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细胞生物学细胞生物学细胞概述细胞概述1、细胞的发现：① 1665 年,英国的物理学家罗伯特胡克（ Robert Hook）第一次发现细胞栎树切片 ② 1674 年，荷兰生物学家列文虎克,第一次观 察到完整的活细胞， 在池塘水中发现了原生物观察并发现了在池塘水液滴中的单细胞浮游生 物2、细胞学说1838 年,德国，施来登提出: 植物是由细胞构成 的，植物的胚是由单个细胞产生的; 1839 年,德国动物学家施旺(Theodor Schwann) 提出∶①地球上的生物都是由细 胞构成的; ②所有的活细胞在结构上都是类 似的; 1855 年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow)补充了细胞学说的第三条原理: 所有 的细胞都是来自于已有细胞的分裂，即细胞来 自于细胞3、细胞的共性（1）细胞都具有选择透性的膜结构 ◆Protoplasm 原生质： 被质膜包裹在细胞内 的所有的生活物质，包括细胞 核和细胞质 ◆Cell Plasma 细胞质: 是指细胞内除核以外 的原生质, 即细胞中细胞核以 外和细胞膜以内 的原生质部分, 包括胞质溶胶和悬浮在其中 的 细胞器 （2）细胞都具有遗传物质（3）细胞都具有核糖体：细胞功能的体现者是 蛋白质(包括酶)， 蛋白质是在核糖体上合成的。

4）细胞能够进行自我增殖和 遗传（5）细胞能够用一分为二的分裂方式进行增殖， 动、植物细胞、细菌细胞都是如此（6）细胞都能进行新陈代谢 （metabolism）（7）细胞都具有运动性4、细胞的分子组成（1）无机物水（游离水和结合水，功能：反应剂和溶剂）无机盐◆大分子的结构成分∶主要是 C、H、N、O、P、 S 等；◆各种酶反应所需的主要离子，包括 Ca2+、 Cu2+、Mg2+、K+、Na+、 Cl -等； ◆各种酶活 性所需的基础微量元素，包括 Co2+、Cu2+、Fe3+ 、Mn2+ 、Zn2+等； ◆某些 生物特殊需要的微量元素，如碘、 铯、溴等功能:◆ 维持细胞内外液的 pH 和渗透压, 以保 持细 胞的正常生理活动; ◆ 同蛋白质或脂类结合, 组成具有特定 功能 的结合蛋白; ◆ 参与细胞的生命活动, 是酶反应的辅助因子2）有机小分子单糖：(CH2O)n糖是生物代谢反应的重要中间代 谢物，还可构 成核酸和糖蛋白等重要生物 成分、糖又是生命 活动的主要能源脂肪酸：CH3(CH2)nCOOH, 营养价值高：产能 2 倍于葡糖糖 最重要功能： 组建细胞膜氨基酸 核苷酸 （2）有机大分子 多糖 脂质 蛋白质 核酸复合大分子糖蛋白：◆参与细胞粘着，细胞信息的传递，细胞代 谢 的调控，发育和分化，机体的防御，以及 作为 机体内外表面的保护及润滑剂。

◆参与细胞识别:是细胞识别机理的必要组 分 几乎所有动物细胞表面都有少量糖, 它的 作用 好比是细胞联络的文字或语言 ◆糖基化对蛋白质合成后的加工和运输的影 响 也是很大的糖脂-例如：红细胞膜上的抗体脂蛋白膜蛋白:整合蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白5、 细胞结构体系的“四级装配”∶第一级:小分子有机物的形成; 第二级:小分子有机物组装成生物大分子；第三级:由生物大分子进一步组装成细胞 的高级结构； 第四级:由生物大分子组装成具有空间结 构和生物功能的细胞器细胞分类细胞分类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(1-10μm)较大(一般 5～100μm)细胞膜有(多功能性)有核糖体70S(由 50S 和 30S 两个 亚 基组成)80S(由 60S 和 40S 两个大小 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 DNA 与蛋白质联 结在一起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 膜所包裹。

