苏州大学细胞生物学复习资料.docx

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苏州大学细胞生物学复习资料

思考题：

1.质膜的概念、功能、化学组成

2.膜脂和膜蛋白的类型和特点

3.如何理解膜蛋白功能的多样性

4.流动镶嵌模型的要点，膜的主要特性及其意义

5.细胞表面的概念，包含哪些结构？

6.细胞连接的概念和分类特点

7.内膜系统的概念和意义

8.内质网的主要结构和功能

9.高尔基体的主要结构和功能

10.溶酶体的主要结构、功能，溶酶体膜的特点

11.线粒体的主要结构功能和半自主性特点

12.核糖体的主要结构功能和分类

思考题

1.细胞骨架的概念、类型和功能

2.微管的功能，动态微管和稳定微管

3.微管的结构单位和组装特点

4.微管组织中心

5.微丝的功能、结构单位、组装特点

6.中间纤维的特点、主要类型与功能

7.细胞核的概念、组成和功能

8.核膜、核纤层、核孔等结构的特点

9.染色质和染色体的概念、化学组成

10.组蛋白的类型和特点，非组蛋白的作用

11.核小体的结构要点

12.染色体的主要结构

13.ECM的概念、功能和主要类型

思考题：

1.被动运输的概念、分类特点

2.载体蛋白与通道蛋白的特点

3.门控通道的概念和分类

4.主动运输的特点和类型

5.钠钾泵的本质、作用和工作原理

6.协同运输的特点和类型

7.小肠上皮细胞吸收葡萄糖的机制

8.胞吞和胞吐作用的概念、分类和特点

9.蛋白质分选的概念，两类分选信号的特点

10.蛋白质合成和运输的途径

11.信号假说的要点（蛋白质进入内质网的机制）

12.膜泡运输的概念，三类转运小泡的特点

13.如何理解GC在细胞内运输中的枢纽作用

思考题：

1.细胞通讯、细胞识别和信号转导的概念

2.第一信使与第二信使的概念，第二信使的作用

3.受体的概念、作用和特征

4.膜表面受体按作用机理分为哪几类？

5.G蛋白耦联受体的概念和共同特征

6.G蛋白的概念、特点和作用机理

7.cAMP信号通路

8.PIP2信号通路

9.什么是受体酪氨酸激酶？

Ras途径的概况

10.细胞内受体的本质和特点

11.硝酸甘油治疗心绞痛的原理

12.信号转导复杂性的理解

思考题：

1细胞增殖的概念，细胞根据增殖状态的分类

2细胞周期的概念，间期的意义和各时相的特点

3有丝分裂各时期的主要特点

4减数分裂的概念、意义和特点

5MPF的本质、功能和活性调节

6MPF活性与早分裂期事件的关系

7不同时相的cyclin-CDK复合体的作用

8主要的检验点及其作用

9生长因子与细胞通过R点的关系

10Rb和P53在细胞周期调控中的作用

思考题：

1细胞分化的概念和实质

2管家基因和奢侈基因的概念

3如何理解发育过程中细胞的全能性

4细胞分化和决定的主要机制

5干细胞的概念、基本特性和分类

6ES细胞的主要来源和特征

7癌细胞的概念和主要特征

8接触抑制的概念

9原癌基因和抑癌基因的概念和意义

思考题：

1hayflick界限的概念

2体外培养细胞的寿命与哪些因素有关？

3细胞衰老的主要特征

4细胞衰老的主要机制

5细胞凋亡的概念及与坏死的区别

6细胞凋亡的形态学和生化特征，凋亡小体的形成

7caspase的概念、特点及在凋亡诱导中的作用

第一节：

细胞生物学的概念和研究内容

几乎所有的生物都是由细胞（cell）构成的。

细胞是生命体的结构和功能的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。

¿细胞生物学（cellbiology）是研究细胞的结构、功能及其生活史的的科学，由最初的细胞学（cytology）发展而来。

¿现代细胞生物学将对细胞的研究在细胞整体（显微）、亚细胞（超微）和分子水平三个层次上有机地结合起来。

¿细胞生物学是生命科学最活跃最有发展前景的分支学科。

从细胞角度研究生命的发生与分化、发育与生长、遗传与变异、疾病与健康、衰老与死亡等基本生物学规律。

细胞生物学主要研究内容：

细胞结构与功能、细胞重要生命活动：

细胞核、染色体及基因表达的研究

生物膜与细胞器的研究

细胞骨架体系的研究

细胞增殖及其调控

细胞分化及其调控

细胞的衰老与凋亡

细胞信号转导

细胞工程

细胞生物学研究的根本问题

Ø基因组在细胞内如何实现时间和空间上的有序表达？

Ø基因表达产物如何与其它细胞组分组装成有功能的结构体系或细胞器？

