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1、细胞生物学,学习提要,“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,又对机体整体的生命有所助益；新的细胞只能通过细胞分裂产生。,细胞是生命活动的基本单位,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,细胞的基本共性,由脂蛋白体系的生物膜；DNARNA遗传装置；蛋白质合成的机器核糖体一分为二的方式进行分裂,原 核 细 胞(prokaryotic cell
2、),最基本的特点：基因组遗传信息量小，一个环状DNA 细胞内没有膜相结构，没有专门的细胞器和细胞核；主要代表：支原体（mycoplast）最小最简单的细胞；细菌蓝藻（又称蓝细菌）（Cyanobacteria）,最小、最简单的细胞支原体,支原体（mycoplast）0.10.3m，仅为细菌的十分之一具有细胞的特征：能在培养基上生长 具有典型的细胞膜 一个环状的DNA mRNA和核糖体 一分为二的分裂繁殖方式,真核细胞(eukaryotic cell)结构体系,生物膜结构系统,遗传信息表达系统,细胞骨架系统,原核细胞与真核细胞的主要差异,植物细胞与动物细胞的比较,细胞壁 液泡 叶绿体,细胞形态结构
3、的观察方法,光学显微镜技术（LM）电子显微镜技术(EM)：TEMSEM扫描遂道显微镜(STM),几种显微镜观察样品大小的范围,1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 0.1nm,光学显微镜,电子显微镜,扫描隧道显微镜,普通复式光学显微镜技术,分辨率(D)是指区分开两个质点间的最小距离决定LM分辨率的三要素 物镜镜口角（）入射光波长（）界质折射率（N）,荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）,荧光显微镜的应用不同的荧光染料激发后可发出不同的荧光，可用不同的荧光剂对同一标本染色，使细胞的不同成分呈现不同的颜色；在光镜水平用于特异蛋白质的
4、定性和定位；如绿色荧光蛋白(GFP)的应用,光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位的最有力工具,光学显微镜与电子显微镜的基本区别,电镜的限制：不能观察活的生物样品；难以观察细胞的全貌；,主要电镜制样技术,超薄切片技术 用于电镜观察的基本样本制备负染色技术 染色背景，衬托出样品的精细结构冰冻蚀刻技术冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构快速冷冻深度蚀刻技术（quick freeze deep etching）电镜三维重构技术：电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合,扫描电镜,样品处理 CO 2临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力 喷镀一层金膜表面良好的导电性。,
5、扫描隧道显微镜 STM（scanning tunnel microscope）,原理：量子力学中的“隧道效应”。其关键部件是一个加上一定电压的精密探针。探针接近物质时，因“隧道效应”而飞出电子，从而产生电流；当表面原子凸凹不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，电流因而随之变化。,扫描隧道显微镜,特点分辨本领高，（横向分辨率为0.10.2nm，纵分辨率可达0.001nm）；可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量。用途可直接观察生物大分子的原子布阵和一些生物结构的原子排列。纳米生物学研究领域中的重要工具。,差速离心,特点 介质密度均一；速度由低向高，逐级离心。沉降顺序 核线粒体溶
6、酶体与过氧化物酶体内质网与高基体核蛋白体。用途 分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯度离心再行分离纯化。,密度梯度离心,各种成分的沉降速率与它们的形状和大小有关，通常以沉降系数（S）表示。类型：速度沉降、等密度沉降。常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。,速度沉降,特点 介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。原理 介质密度梯度平缓，分离物按各自的沉降系数以不同的速度沉降而达到分离。,等密度沉降,特点 介质密度高，陡度大，介质最高密度大于被分离组分的最大密度。力场比速率沉降法大10100倍，需要高速或超速离心。原理 样品各成分在连续梯度的介质
