细胞生物学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章 绪论第一节 细胞生物学研究 内容与现实状况一、细胞生物学是当代生命科学主要基础学科 细胞生物学：是在显微、亚显微与分子水平等不一样层次上研究细胞结构、功效及生命 活动规律科学。细胞生物学研究对象是细胞。细胞分子生物学是当前细胞生物学发展主要方向。细胞生物学研究主要内容是 细胞形态与结构、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、起源与进化、兴奋与运动以及细胞传递等。第2页二、细胞生物学主要研究内容二、细胞生物学主要研究内容 大致可分为以下几 个方面：(一)细胞核、染色体以及基因表示研究 (二)生物膜与细胞器研究 (三)细胞骨架体系研究 (四)细胞增殖及其调控 （五)细胞分化及其调控 (六)细胞衰 老与程序死亡 (七)细胞起源进化 (八)细胞工程第3页 细胞生物学不一样于细胞学主要表现在：第一，深刻性。它从细胞整体结构，超微结构和分子结构对细胞进行剖析，并把细胞生命活动同分子水平和超分子水平联络起来。第二，综合性。这所研究内容广泛包括到许多学科领域，同生理学、遗传学、生物化学、发育生物学等融合到一起。三、当前细胞生物学研究总体趋势与重点领域三、当前细胞生物学研究总体趋势与重点领域（一）当前细胞生物学研究中三大基本问题1、细胞内基因组是怎样在时间与空间上有序表示？2、基因表示产物怎样逐层装配成基本结构体系及各种细胞器？第4页 3、基因表示产物怎样调整细胞最主要生命活动过程？（二）当前细胞基本生命活动研究若干重大课题1、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作用。2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）相互关系及调控3、细胞信号传导研究 4、细胞结构体系装配 第5页第二节 细胞学与细胞生物学 发展简史一、细胞发觉 英国学者胡克于1665年制造了第一台有科研价值显微镜，第一次描述了植物细胞结构，细胞发觉是在1665年。16771683年，荷兰人列文胡克用自己设计好显微镜第一次观察到活细胞。二、细胞学说建 立及其意义 1、建立：18381839年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出：一切植物、动物都是由细胞组成，细胞是一切动植物 基本单位，这就是著名“细胞学说”。第6页2、细胞学说基本内容：一切有机体都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所组成；每个细胞是一个相对独立单位，执行特定功效；细胞只能经过细胞分裂而来。三、细胞学经典时期三、细胞学经典时期 这一时期研究方法，主要是显微镜下形态描述。1、原生质理论提出；2、细胞分裂研究；3、主要细胞器发觉。四、试验细胞学与细胞学分支及其发展 1876年O Hertwig以细胞为基础，对全部生物现象作普通性综合，他采取试验方法研究海胆和蛔虫 发育中核 质关系，实际上创建了试验细胞学。从此，试验方法得到广泛应用，使细胞学得到快速发展。第7页 伴随对细胞 认识深入，开始了对细胞遗传、细胞器功效、细胞生化代谢及生理研究，于是便以细胞 为中心，发展起来一些新兴学科，如细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学。五、细胞生物学学科形成与发展五、细胞生物学学科形成与发展 细胞生物学形成基础是：细胞超微结构研究；细胞生物化学发展；70年代以来分子生物学概念与技术引入细胞学。概括地说，细胞生物学是以细胞作为一切有机体进行生命活动基本单位，在各个层次上（显微、亚显微、分子水平）研究细胞生命活动规律学科。其主要发展方向是细胞分子生物学。第8页 思索题1、细胞学说基本内容是什么？恩格斯对细胞学说评价很高，为何？P92、细胞生物学与经典细胞学有什么区分？3、当前细胞生物学研究热点课题中你最感受兴趣是哪些？为何？第9页第二章 细胞基本知识概念第一节 细胞基本概念第10页一、细胞是生命活动基本单位一、细胞是生命活动基本单位 细胞是有膜包围能进行独立繁殖最小原生质团，简单地说细胞是生命活动基本单位。能够从以下角度去了解：细胞是组成有机体基本单位；细胞是 有 是代谢与功效基本单位，有严格自动控制代谢体系，而且有确保完成生命过程有序性独立结构装置。有机体生长发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现。细胞是有机体生长发育基础；细胞含有遗传全能性（除少数特化细胞），是遗传基本单位。二、细胞基本共性二、细胞基本共性 细胞基本共性有：全部细胞都有细胞膜；全部细胞都有DNA与RNA；细胞都有核糖体；细胞都以一分为二方式分裂增殖。