什么是细胞生物学

1、第一章：绪论一、教学大纲（目的）要求：l 掌握细胞生物学与细胞的现代概念，2 了解细胞生物学的主要研究内容3 了解细胞生物学究研目的、任务与医学的关系4 了解细胞生物学发展简史 二、词汇与概念1、基本专业词汇cell 、cell biology、medical cell biology、molecular biology of the cell、cytology、 cytogenetics、cytophysilogy、cytochemistry、cytosocilogy、cytomorphology、molecular cytology、cell theory 2、基本概念细胞、细胞生物学、医

2、学细胞生物学 细胞分子生物学 细胞的现代概念 细胞学说三、重点和难点：l 细胞生物学（cell biology） 利用现代技术和方法从细胞的整体、超微结构和分子水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学。2 医学细胞生物学（medical cell biology） 以人体细胞为主要研究对象，探讨其生长、发育、增殖、分化、遗传变异、衰老、死亡以及细胞结构与功能异常和人类疾病发生、发展和防治规律的科学。3 细胞分子生物学 （molecular biology of the cell） 从分子水平上来研究细胞的结构与功能以及各种生命活动规律的科学。4 细胞的现代概念 细胞是生命活动的基本单位。

3、（1）细胞是构成生物有机体的基本结构单位：一切有机体均由细胞构成（病毒为非细胞形态的生命体除外）。单细胞生物一个细胞就是一个完整的个体，多细胞生物的机体根据其复杂程度由数百乃至万亿计细胞构成。（2）细胞是代谢与功能的基本单位： 在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中， 细胞呈现为一个独立的、有序的、自我调节的代谢体系，生物体的一切生命活动都是以细胞为单位实现的。（3）细胞是生物有机体生长发育的基本单位： 生物有机体的生长和发育是依靠细胞的分裂、体积的增长和细胞的分化来实现的，是发育的基本单位。（4）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性：生物在遗传过程中，通过生殖细胞来传递遗传信息，生物体内各

4、种不同类型的细胞，都是由一个受精卵发育而来，每一个细胞都含有全套的遗传基因，具有遗传的全能性。5 细胞学说 1838-1839年德国动物学家施旺（Schwann）和植物学家施莱登（Schleiden）在自己研究工作的基础上，总结了前人的工作，提出了"细胞学说"，宣称一切生物，从单细胞到高等动植物都是由细胞组成的；细胞是生物的形态结构和功能活动的基本单位；细胞都是从细胞分裂而来，论证了生物界的统一性和共同起源。6 研究内容（1）细胞膜与细胞器 生物膜包括细胞膜和细胞内膜，细胞内大部分细胞器都是以生物膜为基础构建的，如：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体和核膜等，与细胞内许

5、多重要生命活动有关，如细胞分裂与分化、细胞识别、免疫、物质运输、信息传递、代谢调节、能量转换、神经传导以及肿瘤发生等。生物膜和细胞器的结构与功能的研究是细胞生物学研究的重要内容。（2）细胞骨架系统 细胞骨架是细胞内由蛋白纤维组成的网状结构，它包括微丝、微管和中等纤维。细胞骨架的结构和功能与细胞的形态、运动、物质运输、生长调控以及跨膜信息传递等功能密切相关。（3）细胞核、染色体以及基因表达 细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质组成，是细胞生命活动控制中心。核被膜是细胞核的界膜，它上面存在的核孔复合体是控制核质之间物质双向运输的通道；染色质与染色体是遗传物质的载体；核仁是转录rRNA与装配核糖体亚

6、单位的场所；核基质是由蛋白质组成的细胞核内骨架结构，为完成DNA的各种功能，包括DNA的复制、转录、加工、接收细胞外部信号以及维持染色体的结构等提供作用位点。细胞核的研究是揭示基因表达及其调控的基础。（4）细胞增殖及其调控 细胞的增殖是生命的基本特征之一，真核细胞的分裂方式主要有三种，即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。从分子水平研究细胞的基本规律及其调控机理，对于揭示生物体生长、发育、遗传和变异的机理以及研究细胞癌变发生和防治具有重要的意义。（5）细胞分化、衰老与死亡 个体发育从受精卵开始，通过细胞的分化产生不同类形型的细胞，新个体出生后，还要通过各类干细胞的分裂和分化产生新的细胞不断代替死亡细

7、胞。细胞分化是生物体生长发育的基础。研究细胞分化及其调节机理，对于揭示生命的奥秘和控制细胞癌变具有重要意义。 细胞的衰老与死亡 细胞的衰老是由诸多因素控制的，其原因至今没有搞清，从分子水平探讨细胞衰老的机理，对于延缓个体的衰老具有重要的意义。编程性细胞死亡是一种由基因控制的细胞死亡方式，它关系到个体的生长、发育、畸形、 衰老、疾病，和癌症的发生。揭示控制细胞死亡的分子机制具有重大的生物学意义。 （6）细胞信号传导 细胞作为一个生命活动的基本单位，如何识别周围环境中存在的各种信号，并将其转变成细胞内部各种分子功能上的变化，从而影响细胞的代谢、发育、增殖、衰老、死亡等。搞清细胞信号转导的机制，对生

8、命活动将有着重要意义。（7）细胞工程 细胞工程是生物工程的一个组成部分，它是指用细胞生物学和分子生物学方法，有计划地改变细胞的结构或遗传物质，以产生特定的生物产品、性状或新的物种。如利用细胞工程技术生产胰岛素、单克隆抗体、转基因动物、克隆生物等。由于它在基础理论研究和生产实际应用中具有重要意义，已经成为当今生命科学新技术革命的前沿。7 细胞生物学的发展简史：（1）细胞的发现和细胞学说的创立（1665-1873） 人类第一次发现细胞至今已有300余年的历史。1665年，英国学者R .Hocke 用自制的显微镜观察软木的薄片时，发现是由许多蜂窝状的结构组成，把这些小室称为细胞（cell）。1677

