第一講緒論
一．細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀
1． 研究對(duì)象――細(xì)胞（cell）
細(xì)胞是一切生物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位，在生命物質(zhì)進(jìn)化中處于中心地位。生命進(jìn)化示意：粒子－原子－分子－大分子－細(xì)胞器－細(xì)胞－組織－器官－系統(tǒng)－個(gè)體－群體
2． 學(xué)科名稱的演變
50-60 年代，稱為細(xì)胞學(xué)（cytology）， 利用光學(xué)顯微鏡對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史進(jìn)行研究，主要集中于靜態(tài)描述；70 年代以來(lái)，發(fā)展成為系統(tǒng)學(xué)科--細(xì)胞生物學(xué)（cell biology）
， 利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡和冰凍蝕刻等方法，從細(xì)胞的整體活動(dòng)水平、亞細(xì)胞水平和分子水平對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)行研究，以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)探索細(xì)胞的基本生命活動(dòng)。
1976 年， 在美國(guó)波士頓召開(kāi)了第一次“細(xì)胞生物學(xué)”會(huì)議，標(biāo)志了細(xì)胞生物學(xué)的誕生。
當(dāng)前，逐漸與分子生物學(xué)結(jié)合，向分子水平發(fā)展。二．細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史
細(xì)胞大小：≤30μm
肉眼觀察：≥100μm
1． 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)
1590 年，第一架復(fù)式顯微鏡由荷蘭眼鏡制造商詹森
（H.和Z.Janssen ）父子制造，放大倍數(shù)為10-30 倍，能觀察昆蟲跳蚤之類的生物，故俗稱“跳蚤鏡”；1665 年，英國(guó)人羅勃特·胡克（Robert.Hooke） 發(fā)表了《顯微圖譜》一書，書中第一次描繪了細(xì)胞的形態(tài)，他所用的自制顯微鏡放大倍數(shù)為40-140 倍，觀察到了植物死細(xì)胞的壁（cell-小室）；1674 年,荷蘭人列文胡克（A.V.Leeuwenhoek ）第一次觀察到了活細(xì)胞，他所用的顯微鏡放大倍數(shù)為250-500 倍。
 
2． 細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立19 世紀(jì)30 年代，顯微技術(shù)提高至1μm 以內(nèi)，同時(shí)切片機(jī)的研制成功，促進(jìn)了顯微解剖學(xué)
的發(fā)展，提高了人們對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)。
1831 年，Robert Brown 發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核；
1833 年，施萊登（M.J.sehleiden ）提出了細(xì)胞核核仁的概念；
1839 年，浦金野（Purkinji ）提出了細(xì)胞原生質(zhì)的概念；
1838-1839 年， 施萊登和施旺提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)，主要內(nèi)容為：（1） 細(xì)胞是有機(jī)體，一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來(lái)， 并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成--結(jié)構(gòu)單位；（2） 每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，既有它自己的生命，又對(duì)與其它細(xì)胞共同組成的整體生命有所助益--功能單位；（3） 新的細(xì)胞可通過(guò)老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。
細(xì)胞學(xué)說(shuō)、1859 年達(dá)爾文確立的進(jìn)化論和1866 年孟德?tīng)柕拇_立的遺傳學(xué)被認(rèn)為是現(xiàn)代生物學(xué)的三大基石。
3． 細(xì)胞超顯微結(jié)構(gòu)的興起光學(xué)顯微鏡時(shí)代，分辨率：0.2μm， 細(xì)胞結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了高爾基器、線粒體、中心體等， 對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有了更深入了了解。
 
1933 年， 西門子公司制造了第一架電子顯微鏡，分辨率：50nm ，該分辨率下不僅描繪了細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)， 也反映出細(xì)胞活動(dòng)的動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)。電鏡技術(shù)的發(fā)展， 使科學(xué)家側(cè)重于細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)水平的研究，細(xì)胞學(xué)發(fā)展到一新階段--細(xì)胞生物學(xué)。
 
4． 現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的興起
 

1983 年，原子直觀超高分辨率分析電子顯微鏡，放大倍數(shù)達(dá)1 億倍，可觀察到細(xì)胞基質(zhì)（cell matrix） 中的結(jié)構(gòu)如細(xì)胞骨架、微管、微絲等。而1990 年研制成功的掃描隧道顯微鏡則可直接觀察到噬菌體（phage）DNA 的三鏈瓣?duì)罾p繞結(jié)構(gòu)。伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視從分子結(jié)構(gòu)來(lái)揭示細(xì)胞生命活動(dòng)的機(jī)理，即形成了“分子生物學(xué)”這一學(xué)科。分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的相結(jié)合，把細(xì)胞的生命活動(dòng)同亞細(xì)胞成分的分子結(jié)構(gòu)變化聯(lián)系起來(lái)，是現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的基本特征。三．細(xì)胞生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系
細(xì)胞生物學(xué)是生物學(xué)是生物學(xué)的一門分支學(xué)科，它聯(lián)系著生物學(xué)科的許多分支學(xué)科，也是這些學(xué)科的基礎(chǔ)。四．細(xì)胞的基本概念
 
1． 細(xì)胞的基本特征生命活動(dòng)最基本三要素：基因組；質(zhì)膜；完整代謝機(jī)構(gòu)細(xì)胞區(qū)別于無(wú)機(jī)界的最主要特征：結(jié)構(gòu)上的自我裝配；生理活動(dòng)中的自我調(diào)節(jié)； 增殖上的自
 
我復(fù)制。
 
2． 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞（Prokaryotic cell and Eucaryotic cell） 原核細(xì)胞：擬核；DNA；單細(xì)胞生物；無(wú)特化功能區(qū)；三類：支原體、藍(lán)藻和細(xì)菌。真核細(xì)胞：核；DNA ，基因組；膜性細(xì)胞器；功能區(qū)隔化；植物和動(dòng)物。原核細(xì)胞和真核細(xì)胞基本特征的比較（A 為原核細(xì)胞，B 為真核細(xì)胞）
 
