细胞生物学教材 37页

.第一章绪论细胞：(cell)是生物体形态结构和生命活动的基本单位。细胞学(cytology)：是研究细胞生命现象的科学，其研究范围包括：细胞的形态结构和功能、分裂和分化、遗传和变异以及衰老和死亡等。★★细胞生物学(cellbiology)：是从细胞、亚细胞和分子水平研究细胞生命活动的学科。医学细胞生物学（medicalcellbiology)：是以细胞生物学和分子生物学为基础，研究和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机理与防治的科学。细胞生物学研究的主要任务：将细胞作为生命活动的基本单位，从细胞、亚细胞及分子水平上把细胞的结构和功能统一起来，以动态观点来探索细胞的各种生命活动。★细胞生物学的分支学科:细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学、细胞社会学、细胞形态学、分子细胞学★★第二节细胞生物学的发展简史一、细胞的发现和细胞学说的创立阶段时间跨度：显微镜的发明→19世纪中叶突出成就：发现了细胞并创立了细胞学说主要事件：①Janssen兄弟试制成第一台复式显微镜；★②RobertHooke发现并命名了细胞；★③Leeuwenhoek首次观察到活细胞；★④Schleiden和Schwann提出了细胞学说。二、经典细胞学阶段时间跨度：19世纪中叶→20世纪初叶突出成就：采用固定和染色方法观察细胞的形态结构，使细胞学得到蓬勃的发展主要事件：★①Flemming发现细胞的有丝分裂现象；★②Hertwig发现受精现象和减数分裂现象。不足之处：对细胞的研究仍停留在形态结构的观察上三、实验细胞学阶段时间跨度：20世纪初叶→20世纪中叶主要特点：①应用实验方法，不再只偏重形态研究；②相邻学科渗透，众多分支学科逐渐形成；③电子显微镜发明并应用，对细胞形态的研究深入到亚显微水平并逐步将结构与功能统一起来。主要事件：★Ruska设计制造了第一台电子显微镜四、分子细胞生物学阶段起始时间：20世纪40年代主要特点：对细胞的研究真正从显微水平深入到亚显微水平直至分子水平。主要事件：★①Avery证实DNA为遗传物质；★②Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型；★③Crick创立中心法则。★第四节细胞生物学研究动态与医学的进展★当今细胞生物学研究热点：①细胞通讯和细胞信号转导；②细胞增殖与细胞周期的调控；③细胞的生长和分化；④细胞的衰老和死亡；⑤干细胞及其应用；⑥细胞工程..\n.第三章细胞的分子基础和基本概念第一节、细胞的化学与分子组成细胞的组成元素：（原生质）C、H、O、N、S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe和微量元素★★细胞的分子组成：生物小分子：无机小分子（水、无机盐）；有机小分子（单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸）生物大分子：多糖、脂肪、蛋白质、核酸生物小分子：水：功能：①良好溶剂②提供反应环境性质：★极性分子→极性化合物易溶于水存在形式：结合水、游离水无机盐：功能：①维持细胞内外的渗透压和pH值；②与蛋白质或脂类结合，构成功能性结合蛋白或类脂。存在形式：离子状态：阳离子：Na+,K+,Ca2+,Fe2+,Mg2+等阴离子：Cl-,SO42-,PO43-,HCO3-等单糖：通式：(ＣＨ2Ｏ)ｎｎ=３—７的正整数代表：(ＣＨ2Ｏ)6——★葡萄糖(G)功能：细胞主要的营养物质贮存：动物-------糖原；植物-------淀粉脂肪酸：通式：CH3(CH2)nCOOHn=10—20的偶数不同脂肪酸分子的化学特性★①碳氢链长度②碳-碳双键的数目→③碳-碳双键的位置功能：１．参与细胞膜的构成（★构成磷脂分子）；２．分解产生能量。氨基酸：★结构通式：功能：蛋白质的基本结构单位。核苷酸：★★化学组成：磷酸戊糖：核糖、脱氧核糖碱基：嘧啶（T、C、U）嘌呤（A、G）功能：核酸的基本结构单位。★★3’5’磷酸二酯键核酸：功能：核酸→生物遗传物质→生命的生长、发育、遗传、变异★★分类：DNA、RNA★★DNA双螺旋结构模型（1953，WatsonandCrick)1.DNA分子由两条平行且方向相反、呈右手螺旋的多核苷酸链组成，两条链有一共同的螺旋轴。2.两条链中脱氧核糖和磷酸排列在外侧，碱基在内侧按互补配对原则（A=T，G三C）以氢键相连。..\n.3.相邻碱基对旋转36°，间距0.34nm，螺旋一周为10个碱基对，螺距为3.4nm。螺旋直径2.0nm。★DNA的功能：DNA作为遗传物质，其主要功能在于储存，复制和传递遗传信息。DNA的复制：半保留复制RNA的结构、功能和分类★结构：单链，可自身回折形成局部假双链。功能：mRNA：从DNA分子上转录遗传信息，是合成蛋白质的模板；tRNA：专一性地输送活化的氨基酸到核糖体的特定位点上；rRNA：与蛋白质一起构成核糖体。★分类：mRNA、tRNA、rRNA蛋白质：组成：基本单位：氨基酸，20种氨基酸结构通式相同分子结构：相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键相连，从而构成蛋白质的结构基础——多肽链。一级结构：概念：★多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。化学键：★主键------肽键；副键-------二硫键二级结构：概念：★在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘绕或折叠的结构。化学键：★氢键分类：★a-螺旋：多肽链内部借助氢键联系以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象。★ß-折叠：一条多肽链回折而形成的折叠片层结构。也发生在相邻两条多肽链之间。三级结构：概念：★在二级结构的基础上按一定方式再行盘绕折叠而形成的空间结构。化学键：★[氢键，离子键，疏水键]..\n.四级结构：概念：★两条或两条以上具有三级结构的肽链之间借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。即四级结构中每条具有三级结构的多肽链→亚基→四级结构化学键：★氢键等★注意：①不是所有的蛋白质都有四级结构；②只有一条多肽链的蛋白质，在三级结构上就表现出生物活性；而两条或两条以上条肽链构成的蛋白质，必须在四级结构上才能表现出生物活性。功能：a.蛋白质是细胞和组织的主要成分；b.作为酶催化生物体内各种化学反应；c.蛋白质具有运输，收缩，调节和防御功能。酶：由活细胞产生的、具有催化作用的物质，又称生物催化剂。★特性：高度专一性、高效催化性、高度不稳定性第二节、细胞的形成与进化三个阶段：1、从分子到细胞：无机分子→有机分子→多聚体→大分子2、从原核细胞到真核细胞：原始细胞→储存遗传信息的DNA、指导蛋白质合成的RNA、制造蛋白质的核糖体→原核细胞3、从单细胞生物到多细胞生物：单细胞→群体→多细胞生物如：衣藻→团藻→盘藻★多细胞生物的两个基本特点：①细胞产生了特化；②细胞之间协同合作。第三节、原核细胞与真核细胞根据细胞的进化程度，可将生物细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。原核细胞：支原体、细菌真核细胞：真菌等★★真核细胞与原核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞大小较小(1-10um)较大(10-100um)代谢厌氧或需氧需氧细胞质无细胞骨架、胞质流动、有细胞骨架、胞质流动、内吞和外吐作用内吞和外吐作用细胞器无(除70S核糖体外)有内质网、高尔基复合体、线粒体等细胞核无核膜和核仁（类核）有核膜和核仁（真核）呈环状，位于细胞质内，位于细胞核内，含有许多非编码区，DNA不与组蛋白结合与组蛋白结合构成染色体在同一区室内合成RNA和核内合成和加工RNA，细胞质内合成RNA和蛋白质蛋白质（同时同地）蛋白质（异时异地）细胞分裂无丝分裂，无纺缍丝有丝分裂或减数分裂,形成纺缍丝分布细菌，支原体，立克次氏体原虫，真菌，植物，动物，人类运动简单原纤维及鞭毛纤毛或鞭毛细胞壁由胞壁质组成（细菌等）由纤维素组成（植物细胞）..\n.第四章细胞膜及物质的跨膜运输细胞膜（cellmembrane)：概念：位于细胞表面的一层膜性结构，又称质膜（plasmamembrane).功能：①使细胞具有相对独立和稳定的内环境；②是细胞内外物质、信息、能量交换的“门户”。★细胞内膜（endomembrane）:除细胞膜外，真核细胞内还有许多膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体等，称为细胞内膜。它们共同构成真核细胞的内膜系统。★单位膜(unitmembrane)：任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”三层结构，故称为单位膜。★生物膜(biomembrane)：细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。组成：主要组成-------脂类、蛋白质、糖类；少量组成-------水、无机盐、金属离子★蛋白质/脂类:在不同种类生物膜中有所不同功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类大；功能少而简单的膜，蛋白质/脂类小。★膜脂：磷脂、胆固醇、糖脂→★★双亲性分子★磷脂：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂胆固醇：糖脂：脑苷脂、神经节苷脂★膜蛋白：内在膜蛋白（70%～80%）、外在膜蛋白（20%～30%）★★1、内在膜蛋白：※膜功能的承担者；※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层中。（1）跨膜蛋白——贯穿脂双层，两端露出膜内外①单次穿膜②多次穿膜（2）半嵌入蛋白——一端嵌入膜层内，另一端露出膜外★2、外在膜蛋白：※非双亲性分子；※附在膜的胞质面，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的极性区域非共价地结合。..\n.膜糖类：糖脂、糖蛋白，分布于非胞质面细胞外衣（糖萼）：细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织成一层多糖物质，称细胞外衣或糖萼。生物膜的特性：流动性、不对称性、（镶嵌性）1、膜脂的流动性：★★膜脂的特性——液晶态★膜脂分子的运动方式：（1）侧向移动；（2）旋转运动；（3）左右摆动；（4）翻转运动影响膜脂流动性的因素：★1.