9、年，荷兰学者A. V. Leeuwenhoek 用显微镜首次观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并在观察鲑鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。1838-1839年德国动物学家施旺（Schwann）和植物学家施莱登（Schleiden）在自己研究工作的基础上，总结了前人的工作，提出了"细胞学说"，宣称一切生物，从单细胞到高等动植物都是由细胞组成的；细胞是生物的形态结构和功能活动的基本单位；细胞都是从细胞分裂而来，论证了生物界的统一性和共同起源。对细胞生物学的发展起了巨大的推动作用。（2）经典细胞学发展时期（1875-1900） 细胞学说建立以后很快掀起了对细胞研究的高潮，光镜下的

10、主要细胞器（中心体、线粒体、高尔基体）和细胞分裂活动（无丝分裂、有丝分裂和减数分裂）相继被发现，构成了细胞学的经典时期。使人们对细胞结构和功能的复杂性有了进一步的了解。（3）实验细胞学发展时期（1900-1953） 这一时期，人们广泛应用实验的手段与分析的方法来研究细胞学中的一些根本问题，为细胞学的研究开辟了一些新的方向与领域：1900年孟德尔（G.J.Mendel）的遗传法则和1910年摩尔根（G.J.Morgan）建立的基因学说，奠定了细胞遗传学的基础。1909年Harrison和Carrel创立的组织培养技术、大量的细胞生理学的研究，如细胞的生长与繁殖、细胞质的流动、变形运动、纤毛、鞭毛

11、运动、肌肉收缩等以及40年代中期，细胞化学技术、细胞器的分离，放射性同位素技术、特别是电子显微镜的应用，为细胞结构和功能的研究开创了一个新的局面。（4）细胞生物学的兴起与分子细胞生物学的发展（1953- ） 20世纪50年，利用电镜技术对细胞超微结构的深入研究，尤其是 1953年沃森（J.D.Watson）和克瑞克（H.C.Crick）对DNA 双螺旋分子结构模型的提出，开创了从分子水平、超微结构水平阐明细胞生命活动本质的新纪元。分子生物学的重大进展：如DNA分子的"半保留复制"、 克瑞克（Crick，1958）的遗传信息流向的"中心法则"（centra

12、l dogma）、 尼伦堡和马泰（Nirenberg和Matthaei,1961）等确定的氨基酸的"密码"、雅格布和莫诺（Jacob和Monod,1961）提出的蛋白质合成"操纵子学说"、 1970年Baltimore发现的逆转录酶、以及1977年第一次把高等动物的生长激素释放抑制素基因引入大肠杆菌，得到表达等成果促进了从分子水平对细胞结构及其功能活动的探索，发展形成了分子细胞生物学（molecular cell biology）。第二章 细胞膜的分子生物学一、教学大纲（目的）要求l 掌握以下基本概念：质膜、单位膜、细胞表面、简单扩散、易化扩散、被动运输

13、、主动运输、协同运输、受体介导的内吞作用、紧密连接、粘着带、粘着斑、桥粒2 掌握质膜的化学组成、膜的结构特点。3 熟悉膜的两大特性及及其生物学意义，了解影响膜流动性的因素。4 掌握小分子物质穿膜运输和膜泡运输的方式、主要特点。5 了解细胞连接的三种基本类型，掌握紧密连接、抛锚连接和通讯连接的主要结构特点及生物学意义。二、基本概念：1基本专业词汇 cell membrane, plasma membrane, phase transition, integral protein, peripheral protein, unit membrane, fluid mosaic model, mem

14、brane transport protein, coupled transport, active transport, exocytosis, endocytosis, pinocytosis, phagocytosis, coated vesicle, receptor mediated endocytosis, cell surface, cell coat, cell recognition, cell junction, gap junction,2基本概念质膜、单位膜、细胞表面、简单扩散、易化扩散、被动运输、主动运输、协同运输、受体介导的内吞作用、紧密连接，粘着带，粘着斑，桥粒三

15、、重点和难点：一、注意区分质膜、单位膜、生物膜三者之间的关系与异同。生物膜(biomembrane)是细胞膜和细胞内膜的统称。细胞膜(cell membrane)是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质膜（plasma membrane）。它将细胞质与外环境分隔开，构成一道特殊屏障，使细胞有一个相对独立而稳定的内环境，并通过它使细胞与外环境保持着密切的联系，在细胞与外环境间进行物质、能量的交换及信息传导等过程中起着十分重要的作用。 细胞内膜是在真核细胞内，除了质膜以外的其他膜结构。它们构成了许多细胞器的界膜，将各细胞器与胞质溶胶分隔开，以执行各自不同的功能。这些细胞内膜可将不同功能的细胞器相互联系

16、起来，在细胞合成、代谢、分泌等过程中起着重要作用。透射电镜下生物膜呈现为"两暗夹一明"的三层结构，即内外两个电子致密的"暗"层中间夹着电子密度低的"亮"层，其总厚度约为7nm，称为单位膜(unit membrane)。二、生物膜的化学组成生物膜的化学成分主要有脂类、蛋白质和糖类，此外还含水、无机盐和少量的金属离子。膜中脂类和蛋白质构成了膜的主体，糖类多以复合糖的形式存在，与膜脂或膜蛋白结合分别形成膜糖脂或膜糖蛋白。 1膜脂构成膜的脂类有磷脂、胆固醇和糖脂，其中以磷脂为最多。这三种脂类都是双亲媒性分子，即它们都是由一个亲水的极性头部和一

