细胞生物学重点.docx

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细胞生物学重点

细胞生物学重点

（一）绪论

细胞（cell）是生物体形态和功能活动的基本单位。

细胞生物学是一门从细胞整体、亚显微结构以及分子三个不同的层次上把细胞的结构与功能统一起来研究，观察细胞的形态结构、研究细胞的生命活动的基本规律的学科。

正常菌群（normalflora）:

人类的生存和生长发育需要许多微生物的共生关系.

病原微生物（pathogen）:

微生物能导致人类或动植物的疾病发生.

条件致病菌:

一些细菌在机体健康时不致病，而在人体抵抗力低下时才导致疾病.

感染（infection）:

微生物在宿主体内生活中与宿主相互作用并导致不同程度的病理变化。

细菌侵袭力:

病原菌突破机体屏障进入机体并定居、繁殖并扩散

毒力：

细菌产生的毒素损害了机体的组织、器官并引起生理功能的紊乱和病理性的改变

（二）细胞膜及其表面结构、核糖体、线粒体（mitochondrion）

细胞膜的特性

1、细胞膜具有流动性

（1）膜脂分子的运动影响脂双层流动性的因素：

•脂肪酸链的长短、饱和度

•胆固醇的含量

•蛋白质的影响

•温度的影响

（2）膜蛋白的流动性

2、细胞膜的不对称性

（1）脂质双层的不对称性：

磷脂、胆固醇、糖脂的分布不同

（2）膜蛋白的不对称性分布：

外周蛋白、内在蛋白、糖蛋白

细胞表面是包围在细胞质外层的一个复合结构体系和多功能体系。

包括细胞外被、细胞膜、细胞质溶胶。

细胞外被功能：

决定血型、细胞识别和黏附、抑制增殖、保护

液态镶嵌模型

核糖体：

细胞内一种由蛋白质与rRNA组成的复合物颗粒—核糖核蛋白颗粒，能按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链，是蛋白质合成的场所。

•大亚基，小亚基

•原核的核糖体：

70S（30S，50S）

•真核的核糖体：

80S（40S，60S）

*蛋白质的合成：

原核生物核糖体中有四种与RNA分子结合的位点，其中一个是与mRNA结合的位点，另三个是与tRNA结合的位点。

A位点（Asite），P位点（Psite），E位点（exitsite，Esite）

具体步骤：

1、氨基酸的活化和转运（活化的氨基酰tRNA）

2、肽链合成的启动（启动复合体）

3、肽链的延伸（进位、转肽、脱落、移位）

4、链合成的终止（终止因子）。

多聚核糖体的意义

核酶：

某些rRNA具有酶的功能，能够自我剪接。

将具有酶功能的RNA称为核酶。

线粒体（mitochondrion）

是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所。

含丰富的心磷脂和较少的胆固醇是线粒体在组成上与细胞其他膜结构的明显差别。

线粒体内、外膜在化学组成上的主要区别是脂类和蛋白质的比例不同，内膜上的脂类与蛋白质的比值低（0.3:

1），外膜中的比值较高（接近1:

1）。

细胞呼吸：

在线粒体内，在O2的参与下分解各种大分子物质，产生CO2；与此同时，分解代谢所释放的能量储存在ATP中，这一过程称为细胞呼吸，也称为生物氧化或细胞氧化。

呼吸链（电子传递链）：

一系列能够可逆地接受和释放H+和e-的化学物质所组成的酶体系在线粒体内膜上有序地排列成互相关联的链状

氧化磷酸化偶联机制：

化学渗透假说（内膜上的呼吸链起质子泵的作用）、ATP的合成（结合变构机制）

线粒体半自主性

1、线粒体有独自的遗传系统和独自的蛋白质翻译系统，mtDNA主要编码线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质

2、线粒体中大多数酶和蛋白质仍由核编码

3、与细胞核的遗传系统构成一个整体。

（三）、细胞骨架、细胞核（3个英文选择）

细胞骨架

定义：

指真核细胞中的蛋白纤维交织而成的立体网络体系，是细胞的重要组成部分。

广义：

膜骨架、细胞质骨架、核纤层、核骨架、细胞外基质，构成细胞内外的一体化网络结构。

狭义：

指细胞质骨架，位于细胞质中，由微丝（极性）、微管（极性）、中间纤维（没有极性）构成纤维型的网络结构。

弥散性、整体性、变动性

微管：

主要分布于核周围，并呈放射状四周扩散

微丝：

主要分布于细胞质膜的内侧

中间纤维：

分布于整个细胞中

3共同特点：

由蛋白质亚基构成的线性多聚体、动态；可组装和去组装；高度保守

Actin

微管（中心粒、鞭毛、纤毛、纺锤体）

由微管蛋白（tubulin）组成的不分支的中空小管。

由13根原纤维呈纵向平行排列而成

微管蛋白（tubulin）：

微管蛋白、微管蛋白（结合GTP，可水解为GDP）

微管相关蛋白是一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白，主要功能是调节微管的特异性并将微管连接到特异性的细胞器上。