脂肪酸链的饱和程度：饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大。★2.脂肪酸链的长度：链长，流动性小；链短，流动性大。3.胆固醇的影响：调节膜的流动性。4.卵磷脂/鞘磷脂的比例：此比例小，流动性小；此比例大，流动性大。5.其它因素：环境温度，内在膜蛋白的含量2、膜蛋白的流动性运动方式：★（1）侧向移动；（2）旋转运动（二）生物膜的不对称性★1、膜脂分布的不对称性第一：磷脂磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）；磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）∵磷脂酰丝氨酸带有负电荷(No.10)∴细胞膜内层负电荷多于外层。第二：胆固醇因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。（非胞质面）第三：糖脂全部分布在细胞膜的外层。（非胞质面）2、膜蛋白分布的不对称性..\n.第一：膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。（包括内在及外在膜蛋白）第二：膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。（细胞膜内层多于外层）第三：糖蛋白均分布于细胞膜的外层。（非胞质面）※膜脂及膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。三、生物膜的分子结构模型★“脂双分子层”的提出——科学基础•1925年，Gorter和Grendel用丙酮抽提红细胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分子层，测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍，因而首次提出细胞膜是由连续的脂双分子层组成的。★★（三）液态镶嵌模型背景：单位膜模型存在明显缺陷，特别是它无法解释膜蛋白从膜上分离的难易程度差异，人们对它的异议越来越多。1972年，Singer和Nicolson提出了液态镶嵌模型。主要论点：1.流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体；2.球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。3.强调了生物膜的流动性和不对称性。客观评价：液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现象，为阐述膜功能奠定了基础，为人们普遍接受，但它忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用以及膜各部分流动性的不均匀性，膜的通透性——细胞膜允许一定物质穿越的性能★特点：具有选择性一、膜的选择性通透和单纯扩散★★膜对物质分子的通透性取决于膜的结构属性及分子特性：①脂溶性越强的分子越容易穿膜；非极性物质脂溶性强，易穿膜，如O2,CO2,N2；但H2O例外②分子量越小越容易穿膜；③不带电荷的分子容易穿膜，带电荷的离子不能或很难穿膜。离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了它的有效体积。单纯扩散：不需要消耗细胞代谢能，不依靠专一的膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。如…二、膜运输蛋白及其介导的跨膜运输★根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：•载体蛋白：通过蛋白质发生可逆的构象变化进行物质运输；•通道蛋白：在蛋白质中心形成一个亲水性的通道，使特定溶质穿越。★★根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为两种运输方式：★主动运输：被运输的物质借助于膜运输蛋白，顺着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且不需要消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。★被动运输：被运输的物质借助于膜运输蛋白，逆着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且需要消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。载体蛋白既参与主动运输又参与被动运输；通道蛋白只参与被动运输。(一)载体蛋白介导的运输被动运输..\n.★易化扩散：凡借助于载体蛋白的帮助，不消耗代谢能，顺浓度梯度转运物质的方式叫易化扩散。如葡萄糖、氨基酸等。易化扩散的速率在一定限度内与物质的浓度差成正比，当所有载体蛋白的结合部位全被占据时，速率达最大并维持在此水平上。（类似酶与底物的作用关系）主动运输★★（1）钠钾泵(Na+-K+pump)：逆电化学梯度转运Na+和K+①化学本质：钠钾ATP酶，∴兼有载体蛋白和酶的双重功能②化学组成：大亚基：跨膜脂蛋白（酶的催化位点）：内侧：Na+、ATP的结合部位外侧：K+、乌本箭毒苷的结合部位小亚基：膜外半嵌入的糖蛋白，作用不详③运输过程：(1)Na+在膜内侧结合到Na+结合位点,促进ATP分子的水解;(2)泵磷酸化，导致蛋白构型改变;(3)Na+结合部位转向膜外,Na+释放到膜外，同时K+结合位点朝向细胞表面；(4)K+与其结合位点结合后,刺激泵脱磷酸化,并导致蛋白的构型再次变化，K+结合位点朝向胞质面;(5)泵与K+亲和力下降,释放K+,蛋白复构，并与Na+亲和力上升,开始下一轮运输过程。④工作效率：1个Na+-K+ATP酶分子每秒钟可水解100个ATP分子；每水解1个ATP分子所释放的能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+。⑤生理意义：A、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度；B、维持膜电位；C、调节细胞内外渗透压；D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸等提供驱动力。（2）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输协同转运：一种物质的运输依赖第二种物质同时运输。分为同向协同转运和逆向协同转运★钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输并不直接利用ATP，而是由钠钾泵产生的膜外高钠离子浓度驱动的。∴此运输过程由两种载体蛋白协同完成：①葡萄糖特异性载体蛋白——利用Na+势能驱动，结合葡萄糖，使之与Na+相伴进入细胞。②钠钾泵——将Na+泵出细胞，造成胞内外的Na+浓度梯度。（二）通道蛋白介导的运输•离子通道蛋白的特点(P63)：运输速度快；间断开放，由闸门控制；•特异性强；顺电化学梯度转运物质。离子通道蛋白的类型：电压闸门离子通道、配体闸门离子通道、机械闸门离子通道★膜泡运输：大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质的转运，所以称为…。(此过程耗能）★分类：内吞作用：胞饮、胞吞、受体介导的内吞作用外吐作用内吞作用：细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。根据吞入物质的状态、大小及特异程度的不同，分为三种：吞噬作用；吞饮作用；受体介导的内吞作用。..\n.吞噬作用(phagocytosis)：是指细胞吞入较大的固体颗粒或分子复合物的过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。吞噬作用形成的膜囊泡称吞噬体。是原生动物获取营养的重要方式在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能。吞饮作用(pinocytosis)是指细胞吞入液体或溶质分子的活动。吞饮形成的膜囊泡称吞饮体。大多数细胞具有吞饮作用。★★受体介导的内吞作用(receptor-mediatedendocytosis)：大分子的内吞除了一般进行的非选择性吞饮作用外，往往首先与质膜上的受体特异性结合，然后内陷成有被小窝，继之形成有被小泡，这种内吞方式称…。如细胞对胆固醇的摄取特点：A.特异性强，可大大提高内吞效率；B.内吞过程中形成一类特殊的膜囊泡——有被小泡。衣被的组成及结构：组成：网格蛋白（√）；短肽结构：3×网格蛋白分子+3×短肽链→三腿蛋白复合物→五角形或六角形网格状结构（衣被）外吐作用：细胞内某些物质由膜包围成小泡从细胞内部逐步移到质膜下方，与质膜融合，把物质排到细胞外的运输过程。★质膜循环：在细胞的内吞与外吐过程中，质膜与细胞内膜之间不断地进行着移位、融合或重组，并处于一种动态平衡中，这一现象称…。★细胞侧面的特化结构——细胞连接(celljunction)：是指相邻细胞接触区域局部特化所形成的连接结构，其作用在于加强细胞间的机械联系，对于维持组织结构的完整性，协调细胞功能有重要意义。分类：紧密连接、桥粒连接、缝隙连接★紧密连接(tightjunction)..\n.存在部位：多见于上皮细胞靠近腔管的顶部侧面。结构特点：紧密连接是一种封闭连接，相邻细胞膜紧靠在一起，切面可见一系列的“点状对合”结构→封闭链”的切面观→相邻细胞膜的跨膜蛋白和脂质共同构成的“条索状”结构→在膜面上呈网状行走封闭了细胞间的空隙★桥粒连接（anchoringjunction）（1）、带状桥粒(beltdesmosome)：存在部位：位于上皮细胞紧密连接下方。结构特点：在细胞周围呈连续的腰带状，间隙约15～20nm,又称中间连接。⑵、★点状桥粒(spotdesmosome)存在部位：在上皮细胞中位于带状桥粒下方。★结构特点：附着斑，钙粘蛋白（桥粒芯蛋白、桥粒胶蛋白），中间纤维分布组织：机体组织内分布广泛，尤其在上皮组织，心肌和子宫颈等易受机械张力的组织中含量最为丰富。⑶、半桥粒(hemidesmosome)存在部位：位于上皮组织基底层细胞与基底膜交界处。结构特点：形状、结构与点状桥粒相似，只是相当于点状桥粒的一半。★缝隙连接(gapjunction)分布组织：普遍存在于各种组织细胞中(成熟骨骼肌细胞和循环系统中的血细胞除外)结构特点：每个连接小体由6个穿膜蛋白质分子围成，中央有直径2nm的通道，相邻细胞膜的连接小体一一对接，孔道相通，允许一定分子量以下的物质通过。