.archivetemp细生知识总结2(细胞骨架、细胞核、线粒体、部分细胞增殖分裂) (1)

1、细生知识总结2细胞核概述：细胞核是真核生物和原核生物的最本质区别。细胞核是真核细胞内的最大细胞器，成熟的红细胞和植物成熟的筛管没有细胞核。细胞核形状多样，核的大小、数目和位置也多变化。细胞核的数目：通常一个细胞只有一个胞核，双核（肝细胞、肾小管细胞和软骨细胞）、多核（破骨细胞）。细胞核的位置：一般位于细胞中央。在细胞增殖周期中，只有分裂间期才能见到核的全貌，间期的细胞核叫间期核。核质比=细胞核体积/细胞质体积，胚胎细胞或肿瘤细胞核质比大，衰老细胞、表皮角质化细胞核质比小。细胞核功能：遗传：通过DNA染色体的复制和细胞分裂，维持物种的世代连续性是遗传物质储存、复制和转录场所。发育：通过调节基因表

2、达的时空顺序，控制细胞的分化，完成个体发育的使命。基本结构：核被膜 (nuclear membrane) ；染色质 (chromatin)；核仁 (nucleolus)；核基质 (nuclear matrix)。一、核膜 (核被膜Nuclear membrane）包括：外核膜，内核膜，核间隙，核纤层，核孔。主要化学成分：蛋白质含量65-75%，20多种与内质网相似，而且所含的酶类也相似；脂类成分与内质网相似、。1、外核膜（outer nuclear membrane）：面向胞质；形态及生化行为与粗面内质网相近；与粗面内质网膜连续；外表面有核糖体附着；外表面有中间纤维形成的细胞骨架。2、内核膜(

3、inner nuclear membrane)：面向核质；无核糖体附着；与核纤层相贴；随细胞周期而变化。3、内外膜之间的腔隙 ：20-40nm；与粗面内质网相通；含多种蛋白质和酶；核质之间物质交流的重要通道。4、核纤层（nuclear lamina）：是附着于核膜下的纤维蛋白网；一侧结合内核膜特殊部位，另一侧结合染色质特殊位点；属于中间纤维蛋白；组成：lamin（核纤层蛋白） A,lamin B,lamin C。作用：为核被膜提供支架，维持核孔位置以及核被膜形状；与核膜崩解和重建有关；在间期锚定染色质，分裂期与染色体凝集有关；参与DNA的复制。5、核孔（nuclear pore）：又称核孔复合

4、体（在内外核膜的融合之处形成的环状开口称为核孔，多种蛋白质在此以特定的方式排列形成的复合结构为核孔复合体（NPC），代谢旺盛的细胞核孔数多。捕鱼笼式模型（fish-trap)：胞质环：核孔边缘的胞质面；核质环：核孔边缘的核质面；中央栓：核孔的中心；辐：核孔边缘伸向中心，连接柱状、腔内、环状亚单位。孔径9-10nm，长15nm。6、核被膜的功能：a.区别原核细胞和真核细胞的主要标志之一；b.参与蛋白质合成（外核膜和核间隙）；c.区域化作用，细胞核保持相对稳定的内环境，DNA复制、RNA转录和翻译分隔进行；d.控制核质之间的物质流和信息流（核孔复合体）；e.介导细胞核和细胞质之间的物质运输。 物质

5、在核膜上的转运：a.无机离子和小分子：如水分子,K+、Mg2+等，以及单糖、氨基酸、核苷酸等，分子量<5000 ，自由通过核膜。b.绝大多数大分子及一些小颗粒物质，通过核孔复合体选择性转运。主动运输（核孔复合体）是一个信号识别与载体介导的过程,需要ATP；介导的功能运输直径可达26nm；运输具有双向性，在被转运的大分子物质上具有供核转运受体识别的位点，称为入核信号和出核信号，入核信号（核质蛋白）、出核信号（核糖体亚基和RNA)。 核定位信号介导亲核蛋白入核: 亲核蛋白：在细胞质中游离核糖体上合成，经核孔转运入核发挥作用的蛋白质。核定位信号(nuclear localization sig

6、nal, NLS)：亲核蛋白上含4-8个碱性氨基酸组成的特殊序列，保证整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运至核内。仅有核定位信号的蛋白质自身不能通过核孔，必须与其受体结合才可通过，此受体称为输入蛋白（importin）或核转运受体(是一些可溶性蛋白质或RNA-蛋白质复合物，分子量在90 000130 000左右，既能与核孔复合体结合，同时其分子中又具有与被转运物质结合的区域)。 亲核蛋白输入细胞核的过程(自己看书)。RNAs和核糖体亚基通过核孔输出到细胞核外。核物质的运输特点：选择性、双向性。核内物质的输出和输入都是信号介导的过程。能够将翻译所需要的RNA、组装好的核糖体亚基从细胞核内运送到细胞

7、质也能把DNA复制和转录所需的酶以及帮助DNA装配的一些蛋白质从细胞质运进细胞核二、染色质和染色体(chromatin & chromosome)：1、概念：染色质：间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA等构成的细丝状结结构，形态不规则，弥散分布于细胞核内，是细胞核中解螺旋染色体的形态表现。染色体：细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。2、组成成分：组蛋白和DNA含量稳定，占染色质化学组分的98%以上，二者含量1:1，非组蛋白和RNA随细胞生理状况而改变。 DNA：除病毒外，所有生物的遗传物质均为DNA。由一条线型DNA分子组成

