生物醫(yī)學美容教材—分子細胞生物學基礎(chǔ)

1、生物醫(yī)學美容教材分子細胞生物學基礎(chǔ)陳執(zhí)中編朗斯國際生物醫(yī)學美容健康研究學院二一年十二月目 錄第一章 分子細胞生物學的發(fā)展一、細胞與細胞學說二、細胞學三、生物化學的研究四、生物化學與細胞生物學五、分子細胞生物學第二章 細胞的基本結(jié)構(gòu)與功能一、細胞是機體的基本結(jié)構(gòu)單位二、細胞核三、細胞質(zhì)四、細胞膜五、質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)六、細胞骨架系統(tǒng)七、細胞透性八、細胞衰老第三章 細胞分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)二、酶三、核酸四、脂質(zhì)與生物膜五、碳水化合物參考文獻第四章 真核細胞的基因調(diào)控一、基因二、真核細胞基因調(diào)控的含義三、真核細胞基因調(diào)控的信號四、基因調(diào)控的機理五、基因空變六、DNA的修復機制分子細胞生物學基礎(chǔ)20世紀90年代

2、以來，生物醫(yī)學及基相關(guān)學科的迅速發(fā)展使生命科學的研究領(lǐng)域不斷擴大且日益廣闊?！懊廊荨币惨褟牟捎妹廊菟⒆o膚霜、防曬霜、深層潔面露等系列化妝品的潔膚、護膚提高到細胞水平和分子生物學水平。所以學習分子細胞生物學的基本知識對從事業(yè)生物醫(yī)學美容的高級美容師、美容師以及從事生物醫(yī)學美容行業(yè)的工作人員來說，不僅具有非常重要的意義而且也是學習生物醫(yī)學美容的基礎(chǔ)。具有非常重要的意義而且也是學習生物醫(yī)學美容的基礎(chǔ)。第一章 分子細胞生物學的發(fā)展分子細胞生物學（molecular cell biology）是一門知識面廣、內(nèi)容浩繁且更新和發(fā)展迅速的學科。自第一次發(fā)現(xiàn)細胞迄今已有300多年的歷史，經(jīng)歷了細胞水平、亞細

3、胞水平和分子水平等具有時代特征的研究層次，人們從細胞這個小小單位里揭示出眾多的生命現(xiàn)象，積累了極其豐富的知識資料。為掌握分子細胞生物學的基本知識和主干內(nèi)容必須了解分子細胞生物學的發(fā)展和現(xiàn)狀。一、細胞與細胞學說17世紀中葉1665年英國的Robert Hook用自己設(shè)計的顯微鏡觀察了軟木組織，發(fā)表了顯微圖譜（Micrographic）的專著，并稱其發(fā)現(xiàn)的組成單位為“細胞”（Cell）。后來又有人發(fā)現(xiàn)了細胞核、細胞質(zhì)等。到19世紀30年代，德國植物學家Matlhias Jakob Schleiden和動物學家Theador Schwann將對細胞的觀察研究進行了理論的概括，指明了動物、植物都是由細

4、胞組成的，細胞是有機體，按照一定規(guī)律排列在動植物體內(nèi)。并且在前人工作的基礎(chǔ)上根據(jù)他們自己的認識提出了細胞組成生物體理論稱為細胞學說（Cell theory）。其主要內(nèi)容包括：（1）細胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位；（2）細胞是生物體最基本的代謝功能單位；（3）細胞只能通過細胞分裂而來。最后一點是由維也納的病理學家（rudolph Virchow于1855年補充完善的。細胞學說的創(chuàng)立，對當時生物學發(fā)展起了巨大促進和指導作用，明確了整個生物學界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性，推動了人類對整個然界的認識；有力促進了自然科學和哲學的進步，促進了現(xiàn)代生物學的發(fā)展。二、細胞學19世紀下半葉（18921896）形成了研究

5、細胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史的科學細胞學（Cytology）。1892年德國胚胎學家Hertivig發(fā)表了“細胞和組織”（The cell and the Tissue）的專著，被認為是細胞學作為一門獨立學科的開始。1896年德國另一位胚胎學家Wilson發(fā)表了“發(fā)育與遺傳中的細胞”（The cell in Development and steredity）被認為是第一部較系統(tǒng)的細胞學該書于1925年再版，書中描繪了一幅能反映光鏡時代對細胞結(jié)構(gòu)的認識模式圖，被認為是細胞學史上第二個具有代表意義的模型。三、生物化學的研究隨著細胞學說和細胞學的發(fā)展，生物學出現(xiàn)了兩個獨立發(fā)展的分枝，一個是細胞成分的分

