细胞生物学 讲稿

细胞生物学生物奥赛辅导授课人：杨化涛细胞学部分比值：20%

主要内容：细胞的化学成分细胞的结构与功能细胞代谢细胞分裂。学习方法：掌握运用必修1内容掌握理解奥赛教材内容细胞部分内容介绍1．细胞的发现

1665年英国物理学家罗伯特·虎克用他自制的显微镜观察栓皮栎的软木切片时，看到了一个个蜂窝状的小室。他把这样的“小室”称为细胞（死细胞）。2．细胞学说的建立德国植物学家施莱登于1838年提出了细胞学说的主要论点，次年又经德国动物学家施旺加以充实，最终创立了细胞学说。细胞学说的主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位（一）细胞生物学的发展（三）细胞的形态与大小1.细胞概念：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。

2．细胞的大小：μm（显微结构和亚显微结构）

在显微技术和电镜技术中常用的单位有：微米（μm或μ）、纳米（nm）和埃三种。

1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010Å影响细胞大小的因素：1.细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限；2.细胞的相对表面积与细胞大小有关；3.细胞内物质的交流与细胞大小有关。3.原生质：细胞内所含有的生活物质，真核细胞包括细胞质和细胞核。（注意与原生质层的区别）57

细胞膜(cellmembrane)又称质膜（plasmamembrane），是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。细胞膜只是真核细胞生物膜的一部分，真核细胞的生物膜（biomembrane）包括细胞的内膜系统（细胞器膜和核膜）和细胞膜（cellmembrane）。1．细胞膜/生物膜（1）质膜的化学组成细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，蛋白质约占膜干重的20%～70%，脂类约占30%～80%，此外还有少量的糖类。比例的不同与其功能相适应。（四）真核细胞的亚显微结构（2）质膜的分子结构模型三明治模型流动镶嵌模型脂质体脂质体（（liposome）是根据磷磷脂分子子在水相相中形成成稳定的的脂双层层膜的趋趋势而制制备的一一种人工工膜。脂脂质体可可用于细细胞膜的的研究；；转基因因；疾病病的诊断断及治疗疗。

