武大细胞生物学考研笔记

一〜三章概论四〜十章细胞静态结构H^一〜十三章细胞动态调节第四章细胞膜和细胞表面(P73)PlasmaMembrane&itsSurfaceStructures本章内容提耍第一节细胞膜与细胞表面特化结构；第二节细胞连接；第三节细胞外被与细胞外基质。第一节细胞膜细胞表面特化结构定义：(P72上)细胞膜cellmembrane(质膜，细胞质膜plasmamembrane) 围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。生物膜=质膜+内膜系统第一节主要内容一、细胞膜的研究历史和结构模型(model)二、细胞膜的化学组成(膜脂、膜蛋白)三、细胞膜的性质(膜的流动性、不对称性)四、细胞膜的功能五、膜骨架与细胞表面特化结构一、细胞膜的研究历史和结构模型1、E.Overton(1895)发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2、E.Gorter和F.Grendel(1925)用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，并将其铺展在水面，发现膜脂展开的面积是红细胞表面积的2倍，因而推测细胞膜山双层脂分子组成。评价：是对膜结构的初步认识，是人类第一次从分子水平研究细胞膜的结构。3、三明治式质膜结构模型J.Danielli和II.Davson(1935)发现质膜的表面张力比油一水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。1959年在上述基础上提出了“蛋白质一脂质一蛋白质”的三明治式的质膜结构模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。评价：是对膜结构的粗浅认识，但是该模型长期占理论统制地位达20年之久。4、单位膜模型(unitmembranemodel)J.D.Robertson1959用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，它山厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。①该模型主要强调：连续的脂双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，以P折叠形式通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质一磷脂一蛋白质的三层结构，称之为单位膜。②他还提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。评价：①单位膜模型的主要不足在于：把膜结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾；②不同膜的厚度的有差异的，变化范围为5〜10nm,并不都是7.5nm：③认为蛋白质分子在脂分子表面呈伸展构型，也与蛋白质发挥其功能时的构象要求不相符。5、流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)S.J.Singer&G.Nicolson1972根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型"。①细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成；②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；③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。流动镶嵌模型要点：①强调了膜结构的流动性。②强调了膜结构的不对称性和不均匀性。③膜的功能是由蛋白与蛋白、蛋白与脂质、脂质与脂质之间复杂的相互作用实现的。评价：①接近于现代对细胞膜结构的认识；②忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用，以及其他因素对脂质分子运动的影响。6、晶格镶嵌模型Wallach（1975）年提出。①生物膜含有的”流动性脂质“进行可逆地无序（流动性）到有序（晶态）的相变。②在大多数动物细胞的膜系统中，这种“流动性脂质“呈小片的点状分布，面积小于100nm2左右。评价：品格镶嵌模型在一定条件F,可能代表某些膜的真实结构，但是并不能作为一般膜的通用模型。7、板块镶嵌模型1977年,Jain和White提出了板块镶嵌模型。①在流动的类脂双分子层中存在许多大小不同，刚度较大的彼此独立移动的类脂板块（有序结构板块）»②膜平面实际上是由同时存在的不同组织结构和不同性质的许多板块组成的，它的变化主要山板块内组分的构象和相互作用的特异性所决定。③膜功能的多样性,可能与板块的性质和变化有关，这就可以解释所谓细胞内“区域化”的问题。细胞中“区域化”的特点，使细胞内各种错综复杂的生化反应能够彼此不受干扰，有条不紊地进行。8,脂筏模型（lipidraftsmodel）①脂筏是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）——“脂筏”；大小约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页；介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquidordered）；②脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。评价：可解释生物膜的某些性质和功能，但需要更多证据。总结（一）关于几种模型1、晶格镶嵌模型、板块镶嵌模型和脂筏模型同流动镶嵌模型相比并没有本质差别，是对膜的流动性的分子基础作了解释，因而是对后者的补充、充实和完善。目前所流行的关于膜结构的基本观点仍然是流动镶嵌模型。2、由于膜的结构复杂和功能多样,还存在不少问题有待解决，目前尚没有一个模型可以作为所有生物膜的通用模型。总结（二）关于生物膜结构的认识p753、具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，以疏水性非极性尾部相对、极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白质。4、蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或者结合在其表面，蛋白质的类型、蛋白质的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自的特性与功能。5、生物膜可以看作是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。膜蛋白与膜脂之间、膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧其他生物大分子的复杂相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。二、细胞膜的化学组成P76综述：质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量的糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。(―)膜脂(membranelipid)分类：膜脂是生物膜的基本成分，主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。1、磷脂：是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50%以上。分类：甘油磷脂鞘磷脂①廿油磷脂甘油磷脂主要类型有：磷脂酰胆碱(PC),旧称卵磷脂磷脂酰丝氨酸(PS)磷脂酰乙醇胺(PE),旧称脑磷脂磷脂酰肌醇(PI)双磷脂酰甘油(DPG),旧称心磷脂②鞘磷脂(sphingomyelin,SM)鞘磷脂在神经系统中含量特别丰富。以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也与含胆碱的磷酸基团结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。③磷脂的分子结构特征“一头二尾”：心磷脂具有4个非极性尾部。“偶数碳链"：脂肪酸链碳原子数量多数为16,18或20。“不饱和”：常含有不饱和脂肪酸(如油酸)。