《细胞生物学》串讲课件

1、细胞生物学串讲细胞生物学串讲 第一章 绪论第二章 细胞的统一性与多样性 第三章 细胞生物学研究方法第四章 细胞质膜与细胞表面第五章 物质的跨膜运输与信号传递 第六章 细胞质基质与细胞内膜系统第七章 线粒体、叶绿体章节第八章 细胞核与染色体第九章 核糖体第十章 细胞骨架第十一章 细胞增殖及其调控第十二章 细胞分化与基因表达调控第十三章 细胞衰老与凋亡 第一章 绪论章节第八章 细胞核与染色体第一章 绪 论 第一章 绪 论 细胞生物学串讲课件细胞生物学串讲课件（三）细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究是一个比较新的发展中的研究领域。存在于真核细胞内，包括细胞质骨架和细胞核骨架两大部分（三）细胞骨架体

2、系的研究细胞骨架体系的研究是一个比较新的发（四）细胞增殖及其调控How do cells know when to divide ？核心：研究细胞增殖的基本规律及其调控机制 控制生物的生长与发育 控制癌变的发生（四）细胞增殖及其调控How do cells k（五）细胞分化及其调控一个成年人包含约1013个细胞，由同一个受精卵发育而来，这些细胞是否都相同？ 细胞分化是生物发育的基础，是细胞生物学发育生物学与遗传学的重要会合点。（五）细胞分化及其调控一个成年人包含约1013个细胞，由同一（六）细胞的衰老与凋亡 细胞衰老的研究将是21世纪初的热门课题之一细胞的衰老与动植物寿命目前多数科学家是用细胞

3、体外培养的方法来研究细胞衰老的规律。寻找细胞中的“衰老因子”及其信号传导，解答生物体寿命的奥秘。（六）细胞的衰老与凋亡 细胞衰老的研究将是21世纪初的热门（七）细胞的起源与进化有了细胞才会有生命活动，由此研究细胞的起源实质就是研究生命的起源。在生命起源和细胞进化的漫长过程中，有机物是怎样演化成细胞和真核细胞是怎样产生的，是引人注目的两大重要问题。（七）细胞的起源与进化有了细胞才会有生命活动，由此研究细胞（八） 细胞工程细胞工程：应用细胞生物学或分子生物学的方法，在细胞或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质，获得新型生物或特种细胞产品的科学技术。在工农业生产、医药实践和科学研究等方面

4、具有重要意义。（八） 细胞工程细胞工程：应用细胞生物学或分子生物学的方法1）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；2）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；3）新的细胞可以通过老细胞的繁殖产生。“细胞学说”的基本内容1）认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞第二章 细胞基本知识概要第二章 细胞基本知识概要第一节 细胞的基本概念一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位一、细胞是生命活动的基本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与

5、发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命第一节 细胞的基本概念一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机二、病毒的生活史 从病毒入侵细胞到子代病毒的成熟释放称为一个复制周期，它包含以下几个过程：. 吸附(absorption): 病毒是否能特异性吸附于细胞表面，决定于病毒蛋白外壳是否能特异识别宿主细胞表面的受体。2. 侵入(penetration): 病毒吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。其中病毒感染细菌时，只将核酸注入细胞，壳体不进入；而病毒对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，将病毒完全吞入细胞内二、病毒的生活史 从病毒入侵细胞到子代病毒的成

6、熟释放称为一个4. 成熟(maturation): 一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒。5. 释放(release): 病毒的核酸和外壳蛋白装配成病毒颗粒后，它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。.复制(replication): 病毒核酸进入细胞后利用宿主的酶系统进行核酸的复制和外壳蛋白的表达；4. 成熟(maturation): 一旦病毒的基因进行表达四、原核细胞和真核细胞的比较主要表现为两个基本差异：一、生物膜系统的分化和演变。真

7、核细胞形成了复杂的内膜系统，构成各种功能独立的细胞器，核膜将细胞分隔为核和质两个基本部分；二、遗传信息量和遗传装置的扩增与复杂化。以上两种变化使真核细胞体积增大，内部结构复杂化，生命活动的时间和空间布局更加严格，细胞内部出现精密的网架结构细胞骨架四、原核细胞和真核细胞的比较主要表现为两个基本差异：一、生物具体基本特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜有（多功能性）有核膜有无染色体一个裸露的环状DNA；信息量小；无内含子和重复序列多个染色体，信息量大；具有内含子和重复序列；线状DNA与蛋白质组成高度复杂的染色体和染色质核仁有无核糖体70S(50S大亚基+30S小亚基)80S(60S大亚基+40S小

