细胞生物学(翟中和完美版)考研笔记

细胞生物学教案第一章绪论第一节细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科L细胞学（Cytology）:是研究细胞的结构、功能和生活史的科学2.细胞生物学（CellBiology）:运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。二、细胞生物学的主要研究内容.细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题（"膜学"）0.细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。.细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径（"再教育细胞"）。.细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。（细胞全能性）.细胞衰老、凋亡及寿命问题。.细胞的起源与进化..细胞工程改造利用细胞的技术。生物技术是信息社会的四大技术之一,而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域.染色体DNA与蛋白质相互作用关系；.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控；.细胞信号转导的研究；.细胞结构体系的装配。第二节细胞生物学发展简史一细胞生物学研究简史.细胞学创立时期19世纪以及更前的时期(1665—1875),是以形态描述为主的生物科学时期；.细胞学经典时期20世纪前半世纪(1875—1900),主要是实验细胞学时期；.实验细胞学时期(1900—1953);.分子细胞学时期(1953至今)。总过程概括为：细胞发现T细胞学说建立T细胞学形成T细胞生物学的发展(1665)(1838—1839)(1892)(1965)R.HookeSchleiden,SchwannHertiwigDeRobertis二、细胞的发现(discoveryofcell)以及细胞学说的建立及其意义(Thecelltheory)1.1838年，德国植物学家施莱登(J.Schleiden)关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文(BeitragezurPhytogenesis).2.1839年，德国动物学家施旺(T.Shwann)关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。O1细胞是生物体的基本结构单位（单细胞生物，一个细胞就是一个个体）；02细胞是生物体最基本的代谢功能单位（动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；。3细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学的诞生（细胞学的经典时期和实验细胞学时期）1原生质理论的提出2关于细胞分裂的研究3重要细胞器的发现4遗传学方面的成就四、细胞生物学的兴起1965年，D.Robetis将他原著的《普通细胞学》更名为《细胞生物学》（第四版），率先提出这一概念。五、分子细胞生物学第二章细胞基本知识概要第一节细胞的基本概念一、细胞和原生质的概念.细胞：细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。.原生质(Protoplasm):指细胞内所含有的生活物质(构成细胞的生活物质)，真核细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。3细胞质(Cytoplasm),指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器(Organelle),另一部分是可溶相，称细胞质基质(Cytoplasmicmiatrix)。细胞器(Organelle):指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。细胞质基质(Gytoplasmicmatrix),是细胞质的可溶相，是作为细胞器的环境而存在的。细胞核(nucleus):遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核(nucleoid)或类核区。第二节非细胞形态的生命体——病毒(略)第三节原核细胞与真核细胞原核细胞(Prokaryoticcell)具有两大特点：1遗传信息量少(仅有一个环状DNA)，无膜围细胞器及核膜2最小、最简单的细胞 支原体(mycoplasma)为何说支原体是最小的细胞？3原核细胞的两个代表 细菌和蓝藻细菌(bacteria,bacterium)主要来自对大肠杆菌(E.coli)的研究。细菌是原核细胞的典型代表，特点是：无典型的细胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻(Blue-greenalgae)又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不一定都是兰色。4第四节真核细胞基本知识概要大约在12—16亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的基本结构体系生物膜系统以脂质及蛋白质成分为基础构建而成。遗传信息表达结构系统以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统由特异蛋白质分子装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区别可归纳为下面两条：1细胞膜系统的分化与演变真核细胞以膜分化为基础，分化为结构更精细，功能更专一的单位一各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。而原核细胞无此情况。2遗传信息量大与遗传装置的复杂化真核细胞的遗传信息可达上万个基因，并具重复序列，染色体功能具二倍性或多倍性。原核细胞为单倍性。仅为一条环状DNA分子，细菌只有几千个基因。二、细胞的大小及其分析原核细胞多在1一10或l—5|jm,细菌多在3—4pm,支原体只有0.1pm.动物细胞多在(10—100pm,20—30pm,15—70pm)。最大的细胞要属鸵鸟卵，可达10cm,卵黄只有5cm。隆鸟卵直径可达20cm。那么，细胞的大小是怎样决定的呢？首先，细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限。其次，细胞的相对表面积与细胞大小有关。最后，细胞内物质的交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构与功能的相关性和一致性是多数细胞的共性。四、细胞的化学成分及在原生质中的造形膜系统：主要以脂蛋白构成，包括细胞膜、核膜，以及一系列细胞器膜。颗粒系统：由蛋白质或核蛋白组成，如存在于线粒体内膜上的基本颗粒（F因子），亦称内膜亚单位（innermembranesubunits）和核糖核蛋白体，分别是氧化磷酸化和合成蛋白质的场所。纤维系统：由蛋白质和核酸组成。第三章细胞生物学研究方法第一节细胞形态结构的观察方法一、光学显微镜技术（一）普通复式光学显微镜技术（二）荧光显微镜（fluorescencemicroscope）（三）暗视野显微镜（darkfieldmicroscope）（四）相差显微镜（phasecontrastmicroscope）（五）激光共焦点扫描显微镜（略）（六）微分干涉显微镜（略）二、电子显微镜技术（一）电镜设计原理及分类（二）电镜的种类（三）透射式电子显微镜（四）光镜与电镜的主要区别综上可见，电镜与光镜区别主要在于：（1）光源不同光镜为可见光或紫外线；电镜为电子束（2）透镜不同光镜为玻璃；电镜为电磁透镜（3）真空（4）显7JV记录系统（五）扫描式电子显微镜扫描电镜的特点扫描电镜的基本结构（六）电镜样品制备技术1超薄切片技术（详见光盘）2负染色（negativestaining）技术3核酸大分子的制样技术（大分子铺展技术，Kleinschmidt法）4整装细胞电镜技术5电子显微镜细胞化学技术是能过特殊的细胞化学反应，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微结构水平上对产物进行定位和半定量。