医学细胞生物第五版知识点大全VIP

医学细胞生物第五版知识点大全医学细胞生物第五版知识点大全/医学细胞生物第五版知识点大全医学细胞生物学复习知识点【第一章绪论】细胞生物学概述地球上所有生物均由细胞构成，细胞是生物体结构和功能的基本单位。一、细胞生物学的概念与研究内容概念细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。研究内容分三个层次：显微（细胞）水平光学显微镜技术亚显微（亚细胞）水平电子显微镜技术分子水平分子生物学技术、生物物理学方法研究内容研究对象：细胞研究特点：结构与功能相结合关注细胞间的相互关系，阐明生物体的生命现象的机制和规律，包括：生长、发育分化、繁殖运动遗传、变异衰老和死亡细胞遗传学基因组学（genomics）细胞生理学新兴领域蛋白质组学（proteomics）分支学科细胞社会学细胞组学（cytomics）膜生物学染色体生物学干细胞生物学细胞生物学研究的常用模式生物细菌基因调控、细胞周期等酵母蛋白质分泌和膜的起源线虫细胞凋亡的调控果蝇分化细胞系的产生斑马鱼脑和神经系统的形成和功能小鼠(包括培养细胞)肿瘤等疾病模型拟南芥器官的发育和模式细胞生物学在生命科学中的地位生命科学的重要分支学科、生命科学的基础学科、现代生命科学中的前沿学科之一、生命科学中最为活跃的研究领域之一细胞生物学的两种重要研究方式：表型特征分子机制生物大分子其对细胞功能或行为的影响因此，细胞生物学也被称为:细胞分子生物学或分子细胞生物学第二节细胞生物学发展的几个主要阶段一、细胞的发现与细胞学说的创立1.细胞的发现1665年英国物理学家RobertHooke观察到了软木塞中的蜂窝状小室，并将其命名为cell（细胞）。自1677年开始，荷兰科学家A.VanLeeuwenhoek用自制的高倍放大镜和显微镜观察到了包括精子、细菌在内的活细胞。2.细胞学说的创立1838-1839年施莱登和施旺提出了细胞学说（CellTheory）。基本内容：一切生物，从单细胞生物到高等动、植物都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。1855年R.Virchow提出“一切细胞只能来自原来的细胞”，完善了细胞学说。细胞学说创立的意义：推动作用19世纪自然科学的三大发现之一二、光学显微镜下的细胞学研究19世纪中叶到20世纪初期技术：固定和染色发现：无丝分裂中心体有丝分裂线粒体减数分裂高尔基体三、实验细胞学阶段20世纪初期到20世纪中叶主要特点：采用多种实验手段研究细胞的生化代谢和生理功能主要工作：Morgan“基因学说”：基因是遗传性状的基本单位组织培养技术检测细胞中核酸的方法从活细胞中分离出细胞核和各种细胞器四、细胞生物学的诞生与发展电子显微镜的发明和20世纪中叶分子生物学的发展，标志着亚显微结构与分子水平相结合的细胞生物学的开端4.1电子显微镜的应用使细胞学研究深入到亚显微水平1933年：德国E.Ruska等人发明了电子显微镜（透射电镜）1940-1980：电镜的技术不断革新，明确了过去在光镜下看到的高尔基体和线粒体；发现了过去在光镜下看不到的细胞器:内质网、溶酶体、核糖体、细胞骨架结构4.2分子生物学的研究进展促进了细胞生物学的形成与发展1952年RE.Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962年诺贝尔生理学与医学奖。1953-1970：分子生物学进入一个快速的发展时期：证明DNA复制为半保留复制发现“中心法则”（centraldogma:DNA→RNA→蛋白质发表三联体密码假说、确定了DNA中编码氨基酸的“密码子”建立了DNA重组技术和DNA序列分析技术以上理论和技术的建立，使细胞的形态结构和生理功能研究深入到分子水平，形成了从分子水平、亚细胞水平和细胞整体水平来探讨细胞生命活动的学科，即细胞生物学(Cytology发展为CellBiology开始于20世纪60年代)。DNA双螺旋模型提出之后,伴随一系列分子生物学技术的建立，使细胞生物学与分子生物学紧密结合。让人们能够在分子水平上探索细胞的各种生命活动。从此细胞生物学的研究进入分子细胞生物学时代。五、细胞生物学的发展趋势单个细胞显微、亚显微、生物个体水平研究细胞功能的分子基础，分子水平的研究研究细胞间相互作用、分工协作的社会关系。第三节细胞生物学与医学1.细胞生物学是现代医学的基础和支柱学科医学要解决的问题：是阐明人的生、老、病、死等生命现象的机制和规律，并对疾病进行诊断、治疗和预防细胞是体现人类生、老、病、死之单位：人类生命从受精卵开始，经过胎儿、新生儿、幼年、成年、老年直至死亡等过程，这些过程都是以细胞为单位进行的细胞的结构损伤和功能紊乱是的疾病的本质所在：癌症：是正常细胞癌变的结果糖尿病：是胰岛细胞受损或机体细胞失去对胰岛素的反应阿尔茨海默病（老年痴呆症）：胆碱能神经元进行性死亡帕金森病：多巴胺能神经元受损2.医学细胞生物学的概念医学细胞生物学作为细胞生物学的一个重要分支，所要探讨的主要是与医学相关的细胞生物学问题，这些问题往往是疾病发生发展的基础。以揭示人体各种细胞在生理和病理过程中的生命活动规律为目的，期望能对人体各种疾病的发病机制予以深入阐明，为疾病的诊断、治疗和预防提供理论依据和策略，这就是医学细胞生物学的主要研究内容。细胞生物学是转化医学研究的基石：转化医学强调将基础研究与解决患者实际问题相结合，实现从“实验室到床边”的转化。【第二章细胞的概念与分子基础】一、原核细胞与真核细胞的区别？二、细胞的化学组成是什么？三、如何理解细胞组分及其表现形式的动态变化第一节细胞的基本概念自然界中的生物：可区分为3个域细菌域生物(prokaryoticcell)：原核细胞古菌域生物（archaeon）：古核细胞真核域生物(eukaryoticcell)：真核细胞一、原核细胞种类：支原体最小最简单的细胞；细菌原核细胞的典型代表。原核细胞的特点：结构简单，仅由细胞膜包绕；细胞质内含有DNA区域，但无被膜包围。胞质内没有细胞器，但有核糖体(70S,大亚基50、小亚基30）。在裸露的环状DNA分子中，基因的编码序列排列在一起，无内含子。蛋白质合成特点：转录与翻译同时进行。细菌结构示意图二、真核细胞高等生物由真核细胞组成真核细胞的形态：多样真核细胞的大小：10-20µm,但卵细胞大。真核细胞的基本结构：细胞膜光学显微镜下细胞质细胞核（可看到核仁）（光镜下的结构称显微结构）胞质中可看到:膜性细胞器:内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物电子显微镜下酶体、线粒体;细胞骨架:微管、微丝、中间纤维.胞核中可看到：染色体、核骨架.（电镜下的结构称亚显微结构）三、原核细胞与真核细胞的比较第二节细胞的分子基础(细胞的化学组成)细胞中的化学元素基本元素：C、H、O、N(占90%)、S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe(此12种占99.9%)微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Cr、Si、F、Br、I、Li、Ba一、组成细胞的生物小分子1.无机化合物：水和无机盐(1)水：含量最多（70%）存在形式：游离水，细胞代谢反应的良好溶剂结合水，与蛋白质分子结合，是细胞结构的重要成分。水的结构特点：水分子由1个氧原子和2个氢原子组成，呈V字形，尾端带负电，两翼带正电，从而表现出极性。A.水分子具有极性，因而是极性分子的良好溶剂。但不能溶解非极性物质(脂类)。B.水分子可同蛋白质中的正、负电荷结合。（2）无机盐：含量：细胞干重的2%—5%存在形式：离子状态：Cl-、HPO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+功能：维持细胞内外的渗透压和pH维持神经、肌肉应激性维持酶的活性与蛋白质或脂类结合2.有机小分子：是组成生物大分子的亚单位单糖多糖脂肪酸脂类氨基酸蛋白质核苷酸核酸（1）单糖小分子—单糖：(CH2O)n五碳糖(戊糖)：核糖六碳糖(己糖)：葡萄糖（2）脂肪酸小分子:脂肪酸无分支的具有偶数碳原子的脂肪族羧酸。结构特点：由两部分组成，一端是疏水性的长烃链，另一端是亲水性的羧基（-COOH）。分类：短链（2—4C）饱和（所有的碳原子均与氢原子结合）中链（6—10C）长链（12—26C）不饱和（碳原子间含有一个或多个双键）（3）氨基酸——蛋白质的基本组成单位（4）核苷酸磷酸P-P-P-P-P-P-戊糖核糖脱氧核糖碱基嘌呤AG嘧啶CTU二、组成细胞的生物大分子DNA——携带遗传信息RNA——遗传信息表达与调控蛋白质——构成细胞的主要组分（占细胞干重的50%）、维持细胞的形状结构、细胞功能的主要执行者多糖——存在于细胞表面和细胞间质脂类——细胞膜结构的主要组分（占膜成分的50%）DNA：由几十个~几百万个单核苷酸聚合而成，核苷酸为其组成单位。RNA:由DNA转录而来、与DNA上的区别仅在于RNA中的U替代了DNA中的T，RNA种类繁多。蛋白质：由几十个~几百个氨基酸组成的多聚体，氨基酸为蛋白质组成单位，氨基酸之间以肽键连接。蛋白质的一级结构:蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。