瞿中和《細胞生物學》教案分享

1、第一章 緒論第一節(jié) 細胞生物學研究的內容與現(xiàn)狀一、細胞生物學是現(xiàn)代生命科學的重要基礎學科細胞生物學：是在顯微、亞顯微與分子水平等不同層次上研究細胞結構、功能及生命活動規(guī)律的科學。細胞生物學研究的對象是細胞。細胞分子生物學是當前細胞生物學發(fā)展的主要方向。細胞生物學研究的主要內容是 細胞的形態(tài)與結構、代謝與調控、增殖分化、遺傳變異、衰老與死亡、起源與進化、興奮與運動以及細胞的傳遞等。 細胞生物學不同于細胞學主要表現(xiàn)在：第一，深刻性。它從細胞整體結構，超微結構和分子結構對細胞進行剖析，并把細胞生命活動同分子水平和超分子水平了解起來。第二，綜合性。這所研究的內容廣泛涉及到許多學科領域，同生理學、遺傳學

2、、生物化學、發(fā)育生物學等融合到一起。二、細胞生物學的主要研究內容 大致可分為以下幾個方面： (一)細胞核、染色體以及基因表達的研究 (二)生物膜與細胞器的研究 (三)細胞骨架體系的研究 (四)細胞增殖及其調控（五)細胞分化及其調控 (六)細胞的衰 老與程序死亡 (七)細胞的起源進化 (八)細胞工程三、當前細胞生物學研究的總體趨勢與重點領域（一）當前細胞生物學研究中的三大基本問題1、細胞內的基因組是如何在時間與空間上有序表達的？2、基因表達的產物如何逐級裝配成基本結構體系及各種細胞器？3、基因表達的產物如何調節(jié)細胞最重要的生命活動過程的？（二）當前細胞基本生命活動研究的若干重大課題1、染色體DN

3、A與蛋白質相互作用關系主要是非組蛋白對基因組的作用。2、細胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互關系及調控3、細胞信號傳導的研究4、細胞結構體系的裝配第二節(jié)細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史一、細胞的發(fā)現(xiàn)英國學者胡克于1665年制造了第一臺有科研價值的顯微鏡，第一次描述了植物細胞的構造，細胞的發(fā)現(xiàn)是在1665年。16771683年，荷蘭人列文胡克用自己設計好的顯微鏡第一次觀察到活細胞。二、細胞學說的建立及其意義建立：18381839年德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出：一切植物、動物都是由細胞組成的，細胞是一切動植物的基本單位，這就是著名的“細胞學說”。第二章 細胞基本知識概要第一節(jié) 細胞的基本概念

4、一、細胞是生命活動的基本單位細胞是有膜包圍的能進行獨立繁殖的最小原生質團，簡單地說細胞是生命活動的基本單位?？梢詮囊韵陆嵌热ダ斫猓杭毎菢嫵捎袡C體的基本單位；細胞具有獨立完整的代謝體系 ，是代謝與功能的基本單位；細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎；細胞具有遺傳的全能性 ，即具有一套基因組(基因組是指一種生物的基本染色體套即單個配子內所含有的全部基因 ，在原核生物中即是一個連鎖群中所含的全部遺傳信息)。沒有細胞就沒有完整的生命。二、細胞概念的思考三、細胞的基本共性組成細胞的基本化學元素是相同的，并由這些元素構成無機與有機化合物。生物膜體系與遺傳信息的復制與表達體系是構建細胞所必需的。細胞的基本共性有：

5、所有細胞都有細胞膜；所有細胞都有DNA與RNA；細胞都有核糖體；細胞都以一分為二的方式分裂增殖。第二節(jié) 病毒一、病毒的基本知識病毒是由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質構成的非細胞形態(tài)的生命體。類病毒僅由一個有感染性的RNA構成。朊病毒僅由有感染性的蛋白質構成。病毒是完全的寄生物。根據(jù)核酸類型不同，病毒可分為DNA病毒與RNA病毒。依據(jù)宿主可分為動物病毒、植物病毒和噬菌體等。二、病毒在細胞內的增殖（復制）病毒在細胞內的增殖又叫復制。其復制過程大致可分為：1.侵染；2.脫去衣殼，早基因的復制與表達，晚基因的復制、結構蛋白質的合成；3.裝配、成熟與釋放。三、病毒與細胞在起源和進化中的關系 病毒

6、可能是細胞在特定條件下“扔出”的一個基因組，或者是具有復制與轉錄能力的mRNA。這些游離的基因組只有回到它們原來的細胞內環(huán)境中才能進行復制與轉錄。第三節(jié) 原核細胞與古核細胞 種類繁多的細胞可以分為原核細胞與真核細胞兩類大類。 近年有些生物學家建議將生物劃分原核生物、古核生物和真核生物三大界，將細胞相應分為三大類型：原核細胞、古核細胞與真核細胞。 原核細胞無典型的細胞核，其基本特點：遺傳物質僅由一個裸露的環(huán)狀DNA構成；細胞內沒有分化出以膜為基礎的細胞器與細胞核膜。 原核細胞大約出現(xiàn)在35億年前，包括支原體、衣原體、立克次體、細菌、放線菌及藍藻(藍細菌)等6類。 一、支原體 支原體是目前發(fā)現(xiàn)的最

7、小、最簡單的細胞，直徑只有0.10.3µm,能在體外生長，也能寄生在細胞內。二、原核細胞的兩個代表細菌和藍藻（一）細菌 細菌有3種形態(tài)：球菌、桿菌、螺旋菌。 進化上，細菌又可分為原細菌（古細菌）與真細菌兩類大類。1、 細菌細胞的核區(qū)與基因： 一個環(huán)狀的DNA分子盤繞在核區(qū)，沒有或有極少的組蛋白，無明顯的Feulgen正反應。DNA復制不受細胞分裂周期的限制，可以連續(xù)進行，且DNA復制、RNA轉錄、蛋白質翻譯可以同時進行,這是細菌乃至整個原核細胞器與真核細胞最顯著的差異之一。 2、細菌細胞的表面結構： 主要指細胞膜、細胞壁及其特化結構(中膜體、莢膜、鞭毛等)。細胞膜是細胞表面的重要結構