17、个疏水的非极性尾部组成。由于膜脂的这一结构特点，它们在水溶液中能自动聚拢形成脂双分子层，其游离端往往有自动闭合的趋势，形成一种自我封闭而稳定的中空结构，称脂质体。磷脂 真核细胞膜中的磷脂主要有卵磷脂（磷脂酰胆碱）、脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂合磷脂酰肌醇。胆固醇 是细胞膜内的中性脂类。真核细胞膜中胆固醇含量较高，有的膜内胆固醇与磷脂之比可达11。胆固醇也是双亲媒性分子，包括三部分：极性的羟基团头部、非极性的固醇环和非极性的脂肪酸链尾部。在膜中，胆固醇分子散布在磷脂分子之间，其极性的羟基头部紧靠磷脂的极性头部，将固醇环固定在近磷脂头部的碳氢链上，其余部分分离。这种排列方式对膜的稳

18、定性十分重要。糖脂 是含一个或几个糖基的脂类，也是双亲媒性分子，存在于所有的动物细胞膜中，约占膜外层脂类分子的50。动物细胞膜中的糖脂主要是鞘氨醇的衍生物，结构与鞘磷脂相似，只是其头部以糖基替代了磷脂酰碱基。脑苷脂是最简单的糖脂，只含一个糖基（半乳糖或葡萄糖）。在所有细胞中，糖脂均位于膜的非胞质面单层，并将糖基暴露在细胞表面，其作用可能是作为某些大分子的受体，与细胞识别及信息传导有关。 2膜蛋白生物膜所含的蛋白叫膜蛋白，是生物膜功能的主要承担者。根据蛋白分离的难易及在膜中分布的位置，膜蛋白基本可分为两大类：外在膜蛋白和内在膜蛋白。外在膜蛋白约占膜蛋白的2030，分布在膜的内外表面，主要在内表面

19、，为水溶性蛋白，它通过离子键、；氢键与膜脂分子的极性头部相结合，或通过与内在蛋白的相互作用，间接与膜结合；内在蛋白约占膜蛋白的7080，是双亲媒性分子，可不同程度的嵌入脂双层分子中。有的贯穿整个脂双层，两端暴露于膜的内外表面，这种类型的膜蛋白又称跨膜蛋白。内在膜蛋白露出膜外的部分含较多的极性氨基酸，属亲水性，与磷脂分子的亲水头部邻近；嵌入脂双层内部的膜蛋白由一些非极性的氨基酸组成，与脂质分子的疏水尾部相互结合，因此与膜结合非常紧密。 三、生物膜的两大特性生物膜具有两个明显的特性，即膜的流动性和膜的不对称性。1膜的流动性生物膜的流动性是膜脂与膜蛋白处于不断的运动状态，它是保证正常膜功能的重要条件

20、。在生理状态下，生物膜既不是晶态，也不是液态，而是液晶态，即介于晶态与液态之间的过渡状态。在这种状态下，其既具有液态分子的流动性，又具有固态分子的有序排列。当温度下降至某一点时，液晶态转变为晶态；若温度上升，则晶态又可溶解为液晶态。这种状态的相互转化称为相变，引起相变的温度称相变温度。在相变温度以上，液晶态的膜脂总是处于可流动状态。膜脂分子有以下几种运动方式：侧向移动；旋转运动；左右摆动；翻转运动。膜蛋白分子的运动形式有侧向运动和旋转运动二种。2膜的不对称性以脂双层分子的疏水端为界，生物膜可分为近胞质面和非胞质面内外两层，生物膜内外二层的结构和功能有很大差异，这种差异称为生物膜的不对称性。膜脂

21、分布的不对称主要体现在膜内外两层脂质成分明显不同。如磷脂中的磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在膜的外层，而磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇多分布在膜的内层，其中磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸的头部基团均带负电，致使生物膜内侧的负电荷大于外侧。膜蛋白分布的不对称主要体现在三个方面：即使是膜内在蛋白都贯穿膜全层，但其亲水端的长度和氨基酸的种类与顺序也不同；外在蛋白分布在膜的内外表面的定位也是不对称的，如具有酶活性的膜蛋白Mg2-ATP酶、5'核苷酸酶、磷酸二酯酶等均分布在膜的外表面，而腺苷酸环化酶分布在膜的内表面；含低聚糖的糖蛋白，其糖基部分布在非胞质面。四、生物膜的分子结构模型生物膜的主要化学

22、成分是脂类和蛋白质，还有少量糖类。关于这些组分在膜中是如何排列和组织的、以及它们之间是如何相互作用的等问题，许多学者进行了多方面的研究，先后提出了数十种不同的生物膜分子结构模型，下面介绍公认的流动镶嵌模型。这一模型是Singer和Nicolson在1972年提出的。流动镶嵌模型保留了夹层学说和单位膜模型中磷脂双层的排列方式，即流动的脂双层分子构成膜的连续主体，蛋白质分子以不同程度镶嵌于脂质双层中。它的主要特点是：强调了膜的流动性，膜中脂类分子既有固体分子排列的有序性，又有液体的流动性，即流动的脂类分子层构成膜的连续整体；强调了膜的不对称性和脂类与蛋白质分子的镶嵌关系。膜中球形蛋白质分子不同程度

23、地镶嵌在脂类双分子层中，蛋白质分子的非极性部分嵌入脂类双分子层的疏水尾部去，极性部分露于膜的表面，似一群岛屿一样，无规则地分散在脂类的海洋中。这二模型的不足之处在于它忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的控制作用，忽视了膜的各个部分流动性的不均匀性等等。五、小分子物质的跨膜运输每一个活细胞要维持其正常的生命活动，必须通过细胞膜从外界及时地吸取营养物质，同时要不断地排出其代谢产物。这些营养物质和代谢产物进出生物膜的方式，根据是否需要膜蛋白的介导分为单纯扩散和膜蛋白介导的跨膜运输两种。根据运输过程中是甭消耗代谢能又把后者分为被动运输和主动运输两种方式。1膜的选择性通透和单纯扩散一些物质不需要膜蛋白的帮