蛋白质的二级结构:多肽链局部区域的氨基酸的规则排列。α-螺旋（α-helix）、β-折叠（β-sheet）α-螺旋（α-helix）：特点:右手螺旋螺旋一圈有3.6个氨基酸残基螺距为0.54nm氨基酸侧链伸向螺旋外侧螺旋的走向都为顺时针方向β-折叠(β-sheet)：多肽链充分伸展，两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段可平行排列，两条肽链走向可相同，也可相反。并通过肽链间的肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键从而巩固β-折叠结构。蛋白质的三级结构：三级结构是由不同侧链间相互作用形成的肽链折叠，相互作用的方式有氢键、离子键和疏水键等。具有三级结构的蛋白质即表现出生物学活性。蛋白质的四级结构：是在三级结构基础上形成的，在四级结构中每个独立的三级结构的肽链成为亚基，多肽链亚基之间通过氢键等非共价键的相互作用，即形成了更为复杂的空间结构。多糖大分子糖（动物细胞）双糖寡糖（植物细胞）多糖糖原(动物细胞)淀粉(植物细胞)“单糖分子通过脱水作用以糖苷键结合形成多糖。”糖类的功能：1.储存能量（糖原和淀粉）2.构成细胞的结构物质（如糖蛋白和糖脂是细胞膜的构成成分）3.在细胞识别、细胞粘附及信息传递中发挥重要作用（如免疫球蛋白IgG、粘附分子整合素等）脂类大分子—脂类甘油三酯（脂肪）磷脂甘油磷脂（四种）鞘磷脂甘油三酯：3分子脂肪酸与1分子甘油以酯键相连构成。磷脂：是细胞膜脂类的主要组分（见第四章）【第四章--细胞膜与物质的穿膜运输】掌握细胞膜的化学组成分子、生物学特性及细胞膜的分子结构模型。掌握小分子物质穿膜运输方式及特点，大分子和颗粒物质运输的胞吞与胞吐作用，受体介导的胞吞作用。熟悉细胞表面的特化结构，细胞膜异常时与某些疾病发生的关系。细胞膜又称质膜(Plasmamembrane)，是包围在细胞质表面的一层薄膜，是生命进化的关键一步。作用：与外界环境分隔，形成特有的内环境物质转运细胞外感受器：信号传递、细胞识别质膜生物膜——单位膜(电镜下呈“两暗夹一明”）内膜非共价键脂类脂质双层非共价键共价键非共价键结构组成蛋白质转运蛋白、连接体、受体、酶……糖脂糖类细胞外被糖蛋白功能：转运小分子大分子、大颗粒第一节细胞膜的化学组成与生物学特性一、质膜的化学组成（一）膜脂(细胞膜上的脂类）1.膜脂的组成成分：（1）磷脂（phospholipid）膜脂分子中含有磷酸基团是膜脂的基本成分,含量最高50%以上甘油磷脂以甘油为骨架磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸(负电荷)磷脂酰肌醇鞘磷脂（2）胆固醇Cholesterol——散布在磷脂分子之间结构特点：羟基/甾环/烃链（3）糖脂glycolipid分布在质膜的非胞质面结构特点：脂类+寡糖在植物、细菌：磷脂酰胆碱的衍生物动物：鞘氨醇衍生物，称鞘糖脂2.膜脂的特征：均为两性分子P72-73亲水（hydrophilic）头部极性基团疏水（hydrophobic）尾部C-H链（二）膜蛋白1.含量髓鞘膜25%线粒体内膜75%一般膜50%2.存在方式根据膜蛋白与脂质双层结合的方式不同分类（1）膜内在蛋白(穿膜蛋白),占70%-80%单次穿膜（下图A）多次穿膜（下图B）多亚基穿膜（下图C）（2）膜外在蛋白(周边蛋白）占20%-30%位于膜两侧，结合弱①蛋白质：借α螺旋与脂单层互作(胞质一侧,下图D）②蛋白质：附着在穿膜蛋白上(两侧,下图G、H)（3）脂锚定蛋白(脂连接蛋白）脂质分子+蛋白质（共价键）①脂肪酸链+蛋白质（胞质侧，下图E）②与磷脂酰肌醇分子相连的寡糖链+蛋白质（质膜外，下图F），称为“糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白”。（三）膜糖1.组成及存在形式①糖脂:脂类+寡糖②糖蛋白:蛋白质+寡糖多糖糖基化位点N-连接（天冬酰胺）O-连接（丝氨酸、苏氨酸）糖种类:葡萄糖\半乳糖\甘露糖\岩藻糖\唾液酸\N-乙酰半乳糖胺\N-乙酰葡萄糖胺2.含量2-10%3.存在部位非细胞质一侧细胞外被（糖萼）二、质膜的特性1.不对称性（1）膜脂的不对称性RBC外层磷脂酰胆碱、鞘磷脂糖脂内层磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺负电荷（2）膜蛋白的不对称性（3）膜糖的不对称性非细胞质一侧2.二维流动性（1）脂类的流动性运动方式侧向扩散:107times/sec翻转运动:<once/month旋转运动:弯曲运动:伸缩振荡运动：影响膜流动性的因素相变脂双层的液晶态特性相变液态晶态*相变：温度的变化导致膜状态的改变*相变温度：温度的下降可导致流动的液晶态转变为“冰冻的晶状凝胶”，当温度上升到某一点时又可转变为液晶态，该临界温度谓之相变温度。脂肪酸链（C-H链）的饱和度:含不饱和碳氢链的膜流动性大C-H链的长度:含短碳氢链的膜流动性大胆固醇的含量:双重调节作用相变温度以上：胆固醇含量高,膜稳定性好相变温度以下：干扰晶态形成卵磷脂与鞘磷脂的比例卵磷脂比例高,膜流动性好膜蛋白的结合方式（2）膜蛋白的流动性侧向扩散实验证实：细胞融合实验、光致漂白荧光恢复法（光脱色恢复技术）旋转运动三、生物膜的分子结构模型1.流动镶嵌模型——是目前普遍接受的模型脂质双层内在、外在蛋白流动性/不对称性晶格镶嵌模型、板块模型——是对该模型的有效补充2.脂筏模型——是在流动镶嵌模型基础上的新进展脂筏（lipidraft):由特殊脂质和蛋白质组成的微区，富含胆固醇和鞘磷脂，聚集一些特定种类的膜蛋白。该微区比膜的其他部分厚且较少流动。利于:蛋白质相互作用、蛋白质变构功能：参与信号转导、受体介导的胞吞第二节小分子物质和离子的穿膜运输物质跨膜运输可以分为被动运输和主动运输两大类被动运输简单扩散易化扩散一、简单扩散（simplediffusion）⑴特点溶质分子通过质膜进行自由扩散，不需要膜转运蛋白协助。转运是由高浓度向低浓度方向进行，所需要的能量来自高浓度本身所包含的势能，不需要细胞提供能量。膜的选择通透性易于通过膜的物质脂溶性物质不带电荷小分子物质不易通过膜的物质带电荷物质大分子物质⑵条件溶质必须能透过膜；溶质在膜两侧保持一定的浓度差。二、易化扩散（facilitateddiffusion）1.定义在特异性的膜运输蛋白介导下，一些非脂溶性（或亲水性）的物质顺电化学梯度的跨膜转运。不消耗细胞的代谢能，属于被动运输。膜运输蛋白（membranetransportprotein）是指细胞膜上负责转运不能通过简单扩散穿膜的物质的蛋白质。如负责转运各种离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸及各种代谢产物的载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白（carrier）：与特定溶质分子结合，通过构象改变进行物质转运，既介导被动运输又介导主动运输。2.特点具有选择性、特异性转运速率远高于直接穿膜的简单扩散，但低于通道具有饱和性，存在最大转运速度门控通道的类型配体门控通道离子通道型受体与胞外特定配体结合后构象改变，“闸门”打开，允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道。电压门控通道跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象变化，使通道开放，离子顺浓度梯度自由扩散通过细胞膜。通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞及腺上皮细胞等。应力激活通道通道蛋白受应力作用，引起构象改变而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入细胞，引起膜电位变化，产生电信号。如内耳毛细胞感受声波震动——听觉的产生离子通道的特点介导被动运输；对离子有高度选择性；转运速率高；不持续开放，受“闸门”控制。水通道介导水的快速转运1.定义：细胞膜上由水孔蛋白（aquaporin，AQP）形成的专一性转运水分子的通道。2.水通道蛋白的结构水通道在质膜上是由四个对称排列的圆筒状亚基包绕而成的四聚体，每个亚基(即一个AQP1分子)的中心存在一个只允许水分子通过的中央孔，孔的直径约0.28nm，稍大于水分子直径。3.水通道的特点（1）持续开放的膜通道蛋白。（2）转运速度快：一个AQP1通道蛋白每秒钟可允许3×109个水分子通过。（3）水分子移动方向完全由膜两侧的渗透压差决定。被动运输（passivetransport）小结比较简单扩散和易化扩散运输方式主动or被动运输？运输方向是否需要膜运输蛋白？是否消耗能量？溶质转运速度简单扩散易化扩散三、主动运输主动运输定义载体蛋白介导的物质逆电化学梯度、由低浓度一侧向高浓度一侧进行的穿膜转运方式。与某种释放能量的过程相偶联，能量来源包括ATP水解、光吸收、电子传递、顺浓度梯度的离子运动等。主动运输的特点（1）低浓度→高浓度运输。（2）需要能量。主动运输所需的能量来源主要有：通过水解ATP获得能量或离子浓度梯度势能（3）都由载体蛋白介导。主动运输的分类原发性主动运输继发性主动运输1、原发性主动运输(primaryactivetransport)：

