西南大学生物技术学院细胞生物学复习资料

细胞生物学复习资料Chapter 1 细胞（Cell）：是生物体结构和功能的基本单位细胞学（Cytology）：研究细胞的形态、结构和生理功能及生活史的科学。细胞生物学（Cell Biology）：从细胞、亚细胞和分子三个水平研究细胞生命活动的学科。n 细胞生物学研究与教学内容一般可分为细胞结构功能与细胞重要生命活动两大基本部分,但它们又不能截然分开的。n 细胞生物学研究内容：(一)细胞核、染色体以及基因表达的研究(二)生物膜与细胞器的研究(三)细胞骨架体系的研究(四)细胞增殖及其调控(五)细胞分化及其调控 (六)细胞的衰老与凋亡n 当前细胞生物学研究中的三大基本问题n 当前细胞生物学研究的课题归纳起来是研究三个根本性的问题：n 1.细胞内的基因组(人类大约有10万个基因)是如何在时间与空间上有序表达的?n 2.基因表达的产物主要是结构蛋白与核酸、脂质、多糖及其复合物,它们如何逐级装配成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器?这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么?n 3.基因表达的产物主要是大量活性因子与信号分子,它们是如何调节细胞最重要的生命活动过程的?诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等等。Chapter 2 细胞基本知识 n 细胞的基本概念 :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,细胞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,细胞具有遗传的全能性5.没有细胞就没有完整的生命n 原核细胞（prokaryotic cell）没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，称为拟核（nucleoid）。DNA为裸露的环状分子.原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。 n 支原体（mycoplasma）:最小、最简单的细胞,大小通常为0.20.3m，不能维持固定的形态而呈现多形性。支原体基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。n 古细菌（archaebacteria）:是一类很持殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白； n 真核细胞的基本结构体系:n 以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；n 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统n 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。n 原核细胞与真核细胞基本特征的比较nChapter 4 n 细胞膜的基本结构、特征；细胞连接主要类型、结构和功能.n 细胞膜(cellmembrane)又称质膜(plasmamembrane),是指围绕在细胞最外层,由脂质和蛋白质组成的生物膜。它不仅是区分细胞内部与周围环境的动态屏障，更是细胞物质交换和信息传递的通道。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。 n 质膜的流动镶嵌模型n 流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性，认为细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。n 细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构称为细胞连接（cell junction）。细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类：封闭连接（occluding junction）、锚定连接（anchoring junction）和通讯连接（communicating junction）。Chapter 5 n 物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。有三种形式：n 被动运输（passive transport）；n 主动运输（active transport）；n 胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）。 n ATP直接提供能量的主动运输离子泵n 离子泵是一种位于细胞膜上的ATP酶，是一（跨膜）内在蛋白，能将ATP水解成ADP+pi，同时释放能量，ATP酶构象发生变化，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度运输。n 在质膜上，作为“泵”的ATP酶很多，它们都具有专一性，不同的ATP酶运输不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如运输Ca+，叫钙泵（肌质网膜）；运输H+，叫氢泵（细菌质膜）等等。 n 受体介导的胞吞作用（receptormediated endocytosis）:某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。 Chapter 6 n 在真核细胞的细胞质中,除去可分辨的细胞器以外的胶状物质,称细胞质基质(cytoplasmicmatrixorcytomatrix)。是一复杂的高度有组织的胶体系统。n 细胞质中由膜围成的、在结构、功能，乃至发生上有密切关系的小管、小泡和扁囊共同组成的膜系统。主要包括核膜、内质网、高尔基体三大结构以及它们的产物各种小泡和液泡。n 内质网（endoplasmic reticulum， ER） n ER是交织分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或小管状管道系统。约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。基本结构分为三部分：n 内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄（5-6nm），有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，少数能与质膜相连。n ER腔：内质网膜围成的腔称ER腔n 核糖体：粗面内质网外有核糖体附着。