24、助，能顺浓度梯度自由扩散，通过膜的脂双层，这种跨膜运输的形式，称为单纯扩散，又称为被动扩散，它不需要消耗能量，是物质跨膜运输中最简单的一种形式。一般来说分子量小、脂溶性强的非极性的分子能迅速地通过脂双层膜，不带电荷的小分子也较易通透，如CO2、O2、乙醇和尿素可迅速扩散通过脂双层。H2O因为分子小，不带电荷，且本身具有双极结构，也很容易通过膜。一些带电分子如Na、K、Cl等尽管分子很小，往往因其周围形成的水化层而难以通过脂双层的疏水区而完全不能通透。不带电的葡萄糖，因分子太大，也几乎不能自由扩散过膜。2膜蛋白介导的跨膜运输对一些相对较大的极性或带电的分子，如葡萄糖、氨基酸及离子等物质均不能自由

25、通过膜。这些物质的运输均需要有膜蛋白的介导，这些蛋白称膜运输蛋白。根据膜蛋白介导物质运输的形式，又可分为载体蛋白介导和通道蛋白介导两大类型。 六、大分子和颗粒物质的跨膜运输真核细胞中，一些大分子如蛋白质、多糖、多肽之类的物质的跨膜运输是通过细胞质膜的变形运动来完成的。这就是细胞内吞作用和细胞外吐作用。（一）内吞作用（endocytosis）内吞作用又称入胞作用，是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。根据入胞物质的不同大小，以及入胞机制的不同可将内吞作用分为三种类型：吞噬作用、吞饮作用、受体介导的内吞作用。 1、吞噬作用（phagaocytosis） 是指摄入直径大于1m的颗粒物质

26、的过程。在摄入颗粒物质时，细胞部分变形，使质膜凹陷或形成伪足将颗粒包裹摄人细胞。伪足的伸出是由肌动蛋白参与的，若用抑制肌动蛋白聚合的药物如细胞松弛素能抑制细胞吞噬。2、吞饮作用（pinocytosis） 是细胞摄入溶质或液体的过程。细胞吞饮时局部质膜下陷形成一小窝，包围液体物质，然后小窝离开质膜形成小泡，进入细胞。吞饮作用分为液相内吞和吸附内吞。前一种方式为非特异性细胞把细胞外液及其内可溶性物质摄入细胞内。后一种方式中，细胞外大分子或颗粒物质先以某种方式吸附在细胞表面，随后被摄入细胞内。如阳离子铁蛋白以静电作用先吸附在带负电荷的细胞表面，然后再被细胞摄入。吸附内吞有一定的特异性。3、受体介导的

27、内吞作用（receptor mediated endocytosis） 是细胞依靠细胞表面的受体特异性地摄取细胞外蛋白或其他化合物的过程。细胞表面的受体具有高度特异性，与相应配体(被内吞的分子)结合形成复合物，继而此部分质膜凹陷形成有被小窝，小窝与质膜脱离形成有被小泡，将细胞外物质摄入细胞内。有被小泡进入细胞后，脱去外衣，与胞内体的小囊泡结合形成大的内体，其内容呈酸性，使受体与配体分离。带有受体的部分膜结构芽生、脱落，再与质膜融合，受体又回到质膜，完成受体的再循环。 在内吞过程中，质膜上受体与配体特异结合部位的胞质面(将形成有被小泡的外衣)有一些蛋白附着：网格蛋白是其中最主要的一种蛋白。它是一

28、种纤维蛋白，与另一种较小的多肽形成了有被小泡外衣的结构单位，即三腿蛋白复合物。三腿蛋白复合物包括三个网格蛋白和三个较小的多肽。由许多三腿蛋白复合物聚合构成五边形或六边形的网格样结构，覆于有被小泡或有被小窝的胞质面。由网格蛋白装配成的外衣提供了牵动质膜的机械力，导致有被小窝的下凹，也有助于捕获膜上的特异受体及与之结合的被转运分子；调节素是有被小泡中组成外衣的另一类重要的蛋白，它是多亚基的复合物，能识别特异的跨膜蛋白受体，并将其连接至三腿蛋白复合物上，起选择性介导作用。跨膜受体蛋白胞质面肽链尾部，常在一个由四个氨基酸残基构成的区域内高度转折，形成一个内吞信号，由调节素识别它。所以调节 素可介导不同

29、类型受体，使细胞能捕获不同类型的物质。（二）外吐作用（exocytosis）外吐作用又称出胞作用，是一种与内吞作用相反的过程。细胞内物质的分泌，细胞中的病毒、未消化的残渣等分子释放到细胞外都是细胞外吐的过程。 细胞内物质外吐方式 1、固有分泌（constitutive pathway of secretion） 是新合成的分子在高尔基复合体装入转运小泡，随即很快被带到质膜，并持续不断地被细胞分泌出去，它普遍存在于所有细胞内。"SNARE假说"认为在固有分泌中，V-SNARE与t-SNARE相互识别并结合形成7S复合物，这是分泌颗粒与靶膜的特异性结合，接着NSF在SNAP的介

30、导下与7S复合物结合形成20S复合物，此复合物中的SNAP可激活NSF的ATP酶活性，NSF水解ATP提供能量使20S复合物解聚，随后膜融合自动发生，颗粒内物质分泌到细胞外。 2、受调分泌 （regulated pathway of secretion） 是细胞内大分子合成后被贮存在特殊的小泡如分泌颗粒中，只有当细胞接受细胞外信号物质的作用后，引起细胞内一系列生化改变，分泌颗粒才与质膜融合，发生外吐。受调分泌主要存在于特化的分泌细胞，如内、外分泌细胞，神经细胞等。它们能特异性地按需要快速地分泌其产物，如激素、消化酶、神经递质等。（三）质膜的循环和运动在细胞内吞和外吐过程中细胞质膜的面积不断地发