6、離和化學標定即生物化學，另一個是以整體動物和植物為特征的遺體研究即遺傳學（Genetics）的出現(xiàn)。出物化學（Biochemistry）這門科學在一開始出現(xiàn)的時候就有著雙重的目標，一方面是對細胞組成成分的化學分析，另一方面是對這些成分進行化學反應和分析。四、分子生物學與細胞生物學1953年James D. weteson和Francis H.C.Crick根據(jù)脫氧核糖酸（DNA）纖維X射線晶體衍射圖及其他試驗資料，創(chuàng)造了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。從1961年以來，兩位法國科學家Francois Jacob和Jacques Monod發(fā)表了他們對調(diào)控基因研究的成就，出現(xiàn)了三個重要意義的進展：（1）

7、證實了信使核糖核酸（mRNA）攜帶著DNA到蛋白質(zhì)合成機制所需要的信息；（2）發(fā)現(xiàn)遺傳密碼，信息貯存于核酸之中；（3）發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)是靠傳遞核糖核酸（RNA）和核糖體的幫助翻譯的。20世紀60年代，對哺乳動物細胞在體外成功培養(yǎng)和動物病毒定量技術(shù)的發(fā)展促進了分子生物學的發(fā)展。隨著電子顯微鏡（Cell Biology），即運用近代物理學和化學技術(shù)成就，以及分子生物學的方法概念，從細胞上研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能和各種生命活動規(guī)律的科學。最先提出這一概念的是De Robertis教授。他于1965年將所著的普通細胞學更名為細胞生物學。五、分子細胞生物學隨著生物化學、遺傳學和細膩包生物學的進一步發(fā)展，形成了將

8、生物化學、遺傳學和細胞生物學有機聯(lián)系起來，完整而系統(tǒng)地從分子水平深入了解細胞的結(jié)構(gòu)和功能的學科分子細胞生物學（Molecwlar cell biology）。新的生物技術(shù)，如蛋白質(zhì)和核酸的順序分析和合成，基因重組、細胞融合與單克隆抗體技術(shù)及細胞因子等的基因工程藥物的不斷涌現(xiàn)，嶄新的分子細胞生物學時代將為人們認識自然，改造自然展現(xiàn)出更加光輝的前景。參考文獻1、 關(guān)國昌等。細胞生學進展、高等教育出版社，19892、 韓貽仁。分子細胞生物學、高等教育出版社，19883、 Schwarty L.M.et al., Advance cell Biology Van Nostrand Reinbold C

9、D., New york. 19814、 Darnell J.et al., Molecular cell Biology Scientific American Books Inc. 1986第二章 細胞的基本結(jié)構(gòu)和功能一、細胞是機體的基本結(jié)構(gòu)單位1、細胞的起源舉世公認，在幾百萬年前，生命起源于微小的單細胞生物，有些早期的有機體通過光合作用從陽光中獲得能量，隨著地球環(huán)境的變化，這些原始的細胞隨之變化。但是，當多細胞生物出現(xiàn)的時候，它的細胞成分仍保持著游離的單個活細胞的基本結(jié)構(gòu)，每個細胞是獨立的，并具有一種潛在能力，作為一種自主的自給自足的單位，為了生存，細胞變得越來越相依賴。所有這些有機體，

10、從簡單的海藻復雜的哺乳動物海和植物，都是由單個細胞形成組織再構(gòu)成的。每一類型的細胞具有獨特的功能。2、細胞的組織細胞（Cell）由膜圖成的，能進行單獨繁殖的最小厚生質(zhì)團，是生物體最基本的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能單位?？筛爬ㄈ缦拢?纖毛、鞭毛后成質(zhì) 質(zhì)膜外結(jié)構(gòu) 負質(zhì)、木質(zhì)異質(zhì) 細胞壁 生活物質(zhì)原生質(zhì) 細胞膜細胞 細胞質(zhì) 細胞器(Cell) 細胞質(zhì)基質(zhì) 細胞核 非生活物質(zhì)代謝產(chǎn)物（副質(zhì)）從進化觀點將生物界中的細胞分為原核細胞和真核細胞兩大類。真核細胞又分為動物細胞和植物細胞。3、細胞的大小細胞的大小以微米（micrometer, m）作度量單位。一般講來，真核細胞大于原核細胞。多細胞動物的細胞的平均大小

