细胞生物学期末复习纲要总结

细胞生物学期末复习资料 2010/11第 1 页 共 17 页细胞生物学复习纲要本版整理由陆如星，邢祥军等同学提供，表示感谢1 细胞的基本共同点细胞的共同的基本点细胞膜：脂质双分子层和镶嵌蛋白构成核酸：所有细胞都具有两种核酸，即 DNA and RNA核糖体：蛋白质合成场所或曰机器增殖方式：一分为二的细胞分裂方式，遗传物质在分裂前复制加倍，分裂时均匀分配到两个子细胞中，是生命繁衍的基础与保证2 类病毒、朊病毒只有核酸且仅发现只是一种核酸（RNA） 类病毒（viroid） （烟草花叶病毒）只有蛋白质朊病毒(prion（疯牛病） （重新挑战生命科学的基础理论）3 DNA 病毒的增殖过程DNA 病毒 蛋白质壳体裂解 释放 DNA，进入胞核 翻译早期蛋白（关闭宿主基因调控；病毒特异性聚合酶） 以病毒 DNA 为模板复制新 DNA 转录 mRNA 与核糖体结合，翻译病毒结构蛋白 装配 释放4 原核细胞和真核细胞的区别真核细胞有膜系统的分化演变形成细胞核与细胞器。真核细胞与原核细胞遗传装置及基因表达方式比较（1）遗传信息的重复序列与染色体的多倍性（2）遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性与区域性（3）原核细胞的基因结构简单，真核细胞复杂真核细胞有比较复杂的骨架系统。特征 原核细胞 真核细胞细胞膜核膜染色体核仁线粒体内质网高尔基体溶酶体核糖体光合作用结构核外 DNA细胞壁细胞骨架有（多功能性）无由一个环状 DNA 分子构成的单个染色体， DNA 不与或很少与蛋白质结合无无无无无70S（包括 50S 与 30S 的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素 a 的膜层结构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒 DNA主要成分是氨基糖与壁酸有有2 个染色体以上，染色体由线状DNA 与蛋白质组成有有有有有80S（包括 60S 与 40S 的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素 a 和 b线粒体 DNA，叶绿体 DNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分是纤维素与果胶脱衣酶细胞生物学期末复习资料 2010/11第 2 页 共 17 页细胞增殖（分裂）方式 无无丝分裂（直接分裂）无以有丝分裂（间接分裂）为主5 为什么说支原体是最小的细胞（1）除了作为细胞必需的结构，没有其他结构复杂的装置了（2）依赖外源脂肪酸来合成膜的脂质（3）核糖体是唯一可见的细胞内结构从支原体的大小来看，他正好可容纳一个细胞的基本结构，推测不可能有更小的细胞了。.6 细菌细胞的核区和基因组特点（1）没有核膜,核区由一个环状 DNA 分子组成。（2）没有或只有极少的组蛋白与 DNA 结合。（3）DNA 复制与细胞分裂不同步，一个细胞内可以同时存在几个 DNA 分子，往往出现几个核区。（4）基因组是单复制子，双向复制。（5）DNA 复制、RNA 转录和蛋白质合成在时空上连续。7 植物细胞和动物细胞的区别（1）动物细胞所具有的溶酶体植物细胞具有其类似物：圆球体和糊粉粒（2）植物细胞具有动物细胞所不具有的细胞器：液泡、叶绿体和质体、细胞壁（3）相应细胞结构动植物细胞具有相似的结构和功能8 生物膜的概念细胞膜又称质膜，是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。细胞膜只是真核细胞生物膜的一部分，真核细胞的生物膜包括细胞内的膜系统（细胞器膜和核膜）和细胞膜。9 磷脂的主要特征（1）具有一个极性头部和两个非极性的尾部（心磷脂除外）（2）脂肪酸碳链碳原子为偶数,大多数由 16,18 或 20 个组成（3）不饱和脂肪酸多为顺式结构 10流动镶嵌模型的要点要点:细胞膜是流动的脂质双分子层中镶嵌的球形蛋白,并按二维排列方式所组成.流动的脂质双分子层构成细胞膜的连续主体,蛋白质分子则以不同方式和不同深度嵌入到磷脂双分子层中,形成外在膜蛋白和内在膜蛋白。强调膜的流动性和膜的不对称性。缺点:不能说明具有流动性的质膜在变化过程中如何保持膜的相对完整性和稳定性。11膜脂的四种运动方式膜脂的四种运动方式：（1）沿膜平面的侧向运动（2）脂分子围绕轴心的自旋运动（3）双层脂分子之间的翻转运动：发生频率还不到脂分子侧向交换频率的 1010。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高（磷脂转位因子） 。胆固醇的翻转也经常发生。翻转运动保证膜脂分子分布的不对称性。