《细胞生物学》教案. 42页

《细胞生物学》任课教师邵玲教授13727242816（短号：662816）本课程的主要内容：第一章绪论第二章细胞的统一性与多样性第三章细胞生物学研究方法第四章细胞质膜第五章物质的跨膜运输第六章线粒体和叶绿体第七、八章细胞质基质与内膜系统；蛋白质的分选与膜泡运输第九章细胞信号转导第一章绪论本章教学目标及要求：1.掌握细胞生物学的概念；2.了解细胞生物学研究的基本内容、发展简史及其在生命科学中的重要地位。教学重点：细胞的发现，细胞学说的内容及其意义。考核要求：细胞生物学的概念，细胞的发现，细胞学说的内容和意义。第一节细胞生物学研究的内容与现状什么是细胞：细胞是生命现象的物质结构基础，生命是细胞所独有的运动方式，有了细胞才有完整的生命活动。42\n细胞=生命（生命特征）1）早在1925年，生物学大师Wilson就提出：“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找，因为所有的生物体都是或曾经是一个细胞。”2）我国高等学校在生物学的教学中，将细胞生物学定位为基础课程。一、细胞生物学是现代生命科学的一门重要基础学科生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。1、细胞生物学：是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源和进化等重大生命过程。2、细胞生物学的研究对象－－细胞：1976年，在美国波斯顿召开了第1次“细胞生物学”会议，标志了细胞生物学的诞生。3、地位：与分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融是总的发展趋势。4.当前细胞生物学研究中的三大基本问题：（1）细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？（2）基因表达的产物-主要是结构蛋白质与核酸、脂质、多糖及其复合物，它们是如何逐级装配成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？其自组装过程的调控程序与调控机制是什么？（3）基因表达的产物-主要是大量活性因子与信号分子，是如何调节细胞最重要的生命活动（增殖、分化、衰老、凋亡）过程的？二、细胞生物学的主要研究内容（一）生物膜与细胞器（二）细胞信号转导（三）细胞骨架体系（四）细胞核、染色体以及基因表达（五）细胞增殖及其调控（六）细胞分化及干细胞生物学42\n（七）细胞死亡（凋亡）（八）细胞衰老（九）细胞工程（十）细胞的起源与进化第二节细胞学与细胞生物学发展简史1、细胞学：利用光学显微镜对细胞的结构、功能和生活史进行研究，主要集中于静态描述。2、细胞生物学：利用光学显微镜、电子显微镜和分子技术等方法，从细胞的整体生命活动水平、亚细胞水平和分子水平对细胞和细胞器的结构与功能进行研究，以动态的观点来探索细胞的基本生命活动。细胞生物学发展划分为以下4个阶段：1、1665s-1830s，细胞发现和细胞学说的建立，以形态描述为主。2、1830s-1930s，细胞学发展的经典时期。3、1930s-1970s，电镜技术应用，细胞实验生物学发展时期。4、1970s以来，DNA双螺旋结构的发现与中心法则的确立，进入分子细胞生物学时代。42\n一、细胞的发现细胞生物学的变革和显微技术的改进息息相关。·1590年第一台复式显微镜。·1610年用显微镜观察昆虫。·1665年英国人RobertHooke出版《显微图谱》。观察了软木，并首次用cells来描述“细胞”。二、细胞学说的建立及其意义1、1838年Schleiden发表“植物发生论”，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以free-cellformation理论来解释细胞形成。2、1839年Schwann提出了“细胞学说”（CellTheory)；发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”。·Schwann提出：a.有机体是由细胞构成的；b.细胞是构成有机体的基本单位。但他也采用了的Schleiden细胞形成理论。3、CellTheory的基本内容:19世纪30年代由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺共同提出的。1）细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；2）每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；3）新的细胞可以通过老的（已存在的）细胞繁殖产生。4、通常认为施莱登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了细胞学说：·实际上它是19世纪许多科学家共同努力的结果。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等许多著名科学家。5、RudolfVirchow：1858年德国病理学魏尔肖概括为“一切细胞来自细胞”的著名论断，这不仅在更深的层次上揭示细胞作为生命活动的基本单位的本质，而且通常被认为是对细胞学说的重要补充，甚至有人认为直至于此细胞学说才全部完成。细胞学说的重要意义：1）论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。这一学说的建42\n立推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯曾把细胞学说誉为19 世纪最重大的发现之一。2）然而，他们虽然正确地指出新的细胞可以由老的细胞产生，却提出了一个错误的概念即新细胞在老细胞的核中产生，并且由非细胞物质产生新细胞，并通过老细胞崩解而完成。由于这两位科学家的权威，使得这种错误观点统治了许多年。 3）许多研究者的观察表明，细胞的产生只能通过由原先存在的细胞经过分裂的方式来完成。三、细胞学发展的经典时期（主要指19世纪最后25年）1、原生质理论的提出·19世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。·JE.Purkinje（1839）和vonMohl（1846）将之称作原生质“protoplasm”。·如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。2、细胞分裂的研究有丝分裂、减数分裂相继发现。3、重要细胞器的发现中心体、线粒体、高尔基体的相继发现。四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展1.细胞遗传学的发展2.细胞生理学的研究3.细胞化学的发展五、细胞学学科的形成与发展·1932年德国人E.Ruska和M.Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域。·1939年Siemens公司生产商品电镜。·1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。Cytology发展为CellBiology。20世纪80年代进入分子细胞生物学时代分子细胞生物学时代：1、1952年Franklin拍摄到清晰的DNA晶体X-衍射照片。1953年她认为DNA是42\n一种对称结构，可能是螺旋。2、1953年，JD.Watson和FHC.Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962年诺贝尔生理学与医学奖。3、1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”由英国爱丁堡大学的苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。（严格说属于细胞遗传学范畴）4、人类基因组计划GeneChip小结本章学习要求：了解细胞生物学的研究对象、研究内容与现状、学科体系的产生与发展、细胞生物学的重要性及其与其他学科的关系。本章重要内容：1）细胞生物学的概念和研究内容。2）细胞学说的内容和意义。3）当前细胞基本生命活动研究的重大问题？第二章细胞的统一性和多样性教学目标及要求：1.理解"细胞是生命活动的基本单位"。2.掌握原核细胞与真核细胞的区别，以及它们的进化上的关系。3.为什么说支原体可能是最小、最简单的细胞存在形式？教学重点：细胞是生命活动的基本单位。考核要求：1.细胞及病毒的概念以及二者之间的区别。2.原核细胞与真核细胞的区别。3.原核细胞、古核细胞和真核细胞在进化上关系。42\n生命的特征n在结构上具有自我装配的能力；n在生理活动中具有自我调节的能力；n在增殖上具有自我复制的能力。