→每个六角形颗粒称为一个★“连接小体”，是缝隙连接的结构单位→许多6-8nm的六角形颗粒规则地排列在质膜→双方接触面积较大的盘状结构。特殊功能：除使细胞牢固连接外，主要介导细胞间通讯。细胞游离面的特化结构——微绒毛、纤毛、鞭毛..\n.第五章细胞核与遗传信息的导向★核被膜由两层单位膜构成外核膜(outernuclearmembrane)：面向细胞质，其表面附有核糖体，常见与粗面内质网相连，可看成是内质网在局部区域的特化结构。内核膜(innernuclearmembrane)：面向核基质，其内表面附着一层电子密度高的纤维状蛋白质，称为核纤层（厚度<100nm）。核间隙(perinuclearspace)：内外核膜之间的腔隙，宽20~40nm，与内质网腔相通，充满液态无定形物质，内含多种蛋白质和酶。核孔(nuclearpore)：核孔是内外核膜融合产生的圆环状结构，是“核—质”物质交换的通道；核孔数目与细胞种类及生理状态有关。★★核孔复合体(nuclearporecomplex,NPC)：核孔及其周围相关联的环状结构体系统称为核孔复合体，它是由排列成八角形的蛋白质颗粒组成的，包括孔环颗粒8对、边围颗粒8个及中央颗粒1个，各颗粒间由蛋白质细纤丝相连，组成一个网状结构。功能：有选择地介导细胞核与细胞质之间的物质运输（水溶性物质；一些大分子物质）核膜的主要功能1、稳定细胞核形态和成分。2、区域化作用：将核物质与细胞质物质隔开，保证遗传物质的稳定、遗传信息的准确传递和高效表达。3、控制细胞核与细胞质的物质交换，无机离子和小分子物质可自由通过，大分子和颗粒物质通过核孔复合体以主动运输方式通过。4、在细胞分裂中参与染色体的定位与分离5、参与合成生物大分子，如抗体、膜蛋白、脂质等。核纤层(nuclearlamina)：是附着于内核膜的纤维状蛋白质层，★在哺乳动物及鸟类细胞中由3种蛋白质构成：laminaa、laminab、laminag作用：①核纤层为核膜提供结构支架，以维持核孔位置和核被膜形状；②在细胞间期，为染色质提供锚定部位，分裂期通过其磷酸化和去磷酸化过程对核膜的崩解和重组起调控作用。“染色质”一词由Flemming（1882年）首次提出，是指间期细胞核内能被碱性染料着色的物质。染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段的表现形式。染色质的化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA1、DNA：DNA是染色质中重要的化学成分，是遗传信息的携带者。真核细胞中每一条染色体都由一长的DNA分子组成。人类体细胞中有46个DNA分子就有46条细丝——染色质丝。染色体DNA要完成复制，必须包含3个特殊序列(P78-79)：①复制源顺序②着丝粒顺序③端粒顺序2、组蛋白(histone)：真核细胞特有的碱性蛋白，富含碱性氨基酸(精氨酸、赖氨酸等），带正电荷，可与带负电荷的DNA分子紧密结合。根据在组装形成染色质中的作用不同，可分为两大类：★核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）：参与核小体的组成；在进化上高度保守。H1组蛋白：参与染色质高级结构的构建；进化上不保守。在细胞周期中，组蛋白与DNA的合成同时进行。..\n.3、非组蛋白(nonhistone)：真核细胞特有的酸性蛋白，富含酸性氨基酸（天门冬氨酸、谷氨酸等），带负电荷，具有种属和组织特异性。功能：1.参与染色体的构建；2.启动基因复制；3.调控基因转录。4、RNA：含量不到DNA量的10%，这些RNA是染色质中的正常成分还是转录出来的各种RNA的混杂，尚未定论。染色质的种类常染色质(euchromatin)（伸展染色质、功能性染色质）：解螺旋的细纤维丝、染色浅、功能上活跃。异染色质(heterochromatin)（浓缩染色质、非功能性染色质）：高度螺旋和盘曲、染色深、功能上不很活跃。常染色质和异染色质的化学本质相同，只是染色质的不同存在状态而已。在一定条件下，两者可以相互转化。异染色质(heterochromatin)①结构异染色质(constitutiveheterochromatin)：在所有细胞类型的全部发育阶段均处于永久凝集状态。②兼性异染色质(facultativeheterochromatin)：在某些细胞类型或一定的发育阶段呈凝集状态的异染色质，如X染色体随机失活。异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 ★★常染色质异染色质细胞核内的位置间期细胞核中央间期细胞核被膜的内表面附近螺旋化程度解旋的细纤维丝，电镜下呈浅亮区螺旋缠绕紧密，电镜下呈粗大颗粒含DNA序列和功能含单一和重复序列的DNA，可复制和转录，功能活跃与组蛋白结合紧密，很少转录，功能静止复制时间S期早期S期晚期分裂期位置染色体的两臂染色体的着丝粒、端粒或染色体臂上常染色质之间★★染色质的四级结构（多级螺旋模型）1.一级结构：核小体(nucleosome)是染色质的基本结构单位，F10nm。缩小7倍2.二级结构：螺线管(solenoid)是染色质的二级结构。是由核小体串螺旋盘绕形成的外径..\n.30nm、内径10nm的中空管状结构。螺线管每周含6个核小体。缩小6倍3.三级结构：超螺线管(supersolenoid)为染色质的三级结构。它是由螺线管进一步螺旋盘绕而形成的直径400nm的圆筒状结构。继续缩小42倍4.四级结构：11~60µm的超螺线管进一步盘绕折叠至2~10µm，就形成了分裂中期的染色单体，即四级结构。缩小至少5倍从DNA双螺旋到染色单体，总长度压缩了近10000倍！袢环模型（loopmodel）（见PPT图）★1.中期染色体的形态结构（看书）★动粒(kinetochore)：是两条染色单体外表面在主缢痕处的特殊附加结构，为染色体的运动中心，是动粒微管着力的部位。次缢痕：在某些染色体上除主缢痕外的另一个染色较浅的缢缩部位称为次缢痕，常存在于近端着丝粒染色体的短臂上，可作为染色体的鉴别标志。次缢痕部位与分裂末期核仁的形成有关，因而被称为核仁组织区（NOR）。随体：与次缢痕相连的球形或棒状小体称为随体，是鉴别染色体重要特征之一。★2.染色体的类型：①中着丝粒染色体②亚中着丝粒染色体③近端着丝粒染色体④端着丝粒染色体★人类正常体细胞染色体中只包含前三种类型的染色体。★3.染色体的数目：体细胞、生殖细胞★基因组：生物体内单倍染色体组成叫做生物体的基因组(genome)，它代表了一个生物体染色体中储存的全部遗传信息。★核型：根据染色体的相对大小，着丝粒的位置，臂的长短，随体的有无等特征，把某种生物体细胞中的全套染色体按一定顺序分组排列起来，就构成了这一物种的核型(karyotype)。人类体细胞的正常核型（见书）★核基质(nuclearmatrix)：间期细胞核中除去核被膜、核纤层、染色质及核仁以外的网架体系，由3~30nm粗细不均的蛋白纤维组成，又称核骨架。化学组成：蛋白质（90%）：主要是非组蛋白性的纤维蛋白，相当部分为含硫蛋白，分子量4~6KD。少量DNA和RNA：功能：1.与DNA的复制有关。2.参与DNA包装和染色体的构建。3.DNA转录的“落脚点”在核基质上。4.对转录后的RNA进行加工。5.病毒DNA在核内复制与装配也与核基质有关。核仁化学组成：蛋白质、RNA、DNA超微结构：纤维中心、致密纤维成分、颗粒成分纤维中心(fibrillarcenter,FC)：电镜下浅染的低电子密度区域，是rRNA基因——rDNA的存在部位。rDNA是染色体上伸展出的DNA袢环，在袢环上rRNA基因串联排列，进行高速转录，产生rRNA，组织形成核仁。每一个rRNA基因的袢环称为一个核仁组织者。★★核仁组织区（nucleolarorganizingregion,NOR）：..\n.rRNA基因通常分布于几条不同的染色体上，人类rRNA基因位于5条染色体上，即13、14、15、21、22号染色体。在二倍体的46条染色体上，就有10条分布有rRNA基因，在间期核中，它们伸入到核仁内共同构成的区域称为NOR。核仁组织区定位在核仁染色体的次缢痕部位。致密纤维成分(densefibrillarcomponent,DFC)：是核仁内电子密度最高的区域，含紧密排列的原纤维丝，其直径5~10nm，长约20~40nm。位于浅染区的周围，主要成分是rRNA和蛋白质。颗粒成分(granularcomponent,GC)：呈直径15~20nm的致密颗粒，是核糖体大小亚基的前体颗粒，散布于致密纤维成分中或围绕着致密纤维成分。核仁周围染色质：(PNC)围在核仁周围的染色质，属异染色质。核仁内染色质：(INC)伸入核仁内的染色质袢环，载有rRNA基因（rDNA），属常染色质。核仁的主要功能：合成rRNA；装配核糖体大小亚基的前体核仁周期(nucleolarcycle)：核仁随细胞周期的进行而呈现周期性的变化（形成或消失）。细胞核的功能一、遗传信息的贮存1、DNA分子携带遗传信息，蕴藏于核苷酸序列中2、DNA分子中具有一定生物功能的区段称为基因，编码产生蛋白质或RNA，控制生物某一特定性状3、DNA分子与组蛋白结合并被包装，保证遗传物质的稳定、表达的准确二、遗传信息的复制DNA的复制，具有半保留性、双向性、多起点性、不连续性、不同步性的特点三、遗传信息的转录1、转录要经历起始、延伸、终止三个基本步骤2、转录后要进行一系列加工修饰3、转录要受到多种影响因子的调节第六章细胞骨架..\n.★细胞骨架：是由蛋白纤维交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，与其外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动、细胞分裂以及信号传递等有关。（P.108）包括微管（MT），微丝(MF)和中等纤维(IF)。一、微丝★基本单位——肌动蛋白(actin)肌动蛋白分子具有极性：一端有氨基和羧基的暴露，称为正端，另一端则称为负端。★肌动蛋白在细胞中的存在方式：球状肌动蛋白(肌动蛋白单体G-actin)纤维状肌动蛋白(肌动蛋白聚合体F-actin)★微丝的结构是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。F5-9nm，长短不一。在电镜下，单根微丝呈双螺旋结构，每14个球状肌动蛋白分子旋转一圈。•微丝具有极性（一端加聚，一端解聚）。•微丝在细胞质中分布不均匀，细胞皮质区（即细胞膜的内侧）比较集中。★微丝的组装：踏车行为过程：成核期、生长期、平衡期微丝组装的动态调节•ATP是调节微丝组装的动力学不稳定行为的主要因素。•微丝结合蛋白(ABP)对微丝的组装也具有调控作用。