细胞生物学课件

绪论

细胞生物学研究的内容与现状该学科是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学主要研究内容当前细胞生物学研究的总趋势与重要领域

细胞学与细胞生物学发展简史细胞的发现细胞学说的建立及其意义细胞学的经典时期实验细胞学与细胞学的分支及其发展细胞生物学学科的形成与发展该学科主要学术组织、刊物与教科书细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科

Cellbiology是研究细胞基本生命活动规律的科学，它在不同层次上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号传递，真核细胞基因表达与调控，细胞的起源与进化等为主要内容

1925，生物学大师Wilson提出“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找”

细胞生物学，分子生物学，神经生物学和生态学为生命科学的四大基础学科细胞生物学的主要研究内容

细胞核、染色体以及基因表达的研究

生物膜与细胞器的研究

细胞骨架体系的研究

细胞增殖及其调控

细胞分化及其调控

细胞的衰老与凋亡

细胞的起源与进化

细胞工程当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域

当前细胞生物学研究中的三大基本问题

当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题总趋势

细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势当前细胞生物学研究中的三大基本问题细胞内的基因组如何在时间与空间上有序表达？基因表达的产物如何装配行使功能及各种细胞器？组装过程的调控程序与调控机制是什么？

基因表达产物——主要活性分子与信号分子如何调节细胞最重要生命活动的？重点领域

染色体DNA与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用

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

1988年底，美国国立卫生研究院的调查结果是

三种疾病：

癌症(cancer)

心血管病(cardiovasculardiseases)

爱滋病和肝炎等传染病

(infectiousdiseases：AIDS，hepatitis)

五大研究方向：

细胞周期调控(cellcyclecontrol)

细胞凋亡(cellapoptosis)；

细胞衰老(cellularsenescence)

信号转导(signaltransduction)

DNA的损伤与修复(DNAdamageandrepair)美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：

细胞信号转导(signaltransduction)

细胞凋亡(cellapoptosis)

基因组与后基因组学研究

(genomeandpost-genomicanalysis)第二节细胞学与细胞生物学发展简史

细胞的发现

细胞学说的建立及其意义

细胞学的经典时期

实验细胞学与细胞学的分支及其发展

细胞生物学学科的形成与发展

细胞生物学主要学术组织、学术刊物与教科书细胞的发现

1665RobertHooke，胡克，软木，cell

A.V.LeeuwenHoek，列文虎克，活细胞，1674观察到鱼的细胞核

意大利的Maipighi与英国Grew，植物细胞壁与细胞质区别细胞学说的建立及其意义

1838德国植物学家Shleiden发表《植物发生论》，1839德国动物学家Shwann《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》，共同创立“细胞学说”

基本内容：细胞是有机体，动植物的发育；相对独立的单位；新细胞通过繁殖产生

细胞学说重要意义

细胞学说(施旺与施莱登)、进化论(达尔文)、遗传学(孟德尔)为现代生物学三大基石细胞学的经典时期

原生质理论的提出1840Pukinje和1846VonMohl，protoplasm1861Schultze，原生质理论1880Hanstein，protoplast

细胞分裂的研究1841Remak直接分裂，Flemming和Strasburger有丝分裂，1883VanBeneden和1886Strasburger减数分裂

重要细胞器的研究1883VanBeneden和Boveri发现中心体；1894Altmann发现线粒体，Golgi发现高尔基体实验细胞学与细胞学的分支及其发展

细胞遗传学的发展

细胞生理学的研究

细胞化学细胞遗传学的发展

1876O.Hertwig发现动物受精；

1883VanBeneden性细胞染色体；

1888Strasburger，1893Oveerton植物受精；

1900孟德尔遗传法则被重新发现;

1905Wilson性别与染色体关系;

Weissman遗传单位有序排列在染色体上;

Borveri和Sutton染色体学说;