主要有各种酶的定位，其次是核酸、蛋白质、脂肪、碳水化合物等的定位。酶的化学定位技术免疫细胞化学电镜技术6冰冻蚀刻技术(freezeetching)7扫描式电镜制样技术第二节细胞组分的分析方法（生化分析法）一、超速离心技术分离细胞（组分）及生物大分子（-）各种离心技术——分离细胞器、生物大分子离心方法：根据分离对象和目的不同，采用不同的离心方法，制备离心和分析离心。（1）制备离心（preparativecentrifuge）分离和纯化亚细胞成分和大分子，目的是制备样品。差速离心法：是最常用的方法，根据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。密度梯度离心（区带离心法）a、速率区带离心法（蔗糖密度梯度离心）b、等密度梯度离心法（氯化毡密度梯度离心）（2）分析离心（analyticalcentrifuge）分析和测定制剂中纯的大分子的种类和性质，如浮力密度和分子量、生物大分子的构象变化、分析样品的纯度等。此工作必须是在制备离心的基础上进行。（二）细胞的选择性抽提（分离蛋白质、核酸大分子）（三）柱层析的技术（分析蛋白质和核酸）（四）电泳技术（五）色谱分析技术（色谱学——分离纯化样品）（六）氨基酸分析技术二、细胞化学技术（-）组织化学和细胞化学法基本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出一定的颜色，进行定性和定位研究的方法。（二）免疫细胞化学法（特异蛋白抗原的定位与定性）基本原理：此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。是免疫学原理与光镜或电镜技术的结4口o抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。三、细胞内特异核酸序列的定位与定性（-）DNA序列测定技术（二）核酸分子杂交技术（moleculargbridizationtechnique）（特异核酸的定性定位）概念两条具有互补核酸顺序的单链核酸分子片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA.DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。印迹杂交（blothybridization）用已知的带有标记的特定核酸分子（或抗体、蛋白质分子）作为探针，与通过印迹被转移的核酸分子（或抗原、蛋白质分子）片段杂交的过程。(1)Southernblotting(DNA印迹法)将分离的DNA片段通过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上，用DNA探针与之杂交的过程。是以发明此项技术的人名命名的(E?M?Southern)0是体外分析特异DNA序列的方法。(2)RNA印迹术(Northernblotting)(3)蛋白质印迹术(Westernblotting)(4)Easternblotting(Westernblotting的变形)当用凝胶进行抗原抗体反应，再进行印迹的方法)。(5)DNA与蛋白质的体外吸附技术(Southwesternblotting)结合了Western印迹与southern印迹两种实验方法的特点而设计的一种检测序列特异性DNA结合蛋白的实验方法(翟P51)。(6)原位杂交(Insituhybridization)用已知的带有标记的特定核酸分子作为探针，来测定与之成互补关系的染色体DNA区段的位置。四、电镜放射自显影技术原理这是一种利用放射性同位素作为标记物对细胞化学物质进行超显微结构的定位、定性或定量的实验技术。五、定量细胞化学分析技术(-)显微分光光度测定技术第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养(一)动物细胞培养(二)植物细胞的培养包括单倍体细胞的培养和原生质体培养"全能性"T旨生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进行独立生长发育，并形成一个完整生物个体的能力。1单倍体细胞的培养2原生质体培养3植物细胞杂交（融合）10（三）突变株和非细胞体系在细胞生物学研究中的应用二、细胞工程概念应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术，按人们的预定设计蓝图有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物产品。该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了基因重组的新途径，不需分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞（组织、器官）培养：invivo在体、活体、生物体内invitro离体、生物体外细胞融合（体细胞杂交、细胞并4\口）细胞拆合（细胞质工程、细胞器移植）染色体（组）工程繁殖生物学技术（胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体）组分移植技术将细胞的组分（核、质、染色体、甚至基因）直接移植到另一个细胞中去的技术第四章细胞膜与细胞表面第一节细胞膜与细胞表面的特化结构一、细胞膜的结构模型细胞膜(Cellmembrane)指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。是所有细胞共有的包被(原生质，细胞质)的一层膜。又有原生质膜(Plasmalemma)之称,通常简称质膜(Plasmamembrane).1、双分子片层模型(bimolecularleafletmodel)这一模型是Danielli&Davson于1935年提出的，因此又称Danielli&davson模型。2、单位膜模型(Theunitmembranemodel)这个模型是1957-1959年，英国伦敦大学的罗伯逊(Robertson),通过电镜观察后提出的。3、流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)这个模型的主要内容可归纳为：ol脂类物质以双分子层排列，构成膜的骨架；o2镶嵌性蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。存在方式有内在蛋白(整体蛋白)和外在蛋白(边周蛋白)。。3不对称性蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同。o4流动性脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的脂质分子的运动性：有实验表明，类脂分子的脂肪酸链部分在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摆动、翻转，同时整个分子可作侧向扩散运动。蛋白质分子的运动性：有侧向扩散和旋转两种方式，受周围膜质性质和相态的制约。荧光抗体免疫标记可观察。综合流动镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性。由此造成各种膜的功能差异。4、晶格镶嵌模型（蛋白液晶膜模型）5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型（Lipidraftsmodel）。目前认为，这些模型并无本质区别，只是对流动镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。二、质膜的化学组成细胞膜几乎全都是脂类（50%）和蛋白质（40%）,仅含少量糖类（2~10%糖脂和糖蛋白）和微量核酸（细菌质膜、核膜、mit、chi内膜），结合方式及存在意义尚不清楚。（一）膜脂（Lipids）（二）蛋白质（Protein）（膜蛋白）（三）糖类（Carbohydrate）三、质膜的功能（functionofc.m）质膜与外界环境隔离开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种重要功能，概括为：物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。