原发性主动转运是指细胞直接利用代谢产生的能量将物质（通常是带电离子）逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵(ionpump)。ATP驱动泵特点：属穿膜蛋白，在膜的胞质侧有一个或多个ATP结合位点，能够水解ATP使自身磷酸化，利用ATP水解所释放的能量将被转运分子或离子从低浓度向高浓度转运，所以常称之为“泵”。具有专一性,如钠钾泵、氢泵、钙泵等。ATP驱动泵类型P-型离子泵：驱动阳离子跨膜转运，如钠钾泵。V-型质子泵：需ATP供能，对H+的转运。F-型质子泵：合成ATP，在能量转换中起重要作用，如线粒体ATP酶。ABC转运体：参与糖、氨基酸及小分子物质的运输。Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）结构组成:由2个α亚基（大亚基）和2个β亚基（小亚基）组成。α亚基是一个多次穿膜的膜整合蛋白，具有ATP酶活性，β亚基具有组织特异性，功能不清楚。功能1°水解一个ATP分子2°向细胞外输出3个Na+，转入2个K+3°维持渗透压平衡、保持细胞容积恒定、产生和维持膜电位、为某些物质的吸收提供驱动力。4°为蛋白质合成及代谢活动提供必要的离子浓度。2、继发性主动运输（secondaryactivetransport）间接利用ATP能量的主动转运过程。即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量非直接来自ATP的分解。⑴特点由Na+-K+泵（或H+泵）建立离子电化学梯度，载体蛋白间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质穿膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度的势能。⑵协同运输类型共运输（symport）：物质运输方向与离子转移方向相同，如：小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。对向运输（antiport）：物质运输方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+以调节细胞内的pH值。第三节大分子和颗粒物质的穿膜运输小泡运输（vesiculartransport）定义：大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜，物质进出是由膜包围，形成囊泡，通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运过程。发生位点：质膜及胞内各种膜性细胞器之间的物质运输。作用：促进细胞内外物质交换、信息交流等。胞吞（endocytosis）定义：指质膜内陷，包围细胞外物质形成胞吞泡，脱离质膜进入细胞内的转运过程，又称入胞或内吞。类型：根据胞吞物质的大小、状态及特异程度不同分为吞噬、胞饮和受体介导的胞吞。吞噬（phagocytosis）定义：细胞膜凹陷或形成伪足，摄入直径大于250nm的颗粒物质（如细菌、细胞碎片等）的过程，形成的小囊泡称吞噬体（phagosome）或吞噬泡（phagocyticvesicle）。细胞：具有吞噬功能的细胞——中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞。功能：在机体防御系统中发挥重要作用。胞饮（pinocytosis）定义：细胞质膜内陷，非特异性摄入溶质或液体的过程，形成的小囊泡称胞饮体(pinosome)或胞饮泡（pinocyticvesicle）。细胞分布：常见于巨噬细胞、白细胞、毛细血管内皮细胞、肾小管内皮细胞、小肠上皮细胞等。受体介导的胞吞（receptor-mediatedendocytosis）定义：细胞通过受体的介导摄取细胞外特异性蛋白质或其他化合物的过程。为细胞提供了高效、选择性地摄取细胞外大分子物质的方式。特点：具有选择性和高效性。胞吐（exocytosis）定义：细胞内合成的物质通过膜泡转运至细胞膜，与质膜融合后将物质排出细胞外的过程称为胞吐作用，也称为外排或出胞。胞吐作用分为两种类型连续性分泌（constitutivesecretion）受调分泌（regulatedsecretion）连续性分泌定义：连续性分泌途径指分泌蛋白在粗面内质网合成后，转运至高尔基复合体修饰、浓缩、分选、装入分泌膜泡，随即被运送到细胞膜，与质膜融合，将分泌物排出的过程。分布：普遍存在于所有的动物细胞中受调分泌定义：调节性分泌途径是指细胞分泌蛋白合成后被储存于分泌囊泡内，只有当细胞接受到细胞外信号的刺激，才能启动胞吐过程，将分泌物释放到细胞外。分布：存在于分泌激素、酶、神经递质的特化细胞中。【第五章细胞的内膜系统】掌握内膜系统的概念及结构组成。掌握糙面内质网、光面内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体的主要化学组成、结构特征与生理功能。熟悉内膜系统之间在结构、功能及来源发生上的相互关系。熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用。细胞内膜系统:真核细胞特有的结构与原核细胞相互区别的重要标志之一在结构、功能或发生上相互关联的一些由膜围绕的细胞器（核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体和各种小泡）；相互分隔成封闭性区室且各有一套独特的微环境。有相对固定的比邻关系；各部分互不干扰、但又互相依存、高度协调地进行各种代谢活动。主要功能是蛋白质的合成和分选核糖体(ribosome)（不属于细胞内膜系统）又名核蛋白体，没有膜包裹的颗粒状细胞器，蛋白质合成的机器，普遍存在于原核细胞和真核细胞中。核糖体唯一的功能是按mRNA的指令指导氨基酸高效而精确地合成蛋白质或多肽化学组成和基本类型RNA：60%，构成核糖体的骨架蛋白质：40%两种基本类型：70S的核糖体原核细胞2500X103真核细胞线粒体内的核糖体叶绿体内的核糖体80S的核糖体：除线粒体、叶绿体以外的真核细胞的核糖体4800X103分布原核细胞：大部分核糖体游离存在真核细胞：大部分为附着核糖体二．核糖体的结构