11、為2030m。細胞大小的下限決定于得容納于細胞獨立生自學成才所需最重本的成分，基上限受多方面因素制約，如細胞的核質(zhì)化，細胞膜的相對表面積以及細胞內(nèi)物質(zhì)的交流等。4、擴散與細胞及單細胞生物的大小擴散是一個熵增大的過程，在這個過程中，分子分布到任何一個它可占據(jù)的空間。因為每個細胞只有通過擴散來協(xié)調(diào)它自身的代謝活性，所以分子在整個細胞內(nèi)擴散的速率把細胞的大小限制在3050m之間。更特別的是，在絕大多數(shù)細胞，無論其形態(tài)怎樣，其代謝活躍的部分離細胞表面不超過25m。細胞外循環(huán)系統(tǒng)使細胞獲得營養(yǎng)物質(zhì)，排除代謝廢物簡單擴散的速度很慢，因此，所有的多細胞動物和植物都由循環(huán)系統(tǒng)來快速轉(zhuǎn)運簡單的化學物質(zhì)，大分子和

12、化學信號，清除代謝廢物。5、分子以擴散的方式通過細胞膜或由特殊的通透酶轉(zhuǎn)運進入細胞分子進入或離開細胞的速率是決定細胞大小的一個決定因素，所有細胞的表面都是由磷脂雙層分子組成的單層細胞膜，這層膜限定了細胞的界限，磷脂雙層膜可通透一些重要的氣體，如氧氣、二氧化碳和水分并使這些物質(zhì)通過細胞膜自由擴散。但是，絕大多數(shù)物質(zhì)，如糖、氨基酸、蛋白質(zhì)及無機離子，如K、Na、Cl不能透過磷脂膜。籽使這些分子能夠進入細胞，細胞膜必須利用許多稱之為通透酶（Permeases）或運載體（Transporter）的膜蛋白。這些蛋白鑲嵌在磷脂雙層中，形成通道，使特定的分子能夠出入細胞。二、細胞核細胞核（Nucleus）一

13、般是呈圓球形或卵圓形，通常是一個細胞內(nèi)有一個核，也有兩個或多個的，在某些特定化的細胞中無核。在固定和染色的細胞中，可觀察到間期細胞核由核被膜、染體質(zhì)、核仁和核液四大部分構(gòu)成。真核細胞的核有兩層磷脂雙層膜包裹著，內(nèi)層緊貼著細胞核，外層與廣泛存在的稱為粗面由質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)腔系統(tǒng)相延續(xù)，兩層之間的間隙與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔相延續(xù)。核孔呈環(huán)狀，可能是由特殊蛋白質(zhì)組成的。核孔可能是作為一個胞核與胞漿的通道，允許有調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)通過。細胞核是細胞的遺傳性和細胞代謝、生長、繁殖的控制中心，是遺傳物質(zhì)貯存，復制和表達的主要場所，對細胞的結(jié)構(gòu)和活動具有調(diào)節(jié)控制作用。細胞核的主要生理功能是指導RNA的合成，在生長或分化的

14、細胞，細胞核是代謝極其旺盛的部位。三、細胞質(zhì)細胞質(zhì)（Cytoplasm）是細胞中除了核以外，質(zhì)膜（包括質(zhì)膜）以內(nèi)的原生質(zhì)，其結(jié)構(gòu)大體分為細胞器和細胞質(zhì)基質(zhì)兩大部分。緊貼細胞膜，處于細胞邊周的細胞質(zhì)為細胞外質(zhì)簡稱外質(zhì)（ectoplasm），相對于外質(zhì)的，處于細胞中央部分的細胞質(zhì)為細胞內(nèi)質(zhì)，簡稱內(nèi)質(zhì)（endoplasm）。細胞外質(zhì)粘度較高（呈凝膠態(tài)），含有大量的微管和微絲，絲保持細胞的形狀有重要作用；細胞內(nèi)質(zhì)呈流動態(tài)縣態(tài)度較低，內(nèi)含多種細胞器和各種內(nèi)含物質(zhì)及各種折光不同的顆粒。真核細胞質(zhì)中由大小不同的囊狀、泡狀和管狀組成的并有一層單位膜圍繞相互連通的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了細胞質(zhì)中的一個連續(xù)網(wǎng)狀膜系統(tǒng)，內(nèi)容物與