8、，呈双螺旋结构。每一种生物体细胞间的DNA分子结构及其含量一致。构型：B-DNA 右手双螺旋DNA，活性最高；A-DNA 右手双螺旋DNA，仍有活性；Z -DNA 左手双螺旋DNA，活性降低。分类（按DNA的序列在基因组中的重复频率）：单一顺序：单拷贝顺序，编码结构蛋白质；中度重复顺序（101-5）：相对较短的序列组成，多为非编码序列，参与基因调控；高度重复顺序（>105）：非常短的序列组成（一般小于100bp），分布于着丝粒及端粒区，与基因表达调控和染色体结构维持有关。三个特殊序列：复制源（replication origin）序列：DNA复制起始点，DNA从此处解旋，沿两个方向合成新

9、的DNA链；着丝点序列（centromere）：复制完成的姐妹染色单体连接部位，维持遗传稳定性；端粒（telomere）序列：存在染色体DNA的两端，富含G的简单重复序列。维持DNA分子两末端复制的完整性与染色体的稳定性。 补充：酵母人工染色体：将酵母染色体的复制源序列、着丝点序列与四膜虫的端粒序列拼接起来，再导入酵母细胞，可以构建“酵母人工染色体”（yeast artificial chromosome YAC）。YAC可作为载体，克隆大片段的DNA分子。组蛋白：构成真核细胞染色体的基本结构蛋白。真核细胞特有，富含带正电荷的碱性氨基酸。按精氨酸/赖氨酸的比例，分为五种组分：核小体组蛋白（H2

10、A、H2B、H3、H4）保守，H1组蛋白。合成于细胞周期S期，合成完毕后转移到核内与DNA装配成染色质。作用：与DNA的紧密结合抑制DNA复制和RNA转录。通过甲基化或乙酰化修饰来抑制或激活某些基因的转录。 组蛋白八聚体：由H3H4各2分子组成的四聚体为核心，H2A和H2B形成的2个二聚体排列于四聚体两侧。非组蛋白：是组蛋白之外的染色质结合蛋白的总称；含酸性氨基酸，带负电荷；可作为结构蛋白，维持染色质的结构，或作为调节蛋白，具催化作用。染色体（质）RNA：含量极低，不同物种含量变化大。3、染色质分类：常染色质与异染色质。（根据所含核蛋白螺旋化程度不一及其功能状态不同）。常染色质（euchrom

11、atin）：间期核内碱性染料染色时着色较浅，螺旋化程度较低，处于伸展状态的染色质细丝，含基因转录活性部位。主要由单一序列和中度重复序列DNA组成；直径10nm，能活跃地进行复制和转录；在核内均匀分布，多见于核中央；在S期的早、中期复制。异染色质（heterochromatin）：间期核中处于凝缩状态，结构致密，无转录活性，用碱性染料着色深的染色质；直径20-30nm，螺旋化程度高；转录不活跃；多位于核周近核膜处。分类：组成性异染色质：在整个细胞周期中处于凝集状态的染色质，多位于着丝粒、端粒、次溢痕或染色体臂的凹陷部，合成于S期，无转录活性。兼性异染色质：在某些细胞类型或一定的发育阶段，原有的常

12、染色质凝聚并丧失转录活性后转变而成的异染色质，可向常染色质转变。巴氏小体（barr body）：雌性哺乳动物细胞中的一条异固缩化的X染色体。 常染色质和异染色质的关系：常染色质与异染色质在螺旋化程度、DNA序列及功能上具明显区别，但化学本质相同，在一定条件下可互相转换。4、染色质组装成染色体（重点）：人体的二倍体细胞含有6*109 碱基对，分布于46条染色体上，总长度1.74m。细胞核直径5-8µm。压缩8000-10000倍。核小体（nucleosome）为染色质的一级结构（基本结构单位）：由一段长约200个bp的DNA分子，一个组蛋白八聚体和一分子组蛋白H1构成。DNA分子在八聚

13、体上缠绕1.75圈（146个bp）形成核心颗粒。连接两核小体有60bp的DNA片段，组蛋白核心以一个固定的位置同DNA的双螺旋小沟中富含AT的区段结合，核小体串珠使DNA分子压缩约7倍。H1核心结合于核小体DNA上,两臂与相邻核小体上的H1作用（可能的方式）。螺线管：在H1的参与下形成染色质的二级结构；每圈6个核小体，螺距11nm，外径30nm，内径10nm；H1通过球形中心结合到核小体位点，位于螺线管内部，对螺线管稳定起作用；螺线管使核小体串珠结构压缩约6倍。多级螺线管模型：由螺线管进一步盘绕形成，直径400nm，压缩近40倍。 染色体骨架放射环模型(scaffold-radial loop

14、 structure model)：由30nm染色质纤维折叠成的袢环构成，袢环沿染色体纵轴由中央向周围放射状伸出，基部集中于染色单体的中央，并与染色单体非组蛋白（骨架）相连，每个袢环DNA含315个核小体。30nm纤维在DNA转录和复制时，以袢环为单位发生松解，伸展成串珠状纤维或DNA双螺旋。分裂中期染色体:在袢环基础上进一步折叠、紧缩和螺旋化。 此两种为三级结构。染色单体：（四级结构）超螺线管或袢环的再一次折叠形成染色单体，压缩5倍。5、染色体的形态结构（中期凝集，光镜下具明显形态特征）：包括：染色单体；着丝粒和主缢痕；次缢痕和随体；端粒；核仁组织区。染色单体：定义：组成染色体的DNA与组蛋