电镜下：颗粒状大亚基小亚基一般以游离状态存在，只有当小亚基与mRNA结合后，大亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体。三．细胞内分布与蛋白质合成分布附着核糖体—附着在粗面内质网上（合成分泌蛋白和膜蛋白）游离核糖体—游离在细胞质中（合成基础性蛋白）多聚核糖体：多个核糖体结合到一条mRNA链上排列，形成蛋白质合成的功能单位附着和游离核糖体的结构和功能相同，不同点在于合成蛋白质的种类不同。第一节内质网内质网的发现19世纪：在光镜下观察动物腺细胞时发现，称为动质。1945年：Porter等在电镜下观察小鼠成纤维细胞时发现，命名为内质网（endoplasmicreticulum,ER）。一、内质网的形态结构与基本类型（一）内质网的形态结构由一层生物膜包裹的相互连续的小管、小泡和扁囊组成的网状系统，膜厚约5～6nm。内腔—内质网腔内质网膜与核外膜连续内质网腔与核膜腔相通分布：内质网分布于内质区，并扩展、延伸至靠近细胞膜的外质区。除哺乳类成熟的红细胞之外，内质网普遍存在于各类细胞之中。（二）内质网的基本类型1、粗面内质网（rER）呈板层状整齐排列的扁囊表膜面附着许多颗粒状的核糖体内质网与核糖体共同形成复合机能结构主要功能合成分泌性蛋白和膜蛋白分泌蛋白合成旺盛的细胞（胰腺和浆细胞）—丰富、发达分化程度低（胚胎细胞、干细胞、肿瘤细胞或）—较少，但游离核糖体增多2、滑面内质网（sER）内质网表面无核糖体附着，少有扁囊结构，多由分支小管或小泡构成较为复杂的立体结构，常与粗面内质网相通。是脂质合成的重要场所，所占的区域较小在某些细胞中非常发达并具有特殊功能如：肝细胞中丰富—解毒作用睾丸、肾上腺细胞丰富—合成激素大多数细胞两者同时存在，但比例不同（胰腺外分泌细胞全部为rER，肌细胞全部为sER）内质网膜二、内质网的化学组成（占膜结构的50%，细胞体积10%以上，占细胞质量15-20%）内质网膜脂类：30%～40%——较细胞膜少，主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱较多，鞘磷脂较少。蛋白质：60%～70%——较细胞膜多，约30种。标志酶——葡萄糖-6-磷酸酶含多种酶系：蛋白质加工转运酶系、解毒酶系、脂类代谢酶系、碳水化合物代谢酶系等微粒体（microsome）：将组织匀浆经低速离心去除核及线粒体后再超速离心后分离出的内质网碎片三、内质网的功能蛋白质、脂类和糖类合成的重要基地扩大膜的表面积，有利于酶的分布提高代谢效率使细胞质区域化，为物质代谢提供特定的内环境参与物质运输，物质交换和解毒作用对细胞起机械支持作用（一）粗面内质网的功能1、信号肽介导的蛋白质的合成1975年，G.Blobel等提出信号肽假说，获1999年诺贝尔生理或医学奖。主要成分信号肽信号肽识别颗粒（SRP）信号肽识别颗粒受体（SRP-R）通道蛋白移位子、停止转移序列信号假说（signalhypothesis)：（1）信号肽引导核糖体结合到内质网膜；信号肽—蛋白质合成中最先被翻译的氨基酸序列信号识别颗粒（SRP）—细胞质溶胶中识别信号肽的颗粒（2）新生肽链到内质网腔的跨膜转运；协同翻译转运—多肽链穿过内质网膜入腔是与翻译同步进行（3）蛋白质在内质网腔内的折叠；分子伴侣—协助多肽折叠、装配和转运（4）大部分蛋白质在内质网腔内需糖基化，形成糖蛋白；（5）蛋白质由内质网向高尔基复合体的运输：小泡将分泌蛋白从内质网运输到高尔基复合体；（6）蛋白质在高尔基复合体内加工分选；（7）运输出细胞外；附着核糖体合成的蛋白质包括：细胞外分泌的蛋白质（抗体、酶、肽类激素、胞外基质蛋白）膜嵌入蛋白（细胞膜蛋白、内质网等膜性细胞器膜上的膜蛋白，还有膜受体和膜抗原）与其他细胞组分严格隔离的蛋白质需要进行复杂修饰的蛋白质某些可溶性蛋白合成后进入细胞基质中游离核糖体主要合成：细胞本身所需要的结构蛋白某些特殊蛋白质（红细胞中的血红蛋白）2.合成脂质：合成细胞所需要的全部膜脂（磷脂和胆固醇），其中最主要的是卵磷脂。

磷脂向其他膜转运的方式出芽方式：转运到高尔基体、溶酶体、细胞膜

水溶性载体蛋白：在膜之间转移磷脂3．蛋白质合成的质量控制

①从内质网输送到高尔基复合体的蛋白质必须正确的折叠和组装②否则将被留在内质网腔内

③通过内质网膜上的逆转运器输送到细胞质中并最终到细胞中降解

④由分子伴侣完成（可识别错误折叠和未完全装配的蛋白）（二）滑面内质网的功能

1．固醇类激素的合成和脂类代谢：

合成细胞所需的大部分膜脂，含有合成胆固醇的全套酶系和使胆固醇转化为类固醇激素的酶类

2．参与糖原的代谢：与糖原的合成无关但与糖原的分解有关

3．解毒功能：

肝脏的解毒作用—由滑面内质网完成（由肠道吸收的外源性毒物或药物以及代谢产生的内源性毒物，均由肝细胞的内质网通过氧化、甲基化、结合等方式降低或排除毒性）4．肌细胞中含有发达的滑面内质网（称肌浆网）：膜上有Ca2+-ATP，可将细胞基质中的Ca2+泵入肌浆网中贮存起来。当受到N冲动刺激后，肌浆网释放Ca2+到肌丝之间，激活ATP酶，使ATP→ADP，释放能量，肌肉收缩。第二节高尔基复合体(Golgicomplex)——蛋白质合成、加工、糖基化的场所一.形态结构▲具有极性（有比较恒定的位置和方向）▲富有特征性扁囊堆叠（弓形）▲大量大小不等的囊泡顺面—形成面、近内质网，有许多运输小泡（vesicles），筛选由内质网新合成的蛋白质和脂类，（凸面）然后将其输入中央扁囊区，一小部分再返回内质网反面—成熟面、近细胞膜，数目不等体积较大分泌泡（vacuoles）（凹面）中央扁平囊区（cisternae）—顺、反面之间高尔基复合体的3个区室的功能接受粗面内质网芽生的运输小泡；接受粗面内质网芽生的运输小泡；筛选由内质网合成的蛋白和脂类，将大部分转入扁囊去，少部分返回内质网。被标志性的化学反应——嗜锇反应显示蛋白质的糖基化、合成糖脂和多糖蛋白质的糖基化、合成糖脂和多糖可被标志性的化学反应——NADP酶反应显示体积较大的分泌泡，进行蛋白质的分选功能体积较大的分泌泡，进行蛋白质的分选功能二.化学组成蛋白质：60%含量低于内质网膜，高于细胞膜，含有多种酶类标志性酶——糖基转移酶脂类：40%卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间三．功能对来自内质网合成的蛋白质糖基化和分选发送（一）分泌蛋白的加工与修饰1．糖蛋白的合成和修饰：蛋白质的糖基化；糖脂的糖基化