这些是细胞结构与生存不可缺乏基础。第11页 第二节 非细胞形态生命体病毒及 其与细胞关系一、病毒基本知识一、病毒基本知识 病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质组成非细胞形态生命体。类病毒仅由一个有感染性RNA组成。朊病毒仅由有感染性蛋白质组成。病毒是完整寄生物。依据核 酸类型不一样，病毒 可分为DNA病毒与RNA病毒。依据宿主可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）等。二、病毒在细胞内增殖（复制）、病毒在细胞内增殖（复制）病毒增殖又称病毒复制，病毒增殖必须在细胞内进行。第12页 病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与翻译病毒蛋白，然后将核酸与蛋白装配成病毒基本结构。其复制过程大到可分为：侵染，脱去衣壳，早基因复制与表示，晚基因复制、结构蛋白质合成，装配、成熟与释放等过程。三、病毒与细胞在起源和进化中关系三、病毒与细胞在起源和进化中关系 病毒可能是细胞在特定条件下“扔出”一个基因组，或者是含有复制与转录能力mRNA。这些游离基因组只有回到它们原来细胞内环境中才能进行复制与转录。第13页第三节 原核细胞与古核细胞 种类繁多细胞能够分为原核细胞与真核细胞两类大类。近年有些生物学家提议将生物划分原核生物、古核生物和真核生物三大界，将细胞对应分为三大类型：原核细胞、古核细胞与真核细胞。原核细胞无经典细胞核，其基本特点：遗传物质仅由一个裸露环状DNA组成；细胞内没有分化出以膜为基础细胞器与细胞核膜。原核细胞大约出现在35亿年前，包含支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌及蓝藻(蓝细菌)等6类。第14页 一、支原体一、支原体 支原体是当前发觉最小、最简单细胞，直径只有0.10.3m,能在体外生长，也能寄生在细胞内。二、原核细胞两个代表二、原核细胞两个代表细菌和蓝藻细菌和蓝藻 （一）细菌 细菌有3种形态：球菌、杆菌、螺旋菌。在进化上，细菌又可分为原细菌（古细菌）与真细菌两类大类。1、细菌细胞核 区与基因：一个环状DNA分子盘绕在核区，没有或有极少组蛋白，无显著Feulgen正反应。DNA复制不受细胞分裂周期限制，能够连续进行，且DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译能够同时进行,这是细菌乃至整个原核细胞器与真核细胞最显著差异之一。第15页 2、细菌细胞表面结构：主要指细胞膜、细胞壁及其特化结构(中膜体、荚膜、鞭毛等)。细胞膜是细胞表面主要结构。细胞膜细胞膜功效包含：选择性地物质运输；细菌细胞膜含有丰富酶系，执行主要代谢功效。中膜体中膜体由细胞膜内陷形成，可能起DNA复制支点作用。细胞壁细胞壁共同成份是肽聚糖 ，革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁成份与结构差异显著。荚荚 膜膜是一些细菌表面特殊结构，是位于细胞壁表面一层粘液物质。鞭鞭 毛毛是一些细菌运动器官，结构简单 第16页3、细菌细胞核糖体 核糖体沉降系数为70S，由50S大亚单位和30S亚单位组成。大亚单位含有23S rRNA,5S rRNA和30各种蛋白质，对红霉素与氯霉素敏感；小亚单位含有16S RNA与20各种蛋白质，对四环素与链霉素敏感。4、细菌细胞核外DNA 核外DNA：质粒。裸露环状DNA，能自我复制，并可整合到核DNA中。5、细菌细胞内生孢子 又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力休眠体。第17页 内生孢子：细菌细胞内主要物质(尤其是DNA)，积聚在细胞一端，形成致密体，可度过恶劣环境。细菌增殖为直接分裂。（二）蓝藻 又称蓝细菌，是原核生物，又是最简单自养植物类型之一。蓝藻含有丰富色素，可进行类似高等植物光合作用。其中央相当于细菌核区；光合作用片层由藻胆蛋白组成，作用是将光能传递给叶绿素a；细胞质内含物有是储存养料，有功效不详；细胞膜外有细胞壁和胶质层(鞘)。第18页三、原核细胞与真核细胞比较三、原核细胞与真核细胞比较 原核细胞与真核细胞根本区分：细胞膜系统分化演变；遗传信息量与遗传装置扩增与复杂化。因为上述根本差异，真核细胞体积也对应扩增，细胞内部出现精密网架结构细胞骨架。二者区分可分为两部分进行比较：结构与功效比较：真核细胞生物膜将细胞分化为核与质两部分，细胞质又分化出各种细胞器，细胞骨架又确保了细胞形态合理排布与执行功效有序性(P36 表2-2)。细胞遗传装置与基因表示方式比较：核膜使扩增了遗传信息与复杂遗传装置相对独立，使基因表示程序有严格阶段性与区域性(P36表2-3 )。第19页四、古核细胞（古细菌）四、古核细胞（古细菌）古细菌（又称原细菌）是一些生长在极端特殊环境中（高温或高盐）细菌。