医学细胞生物学讲义
(MEDICAL CELL BIOLOGY)
第一章 绪论
【熟悉】细胞、细胞生物学和细胞学说的概念
【了解】细胞生物学的研究范围、研究观点,细胞生物学的发展简史及其与医学的关系。
当前细胞生物学的主要特点和主要发展趋势。
第一节细胞生物学研究内容
细胞(cell)是生命活动的单位,是生物形态结构与功能的基本单位。 细胞的基本功能:自我增殖和遗传、新陈代谢、运动性。
细胞生物学(cell biology)是细胞学与分子生物学交汇的领域,它应用近代物理、化学技术和实验生物学的方法,从细胞整体水平、超微结构水平和分子水平来研究细胞结构及其生命活动规律的学科。是细胞学的延续和发展。
医学细胞生物学(medical cell biology)是以细胞生物学和分子生物学为基础,探索研究人体细胞发生、发展、成长、衰老和死亡的生命活动规律以及发病机理和防治的学科。 一、研究内容
研究:细胞进化、生长繁殖分化、运动和兴奋传导、遗传与变异、癌变等基本活动规律
二、三个研究水平:
细胞整体水平、亚细胞水平(超微结构水平)、分子水平
三、三个研究观点
1(进化观点
2(形态研究与功能研究相结合
3(整体和动态的观点
第二节 细胞生物学发展简史
一、细胞学说的创立(1665~19世纪中)
“细胞学说(cell theory)”:一切生物(从单细胞生物到高等动物和植物)都是由细胞组成的;细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。
“细胞来源”:一切细胞只来源于原来的细胞,一切病理现象都基于细胞的损伤。 二、细胞学的经典时期(19世纪中~20世纪初)
研究特点:应用固定与染色技术,在光镜下观察细胞形态结构与分裂活动 三、实验细胞学阶段(20世纪初~中叶)
1
研究特点:采用多种实验手段,出现交叉学科
四、细胞生物学形成(20世纪50年代~现在)
50年代~现在:着重分子水平研究
1944,证实DNA为遗传物质
1953,DNA双螺旋模型提出、DNA半保留复制、中心法则
1955,三联体密码假说
1961,破译密码含义
60年代:(分子)细胞生物学形成
90年代:PCR技术、克隆动物技术、HGP启动及完善,
21世纪初:后基因组
启动
第三节 细胞生物学与医学的关系
细胞生物学是现代医学的重要基础理论。细胞生物学的研究有助于医学重大课
的解
决,致病机理的阐明、诊断、治疗、预防都依赖于(分子)细胞生物学的发展, 如:
(一)癌的防治
(二)疾病诊断
(三)疾病治疗
(四)医学基因组学研究
第四节 当前细胞生物学的特点和主要发展趋势 一、当前细胞生物学的主要特点
1(细胞的分子机制方面的研究进展迅速
2(分子遗传学与基因
方面的研究进展惊人
3(方法学的高度综合性
二、当前细胞生物学主要发展趋势
1(真核细胞基因表达的调节和控制
2(发育基因及其调控作用的研究
3(在基因水平和细胞水平上对遗传、发育和进化关系问题的探索 4(真核细胞基因产物如何形成细胞结构,如何调节和行使细胞功能
第二章 细胞的起源与进化 【掌握】原核细胞和真核细胞的主要区别。
【熟悉】细胞的进化:从原核细胞到真核细胞
从单细胞生物到多细胞生物
【了解】细胞的起源(从简单分子到原始细胞)
2
第一节 从简单分子到原始细胞
无机分子:HO、CH、NH、N、H„„ 24322
?
低分子有机化合物:氨基酸、单糖、核苷酸、脂肪酸„„
?
生物大分子:蛋白质、多糖、核酸„„
?
原始细胞(质膜的出现)
1(生物小分子的形成
2(多核苷酸的形成:自我复制体系
(多核苷酸指导多肽的合成:形成庞大复杂的增殖系统 3
4(原始细胞形成:细胞膜(质膜)的出现是最基本最关键的条件
第二节 从原核细胞到真核细胞
原始细胞的分裂与进化出现原核细胞,经漫长的年代繁衍,使地球表面积聚大量的氧气,利于真核细胞起源和进化
? 原核细胞与真核细胞形态结构的主要区别:
原核细胞(procaryotic cell)
1(细胞小1~10μm
2(无核膜、核仁(拟核),DNA含量少,裸露于细胞质中。
3(细胞质中细胞器极少,主要有核糖体,内膜系统无或简单。
4(细胞分裂为无丝分裂。
„„
真核细胞(eucaryotic cell)
1(细胞大10~100μm
2(有双层核膜包被,有核仁(真核),DNA含量多,位于核内。
3(细胞质中含有丰富的细胞器,并出现内膜系统和细胞骨架。
4(细胞分裂为有丝分裂,减数分裂,出现许多类型的分化细胞。
„„
? 在进化意义上真核细胞与原核细胞的区别(具进步意义):
1(细胞系统的分化与演变:细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞
的重要标志。
2(遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化:遗传信息的重复序列与染色体多倍性的
出现是真核细胞区别于原核细胞的另一重要标志。遗传信息的复制、转录、翻译
的装置和程序亦相应复杂化,真核细胞内遗传信息的转录、翻译有严格的阶段性
与区域性,而原核细胞内转录和翻译可同时进行。
3
第三节 从单细胞生物到多细胞生物
单细胞生物?单细胞生物群体?多细胞生物
如粘菌、绿藻、团藻
多细胞生物出现细胞分化和功能协作、整体性
第三章 细胞的分子基础 【掌握】1、核酸的组成、分类;DNA的结构和功能;RNA的种类和功能。
2、蛋白质一级结构
【熟悉】1、生物小分子(水、无机盐、单糖、脂肪酸)的功能。
2、蛋白质的空间结构(二、三、四级结构)的主要特点。 【了解】酶蛋白的功能
第一节 生物小分子 一、无机化合物
1(水(活细胞中含量最多的组分)比热大、熔点高,表面张力大、良好溶剂
游离水:是良好的溶剂,代谢反应的环境,调节体温。
结合水:是细胞内结构的组分之一。
渗透压,pH值; 2(无机盐:游离离子?