7、中经过一定时间的离心则沉降到与自身密度相等的介质处，并停留在那里达到平衡，从而将不同密度的成分分离。,常用细胞化学方法,流式细胞仪,细胞分散并对待测成分进行特异染色；悬滴中的细胞一个一个依次通过检测器；检测器可测定每个细胞中待测成分的含量；不同表面标记的细胞所带电荷情况不同产生不同偏转，实现细胞的分选。,基本概念,原代培养（primary culture）：指直接从机体，特别是幼小动物机体取出的细胞进行的培养，一般指传代10代以内的培养物。传代培养（subculture）：是指细胞从一个培养瓶以一定比例转移接种到另一培养瓶的培养。,基本概念,细胞株（cell strain）：从培养细胞中筛选出
8、的具有特定性质或标志的细胞群。细胞系（cell line）：来源于原代培养物，在培养过程中发生突变或转化的细胞，在培养条件下可无限传代的细胞。克隆（clone）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。,植物细胞培养,原生质体培养 培养脱壁后的细胞 单倍体培养 通过花药或花粉培养可获得单倍体植株。,细胞融合（cell fusion）通过培养和介导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞,同核体：相同基因型的细胞融合而成。异核体：不同基因型的细胞融合而成。自发融合：同种细胞在培养过程中自发合并的现象。诱发融合：异种间的细胞必须经诱导剂处理才能融合。融合因子：生物方法
9、（灭活的病毒）、化学方法（PEG）、物理方法（电击和激光）。,单克隆抗体技术,原理：B淋巴细胞能分泌特异抗体，但不能长期培养，瘤细胞可以在体外长期培养，但不能分泌特异抗体。于是Kohler和Milstein 1975将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获1984年诺贝尔奖。,Preparation of hybridomas that secrete monoclonal antibodies against a particular antigen(X).The selective growth medium used contains an inhibitor(aminopterin)t
10、hat blocks the normal biosynthetic pathways by which nucleotides are made.The cells must therefore use a bypass pathway to synthesize their nucleic acids,and this pathway is defective in the mutant cell line to which the normal B lymphocytes are fused.Because neither cell type used for the initial f
11、usion can grow on its own,only the hybrid cells survive.,Monoclonal Antibodies,HAT培养基,HAT培养基次黄嘌呤（hypoxantin）氨基蝶呤（aminopterin）胸腺嘧啶脱氧核苷（thymidin）细胞内核苷酸的合成有从头合成途径和扑救途径。由于氨基蝶呤可阻碍起始合成途径，所以培养基中含有它时，细胞便只能依赖补救途径。嘌呤的中间合成途径缺失株（HGPRT-）和嘧啶的中间合成途径缺失株（TK-），由于可以互补，所以两者的杂种细胞，即使在氨基蝶呤的存在条件下也可以增殖。,模式生物的意义,由于基因在进化上的保守性
12、和遗传密码的通用性，从一种实验生物得到的有关基因性质或功能方面的信息往往也适用于其它生物，因此我们有可能选择更适于回答细胞生物学问题的模式生物进行研究。,模式生物的特点,个体较小；容易培养；操作简单；生长繁殖快；,细胞质膜(plasma membrane)又称细胞膜(cell membrane)：是指围绕在细胞最外围，由脂质和蛋白质组成的生物膜生物膜(biomembrane)细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜,质膜主要结构模型,(a)Davson和Danielli双分子片层模型（1935）(b)Singer和G.Nicolson流动镶嵌模型（1972）(c)目前盛行的膜的结构模型,目前对生物膜
13、结构的认识,组织者膜脂 功能执行者膜蛋白 膜脂与膜蛋白的相互作用,特性：双极性分子结构：脂质双分子层,膜的成分膜脂,磷脂甘油磷脂鞘磷脂糖脂胆固醇,脂质体（liposome）根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。,膜的成分膜蛋白,膜内在蛋白（整合膜蛋白）膜外在蛋白（膜周边蛋白）脂锚定膜蛋白,u离子型去垢剂(SDS)u非离子型去垢剂（Triton X-100）,去垢剂两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。,膜的流动性,膜脂流动性脂肪酸长度、饱和度；温度；胆固醇的双重调控；膜蛋白流动性,膜蛋白的流动性,荧光抗体免疫标记实验 成斑现象（patching）和成帽现象（capp