30o2、糖脂(glycolipid)是含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量的5%以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高；糖脂是鞘胺醉的衍生物，也是两性分子，是由•个或多个糖残基与鞘氨醉的羟基结合;最简单的糖脂是半乳糖脑许脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的糖脂是神经节背脂，其头部包含一个或几个唾液酸和糖的残基。神经节甘脂是神经元质膜中具有特征性的成分。3、胆固醇(cholesterol)是动物组织中含量最丰富的固醇类化合物，在脑、神经组织及肾上腺中含量丰富，其次是在肝、肾、脾、皮肤和脂肪组织中。胆固醇分布：主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3,植物细胞膜中含量较少,功能：提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固静的突变细胞株很快发生自溶。膜脂的运动方式(P76-77)1、沿膜平面的侧向运动；*2、脂分子围绕轴心的自旋运动；3、脂分子尾部的摆动；4、双层脂分子之间的翻转运动。脂质体(liposome)p77本质：是一种人工膜。在水中，搅动磷脂形成的双层脂分子球形体，直径25~1000nni不等。liposome人工脂质体的用途：.转基因.制备的药物.研究生物膜的特性(二)膜蛋白P78种类繁多，是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中约30%为膜蛋白。1、分类：根据膜蛋白与脂分子的结合方式，分为两类：--膜周边蛋白(peripheralprotein)或称夕卜在膜蛋白(extrinsicprotein)—膜内在蛋白(integralprotein)或称整合膜蛋白①膜周边蛋白是水溶性蛋白，暴露在脂双层的外侧或内侧；靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合；只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。②膜整合蛋白P78整合蛋白多数为跨膜蛋白(tansmembraneproteins),是两性分子。与膜的结合非常紧密,只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来，如离子型去垢剂SDS,非离子型去垢剂TritonXTOO。2、膜内在蛋白与膜脂的结合方式p781)跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用(如图4-4A)；2）跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基（如精氨酸、赖纸酸）与磷脂分子带负电荷的极性头形成离子键，或者带负电荷的氨基酸残基通过Ca2+Mg2+等阳离子与带负电荷的磷脂极性头部相互作用（如图4—5）；3）某些膜蛋白在细胞质基质一•侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双层之间，进一步加强膜蛋白与脂的结合力，还有少数蛋白与糖脂结合（图4—5）。三、细胞膜的性质（一）细胞膜的流动性（P81）1、膜脂的流动脂分子的侧向运动，是生长细胞完成多种生理功能所必需的影响膜脂流动性的因素①胆固醇含量：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性②脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。③脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。④卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。⑤其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。2、膜蛋白的流动性（P82）膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动（主要为侧向流动），不需耍代谢产物的参加和能量的提供。膜蛋白的流动性是相对的。表现为某些膜蛋白在细胞膜表面的分布有•定的区域性，甚至有的蛋白是不流动的，原因是某些蛋白与细胞膜下的细胞骨架相结合，流动受到限制。研究膜蛋白流动的实验技术1荧光抗体免疫标记细胞融合研究膜流动性的实验技术2光脱色恢复技术FRAP膜蛋白或者膜脂被荧光素标记，再用激光照射某一区域，被照射区的荧光因为淬灭而变弱。由于膜的流动性，粹灭区域亮度会逐渐增加，最后与周围两度等同。荧光恢复的速度间接反映出膜蛋白或者膜脂扩散的速度。3、质膜流动性的意义1）膜的流动性有利于酶的侧向扩散和旋转运动；2）膜的流动性保证了物质的运输；3）膜流动性与信号转导：4）膜的流动性和能量转换；5）膜的流动性与细胞的发育和衰老。（二）细胞膜的不对称性——质膜内外两层的组分和功能的差异，1、细胞膜各部分的名称ESEFPFPS小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻2、膜的不对称性p831）膜脂的不对称性：同-种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：在红细胞膜中，PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。2）复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。3）膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。如各种激素的受体具有极性，细胞色素C位于线粒体内膜内侧。四、细胞膜的功能P84.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出;.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递：.为多种酶提供结合位点，使随促反应高效而有序地进行；.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接：.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。五、膜骨架与细胞表面的特化结构P85（一）膜骨架（membraneassociatedcytoskeleton）定义：膜骨架是质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。研究材料：成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料。红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）.（二）红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞膜骨架：在红细胞膜的内侧，由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架人红细胞膜蛋白SDS电泳分布1、红细胞膜内存在的蛋白质约15种蛋白，其中主要的有3种：血影蛋白、血型糖蛋白、带3蛋白，占到60%以上血影蛋白（spectrin）：又叫收缩蛋白，是膜骨架主要成分，a、p亚基构成，非膜蛋白；血型糖蛋白A（glycophorinA）：红细胞膜蛋白，富含唾液酸，类似的还有血型糖蛋白B、C、D,单次跨膜蛋白；带3蛋白（band3protein）：膜蛋白，具有阴离子转运功能，“阴离子通道”；多次跨膜（12-14次）肌动蛋白（actin）：又称带5蛋白，是膜骨架的主要成分，肌动蛋白纤维上有多个与血影蛋白结合的位点。锚定蛋白（ankyrin）：又称带2.1蛋白，一方面连接血影蛋白，一方面连接带3蛋白；带4.1蛋白（band4.1protein）：膜骨架成分，促使血影蛋白和肌动蛋白结合；2、红细胞膜骨架的组成：①血影蛋白在带4.1蛋白的协助下与肌动蛋白结合成膜骨架基本网络;②带4.1蛋白和血型糖蛋白相互作用；③锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白相互作用。（三）细胞表面特化结构包括鞭毛、纤毛、微绒毛、细胞的变形足等:与细胞运动、细胞的物质交换有关。第一节完第五章物质的跨膜运输与信号传递本章结构第一节：物质的跨膜运输第二节：细胞通讯与信号传递第一节物质的跨膜运输MEMBRANETRANSPORT前言为什么要进行运输？