细胞生物学全套PPT优秀课件.ppt

主要内容主要内容 细胞结构与功能：细胞结构与功能： 生物膜与细胞器的研究生物膜与细胞器的研究 细胞质膜、内膜系统、线粒体等细胞质膜、内膜系统、线粒体等 细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究 微丝、微管、中间纤维、微丝、微管、中间纤维、Septin 细胞核、染色体细胞核、染色体  细胞连接与细胞外基质细胞连接与细胞外基质 细胞重要生命活动：细胞重要生命活动： 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 细胞分化与肿瘤细胞细胞分化与肿瘤细胞 细胞凋亡细胞凋亡 1第一章第一章 绪绪 论论细胞生物学概念细胞生物学概念: : 细胞生物学是以细胞为研究对象, 从显微水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点, 研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的起源与进化和各种生命活动规律的学科细胞学说的建立和内容细胞学说的建立和内容: : 一切生物体都是由细胞组成的；细胞是生命的基本组成单位；一切细胞只能来自原来的细胞(的分裂)第一个利用显微镜观察细胞的人：英国人胡克/Robert Hooke第一个利用显微镜观察到活细胞的人：荷兰学者列文虎克/Leeuwenhoek提出者：德国的植物学家施莱登/Schleiden、动物学家施旺/Schwann 病理学家魏尔肖/Rudolf Virchow进行补充。

进行补充2细胞是生命活动的基本单位：细胞是生命活动的基本单位：1.一切有机体都是由细胞构成，细胞是生命体的基本构成单位；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3支原体是最小最简单的细胞，只有唯一的细胞器核糖体，直径只有0.1-0.3μm自然界中最小最简单的生命体是病毒蓝细菌是已知的世界上最古老的生命体根据核酸类型不同，病毒可以分为两大类：DNA病毒、RNA病毒根据宿主范围可分为: 动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）等一个细胞生存和增殖必须具备的结构装置与机能是：1). 生物膜系统；2). 遗传信息表达结构体系；3). 细胞骨架系统细胞体积大小上限一般为数百微米，下限为100nm ，其决定因素有：1. 核质比；2. 物质交流和运输的效率；3. 体积表面积比45第二章第二章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法6普通光学显微镜以可见光为光源，荧光显微镜的光源是以紫外线为光源，而电子显微镜是以电子束为光源电子显微镜按工作原理和用途的不同可分为透射电镜和扫描电镜。

扫描电镜：观察样品表面的结构特征； 透射电镜：观察样品的内部精细结构一、显微成像技术：7R = 0.61 λ/n Sinα= 0.61 λ/NA 分辨率: 指能分辨出的相邻两个质点间最小距离的能力，这种距离称为分辨距离，它受到光衍射性质的限制分辨率由光源的波长、物镜的镜口角、介质折射率三种因素决定λ=照明光源的波长n=聚光镜和物镜之间介质的折射率 α=样品对物镜角孔径的半角数值孔径(又叫镜口率) 是物镜和聚光镜聚光能力的主要技术参数，是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低的重要标志数值孔径越大，进入物镜的光越多；介质的折射率越大，则数值孔径越大，这些都可以使分辨率提高放大率：最终成像的大小与原物体大小的比值对显微镜来说，最重要的性能参数是分辨率，而不是放大倍数8显微镜类型 分辨本领 光源 透镜 成像原理光学显微镜光学显微镜 200nm 可见光可见光 玻璃透镜玻璃透镜 利用样本对光的吸收形成利用样本对光的吸收形成 明暗反差和颜色变化明暗反差和颜色变化 电子显微镜电子显微镜 0.2nm 电子束电子束 电磁透镜电磁透镜 利用样品对电子的散射和利用样品对电子的散射和 投射形成明暗反差投射形成明暗反差荧光显微镜技术：荧光显微镜技术： （包括激光扫描共聚焦显微镜、超高分辨（包括激光扫描共聚焦显微镜、超高分辨率显微镜）率显微镜）荧光显微镜技术包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术。

9荧光共振能量转移：荧光共振能量转移：荧光共振能量转移是指两个荧光发色基团在足够靠近时，当供体分子吸收一定频率的光子后被激发到更高的电子能态，在该电子回到基态前，通过偶极子相互作用，实现了能量向邻近的受体分子转移（即发生能量共振转移）可用于研究活细胞生理条件下研究蛋白质-蛋白质间相互作用及其发生的时空性如果两个蛋白质分子的距离在10nm之内，一般认为这两个蛋白质分子存在直接相互作用荧光漂白恢复技术：荧光漂白恢复技术： 以高能量激光束的照射使细胞特定区域的荧光发生不可逆的淬灭（漂白），随后其它区域的荧光标记分子会运动到漂白区（恢复），可以用来检测活细胞表面或细胞内部分子的运动以及在各种结构上分子动态变化率10主要电镜制样技术：超薄切片技术(ultrathin section) 分辨率5nm负染技术(negative staining) 分辨率1.5nm冰冻蚀刻技术(freeze etching)快速冷冻深度蚀刻技术(quick freeze deep etching)低温电镜技术(cryoelectron microscopy) 11超薄切片超薄切片：电子束穿透力很弱，须将标本制成40-50nm（小于100nm）的超薄切片。

方法：透射电镜观察的组织细胞样本在超薄切片之前常用戊二醛和四氧化锇双重固定；丙酮逐渐脱水；环氧树脂包埋；切片；采用柠檬酸铅和醋酸双氧铀等进行染色透射电镜的样品制备包括固定、脱水、包埋、切片、染色五个步骤12冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术/Freeze etching/Freeze etching：：首先用快速低温冷冻法将样品迅速冷冻，然后在低温下使相对脆弱部位断裂，用铂、金等金属进行倾斜喷镀，再垂直于断面进行碳真空喷镀，形成一层连续的碳膜，最后将样品本身消化，在电镜下观察碳膜和金属“铸型”冰冻蚀刻技术主要用于观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜面结构深度蚀刻主要用于观察胞质中的细胞骨架纤维及其结合蛋白负染技术负染技术/negative staining /negative staining ：：用重金属盐对铺展在载网上的样品染色，吸取多余染料，干燥后，使样品凹陷处铺上一层重金属盐，从而出现负染效果，分辨率可达1.5nm左右植物叶绿植物叶绿体内膜表体内膜表面结构面结构微丝负染微丝负染13二、细胞组分的分析方法：二、细胞组分的分析方法：一）离心分离方法：一）离心分离方法：利用超速离心机对细胞组分进行分级分离的常用方法有：差速离心法、密度梯度离心法。

141000g, 10min20000g, 20min80000g, 1h150000g, 3h 差速离心： 利用不同离心速度所产生的不同离心力，将亚细胞组分和各种颗粒进行分开的方法 密度梯度离心：利用各组分在介质中的沉降系数不同，使各组分形成区带介质溶液是具有密度梯度、高溶解性和化学惰性的溶液分为速度沉降和等密度沉降两种，前者主要用于分离密度相近而大小不一的组分，后者用于分离不同密度的细胞成分15速度沉降或速度沉降或平衡平衡沉降沉降. 介质在离心管内介质在离心管内形成一连续或不形成一连续或不连续的密度梯度，连续的密度梯度，将细胞混悬液或将细胞混悬液或匀浆置于介质的匀浆置于介质的顶部，通过离心顶部，通过离心力场的作用使细力场的作用使细胞分层、分离胞分层、分离常用介质：氯化常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚铯、蔗糖、多聚蔗糖速度沉降速度沉降：分离：分离密度相近而大小密度相近而大小不等的细胞或细不等的细胞或细胞器平衡沉降平衡沉降：分离分离密度密度不等的颗粒不等的颗粒16二）细胞内物质显示方法：二）细胞内物质显示方法：原理：利用一些显色剂与所检测的物质中一些特殊基团特异性结合或反应的特征，通过显色剂在细胞内的定位和颜色深浅来判断某种物质在细胞中分布和含量。

17三）细胞内特异核苷酸序列的定位与定性：三）细胞内特异核苷酸序列的定位与定性：原位杂交技术（定义或原理）：用带有标记的特定核酸分子作探针，通过分子杂交（碱基互补配对原理）确定特殊核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置的方法，称为原位杂交在光镜水平，探针可用放射性核素或荧光标记；在电镜水平，与免疫胶体金技术结合，探针可用生物小分子标记18四）特异性蛋白或抗原的定位与定性：四）特异性蛋白或抗原的定位与定性：蛋白质分子定位最常用的研究技术：免疫荧光与免疫电镜技术免疫荧光技术：免疫荧光技术：将免疫学方法(抗原抗体特异结合)与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法先将已知的抗原或抗体标记上荧光素制成荧光标记物，再用这种荧光抗体（或抗原）作为分子探针检查细胞或组织内的相应抗原（或抗体）在细胞或组织中形成的抗原抗体复合物上含有荧光素由于荧光素所发的荧光可在荧光显微镜下检出，从而可对抗原进行细胞定位免疫电镜技术：免疫电镜技术：免疫电镜技术是免疫化学技术与电镜技术结合的产物，是在超微结构水平研究和观察抗原、抗体结合定位的一种方法学它是将抗体进行特殊标记后用电子显微镜观察免疫反应的结果。

根据标记方法的不同， 分为免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术和免疫胶体金技术19五）放射自显影技术五）放射自显影技术/autoradiography：： 概念：利用核素的电离辐射使含AgBr或AgCl的乳胶感光的作用，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究，对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究，主要包含前体物掺入和放射显影两个步骤研究DNA、RNA、蛋白质在细胞中的代谢，常用的同位素标记物有：DNA: 3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷RNA：3H标记的尿嘧啶核苷Protein: 35S标记的甲硫氨酸和半胱氨酸，3H或14C标记的甲硫氨酸或亮氨酸20三、细胞培养、细胞工程与显微操作技术：三、细胞培养、细胞工程与显微操作技术：原代培养原代培养(primary culture cell): 从机体取出后立即培养的细胞一般传代不超过10代传代培养传代培养(subculture cell)：：适应在体外培养条件下持续培养的细胞细胞株（细胞株（Cell Strain））:通过选择法或克隆形成法从原代培养物或细胞系中获得具有特殊性质或标志物的培养物，亦即由单细胞增殖形成的细胞群，称为细胞株是具有相同的遗传性状的细胞群体。

细胞系（细胞系（cell line）：）：经第一代传代成功后，可顺利地传40-50代，且保持原来的染色体的二倍体数量和接触抑制行为的传代细胞21细胞工程：细胞工程：应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，依照人们的需要和设计来改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术细胞融合细胞融合/cell fusion：：在自然条件下或通过人工诱导的方法使两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象人工诱导细胞融合方法： 化学诱导：PEG; 病毒诱导：仙台病毒 ; 电融合技术细胞拆合：细胞拆合：就是把细胞核与细胞质分离开来，然后把不同来源的细胞质和细胞核相互结合，形成核质杂交细胞的过程22单克隆抗体技术：单克隆抗体技术：将一种来自于脾脏且产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合杂交，获得既能产生抗体，又能无限增殖的杂种细胞，经选择性培养后可制备大量单克隆抗体的技术23基因打靶：又称为基因敲除, 是指从分子水平上将一个基因去除或替代, 然后从整体观察实验动物,推测相应基因功能的实验方法转基因动物：指以人工方法导入外源基因，在染色体内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。

转基因动物是在胚胎和重组DNA技术发展的基础上产生的能在生物体中接近真实地再现某一特定基因的表达和所导致的后果，把复杂系统简化进行研究，是目前层次最高的实验体系24模式生物：由于基因在进化上的保守性和遗传密码的通用性，从某一种生物得到的有关基因性质或功能方面的信息往往也适用于其他生物因此，可利用一些个体较小、容易培养、操作简单、生长繁殖快的生物来研究某一生物学问题，这类生物称为模式生物在进化上最接近于人的模式生物是小鼠在显微镜下通体透明的是线虫作为单细胞真核生物的代表，用于生物学研究的酵母主要有两种：芽殖酵母和裂殖酵母25第三章第三章 细胞质膜细胞质膜一、细胞质膜的概念与功能：一、细胞质膜的概念与功能： 细胞膜细胞膜(cell membrane) 定义定义：又称质膜(plasma membrane)，是指围绕在细胞最外层，由脂质脂质和蛋白质等蛋白质等组成的膜结构体系 功能：功能：细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质、能量的交换及物质、能量的交换及信息传递信息传递过程中也起着决定性的作用•真核细胞内部存在着由膜围绕构建的各种细胞器。

细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜(biomembrane)，它们具有共同的结构特征26细胞质膜的基本功能细胞质膜的基本功能 1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境稳定的内环境 2、选择性选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递 3、提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜传递信号跨膜传递 4、为多种酶提供结合位点结合位点，使酶促反应高效而有序地进行 5、介导介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接连接； 6、参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构细胞表面特化结构（（膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等）） 7、膜蛋白的异常与某些疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标药物靶标27二、细胞质膜的结构模型：二、细胞质膜的结构模型：单位膜：单位膜：流动镶嵌模型（内容）：流动镶嵌模型（内容）：●膜蛋白以不连续的颗粒形式嵌入膜层中●细胞膜是一个动态结构，其组分可以运动，还能聚集以便参与各种瞬时的或非永久性的相互作用●主要强调膜的流动性和膜蛋白的不对称性脂筏模型（内容）：脂筏模型（内容）：脂筏是指膜脂双层内，含有特殊脂质的微区，以鞘脂和胆固醇为主，载体特殊的蛋白质，微区内陷可形成囊泡，部分脂筏与细胞骨架蛋白交联。

这一模型可解释生物膜的某些性质与功能28目前对生物膜的认识：目前对生物膜的认识：1.磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分它以疏水性尾部相对，亲水性头部朝向水相，在水相中自发形成封闭的膜系统；2.蛋白分子以不同方式不对称地镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，膜蛋白决定生物膜功能；3.生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体29三、细胞质膜的组成成分及特点三、细胞质膜的组成成分及特点：主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和多糖类组成，水和金属离子等1. 1. 膜脂膜脂 There are three main types of membrane lipids: ● Phospholipid/磷脂磷脂 : Phosphoglyceride/磷酸甘油酯磷酸甘油酯(甘油磷脂甘油磷脂) 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱/卵磷脂（卵磷脂（Phosphatidyl cholines, PC）） 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(Phosphatidyl serines, PS) 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺/脑磷脂脑磷脂(Phosphatidyl ethanolamines, PE) 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(Phosphatidyl inositols, PI) ………… Sphingolipids / 鞘磷脂鞘磷脂 ● Cholesterol /胆固醇胆固醇● Glycolipid /糖脂糖脂30Cholesterol/胆固醇胆固醇调节膜的流动性增加膜的稳定性降低水溶性物质的通透性脂筏的基本结构成分312.2.蛋白质蛋白质◆◆生物膜的特定功能主要是由蛋白质完成的；生物膜的特定功能主要是由蛋白质完成的；◆◆膜膜蛋蛋白白约约占占膜膜的的40%40%～～50%50%；；在在不不同同细细胞胞中中膜膜蛋蛋白白的的种种类类及及含含量量有有很大差异。