微管的组装——三个时期

延迟期（lagphase）

又称成核期（nucleationphase），由α、β微管蛋白聚合成寡聚体核心，接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状带，加宽成13根原纤维即构成一段微管。

聚合期（polymerizationphase）

又称为延长期（elongationphase），该期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长。

稳定期（steadystate）又称为平衡期（equilibriumphase），微管的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定。

体外组装条件：

微管蛋白异二聚体达到临界浓度（1mg/ml）、有Mg2+存在（无Ca2+）、pH6.9、37℃，异二聚体即组装成微管，同时需要由GTP提供能量。

微管具有极性：

正极的组装速度快；装配时由负到正。

正极为最外端β球蛋白，负极为最外端α球蛋白。

踏车现象：

微管蛋白、GTP浓度达到一定浓度时，在正端结合上去的微管蛋白与负端释放出来的速度相同时，出现的现象。

微管的组装——非稳态动力学模型微管组装过程不停地在增长和缩短两种状态中转变，表现动态不稳定性体内组装寻找-捕获模型

微管组织中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC）：

微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处。

功能（功能控制位点）：

在细胞质微管装配过程的成核步骤起重要作用（提供核心，两种作用）。

如中心体、有丝分裂纺锤体极、基体

微管的功能：

1维持细胞的形态；2构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动；3维持细胞器的位置，参与细胞器的位移；4参与细胞内物质运输；5参与染色体的运动，调节细胞分裂；6参与细胞内信号转导。

微丝

（microvilli、contractilebundle、filopodia、ruffle、contractilering）

由actin蛋白（其上有二个结合位点：

ATP二价阳离子）纤维组成的实心纤维细丝，双股螺旋结构，细胞膜的内侧

影响微丝聚合与解聚的特异性药物与离子：

细胞松弛素cytochalasin（解聚）、鬼笔环肽phalloidin（稳定）、ATP和Ca2+、低浓度的单价离子（Na+、K+等）溶液（趋向解聚）、Mg2+和高浓度的Na+、K+离子溶液（趋向聚合）

微丝的组装

组装条件：

G-actin浓度、盐浓度（Mg2+和K+）、ATP

装配过程

成核阶段：

G-肌动蛋白聚合成短而不稳定的寡聚体。

延长阶段：

ATP-G-actin快速加到短纤维两端

V（+）大于V（-）

稳定阶段：

G-actin达到一定浓度时微丝出现一端因加G-actin单体而延长，另一端因单体的解离而缩短，肌动蛋白丝的净长度不变。

踏车现象，G-actin临界浓度

微丝的体内组装

成核因子通过成核作用来加速肌动蛋白的聚合

微丝成核蛋白（nucleatingprotein）

①Arp2/3复合物：

促使形成微丝网络结构，由Arp2、Arp3和其他5种附属蛋白组成，具有与微管成核时γ-TuRC相似的作用，是微丝组装的起始复合物。

②成核蛋白formin：

启动细胞内不分支微丝的形成

微丝的功能

Ø构成细胞的支架，维持细胞的形态

Ø作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩

Ø参与细胞分裂

Ø参与细胞运动

Ø参与细胞内物质运输

Ø参与细胞内信号转导

中间纤维：

具有组织特异性非常稳定

肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的中间纤维。

α-螺旋杆状区+头部（N-端）+尾部（C-端）

α螺旋的杆区：

高度保守。

没有极性。

组成：

中间丝蛋白

中间丝结合蛋白：

。

使中间丝之间交联成束、成网，并把中间丝交联到质膜或其他骨架成分上。

具有中间丝类型特异性；表达有细胞专一性

中间纤维蛋白单体（平行且相互对齐）（X2）双股超螺旋二聚体（反向平行）（半分子长度交错）（X2）四聚体原丝（基本亚基）（半分子长度交错）（X2）

八聚体原纤维（X4）中间纤维

中间纤维组装的特点

中间纤维在体外装配时不需要核苷酸和结合蛋白，也不依赖于温度和蛋白质的浓度；在体内，大多数中间纤维蛋白都处于聚合状态，并装配成了中间纤维，很少有游离的四聚体，不存在相应的可溶性蛋白库，也没有与之平衡的踏车行为；目前认为,中间丝的组装和去组装通过中间丝蛋白的磷酸化和去磷酸化控制，中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的调节方式。