（4）脂分子尾部的摆动12膜蛋白的流动性主要有侧向移动和旋转运动两种运动方式。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直细胞生物学期末复习资料 2010/11第 3 页 共 17 页的轴进行旋转运动。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，有些细胞 90%的膜蛋白是自由运动的,有些细胞只有 30%自由流动,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。可用荧光标记技术和光脱色恢复技术检测膜蛋白的流动性。细胞骨架不但影响膜蛋白的运动,也影响周围膜脂的流动.膜蛋白与膜脂的相互作用也是影响膜流动性的重要因素。13影响细胞膜流动性的因素（1）胆固醇的影响（2）脂肪酸链的长短与不饱和度（3）环境温度（4）膜蛋白的影响（5）卵磷脂和鞘磷脂比值的影响14细胞膜的功能（1）物质屏障与渗透作用：为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;（2）参与转运过程：选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排除,其中伴随着能量的传递;（3）细胞识别：提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;（4）组织和定位：为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;（5）细胞连接：介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;（6）其他：质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。15小分子、大分子的运动方式物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。 小分子的运输方式：（1）被动运输 （2）主动运输大分子和颗粒物质的运输方式：胞吞作用与胞吐作用16膜转运蛋白（通道蛋白和载体蛋白）（1）通道蛋白通道蛋白介导的被动运输不需要与溶质分子结合，横跨膜形成充水通道，在特异信号调控下开启或关闭，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。通道蛋白的种类：1）水通道：通道蛋白的亲水基团位于小孔表面，小孔能持续开放，能使水和大小适宜的分子与带电荷的溶质经过小孔通过膜。2）门通道：具有闸门作用，不是持续开放，特定刺激下才打开。（2）载体蛋白通透酶性质载体蛋白能与所运输的物质特异性结合,通过自身构象变化运输该物质通过膜.1）只转运一种类型的分子或离子2）转运过程具有与酶类似的饱和动力学曲线3）具有竞争性及非竞争性抑制剂，对 pH 有依赖性与酶不同的地方：1）可以改变过程的平衡点2）对转运的分子不作任何共价修饰17通道蛋白的特征1）具有离子选择性驱动力：溶质的浓度梯度；跨膜电位差2）门控的电压门通道细胞生物学期末复习资料 2010/11第 4 页 共 17 页配体门通道压力激活通道3）各种门通道的开放关闭具有顺序性18钠-钾泵工作原理及功能Na+，K+ - ATP 酶由 , 两个亚基组成， 亚基有 ATP 酶活性，胞内 与 Na+结合ATP 酶活性被激活 水解 ATP 亚基上 Asp 被磷酸化 亚基构象改变 N a+ 泵出胞外 胞外 K+ 与 亚基另一点结合 亚基去磷酸化 亚基构象改变，K+ 进入胞内整个过程消耗 1 分子 ATP，泵出 3 个 Na+ ，泵入 2 个 K+ 。钠钾泵的功能:（1）维持细胞内低钠高钾的环境；（2）维持膜电位；（3）控制细胞体积，并为细胞主动转运葡萄糖和氨基酸创造条件19钙泵钙泵工作与 ATP 的水解相偶联，每消耗一个 ATP 分子转运出两个钙离子，钙泵主要存在于细胞膜与内质网膜上，将钙离子输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离钙离子。钙泵在肌质网内储存钙离子，对调节肌细胞的收缩与舒张至关重要。20P 型、V 型、H+ATP 酶植物细胞、真菌和细菌细胞膜上没有钠钾泵，只有质子泵，将质子泵出细胞，建立跨膜质子梯度。分为三种：P 型、V 型和 H+ATP 酶P 型：与钠钾泵和钙泵类似，转运质子中有磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞的细胞膜上；V 型：存在于动物细胞溶酶体膜上和植物细胞液泡膜上，从细胞质基质中将质子泵入细胞器，保持基质的中性和细胞器内的酸性；H+ATP 酶：存在与线粒体和植物类囊体膜及多数细菌质膜上，作用相反，让质子顺浓梯度走，将释放的能量与 ATP 合成偶联，如线粒体的氧化磷酸化和叶绿体的光合磷酸化。