（P108）1、摄取营养物质；2、排出代谢废物：3、调节细胞内离子浓度；4、维持细胞内环境的稳定。运输的方式：1、被动运输：2、主动运输：3、胞吞和胞吐作用。一、被动运输（passivetransport）定义：是指通过简单扩散或者协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。特点：转运的动力来自于物质的浓度梯度，无需细胞提供能量。分类：简单扩散协助扩散(―)简单扩散(simplediffusion)1、定义：小分子的热运动使分子以扩散的方式，从膜的一侧沿浓度梯度降低的方向进入另外一侧,也叫自由扩散(freediffusion)(.2、特点：①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散；②无需能量；③无需膜蛋白的协助。3、过程：物质先溶解在膜脂中，再从一侧扩散到另外一侧，最后进入水相。4、物质通透性决定于分子的脂溶性、极性、分子大小和带电性：一脂溶性越高，通透性越大；水溶性越高，通透性越小；一非极性分子比极性更易透过。H20、02等可以透过，但速度较慢；一小分子比大分子更易透过；一对带电荷的物质是高度不通透。图5—1不同的小分子自由扩散的速率差异(二)协助扩散(facilitateddiffusion)1、定义：各种极性分子和无机离子顺浓度梯度减小的方向跨膜转运，运输过程中无需能量,但是需要特异的膜蛋白协助转运，又称为促进扩散、易化扩散、帮助扩散。2、协助扩散的特点：转运效率高：转运具有特异性和饱和性；由膜转运蛋白(membranetransportproteins)负责转运。可以被抑制。3、膜转运蛋白的分类：载体蛋白(carrierproteins)通道蛋白(channelproteins)①载体蛋白(carrierproteins)分子结构：多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过改变构象介导跨膜转运。功能：既可介导被动运输，也可介导逆浓度梯度或者电化学梯度的主动运输：有的需要能量驱动(如各类ATP驱动的离子泵)：有的则不需要(如缴氨陋素)。又称通透能(permease)和转运器(transporter),具有髓的部分特性。有专一性；存在竞争性抑制和非竞争性抑制；图5—3载体蛋白通过构象变化介导被动运输面萄糖的运输是典型的载体蛋白介导的协助扩散。血糖升高f促进胰岛素的分泌f促进各种靶细胞内膜泡膜上的葡萄糖载体蛋白转移到质膜上f提高葡萄糖的吸收糖尿病：I型：合成胰岛素缺陷II型：胰岛素水平正常，但是靶细胞对其不应答——受体或者运输蛋白出现问题。②通道蛋白(channelproteins)分子结构：是亲水性的跨膜通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。功能：只能介导顺浓度梯度(电化学梯度)的被动运输。离子通道的特征：具有离子的选择性，转运效率高；门控——可开、关控制其活性。少数通道长期开放，如K+泄漏通道；多数通道关闭，只在一定条件刺激下开启。图5-4三种类型门控离子通道水的运输：(非脂溶性、极性)大多数是通过简单扩散进入细胞；小部分通过水通道蛋白(aquaporin)进行扩散。目前在动、植物中已经分离到6个水通道蛋白家族成员。二、主动运输activetransport为什么要进行主动运输?1、保证了细胞（器）从低浓度环境中摄取必要的营养物质;2、能够向高浓度环境中排出废物、分泌物、离子；3、维持细胞内离子的适当浓度（H+、Ca2+、K+）o主动运输定义：是由载体蛋白所介导的逆物质浓度梯度（电化学梯度）进行跨膜转运的方式。特点：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输：②需要能量；③需要载体蛋白（结构可变）；④具有选择性和特异性。表5-2典型哺乳类动物细胞内外离子浓度比较分类：按照能量来源分为①ATP直接供能;②协同运输（ATP间接供能）；③光能（见于细菌）。（-）Na+-K+泵——ATP直接供能1、细胞内的Na+、K+环境低Na+高K+的离子环境动物细胞一般要消耗1/3（神经细胞消耗2/3）的总ATP来维持这种环境。Na+、K+的输入和输出是典型的主动运输，是通过钠钾泵来完成的。2、Na+-K+泵（Na+-K+pump）①Na+-K+泵的分子结构：实际上就是Na+-K+ATP酶，由2个a亚基、2个3亚基组成，分布于动物细胞的质膜上。a亚基是多次跨膜蛋白，具有ATP酶活性、Na+、K+结合位点；P亚基是具有组织特异性的糖蛋白。图5-6A②Na+-K+泵的工作方式在膜内侧，3Na+马酣结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，醐自身被磷酸化;酣构象发生改变，与Na+结合的部位转向膜外侧;向胞外释放3Na+并与2K+结合，K+与磷酸化的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；向胞内释放K+,并又重新与Na+结合。1000次/秒高速运转。总的结果是每一消耗一个ATP；输出3个Na+,输入2个K+。使细胞外带正电荷。③Na+-K+泵的作用①维持细胞的渗透平衡，保持细胞的体积；②抵消了细胞内外的Na+、K+扩散，维持低Na+高K+的细胞内环境，为协同运输提供驱动力:③维持细胞的静息电位。渗透作用④可对Na+-K+泵产生作用的因子：乌本甘(ouabain)等可抑制Na+-K+泵活性；Mg2+、少量的膜脂有助于提高Na+-K+泵的活性；氟化物抑制生物氧化，最终导致Na+-K+泵停止工作。(-)Ca2+泵——ATP直接供能钙泵(Ca2+pump)又称为Ca2+-ATP酶，跨膜蛋白，进化上与Na+-K+泵的a亚基同源。作用：维持细胞内较低的Ca2+浓度(胞内浓度10-7M,胞外10-3M)。分布：质膜和肌细胞内质网膜。作用机制：原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP,泵出2个Ca2+,将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来。Ca2+-ATP酶工作过程(三)H+泵——ATP直接供能1、质子泵的分布：植物细胞、真菌和细菌的质膜上没有Na+-K+泵，只有质子泵（H+ATPase）2、质子泵的功能：质子泵将H+泵出细胞，建立跨膜的H+电化学梯度（相当于动物细胞膜上的Na+电化学梯度），从而驱动一些溶质的转运。3、质子泵的分类（P115）①P-type：利用ATP自磷酸化导致的构象改变来转移H+。如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。②V-type：位于溶幅体膜、内体、植物液泡膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，将H+泵入细胞器，但不发生自磷酸化。③F-type：是由许多亚基构成的管状结构。利用H+动力势合成ATP,也叫ATP合醐，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。（四）协同运输（cotransport）?1、定义：是由Na+-K+泵（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，又叫偶联运输。?2,能量来源：来自膜两侧的离子浓度梯度（电化学梯度）——动物细胞中常常利用膜两侧Na+梯度；植物细胞和细菌常利用H+梯度。3、协同运输的分类根据物质运输方向与离子转移方向的关系，协同运输又可分为：共运输（symport） 物质运输方向和离子转移方向相同对向运输（antiport） 物质运输方向和离子转移方向相反①共运输（symport）物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收伴随着Na+的进入;某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。②对向运输（antiport）物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。动物细胞常通过Na+/H+对向协同运输的方式来转运H+,以调节细胞内的PH值。共运输和对向运输的比较(五)主动运输和被动运输的比较(六)动、植物细胞主动运输的比较图5—9动、植物细胞主动运输的比较三、胞吞和胞吐作用endocytosis&exocytosis概述(Pl18)：运输对象：大分子和颗粒性物质(如蛋白质、多核甘酸、多糖等)运输方式：物质包裹在脂双层膜囊泡中进行运输，因此又称为膜泡运输。