细胞生物学(王金发).docx

1、2016 年考研细胞生物学王金发 主编系列一：章节总结汇编系列二：章节课后问答题解析科学教育出版社系列一：章节总结汇编第一章 细胞概述1. 细胞生物学的概念以及研究内容1.1 概念研究细胞及其生物学功能的科学。1.2 研究内容以细胞为研究对象，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点研究细胞和细胞器结构和功能、细胞生活史和各种生命活动规律的学科。2. 细胞生物学的发展简史细胞生物学的发展大致分为四个时期：2.1 细胞的发现及细胞学说的创立2.1.1 1665 年，胡克利用自己制造的显微镜观察栎树软木塞切片，观察到蜂窝状小室（死细胞），并将其称为“cella”。1674 年，

2、列文虎克利用自制的高倍显微镜，第一次观察到了完整的活细胞。2.2.2 施莱登、施旺提出了细胞学说，即地球上的生物都是由细胞构成的，所有的生活细胞在结构上都是类似的。后由威尔肖补充，所有的细胞都是来自于已有的细胞的分裂。细胞学说创立论证了生物界的统一性和生命的共同起源。2.2 细胞学的经典时期1875-1900 年，细胞学说的推动，固定和染色技术、显微镜技术的发展，使细胞生物学有了进一步的发展，集中在细胞结构组成以及分裂方面。2.3 实验细胞学时期此时期的特点是利用实验的手段从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机制的研究，并且同相邻学科互相渗透，互相发展。2.4 细胞生物学概念的提

3、出1965 年，derobetis 将其编著的普通细胞学改为细胞生物学，标志细胞生物学的诞生。3. 细胞概述3.1 细胞的共性3.1.1 细胞结构的共性：都具有选择性的膜结构、遗传物质、核糖体。选择性膜结构能够维持内环境的稳定性，使物质、能量、信息交流等稳定进行；细胞都具有遗传物质，最早的遗传物质是 RNA，后逐渐进化形成 DNA；细胞具有核糖体，保证遗传信息能够正常表达。3.1.2 细胞功能的共性：遗传信息流；繁殖；网络系统式的生化反应和谐体。细胞遗传信息的复制、表达；细胞都能进行新陈代谢，新陈代谢即是由酶促反应构成及酶调控的网络系统。3.1.3 细胞形态体现了结构和功能的协调适应。细胞的大

4、小维持恒定，受三方面的限制：细胞表面积与体积的比例，以维持与环境正常的物质、能量、信息交流速度；细胞核的能力范围，协调细胞内各种功能的实现；维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质最低量。3.2 细胞的分子基础水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、核酸等。水的物理化学特性：水具有极性，能够形成氢键；高比热，蒸发热；高表面张力，内聚力；水在细胞中的功能：溶剂，反应介质；结构成分；参与新陈代谢反应；3.3 细胞结构体系的组装3.3.1 生物分子组装成细胞，粗略地分为四级：小分子有机物的形成；小分子有机物构成生物大分子；生物大分子组装成细胞的高级结构；高级结构以及生物大分子组装成细胞器、细胞。3.3.2 组装模式

5、假说有三种：模版组装；酶效应组装；自组装。3.4 细胞的类型和结构体系构成3.5 细胞生命的进化与非细胞生命体病毒结构图细 胞 生 物 学概 念 及 研 究 内 容发 展 简 史 细 胞 的 发 现 及 细胞 学 说 的 创 立细 胞 学 的 经 典 时期实 验 细 胞 学 时 期细 胞 生 物 学 概 念的 提 出细 胞 概 述细 胞 的 共 性 结 构功 能分 子 基 础结 构 体 系的 组 装 水 、 无 机 盐 、 蛋 白 质 、糖 类 、 脂 类 、 核 酸 等四 级 组 装组 装 模 式假 说 模 版 组 装酶 效 应 组 装自 组 装细 胞 的 类 型 和 结 构 体 系 构 成

6、细 胞 生 命 的 进 化 与 非 细 胞 生 命 体 病 毒细 胞 结 构细 胞 生 物 学概 念 及 研 究 内 容发 展 简 史 细 胞 的 发 现 及 细胞 学 说 的 创 立细 胞 学 的 经 典 时期实 验 细 胞 学 时 期细 胞 生 物 学 概 念的 提 出细 胞 概 述细 胞 的 共 性 结 构功 能分 子 基 础结 构 体 系的 组 装 水 、 无 机 盐 、 蛋 白 质 、糖 类 、 脂 类 、 核 酸 等四 级 组 装组 装 模 式假 说 模 版 组 装酶 效 应 组 装自 组 装模 版 组 装酶 效 应 组 装自 组 装细 胞 的 类 型 和 结 构 体 系 构 成细

7、 胞 生 命 的 进 化 与 非 细 胞 生 命 体 病 毒细 胞 结 构第二章细胞生物学研究方法细胞生物学以细胞为研究对象，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点研究细胞和细胞器结构和功能、细胞生活史和各种生命活动。1细胞结构、成分的观察-显微成像技术原理：照明系统发出的光线或电子束通过样品时，与样品发生相互作用，其被改变的物理特征被肉眼观察或通过探测器检测而成像。分辨率：r=0.61/nsin；分辨极限：一定波长的射线不能用以探测比它本身波长短得多的结构细节。1.1 普通光学显微镜及样品制备1.1.1 各种光学显微镜普通光学显微镜荧光显微镜：利用紫外线为光源照射样品，