四、骨架与细胞表面的特化结构膜骨架（membraneassociatedcytoskeleton）指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理机能。早期有人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。第二节细胞连接细胞连接可分为三大类：即一、封闭连接紧密连接(tightjunction)为典型的封闭连接，又称结合小带或封闭小带13(zonulaoceludens),是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连接方式，中间无空隙，并且两质膜外表面互相融合，所以电镜下观察呈三暗夹两明的五层结构。二、锚定连接通过这种连接方式将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚挺、有序的细胞群体。1、桥粒和半桥粒(与中间纤维有关)ol桥粒(desmosme,maculaeadherens)指相邻细胞间形成的"钮扣"样结构，联结处约有30nm的间隙，间隙充满丝状的粘多糖性物质，其中有一层电子密度较高的接触层，或称中央层(桥粒蛋白)将间隙等分为二。o2半桥粒：位于表皮基细胞与基膜接触的一面，由于相对应的为基膜而不是细胞，因而称半桥粒(hemidesmosome)02、粘着带与粘着斑(与肌动蛋白丝有关)ol粘着带介于紧密连接与桥粒之间，亦称为中间连接。是相邻细胞间有较宽(15~20nm)间隙的一种联结方式。o2粘着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。如贴壁细胞的贴壁行为，通过粘着斑贴在瓶壁上。三、通讯连接1间隙连接(gapjunction)又有缝隙联结或接合斑(nexus)、缝管连接或封闭筋膜(fasciaoceludens)之称，是相邻细胞间有2-3nm间隙的一种连接方式。电镜下观察联结处呈四暗夹三明的七层结构之称。2植物细胞的连接 胞间连丝(Plasmodesma)14在植物细胞，两相邻细胞的壁之间靠一层称作胞间层（中胶层middletamella）的果胶类（Pectin）物质粘合在起，但在有些部位，细胞壁及胞间层并不连续，在此有原生质丝通过而勾通相邻两细胞，这便是植物细胞特有的连接方式——胞间连丝，是指相邻植物细胞穿通细胞壁的细胞质通路。3化学突触：是可兴奋细胞之间的连接方式，通过释放神经递质（如乙酰胆碱）来传导神经冲动，电信号-化学信号-电信号（四）细胞表面的粘着因子第三节细胞外被与细胞外基质一、细胞外被（Cellcoat）又称糖萼（glgcocalyx），指由细胞产生的、与细胞膜外表面联系密切的粘多糖类物质。由于它林立在细胞表面，与质膜中蛋白质和脂类结合，故可认为它是质膜的组成部分，但有其独立性。有人将细胞外被与质膜比喻成"毛"与"皮"的关系。二、细胞外基质（extracellularmatrix）分布于细胞外空间（如细胞之间或细胞表面），由细胞分泌的蛋白和多糖构成的网络结构。与膜关系不密切，功能在于：。1细胞间粘着；。2保护作用；。3维持细胞外环境（调节细胞周围的物质浓度）；。4过滤作用等等。在形态发生中作用重大，包括：细胞迁移、增殖、形态变化、分化、保护、组建等。主要包括四大类物质（一）胶原（collagen）:属糖蛋白类物质，为纤维状蛋白多聚体，含量最高，具刚性，抗张强度大，构成细胞外基质的骨架体系。（二）氨基聚糖（glycosaminoglycanGAC）和蛋白聚糖（proteoglycan,15PG）（粘多糖，粘蛋白）（三）层粘连蛋白（Lamimin,LN）（较大的糖蛋白分子）和纤粘连蛋白（fibronectin,FN）（由两条或更多的肽链及一些低聚糖组成。对细胞迁移作用大）。（四）弹性蛋白第五章物质的跨膜运输与信号传递第一节物质的跨膜运输一、被动运输（Passivetransport）指通过简单扩散或协助扩散实现物质从浓度高处经质膜向浓度低处运输的方式。运输速率依赖于膜两侧被运送物质的浓度差及其分子大小、电荷性质等。不需要细胞代谢供应能量。（—）简单扩散（simplediffusion）指物质顺浓度梯度的扩散，不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需专一的载体（膜蛋白），只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，物质便扩散穿膜，又称自由扩散（freediffusion）0特点:（二）协助扩散（facilitateddiffusion）又称促进扩散。绝大多数在细胞代谢上非常重要的生物分子，如各种极性分子和某些无机离子（糖、氨基酸、核甘酸及细胞代谢物等）是不溶于脂的（非脂溶性物质），但它们可以有效地进入细胞，只是扩散速度并不总是随浓度梯度的增大而加快，而是在一定限度内同物质浓度成正比，超过一定限度，即使提高浓度差，扩散速度也不会再高。分析知它们是通过另一种被动运输方式——协助扩散进行的。这种运输方式除了依赖物质浓度差以外，还必须依赖于专一性的膜16运输蛋白(转运膜蛋白).膜运输蛋白(memberantransportpr.):镶嵌在质膜上的、与物质运输有关的跨膜蛋白质称膜运输蛋白，是一种横穿脂双层的跨膜分子，包括两类：1隧道蛋白(channelpr.)(通道蛋白、槽蛋白)：以其亲水区构成亲水通道和离子通道，允许水及一定大小和电荷的离子通过。离子通道(亦称门孔、门隧道)通常呈关闭状态，只有当膜电位或化学信号物质刺激后才开启通道。膜电位刺激开放的离子通道称电位门通道；化学信号物质刺激开放的通道称配体门通道。2载体蛋白(carrierpr.):识别结合特异性底物后通过构象变化实现物质转移。类似于酶与底物的作用，故又称"透性酶"(Permease)。综上，凡是借助于载体蛋白和通道蛋白顺浓度梯度的物质运输方式称facilitateddiffusion,或促进扩散或易化扩散。葡萄糖进入红细胞，进入小肠上皮细胞通常以这种方式。协助扩散有三个特点：。1低浓度时比简单扩散速度快；。2存在最大转运速度；。3有转运膜蛋白存在，故具有选择性、特异性。二、主动运输(activetransport)又称代谢关联运输(metabolicallylinkedtramsport),是物质运输的主要方式。包括由ATP直接提供能量和间接提供能量两种运输方式。(-)ATP直接提供能量的主动运输一离子泵所谓离子泵是一种位于细胞膜上的ATP酶，是一(穿膜)内在蛋白，能将ATP水解成ADP+pi,同时释放能量，ATP酶构象发生变化，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度运输。在质膜上，作为"泵"的ATP酶很多，它们都具有专一性，不同的ATP酶运输不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如运输Ca++,叫钙泵（肌质网膜）；运输H+,叫氢泵（细菌质膜）等等，质子泵又分为P型（真核质膜上）、V型（溶酶体膜）、H+—ATP酶（线、叶、细菌质膜）。现以钠一钾泵为例，说明离子泵的工作机制。Na+—K+泵是存在于质膜上的由"和B二个亚基组成的蛋白质。在有Na+、K+、Mg2+存在时就能把ATP水解成ADP+Pi，同时，把Na+和K+以反浓度梯度方向进行穿膜运输。可见Na+-K+泵是一种由Mg2+激活的Na+-K+-ATP酶。1957年，J.skou首先发现并阐述其机制，一般设想：在膜内侧，Na+、Mg2+与酶（亚基）结合，促使酶与ATP反应，释放H3PO4,并与酶结合，引起酶构象变化，与Na+结合部位转向膜夕物!］。此时的构象亲K+排Na+,当与K+结合后，使酶脱去H3PO4,酶构象恢复，结合K+的一面转向膜内，此时构象亲Na+排K+,这样反复进行，不断在细胞内积累K+,将Na+排出细胞外。（二）间接利用ATP的主动运输——伴随运输（或称协同运输，cotransport）指一种溶质的传递要同时依赖于另一种溶质的传递。如果两种溶质的传递方向相同，称同向运输（symport）,如果方向彼此相反，则称反向运输（antiport）。（三）基团转移早见于细菌，也见于动物细胞。靠共价修饰（需能）（四）物质的跨膜转运与膜电位O1调节渗透压；02某些物质的吸收；。3产生膜电位；。4激活某些生化反18应；如细胞内高浓度K+是核糖体合成蛋白质及糖孝解过程中重要酶活动的必要条件。