8、亚基)主要细胞器有无核外DNA质粒DNA线粒体和叶绿体DNA细胞壁主要成份为氨基糖和壁酸动物细胞无；植物细胞中的主要成份为纤维素和果胶细胞骨架有无大小110m10100m具体基本特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜有（多功能性）有特征原核细胞真核细胞DNA复制无周期性，连续进行有周期性，在间期进行基因表达的时空关系转录和翻译同时同地进行核内转录，细胞质内翻译，有严格的阶段性和区域性基因表达调控较简单，主要以操纵子方式复杂性和多层次性细胞增殖方式无丝分裂以有丝分裂为主特征原核细胞真核细胞DNA复制无周期性，连续进行有周期性，在第四节 真核细胞第四节 真核细胞一、真核细胞的基本结构体系三大基本结构

9、体系生物膜系统遗传信息表达系统细胞骨架系统包括细胞膜和各种细胞器膜；形成许多结构与功能分区；进行物质运输、信号传递、为生化反应提供表面；DNA与蛋白质组成复合体，在核内进行复制和转录；mRNA运输到细胞质中指导核糖体翻译蛋白质；核仁在核内主要负责核糖体亚单位的装配；包括核骨架和胞质骨架，由一些特异蛋白构成的网络体系；主要对细胞形态与内部结构的合理布局起支架作用，也与胞内大分子运输、细胞分裂等相关一、真核细胞的基本结构体系三大基本结构体系生物膜系统遗传信息第三章细胞生物学研究方法METHODS AND TECHNIQUES第三章细胞生物学研究方法METHODS AND TECHN本章内容提要第一

10、节 显微技术一、光学显微镜二、电子显微镜三、显微操作技术第二节 生物化学与分子生物学技术第三节 细胞分离技术第四节 细胞培养与细胞杂交本章内容提要第一节 显微技术第一节 显微技术光学显微镜：以可见光（或紫外线）为光源。电子显微镜：以电子束为光源。第一节 显微技术光学显微镜：以可见光（或紫外线）为光源。、光学显微镜(P49)、光学显微镜(P49)1. 构成： 照明系统 光学放大系统 机械装置2. 原理：经物镜形成倒立实像，经目镜进一步放大成像。（一）普通光学显微镜1. 构成：（一）普通光学显微镜二、电子显微镜(P56)（一）透射电子显微镜transmission electron microsc

11、ope, TEM二、电子显微镜(P56)（一）透射电子显微镜以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束的波长短，并且波长与加速电压(通常50120KV)的平方根成反比。由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。分辨力0.2nm，放大倍数可达百万倍。用于观察超微结构（ultrastructure），即小于0.2m、光学显微镜下无法看清的结构，又称亚显微结构（submicroscopic structures）。1. 原理以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束的波长短，并且波长与加速第三节 细胞分离技术(P64)第三节 细胞分离技术(P64)一、离心技术是分离细胞器（如细

12、胞核、线粒体、高尔基体）及各种大分子基本手段。转速为1025kr/min的离心机称为高速离心机。转速25kr/min，离心力89K者称为超速离心机。目前超速离心机的最高转速可达100000r/min，离心力超过500Kg。 一、离心技术是分离细胞器（如细胞核、线粒体、高尔基体）及各种（一）差速离心 Differential centrifugation(P64)特点：介质密度均一；速度由低向高，逐级离心。用途：分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。沉降顺序：核线粒体溶酶体与过氧化物酶体内质网与高基体核蛋白体。可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。 （一）差速离心 Differen

13、tial centrifug（二）密度梯度离心(P65)用介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过离心力场的作用使细胞分层、分离。类型：速度沉降、等密度沉降。常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。分离活细胞的介质要求：1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；2）pH中性或易调为中性；3）浓度大时渗透压不大；4）对细胞无毒。（二）密度梯度离心(P65)用介质在离心管内形成一连续或不连第四节 细胞培养与细胞杂交一、细胞培养(P70)第四节 细胞培养与细胞杂交一、细胞培养(P70)（一）动物细胞培养(P71)群体培养（mass culture）：将含有一定数量