1910Morgan基因及基因学说细胞生理学的研究1909Harrison和Carrel创立组织培养技术

1943Claude高速离心机从活细胞分离细胞器细胞化学

1924Feulgen定性定位DNA

1940Brachet甲基绿—派洛宁测定细胞中DNA和RNA

1936和1940Casperson紫外分光光度法测定DNA含量，并认为蛋白质合成与RNA有关

细胞组分分离技术，放射自显影技术和超微量分析方法，核酸与蛋白质

近20年，显微分光光度、流式分光光度、放射自显影、分子原位杂交、免疫荧光光度计、免疫胶体金技术、激光共焦点扫描显微镜细胞生物学学科的形成与发展

20世纪50年代以来，电子显微镜与超薄切片技术结合，产生了细胞超微结构学

50年代中期到60年代末，生化技术与细胞学相互渗透

20世纪70年代，分子生物学概念与技术的引入

80年代以来，细胞生物学主流为细胞的分子生物学90年代后期，纳米生物学兴起细胞生物学主要学术组织、学术刊物与教科书

学术组织

学术刊物

教科书学术组织

细胞生物学国际联盟

1976开始，每4年1次细胞生物学大会

1980我国成立细胞生物学学会

1990我国举办首先亚太地区细胞生物学大会

编写10多种细胞生物学教学用书，一大批细胞生物学专门人才学术期刊CellScienceNatureEMBOJournalPNASJournalofCellBiologyNeuronAnnualReviewofCellBiologyTrendsinCellBiologyPlantCellMolecularandCellularBiologyMolecularBiologyoftheCellStructure国外学术期刊CurrentOpinionStructuralBiologyJournalofCellScienceCellDeathanddifferentiationCellgrowthanddifferentiationDNAandCellBiologyCellMotilityandtheCytoskeletonJournalofCellularBiochemistryJournalofCellularPhysiology国内学术期刊中国科学科学通报实验生物学报细胞生物学杂志CellResearch植物学报动物学报生物化学与生物物理学报微生物学报遗传学报生物化学与生物物理学进展生物化学与分子生物学报教科书郑国锠细胞生物学郝水细胞生物学教程汪德耀细胞生物学韩贻仁 分子细胞生物学汪堃仁薛绍白柳慧图细胞生物学郑国锠翟中和细胞生物学进展翟中和细胞生物学翟中和细胞生物学动态宋今丹医学细胞生物学汤雪明医学细胞与分子生物学

干细胞StemCell1999年，<<Science>>杂志将干细胞的研究评为世界十大科学成就之首,列在了人类基因组工程之前。引言1998年，美国人Thomson和Gearhat各自成功地从人类胚胎和胎儿细胞中分离出了人类胚胎干细胞。Thomson和Gearhart采用不同的途径成功培养干细胞的过程。

2000年，西北农林科技大学在国际上首次得到人类心脏跳动样细胞团，标志着我国干细胞研究挤身于世界先进水平。2001年底，<<Science>>又将干细胞研究置于值得关注的六大热门科技领域之首。2002年3月，美国麻省理工学院首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管。国内干细胞的研究先后得到了国家自然科学基金，国家“九五”攻关、“973”项目等的大力资助。本次课介绍的三个方面

一、干细胞生物学二、胚胎干细胞与成体干细胞三、干细胞的医学应用和研究状况

一、干细胞的概念及分类

（一）干细胞概念指细胞分化过程中出现的具有分裂增殖能力，能保持不分化状态，并能分化产生一种以上“专业细胞”的原始细胞。第一节干细胞生物学（二）干细胞的分类胚胎干细胞（embryonicstemcell,ES细胞）：指从着床前的内细胞团或原始生殖细胞获得的一种具有多潜能性、可发育成为各种细胞、同时可保持不分化状态而持续生长的克隆细胞系。成体干细胞：在成体组织内具有自我更新能力及能分化成一种或一种以上子细胞的未成熟细胞。二、干细胞的特点

（一）干细胞的形态和生化特点形态特点：圆形或椭圆形，体积较小，核质比较大，核中多为常染色质。生化特点：a.具有较高端粒酶活性;b.具有不同的生化标志：角蛋白15、nestin（巢素蛋白）。（二）干细胞的增殖特点1.缓慢性干细胞若干次分裂过渡放大细胞

是介于干细胞和分化细胞之间的中间态细胞。它可以起到通过较少的干细胞产生较多的分化细胞的作用。问：干细胞增殖的缓慢性有何生物学意义？分化细胞过渡放大细胞2.自稳性（self-maintenance）指干细胞在生物个体的生命历程中自我更新，并维持其自身数目恒定的特性。干细胞分化程度突变产生肿瘤的恶性程度低高高低干细胞的分化与其突变后产生肿瘤恶性程度的关系干细胞维持自稳性的机制：对称分裂和不对称分裂干细胞的对称分裂和不对称分裂对称分裂（symmetrydivision）不对称分裂（asymmetrydivision）干细胞

分化细胞

干细胞

分化细胞（三）干细胞的分化特点1.多潜能性（内胚层）

胃上皮（中胚层）

骨、软骨、平滑肌、横纹肌（外胚层）

神经表皮、神经节、复层鳞状上皮人胚胎干细胞具分化的多潜能性小鼠皮下注射

混合组织瘤人胚胎干细胞例：将成年雄性小鼠的造血干细胞移植到雌鼠体内，3天后在雌鼠的神经胶质细胞中检测到Y

染色体的存在，证明成体动物的造血干细胞可转分化成为神经胶质细胞。2.去分化和转分化的能力例二：造血干细胞向骨骼肌细胞的转分化（四）干细胞的分离与纯化1.通过干细胞表面的标记分子进行造血干细胞标记物为CD34＋等；神经干细胞的巢素蛋白。2.通过干细胞不同于一般分化细胞的物理特性进行

干细胞不被Hoechst33324和Rhodamine123染色。第二节胚胎干细胞与成体干细胞

（一）胚胎干细胞的研究历程1970年，MartinEvans从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外培养。1995年，美国从恒河猴囊胚中分离并建立了第一个灵长类动物的胚胎干细胞系。一、胚胎干细胞1998年，美国Thomson和Gearhat从体外受精形成的囊胚中及从5－9周龄流产胎儿的性腺脊和肠系膜中建立了人胚胎干细胞系。同年，我国中山医科大学李树浓教授的课题组成功地建立了人胚胎干细胞系。（二）人胚胎干细胞(hES)的特点形态：圆形或椭圆，体积较小，核质比较大，体外抑制分化培养时成鸟巢状，集落生长并紧密堆积，细胞界限不明显。永生化,增殖速度：36h分裂增殖一次。hES必须在含有白血病抑止因子（LIF）的培养基及成纤维细胞饲养层(freedercell)条件下才能保持繁殖而不分化。hES体外培养要解决的关键问题是维持细胞的分裂增殖而抑止其分化。