三、胞吞与胞吐作用还有一种物质运输的方式不同于此，是细胞膜将外来物包起来送入细胞或者把细胞产物包起来送出细胞。前者称胞吞作用，后者称胞吐作用，总称吞排作用(Cytosis)0这样的物质运输方式称膜泡运输(transportbyvesicleformation),又称批量运输(bulktransport)0大分子物质及颗粒物质常以此方式进出细胞。(一)胞饮作用与吞噬作用某些物质与膜上特异蛋白质结合，然后质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡(endocyticvesicle)。将物质包在里面，最后从质膜上分离下来形成小泡，进入细胞内部。根据内吞的物质性质，将其分为：吞噬作用(Phagocytosis)吞噬泡，内吞较大固体物质，如颗粒白细胞、巨噬细胞。胞饮作用(Pinocytosis)胞饮泡，内吞液体或极小颗粒，白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、植物根细胞。(二)胞吐作用(exocytosis)又称外卸某些代谢废物及细胞分泌物形成小泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融合后将物质排出。如：小肠上皮的杯状细胞向肠腔中分泌粘液，经溶酶体消化处理后的残渣排向细胞外等过程。关于衣被小泡运输(Coatedvesicle)存在于真核细胞中，具有毛刺状外表面的一类小泡(50-250nm)。可以是19内膜系统的有关细胞器芽生而成，也可以是由质膜内陷，断裂形成，进行细胞器间的物质运输。(三)受体介导的胞吞作用(receptor—mediatedendocytosis)某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。需说明的是，膜泡运输时由于质膜内陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一种主动运输方式。第二节细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别(—)细胞通讯(cellcommunication)指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。(—)细胞识别与信号通路(cellrecognition)细胞识别的现代概念是：细胞识别是细胞通过其表面的特殊受体与胞外信号物质分子(配体)选择性的相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应,这种现象或过程称为细胞识别。可见，细胞识别是细胞通讯的一个重要环节。细胞接受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路（Signalingpathway）。细胞识别正是通过各种不同的信号通路实现的。（三）细胞的信号分子与受体1细胞的信号分子信号分子，即配基（Ligands）:指能够被受体识别的各种类型的大、小分20子物质。又有信号分子（Signalmolecule）和被识别子（cognon）之称。亲脂性信号分子：苗类激素、甲状腺素。直接进入细胞与细胞质或核中受体结合，形成激素受体复合物，调节基因表达。亲水性信号分子：神经递质、生长因子、多数激素等，不能直接进入细胞，先与膜上受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生一第二信使（cAMP和肌醇磷脂），或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。20世纪80年代发现一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子和效应分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内重多的生理病理过程，成为人们关注的"明星分子"。2受体（receptor）受体的概念最早是1910年Ehrlich提出的，近来有人建议改称"识别子"（cognor）0受体都是蛋白质大分子（多为糖蛋白），一般至少包括两个结构功能区域，即与配体结合的区域及产生效应的区域。组成糖链的单糖种类、数量及排列方式不同，从而形成该细胞特定的"指纹"，是细胞之间、细胞与其他大分子之间联络的"文字"和"语言"。根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为两类，即细胞内受体（受胞外亲脂性信号分子的激活）和细胞表面受体（受胞外亲水性信号分子的激活）.二着通过不同的机制介导不同的信号传递通路。3第二信使与分子开关通过分泌化学信号进行细胞间通讯的过程：化学信号分子的合成T信号细胞释放化学信号分子一转移至靶细胞T被受体识别—信息跨膜传递T引起细胞内21生物学效应。第二信使（secondmessenger）70年代初，Sutherland及其合作着提出激素作用的第二信使学说，认为胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应，第二信使降解使其信号作用终止。分子开关（molecularswitches）在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相反相成的反馈机制进行精确控制，即对每一步反应既要求有激活机制又必然要求有相应的失活机制。二、通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性小分子（苗类激素、甲状腺素）穿膜进入细胞，通过与细胞内（细胞质或核）受体结合传递信号。这类受体有三个结构域：LC末端区——结合激素；2、中部——结合DNA;3、N末端区——激活基因转录。三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递亲水性信号分子（神经递质、蛋白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞，而是通过与膜上特异受体结合对靶细胞产生效应。根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：1、离子通道偶联的受体是由多亚基组成的受体一离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道。2、G蛋白偶联的受体这类受体与酶或离子通道的作用要通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋白）22相耦联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内进而影响细胞生物学效应。由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路主要包括两类：I、CAMP信号通路激素（第一信使）一激活受体一进一步激活腺昔酸环化酶，使ATP-cAMP（第二信使），然后通过激活一种或几种蛋白激酶来促进蛋白酶的合成，促进细胞分化，抑制细胞分裂。受体和腺昔酸环化酶由G蛋白耦连在一起，并使细胞夕号跨膜转换成细胞内信号一CAMP。n、磷脂酰肌醇信号通路外界信号分子识别并结合膜表面受体，激活PIP2磷酸二酯酶（PIC）催化使4,5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2,存在于真核细胞膜的成分）水解成1,4,5一三磷酸肌醇和（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，IP3可引起胞内Ca2+升高，通过结合钙调素并使之构象改变，进而与受体酶结合形成钙调素一酶复合物，进一步调节受钙调素调节的酶的活性，最后引起对胞外信号的应答。DG可激活蛋白激酶C（PKC）,使细胞内PH升高，进而引起对胞勺瞳号的应答。3、与酶偶联的受体这类受体一旦被配基（信号分子）活化即具有酶的活性。这类受体均为跨膜蛋白质。第七章细胞的能量转换一线粒体和叶绿体23第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构本世纪50年代后，在电镜下观察研究线粒体的结构问题。是由双层单位膜套叠成的所谓"囊中之囊"，在空间结构上人为地划分为四大部分，即外膜、内膜、外室、内室。