14、细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（confluence）后形成均匀的单细胞层；克隆培养（clonal culture）：培养高度稀释的细胞悬液，细胞贴壁生长，每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆。（一）动物细胞培养(P71)群体培养（mass cultur原代培养 （primary culture）即：培养直接来自动物机体的细胞群，将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶称为传代或传代培养（Passage）。细胞株（cell strain）：从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。细胞系（cell line）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转化的细胞，

15、可无限繁殖。 克隆（clone）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。原代培养 （primary culture）即：培养直接来自第四章 细胞膜与细胞表面PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES第四章 细胞膜与细胞表面PLASMA MEMBRANE AN二、质膜的流动镶嵌模型根据Fluid-mosaic model：细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。二、质膜的流动镶嵌模型根

16、据Fluid-mosaic mode第五章 跨膜运输MEMBRANE TRANSPORT第五章 跨膜运输MEMBRANE TRANSPORT内容提要第一节、被动运输一、简单扩散二、协助扩散第二节 主动运输一、钠钾泵二、钙离子泵三、质子泵四、ABC 转运器五、协同运输第三节、膜泡运输的基本概念一、吞噬作用二、胞饮作用三、外排作用四、穿胞运输五、胞内膜泡运输内容提要第一节、被动运输四、ABC 转运器第一节 被动运输第一节 被动运输一、简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）特点：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和

17、水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/tt为膜的厚度。一、简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）特点二、协助扩散也称促进扩散（facilitated diffusion）。特点： 比自由扩散转运速率高； 运输速率同物质浓度成非线性关系； 特异性；饱和性。 载体：离子载体和通道蛋白两种类型。 二、协助扩散也称促进扩散（facilitated diffu第二节、主动运输主动运输的特点是：逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需要能量；都有载体蛋白。主动运输所需的能量来源主要有：协同运输中的离子梯度动力； ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；光驱动的泵利用光能运输物质，见于

18、细菌。第二节、主动运输主动运输的特点是：一、钠钾泵构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。工作原理：Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+

19、结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。一、钠钾泵构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上Na+-K+ATP PUMPNa+-K+ATP PUMP第六章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体P126线粒体与氧化磷酸化叶绿体与光合作用线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体的增殖与起源第六章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体P126线粒体与三、氧化磷酸化P130线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细 胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细 胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及 电解质稳态平衡的调控有关。氧化磷酸化(oxida

20、tive phosphorylation)的分子基础氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说 (Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)质子动力势的其他作用线粒体能量转换过程略图三、氧化磷酸化P130线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合氧化磷酸化的分子基础氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机分子中储藏的能量高能电子质子动力势ATP 氧化磷酸化的分子基础氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即氧化(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，分别由两个不同的结构体系执行 氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储电

21、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呼吸链电子传递链(electron-transport chai电子传递链的四种复合物(哺乳类) 复合物：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白。 作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q； 泵出4 H+ 复合物：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体） 组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， 作用：催化2低能电子FADFe-S辅酶Q (无H+泵出) 电子传递链的四种复合物(哺乳类)

22、 复合物：NA复合物：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位体） 组成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化电子从UQH2cyt c；泵出4 H+ （2个来自UQ， 2个来自基质） 复合物：细胞色素C氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体） 组成： 二聚体，每一单体含13个亚基， 三维构象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化电子从cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 参与形成水复合物：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是质子移位在电子传递过程中，有几点需要说明四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、 Fe-

23、S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。 电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子 (能量转化)， 终止于O2形成水。 电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最低， H2O/O2最高)高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从基 质侧泵到膜间隙， 形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)电子传递链各组分在膜上不对称分布在电子传递过程中，有几点需要说明四种类型电子载体：黄素蛋氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说化学渗透假说内容： 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

24、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。氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说化学渗透假说内容： 二、叶绿体的功能光合作用 (photosynthesis)P145 Photosynthesis:(1)光合电子传递反应光反应(Light Reaction) (2)碳固定反应暗反应(Dark Reaction)光反应暗反应(碳固定)光合作用与有氧呼吸的关系图 二、叶绿体的功能光合作用 (photosynth光反应在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转换为电能（生成