31、生变化。内吞过程中，转运小泡将质膜带人细胞内，如巨噬细胞在吞噬过程中每分钟可以将30质膜带入细胞；细胞外吐过程中，质膜的面积增大，如一些外分泌细胞分泌消化酶时，可使细胞顶部质膜增大30倍。但细胞的体积和表面积不会因此而增大和缩小，这意味着内吞和外吐的过程是两个相辅相成的过程，即有一定数量的质膜经内吞被减少，就会有相应数量的质膜经外吐过程得以补充，以保持细胞质膜面积的恒定，这就是质膜循环的一种方式。同时，在此循环过程中，质膜也在进行运动，其成分和分布发生了流动，这种流动将有利于细胞功能的执行。七、质膜的特化结构和功能质膜的特化结构包括侧面的特化结构和游离面的特化结构。侧面的特化结构就是指细胞连接

32、，或称细胞间连接，它是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构，在多细胞动物中普遍存在。游离面的特化结构，如微绒毛、鞭毛、纤毛等，帮助完成细胞的特定活动。 1紧密连接（tight junction）又称闭锁小带，存在于上皮细胞近管腔的侧面，多呈带状分布，少数为点状，起着封闭细胞间隙的作用，可防止管腔内物质自由进入细胞间隙。其主要功能为：通过封闭上皮细胞周围的间隙而阻止上皮上下两侧物质的自由穿行，阻止质膜外叶层中蛋白质及脂类分子在顶部与基侧部之间自由扩散。如在小肠吸收上皮细胞中，转运葡萄糖的主动运输及易化扩散蛋白分别停留在细胞顶部及基侧部，从而保证了细胞内葡萄糖既不会从上皮顶部扩散出去，也不会从基

33、侧面再将葡萄糖分子运回细胞内，保证了葡萄糖的定向运输。存在于脑组织的毛细血管内皮细胞间，防止血液与脑组织细胞外液成分的相互扩散，是血脑屏障的结构基础。起着将上皮细胞联合成整体的机械作用，加强细胞间的连接。2桥粒（desmosome）可机械地将细胞粘着在一起，根据其结构特点又分为三种：带状桥粒、点状桥粒、半桥粒。带状桥粒主要分布在上皮细胞顶端紧密连接的下方，在细胞周围呈连续的腰带状，但在某些组织如心肌闰盘处则可呈不连续的点状分布；点状桥粒主要分布在上皮细胞，点状桥粒与带状桥粒紧密连接形成连接复合体；半桥粒主要位于上皮基底层细胞的基底部。3缝隙连接（gap junction）散在分布于相邻细胞间，

34、是动物细胞间最普遍存在的一种细胞连接。在上皮细胞中缝隙连接分布于相邻细胞侧面深部，在肝胆小管处与紧密连接相邻，在心肌闰盘处与桥粒相邻。应用冷冻复型技术，缝隙连接在质膜的PF面上有一片片聚集的紧密排列的颗粒，范围可达1m。每个颗粒直径为68nm，彼此呈现规则的点阵排列，颗粒的中心间距离为9nm，膜EF面上则有相应规则排列的凹槽。高倍电镜观察缝隙连接颗粒，其直径为78nm，每个颗粒由六个蛋白分子的亚基环形排列而成，每个颗粒视为一个基本结构单位，称连接小体。每个小体长7.5nm，比质膜稍宽。小体呈圆柱状，外径6.0nm，中心孔径2.0m。蛋白分子称连接蛋白。每个连接蛋白分子跨膜4次，其跨膜的螺旋是高

35、度保守的。两侧质膜的连接小体相连形成相邻细胞间的通道，通道有可能是由连接蛋白的跨膜部分围绕而成的。通道的直径并非固定不变，常受一些因素的影响而改变。如膜电位低落时可使通道关闭；pH下降或Ca2浓度增高均可使连接蛋白构象改变，而使通道直径变小，甚至关闭；而当组织中某些细胞受损时，如细胞膜破坏、细胞外Ca2 内流，连接小体通道的关闭可避免相邻细胞的损伤，这是细胞膜的一种保护性措施。缝隙连接的的功能主要有两种，即细胞粘合和细胞通讯。许多实验已经证明缝隙连接是细胞间许多分子通透的途径。离子和分子量低于10001500的水溶性分子可直接通过，而大分子如蛋白质、核酸和多糖则不能通过。第三章 细胞外基质（附

36、加章）一、教学大纲（目的）要求l 熟悉氨基多糖和蛋白聚糖的基本分子结构和功能。l 熟悉胶原的基本结构和功能。l 了解纤连蛋白的分子特点及功能。二、基本概念：1、基本专业词汇 extracellular matrix ECM、glycosaminoglycan，GAG、proteoglycan，PG、hyaluronic acid，HA、collagen、elastin、 fibronectin，FN、laminin， LN2、基本概念 细胞外基质、氨基聚糖、胶原、纤粘连蛋白、层粘连蛋白三、重点和难点：（一）细胞外基质的概念及类型l 细胞外基质（extracellular matrix ECM）