(——)夕卜膜(outermembrane)指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平整光滑而具有弹性，膜厚约6nm。对各种小分子物质(分子量在10000doldon以内，如电解质、水、蔗糖等)的通透性较高，有人认为外膜上具有小孔(由2~3nm)。(二)内膜(innermembrane)也是一单位膜，约厚6~8nm0内膜不同于外膜。首先是在结构上，内膜不是平滑的，而是由许多向线粒体腔内的突起(褶叠或小管)，被称为“线粒体崎"(mitochondriacristae),是线粒体最富有标志性的结构，它的存在大大扩大了内膜的表面积，增加了内膜的代谢效率。(三)外室(outerspace)(膜间隙)指内、外膜之间的窄小空隙，宽约6~8nm,又称膜间隙(intermembranespace)。(四)内室(mnerspace)指由内膜包围的空间，其内充满蛋白质性质的物质，称线粒体基质(mitochondriamatrix)0三、线粒体的化学组成及定位(chemicalcomposition)（-）蛋白质外膜含量（60%）低于内膜含量（80%）,主要为酶类（约120余种）。外膜：单胺氧化酶（标记酶）、NADH—细胞色素C还原酶、脂肪酸辅酶A连接酶等等；内膜：呼吸链酶系（细胞色素氧化酶为标记酶）、ATP合成酶、琥珀酸脱H酶等等；外室：腺首酸激酶（标记酶）、核昔二磷酸激酶；内室：三竣酸循环酶系（其中苹果酸脱H酶是标记酶）、脂肪酸氧化酶、蛋白质合成酶系等等（二）脂类外膜中含量（40%）高于内膜中的含量（20%）。其中内膜不含胆固醇，而含心磷脂较多。（三）核酸基质中有DNA,称mt—DNA四、线粒体的功能 生物氧化（biologicaloxidation）亦称细胞呼吸（cellularrespiration）,指各类有机物质在细胞内进行氧化分解，最终产生C02和H20,同时释放能量（ATP）的过程。包括TCA环、电子传递和氧化磷酸化三个步骤，分别是在线粒体的不同部位进行的。（—）生物氧化的分区和定位（二）电子传递和氧化磷酸化的结构基础虽然电子传递和氧化磷酸化偶连在一起，但它们又是通过不同的结构完成的。1968年，E.Racker等的亚线粒体小泡重建实验说明了这一问题（图示）。由此可见，电子传递是在线粒体内膜上，氧化磷酸化由基粒承担。1电召专递链（呼吸链）（electrontransportchain,respirationchain）25呼吸链是由存在于线粒体内膜上的众多酶系和其它分子组成的电子传递链。(1)复合物INADH—Q还原酶，催化NADH的2个电子一辅酶Q(2)复合物H琥珀酸一Q还原酶，催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传至辅酶Q(3)复合物m细胞色素还原酶，催化电子从辅酶Q传至CytC(4)复合物IV细胞色素氧化酶，将电子从CytC一氧。2基粒(Fl—F0复合物)的超微结构Fl—F0复合物，又称内膜亚单位、呼吸集合体、ATP酶复合物、ATP合成酶等。这一结构最初是在1962年，由Fernadezmoran经负染色在电镜下观察到的，后来D.Green将其称为线粒体基粒，后改称基粒，实际上是一种ATP酶复合体，分子量约在448000。它是由多条多肽链构成的复合结构，可分为三部分，即头、柄、膜三部。在ATP形成过程中共同发挥作用。3氧化磷酸化的偶联机制(1)化学偶联假说(Chemiealcouplinghypothesis)(2)构象偶联假说(Conformationalcouplinghypothesis)(3)化学渗透学说(Chemiosmoticcouplinghypothesis)亦称电化学偶联学说，是1961年英国生化学家P.Mitchell提出的。对电子传递和氧化磷酸化问题作了较为另人信服的解释，故普遍为人接受，米切尔因此而获1978年诺贝尔化学奖。这一假说的中心思想是：在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的氢离子浓度梯度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化反应，合成ATPO(1)NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为。2所接受。(2)电子传递链中的载氢体和电子传递体相间排列，每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的H+便释放到内膜外。一对电子在呼吸链三次穿膜运动，向外室排放三对H+。(3)内膜对H+具有不可透性，故随电子传递过程的不断进行，H+在外室中积累，造成膜两侧的质子浓度差。(4)外室中H+有顺浓度梯度返回基质的倾向，当H+通过Fl—F0复合物时，ATP酶利用这一势能合成ATP。(5)Fl—F0复合物需2个质子合成一个ATP0第二节叶绿体与光合作用(chloroplast&photosynthesis)叶绿体是植物细胞特有的双层膜围成的细胞器，它对生物界的存在和进化有着重大贡献(三个最初：一是人类、动物、多数微生物的食物的最初来源；二是人类社会利用的古生物燃料——煤、石油、天然气的最初来源；三是地球上氧气的最初来源)，主要功能在于：吸收光能，合成碳水化合物，同时产生分子氧，总称为光合作用(photosynthesis)一、叶绿体的形状、大小、数目、分布二、超微结构近年来，先后有许多学者采用超薄切片、负染色和冰冻蚀刻等先进技术,研究叶绿体的形态和组成，揭示叶绿体囊状膜系统的超微结构。叶绿体膜(chimembrane)是两层光滑的单位膜(内、外膜)6-8nm,也称外被(outerenvelope),是一个有选择的屏障，控制着叶绿体代谢物质的进入和排出。基质(stroma)指叶绿体膜包围的，无结构，呈流动状态的物质。即叶绿体内膜与类曩体之间无定形物质，在基质中存在：(1)叶绿体DNA环状，每一叶绿体内可含有几十个拷贝；(2)70S核糖体；(3)mRNA、tRNA;(4)酶类；(5)RUBP陵化酶;(6)各种离子。3类囊体类囊体在基质中有两种形式存在，一种是较小的扁囊，多个5—30(10—100个)相互叠置成一摞，形成的结构称基粒(grana)o每一叶绿体中约含有40—80个基粒。组成基粒的类囊体称基粒类囊体(granum-thylakoid)或基粒片层(granalamella)。另一种是较大的扁曩，贯穿于基粒之间，称基粒间类囊体或基质类囊体(stroma-thylakoid)或基质片层(stromalamella)。它们顺着叶绿体的纵轴彼此平行排列。其存在意义在于，使膜片层的总面积大大超出叶绿体的面积。可见基粒thylokoid中有PSI和PSD的机能单位，并分布在膜内表面，是PSII核心颗粒和捕光复合物结合成的。而基质thylokoid中多有PSI的机能单位，多布于膜外侧。除上述内在蛋白外，还有组成电子传递链的众多载体，包括。1PQ(质体酣)、o2PC（质体兰素，plastcyanin）、。3名田胞素（Cytb-559,Cytf-553,Cytb6—563等）、。4铁硫蛋白（铁氧还蛋白ferrdoxin,Fd）、o5黄素蛋白。故将类囊体称为光合膜。三、化学组成四、叶绿体的功能 光合作用（photosynthesis）绿色植物细胞，吸收光能，还原C02,并利用水提供氢合成碳水化合物，同时放出分子氧的过程，称为光合作用。总过程分为两个阶段：光反应和暗反应。(—)光反应(Lightreaction)叶绿素等色素分子捕获光能，将光能转化为ATP和NADPH的化学能，并放出氧的过程，是在类囊体膜上进行的，为能量转换过程。光反应包括三个基本反应：原初反应、电子传递反应、光合磷酸化。(1)原初反应(primaryreaction):指聚光色素分子吸收光量子传到反应中心进行光化学反应的物理过程。包括光能的吸收、传递与转换。(2)电子传递反应：包括三个阶段：NADP+的还原反应；PSII与PSI之间的传递；放氧反应。(3)光合磷酸化反应：在有光存在下，当电子沿电子传递链传递时，形成ATP的过程称为光合磷酸化(photophosphorylation)。当电子从还原势高处(Q)向还原势低的PSI传递时，能量下降，利用这一能量将ADP磷酸化形成ATP,这一过程称非循环式光合磷酸化(电子通路是开放的)。