25、高能电子），进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能， 形成ATP和NADPH并放出 O2 的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。光反应在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合原初反应（primary reaction)光能的吸收、传递与转换，形成高能电子(由光系统复合物完成，光合作用单位的概念)原初反应（primary reaction)电子传递与光合磷酸化P148电子传递与光合磷酸化需说明以下几点： 最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。 电子传递与光合磷酸化P148电子传递与光合磷酸化需说明以电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体

26、腔的 质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于： H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。ATP、 NADPH在叶绿体基质中形成。 电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和 循环式光合磷酸化两条通路。循环式传递的高能电子在PS 被光能激发后经cytb6f复合物回到PS。结果是不裂解H2O、 产生O2，不形成NADPH，只产生H+跨膜梯度，合成ATP 。电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质 内 质 网 高尔基体溶酶体与过氧化物酶体 细胞内蛋

27、白质的分选与膜泡运输 第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质 基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、 线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构 后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学 家多称之为胞质溶胶。 主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系； 通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质的涵义 基本概念：细胞质基质的涵义第八章 细胞信号转导本节重要内容 通过细胞内受体介导的信号传导 通过细胞表面受体介导的信号传导 G蛋白耦联受体介导的信号转导（重点）第八章 细胞信号转导本节重要

28、内容 通过细胞内受体介导的信号传G蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：2. 磷脂酰肌醇信号通路：又称PKC系统或双信使系统1. cAMP信号通路：又称PKA系统在胞内形成的第二信使是： cAMP在胞内形成的第二信使是： IP3和DGcAMP通过激活蛋白激酶A（PKA）影响下游分子DG通过激活蛋白激酶C (PKC) 来影响下游分子效应酶：腺苷酸环化酶效应酶：磷脂酶CG蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：2. 磷脂酰肌醇信号1. cAMP信号通路激活组成成分：1. 信号受体: 7次跨膜的膜整合蛋白2. G-蛋白: 将受体接收的信号后， G-蛋白被活化（结合GTP），进而可激活下游的效应物 3.

29、 效应酶（靶蛋白）: 腺苷酸环化酶 1. cAMP信号通路激活组成成分：1. 信号受体: cAMP信号通路信号G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录cAMP信号通路信号G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP2. 磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体结合后，同样激活G蛋白的亚基，但活化的亚基激活质膜上的磷脂酶C（PLC），生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）两个第二信使，实现对胞外信号的应答（双信使系统）2. 磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号磷脂酰肌醇信号通路效应G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DG

30、受体磷脂酰肌醇信号通路效应G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体活化的G蛋白磷脂酶CPIP2IP3二酰基甘油蛋白激酶CCaM级联反应反应内质网钙库受IP3调节的钙离子通道磷脂酰肌醇信号通路G蛋白耦联受体活化的G蛋白磷脂酶CPIP2P263 第九章 细胞骨架(Cytoskeleton)细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系 有狭义和广义两种概念 在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架 、核纤层与中间纤维在结构上相互连接,贯穿于细胞核和细胞质的网架体系。P263 第九章 细胞骨架(Cytoskeleton)细第一节

31、细胞质骨架微丝(microfilament, MF)微 管（microtubules）中间纤维（intermediate filament,IF)细胞骨架结构与功能总结第一节 细胞质骨架微丝(microfilament, MF装 配MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。MF装 配MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动体内装配时，MF呈现出动态不稳定性

32、，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。细胞生物学串讲课件MT装配 装配方式： -微管蛋白和-微管蛋白形成二聚体，二聚体先形成环状核心(ring)，经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带，二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。当螺旋带加宽至13根原纤维时，即合拢形成一段微管。MT装配所有的微管都有确定的极性微管装配是一个动态不稳定过程： 微管装配的动力学不稳定性是指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象 动力学不稳定性产生的原因： 微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度)，微管将继续组装，反之，无GDP帽则解聚。细胞生