2．蛋白质的加工改造：蛋白由无活性的酶原→有活性的蛋白（二）参与蛋白质的分选和运输

分选：不同区室对蛋白质糖链按顺序修饰→分泌蛋白、跨膜蛋白、溶酶体蛋白

运输：高尔基反面形成运输小泡→达细胞膜/溶酶体膜→膜融合、排出内容物挽救受体—识别错误分选而丢失的蛋白并将其运回高尔基复合体（三）形成溶酶体

先在内质网处合成溶酶体的膜蛋白、膜脂和各种酶，在高尔基复合体处加工修饰从反面分选运输，从反面以出芽方式形成。第四节溶酶体溶酶体的发现：1955年，ChristiandeDuve等人应用电镜观察鼠肝细胞时，发现一种富含各种水解酶的颗粒，将其命名为溶酶体(lysosome)。分布广泛（除成熟红细胞外，在原核细胞中尚未观察到溶酶体）内含多种酸性水解酶(60多种)细胞内消化器官溶酶体异质性细胞器（不同的溶酶体的形态大小甚至内容物都不完全一致）标志酶——酸性磷酸酶膜蛋白——高度糖基化（免受溶酶体内蛋白酶的消化）内部酸性环境（靠质子泵维持）溶酶体膜（与细胞膜和其他内膜不同）：含有特殊的转运蛋白（质子泵），可借助水解ATP释放出能量将H+泵入溶酶体内，使其内的H+浓度比细胞质中高100倍以上，以形成和维持酸性内环境溶酶体膜的蛋白质高度糖基化，以防止自身膜蛋白的降解具有多种载体蛋白可使水解后的产物向外运送形态特点和化学组成颗粒状，球形，一层单位膜包裹，内含多种高浓度酸性（ph5.0）水解酶，可分解核酸、蛋白、多糖和脂类。二.溶酶体的类型传统初级溶酶体:前溶酶体→成熟溶酶体，只有酶而无底物次级溶酶体:初级溶酶体+底物按形成过程、功能状态内体性：由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成吞噬性：内体性溶酶体+被水解的各种吞噬底物融合形成自噬性——底物来自细胞内—自噬性——底物来自细胞内—衰老崩解的细胞器底物的来源、性质异噬性——异噬性——底物来自细胞外—细菌、异物等三级溶酶体——残余小体（residualbody)定义：未被消化和分解的物质残留在溶酶体中形成的电子密度较高、色调较深的小体。酶活性逐渐降低以致最终消失，进入溶酶体生理功能作用的终末状态。常见的残余小体:脂褐质(lipofusion)：神经细胞、心肌细胞含铁小体(siderosome)：单核巨噬细胞多泡体(multivesicular)：神经细胞、卵母细胞、盐酸细胞髓样结构(myelinefigure)：肿瘤细胞、病毒感染细胞、巨噬细胞系统内体性溶酶体的形成过程：酶蛋白在内质网合成并糖基化形成带有甘露糖的糖蛋白；甘露糖糖蛋白转运至高尔基复合体形成面，被磷酸化形成溶酶体酶的分选信号M-6-P；在反面高尔基网腔面，被M-6-P受体识别，包裹形成网格蛋白有被小泡；有被小泡脱被形成无被小泡与胞内晚期内吞体结合成内体性溶酶体；在前溶酶体膜上质子泵作用下形成酸性内环境，溶酶体酶与M-6-P受体解离，去磷酸化而成熟。三．溶酶体的功能：

