1、细胞生物学要点王峰松 安徽医科大学,一、名词解释：4分/题 X 5题 = 25分二、填空题：1分/空 X 30空= 30分三、选择题：1分/题 X 20题= 20分四、问答题：10分/题 X 3题= 30分,主要内容细胞结构与功能：细胞核、染色体生物膜与细胞器的研究细胞质膜、内膜系统、线粒体等细胞骨架体系的研究微丝、微管、中间纤维、Septin 细胞连接与细胞外基质 细胞重要生命活动：细胞增殖及其调控细胞分化与肿瘤细胞细胞凋亡,第一章 绪 论 细胞生物学概念: 细胞生物学是以细胞为研究对象, 从显微水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点, 研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的起源
2、与进化和各种生命活动规律的学科。细胞学说的内容: 一切生物体都是由细胞组成的； 细胞是生命的基本组成单位； 一切细胞只能来自原来的细胞(的分裂)提出者：德国的动物学家施莱登/Schleiden、植物学家施旺/Schwann病理学家/魏尔肖Rudolf Virchow进行补充。,第一个利用显微镜观察细胞的人：英国人胡克/Robert Hooke 第一个利用显微镜观察到活细胞的人：荷兰学者列文虎克/Leeuwenhoek支原体是最小最简单的细胞，直径只有0.1-0.3m。它具有的唯一细胞器是核糖体。自然界中最小最简单的生命体是病毒。,原核细胞和真核细胞比较：,(原核细胞主要为无丝分裂),第二章 细
3、胞生物学研究方法,普通光学显微镜以可见光为光源，荧光显微镜的光源是以紫外线为光源，而电子显微镜是以电子束为光源。电子显微镜按工作原理和用途的不同可分为透射电镜和扫描电镜。扫描电镜：观察样品表面的结构特征； 透射电镜：观察样品的内部精细结构。,一、显微成像技术：,R = 0.61 /n Sin= 0.61 /NA,分辨率: 指能分辨出的相邻两个质点间最小距离的能力，这种距离称为分辨距离，它受到光衍射性质的限制。分辨率由光源的波长、物镜的镜口角、介质折射率三种因素决定。 =照明光源的波长。 n=聚光镜和物镜之间介质的折射率，空气为1，油为1.5。 =样品对物镜角孔径的半角， sin的最大值为1。数
4、值孔径(又叫镜口率) 是物镜和聚光镜聚光能力的主要技术参数，是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低的重要标志。 数值孔径越大，进入物镜的光越多；介质的折射率越大，则数值孔径越大，这些都可以使分辨率提高。放大率：最终成像的大小与原物体大小的比值。 对显微镜来说，最重要的性能参数是分辨率，而不是放大倍数。,超薄切片： 电子束穿透力很弱，须将标本制成40-50nm（小于100nm）的超薄切片。 方法： 透射电镜观察的组织细胞样本在超薄切片之前常用戊二醛和四氧化锇双重固定；丙酮逐渐脱水；环氧树脂包埋；切片；采用柠檬酸铅和醋酸双氧铀等进行染色。透射电镜的样品制备包括固定、脱水、包埋、切片、染色五个步骤。,
5、荧光显微镜是以紫外线为光源， 用以照射被检物体，使之发出荧光。利用一定波长的光激发标本发射荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置，或对发光物质进行定性和定量研究。 直接发光物质：如GFP荧光蛋白； 另有一些物质本身虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光。,Fluorescence Microscopy/荧光显微镜,细胞操作中用作固定液的是：醇类： 甲醇，乙醇 醛类：甲醛，戊二醛等,二、细胞组分的分析方法：,离心分离方法： 利用超速离心机对细胞组分进行分级分离的常用方法有：差速离心法、密度梯度离心法。差速离心： 利用不同离心速度所产生的不同离心力，将亚细胞
6、组分和各种颗粒进行分开的方法。 密度梯度离心：利用各组分在介质中的沉降系数不同，使各组分形成区带。介质溶液是具有密度梯度、高溶解性和化学惰性的溶液。分为速度沉降和等密度沉降两种，前者主要用于分离密度相近而大小不一的组分，后者用于分离不同密度的细胞成分。,Cell fractionation by centrifugation. Repeated centrifugation at progressively higher speeds will fractionate homogenates of cells into their components. In general, the sma
7、ller the subcellular component, the greater is the centrifugal force required to sediment it. Typical values for the various centrifugation steps referred to in the figure are low speed: 1,000 times gravity for 10 minutes medium speed: 20,000 times gravity for 20 minutes high speed: 80,000 times gra