8、。 細胞膜的功能包括：選擇性地物質運輸；細菌細胞膜含有豐富的酶系，執(zhí)行重要的代謝功能。 中膜體由細胞膜內陷形成，可能起DNA復制的支點作用。 細胞壁的共同成分是肽聚糖，革蘭氏陽性菌與陰性菌細胞壁成分與結構差異明顯。 莢膜是某些細菌表面的特殊結構，是位于細胞壁表面的一層粘液物質。 鞭毛是某些細菌的運動器官，結構簡單。3、細菌細胞的核糖體 核糖體的沉降系數(shù)為70S，由50S大亞單位和30S亞單位組成。大亞單位含有23S rRNA, 5S rRNA和30多種蛋白質，對紅霉素與氯霉素敏感；小亞單位含有16S rRNA與20多種蛋白質，對四環(huán)素與鏈霉素敏感。4、細菌細胞核外DNA 核外DNA：質粒。裸露

9、的環(huán)狀DNA，能自我復制，并可整合到核DNA中。5、細菌細胞的內生孢子 又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強抵抗力的休眠體。 內生孢子：細菌細胞內的重要物質(特別是DNA)，積聚在細胞的一端，形成致密體，可度過惡劣環(huán)境。 細菌的增殖為直接分裂。（二）藍藻 又稱藍細菌，是原核生物，又是最簡單的自養(yǎng)植物類型之一。 藍藻含有豐富的色素，可進行類似高等植物的光合作用。 中央相當于細菌的核區(qū)；光合作用片層由藻膽蛋白構成，將光能傳遞給葉綠素a；細胞質內含物有的是儲存的養(yǎng)料，有的功能不詳；細胞膜外有細胞壁和膠質層(鞘)。 三、原核細胞與真核細胞的比較 原核細胞與真核細胞的根本區(qū)別：細胞膜系統(tǒng)的分化演變；遺傳信息量與遺

10、傳裝置的擴增與復雜化。由于上述的根本差異，真核細胞的體積也相應擴增，細胞內部出現(xiàn)精密的網(wǎng)架結構細胞骨架。 二者的區(qū)別可分為兩部分進行比較：結構與功能比較：真核細胞的生物膜將細胞分化為核與質兩部分，細胞質又分化出各種細胞器，細胞骨架又保證了細胞形態(tài)的合理排布與執(zhí)行功能的有序性(P36 表2-2)。細胞遺傳裝置與基因表達方式的比較：核膜使擴增了的遺傳信息與復雜的遺傳裝置相對獨立，使基因表達的程序有嚴格的階段性與區(qū)域性(P36表2-3 )。四、古核細胞（古細菌） 古細菌（又稱原細菌）是一些生長在極端特殊環(huán)境中（高溫或高鹽）的細菌。最早發(fā)現(xiàn)的是產甲烷細菌類。 古核細胞的形態(tài)結構、遺傳裝置雖與原核細胞相

11、似，但一些基本分子生物學特點又與真核細胞接近?，F(xiàn)已有更多的論據(jù)說明真核生物可能起源于古核生物，論據(jù)如下：（1）古細菌的細胞壁成分與真核細胞一樣；（2）古核細胞DNA中有重復序列的存在；（3）具有組蛋白；（4）古核細胞的核糖體與真細菌的差異很大，從對抗生素的反應看，應更類似真核細胞的核糖體；（5）根據(jù)對5SrRNA的分子進化分析和二級結構的研究，認為古細菌與真核生物同屬一類。而真細菌卻與之差別甚遠。第四節(jié) 真核細胞的基本知識概要一、真核細胞的基本結構體系1、生物膜系統(tǒng) 細胞表面是一種多功能結構；核膜又把細胞分為細胞質與細胞核。 以生物膜系統(tǒng)為基礎形成了各種細胞器。線粒體、葉綠體、內質網(wǎng)、高爾基體

12、及溶酶體等。2、遺傳信息表達結構系統(tǒng) 由 DNA蛋白質與 RNA蛋白質復合體形成的遺傳信息載體與表達系統(tǒng)，一般以顆粒或纖維狀的基礎結構存在。包括染色質，核仁、核糖體等。3、細胞骨架系統(tǒng) 細胞骨架由特異的結構蛋白質構成網(wǎng)架系統(tǒng)，可分為胞質骨架與核骨架。二、細胞大水及其分析 細胞體積的守恒規(guī)律。三、細胞形態(tài)結構與功能的關系 細胞的形態(tài)與功能具有相關性與一致性。四、植物細胞與動物細胞的比較 植物細胞特有的細胞器：細胞壁（主要成分是纖維素）、液泡、葉綠體等； 而動物細胞的中心粒在植物細胞中不常見到。第三章 細胞生物學研究方法第一節(jié) 細胞形態(tài)結構的觀察方法一、光學顯微鏡技術1、普通復式光學顯微鏡技術 普

13、通光學顯微鏡（最大分辨率為0.2µm），主要由三部分組成：光學放大系統(tǒng)，即目鏡和物鏡；照明系統(tǒng)；機械和支架系統(tǒng)。 顯微鏡的性能優(yōu)劣決定于它的分辨率。分辨率是指顯微鏡區(qū)分開相近兩點的能力。 2、熒光顯微鏡技術 在紫外光顯微鏡基礎上發(fā)展而來，利用樣品自發(fā)熒光和誘發(fā)熒光，可以對某些生物大分子進行定性和定位研究。不僅可以觀察固定切片標本，還可以在活體染色后對活細胞進行研究。3、激光共焦點掃描顯微鏡技術 共焦點是指物鏡和聚光鏡同時聚焦到同一小點。它在某一瞬間只用一束通過檢測器前的小孔的光成像，可顯著提高分辨率?？梢杂^察較厚樣品的內部結構。 4、相差顯微鏡技術和微分干涉顯微鏡技術 光線在通過密度

