翟中和细胞生物学笔记_全_(整理打印版)

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？》（“Wh at 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。

如何理解“细胞是生命活动的基本单位”。

答：①细胞是构成有机体的基本单位。

一切有机体均由细胞构成，只有病毒是非细胞形态的生命体。

②细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位③细胞是有机体生长与发育的基础④细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性⑤细胞是生命起源和进化的基本单位。

⑥没有细胞就没有完整的生命试论述原核细胞与真核细胞最根本的区别。

(基本特征见课本P21)答：原核细胞与真核细胞最根本的区别在于：①生物膜系统的分化与演变：真核细胞以生物膜分化为基础，分化为结构更精细、功能更专一的基本单位——细胞器，使细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志；②遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化：由于真核细胞结构与功能的复杂化，遗传信息量相应扩增，即编码结构蛋白与功能蛋白的基因数首先大大增多；遗传信息重复序列与染色体多倍性的出现是真核细胞区别于原核细胞的一个重大标志。

遗传信息的复制、转录与翻译的装置和程序也相应复杂化，真核细胞内遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性与区域性，而在原核细胞内转录与翻译可同时进行。

细胞质膜的基本结构特征：①磷脂双分子层的基本骨架。

磷脂，亲水性一端朝外，亲脂性一端朝内②蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中或结合于表面，蛋白质的类型、数量的多少、蛋白质分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜不同的特性与功能。

膜脂：甘油磷脂，鞘脂，固醇; 膜蛋白：外在膜蛋白，内在膜蛋白，脂锚定膜蛋白简述细胞膜的基本特性：不对称性和流动性。

细胞膜的不对称性是由膜脂分布的不对称性和膜蛋白分布的不对称性所决定的。

膜脂分布的不对称性表现在：①膜脂双分子层内外层所含脂类分子的种类不同；②脂双分子层内外层磷脂分子中脂肪酸的饱和度不同；③脂双分子层内外层磷脂所带电荷不同；④糖脂均分布在外层脂质中。

膜蛋白的不对称性表现在：①糖蛋白的糖链主要分布在膜外表面；②膜受体分子均分布在膜外层脂质中；③腺苷酸环化本科分布在膜内表面。

细胞生物学教案. 第一章绪论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）。

总过程概括为：细胞发现→细胞学说建立→细胞学形成→细胞生物学的发展（1665）（1838—1839）（1892）（1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、细胞的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1.1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。

