细胞生物学笔记
第四章细胞膜和细胞表面（p73）
Plasma Membrane & its Surface Structures
本章内容提要
第一节细胞膜与细胞表面特化结构；
第二节细胞连接；
第三节细胞外被与细胞外基质。
第一节细胞膜与细胞表面特化结构
定义：（P72上）
细胞膜cell membrane（质膜，细胞质膜plasma membrane）——围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。
生物膜=质膜＋内膜系统
第一节主要内容
一、细胞膜的研究历史和结构模型（model）
二、细胞膜的化学组成（膜脂、膜蛋白）
三、细胞膜的性质（膜的流动性、不对称性）
四、细胞膜的功能
五、膜骨架与细胞表面特化结构
一、细胞膜的研究历史和结构模型
1、E. Overton （1895）发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。
2、E. Gorter 和 F. Grendel（1925）用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，并将其铺展在水面，发现膜脂展开的面积是红细胞表面积的2倍，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。
评价：是对膜结构的初步认识，
是人类第一次从分子水平研究
细胞膜的结构。
3、三明治式质膜结构模型
J. Danielli 和 H. Davson（1935）发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。1959年在上述基础上提出了“蛋白质－脂质－蛋白质”的三明治式的质膜结构模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。
评价：是对膜结构的粗浅认识，但是该模型长期占理论统制地位达20年之久。
4、单位膜模型（unit membrane model）
J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。
①该模型主要强调：连续的脂双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，以β折叠形式通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。
②他还提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。
评价：①单位膜模型的主要不足在于：把膜结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾；
②不同膜的厚度的有差异的，变化范围为5～10 nm，
并不都是7.5nm；
③认为蛋白质分子在脂分子表面呈伸展构型，也与蛋白质发挥其功能时的构象要求不相符。
5、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）
S. J. Singer & G. Nicolson 1972 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。
①细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成；
②磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相，组成生物膜骨架；
③蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。流动镶嵌模型要点：
①强调了膜结构的流动性。
②强调了膜结构的不对称性和不均匀性。
③膜的功能是由蛋白与蛋白、蛋白与脂质、脂质与脂质之间复杂的相互作用实现的。
评价：
①接近于现代对细胞膜结构的认识；
②忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用,以及其他因素对脂质分子运动的影响。
6、晶格镶嵌模型
Wallach（1975）年提出。
①生物膜含有的”流动性脂质“进行可逆地无序(流动性)到有序(晶态)的相变。
②在大多数动物细胞的膜系统中,这种“流动性脂质“呈小片的点状分布,面积小于100 nm 2左右。
评价：晶格镶嵌模型在一定条件下,可能代表某些膜的真实结构,但是并不能作为一般膜的通用模型。
7、板块镶嵌模型
1977年,Jain和White提出了板块镶嵌模型。
①在流动的类脂双分子层中存在许多大小不同,刚度较大的彼此独立移动的类脂板块(有序结构板块)。
②膜平面实际上是由同时存在的不同组织结构和不同性质的许多板块组成的,它的变化主要由板块内组分的构象和相互作用的特异性所决定。
③膜功能的多样性,可能与板块的性质和变化有关,这就可以解释所谓细胞内“区域化”的问题。细胞中“区域化“的特点,使细胞内各种错综复杂的生化反应能够彼此不受干扰,有条不紊地进行。
8、脂筏模型（lipid rafts model）
①脂筏是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）——“脂筏”；大小约70nm
左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页；介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（L iquidordered）；
②脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。
评价：可解释生物膜的某些性质和功能，但需要更多证据。
总结（一）关于几种模型
1、晶格镶嵌模型、板块镶嵌模型和脂筏模型同流动镶嵌模型相比并没有本质差别, 是对膜的流动性的分子基础作了解释,因而是对后者的补充、充实和完善。目前所流行的关于膜结构的基本观点仍然是流动镶嵌模型。
2、由于膜的结构复杂和功能多样,还存在不少问题有待解决,目前尚没有一个模型可以作为所有生物膜的通用模型。
总结（二）关于生物膜结构的认识 p75
3、具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，以疏水性非极性尾部相对、极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白质。
4、蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或者结合在其表面，蛋白质的类型、蛋白质的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自的特性与功能。
5、生物膜可以看作是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。膜蛋白与膜脂之间、膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧其他生物大分子的复杂相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。
二、细胞膜的化学组成 p76
综述：质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量的糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。
膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。
（一）膜脂（membrane lipid）
分类：膜脂是生物膜的基本成分，主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
1、磷脂：是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。
分类：甘油磷脂
鞘磷
脂①甘油磷脂甘油磷脂主要类型有：磷脂酰胆碱(PC)，旧称卵磷脂
磷脂酰丝氨酸(PS)
磷脂酰乙醇胺(PE), 旧称脑磷脂
磷脂酰肌醇(PI)
双磷脂酰甘油( DPG) , 旧称心磷脂
②鞘磷脂（sphingomyelin，SM）
鞘磷脂在神经系统中含量特别丰富。
以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也与含胆碱的磷酸基团结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。
③磷脂的分子结构特征
1）“一头二尾”：
心磷脂具有4个非极性尾部。
2）“偶数碳链”：脂肪酸链碳原子数量多数为16，18或20。
3）“不饱和”：常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。
30o
2、糖脂（glycolipid）
是含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高；糖脂是鞘胺醇的衍生物，也是两性分子，是由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合；
最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；
变化最多、最复杂的糖脂是神经节苷脂，其头部包含一个或几个唾液酸和糖的残基。神经节苷脂是神经元质膜中具有特征性的成分。
3、胆固醇（cholesterol）
是动物组织中含量最丰富的固醇类化合物，
在脑、神经组织及肾上腺中含量丰富，其次是在肝、肾、脾、皮肤和脂肪组织中。
胆固醇
分布：主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，
功能：提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。
在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。
膜脂的运动方式（P76－77）
1、沿膜平面的侧向运动；*
2、脂分子围绕轴心的自旋运动；
3、脂分子尾部的摆动；
4、双层脂分子之间的翻转运动。
脂质体（liposome）p77
本质：是一种人工膜。
在水中，搅动磷脂形成的双层脂分子球形体，直径25~1000nm不等。
liposome
人工脂质体的用途：
1. 转基因
2. 制备的药物
3. 研究生物膜的特性
（二）膜蛋白 P78
种类繁多,是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中约30%为膜蛋白。
1、分类：根据膜蛋白与脂分子的结合方式，分为两类：
––膜周边蛋白（peripheral protein）
或称外在膜蛋白（extrinsic protein）
––膜内在蛋白（ integral protein ）
或称整合膜蛋白
①膜周边蛋白
是水溶性蛋白，暴露在脂双层的外侧或内侧；
*离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合；
只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。
②膜整合蛋白 p78