細(xì)胞壁：A. 細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成份為氨基酸與壁酸；B. 動(dòng)物細(xì)胞無(wú)，植物細(xì)胞有。主要成份為纖維素與果膠。細(xì)胞膜：A. 有（功能性）；B. 有。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：A. 無(wú)；B. 有。高爾基器：A. 無(wú)；B. 有。核糖體:A. 70S(50S 和30S)；B. 有。溶酶體：A.無(wú)；B.有。光合作用結(jié)構(gòu)：A. 藍(lán)藻有葉綠素a 的膜層結(jié)構(gòu),細(xì)菌有菌色素；B. 植物有葉綠體。線粒體：A.無(wú)；B.有。細(xì)胞骨架：A.無(wú)；B.有。核膜：A.無(wú)；B.有。核仁：A.無(wú)；B.有。染色體：A. 單個(gè)環(huán)狀分子；B. 2 個(gè)以上，DNA 與蛋白質(zhì)以核小體形成染色體(質(zhì))。細(xì)胞分裂方式：A. 無(wú)絲（直接）分裂；B. 有絲分裂和減數(shù)分裂。DNA 分子結(jié)構(gòu)與數(shù)量:A. 環(huán)狀，1 個(gè)；B. 線狀，2 個(gè)以上。DNA 復(fù)制周期:A. 無(wú)明顯周期；B. 有。基因組：A. 1n；B. 2n 或多倍。基因數(shù):A. 少；B.多�；�因表達(dá)調(diào)控：A. 操縱子,轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)；B. 多層次，核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞質(zhì)中翻譯，階段性和區(qū)域性。
 
3．病毒構(gòu)成：芯：核酸； 殼： 蛋白； 特點(diǎn)：無(wú)自主代謝能力，寄生。分類：病毒在細(xì)胞內(nèi)的活動(dòng)：裂解；整合。類病毒（僅RNA 構(gòu)成） 蛋白感染因子(Prion protein,PrP, 朊病毒) 1982 年 S.B.Prusiner 五．細(xì)胞的化學(xué)組成水(結(jié)合態(tài)和游離態(tài))； 無(wú)機(jī)離子(Ca2+ ，Mg2+ ，F(xiàn)e3+ ，Na+ ，PO43-)；有機(jī)分子(蛋白質(zhì)， 脂類，糖類)。
第二講細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面
細(xì)胞質(zhì)膜（plasma membrane）：又稱細(xì)胞膜（cell membrane）， 是包圍在所有細(xì)胞表面一層極薄的膜，具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)與功能，起著和環(huán)境分開(kāi)，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，物質(zhì)交換， 能量和信息的傳遞等作用， 對(duì)細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)、分裂、分化等都極其重要。在真核生物中的細(xì)胞器也具有膜結(jié)構(gòu)，這一類膜與細(xì)胞體內(nèi)的物質(zhì)合成、分泌、運(yùn)輸、降解等有關(guān)， 被稱為細(xì)胞內(nèi)膜，它們與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為生物膜（biology membrane）。
細(xì)胞表面（cell surface），又稱細(xì)胞外被（cell coat），是指細(xì)胞質(zhì)膜外表面覆蓋的一層與質(zhì)膜中蛋白質(zhì)或脂類分子共價(jià)結(jié)合的粘多糖，對(duì)膜蛋白起保護(hù)作用，并且在細(xì)胞識(shí)別中起重要作用。在哺乳動(dòng)物小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞被稱為糖萼（glycocalyx）。一．細(xì)胞膜的組成：膜脂、膜蛋白和膜糖
1．膜脂約占細(xì)胞干重的50％，主要有磷脂、膽固醇和糖脂三種，均為雙型性分子。
磷脂因所帶的堿基不同而分許多類，如磷脂酰膽堿、卵磷脂、鞘磷脂等，而每一類因脂肪酸鏈長(zhǎng)短和飽和程度不同又分許多種，在膜中磷脂含量是比較高的。
膽固醇在真核生物的質(zhì)膜中含量較多(1/3)， 結(jié)構(gòu)如左圖。該化合物對(duì)調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性有重要意義。在細(xì)菌的質(zhì)膜中則無(wú)膽固醇。
糖脂的結(jié)構(gòu)與磷脂相似。糖脂決定了紅細(xì)胞的ABO 血型，A 型血糖脂較O 型多一個(gè)N－乙酰半乳糖胺殘基，B 型僅多一個(gè)半乳糖殘基(B 型轉(zhuǎn)為O 型，去乳糖)。
大部分磷脂和糖脂分子在水環(huán)境中能自發(fā)的形成雙層。
其中磷脂極性很強(qiáng),在水環(huán)境中分子聚焦，其極性頭部與水接觸，疏水尾部避開(kāi)水向分子團(tuán)的內(nèi)面，形成小球形的分子團(tuán)（micelles）,或成球狀體的脂質(zhì)體（liposome）（ 人工膜）。
磷脂的這種特性在生物膜的體外研究種有重要意義。
而膽固醇在膜中插入與磷脂內(nèi)部，極性頭部與磷脂的極性頭部結(jié)合，主要功能：A.固定磷脂
中部分脂肪酸鏈，保持細(xì)胞形態(tài)，降低水溶性分子通透性(細(xì)菌無(wú)膽固醇有細(xì)胞壁)。B.防止脂肪酸鏈的凝固，維持細(xì)胞膜的相變。
2． 膜蛋白
約占細(xì)胞干重的40％， 根據(jù)其與膜脂的相互作用方式及在膜中的排列部位不同，分為：外在性或邊周蛋白（extrinsic or peripheral protein ）與內(nèi)在性或整合蛋白（intrinsic or integral protein）。
邊周蛋白與整合蛋白的比較（A 為邊周蛋白，B 為整合蛋白） 分布：A.在膜表面；B.分布在膜中或穿膜。表面活性劑（有機(jī)溶劑）洗脫：A.易；B. 劇烈條件。游離特性：A.呈水溶性，不再與膜脂成膜；
B.能自我聚合，能與膜脂成膜。二、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)

1． 流動(dòng)鑲嵌模型Ⅰ細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史Ⅱ主要特點(diǎn)：
⑴流動(dòng)的脂質(zhì)雙分子構(gòu)成膜的連續(xù)體；
⑵蛋白質(zhì)分子象一群島嶼般無(wú)規(guī)則的分散在脂質(zhì)的海洋中。

2． 膜的分子不對(duì)稱性膜脂：同一種膜脂分子在膜的雙分子中分布不均糖：糖側(cè)鏈都分布在質(zhì)膜的外表面（ES） 膜蛋白：每種膜蛋白分子在膜上都具有明確的方向性細(xì)胞外表面（extrocyoplasmic surface，ES） 原生質(zhì)表面（protoplasmic surface,PS）
3． 膜的流動(dòng)性膜脂分子的流動(dòng)：側(cè)向擴(kuò)散(lateral shift)； 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(flex) ；左右擺動(dòng)(flex) ；翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（flip-flop） 膜蛋白的流動(dòng)：側(cè)向擴(kuò)散－成斑(patching), 成帽(capping)； 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。影響膜的流動(dòng)性的因素：膜本身的組成成份、遺傳因子、環(huán)境的理化因素，其中膜的組成成份中膜脂的影響較明顯：膽固醇、不飽和鍵含量和鏈的長(zhǎng)度、卵磷脂/鞘磷脂的比值。
4． 膜流動(dòng)性的生理意義物質(zhì)運(yùn)輸；信息傳遞；酶活性；激素與藥物的作用；細(xì)胞增值與發(fā)育。三、細(xì)胞質(zhì)膜的功能主要功能：⑴ 為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境； ⑵選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸， 其中伴隨著能量的傳遞；⑶ 提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞；⑷為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效有序進(jìn)行；⑸介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接； ⑹質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。
1． 物質(zhì)運(yùn)輸按運(yùn)輸物質(zhì)類型分:

膜泡運(yùn)輸 --蛋白質(zhì)、RNA； 穿膜運(yùn)輸 -- Na+、K+ 。
穿膜運(yùn)輸
物質(zhì)穿膜的基本特點(diǎn): 脂溶性、分子大小、電荷性。不同機(jī)制的穿膜運(yùn)輸特點(diǎn)
⑴被動(dòng)運(yùn)輸( Passive transport ) 物質(zhì)：高→低動(dòng)力：濃度梯度(電或化學(xué)能)。
①簡(jiǎn)單擴(kuò)散( simple diffusion ) 無(wú)蛋白參與決定因素：分子大小，分子極性；物質(zhì)對(duì)象：H2O, CO2, O2..
②協(xié)助擴(kuò)散( facilitated diffusion ) 蛋白參與決定因素：特異膜蛋白協(xié)助；物質(zhì)對(duì)象：極性分子, 部分無(wú)機(jī)離子、部分糖、氨基酸。

K＋通道：同源四聚體，孔道，中央孔道φ=0.3nm， 閘門，電壓感受器，選擇性濾器。葡萄糖輸運(yùn)載體(glucose transporter) ：大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜上存在，保證葡萄糖從血液中擴(kuò)散入細(xì)胞；五種異構(gòu)體；紅血球中：分子量約為45KD ，含有12 個(gè)跨膜α-螺旋，形成一個(gè)中央孔道，不對(duì)稱地插入質(zhì)膜中，葡萄糖輸運(yùn)方向取決于膜兩側(cè)的葡萄糖濃度，胞漿存在的己糖激酶能迅速使之磷酸化，輸運(yùn)載體再生。
⑵主動(dòng)運(yùn)輸 (Active transport)   ATP-driven active transport, coupling pump to ATP hydrolysis 物質(zhì)：低→高；動(dòng)力：ATP 、間接、光能
①離子泵 (ATPase)
從結(jié)構(gòu)上主要分為P、V 和F 三類：
P 類：P 表示磷酸化，由于ATP 水解，使得輸
運(yùn)蛋白磷酸化導(dǎo)致構(gòu)象變化，改變載體蛋白與
被運(yùn)離子間親和力。
Large catalytic α subunits (often two) become phosphorylated during solute transport; Smaller β subunits may regulae transport 。質(zhì)膜Na+/K+泵；質(zhì)膜Ca2+泵(把Ca2+排出細(xì)胞)； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵(把胞漿中的游離Ca2+泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔中)； 胃上皮酸分泌細(xì)胞H+/ K+泵(把H+ 排到細(xì)胞外而把K+泵入細(xì)胞)。Na+-K+泵：膜內(nèi)在蛋白四聚體，ββαα 亞基ATP→ADP+Pi Pi 結(jié)合到α 亞基的天門氨酸殘基上。3 個(gè)Na+被跨膜泵出細(xì)胞，2 個(gè)K+被反向泵入細(xì)胞。Na+和K+都是逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。該類離子泵是一偶聯(lián)系統(tǒng)。大多數(shù)細(xì)胞產(chǎn)能的三分之一，神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)能的三分之二，被消耗在Na+/K+泵的運(yùn)行上。膜兩側(cè)該兩離子不均分布，有利維持細(xì)胞兩側(cè)的滲透平衡。Ca2+泵：?jiǎn)蝸喕�膜�?nèi)在蛋白10 個(gè)a 螺旋與前a 亞基同源細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜維持細(xì)胞胞質(zhì)中低濃度的游離Ca2+
②伴隨運(yùn)輸電化學(xué)梯度共運(yùn)輸和對(duì)向運(yùn)輸鈉鉀泵或質(zhì)子泵為基礎(chǔ)
2．細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)㈠細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別
⑴細(xì)胞通訊（cell communication） 一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過(guò)介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。通訊方式：①分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行通訊，包括內(nèi)分泌（endocrine）、自分泌（autocrine）、旁分泌（paracrine）、化學(xué)突觸（chemical synapse）
；
②接觸性依賴的通訊；③間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)。
⑵細(xì)胞識(shí)別（cell recognition） 細(xì)胞通過(guò)其表面的受體與胞外信號(hào)物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過(guò)程。信號(hào)通路（signaling pathway）： 細(xì)胞接受外界信號(hào)，通過(guò)一整套特定的機(jī)制，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號(hào)，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號(hào)通路。細(xì)胞識(shí)別是通過(guò)各種不同的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。㈡細(xì)胞的信號(hào)分子與受體
⑴信號(hào)分子（signal molecule）（見(jiàn)表5-3） 親脂性信號(hào)分子、親水性信號(hào)分子、氣體性信號(hào)分子(NO) 。
⑵受體（receptor）：多為糖蛋白
①細(xì)胞內(nèi)受體：胞外親脂性信號(hào)分子所激活。
②細(xì)胞表面受體：胞外親水性信號(hào)分子所激活。分屬三大家族：
A ．離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linked receptor）
B．G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linked receptor）
C．酶偶連的受體（enzyme-linked receptor）
⑶第二信使（second messenger）