8、vity for 1 hour very high speed: 150,000 times gravity for 3 hours.,1000g,10min,20000g,20min,80000g,1h,150000g,3h,差速离心,velocity sedimentation/速度沉降 and equilibrium sedimentation/等密度沉降或平衡沉降法.,密度梯度离心,原理：依据待分离对象的密度不同而进行分离。,常用蛋白质鉴定和分离方法 Chromatography/层析Paper chromatography/ 纸层析Column chromatography/柱层析离
9、子交换层析亲和层析凝胶过滤层析 Electrophoresis/电泳SDS-PAGE/聚丙烯酰胺凝胶电泳Isoelectric focusing/等电聚焦two-dimensional electrophoresis /双向电泳 Western-Blot/免疫印迹技术,SDS-PAGE/SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,原理: SDS-PAGE根据蛋白质亚基分子量的不同分开蛋白质。 SDS能断裂分子内和分子间氢键，破坏蛋白质的二级和三级结构；蛋白质与SDS分子按比例结合，形成带负电荷的SDS-蛋白质复合物，这种复合物由于结合大量的SDS，使蛋白质丧失了原有的电荷状态形成仅保持原有分子大小为特征的负离
10、子团块，从而降低或消除了各种蛋白质分子之间天然的电荷差异，由于SDS与蛋白质的结合是按重量成比例的，因此在进行电泳时，蛋白质分子的迁移速度取决于分子量的大小。,第三章 细胞膜与物质的跨膜运输,一、细胞质膜的概念与功能：细胞膜(cell membrane)定义：又称质膜(plasma membrane)，是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质等组成的膜结构体系。功能：细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质、能量的交换及信息传递过程中也起着决定性的作用。真核细胞内部存在着由膜围绕构建的各种细胞器。细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜(biomembr
11、ane)，它们具有共同的结构特征。,细胞质膜的基本功能 1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。2、选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递。3、提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜传递。4、为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行。5、介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6、参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构（膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等）。7、膜蛋白的异常与某些疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。,二、细胞质膜的结构模型：单位膜：流动镶嵌模型（内容）： 膜蛋白以不连续的颗粒形式嵌入膜层中。 细胞膜是一个动态结构，
12、其组分可以运动，还能聚集以便参与各种瞬时的或非永久性的相互作用。 主要强调膜的流动性和膜蛋白的不对称性。脂筏模型（内容）： 脂筏是指膜脂双层内，含有特殊脂质的微区，以鞘脂和胆固醇为主，载体特殊的蛋白质，微区内陷可形成囊泡，部分脂筏与细胞骨架蛋白交联。这一模型可解释生物膜的某些性质与功能。,三、细胞质膜的组成成分及特点： 主要由脂质、蛋白质（包括酶）和多糖类等组成。 1. 膜脂生物膜的基本组成成分，主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。磷脂是膜脂的基本成分，分为甘油磷脂和鞘磷脂两类。甘油磷脂主要包括：卵磷脂/磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、脑磷脂/磷脂酰乙醇胺。 蛋白质 生物膜的特定功能主要