n 高尔基体是内膜系统的一部分，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，现在称这种复杂的结构为高尔基复合体（Golgi complex）。n 高尔基体是一种有极性的细胞器,这不仅表现在它在细胞中往往有比较恒定的位置与方向,而且物质从高尔基体的一侧进入,从另一侧输出,因此每层膜囊也各不相同。在很多细胞中,高尔基体靠近细胞核的一面,扁囊弯曲成凸面又称形成面(formingface)或顺面(cisface),面向细胞膜的一面常呈凹面(concave)又称成熟面(matureface)或反面(transface)。 n 溶酶体(lysosome)是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。n 溶酶体是一种异质性(heterogenous)细胞器,这是指不同的溶酶体的形态大小,甚至其中所包含的水解酶的种类都可能有很大的不同。根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段,大致可分为初级溶酶体(primarylysosome)、次级溶酶体(secondarylysosome)和残余体(residualbody)。 n 蛋白质分选的基本途径与类型（核编码蛋白质如何进入线粒体、叶绿体）:n 蛋白质的分选大体可分两条途径：n 一条是在细胞质基质中完成多肽链的合成,然后转运至膜围绕的细胞器,如线粒体(或叶绿体)、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位.n 另一条途径是蛋白质合成起始后转移至糙面内质网,新生肽边合成边转入糙面内质网腔中,随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外,内质网与高尔基体本身的蛋白成分的分选也是通过这一途径完成的。Chapter 7 n 线粒体的超微结构在电镜下观察到线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。主要由外膜(outermembrane)、内膜(innermembrane)、膜间隙(intermembranespace)及基质(matrix)或内室(innerchamber)4部分组成。n 电子传递链(呼吸链)在线粒体内膜上存在有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物,它们是传递电子的酶体系,由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学物质所组成,在内膜上相互关联地有序排列,称为电子传递链(electron-transportchain)或呼吸链(respiratorychain)。目前普遍认为细胞内有两条典型的呼吸链,即NADH呼吸链和FADH2呼吸链。n 氧化磷酸化作用与电子传递的偶联氧化还原的本质是电子的转移。氢原子的转移其本质也是电子转移,因为H原子可分解为H+与e-。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,这一过程称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生成ATP的一种主要方式,是细胞内能量转换的主要环节。 n 线粒体和叶绿体中有DNA、RNA(mRNA、tRNA、rRNA)、核糖体、氨基酸活化酶等。具有独立进行转录和翻译的功能。n 线粒体基因组仅能编码约20种线粒体膜和基质蛋白并在线粒体核糖体上合成；叶绿体仅有60多种特有的蛋白质是在叶绿体内合成的。但参与组成线粒体和叶绿体的蛋白质各有上千种之多。显然，线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由核基因编码。n 半自主性细胞器：线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制,所以称为半自主性细胞器(semiautonomousorganelle)。第八章 细胞信号转导n 细胞通讯（cell communication）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。 n 细胞识别与信号通路（cell recognition）细胞识别的现代概念是：细胞识别是细胞通过其表面的特殊受体与胞外信号物质分子（配体）选择性的相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应，这种现象或过程称为细胞识别。 n G蛋白偶联的受体n 这类受体与靶蛋白（酶或离子通道）的作用要通过与GTP结合的调节蛋白（G蛋白）相耦联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内进而影响细胞生物学效应。n 由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路主要包括两类：n 、cAMP信号通路n 激素（第一信使）G蛋白偶联受体 激活G蛋白亚基进一步激活腺苷酸环化酶，使ATPcAMP（第二信使）cAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录。n 受体和腺苷酸环化酶由G蛋白耦连在一起，并使细胞外信号跨膜转换成细胞内信号cAMP。n 、磷脂酰肌醇信号通路（双信使系统）n 外界信号分子 识别并结合膜表面受体，激活质膜上的脂酶C（PLC）， 催化4，5一二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2，存在于真核细胞膜的成分）水解 成 1，4，5一三磷酸肌醇和（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使， IP3可引起胞内Ca2+（第三信使）升高，通过结合钙调素并使之构象改变，进而与受体酶结合形成钙调素酶复合物， 进一步调节受钙调素调节的酶的活性，最后引起对胞外信号的应答。DG可激活蛋白激酶C（PKC），使细胞内PH 升高，进而引起对胞外信号的应答。 n 与酶偶联的受体 :受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 受体酪氨酸激酶(receptortyrosinekinases,RTKs)又称酪氨酸蛋白激酶受体,是细胞表面一大类重要受体家族,包括6个亚族。它的胞外配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素,包括胰岛素和多种生长因子。RTK-Ras信号通路可概括为如下模式:配体RTKadaptorGRFRasRaf(MAPKKK)MAPKKMAPK进入细胞核其他激酶或基因调控蛋白(转录因子)的磷酸化修饰。许多动物都有这个信号转导系统,但是不同物种甚至不同细胞的不同受体该途