很大差异◆◆一般来说一般来说, ,功能越复杂的膜，其上的蛋白质含量越多，种类越多功能越复杂的膜，其上的蛋白质含量越多，种类越多 整合膜蛋白整合膜蛋白: : 部分或全部镶嵌部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质；在细胞膜中或内外两侧的蛋白质； 外周膜蛋白外周膜蛋白: : 水溶性蛋白，占膜蛋白总量的水溶性蛋白，占膜蛋白总量的20%20%～～30%30%；；2.2. 脂锚定蛋白：脂锚定蛋白：以共价方式与膜脂结合的蛋白以共价方式与膜脂结合的蛋白32◆◆用去垢剂分离小的跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段用去垢剂分离小的跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段. .■■去去垢垢剂剂(detergent)是是一一种种一一端端亲亲水水一一端端疏疏水水的的两两性性小小的的脂脂分子■■当当它它们们与与膜膜蛋蛋白白作作用用时时, ,其其疏疏水水端端与与膜膜蛋蛋白白的的疏疏水水区区域域相相结结合合, ,极极性性端端指指向向水水中中, ,形形成成溶溶于于水水的的去去垢垢剂剂- -膜膜蛋蛋白白复复合合物物, ,从而使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀从而使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀。

■■当去除去垢剂并加入磷脂后当去除去垢剂并加入磷脂后, ,可使膜蛋白复性并恢复功能可使膜蛋白复性并恢复功能 膜蛋白的研究方法膜蛋白的研究方法1、离子型去垢剂:可使细胞膜崩解，并与膜蛋白疏水部分结合使其分离，作用较为剧烈，引起蛋白质变性十二烷基磺酸钠(SDS)2、非离子型去垢剂：Triton X-100、Tween-20、NP-4033膜糖的存在方式：膜糖的存在方式：●●N-N-连连接接：：即即糖糖链链与与肽肽链链中中天天冬冬酰酰胺胺残基相连，发生起始于内质网内；残基相连，发生起始于内质网内； ●●O-O-连连接接：：糖糖链链与与肽肽链链中中的的丝丝氨氨酸酸或或苏氨酸残基相连，发生在高尔基体内；苏氨酸残基相连，发生在高尔基体内；■■O-O-连连接接糖糖链链较较短短，，约约含含4 4个个糖糖基基，，而而N-N-连接糖链一般有连接糖链一般有1010个以上的糖基个以上的糖基3. 3. 膜糖：膜糖：细胞质膜上的膜糖都位于细胞质膜上的膜糖都位于细胞质膜的外表面细胞质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则，内膜系统中的膜糖则面向膜的面向膜的腔面（非胞质面）腔面（非胞质面）34四、生物膜基本特征：四、生物膜基本特征：一）膜的流动性一）膜的流动性 1. 膜脂的流动性： 1）运动方式：◆◆侧向扩散运动侧向扩散运动 (lateral diffusion):(lateral diffusion): 基本运动方式基本运动方式. .◆◆旋转运动旋转运动 (rotation)(rotation)◆◆摆动摆动 (flexion):(flexion):◆◆翻转运动翻转运动 (flip-flop):(flip-flop):2）影响其流动性的因素：●●膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短；膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短；●●脂肪酸越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。

脂肪酸越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大●●与卵磷脂与卵磷脂/ /鞘磷脂的比值呈正比；鞘磷脂的比值呈正比；●●胆固醇的特殊作用胆固醇的特殊作用 35A.随机运动; B. 固定的; C. 定向运动D. 运动受到周围相互作用蛋白的限制 E. 运动受到膜骨架的限制A.F. 运动受到胞外物质的制约 2. 膜蛋白的流动性：膜蛋白的流动性：363. 3. 流动性的实验证据流动性的实验证据：1) 1) 细胞融合实验：细胞融合实验：小鼠细胞小鼠细胞绿色荧光绿色荧光染料标记染料标记的膜蛋白的膜蛋白细胞融细胞融合合40min37 ℃ 杂交细胞杂交细胞红色荧光红色荧光染料标记染料标记的膜蛋白的膜蛋白人细胞人细胞2) 2) 淋巴细胞的成帽效应淋巴细胞的成帽效应3) 3) 荧光漂白恢复实验荧光漂白恢复实验37二）膜的不对称性二）膜的不对称性1.细胞质膜各部分的名称： 细胞外表面(ES)，原生质表面(PS) 细胞外小页断裂片(EF)， 原生质小页断裂面(PF)2. 膜脂的不对称性 指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 和和 鞘磷脂鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）多分布在细胞膜的外层（非胞质面）1.1. 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 和和 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜内层（胞质面）多分布在细胞膜内层（胞质面）3. 膜蛋白的不对称性 ●在膜两侧分布不对称。

●各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白决定的; 膜蛋白的不对称性是生物膜执行复杂的、在时间上和空间上有序的各种生理功能的保证38五、膜骨架五、膜骨架一）膜骨架一）膜骨架 概念：概念： 膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞膜的形状维持细胞膜的形状并协助质膜协助质膜完成多种生理功能•光镜下人们曾发现细胞膜下细胞膜下存在约0.2μm厚的溶胶层溶胶层，电镜出现以后，人们才逐渐认识到膜下溶胶层的实质，其中含有丰富的细细胞骨架纤维胞骨架纤维( (如微丝、微管等如微丝、微管等) )，这些骨架纤维通过膜骨架与质膜相连•迄今为止，对膜骨架研究最多的还是哺乳动物的红细胞红细胞39二）红细胞的生物学特征：成熟的红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料◆◆Red Blood CellsRed Blood Cells是结构最简单的细胞是结构最简单的细胞: : ■■成熟的红细胞没有细胞器；成熟的红细胞没有细胞器； ■■质膜是红细胞惟一的膜结构；质膜是红细胞惟一的膜结构；血影：红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个血影：红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影。

保持原形的空壳，称为血影40生物膜不仅是生物膜不仅是半透膜半透膜，还是，还是选择性通透屏障选择性通透屏障. .不同分子通过脂双层的扩散速率不同，主要取决于分子的大小和它在脂质中的相对溶解度，一般来说，分子量越小，脂溶性越强，速率越快第四章第四章 膜泡运输膜泡运输41定义：定义：指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散特点：特点：•从高浓度到低浓度；从高浓度到低浓度；•不需要转运蛋白的协助；不需要转运蛋白的协助；•不消耗能量不消耗能量如：水、氧气、二氧化碳等如：水、氧气、二氧化碳等自由扩散自由扩散/ /简单扩散简单扩散影响非电解质跨膜运输速度的因素: 1.分子的大小: 分子越小穿膜越快2.溶质的极性: 脂溶性越强穿膜越快 42定义：定义：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等在转运蛋白的协助下顺着浓度梯度或电化学梯度减小的方向的跨膜转运特点：特点：Ø从高浓度到低浓度；从高浓度到低浓度；Ø需要转运蛋白的协助；需要转运蛋白的协助；Ø不需要能量不需要能量如：葡萄糖进入红细胞等如：葡萄糖进入红细胞等协助扩散协助扩散/易化扩散易化扩散43膜转运蛋白膜转运蛋白/膜运输蛋白膜运输蛋白:载体蛋白和通道蛋白的差异：通道蛋白主要是根据溶质大小和电荷进行辨别。

载体蛋白只允许与自己结合部位相适应的溶质分子通过, 而且其自身构象在转运过程中须发生变化44载体蛋白的特性：载体蛋白的特性：对转运的物质不作共价修饰；对运输物质具有高度选择性，有特异性结合位点；具有类似于酶和底物作用的饱和动力学；即可被底物类似物竞争性抑制，也可被某些抑制剂非竞争性抑制;对pH有依赖性.通道蛋白主要特征通道蛋白主要特征：：1.通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，它横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过；2.转运效率高；3.没有饱和值；4.并非连续性开放而是门控的45协同转运/cotransport ：它是一类由Na+,K+泵或H+泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式物质跨膜运输的直接动力是来自膜两侧离子的电化学梯度，而维持这种电化学梯度则是通过钠钾泵或质子泵消耗ATP所实现的46通道蛋白分类：通道蛋白分类：1 1）电压门控通道：）电压门控通道：通过膜电位的变化使其构型发生改变通过膜电位的变化使其构型发生改变, , 从而将从而将““门门””打开2 2）配体）配体- -门控通道：门控通道：细胞内或外的特定配体（细胞内或外的特定配体（ligandligand）与膜）与膜受体结合时发生反应受体结合时发生反应, , 引起门通道蛋白的一种成分发生构型引起门通道蛋白的一种成分发生构型变化变化, , 结果使结果使““门门””打开。

打开3 3）应力激活通道：）应力激活通道：通道的打开受一种力的作用通道的打开受一种力的作用溶质均溶质均顺着浓度梯度顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜自由扩散通过细胞膜47定义：定义：由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度的由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜运输的方式，是一种耗能的运输方式特点：特点：u从低浓度到高浓度；从低浓度到高浓度；u需要需要载体蛋白载体蛋白的协助；的协助；u直接或间接需要能量直接或间接需要能量(ATP)如：如：NaNa+ + 、、K K+ +、、CaCa2+2+、、MgMg2+2+等离子通过细胞等离子通过细胞膜；膜；葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞 主动运输（主动运输（active transportactive transport））K+： 细胞内100mM，细胞外5mM；Na+： 细胞内10-20mM，细胞外150mM；Ca2+： 胞外高出胞内1000倍以上48主动运输的类型：1.ATP直接提供能量的主动运输，由ATP驱动泵(如钠钾泵、钙泵、质子泵)完成；2.ATP间接提供能量的协同运输，由耦联转运蛋白完成； 同向转运，反向转运。

1.3. 光能驱动的主动运输，由光驱动泵完成2. 细菌视紫红质细菌视紫红质49ATP驱动泵的分类：50ØThe Na+-K+-ATPase requires K+ outside, Na+ and ATP inside, and is inhibited by ouabain/乌本苷乌本苷.ØThe ratio of Na+:K+ pumped is 3:2 for each ATP hydrolyzed.ØThe Na+-K+-ATPase is a P-type pump. This ATPase sequentially phosphorylates and dephosphorylates itself during the pumping cycle. ØThe Na+-K+-ATPase is found only in animals. 51小分子物质跨膜运输三种方式的比较小分子物质跨膜运输三种方式的比较不需要不需要需要需要需要需要不不消耗消耗不不消耗消耗消耗消耗 顺顺浓度梯度浓度梯度高浓度高浓度 低浓度低浓度 顺顺浓度梯度浓度梯度高浓度高浓度 低浓度低浓度 逆逆浓度梯度浓度梯度低浓度低浓度 高浓度高浓度 O O2 2、、COCO2 2、、H H2 2O O、、甘油、乙醇、甘油、乙醇、苯苯葡萄糖进葡萄糖进入红细胞入红细胞NaNa+ + 、、K K+ +、、CaCa2+2+等等离子；离子；小肠吸收葡萄糖、小肠吸收葡萄糖、氨基酸。

氨基酸52内吞作用/endocytosis：它是细胞通过质膜的内陷和包裹形成囊泡，将外界物质内化而转运进入胞内的过程胞吐作用/exocytosis：将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过质膜转运出细胞的过程组成型胞吐途径调节型胞吐途径53受体介导的内吞作用：细胞通过受体的介导摄取细胞外专一蛋白质或其他化合物的过程 细胞外溶质或配体同有被小窝的受体结合形成配体-受体复合物，网格蛋白聚集在有被小窝的胞质侧，有被小窝形成后进一步内陷，与质膜断离后形成有被小泡进入细胞5455协助扩散协助扩散自由扩散自由扩散物质物质的运的运输方输方式式主动运输主动运输(逆逆浓度梯度浓度梯度)小分子物质小分子物质(跨膜运输跨膜运输) 大分子物质大分子物质 (膜泡运输膜泡运输) 胞吞胞吞 胞吐胞吐消消耗耗能能量量顺浓度顺浓度梯度梯度被动运输被动运输载体蛋白载体蛋白56第五章第五章 线粒体线粒体一、线粒体的形态结构：线粒体是双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构5758基质基质/matrix/matrix：n含含大大量量可可溶溶性性蛋蛋白白（（脂脂肪肪酸酸氧氧化化、、氨氨基基酸酸降降解解、、三三羧羧酸酸循循环、氨基酸分解等有关酶类）环、氨基酸分解等有关酶类）n含含线线粒粒体体独独特特的的双双链链环环状状DNADNA，，核核糖糖体体，，构构成成线线粒粒体体相相对对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统。

独立的遗传信息复制、转录和翻译系统n线粒体是人体细胞除细胞核以外唯一含有线粒体是人体细胞除细胞核以外唯一含有DNADNA的细胞器的细胞器59内膜内膜/inner membrane/inner membrane：：•内膜高度不透性，几乎所有的离子和分子进出基质都必须通过转运蛋白•线粒体内膜通常要向基质折褶形成嵴，其上有ATP合酶，又叫F0 F1 ATP酶复合体，是一个多组分的复合物，能催化ADP磷酸化生成ATP•蛋白质和脂类的比例高于3:1 蛋白的种类很多，主要是: (1) 电子传递链电子传递链; (2) ATP合成酶合成酶; (3) 转运蛋白转运蛋白. 转位接触点：为内膜与外膜相互接触的地方，是蛋白质等物质进出线粒体的通道•内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部位内膜是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化的主要部位60管状嵴层状嵴61真核细胞内碳水化合物代谢途径真核细胞内碳水化合物代谢途径发发 酵酵62二、线粒体功能：1. 电子传递链：粒体内膜上存在传递电子的一组酶的复合物，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，它们在内膜上相互关联地有序排列成传递链，称为电子传递链（electron transport chain）或呼吸链（respiratory chain）。