14、ing）荧光漂白恢复技术(光脱色恢复技术FRAP),膜的不对称性,细胞膜各部分名称,ES,EF,PF,PS,膜骨架,膜骨架（membrane associated cytoskeleton）是质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。血影（ghost）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,脂双层的不透性和膜转运蛋白,膜转运蛋白 载体蛋白（carrier protein）通道蛋白（carrier protein）,载体蛋白及其功能,特异性 构象变化 通透酶（permease）：饱和性和竞争性介导被动运输与主动运输。,跨膜的亲水性通道离子通道离子选择性，可调节性只介导被
15、动运输离子通道与载体蛋白区别：极高的转运效率没有饱和值门控通道,通道蛋白及其功能,电压门通道配体门通道压力激活通道,配体门控通道(ligand gated channel),特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道蛋白发生构象变化“门”打开，又称离子通道型受体。分类：阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体，阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸受体。,电位门通道(voltage gated channel),特点细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化构象变化“门”打开Na+、K+、Ca2+三种电压门通道结构相似，在进化上是由同一个远祖基因演化而来。,被动运输与主动运输,被动运输的特点运输方向（高
16、浓度低浓度）跨膜动力（电化学梯度）膜转运蛋白（通道蛋白、载体蛋白）,简单扩散（simple diffusion）,自由扩散（free diffusion）特点沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散不需要提供代谢能没有膜蛋白的协助物质的通透率 取决于分子大小和分子的极性,协助扩散（facilitated diffusion）（促进扩散、易化扩散）,特点 转运速率高 特异性 饱和性,主动运输（active transport）,由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式 特点能量必须与细胞内某种释放能量的过程相偶联载体蛋白构象变化，影响亲和力的改变,ATP驱动泵：ATP酶偶联转运蛋白（
17、协同转运）光驱动泵,ATP驱动离子泵,P型离子泵V型质子泵F型质子泵ABC超家族,P型离子泵-钠钾泵（Na-kATPase）,结构 亚基、亚基机制 Na依赖的磷酸化 k依赖的去磷酸化 意义质膜两侧Na、k不均匀分布有助于维持动物细胞的渗透平衡；胞外高浓度的Na代表了大量的能量储存；驱动转运溶质进入细胞；,P-型质子泵-钙泵（Ca2ATPase）,分布：细胞膜和内质网膜上意义：维持胞质低钙离子浓度,P-型质子泵（HATPase）,植物细胞、细菌、真菌（包括酵母）的 质膜上建立和维持H梯度。哺乳类胃的泌酸细胞质膜上将H泵出，将K 泵进。,V-型质子泵和F-型质子泵,共同点只转运质子；不发生自磷酸化
18、V-type 膜泡质子泵（vacuolar proton pump）存在于各类小泡膜上水解ATP逆浓度转运H到细胞器内，维持细胞器内酸性F-type 利用质子动力势合成ATP，也叫H ATP合成酶分布于线粒体内膜、植物细胞类囊体膜、细菌质膜,协同转运（cotransport）,协同转运是由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式能量来源膜两侧离子的电化学浓度梯度动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。分类 同向运输（symport）对向运输（antiport）,胞吞作用和胞吐作用,膜泡运输大分子与颗粒性物
19、质的跨膜主动运输,胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别,受体介导的胞吞作用,批量内吞和受体介导的内吞受体介导的内吞作用 选择浓缩机制低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。,分选机制 分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定 转运途径 粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面,胞吐作用,胞吐作用的类型,组成型胞吐作用 所有真核细胞 意义：质膜更新；胞外基质成分；营养成分或信号分子 连续分泌过程调节型胞吐作用特化的分泌细胞 意义：产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存刺激释放,线粒体的超微结构,两层单位膜套叠而成的囊状结构
