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第三章细胞的分子基础

生物小分子：

1、无机化合物：水（游离水、结合水）

无机盐：离子状态

2、有机化合物：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸

细胞大分子：细胞的蛋白质、核酸、多糖（由小分子亚基装配而成）

蛋白质一级结构：多肽链仲氨基酸的种类、数目和排列顺序形成的线性结构，化学键主要是肽键蛋白质功能：①细胞的结构成分。②运输和传导。③收缩运动。④免疫保护。⑤催化作用—酶核酸:

DNA:双螺旋结构

RNA：信使RNA(Mrna)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)

功能：1、携带和传递遗传信息。2、复制。3、转录。

第四章细胞生物学的研究技术

第一节细胞形态结构的观察

光学显微镜技术------显微结构的观察

一、普通光学显微镜---染色标本

二、荧光显微镜---（紫外线）细胞结构观察、细胞化学成分研究、DNA＆RNA含量变化

三、相差显微镜---（光的衍射和干涉效应）活细胞结构、活动观察

四、微分干涉差显微镜 ---（平面偏振光的干涉）活细胞结构观察、细胞工程显微操作（三维立体投影）

五、暗视野显微镜---（特殊的聚光器）观察活细胞外形

六、激光共聚焦扫描显微境 ---（激光作光源）立体图像，组织光学切片；三维图像重建

电子显微镜技术------亚微结构的观察

分：透射、扫描、高压

透射电子显微镜：

电子束穿透样品而成像，观察细胞超显微结构，荧光屏上成像

亚微结构观察---电子显微镜技术、扫描隧道显微镜

光镜与电镜的区别

第二节细胞的分离与培养

一、细胞培养

是指在体外适宜条件下使细胞继续生长、增殖的过程。

优点：

1、容易在较短的时间内获得大量的细胞

2、有利于研究单一类型的细胞

3、通过人为控制培养条件，可以减少一些未知的因素影响

细胞培养的条件

培养基:氨基酸＋糖＋维生素

血清

支持物

环境:无菌环境、适宜温度，pH值

特性:

贴壁生长

接触抑制(肿瘤细胞没有)

分类：

原代培养 :

直接来自于有机体的细胞培养称原代培养。但常常也将第1代与传10代以内的细胞培养统称原代细胞培养。

传代培养 :

将适应了体外条件的原代培养细胞进行传代和扩大培养。

细胞系：

有限:指能顺利传40－50代，仍保持正常细胞特点的传代细胞

永生:50代后，具有了癌细胞的特点

细胞株

从某一细胞系中，用单细胞克隆培养而形成的，具有基本相同的遗传性状的细胞群体

二、细胞融合

指自发或人工诱导下，两个或两个以上的细胞融合形成一个细胞的过程

方法：

自然方法

人工诱导：灭活的病毒或化学物质介导、电融合技术

第五章细胞膜及其表面

★第一节细胞膜的分子结构和特性

细胞是除病毒(virus)以外一切生物体形态结构和功能的基本单位

细胞膜（ cell membrane ）,又称质膜（ plasma membrane），是包围在细胞外表面的一层界膜，使得细胞质与外界环境相隔开

细胞内膜（endo-membrane ）是在真核细胞内除了质膜以外的膜结构

生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜

单位膜(unit membrane):生物膜在透射电镜下有共同的形态结构特征，均为“两暗夹一明”的三层结构，这三层结构又称为单位膜

第一部分细胞膜的化学组成

●Membrane lipids 膜脂：基本成分

phospholipids 磷脂：形成脂双层,构成细胞膜的基本成分

cholesterols 胆固醇：具备调节膜流动性和稳定膜的作用

glycolipids 糖脂：作为受体参与细胞识别及信号转导的过程

特性：

1.双亲性分子

2.构成生物膜的基本结构，各有其作用

●Membrane proteins 膜蛋白：功能体现

intrinsic protein 内在蛋白：整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部。与膜结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗脱

extrinsic protein 外在蛋白：周边蛋白，水溶性，分布在细胞膜的表面，比较容易洗脱

特点：

1、是膜功能的主要体现者。

2、具有双亲性

●Membrane carbohydrates 膜糖类:保护细胞表面, 细胞识别和黏着、信息传递glycolipids 糖脂：以寡糖或多糖链共价结合于膜脂分子上

glycoproteins 糖蛋白:以寡糖或多糖链共价结合于膜蛋白分子上

第二部分细胞膜的分子结构模型

流动镶嵌模型

1.由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体

2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌或附在脂质双分子层中

3.糖分子分布于膜外表面

强调了膜的动态性和球形蛋白质与脂双层的镶嵌关系

第三部分膜的理化特征

◆不对称性：膜蛋白分布的不对称、膜脂的不对称

◆流动性:

膜脂的流动性：

1、侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置

2、翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层

3、旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转

4、弯曲运动

5、伸缩震荡运动

膜蛋白的运动性：

1、侧向扩散：膜蛋白在膜脂中自由漂浮和在膜表面扩散。

2、旋转扩散：膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动

质膜的流动性：是保证其正常功能的必要条件

物质运输、信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关

细胞膜的功能

物质运输、信息传递、免疫相关

★第三节、细胞膜的物质运输形式

●小分子和离子物质——穿膜运输

●大分子和颗粒物质——膜泡运输

一、穿膜运输

◆细胞膜是选择性半透膜

◆细胞膜上存在膜转运蛋白(membrane transport protein)

膜转运蛋白

1、载体蛋白（Carrier Protein）：

细胞膜上的一类跨膜蛋白,与转运的物质特异性结合而改变自身的构象，使物质跨越细胞膜

2、通道蛋白（Channel Protein ）：

一类能形成孔道供某些离子或分子进出细胞的跨膜蛋白

分类：

◆被动转运

----物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。

1、简单扩散--物质顺浓度梯度自由穿越脂双层的运输方式

适合简单扩散的物质:

脂溶性(疏水)小分子: 苯、氧气、氮气

不带电极性小分子: 水.尿素.二氧化碳

不适合简单扩散的物质:

带电荷的、水溶性的分子，分子量大

2、离子通道扩散----依靠通道蛋白, 离子等物质顺浓度梯度的跨膜运输的方式

通道蛋白(跨膜蛋白)：水通道(持续开放)

闸门通道：配体闸门通道、电压闸门通道

3、易化扩散---依靠载体蛋白, 一些非脂溶性物质等物质顺浓度梯度的跨膜运输的方式

◆主动转运

钠钾泵（Na+-K+ ATP酶）：

实质:泵为Na-K-ATP酶,具有载体和酶的双重作用大亚基:为跨膜蛋白,是该酶的催化部位

小亚基:为膜外侧半嵌合糖蛋白

伴随运输---离子梯度驱动的主动运输或间接的主动运输一种物质的主动运输依赖于另一种离子的被动运输

能量来源：存在膜上的离子浓度梯度

载体蛋白介导的物质运输

单运输：运输一种物质

协同运输：运输两种物质----同向运输、对向运输

二、膜泡运输（批量运输）

----大分子或颗粒物质进出细胞通过一系列膜泡的形成和融合来完成转运的过程

●Endocytosis(胞吞作用) and exocytosis(胞吐作用)

●发生膜的融合和断裂

●消耗代谢能，属主动运输

Endocytosis(胞吞作用):

-----胞外的大分子或颗粒物质靠近并结合于细胞表面后，膜逐渐内陷将其包围，形成吞噬（饮）小泡进入细胞的过程。

◆吞噬作用 (cellular eating)

大颗粒：细菌、细胞碎片---(形成吞噬体)

(巨噬细胞)、(中性粒细胞)------偶尔发生

◆胞饮作用 (cellular drinking)

溶液---形成吞饮小泡，发生在大多数真核细胞---连续发生的过程

受体介导的胞吞作用

---细胞特异地摄取细胞外蛋白或其它化合物的胞吞方式 ---形成有被小泡

具高度的特异性和高效性

Exocytosis(胞吐作用):

-----胞内的大分子或颗粒物质由膜包被形成小泡，小泡再移至质膜并与细胞膜融合将内容物排出胞外的过程

第四节、细胞膜与细胞识别

★一、受体、配体的概念、类型

受体(receptor)

是一类存在于细胞膜或细胞内的特殊蛋白质，能特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活胞内一系列生化反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。

多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域

类型---根据存在位置，受体可分为

膜受体(membrane receptor)---膜表面受体，位于细胞质膜上的受体

胞内受体（intracellular receptor）---位于胞质、核基质中的受体

配体（ligand）

细胞外信号分子：由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，又称为配体、第一信使(first messenger)。根据配体的溶解性，可分为：

水溶性配体：在细胞膜上和膜受体结合，进行信号的转换。

脂溶性配体：穿过细胞膜和核膜，和胞内受体结合，直接调节基因转录活性。

★二、细胞膜受体的类型和特点

膜表面受体主要有三类：

①离子通道型受体

②受体酪氨酸激酶

③G蛋白耦联型受体

（一）离子通道型受体

?概念：既为受体，又为离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。

?作用机理：受体和配体结合后，通道蛋白改变构象，导致通道开放或关闭，直接引起细胞反应。如配体闸门通道。

（二）受体酪氨酸激酶(receptor trk)

?概念：这类受体由一条多肽链构成的跨膜的糖蛋白组成，N端位于质膜外，是配体结合的部位。C端位于胞质内，是具有酪氨酸激酶功能区.