整合蛋白多数为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是两性分子。与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来，如离子型去垢剂SDS，非离子型去垢剂TritonX-100。
2、膜内在蛋白与膜脂的结合方式p78
1）跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用（如图4－4 A）；
2）跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基（如精氨酸、赖氨酸）与磷脂分子带负电荷的极性头形成离子键，或者带负电荷的氨基酸残基通过Ca2＋Mg2+等阳离子与带负电荷的磷脂极性头部相互作用（如图4－5）；
3）某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双层之间，进一步加强膜蛋白与脂的结合力，还有少数蛋白与糖脂结合（图4－5）。
三、细胞膜的性质
（一）细胞膜的流动性（P81）
1、膜脂的流动
脂分子的侧向运动，是生长细胞完成多种生理功能所必需的
影响膜脂流动性的因素
①胆固醇含量：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性
②脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。
③脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。
④卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。
⑤其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。
2、膜蛋白的流动性（P82）
膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动（主要为侧向流动），不需要代谢产物的参加和能量的提供。
膜蛋白的流动性是相对的。表现为某些膜蛋白在细胞膜表面的分布有一定的区域性，甚至有的蛋白是不流动的，原因是某些蛋白与细胞膜下的细胞骨架相结合，流动受到限制。
研究膜蛋白流动的实验技术1
荧光抗体免疫标记细胞融合
研究膜流动性的实验技术2
光脱色恢复技术 FRAP
膜蛋白或者膜脂被荧光素标记，再用激光照射某一区域，被照射区的荧光因为淬灭而变弱。由于膜的流动性，粹灭区域亮度会逐渐增加，最后与周围两度等同。荧光恢复的速度间接反映出膜蛋白或者膜脂扩散的速度。
3、质膜流动性的意义
1）膜的流动性有利于酶的侧向扩散和旋转运动；
2）膜的流动性保证了物质的运输；
3）膜流动性与信号转导；
4）膜的流动性和能量转换；
5）膜的流动性与细胞的发育和衰老。
（二）细胞膜的不对称性——质膜内外两层的组分和功能的差异，
1、细胞膜各部分的名称
ES
EF
PF
PS
小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
2、膜的不对称性p83
1）膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：在红细胞膜中，PC和S M主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。
2）复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。
3）膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。如各种激素的受体具有极性，细胞色素C位于线粒体内膜内侧。
四、细胞膜的功能 p84
1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；
2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；
3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；
4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；
5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；
6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
五、膜骨架与细胞表面的特化结构 P85
（一）膜骨架（membrane associated cytoskeleton）
定义：膜骨架是质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。
作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。
研究材料：成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料。红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）。
（二）红细胞质膜蛋白及膜骨架
红细胞膜骨架：在红细胞膜的内侧，由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架
人红细胞膜蛋白SDS－PAGE电泳分布
1、红细胞膜内存在的蛋白质
约15种蛋白，其中主要的有3种：血影蛋白、血型糖蛋白、带3蛋白，占到60％以上
血影蛋白（spectrin）：又叫收缩蛋白，是膜骨架主要成分，α、β亚基构成，非膜蛋白；血型糖蛋白A（glycophorin A）：红细胞膜蛋白，富含唾液酸，类似的还有血型糖蛋白B、C、D，单次跨膜蛋白；
带3蛋白（band 3 protein）：膜蛋白，具有阴离子转运功能，“阴离子通道”；多次跨膜（12－14次）
肌动蛋白（actin）：又称带5蛋白，是膜骨架的主要成分，肌动蛋白纤维上有多个与血影蛋白结合的位点。
锚定蛋白（ankyrin）：又称带2.1蛋白，一方面连接血影蛋白，一方面连接带3蛋白；
带4.1蛋白（band 4.1 protein）：膜骨架成分，促使血影蛋白和肌动蛋白结合；
2、红细胞膜骨架的组成：
①血影蛋白在带4.1蛋白的协助下与肌动蛋白结合成膜骨架基本网络；
②带4.1蛋白和血型糖蛋白相互作用；
③锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白相互作用。
（三）细胞表面特化结构
包括鞭毛、纤毛、微绒毛、细胞的变形足等；
与细胞运动、细胞的物质交换有关。
第二节细胞连接 cell junction
本节内容
一、封闭连接；
二、锚定连接；
三、通讯连接；
四、细胞表面的粘着因子；
细胞连接（cell junction）p87
定义：细胞连接是细胞与细胞间或细胞与细胞外基质间的联结结构。
分类：分为三大类，即：
封闭连接（occluding junction）
锚定连接（anchoring junction）
通讯连接（communicating junction）
一、封闭连接（occluding junction）
紧密连接（tight junction）是封闭连接中的典型代表，也叫zonula occluden
分布：一般存在于脊椎动物上皮细胞之间。
紧密连接（图4－10）
形态：网络状蛋白质焊接线，也称嵴线，
成分：成串的跨膜蛋白构成。
特点：相邻细胞之间的质膜紧密结合，基本没有缝隙。
tight conjunction
嵴线：相互交联，封闭细胞之间的空隙，甚至可以阻止水等小分子的通过。
紧密连接
作用：①将相邻细胞的质膜密切连接在一起，阻止溶液中的分子沿细胞间隙进入体内；②同时具有隔离和支持的功能
Tight Junction in Epithelia of Rabbit
Tight conjuction
图2
二、锚定连接（anchoring junction）
分布：在机体中广泛分布，在上皮组织、心
肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富。
以细胞质骨架为锚定基础。
作用：将相邻细胞的骨架系统或者将细胞与
基质相连，形成坚挺有序的细胞群体。
分类：
与中间纤维相连——桥粒和半桥粒
与肌动蛋白纤维相连——粘着带和粘着斑
（一）桥粒和半桥粒（desmosome & hemidesmosome）
1、桥粒（desmosome）
桥粒是中间纤维连接相邻细胞的方式。细胞间形成的纽扣状结构，将相邻细胞膜铆接在一起（间隙约30nm）。
分布：承受强拉力的组
织中，主要是上皮组织，
如皮肤、口腔、食管、
心肌中。
桥粒模式图
desmosome2
–中间纤维直接与质膜下的盘状致密斑连接；
相邻两细胞之间的盘状致密斑由跨膜连接糖蛋白相互连接。
2、半桥粒（ hemidesmosome ）
是中间纤维连接细胞外基质的方式。半桥粒外形如同半个桥粒。它将上皮细胞固着在基底膜上。
半桥粒的功能和组成：它是通过整联蛋白将上皮细胞固着在基底膜上。
（二）粘着带与粘着斑
1、粘着带（adhesion belt）：
是肌动蛋白纤维连接细胞的方式。呈连续带状环绕细胞，位于某些细胞紧密连接的下方。细胞间隙为15～20nm，介于紧密连接和桥粒之间，也称为中间连接或者带状桥粒（belt de smosome）。
粘着带（图）
粘着带
–与粘着带相连的微丝在细胞中形成平行于细胞膜的可收缩的纤维束。
2、粘着斑
是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。
参与粘着斑连接的是整联蛋白（是一种细胞外基质受体蛋白）。
粘着斑
锚定连接（小结）
三、通讯连接（ communicating junction）
分布：位于具有细胞间通讯作用的细胞。
双重功能：①机械连接
②电偶联或代谢偶联。
分类：包括间隙连接（动物）
化学突触（可兴奋细胞）
胞间连丝（植物）
（一）间隙连接
1、结构与成分
分布：非常广泛，几乎存在于所有动物组织，连接处有2~3nm的缝隙。
间隙连接（图）
连接结构的基本单位称为连接子（connexon），由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位（con nexin）环绕而成，中间形成直径1.5nm的孔道。
注射染料证明间隙连接可允许MW<小于1000的分子通过，但通透性受调节。
2、功能和调节机制
允许小分子（无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸、维生素）通过（MW<1000），而蛋白质、核酸和多糖等大分子不能通过。
1）间隙连接在代谢偶联中的作用
合用和互喂营养物质；
允许小分子代谢物和信号分子（如cAMP和Ca2＋）通过，是细胞间代谢偶联的基础。因此部分细胞接受信号分子的作用后，就可以使整个组织产生反
应。
2）间隙连接在神经冲动传递过程中的作用
突触
电突触（electronic junction）
构成细胞之间的低电阻通路，神经电冲动可以通过间隙连接从突触前向突触后传导，动作电位可以迅速从一个细胞传到另一个细胞，实现细胞间的快速通讯。3）间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用
a. 间隙连接出现在脊索动物和大多数无脊椎动物胚胎发育的早期；