20、（外膜57nm；内膜6nm）；外膜内膜膜间隙内室嵴基本微粒（基粒）,电子传递链（呼吸链）electrontransport chain,定义线粒体内膜上有序排列的有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，由一系列可逆地接受和释放电子或H的成分组成。2条呼吸链长呼吸链，即NADH呼吸链；短呼吸链，即FADH2呼吸链；组成：4个功能复合物：包埋于线粒体内膜中；Co.QcytC：可流动的递氢体和递电子体。,ATP合成酶的分子结构与组成,ATP合成酶广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。ATP合成酶一般分布在线粒体内膜、类囊体膜或质膜上；功能氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力
21、势的推动下催化合成ATP。ATP合成酶是线粒体氧化磷酸化和叶绿体光合磷酸化偶联的关键装置，也是合成能源物质ATP的关键装置。,ATP合成酶,头（F1因子，F1ATPase）由5种多肽组成33复合体具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。柄部（寡霉素敏感性蛋白）基片（F0因子）三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。,氧化磷酸化作用与电子传递的偶联,氧化磷酸化当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程。呼吸链上有3个部位的自由能变化较大，是呼吸链中氧化还原释放能量并与ADP磷酸化生成ATP偶联的
22、部位。NADH辅酶Q；细胞色素b细胞色素c；细胞色素aa3分子氧。,氧化磷酸化的偶联机制,化学渗透假说的主要内容：呼吸链各组分不对称分布，电子在膜中沿呼吸链传递时，所释放的能量将H从线粒体基质侧泵到膜间隙，产生质子梯度，即质子动力势，在此梯度驱动下，H穿过内膜上的ATP合成酶流回基质，其能量促使ADP和Pi合成ATP。,化学渗透假说的特点,强调线粒体膜结构的完整性保证质子动力势的形成。解偶联剂的作用机制部分在于改变膜对H的通透性。定向的化学反应H定向从基质到膜间隙，形成梯度；H从膜间隙通过ATP合成酶；,ATP合成酶的作用机制,1979年Boyer P提出构象耦联假说。其要点如下：1ATP酶利
23、用质子动力势，发生构象变化，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。2F1具有三个催化位点，在特定的时间，三个催化位点的构象不同（L、T、O），与核苷酸的亲和力不同。3质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动亚基旋转，由于亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。,质体,植物细胞具有独特的细胞器叶绿体（chloroplast）有色体（chromoplast）白色体（leucoplast）,叶绿体的结构,由3部分组成：外被（chloroplast envelope）类囊体（thylakoid）基
24、质（stroma）含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔,叶绿体基质中，由单位膜封闭形成的扁平小囊。基粒类囊体：类囊体片层垛叠而成；基质类囊体：类囊体片层不垛叠，贯穿于基粒之间；,类囊体,叶绿体的主要功能光合作用,光合作用：叶绿体吸收光能，利用水和CO2合成糖类等有机化合物，同时释放氧的过程。,光合作用基本过程,光反应：原初反应；电子传递和光合磷酸化；暗反应：（碳同化）,光反应,光能不稳定的化学能需要光能，所吸收的光能被用来生成ATP，水分子裂解产生O2和H，H则被用来还原NADP，形成NADPH。类囊体膜上进行。原初反应；电子传递和光合磷酸化；,暗反应
25、,碳同化不稳定的化学能稳定的化学能不需要光能，利用光反应生成的ATP和NADPH使CO2还原，合成碳水化合物。在叶绿体基质中进行。,原初反应：叶绿素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程。包括光能的吸收、传递、与转换。反应过程：,光能,捕光色素分子,反应中心,光能的吸收与传递,光能,化学能,原初反应,色素分子,天线色素：（捕光色素分子）只能吸收聚集光能和传递激发能给反应中心的作用，无光化学活性。包括全部叶绿素b、大部分叶绿素a、胡萝卜素和叶黄素。反应中心色素：既是光能的捕捉器，又是光能的转换器，可将光能转换为电能。特殊状态的叶绿素aP680（PS）P700（PS）,光合作用单位,光合作
26、用单位由捕光色素和反应中心构成，是进行光合作用的最小结构单位。反应中心组成,电子传递和光合磷酸化,电子传递光合链由光系统和光系统协同（接力）完成。PS PS H2Ocytbf复合物NADP最终将电子传递给NADP，生成NADPH。伴随着电子传递，把类囊体膜外的H不断地转运到类囊体腔中，使膜内外两侧形成H浓度差。,电子传递与光合磷酸化,光系统发生光化学反应：产生强氧化剂P680+，弱还原剂Ph-。水光解，产生两个质子，电子由Mn、Z传给P680+释放出氧。Ph-把电子传递给QA、QB电子传递体：PQCytbf复合物 PC结果：基质中的一对质子被泵至类囊体腔光系统发生光化学反应：产生弱氧化剂P70