结合离子?结合蛋白、类脂
++2+3+2+-3--2-主要有:Na、K、Ca、Fe、Mg、Cl、PO、HCO、SO 434二、有机小分子
1(单糖:(CHO)n,(n=3~7) 2
功能:?供能?是细胞的组分。
最重要的单糖:?戊糖:核糖?核酸、游离核苷酸
?己糖:葡萄糖(主要营养物质)
能量储备 能量利用
糖原、淀粉 葡萄糖 ATP 2(脂肪酸:CH(CH)COOH,(N=10~20) 32n
兼性分子(双亲媒性分子):疏水端、亲水端 3(氨基酸
4(核苷酸
第二节 生物大分子——核酸 一、核酸(nucleic acid)的化学组成
4
核酸分为两大类:脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)、核糖核酸(ribonucleic
acid, RNA)、两者基本的结构分子均为核苷酸,核苷酸的组成为:单核苷酸?碱基+
戊糖+磷酸,其中 碱基+戊糖 称为 核苷
1(碱基(base):
嘌呤:腺嘌呤(A);鸟嘌呤(G)
嘧啶:胞嘧啶(C);胸腺嘧啶(T);尿嘧啶(U)
2(戊糖:核糖(ribose,在RNA中)
脱氧核糖(deoxyribose,在DNA中)
3(磷酸(phosphate)
4(核苷与核苷酸
核苷:核糖核苷、脱氧核糖核苷
核苷酸:核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸:dAMP、dGMP、dTMP、dCMP——DNA
核糖核苷酸:AMP、GMP、UMP、CMP——RNA
其它重要的单核苷酸:ATP,cAMP
二、DNA(脱氧核糖核酸,deoxyribonucleic acid)
1(DNA结构:双螺旋(double helix)结构模型(watson & Crick,1953) (1)两条磷酸-核糖骨架组成双链,右手螺旋
(2)双螺旋内侧碱基以氢键互补配对:A=T;G?C,碱基平面垂直螺旋中心轴 (3)相邻碱基平面相距0.34nm,螺旋一周10对碱基,螺距3.4nm (4)两条单链走向相反,一条为5’ —3’,另一条为3’ —5’
2(DNA的半保留复制:DNA复制后,DNA量增加一倍,形成两条DNA产物,新生
的DNA双链都是由原来的一条母链和一条子链组成,这种复制结果被称为半保留
复制。
3(DNA功能
(1)携带和传递遗传信息——遗传信息的载体:DNA分子上储存的遗传信息由多核苷
酸链上的碱基的种类、数量和排列顺序决定。各类生物DNA链上的核苷酸数很多,
100碱基的排列顺序有n(n为核苷酸数)之多,这是构成生物界生物多样性的基础。
通过DNA双链严格准确的碱基互补配对以及半保留复制DNA分子中储存的丰富的
遗传信息就可准确无误地传递到子代DNA分子中去,所以DNA的主要功能是携带
和传递遗传信息,这体现了遗传过程的相对保守性。
(2)表达,产生生物的遗传性状——作为
转录RNA,从而控制蛋白质的合成 (3)突变:发生变异,引导进化
三、RNA(核糖核酸,ribonucleic acid):单核苷酸链
RNA也由4种核苷酸通过3’,5’ —磷酸二酯键相连而成。注意RNA与DNA在结构组成上的区别。与DNA不同之处是RNA为单链,由UMP替代了DNA中的TMP,由核糖替代了DNA中的脱氧核糖。
RNA种类:mRNA,rRNA,tRNA,不均一核RNA(hnRNA),核小RNA(snRNA)。 1(mRNA:信使RNA。约占RNA总量的1%~5%,由结构基因转录而来,作为模板,
5
指导蛋白质合成。
在DNA双螺旋的一条链上的某一小片段(即携带有结构和功能蛋白信息的基
因,结构基因)通过碱基互补原则,有多种核苷酸原料和各种转录因子的参与,由
RNA聚合酶II聚合而成。mRNA上有5’向3’方向连续排列的三联体密码子,通过
翻译过程,可指导多肽链合成。
三联体密码:mRNA分子上每三个连续的核苷酸为一组,可决定肽链上的一个
氨基酸,被称为三联体密码或遗传密码1个密码子(包含3个碱基)?1个氨基酸
(按5’ ?3’ 方向)
2(tRNA:转运RNA。三叶草结构。产生过程与mRNA类似,由DNA上编码tRNA
的基因转录而来。携带特定氨基酸到核糖体,参与蛋白质合成。
tRNA上的反密码子能识别mRNA上密码子,3’ 端的-CCA活化末端可连接特
定氨基酸。
3(tRNA:核糖体RNA。由rRNA转录而来。rRNA是核糖体组成成分,与核糖体蛋
白质组装成核糖体,核糖体是蛋白质合成的场所。
第三节 生物大分子——蛋白质
蛋白质是生命的物质基础,(1)构成细胞的主要成分,确定细胞形态结构(2)参与机体一切生理活动,并起关键作用:如参与分子识别、催化、运输等生命过程,故有“工作分子”之喻。
一、氨基酸(amino acid,AA)
蛋白质的基本组成单位,由20种基本氨基酸组成,均属于L-a-AA。
AA为两性化合物。
H H
+-HN C COOH 或 HN C COO 23
R R
R为侧链基团。
二、肽键(peptide bond)与肽(peptide)
1( 肽键:相邻两个氨基酸的α-氨基与α-羧基脱水以酰胺键形式形成的共价键
(-CO-NH-)
H O H H HO H O H 2
HN C C + N C COOH HN C C N C 22
COOH
R OH H R R H R
6 肽键
肽键是酸、碱、蛋白质水解酶水解蛋白质的作用部位。
2(肽:由AA以肽键相连形成
寡肽(oligopeptide):10个以下氨基酸残基
多肽(polypeptide):10个以上氨基酸残基
蛋白质(protein):50-100个以上氨基酸残基
3(方向:氨基端(N端)?羧基端(C端)
三、蛋白质的分子结构
(一)蛋白质的一级结构
组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序
(二)蛋白质的二级结构
局部或某一段肽链的空间结构,由氢键维持。有以下几种构象单元 1(α-螺旋(α-helix):右手螺旋,一周3.6个氨基酸,螺距0.54nm 2(β-折叠(β-plealed sheet):锯齿状,不同肽链间形成氢键 3(其余有β-转角、无规则卷曲、π-螺旋等
(三)蛋白质的三级结构
在二级结构的基础上,整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,主要依靠R基
团(侧链)间的相互作用维持
(四)蛋白质的四级结构
多条肽链组成的蛋白质中各亚基(subunit)的空间排列和相互接触的布局。 (五)蛋白质的构象与化学性质
蛋白质的一级结构是高级结构的基础
蛋白质的高级结构的构象决定了其功能
蛋白质相对稳定的天然构象是蛋白质功能的基础
四、酶蛋白
1(高效性
2(特异性
3(活性可调节性
4(易受外界环境影响
五、糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂
第四章 细胞膜的结构和功能 细胞膜(cell membrane):是包围在细胞外周的一层薄膜,又称质膜(plasma membrane)
细胞器:细胞内具有一定形态和功能的微细结构
生物膜:细胞膜和细胞内各种细胞器的膜
第一节 细胞膜的分子结构
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【掌握】1、膜脂、膜蛋白的种类和特性。
2、生物膜的液态镶嵌模型
3、生物膜的特性:流动性和不对称性
?膜脂、膜蛋白的运动方式,影响膜流动性的因素
?膜脂、膜蛋白分布的不对称
【熟悉】生物膜的单位膜模型
【了解】1、膜脂的分子结构
2、膜糖的存在方式
3、生物膜的片层结构模型,板块镶嵌模型,晶格镶嵌模型
一、细胞膜的化学组成
由脂类、蛋白质、糖类、水、无机盐、金属离子等组成。 (一)膜脂(membrane lipid)
1(膜脂的种类和分子结构
磷脂
膜脂 胆固醇
糖脂
都为兼性分子(分子中既有亲水端,也有疏水端)
)磷脂(phospholipid) (1
磷脂酰碱基 + 甘油基团(鞘氨醇)+ 脂肪酸
极性头部(亲水) 非极性尾部(疏水)
(2)胆固醇(cholesterol):
较为刚性的甾环结构。散布于磷脂分子间,调节膜的流动性,增强膜的稳定性
(3)糖脂(glycolipid):由糖基和脂类组成,是一种亲水脂。
寡糖+鞘氨醇
2(膜脂分子的排列特性
兼性分子,自发装配成类脂双分子层,自我封闭形成封闭小泡。 (二)膜蛋白
膜功能的主要承担者(运输蛋白、酶、受体等)
(1)内在蛋白(integral protein)(镶嵌蛋白)
不同程度地镶嵌在类脂双分子层中,有的为跨膜蛋白。以疏水键和共价键镶嵌在膜内,
与膜结合紧密
(2)周边蛋白(外周蛋白,peripheral protein)
以非共价键结合在膜的内外表面(内表面较多),与膜结合疏松。 (三)膜糖类
多为低聚糖(1~10个单糖或单糖衍生物)
存在于膜的外表面。与膜脂、膜蛋白以共价键相连,分别形成糖脂、糖蛋白、蛋白多
8
糖。
二、生物膜的分子结构
1(片层结构模型(lamella structure model)
形成蛋白质—磷脂—蛋白质的片层结构
2(单位膜模型(unit structure model)
电镜下,生物膜呈现“两明一暗”的三层结构(内外两层为电子密度高,中间一层为
电子密度低)
3(液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
在液晶态的类脂双分子层中,不同程度地镶嵌着可移动的球形蛋白质。
特征:流动性和不对称性
4(晶格镶嵌模型(lamella structure model)
生物膜中流动的脂质是在可逆地进行无序和有序的相变,膜蛋白与周围的脂类分子形
成界面脂,构成大小不等的晶格,嵌在流动的脂质分子中。
5(板快镶嵌模型(lamella structure model)
由许多大小不等的流动性不同的类脂板块有序地构成,镶嵌在流动的无序的类脂分子
中。
三、生物膜的特性
(一)生物膜的流动性
1(膜脂的流动性
?膜脂为液晶态,可随温度发生相变
相变:膜脂随着温度变化从液晶态(晶态)转变为晶态(液晶态)的物态转变过程。
温度?
液晶态 晶态(凝胶态)
温度?