内/外源性物质的消化，参与生理活动和发育过程

（一）细胞内物质的消化

内源性——衰老、病变的细胞器

胞质中某些蛋白（含KFERQ序列）

更新细胞成分、维持生理功能

外源性——细菌、异物、红细胞、胞饮摄入的可溶性物质是细胞中胆固醇的来源

（二）细胞外物质的消化

受精——精子的顶体

骨质更新——破骨细胞的溶酶体

（三）自溶作用与器官发育

两栖类尾部的消失（细胞凋亡亦参与）

（四）参与激素分泌的调节分泌自溶现象

参与甲状腺素的生成第五节过氧化物酶体——仅存在于动物和人体细胞中（以肝、肾细胞中较为丰富）过氧化物酶体的发现1954年：过氧化物酶体（peroxisome）又称微体(microbody)，是J.Rhodin首次发现于鼠肾小管上皮细胞中的一种独特的结构。形态结构：一层单位膜包裹圆形或卵圆形直径0.2-1.7μm异质性电镜下：有些细胞过氧化物酶体内含有晶格结构,称为类核体或类晶体(尿酸氧化酶)。化学组成含40多种氧化酶过氧化氢酶——标志酶功能消除氧化底物产生的过氧化氢及毒物参与肝、肾的解毒功能参与核酸、脂肪、糖的代谢生物发生酶由细胞内的游离核糖体产生由信号肽引导到过氧化物酶体中第六节囊泡（vesicle）与囊泡转运一、囊泡的来源与类型细胞内物质运输的主要载体，每种囊泡表面都有特殊的标志，以确保转运物质送至特定的部位，目前至少有10种以上。1.网格蛋白有被囊泡来源：反面高尔基复合体或细胞膜介导蛋白质从反面向胞体内、溶酶体或膜运输；或反向运输。2.COPI有被囊泡来源：顺面高尔基复合体负责回收转运返回内质网和高尔基体的膜内蛋白的逆向运输3.COPII有被囊泡来源：粗面内质网介导从内质网到高尔基体的物质转运二、囊泡转运定义：囊泡以出芽的方式，从一种细胞器膜产生、脱离后又定向地与另一种细胞器膜相互融合的过程。1、囊泡转运是细胞物质定向运输的基本途径2、囊泡转运是一个高度有序并受到严格选择和精密控制的物质运输过程3、特异性识别融合是囊泡物质定向转运和准确卸载的基本保证4、囊泡转运是实现细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新的桥梁【第六章线粒体与细胞的能量转换】掌握线粒体的基本结构、功能和化学渗透假说的机制；熟悉线粒体相关的临床意义了解线粒体的发生第一节线粒体的基本特征一、线粒体的形态、数量和结构不同类型或不同生理状态的细胞，线粒体的形态、大小、数目及排列分布并不相同。形态：光镜下呈线状、粒状或杆状等。数量：因细胞种类而不同，细胞至少只含1个线粒体，最多的达50万个。代谢旺盛时，线粒体数量较多，反之线粒体的数量则较少。电镜下，线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构。外膜——膜上有多种转运蛋白，它们形成较大的水相通道跨越脂质双层，使外膜出现直径2～3nm的小孔，允许通过分子量在10000以下的物质，包括一些小分子多肽。内膜——通透性小，分子量大于150的物质不能通过；选择性高，膜上的转运蛋白控制内、外腔的物质交换，以保证活性物质的代谢。转位接触点（translocationcontactsite）在线粒体的内、外膜上存在的一些内膜与外膜相互接触的地方，此处膜间隙变狭窄，称为转位接触点。内膜转位子（Tim）——通道蛋白外膜转位子（Tom）——受体蛋白功能：蛋白质等物质进出线粒体的通道。基质（matrix）成分酶类：催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成。独立的遗传体系双链环状DNA：线粒体特有独立的遗传体系核糖体基粒（elementaryparticle）内膜（包括嵴）的内表面附着许多突出于内腔的颗粒，每个线粒体大约有104～105个。基粒由多种蛋白质亚基组成，分为三部分：头部：圆球形，突入内腔中，基片：嵌于内膜中，柄部：将头部与基片相连。基粒头部具有酶活性，能催化ADP磷酸化生成ATP，因此，基粒又称ATP合酶复合体（ATPsynthasecomplex）。二、线粒体的化学组成含蛋白质（65~70%），脂类（25~30%）和DNA等内膜标志酶——细胞色素氧化酶；外膜标志酶——单胺氧化酶；基质标志酶——苹果酸脱氢酶；膜间腔的标志酶——腺苷酸激酶。线粒体DNA：特点：通常是裸露的，不与组蛋白结合。存在部位：线粒体的基质内或依附于线粒体内膜。数量：一个线粒体内往往有1至数个mtDNA分子，平均为5~10个。编码产物：线粒体的tRNA、rRNA及一些线粒体蛋白质。三、线粒体的遗传物质基因组结构：为一条双链环状的DNA分子，双链中一为重链（H），一为轻链（L），重链和轻链上的编码产物各不相同。与核基因组相比，线粒体基因组有很少非编码的序列。人类线粒体基因组共编码37个基因:tRNA，rRNA和一些线粒体蛋白质四、线粒体核编码蛋白质的转运(一)核编码蛋白向线粒体基质中的转运1.需要条件⑴基质导入序列（matrix-targetingsequence，MTS）。⑵分子伴侣：保持前体蛋白在线粒体外的非折叠状态NAC：与少数前体蛋白相互作用，增加蛋白转运的准确性。hsc70：和绝大多数的前体蛋白结合，使前体蛋白打开折叠，防止已松弛的前体蛋白聚集。2.转运过程⑴前体蛋白与受体结合。⑵mthsp70可与进入线粒体腔的前导肽链交联，防止了前导肽链退回细胞质。(3)基质作用蛋白酶MPP：定位于线粒体内膜上，切除大多数蛋白的基质导入序列。(二)核编码蛋白向线粒体其他部位的转运1.蛋白质向线粒体膜间腔的转运⑴信号序列基质导入序列MTS：引导前体蛋白进入基质。膜间腔导入序列ISTS：引导前体蛋白进入膜间腔。⑵转运方式整个蛋白进入基质，第2个信号序列ISTS引导多肽链通过内膜上的通道进入膜间腔。第2个信号序列ISTS起转移终止序列的作用，阻止前体蛋白向基质转运，并固定于内膜上，切去位于内膜上的ISTS部分后，进入膜间腔。通过直接扩散从胞浆通过外膜而进入膜间腔。2.蛋白质向线粒体外膜和内膜的转运在外膜蛋白的转运中，类孔蛋白P70的研究最多。事实上在P70的MTS后有一段长的疏水序列，也起着转移终止序列的作用，而使之固定于外膜上。内膜上的蛋白质的转运机制尚不完全清楚。五、线粒体的起源目前普遍接受的线粒体起源假说为内共生学说，该学说认为线粒体可能起源于与古老厌氧真核细胞共生的早期细菌。六、线粒体的分裂与融合（一）线粒体是通过分裂方式实现增殖的目前普遍接受的观点认为：线粒体的生物发生是通过原有线粒体分裂完成的。线粒体的生物发生过程：第一阶段——线粒体进行分裂增殖；第二阶段——线粒体本身的分化过程，建成能够行使氧化磷酸化功能的机构。线粒体三种分裂方式出芽分裂收缩分裂间壁分裂线粒体的分裂都不是绝对均等的。在同一线粒体中，可能存在有不同类型的mtDNA，随机地分配到新的线粒体中。另一方面线粒体分裂还受到细胞分裂的影响。（二）mtDNA随机地、不均等地被分配到新的线粒体中在同一线粒体中，可能存在有不同类型的mtDNA，即野生型和突变型mtDNA。分裂时，野生型和突变型mtDNA发生分离，随机地分配到新的线粒体中。（三）线粒体融合线粒体的融合有利于促进线粒体的相互协作，可以使不同线粒体之间的信息和物质得到相互交换。七、线粒体的功能1.氧化磷酸化营养物质在线粒体内氧化并与磷酸化耦联生成ATP是线粒体的主要功能。2.摄取和释放Ca2+线粒体还在摄取Ca2+和释放Ca2+中起着重要的作用，线粒体和内质网一起共同调节胞质中的Ca2+浓度，从而调节细胞的生理活动。第二节细胞能量转换细胞呼吸的概念在特定细胞器（主要是线粒体）内，在O2的参与下，分解各种大分子物质，产生CO2；与此同时，分解代谢所释放出的能量储存于ATP中的过程，称为细胞呼吸（cellularrespiration），也称生物氧化（biologicaloxidation）或细胞氧化（cellularoxidation）。细胞呼吸的特点本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应；所产生的能量储存于ATP的高能磷酸键中；整个反应过程是分步进行的，能量也是逐步释放的；反应是在恒温(37℃)和恒压条件下进行的；反应过程中需要H2O的参与。细胞呼吸所产生的能量储存于细胞能量转换分子ATP中ATP是一种高能磷酸化合物细胞呼吸时，释放的能量可通过ADP的磷酸化而及时储存于ATP的高能磷酸键中作为备用；当细胞进行各种活动需要能量时，又可去磷酸化，断裂一个高能磷酸键以释放能量来满足机体需要。底物水平磷酸化（substrate-levelphosphorylation）：由高能底物水解放能，直接将高能磷酸键从底物转移到ADP上，使ADP磷酸化生成ATP的作用。ATP中所携带的能量来源于糖、氨基酸和脂肪酸等的氧化，这些物质的氧化是能量转换的前提。