27、0+，强还原剂A0。P700+接受PC中的电子，经A0、A1、铁硫蛋白传至铁氧还蛋白（FD），最终把电子传给NADP+生成NADPH。,光合磷酸化,定义：由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。光合作用将CO2同化为有机物质，是通过光合磷酸化产生的ATP和NADPH的换能作用实现的。机制：在类囊体膜两侧形成的质子电动势差，推动H回流，途径是膜中的CF0到膜外的CF1，从而发生磷酸化作用。,光合磷酸化的类型,非循环式光合磷酸化开放的通道；PS和PS；产物：2ATP，NADPH，水的光解。2个磷酸化位点，仅产生2.4个ATP，需循环式光合磷酸化作用补充。循环式光合磷酸化闭合的通
28、道；PS；产物：ATP；,光合磷酸化与氧化磷酸化的异同,光合碳同化,活跃的化学能（ATP，NADPH）稳定的化学能（储存于糖中）卡尔文循环（C3途径）是唯一的可合成碳水化合物的根本途径。但C3途径要求CO25105ml/L，否则反应停止；在CO2浓度较低情况下固定CO2的问题C4途径景天科酸代谢,光反应和暗反应的比较,场所,条件,物质变化,能量变化,光反应,暗反应,基粒类囊体上,基质中,光、色素、酶,多种酶,水的光解,CO2 的固定、还原,光能 活跃化学能,产物,O2 ATP NADPH,糖类稳定的化学能,(CH2O)n H2O ADP NADP,ADP+Pi ATP,NADP NADPH,C
29、4途径,固定CO2的最初产物是草酰乙酸。特点：在叶脉周围有一圈含叶绿素的维管束鞘细胞，其外面环列着叶肉细胞对CO2的固定由两类细胞配合完成。利用的效率特别高，即使CO2浓度低，也可以固定CO2。C4植物，如玉米、甘蔗、高粱等。,景天科酸代谢（CAM）,干旱地区，CAM植物；夜间吸收CO2，生成草酰乙酸苹果酸；白天草酰乙酸从苹果酸中氧化脱羧释放出来，参与卡尔文循环。,线粒体和叶绿体是半自主性细胞器,线粒体和叶绿体的生长和增殖受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制。,线粒体和叶绿体 蛋白质的运送与装配,由核基因编码，在细胞质核糖体上合成的线粒体和叶绿体蛋白，需运送至线粒体和叶绿体各自的功能部
30、位上进行更新和装配。线粒体内膜上存在内外膜接触点，蛋白质可一次进入基质。蛋白质的转运装置转位因子由两部分构成膜上受体蛋白质通过的孔道蛋白质合成定位的特点后转移方式 先合成前体形式，然后运输到线粒体或叶绿体内。,前体蛋白=成熟蛋白+导肽转运前的状态：伸展的前体蛋白；转运后的状态:信号序列在导肽酶的作用下，被切除，形成的成熟蛋白重折叠。被转运蛋白所到达的特定部位：外膜、内膜、膜间隙、基质。进入不同部位的蛋白具有不同的转运途径。,导肽,导肽 前体蛋白N端的蛋白质信号序列，能牵引蛋白质通过线粒体膜，转运到位后被水解切除。导肽的特点多位于N端，约由20个氨基酸，富含精氨酸、带羟基的氨基酸。形成一个两性的
31、螺旋，带正电荷的亲水氨基酸和不带电荷的疏水氨基酸分别位于的两侧。有识别线粒体的信息，但对转运的蛋白质无特异性的要求。,线粒体和叶绿体的起源,内共生假说 线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。非共生假说 线粒体的发生是质膜内陷的结果。非共生假说的依据：1.细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜。2.质粒DNA与线粒体DNA比较有许多相似之处。,细胞质基质的涵义,基本概念 细胞质基质是细胞质内除细胞器和内含物以外的、较为均质和半透明的胶状物质。生物化学家称之为胞质溶胶。成分极其庞杂 中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构、大量的蛋白质和RNA分子。特点高度有序的体系 多酶复合体 锚定于细胞
32、骨架上 附着于生物膜上,细胞内膜系统（endomembrane system）,内膜系统的定义 在结构、功能和发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构内膜系统的组成内膜系统的意义 扩大了细胞内的膜面积 高度分区化 膜分化 内膜系统的特点 动态结构，具有流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质的极性,内质网(endoplasmic reticulum,ER),由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构内膜系统的发源地使细胞内膜的表面积大增形成了完整封闭体系是细胞内除核酸外的大分子合成基地,内质网的类型,糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER）扁囊状，排列整齐，