37、 是机体发育过程中由细胞合成并分泌到细胞外的生物大分子所构成的纤维网络状物质，分布于细胞与组织之间、细胞周围或形成上皮细胞的基膜，将细胞与细胞或细胞与基膜相联系，构成组织与器官，使其连成有机整体。 功能主要有：1）对细胞组织起支持、保护作用，提供营养；在胚胎发育过程中有重要作用；在组织创伤的再生修复过程中发挥重要作用。根据细胞外基质的化学组成可分为三大类，即氨基聚糖和蛋白聚糖、胶原和弹性蛋白、纤粘连蛋白与层粘连蛋白等。（二）氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）和蛋白聚糖（proteoglycan，PG）1氨基聚糖的结构 它是由重复的二糖单位聚合而成不分支的长链状多糖。二糖单位

38、 包括氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖，N-乙酰氨基半乳糖）和糖醛酸（葡萄糖醛酸，艾杜糖醛酸）。透明质酸（hyaluronic acid，HA） 是一种最原始且重要的氨基聚糖，其结构组成为N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸，可赋予组织一定的抗压性，并有利于细胞的迁移及增殖。 2蛋白聚糖的结构 蛋白聚糖是氨基聚糖（除HA外）与核心蛋白质（core protein）的丝氨酸残基共价结合物。其单体包括一条核心蛋白质上连着若干个氨基聚糖分子，再由若干个单体以非共价键被连接蛋白质与HA相结合就形成蛋白聚糖。蛋白聚糖具有多态性的特点。3氨基聚糖和蛋白聚糖的功能（1）使组织具有弹性和抗压性；（2）对物质转运有选择渗

39、透性；（3）细胞表面的蛋白聚糖有传递信息的作用；（4）角膜中的蛋白聚糖具有透光性；（5）抗凝血功能。（三）胶原（collagen）和弹性蛋白（elastin）胶原1、胶原纤维的结构 胶原纤维的基本结构单位是胶原分子，又称为原胶原。胶原分子是由三条-螺旋多肽链盘绕成的三股螺旋结构，长300nm，直径1.5nm，其肽链的一级结构较为特殊，氨基酸组成及排列方式狠独特，每条肽链约含1000个氨基酸残基，组成为规则的三肽重复序列，即Gly-X-Y（RGD）序列组成，其中Gly指甘氨酸，占胶原分子氨基酸总量的1/3，X指脯氨酸，Y指羟脯氨酸或羟赖氨酸，分别有脯氨酸或赖氨酸羟化而成，为胶原所特有。2、胶原的

40、类型 根据胶原分子肽链的构成、氨基酸组成和立体结构的不同，目前已鉴定处20余种不同类型的胶原，它们具有不同的结构及不同的免疫学特性，分别由不同的结构基因编码，在不同的组织类型中分布。3、胶原的形成胶原可来源于多种细胞的合成分泌，如结缔组织的成纤维细胞、间充质的成软骨细胞、成骨细胞、各种上皮细胞（神经上皮、角膜上皮、晶状体上皮）、牙本质细胞、脂肪细胞等。（1）胶原基因 各型胶原的各种肽链分别由一个结构基因编码，这些基因在进化上相关，在结构上各具特点，一般较大，约3040kbp，由50个左右的外显子和50个内含子组成，大多数外显子长为54个核苷酸或54的整倍数，说明链的基因是由含54个核苷酸的原始

41、基因成倍扩大而来，但型胶原的结构基因例外。（2）胶原基因的表达与加工 胶原基因经转录、翻译、加工修饰等阶段，由DNA形成前胶原（procollagen），然后通过高尔基小泡分泌至细胞外。前胶原在细胞外经过酶切成为胶原分子（原胶原tropocollagen），然后胶原分子遵从相邻分子交错1/4长度、前后分子首尾相隔35nm的距离自我装配，称为明暗相间的直径约1030nm的胶原原纤维（collagen fibril），后者再聚集成束而成胶原纤维（collagen fiber）。但型胶原的装配例外。 （3）胶原的功能 1.组织中胶原的形态结构与功能相适应；2.胶原可影响细胞的形态和运动；3胶原有刺激

42、谁皮细胞分化、维持上皮细胞生长的作用，并成为细胞相互作用的支架，引导细胞迁移。（4）胶原与疾病因胶原的含量、结构或类型异常而导致的疾病统称为胶原病（collagen diseases）。导致胶原异常的机制主要有胶原在体内合成与降解的平衡发生紊乱；组织中各种类型胶原的特定比例失常；胶原分子结构的异常；胶原分子在组织中组装成胶原纤维发生障碍，或胶原与基质中其它大分子的交联发生异常。2.弹性蛋白（elastin）弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，属高度疏水性蛋白质，其一级结构中的氨基酸组成为含有丰富的甘氨酸及脯氨酸，但羟脯氨酸很少，完全没有羟赖氨酸，亦无糖基化修饰，结果形成无规则卷曲及高度交联的弹性纤维

43、网。 在皮肤结缔组织中特别丰富，使皮肤具有高度弹性。四、纤粘连蛋白、层粘连蛋白（一） 纤连蛋白（fibronectin，FN）1类型 纤连蛋白在体内分布十分广泛，有三种形式：血浆纤连蛋白（plasma fibronectin，pFN），可溶性二聚体，主要由肝实质细胞产生，存在于血液与体液中，参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞功能；寡聚纤连蛋白（oligomer fibronectin，oFN），分布于细胞表面的不可溶性寡聚体，主要由间质细胞分泌产生通过与细胞表面特异受体结合而发挥作用；基质纤连蛋白（matrix fibronectin，mFN），高度不溶性的纤维性多聚体，是构建间充质的主要成分之

