医学细胞生物学-细胞的运动
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《细胞生物学》名词解释1.拟核:原核细胞仅由细胞膜包绕,在细胞质内含有DNA区域,但无被膜包围,该区域称为拟核。
2.单位膜:电子显微镜下,生物膜呈“两暗一明”的铁轨样形态,称为单位膜。
3.脂质体:膜脂都是两亲性分子,具有亲水的极性头部和疏水的非极性尾部。
当这些两亲性分子被水环境包围时,它们就聚集起来,使疏水的尾部埋在里面,亲水的头部露在外面与水接触,形成双分子层。
为了避免双分子层两端疏水尾部与水接触,其游离端往往能自动闭合,形成自我封闭的脂质体。
4.主动运输:是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度,由低浓度一侧向高浓度一侧进行的跨膜转运方式。
5.自由扩散:不需要跨膜运输蛋白协助,转运是由高浓度向低浓度方向进行,所需的能量来自高浓度本身所包含的势能,不需要能量的一种跨膜转运方式。
6.易化扩散:一些非脂溶性(或亲水性)的物质不能通过简单扩散的方式通过细胞膜,但它们在载体蛋白的介导下,不消耗细胞的代谢能量,顺物质浓度梯度或电化学梯度进行转运,称为易化扩散。
7.协同运输:是一类由Na+-K+泵(或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。
8.內吞作用:又称胞吞作用或入胞作用,它是质膜内陷,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。
分为,吞噬作用、吞饮作用及受体介导的内吞作用。
9.核孔复合体:核空上镶嵌有复杂的结构,它是由多个蛋白质颗粒以特殊的方式排列成的蛋白分子复合物,称为核孔复合体。
10.核纤层:是附着于内核膜下的纤维蛋白网。
它与中间纤维及核骨架相互连接,形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系。
11.核定位信号:亲核蛋白是一类在细胞质中合成,需要或能够进入细胞核发挥功能的蛋白质,通常它们是4~8个氨基酸组成的特殊序列来保证整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到核内,该序列称为核定位序列或核定位信号。
12.常染色质:是间期核内碱性染料染色时着色较浅,螺旋化程度低,处于伸展状态的染色质细丝。
一、细胞生物学实验教程:细胞运动性检测实验详细介绍细胞的运动是机体新陈代谢与基本生命特征之一。
在低等生物中,原始细胞通过变形与伪足活动趋近食物与远离伤害。
在高级生物体的生命活动中,细胞的定向迁移与胚胎形成、神经发育、免疫应答、器官成熟等密切有关。
人类的许多重大疾病及其治疗,如肿瘤转移,神经修复、干细胞功能再生等等都与细胞运动息息有关。
细胞的运动依靠于细胞骨架(Cytoskeleton),细胞骨架除了承担胞内的物质运输之外,也是构成细胞运动性的物质基础,比如肌动蛋白是细胞运动伪足中最要紧的结构单位。
当细胞感受到外界的刺激信息(如食物信号等),会伸出扁平的片层伪足,通过其前沿的不断延展与基部的收缩,与细胞与支撑物之间的吸附、解吸附的动态循环,朝向刺激源运动。
细胞的运动还具有粘附性(Adhesion)与趋向性(Polarization)的特点,不一致的粘附因子与细胞外基质(Extracellular Matrix)相互作用一方面决定了细胞运动的分子信号调控,同时与大量的趋化因子共同决定了不一致细胞的特定组织转移与偏好。
图1:细胞的定向迁移运动图2:细胞的运动性与细胞骨架蛋白图3:神经干细胞分化与神经元的定向迁移图4:原生癌细胞的迁移与侵袭图5:一个正在穿孔的肿瘤细胞的运动图6:恶性黑色素瘤细胞侵入机体正常组织图7:上皮细胞在伤口部位增殖,运动迁移,进行组织修复二、细胞运动性常用检测方法细胞运动性研究在发育生物学、神经生物学、癌症与干细胞生物学等诸多前沿科学领域具有重大研究意义。
然而长期以来细胞运动性检测是一个技术难点,目前常规可用于细胞运动性评估的要紧方法有:基于显微镜的形态观察(含荧光标记)、体外组织移植、细胞集落划痕与Boyden Chamber法,这些方法各有千秋,但都无法实现定量检测细胞定向迁移、癌细胞侵袭性与细胞粘附性等,最近罗氏公司推出的基于Boyden Chamber原理的微电子细胞芯片检测技术(xCELLigence)实现了定量、动态、无标记关于大规模细胞迁移、侵袭、粘附性的检测,同时还可同步检测包含细胞增殖、凋亡等多项细胞生理学功能。
10. 细胞骨架与细胞运动细胞除了含有各种细胞器外, 在细胞质中还有一个三维的网络结构系统,这个系统被称为细胞骨架(图10-1)。
图10-1 细胞骨架系统10.1 细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能细胞除了具有遗传和代谢两个主要特性之外, 还有两个特性, 就是它的运动性和维持一定的形态。
细胞骨架是细胞运动的轨道,也是细胞形态的维持和变化的支架。
10.1.1 细胞骨架的组成和分布¦ 组成细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,由主要的三类蛋白纤丝(filamemt)构成,包括微管、微丝(肌动蛋白纤维)和中间纤维。
¦分布微管主要分布在核周围, 并呈放射状向胞质四周扩散。
微丝主要分布在细胞质膜的内侧。