b. 连接子蛋白抗体可以使胚胎发育出现
缺陷；
c. 可能为细胞在胚胎中的“位置信息”的传递提供通路，从而影响其分化。
d. 肿瘤细胞之间的间隙连接明显减少或者消失。
4）间隙连接通透性的调节
间隙连接是可以随细胞内的变化而进行开关的动态结构，影响其通透性的因素包括：
胞质中的pH
胞质中的自由Ca2＋
两侧电压梯度
细胞外化学信号
（二）胞间连丝（plasmodesmata）
胞间连丝（图）
2、胞间连丝的功能
1）功能上与动物细胞的间隙连接类似。允许MW<1000、半径<0.7～0.8nm的分子通过;
2）通透性可调节。某些植物病毒能制造特殊的蛋白质，使胞间连丝的有效孔径扩大。
3）某些细胞蛋白和核酸能够通过胞间连丝进入另外一个细胞。
（三）化学突触
化学突触是可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传递神经冲动。
电信号化学信号电信号
化学突触（图）
小结
各种细胞连接1
各种细胞连接2
各类细胞连接的比较
四、细胞表面的粘着因子
（Cell Adhesion Molecule，CAM）
功能：
同种类型的细胞彼此粘连在一起。
这种粘连是由细胞粘着因子介导的。细胞之间的锚定连接也需要这些因子的参与（如钙粘素蛋白、整联蛋白）。
本质：都是整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架相连；
分类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族的CAM、整联蛋白。
几个概念
细胞粘附分子的作用机制有三种模式：
1.同亲性粘附；
2.异亲性粘附；
3. 通过胞外连接分子（linker）相互识别与结合。
1、钙粘素（cadherin）
同亲性依赖于Ca2＋的细胞粘连糖蛋白。
胞外部分形成5个结构域，均含Ca2＋结合部位。
分类：分布广泛，家族
成员众多，如：
E－钙粘着蛋白（表皮）
N－钙粘着蛋白（神经）
P －钙粘着蛋白（胎盘）等。
作用：
介导细胞连接：如E-钙粘素。
参与细胞分化：决定胚胎细胞间的粘
附，影响细胞分化。
2、选择素（selectin）
定义：异亲性依赖于Ca2＋的CAM，能识别并结合另一细胞表面伸出的特异性糖基团；
结构：细胞外片段末端具有凝集素结构域；
作用：参与白细胞在炎症（或血块）部位与血管壁细胞之间的识别与粘合；
分类：已知选择素有三种：
P（platelet）选择素：在血小板、内皮细胞中表达；
E（endothelial）选择素：内皮细胞表达；
L（leukocyte）选择素：各种白细胞中表达。
3、免疫球蛋白超家族的CAM（Ig－superfamily）
Ig-SF包括分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）样结构域的所有分子
一般不依赖于Ca2＋，包括亲同性或亲异性CAM
作用：介导淋巴细胞和需要进行免疫反应的细胞之间的粘着。
4、整联蛋白（integrin）
多为异亲性细胞粘附分子。作用依赖于Ca2＋。
一般由是α、β亚单位形成异二聚体。
目前发现有16种α亚单位和8种β亚单位，相互配合形成22种不同的二聚体整联蛋白；含β1的整合素主要介导细胞与ECM之间的粘附。
含β2的整合素主要介导细胞间的相互作用。
含β3亚单位的整合素介导血小板聚集，参与血栓形成。
α6β4整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。
第三节细胞外被与细胞外基质
（cell coat & extracellular matrix）
一、细胞外被（cell coat）
1、定义：质膜、膜蛋白一般不是裸露在外的，而是被一层粘多糖物质包裹着。这层物质就是细胞外被（cell coat）。
2、成分：糖蛋白和蛋白聚糖，因此又称糖萼（glycocalyx）
3、形成：在细胞内合成，然后分泌出来并附着到细胞质膜上的。
4、细胞外被的功能：
保护功能，防止机械和化学的损伤；
参与细胞增殖的接触抑制；
参与细胞识别等。
二、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）p97
定义：指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构。细胞外基质主要成分和结构
功能：
1、细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织；
2、提供细胞外网架，在组织中或组织之间起支持作用；
3、三维结构及成分的变化，通过改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起到调控作用。
细胞外基质的分类
分类：胶原
糖胺聚糖和蛋白聚糖
层粘连蛋白和纤连蛋白
弹性蛋白
植物细胞壁
（一）胶原（collagen）
胶原构成细胞外基质的骨架，也是动物体内含量最丰富的蛋白，约占人体蛋白质总量的30％以上。
成分：水不溶性纤维蛋白，在胞外基质中形成半晶体的纤维;
分布：在各种动物中都存在，肌腱、软骨和骨中的胶原非常丰富，含量接近1/2。
1、胶原的分子结构
①胶原的基本结构单位——原胶原（tropocollagen）。原胶原是三条肽链形成的三股螺旋；
一级结构具有Gly—Pro—y重复序列
y＝Hypro 或Hyl ys
原胶原（tropocollagen）
每条链盘绕成呈α链卷曲的左手螺旋；
三股链再绕成右手超螺旋。
②胶原的结构
原胶原分子间共价交联，呈1/4交替平行排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的周期性横纹。
胶原纤维的TEM图像
2.胶原的分类：
胶原类型多达20种,分为六种（I～VI），具有不同的化学结构和免疫性能，是不同基因的表达产物；
了解较为详细的有I～IV型
I型常形成较粗的纤维束，分布广泛，如皮肤、肌腱、韧带和骨骼中，有很强的抗张强度；II型主要存在于软骨中；
III型形成细微的原纤维网，广泛分布于伸展性的组织，如疏松结缔组织；
IV型形成二维网络样结构，构成基膜。
3、胶原的合成、装配
由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌；
合成：胶原肽链的翻译在糙面内质网（rER）核糖体上进行。
装配：前体进入内质网，先后在内质网和高尔基体中进行修饰和加工，最终分泌到细胞外基质中；
膜结合核糖体合成含有信号肽的原α链（前原胶原）；
前原胶原进入内质网，切去信号肽，三股前体肽装配成前胶原（procollagen）；
前胶原进入高尔基体，经过修饰加工，被包进分泌小泡，与质膜融合，分泌到细胞外；
在细胞外，前胶原被切去N、C端的前肽（propeptide），成为原胶原，然后进一步聚合成为胶原原纤维（collagen fibrill）。
胶原原纤维最后装配成胶原纤维（collagen fiber）。
原α链（前原胶原）
↓
前胶原
↓
原胶原
↓
胶原原纤维
↓
胶原纤维
4、胶原的功能（P101）
参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤；
含量高，刚性和抗张强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，并与其他组分结合形成结构与功能的复合体；
在不同的组织中，胶原装配成不同的纤维形式，以适应功能的需要（肌腱、角膜）；
参与细胞外基质信号传递。
皮肤过度松弛症
（二）糖胺聚糖和蛋白聚糖
1、糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）
GAG是重复二糖单位构成的长链多糖。
二糖单位：氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸。
常见的GAG：透明质酸、4－硫酸软骨素、 6－硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素。
糖胺聚糖的功能：在细胞外创立水合、胶状的材料，形成细胞外基质的基质。
透明质酸（hyaluronic acid，HA）
一种重要的糖胺聚糖，是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质的主要成分，可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。
HA使细胞保持彼此分离，并易于迁移和增殖，且阻止细胞分化。
2、蛋白聚糖（proteoglycan）
组成：由糖胺聚糖和核心蛋白（core protein）共价连接形成的巨分子，是糖和蛋白质的复合物。
分布：细胞表面、所有结缔组织和细胞外基质。
蛋白聚糖的功能：形成多孔、吸水的胶状物，保护细胞，抗挤压。
（三）层粘连蛋白和纤连蛋白
1、层粘连蛋白（laminin，LN)
是各种动物胚胎和成体组织基膜的主要构成组分。是一种高分子糖蛋白。是胚胎发育中最早出现的细胞外基质成分。
分子结构：由三条肽链（α、β、γ）借二硫键交联成的十字形分子。
已知有8种亚单位（α1-3、β1-3、γ1-2）构成7种LN分子。这8种亚单位由不同基因编码。
Laminin Structure
层粘连蛋白的功能
LN的主要功能：组装基膜，在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上。
在胚胎发育及组织分化中具有重要作用。
2、纤连蛋白（fibronectin，FN）
结构：高分子量糖蛋白，由2个亚单位组成，在C端形成两个二硫键交联。
分类：
血浆FN：V字形二聚体，可溶，存在于血
浆、体液。
细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞
表面。
已鉴定的FN亚单位20种以上，是由同一基因编码，转录后不同方式拼接而形成的多种异型分子。
结构：
每条FN有5－7个有特定功能的结构域，具有与细胞表面受体、胶原、血纤蛋白、硫酸蛋白多糖的高亲合性的结合部位。
纤连蛋白二聚体
纤连蛋白的功能
1、介导细胞的粘着
增强细胞间的粘连及细
胞与基质的粘连；
参与胚胎发育；
参与创伤修复；
2、促进细胞的迁移
3、和癌细胞的转移有关。
（四）弹性蛋白（elastin）
是弹性纤维（elastic fiber）的主要成分。主要存在于脉管壁和肺，少量存在于皮肤、肌腱和疏松结缔组织中。
弹性纤维——弹性
胶原纤维——抗张性
是高度疏水的非糖基化蛋白，富含甘氨酸和脯氨酸
1、构象呈无规则卷曲状态
2、通过Lys残基相互交联成网状结构
（五）植物细胞壁
由纤维素、半纤维素、果胶质等几种大分子组成；
为细胞提供胞外支架，对细胞起到支持作用；
某些寡糖成分可作为信号物质。
本章完
第五章物质的跨膜运输与信号传递
本章结构
第一节：物质的跨膜运输
第二节：细胞通讯与信号传递
第一节物质的跨膜运输
MEMBRANE TRANSPORT
前言
为什么要进行运输？（P108）
1、摄取营养物质；
2、排出代谢废物；
3、调节细胞内离子浓度；
4、维持细胞内环境的稳定。
运输的方式：
1、被动运输；
2、主动运输；
3、胞吞和胞吐作用。
一、被动运输(passive transport)
定义：是指通过简单扩散或者协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。
特点：转运的动力来自于物质的浓度梯度，无需细胞提供能量。
