山大 细胞生物学理论课教学教案

细胞生物学理论课教学教案

前言

细胞生物学是-门新兴学科，是当前生命科学中四大前沿学科之一。细胞生物学是利用现代技术和方法，从细胞的整体、超徽结构和分子水平研究生命活动规律的科学。被公认是生命科学的核心学科。

近年来，细胞生物学的许多新理论、新概念，新技术和新方法有力地促进了医学科学的发展，为从细胞和分子水平探索疾病的发生、发展、诊断和防治规律奠定了基础,已经成为现代医学教育中的一门重要的基础课程。细胞生物学在医学教育体系中的重要性在于它既是基础医学和临床医学的基石，又是联系医学各学科的纽带。

医学细胞生物学根据医学发展的需要，结合医学实际，系统介绍细胞生物学的基本理论、基本知识和基本技能，并反映现代细胞生物学新进展。以动态的观点、结构和功能相统一的观点、细胞整体的观点揭示生命现象的本质，探讨生命活动的规律及细胞与疾病的关系。旨在培养和提高医学生从细胞和分子水平分析问题和解决问题的能力，造就新一代医学人才。

医学细胞生物学作一门医学基础课程，在本科生（五年制）二年级第二学期开设。教学总学时为60学时（六年制70学时），包括理论课和实验课两部分(其中理论课42学时，实验课18学时)。理论课暂时使用卫生部规划教材：《医学细胞生物学》，凌诒萍主编，人民卫生出版社出版。主要讲授细胞的结构、功能和细胞的重要生命活动规律（细胞的增殖、分化、衰老和死亡）；实验课使用科学出版社出版的《细胞生物学实验》，辛华主编。主要教授细胞生物学的基本实验技术和方法，内容包括：细胞的形态结构、细胞化学、细胞生理、细胞增殖、染色质与染色体和细胞工程等几部分。

教学内容学时分配表

理论实验

第一章绪论 2 实验一细胞的形态结构 3

第二章细胞膜的分子生物学 6

第三章细胞外基质 2 实验二细胞化学 3

第四章细胞核 4

第五章细胞骨架 4 实验三细胞的生理 3

第六章线粒体 2

第七章细胞的内膜系统 6 实验四细胞的增殖 3

第八章细胞的信号转导 2

第九章细胞的生长与增殖 4 实验五染色体与性染色质 3

第十章细胞的分化 2

第十一章细胞的衰老与死亡 2 实验六细胞的超微结构与细胞工程 3

导论细胞生物学导论 6

合计42 18

第一章：绪论

一、教学大纲（目的）要求：

l 掌握细胞生物学与细胞的现代概念，

2 了解细胞生物学的主要研究内容

3 了解细胞生物学究研目的、任务与医学的关系

4 了解细胞生物学发展简史二、词汇与概念

1、基本专业词汇

cell 、cell biology、medical cell biology、molecular biology of the cell、cytology、cytogenetics、cytophysilogy、cytochemistry、cytosocilogy、cytomorphology、molecular cytology、cell theory

2、基本概念

细胞、细胞生物学、医学细胞生物学细胞分子生物学细胞的现代概念细胞学说

三、重点和难点：

l 细胞生物学（cell biology）利用现代技术和方法从细胞的整体、超微结构和分子水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学。

2 医学细胞生物学（medical cell biology）以人体细胞为主要研究对象，探讨其生长、发育、增殖、分化、遗传变异、衰老、死亡以及细胞结构与功能异常和人类疾病发生、发展和防治规律的科学。

3 细胞分子生物学（molecular biology of the cell）从分子水平上来研究细胞的结构与功能以及各种生命活动规律的科学。

4 细胞的现代概念细胞是生命活动的基本单位。（1）细胞是构成生物有机体的基本结构单位：一切有机体均由细胞构成（病毒为非细胞形态的生命体除外）。单细胞生物一个细胞就是一个完整的个体，多细胞生物的机体根据其复杂程度由数百乃至万亿计细胞构成。（2）细胞是代谢与功能的基本单位：在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自我调节的代谢体系，生物体的一切生命活动都是以细胞为单位实现的。（3）细胞是生物有机体生长发育的基本单位：生物有机体的生长和发育是依靠细胞的分裂、体积的增长和细胞的分化来实现的，是发育的基本单位。（4）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性：生物在遗传过程中，通过生殖细胞来传递遗传信息，生物体内各种不同类型的细胞，都是由一个受精卵发育而来，每一个细胞都含有全套的遗传基因，具有遗传的全能性。

5 细胞学说1838-1839年德国动物学家施旺（Schwann）和植物学家施莱登（Schleiden）在自己研究工作的基础上，总结了前人的工作，提出了"细胞学说"，宣称一切生物，从单细胞到高等动植物都是由细胞组成的；细胞是生物的形态结构和功能活动的基本单位；细胞都是从细胞分裂而来，论证了生物界的统一性和共同起源。

6 研究内容

（1）细胞膜与细胞器生物膜包括细胞膜和细胞内膜，细胞内大部分细胞器都是以生物膜为基础构建的，如：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体和核膜等，与细胞内许多重要生命活动有关，如细胞分裂与分化、细胞识别、免疫、物质运输、信息传递、代谢调节、能量转换、神经传导以及肿瘤发生等。生物膜和细胞器的结构与功能的研究是细胞生物学研究的重要内容。

（2）细胞骨架系统细胞骨架是细胞内由蛋白纤维组成的网状结构，它包括微丝、微管和中等纤维。细胞骨架的结构和功能与细胞的形态、运动、物质运输、生长调控以及跨膜信息传递等功能密切相关。

（3）细胞核、染色体以及基因表达细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质组成，是细胞生命活动控制中心。核被膜是细胞核的界膜，它上面存在的核孔复合体是控制核质之间物质双向运输的通道；染色质与染色体是遗传物质的载体；核仁是转录rRNA与装配核糖体亚单位的场所；核基质是由蛋白质组成的细胞核内骨架结构，为完成DNA的各种功能，包括DNA的复制、转录、加工、接收细胞外部信号以及维持染色体的结构等提供作用位点。细胞核的研究是揭示基因表达及其调控的基础。

（4）细胞增殖及其调控细胞的增殖是生命的基本特征之一，真核细胞的分裂方式主要有三种，即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。从分子水平研究细胞的基本规律及其调控机理，对于揭示生物体生长、发育、遗传和变异的机理以及研究细胞癌变发生和防治具有重要的意义。

（5）细胞分化、衰老与死亡个体发育从受精卵开始，通过细胞的分化产生不同类形型的细胞，新个体出生后，还要通过各类干细胞的分裂和分化产生新的细胞不断代替死亡细胞。细胞分化是生物体生长发育的基础。研究细胞分化及其调节机理，对于揭示生命的奥秘和控制细胞癌变具有重要意义。

细胞的衰老与死亡细胞的衰老是由诸多因素控制的，其原因至今没有搞清，从分子水平探讨细胞衰老的机理，对于延缓个体的衰老具有重要的意义。

编程性细胞死亡是一种由基因控制的细胞死亡方式，它关系到个体的生长、发育、畸形、衰老、疾病，和癌症的发生。揭示控制细胞死亡的分子机制具有重大的生物学意义。

（6）细胞信号传导细胞作为一个生命活动的基本单位，如何识别周围环境中存在的各种信号，并将其转变成细胞内部各种分子功能上的变化，从而影响细胞的代谢、发育、增殖、衰老、死亡等。搞清细胞信号转导的机制，对生命活动将有着重要意义。

（7）细胞工程细胞工程是生物工程的一个组成部分，它是指用细胞生物学和分子生物学方法，有计划地改变细胞的结构或遗传物质，以产生特定的生物产品、性状或新的物种。如利用细胞工程技术生产胰岛素、单克隆抗体、转基因动物、克隆生物等。由于它在基础理论研究和生产实际应用中具有重要意义，已经成为当今生命科学新技术革命的前沿。

7 细胞生物学的发展简史：

（1）细胞的发现和细胞学说的创立（1665-1873）人类第一次发现细胞至今已有300余年的历史。1665年，英国学者

R .Hocke 用自制的显微镜观察软木的薄片时，发现是由许多蜂窝状的结构组成，把这些小室称为细胞（cell）。1677年，荷兰学者A. V. Leeuwenhoek 用显微镜首次观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并在观察鲑鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。1838-1839年德国动物学家施旺（Schwann）和植物学家施莱登（Schleiden）在自己研究工作的基础上，总结了前人的工作，提出了"细胞学说"，宣称一切生物，从单细胞到高等动植物都是由细胞组成的；细胞是生物的形态结构和功能活动的基本单位；细胞都是从细胞分裂而来，论证了生物界的统一性和共同起源。对细胞生物学的发展起了巨大的推动作用。

（2）经典细胞学发展时期（1875-1900）细胞学说建立以后很快掀起了对细胞研究的高潮，光镜下的主要细胞器（中心体、线粒体、高尔基体）和细胞分裂活动（无丝分裂、有丝分裂和减数分裂）相继被发现，构成了细胞学的经典时期。使人们对细胞结构和功能的复杂性有了进一步的了解。

（3）实验细胞学发展时期（1900-1953）这一时期，人们广泛应用实验的手段与分析的方法来研究细胞学中的一些根本问题，为细胞学的研究开辟了一些新的方向与领域：1900年孟德尔（G.J.Mendel）的遗传法则和1910年摩尔根（G.J.Morgan）建立的基因学说，奠定了细胞遗传学的基础。1909年Harrison和Carrel创立的组织培养技术、大量的细胞生理学的研究，如细胞的生长与繁殖、细胞质的流动、变形运动、纤毛、鞭毛运动、肌肉收缩等以及40年代中期，细胞化学技术、细胞器的分离，放射性同位素技术、特别是电子显微镜的应用，为细胞结构和功能的研究开创了一个新的局面。

（4）细胞生物学的兴起与分子细胞生物学的发展（1953- ）20世纪50年，利用电镜技术对细胞超微结构的深入研究，尤其是1953年沃森（J.D.Watson）和克瑞克（H.C.Crick）对DNA 双螺旋分子结构模型的提出，开创了从分子水平、超微结构水平阐明细胞生命活动本质的新纪元。分子生物学的重大进展：如DNA分子的"半保留复制"、克瑞克（Crick，1958）的遗传信息流向的"中心法则"（central dogma）、尼伦堡和马泰（Nirenberg和Matthaei,1961）等确定的氨基酸的"密码"、雅格布和莫诺（Jacob和Monod,1961）提出的蛋白质合成"操纵子学说"、1970年Baltimore发现的逆转录酶、以及1977年第一次把高等动物的生长激素释放抑制素基因引入大肠杆菌，得到表达等成果促进了从分子水平对细胞结构及其功能活动的探索，发展形成了分子细胞生物学（molecular cell biology）。

第二章细胞膜的分子生物学

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握以下基本概念：质膜、单位膜、细胞表面、简单扩散、易化扩散、被动运输、主动运输、协同运输、受体介导的内吞作用、紧密连接、粘着带、粘着斑、桥粒

2 掌握质膜的化学组成、膜的结构特点。

3 熟悉膜的两大特性及及其生物学意义，了解影响膜流动性的因素。

4 掌握小分子物质穿膜运输和膜泡运输的方式、主要特点。

5 了解细胞连接的三种基本类型，掌握紧密连接、抛锚连接和通讯连接的主要结构特点及生物学意义。

二、基本概念：

1．基本专业词汇

cell membrane, plasma membrane, phase transition, integral protein, peripheral protein, unit membrane, fluid mosaic model, membrane transport protein, coupled transport, active transport, exocytosis, endocytosis, pinocytosis, phagocytosis, coated vesicle, receptor mediated endocytosis, cell surface, cell coat, cell recognition, cell junction, gap junction,