耗能：运输过程涉及膜泡的融合和断裂，需要消耗能量，属于主动运输。运输量：可以同时转运一种或者几种数量不等的大分子或颗粒，因此又称批量运输(bulktransport)。(―)胞吞作用(endocytosis)1、定义：是通过细胞膜内陷形成胞吞泡(endocyticvesicle),将外界物质输入细胞。2、分类：吞噬作用(phagocytosis)胞饮作用(pinocytosis)①吞噬作用(phagocytosis)吞入较大的颗粒性物质(微生物、细胞碎片等)；又称胞吃作用(celluareating)；囊泡较大——吞噬体。发生细胞类型：变形虫、单细胞生物、巨噬细胞、中性粒细胞。②胞饮作用(pinocytosis)吞入液体或者溶解物;囊泡较小；发生细胞：大多数细胞都可以连续进行。吞噬和胞饮作用的比较3、受体介导的胞吞作用（P120）①原理：是一种选择浓缩机制，既可摄入特定的大分子，同时避免吸入大量胞外液体。通过网格蛋白有被小泡完成摄取。摄取物质：（P120下）动物细胞摄取胆固醇、鸟卵细胞摄取卵黄蛋白、肝细胞摄取转铁蛋白、胰岛素进入细胞、巨噬细胞通过表面受体对免疫球蛋白及其复合物、病毒、细菌、衰老细胞的识别和摄入、VB12、铁的摄取。图5-11网格蛋白有被小泡介导的选择性运输②胆固静的摄取胆固醇+磷脂+蛋白质（LDL）受体一LDL复合物内化进入细胞进入胞内体降解冠状动脉粥样硬化③胞内体膜泡运输的分选站，酸性环境，受体与物质在此分离。受体的去向：大部分返回质膜，循环使用；有些进入溶醐体，被降解；跨细胞的转运（transcytosis）母乳喂养的原理跨细胞转运（transcytosis）又称转胞吞作用，受体和配体不作任何处理，内吞物从极性细胞一侧转到相反的方向。(二)胞吐作用(exocytosis)定义：细胞内某些膜泡(如分泌泡)中的物质通过细胞质膜运送出细胞的过程。可运送：酶、激素、神经递质、局部介质、血清蛋白、抗体、细胞外基质、植物细胞壁等。分类组成型胞吐途径调节型胞吐途径1、组成型胞吐途径(constitutiveexocytosispathway)分布：存在于所有真核细胞中：高尔基体反面管网区分泌的囊泡持续不断地向质膜流动并与之融合；功能：①囊泡膜的蛋白和脂类不断供应质膜的更新：②囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，成为质膜外周蛋白、胞外基质组分、营养成分或者信号分子。2、调节型胞吐途径(regulatedexocytosispathway)又称诱导型分泌；分布：存在于特化分泌细胞；作用：分泌物(激素、粘液或者消化酶等)储存在分泌泡中；当细胞受到胞外信号刺激时,分泌泡与质膜融合，释放内含物。(三)与酶连接的受体(enzymelinkedreceptor)又称催化性受体(catalyticreceptor),胞外段与配体结合，胞内段具有酶活性。包括5类：①受体酪氨酸激酶②受体丝氨酸/苏氨酸激酶③受体酪氨酸磷酸酯醐④受体鸟甘酸环化酶⑤酪氨酸蛋白激酶联系的受体1、受体酪氨酸激酶(RTKs)(1)概述受体酪氨酸激幅(receptortyrosinekinases,RTKs),又称酪氨酸蛋白激战受体,既是受体又是酶，能够和配体结合，并把靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。对应的配体：可溶性的或膜结合的多肽和蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。RTKs的作用机理:由于RTKs不能自磷酸化，必须通过受体二聚化(dimerization),形成二聚体，激活受体的酪氨酸蛋白激醐活性,实现受体相互磷酸化。磷酸化的结果，磷酸化的酪氨酸残基可同带有SH2结构域的胞内信号蛋白结合，进行信号转导：一类是接头蛋白(adaptorprotein),本身不具有酶活性，起到偶联受体与其它信号分子的作用，如GRB-2等；一类是信号通路中有关的酶，有酶活性，如GAP、SyP、Src等。共性：都具有Src同源结构域(SH2)特点：RTK介导的信号通路具有多向性特点。SH结构域：是Src同源结构域(Srchomologydomain)的简称，Src是一种原癌基因，最早在Rous肉瘤病毒中发现。这种结构域能够和受体酪氨酸激醐磷酸化残基紧密结合，形成复合物，进行信号转导。RTKs-Ras通路Ras蛋白(ratsarcoma)：是一种GTP结合蛋白，分布于质膜胞质一侧，具有GTPase活性；结合GTP时为活化态，结合GDP时为失活态，具有分子开关的作用。Ras失活态和活化态之间的转化：RTK-Ras介导的信号通路的功能：以磷酸化级联反应(phosphorylationcascade)为代表。配体fRTKf接头蛋白fGRFfRasfRaf(MAPKKK)-MAPKK^MAPKf进入细胞核f其他激酶或者转录因子f基因表达配体fRTK-接头蛋白-GRFfRas—Raf(MAPKKK)-MAPKK-MAPK一进入细胞核f其他激醐或者转录因子一基因表达2、细胞表面其他与酶偶联的受体(1)受体丝氨酸/苏氨酸激酶一次性跨膜蛋白受体，配体是转化因子-6s(transforminggrowthfactor-Bs,TGF-Ps),包括1〜5五种成员。胞内区具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激醐活性。依细胞类型不同，可能抑制细胞增殖、刺激胞外基质合成、刺激骨骼的形成、通过趋化性吸引细胞、作为胚胎发育过程中的诱导信号等。(2)受体酪氨酸磷酸酯酶一次性跨膜蛋白受体；胞内段具有酪氨酸磷酸酯酶活性，可以使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基去磷酸化；其作用是控制磷酸酪疑酸残基的寿命，使静止细胞具有较低的磷酸酪纸酸残基水平。与酪氨酸激酶•起协同工作，如参与细胞周期调控。(3)受体鸟甘酸环化醐(receptorguanylatecyclase)受体本身就是鸟甘酸环化酶；分布：肾和血管平滑肌细胞表面；配体：心房排钠肽(ANPs),胞内段：鸟昔酸环化酶催化结构域，可催化GTP生成cGMP。信号途径：配体一受体鸟甘酸环化酶fcGMP-依赖cGMP的蛋白激幅G(PKG)一靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。作用：当血压升高时，心房肌细胞分泌ANP,促进肾细胞排水、排钠，同时血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。(4)酪氨酸蛋臼激酶联系的受体受体本身不具有酶活性，但是可以结合非受体酪氨酸蛋白激酶。受体与配体结合后，通过与之联系的非受体酪氨酸蛋白激酶的活化，磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基，实现信号转导。酪氨酸蛋白激酶联系的受体JAK/STATPathway配体与受体结合导致受体二聚化；二聚化受体激活JAK；JAK将STAT磷酸化；STAT形成二聚体，暴露入核信号，进入核内，调节基因表达。四、由细胞表面整联蛋白介导的信号传递(―)整联蛋白整联蛋白(integrin)是细胞表面的跨膜蛋白，是由a、B亚基组成的异二聚体;胞外段可以和多种细胞外基质组分(纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖)结合；功能：介导细胞附着；提供细胞外环境调控细胞内环境的渠道。为什么正常细胞不能悬浮培养？(二)由粘着斑中整联蛋白介导的2条信号通路(P150)：一是到细胞核的信号通路，即Src和FAK的活化，以Ras蛋白为分子开关，沿MAPK级联反应途径传递生长促进信号入细胞核，激活有关生长、增殖的基因转录；二是到核糖体的信号通路，使得某些特殊核糖体被优先利用，导致翻译特定mRNA,指导合成细胞G1期一S期所需特定蛋白质。小结五、细胞信号传递的基本特征1、多途径，多层次：2、信号收敛、发散和交谈；3、专一性，相似性；4、信号放大与信号终止并存：5、对信号刺激的适应；6、蛋白激酶的网络整合信息1、多途径多层次：2、收敛、发散和交谈：①收敛(convergence)不同的受体，接受各自配体后，在细胞内激活一个共同的效应器。②发散(divergence)：同一配体产生的信号可以激活不同的效应器。③交谈(crosstalk)信号可以在不同的信号通路间传导。3、专一性和相似性专一性：受体和配体的结构上严格互补。相似性：产生种类有限的第二信使。4、信号放大与信号终止并存：信号分子水解；受体上升和下降调节；信号分子的磷酸化和去磷酸化;分子开关的开和关；Ca++的释放和回收；第二信使的产生和降解。5、对信号刺激的适应：长期的刺激，导致细胞反应的降低：降低表面受体的数目；钝化受体，降低受体与配体的亲和力；改变下游信号蛋白，使信号通路受阻——蛋白磷酸能与蛋白激酶作用相反。