13、是由蛋白质完成的； 膜蛋白约占膜的40%50%； 在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异,一般来说,功能越复杂的膜，其上的蛋白质含量越多，种类越多。,根据其与质膜的结合方式不同，膜蛋白可被分为: 整合膜蛋白: 部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质；外周膜蛋白: 水溶性蛋白，占膜蛋白总量的 20%30%；脂锚定蛋白：以共价方式与膜脂结合的蛋白。,22,用去垢剂分离跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段. 去垢剂(detergent)是一种一端亲水一端疏水的两性小的脂分子。,膜蛋白的研究方法, 离子型去垢剂（如十二烷基磺酸钠(SDS)： 它不仅可使细胞膜崩解，并与膜蛋白疏水部分结合使其分离，而且
14、还可以破坏蛋白内部的非共价键，甚至改变亲水部分的构象。 蛋白质的作用较为剧烈，引起蛋白质变性，因此在纯化膜蛋白时，特别是为获得有生物活性的膜蛋白时，常采用非离子去垢剂。,23, 非离子型去垢剂Triton X-100，其分子式如下：非离子型去垢剂也可使细胞膜崩解，但对蛋白质的作用比较温和，它不仅用于膜蛋白的分离与纯化，也用于除去细胞的膜系统，以便对细胞骨架蛋白和其他蛋白进行研究。 Tween-20 NP-40 Digitonin/洋地黄皂苷,3. 膜糖： 细胞质膜上的膜糖都位于细胞质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则面向膜的腔面（非胞质面）。 膜糖的存在方式： N-连接：即糖链与肽链中天冬酰胺残基
15、相连 O-连接：糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连 O-连接糖链较短，约含4个糖基，N-连接糖链一般有10个以上的糖基。,四、生物膜基本特征： 一）膜的流动性1. 膜脂的流动性：1）运动方式： 侧向扩散运动 (lateral diffusion): 基本运动方式. 旋转运动 (rotation) 摆动 (flexion): 尾 大于头 翻转运动 (flip-flop):. 2）影响其流动性的因素： 膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短； 脂肪酸越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。 与卵磷脂/鞘磷脂的比值呈正比； 胆固醇的双重调节作用； 膜蛋白的影响。,2. 膜蛋白的流动性：
16、,二）膜的不对称性 细胞质膜各部分的名称：细胞外表面(ES)，原生质表面(PS)细胞外小页断裂片(EF)，原生质小页断裂面(PF)2. 膜脂的不对称性指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。糖基侧链仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础。3. 膜蛋白的不对称性在膜两侧分布不对称，如：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白决定的; 膜蛋白的不对称性是生物膜执行复杂的、在时间上和空间上有序的各种生理功能的保证。,细胞膜和其他的生物膜不仅是半透膜，还是选择性通透屏障.,一些概念：扩散(diffusion)：指物质沿着浓度梯
17、度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散。协助扩散：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小的方向的扩膜转运。主动运输：由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度的由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜运输的方式，是一种耗能的运输方式。,特点： 从高浓度到低浓度； 不需要转运蛋白的协助； 不消耗能量。如：水、氧气、二氧化碳等。,自由扩散（free diffusion）,非电解质跨膜运输的条件: 在膜两边具有浓度差； 物质必须对膜具有渗透性。 影响非电解质跨膜运输速度的因素: 分子的大小: 分子越小穿膜越快。 溶质的极
18、性: 脂溶性越强穿膜越快。,特点： 从高浓度到低浓度； 需要转运蛋白的协助； 不需要能量。如：葡萄糖进入红细胞等,协助扩散 （facilitated diffusion）,载体蛋白和通道蛋白的差异： 通道蛋白主要是根据溶质大小和电荷进行辨别。 载体蛋白只允许与自己结合部位相适应的溶质分子通过, 而且其自身构象在转运过程中须发生变化。,载体蛋白的特性： 对转运的物质不作共价修饰； 对运输物质具有高度选择性，有特异性结合位点； 具有类似于酶和底物作用的饱和动力学； 即可被底物类似物竞争性抑制，也可被某些抑制剂非竞争性抑制; 对pH有依赖性.,特点： 从低浓度到高浓度； 需要载体蛋白的协助； 直接或