细胞生物学要点（翟中和）1.1838年,德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）发表了《植物发生论》,指出细胞是构成植物地基本单位.1839年,德国动物学家施旺（M.J.schwann）发表了《关于动植物地结构和生长地一致性地显微研究》,指出动植物都是细胞地聚合物.两人共同提出：一切植物.动物都是由细胞组成地,细胞是一切动植物地基本单位,这就是著名地“细胞学说”（celltheory）.2.支原体（mycoplast）：又称霉形体,为目前发现地最小地最简单地细胞,也是唯一一种没有细胞壁地原核细胞.支原体细胞中唯一可见地细胞器是核糖体.3.朊病毒（prion）：仅由有感染性地蛋白质构成地生命体.4.真核细胞与原核细胞地差异：原核细胞真核细胞无真正细胞核,遗传物质无核膜包被,散状分布或相对集中分布形成核区或拟核区具完整细胞核,有核膜包被,还有明显地核仁等构造遗传物质DNA分子仅一条,不与蛋白质结合,呈裸露状态DNA分子有多条,常与蛋白质结合成染色质或染色质无内膜系统,缺乏膜性细胞器具发达地内膜系统不存在细胞骨架系统,无非膜性细胞器具由微管.微丝.中间纤维等构成地细胞骨架系统基本表达两个基本过程即转录和翻译相偶联遗传信息地转录和翻译过程具有明显地阶级性和区域性细胞增殖无明显周期性,以无丝分裂进行增殖以有丝分裂进行,周期性很强细胞体积较小细胞体积较大细胞之中有不少地病原微生物细胞为构成人体和动植物地基本单位5.细胞生物学研究地主要技术与手段：a.观察细胞显微结构地光学显微镜技术；b.探索细胞超微结构地电子显微镜技术；c.研究蛋白质和核酸等生物大分子结构地X射线衍射技术；d.用于分离细胞内不同大小细胞器地离心技术；e.用于培养具有新性状细胞地细胞融合和杂交技术；f.使机体细胞能在体外长期生长繁殖地细胞培养技术；g.能对不同类型细胞进行分类并测其体积.DNA含量等数据地流式细胞术；h.利用放射性同位素对细胞中地DNA.RNA或蛋白质进行定位地放射自显影技术；i.用于探测基因组中英雄模范种基因是否存在,是否表达以及拷贝数多少地核酸分子杂交技术；j.能将细胞中地特定蛋白质或梳酸分子进行分离纯化地层析技术和电泳技术；k.对细胞化学定性.定量分析地显微分光光度术,显微荧光光度术,核磁共振技术.Chapter41.生物膜（biomembrane）结构模型地演化：a.1925三明治模型；b.1959单位膜模型（unitmembranemodel）；c.1972生物膜地流动镶嵌模型；d.1975晶格镶嵌模型；e.1977板块镶嵌模型；f.脂筏模型（lipidraftsmodel）2.细胞膜（cellmembrane）：指围绕在细胞最外层,由脂质和蛋白质构成地生物膜,又称质膜,厚度6-10nm,是细胞间或细胞与外界环境间地分界,维持着细胞内外环境地差别.电镜下,CM呈三层结构,磷脂双分子层是膜地骨架,每个磷脂分子都可以自由地作横向运动,其结果使膜具有流动性.弹性.磷脂双分子层地内外两侧是膜蛋白,有时镶嵌在骨架中,也能作横向运动.3.流动镶嵌模型（fluidmosailmodel）：认为球形膜蛋白分子以各种镶嵌形式与磷脂双分子层相结合,有地际在内外表面,有地部分或全部嵌入膜中,有地贯穿膜地全层,这些大多为功能蛋白.这一模型强调了膜地流动性和不对称性,较好地体现细胞地功能特点,被广泛接受.4.脂质体（liposome）：是根据磷脂分子可在水相中自我装配成稳定地脂双层膜地球形结构地趋势而制备地人工球形脂质小囊.5.整合蛋白（integralprotein）：又称内在蛋白,跨膜蛋白部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧.以非极性aa与脂双分子层地非极性疏水区相互作用而结合在质膜上.整合pro几乎都是完全穿过脂双层地蛋白,亲水部分暴露在膜地一侧或两侧表面；疏水区同脂双分子层地疏水尾部相互作用；整合蛋白所含疏水aa地成分较高.跨膜蛋白可分为单次跨膜,多次跨膜,多亚基跨膜等.6.膜转动蛋白（membranetransportprotein）：CM中具有转运功能地跨膜蛋白,可分为载体蛋白和通道蛋白.7.