分类：简单扩散
协助扩散
（一）简单扩散（simple diffusion）
1、定义：小分子的热运动使分子以扩散的方式，从膜的一侧沿浓度梯度降低的方向进入另外一侧，也叫自由扩散（free diffusion）。
2、特点：
–①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；
–②无需能量；
–③无需膜蛋白的协助。
3、过程：物质先溶解在膜脂中，再从一侧扩散到另外一侧，最后进入水相。
4、物质通透性决定于分子的脂溶性、极性、分子大小和带电性：
－脂溶性越高，通透性越大；
水溶性越高，通透性越小；
－非极性分子比极性更易透过。
H2O、O2等可以透过，但速度较慢；
－小分子比大分子更易透过；
－对带电荷的物质是高度不通透。
图 5－1 不同的小分子自由扩散的速率差异
（二）协助扩散（facilitated diffusion）
1、定义：各种极性分子和无机离子顺浓度梯度减小的方向跨膜转运，运输过程中无需能量，但是需要特异的膜蛋白协助转运，又称为促进扩散、易化扩散、帮助扩散。
2、协助扩散的特点：
转运效率高；
转运具有特异性和饱和性；
由膜转运蛋白（membrane transport proteins）负责转运。
可以被抑制。
3、膜转运蛋白的分类：
载体蛋白（carrier proteins）
通道蛋白（channel proteins）
①载体蛋白（carrier proteins）
分子结构：多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过改变构象介导跨膜转运。
功能：既可介导被动运输，也可介导逆浓度梯度或者电化学梯度的主动运输；
有的需要能量驱动（如各类ATP驱动的离子泵）；有的则不需要（如缬氨酶素）。
又称通透酶（permease）和转运器（transporter），具有酶的部分特性。
有专一性；
存在竞争性抑制和非竞争性抑制；
图5－3 载体蛋白通过构象变化介导被动运输
葡萄糖的运输
是典型的载体蛋白介导的协助扩散。
血糖升高→促进胰岛素的分泌→促进各种靶细胞内膜泡膜上的葡萄糖载体蛋白转移到质膜上→提高葡萄糖的吸收
糖尿病：
Ⅰ型：合成胰岛素缺陷
Ⅱ型：胰岛素水平正常，但是靶细胞对其不应答——受体或者运输蛋白出现问题。
②通道蛋白（channel proteins）
分子结构：是亲水性的跨膜通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。功能：只能介导顺浓度梯度（电化学梯度）的被动运输。
离子通道的特征：
具有离子的选择性，转运效率高；
门控——可开、关控制其活性。
少数通道长期开放，如K+泄漏通道；
多数通道关闭，只在一定条件刺激下开启。
图5－4三种类型门控离子通道
水的运输：（非脂溶性、极性）
大多数是通过简单扩散进入细胞；
小部分通过水通道蛋白（aquaporin）进行扩散。
目前在动、植物中已经分离到6个水通道蛋白家族成员。
二、主动运输
active transport
为什么要进行主动运输？
1、保证了细胞（器）从低浓度环境中摄取必要的营养物质；
2、能够向高浓度环境中排出废物、分泌物、离子；
3、维持细胞内离子的适当浓度
（H+、Ca2+、K+ ）。
主动运输
定义：是由载体蛋白所介导的逆物质浓度梯度（电化学梯度）进行跨膜转运的方式。
特点：
–①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；
–②需要能量；
–③需要载体蛋白（结构可变）；
–④具有选择性和特异性。
表5－2 典型哺乳类动物细胞内外离子浓度比较
分类：按照能量来源分为
–①ATP直接供能；
–②协同运输(ATP间接供能)；
–③光能（见于细菌）。
（一）Na+-K+泵——ATP直接供能
1、细胞内的Na+、K+环境
低Na+高K+的离子环境
动物细胞一般要消耗1/3（神经细胞消耗2/3）的总ATP来维持这种环境。
Na+、K+的输入和输出是典型的主动运输，是通过钠钾泵来完成的。
2、Na+-K+泵（ Na+-K+ pump）
①Na+- K+泵的分子结构：
实际上就是Na+-K+ ATP酶，由2个α亚基、2个β亚基组成，分布于动物细胞的质膜上。α亚基是多次跨膜蛋白，具有ATP酶活性、Na+、K+结合位点；
β亚基是具有组织特异性的糖蛋白。
图5－6 A
②Na+- K+泵的工作方式
在膜内侧，3 Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶自身被磷酸化；
酶构象发生改变，与Na+结合的部位转向膜外侧；
向胞外释放3 Na+并与2 K+结合，K+与磷酸化的酶结合后促使酶去磷酸化；
酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧；
向胞内释放K+，并又重新与Na+结合。
1000次/秒高速运转。总的结果是每一消耗一个ATP；输出3个Na+ ，输入 2个K+ 。
使细胞外带正电荷。
③Na+-K+泵的作用
①维持细胞的渗透平衡，保持细胞的体积；
②抵消了细胞内外的Na+、K+扩散，维持低Na+高K+的细胞内环境，为协同运输提供驱动力；
③维持细胞的静息电位。
渗透作用
④可对Na+-K+泵产生作用的因子：
乌本苷（ouabain）等可抑制Na+-K+泵活性；
Mg2+ 、少量的膜脂有助于提高Na+-K+泵的活性；
氰化物抑制生物氧化，最终导致Na+-K+泵停止工作。
(二) Ca2+泵——ATP直接供能
钙泵（Ca2+pump）又称为Ca2+-ATP酶，跨膜蛋白，进化上与Na+-K+泵的α亚基同源。
作用：维持细胞内较低的Ca2+浓度（胞内浓度10-7M，胞外10-3M）。
分布：质膜和肌细胞内质网膜。
作用机制：
原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP，泵出2个Ca2+，将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来。
Ca2+- ATP酶工作过程
（三）H+泵——ATP直接供能
1、质子泵的分布：
植物细胞、真菌和细菌的质膜上没有 Na+-K+泵，只有质子泵（H+ ATPase）
2、质子泵的功能：质子泵将H+泵出细胞，建立跨膜的H+电化学梯度（相当于动物细胞膜上的Na+电化学梯度），从而驱动一些溶质的转运。
3、质子泵的分类（P115）
①P-type：利用ATP 自磷酸化导致的构象改变来转移H+ 。如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。
②V-type：位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，将H+泵入细胞器，但不发生自磷酸化。
③F-type：是由许多亚基构成的管状结构。利用H+动力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。
（四）协同运输（cotransport）
?1、定义：是由Na+-K+泵（H+泵）与载体蛋白协同作用，*间接消耗ATP所完成的主动运输方式，又叫偶联运输。
? 2、能量来源：来自膜两侧的离子浓度梯度（电化学梯度）——
动物细胞中常常利用膜两侧Na+梯度；
植物细胞和细菌常利用H+梯度。
3、协同运输的分类
根据物质运输方向与离子转移方向的关系，协同运输又可分为：
共运输（ symport ）——物质运输方向和离子转移方向相同
对向运输（antiport）——物质运输方向和离子转移方向相反
①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、氨基酸的吸收伴随着Na+的进入；
某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+ 的进入。
②对向运输（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。
动物细胞常通过Na+/H+ 对向协同运输的方式来转运H+ ，以调节细胞内的PH值。
共运输和对向运输的比较
（五）主动运输和被动运输的比较
（六）动、植物细胞主动运输的比较
图5－9 动、植物细胞主动运输的比较
三、胞吞和胞吐作用
endocytosis & exocytosis
概述(P118)：
运输对象：大分子和颗粒性物质（如蛋白质、多核苷酸、多糖等）
运输方式：物质包裹在脂双层膜囊泡中进行运输，因此又称为膜泡运输。
耗能：运输过程涉及膜泡的融合和断裂，需要消耗能量，属于主动运输。
运输量：可以同时转运一种或者几种数量不等的大分子或颗粒，因此又称批量运输（bulk transport）。
（一）胞吞作用（endocytosis）
1、定义：是通过细胞膜内陷形成胞吞泡（endocytic vesicle），将外界物质输入细胞。
2、分类：
吞噬作用（phagocytosis）
胞饮作用（pinocytosis）
①吞噬作用（phagocytosis）
吞入较大的颗粒性物质（微生物、细胞碎片等）；
又称胞吃作用（celluar eating）；
囊泡较大——吞噬体。
发生细胞类型：
变形虫、单细胞生物、巨噬细胞、中性粒细胞。
②胞饮作用（pinocytosis）
吞入液体或者溶解物；
囊泡较小；
发生细胞：大多数细胞都可以连续进行。
吞噬和胞饮作用的比较
3、受体介导的胞吞作用（p120）
①原理：是一种选择浓缩机制，既可摄入特定的大分子，同时避免吸入大量胞外液体。
通过网格蛋白有被小泡完成摄取。
摄取物质：（p120下）动物细胞摄取胆固醇、鸟卵细胞摄取卵黄蛋白、肝细胞摄取转铁蛋白、胰岛素进入细胞、巨噬细胞通过表面受体对免疫球蛋白及其复合物、病毒、细菌、衰老细胞的识别和摄入、VB12、铁的摄取。
图5-11 网格蛋白有被小泡介导的选择性运输
②胆固醇的摄取
胆固醇+磷脂+蛋白质（LDL）
↓
受体－LDL复合物
↓
内化进入细胞
↓
进入胞内体降解
冠状动脉粥样硬化
③胞内体
膜泡运输的分选站，酸性环境，受体与物质在此分离。
受体的去向：
大部分返回质膜，循环使用；
有些进入溶酶体，被降解；
跨细胞的转运（transcytosis）
母乳喂养的原理
跨细胞转运（transcytosis）
又称转胞吞作用，受体和配体不作任何处理，内吞物从极性细胞一侧转到相反的方向。
（二）胞吐作用（exocytosis）
定义：细胞内某些膜泡（如分泌泡）中的物质通过细胞质膜运送出细胞的过程。
可运送：酶、激素、神经递质、局部介质、血清蛋白、抗体、细胞外基质、植物细胞壁等。分类
组成型胞吐途径
调节型胞吐途径
1、组成型胞吐途径
（constitutive exocytosis pathway）
分布：存在于所有真核细胞中；高尔基体反面管网区分泌的囊泡持续不断地向质膜流动并与之融合；
功能：①囊泡膜的蛋白和脂类不断供应质膜的更新；
②囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，成为质膜外周蛋白、胞外基质组分、营养成分或者信号分子。
2、调节型胞吐途径
（regulated exocytosis pathway）
又称诱导型分泌；
分布：存在于特化分泌细胞；
作用：分泌物（激素、粘液或者消化酶等）储存在分泌泡中；当细胞受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合，释放内含物。