14、不同的介質時，其滯留程度不同，即產生了光程差和相位差。相差顯微鏡的基本原理把光程差變成振幅差(即明暗)。從而提高樣品反差，故樣品不需染色，適合觀察活細胞。甚至研究細胞核、線粒體等細胞器的動態(tài)。它在結構上與普通顯微鏡最大的不同是在物鏡后裝有相差板。 微分干涉顯微鏡用的是偏振光，增加了樣品反差，并具有立體感，可作于研究活體細胞中較大的細胞器。 錄像增差顯微鏡技術在一定程度上可以填補光鏡與電鏡之間分辨率上的間隙。 二、電子顯微鏡技術（一）電子顯微鏡基本知識 分辨率最終決定于光的波長，由于使用電子束作光源，電鏡的分辨率大大提高。電鏡的分辨率常是超薄切片厚度的1/10，它的分辨率可達0.2nm，其放大倍

15、數(shù)為106倍。 電鏡的基本構造包括：電子束照明系統(tǒng) ；電磁透鏡成像系統(tǒng)；真空系統(tǒng)；記錄系統(tǒng)；電源系統(tǒng)。（P52表3-1）（二）主要電鏡制樣技術介紹人 樣品制備技術的特殊要求：樣品要薄；更好地保持樣品的精細結構；樣品具有一定的反差。 主要的用于觀察生物樣品的電鏡技術有：超薄切片技術；是觀察細胞超微結構的基礎。負染色技術；冷凍斷裂和冷凍蝕刻電鏡技術技術； 電鏡三維重構技術；掃描電鏡技術（SEM）是觀察細胞表面形的有力工具。三、掃描隧道顯微鏡(STM) 是一種探測微觀世界物質表面形貌的儀器，在納米生物學的研究領域具有獨特的優(yōu)越性。STM的特點：具有原子尺度的高分辨本領；可在真空、大氣、液體等條件下工

16、作；非破壞性測量。 第二節(jié) 細胞組分的分析方法細胞成分分析和形態(tài)學觀察相結合，可揭示生物大分子在細胞內的構建及功能。一、用超速離心技術分離細胞器與生物大分子及其復合物 利用多種方法使細胞崩解，形成細胞器和細胞組分的混合勻漿，再通過差速離心，即利用不同的離心速度所產生的不同離心力，將各種亞細胞組分和各種顆粒分開。 差速離心與密度離心相結合可以達到精確的分離。 細胞不同組分沉降率不同，主要依賴于它們的形狀和大小，通常以沉降系數(shù)S來表示(沉降系數(shù)是指懸浮在密度較低的溶劑中的一種溶質大分子，在每單位離心場作用下的沉降速率)。二、細胞內核酸、蛋白質、酶、糖類、脂質等到的顯色方法 原位成分分析常利用一些顯

17、色劑與所檢物質的特殊基團特異性結合的特征，通過染色反應的部位和顏色的深淺來斷某種物質在細胞內的分布與含量。 福爾根(Feulgen)反應可特異顯示DNA的存在部位。 PAS反應可確定多糖的存在。 四氧化鋨 可證明脂肪滴的存在。蘇 丹 和蘇丹 黑也常用于脂肪的鑒定。 米倫反應及重氮反應等用來測定蛋白質。 檢測和定位酶的技術是基于細胞或組織切片與適宜底物共同孵育，通過一定方法使產物顯示出來 。例如檢測堿性磷酸酶的格莫瑞方法。三、特異蛋白質抗原的定位與定性 免疫熒光和免疫電鏡是最常用的細胞內蛋白質定位技術。1、免疫熒光技術 免疫熒光技術就是將免疫學方法與熒光標記技術 相結合研究特異蛋白質抗原在細胞內

18、分布的方法。2、免疫電鏡技術 免疫電鏡技術使特異蛋白的定位與超 微結構結合起來，使抗原定位更準確。如蛋白分泌的研究胞內酶的研究；一些結構蛋白的研究。 四、細胞內特異核酸的定位與定性1、原位雜交技術 用標記的核酸探針通過分子雜交確定特殊核苷酸序列在染色體上或細胞中的位置的方法。2、Southern技術（了解） 蛋白樣品經(jīng)電泳后，與DNA探針進行吸附，與DNA有親合作用的蛋白帶被顯示出來。 五、利用放射性標記技術 研究生物大分子在細胞內的合成動態(tài) 放射自顯影技術是利用放射性同位素的電離輻射對乳膠的感光作用，對樣品中放射性標記物進行定性與定位測定。 放射自顯影技術包括兩個主要步驟：即同位素標記的大分

19、子前體的摻入和細胞內同位素所在位置的顯示。 基本步驟為：摻入、制片、敷膠、曝光、顯影、鏡檢。六、定量細胞化學分析技術1、顯微分光光度測定技術 根據(jù)細胞內某些物質對光譜吸收的原理，來測定這些物質（如核酸與蛋白質等）在細胞內的含量。2、流式細胞儀 可定量地測定某一細胞中的DNA、RNA或某一特異蛋白的含量，以及細胞群體中上述成分含量不同的細胞的數(shù)量。第三節(jié) 細胞培養(yǎng)、細胞工程與顯微操作技術一、細胞培養(yǎng) 細胞培養(yǎng)就是將動植物組織或細胞從機體取出，分散成單個細胞或直接以單細胞 生物，給予必要的生長條件，讓其在培養(yǎng)瓶中或培養(yǎng)基上繼續(xù)生長與增殖。（一）動物細胞培養(yǎng) 從機體取出立即培養(yǎng)的細胞叫原代細胞。適應

20、在培養(yǎng)條件下持續(xù)傳代培養(yǎng)的細胞為傳代細胞。 通過純系化或選擇法從原代培養(yǎng)細胞中分離出來的細胞群體叫細胞株，細胞分裂周期約限于5060次。 從原代細胞或細胞株中獲得的可無限傳代的細胞叫細胞系。（二）植物細胞培養(yǎng) 單倍體細胞培養(yǎng)。 原生質體培養(yǎng)：去壁的植物細胞叫原生質體?？膳囵B(yǎng)成植株或體細胞雜交植株。（三）非細胞體系在細胞生物學研究中的作用 來源于細胞，而不具有完整的細胞結構，但包含了正常生物學反應所需的物質（供能系統(tǒng)和酶反應體系等）組成的體系即為非細胞體系。二、細胞工程 應用細胞生物學方法，按照預先的設計，有計劃地改變或創(chuàng)造細胞遺傳物質的技術以及發(fā)展這種技術的領域為細胞工程。 細胞工程所使用的技