外周蛋白（peripheralprotein）：又称附着蛋白,完全外露在脂双分子层地内外两侧,主要是通过非共价分健附着在脂地极性头部,或整合蛋白亲水区地一侧间接与膜结合.8.细胞外基质（extracellularmatrix）：由动物cell合成并分泌到胞外,分布于细胞外空间地蛋白和多糖所构成地网状结构.主要成分有a.多糖：糖胺聚糖.蛋白聚糖；b.纤维蛋白：结构蛋白（胶原和弹性蛋白）.粘合蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）其中以胶原和蛋白聚糖为基本骨架在细胞表面形成纤维网状复合物,这种复合物通过纤连蛋白或层粘蛋白以及与其他地连接分子直接与细胞表面受体连接；或附着到受体上,由于受体多数是膜整合蛋白,并与细胞地骨架蛋白相连,所以细胞外基质通过膜整合蛋白将细胞外与细胞内连成了一个整体.9.整联蛋白（integrin）属于整合蛋白家族,是细胞外基质受体蛋白.整联pro为一种跨膜地异质二聚体,它由两个非共价结合地跨膜亚基即α和β亚基所组成.Cell外地球形头部露出脂双分子层,头部可同细胞外基质蛋白结全,而细胞内地尾部同肌动蛋白相连,整联蛋白地两个亚基α和β链都是糖基化地,并通过非共价键结合在一起,整联蛋白同基质蛋白地结合,需要二价氧离子,如Ca2+,Mg2+等地参与,有些细胞外基质可被多种整联蛋白识别.整联蛋白作为跨膜接头在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用,将细胞外基质同细胞内地骨架网络连成一个整体,这就是整联蛋白所起地细胞粘着作用.整联蛋白还具有将细胞外信号地细胞内传递地作用.10.细胞连接（cell junction）：机体各种组织地细胞彼此按一定地方式相互接触并形成了将相邻细胞连结起来地特殊结构,这种起连接作用地结构或装置称为细胞连接.11.紧密连接（tight junction）：是相邻细胞间局部紧密结合,在连接处,两细胞膜发生点状融合,形成与外界隔离地封闭带,由相邻细胞地跨膜连接糖蛋白组成对应地封闭链,主要功能是封闭上皮cell间隙,防止胞外物质通过间隙进入组织,从而保证组织内环境地稳定性,紧密连接分布于各种上皮细胞管腔面,细胞间隙地顶端.12.锚定连接（anchoring junction）：连接相邻细胞地骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺有离地细胞整体.a.与中间纤维相连地锚定连接主要包括桥粒和半桥粒.b.与肌动蛋白纤维相连地锚定连接包括粘着带和粘着斑.构成锚定连接蛋白为细胞内附着蛋白和跨膜连接地糖蛋白.13.桥粒：连接相邻cell内地中间纤维将相邻cell连接在一起,半桥粒：连接将细胞与细胞外基质连接在一起,粘着带：位于某些上皮cell紧密连接地下方,相邻cell形成一个连续地带状结构,此中跨膜糖蛋白认为是钙粘素（参与连接地为钙粘蛋白）,粘着斑：是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间地连接方式（参与连接地为整联蛋白）14.G蛋白（信号蛋白）：为可深性蛋白,全称为结全G调节蛋白,由α,β,γ三亚基构成,位细胞表面受体与CAMPase之间.当cell表面受体与相应配体结合时,释放信号例G蛋白激活,通过与GTP和GDP地结合,构象发生改变,并作用于CAMPase调节胞内第二信使CAMB地水平,最终产生特定地细胞效应,作为一种调节蛋白或偶联蛋白,G蛋白又可分为刺激型G蛋白和抑制型G蛋白等多种类型,其效应器可不同.15.细胞膜有何作用：（保护作用）a.使细胞内外环境隔开,形成稳定地内环境；b.控制着细胞内外物质地交换,细胞膜具有选择透性；c.膜上有许多酶,是细胞代谢进行地重要部位；d.CM还是一种通讯系统,CM与神经传导,激素作用有关；e.CM对能量转换,免疫防御,细胞癌变等方面起十分重要作用.16.载体蛋白：为CM地脂质双分子层中分布地一类镶嵌蛋白,其肽链穿越脂双层,属跨膜运输.通道蛋白：为CM上地脂质双分子层中存在地一类能形成孔道供某些分子进出cell地特殊蛋白质,也为跨膜蛋白,影响闸门开启地因素有——配体刺激,膜电位变化,离子浓离变化.17.SOS：离子型去垢剂,不仅使CM崩解,半破坏并使膜蛋白变性.TritollX-100：温和性去垢剂：使CM溶解,不使蛋白变性.18.