8、使之发生荧光。相差显微镜：将不同成分的衍射系数改变为明暗变化。暗视野显微镜：利用散射或衍射光增大反差。倒置显微镜：普通光学显微镜的倒置。1.1.2 样品制备取材、固定（杀死细胞，稳定细胞的成分，形成一定硬度）、包埋、切片、染色、观察。放射性自显影：放射性同位素标记、底片。1.2 电子显微镜及其样品制备1.2.1 电子显微镜透射电子显微镜照明系统为电子束，电磁透镜调整电子束的亮度与聚焦，真空系统保护电子枪等。扫描电子显微镜极狭窄电子束扫描样品，利用样品表面形成的二次电子信号成像。扫描透射电子显微镜透射电子显微镜与扫描电子显微镜的结合：电子束扫描，透射电子成像。1.2.2 样品制备步骤：取材、固定

9、、包埋、切片（超薄切片）、染色（负染色等）、观察（放在载网上）。负染色：利用重金属盐对样品进行染色，电子密度高的重金属盐包埋了样品中低电子密度的背景，增强了背景散射电子的能力以提高反差。喷镀技术：以一定角度在样品的表面镀上一层金属，增强背景和待观察样品反差的方法。冷冻断裂复型和冷冻蚀刻：生物样品在液氮中迅速冷冻，然后迅速放入冷冻装置中，并迅速抽成真空，用冰刀切割，然后观察切口表面；或将其温度稍微升高，使样品中的冰升华，会在表面浮雕出细胞膜的超微结构。1.3 间接成像技术扫描隧道显微镜：利用量子力学的隧道效应，探针尖端与样品表面可产生隧道电流，其值与距离呈指数变化关系。原子力显微镜：扫描隧道显微

10、镜修改，利用探针原子与样品表面的原子力的变化。X 射线衍射技术：在原子分辨的水平上推测分子的结构。2细胞成分的组成、分布-细胞化学技术2.1 酶细胞化学技术初级反应：细胞内酶作用于底物产生初级反应产物。捕捉反应：初级反应产物与捕捉剂相互作用，产生显微镜下可见的最终反应产物。2.2 免疫细胞化学技术利用免疫反应定位组织或细胞中的抗原成分分布。包括免疫荧光技术和免疫电镜技术。2.3 其它显微分光光度术、显微荧光光度术用来对相关成分进行定性、定量、分布的观察。核磁共振技术分析有机化合物结构。3细胞及成分的分离-细胞分选技术、分离技术3.1 细胞分选技术流式细胞仪：流室，激光光源，讯号检测器，讯号分析

11、部件，无细胞液滴收集器。细胞分选过程：细胞液经流室形成单细胞悬液，激光检测带有荧光标记的细胞，信号检测分析使液滴充电，经电场分选进入无细胞液滴收集器。3.2 分离技术3.2.1 离心分离技术（1）速度离心分离细胞器和大分子在一定的离心速度下，不同大小的细胞器由于体积的不同，沉降速度也就不同，体积大的沉降快。差速离心：采取逐渐提高离心速度的方法分离不同大小的细胞器。移动区带离心：利用蔗糖或甘油制备轻微的连续密度，较长时间的离心。建立密度梯度的原因使防止扩散，但任一组分的密度都大于连续密度的最大值。（2）等速度离心分离细胞器和大分子利用介质产生一种密度梯度，覆盖了待分离物质的密度，通过离心使不同密

12、度的颗粒停留在相应的介质密度区。介质可以是蔗糖或甘油，其密度较小，适于分离细胞器等；或利用 CsCl，能够自发建立密度梯度，同时密度比较大，适合分离 DNA,RNA 等。3.2.2 层析分离技术根据混合物中各组分在物理化学性质等方面的差异在固定相与流动相间进行反复多次的分配而得以使各组分的移动速度产生差异而分离。（1）凝胶过滤层析 根据蛋白质的大小和形状进行分离纯化。（2）亲和层析 根据生物分子中有些分子的特定结合特性分离纯化成分。（3）离子交换层析 根据蛋白质在不同 pH 环境下具有不同的带电特性，而与固定相的特定电荷相互作用而分离纯化。4细胞培养-细胞工程技术 在体外模拟体内的生理环境，培

13、养从机体取出的细胞。4.1 培养条件 注意三个环节：营养、生存环境、废物的排除。4.2 培养过程 原代细胞培养产生细胞系，再经传代培养得到具有特殊性质或标志的细胞株。4.3 培养方法 悬浮培养、贴壁培养。5与其它学科结合的相关技术-单克隆抗体技术、显微操作技术、分子生物学方法等5.1 单克隆抗体技术 B 细胞与突变的骨髓肿瘤细胞发生细胞融合，产生既能产生单一抗体，又能不断增殖的杂种细胞。5.2 显微操作术 用于对细胞的解剖手术及微量注射的技术。5.3 分子生物学方法5.3.1 基因工程选择目的基因构建工程质粒，导入载体中表达，产生产品或进行基因功能的分析。5.3.2 PCR 技术复制目的 DN