细胞质膜与跨膜运输细胞质膜与跨膜运输一、被动运输(passive transport)★顺浓度或电化学 梯度 ★不耗能1、简单扩散：2、易化扩散：（1）通道蛋白介导的易化扩散 运输对象：离子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl- ）• 特征：1、转运速度非常迅速，107 个/秒2、具有高度的选择性 3、属被动运输，不耗能 4、多数不是持续开放的：配体闸门通道（乙酰 胆碱受体离子通道） 电位闸门通道（神经肌肉 接头） 动力敏感闸门通（2）载体蛋白介导的易化扩散• 通过载体蛋白发生可逆性构象变化协 助物质 进行顺化学梯度的运输方式红细胞对葡萄糖分子的吸收（载体蛋白介导的 易化扩散）胰岛素对葡萄糖吸收的调节二、主动运输：★逆浓度或电化学梯度 ★耗能 ★载体蛋白帮助 ★具有选择性和特异性 1、分布泵部位Na+-驱动的葡萄糖泵肾和肠细胞的表面质膜Na+-H+交换泵动物细胞的质膜Na+-K+泵大多数动物细胞的质膜Ca2+泵(Ca2+ ATPase)真核细胞的质膜、内质网膜H+泵(H+ ATPase)植物、真菌和某些细菌的质膜H+泵(H+ ATPase)动物细胞的溶酶体膜、植物细 胞的液泡膜细菌视紫菌素某些细菌的质膜2、4 类 ATP 驱动的离子和分子运输泵的比较类型运输 物质结构和功能存在部位P 型H+、Na+ 、K+ 、Ca+通常有大小亚基，大亚基被磷酸化小亚基调节运输H+ 泵（植物、真菌、细菌细胞质膜） Na+/K+ 泵（高等真核生物细胞质膜 ） H+/K+ 泵（哺乳动物小肠上皮细胞质膜）Ca2+ pump （所有真核生物细胞质膜） Ca2+ pump （肌肉细胞肌浆网膜）F 型H+多个跨膜和胞质亚基，主要利用 H+电化学 梯度合成 ATP细菌的质膜、线粒体内膜、叶绿体的类 囊体V 型H+多个跨膜和胞质亚基，主要利用 ATP 水解释 放的能将 H 从胞浆泵入细胞器的腔，制造酸 性环境植物、酵母及其他真菌的液泡膜;动物细胞内吞体及溶酶体膜； 破骨细胞及肾小管细胞质膜ABC 型离子 和各 种小 分子两个跨膜结构域形成水性通道，两个胞质结 构域将 ATP 的结合水解与物质运输相偶联。

不同的结构域可以位于相同亚基，也可以位 于不同亚基细菌质膜、哺乳动物质膜、内质网膜Na+/K+Na+/K+ 泵泵: : ◆对 Na+、K+逆电化学梯度进行反向转运的 ATP 酶◆1ATP 释能 à 输出 3 Na+，摄入 2K+Ca2+-ATP 酶激活机制 ◆Ca2+/钙调蛋白复合物的作用 当细胞内 Ca2+浓度升高时，Ca2+同钙调蛋白 结合，形成活性 复合物，该复合物同抑制区 结合，释放激活位 点，泵开始工作 ◆蛋白激酶 C 的作用 蛋白激酶 C 使抑制区磷酸 化，从而解除抑制 作用3 3、主动运输的方向、主动运输的方向单向转运一种载体只运送一种物质例子同向转运两种物质同时伴随转运， 运输方向相同Na+-葡萄糖同向转运 协同 转运反向转运两种物质同时伴随转运， 运输方向相反Na+-H+反向转运4 4、动物和植物细胞主动运输的比较、动物和植物细胞主动运输的比较◆动物细胞质膜上有 Na+-K+ ATPase，通过对 Na+、K+ 的运输 建立细胞的电化学梯度 ，并通过 Na+浓度梯度驱动的同向运 输，将糖类等运入细胞内部； ◆植物细胞质膜中没有 Na+-K+ ATPase，代之的是 H+-ATP 酶， 通过对 H+的运输建立细胞的电化学 梯度(细菌、真菌也是如 此)，并通过质子梯度驱动的通向运输，将糖类等运入细胞内部； ◆在动物细胞溶酶体膜和植物细胞的液泡膜上都有 H+-ATP 酶，它们作用都一样，保持这些细胞器 的酸性细胞环境与互作细胞环境与互作一、细胞表面一、细胞表面1、细胞被又称糖萼、多糖被，指细胞膜外表面的覆盖物 （1）组成细胞膜中的整合蛋白、某些糖脂以及从质膜伸 向外侧的寡糖链。