?作用机理：受体和配体结合后，导致受体二聚化，二聚体内发生自磷酸化从而激活受体的激酶活性，引发生物学效应。

（三）G蛋白耦联型受体

?概念：七次跨膜蛋白，胞外结构域：识别信号分子（配体）胞内结构域：与G蛋白耦联。

?机理：当此受体和配体结合后，激活偶联的G蛋白，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使。

膜受体的特点

1、特异性及非决定性：立体构象互补，分子的立体特异性

2、可饱和性：有限的结合能力，受体数目和浓度恒定

3、高亲和度：结合能力强

4、可逆性：非共价结合

5、特定的组织定位

三、细胞识别的概念和现象

◆细胞识别(cell recognition)---指细胞能认识同种、异种细胞，自己、异己物质的一种现

象

★四细胞膜信息传递的概念、过程和构成

细胞膜信息传递

细胞表面受体介导的信号转导

---指细胞外信号分子与细胞表面受体结合，使细胞产生胞内信号分子，进而引起细胞发生一系列反应的过程。

细胞膜信息传递过程

细胞内信号分子 -----胞内信号：由第一信使经转导刺激在细胞内产生，在细胞内传递细胞调控

信号的化学物质。例如第二信使（受体和配体结合后，由效应酶催化产生的最早的胞内信号分

子）

?第二信使的类型：

cAMP、cGMP、二酯酰甘油(DG)、三磷酸肌醇(IP3)。

G蛋白(鸟苷酸结合蛋白 G protein)

---属于膜蛋白，位于质膜的胞质面的外周蛋白，由α、β、γ三个不同亚基组成，具有结合GDP 和GTP的能力,并具有GTP酶活性

1、两种构象：

非活化型（三个亚基结合，且α亚基与GDP结合，此时为非活化状态）

活化型（与βγ亚基分离，且α与GTP结合，此时为活化状态）

2、细胞存在不同类型的G蛋白，不同G蛋白对应不同的效应酶。

G蛋白的作用机理

构象变化，即从非活化型变为活化型，调节对应的效应酶的活性。

G蛋白耦联型受体的信息传递途径：

配体受体Ｇ蛋白效应酶第二信使蛋白激酶酶或其他功能蛋白

生物学效应

-----最为重要的信息传递途径

★cAMP(环化腺苷酸)信号体系

概念：以cAMP为第二信使的G蛋白耦联型受体介导信号传递途径

路线一：激活型配体激活型受体Rs （G蛋白）活化型调节蛋白Gs +

腺苷酸环化酶cAMP

路线二：抑制型配体抑制型受体Ri （G蛋白）抑制型调节蛋白Gi -

五、膜抗原的概念和类型

细胞表面抗原(Cell Surface Antigen)---高等动物细胞表面的各种各样表示其属性的标志

●抗原(antigen)：能在机体内引起免疫反应的异物分子

●膜抗原（Membrane Antigen：）：细胞表面具有抗原性质的大分子,多为镶嵌在细胞膜上的

糖蛋白和糖脂

第六章细胞质和细胞器

第一节细胞质基质

细胞质基质(cytoplasmic matrix or cytomatrix)

----真核细胞质中除可分辨（有形）结构外的无定形胶状物质体系

化学组成

?无机小分子：水和各种离子

?中分子类：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸

?大分子类：蛋白质、脂蛋白、RNA、多糖等

功能

?提供离子环境、提供底物，多种代谢过程的场所（糖酵解、糖原代谢等）

?物质运输通路

?细胞增殖、分化中起重要作用

细胞器(organelle)

----在细胞质基质中，具有一定化学组成和形态结构，执行特定生理功能，并为细胞所固有的有形结构小体

膜性结构：内质网、高尔基复合体、溶酶体、线粒体、过氧化物酶体等

非膜性结构：核糖体、中心体、微管、微丝等

第二节核糖体（ribosome,简称RI）

核糖体的形态结构

●大、小亚基结合部之间形成特殊的间隙结构——mRNA结合、穿越的部位

●大亚基中央有一管状结构（中央管）——新生多肽链穿过释放的部位

◆几个功能活性部位（了解）

1.氨酰基位点(aminoacyl site ,A位,受位):与氨酰-tRNA的结合位点

2.肽酰基位点(peptigyl site ,P位,给位)：与肽酰-tRNA的结合位点

3.肽酰基转移酶位点：催化氨基酸之间形成肽键

4.GTP酶位点：水解GTP，为肽酰tRNA从A位转移到P位供能

5.E位点(exit site)：（原核细胞）肽酰转移后，与即将释放的tRNA的结合位点

6.与其他起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点

核糖体的理化特性（化学组成）

※ r蛋白质：约占40%，分布于表面

※ rRNA：约占60%，分布于内部

◆核糖体的形成与装配——自组装

1、染色体的核仁组织者区是rRNA基因（rDNA）所在部位(5SrRNA基因除外)

