细胞生物学第四版笔记

本文格式为Word版，下载可任意编辑——细胞生物学第四版笔记《细胞生物学》

一、第一章绪论

（一）细胞生物学研究的内容及现状——主要说明细胞生物学是研究和透露细胞基本生命活动规律的科学。由于细胞是生命体结构与功能的基本单位，一切疾病和发病机制也是以细胞病变为基础，所以细胞的研究即是生命科学的出发点，主要研究内容可归为①生物膜与细胞器（生物膜是细胞重要的结构基础，细胞器是认识细胞结构与功能的重要组成部分）?细胞信号传递了解基本生命活动的分子机制和透露生命的本质有重要的理论意义，转导基础为蛋白质与蛋白质之间的繁杂的相互作用，是通过繁杂的信号转导网络系统而实现的，浮现高度的非线性关系。?细胞骨架体系（包括细胞质骨架与核骨架），维持细胞形态，保持细胞内部结构。④细胞核，染色体及基因表达——细胞核为遗传物质DNA储存和复制的场所和RNA转录与加工的场所；染色质为遗传物质的载体，核仁转录rRNA和组装核糖体亚单位。核孔复合体为核质之间物质交换与信息交流的门控通路，DNA结合蛋白可分为组蛋白和非组蛋白。⑤细胞增殖及调控—是了解生物生长发育的基础，是研究癌变及逆转的重要途径。

⑥细胞分化及干细胞生物学—实质在于信号介导下由组合调控引发的组织特异性基

因的表达。⑦细胞死亡—为主动过程，主要有细胞凋亡，细胞坏死，自噬性细胞死亡三个方式，以维持生物体正常的生长发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成及肿瘤监控等过程。⑧细胞衰弱--是研究人、动植物生命的基础⑨细胞工程—用人工方法使不同细胞基因或基因组重组形成杂交细胞或将基因或基因组由一种细胞转移至另一种细胞中，使之跨越种间障碍，产生新的遗传性状，如动物体细胞杂交试验和哺乳生物体的克隆⑩细胞的起源与进化。

（二）细胞学与细胞生物学发展简史—分为三个阶段（生物科学时期、试验生物学时期、现代生物学时期）

?胡克.英国第一次描述了植物细胞的构造；列文虎克观测了大量动植物的活细胞与原动物，并描述了细胞核结构；M.Malpighi与N.Grew注意到了细胞壁与细胞质的区别；施旺和施莱登共同提出了细胞是一切动植物的基本单位—为著名的“细胞学说〞，使生物学科有了重大的促进和知道作用；普金耶和莫尔首次提出原生质理论；Estrasburger在植物细胞中发现有丝分裂，并证明其实质为核内丝状物（染色体）的形成向两个子细胞的平均分派；细胞器的发现：vanBeneden和T.Boveri发现中心体，Altmanna发现线粒体Golegi发现高尔基体。

（2）Hatwig采用试验方法研究海胆和蛔虫卵发育中的核质关系，创立了试验细胞学。?细胞遗传学核心为染色体基因学说，Hertnig发现了动物的受精现象，Qverton在植物体也发现受精现象并证明生殖细胞染色体数是体细胞的一半，Boveri与Sutton提出了遗传的染色体学说。

（3)细胞生理学的研究—细胞对周边环境的反应，生长与繁殖的机制等。（4)细胞化学成分—DNA

二、其次章细胞的统一性和多样性（一）细胞的基本特征

（1）细胞是生命活动的基本单位（细胞=生命）—?细胞是构成有机体的基本单位（病毒是非细胞形态的生命体）?细胞是代谢与功能的基本单位，单细胞生物依靠一个细胞完成运动、呼吸、排泄和生殖等一系列生理活动，多细胞生物则更多依靠之间的相互合作。?细胞是有机体生长与发育的基础④细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁⑤细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点⑥关于细胞概念的一些新思考：a.细胞是物质、能量与信息过程精良结合的综合体b.细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组织体系。

（2）细胞的基本共性—?具有相像的化学成分（C、H、O、N、P、S）?脂—蛋白体系的生物膜：细胞能量转换的基地，并形成相对稳定的细胞内环境?一致的遗传装

置—以DNA储存和传递遗传信息，以RNA为转录物指导蛋白质的合成，蛋白质的合成场所是核糖体。④一分为二的分裂方式—遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分派到两个子细胞内。