关于毒品1、为什么吸毒会成瘾？人脑中天然存在一种吗啡肽类物质，起到镇痛、消除疲劳的作用，含量极少。鸦片类药物，如鸦片、吗啡（鸦片中的生物碱）、海洛因（吗啡的衍生物）以及度冷丁、美沙酮等，具有和吗啡肽类似的结构。一经摄取，就会同吗啡肽受体结合，产生极度的兴奋和愉快;毒品的摄取量远远超出正常人体内吗啡肽的含量，导致人自身吗啡肽是分泌被抑制，完全靠毒品来替代吗啡肽的生理功能——上瘾由于大脑对毒品的适应，需不断提高剂量来维持药效。超过自身耐受性的滥用毒品，可以引起急性中毒死亡。关于毒品为什么戒毒难？神经细胞表面的吗啡受体结合配体，活化Gi降低PKA活性，导致细胞内PKA和腺甘酸环化酶基因代偿性表达提高。一旦停止吸毒，神经细胞内的cAMP浓度超高，使人出现极度难受的综合生理反应。第4•章细胞增殖及其调控细胞增殖是生命的基本特征，种族繁衍、个体发育、机体修复等都离不开细胞增殖。-初生婴儿有1012个细胞，成人1014个，约200种类型;-成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞；-1个大肠杆菌若按20分钟分裂一次的速度保持下去，则两天即可超过地球的重量。研究细胞周期的意义：1、理论意义：认识细胞生长和细胞增殖规律；2,肿瘤治疗：通过任何方法将细胞周期停滞在任何一点，即可抑制或杀死肿瘤细胞；3、普通疾病和遗传疾病治疗：针对12知病因进行特殊治疗，即可达到治疗疾病的目的本章内容第一节细胞周期与细胞分裂第二节细胞周期的调控第一节细胞周期与细胞分裂一、细胞周期(cellcycle)(-)概述1,定义：通过细胞分裂产生的新细胞生长开始，到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程。2、细胞周期的划分：G1期、S期、G2期、M期G1期：决定了细胞周期时间长短；S期G2期总时间相对恒定M期3、细胞增殖行为的分类：周期中细胞(cyclingcell)：细胞持续分裂，如上皮组织的基底层细胞：静止期细胞(quiescentcell)：又称GO期细胞。细胞暂时停止分裂，执行一定的生理功能，多发生于G1期。如结缔组织中的成纤维细胞。终末分化细胞：终生不再分裂。(-)细胞周期中各个不同时期及其主要事件1、G1期(1)起始：子细胞生成标志其开始，是一个细胞周期的第一阶段。(2)事件：①开始合成细胞生长所需耍的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成DNA；②限制点(检验点、检测点；酵母中称“起始点”)定义：G1晚期中的一个基本事件，迈向S期的条件影响限制点的因素：a、外在因素：营养供给、相关激素刺激；b、内在因素：细胞分裂周期基因(cdc基因)产物的调控。2、S期——DNA合成期(1)起始：开始合成DNA(2)事件：DNA半保留复制；组蛋白合成；新合成的DNA立即与组蛋白结合；受到多种细胞周期调节因素的调控。3,G2期(1)起始：DNA复制完成后；(2)事件：DNA、结构物质和亚细胞结构完成必要准备；G2检测点——检测DNA复制情况、细胞体积、环境因素等。4、M期——细胞分裂期形式：有丝分裂——体细胞减数分裂——生殖细胞结果：遗传物质平均分配到两个子细胞中去。(三)细胞周期研究方法1、细胞周期测定(1)脉冲标记DNA复制测定法①适用于细胞构成简单、细胞周期较短、运转均匀的细胞群体。②方法：3H—TdR(胸腺嗑嚏脱氧核甘)短暂标记细胞数分钟(小时)后洗脱，换新鲜培养液培养定期取样，作放射自显影观察丁62=换液洗脱一被标记M细胞出现TM=被标记M细胞出现一占M细胞总数最大值TS=被标记M细胞达到总数的50%f降回50%TC=被标记M细胞出现f再次开始出现TG1=TC-TG2-TM-TS(2)流式细胞分选仪测定法①流式细胞仪的工作原理②利用流式细胞分选仪测定细胞周期2、细胞周期同步化细胞同步化(synchronization)是指在自然发生的、或经人为处理，使细胞群体的细胞周期一致。(1)自然同步化①多核体：如：粘菌、疟原虫。②某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。③增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠抱子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。(2)人工同步化人为地将处于不同时期的细胞分离开来。①振荡②密度梯度离心③药物诱导：DNA合成阻断法分裂中期阻断法条件依赖性突变株a、DNA合成阻断法药物：TdR（胸腺喀咤脱氧核甘）和羟基版（HU）原理：无/低毒DNA合成抑制剂，加入、洗脱两次，可以使细胞在G1/S交界处同步;优点：同步化效率高，几乎适合所有体外培养的细胞系。b、分裂中期阻断法药物：秋水仙素、秋水仙胺、nocodazole原理：微管合成抑制剂，将细胞阻断在分裂中期；优点：操作简便，效率高，缺点：毒性大c、条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用转移到限制条件下培养，细胞被同步化在某一特定时期。（四）特异的细胞周期1、X期胚胎细胞的细胞周期存在阶段：受精卵卵裂过程特点：卵裂球体积不变，细胞数目增加;卵裂时间大大短于体细胞周期时间；G1和G2期非常短；细胞周期调控因子和调节机制与体细胞基本一致。2、植物细胞的细胞周期同样含有Gl、S、G2和M四个时期;不含有中心体；以中间板进行胞质分裂。3、酵母细胞的细胞周期4、细菌的细胞周期二、有丝分裂(以动物细胞为例)(一)有丝分裂过程1、前期(prophase)主要事件：染色体凝缩(condensation),分裂极确定、核仁解体、核膜消失。(1)染色质螺旋化、折叠和包装；(2)中心体的活动：①每个中心体由两个相互垂直排列的中心粒构成，在S期，每个中心粒端部外侧新生一个中心粒，与旧中心粒垂直排列。②在前期，两对中心粒分别移向细胞的两极。③前期末，纺锤体开始装配，星体微管向核内伸入，形成动粒微管和极性微管。(3)核仁解体：rRNA转录停止，核糖体亚单位转移至细胞质基质，伸入核仁区的染色体NORs区螺旋化，核仁消失。(4)核膜消失：前期末(前中期)，MPF诱导核纤层蛋白发生磷酸化，网络解组，导致核膜破碎。核纤层蛋白A和C成为可溶性，B附着在核膜碎片匕以小泡形式分散在细胞质中。2、中期(metaphase)主要事件：所有染色体排列到赤道板(equatorialplate) 染色体列队/染色体中板聚合(chromosomealignment/congression)3、后期(anaphase)主要事件：染色体着丝粒区纵向断裂，姊妹染色单体趋向两极。着丝粒区域在在S期已经奠定了断裂分离的结构基础，在后期，细胞质中Ca2+浓度倍增，诱导该区域的联结蛋白解体而出现断裂分离。4、末期(telophase)主要事件：染色单体到达两极，子核形成，核膜、核仁重新装配。5、胞质分裂(cytokinisis)主要事件：赤道板附近细胞表面下陷，形成环形的分裂沟(furrow)o分裂沟逐渐加深，直到两个子细胞完全分开。(-)与有丝分裂有关的亚细胞结构1、中心体间期细胞一般包含一个中心体，由一对中心粒组成；中心体在G1末开始复制，S期复制完成，但不分离，G2期，两个中心体开始分离，移向细胞的两极，并参与纺锤体形成。2、动粒和着丝粒3,纺锤体由微管和微管结合蛋白组成，状如纺锤；包括动粒微管、极性微管和星体微管；中心体的分离：KRPs和细胞质动力蛋白共同作用的结果。(三)染色体运动的动力机制1、染色体列队(chromosomealignment)——染色体向赤道板运动的过程①微管和动粒的结合在前期，Mad蛋白和Bub蛋白位于染色体的动粒匕促使动粒敏化并与微管接触。微管一旦结合动粒，两种蛋白随即消失。未与微管结合的动粒会产生抑制信号，阻止下一阶段的出现。②染色体在赤道板上排列：牵拉(pull)假说和外推(push)假说：2、染色体分离——染色单体分离并向细胞两极运动的机制后期A和后期B阶段假说：①后期A：动粒微管的动粒端解聚造成微管变短；染色单体逐渐拉向两极：图11-22②后期B,移动素类蛋白(KRPs)与极性微管重叠区结合并“搭桥”，通过向微管正极行走,促使极性微管相互滑动，两极之间距离变长。胞质动力蛋白(dynein)在星体微管和细胞膜之间搭桥，并向星体微管负极移动，进一步将两极之间的距离拉长。三、减数分裂(meiosis)概述：♦定义：特殊形式的有丝分裂，发生于有性生殖细胞形成过程中。DNA复制一次，而细胞进行两次分裂，最终产生染色体组数目减半的配子。