21静息电位，动作电位静息电位：在静息状态下的膜电位。其产生原因是由于质膜上有 K+渗漏通道， K+外流，产生内负外正的电位差。对 K+通透大于 Na +是产生静息电位的原因。静息电位使质膜内电位为负值，质膜外为正值，这种现象又称为极化。动作电位：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位。动作电位的产生过程。22受体介导的内吞作用胞吞作用分为受体介导的胞吞作用和非特异性胞吞作用。受体介导的胞吞作用是一种选择浓缩机制，可保证细胞大量摄入特定的大分子，同时避免吸入大量的液体。胞内体（endosome ）及其分选作用（1）大部分受体返回原来的质膜结构域（2）有些受体进入溶酶体被消化（3）有些受体被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运细胞生物学期末复习资料 2010/11第 5 页 共 17 页23细胞通讯的三种方式 （1）分泌化学信号进行通讯 内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触（2）接触性依赖的通讯:细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白（3）间隙连接实现代谢偶联或电偶联24受体受体：是位于细胞膜表面或细胞内具有特异识别和结合功能的蛋白质。受体的特性：（1）灵敏性：只要很低的信号分子浓度就能产生显著效应；（2）亲和性：以解离常数 Kd 表示；（3）特异性：同一类型的激动剂与同一类型的受体结合产生的效应相似；（4）饱和性：（5）可逆性：受体与信号分子结合后还可以解离25细胞内受体、细胞表面受体的三大家族细胞内受体：被亲脂信号分子激活细胞表面受体：被亲水信号分子激活细胞表面受体分属三大家族：(1)离子通道偶联的受体(2)G-蛋白偶联的受体(3)酶偶连的受体不同的细胞应答于同一种信号分子可能有不同的受体，同一细胞上不同的受体应答于不同的胞外信号可能产生相同的效应。26第二信使第二信使（second messenger）：胞外化学物质作用于细胞表面受体产生胞内第二信使，激发一系列生化反应，产生一定的生物学效应。cAMP、cGMP 、IP3 等都是第二信使。27细胞内信号传递的过程（1）细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白，构成细胞内受体超家族。（2）具有激素结合位点（C 端） 、Hsp90 结合位点（中部）及转录激活结构域（N 端） 。甾类激素介导的信号通路 两步反应阶段： 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用脂溶性信号分子与受体结合Hsp90 从 DNA 结合位点解离DNA 结合位点暴露，被激活通过核孔进入核受体与 DNA 结合结合基因是受体依赖的转录增强子目的基因大量表达（初步反应）胞质细胞生物学期末复习资料 2010/11第 6 页 共 17 页表达产物又去激活其他基因 （次级反应）28GABA 受体的工作原理GABA 是一种重要的抑制性神经递质，其受体可分为两种类型：GABAA 和GABAB，其中属于 GABAA 离子通道受体。配体和受体结合后不通过第二信使直接调控离子通道的开启与传递信息。GABA与突触后神经元的特异性 GABA 受体结合氯离子通道开放氯离子进入神经细胞的静息电位处于超极化状态突触后抑制 29什么叫调质调质：有些物质本身不直接激动受体产生效应，而对递质的效应起调节作用，这些物质称为调质。30cAMP 信号通路，磷脂酰肌醇信号通路(1)cAMP 信号通路 反应链：激素G-蛋白偶联受体 G- 蛋白腺苷酸环化酶 cAMP cAMP 依赖的蛋白激酶 A基因调控蛋白基因转录 组分及其分析 G-蛋白偶联受体 (激活型 Rs 和抑制型 Ri) 与 GDP 结合调节蛋白(活化型 Gs 和抑制型 Gi)效应酶腺苷酸环化酶 细菌毒素对 G 蛋白的修饰作用(2)磷脂酰肌醇信号通路“双信使系统”反应链：胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白IP3胞内 Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM) 细胞反应磷脂酶 C(PLC)DG激活 PKC蛋白磷酸化或促 Na+/H+交换使胞内 pH 反应的终止钙调蛋白（calmodulin, CaM)31脂质体的类型及应用(1)脂质体的类型：(a) 水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜；(2)脂质体的应用：（a）研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；（b）脂质体中裹入 DNA可用于基因转移；（c）在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体32内膜系统内膜系统: 真核细胞特有的,在结构、功能和发生上相互关联的膜性细胞器或膜性结构。