33、膜表面分布着大量的核糖体rER 是ER与核糖体组成的功能性复合体光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）分支管状，只是内质网连续结构的一部分 微粒体（microsome）,内质网的功能 ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地,蛋白质的合成 分泌的蛋白质 膜的整合蛋白 可溶性驻留蛋白脂质的合成,蛋白质的修饰与加工 新生多肽的折叠与装配rER的功能,分泌蛋白在内质网上合成过程,在游离核糖体上起始多肽链的合成，至80个氨基酸残基信号识别颗粒与信号肽结合合成暂停信号识别颗粒与DP结合；核糖体与内质网膜上的易位子（translocon）结合信号识别颗粒脱离，返回胞质，重
34、新利用肽链穿入内质网腔，合成继续信号肽被腔面上的信号肽酶切除，肽链继续延伸直至完成整个多肽链的合成,sER的功能,类固醇激素的合成肝细胞中：合成外输性脂蛋白颗粒的基地 肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG）Ca2浓度的调控,高尔基体(Golgi Complex),形态 扁平膜囊和大小不等的囊泡极性 位置、方向、物质转运与生化极性组成 高尔基体顺面网状结构（CGN）高尔基体中间膜囊（medial Golgi）高尔基体反面网状结构（TGN）周围大小不等的囊泡（高尔基小泡、分泌泡）结构特点 动态结构,高尔基体的功能,高尔基体与细胞的分泌活动蛋白质的糖基化及其修饰蛋白酶的水解和其它加工过程蛋白质的分选及运输
35、,高尔基体与细胞的分泌活动,转运途径：分泌性蛋白、膜蛋白、溶酶体酶、胶原纤维等胞外基质等成分都是通过高尔基体完成其定向转运过程的。蛋白质的分类与转运：蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身，如分选信号序列 溶酶体酶的分选：M6P，反面膜囊M6P受体,蛋白质的糖基化及其修饰,类型 N-连接糖基化 O-连接糖基化特点 没有模板 分区定位 复杂的加工意义 分选信号 蛋白质的构象和稳定性 蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质,蛋白酶的水解和其它加工过程,方式 蛋白原在高尔基体内切除N-端或两端的序列 蛋白质前体在高尔基体中水解生成有活性的多肽 不同信号序列使同一种蛋白质前体在不同细胞
36、、以不同的方式加工产生不同的多肽意义 确保小肽分子的有效合成 弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号 有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用,溶酶体形态结构与类型,溶酶体酶：60余种，异质性（heterogenous）最适pH为5.0左右标志酶酸性磷酸酶（acid phosphatase）,溶酶体的结构类型,初级溶酶体（primary lysosome）次级溶酶体（secondary lysosome）自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）残余小体（residual body）,是否存在作用底物,底物来源不同,溶酶体膜的特性,膜内侧高度糖
37、基化 膜结构完整膜上H泵 pH5.2膜上载体蛋白 向胞质输送养料,溶酶体的功能基本功能消化作用,细胞的自我更新（自噬作用）防御功能作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养其它特殊功能：细胞分泌 顶体反应 细胞凋亡（自溶作用)免疫功能,自噬作用：溶酶体与自噬泡融合，将自身的某些结构加以降解。,自溶作用：溶酶体膜受损，其内酸性水解酶大量释放到细胞质空间，造成细胞溶解死亡。,溶 酶 体 与 疾 病,贮积症：溶酶体酶缺失或异常，导致某些物质不被消化，而遗留在溶酶体中，影响细胞代谢，引起疾病。矽肺：二氧化矽引起的细胞自溶作用类风湿关节炎：溶酶体膜的脆性致溶酶体酶泄漏,溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（
38、RER）,高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）,溶酶体酶分选与局部浓缩,以出芽的方式转运到前溶酶体,磷酸葡萄糖苷酶,磷酸化识别信号：信号斑,溶酶体发生途径,溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体(peroxisom)又称微体(microbody),形态结构 囊泡结构单层膜围绕，0.5um，圆形、椭圆形或哑呤形 内含物过氧化氢酶（标志酶）依赖黄素（FAD）的氧化酶特点 异质性的细胞器 尿酸氧化酶结晶,过氧化物酶体的功能 RH2+O2R+H2O2 H2O2+RH2R+H2O,动物细胞（肝细胞或肾细胞）解毒作用