14、A 片段。步骤：引物设计和合成、DNA 模版的制备、PCR 反应、产物的分离和纯化。5.3.3 选择性基因 Knockout 和转基因鼠目的基因插入正选择标记基因，末端插入负选择标记，导入胚胎干细胞，进行基因重组，然后筛选出正确重组的细胞，培养出杂种小鼠，经过两次交配得到纯合的基因 knockout 鼠。5.3.4 乳腺生物反应器技术根据细胞生物学中蛋白质的合成与分选的机理，结合基因工程技术、生物转基因技术等，利用动物的乳腺分泌某种具有重要价值的基因产物。第三章 细胞质膜与跨膜运输3.1 概述3.1.1 定义几个概念的区分：细胞质膜、内膜系统、生物膜；细胞质、原生质、细胞溶胶、原生质体。（1）

15、 细胞质膜：包围在细胞表面的细胞膜。内膜系统：细胞内部的封闭膜结构统称为内膜系统，如内质网、高尔基体等。生物膜：包括细胞质膜及膜系统。（2） 细胞质：细胞膜内，不包括细胞核的细胞部分。原生质：细胞质加上细胞核，即细胞膜内的所有部分。胞质溶胶：细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器和颗粒后的上清液部分，即不包括细胞器的细胞质部分。原生质体：细胞膜加上原生质。3.1.2 质膜功能（1）屏障作用，保护细胞，并维持膜空间环境的相对稳定性。（2）参与细胞的识别、粘附，在细胞的迁移分化，细胞器、生物活性物质的功能定位等过程中发挥重要的作用。（3）参与膜结构与外界环境之间物质、能量、信息的交流。3.2 膜结构的研

16、究材料红细胞3.2.1 红细胞作为研究材料的特点（1）红细胞数量大，取材容易，价格便宜。（2）红细胞的结构简单，成熟细胞内没有膜相细胞器，只有细胞质膜。（2）红细胞质膜具有很大的变形性、柔韧性、可塑性。3.2.2 红细胞的膜结构3.2.2.1 红细胞研究红细胞的相关研究证明了细胞膜是包括脂的双层结构。3.2.2.2 红细胞结构（1）红细胞的膜骨架结构组成：由膜蛋白和细胞骨架，以及其它相关蛋白组成的网架结构。功能：维持红细胞的形状，协助质膜完成多种生理功能。（2）红细胞膜蛋白的组成主要由三种蛋白：带 3 蛋白、血影蛋白、血型糖蛋白。带 3 蛋白：二聚体的糖蛋白，多次穿膜蛋白。Cl-交换通道。血影

17、蛋白：膜下纤维状蛋白，两个亚基反向平行排列，螺旋状，形成异二聚体，两个异二聚体头头连接形成四聚体。膜骨架组织者，参与带 3 蛋白与细胞骨架的连接。血型糖蛋白：单次穿膜，细胞外结构结合糖链，富含唾液酸。多种类型，决定血型；唾液酸富含负电荷，可以防止红细胞在循环过程中经过狭小的血管时相互聚集沉积在血管中。其它：肌动蛋白，细胞骨架成分，多个血影蛋白结合位点。锚定蛋白，连接肌动蛋白与带 3 蛋白。带 4.1 蛋白；内收蛋白。3.2.2.3 脂质体红细胞放在低渗溶液后制成的封闭膜结构。功能：（1）研究膜蛋白的功能。（2）制作打靶药物。3.3 细胞质膜3.3.1 细胞质膜的物质基础3.3.1.1 脂质（1

18、）组成：包括三大类：磷脂、鞘脂、胆固醇。磷脂：结构分子极性头端：各种磷脂酰碱基。分子疏水尾端：两条链烃，14-24 个偶数碳原子，有一条常有一个或几个双键。功能构成细胞膜的基本成分；链烃的长度和不饱和度的不同可以影响磷脂的相互位置，进而影响膜的流动性。鞘脂：鞘氨醇的衍生物。胆固醇：结构羟基团组成的极性头部、非极性的类固醇环结构、非极性的链烃尾部。动物中含量较高，植物中不存在。酵母中为麦角固醇。功能： 调节膜的流动性、加强膜的稳定性。（2）膜脂的功能膜基本骨架。 膜蛋白的溶剂。 为某些膜蛋白维持构象，表现活性提供环境。3.3.1.2 膜蛋白（1）组成按其位置分为三类：整合蛋白（穿膜蛋白）、膜旁蛋

19、白、脂锚定蛋白。穿膜蛋白：一般以 螺旋穿膜；细菌孔蛋白以 折叠片穿膜。膜旁蛋白：位于膜内外表面，以非共价键与膜上脂类连接。脂锚定蛋白：与膜脂以共价键连接。分为三类：在胞质内侧，以 Cys（酰基化），Gly（异戊二烯化）连接；在胞质外侧，通过短的寡糖与 GP 相连。（2）功能 Transport;Catalyze;Conjuction;Receptor（3）膜蛋白的研究方法膜蛋白的分离：去垢剂。膜蛋白的位置测定：非通透性的试剂对蛋白质进行标记或修饰实验进行测定。膜蛋白的功能研究：构建脂质体。3.3.1.3 膜糖（1）组成 存在方式：大部分与膜蛋白共价形成糖蛋白，小部分与脂质共价形成糖脂。与蛋白质