影响微丝组装的特异性药物与离子：★★细胞松弛素B：特异性地破坏微丝组装。鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合。在含：ATP和Ca2+、低浓度Na+、K+溶液中微丝趋向解聚（F-actin®G-actin）在含：Mg2+和高浓度Na+、K+溶液中微丝趋向聚合（G-actin®F-actin）。微丝结合蛋白及其功能微丝结合蛋白有40余种，它们从不同的水平调控微丝的组装，包括调节肌动蛋白单体形成肌动蛋白多聚体，以及肌动蛋白多聚体组装成微丝等过程，影响微丝的稳定性、长度和构型。在细胞中起控制微丝的形成、交联、盖帽和截断的作用，并可移动细胞中的微丝。（P110微丝的功能•（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态•（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩•（三）参与细胞分裂•（四）参与细胞运动•（五）参与细胞内物质运输•（六）参与细胞内信号转导收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。肌肉收缩系统中的有关蛋白：①肌球蛋白(myosin)头部具ATP酶活力.有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosinfilament,即粗肌丝。②原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝,调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。③肌钙蛋白(Troponin,Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特异与Ca2+结合;TnT(与原肌球蛋白结合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)肌小节的组成..\n.肌肉收缩的滑动模型二、微管微管的形态结构:中空圆柱状结构，通常是直的，有时也呈弧形。微管的化学组成:a微管蛋白、b微管蛋白→异二聚体→原纤维→微管★微管的存在形式：单管（13根原纤维）、二联管（23根）、三联管（33根）微管结合蛋白Ø微管结合蛋白（MAP）是一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白；Ø主要包括MAP-1、MAP-2、tau、MAP4；Ø主要功能是调节微管的特异性并将微管连接到特异性的细胞器上。★微管的组装（踏车行为）成核期：由a、b微管蛋白聚合成寡聚体核心，接着二聚体在其两端和侧面加聚使之扩展成片状带，加宽至13根原纤维时合拢成一段微管。延长期：该期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长。稳定期：微管的聚合和解聚速度相等。微管的体外组装：1972年——Weisenbery——小鼠——分离微管蛋白——体外组装微管的体内组装：微管的体内组装除遵循体外组装规律外，还受严格的时间和空间控制。时间控制:细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影响：某些特殊蛋白质、Ca2+浓度等。空间控制：1.微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：中心粒、纤毛及鞭毛的基体部）。2.微管的定向延长和排列及与细胞其它成分的连接等。影响微管组装的因素1、温度：温度超过20℃有利于组装，低于4℃引起分解。2、药物：★★秋水仙素和长春花碱引起分解；紫杉酚促进组装。3、离子：[Ca2+]低时促进组装，高时引起分解。微管的功能•（一）维持细胞的形态•（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动•（三）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移•（四）参与细胞内的物质运输•（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂•（六）参与细胞内信号转导微管与其他细胞结构的关系①微管常密集地分布于细胞膜内侧，控制膜内在蛋白的位置。②游离核糖体可能附着于微管与微丝的交叉点上；③有些微管可直接连于GC小泡上，提示微管可能于小泡物质运输有关；④线粒体周围，常可见与其长轴平行的微管分布；⑤细胞核周围，微管分布特别紧密，并存在接触联系，核孔的生理功能也与微管有联系。纤毛和鞭毛是伸出细胞表面、由微管组成并能产生运动的特化结构。纤毛与鞭毛在来源和结构上基本相同，少而长的叫鞭毛；多而短的叫纤毛。纤毛的主杆部是★★9X2+2微管；基底部9X3+0★纤毛与鞭毛的运动：双向搏动，均匀波动..\n.纤毛、鞭毛运动机制——微管间的滑动中心粒的结构与功能形态结构：光镜下中心体呈球状小颗粒电镜下中心粒有中心球和中心粒组成★结构图式：（9X3+0）★组成成分：微管蛋白和鸟苷酸。功能：1.组织形成鞭毛和纤毛并参与细胞的有丝分裂——与微管蛋白的合成、微管的聚合有关。2.其上存在ATP酶与细胞能量代谢有关——为细胞运动和染色体移动提供能量。三、中间纤维直径10nm，介于微管与微丝之间，故得名中间纤维。IF结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛素B影响，并且没有极性。化学组成:中间纤维蛋白形态结构：中间纤维的基本组成单位——中间纤维单体★中间纤维单体的共同结构域：a-螺旋的杆状区：由310个氨基酸残基(I~IV和VI型)或356个氨基酸残基(V型)组成。非螺旋区：头部（N端）、尾部（C端）★中间纤维的组装过程：特点：★1.四聚体的组装是反向平行排列，两端对称，故中间纤维无极性★2.八聚体的组装遵循半分子长度交错的原则。3.中间纤维的体外组装不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，也不依赖于温度和蛋白质的浓度；。4.在体内，绝大部分中间纤维蛋白已装配成中间纤维，几乎不存在相应的可溶性蛋白，也没有“踏车行为”；而微管或微丝组装时只有30%的蛋白质分子处于组装状态，有“踏车行为”。5.目前认为中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的调节方式。功能：（一）中间纤维发挥功能具有时空特异性•（二）中间纤维提供细胞的机械强度作用•（三）中间纤维维持细胞和组织的完整性•（四）中间纤维与DNA复制有关•（五）中间纤维与细胞分化及细胞生存有关第七章线粒体..\n.1894年——Altmann——光镜——生物芽体(bioblast)1897年——Benda——命名线粒体(mitochondrion)一.线粒体的形态结构形状：光镜下呈线状、粒状、短杆状大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.5~1.0um；长度：3um数目：不同类型的细胞差异较大。正常细胞中：1000~2000个。分布：因细胞形态和类型的不同而有所差异。通常分布于细胞生理功能旺盛或需要能量较多的区域。总之,线粒体的形状、大小、数目和分布在不同类型细胞或不同生理状态下差别较大。★线粒体的超微结构：电镜下观察线粒体是由两层单位膜围成的封闭膜囊结构。（见书）★★基粒(elementaryparticle)：内膜基质面上许多带柄的小颗粒，与膜面垂直而有规律地排列。其本质为ATP酶复合体。线粒体基质：位于嵴间腔（内室）中，充满电子密度较低的物质。★内含线粒体DNA、线粒体核糖体等线粒体的化学组成：蛋白质（65%-70%）、脂类、其他线粒体中酶的分布，约120种外膜特征酶：单胺氧化酶膜间隙特征酶：腺苷酸激酶内膜特征酶：细胞色素（c）氧化酶、琥珀酸脱氢酶基质特征酶：苹果酸脱氢酶线粒体基因组mtDNA:双链环状DNA分子、不与组蛋白结合、分散在线粒体基质中，长约5um、分子量小。1981年—Anderson—人胎盘—mtDNA全部核苷酸序列—★16569个碱基对mtDNA16569bp→★37个基因→2种编码rRNA(12S和16S）基因、22种编码tRNA基因、13种编码蛋白质基因mtDNA排列紧凑、高效利用、可自我复制，但其遗传密码与“通用”遗传密码表不完全相同，如：UGA®色氨酸而不是终止密码。线粒体：有自身的蛋白质合成体系，如：氨基酸活化酶、线粒体、核糖体等。线粒体的蛋白质合成与原核细胞相似，而与真核细胞不同：原因：1.mRNA的转录和翻译几乎在同一时间、同一地点进行。2.蛋白质合成的起始tRNA与原核细胞一样，为N-甲酰甲硫氨酰tRNA,真核细胞起始的tRNA为甲硫氨酰tRNA.3.线粒体蛋白质合成系统对药物的敏感性与细菌一致。★四、线粒体的半自主性①线粒体有自己的DNA分子和蛋白质合成系统，即有独立的遗传系统，故有一定的自主性。②mtDNA分子量小、基因数目少，只编码线粒体蛋白质的10%，而绝大多数线粒体蛋白质（90%）是由核基因编码，在细胞质中合成后转运到线粒体中的。③线粒体遗传系统受控于细胞核遗传系统。因此，线粒体为半自主性细胞器(semiautonomousorganelle)★五、核编码蛋白质的线粒体转运输入线粒体的蛋白大多是在细胞质中合成后再运送的，蛋白质分子以前体形式存在。..\n.1、前体蛋白在线粒体外保持非折叠状态这种前体蛋白质与线粒体内的成熟蛋白质相比，具有两个明显特征：①前体蛋白质的空间构型是以解折叠状态存在。②前体的N-末端含有一称为导肽的前导序列。导肽：蛋白质N端有一段20-80氨基酸组成的基质导入序列(matrix-targetingsequence,MTS)，在线粒体内膜和外膜上有其相应的受体。导肽具有牵引、识别、将蛋白质导入线粒体的作用。解折叠状态：绝大多数前体蛋白都要和一种称之为热休克蛋白70（heatshockprotein70，hsp70）的分子伴侣结合，从而防止前体蛋白行成不可解开的构象。2、多肽链穿越线粒体膜前体蛋白一旦和受体结合后，就和外膜和内膜上的膜通道发生作用进入线粒体。前体蛋白进入线粒体基质后，mthsp70一个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一样将蛋白质“铰进（handoverhand）”基质，这一过程也需要消耗ATP。3.多肽链进入线粒体基质的再折叠蛋白质进入线粒体基质后，必须恢复其天然构象以行使功能。在mthsp70和Hsp60的帮助下，前体蛋白进行正确折叠。由转运肽酶切除导肽，成为成熟的线粒体基质蛋白。