39、分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能植物中叶肉细胞，光呼吸反应 种子萌发，乙醛酸循环,过氧化物酶体的发生,分裂方式增值，进一步装配成熟膜脂可能在内质网上合成后转运而来蛋白成分在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体,信 号 假 说,信号假说内容 分泌蛋白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。指导因子蛋白质N-端的信号肽（signal peptide）信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒的受体（停泊蛋白docking protein，DP）等,信号肽与共转移,信号肽与信号斑：分泌蛋白开始合成
40、时N端的一段1626个氨基酸残基序列，以此指导分泌蛋白在糙面内质网中的合成和转运，在蛋白质合成结束前被切除 共转移（Cotranslocation）肽链一边合成一边转移到内质网腔中的方式起始转移序列和终止转移序列 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数只有N端信号序列的肽链将进入内质网腔,导肽与后转移,导肽 指导线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质和过氧化物酶体中的蛋白质从胞质中转移到相应细胞器的信号序列后转移（post translocation）蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中 蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）
41、使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。,分子“伴侣”（molecular chaperones）,细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。,细胞通讯的三个环节细胞信号发放细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞信号转导 外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化细胞内生理变化因胞内信使的浓度变化导致的细胞应答反应的一系列过程,细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另一个细胞并产生相应生物学效应的过程。细胞间实现通讯的关键
42、细胞信号转导,细胞通讯的方式,化学通讯分泌化学信号进行通讯接触性依赖的通讯细胞间直接接触，没有信号分子的释放，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白间隙连接或胞间连丝实现代谢偶联或电偶联,化学通讯,细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。旁分泌突触信号发放内分泌自分泌,胞外信号介导的细胞通讯过程,信号分子的释放；信号分子运送至靶细胞；靶细胞上特异性受体与信号分子结合并激活；活化的受体启动细胞内信号转导途径；引发细胞功能、代谢或发育的改变；信号解除，细胞停止反应。,信号分子,信号分子种类繁多化学信号：激素、神经递质、局部递质等；物理信号：声、光、电、温
43、度变化等；信号分子的特点 特异性 高效性 可被灭活,信号分子的类型,脂溶性信号分子 直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达水溶性信号分子 不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递NO（气体性信号分子）能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程,受体（receptor）,定义：能够识别和选择性结合某种配体，并通过信号转导作用将胞外信号转换为胞内信号，产生特异生物学效应的大分子物质。化学性质：多为糖蛋白，少数为糖脂或其复合物；结构 2个功能域 配体结合域产生效应的功能域,受体的分类,细胞内受体（intracellular receptor）识别
44、结合小的脂溶性信号分子及NO；细胞表面受体（cell surface receptor）识别结合亲水性信号分子（分泌型和膜结合型）离子通道偶联受体G-蛋白偶联受体酶偶联的受体,第二信使,第二信使（second messenger）：第一信使与受体作用后在胞内最早产生的小分子第二信使具有信号转换、信号放大，其降解使其信号作用终止 第二信使包括：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG）第三信使Ca2,分子开关（molecular switches）,在细胞内一系列信号传递的级联反应中，具有正、负精确调控机制的分子GTPase开关蛋白结合GTP而活化：释放GDP而结合GTP；结合