⑷分子開(kāi)關(guān)（molecular switches )
㈢通過(guò)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞
⑴甾類激素介導(dǎo)的信號(hào)通路兩步反應(yīng)階段：①初級(jí)反應(yīng)階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的，發(fā)生迅速；
②次級(jí)反應(yīng)：初級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的放大作用。
⑵一氧化氮介導(dǎo)的信號(hào)通路㈣通過(guò)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞
⑴離子通道偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞
①信號(hào)途徑：
②特點(diǎn)：A、受體/離子通道復(fù)合體，四次/六次跨膜蛋白；B、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無(wú)需中間步驟；C、主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號(hào)傳遞；D、有選擇性：配體的特異性選擇和運(yùn)輸離子的選擇性。⑵G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞①cAMP 信號(hào)通路
A．反應(yīng)鏈激素→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→cAMP 依賴的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄
B．組分激活型激素受體Rs，與GDP 結(jié)合的活化型調(diào)節(jié)蛋白Gs， 抑制型激素受體Ri，與GDP 結(jié)合的抑制型調(diào)節(jié)蛋白Gi，腺苷酸環(huán)化酶。
C．分析G-蛋白活化與調(diào)節(jié)（如左圖所示）
②磷脂酰肌醇信號(hào)通路“雙信使系統(tǒng)”反應(yīng)鏈
③受體酪氨酸激酶及RTK-Ras 蛋白信號(hào)通路
A．受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，
RTKs）
B．反應(yīng)鏈配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→激活RTK →胞內(nèi)信號(hào)蛋白→啟動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)C．RTK- Ras 信號(hào)通路配體→RTK→adaptor←GRF→Ras→ Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK →進(jìn)入細(xì)胞核→其它激酶或基因調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）的磷酸化修鈽
⑶細(xì)胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體
①受體絲氨酸/蘇氨酸激酶；②受體酪氨酸磷酸酯酶；
③受體鳥苷酸環(huán)化酶；④酪氨酸蛋白激偶聯(lián)系的受體。兩大家族：①一是與Src 蛋白家族相聯(lián)系的受體；②二是與Janus 激酶家族聯(lián)系的受體。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT ）與JAK-STAT 途徑。㈤由細(xì)胞表面整合蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳遞
⑴整合蛋白與粘著斑。
⑵導(dǎo)致粘著斑裝配的信號(hào)通路有兩條。
⑶粘著斑的功能：①一是機(jī)械結(jié)構(gòu)功能；②二是信號(hào)傳遞功能。
⑷通過(guò)粘著斑由整合蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳遞通路：①由細(xì)胞表面到細(xì)胞核的信號(hào)通路；②由細(xì)胞表面到細(xì)胞質(zhì)核糖體的信號(hào)通路。㈥細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息
⑴細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征：
①具有收斂（convergence ）或發(fā)散（divergence） 的特點(diǎn)；
②細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)既具有專一性又有作用機(jī)制的相似性；
③信號(hào)的放大作用和信號(hào)所啟動(dòng)的作用的終止并存；
④細(xì)胞以不同的方式產(chǎn)生對(duì)信號(hào)的適應(yīng)。
⑵蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的cross talk。
第三講 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)
一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(cytoplasmic matrix or cytomatrix )
1．基本涵義
用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分，先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué)家多稱之為胞質(zhì)溶膠。中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個(gè)高度有序的體系；通過(guò)弱鍵而相互作用處于動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及細(xì)胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比（引自Albert.1998）
細(xì)胞組分 數(shù)目 體積比
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)  1  54 
細(xì)胞核  1  6 
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)  1  12 
高爾基體  Several  3 
溶酶體  300  1 
胞內(nèi)體  200  1 
過(guò)氧化物酶體  400  1 
線粒體  1700  22 
2．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能
⑴完成各種中間代謝過(guò)程：如糖酵解過(guò)程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。
⑵與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能：維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等。
⑶蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解：①蛋白質(zhì)的修飾；②控制蛋白質(zhì)的壽命；③降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)；④幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象。二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane system） 定義：功能上連續(xù)統(tǒng)一的細(xì)胞內(nèi)膜，包括核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基器、液泡等，是合成蛋白質(zhì)、脂類、糖類的主要場(chǎng)所，也具有包裝和運(yùn)輸合成產(chǎn)物和分泌產(chǎn)物的功能，是真核細(xì)胞所特有的結(jié)構(gòu)，而原核生物中其質(zhì)膜或某些類似結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)的生理功能。特點(diǎn)：①細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)；②真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化（compartmentalization）。

1．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum） 發(fā)現(xiàn)：1945 年，小鼠成纖維細(xì)胞，內(nèi)質(zhì)中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)：封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成相互溝通的網(wǎng)狀管道結(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)膜表面積。類型：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rough ER) ：附著核糖體，扁囊，蛋白質(zhì)合成加工；
光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smooth ER) ：無(wú)核糖體，小管小囊，脂類合成�；瘜W(xué)組成：質(zhì)膜類似，蛋白質(zhì)含量較高，標(biāo)志酶:葡萄糖-6-磷酸酶功能： ①蛋白質(zhì)的合成、加工修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)（rER 、信號(hào)肽假說(shuō)）； ②脂類的合成（合成膜及運(yùn)輸、肝細(xì)胞、sER 腔面）；③糖類的代謝（肝細(xì)胞、sER 、細(xì)胞色素450）；④解毒作用。
信號(hào)肽假說(shuō)
信號(hào)識(shí)別蛋白(signal recognition particle) 信號(hào)識(shí)別蛋白受體(SRP receptor) 或�？康鞍仔盘�(hào)肽水解酶(signal peptidase)
過(guò)程：識(shí)別→合成停止結(jié)合→合成重新開(kāi)始剪切→蛋白成熟
2.高爾基器（golgi apparatus） 發(fā)現(xiàn)：1898 年，意大利,Golgi 。
3．核糖體（ribosome）
分布：rER， 線粒體，葉綠體，游離。
組成與類型:顆粒狀，無(wú)膜，蛋白質(zhì)40%，rRNA60%，70S( 原核)，80S( 真核)
核糖體二聚體，多核糖體

原核生物與真核生物核糖體的比較
原核生物(S)  真核生物(S) 
完整核糖體  70S  80S 
大亞單位  50S  60S 
rRNA  23S  5S  28S 5.8S 5S 
蛋白質(zhì)  L1-34  約49 種
小亞單位  30S  40S 
rRNA  16S  18S 
蛋白質(zhì)  S1-21  約33 種
摻入AA 的最適[Mg 2+]  10-15mmol/L  1.5mmol/L 
S:沉降系數(shù)，測(cè)量某一物質(zhì)在離心力作用時(shí)的沉降速度。

4．液泡（vacuole） 特點(diǎn)：一層膜圍成的球狀，與質(zhì)膜、高爾基器、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等關(guān)系密切類型：
①高爾基液泡(golgi vacuole) ：高爾基反面高爾基池邊緣的小泡，含水解酶。
②溶酶體(lysosome) ：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體形成，含水解酶。
③圓球體(spherosome)： 植物細(xì)胞的溶酶體，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成。
④微體(microbody) ：按所含的酶命名，如過(guò)氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體。
⑤消化泡(digestive vacuole) ：溶酶體與吞噬小體融合后形成的小泡。
⑥自噬小體(autophagic vacuole)： 一層膜將部分細(xì)胞質(zhì)包圍而成，消化碎片。
⑦微體(microbody) ：按所含的酶命名，如過(guò)氧物酶體。
⑧胞飲液泡(pinocytosis vacuole)： 質(zhì)膜內(nèi)陷吞飲溶液或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
⑨吞噬小體(phagic vacuole) ：質(zhì)膜內(nèi)陷吞噬異體營(yíng)養(yǎng)顆粒。
⑩中央液泡(central vacuole) ：植物細(xì)胞特有，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
⑾衣被小泡(coated vesicles) ：質(zhì)膜內(nèi)陷形成。溶酶體：概述：1955 年，鼠肝細(xì)胞，20-50nm， 酸性，溶解或消化。初級(jí)溶酶體：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基腔邊緣突出膨大分離而來(lái)，未開(kāi)始進(jìn)行消化。次級(jí)溶酶體：正在進(jìn)行或已經(jīng)進(jìn)行消化作用的液泡。后溶酶體：小體已失掉酶，僅余未消化的殘?jiān)��?/P>