Ø基因表达产物及信号分子如何调节细胞的重要生命活动过

五大研究方向：

1.细胞周期调控

2.细胞凋亡

3.细胞衰老

4.细胞信号转导

5.DNA损伤与修复

第二节：

细胞生物学的发展简史

细胞生物学经历了四个主要发展阶段：

•1665-1830s，细胞发现，显微生物学。

•1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。

•1930s-1970s，电镜技术应用，Cytology发展为cellbiology。

•1970s~，分子细胞生物学时代。

二、细胞学说的建立

Establishmentofcelltheory

CellTheory是19世纪的重大发现之一，现代细胞学说包括三方面内容：

•细胞是多细胞生物的最小结构单位；

•多细胞生物的每一个细胞为一代谢活动单位，执行特定功能；

•新细胞来源于已存在细胞的分裂。

通常认为施莱登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了细胞学说，实际上是19世纪许多科学家共同努力的结果。

1838-39年Schwann和Schleiden在前人工作基础上提出：

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。

1855年德国人Virchow提出“一切细胞来源于细胞”（omniscellulaecellula）的著名论断，进一步完善了细胞学说。

•1830s后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。

•F.Dujardin（1835）将低等动物细胞中发现的粘稠物质称为“sarcode”；

•JE.Purkinje（1839）和vonMohl（1846）则分别将动植物细胞内的物质称作原生质“protoplasm”。

•MaxSchultze（1861）认为动植物细胞中的原生质具有同样的意义，提出了原生质理论：

细胞是由原生质组成的。

•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。

•19世纪下半叶是对细胞研究的繁荣时期，许多重要的细胞器和细胞活动现象被发现，被称为细胞学的经典时期。

三、电镜的发展和细胞生物学诞生

Developmentofelectronmicroscope&emergeofcellbiology

•1931年德国人E.Ruska首次发明透射电镜，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。

并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。

Cytology发展为CellBiology。

•也被称为实验细胞学阶段，细胞学分支得到发

四、分子细胞生物学时代

Theeraofmolecularcellbiology

•1953年，Watson和Crick揭示DNA分子双螺旋模型

•1958年Crick提出分子遗传的“中心法则”。

•1961-1964年Nirenberg等破译遗传密码。

•1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg实现DNA体外重组。

•一系列理论和技术的发展，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密，开始进入分子细胞生物学时代。

第二章

非细胞生命体

Ø病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体

根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：

DNA病毒与RNA病毒

病毒在细胞内增殖（复制）

Ø类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成

Ø朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成

原核细胞Prokaryoticcell

基本特点

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；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。