2．基本概念

质膜、单位膜、细胞表面、简单扩散、易化扩散、被动运输、主动运输、协同运输、受体介导的内吞作用、紧密连接，粘着带，粘着斑，桥粒

三、重点和难点：

一、注意区分质膜、单位膜、生物膜三者之间的关系与异同。

生物膜(biomembrane)是细胞膜和细胞内膜的统称。

细胞膜(cell membrane)是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质膜（plasma membrane）。它将细胞质与外环境分隔开，构成一道特殊屏障，使细胞有一个相对独立而稳定的内环境，并通过它使细胞与外环境保持着密切的联系，在细胞与外环境间进行物质、能量的交换及信息传导等过程中起着十分重要的作用。

细胞内膜是在真核细胞内，除了质膜以外的其他膜结构。它们构成了许多细胞器的界膜，将各细胞器与胞质溶胶分隔开，以执行各自不同的功能。这些细胞内膜可将不同功能的细胞器相互联系起来，在细胞合成、代谢、分泌等过程中起着重要作用。透射电镜下生物膜呈现为"两暗夹一明"的三层结构，即内外两个电子致密的"暗"层中间夹着电子密度低的"亮"

层，其总厚度约为7nm，称为单位膜(unit membrane)。

二、生物膜的化学组成

生物膜的化学成分主要有脂类、蛋白质和糖类，此外还含水、无机盐和少量的金属离子。膜中脂类和蛋白质构成了膜的主体，糖类多以复合糖的形式存在，与膜脂或膜蛋白结合分别形成膜糖脂或膜糖蛋白。

1．膜脂

构成膜的脂类有磷脂、胆固醇和糖脂，其中以磷脂为最多。这三种脂类都是双亲媒性分子，即它们都是由一个亲水的极性头部和一个疏水的非极性尾部组成。由于膜脂的这一结构特点，它们在水溶液中能自动聚拢形成脂双分子层，其游离端往往有自动闭合的趋势，形成一种自我封闭而稳定的中空结构，称脂质体。

磷脂真核细胞膜中的磷脂主要有卵磷脂（磷脂酰胆碱）、脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂合磷脂酰肌醇。

胆固醇是细胞膜内的中性脂类。真核细胞膜中胆固醇含量较高，有的膜内胆固醇与磷脂之比可达1︰1。胆固醇也是双亲媒性分子，包括三部分：极性的羟基团头部、非极性的固醇环和非极性的脂肪酸链尾部。在膜中，胆固醇分子散布在磷脂分子之间，其极性的羟基头部紧靠磷脂的极性头部，将固醇环固定在近磷脂头部的碳氢链上，其余部分分离。这种排列方式对膜的稳定性十分重要。

糖脂是含一个或几个糖基的脂类，也是双亲媒性分子，存在于所有的动物细胞膜中，约占膜外层脂类分子的50﹪。动物细胞膜中的糖脂主要是鞘氨醇的衍生物，结构与鞘磷脂相似，只是其头部以糖基替代了磷脂酰碱基。脑苷脂是最简单的糖脂，只含一个糖基（半乳糖或葡萄糖）。在所有细胞中，糖脂均位于膜的非胞质面单层，并将糖基暴露在细胞表面，其作用可能是作为某些大分子的受体，与细胞识别及信息传导有关。

2．膜蛋白

生物膜所含的蛋白叫膜蛋白，是生物膜功能的主要承担者。根据蛋白分离的难易及在膜中分布的位置，膜蛋白基本可分为两大类：外在膜蛋白和内在膜蛋白。外在膜蛋白约占膜蛋白的20﹪～30﹪，分布在膜的内外表面，主要在内表面，为水溶性蛋白，它通过离子键、；氢键与膜脂分子的极性头部相结合，或通过与内在蛋白的相互作用，间接与膜结合；内在蛋白约占膜蛋白的70﹪～80﹪，是双亲媒性分子，可不同程度的嵌入脂双层分子中。有的贯穿整个脂双层，两端暴露于膜的内外表面，这种类型的膜蛋白又称跨膜蛋白。内在膜蛋白露出膜外的部分含较多的极性氨基酸，属亲水性，与磷脂分子的亲水头部邻近；嵌入脂双层内部的膜蛋白由一些非极性的氨基酸组成，与脂质分子的疏水尾部相互结合，因此与膜结合非常紧密。

三、生物膜的两大特性

生物膜具有两个明显的特性，即膜的流动性和膜的不对称性。

1．膜的流动性

生物膜的流动性是膜脂与膜蛋白处于不断的运动状态，它是保证正常膜功能的重要条件。在生理状态下，生物膜既不是晶态，也不是液态，而是液晶态，即介于晶态与液态之间的过渡状态。在这种状态下，其既具有液态分子的流动性，又具有固态分子的有序排列。当温度下降至某一点时，液晶态转变为晶态；若温度上升，则晶态又可溶解为液晶态。这种状态的相互转化称为相变，引起相变的温度称相变温度。在相变温度以上，液晶态的膜脂总是处于可流动状态。膜脂分子有以下几种运动方式：①侧向移动；②旋转运动；③左右摆动；④翻转运动。膜蛋白分子的运动形式有侧向运动和旋转运动二种。

2．膜的不对称性

以脂双层分子的疏水端为界，生物膜可分为近胞质面和非胞质面内外两层，生物膜内外二层的结构和功能有很大差异，这种差异称为生物膜的不对称性。

膜脂分布的不对称主要体现在膜内外两层脂质成分明显不同。如磷脂中的磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在膜的外层，而磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇多分布在膜的内层，其中磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸的头部基团均带负电，致使生物膜内侧的负电荷大于外侧。膜蛋白分布的不对称主要体现在三个方面：①即使是膜内在蛋白都贯穿膜全层，但其亲水端的长度和氨基酸的种类与顺序也不同；②外在蛋白分布在膜的内外表面的定位也是不对称的，如具有酶活性的膜蛋白Mg2＋-ATP酶、5'核苷酸酶、磷酸二酯酶等均分布在膜的外表面，而腺苷酸环化酶分布在膜的内表面；③含低聚糖的糖蛋白，其糖基部分布在非胞质面。

四、生物膜的分子结构模型

生物膜的主要化学成分是脂类和蛋白质，还有少量糖类。关于这些组分在膜中是如何排列和组织的、以及它们之间是如何相互作用的等问题，许多学者进行了多方面的研究，先后提出了数十种不同的生物膜分子结构模型，下面介绍公认的流动镶嵌模型。

这一模型是Singer和Nicolson在1972年提出的。流动镶嵌模型保留了夹层学说和单位膜模型中磷脂双层的排列方式，

即流动的脂双层分子构成膜的连续主体，蛋白质分子以不同程度镶嵌于脂质双层中。它的主要特点是：①强调了膜的流动性，膜中脂类分子既有固体分子排列的有序性，又有液体的流动性，即流动的脂类分子层构成膜的连续整体；②强调了膜的不对称性和脂类与蛋白质分子的镶嵌关系。膜中球形蛋白质分子不同程度地镶嵌在脂类双分子层中，蛋白质分子的非极性部分嵌入脂类双分子层的疏水尾部去，极性部分露于膜的表面，似一群岛屿一样，无规则地分散在脂类的海洋中。这二模型的不足之处在于它忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的控制作用，忽视了膜的各个部分流动性的不均匀性等等。

五、小分子物质的跨膜运输

每一个活细胞要维持其正常的生命活动，必须通过细胞膜从外界及时地吸取营养物质，同时要不断地排出其代谢产物。这些营养物质和代谢产物进出生物膜的方式，根据是否需要膜蛋白的介导分为单纯扩散和膜蛋白介导的跨膜运输两种。根据运输过程中是甭消耗代谢能又把后者分为被动运输和主动运输两种方式。

1．膜的选择性通透和单纯扩散

一些物质不需要膜蛋白的帮助，能顺浓度梯度自由扩散，通过膜的脂双层，这种跨膜运输的形式，称为单纯扩散，又称为被动扩散，它不需要消耗能量，是物质跨膜运输中最简单的一种形式。一般来说分子量小、脂溶性强的非极性的分子能迅速地通过脂双层膜，不带电荷的小分子也较易通透，如CO2、O2、乙醇和尿素可迅速扩散通过脂双层。H2O因为分子小，不带电荷，且本身具有双极结构，也很容易通过膜。一些带电分子如Na＋、K＋、Cl－等尽管分子很小，往往因其周围形成的水化层而难以通过脂双层的疏水区而完全不能通透。不带电的葡萄糖，因分子太大，也几乎不能自由扩散过膜。

2．膜蛋白介导的跨膜运输

对一些相对较大的极性或带电的分子，如葡萄糖、氨基酸及离子等物质均不能自由通过膜。这些物质的运输均需要有膜蛋白的介导，这些蛋白称膜运输蛋白。根据膜蛋白介导物质运输的形式，又可分为载体蛋白介导和通道蛋白介导两大类型。

六、大分子和颗粒物质的跨膜运输

真核细胞中，一些大分子如蛋白质、多糖、多肽之类的物质的跨膜运输是通过细胞质膜的变形运动来完成的。这就是细胞内吞作用和细胞外吐作用。

（一）内吞作用（endocytosis）

内吞作用又称入胞作用，是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。根据入胞物质的不同大小，以及入胞机制的不同可将内吞作用分为三种类型：吞噬作用、吞饮作用、受体介导的内吞作用。1、吞噬作用（phagaocytosis）是指摄入直径大于1μm的颗粒物质的过程。在摄入颗粒物质时，细胞部分变形，使质膜凹陷或形成伪足将颗粒包裹摄人细胞。伪足的伸出是由肌动蛋白参与的，若用抑制肌动蛋白聚合的药物如细胞松弛素能抑制细胞吞噬。

2、吞饮作用（pinocytosis）是细胞摄入溶质或液体的过程。细胞吞饮时局部质膜下陷形成一小窝，包围液体物质，然后小窝离开质膜形成小泡，进入细胞。吞饮作用分为液相内吞和吸附内吞。前一种方式为非特异性细胞把细胞外液及其内可溶性物质摄入细胞内。后一种方式中，细胞外大分子或颗粒物质先以某种方式吸附在细胞表面，随后被摄入细胞内。如阳离子铁蛋白以静电作用先吸附在带负电荷的细胞表面，然后再被细胞摄入。吸附内吞有一定的特异性。

3、受体介导的内吞作用（receptor mediated endocytosis）是细胞依靠细胞表面的受体特异性地摄取细胞外蛋白或其他化合物的过程。细胞表面的受体具有高度特异性，与相应配体(被内吞的分子)结合形成复合物，继而此部分质膜凹陷形成有被小窝，小窝与质膜脱离形成有被小泡，将细胞外物质摄入细胞内。有被小泡进入细胞后，脱去外衣，与胞内体的小囊泡结合形成大的内体，其内容呈酸性，使受体与配体分离。带有受体的部分膜结构芽生、脱落，再与质膜融合，受体又回到质膜，完成受体的再循环。

在内吞过程中，质膜上受体与配体特异结合部位的胞质面(将形成有被小泡的外衣)有一些蛋白附着：①网格蛋白是其中最主要的一种蛋白。它是一种纤维蛋白，与另一种较小的多肽形成了有被小泡外衣的结构单位，即三腿蛋白复合物。三腿蛋白复合物包括三个网格蛋白和三个较小的多肽。由许多三腿蛋白复合物聚合构成五边形或六边形的网格样结构，覆于有被小泡或有被小窝的胞质面。由网格蛋白装配成的外衣提供了牵动质膜的机械力，导致有被小窝的下凹，也有助于捕获膜上的特异受体及与之结合的被转运分子；②调节素是有被小泡中组成外衣的另一类重要的蛋白，它是多亚基的复合物，能识别特异的跨膜蛋白受体，并将其连接至三腿蛋白复合物上，起选择性介导作用。跨膜受体蛋白胞质面肽链尾部，常在一个由四个氨基酸残基构成的区域内高度转折，形成一个内吞信号，由调节素识别它。所以调节