溶酶體的形成：
1.溶酶體酶蛋白的成熟
2.溶酶體酶蛋白的富集
3.溶酶體的形成

溶酶體的功能：
1.內(nèi)吞消化作用
2.自體吞噬作用
3.自溶作用溶酶體的作用過(guò)程： 溶酶體類疾�。� LDLrecptor（ 低密度脂受體）與心臟病

總結(jié)：
第四講細(xì)胞的能量單位
本講任務(wù)：了解細(xì)胞兩大能量單位線粒體和葉綠體的典型結(jié)構(gòu)及其生理功能。
A.線粒體（Mitochondria）
發(fā)現(xiàn)
1850 年，光鏡、動(dòng)物細(xì)胞、小顆粒結(jié)構(gòu)；
1890 年，系統(tǒng)細(xì)胞學(xué)研究：生命小體→小顆粒與細(xì)菌相似、“內(nèi)共生”；
1898 年，命名線粒體（mitos ：線，chondria ：顆粒）；
1904 年，植物細(xì)胞、活體染色進(jìn)行氧化還原反應(yīng)研究；
1950 年，能量代謝的兩大發(fā)現(xiàn)：三羧酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)與ATP 產(chǎn)生偶聯(lián)；提出能量細(xì)胞
器的概念，認(rèn)為它是能量代謝的中心；
1963-1964 年，線粒體內(nèi)有自身的核酸等物質(zhì)；熱點(diǎn)：能量代謝→半自主性（結(jié)構(gòu)）；
形態(tài)與結(jié)構(gòu)
(1) 直徑：0.5-1μm；長(zhǎng):1-2μm。
(2) 數(shù)目：不同細(xì)胞中差別。
(3) 分布：需能較多的區(qū)域。
(4) 結(jié)構(gòu)：內(nèi)外膜構(gòu)成的封閉的囊狀結(jié)構(gòu)。外膜：包被線粒體內(nèi)膜：外膜內(nèi)側(cè)嵴(cristae) ：內(nèi)膜內(nèi)陷；擴(kuò)增膜表面積；表面不光滑，含基粒。膜間隙：空隙基質(zhì)：內(nèi)部膠狀物，酶等。
化學(xué)組成
干重中：蛋白質(zhì)65-70%： 可溶性→基質(zhì)中的酶類、外膜上的外周蛋白等不溶性→鑲嵌蛋白、內(nèi)膜上的部分酶、結(jié)構(gòu)蛋白等脂類30-35% ：卵磷脂多些，膽固醇極少其它物質(zhì)：金屬離子，DNA 物質(zhì)等
功能
目前研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物細(xì)胞中80％ATP 來(lái)源于線粒體內(nèi)，線粒體是糖脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場(chǎng)所。糖、脂肪在基質(zhì)中酵解產(chǎn)生丙酮酸和脂肪酸→線粒體中成為2 碳TCA 。TCA 與氧化磷酸化偶聯(lián)。
線粒體氧化磷酸化的物質(zhì)基礎(chǔ)和ATP 的產(chǎn)生
物質(zhì)基礎(chǔ)線粒體呼吸鏈的組分
酶復(fù)合物 輔基 分子量 作用
I  NADH-CoQ 還原酶NADH 脫氫酶 FMN FeS(6)  850kD，25 種肽 質(zhì)子位移遞氫
II  琥珀酸-CoQ 還原酶(琥珀酸脫氫酶)  FMN FeS(2) Hemeb  140kD，4 種肽 遞氫
III  CoQ 細(xì)胞色素c 還原酶 Hemb(2) Hemc1 FeS  500kD，9 種肽 質(zhì)子位移遞氫
細(xì)胞色素c  游離處于內(nèi)膜胞質(zhì)面  13kD  遞氫
IV  細(xì)胞色素c 氧化酶 Hem a3(2)Hema(2) Cu(2)  300kD， 9-13  質(zhì)子位移遞氫
V  ATP 合酶  F0 F1 OSCP  480-500kD 
ATP 合酶（F0 - F1 ATPase）

真核生物：頭部、膜部、柄部；原核生物：頭部、膜部。
化學(xué)滲透假說(shuō)
通過(guò)內(nèi)膜上的呼吸鏈組分間氫與電子的交替?zhèn)鬟f，使質(zhì)子從內(nèi)膜向胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移；因膜對(duì)質(zhì)子不能自由通過(guò)，形成的質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)能量經(jīng)ATP 合酶催化驅(qū)動(dòng)ADP 形成ATP 。
(見(jiàn)書P218 圖7-7) 電子供體電子受體質(zhì)體排放H+濃度差→ATP 產(chǎn)生構(gòu)象假說(shuō)
電子傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的能量不是形成含高能磷酸鍵的中間產(chǎn)物，而是通過(guò)蛋白質(zhì)載體（ATP 合酶）構(gòu)象變化形成ATP 。
半自主性
發(fā)現(xiàn)：1960 年前，DNA 存在于細(xì)胞核中；1963 年，M.Nass 和S.Nass 發(fā)現(xiàn)線粒體中的DNA； 深入研究RNA 核糖體。自主性體現(xiàn)： mtDNA ：裸露的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。RNA： 基質(zhì)中的各類RNA 來(lái)源于mtDNA ；轉(zhuǎn)錄的RNA 聚合酶來(lái)源于細(xì)胞核；合成的蛋白質(zhì)不是很多，5-10%；mRNA 半衰期短。蛋白質(zhì)：合成元件核糖體��；AA 與tRNA 專一作用的酶與胞質(zhì)中的不同；密碼子的偏愛(ài)性不同；起始密碼子與終止密碼子也不同。自主性限制：
1.合成的蛋白質(zhì)只占少量,絕大部分來(lái)源于胞質(zhì)；
2.某些核基因活性抑制會(huì)導(dǎo)致線粒體不能形成完整的呼吸鏈。兩套遺傳系統(tǒng)的相互作用
1.核質(zhì)體系合成線粒體內(nèi)膜的大部分蛋白,與線粒體遺傳裝置有關(guān)的酶系,運(yùn)至線粒體中；
2.在上述基礎(chǔ)上線粒體DNA開(kāi)始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯,同時(shí)合成反調(diào)節(jié)細(xì)胞核DNA轉(zhuǎn)錄的物質(zhì),終止細(xì)胞核對(duì)線粒體的作用。