相变温度:膜脂从液晶态(晶态)转变为晶态(液晶态)的临界温度值。
?膜脂的运动形式
?侧向扩散
?旋转运动
?弯曲运动
?伸缩震荡运动
?翻转运动
2(膜蛋白的运动性
?侧向扩散 ?旋转扩散
受膜脂流动性的直接影响,属于被动扩散。 3(影响膜流动性的因素
(1)温度
(2)脂肪酸链的长度和不饱和度
(3)胆固醇的含量
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(4)卵磷脂/鞘磷脂的比值
(5)膜蛋白的含量
(二)生物膜的不对称性
1(膜蛋白的不对称性
膜蛋白在内外两层的分布是不对称的
2(膜脂的不对称性
? 膜内外两层的磷脂种类不同
外层:卵磷脂,鞘磷脂、胆固醇多
内层:磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨酸多
? 糖类全部分布在于膜的非胞质面
第二节 细胞表面(cell surface) 【掌握】细胞表面的概念、组成
【熟悉】细胞表面的功能
【了解】细胞表面的结构
细胞表面:由细胞膜、细胞外被、胞质溶胶层以及一些其它的特化结构所组成的复合结构
体系。
一、细胞外被(cell coat)
1(化学组成:膜糖蛋白、糖脂、蛋白多糖外伸的糖链部分 2(结构特点:糖链交织成网状,末端富含唾液酸,排斥伸展 3(功能
?保持作用
?细胞识别
?种同一类型细胞的识别 例:胚胎发育
?种不同类型细胞的识别 例:受精作用
?同种不同类型细胞的识别 例:细菌感染
?类型细胞的识别 例器官移植
二、胞质溶胶层(cytosol)
类脂双层的胞质面下的一层透明的粘滞的溶胶状物质(蛋白质、微管、微丝等)
第三节 细胞膜与物质运输
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【掌握】1、分子物质的穿膜运输:
?被动运输:简单扩散、载体蛋白和通道蛋白介导的易化扩散
?主动运输
2、膜泡运输:?胞吞作用(吞噬作用、胞饮作用、受体介导的胞吞作用)的类型和
主要特点
?胞吐作用
【了解】1、配体闸门通道和电压闸门通道介导的易化扩散
2、离子泵、钙泵的具体作用过程
穿膜运输:小分子物质、离子 细胞膜的物质运输方式
膜泡运输:大分子、颗粒物质 一、穿膜运输
简单扩散
被动运输 通道蛋白介导的易化扩散
易化扩散
载体蛋白介导的易化扩散
离子泵
主动运输
离子梯度驱动的协同运输
(一)被动运输(passive transport)
? 顺电化学梯度
? 不耗能
1(简单扩散(simple diffusion)
? 顺电化学梯度
? 不耗能
? 不需要膜蛋白的协助
可以自由透过类脂双层的两类小分子:
(1)疏水(脂溶性)小分子:如苯、醇、甾类激素等
(2)不带电的极性小分子:如水,CO2,尿素,甘油 2(易化扩散
? 顺电化学梯度
? 不耗能
? 需要膜蛋白的协助
? 膜转运蛋白
为跨膜蛋白,能在脂双层形成一个跨膜的蛋白通道以运送特异性物质 ? 通道蛋白:能形成贯穿脂双层的含水通道,允许体积和电荷的大小都适当的物质通过
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的跨膜蛋白。
? 载体蛋白:通过构象改变进行物质跨膜转运的内在蛋白
?载体蛋白运输的方式:单运输:一种载体只运送一种物质
共运输:两种物质同时伴随转运,运输方向相同 协同运输
对运输:两种物质同时伴随转运,运输方向相反由载体蛋白介导的物质 ?通道蛋白介导的易化扩散
由通道蛋白在膜上形成亲水通道,让离子顺电化学梯度进出细胞膜的运输方式。
?特点:?顺电化学梯度,不耗能,通道蛋白介导
2+- ++?运输对象:离子(Na、K、Ca、Cl等)
?通道的类型:
?持续开放的通道
?间接开放的通道——闸门通道(通道蛋白构象变化形成的不同的开关状态)
配体闸门通道:如乙酰胆碱阳离子通道
++2+电压闸门通道:如Na通道、K通道、Ca通道等。 ?载体蛋白介导的易化扩散
通过载体蛋白发生可逆性构象变化协助物质顺电化学梯度进行运输的方式。
?特点:?顺电化学梯度,不耗能,载体蛋白介导
?运输对象:亲水性小分子(单糖、氨基酸、核苷酸、离子等) (二)主动运输
?逆电化学梯度
?耗能
?载体蛋白协助
1(离子泵
++++ (1)Na-K泵(Na-KATP酶)
++能逆电化学梯度对向运输Na-K,并利用自身对ATP的水解提供能量的ATP酶
++1ATP释放的能量?输出3 Na,摄入2K
2+(2)Ca泵(自学)
2+Ca-ATP酶,从胞质中运至细胞外、内质网或线粒体内
2(离子梯度驱动的协同运输
有些物质逆浓度梯度运输的能量是由与之协同运输的另一种物质的电化学梯度中贮存的能量来提供。
+(1)Na-葡萄糖共运输
++(2)Na-H对向运输
二、膜泡运输
大分子及颗粒物质通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程。
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(一)胞吞作用
部分细胞膜包围环境中的大分子或颗粒物质形成小泡,脱离细胞膜进入细胞内的物质转运过程。
1(吞噬作用(phagocytosis)
细胞摄取大分子或颗粒物质形成吞噬体(吞噬泡)的过程。
2(胞饮作用(pinocytosis)
细胞摄入液态物质、水溶性大分子或小颗粒物质的过程。
3(受体介导的胞吞作用(receptor mediated endocytosis)
通过细胞膜受体与配体(所要摄入的特异性大分子)结合而引发的吞饮作用。是受体参与的一种特异、高效地摄取细胞外大分子的胞吞作用。
具体过程:配体 + 细胞膜受体?有被小窝(coated pit)?有被小泡(coated vesicle)?无被小泡(光滑小泡)?与内体结合?内体?内体分裂为含受体的小泡和含配体的小泡?受体再循环,含配体的小泡与溶酶体结合,形成内体性溶酶
例:LDL受体介导的胞吞作用
(二)胞吐作用(exocytosis)
包含有内容物的小泡由细胞内到达细胞膜,通过膜的融合后把内容物排到细胞外的过程。
功能:1、补充更新细胞膜
2、分泌各种物质,排出代谢物
?结构性分泌途径:形成分泌泡后立即排出细胞外的分泌过程
?调节性分泌途径:分泌泡接受信号刺激后,才把泡内物质排出细胞外的分泌过程
第四节 细胞膜的信号传导
【熟悉】1、信号的概念和分类。
2、信息传导的方式:直接信息传导、间接信息传导。
3、配体、受体的概念。
【了解】1、受体的特性,膜受体的分类。
2、G蛋白的结构、种类和作用机理。
3、信息跨膜传导体系的种类和作用过程。
一、细胞信息传递的参与物
1(信号分子:是信号传导途径中的第一信使
物理信号:声、光、电、温度
化学信号:激素、神经递质、生长因子、药物
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生物大分子结构信号:蛋白质、多糖、核酸 2(受体
细胞膜或细胞内(细胞核)能接受外来信号的生命活性物质 3(第二信使
接受了受体传来的信号后,能启动或调节细胞内一系列生化反应,最终产生一定的生
理效应。
第一信使(配体:激素、神经递质等)
?
受体(膜受体、胞内受体)
?
2+第二信使(cAMP、cGMP、DG、IP、Ca) 3
?