2004年诺贝尔生医奖
（三）与酶连接的受体（enzyme linked receptor）
又称催化性受体（catalytic receptor），
胞外段与配体结合，胞内段具有酶活性。
包括5类：①受体酪氨酸激酶
②受体丝氨酸/苏氨酸激酶
③受体酪氨酸磷酸酯酶
④受体鸟苷酸环化酶
⑤酪氨酸蛋白激酶联系的受体
1、受体酪氨酸激酶（ RTKs ）
（1）概述
受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs），又称酪氨酸蛋白激酶受体，
既是受体又是酶，能够和配体结合，并把靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。
对应的配体：可溶性的或膜结合的多肽和蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。（2）RTKs的作用机理：
由于RTKs不能自磷酸化，必须通过受体二聚化（dimerization），形成二聚体，激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性,实现受体相互磷酸化。
二、简答题 1、已知有哪些主要的原癌基因与抑癌基因与细胞周期调控有关？并举例说明。 原癌基因：Src、Myc、Fos、Ras、Jun 抑癌基因：P53、Rb、JNNK 2、原核细胞与真核细胞生命活动本质上有何不同？ （1）原核细胞DNA的复制、DNA的转录和蛋白质的合成可以同时在细胞质内连续进行；而真核细胞的DNA的复制发生在细胞核内，而只有蛋白质的合成发生在细胞质中，整个过程具有严格的阶段性和区域性，不是连续的。（2）原核细胞的繁殖具有明显的周期性，并且具有使遗传物质均等分配到子细胞的结构。（3）原核细胞的代谢形式主要是无氧呼吸。产能较少，而真核细胞的代谢形式主要是有氧呼吸辅以无氧呼吸，可产生大量的能量。 3、简述高尔基体对蛋白的分拣作用。 高尔基复合体对经过修饰后形成的溶酶体酶。分泌蛋白质和膜蛋白等具有分拣作用，其反面高尔基网可根据蛋白质所带有的分拣信号，将不同命运的蛋白质分拣开来，并以膜泡形式将其运至靶部位。 存在于粗面内质网中执行功能的蛋白为内质网驻留蛋白，它定位于内质网腔中，其C 短大都有KDEL序列，此序列为分拣信号。但有时此蛋白会混杂在其他蛋白中进入高尔基体。在顺面高尔基网内膜含有内质网驻留蛋白KDEL驻留信号的受体，该受体可识别KDEL 序列并与之结合形成COPI有被运输泡，通过运输泡与内质网膜融合将内质网驻留蛋白重新回收到内质网中。因此，KDEL驻留信号也是一个回收信号。内质网腔中的pH略高于高尔基体扁囊，由于内离子条件的改变在内质网腔中内质网驻留蛋白与受体分离，内质网膜又通过COPII有被小泡溶于顺面高尔基体，从而使受体循环利用。 4、简述单克隆抗体的制作原理及过程。 5、简述甘油二酯（DG）与三磷酸肌醇（IP3）信使途径。 6、试述有丝分裂前期主要特点。 1、染色质通过螺旋化和折叠，变短变粗，形成光学显微镜下可以分辨的染色体，每条 染色体包含2个染色单体。 2、S期两个中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管， 当核膜解体时，两对中心粒已到达两极，并在两者之间形成纺锤体。 7、简述亲核蛋白进入细胞核的主要过程。 第一：亲核蛋白与输入蛋白α/β异二聚体，即NLS受体（NBP）结合。 第二：形成的亲核蛋白-受体复合物与核孔复合体的胞质丝结合。 第三：核孔复合体形成亲水通道，蛋白质复合物进入核内。 第四：该复合物与Ran-GTP相互作用，引起复合物解体，释放出亲核蛋白。 第五：核输入蛋白β与Ran-GTP结合在一起被运回细胞质，Ran-GTP在细胞质中被水解为Ran-GDP，Ran-GDP随后被运回核内，而核输入蛋白α也在核输入蛋白的 帮助下从核内运回细胞质。 8、试述有丝分裂与减数分裂的区别。 第一：有丝分裂是体细胞的分裂方式，而减数分裂仅存在于生殖细胞中。 第二：有丝分裂是DNA复制一次细胞分裂一次，染色体数由2n→2n，DNA量由4C变为2C；减数分裂是DNA复制一次，细胞分裂两次，DNA量由4C变为1C，染色体 数由2n→1n。 第三：有丝分裂前，在S期进行DNA合成，然后经过G2期进入有丝分裂期；减数分裂的DNA合成时间较长，特称为减数分裂前DNA合成，，合成后立即进入减数分裂， G2期很短或没有。
细胞生物学复习资料 第一章绪论 1.什么叫细胞生物学 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以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、细胞起源与进化等为主要容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 第二章细胞基本知识概要 一、名词解释 1.古核细胞：也称古细菌，是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征，如无核膜及膜系统；也有真核生物的特征。 2.含子：是基因不编码蛋白质的核苷酸序列，不出现在成熟的RNA分子中，在转录后通过加工被切除。大多数真核生物的基因都有含子。在古细菌中也有含子。 3.外显子：指真核细胞的基因在表达过程中能编码蛋白质的核苷酸序列。 二、简答 1.真核细胞的三大基本结构体系 （1）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统； （2）以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 （3）由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。 2.细胞的基本共性 （1）所有的细胞都有相似的化学组成 （2）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。 （3）所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。 （4）作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞。 （5）所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。 3.病毒与细胞在起源与进化中的关系并说出证明 病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点： 生物大分子→病毒→细胞 病毒 生物大分子→ 细胞 生物大分子→细胞→病毒（最有说服力） 认为病毒是细胞的演化产物的观点，其主要依据和论点如下: （1）由于病毒的彻底寄生性，必须在细胞复制和增殖，因此有细胞才能有病毒 （2）有些病毒（eg腺病毒）的核酸和哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似。病毒癌基因起源于细胞癌基因 （3）病毒可以看做DNA与蛋白质或RNA与蛋白质的复合大分子，与细胞核蛋白分子有相似之处
第三章细胞生物学研究方法 如何学习细胞生物学？ ?抽象思维与动态观点 ?结构与功能统一的观点 ?同一性(unity)和多样性(diversity)的问题 ?细胞生物学的主要内容： 结构与功能（动态特征）； 细胞的生命活动； ?实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室 ——What we know//How we know. 第三章细胞生物学研究方法 细胞形态结构的观察方法 细胞组分的分析方法 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 第一节细胞形态结构的观察方法 光学显微镜技术（light microscopy）
电子显微镜技术(Electro microscopy) 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope） 扫描遂道显微镜(scanning tunneling microscope ) 第二节细胞组分的分析方法 离心分离技术 细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 特异蛋白抗原的定位与定性 细胞内特异核酸的定位与定性 放射自显影技术 定量细胞化学分析技术 第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术 细胞的培养 细胞工程 一、光学显微镜技术（light microscopy) 普通复式光学显微镜技术 荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）
激光共焦扫描显微镜技术（Laser Confocal Microscopy） 相差显微镜（phase-contrast microscope） 微分干涉显微镜 （differential interference contrast microscope, DIC） 录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy） 二、电子显微镜技术 电子显微镜的基本知识 电镜与光镜的比较 电镜与光镜光路图比较 电子显微镜的基本构造 主要电镜制样技术 负染色技术 冰冻蚀刻技术 超薄切片技术 电镜三维重构技术 扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM） SPM(Scanning probe microscope) 三、扫描遂道显微镜 Scanning Probe Microscope,SPM (80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器) 包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等 原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此间相互作用力，如 量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等， 并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电