可诱导分化为各种成体干细胞；能维持稳定的正常的二倍体染色体结构；不被Hoechst33342和Rhodamine123染色。细胞膜表面有特殊的标记：SSEA-3，SSEA-4等。（三）人胚胎干细胞的来源与鉴定

1.来源

a.取自终止妊娠的胎儿的性器官组织。

Gearhart法b.取自体外受精胚胎囊胚期内层细胞。

Thomson法c.通过体细胞核转移技术获得胚胎干细胞系的建立过程分离囊胚的内细胞群分离胚胎生殖腺脊细胞

与成纤维细胞共培养ES细胞非分化增殖

胚胎干细胞的鉴定

定向诱导分化成体干细胞功能细胞a.具有正常稳定的二倍体核型和带型。b.

具有较高的端粒酶及碱性磷酸酶活性。人胚胎干细胞系端粒酶活性都很高，说明其可在体外未分化状态进行长期培养。C.不被Hoechst33342和Rhodamine123染色2.鉴定d.

人胚胎干细胞有特异性表面抗原的表达胚胎阶段特异性抗原SSEA-1SSEA-3SSEA-4Thmoson等分离的hES阴性弱阳性强阳性Gearhart等分离的hES阳性弱阳性阳性小鼠ES阳性阴性阴性鼠和人胚胎干细胞表达的表面抗原有种属差异。Gearhart等认为SSEA-1阳性可能是源于原始生殖细胞的多能干细胞分化的标志。e.能分化成三个胚层的细胞，可诱导分化为各种成体干细胞。成体动物的许多组织和器官具有修复和再生能力，成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。二、成体干细胞细胞形态：集落呈非贴壁生长，细胞形态较小，类似小淋巴细胞，约75％处于G0期。主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。人造血干细胞表面标志：CD34＋（表达KDR血管内皮生长因子受体）、CDw90。“时间”上有HSC（呈KDR＋）,祖细胞（呈KDR-）、前体细胞、功能血细胞的分化阶段。我国已能用异体外周血干细胞移植代替骨髓移植来治疗白血病。造血干细胞(hematopoiticstemcell，HSC)神经干细胞(nuralstemcell，NSC)细胞形态：胞体很小，从胞体伸出许多长的神经突。NSC可增殖分化出中枢神经系统的三种基本细胞：神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。神经干细胞的生化标记－巢素蛋白及波形蛋白。成体中枢神经系统的下脑室区、嗅球、海马中存在NSC。NSC的发现，为帕金森病等神经退形性疾病、脊髓损伤的治疗及组织工程中的细胞来源带来新的契机。第三节干细胞的医学应用及研究状况一、干细胞的医学应用（一）干细胞治疗的途径

1.一次性介入，永久性治疗；2.不需要完全了解疾病发生的确切机理；3.可应用于自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。（二）干细胞治疗的特点最适合于治疗组织坏死性疾病、退行性病变、自体免疫性疾病等。美国科学家已从脂肪组织中成功提取出干细胞，使人们看到了用干细胞临床治疗疾病的曙光。干细胞可以进行横向分化，多家实验室证明了人的骨髓干细胞可以横向分化为肝脏细胞、肌肉细胞、神经细胞等。（三）应用前景胚胎干细胞及其向神经细胞、肝细胞等的诱导分化研究，为发育中基因表达和调控、人体生物工程、药物毒性的研究等方面开辟了广阔的应用前景。干细胞的横向分化

二、我国和世界其他国家干细胞研究状况（一）我国的干细胞研究进展

1998年，我国先后将人胚胎干细胞诱导成了浆细胞、造血干细胞。1999年，小鼠胚胎干细胞系在上海建立。2000年，西北农大在国际上首次得到人类心脏跳动样细胞团。2002年8月，西北农林科技大学细胞工程技术研究中心主持的国家重大科技项目“牛和人类胚胎干细胞的研究”成果达到了国际先进水平，其中部分成果在国际上属于开创性研究成果。美国

1998年人胚胎干细胞系在体外的建立，带动了全世界的干细胞研究热潮。大批美国公立私立机构已经可以从骨髓、胚胎、脂肪、胎盘和脐带等渠道获得干细胞。（二）世界各国干细胞的研究状况英国第一个将克隆研究合法化，允许克隆胚胎进行干细胞研究，也可培养研究用胚胎，定性为“治疗性克隆”。但研究中使用过的所有胚胎必须在14天后销毁。以色列允许破坏胚胎以进行干细胞研究，首次成功用人类胚胎干细胞培育出了能自然跳动的心脏细胞。小结干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，按其生存和发育阶段，干细胞可以大致分为两类：胚胎干细胞和成体干细胞。其具有缓慢性与自稳性的增殖特点；干细胞的分化特点为具有多潜能性和具有转分化和去分化的能力，正是它的这两个特点使其在细胞替代疗法和组织器官移植上具有无比巨大的应用潜力。