生理效应
二(细胞膜受体
膜受体:细胞膜上能识别并特异性地与配体结合,从而引起细胞内一系列生理生化反
应的蛋白质
配体:能与受体特异性结合的信号分子
1(膜受体与配体相互作用的特点:
高度的选择性
高度的亲和力
可逆性
可饱和性
强大的生物效应
2(膜受体的基本类型
?配体闸门离子通道型受体
受体本身为一种或几种离子的离子通道,与配体结合后,空间构型发生改变,通道开
放或关闭,从而控制离子的进出。
?酪氨酸蛋白激酶型受体(生长因子类受体)
受体既有受体作用,又有酪氨酸激酶的活性
?G蛋白偶联型受体
受体与配体结合后,构象发生改变,再进一步与G蛋白接触,进而调节G蛋白的活
性将配体的信号传到细胞内
第五节 细胞膜与疾病 【了解】膜转运系统异常与疾病;膜受体异常与疾病;细胞膜与癌变。
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一(膜转运蛋白病:膜转运蛋白结构或数量异常 例:胱氨酸尿症 二(受体蛋白病:膜受体异常 例:家族性高胆固醇血症 三(膜骨架蛋白病:例:圆形红细胞增多症
四(细胞膜与肿瘤
1(细胞外被的糖链改变:接触抑制消失;唾液酸化程度增加
2(糖蛋白改变
3(膜脂改变
4(出现新的抗原
第六章 细胞的内膜系统
【掌握】内膜系统、细胞器、膜性结构和细胞质的概念
细胞质:1、膜性结构(内膜系统、线粒体等)
2、非膜性结构(核糖体、细胞骨架)
3、细胞质基质、内容物
一、内膜系统
1(定义:细胞质中存在着许多由膜构成的细胞器或结构(不包括线粒体、叶绿体),它
们彼此相关,甚至连通,组成一个庞大而又精密复杂的系统。
?内膜系统:由膜围成的在形态结构、功能和发生上具有相互联系的小管、小泡、扁
囊组成的系统。
2(组成:核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、分泌泡等 3(特性:与质膜一样,是由单位膜构成的一种动态结构
4(功能:
?为各种重要的生命活动提供足够的膜表面
?区域化作用。起封闭、隔离、互不干扰的作用。如:酶系统的隔离与连接、扩散屏障、
膜电位的建立、离子梯度的维持、区域间的PH差异等
二、细胞质基质(胞质溶胶)
1(分类
++-2+2+小分子:水、无机离子(K、Na、Cl、Mg、Ca等)
中等分子:脂类、糖类(葡萄糖、果糖、蔗糖)、氨基酸、核苷酸及其衍生物
大分子:多糖、蛋白质、脂蛋白、酶、RNA。
2(功能:
?在细胞的物质代谢中起重要作用。如糖酵解,核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢?为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境?为各类细胞器完成其功能活动供给所必需的一切底物
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第一节 内质网
【掌握】1、粗面内质网的主要结构特点;粗面内质网的蛋白质合成(信号学说)和运输的主
要过程
2、滑面内质网的主要结构特点
【熟悉】1、粗面内质网与蛋白质的糖基化;
2、滑面内质网的主要功能(滑面内质网与脂类代谢,类固醇激素的生成)
3、微粒体的概念
【了解】1、内质网的化学组成
2、粗面内质网的脂类合成;
3、滑面内质网的功能(参与糖原代谢,横纹肌收缩与解毒作用)
4、内质网的形成与来源
5、内质网的病理改变
主要功能:蛋白质和脂类合成;内膜系统的起源(占中心地位) 一、内质网(endoplasmic reticulum,ER)的结构
1、内质网膜系统:小管、小泡、扁囊连接成网状。
2、内质网形态结构、分布状态、数量与细胞类型、生理状态及分化程度极为相关 二、内质网的化学组成
1、内质网占整个细胞质量的15-20%,其中RNA占细胞总量的50-60% 2、由脂类和蛋白质构成。内质网膜的脂类较细胞膜少;蛋白质则较多 3、酶:标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶
4、膜分化:基本膜?经过各种修饰(有次序地加上酶、专一性的糖或脂类)?形成各
种类型的膜
微粒体(microsome):是细胞匀浆在差速离心时所分离出的膜泡成分,具有内质网
的基本特征。
三、内质网的类型
(一)粗面内质网(rough endoplasmic reticulum,RER):
常排列成板层状的扁囊网,外膜表面通过核糖体连接蛋白附着大量核糖体 ?核糖体:蛋白质合成场所
?主要化学成分:蛋白质和
?分类:?附着核糖体:主要合成分泌性蛋白质
?游离核糖体:主要合成结构性蛋白质
?功能状态都为多聚核糖体,非功能状态为大、小亚基分开
?核糖体结构:核糖体由大、小两个亚基构成
T
P A G 16
?核糖体的功能部位:
A部位:氨基酸部位或受位,接受氨酰基tRNA
P部位:肽基部位或放位,肽基tRNA移交肽链后,tRNA被释放的部位
T因子:肽基转移酶,作用:(1)在肽链延长时,催化氨基酸间形成肽键;(2)催化
已合成的肽链和部位的tRNA断开。
G因子:GTP酶,催化肽基tRNA从A位?P位
(二)滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum,SER)
表面光滑,为分支小管和小泡。与在形态、功能上有明显不同,但两者在结构上是连续的。
四、内质网的功能
RER:蛋白质的合成和转运;蛋白质的修饰和加工
SER:细胞的解毒作用;一些小分子物质的合成及代谢
(一)粗面内质网的功能
1、RER与蛋白质合成
? 信号学说:
?信号肽的合成:信号密码(mRNA)?生成信号肽
?SRP—核糖体复合体形成
SRP识别信号肽?SRP—核糖体复合体SRP与核糖体结合后,占据了核糖体大亚基上的A位,其作用:?阻止了携带氨基酸的tRNA进入核糖体,从而使蛋白质的合成暂终止。?防止多肽链链被分解
?核糖体与内质网结合
SRP识别内质膜上的SRP受体?SRP把核糖体引导到内质网膜上?核糖体的大亚基与膜上的核糖体结合蛋白结合?SRP脱离内质网参与再循环
?多肽链进入内质网腔
多肽链的继续合成?信号肽使膜上的多个受体蛋白结合起来形成通道?多肽链进入内质网腔?信号肽被酶分解?整条多肽链合成后膜受体蛋白分开,管道消失?核糖体加入再循环
SRP具有和核糖体、信号肽、内质网膜上的SRP受体的三个结合位点。当核糖体附着在内质网后,SRP就脱离内质网参与SRP循环;当多肽链合成完毕,核糖体和内质网膜脱离,大小亚基解离,参与核糖体循环。2、蛋白质在腔内的糖基化
在内质网合成的大部分蛋白质都需糖基化而形成糖蛋白(糖基作为分拣信号)。 3、大多数蛋白质经高尔基复合体被排出细胞外
?小泡?Golgi复合体?浓缩泡?分泌颗粒排到细胞外
?小泡?浓缩泡?分泌颗粒排到细胞外(少数)
4、脂类在内质网的合成
RER与SER都能合成脂类和参与脂肪代谢,在合成脂蛋白时两者有一定分工。 (二)滑面内质网的功能
1、脂类代谢
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?合成磷脂和胆固醇
?参与脂类代谢,如脂肪细胞、肾上腺皮质细胞、小肠的吸收细胞 2、类固醇激素的合成
肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞、卵巢共体细胞 3、糖原在内质网的合成与分解
4、参与横纹肌的收缩
横纹肌的特化为肌质网,参与肌肉收缩
5、内质网的解毒作用
过量苯巴比妥?肝细胞的SER增生、有关酶亦增多?氧化分解解除毒性
五、内质网的形成与来源(略)
六、内质网的病理改变(略)
病理条件下:病毒性肝炎
附着多聚核糖体?单核糖体?从ER上脱落?分泌蛋白合成减少
第二节 高尔基复合体 【掌握】1、高尔基复合体的主要结构
2、高尔基复合体的主要功能
?在细胞分泌中的作用 ?参与蛋白质分选运输
3、膜流的概念与意义
【熟悉】高尔基复合体在分泌过程中的加工修饰作用 【了解】1、高尔基复合体的化学组成
2、高尔基复合体的异常变化
主要功能:细胞分泌,胞内物质运输的中间环节 一、高尔基复合体(Golgi complex)的结构 1(形状(LM):不规则的网状、颗粒状、弯曲盘绕的线状 2(分布:在神经细胞中,围核排列;有极性结构的细胞中,Golgi复合体位于核与细
胞分泌端之间
3(数量与分化程度及功能状态关系
(一)扁平囊泡
形态结构、化学组成及功能上有一定的极性。为3~10层扁囊,可分顺面(形成面)
和反面(成熟面)
反面较顺面有更多的酶,利于分泌物的浓缩和成熟 (二)小囊泡(运输小泡)
多位于扁平囊的顺面
(三)大囊泡(浓缩泡)
多位于扁平囊的反面
二、高尔基复合体的化学组成
18
1(蛋白质、脂类介于内质网与质膜之间,过度性细胞器 2(酶:特征性酶为糖基转移酶
三、高尔基复合体的功能
(一)在细胞分泌活动中的作用:对内质网合成的分泌蛋白起重要的运输作用 (二)对蛋白质的修饰加工
1(对蛋白质进行糖基化修饰糖蛋白
糖基化:N-连接糖基化(RER),O-连接糖基化(Golgi器) 2(糖脂的糖基化
(三)分选蛋白质
溶酶体酶(顺面修饰)
新合成的蛋白质经修饰形成 分泌蛋白(反面修饰)
膜蛋白(中层修饰) (四)对蛋白质的水解加工:水解成为有活性的蛋白质 (五)参与膜的转化
Golgi?质膜 膜转化:RER?
