細胞生物學第四版完整課件

細胞生物學教學課件第一章~~~~~~第七章.細胞生物學教學課件第一章~~~~~~第七章.1第一章緒論第一節(jié)細胞生物學研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀第二節(jié)細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史.第一章緒論第一節(jié)細胞生物學研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀.2第一節(jié)細胞生物學研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀一、現(xiàn)代生命科學中的一門重要的基礎前沿學科二、細胞生物學的主要研究內(nèi)容.第一節(jié)細胞生物學研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀一、現(xiàn)代生命科學中的一門3細胞重大生命活動及其關系示意圖(圖1-1).細胞重大生命活動及其關系示意圖(圖1-1).4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)二、細胞學的建立及其意義三、細胞學的經(jīng)典時期四、實驗細胞學與細胞學的分支及其發(fā)展五、細胞生物學學科的形成與發(fā)展.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).5重要概念與學說

原生質體（protoplast）：去掉細胞壁的植物細胞或其他去壁細胞。細胞學說（celltheory）：生物科學的重要學說之一，包括三個基本內(nèi)容：所有生命體均由單個或多個細胞組成；細胞是生命的結構基礎和功能單位；細胞只能由原有細胞分裂產(chǎn)生。.重要概念與學說原生質體（protoplast）：去掉細6本章概要細胞生物學是研究細胞生命活動基本規(guī)律的學科，它是現(xiàn)代生命科學的基礎學科之一。細胞生物學研究的主要方面包括：①生物膜與細胞器；②細胞信號轉導；③細胞骨架體系；④細胞核、染色體及基因表達；⑤細胞增殖及其調(diào)控；⑥細胞分化及干細胞；⑦細胞死亡；⑧細胞衰老；⑨

細胞工程；⑩細胞的起源與進化。本章回顧了細胞學與細胞生物學發(fā)展的簡史，闡述了細胞學說的建立及其重要意義，分析了細胞生物學學科形成的基礎與條件。細胞學與細胞生物學發(fā)展的歷史大致可以劃分為以下幾個階段：①細胞的發(fā)現(xiàn)；②細胞學說的建立；③細胞學的經(jīng)典時期；④

實驗細胞學時期；⑤細胞生物學學科的形成與發(fā)展。當今的細胞生物學是以細胞作為生命活動的基本單位這一概念為出發(fā)點，在各層次上探索生命現(xiàn)象的最基本、最核心問題的一門重要的學科。.本章概要細胞生物學是研究細胞生命活動基本規(guī)律的學科，它是現(xiàn)代7第二章細胞的統(tǒng)一性與多樣性第一節(jié)細胞的基本特征第二節(jié)原核細胞與古核細胞第三節(jié)真核細胞第四節(jié)病毒—非細胞形態(tài)的生命體.第二章細胞的統(tǒng)一性與多樣性第一節(jié)細胞的基本特征.8第一節(jié)細胞的基本特征一、細胞是生命活動的基本單位二、細胞的基本共性.第一節(jié)細胞的基本特征一、細胞是生命活動的基本單位.9人體由200多種不同的細胞組成

（圖2-1）.人體由200多種不同的細胞組成

（圖2-1）.10第二節(jié)原核細胞與古核細胞一、原核細胞二、支原體—最小最簡單的細胞三、細菌和藍藻—原核細胞的兩個代表類群四、古核細胞（古細菌）.第二節(jié)原核細胞與古核細胞一、原核細胞.11生物界的基本類群（圖2-2）.生物界的基本類群（圖2-2）.12支原體（A）及其模式圖（B）

（圖2-3）.支原體（A）及其模式圖（B）

（圖2-3）.13細菌的結構（圖2-4）.細菌的結構（圖2-4）.14革蘭氏陽性菌（A）與革蘭氏陰性菌（B）的細胞壁（圖2-5）.革蘭氏陽性菌（A）與革蘭氏陰性菌（B）的細胞壁（圖2-5）.15細菌的復制、轉錄和翻譯同時進行（圖2-6）.細菌的復制、轉錄和翻譯同時進行（圖2-6）.16藍藻（圖2-7）.藍藻（圖2-7）.17古細菌的細胞膜脂（圖2-8）.古細菌的細胞膜脂（圖2-8）.18第三節(jié)真核細胞一、真核細胞的基本結構體系二、細胞的大小及其影響因素三、原核細胞與真核細胞的比較四、植物細胞與動物細胞的比較.第三節(jié)真核細胞一、真核細胞的基本結構體系.19細胞的大小及其調(diào)控（圖2-9）.細胞的大小及其調(diào)控（圖2-9）.20原核細胞與真核細胞基本特征的比較（表2-1）.原核細胞與真核細胞基本特征的比較（表2-1）.21定殖于小鼠回腸末端的分節(jié)絲狀菌（圖2-10）.定殖于小鼠回腸末端的分節(jié)絲狀菌（圖2-10）.22動物細胞（A）和植物細胞（B）模式圖（圖2-11）.動物細胞（A）和植物細胞（B）模式圖（圖2-11）.23第四節(jié)病毒—非細胞形態(tài)的生命體一、病毒的基本知識二、病毒在細胞內(nèi)增三、病毒與細胞在起源于進化中的關系.第四節(jié)病毒—非細胞形態(tài)的生命體一、病毒的基本知識.24牛傳染性鼻氣管炎病毒的超微結構（圖2-12）.牛傳染性鼻氣管炎病毒的超微結構（圖2-12）.25類病毒的電鏡照片（圖2-13）.類病毒的電鏡照片（圖2-13）.26病毒的基本類型（圖2-14）.病毒的基本類型（圖2-14）.27病毒結構的示意圖（圖2-15）.病毒結構的示意圖（圖2-15）.28戊型肝炎病毒的冷凍電鏡圖片（圖2-16）.戊型肝炎病毒的冷凍電鏡圖片（圖2-16）.29在細胞核內(nèi)增殖的腺病毒（圖2-17）.在細胞核內(nèi)增殖的腺病毒（圖2-17）.30病毒在細胞中的增殖過程（圖2-18）.病毒在細胞中的增殖過程（圖2-18）.31電鏡超微切片下的山羊痘病毒（圖2-19）.電鏡超微切片下的山羊痘病毒（圖2-19）.32病毒的核酸類型及其代表科（表2-2）.病毒的核酸類型及其代表科（表2-2）.33本章概要（一）細胞是一切生命活動的基本單位，包括以下幾個方面的涵義：（1）一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的形態(tài)結構單位。構成多細胞生物體的細胞雖然是“社會化”的細胞，但它們又保持著形態(tài)結構的獨立性，每一個細胞具有自己完整的結構體系。（2）細胞是有機體代謝與執(zhí)行功能的基本單位，在細胞內(nèi)的一切生化過程與試管內(nèi)的生化過程的根本不同點，是細胞有嚴格自動控制的代謝體系，并且有保證完成生命過程有序性的獨立的結構裝置。（3）有機體的生長與發(fā)育是依靠細胞增殖、分化與凋亡來實現(xiàn)的。細胞是研究有機體生長與發(fā)育的基礎。（4）細胞是遺傳的基本單位，每一個細胞都具有遺傳的全能性（除少數(shù)特化細胞）。構成各種生物機體的細胞的種類繁多，結構與功能各異，但它們都具有基本共性：細胞膜，兩種核酸（DNA與RNA），蛋白質合成的機器——核糖體與一分為二的增殖方式，這些是細胞結構與生存不可缺少的基礎。種類繁多的細胞可以分為原核細胞與真核細胞兩大類。近年認為原核細胞并不是統(tǒng)一的一大類，建議將細胞劃分為原核細胞、古核細胞與真核細胞三大類。支原體是迄今發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細胞，它已具備細胞的基本結構，并且有作為生命活動基本單位存在的主要特征。作為比支原體更小更簡單的細胞，又要維持細胞生命活動的基本要求，似乎不大可能。.本章概要（一）細胞是一切生命活動的基本單位，包括以下幾個方面34本章概要（二）細菌與藍藻是原核細胞的兩個重要代表。原核細胞的共同特征：沒有核膜、遺傳信息載體僅僅是一個裸露的環(huán)狀DNA分子，除核糖體與細胞質膜及其特化結構外，幾乎不存在其他復雜的細胞器。將原核細胞與真核細胞進行比較，從進化與動態(tài)的觀點分析，主要有兩個基本差異：一是以生物膜系統(tǒng)的分化與演變?yōu)榛A，真核細胞形成了復雜的內(nèi)膜系統(tǒng)，構建成各種具有獨立功能的細胞器，雙層核膜將細胞分隔為細胞核與細胞質兩個基本部分；二是遺傳結構裝置的擴增與基因表達方式的相應變化。由于上述的根本差異，真核細胞的體積也相應增大，內(nèi)部結構更趨復雜化，生命活動的時間與空間的布局更為嚴格，細胞內(nèi)部出現(xiàn)精密的網(wǎng)架結構-——細胞骨架。古核細胞在形態(tài)結構、遺傳裝置雖與原核細胞相似，但一些基本分子生物學特點又與真核細胞接近。真核細胞的結構可以概括為三大體系：（1）生物膜體系以及以生物膜為基礎構建的各種獨立的細胞器；（2）遺傳信息表達的結構體系；（3）細胞骨架體系。此外，細胞體積的守恒規(guī)律及其制約因素的分析，細胞的形態(tài)結構和功能的相關性與一致性，動植物細胞的差異等均是真核細胞知識的重要組成部分。病毒是非細胞形態(tài)的生命體，但所有的病毒，必須在細胞內(nèi)才能表現(xiàn)它們的基本生命活動——復制與增殖。病毒是最小、最簡單的生命體，主要是由一個核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構成的復合結構，類病毒僅由一條有感染性的RNA構成。病毒在細胞內(nèi)的復制（增殖）過程大致可分為：侵染、脫衣殼、早基因復制與表達、晚基因復制、結構蛋白合成、裝配與釋放等過程。.本章概要（二）細菌與藍藻是原核細胞的兩個重要代表。原核細胞的35第三章細胞生物學研究方法第一節(jié)細胞形態(tài)結構的觀察方法第二節(jié)細胞及其組分的分析方法第三節(jié)細胞培養(yǎng)與細胞工程第四節(jié)細胞及生物大分子的動態(tài)變化第五節(jié)模式生物與功能基因組的研究.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36第一節(jié)細胞形態(tài)結構的觀察方法一、光學顯微鏡二、電子顯微鏡三、掃描隧道顯微鏡.第一節(jié)細胞形態(tài)結構的觀察方法一、光學顯微鏡.37幾種顯微鏡可觀察的樣品大?。^之間的范圍）及其分辨能力（右側箭頭所指位置）（圖3-1）分辨率：能區(qū)分開兩個質點間的最小距離眼睛、光學顯微鏡和電子顯微鏡的分辨率分別為：0.2mm、0.2μm和0.2nm.幾種顯微鏡可觀察的樣品大小（箭頭之間的范圍）及其分辨能力（右38一、光學顯微鏡（一）、普通復式光學顯微鏡（二）、相差顯微鏡和微分干涉顯微鏡（三）、熒光顯微鏡（四）、激光掃描共焦顯微鏡.一、光學顯微鏡（一）、普通復式光學顯微鏡.39（一）、普通復式光學顯微鏡.（一）、普通復式光學顯微鏡.40普通光學顯微鏡成像示意圖（圖3-2）.普通光學顯微鏡成像示意圖（圖3-2）.41決定光學顯微鏡的分辨率的要素（圖3-3）