♦两次分裂称为减数分裂I和减数分裂H；♦基本特点：染色体组数目减半：发生遗传重组(一)减数分裂前间期(premeioticinterphase)特点：①可以划分为Gl、S、G2期；②S期持续时间长，DNA仅复制总量的99.7%、99.9%；L蛋白的阻止作用；③细胞核大于体细胞核，染色质多凝集成异染色质；④不同物种中G2期长短不一。(-)减数分裂过程前期I中期I后期I末期I胞质分裂期I间期——无DNA的合成前期I中期I后期I末期I胞质分裂期I1、减数分裂期I(meiosisI)(1)前期I(prophase1)主要事件：染色体配对和基因重组：特点：持续事件长，可达数周/月/年；阶段划分：细线期偶线期粗线期双线期终变期①细线期(leptoenen)前期I的开始阶段，染色体凝集，但两条染色体臂不分离，呈单细线状;细线状染色体上出现颗粒状结构 染色粒(chromomere)；端粒通过接触斑与核膜相连(有的物种中染色体状如花束)——花束期。②偶线期(zygotene)(配对期)联会(synapsis)：同源染色体配对(pairing),形成二价体(bivalent)；联会起始于端粒接触斑(或者几个点)，并向其他部位延伸，形成联会复合体(synaptonemalcomplex)；合成细线期未合成的约0.3%的DNA——zygDNA；此外，zygDNA转录生成zygRNA,与配对有关。③粗线期(pachytene)起始于联会完成后；染色体进一步浓缩，与核膜保持接触；该时期可持续几天到几个星期；同源染色体间发生等位基因之间部分DNA片段的交换和重组，产生新的等位基因的组合;同源染色体间出现蛋白质结构——重组结：合成一部分DNA——P-DNA,编码一些与DNA点切和修复有关的酶。合成减数分裂专有的组蛋白，部分/全部置换体细胞类型的组蛋白。卵母细胞中，还发生rRNA的转录——依旧能见到核仁；④双线期(diplotene)重组结束，同源染色体开始分离，仅通过交叉(crossover)相互联系；染色体发生不同程度的去凝集，有的物种中形成巨大的灯刷染色体，进行活跃的转录:双线期在不同物种中持续时间长短不一(数月〜数十年)⑤终变期(diakinesis)染色体重新凝集，形成短棒状；交叉部位移向臂的端部 端化(terminalization)；终变期的结束标志着前期I的完成。(2)中期I(metaphaseI)主要事件：核膜破裂(标志)，纺锤体开始装配，四分体排列在赤道板to纺锤体与四个动粒的联结(3)后期I(anaphaseI)同源染色体对相互分离并向细胞两极移动。到达两极的染色体的组合是随机的，造成配子遗传多样性;(4)末期I,胞质分裂期I和减数分裂间期类型一：染色体去凝集，核膜重新装配，形成两个子细胞核；细胞质分裂，形成两个间期子细胞。该间期较短，无DNA复制，无G1、S、G2之分，称为减数分裂间期(interkinesis)；类型二：细胞不完全回复到间期，而是立即进行第二次分裂。2、第二次减数分裂与有丝分裂相似，经过分裂前期1【、中期II、后期1【、末期II和胞质分裂期H过程;雄性中，1个精母细胞最终产生4个精子；雌性中，1个卵母细胞最终产生1个卵细胞和3个极体。(三)减数分裂过程的特殊结构及其变化1、性染色体的分离①性染色体组成类型：简单类型：XY型(辛XX,8XY)X0型(辛XX,&X0)ZW型(?ZW,SZZ)复杂类型：XY1Y2型(辛XX,3XY1Y2)X1X2Y型(qX1X2X1X2,8X1X2Y)②性染色体的配对和分离：XX染色体的配对、分离与常染色体相同；XY染色体：在中期I也会排列在赤道板上，随后分别移向细胞的两极：X0染色体：在第一次减数分裂，X移向一极，结果产生1个含有X的细胞和1个不含X的细胞；“香火”2、联会复合体和基因重组①联会复合体(synaptonemalcomplex,SC)的结构由中央成分(centralelement)、侧成分(lateralelement)和配对的染色体组成:侧成分向中央成分方向发出横向纤维，交会与中央成分的中部。②联会复合体的成分中央成分、侧成分、横向纤维均由蛋白质组成；DNA片段(50〜550bp),挂/包含于侧成分中，无序列特异性，可能进入中央成分并发生重组。有丝分裂和减数分裂的比较第十一章第二节细胞周期的调控一、细胞促成熟因子(MPF)(P395)MPF(maturation-promotingfactor)——促成熟因子细胞促分裂因子(mitosis-promotingfactor)M期促进因子(Mphase-promotingfactor)染色体超前凝集现象(prematurechromosomecondensation,PCC) M期细胞与间期细胞的融合实验，导致染色体不同程度的凝集。G1期细胞与M期细胞融合G1期PCC呈细单线状S期细胞与M期细胞融合S期PCC呈粉末状G2期细胞与M期细胞融合G2期PCC呈双线染色体状(P396下)1988年，从蛙中实验分离MPF,并证明主要成分为p32和p45两种蛋白，二者相互结合后，表现出蛋白激醐活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化。二、p34cde2激酶(P397)1、cdc基因(celldivisioncyclegene)的发现L.Hartwell,P.Nurse利用酵母温度敏感突变株，寻找与细胞分裂和细胞周期调控有关的基因 cdc2、cdc基因的表达产物(P398)p34cdc2——cdc2的表达产物cdc2是第一个从裂殖酵母中分离的cdc基因，其产物MW=34X103,被称为p34cde2,本身不具有蛋白激酶活性，当与P56cde13结合后，可以使得多种蛋白底物磷酸化，又称p34cde2激酶；cdc2突变，导致细胞分裂停留在G2/M期。3、p34cde2与MPF的关系(P398)免疫实验和序列分析证明：P34cde2与p32为同源蛋白4、细胞周期蛋白(cyclin)与MPF(P398)1983年，TimHunt在海胆中发现两种细胞周期蛋白(cyclinA,B),广泛分布于各种真核生物中，含量随细胞周期而变化，间期积累，分裂期消失。序列分析表明，P45与周期蛋白B是同源物。MPF由2个亚单位：-Cdc2蛋白(催化亚单位)和周期蛋白B(调节亚单位)组成，二者结合具有蛋白激能活性。三、周期蛋白(cyclin)(P399)1、分类：发现众多周期蛋白，表达时期不同，功能多样：G1期周期蛋白：只在G1期表达，调节G1/S,存在时间较短；M期周期蛋白：间期表达和积累，调节M,存在时间较长。2、周期蛋白分子结构(1)均含有一段保守的氨基酸序列 周期蛋白框(cyclinbox)，约100氨基酸残基，介导周期蛋白和周期蛋白依赖性蛋白激醐(CDK激酶)结合；M期周期蛋白分子近N端含有一段由9个氨基酸残基组成的破坏框(destructionbox)RXXLGXIXN参与山泛素介导的周期蛋白的降解。G1期周期蛋白分子不含破坏框，但C端含有PEST序列，与该类蛋白的更新有关。3、cyclin在细胞周期中的变化(P400)不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，且与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶活性。四、CDK激酶和CDK激酶抑制物(p401)1、定义CDK激酶(cyclin—dependentkinase)一细胞中的该类蛋白与周期蛋白结合(作为调节亚单位)，表现出蛋白激酶活性；不同的CDK激酶结合不同的周期蛋白，执行不同的调节功能。2、CDK激酶分子结构(P401下)具有类似的CDK激酶结构域(CDKkinasedomain),该域中的PSTAIRE序列非常保守，可结合周期蛋白；存在被磷酸化修饰的位点，对CDK激酶活性起到调节作用。3、CDK激酶抑制物(CDKI)对CDK激酶活性起负性调控的蛋白质。CIP/KIP家族：p21、p27、p57INK4家族:pl6、pl5、pl8、pl9五、细胞周期运转调控(P402下)CDK激酶时细胞周期起核心调控作用；不同的CDK激酶在细胞的不同时期表现出活性，从而对细胞周期的不同时期进行调节。(一)G2/M期转化和CDK1激酶的调节(P403)1、CDK1激酶的周期性MPF=CDK1orp34cde2+周期蛋白Bp34cdc2——含量稳定；周期蛋白B-含量周期性变化：CDK1激酶活性依赖于周期蛋白B的积累图11-362、CDK1激酶的功能(P403)催化某些蛋白质特异位点的丝氨酸/苏氨酸残基，改变其结构和启动其功能，实现调控细胞周期的目的。如：组蛋白Hl磷酸化一促进染色体凝集核纤层蛋白磷酸化f促使核纤层解聚核仁蛋白磷酸化一促使核仁解体见P404表11-33、CDK激酶活性的调节因素（P404）周期蛋白和CDK激酶的结合（先决条件）Iweel/mikl激酶和CDKl-activitingkinase催化CDK的Thrl4>Tyrl5和Thrl61磷酸化I磷酸酶Cdc25催化Thrl4、Tyrl5去磷酸化，才表现出激酶活性（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化（P404下）分裂中期，M期周期蛋白A和B迅速降解，CDK1激酶活性丧失。