细胞生物学教案(完整版)

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1、.细胞生物学教案细胞生物学教案来自目录前 言第一章 绪论第二章 细胞结构概观第三章 研究方法第四章 细胞膜第五章 物质运输与信号传递第六章 基质与内膜第七章 线粒体与叶绿体第八章 核与染色体第九章 核糖体第十章 细胞骨架第十一章 细胞增殖及调控第十二章 细胞分化第十三章 细胞衰老与凋亡前前言言依照高等师范院校生物学教学方案，我们开设细胞生物学。一、学科本身的重要性要最终说明生命现象，必须在细胞水平上。细胞是生命有机体最根本的结构和功能单位，生命寓于细胞之中，只有把各种生命活动同细胞结构相联系，才能在细胞水平上说明各种生命现象。世界著名生物学家 Wilson德国人曾说过：“一切生物学问题的答案最

2、终要到细胞中去寻找。二、学科开展特点细胞生物学涉及知识面广、内容浩繁且更新迅速。它同生物化学、遗传学形成生命科学的鼎立三足，既是当代生命科学开展的前沿，又是生命科学赖以开展的根底。三、欲到达的目的通过系统地学习细胞生物学，丰富细胞学知识，以适应当代人类社会知识结构开展的需求，也是为考研做打算。本课程讲授 51 学时，实验 21 学时，共 72 学时。文档可编辑.参考资料1 De.Robertis，细胞生物学，1965 年第四版；1980 年第七版 细胞和分子生物学2 Avers， “Molecular Cell Biology， 1986 年3 Alberts，细胞的分子生物学，“Molecu

3、lar biology of the cell，1989 年4 Darnell，分子细胞生物学 ， 1986 年 第一版 ； 1990 年 第二版 “Molecular Cell Biology5 郑国錩，细胞生物学，1980 年，高教出版社；1992 年，再版6 郝水，细胞生物学教程，1983 年，高教出版社7 翟中和，细胞生物学根底，1987 年，X 大学出版社8 韩贻仁，分子细胞生物学，1988 年，高等教育出版社；202X 年由科学出版社再版9 汪堃仁等，细胞生物学，1990 年，X 师范大学出版社10 翟中和，细胞生物学，1995 年，高等教育出版社，202X 年再版11 郑国錩、翟

4、中和主编细胞生物学进展，12 翟中和主编细胞生物学动态，从 1997 年起13 卷，北师大出版社13 徐承水等，分子细胞生物学手册1992，中国农业大学出版社14 徐承水等，现代细胞生物学技术1995，中国海洋大学出版社15 徐承水，细胞超微结构研究202X，中国国际教育出版社学术期刊、杂志国外：Cell、Science、Nature、J.Cell Biol.、J.Mol. Biol.国内：中国科学、科学通报、实验生物学报、细胞生物学杂志等第一章第一章 绪绪 论论教学目的 1 掌握本学科的研究对象及内容；2 了解本学科的来龙去脉开展史及开展前景；3 掌握与本学科有关的重大事件和名词。教学重点

5、本学科的研究对象及内容教学方法 讲授法教学过程第一节 细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要根底学科一细胞学Cytology：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学二细胞生物学Cell Biology：运用近代物理学和化学的技术成绩以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上， 研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。二、细胞生物学的主要研究内容1 细胞核、染色体及基因表达 基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最生动领域。文档可编辑.2 生物膜与细胞器的研究 膜及细胞器的结构与功能问题“膜学。3 细胞骨架体系的研

6、究 胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要性。4 细胞增殖及调控 操作生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径“再教育细胞。5 细胞分化及调控 一个受精卵如何发育为完整个体的问题。细胞全能性6 细胞衰老、凋亡及寿命问题。7 细胞的起源与进化。8 细胞工程 改造利用细胞的技术。生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术取得了重大成绩培养新品种，单克隆抗体等，所谓 21世纪是生物学时代，将主要表达在细胞工程方面。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1 染色体 DNA 与蛋白质相互作用关系；2 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及

7、其调控；3 细胞信号转导的研究；4 细胞结构体系的装配。第二节 细胞生物学开展简史1 细胞学创立时期 19 世纪以及更前的时期16651875，是以形态描述为主的生物科学时期；2 细胞学经典时期 20 世纪前半世纪18751900，主要是实验细胞学时期；3 实验细胞学时期19001953；4 分子细胞学时期1953 至今。总过程概括为：细胞觉察细胞学说建立细胞学形成细胞生物学的开展1665 18381839 1892 1965R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis一、细胞的觉察discovery of cell二、细胞学说的建立及其意义The

8、 cell theory1838 年，德国植物学家施莱登J.Schleiden关于植物细胞的工作，发表了植物发生论一文Beitrage zur Phytogenesis.1839 年，德国动物学家施旺T.Shwann关于动物细胞的工作，发表了关于动植物的结构和生长一致性的显微研究一文，论证了全部动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。1 细胞是生物体的根本结构单位单细胞生物，一个细胞就是一个个体；2 细胞是生物体最根本的代谢功能单位动、 植物的各种细胞具有共同的根本构造、根本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程；3 细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学的诞生细胞学的经

9、典时期和实验细胞学时期1 原生质理论的提出2 关于细胞分裂的研究3 重要细胞器的觉察4 遗传学方面的成绩四、细胞生物学的兴起1965 年，D.Robetis 将他原著的一般细胞学更名为细胞生物学 第四版，领先提出这一概念。五、分子细胞生物学文档可编辑.参考资料1 庄孝惠 从胡克到细胞生物学，细胞生物学杂志，1987，22 王亚辉 细胞生物学的开展历史和现状，细胞生物学杂志 1986，13 王亚辉 细胞生物学的趋向和开展战略，大自然探究，1987，6271217第二章第二章 细胞根本知识概要细胞根本知识概要教学目的 1 掌握有关细胞的几个概念细胞、原生质、细胞器等和几个问题；2 了解细胞的共同特

10、征；各种化学成分在细胞中的造形等；3 真、原核细胞的一般结构特点。教学重点和难点 真、原核细胞的主要区别讲授与商量第一节 细胞的根本概念一、细胞和原生质的概念一细胞： 细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的根本单位，是生物体最根本的形态结构和功能活动单位。二原生质Protoplasm：指细胞内所含有的生活物质构成细胞的生活物质，真核细胞包含细胞膜、细胞质和细胞核。细胞质Cytoplasm，指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两局部，一局部是有形结构， 称为细胞器 Organelle ， 另一局部是可溶相， 称细胞质基质 Cytoplasmicmiatr

11、ix。细胞器Organelle：指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有肯定形态特点，并执行特定功能的结构。细胞质基质Gytoplasmic matrix，是细胞质的可溶相，是作为细胞器的环境而存在的。细胞核nucleus：遗传物质的集中地域，在原核生物细胞称拟核nucleoid或类核区。第二节 非细胞形态的生命体病毒略第三节 原核细胞与真核细胞原核细胞Prokaryotic cell具有两大特点：1 遗传信息量少仅有一个环状 DNA2 无膜围细胞器及核膜1、 最小、最简单的细胞支原体mycoplasma为何说支原体是最小的细胞？2、原核细胞的两个代表细菌和蓝藻细菌bacteria， b

12、acterium主要来自对大肠杆菌E.coli的研究。细菌是原核细胞的典型代表，特点是：无典型的细胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻Blue-green algae又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不肯定都是兰色。文档可编辑.第四节 真核细胞根本知识概要大约在 1216 亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的根本结构体系生物膜系统 以脂质及蛋白质成分为根底构建而成。遗传信息表达结构系统 以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统 由特异蛋白质分子

13、装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区别可归纳为下面两条：第一，细胞膜系统的分化与演变真核细胞以膜分化为根底，分化为结构更精细，功能更专一的单位各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。而原核细胞无此情况。第二，遗传信息量大与遗传装置的复杂化真核细胞的遗传信息可达上万个基因，并具重复序列，染色体功能具二倍性或多倍性。原核细胞为单倍性。仅为一条环状 DNA 分子，细菌只有几千个基因。二、细胞的大小及其分析原核细胞多在 110 或 15m，细菌多在 34m，支原体只有 0.1m。动物细胞多在10100m，2030m， 1570m。最大的细胞要属鸵鸟卵，可达 10 cm，卵黄只有 5c

14、m。隆鸟卵直径可达 20 cm。那么，细胞的大小是怎样决定的呢？首先，细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限。其次，细胞的相对外表积与细胞大小有关。最后，细胞内物质的交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构与功能的相关性和一致性是多数细胞的共性。四、细胞的化学成分及在原生质中的造形膜系统：主要以脂蛋白构成，包含细胞膜、核膜，以及一系列细胞器膜。颗粒系统：由蛋白质或核蛋白组成，如存在于线粒体内膜上的根本颗粒F 因子，亦称内膜亚单位inner membrane subunits 和核糖核蛋白体，分别是氧化磷酸化和合成蛋白质的园地。纤维系统：由蛋白质和核酸组成。第三章第三章

15、细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法研究方法和工具教学目的 1 了解主要工具和常用方法，侧重掌握根本原理和根本应用；2 认识工具和方法与学科开展的相关性。教学重点 仪器方法的根本原理和根本应用教学难点 电镜制样及分子杂交技术教学方法 讲授、参观第一节 细胞形态结构的观察方法一、 光学显微镜技术一 一般复式光学显微镜技术文档可编辑.二荧光显微镜fluorescence microscope三暗视野显微镜darkfield microscope四相差显微镜phase contrast microscope五激光共焦点扫描显微镜略六微分干预显微镜略二、电子显微镜技术一电镜设计原理及分类二电镜的种类三

16、透射式电子显微镜四光镜与电镜的主要区别综上可见，电镜与光镜区别主要在于：1 光源不同 光镜为可见光或紫外线；电镜为电子束2 透镜不同 光镜为玻璃；电镜为电磁透镜3 真空4显示记录系统五扫描式电子显微镜扫描电镜的特点扫描电镜的根本结构六电镜样品制备技术1 超薄切片技术详见光盘2 负染色negative staining技术3 核酸大分子的制样技术大分子铺展技术，Kleinschmidt 法4 整装细胞电镜技术5 电子显微镜细胞化学技术是能过特别的细胞化学反响，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微结构水平上对产物进行定位和半定量。主要有各种酶的定位，其次是核酸、蛋白质、脂肪、

17、碳水化合物等的定位。酶的化学定位技术免疫细胞化学电镜技术见本编第十一章。6 冰冻蚀刻技术freeze etching7 扫描式电镜制样技术第二节 细胞组分的分析方法生化分析法一、超速离心技术别离细胞组分及生物大分子一 各种离心技术别离细胞器、生物大分子离心方法：依据别离对象和目的不同，采纳不同的离心方法，制备离心和分析离心。1制备离心 (preparative centrifuge) 别离和纯化亚细胞成分和大分子，目的是制备样品。差速离心法：是最常用的方法，依据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒别离开来。密度梯度离心区带离心法a、速率区带离心法蔗糖密度梯度离心b、等密度

18、梯度离心法氯化铯密度梯度离心2分析离心analytical centrifuge 分析和测定制剂中纯的大分子的种类和性质，如浮文档可编辑.力密度和分子量、生物大分子的构象变化、分析样品的纯度等。此工作必须是在制备离心的根底上进行。二细胞的选择性抽提别离蛋白质、核酸大分子三柱层析的技术分析蛋白质和核酸四电泳技术五色谱分析技术色谱学别离纯化样品六氨基酸分析技术二、细胞化学技术一组织化学和细胞化学法根本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出肯定的颜色，进行定性和定位研究的方法。二免疫细胞化学法特异蛋白抗原的定位与定性根本原理： 此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反响

19、结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。三、细胞内特异核酸序列的定位与定性一DNA 序列测定技术二 核酸分子杂交技术molecular gbridization technique特异核酸的定性定位概念 两条具有互补核酸顺序的单链核酸分子片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA 或 RNA-RNA 双链分子的过程。印迹杂交 (blot hybridization)用的带有标记的特定核酸分子或抗

20、体、蛋白质分子作为探针， 与通过印迹被转移的核酸分子或抗原、蛋白质分子片段杂交的过程。1 Southern blotting DNA 印迹法 将别离的 DNA 片段通过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上，用DNA 探针与之杂交的过程。是以制造此项技术的人名命名的E?M?Southern。是体外分析特异 DNA 序列的方法。2 RNA 印迹术Northern blotting3 蛋白质印迹术Western blotting4 Eastern blottingWestern blotting的变形 当用凝胶进行抗原抗体反响，再进行印迹的方法。5 DNA 与蛋白质的体外吸附技术 Southwestern

21、 blotting结合了 Western 印迹与 southern印迹两种实验方法的特点而设计的一种检测序列特异性 DNA 结合蛋白的实验方法翟 P51。6 原位杂交Insitu hybridization 用的带有标记的特定核酸分子作为探针，来测定与之成互补关系的染色体 DNA 区段的位置。四、电镜放射自显影技术原理 这是一种利用放射性同位素作为标记物对细胞化学物质进行超显微结构的定位、定性或定量的实验技术。五、定量细胞化学分析技术一 显微分光光度测定技术第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术文档可编辑.一、细胞培养一动物细胞培养二植物细胞的培养 包含单倍体细胞的培养和原生质体培养“全能性

22、指生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进行独立生长发育，并形成一个完整生物个体的能力。1 单倍体细胞的培养2 原生质体培养3 植物细胞杂交融合三突变株和非细胞体系在细胞生物学研究中的应用二、细胞工程概念 应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术， 按人们的预定设计蓝图有方案的保存、改变和制造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物产品。该技术在细胞和亚细胞水平上开发了基因重组的新途径，不需别离、提纯、 剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞组织、器官培养：in vivo 在体、活体、生物体内in vitro

23、 离体、生物体外细胞融合体细胞杂交、细胞并合细胞拆合细胞质工程、细胞器移植染色体组工程繁殖生物学技术胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体组分移植技术 将细胞的组分核、质、染色体、甚至基因直接移植到另一个细胞中去的技术第四章第四章 细胞膜与细胞外表细胞膜与细胞外表教学目的 1 掌握质膜的分子模型2 了解流动镶嵌模型的主要特点3 掌握细胞连接的方法和特点教学重点 流动镶嵌模型结构要点教学难点 细胞连接的超微结构教学方法 讲授、商量第一节 细胞膜与细胞外表的特化结构一、细胞膜的结构模型细胞膜Cell membrane 指围绕在细胞最外层，

24、由脂类和蛋白质组成的薄膜。是全部细胞共有的包被 原生质， 细胞质 的一层膜。 又有原生质膜 Plasmalemma 之称， 通常简称质膜 Plasmamembrane。1、 双分子片层模型bimolecular leaflet model这一模型是 Danielli & Davson 于 1935 年提出的，因此又称 Danielli & davson 模型。2、 单位膜模型The unit membrane model文档可编辑.这个模型是 19571959 年，英国伦敦大学的罗伯逊Robertson，通过电镜观察后提出的。3、流动镶嵌模型fluid mosaic model这个模型的主要内

25、容可归纳为：1 脂类物质以双分子层排列，构成膜的骨架；2 镶嵌性 蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。存在方法有内在蛋白整体蛋白和外在蛋白边周蛋白。3 不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同。4 流动性 脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的脂质分子的运动性：有实验说明，类脂分子的脂肪酸链局部在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摆动、翻转，同时整个分子可作侧向扩散运动。蛋白质分子的运动性：有侧向扩散和旋转两种方法，受周围膜质性质和相态的制约。荧光抗体免疫标记可观察。综合流动镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，流动性、镶嵌性、不对称性和蛋

26、白质极性。由此造成各种膜的功能差异。4、晶格镶嵌模型蛋白液晶膜模型5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型Lipid rafts model。目前认为，这些模型并无本质区别，只是对流动镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。二、质膜的化学组成细胞膜几乎全都是脂类50%和蛋白质40%，仅含少量糖类210%糖脂和糖蛋白和微量核酸细菌质膜、核膜、mit、chl 内膜，结合方法及存在意义尚不清楚。一膜脂Lipids二蛋白质Protein膜蛋白三糖类Carbohydrate三、质膜的功能function of c.m质膜与外界环境隔离开， 通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着

27、多种重要功能，概括为：物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。四、骨架与细胞外表的特化结构膜骨架membrane associated cytoskeleton指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构， 参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理机能。早期有人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。第二节 细胞连接细胞连接可分为三大类：即一、封闭连接紧密连接 tightjunction 为典型的封闭连接， 又称结合小带或封闭小带 zonula oceludens ，是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连接方法，中间无空隙，并且两质膜外外表相互融合，所以电镜下观察呈三暗夹两

28、明的五层结构。二、锚定连接通过这种连接方法将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚挺、有序的细胞群体。1、桥粒和半桥粒与中间纤维有关1 桥粒desmosme， maculae adherens 指相邻细胞间形成的“钮扣样结构，联结处约有30nm 的间隙，间隙充满丝状的粘多糖性物质，其中有一层电子密度较高的接触层，或称中央层文档可编辑.桥粒蛋白将间隙等分为二。2 半桥粒：位于表皮基细胞与基膜接触的一面，由于相对应的为基膜而不是细胞，因而称半桥粒hemides mosome。2、粘着带与粘着斑与肌动蛋白丝有关1 粘着带 介于紧密连接与桥粒之间，亦称为中间连接。是相邻细胞间有较宽1520nm间