两种主要成分：糖蛋白和蛋白聚糖都由共价键相连接的蛋白质和糖两部分组成 糖蛋白分子中的蛋白质重量百分比大于糖； 蛋白聚糖中多糖链所占重量在一半以上，甚至 高达 95% 糖蛋白和蛋白聚糖的糖链结构不同糖蛋白和 蛋白聚糖在合成途径和功能上存在显著差异 （2）功能①保护作用； ②细胞识别：糖链具有为数众多的异构体 2、细胞质膜  3、表层胞质溶胶质膜下一层较粘稠无结构的液态物质其中 含 有高浓度的蛋白质如：细胞膜骨架） 功能：维持细胞的极性、形态和运动 4、细胞表面特化结构: 微绒毛、鞭毛 和纤毛、 皱褶等 5、细胞壁：植物（纤维素、果胶、糖蛋白）、 细菌和真菌（肽聚糖）二、细胞外基质二、细胞外基质主要包括多糖，蛋白，蛋白聚糖等； 分泌和形成细胞外基质的主要细胞类群是成纤 维细胞 1、细胞外基质的组成： ① 蛋白聚糖（PG）——黏蛋白，形成水性的胶状物 【糖胺聚糖（GAG）+核心蛋白质】糖胺聚糖由重复二糖单位构成的无分支长链多 糖，依组成糖基、连接方式、硫酸 化程度及位 置的不同可分为几种：硫酸软骨素、硫酸角质 素、肝素、透明质酸透明质酸• 唯一不发生硫酸化的糖胺聚糖，其糖链特别长。

• 既可以游离存在，又可以参与蛋白聚糖多聚体 的形成 • 是增殖细胞和迁移细胞 ECM 的主要成分 蛋白聚糖的功能：• 构成细胞外基质：形成多孔、吸水的胶状物， 抗挤压在基质中 蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原 蛋白以特殊方式连接， 构成基质的特殊结构 这与细胞的粘附、迁移、 增殖和分化等有关 • 其他：抗凝血（肝素）、参与细胞识别结合与 分化、维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 ② 结构蛋白（胶原蛋白、弹性蛋白）： 使基 质具一定的强度和韧性胶原(collagen) • 功能：A、胶原为细胞外基质提供了一个水不溶性的框 架，决定 细胞外基质的机械性质 B、胶原是骨、韧带和皮肤等结缔组织中的主要 蛋白，这些组织的细胞外基质胶原含量高，刚 性及抗张力大 C、胶原具有促进细胞生长的作用，具有维持并 诱导细胞 分化的作用 • 各类胶原都有两个共同的特点∶①都是由三条 肽链 组成；②各类胶原蛋白的氨基酸组成完全 不同； • 胶原的合成、分泌与装配：【胞外】前体肽链→（三肽组装）→前胶原（三螺旋） →【（前胶原肽酶）→胶原→胶原原纤维→胶 原纤维】弹性纤维• 弹性蛋白(Elastin)是弹性纤维的主要成分 • 赋予组织弹性和抗张能力（区别于胶原，胶原 赋予细胞外基质以强度和韧性） • 弹性蛋白分子形成的交联网络可通过构型的变 化产生弹性 ③ 黏着蛋白（纤连蛋白、层黏连蛋白）： 能 促使细胞同基质结合 纤连蛋白(FN) 可溶形式——血浆纤连蛋白,存在于血浆和各种 体液中； 不溶形式——细胞纤连蛋白，存在于细胞表面组成：•高分子量糖蛋白，糖占 5%，  •两个亚基组成的二聚体，各 250KD  •相似的 A 链和 B 链组成，成 V 形  •RGD 序列功能•介导细胞粘着 将细胞连接到细胞外基质上 •影响细胞的迁移（免疫细胞/癌细胞） 层黏连蛋白LN 是基膜特有的主要结构成分；• 3 个亚单位组成； • 具备 IV 型胶原结合位点； 三、细胞外基质与细胞的相互关系 1 1、基膜、基膜是一种复合的细胞外结构，，是细胞外基质的 特异区，将细胞层和其下的结缔组织分开。

通常位于:• 上皮和内皮的基底面• 肌细胞和脂肪细胞的表面• 血管内皮细胞的下表面组成： • 层粘连蛋白——是基膜的主要成分，也是基膜 的组织者； • 巢蛋白(entactin) • Ⅳ型胶原——基膜的网状钢架 • 硫酸肝素糖蛋白 2、整联蛋白整联蛋白(integrin)(integrin) • 跨膜异质二聚体，α、β 亚基，非共价结合；• 根据与细胞外基质结合的黏连蛋白不同分成多 种不同类型，分同 RGD 结合和不和 RGD 区域结 合两大类； 与 RGD 序列结合（含有精氨酸-甘 氨酸-天冬氨酸序列，整联蛋白与 RGD 序列识别 和结合需要。