思考题什么是干细胞，它可以分为几类？干细胞的增殖特点是什么，有何生物学意义？什么是胚胎干细胞，其研究有何意义？胚胎干细胞的获得有哪几种途径？

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

第一节核糖体的类型与结构

核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。

核糖体的基本类型与成分

核糖体的结构

核糖体蛋白质与rRNA的功能分析

一、核糖体的基本类型与成分

核糖核蛋白体，简称核糖体(ribosome)

基本类型

附着核糖体

游离核糖体

70S的核糖体

80S的核糖体

主要成分

r蛋白质：40%，核糖体表面

rRNA:60%,，核糖体内部二、核糖体的结构

结构与功能的分析方法

蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚基单位相关结构与功能的分析方法

离子交换树脂分离纯化各r蛋白

纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体重组装,示r蛋白与rRNA的结构关系

双向电泳技术示E.coli核糖体在装配各阶段与rRNA结合蛋白质的类型

双功能交联剂和双向电泳研究r蛋白在结构上的相互关系

电镜负染色与免疫标记技术结合，对r蛋白定位

对rRNA,特别16SrRNA结构的研究

70S核糖体小亚单位rRNA与r蛋白空间关系

同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。

不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上非常保守。

蛋白质结合到rRNA上具有先后层次性

核糖体的重组装是自我装配过程

16SrRNA的一级结构是非常保守的

16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构(stem-loopstructure)

rRNA臂环结构的三级结构模型蛋白质合成中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关

涉及的多数因子为G蛋白(具有GTPase活性)，核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点

成功地制备L11-rRNA复合物的晶体，获得了其空间结构高分辨率的三维图象

证实了前人用各种实验技术所获得的结论

提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可能的作用机制，为揭开核糖体这一具有30多亿年历史的古老的高度复杂的分子机器的运转奥秘迈出了极重要的一步三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析

核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关结合位点与催化位点

在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核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

与mRNA的结合位点：

新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点

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(exitsite)

肽酰tRNA从A位点转移到P位点(延伸因子EF-G结合位点)有关的转移酶：

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在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核糖体蛋白

在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分r蛋白质的主要功能

核糖体蛋白

很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。

多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因突变。

在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白的结构具有更高的保守性。在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分

具有肽酰转移酶的活性；

为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；

为多种蛋白质合成因子提供结合位点；

在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；

核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。r蛋白质的主要功能

对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；

在蛋白质合成中,某些r蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；

在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核糖体蛋白与rRNA共同行使功能。第二节聚核糖体与蛋白质的合成

多聚核糖体(polyribosome或polysome)

蛋白质的合成

RNA在生命起源中的地位及其演化过程

一、多聚核糖体

(polyribosomeorpolysome)

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

多聚核糖体的生物学意义

细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等

以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程

生命是自我复制的体系

DNA代替了RNA的遗传信息功能

蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能RNA在生命起源中的地位

早期简单生命生物大分子：遗传信息载体,又具酶的催化功能RNA

核酶：具催化作用的RNA(核酸水解、连接、mRNA剪接、聚合、磷酸化、氨酰基化、烷基化)，核糖体rRNA具肽酰转移酶活性

核糖：甲烷合成

RNA催化效率低

催化产生蛋白质DNA

DNA较RNA稳定、易修复、贮存大量信息，但mRNA拼接和蛋白质合成仍需RNA催化生命是自我复制的体系

三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA

可能是生命起源中最早的生物大分子。

核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。

由RNA催化产生了蛋白质DNA代替了RNA的遗传信息功能

DNA双链比RNA单链稳定；

DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能

蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；

与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。

核糖体1955年——Palade——电镜——腺细胞1958年——Roberts——命名——ribosome核糖体一.核糖体的形态结构非膜性细胞器；电镜：高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒。15-30nm核糖体原核细胞:长:20nm；宽：17nm真核细胞：长:30nm；宽：25nm第一节核糖体的形态结构和类型

电镜下核糖体为直径15—25nm致密小颗粒，由大、小亚基以特定形式组成，常以单体，或多聚体形式存在于细胞质中，内质网和核膜上。60S结构大亚基小亚基柄中心突嵴平台头部裂沟基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多肽中央管5，3，mRNA