15、細胞質(zhì)中其它部分隔開，與核相連。1945年P(guān)orter在電鏡下觀察體外培養(yǎng)的雞胚胎成纖維細胞時發(fā)現(xiàn)了這樣一個結(jié)構(gòu)多存于細胞的內(nèi)質(zhì)部分，并定名為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，簡稱ER）。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)系使不同的功能。具有機構(gòu)支持作用，并與蛋白質(zhì)、脂類的合成、物質(zhì)運輸、糖原的分解和解毒作用有關(guān)。根據(jù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜細胞質(zhì)面是否附有核糖體，可分為糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩類：（1）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum，簡稱RER），又稱顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（granular endoplasmic reticulum，簡稱GER）。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜外表面附有核糖核蛋的顆粒。RER的

16、功能在于：蛋白質(zhì)合成、細胞內(nèi)的一些蛋白質(zhì)主要在這里合成；此外，組成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一些蛋白質(zhì)如細胞色素b5、細胞色素P450等都主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖核蛋白體上進行合成；提供物質(zhì)運輸通道。（2）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Smooth endoplasmic reticulum，簡稱SER）又稱光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或無顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（a granular endoplasmic reticulum，簡稱AER）。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜外表面光滑不含有核糖核蛋白顆粒。1、細胞器細胞器（Cell Organelle）是存在細胞中，用光鏡、電鏡或其他工具能夠分辯出的，具有一定形態(tài)特點，并執(zhí)行特定機能的結(jié)構(gòu)。在已知的細胞器中，有的具有雙層膜，有的具有雙層

17、膜，有的具有單層膜；有顆粒狀的，還有纖維狀的。細胞器的大小差別也比較大，從0.1m到+m不等。在真核細胞的膜層細胞器中普通存在一種呈顯色的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由意大利醫(yī)生、神經(jīng)學家高爾基（Golgi）于1898年發(fā)現(xiàn)，命名為內(nèi)網(wǎng)器（internal reticular apparatus），后改稱為高稱基體（Golgi body）。進入50年代，通過冰凍蝕劑及電子顯微鏡技術(shù)弄清了這種細胞器的微細結(jié)構(gòu)是由幾部分組成的，因此現(xiàn)在多稱為高樂基復合體（Golgi Complex）。而高爾基體則用來指只有扁平膜囊組成的主體結(jié)構(gòu)。一個典型的高爾基復合體是由扁平囊泡高爾基囊、高爾基小泡和高爾基液泡三部分組成的。高爾基

18、囊（Golgi Sac）：為扁平囊狀又稱潴泡，由兩層光面膜圍成，膜厚約68m，成弓形，兩端常呈膨大狀，膜間隙為15m，其內(nèi)充滿液體。高爾基小泡（Golgi Vesicle）：位于主體結(jié)構(gòu)成形面周圍的泡狀結(jié)構(gòu)，又稱小泡或移行小泡。一般認為小泡是由附近的由質(zhì)網(wǎng)以“出芽”方式形成的，相互間融合成新高爾其囊，同時把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的半成品物質(zhì)帶到高爾基體。高爾基液泡（Golgi Vacuole）：位于主體結(jié)構(gòu)分泌面周圍的泡狀結(jié)構(gòu)，又稱大泡或濃縮泡（Condensing Vacuole）。高爾基復合體的功能是多方面的，不僅參與分泌的貯存、濃縮、加工、轉(zhuǎn)運及排出細胞的過程，而且還是糖蛋白形成的場所。目前，傾向性的