素可介导不同类型受体，使细胞能捕获不同类型的物质。

（二）外吐作用（exocytosis）

外吐作用又称出胞作用，是一种与内吞作用相反的过程。细胞内物质的分泌，细胞中的病毒、未消化的残渣等分子释放到细胞外都是细胞外吐的过程。

细胞内物质外吐方式

1、固有分泌（constitutive pathway of secretion）是新合成的分子在高尔基复合体装入转运小泡，随即很快被带到质膜，并持续不断地被细胞分泌出去，它普遍存在于所有细胞内。"SNARE假说"认为在固有分泌中，V-SNARE与t-SNARE相互识别并结合形成7S复合物，这是分泌颗粒与靶膜的特异性结合，接着NSF在SNAP的介导下与7S复合物结合形成20S复合物，此复合物中的SNAP可激活NSF的ATP酶活性，NSF水解ATP提供能量使20S复合物解聚，随后膜融合自动发生，颗粒内物质分泌到细胞外。

2、受调分泌（regulated pathway of secretion）是细胞内大分子合成后被贮存在特殊的小泡如分泌颗粒中，只有当细胞接受细胞外信号物质的作用后，引起细胞内一系列生化改变，分泌颗粒才与质膜融合，发生外吐。受调分泌主要存在于特化的分泌细胞，如内、外分泌细胞，神经细胞等。它们能特异性地按需要快速地分泌其产物，如激素、消化酶、神经递质等。

（三）质膜的循环和运动

在细胞内吞和外吐过程中细胞质膜的面积不断地发生变化。内吞过程中，转运小泡将质膜带人细胞内，如巨噬细胞在吞噬过程中每分钟可以将30％质膜带入细胞；细胞外吐过程中，质膜的面积增大，如一些外分泌细胞分泌消化酶时，可使细胞顶部质膜增大30倍。但细胞的体积和表面积不会因此而增大和缩小，这意味着内吞和外吐的过程是两个相辅相成的过程，即有一定数量的质膜经内吞被减少，就会有相应数量的质膜经外吐过程得以补充，以保持细胞质膜面积的恒定，这就是质膜循环的一种方式。同时，在此循环过程中，质膜也在进行运动，其成分和分布发生了流动，这种流动将有利于细胞功能的执行。

七、质膜的特化结构和功能

质膜的特化结构包括侧面的特化结构和游离面的特化结构。侧面的特化结构就是指细胞连接，或称细胞间连接，它是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构，在多细胞动物中普遍存在。游离面的特化结构，如微绒毛、鞭毛、纤毛等，帮助完成细胞的特定活动。

1．紧密连接（tight junction）

又称闭锁小带，存在于上皮细胞近管腔的侧面，多呈带状分布，少数为点状，起着封闭细胞间隙的作用，可防止管腔内物质自由进入细胞间隙。其主要功能为：①通过封闭上皮细胞周围的间隙而阻止上皮上下两侧物质的自由穿行，阻止质膜外叶层中蛋白质及脂类分子在顶部与基侧部之间自由扩散。如在小肠吸收上皮细胞中，转运葡萄糖的主动运输及易化扩散蛋白分别停留在细胞顶部及基侧部，从而保证了细胞内葡萄糖既不会从上皮顶部扩散出去，也不会从基侧面再将葡萄糖分子运回细胞内，保证了葡萄糖的定向运输。②存在于脑组织的毛细血管内皮细胞间，防止血液与脑组织细胞外液成分的相互扩散，是血脑屏障的结构基础。③起着将上皮细胞联合成整体的机械作用，加强细胞间的连接。

2．桥粒（desmosome）

可机械地将细胞粘着在一起，根据其结构特点又分为三种：带状桥粒、点状桥粒、半桥粒。带状桥粒主要分布在上皮细胞顶端紧密连接的下方，在细胞周围呈连续的腰带状，但在某些组织如心肌闰盘处则可呈不连续的点状分布；点状桥粒主要分布在上皮细胞，点状桥粒与带状桥粒紧密连接形成连接复合体；半桥粒主要位于上皮基底层细胞的基底部。3．缝隙连接（gap junction）

散在分布于相邻细胞间，是动物细胞间最普遍存在的一种细胞连接。在上皮细胞中缝隙连接分布于相邻细胞侧面深部，在肝胆小管处与紧密连接相邻，在心肌闰盘处与桥粒相邻。

应用冷冻复型技术，缝隙连接在质膜的PF面上有一片片聚集的紧密排列的颗粒，范围可达1μm。每个颗粒直径为6～8nm，彼此呈现规则的点阵排列，颗粒的中心间距离为9nm，膜EF面上则有相应规则排列的凹槽。高倍电镜观察缝隙连接颗粒，其直径为7～8nm，每个颗粒由六个蛋白分子的亚基环形排列而成，每个颗粒视为一个基本结构单位，称连接小体。每个小体长7.5nm，比质膜稍宽。小体呈圆柱状，外径6.0nm，中心孔径2.0m。蛋白分子称连接蛋白。每个连接蛋白分子跨膜4次，其跨膜的α螺旋是高度保守的。两侧质膜的连接小体相连形成相邻细胞间的通道，通道有可能是由连接蛋白的跨膜部分围绕而成的。通道的直径并非固定不变，常受一些因素的影响而改变。如膜电位低落时可使通道关闭；pH

下降或Ca2＋浓度增高均可使连接蛋白构象改变，而使通道直径变小，甚至关闭；而当组织中某些细胞受损时，如细胞膜破坏、细胞外Ca2＋内流，连接小体通道的关闭可避免相邻细胞的损伤，这是细胞膜的一种保护性措施。

缝隙连接的的功能主要有两种，即细胞粘合和细胞通讯。许多实验已经证明缝隙连接是细胞间许多分子通透的途径。离子和分子量低于1000～1500的水溶性分子可直接通过，而大分子如蛋白质、核酸和多糖则不能通过。

第三章细胞外基质（附加章）

一、教学大纲（目的）要求

l 熟悉氨基多糖和蛋白聚糖的基本分子结构和功能。

l 熟悉胶原的基本结构和功能。

l 了解纤连蛋白的分子特点及功能。

二、基本概念：

1、基本专业词汇extracellular matrix ECM、glycosaminoglycan，GAG、proteoglycan，PG、hyaluronic acid，HA、collagen、elastin、fibronectin，FN、laminin，LN

2、基本概念细胞外基质、氨基聚糖、胶原、纤粘连蛋白、层粘连蛋白

三、重点和难点：

（一）细胞外基质的概念及类型

l 细胞外基质（extracellular matrix ECM）是机体发育过程中由细胞合成并分泌到细胞外的生物大分子所构成的纤维网络状物质，分布于细胞与组织之间、细胞周围或形成上皮细胞的基膜，将细胞与细胞或细胞与基膜相联系，构成组织与器官，使其连成有机整体。

功能主要有：①1）对细胞组织起支持、保护作用，提供营养；②在胚胎发育过程中有重要作用；③在组织创伤的再生修复过程中发挥重要作用。

根据细胞外基质的化学组成可分为三大类，即氨基聚糖和蛋白聚糖、胶原和弹性蛋白、纤粘连蛋白与层粘连蛋白等。（二）氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）和蛋白聚糖（proteoglycan，PG）

1．氨基聚糖的结构它是由重复的二糖单位聚合而成不分支的长链状多糖。二糖单位包括氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖，N-乙酰氨基半乳糖）和糖醛酸（葡萄糖醛酸，艾杜糖醛酸）。

透明质酸（hyaluronic acid，HA）是一种最原始且重要的氨基聚糖，其结构组成为N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸，可赋予组织一定的抗压性，并有利于细胞的迁移及增殖。

2．蛋白聚糖的结构

蛋白聚糖是氨基聚糖（除HA外）与核心蛋白质（core protein）的丝氨酸残基共价结合物。其单体包括一条核心蛋白质上连着若干个氨基聚糖分子，再由若干个单体以非共价键被连接蛋白质与HA相结合就形成蛋白聚糖。

蛋白聚糖具有多态性的特点。

3．氨基聚糖和蛋白聚糖的功能

（1）使组织具有弹性和抗压性；（2）对物质转运有选择渗透性；（3）细胞表面的蛋白聚糖有传递信息的作用；（4）角膜中的蛋白聚糖具有透光性；（5）抗凝血功能。

（三）胶原（collagen）和弹性蛋白（elastin）

胶原

1、胶原纤维的结构胶原纤维的基本结构单位是胶原分子，又称为原胶原。胶原分子是由三条α-螺旋多肽链盘绕成的三股螺旋结构，长300nm，直径1.5nm，其肽链的一级结构较为特殊，氨基酸组成及排列方式狠独特，每条肽链约含1000个氨基酸残基，组成为规则的三肽重复序列，即Gly-X-Y（RGD）序列组成，其中Gly指甘氨酸，占胶原分子氨基酸总量的1/3，X指脯氨酸，Y指羟脯氨酸或羟赖氨酸，分别有脯氨酸或赖氨酸羟化而成，为胶原所特有。

2、胶原的类型根据胶原分子α肽链的构成、氨基酸组成和立体结构的不同，目前已鉴定处20余种不同类型的胶原，它们具有不同的结构及不同的免疫学特性，分别由不同的结构基因编码，在不同的组织类型中分布。

3、胶原的形成

胶原可来源于多种细胞的合成分泌，如结缔组织的成纤维细胞、间充质的成软骨细胞、成骨细胞、各种上皮细胞（神经上皮、角膜上皮、晶状体上皮）、牙本质细胞、脂肪细胞等。

（1）胶原基因各型胶原的各种α肽链分别由一个结构基因编码，这些基因在进化上相关，在结构上各具特点，一般较大，约30～40kbp，由50个左右的外显子和50个内含子组成，大多数外显子长为54个核苷酸或54的整倍数，说明α

链的基因是由含54个核苷酸的原始基因成倍扩大而来，但Ⅳ型胶原的结构基因例外。

（2）胶原基因的表达与加工胶原基因经转录、翻译、加工修饰等阶段，由DNA形成前胶原（procollagen），然后通过高尔基小泡分泌至细胞外。前胶原在细胞外经过酶切成为胶原分子（原胶原tropocollagen），然后胶原分子遵从相邻分子交错1/4长度、前后分子首尾相隔35nm的距离自我装配，称为明暗相间的直径约10～30nm的胶原原纤维（collagen fibril），后者再聚集成束而成胶原纤维（collagen fiber）。但Ⅳ型胶原的装配例外。

（3）胶原的功能 1.组织中胶原的形态结构与功能相适应；2.胶原可影响细胞的形态和运动；3胶原有刺激谁皮细胞分化、维持上皮细胞生长的作用，并成为细胞相互作用的支架，引导细胞迁移。

（4）胶原与疾病

因胶原的含量、结构或类型异常而导致的疾病统称为胶原病（collagen diseases）。

导致胶原异常的机制主要有①胶原在体内合成与降解的平衡发生紊乱；②组织中各种类型胶原的特定比例失常；③胶原分子结构的异常；④胶原分子在组织中组装成胶原纤维发生障碍，或胶原与基质中其它大分子的交联发生异常。

2.弹性蛋白（elastin）

弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，属高度疏水性蛋白质，其一级结构中的氨基酸组成为含有丰富的甘氨酸及脯氨酸，但羟脯氨酸很少，完全没有羟赖氨酸，亦无糖基化修饰，结果形成无规则卷曲及高度交联的弹性纤维网。

在皮肤结缔组织中特别丰富，使皮肤具有高度弹性。

四、纤粘连蛋白、层粘连蛋白

（一）纤连蛋白（fibronectin，FN）

1．类型纤连蛋白在体内分布十分广泛，有三种形式：①血浆纤连蛋白（plasma fibronectin，pFN），可溶性二聚体，主要由肝实质细胞产生，存在于血液与体液中，参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞功能；②寡聚纤连蛋白（oligomer fibronectin，oFN），分布于细胞表面的不可溶性寡聚体，主要由间质细胞分泌产生通过与细胞表面特异受体结合而发挥作用；③基质纤连蛋白（matrix fibronectin，mFN），高度不溶性的纤维性多聚体，是构建间充质的主要成分之一。2．结构属于高分子量糖蛋白，其亚单位包含2500个氨基酸残基，各亚单位的肽链中由一些重复的氨基酸序列构成若干球形结构域，每个球形结构域可分别与不同的大分子或细胞表面特异受体结合，从而使纤连蛋白成为多功能分子。各球形结构域之间由对蛋白酶敏感的肽段连接。

