细胞生物学考试重点部分.ppt

1 第四章细胞质膜 2 本章小结 细胞膜与其他生物膜一样都是由膜脂与膜蛋白构成的 膜脂主要包括磷脂 鞘脂和胆固醇 磷脂是构成膜的主要成分 主要包括磷脂酰胆碱 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇等 鞘脂是鞘氨醇的衍生物 主要包括神经酰胺 脑苷脂和神经节苷脂等 膜蛋白可分为内在蛋白 外在蛋白和脂锚定蛋白3大类 3 内在蛋白可以 单次或多次螺旋 折叠片或形成大复合物的方式与膜脂结合 外在蛋白靠离子键或其他弱键与膜内在蛋白或膜脂结合 脂锚定蛋白通过与之共价相连的脂肪酸 质膜内侧 或糖基磷脂酰肌醇 质膜外侧 锚定在质膜上 膜的流动性与膜的不对称性是生物膜的最基本特性 4 膜的流动性表现 膜脂分子具有侧向扩散 旋转运动 弯曲运动与翻转运动 膜蛋白具有侧向扩散和旋转运动 但不具备翻转运动 膜的不对称性表现 膜脂分布的不对称性 质膜外小页SM PC多 质膜内小页PS PE多 膜蛋白的不对称性 糖蛋白全部分布于质膜外小页面 5 各种不同的膜蛋白与膜脂分子的协同作用不仅为细胞的生命活动提供了稳定的内环境 而且还行驶着物质转运 信号传递 细胞识别等多种复杂的功能 胞膜窖是近年来发现的新的细胞质膜结构 可能是窖蛋白与脂筏结合形成的一种特殊结构 在细胞的胞饮 蛋白质分选 胆固醇的发生 信号转导 肿瘤的发生中具有重要作用 膜骨架是细胞质膜与膜内的细胞骨架纤维形成的复合结构 它参与维持细胞的形态 并协助细胞质膜完成多种的生理功能 6 难点与重点 膜脂与膜蛋白的主要类型不同膜蛋白与膜脂的结合方式膜脂与膜蛋白的运动方式膜的流动性与不对称性特征细胞质膜的基本功能红细胞膜骨架的基本结构 7 第十五章细胞社会的联系 细胞连接 细胞黏着和细胞外基质 8 本章小结 多细胞生物中 细胞不是独立存在的 细胞与其他细胞以及与细胞外基质间相互作用 相互制约 相互依存 对细胞的存活 发育 迁移 增殖 形态以及基因的差异表达产生重要的调控作用 细胞连接主要有3种类型 封闭连接 锚定连接和通讯连接 封闭连接以紧密连接为代表 主要由相邻细胞质膜的封闭蛋白 occludin 和claudin紧紧靠在一起 形成封闭的嵴线 可形成渗透屏障 阻止溶液中的分子通过细胞间隙 并限制膜蛋白和膜脂分子扩散 维持上皮细胞的极性 9 锚定连接包括与中间纤维相关的桥粒 半桥粒和与肌动蛋白丝相关的黏合带 黏合斑 桥粒和黏合带介导细胞间的连接 而半桥粒和黏合斑介导细胞与细胞外基质的连接 锚定连接通过细胞骨架 中间纤维和微丝 将细胞与细胞 细胞与细胞外基质联系在一起 增强了组织的抗机械力 通讯连接包括 间隙连接 化学突触 胞间连丝 间隙连接由相邻细胞膜上的两个连接子相对构成 在细胞间代谢耦联和电耦联中发挥作用 化学突触通过释放神经递质来传导神经冲动 胞间连丝是高等植物细胞间物质与信息交流的通道 10 细胞表面的黏着分子有4大类 钙黏蛋白 选择素 免疫蛋白超家族 IgSF 及整联蛋白 除免疫蛋白超家族外 其余黏着分子介导细胞间或细胞与细胞外基质间的黏着都是Ca2 依赖性的 钙黏蛋白是一种同亲型结合 Ca2 依赖的细胞黏着糖蛋白 对胚胎发育中的细胞识别 迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用 选择素是一类异亲型结合 Ca2 依赖的细胞黏着分子 主要参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与黏着 帮助白细胞从血液进入炎症部位 11 免疫蛋白超家族是分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的细胞黏着分子超家族 既可介导同亲型细胞黏着 又可介导异亲型细胞黏着 大多数IgSF介导淋巴细胞与需要进行免疫反应的细胞 如巨噬细胞 淋巴细胞 间的黏着反应 整联蛋白普遍存在于脊椎动物细胞表面 属于异亲型结合 Ca2 或Mg2 依赖性的细胞黏着分子 介导细胞与细胞之间或细胞与胞外基质间的黏着 同时整联蛋白还参与信号传递 调节细胞增殖 生长 生存 凋亡等重要生命活动 12 动物细胞胞外基质成分主要有3种类型 结构蛋白 包括胶原蛋白与弹性蛋白 分别赋予胞外基质强度和韧性 糖胺聚糖与蛋白聚糖 赋予胞外基质抗压的能力 粘连糖蛋白 包括纤连蛋白和层连蛋白 有助于细胞粘连到胞外基质上 胶原是胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白 其基本结构单位为原胶原 是由三条多肽链盘绕成的三股螺旋结构 