19、觀點認為高爾基復合體是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)變而來的。溶酶體（Lissome）是細胞質(zhì)內(nèi)由單位膜圍成的，內(nèi)含高濃度的各種酸性水解酸，且有酶反應的一種細胞器。溶酶體廣泛存在于動、植物細胞。在細膩包內(nèi)是一多形態(tài)性細胞器。溶酶體的功能在于：（1）正常消化和防御作用；（2）自體吞噬作用，以度暫時“危機”；（3）細胞的自溶作用，以保證個體的正常發(fā)育。一般認為溶酸體來自高爾基復合體。2、細胞質(zhì)基質(zhì)細胞質(zhì)中除去所有細胞器和各種顆粒以外的部分，呈復雜的膠體系統(tǒng)。此概念在不同時期有不同的叫法，如稱為透明質(zhì)（hyaloplasm）、細胞液（Cell sap）和細胞溶質(zhì)（Cytosol）等。目前多稱為細胞質(zhì)基質(zhì)（Cytopla

20、smic matrix）簡稱細胞基質(zhì)（groundplasm）。在細胞基質(zhì)中進行著許多生化反應，脂肪合成，糖酵解和磷酸或糖途徑，被認為是胞基質(zhì)中三個主要的代謝途徑。此外，胞基質(zhì)為各種細胞器提供穩(wěn)定的離子環(huán)境，并以細胞器行使功能提供充足的底物。四、細胞膜細胞膜（Cell membrane）又稱質(zhì)膜（Plasma membrane or Plasmolemma）是指所有細胞共有的包被細胞質(zhì)的一層膜。是生物膜的一部分，屬單位膜結(jié)構(gòu)。細胞膜使細胞內(nèi)部與外界環(huán)境分子分開，起著調(diào)節(jié)和維持細胞內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定作用。同時物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細胞識別、細胞速接、代謝調(diào)控、膜電位維持等諸方面起著重要作用。

21、五、質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)又稱細胞外被（Cell envelope），是細胞膜外所有表面成分的總和。由細胞產(chǎn)生的，堆積于細胞膜外表面的一層物質(zhì)，多為糖蛋白、糖脂及多糖類。這一概念是指動物外表面林立的糖鏈稱為糖萼（glycocalyx）在功能上至少具有：（1）保護及調(diào)節(jié)作用；（2）分子識別作用；（3）代謝調(diào)節(jié)作用；（4）血型決定作用；（5）參與免疫反應等等。質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)包括：纖毛、鞭毛、角質(zhì)、木質(zhì)及細膩包壁。1、纖毛：真核細胞的纖毛（Cilia）是細胞表面的特化結(jié)構(gòu)，具運動的功能。纖毛的整體結(jié)構(gòu)包括三個部分：（1）纖毛本體，又稱鞭桿（shaft）是向外伸出的柱狀突起，外表為質(zhì)膜，其內(nèi)部是由微管組成的

22、芯，稱為轉(zhuǎn)絲（axoneme），結(jié)構(gòu)相當精密，9組二聯(lián)體微管位于邊周，兩條微管位于中央，形成一個“9×2+2”型結(jié)構(gòu)。（2）基體，是纖毛基部質(zhì)膜下方園筒狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與中心粒相同。（3）纖毛小根，是有固定纖毛和收縮雙重作用。纖毛的化學組成，主要是蛋白質(zhì)，目前分析出三種，一是微管蛋組；二是動力蛋白（dynein），為A亞絲上的短臂成分；三是連接蛋白（nexin），位于二聯(lián)絲間連橋之中。纖毛運動的機制，目前有微管滑動假說得到大家共認。2、鞭毛在某些原核細胞和真核細胞表面伸出的能運動的細長鞭狀突起，稱為鞭毛（flagella）。真核細胞的鞭毛，其化學成分也同纖毛一樣，所不同的是，就一個細胞而

23、論，鞭毛少（1至數(shù)根）而長（可達50m），纖毛多（成有上千根）而短（只有510m）。3、細胞壁經(jīng)胞壁（Cell Wall）是指存在于原核細胞，真菌、藻類和植物細胞質(zhì)膜外的一層由細胞分泌物組成的，主要起保護作用的原壁。六、細胞骨架系統(tǒng)細胞骨架系統(tǒng)（Cellular Skeleton System）是真核細胞質(zhì)內(nèi)普遍存在的蛋白質(zhì)纖維構(gòu)成的網(wǎng)架系統(tǒng)。電子顯微鏡的研究表明，所有真核細胞都包含三種主要類型的細胞骨架纖維：直徑為7nm肌動蛋白微絲（Microfilaments），直徑為24nm的微管（Microtubules）和直徑為11nm的居間纖維（intermediated filaments）。肌