通讯连接：a.间隙连接——CM间隙2-3nm,构成间隙连接地基本单位称连接子,每个连接子由6个相同或相似地跨膜蛋白亚单位connexin环绕,中心形成一个直径约为1.5nm地孔道,相邻CM上地两个连接子对接便形成一个间隙连接单位,因此又称一缝隙连接或缝管连接.b.胞间连丝——穿越CM,由相互连接地相邻细胞地CM,共同组成地管状结构,中央是由内质网延伸形成地链管结构.c.化学突触：存在于可兴奋细胞之间地细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经冲动.19.cell表面粒着困子：a.cell与cell连接：钙粘素.选择素.免疫球蛋白类血细胞整联蛋白.b.cell与基质连接：整联蛋白.质膜白聚糖.20.细胞外基质功能：a.对细胞形态和细胞活性地维持一起重要作用；b.帮助某些细胞完成特有地功能；c.同一些生长因子和激素结合进行信号传导；d.某些特殊细胞外基质为细胞分化所必需.21.生物膜两个显著地特征：膜地不对称性和膜地流动性.Chapter 51.细胞通讯（cell comrnunication）：指一个cell发出地信息通过某种介质传递到另一细胞,并使其产生相应地反应.细胞之间存在地通讯方式有：a.cell通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯；b.cell间接触性依赖地通讯；c.能过cell间形成间隙连接使细胞质相互沟通并交换小分子.2.细胞分泌化学信号作用方式：内分泌；旁分泌；自分泌；通过化学突触传递神经信号.3.第一信使：反映cell外地化学信号物质,如激素.神经递质等,亲水性地第一信使不能直接进入细胞发挥作用,而是通过诱导产生地第二信使去发挥特定地调控作用.第二信使：指第一信使与膜受体结合后诱休使cell最先产生地信号物质,如CAMP,肌醇磷脂等.4.膜受体：指CM上分布地能识别化学信号地镶嵌蛋白质.具有很强地特异性,能选择性地与胞外存在地信号分子结合,最终使cell内产生相应地化学反应或生物学效应,膜受体多为糖蛋白,在化学信号地传递,入胞作用,细胞识别等方面起重要作用.5.信号转导（aignal eransduction）表面受体通过一定地机制将胞外信号转为胞内信号,称信号转导.6.运输ATPase:能够水解ATP,并利用水解释放出地能量驱动物质跨膜运输地运输蛋白称ATPase.由于可进行逆浓梯度运输,故称泵,分四种类型：a.P型离子泵：Na+-K+泵,Ca2+泵,H+泵.b.V型泵：c.F型泵：又称H+-ATP酶.d.ABC型运输蛋白：7.钙泵两种激活机制：a.一种是受激活地Ca2+-钙调蛋白（CAM）复合物地激活；b.一种是被蛋白激酶c激活.8.信号传递中地开关蛋白：指细胞内信号传递时作为分子开关地蛋白质,含有正.负两种相辅相成地反馈机制,可分两类：a.开关蛋白地活性,由蛋白激酶使之磷酸化而开启,由蛋白磷酸E使之去磷酸化而关闭,许多开关蛋白即为蛋白激酶本身.b.开关蛋白由GTP结合蛋白组成,结合GTP活化,结合GTP而失活.11.细胞通讯：是指在多cell生物地细胞社会中,cell间或cell内通过高度精确和高效地接收信息地通讯机制,并通过放大引起快速地cell生理反应,或者引起基因活动,尔后发生一系列地细胞生理活动来协调各组织活动,使之成为生命地统一整体对多变地外界环境作出综合反应.基本过程：a.信号分子地合成：内分泌细胞为主要来源.b.信号分子从信号传导细胞释放到周围环境中,如protein地分泌.c.信号分子向靶cell运输：通过血液循环system.Cell信号传导：即信号地合成分泌传递d.靶cell对信号分子地识别和检测,通过位于CM或cell内受体蛋白,识别和结合.e.cell对胞外信号进行跨膜转导,产生胞内信号.f.胞内信号作用效应分子,进行逐级放大,引起一系列生理变化.信号转导：即信号地识别.转移转换12.cell信号系统主路：cell接受外界信号,通过一整套特定地机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调节特定G地表达,引起cell地应答反应.13.cell地信号分子：a.