?膜流:膜性结构间膜成分的相互联系和转移的现象。 四、高尔基复合体的病理变化(略)
第三节 溶酶体 【掌握】1、溶酶体的主要性质;溶酶体的标志酶
2、各种不同类型的溶酶体的区别(内体性溶酶体、吞噬性溶酶体、自噬性溶酶体、
异噬性溶酶体、混合性溶酶体、残余体)
3、溶酶体的主要功能(自噬作用、异噬作用、自溶作用) 【熟悉】1、内体性溶酶体的形成
2、自体吞噬体与异体吞噬体的区分
【了解】1、溶酶体的形态结构
2、溶酶体膜的适应性,溶酶体的功能(参与受精过程和骨质更新;保护和防御作用;
激素的合成和分泌)
3、溶酶体与疾病
几乎所有的真核细胞都具有溶酶体,原核细胞和哺乳动物的红细胞则没有。
功能:细胞内大分子降解的场所
一、溶酶体(Lysosome,Ly)的形态与特征
形态特征:园形或卵园形,内含多种酸性水解酶 (一)溶酶体的膜
1(主要成分:脂蛋白(鞘磷脂含量多)
2(特殊性质:?质子泵?特殊的转运蛋白?高度糖基化
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3(膜的稳定性、通透性(M<300)
(二)溶酶体的酶
1(0种酸性水解酶,几乎可水解所有的生物大分子。
2(标志酶:磷酸酶
3(大多为糖蛋白,带负电荷,酶可保持游离,最适为pH为3-6。 二、溶酶体的类型
(一)内体性溶酶体(前溶酶体)
运输小泡(Golgi器出芽)+ 内体(细胞的胞吞作用)?内体性溶酶体 (二)吞噬性溶酶体
1(自噬性溶酶体:作用底物是内源性的
发生条件:?细胞内结构衰老、变性;?机体发生饥饿;?细胞本身发生病变 2(异噬性溶酶体:作用底物是外源性。如:细菌、红细胞、蛋白质糖原颗粒等 3(混合性溶酶体:底物兼有内源性和外源性
4(残余体:消化作用的最后阶段,酶活性降低或消失,残留物不再被消化,具有一定电子密度。如:脂褐质、髓样结构、多泡体、含铁小体等
三、溶酶体的功能
(一)细胞正常的消化作用:细胞内消化
继续代谢 外源性物质 异体吞噬体 异噬性 小分子
溶酶体 物质 提供营
养物质
内体性溶酶体 细胞内
消化
自噬性 胞吐作用 内源性物质 自体吞噬体 溶酶体 残余体
留在细胞 (二)细胞的自溶作用
自溶作用:溶酶体膜在细胞内破裂时,整个细胞被溶酶体所释放的酶所消化。 (三)参与受精作用和骨质更新(破骨细胞)——细胞外起作用
(四)保护和防御
1(保护:对外源性、内源性有害因子或衰老结构进行降解和消化;应激状态,细胞自体吞噬。
2(防御:炎症时白细胞受损后,脓液的形成。
3(麻风杆菌和结核杆菌可抵御溶酶体的消化作用
(五)激素生成与分泌调节(甲状腺素的生成)
四、溶酶体与疾病的关系(略)
(一)贮积病:
遗传性缺陷导致先天性缺乏某种溶酶体酶,结果与酶相应的底物不能消化而贮积在细胞内。如:II型糖原贮积病:缺乏α-葡萄糖苷酶
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(二)溶酶体与矽肺
巨噬细胞吞噬矽粉?异体吞噬体?异噬性溶酶体?硅酸使Ly变构、破裂?巨噬细胞死亡?成纤维cell增生?成纤维细胞分泌大量胶原?胶原纤维结节?肺弹性下降?矽肺 (三)溶酶体与类风湿性关节炎
巨噬细胞吞噬类风湿因子?关节软骨细胞内溶酶体膜脆性增加?溶酶体酶局部释放?侵蚀软骨?关节损伤
第四节 过氧化物酶体
【熟悉】1、过氧化物酶体的标志酶
2、过氧化物酶体的主要功能(解毒作用,对细胞氧的调节) 【了解】1、过氧化物酶体的结构和酶的种类
2、过氧化物酶体的起源与形成
由单层膜包围的、位于基质内的致密小颗粒,称为微体。
一、过氧化物酶体的结构
1(中央含类核体(人和鸟除外)
2(含40多种酶,主要有三类:氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶,标志酶:过氧化氢酶(约占总酶的40%)
二、过氧化物酶体的功能
1(对有毒物质的解毒作用 HO+RH?R+2HO 2222
2(对细胞氧的调节作用 RH+O?R+HO 2222
3(参与核酸、脂肪和糖的代谢
三、过氧化物酶体的起源与形成
第八章 线粒体
第一节 线粒体的形态结构
【掌握】线粒体的超微结构
【了解】线粒体的大小、数量及分布
第二节 线粒体的化学组成和酶的定位 【了解】线粒体的化学组成,酶的定位
第三节 线粒体的功能
【掌握】1、细胞氧化(细胞呼吸)的主要过程:糖酵解?乙酰CoA生成?三羧酸循环?
氧化磷酸化
2、细胞氧化各个环节的发生部位及各阶段的主要产物
3、有氧呼吸各步骤的能量转化,即自由能是如何进行转化的,ATP是如何生成的,
第四节 线粒体的半自主性
21
【掌握】线粒体半自主性的含义
【了解】1、线粒体DNA;线粒体核糖体与蛋白质合成;线粒体基因与细胞质基因之间的
关系
2、线粒体的增殖与起源
第五节 线粒体与疾病 【了解】线粒体肌病与心肌线粒体病;线粒体与肿瘤;线粒体与衰老;线粒体某些组分的
作用。
一、功能概述:敏感、多变的细胞器,氧化中心和动力站(换能器) 二、结构概述:具有大量内膜,作用:支架及增加生化反应的膜表面、区域化 三、线粒体DNA及蛋白质合成系统,半自主性细胞器
第一节 线粒体的形态结构
形态(LM下):粒状、杆状、线状,与种类、生理状况有关。 一、外膜
光滑、连续,含孔蛋白,形成孔道,孔径1~3nm,便于分子量在10,000以下的物质通过
二、外室或膜间腔
1(介于外膜与内膜之间的腔隙,与嵴内腔相通,宽约20nm。 2(含有多种可溶性酶、底物、辅助因子,随呼吸活跃而变化 三、内膜和嵴
1(内膜:内陷成嵴(增大了膜表面积)
2(内膜通透性很低,(M<150)借助于运输蛋白质,具有高度的选择通透性 3(嵴的数量、排列、形态
四、基粒
嵴膜上垂直分布着许多基本颗粒(基粒,F1颗粒)
1(头部:
含可溶性ATP酶(F)—合成ATP;ATP酶复合体抑制多肽—抑制ATP酶水解ATP 1
2(柄部:对寡酶素敏感的蛋白质(OSCP)—调控质子通道 3(膜部(Fo):疏水蛋白(HP)横跨内膜,Fo可能是质子通道 五、内室或嵴间腔、基质
1(嵴与嵴之间的腔隙,充满基质
2(基质中浮有一些有形成分:mt核糖体、环状的线粒体DNA(mtDNA)、mtRNA,基质颗
粒
2+2+3(基质颗粒:积聚Ca、Mg的场所,调节线粒体内部的离子环境
第二节 线粒体的化学组成与酶的定位 一、化学组成
22
水(酶促反应的诱剂、物理介质):蛋白质:内膜分布较多;脂类。 二、酶的定位
1(外膜:合成线粒体脂类的酶
2(内膜:呼吸链酶系、ATP合成酶系
3(基质:酶混合物,三羧酸循环反应酶系、丙酮酸与脂肪酸氧化酶系、蛋白质与核酸合
成酶系
第三节 线粒体的功能
1(细胞有氧呼吸的基地和供能的场所,供应细胞生命活动95%的能量 2(线粒体的主要功能是把氧化各种底物产生的自由能转化为可被细胞直接利用的形式
——ATP
3(细胞氧化(细胞呼吸):是指依靠酶的催化,氧将细胞内各种供能物质氧化、分解、
释放能量,并排出CO和HO。 22
4(细胞呼吸的特点:
(1)是在线粒体进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应
(2)所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中
(3)整个反应过程是分步进行,能量也是逐步释放
(4)反应在恒温和恒压和条件下进行
(5)反应过程中需要水参与。
?细胞氧化(细胞呼吸)的过程
一、酵解(细胞质)
1(燃料分解:葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等能源物质在细胞质中无氧分解 2(反应方程式:葡萄糖+2Pi+2ADP?丙酮酸+2HO+2ATP 2
3(能量转移:大量能量蕴藏在丙酮酸中
二、乙酰辅酶A生成(线粒体基质)
1(丙酮酸进入线粒体
2(反应方程式:2丙酮酸+2HS-CoA?2乙酰CoA+2CO 2
3(能量转移:乙酰辅酶A
三、三羧酸循环(线粒体基质)
生成CO,ATP及H(具有还原能) 2