第十章细胞连接与细胞黏附[分布！结构！功能！] 第一节细胞连接 细胞连接cell junction：人和多细胞动物体内除结缔组织和血液外，各种组织的细胞之间按一定的排列方式，在相邻细胞表面形成各种连接结构，以加强细胞间的机械联系和维持组织结构的完整性、协调性，这种细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区称为细胞连接。 一、紧密连接tight junction 封闭连接（occluding junction）的唯一一种。 ?分布：广泛分布在各种上皮细胞，如消化道上皮、膀胱上皮、曲细精管生精上皮的支持 细胞基部、腺体的上皮细胞管腔面的顶端区域、脑毛细血管内皮细胞之间等 ?特征：“焊接线（嵴线）”两个相邻细胞质膜以断续的点状结构连在一起。非点接触处有 10-15nm的细胞间隙。“封闭索sealing strand”由跨膜蛋白颗粒形成，交错形成网状，环绕在每个上皮细胞的顶部，连接相邻细胞，封闭细胞间隙，防止小分子从细胞一侧经过细胞间隙进入另一侧。 ?参与蛋白：40+种，主要是穿膜蛋白和胞质外周蛋白。穿膜蛋白中有两类已确定，闭合蛋白 &密封蛋白。 闭合蛋白Occludin 65kD 4次穿膜蛋白 自己识别自己C端与N端均伸向细胞质 密封蛋白Claudin 20~27kD 肾小管上皮Mg2+ ?功能：①封闭上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的封闭带，防止细胞外物质无选择地 通过细胞间隙进入组织，或组织中的物质回流入腔中，保证组织内环境的稳定。②形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。 二、锚定连接anchoring junction ?定义：一类由细胞骨架纤维参与、存在于细胞间或细胞与细胞外基质之间的连接结构 ?主要作用：形成能够抵抗机械张丽的牢固粘合 ?主要功能：参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动&发育、分化等过程 ?分布：广泛分布在动物各种组织中，尤其需要承受机械力的组织（eg.上皮、心肌、子宫颈）?蛋白：①细胞内锚定蛋白intracellular anchor protein 在细胞质面与特定的细胞骨架成分（肌动蛋白丝或中间纤维）相连，另一侧与穿膜黏着蛋白连接。②穿膜黏着蛋白transmembrane adhesion protein，是一类细胞黏附分子，其胞内部分与胞内锚定蛋白相连，胞外部分与相连细胞特异 ?分类： （一）黏着连接adhering junction是由肌动蛋白丝参与的锚定连接 1.黏着带adhesion belt ?定义：位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带装结构 ?蛋白：钙黏着蛋白cadherin。是Ca2+依赖性黏附分子。在质膜中形成同源二聚体。 ?胞内侧的锚定蛋白：α、β、γ连环蛋白(catenins)，α-辅肌动蛋白(actinin)、纽蛋白(vinculin) 等，锚定肌动蛋白纤维 ?作用：维持细胞形态和组织器官完整性。特别是为上皮细胞和心肌细胞提供了抵抗机械张 力的牢固粘合。动物胚胎发育使上皮内陷形成管状、泡状器官原基，对形态发生起重要作用
细胞生物学考研复习笔记 ------------翟中和第一章绪论 第二章细胞基本知识概要 第三章细胞生物学研究方法 第四章细胞质膜与细胞表面 第五章物质的跨膜运输与信号传递 第六章细胞质基质与细胞内膜系统 第七章细胞的能量转换──线粒体和叶绿体 第八章细胞核(nucleus)与染色体(chromosome) 第九章核糖体(ribosome) 第十章细胞骨架(Cytoskeleton) 第十一章细胞增殖及其调控 第十二章细胞分化与基因表达调控 第十三章细胞衰老与凋亡
第一章绪论 细胞生物学研究的内容和现状 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学的主要研究内容 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 细胞重大生命活动的相互关系 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 细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书 细胞生物学 生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以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、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 主要内容 细胞结构与功能、细胞重要生命活动： 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
第四章、细胞生物学的研究技术 （简单了解，考试题目较简单） 一显微镜 1普通显微镜（light microscope）: 主要用于染色标本的观察 2相差显微镜（phase contrast microscope）: 用于观察培养的活细胞(无色的细胞) 倒置相差显微镜适用于观察体外培养的活细胞的结构和活动 3微分干涉差显微镜(DIC显微镜)：适用于活细胞之类的无色透明标本的观察，广泛应用于各 种细胞工程中的显微操作 4暗视野显微镜：适用于无色透明标本的观察（活细胞），但不可以观察到细胞的内部结构5激光扫描共聚焦显微镜：荧光检测、细胞结构的三维重建；、微操作、定点破坏培养物中的 某些细胞，实现对某些特定细胞的保留 6荧光显微镜：检测细胞表面或内部特定的抗原 二．亚显微结构的观察 1电子显微镜（electron microscope）：透射电镜TEM用于观察和研究细胞内部细微结构；扫描电镜SEM用于观察标本表面精细的三维形态结构；高压电镜2扫描探针显微镜：扫描隧道显微镜;原子力显微镜 三.细胞的分离与培养 （1）细胞的分离：利用物理性质不同（沉降和离心）；利用不同类型细胞与玻璃或塑料的黏附能力不同；利用抗体特异性结合的特性；采用带有荧光染料的特异性抗体来标记悬液中的某些特定细胞，然后采用流式细胞仪将被标记的细胞分离出来（悬液：用蛋白质水解酶处理组织块，并加入一定量的乙二胺四乙酸EDTA以结合溶液中的Ca2+，再通过轻微振荡使组织解散）
（2）细胞的培养（cell culture）:从组织分离出来特定的细胞在一定条件进行培养，使之能够继续生存生长以至增殖的一种方法，分为原代培养和传代培养 细胞在体外生长的条件：培养基；支持物；其他（CO2浓度、适宜的温度、PH）A原代培养：由起始实验材料所进行的细胞培养 B对已有的细胞（原代培养所得的培养物或已有的培养物）进行继续培养 C细胞系：通过原代培养所得的细胞培养物（可以含有原代培养所用的起始实验材料的 所含细胞） D细胞株（cell strain）：由单一类型的细胞所组成的细胞系 四．细胞融合（cell fusion）:是指两个或两个以上的细胞相互接触并且合并而形成一个细胞（基因型相同的细胞形成融合称为同核融合，基因型不同的细胞形成的融合称为并核融合）;细胞融合的方法：生物诱导法，化学诱导法，物理诱导法 五．细胞连接（cell junction）: A封闭连接occluding junction（又称紧密连接tight junction） B锚定连接anchoring junction:与肌动蛋白相连的锚定连接（隔状连接、黏合带、黏合斑）；中 间丝相连的锚定连接（桥粒、半桥粒） C通讯连接：间隙连接、化学突触、胞间连丝 ★第五章、细胞膜及其表面 （重点内容）、 第一节、细胞膜的分子结构和特性 （一）膜的化学组成 （1）膜脂
心得 在得知要进行分子细胞生物学的学习之初，我从很多渠道都了解到这是一门难度不低的课程。每次上课，教室基本都坐满了人，足以看出同学们对这门课的重视程度。在老师的讲述下，我逐渐了解到分子细胞生物学是一门研究细胞内细胞器功能以及如何发挥作用的学科。学习的过程中注重记忆和理解。 进行了一段时间的学习后，发现分子细胞生物学的许多基础知识在高中生物和大学里的生物化学里都有涉及。比如细胞组织的基本结构、细胞器的作用等。渐渐，我走入了分子细胞生物学的大门，对细胞活动有了一些基本的概念。明白这门课程的目的是为了让我们掌握正常细胞形态，细胞运行规律等知识，为进一步学习药理学等课程打好基础。 不得不提老师把学习中的重点明确的很好，便于课下去有趋向性地复习。讲到一些难点的时候，老师甚至还亲自板书引领着我们去了解整个细胞生理过程。PPT上的一些动态的图片，也对理解一些复杂的过程有很大的帮助。比如在讲骨骼肌细胞收缩时，通过直观的感受图片上离子的运动，给我留下了十分深刻的印象。 通过一学期的学习,我学到了很多新的知识。分子细胞生物学作为一门新兴学科，有着很大的科研前景。我觉得学习分子细胞生物学培养了我的分子细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科,它联系着生物科学的许多分支学科,尤其是与分子生物学、遗传学、生物化学等学科联系密切。 在分子细胞生物学这门课程的学习方法上，一定要复习，当天讲过的内容如果不及时看一看复习，下次再上课的时候再继续回忆的时候就很痛苦，这一点我是深有体会。我也观察了很多其他的同学。首先老师不要求我们记很多笔记，说他讲的都是书上有的，我们只要上课好好听就可以了。但一些总结之类的笔记，我认为我们同学还是有必要做的，老师有时候PPT上也会有一些总结。做总结，可以把零散的知识系统化，规范化。很多好学的同学还会用各种颜色的记号笔画出书上的重难点，便于复习。当然，有些记忆力特别好的同学，上课听一听后就能基本掌握知识，真是羡慕的很。对大多数同学来说，课后的总结复习都是非常必要的。老师要求自学的部分，也要认真看一看，毕竟也会涉及少量考点，所以更要分配好时间。 对于考试的想法，现在大概知道有名词解释、填空题、问答题等题型。感觉前两者的掌握是相通的。老实说，我自己比较懒，从网上下了每一章的名词解释的总结，复习的时候看一看，按理说，自己总结的话，会对书本的掌握更上一个层次。问答题主要就是理解掌握老师强调的一些重点细胞胜利活动过程机制概念等。这就需要我们在平时的学习中就多多留心。才能在考试中拿到理想的成绩，才能不辜负老师的辛勤付出。
1. 哪一年美国人S. Cohen和H. Boyer将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达，从而揭开基因工程的序幕。 A.1970 B.1971 C.1972 D.1973 2. DNA双螺旋模型是J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick哪一年美国人提出的 A.1951 B.1952 C.1953 D.1954 3. 以下哪些是当代细胞生物学研究的热点 A.细胞器结构 B.细胞凋亡 C.细胞周期调控 D.细胞通信 E.肿瘤细胞 F.核型与带型 4. 减数分裂是谁发现的 A.O. Hertwig B.E. van Beneden C.W. Flemming D.E. Strasburger 5. 第一台复式显微镜是谁发明的。 A.詹森父子J.Janssen和Z.Janssen B.虎克R. Hook C.列文虎克A. van Leeuwenhoek D.庇尼西G. Binnig 6. 以下谁没有参与细胞学说的提出 A.斯莱登M. J. Schleiden B.斯旺T. Schwann C.普金叶J. E. Pukinye D.维尔肖R. Virchow 7. 哪一年德国人M. Knoll和E. A. F. Ruska发明电子显微镜 A.1941 B.1838 C.1951 D.1932 8. 细胞生物学 A.是研究细胞的结构、功能和生活史的一门科学 B.包括显微、超微、分子等三个层次的研究 C.一门高度综合的学科，从细胞的角度认识生命的奥秘 D.1838/39年细胞学说提出，标志着细胞生物学的诞生 9. 第一个看到细胞的人是 A.克R. Hook