19、间接需要能量(ATP)。如：Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+等离子通过细胞膜；葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞。,主动运输（active transport）,小分子物质跨膜运输三种方式的比较,不需要,需要,需要,不消耗,不消耗,消耗,O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯,葡萄糖进入红细胞,Na+ 、K+、Ca2+等离子； 小肠吸收葡萄糖、氨基酸。,内吞作用/endocytosis： 它是细胞通过质膜的内陷和包裹形成囊泡，将外界物质内化而转运进入胞内的过程。胞吞作用/exocytosis： 将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过质膜转运出细胞的过程。 组成型胞吞途径 调节型胞吞途径,协助扩散,
20、自由扩散,物质的运输方式,主动运输(逆浓度梯度),小分子物质 (跨膜运输),大分子物质(膜泡运输),胞吞,胞吐,顺浓度梯度,被动运输,小结,第四章 细胞的内膜系统与囊泡转运,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。包括内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等。,一). 内质网 细胞质中由膜围成的管状或扁平囊状的结构，互相连通成网，构成细胞质中的扁平囊状系统。 粗面内质网 光面内质网肌肉细胞内的肌浆网为 一类特化的内质网。,多呈大的扁平膜囊状, 在电镜下观察排列极为整齐。它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构； 主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶
21、蛋白。粗面内质网与细胞核的外层膜相连通。,粗面内质网：,光面内质网：,无核糖体附着的内质网称为光面内质网, 通常为小的膜管和小的膜囊状, 而非扁平膜囊状,广泛存在于各种类型的细胞中，包括合成胆固醇的内分泌腺细胞、肌细胞、肾细胞等。 光面内质网是脂类合成的重要场所。,葡萄糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶。,内质网的功能： 1.蛋白质的合成； 2.脂类的合成； 3.蛋白质修饰和加工：糖基化、酰基化、二硫键形成等； 4.新生多肽的折叠和组装。,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp/羟脯氨酸的
22、OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。 N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。,信号肽(signal peptide) 信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP) 停泊蛋白(docking protein) /SRP受体 转位复合物/ 易位子(translocon) 停止转运序列(stop transfer sequence) 信号肽酶(signal peptidase),Signal Hypothesis/信号假说- A model fo
23、r the Signal Mechanism of cotranslational Import/共翻译转运,内质网驻守信号(ER retention signal):Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信号序列，能够和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运。,高尔基体是一个复杂的由许多功能不同的间隔所组成的连续的完整体系或结构。由一些（常常4-8个）排列较为整齐的扁平膜囊（saccules）堆叠在一起，构成高尔基体的主体结构，膜囊多呈弓形，也有呈半球形或球形。 高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶。,二). 高尔基体,蛋白质运输ER到高尔基体内侧的运输ER蛋白的逆向运输高尔
24、基体内侧到高尔基体外侧运输 蛋白质的修饰：糖基化等 蛋白质的分选 蛋白质的水解：将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。,高尔基体功能：,三). 溶酶体, 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中一种异质性细胞器。 溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。 其主要功能是进行细胞内的消化作用。标志酶：酸性水解酶,根据溶酶体的不同生理阶段，可分为初级溶酶体（primary lysosome）、次级溶酶体（secondary lysosome）和残余小体（residual body）。,1.清除无用的生物大分子、衰老的