21、術主要是細胞培養(yǎng)、細胞分化的定向誘導、細胞融合和顯微注射等。（一）細胞融合與細胞雜交技術 真核生物的體細胞經(jīng)過培養(yǎng)，兩個或多個細胞融合成一個雙核 或多核細胞的過程叫細胞融合。 動物細胞融合一般要用滅活的病毒(如仙臺病毒)或化學物質(如聚乙二醇，即PEG)介導；植物細胞融合時，要用纖維素酶去掉纖維素壁。 20世紀80年代又發(fā)明了電融合技術。 細胞融合可以在基因型相同的細胞間進行，也可以在基因型不同的種內細胞間甚至種間細胞間進行。（二）單克隆抗體技術 1975年英國學者Milestein等開創(chuàng)了將產生抗體的單個細胞同瘤細胞雜交的技術。他們的設計是經(jīng)綿羊紅細胞免疫過的小鼠脾細胞(B淋巴細胞)與骨髓瘤

22、細胞融合，融合的雜交瘤具有兩種親本細胞的特性既可分泌抗綿羊紅細胞的抗體，又可無限增殖。學者們紛紛利用這一技術來制備針對不同抗原的高度純一的單克隆抗體。單克隆抗體就是單個雜交瘤細胞增殖產生的克隆細胞群分泌的高度純一的抗體。（三）細胞折合與顯微操作技術 細胞拆合就是把細胞核與質分離開后將不同來源的細胞質與細胞核相互配合，形成核質雜交細胞。 顯微操作技術：即在顯微鏡下用顯微操作裝置對細胞進行解剖和微量注射的技術。第四章 細胞膜與細胞表面第一節(jié) 細胞膜與細胞表面特化結構 細胞膜又稱質膜，是圍繞在細胞最外層，由膜脂和膜蛋白構成。一、細胞膜的結構模型1925年Gorter等人提出質膜由雙層脂分子構成。19

23、35年Danielli和Davson提出三夾板模型。1959年Robertson提出單位膜模型。1972年Singer和 Nicolson提出流動鑲嵌模型。該模型主要強調膜的流動性；膜蛋白的分布不對稱性；這是生物膜的基本特征。根據(jù)已有的實驗結果，生物膜具有如下共同特征：膜的基本結構由脂雙分子層鑲嵌蛋白質構成，雙層脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相。蛋白質分子以不同的方式鑲嵌在脂雙分子層中或結合在其表面，其分布的不對稱性和與脂分子的協(xié)同作用使生物膜具有各自的特性與功能。生物膜可看成是蛋白質在雙層脂分子中的二維溶液。二、膜脂（一）成分 膜脂主要包括磷脂、糖脂、膽固醇三種類型。1、磷脂： 磷脂

24、構成了膜脂的基本成分，分為甘油磷脂和鞘磷脂。 由極性頭部和兩條疏水尾部組成，為雙極性分子。2、糖脂： 為鞘氨醇的衍生物。含17個糖殘基。3、膽固醇和中性脂質： 膽固醇主要存在于動物細胞，可調節(jié)膜的流動性、增加膜的穩(wěn)定性及降低水溶性物質的通透性。某些細菌含有中性脂類。（二）膜脂的運動方式 膜脂分子的熱運動方式：1、側向運動；2、自旋運動；3、尾部擺動；4、翻轉運動。三、膜蛋白（一）類型 膜蛋白可分為兩類：膜周邊蛋白和膜內在蛋白。外在膜蛋白為水溶性蛋白，分布在膜表面，與膜結合較疏松，用溫和的方法就可從膜上分離下來，膜結構并不被破壞。內在蛋白多為跨膜蛋白，也有些插入脂雙層中，與脂雙層分子結合緊密。只

25、有用去垢劑使膜崩解后才可分離出。（二）膜內在蛋白與膜脂結合的方式 與膜結合的主要方式有3種。 內在膜蛋白跨膜結構域是與膜脂結合的主要部位。具體作用方式為：跨膜結構域含有20個左右的疏水氨基酸殘基形成螺旋，其外部疏水側鏈通過范德華力與脂雙層分相互作用。某些螺旋的外側是非極性鏈，內側極性鏈，形成特異極性分子的跨膜通道。某些跨膜蛋白的跨膜結構域常常僅有1012個氨基酸殘基形成 折疊結構。（三）去垢劑 是分離與研究膜蛋白的常用試劑，可使細胞膜分解。 去垢劑有離子型去垢劑(如SDS)和非離子去垢劑(Triton x100)。四、膜的流動性（一）膜脂的流動 膜脂的流動性主要指脂分子的側向運動。（二）膜蛋白

26、的流動五、膜的不對稱性（一）細胞膜各部分的名稱（二）膜脂的不對稱性 是指膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。糖脂的分布表現(xiàn)出完全不對稱性。（三）膜蛋白的不對稱性 膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細胞膜上都具有明確的方向性。 各種生物膜的特征及其生物學功能主要由膜蛋白來決定的。六、細胞膜的功能 細胞質膜的主要功能：為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內環(huán)境；選擇性的物質運輸并伴隨著能量的傳遞；細胞識別與信息傳遞；為多種酶提供結合位點；介導細胞與細胞、細胞與基質這間的連接；參與形成細胞表面特化結構。七、膜骨架與細胞表面的特化結構 細胞表面的特化結構包括膜骨架、鞭毛、纖毛、變形足和微絨毛等，它們都是細