第一节细胞的基本特征一、细胞是生命活动的基本单位（一）细胞是构成有机体的基本单位。（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位。（三）细胞是有机体生长与发育的基础。（四）细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁。（五）细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。（六）关于细胞概念的一些新思考？二、细胞的基本共性（Basicpropertiesofcells）1.相似的化学组成2.脂-蛋白体系的生物膜3.相同的遗传装置（DNA与RNA是遗传信息复制与转录的载体，相同的遗传密码）4.一分为二的分裂方式，保证了遗传的稳定性。第二节原核细胞与古核细胞细胞的分类（classification）：最小最简单的细胞——支原体原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻古核细胞（古细菌）原核细胞（没有核膜）————原核生物细胞古核细胞(古细菌)——古核生物（三界）生命界真核细胞（典型细胞核）———真核生物（原生生物、真菌、动植物）42\n早在30亿年前，地球上就出现了原核细胞。一、原核细胞（prokaryoticcells）基本特点：1）遗传的信息量小，由环状DNA构成；2）细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。二、最小、最简单的细胞——支原体？■直径:0.1～0.3微米，可通过滤菌器。■没有细胞壁，有磷脂和蛋白质构成的细胞膜，形态多样。■胞质内有分散的环状DNA分子，无蛋白质结构，更无核膜包围。■核糖体是胞内唯一可见的细胞器（图2-1）。支原体是最小、最简单的细胞？1、具有细胞生存与增殖必须具备的条件：细胞膜、DNA和RNA、核糖体和代谢酶；2、从保证细胞生命活动运转必须条件看，至少所需的体积不可能小于140-200nm，而支原体直径已接近这个极限。■因此，比支原体更小、更简单的又能维持细胞基本生命活动的基本要求的细胞是不可能存在的。三、原核细胞的两个代表类群----细菌和蓝藻细菌：1）细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。2）绝大多数细菌的直径在0.5-5μm之间。蓝藻（蓝细菌，cyanobacterium）没有叶绿体，但有由质膜内陷形成的捕光装置（光合作用片层），进行光合作用。——最简单的植物？遗传物质是一个环状DNA分子。体积比其它原核细胞大得多，约10μm左右。属单细胞生物，有些以丝状细胞群体存在，如：发菜。四、古核细胞（古细菌，archaebacteria）概念：是20世纪80年代出现的名称，是指一些生长在极端特殊环境中的细菌，形态上与原核细胞相似，但并不意味着它们是最古老的细胞类型。多生活在极端（高温、高盐、高寒）的生态环境中。细胞壁、质膜、核糖体、DNA与基因结构具有原核生物某些特征，也有真核生物42\n的特征，还有自己的独特特征。与真核细胞曾在进化上有过共同历程--可能是真核细胞的祖先。各类生物能忍受的上限温度：■古细菌113℃■细菌90℃■真菌60℃■藻类55-60℃■原生动物56℃■维管束植物49℃■鱼类和其他水生脊椎动物38℃五、生命界进化系统树——生命分三界原核生物古核生物（古细菌）真核生物（单细胞原生生物、真菌、动植物）第三节真核细胞真核细胞是遗传信息量大、结构相对复杂的细胞，原始真核细胞大约在12-16亿年前在地球上出现。真核细胞的起源和古核细胞的关系密切。一、真核细胞的基本结构体系（一）生物膜系统——细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体（以脂质及蛋白质成分为基础）。（二）遗传信息传递与表达系统——细胞核和核糖体（以核酸DNA或RNA与蛋白质为主要成分）。（三）细胞骨架系统——细胞质骨架和细胞核骨架（微管、微丝和中间纤维，由特异蛋白分子装配构成的）二、细胞的大小及其影响因素各类细胞直径的比较：细胞类型直径大小(μm)42\n最小的病毒0.02支原体细胞0.1～0.3细菌细胞1~2动植物细胞20～30（10～50）原生动物细胞（如草履虫、眼虫）数百至数千影响细胞大小的因素：受DNA、核糖体RNA、蛋白质、分裂期。原核细胞与真核细胞基本特征比较P21 原核细胞真核细胞代表生物细菌、蓝藻和支原体原生生物、植物和动物细胞壁主要成分是氨基酸与壁酸动物无，植物的为纤维素与果胶细胞质膜有(多功能性)有核糖体70S(由50S和30S两个大小亚基组成)80S(由60S和40S两个大小亚基组成)质膜细胞器无有细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、溶酶体等细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁染色体由环状DNA分子构成的单个染色体,DNA不与或很少与组蛋白结合两条染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质组成细胞骨架无有原核细胞与真核细胞最根本区别：1.细胞膜系统的分化与演变，结果导致细胞内部结构与职能的分工的区别；2.遗传信息量与遗传装置的扩增及复杂化，导致真核细胞遗传信息重复序列与染色体多倍性的出现，以及转录与翻译的时空区别；3.真核细胞有复杂的骨架系统；42\n4.细胞体积增大，适应不利环境能力较差。三、植物细胞与动物细胞的比较细胞器动物细胞植物细胞细胞壁无有叶绿体无有液泡无有溶酶体有无乙醛酸循环体无有通讯连接方式间隙连接胞间连丝中心体有无胞质分裂方式收缩环细胞板第四节非细胞形态的生命体—病毒病毒的发现：1892年俄国的植物病理学家D.Ivanovsky发现了烟草花叶病的病原,认为它是一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的“细菌”。1898年荷兰学者M.W.Berijerinck首次提出其病原体是一种“传染性的活性液体”或称“病毒”。从此,许多学者陆续发现了各种植物病毒、动物病毒和细菌病毒——噬菌体。一、病毒的基本知识1.结构：壳体（蛋白质）+核酸=核壳体+包膜2.分类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）。DNA病毒（单链与双链）、RNA病毒（单链与双链）。病毒各有一定的宿主范围，对感染的宿主具有专一性。3.其它病毒形式：3.1类病毒(viroid)——仅由感染性的RNA构成（H5N1（禽流感)。3.2朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成，引发正常分子的构象发生转变。（¿羊瘙痒病、疯牛病与克雅氏病15min）http://v.ifeng.com/news/society/201105/0c98bbe0-7b1c-47dc-8c33-db0a7199e788.shtml羊瘙痒病、疯牛病与克一雅氏病42\n羊瘙痒病是一种在绵羊和山羊发生的自然感染性神经变性病。动物发病是以经常刮擦栅栏的瘙痒动作开始，故名羊瘙痒病。病羊逐渐出现震颤和运动失调，多在发病6周至6个月内死亡。疯牛病是由于健康牛食入含有致病性朊粒的人工蛋白质饲料所致，这种人工蛋白质饲料含有病牛、病羊的脑和脊髓等脏器成分。克雅氏病则是由于人吃了患疯牛病的牛肉及其制品以及牛脑、脊髓、扁桃体、胸腺、脾脏和小肠而传染发病，它是致命的海绵状脑病的一种，使患者脑组织的某些部位出现空洞。3.其它病毒形式：Addition:SARS（非典）、H5N1（禽流感)SARS是新型冠状病毒（coronavirus)，电镜下呈不规则状，直径约60～220nm,有包膜，表面梅花形的膜粒状如日冕，故称为冠状病毒。■世界卫生组织指出，目前的H5N1型病毒株仅能通过禽类传染给人体，但是这种病毒很容易变种，必须防范它与人类的流行性感冒病毒株接触进行基因重组，突变出“人传人”的禽流感病毒。■禽流感一旦在人际传播，数亿人生命将受到威胁。二、病毒在细胞内增殖过程1、病毒和细胞识别，病毒核酸侵染细胞。2、病毒核酸的复制、转录与翻译（蛋白质的合成）。3、病毒的装配、成熟与释放。三、病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒是非细胞形态的生命体，其主要生命活动必须要在细胞内实现。关于起源，目前存在3种个观点：1、生物大分子→病毒→细胞病毒2、生物大分子细胞3、生物大分子→细胞→病毒目前大多认同第三种观点，其理由：P29小结42\n本章学习要求：了解细胞的统一性和多样性，生命体的三大基本类型[病毒（非细胞生物）、原核生物和真核生物]以及他们的基本结构和基本生命活动等基础知识。本章重要内容：1）掌握"细胞是生命活动的基本单位"的要点。2）原核细胞、古核细胞和真核细胞在进化上关系。3）理解“病毒是非细胞形态的生命体”。