20、的连接方式有两种：N-连接（天冬酰胺，内质网合成），O-连接（丝氨酸、苏氨酸，高尔基体合成）。（2）功能 接触抑制；信号转导；蛋白质分选；细胞保护。3.3.2 膜的分子结构3.3.2.1 结构模型 流动镶嵌模型3.3.2.2 膜不对称性（1）表现：膜脂、膜蛋白、膜糖的不对称性。包括分布，种类等的不对称。（2）功能：保证了生命活动的方向性。（3）实验证明：冷冻断裂法；放射性标记法（膜蛋白位置的测定）；脂酶处理法（外翻脂质体）。3.3.2.3 膜的流动性（1）表现：膜脂的流动性：侧向扩散；旋转；翻转（翻转酶）。膜蛋白的流动性：膜蛋白一般不移动，除非行使功能，以保持构象的稳定；一些膜蛋白可以随机移动

21、；一些膜蛋白直接移动到细胞的另一处；移动距离小。（2）影响因素：脂肪酸链：疏水尾小，流动快；不饱和键多，流动快。胆固醇：相变温度以上，限制膜流动性；相变温度以下，增加膜的流动性温度：温度高，流动性大。（3）实验证明：人鼠细胞融合实验；淋巴细胞的成斑和成帽反应；荧光漂白恢复；电子自旋共振谱技术。3.4 膜的功能物质运输3.4.1 膜运输的形式与特点根据运输时对 ATP 的需求，膜运输形式分为两大类：主动运输和被动运输。3.4.1.1 被动运输根据运输时是否需要载体分为：扩散与促进扩散。（1） 扩散 定义：非电解质在电化学梯度作用下，直接通过膜。影响因素：脂溶性，分子大小，带电性。气体分子、小的不

22、带电极性分子、脂溶性分子易通过；大的不带电的极性分子和各种带电的极性分子难通过。（2） 促进扩散定义：难通过的必需物质在易化载体的帮助下通过膜。电化学梯度下，通过易化载体的构象变化。易化载体包括：载体蛋白及通道蛋白。特点：速度快，速度与溶质浓度成正比；饱和性；特异性；可被特异抑制剂抑制。离子载体：大多数是细菌产生的抗生素，能够极大提高膜对某些离子的通透性。包括通道形成离子载体（短杆菌肽）、离子运载离子载体（缬氨霉素）。水通道。3.4.1.2 主动运输（1）概念：膜运输蛋白在代谢能偶联下，逆浓度梯度运输底物，具有选择性，饱和性。能量来源：ATP，光能，电子流，物质浓度梯度。（2）分类：初级主动运

23、输，次级主动运输。（3）主动运输泵F 型泵：需要 ATP 供能，不需磷酸化。细菌质膜，线粒体、叶绿体膜上，ATPase。P 型泵：需要 ATP 供能，同时需要磷酸化。V 型泵：需要 ATP 供能，不需磷酸化，位于小泡膜上。ABC 型泵，ABC 转运蛋白。（4）意义 ：建立，维持细胞、细胞器内外环境的物质浓度，以使细胞维持正常生理功能。3.4.2 细菌中的主动运输（1）基团转移（磷酸化运输）通过对被转运到细胞内的分子进行共价修饰，使其在细胞中始终维持“较低”的浓度，从而促进运输。（2）细菌视紫红质质子泵光能驱动视紫红质构象改变，直接泵出质子，建立质子梯度。（3）ABC 超家族转运蛋白周质空间由底

24、物特异性受体，捕捉底物，再迁移到膜上。结构图：膜 糖细 胞 质 膜概 述 定 义功 能红 细 胞 膜 骨 架膜 蛋 白特 性组 成 脂 质 体 带 3蛋 白血 影 蛋 白血 型 糖 蛋 白物 质 基 础脂 质 组 成功 能膜 蛋 白 组 成 穿 膜 蛋 白膜 旁 蛋 白脂 锚 定 蛋 白功 能 Transport Catlyze onjunction Receptor 组 成功 能流 动 镶 嵌 模 型 膜 不 对 称 性膜 的 流 动 性 表 现功 能表 现影 响 因 素 脂 肪 酸 链胆 固 醇温 度膜 功 能 物 质 运 输细 胞 与 环 境相 互 作 用信 号 传 导膜 糖细 胞 质

25、膜概 述 定 义功 能红 细 胞 膜 骨 架膜 蛋 白特 性组 成 脂 质 体 带 蛋 白血 影 蛋 白血 型 糖 蛋 白概 述 定 义功 能红 细 胞 膜 骨 架膜 蛋 白特 性组 成 脂 质 体 带 蛋 白血 影 蛋 白血 型 糖 蛋 白物 质 基 础脂 质 组 成功 能膜 蛋 白 组 成 穿 膜 蛋 白膜 旁 蛋 白脂 锚 定 蛋 白功 能物 质 基 础脂 质 组 成功 能膜 蛋 白 组 成 穿 膜 蛋 白膜 旁 蛋 白脂 锚 定 蛋 白功 能组 成功 能流 动 镶 嵌 模 型 膜 不 对 称 性膜 的 流 动 性 表 现功 能表 现影 响 因 素 脂 肪 酸 链胆 固 醇温 度膜 功