29、隙的一种联结方法。2 粘着斑 是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方法。如贴壁细胞的贴壁行为，通过粘着斑贴在瓶壁上。三、通讯连接1 间隙连接gap junction又有缝隙联结或接合斑nexus、缝管连接或封闭筋膜fascia occludens之称，是相邻细胞间有 2-3nm 间隙的一种连接方法。电镜下观察联结处呈四暗夹 X 的七层结构之称。2 植物细胞的连接胞间连丝Plasmodesma在植物细胞， 两相邻细胞的壁之间靠一层称作胞间层 中胶层 middle tamella 的果胶类 Pectin物质粘合在起，但在有些部位，细胞壁及胞间层并不连续，在此有原生质丝通过而勾通相邻两细胞， 这便是

30、植物细胞特有的连接方法胞间连丝， 是指相邻植物细胞穿通细胞壁的细胞质通路。3 化学突触： 是可快乐细胞之间的连接方法，通过释放神经递质 如乙酰胆碱 来传导神经冲动，电信号化学信号电信号四细胞外表的粘着因子第三节 细胞外被与细胞外基质一、细胞外被Cell coat又称糖萼glgcocalyx，指由细胞产生的、与细胞膜外外表联系紧密的粘多糖类物质。由于它林立在细胞外表，与质膜中蛋白质和脂类结合，故可认为它是质膜的组成局部，但有其独立性。有人将细胞外被与质膜比喻成“毛与“皮的关系。二、细胞外基质extracellular matrix分布于细胞外空间如细胞之间或细胞外表，由细胞分泌的蛋白和多糖构成的

31、网络结构。与膜关系不紧密，功能在于：1 细胞间粘着；2 保护作用；3 维持细胞外环境调节细胞周围的物质浓度；4过滤作用等等。在形态发生中作用重大，包含：细胞迁移、增殖、形态变化、分化、保护、组建等。主要包含四大类物质一胶原collagen：属糖蛋白类物质，为纤维状蛋白多聚体，含量最高，具刚性，抗张强度大，构成细胞外基质的骨架体系。二氨基聚糖glycosaminoglycan GAC和蛋白聚糖proteoglycan，PG粘多糖，粘蛋白三层粘连蛋白Lamimin，LN 较大的糖蛋白分子和纤粘连蛋白fibronectin，FN 由两条或更多的肽链及一些低聚糖组成。对细胞迁移作用大。四弹性蛋白参考文

32、献：文档可编辑.6、林元藻 生物膜的主动转运功能，同上第五章第五章 物质的跨膜运输与信号传递物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输一、 被动运输Passive transport指通过简单扩散或协助扩散完成物质从浓度高处经质膜向浓度低处运输的方法。 运输速率依赖于膜两侧被运送物质的浓度差及其分子大小、电荷性质等。不需要细胞代谢供应能量。一简单扩散simple diffusion指物质顺浓度梯度的扩散，不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需专一的载体膜蛋白，只要物质在膜两侧保持肯定的浓度差，物质便扩散穿膜，又称自由扩散free diffusion。特点：二协助扩散facilitated di

33、ffusion又称促进扩散。绝大多数在细胞代谢上非常重要的生物分子，如各种极性分子和某些无机离子糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等是不溶于脂的非脂溶性物质，但它们可以有效地进入细胞， 只是扩散速度并不总是随浓度梯度的增大而加快， 而是在肯定限度内同物质浓度成正比，超过肯定限度，即使提高浓度差，扩散速度也不会再高。分析知它们是通过另一种被动运输方法协助扩散进行的。 这种运输方法除了依赖物质浓度差以外，还必须依赖于专一性的膜运输蛋白转运膜蛋白。膜运输蛋白memberan transport pr.: 镶嵌在质膜上的、与物质运输有关的跨膜蛋白质称膜运输蛋白，是一种横穿脂双层的跨膜分子，包含两类：1 隧

34、道蛋白channel pr.通道蛋白、槽蛋白：以其亲水区构成亲水通道和离子通道，同意水及肯定大小和电荷的离子通过。离子通道亦称门孔、门隧道通常呈关闭状态，只有当膜电位或化学信号物质刺激后才开启通道。膜电位刺激放开的离子通道称电位门通道；化学信号物质刺激放开的通道称配体门通道。2 载体蛋白carrier pr.：识别结合特异性底物后通过构象变化完成物质转移。类似于酶与底物的作用，故又称“透性酶Permease。综上，但凡借助于载体蛋白和通道蛋白顺浓度梯度的物质运输方法称 facilitated diffusion、或促进扩散或易化扩散。葡萄糖进入红细胞，进入小肠上皮细胞通常以这种方法。协助扩散有

35、三个特点：1 低浓度时比简单扩散速度快；2 存在最大转运速度；3 有转运膜蛋白存在，故具有选择性、特异性。二、主动运输active transport又称代谢关联运输metabolically linked tramsport，是物质运输的主要方法。包含由 ATP直接提供能量和间接提供能量两种运输方法。一ATP 直接提供能量的主动运输离子泵所谓离子泵是一种位于细胞膜上的 ATP 酶，是一穿膜内在蛋白，能将 ATP 水解成 ADP+pi，同时释放能量，ATP 酶构象发生变化，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度运输。在质膜上， 作为“泵的 ATP 酶很多， 它们都具有专一性， 不同的 ATP 酶运输

36、不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如运输 Ca+，叫钙泵肌质网膜；运输 H+，叫氢泵细菌质膜等等，质子泵又分为P 型真核质膜上、V 型溶酶体膜、H+ATP 酶线、叶、细菌质膜。现以钠钾泵为例，说明离子泵的工作机制。Na+K+泵是存在于质膜上的由和 二个亚基组成的蛋白质。在有 Na+、K+、Mg2+存在时就能文档可编辑.把 ATP 水解成 ADP+Pi，同时，把 Na+和 K+以反浓度梯度方向进行穿膜运输。可见 Na+-K+泵是一种由 Mg2+激活的 Na+-K+-ATP 酶。1957 年，J.skou 首先觉察并阐述其机制，一般设想：在膜内侧，Na+、Mg2+与酶亚基结合

37、，促使酶与 ATP 反响，释放 H3PO4，并与酶结合，引起酶构象变化，与Na+结合部位转向膜外侧。此时的构象亲 K+排 Na+，当与 K+结合后，使酶脱去H3PO4，酶构象恢复，结合K+的一面转向膜内，此时构象亲 Na+排 K+，这样反复进行，不断在细胞内积存 K+，将 Na+排出细胞外。二 间接利用 ATP 的主动运输伴随运输或称协同运输，co-transport指一种溶质的传递要同时依赖于另一种溶质的传递。如果两种溶质的传递方向相同，称同向运输symport，如果方向彼此相反，则称反向运输antiport。三基团转移早见于细菌，也见于动物细胞。靠共价修饰需能四物质的跨膜转运与膜电位1 调

38、节渗透压；2某些物质的汲取；3产生膜电位；4激活某些生化反响；如细胞内高浓度 K+是核糖体合成蛋白质及糖孝解过程中重要酶活动的必要条件。三、胞吞与胞吐作用还有一种物质运输的方法不同于此， 是细胞膜将外来物包起来送入细胞或者把细胞产物包起来送出细胞。前者称胞吞作用，后者称胞吐作用，总称吞排作用Cytosis。这样的物质运输方法称膜泡运输transport by vesicle formation，又称批量运输bulk transport。大分子物质及颗粒物质常以此方法进出细胞。一胞饮作用与吞噬作用某些物质与膜上特异蛋白质结合，然后质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡endocytic vesicle。将物

39、质包在里面，最后从质膜上别离下来形成小泡，进入细胞内部。依据内吞的物质性质， 将其分为：吞噬作用Phagocytosis吞噬泡，内吞较大固体物质，如颗粒白细胞、巨噬细胞。胞饮作用Pinocytosis胞饮泡，内吞液体或极小颗粒，白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、植物根细胞。二 胞吐作用exocytosis又称外卸某些代谢废物及细胞分泌物形成小泡从细胞内部移至细胞外表，与质膜融合后将物质排出。如：小肠上皮的杯状细胞向肠腔中分泌粘液，经溶酶体消化处理后的残渣排向细胞外等过程。关于衣被小泡运输Coated vesicle存在于真核细胞中，具有毛刺状外外表的一类小泡50250nm。可以是内膜系统的有关细胞

40、器芽生而成，也可以是由质膜内陷，断裂形成，进行细胞器间的物质运输。三 受体介导的胞吞作用receptormediated endocytosis某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方法称受体介导的胞吞作用。需说明的是，膜泡运输时由于质膜内陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一种主动运输方法。第二节 细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别一细胞通讯cell communication指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反响。二细胞识别与信号通路cell recognition细胞识别的现代概念是：细胞识别是细胞通过其外表

41、的特别受体与胞外信号物质分子配体选择性的相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应，这种现象或过程称为细胞识别。文档可编辑.可见，细胞识别是细胞通讯的一个重要环节。细胞接受外界信号， 通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反响，这种反响系列称之为细胞信号通路Signaling pathway。细胞识别正是通过各种不同的信号通路完成的。三细胞的信号分子与受体1 细胞的信号分子信号分子，即配基 Ligands：指能够被受体识别的各种类型的大、小分子物质。又有信号分子 Signal molecule 和被识别子cognon之

42、称。亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素。直接进入细胞与细胞质或核中受体结合，形成激素受体复合物，调节基因表达。亲水性信号分子：神经递质、生长因子、多数激素等，不能直接进入细胞，先与膜上受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生第二信使cAMP 和肌醇磷脂，或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反响。20 世纪 80 年代觉察一氧化氮NO是一种重要的信号分子和效应分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内重多的生理病理过程，成为人们关注的“明星分子。2 受体receptor受体的概念最早是 1910 年 Ehrlich 提出的，近来有人建议改称“识别子cognor。受体都是蛋白质大分子多

43、为糖蛋白，一般至少包含两个结构功能地域，即与配体结合的地域及产生效应的地域。组成糖链的单糖种类、数量及排列方法不同，从而形成该细胞特定的“指纹，是细胞之间、细胞与其他大分子之间联络的“文字和“言语。依据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为两类，即细胞内受体受胞外亲脂性信号分子的激活和细胞外表受体受胞外亲水性信号分子的激活。 二着通过不同的机制介导不同的信号传递通路。3 第二信使与分子开关通过分泌化学信号进行细胞间通讯的过程： 化学信号分子的合成信号细胞释放化学信号分子转移至靶细胞被受体识别信息跨膜传递引起细胞内生物学效应。第二信使second messenger 70 年代初，Sutherla

44、nd 及其合作着提出激素作用的第二信使学说，认为胞外化学物质第一信使不能进入细胞，它作用于细胞外表受体，而导致产生胞内第二信使， 从而激发一系列生化反响， 最后产生肯定的生理效应， 第二信使降解使其信号作用终止。分子开关molecular switches 在细胞内一系列信号传递的级联反响中，必须有正、负两种相反相成的反响机制进行精确操作， 即对每一步反响既要求有激活机制又必定要求有相应的失活机制。二、通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性小分子甾类激素、甲状腺素穿膜进入细胞，通过与细胞内细胞质或核受体结合传递信号。这类受体有三个结构域：1、C 末端区结合激素；2、中部结合 DNA；3、N 末端区

45、激活基因转录。三、通过细胞外表受体介导的信号跨膜传递亲水性信号分子神经递质、蛋白激素、生长因子等一般不能直接进入细胞，而是通过与膜上特异受体结合对靶细胞产生效应。依据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞外表受体分属三大家族：1、 离子通道偶联的受体是由多亚基组成的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。2、G 蛋白偶联的受体这类受体与酶或离子通道的作用要通过与 GTP 结合的调节蛋白G 蛋白相耦联，在细胞内产生文档可编辑.第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内进而影响细胞生物学效应。由 G 蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路主要包含两类：、cAMP 信号通路激素第一信使激活受

46、体 进一步激活腺苷酸环化酶，使 ATPcAMP第二信使，然后通过激活一种或几种蛋白激酶来促进蛋白酶的合成，促进细胞分化，抑制细胞分裂。受体和腺苷酸环化酶由 G 蛋白耦连在一起，并使细胞外信号跨膜转换成细胞内信号cAMP。、磷脂酰肌醇信号通路外界信号分子 识别并结合膜外表受体，激活 PIP2 磷酸二酯酶PIC 催化 使 4，5 一二磷酸磷脂酰肌醇PIP2，存在于真核细胞膜的成分水解 成 1，4，5 一三磷酸肌醇和IP3和二酰基甘油DG两个第二信使， IP3 可引起胞内 Ca2+ 升高，通过结合钙调素并使之构象改变，进而与受体酶结合形成钙调素酶复合物， 进一步调节受钙调素调节的酶的活性，最后引起对

47、胞外信号的应答。DG 可激活蛋白激酶 CPKC，使细胞内 PH 升高，进而引起对胞外信号的应答。3、与酶偶联的受体这类受体一旦被配基信号分子活化即具有酶的活性。这类受体均为跨膜蛋白质。第六章第六章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统教学目的：1 了解细胞质基质的内容2 掌握内膜系统包含的结构及功能教学重点： 1 内质网、高尔基体的结构特点2 溶酶体的发生及功能教学难点： 内膜系统各结构之间的关系讲授法第一节 细胞质基质Cytoplasmicmatrix概念： 此概念在不同阶段从不同角度有不同叫法，概念包含的内容也随观察工具的开展有所变化和完善。反映出对细胞质的认识不断深刻。最早的

48、概念称透明质 hyaloplasm，指细胞质中除线粒体、质体等在光镜下所能看到的全部细胞器以外的局部，又称细胞液Cell sap。透明质细胞液 胞质溶胶 细胞质基质光镜下可见结构以外的局部 离心沉淀物以外局部 可分辩结构以外的胶状物质Cytoplasmicmatrix 或 grownd cytoplasm：指除去能分辩的细胞器和颗粒以外的细胞质局部，是一复杂的高度有组织的胶体系统。一、 化学组成细胞质基质是细胞真正的内环境，其组成成分复杂。主要含有与中间代谢有关的数千种酶类。故认为它呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变由溶胶变为凝胶状态或者相反，这成为某些细胞运动方法的动力。二、功能1、参与各

49、种生化活动中间代谢过程1 蛋白质合成 2 脂肪酸合成 3 糖的酵解 4 糖原代谢 5 核苷酸代谢2、提供离子环境 以维持各细胞器的实体完整性。文档可编辑.3、提供底物原料 以供细胞器行使功能物质库。4、提供物质运输的通路 细胞与环境、细胞质与细胞核、细胞器之间的物质运输、能量交换、信息传递等都需通过细胞质基质来完成。5、影响细胞分化 如卵子细胞质对于分化起重要作用。在细胞质中存有形形色色的细胞器，其中有一些膜围细胞器，它们在结构及功能上彼此相关，甚至连通，共同组成一个庞大而周密复杂的系统内膜系统。第二节 内膜系统eudomembrane system概 念 细胞质中由膜围成的、在结构、功能，乃

50、至发生上有紧密关系的小管、 小泡和扁囊共同组成的膜系统。主要包含核膜、内质网、高尔基体三大结构以及它们的产物各种小泡和液泡。意 义 内膜系统的出现是真核细胞区别于原核细胞的显著特点之一，其意义在于： 大大增加了细胞内膜的外表积，为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合部位。1酶系统的隔离与连接2 蛋白质、糖、脂肪的合成 3 加工包装运输分泌物 4 扩散屏障及膜电位建立 5 离子梯度的维持等。一、 内质网endoplasmic reticulum， ER概 述 1945 年，著名超微结构学家 K.B.Porter，在电镜下观察组织培养的鸡胚成纤维细胞时，觉察有各种大小的管道相连成网状，并多处在细

51、胞质的内质部位，故定名为内质网。虽然以后觉察这种细胞器不尽在内质部位，但仍延用至今。这种结构与细胞内物质合成有关，故有细胞的生物合成“工厂之称。一形态结构特点ER 是交错分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或小管状管道系统。根本结构分为三局部：内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄5-6nm，有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，少数能与质膜相连。二类型及分布特点依据内质网的细胞质面是否附有核糖体将 ER 分为二类。即：1 粗面内质网rough endoplasmic reticulum，RER 又称颗粒内质网Granular e- r- GER，由于它似与细胞核一样能为碱性染料染色，在历史上曾有过所谓

