细胞生物学各章要点.pdf
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1、第二章第二章 细胞的统一性和多样性细胞的统一性和多样性一、细胞是生命活动的基本单位一、细胞是生命活动的基本单位1.一切有机体都由细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位。2.细胞具有独立的、有序的自控代谢体系,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,具有遗传的全能性。5.没有细胞就没有完整的生命。二、细胞的基本共性二、细胞的基本共性1、所有的细胞都有相似的化学组成2、脂-蛋白体系的生物膜3、DNA-RNA 的遗传装置4、蛋白质合成的机器核糖体5、一分为二的分裂方式原核细胞原核细胞因其没有典型的核结构而命名,即没有核膜将它的遗传物质与细胞质分开。其基本特点
2、有二:1.遗传信息量小,仅为一个环状 DNA 分子。2.细胞内没有分化出以膜为基础的、具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。原核细胞的特征:原核细胞的特征:1.体积一般很小,直径 0.2-10m 不等。2.进化地位比较原始,大约 3035 亿年前就出现在地球上。3.在地球上分布广,对生态环境的适应性强。分为六大类:支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻。支原体结构:支原体结构:1.细胞膜,约 10nm 厚;2.一条环状双螺旋 DNA遗传信息载体;3.多聚核糖体(mRNA核糖体)能指导合成 700 多种蛋白质;4.含 40 多种酶(已发现)。繁殖方式繁殖方式:分裂繁殖(与病毒有根本区别)
3、。生活方式生活方式:在培养基上生长;寄生在细胞中。特征特征:具有多态性;不能合成长链或不饱和脂肪酸;DNA 散在于细胞内,无核区;有多聚核糖体。大小大小:0.10.3m为什么说支原体是最小最简单的细胞?为什么说支原体是最小最简单的细胞?1.支原体具备了一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能,即细胞膜、遗传信息载体 DNA 和 RNA、进行蛋白质合成的一定数量的核糖体以及催化酶促反应所需要的酶。2.支原体具备了保证一个细胞生命活动运转所必需的条件,即完成细胞功能估计至少需要 100 种酶,这些分子进行酶促反应必须占有的空间直径约 50 nm,加上核糖体、细胞膜与核酸等,可以推算出一个细胞的最
4、小极限直径不可能小于 100 nm。而现在发现的最小支原体直径已经接近这个极限。所以说支原体是最小、最简单的细胞。原核细胞的两个代表原核细胞的两个代表细菌和蓝藻细菌和蓝藻1、质膜及其细胞表面 质膜质膜:结构与组成和真核细胞的质膜相似,是由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的富有弹性的半透膜。膜功能如下:A、主要进行选择性物质交换,包括:a)吸收营养;b)排出代谢废物;c)分泌、运输蛋白质B、细菌细胞质膜含有丰富的酶系,执行许多重要的代谢功能。a)膜内侧含有电子传递与氧化磷酸化酶系,执行线立体的部分功能;b)膜内侧的一些酶,与核糖体共同执行合成蛋白质(向外分泌)的功能;c)质膜上含有细胞色素酶与合成细
5、胞壁成分的酶,相当于真核细胞内质网与高尔基体的部分功能;d)膜外有受体蛋白酶,可进行细胞识别。原核细胞膜的多功能性是区别于其他细胞质膜的一个显著特点。细胞壁细胞壁:A.质膜外有一层较厚、具弹性的结构,成分为肽聚糖,由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸和 45 个氨基酸构成。B.革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁成分与结构差异很大,阳性菌胞壁酸含量高达 90%,阴性菌胞壁酸含量仅占 5%,其他成分比阳性菌复杂。C.青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成从而抑制细胞壁的形成。因此阳性菌对青霉素敏感,阴性菌不敏感。中膜体中膜体:又称间体或质膜体,由细胞膜内陷形成,推测为 DNA 复制的支点。荚膜荚膜:是某些细菌细