包括内质网、高尔基体、溶酶体、多种液泡、过氧化物酶体等。33内质网的基本结构内质网的基本结构分为：扁囊、小泡和小管三种。扁囊状：常见的内质网结构，内质网膜形成腔，形状扁而长，常为细胞旺盛合成蛋白质的结构特征。小泡状：常单独存在， 是一种过渡型内质网，也出现在特殊生理状态的细胞及病变的细胞内。管状：呈分枝而细长的管，互相连通，交错成复杂的网状。细胞生物学期末复习资料 2010/11第 7 页 共 17 页内质网扁囊、小泡和小管连成一个连续的网状膜系统。34粗（光）面内质网的功能糙面内质网的功能（1）参与蛋白质的合成糙面内质网合成的蛋白包括：1）分泌蛋白 2）膜蛋白3）间隔区域化蛋白质：如溶酶体蛋白、内质网和高尔基体中固有的蛋白4）需要复杂修饰的蛋白质：如黏液中的糖蛋白。（2）参与蛋白质的糖基化作用糖基化：指单糖和寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程，分为 N-糖基化和O-糖基化。（3）参与新生肽链的折叠、组装（4）参与蛋白质的分选和运输光面内质网的功能（1）解毒作用（2）固醇类激素的合成与脂类代谢（3）糖原的合成与分解（4）光面内质网与肌肉收缩（5）其他功能1）与盐酸的分泌和渗透压有关2）参与胆汁的形成3）与血小板的形成和有丝分裂末期核被膜的形成有关35蛋白质合成的信号假说蛋白质 N-端的信号肽 信号识别颗粒信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白）等 现在认为，不管是分泌蛋白，还是非分泌蛋白，在合成开始时都在游离核糖体上。合成多肽的命运是由 mRNA 中的特异编码顺序决定的。主要内容：（1）编码分泌蛋白的 mRNA，在起始密码子 AUG 之后，紧跟着一组特定的信号密码子（约有 45-90、48-78 个核苷酸） ，由此编码一段多肽。（2）多肽链的开始合成在游离核糖体上，信号密码子转译信号肽（signal peptide ，疏水性 占优势） ，约有 15-30 个氨基酸（16-26 ） 。（3）在 RER 膜上有信号识别蛋白（signal recognition protein ，SRP ） ，可以释放到细胞质中去，识别正在合成信号肽的核糖体，并与之结合，合成暂停，引导核糖体与 ER 膜上的易位子结合，而 SRP 则与 SRP 受体（又称停泊蛋白，docking.P）结合，合成继续。 SRP 脱离释放返回基质重复利用。（4）信号肽与易位子作用并使 RER 形成隧道，合成的多肽链通过隧道进入内质网池。（5）信号肽已无用，被位于 RER 膜内表面的信号肽酶（ Signal peptidase）切掉。（6）多肽链继续生长，直至合成完毕。（7）最后在一种分离因子作用下，核糖体脱离开膜，隧道封闭。36驻留蛋白驻留蛋白：是在内质网腔中发挥作用的驻留蛋白和结构蛋白，如蛋白二硫键异构酶和分子伴侣等。37分泌蛋白排出胞外的途径（参与蛋白质的分选和运输）细胞生物学期末复习资料 2010/11第 8 页 共 17 页分泌蛋白内质网腔糖基化运输小泡与顺面高尔基体融合在高尔基体中进一步加工形成浓缩泡浓缩成分泌颗粒，与细胞膜融合排出细胞外38磷脂酰胆碱的合成过程脂酰 CoA+甘油磷酸 磷脂酸 二酰甘油 磷脂酰胆碱（细胞质侧） 内质网腔侧39高尔基体 4 个组成部分及它们的大体功能4 个组成部分：顺面网状结构、中间膜囊、反面网状结构和周围大小不等的囊泡。功能：（1）顺面网状结构1）接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质返回内质网：具有 KDEL（HDEL）信号序列的返回，如 Bip 蛋白、蛋白质二硫键异构酶2）蛋白质的 O-糖基化、跨膜蛋白在细胞质基质侧的酰基化、病毒的装配都发生在此（2）中间膜囊多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成。