第三章细胞生物学研究方法教学目标及要求：1.了解显微技术的概念及其应用。2.掌握光学显微镜的分别率和放大倍数的区别。3.模式生物学的概念及其在细胞生物学中的应用。教学重点：掌握光学显微镜的结构组成及其分辨率。考核要求：1.光学显微镜技术和荧光显微镜的区别。2.暗视场显微镜的原理。3.细胞生物学研究常用的模式生物是什么。第一节细胞形态结构的观察方法■显微技术，是进行细胞形态结构观察的方法，包括光学显微技术、荧光显微技术、电子显微技术和扫描显微技术等。■目前的分辨本领已能达到0.1nm的水平，可以直接观察到DNA、RNA和蛋白质等生物大分子及生物膜、病毒等结构。■包括：一、光学显微镜技术(LightMicroscopy)暗视场显微镜技术(DarkFieldMicroscopy)——以可见光为光源。二、荧光显微镜（Fluorescencemicroscope）——以短波光（或紫外线）为光源。三、电子显微镜技术(ElectronMicroscopy)——以电子束为光源。42\n几种显微镜分辨率的比较分辨本领光源透镜真空成像原理人眼0.2mm可见光   普通光学显微镜200nm可见光，波长400～700nm玻璃透镜不要求真空利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化荧光显微镜100nm短波光，波长约200nm玻璃透镜不要求真空利用样品对紫外光的反应发射出可见的荧光形成颜色变化电子显微镜接近0.1nm电子束，波长0.01～0.9nm电子透镜1.33x10-5～1.33x10-5Pa利用样品对电子的散射和投射形成明暗反差(一)普通复式光学显微镜技术包括：光学放大系统（目镜和物镜）、照明系统（光源、折光镜和聚光镜）和机械支架系统三部分组成。显微镜的质量决定于放大倍数和分辨率。分辨率(g)是指区分开两个质点间的最小距离。g=0.61λ/Nsinα其中：λ代表光波波长；N为物镜与标本间的介质折射率，空气的N=1，香柏油的N=1.5；α为镜口率（样品对物镜镜口的张角）。Nsinα的量称为数值孔径，简写为N.A.，其数值刻在物镜上。暗视场显微镜（DarkFieldMicroscopy）n原理：在普通光镜的聚光器中央加一块遮光板，使照明的直射光不能进入物镜，只有经过标本的折射和散射的光才能进入物镜，使被检标本得以显现的显微技术。聚光镜的中央有挡光板，照明光不能直接进入物镜，只允许被标本反射和折射的光进入物镜形成亮的像。这样就观察到暗背景中发亮的细胞结构。n可观察4~200nm的微粒子，分辨率比普通显微镜高50倍。42\n（二）荧光显微镜技术（FluorescenceMicroscopy）原理：以较高能量的短波长（紫外光和蓝光）作为光源，激发标本中的荧光物质使其发射荧光，从而观察细胞的某些结构或特殊物质的一种显微技术。应用：是在光学显微镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性及定位的最有力工具之一。生物光的真谛：绿色荧光蛋白——2008年诺贝尔化学奖获奖成果1、1962年，下村修和助手从一种水母体内提取生物发光蛋白——水母素时，意外发现一种能在紫外光下发出强烈绿色的蛋白，便命名为绿色蛋白（GP）。2、1974年，下村修纯化这种绿色蛋白，并正式命名为绿色荧光蛋白（GFP）。3、1994年，钱永健探索GFP的结构，从而找到GFP发光基因。1995年，钱永健的研究取得重大突破——发明了多色荧光探针技术。■通过基因操纵手段，用荧光蛋白标记相关目标蛋白，可以跟踪目标蛋白的时间、空间变化，提供了以前不能达到的时间和空间分辨率，而且可以在活细胞甚至活体动物中观察到一些分子变化。三、电子显微镜技术(ElectronMicroscopy)1、电子显微镜的基本知识：以电子束为光源，分辨率可达到纳米水平。2、电子显微镜标本要用重金属物质进行电子染色以增加反差。利用透过标本的透射电子成像称为透射电子显微镜（TEM）；利用标本表面散射出的次级电子成像的称为扫描电子显微镜（SEM）。四、细胞生物学研究常用的模式生物研究模式生物的本质为：不同物种享有共同分子机制。秀丽隐杆线虫----是发育生物学研究领域的模式生物。细胞生物学研究常用的模式生物n大肠杆菌----操纵子学说建立n豌豆和果蝇----遗传学定律n酵母和海胆----细胞周期调控机制n线虫----细胞凋亡机制n小鼠----哺乳动物基因组学研究小结42\n本章学习要求：了解显微技术的概念及其应用。模式生物学的概念及其在细胞生物学中的应用。本章考核要求：1）光学显微镜技术和荧光显微镜的区别。2）暗视场显微镜的原理。3）细胞生物学研究常用的模式生物是什么？第四章细胞质膜教学目标及要求：1.了解细胞质膜的结构模型和基本成分。2.掌握细胞质膜的基本特征与功能。教学重点：掌握生物膜的结构特征与功能。考核要求：1.细胞质膜的结构模型。2.掌握细胞质膜的基本特征与功能。第一节细胞质膜的结构模型和基本成分■细胞质膜（plasmamembrane）：是指围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类组成的生物膜。■生物膜（biomembrane）：细胞内的膜系统与细胞质膜的统称。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。■细胞表面：由细胞外被、质膜和质膜下的表层胞质溶胶和特化结构构成。细胞膜与细胞表面的区分：细胞外被（或糖萼）特化结构（鞭毛、纤毛、微绒毛）42\n细胞表面细胞壁细胞膜（质膜）膜下溶胶层(膜骨架）一、细胞质膜的结构模型和基本成分1.E.Overton1895发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E.Gorter&F.Grendel1925用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。3.J.Danielli&H.Davson1935发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，初步提出了“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治式的质膜结构模型。4.1959年，Robertson用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，总厚约7.5nm，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。正式提出了所有的生物膜都由“蛋白质-脂质-蛋白质”的单位膜构成的单位膜模型。5.1972年，Singer&Nicolson提出了“流动镶嵌模型”。生物膜的结构特征：1、磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架。2、蛋白质类型、分布的不对称性，赋予生物膜各自的特性与功能。3、膜的流动性是生物膜的基本特征之一,是细胞进行生命活动的必要条件。4、在细胞的生命活动中，生物膜在三维空间上处于不断的动态变化中，从而保证了细胞运动、增殖等代谢活动。二、细胞质膜的组成成分：膜脂和膜蛋白（一）膜脂●主要成分：甘油磷脂、鞘磷脂和固醇。其中：●胆固醇：存在于真核细胞膜上，不超过1/3。在调节膜的流动性、增加稳定性及降低水溶性物质通透性方面起重要作用。脂质体：是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的现象而制备的人工膜。(a)水溶液中的磷脂分子团；42\n(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜；(d）用于靶向药物治疗的脂质体（肿瘤治疗）分子靶向治疗：n是在细胞分子水平上，针对已经明确的致癌位点（该位点可以是肿瘤细胞内部的一个蛋白分子，也可以是一个基因片段），来设计相应的脂质体治疗药物，脂质体进入体内会特异地选择致癌位点来相结合发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会波及肿瘤周围的正常组织细胞，所以分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。（二）膜蛋白根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：1、外在膜蛋白；2、内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白：全部或部分插入细胞膜内，与膜结合紧密，使用去垢剂处理才能从膜上分离。（三）去垢剂：1、概念：是一端亲水一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。分为：离子型：如十二烷基硫酸钠（SDS），可使细胞膜崩解，或引起蛋白质变性。