45、GDP而关闭：GTP水解生成GDP；开关蛋白（磷酸化/去磷酸化）蛋白激酶催化发生磷酸化；蛋白磷酸酶催化去磷酸化；,信号转导系统及其特性,细胞表面受体介导的信号途径步骤特异性受体识别信号分子并与之结合；通过分子开关机制产生胞内信号；信号放大：酶的级联反应；反应终止：受体脱敏或受体下调；,信号转导系统的主要特性,特异性；放大作用；信号终止或下调；整合作用；,细胞内受体及其对基因表达的调节,本质：依赖激素激活的基因调控蛋白；受体与抑制性蛋白形成复合物处于非活化状态；信号分子与受体结合抑制性蛋白解离DNA结合位点暴露激活；结构激素结合域（C端）DNA/Hsp90结合域（中部）转录激活域（N端）,甾类激
46、素介导的信号通路,甾类激素 亲脂性小分子，可简单扩散过膜，通常可影响细胞分化等长期的生物学效应初级反应阶段 直接活化少数特殊基因的转录，反应迅速次级反应阶段 初级反应产物活化其它基因，产生延迟的放大作用,一氧化氮介导的信号通路,乙酰胆碱血管内皮Ca2+浓度升高一氧化氮合酶NO平滑肌细胞鸟苷酸环化酶cGMP血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度下降平滑肌舒张血管扩张、血流通畅,NO 脂溶性，可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。NO的生成：血管内皮细胞和神经细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精氨酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和L
47、瓜氨酸。NO半衰期短，没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与NO的合成有关。NO能激活靶细胞内可溶性鸟苷酸环化酶（G-cyclase）而使靶细胞内cGTP浓度升高。,NO的性质,G-蛋白偶联的受体,G-蛋白偶联的受体是指配体受体复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用要通过与G蛋白的偶联，才能在细胞内产生第二细胞，从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。G-蛋白偶联受体的结构7次跨膜蛋白胞外结构域识别信号分子胞内结构域与G蛋白耦联活化G蛋白，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使。,G蛋白的结构与活化,G蛋白是异三聚体GTP结合调节蛋白，含、三个亚基亚基具有GTP酶活性，能催
48、化所结合的GTP水解，恢复无活性的三聚体状态；与GTP的结合暴露其上AC结合位点，使酶激活（Gs）或抑制（Gi）。分子开关关闭态 G蛋白GDP，失活开启态GGTP，激活,G-蛋白偶联受体介导的细胞信号通路,cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路,cAMP信号通路,反应链激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录 胞质中蛋白质的修饰关键环节 G-蛋白偶联受体 G-蛋白活化与调节 第一个效应酶腺苷酸环化酶 第二信使cAMP两条反应链 RsGs AC 激活AC活性；Ri GiAC 抑制AC活性；,腺苷酸环化酶（AC）和cAMP,化学性质 跨膜糖蛋白活性
49、 在Mg2和Mn2存在下，催化ATPcAMPcAMP的生成和降解 生成腺苷酸环化酶催化；ATPcAMP 降解环腺苷酸磷酸二酯酶催化；cAMP5-AMPcAMP的主要效应 活化蛋白激酶A，激活靶酶和开启基因表达,蛋白激酶A（Akinase）,结构2个调节亚基（cAMP结合位点）2个催化亚基激活 钝化复合体（四聚体）cAMP结合调节亚基解离活化催化亚基活性 催化细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，改变其活性,磷脂酰肌醇信号通路双信使系统,反应链 胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白磷脂酶C(PLC)IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应 DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na
50、+/H+交换使胞内pH升高反应的终止IP3 通过依次的去磷酸化形成自由的肌醇信号终止DG 由DG酯酶催化生成单酯酰甘油；DG激酶磷酸化为磷脂酸。,Ca2第三信使活化各种Ca2结合蛋白（钙调蛋白），引起细胞反应；信号的终止内质网膜上的钙泵钙调蛋白（calmodulin,CaM)Ca2CaM为活化复合体，与靶酶结合将其活化,离子通道偶联受体,配体与受体的结合改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子流变化，瞬间将化学信号转换为电信号。配体门控通道受体门控通道分布可兴奋细胞的细胞质膜：4次跨膜蛋白；内质网或其它细胞器膜：6次跨膜蛋白；,离子通道偶联受体特点,既是受体（配体结合位点）