主要代表

支原体（mycoplast）

—已发现的最小最简单的细胞

细菌（bacteria）

蓝藻/蓝细菌（cyanobacteria）

真核细胞Eukaryoticcell

真核细胞的基本结构功能体系

Ø以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统

Ø以核酸（DNA或RNA）和蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统

Ø由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统

古细菌archaea/archaebacteria

既不同于原核细胞也不同于真核细胞，属于生命的第三种形式。

在进化上与真核细胞有共同历程。

原核细胞和真核细胞结构的比较

特征

原核细胞

真核细胞

遗传信息量

少

多

DNA分子结构

环状

线状

细胞膜

有（多功能性）

有

核膜

无（有无核膜的拟核）

有

染色体

有一个环状DNA分子构成的单个染色体，DNA不与或很少与蛋白质结合

2个染色体以上，染色体由线状DNA与组蛋白组成

核仁

无（拟核）

有

线粒体

无

有

内质网（ER）

无

有

高尔基体（GC）

无

有

溶酶体

无

有

核糖体

70S（包括50S与30S的大小亚基）

80S（包括60S与40S的大小亚基）

光合作用结构

蓝藻含有叶绿素a的膜层结构，细菌具有菌色素

植物叶绿体具有叶绿素a与b

核外DNA

细菌具有裸露的质粒DNA

线粒体DNA、叶绿体DNA

细胞壁

主要成分是肽聚糖——氨基酸与核糖，支原体没细胞壁

动物细胞无细胞壁，植物细胞的细胞壁主要成分是纤维素与果胶

转录与翻译的联系

同时进行

核内转录，细胞质中翻译，有严格的阶级性和区域性

细胞骨架

无

有

细胞增殖（分裂）方式

无丝分裂（直接分裂，如二分裂）

以有丝分裂（间接分裂）为主

二、细胞的基本共性

Fundamentalpropertiesofcells

Ø结构上的复杂性和组织性：

•由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜，即细胞膜；

•含有两种核酸DNA和RNA，作为遗传信息复制与转录的载体；

•作为蛋白质合成机器的核糖体，存在于一切细胞内；

Ø功能上的自主、协调和有序：

•通过细胞分裂实现细胞的增殖；

•代谢过程需要和利用能量；

•合成蛋白质；

•对内外环境刺激的应答；

•自我调控……

细胞作为生物体最基本的结构和功能单位，必须具备三个基本条件：

1）具有一套遗传信息的储存、复制和转录系统；

2）具有一层细胞膜，通过细胞膜与周围环境相对隔离并可进行物质、能量交换和信息传递；

3）具有一套完整的代谢机构（包括蛋白质合成和转运系统，细胞增殖系统等），以维持基本生命活动。

三、细胞的分子基础

Molecularbasisofcells

Ø构成细胞的基本元素有：

O、C、H、N、Na、K、Ca、P、Mg等，其中O、C、H、N四种元素占90%以上。

Ø细胞的组分包括无机小分子、有机小分子和生物大分子。

v细胞的无机物主要有水和无机盐。

▪水是细胞生命活动的物质基础，约占细胞重量的75-80％，其中游离水约95％，其余为结合水。

▪无机盐的含量约为1％，主要以离子形式存在。

v细胞的有机小分子游离于细胞质，是细胞代谢的中间产物和构成生物大分子的原料。

包括：

单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸

▪单糖是构成多糖的基本单位，重要的戊糖——核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分，重要的己糖——葡萄糖是能源物质

▪脂肪酸是合成脂肪的原料，其重要功能是构成细胞膜

▪氨基酸是构成蛋白质的基本单位，20种

▪核苷酸是组成核酸的基本单位

v细胞的大分子有机物主要有蛋白质、核酸、脂类和糖，约占细胞干重的90%以上。

Ø一个细胞中约有104种蛋白质，分子总数达1011。

Ø蛋白质不仅是细胞的结构成分，也是细胞功能的实现者。

生化反应的催化剂——酶是蛋白质。

Ø核酸包括DNA和RNA。

▪DNA是遗传信息复制、传递和基因转录的模板。

▪基因是编码蛋白质多肽链或RNA的DNA序列。

▪生物体全部基因序列及其间隔称为基因组genome.

▪原核生物的基因组大小约600Kb-9.5Mb，真核生物的约为3Mb-140000Mb。

▪一个能够独立生存的细胞需要约500个基因。

▪RNA参与蛋白质的合成，主要类型有：

mRNA、tRNA、rRNA。

Ø细胞中的糖类既有单糖，也有多糖。

多糖包括：

▪营养储备多糖，如淀粉、糖原；

▪结构多糖，如纤维素、几丁质。

Ø脂类包括：

脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、鞘磷脂、糖脂、类胡萝卜素等。

脂类参与组成细胞膜和细胞通信，也是重要的能量储备物质。

第三章

第一节、细胞膜和细胞表面

细胞膜（cellmembrane）也称为质膜（plasmamembrane）：

是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，基本作用是保持细胞内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。