最早发觉是产甲烷细菌类。古核细胞形态结构、遗传装置虽与原核细胞相同，但一些 基本分子生物学特点又与真核细胞靠近。现已经有更多论听说明真核生物可能起源于古核生物，论据以下：（1）古细菌细胞壁成份与真核细胞一样；（2）古核细胞DNA中有重复序列存在；（3）含有组蛋白；（4）古核细胞核糖体与真细菌差异很大，从反抗生素反应看，应更类似真核细胞核糖体；第20页（5）依据对5SrRNA分子进化分析和二级结构研究，认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差异甚远。第21页第四节 真核细胞基本知识 概要一、真核细胞基本结构体系 1、生物膜系统 细胞表面是一个多功效结构；核膜又把细胞分为细胞质与细胞核。以生物膜系统为基础形成了各种细胞器。线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体及溶酶体等。2、遗传信息表示结构系统 由 DNA蛋白质与 RNA蛋白质复合体形成遗传信息载体与表示系统，普通以颗粒或纤维状基础结构存在。包含染色质，核 仁、核糖体等。第22页3、细胞骨架系统 细胞骨架由特异结构蛋白质组成网架系统，可分为胞质骨架与核骨架。二、细胞大水及其分析二、细胞大水及其分析 细胞体积守恒规律。三、细胞形态结构与功效关系三、细胞形态结构与功效关系 细胞形态与功效含有相关性与一致性。四、植物细胞与动物细胞比较四、植物细胞与动物细胞比较 植物细胞特有细胞器：细胞壁（主要成份是纤维素）、液泡、叶绿体等；而动物细胞中心粒在植物细胞中不常见到。第23页 思索题1、怎样了解细胞是生命活动基本单位？P172、细胞有那些基本共性？P193、比较原核细胞与真核细胞主要差异？P354、比较植物细胞与动物细胞主要差异？P455、细胞结构与功效相关性观点是学习细胞生物学主要标准之一，你是否能提出一些更有说服力论据来说明这一问题？第24页第三章 细胞生物学研究方法第一节 细胞形态结构观察方法一、光学显微镜技术一、光学显微镜技术1、普通复式光学显微镜技术 普通光学显微镜（最大分辨率为0.2m），主要由三部分组成：光学放大系统，即目镜和物镜；照 明系统；机械和支架系统。显微镜性能优劣决定于它分辨率。分辨率是指显微镜区分开相近两点能力。D=061N sin/2第25页 为光源波长，为物镜镜口角。2、荧光显微镜技术 在紫外光显微镜基础上发展而来，利用样品自发荧光和诱发荧光，能够对一些生物大分子进行定性和 定位研究。不但能够观察固定切片标本，还能够在活体染色后对活细胞进行研究。3、激光共焦点扫描显微镜 技术 共焦点是 指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它 在某一瞬间只用一束经过检测器前小孔光成像，可显著提升分辨率。能够观察较厚样品内部结构。第26页4、相差显微镜技术和微分干涉显微镜技术 光线在经过密度不一样介质时，其滞留程度不一样，即产生了光程差和相位差。相差显微镜 基本原理把光程差变成振幅差(即明暗)。从而提升样品反差，故样品不需染色，适合观察活细胞。甚至研究细胞核、线粒体等细胞器动态。它在结构上与普通显微镜最大不一样是在物镜后装有相差板。微分干涉显微镜用是偏振光，增加了样品反差，并含有立体感，可作于研究活体细胞中较大细胞器。录像增差显微镜技术在一定程度上能够填补光镜与电镜之间分辨率上间隙。第27页 二、电了显微镜技术二、电了显微镜技术（一）电了显微镜基本知识 分辨率最终决定于光波长，因为使用电子束作光源，电镜分辨率大大提升。电镜分辨率经常是超薄切片厚度1/10，它分辨率可达0.2nm，其放大倍数为106倍。电镜基本结构包含：电子束照明系统；电磁透镜成像系统；真空系统；统计系统；电源系统。（P52表3-1）（二）主要电镜制样技术介绍人 样品制备技术特殊要求：样品要薄；更加好地保持样品精细结构；样品含有一定反差。第28页LOREM IPSUM DOLOR 主要用于观察生物样品电镜技术有：超薄切片技术；是观察细胞超微结构基础。负染色技术；冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术技术；电镜三维重构技术；扫描电镜技术（SEM）是观察细胞表面形有力工具。三、扫描隧道显微镜(STM)是一个探测微观世界物质表面形貌仪器，在纳米生物学研究领域含有独特优越性。STM特点：含有原子尺度高分辨本事；可在真空、大气、液体等条件下工作；非破坏性测量。第29页第二节 细胞组分分析方法细胞成份分析和形态学观察相结合，可揭示生物大分子在细胞内构建及功效。一、用超速离心技术分离细胞器与生物大分子及其复合物 利用各种方法使细胞崩解，形成细胞器和细胞组分混合匀浆，再经过差速离心，即利用不一样离心速度所产生不一样离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。