肽链的一级结构具有 Gly X Y n重复单位 X常为脯氨酸 Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分 是高度疏水的非糖基化蛋白 没有Gly X Y序列 13 糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的不分支的长链多糖 构成糖胺聚糖的二糖单位有透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 肝素和硫酸角质素等 蛋白聚糖是由糖胺聚糖 除透明质酸外 与核心蛋白共价连接形成的大分子 纤连蛋白 FN 由两条相似肽链在C端由两个二硫键交联形成的V形二聚体 每条肽链上有与胶原 血纤蛋白以及同细胞表面整联蛋白结合的RGD序列等结合位点 层粘连蛋白 LN 是由一条重链和两条轻链通过二硫键连接形成的十字形结构 含一条长臂及三条相似的短臂 具有同IV型胶原 肝素和细胞表面整联蛋白结合的结构域 14 粘连糖蛋白通过分子上的RGD序列将细胞外基质与细胞膜表面整联蛋白结合在一起 使得细胞外基质不仅提供细胞外的网架赋予组织以抗压和抗张力的机械性能 而且还与细胞的增殖 分化和凋亡等重要生命活动有关 细胞外被是指细胞表面质膜的糖膜或糖蛋白形成的包被 起保护细胞和细胞识别的作用 细胞壁是植物细胞的胞外基质 主要成分是纤维素 半纤维素 果胶质 木质素等 植物细胞依次形成中胶层 初生细胞壁和次生细胞壁 15 重点与难点 细胞连接的类型 结构与功能细胞黏着分子的类型及其特性胞外基质的主要成分 分子结构及其生物学功能 16 第五章物质的跨膜运输 17 本章小结 细胞质膜具有选择通透性 是细胞与细胞外环境之间物质运输的屏障 广义的细胞物质运输包括跨膜运输 胞内运输与转细胞运输 几乎所有小的有机分子和带电荷的无机离子的跨膜运输都需要膜运输蛋白 膜转运蛋白包括 载体蛋白 通道蛋白以及微生物分泌的离子载体 载体蛋白是多次跨膜的整合蛋白 每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合 通过构象改变介导溶质分子的被动或主动跨膜运转 18 通道蛋白形成跨膜的亲水性通道 介导溶质的被动跨膜运输 可分为离子通道与水通道 根据应答信号的不同 离子通道可分为 电压门通道 配体门通道和压力激活通道 离子通道具有3个显著特征 具有离子选择性 不与转运离子结合 转运速率高且无饱和性 非连续性开放而是门控的 水通道是细胞膜上四个相同水通道蛋白亚基构成的四聚体 每个亚基为6次跨膜蛋白 特异性被动转运水 19 离子载体大多是微生物合成的小的疏水分子 溶于膜的脂双层中 能保护带电离子被动通过脂双层 可分为通道形成离子载体 短杆菌肽 和可动离子载体 缬氨霉素 物质的跨膜运输分为被动运输与主动运输 载体蛋白既有介导被动运输的载体又有介导主动运输的载体 而通道蛋白只介导被动运输 被动运输是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运输 协助扩散需载体蛋白参与 具有运输物质的选择性和转运饱和性 比简单扩散高几个数量级 20 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浓度高的一侧进行跨膜转运的方式 主动运输需要与某种释放能量的过程相耦联 主动运输可分为ATP直接提供能量 ATP驱动泵 ATP间接提供能量 协同运输 和光能驱动3种类型 ATP直接提供能量的主动运输可分为4类 P 型离子泵 V 型离子泵 F 型离子泵和ABC超家族 前3种只转运离子 后一种主要转运小分子 21 P 型离子泵包括 Na K 泵 Ca2 泵 P 型H 泵等 在转运离子过程中 P 型离子泵发生磷酸化与去磷酸化引起构象改变 实现离子跨膜转运 Na K 泵每个循环消耗1个ATP泵出3个Na 泵入2个K 动物细胞借助Na K 泵维持细胞渗透平衡 同时利用胞外高浓度的Na 所储存的能量 通过协同运输从胞外摄取营养 植物细胞 真菌和细菌质膜上没有Na K 泵而具有P 型H 泵 将H 泵出细胞 建立跨膜H 的电化学势 驱动细胞的协同运输 Ca2 泵每消耗1分子ATP泵出2个Ca2 Ca2 泵将Ca2 泵出细胞或泵入细胞内钙库 内质网 线粒体等 维持细胞内低浓度的Ca2 22 V 型离子泵 F 型离子泵结构相似但功能不同 V 型离子泵分布于动物细胞胞内体 溶酶体和植物细胞液泡膜上等 是利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H 