当NADPHNADP+比值大时(缺少NADP+时),铁氧还蛋白(Fd)则将电子通过cytb6、cytf、pc传给P700+,利用这一能量使ADP磷酸化形成ATP,称循环式光合磷酸化(电子通路是闭合的)0(4)光合磷酸化机制在一对电子的传递过程中，膜外消耗了三个质子，膜内则增加了四个质子，随着过程的不断进行，膜内外便建立了质子梯度，有向膜外穿出的趋势，当每3对H+通过CF1-F0复合物时，在CF1的催化下，合成一个ATP.（二）暗反应（darkreaction）利用光反应产生的ATP和NADPH还原C02形成碳水化合物，将活跃化学能变为稳定化学能，是在叶绿体基质中进行的。为物质代谢过程。在高等植物固定C02有三条途径：卡尔文循环（C3途径）、C4途径（Hatch-slack途径）和景天科酸代谢。卡尔文循环是最基本、最普通的，只有这一途径具备合成淀粉之能力，又称C3途径。第三节线粒体和叶绿体是半自主性细胞器一、线粒体与叶绿体的DNA（—）线粒体DNA（mt-DNA）（二）叶绿体DNA（ct-DNA）二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成（-）线粒体的蛋白质合成线粒体基质中除有DNA外，还有各种RNA、核糖体、氨基酸活化酶等，说明它能合成自我繁殖所需的某些成分，但数量不多，只占线粒体全部蛋白质的10%，约有13种（20个分子）左右。有人估算：xlO（每周10个核甘酸）=14705对核昔酸，能编码4902个氨基酸（除以3）,假设一个蛋白质分子由150个氨基酸组成,则能编码30个左右蛋白质分子，如果除去编码mRNA、rRNA、tRNA的信息量（占总信息量的30%）,余下的信息量只能编码约20个左右的蛋白质分子。综上所述，线粒体有自身的DNA,有一整套蛋白质合成系统，能够复制和再生，使其一代代传下去，所以具有一定的自主性。（二）叶绿体蛋白质的合成叶绿体中的蛋白质（酶）一部分是在叶绿体中由它自己的DNA编码，经过mRNA转录和翻译形成的，有一部分则是由核基因编码，在细胞质中形成后转入叶绿体的。还有一部分是由核基因编码，在叶绿体的核糖体上合成。三、对细胞核和细胞质的依赖性大无论是线粒体还是叶绿体，它们的自主性是有限的，下面以线粒体为例说明之。核质蛋白质合成系统通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。在有氯霉素存在的条件下培养链泡霉细胞，这时线粒体的蛋白质合成受抑制，但线粒体的三竣酸循环酶类、电子传递链中的NADH脱氢酶、CytC、以及DNA-Poly-merasexRNA-Polymerase,核糖体蛋白质、各种氨基酸活化酶等有关线粒体DNA复制和基因表达的酶类依然存在。而这些酶是由核基因编码，在细胞质中合成，然后转移到线粒体的。这说明细胞质的蛋白质合成系统（或者说核——质蛋白质合成系统）通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。又：在有放线菌酮存在下培养链抱霉细胞，由于细胞质蛋白质合成系统受抑制，结果培养一段时间后，线粒体的合成活性也显著下降。这足以说明线粒体对细胞核和其他细胞质部分有很大依赖性。实际上也是这样，线粒体DNA所编码的蛋白质只有它自身全部蛋白质的10%,绝大部分是由核DNA编码的。从上述看出，线粒体的生长增殖是受核基因组和线粒体基因组两套遗传系统的共同控制，故称线粒体为半自主性细胞器。四、物质进出线粒体的穿膜机制细胞质中合成的蛋白质运送至线粒体，大多数以前体的形式存在，而且是需能过程。前体蛋白质包括有功能的“成熟”形式和氨基未端引伸出的一段导肽（引肽，Leaderseguences,在叶绿体特称为"转运肽"）共同组成。导肽约含20-80个氨基酸，又叫氨基末端指导肽。进入线粒体的过程大致为：。1带有N-末端导肽的前体蛋白质首先与外膜上受体结合；。2蛋白质横跨外、内膜；o3N-末端导肽被基质中的蛋白酶切制；。4活化的成熟蛋白质进入基质。五、线粒体、叶绿体的增殖与起源（-）线粒体的增殖（二）叶绿体的发育、增殖和起源第八章细胞核与染色体一、形态、大小、数目、分布1形态间期细胞核形态多样，一般为圆形或卵形。其形态与生物的种类、细胞的形状、细胞类型、发育时期以及机能状态有关。2大小多数细胞核在5—30pmo小的不到1pm,大的可达500—600pm（苏铁科某植物的卵细胞核）。通常：低等生物l-4pm高等动物5—10pm高等植物5—20pm3数目通常一个细胞只有一个核，也有两个以上的多核现象及在某一发育时期的无核现象。4分布细胞核多位于细胞中央，但也有各种不同情况，如上皮细胞的核偏于基底侧；横纹肌的细胞核靠近质膜；植物细胞成熟后若有较大液泡，核则被挤在一边。二、细胞核的结构在固定和染色的细胞中，可观察到细胞有下列结构：核被膜、染色质、核仁、核液(质)四部分。第一节核被膜与核孔复合体一、核被膜(nuclearenvelope)亦称核膜(nuclearmembrane),由此使遗传物质DNA与细胞质分开。电镜下证实为双层单位膜呈同心性排列。除两膜之间有间隙外，膜上还有些特化结构。所以，认为核被膜含义深刻，包括内容多，并执行重要的生理功能。(-)核被膜结构1外层核被膜(ONE)(外核膜)膜厚6.5—7.5nm,相邻细胞质的一面常有核糖体附着，并有时与内质网(RER)相连，因此显得粗糙不平。2内层核被膜(INE)(内核膜)：膜厚度基本同ONE,膜上无核糖体附着，显得比ONE平滑。但在其内表面常附有酸性蛋白质分子的聚合物组成的纤维网状结构(密电子物质)，称纤维层(fibrousLamina)或核纤层(nuclearlamina),又有内致密层之称。其厚度约在10—20nm(30—160nm),是位于细胞内核膜下的纤维蛋白或纤维蛋白网络。3核周隙(perinuclearspace)又有核围腔或核围池之称。指两膜之间的空隙，宽约20—40nm(10—50nm),内充满液态无定形物质(蛋白质、酶类、脂蛋白、分泌蛋白、组蛋白等），它是核质之间活跃的物质交换渠道（有些部位直接与ER或Golgi池相通）。4核孔（nuclearpore）核膜并不完全连续，在许多部位，核膜内外两层常彼此融合，形成环状孔道，称为核孔，它们是核质之间的重要通道。(二)核被膜在细胞周期中的崩解与装配核膜在细胞周期的不同时期，有相应的变化方式。在S期：表面积有增大趋势；在间期：表现出周期性崩解(前期末)消失，重建(末期)过程。二、核孔(nuclearpore)现多称核孔复合体(nuclearporecomplex)核孔直径通常在70—80nm或更大(80—120nm),70nm为常见，通道直径只有9nme核孔数目在各细胞有所不同，一般占膜面积的8%0代谢旺盛，分化程度低，转录活动强的细胞，数目多，密度大。如两栖类处于灯刷染色体阶段和卵母细胞，密度可达35—65/|jm2，总数达30x106个，而同一个体(两栖类)的成熟红细胞密度只有3个/|jm2，总数只有150—300个。(一)结构模型对核孔复合体结构的解释有：纤丝模型、捕鱼笼式模型、圆柱状模型等。1纤丝模型(Franke&Scheer1974)在内外口边周有密电子的环状物质存在，称为环带，环带不是匀质的，其结构包括孔环颗粒(annulargranules):在内、外口周缘各排列有8个对称的、直径约10—25nm的球状颗粒，即孑四颗粒。孔环颗粒本身是由微细粒子和纤丝相盘绕而成。纤丝可分别在核被膜的核质面和胞质面与细胞核、细胞质中的基质蛋白相连甚至可以伸出很多(20—60nm)。中央颗粒(centralgranules)中央栓：在核孔中央有一粒状或棒状的颗粒，称中央颗粒，直径约5—30nm,并不充满整个核孔。中央颗粒有纤丝与孔环颗粒及周围孔壁相连，推测它与核孔的开闭有关。由于它具有核糖核蛋白体性质，在核质交换中起一定作用。所有人认为可能是由核内向胞质移动的核糖体前体一时附着于核孔，尚无定论。此外，还有辐（8个）、伸向核质，胞质的纤维等。2捕鱼笼式模型（滴漏样模型）：此模型从横向看，从周边到核孔中心依次为环、辐、栓。从纵向看，由核外到核内依次为胞质环、辐（+栓）、核质环（核蓝），以及与核篮相连的"caber"网络。胞质环，又称外环。核质环则称为内环，向内形成捕鱼笼式的核篮。辐由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，进一步分为柱状亚单位、腔内亚单位和环带亚单位。栓（中央栓或中央颗粒）"transporter"03圆柱状模型（1992）.（—）化学成分核孔蛋白（nucleoporin,Nup）（三）核被膜的主要功能1屏障作用核被膜为内膜系统的组成部分，是将DNA局限在细胞核的关键结构，使细胞功能区域化。2核——质间物质和信息的通道通过膜的物质运输：（1）部分离子、水分子、100道尔顿以下的小分子（单糖、双糖、aa.