目前在人体中已鉴定出20余种纤连蛋白的亚单位。

3．功能纤连蛋白可行使多种功能，主要有①介导细胞粘着；②促进创伤的修复；③促进细胞迁移。

（二）层粘连蛋白（laminin，LN）

层粘连蛋白是基膜中的粘着糖蛋白，由三条大肽链借二硫键交联成不对称的十字型分子，还原后产生一条重链及二条轻链，三条链的短臂上有球形结构域，因此层粘连蛋白也是多功能分子，其上具有与Ⅳ型胶原、硫酸乙酰肝素、神经节苷脂、上皮细胞、内皮细胞等的结合位点。

第五章：细胞核与遗传信息的流向

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握细胞核的基本结构组成，染色质的化学组成、超微结构及组装。

l 熟悉核孔复合体的结构与功能；染色体的结构特征；人类染色体核型。

l 掌握核仁的化学组成、超微结构与功能动态关系。

l 了解核基质的概念。

二、基本概念：

1、基本专业词汇：nuclear envelope 、nuclear pore complex、nuclear pore 、nuclear lamina、chromatin、chromosome、nucleosome、nucleolus、nucleolar organizing region、rDNA、euchromatin、heterochromatin、kinetochore、telomere、karyotype、nuclear matrix、nuclear skeleton

2、基本概念：核被膜、核孔复合体、染色质、核小体、，X染色质，常染色质、异染色质、兼性异染色质，着丝粒、动粒、随体、端粒、染色体核型、核基质、核仁组织区、rDNA

三、重点和难点

（一）核被膜

1．核被膜(nuclear envelope)

是包被核内含物的双层双层膜结构，包括外核膜、内核膜、核间隙核核孔。外核膜朝向胞质，形态与内质网相似。内核膜朝向核质，表面附着一层纤维状蛋白网，称核纤层。核间隙与粗面内质网腔相连通。

2．核孔复合体的结构

核孔(nuclear pore)是由内外核膜局融合产生圆环状结构，由一组蛋白质颗粒按特定方式排列形成，故称核孔复合体（nuclear complex）。核孔复合体在核孔内外核膜处各有8个对称分布的蛋白颗粒--孔环颗粒，每对孔环颗粒之间有边围颗粒，共计8对孔环颗粒和8个边围颗粒。核孔复合体中央有一个中央颗粒，以上各颗粒间有蛋白质细丝相连，维持核孔复合体稳定，调节物质运输。

3．核孔复合体的功能

介导细胞核与细胞质之间的物质运输，在联系核-质之间的物质流、信息流中起十分重要作用。核膜的出现使真核细胞的功能出现区域性的分工，以核膜为界，遗传物质的复制、RNA的转录发生在细胞核中，蛋白质合成则发生在细胞质中，当细胞作为一个整体完成细胞分裂、蛋白质合成等项功能时，核孔对细胞活动所需要成分定向运输起到决定性作用。核内转录加工形成的RNA，组装完成的核糖体亚基通过核孔运至胞质中，DNA复制、RNA转录所需的各种酶，组装染色体的组蛋白，组装核糖体的蛋白质均在胞质中合成。经核孔定向运送至细胞核。分子量小于5000的分子可自由进出核孔，而较大的蛋白质在通过核孔时，借助核孔复合体上相应受体，通过核孔的主动运输来完成。这类蛋白质的分子上有核定位信号(一般为4～8个氨基酸组成的短肽)，核孔上的特异受体被激活，将核孔调整至适当大小，允许核质蛋白通过。4．核纤层（nuclear lamina）的化学组成与功能

核纤层是附着于内核膜下的纤维状蛋白网，属中间纤维类，在哺乳动物中有lamin A、B、C三种。其功能主要是：（1）为核被膜及染色质提供结构支架；并利于维持核孔位置及核膜形状；（2）在细胞有丝分裂过程中，核纤层与核被膜的崩解和重组密切相关。

（二）染色质(chromatin)与染色体(chromosome)

是遗传物质在细胞不同时相表现出的不同形式。

1．染色质的化学组成

染色质是指间期核内能被碱性染料染色的物质，主要成分是DNA和组蛋白。含量比接近1︰1，还有非组蛋白和少量RNA。组成染色质（体）的蛋白为组蛋白，属碱性蛋白，分两类：①核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）；②H1组蛋白。组蛋白与染色质高级结构的构建有关。

2．染色质的种类

染色质分为两类：常染色质和异染色质。

常染色质（euchromatin）结构松散，螺旋化程度低，染色浅，均匀分布于核内，伸入核仁，活跃的进行复制和转录。

异染色质（heterochromatin）结构较紧密，染色深，螺旋化程度较高。位于内核膜边缘，转录不活跃，分结构异染色质(指整个细胞周期始终处于凝集状态，位于着丝粒、端粒等处)和兼性染色质(是含一系列重复序列的DNA，可转化为常染色质)。

3．染色质的包装

核小体(necleosome)是染色体的基本结构单位，每个核小体由组蛋白(H2A、H2B、H3、H4各2个分子)组成八聚体，外面盘绕1.75圈DNA(约140个碱基对)。两个核小体之间以60个碱基对的连接DNA片段与组蛋白H1形成细丝相连接。每6个核小体绕成一圈形成空心螺线管，外径30nm，此为染色质的二级结构。螺线管进一步盘绕，形成超螺线管，直径400nm，为三级结构。进一步形成染色单体，即染色质的四级结构，被逐级压缩8000～10 000倍。

有关染色体的一级结构和二级结构没有争议，但螺线管如何进一步包装成染色体有不同看法，其中袢环结构模型较受到重视。在染色单体核心，有蛋白质骨架(非组蛋白支架)，在着丝粒处相连，30nm的纤维(相当于螺线管)围绕在支架周围，并与支架相连接，向外伸展形成放射环，这些环结构约含75kb的DNA。

4．中期染色体的形态结构

中期染色体形态经过间期DNA复制，中期染色体由两条姐妹染色单体组成，在着丝粒处彼此相连，此处有向内凹陷的缢痕，称为主缢痕(primary constriction)，其两侧有三层结构的特化部位称动粒(kinetochore)，是与纺锤体的纺锤丝结合的点。着丝粒将染色体分为长臂和短臂，某些染色体上除主缢痕外，还有染色较浅的缢痕部位称为次缢痕(secondary constriction)。与次缢痕相连的小体叫随体(satellite)，是染色体特征之一，位于染色体末端的特化部位，称为端粒(telomere)。不同生物细胞中染色体数目不同，生殖细胞中全套染色体为单倍体，数目为体细胞一半，单倍体染色体的组成称为生物体的基因组，包含该种生物的全部遗传信息。一种生物所特有的染色体数目和染色体所特有形态特征叫核型(karyotype)，包括染色体的长度、着丝粒位置、随体有无、次缢痕的有无和位置等。

（三）核仁(nucleolus)

1．核仁的超微结构和化学成分

是真核细胞分裂间期核中均匀的海绵状球体，主要化学成分为RNA、DNA、蛋白质和酶。其中RNA占11％，蛋白质占80％。核仁分为三个区域：①纤维中心，为rRNA基因rDNA存在部位，人类rDNA分布在13、14、15、21、22五对染

色体上，共同构成区域称核仁组织者(nucleolar organizer)；②致密纤维成分，含正在转录的rRNA分子；③颗粒成分是成熟的核糖体亚单位的前体颗粒。除此以外，还有异染色质包围在核仁周围，称核仁周围染色质，与伸入到核仁内部的rRNA 基因(属常染色质)一起被称为核仁相随染色质。

2．核仁的功能（rRNA合成、组装核糖体亚单位）

（1）核仁是核糖体RNA合成的场所 a.rRNA基因在染色质轴丝上呈串联重复排列； b. 沿转录方向新生的rRNA链逐渐增长，形成"圣诞树"样结构；c. 转录产物的纤维游离端（5'端）首先形成RNP颗粒。

（2）核仁是核糖体组装的场所。

3．核仁周期指细胞分裂周期中，核仁在形态和功能上所经历的周期性变化。

（四）核基质(nuclear matrix)

是真核细胞间期核中除核被膜、染色质及核仁以外的一个精密网架系统。又称核骨架(nuclear skeleton)，由纤维状蛋白组成。核基质主要功能是：①作为DNA复制的支撑物；②与基因表达调控有关；③与染色体构建有关。

第五章：细胞骨架

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握细胞骨架的概念，三种细胞骨架的化学组成、组装和功能。

l 熟悉微管、微丝的结合蛋白及其与功能的关系；中间纤维的种类及其与医学关系

二、基本概念

1、本专业词汇：cytoskeleton、microfilament、actin、microfilament associated protein cytochalasins B 、、microtubule、tubulin 、microtubule associated protein，MAP、microtubule organizing center，MTOC、colchicine、vinblastine、centriol、intermediate filament、colchicine

2、基本概念：

细胞骨架、微管、微管结合蛋白、微管组织中心、微丝、微丝结合蛋白、中间纤维

三、各节重点和难点

重点：细胞骨架各种组成成分的结构和功能。

难点：微管、微丝和中间丝的装配过程；微管、微丝和中间丝的功能及协作关系。

四、主要内容：

细胞骨架

细胞骨架（cytoskeleton）：在真核细胞中，由蛋白质纤维组成的网状结构系统，包括微管、微丝和中间丝。对细胞的形态结构、细胞运动、信息传递及细胞的增殖与分化等有重要作用。

第一节：微丝（microfilament，MT）

l 微丝的结构特点及分子组成：

微丝的主要成分是肌动蛋白（actin），它是微丝的基础蛋白。纯化的肌动蛋白单体称为G－肌动蛋白，外观呈哑铃状，有极性，具阳离子、ATP（ADP）和肌球蛋白结合位点。肌动蛋白以相同的方式头尾相接形成螺旋状肌动蛋白丝，称为F-肌动蛋白，肌动蛋白丝具有极性。目前已知有α、β、γ３种肌动蛋白异构体，分别分布在不同细胞或组织中。如α肌动蛋白存在于成熟的肌肉组织中，β和γ－肌动蛋白共同存在于大部分非肌细胞中。

l 微丝结合蛋白（microfilament associated protein)

目前已发现40 多种，它们多数以简单的方式与肌动蛋白相结合，形成多种不同的亚细胞结构并具有多种功能。如：掺入因子、聚合因子、封端蛋白：剪切蛋白、交连蛋白和捆绑蛋白、成核因子：移动因子等。

肌细胞中的微丝称为细肌丝，细肌丝的结构：1、肌动蛋白2、原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）3、肌钙蛋白（troponin）:Tn-C （钙结合亚基）、Tn-I（抑制亚基）、Tn-T（原肌球蛋白结合亚基）。肌球蛋白（myosin）：由两条多肽重链和两对轻链组成，具肌动蛋白和ATP酶结合位点

l 微丝的组装及影响因素微丝是由肌动蛋白单体头尾相接形成的纤维状的多聚体。传

统模型认为，微丝是由两条肌动蛋白单链呈右手螺旋盘绕而成。近年来认为微丝是由一条肌动蛋白单链形成的右手螺旋。

在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，在一定条件下，不断进行组装和解聚（正端因加上了肌动蛋白单体而延长，在负端因肌动蛋白单体脱落而缩短，导致纤维踏车现象的显著特性），并与细胞的形态维持及细胞运动有关。在体外条件下，在Mg2+和高浓度的K+或Na+溶液的诱导下，从G-肌动蛋白装配成纤维状的F-肌动蛋白，在含ATP和Ca2+以及很低浓度的Na+或K+溶液中，微丝趋向于解聚。细胞松弛素B（cytochalasins）是真菌分泌的代谢产物，具有切断微丝，阻抑肌动蛋白聚合，破坏微丝三维网络的作用，故常用来研究微丝的功能。

l 微丝的主要功能：

1、支架作用微丝与微管共同组成了细胞的支架，如细胞中的应力纤维，也叫张力纤维，在细胞膜下沿细胞长轴平行分布，而且在质膜上有附着位点，维持细胞的形状和赋予细胞韧性和强度。肠上皮细胞微绒毛的直立状态依靠微丝束的支撑，微丝结合蛋白在调节微绒毛长度和保持其形状方面具有重要作用。