15、白经间期复制后组装形成的结构，又称为姐妹染色单体，这两条染色单体由同一个DNA分子复制而来，携带相同的遗传信息，每条单体彼此在着丝粒部位相连。主缢痕和着丝粒（primary constriction and centromere）：主缢痕：两条姐妹染色单体相连处向内凹陷的缢痕。着丝粒（centromere)：染色体中连接两个染色单体, 并将染色单体分为两臂: 短臂(p)和长臂(q)的部位，是中期染色体的主要功能结构域，是一段高度重复的DNA序列。染色体的类型：中期染色体按着丝粒的位置分为：动粒(kinetochore)：又称着丝点，位于主缢痕2条染色单体的外侧表层部位，由蛋白质组成，是纺锤丝微

16、管的聚合中心之一。着丝粒-动粒复合体：包括：动粒结构域（着丝粒外表面，由动粒和围绕动粒外层的纤维冠组成。分外层、中层和内层。看看书）；中心结构域（含高度重复序列DNA）；配对结构域（内着丝粒蛋白、染色体单体连接蛋白）。次缢痕（secondary constriction）：为染色体上除主缢痕外的浅染缢缩部位，是某些染色体所特有的形态特征。并非存在于所有染色体上；数量，位置和大小的不同，可作为染色体鉴别标志。随体（satellite）：近端着丝粒染色体短臂的末端，与次缢痕相连的球形或棒状的小体。是鉴别染色体重要标志。一般由异染色质组成。人类染色体中，随体位于第13，14，15，21，22号染色体

17、上。随体染色体与核仁的形成有关，形成核仁组织区（NOR）（含rRNA基因（5S rRNA基因除外）的一段染色体区域， rRNA基因转录活跃，染色质凝聚程度低，表现为浅染的次缢痕，与核仁形成有关）。端粒（telomere）: 在染色体两臂的末端由高度重复DNA序列构成的结构。由端粒DNA和端粒结构蛋白组成，端粒DNA进化上高度保守，结构蛋白为非组蛋白。功能：保证染色体末端的完全复制；染色体每复制一次端粒减少50-100bp，在染色体两端形成保护性的帽结构，维持染色体稳定，防止染色体末端粘着；在细胞的寿命，衰老和死亡以及肿瘤的发生和治疗中起作用。5、核型与染色体带型：染色体数目：大多数高等生物2倍

18、体（2n）；生殖细胞中染色体为单倍（n）。核型（karyotype）：某一个体细胞的全部染色体，按其大小、形态特征顺序排列所构成的图像。核型分析：在对染色体进行测量计算的基础上，进行分组、排队、配对，并进行形态分析的过程。带型(band)：染色体中的非组蛋白和DNA碱基对呈现的特定带纹。染色体显带：对染色体进行处理，使之沿纵向长度显示出宽窄不同、深浅各异的一系列带纹。补充：基因组（genome）：在细胞内，一套形态大小各不相同、协调工作的染色体（即单倍染色体组）及其上的全部基因称为染色体组或基因组。三、核仁（nucleolus）1、核仁的成分与结构：成分：由蛋白质、RNA、DNA和酶类组成，蛋

19、白质占80%，RNA约10%。形态与位置:蛋白旺盛细胞中核仁很大；不具备蛋白合成能力细胞中核仁很小；光镜：核仁通常是匀质的球体，具较强的折光性，易被酸性或碱性染料着色；电镜：核仁裸露无膜、由纤维丝构成。具核仁周期。位置不固定，核仁趋边。纤维中心（fibillar center）: 低电子密度;rRNA基因rDNA的存在部位;rDNA是从染色体上伸出的DNA袢环，袢环上有rRNA基因串联排列，高速转录，组织形成核仁;每一个rRNA基因的袢环称为一个核仁组织者（nucleolar organizer）;人类核RNA基因位于5条染色体上，13,14,15,21,22。致密纤维组分（dense fib

20、rillar component）：包含处于不同转录阶段的rRNA分子；核仁内电子密度最高的区域；紧密排列的细纤维丝组成，直径4-10nm的纤维，含有正在转录的rRNA分子，核糖体蛋白以及一些特异性的RNA结合蛋白。颗粒成分（granular component）：主要为rRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白颗粒；呈致密的颗粒，直径15-20nm;含有正在加工和成熟的RNA及蛋白质，即正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体颗粒。其他成分：核仁周围染色质：核仁周围的异染色质；核仁相随染色质（nucleolar-associated chromatin）：核仁周围染色质与核仁内载有rRNA基因的常染色质；核

21、仁基质（nucleolar-matrix）：核仁中无定形的蛋白质液体物质。2、功能：a. 核仁是rRNA基因转录和加工的场所（转录单位，自己看书），除5SrRNA外，真核生物的所有rRNA都在核仁中合成。b. 核仁是核糖体亚基装配的场所（自己看书）。3、核仁周期(nucleolar cycle)：核仁是一种动态结构，随细胞周期的变化而变化，即形成;消失;形成,这种变化称为核仁周期。在细胞的有丝分裂期，核仁变小，并逐渐消失。在有丝分裂末期，rRNA的合成重新开始，核仁形成。步骤：前期：染色体浓缩；DNA袢环缩回到相应染色体；RNA合成停止；纤维成分、颗粒成分分散；核仁变小、消失。中期：核仁消失，

22、核仁的rRNA转录停止。末期：染色体分散为染色质；袢环松散；RNA合成开始；纤维成分和颗粒成分出现；核仁出现。四、核基质（核骨架）：是真核细胞间期核中除核被膜、染色质和核仁外的网架系统。1、组成与形态结构：以纤维蛋白为主的纤维网架结构；是一种动态结构，可随生理、病理状态的不同而发生可逆变化；蛋白质含量占90%以上，核基质蛋白、核基质结合蛋白。2、功能：a. 参与DNA复制：（1）核基质上锚定DNA复制复合体（2）核基质上结合新合成的DNA（3）核基质上DNA的复制效率提高。b. 参与基因的转录和加工：（1）核基质与基因转录活性相关（2）核基质参与RNA的加工修饰。c.参与染色体构建。d.与细胞