利用电子传递所释放的自由能将线粒体基质中的H+转移到膜间隙电子传递链的物质基础：电子载体电子载体在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的化合物称为电子载体的化合物称为电子载体6364◆◆主呼吸链主呼吸链∶∶ 复复合合物物ⅠⅠ、、ⅢⅢ和和ⅣⅣ构构成成主主呼呼吸吸链链，，从从NADHNADH来来的的电电子子依依次次经过这三个复合物经过这三个复合物, , 进行传递进行传递◆◆次呼吸链次呼吸链∶∶ 复复合合物物ⅡⅡ、、ⅢⅢ、、ⅣⅣ构构成成次次呼呼吸吸链链，，来来自自FADHFADH2 2的的电电子子不不经过经过ⅠⅠ652. 氧化磷酸化：定义：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，这一酶促过程叫氧化磷酸化膜电位：由于质子跨线粒体内膜的转移而形成了膜两侧的质子浓度差，即pH梯度及电位差，即膜电位磷氧比（P/O）：是指底物氧化时，每消耗1个氧原子所消耗的用于ADP磷酸化的无机磷的原子数ATP酶作用机制——结合变构机制：66※ 线粒体内膜上的呼吸链同时起质子泵的作用，可以在传递电子的同时将质子从线粒体基质腔转移到膜间腔；※ 当膜间腔存在大量质子使线粒体内膜内外存在足够的电化学H+梯度时，质子则从膜间腔通过线粒体内膜上的ATP合成酶复合物上的质子通道进入基质，同时驱动ATP合成酶合成ATP；※ 线粒体内膜本身具有离子不透过性，能隔绝包括H+、OH-在内的各种正负离子。

化学渗透假说内容：67头部头部 (耦联因子耦联因子F F1 1)：：圆球圆球形，突入内腔，形，突入内腔， 具有酶具有酶活性，催化活性，催化ADP→ATP ADP→ATP ；；柄部：柄部：连接头部和基部，连接头部和基部，调控质子通道；调控质子通道；基部基部 (F F0 0耦联因子耦联因子) ：：嵌于嵌于内膜中，有物种差异，内膜中，有物种差异，连接连接 F F1 1和内膜，质子流和内膜，质子流向向F F1 1的穿膜通道的穿膜通道α和β亚基均具有核苷酸结合位点，其中β亚基具有催化ATP合成或水解的活性生物体能量转换的核心酶，在生物体能量转换的核心酶，线粒体内膜粒体内膜、、叶绿体的类囊体膜和叶绿体的类囊体膜和好氧菌的质膜好氧菌的质膜上68线粒体中由自身合成的蛋白质仅占线粒体中由自身合成的蛋白质仅占10%,10%,其余均为细胞核基因其余均为细胞核基因组编码因此，线粒体有自己的因此，线粒体有自己的DNADNA和蛋白质合成体系，即独和蛋白质合成体系，即独立的遗传系统，但又受核基因组遗传系统的控制，其生长和立的遗传系统，但又受核基因组遗传系统的控制，其生长和增殖受核基因组和自身基因组两套遗传系统的控制，故为半增殖受核基因组和自身基因组两套遗传系统的控制，故为半自主性细胞器。

自主性细胞器三、线粒体的半自主性：ATPase subunit 8编码细胞色素b、细胞色素氧化酶的3个亚基、ATP酶的2个亚基以及NADH脱氢酶的7个亚基另外还有16SrRNA和12SrRNA以及22个tRNA的DNA序列.69线粒体内蛋白来源：线粒体内蛋白来源： 1 1）胞质内游离核糖体合成）胞质内游离核糖体合成 2 2）线粒体自身合成）线粒体自身合成线粒体蛋白质合成线粒体蛋白质合成: 1 1）有自己的蛋白质翻译系）有自己的蛋白质翻译系统；统； 2 2）所编码的蛋白质是）所编码的蛋白质是粒体内的核糖体上进行的；粒体内的核糖体上进行的； 3 3）所编码的）所编码的RNARNA和蛋白质和蛋白质并不运出线粒体外；并不运出线粒体外； 4 4）用于蛋白质合成的所有）用于蛋白质合成的所有tRNAtRNA都是由都是由mtDNAmtDNA编码的；编码的；编码细胞色素b、细胞色素氧化酶的3个亚基、ATP酶的2个亚基以及NADH脱氢酶的7个亚基.70运至基质的蛋白：含有一个定位信号肽71运至内膜或膜间隙的蛋白：含两个信号肽72第六章第六章 叶绿体叶绿体一、叶绿体的形态结构：背阳处：同一植物向阳处：叶绿体小，数目多.叶绿体大，数目少。

73叶绿体外被叶绿体外被内膜内膜外膜外膜基质类囊体基质类囊体(基质片层基质片层)基质基质类囊体腔类囊体腔基粒类囊体基粒类囊体膜间隙膜间隙叶绿体超微结构的模式图解叶绿体超微结构的模式图解基粒基粒类囊体类囊体74叶绿体膜叶绿体膜：：◆◆外膜外膜/outer membrane: 通透性大，含有孔蛋白，允许分子量小于10000的分子通过如，如核苷、无机磷核苷、无机磷(Pi)、蔗糖、蔗糖等均可自由通过◆◆内膜内膜/inner membrane：：通透性差，选择性强，仅有O2、H2O和CO2可以自由通过含很多转运蛋白（靠浓度梯度驱使，非主动运输） ※※ 磷酸交换载体磷酸交换载体/phosphate exchange carrier： 将胞质中的无机磷无机磷转运到叶绿体基质，同时将叶绿体基质中产生的磷酸甘油醛磷酸甘油醛释放到细胞质 ※※ 二羧酸交换载体二羧酸交换载体/dicarboxylate exchange carrier： 交换含有2个羧基的酸：苹果酸、延胡索酸苹果酸、延胡索酸等 ※※ 葡萄糖载体葡萄糖载体75膜间隙膜间隙/intermembrane space：：内、外两层膜之间厚约10~ 20nm的空隙。

基质基质/stroma:被叶绿体内膜所包围了除了类囊体以外的区域；光合作用固定CO2的场所可溶性蛋白质、酶类和其它代谢产物；Rubisco/RuBPcase颗粒70S核糖体环状DNARNA76类囊体类囊体/thylakoid：：叶绿体内部由内膜发展而来的封闭的扁平膜囊◆ 基粒类囊体/granum thylakoid 基粒/grana垛叠是动态的；大大增加了膜片层的总面积一个叶绿体含有40-60个甚至更多的基粒，一个基粒由5-30个基粒类囊体组成，最多可达上百个◆ 基质类囊体/stroma thylakoid/基质片层/stroma lamella网管状或扁平状◆ 类囊体腔/thylakoid lumen 类囊体是一个完整连续的类囊体是一个完整连续的封闭膜囊封闭膜囊77二、叶绿体的化学组成：1.外膜：孔蛋白2.内膜：转运蛋白3.类囊体：◆◆蛋白约占蛋白约占60% 60% 、脂类约占、脂类约占40%40%◆◆脂脂中中以以含含半半乳乳糖糖的的糖糖脂脂为为主主，，磷磷脂脂极极少少，，且且脂脂中中的的脂脂肪肪酸酸含含较较多多双双键键，，如如不不饱饱和和的的亚亚麻麻酸酸，，约占总脂肪酸的87%，使使得得脂双分子层具有很大的流动性很大的流动性。

78高等植物光合作用涉及两个反应过程：光反应光反应/light reaction：依赖光的反应，只在光照条件下才发生 在类囊体膜上通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，并将光能转化为电能，进而转换为活跃的化学能，形成ATP和NADPH，同时也产生氧气 它包括原初反应、电子传递和光合磷酸化.碳同化反应碳同化反应/固碳反应固碳反应/暗反应暗反应：在光反应产物的驱动下进行 在叶绿体基质中进行的酶促化学反应，利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为糖糖，即将活跃的化学能转换为稳定的化学能，最终储存于有机物中三、叶绿体的功能：79光合作用全过程各个阶段示意图光合作用全过程各个阶段示意图光合作用的光反应在类囊体中进行；暗反应（碳固定反应）在叶绿体基质中进行 基质中）80C3途径：途径： CO2还原生成糖的途径称为还原戊糖磷酸（reductive pentose phosphate,RPP）循环，或C3途径在C3途径中，由于反应的最初产物3-磷酸甘油酸是三碳化合物，因此又称三碳循环或卡尔文循环(Calvin cycle)它含可分为三个阶段: RuBP的羧化(CO2固定)、PGA( 3-磷酸甘油酸)的还原、RuBP的再生。

C4途径：途径：C4植物的叶中有两种类型的细胞：叶肉细胞和维管束鞘细胞，CO2的固定发生在叶肉细胞中，而卡尔文循环系统位于维管束鞘细胞81 三碳循环是靠光反应形成的ATP和NADPH作为能源，推动CO2的固定、还原，每循环一次只能固定一个CO2，循环6次，才能把6个CO2分子同化成一个己糖 实际上，通过卡尔文循环将6分子CO2转变成葡萄糖通常需要消耗18分子的ATP和12分子的NADPH 六碳糖(蔗糖)的合成发生在细胞质基质中，而淀粉的合成发生在叶绿体基质中6CO2+18ATP+12NADPH C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi卡尔文循环净反应： 通过卡尔文循环将6分子CO2转变成葡萄糖通常需要消耗18分子的ATP和12分子的NADPH82几个概念：几个概念：原初反应：原初反应：光反应的最初始的反应，指叶绿体分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递和转换 光合作用单位：光合作用单位：叶绿体中不是所有的叶绿素分子都直接参与光化学反应将光能转换为化学能大约300个叶绿素分子组成一个功能单位才能进行光子的吸收，该功能单位成为光合单位/photosynthetic unit，它是进行光合作用的最小结构单位。

由反应中心色素和捕光色素组成反应中心色素反应中心色素：由一种叶绿素a分子组成，能够接受捕光色素传递来的共振能，激发出电子并且传递给原初电子受体，同时接受原初电子供体传来的电子，将光能转化成化学能捕光色素：捕光色素：又称吸光色素或天线色素，它位于类囊体膜上，只具有吸收、聚集光能和传递共振能给反应中心色素分子的作用，无光化学活性包括全部的叶绿素b、大部分叶绿素a，以及胡萝卜素和叶黄素等8384细胞色素细胞色素b6 /f复合物的结构和功能复合物的结构和功能把电子从PS Ⅱ传递给PS Ⅰ H+移动的方向是从基质到类囊体腔，每传递一对电子转移4个H+，在内囊膜两侧产生质子梯度85 概念：在叶绿体进行的光合作用过程中，会产生H+电化学梯度，因而能够驱动ADP磷酸化合成ATP，这一总过程由于是光驱动的，故叫光合磷酸化 光合磷酸化同线粒体的氧化磷酸化的主要差别是∶氧化磷酸化是由高能分子(NADH, FADH2)氧化驱动的，而光合磷酸化是由光子驱动的光合磷酸化：光合磷酸化：86noncyclic photophosphorylation/非循环式光合磷酸化：电子从水经过PSII、载体中间链、PSI，最终抵达NADP＋。

其电子的传递经过PSⅡ和PSⅠ两个光系统！并在传递过程中产生H+梯度并同磷酸化相偶联，产生ATP电子的传递是一个开放的通道产物：ATP + NADPH + 分子氧87 Cyclic photophosphorylation: 循环式光合磷酸化：PSI吸收光能发出激发电子，传至铁硫蛋白和细胞色素b6f和质体醌，返回P700＋其电子的传递只经过pSⅠ一个光系统！用来调控ATP和NADPH的比值产物：ATP 88半自主性细胞器半自主性细胞器四、叶绿体的半自主性：一一、、由由ctDNActDNA编编码码, ,在在叶叶绿绿体核糖体上合成；体核糖体上合成；二二、、由由核核DNADNA编编码码, ,在在叶叶绿绿体核糖体上合成；体核糖体上合成；三三、、由由核核DNADNA编编码码, ,在在细细胞胞质核糖体上合成质核糖体上合成 叶绿体蛋白的来源叶绿体蛋白的来源89定位于类囊体膜或腔的蛋白运输叶绿体基质蛋白的转运叶绿体基质蛋白的转运叶绿体基质导向序列类囊体导向序列90Origin: The endosymbiont theory/内共生理论内共生理论 vCompare the ribosomal RNA with the base sequence of various bacterial rRNAs: Purple bactria/紫细菌紫细菌-Mitochondria/线粒体线粒体Cyanobacteria/蓝细菌蓝细菌-Chloroplasts/叶绿体叶绿体内共生内共生蓝细菌紫细菌原始真核生物原始细菌真细菌原真核细胞91第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞质基质细胞质基质概念：概念：在真核细胞的细胞质中，除可分辨的细胞器以外的胶状物质，在真核细胞的细胞质中，除可分辨的细胞器以外的胶状物质，称为细胞质基质。

它是一种高度有序且又不断变化的结构体系称为细胞质基质它是一种高度有序且又不断变化的结构体系在确保与协调各种代谢反应、胞内物质运输与信息传递等方面在确保与协调各种代谢反应、胞内物质运输与信息传递等方面起重要作用起重要作用主要特点：主要特点：细胞质基质是一个细胞质基质是一个高度有序高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡动态平衡的结构体系的结构体系92细胞内膜系统细胞内膜系统 是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、由膜包绕形成的细胞器或细胞结构包括内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等内膜系统的特征：◆◆具有质膜的共性具有质膜的共性◆◆独立性独立性 ● ●相对封闭的区室相对封闭的区室 ● ●执行独立的功能执行独立的功能◆◆协作性协作性: :动态性质动态性质93内质网：细胞质中由膜围成的管状或扁平囊状管状或扁平囊状的结构，互相连通成网，构成细胞质中的扁平囊状系统微粒体——破碎的内质网）内质网形成完整的封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质内质网形成完整的封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于物质的加工和运输中合成的物质分隔开来，更有利于物质的加工和运输。

肌质网: 肌细胞中含有发达的特化的光面内质网94多呈大的扁平膜囊状它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构, 普遍存在于分泌蛋白质的细胞中, 越是分泌旺盛的细胞(如浆细胞)越多其主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶蛋白粗面内质网与细胞核的外层膜相连通粗面内质网：95●无核糖体附着的内质网称为光面内质网, 通常为小的膜管和小的膜囊状●光面内质网是脂类合成的重要场所●光面内质网所占的区域通常较小，它合成的磷脂主要由两种方式由内质网向其它膜转运： 1. 它往往作为出芽的位点, 将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上； 2. 凭借一种水溶性的载体蛋白，称为磷脂转换蛋白/PEP在膜之间转移磷脂光面内质网：96葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶内质网的主要功能：内质网的主要功能：1.蛋白质的合成；蛋白质的合成；2.脂类的合成；脂类的合成；3.蛋白质修饰和加工：糖基化、酰基化、二硫键形成等；蛋白质修饰和加工：糖基化、酰基化、二硫键形成等；4.新生多肽的折叠和组装；新生多肽的折叠和组装；糖基一般连接在糖基一般连接在4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2种：种： O-连接的糖基化（连接的糖基化（O-linked glycosylation）：）：与Ser、Thr和Hyp/羟脯氨酸的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。