电化学梯度泵出H 进入细胞器 以维持基质pH中性和细胞器内pH酸性 F 型离子泵又称为H ATP合酶 分布于细菌质膜 线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上 利用H 顺浓度梯度运动所释放的能量合成ATP ABC超家族由2个跨膜结构域 T 和2个胞质侧ATP结合域 A 构成 T结构域形成运输分子的跨膜通道 正常生理条件下 ABC蛋白是细菌质膜上糖 氨基酸 磷脂和肽的转运蛋白 是哺乳类细胞亲脂性药物 胆固醇和其他小分子的转运蛋白 23 协同转运是一类由Na K 泵 或H 泵 与载体蛋白协同作用 靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式 可分为同向转运和反向转运 真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输 又称为批量运输 胞吞作用又可分为胞饮作用和吞噬作用 胞饮作用是所有真核细胞都具有的一个连续发生的过程 摄入溶液和分子 胞饮泡的形成多为受体介导的过程 需要网格蛋白 结合素蛋白等参与 吞噬作用是某些特化的细胞具有的信号触发过程 摄入大的颗粒性物质 需要微丝及其结合蛋白的帮助 24 胞吐作用是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程 可分为组成型胞吐途径和调节型胞吐途径 组成型胞吐是所有真核细胞都有的胞吐 其缺省途径是 粗面内质网 高尔基体 分泌泡 细胞表面 调节型胞吐是特化的分泌细胞受到信号刺激是 储存于细胞内的分泌泡与质膜融合释放内含物的途径 胞吞作用与胞吐作用均涉及膜的融合 需要细胞提供为此提供能量 因此属于主动运输 胞吞作用与胞吐作用的动态过程对质膜更新 膜流 和维持细胞的生存与生长是必要的 25 难点与重点 膜转运蛋白的类型和功能被动运输的主要类型和各自特点主动运输的3种主要类型ATP驱动泵的类型及其作用机制协同运输的两种主要类型胞饮作用与吞噬作用的联系与区别组成型胞吐与调节型胞吞的联系与区别 26 第六章线粒体 27 本章小结 线粒体和叶绿体都具有双层膜结构 都具有内外膜 膜间隙和基质 外膜含有通透性高的孔蛋白 内膜通透性低 线粒体向内折叠形成嵴 叶绿体内膜并不向内折叠成嵴 但具有膜结构的类囊体 线粒体是氧化代谢的中心 糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体基质 经TCA生成CO2 NADH或FADH2 电子进入呼吸链进行氧化磷酸化 最后生成ATP和水 线粒体内膜上分布有由黄素蛋白 细胞色素 泛醌 铁硫蛋白和铜原子组成的4种电子传递复合物 I II III IV 由复合物I III IV组成NADH 主 呼吸链 由复合物II III IV组成FADH2 次 呼吸链 28 来自NADH和FADH2的电子经呼吸链传递到O2 在此过程中释放的能量将线粒体基质中的H 转移到膜间隙 以此建立H 动力势 H 在沿ATP合酶跨膜回流时 驱动ATP合酶合成ATP ATP合酶由F1头部和F0基部两部分构成 F1头部含有催化位点 F0基部形成一个H 通道 H 由此通道从膜间隙转运到基质时 驱动F0基部旋转 继而带动与其相连 亚基的旋转 引发ATP合酶F1催化位点的构象改变 从而驱动ATP的生成 29 线粒体和叶绿体都为半自主性细胞器 在基质中含有环状DNA RNA 核糖体等 可合成自身编码的蛋白质 但构成线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质都是由核DNA编码并在细胞质基质中合成后通过跨膜转运进入到特定的部位上 这些蛋白质的转运需要其N端特异性的导肽发挥作用 线粒体和叶绿体的增殖主要是通过分裂进行的 成熟的线粒体可以进行分裂 但成熟的叶绿体不能分裂 有关线粒体和叶绿体的起源主要有内共生学说和非内共生学说 30 第七章真核细胞内膜结构蛋白质分选与膜泡运输 31 本章小结 细胞内膜系统指结构 功能乃至生物发生上相互关联 由膜包被的细胞器或细胞结构 主要包括内质网 高尔基体 溶酶体 过氧化物体 分泌泡和胞内体等 内质网可分为rER和sER两大类 rER的主要功能包括合成分泌性蛋白 膜蛋白及细胞器留驻蛋白 蛋白质的修饰加工 主要为N 糖基化 和多肽链的折叠 sER的主要功能是合成脂类 并具有解毒等功能 高尔基体是一个极性细胞器 由高尔基体顺面网状结构 CGN 顺面膜囊 中间膜囊 反面膜囊 反面网状结构 TGN 