23、分化有关。五、细胞核的功能：a.遗传信息的贮存、复制和转录b.核糖体大小亚基组装。六、细胞核与疾病：a.细胞核异常与肿瘤：具高的核质比；核结构改变；核膜增厚且不规则，核孔数目增加；组蛋白磷酸化程度增加；核仁具高的rRNA转录活性。b.核转运异常与疾病c. 端粒异常与疾病d.遗传物质异常与遗传病：染色体异常导致染色体病的发生，如21三体综合征（唐氏综合征）；基因突变引起的基因病：包括单基因病、多基因病。常见的单基因病有：短指、遗传性舞蹈症、先天性聋哑、白化病、色盲、血友病等。而少年型糖尿病、哮喘、冠心病、原发性高血压、精神分裂症等则属于多基因病。线粒体细胞生命活动能量的80来自线粒体。约有120

24、种酶。一、基本特征：光镜下呈线状、粒状、杆状等，直径0.5-1.0um.形态、大小、数目及排列分布随不同类型、不同生理状态的细胞而改变。超微结构：电镜下，是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。1、外膜：一层单位膜 5-7nm；化学成分是脂类和蛋白质，各占1/2。含多种转运蛋白，形成直径2-3nm孔径，又称线粒体外膜孔蛋白(porin)，组成亲水通道；作用：筛网，透过分子量10000以下的小分子物质；标志酶：单胺氧化酶。2、内膜：一层单位膜，比外膜薄, 厚 4.5nm,高度特化将线粒体的内部空间分为两部分：基质腔和膜间腔；具高度的选择通透性，>150（蔗糖）不能通过；蛋白质含量高，占80

25、；无胆固醇，富含双磷脂酰甘油（心磷脂）；内膜标志酶：细胞色素氧化酶。嵴（cristae）：内膜上向内腔突起的折叠形成嵴间腔、嵴内空间；增加了内膜的表面积。嵴是线粒体形态学上变化最大的结构，具有特征性。嵴的数目与细胞的生理状态有密切关系。基粒（重点）(elementary particle): 又称ATP合酶或ATP合酶复合体（ATP synthase complex)，为线粒体内膜表面附着的突出于内腔的颗粒，其头部具酶活性，可催化ADP磷酸化生成ATP。位置：线粒体内膜（包括嵴）的内表面。形态：圆球形基粒。组成：三部分 头部、柄部、基部。作用：将呼吸链电子传递过程中释放的能量用于使ADP磷酸化

26、生成ATP的关键装置。别称：F0F1ATP合酶。 头部：偶联因子F1，5 种多肽组成3、3、 复合体，分子量36万，具有三个ATP 合成的催化位点（每个亚基具有一个）。催化ADP和Pi合成ATP的关键装置。F1因子可被F1抑制蛋白结合从而抑制ATP的水解。 柄部：是F0和F1的连接部位,分子量1.8万。含对寡霉素敏感的蛋白质(OSCP)，能与寡霉素特异结合并使寡霉素的解偶联作用得以发挥，抑制ATP的合成。作用：调控质子通道。 基部：偶联因子F0，疏水性蛋白质，分子量7万；位置：镶嵌在内膜的脂双层中；作用：连接F1与内膜；质子（H+）流向F1的穿膜通道。3、膜间腔（Intermembrane s

27、pace）：线粒体内外膜间的间隙，宽68nm，又称外室(out chamber)。含多种可溶性酶、底物和辅助因子；内外膜转位接触点(translocation contact site)，有利于线粒体膜的物质运输；膜间腔标志酶：腺苷酸激酶。4、内外膜转位接触点：线粒体的内外膜上存在的一些内膜与外膜相互接触的地方，膜间隙变狭窄，称为转位接触点(translocation contact site)。内膜转位子（Tim）外膜转位子（Tom）。5、基质腔和基质：基质腔(matrix space) 线粒体内膜直接包围的腔隙，又称内室(inner chamber)；含可溶性的蛋白质和脂肪，具一定的PH值

28、和渗透压；是三羧酸循环的重要部位。基质：除糖酵解外，其他的生物氧化过程均在基质中进行，包括三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等；具有一套完整的转录和翻译体系(DNA、 RNA、 核糖体）标志酶：苹果酸脱氢酶。二、化学组成：q 干重的主要成分：蛋白质，占6570q 可溶性蛋白质：基质中的酶和膜外周蛋白q 不溶性蛋白质：膜内镶嵌蛋白、结构蛋白及部分酶蛋白q 120多种酶，细胞内含酶最多的细胞器，可作为线粒体不同部位的标志q 脂类占线粒体干重的2530，90为磷脂q 主要为卵磷脂和脑磷脂，还有心磷脂，胆固醇含量低三、遗传体系：人细胞中除核外唯一含有DNA的细胞器，有一套自身蛋白质翻译系统

29、，遗传密码与核密码有不同的编码含义，只有一条双链环状DNA，主要编码线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质，线粒体中大多数酶或蛋白质由核编码。1、线粒体是半自主性的细胞器（重点）(semiautonomous organelle)：线粒体内含有DNA分子和完整的遗传信息传递和表达体系，即线粒体内能够进行遗传信息的复制、转录和翻译，体现了线粒体的自主性；线粒体内遗传信息的传递过程几大部分功能活动受线粒体基因组和核基因组两套遗传体系的控制，因此线粒体是一种半自主性细胞器。2、线粒体基因组：mtDNA与细胞核基因组不同；基因组: 一条环状双链DNA分子；不同种属mtDNA的大小、遗传密码、以及