非离子型：TritonX-100，作用温和，用于膜蛋白的分离纯化（如植物原生质体培养）。第二节细胞质膜的基本特征与功能一、膜的流动性1.膜脂的流动性：n侧向扩散(lateraldiffusion)■旋转运动(rotationmovement)n弯曲运动(flexmovement)■翻转运动(flip-flop)2.膜蛋白的流动性：主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。例子：（1）荧光抗体标记实验。42\n（2）成斑或成帽现象。二、膜的不对称性细胞质膜内外两个单层的组成、结构和功能的差异，称为膜的不对称性。1.细胞膜各部分的名称nES，质膜的细胞外表面（extrocytoplasmicsurface）；nPS，质膜的原生质表面（protoplasmicsurface）；nEF，质膜的细胞外小叶断裂面（extrocytoplasmicface）；nPF，质膜的原生质小叶断裂面（protoplasmicface）。2.膜脂的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，是完成其生理功能的结构基础。3.膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性和区域分布；其不对称性分布是生物膜完成各种复杂生理功能的保证。三、细胞质膜相关的膜骨架细胞质膜特别膜蛋白常常与膜下结构（主要是细胞骨架系统）相互联系、协同作用，并形成细胞表面的某些特化结构，以完成特定的功能。n细胞表面的特化结构：膜骨架、鞭毛、纤毛、微绒毛、细胞变形足等。膜骨架位于细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。1.红细胞的生物学特性n成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料。n膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。2.红细胞的膜骨架红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）。四、细胞质膜的基本功能P661.膜的区室化：为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。2.选择性的物质运输，伴随着能量物质的传递。3.提供细胞的识别位点，完成细胞内外信息的跨膜传导；病原微生物的识别和侵染特异的宿主细胞的受体也存在于质膜上。42\n4.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效有序进行。5.介导细胞与细胞、细胞与胞外基质间的多种相互作用。6.质膜参与形成不同功能的细胞表面特化结构。7.膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤等疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标第五章物质的跨膜运输细胞膜是细胞与细胞外环境之间的一种选择性通透屏障，物质的跨膜运输和信息传递对细胞的生存和生长至关重要。物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。主要有3种途径：（一）被动运输（二）主动运输（三）胞吞作用与胞吐作用（囊泡运输）一、脂双层的不透性和膜转运蛋白典型哺乳类动物细胞内外离子浓度的比较低钠盐与其他食用盐有何区别？n普通食盐的氯化钠含量为97%以上，而低钠盐是用食盐、食用氯化钾或食用硫酸镁（食用氯化镁）为原料，经科学合理配比加工而成的食盐，其氯化钠含量为60％～80％，还有20％～30％的氯化钾或8％～12％的硫酸镁（氯化镁）。维持了人体细胞内外离子浓度的平衡。n据估计细胞膜上的膜转运蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总耗能2/3。包括：1）载体蛋白（P69表5-2）；2）通道蛋白（离子通道、孔蛋白、水孔蛋白）。42\n二、小分子物质的跨膜运输类型根据跨膜转运是否需要膜转运蛋白参与以及细胞是否提供能量，分为简单扩散、被动运输（协助扩散）和主动运输。（一）简单扩散①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助，但不同分子具有不同的跨膜运动速率。（二）被动运输（协助扩散）■是各种极性分子和无机离子，如糖，氨基酸，核苷酸及细胞代谢物主要运输方式。不需要能量，但需要膜蛋白协助，有转运特异性。特征：（1）转运速率高（2）存在最大转运速率（Vmax）（3）转运存在特异性（4）存在膜转运蛋白动、植物细胞的协同运输（cotransport）：靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。（三）主动运输■是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高的一侧进行跨膜转运的方式。■主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③有载体蛋白。■主动运输所需的能量来源主要有：①ATP水解直接获得能量；②协同运输间接提供能量（Na+-K+泵）；③光驱动泵利用光能运输物质（光合细菌）。42\nATP驱动泵与主动运输（Na+-K+泵）；Na+-K+泵结构：■结构：由α和β二个亚基各两个组成。α亚基具有Na+、K+和ATP结合位点。■功能：①维持细胞的膜电位，为神经和肌肉电传导提供了基础；②维持动物细胞渗透平衡，保持细胞的体积；③驱动细胞营养物(如葡萄糖、氨基酸)的运输。三、胞吞作用与胞吐作用真核细胞通过胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，如蛋白质、多核苷酸、多糖。二者均属于主动运输。在转运过程中，质双层膜围绕物质，形成包围细胞物质的囊泡，因此又称膜泡运输或批量运输（bulktransport）。1、吞噬作用与胞饮作用■根据胞吞物质性质（固体或液体），分为：a.吞噬作用（phagocytosis）细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。b.胞饮作用(pinocytosis)细胞吞入液体或极小的颗粒物质。2、胞吐作用■指细胞通过分泌泡或其他膜泡与质膜融合将膜泡内的物质运出细胞的过程。4.主动运输的意义：■保证了细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必需的营养物质；■能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢废物以及一些离子排到细胞外；■能够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度，特别是K+、Na+、Ca+、H+的浓度；■维持一定的膜电位和渗透压，是细胞生命活动的基础。小结本章学习要求：了解生物膜结构模型的演化过程，理解生物膜的基本特征与其生理功能的联系42\n。理解物质跨膜运输的类型和意义，Na+-K+泵的运转功能。本章考核要求：1）生物膜的基本特征与其生理功能。2）细胞表面有哪几种常见的特化结构。3）理解物质跨膜运输的类型和意义。第六章线粒体和叶绿体两者共性：高效产能的、半自主性的细胞器。教学重点:1.线粒体和叶绿体的超微结构、分布特点、细胞内能量转换的特点。2.线粒体与人类疾病的关系。3.线粒体与叶绿体是半自主性细胞器。考核要求:1.掌握线粒体和叶绿体的超微结构、细胞内能量转换的特点。2.了解线粒体与叶绿体是半自主性细胞器的原因第一节线粒体与氧化磷酸化线粒体的发现史：l1890年R.Altaman首次发现线粒体，命名为生命小体（bioblast）；～lMitchell（1961－1980）提出了氧化磷酸化偶联机制的化学渗透学说。专一染色剂：詹纳斯绿B一、线粒体的基本形态及动态特征（一）线粒体的形状、大小、数目与分布1、线粒体的形状、大小、数目l粒状或杆状，随生物种类和生理状态而变化。l直径0.5～1μm，长2～3.0μm，在胰脏外分泌细胞中可长达8～10μm，称巨型线粒体。l数目一般数百到数千个。植物因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少；肝细胞约1742\n00个线粒体，占细胞体积的20%；许多哺乳动物成熟的红细胞无线粒体。2、线粒体的分布l通常分布在细胞功能旺盛的区域。可向细胞功能旺盛的区域迁移。（二）线粒体的融合和分裂动、植物细胞中线粒体进行频繁的融合与分裂现象，是线粒体形态调控和数目调控的基础。线粒体的增殖：l线粒体通过已有线粒体的生长与分裂进行繁殖。l主要的分裂方式：◆间壁分离：常见于肝细胞和植物分生组织中◆收缩后分离：通过中部收缩分裂为两个；如蕨类和酵母等。