6、胞壁外面的特殊结构,呈松散粘液状,主要由葡萄糖和葡萄糖醛酸聚合而成,其成分因不同菌种而异。营养、保护作用。鞭毛鞭毛:是某些细菌与运动有关的装置,与真核生物的鞭毛结构完全不同,由鞭毛蛋白构成。2、细胞内部核糖体核糖体:每个细菌细胞约含 500050000 个核糖体,与 mRNA 形成多聚核糖体。30S 小亚基对四环素和链霉素敏感,50S 大亚基对红霉素和氯霉素敏感。核区与基因组核区与基因组:只有 DNA 的区域,没有被膜包被,称核区或类核。一条环状双螺旋 DNA 盘绕在核区,DNA 不与蛋白质结合。但因为其基因的排列与 DNA 有对应的结构关系,故称为细菌染色体。细胞核外细胞核外 DNA:细菌细
7、胞内除核区外,存在可自主复制的遗传因子质粒。质粒是裸露的环状 DNA 分子,但它们的复制能力或多或少依赖于寄主细胞的机能。在遗传工程中,质粒常作为转基因载体。内生孢子内生孢子:某些细菌处于不利环境或耗尽营养时,就形成内生孢子,又称芽孢,是对不良环境有强抵抗力的休眠体。蓝藻与细菌不同处蓝藻与细菌不同处1.有光合片层:细胞质中同心圆状的膜片层结构,有藻胆蛋白排列其上,进行原始光合作用。2.蓝藻细胞壁外有胶质鞘:易被碱性染料着色,主要成分为酸性粘多糖和果胶质,抵抗不良环境。3.蓝藻细胞壁成分:含有与高等植物相同的纤维素,还含有与细菌相似的肽聚糖。4.有中心质或中央体:细菌的核区在蓝藻中称中心质或中央
8、体,DNA 量大,具多倍染色质性质。细胞骨架功能细胞骨架功能1.细胞骨架系统对细胞形态和内部结构的合理排布起支架作用;2.细胞内大分子物质的运输;3.细胞器的位移与定位;4.帮助细胞移动或行走(细胞运动);5.细胞信息的传递、基因表达、蛋白质合成等。细胞的大小细胞的大小1.细胞的大小差别很大,一般直径在 10100 m 之间。2.不同生物种类的细胞大小差别悬殊;3.同一生物体的相同组织中大小也不一样;4.同一细胞处于不同的生理状态,它的体积也有变动;5.高等动物的组织细胞一般比植物细胞小。细胞体积的守恒定律细胞体积的守恒定律1.分析高等动、植物细胞的大小,可以发现这样的规律,不论其种的差异多大
9、,同一器官与组织的细胞大小是在一个恒定的范围之内。2.器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞数量成正比,而与细胞的大小无关。3.这种关系有人称之为细胞体积的守恒定律。细胞形态与功能之间的关系细胞形态与功能之间的关系细胞的形态与功能之间有密切关系。细胞形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞共有的特点,在分化程度较高的细胞更为明显。1.肌肉细胞呈梭形,适于收缩。2.神经细胞的细胞质伸展很长可达几米,用以传导外界刺激。3.植物茎内的筛管细胞呈管状,适于营养的运输。4.哺乳动物的红细胞呈扁圆形,体积很小,是一种非常特化的细胞。细胞内无核,也无其他重要细胞器,主要是由细胞膜包着血红蛋白。这些特点都与其
10、交换 O2 和 CO2 的功能密切相关。细胞体积小,呈圆形,有利于在血管内快速运行;体积小则相对表面积大,有利于提高气体交换效率;细胞内主要是血红蛋白,有助于结合更多的 O2 和 CO2。因此红细胞的形态结构与其交换气体功能的关系是非常合理的。原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞最根本区别有两条:1、细胞膜系统的分化与演变a)以膜为基础分化出两个独立部分核与质。b)以膜为基础分隔出结构更精细、功能更专一的各种细胞器和细胞结构。2、遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化a)与第一点密切相关,由于真核细胞结构与功能的复杂化,遗传信息量相应随之扩增。b)遗传信息重复序列与染