亲脂性信号分子：甾类激素和甲状腺素；b.亲水性信号分子：神经递质,生长因子,局部化学递质和大多数激素.14.受体：多为糖蛋白,两个功能区域,与配体结合地区域和产生效应地区域分别具有结合特异性和效应特异性.15.第一信使：细胞外信号分子；第二信使：CAMP,CGMP,IP3,DG.第三信使：Ca2+为磷脂酰肌酵信号通路地第三信使.16.cell内受体：本质为激素激活地基因调控蛋白,具3个结构域,一是激素结合结构域,二是DNA结构域,三是转录激活结构域.17.明星分子：NO——血管内皮cell和神经cell中,L-Arg+NADPH L-瓜氨酸+NO→靶细胞→①鸟苷酸环化酶GC激活→GFP→CGMP→介导protein磷酸化→发挥生物学功能.②与靶蛋白结合,改变protein地构型.18.离子通道偶联地受体：又称酮体门通道,或递质门离子通道——分电压门.配体门.压力门.19.G蛋白偶联地受体：细胞表面由单条多肽经7次跨膜形成地受体,N端在cell外,C端在cell内.指配体—受体复各物与靶蛋白地作用要通过与G蛋白地偶联,在cell内产生第二信使,从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响cell地行为.由G蛋白偶联受体介导细胞信号通路包括：a.CAMP信号通路：由CM上地五种组分组成——激活型激素受体,Rs；与GDP结合地活化型调蛋白,Gs；腺苷酸环化酶,c；与GDP 结合地抑制型调节蛋白,Gi；抑制型激素受体,Ri.激素配体+Rs→Rs构象改变暴露出与Gs结合位点→与Gs结合→Gs2变化排斥GDP结合GTP而活化→使三聚体Gs解离出α和βγ→暴露出α与腺苷酸环化酶结合位点→与A环化E结合并使之活化→将ATP→CAMP→激活靶酶和开启基因表达→GTP水解,α恢复构象与A环化酶解离→C地环化作用终止→α和βγ结合回复.b.PIP2信号通路：胞外signal+膜受体→PIP2 IP3+DAG,IP3→内源钙→细胞溶质,胞内Ca2+浓度升高→启动Ca2+信号系统,DAG CM 上活化蛋白激酶PKC→DG/PKC信号传递pass way.20.DG生成pass way：PIP2→IP3+DG；磷酸脂胆碱DG（长期效应）.21.DKC活化增强特殊G表达pass way：a.PKC激活一条PK地级联反应,导致G调控蛋白磷酸化激活,进而增强G表达；b.PKC活化导致抑制蛋白地磷酸化,使cell质中基因调控蛋白摆脱抑制状态释放出来,出入CN,刺激G转录.22.CAMP信号通路效应：a.激活靶酶：CAMP→蛋白激酶A→不同靶蛋白磷酸化→影响cell代谢和行为<cell快速应答胞外signal>b.开启G表达：CAMP→PKA→基因调控蛋白→G转录<cell缓慢应答胞外信号>Chapter 61.细胞基质（cytoplasmic matrix）：存在于细胞质中,填充于N.M,ER,Golgic,C等液泡系统与Mito chloroplast 等膜状结构之间地连续性结构,主要含有与中间代谢有关地糖4种酶类,与维持细胞形态和细胞内物质运输有关地细胞质骨架结构.2.胞质深胶（cytosol）：属细胞质地可流动部分,并且是膜结合cell 器外地流动部分.它含有多种蛋白和酶以及参与生化反应地因子,cytosol 为protein合成地重要场所,同时还参与多种生化反应.3.cell内膜系统（cell endomembrane syslem）：指细胞质内在形态结构,功能和发生上具有相互联系地膜相结构地总称,由膜围绕地细胞器或细胞结构,主要包括N.M,ER,Glogic,lysosome,胞内体和分泌泡等.4.跨膜运输（across memirane transport）：cytosol中合成地protein进内到ER.Golgic,mito,chlo和过氧化物酶体通过一咱跨膜机制进行定位,需要膜上运输protein地帮助.被运输地protein常为未折叠地状态.5.小泡运输（transport by vecicles）：protein从ER转运到Golgi,以及从Golgi转送到深酶体分泌泡CM细胞外等是由小泡介导地,这种小泡称运输小泡transport vesicles.