Cell biology 细胞生物学 第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 细胞内被膜区分类：细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器 第一节细胞质基质的含义和功能 一、细胞质基质的含义 （1）含义：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质 主要含有： （1）与代谢有关的许多酶 （2）与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构
细胞质基质是一个高度有序的体系，细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的功能。细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系，蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。 差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。 二、细胞质基质的功能 （1）蛋白质分选和转运 N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上，通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成，并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中，也有些蛋白驻留在细胞质基质中。
（2）锚定细胞质骨架 （3）蛋白的修饰、选择性降解 1 蛋白质的修饰 辅基、辅酶与蛋白的结合 磷酸化和去磷酸化 糖基化 N端甲基化（防止水解） 酰基化 2 控制蛋白质寿命 N端第一个氨基酸残基决定寿命 细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解，依赖于泛素降解途径 3 降解变性和错误折叠的蛋白质 4 修复变性和错误折叠的蛋白
热休克蛋白的作用 第二节细胞内膜系统及其功能 细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。 研究方法：电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析 一、内质网的形态结构和功能 内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成的互相沟通的三维网络结构。 （一）内质网的两种基本类型 糙面内质网和光面内质网。 糙面内质网：扁囊状整齐附着有大量核糖体 功能：合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网：分支管状，小
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第五章细胞的内膜系统与囊泡转运 第一节内质网 #内质网膜的蛋白分析， 表明膜中含有酶至少30多种，分三种类型 ①与解毒相关的酶系氧化反应电子传递酶系 ②与脂类物质代谢功能相关eg 脂肪酸CoA连接酶 ③与碳水化合物代谢功能相关葡萄糖-6磷酸酶（内质网的主要标志酶） 内质蛋白（reticulo-plasmin） #内质网的形态结构 ①膜性三维管网结构系统，基本“结构单位”-小管（ER tubular）、小泡（ER vesicle）扁囊（ER lamina）平均厚度5~6nm ②内质网向内与核膜沟通，向外与高尔基体、溶酶体等转换成分 ③同一组织细胞中，内质网的数量和结构的复杂程度往往与细胞的发育程度成正相关 #内质网的基本类型 根据电镜观察，内质网分为粗面内质网(rough endoplasmic reticulum, RER) 和滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum, SER) ①糙面内质网表面有核糖体附着 多呈扁平囊状，参与分泌型蛋白质和多种膜蛋白的合成、加工和转运 分泌肽类激素和蛋白的细胞中，RER高度发达；肿瘤细胞、未分化细胞则很少 ②光面内质网是呈表面光滑的管泡样网状形态结构 滑面内质网与粗面内质网相通，是多功能细胞器；在不同细胞或不同生理期，结构分布和发达程度差别很大 ※有的细胞以RER为主，有的以SER为主，随着生理状态改变，两者可以互相转换 ③某些特殊的组织细胞中存在内质网的衍生结构 髓样体（myeloid body）见于视网膜色素上皮细胞 孔环状片层体（annulate lamellae）出现于生殖细胞、快速增值细胞、某些哺乳动物的神经元和松果体细胞及一些癌细胞
细胞生物学教案 . 第一章绪论 教学目的 1 掌握本学科的研究对象及内容； 2 了解本学科的来龙去脉（发展史及发展前景）； 3 掌握与本学科有关的重大事件和名词。 教学重点本学科的研究对象及内容 第一节细胞生物学研究内容与现状 一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 1.细胞学（Cytology）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学 2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。 二、细胞生物学的主要研究内容 1. 细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。 2.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。 3. 细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。 4. 细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径（“再教育细胞”）。 5. 细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。（细胞全能性） 6 .细胞衰老、凋亡及寿命问题。 7. 细胞的起源与进化。 8. 细胞工程改造利用细胞的技术。生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。 三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 1. 染色体DNA与蛋白质相互作用关系； 2. 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控； 3 .细胞信号转导的研究； 4 .细胞结构体系的装配。 第二节细胞生物学发展简史 一细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期 19世纪以及更前的时期（1665—1875），是以形态描述为主的生物科学时期； 2. 细胞学经典时期20世纪前半世纪（1875—1900），主要是实验细胞学时期； 3. 实验细胞学时期（1900—1953）； 4. 分子细胞学时期（1953至今）。
细胞生物学复习资料 细胞生物学绪论 一、名词解释 1、细胞生物学：以细胞为研究对象，从细胞整体水平、亚显微结构水平、分子水平三个层面来研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。 3、基因芯片：又称DNA芯片、DNA微阵列，是生物芯片中发展最成熟以及最先进入应用和商品化的领域。 二、简答题 1、精准医疗定义：以个人基因组信息为基础，结合蛋白质组，代谢组等相关内环境信息，为病人量身设计出最佳治疗方案的医疗模式。 特点：具有精准性和便捷性： 1、通过基因测序可以找出癌症的突变基因，从而迅速确定对症药物，省去患者尝试各种治疗方法的时间，提升治疗效果； 2、只需要患者的血液甚至唾液，无需传统的病理切片，因而减少诊断过程中对患者身体的损伤。 3、显著改善癌症患者的诊疗体验和诊疗效果，其发展潜力大。 目标：注重向人们提供更精准、更安全高效的医疗健康服务，建立国际一流的精准医学研究平台和保障体系，自主掌握核
心关键技术，研发国产新型防治药物、疫苗、器械和设备，形成中国制定、国际认可的疾病诊疗指南、临床路径和干预措施。 应用： 1、癌症治疗 2、药物筛选 3、疾病模型建立：(1)罕见病疾病模型建立 (2)肿瘤疾病模型建立 2、分辨率定义：区分开两个质点间最小距离的能力提高分辨率的方法：(1)增大物镜的数值孔径 (2)缩小光照的波长适宜的放大倍数：所使用的物镜数值孔径的500~1000倍 3、细胞生物学具体研究方法有哪些，有何应用？ 1、细胞形态结构观察法：(1)光学显微镜技术(2)电子显微镜技术(3)扫描探针显微镜 2、细胞组分分析法 3、细胞培养 4、细胞工程与显微镜操作技术 5、功能基因组学技术 4、电镜与光镜的比较 第四章细胞膜与物质穿膜运输 一、名词解释 1、红细胞膜骨架：由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架位于质膜内侧，参与维持质膜形状并协助质膜完成多种生理功能。
第二章细胞生物学实验技术 一、名词解释 1．显微分辨率（microscopic resolution）---在一定条件下利用显微镜所能看到的精细程度。 2．放射自显影技术（autoradiography）---用于整个细胞时，可以确定放射性标记物在细胞内的定位。用于凝胶或琼脂平板时，能鉴定出放射性的条带或菌落。 3．双向凝胶电泳（two-dimensional electrophoresis）---根据分子质量及等电点的不同将复杂的蛋白质混合物分开。这种高分辨率的技术能够分离同一混合物中的上千种蛋白质。 4．倒置显微镜（inverted microscope）---一种主要用于观察培养瓶或培养皿中的活细胞生长及分裂状态的特殊显微镜。与普通光镜相比，其光源、聚光镜和物镜的位置是倒置的，即光源在上，物镜在载物台的下方。另外，其聚光镜和物镜有较长的工作距离，以方便放置有一定厚度的培养瓶。 二、简答题 1．电子显微镜为何不能观察活标本？ 因为电镜样品的观察室要求高度的真空条件。 2．简述冷冻蚀刻术的原理和方法。 冷冻蚀刻（freeze－etching）技术是在冷冻断裂技术的基础上发展起来的更 复杂的复型技术。如果将冷冻断裂的样品的温度稍微升高，让样品中的冰在真空 中升华，而在表面上浮雕出细胞膜的超微结构。当大量的冰升华之后，对浮雕表 面进行铂一碳复型，并在腐蚀性溶液中除去生物材料，复型经重蒸水多次清洗后，捞在载网上作电镜观察。 3．比较投射电子显微镜和扫描电子显微镜。 答：都是用于放大与分辨微小结构，都是通过标本电子束的影响来探测标本 结构。 TEM：电子束穿过标本，聚焦成像于屏幕或者显像屏上。用于研究超薄切片 标本，有极高的分辨率，可给出细微的胞内结构。 SEM：电子束在标本表面进行扫描，反射的电子聚焦成像于显像屏上。可以 反映未切片标本的的表面特征。 4．扫描隧道显微镜的工作原理及其优越性是什么？ 扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）由Binnig等1981年发明，是根据量子力学原理中的隧道效应而设计制造的。当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处电子云重叠，外加一电压（2mV~2V），针尖与样品之间产生隧道效应而有电子逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有一指数关系，当探针沿物质表面按给定高度扫描时，因样品表面原子凹凸不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，从而引起电流不断发生改变。将电流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。扫描隧道显微镜的分辨率很高，横向为0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。它的优点是三态（固态、液态和气态）物质均可进行观察，而普通电镜只能观察制作好的固体标本。 优越性：1)高分辨率原子级分辨率，横向为1埃，纵向为0.1埃。2)可直接绘