細(xì)胞核中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程
導(dǎo)肽：1.20-80 個(gè)AA；2.正電荷堿性AA；3.不含負(fù)電荷酸性AA；4.含較高的羥基氨基酸；
5.具有雙性的螺旋結(jié)構(gòu)。受體：可與不同的導(dǎo)肽結(jié)合,無(wú)特異性要求,移位至線粒體內(nèi)外膜接觸點(diǎn)。分類：1.進(jìn)入外膜；2.進(jìn)入基質(zhì)；3.進(jìn)入膜間隙和內(nèi)膜。
線粒體的來(lái)源
增殖：與細(xì)胞分裂相似：1.間壁分離；2.收縮后分離；3.出芽分離。起源：內(nèi)共生假說(shuō)：原始真核細(xì)胞中共生細(xì)菌，支持證據(jù)：1.DNA 、mtDNA 單個(gè)裸露的環(huán)狀雙鏈分子，真核細(xì)胞多個(gè)染色體；2.蛋白質(zhì)合成機(jī)制；3.形態(tài)結(jié)構(gòu)類似。分化假說(shuō)：進(jìn)化角度(真核細(xì)胞的產(chǎn)生)
B. 葉綠體（Chloroplast）
概述
僅存在于植物細(xì)胞中，嚴(yán)格意義上
講植物中存在的應(yīng)是質(zhì)體。
前質(zhì)體：植物分生組織中，多次分裂后能成為白色體或葉綠體；
白色體：造粉質(zhì)體、造蛋白體、造油體；
葉綠體：含有葉綠素，能進(jìn)行活躍的光合作用；
有色體：葉綠素退化，類囊體結(jié)構(gòu)消失，積累淀粉等。
形態(tài)
因不同種類的植物細(xì)胞差異顯著，一般葉細(xì)胞中50-200 個(gè)， 可占細(xì)胞質(zhì)體的40-90% ，外形透鏡形；直徑：4-10mm ，厚：2-3mm 。
結(jié)構(gòu)
葉綠體外被(膜)：雙層膜包被，膜間隙，外膜通透性大，內(nèi)膜選擇作用。類囊體(Thylakoid)：葉綠體基質(zhì)中的封閉扁平小囊，沿葉綠體長(zhǎng)軸排列�；�粒(grana) ：在葉綠體某些部位許多圓盤狀的類囊體疊置成垛的結(jié)構(gòu)。類囊體有關(guān)超微結(jié)構(gòu)：
1.多形顆粒：核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶(RuBPcase) 。
2.球形顆粒：ATP 合酶。
3.葉綠素-蛋白質(zhì)復(fù)合顆粒--聚光色素復(fù)合物：PSⅠ P700；PSⅡ P680 �；�質(zhì)：

化學(xué)組成
葉綠體外被(膜)的化學(xué)組成：蛋白質(zhì)和脂類，糖脂與磷脂較多。類囊體：蛋白質(zhì)：脂類＝60:40 ；脂類中不飽和脂肪酸較多，膜的流動(dòng)性較強(qiáng)；蛋白質(zhì)分布與線粒體蛋白質(zhì)分布比較相似。基質(zhì)：
光合作用中電子傳遞及光合磷酸化

吸收光能在PSⅡ和PSⅠ的配合下,把一對(duì)電子從H2O 傳遞給NADP+,電子傳遞呈Z 型。光合磷酸化的類型：非循環(huán)式，循環(huán)式。
光合磷酸化與氧化磷酸化的區(qū)別
光合作用中暗反應(yīng)
利用光合反應(yīng)中產(chǎn)生的ATP 及NADPH 來(lái)生成糖類.(CO2 的固定)
葉綠體的半自主性和起源
均于線粒體相似；植物細(xì)胞的三套遺傳系統(tǒng)。
第五講細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能
概述
1831 年，Brown 發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)最大的細(xì)胞器。真核細(xì)胞：均有，除了成熟的篩管和紅細(xì)胞。原核細(xì)胞：擬核。細(xì)胞生活周期形態(tài)結(jié)構(gòu)不是一成不變。
形態(tài)
圓球狀，卵形，形態(tài)也會(huì)變化。核質(zhì)系數(shù)(NP)=V 核/(Vcell-V 核) 比值變大→細(xì)胞分裂。
構(gòu)成單位
核被膜；遺傳物質(zhì)；核仁。
A．核被膜（Nuclear envelope）
組成
外膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特化區(qū)。內(nèi)膜核周池 20-40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通。核纖層網(wǎng)狀纖維蛋白，30-160nm， laminaA B C。維持細(xì)胞核的形狀；與細(xì)胞分裂相關(guān)；核被膜的破裂與重構(gòu)。核孔兩層核膜融合區(qū)域。間期細(xì)胞普遍存在 60 個(gè)/μm； 每核達(dá)3000 萬(wàn)。
核孔復(fù)合物
孔環(huán)顆粒Annular granules；
邊圍顆粒Peripheral granules；
中央顆粒centre granules。
功能 核質(zhì)物質(zhì)交換雙向選擇性通道
核孔形成柱狀通道 9nm 15nm 蛋白質(zhì)運(yùn)輸:核定位信號(hào)(Nuclear localization signal) RNA 特殊機(jī)理

B. 遺傳物質(zhì)
幾對(duì)名詞
染色質(zhì)與染色體chromatin and chromosome:編碼基因,重復(fù)序列(DNA 指紋技術(shù)) 常染色質(zhì)與異染色質(zhì)euchromatin and heterochromatin:細(xì)胞分裂間期存在形態(tài)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)與功能異染色質(zhì)constitutive and faculative ... B. 遺傳物質(zhì)
染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體
核小體結(jié)構(gòu)
(nucleosome)
1.核心結(jié)構(gòu)：四種組蛋白；
2.左手螺旋纏繞1.75 圈，147bp；
3.H1
位于兩核小體中間，與DNA 雙鏈結(jié)合，成2 圈，共165bp；
4.連接兩核小體的DNA 長(zhǎng)度為35bp，故形成200bp 的結(jié)構(gòu)單位；
5.染色質(zhì)上的核小體成念珠狀。
組蛋白 分子量(kDa)  氨基酸組成 保守性 每200bpDNA 的分子數(shù)
H1  20  富含Lys  差 N、C 端變化大  1 
H2A  137  Lys 中等，中部C 端，疏水 種間差異  2 
H2B  137  Lys 中等，中部，疏水 種間差異  2 
H3  157  富含Arg、Cys  進(jìn)化保守  2 
H4  112  富含Arg  最保守 2 個(gè)AA  2 