（二）原核细胞与古核细胞—细胞结构都是由细胞质、细胞膜、细胞核组成，细胞质内有内质网、高尔基体、溶酶体和线粒体等细胞器；细胞核内有染色体。细菌、放线菌和支原体等微生物是肉眼看不到的，它们没有细胞核，也没有内质网等细胞器。由此，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类，所以生物界分为原核生物与真核生物。原核生物由单个原核细胞构成，而真核生物又可分为单细胞真核生物与多细胞真核生物。另一类群是古核细胞，它们的遗传信息表达系统与其他的原核细胞差异很大，而与真核细胞却更为接近，所以从原核细胞中分开出来，称为古核细胞，相应的生物称为古核生物。

（1）原核细胞—没有典型的核结构，如细菌。包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌和蓝藻等。原核细胞的基因组很小，主要遗传物质仅为一个环状DNA，没有细胞器、细胞核膜，体积也很小。无法进行繁杂的细胞分化，无法形成多细胞生命体。?支原体-是能在无生命培基中生长繁殖的最小最简单的细胞，具备细胞的基本形态结构与功能，没有细胞壁，只有细胞膜，没有核区，主要以一分为二的方式进行分裂繁殖。总之，支原体体积小，仅为细菌的1/10，可通过细胞滤器，可寄生在细胞内繁殖。最早发现的支原体是PPLO（拟胸膜肺炎病原体）。一个细胞生存与繁殖必需具备的结构装置与机能是细胞膜、DNA与RNA、核糖体以及酶。?细菌和蓝藻-a.细菌是分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体，其细胞表面结构主要有细胞膜（最重要的结构）、细胞壁、中膜体、荚膜与鞭毛。细胞壁较厚、坚韧且有弹性，主要成分是肽聚糖，对细胞有保护作用。青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成，从而抑制细胞壁的合成。阳性菌的壁酸含量极高，故对青霉素敏感，阴性菌则不敏感。细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌的蛋白质构成，为半透

性膜。可进行选择性交换物质、代谢、有氧呼吸、分泌蛋白质等，还可参与对周边环境的应答反应。中膜体是由细胞膜内陷形成的囊泡状，常见于分裂期细菌的隔或横壁旁，可能是DNA复制的支点。细菌细胞核区主要是一个环状DNA分子组成，没有核膜与核仁，称为拟核。细菌的基因组为作为有一个复制起点的独立单位而进行复制，遵循半保存复制。细菌细胞内除了核区DNA，还存在可进行自主复制的质粒，是袒露的环状DNA（核外DNA)。每个细胞有5000—50000个核糖体，合成运输到胞外的蛋白质或质膜蛋白。与mRNA形成多核糖体，是翻译肽链的结构。G+细菌处于不利环境或营养耗尽时，形成内生孢子（芽孢)，其折光性很强，不易染色，可过滤恶劣环境。b.蓝藻是自养型原核生物，可进行光合作用，其光合作用系统中有叶绿素a和光系统II。其细胞结构主要有细胞膜、细胞壁（有纤维素层)、类囊体、中心质。其细胞分裂是细胞中部向内生长出新横隔壁，将中心质与原生质分为两半，也可通过出芽、断裂和复分裂增殖。丝状蓝藻在氮源不足时，群体中5%～10%的细胞转化为异性胞。个体大，细胞壁厚，并且丢弃了光系统‖，合成固氮酶。

（2）古核细胞（古细菌）有细胞壁，染色为G+或G-，大小为0.1～15，分裂方式为二分裂,出芽等，且能在高温或高盐环境中生存。古细菌的细胞壁没有胞壁酸和D-氨基酸，因此青霉素与万古素对古细菌没有作用。古细菌的质膜由脂质与蛋白质构成，其DNA也是环状。核糖体数为70S。

（三）真核细胞—三大基本结构体系为生物膜系统（脂质与蛋白质为基础），遗传信息传递与表达系统（DNA,RNA和蛋白质组成的复合体）和细胞骨架系统（胞质骨架和核骨架，对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用）。细胞的尺寸大小由核糖体的活性，蛋白质与核糖体RNA的量所决定，原生动物细胞＞动植物细胞＞细菌细胞＞支原体细胞＞最小的病毒细胞=10倍，植物细胞大小由中央液泡的膨胀决定。原核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为细胞核与细胞质，再分隔为各种细胞器。真核细胞的基因租大于原核细胞，DNA为线状多倍性，原核细胞为环状多倍性;

原核细胞基因表达调控主要以操纵子的形式进行，真核细胞的细胞周期分为细胞间期与分裂期，且在分裂出现纺锤丝，故称有丝分裂或间接分裂，原核细胞则为无丝分裂或直接分裂。植物细胞有细胞壁（主要成分是纤维素，在细胞分裂过程中形成），液泡（调理细胞内环境）,叶绿体（进行光合作用）