◆出芽：见于酵母和藓类植物，线粒体出现小芽，脱落后长大，发育为线粒体。二、线粒体的超微结构由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。主要由外膜、内膜、膜间隙及基质组成。1、外膜(outmembrane)膜上有孔蛋白，是小分子物质的进出膜间隙的通道。可对物质进行初步分解。2、内膜（innermembrane）l通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过。大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。l氧化磷酸化的电子传递链位于内膜。标志酶为细胞色素C氧化酶。l内膜向线粒体内室褶入形成嵴（cristae），能扩大内膜表面积达5~10倍。嵴上覆有基粒，也称ATP合酶。3、膜间隙(intermembranespace)：l是内外膜之间的腔隙，内含许多可溶性酶、底物和辅助因子等。4、基质（matrix）l为内膜和嵴包围的空间。除糖酵解在细胞质中进行外，三羧酸循环过程都在线粒体中进行。l基质具有一套完整的转录和翻译体系。包括线粒体DNA（mtDNA），70S型核糖体，DNA聚合酶、氨基酸活化酶三、线粒体的功能----氧化磷酸化42\n线粒体主要功能是合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。同时，线粒体还与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。（一）氧化磷酸化的分子结构基础1、电子传递链是指在线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。主要是与氧化磷酸化有关的脂蛋白复合物，能可逆地接受和释放电子或H+。（1）呼吸链电子载体主要有：黄素单核苷酸(FMN)、铁硫蛋白(Fd)、辅酶Q、细胞色素(Cytb,c,aa3)等。（2）呼吸链的复合物l按氧化还原电位由低向高的方向排列。l由：NADH脱氢酶（复合物I）；琥珀酸脱氢酶（复合物II）；细胞色素c还原酶（复合物III）；细胞色素c氧化酶（复合物IV）组成。2、ATP合成酶的分子结构与组成（1）ATP合成酶（ATPsynthase）l又称F1F0－ATP酶，广泛存在于线粒体、叶绿体和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。l分别位于质膜、类囊体膜和线粒体内膜上，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。组成：F1（偶联因子F1）：转子，为水溶性球蛋白，从内膜突出于基质内，较易从膜上脱落。F0（偶联因子F0）：定子，是嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨膜质子通道。工作特点：可逆性复合酶，即能利用质子的电化学梯度产生的能量合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。（二）氧化磷酸化的偶联机制1、化学渗透假说内容：电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP，电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。42\n四、线粒体与疾病、衰老及细胞凋亡关系线粒体病是遗传缺损引起线粒体代谢酶缺陷，致使ATP合成障碍、能量来源不足导致的一组异质性病变。1、自由基对线粒体DNA的影响。随着年龄的增长，损伤的线粒体DNA的积累会愈来愈多。2、线粒体与非胰岛素依赖性糖尿病。1992年发现线粒体基因的某些片段缺失或位点的突变与糖尿病发病有关，而且此类糖尿病具有母系遗传特征。1997年美国糖尿病协会正式把该类糖尿病确定为线粒体糖尿病。3、线粒体与肿瘤。线粒体DNA是致癌物作用的重要靶点，因此，不可忽视线粒体DNA的突变在导致细胞癌变中的作用。4、线粒体与心脏疾病(硒元素)。心脏是人体内最大的耗能器官，线粒体是能量的主要来源。其功能的稳定对于心脏正常生理功能的维持尤为重要。5、线粒体与帕金森氏症。线粒体与神经细胞死亡现象，与长寿有关。第二节叶绿体与光合作用一、叶绿体的基本形状和分布（一）形状和分布l状如透镜，长径5~10um，短径2~4um，厚2~3um。叶肉细胞含50~200个叶绿体，占细胞质的40-90%。（二）叶绿体的分化和去分化1、分化：原质体---叶绿体（光照）---白色体（叶片）或造粉质体（贮藏组织）2、去分化：植物叶片组织培养过程3、叶绿体的增殖l在个体发育中叶绿体由原质体发育分化而来。l原质体存在于根和芽的分生组织中，为双层膜包被的小体，内有DNA、核糖体等，但无片层，内膜内折形成小泡或小管状的类囊体原基。l在光照下，小泡或小管连结成链状，并与内膜断开，在基质中逐渐生长、融合与重排，形成扁平的小囊即基质类囊体；基质类囊体叠置成多层形成基粒类囊体。质体和叶绿体通过分裂而实现增殖：l叶绿体是通过分裂而增殖的。l叶绿体近中部处向内收缩，最后分开称为两个子叶绿体。42\nl主要靠幼龄叶绿体分裂增殖，成熟叶绿体通常不再分裂。二、叶绿体的超微结构由叶绿体膜、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）3部分组成。l含有3种不同的叶绿体膜：外膜、内膜、类囊体膜。l3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。1、叶绿体膜l双层单位膜组成，膜间为10~20nm的间隙。l外膜的渗透性大。l内膜对通过物质的选择性很强，CO2、O2、Pi、H2O、等可以透过内膜，ADP、ATP、NADP+、葡萄糖等不能透过内膜，需要特殊的转运体（translocator）才能通过内膜。2、类囊体l是单层膜围成的扁平小囊，亦称光合膜。l基粒类囊体：是构成内膜系统的基粒片层（granalamella）。l基质类囊体：是形成了内膜系统的基质片层（stromalamella）。l两者形成完整连续的封闭膜囊系统，独立存在于基质中。3、叶绿体基质是内膜与类囊体之间的液态胶状物质。主要成分包括：l碳同化相关的酶类：如RuBP羧化酶。l叶绿体DNA、蛋白质合成体系。l一些颗粒成分：淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。三、叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)光合作用是能量及物质的转化过程。首先光能转化成电能，经电子传递产生ATP和NADPH形式的不稳定化学能，最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中。分为光反应和碳反应，前者需要光，涉及水的光解和光合磷酸化，后者涉及CO2的固定。1、光反应◆原初反应◆电子传递42\n◆光合磷酸化2、碳反应(碳固定，分为C3、C4和CAM途径3类)（一）原初反应部位：叶绿体内囊体膜1．光合色素叶绿素和类胡萝卜素，全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，有利于能量传递。2．集光复合体（lightharvestingcomplex，LHC）叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用，叫做辅助色素。（二）电子传递和光合磷酸化（部位：叶绿体类囊体膜）---类囊体腔的质子梯度比叶绿体基质高，该梯度产生的原因归功于：H2O光解、cytbf的H+-pump、NADPH的形成。——最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。光合磷酸化包括：非循环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化。（三）光合碳同化利用光反应产生的ATP和NADPH，使CO2还原为糖类等有机物，即将活跃的化学能最后转换为稳定的化学能，积存于有机物中。这一过程在叶绿体基质中进行。1、卡尔文循环（Calvincycle）（C3途径）：CO2受体为RuBP，最初产物为3-磷酸甘油酸(PGA)。2、C4途径：CO2受体为PEP，最初产物为草酰乙酸(OAA)。3、景天科酸代谢途径（CAM途径）：夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放CO2，进行CO2固定。第三节线粒体和叶绿体的半自主性及其起源线粒体和叶绿体以非孟德尔方式遗传，其功能受细胞核基因组和自身基因组调控，属半自主性细胞器。可能与其内共生起源相关。一、线粒体的半自主性l1966年，Slonimski等证实线粒体DNA具有遗传功能。线粒体被认为是真核生物的42\n第二遗传系统。