26、能 物 质 运 输细 胞 与 环 境相 互 作 用信 号 传 导膜 功 能 物 质 运 输细 胞 与 环 境相 互 作 用信 号 传 导种 类 被 动 运 输主 动 运 输 扩 散促 进 扩 散种 类构 成代 谢 能主 动 运输 泵初 级 主 动 运 输次 级 主 动 运 输细 菌 中 的主 动 运 输 基 团 转 移细 菌 视 紫 红质 质 子 泵ABC超 家 族转 运 蛋 白膜 功 能物 质 运 输细 胞 与 环 境相 互 作 用信 号 传 导膜 功 能物 质 运 输细 胞 与 环 境相 互 作 用信 号 传 导种 类 被 动 运 输主 动 运 输 扩 散促 进 扩 散种 类构 成代 谢

27、能主 动 运输 泵初 级 主 动 运 输次 级 主 动 运 输细 菌 中 的主 动 运 输 基 团 转 移细 菌 视 紫 红质 质 子 泵超 家 族转 运 蛋 白第四章 细胞环境与互作细胞相互间以及细胞与细胞环境的相互作用调节着细胞的迁移、生长以及组织的三维结构。4.1 细胞表面细胞通过表面发生细胞识别、细胞黏着、细胞连接、细胞通讯。包括细胞被与细胞壁。4.2 细胞外基质（环境）细胞外基质主要由成纤维细胞和其它组织特化细胞合成分泌。4.2.1 细胞外基质的组成细胞外基质主要由三大类物质组成：蛋白聚糖、结构蛋白（胶原纤维等）、黏着蛋白。4.2.1.1 蛋白聚糖（1）分子结构糖胺聚糖：重复二糖单位

28、构成的无分支长链多糖。如硫酸角质素等，二糖都带有负电荷。蛋白聚糖：大多数糖胺聚糖都与核心蛋白的丝氨酸残基共价结合形成糖和蛋白质的复合物。糖占绝大部分。透明质酸：可以单独存在，也可参与蛋白聚糖的形成，还可以同蛋白聚糖结合，透明质酸作为主干，连接很多蛋白聚糖，形成透明质酸-蛋白聚糖复合物。（2）功能 细胞外基质的填充物。直接与胶原纤维连接形成动物细胞外的网络结构。由于蛋白聚糖具有丰富的负电荷，因此能够结合阳离子、水分，形成多孔的水合胶，使细胞表面具有较大的可塑性，同时具有很强的抗压能力。因此，细胞外基质中蛋白聚糖所携带的多糖基团就决定了细胞外基质的物理性质。蛋白聚糖对细胞黏着、细胞迁移、细胞分化都

29、起到一个支架作用。4.2.1.2 胶原和弹性蛋白4.2.1.2.1 胶原（1）分子结构基本结构单位是原胶原，一级结构具有（Gly-X-Y）n 重复单位(X,Y 常为脯氨酸和羟脯氨酸)，原胶原是由三条 肽链螺旋组成。进一步装配为胶原（见下）。不同类型胶原由不同的胶原蛋白氨基酸组成。（2）胶原合成与装配粗面内质网的核糖体上合成含有信号肽的原 链，即前原胶原，内质网内分子内交联，形成前胶原，进入高尔基体，加工修饰，如羟基化，糖基化等，分泌到细胞外，被蛋白水解酶水解掉两个尾端，形成胶原，再通过分子间交联形成胶原原纤维，最后再形成胶原纤维。（3）胶原的功能细胞外基质的骨架成分。细胞外基质的其它成分通过与

30、胶原结合，形成结构与功能的复合体。抗压，并有一定弹性。促进细胞生长，维持并诱导细胞分化。4.2.1.2.2 弹性蛋白胶原的辅助成分，也具有分子间交联。弹性蛋白通过构型的变化，产生巨大的弹性。4.2.1.3 细胞外基质的黏着蛋白 种类包括：纤连蛋白、层黏连蛋白。4.2.1.3.1 纤连蛋白（1）结构糖蛋白，两个亚基组成的二聚体，C 端由两个二硫键交联。亚基组成不同，但由同一基因编码。每个亚单位的蛋白组成若干个球形结构域，可与胶原、细胞表面受体、蛋白多糖等结合，各结构域之间由对胰蛋白酶敏感的肽链连接。（2）功能含 RGD 序列，同细胞表面结合，介导细胞的黏着。影响细胞的迁移，为细胞的运动提供轨道。

31、4.2.1.3.2 层黏连蛋白（1）结构3 个亚单位（，1，2）组成十字形结构，各个分支具有与胶原、细胞表面受体等结合的位点。（2）功能 基膜的主要成分。影响细胞的生长、迁移、分化。4.2.2 细胞外基质的功能对细胞的形态和活性具有重要作用。帮助某些细胞完成特有的功能。4.3 细胞的相应结构4.3.1 基膜 细胞分泌至细胞表膜外的一层蛋白分子网络结构。（1） 组成LN（层黏连蛋白），IV 型胶原，糖蛋白等。LN 作为组织者能够与 IV 型胶原结合，构成网状结构，并与细胞表面受体相连。（2） 功能保护，为细胞提供机械支持。作为迁移的基底，对细胞的迁移起重要作用。屏障作用，分隔组织，并能够作为一种