★细胞氧化(cellularoxidation)：在酶的催化下氧将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。由于此过程中，要消耗O2释放CO2和H2O，故又称细胞呼吸。★★细胞氧化基本过程⑴糖酵解：在细胞质内进行，反应过程不需要氧————无氧酵解。⑵乙酰辅酶A生成：线粒体基质或内膜上进行。⑶三羧酸循环：在线粒体基质内进行⑷电子传递和氧化磷酸化：在线粒体内膜上进行。★1分子葡萄糖彻底氧化生成36个ATP：糖酵解2个，三羧酸循环2个，内膜上呼吸氧化过程：32个化学渗透学说①线粒体内膜上的电子传递链同时起质子（H+）泵的作用，可以在电子传递的同时将质子（H+）从线粒体基质腔（内室）转移到膜间腔（外室）。②线粒体内膜上的基粒（ATP酶复合体）也能可逆地跨线粒体内膜转运质子（H+），一方面：它可以水解ATP产生能量将质子从内室转移到外室；另一方面：当外室存在大量质子时使线粒体内膜内外存在足够的质子电化学梯度，质子则从外室通过基粒（ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室同时驱动F1因子中ATP酶利用这种势能合成ATP。③线粒体内膜本身具有离子不通透性，能隔绝包括H+、OH-在内的各种正负离子。④线粒体内膜上有一系列介导基本代谢物质和选择性转运无机离子进出内膜的载体蛋白。提出：电子传递过程中所释放的能量并非直接用于合成ATP，而是用来将质子从内室泵到外室。由于线粒体内膜是质子屏障，造成膜两侧质子浓度失衡，产生跨膜的电化学质子梯度（PH差和电位差，含很高的能量），外室中高浓度的质子有返回内室的趋势，当质子从外室通过基粒（ATP酶复合体）F0上的质子通道进入内室,同时驱动F1因子中ATP酶,利用这种势能使ADP磷酸化合成ATP。第八章细胞的内膜系统..\n.内膜系统(endomembranesystem)：真核细胞中在结构、功能及发生上具有一定联系的细胞内膜，包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、核膜等，可以看成统一的膜成分在局部区域的特化。功能：提高细胞代谢效率，使特定的功能在特定的区域内完成。胞质溶胶(cytosol)：胞质溶胶也称细胞质基质，内膜系统分布于其中。是指细胞质中除各种细胞器和内含物以外的较为均质而半透明的液体部分。组成：小分子：水、无机离子中分子：氨基酸、核苷酸及其衍生物等大分子：多糖、蛋白质、RNA等。功能：为各种细胞器的功能活动提供离子环境、反应底物和反应场所。一、核糖体1955年——Palade——电镜——腺细胞1958年——Roberts——命名——ribosome★1.基本类型原核细胞核糖体(70S)真核细胞核糖体(80S)线粒体核糖体(70S)2、化学组成：RNA、蛋白质3、形态结构：非膜性细胞器；电镜下：高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒。直径15~30nm★★4存在方式;1.游离核糖体：游离于细胞质中；主要合成细胞本身的结构蛋白。2.附着核糖体：附着在内质网膜上，是核糖体存在的主要方式；主要合成分泌蛋白多聚核糖体(polyribosome)---无论是游离核糖体还是附着核糖体，在进行蛋白质合成时，通常由mRNA将若干核糖体串联起来成为蛋白质合成的功能团，这种功能团称多聚核糖体。★★功能分区：（1）A部位：又称受体部位，是接受氨酰-tRNA的部位。（2）P部位：又称供体部位，是肽酰-tRNA移交肽链后释放tRNA的部位。（3）T因子：又称转肽酶活性部位，在肽链延长时催化氨基酸与氨基酸之间形成肽键。（4）G因子：又称GTP酶活性部位，分解GTP，并将肽酰-tRNA由A部位移到P部位。合成多肽链：起始、延长、结束二、内质网(Endoplasmicreticulum,ER)1945年，K.R.Porter------电子显微镜------小鼠成纤维细胞1、形态结构：内质网是细胞质中一种相互连通呈网状分布的膜性结构；★由小管、小泡、扁囊组成，故将这三种结构看成是内质网的单位结构。内质网由一层单位膜构成，厚约5~6nm，常与核膜相连。内质网膜围成的腔——内质网腔。内质网的形态、数量及分布位置在不同细胞中各不相同。常与细胞类型、生理状态以及分化程度有关。2、分类粗面内质网(roughendoplasmicreticulum,RER)：胞质面附着大量核糖体，表面粗糙；常由板层状排列的扁囊构成；多分布在分泌功能旺盛或分化较完善的细胞内。..\n.滑面内质网(smoothendoplasmicreticulum,SER)：胞质面无核糖体附着，表面光滑；常由分支的小管或圆形小泡；多分布在一些特化的细胞中，如肝细胞。3、化学组成：通过微粒体研究内质网的化学成分。★微粒体(microsome)——应用蔗糖密度梯度离心法将细胞匀浆离心，使内质网断裂成许多直径约100nm的封闭小泡，称微粒体。主要成分：脂类（卵磷脂含量丰富，鞘磷脂含量很少）、蛋白质（含量较细胞膜多）★标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶4、功能：粗面内质网：蛋白质的合成、加工、分选、转运。滑面内质网：脂质与固醇的合成、代谢以及细胞解毒作用。（一）粗面内质网的功能1.粗面内质网与蛋白质的合成★①RER上合成的四类蛋白质A、分泌蛋白：合成后分泌到细胞外的蛋白质。（酶、抗体、肽类激素、胞外基质成分等）B、膜蛋白：合成后嵌在膜内的蛋白质。（膜受体、膜抗原等）C、驻留蛋白：合成后留在内质网腔中，对新生肽链进行修饰、转运和折叠。（某些可溶性蛋白质）D、溶酶体蛋白：合成后通过特定途径成为溶酶体中的酶。（溶酶体中的酸性水解酶类）★★②关于分泌蛋白合成的信号假说1975年Blobel等提出信号假说(signalhypothesis)，用以解释内质网膜对游离核糖体的识别、两者的结合以及所合成的多肽链穿过内质网膜进入内质网腔等一系列事件。*信号肽（signalpeptide)：在分泌蛋白mRNA5’端起始密码子AUG之后有一组信号密码,蛋白质合成时先在游离核糖体上由信号密码翻译出信号肽，信号肽由18~30个疏水氨基酸组成。*信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）：由6种多肽和1个RNA组成，既能识别信号肽，又能与核糖体的A位点结合，导致蛋白质合成暂停。*SRP受体（SRPreceptor）：内质网膜的整合蛋白，可与SRP特异结合。*移位子（translocator，translocon）：内质网膜的通道蛋白。★★信号假说的内容1）合成信号肽。2）SRP识别信号肽，形成核糖体-SRP复合体，翻译暂停。3）SRP与ER膜上的SRP受体识别并结合，形成核糖体-SRP-SRP受体复合体，核糖体与ER膜结合。4）信号肽插入ER腔，SRP脱离核糖体，翻译继续。5）信号肽被切除，成熟肽链落入ER腔。6）核糖体脱离ER膜进入细胞质。2.粗面内质网与蛋白质的糖基化（1）在RER上合成的大部分蛋白都需要进行糖基化修饰，形成糖蛋白。★（2）蛋白质的两种糖基化修饰：N-连接糖基化：寡糖与天门冬酰胺(Asn)残基侧链上的氨基基团相连接。★在RER腔中完成。O-连接糖基化：寡糖与丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)残基侧链上的羟基基团相连接。..\n.★主要或全部在高尔基复合体中完成。3.粗面内质网与蛋白质的运输（1）分泌蛋白的运输：分泌蛋白→→→ER腔→高尔基复合体→→→→细胞外（2）膜蛋白的运输：RER上合成的膜蛋白，其肽链中会出现一个或多个终止穿膜信号，从而使其以不同方式整合在ER膜上。（3）驻留蛋白的运输：RER上合成的驻留蛋白，其肽链羧基端带有驻留信号肽，从而使其“驻留”在ER腔中，负责对新生肽链进行修饰、转运和折叠。（4）溶酶体蛋白的运输：溶酶体蛋白→ER腔→→高尔基复合体→溶酶体★（二）滑面内质网的功能1.滑面内质网与脂类的合成：在滑面内质网上合成的主要是卵磷脂。2.滑面内质网与糖原的合成与分解：实验已证实滑面内质网参与了糖原的分解，但是否参与糖原的合成还有待探讨。3.滑面内质网与细胞解毒：由肠道吸收的外源性药物、毒物或机体代谢产生的内源性毒物，均由肝细胞内的滑面内质网通过氧化、甲基化、结合等方式降低或排除毒性。三、高尔基复合体(Golgicomplex，GC)1898年意大利-----高尔基（CamilloGolgi)-----光镜-----枭、猫-----神经细胞★★1、形态结构;光镜下：网状结构电镜下：成熟面→形成面：反面高尔基网状结构、高尔基中央扁平囊（反面扁囊、中间扁囊、正面扁囊）、顺面高尔基网状结构★高尔基复合体是具有极性的细胞器。2、化学组成：从膜的各种化学成分来看，高尔基复合体介于内质网膜与细胞膜之间。★其特征性酶为糖基转移酶。★主要功能：（一）GC与细胞的分泌活动：3H标记亮氨酸追踪实验证明，分泌蛋白在RER中合成后被运送至GC，在其中经浓缩、修饰、加工后包装于分泌泡中，最终分泌到细胞外。可见，GC在细胞分泌活动中起着主要的运输作用。（二）GC对蛋白质的加工修饰蛋白质的O-连接糖基化作用主要或全部在高尔基复合体内完成。高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。有些蛋白和酶，只有在GC中被特异性水解后才能成熟或具有活性，如胰岛素(三）GC对蛋白质的分选运输rER合成的蛋白经修饰后，有GC分选后被运送到细胞不同的部位。新合成的蛋白质被特异性的分送到需要它的靶部位的现象,叫做蛋白质的分选。分选对于蛋白质在细胞内各部位的正确分布具有重要意义，决定蛋白质去向的因素之一是被分选蛋白质本身所含的分选信号（四）GC与溶酶体的形成溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导溶酶体酶聚集并‘出芽’离开高尔基复合体形成溶酶体。（五）GC与膜的转移★膜流现象：在细胞的内吞与外吐过程中，细胞膜与细胞内膜之间可发生移位、融合或重组，使得各种膜性结构之间相互联系、相互转移，此现象称为膜流(membraneflow)现象。四、溶酶体(lysosome）..\n.1955年——C.deDuve——大鼠肝细胞匀浆——细胞化学显示1965年——电镜观察——正式命名★一.溶酶体的形态特征与化学组成（一）溶酶体的一般特征溶酶体由一层单位膜包围，内含多种酸性水解酶；多为圆形或卵圆形，直径0.25~0.5um；也有管状溶酶体、线状溶酶体。（二）溶酶体的酶溶酶体内有多种酸性水解酶，最适pH5.0，能把蛋白质、核酸、多糖、脂类等大分子分解。不同类型细胞及同一类型细胞内不同的溶酶体中酶的种类和比例各不相同。但酸性磷酸酶则普遍存在，所以将其作为溶酶体的标志酶。