27、胞質膜與膜內細胸骨架纖維形成的復合結構，分別于維持細胞的形態(tài)、細胞的運動、細胞與環(huán)境的物質交換等功能有關。（一）膜骨架 膜骨架是指細胞質膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結構，它參與維持細胞質膜的形狀并協(xié)助完成多種功能。 紅細胞的膜骨架成分主要包括：血影蛋白、肌動蛋白、錨蛋白、帶4.1蛋白等。(二)紅細胞質膜蛋白及膜骨架 膜骨架蛋白網(wǎng)絡與細胞膜之間的連接主要通過錨蛋白。此外，帶4.1蛋白還可以與血型糖蛋白或帶3蛋白結合，起到與質膜連接的作用。第二節(jié) 細胞連接 細胞連接是多細胞有機體中相鄰細胞之間通過質膜相互了解、協(xié)同作用的重要結構。主要有3種類型：一、封閉連接 封閉連接的主要形式是緊密連接

28、。 緊密連接存在于上皮細胞之間，通過嵴線使相鄰細胞質膜緊靠在一起，可阻止可溶性物質沿細胞間隙滲入體內。同時還起到膜蛋白的隔離作用。二、錨定連接 錨定連接使相鄰細胞的骨架系統(tǒng)或將細胞與基質相連形成一個堅挺有序的群體。（一）橋粒與半橋粒橋粒在細胞之間形成鈕扣式的結構將相鄰細胞鉚接在一起，同時也是細胞內中間纖維的錨定位點。橋粒相鄰細胞質膜的間隙約30nm，在質膜的胞質面有一致密斑，中間纖維直接與其相連。相鄰兩細胞的致密斑由跨膜連接糖蛋白連接。（二）粘著帶(中間連接)與粘著斑粘著帶位于上皮細胞緊密連接的下方，相鄰細胞間形成一個連續(xù)的帶狀結構。粘合帶處相鄰細胞質膜的間隙約1520nm。與粘著帶相連的是肌

29、動蛋白纖維，在細胞中形成平行于質膜的可收縮的纖維束。粘著斑是肌動蛋白纖維與細胞外基質之間的連接方式。在粘著斑處，跨膜連接糖蛋白向外通過纖粘連蛋白與胞外基質結合，其胞內結構域則通過微絲結合蛋白與肌動蛋白纖維結合。粘著帶及粘著斑均起細胞附著與支持作用。三、通訊連接（一）間隙連接間隙連接處相鄰質膜間的間隙為23nm。連接的基本單位是連接子。連接子由6個相同或類似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞，形成直徑約1.5nm的孔道。相鄰細胞質膜上的兩個連接子相對形成間隙連接單位。間隙連接在細胞間代謝耦聯(lián)和細胞通訊中具有重要作用。（二）胞間連絲高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，完成細胞間的通迅聯(lián)絡。（三）化學突觸 化學

30、突觸是存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式，它通過釋放神經(jīng)遞質來傳導神經(jīng)沖動。四、細胞表面的粘著因子（了解） 細胞與細胞之間的粘連是由特定的細胞粘著因子鈣粘素等介導的，細胞之間的錨定連接也需要粘著因子鈣粘素與整聯(lián)蛋白等參與。 粘著因子均為整合膜蛋白，在胞內與細胞骨架成分相連。多數(shù)要依賴Ca2+或Mg2+才起作用，少數(shù)不需要Ca2 。1、鈣粘素 同親性依賴Ca2+的細胞粘連糖蛋白，對胚胎發(fā)育中的細胞識別、遷移和組織分化以及成體組織器官構成具有主要作用。已發(fā)現(xiàn)幾十種鈣粘素，如E鈣粘素、P鈣粘素等。2、選擇素 異親性依賴于Ca2+的糖蛋白，主要參與白細胞與脈管內皮細胞之間的識別與粘著。3、免疫球蛋白超

31、家族的CAM 分子結構中具有與免疫球蛋白類似的結構域CAM超家族。其粘著作用不依賴于Ca2+。其中了解最多的為NCAMs，它在神經(jīng)組織細胞間的粘著中起主要作用。4、整聯(lián)蛋白 一類重要的細胞粘著因子，是由和兩個亞基形成的異源二聚體糖蛋白。介導細胞與基質、細胞與細胞之間的粘著。第三節(jié) 細胞外被與細胞外基質 細胞外被(cell coat)又叫糖萼。一般指動物細胞外表由糖蛋白或糖脂構成的絨絮狀物質。起保護細胞和識別細胞的作用。 細胞外基質是指分布于細胞外空間，由細胞分泌的確良蛋白和多糖所構成的網(wǎng)絡結構，它將細胞粘連在一起構成組織，在細胞中或組織之間起支持作用。 細胞外基質的基本成分是由膠原蛋白和彈性蛋

32、白組成的蛋白纖維和由糖胺聚糖形成的水合膠體構成的復雜的結構體系。層粘連蛋白和纖粘連蛋白具有多個結合位點，在細胞與胞外基質成分相互粘著中起重要作用。一、膠原1、膠原的類型及分子結構 膠原是胞外基質最基本成分之一，是動物體內含量最豐富的蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)20種。型膠原是形成纖維的膠原，型纖維為片狀(或網(wǎng)狀)結構，基膜所特有。 膠原纖維的基本分子結構是原膠原。原膠原由3條多肽連盤繞成3股螺旋結構，長300nm直徑1.5nm，具有Glyxy重復序列。2、膠原的功能 膠原在細胞外基質中含量最高，剛性和抗張力強度最大，構成細胞外基質的骨架結構，對細胞具有粘連作用。 膠原基質能影響培養(yǎng)細胞的生長和分化。二、糖

33、胺聚糖和蛋白聚糖1.糖胺氨基聚糖由重復的氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)+糖醛酸二糖單位構成的長鏈多糖?？煞譃?類。如透明質酸、肝素等。2.蛋白聚糖是由氨基聚糖與核心蛋白的絲氨酸殘基共價連接形成的巨分子，這樣的單體可借連接蛋白以非共價鍵與透明質酸結合形成多聚體。三、層粘連蛋白和纖粘連蛋白 這兩種蛋白均為高分子量糖蛋白。1、層粘連蛋白 層粘連蛋白是動物組織基膜的主要結構組分，對基膜基質的組裝起關鍵作用，可介導細胞粘著于膠原進而鋪展，并促進細胞生長。通常細胞不直接與型膠原或蛋白聚糖結合，而是通過層粘連蛋白將細胞錨定于基膜上。2、纖粘連蛋白 纖粘連蛋白的主要功能是介導細胞粘著。四、彈性蛋白彈性蛋白