二、膜膜蛋白膜蛋白是是膜功能能的主要要体现者者。核基基因组编编码的蛋蛋白质中中30%左右的为为膜蛋白白。根据据与膜脂脂的结合合方式以以及在膜膜中的位位置的不不同，膜膜蛋白分分为内在在（integralprotein）、外周蛋白白（peripheralprotein）和脂锚定定蛋白（（lipid-anchoredprotein）。（一）内内在蛋白白（integralproteins）内在蛋白白又称为为整合蛋蛋白，以以不同程程度嵌入入脂双层层的内部部，有的的为全跨跨膜蛋白白（tansmembraneproteins）。它与膜结结合非常常紧密，，只有用用去垢剂剂（detergent）才能从膜膜上洗涤涤下来，，常用SDS和Triton-X100。内在蛋白白的跨膜膜结构域域形成亲亲水通道道有两种种形式，，一是由由多个α螺旋组成成亲水通通道；而而是由β折叠组成成亲水通通道。细胞膜的的结构模模型及特特点一、细胞胞膜结构构的研究究历史1.E.Overton1895推测细胞胞膜由连连续的脂脂类物质质组成。。2.E.Gorter&F.Grendel1925推测细胞膜膜由双层脂分子组组成。3.J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模模型。认为为质膜由双双层脂类分分子及其内内外表面附着的蛋蛋白质构成成的。1959年提出了修修正模型，，认为膜上还具有贯贯穿脂双层层的蛋白质质通道，供供亲水物质质通过。4.J.D.Robertson1959用超超薄薄切切片片技技术术获获得得了了清清晰晰的的细细胞胞膜膜照照片片，，显显示示暗-明-暗三层层结结构构，，厚厚约约7.5nm。这就就是是所所谓谓的的“单位位膜膜”模型型。。它它由由厚厚约约3.5nm的双双层层脂脂分分子子和内内外外表表面面各各厚厚约约2nm的蛋蛋白白质质构成成。。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根据据免免疫疫荧荧光光技技术术、、冰冰冻冻蚀蚀刻刻技技术术的的研研究究结结果果，，在在”单位位膜膜”模型型的的基基础础上上提提出出”流动动镶镶嵌嵌模模型型”。二、、质质膜膜的的流流动动镶镶嵌嵌模模型型的的特特点点组成成成成分分：主主要要组组成成成成分分为为脂类类和蛋白白质质，还还含含有有少少量量的的糖糖类类。。不对对称称性性：蛋蛋白白质质或或嵌嵌在在脂脂双双层层表表面面，，或或嵌嵌在在其其内内部部，，或或横横跨跨整个脂双层，，表现出分布布的不对称性性。流动性：膜蛋白和膜膜脂可作各向向运动。膜脂的分子运运动1侧向扩散散运动2旋旋转运动3摆动运运动4伸伸缩震荡运动动5翻转运动动6旋旋转异构化运运动2.影响膜膜流动的因素素规律点拨主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式式。旋转扩散指膜蛋白围绕绕与膜平面垂垂直的轴进行行旋转运动。。膜蛋白的侧侧向运动受细细胞骨架的限限制，破坏微微丝的药物如如细胞松弛素素B能促进膜蛋白白的侧向运动动。可用荧光标记技术术检测膜蛋白的的流动性。3．膜蛋白的流流动细胞融合技术术观察蛋白质质运动质膜的流动性性是保证其正正常功能的必必要条件。例如跨膜物物质运输、细细胞信息传递递、细胞识别别、细胞免疫疫、细胞分化化以及激素的的作用等等都都与膜的流动动性密切相关关。当膜的流动动性低于一一定的阈值值时，许多多酶的活动动和跨膜运运输将停止止，反之如如果流动性性过高，又又会造成膜膜的溶解。。4．膜流动性性的意义膜的不对称称性冰冻蚀刻研究不对称称型亦称冰冻断断裂。标本本置于干冰冰或液氮中中冰冻。然然后断开，，升温后，，冰升华，，暴露出了了断面结构构。向断裂裂面上喷涂涂一层蒸汽汽碳和铂。。然后将组组织溶掉，，把碳和铂铂的膜剥下下来，此膜膜即为复膜膜（replica）。AYeastCell（三）、细细胞膜的功能为细胞的生生命活动提提供相对稳稳定的内环环境;选择性的物物质运输,包括代谢谢底物的输输入与代谢谢产物的排除除,其中伴伴随着能量量的传递;提供细胞识识别位点,并完成细细胞内外信信息跨膜传传递;为多种酶提提供结合位位点,使酶酶促反应高高效而有序序地进行；；介导细胞与与细胞、细细胞与基质质之间的连连接;质膜参与形形成具有不不同功能的的细胞表面面特化结构构。Fig.cAMP信号通路对对基因转录录的激活信号分子与与受体结合合通过G蛋白活化腺腺苷酸环化化酶，导致致细胞内cAMP浓度增高激激活蛋白激激酶A，被活化的的蛋白激酶酶A（催化亚基基）转为进进入细胞核核，使基因因调控蛋白白（cAMP应答结合蛋蛋白，CREB）磷酸化，，磷酸化的的基因调控控蛋白与靶靶基因调控控序列结合合，增强靶靶基因的表表达。细胞表面的的特化结构构是为适应某某种环境而而形成的特特殊表面结结构，如：：膜骨架、、鞭毛、纤纤毛及微绒绒毛等，分分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关关。骨架与细胞胞表面的特特化结构膜骨架指细细胞膜下与与膜蛋白相相连的由纤纤维蛋白组组成的网架架结构(meshwork)，它参与维持持质膜的形形状并协助助质膜完成成多种生理理功能。它它的特点是是粘质性高高，有较强强的抗拉能能力。一、膜骨架架二、红细胞胞（一）红细细胞的生物物学特性哺乳动物成成熟的红细细胞没有细胞核和内膜系统，细胞膜既既有良好的弹性性又有较高高的强度，，并且细胞胞膜和膜骨骨架的蛋白白比较容易纯化、、分析。红红细胞经过过低渗处理理，质膜破破裂，内容容物释放，留下下一个保持持原形的壳壳，称为血影。因此，是是研究膜骨骨架的理想材材料。（二）红细细胞质膜蛋蛋白及膜骨骨架血影SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白和血型糖蛋白。改变处理的离子强度：血影蛋白和肌动蛋白条带消失，血影的形状改变，膜的流动性增强。用Triton—100处理：带3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形状基本不变。用非离子去垢剂处理：所有的脂质和血型糖蛋白及大部分带3蛋白消失，血影的形状基本不变。膜骨架蛋蛋白主要成分分包括：：血影蛋蛋白、肌肌动蛋白白、锚蛋蛋白和带4.1蛋白等等。植物细胞胞壁（cellwall））植物细胞胞壁的组成植物细胞胞壁的功功能增加细胞胞强度，，提供支支持功能能；信息储存存库的功功能：产产生多种种寡糖素作为信信号物质质，或抵抵抗病、、虫害，，或作为细细胞生长长和发育育的信号号物质。。纤维素分分子纤维素微微原纤维维（microfibril）,为细胞壁壁提供了了抗张强强度半纤维素素（hemicellulose）:木糖、半半乳糖和和葡萄糖糖等组成的的高度分分支的多多糖介导微原原纤维连连接彼此此连接或或介导微微原纤维维与其它基质成成分（果果胶质））连接果胶质（（pectin））：含有大量量携带负负电荷的的糖，结结合Ca2+等阳离子子,被高高度水化化形成凝凝胶果胶质与半纤纤维素横向连连接,参与细细胞壁复杂网网架的形成。。伸展蛋白(extensin)：糖