lmtDNA以半保留方式复制，复制仍受核控制，mtDNA先复制，随后线粒体分裂。l尽管线粒体含有自身的遗传表达系统(自主性)，但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息（自主性有限）。因此，线粒体为半自主性的细胞器。二、叶绿体的半自主性1.叶绿体DNA的基本性质l高等植物叶绿体DNA(chloroplastDNA，cpDNA)一般为双链环状分子，不同种类植物的cpDNA大小不同，含120～190kb；lcpDNA不含5‘甲基胞嘧啶，且不与组蛋白结合；与细菌DNA相似，而与核DNA不同；l每个叶绿体大约含12个cpDNA分子，cpDNA的量与叶绿体的大小有关。2.叶绿体的蛋白质合成l参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况：◆由cpDNA编码，在叶绿体核糖体上合成；◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成；◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成。l叶绿体的核糖体含有大约60种核糖体蛋白，其中仅1/3由cpDNA编码，其余的蛋白由核基因编码；并以跨膜转运方式到达叶绿体的不同部位。cpDNA编码的主要功能复合物亚基叶绿体主要复合物总亚基数cpDNA编码亚基数PSI145PSII1813Cytbf53F0-F1ATP合酶96半自主性细胞器的概念：自身含有遗传表达系统，DNA呈环状双链(自主性)；但编码的遗传信息十分有限42\n，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。因此，绿色植物的细胞内存在3个遗传系统。三、线粒体和叶绿体的起源Ø内共生起源学说（endosymbiosishypothesis)Ø非共生起源学说（淡出视野）（一）内共生起源学说1、Mereschkowsky，1905年：叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻。2、线粒体的祖先—原线粒体是一种革兰氏阴性细菌；叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌（Cyanobacteria），即蓝藻。3、内共生起源学说的主要论据◆基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。◆具备独立、完整的蛋白质合成系统，蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。◆两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似。◆分裂方式与细菌的繁殖方式相似。◆能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有自主性与共生性的特征。◆发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。（二）非共生起源学说（淡出视野！）1、主要内容：认为真核细胞的前身是一个在进化上比较高等的好氧细菌，它比典型的原核细胞大，这样就要逐渐增加具有呼吸功能的膜表面，开始是通过细菌细胞膜的内陷、扩张和分化，后逐渐形成了线粒体和叶绿体的雏形。2、成功之处：解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。考核要求:1.掌握线粒体和叶绿体的超微结构、细胞内能量转换的特点。2.线粒体与人类疾病的关系。3.半自主性细胞器和内共生起源学说的概念。第七、八章细胞质基质与内膜系统；蛋白质的分选与膜泡运输42\n教学重点:1.细胞质基质与细胞内膜系统的基本含义。2.内质网、高尔基体及溶酶体等内膜系统的形态结构与功能。3.蛋白质的分选的信号假说与膜泡运输的概观。4.理解细胞内膜系统是一个结构与功能密切联系的动态性整体。第一节细胞质基质及其功能细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶体物质。细胞内膜系统：在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层膜包被的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体和溶酶体、胞内体和分泌泡等细胞器。细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。1、细胞质基质基本概念：细胞质中除去膜性细胞器或细胞结构后，剩余的较为均质半透明的液态胶状物质即为细胞质基质。生物化学家称之为胞质溶胶。成分：水、无机离子等小分子，还有脂类、糖类（如葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸及其衍生物等中等分子，以及蛋白质、RNA、多糖等大分子。细胞质基质中含有代谢有关的酶类、构成细胞骨架的各种蛋白。特点：细胞质基质是一个高度有序、处于动态平衡的结构体系；多种成分通过弱键而相互作用（如酶与细胞骨架）。2.细胞质基质的功能完成各种中间代谢过程，为某些蛋白质合成和脂肪的合成提供场所。如糖酵解过程,糖元、蛋白质和脂肪酸的合成等。维持细胞质骨架和膜相细胞器相关的功能。维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递等。与蛋白质的修饰、蛋白质选择性降解功能相关。参与蛋白质的修饰；控制蛋白质的寿命；降解变性和错误折叠的蛋白质；帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。第二节细胞内膜系统及其功能42\n细胞内膜系统包括内质网、高尔基体和溶酶体、胞内体和分泌泡等细胞器，在结构、功能乃至发生上是彼此相互关联的动态整体。细胞内的区室化大大提高了细胞生理生化反应的效率。一、内质网l1945年，在小鼠成纤维细胞发现细胞质中有一些由膜构成的形状大小略不相同的小管、小囊连续成网状结构，故名内质网（endoplasmicreticulum，ER）。l后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还与质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。（一）内质网的形态结构1、内质网膜厚约5～6nm，是一个连续的网状膜系统。2、内质网膜和外层核膜是连续的，ER内的腔与两层核膜中间的腔相通。3、ER的形态、数量和分布随细胞类型、细胞质区域、细胞所处的发育阶段和生理机能不同而分布不同。（二）内质网的类型1.粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）：其膜表面分布着大量的核糖体。主要功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白，普遍存在于分泌蛋白质的细胞中(如胰腺细胞、分泌抗体的浆细胞等)。2.光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）：表面没有核糖体结合，为较复杂的立体结构。是脂质合成的重要场所，广泛分布于合成类固醇的细胞（如肾上腺皮质细胞、肝细胞等）。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。（三）内质网的功能ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白质都是在内质网合成。1.蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能蛋白质合成起始于核糖体，但是在合成开始不久后便转到内质网上合成，这些蛋白主要有：①向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；②膜的整合蛋白；③细胞器中可溶性驻留蛋白：如溶酶体的各种水解酶；42\n④蛋白质的修饰与加工：糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。⑤新生多肽的折叠、组装与转运，均可在内质网的作用下完成。粗面内质网上蛋白质合成的信号假说：相关概念：信号假说：即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网上合成，在蛋白质合成之前信号肽被切除。信号肽：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，位于蛋白质的N端，一般有18-30个氨基酸残基，它指导新生多肽到内质网膜上。