N-连接的糖基化（连接的糖基化（N-linked glycosylation）：）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺97葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶钙连蛋白，分子伴侣钙连蛋白，分子伴侣质量控制：质量控制：确保错误折叠的确保错误折叠的蛋白不离开内质蛋白不离开内质网错误折叠的蛋白错误折叠的蛋白由由葡糖糖苷酶葡糖糖苷酶识识别，在寡糖链末别，在寡糖链末端添加一个葡萄端添加一个葡萄糖寡糖含有单糖寡糖含有单个葡萄糖的糖蛋个葡萄糖的糖蛋白被分子伴侣白被分子伴侣Calnexin识别，识别，获得一次重新正获得一次重新正确折叠的机会确折叠的机会如果多次重复仍如果多次重复仍未正确折叠，蛋未正确折叠，蛋白质被转移到细白质被转移到细胞质基质中并被胞质基质中并被降解葡萄糖基转移酶葡萄糖基转移酶98分子伴侣：分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”泛素蛋白酶体降解途径：泛素蛋白酶体途径介导的蛋白降解是机体调节细胞内蛋白水平与功能的一个重要机制负责执行这个调控过程的组成成分包括泛素及其启动酶系统和26S蛋白酶体系统。

泛素启动酶系统（泛素活化酶 E1，泛素结合酶E2，泛素连接酶E3）负责活化泛素，并将其结合到待降解的蛋白上，形成靶蛋白多聚泛素链，即泛素化蛋白酶体系统可以识别已泛素化的蛋白并将其降解99高尔基体是一个复杂的由许多功能不同的间隔所组成的高尔基体是一个复杂的由许多功能不同的间隔所组成的连续的完整体系或结构连续的完整体系或结构由一些（常常4-8个）排列较为整齐的扁平膜囊（saccules）堆叠在一起，构成高尔基体的主体结构，膜囊多呈弓形，也有呈半球形或球形膜囊在不同细胞中数目差异较大，少至1-2个，多至10几个高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶100一般情况下，高尔基体靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面，又称形成面(forming face)或顺面(cis face)，面向细胞质膜的一面常呈凹面(concave)，又称成熟面(mature face)或反面(trans face)高尔基体是一种极性细胞器101顺面膜囊：中间多孔而呈连续分支状的管网结构一般认为CGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂类再返回内质网中间膜囊：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。

多数糖基修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间膜囊中反面膜囊：管网状结构；pH较其它地方低；参与蛋白质的分类和包装，最后从高尔基体中输出102蛋白质运输蛋白质运输 ◆◆ER到高尔基体内侧的运输到高尔基体内侧的运输 ◆◆ER蛋白的逆向运输蛋白的逆向运输 ◆◆高尔基体内侧到高尔基体外侧运输高尔基体内侧到高尔基体外侧运输蛋白质的修饰：糖基化等蛋白质的修饰：糖基化等蛋白质的分选蛋白质的分选蛋蛋白白质质的的水水解解：：将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽高尔基体功能：高尔基体功能：103溶酶体：溶酶体：※※ 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中一种异质性细胞器※※ 溶酶体是单层膜围绕、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标志酶：酸性水解酶根据溶酶体的不同生理阶段，可分为初级溶酶体（primary lysosome）、次级溶酶体（secondary lysosome）和残余小体（residual body）104溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同，富含：溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同，富含：◆◆ H+-pumps／／质子泵质子泵: internal proton concentration is kept high by H+-ATPase（（保持溶酶体基质内的酸性环境保持溶酶体基质内的酸性环境）。

◆◆ Glycosylated proteins／／糖蛋白糖蛋白: may protect the lysosome from self-digestion（（防止自身被水解消化防止自身被水解消化 ））. ◆◆ Transport proteins／／转运蛋白转运蛋白: transporting digested materials（（可运输溶酶体消化水解的产物可运输溶酶体消化水解的产物 ））.105 1.1.清清除除无无用用的的生生物物大大分分子子、、衰衰老老的的细细胞胞器器及及衰衰老老损损伤伤和和死死亡亡的的细细胞胞 2.2.防御功能防御功能: : 入侵病毒或细菌等入侵病毒或细菌等 3. 3.其它重要的生理功能其它重要的生理功能 如如：：精精子子的的顶顶体体（（acrosome））相相当当于于特特化化的的溶溶酶酶体体，，在在受受精精过过程中的能溶解卵细胞膜程中的能溶解卵细胞膜 溶酶体的功能：溶酶体的功能：溶溶酶酶体体与与疾疾病病溶酶体膜失常与疾病溶酶体膜失常与疾病: : 矽肺矽肺 、痛风先天性溶酶体病：先天性溶酶体病：糖原贮积病、脂质沉积病、粘多糖沉积病。

糖原贮积病、脂质沉积病、粘多糖沉积病 ………….106溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER） 高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑溶酶体的发生途径溶酶体的发生途径 107 过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisome））又称微体（又称微体（microbody），），是由单是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类、高电子密度、圆形或卵层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类、高电子密度、圆形或卵圆形的细胞器圆形的细胞器过氧化物酶体的特征：⑴和溶酶体形态大小类似；⑵含有氧化酶氧化酶类，将底物氧化形成H2O2；⑶内环境pH值为值为7左右；⑷酶酶在细胞质基质中合成，经分选与装配形成；⑸识别的标志酶标志酶为过氧化氢酶过氧化氢酶 108过氧化酶体的功能过氧化酶体的功能 2H2O2过氧化氢酶过氧化氢酶2H2O +O2防止防止H2O2在细胞内堆积，起保护细胞的作用在细胞内堆积，起保护细胞的作用降解生物大分子降解生物大分子,最终产生最终产生H2O2109蛋白质的分选（蛋白质的分选（protein sortingprotein sorting））：又称蛋白质的定向：又称蛋白质的定向转运（转运（protein targetingprotein targeting））: : 指绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中游离的或粗面内质网上指绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中游离的或粗面内质网上的核糖体开始合成，然后转运到细胞的特定部位，装配成具有的核糖体开始合成，然后转运到细胞的特定部位，装配成具有特定结构与功能的复合体，才能参与细胞的各种生命活动过程。

特定结构与功能的复合体，才能参与细胞的各种生命活动过程vProteins are imported into organelles by three mechanisms:ØGated Transport: Transport through nuclear poresØTransmembrane transport: ER, Mit, Chl, PerØVesicular transport: ER to Golgi, PM, Lysosome, Endosome.110Signal Hypothesis/信号假说信号假说------ A model for the Signal Mechanism of cotranslational Import/共翻译转运共翻译转运●蛋白质共翻译转运 (co-translational translocation) 指核糖体上合成的蛋白质通过定位信号，一边翻译一边进入内质网，由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的，故称为共翻译转运●由于多肽链一端输入内质网时，其余部分正在合成，蛋白质不可能释放到细胞质基质，也不会折叠，因此不需要伴侣蛋白的帮助，也不需要ATP水解提供能量，可利用蛋白质合成的能量使多肽链穿膜转运。

●所有这些蛋白质，不管以后命运如何，都以同样的分选信号和类似的机制穿入内质网膜111①信号肽(signal peptide)②信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP)③停泊蛋白(docking protein) /SRP受体④转位复合物/ 易位子(translocon) ⑤停止转运序列(stop transfer sequence) ⑥信号肽酶(signal peptidase)蛋白质共翻译转运涉及的成分112信号肽：信号肽：引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列，一般位于蛋白质的N端，一般有16-26个氨基酸残基，其中包括疏水核心区、信号肽的Ｎ端、信号肽的Ｃ端三个部分，又称开始转移序列SRP/信号识别颗粒：信号识别颗粒：由6条多肽链和一个7SRNA组成，此复合体能识别核糖体上新生肽末端的信号肽，与之结合使肽链合成暂时停止，继而和ER膜上的停泊蛋白识别和结合，从而将mRNA上的核糖体，带到膜上信号斑：信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，是由几段信号肽形成的一个三维结构，该三维结构成为蛋白质分选的信号，被特异的蛋白质进一步识别从而指导蛋白质的转移与定位。

内质网驻守信号内质网驻守信号(ER retention signal): Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信号序列，能够和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运113翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜周围的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白导肽导肽/leader peptide或转运肽或转运肽/transit peptide：：线粒体、线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白质是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，这些信号序质是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，这些信号序列称为导肽列称为导肽114膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运到高尔基体，进而分选运到细胞的不同部位115Clathrin-Coated Vesicles Formation囊泡来源囊泡来源: : 由细胞膜内陷或高尔基复合体反面膜外凸芽生由细胞膜内陷或高尔基复合体反面膜外凸芽生(budding) (budding) 而成而成, ,介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。

运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输116网格蛋白亚基装配网格蛋白亚基装配单个的三枝型复合物又是由3 条重链和3 条轻链组成，具有三重轴对称的特征，在组装之前以可溶的形式存在于胞质中当clathrin 包被的小泡组装，这些三枝型复合物多聚为六边形或五边形的网格，其比例并不一定，所以包被小泡可以有多种尺寸117•当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin/发动蛋白聚集成一圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），导致膜融合，pinch off衣被小泡 118衣被小泡的类型与功能衣被小泡的类型与功能119SNARE假说：假说：膜泡运输和细胞融合过程需要一种NSF 和几种可溶性NSF结合蛋白SNAP的参与和帮助；膜融合特异性由SNAP受体（SNARE）介导，，它可以作为膜融合时SNAP的附着点每一种运输小泡都有一个特殊的v-SNARE标志，能够同适当的靶膜上的 t-SNARE标志相互作用120第八章第八章 信号转导信号转导细胞通讯(cell communication)是指在多细胞生物中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 一个细胞发出的信息通过介质(又称配体)传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用,然后通过信号转导产生胞内一系列生理生化变化,最终表现出细胞整体的生物学效应的过程。

细胞信号转导是细胞间实现通讯的关键过程,它对于多细胞生物细胞间功能的协调、控制细胞的生长和分裂、组织发生与形态建成是必须的121信信号号分分子子与与细细胞胞通通讯讯旁分泌内分泌突触传递接触依赖性细胞间通讯局部化学介质 局部扩散细胞分泌化学信号可长距离或短距离发挥作用122自分泌/autocrine：细胞对自身分泌的物质产生反应自分泌信号常存在于病理条件下，如肿瘤细胞合成并释放生长因子刺激自身，导致肿瘤细胞的持续增值123信号进行转换并启动细胞内信使系统跨膜信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质经扩散或血循环到达靶细胞靶细胞表面或内部的受体特异性结合靶细胞产生生物学效应信号的解除与细胞反应的终止124信号分子/Signal Molecules：细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号和物理信号等化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质等，物理信号诸如声、光、电和温度变化等受体/Receptors: 是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，绝大多数为糖蛋白，少数是糖脂两个功能域：结合配体的功能域：结合特异性产生效应的功能域：效应特异性；胞内受体：位于细胞质基质和核基质中，主要识别和结合小的脂溶性信号分子，如甾类激素、甲状腺素、维生素D、视黄酸；细胞表面受体：识别和结合亲水性信号分子，包括分泌型信号分子（如神经递质、多肽类激素、生长因子等）和膜结合型信号分子（细胞表面抗原、细胞表面黏着分子等）。

125细胞表面受体离子通道藕联受体G蛋白藕联受体酶连受体126127第二信使（secondary messenger）：通常将Ca2+ 、DAG、IP3、cAMP、cGMP等在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使，其作用是对胞外信号起转换和放大的作用第二信使学说/secondary messenger theory: 细胞表面受体接受胞外信号（第一信使）后，经过信号转换激活质膜上的效应器，产生细胞内的信息物质（第二信使），进一步将信息传递到细胞内，产生相应的生物学效应，第二信使的降解使其信号作用终止128第二信使种类第二信使种类•环核苷酸：环核苷酸： 环腺苷酸（环腺苷酸（cAMPcAMP）） 环鸟苷酸（环鸟苷酸（cGMPcGMP））•脂类分子：脂类分子： 二酯酰甘油（二酯酰甘油（DAGDAG）） 肌醇三磷酸（肌醇三磷酸（ IP3 IP3））•钙离子、等钙离子、等第二信使在信号转导过程中主要变化是浓度变化，其变化非常迅速，因此确保信号传递的精确性、时效性第二信使的生成与水解是由特定的酶催化的，这些酶也是信号传导过程中重要的信号转导分子。

129信号转导系统的主要特性：特异性放大作用信号终止或下调特征信号整合作用细胞必须整合不同的信息，对细胞外信号分子的特异性组合作出程序性反应，才能维持生命活动的有序性130细胞内受体介导的信号转导胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白a) 类固醇激素通过扩散穿过细胞质膜;(b)激素分子与胞质中的受体结合;(c)抑制蛋白与受体脱离，露出与DNA结合激活基因转录的位点;(d)被激活的复合物进入细胞核;(e)与DNA增强子区结合;(f)促进受激素调节的基因转录131NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合：NO的合成：在血管内皮细胞，L-精氨酸在NO合成酶的催化下生成L-瓜氨酸+ NO；NO主要作用机制：进入平滑肌细胞，使鸟苷酸环化酶的活性激活；鸟苷酸环化酶催化GTP，使cGMP合成增多； cGMP作为新的信号分子介导蛋白质的磷酸化，进一步引发血管平滑肌舒张等生理效应132具有离子通道作用的细胞质膜受体称为离子通道受体， 这种受体见于可兴奋细胞间的突触信号传导，产生一种电效应特点： 受体/离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道，一般是四次或六次跨膜蛋白 跨膜信号转导无需中间步骤:是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gated channel）。

主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性离子通道藕联受体离子通道藕联受体133G蛋白偶联型受体介导的信号转导蛋白偶联型受体介导的信号转导每一种G-蛋白偶联受体都有7 个α螺旋的跨膜区，信号分子与受体的细胞外部分结合，并引起受体的细胞内部分激活相邻的G-蛋白134三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）：简称G蛋白，位于质膜内胞浆一侧，由α、β、γ三个亚基组成， α 和βγ二聚体分别通过共价结合锚于膜上，α亚基本身具有GTP酶活性 G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用135G蛋白的作用机制：G蛋白α亚基上存在GDP或 GTP结 合 位 点 ， 有GTP酶活性，能促进与其 结 合 的 GTP分 解 成GDP在静息状态下，α亚基与β、γ亚基形成三聚体形式后与GDP结合，此时G蛋白与受体分离，无活性；当配体与受体结合后，受体分子构象改变，与G蛋白α亚基结合的位点暴露，导致受体胞内部分与G蛋白α亚基相互作用， α亚 基 构 象 改 变 ， 与GTP结合增强，被激活，进而解体。