2、参与细胞的运动肌肉收缩是由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致。在非肌细胞中，微丝也参与了细胞的多种运动功能，如胞质环流、变形运动、胞吞与胞吐作用、分裂末期收缩环的形成等，这些运动均能被细胞松驰素B抑制。

3、信息传导细胞表面的受体在受到外界信号作用时，可触发细胞膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变化的信号转导过程。

第二节：微管（microtububle)

微管是细胞骨架纤维中最粗的一种，是一种动态结构，能很快的组装和去组装，因而在细胞中呈现了各种形态和排列方式，以适应变动的细胞质状态和完成它们的各种功能。微管在细胞内存在三种形式：单管（质膜下）；二联管（鞭毛和纤毛）；三联管（中心粒和基体）。1、微管的结构特点及分子组成电镜下，微管是中空的管状结构，直径为24-26nm，长短不一。微管的管壁厚约5nm，由13条原纤维纵行螺旋排列而成，每条原纤维是由α、β微管蛋白相间排列而成的长链。

2、微管的分子组成微管蛋白（tubulin) 是构成微管的主要蛋白。这是一类酸性蛋白，有两型，即α、β微管蛋白，常以异二聚体的形式存在，是微管装配的基本单位。它们分子量相同（5.5×104) ，各含约500个左右的氨基酸，两者的氨基酸组成、排列方式均有差别。异二聚体上具有：含有鸟嘌呤（GTP）的两个结合位点；含有二价阳离子（Mg2+）结合位点；含有秋水仙素结合位点；含有长春花碱结合位点，

3、微管结合蛋白（microtubule associated protein, MAP )，主要包括以下几种：

（1）τ蛋白（Tau蛋白）：修饰因子，增加MT装配的起始点和促进起始点装配速度

（2）MAP1：在MT间形成横桥，控制MT的延长；

（3）MAP2：在MT间及MT与中间丝之间形成横桥，使MT成束；

（4）MAP4：

（5）+TIPs(+端追踪蛋白）：MT形成的控制及踏车运动中起作用

它们以不同的方式结合在微管的表面，其功能：①调节和促进微管装配；②稳定微管空间结构，是微管结构和功能的必需组成成份。

4、微管的组装及影响因素微管是一种动态结构，可根据细胞生理需要很快地组装与去组装。微管按照特定方式进行装配，先由微管蛋白二聚体α、β头尾相接形成环状核心，再经过侧面增加二聚体扩展成螺旋带，当加宽到13条原纤维时即合扰成一段微管。新的二聚体再不断加到这段微管的端点，使之延长。细胞内微管装配过程中，微管组织中心（microtubule organizing center,MTOC)起着重要的作用。中心体是主要的MTOC，微管负极与中心体联结，正极指向细胞边缘。

5、影响微管的组装与解聚的因素如温度超过20℃有利于组装，低于4℃引起解聚；秋

水仙素与长春花碱引起解聚；氧化氘（D2O）能促进其组装；Ca2+ 浓度低时促进组装，高时促使解聚等。

6、微管的主要功能：

（1）维持细胞的形态参与构成细胞的网状支架，维持细胞的形态。如:神经元轴突的伸长依赖于微管的支持。

（2）参与细胞器的运动和分布：固定与支持细胞器的位置如：细胞中的线粒体的分布是与微管相伴随的，游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上，微管使内质网在细胞质中展开分布，使高尔基体在细胞中央靠近细胞核，定位于中心体附近。

（3）参与细胞内物质物运输，主要为运输物质提供轨道并对运输方向具有指导作用，细胞内物质运输由马达蛋白（motor

protein）来完成。马达蛋白包括胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein）和驱动蛋白（kinesin）。

（4）参与信息传递：神经细胞内的微管与某些信息传递有关，信号分子可直接与微管作用或通过一些蛋白质来与微管作用。

（5）参与细胞的多种运动功能，如：伪足运动、分裂期染色体的位移、纤毛和鞭毛的运动等。

第三节：中间纤维（intermediate filament）

1、中间纤维的类型

不同的中间纤维蛋白在不同类型的细胞中表达，根据其组织来源和免疫原性以及蛋白质的氨基酸序列，可将中间纤维分为5大类：（1）角蛋白纤维；（2）结蛋白纤维；（3）波行蛋白纤维；（4）胶质蛋白纤维；（5）神经蛋白纤维

2、分子结构构特点与组装

中间纤维蛋白一般可分为头部、杆部和尾部3个部分。头部位于N-末端，均为非螺旋结构，是一球形区域，具有高度可变性。杆部有四段高度保守的a螺旋形成伸展的超螺旋。尾部位于C-末端的球形区域。不同的中间丝蛋白的C-末端和N-末端大小差别较大，化学性质也各不相同。

3、中间纤维的功能

（1）维持细胞的整体性中间纤维在外可以与细胞膜和细胞外基质有直接的联系，内与

核膜、核基质联系，与微管、微丝及其他细胞器联系，维持着细胞的形态结构和功能的完整性。

（2）参与细胞内信息传递及物质运输中间丝有明显在核外周聚集的特点，与细胞内信息传递及物质运输有关。

（3）参与相邻细胞间连接结构的形成如参与桥拉和半桥粒的形成。角蛋白纤维参与桥粒形成和维持。

（4）参与细胞分化：微丝和微管在各种细胞中都是相同的，而中间丝蛋白的表达具有组织特异性，表明中间丝与细胞分化可能具有密切的关系

（5）在肿瘤诊断中的作用由于不同类型的中间纤维的分布具有严格的组织特异性，并且多数肿瘤细胞通常继续表达其来源细胞的中间纤维的类型，这一特点已被广泛应用于肿瘤临床诊断，以鉴别肿瘤的组织的来源，如检测羊水细胞中胶质纤维蛋白和神经元纤维蛋白的存在，能够早期诊断胎儿中枢神经系统的畸形。

第七章线粒体与细胞的能量转换

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握线粒体的超微结构、化学组成、主要酶类的分布特点、标记酶、内膜大分子结构与功能的关系。

l 掌握线粒体的半自主性

二、基本概念

1、本专业词汇mitochondrion、elementary particle、mtDNA

2、基本概念：基本微粒、线粒体DNA、线粒体的半自主性

三、重点和难点

（一）线粒体的形态结构及酶的组成特点

线粒体超微结构是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。两层膜将线粒体内部空间与细胞质隔离，并使线粒体内部空间分隔成内膜与外膜而构成线粒体的支架：①外膜：是线粒体最外层所包绕的一层单位膜，厚约5～7nm，外膜含有多种转运蛋白，形成较大的水相通道跨越脂质双层，使外膜出现直径2～3nm的小孔，可以通过分子量在10 000以下的物质。②内膜和内部空间：内膜也是单位膜，平均厚4.5nm，将线粒体的内部空间分为两部分，其中由内膜直接包围的空间称内腔，也称基质腔；内膜与外膜之间的空间称为外腔或膜间腔。内膜上有大量向内腔突起的折叠形成嵴，内膜(包括嵴)的内表面附着许多突出于内腔的颗粒，每个线粒体大约有104～105个，称为基粒；基粒是由多种蛋白质亚基组成，分为头部、柄部、基片三部分。基粒头部具有ATP合酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，因此，基粒又称ATP合酶复合体，是氧化磷酸化的关键装置。③基质：基质腔里充满电子密度较低的可溶性蛋白质和脂肪等成分；在线粒体基质中含有催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等有关的酶，此外还有线粒体独特的双链环状DNA、核糖体。

线粒体的酶类线粒体是细胞内含酶最多的细胞器，约有120余种，分别位于线粒体的不同部位。如内膜上分布着执行呼吸链氧化反应的酶系和ATP合成酶系；基质中有参与三羧酸循环反应、丙酮酸与脂肪酸氧化的酶系和蛋白质与核酸合成酶类等。

（二）线粒体基因组(mtDNA)的结构特征

线粒体DNA全长16569bp，双链中一条为重链(H)，另一条为轻链(L)，重链和轻链上编码物各不相同；能自主复制，共含有37个基因。mtDNA的特点：①双链环状、自主复制、多拷贝；②基因排列紧凑，几乎无内含子，基因之间间隔极短、无间隔甚至重叠；③高效转录，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾；④突变率高，缺乏修复能力；⑤母系遗传；

⑥部分密码子不同于核内DNA的密码子。

（三）线粒体的功能线粒体的主要功能是通过氧化磷酸化反应合成ATP，为细胞提供能量。糖和脂肪等营养物质，在细胞质中经过酵解作用产生丙酮酸和脂肪酸，进入线粒体基质后，经过一系列分解代谢形成乙酰辅酶A，再进一步参加三羧酸循环，脱下的氢经线粒体内膜上的电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，生成水。在此过程中释放出的能量，通过ADP的磷酸化，生成含高能磷酸键的ATP储存于体内，供机体各种活动的需要。以糖为例该过程大致可分为四个阶段：①糖酵解；②由丙酮酸形成乙酰辅酶A；③三羧酸循环；④电子传递和氧化磷酸化。其中无氧酵解是在细胞质中进行的，其余步骤均在线粒体中进行，在线粒体基质中进行三羧酸循环，电子传递和氧化磷酸化偶联在一起在线粒体内膜上进行。线粒体是物质氧化与能量转换的场所。

（四）线粒体的半自主性自1963年M. Nass 和S. Nass发现线粒体DNA（mtDNA）以来，人们对mtDNA进行了大量的研究。进一步发现在线粒体基质中除了有DNA以外,还有蛋白质合成系统（mRNA、rRNA、tRNA 、核糖体和氨基酸活化酶等）。研究表明，虽然线粒体有自己的DNA，并能进行表达，但由线粒体DNA编码的蛋白质仅占线粒体总蛋白的10%，其余90%的蛋白质（包括线粒体基因组复制与表达所需要的各种酶）是由核基因编码，在细胞质合成后输入至线粒体的。这表明线粒体功能的维持需要核基因和线粒体基因两套遗传系统的控制，所以说线粒体是一个半自主性细胞器。

线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）

一条mtDNA构成一个线粒体基因组，mtDNA为双链环状，16569bp，双链中有一条为重链(H)，另一条为轻链(L)，重链和轻链上编码物各不相同；能自主复制，共含有37个基因，其中13个蛋白质基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因，主要编码线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质，如电子传递链酶复合体中的亚基。mtDNA的特点：①双链环状、自主复制、多拷贝；②基因排列紧凑，几乎无内含子，基因之间间隔极短、无间隔甚至重叠；③高效转录，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾；④突变率高，缺乏修复能力；⑤母系遗传；⑥部分密码子不同于核内DNA的密码子。

第七章：细胞的内膜系统

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握内膜系统的概念，了解什么是细胞质基质。

l 掌握内质网的形态结构、类型，熟悉内质网的化学组成及标志酶。

l 掌握内质网在合成蛋白质和脂类中的重要作用，熟悉信号假说，熟悉内质网的其它功能。

l 掌握高尔基体的形态结构特征及其在糖蛋白的合成、加工、溶酶体形成中的作用；熟悉高尔基体的化学组成及标志酶，熟悉高尔基体与膜转变的关系。

l 掌握溶酶体的形态结构及酶的特点，溶酶体的形成过程、类型及功能。

l 熟悉溶酶体与某些疾病的关系。

l 掌握过氧化物酶体的形态和酶类特点。

l 了解过氧化物酶体的功能和发生。

二、各节重点和难点

重点1、内质网的功能；2、高尔基体的功能；3、溶酶体的结构和功能

难点1、蛋白质的膜泡运输2、蛋白质的跨膜运输

第一节：内质网

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握有关概念概念，

2 熟悉内质网的形态结构、类型，熟悉内质网的化学组成及标志酶。

3 掌握内质网在合成蛋白质和脂类中的重要作用，

4 熟悉信号假说，内质网的其它功能

二、基本概念

1、专业词汇endomembrane system、endoplasmic reticulum,ER、rough endoplasmic reticulum,rER、smooth eudoplasmic

reticulum 、sER、signal peptide、ribosome 、polyribosome retention protein

2、基本名词内膜系统，信号肽，信号密码，信号识别颗粒，驻留蛋白、膜流

l 内膜系统（endomembrane system）是指位于细胞质内,在结构、功能以及发生上具有一定联系的膜性结构的总称。内膜系统是真核细胞所特有的结构,主要包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体以及核膜等。