A部位

P部位G因子T因子核糖体的四个活性部位供体受体多肽链转移酶ＧＴＰ酶二、核糖体的聚合和解离++Mg++—Mg++单体80S60S40S+Mg++—Mg++二聚体120S多聚核糖体三、核糖体的分类种类和沉降系数原核细胞核糖体真核细胞质核糖体真核细胞器核糖体叶绿体核糖体线粒体核糖体核糖体的种类和沉降系数核糖体的类型单体大亚基小亚基原核细胞核糖体70S50S30S真核细胞核糖体80S60S40S真核细胞器核糖体叶绿体核糖体70S50S30S线粒体核糖体55-80S(因种类而异）50S30S与内质网的关系游离核糖体：游离在细胞质中。附着核糖体（膜旁核糖体）：附着在内质网表面。rRNA蛋白质原核细胞核糖体(70S)：1.5:1真核细胞核糖体(80S):1:1化学组成70S核糖体50S30S80S核糖体60S40S23SRNA16SRNA5SRNA28SRNA5.8SRNA5SRNA18SRNA~34种蛋白质~21种蛋白质~45种蛋白质~33种蛋白质第二节核糖体的化学组成TheStructureofthe16SRibosomalRNA功能：参与蛋白质的生物合成。翻译：由mRNA分子中的核苷酸顺序转变为多肽链中氨基酸顺序的过程。一.遗传密码遗传密码的发现1961年——Nirenberg——实验三联体密码（密码子）：mRNA分子中每三个相邻的碱基决定了合成的肽链中的一种氨基酸。1966年——20种氨基酸——64种密码子所有64种密码子总称遗传密码第三节核糖体的功能TheroutefromtheDNAcodetotheprotein.Beforecelldivision,theDNAinourchromosomesreplicatessoeachdaughtercellhasanidenticalsetofchromosome.

Inaddition,theDNAisresponsibleforcodingforallproteins.

Eachaminoacidisdesignatedbyoneormoresetoftripletnucleotides.ThecodeisproducedfromonestrandoftheDNAbyaprocesscalled"transcription".ThisproducesmRNAwhichthenissentoutofthenucleuswherethemessageistranslatedintoproteins.

Thiscanbedoneinthecytoplasmonclustersofribosomes,called"polyribosomes".

Oritcanbedoneonthemembranesoftheroughendoplasmicreticulum.

Thecartoontotheleftshowsthebasicsequenceoftranscriptionandtranslationalevents.遗传密码的特征特征方向性：5，3，5，-UUG-3，亮氨酸5，-GUU-3，缬氨酸简并性和兼职简并性：同义密码兼职通用性不重叠无标点5，GTTTATGGTACGCTG3，D基因的阅读方式

缬酪甘苏亮

5，GTTTATGGTACGCTG3，E基因的阅读方式苯丙甲硫缬精

二、核糖体与多肽链的合成氨基酰—tRNA的合成氨基酸的活化：氨基酸（aa)+ATP+酶氨基酰-腺苷酸[酶·aa·AMP]+PP氨基酰-tRNA的生成:[酶·aa·AMP]+tRNA氨基酰-tRNA(aa·tRNA)+AMP+酶蛋+蛋蛋蛋+UAC+UAC三元复合物的生成：起始因子(IF3)30S前起始复合物的形成：起始因子(IF2)70S起始复合物的形成：GTP——GDP+Pi30S小亚基+mRNA（起始信号部位）+IF3—

IF3-mRNA-30S三元复合物IF3-mRNA-30S三元复合物+IF2+fMet-tRNAf—

IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf+IF3IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf+50S大亚基—

30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf+IF2肽链合成的起始TransferRNA(tRNA)isbasicallycloverleaf-shaped.tRNAcarriestheproperaminoacidtotheribosomewhenthecodonscallforthem.Atthetopofthelargelooparethreebases,theanticodon,whichisthecomplementofthecodon.Thereare61differenttRNAs,eachhavingadifferentbindingsitefortheaminoacidandadifferentanticodon.ForthecodonUUU,thecomplementaryanticodonisAAA.AminoacidlinkagetothepropertRNAiscontrolledbytheaminoacyl-tRNAsynthetases.EnergyforbindingtheaminoacidtotRNAcomesfromATPconversiontoadenosinemonophosphate(AMP).

Whathappensatthesiteoftheribosome?Thecodeisactuallytranslatedonstructuresthatarealsomadeinthenucleus,calledRibosomes.

TheseribosomesprovidethestructuralsitewherethemRNAsits.

Theaminoacidsfortheproteinsarecarriedtothesiteby"transferRNAs,".

Inthecartoontotheleft,theseareshownasbluemolecules.

EachtransferRNA(tRNA)hasanucleotidetripletwhichbindstothecomplementarysequenceonthemRNA(seethethreelettersatthebottomofeachmolecule).ThetRNAcarriestheaminoacidatitsoppositeend.OnecantraceanddetectbindingofaparticulartRNA-aminoacidcomplextothemRNAbylabelingthataminoacid.

ItwillbindtoitstRNA.

Inthecasetotheleft,PhenylalanineisboundtothetRNAwhichcarriesthecomplementarybasecodeAAA(adenine-adenine-adenine).

ThistripletcodewouldbindtothecomplementarysequenceonmRNAUUU(uracilX3).

ThemRNAisshownasagreenarrow.

ThiscartoonshowstheselectivebindingsiteonthemRNAwhichisattachedintheribosome.

ItalsoshowsthetRNAcarryingthePhenylalanineboundatthesite

InthisparticularassaywhichusesapolyuracilmRNA,onlyphenylalanine-bearingtRNAisboundanddetectedonthefilter.