D＝0.61λ∕［N·sin(α/2)］D:分辨率λ：入射光的波長N：介質的折射率（1或1.5）α：物鏡的鏡口角.決定光學顯微鏡的分辨率的要素（圖3-3）.42石蠟切片的制備程序（圖3-4）.石蠟切片的制備程序（圖3-4）.43（二）、相差顯微鏡和微分干涉顯微鏡相差顯微鏡：一種將相位差轉變成振幅差（明暗差）的顯微鏡，可觀察不染色的活細胞。微分干涉顯微鏡：一種將樣品厚度上的微小區(qū)別轉化成明暗區(qū)別相差顯微鏡。.（二）、相差顯微鏡和微分干涉顯微鏡相差顯微鏡：一種將相位差轉44兩束光波之間的相互干涉（圖3-5）A：相位相同時B:相位相反時.兩束光波之間的相互干涉（圖3-5）A：相位相同時.45兩種不同類型的光學顯微鏡所拍攝的圖像比較（圖3-6）體外培養(yǎng)的MDCK細胞的圖像A:普通顯微鏡所拍B：相差顯微鏡所拍.兩種不同類型的光學顯微鏡所拍攝的圖像比較（圖3-6）體外培養(yǎng)46（三）、熒光顯微鏡由于熒光顯微鏡的暗視野為熒光信號提供了強反差背景，非常微弱的熒光信號亦可得以分辨。.（三）、熒光顯微鏡由于熒光顯微鏡的暗視野為熒光信號提供了強反47熒光顯微鏡的基本原理及其應用（圖3-7）A:基本原理B：不同熒光素所需激發(fā)波長與所產(chǎn)生的熒光波長比較C：在有絲分裂中期中.熒光顯微鏡的基本原理及其應用（圖3-7）A:基本原理.48（四）、激光掃描共焦顯微鏡激光掃描共焦顯微鏡：用聚焦極好的激光束對樣品單一景深的層面進行快速掃描，從而獲得“光學切片”效果的顯微鏡。.（四）、激光掃描共焦顯微鏡激光掃描共焦顯微鏡：用聚焦極好的激49激光掃描共焦顯微鏡的原理圖（圖3-8）.激光掃描共焦顯微鏡的原理圖（圖3-8）.50熒光顯微鏡（A）和激光掃描共焦顯微鏡（B）所觀察圖像的比較（圖3-9）.熒光顯微鏡（A）和激光掃描共焦顯微鏡（B）所觀察圖像的比較（51二、電子顯微鏡（一）、電子顯微鏡的基本知識1.電子顯微鏡與光學顯微鏡的基本區(qū)別2.電子顯微鏡的分辨本領與有效放大倍數(shù)3.電子顯微鏡的基本構造（二）、主要電鏡制樣技術1.超薄切片技術2.負染色技術3.冷凍蝕刻技術4.電鏡三維重構與低溫電鏡技術5.掃描電鏡技術.二、電子顯微鏡（一）、電子顯微鏡的基本知識.52（一）、電子顯微鏡的基本知識1.電子顯微鏡與光學顯微鏡的基本區(qū)別2.電子顯微鏡的分辨本領與有效放大倍數(shù)3.電子顯微鏡的基本構造.（一）、電子顯微鏡的基本知識1.電子顯微鏡與光學顯微鏡的基53電子顯微鏡的基本結構（A）和成像原理（B）（圖3-10）.電子顯微鏡的基本結構（A）和成像原理（B）（圖3-10）.54電子顯微鏡與普通光學顯微鏡的基本區(qū)別（表3-1）.電子顯微鏡與普通光學顯微鏡的基本區(qū)別（表3-1）.55（二）、主要電鏡制樣技術1.超薄切片技術：切片厚度一般僅為40~50nm2.負染色技術：用重金屬鹽對電鏡樣品進行染色的技術，使得重金屬鹽沉積在樣品周圍，而樣品不被染色，從而襯托出樣品的精細結構。3.冷凍蝕刻技術：樣品經(jīng)冷凍斷裂后，在真空中短暫暴露，使斷裂面上的一層薄冰升華，暴露出蝕刻面，以便在電子顯微鏡下進行觀察。4.電鏡三維重構與低溫電鏡技術5.掃描電鏡技術：利用電子在樣品表面掃描產(chǎn)生二次電子成像的顯微鏡。.（二）、主要電鏡制樣技術1.超薄切片技術：切片厚度一般僅為56幾種固定劑對細胞不同成分的固定效果的比較（表3-2）.幾種固定劑對細胞不同成分的固定效果的比較（表3-2）.57電鏡超薄切片樣本制備示意圖（圖3-11）.電鏡超薄切片樣本制備示意圖（圖3-11）.58超薄切片技術顯示的動物細胞超微結構（圖3-12）.超薄切片技術顯示的動物細胞超微結構（圖3-12）.59家蠶細小病毒負染色電鏡照片（病毒直徑20nm）（圖3-13）.家蠶細小病毒負染色電鏡照片（病毒直徑20nm）（圖3-13）60冰凍蝕刻技術示意圖（圖3-14）冷凍斷裂復型：樣品組織冷凍后，用刀口撞擊，使樣品沿阻力最小的面斷裂（通常在脂雙層兩小葉之間發(fā)生斷裂），產(chǎn)生兩個斷裂面，用金屬噴鍍獲得斷裂面的投影復制品，用于電子顯微鏡分析。.冰凍蝕刻技術示意圖（圖3-14）冷凍斷裂復型：樣品組織冷凍61電子掃描斷層成像技術顯示細菌的部分鞭毛及其復雜的基部結構（箭頭所指）（圖3-15）.電子掃描斷層成像技術顯示細菌的部分鞭毛及其復雜的基部結構（箭62掃描電鏡原理示意圖（A），掃描電鏡下可清晰地顯示原生動物四膜蟲表面的纖毛和口器（B）（圖3-16）.掃描電鏡原理示意圖（A），掃描電鏡下可清晰地顯示原生動物四膜63三、掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡：一種利用隧道效應來探測微觀世界物質表面形貌的顯微鏡。.三、掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡：一種利用隧道效應來探測微觀64第二節(jié)細胞及其組分的分析方法一、用超離心技術分離細胞組分二、細胞成分的細胞化學顯示方法三、特異蛋白抗原的定位與定性四、細胞內(nèi)特異核酸的定位與定性五、定量細胞化學分析與細胞分選技術.第二節(jié)細胞及其組分的分析方法一、用超離心技術分離細胞組分65一、用超離心技術分離細胞組分.一、用超離心技術分離細胞組分.66用差速離心法分離細胞勻漿中的各種細胞組分（圖3-17）.用差速離心法分離細胞勻漿中的各種細胞組分（圖3-17）.67用密度梯度離心分離細胞組分示意圖（圖3-18）.用密度梯度離心分離細胞組分示意圖（圖3-18）.68二、細胞成分的細胞化學顯示方法為了測定蛋白質、核酸、多糖和脂質等細胞組分，通常利用一些顯色劑與所檢測物質中一些特殊基團特異性結合（反應）的特征，通過顯色劑在細胞中的定位及顏色的深淺來判斷某種物質在細胞中的分布和相對含量。.二、細胞成分的細胞化學顯示方法為了測定蛋白質、核酸、多糖和脂69三、特異蛋白抗原的定位與定性（一）、免疫熒光技術（二）、免疫電鏡技術.三、特異蛋白抗原的定位與定性（一）、免疫熒光技術.70直接免疫熒光標記與間接免疫熒光標記技術（圖3-19）直接免疫熒光標記技術：利用偶聯(lián)熒光分子的抗體與細胞或細胞切片進行孵育，使抗體和相應抗原結合，在熒光顯微鏡下對抗原進行定位的技術。間接免疫熒光標記技術：即不帶熒光標記的第一抗體與相應抗原孵育形成復合物后，再用熒光標記的第二抗體識別第一抗體，從而顯示抗原所在位置。.直接免疫熒光標記與間接免疫熒光標記技術（圖3-19）直接免疫71免疫膠體金電鏡原位雜交技術的基本原理與應用（膀胱上皮細胞膜蛋白的分布：箭頭所指）（圖3-20）.免疫膠體金電鏡原位雜交技術的基本原理與應用（膀胱上皮細胞膜蛋72四、細胞內(nèi)特異核酸的定位與定性原位雜交（insituhybridization）：通過單鏈RNA或DNA探針對細胞或組織中的基因或mRNA進行定位的技術。.四、細胞內(nèi)特異核酸的定位與定性原位雜交（insituhy73用原位雜交技術顯示Z13基因在受精后1d的斑馬魚胚胎的體節(jié)、眼和松果體中的表達（箭頭所指）（圖3-21）.用原位雜交技術顯示Z13基因在受精后1d的斑馬魚胚胎的體節(jié)、74五、定量細胞化學分析與細胞分選技術流式細胞術：一種用于核酸、蛋白質、染色體和細胞等的定量、分離和分選的技術。.五、定量細胞化學分析與細胞分選技術流式細胞術：一種用于核酸、75流式細胞儀的工作原理（圖3-22）.流式細胞儀的工作原理（圖3-22）.76第三節(jié)細胞培養(yǎng)與細胞工程一、細胞培養(yǎng)二、細胞工程.第三節(jié)細胞培養(yǎng)與細胞工程一、細胞培養(yǎng).77一、細胞培養(yǎng)（一）、動物細胞培養(yǎng)（二）、植物細胞培養(yǎng)原代培養(yǎng)：用直接從生物體獲得的細胞所進行的培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：在體外培養(yǎng)條件下對細胞一代接一代的持續(xù)培養(yǎng)。細胞系：來源于動物或植物細胞，能夠在體外培養(yǎng)過程中無限增殖的細胞群體。