25、细胞器及衰老损伤和死亡的细胞 2.防御功能: 入侵病毒或细菌等。3.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； 在分泌腺细胞中，溶酶体常常含有摄入的分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节； 发育过程中，某些特定细胞编程性死亡及周围活细胞对其清除，如两栖类发育中蝌蚪尾巴的消化，哺乳动物断奶后乳腺退行性变化等； 精子的顶体（acrosome）相当于特化的溶酶体，在受精过程中的能溶解卵细胞膜。,溶酶体的功能：,Types of Vesicle Transport /膜泡转运：, 蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运到高尔基体，进而分选运到细胞的不同部位。 三种主要类型：网
26、格蛋白有被囊泡、COPII有被囊泡、COPI有被囊泡。,Clathrin-Coated Vesicles Formation,衣被小泡的类型与功能,第五章 线粒体,内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部位； 基质是三羧酸循环发生的部位。,线粒体中由自身合成的蛋白质仅占10%,其余均为细胞核基因组编码。因此，线粒体有自己的DNA和蛋白质合成体系，即独立的遗传系统，但又受核基因组遗传系统的控制，其生长和增殖受核基因组和自身基因组两套遗传系统的控制，故为半自主性细胞器。编码细胞色素b、细胞色素氧化酶的3个亚基、ATP酶的2个亚基以及NADH脱氢酶的7个亚基。另外还有16SrRNA和12SrRN
27、A以及22个tRNA的DNA序列.,线粒体的半自主性：,细胞中的膜结构总结： 具有单膜的结构有：具有双膜的结构有：具有无膜结构的细胞器有：,线粒体、细胞核,核糖体、中心体,细胞质膜、内质网、高尔基体、溶酶体、 过氧化酶体,细胞骨架(cytoskeleton)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、增值等有关。,中间 纤维,是起主要支撑作用的细胞骨架成分，使细胞具有张力和抗剪切力。,第六章 细胞骨架与细胞的运动,微 管,一、微管的结构与组成：,二、微管的类型,三、影响微管稳定性的药物,秋水仙素(c
28、olchicine)当结合有秋水仙素的微管蛋白亚基组装到微管末端时，其他的微管蛋白亚基就很难再在该处进行组装，但末端带有秋水仙素的微管对其去组装并没有影响，从而导致细胞内微管系统的解聚。 紫杉醇(taxol)存在于红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。,微管组织中心：动物细胞特有的细胞器。 在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心，除中心体以外，细胞内起微管组织中心作用的类似结构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等细胞器。,9 组等间距的三联体微管。 在每组三联体微管中，只有一根微管在结构上是完整的，
29、含有13根原纤丝，称为微管A，另外的两根微管为不完全微管，依次称为微管B 和微管C。,四、微管的组装和去组装,、-微管蛋白和-微管蛋白形成8nm的二聚体,二聚体先形成环状核心(ring), 、两端、侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。 、当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。新的二聚体添加到MT的两端使之延长。,微管的装配过程：成核期，聚合期，稳定期,踏车现象（ treadmilling ) 由于微管两端极性的不同，当组装体系内底物的浓度临近临界浓度时，在同一根微管上常可以发现其正极端因组装而延长，而其负极端则因去组装而缩
30、短，当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持稳定，即所谓的踏车现象。,五、微管的动态性：,六、微管结合蛋白（MAP: microtubule-associated protein）,Lattice binding MAPs End-binding MAPs(末端结合蛋白) 微管去稳定蛋白 马达蛋白,动力蛋白,驱动蛋白,一、结构与成份：,微 丝,当单体上结合的是ATP时，就会有较高的相互亲和力，单体趋向于聚合成多聚体，就是组装。 当ATP水解成ADP后，单体亲和力就会下降，多聚体趋向解聚，即是去组装。 在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤
31、维。微丝的两端组装速度并不一样。往往正极比负极快。 当微丝组装到一定长度时，可以观察到正极组装而负极同时去组装的现象，被命为“踏车现象（tread milling)。,二、微丝的组装及动力学/Actin Dynamics, 成核期： G-肌动蛋白开始聚合，其二聚体不稳定，易水解，只有形成三聚体才稳定，即核心形成。 延长期（生长期）：一旦核心形成，G-肌动蛋白单体快速地在核心两端添加上去。 稳定期：微丝延长到一定时期，肌动蛋白掺入微丝的速度与其从微丝上解离的速度达到平衡，此时即进入平衡期，微丝长度基本不变。,Cytochalasin D/细胞松弛素 D, depolymerizes actin
32、filaments by binding to the (+) end of F-actin, where it blocks further addition of subunits. 促使微丝解聚。phalloidin/鬼笔环肽, by binding at the interface between subunits in F-actin, thereby locking adjacent subunits together and preventing actin filaments from depolymerizing. 稳定微丝。,三、影响微丝组装的特异性药物：,中间纤维,一、中
33、间丝的主要类型和成分,二. 装配过程： 两个单体，形成两股超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）； 两个二聚体反向平行组装成四聚体； 多个四聚体首尾相连组成原纤维； 8根原纤维组成中间纤维。 特点： 无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。,66,胞质骨架三种组分的比较,主要功能：遗传：通过染色体DNA的复制和细胞分裂，维持物种的世代连续性；发育，通过调节基因表达的时空顺序，控制细胞的增殖分化，完成个体发育使命。,细胞核是细胞内最大、最重要的结构，是细胞生命活动的调控中心，细胞遗传与代谢的调控中心，是真核细胞区别于原核细胞最显著的标志之一。,第七章 细胞
34、核,典型的间期细胞核主要由核膜、染色质、核仁和核骨架等几部分组成。,提供原料和液体环境,双层膜，有核孔,液态,主要由DNA和 蛋白质组成,核内存在的 致密小体,Nuclear pore complex (NPC)/核孔复合物,核孔复合体的功能 核质与胞质之间进行物质交换的通道 运输具有双向选择性 双功能方式：被动运输(自由扩散)和主动运输,被动运输: -核孔复合体的有效直径约为9-10nm，长约15nm。 -离子、小分子、直径小于10nm的物质原则上可自由通过,即允许分子量在4060103 的球形蛋白、离子和小分子出入；对Na+等少数离子仍有一定的屏障作用；某些小分子可因与大分子结合而不能自由
35、通过. 主动运输 : 是一个载体识别和载体介导的耗能过程；核内各种酶蛋白从胞质输入； 蛋白合成的各种tRNA、mRNA从核输出。,核纤层,定义： 是附着于内核膜下的纤维蛋白网，位于内核膜与染色质之间，整体呈球形或笼形网络，它与中间纤维和核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系，在间期细胞细胞核中普遍存在，而分裂期细胞的核纤层解体并以蛋白单位形成存在于细胞质中，末期有重新形成。,核纤层的作用 在细胞核中起支架作用 高盐、非离子去污剂、核酸酶处理核后，核孔复合体和核纤层存留，并维持细胞核的轮廓。 与核膜重建及染色质凝集关系密切。,内核膜上有lamin B受体，介导核纤层与核膜的结合； 细
36、胞分裂前期结束时，核纤层被磷酸化而解聚，核膜崩解成核膜小泡（lamin B-核膜小泡），A型lamin则溶于胞质中； 分裂末期，lamin去磷酸化，重新组装，介导核膜的重建； 间期核，核纤层还提供染色质（异染色质）的锚定位点，使染色质结合与核纤层内侧，进而螺旋化形成染色体。,染色质的组成成分：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNADNA和组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化。,染色质,染色质的基本结构单位核小体 R.Kornberg于1974年提出染色质结构的念珠模型。 染色质的基本结构单位：核小体200bpDNA、5种组蛋白 核心：4种组蛋白：（H2A、H
37、2B、H3、H4）各2个分子成8聚体核心颗粒；约140bpDNA缠绕1.75圈；相邻核小体：H1组蛋白结合60bp连接DNAH1锁住DNA分子进出口，稳定结构。,根据形态特征、活性状态等区分, 可将染色质分为常染色质和异染色质。,染色质结构与基因活化,染色体DNA的三种功能元件/function elements：,确保染色体复制和稳定遗传的条件： DNA复制起点：确保染色体自我复制，维持遗传的连续性； 着丝粒：平均分配染色体到子细胞中； 端粒：保持染色体的稳定性和独立性。,着丝粒包含3个结构域： 1、动点结构域（kinetochore domain） 2、中央结构域（central doma