中间纤维的功能

1参与构成细胞完整的支撑网架系统2为细胞提供机械强度支持3参与细胞的分化4参与细胞内信息传递

细胞核

真核细胞中由双层单位膜包围核物质形成的多态性结构；细胞内最大、最重要的细胞器；遗传信息储存、DNA复制和RNA转录的场所；细胞代谢、生长、增殖和分化等生命活动的调控中心。

核孔复合体（nuclearporecomplex,NPC）是细胞核内外膜融合形成的小孔，直径约为70nm，是细胞核与细胞质间物质交换的通道（mRNPs、tRNA和核糖体亚基以及细胞质中所合成的所有细胞核所需的蛋白质）。

核定位信号（NLS）：

引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。

受体为importin。

核纤层（nuclearlamina）是位于核膜的内表面的纤维网络作用：

1．支持核膜，保持核的形态；2．参与核膜、染色质的破解和组装；3.参与基因表达的调控。

染色质和染色体是同一种物质在不同时期的表现形式

主要化学组成：

DNA（贮存遗传信息的生物大分子，结构性质稳定、数量恒定的基本成分）

组蛋白（H1,H2A,H2B,H3,H4）（富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白，带正电荷，对维持结构和功能的完整性起关键作用。

其与DNA结合可抑制DNA的复制和转录。

）

非组蛋白（含天冬氨酸、谷氨酸等酸性蛋白，带负电荷，促进复制和转录。

）

少量的RNA（新合成的各类RNA前体，与DNA模板有联系。

）

异染色质（heterochromatin）：

着色深，靠近于核膜，从结构上来看，其螺旋化程度高，从功能上看，基本上不进行转录的功能。

常染色质（enchromatin）：

着色浅，位于核的内部，从结构上来看，其螺旋化程度低，从功能上看，是具有转录功能的染色质区域。

核仁组织区（nucleolarorganizingregion,NOR）是细胞核特定染色体的次缢痕处，含有rRNA基因的一段染色体区域，与核仁的形成有关。

端粒是染色体末端的特化部位。

端粒DNA和端粒结构蛋白（属非组蛋白）构成有极性。

由高度重复的短序列组成，高度保守。

维持染色体结构稳定。

核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、形态特征的总和。

nuclearmatrix或称核骨架（nuclearskeleton），为真核细胞间期核内的网络结构，指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系。

（四）细胞连接与细胞外基质、细胞内膜系统

细胞连接：

细胞连接是相邻细胞质膜侧面特化的结构，以加强细胞间的机械联系，维持组织结构的完整性并协调细胞的功能。

紧密连接

分子组成：

闭合蛋白（occludin）密封蛋白（claudin）连接黏附分子（junctionaladhesionmolecules，JAMs）

紧密连接的作用：

将上皮细胞紧密联合成整体；封闭相邻细胞的间隙，阻止物质在细胞间任意穿行，从而保证组织内环境的稳定性，如血-脑屏障。

将细胞游离面、基底部及侧面的膜蛋白相隔离，防止脂质和膜蛋白自由扩散，保证受体蛋白、载体蛋白等行使各自的功能，维持上皮细胞极性。

锚定连接

1、需要承受机械力，如上皮、心肌和子宫颈等

2、连接相邻细胞骨架成分或细胞外基质

锚定连接的分类与肌动蛋白（actin）相连的锚定连接，称黏着连接（Adhesionjunction）。

与中间纤维（intermediatefilament）相连的锚定连接（Anchoringjunction）桥粒连接

黏着连接（Adhesionjunction）：

黏着带（细胞与细胞之间的黏着连接）和黏着斑（细胞与细胞外基质之间的黏着连接）

黏着连接（黏着带）的典型作用：

保持细胞形状；维系组织整体性；传递细胞收缩力；胞外信号向胞内传递的途径

桥粒连接：

（中间纤维）桥粒（Desmosome）（细胞与细胞之间的锚定连接）半桥粒（Hemidesmosome）（细胞与细胞外基质之间的锚定连接）

桥粒的功能：

整体上看，一个细胞的中间纤维与另一个细胞的中间纤维通过桥粒相互作用，形成了贯穿整个组织的网架，为这个上皮提供了结构上的连续性和抗张力。

通讯连接：

功能：

机械的细胞连接作用、细胞间形成代谢偶联和电偶联。

间隙连接（Gapjunction）化学突触（Chemicalsynapse）胞间连丝

间隙连接通讯：

除骨骼肌和血细胞外，其他细胞都通过其实现;