而中间纤维则分布在整个细胞中(图10-2)。
12图10-2 细胞骨架的三类主要成分及其分布10.1.2 细胞骨架的功能什么是细胞骨架?在细胞内的主要功能是什么?细胞骨架对于维持细胞的形态结构及内部结构的有序性,以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化等一系列方面起重要作用。
¦作为支架(scaffold),为维持细胞的形态提供支持结构,如红细胞质膜膜骨架结构维持。
¦在细胞内形成一个框架(framework)结构,为细胞内的各种细胞器提供附着位点。
细胞骨架是胞质溶胶的组织者,将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域的网络结构。
¦为细胞器的运动和细胞内物质运输提供机械支持。
细胞骨架作为细胞内物质运输的轨道;在有丝分裂和减数分裂过程中染色体向两极的移动,以及含有神经细胞产生的神经递质的小泡向神经细胞末端的运输都要依靠细胞骨架的机械支持。
¦为细胞从一个位置向另一位置移动提供力。
一些细胞的运动结构, 如伪足的形成也是由细胞骨架提供机械支持。
纤毛和鞭毛等运动器官主要是由细胞骨架构成的。
¦为信使RNA提供锚定位点,促进mRNA翻译成多肽。
第七章细胞骨架与细胞的运动1.名词解释:细胞骨架、微管组织中心(MTOC)、γ-微管蛋白环形复合体(γ-TuRC)、中心体、踏车运动、驱动蛋白、动力蛋白。
※细胞骨架:真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系,由3种不同的蛋白纤维结构组成——微管、微丝、中间丝。
※微管组织中心:微管的聚合从特异性核心形成位点开始,主要是中心体、纤毛的基体。
帮助微管装配的成核。
※γ-微管蛋白环形复合体:可形成10~13个γ-微管蛋白分子的环形结构(螺旋花排列),组成一个开放的环状模板,与围观具有相同直径。
可刺激微管核心形成,包裹微管负端,阻止微管蛋白渗入。
还能影响微管从中心粒上释放。
※中心体:是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器,包括中心粒和中心粒旁物质。
两个桶状、垂直排列的中心粒,包埋在中心粒旁物质中。
在细胞间期,中心体位于细胞核附近,在有丝分裂期,位于纺锤体的两极。
※踏车运动:微管的聚合与解聚持续进行,经常是一端聚合,为正端;另一端解聚,是负端,这种微管装配方式,称“踏车运动”。
※细胞内各细胞器和所有的物质转运都与微管密切相关;微管的物质运输由微管动力蛋白(或马达蛋白)完成,共有几十种,可分为三大家族:驱动蛋白kinesin,动力蛋白dynein和肌球蛋白myosin家族(肌球蛋白以肌动蛋白纤维为运行轨道)驱动蛋白与动力蛋白的两个球状头部是与微管专一结合,具有ATP酶活性,水解ATP供能完成与微管结合、解离、再结合的动作。
驱动蛋白:由两条重链和两条轻链组成。
一对与微管结合的球状头部——ATP水解酶,水解ATP产生能量进行运动;将货物由负端运输向正端。
动力蛋白:目前已知的最大的、最快的分子运输蛋白。
由两条重链和几种中等链、轻链组成,头部具有ATP水解酶活性。
沿着微管的正端向负端移动。
为物质运输,也为纤毛运动提供动力。
在分裂间期,参与细胞器的定位和转运。
2.三种骨架蛋白的分布如何?微丝:主要分布在细胞质膜的内侧。
微管:主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散。
细胞生物学中的细胞骨架和细胞运动机制在细胞生物学研究中,细胞骨架和细胞运动机制一直是备受关注的热点领域。
细胞骨架是支撑细胞形态并参与细胞运动的基本框架,而细胞运动机制则是细胞在各种生理和病理条件下实现各种活动的关键步骤。
本文将基于已有的研究成果,探讨细胞骨架和细胞运动机制的相关问题,旨在为读者深入了解细胞生物学提供参考。
一、细胞骨架的基本结构和功能细胞骨架是细胞内的一种纤维状结构,由微观管丝、中间丝和微小丝三种结构组成。
微观管丝(Microtubules)是一种直径较大、空心的管状结构,由α-和β-两种蛋白质组成,广泛存在于各种细胞中并参与细胞内运输、细胞分裂等过程。
中间丝(Intermediate filaments)是直径在微观管丝和微小丝之间的一种结构,由多种中间丝蛋白质组成,主要存在于动物细胞中,参与细胞的结构支撑和细胞外基质的连接。
微小丝(Microfilaments)是一种直径较小的纤维,由肌动蛋白组成,分布在整个细胞质中,参与细胞的质膜结构和细胞运动。
细胞骨架的主要功能是维持细胞的形态和机械强度,并参与细胞运动和细胞内信号传导。
无论是单细胞生物还是多细胞生物,其细胞骨架都具有特定的结构和功能。
例如,涡虫类单细胞生物具有较为复杂的鞭毛结构,其细胞骨架中的微观管丝和中间丝就是构成鞭毛和纤毛的基本单位。
而在多细胞生物中,不仅各种细胞骨架协同作用,形成了复杂的细胞骨架系统,而且这些蛋白质组合在不同的方式和位置,形成了多样化的细胞形态和功能。
例如,神经元的突触终端在所有细胞类型中都具有非常特殊的结构,其细胞骨架是由微小丝组成的肌动蛋白网,支撑着生长锥和突触囊泡的运动和定位。
二、细胞运动机制的基本原理和模式细胞运动是细胞在各种条件下的生理和病理状态中表现出的治疗活动。
依据细胞类型和运动模式的不同,细胞的运动可以分为基质依赖性运动和基质非依赖性运动两种模式。
基质依赖性运动是指细胞在附着于外基质的基底上进行运动。