信号识别颗粒（SRP）：由6种不同的多肽和1个小的RNA组成的复合物，它既可与新生信号肽序列和核糖体结合，又可与停泊蛋白结合。停泊蛋白：内质网膜的整合蛋白，暴露于内质网的外表面，可特异地与信号识别蛋白结合。转移器：是由3-4蛋白亚基构成的通道蛋白，位于粗面内质网膜上。2.光面内质网是脂质合成的重要场所ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。两种例外鞘磷脂与糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）。合成的磷脂由内质网向其他膜的转运主要有2种方式：一种是以运输小泡的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上；另一种是凭借一种水溶性的载体蛋白，称为磷脂交换蛋白（PEP），将磷脂转移到线粒体膜或过氧化物酶体膜上。3.sER的其他功能1）肝细胞葡萄糖的释放：葡糖-6-磷酸酶在sER的膜内，可将胞液中的G-6-P分解为葡萄糖和磷酸，然后葡萄糖经过ER腔，最后释放到血液中。2）肝的解毒作用：细胞色素P450、NADPH-细胞色素P450还原酶等酶系存在于sER上，通过电子传递，使药物、毒物、类固醇等氧化，消除毒性，从而起到解毒的作用。3）储存钙离子：肌质网（心肌细胞和骨骼肌细胞中特化的光面内质网）膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中储存起来，肌肉收缩时使用。二、高尔基体（一）高尔基体的形态结构l由数个扁平膜囊泡，大、小囊泡组成的高度有极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形。42\n高尔基体的功能区隔：1.顺面膜囊（cisGolginetwork，CGN）：是高尔基体的入口区域。接受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。2.中间膜囊（medialGolgi）：多数糖基修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖合成均发生此处。3.反面膜囊（transGolginetwork，TGN）：是高尔基体的出口区域，功能是参与某些蛋白质的分类与包装，最后输出。4.在高尔基体周围还存在大小不等的囊泡。（二）高尔基体的化学组成蛋白质含量约占60％，脂类约占40％。具有一些和ER共同的蛋白质成分，膜脂成分介于ER和质膜之间，这说明高尔基体是处于内质网和细胞膜之间的一种过渡性的细胞器。（三）高尔基体的功能将内质网合成的部分蛋白质或脂质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。高尔基体也是糖类合成的主要场所。1.高尔基体参与细胞分泌活动（细胞内的膜泡运输）1.1其过程是内质网上合成蛋白质→进入ER腔→以出芽形成囊泡→进入高尔基体顺面的网络结构→在中间膜囊中加工→在反面的网络结构形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出，运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。经修饰后形成的溶酶体蛋白、分泌蛋白和膜蛋白，形成不同的转运泡，以不同的途径被分选、转运到细胞的不同部位高尔基体在细胞内膜泡运输中起重要的枢纽作用。2.高尔基体参与蛋白质的糖基化及其修饰2.1概念：糖基化作用是将单糖或寡糖加到蛋白质上的生化反应过程，该过程在内质网腔中开始。■蛋白质糖基化的基本类型：包括O-连接的糖基化和N-连接的糖基化。■特征：42\n蛋白质的O-连接的糖基化是在高尔基体中进行，其合成方式为一个个单糖加上去，糖链与多肽链的丝氨酸、苏氨酸通过羟基共价结合。蛋白质的N-连接的糖基化起始于粗面内质网，对糖基的精确修饰或切除则是在高尔基体中完成的，从而使糖蛋白呈现多样性。2.2糖基化的意义：所有与糖基化及寡糖加工有关的酶都是整合膜蛋白。糖基化的主要作用是使蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；同时，经糖基化作用的寡糖链具有一定的刚性，限制了其它大分子接近细胞表面，使细胞具有一个保护性的外被。3.蛋白酶的水解和其他加工过程无生物活性的蛋白原或多肽，在高尔基体的反面网状结构及其所生成的小泡中，经蛋白质水解酶的作用下，发生特异水解，从而成为有生物活性的多肽。如胰岛素、胰高血糖素、血清白蛋白和神经肽等。（总结）高尔基体的功能：1.参与细胞分泌活动。2.参与蛋白质的糖基化及其修饰。3.蛋白酶的水解和其他加工过程。4.高尔基体是分泌性多糖类的合成场所，参与细胞壁的形成,合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。三、溶酶体（一）溶酶体的形态结构及类型1.溶酶体（lysosome）：是单层膜围绕，膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解，膜上有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内消化作用。溶酶体是异质性细胞器，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是常用的标志酶。2.溶酶体的类型根据其发育和生理功能状况的不同阶段可分为：2.1初级溶酶体（primarylysosome）42\nØ内含物均一，无明显颗粒，是高尔基体分泌形成的。Ø含有多种水解酶（蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶），但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。2.2次级溶酶体（secondarylysosome）l是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡融合形成的进行消化作用的复合体，根据消化物质的来源可分为异噬溶酶体和自噬溶酶体。2.3残质体（residualbody）l又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣。残质体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞,也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。植物细胞的液泡中含有多种水解酶类，具有与动物细胞溶酶体类似的功能。此外，液泡还具有贮存营养与废物、调节细胞体积增长及细胞膨压等多种作用。（二）溶酶体的功能1．细胞内消化：作为细胞内的消化器官为细胞提供营养。（1）异噬的防御功能：巨噬细胞中含有大量溶酶体。如巨噬细胞吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。（2）自噬作用：消化细胞自身无用的生物大分子、衰老的细胞器或死亡的细胞。2.细胞的自溶作用：指细胞内溶酶体膜破裂，释放出其中的水解酶，使整个细胞被释放的酶所消化，引起细胞自身的溶解、死亡的过程。涉及特定的程序性细胞死亡的过程。如两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化。哺乳类断奶后乳腺的退行性变化。3.溶酶体在细胞外的作用。如：精子的顶体相当于特化的溶酶体。受精时，当精子的质膜附着在卵子的外被后，顶体膜与精子的质膜融合，造成穿孔，顶体的酶通过穿孔释放到周围的介质中，溶解掉卵细胞的外被等，使精子进入卵细胞内。（三）溶酶体与疾病1．矽肺矽肺是工业上的一种职业病。临床表现是肺泡的弹性降低，肺功能损害。发病机理与溶酶体有关。当二氧化矽粉末(SiO2)吸入肺中，被巨噬细胞吞噬出现在溶酶体中，由于矽酸与溶酶体膜之间的氢键反应，破坏了膜的稳定性，使膜破裂，溶酶体酶流入细胞质而引起自溶，导致巨噬细胞42\n死亡。SiO2颗粒从死亡的细胞再度释出，重新被另外的巨噬细胞吞噬，如此反复进行。这样使巨噬细胞相继死亡，最后刺激成纤维细胞胶原纤维结沉积，结果肺泡的弹性降低，肺功能受损害。最后发展为肺结核病，无治，死亡。2．类风湿性关节炎溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。目前对类风湿关节炎的病因还不清楚，但此病所表现出来的关节骨膜组织的炎症变化以及关节软骨细胞的腐蚀，被认为是细胞内的溶酶体的局部释放所致。其原因可能是由于某种类风湿因子，被巨噬细胞、中性粒细胞等吞噬，促使溶酶体酶外逸，而导致的一系列关节的炎症反应。3．各类贮积症贮积症（storagedisease）：是由于遗传缺陷引起的，由于溶酶体的酶发生变异，功能丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，进而影响细胞功能。