2 信号肽（signal peptide）由信号密码所编码，信号密码子位于成熟mRNA5·端起始密码之后。因此信号肽是蛋白质合成中最先被翻译的氨基酸序列，由8-30个疏水氨基酸组成。信号肽可被细胞质溶胶中存在的信号所识别。

3 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）是由6个多肽亚单位和一分子的7SrRNA组成的lis核糖体蛋，它既能特异识别伸出核糖体的信号肽，又能与核糖体的A位点结合。SRP与核糖体的亲和力很低，但当信号肽被翻译时．便增加了与核糖的亲和力。并与核糖体的A位点结合形成SRP核糖体复合体。由于夺占了由tlCNA占据的核糖体的A位点，阻止了携带氨基酸的tRNA核糖体．核糖体的蛋白质合成便暂停，直到SRP核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合为止。

4 信号肽学说：指导合成蛋白质的mRNA上的一段特殊的信号密码，翻译出的肽链叫做信号肽,合成后能被细胞质中存在的信号识别颗粒识别，结合形成SRP－核糖体复合体，并导致多肽链合成暂时停止。在SRP的携带下，将核糖体引导到内质网膜上，与膜上的SRP受体结合，将合成的信号肽插入内质网腔内，SRP离去，使多肽链合成又重新启动。如果合成的是一些分泌蛋白，进入内质网腔的信号肽将被信号肽酶切掉，蛋白质被释放到内质网腔。合成终止后，核糖体脱离内质网膜，大、小亚基解离，重新加入"核糖体循环"。

5 核糖体（rebosone）由大小两个亚单位构成，主要成份为rRNA和蛋白质，是细胞内蛋白质合成的场所。

6 多聚核糖体（polyribosome）核糖体在执行功能时由多个甚至几十个核糖体串联在一条mRNA分子上高效地合成肽链，这种由mRNA将多个核糖体串联起来形成的功能团称为多聚核糖体。

7 附着核糖体附着于内质网上的核糖体，主要合成输送到细胞外的分泌性蛋白质等。

8 游离核糖体：分散在细胞质中，主要合成组成细胞本身所需的结构性蛋白质。

三、重点和难点：

电镜下内质网是由单位膜围绕形成的泡状、管状和扁囊状结构构成，它们相互连通，形成了膜的封闭管道系统。膜厚约5～6nm。内质网膜与核膜外膜相连续，内质网腔与核膜腔相通。根据内质网膜外表面是否有核糖体附着可将内质网分为两种基本类型：即粗面内质网和滑面内质网。

l 粗面内质网的结构电镜下多为扁囊状结构，囊池宽约40-70nm，排列较为整齐呈同心板层样排列，膜表面附着有大量的颗粒状的核糖体。

2 粗面内质网的功能

1、蛋白质合成粗面内质网合成的蛋白质主要是分子量较大的分泌蛋白（或称外输蛋白）包括酶类、肽类激素和抗体等，此外，也合成一些膜嵌入糖蛋白、内质网腔可溶性驻留蛋白（retention protein）和溶酶体蛋白等。一些蛋白质合成后，需在内质网腔进行糖基化，形成糖蛋白，然后转运致相应的部位。

2、蛋白质的糖基化作用是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。粗面内质网膜上的附着核糖体所合成的蛋白质进入内质网腔后，大部分都要进行糖基化，而在游离核糖体上合成的蛋白质在基质中都不进行糖基化。糖蛋白中，糖与蛋白质的连接有两种方式，一种是N-连接的寡糖蛋白，这种糖基化发生在粗面内质网腔。另一种是O连接的寡糖蛋白，其糖基化发生在高尔基复合体内。粗面内质网腔中进行的糖基化，是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖组成的寡糖与蛋白质的天冬酰胺(Asn)残基侧链上的氨基基团连接。这种N-连接的寡糖与蛋白质连接之前，先要与粗面内质网膜上的多萜醇分子连接而被活化。

（二）滑面内质网

常由分支的管道形成较为复杂的立体结构，膜表面没有核糖体附着，表面光滑而得名。多为分支的小管,很少扩大形成小泡或扁囊。小管直径约为50-100nm，膜较薄约4～5nm,它们连接成网，在一定部位可与粗面内质网相连。滑面内质网在绝大部分细胞中的形态类似，但其化学组成、酶的种类及数量等均有差异，故功能不同。

1、脂类的合成由于内质网膜中含有与胆固醇合成、激素转化及其他膜脂合成的酶系，是细胞内脂类合成的主要场所。脂类分子在胞浆侧生成，翻转酶介导翻转至腔面侧，新合成的脂类物质有些构成膜脂双层，并逐渐转移到细胞的各部分膜结构中；另一些非膜脂成份，如激素，则以形成脂蛋白等形式输送到其他细胞器进行加工和分泌。现已证明，滑面内质网能合成几乎所有生物膜需要的脂类，即磷脂、胆固醇和糖脂。

2、解毒作用机体中的外源性和内源性毒物以及药物，均是通过肝解毒，肝的解毒作用主要是由肝细胞内的光面内质网来完成的。研究表明，光面内质网含有与解毒有关的酶系，包括氧化酶系和转移酶系。其中氧化酶系(如细胞色素P>450、

NADPH---细胞色素P450还原醇、细胞色素b5，NADH细胞色素L5还原酶、NADPH--细胞色素c还原酶等)形成光面内质网的电子传递体系，在电子传递、氧化还原过程中，能催化多种化合物氧。

3、滑面内质网的其它功能滑光面内质网中的6-磷酸葡萄糖参与了糖原的分解。滑面内质网上还集中了多种重要的氧化酶系，如细胞色素P450、NADPH-细胞色素C还原酶等，细胞可通过它们的氧化和羟化作用消除一些药物作用和毒性。滑面内质网是细胞中Ca2+的储存池。

由于滑面、粗面内质网都具有物质运输功能。内质网合成的各类物质是包上膜以出芽的方式形成膜性转运小泡，以囊泡的形式进行定向运输。

附：核糖体的基本结构与功能

l 核糖体（ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，期其唯一的功能就是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽，是细胞内蛋白质合成的分子装配机。

2 核糖体的形态结构和化学组成

糖核体是由大小两个不同的亚基成，在不进行蛋白质合成时，它们是分开的，游离存在于细胞质中。只是在进行蛋白质合成时才结合在一起。其主要化学成分是rRNA和蛋白质。真核细胞糖核体的沉降系数为80S。大亚基为60S，小亚基为40S。小亚基含有由一种18S的rRNA 和33种蛋白质；大亚基含有5S、5.8S及28S 三种rRNA 和约49种蛋白质。

3 核糖体的类型和功能：糖核体的功能是进行的蛋白质，。在核糖体上合成的是蛋白质的一级结构，即多肽链。核糖体从其空间位置上可以分为两类：一类是附着于内质网上的核糖体，称为附着核糖体，主要合成输送到细胞外的分泌性蛋白、膜嵌入糖蛋白、可溶性驻留蛋白和溶酶体蛋白等。另一类游离在细胞质中的称为游离核糖体，主要合成组成细胞本身所需的结构性蛋白质。

第二节：高尔基复合体（Golgi complex）

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握高尔基体的形态结构、生化特征及其在糖蛋白的合成、加工、溶酶体形成中的作用

2 熟悉高尔基体结构的区室化与它的功能关系；熟悉高尔基体与膜转变的关系。

二、基本概念

1、本专业词汇Golgi body、mannose-6phosphate，M6P、forming-face、maturing face、CGN、TGN、cisterna

2、基本概念O-连接的糖基化蛋白质分选

三、重点和难点

l 高尔基复合体的形态结构高尔基复合体由光滑的膜组成，由扁平膜囊、大泡和小泡3种膜状结构组成。是具有极性的膜性细胞器，它有两个面：形成面（forming-face）和成熟面（maturing face）。

2 高尔基体结构的区室化与它的功能关系通过对高尔基复合体的电镜细胞化学和三维结构重建研究，确定了高尔基复合体至少可区分为3个区室：①顺面高尔基网络（cis－Golgi network，CGN），靠近细胞中心或内质网，称为形成面，从功能看，CGN是初级分选站，负责对ER 运来的蛋白质进行鉴别分选，确定其运输方向②反面高尔基网络（trans Golgi －network，TGN），远离细胞中心或靠近细胞膜，也称成熟面，主要是参与蛋白质的分类与包装，并运送出高尔基复合体。③中央有扁平膜囊区（cisterna），位于顺面和反面高尔基复合体的中间。中央扁平膜囊区又可分为顺面扁囊、中间扁囊和反面扁囊3个亚区。每个区室含有的酶不同，功能不同，主要进行蛋白质的糖基化修饰、糖脂形成及多糖合成。

3 不同区室的特征性生化反应：

根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分，可用电镜细胞化学的方法对高尔基复合体的结构成分作进一步的分析。常用的4种标志细胞化学反应是：

1、顺面管网结构--嗜锇反应；

2、顺面膜囊--烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）；

3、反面膜囊--焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）

4、反面管网结构--胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）高尔基体的各种标志反应不仅有助于对高尔基体结构与功能的深人了解，而且可以用来更准确地鉴别高尔基体的极性。

4 高尔基复合体的功能

1、在分泌活动中的作用高尔基复合体与细胞的分泌活动有关。分泌蛋白在高尔基复合体中经过进一步的加工、修饰、浓缩形成分泌泡，通过胞吐作用分泌到细胞外去。

2、蛋白质的糖基化及其修饰由内质网运输来的糖蛋白在高尔基复合体中被进一步糖基化和修饰。在高尔基复合体中主要进行O-连接的糖基化，即将糖基选择性地连接到丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基侧链的-OH基上，形成O-连接的寡糖蛋白。还对在内质网形成的N-连接的寡糖蛋白进行加工修饰，切除部分寡糖残基，而后又加上另外一些糖残基（如半乳糖、唾液酸和岩藻糖），完成糖蛋白的合成，使糖蛋白呈现多样性。

3、蛋白质加工分选由粗面内质网合成的糖蛋白质在高尔基复合体中进一步加工修饰，经过分拣被送往细胞的不同部位。现已证实溶酶体酶蛋白在高尔基体顺面扁平囊中被标记上特定的6-磷酸甘露糖分拣信号，而在高尔基体反面囊膜上有其相应受体，从而使溶酶体的酶被特异性富集定向运送到溶酶体中。现在认为分泌蛋白、膜蛋白在高尔基体中具有相似的分拣过程

4、对蛋白质的水解和加工有些蛋白质在粗面内质网中合成后，需经高尔基复合体的水解或加工才能具有活性，如神经肽的水解和胰岛素的加工

5、参与膜的转化：物质在高尔基复合体中加工、运输和分泌过程中，膜发生流动，使细胞的膜性结构成份不断得到补充和更新。

第三节：溶酶体

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握溶酶体的形态结构及酶的特点，溶酶体的形成过程、类型及功能。

2 熟悉溶酶体与某些疾病的关系。

二、基本概念

1、专业词汇lysosome 、primary lysosome 、phagolysosome、endosome、autophagolysosome 、heterophgolysosome 、heterophgolysosome、residual body lipofuscin