核酸、组蛋白、RNA聚合酶、DNA聚合酶等）可以自由通过核膜；（2）有些大分子物质常以小泡形式排出核外（内膜局部先形成小泡，移向外膜，融合后排出，另外方式是物质先进入核周腔，然后经外膜外排或进入与核周腔相通的内质网腔。通过核孔复合体的物质运输：核孔复合体可看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，构成核质间双功能、双向选择性运输的通道，双功能分为被动运输和主动运输。双向性为介导入核和出核转运。被动扩散：功能直径约9—10nm,甚至12.5nm,允许离子、水溶性分子、代谢物小蛋白分子穿梭于核一质之间，进行自由扩散和协助扩散。主动运输：对进出核的物质具高度选择性。表现在（1）对运输颗粒大小的选择，有效直径可调节；（2）是一个信号识别与载体介导的过程，需要ATP;（3）具有双向性。进核物质（核输入）：复制、转录、染色体构建、核糖体组装等所需因子及酶运至核内。亲核蛋白的核输入：此类蛋白质一般含有特殊的氨基酸信号序列，称为核定位信号（NLS）,存在于亲核蛋白的功能区域，对蛋白质进入核起"定向""定位"的作用，从而保证整个蛋白质通过核孔的核输入。NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，可以是连续的或不连续的，指导进入核后也不被切除。出核物质（核输出）：各种RNA、核糖体亚单位。RNA的核输出是一种具有高度选择性的信号指导的过程。例mRNA及UlsnRNA的5'端m7G帽子结构是二者核输出的关键，此现象称作帽结合活性。此外，RNA无论在核内还是核外，都是以RNA-蛋白质复合体形式存在，RNA的出核实际上是RNA-蛋白质的出核，蛋白质分子上可能有出和出核信号，称核输出信号（NES）。3作为酶分子的支架核膜上富集大量酶系（约50种），以膜蛋白形式镶嵌在核膜的磷脂分子层中，彼此保持一定的间距和组合，使各种生化反应有序进行，并进行彼此间的正、负反馈调节。4作为基因调控的阀门核膜可能参与DNA的合成及RNA前体的修饰。由于三种RNA分子要通过核孔进入胞质，所以核孔的启闭和孔径的变化，能直接有效地调节转录信息36的流量。5在染色质（体）的定位及细胞分裂时发挥作用染色质的终未细丝常常连接在核孔上，这有助于解释为何非常复杂的染色质在异常活跃的细胞核内不致紊乱。6具有某些生物合成之功能核膜上附有核糖体，可进行蛋白质的合成。第二节染色质（Chromatin）一、概念及化学组成（一）概念1染色质这个概念最初是在1879（1882）年由Flemming提出的，其含义是指细胞核内易被碱性染料染色的物质。2染色体1888年，Waldeyer提出。染色质在有丝分裂时高度螺旋化形成染色体，所以染色体是指在细胞分裂时，由染色质凝集而成的棒状结构。即由DNA、组蛋白、非组蛋白等所形成的特定形态结构。可见，染色质和染色体不存在成分上的差异，只是构型不同。它们是同一物质在细胞周期中不同阶段的运动形态。（二）化学组成通过分离的染色质生化分析与放射性同位素掺入的研究说明染色质的主要成份是DNA与组蛋白，同时还有非组蛋白和少量的RNA:1染色质DNA是生物遗传信息的载体，是染色质的主要成分。真核细胞中每条染色单体只包装一条线性DNA分子，即一个DNA分子与染色体蛋白质等一起形成染色质纤维，经过多次螺旋卷曲，最后形成染色单体。一个DNA分子中有基因活性的区段只占10%左右。(1)三种DNA序列(一级结构的多样性)(1)高度重复的DNA(highlyrepetitiveDNA)重复次数在数百万次(105以上)，如小鼠随体DNA可达107,重复序列短，这种DNA不能转录，多分布在着丝粒区、端粒区及异染色质区。(2)中等重复DNA(middlerepetitiveDNA)重复次数在几十次——几千次(10—105),重复序列较长，这种DNA多数是不编码的，但有些区段能转录，多分布于次缢痕区。(3)单一DNA(uniqueDNA)其顺序在基因组中只有一次或少数几个拷贝，多是结构基因顺序，能转录mRNA,是最终合成蛋白质的密码。(2)三种构型的DNA(二级结构的多型性)生物界物种的多样性寓于DNA分子4种核甘酸千变万化的不同排列之中。DNA一级结构具多样性；二级结构具有多型性。DNA二级结构具有多形性2染色质蛋白质(1)组蛋白：与DNA非特异性结合。这种蛋白质种类不多，都含有较多的碱性氨基酸，如精、赖氨酸，依所含这两种氨基酸的比率不同将组蛋白分为五类。(2)非组蛋白：指染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质，故又称序列特异性DNA结合蛋白。3序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式序列特异性DNA结合蛋白，在与DNA结合时，其结构域可有以下几种不38同的模式。(l)a螺旋一转角一a螺旋模式(2)锌指模式(3)亮氨酸拉链模式(4)螺旋-环-螺旋结构模式(5)HMG框结构模式三、染色质的基本结构单位——核小体(-)实验证据1、用温和方法使核破碎，将染色质铺在钢网上在电镜下观察，间期染色质呈纤丝状结构，直径约在20—30nm,称染色质粗纤维。2、进一步用盐溶液处理，则显示10nm串珠状结构，称染色质细纤维，实际上是由核小体串连成的丝状结构一核小体丝。3、再用微球菌核酸酶消化10nm的染色质细纤维后进行电泳，则得到200个bp或其倍数的DNA片段。据此，Olins等提出了核小体结构模型。也曾称钮体(u—body)和核粒。其结构要点包括：(1)每个核小体包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体分子及一分子组蛋白H1;(2)[H2A、H2B、H3、H4]2组成球形组蛋白的八聚体；[H2AH2B(H3)2?(H4)2H2AH2B](3)166bp的DNA(核心DNA)以左手方向盘绕八聚体2圈，不含H1时，为146个bp的DNA缠绕1.75周。(组蛋白H1和166bpDNA的核小体结构称为染色质小体)(4)H1锁封DNA进出口,附在八聚体上(5)34bp(0~80)左右DNA连接两核心结构——连接区DNA(Linker39DNA)Olins&Kornberg认为：多个核小体连接而成10nm的形似念珠的染色质丝（核小体丝）是染色质的一级结构。四、染色体包装的结构模型（-）多级螺旋模型1螺线管（体）（粗纤维）（二级结构，间期存在形式）2超螺线体（管）（超粗纤维）（三级结构，是染色质在有丝分裂前期的存在形式）美人Bak（1977）观察到，由30nm的螺线体再进一步螺旋化，便形成一条直径为400nm（0.4pm）的圆简状结构，即为超螺线体。3染色（单）体（Chromosome）（四级结构，是染色质在有丝分裂中期的存在形式）由超螺线体再经折迭螺旋，形成长2—10pm直径约2000nm（2pm）的染色单体，由于在间期已经复制，故这时观察到的染色体，应包括两条染色单体。（二）染色体骨架一放射环模型主要解释30nm的螺线管如何进一步包装成染色体的。由Leammli等报道，认为：30nm螺旋管折叠成环，沿染色体纵轴由中央向四周伸出，构成放射环。纵轴的中央为非组蛋白构成的染色体骨架，由30nm的螺线管折叠形成的DNA侧环(18个)从骨架向四周伸出形成"微带"，大约106个微带纵向排列构成子染色体。五、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin):指间期核内染色质丝折叠压缩程序低，处于伸展状态，染色较浅的染色质。染色质丝折迭疏松，含有单一的或中等重复顺序的DNA,大多数能进行转录，(是具有活动功能的染色质)。但并非所以基因都具转录活性。其位置常远离核内膜。异染色质(heterochromatin):指间期核中染色质丝折叠压缩程度高，处于凝集状态，染色较深的染色质，实际上是染色质丝未伸展开的部分，又称为染色中心和假核仁。这部分染色质很少转录，处于不活动状态，其位置近核被膜。(1)结构异染色质、组成型异染色质(constitutiveheterochomatin):又称恒定型异染色质，指在各种类型细胞，除复制时期以外的整个细胞周期都保持浓缩状态的染色质，最后复制。(2)兼性异染色质(Facultativeheterochromatin):又称功能型异染色质，指在某些细胞类型或一定发育时期和生理条件下，由原来的常染色质凝缩，并丧失基因活性变成的异染色质。第三节染色体一、中期染色体的形态结构1染色单体分裂中期由着丝粒相连在一起的，含一个DNA分子的一条棒状结构，互称为姐妹染色单体。