5部分组成 是蛋白质加工 主要发生O 连接的糖基化 分选 包装与运输的中心 在膜流中起枢纽的作用 32 溶酶体中含有多种酸性水解酶 主要的功能是进行细胞内的消化作用 溶酶体的发生是蛋白质分选的典型代表 其分选信号是M6P 是在信号斑指导下发生的特异位点的磷酸化 通过高尔基体网格蛋白有被小泡分选入特定的分泌泡 过氧化物体是一种异质性的细胞器 其发生是通过已有过氧化物体的分裂形成的 蛋白质分选主要分为三条途径 共翻译转运 共翻译插入和翻译后转运 从细胞内合成的蛋白质运输方式看 蛋白质可分为四类 跨膜转运 膜泡运输 选择性门控转运和细胞质基质中的留驻蛋白的转运 蛋白质一级结构上的信号肽及停止转移序列决定不同蛋白质通过不同途径分选入特定的细胞器或细胞位置 执行各自功能 信号假说 33 膜泡运输是细胞内分泌蛋白分泌 胞吐 和细胞摄取物质的重要途径 膜泡运输中有三种有被小泡参与 COPII COPI和网格蛋白有被小泡 COPII有被小泡负责rER Gol的正向运输 COPI有被小泡负责Gol rER的反向运输 网格蛋白有被小泡负责高尔基体TGN向质膜 胞内体 溶酶体的出芽及细胞的内吞作用 运输小泡的形成 转运及与靶膜的融合是一个特异性的过程 由运输泡上的v SNARE和靶膜上的t SNARE间特异性识别负责 Rab蛋白在此过程中起辅助作用 34 本章重点及难点 认识内质网 高尔基体的功能 溶酶体的的生物发生过程 信号肽假说 蛋白质分选的基本途径及类型 COPII COPI及网格蛋白有被小泡形成的机理 小泡的定向运输和融合机理 35 第八章细胞信号转导 36 本章小结 细胞通讯是多细胞生物细胞间或细胞内通过高度精确和高度有效的接受信息的通讯机制并通过放大作用引起快速的细胞生理反应 细胞通讯可概括为3种方式 膜结合分子的信号传递 通过通讯连接 间隙连接和胞间连丝 的细胞通讯 通过分泌信号分子的细胞通讯 这是多细胞生物普通采用的通讯方式 37 通过分泌信号分子的细胞通讯依据分泌细胞与靶细胞的距离分为4种 自分泌 旁分泌 内分泌和通过化学突触传递神经信号 其中内分泌是大多数分泌信号分作的作用方式 信号分子主要分为三类 亲脂性分子 亲水性分子 气体信号分子 38 信号分子的受体分两类 细胞内受体 细胞表面受体 细胞内受体与亲脂性分子结合 细胞表面受体与亲水性分子结合 细胞内受体主要含3个功能结构域 位于C端的配体结合位点 位于中部与DNA结合的结构域 位于N端的激活基因转录结构域 正常情况下 胞内受体与抑制蛋白复合物结合处于无活性状态 激素与受体结合成复合物后 引起抑制复合物解离 受体结合DNA的部位暴露出来 受体由此被激活 39 细胞表面受体主要分为三大家族 离子通道耦联受体 G蛋白耦联受体 酶连受体 这些受体都具有配体结合结构域和产生效应的结构域 分别具有结合特异性和效应特异性 细胞表面受体的活化依赖于配体的结合 通过效应器蛋白的活化导致产生胞内第二信使 目前公认的第二信使主要包括cAMP cGMP Ca2 DAG IP3等 cAMP活化PKA cGMP活化PKG Ca2 通过与CaM结合引起蛋白质磷酸化 DAG活化PKC IP3作用于细胞内钙库引起内源性Ca2 浓度升高 40 在细胞信号转导中 除受体和第二信使外 还有两类蛋白起分子开关作用 一类是GTPase开关蛋白 包括三聚体G蛋白和单体G蛋白 其活性受GEF GAP和GDI的调节 另一类是通过蛋白激酶和蛋白磷酸酶调节蛋白质的磷酸化与去磷酸化 NO作为气体信号分子 具脂溶性 可快速扩散透过细胞膜 改变鸟苷酸环化酶的构象 使cGMP合成增多 激活PKG 引起平滑肌舒张 血管扩张 41 离子通道耦联受体是多亚基组成的受体 离子通道复合体 属配体门离子通道 配体与受体结合引起离子通道的开启或关闭 受体本身既有信号结合位点 又是离子通道 其跨膜信号转导无需中间步骤 G蛋白耦联受体是细胞膜表面单条多肽经7次跨膜形成的受体 该信号通路中配体与受体结合后引起靶蛋白反应需要通过三聚体G蛋白 根据第二信使不同分为cAMP信号通路和磷酯酰肌醇信号通路 42 cAMP信号通路的反应链为 激素 G蛋白耦联受体 G蛋白 腺苷酸环化酶 cAMP PKA 基因调控蛋白 基因转录 磷酯酰肌醇信号通路也称双信使通路 反应链为 激素 G蛋白耦联受体 Gq蛋白 PLC 催化PIP2水解为IP3和DAG IP3引起Ca2 升高 Ca2 与CaM结合引起蛋白质磷酸化 DAG活化PKC 引起蛋白质磷酸化 从而引起细胞反应 43 受体酪氨酸蛋白激酶 RTK 是细胞表面一大类重要的酶连受体 配体与受体结合 导致受体二聚化 