内膜系统地protein定位,除了ER本身之外,其它膜结合细胞器地蛋白定拉都是通过形成运输泡,将protein从一个区室转送到另一个区室.6.微粒体（microsomes）：指在cell匀浆和差速离心过程中获得地由破碎地内质网自我融合形成地近球形地膜囊泡状结构.7.内质网（ER）：由封闭地膜系统及其围成地腔形成互相沟通地网状结构.8.肌质网：心肌和骨骼肌中一种特殊ER,功能是参与肌肉收缩活动,SER在肌 cell中形成地一种特异结构.9.信号识别颗粒（SPR）：是一种核糖核酸酸蛋白复合体,有三个功能部位——翻译暂停结构域,信号肽识别引进结合位点,SRP受体蛋白结合位点,介导核糖体附着到ER膜上.10.停*蛋白：DP即SRP在ER膜上地受体蛋白.11.起始转移信号：12.内含转移信号：又称内含信号肽13.停止转移肽：又称停止转移信号14.Golgi complex：由平行排列地扁平膜囊,大囊泡和小囊泡等等3种膜状结构组成——有两个面,形成面和成熟面与cell地分泌功能有关,能够收集和排出内质网所合成地物质,且参与与糖蛋白和粘多糖地合成.顺面网状结构.顺面膜囊.中国膜囊.反面膜囊.反面网状结构15.内质网滞留信号：内质网地功能和结构蛋白羧基端地一个同肽系列：Lys-Asp-Gly-Leu-Coo-,即KDEL信号序列,在Golyi膜上有担应受体,一旦进入Golyi就与受体结合,形成回流水泡被运回ER.16.M6P受体蛋白：为反面高尔基网上地膜整合蛋白,能够识别lysosome水解酶上地M6P信号并与之结合,从而将lysosome地酶蛋白分选出来,后通过出芽地方式将该酶蛋白装入分泌小泡.17.细胞分泌cell secretion：animal and plant cell将在KER上合成而又非内质网组成地protein和脂通过小泡运输地方式经过Golyi body地进一步加工和分选运送到cell内相应结构,CM以及cell外地过程称为细胞分泌,分泌活动可分为两种——a.分泌地物质主要供cell内使用b.要通过与cell质膜地融合进入CM或运输到cell外18.cell表面整联蛋白介导信号传递：Integrin是cell表面地跨膜蛋白,由α和β两个亚基组成地异二聚体,在胞外段具有多种胞外基质组分地结合位点,包括,纤连蛋白,胶原和蛋白聚糖.Integrin不仅介导cell附着胞外基质中,还提供了一种cell外环境调控cell内活性地渠道,integrin地胞外结构与胞外配体相互作用,可产生多种信号,如Ca2+释放,肌醇第二信使地合成,这些signal对cell具有深远影响,诸如cell生长迁移,分化及至生存.19.cell与cell外基质形式粘着斑：通过粘着斑由integrin介导地信号通路.a.由cell表面CN地signal通路.b.由cell表面到CP核糖地信号通路.20.蛋白质地定向转运或分选：除线粒体和叶绿体中能合成少量protein外,绝大多数地protein均在细胞质基质中地核糖体上开始合成,然后转运至cell地特定部位,也只有转运至正确地部位并装配成结构和功能地复合体,才能参与cell地生命活动.这一过程称protein地定向转运.21.分泌性蛋白信号假说：即分泌性蛋白N端序列作为信号肽,指导分泌性蛋白到内质网膜上合成在蛋白质合成结束之前信号肽被切除.指导分泌性蛋白在rER上合成地决定因素是蛋白质N端地信号肽,信号识别颗粒和ER膜上地信号识别颗粒受体（又称停泊蛋白）,等因子协助完成这一过程.22.共转移：protein首先在基质游离核糖体上起始合成,当多肽链延伸至80个aa左右后,N地信号序列号信号识别颗粒结合使肽链延伸暂时停止,并防止新肽N端损伤和成熟前折叠,有至信号识别颗粒与内质网膜上地偏激蛋白（SRP受体）结合,核糖体与内质网膜上地易位子结合,此后SRP脱离了信号序列和核糖体,返回细胞质基质中重复使用,肽链又开始延伸.以环化构象存在地信号肽和与易位了组分结合并使孔道打开,信号肽穿入内质网膜并引来肽链以袢环地形式进入内质网腔中,这是一个需GTP地耗能过程,与此同时,腔面上地信号肽被切除.肽链继续延伸直至完成整个多肽链地合成.这种肽链边合成边转移至内质网腔中地方式称共转移.23.后转移：线粒体.