136G蛋白解离后形成的两部分可以沿着细胞膜自由扩散，直接与位于细胞膜下游的效应蛋白作用并使其激活，完成将信号从胞外传递到胞内的过程，G蛋白下游效应蛋白通常是离子通道或与膜结合的酶，如腺苷酸环化酶、磷脂酶C137当配体与受体结合接触后，G蛋白α亚基分解其结合的GTP，生成GDP，其构象改变，与GDP结合能力增强，并与效应蛋白分离，重新与β、γ亚基结合构成三聚体，G蛋白回复到静息状态138● G蛋白循环(G protein cycle)在G蛋白偶联信号转导系统中， G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上一种是静息状态，即三体状态; 另一种是活性状态， G蛋白由非活性状态转变成活性状态，然后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环(G protein cycle)G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联:● GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein，GAPs) ● 鸟苷酸交换因子(guanine nucleotide-exchange factors，GEFs) ● 鸟苷酸解离抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs) 139腺苷酸环化酶是膜整合蛋白，能够将ATP转变成cAMP，引起细胞的信号应答，故此，AC是G蛋白偶联系统中的效应物。

环腺苷磷酸二酯酶环腺苷磷酸二酯酶（PDE）降解cAMP生成5’-AMP，终止信号咖啡因茶碱cAMP信号通 路140PKA是一种由四个亚基构成的寡聚体其中有两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基当调节亚基与cAMP结合后发生变构（每一调节亚基可结合两分子cAMP），与催化亚基解聚，从而激活催化亚基 对基因表达的调节作用 在基因转录调控区有一共同的DNA序列(TGACGTCA)，称为cAMP应答元件(cAMP response element, CRE)、可与cAMP应答元件结合蛋白 (cAMP response element bound protein, CREB)相互作用而调节基因的转录PKA的催化亚基进入胞核后、催化反式作用因子—CREB中特定的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化、磷酸化的CREB形成二聚体、与DNA上的CRE结合、从而激活受CRE调控的基因转录141活化型调节蛋白（Gs）调节模型 当细胞没有受到激素刺激，Gs处于非活化态，α亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与受体结合后，导致激活型受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素-受体复合物与Gs结合，Gs的α亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs蛋白解离出α亚基和βγ 基复合物，并暴露出α亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的α亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。

随着GTP的水解，α亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用α亚基与βγ亚基重新结合，使细胞回复到静止状态抑制型调节蛋白(Gi)调节模型 Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径： ①通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性； ②通过βγ亚基复合物与游离Gs的α亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸 环化酶的活化142ADP核糖基化霍乱毒素Na＋和H2O持续外流百日咳毒素ADP核糖基化减少液体、电解质和黏液分泌小肠上皮细胞中cAMP水平增加气管上皮细胞中cAMP水平增加n细菌毒素对G蛋白的修饰作用q霍乱毒素：具有ADP-核糖转移酶活性，催化Gsa亚基ADP-核糖基化；q百日咳毒素：具有ADP-核糖转移酶活性，催化Gia亚基ADP-核糖基化；143n通过G蛋白耦联受体介导的另一条信号途径是磷脂酰肌醇信号通路，其信号转导是通过效应酶磷脂酶C完成的n双信使IP3和DAG的合成来自于膜结合的磷脂酰肌醇（PI）144磷脂酰肌醇信号通路“双信使信号通路”胞外信号分子（激素）与Go或Gq蛋白耦联的受体结合，激活磷脂酶C（PLC），致使磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）水解。

IP3开启IP3门控Ca2+通道，引发储存在内质网中的Ca2+转移到细胞质基质中可促进Na+/H+交换，胞内pHCa2+ ↑PKC转位到质膜内表面，被DAG活化145nDAG/二酰甘油是一种脂类分子，结合在膜上，在那里可募集和激活PKCn佛波酯/phorbol ester: 类似DAG，能够激活各类培养细胞的蛋白激酶C，导致这些细胞生长失去控制，暂时性低表现为恶性细胞nIP3：一种能快速扩散的水溶性磷酸糖小分子在膜上形成后立即就扩散到细胞质基质中继而与特异性受体结合，IP3受体是一个四聚体的钙离子通道 磷脂酰肌醇信号通路的终止: 1. DAG信号的终止途径：q被DAG激酶磷酸化为磷脂酸；q被DAG酯酶水解成单酯酰甘油2. IP3 信号的终止是通过去磷酸化形成IP2或磷酸化形成IP4.3. 钙离子的终止: 被质膜上的钙泵和Na-Ca交换泵泵出细胞,或被内质网膜上的钙泵泵回内质网储存.146酶连接受体介导的信号转导酶连接受体介导的信号转导Five classes of enzyme-linked receptors have thus far been identified:Receptor tyrosine kinase(RTK)/受体酪氨酸激酶Receptor serine/threonine kinase/受体丝氨酸/苏氨酸激酶Receptor-like tyrosine phosphatases/受体酪氨酸磷酸酯酶Receptor guanylyl cyclases/受体鸟苷酸环化酶Tyrosine-kinase-associated receptor/酪氨酸蛋白激酶联系的受体147n配体结合所诱导的RTKs的二聚化与自磷酸化：q配体与受体结合并引发构象变化，导致受体二聚化形成同源或异源二聚体；q当受体二聚化后，激活受体的酪氨酸激酶活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基，称受体的自磷酸化。

q一个细胞外结构域 （含配体结合位点）；q一个疏水的跨膜a螺旋；q一个胞质结构域 （包括一个具有酪氨酸激酶活性的催化位点）绝大多数RTKs是单体蛋白，由3部分组成：受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路148n活化的RTKs通过磷酸酪氨酸残基结合多种含SH2结构域的结合蛋白或信号蛋白：q1. 接头蛋白：如生长因子受体结合蛋白2（GRB2），其作用是耦联受体与其它信号分子，参与构成信号转导复合物本身无酶活性，也不能传递信号q2. 信号通路中有关的酶：如GTP酶活化蛋白（GAP），磷脂酰肌醇代谢有关的酶（磷脂酶C，3-磷脂酰肌醇激酶）q结合蛋白的共同特征：nSH2结构域：选择性结合磷酸酪氨酸残基nSH3结构域：选择性结合富含脯氨酸的基序149MAP-kinase serine/threonine phosphorylation Pathway activated by RasMAP kinase=mitogen-activated protein kinase; MAP-KKK=Raf (Ser/Thr-PK)MAPKKK/RafMAPKKMAPKMAPK：有丝分裂原蛋白激酶，或称胞外信号调节激酶是将信号从胞质传入胞核的关键性调节蛋白。

Ras蛋白：一种小的GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，位于胞质侧，结合GTP时为活化态，结合GDP时失活，具有分子开关功能， 激活磷酸化级联反应GAP可增强Ras的GTP酶活性，Ras释放GDP结合GTP需要鸟苷酸交换因子参与150Smad与受体解离并结合其他Smad，新形成的Smad复合物迁入核内，刺激靶基因转录对细胞的效应：抑制细胞增殖；刺激胞外基质合成；刺激骨的形成受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨苏氨酸激酶酸激酶——TGF-b b受体受体151•细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)(cytoskeleton)是由蛋白纤维交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，与外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动、增值等有关微管是细胞内的主要支架，并为细胞内物质运输指引方向中间纤维是起主要支撑作用的细胞骨架成分，使细胞具有张力和抗剪切力微丝维持细胞形态特征，使细胞能够运动和收缩第九章第九章 细胞骨架细胞骨架152细胞骨架的功能：细胞骨架的功能：1.动态支架：维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性2.定位：作为固定各细胞器的内部框架；锚定mRNA并促进其翻译。

3.细胞分裂装置: 牵引染色体分离4.胞内运输: 各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向转运5.动力系统：肌肉细胞，细胞骨架和它的结合蛋白组成动力系统153单体 由一条多肽链构成的哑铃形分子， 又称球状肌动蛋白(globular actin，G-actin)，外形类似碟状结构直径约5.5nm，分子量为43kDa肌动蛋白多聚体多聚体 肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝，称为纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白(fibros actin，F-actin)在电子显微镜下，F-肌动蛋白呈右手双股右手双股螺旋状螺旋状，直径为7nm一、结构与成份：一、结构与成份：微微 丝丝154•当单体上结合的是ATP时，就会有较高的相互亲和力，单体趋向于聚合成多聚体，就是组装组装•当ATP水解成ADP后，单体亲和力就会下降，多聚体趋向解聚，即是去组装去组装•在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维微丝的两端组装速度并不一样往往正极比负极快•当微丝组装到一定长度时，可以观察到正极组装而负极同时去组装的现象，被命为“踏车现象踏车现象（（tread milling)。

二、微丝的组装及动力学二、微丝的组装及动力学/Actin Dynamics155◆ ◆ 成核期成核期：： G-肌动蛋白开始聚合，其二聚体不稳定，易水解，只有形成三聚体才稳定，即核心形成◆ ◆ 延长期（生长期）：延长期（生长期）：一旦核心形成，G-肌动蛋白单体快速地在核心两端添加上去◆ ◆ 稳定期稳定期：：微丝延长到一定时期，肌动蛋白掺入微丝的速度与其从微丝上解离的速度达到平衡，此时即进入平衡期，微丝长度基本不变156影响装配的因素影响装配的因素◆G-肌动蛋白临界浓度◆离子的影响 ●在含有ATP和Ca2+, 以及很低的Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋向于解聚成G-肌动蛋白 ●在Mg2+和高浓度K+或Na+的诱导下, G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白Cc（critical concentration）临界浓度：单体聚合和单体解离达到动态平衡时的单体蛋白浓度157Cytochalasin D/细胞松弛素 D：通过结合微丝 的正末端，阻止微丝的进一步延长促使微丝解聚phalloidin/鬼笔环肽：结合在微丝相邻肌动蛋白相互作用的界面上，把它们锁在一起，阻止了微丝的解聚稳定微丝。

Latrunculin/拉春库林：与游离的G-actin单体结合，抑制其加到已有微丝纤维的末端促使微丝解聚三、影响微丝组装的特异性药物：三、影响微丝组装的特异性药物：158四、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达四、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达分子马达分子马达/molecular motor：：指依赖于微管的驱动蛋白/kinesin、动力蛋白/dynein 和依赖于微丝的肌球蛋白/myosin这三类蛋白质超家族的成员它们既能与微管或微丝结合，又能与一些细胞器或膜状小泡特异性地结合，并利用水解ATP 所产生的能量有规则地沿微管或微丝等细胞骨架纤维运输所携带的“货物”共同特征：含有一个作为马达结构域的头部共同特征：含有一个作为马达结构域的头部分类：分类：◆ 传统肌球蛋白：◆ 非传统肌球蛋白： 159传统肌球蛋白：Myosin II 由两个重链和四个轻链组成，并组成三个结构域由两个重链和四个轻链组成，并组成三个结构域∶∶ ● ●头部头部: : 含有与肌动蛋白、含有与肌动蛋白、ATPATP结合的位点，负责产生力结合的位点，负责产生力 ●●颈颈部部: : 同同钙钙调调素素或或类类似似钙钙调调素素的的调调节节轻轻链链亚亚基基结结合合来来调调节节头头部部的的活性。

活性 ● ●尾部尾部: : 含有同膜或者同其它的尾部结合的位点，起结构作用含有同膜或者同其它的尾部结合的位点，起结构作用. .160五、肌细胞的收缩运动五、肌细胞的收缩运动ØOrganization of skeletal muscle tissue高等动物的个体运动都有赖于骨骼肌的收缩肌纤维束骨骼肌肌纤维肌原纤维肌小节肌纤维即骨骼肌细胞，在胚胎期由肌纤维即骨骼肌细胞，在胚胎期由大量的单核成肌细胞融合而成，单大量的单核成肌细胞融合而成，单个圆柱形的肌细胞粗个圆柱形的肌细胞粗10-100nm，，长长40nm，含有数百个细胞核含有数百个细胞核每根肌原纤维由收缩单元重复线性排列组成，这种收缩单位称为肌节每根肌原纤维由收缩单元重复线性排列组成，这种收缩单位称为肌节161明带明带暗带暗带Z 盘盘粗肌丝粗肌丝细肌丝细肌丝肌原纤维肌原纤维肌节肌节M 线线粗肌丝的成分是肌球蛋白；细肌丝的成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白原肌球蛋白和肌钙蛋白细丝围绕粗丝排列成六角形，细丝围绕粗丝排列成六角形，每根细丝位于两根粗丝之间每根细丝位于两根粗丝之间当肌纤维缩短时，每一肌节的当肌纤维缩短时，每一肌节的A带长度保持不变，而带长度保持不变，而H带和带和I带宽带宽度变窄，最后一同消失。

度变窄，最后一同消失162原肌球蛋白原肌球蛋白/tropomyosin, Tm：：肌细胞中占总蛋白的5%—10%；相对分子量64Kd；由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型；原肌球蛋白位于肌动蛋白组成的细丝的螺旋沟内，一个Tm的长度相当于7个肌动蛋白单体，对肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合行使调节功能肌钙蛋白肌钙蛋白/ troponin, Tn：：相对分子量80Kd；含3个亚基：Tn-T，，Tn-I，，Tn-C；；Tn-T 与原肌球蛋白原肌球蛋白/tropomyosin有高度亲和力；Tn-I 能抑制肌球蛋白肌球蛋白/myosin马达结构域的ATPase的活性；Tn-C 能与钙离子钙离子结合；细肌丝中每隔40nm有一个肌钙蛋白复合物肌钙蛋白复合物结合到原肌球蛋白原肌球蛋白上163CapZ：两个亚基构：两个亚基构成，相对分子量为成，相对分子量为32Kd和和36Kd；与肌；与肌动蛋白正极端结合，动蛋白正极端结合，阻止肌动蛋白丝正阻止肌动蛋白丝正极端的解聚，使肌极端的解聚，使肌动蛋白丝保持稳定动蛋白丝保持稳定α-辅肌动蛋白：辅肌动蛋白：横向连接微丝成束纽蛋白：纽蛋白：介导微丝与细胞质膜结合肌联蛋白肌联蛋白/connectin：：连接Z 盘与肌球蛋白纤维，在肌肉收缩或舒张时将肌球蛋白纤维定位于肌节中央。