32、过滤器，调节分子、细胞运动。决定极性，影响代谢及其它一些生理功能。癌细胞分泌水解酶，破坏基膜，使之能够迁移。4.3.2 整联蛋白细胞外基质受体。（1） 结构穿膜异质二聚体，两亚基的编码基因不一样，可单独存在，非共价键结合，联合起作用。两亚基的组合具有组织特异性。 亚基结合 Ca2+以后才起作用，与纤连蛋白的 RGD 序列结合。（2） 功能外与纤连蛋白或者层黏连蛋白结合，内与细胞骨架连接。参与信号转导。介导细胞之间的相互作用。4.4 细胞识别与黏着细胞识别是细胞黏着的基础。4.4.1 细胞识别多细胞有机体三大识别系统：抗原-抗体识别，酶-底物识别，细胞间识别。细胞识别指细胞对同种或异种细胞、同源

33、或异源，自己或非己成分的识别。（1）识别机制细胞之间的识别主要是通过细胞表面的糖被，通过凝集素的识别作用，介导识别。同时也可介导黏着作用。（2）识别反应细胞识别引起的反应有内吞、细胞黏着、信号反应4.4.2 细胞黏着细胞黏着是指细胞之间或细胞与细胞外基质之间的一种黏合状态。（1） 分类同亲性与异亲性细胞黏着；细胞与细胞之间的黏着，细胞与外基质的黏着。（2） 机制参与细胞黏着的分子为细胞黏着分子（CAM），有四类：选择蛋白（selectin）、免疫球蛋白超家族（Immunoglobulin Superfamily，IgSF）、钙黏蛋白（Cadherin）、整联蛋白（intergin）。Selec

34、tin特点：分布与血管组织；参与细胞防御；具有明确分工；异亲性黏着。结构：穿膜蛋白，细胞外结构域分为三部分，依次为：类凝集素、类 EGF、结构 domain（长短有差异）。分类：E-selectin，内皮细胞表达。P-selectin，血小板和内皮细胞，在炎症反应中起作用。L-selectin：表达于白细胞表面。功能：通过凝集素结构域对糖分子进行识别；介导白细胞穿过血管壁，行使防御功能。IgSF特点：神经组织中表达，同亲性黏着非 Ca2+依赖，异亲性黏着 Ca2+依赖。结构：具有类 Ig 结构域的存在。可以通过多聚唾液酸调节结合强度。功能：对神经系统的发育有重要作用。Cadherin特点：Ca

35、2+依赖性，表皮表达，同亲性黏着。结构：每个 domain 之间有 2 个 Ca2+连接，然后才具有正常构象。成从二聚体介导黏着，黏着以渐进方式进行。分类：E-adherin，表皮表达；P-adherin，胎盘表达；N-adherin，神经表达。功能：同亲性黏着，将细胞组成组织并维持成年生物体内的组织特异性。（3） 识别结果黏着，连接；内吞；远离（非同类细胞）。4.5 细胞连接细胞黏着不涉及细胞内骨架，而细胞连接则涉及细胞骨架。细胞连接在细胞识别和细胞黏着的基础上，将细胞组成为组织。动物细胞有三种不同类型的细胞连接：紧密连接；斑形成连接；通讯连接。4.5.1tight junction（紧密连

36、接）结构：由一对紧蛋白、一对密蛋白（ZO proteins）交替嵌合连接而成，缝隙由粘附蛋白填充。功能：连接细胞，封闭间隙；维持细胞的极性。4.5.2plaque-bearing junction（斑形成连接）靠 CAM、intergin、细胞骨架体系，将相邻细胞或细胞与外基质相连接。结构：根据所连细胞骨架成分的不同分为两类，黏着连接和桥粒。黏着连接与细胞内微丝相连接，又可分为两类，细胞间的黏着连接成为黏着带，细胞与外基质的连接成为黏着斑。桥粒与细胞内的中间纤维连接，也可分为两类，细胞间的成为完全桥粒，细胞与外基质的成为半桥粒。粘着链接及桥粒都是间接通过一些蛋白同细胞内骨架相连接，如连环蛋白，

37、桥粒芯蛋白等，具有传递信号的作用。功能：提供细胞之间或与基质间强的机械强度。4.5.3 通讯连接具有通讯作用的细胞间。分类：gap junction（动物）；胞间连丝。结构：gap junction：6 个 connexin 亚基组成一个半通道，两细胞的两个半通道对接，形成一个完整通道。胞间连丝：内质网通过，可传播病毒。功能：细胞间机械连接；电偶联；代谢偶联。结构图：细 胞 环 境 与 互 作膜 功 能 物 质 运 输信 号 转 导细 胞 外 基 质结 构基 础 细 胞 表 面 蛋 白 聚 糖胶 原 和 弹性 蛋 白黏 着 蛋 白基 膜整 联 蛋 白互 作 细 胞 识 别细 胞 黏 着细 胞