11、色体多倍性的出现,是真核细胞区别于原核细胞的重大标志。原核细胞与真核细胞比较原核细胞与真核细胞比较(不同点不同点)原核细胞真核细胞代表生物细菌、蓝藻和支原体 原生生物、真菌、植物和动物细胞大小 较小(1-10m)较大(一般 5100m)细胞膜 有(多功能性)有核糖体70S(由 50S 和 30S 两个大小亚基组成)80S(由 60S 和 40S 两个大小亚基组成)细胞器极少有细胞核、线粒体、叶绿体,内质网,溶酶体等细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁染色体 一个细胞只有一条双链 DNA,DNA 不与或很少与组蛋白结合一个细胞有两条以上的染色体 DNA,与蛋白质联结在一起核外 DNA 细菌有质粒线粒体
12、、叶绿体 DNA DNA环状,存在于细胞质很长的线状分子,含有很多非编码区,并被核膜所包被。细胞壁主要成分是肽聚糖,由乙酰氨基葡萄糖和乙酰胞壁酸和45 个氨基酸短肽聚合形成。动物细胞无细胞壁,植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶质。光合作用结构蓝藻含有叶绿素 a 的膜片层结构植物叶绿体具有叶绿素 a 与 b 细菌具有菌色素细胞骨架无 有细胞增殖方式无丝分裂(直接分裂)以有丝分裂(间接分裂)为主 植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞有一些动物细胞所没有的特有的细胞器与细胞结构。1.细胞壁:在细胞分裂过程中形成,主要成分是纤维素,还有果胶质、半纤维素与木质素等。2.液泡:是植物细
13、胞的代谢库,起调节细胞内环境的作用。内部是水溶液,溶有盐、糖、色素等物质。成熟的植物细胞由中央大液泡。有压力渗透作用,保持细胞膨胀状态。3.叶绿体:是植物细胞内最重要、最普遍的质体,是进行光合作用的细胞器。细胞器动物细胞植物细胞细胞壁无有叶绿体无有液泡无有溶酶体有无圆球体无有乙醛酸循环体无有通讯连接方式间隙连接胞间连丝中心体有无胞质分裂方式收缩环细胞板病毒的增殖过程的几个阶段病毒的增殖过程的几个阶段1.吸附:病毒通过随机碰撞或布朗运动,与易感(敏感)细胞表面所带电荷结合,易感细胞表面存在特异受体。2.穿入:4 种方式。通过吞噬将病毒包入细胞内。病毒的囊膜与宿主细胞膜融合。病毒与细胞表面受体相互
14、作用。完整病毒颗粒直接穿过细胞膜。3.脱壳:既脱去衣壳,把核酸释放出来。4.生物合成:包括核酸复制与蛋白质合成。5.装配、成熟与释放:把蛋白质和核酸装配成病毒颗粒,从细胞中释放出来。病毒的核酸复制类型病毒的核酸复制类型核酸复制类型 病毒所带的酶 病毒的科双链 DNA 疱疹病毒、腺病毒单链 DNA 细小 DNA 病毒双链 RNA 转录酶 呼肠弧病毒侵染性单链 RNA 小 RNA 病毒非侵染性单链 RNA 转录酶 粘液病毒、副粘液病毒逆转录病毒单链 RNA 逆转录酶 逆转录病毒病毒与细胞在起源和进化中的关系病毒与细胞在起源和进化中的关系认为病毒是细胞演化产物的观点,其主要依据与论点如下由于病毒的彻
15、底寄生性,所有病毒毫无例外,必须要在细胞内复制与增殖,没有细胞的存在也就没有病毒的繁殖。1.已经证明,有些病毒(如腺病毒)的核酸与哺乳动物细胞 DNA 某些片段的碱基序列十分相似。对癌基因的研究,发现细胞癌基因与反转录病毒的癌基因具有同源序列,认为病毒癌基因起源于细胞癌基因。2.病毒可以看作是 DNA 与蛋白质或 RNA 与蛋白质形成的复合大分子,与细胞内核蛋白分子有相似之处。3.哺乳动物中普遍存在的第二类反转录转座子的两端含有长末端重复序列,其结构与整合在基因组上的反转录病毒十分相似,认为二者有同源性。由此推论,病毒可能是细胞在特定条件下扔出的一个基因组,或者是具有复制与转录能力的 mRNA
