织中化学突触神经细胞间和神经—肌肉间胞间连丝植物细胞间图15-9几类细胞连接的比较第二节细胞黏着分子细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM\n）是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。细胞黏着分子都是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：①胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别；②跨膜区，多为一次跨膜；③胞质区，肽链的C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。多数细胞黏着分子的作用依赖于二价阳离子，如Ca2＋，Mg2＋。细胞黏着分子的作用机制有三种模式（图15-16）：两相邻细胞表面的同种CAM分子间的相互识别与结合（亲同性黏着）；两相邻细胞表面的不同种CAM分子间的相互识别与结合（亲异性黏着）；两相邻细胞表面的相同CAM分子借细胞外的连接分子相互识别与结合。图15-10细胞黏着分子的作用方式一、钙粘素钙粘素（cadherin）属亲同性CAM，其作用依赖于Ca2＋。至今已鉴定出30种以上钙粘素（表15-2），分布于不同的组织。钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成5个结构域，其中4个同源，均含Ca2＋结合部位。决定钙粘素结合特异性的部位在靠N末端的一个结构域中，只要变更其中2个氨基酸残基即可使结合特异性由E-钙粘素转变为P-钙粘素。钙粘素分子的胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。钙粘素的作用主要有以下几个方面：1．介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。桥粒中的钙粘素就是desmoglein及desmocollin。2．参与细胞分化3．抑制细胞迁移，很多种癌组织中细胞表面的E钙粘素减少或消失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。因而有人将E钙粘素视为转移抑制分子。二、选择素选择素（selectin）属亲异性CAM，其作用依赖于Ca2＋。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。已知选择素有三种：L选择素、E选择素及P选择素。三、免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF）包括分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）样结构域的所有分子，一般不依赖于Ca2＋。免疫球蛋白样结构域系指借二硫键维系的两组反向平行β折叠结构。图15-11Ig-SF的结构模型四、整合素\n整合素（integrin）大多为亲异性细胞黏着分子，其作用依赖于Ca2＋。介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表达整合素。图15-12整合素结构模型图15-13半桥粒处的α6β4整合素整合素是由α（120～185kD）和β（90～110kD）两个亚单位形成的异二聚体。迄今已发现16种α亚单位和9种β亚单位。它们按不同的组合构成20余种整合素。α亚单位的N端有结合二价阳离子的结构域，胞质区近膜处都有一个非常保守的KXGFFKR序列，与整合素活性的调节有关。含β1亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分之间的黏着。含β2亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。β3亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。除β4可与肌动蛋白及其相关蛋白质结合，α6β4整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。第三节细胞外基质细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）是由大分子构成的错综复杂的网络。为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。构成细胞外基质的大分子种类繁多，可大致归纳为四大类：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、以及弹性蛋白。图15-14细胞外基质的成分\n图15-15上皮组织的细胞外基质一、胶原（collagen）胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的30％以上。它遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的框架结构，可由成纤维细胞（图15-21）、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。图15-16胶原的结构（左模式图，右电镜照片）二、纤粘连蛋白（fibronectin，FN）FN是一种大型的糖蛋白，存在于所有脊椎动物，分子含糖4.5%~9.5％，糖链结构依组织细胞来源及分化状态而异。FN可将细胞连接到细胞外基质上（图15-17）。图15-17FN将细胞连接到细胞外基质上\n图15-18FN的结构模型每条FN肽链约含2450个氨基酸残基，整个肽链由三种类型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的模块（module）重复排列构成。具有5－7个有特定功能的结构域，由对蛋白酶敏感的肽段连接。这些结构域中有些能与其它ECM（如胶原、蛋白聚糖）结合，使细胞外基质形成网络；有些能与细胞表面的受体结合，使细胞附着与ECM上。FN肽链中的一些短肽序列为细胞表面的各种FN受体识别与结合的最小结构单位。例如，在肽链中央的与细胞相结合的模块中存在RGD（Arg-Gly-Asp）序列，为与细胞表面某些整合素受体识别与结合的部位。化学合成的RGD三肽可抑制细胞在FN基质上粘附。细胞表面及细胞外基质中的FN分子间通过二硫键相互交联，组装成纤维。与胶原不同，FN不能自发组装成纤维，而是通过细胞表面受体指导下进行的，只存在于某些细胞（如成纤维细胞）表面。转化细胞及肿瘤细胞表面的FN纤维减少或缺失系因细胞表面的FN受体异常所致。三、层粘连蛋白（laminin，LN）LN也是一种大型的糖蛋白，与Ⅳ型胶原一起构成基膜，是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分。LN分子由一条重链（α）和二条轻链（β、γ）借二硫键交联而成，外形呈十字形，三条短臂各由三条肽链的N端序列构成。每一短臂包括二个球区及二个短杆区，长臂也由杆区及球区构成（图15-248）。图15-19LN的结构模型\n图15-20基膜的结构四、氨基聚糖与蛋白聚糖1.氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖（图15-21）。其二糖单位通常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成（表15-4），但硫酸角质素中糖醛酸由半乳糖代替。氨基聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。表15-4氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖二糖单位硫酸基分布组织透明质酸葡萄糖醛酸，N-乙酰葡萄糖0结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、滑液硫酸软骨素葡萄糖醛酸，N-乙酰半乳糖0.2-2.3软骨、角膜、骨、皮肤、动脉硫酸皮肤素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖1.0-2.0皮肤、血管、心、心瓣膜硫酸乙酰肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖0.2-3.0肺、动脉、细胞表面肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖2.0-3.0肺、肝、皮肤、肥大细胞硫酸角质素半乳糖，N-乙酰葡萄糖0.9-1.8软骨、角膜、椎间盘图15-21左，蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚体；右，氨基聚糖\n2.蛋白聚糖（proteoglycan）五、弹性蛋白（elastin）弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性，弹性纤维的伸展性比同样横截面积的橡皮条至少大5倍。图15-22弹性蛋白结构模型六、细胞外基质的生物学作用细胞外基质不只具有连接、支持、保水、抗压及保护等物理学作用，而且对细胞的基本生命活动发挥全方位的生物学作用。1.影响细胞的存活、生长与死亡2.决定细胞的形状3.控制细胞的分化4.参与细胞的迁移