34、是彈性纖維的主要成分。五、植物細胞壁植物細胞壁由纖維素、半纖維素、果膠質等構成。第五章 物質的跨膜運動與信號傳遞第一節(jié) 物質的跨膜運動 物質通過細胞膜的轉運主要有三種途徑：被動運輸、主動運輸和胞吞與胞吐作用。一、被動運輸(一)簡單擴散 小分子或離子的熱運動從濃度高的一側通過質膜向濃度低的一側自行擴散。在這種跨膜運動中，不需要細胞能量，也沒有膜蛋白的協(xié)助?；ㄍ感灾饕獩Q定于分子大水和分子極性。 載體蛋白（通透酶）相當于結合在細胞膜上的酶，有特異的結合位點，可同特異性底物（溶質）結合，一種特異性載體只轉運一種類型的分子或離子。2、通道蛋白及其功能 通道蛋白所介導的被動運輸不需要與溶質分子結合，橫跨

35、膜形成親水通道，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子通過。 絕大多數(shù)通道蛋白是跨膜的離子通道，具有兩個顯著的特征：具有離子選擇性，而且轉動速率高，凈驅動力是溶質跨膜的電化學梯度；離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關兩種構象所調節(jié)，并通過通道開關應答于適當?shù)男盘枴?二、主動運輸 主動運輸是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度運輸?shù)目缒み\動方式，此過程需要能量供應。 根據(jù)主動運輸過程所需能量來源的不同可歸納為：由ATP直接提供能量和間接提供能量以及光能驅動的三種基本類型。(一) 由ATP直接提供能量的主動運輸鈉鉀泵 在細胞膜兩側存在著很大的離子濃度差，一般的動物細胞要消耗13的能量來

36、維持細胞內低Na+高K + 離子環(huán)境，Na + 和K + 的逆濃度與電化學梯度輸入和輸出的跨膜運動就是由ATP直接供能，通過質膜上的Na + K + 泵來完成的，是典型的主動運輸方式。 Na + K + 泵又叫Na + K + ATP酶，由和兩個亞基組成。工作模式是在細胞內側亞基與Na +結合促進ATP水解，亞基上的一個天冬氨酸殘基磷酸化引起構象發(fā)生變化，將Na + 運出，同時細胞外的K + 與亞基的另一個位點結合，使其去磷酸化，亞基構象再度發(fā)生變化將K + 輸入細胞，完成了整個循環(huán)。每個循環(huán)消耗一個ATP分子，轉運3個Na +和2個K + 。 動物細胞借助Na +K + 泵維持細胞滲透平衡。

37、同時利用胞外高濃度的Na +所儲存的能量，主動從細胞外攝取營養(yǎng)。(二)由ATP直接提供能量的主動運輸鈣泵和質子泵 Ca + 泵又稱Ca + ATP酶，主要存在于細胞質膜和內質網(wǎng)膜上，將Ca + 輸出細胞或泵入內質網(wǎng)腔中貯存起來，以維持細胞內低濃度的Ca + 。Ca + 與ATP的水解相耦聯(lián)，每消耗一個ATP分子轉運出兩個Ca+ 。鈣泵在肌質網(wǎng)中儲存的Ca+ ，對調節(jié)肌細胞的收縮與舒張是至關重要的。 質子泵：植物細胞、真菌（包括酵母）和細菌細胞其質膜上沒有Na + K +泵，而是具有H +泵，將H +泵出細胞，建立跨膜的H +電化學梯度，利用H +電化學梯度來驅動主動轉動溶質進入細胞。 可分為三

38、種，P型質子泵；在轉運H + 的過程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核細胞膜上。V型質子泵；存在于溶酶體小膜和植物液泡膜上，轉運H + 過程中不形成磷酸化的中間體。H + -ATP酶；存在于線粒體內膜、植物類囊體膜和多數(shù)細菌質膜上，它以相反的方式來發(fā)揮作用，即沿濃度梯度運動，將所釋放的能量貯存在ATP中。(三)協(xié)同運輸 協(xié)同運輸是一類由Na + K +泵或（H +泵）與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式。物質轉運所需的直接能量來自膜兩側離子濃度梯度。動物細胞常利用膜兩側Na +的濃度來驅動。植物細胞和細菌常利用H +濃度來驅動。 根據(jù)物質運輸方向與離子沿濃度梯度轉運方向，協(xié)

39、同運輸又可分為兩種，共運輸：是物質運輸方向與離子轉運方向相同。對向運輸：是指物質運動方向與離子轉移方向相反。(四)物質的跨膜轉運與膜電位(生理上講) 物質的跨膜運輸，維持了膜兩側的濃度分布，對離子來說，同時形成了膜兩側的電位差，即膜電位，對于可興奮細胞，膜電位具有重要的生物學意義。三、胞吞作用與胞吐作用 真核細胞通過胞吞作用與吞噬作用完成大分子顆粒性物質的跨膜運輸。屬主動運輸。(一)胞飲作用與吞噬作用 胞吞作用是通過細胞質膜內陷形成囊泡將外界物質裹進并輸入細胞的過程。 根據(jù)胞吞物質的大水，胞吞作用又可分為胞飲作用吞噬作用。兩者的區(qū)別有三點：內吞泡的大水不同：胞飲泡的直徑為150nm，吞噬泡的直

40、徑常大于250nm ；胞飲作用是一個連續(xù)發(fā)生的過程，所有真核細胞都能通過胞飲作用連續(xù)攝入溶液和分子；而大的顆粒性物質則通過特殊的吞噬細胞攝入，吞噬作用首先需要被吞噬物與細胞表面結合并激活細胞表面受體，因此是一個信號觸發(fā)過程。 胞吞泡形成機制不同：胞飲泡的形成需有網(wǎng)格蛋白、接合素蛋白和結合蛋白等的參與。吞噬泡的形成需要微絲及其結合蛋白參與，在多細胞動物體內，只有某些特化細胞才有吞噬功能。(二)受體介導的胞吞作用 根據(jù)胞吞的物質是否有專一性，胞吞作用有兩種類型受體介導的胞吞作用：被轉運的物質和細胞質膜上專一的受體相結合后引誘發(fā)的胞吞作用，如膽固醇的跨膜運轉。非特異性的胞吞作用。 受體介導的胞吞作用