被CDK1激酶磷酸化的蛋白质去磷酸化，细胞从M期向后期转化。周期蛋白A和B的降解依赖于泛素化途径，分子结构中的破坏框起到重要调节作用后期促进因子（APC）（P406）组分在分裂间期中表达，但只在M期才表现出活性，可能受到CDK激酶活性的调节。APC活性受到Cdc20的正调控和纺锤体装配检验点的检控。（三）G1/S期转化与CDK激的（P407）G1期周期蛋白包括D、E、（A）CDK激酶包括CDK2、CDK4和CDK6周期蛋白D为细胞G1/S转化所必需；E-CDK2复合物为S期启动必需；异常则导致细胞停滞于G1期;在S期，A-CDK2与DNA复制有关；在S期，G1期周期蛋白通过泛素化途径降解（PEST序列）DNA复制起始点的识别（P408）复制起始点识别复合体(originrecognitioncomplex,Orc),可以识别DNA复制起点并与之结合，是DNA复制必需条件。Cdc6和Cdc45也是DNA必需调控因子。“为什么有丝分裂中DNA只能复制一次？”——DNA复制执照因子学说细胞质中的Mem蛋白(minichromosomemaintenanceprotein)等因子，在M期核膜破裂时,与染色质结合，使之获得DNA复制必需的执照；进入S期后，随着DNA复制，“执照”信号不断消失，在G2期，细胞核不再含有该信号，DNA复制结束并不再起始。只能等到下一个M期才能重新获得“执照”。11-39(四)DNA复制延搁检验点(P410)DNA复制不完成，细胞不能向M期转化；S期，Cdc25c活性低，不能激活CDK1,Weel活性较高，抑制CDK1的活性DNA复制未完成与Cdc25c、Weel关系??六、其他因素对细胞周期的调控(p410)1、原癌基因和抑癌基因均是细胞生命活动所必需的基因，产物时细胞增殖和分化起着重要的调控作用；原癌基因非正常表达，可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变；抑癌基因表达产物对细胞增殖起负性调节作用。2,外界因素：辐射、化学物质、病毒、温度、pH变化等。第十二章细胞分化第一节细胞分化(celldifferentiation)一、细胞分化的基本概念1、概念415细胞分化(celldifferentiation)在个体发育中，由一种相同的细胞类型经过细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。2、细胞分化的特点：①细胞分化是一种单向的、相对稳定和持久的过程，但是在一定的条件下，细胞分化又是可逆的；②分化的方向和程序是预先确定的，细胞生理状态随分化程度而改变；③个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全一样，分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。(-)细胞分化是基因选择性表达的结果415细胞分化不是遗传物质选择性丢失的结果，分化细胞仍具有完整的DNA；细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质，导致细胞形态、结构和功能的差异。(二)管家基因与奢侈基因415管家基因(house-keepinggenes)——所有细胞中均要表达的基因，产物是维持细胞基本生命活动所必需的。奢侈基因(luxurygenes) 又称组织特异性基因(tissue-specificgenes)；在不同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和特异的生理功能。细胞分化的本质——奢侈基因在时间、空间上的差异表达；其调控过程涉及到：基因转录水平、转录后加工水平DNA、染色体水平翻译和翻译后加工和修饰水平(三)组合调控引发奢侈基因的表达组合调控(combinationalcontrol)——多种调控蛋白共同调控完成细胞分化。往往一两种关键调控蛋白可以启动整个细胞分化的过程。Ey(果蝇)转入到发育成腿的细胞中表达，最终诱导腿中部形成眼。(四)转分化和再生4171、转分化(transdifferentiation)——一种类型的分化细胞转变成另一种类型分化细胞的现象。2、转分化过程去分化/脱分化(dedifferentiation)再分化(redifferentiation)去分化/脱分化：细胞失去特有的结构和功能，变成具有未分化细胞特征的过程。3、再生(regeneration)418定义：生物体缺失一部分后发生重建的过程。如：蚂蟠、蚯蚓切断；海参吐出内脏；壁虎断尾；幼体螭蛛肢体切除再生、沃尔夫晶体再生特点：再生能力存在差异植物比动物强；低等动物比高度动物强；二、影响细胞分化的因素418(-)细胞的全能性1、全能性(totipotency)——细胞经过分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能和特性。受精卵、早期胚胎细胞、植物细胞具有全能性随着分化，高等动物细胞逐渐丧失了发育成个体的能力。蟾蛛的核移植实验(1952)英国Roslin研究所的Wilmut于1997年2月27日在《Nature》上宣布用乳腺细胞的细胞核克隆出一只绵羊“多莉”(Dolly)。“多莉”的诞生，既说明了体细胞核的遗传全能性，也翻开了人类以体细胞核竞相克隆哺乳动物的新篇章。此项技术荣登美国《Science》周刊评出的1997年十大科学发现的榜首。动物克隆成功的意义：a证实哺乳动物成体的特化细胞的细胞核仍具有发育全能性；b证实哺乳动物成体的特化细胞可以人为诱导彻底的去分化和再分化;C动物克降并不是完全的“复制”；动物克隆带来的问题：a克隆的技术障碍：①克隆动物的早哀现象：②克隆的高失败率：卵子流产、胎儿过大、胎儿畸形衰竭、胎盘异常b克隆带来的问题：①克隆人——实验中胚胎的人权？克隆人残疾？②社会伦理问题——克隆人的权利？人类的尊严？人群关系改变？宗教信仰冲突？③自然规律的破坏？2、干细胞（stemcell）419高等动物细胞随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型和构建组织的潜能（多潜能性），这类细胞称为干细胞（stemcell）»干细胞一生命科学的新前沿1999年，science将干细胞研究评为当年的十大科学进展！全能性totipotency—多能性pluripotency—单能性monopotency多能干细胞f单能干细胞一终末分化细胞（多能性）（单能性）动物个体发育中，随着细胞分化，细胞发育潜能性逐渐变窄，专一性逐渐变强。①胚胎干细胞（embryonicstemcell,ES）定义：存在于着床前早期胚胎中的具有全能性的细胞，能在体外培养、传代，在一定条件下能够保持未分化二倍体状态及全能性。特点：a、可以定向诱导形成心肌细胞、淋巴细胞、神经细胞等，甚至可以培养出器官。b、在体外培养过程中，极易分化和失去正常二倍体核型，失去全能性。1998年，Thomson建立了人胚胎干细胞系（hES）,为干细胞研究开启了新篇章。胚胎干细胞的应用:作为生产克隆动物的高效材料；生产转基因动物的高效材料；发育生物学研究的理想体外模型;加快组织工程发展。胚胎干细胞能分化成200多种细胞，在临床上面临的两个难题：定向分化和致瘤性；治疗性克隆面临的伦理道德问题。②造血干细胞定义：指存在于造血组织内的一类能分化发育成各种血细胞的原始细胞。分布：胎儿出生前，造血干细胞在胚胎肝脏中含量较多；出生后，主要存在于红骨髓内，在脾、淋巴组织和外周血中也有极少量分布。造血干细胞的特点：a、多向分化：能分化成至少八种髓系和淋巴系的血液细胞；b、自我更新：造血干细胞具有高度自我更新和自我维持的能力，这是由于干细胞只进行不对称有丝分裂引起的。通过不断的复制维持永久的造血干细胞库。c、99.5%的造血干细胞处于G0期，在获得加强造血信息后，立即从G0期转入G1期，进入细胞周期，分裂增殖，直到造血信息停止。d、分类：胎肝造血干细胞；骨髓造血干细胞；外周血造血干细胞；脐血造血干细胞造血干细胞的移植骨髓移植外周血造血干细胞移植脐血造血干细胞移植1988年，G1uckman等实施了世界上第1例脐血干细胞移植并获得成功.主要局限于小孩或体重较轻的年轻人临床应用的瓶颈：造血干细胞的体外扩增造血干细胞的转分化2001年，Cell杂志报道，单个造血干细胞除重建了小鼠造血系统，还分化成肝、皮肤、肺组织。③神经干细胞：定义：指存在于神经系统内的一类能分化发育成各种神经细胞的原始细胞。特点：属多能干细胞，具有多种分化潜能，具有连续增殖能力。神经干细胞的应用神经干细胞分化为多巴胺神经元治疗帕金森氏症神经干细胞的应用红色区域为摄取多巴胺神经元分布的区域。