38、in） 3、配对结构域（pairing domain）,端粒(telomere)：它是染色体端部的特化部分，由端粒DNA与端粒蛋白构成，是识别染色体的重要形态特征之一，作用是维持染色体的稳定性和完整性。 端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100 bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶(telomerase)来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。因此，它参与决定细胞寿命。 肿瘤细胞中，端粒酶有活性，使细胞获得永生化的能力，因此，参与了肿瘤的发生和形成。,信号的解除与细胞反应的终止,第八章 信号转导,细胞表面受体 细胞内受体
39、,细胞表面受体,离子通道藕联受体,G蛋白藕联受体,酶连受体,具有离子通道作用的细胞质膜受体称为离子通道受体。 特点：受体/离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道，一般是四次或六次跨膜蛋白跨膜信号转导无需中间步骤:是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gated channel）。 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性,离子通道藕联受体,G蛋白偶联型受体介导的信号转导,每一种G-蛋白偶联受体都有7 个螺旋的跨膜区，信号分子与受体的细胞外部分结合，并引起受体的细胞内部分激活相邻的G-蛋白。,三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding r
40、egulatory protein）：简称G蛋白，位于质膜内胞浆一侧，由、三个亚基组成， 和二聚体分别通过共价结合锚于膜上，亚基本身具有GTP酶活性。 G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，通过自身构象的变化激活效应蛋白，进而实现信号从胞外向胞内的传递。,G蛋白的作用机制：,G蛋白亚基上存在GDP或GTP结合位点，有GTP酶活性，能促进与其结合的GTP分解成GDP。在静息状态下，亚基与、亚基形成三聚体形式后与GDP结合，此时G蛋白与受体分离，无活性；当配体与受体结合后，受体分子构象改变，与G蛋白亚基结合的位点暴露，导致受体胞内部分与G蛋白亚基相互作用， 亚基构象改变，与GTP结合增强，被激
41、活，进而解体。,G蛋白解离后形成的两部分可以沿着细胞膜自由扩散，直接与位于细胞膜下游的效应蛋白作用并使其激活，完成将信号从胞外传递到胞内的过程，G蛋白下游效应蛋白通常是离子通道或与膜结合的酶，如腺苷酸环化酶、磷脂酶C。,PKA是一种由四个亚基构成的寡聚体。其中有两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基。当调节亚基与cAMP结合后发生变构（每一调节亚基可结合两分子cAMP），与催化亚基解聚，从而激活催化亚基。因此，cAMP可以直接调控PKA的活性。,cAMP信号通 路,概念：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
42、细胞内信号。这一信号通路的首要效应酶是腺苷酸环化酶。,通过G蛋白耦联受体介导的另一条信号途径是磷脂酰肌醇信号通路，其信号转导是通过效应酶磷脂酶C完成的。 双信使IP3和DAG的合成来自于膜结合的磷脂酰肌醇（PI）。,当配体与受体结合接触后，G蛋白亚基分解其结合的GTP，生成GDP，其构象改变，与GDP结合能力增强，并与效应蛋白分离，重新与、亚基结合构成三聚体，G蛋白回复到静息状态。,细菌毒素对G蛋白的修饰作用 霍乱毒素：具有ADP-核糖转移酶活性，催化Gsa亚基ADP-核糖基化； 百日咳毒素：具有ADP-核糖转移酶活性，催化Gia亚基ADP-核糖基化；,酶连接受体介导的信号转导,Five cl
43、asses of enzyme-linked receptors have thus far been identified: Receptor tyrosine kinase(RTK)/受体酪氨酸激酶 Receptor serine/threonine kinase/受体丝氨酸/苏氨酸激酶 Receptor-like tyrosine phosphatases/受体酪氨酸磷酸酯酶 Receptor guanylyl cyclases/受体鸟苷酸环化酶 Tyrosine-kinase-associated receptor/酪氨酸蛋白激酶联系的受体,配体结合所诱导的RTKs的二聚化与自磷酸化：