24、動蛋白纖維和微管纖維都是由叫做G肌動蛋白的微管蛋白亞單位聚合形成的。大多數(shù)真核細胞都含有一種或多種居間纖維，它們分別由某些特殊的蛋白組成。細胞骨架在細胞形態(tài)、細胞運動、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞以及細胞分化、細胞轉(zhuǎn)化等一系列重要方面都有突出作用。七、細胞透性細胞透性（Cell permeability）是細胞通過質(zhì)膜和周圍環(huán)境進行物質(zhì)交換的性質(zhì)。細胞透性是質(zhì)膜的最主要生理功能之一。質(zhì)膜對物質(zhì)的透性最顯著的特點是具有選擇性。不同的細胞在不同的條件下，對不同的物質(zhì)，具有不同的透性。通透的物質(zhì)包括水、電解質(zhì)和非電解質(zhì)。其中有些是能源物質(zhì)，例如糖；有些是合成生物大分子的前身，如氨基酸；有些是維持細胞

25、內(nèi)特殊條件必需的物質(zhì)，如各種離子等。八、細胞衰老每一個細胞都要經(jīng)歷它的自身的新生，生長、分化、成熟、衰老和死亡。細胞在各方面的退行性變化即為細胞衰老(Cell Senescence)。細胞衰老時，出現(xiàn)一系列變化，其基本特征歸納如下：（1）膜的變化：衰老或功能缺陷的細胞膜通常處于凝膠相或固相，運行性降。被認為是細胞衰老的先兆。此外，與膜有關(guān)的間隙連接顯著減少；膜內(nèi)顆粒由向原生質(zhì)的一面（P）轉(zhuǎn)至北離原生質(zhì)的一面（E）；膜外表面突起增加；膜外負電荷減少。（2）細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化：首先是細胞體積增大；核膜內(nèi)折；染色質(zhì)固縮；核仁不規(guī)劃，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體排列紊亂且數(shù)量減少。高爾基體和溶酶體數(shù)量增多，褐質(zhì)積累。

26、關(guān)于細胞衰老的機理問題，從古至今已提出了許多假說和理論，綜合20世紀5060年代以來出現(xiàn)的一系列衰老大體有下面幾種：（1）程序死亡說：1961年Hayflick根據(jù)人胚胎細胞的傳代培養(yǎng)實驗提出的，認為DNA鏈上有一種“衰老基因”或“死亡基因”這便是“自我摧毀計劃”的物質(zhì)基礎(chǔ)。（2）衰老因子積累說：1962年Megbegeeb和1973年Orgel先后提出的，又稱“蛋白質(zhì)會成差錯成靈說”。（3）衰老的自由基理論：1956年美國內(nèi)布拉斯卡大學（University of Nebraska）Harman教授提出了自基造成細胞損傷，導致衰老。（4）基因調(diào)節(jié)假說：1983年Smith根據(jù)細胞中可能產(chǎn)生的

27、DNA合成抑制劑，提出了關(guān)于細胞衰老的可能機理。他認為：正常二倍體細胞具有產(chǎn)生阻斷DNA合成的蛋質(zhì)的遺傳信息基因。在培養(yǎng)的二倍體細胞到達基增殖界限之前，這種基因不表達，即受阻遏。阻遏抑制劑基因表達的物質(zhì)為阻遏物，編碼阻遏物基因的拷貝，隨倍增次數(shù)增加，阻遏物基因的拷貝數(shù)越來越少，結(jié)果產(chǎn)生的阻遏物濃度降低，阻遏效率下降，取后當阻遏物濃度不足以阻遏抑制劑基因表達時，抑制蛋白形成，最終導致細胞分裂的停止和衰老的出現(xiàn)。參 考 文 獻1、Sheeler P, Bianchi D.E. Cell and Molecular Biology, John Wiley and Sons, Inc., New Yo

28、rk, 19892、Franke w w et al., J.Cell Biol, 1981, 91:31503、Gevace L.et al., Quant Biol, 1981,46:9679784、Fulton A B. Cell, 1980, 30:3453475、Farguhar M. et al., J Cell Biol, 1982, 92:8468576、Darnell J et al., Molecular Cell Biology Scientific American Books, Inc.19867、魯潤龍等，細胞生物學，中國科學技術(shù)大學出版社，1992第三章 細胞的分