.一、細胞培養(yǎng)（一）、動物細胞培養(yǎng).78體外培養(yǎng)的細胞（圖3-23）A：正在生長分裂的HeLe（宮頸瘤）細胞B:長滿單層的CHO（中國倉鼠卵巢）原代細胞.體外培養(yǎng)的細胞（圖3-23）A：正在生長分裂的HeLe（宮頸79二、細胞工程（一）、細胞融合與單克隆抗體技術（二）、顯微操作技術與動物的克隆細胞融合：兩個細胞通過質膜的接觸并相互融合形成一個細胞的過程。融合后的細胞只有一個連續(xù)的細胞質膜。單克隆抗體：來自單個細胞克隆所分泌的抗體分子。雜交瘤技術：由一個正常的產(chǎn)生抗體的B淋巴細胞與一個惡性骨髓瘤細胞融合產(chǎn)生的雜種細胞系。具有無限增殖和產(chǎn)生單克隆抗體的特性。細胞拆合：即先把細胞核與細胞質分離開來，然后把不同來源的核體和胞質體相互融合，形成核-質雜交細胞。.二、細胞工程（一）、細胞融合與單克隆抗體技術.80單克隆抗體制備過程示意圖（圖3-24）.單克隆抗體制備過程示意圖（圖3-24）.81應用顯微注射技術進行細胞核移植（圖3-25）.應用顯微注射技術進行細胞核移植（圖3-25）.82第四節(jié)細胞及生物大分子的動態(tài)變化一、熒光漂白恢復技術二、單分子技術與細胞生命活動的研究三、酵母雙雜交技術四、熒光共振能量轉移技術五、放射自顯影技術.第四節(jié)細胞及生物大分子的動態(tài)變化一、熒光漂白恢復技術.83一、熒光漂白恢復技術熒光漂白恢復技術：一種研究膜組分流動性的技術。通過膜組分與熒光染料連接，用激光不可逆地漂白膜上的某一熒光區(qū)域，然后根據(jù)漂白區(qū)熒光恢復的速度，研究膜的流動性。.一、熒光漂白恢復技術熒光漂白恢復技術：一種研究膜組分流動性的84熒光漂白恢復技術原理示意圖（圖3-26）.熒光漂白恢復技術原理示意圖（圖3-26）.85二、單分子技術與細胞生命活動的研究單分子技術：一種在細胞內(nèi)實時觀測單一生物分子運動規(guī)律的技術，可在納米空間尺度和毫秒時間尺度上精確測量單分子的距離、位置、指向、分布、結構以及各種動態(tài)過程。.二、單分子技術與細胞生命活動的研究單分子技術：一種在細胞內(nèi)實86利用光鑷來研究生物單分子體系（圖3-27）.利用光鑷來研究生物單分子體系（圖3-27）.87三、酵母雙雜交技術酵母雙雜交技術：一種利用酵母基因表達系統(tǒng)在體內(nèi)分析蛋白質-蛋白質相互作用的技術。.三、酵母雙雜交技術酵母雙雜交技術：一種利用酵母基因表達系統(tǒng)在88用于檢測蛋白質-蛋白質互作的酵母雙雜交技術原理示意圖（圖3-28）.用于檢測蛋白質-蛋白質互作的酵母雙雜交技術原理示意圖（圖3-89四、熒光共振能量轉移技術熒光共振能量轉移技術：一種用來檢測活細胞內(nèi)兩種蛋白質分子是否直接相互作用的技術。.四、熒光共振能量轉移技術熒光共振能量轉移技術：一種用來檢測活90熒光共振能量轉移原理圖（圖3-29）.熒光共振能量轉移原理圖（圖3-29）.91五、放射自顯影技術放射自顯影技術：通過檢測放射性標記物質在細胞內(nèi)的定位來觀察某一特定生化反應過程的技術。在含有放射性同位素的組織切片上涂一薄層感光乳膠，乳膠經(jīng)組織發(fā)出的射線曝光、顯影，在顯微鏡下通過觀察銀顆粒定位，可以獲知細胞中有放射性信號的位點。.五、放射自顯影技術放射自顯影技術：通過檢測放射性標記物質在細92常用放射性同位素的基本特點（表3-3）.常用放射性同位素的基本特點（表3-3）.93電鏡放射自顯影圖片（顯示RNA合成部位）（圖3-30）N：細胞核Nu：核仁SG：銀顆粒.電鏡放射自顯影圖片（顯示RNA合成部位）（圖3-30）N：細94第五節(jié)模式生物與功能基因組的研究一、細胞生物學研究常用的模式生物二、突變體制備技術三、蛋白質組學技術.第五節(jié)模式生物與功能基因組的研究一、細胞生物學研究常用的95一、細胞生物學研究常用的模式生物（一）、大腸桿菌（二）、酵母（三）、線蟲（四）、果蠅（五）、斑馬魚（六）、小鼠（七）、擬南芥.一、細胞生物學研究常用的模式生物（一）、大腸桿菌.96二、突變體制備技術RNA干擾（RNAi）：一種把雙鏈小分子（或單鏈反義）RNA導入細胞或模式生物體中使某mRNA降解或抑制其翻譯活性的技術?；蚯贸阂环N同源替代技術。.二、突變體制備技術RNA干擾（RNAi）：一種把雙鏈小分子（97RNAi原理的示意圖（圖3-31）.RNAi原理的示意圖（圖3-31）.98三、蛋白質組學技術（一）、雙向凝膠電泳（二）、色譜技術（三）、質譜（四）、蛋白質芯片（五）、生物信息學.三、蛋白質組學技術（一）、雙向凝膠電泳.99本章概要（一）細胞生物學的研究不僅涉及多種實驗手段，而且較其他生命學科更多地依賴于其研究方法和實驗技術。從發(fā)現(xiàn)細胞所使用的光學顯微鏡，到將細胞超微結構呈現(xiàn)在人們面前的電子顯微鏡，直至達到原子尺度分辨率的掃描隧道顯微鏡等儀器的出現(xiàn)，使細胞形態(tài)結構與細胞組分的研究手段發(fā)生了革命性的改變。這種改變不僅限于儀器分辨率水平的提高，而且包含大量實驗技術的涌現(xiàn)。就儀器本身而言，如光學顯微鏡，也經(jīng)歷了前所未有的改進和發(fā)展。因此了解各種儀器的基本原理，相關實驗技術的操作要點和所能解決的問題就顯得十分重要。如活體細胞可以用相差顯微鏡及微分干涉顯微鏡觀察，熒光顯微鏡技術和掃描共焦顯微鏡與現(xiàn)代圖像處理技術相結合在蛋白質與核酸等生物大分子的定性與定位方面發(fā)揮了重要作用。超薄切片技術是觀察細胞超微結構的基礎，掃描電鏡技術則是觀察細胞表面形貌的有力工具；掃描隧道顯微鏡技術在納米生物學的研究領域具有獨特的優(yōu)越性。細胞組分的分離與純化可以用超速離心等技術；成分分析與細胞結構觀察的結合依賴于細胞化學技術、免疫熒光技術、免疫電鏡技術、原位雜交技術等。.本章概要（一）細胞生物學的研究不僅涉及多種實驗手段，而且較其100本章概要（二）細胞培養(yǎng)技術是生命科學研究中的一項基本技術，也是當今細胞工程乃至基因工程的應用基礎。干細胞的體外培養(yǎng)與定向分化的研究，也都是基于細胞體外培養(yǎng)技術的建立與發(fā)展。生物大分子之間的相互作用，特別是在活體細胞中的相互作用與動態(tài)變化是了解細胞生命活動機理的核心課題之一，因此單分子技術及相關技術也就受到了密切的關注和越來越廣泛的應用。這里需要強調(diào)一下在解決細胞生物學諸多問題中，最基本的、最為有效的途徑之一，就是利用模式生物進行遺傳分析的方法。經(jīng)典遺傳分析的方法是從表型到基因型的研究，通過大量突變株的誘變，從而了解特定基因的生物學功能。細胞生物學中很多知識都是應用這一方法獲得的?；蚩寺∨c轉基因技術的發(fā)展使由基因型到表型的研究成為可能，即功能基因組學。如在基因層面上的基因敲除，在RNA層面上的RNA干涉等研究。借此，人們可以從基因突變到表型分析，快速、系統(tǒng)地了解基因的功能。進而結合蛋白質組學和生物信息學的分析手段，深入研究細胞生命活動，逐步揭示生命本質和運動規(guī)律（見下圖）。.本章概要（二）細胞培養(yǎng)技術是生命科學研究中的一項基本技術，也101本章概要（三）細胞生物學研究的基本思路.本章概要（三）細胞生物學研究的基本思路.102第四章細胞質膜第一節(jié)細胞質膜的結構模型與基本成分第二節(jié)細胞質膜的基本特征與功能.第四章細胞質膜第一節(jié)細胞質膜的結構模型與基本成分.103細胞質膜與生物膜