52、核外染色质的叫法。意指内质网膜及附在其上的核糖体。2 光滑面内质网smooth endoplasmic reticulum，SER 外表光滑，无核糖体附着，嗜酸性，在形态上常呈分枝状，小管或小泡的网状结构，很少象RER 那样扩大成池，其膜也不如 RER膜厚。其它，SER 的一端常与 RER 相连，有时还和高尔基复合体或核膜相连。三内质网的化学组成分析说明：蛋白质约占 2/3比质膜多，主要是酶类，其中 CytP-450 是内质网的标记酶。脂类 1/3比质膜少在滑面内质网高于粗面内质网，主要为磷脂和胆固醇。四内质网的功能ER 是细胞内生物合成的“工厂，执行一系列的功能，有些功能是由 RER 或 S

53、ER 单独行使的，有些则是它们共同行使的，为讲述方便，我们分开介绍。1 粗面内质网的功能1 蛋白质合成2蛋白质改造及运输糖蛋白的合成过程：在细胞中形成的一些分泌颗粒酶原颗粒，它们的成分多为糖蛋白，蛋白质局部如上所述是在RER 膜上的核糖体上合成的，那么蛋白质合成之后，糖链局部是如何添加上去的呢？在 ER 腔面：文档可编辑.首先在 ER 膜的多萜醇磷酸上添加形成N-乙酰葡糖胺2甘露糖9葡萄糖3，然后在糖基转移酶作用下将其寡糖芯整批移交给合成中的多肽链天冬酰胺的 N 原子上N-连接。在ER和高尔基池的转运过程中以上寡糖芯被切除只剩下最近端的两个 N-乙酰葡糖胺和3个甘露糖。在 Golgibody

54、上：修剪后依次添加上岩藻糖、半乳糖、N-乙酰葡糖胺、唾液酸，多是加在肽链的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸侧链的 OH 基上，O 一连接。蛋白质的运输： 合成改造过的蛋白质如何运送出去呢？通过放射性同位素示踪证明，这些物质必须经过内质网向外运输，从这方面看，RER 是物质运输的通道。1 分泌蛋白的运输Palade model关于分泌蛋白的运输，Palade 做了系统的研究，并提出了一般的运输模型Palade model。Palade 采纳了 3H-亮氨酸做脉冲标记追踪实验，说明在 RER 上合成的分泌蛋白，是经由内质网池进入高尔基复合体池，再包装成分泌颗粒排往胞外。2 少量可溶性蛋白的运输：这种蛋白质在

55、 RER 上合成后便转入细胞质基质中。3 膜蛋白：这种蛋白质在 RER 上合成后，有两条可能途径，一是先进入 ER 腔中，再靠肯定机制入膜，二是不经 ER 腔而直接入膜，这两种可能都在探讨中。2 膜的形成 RER 膜可不断地进行自身装配和生成。在 RER 首先合成膜脂和内在蛋白，然后添加上酶、专一性糖和脂类，成为各种功能不同的膜。这一过程称为膜分化membranedifferentiation。2 滑面内质网的功能1 解毒作用2脂类合成3糖代谢4作为分泌蛋白运输的通路其它，内质网具有贮积 Ca2+的功能。五内质网的发生内质网是一种非常简单解体，也简单重新形成。关于它的发生目前来说还是个悬而未决

56、的问题，有种种猜测或设想；例如，有人主张 ER 膜来自核膜，也有人意见相反；肌质网Sarcoplasmic reticulum是存在于高度特化的细胞肌纤维中的特化滑面内质网含有几个细胞核，是一个大的合胞体。是分布于肌原纤维之间的纵行小管状结构， 主要功能是贮积钙离子，在肌肉收缩中起肯定作用。当受到冲动刺激时，可向肌浆中释放钙离子，到达肯定浓度，引起肌肉收缩。第三节 高尔基复合体Golgi complex高尔基体是内膜系统的一局部，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，现在称这种复杂的结构为高尔基复合体Golgi complex。一、 形态结构一个典型的高尔基复合体是由扁平囊泡、小泡和大泡组成的

57、。1 扁平囊泡saccules高尔基囊Golgi sac扁囊的凸面靠近核侧，称形成面forming face 或未成熟面 immature face ， 又称顺面 cis扁囊的凹面远离核侧， 称分泌面 secreting face 或成熟面 maturing face ， 又称反面 trans2 高尔基小泡Golgi vesicle又称微泡或过度小泡。位于主体结构的形成面周围。直径在3080nm 左右，膜厚 6nm，有两种类型：一种外表光滑，较多；另一种小泡膜外表有绒毛样层，特称衣被小泡coated veside数量较少。3 高尔基液泡Golgi vacuole又称浓缩泡condensing

58、vacuole或大泡、分泌泡、分泌颗粒。位于主体结构的分泌面周围，直径约在 100500nm。一般认为它们是由扁平泡宽大的末端文档可编辑.或成熟面局部膨大而形成，是高尔基复合体加工、包装的分泌产物，由于这些产物的成熟程度不同，造成不同的大泡其内物质的电子密度不同。二、化学组成通常： 蛋白质约占 60%： 多为酶类， 如： 硫氨素焦磷酸酶 TPP 酶 thiamine pyrophosphatase 、糖基转移酶glycosyl transferase、酸性磷酸酶及其他溶酶体酶。其中糖基转移酶是高尔基复合体的特征酶，它可以将低聚糖转移到蛋白质上形成糖蛋白。脂类约占 40%，主要为胆固醇，甘油三酯

59、等。三、高尔基体在细胞中的分布特点四、高尔基复合体的功能1 作为细胞内的加工运输系统，形成分泌物。实验说明，高尔基复合体类似一个加工厂，对来自内质网的蛋白质、脂类加工改造，然后装配起来，运出细胞。这一运输途径是目前为多数人接受的，称为膜流动理论。酶原颗粒在细胞外表将内容物排出后，其膜泡可返回高尔基体。这种内膜系统在细胞内移动运转的现象称为膜流m.flow2 合成糖蛋白和糖鞘脂，对糖蛋白寡糖链进行修饰。两类糖基化修饰：糖一般结合在多肽链的 4 种 残基上，N连接连在天冬酰胺的氮原子上。O连接连在丝、苏、羟脯、羟赖氨酸的羟基上。3 蛋白质的加工改造有些蛋白质酶合成是先形成无生物活性的前体物，再经过

60、加工改造才具备活性， 高尔基复合体具备这方面的功能。4 膜的转变功能5 参与植物细胞壁的形成6 参与溶酶体的形成五、高尔基复合体的发生Golgj complex 是一种易变结构，随时可解体和产生。关于它的发生有不同的说法，倾向性看法普遍认为：它是由内质网或核膜转变而来的，即：RER 失去核糖体，别离成光面膜小泡，由此合并成高尔基池；或者由 SER 别离出小泡，合并成高尔基池。第四节 溶酶体Lysosome溶酶体几乎存在于全部的动物细胞，植物细胞内的溶酶体，目前意见不一，有人认为植物细胞内有类似溶酶体的结构， 而单独称为植物溶酶体， 如圆球体、 糊粉粒和蛋白质体。 液泡也具此功能。溶酶体在各种细

61、胞内的数量与形态差异很大， 这是由于各溶酶体分别处于其生理功能的不同开展阶段的原因。一、结构及化学组成电镜下观察， 溶酶体是外包一层单位膜的圆泡状结构，平均大小约在 0.250.8m 0.20.5m之间，介于线粒体和微体之间。溶酶体膜是一典型的单位膜，其化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。这层膜对溶酶体本身所含酶具有抗性，膜一旦破裂，则消化细胞，危及组织，故溶酶体有“自杀袋之称。二、溶酶体的类型第一类：初级溶酶体Primary lysosome 是指刚从高尔基的边缘膨大别离出来，还未同消化物融合的埋伏状态的溶酶体不含作用底物。内容物为均一的酶液，无活性。第二类：次级溶酶体Secondary

62、lysosome指初级溶酶体同消化物融合后，正在进行消化或已经消化后的泡状结构，又称消化泡digestive vacuole。次级溶酶体又因所消化物质的来源和消化程度不同，分为：1 异体吞噬泡heterophagic vacuole，异噬小体heterophagosome：是初级溶酶体与文档可编辑.吞噬小体融合后形成的泡状结构。吞噬小体phago some是细胞内吞异物后形成的泡状结构，又称初级内吞小泡。2 自体吞噬泡autophagic vacuole，自噬小体autophagosome：是初级溶酶体含有细胞自身的局部物质，细胞器进行消化的泡状结构。这局部细胞器可能是衰老的或多余的，这是一种

63、自我保护作用。3 终末溶酶体 telolysome 、 剩余小体 residual body 或残质体， 后溶酶体 post lysosome次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构。这时已失去酶活性或酶活性极弱。异噬小体和自噬小体是正行使消化功能的次级溶酶体， 而后溶酶体则是已经行使完消化功能的结构。三、溶酶体功能1 正常消化和防范作用2 自体吞噬作用暂渡“危机3 细胞的自溶作用保证发育4 溶酶体与细胞病理实属溶酶体功能异常四、溶酶体的来源发生关于溶酶体的来源，目前有两种观点：1 来自 ER 和 Golgi body多数学者认为，溶酶体和其它分泌颗粒一样，其内含物是在 RER 上

64、合成，输入到 Golgi 区，包上膜游离下来便成为溶酶体。五、微体microbody微体也是一种由单位膜围成的细胞器，在大小上很难与溶酶体相区别，只是所含酶类不同。微体是一类含有氧化酶、过氧化物酶或过氧化氢酶的细胞器，在形态上有卵圆形、哑铃形、 圆球形等。在动、植物细胞中，普遍存在两种微体，即过氧化物酶和乙醛酸循环体。1 过氧化物酶体Peroxisome存在于动物细胞和高等植物的叶肉细胞中，含较多氧化酶。其主要功能表现在：1解毒作用：主要表达在动物细胞，这种微体含有与生成 H2O2 有关的酶，也含有分解 H2O2的过氧化氢酶，将代谢过程中产生的对细胞有毒害的 H2O2 分解。2分解脂肪酸等高能

65、分子，向细胞直接提供热能。3与胆固醇代谢有关。4执行光呼吸乙醇酸代谢：这一功能表达在植物细胞。过氧化物酶体是乙醇酸氧化的园地，氧化的结果是摄取氧，释放 CO2，这一过程只能在光照下，与叶绿体、线粒体联合进行，称为光呼吸photorespiration2 乙酰酸循环体glyoxysome仅存在于高等植物细胞中，参与脂类代谢过程，含有同乙酰酸循环有关的酶，也含有过氧化物酶中的酶。种子萌发时，乙酰酸循环体降解脂肪糖这一微体的主要功能是蔗糖异生作用，整个过程涉及三个细胞器、两个主要过程。第五节 细胞内蛋白质的分选及细胞结构的装配一、信号假说与蛋白质分选信号分泌蛋白合成的信号假说Signal hypot

66、hesis这一假说是 1975 年正式提出的，但近几年来有不同学者美国Blobel，西德 Meyer对其进行修改补充，下面将这方面问题加以综合介绍。1 编码分泌蛋白的 mRNA， 在起始密码子 AUG 之后， 紧跟着一组特定的信号密码子 约有 45-90、文档可编辑.48-78 个核苷酸。编码一段多肽的 mRNA2多肽链的开始合成在游离核糖体上，信号密码子转译信号肽signal peptide ，疏水性 占优势，约有 15-30 个氨基酸16-26。3在 RER 膜上有信号识别蛋白signal recognition protein ，SRP，可以释放到细胞质中去，识别正在合成信号肽的核糖体，

67、并与之结合，合成暂停，引导核糖体与 ER 膜结合，合成继续。其上有核糖体亲合蛋白、实际上是核糖体受体蛋白以及SRP 受体，又称停泊蛋白docking.P。4核糖体-SRP 复合物与 RER 膜上的核糖体受体蛋白SRP 受体有识别能力，并相互作用，使 RER 形成隧道，SRP 受体重新启动临时终止的肽链继续合成，SRP 释放。合成的多肽链通过隧道进入内质网池。5信号肽已无用，被位于 RER 膜内外表的信号肽酶切掉Signal peptidase。6多肽链继续生长，直至合成完毕。7在一种别离因子作用下，核糖体脱离开膜，隧道封闭。二、蛋白质分选的根本途径与类型核编码蛋白质如何进入线粒体、叶绿体1在细

68、胞质基质中合成多肽前体物；2前体物同细胞器外表受体结合；3穿膜进入细胞器内；4前体物被加工成成熟多肽。前体物的穿膜活动也符合信号假说原理。即， 这些前体物具有氨基端顺序或肽链内部顺序信号肽特称导肽，Leader peptide，高度疏水性，靠此与细胞器膜上的信号肽顺序受体结合，穿膜进入细胞器，被信号肽酶切除信号肽，参与细胞器建成或功能活动。从以上看出，决定新合成的多肽转移到细胞的哪个部位，是存在于多肽本身的某种信息。如信号肽，导肽等。但只有这一条还不够，还必须有能识别正在合成多肽的某些蛋白质分子， 以援助多肽的转运， 折叠或装配， 这一类分子本身并不参与最终产物的形成，特称为分子伴娘 mole

69、cularchaperones，如信号识别颗粒SRP。三、膜泡运输一 网格蛋白有被小泡负责蛋白质从高尔基体的 TGN 向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。其它，受体介导的内吞负责将胞外物质运往胞内等。二 COPII 有被小泡负责从 ER 到高尔基体的物质运输。三 COPI 有被小泡负责回收转运内质网逃逸蛋白返回内质网“放开的监狱。第七章第七章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体细胞的能量转换线粒体和叶绿体教学目的：掌握线粒体、叶绿体的超微结构及功能教学重点：1 线粒体、叶绿体的超微结构2 化学渗透学说3 线粒体、叶绿体的半自主性教学难点：线粒体、叶绿体的超微结构及功能的关系讲授与商量文档可编辑.第

70、一节 线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构本世纪 50 年代后，在电镜下观察研究线粒体的结构问题。是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊，在空间结构上人为地划分为四大局部，即外膜、内膜、外室、内室。一外膜outer membrane指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平坦光滑而具有弹性，膜厚约 6nm。对各种小分子物质分子量在 10000 doldon 以内，如电解质、水、蔗糖等的通透性较高，有人认为外膜上具有小孔23nm。二内膜inner membrane也是一单位膜，约厚 68nm。内膜不同于外膜。首先是在结构上，内膜不是平滑的，而是由许多向线粒体腔内的突起

71、褶叠或小管，被称为“线粒体嵴mitochondria cristae，是线粒体最富有标志性的结构，它的存在大大扩大了内膜的外表积，增加了内膜的代谢效率。三外室outer space膜间隙指内、外膜之间的窄小空隙，宽约 68 nm，又称膜间隙intermembrane space。四内室mner space指由内膜包围的空间，其内充满蛋白质性质的物质，称线粒体基质mitochondria matrix。三、线粒体的化学组成及定位chemical composition一蛋白质 外膜含量60%低于内膜含量80%，主要为酶类约 120 余种。外膜：单胺氧化酶标记酶、NADH细胞色素 C 复原酶、脂肪

72、酸辅酶 A 连接酶等等；内膜：呼吸链酶系细胞色素氧化酶为标记酶、ATP 合成酶、琥珀酸脱 H 酶等等；外室：腺苷酸激酶标记酶、核苷二磷酸激酶；内室：三羧酸循环酶系其中苹果酸脱 H 酶是标记酶、脂肪酸氧化酶、蛋白质合成酶系等等二脂类 外膜中含量40%高于内膜中的含量20%。其中内膜不含胆固醇，而含心磷脂较多。三核酸 基质中有 DNA，称 mtDNA四、线粒体的功能生物氧化biological oxidation亦称细胞呼吸cellular respiration，指各类有机物质在细胞内进行氧化分解，最终产生CO2 和 H2O，同时释放能量ATP的过程。包含 TCA 环、电子传递和氧化磷酸化三个步

73、骤，分别是在线粒体的不同部位进行的。一 生物氧化的分区和定位二电子传递和氧化磷酸化的结构根底虽然电子传递和氧化磷酸化偶连在一起，但它们又是通过不同的结构完成的。1968 年， E.Racker等的亚线粒体小泡重建实验说明了这一问题图示。由此可见，电子传递是在线粒体内膜上，氧化磷酸化由基粒承担。1 电子传递链呼吸链electron transport chain， respiration chain呼吸链是由存在于线粒体内膜上的众多酶系和其它分子组成的电子传递链。1复合物 I NADHQ 复原酶，催化 NADH 的 2 个电子辅酶 Q2复合物 琥珀酸Q 复原酶，催化电子从琥珀酸通过 FAD 和铁

74、硫蛋白传至辅酶 Q3复合物 细胞色素复原酶，催化电子从辅酶 Q 传至 CytC4复合物 细胞色素氧化酶，将电子从 CytC氧。文档可编辑.2 基粒F1FO 复合物的超微结构F1FO 复合物，又称内膜亚单位、呼吸集合体、ATP 酶复合物、ATP 合成酶等。这一结构最初是在 1962 年， 由 Fernadezmoran 经负染色在电镜下观察到的， 后来 D.Green 将其称为线粒体基粒，后改称基粒，实际上是一种 ATP 酶复合体，分子量约在 448000。它是由多条多肽链构成的复合结构，可分为三局部，即头、柄、膜三部。在ATP 形成过程同发挥作用。3 氧化磷酸化的偶联机制1化学偶联假说Chem