38、连 接纤 黏 连 蛋 白层 黏 连 蛋 白CAM选 择 蛋 白免 疫 球 蛋白 超 家 族钙 黏 蛋 白整 联 蛋 白紧 密 连 接斑 形 成 连 接缝 隙 连 接细 胞 环 境 与 互 作膜 功 能 物 质 运 输信 号 转 导细 胞 外 基 质结 构基 础 细 胞 表 面 蛋 白 聚 糖胶 原 和 弹性 蛋 白黏 着 蛋 白基 膜整 联 蛋 白互 作 细 胞 识 别细 胞 黏 着细 胞 连 接纤 黏 连 蛋 白层 黏 连 蛋 白选 择 蛋 白免 疫 球 蛋白 超 家 族钙 黏 蛋 白整 联 蛋 白紧 密 连 接斑 形 成 连 接缝 隙 连 接第五章 细胞通讯5.1 细胞通讯概述5.1.1

39、概念膜功能之一，多细胞生物中细胞间及细胞与环境之间的通讯机制，细胞通过通讯机制调整自身的生理活动实现对外界环境的综合性适应。5.1.2 细胞通讯的基本过程信号分子的合成与释放信号分子的运输信号分子与细胞表面的受体特异性识别和结合信号分子引起细胞内的信息传递，进而引起生理活动变化信号终止5.1.3 细胞通讯的方式通过信号分子；通过相邻细胞表面分子的黏着；通过细胞与细胞外基质的黏着。5.1.4 细胞通讯引起的反应酶活性的改变；细胞骨架成分的变化；离子通透性变化；基因表达的变化；DNA 合成激活；RNA翻译激活。5.2 信号传导信号传导强调信号的产生和信号的传送，包括信号分子的合成与分泌和信号分子的

40、运输。5.2.1 信号分子四个特点：非营养物，非结构物质，非能源，非酶。功能专一性地特异与受体结合的化学分子。5.2.2 信号分子的分类根据信号分子的可溶性分为水溶性信号和脂溶性信号。也可分为激素，包括蛋白质和肽类激素（只与受体结合）、类固醇激素（与蛋白结合在血液中运输）、氨基酸衍生物；局部介质，包括旁分泌信号传导、自分泌信号传导；神经递质。5.3 信号转导信号转导强调信号的接收和接受后信号的转换及结果，包括信号的识别、信号的转移和转换，可以分为依赖表面接触和不依赖表面接触的转导途径。5.3.1 信号识别5.3.1.1 受体分布、类型（1）根据受体存在的部位分为细胞表面受体及细胞内受体。细胞表

41、面受体主要与大的信号分子或小的亲水性信号分子作用传递信息。细胞内受体同脂溶性的信号分子作用，分为细胞质受体及细胞核受体，最终都是调控基因的表达。细胞质受体存在四个功能域，即 DNA 结合结构域，激活基因转录的 N 端结构域，分子伴侣（抑制蛋白）结合结构域，配体结合结构域。正常状况下与抑制蛋白结合不能进入核内，与信号分子结合后，释放抑制蛋白，形成配体-受体复合物进入核内调节基因转录。（2）表面受体主要有三类：离子通道偶联受体，G 蛋白偶联受体，酶联受体。整联蛋白也可以作为受体介导接触式信号转导。5.3.1.2 信号与受体相互作用（1）信号与受体的作用特点为：特异性；高亲和力；可逆性；饱和性；特定

42、组织定位。（2）研究方法：单克隆抗体；亲和标记法（交联剂）。5.3.2 信号转换膜结合机器特异性接收信号，同时进行信号的转换，产生第二信使，接下来的信号转导途径主要是蛋白激酶与磷酸酶的作用，通过磷酸化和去磷酸化调节靶蛋白的活性。这个过程是级联放大的过程，作用是放大信号，发生信号的转移、转化、趋异。5.3.2.1 转导途径信号转导的最重要的四种：（1）G 蛋白循环G 蛋白分为 Gs、Gi、Gq 三种类型。另外有三种蛋白调节 G 蛋白的活性：GTPase 激活蛋白(GAP)，激活 亚基的 GTPase 活性，缩短 G 蛋白介导应答的时间；鸟苷交换因子（GEF），促进 G 蛋白上的GDP 替换为 G

43、TP，激活 G 蛋白；鸟苷解离抑制蛋白（GDI）抑制结合的 GDP 从 G 蛋白释放。同时 亚基上还有 ADP 核糖化位点，通过核糖化，霍乱毒素抑制 Gs 亚基的 GTPase 活性，使之一直处于激活状态，百日咳毒素则阻止 Gi 亚基的 GDP 被 GTP 取代。（2）酶联受体包括两类：酪氨酸激酶偶联受体（缺少细胞内催化活性，需与酪氨酸蛋白激酶结合）和内源酶促活性受体（细胞内结构域有酶促活性），一般都需形成二聚体转化为活性形式。（3）NO（4）整联蛋白5.3.2.2 G 蛋白偶联受体（1）PKA 途径膜 受 体信 号 分 子 G蛋 白 腺 苷 酸 环 化 酶ATP cAMPPKA胞 质 靶蛋

44、白ATPADP磷 酸 化靶 蛋 白细 胞 质功 能 CREB 磷 酸 化CREBcAMP效应 元 件基 因 表达 调 控ATPADP膜 受 体信 号 分 子 蛋 白 腺 苷 酸 环 化 酶胞 质 靶蛋 白磷 酸 化靶 蛋 白细 胞 质功 能磷 酸 化 效应 元 件基 因 表达 调 控（2）PKC 途径膜 受 体信 号 分 子 G蛋 白 磷 脂 酶 CPI2 DAGIP3 Ca2+Ca-钙 调 蛋白 复 合 体钙 调 蛋 白PKCCaM-蛋 白激 酶下 游 酶活 性 调控 基 因表 达调 控下 游 酶 活性 调 控膜 受 体信 号 分 子 蛋 白 磷 脂 酶 钙 调 蛋白 复 合 体钙 调 蛋