差速离心与密度离心相结合能够到达准确分离。第30页 细胞不一样组分沉降率不一样，主要依赖于它们形状和大小，通常以沉降系数S来表示(沉降系数是指悬浮在密度较低溶剂中一个溶质大分子，在每单位离 心场作用下沉降速率)。二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等到显色二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等到显色方法方法 原位成份分析常利用一些显色剂与所检物质特殊基团特异性结合特征，经过染色反应部位和颜色深浅来断某种物质在细胞内分布与含量。福尔根(Feulgen)反应可特异显示DNA存在部位。PAS反应可确定多糖存在。第31页 四氧化锇 可证实脂肪滴存在。苏 丹 和苏丹 黑也惯用于脂肪判定。米伦反应及重氮反应等用来测定蛋白质。检测和定位酶技术是基于细胞或组织切片与适宜底物共同孵育，经过一定方法使产物显示出来。比如检测碱性磷酸酶格莫瑞方法。三、特异蛋白质抗原定位与定性三、特异蛋白质抗原定位与定性 免疫荧光和免疫电镜是最惯用细胞内蛋白质定位技术。1、免疫荧光技术 免疫荧光技术就是将免疫学方法与荧光标识技术 相结合研究特异蛋白质抗原在细胞内分布方法。第32页2、免疫电镜技术 免疫电镜技术使特异蛋白定位与超 微结构结合起来，使抗原定位更准确。如蛋白分泌研究胞内酶 研究；一些结构蛋白研究。四、细胞内特异核酸定位与定性四、细胞内特异核酸定位与定性1、原位杂交技术 用标识核酸探针经过分子杂交确定特殊核苷酸序列在染色体上或细胞中位置方法。2、Southern技术（了解）蛋白样品经电泳后，与DNA探针进行吸附，与DNA有亲合作用蛋白带被显示出来。第33页五、利用放射性标识技术五、利用放射性标识技术 硕士物大分子在细胞内合成硕士物大分子在细胞内合成动态动态 放射自显影技术是利用放射性同位素电离辐射对乳胶感光作用，对样品中放射性标识物进行定性与定位测定。放射自显影技术包含两个主要步骤：即同位素标识大分子前体掺入和细胞内同位素所在位置显示。基本步骤为：掺入、制片、敷胶、曝光、显影、镜检。六、定量细胞化学分析技术六、定量细胞化学分析技术1、显微分光光度测定技术 依据细胞内一些物质对光谱吸收原理，来测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内含量。第34页2、流式细胞仪 可定量地测定某一细胞中DNA、RNA或某一特异蛋白含量，以及细胞群体中上述成份含量不一样细胞数量。第35页第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养 细胞培养就是将动植物组织或细胞从机体取出，分散成单个细胞 或直接以单细胞 生物，给予必要生长条件，让其在培养瓶中或培养基上继续生长与增殖。（一）动物细胞培养 从机体取出马上培养细胞叫原代细胞。适应在培养条件下连续传代培养细胞为传代细胞。经过纯系化或选 择法从原代培养细胞中分离出来细胞群体叫细胞株，细胞分裂周期约限于5060次。第36页从原代细胞或细胞株中取得可无限传代细胞叫细胞系。（二）植物细胞培养 单倍体细胞培养。原生质体培养：去壁植物细胞叫原生质体。可培养成植株或体细胞杂交植株。（三）非细胞体系在细胞生物学研究中作用 起源于细胞，而不含有完整细胞结构，但包含了正常生物学反应所需物质（供能系统和酶反应体系等）组成体系即为非细胞体系。二、细胞工程二、细胞工程 应用细胞生物学方法，按照预先设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质技术以及发展这种技术 领域为细胞工程。第37页 细胞工程所使用技术主要是细胞培养、细胞分化定向诱导、细胞融合和显微注射等。（一）细胞融合与细胞杂交技术 真核生物体细胞经过培养，两个或多个细胞融 合成一个双核 或多核细胞过程叫细胞融合。动物细胞融合普通要用灭活病毒(如仙台病毒)或 化学物质(如聚乙二醇，即PEG）介导；植物细胞事例时，要用纤维素酶去掉纤维素壁。20世纪80年代又创造了电融合技术。细胞融合能够在基因型相同细胞间进行，也能够在基因型不一样种内细胞间甚至种间细胞间进行。第38页（二）单克隆抗体技术 1975年英国学者Milestein等开创了将产生抗体单 个细胞同瘤细胞杂交技术。他们设计是经绵羊红 细胞免过小鼠脾细胞(B淋巴细胞)与骨髓瘤细胞融合，融合杂交瘤含有两种亲本细胞特征即可分泌抗绵 羊红细胞抗体，又可无限增殖。学者们纷纷利用这 一技术来制备针对不一样抗原高度纯一单克隆抗体。单克隆抗体就是单个杂交瘤细胞 增殖产生克隆细胞群分泌高度纯一抗体。（三）细胞折合与显微操作技术 细胞拆合就是把细胞核与质分离开后将不一样起源细胞质与细胞核相互配合，形成核质杂交细胞。第39页 显微操作技术：即在显微镜下用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射技术。