从糖酵解到ATP的形成是一个极其复杂的过程，分为三个步骤：糖酵解（glycolysis）三羧酸循环（TAC）氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）一、葡萄糖在细胞质中进行糖酵解丙酮酸在线粒体基质中氧化脱羧生成乙酰CoA在线粒体基质中丙酮酸脱氢酶体系作用下，丙酮酸进一步分解为乙酰CoA，NAD+作为受氢体被还原，具体反应式为：2CH3COCOOH+2HSCoA+2NAD+→2CH3CO-ScoA+2CO2+2NADH+2H+二、乙酰CoA在线粒体基质中进行三羧酸循环1.在线粒体基质中，乙酰CoA与草酰乙酸结合成柠檬酸而进入三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle，TAC），经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，草酰乙酸再生。2.三羧酸循环是三大营养素的最终代谢通路。糖、脂肪、氨基酸在体内进行生物氧化都将产生乙酰CoA，然后进入三羧酸循环进入降解。三、氧化磷酸化耦联是能量转换的关键(一)呼吸链和ATP合酶复合体是氧化磷酸化的结构基础1.呼吸链代谢物脱下的成对氢原子通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最后与氧结合生成水，此传递过程称为呼吸链。参加呼吸链的酶及辅酶按一定顺序在线粒体内膜上排列，进行氢和电子的传递，故又称为电子传递链。2.ATP合酶复合体(二)氧化过程伴随着磷酸化的偶联(三)耦联机制——化学渗透假说化学渗透假说（chemiosmoticcouplinghypothesis）认为氧化磷酸化偶联的基本原理是：电子传递中的自由能差造成H+穿膜传递，转变为横跨线粒体内膜的电化学质子梯度。质子顺梯度回流并释放出能量，驱动结合在内膜上的ATP合酶，催化ADP磷酸化合成ATP。mtDNA突变与疾病线粒体含有自身独特的环状DNA，但其DNA是裸露的，易发生突变且很少能修复。以线粒体结构和功能缺陷为主要疾病原因的疾病常称为线粒体疾病（mitochondrialdisorders）。疾病过程中的线粒体变化线粒体对外界环境因素的变化很敏感，一些环境因素的影响可直接造成线粒体功能的异常。随着年龄的增长，线粒体的氧化磷酸化能力下降。线粒体脑肌病（Kearns-Sayresyndrome）病症：从眼部到心脏影像学特征：CT可发现基底节区对称性钙化，脑萎缩；MRI发现中枢神经系统高代谢区多发、游走性的信号异常，长T1长T2信号，FLAIR及DWI为高信号，病变区脑回肿胀，但无水肿及占位效应，不按血管分布；MRS是发现本病的最早方法，可见NAA降低和Lac升高。病因：mtDNA的缺失【第七章细胞骨架与细胞的运动】掌握细胞骨架的概念及基本组成成分。掌握微管、微丝、中间纤维的结构、组成、装配及其功能。熟悉微管、微丝、中间纤维的形态及影响其组装的因素。细胞骨架(cytoskeleton)：是指真核细胞质中的蛋白纤维网架体系，对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输、染色体的分离和细胞分裂等均起着重要作用。细胞骨架的多功能性依赖于三类蛋白质纤维：微管、微丝和中间纤维。细胞骨架研究方法考马斯亮蓝染色荧光抗体标记电子显微镜第一节微管（microtubule）一、微管蛋白与微管的结构1、电镜下的微管(24～26nm)2、微管蛋白（tubulin）α-微管蛋白、β-微管蛋白、γ-微管蛋白在α-微管蛋白和β-微管蛋上各有一个GTP结合位点、Mg2+、Ca2+结合位点和一个秋水仙素结合位γ-微管蛋白定位于微管组织中心（microtubuleorganizingcenter，MTOC）MTOC在空间上为微管装配提供始发区域，控制着细胞质中微管的形成、数量、位置、极性确定和细胞分裂。3、微管的结构微管以微管蛋白α、β异二聚体为基本构件。微管中微管蛋白二聚体头尾相接形成原纤维，再经过原纤维的两端和侧面增加二聚体扩展成为片层，当片层达到13根原纤维时即合拢成一段微管，然后新的异二聚体再不断增加到微管的两端使之不断延长。微管蛋白异二聚体微管蛋白异二聚体微管的结构模式图；微管横切面电镜图像（右）和其模式图4、微管的三种存在形式Cilia(纤毛Cilia(纤毛)、flagella(鞭毛)二联管单管微管单管微管三联管三联管CentrioleCentriole（中心粒）basalbody（基体）单管：由13根原纤维组成，是细胞质中主要的存在形式，分散或成束分布，但不稳定，易受低温、钙离子等因素的影响而发生解聚。二联管：由A、B两根单管组成，A管有13根原纤维，B管有10根原纤维，与A管公用3根原纤维，主要分布于纤毛和鞭毛内。三联管：由A、B、C三根单管组成，A管有13跟原纤维，B管和C管均由10根原纤维组成，分别与A管和B管公用3根原纤维，主要分布于中心粒及鞭毛和纤毛的基体中。二联管和三联管是比较稳定的微管结构5.微管的极性微管具有极性，正端（+）生长速度快，负端（-）生长速度慢，微管蛋白在正端的添加速度高于负端。二．微管结合蛋白(microtubuleassociatedprotein，MAP)这是一类以恒定比例与微管结合，调节微管活性的一类蛋白，是维持微管结构和功能的必需成份。1．微管结合蛋白的种类和特点MAP-1、MAP-2、tau主要存在于神经元中MAP-4广泛存在于各种细胞中各种MAP的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制不同的微管结合蛋白在细胞中有不同的分布区域，执行特殊功能例：在神经细胞中，tau只存在于轴突中，而MAP-2则分布于胞体和树突中。三、微管的装配与动力学（一）微管装配的特点1、微管的装配主要表现为动态不稳定性该模型认为，微管组装过程不停地在增长和缩短两种状态中转变，表现动态不稳定性；微管组装时，游离微管蛋白的浓度和GTP水解成GDP的速度决定微管的稳定性：2、微管的装配过程可分三个时期：成核期（nucleationphase）管蛋白聚合成短的寡聚体（核心）片状微管聚合期（polymerizationphase）聚合速度大于解聚速度，微管延长稳定期（steadystatephase）聚合速度等于解聚速度（游离管蛋白达到临界浓度）（二）微管的体外装配微管蛋白异二聚体达到临界浓度(1mg/ml)、有Mg2+存在，（无Ca2+）、pH6.9、37℃、异二聚体即聚合成微管，同时需要由GTP提供能量。极性装配：装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极，装配慢的一端（α微管蛋白）为（-）极踏车现象：组装和去组装达到平衡（三）微管的体内装配微管的装配起始于微管组织中心，主要作用是帮助细胞质微管装配过程中成核γ-TuRC可形成含有10-13个γ微管蛋白分子的环状结构，可刺激微管核心形成，并包裹微管负端，阻止微管的掺入微管组织中心在中心体中，是微管装配的起始结构微管组织中心主要存在部位：中心体和纤毛、鞭毛的基体A.中心体的无定形蛋白基质中含有γ微管蛋白环,它是微管生长的起始部位;B.中心体上的γ微管蛋白环;C.中心体与附着其上的微管,负端被包围在中心体中,正端游离在细胞质中;(四)影响微管组装和解聚的因素pH、37pH、37℃、GTP、Mg2+0～4℃、0～4℃、Ca2+微管蛋白的临界浓度微管特异性药物：抑制微管组装的药物：秋水仙素、长春新碱稳定微管的药物：紫衫醇四、微管的功能（一）构成网状支架，支持和维持细胞的形态（二）参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成（三）参与细胞内物质的运输微管为细胞内物质的运输提供轨道，通过马达蛋白完成物质运输任务:1、马达蛋白（motorprotein）指介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白质(利用ATP水解产生的能量驱动自携带运载物沿着微管或肌动蛋白丝运动的蛋白)可分为三个不同的家族：以微管作为运行轨道（1）驱动蛋白（kinesin）以微管作为运行轨道（2）动力蛋白（dynein）（3）肌球蛋白（myosin）肌动蛋白纤维作为运行轨道微管为细胞内物质的运输提供轨道，通过马达蛋白完成物质运输任务.头部：具有ATP酶活性，水解ATP产生能量尾部：与被转运组分结合（四）维持细胞内细胞器的空间定位和分布参与内质网、高尔基复合体、纺锤体的定位（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂（六）参与细胞内信号传导微管参与Hedgehog、JNK、Wnt、ERK及PAK蛋白激酶信号传导通路。