（三）溶酶体的膜1、溶酶体膜上有质子泵，将胞质中的H+泵入溶酶体，以形成和维持溶酶体内的酸性环境。2、溶酶体膜内存在多种载体蛋白，用于向外运输消化水解的产物。3、溶酶体膜蛋白高度糖基化，以防止自身被水解消化。★★二.溶酶体的类型1、内体性溶酶体形成过程：内质网→高尔基复合体→内体性溶酶体功能状态：只含酶，不含底物，未进行消化活动2、吞噬性溶酶体形成过程：内体性溶酶体+底物→吞噬性溶酶体功能状态：既含酶，又含底物，已进行消化活动分类：①自噬性溶酶体（内体性溶酶体+内源性底物）自嗜体②异噬性溶酶体（内体性溶酶体+外源性底物）异嗜体3、残余小体：当吞噬性溶酶体到达其功能的末期阶段时，由于水解酶活性降低或丧失，一些未被消化分解的物质保留在溶酶体中，形成残余小体。特征：电镜下观察，电子密度较高，染色较深。常见类型：脂褐质——常见于神经细胞和心肌细胞中，随着年龄增长而数量增多。含铁小体多泡体髓样结构溶酶体的发生（见前）溶酶体的功能★（一）细胞内的消化作用1、自嗜作用：细胞对内源性物质，如线粒体、内质网等细胞器碎片的消化作用。意义：①是细胞新陈代谢的重要方式；②是机体和细胞的自我保护功能。（消化掉自体的一小部分，以维持整体的生存）2、异嗜作用：细胞对外源性物质，如胞外营养成分、细菌、病毒等的消化作用。意义：①为细胞生存提供营养物质；②是机体防御功能的一部分。（二）自溶作用：是指细胞内的溶酶体膜破裂，消化酶释出，使细胞自身被消化的过程。蝌蚪发育过程中尾部的退化、哺乳动物断乳后乳腺的退行性变化等都与细胞自溶作用有关。（三）参与受精作用及骨质更新协助精子与卵细胞受精：动物精子的顶体是一种特化的溶酶体，含有多种水解酶。..\n.在骨质更新中的作用：在骨发生和骨再生过程中，溶酶体对骨质的更新起着重要作用。破骨细胞的溶酶体酶能释放到细胞外，分解和消除陈旧的骨基质，这是骨质更新的一个重要步骤。（四）参与激素的生成如甲状腺素溶酶体与疾病的关系1、先天性溶酶体病：由于部分溶酶体酶缺乏，相应底物不分解而积累于溶酶体内，导致代谢障碍。如糖原贮积病、脂质沉积病、粘多糖沉积病等2、溶酶体膜稳定性异常所致疾病：溶酶体膜的稳定性受到破坏可使细胞遭受损伤，出现各种病理现象。如矽肺(silicosis)、痛风(gout)、类风湿性关节炎(rheumatoidarthritis)等3、溶酶体与恶性肿瘤：某些致癌物质进入细胞后引起溶酶体膜损伤，使水解酶逸出，进一步引起DNA损伤，导致细胞癌变。五、过氧化物酶体1954年——Rhodin——电镜——小鼠肾小管上皮细胞——微体(microbody)一.过氧化物酶体的形态结构电镜：由一层单位膜包围、高电子密度、圆形或卵圆形的细胞器。0.3-0.5um二.过氧化物酶体所含的酶共有40种以上的酶。其中标志酶是过氧化氢酶。三.过氧化物酶体的功能对有毒物质的解毒作用：H2O2+R’H2®R’+2H2O对细胞氧张力的调节作用：RH2+O2®R+H2O2对氧化型辅酶I(NAD+)的再生作用参与核酸、脂肪和糖的代谢过氧化物酶体的产生内膜系统的功能意义①增大细胞内的表面积，为细胞内各种代谢提供更为广阔的场所②不同催化功能的酶系分隔局限在一定区域，保证了各种生理生化反应互不干扰，有条不紊的进行③形成了一个严密而完善的胞内物质合成、加工、运输和胞内结构、功能转化体系第十章细胞生长、分裂及细胞周期细胞生命活动的基本特征：细胞生长、分裂★细胞分裂的方式：无丝分裂：最简单的一种，分裂过程中没有染色体的组装，没有纺锤体的形成，核仁首先分裂，向核的两端移动，而后核的中部从一面或两面向内陷进，胞质分裂，形成两个子细胞。有丝分裂：高等真核生物细胞增殖的主要方式，细胞分裂过程中形性细胞器----有丝分裂器，以确保复制好的遗传物质均等地分配给两个子细胞。减数分裂：又叫成熟分裂，是有性生殖个体形成生殖细胞的一种特殊分裂方式。分裂过程中，染色体复制一次，而细胞连续分裂两次，子细胞只含有母细胞染色体数目的一半。..\n.一、无丝分裂（直接分裂）：直接进行细胞核与细胞质的分裂方式。分裂过程中既无染色体、纺锤体的形成，也无核膜、核仁的解体。在低等生物中较为常见。二.有丝分裂又称间接分裂，是高等真核生物细胞分裂的主要方式。有丝分裂过程包括核的分裂、染色体和纺锤体的形成以及核分裂之后随即而来的胞质分裂。有丝分裂的主要特征是：产生———有丝分裂器。★★有丝分裂器——有丝分裂中期由纺缍体、染色体、中心粒和星体共同组成的临时性结构，专门执行有丝分裂的功能，对维持染色体的平衡、确保两套染色体均等地分配给两个子细胞具有重要作用。星体：由围绕中心粒向四周辐射的短微管组成。这些短微管称星体微管。纺锤体：由大量微管纵向排列组成中间宽，两端小的纺锤状结构★动物细胞有丝分裂的过程根据分裂细胞形态和结构的变化，可将连续的有丝分裂过程人为地分为前中后末四个时期：★有丝分裂各期的主要事件1、前期：染色质的凝集；核膜破裂；核仁解体；分裂极确定。2、中期：有丝分裂器形成；染色体排列在赤道面上形成赤道板(equatorialplate)。3、后期：着丝粒断裂；姐妹染色单体分离。4、末期：子细胞核重建；胞质分裂——收缩环(contractilering)。三.减数分裂减数分裂——是有性生殖个体形成生殖细胞过程中所进行的一种特殊分裂方式。其特点是细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，结果产生了染色体数目减半的生殖细胞。特点：1.一次DNA复制和两次细胞分裂；2.子细胞与母细胞之间的遗传性具有较大差异；3.由1个母细胞形成4个子细胞，染色体数目减半。..\n.（一）第一次减数分裂★同源染色体(homologouschromosomes)：形态大小相同、结构相似、一条来自父方一条来自母方，上面载有等位基因的一对染色体。★联会复合体(synaptonemalcomplex,SC)1.前期I(偶线期)：1.同源染色体配对——联会(synapsis)2.二价体(bivalent)形成2、前期I(粗线期)：非姐妹染色单体之间发生部分片段的交换，出现交叉(chiasma)现象。※交叉被认为是粗线期交换发生的细胞形态学证据。3、前期I(双线期)：1.联会复合体消失。2.同源染色体某些部分分离，出现交叉端化(terminalization)现象。3.RNA复制活跃。※随着双线期的进行，交叉点开始远离着丝粒，逐渐向染色体臂的端部移动，此现象称为交叉端化。4、前期Ⅰ（终变期）：1.染色体再凝聚2.四分体端化明显3.纺锤体开始形成。..\n.★★有丝分裂和减数分裂异同相同点：1.细胞核和细胞质的周期性变化是一致的；2.分裂过程都分为前中后末期；3.都形成有丝分裂器；4.都有染色体的螺旋化与去螺旋化循环；着丝粒的结构和功能相同。不同点：1.Mi发生在所有的体细胞，Me只发生在生殖细胞；2.Mi是一次均等分裂，DNA复制一次，其结果是两个子细胞得到与亲代细胞相同的染色体数(二倍体)和等量的DNA；Me是一次“减数”分裂和一次均等分裂，DNA只复制一次，其结果是四个子细胞均为单倍体，含有亲代细胞DNA量的一半。3.Mi的DNA合成发生在S期，接着就进入G2期和有丝分裂期；Me的DNA合成发生在Me之前，时间较Mi长得多，接着就进入有丝分裂期，G2期很短，甚至没有G2期。4.第一次Me有同源染色体配对、非姐妹染色体单体交换等现象；Mi中每条染色体都是独立的，不会产生联会和交换。5.Mi时间一般为1~2小时；Me是很长的过程，人类男性持续24天，女性可持续数年之久。6.两者最本质的区别是：Mi的结果，遗传物质保持恒定(仅在突变或染色体畸变时产生变化)；而Me则产生遗传的多样性。第二节细胞周期★细胞周期(cellcycle)——是指从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂结束所经历的过程。所需的时间则称细胞周期时间（Tc）。..\n.一.细胞周期各时相的动态变化G1期：此期合成大量RNA和蛋白质。•G1期是细胞生长的主要阶段，在周期时间中占的比例最大。•★细胞周期时间的不同，主要差别在G1期的长短不一。(P198表10-2)G1期存在R点，能对多种环境信号进行综合、协调并作出反应，以确定细胞是否进入S期。G1期是决定细胞增殖状态的关键阶段。★限制点（R点）：G1期对一些环境因素的敏感点，可限制正常细胞通过周期。是控制细胞增殖的关键。★G1期的增殖状态1）继续增殖细胞：始终保持旺盛的增殖活性，分化程度低，细胞代谢水平高，对环境信号敏感。如造血干细胞。2）暂不增殖细胞(G0期细胞)：这类细胞长期停留在G1期而不越过R点，但这种细胞并未失去增殖能力，在适当条件下可以恢复到增殖状态，只是需要经过较长的恢复时间，才能越过R点进入S期。这种分化细胞长期处于增殖的静止状态，因而叫…。如肝、肾的实质细胞。3）永不增殖细胞：无增殖能力的细胞，结构和功能高度分化，如哺乳类的成熟红细胞，神经元细胞等。S期：进行DNA的复制、染色体成分（组蛋白和非组蛋白）的合成。G2期：为有丝分裂进行物质和能量的准备，并合成有丝分裂调控的重要因子——MPF（其成分为P34cdc2和cyclin，它们能促使间期核膜破裂，并使染色质凝聚为染色体。）M期：染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。细胞周期的特点u单向性：即细胞只能沿G1→S→G2→M方向推进而不能逆行.u阶段性：在4..\n.个连续的时相中，细胞的形态与代谢特点有较明显的差异，细胞可因某种原因在某时相停滞(arrest)下来，待生长条件好转后，细胞可重新活跃起来过渡到下一时相。二、细胞同步化概念：使处于细胞周期不同阶段的细胞共同进入某一特定阶段的过程。常用的细胞同步化方法：1.选择同步化：有丝分裂选择法、细胞沉降分离法2.诱导同步化：DNA合成阻断法、中期阻断法三、细胞周期的调控·真核细胞有一个复杂的细胞周期调节蛋白网络，称为细胞周期调控系统（cell-cyclecontrolsystem)。（一）细胞周期调控系统的组成1.细胞周期蛋白（cyclin）细胞周期蛋白是一个蛋白家族，由一个相关基因家族编码，普遍存在于真核细胞中，在细胞周期进程中周期性合成与降解。在分子结构上存在共同的特点，即含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合，形成复合物，参与细胞周期的调节。人类细胞主要有：cyclinA、B、D、E2.细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependentkinase，CDK)Cdk激酶是个家族，其成员有cdk1、cdk2、cdk3、cdk4、cdk5、cdk6．cdk7．cdk8．cdk9等，这些蛋白均含有激酶结构域，CDK通过与该结构域中的一段保守序列与cyclin结合。lCyclin–CDK复合物才具酶活性Cyclin：调节亚基,CDK：催化亚基Cyclin-Cdk复合物的活性调节决定于下列几种因素1.