IF3IF2IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亚基IF2GTPUACfMet大亚基小亚基IF3IF2IF3小亚基5,3,AUGA位UACfMet5,3,AUG小亚基小亚基5,3,AUGIF3IF3IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAfIF2IF3UACfMet大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetIF2GTPGDP+PiIF2大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetA位GTPGDP+Pi肽链合成的起始1.氨酰基-tRNA进入A位肽链的延长2.肽键的形成3.移位循环重复过程参与的因子延长因子（EF)EF-T(EF-1):与氨基酰-tRNA和GTP结合形成一种复合物，并将其带到核糖体上。EF-G(EF-2):帮助肽酰基-tRNA由核糖体A位移向P位。GTP:提供能量肽链的延长P位A位P位A位fMetCGG丙UACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙1.氨酰基-tRNA进入A位2.肽键的形成UAC肽基转移酶形成肽键P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMet3.移位(由A位转移至P位）CGG丙fMet3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiUACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,ACUUAGACUUAGACUUAGACUUAGEF-TGTP肽链的延长P位A位CGG丙EF-TGTPUACfMetCGG丙fMetUAC肽基转移酶形成肽键P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝CGGP位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝fMet丙P位A位RF释放因子UGA丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUGA30S50S肽链的延长肽链合成的终止与释放IF3IF2IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亚基IF2GTPUACfMet大亚基小亚基IF3IF2IF3小亚基A位UACfMetGTPGDP+PiACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙CGG丙肽基转移酶形成肽键fMetP位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝EF-TGTP氨酰基-tRNA进入A位肽键的形成移位(由A位转移至P位）P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝fMet丙P位A位UGA释放因子RF丝fMet丙甘苏RF30S50SCGGUAC肽链合成的终止与释放ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMetCGG丙UGAIF3A位A位P位A位UGA丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUACfMetCGG丙UGC苏丝fMet丙甘核糖体合成的蛋白质结构蛋白：外输蛋白（分泌蛋白）：由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。某些结构蛋白（膜镶嵌蛋白、溶酶体酶蛋白、等）是由附着核糖体合成的。由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去。丝fMet丙甘苏多肽链的合成

蛋白质合成以后，有的蛋白质需要穿越内膜系统的疏水屏障到达细胞内外的作用点，才能进行其功能活动，也有许多膜蛋白不对称地并入膜系统，形成液态镶嵌的膜结构。

第四节蛋白质穿越内质网的移位机制要保证这些蛋白质能准确地选中细胞内膜系并越过它，而膜本身溶质仍然保持不透性，细胞中必然存在一种有关蛋白质穿越内质网的机制。一、蛋白质移位装置的必需组分(一)信号识别颗粒

是一类游离在细胞质内的核蛋白颗粒，由1条单一的7SRNA分子和6条多肽链组成，每条多肽链具有丰富的碱性氨基酸。SRP由1个蛋白质分子与RNA的连接启动了与其他5个蛋白质分子的相互结合。SRP的作用是识别新生肽链上的信号顺序并与之结合。

(二)SRP受体

SRP受体(SRP-receptor，SRP-R)，也称对接蛋白(dockingprotein)。SRP-R是一种内质网膜整合蛋白，分子量为72kDa，为一个异二聚体，两条链均具有GTP酶活性区域。这样，涉及蛋白质定位的GTP酶活性区域共有3个。Signalrecognitionparticle(SRP)BringsproteintoERBindssignalsequenceonproteinBindsSRPreceptoronERRNA-proteincomplexSignalrecognitionparticle(SRP)binds signalsequence-->blockstranslationSRPbindsSRPreceptorRibosomebindsribosomereceptorPolypeptidemovesintoporeEndomembraneandsecretedproteinsEndomembraneandsecretedproteinsGTPhydrolysed-->SRPreleasedTranslationcontinues;polypeptidetransportedthroughporeproteinEndomembraneandsecretedproteinsSignalsequenceremainsboundtoporeproteinSignalsequencecleavedbysignalpeptidasePolypeptidereleasedinERlumen二、蛋白质跨膜移位的机制

(一)翻译复合体的形成

首先40S小亚基与mRNA的5，区结合，随之大亚基又与小亚基结合，形成具有翻译功能的核糖体，也称翻译复合体。在60S亚基上存在一个狭小的通道，可容纳多肽链上的30个氨基酸残基。细长的肽链即穿行于该通道中。

首个核糖体形成并沿mRNA移动6个核苷酸后，第二个翻译复合体随之形成。随着第二个核糖体阅读至第6个核苷酸，第三个翻译复合体即形成。这种核糖体的加载过程一直持续到mRNA上满载为止。

(二)SRP对信号序列的识别

翻译开始之后，新生肽链最初形成的即为信号肽顺序。信号肽(signalpep—tide)即信号顺序，它不是一条独立的多肽链，只是新生蛋白质(多肽链)上一段特殊的氨基酸顺序，位于氨基端的末端，含有较大比例的疏水性氨基酸。

不同蛋白质中信号肽的长度和氨基酸种类并非固定不变。一旦信号肽顺序从核糖体大亚基的狭小通道中浮现出来，细胞质中的信号识别颗粒(SRP)能迅速识别信号肽并与之结合，形成新的复合体(翻译复合体+SRP)。

新复合体形成之后，会引起肽链延长的暂时中止，即SRP对蛋白质的延长有阻遏作用。(三)SRP与SRP-R的识别

新复合体(翻译复合体+SRP)上的SRP能特异性地被位于内质网膜上的SRP-R所识别，并迅速结合。一旦核糖体准确地选中内质网的目标，SRP和SRP-R都游离出来，参加重循环(SRP循环)。(四)蛋白质通道的形成