伴肌动蛋白伴肌动蛋白/nebulin：占肌细胞总蛋白3%，从Z 盘伸出，与肌动蛋白丝伴行，可能参与调节肌动蛋白丝的组装164 微微 管管一、微管的结构与组成：一、微管的结构与组成：165二、微管的类型二、微管的类型166三、影响微管稳定性的药物三、影响微管稳定性的药物◆秋水仙素(colchicine) 当结合有秋水仙素的微管蛋白亚基组装到微管末端时，其他的微管蛋白亚基就很难再在该处进行组装，但末端带有秋水仙素的微管对其去组装并没有影响，从而导致细胞内微管系统的解聚◆紫杉醇(taxol) 存在于红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物◆诺考达唑（Nocodazole） 是一种抗肿瘤药物，通过使微管解聚发挥作用微管对于细胞进入有丝分裂时期是至关重要的，许多药物，如vincristine、colcemid、Nocodazole等都可以干扰微管的聚合，从而使细胞停留在细胞周期的G2/M 期167四、微管的组装和去组装四、微管的组装和去组装 微管的体外组装 成核（nucleation） 延伸（elongation）常见微管组织中心存在形态：常见微管组织中心存在形态：◆◆ 间期细胞间期细胞MTOC：：  中心体中心体(动态微管动态微管)◆◆ 分裂细胞分裂细胞MTOC：：  有丝分裂纺锤体极有丝分裂纺锤体极(动态微管动态微管)◆◆ 鞭毛纤毛细胞鞭毛纤毛细胞MTOC：： 基体基体(相对稳定的相对稳定的“永久性永久性”结构结构)中心粒和基体均具有自我复制性质。

中心粒和基体均具有自我复制性质168①、、α-微管蛋白和微管蛋白和β-微管蛋白形成微管蛋白形成8nm的的αβ二聚体二聚体,αβ二聚体先形成环二聚体先形成环状核心状核心(ring),②、两端、侧面增加二聚体而扩展为螺旋带、两端、侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于长轴重二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维复排列形成原纤维(protofilament)③、当螺旋带加宽至、当螺旋带加宽至13根原纤维时根原纤维时,即合拢形成一段微管新的二聚体即合拢形成一段微管新的二聚体添加到添加到MT的两端使之延长的两端使之延长169微管组织中心：动物细胞特有的细胞器微管组织中心：动物细胞特有的细胞器在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心，除中心体以外，细胞内起微管组织中心作用的类似结微管组织中心，除中心体以外，细胞内起微管组织中心作用的类似结构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等细胞器构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等细胞器9 组等间距的三联体微管组等间距的三联体微管在每组三联体微管中，只有一根微管在结构上是完整的，含有在每组三联体微管中，只有一根微管在结构上是完整的，含有13根根原纤丝，称为微管原纤丝，称为微管A，另外的两根微管为不完全微管，依次称为微，另外的两根微管为不完全微管，依次称为微管管B 和微管和微管C。

170微管成核位点微管成核位点：：位于中心体周围的基质中，环形结构，结位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳定，为构稳定，为αβαβ微管蛋白二聚体提供起始装配位点，也叫微管蛋白二聚体提供起始装配位点，也叫γγ微管蛋白环微管蛋白环, ,每一个环是一条微管形成的起点，微管生成每一个环是一条微管形成的起点，微管生成的真正诱导起点的真正诱导起点——“——“晶体晶体” ” . .171中心粒中心粒中心粒外周物质中心粒外周物质γ-tubulin: 高度保守的蛋白质，位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳定，为αβ微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫成核位点 172微管装配的动力学不稳定性：微管装配的动力学不稳定性：指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象；指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象；动力学不稳定性产生的原因：动力学不稳定性产生的原因：微管两端具微管两端具GTP帽帽(取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度)，微，微 管将继续组装，管将继续组装，反之则解聚反之则解聚五、微管的动态性：五、微管的动态性：173 踏车现象（踏车现象（ treadmilling ) 由于微管两端极性的不同，当组装体系内底物的浓度临近临界浓度时，在同一根微管上常可以发现其正极端因组装而延长，而其负极端则因去组装而缩短，当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持稳定，即所谓的踏车现象。

174微管的动态不稳定性微管的动态不稳定性动态不稳定性的重要特点是在整个反应体系中的任何时刻同时存在聚合和解聚的微管GTP-微管蛋白添加到微管末端的片层结构，在这之后很快GTP 就会水解成GDPGTP 微管蛋白转变为GDP 微管蛋白会使原纤维的曲率变大，有向外弯曲的趋势，但是这种趋势被GTP 帽的存在所限制如果由于某一时刻聚合的速率小于水解的速率，那么稳定微管的GTP 帽就会消失，微管将会处于解聚状态，此时GDP-微管的原纤维因为没有外因的约束将弯曲成所谓“羊角”结构（rams’ horns），最终将从微管末端解离下来微管的动态不稳定性涉及到相关的四个参数：微管聚合和解聚的速率，崩塌（catastrophe，聚合到解聚的转变）和重建（rescue，解聚到聚合的转变）的频率175六、微管结合蛋白六、微管结合蛋白（（MAP: microtubule-associated protein））Lattice binding MAPsEnd-binding MAPs(末端结合蛋白末端结合蛋白)微管去稳定蛋白微管去稳定蛋白马达蛋白马达蛋白 176马达蛋白马达蛋白:微管: 驱动蛋白（kinesin） 动力蛋白（dynein）微丝: 肌球蛋白（myosin） 177dynein/胞质动力蛋白：胞质动力蛋白：最大，移动速度最快的成员；2条或3条重链，多条相对分子质量不一的轻链，还有中间链；重链含有4600个氨基酸残基，含 ATP 结合部位和微管结合部位，马达结构域位于重链C 端，负责将ATP储存的化学能转化成机械能，并介导沿微管运动；中间链和轻链调节马达结构域的活性，并帮助动力蛋白在细胞内正确定位。

178Motor domain扇形尾端扇形尾端中间杆部中间杆部乌贼巨型轴突驱动蛋白结构：驱动蛋白结构：•驱动蛋白由2条重链和2条轻链组成•长80nm杆状机构，头部一端有两个球状马达结构域，直径10nm，另一端是重链和轻链组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区•球状头部具有ATP结合部位和微管结合部位179驱动蛋白沿微管运动的分子模型驱动蛋白沿微管运动的分子模型★ ★ 步行步行模型模型/hand over hand：： 驱动蛋白的两个球状头部交替向前，每水解1个ATP分子，落在后面的那个马达结构域将移动两步的步距，即16nm而原来领先的那个头部则在下一个循环时再向前移动★ ★ 尺蠖尺蠖爬行模型爬行模型/inchworm：： 驱动蛋白两个头部中的一个始终向前，另一个永远在后，每步移动8nm180中间纤维中间纤维一、中间丝的主要类型和成分一、中间丝的主要类型和成分181二二. 装配过程：装配过程：①① 两个单体，形成两股超两个单体，形成两股超螺旋二聚体（角蛋白为异螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）；二聚体）；②② 两个二聚体两个二聚体反向平行组装成四聚体；反向平行组装成四聚体；③③ 多个四聚体首尾相连组多个四聚体首尾相连组成原纤维；成原纤维；④④ 8根原纤维根原纤维组成中间纤维。

组成中间纤维特点： 无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助182The keratin cycle. Soluble keratin oligomers assemble into particles in the cell periphery in proximity to focal adhesion sites (nucleation). These particles grow (elongation) and move toward the cell center in an actin dependent process (transport). Subsequently, elongated KF particles are incorporated into the peripheral KF network (integration). Filament bundling occurs during further centripetal translocation toward the nucleus (transport). Soluble oligomers dissociate (disassembly), diffuse throughout the cytoplasm (diffusion), and are reutilized for another cycle of KF formation in the cell periphery. Alternatively, bundled filaments are stabilized (maturation), forming, e.g., the stable perinuclear cage.183胞质骨架三种组分的比较 184第十章第十章 核糖体核糖体◆◆核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的 功能是按照功能是按照mRNAmRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。

的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链◆◆没有膜包被的细胞器没有膜包被的细胞器◆◆除哺乳动物成熟红细胞外，核糖体几乎存在于所有的细除哺乳动物成熟红细胞外，核糖体几乎存在于所有的细胞内 主要主要成分成分r r蛋白质：40%，核糖体表面rRNA： 60%，核糖体内部185186187◆◆核核糖糖体体蛋蛋白白质质大大多多数数有有一一个个球球状状结结构构域域和和伸伸展展的的尾尾部部球球状状结结构构域域主主要要分分布布于于核核糖糖体体表表面面，，而而伸伸展展的的多多肽肽链链尾尾部则伸入核糖体内折叠的部则伸入核糖体内折叠的 rRNA 分子中◆◆核核糖糖体体本本身身不不参参与与将将遗遗传传信信息息变变成成蛋蛋白白质质的的反反应应，，它它们们的的作作用用类类似似于于黏黏土土或或砂砂浆浆，，将将关关键键的的rRNA “砖砖”黏黏在在一一起起，，从从而而稳稳定定rRNA，，有有助助于于RNA 催催化化蛋蛋白白质质合合成成时时自自身构象的改变身构象的改变188A polyribosome/多聚核糖体多聚核糖体 (A)Schematic drawing showing how a series of ribosomes can simultaneously translate the same eukaryotic mRNA molecule. (B) Electron micrograph of a polyribosome from a eukaryotic cell. 多聚核糖体多聚核糖体（polyribosome）是指合成蛋白质时，多个甚至几十个核糖体串联附着在一条mRNA分子上，形成的似念珠状结构。

189rRNA: 在核糖体中起主要作用的结构成分在核糖体中起主要作用的结构成分主要功能：主要功能：1、具有、具有肽酰转移酶的活性肽酰转移酶的活性；；2、为、为tRNA提供结合位点提供结合位点(A位点、位点、P位点和位点和E位点位点)；；3、为多种、为多种蛋白质合成因子蛋白质合成因子提供结合位点；提供结合位点；4、、在在蛋蛋白白质质合合成成起起始始时时参参与与同同mRNA选选择择性性地地结结合合以以及及在在肽肽链的延伸中与链的延伸中与mRNA结合；结合；5、、核核糖糖体体大大小小亚亚单单位位的的结结合合、、校校正正阅阅读读(proofreading)、、无无意意义义链链或或框框架架漂漂移移的的校校正正、、以以及及抗抗菌菌素素的的作作用用等等都都与与rRNA有关 190核糖体的合成与装配核糖体的合成与装配191◆◆将将45S的前体的前体rRNArRNA加工成成熟的加工成成熟的18S、、5.8S和和28S rRNA；；◆◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖第二位羟基上甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖第二位羟基上前体前体rRNArRNA的加工与修饰的加工与修饰192第十一章、细胞核与染色体 细胞核是细胞内最大、最重要的结构，是细胞生命活动的调控中心，细胞遗传与代谢的调控中心，是真核细胞区别于原核细胞最显著的标志之一。

主要功能： ①遗传，通过染色体DNA的复制和细胞分裂，维持物种的世代连续性； ②发育，通过调节基因表达的时空顺序，控制细胞的增殖分化，完成个体发育使命193提供原料和液体环境实现物质交换和信息交流遗传物质的载体与某种RNA合成和核糖体的形成有关双层膜，有核孔 液态主要由DNA和蛋白质组成核内存在的致密小体194细胞中的膜结构总结：细胞中的膜结构总结：①①具有单膜的结构有：具有单膜的结构有：②②具有双膜的结构有：具有双膜的结构有：③③具有无膜结构的细胞器有具有无膜结构的细胞器有：线粒体、叶绿体、细胞核线粒体、叶绿体、细胞核核糖体、中心体核糖体、中心体细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体、细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、过氧化酶体液泡、过氧化酶体195核孔复合物定义: 核孔是内外核膜融合产生的圆环状结构, 它并非简单的孔洞, 而是由多个蛋白质颗粒以特定方式排列而成的蛋白分子复合物,称为核孔复合物, 主要由胞质环、核质环、辐、中央栓四种组分构成，其功能主要是介导了细胞核和细胞质间的物质交换 Nuclear pore complex (NPC)/Nuclear pore complex (NPC)/核孔复合物核孔复合物 Ø转录活性旺盛： 数量增加Ø转录活性降低： 数量减少196核孔复合体的功能核质与胞质之间进行物质交换的通道运输具有双向选择性双功能方式： 被动运输(自由扩散)和主动运输◆被动运输:--核孔复合体的有效直径约为9-10nm，长约15nm。

离子、小分子、直径小于10nm的物质原则上可自由通过,即允许分子量在40～60×103 的球形蛋白、离子和小分子出入；对Na+等少数离子仍有一定的屏障作用；某些小分子可因与大分子结合而不能自由通过.◆主动运输 :是一个载体识别和载体介导的耗能过程；核内各种酶蛋白从胞质输入；蛋白合成的各种tRNA、mRNA从核输出197核定位信号介导亲核蛋白入核 亲核蛋白是一类在胞质中合成，需要或者能够进入细胞核发挥功能的蛋白质，通常含有4-8个特殊氨基酸序列，富含Arg、 Lys、 Pro，该序列被称为核定位序列 （nulcear localization sequence, NLS）， 或核定位信号 （nuclear localization signal, NLS）NLS与信号肽区别：定位在亲核蛋白的不同部位，进入核后也不被切除具有核输入信号序列的蛋白质198研究表明，亲核蛋白向细胞核输入的具体过程如下：①亲核蛋白与输入蛋白α/β异二聚体(即NBP)结合;②形成的亲核蛋白-受体复合体与核孔复合体的胞质丝结合;③胞质丝向核弯曲，中央栓构象发生改变，形成亲水通道，蛋白质复合物进入核内;④该复合体与Ran-GTP相互作用，引起复合体解体，释放出亲核蛋白;⑤输入蛋白β与Ran-GTP结合在一起被运回细胞质，Ran-GTP在细胞质中被水解为Ran-GDP，Ran-GDP随后被运回核内，而输入蛋白 α也在核内输出蛋白(exportin)的帮助下运回细胞质。

199核纤层（nuclear lamina）是附着于内核膜下的纤维蛋白网它与中间纤维及核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系200染色质的组成成分：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA组蛋白/DNA=1:1非组蛋白/DNA=0.6:1RNA/DNA=0.1:1DNA和组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化组蛋白: 与DNA结合但没有序列特异性；非组蛋白：与特定DNA序列或组蛋白结合染色质染色质201染色质的基本结构单位——核小体（结构要点，证据）R.Kornberg于1974年提出染色质结构的念珠模型染色质的基本结构单位：核小体 200bpDNA、5种组蛋白核心：4种组蛋白： （H2A、H2B、H3、H4） 各2个分子成8聚体 核心颗粒； 约146bpDNA缠绕1.75圈； 直径11nm，圆盘形相邻核小体：H1组蛋白结合60bp连接DNA H1锁住DNA分子进出口，稳定结构2025种组蛋白在功能上分为两组：核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4，帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构；特点：￿真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，等电点在pH10.0以上，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）； ￿没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。