四、电子传递偶联的氧化磷酸化(内膜)
1(呼吸链的电子传递
呼吸链(电子传递链):线粒体内膜的酶体系有序地排列成相互关联的链状。
+--H先解离为H和e?电子在线粒体内膜的酶体系上的逐级传递?使1/2 O还原为O2-+?O与基质中的2个H化合生成HO 2
2(氧化磷酸化
在电子传递过程中,能量水平较高的电子经过电子传递链传递降到能量较低的水平,所释放的能量使ADP磷酸化为ATP,最后H+和O-结合成水,整个过程称为“氧化磷酸化”。
23
3(O是呼吸链的最后一环 2+-H?H+e
ADP+Pi 电子能级逐渐降低
-e
1/2O2
呼
HO 2 吸
链
ATP
4(氧化磷酸化偶联机制
化学渗透假说
存在的先决条件:内膜对质子和离子通透性较差,可以形成质子梯度
+假说内容:电子通过呼吸链传递,所释放的能量形成质子泵,三次把H从膜内泵到膜外,
+++进入到线粒体外室及嵴间间隙。由于内膜对H不通透,就造成了膜外H浓度高,膜内H
+浓度低,产生电化学梯度,从而驱使H通过ATP酶复合体流入基质,其内的能量就使ADP
磷酸化合成了ATP。
+ + HH
+ + + HHH
+ +ADP HH
+ H
+ + HH
+ 基粒 H
ATP 膜间腔(外室)
五、ATP的合成
+结合变构机制:H回流导致F颗粒的构象变化,导致ADP和Pi同活性部位紧密结合,从1
而产生了ATP。
运输途径:内膜上专一性的转运蛋白
第四节 线粒体DNA
线粒体内存在特有的环状DNA、蛋白质合成系统(mRNA、rRNA、tRNA、氨基酸活
化酶等),但仅有少数线粒体蛋白质是由mtDNA编码,大多数线粒体蛋白质(90%)还是
由核DNA编码的
1(mtDNA呈高度扭曲的双股环状,可以自我复制
24
2(线粒体遗传系统仍需依赖于细胞核遗传系统
3(线粒体的生物发生
增殖:三种分裂方式?收缩分离?间壁分离?出芽分裂
第五节 核编码蛋白质的线粒体转运 一、前体蛋白在线粒体去折叠
线粒体前体蛋白与HSP70结合 ? 保持去折叠状态 二、多肽链穿越线粒体膜
导肽与受体结合 ? 受体蛋白引导蛋白质到外膜膜蛋白形成的通道 ? 穿过内膜膜蛋白形成的通道(电化学梯度的作用)
三、多肽链在线粒体基质内重新折叠
基质中的HSP70与蛋白质结合 ? 基质中的HSP60与蛋白质结合,使它折叠成三维
结构 ? 导肽被酶切掉
第六节 核编码蛋白质的线粒体转运(略)
第六节 线粒体与医学(略)
第九章 细胞骨架
一、细胞骨架:一种纤维状蛋白细丝,在细胞内弥散分布,又相互连接,生理敏感性,
受细胞内外因素的制约。
二、分类:微管、微丝、中间纤维
三、主要功能
1(细胞形态、结构的维持
2(物质运输
3(细胞运动
4(信息传递
5(细胞分裂
第一节 微 管
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【掌握】微管的基本结构,微管的主要功能(支持;运输;运动) 【熟悉】微管的体外组装
【了解】1、微管蛋白的基本结构
2、微管结合蛋白的概念与功能
3、微管的体内组装
4、微管的其它功能(参与细胞吞噬、细胞融合;参与信息传递)
一、微管的形态结构
呈中空圆柱状,由微管蛋白组成
微管蛋白:与肌动蛋白相似的一种酸性蛋白质,常常以二聚体存在(α、β-微管蛋白)
存在形式:
(1)单管:质膜下,网状结构,不稳定
(2)二联管:由A、B管构成,纤毛、鞭毛组分
(3)三联管:由A、B、C管组成,纤毛、鞭毛基体;中心粒主要组分 二、微管结合蛋白(MAPS)
功能:1、与微管运动的产生、聚合和解聚的调节有关
2、与微管和其它细胞组成之间的连接有关,稳定微管的空间结构 三、微管的组装
体外组装:解聚与聚合、极性的“踏车行为”
体内组装:受细胞高度的时空调控;微管组织中心
四、微管的功能
1(支持:维持细胞形态、固定细胞器
2(运输:大分子颗粒胞内运输
3(鞭毛和纤毛的运动
4(细胞分裂
5(信息传递:神经细胞中介导信号分子传递,“导线”
第二节 微 丝 【熟悉】肌动蛋白的基本结构
【了解】肌球蛋白、微丝结合蛋白的结构;微丝的组装;微丝的功能。
存在普遍,为可变结构,由肌动蛋白与肌球蛋白组成,两者均为化学机械系统 一、肌动蛋白的结构
肌动蛋白为单体结构,相同单位常连接成多聚体,有极性
微丝由肌动蛋白亚单位组成螺旋状纤维:双股肌动蛋白螺旋 二、肌球蛋白(略)
三、微丝的组装(略)
四、肌动蛋白-结合蛋白质
26
对纤维状肌动蛋白的构型和行为具有控制作用 五、微丝的功能
1(肌肉收缩:肌动蛋白丝、肌球蛋白丝之间的滑动 2(细胞运动
3(支撑作用:与微管共同形成细胞的支架,以维持细胞形状 4(信号传递
第三节 中间纤维(略)
第四节 中心粒 【熟悉】1、中心粒的组成
2、中心粒的基本结构和功能
LM下,中心体(中心粒、中心球)
一、中心粒的结构和组成
1(在EM下是一对互相垂直的圆柱形小体,中心粒小轮,中心粒卫星。
结构图式:9×3+0
2(化学组分:微管蛋白,鸟苷酸
3(发生:新生而非复制
4(中心球:中心粒周围物质,具有微管组织中心作用 二、中心粒的功能
中心粒的功能:组织形成纤毛和鞭毛、参与细胞的有丝分裂。
第五节 纤毛和鞭毛及其运动 【了解】1、纤毛和鞭毛的形态与结构
2、纤毛和鞭毛的化学成分
3、纤毛和鞭毛的功能细胞表面的特化结构
鞭毛:少而长;纤毛:多而短
结构:9×2+2(中部)
功能:运动
第十章 细胞核(nucleus) 【了解】细胞核的出现在进化上的意义,核质比;
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形态:一般与细胞本身的形态相一致
数量:通常一个,也有多核
大小:与细胞大小相关,两者可用核质比反映。
核质比(NP): 细胞核体积 Vn
正常NP= = =0.3~0.5
细胞质体积 Vc-Vn
第一节 细胞核的结构 【掌握】1、间期核的基本结构(核被膜,核仁,染色质,核基质)
2、核膜:核膜的组成,核膜的主要功能(区域化;物质运输)。
3、染色质和染色体
?染色质和染色体在组成、结构和功能上的区别
?常染色质和异染色质在结构和功能上的异同
?染色质和染色体的主要化学组成和一级结构
4、核仁
?核仁的化学组成、超微结构和主要功能
?核仁组织区的概念
【熟悉】1、染色质和染色体的二、三、四级结构
2、中期染色体的结构特点
3、核仁的形成
4、核骨架的概念
【了解】1、核孔复合体的结构
2、组蛋白与非组蛋白的种类
3、染色体的袢环模型
4、人的正常核型
5、核基质的组成和功能
一、核膜(nuclear membrame),又称核被膜(nuclear envelope) (一)形态结构
由内外两层单位膜组成
1(核外膜:表面附有核糖体,与细胞质中的RER相连接。 2(核内膜:光滑,没有核糖体附着,内表面附有核纤层。 3(核纤层(nuclear lamina):由核纤层蛋白(lamina)组成。核纤层蛋白相互交织成网状。
核纤层功能:?支持和固定核膜的作用
?维持和稳定间期染色质结构
?与减数分裂中核膜的消失和重建有关 4(核周隙(perinuclear space):两层核膜之间的封闭式的间隙
28
5(核孔(nuclear pore):其数目与细胞的种类、代谢有关
? 核孔复合体:
主要结构:?孔环颗粒:8对,形成内外两个环带
?中央颗粒(eentral granule)
?周边颗粒(peripheral granule):位于两个环带之间,即两层核膜交界处。
?细纤丝(fibril):连接核孔各颗粒及核质
新的核孔结构模型—八重对称分布的辐射状结构 (二)核膜的功能
1(作为核—质之间的界膜
2(调节核—质之间的物质交换
?核膜的被动运输和主动运输
被动运输:水分子、离子、单糖、氨基酸、核苷酸等小分子
主动运输:具有双向性
?大分子物质的膜泡运输
?核周隙—ER直接运输
?以出芽形式形成囊泡运输到核外
二、染色质和染色体(chromatin and chromosome) (一)染色质的化学组成
DNA 组蛋白 非组蛋白 RNA
1 : 1 : 0.5~1.5 : 0.05 ?组蛋白种类:H、HA、HB、H、H 12234