細胞質膜（plasmamembrane）：細胞與其外部環(huán)境之間的生物膜，構成細胞的界膜和選擇性滲透屏障。質膜在物質運輸、能量轉換和信息傳遞過程中起著重要作用。生物膜（biomembrane）：細胞質膜和細胞內(nèi)的膜系統(tǒng)統(tǒng)稱為生物膜。.細胞質膜與生物膜細胞質膜（plasmamembrane104第一節(jié)細胞質膜的結構模型與基本成分一、細胞質膜的結構模型二、膜脂三、膜蛋白.第一節(jié)細胞質膜的結構模型與基本成分一、細胞質膜的結構模型105一、細胞質膜的結構模型

脂雙層（lipidbilayer）：生物膜的膜脂分子基于親水和疏水相互作用而自我組裝形成的一種雙分子層結構，其疏水尾部在內(nèi)，而親水性頭部朝向水相。流動鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）：一種關于生物膜的動態(tài)結構模型，脂雙層上鑲嵌著蛋白質是膜的基本結構，脂質和膜蛋白是可流動的和不對稱分布的，它們通過在膜內(nèi)的運動與其他膜分子發(fā)生相互作用。脂筏（

lipidraft）：生物膜上富含鞘磷脂和膽固醇的相對有序的微小區(qū)域，與生物膜某些特定功能的發(fā)揮有關。.一、細胞質膜的結構模型

脂雙層（lipidbilayer106電鏡超薄切片技術顯示的細胞質膜結構（圖4-1）.電鏡超薄切片技術顯示的細胞質膜結構（圖4-1）.107生物膜的模型（圖4-2）A：流動鑲嵌模型示意圖B：生物膜結構示意圖.生物膜的模型（圖4-2）A：流動鑲嵌模型示意圖.108細胞膜的脂筏模型示意圖（圖4-3）.細胞膜的脂筏模型示意圖（圖4-3）.109病毒出芽過程中細胞質膜的動態(tài)變化（圖4-4）.病毒出芽過程中細胞質膜的動態(tài)變化（圖4-4）.110二、膜脂（一）、成分（二）、膜脂的運動方式（三）、脂質體.二、膜脂（一）、成分.111（一）、成分1.甘油磷脂2.鞘脂3.膽固醇.（一）、成分1.甘油磷脂.112膜脂的基本類型（圖4-5）A：甘油磷脂B：鞘磷脂與糖脂C：膽固醇兩親性分子（amphipathicmolecule）：一種重要的生物學特性，分子中同時含有親水區(qū)和疏水區(qū)。.膜脂的基本類型（圖4-5）A：甘油磷脂.113脂分子極性頭的空間占位對脂雙層曲度的影響（圖4-6）PC：磷脂酰膽堿（卵磷脂）PE：磷脂酰膽胺（腦磷脂）.脂分子極性頭的空間占位對脂雙層曲度的影響（圖4-6）PC：磷114不同膜脂成分的脂雙層厚度的比較（圖4-7）A：卵磷脂B：鞘磷脂.不同膜脂成分的脂雙層厚度的比較（圖4-7）A：卵磷脂.115（二）、膜脂的運動方式沿膜平面的側向運動圍繞軸心的自旋運動尾部的擺動在脂雙層上的翻轉運動（一般極少發(fā)生）.（二）、膜脂的運動方式沿膜平面的側向運動.116（三）、脂質體脂質體（liposome）：在水溶液環(huán)境中，一種由人工形成的球形脂雙層結構。.（三）、脂質體脂質體（liposome）：在水溶液環(huán)境中117幾種類型的脂質體（圖4-8）.幾種類型的脂質體（圖4-8）.118三、膜蛋白（一）、膜蛋白的類型（二）、內(nèi)在膜蛋白與膜脂結合的方式（三）、去垢劑.三、膜蛋白（一）、膜蛋白的類型.119（一）、膜蛋白的類型外周膜蛋白（

peripheralprotein）：位于磷脂雙分子層表面，通過非共價鍵與膜脂或膜蛋白發(fā)生相互作用的一種膜結合蛋白。內(nèi)在膜蛋白（intrinsicmembraneprotein）或整合膜蛋白（integralprotein）：鑲嵌或橫跨脂雙層的膜結合蛋白。脂錨定膜蛋白（lipidanchoredprotein）：位于脂雙層表面，與脂雙層內(nèi)的脂分子共價連接的膜結合蛋白。.（一）、膜蛋白的類型外周膜蛋白（