扁平膜囊的特殊形态使其具有很大的膜面积，大大增加了进行糖的合成与修饰的有效面积 （3）反面网状结构1）pH 比高尔基体其他部位低，标志酶 CMP 阳性2）参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体运输，在蛋白质与脂类的转运过程中起“瓣膜”作用，保证单向转运 3）某些“晚期蛋白” 的修饰发生在此，如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）（4）周围大小不等的囊泡1）顺面囊泡较小，为物质运输小泡，负责内质网与高尔基体间的运输（双向） ；2）反面体积较大的为分泌泡或分泌颗粒，将物质运送到细胞特定部位（单向） 。40高尔基体的功能蛋白质的分选与运输；蛋白质的修饰与加工；参与细胞的分泌活动41信号序列、信号斑信号序列：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常含 15-30 个 AA，有些序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除。信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的序列可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选信号。42膜泡运输的三种方式（1）网格蛋白包被小泡 （2）COPII 包被小泡 （3）COPI 包被小泡 43什么叫溶酶体溶酶体：几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕、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的消化作用,分解各种内源性和外源性物质。44溶酶体膜的特点（1）嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；（2）具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；（3）膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。磷酸酶 胆碱磷酸转移酶CDP-胆碱翻转酶细胞生物学期末复习资料 2010/11第 9 页 共 17 页45溶酶体的分类初级溶酶体：只含水解酶没有作用底物，尚未开始消化。 次级溶酶体：初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡融合形成的复合物 （1）自噬溶酶体（2）异噬溶酶体残余小体，又称后溶酶体：次级溶酶体经过一段时间的消化后，小分子物质通过膜上载体蛋白转运的细胞质基质中，供细胞代谢使用，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余小体，通过胞吐作用排除。 46溶酶体的功能.（1）清洁作用（2）防御作用（3）消化营养作用（4）自溶作用（5）参与激素合成与分泌的调节过程（6）溶酶体的其他特殊功能精子的顶体是一个大的特华的溶酶体；骨发生和骨再生过程中，溶酶体释放到细胞外，分解消除陈旧的骨基质，对骨质的更新起重要作用。47溶酶体的形成过程溶酶体酶的合成及 N-连接的糖基化修饰（ RER） 高尔基体 cis 膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 磷酸葡萄糖苷酶M6P 磷酸化识别信号：信号区高尔基体 trans-膜囊和 TGN 膜（M6P 受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体48线粒体的超微结构线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。包括：外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔 。49线粒体的半自主性mtDNA 的复制、转录、翻译等活动虽具有一定的自主性和独立性，但却无一不依赖于核 DNA 的协同作用，受核遗传系统的影响和控制。线粒体合成的蛋白质约占线粒体全部蛋白质的 10%，多数靠核基因编码。线粒体有自己的 DNA 和蛋白质合成体系，有一定的自主性和独立性，但自主性有限，绝大部分蛋白质依赖于核基因编码，转录和翻译过程依赖核基因，自我繁殖及一系列功能活动受核基因和自身基因组两套遗传系统的控制，是一个半自主性细胞器。50线粒体的呼吸链（四个复合物）概念：有序排列在线粒体的内膜，能可逆的接受和释放电子或 H+的酶体系称为电子传递链或呼吸链。复合物NADH 脱氢酶，以二聚体形式存在，作用是催化 NADH 的 2 个电子传递至辅酶 Q，同细胞生物学期末复习资料 2010/11第 10 页 共 17 页时将 4 个质子由线粒体基质（M 侧）转移至膜间隙（C 侧） 。电子传递的方向为：NADHFMNFe-SQ复合物琥珀酸脱