H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性，有一定的种属和组织特异性203细胞分裂过程中染色质线至少存在三个层次的卷缩：第一个层次是DNA分子超螺旋化形成核小体，产生直径约为10nm的间期染色质线，在此过程中组蛋白H2A、H2B、H3和H4参与作用第二个层次是核小体的长链进一步螺旋化形成直径约为30nm的超微螺旋，称为螺线管(solenoid)，此过程中组蛋白H1参与作用第三个层次是染色体螺旋管进一步卷缩, 并附着于由非组蛋白形成的骨架)或者称中心上面成为一定形态的染色体多级螺旋结构模型204袢环结构模型/染色质骨架-放射环模型 染色质纤维（30nm）→折叠→袢环结构域（沿染色体纵轴向中央四周伸出，形成放射环） →再多次折叠盘曲→染色单体205 常染色质：◆DNA包装比约为1000～2000分之一；◆单一序列DNA和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)；◆并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 206 常染色质 异染色质Euchromatin heterochromatinØ 结构松散 结构紧密Ø 着色较浅 着色较深Ø 螺旋化程度低 螺旋化程度高Ø 有功能，可活跃 转录不活跃地进行复制和转录Ø 均匀分布在核内 位于核的边缘 多位于中央 部分与核仁结合根据形态特征、活性状态等区分, 可将染色质分为常染色质和异染色质。

染色质结构与基因活化207￿ 概念：存在于各种类型细胞中，除复制期以外，在整整个个细细胞胞周周期期均均处处于于聚聚缩缩状状态态，DNA包装基本没有较大变化￿ 结构异染色质的特征： ①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段； ②由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA； ③具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质； ④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩； ⑤在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异 ￿ 概念：在某些细胞类型或一定的发育阶段，原来的常染色质聚缩，并丧失基因转录活性变为异染色质  异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 ，如X染色体随机失活 结构异染色质：兼性异染色质：208活性染色质的特点：1、具有DNAaseⅠ超敏感位点；2、独特的生化特点；3、活性染色质在组蛋白修饰上的特异性甲基化、磷酸化：活性染色质和非活性染色质中均存在；乙酰化：活性染色质的标志具有DNAaseⅠ超敏感位点：定义：用很低浓度的DNase I 处理染色质，切割将首先发生在少数特异性位点上，这些特异性位点叫做DNase I 超敏感位点。

每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点；超敏感位点实际上是一段长100-200bp的DNA序列特异暴露的染色质区域◆凡有基因表达活性的染色质DNA对DNase I 的降解作用比没有转录活性的染色质DNA要敏感得多209◆主缢痕：中期染色体上有高度分化的区域，比较细的区域称为缢痕(constriction)，着丝粒处的缢痕称为主缢痕◆次缢痕：除了着丝粒处的主缢痕外，其他处的缢痕均称为次缢痕次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征◆核仁组织区：有的染色体在一末端附近有一次缢痕，是核仁组织区(nucleolus-organizing region，NOR)所在部位，位于次缢痕部位，但并非所有的次缢痕都是NOR，它是rRNA基因所在部位（5S rRNA除外）具有核仁组织区的染色体称为核仁组织染色体210 The four types of chromosomes根据其位置/两臂相对长度可将染色体的形态分为：1.中间着丝粒染色体；2.近中着丝粒染色体3.近端着丝粒染色体；4.端着丝粒染色体211◆端粒(telomere)：它是染色体端部的特化部分，由端粒DNA与端粒蛋白构成，作用是维持染色体的稳定性。

端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100 bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶(telomerase)来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老212染色体DNA的三种功能元件/function elements：确保染色体复制和稳定遗传的条件：DNA复制起点：确保染色体自我复制，维持遗传的连续性；着丝粒：平均分配染色体到子细胞中；端粒：保持染色体的稳定性和独立性213着丝粒包含3个结构域：1、动点结构域（kinetochore domain）2、中央结构域（central domain）3、配对结构域（pairing domain）214 多线染色体是DNA多次复制而多次复制后所产生的子染色体平行整齐排列、紧密结合所形成的多条染色体合并在一起的结构多线染色体化的细胞被阻断在 G2期，停止了分裂，处于永久间期染色质浓集程度只在1级和2级结构，而不再继续形成染色单体在果蝇唾液腺细胞中连续进行 10 次核内复制，产生 210 =1024 条染色质丝组成的巨大唾腺染色体 Polytene chromosomes/多线染色体215灯刷染色体轴由染色粒轴丝构成，每条染色体轴长约400um。

从染色粒向两侧伸出二个相类似的侧环，每个环相当于一个袢环结构域，一个平均大小的环约有100kb DNA两栖类一套灯刷染色体约含10000个这样的染色质侧环，不同的侧环有各自的特异DNA序列，每个环在细胞中有4个拷贝灯刷染色体灯刷染色体216三个组分:纤维中心 (FC)：分布有rRNA基因的染色质区致密纤维组分 (DFC)：含有处于不同转录阶段的rRNA分子； 超微结构中电子密度最高的部分颗粒组分 (GC)：由正在加工和成熟的RNA及蛋白质构成 在代谢活跃的细胞的核仁中最主要的结构部分核仁的结构核仁功能：rRNA合成、加工；核糖体亚单位的组装 217核仁结构的动态变化依赖于 rDNA转录活性和细胞周期的运行有丝分裂末期，rRNA合成重新开始，核仁的重建随着核仁物质聚集成分散的前核仁体(PNBs)而开始，然后在NOR周围融合成正在发育的核仁有丝分裂进入后，核仁变形和变小，中期和后期消失218第十二章、细胞增殖与调控第十二章、细胞增殖与调控细胞周期: 指从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束所经历的整个过程。

分为分裂间期（物质积累期或静止期）和细胞分裂期，其中分裂间期又包括G1 期、 S期、G2 期 有些处在细胞周期中的细胞会暂时脱离细胞周期停止细胞分裂而进入静止状态，当条件适宜时又可重新返回细胞周期进行细胞分裂，这种细胞成为G０期细胞或叫静止期细胞，这个时期成为G０期细胞周期中的细胞转变成G０期细胞多发生在G1 期219220生化特征：● G1期：合成DNA复制、细胞生长等所需的蛋白质、糖类和脂质例如组蛋白H1、非组蛋白、P53蛋白（与细胞增殖有关的癌基因蛋白）、核糖核苷还原酶（ DNA 合成相关酶）同时染色质去凝集 G1期检验点／限制点：起始点/start point:芽殖酵母限制点(restriction point, R点)或检验点（check point）：其它真核细胞在G1晚期决定G1期向S期过渡的特定时间细胞周期时间细胞周期时间S+G2+M S+G2+M 时间变化较小，时间变化较小，长短差别主要在长短差别主要在G G1 1期221● S期：DNA复制，组蛋白合成，DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构中心体也在此期完成复制● G2期：合成一定数量的蛋白质和RNA。

G2期也存在检验点 G2期检验点： 检查DNA是否完成复制，DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否有利于细胞分裂等● M期：仍有少量蛋白合成遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞 有丝分裂，减数分裂222检验点：即细胞周期的调控点为了保证细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运转，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，当这些事件完成或故障修复后，才允许细胞周期进一步运行的监控系统223纺锤体纺锤体(spindle)(spindle)：※ 纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器，主要由微管和微管结合蛋白组成高等细胞的纺锤体为纺锤状※ 组成纺锤体的微管有三种：动粒微管（kinetochore microtubules），极性微管(polar microtubules)和星体微管（astral microtubules）224中心粒周期：G1期开始复制S期，一对，但不分开G2期开始分离向两极移动每个子细胞获得一个中心体225有丝分裂过程有丝分裂过程•根据形态结构的变化，人为地分为前期、前中期、中期、后期、末期及胞质分裂期•前期、前中期、中期、后期和末期是一个相互连续的核分裂过程。

G2期末：v染色质已复制，但松散包装，呈弥漫样分布；中心体已复制226227前期前期(prophase)(prophase) ：：●细胞核染色质开始浓缩，经过螺旋化、折叠和包装，变短变粗，形成光镜下可见的早期染色体结构●染色体开始形成2条染色单体的成双结构，出现主缢痕●核仁消失●在中心体周围，微管大量装配，形成两个星体●两个星体逐渐向细胞两极移动，开始形成纺锤体●高尔基体、内质网崩解，动点组装前中期前中期(prometaphase)(prometaphase) ：：•核膜崩解核膜崩解（nuclear envelope breakdown）标志着前中期的开始•核纤层解聚•染色体进一步凝集浓缩，并剧烈运动•动粒逐渐成熟•纺锤体微管捕获（capture）染色体（通过动粒与染色体结合）•染色体逐渐向赤道方向移动228中期(metaphase) ※ 所有染色体排列在赤道板（equatorial plate，又称中期板metaphase plate）上※ 位于染色体两侧的动粒微管长度相等，作用力均衡※ 染色体向赤道板运动的过程称为染色体列队（chromosome alignment）或染色体中板聚合（chromosome congression）；※ 染色体排列到赤道面上后，其两个动粒分别面向纺锤体的两极；在每一个动粒上结合的动粒微管可以多达几十根。

赤道板：细胞有丝分裂或减数分裂时期，中期染色体排列所处的平面，即纺锤体中部垂直于两极连线的平面229后期后期(anaphase)(anaphase) •姐妹染色单体相互分离，形成子代染色体，并分别向两极运动，标志着后期的开始•可划分为两个连续的阶段：后期A和后期B染染色色体体向向两两极极的的运运动动依依靠纺锤体微管的作用靠纺锤体微管的作用•在后期A，动粒微管变短，染色体逐渐向两极运动•在后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长230Separase 在有丝分裂中期向后期转变时的激活过程在有丝分裂后期起始之前姐妹染色单体之间存在着稳固的黏连，维持姐妹染色单体不会提前分离这种黏连由蛋白复合物Cohesin 所介导当细胞进入后期，蛋白水解酶Separase 通过切割Cohesin 的Scc1 亚基，导致染色体分离后期APC复合物231末期(telophase) ※ 染色体到达两极※ 动粒微管消失，极性微管继续加长※ 染色体开始去浓缩，在每个染色体周围，核膜开始重新装配※ 核仁开始重新装配※ RNA合成功能逐渐恢复※ Golgi体和ER重新形成 并生长232核膜的解聚和重新装配 核膜前体小膜泡结合到染色单体表面，小膜泡相互融合，逐渐形成较大的双层核膜片断，然后再相互融合成完成的核膜，分别形成两个子代细胞核。

核孔复合物同时在核膜上组装233胞质分裂4个步骤：※ 分裂沟位置的确定； ※ 肌动蛋白聚集和收缩环的形成；※ 收缩环收缩；※ 收缩环处细胞质膜融合并形成两个子细胞※胞质分裂：胞质分裂：开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期※在赤道板周围细胞表面下陷，形成环状缢缩，称为分裂沟（cleavage furrow）分裂沟逐渐加深，直到两个子细胞完全分开※肌动蛋白和肌球蛋白等许多蛋白参与了分裂沟的形成和整个胞质分裂过程234※在分裂沟下方，微管和小膜泡等物质聚集，构成一个环形致密层，称为中间体（midbody）※大量的肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处装配成微丝，并组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring）※收缩环收缩，分裂沟逐渐加深，直到两个子细胞分离235减数分裂（meiosis）是一种特殊的有丝分裂，仅发生于有性生殖细胞形成过程中减数分裂的主要特点是，细胞仅进行一次 DNA复制，随后进行两次分裂两次分裂之间有一个分裂间期，但无DNA合成结果染色体数减少一半染色体数目为2n的两性生殖细胞通过减数分裂产生染色体数目为n的雌雄配子，雌雄配子融合后形成合子，染色体数目又恢复为2n。

2361、减数分裂前间期、减数分裂前间期•减数分裂前间期(premeiotic interphase)：减数分裂前的间期阶段也可划分为G1、S、G2期•减数分裂前间期S期特别长，如蝾螈的体细胞有丝分裂前的S期为12小时，而减数分裂前的S期可持续10天此种延长并非由于复制叉的运动减慢，而是由于每单位长度DNA复制单位的启动数量减少所致•在有些生物中，减数分裂前的S期只合成全部染色体DNA的99.7％，其余的0.3％在偶线期合成如植物百合2372、减数分裂过程、减数分裂过程第一次减数分裂（第一次减数分裂（meiosis Imeiosis I）：）：前期I※ 变化复杂，呈现许多减数分裂的特征形态变化※ 持续时间长，可达几周，几月，甚至几年，几十年※ 进行染色体配对和基因重组※ 合成配子所需要的或胚胎早期发育所需要的全部或大部分RNA、蛋白质及碳水化合物根据细胞形态变化，可将此期分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期5个阶段238细线期细线期(leptotene(leptotene，，1eptonema)1eptonema)，，又称凝集期（又称凝集期（condensation condensation stagestage）：）：特点：1). 染色质凝集成细纤维状的染色体；2).在细纤维状染色体上，出现一系列大小不同的颗粒状结构，称为染色粒染色粒；3).染色体端粒通过接触斑接触斑与核膜相连。

偶线期偶线期(zygotene(zygotene，，zygonema)zygonema)，又称配对期，又称配对期(pairing stage)(pairing stage)：：两条同源染色体侧面紧密相贴进行配对，此现象称为联联会会(synapsis)(synapsis)形成联会复合体形成二价体，又称四分体239联会复合物：联会复合体是指在减数分裂前期，同源染色体的配对行为所形成的一种特殊结构，由侧线、横线和中央轴三部分组成，在前期的粗线期时结构较典型，它是动植物同源染色体联会时相当普遍的一种结构减数分裂中联会复合体起始于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期减数分裂中联会复合体起始于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期细线期粗线期偶线期双线期、终变期240粗线期，又称重组期粗线期，又称重组期※※ 联会复合体结构中间出现重重组组结结，同源染色体间出现染色体片段的交换和重组合成减数分裂期专有的组蛋白 发生p-DNA合成双线期，又称合成期双线期，又称合成期※※同源染色体分开，可看到四分体联会复合体消失，同源染色体间存在接触点，称为交叉※※染色体去凝集，RNA转录活跃※ ※ 持续时间一般较长241 终变期，又称再凝集终变期，又称再凝集期期※※核仁消失，四分体较均匀地分布在核中，染色体凝集成短棒状。