44、 配体与受体结合并引发构象变化，导致受体二聚化形成同源或异源二聚体； 当受体二聚化后，激活受体的酪氨酸激酶活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基，称受体的自磷酸化。,一个细胞外结构域（含配体结合位点）； 一个疏水的跨膜a螺旋； 一个胞质结构域（包括一个具有酪氨酸激酶活性的催化位点）。,绝大多数RTKs是单体蛋白，由3部分组成：,受体酪氨酸激酶,第二信使（secondary messenger）： 通常将Ca2+ 、DAG、IP3、cAMP、cGMP等在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使，其作用是对胞外信号起转换和放大的作用。第二信使学说/secondary
45、messenger theory: 细胞表面受体接受胞外信号（第一信使）后，经过信号转换激活质膜上的效应器，产生细胞内的信息物质（第二信使），进一步将信息传递到细胞内，产生相应的生物学效应，第二信使的降解使其信号作用终止。,第九章、细胞分裂与细胞周期,细胞周期: 指从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束所经历的整个过程。分为分裂间期（物质积累期或静止期）和细胞分裂期，其中分裂间期又包括G1 期、 S期、G2 期。,有些处在细胞周期中的细胞会暂时脱离细胞周期停止细胞分裂而进入静止状态，当条件适宜时又可重新返回细胞周期进行细胞分裂，这种细胞成为G期细胞或叫静止期细胞，这个时期成为G期。细胞周
46、期中的细胞转变成G期细胞多发生在G1 期。,生化特征： G1期：合成DNA复制、细胞生长等所需的蛋白质、糖类和脂质。例如组蛋白H1、非组蛋白、P53蛋白（与细胞增殖有关的癌基因蛋白）、核糖核苷还原酶（ DNA 合成相关酶）。同时染色质去凝集。 S期：DNA复制，组蛋白合成，DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。中心体也在此期完成复制。 G2期：合成一定数量的蛋白质和RNA。 G2期也存在检验点。G2期检验点：检查DNA是否完成复制，DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否有利于细胞分裂等。 M期：仍有少量蛋白合成。遗传物质和细胞内其他物质分 配给子细胞。有丝分裂
47、，减数分裂。,有丝分裂过程,根据形态结构的变化，人为地分为前期、前中期、中期、后期、末期及胞质分裂期。 前期、前中期、中期、后期和末期是一个相互连续的核分裂过程。,G2期末： 染色质已复制，但松散包装，呈弥漫样分布；中心体已复制。,前期(prophase) ： 细胞核染色质开始浓缩，经过螺旋化、折叠和包装，变短变粗，形成光镜下可见的早期染色体结构。 染色体开始形成2条染色单体的成双结构，出现主缢痕。 核仁消失。 在中心体周围，微管大量装配，形成两个星体。 两个星体逐渐向细胞两极移动，开始形成纺锤体。 高尔基体、内质网崩解，动点组装。前中期(prometaphase) ： 核膜崩解（nuclea
48、r envelope breakdown）标志着前中期的开始。 核纤层解聚。 染色体进一步凝集浓缩，并剧烈运动。 动粒逐渐成熟。 纺锤体微管捕获（capture）染色体（通过动粒与染色体结合）。 染色体逐渐向赤道方向移动,纺锤体(spindle)：, 纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器，主要由微管和微管结合蛋白组成。高等细胞的纺锤体为纺锤状。 组成纺锤体的微管有三种：动粒微管（kinetochore microtubules），极性微管(polar microtubules)和星体微管（astral microtubules）。,中期(metaphase), 所有染色体排
49、列在赤道板（equatorial plate，又称中期板metaphase plate）上。 位于染色体两侧的动粒微管长度相等，作用力均衡。, 染色体向赤道板运动的过程称为染色体列队（chromosome alignment）或染色体中板聚合 （chromosome congression）；,后期(anaphase),姐妹染色单体相互分离，形成子代染色体，并分别向两极运动，标志着后期的开始。 可划分为两个连续的阶段：后期A和后期B。,染色体向两极的运动依靠纺锤体微管的作用。 在后期A，动粒微管变短，染色体逐渐向两极运动。 在后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长。,末期(telophase), 染色体到达两极。 动粒微管消失，极性微管继续加长。 染色体开始去浓缩，在每个染色体周围，核膜开始重新装配。 核仁开始重新装配。 RNA合成功能逐渐恢复。 Golgi体和ER重新形成并生长。,