41、是大多數(shù)動物細胞通過網(wǎng)格蛋白有被小泡從胞外液攝取特定大分子的有效途徑。(三)胞吐作用 是將細胞內的分泌泡或其它膜泡中的物質通過細胞質膜運出細胞的過程。 所有真核細胞都有組成型胞吐途經(jīng)，特化的分泌細胞還有一種調節(jié)型胞吐途經(jīng)。 無論是胞吞作用或是胞吐作用。都是通過膜泡運輸?shù)姆绞竭M入的，這種動態(tài)過程對質膜更新和維持細胞的生存與生長是必要的。胞吞作用和胞吐作用都涉及到膜的融合，現(xiàn)在已鑒定有膜融合蛋白參與催化，以克服質膜融合過程中的能量障礙。 第二節(jié) 細胞通訊與信號傳遞一、細胞通訊與細胞識別(一)細胞通訊 細胞通訊是指一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生反應的過程。 細胞以三種方式進行通訊：分

42、泌化學信號；直接接觸；間隙連接。 細胞分泌化學信號的作用方式可分： 內分泌旁分泌自分泌通過化學突觸傳遞信號分子。 細胞間直接接觸，通過與質膜結合的信號分子與其相接觸的靶細胞質膜上的受體分子相結合，影響其他細胞。(二)細胞識別與信號通路 細胞通過其表面的受體與胞外信號分子選擇性地相互作用，最終導致細胞整體的生物學效應的過程。 細胞接受外界信號，將胞外信號轉為胞內信號，最終調節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這是細胞信號系統(tǒng)的主線，這種反應系列稱之為細胞信號通路。 (三)細胞的信號分子與受體1、細胞的信號分子 根據(jù)其溶解性通?？煞譃橛H脂性和親水性兩類：親脂性信號分子，主要代表是甾類激素和甲狀腺

43、素。 親水性信號分子，包括神經(jīng)遞質、生長因子、局部化學遞質和大多數(shù)激素。2、受體 是一種能夠識別和選擇性地結合某種配體（信號分子）的大分子，與配體結合后，產生化學的或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學效應。 受體多為糖蛋白，一般包括兩個功能區(qū)域，與配體結合的區(qū)域及產生效應的區(qū)域。 根據(jù)靶細胞上受體存在的部位，可將受體分為細胞內受體和細胞表面受體。3、第二信使與分子開關第二信使第一信使與受體作用后在細胞內最早產生的信號物質稱為第二信使。目前公認的第二信使有cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二?；视?DG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信號通路的“第三信使”。分子開關 細胞內信號傳遞蛋白質(

44、開關蛋白)可分為兩類：一類開關蛋白的活性由激酶使之磷酸化而開啟，由磷酸酶 使之去磷酸化而關閉；另一類主要開關蛋白由GTP結合蛋白組成，結合GTP而活化，結合GDP而失活。二、通過細胞內受體介導的信號傳遞 細胞信號傳遞的通路隨信號的受體存在的部位不同分為兩類：一是親脂性小分子通過與細胞內受體結合傳遞信號；二是通過細胞表面受體介導的信號傳遞。 通過細胞內受體介導的信號傳遞親脂性信號分子（如甾類激素）可直接跨越質膜進入細胞內，與細胞質內的受體形成激素復合物，并穿過核膜孔進入細胞核內結合于特異的DNA序列調節(jié)基因表達。這一過程可分為初級反應階段和延遲反應階段。三、通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞 親

45、水性化學信號分子（包括神經(jīng)遞質、蛋白激素、生長因子等）一般不能直接進入細胞。而是通過與細胞表面特異受體的結合，進行信號轉導，繼而對靶細胞產生效應。 根據(jù)信號傳導機制和受體蛋白類型的不同，細胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯(lián)的受體；G蛋白偶聯(lián)的受體；酶偶聯(lián)的受體。(一)離子通道偶聯(lián)的受體 離子通道偶聯(lián)的受體是細胞表面由多亞基組成的受體離子通道復合體，本身既有信號結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。 主要存在于神經(jīng)細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞。神經(jīng)遞質通過于受體的結合開閉離子通道，改變質膜的離子通透性，從改變突觸后細胞的興奮 。 受體對配體具有特異性選擇，是具有同源性的跨

46、膜蛋白。(二) G蛋白偶聯(lián)的受體 G蛋白偶聯(lián)的受體是細胞表面由單條多肽經(jīng)7次跨膜形成的受體。 該信號通路是指配體受體復合物與靶蛋白的作用要通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到細胞內。 G蛋白是三聯(lián)體GTP結合調節(jié)蛋白，由a、b、g三個亞基組成。（參下圖） 由G蛋白偶聯(lián)受體所介導的細胞信號通路， 根據(jù)產生第二信使的不同，又可分cAMP信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。1、cAMP信號通路 信號分子與受體結合后，通過與GTP結合的調節(jié)蛋白(G蛋白)的耦聯(lián)，在細胞內產生第二信使，從而引起細胞的應答反應。 cAMP信號通路由質膜上的5種成分組成：激活型激素受體(Rs)；抑制型

47、激素受體(Ri)；與GDP結合的活化型調節(jié)蛋白(Gs)；與GDP的抑制型調節(jié)蛋白(Gi)；腺苷酸環(huán)化酶( C )。（參下圖） (1) Rs 與Ri Rs與Ri位于質膜外表面，識別細胞外信號分子并與之結合，受體有兩個區(qū)域，一個與激素作用，另一個與G蛋白作用。 (2) Gs與Gi G蛋白也稱耦聯(lián)蛋白或信號轉換蛋白，它將受體和腺苷酸環(huán)化酶耦聯(lián)起來，使細胞外信號跨膜轉換為細胞內信號，即第二信使cAMP。（參下圖） (3)腺苷酸環(huán)化酶 cAMP信號通路的催化單位是結合在質膜上的腺苷酸環(huán)化酶，它催化ATP生成cAMP。cAMP信號通路的主要效應是激活靶酶和開啟基因表達，是通過蛋白激酶A完成的。激活靶酶：通

