2013级细胞生物学半期考复习提纲

1、2013级细胞生物学复习提纲第一章：绪论一、基础知识1.细胞生物学的研究内容 生物膜与细胞器细胞核、染色体以及基因表达细胞骨架体系细胞信号转导细胞增殖及其调控细胞分化及干细胞生物学细胞死亡细胞衰老细胞工程10细胞的起源与进化2.细胞生物学的发展历史（重要事件） 细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段： 第一阶段：从16世纪末19世纪30年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。1590年荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。1665年英国人Robert Hook用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40-

2、140倍，)观察了软木（栎树皮)的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用拉丁文cella（小室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质的细胞壁)。1680 年荷兰人A. van Leeuwenhoek制作的显微镜，他是第一个看到活细胞的人。 第二阶段：从19世纪3020世纪中期，细胞学说形成后，主要进行细胞显微形态的研究。 第三阶段：从20世纪30年代70年代，以细胞超微结构、核型、带型研究为主要内容。1932年德国人M. Knoll和E. A. F. Ruska描述了一台最初的电子显微镜， 1939年Siemens公司生产商品电镜。1981年

3、瑞士人G. Binnig和H. RoherI在IBM苏黎世实验中心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。 第四阶段：分子细胞生物学的时代。细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。3. 细胞学说认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命，又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。2、 要点：从细胞生物学的发展简史理解

4、科学与技术的发展关系p5第二章：细胞的统一性与多样性一、基础知识1.对细胞的基本理解P10-12细胞是生命活动的基本单位 细胞是构成有机体的基本单位：一切有机体都由细胞构成 细胞是代谢与功能的基本单位：细胞具有独立的、有序的自控代谢体系 细胞是有机体生长与发育的基础：细胞分裂 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点细胞的基本共性 所有的细胞都有相似的化学组成：元素（C H O N P S)，有机物(氨基酸、核苷酸、脂质和糖类）¿ 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。¿ 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与R

5、NA作为遗传信息复制与转录的载体。¿ 作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。¿ 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。2. 病毒的基础知识P23 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；一类非细胞形态的介于生命与非生命形式之间的物质。有以下主要特征：个体微小，可通过除菌滤器，大多数必须用电镜才能看见；仅具有一种类型的核酸，或DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒；专营细胞内寄生生活；具有受体连结蛋白（receptor binding protein），与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。 根据病毒的核酸类型

6、可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒 病毒的多样性： 一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（Virion）。电镜观察有五种形态： 球形（Sphericity）：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、禽流感病毒、艾滋病毒、疱疹病毒及腺病毒等； 丝形（Filament）：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒，人类流感病毒有时也是丝形； 弹形（Bullet-shape）：形似子弹头，如狂犬病毒、疱疹性口炎病毒等，其他多为植物病毒。 砖形（Brick-shape）：如天花病毒、牛痘苗病毒等； 蝌蚪形（Tadpole-shape）：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。 类病毒（vir

7、oid）仅由一个有感染性的RNA构成，它们不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。例如，马铃薯锤管类病毒仅由一个含359个核苷酸的单链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约4050nm，不能制造衣壳蛋白。 朊病毒（蛋白质感染因子 prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成；1982年SBPrusiner发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，意即Proteinnaceous Infection Only，译为蛋白质感染因子或朊病毒，Prusiner因此项发现更新了医学感染的概念，获1997

8、年的诺贝尔生理与医学奖。 性质：一种结构变异的蛋白质，对高温和蛋白酶均具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白PrPC（cellular prion protein），使PrPC发生结构变异，变为具有致病作用的PrPSc（scrapie-associated prion protein）。 3. 原核细胞的类型及特征 支原体的直径通常为0.10.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性 ，其基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一）。 细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质

9、体等部分构成，有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.55m之间。可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌。 蓝藻：又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用 ，但与光合细菌的光合作用的机制不一样，因此被认为是最简单的植物。 蓝藻没有叶绿体，仅有十分简单的光合作用结构装置。蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细胞大得多，直径一般10um左右，甚至可达70m（颤藻）。蓝藻属单细胞生物，有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在。4. 古核细胞的结构特点及进化地