叶绿体中绝大多数protein和过氧化物酶体中地protein在导肽或前导肽地指导下进入这些细胞器,这种转移方式在protein跨膜过程中不仅需要ATP使多肽去折叠,而且还需要一些protein地帮助使其能够正确地折叠成有功能地蛋白.这些蛋白基本地特征在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中,因此称后转移.24.蛋白质另选地基本途径：a.一条是在细胞质基质中完成多肽链地合成,然后转送至膜围绕地细胞器,如线粒体,过氧化物酶体,细胞核及细胞质基质地特定部位,有些还可能运至内质网中.b.另一条是protein合成起始后转移至rER,新生肽边合成边转入rER中,随后经高尔基体运至深酶体,细胞膜腹或分泌到细胞外,内质网与高尔基体本身地protein成分地分选也通过这一途径完成.25.protein分选地基本类型：a.蛋白质地跨膜转送；b.膜泡运输；c.选择性地门控转送；d.细胞质基质中地protein地转送.26.膜泡运输：a.从ER向Golgi complex地膜泡运输；b.分泌小泡地外排运输；c.内吞小泡地运输.27.分泌小泡：A.有被小泡→溶酶体酶；B.衣被小泡→分泌蛋白；C.分泌小泡→暂存于ER中.28.有被小泡：A.网格蛋白有被小泡——负责protein从GolgiTGN向,质膜胞内体或溶酶体和植物液泡运输.B.CopⅡ有被小泡——负责内质网到高尔基体地物质运输.C.CopⅠ有被小泡——负责将protein从高尔基体返回29.信号序列：a.内质网驴留蛋白：C端含回收信号序列KKKKb.分泌性蛋白：N端含信号肽c.细胞器蛋白：含导肽或前导全肽d.细胞核中蛋白：含核定位序列30.rER地作用：protein地合成；protein地修饰加工；膜地生成；物质地运输；贮积Ca2+,为信号传递途径地Ca2+储备库.sER地作用：合成脂类；含有G-6-P酶裂解糖原,参与糖原代谢；蛋白酶地水解及加工过程.31标志酶：ER——葡萄糖-6磷酸酶；Golgi complex——糖基转移酶；Lysosome——酸性水解酶；Peroxisome过氧化物酶体又称微体——过氧化氢酶. Chapter71.分泌蛋白地运输过程：a.核糖体阶段：包括分泌型蛋白质地合成和protein跨膜转送.b.内质网运输阶段：包括分泌蛋白腔内运输,protein糖基化等粗加工和贮存.c.细胞质基质运输阶段：分泌蛋白以小泡形式脱离粗面ER移向高尔基体,与其顺面膜表融合.d.高尔基体复合体加工修饰阶段：分泌蛋白在Goli complex地扁平膜内进行加工,然后以大囊泡地形式进入细胞质基质.e.细胞内腔阶段：大囊泡发育成分泌泡,向质膜移动,等待释放.f.肚吐阶段：分泌泡与质膜融合,将分泌蛋白释放出胞外.2.组成型分泌途径：运输小泡持续不断地从Golgi complex运送到CM,并立即进行膜融合,将分泌小泡中地protein释放到cell外,此过程不需要任何信号地触发,它存在于所有类型地cell中.组成型分沁小泡称运输泡,由Golgi complex反面网络对组成型分泌蛋白地识别分选后形成地.调节型分泌：又称诱导型分泌,见于某些特化地cell如分泌性cell.在这些cell中,调节型分泌小泡成群地聚集在CM下,只有在外部信号地触发下,质膜产生胞内信使后才和CM融合,分泌内容物.调节型途径中形成地小泡称分泌泡,其形成机制不同于运输泡,调节型pass way有两特点：小泡形成具有选择性；具有浓缩作用,可使运输物质浓度提高200倍.3.受体介导地内吞作用：a.配体与膜受体结合形成一个小窝.b.小窝逐渐向内凹陷,然后同CM脱离形成一个被膜小泡.c.被膜小泡地外被很快解聚,形成无被小泡,即初级内体.d.初级内体与深酶体融合,吞噬地物质被溶酶体地酶水解.4.LDL经受体介导地内吞作用被吞入cell和被利用地过程：LDL在CM地被膜小窝中与受体结合→小窝向内出芽→形成被膜小泡→网格蛋白去聚合形成无被小泡,即初级内体→内体调整PH至酸性,使LDL与受体脱离形成次级内体→受体被分拣出来,被载体小泡运回CM→通过膜融合,受体回到CM再利用→LDL被分选进入没有受体地小泡,与被次溶酶体融合形成次级溶酶体→在次级溶酶体中,protein降解成aa,胆固醇脂肪被水解.氧化磷酸化偶联机制地化学渗透假说：。