peripheralp120膜蛋白的基本類型（圖4-9）.膜蛋白的基本類型（圖4-9）.121脂錨定膜蛋白的3種類型（1）脂肪酸（豆蔻酸或軟脂酸）結合到膜蛋白N端的Gly殘基上（2）由15或20個碳鏈長的烴鏈結合到膜蛋白C端的Cys殘基上（有時還有另一條烴鏈或脂肪酸鏈結合到近C端的Cys殘基上）（3）通過糖脂錨定在質膜（外側）上，如GPI（磷脂酰肌醇糖脂）錨定方式。.脂錨定膜蛋白的3種類型（1）脂肪酸（豆蔻酸或軟脂酸）結合到122脂錨定膜蛋白的3種基本類型（圖4-10）.脂錨定膜蛋白的3種基本類型（圖4-10）.123（二）、內(nèi)在膜蛋白與膜脂結合的方式內(nèi)在膜蛋白是跨膜蛋白，由胞質外結構域、跨膜結構域和胞質內(nèi)結構域3部分組成。其中跨膜結構域是與膜脂結合的主要部位，具體作用方式如下：（1）跨膜結構域是由含有20個左右的疏水氨基酸殘基的α螺旋組成：如單次跨膜或多次跨膜；由多個α螺旋形成的特異極性分子跨膜通道內(nèi)側是極性的，而外側是非極性的。（2）跨膜結構域主要是由多個含有10~12個氨基酸殘基的β折疊片組成，如孔蛋白（porin）?？椎鞍状嬖谟诰€粒體和葉綠體外膜上的內(nèi)在膜蛋白，形成非選擇性的通道。.（二）、內(nèi)在膜蛋白與膜脂結合的方式內(nèi)在膜124內(nèi)在膜蛋白與膜脂結合方式示意圖（圖4-11）.內(nèi)在膜蛋白與膜脂結合方式示意圖（圖4-11）.125轉運甘油的水孔蛋白G1pf的三維結構圖像（圖4-12）水孔蛋白（aquaporin）：動植物細胞質膜上轉運水分子的特異蛋白，為水分子的快速跨膜運動提供通道。.轉運甘油的水孔蛋白G1pf的三維結構圖像（圖4-12）水孔蛋1263-磷酸甘油轉運蛋白的三維結構圖像（圖4-13）.3-磷酸甘油轉運蛋白的三維結構圖像（圖4-13）.127（三）、去垢劑去垢劑（detergent）：一端親水、另一端疏水的兩性分子，是分離和研究膜蛋白的常用試劑。去垢劑分為離子型去垢劑和非離子型去垢劑：前者如十二烷基硫酸鈉（SDS），后者如TritonX－100.（三）、去垢劑去垢劑（detergent）：一端親水、另一端128利用去垢劑萃取和研究膜蛋白（圖4-14）B：用不同的去垢劑處理膀胱上皮細胞質膜所萃取的膜蛋白的SDS凝膠電泳圖譜.利用去垢劑萃取和研究膜蛋白（圖4-14）B：用不同的去垢劑處129第二節(jié)細胞質膜的基本特征與功能一、膜的流動性二、膜的不對稱性三、細胞質膜相關的膜骨架四、細胞質膜的基本功能.第二節(jié)細胞質膜的基本特征與功能一、膜的流動性.130一、膜的流動性（一）、膜脂的流動性（二）、膜蛋白的流動性（三）、膜脂和膜蛋白運動速率的檢測.一、膜的流動性（一）、膜脂的流動性.131（一）、膜脂的流動性脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高，則膜脂的流動性越大。鞘脂的相變溫度一般高于磷脂。膽固醇起束尾和疏開的雙重作用，但通常膽固醇是起到防止膜脂由液相變成固相以保證膜脂處于流動狀態(tài)的作用。.（一）、膜脂的流動性脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高，則膜脂的流132（二）、膜蛋白的流動性熒光抗體免疫標記實驗：兩種熒光標記→細胞融合→對半→均勻→成斑→成帽膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運動是自發(fā)的熱運動細胞骨架既限制膜蛋白的運動，也影響其周圍的膜脂的流動常用非離子去垢劑把膜蛋白溶解下來.（二）、膜蛋白的流動性熒光抗體免疫標記實驗：兩種熒光標記→細133（三）、膜脂和膜蛋白運動速率的檢測在熒光漂白恢復技術中，根據(jù)熒光恢復的速度可推算出膜蛋白或膜脂的擴散速度。脂分子與蛋白質分子及蛋白質分子之間的相互作用束縛膜蛋白的自由擴散。.（三）、膜脂和膜蛋白運動速率的檢測在熒光漂白恢復技術中，根據(jù)134二、膜的不對稱性（一）、細胞質膜各膜面的名稱（二）、膜脂的不對稱性（三）、膜蛋白的不對稱性.二、膜的不對稱性（一）、細胞質膜各膜面的名稱.135（一）、細胞質膜各膜面的名稱.（一）、細胞質膜各膜面的名稱.136生物膜各膜面的名稱（圖4-15）ES：質膜的細胞外表面PS：質膜的原生質表面EF：質膜的細胞外小葉斷裂面PF：質膜的原生質小葉斷裂面.生物膜各膜面的名稱（圖4-15）ES：質膜的細胞外表面.137細胞膜系統(tǒng)拓撲學結構的示意圖（圖4-16）圖中顯示：細胞的膜系統(tǒng)在膜泡出芽、融合及轉運過程中，其拓撲學結構保持不變。.細胞膜系統(tǒng)拓撲學結構的示意圖（圖4-16）圖中顯示：細胞的膜138（二）、膜脂的不對稱性同一種膜脂在脂雙層中的分布不同糖脂僅存在于質膜的外小葉中及內(nèi)膜的ES面（內(nèi)面）.（二）、膜脂的不對稱性同一種膜脂在脂雙層中的分布不同.139磷脂在人紅細胞質膜上分布的示意圖（圖4-17）在外小葉中多者：SM：鞘磷脂PC：卵磷脂在內(nèi)小葉中多者：PE：腦磷脂PS：磷脂酰絲氨酸PI：磷脂酰肌醇無偏重者：CI：膽固醇.磷脂在人紅細胞質膜上分布的示意圖（圖4-17）在外小葉中多者140（三）、膜蛋白的不對稱性同一種膜蛋白在脂雙層中的分布具有特定的方向或拓撲學特征糖蛋白的糖基位于質膜的ES面各種生物膜的特征和功能主要是由膜蛋白來決定的.（三）、膜蛋白的不對稱性同一種膜蛋白在脂雙層中的分布具有特定141人的ABO血型抗原寡糖鏈結構的比較（圖4-18）.人的ABO血型抗原寡糖鏈結構的比較（圖4-18）.142三、細胞質膜相關的膜骨架（一）、膜骨架膜骨架是指質膜下與膜蛋白相連的纖維蛋白網(wǎng)架，參與維持質膜的形狀并協(xié)助質膜完成多種生理功能。（二）、紅細胞的生物學特性血影是指紅細胞（既無細胞核又無內(nèi)膜系統(tǒng)）經(jīng)低滲處理，釋放出血紅蛋白和胞內(nèi)其它可溶性蛋白后，留下的仍保持原來基本形狀和大小的紅細胞結構。血影是研究質膜結構及其與膜骨架關系的理想材料。（三）、紅細胞的質膜蛋白及膜骨架.三、細胞質膜相關的膜骨架（一）、膜骨架.143紅細胞膜骨架的基本結構與成分（圖4-19）A：紅細胞血影C：血影的負染照片（顯示膜骨架）B：SDS對血影成分分析D：膜骨架與膜蛋白結合的示意圖.紅細胞膜骨架的基本結構與成分（圖4-19）A：紅細胞血影144深度蝕刻電鏡圖片顯示小鼠耳部外毛細胞的細胞質膜與膜骨架（圖4-20）.深度蝕刻電鏡圖片顯示小鼠耳部外毛細胞的細胞質膜與膜骨架（圖4145四、細胞質膜的基本功能1.為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境2.選擇性的物質運輸3.提供細胞識別位點，并完成細胞內(nèi)外信息跨膜傳導。4.為多種酶提供結合位點5.介導細胞與細胞、細胞與胞外基質之間的連接6.參與形成細胞表面特化結構7.膜蛋白的異常常與某些遺傳病、癌、自身免疫病甚至是將推行性疾病相關，很多膜蛋白可作治療的藥物靶標。脂筏和胞膜窖具有特殊功能.四、細胞質膜的基本功能1.為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)146本章概要細胞質膜與其他生物膜一樣都是由膜脂與膜蛋白構成的。膜蛋白可分為膜內(nèi)在蛋白與膜周邊蛋白。脂雙分子層構成了膜的基本結構，其中包括脂筏結構。各種不同的膜蛋白與膜脂分子的協(xié)同作用不僅為細胞的生命活動提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境,而且還行使著物質轉運、信號傳遞、細胞識別等多種復雜的功能。流動性和不對稱性是生物膜的基本特征，也是完成其生理功能的必要保證。膜骨架是細胞質膜與膜內(nèi)的細胞骨架纖維形成的復合結構，它參與維持細胞的形態(tài)并協(xié)助細胞質膜完成多種生理功能。.本章概要細胞質膜與其他生物膜一樣都是由膜脂與膜蛋白構成的。膜147第五章物質的跨膜運輸?shù)谝还?jié)膜轉運蛋白與小分子物質的跨膜運輸?shù)诙?jié)ATP驅動泵與主動運輸?shù)谌?jié)胞吞作用與胞吐作用.第五章物質的跨膜運輸?shù)谝还?jié)膜轉運蛋白與小分子物質的跨148第一節(jié)膜轉運蛋白與小分子物質的跨膜運輸一、脂雙層的不透性與膜轉運蛋白二、小分子物質的跨膜運輸類型.第一節(jié)膜轉運蛋白與小分子物質的跨膜運輸一、脂雙層的不透性149一、脂雙層的不透性與膜轉運蛋白（一）、載體蛋白及其功能（二）、通道蛋白及其功能.一、脂雙層的不透性與膜轉運蛋白（一）、載體蛋白及其功能.150典型哺乳動物細胞內(nèi)外離子濃度的比較（表5-1）細胞內(nèi)最豐富的陽離子是K+，細胞外最豐富的陽離子是Na+。離子濃度差異分布由脂雙層的疏水特征和膜轉運蛋白的活性來調(diào)控。膜轉運蛋白（membranetransportprotein）即參與質膜上物質跨膜轉運的蛋白質，包括載體蛋白（transporter,carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）兩類。.典型哺乳動物細胞內(nèi)外離子濃度的比較（表5-1）細胞內(nèi)最豐富的151（一）、載體蛋白及其功能載體蛋白（carrierproteintransporter）：與特異的溶質結合，通過自身構象的改變介導物質的跨膜轉運。不同部位的生物膜含有與各自功能相關的載體蛋白。載體蛋白即可介導被動運輸，又可介導主動運輸。.（一）、載體蛋白及其功能載體蛋白（carrierprote152載體蛋白通過構象改變介導溶質（葡萄糖）被動運輸?shù)哪Ｐ停▓D5-1）.載體蛋白通過構象改變介導溶質（葡萄糖）被動運輸?shù)哪Ｐ停▓D5-153載體蛋白的舉例（表5-2）.載體蛋白的舉例（表5-2）.154（二）、通道蛋白及其功能通道蛋白（channelprotein）：通過形成親水性通道介導特異溶質的跨膜轉運。通道蛋白包括3種類型：離子通道（ionchannel）、孔蛋白（porin）和水孔蛋白（AQP）。通道蛋白形成高效性、選擇性和門控性的跨膜通道。.（二）、通道蛋白及其功能通道蛋白（channelprote1553種類型的離子通道示意圖（圖5-2）A：電壓門通道B、C：配體門通道D：應力激活通道.3種類型的離子通道示意圖（圖5-2）A：電壓門通道B156二、小分子物質的跨膜運輸類型（一）、簡單擴散（simplediffusion）（二）、被動運輸（passivetransport）（三）、主動運輸（activetransport）.二、小分子物質的跨膜運輸類型（一）、簡單擴散（simple157跨膜運輸類型（圖5-3）.跨膜運輸類型（圖5-3）.158（一）、簡單擴散簡單擴散（simplediffusion）：小分子物質以熱自由運動的方式順著電化學梯度或濃度梯度直接通過脂雙層進出細胞，既不需要細胞供能，也不需要膜轉運蛋白的協(xié)助。電化學梯度（electrochemicalgradient）：離子的電荷和濃度的總差異，決定物質在兩個區(qū)域之間的運動擴散能力。不同性質的小分子物質跨膜運動的速率差異極大。.（一）、簡單擴散簡單擴散（simplediffusion）159不同性質的分子通過無膜轉運蛋白的人工脂雙層（圖5-4）.不同性質的分子通過無膜轉運蛋白的人工脂雙層（圖5-4）.160（二）、被動運輸被動運輸（passivetransport）：在膜轉運蛋白的協(xié)助下，物質從高電化學勢或高濃度一側向低電化學勢或低濃度一側的跨膜運輸形式，又稱協(xié)助擴散（facilitateddiffusion）。.（二）、被動運輸被動運輸（passivetransport161水孔蛋白（AQP1）分布與結構示意圖（圖5-5）A：豚鼠質膜電鏡照片B：水孔蛋白（AQP1）C：水孔蛋白一個亞基（由3對同源的跨膜α螺旋組成）D：一個亞基三維結構的示意圖.水孔蛋白（AQP1）分布與結構示意圖（圖5-5）A：豚鼠質膜162部分水孔蛋白舉例（表5-3）.部分水孔蛋白舉例（表5-3）.163（三）、主動運輸主動運輸（activetransport）：由載體蛋白所介導的物質逆著電化學梯度或濃度梯度進行跨膜運輸?shù)姆绞?。它是一種需要消耗能量的物質跨膜運輸過程。主動運輸?？煞譃?種類型：ATP驅動泵（由ATP直接供能）、協(xié)同轉運蛋白（由ATP間接供能）和光驅動泵.（三）、主動運輸主動運輸（activetransport）164主動運輸3種類型1.ATP驅動泵（ATP-drivenpump）：能直接把ATP水解（ATPase）并利用該能量介導離子或小分子物質逆電化學梯度或濃度梯度進行跨膜運輸?shù)妮d體蛋白（泵）。2.協(xié)同轉運蛋白（cotransporter）：介導兩種物質協(xié)同（偶聯(lián)）跨膜運輸?shù)膬深惪缒まD運蛋白，是一種間接消耗ATP的主動運輸過程。一般前一種跨膜轉運蛋白負責逆梯度跨膜運輸一種物質，后一種跨膜轉運蛋白則負責順梯度跨膜運輸另一種物質，兩者偶聯(lián)起來進行。兩種物質運輸方向相同者稱為同向協(xié)同轉運蛋白（symporter），相反者則稱為反向協(xié)同轉運蛋白（antiporter）。光驅動泵（light-drivenpump）：對物質的主動運輸與光能的吸收相偶聯(lián)（如菌紫紅質）。.主動運輸3種類型1.ATP驅動泵（ATP-drivenp165主動運輸3種類型（圖5-6）.主動運輸3種類型（圖5-6）.166第二節(jié)ATP驅動泵與主動運輸一、P型泵二、V型質子泵和F型質子泵三、ABC超家族四、離子跨膜轉運與膜電位.第二節(jié)ATP驅動泵與主動運輸一、P型泵.1674種類型的ATP驅動泵（圖5-7）前3種轉運離子，后一種轉運小分子。.4種類型的ATP驅動泵（圖5-7）前3種轉運離子，后一種轉運168一、P型泵P型泵（P-typepump）：所有P型泵都有2個獨立的α催化亞基，具有ATP結合位點；絕大多數(shù)還具有2個起調(diào)節(jié)作用的小的β亞基。由于這類轉運泵水解ATP使自身形成磷酸化（phosphorylation）的中間體，因此稱為P型泵。大多數(shù)P型泵都是離子泵。（一）、