（四）病毒—为非细胞形态的生命体，体积很小，结构极其简单，可通过细菌虑器;遗传载体具有多样性，含DNA与RNA，为完全的寄生性，没有独立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。真病毒是核酸—蛋白质复合体，亚病毒则仅有一个有感染性的环状DNA分子构成，只感染植物（如类病毒）。1982年从羊瘙痒病的羊体中分开出的阮病毒不是入侵者，仅仅是机体自身某一种蛋白质的设想改变所致。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），含DNA与RNA，为完全的寄生性，没有独立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。真病毒是核酸—蛋白质复合体，亚病毒则仅有一个有感染性的环状DNA分子构成，只感染植物（如类病毒）。1982年从羊瘙痒病的羊体中分开出的阮病毒不是入侵者，仅仅是机体自身某一种蛋白质的设想改变所致。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），根据核酸类型不同可分为DNA病毒与RNA病毒（2023年的SARS病毒属于正链RNA病毒），根据核壳体形态分为立体对称与螺旋对称两种类型。病毒可以引起人类和动物的大量严重疾病，如HPV可引起妇女的宫颈癌。病毒是在宿主细胞内增殖，以病毒核酸为模板进行病毒核酸的复制与转录，并翻译病毒蛋白质，最终从细胞中释放出来。DNA病毒侵染细胞后，利用宿主细胞代谢系统先后转录和翻译病毒的“早期蛋白〞，“晚期蛋白〞并进行DNA复制。RNA病毒其本身就可以作为模板，利用宿主细胞代谢系统，翻译出病毒的早期蛋白。反转录病毒则以病毒RNA分子为模板，在反转录酶作用下合成DNA分子。病毒的装配过程就是成熟过程，当核酸与蛋白质装配成核壳体后，就成为具有感染

性降解，控制蛋白质的寿命，帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。

（二）细胞内膜系统和功能—细胞质内膜系统包括内质网，高尔基体，溶酶体，胞内体和分泌泡等细胞器

（1）内质网分为光面内质网和糙面内质网，糙面内质网呈扁囊状，排列较为整齐，表面附有大量的核糖体，功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；光面内质网表面没有附着核糖体，是脂质的合成场所。内质网的功能:糙面内质网是合成蛋白质的主要场所，光面内质网是脂质合成的重要场所；是蛋白质的修饰与加工的场所；新生多肽的折叠与组装在内质网中进行；还有其他功能，如肝细胞的解毒、储存和调理Ca2+。内质网的应激反应有未折叠蛋白质应答反应、内质网超负荷反应、固醇调理级联反应和启动凋亡程序。

（2）高尔基体由大小不一、形态多变的囊泡体系组成，变平膜囊多呈弓形或半球形。由相互联系的四个部分组成：顺面膜囊、中间膜囊、反面膜囊以及高尔基体网状结构。其功能主要是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后运输到细胞特定部位或分泌到细胞外--①与细胞的分泌活动相关，是蛋白质包装分选的关键枢纽；②蛋白质的糖基化及修饰主要发生在高尔基体；③蛋白酶的水解及其他蛋白质分子加工。

（3）溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，是异质性细胞器，主要功能是行使细胞内的消化作用，其功能有清除无用的生物大分子、衰弱的细胞器及衰弱损伤和死亡的细胞、防卫功能（可以识别并吞噬入侵的细菌和病毒)及其他生理功能（为细胞提供营养、参与分泌过程的调理等）。由于溶酶体过载、代谢紊乱，引起溶酶体储积症。

（4）过氧化物酶体（微体）是由单层膜围绕的内含氧化酶类的细胞器。过氧化酶与初级溶酶体形态大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶常形成晶格状结构，这

是两者的主要区别。

第八章蛋白质分选与膜泡运输

这一章主要是介绍细胞内的蛋白质分选及膜泡运输功能

一、细胞内蛋白质的分选——（1）信号假说（G．Blobelet：Signalhypothesis,1975提出）：①信号假说内容②指导因子：蛋白质N-端的信号肽、信号识别颗粒（SRP）和内质网上的信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）等；③信号肽与共转移：a.起始转移序列和终止转移序b.起始转移序列和终止转移序列