相应cyclin水平的高低2.CDK分子上一定位点磷酸化修饰。3.CKIs（CDK-inhibitor）含量的高低。Cyclin-Cdk复合物的活性调节1）CDK蛋白磷酸化和去磷酸化作用uCyclin-CDK复合物的活性可以被CDK活化位点顶部一对氨基酸的磷酸化所抑制。u磷酸化为Weel蛋白激酶催化；去磷酸化则由cdc25磷酸酶完成。2）CDK抑制蛋白（cdkinhibitorprotein，CKI)的调节。在细胞周期各阶段，不同的CKI可与相应的cyclin-Cdk复合物结合，改变Cdk分子活性位点和空间位置，形成三元复合物，抑制其活性，实现对细胞周期的调控。3、细胞周期检查点（checkpoint）为了保证细胞周期正常运转，细胞中存在一系列监控系统，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，只有当这些事件完成后，才允许细胞周期进一步运行，该监控系统即为检测点（checkpoint）细胞周期检查点监控细胞周期活动的正确性1.G1检查点：start(酵母），R点（哺乳动物），检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？2.S期检查点：DNA复制是否完成？3.G2/M检查点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？..\n.4.有丝分裂中期检查点（纺锤体组装检查点）(二)细胞周期事件的胞内调控机制cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心，其周期性的形成及降解，引发了细胞周期进程中的特定事件的出现，并促成了G1期向S期，G2期向M期，中期向后期等关键过程不可逆的转换。1.G1期的调控：G1-CDK使RB蛋白磷酸化而释放转录因子E2F,促进G1期细胞跨越限制点，向S期发生转化。2.S期的DNA复制：CyclinA-Cdk复合物形成。·CyclinA–Cdk复合物能启动DNA的复制，并且阻止已复制的DNA再次发生复制。细胞融合实验表明:只有G1期的细胞有能力开始DNA复制,而完成了S期的细胞G2期细胞则不能进行DNA复制。3.G2/M期转化中cyclinB-CDK复合物的作用G2晚期形成cyclin-CDK复合物，在促进G2期向M期转换的过程中起重要作用，该复合物又被称为成熟促进因子（maturationpromotingfactor，MPF)，意为能促进M期启动的调控因子。MPF=Cdk1＋cyclinBMPF磷酸化M期启动有关的蛋白质。如MPF可催化组蛋白HI磷酸化，从而调节染色体高级组装，引起染色质凝集与启动有丝分裂；MPF可磷酸化核纤层蛋白。促使核纤层结构解体。激活的M-Cdks使细胞进入有丝分裂期蛋白磷酸化酶Cdc25：移去抑制性的磷酸抑制性激酶Weel：活性被抑制（三）细胞周期的胞外调控因素－生长因子对细胞增殖的影响生长因子：是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多数能促进细胞增殖，又称有丝分裂原（mitogen），如表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）、血小板生长因子（platelet-derivedgrowthfactor，PDGF）等生长因子刺激G1-CdkandG1/S-Cdk活性如通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclinD、SCF、E2F等G1-S有关的基因表达，细胞进入S期。细胞周期调控的核心是一系列cyclin-CDK复合物。其活性受到各种因素调节，如外界环境，细胞损伤，未完成的细胞周期事件等。思考题：1.CyclinCDK1.简述Cyclin-Cdk复合物的活性调节2.简述MPF（maturation-promotingfactor）的组成和在G2/M期进程中的作用。第十一章细胞的分化第一节细胞分化的基本概念★★一.细胞分化(differentiation)的概念是指从受精开始的个体发育过程中细胞之间在形态、功能和蛋白质合成等方面逐渐产生稳定性差异的过程。特点：1.细胞分化表现为细胞间发生稳定性差异。--------不可逆..\n.2.分化方向的确定往往早于形态差异的出现。--------细胞决定3.细胞生理状态随分化水平提高而变化。--------细胞分裂能力、对环境的反应及抵抗能力的改变4.细胞分化的时空特异性。二.细胞的全能性和细胞决定★★（一）细胞全能性：是指单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力。生殖细胞尤其是卵细胞是潜在的全能性细胞。就分化潜能来讲，动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高，而逐渐“变窄”，此为细胞分化的普遍规律。全能细胞（totipotentcell)：单个细胞在一定条件下具有分化发育成完整个体的能力。多能细胞（pluripotentcell)：分化潜能受限，失去发育成完整个体的能力，但仍具有发育成多种表型的能力。稳定型单能(unipotency)：随着细胞分化，细胞的分化潜能进一步受到限制，只有分化形成某一类型细胞的能力。分化细胞的细胞核具有全能性证据一、高度分化的植物细胞仍具有全能性，在适宜的条件下可培育成正常的植株。证据二：动物细胞核移植实验1996年英国克隆羊-多利的培育成功是分化细胞的细胞核具有全能性的实例。★（二）细胞决定（celldetermination）：许多情况下，细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向着特定方向分化，这时细胞内部已发生变化，确定了未来的发育命运，使其最终形成特定表型的细胞，称之细胞决定。决定之后，分化的方向一般不会中途改变。第二节细胞分化的分子基础细胞分化的实质是细胞按照一定程序发生的基因选择性表达不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。管家基因(house-keepinggene)：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；如核糖体蛋白，线粒体蛋白，膜蛋白、组蛋白。奢侈基因(luxurygene)：又称组织特异性基因(tissue-specificgenes)，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；如红细胞的血红蛋白基因，皮肤的角蛋白基因。细胞分化的影响因素1、细胞核对分化的影响细胞核内基因选择性表达，表达调控可以发生在转录、翻译以及蛋白质形成后活性修饰等不同水平，其中转录因子介导的转录水平调控最为重要。2、细胞质对分化的影响卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定位于特定的空间，卵的异质性使卵的分裂必然是不对称的；卵裂期间，不同的细胞质组分被分配到不同的子细胞内，这些特殊的组分被称为形态发生的决定子，它们支配细胞分化的途径；不同的子细胞得到的“家产”不同，因此具有不同的分化命运。3、细胞间相互作用对分化的影响：..\n.（1）一部分细胞通过旁分泌产生信号分子（成纤维细胞生长因子，转化生长因子等）对其邻近细胞的形态发生影响，并决定其分化方向。蛙胚发育22天时，前脑两侧向外突出，形成视泡。视泡与外面的外胚层上皮接触，诱导后者形成晶状体，随后在视杯和晶状体共同诱导下外面的表皮形成角膜。（2）已分化的细胞可以产生抑制邻近细胞进行同样的分化的物质，使发育的器官之间相互区别而避免重复发生。n含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。n用含成体蛙脑组织碎片的培养液培养蛙胚，也不产生正常的脑。（3）同类细胞可以通过表面同样的粘合分子，进行相互识别、黏着、聚集并相互作用，这有利于形态发生以及正常结构的构建和维持。将蝾螈的原肠胚三个胚层的游离细胞体外混合培养，各胚层细胞又将自我挑选，相互黏着，依然形成外胚层在外，内胚层在内，中胚层介于二者之间的胚胎。细胞分化与肿瘤•肿瘤细胞是生物体内的正常细胞演变而来的。•从细胞分化的观点分析肿瘤，可认为，细胞癌变是细胞分化领域中的一个特殊问题,肿瘤细胞是正常细胞分化机制失控造成的。肿瘤细胞经诱导分化后可以“改邪归正”·研究表明肿瘤细胞可以在高浓度的分化信号作用下，被诱导分化为正常细胞。如，应用维甲酸治疗早幼粒细胞白血病的诱导分化治疗取得了大批病例的成功.·提示了肿瘤治疗的一个新方向。两篇参考文献，任选一篇阅读：1.Generationofgermline-competentinducedpluripotentstemcells.Nature,Vol448,(19):313-317,2007.2.InducedPluripotentStemCellsGeneratedfromPatientswithALSCanBeDifferentiatedintoMotorNeurons.Science,Vol12:1218-1221,2008.然后思考下列问题：1、细胞可以改变分化方向吗？2、你认为文献中使用的方法其作用原理是什么？3、你认为这些科研结果会有怎样的应用前景？第十二章细胞的衰老和死亡细胞的衰老和死亡是人体新陈代谢的自然现象。头发变白、牙齿脱落、肌肉萎缩、血管硬化、感觉迟钝、记忆力衰退第一节细胞的衰老一、细胞衰老的概念与特征衰老：是指生物体在其生命的后期阶段所进行的全身性的，多方面的，十分复杂的，循序渐进的退化过程。ж机体的衰老是以细胞总体的衰老为基础的，是细胞的增殖能力逐渐减弱的现象。Hayflick限制（1961年，Hayflick和Moorhead提出）n细胞不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限。－癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态已经不同于原先的细胞。..\n.－细胞的增殖能力与供体年龄有关。－物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系。细胞衰老的特征1、细胞内水分减少，蛋白质亲水胶体系统中的胶粒带电荷↓2、色素颗粒沉积增多，脂褐质在神经细胞、肝细胞和肌细胞中沉积3、细胞器的衰老变化细胞膜上微绒毛数目增加•细胞膜流动性降低•细胞膜受体-配体复合物形成效能降低•线粒体在衰老过程中的变化•细胞核在衰老过程中的变化4、化学组成与生化反应的改变，蛋白质合成的速度下降，细胞内酶的活性与含量有所改变二、细胞的衰老学说（一）自由基理论自由基是机体代谢过程中产生的一些高活性的化合物，其外围常有不配对的电子。