台-萨氏综合征（Tay-Sachsdiesease）：又叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶A，导致神经节甘脂GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，2－6岁死亡。患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。四、过氧化物酶体（一）过氧化物酶体的结构l过氧化物酶体(peroxisom)又称微体(microbody)是由单层膜围绕而成的，内含一种或多种氧化酶类的异质性细胞器。l特点：标志酶是过氧化氢酶，中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心。l存在：真核生物的各类细胞中均有，但在肝和肾的细胞中数量特别多。过氧化物酶体的共性：各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。RH2+O2→R+H2O2过氧化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物（如醛、醇、酚）氧化。R′H2+H2O2→R′+2H2O此外，当细胞中的H2O2过剩时，过氧化氢酶亦可催化以下反应：2H2O2→2H2O+O2（二）过氧化物酶体的功能：42\n1.在动物中：①内含β-氧化系统，参与脂肪酸的β-氧化，向细胞直接提供能量；②具有解毒作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/2在微体中氧化为乙醛。2.在植物中：①参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢。②参与呼吸作用中的乙醛酸循环。（三）过氧化物酶体与溶酶体的区别细胞组分数目所占体积(%)溶酶体3001过氧化物酶体4001考核要求:1.细胞质基质与细胞内膜系统的基本含义。2.内质网、高尔基体及溶酶体等内膜系统的形态结构与功能。为何内膜系统是一个动态性整体结构。3.溶酶体有哪些功能？什么叫异质性细胞器4.蛋白质的分选的信号假说与膜泡运输的概观。第九章细胞信号转导教学目标及要求：1.掌握细胞通讯的概念及其作用方式。2.概述胞外信号所介导细胞通讯系统的组成。3.第二信使的概念及其组成？教学重点：细胞通讯的概念及其方式。第二信使的概念及其组成。考核要求：1.细胞通讯的概念及其作用方式。2.概述胞外信号所介导细胞通讯系统的组成。42\n3.细胞的信号转导系统的特点？第一节细胞信号转导概述细胞通讯（？P156）一个信号产生细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现为靶细胞整体的生物学效应的过程。一、细胞通讯1、方式（1）分泌化学信号进行细胞间通讯（主要方式）；（2）细胞间接触性依赖通讯；（3）通过间隙连接、胞间连丝等细胞间结构，交换小分子实现功能性调控。第一种不需要细胞的直接接触，后两种需要通过细胞的接触。故可分为不依赖细胞接触的细胞通讯和依赖细胞接触的细胞通讯。（1）细胞分泌化学信号的作用方式可分为：①内分泌；②旁分泌；③化学突触传递神经信号；④自分泌。信号分子从细胞中分泌出来，经过一定的距离到达靶细胞，这种信号传递方式是胞间通讯的最主要途径。①内分泌(endocrine)：内分泌细胞分泌激素随血循环至全身，作用于靶细胞。特点是：①低浓度；②全身性；③长时效。②旁分泌(paracrine)：细胞通过分泌局部化学递质到细胞外基质中，经过局部扩散，作用于邻近靶细胞。旁分泌信号只能传递到与信号细胞相临近的靶细胞，信号不能扩散很远。如前列腺细胞分泌前列腺素。42\n③化学突触传递神经信号：通过突触连接进行神经递质的释放与传递。④自分泌(autocrine)：细胞分泌的信号分子结合到自身的受体上引起反应。如肿瘤细胞合成和释放生长因子刺激自身，导致细胞增殖失控。（2）细胞间接触依赖性通讯信号分子结合在细胞的质膜上，通过细胞间的直接接触（细胞--细胞黏着；细胞--基质黏着）将信号传递给靶细胞。这种信号传递方式所占比例较低，常见于精卵结合、胚胎分化、形态发生以及免疫细胞的增殖分化等细胞中。（3）通过间隙连接、胞间连丝等细胞间结构，交换小分子实现功能性调控。相邻细胞通过连接子构成间隙连接，使相邻细胞间形成相互连通的孔道，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。植物细胞通过胞间连丝来实现。（总结）通过胞外信号所介导的细胞通讯包括如下步骤：P158n信号细胞合成并释放信号分子。n转运信号分子至靶细胞。n信号分子与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体激活。n活化受体启动靶细胞内一种或多种信号转导途径。n引发细胞代谢、功能或基因表达的改变。n信号的解除并导致细胞反应终止。二、细胞的信号分子与受体（一）细胞的信号分子（见表9-1）：1.信号分子？是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号、局部介质、神经递质以及物理信号等。细胞的信号分子从溶解性分：（1）气体性信号分子：NO，CO，乙烯，能进入细胞直接激活效应酶。（2）亲脂性信号分子：包括甾类激素（即类固醇类物质）与甲状腺素。疏水性强，可穿过质膜进入细胞。42\n（3）亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子、局部化学递质及某些激素。（信号如何传导？）信号分子的共同特点①特异性，只能与特定的受体结合；②高效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统；③可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。（二）受体1、定义：是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将细胞外信号转换为胞内化学或物理信号（第二信使），以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。2、受体的化学特性：糖蛋白（糖脂）。受体一般有两个功能域：与配体结合的区域（结合特异性）和产生效应的区域（效应特异性）。3.受体分类：●细胞内受体：受胞外亲脂性信号分子激活；●细胞表面受体：受胞外亲水性信号分子激活，分属三大家族：²离子通道偶联的受体(ion-channel-linkedreceptor)²G-蛋白偶联的受体(G-protein-linkedreceptor)²酶偶连的受体(enzyme-linkedreceptor)其中：离子通道偶联的受体存在于可兴奋细胞。G-蛋白偶联的受体和酶耦联的受体存在于大多数细胞，在信号转导的过程中表现为一系列蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级传送和放大。（三）第二信使(secondmessenger)在信号跨膜转导过程中，胞外信号分子“第一信使”不能进入细胞，它们作用于细胞表面的受体42\n，导致细胞产生胞内“第二信使”，从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用终止。目前公认的第二信使有cAMP、cGMP、Ca2+、三磷酸肌醇(PIP3)、二酰基甘油(DAG)等。三、信号转导系统及其特性P162细胞的信号转导系统是多通路、多环节、多层次和高度复杂的可控过程。主要特点（P163）：（1）特异性：受体、配体、特定的细胞反应。（2）放大效应：信号转导过程具有信号放大作用，但这种放大作用又必须受到适度控制。（3）网络化与反馈调节机制：多途径、多层次的细胞信号传递通路具有收敛或发散的特点。（4）整合作用：多细胞生物的每个细胞都处于细胞“社会”环境之中，大量的信息以不同的组合方式调节细胞的行为，以维持生命的有序性。第十章细胞骨架教学目标及要求：1.掌握细胞骨架的概念，三种细胞骨架的功能。2.了解细胞质骨架的类型及功能，理解它们的装配机理。3.如何理解细胞骨架的动态不稳定性？该现象与细胞生命活动过程有什么关系？教学重点：1.细胞骨架的概念。3种细胞骨架的功能。2.如何理解细胞骨架的动态不稳定性？该现象与细胞生命活动过程有什么关系？细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架结构体系。洋葱内表皮细胞细胞骨架体系（10*10）l如胞质流动中，某些膜性细胞器或颗粒状物质沿着这些纤维作定向运动。l细胞骨架对维持细胞的形态、保持细胞内部结构的有序性起重要作用，而且还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、分化等生命活动密切相关。42