SRP与SRP-R结合之后，引起SRP-54的GTP酶活性区域和SRP-R的2个亚基上的GTP酶活性区域被激活，进而引起SRP从核糖体上释放出来，SRP-R将核糖体转附在通道蛋白——移位子(translocon)上。移位子是嵌附在内质网上的一种蛋白复合体，它与形成蛋白质穿越内质网的管道直接相关。(五)蛋白质进入内质网管腔

在翻译复合体向移位子转移的同时，信号肽从与SRP的结合状态中释放出来，并与镶嵌在内质网膜上的信号顺序结合蛋白结合，SRP颗粒重新游离到细胞质中，翻译又重新开始。随着多肽链的延长，信号肽被信号肽酶水解，新生肽链直接进入内质网管腔。当翻译到达终止密码时，核糖体从mRNA上脱落，并且蛋白质的最后一个氨基酸残基穿过内质网膜，整条多肽链完全进入内质网管腔中。内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒

(SRP)核糖体结合蛋白tRNAAP核糖体mRNA信号肽A移位机制UCAG遗传密码表第一碱基(5,)UCAG第二碱基第三碱基（3，）UCAGUCAGUCAGUCAG苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸亮氨酸丝氨酸终止密码终止密码亮氨酸丝氨酸终止密码色氨酸亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸甲硫氨酸*+合成起步信号

苏氨酸赖氨酸精氨酸缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸

基本知识概要第一节基本概念一、生命活动的基本单位1，有机体的组成和结构单位2，代谢和功能的单位3，生长和发育的基础4，具有遗传的全能性二、细胞概念的一些新思考多层次非线性的复杂结构体系；物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体；高度有序的，具有自装配与自组织能力的体系。三、细胞的基本共性1，具有生物膜结构2，具有DNA和RNA两种核酸3，具有蛋白质合成的机器4，以一分为二的方式进行增殖第二节非细胞形态的生命体一、病毒的基本知识二、病毒在细胞内的增殖

1，病毒侵入细胞（呑饮或膜融合）

2，病毒核酸的复制、转录与蛋白质合成

3，病毒的装配、成熟与释放（膜融合或裂解）三、病毒与细胞在起源和进化中的关系核酸－蛋白质复合体。病毒（virus），类病毒（viroid），盶病毒（prion）动物病毒，植物病毒，细菌病毒DNA病毒（单、双链），RNA（单、双链）生物大分子－病毒－细胞疱疹病毒腺病毒人类天花病毒骨髓灰质炎病毒病毒衣壳的排列第三节原核细胞与古核细胞一、支原体(mycoplast)（最小、最简单的细胞）二、细菌和蓝藻（原核细胞的代表）三、原核细胞与真核细胞比较膜，环状双螺旋DNA，多聚合糖体，700多种蛋白；细菌的1/10，在培养基上生长。细菌：环状DNA，细胞膜，中膜体，细胞壁，荚膜，鞭毛，核外DNA，内生孢子蓝藻：环状DNA，中心质，光合片层，内含物，细胞分裂肺炎支原体衣原体立克次氏体大肠杆菌弧形霍乱菌淋病球菌

古核细胞（古细菌）古核生物（archaeon），古细菌(archaebacteria)，或原细菌产甲烷细菌、盐细菌、硫氧化菌等100余种。生于极端环境。古核生物介于原核生物与真核生物之间，更近于真核生物细胞壁组成和结构DNA与基因结构核小体结构核糖体（60种蛋白质）5SrRNA和16SrRNA序列第四节真核细胞基本知识概要一、基本结构体系

1，生物膜系统

2，遗传信息表达结构体系

3，细胞骨架体系二、细胞大小三、细胞形态结构与功能的关系四、植物细胞与动物细胞比较病毒、支原体、细菌、动植物细胞、原生动物细胞中心体、细胞壁、液泡、色素体、胞间连系

膜抗原与免疫细胞膜抗原血型抗原组织相容性抗原淋巴细胞与特异性免疫作用抗原与抗体分子结构膜表面免疫球蛋白—抗原受体T、B淋巴细胞与特异性免疫作用膜抗原第一节细胞膜抗原细胞表面有各种各样表示其“社会属性”的标志种族抗原（表明它属于哪一个种族），组织相容性抗原（个体），组织分化抗原（器官组织），胚胎抗原（发育阶段）。意义：诊治、输血、器官移植、肿瘤。抗原(antigen):凡能刺激机体免疫系统(脾.骨髓.胸腺和淋巴细胞等)发生各种生理和病理过程的异物分子,统称抗原。细胞膜抗原(membraneantigen,cellsurfaceantigen)：细胞膜表面具有抗原性质的大分子，多为镶嵌在细胞膜上的糖蛋白和糖脂。血型抗原:组织相容性抗原一、血型抗原

血型抗原（bloodgroupantigen）：是存在于人类红细胞膜上的主要抗原(在人类有20多种血型系统)，是一种跨膜糖蛋白，在红细胞膜中的结构方式如下图：ABO血型抗原:人类红细胞表面的主要抗原，其化学成份是一类糖脂，决定抗原性质的是其寡糖链部分。半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖(前体物)岩藻糖(H抗原)半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖岩藻糖乙酰氨基半乳糖岩藻糖半乳糖（A抗原）（B抗原)（AB抗原）