組蛋白富含堿性氨基酸，易與酸性的DNA 緊密結(jié)合。
染色體的四級(jí)模型

10nm→30nm 形成過(guò)程
10nm 及30nm 螺線管示意圖(見(jiàn)上頁(yè)核小體結(jié)構(gòu)左圖)
中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)
依據(jù)形態(tài)分類
metacentric chromosome；submetacentric chromosome ；
subtelocentric chromosome；telocentric chromosome 。

基本構(gòu)成著絲粒（centromere） or 動(dòng)粒（kinetochore）：主縊痕；動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）；中央結(jié)構(gòu)域（centre domain）
； 配對(duì)結(jié)構(gòu)域（pairing domain）；次縊痕（secondary constriction）
； 端粒（telomere）。
C. 核仁（Necleolus）的結(jié)構(gòu)與功能
概述
核仁的超微結(jié)構(gòu)
纖維中心(fibrillar centers FC)：染色淺，低電子密度，不活躍的rDNA；
致密纖維中心(dense fibrillar component DFC)：染色深，電子密度高，活躍
的rDNA；
顆粒組分(grannlar component GC)：核糖體亞單位前體顆粒。
結(jié)論：FSc:非轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的沉默rRNA 基因儲(chǔ)存位點(diǎn)；
DFC:rRNA 基因進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)；
GS:核糖體亞單位裝配成熟位點(diǎn)。
核仁的功能－－核糖體的生物發(fā)生
核仁周期
第六講細(xì)胞骨架
發(fā)現(xiàn)
最初,基質(zhì)(cytosol)均質(zhì)溶液相,細(xì)胞運(yùn)動(dòng)形態(tài)等?
1928 年,Klotzoff 原始概念鋨酸或高錳酸鉀染色電鏡無(wú)。
1963 年,戊二醛常溫染色電鏡下有網(wǎng)狀骨架。
概論
細(xì)胞骨架：真核細(xì)胞胞質(zhì)中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。
狹義 (cytoskeleton)
三種蛋白纖維：微絲(microfilament，MF)；微管(microtubule，MT)； 中間纖維

華東理工大學(xué)《細(xì)胞生物學(xué)》上課講義
(intermediate filament,IF)。
廣義 (cell skeleton)
胞質(zhì)骨架(cytoskeleton)； 核骨架或核基質(zhì)(karyoskeleton or nuclear matrix)
目前通俗,細(xì)胞骨架--cytoskeleton:真核細(xì)胞胞質(zhì)中由三類纖維蛋白微絲、
微管和中間纖維組成的蛋白纖維網(wǎng)狀骨架體系，對(duì)于維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、
物質(zhì)與能量交換、信息傳遞等生命活動(dòng)有重要作用。
本講主要介紹cytoskeleton 的三種蛋白纖維及相關(guān)的生理功能，同時(shí)對(duì)核
基質(zhì)作簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)。
A．微管（microtubule）
存在于真核細(xì)胞中，由微管蛋白(tubulin)組裝成的長(zhǎng)管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，通
過(guò)亞單位的組裝與去組裝，能改變其長(zhǎng)度，對(duì)低溫與秋水仙素敏感，在細(xì)胞內(nèi)呈
網(wǎng)狀或束狀分布，并能與其它蛋白共同組成紡錘體，基體，中心粒，鞭毛和纖毛
等，維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等，原核細(xì)胞中無(wú)此結(jié)構(gòu)。
形態(tài)與組成
外徑24－26nm；內(nèi)徑15nm；壁厚6nm；管狀纖維。
管蛋白a 和b 少量微管結(jié)合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs)
a 和b 形成二聚體，13 根原纖維
管蛋白a 和b；50kDa 種間保守性非常強(qiáng)；管蛋白a 有N(nonexchangeable site)
位點(diǎn)；管蛋白b 有E(exchangeable site)位點(diǎn)
管蛋白相關(guān)因子
*GTP：能與N、E 位點(diǎn)相結(jié)合
*二價(jià)陽(yáng)離子：Ca2+解聚 Mg2+ 促進(jìn)裝配
*作用藥物：秋水仙素：疏水凹槽，二聚體不能聚合；紫杉醇和重水：促進(jìn)微管
裝配，但對(duì)細(xì)胞有毒。
動(dòng)態(tài)裝配
體外裝配
體外裝配條件：
微管蛋白濃度>臨界濃度。
最適pH：pH6.9
離子：無(wú)Ca2+, Mg2+適當(dāng)，1M
溫度：37℃，低溫解聚；
臨界濃度：微管蛋白必須高于
某一濃度，低于則不發(fā)生裝配，該濃度稱為臨界濃度。微管兩端的臨界濃度和平
衡常數(shù)均是不同，正極和負(fù)極。
GTP 的重要作用
*GTP 與二聚體的N，E 位點(diǎn)結(jié)合，裝配到微管的b 亞單位上；
*裝配完成后，E 位點(diǎn)的GTP 會(huì)水解成GDP，這種二聚體不穩(wěn)定，會(huì)解聚；
*當(dāng)GTP-tubulin 聚合速度遠(yuǎn)大于GTP 的水解速度時(shí)，末端不斷加入大量
GTP-tubulin，使微管穩(wěn)定延長(zhǎng)，出現(xiàn)“GTP-cap”現(xiàn)象；
*隨著GTP-tubulin 的消耗，末端聚合速度會(huì)下降，則GTP 水解成GDP，因而