2、基本概念内体性溶酶体初级溶酶体吞噬性溶酶体自噬性溶酶体异噬性溶酶体脂褐素先天性溶酶体病

三、重点和难点溶酶体的形态结构、组成及酶的特点

基本概念

l 内体性溶酶体溶酶体的酶蛋白是在rER的核糖体上合成的，并在rER腔内进行N-连接的糖基化修饰，然后进入高尔基复合体，在顺面扁囊内磷酸化，形成具6-磷酸甘露糖（M6P）标记的水解酶，在高尔基复合体反面与其囊膜上的受体结合，聚集在一起分选进入运输小泡。运输小泡再与内体融合后，形成内体性溶酶体，成熟后形成溶酶体。在内体性溶酶体内，水解酶在酸性条件下与受体分离、脱去磷酸，形成成熟的溶酶体酶

2 初级溶酶体（primary lysosome）只含酸性水解酶，无消化底物，尚未进行消化活动的溶酶体称为初级溶酶体。

3 吞噬性溶酶体（phagolysosome）是已经进行消化活动的溶酶体，内含酸性水解酶和相应底物以及消化产物的溶酶体

4 自噬性溶酶体（autophagolysosome）其作用底物是内源性的，即来自细胞内的衰老和崩解的细胞器或局部细胞质等，如线粒体、核糖体、内质网或糖原、脂类等。

5 异噬性溶酶体（heterophgolysosome）其作用底物是外源性的，即通过胞吞作用进入细胞的多种生物大分子、颗粒性物质、细菌等。异噬性溶酶体常见于单核吞噬细胞系统的细胞、白细胞、肝细胞和肾细胞等。

6 残余小体（residual body）吞噬性溶酶体到达末期阶段时，由于水解酶的活性下降，还残留一些未消化和不能分解的物质,具有不同的形态和电子密度，这种溶酶体称为残余小体。它们有的可通过胞吐作用排出细胞外，有的则蓄积在细胞内，并随年龄增加而增多。如神经细胞中的脂褐素

7 脂褐素（lipofuscin）是一种不规则的小体，内含电子密度不等的物质及脂滴等。常见于神经细胞、心肌细胞及肝细胞中，并随年龄增长而增多。

（一）溶酶体的形态结构与酶类电镜下,溶酶体是由一层单位膜包围而成的圆形或卵圆形的囊状结构。膜厚约6nm，大小不一，常见直径在0.2～0.8μm之间。溶酶体内含有多种酸性水解酶,已发现约有60余种，大致可分为：蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、磷酸酶和硫酸酯酶等。这些酶的最适pH为5.0，能将蛋白质、多糖、脂类和核酸等物质水解成能被细胞重新利用的小分子物质，从而为细胞的代谢提供原料。在不同类型细胞中溶酶体酶的种类和数量不同。

溶酶体的膜不同于其他膜结构，具有特殊的性质：①膜上嵌有质子泵，可将H+泵入溶酶体内，以维持溶酶体内的酸性环境；②膜蛋白呈高度糖基化状态，糖链伸向膜内侧，可保护自身膜结构免受内部水解酶的消化；③膜上具有多种载体蛋白，用于水解产物向外运转。溶酶体膜的这些特性对于维持溶酶体正常功能是十分重要的。

（二）溶酶体的发生溶酶体的酶蛋白是在rER的核糖体上合成的，并在rER腔内进行N-连接的糖基化修饰，然后进入高尔基复合体，在顺面扁囊内磷酸化，形成具6-磷酸甘露糖（M6P）标记的水解酶，在高尔基复合体反面与其囊膜上的受体结合，聚集在一起分选进入特异运输小泡。运输小泡再与内体融合后，形成内体性溶酶体，成熟后形成溶酶体。在内体性溶酶体内，水解酶在酸性条件下与受体分离、脱去磷酸，形成成熟的溶酶体酶（图3-55 内体性溶酶体形成的模式图），受体还可被再利用。

（三）溶酶体的类型溶酶体具有多样性和异形性的结构特点，根据溶酶体的形成过程和功能状态，可将溶酶体分为二种类型，即初级溶酶体（primary lysosome）和次级溶酶体(secondary lysosome)。(1) 初级溶酶体是新形成的溶酶体，只含酸性水解酶，无消化底物，尚未进行消化活动的溶酶体称为初级溶酶体。(2)次级溶酶体是已经进行消化活动的溶酶体，内含酸性水解酶和相应底物以及消化产物,也称为吞噬性溶酶体(phagolysosome)。根据次级溶酶体内作用底物的来源以及消化的程度，又可分为以下几种；①自噬性溶酶体（autophagolysosome其作用底物是内源性的）②异噬性溶酶体（heterophgolysosome）其作用底物是外源性的③残余小体（residual body）

（四）溶酶体的功能溶酶体的功能是多方面的，最主要的是酶解消化功能。因此，溶酶体是细胞内一个复杂的消化器官。此外，还与部分细胞外消化活动、免疫活动及激素分泌的调节有关。

1、消化营养作用溶醇体内含有能分解蛋白质、核酸、脂肪和糖的酶，它能把摄人细胞内的大分子物质分解，最终成为可溶性的、可弥散的简单分子，透过吞噬性溶酶体的膜，在细胞质内继续代谢而被利用，以补充细胞内所需营养，故溶酶体对细胞有消化营养作用。

2、防御作用外源性的有害因子(如细菌、病毒等)或内源性的物质(如细胞衰老变形的成分)，在细胞内一般不能自由扩散，而被膜相结构包围，使其与正常细胞质分隔，进而溶酶体与之融合，将其内容物降解和消化，以保护细胞免于受损。在炎症情况下，许多中性粒细胞吞噬细菌井将其杀死，中性粒细胞受捐后．细胞的崩溃产物(内含溶酶体)，则又可使周围的组织溶解液化(蛋白水解酶的作用)而成脓液。因此，溶酶体有防御作用。

3、溶酶体细胞外消化与受精：溶酶体不仅在细胞内发挥作用，也可以通过向胞外释放酶蛋白而消化胞外物质。例如精子的顶体实质上是一个特大的特异性溶酶体，其中含有多种水解酶，在受精过程中，精子必须穿透卵子的多层膜才能进入卵子。精子的头部为顶体，当精子与卵子外层膜接触后．形成小孔道，顶体内的各种酶便被激发而释放到细胞外，此现象称为顶体反应。顶体酶协助精于穿透卵子的各层膜：透明质酸酶使精子穿过卵丘的细胞层；放射冠穿透酶使精子冲破放射冠抵达透明带；而顶体素使精于突破透明带抵达卵黄膜。最后在一种尚不清楚的酶作用下使精子进入卵子。随后，卵子即产生一种抑制顶体素物质，封锁透明带，使其他精于不易进入卵。

破骨细胞也是通过将溶酶体中的酶释放到细胞外而产生骨质溶解作用的。

4、溶酶体与抗原加工，激素的形成和分泌调节当抗原进入机体后，首先要被巨噬细胞所吞噬和处理(此过程需要有溶酶体的参与)，使抗原物质保留下来，然后再将此免疫信息传递(通过携带或释故抗原)给T淋巴细胞或B淋巴细胞，使它们分泌淋巴索或抗体，而实现细胞免疫或体掖免疫。在免疫过程中，形成的免疫复合物(即抗原抗体复合物)，也可促使溶酶体释放中性蛋白酶，从而破坏血管的弹性蛋白而致脉管炎；破坏肾小球微血管基膜，可引起肾小球肾炎；破坏肺的结缔组织，可导致肺气肿；破坏软骨则致关节炎等。

溶酶体还在有关激素的合成、分泌等方面都起着不可忽视的重要作用，如在甲状腺素的合成与分泌过程。

（五）溶酶体与疾病：

人类有许多疾病与溶酶体有关，如矽肺、类风湿性关节炎、先天性溶酶体病等。目前已发现40 多种先天性溶酶体病是由于溶酶体中缺乏某些酶而引起的。是由于溶酶体中缺乏某些酶而引起的。由于基因突变造成溶酶体内缺乏某些酶而使相应底物不能被分解，从而蓄积在溶酶体中造成细胞代谢障碍性疾病。这类疾病大致可分为糖原贮积症、粘多糖病、神经脂类病、粘脂病等几大类。如Ⅱ型糖原蓄积病（Pompe's disease ）就是由于患者常染色体隐性基因的缺陷，不能合成α-葡萄糖苷酶，致使糖原无法分解而大量蓄积于溶酶体内，从而导致了多个器官功能受损。

第四节：过氧化物酶体

一、教学大纲（目的）要求

掌握过氧化物酶体的形态和酶类特点。

了解过氧化物酶体的功能和发生。

二、基本概念

1、基本词汇peroxisome 、microbody、nucleoid、catalase

2、基本概念微体类核体

（一）过氧化物酶体的形态结构过氧化物酶体是由一层单位膜围绕而成的圆形或卵圆形小体，直径约为0.6-0.7μm。电镜下，内含极细的颗粒状物质，中央常含有电子密度较高呈规则的结晶状结构，称类核体（nucleoid)。类核体为尿酸氧化酶的结晶，人类和鸟类的过氧化物酶体中不含尿酸氧化酶，所以其过氧化物酶体中没有类核体。在哺乳动物中，只有在肝细胞和肾细胞中可见到典型的过氧化物酶体。而大多数细胞中的过氧化物酶体较小，直径仅0.1-0.2μm,有人称之为微过氧化物酶体(microperoxisome)。

（二）酶的特点已在过氧化物酶体中发现了40余种酶，大体可分为二类：其中一半左右为催化生成过氧化氢的氧化酶,如尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶等。40%是分解过氧化氢的过氧化氢酶，在不同类型的组织细胞中，过氧化物酶体所含的酶类和数量不同，但所有过氧化物酶体中都含有过氧化氢酶（catalase ），因此被视为过氧化物酶体的标志酶。

（三）过氧化物酶体的解毒功能过氧化物酶体中的各种氧化酶能氧化多种底物（RH2）。在氧化底物的过程中，氧化酶能使氧还原成为过氧化氢，而过氧化氢酶能把过氧化氢还原成水。RH2＋O2 → R＋H2O2 H2O2+R' H2-→ R'+H20

在后一步反应中，过氧化氢酶利用H202 去氧化其他各种底物，包括酚、甲醇、乙醇、亚硝酸盐或甲酸等小分子（R' H2）。这种类型的氧化反应在肝和肾细胞中特别重要，因为过氧化物酶体可氧化分解进入血液中的各种有毒分子，担负着解毒作用。如人体摄入的酒精约有一半是在该细胞器中被氧化分解成乙醛的。另外，过氧化物酶体中的脂肪酸β-氧化酶系参与了脂肪酸的氧化分解。

（四）过氧化物酶体的形成：近年来实验表明，过氧化物酶体的形成不同于溶酶体，它含有的各种酶和膜蛋白是在细胞质游离核糖体上合成后，由蛋白质近羧基端的特异信号序列引导输入到过氧化物酶体中的，而膜的形成与内质网有关。新的过氧化物酶体是由原来存在的过氧化物酶体通过生长和分裂而来。

第九章细胞的信号转导

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握受体的基本概念、类型及各种受体的结构特点和作用特点。

2 掌握G蛋白的类型及各类G蛋白的共同特征和共同作用机制。

3 掌握第二信使的概念以及几种重要的第二信使，包括cAMP、cGMP、DAG、IP3、Ca2＋等的作用机制。

4 掌握蛋白激酶的共同特点以及蛋白激酶在信号的级联放大效应中的作用。

二、基本概念

1、本专业词汇cell signal、receptor、GTP binding protein、second messenger、trisphosphate inositol，IP3、、、、signal transduction、cAMP dependent、protein kinase，PKA、protein kinase C，PKC

2、基本概念信号分子、膜受体、G蛋白、第二信使、信号转导、配体闸门子通道、生长因子类受体、G蛋白耦联受体、细胞内受体、蛋白激酶A、蛋白激酶C

l 细胞信号(cell signal) 一个有生命的细胞会不断接受外部信号的刺激，并对其作出反应。细胞外部信号很多，几乎所有的细胞外物理、化学因素以及由细胞释放的化学介质、递质、多肽、激素、抗原等，都具有刺激细胞产生信号传导的功能。细胞的代谢、增殖、分化和各种表型都受到这些外部信号的影响，如果脱离外界信号细胞将不能生存。