30、编码蛋白质的数量和特性均不同。结构特点：线粒体DNA呈双链环状；一个线粒体内可含有一至数个DNA分子；线粒体基因组比核基因组经济、紧凑，不含内含子，只有少量非编码序列；mtDNA是裸露的，不与组蛋白结合，存在于线粒体的基质内或依附于线粒体内膜，两条链的编码不对称；不严格的密码子配对；mtDNA全长16569 bp，共编码37个基因，仅13个是编码蛋白质的。 补充：人类核基因组：核DNA 呈线状；人类核DNA 由23对染色体组成；核DNA结合组蛋白；共编码约3万基因；仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。3、线粒体DNA的复制（D环复制）：半保留

31、复制方式；mtDNA含两个单向复制叉，H链和L链各含一个；H链和L链复制时间不一， L链晚于H链；合成的方向相反, H链顺时针， L链逆时针；mtDNA复制不受细胞周期的影响。4、线粒体DNA的转录：转录从两个主要的启动子处开始，为重链启动子和轻链启动子。进行多顺反子转录。转录出的线粒体RNA在线粒体内合成蛋白质，5端无帽结构。 补充：核基因组转录：蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)；单顺反子；运输出核外。5、线粒体的翻译：线粒体内蛋白质合成与mRNA转录同时进行；起始密码为AUA，胞质为AUG，起始步骤为N-甲酰蛋氨酸，密码子配对不严格；对药物

32、的反应不同（吖啶或乙啶抑制转录，氯霉素、四环素、红霉素抑制翻译）；合成的蛋白质数量有限但关键；tRNA、mRNA和核蛋白体自身专用，RNA和蛋白质不外运。 补充：核基因组翻译：蛋白质翻译与转录不同步；较严格的密码子配对；起始氨基酸：甲硫氨酸。6、线粒体遗传系统与细胞核遗传系统的相互关系：若无细胞核遗传系统，mtDNA本身不能复制，mtDNA也不能表达；细胞核遗传系统也受到线粒体遗传系统表达状态的影响；在哺乳动物中，细胞核基因组的表达受mtDNA突变、线粒体蛋白质合成的抑制等影响。四、线粒体核编码蛋白质的转运（重点）大多数电子传递链的蛋白为核编码蛋白。1、核编码蛋白向线粒体基质中的转运：（绝大多

33、数线粒体蛋白输入到基质，少数输入到膜间腔以及插入到内膜和外膜上。）基质导入序列(matrix-targeting sequence MTS)：又称导肽，约含2080个氨基酸残基，富含带正电荷的碱性氨基酸，位于将被转运入线粒体的前体蛋白的N-末端，具有识别、牵引作用，可将蛋白质准确导入线粒体内的一定部位。分子伴侣蛋白的协助：前体蛋白转运过程中伴有蛋白的去折叠、穿膜和重新折叠，这一过程需要某些蛋白质的协助，后者称为分子伴侣。前体蛋白（核基因组编码，在细胞质中合成）在线粒体外保持非折叠状态：参与的分子伴侣：新生多肽相关复合物 (NAC)，作用：增加蛋白转运的准确性；热激活蛋白70(HSP70)，作用

34、：防止前体蛋白形成不可解开的构象；防止已松弛的前体蛋白聚集。参与的因子：前体蛋白的结合因子（PBF)：增加HSP70对线粒体蛋白的转运；线粒体输入刺激因子（MSF)：单独发挥ATP酶的作用，为聚集蛋白的解聚提供能量。分子运动产生的动力协助多肽链穿过线粒体膜（布朗棘轮模型）。多肽链在线粒体基质中的重新折叠：基质作用蛋白酶MPP；mthsp70起折叠因子的作用；最后折叠还需要另外一套分子伴侣hsp60、hsp10的协助。2、核编码蛋白向线粒体其他部位的转运：向线粒体膜间腔的转运：膜间腔倒入序列ISTS：引导前体蛋白进入膜间腔。转运方式：a.整个蛋白进入基质，第二个信号序列ISTS引导多肽链通过内膜

35、上的通道进入膜间腔。b.第二个信号序列起转移终止序列的作用，阻止前体蛋白向基质转运，并固定于内膜上，切去位于内膜上的ISTS部分后进入膜间腔。c.通过直接扩散从胞浆通过外膜进入膜间腔。五、线粒体的起源：1、内共生假说：线粒体是由于共生原始真核细胞内的细菌演变而来。依据：（1）线粒体DNA与细菌相似（2）线粒体70核糖体与细菌相同（3）线粒体蛋白质合成接近于细菌（4）线粒体内膜与细菌质膜相似（5）线粒体的增殖方式与细菌一样。2、非内共生假说：真核细胞的前身为进化程度高的需氧细菌线粒体的发生是质膜内陷的结果。依据：（1）细菌的中膜体与线粒体相似（呼吸酶系）（2）质粒DNA与线粒体DNA相似。六、线