10、位 一些生长在极端特殊环境中的细菌 ，如盐细菌，产甲烷细菌等。所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧等，以前把它们归属于原核细胞，现认为其很可能是真核细胞的祖先。主要证据：（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非像细菌那样由肽聚糖构成。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，某些古核细胞的基因中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（7084）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质

11、合成。（5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。 除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。2、 要点1. 病毒与进化的关系P29 第一种观点认为生物大分子先组装成病毒，再由病毒进化为细胞。第二种观点认为在生物起源中，由生物大分子分别演化出细胞与病毒这两种不同类型的生命体。第三种

12、观点认为病毒是由细胞或细胞组分演化来的，这一观点得到更多实验的支持。2.原核细胞与真核细胞的比较P213.古核细胞的进化地位及其依据（同上）第三章：细胞生物学研究方法一、基础知识1.显微镜的基本原理（分辨率公式）N=介质折射率；=镜口角，=入射光波长2. 各类光学显微镜的基本用途普通复式光学显微镜：直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。荧光显微镜：在光镜水平用于蛋白质、核酸等生物大分子的定性定位：如绿色荧光蛋白(GFP)的应用。激光扫描共焦显微镜：可以用于观察细胞形态，也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量。 相差显微镜：用于观察活细胞。微分干涉显微镜：使细胞的结构，

13、特别是一些较大的细胞器，如核、线粒体等，立体感特别强，适合于显微操作。目前像基因注入、核移植、转基因等的显微操作常在这种显微镜下进行。倒置显微镜：用于观察培养的活细胞，具有相差物镜。3. 透射电镜的基本原理及制样技术P35 原理：电镜的高分辨率（0.2nm），是因为使用了波长比可见光短得多的电子束作为光源，通过电磁透镜聚焦，电镜镜筒中为高度中空，利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差。制样技术：超薄切片技术负染色技术 负染就是用重金属盐（如磷钨酸、醋酸双氧铀）对铺展在载网上的样品进行染色；吸去染料，样品干燥后，样品凹陷处铺了一薄层重金属盐，而凸的出地方则没有染料沉积，从而出现负染效果，分辨力可

14、达1.5nm左右。 冰冻蚀刻技术 也称冰冻断裂（freeze-fracture）。标本置于-100C的干冰或-196C的液氮中，进行冰冻,然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻（etching）。蚀刻后，向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂，再以90度角喷涂一层碳，加强反差和强度。然后用次氯酸钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。复膜显示出了标本蚀刻面的形态，在电镜下得到的影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。4. 了解各种细胞成分分析方法的原理 离心分离技术 差速离心：在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的

15、细胞和细胞器。 密度梯度离心：用一定的介质在离心管内形成密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离，又分为速度沉降和等密度沉降两种。常用的介质为氯化铯，蔗糖和多聚蔗糖。细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 原理：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。特异蛋白抗原的定位与定性（免疫细胞化学 ） 定义：根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原专一结合，对抗原进行定位测定的技术。 免疫荧光技术：分为直接免疫荧光与间接免疫荧光。快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限。

16、免疫电镜技术：¿ 免疫铁蛋白技术¿ 免疫酶标技术¿ 免疫胶体金技术 应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等细胞内特异核酸的定位与定性（原位分子杂交技术 ） 用来检测染色体上的特殊DNA序列。最初是使用带放射性的DNA探针，通过放射自显影来显示位置。后来又发明了免疫探针法，将探针核苷酸的侧链加以改造，探针杂交后，其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别，从而显示出位置。 光镜水平的原位杂交技术 探针用同位素标记或荧光素标记 电镜水平的原位杂交技术 探针用生物素标记，用与抗生物素抗体相连的胶体金标记显示定量细胞化

17、学分析技术 细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry）：利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质在细胞内的含量。 流式细胞仪（Flow Cytometry）：流式细胞术是对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。 第四章：细胞质膜与细胞表面一、基础知识1.生物膜的基本成分、结构、特征 生物膜的基本成分是膜脂，膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 u磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现膜结构