第40页 思索题1、解释名词；细胞培养，细胞系，细胞株，单克隆抗体，细胞工程2、什么叫显微镜分辨率？怎样才能增加分辨率？3、比较光镜与电镜异同？4、光学显微镜技术有哪些新发展？它们各有哪些突出优点？第41页第四章 细胞膜与细胞表面第一节 细胞膜与细胞表面特化结构 第42页 细胞膜又称质膜，是围绕在细胞最外层，由膜脂和膜蛋白组成。一、细胞膜结构模型一、细胞膜结构模型1925年Gorter等人提出质膜由双层脂分子组成。1935年Danielli和Davson提出三夹板模型。1959年Robertson提出单位膜模型。1972年Singer和 Nicolson提出流动镶嵌模型。该模型主要强调膜流动性；膜蛋白分布不对称性；这是生物膜基本特征。第43页 依据已经有试验结果，生物膜含有以下共同特征：镶嵌性。膜基本结构由脂双层分子层镶嵌蛋白组成，双层脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水 相。流动性。蛋白质和类脂分子含有相对侧向流动性，不对称性。膜两侧分子性质和结构不一样。蛋白质极性。多肽链极性区突向膜表面，非极性部位埋在脂双层内。二、膜脂二、膜脂（一）成份 膜脂主要包含磷脂、糖脂、胆固醇三种类型。1、磷脂：磷脂组成了膜脂基本成份，分为甘油磷脂和鞘磷脂。第44页 由极性头部和两条疏水尾部组成，为双极性分子。2、糖脂：为鞘氨醇衍生物。含17个糖残基。3、胆固醇和中性脂质：胆固醇主要存在于动物细胞，可调整膜流动性、增加膜稳定性及降低水溶性物质通透性。一些细菌含有中性脂类。（二）膜脂运动方式 膜脂分子热运动方式：1、侧向运动；2、自旋运动；3、尾部摆动；4、翻转运动。三、膜蛋白三、膜蛋白 （一）类型第45页 膜蛋白可分为两类：膜周围蛋白和膜内在蛋白。外在膜蛋白为水溶性蛋白，分布在膜表面，与膜结合较疏松，用温和方法就可从膜上分离下来，膜结构并不被破坏。内在蛋白多为跨膜蛋白，也有些插入脂双层中，与脂双层分子结合紧密。只有用去垢剂使膜崩解后才可分离出。（二）膜内在蛋白与膜脂结合方式 与膜结合主要方式有3种。内在膜蛋白跨膜结构域是与膜脂结合主要部位。详细作用方式为：跨膜结构域含有20个左右疏水氨基酸残基形成螺旋，其外部疏水侧链经过范德华力与脂双层分相互作用。一些螺旋外侧是第46页非极性链，内侧极性链，形成特异极性分子跨膜通道。一些跨膜蛋白跨膜结构域经常仅有1012个氨基酸残基形成 折叠结构。（三）去垢剂 是分离与研究膜蛋白惯用试剂，可使细胞膜分解。去垢剂有离子型去垢剂(如SDS)和非离子去垢剂(Triton x100)。四、膜流动性四、膜流动性（一）膜脂流动 膜脂流动性主要指脂分子侧向运动。（二）膜蛋白流动 第47页五、膜不对称性五、膜不对称性（一）细胞膜各部分名称（二）膜脂不对称性 是指膜脂分子在膜脂双层中呈不均匀分布。糖脂分布表现出完全不对称性。（三）膜蛋白不对称性 膜蛋白不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都含有明确方向性。各种生物膜特征及其生物学功效主要由膜蛋白来决定。第48页六、细胞膜功效六、细胞膜功效 细胞质膜主要功效：为细胞生命活动提供相对稳定内环境；选择性物质运输并伴伴随能量传递；细胞识别与信息传递；为各种酶提供结合位点；介导细胞与细胞、细胞与基质这间连接；参加形成细胞表面特化结构。第49页七、骨架与细胞表面特化结构七、骨架与细胞表面特化结构 细胞表面特化结构包含膜骨架、鞭毛、纤毛、变形足和微绒毛等，它们都是细胞质膜与膜内细胸骨架纤维形成复合结构，分别于维持细胞形态、细胞运动、细胞与环境物质交换等功效相关。（一）膜骨架 膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维蛋白组成网架结构，它参加维持细胞质膜形状并帮助完成各种功效。红细胞膜骨架成份主要包含：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白等。(二）红细胞质膜蛋白及膜骨架 膜骨架蛋白网络与细胞膜之间连接主要经过锚蛋白。另外，带4.1蛋白还能够与血型糖蛋白或带3蛋白结合，起到与质膜连接作用。第50页第二节 细胞连接 细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间经过质膜相互联络、协同作用主要结构。主要有3种类型：一、封闭连接 封闭连接主要形式是紧密连接。紧密连接存在于上皮细胞之间，经过嵴线使相邻细胞质膜紧靠在一起，可阻止可溶性物质沿细胞间隙渗透体内。同时还起到膜蛋白隔离作用。二、锚定连接 锚定连接使相邻细胞骨架系统或将细胞与基质相连形成 一个坚挺有序群体。第51页（一）桥粒与半桥粒 桥粒在细胞之间形成纽扣式结构将相邻细胞铆接在一起，同时也是细胞内中等纤维锚定位点。桥粒相邻细胞质膜间隙约30nm。