细胞生物学(陶然)

细胞生物学一．古核，原核，真核细胞比较古核原核真核获能方式CO2，S还原为CH4，H2S氧化磷酸化呼吸作用，光合作用质膜结构富含四醚酯（增加高温耐受性）磷脂+蛋白磷脂+蛋白结构性蛋白多疏水残基（高温耐受性）无无基因，细胞核相当一部分不同于原核不含高度重复序列含外显子，内含子，高度重复细胞壁肽聚糖(支原体没有）植物：纤维素和果胶真菌：几丁质动物：没有细胞器核糖体多种（后详叙）分裂方式二分裂二分裂有丝，无丝二．细胞膜——流动镶嵌模型１．概述：（１） 磷脂排列成双分子层，构成膜的骨架。双分子层中每个磷脂分子都可以自由地横向移动，使双分子层具有流动性。（２）膜蛋白为球蛋白，它可以从两个侧面嵌入或穿透双分子层，或镶于表面上。这些蛋白质分子可以在磷脂双分子层中作横向运动。２．脂质类型：（1）甘油磷脂;(2)鞘脂；（3）胆固醇（动物细胞膜中）3.运动方式：侧移；摆尾；自旋；翻转（最难、最不常见）　4．蛋白质（均为α-螺旋）：（1）外在蛋白（2）内在蛋白；（详见《奥赛经典》60页及《普通生物学》37页）分离方式：膜周边蛋白为水溶性蛋白，靠离子键或其他较弱的键与膜表面蛋白分子或脂分子结合，可通过提高温度或提高溶液盐浓度，将它分离下来。膜内在蛋白与膜结合非常紧密，用去污剂使膜崩解后才可分离下来。5．特化结构：（1）脂筏：在以甘油磷脂为主的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相，其中载有蛋白分子，他们如同漂浮在脂双层上的“脂筏”。 脂筏功能：在细胞信号转导、物质跨膜运输、病原微生物入侵细胞过程中发挥重要作用。（2）细胞外被（糖被）：表面静电荷为负。功能：（1）对膜蛋白起保护作用（2）细胞识别、信息交流、免疫（3）ECM（胞外基质）：通常为不溶性网状结构，由多糖，纤维状蛋白和粘黏蛋白组成，为组织提供结构支持各部分功能：（1）胶原纤维——构成ECM骨架（2）蛋白聚糖——激素的富集库（3）纤连蛋白——促进细胞迁移（4）植物细胞壁：①支持：木质化，硅质化②保护：角质化，栓质化（不透水）三．细胞连接：封闭连接，锚定连接，通讯连接1．封闭连接：2个相邻细胞之间不留空隙，物质不能从胞间通过。连接处无细胞外被。例：小肠绒毛上皮细胞2．锚定连接：①粘附连接（粘）②桥粒：类似于铆钉的连接方式，十分紧密(扣)③半桥粒——细胞与基底膜之间粘着3．通讯连接——间隙连接，突触，胞间连丝 作用：见《精英教案》P1011四．物质跨膜运输1.小分子和离子——扩散和运输被动运输（顺浓度梯度）主动运输（逆浓度梯度）方式简单扩散易化扩散主动运输协同运输蛋白质无通道蛋白载体蛋白载体蛋白供能方式无无ATP氧化供能以另一物质浓度梯度供能转运泵无无ATP泵钠-钾泵等实例O2，CO2，固醇类，脂溶性物质葡萄糖（进入红细胞），氨基酸，离子，水离子，亲水性分子葡萄糖，氨基酸注：1.离子的运输包含两种方式，顺浓度为协助扩散，逆浓度为主动运输2.协同运输有时称继发式主动转运。3.通道蛋白和载体蛋白区别：通道蛋白：主要根据溶质（或离子）大小和电荷进行辨别。即：足够小和带有适当电荷的分子或离子就能通过。载体蛋白：只容许能与载体蛋白相应部位结合的溶质分子通过。载体蛋白每次转运都要发生自身构象改变。 4.不需供能的运输方式：协助扩散，单纯扩散，离子通道运输2．胞吞和胞吐：见《精英教案》P1021-1023五．细胞信号传导：1．信号传导分类方式：①根据分泌的地点到靶细胞距离分为：内分泌，旁分泌，自分泌②根据作用部位分为表面受体介导和胞内受体介导2．胞外传导步骤：合成信号分子→信号分子释放→转移至靶细胞→与特殊受体结合，引起蛋白活化→引发胞内传导途径→功能，代谢等发生变化→信号除去，应答结束。3．化学信号作用方式：见《精英教案》P10254.信号分子分类：信号分子，即配基，指能够被受体识别的各类大，小分子物质。