Na+-K+泵（

Na+-K+pump）（二）、Ca2+泵（Ca2+pump）和P型H+泵（P-typeH+pump）.一、P型泵P型泵（P-typepump）：所有P型泵都有169（一）、

Na+-K+泵Na+-K+泵（

Na+-K+pump）：又稱Na+-K+ATPase，能水解ATP，使α亞基磷酸化或去磷酸化，將3個Na+泵出細胞，而將2個K+泵入細胞的膜轉運載體蛋白。1.Na+-K+泵結構與轉運機制2.Na+-K+泵主要生理功能.（一）、

Na+-K+泵Na+-K+泵（

Na+-K+pu170Na+-K+泵的結構（A）與工作模式（B）示意圖（圖5-8）Na+依賴性的磷酸化和K+依賴性的去磷酸化引起Na+-K+泵構象發(fā)生有序變化每個工作循環(huán)消耗1個ATP分子，可以逆著電化學梯度泵出3個Na+和泵入2個K+。.Na+-K+泵的結構（A）與工作模式（B）示意圖（圖5-8）171小腸上皮細胞吸收葡萄糖的示意圖（圖5-9）Na+-K+泵主要生理功能：一般動物細胞要消耗1/3（神經(jīng)細胞消耗2/3）的總ATP供Na+-K+泵工作以維持細胞內(nèi)高K+低Na+的離子環(huán)境，其意義如下：（1）維持細胞膜電位（2）維持動物細胞滲透平衡（3）吸收營養(yǎng)（見左圖）.小腸上皮細胞吸收葡萄糖的示意圖（圖5-9）Na+-K+泵主要172（二）、Ca2+泵和P型H+泵1.Ca2+泵（Ca2+pump）Ca2+泵工作與ATP水解相偶聯(lián)，每消耗1分子ATP，從細胞質基質中泵走2個Ca2+。細胞質基質中低Ca2+濃度的維持主要得益于質膜或內(nèi)質網(wǎng)膜上的Ca2+泵將Ca2+泵到細胞外或內(nèi)質網(wǎng)腔內(nèi)。如在肌細胞中，Ca2+泵將Ca2+從細胞質基質泵到肌質網(wǎng)內(nèi)。2.P型H+泵（P-typeH+pump）植物細胞、真菌和細菌細胞質膜上雖無Na+-K+泵，但有P型H+泵。P型H+泵將H+泵出細胞，建立和維持跨膜的H+電化學梯度，并用來驅動協(xié)同轉運或使得細胞周圍環(huán)境呈酸性。.（二）、Ca2+泵和P型H+泵1.Ca2+泵（Ca2+173肌質網(wǎng)Ca+泵轉運Ca+前（A）和后（B）的工作模型（圖5-10）N:核苷酸結合部位P:磷酸化部位A:活化部位.肌質網(wǎng)Ca+泵轉運Ca+前（A）和后（B）的工作模型（圖5-174二、V型質子泵和F型質子泵V型質子泵（V-typeprotonpump）：廣泛存在于動物細胞的胞內(nèi)體膜、溶酶體膜，破骨細胞和某些腎小管細胞的質膜，以及植物和真菌細胞的液泡（首字母為v）膜上。V型質子泵H+將從細胞質基質中泵入細胞器。F型質子泵（F-typeprotonpump，F(xiàn)1F0-ATPase）：廣泛存在于細菌質膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體的類囊體膜上（F為factor的首字母）。