33、物学串讲课件微管特异性药物：秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋 白组装成微管，可破坏纺锤体结构。紫杉酚(taxol)能促进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。为行使正常的微管功能，微管动力学不稳定性是其功能正常发挥的基础。微管特异性药物：微管组织中心(MTOC) P285 概念： 微管在生理状态或实验处理条件下，具有起始微管的组装和延伸的细胞结构称为微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC)。 微管组织中心(MTOC) P285IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点： IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)； 反向平行的

34、四聚体导致IF不具有极性； IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：第十章 细胞核(nucleus)与 染色体(chromosome)P307 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信息中心 细胞核的结构组成：核被膜(nuclear envelope)与核孔复合体(NPC）染色质（chromatin）染色体 (chromosome )核仁(nucleolus)染色质结构和基因转录核基质与核体 第十章 细胞核(nucle

35、us)与 核被膜的结构组成P309 外核膜（outer nuclear membrane） 附有核糖体颗粒 内核膜（inner nuclear membrane） 有特有的蛋白成份 （如核纤层蛋白B受体）核纤层（nuclear lamina）核周间隙（perinuclear space）核孔（nuclear pore） 核被膜的结构组成P309 外核膜（outer n亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophilic protein）P315 在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的 一类蛋白质。亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophilic pr核定位信号 (nuclear

36、 localization signal，NLS)P316NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除。NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件 。细胞生物学串讲课件核小体结构要点P328每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Albe

37、rts等） 在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。核小体结构要点P328每个核小体单位包括200bp左右的D146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。包括组蛋白H1和166bpDNA的核小体结构又称染色质小体。两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同物种变化值为080bp核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Albe

38、rts等） 在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白与DNA之间的相互作用 主要是结构性的，基本不依赖 于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装的性质。核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达 。核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Alberts等） 在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到1

39、46bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。组蛋白与DNA之间的相互作用核小体的性质及结构要点示意图（ 染色质包装的多级螺旋模型 一级结构：核小体 二级结构：螺线管(solenoid) 三级结构：超螺线管(supersolenoid) 四级结构：染色单体（chromatid） 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA核小体螺线管超螺线管染色单体 染色质包装的多级螺旋模型 一级结构：核小体第十一章 核糖体(ribosome) 核糖体的类型与结构 多聚核糖体与蛋白质的合成 第十一章 核糖体(ribosome) 核糖体的类型与结 核

40、糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点（包括7种位点）与mRNA的结合位点与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点 核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site)与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点肽酰转移酶的催化位点与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点 与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子一、多

41、聚核糖体 (polyribosome或polysome) 概念 核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个 甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽 链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与 mRNA的聚合体称为多聚核糖体。一、多聚核糖体 (polyribosome或pol第十二章 细胞增殖及其调控P384细胞增殖(cell proliferation)的意义细胞周期与细胞分裂细胞周期调控第十二章 细胞增殖及其调控P384细胞增殖(cell 细胞周期概念：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。细胞周期时

42、相组成细胞周期时间根据增殖状况，细胞分类三类细胞周期概念：细胞周期时相组成间期(interphase): G1 phase， S phase，G2 phaseM phase: 有丝分裂期(Mitosis), 胞质分裂期(Cytokinesis) 细胞沿着G1SG2MG1 周期性运转，在间期细胞体积增 大(生长)，在 M 期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一 个细胞周期。细胞周期时相组成间期(interphase): G1 ph细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期细胞周期时间不同细胞的细胞周

43、期时间差异很大根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞(cycling cell)休眠细胞(Go期细胞)终末分化细胞 G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G0期细胞。根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞(cycling c细胞周期中不同时相及其主要事件P388 G1期与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。细胞周期中不同时相及其主要事件P388 G1期 S 期 DNA复制与组蛋白合成同步， 组成核小体串珠结构 S期DNA合成不同步Experimental demonstrat

44、ion of the coordinated Synthesis of DNA and hitones. S 期Experimental demonstratio G2期 DNA复制完成，在G2期合成 一定数量的蛋白质和RNA分子 M 期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主 要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和 减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其 他物质分配给子细胞。 G2期第十三章CELL DIFFERENTIATION AND CELL DEATH细胞分化与凋亡第十三章CELL DIFFERENTIATION AND C（二）、细胞凋亡cell apoptosis