非组蛋白:主要功能:?参与染色体空间构型的构建
?协助启动DNA的复制
?调节基因的表达
(二)染色质
1(染色质的超微结构和组装
(1)染色质的基本结构单位——核小体(nucleosome)
? 核小体结构:
核心颗粒:由组蛋白HA、HB、H、H两两成对形成一个八聚体, 2234
核小体 DNA(147bp)分子在外盘绕1.75圈。
连接线:长约60bp的DNA分子,上结合一分子组蛋白H 1
(2)染色质的一级结构——核小体丝:多个核小体串联重复排列成丝状 (3)染色质的二级结构——螺线管(solenoid):6~8个核小体围成一圈,进而卷曲成螺线
管状。
(4)染色质的三级结构——超螺线管:螺线管再进一步螺旋盘曲成圆筒状的超螺线管
(5)染色质的四级结构——染色单体
2(染色质分类——常染色质和异染色质
(1)异染色质(heterochromatin)(浓缩染色质):
在间期和早前期中,染色质仍处于凝集状态的区段
29
? 特点:?在间期处于凝集状态,染色深。
?一般无转录活性或转录不活跃、不能合成mRNA
?复制时间较晚(S晚期复制)
? 根据异染色质的功能状况,可分为两种类型:
?结构异染色质(constitutive heterochromatin):一直处于凝集状态,没有转录活性。
?兼性异染色质(faculative heterochromatin)(功能异染色质):在发育中可由常染色质转
变而成的异染色质
(2)常染色质(euchromatin)(伸展染色质):
? 特点:
?在间期处于伸展状态,染色很浅
?常染色质一般位于核的中央部分,有的深入核仁内,形成核仁组织者。 ?复制时间早
比较: 常染色质 异染色质
着色程度:
凝集程度:
转录活性:
复制时间:
(三)染色体
1(中期染色体的结构
?两条姐妹染色单体组成姐妹染色体
?着丝粒(centromere)与动粒(kinetochrore)
着丝粒:姐妹染色单体相连处的中心部位
动粒(着丝点):染色体着丝粒处与纺缍丝相连的盘状蛋白质结构。 ?端粒(telomere):染色体末端的特化部位
?次缢痕与核仁组织区(与核仁形成有关)
?随体(satellite)
2(人类中期染色体的类型:
?中央着丝粒染色体
?亚中着丝粒染色体
?近端着丝粒染色体
3(人的正常核型:
常染色体:44条,男女共有
性染色体:
核型——一个体细胞中所有染色体的系统排列
三、核仁(nucleolus)
概述
1(绝大多数真核细胞具有
2(结构特征:无膜包裹,电子密度高,球形海绵状结构
30
3(大小形状数目随生物种类、细胞类型及生理状况不同而有差异
4(细胞分裂期核仁消失
(一)化学组成:蛋白质、RNA,少量DNA
蛋白质(干重的80%):核糖体蛋白质、组蛋白、非主蛋白、DNA聚合酶、RNA聚合酶、ATP酶等
RNA(干重的10%):多与蛋白质结合成核蛋白
DNA(干重的8%):主要在核仁相随染色质中
(二)核仁的超微结构
1(核仁染色质(核仁相随染色质)
?核仁周围染色质(perinucleolar chromatin)主要是异染色质
?核仁内染色质(intranucleolar chromatin)常染色质,内含rRNA的重复基因,是形成核仁的关键部分,被称为核仁组织者区(nucleolar organizer region,NOR)。在细胞分裂期成为染色体的次缢痕。
2(纤维成分(fribrilar cornponent,FC):由RNA和蛋白质的复合物组成的核仁丝。 3(颗粒成分(granular cornponent,GC):由rRNA和蛋白质组成的核糖体大、小亚基的前体物质。
4(核仁基质(nucleolar matrix)无定形蛋白质液体物质,主要含组蛋白、酶类,电子密度低,与核基质相连。
(三)核仁的形成
核仁是随细胞周期变化的结构,在分裂前期消失,在分裂后期末,又出现在NOR附近。
其形成机制:NOR的DNA分子主要为rDNA,在分裂后期末,伸展的rDNA在酶的参与下开始转录前体rRNA,随着rRNA成熟及核糖体大小亚基组装形成,在NOR周围形成核仁。
一个核仁可以由若干个核仁组织者染色体共同组织形成。核仁组织者染色体是指含有rDNA的能形成核仁的染色体。
(四)核仁的功能
rRNA合成、剪接、加工,核糖体的大、小亚基组装的场所
剪接加工与蛋白结合
rDNA rRNA前体 Ri亚基的前体物质 Ri大亚基、 小亚基 Ri
转录
蛋白质合成 工业
NOR 纤维成分 颗粒成分
核仁
核膜 31
四、核基质(nuclear matrix)
核基质:间期细胞核中,在染色质和核仁周围的由蛋白质构成的网架结构。
狭义上,核基质=核骨架(nuclear skeleton),广义上,核基质包括核纤层、核孔复合体、染色体骨架、核骨架,甚至有人认为核基质与细胞质中的中间纤维相连,形成一个贯穿核、质间的复合网络系统。
功能:与染色体空间构建、基因表达调控、DNA复制、RNA转录及RNA剪切、加工、修饰和转运过程密切相关。
第二节 细胞核的功能及与医学的关系 【掌握】细胞核的主要功能及其意义
一、细胞核的功能
1(遗传信息的主要贮存库,通过复制将遗传信息传递给下一代细胞 2(转录RNA,进行遗传信息的表达
二、核异常与恶性肿瘤及遗传性疾病的产生
恶性肿瘤细胞核质比增高,核表现为多形性和异形性;染色质增多且分布异常;染色体数目异常、核膜增厚、形状异常、核孔数目异常;核仁增大、数目增多。
核内遗传物质发生异常将导致?基因病?染色体病。
第十三章 细胞增殖
第一节 细胞增殖方式 【掌握】细胞增殖方式:无丝分裂、有丝分裂和减数分裂的特点及其异同。
第二节 细胞增殖周期 【掌握】1、细胞周期的概念
2、细胞周期各时期的划分和各分期的主要特点
3、G期细胞的类型 1
第三节 细胞增殖的调控
(略)
第四节 细胞增殖与肿瘤 【熟悉】肿瘤细胞群体的类型
【了解】1、肿瘤细胞增殖周期的特点
2、细胞增殖与肿瘤治疗
第五节 减数分裂
【掌握】1、减数分裂各时期的划分
2、同源染色体的概念
3、前期I、中期I、后期I、中期II、后期II的主要特点 【熟悉】减数分裂与有丝分裂的异同
【了解】联会复合体的结构
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细胞增殖(cell proliferation):通过细胞分裂(cell division)产生与母细胞遗传特性相同的子细胞,使细胞数目增加的过程。
细胞增殖是生命得以延续的保证,有机体的生长以育和成熟个体生命活动的维持,都需要不断地进行细胞增殖。
有机体对细胞增殖过程具有非常精确地调控能力。
第一节 细胞增殖方式
一、无丝分裂amitosis(直接分裂)
无丝分裂:不经过有丝分裂时期而直接分裂为两相似的子细胞的过程。
? 特点:?简单、迅速
?没有染色体、纺缍丝的形成,没有核膜、核仁的解体
?分裂时细胞体积增大,细胞核伸长呈哑铃状缢断,同时细胞中部收缩直至
完全裂开成两个细胞
?是低等生物细胞增殖的主要方式
二、有丝分裂mitosis(间接分裂)
有丝分裂是指细胞通过核分裂和有丝分裂器的形成,以及胞质分裂将复制好遗传物质平均分配给两个子细胞的过程,确保了遗传的稳定性。是真核细胞的主要的增殖方式。
n 前、前中、中、后、末期
2n
n 间期:染色体复制
(一)特点:
M期的主要特点是时间短、但细胞形态结构发生巨变化:如出现染色体变化,形成有丝分裂器和收缩环,核膜、核仁的消失和重建,复制的染色体能平均地分给两个子细胞,子细胞染色体数与母细胞相同。生化特点:RNA合成停止,蛋白质合成减少,染色体高度螺旋化。
(二)有丝分裂的过程
(间期:DNA复制,中心体复制,双侧动粒组装)
1(前期
细胞核的变化:?染色质组装成染色体
?核膜裂解为膜泡
?核仁解体
细胞质变化:中心体是主要的微管组织中心(MTOC)结构,两组中心体向极运动,形成
早期的有丝分裂纺锤体
结束标志:核膜的突然破裂
2(前中期
细胞质变化:纺锤体开始形成
33
星体微管:中心体从两极放射出的微管