这种状态的分子遇到任何化合物倾向破坏性的氧化。细胞中许多自由基是由线粒体制造出来的。细胞可通过自身隔离化、保护性的酶和其他抗氧化的分子三种主要的机制来清除过多的自由基。自由基若不能及时清除，则过多的自由基会对许多细胞组分（如膜脂、膜蛋白、蛋白质、DNA等）造成损伤，最终导致细胞衰老。（二）神经免疫网络论神经免疫网络是机体内外环境平衡的重要保证。网络结构的组成包括神经系统和免疫系统的器官、组织、细胞及参与网络调节的各种介质分子。现有许多证据表明，下丘脑是人体的“衰老生物钟”。（三）遗传程序论遗传程序论:机体从生命一开始，其生长、发育、衰老与死亡都按遗传密码中规定的程序进行，在生命过程中随着时间的推延，有关基因启动与关闭的命令按时发生，细胞“自我摧毁”的计划按期执行。遗传结构在衰老过程中作用的几种假说：1.重复基因利用枯竭说2.DNA修复能力下降说3.衰老基因说（四）端粒钟学说端粒是染色体末端的一种特殊结构，由简单的串联重复序列DNA组成。该学说认为：端粒随细胞的分裂不断缩短；当端粒长度缩短到一定域值时，细胞就进入衰老过程。（五）其他学说1.错误成灾学说2.钙调蛋白学说总之，细胞衰老的原因及其机制是非常复杂的，遗传和环境因素都影响着衰老的进程。第二节细胞的死亡一、细胞死亡的概念与特征细胞死亡：细胞生命现象不可逆地停止。标致：活细胞中性红染色显红色，死细胞台盼兰染色显蓝色。更重要的依据为细胞是否具有功能及繁殖能力。..\n.二、细胞死亡的机制程序性细胞死亡：又称为细胞凋亡，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序性的死亡。是一种主动过程，涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用。特征：细胞收缩、染色质凝缩成块状、细胞膜表面出现突起或小泡，这些小泡最终包进细胞器及死细胞的其它成分，并相互独立开来，形成凋亡小体。细胞坏死（necrosis）：是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症反应。即细胞的病理性死亡。细胞凋亡（cellapoptosis）：细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程。又称细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD），即在一定时间内细胞按照一定的程序发生死亡、这种死亡具有严格的基因时控性和选择性。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。Ø特征：细胞核的变化：核DNA在核小体连接处断裂成核小体片断，染色质固缩，呈新月状、花瓣状等形态，染色质进一步聚集使核膜在核孔处断裂，形成核碎片。uDNA片断化：细胞凋亡的主要特征是形成大小为180～200bp特征性的DNAladders。Ø细胞膜的变化：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间连接消失，但细胞膜仍保持完整，没有失去选择通透性。细胞膜出现了一些生物大分子，如磷脂酰丝氨酸等，这些分子可能与凋亡细胞的清除有关。Ø细胞质的变化：细胞质浓缩，线粒体增大，嵴增多，接着出现空泡化。内质网增殖膨大。细胞骨架结构也变得致密和紊乱。思考题：1.什麽是Hayflick界限？2.细胞凋亡的概念，形态学特征及其与细胞坏死的区别？3.在用琼脂糖凝胶检测凋亡细胞的基因组DNA时，观察到的是什么样的带型？为什么？..\n.第十三章干细胞n在个体成熟之后，机体的组织仍然保持着一种特有的自稳性。即在特定组织中细胞的死亡和细胞的增生的速度会维持着一个动态平衡。n各种组织还保持着程度不同的损伤后再生的能力，如两栖类动物、哺乳动物的造血系统，小肠，毛发及皮肤等。干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的细胞，它存在于人体或者动物个体发育各个阶段的组织器官中，是各种分化细胞或特化细胞的初始来源。一、干细胞的特性（1）干细胞本身不是处于分化途径的终端；（2）干细胞能无限地增殖分裂；（3）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；（4）干细胞通过两种方式生长：一种是对称分裂——形成两个相同的干细胞；另一种是非对称分裂——一个子细胞不可逆地走向分化的终端，成为功能专一的分化细胞，另一个保持亲代的特征，仍作为干细胞保留下来。二、干细胞的分类按来源分类:胚胎干细胞、成体干细胞按分化潜能分类：全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞全能干细胞：处于8细胞之前的每一个胚胎细胞都具有全能性，将任意细胞移入子宫，都可以发育为一个完整个体。称为全能干细胞。多能干细胞：随着发育的进行，形成胚泡，胚泡一侧的内细胞团具有分化为成熟个体中所有细胞类型的潜能，但没有形成完整个体的能力，称为多能干细胞，也称为胚胎干细胞。专能干细胞：随着胚胎继续发育，多能干细胞进一步分化，其后代的分化潜能将进一步变窄。只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。如神经干细胞只具有分化为神经元、神经胶质细胞的潜能。三、干细胞的形态和生化特点Ø干细胞是具有强大增殖潜能的原始细胞。Ø细胞通常呈圆形或椭圆形，体积较小。核质比相对较大。细胞中各种细胞器不够发达等。Ø有比较高的端粒酶活性。Ø不同的干细胞具有各异的生化标志，对于确定干细胞的位置，寻找和分离干细胞有重要意义。Ø如：角蛋白15是确定毛囊中表皮干细胞的标志分子，巢素蛋白是神经干细胞的标志分子。Ø本质特点：具有增殖和自我更新能力，在适当条件下表现出分化潜能。四、干细胞的增殖特征1.干细胞增殖的缓慢性n干细胞进入分化程序前，要经过一个短暂增殖期，产生过渡放大细胞。n..\n.过渡放大细胞是界于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，经若干次分裂后产生分化细胞，其作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化细胞。缓慢增殖的生理意义：可减少基因发生突变的危险；有利于干细胞对环境信号作出反应。四、干细胞的增殖特征2.干细胞增殖系统的自稳定性n自稳定性是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维持其自身数目的恒定。n对称分裂：干细胞分裂产生的两个子细胞都是干细胞或都是分化细胞。n不对称分裂：干细胞分裂产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞。五、干细胞的分化特征n干细胞的分化潜能（全能－多能－专能）n干细胞具有可塑性，在适当条件下干细胞的转分化和去分化。n干细胞的转分化：一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型细胞的现象。如人的骨髓干细胞可以分化为肝脏细胞、肌肉细胞、神经细胞等。n干细胞的去分化：一种干细胞向其前体细胞的逆向转化。六、干细胞增殖与分化微环境干细胞的增殖分化是受到严密调控的。干细胞的这种调控机制，是由于它在组织器官中所处是微环境决定的。这种微环境称为干细胞巢。n分泌因子：许多分泌因子对干细胞的生存、增殖和分化具有重要调控作用。n受体介导的细胞间相互作用n整合素和胞间基质第二节胚胎干细胞n胚胎干细胞是指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。胚胎干细胞可以在体外无限扩增并保持未分化状态，具有分化为胎儿或成体动物各种细胞类型的潜能。n在适当条件下胚胎干细胞可被诱导分化为多种细胞。一、人胚胎干细胞的获得（Embryonic Stem cell, ES细胞）胚胎干细胞：来源于胚胎内细胞团(ICM)和原始生殖细胞,具有发育全能性(具有分化发育成三个胚层细胞的潜力)的细胞。(1)发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞àES细胞(2)从5-9周的胚胎生殖腺中分离出人的EG细胞(3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞(4)利用克隆羊体细胞核移植技术是获得胚胎干细胞的又一种选择：　去核卵细胞+体细胞核à克隆à囊胚à分离内细胞群àES细胞二、人胚胎干细胞的应用潜能n1.移植治疗：很多疾病或病症（如帕金森病、糖尿病创伤性脊髓损伤等）都可以通过移植人的分化的ES细胞得到治愈。n2.其它应用潜能：可用于研究目前无法解释的人类早期发育引起的先天性缺陷和胎盘异动导致的自然流产；可用于毒性筛选；能用于共同治疗互补。第三节精原干细胞n精原干细胞(spermatogonialstemcells,SSCs)是雄性生殖系干细胞，位于睾丸曲细精管基膜上，既具有自我更新潜能，又具有定向分化潜能，是自然状态下出生后动物体内在整个生命期间进行自我更新并能将基因传递至子代的唯一成体干细胞。第四节成体干细胞n在成体组织器官中，许多细胞仍具有自我更新及分化产生不同组织细胞的能力。n成体干细胞是在成体组织内具有自我更新能力及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞。..\n.几种成体干细胞n造血干细胞是骨髓中一种能起着造血功能的细胞。n人血中的红细胞、血小板、淋巴细胞、粒细胞等,都是由它经过多次分化发育而成的。n利用造血干细胞移植治疗的疾病很多。如肿瘤性疾病：白血病；以及非肿瘤性疾病：再生障碍性贫血，重症免疫缺陷病，急性放射病，地中海贫血等。神经干细胞(neuralstemcells，NSCs)其存在推翻了神经元无法再生的传统观点•神经干细胞是神经系统中能够增殖分化成神经元和神经胶质细胞的特定原始神经细胞。•目前已在哺乳动物的中枢神经系统多个部位发现并分离出神经干细胞。•对治疗帕金森氏病、Huntington病、脑、脊髓损伤等,神经系统疾病到来了希望。间充质干细胞n具有分化为间质细胞的潜能，可以分化为多种间充质组织，如骨、关节、脂肪、肌肉、骨髓基质。n在体外容易被诱导为成骨细胞和软骨细胞，因此在骨损伤，骨组织畸形治疗方面具有潜在应用价值。其他成体干细胞n皮肤干细胞维持机体体表屏障的动态平衡n小肠干细胞位于小肠内腔面隐窝深处n角膜干细胞维持了角膜上皮的更新和再生。n肝干细胞具有分化为肝细胞和胆管上皮细胞的潜能。09170324张诗梦整理..