36、粒体的增殖：普遍认为线粒体依靠本身分裂或出芽进行增殖。出芽分裂；收缩分离；间壁分离。七、ATP的合成：F0F1ATP合酶复合体。结合变构机制(binding-change mechanism)1997年诺贝尔化学奖：质子运动释放的能量不直接用于ADP磷酸化，主要用于改变活性位点与ATP产物的结合亲和力；ATP合酶上的3个亚基以3种不同的构象（Loose、Tight、Open）存在；ATP通过旋转催化合成。八、线粒体与疾病：以线粒体结构和功能缺陷为主要原因的疾病称为线粒体疾病,由于线粒体疾病主要影响神经、肌肉系统，因此也统称为线粒体脑肌病。细胞的成活(氧化磷酸化)和细胞死亡(凋亡)均与线粒体功能

37、有关。1、疾病过程中线粒体的变化：2、线粒体疾病的特征：a.高突变率：mtDNA裸露，无组蛋白包裹，mtDNA复制在整个细胞周期中均可进行，易受到各种理化因素特别是致癌剂的影响。b.阈值效应：当突变的mtDNA达到一定的比例时, 才有受损表型出现，各种组织对氧化磷酸化的依赖性有所不同，脑、骨骼肌、心脏、肾脏、肝脏，对能量的依赖性依次降低。c.母系遗传：人类受精卵中的线粒体绝大部分来自卵母细胞。母亲把线粒体DNA传递给所有的子女，但是只有她的女儿们将其线粒体DNA传给下一代。这种传递方式被称为母系遗传。3、实例：Leber遗传性视神经病(LHON)：母系遗传，男：女=5:1，性别差异不清楚。本病

38、起病为急性或亚急性球后视神经炎，导致严重双侧视神经萎缩，丧失中心视野，视力急剧减退，但周围视力仍存在。细胞骨架与细胞的运动一、概述：细胞骨架（cytoskeleton）真核细胞质中蛋白质纤维网架体系，对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质运输、染色体的分离和细胞分裂等起重要作用。主要成分为微管(microtubule)、微丝(microfilament)、中间纤维(intermediate filament)。广义的还包括细胞外基质、胞质骨架、胞核骨架。二、微管(microtubule)：1、概念：由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状结构，具极性，控制着膜性细胞器的定位及胞内物质运输，参与

39、细胞形态的维持、细胞运动和分裂等 。2、微管的结构：微管是由微管蛋白组成的中空小管。 微管蛋白（tubulin）：-微管蛋白、-微管蛋白、(占8095，组成的异二聚体是微管装配的基本单位)；-微管蛋白(微管组织中心，MTOC)。在微管蛋白和微管蛋上各有一个GTP结合位点、Mg2+、Ca2+结合位点和一个秋水仙素结合位点。微管蛋白环状复合物（-TuRC）：由微管蛋白和一些其他相关蛋白构成，是微管的一种高效的集结结构，在中心体中是微管装配的起始结构。微管在细胞中的存在形式：单管：由13根原纤维包围而成，细胞中大部分微管都是单管，不稳定。二联管：由AB两根微管组成，A管13根原纤维，B管10根。主要

40、构成鞭毛与纤毛的杆状部。三联管：由ABC三根微管组成，A管13根原纤维，B、C各10根。中心粒和鞭毛、纤毛的基体是三联管。微管结合蛋白 （microtubule-associated protein ，MAP）：在微管蛋白装配成微管后，结合在微管表面的辅助蛋白。种类： MAP-1、MAP-2（分布于胞体、树突）、tau（只在轴突） 、MAP-4。MAP有两个结构域：碱性的微管结合区域：可与微管结合，明显加速微管的成核作用；酸性的突出区域：以横桥的方式与其它骨架纤维相连接。3、微管的组装：a. 成核期（延迟期）：先由和微管蛋白聚合成一个短的寡聚体结构，即核心形成。为微管聚合的限速过程。b. 聚合

41、期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长；c. 稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定。微管组织中心（microtubule organizing center，MTOC，微管蛋白环形复合体）：作用：帮助微管装配过程中成核。微管组织中心在空间上为微管装配提供始发区域，控制着细胞质中微管的数量、位置及方向。微管在中心体上的聚合：A.中心体的无定形蛋白基质中含有微管蛋白环,它是微管生长的起始部位;B.中心体上的微管蛋白环; C.中心体与附着其上的微管。补充：核心形成位点，主要在中心体和纤毛的基体。中心体和中心粒：中心体是动物细胞中决定微管形成的细

42、胞器，包括中心粒和中心粒旁物质。微管的体外组装：装条件 ：微管蛋白异二聚体达到临界浓度、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。极性装配：装配快的一端（微管蛋白）为（+）极，装配慢的一端（微管蛋白）为（-）极，踏车现象：组装和去组装达到平衡。微管组装的动态调节-非稳态动力学模型：该模型认为，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（dynamic instability）。微管在体外组装时，游离微管蛋白的浓度和GTP水解成GDP的速度决定微管的稳定性。4、药物对胞内微管装配的影响：紫杉醇：防止微管蛋白亚基的解聚，加速

43、微管蛋白的聚合。秋水仙素/胺：结合和稳定游离的微管蛋白，引起微管的解聚。抑制微管的组装，破坏纺锤体的形成，使细胞停止在分裂中期。长春花碱/长春新碱：结合微管蛋白异二聚体，抑制聚合。5、微管的特点：微管是由微管蛋白聚合而成的；微管的结构是动态的；微管是有极性的（polar structure）；微管的形成有专门的地方（MTOC）。6、微管的功能：a.微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态b. 参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成 c.参与细胞内物质运输, 由微管马达蛋白（介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白）完成，由ATP提供能量,马达蛋白分三种：胞质动力蛋白(dynein)、驱动蛋白(kines