又称被识别体。（1）亲脂类信号分子：类固醇激素。与细胞质与核中受体结合，形成受体复合物，调控基因表达。 （2）亲水类信号分子：神经递质，生长因子等，不能进入细胞，与膜上受体特异性结合，通过信号转换机制，生成第二信使（cAMP和肌醇磷脂），或者激活蛋白激酶，引起应答（3）气体信号分子——NO。NO本质是一种自由基式气体，能够快速通过细胞膜，与胞内受体结合。从而引起平滑肌舒张，扩大血管内径。5.受体（1）分类：胞内受体（受亲脂性信号分子激活）；表面受体（亲水性信号分子激活）（2）第二信使：第一信使作用于胞体表面受体，促使第二信使分泌，进行胞内传导。（3）G蛋白偶联受体：这类受体的作用要通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋白）偶联。在胞内产生第二信使。①cAMP信号通路：第一信使（激素）→激活受体→活化腺苷酸环化酶→ATP转化为cAMP→激活蛋白激酶促进蛋白质合成，促进细胞分化，抑制分裂。受体和腺苷环化酶通过G蛋白偶联。②磷脂肌醇通路：见《精英教案》P1028-1029六．细胞质=细胞质基质+细胞器细胞质基质=细胞溶胶+细胞骨架具体见《精英教案》P1032七.内质网，核糖体（蛋白体） 1．内质网：由封闭膜系统围成腔而形成相互沟通的网状结构2．比较光面内质网（sER）及糙面内质网（rER）光面内质网糙面内质网形态多由小管和小囊构成不规则结构扁平囊状，排列较整齐，分布大量核糖体功能蛋白质合成，加工的场所：脂类，糖类代谢；解毒作用与脂类合成，解毒有关，参与横纹肌收缩分泌蛋白，溶酶体蛋白、细胞膜结构蛋白合成代表细胞睾丸间质细胞，卵巢黄体细胞，肾上腺皮质细胞消化腺分泌细胞，效应B细胞、胰岛A细胞、胰岛B细胞注：关于合成过程见《精英教案》P1034-1036I有机物合成车间；II蛋白质运输通道；III生物膜系统联系枢纽3．核糖体：合成蛋白质的细胞器（60%RNA，40%蛋白质）蛋白质的装配机器——形成肽键①分类：有70S，80S两种，其中，原核细胞和真核细胞的叶绿体与线粒体中为70S，真核细胞的细胞质基质与内质网上附着的则为80S注：“S”指沉降系数，以10-13秒为单位 真核细胞的核糖体分布有三种:游离——细胞质基质（细胞自身蛋白）附着——糙面内质网表面（分泌蛋白、细胞膜结构蛋白）内含——叶绿体和线粒体中（叶绿体和线粒体自身控制合成蛋白）②关于“信号假说”,见《普生》P31及《精英教案》P1033-1034八．高尔基体：扁平膜囊堆叠，周围有囊泡。1．区别顺面膜囊和反面膜囊顺面膜囊中间膜囊反面膜囊结构中间多孔，呈现连续分支的管网结构（与内质网类似）介于正反面之间管状网面（与细胞膜类似）功能对内质网来物进行分类，送入中间膜囊糖基化修饰，糖脂的合成，蛋白的修饰蛋白质的分类，包装，分泌囊泡包裹物质植物细胞和动物细胞共有，但功能有差异。共同功能——细胞分泌物的形成；细胞膜结构蛋白的合成与装配植物特有功能——细胞壁的形成有关 九．其它细胞器1．溶酶体:单层膜围绕，内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。（1）功能：进行细胞内消化，只存在于动物细胞中（2）溶酶体酶的合成及成熟过程：在rER上的核糖体合成前体→rER运输→高尔基体顺面膜囊进行标记→中间膜囊，糖基化修饰→反面膜囊，分类及发送→初级溶酶体，M6P去磷酸化→次级溶酶体，催化活性。（3）类型：①初级溶酶体：高尔基体囊部膨大脱落形成，一层脂蛋白围绕形成球体，含多种水解酶。不含明显颗粒。②次级溶酶体：初级溶酶体与胞内体，自噬体融合形成复合物。③后溶酶体：未被消化的物质残留形成的小体。（4）功能：①参与细胞正常消化，起营养作用。或吞噬入侵物，起免疫作用。②自体吞噬作用：消化衰老的细胞器，降解产物重新利用。