细胞生物学笔记 第一章 真核细胞的核酸遗传物质有膜包裹，这是与原核细胞的差别。 电子显微镜利用短波长电子束可以观察到比可见光小十万分倍的物质。 第二章 人体必需元素：碳氢氧氮磷钾硫钙镁。 人体90%是水，老人75%。分为结合水、自由水。心脏含水率79%。 糖类分为单糖、寡糖、多糖。糖还有润滑保护作用。 脂类不溶于水，溶于脂溶性溶剂，包括脂肪和类脂。脂肪一个分子甘油和三个脂肪酸组成中性脂。人体和动物碳原子数为4-24个，都为偶数。类脂是脂肪衍生物，包括磷脂、糖脂、类固醇。 类固醇有胆固醇和胆汁酸等。胆固醇是最重要的类固醇，是所有激素、酮类的原料，其中维生素D就是以胆固醇为原料合成的。 蛋白质占细胞干重50%，蛋白质含有磷和硫，还有一些金属元素。其中N氮的含量较为恒定，一般是16%。
组成蛋白质的氨基酸有20多种，这二十多种又称基本氨基酸。一般在α碳原子上有一个氨基NH2和一个羧基COOH组成。 蛋白质分为一级结构，二级结构，三级结构，等等。一级结构有一个肽键和一个二硫键组成。二级结构是在一级结构的基础上螺旋或折叠形成的。 蛋白质受物理或化学因素的影响，会遭到破坏，成为蛋白质变性，本质是破坏非共价键和二硫键。如果变性条件不剧烈，变性是可逆的（复性），如果剧烈持久，变性则是不可逆的。 酶是具有高效催化作用的大分子物质。传统意义上的酶是蛋白质，但现代研究发现，RNA 和肽类抗生素等竟然也具有催化作用。 与无机催化剂相比，酶的催化效率高，专一性强。反应条件温和，但稳定性差，外界的强烈干扰可使酶失去活性。 酶的缺乏可能引起疾病，如急性胰腺炎。酶对诊断疾病也有作用，如急性胰腺炎、肝炎、心肌炎。 核酸是遗传变异生长发育的重要物质。包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类。核酸是有多个核苷酸头尾相连组成的链状化合物。人类的DNA大约有3*10^9个核苷酸。RNA 平均长度为2000个核苷酸（比DNA小很多）。 核酸经水解，得到核苷酸。核苷酸被水解产生核酸和磷酸。如果进一步水解，产生核糖与脱氧核糖还有含氮碱。 碱基是含氮的杂环化合物。属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。 核苷是有核糖或脱氧核糖与碱基缩合而成。核苷和磷酸再结合就形成了核苷酸。 核苷酸的功能：作为核酸的分子成分，为反应提供能量。用于细胞信息传递，参与构成辅酶，参与代谢调控。 核酸的种类：DNA和RNA。 DNA是个长链。一级结构脱氧核糖核酸的组成及排列顺序。也称碱基序列。二级结构是双螺旋机构。它是20世纪最伟大的发现之一。三级结构是双螺旋的进一步扭曲，是螺旋的螺旋。
《细胞生物学》 一、第一章绪论 (一)细胞生物学研究得内容及现状——主要说明细胞生物学就是研究与揭示细胞基本生命活动规律得科学。因为细胞就是生命体结构与功能得基本单位,一切疾病与发病机制也就是以细胞病变为基础,所以细胞得研究即就是生命科学得出发点,主要研究内容可归为①生物膜与细胞器(生物膜就是细胞重要得结构基础,细胞器就是认识细胞结构与功能得重要组成部分)②细胞信号传递了解基本生命活动得分子机制与揭示生命得本质有重要得理论意义,转导基础为蛋白质与蛋白质之间得复杂得相互作用,就是通过复杂得信号转导网络系统而实现得,呈现高度得非线性关系。③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储存与复制得场所与ＲNＡ转录与加工得场所;染色质为遗传物质得载体,核仁转录ｒRNA与组装核糖体亚单位、核孔复合体为核质之间物质交换与信息交流得门控通路,ＤNＡ结合蛋白可分为组蛋白与非组蛋白。⑤细胞增殖及调控—就是了解生物生长发育得基础,就是研究癌变及逆转得重要途径、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得组织特异性基因得表达。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,以维持生物体正常得生长发育,自稳态得维持,免疫耐受得形成及肿瘤监控等过程。⑧细胞衰老-－就是研究人、动植物生命得基础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,产生新得遗传性状,如动物体细胞杂交实验与哺乳生物体得克隆⑩细胞得起源与进化。 (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、实验生物学时期、现代生物学时期)
第一章绪论 细胞生物学研究的内容和现状 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学的主要研究内容 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 细胞重大生命活动的相互关系 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 细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书 细胞生物学 生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有 了细胞才有完整的生命活动。 细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以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、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 主要内容 细胞结构与功能、细胞重要生命活动： 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 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。 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 ?细胞结构体系的组装 美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）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（signal transduction）； 细胞凋亡（cell apoptosis）； 基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。 美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话题？》（―What is popular in research today？‖）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是 三种疾病： ?癌症（cancer） ?心血管病（cardiovascular diseases） ?爱滋病和肝炎等传染病 （infectious diseases：AIDS，hepatitis） 五大研究方向： ?细胞周期调控（cell cycle control）； ?细胞凋亡（cell apoptosis）； ?细胞衰老（cellular senescence）； ?信号转导（signal transduction）； ?DNA的损伤与修复（DNA damage and repair） “细胞学说”的基本内容 认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞 发育而来,并由细胞和细胞产物所构成； 每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它―自己的‖ 生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益； 新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。
绪论●1 生物工程（生物技术） ●生物技术是以生命科学为基础，利用生物体系和工程学原理生产生物制品和创造新物种的一门综合技术。 ●生物技术主要包括：细胞工程、基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程和生物化工程。 ●细胞工程 ●是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或特种细胞产品的一门综合性科学技术。 ●3 细胞工程主要研究内容 ●（1）动植物细胞与组织培养 ●主要包括细胞培养、组织培养和器官培养。 ●（2）细胞融合 ●（3）染色体工程：按人们的需要来添加、削减或替换染色体的一种技术。主要用于新品种的培育。 ●（4）胚胎工程：主要是对动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作获得人们所需要的成体动物，包括胚胎分割、胚胎融合、卵核称植、体外受精、胚胎培养、胚胎移植、性别鉴定、胚胎冷冻技术等。 ●（5）细胞遗传工程：主要包括克隆和转基因技术。 4 细胞工程的重要应用 上篇：植物细胞工程 ●第一章实验室设置及常规技术 ●1 实验设置 3 培养基的配制都是由无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（碳源、维生素、氨基酸）和激素这几大类成分构成。此外，必要时还需向培养基中加入一些复合的有机物或天然提取物， 4材料、器械的消毒与无菌操作 第二章细胞的全能性与脱分化、再分化 ●1 细胞的全能性及其表达 植物细胞全能性学说细胞全能性的概念 ●4 植物细胞的脱分化 ●所谓细胞脱分化（dedifferentiation）是指在离体培养条件下，分化细胞失去其原有分化的典型特征，转变为分生状态，形成胚性细胞团或愈伤组织的现象。脱分化后的细胞，经过分裂，产生无组织结构、无明显极性的细胞团称为愈伤组织。 分化细胞的脱分化需要两个条件：创伤和外源激素。 影响植物细胞脱分化和再分化的因子 主要包括内因和外因两个方面。内因主要指植物的遗传特性和生理状态。外因主要包括植物细胞营养条件（无机营养、有机营养、植物激素、天然提取物等）和环境条件（渗透压、酸碱度、温度、湿度、光照等）植物组织培养与快速繁殖 ●1 植物组织培养的基本概念与步骤 ●植物组织培养： ●指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟和未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，诱导产生愈伤组织或完整植株的