在质膜胞质面有一致密斑，中间纤维直接与其相连。相邻两细胞致密斑由跨膜连接糖蛋白连接。（二）粘合带与粘合斑 粘合带位于上皮组织下方，相邻细胞间形成一个连续带状结构。粘合带处相邻细胞质膜间隙约1520nm。与粘合带相连是微丝（又称肌动蛋白纤维），在细胞中形成平行质膜可收缩纤维束。粘合斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质连接方式。在粘合斑处，跨膜连接糖蛋白向外经过纤粘连蛋白与胞外 第52页基质结合，其胞内结构域则经过微丝结合蛋白与肌动蛋白纤维结合。粘合带及粘合斑均起细胞附着与支持作用。三、通讯连接三、通讯连接（一）间隙连接 间隙连接相邻处质膜间间隙为23nm。连接基本单位是连接子。连接子由6个相同或类似跨膜蛋白亚单位围绕。形成直径越1.5nm孔道。相邻细胞质膜上两个连接子相对形成间隙连接单位。间隙连接在细胞间代谢耦联和细胞通讯中含有主要作用。（二）胞间连丝 高等植物细胞之间经过胞间连丝相互连接，完成细胞通讯联络。第53页（三）化学突触 化学突触是存在于可兴奋细胞之间细胞连接方式，它经过释放神经递质来传导神经冲动。四、细胞表面粘着因子（了解）四、细胞表面粘着因子（了解）细胞与细胞之间粘连是由特定细胞粘着因子钙粘素等介导，细胞之间锚定连接也需要粘着因子钙粘素与整联蛋白等参加。粘着因子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成份相连。多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用，少数不需要Ca2。1、钙粘素 同亲性依赖Ca2+细胞粘连糖蛋白，对胚胎发育中细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官组成含有主要作用。当前已发觉几十种钙粘素，如E钙粘素、P钙粘素等。第54页2、选择素 异亲性依赖于Ca2+糖蛋白，主要参加白细胞与脉管内皮细胞之间识别与粘着。3、免疫球蛋白超家族CAM 分子结构中含有与免疫球蛋白类似结构域CAM超家族。其粘着作用不依赖于Ca2+。其中了解最多为NCAMs，它在神经组织细胞间粘着中起主要作用。4、整联蛋白 一类主要细胞粘着因子，是由和两个亚基形成异源二聚体糖蛋白。介导细胞与基质、细胞与细胞之间粘着。第55页第三节 细胞外被与细胞外基质 细胞外被(cell coat)又叫糖萼。普通指动物细胞外表由糖蛋白或糖脂组成绒絮状物质。起保护细胞和识别细胞作用。细胞外基质是指分布于细胞外空间，由细胞分泌确实良蛋白和多糖所组成网络结构，它将细胞粘连在一起组成组织，在细胞中或组织之间起支持作用。细胞外基质基本成份是由胶原蛋白和弹性蛋白组成蛋白纤维和由糖胺聚糖形成水合胶体组成复杂结构体系。层粘连蛋白和纤粘连蛋白含有多个结合位点，在细胞与胞外基质成份相互粘着中起主要作用。第56页 一、胶原一、胶原 1、胶原类型及分子结构 胶原是胞外基质最基本成份之一，是动物体内含量最丰富蛋白，当前已发觉20种。型胶原是形成纤维胶原，型纤维为片状(或网状)结构，基膜所特有。胶原纤维基本分子结构是原胶原。原胶原由3条多肽连盘绕成3股螺旋结构，长300nm直径1.5nm，含有Glyxy重复序列。2、胶原功效 胶原在细胞外基质中含量最高，刚性和抗张力强度最大，组成细胞外基质骨架结构，对细胞含有粘连作用。胶原基质能影响培养细胞生长和分化。第57页二、糖胺聚糖和蛋白聚糖二、糖胺聚糖和蛋白聚糖 A1、糖胺聚糖 糖胺聚糖由重复氨基已糖+糖醛酸二糖单位组成长链多糖。可分为7类。如透明质酸、肝素等。透明质酸是一个主要糖氨聚糖是细胞增殖和迁移细胞胞外基质主要成份，尤其在胚胎组织中。在胞外基质中，透明质酸使结缔含有抗压能力。2、蛋白聚糖 蛋白聚糖是由糖胺聚糖与关键蛋白丝氨酸残基共价连接形成分子，这么单体可借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体。第58页三、层粘连蛋白和纤粘连蛋白三、层粘连蛋白和纤粘连蛋白 这两种蛋白均为高分子量糖蛋白。1、层粘连蛋白 层粘连蛋白是动物组织基膜主要结构组分，对基膜基质组装起关键作用，可介导细胞粘着于胶原进而铺展，并促进细胞生长。通常细胞不直接与型胶原或蛋白聚糖结合，而是经过层粘连蛋白将细胞锚定于基膜上。2、纤粘连蛋白 纤粘连蛋白主要功效是介导细胞粘着。第59页 四、弹性蛋白四、弹性蛋白 弹性蛋白是弹性纤维主要成份。弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组织以弹性及抗张性。五、植物细胞壁五、植物细胞壁 植物细胞壁可看作是高等植物细胞胞外基质，主要成份是纤维素、半纤维素、果胶质、伸展蛋白和蛋白聚糖等。细胞壁不但起支持保护作用，而且其中一些寡糖含有信号分子作用。胞外基质不但提供细胞外网架赋予组织以抗压和抗张力机械性能，而且还与细胞增殖分化和凋亡等主要生命活动相关。