激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性 引起一系列磷酸化级联反应 终致细胞生理和 或基因表达的改变 RTK Ras信号通路是这类受体所介导的重要信号通路 其基本途径是 配体 受体 接头蛋白 GEF Ras Raf MAPKKK MAPKK MAPK 进入细胞核 其他激酶或基因调控蛋白的磷酸化修饰 44 酶连受体均为单次跨膜蛋白 除受体酪氨酸蛋白激酶外 还包括受体丝氨酸 苏氨酸激酶 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶和酪氨酸蛋白激酶联系的受体等几种类型 信号转导途径与受体酪氨酸蛋白激酶的信号转导途径相似 均涉及受体的二聚化和受体磷酸化激活 进而引起的底物蛋白发生磷酸化 去磷酸化 鸟苷酸环化等 引起细胞反应 45 细胞因子受体是细胞表面一类酪氨酸蛋白激酶联系的受体 这类受体的活化激活Jak STAT信号通路 进而调节基因表达 黏着斑除了起锚定连接作用外 在细胞通讯中也发挥作用 由细胞表面到细胞核信号转导的途径为 细胞外基质 整联蛋白结合 酪氨酸激酶Src 斑蛋白激酶FAK GRB2 Sos Ras Raf MAPK级联反应途径 46 细胞对信号反应表现出发散性和收敛性 且不同信号通路间存在 交叉对话 串扰 现象 使得细胞通讯非常复杂 在细胞信号转导中 信号的解除与终止同样非常重要 细胞通过对信号分子和第二信使的降解减少对细胞的刺激 通过受体脱敏 受体内化 信号中断等方式减少细胞对信号的反应 47 本章难点与重点 1 信号分子和信号分子受体的类型2 胞内受体的结构与信号转导模式3 三聚体G蛋白与G蛋白耦联受体的结构及在信号转导中的作用4 cAMP信号通路与磷酸酰肌醇信号通路的区别与联系5 RTK Ras信号通路的主要过程6 细胞表面整联蛋白的信号通路7 细胞信号转导的发射性 收敛性与信号间的串扰 48 第九章细胞骨架 49 本章小结 细胞骨架是真核细胞中由蛋白质亚基组装成的纤维网络体系 主要包括微丝 微管和中间丝 细胞骨架是一类高度动态的结构 它们通过蛋白质亚基的组装 去组装过程来调节细胞内骨架网络的分布和结构 微丝又称肌动蛋白丝 是由球形肌动蛋白G actin单体形成的螺旋状纤维 F actin 微丝具有极性 G actin结合ATP的方向为微丝的负端 微丝组装时具有踏车现象 细胞松弛素B导致微丝解聚 鬼笔环肽稳定微丝 防止微丝解聚 50 肌球蛋白是细胞内最重要的依赖于微丝的马达蛋白 微丝的功能与几乎所有形式的细胞运动有关 如参与肌肉收缩 细胞变形运动 胞质分裂以及细胞内物质运输等活动 微丝与膜整合的钙粘蛋白构成黏着带与黏着斑 构成细胞与细胞 细胞与细胞外基质间的锚定连接 提高细胞的抗机械强度 微管是由 微管蛋白二聚体组装而成的中空管状结构 细胞内微管通常以单管 二联微管或三联微管形式存在 中心体和基体细胞内最主要的微管组织中心 51 微管具有极性 二聚体以首 尾排列的方式进行组装 tubulin端为 端 tubulin端为 端 沿微管驱动物质运输的马达蛋白主要包括驱动蛋白和动力蛋白 驱动蛋白由两条重链组成的头部和重链末端与轻链共同组成的尾端构成 头部具有ATPase活性 可以沿微管由负端向正端运动 尾端与被转运物质或膜泡结合 动力蛋白由2条或3条重链及多条轻链组成 驱动物质沿微管从正端向负端运行 微管的主要功能是细胞内物质运输 维持细胞形态 构成鞭毛和纤毛 纺锤体与染色体运动及细胞器的定位等 52 中间丝是细胞中成份最复杂 结构最稳定的细胞骨架成分 中间丝具有组织特异性 不同组织细胞具有不同的中间丝蛋白 中间丝没有极性 中间丝的组装由单体组装为极性的二聚体 两个二聚体以反向平行形式形成四聚体 四聚体是细胞质内中间丝组装的最小单位 由四聚体进一步组装成中间丝 中间丝的组装与去组装受中间丝蛋白的磷酸化和去磷酸化控制 中间丝蛋白磷酸化引起去组装 去磷酸化引起组装 53 核内膜下的核纤层由中间丝构成 主要由核纤层蛋白A和B组成 细胞分裂过程中核纤层出现周期性的解聚与聚合 中间丝的功能包括 增强细胞抗机械压力的能力 参与桥粒与半桥粒的形成 维持细胞核膜的稳定 与DNA复制与转录有关等 54 本章难点与重点 微丝的组成与组装肌球蛋白的结构与肌肉收缩机理微管的组装与去组装驱动蛋白与动力蛋白的结构与功能微管滑动的机理微管的功能中间丝的成份与组装特点核纤层的组成与周期性变化 55 第十章细胞核和染色体 56 本章小结 细胞核是真核细胞内最大 最重要的细胞器 是细胞遗传与代谢的调控中心 细胞核主要由核被膜 包括核孔复合体 核纤层 