2、r蛋白质在细胞质中合成

3、核仁是合成rRNA和组装核糖体亚基的场所

----核糖体是一种动态结构，大小亚基常游离存在于细胞基质中，进行蛋白质合成时，当小亚基结合mRNA后，大亚基才与其结合，形成完整的核糖体。

◆核糖体与蛋白质合成

参与的成分

?核糖体——合成蛋白质的场所

?mRNA——合成蛋白质的模板（密码子）

?tRNA——转运特定的氨基酸

?许多与蛋白质合成有关的因子

蛋白质合成过程的三个阶段

?多肽链合成的起始---始动因子

?多肽链合成的延伸---延长因子

?多肽链合成终止---释放因子

核糖体的存在形式

游离核糖体：游离于细胞质中，合成细胞所需要的结构蛋白

附着核糖体：附着于内质网膜表面，合成跨膜蛋白、驻留蛋白、溶酶体酶蛋白、分泌蛋白多聚核糖体（polyribosome)

核糖体常几个或几十个串联在一条mRNA分子上高效地进行肽链合成，形成多聚核糖体

第三节内膜系统(Endomembrane System)

----真核细胞内在结构、功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的总称。

●Endoplasmic reticulum 内质网

●Golgi complex 高尔基复合体

●lysosome 溶酶体

●peroxisome 过氧化物酶体

（线粒体不属于内膜系统）

★一内质网Endoplasmic Reticulum(ER)

（一）ER的形态结构特点及化学组成

◆遍布胞质的连续网状膜系统(占细胞总膜的一半）

◆由扁囊、小管、小泡组成，基本结构包括ER膜和ER腔

◆标志酶：葡萄糖-６-磷酸酶，分布在腔面，参与糖代谢。细胞色素P450，分布于胞质面和

腔面，参与电子传递

（二）ER的类型

滑面内质网(SER)

特点: 膜表面无核糖体

形态: 多为分支小管或小泡

分布: 肌细胞、合成类固醇激素的细胞中较丰富

粗面内质网(RER)

特点: 膜表面附着核糖体

形态: 多为板层状排列的扁囊

分布: 多在分泌活动旺盛的细胞内

（三）内质网的功能：

1、RER：与蛋白质的合成、加工、运输有关

①蛋白质合成：

◆合成蛋白质的种类

?膜整合蛋白（跨膜蛋白）：膜抗原、膜受体、通道蛋白等

?分泌蛋白（外输性蛋白）：抗体、肽类激素、消化酶、细胞因子等

?溶酶体酶蛋白

?驻留蛋白：定位于ER、Gi等细胞器内的可溶性蛋白

信号肽假说：

●信号肽引导的蛋白质合成过程

1、信号肽-SRP-核糖体复合物形成

2、信号肽-SRP-核糖体-SRP受体复合物形成

3、核糖体锚着到RER上

4、新合成的多肽链进入内质网腔

5、肽链合成完成，Ri大、小亚基解离，移位子通道关闭

●指导因子

?多肽链N端的信号肽

?信号识别颗粒（signal recognition particle，

?信号识别颗粒受体（SRP-receptor）

?通道蛋白移位子

②新生多肽链的折叠和装配

蛋白二硫键异构酶——二硫键形成

结合蛋白（Binding protein，Bip）——促进肽链折叠

③蛋白质的加工修饰

蛋白质的糖基化：

◆N-连接的糖基化(始于ER腔,完成于GC)：寡糖连接到肽链的天冬酰胺残基侧链的氨基(—

)上

NH

2

◆O-连接的糖基化(全部或主要于GC完成)：寡糖连接到蛋白质多肽链的丝氨酸、苏氨酸或酪

氨酸残基侧链

的羟基(—OH)上

④蛋白质的运输：

RER 出芽运输小泡靶细胞器或高尔基体

2、SER：多功能的细胞器

①脂质的合成

②类固醇激素的合成

③参与糖原分解代谢（肝细胞）

④具有解毒作用（肝细胞）

⑤参与骨骼肌的收缩

⑥胃酸、胆汁的合成与分泌

内质网的病理性改变

ER是一个敏感的细胞器。

形态结构改变：

肿胀——水样变性

肥大——药物中毒、病毒感染等

囊池塌陷——膜损伤致合成障碍

癌细胞：

低分化——ER少高分化——ER多

低侵袭力——ER少高侵袭力——ER多

★二高尔基复合体(Golgi complex, GC) 一.形态结构---- 一层单位膜围成的有极性的细胞器

?光镜下一般为不规则网状、颗粒状或线状

?电镜下由扁平囊和大小不等的囊泡组成