18、中起组织作用的蛋白；u 蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面, 膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； 生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维溶液。2. 膜脂流动性相关因素 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的，不饱和程度越高，脂肪酸链越短，则膜脂的流动性越大；温度对膜脂的运动有明显的影响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。 膜的流动性受多种因素影响：细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响其周围膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是影响膜流动性的重要因素3. 脂质体及其应用

19、 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。应用于： 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质； 脂质体中裹入DNA可用于基因转移； ² 在临床治疗中，脂质体作为药物等的载体。4. 细胞连接的类型和功能封闭连接紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间。功能是：形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；但免疫细胞可通过内皮细胞间的紧密连接；某些小分子可以细胞旁路途径转运。隔离作用，形成上皮细胞膜蛋白和膜脂侧向扩散的屏障，维持上皮细胞的极性。支持功能锚定连接 分为与中间丝相连的锚定连接、与肌动蛋白纤维相连的锚定连接。 功能：通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相

20、连形成一个坚挺、有序的细胞群体。通讯连接 间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。 参与细胞分化：胚胎发育的早期，细胞间通过间隙连接相互协调发育和分化。小分子物质可在一定细胞群范围内，以分泌源为中心，建立起递变的扩散浓度梯度，以不同的分子浓度为处于梯度范围内的细胞提供”位置信息”，从而诱导细胞按其在胚胎中所处的局部位置向着一定方向分化。 协调代谢：例如，在体外培养条件下，把不能利用外源次黄嘌呤合成核酸的突变型成纤维细胞和野生型成纤维细胞共同培养，则两种细胞都能吸收次黄嘌呤合成核酸。如果破坏细胞间的间隙连接，则突变型细胞不能吸收次黄嘌呤合成核酸。 构成电紧张突触：平滑肌、心肌、神

21、经末梢间均存在的这种间隙连接，称为电突触。电紧张突触无须依赖神经递质或信息物质即可将一些细胞的电兴奋活动传递到相邻的细胞。 化学突触: 存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。 胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络。功能： 实现细胞间由信号介导的物质选择性的转运； 实现细胞间的电传导； 在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。 某些植物病毒能制造特殊的蛋白质，这种蛋白质同胞间连丝结合后，可使胞间连丝的有效孔径扩大，使病毒粒子得以通过胞间连丝在植物体内自由播散和感染。二、要点：生物膜的基本特征，细胞连接的类型和功

22、能（同上）第五章：物质的跨膜运输一、基础知识1.主动运输的类型 由ATP直接提供能量的主动运输 （ATP驱动泵） 由ATP间接提供能量的主动运输 光驱动泵，见于细菌。2.被动运输的类型 简单扩散 协助扩散3.膜泡运输的类型 胞吞作用，分为吞噬作用和胞饮作用 胞吐作用2、 要点：钠钾泵的工作原理 钠钾泵（也称钠钾转运体），为蛋白质分子，进行钠离子和钾离子之间的交换。每消耗一个ATP分子，逆电化学梯度泵出三个钠离子和泵入两个钾离子。保持膜内高钾膜外高钠的不均匀离子分布。第六章：线粒体和叶绿体一、基础知识1.线粒体的结构和酶的定位 颗粒或短线状，常发生融合与分裂，分布及数目与能量需求相关。 外膜(o

23、uter membrane）：脂类和蛋白质约各50%，含孔蛋白，通透性较高，标志酶为单胺氧化酶。 内膜（inner membrane）：含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae）,含有与能量转换相关的蛋白，标志酶为细胞色素C氧化酶 膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。 基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。2. 氧化磷酸化的分子基础和偶联机制 分子基础： 氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切偶连，

24、分别由两个不同的结构体系执行。 ATP合酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基 础) 电子传递链(electron-transport chain）的四种复合物，组成两种呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链。 偶联机制：化学渗透假说内容 电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键中。3. 半自主性细胞器的问题P106 4. 真核细胞起源的内共生假说 真核细胞的祖先是一种体积较大，不需氧具有吞噬能力