染色质 核仁及核体组成 核被膜与核孔复合体是真核细胞所特有的结构 作为细胞核与细胞质之间的界膜 将基因转录与翻译过程在时空上分开 核被膜主要由核外膜 核内膜 核孔复合体 核周隙和核纤层组成 57 核孔复合体主要由胞质环 核质环 辐和栓4种结构亚单位组成 核质环在核内形成 捕鱼笼 结构 核孔复合体构成核质交换的双向选择性亲水通道 通过核孔复合体的物质运输小分子的自由扩散和大分子的主动运输 通过核孔复合体的主动运输包括核输入和核输出 核输入需要核定位信号 NLS 而核输出需要输出信号 NES 同时还需要转运蛋白importin 等的参与 亲核蛋白通过核孔复合体转运主要包括结合 转移和解离三个过程 58 染色质是间期细胞核内由DNA 组蛋白 非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构 构成染色质的DNA包括B型 A型和Z型3种构型 不同构型的DNA其大沟和小沟的特征在遗传信息的表达中起关键作用 真核生物染色质DNA序列的组织性复杂 包括单一序列 中度重复序列和高度重复序列 组成染色质的蛋白分为组蛋白和非组蛋白 组蛋白很少有组织特异性 包括H2A H2B H3 H4四种核小体组蛋白和H1组蛋白 非组蛋白多数是序列特异性DNA结合蛋白 具有组织特异性 是重要的基因表达调控蛋白 59 非组蛋白以多种方式与DNA结合 包括 螺旋 转角 螺旋模式 锌指模式 亮氨酸拉链模式 螺旋 环 螺旋结构模式和HMG框结构模式 核小体是构成染色质的基本结构单位 每个核小体由组蛋白八聚体核心及200bp左右的DNA分子和一分子H1组蛋白构成 核小体使染色质成为10nm的串珠结构 再通过螺旋化形成30nm的螺线管结构 螺线管再通过多级螺旋模型或骨架 放射环结构模型形成染色体 使染色质高度压缩 60 间期染色质可分为常染色质和异染色质 异染色质又可分为结构性异染色质和兼性异染色质 处于常染色质状态是基因转录的必要条件而非充分条件 染色质的结构与基因表达密切相关 引起染色质结构变化的因素包括 DNA局部结构与核小体相位的改变 组蛋白的修饰 乙酰化 甲基化和磷酸化等 DNA甲基化 HMG结构域蛋白以及染色质重构因子等直接参与基因活性的调控 这种可遗传的 与核酸序列没有直接关系的控制基因活性的调控方式称之为表观遗传调控 在基因转录过程中 核小体不一定发生解聚 RNA聚合酶可以通过核小体进行基因的转录 61 染色体是细胞分裂时遗传物质存在的特殊形式 是间期染色质紧密组装的结果 染色体可分为中着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体 亚端着丝粒染色体和端着丝粒染色体 染色体的主要结构包括 着丝粒与动粒 次缢痕与核仁组织区 随体和端粒 染色体的3种重要功能元件包括 自主复制DNA序列 着丝粒DNA序列和端粒DNA序列 这3种元件是保证真核生物染色体正常复制和稳定遗传的基础 用特殊染色技术可使染色体显示特殊的带型 包括Q带 G带 R带 C带等带型 62 在某些生物的细胞中 可以观察到特殊的巨大染色体 包括多线染色体和灯刷染色体 多线染色体来源于核内有丝分裂 即核内DNA多次复制而细胞不分裂 灯刷染色体是卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体 核仁是真核细胞间期核中最显著的结构 核仁普遍存在3种基本组分 纤维中心 FC 致密纤维组分 DFC 和颗粒组分 GC FC是rRNA基因的储存位点 DFC是rRNA转录和加工的主要场所 GC是核糖体亚单位成熟和储存的位点 63 核仁的主要功能与核糖体的生物发生有关 包括rRNA基因的转录 rRNA前体的加工和核糖体亚单位的组装 在细胞分裂过程中 核仁表现出周期性地解体与重建 间期核核仁结构整合性的维持和有丝分裂后期核仁的重建 都需要rRNA基因的活性 核仁组织中心有助于核仁的重新形成 核仁内还存在一些亚核结构 包括 Cajal体 GEMS和染色质间颗粒 它们可能是snRNA和snoRNA最后加工及蛋白质组装的场所 真核细胞内除染色质 核膜 核仁及一些亚核结构外 还有蛋白质为主构成的核骨架体系 主要由核纤层 核基质构成 64 本章难点及重点 细胞核的基本结构及功能核孔复合体的结构及亲核蛋白转运过程核小体的结构结构非组蛋白与DNA的结合方式中期染色体的3种功能元件及其功能核仁的结构与主要功能 65 第十二章细胞增殖及其调控 66 本章小结 细胞增殖是生命活动的基本特征之一 也是生物繁殖和生长发育的基础 细胞周期是细胞生命活动的全过程 