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GTP-cap 會(huì)變小直至消失，暴露出GDP-tubulin，微管開(kāi)始解聚；
*踏車行為：在某中GTP-tubulin 下，表現(xiàn)出微管的(+)極聚合，(－)極解聚，并
且速度相等，從而微管長(zhǎng)度保持不變。（整個(gè)結(jié)果是表現(xiàn)為微管在移動(dòng)）。
體內(nèi)裝配
自我調(diào)節(jié)
微管組織中心(microtubule organizing centre,MTOC)
在生理或?qū)嶒?yàn)處理解聚后，微管重新發(fā)生裝配的區(qū)域。動(dòng)物中的中心體，鞭毛和
纖毛的基體，硅三藻的紡錘極體均是MTOC，MTOC 決定了微管的極性。
微管結(jié)合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs)
MAP1 MAP2 tau 蛋白促進(jìn)微管組裝，抑制解聚
功能
維持細(xì)胞形態(tài)
秋水仙素處理的細(xì)胞變球形，微管破壞，表面張力最小。
胞內(nèi)運(yùn)輸
驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)：利用ATP 水解釋放的能量向正極運(yùn)輸小泡；
動(dòng)力蛋白(dyenin)：能反向向負(fù)極運(yùn)輸物質(zhì)。
鞭毛與纖毛的運(yùn)動(dòng)
鞭毛與纖毛的區(qū)別：
結(jié)構(gòu)：細(xì)長(zhǎng)毛狀與基體；軸線結(jié)構(gòu)：9+2 結(jié)構(gòu)，A-13，B-10
鞭毛與纖毛的運(yùn)動(dòng)機(jī)理
基體與中心體
中心體(centrosome)：動(dòng)物細(xì)胞中的主要微管
組織中心，紡錘體與胞質(zhì)微管均有中心體放射
出來(lái)，中心體有一對(duì)垂直的中心粒構(gòu)成。通常
鞭毛與纖毛的基體也是有中心粒構(gòu)成。
三種微管區(qū)別
染色體運(yùn)動(dòng)功能
B. 微絲（microfilament）
成份
肌動(dòng)蛋白：43kD， 三種異構(gòu)體 a、b、g， 進(jìn)化上極其保守，平滑肌、心肌等，375
個(gè)AA，只差4-6 個(gè)AA。
動(dòng)態(tài)裝配
由球形肌動(dòng)蛋白(G-actin)單體形成的多聚體螺旋狀纖維，37nm；G-actin 有極
性，裝配成纖維時(shí)，頭尾相連，微絲(MF)有極性。
裝配條件：Mg2+ G-actin ATP →裝配；Ca2+ 較低Na+或K+→解聚成G-actin；
Mg2+ Na+或K+高濃度→成纖維。
裝配過(guò)程：種子形成，延長(zhǎng)階段，延遲時(shí)間，微絲極性。
ATP 的作用：ATP→G-actin 1:1；ATP-actin 裝配；裝配后，actin 構(gòu)象會(huì)改變，
使ATP→ADP+Pi；ADP-actin 易解聚；ATP-cap；踏車行為。

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微絲結(jié)合蛋白
在微絲結(jié)合蛋白的參與下形成許多亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如應(yīng)力纖維等，肌肉細(xì)絲等。
主要的微絲結(jié)合蛋白及功能如下：
特異性藥物
細(xì)胞松弛素；鬼筆環(huán)肽。
功能
肌肉收縮
微絨毛
應(yīng)力纖維
胞質(zhì)溶膠與阿米巴運(yùn)動(dòng)
胞質(zhì)分裂環(huán)
C．中間纖維（Intermediate filamnet）
成份
中間纖維的類型：
角質(zhì)蛋白纖維（keratins）
：分子量（kD）40-68； 多肽數(shù)19； 細(xì)胞類型：上皮，
包括各種角蛋白絲；(頭皮指甲)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
波形蛋白纖維（vimentin）：分子量（kD）54；多肽數(shù)1；細(xì)胞類型：成纖維細(xì)
胞，上皮細(xì)胞，軟骨細(xì)胞淋巴細(xì)胞。
結(jié)蛋白纖維（desmin）
：分子量（kD）53；多肽數(shù)1； 細(xì)胞類型：骨骼肌，心肌，
平滑肌。
神經(jīng)元纖維蛋白：細(xì)胞類型：神經(jīng)元。
神經(jīng)膠質(zhì)蛋白纖維(GFAP)：分子量（kD）51； 多肽數(shù)1； 細(xì)胞類型：神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)
胞。
組織特異性，應(yīng)用于臨床診斷腫瘤發(fā)生部位。
特征
桿形區(qū)：310 AA，a 螺旋，7 個(gè)AA 重復(fù)排列，a 和d 位為疏水AA。
頭尾部：非螺旋區(qū)，高度可變。
裝配
相鄰亞基螺旋區(qū)→二聚體；
二聚體→四聚體，中間纖維的最小亞單位；
八個(gè)四聚體或四個(gè)八聚體進(jìn)一步螺旋成中間纖維；
整個(gè)裝配過(guò)程中IF 是不具有極性的，兩端是對(duì)稱的。
核纖層與IF 結(jié)合蛋白

 
核纖層蛋白與IF 蛋白有相似結(jié)構(gòu)：350AA 的內(nèi)部區(qū)段與IF 蛋白螺旋區(qū)高度同源；
類似大小的非螺旋頭尾部；也為10nm 左右的纖維并且具有25nm 的縱向周期。
IF 結(jié)合蛋白：與IF 功能密切相關(guān)，緊密或疏松結(jié)合于IF 上或兩端。
功能
無(wú)特異性藥物的作用，故功能研究不如前兩者透徹，主要：外與細(xì)胞膜和細(xì)胞外
基質(zhì)直接聯(lián)系；向內(nèi)與核表面，核基質(zhì)聯(lián)系；中間與MT、MF 及其他細(xì)胞器相聯(lián)。
總結(jié)
細(xì)胞骨架主要成份比較
微管微絲中間纖維
主要組成成份 ab 結(jié)合蛋白
G-actin
結(jié)合蛋白
多種類型
分子量 50kD 43kD 40-200kD
亞單位管蛋白球蛋白線狀蛋白
結(jié)合核苷酸 2GTP/二聚體 1ATP/單體無(wú)
纖維直徑 -22nm -7nm -10nm
結(jié)構(gòu)
13 根原絲組成的空心
管狀纖維
單股a 螺旋多級(jí)a 螺旋
極性有有無(wú)
可溶性
亞單位庫(kù)
有有無(wú)
踏車行為有有無(wú)
特異性藥物
秋水仙素、長(zhǎng)春花堿
紫杉醇
細(xì)胞松弛素
鬼筆環(huán)肽
無(wú)
與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的
結(jié)合蛋白
動(dòng)力蛋白
驅(qū)動(dòng)蛋白
肌球蛋白無(wú)
D．核骨架
存在于真核細(xì)胞核內(nèi)，以蛋白成份為主的纖維網(wǎng)架體系。
核骨架與DNA 復(fù)制
染色質(zhì)DNA 以放射環(huán)形式與DNA 復(fù)制的酶及其他因子錨定于核骨架，形成DNA
復(fù)合體進(jìn)行復(fù)制。
核骨架是DNA 復(fù)制的空間支架。
核骨架與基因表達(dá)
染色質(zhì)DNA 上發(fā)現(xiàn)有核骨架結(jié)合序列，一般位于活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端，富含AT。
與核骨架結(jié)合后能使該區(qū)段的染色質(zhì)空間解聚，從而有利于RNA 聚合酶的識(shí)別與
移動(dòng)，保證基因處于高活性狀態(tài)。
E．細(xì)胞骨架功能
細(xì)胞形態(tài)支撐與形態(tài)的建成；細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)或運(yùn)動(dòng)；膜相關(guān)的性質(zhì)和功能；吞噬作
用；信息傳遞。