25、的细胞，线粒体的祖先是一种革兰氏阴性细菌；叶绿体的祖先是一种原核生物蓝细菌（Cyanobacteria），即蓝藻。2、 要点1. F1F0-ATP合酶的结构和功能及工作过程p90-912. 为什么说线粒体和叶绿体是半自主性的细胞器线粒体和叶绿体的DNA mtDNA和cpDNA均以半保留方式进行复制， mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。cpDNA复制的时间在G1期。复制仍受核控制。 mtDNA表现为母系遗传，突变率高于核DNA，且缺乏修复能力。有些遗传病，如Leber遗传性视神经病，肌阵挛性癫痫等均与线粒体基因突变有关。 线粒体和叶绿体中的蛋白质 线

26、粒体和叶绿体自身有蛋白质合成的能力 线粒体和叶绿体自身合成蛋白质的种类有限 线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性 不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异线粒体、叶绿体基因组与细胞核的关系 线粒体、叶绿体的生命活动受到细胞核与它们自身基因组的双重调节，在进化过程中，细胞核与线粒体、叶绿体之间通过共进化的方式建立了精确有效地分子协作机制核质互作：细胞核与线粒体、叶绿体之间遗传信息和基因表达调控等层次上建立的分子协作机制 。核质冲突：细胞核或线粒体、叶绿体基因单方面发生突变，引起细胞中的分子协作机制出现严重障碍时，细胞或个体会出现异常表型，其分子机制统称为核质冲突。3. 线

27、粒体DNA的特点 为双链环状。不同物种mtDNA大小有一定差异，通常植物细胞中的较大。动物细胞线粒体中有多个拷贝的mtDNA，而植物细胞中每个线粒体中通常不足1个拷贝。4. 人线粒体DNA的基本情况 16,569bp，37个基因(编码12S,16S rRNA；22种tRNA；13种多肽：NADH脱氢酶7个亚基，cyt b-c1复合物中1个cytb，细胞色素C氧化酶3个亚基， ATP合成酶2个Fo亚基)动物细胞中的线粒体mtDNA拷贝数较多：约100010000个/细胞；植物细胞中的线粒体mtDNA拷贝数较少：50个/细胞（拟南芥），每个线粒体中不到0.1个。第七、八章：细胞质基质与内膜系统及蛋

28、白分选和膜泡运输一、基础知识1、内质网的结构和功能粗面内质网（rER）多呈扁囊状，排列整齐，附有大量核糖体。功能有蛋白质合成、蛋白质的修饰与加工、新生肽的折叠与组装。光面内质网（sER）多为分支管状，没有核糖体附着。功能有脂类的合成和转运、类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）、肝的解毒作用、储存钙离子（肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中）2、高尔基体的结构和功能结构：由数个扁平膜囊和大小不等的囊泡构成的有极性的细胞器，呈弓形或半球形，顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。高尔基体的3个组成部分:高尔基体顺面网状结构（CGN）是高尔基体的入口区域，接

29、受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。小部分蛋白和脂质再返回内质网；高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处；高尔基体反面膜囊以及反面网状结构（TGN）：是高尔基体的出口区域，参与蛋白质的分类与包装，最后输出。功能：将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。（1)参与细胞分泌活动 :对细胞合成的蛋白质进行加工，分类和运出，其过程是ER上合成蛋白质进入ER腔以出芽形成囊泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。(2)蛋白质的糖基化及其修饰(

30、3)蛋白酶的水解和其它加工过程(4)其它功能 1、进行膜的转化功能：在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。 2、参与形成溶酶体。 3、参与植物细胞壁的形成。 4、合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。3、溶酶体的功能和分类分类：初级溶酶体 、次级溶酶体（自噬溶酶体、异噬溶酶体）、残质体（又称后溶酶体）。 功能： 1 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞 2 防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化） 3 其它重要的生理功能: 作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节；参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；受精过程中的精子的顶体反应。 4、 蛋白分选与加工分选途径：（1）门控运输：:核孔复合体（2）跨膜运输：通过跨膜通道进入目的细胞器（3）膜泡运输：在内质网或高尔基体中被包装成小泡，选择性地运输到靶细胞器。（4）细胞质基质中的蛋白质转运：细胞骨架系统修饰加工：（1）在内质网、高尔