F型質子泵常利用質子動力勢合成ATP。V型質子泵和F型質子泵比P型泵結構更復雜，在功能上都只轉運H+，但在轉運過程中不形成磷酸化的中間體。.二、V型質子泵和F型質子泵V型質子泵（V-typeprot175三、ABC超家族ABC超家族：ABC超家族（ATPbindingcassettesuper-family）即ATP結合盒超家族，又叫ABC轉運蛋白，也是一類ATP驅動泵，利用ATP水解釋放的能量將糖、氨基酸、磷脂、膽固醇、肽和其它多種小分子物質進行跨膜轉運。ABC轉運蛋白是分布最廣的一類轉運蛋白，從細菌到人類都有。ABC轉運蛋白結構：所有ABC轉運蛋白（1條到多條肽鏈）共享一種由4個“核心”結構域組成的結構模式：2個跨膜結構域（T），每個含6個跨膜α螺旋，形成底物運輸?shù)耐凡Q定底物的特異性；2個凸向胞質側的ATP結合域（A），具有ATPase活性。每種ABC轉運蛋白對于底物或底物的某些基團有特異性。有些ABC轉運蛋白能夠將抗生素或其它親脂性抗癌藥物泵出細胞，賦予細胞抗藥性；遺傳病囊性纖維化（肺、汗腺和胰腺等中）的發(fā)生也是ABC轉運蛋白突變引起。.三、ABC超家族ABC超家族：ABC超家族（ATPbi176原核細胞（A）和真核細胞（B）ABC超家族結構與工作示意圖（圖5-11）ABC轉運蛋白工作模式：（1）、ATP結合前，ABC轉運蛋白的底物結合位點暴露于一側（原核細胞胞外一側或真核細胞胞內(nèi)一側）；（2）、ATP結合，ATP結合域二聚化并轉運底物到ABC轉運蛋白通路的另一側內(nèi)；（3）、ATP水解及ADP解離，ATP結合域解離（恢復原狀），同時釋放底物。.原核細胞（A）和真核細胞（B）ABC超家族結構與工作示意圖（177四、離子跨膜轉運與膜電位膜電位（membranepotential）：細胞質膜兩側各種帶電物質形成的電位差的總和。靜息電位（restingpotential）：可興奮細胞在其不受外來刺激時測得的膜電位差（-30~-70mV）。靜息電位是細胞質膜內(nèi)外相對穩(wěn)定的電位差質膜內(nèi)為負值，質膜外為正值，這種現(xiàn)象又稱極化（polarization）。動作電位（activepotential）：指細胞在刺激作用下產(chǎn)生的行使通訊功能的快速變化的膜電位。靜息電位的形成：動物細胞質膜對K+的通透性大于Na+是產(chǎn)生靜息電位的主要原因。靜息膜允許K+通過開放的非門控的滲漏通道順電化學梯度流向胞外，（此時Na+和K+電壓門控通道都關閉，Na+-K+泵不工作），產(chǎn)生外正內(nèi)負的靜息電位。動作電位的形成：極化（靜息）（K+滲漏出）→去極化（Na+通道流入）→反極化（Na+通道關閉，K+通道流出）→再極化（K+通道流出）→超極化（K+通道關閉）（見圖5-12）。詳見生理學有關內(nèi)容.四、離子跨膜轉運與膜電位膜電位（membranepoten178離子流與動作電位的關系示意圖（圖5-12）A：動作電位的產(chǎn)生和膜電位改變B：動作電位產(chǎn)生過程中，膜通透性改變C：動作電位產(chǎn)生過程中，離子通道開啟與關閉示意圖.離子流與動作電位的關系示意圖（圖5-12）A：動作電位的產(chǎn)生179第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用一、胞吞作用的類型二、胞吞作用與細胞信號轉導三、胞吐作用.第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用一、胞吞作用的類型.180一、胞吞作用的類型膜泡運輸（vesiculartransport）：以膜泡的形式將蛋白質、脂分子等物質從細胞一個區(qū)間轉運到另一個區(qū)間。胞吞作用（endocytosis）：通過質膜內(nèi)陷形成膜泡，將細胞外或細胞質膜表面的物質包裹到膜泡內(nèi)并轉運到細胞內(nèi)（吞噬作用和胞飲作用）。（一）、吞噬作用（phagocytosis）（二）、胞飲作用（pinocytosis）.一、胞吞作用的類型膜泡運輸（vesiculartransp181胞吞作用的類型（圖5-13）.胞吞作用的類型（圖5-13）.182（一）、吞噬作用吞噬作用（phagocytosis）：針對胞外生物大分子和顆粒性物質的胞吞作用。在原生生物中，吞噬作用是攝取食物的一種方式；在高等多細胞生物體中，吞噬作用往往發(fā)生于巨噬細胞和中性粒細胞，其作用不僅僅是攝取營養(yǎng)物，主要是清除侵染機體的病原體以及衰老或凋亡的細胞。胞吞泡（endocyticvesicle）與吞噬體（phagosome）：胞吞時質膜內(nèi)陷脫落形成的囊泡，稱胞吞泡；通過吞噬作用形成的胞吞泡稱吞噬體。.（一）、吞噬作用吞噬作用（phagocytosis）：針對胞183抗體誘發(fā)的吞噬作用（圖5-14）.抗體誘發(fā)的吞噬作用（圖5-14）.184（二）、胞飲作用（1）胞飲作用（pinocytosis）：針對胞外生物大分子或液體物質的胞吞作用。胞飲作用可以分為網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用、胞膜窖依賴的胞吞作用、大型胞飲作用和非網(wǎng)格蛋白/胞膜窖依賴的胞吞作用4種類型。胞飲作用可分為受體介導型（具有專一性和濃縮性）和非受體介導型。1.網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用（clathrindependentendocytosis）網(wǎng)格蛋白（clathrin）：又稱籠形蛋白，是一類包被蛋白，由3個二聚體（1條重鏈和1條輕鏈）組成三腿蛋白（triskelion），作為包被的結構單位，組裝形成多面體籠形結構。當配體與膜上受體結合后，網(wǎng)格蛋白聚集在膜下，逐漸形成直徑50~100nm的質膜凹陷，即網(wǎng)格蛋白包被小窩（clathrin-coatedpit）。網(wǎng)格蛋白介導高爾基體到溶酶體的小泡以及胞吞泡等的形成過程。銜接蛋白（adaptin）：對轉運分子有特異性選擇作用，它既能結合網(wǎng)格蛋白，又能識別跨膜受體胞質面的尾部肽信號，從而通過網(wǎng)格蛋白包被泡介導跨膜受體及其結合配體的選擇性運輸。發(fā)動蛋白（dynamin）：一種小G蛋白，在深陷的包被小窩的頸部組裝成環(huán)，水解與其結合的GTP，引起頸部縊縮，最終脫離質膜形成網(wǎng)格蛋白包被膜泡。網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用：被轉運分子→受體→內(nèi)化→網(wǎng)格蛋白包被膜泡→脫包被膜泡→胞內(nèi)體（分選）→被轉運分子到溶酶體降解，受體返回質膜.（二）、胞飲作用（1）胞飲作用（pinocytosis）：針185通過網(wǎng)格蛋白包被膜泡介導的選擇性運輸示意圖（圖5-15）.通過網(wǎng)格蛋白包被膜泡介導的選擇性運輸示意圖（圖5-15）.186受體介導的胞吞作用