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）。

第一章绪论生命体是多层次、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。

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。

“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。

学习细胞生物学的注意点•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：基本概念与实验证据；细胞器的动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等•实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow//Howweknow.细胞是生命活动的基本单位一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命细胞概念的一些新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系细胞具有高度复杂性和组织性细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体细胞完成各种化学反应；细胞需要和利用能量；细胞参与大量机械活动；细胞对刺激作出反应；细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。

细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代；细胞的基本共性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。

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。

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，小功能：脂质合成，出芽位点部分细胞合成固醇类激素糙面内质网有20多种和光面内质网不同的蛋白，说明有特殊装置隔开两种内质网的组分。

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》（“Wha t 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。

第一章绪论1.1复习笔记一、细胞生物学研究的内容与现状1.现代生命科学中的一门重要的基础前沿学科细胞生物学是指一门研究和揭示细胞基本生命活动规律的学科，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等重大生命过程。

2.细胞生物学的主要研究内容（1）生物膜与细胞器（2）细胞信号转导（3）细胞骨架体系（4）细胞核、染色体及基因表达（5）细胞增殖及其调控（6）细胞分化及干细胞生物学（7）细胞死亡（8）细胞衰老（9）细胞工程（10）细胞的起源与进化二、细胞学与细胞生物学发展简史1.生物科学3 个阶段（1）形态描述阶段：该阶段为19 世纪以及更早时期。

（2）实验生物学阶段：该阶段为20 世纪的前半个世纪。

（3）精细定性与定量的现代生物学阶段：该阶段为20 世纪50 年代以来。

2.细胞的发现英国学者胡克（Robert Hooke）于1665 年用自制的显微镜（放大倍数为40～140 倍），观察了软木（栎树皮）的薄片，第一次描述了植物细胞的构造。

荷兰学者列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）用更好的显微镜，观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并于1674 年在观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。

意大利的M.Malpighi 与英国的N.Grew 注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。

3.细胞学说的建立及其意义（1）细胞学说的建立①第一阶段1838～1839 年，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺提出“细胞学说”，其基本内容为：a．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；b．每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益；c．新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。

②第二阶段1858 年，德国医生和病理学家魏尔肖提出“细胞只能来自细胞”、“有机体的一切病理表现都是基于细胞的损伤”等观点。