代谢偶联：

使得小分子（1K-1.5K以下，如ATP，cAMP，维生素和氨基酸等）直接从细胞到细胞；

电偶联：

形成间隙连接通道（Gap-junctionchannel），快速介导细胞间化学递质或电信号的传递;

结构：

连接子由6个跨膜连接子蛋白（Connecxin）构成。

细胞黏附：

细胞通过黏附分子介导的细胞与细胞或细胞与细胞外基质之间的黏着。

细胞黏附分子：

一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，介导细胞之间或细胞与细胞外基质之间相互结合，并起黏附作用的一类细胞表面分子。

钙黏着蛋白（cadherin）选择素（selectin）免疫球蛋白超家族（IgSF）整联蛋白家族（integrinfamilay）

细胞黏附分子结构组成：

胞外区（N端）：

带有较长糖链，与配体识别的部位。

穿膜区胞内区（C端）：

较短，可与质膜下的细胞骨架成分及与胞内的信号转导分子结合。

钙黏着蛋白（cadherin）依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子。

功能：

介导细胞间同亲型细胞黏附；在个体发育过程中影响细胞分化，参与组织器官形成；参与细胞之间稳定的特化连接结构的形成

选择素：

一类依赖于Ca2+的异亲性细胞黏附分子，能特异性识别其他细胞表面的寡糖链中的特定糖基。

功能：

选择素及整联蛋白介导白细胞迁移

免疫球蛋白超家族：

一类结构中含有类似免疫球蛋白的结构域，不依赖于Ca2+的细胞黏附分子。

整联蛋白：

依赖于Ca2+和Mg2+的异亲性细胞黏附因子，介导细胞之间以及细胞与细胞外基质间的相互黏着和识别，具有联系细胞外部因素与细胞骨架的作用。

功能：

介导细胞间的相互作用；介导细胞与细胞外基质相互作用：

与蛋白聚糖、纤连蛋白、层黏连蛋白等含RGD序列的细胞外基质结合；在信号传递中发挥作用

细胞外基质：

分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖纤维交错形成的网络胶体结构体系，既是细胞分泌产物，也是细胞生活的微环境。

作用：

对细胞支持、连接、保护、营养

与细胞各种生命活动有关

与组织细胞病理过程有关

构成细胞外基质的大分子:

胶原\非胶原糖蛋白\氨基聚糖与蛋白聚糖\弹性蛋白

细胞与细胞外基膜的相互作用

氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）

氨基己糖和糖醛酸的重复二糖单位构成的直链多糖。

天然保湿因子，透明质酸。

来源：

成纤维细胞

蛋白聚糖:

由核心蛋白共价结合氨基聚糖单体的产物

胶原（collagen）

肽链中富含Gly-X-Y重复序列

体内含量最多的蛋白（30%）

分布于各种组织细胞间，多达20余种

不同组织中胶原的含量差别很大

成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞合成分泌

功能：

胶原成柳条状或平行排列有韧性和多向抗张性

骨骼肌和平滑肌细胞周围Ⅲ型胶原组成纤维网络

在成熟的骨骼、角膜和横膈肌腱中，形成有序的胶合板样结构

胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。

弹性蛋白

非糖基化疏水纤维蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸，少羟化，肽链830个氨基酸，无Gly-X-Y重复序列。

呈无规则卷曲状态，相互交联形成细胞外基质中的弹性网络。

具高度弹性及回缩力。

维持皮肤弹性。

纤连蛋白：

介导细胞与细胞外基质之间粘着；维持形态，调控增殖，迁移和分化；血浆纤粘连蛋白，参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞的功能。

层粘连蛋白

内膜系统（endomembranesystem）

相对于质膜而言，位于细胞内，在结构、功能乃至发生上密切关联其他膜性结构的总称。

包括：

内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化氢体及核膜等。

内膜系统：

房室性区域化效应

内质网是内膜系统的中心

内质网的功能

标志性酶——G-6-Ｐ酶与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系与脂类物质代谢功能反应相关的酶类与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类参与蛋白质加工转运的多种酶类

脂类和蛋白质是内质网的主要成分二者比例大约为1:

2内质网膜类脂双分子层以磷酯含量最多

（一）粗面内质网的功能：

与外输性蛋白质的相应过程有关

作为核糖体附着的支架

新生多肽链的折叠与装配

蛋白质的糖基化　

蛋白质的胞内运输

信号肽假说

内信号肽（internalsignalpeptide）

该信号肽不在多肽的N端，而是位于多肽链中，随着合成肽链的延长，内信号肽被合成并到达转运体时，即被保留在类脂双分子层中，成为单次穿膜的α螺旋结构。

信号肽含有决定蛋白质胞内定向定位转运的全部信息

（二）滑面内质网的功能

1、机械支持作用

2、脂类合成是光面内质网最为重要的功能之一

3、光面内质网与糖原的代谢

4、光面内质网与细胞解毒作用

5、光面内质网与Ca2+的储存及Ca2+浓度的调节

6、光面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关

高尔基复合体是由一层单位膜包围而成的复杂的囊泡系统，电镜下由小囊泡、扁平囊和大囊泡组成标志性酶——糖基转移酶蛋白质：

脂类3：

2

高尔基复合体的功能

1、高尔体复合体与细胞中糖蛋白的合成、加工、分泌有关（中间膜囊）

⑴蛋白质的糖基化

⑵溶酶体酶的磷酸化

⑶分泌性蛋白的水解

2、蛋白质的运输（顺面，形成面）与分选（反面，成熟面）

3、高尔基复合体是胞内蛋白质分泌运输的中转站

4、高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所

溶酶体

酸性磷酸酶是其标志酶。

1、溶酶体的消化作用

细胞内吞物质的消化　

细胞内残余物质的消化

参与细胞外物质的消化

2、参与机体免疫过程

体内有一种具有强大吞噬能力的细胞叫巨噬细胞，当病原体或异物与巨噬细胞相遇时，会导致这类细胞进行趋化移动，互相接触并通过吞噬作用将病原体或异物捕捉入细胞内。

3、对激素分泌的调节作用

过氧化物酶体

因其含有氧化酶和过氧化氢酶的特点而命名

过氧化物酶体的主要生理功能

1、消除代谢中产生的过氧化氢及其他毒性物质

2、细胞氧张力的调节

3、参与细胞内脂肪酸等高能分子物质的分解转化

（五）SignalTransduction（问答英文）

Receptors

Definition:

Anyproteinthatspecificallybindstoanothermoleculestomediatecell-cellsignaling,adhesion,endocytosis（内吞作用）orothercellularprocess.Mostlycommonlydenotesaproteinlocatedintheplasmamembraneorcytoplasmthatisactivatedbybindingaspecificextracellularsignalingmolecule（ligand）,therebyinitiatingacellularresponse.

受体（receptor）作为一种具有特定功能的蛋白质，或存在于细胞膜上，或存在于细胞质和细胞核内，它能接受外界的信号并将这一信号转化为细胞内的一系列生物化学反应，从而对细胞的结构或功能产生影响。

分膜受体、胞内受体BindingandeffectorSpecificity,Saturation,reversibility,andhighaffinity

GTPaseSwitchproteins

GTPasesarealargefamilyofenzymesthatcanbindandhydrolyze（水解）GTP.TheGTPbindingandhydrolysistakesplaceinthehighlyconservedGdomaincommontoallGTPases.

GTPasesplayanimportantrolein:

Signaltransduction信号转导

Proteinbiosynthesis蛋白质合成

Translocationofproteins蛋白质跨膜运输

Transportofvesicles囊泡转运

当GTP结合蛋白与GTP结合后即被活化，活化后的GTP结合蛋白发挥GTP酶（GTPase）的作用，在将GTP水解成GDP时即被失活

Aproteinkinase

蛋白激酶（proteinkinase）可以催化ATP（在某些情况下是GTP）上γ-磷酸转移到多肽链的氨基酸侧链上。

adaptorprotein

在描述信号通路时，有几种氨基酸顺序在不同的蛋白中重复出现，如Src。

这些顺序参与许多种蛋白质的紧密折叠域的形成，其中也包括很多与信号通路无关的蛋白。

这些结构域是蛋白与蛋白之间、蛋白与膜油脂之间互相作用的媒介。

这些称为衔接体蛋白（adaptorprotein）的结构域命名一般来源于它们首先被识别出来的蛋白质。

Proteinphosphatase

areenzymesthatremovephosphategroupsthathavebeenattachedtoaminoacidresiduesofproteinsbyproteinkinases.

Itshouldbenotedthatphosphateadditionandremovaldonotnecessarilycorrespondtoenzymeactivationorinhibition,andthatseveralenzymeshaveseparatephosphorylationsitesforactivatingorinhibitingfunctionalregulation.蛋白磷酸酶将磷酸基团从氨基酸侧链移除。

磷酸基团以两个负电荷结合到单个氨基酸上，从而改变其构成蛋白质分子的构象或者改变它与其他蛋白质分子之间的反应（包括底物和酶的反应）。

一个磷酸基