细胞从一次分裂结束到下次分裂结束所经历的时间为一个细胞周期 细胞周期长短差别很大 可以通过多种方法测定细胞周期的长短 细胞周期可以通过自然选择同步法或人工诱导同步法使其同步 其中人工诱导同步法是最常用的方法 主要包括DNA合成阻断法和分裂中期阻断法 67 根据细胞增殖状况 有机体内所有细胞可分为3类 连续分裂细胞 周期中细胞 终末分化细胞 不分裂细胞 和G0期细胞 静止期细胞 真核细胞的细胞周期包括分裂间期和分裂期 一般可分为G1 S G2和M四个时期 G1在不同细胞差异较大 而后三个时期差异较小 G1期为开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质 糖类 脂类等 但不合成DNA G1期晚期的细胞周期检验点 酵母的start点或真核生物的R点 调控细胞能否进行DNA合成 68 S期进行DNA与组蛋白的合成 G2期为细胞分裂做准备 G2检验点检查DNA是否完成复制 DNA损伤是否得到修复 环境因素是否有利于细胞分裂等 M期可分为体细胞的有丝分裂和生殖细胞的减数分裂 细胞通过有丝分裂将遗传物质平均分配到两个子细胞中 有丝分裂可以分为前期 前中期 中期 后期 末期和胞质分裂几个连续的时期 前期的特点是染色体开始凝集 核膜解体 核仁消失 纺锤体逐渐形成 69 前中期时染色体动粒被动粒微管所捕获 形成由动粒微管 极微管和星体微管构成的纺锤体 中期时通过染色体列队使其排列在赤道板上 染色体列队假说主要有牵拉假说和外推假说 后期期染色体移向纺锤体两极 后期可分为连续的两个时期 后期A和后期B 后期A是由于动粒微管解聚引起染色体分开 后期B是由于极微管间的相对滑动引起染色体和中心体向两极移动 星体微管与质膜搭桥并解聚引起中心体移向两极 70 末期时核仁和核膜重新出现 染色体解螺旋形成细丝 动物细胞胞质分裂大体分为4个连续的步骤 分裂沟的定位 收缩环形成 收缩环收缩 细胞膜融合与子细胞形成 分裂沟的定位与星体微管有关 植物细胞胞质分裂先形成成膜体 成膜体使植物细胞一分为二 生殖细胞通过减数分裂产生单倍体的配子 以保持遗传的稳定性和生物的多样性 减数分裂可人为划分为减数分裂I和减数分裂II 71 减数分裂I又可分为前期I 前中期I 中期I 后期I 末期I和胞质分裂I6个阶段 前期I持续时间最长 又可划分为细线期 偶线期 粗线期 双线期和终变期5个阶段 细线期 又称凝集期 的主要特点 染色质凝集 染色质纤维逐渐折叠螺旋化 变短变粗成细线状 偶线期 又称配对期 时 同源染色体配对 形成联会复合体 粗线期 又称重组期 时 同源染色体之间发生DNA片段的交换 引起基因组合 双线期 又称合成期 时 同源染色体分开 明显可见四分体 出现灯刷染色体 终变期 又称再凝集期 时 染色体变成紧密凝集状态 72 中期I时同源染色体排列上 不过纺锤体一极中心体发出的微管只与一条同源染色体的两个相融合的动粒结合 从另一极发出的微管也只与另一个同源染色体的动粒结合 细胞经过后期I 末期I和胞质分裂I 使来自父母的同源染色体分别移到两个子细胞 染色体数目减半 减数分裂II与有丝分裂过程基本相同 不同的是减数分裂II时 来自两极的动粒微管与融合在一起的染色体动粒结合 动粒分离导致姐妹染色单体分别移向两极 73 细胞周期运转受到细胞内外各种因素的调控 周期蛋白依赖性CDK激酶是细胞周期调控的重要因素 是细胞周期运转的引擎分子 CDK激酶至少含有2个亚基 即周期蛋白和CDK蛋白 周期蛋白为调节亚基 CDK蛋白为催化亚基 周期蛋白有多种 在哺乳动物细胞中包括A B C D E F G H L T等 CDK激酶也有多种 包括CDK1 CDK12 在细胞周期的不同时期 不同的周期蛋白与不同的CDK激酶结合行驶功能 74 周期蛋白具有周期蛋白框和破坏框 或PEST序列 周期蛋白框介导周期蛋白与CDK激酶的结合 而破坏框 或PEST序列 是周期蛋白通过泛素化途径降解的信号 泛素化途径涉及泛素激活酶E1 泛素结合酶E2 泛素连接酶E3和蛋白酶复合体 是周期蛋白等多种蛋白质降解的重要方式 CDK激酶具有CDK激酶结构域 介导CDK激酶与周期蛋白的结合 MPF即CDK1 是由p34cdc2与周期蛋白B组成的复合体 其活性受Wee1 Mik1 CAK激酶和Cdc25磷酸酶共同的调节 75 MPF可以催化多种蛋白底物发生磷酸化 特别是使核纤层蛋白磷酸化 引起核被膜解体 MPF是M期的重要CDK激酶 MPF的积累引起细胞周期由G2期向M期转化 M期中期后 在后期CDK激酶和后期促进因子APC的作用下 MPF通过泛素化途径大量降解 MPF活性下降 