纺锤体 极微管(连续微管):连接两极的微管,中央靠动粒蛋白相连。
动粒微管:中心体一极与染色体动粒结合的微管
核物质变化:染色体附着在纺锤体微管上,染色体继续螺旋化
2(中期
核物质变化:各条中期染色体在动粒微管的作用下前后运动不断调整位置最终聚集在细胞
赤道面上,
细胞质变化:完整的有丝分裂器形成。有丝分裂器:星体、纺锤体、染色体组成的复合装
置,是一暂时性细胞器,与染色体的移动和平均分配有关。 3(后期:时跨染色体着丝粒纵裂到姐妹染色单体分别移向细胞的两极。
染色体着丝粒纵裂形成两组数目相等的“V”字形染色体,缓慢移动至两极造成后期
染色体移向两极的因素:
? 动粒微管缩短(微管解聚假说):动力蛋白带着动粒沿着不断缩短的微管
向极端“行走”
? 极微管的伸长(极移动假说):染色体的移动是纺锤体两极的分离运动所
致,两套极微管增加末端(赤道面重叠端)相互向相反方向推动产生推力
使极向相反方向移动(极移动),纺锤体延长,从而造成两染色体组分离。 4(末期:从染色体到达两极至两个子细胞形成。主要特点为:核重建与胞质分裂完成。 细胞核变化:子细胞核的形成。核膜重新形成,染色体解旋成染色质,基因转录活性得到
恢复,核仁重新出现。
细胞质变化:胞质分裂,细胞分裂的最后一个环节。动物细胞的胞质分裂出现的标志是形
成 细胞膜缩拢和分裂沟,细胞缢缩的动力是胞膜下出现的收缩环产生的。
收缩环(contractile ring)是由肌动蛋白纤维和肌球蛋白纤维构成,这两种纤
维反向滑行产生动力使细胞缢缩,并形成分裂沟使细胞一分为二的。 三、减数分裂meiosis(成熟分裂)
减数分裂:在生殖细胞形成过程中,使子细胞染色体数目减半的细胞分裂。 (一)总特点
染色体复制一次,细胞分裂两次,子细胞染色体数目减半。
n
n 减数分裂I n2n n 前、 中、后、末期 减数分裂II n n
细 偶 粗 双 终 前、中、后、末期 n线 线 线 线 变 n 期 期 期 期 期
(二)各时期特点
34
前间期:DNA复制,组装成染色体,中心体复制,单侧动粒组装。 前期I:细线期:染色质螺旋成细线状的染色体,染色线上分布许多染色粒。
偶线期:同源染色体联会,形成二价体。
同源染色体:两条形态、大小和遗传功能相似的染色体,其中一条来自父方,一条来自母方。
粗线期:同源染色体(四分体)的非姐妹染色单体发生交换
双线期:同源染色体互相排斥分开
终变期:染色体浓缩得更粗短
中期I:同源染色体排列在细胞中央
后期I:?同源染色体分离
?非同源染色体自由组合
末期I:形成两个子细胞
间期:中心体复制,双侧动粒组装
前期II:染色质逐渐螺旋形成染色体
中期II:姐妹染色体排列在细胞的赤道面上
后期II:姐妹染色单体分别向两极移动
末期II:形成4个子细胞,子细胞染色体数目减半。
四、减数分裂与有丝分裂比较:
请完成下列表格:
比较项目 减数分裂 有丝分裂 1、
2、
3、
4、
第二节 细胞增殖周期
一、细胞增殖周期(细胞周期,cell cycle)的概念
细胞周期:细胞从一次分裂结束开始,经生长、成熟和分裂后成为两个细胞的周期性过程。 细胞周期时间(cell cycle time,Tc):细胞周期所经历的时间。典型的离体培养的哺乳动物细胞周期时间Tc为20~30小时,各时相所需时间为TG、TS、TG、TM,一般TG最长,12110~15小时,TM最短,0.5~1小时。
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二、细胞周期各时相的划分
TG期(DNA合成前期) 1
间期 S期(DNA合成期)
细胞周期 G期(DNA合后期) 2
有丝分裂期(M期):前、中、后、末期。
正常情况下,细胞周期的路线按照G?S?G?M运转。 12
?细胞周期室(cell cycle compartment):依据RNA和蛋白质的含量变化,将细胞周期划分为各个不同的功能状态,即12个室。各室之间的转变同时取决于DNA、RNA、染色质凝集程度等多方面因素。
GA态:早期G细胞状态,由于染色质螺旋化程度高,RNA、蛋白质(酶)含量较11
少,因此不能进入S期。
GB态:GA态细胞经一定时间生长后,染色质发生解螺旋,RNA、蛋白质(酶)含11
量增多至达到一定阈值的G期晚期细胞状态,达到GB态的细胞才能进入S期,M期。 11
GA态细胞没有必需的RNA积累就会处于细胞增殖的静止状态Go态或进入分化状态GD11态(当细胞合成一些特异性的RNA和蛋白质时)。在一定条件的激活下,Go态细胞可由过渡态GT态返回GA态,进而发育至GB态。 111
? GA态细胞走向: 1
GB S M 1
GA态 Go态 1
GD态 细胞分化 1
三、细胞周期各时相的特点
(一)G期 1
1(G期的主要特点 1
(1)G期最长 1
在细胞周期中G期最长,与S、G、M相当稳定的时长相比,G期时长在不同细胞121中相差很大。G期的长短决定细胞周期的时间。G期提供一个相当长的生长时间以使分11
裂后的子细胞补充细胞质物质,以平衡分裂结束后失衡的核质比。
(2)G期有R点(restriction point) 1
R点(限制点):在G期存在一个调节细胞周期的开或关的“阀门”,即制点。R点是1
G期细胞对环境信号的敏感点,它可限制细胞通过G期进入S期。亦为控制GA态细胞111从GA态转变为GB态的临界点。限制细胞增殖的各种因素如:RNA阈值、温度、值、11
离子浓度、营养物质、药物、射线等均可成为R点。R点亦称为检验点(check point)。 (3)G期细胞的活跃生长 1
细胞在G期的主要活动是为DNA复制及相关蛋白质合成做准备。合成RNA、cAMP、1
cGMP、多胺(与DNA复制相关)、胸苷激酶,脱氧核苷酸和钙调蛋白(与G期长短、进1入S期及DNA合成直接相关)等。
2(G期细胞的增殖状态——G期细胞的类型 11
?继续增殖细胞群:始终保持活跃的增殖能力的细胞群。这类细胞代谢水平高,对环境信号敏感,周期时间稳定。如胚胎细胞、上皮基底细胞、骨髓干细胞、恶性肿瘤细胞等。
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?暂不增殖细胞群(Go期细胞):保持着增殖能力但处于静止状态的细胞群。此类细胞长时间停留在G期,未越过R点,处于暂不增殖状态,在适宜条件下,又可恢复增殖1
状态。这类细胞对组织再生、创伤修复和免疫功能有重要意义。
?永不增殖细胞群(不育细胞):这类细胞丧失增殖能力,始终停留在G期,通过合1成特殊的和蛋白质,向高度分化(GD)的方向发展,其形态结构与功能的专一性越来越1
明显,直至衰老死亡。如:角质细胞、神经细胞、成熟细胞。
4(G期向S期转变:为DNA复制作好物质准备,如合成各种蛋白质、酶、能量等。 1
二、S期:合成DNA
三、G期:为M期的细胞分裂作好物质贮备——大量合成RNA、蛋白质、能量等。 2
四、有丝分裂(M)期
第四节 细胞增殖与肿瘤
一、肿瘤的细胞群体类型
1(增殖细胞群(A):
细胞处于连续的增殖状态,对药物敏感,化疗效果好。
2(暂不增殖细胞群(B):
癌细胞处于静止期,对化疗药物不敏感,是肿瘤复发的根源。 3(不再增殖细胞群(C):
丧失增殖能力的细胞群,其比例越大,肿瘤的危险性越低。
肿瘤增殖率:
增殖细胞数 A
GF= =
细胞总数 A+B+C 二、肿瘤恶性增殖的原因
1(肿瘤细胞群体中增殖细胞群的比例大
2(肿瘤细胞失去了“接触抑制”而无限增殖
三、细胞周期与肿瘤的治疗
1(非周期特异性药
对任何状态(增殖型和非增殖型)的细胞均发生作用的药物,主要是破坏DNA的合成,但有明显的毒付作用。如氮芥、丝裂霉素等。
2(周期特异性药
作用于细胞周期各期的增殖细胞,能抑制DNA合成,但对Go期细胞缺乏杀伤力。如环磷酰胺、放线菌素D等。
3(时相特异性药
作用于细胞周期某个时相的细胞。如秋水仙素,主要作用于前、中期,破坏纺缍体的形成,使细胞阻断在中期。
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