2 受体(receptor)

受体是指细胞膜表面或胞内存在的一种具有特异识别和结合功能的蛋白组分，它能接受外界的信号并将这些信号转化为细胞内的一系列生化反应，从而对细胞的结构或功能产生影响。完整的受体具有两方面的功能，一是能特异性地识别信号并与之相结合；二是能够把信号的生物学信息转换成胞内信号，激活胞内的一系列信号级联反应，并最终产生生物学效应。受体所接受的外界信号统称为配体。

3 G蛋白(GTP binding protein)

广义上所有可与鸟苷酸结合的蛋白统称G蛋白，即鸟苷酸结合蛋白，但通常所指G蛋白仅是信号传导途径中与受体耦联的G蛋白。它们的共同特征是：1．由α、β、γ三个亚单位构成异聚体；2．具有结合GTP或GDP的能力，并具有GTP 酶活性，能将结合的GTP分解为GDP；3．其本身的构象改变可进一步激活效应蛋白，实现将细胞外信号传递到细胞内的过程。

通常所说的G蛋白是指上述与膜受体耦联的异三聚体G蛋白(heterotrimeric GTP binding protein)，而近年来的研究发现，除了这种异三聚体的G蛋白外，在细胞的不同位置还发现了许多其他类型的GTP结合蛋白，而且这些GTP结合蛋白在细胞信号转导过程中也扮演着重要的角色，其中最多的一类被称为小G蛋白(small GTP-binding protein)，分子量在20～30kD之间，是单体，最常见的是Ras家族和Rho家族的小G蛋白。

l 第二信使(second messenger)

我们通常把细胞外信号分子称作第一信使，而把在受体作用下，在将胞外信号跨膜转变为细胞内信号的过程中，在细胞内参与信号转导的一类小分子称为第二信使。大多数第二信使分子是在膜-结合酶激活时产生的，它们很快从产生部位向周围扩散开去，把信号传播到整个细胞中，同时在传递过程中，信号有放大的作用。

最常见的第二信使有cAMP、cGMP、二酯酰甘油(diacyl glycerol，DAG)、三磷酸肌醇(trisphosphate inositol，IP3)、Ca2＋等。

２信号转导(signal transduction)

来自细胞外部的信号物质通过与细胞膜上或胞内受体特异性地结合，经过转换在细胞内部产生一系列的信号转导级联反应，将信号传给相应的反应系统，导致细胞对外界刺激产生快速的反应。与此同时，有些信息则被特定的信号分子传人细胞核，调节基因的表达，完成该信号引发的生物学效应。

细胞间的信号转导包括以下几方面的内容：1．外界信号，即第一信使，包括神经递质、激素、药物、光子等；2．细胞膜表面或细胞内部能接受信号分子的受体；3．受体将外界信号转变为细胞内信号，即第二信使；4．细胞内的信号转导，最终转化为细胞的各种生物学效应。

三、重点和难点：

（一）信号分子和受体的结构类型

根据受体所在的部位不同分为细胞膜受体和细胞内受体，其中细胞膜受体又分为：1．生长因子类受体；2．配体闸门离子通道；3．G蛋白耦联受体三类。

1．生长因子类受体

由于受体本身具有酪氨酸激酶活性，所以又称酪氨酸激酶受体，或受体酪氨酸激酶。这类受体以一次跨膜形式存在于细胞膜上，朝向细胞外的部分为配体结合区，朝向细胞质的部分为激酶活性区。当配体结合到配体结合区后，由于一次跨膜的α-螺旋不能传递构象的改变，所以信号分子和受体的结合会引起两个膜受体分子集合在一起，形成二聚体，这种聚合使得细胞膜上两个相邻受体的胞内部分接触，相互激活了对方的激酶功能，其结果是两个受体相互磷酸化。受体的激酶活性区磷酸化后可形成一个或数个SH2(Src homology 2 domain)结合位点，可以与具有SH2 结构域的蛋白质结合并使之激活，目前发现很多重要的功能蛋白都带有SH2 结构域，其中包括磷酸酶、磷脂酶、细胞骨架结合蛋白和一些蛋白激酶，激活后的蛋白质进一步催化细胞内的一系列反应，从而把细胞外信号传递到细胞内。

2．配体闸门离子通道

它本身具有与细胞外信号分子结合的部位，同时又是离子通道。受体结合配体后，可以迅速产生离子通道的开放效应，反应速度很快，一般只需要几毫秒的时间。离子通道型受体是神经系统和其他电激发细胞如肌细胞所特有的一类受体。3．G蛋白耦联受体

是神经递质、激素、肽类和胺类配体的受体。其共同结构特征是：①由一条多肽链组成，其中有7个跨膜疏水区域；②其氨基端朝向细胞外，羧基端朝向细胞内；③在氨基端有一个糖基化位点，在细胞内基质的第三个袢和羧基端各有一个在蛋白激酶催化下发生磷酸化的位点。当受体与相应的配体结合后，可触发受体构象的改变，进一步调节G蛋白的活性，从而将细胞外信号传递到细胞内。

4．细胞内受体

某些甾类激素可以直接穿过细胞膜，与细胞核受体结合，结合后的受体常作为转录因子直接参与基因表达的调控。（二）G蛋白

1．G蛋白的类型

根据G蛋白α亚单位的不同，G蛋白分为Gs、Gi、Gq三类。对效应蛋白起激活作用的α亚单位为αs(stimulate)亚单位，对应G蛋白为Gs；对效应蛋白起一直作用的α亚单位为αi(inhibit)亚单位，对应G蛋白为Gi；目前Gq家族了解尚不深入。

2．G蛋白的作用机制

在静息状态下，G蛋白为异三聚体，并与G蛋白耦联受体分离，α亚单位与GDP相结合。当一个细胞外配体与受体结合后，受体构象发生改变，受体上与G蛋白α亚单位结合的位点暴露，受体与G蛋白的α亚单位结合，与α亚单位结合的GDP被排出，并代之以GTP。α亚单位与GTP的结合使G蛋白解体为和GTP结合的α亚单位和去附着的βγ复合物两个部分，这两个部分可以沿着细胞膜自由的扩散，并且都能直接与位于细胞膜的靶分子相互作用，从而把信号传送到其他效应蛋白。α亚单位本身具有GTP酶活性，在一定时间内水解结合的GTP为GDP之后，α亚单位就与一个βγ复合物重新结合，关闭信号并恢复到静息状态的G蛋白。

（三）第二信使

1．cAMP 最早发现的细胞内信号分子，G蛋白活化后以cAMP作为细胞内信使传递信号。其途径是：细胞外信号→G

蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷环化酶(AC) →cAMP→蛋白激酶A(PKA) →基因转录调节蛋白→基因转录：打开离子通道

(嗅觉上皮细胞)。

2．cGMP 以cGMP作为细胞内信使，与cAMP途径不同的是鸟苷环化酶(GC)有膜结合型及可溶性两种，其中通过膜结合型GC作用的途径与cAMP途径类似。其途径是：细胞外信号→G蛋白耦联受体→G蛋白→膜结合形鸟苷环化酶(GC) →cGMP→蛋白激酶G(PKG) →酶蛋白磷酸化→调节细胞代谢：打开离子通道(视网膜光感受器)。

3．甘油二脂(DAG)、三磷酸肌醇(IP3)和Ca2＋信号系统

以IP3 、DAG和Ca2＋作为胞内信使：细胞外信号→G蛋白耦联受体→G蛋白→PLC→PIP2DAG→蛋白激酶C(PKC) →蛋白磷酸化→调节细胞代谢；IP3→Ca2＋→Ca2＋CaM复合物→蛋白激酶或磷酸酶→蛋白磷酸化→调节细胞代谢。' （四）蛋白激酶和信号级联

1．蛋白激酶从信号传导的途径中可以了解，第二信使可直接作用于效应蛋白，如离子通道，但更重要的是活化相应的蛋白激酶。其中cAMP激活PKA，cGMP激活PKG，DAG激活PKC，IP3通过提高Ca2＋浓度激活Ca2＋CaM依赖性蛋白激酶。

蛋白质的磷酸化修饰是细胞信号转导的一种重要方式。许多信号分子本身就是蛋白激酶，其主要作用是使下游的蛋白磷酸化，而它本身又被上游的蛋白激酶磷酸化而激活。特定的蛋白激酶使特定的蛋白质磷酸化，某些特定的磷酸酶使这些蛋白去磷酸化，这种特殊的方式构成了信号转导中的开关，使细胞内的信号转导具有可控制性。

涉及信号转导的蛋白激酶有两大类，一类是丝氨酸／苏氨酸激酶(S/T-PK)；另一类是酪氨酸蛋白激酶(PTK)。丝氨酸/苏氨酸激酶主要是PKA、PKC、Ca2＋CaM依赖性蛋白激酶等。丝氨酸磷酸化的主要作用是变构并激活蛋白质。酪氨酸蛋白激酶主要由Src激酶家族等组成。酪氨酸磷酸化除了变构和激活蛋白质以外，还提供一个SH2结合位点，促进蛋白质与其他蛋白质间的相互识别和结合，形成复合物。很多多肽类信号都需要酪氨酸磷酸化的帮助才能转导。

2．信号级联蛋白质磷酸化和去磷酸化的精确控制方式构成了信号转导中的开关，使细胞内的信号转导具有可控制性，同时也可以使信号产生级联反应。

信号级联即信号转导过程中的"放大"作用。细胞外信号从膜上受体到胞内的信号转导和基因调节过程中，经过了多次的信号转换，在大多数情况下，转换都可以使信号被巨幅放大。通过信号的强化，即使少量细胞外的微弱信号分子也足以激起一个较大的反应。

在信号级联的过程中，一系列的酶促反应可以通过信号级联中上游某一个分子的激活或抑制加以调节。

（五）cAMP(cyclin AMP)

cAMP是最早发现的胞内信使，由G蛋白的效应蛋白AC催化ATP分解形成，cAMP存在cAMP作为第二信使在嗅觉上皮细胞中可以调控离子通道的通透性，但在其他的大多数细胞中，cAMP则通过进一步活化cAMP依赖性蛋白激酶A(PKA)来调节细胞的活动。

（六）蛋白激酶A（cAMP dependent protein kinase，PKA）

由cAMP激活的一种蛋白激酶，PKA可以使某些特殊的底物蛋白磷酸化，这些底物蛋白通常是cAMP反应元件结合蛋白(camp responsive element-binding protein，CRFB)等基因表达的调节因子。激活后的CRFB可以调节某些基因的转录，从而使细胞产生生物学效应。在不同的细胞类型中，PKA的底物蛋白各不相同，因此使得细胞类型不同，cAMP的生物学效应也不相同。

（七）蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)

PKC是一种分子量为80kD的单链多肽，具一个亲水的催化结构域和一个疏水的，可与Ca2＋或磷脂相互作用的调节结构域。在细胞未受外界信号刺激时，PKC以非活性构象存在于胞质中，DAG生成后在Ca2＋和磷脂酰丝氨酸存在的情况下，激活PKC；而当细胞外信号消失时，DAG又从PKC上解离，使PKC失活。PKC的靶蛋白类型多样，包括膜受体、细胞骨架蛋白（微管相关蛋白、α-辅肌动蛋白等）及酶等，通过促进这些蛋白质磷酸化，PKC可在细胞的分泌、神经递质的释放、肌肉收缩、血小板活化及离子（Ca2＋、Na＋）通道开放等细胞多种代谢活动中，发挥其调节作用。此外，PKC还可通过直接或间接的方式，磷酸化某些DNA结合蛋白或DNA结合蛋白的抑制蛋白，活化基因的转录，促进细胞的增殖或分化。

第九章：细胞的增殖与调控

一、教学大纲（目的）要求

l 掌握细胞周期的概念，间期细胞各时相的生化事件及调节。

2 熟悉在细胞周期调控中细胞周期基因、癌基因、周期蛋白、生长因子及其受体、环核苷酸、钙调蛋白、抑素的作用。

3 了解肿瘤组织中三种类型的细胞群体。熟悉减数分裂的主要特点及意义。