2着丝粒(Centromere)是主缢痕处中期两条染色单体相互联系在一起的特殊部位。也是两臂染色质连续的部分，是染色体上DNA高度重复的序列形成的染色质复合结构，属于染色体的正常组成成分。在中期染色体上，着丝粒染色很浅或不染色，包括三个结构域：(1)着丝点(动粒)结构域；(2)中央结构域；41（3）配对结构域。2着丝点（动粒）（Kinetochore）是在主缢痕处两个染色单体的外侧表面部位的特殊结构，是附加上去的，它与纺锤丝微管接触，每条染色单体上有一个着丝点，多为盘状，故有着丝盘之称。依着丝粒在染色体上的位置，可将染色体划分为四类：染色体类型臂指数（q/p）中间着丝粒染色体（M）1.0-1.69（1.0-1.67）亚中间着丝粒染色体（SM）1.7-2.99（1.68~3.00）近端着丝粒染色体（ST）3.0-6.99（3.01-7.00）端着丝粒染色体（T）>7.01>7.0,只有一条臂。4染色体臂（arm）由着丝粒将染色体分为两臂，短臂P和长臂q,臂比（指数）（armratio=q/p）5次缢痕（付缢痕或次级缢痕secondary-）是主缢痕以外的浅染内缢节段，不是所有染色体都有，具有次缢痕的染色体称核仁组织染色体。在次缢痕上、下两端的染色体片段仍保持成一直线，无角度差，以此与主缢痕区别。核仁组织区（NOR）:是rRNA基因（rDNA）存在部位，与间期形成核仁有关。6随体（satellite）某些借助次缢痕相连的球形小体，但不是所有与次缢痕相连的部位都是随体。如人类第13,14,15,21,22对染色体有随体。带有随体的染色体称sat一染色体。7端粒(telomere)指染色体两端部的特化结构，通常是由富含G的短串联重复序列DNA组成。具有极性，断裂的染色体在此处不能连接，而其他部位可以随机连接。其生物学作用在于维持染色体的完整性和个体性。二、染色体DNA的关键序列(功能元件)为确保染色体在细胞世代中的稳定性，起码应具备3个结构要素，被称为染色体DNA的关键序列。ARS自主复制DNA序列——DNA复制起点，保证自我复制；CEN着丝粒DNA序列——使两组子染色体平均分配到子细胞中去；TEL端粒DNA序列——保证染色体的独立性和稳定性。三、核型与染色体显带四、两种巨大染色体(giantchromorome)(一)灯刷染色体(lampbrushchromosome)(二)多线腺染色体(polyrenechromosome)第四节核仁(Nucleoli,Nucleolus)核仁是真核细胞间期核中最显著的细胞器，在活细胞用普通光学显微镜便可看到，这是由于核仁的折光性强，与细胞其他结构可显出明显的界限。在细胞核内呈浓密的球状小体。据报道，这个细胞器最早是有Fontana于1881年首次发现。一、核仁超微结构电镜下可明显地区分出三种基本结构组分：1纤维中心(fibrillarcenters,FC)是包埋在颗粒组分内部的一个或几个浅染的低电子密度的圆形结构，实质是rDNA(可通过电镜细胞化学和放射自显影验证)o通常认为FC是染色体NORS的间期核副本。2致密纤维成分(densefibrillarcomponent,DFC)是核仁结构中电子密度最高的组分，呈环形或半月形包围FC,由致密的纤维构成，实质是rDNA进行活跃转录合成rRNA的区域。3颗粒组分（granularcomponent,GC）是正在加工成熟的核糖体亚单位前体颗粒，直径约在15—20nm,实质为rRNA—Pro性质。4核仁相随染色质核仁周染色质：包绕在上述三种结构外围；核仁内染色质：深入到核仁内部。5核仁基质（nucleoplasm）是上面几种成分的存在环境，应用Rnase和Dnase处理核仁后的残余结构组分，又称核仁骨架。在间期核非染色或染色很浅，主要由蛋白质构成，悬浮各种酶类及大分子。这部分实际上与核基质（核液）相通，故有人认为它们属同一物质。二、核仁的主要功能是制造核糖体，更确切的说，是核糖体主要成份rRNA的合成加工及核糖体大、小亚单位装配的场所。rRNA的合成rRNA前体的加工在不同生物，初始转录产物（rRNA前体）大〃不同，哺乳类为45srRNA（13000个核苜酸）、果蝇为38srRNA、酵母为37srRNAo分别被加工、切割成不同大小的rRNA分子。小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）作为引导RNA(guideRNA)参与加工编辑过程。3核糖体亚单位的装配约30分钟成熟的小亚单位开始出现在细胞质，而大亚单位则在1小时后才装配完毕。三、核仁在细胞周期中的动态变化在mitosis前期：核仁变小，颗粒区与纤维区渐消失；前期未，中期：核仁消失，由于rRNA转录暂停，rDNA逐渐缩回，凝缩到染色体中形成了染色体的次级缢痕；未期：核仁重建；间期：重建完毕。第五节染色质结构与基因转录第六节核基质与核体一、核基质1概念存在于真核细胞核内除染色质、核膜与核仁外的一个以蛋白质成分为主的纤维网架结构体系。2组成70年代初，Berezney&Coffey从大鼠肝细胞中分离出一种非染色质蛋白纤维，他们用核酸酶(DNase和RNase)与高盐溶液处理核，将DNA、RNA、组蛋白抽提后发现核内仍残留有纤维蛋白的网架结构。称为核骨架(nuclearskeleton)或核基质(nuclearmatrix),这些纤维的直径在3—30nm,单丝直径在3—4nmo3功能这种结构与DNA的有序空间排列、染色体DNA的包装、DNA复制、基因表达、病毒复制及Hn—RNA的加工有关。染色体骨架指染色体中由非组蛋白的构成的结构支架，与染色体高级结构的构建有关。1971年，stubblefieldandwary用超声波、2mol/LNaCI或6mol/L尿素处理中国仓鼠染色体，除去染色体中DNA和组蛋白后，还观察到一些带状结构。Laemmli等进一步用2mol/LNacl或硫酸葡聚糖、肝素溶液处理Hela细胞中期染色体去除组蛋白，发现染色体中存在非组蛋白骨架，即所谓染色体骨架。二、核体（nuclearbodies,NBs）间期核中除染色质与核仁以外的，分布在染色质空间的亚核结构域。第九章核糖体（ribosme）第一节核糖体的类型与结构一、基本类型及化学成分以沉降系数不同划分为三种类型，每种类型均有大、小两个亚单位构成。单体亚单位原核细胞、叶绿体、线粒体70S50S30S哺乳类线粒体55S35S25S真核细胞80S60S40S二、结构及装配（一）结构目前对细菌的核糖体了解较深，故以70s核糖体来介绍其结构。大亚单位呈半圆形，一侧伸出三个突起，中央有一凹陷。小亚单位呈长条形，约于1/3长度处有一细的缢痕，使小亚单位分为大小两个部分。二者结合起来时，凹陷部位彼此对应，形成一隧道。（二）装配核糖体大小亚基与rRNA之间，以及大小亚基之间，rRNA与蛋白质之间可以自行装配，但详细机理尚未查清，根据目前的研究，至少可以肯定以下事实。(1)30S亚单位的pro专同16srRNA结合，50S亚单位的pro专同23SrRNA结合，若将其混合，则装配不成有功能的亚单位。(2)从不同细菌提取出30S亚单位的蛋白质和16SrRNA,混合后可装配成有功能的30S亚单位，说明无种间差异。(3)原核细胞与真核细胞的亚单位不能形成有功能的核糖体。(4)E.coli的核糖体和(玉米中)叶绿体的核糖体相似，相互交换亚单位仍具功能。(5)E.coli的核糖体和线粒体的核糖体不同，相互交换后不能装配。三、核糖体蛋白质与rRNA的功能在单个核糖体上，可区分多个功能活性部位，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。O1与mRNA结合的位点:在16SrRNA的3'端有一段顺序同多数原核生物的mRNA(AUG上游3-9个碱基)的核糖体结合位点有互补关系，以便使mRNA结合在小亚基上。o2A位点(Asite,acceptorsite,aminoacylsite),氨酰基位点亦称氨基酸部位或受位，是接受氨酰基tRNA的部位，偏于大亚单位(大亚基"座斗"，右侧"扶手"；小亚基"头部"和"颈部")。o3P位点(Psite,peptidylsite),肽酰基位点亦称肽基部位或放位，是与延伸中的肽酰tRNA的结合位点。偏于小亚单位(小亚基"头部"，大亚基"座斗、扶手").°4肽酰转移后与即将释放的tRNA结合的位点——E位点(exitsite),偏于小亚单位。。5与肽酰tRNA由A部位移位到P部位有关的转移酶的结合位点亦称转移酶口，简称G因子，位于大亚基("靠背上")。o6肽酰转移酶的催化位点亦称转移酶I或T因子，是肽链形成时，催化氨基酸之间形成