信号分子可直接与微管作用或通过马达蛋白和一些支架蛋白来与微管作用；第二节微丝（microfilament，MF）概述:微丝（microfilament，MF）是由肌动蛋白组成的细胞丝，因此又称肌动蛋白丝（actinfilament）一、肌动蛋白与微丝的结构1.肌动蛋白的结构微丝主要成分是肌动蛋白（G-actin）,有多种亚型。单体外观呈哑铃形，称G-肌动蛋白,由2个亚基组成，具有阳离子（M2+和K+或Na+）、ATP（或ADP）和肌球蛋白结合位点；2、肌动蛋白具有极性微丝是由两条肌动蛋白单链聚合而成的双螺旋结构。肌动蛋白单体具有极性，装配时首尾相接形成螺旋状纤维，因此微丝也有极性，一端为相对迟钝和生长慢的负端（minusend）；另一端为生长快的正端（plusend）;二．肌动蛋白结合蛋白(actin-bindingprotein）是细胞内存在的一大类能与肌动蛋白单体或肌动蛋白纤维结合的、能改变其特性的蛋白（有100多种）按其功能可分为三大类：F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白；与微丝结构有关的蛋白；微丝收缩有关的蛋白；三、微丝的装配机制（一）微丝的组装过程分为三个阶段成核期：微丝组装的限速过程。聚合期：肌动蛋白在核心两端聚合，正端快，负端慢。稳定期：聚合速度与解离速度达到平衡。（二）微丝组装的踏车模型和非稳态动力学模型1、踏车模型在微丝装配时，当G-肌动蛋白达到一定浓度时，微丝出现一端因添加G-肌动蛋白单体而延长，另一端因解聚释放肌动蛋白而缩短，微丝长度不变，表现踏车行为；2、非稳态动力学模型认为ATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素,ATP-肌动蛋白浓度与其聚合速度呈正比,其长度总是在延长和缩短的变化之中,呈动力学不稳定状态每个游离肌动蛋白单体带有1个ATP，聚合后水解为ADP，促进解聚微丝在体内装配时也有成核作用，发生在质膜质膜下具有较高密度、由微丝和各种微丝结合蛋白组成的网状结构，称为细胞皮层（cellcortex），具有很高的动态性，为细胞膜提供强度和韧性，维持细胞的形态。ATP、ATP、Mg2+、高Na+、高K+Ca2+、低Na+和低K+1、G-Ca2+、低Na+和低K+2、影响微丝组装的药物细胞松弛素B（cytochalasinB）：抑制微丝聚合作用鬼笔环肽：与聚合的微丝结合，抑制微丝解聚四、微丝的功能（一）构成细胞的支架，维持细胞形态细胞质膜下方的应力纤维（stressfiber），维持细胞的形状，赋予细胞韧性和强度（二）参与细胞的运动在非肌细胞的多种运动形式：变形运动、胞质环流、细胞的内吞和外吐用、器官发生等细胞变形运动：①肌动蛋白的聚合形成伪足②伪足与基质之间行成新的锚定点；③以附着点为支点向前移动（肌动蛋白纤维的解聚）；微丝装配的成核作用及微丝网络的形成（三）参与细胞的分裂（胞质分裂cytokinesis）收缩环（contractilering）:质膜下微丝通过α-辅肌动蛋白与质膜相连，靠肌动蛋白和肌球蛋白-Ⅱ的相对滑动收缩。（四）微丝参与肌肉收缩粗肌丝由肌球蛋白组成，细肌丝由三种蛋白组成，肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相互滑动的结果（五）参与细胞内物质运输马达蛋白家族中的肌球蛋白（myosin）它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动。微丝通过与肌球蛋白的相互作用参与了细胞内的物质运输。（六）参与细胞内信息传递细胞表面的受体在受到外界信号作用时，可触发质膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变化的信号传导过程。第三节中间纤维概述：特点：直径10nm左右，介于微丝和微管之间，是最稳定的细胞骨架成分;种类复杂，具有组织细胞特异性功能：主要起支撑作用;分布：在细胞中围绕着细胞核成束或成网，分布广泛（细胞质膜、核）一、中间纤维的结构和类型（一）中间纤维是丝状蛋白多聚体中间纤维的单体（亚基）是长的线性蛋白（50多种），由头部、杆状区和尾部三部分组成，各种中间丝蛋白之间的区别主要取决于头、尾部的长度和氨基酸顺序(二)中间纤维蛋白的类型和分布二、中间纤维的装配和调节1、装配中间纤维组装的基础亚单位：四聚体二聚体的反向平行排列说明四聚体以及由其形成的高级结构中间纤维都是非极化结构。2、调节中间纤维的组装和去组装是通过磷酸化和去磷酸化进行控制的；中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的调节方式；三、中间纤维的功能（一）形成细胞内完整的网状骨架系统外与质膜和细胞外基质联系，内与核膜、核基质联系，形成贯穿整个细胞的网络系统，起着广泛的骨架功能。（二）为细胞提供机械强度支持（三）参与细胞连接参与黏着连接中的桥粒连接和半桥粒连接，在细胞中形成网络，维持细胞形态，提供支持力。（四）参与细胞内信息传递及物质运输中间纤维外连质膜和胞外基质，内达核骨架，形成一个跨膜的信息通道；中间纤维与mRNA的运输有关，胞质mRNA锚定于中间纤维可能对其在细胞内的定位及是否翻译起重要作用；（五）维持细胞核膜稳定在细胞核内膜的下面有一层由核纤层（中间纤维）蛋白组成的网络，对于细胞核形态的维持具有重要作用；（六）参与细胞分化不同类型的IF严格地分布在不同类型的细胞中，具有组织细胞的特异性。多数肿瘤细胞表达其来源细胞IF;发育不同阶段的细胞，会表达不同类型的中间纤维，是细胞分化的标志。第四节细胞骨架与疾病一、细胞骨架与肿瘤恶性肿瘤细胞中细胞骨架结构破坏，微管解聚，数量减少；微丝应力纤维破坏和消失等，使瘤细胞浸润转移微管和微丝可作为肿瘤化疗药物的作用靶点（长春新碱、秋水仙素和细胞松弛素等）抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡肿瘤细胞通常继续表达其来源细胞特征性中间纤维类型，已经作为临床病理肿瘤诊断的有力工具。二、细胞骨架蛋白与神经系统疾病阿茨海默病（Alzheimer’sdisease，AD）脑神经元中有大量损伤的神经元纤维，并存在高度磷酸化Tau蛋白的积累。早老性痴呆、帕金森病患者的神经细胞内都有高度磷酸化的NF-H存在。亨廷顿舞蹈病（Huntingtondisease）胞浆内含有MT和MF聚合蛋白Slal三．细胞骨架与遗传性疾病先天性纤毛、鞭毛异常综合症基因突变，使纤毛、鞭毛结构中具有ATP酶活性的动力蛋白臂缺失或缺陷，使上皮组织纤毛运动麻痹，精子尾部鞭毛不能运动单纯性大疱性表皮松解症：由于角蛋白14(CKl4)基因发生突变，患者表皮基底细胞中的角蛋白纤维网受到破坏所致，核纤层蛋白病(laminopathies)是由LMNA基因及其编码核纤层蛋白laminA/C异常引起的遗传病，如肌营养不良、腓骨肌萎缩症、肢带型肌营养不良、扩张性心肌病伴心脏传导阻滞和早老症等。【思考题】名词解释:细胞骨架、微管组织中心（MTOC）、马达蛋白、动力蛋白、驱动蛋白、中心粒、收缩环问答题：1．何谓细胞骨架？简述细胞骨架各类成分的基本结构特征及功能；2．为什么说细胞骨架是一种动态结构？这种特性对细胞的生命活动有什么意义？3．细胞的结构与功能密切相关，以细胞骨架在细胞周期活动过程中的作用为例说明之；4．在细胞骨架的研究中，特异性工具药起了什么作用？5、与细胞骨架有关的疾病【第八章细胞核（nucleus）】掌握核膜、核孔复合体结构组成及功能。掌握染色质与染色体的概念、化学组成、包装过程以及染色体的形态结构。掌握核仁的超微结构和功能、核纤层的结构与功能、核骨架的化学构成及功能。熟悉细胞的核型与染色体带型。了解细胞核与疾病的关系。第一节核膜（nuclearmembrane）一、核膜的化学组成主要成分是蛋白质和脂类，此外还有少量的DNA和RNA。所含有的酶类和脂类都与内质网相似。二、核膜的结构在电镜下，核膜是由内外层核膜、核周隙、核孔复合体和核纤层等结构组成。因内、外层核膜的组成成分和结构都有差异，因此核膜是一种不对称的双层膜结构。（一）外核膜、内核膜与核周隙外核膜与粗面内质网相连接内核膜表面光滑包围核质核周隙为内、外核膜之间的缓冲区（二）核孔复合体核孔复合体的结构（捕鱼笼式（fish-trap）结构模型）①胞质环：环上对称分布8条短纤维，并伸向细胞质；②核质环：环上对称分布8条长约100nm的纤维并伸向核内，纤维末端形成一个由8个颗粒组成的直径约60nm的小环，构成捕鱼笼似的结构，称核篮；③辐：柱状亚单位：起支撑作用腔内亚单位：起锚定核孔复合体的作用环状亚单位④中央栓：又称中央颗粒，位于核孔复合体中心部分，成颗粒状或棒状，其在核质交换中发挥一定的作用。（三）核纤层（nuclearlamina）是位于内核膜内侧与染色质之间的一层由高电子密度纤维蛋白质组成的网络片层结构（紧