75、ieal coupling hypothesis2构象偶联假说Conformational coupling hypothesis3化学渗透学说Chemiosmotic coupling hypothesis亦称电化学偶联学说， 是 1961 年英国生化学家 P.Mitchell 提出的。 对电子传递和氧化磷酸化问题作了较为另人信服的解释，故普遍为人接受，米切尔因此而获 1978 年诺贝尔化学奖。这一假说的中心思想是：在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的氢离子浓度梯度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化反响，合成 ATP。1NADH 提供一对电子，经电子传递链，最后为 O2 所接受。2电子传递

76、链中的载氢体和电子传递体相间排列，每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的 H+便释放到内膜外。一对电子在呼吸链三次穿膜运动，向外室排放三对 H+ 。3内膜对 H+具有不可透性，故随电子传递过程的不断进行，H+ 在外室中积存，造成膜两侧的质子浓度差。4外室中 H+有顺浓度梯度返回基质的倾向，当 H+通过 F1FO 复合物时，ATP 酶利用这一势能合成 ATP。5F1FO 复合物需 2 个质子合成一个 ATP。第二节 叶绿体与光合作用chloroplast & photosynthesis叶绿体是植物细胞特有的双层膜围成的细胞器，它对生物界的存在和进化有着重大奉献三个最初：一是人类、动物、多数

77、微生物的食物的最初来源；二是人类社会利用的古生物燃料煤、石油、天然气的最初来源；三是地球上氧气的最初来源，主要功能在于：汲取光能，合成碳水化合物，同时产生分子氧，总称为光合作用photosynthesis一、叶绿体的形状、大小、数目、分布二、超微结构近年来，先后有许多学者采纳超薄切片、负染色和冰冻蚀刻等先进技术，研究叶绿体的形态和组成，揭示叶绿体囊状膜系统的超微结构。1 叶绿体膜chl membrane是两层光滑的单位膜内、外膜6-8nm，也称外被outer envelope，是一个有选择的屏障，操作着叶绿体代谢物质的进入和排出。2 基质stroma指叶绿体膜包围的，无结构，呈流动状态的物质。

78、 即叶绿体内膜与类囊体之间无定形物质，在基质中存在：1叶绿体 DNA 环状，每一叶绿体内可含有几十个拷贝；270S 核糖体；3mRNA、tRNA；4酶类；5RUBP 羧化酶；6各种离子。3 类囊体类囊体在基质中有两种形式存在，一种是较小的扁囊，多个 53010100 个相互叠置成一摞，形成的结构称基粒grana。每一叶绿体中约含有4080 个基粒。组成基粒的类囊体称基文档可编辑.粒类囊体granum-thylakoid或基粒片层grana lamella。另一种是较大的扁囊，贯穿于基粒之间，称基粒间类囊体或基质类囊体stroma-thylakoid或基质片层stroma lamella。它们顺

79、着叶绿体的纵轴彼此平行排列。其存在意义在于， 使膜片层的总面积大大超出叶绿体的面积。可见基粒 thylokoid 中有 PSI 和 PSII 的机能单位， 并分布在膜内外表， 是 PSII 核心颗粒和捕光复合物结合成的。而基质 thylokoid 中多有 PSI 的机能单位，多布于膜外侧。除上述内在蛋白外，还有组成电子传递链的众多载体，包含1PQ质体醌、2PC质体兰素，plastcyanin、3 细胞素Cytb559，Cytf553，Cytb6563 等、4 铁硫蛋白铁氧还蛋白 ferrdoxin，Fd、5 黄素蛋白。故将类囊体称为光合膜。三、化学组成四、叶绿体的功能光合作用photosynt

80、hesis绿色植物细胞，汲取光能，复原 CO2，并利用水提供氢合成碳水化合物，同时放出分子氧的过程，称为光合作用。总过程分为两个阶段：光反响和暗反响。一 光反响Light reaction叶绿素等色素分子捕获光能，将光能转化为 ATP 和 NADPH 的化学能，并放出氧的过程，是在类囊体膜上进行的，为能量转换过程。光反响包含三个根本反响：原初反响、电子传递反响、光合磷酸化。1原初反响primary reaction：指聚光色素分子汲取光量子传到反响中心进行光化学反响的物理过程。包含光能的汲取、传递与转换。2电子传递反响：包含三个阶段：NADP+的复原反响；PSII 与 PSI 之间的传递；放氧

81、反响。3光合磷酸化反响：在有光存在下，当电子沿电子传递链传递时，形成 ATP 的过程称为光合磷酸化photophosphorylation。当电子从复原势高处Q向复原势低的 PSI 传递时，能量下降，利用这一能量将 ADP 磷酸化形成 ATP，这一过程称非循环式光合磷酸化电子通路是放开的。当 NADPH NADP+比值大时缺少 NADP+时，铁氧还蛋白Fd则将电子通过 cytb6、cytf、pc传给 P700+，利用这一能量使ADP 磷酸化形成 ATP，称循环式光合磷酸化电子通路是闭合的。4 光合磷酸化机制 在一对电子的传递过程中， 膜外消耗了三个质子， 膜内则增加了四个质子，随着过程的不断进

82、行， 膜内外便建立了质子梯度， 有向膜外穿出的趋势， 当每 3 对 H+通过 CF1-FO复合物时，在 CF1 的催化下，合成一个 ATP。二 暗反响dark reaction利用光反响产生的 ATP 和 NADPH 复原 CO2 形成碳水化合物， 将生动化学能变为稳定化学能，是在叶绿体基质中进行的。为物质代谢过程。在高等植物固定 CO2 有三条途径：卡尔文循环C3 途径、C4 途径Hatch-slack 途径和景天科酸代谢。卡尔文循环是最根本、最一般的，只有这一途径具备合成淀粉之能力，又称 C3 途径。第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器一、线粒体与叶绿体的 DNA一线粒体 DNA mt-

83、DNA二叶绿体 DNAct-DNA文档可编辑.二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成一 线粒体的蛋白质合成线粒体基质中除有 DNA 外，还有各种RNA、核糖体、氨基酸活化酶等，说明它能合成自我繁殖所需的某些成分，但数量不多，只占线粒体全部蛋白质的 10%，约有 13 种20 个分子左右。有人估算：10每周10 个核苷酸=14705 对核苷酸，能编码4902 个氨基酸除以3，假设一个蛋白质分子由 150 个氨基酸组成，则能编码 30 个左右蛋白质分子，如果除去编码RNA、rRNA、tRNA的信息量占总信息量的 30%，余下的信息量只能编码约 20 个左右的蛋白质分子。综上所述，线粒体有自身的 DNA，有

84、一整套蛋白质合成系统，能够复制和再生，使其一代代传下去，所以具有肯定的自主性。二叶绿体蛋白质的合成叶绿体中的蛋白质酶一局部是在叶绿体中由它自己的 DNA 编码，经过 mRNA 转录和翻译形成的， 有一局部则是由核基因编码， 在细胞质中形成后转入叶绿体的。 还有一局部是由核基因编码，在叶绿体的核糖体上合成。三、对细胞核和细胞质的依赖性大无论是线粒体还是叶绿体，它们的自主性是有限的，下面以线粒体为例说明之。核质蛋白质合成系统通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。 在有氯霉素存在的条件下培养链孢霉细胞，这时线粒体的蛋白质合成受抑制，但线粒体的三羧酸循环酶类、电子传递链中的 NADH 脱氢酶、

85、CytC、以及 DNA-Poly-merase、RNA-Polymerase、核糖体蛋白质、各种氨基酸活化酶等有关线粒体 DNA 复制和基因表达的酶类依旧存在。而这些酶是由核基因编码，在细胞质中合成，然后转移到线粒体的。这说明细胞质的蛋白质合成系统或者说核质蛋白质合成系统通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。又：在有放线菌酮存在下培养链孢霉细胞，由于细胞质蛋白质合成系统受抑制，结果培养一段时间后， 线粒体的合成活性也显著下降。这足以说明线粒体对细胞核和其他细胞质局部有很大依赖性。实际上也是这样，线粒体DNA 所编码的蛋白质只有它自身全部蛋白质的 10%，绝大局部是由核 DNA 编码的。

86、从上述看出， 线粒体的生长增殖是受核基因组和线粒体基因组两套遗传系统的共同操作，故称线粒体为半自主性细胞器。四、物质进出线粒体的穿膜机制细胞质中合成的蛋白质运送至线粒体，大多数以前体的形式存在，而且是需能过程。前体蛋白质包含有功能的“成熟形式和氨基未端引伸出的一段导肽 引肽， Leader seguences，在叶绿体特称为“转运肽共同组成。导肽约含2080 个氨基酸，又叫氨基末端指导肽。进入线粒体的过程大致为：1带有 N-末端导肽的前体蛋白质首先与外膜上受体结合；2 蛋白质横跨外、内膜；3N-末端导肽被基质中的蛋白酶切制；4 活化的成熟蛋白质进入基质。五、线粒体、叶绿体的增殖与起源一线粒体的

87、增殖二叶绿体的发育、增殖和起源第八章第八章 细胞核与染色体细胞核与染色体Nucleus & chromosome文档可编辑.教学目的：1 、掌握细胞核的结构与功能2 、掌握染色体的结构与功能教学重点：1 核膜及核孔复合体2 、染色体的空间结构教学难点：核孔复合体与核仁的结构与功能讲授法一、形态、大小、数目、分布1 形态 间期细胞核形态多样，一般为圆形或卵形。其形态与生物的种类、细胞的形状、细胞类型、发育时期以及机能状态有关。2 大小 多数细胞核在 530m。小的不到 1m，大的可达 500600m苏铁科某植物的卵细胞核。通常：低等生物 14m高等动物 510m高等植物 520m3 数目 通常一

88、个细胞只有一个核，也有两个以上的多核现象及在某一发育时期的无核现象。4 分布 细胞核多位于细胞中央，但也有各种不同情况，如上皮细胞的核偏于基底侧；横纹肌的细胞核靠近质膜；植物细胞成熟后假设有较大液泡，核则被挤在一边。二、细胞核的结构在固定和染色的细胞中，可观察到细胞有以下结构：核被膜、染色质、核仁、核液质四局部。第一节 核被膜与核孔复合体一、核被膜nuclear envelope亦称核膜nuclear membrane，由此使遗传物质DNA 与细胞质分开。电镜下证实为双层单位膜呈同心性排列。除两膜之间有间隙外，膜上还有些特化结构。所以，认为核被膜含义深刻，包含内容多，并执行重要的生理功能。一核

89、被膜结构1 外层核被膜ONE外核膜 膜厚 6.57.5nm，相邻细胞质的一面常有核糖体附着，并有时与内质网RER相连，因此显得粗糙不平。2 内层核被膜INE内核膜：膜厚度根本同 ONE，膜上无核糖体附着，显得比 ONE 平滑。但在其内外表常附有酸性蛋白质分子的聚合物组成的纤维网状结构密电子物质，称纤维层fibrous Lamina或核纤层nuclear lamina，又有内致密层之称。其厚度约在 1020nm30160nm，是位于细胞内核膜下的纤维蛋白或纤维蛋白网络。3 核周隙perinuclear space又有核围腔或核围池之称。指两膜之间的空隙，宽约 2040nm1050nm，内充满液态

90、无定形物质蛋白质、酶类、脂蛋白、分泌蛋白、组蛋白等，它是核质之间生动的物质交换渠道有些部位直接与 ER 或 Golgi 池相通。4 核孔nuclear pore核膜并不完全连续，在许多部位，核膜内外两层常彼此融合，形成环状孔道，称为核孔，它们是核质之间的重要通道。二核被膜在细胞周期中的崩解与装配核膜在细胞周期的不同时期，有相应的变化方法。在S 期：外表积有增大趋势；在间期：表现出周期性崩解前期末消逝，重建末期过程。二、核孔nuclear pore现多称核孔复合体nuclear pore complex核孔直径通常在 7080nm 或更大80120nm，70nm 为常见，通道直径只有9nm。核孔

91、数目在各细胞有所不同，一般占膜面积的 8%。代谢旺盛，分化程度低，转录活动强的细胞，数目多，密度大。 如两栖类处于灯刷染色体阶段和卵母细胞，密度可达 3565/m2， 总数达 30106 个，文档可编辑.而同一个体两栖类的成熟红细胞密度只有 3 个/m2，总数只有 150300 个。一结构模型对核孔复合体结构的解释有：纤丝模型、捕鱼笼式模型、圆柱状模型等。1 纤丝模型Franke & Scheer 1974 在内外口边周有密电子的环状物质存在，称为环带，环带不是匀质的，其结构包含孔环颗粒annular granules：在内、外口周缘各排列有8 个对称的、直径约 1025nm 的球状颗粒，即孔

92、环颗粒。孔环颗粒本身是由微细粒子和纤丝相盘绕而成。纤丝可分别在核被膜的核质面和胞质面与细胞核、细胞质中的基质蛋白相连甚至可以伸出很多2060nm。中央颗粒central granules中央栓：在核孔中央有一粒状或棒状的颗粒，称中央颗粒，直径约 530nm，并不充满整个核孔。中央颗粒有纤丝与孔环颗粒及周围孔壁相连，推测它与核孔的开闭有关。由于它具有核糖核蛋白体性质，在核质交换中起肯定作用。全部人认为可能是由核内向胞质移动的核糖体前体一时附着于核孔，尚无定论。此外，还有辐8 个、伸向核质，胞质的纤维等。2 捕鱼笼式模型滴漏样模型：此模型从横向看，从周边到核孔中心依次为环、辐、栓。从纵向看，由核外

93、到核内依次为胞质环、辐+栓、核质环核蓝，以及与核篮相连的“caber网络。胞质环，又称外环。核质环则称为内环，向内形成捕鱼笼式的核篮。辐由核孔边缘伸向中心， 呈辐射状八重对称， 进一步分为柱状亚单位、 腔内亚单位和环带亚单位。栓中央栓或中央颗粒“transporter。3 圆柱状模型1992。二化学成分 核孔蛋白nucleoporin,Nup三核被膜的主要功能1 屏障作用 核被膜为内膜系统的组成局部，是将 DNA 局限在细胞核的关键结构，使细胞功能地域化。2 核质间物质和信息的通道通过膜的物质运输：1局部离子、水分子、100 道尔顿以下的小分子单糖、双糖、核酸、组蛋白、RNA 聚合酶、DNA

94、聚合酶等可以自由通过核膜；2有些大分子物质常以小泡形式排出核外内膜局部先形成小泡，移向外膜，融合后排出，其它方法是物质先进入核周腔，然后经外膜外排或进入与核周腔相通的内质网腔。通过核孔复合体的物质运输：核孔复合体可看作是一种特别的跨膜运输蛋白复合体，构成核质间双功能、双向选择性运输的通道，双功能分为被动运输和主动运输。双向性为介导入核和出核转运。被动扩散：功能直径约910nm，甚至12.5nm，同意离子、水溶性分子、代谢物小蛋白分子穿梭于核质之间，进行自由扩散和协助扩散。主动运输：对进出核的物质具高度选择性。表现在1对运输颗粒大小的选择，有效直径可调节；2是一个信号识别与载体介导的过程，需要

95、ATP；3具有双向性。进核物质核输入：复制、转录、染色体构建、核糖体组装等所需因子及酶运至核内。亲核蛋白的核输入：此类蛋白质一般含有特别的氨基酸信号序列，称为核定位信号NLS，存在于亲核蛋白的功能地域， 对蛋白质进入核起“定向“定位的作用，从而保证整个蛋白质通过核孔的核输入。NLS 序列可存在于亲核蛋白的不同部位，可以是连续的或不连续的，指导进入核后也不被切除。出核物质核输出：各种 RNA、核糖体亚单位。RNA 的核输出是一种具有高度选择性的信号指导的过程。例 mRNA 及 U1snRNA 的 5端 m7G 帽子结构是二者核输出的关键，此现象称作帽结合活性。此外，RNA 无论在核内还是核外，都

96、是以 RNA 蛋白质复合体形式存在，RNA 的出核实际文档可编辑.上是 RNA-蛋白质的出核，蛋白质分子上可能有出和出核信号，称核输出信号NES。3 作为酶分子的支架核膜上富集大量酶系约 50 种，以膜蛋白形式镶嵌在核膜的磷脂分子层中，彼此保持肯定的间距和组合，使各种生化反响有序进行，并进行彼此间的正、负反响调节。4 作为基因调控的阀门核膜可能参与 DNA 的合成及 RNA 前体的修饰。由于三种 RNA 分子要通过核孔进入 胞质，所以核孔的启闭和孔径的变化，能直接有效地调节转录信息的流量。5 在染色质体的定位及细胞分裂时发挥作用染色质的终未细丝常常连接在核孔上， 这有助于解释为何非常复杂的染色