44、一。2结构 属于高分子量糖蛋白，其亚单位包含2500个氨基酸残基，各亚单位的肽链中由一些重复的氨基酸序列构成若干球形结构域，每个球形结构域可分别与不同的大分子或细胞表面特异受体结合，从而使纤连蛋白成为多功能分子。各球形结构域之间由对蛋白酶敏感的肽段连接。目前在人体中已鉴定出20余种纤连蛋白的亚单位。3功能 纤连蛋白可行使多种功能，主要有介导细胞粘着；促进创伤的修复；促进细胞迁移。（二）层粘连蛋白（laminin， LN）层粘连蛋白是基膜中的粘着糖蛋白，由三条大肽链借二硫键交联成不对称的十字型分子，还原后产生一条重链及二条轻链，三条链的短臂上有球形结构域，因此层粘连蛋白也是多功能分子，其上具有与

45、型胶原、硫酸乙酰肝素、神经节苷脂、上皮细胞、内皮细胞等的结合位点。第五章：细胞核与遗传信息的流向一、教学大纲（目的）要求l 掌握细胞核的基本结构组成，染色质的化学组成、超微结构及组装。l 熟悉核孔复合体的结构与功能；染色体的结构特征；人类染色体核型。l 掌握核仁的化学组成、超微结构与功能动态关系。l 了解核基质的概念。二、基本概念：1、基本专业词汇：nuclear envelope 、nuclear pore complex、nuclear pore 、nuclear lamina、chromatin、chromosome、nucleosome、nucleolus、 nucleolar org

46、anizing region、 rDNA、euchromatin、heterochromatin、kinetochore、telomere、karyotype、nuclear matrix、nuclear skeleton2、基本概念：核被膜、核孔复合体、染色质、核小体、，X染色质，常染色质、异染色质、兼性异染色质，着丝粒、动粒、随体、端粒、染色体核型、核基质、核仁组织区、 rDNA三、重点和难点（一）核被膜1核被膜(nuclear envelope)是包被核内含物的双层双层膜结构，包括外核膜、内核膜、核间隙核核孔。外核膜朝向胞质，形态与内质网相似。内核膜朝向核质，表面附着一层纤维状蛋白网，称

47、核纤层。核间隙与粗面内质网腔相连通。2核孔复合体的结构核孔(nuclear pore)是由内外核膜局融合产生圆环状结构，由一组蛋白质颗粒按特定方式排列形成，故称核孔复合体（nuclear complex）。核孔复合体在核孔内外核膜处各有8个对称分布的蛋白颗粒-孔环颗粒，每对孔环颗粒之间有边围颗粒，共计8对孔环颗粒和8个边围颗粒。核孔复合体中央有一个中央颗粒，以上各颗粒间有蛋白质细丝相连，维持核孔复合体稳定，调节物质运输。3核孔复合体的功能介导细胞核与细胞质之间的物质运输，在联系核-质之间的物质流、信息流中起十分重要作用。核膜的出现使真核细胞的功能出现区域性的分工，以核膜为界，遗传物质的复制、R

48、NA的转录发生在细胞核中，蛋白质合成则发生在细胞质中，当细胞作为一个整体完成细胞分裂、蛋白质合成等项功能时，核孔对细胞活动所需要成分定向运输起到决定性作用。核内转录加工形成的RNA，组装完成的核糖体亚基通过核孔运至胞质中，DNA复制、RNA转录所需的各种酶，组装染色体的组蛋白，组装核糖体的蛋白质均在胞质中合成。经核孔定向运送至细胞核。分子量小于5000的分子可自由进出核孔，而较大的蛋白质在通过核孔时，借助核孔复合体上相应受体，通过核孔的主动运输来完成。这类蛋白质的分子上有核定位信号(一般为48个氨基酸组成的短肽)，核孔上的特异受体被激活，将核孔调整至适当大小，允许核质蛋白通过。4核纤层（nuc

49、lear lamina）的化学组成与功能核纤层是附着于内核膜下的纤维状蛋白网，属中间纤维类，在哺乳动物中有lamin A、B、C三种。 其功能主要是：（1）为核被膜及染色质提供结构支架；并利于维持核孔位置及核膜形状；（2）在细胞有丝分裂过程中，核纤层与核被膜的崩解和重组密切相关。（二）染色质(chromatin)与染色体(chromosome)是遗传物质在细胞不同时相表现出的不同形式。1 染色质的化学组成 染色质是指间期核内能被碱性染料染色的物质，主要成分是DNA和组蛋白。含量比接近11，还有非组蛋白和少量RNA。组成染色质（体）的蛋白为组蛋白，属碱性蛋白，分两类：核小体组蛋白（H2A、H2B

50、、H3、H4）；H1组蛋白。组蛋白与染色质高级结构的构建有关。2染色质的种类染色质分为两类：常染色质和异染色质。常染色质（euchromatin） 结构松散，螺旋化程度低，染色浅，均匀分布于核内，伸入核仁，活跃的进行复制和转录。异染色质（heterochromatin） 结构较紧密，染色深，螺旋化程度较高。位于内核膜边缘，转录不活跃，分结构异染色质(指整个细胞周期始终处于凝集状态，位于着丝粒、端粒等处)和兼性染色质(是含一系列重复序列的DNA，可转化为常染色质)。3染色质的包装核小体(necleosome)是染色体的基本结构单位，每个核小体由组蛋白(H2A、H2B、H3、H4各2个分子)组成八

51、聚体，外面盘绕1.75圈DNA(约140个碱基对)。两个核小体之间以60个碱基对的连接DNA片段与组蛋白H1形成细丝相连接。每6个核小体绕成一圈形成空心螺线管，外径30nm，此为染色质的二级结构。螺线管进一步盘绕，形成超螺线管，直径400nm，为三级结构。进一步形成染色单体，即染色质的四级结构，被逐级压缩800010 000倍。有关染色体的一级结构和二级结构没有争议，但螺线管如何进一步包装成染色体有不同看法，其中袢环结构模型较受到重视。在染色单体核心，有蛋白质骨架(非组蛋白支架)，在着丝粒处相连，30nm的纤维(相当于螺线管)围绕在支架周围，并与支架相连接，向外伸展形成放射环，这些环结构约含7