一条多肽链,氨基端为亲水性,伸向细胞外表面;

多肽链中段的α螺旋节端横跨非极性的脂质双层;

羧基端也为亲水性,位于膜的内表面,伸入细胞质中。血型糖蛋白的氨基端多肽链片段连接有许多条寡糖链分支,其糖残基具有特定的结构序列。GlycoproteinsandglycolipidsCarbohydratescovalentlyattachedFoundonoutsideofcellInvolvedincellidentity(bloodgroupantigens)MN血型抗原血型糖蛋白：糖占60％；唾液酸酶可使之丧失血型特性；M型的第一及第五位氨基酸分别是丝氨酸和甘氨酸，N型的是亮氨酸和谷氨酸；共显性遗传。凡能引起个体间组织器官移植排斥反应的抗原称组织相容性抗原（histocompatibilityantigen），是广泛存在于各种组织细胞膜上的抗原。

二、组织相容性抗原HLA抗原：主要存在于白细胞中，故称人白细胞抗原（humanleucocyticantigen，HLA）。

HLA是白细胞表面的跨膜糖蛋白，由大小两条肽链构成。已知HLA抗原有数百种（550）（高度多态性、连锁不平衡、单元型遗传），可组成不同的组织型，是个体特异性的标志。“身份证”与亲子鉴定及个体识别，器官移植等。第二节淋巴细胞与特异性免疫作用抗原与抗体分子结构膜表面免疫球蛋白—抗原受体T、B淋巴细胞与特异性免疫作用一、抗原与抗体分子结构抗原(antigen):凡能刺激机体免疫系统(脾.骨髓.胸腺和淋巴细胞等)发生各种生理和病理过程的异物分子,统称抗原。抗原决定簇（antigenicdeterminant）:抗原被免疫系统所特异识别和作用（结合）部位的结构基团（抗原分子的“脸谱”）。抗体（antibody)TypicalantibodystructureProteinswithhighlyspecificbindingsitesalsocalledimmunoglobins,Igs2heavy(H)chains2light(L)chains2variableregions-whichattachtospecificantigen1constantregion>>designationofclass

ImmunoglobulinClasses二、膜表面免疫球蛋白—抗原抗体淋巴细胞膜上具有能识别抗原的受体，它是一类镶嵌在膜脂质双层中的免疫球蛋白，也称为膜抗体，与免疫细胞分泌的游离抗体相似而非完全相同。B淋巴细胞表面主要由免疫球蛋白M（SIgM）TheBCellReceptor(BCR)Expressedoncellmembrane.Uponbindingtoantigen-ittransducessignalintothecell(throughIga,bmolecules).Signalfurtheramplifiedbyco-receptors.BindingleadstointernalizationoftheBCR+antigen,antigenprocessing,andpresentationbyMHCclass-IImolecules.HelperTcellsrecognizingthespecificantigenpresentedbytheBcell,willactivatethecellB细胞抗原受体T细胞受体结构图三、T、B淋巴细胞与特异性免疫作用B淋巴细胞是体液介导免疫反应的主角ClonalSelectionofBCellsisCausedbyAntigenicStimulationHelperT-cellsT-cellshaveTcellreceptors(TCR)specifictoaparticularantigenTCRgenesrearrangeAntigenrecognizedincombinationwith

majorhistocompatibility(MHC)complex.RecognitionleadstohelperT-cell

activation,proliferation(mitosis)T细胞是细胞介导免疫反应的主角HelperT-cellsActivatedHelperT-cellssecretecytokineswhenboundtoB-cell-thereforeactivatingit.B-celldifferentiatesintoplasmacellsandmemorycellspostgolgivesicles/compartments内膜系统真核细胞的细胞质是指细胞内除细胞核外的所有成分。细胞质中除去有形成分（细胞器）以外的可溶性成分，成为细胞质基质，也称为细胞液（cellsap）、细胞溶胶（cytosol）或透明质（hyaloplasm）。细胞质基质一般占真核细胞整个体积的50％—60％，是细胞内蛋白质和糖类等物质合成、物质运输、能量代谢和信息传递等的重要场所。第一节细胞质基质的化学组成及某些物理特性按分子质量的大小，大致可分为以下三类。1.小分子类：水、无机离子。2.中分子类：脂类、糖、氨基酸、核苷酸及衍生物。3.大分子类：蛋白质、多糖、脂蛋白及RNA等。包括的酶涉及①蛋白质合成；②核酸合成；③脂肪合成代谢（大部分）；④糖酵解及戊糖磷酸途径；⑤糖原代谢。一、细胞质基质的化学组成二、细胞质基质的某些物理特性

液晶态,生理状况不同,黏性和液体性随之变化,有弹性。第二节细胞质基质的生物学特性可有以下几个方面。1.在生长时期,同化作用大,体积增加,到一定程度就进行分裂。2.是物质反应的场所。3.应激性(对外界环境的反应,运动与收缩)。4.本身具有外部运动和内部运动的特性。第三节细胞质基质的