97、质在异常生动的细胞核内不致紊乱。6 具有某些生物合成之功能 核膜上附有核糖体，可进行蛋白质的合成。第二节 染色质Chromatin一、概念及化学组成一概念1 染色质 这个概念最初是在 18791882年由 Flemming 提出的，其含义是指细胞核内易被碱性染料染色的物质。2 染色体 1888 年，Waldeyer 提出。染色质在有丝分裂时高度螺旋化形成染色体，所以染色体是指在细胞分裂时，由染色质凝集而成的棒状结构。即由 DNA、组蛋白、非组蛋白等所形成的特定形态结构。可见，染色质和染色体不存在成分上的差异，只是构型不同。它们是同一物质在细胞周期中不同阶段的运动形态。二化学组成通过别离的染色质

98、生化分析与放射性同位素掺入的研究说明染色质的主要成份是 DNA 与组蛋白，同时还有非组蛋白和少量的 RNA：1 染色质 DNA是生物遗传信息的载体，是染色质的主要成分。真核细胞中每条染色单体只包装一条线性 DNA分子，即一个 DNA 分子与染色体蛋白质等一起形成染色质纤维，经过屡次螺旋卷曲，最后形成染色单体。一个 DNA 分子中有基因活性的区段只占 10%左右。1三种 DNA 序列一级结构的多样性1高度重复的 DNAhighly repetitive DNA重复次数在数百万次105 以上，如小鼠随体DNA 可达 107，重复序列短，这种DNA 不能转录，多分布在着丝粒区、端粒区及异染色质区。2

99、中等重复 DNAmiddle repetitive DNA重复次数在几十次几千次10105，重复序列较长，这种 DNA 多数是不编码的，但有些区段能转录，多分布于次缢痕区。3单一 DNAunique DNA其顺序在基因组中只有一次或少数几个拷贝，多是结构基因顺序，能转录 mRNA，是最终合成蛋白质的密码。2三种构型的 DNA二级结构的多型性生物界物种的多样性寓于 DNA 分子 4 种核苷酸千变万化的不同排列之中。 DNA 一级结构具多样性；二级结构具有多型性。DNA 二级结构具有多形性2 染色质蛋白质文档可编辑.1组蛋白：与 DNA 非特异性结合。这种蛋白质种类不多，都含有较多的碱性氨基酸，如

100、精、赖氨酸，依所含这两种氨基酸的比率不同将组蛋白分为五类。2非组蛋白：指染色体上与特异 DNA 序列相结合的蛋白质，故又称序列特异性 DNA 结合蛋白。3 序列特异性 DNA 结合蛋白的不同结构模式序列特异性 DNA 结合蛋白，在与 DNA 结合时，其结构域可有以下几种不同的模式。1螺旋转角 螺旋模式 2锌指模式 3亮氨酸拉链模式 4螺旋-环-螺旋结构模式 5HMG 框结构模式三、染色质的根本结构单位核小体一实验证据1、用和气方法使核破碎，将染色质铺在钢网上在电镜下观察，间期染色质呈纤丝状结构，直径约在 2030nm，称染色质粗纤维。2、进一步用盐溶液处理，则显示10nm 串珠状结构，称染色质

101、细纤维，实际上是由核小体串连成的丝状结构核小体丝。3、再用微球菌核酸酶消化 10nm 的染色质细纤维后进行电泳，则得到 200 个 bp 或其倍数的 DNA片段。据此，Olins 等提出了核小体结构模型。也曾称钮体body和核粒。其结构要点包含：1每个核小体包含 200bp 左右的 DNA 和一个组蛋白八聚体分子及一分子组蛋白 H1；2H2A、H2B、H3、H42 组成球形组蛋白的八聚体；【H2AH2B(H3)2?(H4)2H2AH2B】3166bp 的 DNA核心 DNA以左手方向盘绕八聚体 2 圈，不含 H1 时，为 146 个 bp 的 DNA 缠绕 1.75 周。组蛋白 H1 和 16

102、6bpDNA 的核小体结构称为染色质小体4H1 锁封 DNA 进出口，附在八聚体上534bp080左右 DNA 连接两核心结构连接区 DNALinker DNAOlins & Kornberg认为：多个核小体连接而成 10nm 的形似念珠的染色质丝核小体丝是染色质的一级结构。四、染色体包装的结构模型一多级螺旋模型1 螺线管体粗纤维二级结构，间期存在形式2 超螺线体管超粗纤维三级结构，是染色质在有丝分裂前期的存在形式美人 Bak1977观察到，由 30nm 的螺线体再进一步螺旋化，便形成一条直径为 400nm0.4m的圆简状结构，即为超螺线体。3 染色单体Chromosome四级结构，是染色质在

103、有丝分裂中期的存在形式由超螺线体再经折迭螺旋，形成长 210m 直径约 202Xnm2m的染色单体，由于在间期已经复制，故这时观察到的染色体，应包含两条染色单体。二染色体骨架一放射环模型主要解释 30nm 的螺线管如何进一步包装成染色体的。由 Leammli 等报道，认为：30nm 螺旋管折叠成环，沿染色体纵轴由中央向周围伸出，构成放射环。纵轴的中央为非组蛋白构成的染色体骨架，由 30nm 的螺线管折叠形成的 DNA 侧环18 个从骨架向周围伸出形成“微带，大约 106 个微带纵向排列构成子染色体。五、常染色质和异染色质常染色质euchromatin：指间期核内染色质丝折叠压缩程序低，处于伸展

104、状态，染色较浅的染色质。染色质丝折迭疏松，含有单一的或中等重复顺序的 DNA，大多数能进行转录，是具有活动功能的染色质。但并非所以基因都具转录活性。其位置常远离核内膜。文档可编辑.异染色质heterochromatin：指间期核中染色质丝折叠压缩程度高，处于凝集状态，染色较深的染色质，实际上是染色质丝未伸展开的局部，又称为染色中心和假核仁。这局部染色质很少转录，处于不活动状态，其位置近核被膜。1结构异染色质、组成型异染色质constitutive heterochomatin：又称恒定型异染色质，指在各种类型细胞，除复制时期以外的整个细胞周期都保持浓缩状态的染色质，最后复制。2兼性异染色质Fa

105、cultative heterochromatin：又称功能型异染色质，指在某些细胞类型或肯定发育时期和生理条件下，由原来的常染色质凝缩，并丧失基因活性变成的异染色质。第三节 染色体一、中期染色体的形态结构1 染色单体 分裂中期由着丝粒相连在一起的，含一个 DNA 分子的一条棒状结构，互称为姐妹染色单体。2 着丝粒Centromere 是主缢痕处中期两条染色单体相互联系在一起的特别部位。也是两臂染色质连续的局部， 是染色体上 DNA 高度重复的序列形成的染色质复合结构，属于染色体的正常组成成分。在中期染色体上，着丝粒染色很浅或不染色，包含三个结构域：1着丝点动粒结构域；2中央结构域；3配对结构

106、域。2 着丝点动粒 Kinetochore 是在主缢痕处两个染色单体的外侧外表部位的特别结构，是附加上去的， 它与纺锤丝微管接触， 每条染色单体上有一个着丝点，多为盘状， 故有着丝盘之称。依着丝粒在染色体上的位置，可将染色体划分为四类：染色体类型 臂指数 q / p中间着丝粒染色体M 1.01.691.01.67亚中间着丝粒染色体SM 1.72.991.683.00近端着丝粒染色体ST 3.06.993.017.00端着丝粒染色体T 7.017.0，只有一条臂。4 染色体臂 arm 由着丝粒将染色体分为两臂， 短臂 P 和长臂 q， 臂比 指数 arm ratio=q/p5 次缢痕付缢痕或次级

107、缢痕 secondary是主缢痕以外的浅染内缢节段，不是全部染色体都有， 具有次缢痕的染色体称核仁组织染色体。 在次缢痕上、 下两端的染色体片段仍保持成一直线，无角度差，以此与主缢痕区别。核仁组织区NOR：是rRNA 基因rDNA存在部位，与间期形成核仁有关。6 随体satellite 某些借助次缢痕相连的球形小体，但不是全部与次缢痕相连的部位都是随体。如人类第 13，14，15，21，22 对染色体有随体。带有随体的染色体称 sat染色体。7 端粒telomere 指染色体两端部的特化结构，通常是由富含 G 的短串联重复序列 DNA 组成。具有极性，断裂的染色体在此处不能连接，而其他部位可以

108、随机连接。其生物学作用在于维持染色体的完整性和个体性。二、染色体 DNA 的关键序列功能元件为确保染色体在细胞世代中的稳定性， 起码应具备 3 个结构要素， 被称为染色体 DNA 的关键序列。ARS 自主复制 DNA 序列DNA 复制起点，保证自我复制；CEN 着丝粒 DNA 序列使两组子染色体平均分配到子细胞中去；TEL 端粒 DNA 序列保证染色体的独立性和稳定性。三、核型与染色体显带文档可编辑.四、两种庞大染色体giant chromorome一 灯刷染色体lampbrush chromosome二 多线腺染色体polyrene chromosome第四节 核仁Nucleoli，Nucl

109、eolus核仁是真核细胞间期核中最显著的细胞器，在活细胞用一般光学显微镜便可看到，这是由于核仁的折光性强，与细胞其他结构可显出明显的界限。在细胞核内呈浓密的球状小体。据报道， 这个细胞器最早是有 Fontana 于 1881 年首次觉察。一、核仁超微结构电镜下可明显地区分出三种根本结构组分：1 纤维中心fibrillar centers ，FC是包埋在颗粒组分内部的一个或几个浅染的低电子密度的圆形结构，实质是 rDNA可通过电镜细胞化学和放射自显影验证。通常认为 FC 是染色体 NORS 的间期核副本。2 致密纤维成分dense fibrillar component ，DFC是核仁结构中电子

110、密度最高的组分，呈环形或半月形包围 FC，由致密的纤维构成，实质是 rDNA进行生动转录合成 rRNA 的地域。3 颗粒组分granular component，GC是正在加工成熟的核糖体亚单位前体颗粒，直径约在 1520nm，实质为 rRNAPro 性质。4 核仁相随染色质核仁周染色质：包绕在上述三种结构外围；核仁内染色质：深刻到核仁内部。5 核仁基质nucleoplasm是上面几种成分的存在环境，应用 Rnase 和 Dnase 处理核仁后的剩余结构组分，又称核仁骨架。在间期核非染色或染色很浅， 主要由蛋白质构成，悬浮各种酶类及大分子。这局部实际上与核基质核液相通，故有人认为它们属同一物质

111、。二、核仁的主要功能是制造核糖体，更确切的说，是核糖体主要成份 rRNA 的合成加工及核糖体大、小亚单位装配的园地。1 rRNA 的合成2 rRNA 前体的加工 在不同生物， 初始转录产物 rRNA 前体 大小不同， 哺乳类为 45srRNA 13000个核苷酸、果蝇为 38s rRNA、酵母为 37s rRNA。分别被加工、切割成不同大小的 rRNA 分子。小分子核仁核糖核蛋白snoRNPs作为引导 RNAguide RNA参与加工编辑过程。3 核糖体亚单位的装配 约 30 分钟成熟的小亚单位开始出现在细胞质， 而大亚单位则在 1 小时后才装配完毕。三、核仁在细胞周期中的动态变化在 mito

112、sis 前期：核仁变小，颗粒区与纤维区渐消逝；前期未，中期：核仁消逝，由于 rRNA 转录暂停，rDNA 逐渐缩回，凝缩到染色体中形成了染色体的次级缢痕；未期：核仁重建；间期：重建完毕。第五节 染色质结构与基因转录第六节 核基质与核体一、 核基质1 概念 存在于真核细胞核内除染色质、核膜与核仁外的一个以蛋白质成分为主的纤维网架结构文档可编辑.体系。2 组成 70 年代初，Berezney & Coffey 从大鼠肝细胞中别离出一种非染色质蛋白纤维，他们用核酸酶DNase 和 RNase与高盐溶液处理核，将DNA、RNA、组蛋白抽提后觉察核内仍残留有纤维蛋白的网架结构。称为核骨架nuclear

113、skeleton或核基质nuclear matrix，这些纤维的直径在 330nm，单丝直径在 34nm。3 功能 这种结构与 DNA 的有序空间排列、染色体DNA 的包装、DNA 复制、基因表达、 病毒复制及HnRNA 的加工有关。染色体骨架 指染色体中由非组蛋白的构成的结构支架， 与染色体高级结构的构建有关。 1971 年，stubblefield and wary 用超声波、2 mo1/L NaCl 或 6mo1/L 尿素处理中国仓鼠染色体，除去染色体中 DNA 和组蛋白后，还观察到一些带状结构。Laemmli 等进一步用 2 mo1/L Nacl或硫酸葡聚糖、肝素溶液处理 Hela 细

114、胞中期染色体去除组蛋白，觉察染色体中存在非组蛋白骨架，即所谓染色体骨架。二、 核体nuclear bodies,NBs间期核中除染色质与核仁以外的，分布在染色质空间的亚核结构域。第九章第九章 核糖体核糖体ribosmeribosme教学目的：掌握核糖体的结构与功能教学重点：核糖体的组成成分及各自功能教学难点：核糖体的功能活性部位讲授法第一节 核糖体的类型与结构一、根本类型及化学成分以沉降系数不同划分为三种类型，每种类型均有大、小两个亚单位构成。单体 亚单位原核细胞、叶绿体、线粒体 70 S 50 S 30 S哺乳类线粒体 55 S 35 S 25 S真核细胞 80 S 60 S 40 S二、结

115、构及装配一结构目前对细菌的核糖体了解较深，故以 70 S 核糖体来介绍其结构。大亚单位呈半圆形，一侧伸出三个突起，中央有一凹陷。小亚单位呈长条形， 约于 1/3 长度处有一细的缢痕， 使小亚单位分为大小两个局部。二者结合起来时， 凹陷部位彼此对应，形成一隧道。二装配核糖体大小亚基与 rRNA 之间，以及大小亚基之间，rRNA 与蛋白质之间可以自行装配，但详细机理尚未查清，依据目前的研究，至少可以肯定以下事实。130S 亚单位的 pro 专同 16S rRNA 结合，50S 亚单位的 pro 专同 23S rRNA 结合，假设将其混合，则装配不成有功能的亚单位。2 从不同细菌提取出 30S 亚单

116、位的蛋白质和 16S rRNA， 混合后可装配成有功能的 30S 亚单位，说明无种间差异。3原核细胞与真核细胞的亚单位不能形成有功能的核糖体。4E.coli 的核糖体和玉米中叶绿体的核糖体相似，相互交换亚单位仍具功能。文档可编辑.5E.coli 的核糖体和线粒体的核糖体不同，相互交换后不能装配。三、核糖体蛋白质与 rRNA 的功能在单个核糖体上，可区分多个功能活性部位，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。1 与 mRNA 结合的位点：在 16SrRNA 的 3端有一段顺序同多数原核生物的 mRNA(AUG 上游 3-9个碱基)的核糖体结合位点有互补关系，以便使 mRNA 结合在小亚基上

117、。2A 位点A site，acceptor site，aminoacyl site，氨酰基位点亦称氨基酸部位或受位， 是接受氨酰基 tRNA 的部位， 偏于大亚单位 大亚基“座斗， 右侧“扶手；小亚基“头部和“颈部。3P 位点P site ,peptidyl site，肽酰基位点亦称肽基部位或放位，是与延伸中的肽酰 tRNA 的结合位点。偏于小亚单位小亚基“头部，大亚基“座斗、扶手。4 肽酰转移后与马上释放的 tRNA 结合的位点E 位点exit site，偏于小亚单位。5 与肽酰 tRNA 由 A 部位移位到 P 部位有关的转移酶的结合位点亦称转移酶，简称 G 因子，位于大亚基“靠背上。6

118、肽酰转移酶的催化位点亦称转移酶 I 或 T 因子，是肽链形成时，催化氨基酸之间形成肽键的肽合成酶(催化 P 位上肽酰tRNA 的基羟基与处在 A 位上氨酰基 tRNA 的氨基之间形成肽链)。 位于大亚基上 “座斗和“右侧扶手rRNA 与蛋白质比较，在核糖体上，rRNA 是主要作用成分。此外，尚有其它众多因子。第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成一、多聚核糖体大小亚单位的结合与别离受 Mg2+的影响 ， 在进行蛋白质合成时， 4-5 个以上的单体被 mRNA 串联起来，这种成串的核糖体称为多核糖体poly ribosomes。二、蛋白质的合成核糖体之功能是合成蛋白质。具体作用可能在于：一是与 mRN

119、A 的连接，在 16S rRNA 的 3端有一段顺序同多数原核生物的 mRNA 的核糖体结合部位有互补关系，从而使 30S 亚单位能识别 mRNA 的起始端。二是为多肽链的形成提供外表位置，由大亚单位行使。三是供 tRNA 结合，在 5S rRNA 上有一段顺序同 tRNA 中的 TCG 有互补顺序。合成过程 翻译起始2 多肽链延长3 翻译终止三、RNA 在生命起源中的地位RNA 可能是生命起源中最早的生物大分子。既能向DNA 一样具有遗传信息载体的功能，又能向蛋白质一样具有酶的催化功能，推测在最早出现的简单生命体中应具备这一双重功能的特性。了解 RNA 具有催化功能是近些年来的事，人们把一系