48、過對蛋白激酶A的活化進而使下游靶蛋白磷酸化，從而影響細胞代謝和細胞行為是細胞快速答應胞外信號的過程。（參下圖）開啟基因表達：是一類細胞緩慢應答胞外信號的過程，這就是cAMP信號通路對細胞基因表達的影響。該信號途徑涉及的反應鏈可表示為：激素 G蛋白偶聯(lián)受體 G蛋白 腺苷酸環(huán)化酶 cAMP cAMP依賴的蛋白激酶A 基因調控蛋白 基因轉錄。（P139圖5-28）2、磷脂酰肌醇信號通路( 肌醇磷脂信號通路) 外界信號分子與受體結合，使質膜上的 4,5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成 1，4,5三磷酸肌醇(IP3)和二酰苷油(DG )兩個第二信使。 磷脂酰肌醇信號通路的最大特點是胞外信號被膜受體接受

49、后，同時產生兩個胞內信使，分別啟動兩個信號傳遞途徑即IP3Ca 2 +和DGPKC途徑，實現(xiàn)細胞對外界的應答，因此把這一信號系統(tǒng)稱之為“雙信使系統(tǒng)”。（P140圖5-29） IP3是一種水溶性分子，在細胞內動員內源Ca 2 +，使胞質中內源Ca 2 + 濃度提高。Ca 2+通過鈣調蛋白引起細胞反應；DG激活蛋白激酶C(PKC)。 在許多細胞中，PKC的活化可增強特殊基因轉錄。有兩條途徑：PKC激活一條蛋白激酶的級聯(lián)反應，導致基因調控蛋白的磷酸化和激活；PKC的活化，導致一種抑制蛋白的磷酸化，使基因調控蛋白擺脫抑制狀態(tài)釋放出來，進入細胞核，刺激特殊基因的轉錄。(圖531)(三)與酶連接的受體 與

50、酶連接的細胞表面受體又稱催化性受體，一旦被配基活化即具有酶的活性。包括5類：受體酪氨酸激酶；受體絲氨酸激酶/ 蘇氨酸激酶；受體酪氨酸磷酸酯酶；受體鳥苷酸環(huán)化酶；酪氨酸蛋白激酶了解的受體。1、受體酪氨酸激酶(RTKS)及RTKRas蛋白信號受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTKs)又稱酪氨酸蛋白激酶受體，是細胞表面一大類重要受體家族，包括6個亞族。 CTKs的多肽鏈只跨膜一次，胞外區(qū)是結合配體的結構域，胞內區(qū)肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點。 自磷酸化的結果是激活了受體的酪氨酸蛋白激酶活性，磷酸化的酪氨酸殘基可被含有SH2結構域的胞內信號所識別

51、并與之結合，由此啟動信號轉導。RTKRas蛋白信號通路 活化的RTK可以結合多種帶有SH2 結構域的結合蛋白或信號蛋白，其中一類是接頭蛋白；另一類是在信號通路中有關的酶， 如GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein，GAP)、蛋白磷酸脂酶(SyP)等。這兩類RTK結合蛋白的結構和功能不同，但它們都具有兩個高度保守而無催化活性的結構域即 SH2和SH3。 Ras蛋白是ras基因表達的產物，具有GTPase活性，分布于質膜胞質一側，結合GTP時為活化態(tài)，結合GDP時為失活態(tài)。所以Ras蛋白具有分子開關的作用。 GDP的釋放需要鳥苷酸釋放因子(GRF)的促進；Ras蛋白從

52、活化態(tài)到失活態(tài)的轉變，則要GTP酶活化蛋白(GAP)的促進；所以GRF和GAP都與Ras蛋白參與的信號轉導有關。 GAP因具有SH2結構域可直接與活化的受體蛋白結合。GRF在SH3結構域，但沒有SH2結構域，因此需要接頭蛋白連接來活化Ras。 RTKRas信號通路可概括為如下模式： 配體 RTK adapdor GRF Ras Raf (MAPKKK) MAPKK MAPK 進入細胞核 其他激酶或基因調控蛋白(轉錄因子)的磷酸化修飾。2、細胞表面其他與酶偶聯(lián)的受體 (1)受體絲氨酸/蘇氨酸激酶(2)受體酪氨酸磷酸酯酶(3)受體鳥苷酸環(huán)化酶(4)酪氨酸蛋白激酶了解的受體四、由細胞表面整聯(lián)蛋白介導

53、的信號傳遞 整聯(lián)蛋白是細胞表面的跨膜蛋白(異二聚體)，不僅介導細胞附著到胞外基質上，更重要的是提供了一種細胞外環(huán)境調控細胞內活性的渠道。整聯(lián)蛋白與胞外配體相互作用，可產生多種信號，如Ca+的釋放進入細胞質，肌醇第二信使的合成，胞內蛋白酪氨酸殘基的磷酸化等。 細胞與胞外基質之間形成的粘著斑具有兩個方面的功能：一是機械結構功能，粘著斑的裝配也是受信號控制的裝配，通過肌動蛋白纖維和多種肌動蛋白的結合蛋白而完成；二是信號傳遞功能，通過酪氨酸激酶Src和粘著斑激酶(FAK)而實現(xiàn)。 通過粘著斑由整聯(lián)蛋白介導的信號傳遞基通路有兩條： (1)由細胞表面到細胞核的信號通路。(圖537) (2)由細胞表面到細胞質核糖體的信號通路。 粘著斑激酶FAK的酪氨酸殘基被磷酸化后，活化PI(3)K?；罨腜I(3)K催化產生兩種磷脂酰肌醇 衍生物：PI-3,4-二磷酸和 PI-3,4，5-三磷酸，兩者活化激酶P70S6K，活化的磷酸化核糖體小單位的S6蛋白；含有磷酸化S6的