细胞周期由M期中期向后期转化 细胞由G1期向S期转化主要受G1期周期蛋白依赖性Cdk激酶所控制 哺乳动物细胞中 G1期周期蛋白包括周期蛋白D E Cdk激酶包括Cdk2 Cdk4和Cdk6 周期蛋白D与CDK4和CDK6结合 而周期蛋白E与CDK2结合 76 周期蛋白D CDK4 CDK6和周期蛋白E CDK2复合物主要通过磷酸化Rb 类Rb 蛋白 解除Rb蛋白对E2F的抑制作用 E2F可促进有关基因转录 促使细胞周期由G1期向S期转化 DNA复制执照假说 解释了在细胞周期中为何DNA只复制一次 DNA复制结束后 细胞周期由S期自动转化到G2期 并准备进行细胞分裂 但DNA复制检验点对S期向G2期的转化起着调控作用 DNA复制尚未完成时 细胞周期便不能向下一阶段转化 77 细胞周期的运转受细胞周期检验点的调控 主要有三个检验点 G1检验点 G2检验点和M检验点 G1期检验点主要检验细胞DNA是否损伤 细胞是否足够大 细胞外环境是否有利于细胞生长等 DNA受到损伤时 激活p53基因的转录 P53作为p21基因的转录调控因子激活p21表达 产生大量P21蛋白 P21作为S期周期蛋白 CDK激酶复合体的抑制因子 抑制其活性 引起DNA复制受阻 P21可以与PCNA的亚基结合从而引起DNA合成受阻 78 G2期末期的检验点检验DNA复制是否完全 细胞生长是否完成等 若DNA未复制完全 细胞不能进入M期 M期检验点也称为纺锤体装配检验点 检验染色体的动粒是否被动粒微管所捕获 若染色体动粒未与动粒微管结合 动粒上的Mad2不能从动粒上消失 Mad2与Cdc20结合 有效地抑制Cdc20的活性 进而使得APC无活性 只有纺锤体组装完成后 动粒全部被动粒微管捕获 Mad2从动粒上消失 对Cdc20的抑制作用解除 促使APC活化 降解M期周期蛋白 使M期CDK激酶活性丧失 细胞才能离开M期 79 本章重点与难点 细胞周期不同时相的主要事件有丝分裂与减数分裂的异同点有丝分裂染色体整列与染色体分向两极的机制Cyclin与CDK激酶的结构与表达特征MPF活性调节与降解途径细胞周期运转调控细胞周期检验点对细胞周期运转的调控 80 第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老 81 本章小结 细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定的 死亡程序 控制 所以被称为细胞程序性死亡 动物细胞典型的程序性死亡方式包括细胞凋亡 细胞坏死和细胞自噬 细胞凋亡是由基因控制的主动性 自杀性的程序死亡过程 对动物体的正常发育 自稳态的维持等生理及多种病理过程具有重要的意义 其特征是凋亡过程中细胞质膜保持完整 细胞内含物没有泄漏到细胞外 不引发机体的炎症反应 82 细胞凋亡可以通过形态学观测 DNA电泳 TUNEL测定法 彗星电泳和流式细胞分析等方法进行测定 鉴定细胞凋亡最简便可靠的方法是DNA电泳 在动物细胞凋亡过程中 胱天蛋白酶Caspase家族成员发挥了重要作用 哺乳动物的Caspase家族分为两类 凋亡起始者 包括Caspase 2 8 9 10 11 凋亡执行者 包括Caspase 3 6 7等 起始者位于上游 负责对执行者的前体进行切割 产生有活性的执行者 执行者负责切割细胞核内 细胞质中的结构蛋白等 执行凋亡 83 动物细胞凋亡途径主要包括 Caspase依赖性细胞凋亡途径和Caspase非依赖性细胞凋亡途径 其中Caspase依赖性细胞凋亡途径通过两条途径引发 由细胞表面死亡受体介导的外源途径和由线粒体介导的内源途径 在死亡受体介导的外源性途径中 死亡受体为跨膜蛋白 属肿瘤坏死因子受体超家族 如Fas 部分受体胞内具有死亡结构域 DD 配体与受体结合 受体聚合 通过胞内死亡结构域招募同样具有死亡结构域的接头蛋白FADD和Caspase 8酶原 Caspase 8酶原通过自身切割而被激活 进而切割执行者Caspase 3酶原 产生有活性的Caspase 3 导致细胞凋亡 84 在线粒体介导的内源性细胞凋亡途径中 细胞受到死亡信号刺激时 细胞色素c从线粒体释放到胞质并与胞质中的Apaf 1结合 Apaf 1的N端具有Caspase募集结构域 CARD 招募细胞质中的Caspase 9酶原 形成大的凋亡复合体 apoptosome Caspase 9酶原在凋亡复合体中发生自身切割而活化 活化的Caspase 9再进一步激活执行者Caspase 3和Caspase 7酶原 引起细胞凋亡 85 在Caspase非依赖性细胞凋亡途径中 凋亡诱导因子