120、列具有催化作用的 RNA 统称为核酶ribozyme。推测最早生命形式的遗传物质的载体是 RNA 而不是 DNA。在漫长的进化过程中，RNA 催化产生了蛋白质，进而 DNA 取代了 RNA 的遗传信息功能，蛋白质取代了绝大多数 RNA 酶的作用，逐渐演化成今天的细胞。DNA 链比 RNA 链稳定，且DNA 链中的 T 取代了 RNA 中的 U 使之更易于修复，则也可能储存大量的信息并能更稳定的遗传。 由于蛋白质结构的多样性和构象的多变性，不仅比 RNA 更有效的催化多种反响，而且也提供更为复杂的细胞结构组分。文档可编辑.第第 1010 章章 细胞骨架细胞骨架CytoskeletonCytosk

121、eleton教学目的： 1 掌握细胞骨架的概念2 掌握细胞骨架各成分性质、结构与功能3 了解细胞的各种运动形式教学重点：1 细胞骨架的狭义及广义概念2 细胞骨架各成分性质、结构与功能教学难点：细胞骨架各成分之间的关系讲授与商量概述 细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系，可以说是迄今为止， 最新觉察的一类细胞器，也是当前细胞生物学研究中最生动的领域之一，并且这种研究正方兴未艾。真正确认细胞中骨架系统的存在，则是在本世纪 60 年代，人们对制作电镜标本的固定剂和条件作了改动之后。1963 年，Slauterback 使用戊二醛替代锇酸在室温替代0下固定标本，首先在水螅刺细胞中觉察了细胞骨架成分之

122、微管，同年，Porter 在植物细胞中也觉察了微管的结构。那么细胞骨架的概念如何呢？包含哪些内容呢？细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系。早期狭义的范围主要指胞质骨架，现代广义的理解应为：细胞骨架cell skeleton细胞骨架的主要功能是1维持细胞形态多样性2行使细胞运动3保持细胞内结构的合理空间布局与有序性4细胞内物质的传递与运输5参与细胞内信号传导6作为多种蛋白、酶和细胞器的支持点7参与蛋白质合成多聚体 3，端锚定在骨架纤维上才启动8核骨架、染色体骨架参与染色质和染色体的构建9核骨架为基因表达提供空间支架10细胞骨架参与细胞周期的调节，并与细胞分化和细胞衰老关系紧密。第一节 细胞质骨

123、架Cytoskeleton一、微丝microfilament,MF即肌动蛋白纤维actin microfilament，是真核细胞中由肌动蛋白组成，直径约 7nm 的骨架纤维。微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝相互平行排列成束，形成有规则的稳定结构，如肌细胞中形成粗丝和细丝。另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。一化学组成微丝是由总称为收缩蛋白Contractile P的物质组成，主要是肌动蛋白和微丝结合蛋白。1 肌动蛋白actin 是由一条多肽链构成的哑铃颗粒形分子，分子量为 4300043KD。以单体或多聚体的形式存在。单体的肌动蛋白呈球状哑铃形，称 G-肌动蛋白。目前已别离

124、出 6 种。多聚体的肌动蛋白呈纤维状，称 F-肌动蛋白；单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具极性。 F-肌动蛋白往往以双股螺旋形式存在两条肌动蛋白单链呈右手螺旋盘绕形成的纤维。近几年来有人提出，微丝是由一条肌动蛋白单链形成的右手螺旋。2 微丝结合蛋白 除肌动蛋白作为微丝的主要成格外，在不同细胞中的不同微丝，还可以有不同的微丝结合蛋白，共同形成独特的结构并执行特定的功能。1与肌肉收缩有关的微丝结合蛋白 包含肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白三种。文档可编辑.肌球蛋白myosin原肌球蛋白tropomysin，Tm。肌钙蛋白tropnin2非肌肉细胞中的微丝结合蛋白横连蛋白 提供肌动蛋白的结合部位

125、，将几条肌动蛋白丝连结起来。主要包含：-辅肌动蛋白、细丝蛋白、毛缘蛋白、纽带蛋白等。戴帽蛋白切断和封端蛋白 可结合到肌动蛋白丝的一端，调节丝的长度和装拆，如凝溶蛋白、断解蛋白、绒毛蛋白等。单体稳定蛋白 可结合肌动蛋白单体，抑制 G-肌动蛋白的聚合。二装配微丝是一种动态结构，连续进行组装和解聚。微丝可以随环境不同发生装配和解聚。G-actin 可在微丝两端添加，但+极组装的速度较-极快，在肯定条件下，可表现为一端因加亚单位而延长，另一端因亚单位脱落而减短，这种现象称踏车行为。三特性微丝对某些药物具明显的反响，其中主要的一种是细胞松弛素 Bcytochalasin B，是从真菌长蠕孢代谢物中提取的

126、一种生物碱，对微丝具有专一破坏作用可切断微丝 。可利用此特性来研究微丝在细胞中的作用。鬼笔环肽则可抑制肌动蛋白丝的解聚，使肌动蛋白纤维稳定。只与 F 肌动蛋白结合，而不与 G肌动蛋白结合。四功能从已有资料来看，微丝具有多方面功能，但主要表现在两大方面：一是与微管一样起支架作用，维持细胞形状；二是参与细胞的各种运动。下面仅就微丝的运动作用作一介绍。1 肌肉收缩1结构与化学组成肌肉肌纤维束肌纤维肌细胞肌原纤维。此外，肌纤维中还有横小管和肌质网等。肌原纤维的结构：光、电镜下观察，肌原纤维上排列着齐整的明、暗相间的带横纹。与 Z线相连的为细肌丝，处于暗带的为粗肌丝。肌节就是由粗、细肌丝平行相间排列而成

127、。2收缩机制电镜下观察肌肉收缩时肌原纤维的变化， 觉察 A 带长度不变， 只是带随收缩程度不同而有变化，由此推论粗肌丝的长度是不变的。又了解，从一个肌节的 H 带未端到下一个肌节的 H 带起端，这一距离等于细肌丝总长度，当肌肉作最大收缩时，H 带消逝，而这一距离总长度未变，故认为细肌丝的长度也未发生变化。据上述现象，1959 年，赫胥黎和汉森Huxley Hanson提出了肌肉收缩的滑动学说“滑动丝模型，认为在肌肉收缩时肌纤维长度的改变是由于两类肌丝相互滑动之结果，2 微绒毛 微绒毛的轴心结构是典型的高度有序的微丝束，不具收缩功能。3 应力纤维 应力纤维是真核细胞质的平行排列的微丝束，具有收缩

128、功能。 可能在细胞形态发生、细胞分化和组织形成等方面发挥作用。4 细胞质流动cytoplasmic streaming 有两种细胞质流动方法：胞质川流和穿梭运动。5 细胞移动 指整个细胞的运动：a、具鞭毛、纤毛的细胞运动眼虫、草履虫、精子等靠微管滑动；b、不具鞭毛、纤毛的运动变形虫、白血球、巨噬细胞靠微丝运动的，胞质溶液中的微丝束。6 在细胞分裂中的作用胞质分裂环二、微管microtubule一形态结构及化学组成文档可编辑.微管是细胞质中细长而具肯定硬性的圆管状结构中空圆筒状，外径2425nm；内径15nm，长度变化不等，可达数微米。它是一种蛋白质性质的细胞器， 广泛存在于真核细胞中近来在少数

129、细菌中也有觉察。19671968 年觉察组成微管的化学成分主要是微管蛋白tubulin，是一种酸性蛋白质。1971年了解这种蛋白质有两个亚基两型 型和 型。通常情况下，二者结合在一起，成为异二聚体，是构成微管的根本单位。组成微管的化学成分除微管蛋白外，还包含其它一些蛋白质。通称为微管关联蛋白。主要分为两类：一是微管动力蛋白马达分子，如 Kinesin、Dyenin 等。对物质延微管运动起定向驱动作用。二是微管结合蛋白，已觉察两大家族，即 MAP 蛋白类和 Tau 蛋白类。它们对骨架空间构建及细胞形态建成的关系极为紧密。其它，还有一种称为 tau 蛋白，它可以操作微管延长。二微管的装配微管是一种

130、不断更新、多变的细胞器，能自行聚合装配和解聚分解。装配方法是：首先 微管蛋白和 微管蛋白形成 二聚体，然后二聚体首尾相接形成原纤维，进一步经过侧面增加而扩张成片层。当聚合到达 13 条原纤维时，合拢形成一段微管带状片状筒状。新的二聚体不断添加上去，使微管延长。三微管的特性properties微管对某些外界因子敏感 首先低和气高钙可促进微管分解。此外，每一异二聚体上有秋水仙素和 X 花碱等的结合位点，一旦结合则阻挡微管聚合，并引起原有微管解聚。所以秋水仙素是微管的专一性抑制剂，常用作细胞分裂的阻断剂。紫杉酚，重水D2O，二者可促进微管装配，增加其稳定性。四微管的功能微管具有多方面功能，主要是支架

131、和运动，现综合如下：1 支架作用维持细胞形状2 操作细胞内物质运输3 参与非肌细胞的运动4 操作细胞分裂时染色体的运动5 微管组成的细胞器中心粒、基体三、中间纤维丝intermediate filament，IF亦称中等纤维或居间纤维。直径介于微管与微丝粗肌丝与细肌丝之间，直径 10nm。无论秋水仙素，还是细胞松弛素 B 对此均无作用。一成分中间纤维成分复杂，类型多样。依据中间丝组织来源及免疫性性质不同分为：1 张力丝角蛋白丝：又称张力原纤维，存在于动物上皮、表皮细胞，由角蛋白组成。如桥粒的胞质斑上。2 结蛋白丝：存在于平滑肌，由结蛋白组成，为肌球、肌动蛋白丝提供支架。3 波形丝：存在于成纤维

132、细胞、间质细胞、中胚层来源的细胞，外形呈波纹状，由波形纤维蛋白组成。4 神经丝：存在于神经细胞，组成网状。5 神经胶质纤维：存在于神经胶质细胞。二结构特征及装配1 非螺旋化的头部N 端和非螺旋化的尾部C 端，其氨基酸顺序和肽链长度在不同中间纤维中差异较大。2 中部为中间纤维的主干，称为杆部rod，长40-50nm，是由两个相邻亚基的对应-螺旋区文档可编辑.形成的双股超螺旋。此局部高度保守，在不同中间纤维都是类似结构。在形成中间纤维时， 首先是两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体，然后两个二聚体反向平行以半交叠方法形成四聚体， 再由四聚体首尾相接形成原纤维， 最后每 8 根原纤维构成圆柱状的 10

133、nm中间纤维。三功能目前，对中间丝的功能了解甚少，依据现有资料，综合归纳下面几点：1 比微管、微丝耐消化相当稳定，估量对核有固定作用，强制细胞核处在肯定位置。2 可能与微管、微丝一起，共同起某些物质的运输作用。3 细胞分裂时可能对纺锤体和染色体有空间定向支架作用，并负责子细胞中细胞器的分配与定位。其它，通过桥粒，中间纤维在细胞间连续， 对维持上皮连续性至关重要。 由于中间纤维蛋白的表达具有组织特异性， 推测它与细胞分化关系紧密， 对胚胎发育，上皮分化有影响作用。其它，对 RNA 的运输及转译活动有影响。四、微梁网架microtrabecular lattice微梁网架是 70 年代由美国学者

134、Porter 用超高压电镜觉察的， 是细胞质中一些细短纤维连接成的不规则的网架示图。直径在23nm、34nm 长度一般小于 0.2m。这些纤维在细胞质中不形成集束，主要横跨在微管与微丝之间，形成致密的立体网络，起更周密的支架作用。第二节 细胞核骨架一、核基质二、染色体骨架三、核纤层参考资料：1 潘玉芝，细胞骨架，细胞生物学杂志 1981，22 潘玉芝，细胞骨架，细胞生物学杂志 1981，33 汪德耀译，微管上，细胞生物学杂志，1982，14 汪德耀译，微管下，细胞生物学杂志，1982，25 卫林祥译，细胞骨架结构及功能上 细胞生物学杂志 1982，4卫林祥译，细胞骨架结构及功能下 细胞生物学杂

135、志 1983，16 王祖武 自然杂志 1986，917：4042第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控教学目的：1 掌握细胞增殖的方法及特点2 了解细胞周期调控的机理教学重点：1 有丝分裂、减数分裂2 各种调控因子的作用教学难点：细胞周期调控的机理讲授与商量第一节 细胞周期与细胞分裂一、细胞周期Cell cycle一 概述细胞周期亦称有丝分裂周期mitosis cycle，细胞生长到肯定程度，不是繁殖就是死亡。细文档可编辑.胞分裂后产生的新细胞生长增大，随后又平均地分裂成两个和原来母细胞“一样的子细胞，细胞这种生长与分裂的循环称细胞周期。1 细胞周期的概念具体地说，细胞周期是指细胞

136、从一次分裂结束开始生长，到下一次分裂终了所经历的过程。又叫细胞的一个生活周期，是一个细胞物质积存与细胞分裂的循环过程。一个周期所占用的时间，即为细胞的一个世代generation time。2 细胞周期的划分最早划分细胞周期的是 Howard Pelc 19511953，从细胞形态的变化考虑，将细胞周期划分为间期interphase和分裂期mitosis phase 或 division phase，间期是物质打算和积存阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。间期难以靠形态学指标划分，Howard 觉察 DNA 是在间期的肯定时间合成的，于是，他将间期划分为 DNA 合成前期G1，DNA 合成期S

137、和 DNA 合成后期G2。M 期依形态学指标分为前、中、后、未四个时期，各个时期又称为时相。整个周期表示为：G1SG2M。从细胞增殖的角度来看，G1 期细胞可分为 3 类：1 增殖细胞周期中细胞、连续分裂的细胞 有些细胞少数，可以离开变动期进入固定期，然后进入S 期，重新开始分裂增殖，它们是能继续增殖的细胞。在一群细胞中，只有一小局部细胞进入 M 期。进入 M 期细胞所占该群细胞的百分数，称有丝分裂指数mitotic index。2 休止细胞静止期细胞 有些细胞通常情况下不能合成 DNA，处于静止状态可达数月甚至更久，但当给予某种刺激时，可重新进入细胞周期， 可见这些细胞是临时不继续增殖，但具

138、潜在增殖能力。 1963 年， Lajtha 将这些休止细胞叫 Go 期细胞， 指一种暂不增殖而又保持着分裂潜力的，在肯定条件下可恢复增殖能力的细胞。认为它们是临时退出细胞周期的细胞。如肝、肾细胞、淋巴细胞Go 期经 PHA 刺激淋巴母细胞进入分裂周期。3 丧失细胞loss cell 终端分化细胞或不育细胞、不分裂细胞。这局部细胞终生处于 G1期，通过分化、衰老至死亡。如角质细胞、神经细胞、肌细胞、红血细胞等。二细胞周期各时相的主要事件1 G1 期 此期可再细分为变动期和固定期。全部通过 M 期的细胞都要进入 G1 期的变动期，以后便走向不同的命运。处在 G1 期的细胞，除丧失细胞外，不管是增

139、殖细胞，还是Go 期细胞，当它们待要进入细胞周期时，首先进行旺盛的物质合成，为进入 S 期作各种打算。2 S 期S 期长短差异，是与复制单位多少决定的。S 期的活动，是由于细胞内产生了一种蛋白质性质的 DNA 合成诱导者。有人将 S 期细胞与 G1 期细胞融合后培养，可引起 G1 期细胞核 DNA 复制提前。3 G2 期 继续为进入 M 期制造物质条件细胞能否顺利通过 G2 期进入 M 期，受到 G2 期检验点的操作，这一调控点有人称作 R2。有人设想，可能与 cAMP 有关，也有人认为抑素在该期仍有作用。当这种细胞受适宜刺激后，无需 DNA复制，可直接进入周期。4 M 期三细胞周期的研究方法

140、1 细胞周期各时相长短测定1标记有丝分裂百分数法Percentage of labelled mitosis ，PLM 法 此法目的是测定某一细胞群体的细胞周期的总时间 Tc 和各个时相的时长。方法简述：给机体注入 3HTdR，处于 S 期细胞汲取 3HTdR 被标记，随后 G2 期细胞开始出现文档可编辑.标记细胞，接着在一短的tm 时间后，出现的全是标记分裂相，并在 tstm 时间内保持不变，最后标记分裂相聚然消逝。依标记分裂指数曲线升降过程，可推求出细胞周期各时相的时长。2流式细胞分选仪测定法2 细胞周期同步化法cell synchrony 是指将细胞群体阻留在细胞周期同一时相的方法。自然