※※交叉向染色体臂的端部移行，称为端化※※形成纺锤体※※核膜解体242前期前期I I的主要变化小结的主要变化小结243中中期期I：核膜破裂,纺锤体侵入核区，一侧纺锤体只和同侧的2个动粒相连分散于核中的四分体开始向纺锤体中部移动，排列在赤道板上 后后期期I：同源染色体对的分离和向极运动的开始每极接受单倍体数量的染色体不同的同源染色体对分向两极时相互间是独立的，父方、母方来源的染色体随机组合末末期期I及及间间期期：：末期I和间期的染色体去凝集，核膜重新装配244动力系统（引擎）：由细胞周期素(cyclin)和周期素依赖蛋白激酶（CDK）组成的复合物监视系统：细胞周期检验点（checkpoint）细胞周期调控系统:245Cdk激酶家族:v含有一段类似的激酶结构域，都可以与周期蛋白结合，并将周期蛋白作为其调节亚单位，进而表现出蛋白激酶活性，因而它们统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, Cdk）vCdk家族成员包括Cdk1 (又称p34cdc2，或Cdc2)、Cdk2、Cdk3、Cdk4、Cdk5、Cdk6、Cdk7、 Cdk8等v每种Cdk结合不同类型的cyclin，在细胞周期中执行的功能也不同。

v各种Cdk-cyclin复合物协调配合，调节细胞周期进程周期蛋白家族／周期蛋白家族／cyclin:cyclin:周期蛋白家族成员在动物中包括cyclin A、B、C、D、E等等，在酵母中包括Cln1~Cln3、Clb1~Clb6等 各种周期蛋白在细胞周期内表达的时期不同，所执行的功能也不同2461)、、G1期期/S期转换的调控期转换的调控主要的相关蛋白：※周期蛋白：cyclin D、E、H※周期蛋白依赖性蛋白激酶：Cdk2、4、6、7※ Cdk抑制蛋白：p16、p15、p18、p19(Ink4家族）；p21、p27、p57(CIP/KIP家族）G2MG1SCDK2Cyclin ACDK2Cyclin Ep16 INK4Ap15 INK4Bp19 INK4Dp18 INK4Cp21 CIP1p57 KIP2p27 KIP1CDK7Cyclin HMAT1CDK4-6Cyclin D周期蛋白D为细胞G1/S转化所必需247※ Cdk1在细胞周期中含量相对稳定，而cyclin B含量呈周期性变化※ Cdk1只有与cyclin B结合后才可能表现出激酶活性※ cyclin B一般在G1晚期开始合成，通过S期，含量不断增加，到达G2期，含量达到最高。

随着cyclin B含量达到一定程度，Cdk1激酶活性开始出现，到G2晚期，其活性达到最高并维持到M期的中期阶段然后，随着cyclin B的降解，Cdk1活性丧失2). G2期/M期转换的调控248成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)的发现：G1期PCC为单线状；S期PCC为粉末状；G2期PCC为双线染色体概念：概念：G2晚期形成的cyclinB-Cdk蛋白复合物在促进细胞从G2期向M期转换的过程中起着关键作用，该复合物称为成熟促进因子/MPF，它由催化亚基P34cdc2/Cdk1和调节亚基细胞周期蛋白CyclinB组成其核心部分是P34cdc2/Cdk1 实质上是一种蛋白激酶，当两个亚基结合后表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化；因此，MPF是一种普遍存在的、进化上较保守的G2/M转换调控者249※ Cdk1通过使某些蛋白磷酸化，改变其下游的某些蛋白质的结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的目的※ Cdk1催化底物磷酸化有位点特异性，一般选择底物中某个特定序列的Ser或Thr残基※ Cdk1的底物包括组蛋白H1、核纤层蛋白A、B、C，核仁蛋白nucleolin等。

组蛋白H1磷酸化，促进染色体凝集；核纤层蛋白磷酸化，促使核纤层解聚；核仁蛋白磷酸化，促进核仁解体磷酸化某些DNA结合蛋白，以促进染色质的凝聚Cdk1催化的磷酸化事件2503). M期metaphase/anaphase（中期向后期）转换的调控 细胞周期运转到中期后，cyclin A和B迅速降解，Cdk1激酶活性丧失，被Cdk1磷酸化的蛋白去磷酸化，细胞周期便从中期向后期转化251※ 当动粒没有全部被纺锤体微管捕获时，纺锤体组装检验点（spindle assembly checkpoint）蛋白Mad2和BubR1定位于未捕获的动粒上，并与Cdc20结合，抑制Cdc20作为APC辅助因子的活性，使APC不具活性※ 当动粒全部被纺锤体微管捕获后， Mad2和BubR1从动粒上消失，对 Cdc20的抑制解除，促使APC活化，泛素化cyclin A和B，使得它们降解，从而使Cdk1丧失活性；另外，APC泛素化securin，使得securin降解，释放出securin所抑制的 separase（又称separin ），使得separase可以切开连接姐妹染色单体的cohesin复合体，使染色单体分开。

纺锤体组装检验点（又称纺锤体检验点）252第十三章、程序性死亡与细胞衰老细胞凋亡细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡不是一件被动的过程，而是主动过程 即细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）  细胞凋亡由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程  细胞凋亡是由基因调控的细胞主动结束生命的过程253细胞凋亡的形态学特征：细胞凋亡的形态学特征：   细胞凋亡的起始：细胞表面的特化结构，如微绒毛消失；细胞间接触消失，细胞质膜依然完整，未失去选择通透性；核糖体从内质网脱离，内质网囊腔膨胀，内质网膜与质膜逐渐融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构，沿核膜分布；   凋亡小体的形成：核染色质断裂，被反折的细胞膜所包围；   凋亡小体被吞噬：邻近细胞和吞噬细胞，凋亡细胞的残余物质被消化后重新利用254细胞凋亡的生物学意义：   清除多余无用的细胞；   清除有害的细胞；   清除衰老的细胞；   有选择性地清除细胞2553 groups of caspase:1.apoptotic initiators/凋亡起始者凋亡起始者: caspase-2, caspase-8, caspase-9 and caspase-10；； 2. apoptotic executioners/凋亡执行者凋亡执行者: caspase-3, caspase-6，，caspase-7 and 14 (morphology change)；； 3. inflammatory mediateors: caspase-1 and caspase-11，， 主要负责白介素前体的活化，不直接参与凋亡信号的传主要负责白介素前体的活化，不直接参与凋亡信号的传递。

递 1. 起始者负责对执行者的前体进行切割，从而产生有起始者负责对执行者的前体进行切割，从而产生有活性的执行者；执行者负责切割细胞核内、细胞质中活性的执行者；执行者负责切割细胞核内、细胞质中的结构蛋白和调节蛋白的结构蛋白和调节蛋白凋亡的分子机制：凋亡的分子机制：256Extrinsic pathway/外源途径外源途径TNF，主要死亡配体，主要由激活的单核-巨噬细胞分泌，诱导细胞凋亡和诱发炎症反应是其主要的生理效应；FADD：死亡结构域接头蛋白；Fas：死亡受体代表死亡诱导信死亡诱导信号复合物号复合物257Intrinsic pathway/内源途径内源途径Apaf1/ced4:凋亡必需因子, N端含有Caspase 募集结构域CARD，能与细胞色素C结合后发生自身聚合，招募Caspase9酶原，形成凋亡复合体Caspase9活化后可以激活 Caspase3和7，诱导凋亡258Bcl-2 Family/ced9 (cytoplasmic factors):大多定位粒体外膜上，或受信号刺激后转移到线粒体大多定位粒体外膜上，或受信号刺激后转移到线粒体外膜上259细胞衰老（cell aging, cell senescence）: 一般的含义是复制衰老，指体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。

细胞衰老过程的形态结构变化：细胞衰老过程的形态结构变化：细胞核增大，核膜内折，染色质固缩；内质网减少，呈弥散状；线粒体数目减少，体积增大；致密体累积出现；膜由液晶态变为凝胶态，膜上受体与配体形成复合物的效能降低，细胞间间隙连接减少260第十四章、细胞分化与癌细胞第十四章、细胞分化与癌细胞定义：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐定义：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化（群的过程称为细胞分化（cellcell differentiation)differentiation)；它是多细胞；它是多细胞有机体发育的基础和核心有机体发育的基础和核心实质：基因选择性表达实质：基因选择性表达•管家基因管家基因(house-keeping genes)(house-keeping genes)，或称持家基持家基因因： 指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因、核糖体蛋白基因等；•奢侈基因奢侈基因(luxury genes)(luxury genes)或称组织组织特异性基因特异性基因(tissue-(tissue-specific genes)specific genes)： 指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；如卵清蛋白基因、胰岛素基因等 2611.1.生长和分裂失控；生长和分裂失控；2.2.浸润性和扩散性；浸润性和扩散性；3.3.细胞间相互作用改变；细胞间相互作用改变；4.4.蛋白表达谱系或蛋白活性改变；蛋白表达谱系或蛋白活性改变；5.5.遗传的不稳定性；遗传的不稳定性；6.6.细胞接触抑制性的丧失细胞接触抑制性的丧失 。

癌细胞特征：262癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因（（cancer-critical genes））• • 原癌基因原癌基因：：为细胞的正常基因，多编码控制细胞周期、细为细胞的正常基因，多编码控制细胞周期、细胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性蛋白，是细胞正常胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性蛋白，是细胞正常功能所必需；功能所必需； • • 癌基因癌基因：：为原癌基因的突变形式，或改变了表达方式为原癌基因的突变形式，或改变了表达方式（过量、产物活性的改变等），其结果是引起正常细胞的癌（过量、产物活性的改变等），其结果是引起正常细胞的癌变 • • 抑癌基因抑癌基因：：正常细胞中存在基因，在被激活情况下它们具正常细胞中存在基因，在被激活情况下它们具有抑制细胞增殖作用，但在一定情况下被抑制或丢失后可减有抑制细胞增殖作用，但在一定情况下被抑制或丢失后可减弱甚至消除抑癌作用的基因正常情况下它们对细胞的发育、弱甚至消除抑癌作用的基因正常情况下它们对细胞的发育、生长和分化的调节起重要作用生长和分化的调节起重要作用263全能干细胞：具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，并发育成为一个完整个体的细胞称为全能干细胞。

多能干细胞：具有产生多种类型细胞的能力，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制单能干细胞：仅具有分化形成某一种类型细胞能力的干细胞或称定向干细胞终末分化：由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程 细胞分化的共同规律细胞分化的共同规律：是由：是由“全能全能”向向“多能多能”，最后到，最后到“单能单能” 264第十五章、细胞社会的联系：细胞连接、细胞黏着和细胞外基质细胞连接：细胞连接(cell junction)是指在细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞支架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质间的连接结构它是多细胞生物体相邻细胞之间协同作用的重要组织方式 Section 1. Cell Junction265封闭连接：将相邻上皮细胞的质膜紧密地连接在一起，能阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧紧密连接是这种连接的典型代表￿紧密连接(tight junction)是封闭连接的主要形式，一般存在于上皮细胞之间锚定连接：通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞，或细胞与胞外基质间连接起来★ 锚定连接有2种不同的形式： （1）与中间纤维相连的桥粒与半桥粒； （2）与肌动蛋白相连的粘合带和粘合斑。

通讯连接：介导相邻细胞间的物质转运、化学或电信号的传递，主要包括间隙连接（gap junction）、神经元间的化学突触（ cheminal synapse） 和 植 物 细 胞 间 的 胞 间 连 丝（plasmodesmata）266紧密连接紧密连接￿焊接线又称为嵴线，它由成串排列的相邻细胞的膜整合蛋白组成相邻细胞的嵴线相互交联封闭了细胞之间的空隙封闭蛋白（occludin) claudin蛋白家族267桥桥粒粒: 铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用半半桥桥粒粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内268粘合带/ adhesion belt adhesion belt ： 位于紧密连接下方, 相邻细胞间形成一个连续的带状结构间隙约15～20nm,也称带状桥粒粘合斑/ adhesion adhesion plaqua plaqua : 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。

269间隙连接间隙连接间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2～3nm 连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位每个连接子由6个connexin分子组成连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道连接单位由两个连接子对接构成间隙连接对小分子物质的通透能力具有底物选择性；降低胞质中的pH值和提高自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低；间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控270同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的 ★粘连分子的特征 粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连； 多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用； Section 2. Cell Section 2. Cell adhesionadhesion黏附分子（cell adhesion molecules, CAM）是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触和结合分子的统称271大多数钙黏蛋白是单单次跨膜糖蛋白次跨膜糖蛋白，钙黏蛋白往往形成二聚体二聚体或多聚体或多聚体在胞外的肽链部分折叠形成5 5个或个或6 6个重复结构域个重复结构域(cadherin repeats)，钙离子钙离子就结合在重复结构域之间，从而赋予钙黏蛋白分子刚性和强度。

钙离子结合越多，钙黏蛋白刚性越强因此，阳离子鳌合剂EDTA能破坏钙离子或镁离子依赖性的细胞黏着介导粘合带的形成介导粘合带的形成272※介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着※整联蛋白介导细胞与胞外基质粘着的典型结构有粘合斑粘合斑和半桥粒半桥粒※整联蛋白还可以作为受体介导信号从细胞外环境到细胞内的传导整合素（整合素（Integrins）（整联蛋白））（整联蛋白）Integrin胞外部分通过自身结构域与纤连蛋白、层粘连蛋白等含有 Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列的胞外基质成分结合，从而介导细胞与细胞外基质的黏着273274274● 细胞外基质细胞外基质(extracellular matrix) 指分布于细胞外空间, 由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构●主要功能 构成支持细胞的框架，负责组织的构建； 胞外基质三维结构及成份的变化，改变细 胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、 分化和凋亡起重要的调控作用； 胞外基质的信号功能 Section 3. Extracellular matrix275细胞外基质的组成可分为三大类细胞外基质的组成可分为三大类∶ ∶ 1. 蛋白聚糖/: 多糖和蛋白共价形成，具高度亲水性，赋予抗压能力； 2. 结构蛋白：如胶原和弹性蛋白，赋予基质一定强度和韧性； 3. 黏合蛋白: 如纤连蛋白和层粘连蛋白，促使细胞同基质结合，有助于细胞粘连到胞外基质上。

276（（a）胶原纤维的分子结构与形成过程）胶原纤维的分子结构与形成过程(Ⅰ～～Ⅶ)；（；（b）胶原纤维的电镜照片）胶原纤维的电镜照片  在胶原纤维内部在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈原胶原蛋白分子呈1/4交替平行排列交替平行排列,形成周期性横纹形成周期性横纹277。