45、白 蛋 白激 酶 下 游 酶活 性 调控 基 因表 达调 控下 游 酶 活性 调 控5.3.2.3 酶联受体信号传导（1）鸟氨酸环化酶受体信 号 分 子膜 受 体 （ 鸟 苷酸 环 化 酶 ）cGMPGTPPKG下 游 靶 蛋 白活 性 调 节信 号 分 子膜 受 体 （ 鸟 苷酸 环 化 酶 ）下 游 靶 蛋 白活 性 调 节（2）受体酪氨酸激酶/Ras 途径信 号 分 子 与 受 体 结 合 受 体 二聚 体 化 自 我 磷酸 化 信 号 传 导复 合 物细 胞 内信 号 转导 蛋 白多 种 不 同 的 信号 传 导 途 径信 号 分 子 与 受 体 结 合 受 体 二聚 体 化 自 我

46、磷酸 化 信 号 传 导复 合 物细 胞 内信 号 转导 蛋 白多 种 不 同 的 信号 传 导 途 径与细胞的生长发育、迁移分化、分裂等过程有关，信号分子大都是生长因子。胰岛素受体胰岛素受体自我磷酸化后，与胰岛素受体底物（IRS）结合，磷酸化 IRS，形成磷酸酪氨酸基序，然后与含 SH2 结构域的细胞内信号转导蛋白结合，信号下游传导。表皮生长因子受体磷酸化细胞内结构域直接与含 SH2 结构的蛋白结合。Ras 途径细 胞 外 信 号 受 体 RasRaf1MEKMAPK(ER) 转 录 因 子 基 因 表达 调 控细 胞 外 信 号 受 体细 胞 外 信 号 受 体 转 录 因 子 基 因 表

47、达 调 控受体通过 Grb2（含有 1 个 SH2 结构域和 2 个 SH3 结构域）及 Sos 蛋白（鸟苷交换因子），激活Ras 蛋白。Ras 是锚定单体 G 蛋白。其它JAK-STAT 途径：受体自我磷酸化后，结合 JAK，导致其磷酸化，然后磷酸化 STAT，磷酸化的 STAT二聚体化，暴露 NLS 位点，进入核内调控基因表达。TGF 受体-Smads 途径：膜三种不同受体，与配体结合后聚合，激活 Smad，然后解除 TGF 自我抑制状态（磷酸化），暴露 NLS 位点，进入核内调控基因表达。5.3.2.4 NO局部介质，由精氨酸在 NO 合酶的作用下形成。NO 合酶的活性可被 CaM 激活

48、，NO 激活胞质中的鸟氨酸环化酶，产生 cGMP 起作用。5.3.2.5 整联蛋白细胞表面与细胞及细胞外基质成分之间的通讯方式。（1）通过黏着斑由整联蛋白介导的信号转导细 胞 外 信 号整 联 蛋 白Src FAKRas信 号传 导 途 径 PI(3)KPI-3,4-二 磷 酸 PI-3,4， 5-三 磷 酸p70s6k核 糖 体 小 亚基 S6蛋 白优 先 利 用细 胞 外 信 号整 联 蛋 白信 号传 导 途 径 二 磷 酸 ，三 磷 酸细 胞 外 信 号整 联 蛋 白信 号传 导 途 径 二 磷 酸 ，三 磷 酸核 糖 体 小 亚基 蛋 白优 先 利 用（2）整联蛋白介导黏着斑的装配 细

49、 胞 外 信 号整 联 蛋 白Rho 应 力 纤维 装 配细 胞 外 信 号整 联 蛋 白 应 力 纤维 装 配5.4 信号整合与终止5.4.1 信号整合方式（1）信号转导趋同不同的信号分子分别作用于不同的受体，但最后的效应物是相同的。（2）信号转导趋异同一种信号与受体作用后在细胞内分成为几个不同的信号途径进行转导。（3）信号转导串话不同信号途径间的相互影响。5.4.2 信号终止方式（1）信号分子的水解（2）受体钝化包括同源钝化（被同一种信号传导所磷酸化），异源钝化（被其它途径磷酸化）。（3）受体减量调节通过内吞等作用减少细胞膜表面受体数量，可以循环利用-受体隔离。（4）磷酸酶解除细胞内信号磷酸化激活底物，磷酸酶使酶失活。（5）第二信使的失活磷酸二脂酶降解 cAMP,cGMP 等。Ca2+被重摄取入内质网、线粒体或泵出细胞外。DAG 和 IP3 可以一方面经过磷酸化转化为其它物质，而失去信使作用，另一方面可以作为底物重复利用。（6）遍在蛋白参与的修饰与降解作用对信号转导影响遍在蛋白将蛋白的一部分切割或水解，介导入溶酶体等。第六章 核糖体和核酶6.1 核糖体的结构和功能6.1.1 核糖体的组成和