141、同步natural synchrony 在自然界中，有些生物本身有局部地或短时间的细胞分裂同步的现象。人工同步法 指用人为的方法，使培养细胞分裂同步化。1诱导同步法induction synchrony，这一方法是用物理、化学方法处理培养细胞，使之停留在细胞周期的某一时相。a、DNA 合成阻断法代谢抑制法：过量 TdR 可将细胞阻挡在 G1/S 交界处。b、中期阻断法分裂抑制法秋水仙碱M 期缺异亮氨酸G1 期2选择同步法selection synchrony 用人工方法，从细胞群体中选出某一发育时期的细胞。a、分裂细胞收获法：b、细胞沉降别离法：c、选择性失活法：d、膜淘洗法：3 细胞融合法

142、利用不同时相细胞间的融合，可以探讨各时相的生化变化及调控。四特异的细胞周期卵裂之特点：1 周期短，几乎只有 S、M。2 卵内物质重新分布而无细胞的生长。3 核质比例越来越大渐近正常细胞。二、细胞分裂cell division一原核细胞的分裂原核细胞和真核细胞的细胞分裂方法有很大的不同。原核细胞的分裂方法简单，细胞周期短，在适宜条件下可大量繁殖如细菌每 20 分钟就可分裂一次，其分裂方法为一分二或二分裂，习惯上又称无丝分裂或直接分裂。二真核细胞的分裂真核细胞的分裂较原核细胞复杂的多，依据细胞在分裂过程中所表现的形式不同，大体分为三种类型，无丝分裂，有丝分裂和减数分裂。1 无丝分裂amitosis

143、又称直接分裂direct division因为这种分裂方法是细胞核和细胞质直接分裂。是觉察最早的一种细胞分裂方法。早在 1841 年，R.Remak 首先在鸡胚血细胞中观察到这种分裂方法。因为在分裂过程中没有出现纺缍丝和染色体的变化，所以 1882 年，Flemming 提出无丝分裂的概念。2 有丝分裂mitosis最初称这种分裂方法为核分裂karyokinesis，因为在分裂过程中出现纺缍丝和染色体等一系列变化，然后才出现细胞的真正分裂，所以又称为间接分裂indirect division或有丝分裂。1882 年 Flemming 提出，还由于这种分裂方法是多细胞生物体的体细胞的分裂方法，故

144、又称体细胞分裂。有丝分裂过程的分析有丝分裂是一连续的复杂动态过程，为表达方便，依据形态学上的变化，按这些过程的先后顺序文档可编辑.分为前期前中期、中期、后期和未期。下面以动物细胞的分裂为例，说明各期特点胞质分裂cytokinesis除特别组织细胞外，多数细胞在染色体解旋和核膜形成的同时，便进行细胞体的分裂，或称胞质分裂。但也有胞质分裂与核分裂不同步的。动物细胞的胞质分裂， 是以缢缩和起沟的方法进行的，缢缩的动力推测是由于在细胞质周边有一个微丝组成的“收缩环，它的紧缩使细胞产生缢束，在缢束处起沟，使细胞一分为二。植物细胞的胞质分裂，因带有细胞壁的原因，另具特点。是靠形成细胞板来完成的。在分裂未期

145、，赤道面处的纺缍丝保存下来，并增加微管数量，向周围扩展，形成桶状结构成膜体phragmoplast。来自内质网和高尔基复合体的含有多糖的小泡移向成膜体，小泡膜融合在一起而成为细胞板cell plate。一些充满果胶类物质的小泡，继续向细胞板间添充，形成中胶层及初生壁成分。最后细胞板两层膜和亲体细胞的质膜融合，将细胞一分为二。3 减数分裂meiosismeiosis 是真核细胞中一种特别类型的细胞分裂，出现在进行有性生殖的生物的生殖细胞中，是1883 年 Beneden 最先阐述的，指通过两个细胞周期使染色体数目减少一半的细胞分裂方法。由于发生在生殖细胞成熟过程中，所以又有成熟分裂maturat

146、ion division之称。通过减数分裂使亲代与子代之间的染色体数目保持恒定，保证了物种的相对稳定性；其它在减数分裂过程中，发生非同源染色体的重新组合，以及同源染色体间的局部交换，从而使配子的遗传根底多样化，这就为生物的变异及其对环境条件的适应性提供了重要的物质根底。因此，减数分裂是生物有性生殖的根底，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要根底保证。1由 mitosisi 向 meiosis 的转变精原细胞和卵原细胞是进行 mitosis 的， 为什么到了初级性母细胞就改为减数分裂了呢？是什么因素操作调节这种分裂方法的转变的呢？这些问题尚不清楚，推测可能是多因素的综合作用结果，不过依据有些学

147、者初步实验，可以断定这种转变是发生在前减数分裂的 G2 期。减数分裂前间期的 G2 期。2减数分裂过程的分析第一次减数分裂或减数分裂first meiotic division，meiosis包含：前期、中期、后期、未期和胞质分裂六个阶段。然后，通过一个短暂的间期进入减数分裂。第二次减数分裂或减数分裂second meiotic division，meiosis包含：前期、中期、后期、未期减数分裂有其鲜亮特点，主要表现在前期染色体配对和基因重组。减数分裂与一般有丝分裂雷同。前期依据染色体的形态变化可划分为以下几个时期：细线期偶线期合线期粗线期双线期4 Meiosis 的生物学意义及其与 Mit

148、osis 之比较5 影响细胞分裂的因素能够影响细胞分裂的因素很多，而且极为复杂，目前还没到达对其全面认识的水平，下面仅就已取得的资料作一介绍。1细胞大小2抑素3cAMP 4激素 5接触抑制contact inhibition第二节 细胞周期的调控真核细胞周期有两个根本事件：一是 S 期进行染色体复制， 二是 M 期将复制的染色体分到两个子文档可编辑.细胞中去。在这两个根本事件前，均有一段间隙期，即G1 期和 G2 期。在这两个间隙期，细胞进行着复杂的决定过程。在 G1 晚期，作为一个新周期的开始点，亦即细胞决定启动新一轮自我复制的位点Start point 或 restriction Poin

149、t受到复杂精细的调控，依据发育需要，或者开始新一轮增殖，或者退出周期分化为特别功能的细胞或临时进入 G0 期，决定要进入分化状态或G0 期的细胞，不能越过“Start或“restriction位点。而要增殖的细胞必须有生长因子的作用，命令细胞通过“start位点，启动新一轮自我复制。因此，细胞周期存在着G1/S 转换和G2/M 转换两个重要的操作点。一、MPF 的觉察及其作用1 染色体超前凝集实验细胞促分裂因子2 非洲爪蟾卵细胞质注射实验促成熟因子MPF1971 年，利用非洲爪蟾卵细胞质注射实验，觉察在成熟的卵细胞的细胞质中，必定有一种物质可以诱导卵细胞的成熟。他们把这种活性物质称为卵细胞促成

150、熟因子maturation promotingfactor或细胞促分裂因子mitosis-promoting factor或 M 期促进因子M phase-promotingfactor,用 MPF 表示。二、p34cdc2 激酶的觉察及其与 MPF 的关系裂殖酵母的 cdc2 基因，是第一个被别离出来的 cdc 基因，它的表达产物是一种相对分子量为34103 的蛋白，被称为p34cdc2。进一步研究觉察，p34cdc2 具有蛋白激酶活性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可以使多种蛋白质底物磷酸化，因而被称为p34cdc2 激酶。在G1/S 转换和 G2/M转换两个地方都发挥作用即阻断细胞周期在晚 G1

151、 期或 G2 期。芽殖酵母的 cdc28 基因是继 cdc2 基因之后第二个被别离出来的 cdc 基因，它的表达产物也是一种相对分子量为 34103 的蛋白，被称为p34cdc28。它也是一种蛋白激酶，在G2/M 转换过程中起中心调节作用，同时对 G1/S 转换也是必需的。后来的实验不断证明，p34cdc2 和 MPF 是同源物，都具有蛋白激酶活性并促进 G2/M 转换。三、周期蛋白与此同时，另有科学家以无脊椎动物海胆卵为材料进行细胞周期调控的研究。1983 年报道，通过 35S-Met 标记示踪，在海胆卵中觉察两种特别蛋白质分子量约 4560KD，其含量随细胞周期进程变化而变化，一般在细胞间

152、期内积存，在细胞分裂期内消逝，在下一个细胞周期又重复这一消长现象。即在每一轮间期开始合成，G2/M 时到达顶峰，M 期结束突然被水解掉，下一轮间期又重新积存合成。把这两种蛋白质命名为细胞周期蛋白cyclin，简称周期蛋白。揭示 cyclin是细胞周期调控者，是诱导细胞进入 M 期所必需。进一步的实验又证明，周期蛋白可能参与 MPF 的功能调节。MPF 的生化成分包含两个亚单位，即Cdc2 蛋白和周期蛋白。当两者结合后，表现出蛋白激酶活性。Ccd2 为催化亚基，周期蛋白为调节亚基。四、CDK 激酶和 CDK 激酶抑制物1 CDK 激酶在别离的 10 多个 cdc2 相关基因所编码的蛋白质Cdc2

153、都含有两个共同特点：一个是它们都含有一段类似的氨基酸序列， 另一个是它们都可以与周期蛋白结合， 并将周期蛋白作为其调节亚基，进而表现出蛋白激酶活性。因而它们被统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶Cyclin-dependentkinase，简称 CDK 激酶。所以后来又将 cdc 基因称为 CDK 基因。实际上 CDK 是 cdc2细胞分裂周期基因等基因编码的蛋白激酶P34cdc2 激酶、P34cdc28 激酶等。2 CDK 激酶抑制物指细胞内存在的一些对 CDK 激酶活性起负性调控的蛋白质Cyclin-dependent kinaseinhibitors，CDKIS。是能与 CDKS 结合并抑制其活

154、性的一类蛋白质，是 CDKS 的负调控因子，具有确保细胞周期高度时序性的功能，在细胞周期的负调控过程中扮演重要角色。目前已觉察多文档可编辑.种。细胞周期“驱动器：指推进细胞周期的进程及各个时相间过渡的一组全酶复合物，包含CDKS，CDKIS 及 CDKS 的正调控因子周期蛋白cyclin。五、细胞周期运转调控在细胞周期中最主要的事件是遗传信息载体 DNA 在“DNA 复制期进行复制，DNA 复制的起始标志着细胞周期的启动。因此，对 DNA 复制起始的调控是操作细胞周期的重要环节。一DNA 复制起始位置的调控DNA 复制的起始位置通常不是随机的，而是从染色体某一特定位点上开始。这个位点被称为 D

155、NA复制起始点Origin of DNA RepLication，当前最为流行的观点是，DNA 复制起始点是通过起始蛋白质结合在特定的 DNA 顺式序列上形成的。 这一模型在原核生物和动物病毒的 DNA 复制中得到证实，但真核细胞要远比该模型复杂得多。DNA 起始序列 ARS： Autonomously Replication Seguence ； 起始蛋白质 ORC： origin Recognitioncomplex二复制起始位置的选择发生在 G1 期G1 期早期的 CHO 细胞核放入爪蟾卵抽提物中进行体外复制，DNA 复制起始位置是随机的；G1 期中晚期的 CHO 细胞核放入瓜蟾卵抽提物

156、中复制，其起始位置就与细胞自身体内复制起始位置一致，不再是随机的了。这说明在真核生物细胞周期的 G1 期中存在一个 DNA 定点复制的调控点，这个点被称为“DNA 复制起始位置决定点Origin Decision Point，ODP。这是继 70 年代中期觉察的第一个哺乳动物细胞周期调控点限制点，Restriction Point以来第二个被觉察的细胞周期调控点，它把细胞周期调控与 DNA 复制的起始操作联系了起来。第十二章第十二章 细胞分化与基因表达调控细胞分化与基因表达调控教学目的：1 掌握细胞分化的本质及影响因素2 了解基因表达调控的种类及机理教学重点：细胞分化的本质及影响因素教学难点：

157、转录水平的基因调控讲授法引言 上面我们介绍了细胞分裂的有关问题，较为普遍的细胞分裂方法为有丝分裂和减数分裂，在生物的个体发生中，这两种分裂方法交替发生，以保证生物种族的连续。第一节 细胞分化一、细胞分化 cell differentiation的概念及特点概念 简单说细胞分化cell differentiation是个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。所以，细胞分化是指同源细胞通过分裂，发生形态、结构与功能特征稳定差异的过程。二、细胞分化的实质1 细胞分化是基因选择性表达的结果在个体发育过程中基因按照肯定程序相继活化的现象，称为基因的差次表达differentialexpression或

158、顺序表达Sequential expression 。即在同一时间内不是全部的基因都具活文档可编辑.性，而是有的有活性，有的无活性，有些细胞是这局部基因有活性，有些细胞则是其它一些基因有活性。2 组织特异性基因和管家基因一类是维持细胞最根本生命活动的基因，是全部一切细胞都需具备的，由此译制根本生命活动所必需的结构和功能蛋白。这类基因称“House-keeping gene，译为“管家基因，它们与细胞分化关系不大。如编码与细胞分裂、能量代谢、细胞根本建成有关的蛋白质的基因属此类。 另一类是译制特异蛋白质的基因，与细胞的根本生存无直接关系，但与细胞分化关系紧密，被称为“Luxury gene，译为

159、奢侈基因。3 组合调控引发组织特异性基因的表达三、影响细胞分化的因素弄清了细胞分化的实质， 研究者们便把注意力集中到基因选择表达的操作机理方面。除细胞核与细胞质的相互作用对细胞分化的影响外，包含环境在内的诸多因素均对细胞分化有重要的影响。一细胞的全能性二影响细胞分化的因素1 胞外信号分子2 细胞记忆与决定3 受精卵细胞质的不均一性4 细胞间的相互作用与位置效应5 环境对性别决定的影响6 染色质变化与基因重排7 细胞核对细胞分化的作用8 细胞质对细胞分化的作用四、细胞分化与胚胎发育第二节 癌细胞cancer cell是生物体内由正常细胞转变成的不受操作地恶性增殖细胞，细胞一旦发生癌变，其生物学属

160、性则发生一系列变化。可认为是不正常的细胞分化过程。一、主要特征二、致癌因素三、癌基因Oncogene，onc与抑癌基因60 年代末觉察癌基因的存在。本世纪初 1908 觉察多种病毒可引起肿瘤的发生， 称这些病毒为肿瘤病毒或致癌病毒 Oncogenicvirus，有 DNA 肿瘤病毒和 RNA 肿瘤病毒，主要的是 RNA 肿瘤病毒，被称为逆转录病毒retrovirus。其中含有病毒癌基因V-oncogneRNA 肿瘤病毒侵染寄主细胞RNA 反转录cDNA互补 DNADNA 双螺旋整合到寄主染色体一同复制，此时称细胞癌基因C-oncogene或原癌基因protooncogene指存在于细胞中的与

161、V-oncogene 相对应的同源序列。原癌基因细胞癌基因存在于正常的细文档可编辑.胞中，处于被阻遏状态或许还参与细胞正常活动。但是Proto-oncogeneC-oncogene致癌因子oncogene癌基因导致细胞发生癌变第三节 真核细胞基因表达的调控一、复制水平上对基因表达的调控主要包含：染色体消减和失活，以及基因扩增。意义： 基因扩增是一种通过改变基因数量来调节基因表达的方法，以便在短期内产生出某一基因拷贝，以调节基因表达。二、转录水平上对基因表达的调节通过某种机制，在肯定时间操作 mRNA 的转录。如果是这样，那么细胞分化的本质就是不同类型的细胞特意活化某种特定的基因，转录形成特定的

162、 mRNA 的过程。真核细胞没有象原核细胞那样的操作子及其紧密连锁的基因， 其特点在于既受基因调控的顺式作用元件影响，同时又受反式作用因子的影响，二者的相互作用完成真核转录调控。顺式作用元件cis-acting elements。指与特定蛋白质编码区连锁在一起的对转录起调控作用的 DNA 序列结构， 包含启动子、 增强子和近来觉察的抑制子寂静子 silencer。1 启动子promotor2 增强子enhancer反式作用因子trans-acting factors指能直接或间接地识别或结合各顺式调控元件核心序列8-12bp上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。目前已别离纯化或鉴定的有几百之

163、多，主要包含各种基因调控蛋白。其功能都是通过与特异 DNA 序列相互作用而完成的， 因此反式作用因子必须具备两种能力：一是它们必需识别定位在影响特别靶基因的增强子、启动子和其它调控元件中的特异性靶序列；二是对于一个转录因子或正调控蛋白还要求它们能够通过与 RNA 聚合酶或其它转录因子结合而行使功能。三、转录后水平调控1、hnRNA 的修饰加工a、5末端“戴帽：即在5末端的鸟嘌呤的 N-7 位上产生甲基化，变成7-甲基鸟苷M7G，使 5末端成为 5-M7G-PPP。生物学意义：可能阻挡 5末端继续添加核苷酸，不受磷酸酶和核酸酶降解，起稳定 mRNA 的作用，并利于同核糖体小亚基结合，形成起始复合