真核细胞内还存在丰富的膜性结构（内膜），质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。

生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。

•质膜的功能

•质膜的化学组成

•质膜的结构和特性

•细胞表面的分化

一、质膜的功能

Functionofplasmamembrane

Ø为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；

Ø选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与产物排出；

Ø提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；

Ø为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效有序地进行；

Ø介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；

Ø参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

二、质膜的化学组成

Chemicalcompositionofplasmamembrane

•质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。

•膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。

•不同类型细胞的质膜和内膜中，脂类和蛋白质比例有较大差异。

动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。

膜脂（membranelipid）

膜脂是生物膜的基本组成成分，约占质膜的50%，主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。

所有的膜脂都具有双亲媒性，即有一个亲水末端（极性端）和一个疏水末端（非极性端）。

这种性质使生物膜具有屏障作用。

磷脂（phospholipid）是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。

磷脂分子的主要特征是：

具有一个亲水的极性头和两个疏水的非极性尾（脂肪酸链）

胆固醇（cholesterol）

存在于真核细胞膜中。

动物细胞膜胆固醇含量较高，有的占膜脂的50%，大多数植物细胞和细菌质膜中没有胆固醇

分子较其他膜脂小，双亲媒性也较低。

亲水头部朝向膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央

膜脂功能的多样性

脂质体（liposome）

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趋势而制备的人工膜。

人工脂质体可用于：

转基因载体；

药物或酶等的载体；

研究生物膜的特性

膜蛋白（membraneprotein）

•生物膜的特定功能主要是由膜蛋白决定的。

功能越复杂的膜，其上的蛋白质种类越多。

核基因组编码的蛋白质中30%左右为膜蛋白。

•根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：

–整合蛋白（integralprotein）

–外周蛋白（peripheralprotein）

–脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）。

整合蛋白（integralprotein）：

部分或全部镶嵌在脂双层中或两端露于膜两侧，以共价键与膜脂相互作用。

内在蛋白（intrinsicprotein），

跨膜蛋白（transmembraneprotein），

镶嵌蛋白（mosaicprotein

外周蛋白（peripheralprotein）：

完全外露在脂双层的内外两侧，主要是通过非共价键附着在脂的极性头部，或整合蛋白亲水区的一侧,间接与膜结合。

脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）：

通过共价键的方式同脂分子结合，位于脂双层的外侧。

蛋白质与脂的结合有两种方式：

直接结合于脂双分子层，或通过一个糖分子间接同脂结合。

膜蛋白功能的多样性

运输蛋白：

如Na＋泵，主动将Na+泵出细胞，K+泵入细胞；

连接蛋白：

如整合素，将细胞内肌动蛋白与细胞外基质蛋白相连；

受体蛋白：

如血小板生长因子（PDGF）受体，同细胞外的PDGF结合、在细胞质内产生信号，引起细胞的生长与分裂；

酶：

如腺苷酸环化酶，在细胞外信号作用下，导致细胞内cAMP产生。

膜糖在细胞的生命活动中具有重要作用，它们可以提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性，帮助膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型。

同时膜糖也参与细胞的信号识别、细胞的粘着。

如同某些糖脂一样，膜蛋白中的糖基是细菌和病毒感染时的识别和结合位点。

另外，糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位。

去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。

离子型去垢剂（SDS）和非离子型去垢剂（TritonX-100）

去垢剂（detergent）

——分离和研究膜整合蛋白的常用工具

去垢剂为一端亲水另一端疏水的两性小分子

Ø离子型去垢剂——SDS：

对蛋白质作用剧烈；

Ø非离子型去垢剂——TritonX-100：

对蛋白质作用温和

膜糖（MembraneCarbohydrates）

与膜脂或膜蛋白共价结合，位于质膜外表面。

提高膜的稳定性，增强膜蛋白对ECM中蛋白酶的抗性；

帮助膜蛋白的正确折叠和定位；

参与细胞的信号识别和细胞粘着……

三、质膜的分子结构和特性

Molecularstructure&characterofplasmamembrane

流动镶嵌模型Fluid-mosaicmodel

1）细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成；

2）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；

3）蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。

•这一模型强调了膜的流动性和不对称性，较好地体现细胞的功能特点。

也适用于原核细胞。

2.膜的不对称性（membraneasymmetry）

v细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂双层中各种成分在种类和数量的不均匀分布以及方向上的不对称。