44、in)和肌球蛋白(myosin),dynein、 kinesin以微管作为运行轨道Myosin以肌动蛋白纤维为运输轨道。驱动蛋白：介导沿微管的（-）极向（+）极的运输；动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输d.维持细胞内细胞器的定位和分布e.参与染色体的运动，调节细胞分裂f.参与细胞内信号转导。补充：中心粒是一对彼此相互垂直的圆柱状小体，每个小体的壁由九组三联(9×3) 微管组成。在有丝分裂期形成纺锤体，参与细胞分裂。纤毛数目多，较短, 存在于呼吸上皮，子宫内膜上皮，室管膜细胞等，运动，排除异物、防疫功能。鞭毛 1-2条，较长，长者可达50-200um，低等动物、单细胞动物之

45、细胞运动器、抓取食物的工具，高等动物，存在于特殊细胞，如精子的鞭毛。纤毛和鞭毛大多属于92类型。三、微丝：也称肌动蛋白纤维，组成微丝的主要成分是肌动蛋白（actin) 。由于具收缩功能，也称为细胞的“肌肉系统”。它以多种形式（束状、网状、散在等）有序地存在胞质的特定空间上，与微管和中间纤维共同构成细胞骨架，参与细胞形态的维持以及细胞运动等生理功能。1、肌动蛋白亚单位：微丝是肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构。游离状态球形单体分子形式存在的称为G（球形）肌动蛋白， 呈哑铃型，具极性，聚合后呈纤维状的称为F（纤维状）肌动蛋白。2、存在方式：微丝常呈束状存在；电镜下单根微丝呈双螺旋状；具有极性；由2条平

46、行的肌动蛋白单链以右手螺旋方式相互盘绕而成。3、微丝结合蛋白：肌细胞和非肌细胞中都有微丝结合蛋白，种类多，主要与微丝的装配及微丝的功能相关。按其功能可分为三大类：与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白：成核蛋白等 与微丝结构有关的蛋白：纤维切割蛋白，结合蛋白等 与微丝收缩有关的蛋白。膜结合蛋白。4、微丝的装配机制：成核期：是微丝组装的限速过程，又称延迟期，此期球状肌动蛋白开始聚合（三聚体）。成核因子通过成核作用来加速肌动蛋白的聚合。生长期：微丝不断延长。平衡期：肌动蛋白参入速度与解离速度平衡，长度不变，聚合与解离仍在进行。 微丝的成核：Arp2/3复合物：促使形成微丝网络结构，由Arp2、Arp3和其

47、他5种附属蛋白组成，具有与微管成核时-微管蛋白复合体相似的作用，是微丝组装的起始复合物，参与微丝网络的形成。微丝装配的成核作用发生在质膜，形成细胞皮层或肌动蛋白皮层。与肌动蛋白一起为细胞膜提供强度和韧性，并维持细胞形态。 踏车模型：肌动蛋白分子加入和解离的速率相等，微丝净长度没有改变。 非稳态动力学模型。 肌动蛋白结合ATP参与微丝形成，微丝装配过程中ATP的水解。 微丝组装的动态调节：需要ATP和一定的盐浓度；ATP是调节微丝组装不稳定性的主要因素；含ATP和Ca2+及低浓度Na+、K+溶液，微丝解聚成肌动蛋白单体；含ATP和Mg2+及高浓度Na+、K+溶液，肌动蛋白单体装配成微丝。 药物可

48、对微丝的聚合与解聚发挥作用：细胞松弛素B（cytochalasin B)与微丝的正端结合抑制微丝的聚合,即抑制组装；鬼笔环肽(phalloidin)与聚合的微丝结合，抑制微丝的解体。5、微丝的功能：a.构成细胞的支架，维持细胞的形态(绒毛蛋白，肌球蛋白和钙调蛋白，毛缘蛋白) b.参与细胞运动（肌动蛋白的聚合形成伪足；伪足与基质之间行成新的锚定点；以附着点为支点向前移动（肌动蛋白纤维的解聚）。） c. 参与细胞分裂 (收缩环)d.参与肌肉收缩e.参与细胞内物质的运输 f.参与细胞内信号转导。补充：肌肉收缩（）: 肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相互滑动的结果。粗肌丝由肌球蛋白(myosin-微丝发动机蛋

49、白，属马达蛋白，头部具ATP酶活性，沿微丝从负极向正极移动)组成。细肌丝由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。详细过程见PPT细胞骨架89、90页。（微丝与肌肉收缩的关系）四、中间纤维（IF）：直径10nm的纤维蛋白，因介于肌肉细胞actin与肌球蛋白粗丝之间而得名。是一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的蛋白质，种类多。成分比微丝和微管都复杂。在三类细胞骨架纤维中最为坚韧和持久。1、组成形态特性：IF是丝状蛋白多聚体，所有中间纤维都可以分为头部、杆状区和尾部。结构稳定，不受细胞松弛素和秋水仙素的影响。2、中间丝结合蛋白(intermediate filament associated

50、protein，IFAP)：是一类在结构和功能上与中间丝有密切联系，但其本身不是中间丝结构组分的蛋白。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。3、IF的装配和调节：两个单体，形成两股超螺旋二聚体；两个二聚体反向平行组装成四聚体；两个或多个四聚体长向连成原纤维；8条原纤维组成中间纤维。4、中间纤维的类型：酸性角蛋白(acidic keratin)；碱性/中性角蛋白(basic/neural keratin)；波形蛋白(vimentin)；神经丝蛋白(neurofilament protein)；核纤层蛋白(lamin)；巢蛋白(nestin)。（根据氨基酸序列的相似性）