16、,这些基因组只有回到它们原来的细胞内环境中,才能进行复制与转录。第三章第三章 细胞质膜细胞质膜流动镶嵌模型的主要特点流动镶嵌模型的主要特点1.膜的流动性:生物膜是由磷脂双分子层和蛋白质构成,膜蛋白和膜脂均可侧向运动。2.膜蛋白分布的不对称性:蛋白质有的镶嵌在膜表面,有的嵌入或横跨脂双分子层中。目前对生物膜结构的认识可归纳如下:目前对生物膜结构的认识可归纳如下:1.生物膜的基本结构成分是磷脂双分子层,磷脂分子以疏水的非极性尾部相对,极性头部朝向水相。2.蛋白质分子以不同方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面,蛋白的类型、蛋白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和功能。3.生物
17、膜可以看成是蛋白质在脂双分子层中的二维溶液。然而,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。磷脂分子的主要特征磷脂分子的主要特征1.是兼性分子,具有一个极性头部和两个非极性尾部。磷脂分子的亲水端是磷酸基团,称为头部;磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链,称为尾部。2.脂肪酸碳链为偶数,多数碳链由 16、18 或 20 个碳原子组成,一般含有 1424 个偶数碳原子。3.除饱和脂肪酸外(如软脂酸),还常有不饱和脂肪酸(如油酸)。其中一条烃链常含有一个或数个双键,双键的存在造成这条不饱和链有一定角度的扭转膜脂分子有膜脂分子
18、有 4 种热运动方式:种热运动方式:1.沿膜平面的侧向运动(基本运动方式),其扩散系数为 10-8cm2/s;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,发生频率不到脂分子侧向交换频率的 10-10。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。脂质体:脂质体:是人工膜,是根据磷脂分子可在水相中形成稳定脂双层膜的趋势而制备的。脂质体的应用脂质体的应用1.脂质体可以用不同的膜脂来制备,同时还可嵌入不同的膜蛋白,用来研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质。2.脂质体中裹入 DNA 可用与基因转移。3.在临床治疗中,脂质体中裹入不同的药物或酶等,可望诊断与治疗多
19、种疾病。4.脂质体技术与单克隆抗体技术及其他技术结合,可使药物更有效地作用于靶细胞以减少对肌体的损伤。膜的流动性膜的流动性1、膜脂的流动、膜脂的流动膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动。决定流动性的因素:1.由脂分子本身的性质决定。脂肪酸链越短,不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。2.温度对膜脂的运动有明显影响。各种膜脂都具有不同的相变温度,膜脂的相变温度取决于各种脂分子的相变温度。3.胆固醇对膜的流动性也起着重要作用。调节膜脂流动性的方式:1.增加不饱和脂肪酸。2.通过胆固醇调节。胆固醇分子既有与磷脂分子相结合限制其运动的作用,也有将磷脂分子隔开使其更易流动的作用(双重作用)。最终效应取决于两种
20、作用的综合效果。多数情况下,胆固醇的作用是防止膜脂由液相变为固相,以保证膜脂处于流动状态。成斑现象:成斑现象:在某些细胞中,当荧光抗体标记时间继续延长,已均匀分布在细胞膜表面的标记荧光抗体会重新排布,聚集在细胞表面的某些部位,即所谓成斑现象。成帽现象:成帽现象:或聚集在细胞的一端,即所谓成帽现象膜脂的不对称性膜脂的不对称性1.膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在脂双层中呈不均匀分布。2.糖脂的分布表现出完全不对称性,其侧链都在质膜的细胞外表面(ES)上。因此糖脂仅存在于质膜的细胞外小叶中。糖脂的不对称分布是完成其生理功能的结构基础。3.磷脂分子不对称分布的生物学意义还不清楚,有人推测可能与膜蛋白