移植多巴胺神经元后病人症状明显改善④其他干细胞胰腺干细胞肝脏干细胞肌肉干细胞（二）影响细胞分化的因素4191,胞外信号分子对细胞分化的影响①胚胎诱导（近端组织的相互作用）420早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定的方向分化。如：眼的发生：视泡一晶状体一角膜机理：细胞生长分化因子（旁泌素）通过旁分泌途径影响周围细胞②激素调节远距离细胞间作用，出现在发育的晚期，激素引起的反应是按预先决定的分化程序进行的,其作用主要是引起靶细胞进行分化。例如,激素和某些细胞因子对哺乳动物性别分化的调节2、受精卵细胞质的不均一性P421卵母细胞中贮存的mRNA和蛋白质的分布是不均匀的，各种mRNA在细胞中都有定位分布,并随卵裂进入不同的子细胞中。卵细胞质分布的不对称性3、细胞间的位置效应4、细胞记忆与决定5、环境对性别决定的影响6、染色质的变化与基因重排第十二章第二节癌细胞肿瘤(tumor)在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生，形成肿块。良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。恶性肿瘤：癌症(cancer),生长快、具有迁移性。据2001年卫生事业发展情况统计公报，恶性肿瘤为城市地区居民死因第一位。肿瘤组织由实质和间质两部分构成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成。癌的类群1、癌——组织的外表面和内表面生长的癌如肺癌、乳腺癌、结肠癌2、瘤——中胚层形成的组织中形成的癌如骨、软骨、脂肪、结缔组织、肌组织3、淋巴瘤和白血病——淋巴和血液里面产生的癌，白血病主要是指癌细胞已经大量进入血液。一、癌细胞的基本特征1、细胞生长和分裂失去控制丧失了程序化死亡机制，细胞永生，核质比例增大(1：1),分裂快速；2、具有侵润性和扩散性细胞间粘着性下降，侵润周围健康组织，或者通过血液和淋巴循环在其他部位粘着和增殖。3、染色体异常癌细胞染色体常常出现染色体的缺失和增加，即非整倍性(aneuploidy),并且不会因此而进入程序性死亡。4、细胞骨架的变化癌细胞的细胞骨架少且杂乱5、口分泌激活能够分泌刺激自身增殖的生长因子促进自身分裂，培养中往往可以无血清生长6、、细胞间作用改变水解基底膜成分，间隙连接消失，异常表达膜受体蛋白，粘着别处细胞，逃避免疫监督7、蛋白表达谱系或蛋白活性改变往往出现胚胎细胞中表达的蛋白，具有较高的端粒酶活性，某些恶性增殖、扩散相关的蛋白8、mRNA转录谱系的改变不同种类的癌细胞，mRNA转录谱系存在差异存在广泛的异质性9、培养特征的改变永生、可以悬浮培养、失去接触抑制，分裂期细胞增多。二、癌基因与抑癌基因(一)原癌基因和癌基因1、原癌基因(proto-oncogene)的发现在劳氏肉瘤病毒中发现一个Src基因，可以导致被感染的鸡体内产生肿瘤。在鸡体细胞基因组内也发现一个与病毒Src同源性很高的基因片段，不具有致癌能力，称为细胞癌基因(cellularoncogene)或者原癌基因(proto-ongogene).随着多种病毒癌基因(v-oncogene)的发现，在真核细胞中陆续发现100多种原癌基因。2、原癌基因的定义：proto-oncogene Anormalcellulargenethatencodesaproteinusuallyininvolvedinregulationofcellgrowthordifferentiationandthatcanbemutatedintoacancer-promotingoncogene,eitherbychangingtheprotein-codingsegmentorbyalteringitsexpression.from《MolecularCellBiology(5thEdition)》2、癌基因(oncogene)Agenewhoseproductisinvolvedeitherinthansformingcellsincultureorininducingcancerinanimals.Mostoncogenesaremutantformsofnormalgenes(proto-oncogenes)thatencodeproteinsinvolvedinthecontrolofcellgrowthordivision.from《MolecularCellBiology(5thEdition)》3、原癌基因向癌基因的转化——原癌基因的激活①点突变激活——原癌基因的编码区发生突变，从而使产物的性质和活性发生变化；②强启动子插入激活一一改变了结构基因表达方式和表达的量；③染色体易位和重排一一使本不在一起的基因序列同原癌基因串连，可能合成性的蛋白质或者融合蛋白，改变了基因的自然活性；④原癌基因扩增——拷贝数大量增加，转录水平大大提高。(-)抑癌基因正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白质抑制细胞生长，阻止细胞癌变。如果突变，细胞由于丧失增殖的负调控而过度增殖。P53基因是是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。该基因编码一种分子质量为53kDa的磷酸化蛋白质，命名为P53。癌基因是细胞分裂的“加速器”；抑癌基因是细胞分裂的“制动器”(―)物理化学致癌物1、化学致癌物辐射对癌的诱发包括来自太阳的紫外线、外层空间的宇宙射线、自然发生的放射性元素的放射线、医疗军事和实验中的高能辐射(如X光)。(二)肿瘤发生遗传学1、体细胞突变学说致癌因子引起体细胞基因突变，使正常体细胞转化为前癌细胞,然后在一些促癌因素作用下,发展成癌细胞。该学说认为肿瘤起源于一个突变细胞，是突变细胞的单克隆增殖细胞群。原发型肿瘤细胞内相同的染色体畸变、遗传标记和同工酶支持该学说。过于简单，只注重外界致癌因素，忽略了细胞内部的遗传因素，无法解释遗传性肿瘤。2、二次突变学说认为肿瘤需要两次或者两次以上的突变才能发生。遗传型的肿瘤，第一次突变发生在生殖细胞或者父母遗传而来，该个体的所有体细胞实质上都是潜在的前癌细胞，任何体细胞如果再发生第二次突变，就会转化为癌细胞。因而具有家族性、多发性、双侧性、早发性特点。非遗传型肿瘤是由于第•次突变发生在成体的某个体细胞中，这个体细胞增殖的细胞克隆为前癌细胞，如果在这个细胞或者克隆再发生第二次突变，则可能形成肿瘤。因此具有发病迟、散发、单发、单侧性特点。具有较广的临床证实，但是仍然忽视了遗传因素的作用。3、癌基因学说多步致癌假说(多次打击学说)细胞癌变往往需要多个癌基因的协同作用，要经过多阶段的演变，不同阶段涉及不同癌基因的激活。换句话说，不同癌基因的激活在时间和空间上进行一定的配合，共同表达才能形成膈细胞表型。4、抑癌基因抑癌基因是抑制癌变的隐性基因，它们编码的蛋白质抑制细胞生长，并阻止细胞癌变，在正常的二倍体细胞中，每个当两个拷贝都丢失或者失活，细胞才发生癌变，只要有一个拷贝是正常的，就能正常调节细胞的周期。人类基因组中大约有20个抑癌基因，其中P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。幽雅(2007-8-0621:52:27)第十三章复习思考题.Hayflick界限反映了什么规律？.有何实验证据表明细胞衰老的决定因素存在于细胞核内？.癌细胞和转化细胞为何能摆脱Hayflick界限的支配？.解释细胞程序化死亡与细胞坏死性死亡的主要区别特征。.举例说明细胞凋亡是由基因调控的。.医学界提倡母乳哺婴，这对母婴各有何保健作用？第四章细胞膜和细胞表面第二节细胞连接celljunction本节内容一、封闭连接；二、锚定连接；三、通讯连接；四、细胞表面的粘着因子;细胞连接(celljunction)p87定义：细胞连接是细胞与细胞间或细胞与细胞外基质间的联结结构。分类：分为三大类，即：封闭连接(occludingjunction)锚定连接(anchoringjunction)通讯连接(communicatingjunction)一、封闭连接(occludingjunction)紧密连接(tightjunction)是封闭连接中的典型代表,也叫zonulaoccluden分布：一般存在于脊椎动物上皮细胞之间。紧密连接(图4—10)形态：网络状蛋白质焊接线，也称崎线，成分：成串的跨膜蛋白构成。特点：相邻细胞之间的质膜紧密结合，基本没有缝隙。tightconjunction崎线：相互交联，封闭细胞之间的空隙，甚至可以阻止水等小分子的通过。紧密连接作用：①将相邻细胞的质膜密切连接在•起，阻止溶液中的分子沿细胞间隙进入体内；②同时具有隔离和支持的功能TightJunctioninEpitheliaofRa