第60页 思索题1、生物膜基本特征是什么？2、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？3、细胞表面有哪些特化结构？膜骨架基本结构与功效是什么？4、细胞连接有哪几个类型，名有何功效？5、胞外基质组成？6、细胞质膜功效？第61页第五章 物质跨膜运动与信号传递第一节 物质跨膜运动 物质经过细胞膜转运主要有三种路径：被动运输、主动运输和胞吞与胞吐作用。一、被动运输(一)简单扩散 小分子或离子热运动从浓度高一侧经过质膜向浓度低一侧自行扩散。在这种跨膜运动中，不需要细胞能量，也没有膜蛋白帮助。基通透性主要决定于分子大水和分子极性。第62页(二)帮助扩散 有膜转运蛋白帮助小分子物质沿其浓度梯度(或电化学梯度)减小方向跨膜运动。不消耗细胞代谢能量，这点和简单扩散相同。所以，二者被称为被动运输。帮助扩散含有以下特征：转运速率高；存在最大转运速率；含有特异性；有膜转运蛋白参加。膜转运蛋白分为两类：载体蛋白和通道蛋白前者即可介导被动运输又可介导主动运输；后者只能介导被动运输。1、载体蛋白及其功效 每种载体蛋白能与特定溶质分子结合，经过一系列构象改变介导溶质分子跨膜转运。第63页 载体蛋白（通透酶）相当于结合在细胞膜上酶，有特异结合位点，可同特异性底物（溶质）结合，一个特异性载体只转运一个类型分子或离子。2、通道蛋白及其功效 通道蛋白所介导被动运输不需要与溶质分子结合，横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小分子和带电荷离子经过。绝大多数通道蛋白是屡次跨膜离子通道，含有两个显著特征：含有离子选择性，而且转动速率高，净驱动力是溶质跨膜电化学梯度；离子通道是门控，即离子通道活性由通道开或关两种构象所调整，并经过通道开关应答于适当信号。第64页二、主动运输二、主动运输 主动运输是由载体蛋白所介导物质逆浓度梯度或电化学梯度运输跨膜运动方式，此过程需要能量供给。依据主动运输过程所需能量起源不一样可归纳为：由ATP直接提供能量和间接提供能量以及光能驱动三种基本类型。(一)由ATP直接提供能量主动运输钠钾泵 在细胞膜两侧存在着很大离子浓度差，普通动物细胞要消耗13能量来维持细胞内低Na+高K+离子环境，Na+和K+逆浓度与电化学梯度输入和输出跨膜运动就是由ATP直接供能，经过质膜上Na+K+泵来完成，是经典主动运输方式。第65页 Na+K+泵泵又叫Na+K+ATP酶，由和两个亚基组成。工作模式是在细胞内侧亚基与Na+结合促进ATP水解，亚基上一个天冬氨酸残基磷酸化引发构象发生改变，将Na+运出，同时细胞外K+与 亚基另一个位点结合，使其去磷酸化，亚基构象再度发生改变将K+输入细胞，完成了整个循环。每个 循环消耗一个ATP分子，转运3个Na+和2个K+。动物细胞借助Na+K+泵维持细胞渗透平衡。同时利用胞外高浓度Na+所储存能量，主动从细胞外摄取营养。(二)由ATP直接提供能量主动运输钙泵和质子泵 Ca+泵泵又称Ca+ATP酶，主要存在于细胞质膜和内质网膜上，将Ca+输出细胞或泵入内质网腔中贮存起来，以维持细胞内低浓度Ca+。Ca+与ATP第66页水解相耦联，每消耗一个ATP分子转运出两个Ca+。钙泵在肌质网中储存Ca+，对调整肌细胞收缩与舒张是至关主要。质子泵：质子泵：植物细胞、真菌（包含酵母）和细菌细胞其质膜上没有Na+K+泵，而是含有H+泵，将H+泵出细胞，建立跨膜H+电化学梯度，利用H+电化学梯度来驱动主动转动溶质进入细胞。可分为三种，P型质子泵；在转运H+过程中包括磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞膜上。V型质子泵；存在于溶酶体小膜和植物液泡膜上，转运H+过程中不形成磷酸化中间体。H+-ATP酶；存在于线粒体内膜、植物类囊体膜和多数细菌质膜上，它以相反方式来发挥作用，即沿浓度梯度运动，将所释放能量贮存在ATP中。第67页(三)协同运输 协同运输是一类由Na+K+泵或（H+泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成主动运输方式。物质转运所需直接能量来自膜两侧离子浓度梯度。动物细胞常利用膜两侧Na+浓度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度来驱动。依据物质运输方向与离子沿浓度梯度转运方向，协同运输又可分为两种，共运输：是物质运输方向与离子转运方向相同。对向运输：是指物质运动方向与离子转移方向相反。(四)物质跨膜转运与膜电位(生理上讲)物质跨膜运输，维持了膜两侧浓度分布，对离子来说，同时形成了膜两侧电位差，即膜电位，对于可兴奋细胞，膜电位含有主要、生物学意义。第68页三、胞吞作用与胞吐作用三、胞吞作用与胞吐作用 真核细胞经过胞吞作用与吞噬作用完成大分子颗粒性物质跨膜运输。