③自溶作用：一定条件膜破裂，释放水解酶，细胞自溶。（5）植物细胞中无溶酶体， 圆球体和中央液泡——来源于内质网。2．过氧化物酶体（微体）功能：（1）利用O2氧化有机底物，形成H2O2，又依靠过氧化氢酶进行分解，防止毒害。（2）有降解脂肪酸的作用，产物为乙酰基，不与ATP发生联系。（线粒体中脂肪酸氧化，产物为CO2，并与ATP偶联。（3）分解有毒化合物，发生在肝脏中，如酒精分解为乙醛。3．液泡：植物细胞特有，单层膜，起源于内质网，膨胀而成。（1）膜上含转运蛋白，将水，离子，营养传入液泡（2）内含一套降解酶，通过氢离子泵维持中酸性PH，可降解某些化合物。（3）离子与蔗糖浓度的调节：液泡膜上使H+泵使离子内流。腔内正电势使负电离子内流，由于H+的浓度梯度推动，钠，钾离子和蔗糖流入细胞，同时H+反向运输进入细胞质。（协同运输----对向运输）补充:1.关于胞吞作用（吞饮作用）：①细胞内吞的一种② 可分为液相内吞和吸附内吞两种。③是细胞摄入溶质或液体的过程④摄入速度较快，且速度与物质浓度有关⑤不具特异性。1.单克隆抗体技术：（1）目的：大量获取单一抗体（2）操作步骤：注射特定抗原蛋白；培养骨髓瘤细胞→融合B淋巴细胞和骨髓瘤细胞→培养，筛选→专一抗体检验阳性→克隆→分离不同种细胞，克隆抗体→转移至体内或体外培养→单克隆抗体。2.关于信号肽：①含一段疏水氨基酸残基②只有合成信号肽的核糖体才能和内质网结合③可与信号识别颗粒结合④具有起始肽链跨膜转移作用，消耗GTP提供的能量。3.关于显微镜（1）光学显微镜：①分类：普通复式光学显微镜；实体显微镜；暗视野显微镜；相差显微镜；荧光显微镜；激光共点扫描显微镜等②分辨率：极限为200nm，最好的角孔径约70度。③视物过程：光源→聚光镜→样品→物镜→ 目镜→眼睛。普通复式光学显微镜①油镜的使用：①使用的镜油为香柏油②镜油应滴在物镜与样品之间③将聚光器降至最低，光圈调至最小④使用时应一眼注视目镜，一边上调或下降镜筒⑤用完后，用拭镜纸和二甲苯擦拭物镜②各类优势;相差显微镜和微分干涉相差显微镜（DIC）常用于观察活的，未染色的细胞，监视细胞运动。荧光显微技术中，不同的蛋白质可用不同荧光染料染色，方便观察。用Ca2+和H+进行标记，可定位离子浓度及PH激光共点扫描显微镜可减少焦平面以外的光，改善分辨率，可观察较厚的样品例：草履虫体内细胞骨架（2）电子显微镜①分类：透射电镜（TEM）分辨率极限0.1nm，扫描电镜（SEM）分辨率极限10nm。②使用;固定，切片，脱水，高电子密度金属染色。③成像原理：TEM：钨丝（阴极）→正极→聚光镜→ 电子束→样品→电磁物镜→投影镜→荧光屏成像SEM：钨丝（阴极）→正极→聚光镜→电子束→扫描线圈→电磁物镜→样品→荧光屏成像。1.几个重要概念(1)一般来说，细胞在悬液中向电场的正极移动。(2)凝集素是一类具有高度专一性，引起细胞凝集的一类球蛋白。（抗体）(3)几种物质在细胞中的存在情况:过氧化氢酶——过氧化物酶体；SRP（信号识别颗粒）受体——糙面内质网；细胞色素氧化酶——线粒体；M6P受体——溶酶体；钠-钾-ATP酶——滑面内质网；细胞色素P450，组蛋白——细胞膜；血型抗原——染色体；G蛋白——细胞外基质。（4）离子泵：具有ATP酶活性，与物质逆浓度跨膜运输有关的蛋白。例：钠-钾泵；钙泵；质子泵（5）细胞外被：是由细胞膜中的糖脂和糖蛋白伸出的糖链组成的表面膜结构。（6）自然界中最小的细胞是支原体。（7）病毒不是细胞的原因：①无细胞膜结构②无两种核酸及核糖体③不以一分为二方式增殖。 （8）单位膜：指由磷脂和蛋白构成的膜结构；以一个单位膜封闭的细胞结构有：内质网，高尔基体，溶酶体和过氧化物酶体。（9）糖基化修饰作用：识别；保护。（内质网中进行N-糖基化修饰，高尔基体中O-连接糖基化）（10）rER合成和运输蛋白质的共性：①信号肽②膜泡运输