受體（receptor）：受體是任何能與特定信號分子（配體）結合的（膜）蛋白分子，通常導致細胞攝取反應或細胞信號轉導。受體介導的胞吞作用（receptormediatedendocytosis）：通過網(wǎng)格蛋白有被小泡從胞外基質攝取特定大分子的途徑。被轉運的大分子物質與細胞表面互補性的受體結合，形成受體-配體復合物并引發(fā)細胞質膜局部內(nèi)化作用，然后小窩脫離質膜形成有被小泡而將物質吞入細胞內(nèi)。胞內(nèi)體（endosome）：動物細胞內(nèi)由膜包圍的細胞器，其作用是轉運由胞吞作用新攝取的物質到溶酶體被降解。胞內(nèi)體（具有質子泵）被認為是胞吞物質的主要分選站，其中的酸性環(huán)境在分選過程中起著關鍵作用（被吞物到溶酶體降解，受體返回質膜、入溶酶體或運至另一側質膜—跨細胞轉運）。.受體介導的胞吞作用受體（receptor）：受體是任何能187LDL（低密度脂蛋白）通過受體介導的胞吞作用進入細胞（圖5-16）受體介導的胞吞作用（receptormediatedendocytosis）：通過網(wǎng)格蛋白有被小泡從胞外基質攝取特定大分子的途徑。被轉運的大分子物質與細胞表面互補性的受體結合，形成受體-配體復合物并引發(fā)細胞質膜局部內(nèi)化作用，然后小窩脫離質膜形成有被小泡而將物質吞入細胞內(nèi)。.LDL（低密度脂蛋白）通過受體介導的胞吞作用進入細胞（圖5-188（二）、胞飲作用（2）其它類型的胞飲作用（圖5-13）（1）、胞膜窖依賴的胞吞作用（caveoladependentendocytosis）：被轉運分子→胞膜窖（脂筏區(qū)）→膜泡（窖蛋白包被）→膜窖體（胞內(nèi)體樣細胞器）（分選）/質膜另一側胞膜窖的形成部位位于質膜的脂筏區(qū)域；胞膜窖所在部位含大量信號轉導的受體和蛋白激酶，暗示胞膜窖很可能發(fā)揮一種信號轉導平臺的作用。（2）、大型胞飲作用（macropinocytosis）：通過質膜皺褶包裹內(nèi)吞物形成囊泡完成胞飲作用。質膜皺褶形成依賴微絲及其結合蛋白；胞吞泡比較大；啟動大型胞飲作用和其它生理功能的受體位于很多類型的細胞表面。（3）、非網(wǎng)格蛋白/胞膜窖依賴的胞吞作用（clathrinandcaveolaindependentendocytosis）：如位于淋巴細胞膜上的白介素-2（interleukin-2，IL-2）受體介導的胞吞作用屬于此類。.（二）、胞飲作用（2）其它類型的胞飲作用（圖5-13）.189二、胞吞作用與細胞信號轉導胞吞作用不僅調(diào)控細胞對營養(yǎng)物的攝取、病原菌的吞噬、質膜構成，還參與細胞信號轉導。（一）、胞吞作用對信號轉導的下調(diào)當引起下游信號級聯(lián)反應后，細胞通過胞吞作用將EGF（表皮生長因子）和EGF受體吞入細胞內(nèi)降解，從而導致細胞信號轉導活性下調(diào)。這種調(diào)節(jié)作用稱為受體下行調(diào)節(jié)。這種調(diào)控與受體的泛素化（ubiquitination）有關。（二）、胞吞作用對信號轉導的激活（圖5-17）Notch信號是細胞與細胞間相互作用的主要信號通路之一，對多細胞生物中細胞分化命運（旁側抑制）的決定起關鍵作用。在信號轉導過程中，除了配體（DSL）與Notch受體結合外，信號通路的激活還依賴于DSL和Notch的胞吞作用。.二、胞吞作用與細胞信號轉導胞吞作用不僅調(diào)控細胞對營養(yǎng)物的攝取190胞吞作用對Notch信號轉導的激活（圖5-17）Notch及其配體DSL的胞吞作用對Notch活化是必需的，其中DSL的胞吞依賴泛素。DSL:Delta/Serrate/Lag2家族NICD：Notch受體胞內(nèi)活性片段.胞吞作用對Notch信號轉導的激活（圖5-17）Notch及191三、胞吐作用胞吐作用（exocytosis）：攜帶有細胞內(nèi)內(nèi)容物的分泌泡或其它膜泡與質膜融合，將內(nèi)容物釋放到胞外的過程。組成型胞吐途徑（constitutiveexocytosispathway）：新合成的蛋白質和脂質在高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)（TGN）形成分泌泡后，連續(xù)不斷地穩(wěn)定地流向質膜，并與之融合，供應質膜更新，囊泡內(nèi)可溶性蛋白則分泌到細胞外，有的成為質膜外周蛋白，有的形成胞外基質組分，有的作為營養(yǎng)成分或信號分子擴散到胞外液。調(diào)節(jié)型胞吐途徑（regulatedexocytosispathway）：特化分泌細胞產(chǎn)生的分泌物（如激素、消化酶或黏液）先儲存在細胞質周邊的分泌泡內(nèi)，當細胞在受到適宜的胞外信號刺激后，分泌泡才與質膜融合并將內(nèi)含物釋放到細胞表面或細胞外。有關胞吐作用的其它內(nèi)容，詳見第八章。.三、胞吐作用胞吐作用（exocytosis）：攜帶有細胞192跨細胞轉運跨細胞轉運（transcytosis）：以胞吞作用從細胞的一側攝取物質，形成膜泡在細胞內(nèi)運輸，并以胞吐作用從細胞的另一側釋放出去的膜泡轉運方式。.跨細胞轉運跨細胞轉運（transcytosis）：以胞193本章概要細胞膜是細胞與細胞外環(huán)境之間選擇性通透屏障。幾乎所有小分子、無機離子的跨膜轉運都需要膜轉運蛋白參與。膜轉運蛋白可分為兩類：一類稱載體蛋白，另一類稱通道蛋白。載體蛋白能通過一系列構象改變介導溶質分子的跨膜轉運，而通道蛋白形成跨膜親水性通道，有離子通道、孔蛋白以及水孔蛋白三大類型。小分子物質跨膜運輸有3種類型，即簡單擴散、被動運輸與主動運輸。主動運輸需要與能量釋放相偶聯(lián)，有ATP直接提供能量和間接提供能量以及光能驅動的3種基本類型。而ATP驅動泵可分為4類：P型泵、V型質子泵、F型質子泵和ABC超家族。前3種只轉運離子，后一種主要是轉運小分子。Na+-K+泵是典型的P型泵。對維持動物細胞滲透平衡、攝取營養(yǎng)以及膜電位有重要生理意義。V型質子泵是利用ATP水解供能從細胞質基質中將H+逆著電化學梯度泵入細胞器，以維持細胞質基質pH中性和細胞器內(nèi)的pH酸性；F型質子泵以相反的方式發(fā)揮其生理作用。ABC超家族是一類ATP驅動泵。在正常生理條件下，ABC蛋白是細菌質膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的轉運蛋白，是哺乳類細胞質膜上磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉運蛋白。真核細胞通過胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸。胞吞作用又可分為兩種類型：胞飲作用和吞噬作用。胞飲作用可以分為網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用、胞膜窖依賴的胞吞作用、非網(wǎng)格蛋白/胞膜窖依賴的胞吞作用以及大型胞飲作用。其中，了解最多的胞飲作用就是網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用。胞吞作用與信號轉導過程相互調(diào)節(jié)、彼此整合，在細胞生長、發(fā)育、代謝以及增殖等過程中發(fā)揮著重要作用。胞吞作用既可以下調(diào)信號轉導活性，也可以激活信號轉導活性。胞吐作用是將細胞內(nèi)的分泌泡或其他膜泡中的物質通過細胞質膜運出細胞的過程。.本章概要細胞膜是細胞與細胞外環(huán)境之間選擇性通透屏障。幾乎所有194第六章線粒體和葉綠體第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化第二節(jié)葉綠體與光合作用第三節(jié)線粒體和葉綠體的半自主性及其起源.第六章線粒體和葉綠體第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化.195第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化一、線粒體的基本形態(tài)及動態(tài)特征二、線粒體的超微結構三、氧化磷酸化四、線粒體與疾病.第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化一、線粒體的基本形態(tài)及動態(tài)特征.196洋蔥表皮細胞內(nèi)線粒體在1min時間內(nèi)相繼發(fā)生融合與分裂的偶聯(lián)圖（圖6-1）頻繁的融合與分裂可能幫助線粒體共享遺傳信息.洋蔥表皮細胞內(nèi)線粒體在1min時間內(nèi)相繼發(fā)生融合與分裂的偶聯(lián)197跨膜GTPase的模式結構（圖6-2）.跨膜GTPase的模式結構（圖6-2）.198發(fā)動蛋白纖維組裝及分解驅動線粒體分裂的模式圖（圖6-4B）.發(fā)動蛋白纖維組裝及分解驅動線粒體分裂的模式圖（圖6-4B）.199人淋巴細胞線粒體（A）、擬南芥幼葉線粒體（B）的超微結構及線粒體超微結構的模式圖（C）（圖6-6）.人淋巴細胞線粒體（A）、擬南芥幼葉線粒體（B）的超微結構及線200亞線粒體小泡形成（A）及ATP合酶的分子結構模型（B）（圖6-7）.亞線粒體小泡形成（A）及ATP合酶的分子結構模型（B）（圖6201ATP合酶的“結合變構”模型（圖6-8）L:松弛構象T:緊密構象O:開放構象.ATP合酶的“結合變構”模型（圖6-8）L:松弛構象T202線粒體產(chǎn)能（ATP）的原理示意圖（圖6-9）.線粒體產(chǎn)能（ATP）的原理示意圖（圖6-9）.203線粒體內(nèi)膜電子傳遞復合物的排列及電子和質子傳遞示意圖（圖6-10）.線粒體內(nèi)膜電子傳遞復合物的排列及電子和質子傳遞示意圖（圖6-204第二節(jié)葉綠體與光合作用一、葉綠體的基本形態(tài)及動態(tài)特征二、葉綠體的超微結構三、光合作用.第二節(jié)葉綠體與光合作用一、葉綠體的基本形態(tài)及動態(tài)特征.205光學顯微鏡及熒光顯微鏡下觀察到的葉綠體（圖6-11）.光學顯微鏡及熒光顯微鏡下觀察到的葉綠體（圖6-11）.206光照強度對葉綠體分布及位置影響的示意圖（圖6-12）WT：野生型Chup1：一種葉綠體定位異常的突變體.光照強度對葉綠體分布及位置影響的示意圖（圖6-12）WT：野207葉綠體分化及分化異常的表現(xiàn)（圖6-14）.葉綠體分化及分化異常的表現(xiàn)（圖6-14）.208高等植物葉綠體分裂相關蛋白的定位（圖6-16B）ARC：葉綠體積聚與復制蛋白PDV：質體分裂蛋白Z環(huán)：在葉綠體分裂的早期，F(xiàn)tsZ蛋白先于葉綠體膜的縊陷匯集于葉綠體的內(nèi)膜下，組裝成一個FtsZ環(huán)。.高等植物葉綠體分裂相關蛋白的定位（圖6-16B）ARC：葉綠209電子顯微鏡下觀察到的葉綠體（圖6-17）A：擬南芥幼葉中的葉綠體B：水稻幼芒中的葉綠體S：淀粉粒.電子顯微鏡下觀察到的葉綠體（圖6-17）A：擬南芥幼葉中的葉210光合作用原初反應的能量吸收、傳遞與轉換圖解（圖6-18）.光合作用原初反應的能量吸收、傳遞與轉換圖解（圖6-18）.