52、5kb的DNA。4中期染色体的形态结构中期染色体形态 经过间期DNA复制，中期染色体由两条姐妹染色单体组成，在着丝粒处彼此相连，此处有向内凹陷的缢痕，称为主缢痕(primary constriction)，其两侧有三层结构的特化部位称动粒(kinetochore)，是与纺锤体的纺锤丝结合的点。着丝粒将染色体分为长臂和短臂，某些染色体上除主缢痕外，还有染色较浅的缢痕部位称为次缢痕(secondary constriction)。与次缢痕相连的小体叫随体(satellite)，是染色体特征之一，位于染色体末端的特化部位，称为端粒(telomere)。 不同生物细胞中染色体数目不同，生殖细胞中全套染

53、色体为单倍体，数目为体细胞一半，单倍体染色体的组成称为生物体的基因组，包含该种生物的全部遗传信息。一种生物所特有的染色体数目和染色体所特有形态特征叫核型(karyotype)，包括染色体的长度、着丝粒位置、随体有无、次缢痕的有无和位置等。（三）核仁(nucleolus)1核仁的超微结构和化学成分是真核细胞分裂间期核中均匀的海绵状球体，主要化学成分为RNA、DNA、蛋白质和酶。其中RNA占11，蛋白质占80。核仁分为三个区域：纤维中心，为rRNA基因rDNA存在部位，人类rDNA分布在13、14、15、21、22五对染色体上，共同构成区域称核仁组织者(nucleolar organizer)；致

54、密纤维成分，含正在转录的rRNA分子；颗粒成分是成熟的核糖体亚单位的前体颗粒。除此以外，还有异染色质包围在核仁周围，称核仁周围染色质，与伸入到核仁内部的rRNA基因(属常染色质)一起被称为核仁相随染色质。2核仁的功能（rRNA合成、组装核糖体亚单位） （1）核仁是核糖体RNA合成的场所 a.rRNA基因在染色质轴丝上呈串联重复排列； b. 沿转录方向新生的rRNA链逐渐增长，形成"圣诞树"样结构；c. 转录产物的纤维游离端（5'端）首先形成RNP颗粒。（2）核仁是核糖体组装的场所。 3核仁周期 指细胞分裂周期中，核仁在形态和功能上所经历的周期性变化。（四）核基质(n

55、uclear matrix)是真核细胞间期核中除核被膜、染色质及核仁以外的一个精密网架系统。又称核骨架(nuclear skeleton)，由纤维状蛋白组成。核基质主要功能是：作为DNA复制的支撑物；与基因表达调控有关；与染色体构建有关。第五章：细胞骨架一、教学大纲（目的）要求l 掌握细胞骨架的概念，三种细胞骨架的化学组成、组装和功能。l 熟悉微管、微丝的结合蛋白及其与功能的关系；中间纤维的种类及其与医学关系二、基本概念1、本专业词汇：cytoskeleton、 microfilament、actin、microfilament associated protein cytochalasins

56、 B 、microtubule、tubulin 、microtubule associated protein，MAP、microtubule organizing center，MTOC、colchicine、vinblastine、centriol、intermediate filament、colchicine2、基本概念：细胞骨架、微管、微管结合蛋白、微管组织中心、微丝、微丝结合蛋白、中间纤维三、各节重点和难点重点：细胞骨架各种组成成分的结构和功能。难点：微管、微丝和中间丝的装配过程；微管、微丝和中间丝的功能及协作关系。四、主要内容： 细胞骨架细胞骨架（cytoskeleton）：在真

57、核细胞中，由蛋白质纤维组成的网状结构系统，包括微管、微丝和中间丝。对细胞的形态结构、细胞运动、信息传递及细胞的增殖与分化等有重要作用。第一节：微丝（microfilament，MT）l 微丝的结构特点及分子组成：微丝的主要成分是肌动蛋白（actin），它是微丝的基础蛋白。纯化的肌动蛋白单体称为G肌动蛋白，外观呈哑铃状，有极性，具阳离子、ATP（ADP）和肌球蛋白结合位点。肌动蛋白以相同的方式头尾相接形成螺旋状肌动蛋白丝，称为 F-肌动蛋白，肌动蛋白丝具有极性。目前已知有、种肌动蛋白异构体，分别分布在不同细胞或组织中。如肌动蛋白存在于成熟的肌肉组织中，和肌动蛋白共同存在于大部分非肌细胞中。 l

58、微丝结合蛋白（microfilament associated protein)目前已发现 40 多种，它们多数以简单的方式与肌动蛋白相结合，形成多种不同的亚细胞结构并具有多种功能。如：掺入因子、聚合因子、封端蛋白：剪切蛋白、交连蛋白和捆绑蛋白、成核因子：移动因子等。肌细胞中的微丝称为细肌丝，细肌丝的结构：1、 肌动蛋白 2、原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）3、肌钙蛋白（troponin）:Tn-C（钙结合亚基）、Tn-I（抑制亚基）、Tn-T（原肌球蛋白结合亚基）。肌球蛋白（myosin）：由两条多肽重链和两对轻链组成，具肌动蛋白和ATP酶结合位点l 微丝的组装及影响因素 微丝是由肌动蛋白单体头尾相接形成的纤维状的多聚体。传统模型认为，微丝是由两条肌动蛋白单链呈右手螺旋盘绕而成。近年来认为微丝是由一条肌动蛋白单链形成的右手螺旋。在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，在一定条件下，不断进行组装和解聚（正端因加上了肌动蛋白单体而延长，在负端因肌动蛋白单体脱落而缩短，导致纤维踏车现象的显著特性