51、。5、中间纤维的特点：结构稳定，基本上以聚合形式存在；无极性；柔韧易弯曲，不易折断；可以形成各种空间结构，并与微管和微丝相互作用，需要多种蛋白质参与（间纤维结合蛋白及其他）；IF 的装配与温度和蛋白浓度无关，不需要ATP 或GTP。6、中间纤维的功能：参与构成细胞完整的支撑网架系统（与质膜、细胞外基质、核膜、核基质相连）；为细胞提供机械强度支持（将细胞拉扯展开成薄片的实验）；参与细胞的分化（1.不同类型的 I F 严格地分布在不同类型的细胞中，具有组织细胞的特异性。2.发育不同阶段的细胞，会表达不同类型的中间纤维，是细胞分化的标志）；参与细胞内信息传递与物质运输；参与细胞连接；维持细胞核的稳定

52、。7、中间纤维在结构功能上与MT、MF的区别：a.结构上 中间纤维是相当稳定的结构；在体积和形态上与微管和微丝不同；IF的亚基并不与核苷酸结合。微丝是一种实心纤维状结构，主要成分是肌动蛋白；微管是一种中空的圆柱状结构，主要成分是一种酸性微管蛋白；中间纤维介于微管和微丝之间。b.功能上 微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器（membrane-enclosed organelle）的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。五、细胞骨架与疾病：1、细胞骨架与肿瘤：细胞骨架的破坏和微管的解聚；增殖快，侵袭转移能力增强；根据中间丝分布具有组织特异性的特点，用

53、作临床肿瘤病理诊断工具。2、与神经系统疾病：肌萎缩侧索硬化（ALS）也叫运动神经元病（MND），神经元的中间纤维成分主要是神经丝，神经丝与神经微管集聚成束，形成胞质神经原纤维结构。神经原纤维在运动神经元的胞体和轴突近端堆积，运动神经元功能丧失，骨骼肌失去神经支配而萎缩，造成瘫痪，最终死亡。阿尔茨海默病（Alzheimers）：Tau蛋白增高磷酸化并从微管上解离微管聚合障碍神经元营养、代谢障碍。3、细胞骨架与遗传性疾病：角蛋白基因突变: 单纯性大泡性表皮松懈症。细胞分裂与细胞周期Cell division and cell cycle壹、细胞分裂：（cell division)：一个亲代细胞一分

54、为二、形成两个子代细胞的过程。是细胞基本特征之一，没有细胞的分裂，就没有生物的生长、发育、遗传和进化。真核细胞的分裂方式可分为；无丝分裂(amitosis)、有丝分裂(mitosis)、减数分裂(meiosis)。一、无丝分裂(amitosis)：又名直接分裂 (direct division)，存在于低等生物中，在人体创伤后或癌变及衰老的组织细胞中，肝脏、上皮组织、疏松结缔组织以及肌组织。分裂过程是胞核拉长后从中间断裂，胞质随后一分为二，两个子细胞形成。1、分裂过程： 核内染色质复制倍增，核及核仁体积增大，核仁及核仁组织中心分裂。 以核仁及核仁组织中心为分裂制动中心 核仁与核膜周染色质相联系

55、的染色质丝为牵引带，分别牵引着新复制的染色质和原有的染色质。新复制的染色质在对侧核仁组织中心发出的染色质丝的牵引下，离开核膜移动到核的赤道面上。核拉长成哑铃型，中央部分缢缩变细。核膜内陷加深，最终缢裂成为两个完整的子细胞核；接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。2、特点：分裂迅速；能量消耗少；分裂中细胞仍可继续执行功能；不形成纺锤丝，无染色体组装；两个子细胞中的遗传物质不一定均等。 补充：二分裂：细菌细胞分裂时，DNA分子附着在细胞膜上并复制，随着细胞膜的延长，复制而成的两个DNA分子彼此分开；细胞中部的细胞膜和细胞壁向内生长，形成隔膜，将细胞质分成两半，形成两个子细胞，这个过程就

56、被称为细菌的二分裂。无丝分裂和二分裂有着本质的区别:二分裂指的是原核生物进行的一种最原始的细胞增殖方式; 无丝分裂是真核生物独特的细胞增殖方式，通过这种分裂，可同时形成多个核；且分裂时细胞核仍可执行其生理功能。二：有丝分裂（mitosis）：也称间接分裂，是高等真核生物细胞分裂的主要方式。是细胞核发生一系列复杂的变化后，细胞通过形成有丝分裂器，将遗传物质平均分配到两个子代细胞中。有利于细胞在遗传上的稳定。根据分裂细胞形态和结构的变化，可将连续的有丝分裂过程认为地划分为前期、前中期、中期、后期、末期及胞质分裂6个时期。三个重要事件：染色质凝集为染色体；纺锤体形成；胞质分裂（收缩环形成）1、前期（prophase）： 主要事件：染色质凝集成染色体（复制的染色质纤维开始螺旋化，逐渐凝集成具有棒状或杆状的染色体。因染色质上的核仁组织中心组装到了染色体中，导致rRNA合成停止，核仁逐渐分解最终消失。有关蛋白：凝缩蛋白（condensin）、黏连蛋白）、分裂极确定（伴随着染色质的凝集，原分布于细胞同一侧的两个中心体开始沿核膜外围分别向细胞两极移动，它们最后所到达的位置将决定细胞分裂极。中心体的极向移动需要多种马达蛋白的参与）、核仁缩小并解体。2、前中期（prometaphase)： 主要事件：核膜的崩裂（核纤层磷酸化降解核膜消失，与核纤层蛋白磷酸化有关。核纤层蛋白磷酸化