164、物。b、3-末端加“尾：即在 3末端加上多个200-250 个腺苷酸，形成 PolyA“尾。生物学意义： 促使 3末端与内质网结合， 而使 3末端稳定， 其它可能有延长 mRNA 寿命的作用。利于从核孔中输出。c、局部核苷酸甲基化：某些腺苷酸的第 6 位碳被甲基化形成 m6A，功能不清。2、mRNA 的选择性拼接修剪拼接指切去内含子，将外显子连接的过程。5外显子GT内含子AT外显子-3内含子intron：真核生物中不连续基因中的居间序列。外显子exon：被内含子隔开的基因序列。内含子序列的精确切除是一种高度专一的作用过程，它需要 mRNA 前体中特异的识别信号，也需文档可编辑.要细胞中识别这些

165、信号的特定因子。目前认为核内的小分子 RNAsmall nucleur RNA，SnRNA及其蛋白质复合物SnRNP可作为信号识别的特定因子。小核糖核蛋白颗粒存在于真核细胞核中与 RNA 加工过程有关的 RNA。是由 RNA 聚合酶 III 催化合成的。SnRNA 长约 90220 个核苷酸， 共分 6 种， 分别编号为 U1U6。 其中 U3 位于核仁中， 与 28srRNA的成熟有关。U1 在核液中与 mRNA 的剪接加工有关。它对 hn-RNA 中的内含子外显子接点有识别能力，能把转录本中在内含子、外显子接点切断，并进一步将外显子连接起来。SnRNA 非常稳定，不游离有存在，常常同特有蛋

166、白质结合成复合物小核糖核蛋白颗粒snRNPs。拼接方法有两种：一是切除内含子后，将外显子标准地拼接成成熟的 mRNA，称为组成型拼接。这样一个基因只产生一种成熟的 mRNA，也只产生一种蛋白质产物。另一种拼接方法。是可调控的选择性拼接，因而产生不同的成熟 mRNA，翻择产生不同的蛋白质。3、mRNA 的选择性运输细胞可以在不同情况下选择地将不同的 hnRNA 加工成 mRNA，并把它们运至细胞质，这便是 mRNA的选择性加工运输。这种运输是一种通过核孔的主动运输方法，其可能机制大体分为：1依赖于核孔复合体上受体蛋白对 RNA 分子的特异性识别，缺少识别信号便保存在核内；2不需要识别信号，除被特

167、别保存在核内的 RNA 外：其余RNA 都自动地输出细胞核；3 存在选择输出和选择保存的联合机制。四、翻译和翻译后加工水平的调控在这个水平上调控，主要是操作 mRNA 的稳定性和 mRNA 翻译起始的调控。所谓在翻译水平上的调节，是说基因转录的各种 mRNA 并不都能翻译成蛋白质，在不同细胞中有不同的 mRNA 得到翻译，结果不同细胞具有不同的蛋白质，细胞内才有了差异分化，是否有这种调节机制呢？人们早就注意到在海胆未受精卵中存在着较稳定未活化的 mRNA，这种mRNA 只有在受精后才能翻译，称为母体 mRNAmaternal mRNA。推测这种 mRNA 可能在未受精卵中被蛋白质遮盖，或被局限

168、在细胞内某一特定地域而不能被翻译。而在受精后从这类束缚中解放出来，开始翻译成蛋白质。所以认为，在真核细胞对基因表达调节的一条重要途径是产生稳定性的 mRNA，处于隐蔽状态，在肯定条件下进行翻译。1、mRNA 的稳定性通过 mRNA 稳定性的变化来调控基因表达。 原核细胞绝大多数的 mRNA 不稳定， 靠其快速合成和快速降解来调整其基因表达以适应环境之变化。真核细胞的 mRNA 相对来说稳定的多，影响mRNA 的稳定性除 mRNA 分子 3端特别信号序列外，某些 mRNA 的稳定性还受细胞外信号的影响。如激素。在 3端非翻译区含有一长段含 A 和 U 的核苷酸序列，与其不稳定性有关。2、mRNA

169、 翻译起始的调控通过操作 mRNA 翻译的起始，来进行基因表达的调控。“隐蔽mRNA，在受精前贮存并不起始翻译的 mRNA。在受精后被激活，合成蛋白质，满足快速卵裂之需。真核细胞 mRNA 相当稳定，可生存很长时间，例：海胆卵 mRNA 直到受精后才转译，种子中的 mRNA要到萌发时才转译， 为什么出现这种现象， 有人提出“蒙面信使理论： 认为 mRNA 贮藏在由 mRNA和核糖体以及一个蛋白质外壳组成的细胞质颗粒中，免遭酶的攻击而可长期保存，当有某种诱导因子时，除掉外壳进行转译。3、翻译后加工水平调控蛋白质合成后通常还需加工、修饰和正确折叠才能成为有功能活性的蛋白质。因此，在此水平上也存在表

170、达的调控问题。由上可知：细胞分化的基因表达调控主要是在转录水平上。总之，细胞分化机理是一相当复杂而又未能彻底说明的课题，有待于今后详尽研究。文档可编辑.第四节 几种分化细胞一、红血细胞红血球二、免疫防卫系统淋巴细胞的分化1 细胞的根本防范能力特异性免疫 是先天具有的普遍的免疫方法，由各类吞噬细胞和补体行使。大吞噬细胞系统：单核细胞，进一步成熟变为巨噬细胞。2特异性免疫系统 包含细胞免疫和体液免疫，分别有不同的免疫细胞T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞。第十三章第十三章 细胞的衰老与凋亡细胞的衰老与凋亡教学目的：1 掌握细胞衰老与凋亡的概念2 探讨细胞衰老及凋亡的机理教学重点：影响细胞凋亡的因素教学难

171、点：细胞凋亡的机理讲授法第一节 细胞衰老概 述 细胞衰老的研究只是整个衰老生物学老年学，人类学 研究中的一局部。所谓衰老生物学biology of senescence或称老年学，gerontology是研究生物衰老的现象、过程和规律。其任务是要揭示生物人类衰老的特征，探究发生衰老的原因和机理，寻找推迟衰老的方法，根本目的在于延长生物人类的寿命。多细胞有机体细胞，依寿命长短不同可划分为两类，即干细胞和功能细胞。干细胞在整个一生都保持分裂能力，直到到达最高分裂次数便衰老死亡。如表皮生发层细胞，生血干细胞等。一、 早期的细胞衰老研究100 年前，魏斯曼曾提出种质不死而体质会衰老和死亡的学说，后来，

172、Carrel 和 Ebeling 认为细胞本身不会衰老,衰老是由于环境的影响造成的。特别是 20 世纪 40-50 年代， 由于 L 系小鼠细胞和 Hela 细胞系的建立，又使细胞不死性的观点更加稳固。直到 60 年代初，Hayflick 等人的出色工作对细胞不死的观点彻底动摇了。二、Hayflick 界限Hayflick 通过对不同生物的胚成纤维细胞的体外培养，觉察物种寿命和培养细胞寿命之间存在着确切的相互关系。Hayflick 巧妙的设计实验，进一步证明了决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部环境。取老年男性个体的细胞间期无巴氏小体和年轻女性个体的细胞间期有巴氏小体进行单独或混合培养，并

173、统计其倍增次数。结果觉察，混合培养中的两类细胞的倍增次数与各自单独培养时相同，即在同一培养液，当年轻细胞旺盛增殖的同时，年老细胞就停止生长了；年轻细胞的胞质体与年老的完整细胞融合时，得到的杂种细胞不能分裂；年老细胞的胞质体与年轻的完整细胞融合时，杂种细胞的分裂能力几乎与年轻细胞相同。充分说明决定细胞的衰老是细胞核，而不是细胞质。文档可编辑.体外培养的细胞，不是不死的，而是有肯定寿命的， 它们的增殖能力不是无限的，而是有肯定的界限。即 Hayflick 界限。从而引出了细胞最高分裂次数的问题。三、细胞在体内条件下的衰老在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发育的早期也会发生；正常情况

174、下终生保持分裂的细胞，其分裂能力也表现出随着有机体年龄的增高而下降；衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是 G1 期明显延长；衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老；骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞增殖速度也趋缓慢.四、衰老细胞结构的变化一生活细胞的根本特征二衰老细胞结构的变化1 细胞核的变化：核膜内折，染色质固缩，核仁不规则。2 内质网的变化：年轻动物：RER 发育好、排列有序；年老动物：RER 弥散、总量减少。3 线粒体的变化：数量随龄减少，体积随龄增大。由于线粒体是细胞呼吸和氧化的中心，有人称它是决定细胞衰老的生物钟。而有些研究者则认为线粒体不是衰老的启动者，而

175、是受害者。4 致密体脂褐质的生成：是由溶酶体或线粒体转化而来的。 它是自由基诱发的脂质过氧化作用的产物。5 膜系统的变化：目前资料说明，膜的改变实在与衰老有紧密关系，年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相。6 细胞骨架体系的变化：7 高尔基体和溶酶体的变化：数量随衰老明显增多。8 蛋白质合成的变化：合成速率降低。五、细胞衰老的分子机制原因及假说从古到今，人们对衰老的机理有各种各样的理解，提出了数不清的假说和理论，据统计，迄今为止曾提出过的衰老假说和理论竟多达 300 种以上！这数百条思路，除了完全的谬误之外，多是从不同角度和深度反映了衰老这一复杂过程的某一侧面或层次。直到 90 年代以来，其分子

176、机制的研究才有了重大进展， 比方单基因的突变导致寿命的显著延长、端粒和端粒酶与细胞衰老关系的觉察等。下面介绍 60 年代起开始出现的一系列衰老理论。一氧化性损伤学说自由基理论Harman50 年代1956提出。认为衰老的一条重要的途径是因自由基脂质的过氧化而引起细胞功能的多方面异常。二端粒与衰老 觉察端粒长度实在与衰老有着紧密的关系，提出细胞衰老的“有丝分裂钟学说Harley,1990。端粒由富含G、C 简单重复顺序所组成，其长度随细胞衰老过程而逐渐缩短，但端粒酶却可维持端粒的长度。三rDNA 与衰老 酵母染色体外 rDNA 环ERC的积存，导致细胞衰老。四安静信息调节蛋白复合物与衰老 Sir

177、 complex 存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点 DNA 转录。五SGS1 基因、WRN 基因与衰老 SGS1 基因和 WRN 基因同源,编码解旋酶;酵母 sgs1 突变体寿命明显短于野生型平均 9.5 代:24.5 代; wrn 突变引发早老症。六发育程序与衰老七线粒体 DNA 与衰老 Sen-DNA(80 年代);mtDNA 突变积存与细胞衰老有关。文档可编辑.八衰老因子积存说，亦称“蛋白质合成过失成灾说Megbegeeb1962orgel1973提出，认为有缺陷的酶干扰复制、转录、翻译等水平错误积存直至成灾九基因调节Smith 假说衰老细胞+年轻细胞异质双核细胞年轻细胞核 DN

178、A 合成受抑制衰老细胞+Hela 细胞异核体衰老细胞被诱导合成 DNA说明：1 衰老细胞产生了 DNA 合成抑制剂，穿过胞质，影响正常年轻细胞核中 DNA 合成。2Hela 细胞则不受这种抑制剂的影响，相反，它们产生DNA 合成起始因子，并诱导衰老细胞核的 DNA 合成。大脑的衰老中心：近年来：Franks，Finch 等，提出在大脑存在一个“衰老操作中心，这就是神经内分泌轴下丘脑垂体内分泌系统调控机体各种生理功能。六、细胞死亡细胞死亡是细胞衰老的结果，是细胞生命现象的终止。包含急性死亡细胞坏死和程序化死亡细胞凋亡。细胞死亡最显著的现象，是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程，要决定一个

179、细胞何时已死亡是较因难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么，怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢？通常采纳活体染色法来鉴定。如用中性红染色时，生活细胞只有液泡系染成红色， 如果染料扩散， 细胞质和细胞核都染成红色， 则标志这个细胞已死亡。七、关于人类的衰老和寿命问题人类寿命有无极限？极限是多少？抗衰老，求长寿，古往今来，人之常情，时至今日，更为人们所关注。研究说明：1 哺乳动物自然寿命为生长发育期的 57 倍，借此推论，人类完成生长发育约在2022 周岁，自然寿命应是 100150 岁。2 哺乳动物的自然寿命为性成熟的 810 倍。3 海弗里克Hayflick：人体细胞可进行50 次左右有丝分

180、裂，每次细胞周期为 24 年，这样推论，人的寿命应在 120 岁左右。1 遗传与人类寿命：先天性，父辈主宰。父、母享有高寿，其子女往往也是高寿者。2 寿命与性别有关：人寿保险公司统计说明，性动物性动物，女人男人，为什么？众说纷纭。3 环境与人类寿命：后天因素多样错综复杂。体魄、环境、心理、社会、营养、疾病等。其中营养及体力活动较为重要。4 职业与人类寿命： 职业作为一种重要的社会因素，对人类寿命有肯定的影响。日本统计，从事治理工作人员，平均寿命最长，依次为国家机关工作人员、专业技术人员、商业工作人员、农业工作人员、一般生产工人、体力劳动者、矿工。总得说来，近 20 年来，细胞衰老的研究取得了长

181、足的进步，但离开真正揭示细胞衰老的本质，还要走很长的路。一旦揭开了细胞衰老的秘密，那么延缓衰老， 延长寿命将成为可能，但辩证唯物主义告诉我们，真正的长生不老是不可能的。我们研究了解细胞衰老死亡规律，目的并不是为了预防死亡，而是要延缓细胞衰老的到来。我们讴歌生命，也不必诅咒死亡，有生必有死，无死亦无生，我们不赞成死亡，但长生不死是进化和开展的敌人。 但愿我们每个人都能较长时间生活在这个美好的世界，为人类的进步与文明做更多的奉献。第二节 细胞凋亡(Apoptosis)文档可编辑.一、细胞凋亡的概念及其生物学意义概念： 细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，所以也常常被称为细胞编程死亡

182、programmed cell death,PCD。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。这一假说是基于 Hayflick 界限提出的： 1961 年 Hayflick 依据人胚胎细胞的传代培养实验提出。指细胞在发育的肯定阶段出现正常的自然死亡，它与细胞的病理死亡有根本的区别。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。例如：蝌蚪尾的消逝， 骨髓和肠的细胞凋亡，脊椎动物的神经系统的发育，发育过程中手和足的成形过程。二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征一细胞凋亡与坏死(necrosis)二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折

183、，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐别离，形成众多的凋亡小体apoptotic bodies，凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反响。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包含膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反响二细胞凋亡的形态学特征1 凋亡的起始：细胞外表的特化结构如微绒毛消逝，细胞间接触的消逝，但细胞膜依旧完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀， 并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。2 凋亡小体的形成：核染

184、色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞外表产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体。3 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化三细胞凋亡的生化特征1 细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180200bp 特征性的 DNA ladders。2 凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶 tTGtissue Transglutaminase积存并到达较高水平。四诱导细胞凋亡的因子1 物理性因子：包含射线紫外线，? 射线等，较和气的温度刺激如热激，冷激等。2 化学及生物因子：包含活性氧基团和分子，DNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子?TNF?，抗

185、 Fas/Apo-1/CD95 抗体等。五细胞凋亡的检测形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA 电泳：DNA 片段就呈现出梯状条带TUNEL 测定法，即 DNA 断裂的原位末端标记法彗星电泳法comet assay流式细胞分析：依据凋亡细胞 DNA 断裂和丧失，采纳碘化丙啶使 DNA 产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。三、细胞凋亡的分子调控机理一Caspase 家族与凋亡1 Caspase 家族 Caspase 活性位点是半胱氨酸(Cysteine)， 裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为 Cysteine aspartic acic

186、 specific protease，即 Caspase。2 Caspase 活化 Caspase 自身以非活化的 Procaspase 存在，其激活依赖于其他的 Caspase 在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。3 胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径凋亡信号通路当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF 等)后， 凋亡细胞外表信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔文档可编辑.接蛋白(Adaptor protein)结合， 这些衔接蛋白又募集 Procaspases 聚集在受体部位， Procaspase相互活化并产生级联反响，使细胞凋亡。下游 Caspases 活化后，作用底物：裂解核纤层蛋白，导致

187、细胞核形成凋亡小体；裂解 DNase 结合蛋白，使 DNase 释放，降解 DNA 形成 DNA Ladder；裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于细胞吞噬；导致膜脂 PS 重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。二Bcl-2、线粒体与细胞凋亡待修改补充Bcl-2 是一种原癌基因，是 ced-9 在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡。Bcl-2 蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域，可与线粒体及内质网膜相结合。Bcl-2 家族成员的基因中，常常含有三个保守的 Bcl-2 同源区，即 BH1，BH2 和 BH3。哺乳动物细胞中觉察的 Apaf2 即是 CytC。当 Caspase8 活化后，它一方面作用于 Procaspase3，另一方面使 Bid 裂解成 2 个片段，其中含BH3 结构域的 C-端片段被运送到线粒体， 与 Bcl-2/Bax 的 BH3 结构域形成复合物， 导致细胞色素C释放。 CytC与胞质中Ced4同源物Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease activatingfactor)结合并活化 Apaf-1，活化的 Apaf-1 再活化 Procaspase9，最后引起细胞凋亡。文档可编辑