的数

目决定多肽跨膜次数④导肽与后转移;基本的特征--蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移（posttranslocation）。蛋白质跨膜转移过程不仅需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。（2）蛋白质的分选信号：蛋白质分选的转运途径—A.后转运B.共转运类型a.门控转运；b.跨膜转运；c.膜泡运输d.细胞质基质中蛋白质的转运。（3）蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选（需要多个不同的靶序列，定位到叶绿体的前体蛋白N端、线粒体蛋白N端的导肽、过氧化物酶体蛋白C端的内在靶向序列）：①蛋白质从细胞基质中输入到线粒体a.从细胞质基质输入到线粒体基质b.以3种途径从细胞质基质到线粒体内膜c.线粒体蛋白通过两条途径从细胞质基质到线粒体膜间隙②叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入叶绿体不产生跨内膜的电化学梯度ATP水解供能是其唯一动力来源。类囊体蛋白含有多个靶向序列，以前体形式合成。进入基质后转运途径为SRP依靠途径和PH依靠途径。（3）过氧化物酶体蛋白的分选(3)膜泡运输膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。根据转运膜泡表面包被蛋白的不同，有三种不同类型的转运膜泡COPII包被小泡、COPI包被小泡、网格蛋白包被小泡。三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用。膜泡运输是特

异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的繁杂调控A.网格蛋白包被小泡a.负责蛋白质从高尔基体TGN?质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输b.在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜?内吞泡(细胞质)?胞内体?溶酶体运输c.高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地B.COPII包被小泡a.负责从内质网?高尔基体的物质运输；b.COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配是受控的；c.COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。C.COPI包被小泡a.COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依靠于ARFb负责回收、转运内质网逃逸蛋白c.细胞器中保存及回收蛋白质的两种机制：I转运泡将应被保存的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；II通过识别驻留蛋白C-端的回收信号的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。d.COPI-包被小泡在非选择性的批量运输中行使功能,负责rER?Golgi?SV?PM。e.COPI-包被小泡除行使Golgi→ER逆行转运外，也可行使顺行转运功能,从ER→ER-GolgiIC→Golgi。(4)、细胞结构体系的组装①生物大分子的组装方式(自我装配、协助装配、直接装配、复合物与细胞结构体系的组装)：I有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或对装配亚基的修饰II.自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境②装配具有重要的生物学意义a.减少和校正蛋白质合成中出现的错误b.减少所需的遗传物质信息量c.通过装配与去装配更简单调理与控制多种生物学过程第九章细胞信号转导

一、细胞信号转导概述：（一）细胞通讯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。是实现细胞间的通讯的关键过程对于控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必需的。细胞通讯方式：（1）分泌化学信号进行通讯，作用方式为内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触（2）接触性依靠的通讯（细胞间

直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋）（3）间隙连接实现代谢偶联或电偶

联（二）细胞的信号分子与受体——（1）信号分子（细胞的信息载体），可分为3类亲脂性信号分子、亲水性信号分子和气体性信号分子(NO、CO)（2）受体：能够识别和选择性结合某种配体的大分子，多为糖蛋白，分为细胞内受体（胞外亲脂性信号分子所激活激素激活的基因调控蛋白，是胞内受体超家族）和细胞表面

受体。细胞表面受体:为胞外亲水性信号分子，分属三大家族：离子通道偶联的受

体、G-蛋白偶联的受体和酶偶连的受体（3）其次信使和分子开关（三）信号转导

系统的基本组成及特性——组成：细胞内多种行使不同功能的信号蛋白；主要特性：

特异性、放大效应、网络化与反馈调理机制和整合作用。

二、细胞内受体介导的信号传递——细胞内受体超家族的本质是依靠激素激活的基因调控蛋白，NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合。

三、G-蛋白偶联的受体介导的信号转导——（1)G-蛋白偶联的受体结构为跨膜α螺旋区（7个疏水肽段形成）和相像的三维结构，N端在细胞外侧，C端在细胞胞质侧。(2）G-蛋白偶联的受体所介导的细胞信号通路分为3类：?激活离子通道的G-蛋白偶联的受体；?激活或抑制腺苷酸环化酶的G-蛋白偶联的受体；?激活磷脂酶的G-蛋白偶联的受体

四、酶联受体介导的信号转导——包括以下5类：受体丝氨酸激酶/苏氨酸激酶、受体酪氨酸激酶、受体酪氨酸磷酸酯酶和酪氨酸蛋白激酶联受（一)受体酪氨酸激酶（RTKs）在酶联受体介导的信号转导通路中，Ras蛋白是活化受体RTK下游的重要

功能蛋白。包括6个亚族，信号转导：配体→受体→受体二聚化→受体的自磷酸化