45、Kerr（ 1972）最先提出，与细胞坏死的区别是：细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；凋亡小体内有结构完整的细胞器；不引起炎症；线粒体无变化，溶酶体活性不增加；内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状；凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。 （二）、细胞凋亡cell apoptosisKerr（ 19细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。PCD和细胞凋亡的区别在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎发育过程中。（三）、细胞程序性死亡细

46、胞程序性死亡（programmed cell death，第十四章 细胞分化与基因表达调控P468细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心； 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成； 合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达； 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现第十四章 细胞分化与基因表达调控P468细胞分化(c组织特异性基因与当家基因P470管家基因(house-

47、keeping genes)： 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能； 调节基因产物用于调节组织特异性基因的表 达，起激活或者起阻遏作用。组织特异性基因与当家基因P470管家基因(house-ke第二节 癌细胞(Cancer cell)P480癌细胞的基本特征致癌因素癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果癌症能治疗吗？第二节 癌细胞(Cancer cell)P48

48、0一癌细胞的基本特征P480癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（malignancy）。上皮组织的恶性肿瘤称癌。 基本生物学特征体外培养的恶性转化细胞的特征一癌细胞的基本特征P480癌症是一种严重威胁人类生命安基本生物学特征P480细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为“永生”细胞。具有扩散性 癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散性，这是癌细胞的基本特征。 在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞的结构和功能基本生物学特征P480细胞生长与分裂失去控制

49、，具有无限增殖细胞间相互作用改变（识别改变；表达水解酶类；产生新的表面抗原）蛋白表达谱系或蛋白活性改变（胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高） mRNA转录谱系的改变（少数基因表达不同；突变位点不同，表型多变） 染色体非整倍性基本生物学特征P480细胞间相互作用改变（识别改变；表达水解酶类；产生新的表面抗第三节 真核细胞基因表达的调控P488真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上转录水平的调控加工水平的调控翻译水平的调控 第三节 真核细胞基因表达的调控P488真核细胞基因表达的一转录水平的调控P489真核生物的转录激活基因表达阻遏一转录水平的调控P489真核生物的转录

50、激活1、顺式作用元件（cis-acting element）（1）启动子（promoter）RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列。1、顺式作用元件（cis-acting element）（1（2）增强子（enhancer）能使基因转录频率明显增加的DNA序列。作为基因表达的重要顺式调控元件，增强子具有以下几个特点： 增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍。如：经人巨大细胞病毒增强子增强后的珠蛋白基因表达频率比该基因正常转录高600-1000倍!（2）增强子（enhancer）能使基因转录频率明显增加的D 增强效应

51、与其位置和取向无关 不论增强子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距30 kb，或在基因下游，均表现出增强效应增强效应有严格的组织和细胞特异性 许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细 胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的 没有基因专一性，可在不同基因组合上表现增强效应 增强效应与其位置和取向无关增强效应有严格的组织和细胞 没有生物种属的特异性，其作用受到细胞发育和分化的影响 许多增强子还受外部信号的调控如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性。但增强子对启动子没有严格的专

52、一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。 没有生物种属的特异性，其作用受到细胞发育和分化的影响（3）沉默子（Silencer）某些基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。（3）沉默子（Silencer）某些基因含有负性调节元件2、反式作用因子三个功能结构域：DNA结合结构域；转录激活结构域；调控因子的激活结构域（蛋白质与蛋白质结合）能识别并结合顺式作用元件(cis-acting element)正调控与负调控 反式作用因子 识别/结合 顺式作用元件中的靶序列 启动转录例：转录因子TFD 识别结合 TATA box 转录因子 SP1 识别结合 GC box

53、 转录因子 CTF1 识别结合 CCAATbox2、反式作用因子三个功能结构域：DNA结合结构域；转录激活结3、RNA干扰（RNA inference）RNA干扰(RNA interference，RNAi) 是指当细胞中导入与内源性mRNA同源的双链RNA(double stranded RNA，dsRNA)时，该mRNA发生降解而导致基因表达沉默的现象，这种现象发生在转录后水平，又称为转录后基因沉默。3、RNA干扰（RNA inference）RNA干扰(RN第十五章 细胞连接CELL JUNCTION AND CELL ADHESION MOLECULES第十五章 细胞连接CELL JUNCTION AND CEL第一节 细胞连接 cell junction是细