v不对称性的意义：

膜分子分布的不对称性导致了膜内外表面功能的不对称性和方向性，是生物膜完成各项复杂生理功能的保证。

3.膜的流动性（membranefulidity）

•膜的流动性是指构成膜的脂和蛋白质分子的运动性。

•脂的流动是造成膜流动性的主要因素，很多因素影响膜脂的运动，如脂类组成、脂肪酸链长度和不饱和度、膜蛋白含量、温度和PH等。

•膜蛋白的运动：

由于相对分子质量较大，并受细胞骨架的影响，运动较慢。

•膜流动性的意义：

质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件，膜流动性的异常改变会造成细胞功能障碍。

四、细胞表面的分化

Specializationofcellsurface

•细胞表面是指细胞外被、质膜、质膜内面胞质溶胶、各种细胞连接和细胞膜的其他特化结构的统称。

是以质膜为核心的结构和功能体系。

•细胞表面的主要功能是维持细胞相对稳定的微环境，实现其物质交换，信息传递，细胞识别和免疫反应等活动。

细胞外被（cellcoat）

动物细胞表面的一层富含糖类物质的结构，称为细胞外被或糖萼（glycocalyx）。

是由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成的，实质上是质膜结构的一部分。

膜骨架（membraneskeleton）

膜骨架指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，包含微丝和微管，位于质膜内侧约0.2μm厚的溶胶层。

参与维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。

红细胞膜骨架

血影蛋白（spectrin）四聚体与短肌动蛋白（actin）纤维相连，形成血影蛋白网络。

并通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结，通过锚蛋白与带3蛋白相连。

血影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维（约13~15单体）相连，形成血影蛋白网络。

并通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结，通过锚蛋白与带3蛋白相连。

这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。

至于红细胞的双凹型可能还与肌球蛋白的作用有关。

质膜的特化结构（specializedstructuresofplasmamembrane）

质膜常带有许多特化的附属结构，如微绒毛、内褶、纤毛、鞭毛等。

是质膜与膜下结构（主要是细胞骨架系统）相互联系形成的，以完成特定的功能。

细胞连接（celljunction）

•相邻细胞膜接触区域特化形成的联结结构称为细胞连接（celljunction）。

可分为三大类

•封闭连接（occludingjunction）

•锚定连接（anchoringjunction）

•通讯连接（communicationjunction）。

1）封闭连接（occludingjunction）

通常也称紧密连接（tightjunction），或封闭小带（zonulaoccludens），存在于脊椎动物的上皮细胞间，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。

紧密连接的主要作用是封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入细胞内，从而保证了细胞内环境的相对稳定；消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮以及睾丸支持细胞之间都存在紧密连接。

锚定连接（anchoringjunction）

粘合带与粘合斑（合称粘着连接或中间连接）

粘合带（adhesionbelt）一般位于上皮细胞顶侧面的紧密连接下方。

在粘合带处相邻细胞间隙约15-20nm，质膜下方有与质膜平行排列的肌动蛋白束。

粘合斑（adhesionplaque）位于细胞与细胞外基质间，通过整合素把细胞中的肌动蛋白束和基质连接起来。

连接处的质膜呈盘状。

桥粒与半桥粒

桥粒（desmosome）：

表皮细胞间大量存在，相邻细胞间依赖质膜内侧的中间纤维锚定形成纽扣状结构，细胞间隙30nm。

3）通讯连接（communicationjunction）

缝隙连接（gapjunction）存在于大多数动物组织。

在连接处相邻细胞间有2-4nm的缝隙

在间隙与两层质膜中有大量直径8nm的柱状蛋白质颗粒，是构成间隙连接的基本单位，称连接子（connexon），由6个亚单位环绕而成，中间留有1.5nm的亲水性通道。

分子量小于1.5KD的信息分子可以通过该通道。

胞间连丝（plasmodesmata）是植物细胞特有的通讯连接。

是由穿过细