属主动运输。(一)胞饮作用与吞噬作用 胞吞作用是经过细胞质膜内陷形成囊泡将外界物质裹进并输入细胞过程。依据胞吞物质大水，胞吞作用又可分为胞饮作用吞噬作用。二者区分有三点：内吞泡大水不一样：胞饮泡直径为150nm，吞噬泡直径常大于250nm；胞饮作用是一个连续发生过程，全部真核细胞都能经过胞饮作用连续摄入溶液和分子；而大颗粒性物质则经过特殊吞噬细胞摄入，吞噬作用首先需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体，所以是一个信号触发过程。胞吞泡形成机制不一样：胞饮第69页泡形成需有网格蛋白、接合素蛋白和结合蛋白等参加。吞噬泡形成需要微丝及其结合蛋白参加，在多细胞动物体内，只有一些特化细胞才有吞噬功效。(二)受体介导胞吞作用 依据胞吞物质是否有专一性，胞吞作用有两种类型受体介导胞吞作用：被转运物质和细胞质膜上专一受体相结合后引诱发胞吞作用，如胆固醇跨膜运转。非特异性胞吞作用。受体介导胞吞作用是大多数动物细胞经过网格蛋白有被小泡从胞外液摄取特定大分子有效路径。(三)胞吐作用 是将细胞内分泌泡或其它膜泡中物质经过细胞质膜运出细胞过程。第70页 全部真核细胞都有组成型胞吐途经，特化分泌细胞还有一个调整型胞吐途经。不论是胞吞作用或是胞吐作用。都是经过膜泡运输方式进入，这种动态过程对质膜更新和维持细胞生存与生长是必要。胞吞作用和胞吐作用都包括到膜融合，现在已判定有膜融合蛋白参加催化，以克服质膜融合过程中能量障碍。第71页第二节 细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别(一)细胞通讯 细胞通讯是指一个细胞发出信息经过介质传递到另一个细胞产生反应过程。细胞以三种方式进行通讯：分泌化学信号；直接接触；间隙连接。细胞分泌化学信号作用方式可分：内分泌旁分泌自分泌经过化学突触传递信号分子。细胞间直接接触，经过与质膜结合信号分子与其相接触靶细胞质膜上受体分子相结合，影响其它细胞。第72页(二)细胞识别与信号通路 细胞经过其表面受体与胞外信号分子选择性地相互作用，最终造成细胞整体生物学效应过程。细胞接收外界信号，将胞外信号转为胞内信号，最终调整特定基因表示，引发细胞应答反应，这是细胞信号系统根本，这种反应系列称之为细胞信号通路。(三)细胞信号分子与受体1、细胞信号分子 依据其溶解性通常可分为亲脂性和亲水性两类：亲脂性信号分子，主要代表是甾类激素和甲状腺素。亲水性信号分子，包含神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素。第73页2、受体 是一个能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）大分子，与配体结合后，产生化学或物理信号，以开启一系列过程，最终表现为生物学效应。受体多为糖蛋白，普通包含两个功效区域，与配体结合区域及产生效应区域。依据靶细胞上受体存在部位，可将受体分为细胞内受体和细胞表面受体。3、第二信使与分子开关第二信使第一信使与受体作用后在细胞内最早产生信号物质称为第二信使。当前公认第二信使有cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信号通路“第三信使”。第74页分子开关 细胞内信号传递蛋白质(开关蛋白)可分为两类：一类开关蛋白活性由激酶使之磷酸化而开启，由磷酸酶 使之去磷酸化而关闭；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。二、经过细胞内受体介导信号传递二、经过细胞内受体介导信号传递 细胞信号传递通路随信号受体存在部位不一样分为两类：一是；二是经过细胞表面受体介导信号传递。经过细胞内受体介导信号传递亲脂性信号分子（如甾类激素）可直接跨越质膜进入细胞内，与细胞质内受体形成激素复合物，并穿过核膜孔进入细胞核内结合于特异DNA序列调整基因表示。这一过程第75页可分为初级反应阶段和延迟反应阶段。三、经过细胞表面受体介导信号跨膜传递三、经过细胞表面受体介导信号跨膜传递 亲水性化学信号分子（包含神经递质、蛋白激素、生长因子等）普通不能直接进入细胞。而是经过与细胞表面特异受体结合，进行信号转导继而对靶细胞产生效应。依据信号传导机制和受体蛋白类型不一样，细胞表面受体分属三大家族：离子通道偶联受体；G蛋白偶联受体；酶偶联受体。第76页 该信号通路是指配体受体复合物与靶蛋白作用要经过与G蛋白偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到细胞内。G蛋白是三联体GTP结合调整蛋白，由、三个亚基组成。（参下列图）由G蛋白偶联受体所介导细胞信号通路，依据产生第二信使不一样，又可分cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。1、