21、的不对称分布有关。膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性:所有的膜蛋白在质膜上都呈不对称分布。与膜脂不同,膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在质膜上都有明确的方向性。细胞质膜的基本功能细胞质膜的基本功能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,其中伴随着能量的传递;3.提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;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.质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。7.膜蛋白的异常与某些疾病有关,很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。膜骨架:膜骨架:是指
22、细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构,它参与维持细胞质膜的形状,并协助质膜完成多种生理功能。第四章第四章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输载体蛋白和通道蛋白的主要区别载体蛋白和通道蛋白的主要区别1.它们以不同的方式辨别溶质,即决定运输某些溶质而不运输另外的溶质。2.通道蛋白主要根据溶质大小和电荷进行辨别。通道如果处于开放状态,足够小的和带有适当电荷的分子或离子就能通过。3.载体蛋白只容许与载体蛋白上结合部位相适应的溶质分子通过,而且载体蛋白每次转运都发生自身构象的改变。载体蛋白及其功能载体蛋白及其功能概念:所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。具有结合特异性,通过构象改变介导溶
23、质分子的跨膜转运。与酶相同点与酶相同点1.有特异性结合位点,可同特异性底物结合;2.转运过程具有类似酶与底物作用的饱和动力曲线;3.既可被底物类似物竞争性地抑制,又可被某种抑制剂非竞争性抑制;4.对 pH 有依赖性。与酶不同点与酶不同点1.酶不能改变反应平衡点,而载体蛋白可以改变反应过程的平衡点,加快物质沿自由能减少方向的跨膜运动的速率;2.载体蛋白对转运的溶质分子不做任何共价修饰。载体蛋白既可介导被动运输,又可介导逆浓度梯度的主动运输。通道蛋白及其功能通道蛋白及其功能1.通道蛋白又叫闸门通道(gated channels),是通道蛋白进行的间断开放通道。2.通道蛋白介导被动运输,蛋白不需要与
24、溶质分子结合,横跨膜形成亲水通道,允许适宜大小的分子和带电离子通过。3.目前发现的通道蛋白已有 100 多种,主要是离子通道(ion channels)离子通道的特征离子通道的特征1.转运速率高。1)可达 107108 个离子/s;2)驱动带电荷离子跨膜转运的动力,即净驱动力溶质浓度梯度跨膜电位差2.离子通道没有饱和值。3.离子通道是门控的。即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节,并通过通道开关应答于适当的信号。离子通道的类型离子通道的类型 多数情况下,离子通道呈关闭状态,只有在膜电位变化、化学信号或压力刺激后,才开启形成跨膜的离子通道。根据激活信号的不同,离子通道分为三种类型:1.电压门
25、通道2.配体门通道1)胞外配体门通道2)胞内配体门通道3.应力激活通道被动运输:被动运输:是指物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运输。转运动力来自物质的浓度梯度,不需要细胞提供代谢能量。1.顺浓度梯度;2.不消耗 ATP,动力来自物质的浓度梯度。3.根据运输时是否需要膜蛋白的帮助,被动运输又可分为:简单扩散(自由扩散);协助扩散(促进扩散)简单扩散简单扩散1.物质从浓度较大的一侧通过膜向浓度较小的一侧扩散。2.扩散是一个自发过程,这种运动最终会使膜两侧的浓度达到平衡。3.它不需要膜蛋白的协助,也不需要细胞提供能量,即不消耗 ATP。转运动力来自物质的浓度梯度。4.小分子物质(疏水小分子、不带电荷的
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