29、子結(jié)構(gòu)所有的細胞都是由兩種不同類型的化學物質(zhì)構(gòu)成的，即多聚體和小分子。小分子通常由少于50個原子構(gòu)成的，每種小分子都有其結(jié)構(gòu)特征。多聚體是由許多相同的小分子通過共價鍵連結(jié)起來的。多聚體的亞單位叫做單體或殘基（residues）。細胞內(nèi)的多聚體有：核酸、蛋白質(zhì)、多糖。核酸是由4種不同的核苷酸單體連在一起構(gòu)成的，其長度可達數(shù)百萬單位。這些亞單位可以任何一種順序排列。因此，長度的為n單位的可能不同的核酸數(shù)為4。一個為10單位長的核酸能有4種結(jié)構(gòu)；一個為100個單位的核酸可能有4種結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)是由單個的氨基酸構(gòu)成的。蛋白質(zhì)中有20種不同的氨基酸。因此，一個有100單位的蛋白質(zhì)可能有20種結(jié)構(gòu)。多糖是由

30、糖類的單體，或稱單糖形成的。至少有15種不同的單糖參與形成各種多糖。糖類單體可以多種方式形成鍵。因此，許多多糖是非線性的，帶有分支的分子。除了多聚體中的單體外，還有另一類小分子，例如脂類。這是一類非常重要的小分子，因為它們形成細胞膜的基本結(jié)構(gòu)。在大量非線性的復合物中脂酸分子以非共價鍵形成相互作用，這樣形成的膜與多聚體一種，對有機體是很重要的。一、蛋白質(zhì)在機體內(nèi)，蛋白質(zhì)在細胞中約占干重的70%以上，幾乎無處不在，無處不發(fā)揮各種蛋白質(zhì)特有的功能。蛋白質(zhì)是細胞的功能分子，它們能催化許多化學反應；維持結(jié)構(gòu)的剛性；控制膜的通透性；調(diào)節(jié)所需化謝物質(zhì)的濃度；識別并結(jié)合其它生物分子；引起運動并調(diào)控的功能。無論

31、何種蛋白質(zhì)，其基本組成成分是氨基酸。根據(jù)1969年國際純化學與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）的規(guī)定，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)肽鏈中各種氨基酸的排列順序。 COOHH2NCHCH2CH2CH2CH2 組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸通常根據(jù)側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的不同分為：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、羥基氨基酸與含硫氨基酸、酸性氨基酸及酰胺、堿性氨基酸。哺乳動物細胞內(nèi)含有成千上萬種蛋白質(zhì)分子。它們在多聚核糖體中合成后，細胞根據(jù)這些蛋白質(zhì)分子中的分揀信號把它們準確地運輸?shù)接嘘P(guān)的膜結(jié)構(gòu)、細胞器或細胞外。某些細胞外的蛋白質(zhì)可通過受體介導的內(nèi)吞進入細胞，運輸?shù)絻?nèi)體（endosome），并可再運輸?shù)饺苊阁w。蛋白質(zhì)分子中的

32、分揀信號分兩種：一種稱靶向序列（targeting sequence），是蛋白質(zhì)分子中一小段特導的氨基酸序列，它包含有該蛋白質(zhì)運輸?shù)侥抢锶サ男畔ⅰＡ硪环N稱為靶向斑塊（targeting patch），是蛋白質(zhì)分子中由肽鏈折疊而使互不連續(xù)的肽段相互靠攏而構(gòu)成的局部立體結(jié)構(gòu)。其功能與靶向序列相同。蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的運輸方式可分兩大類：一類是附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的多聚核糖體中合成的蛋白質(zhì)，它們以小泡（Vesicle）介導的方式運輸?？梢裕?）保留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；（2）運輸?shù)礁郀柣w后再運輸?shù)絻?nèi)體以及溶酶體；（3）運輸?shù)礁郀柣w后基入分泌小泡，分泌小泡與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到胞外。（圖31）二、酶酶（enzym

33、e）是具有高度催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。是一種蛋白質(zhì)催化劑，是生命動力活動的媒介，細胞內(nèi)幾乎每一個化學反應都由酶催化。在酶的催化反應中，發(fā)生變化的化學物質(zhì)稱為該酶底物。酶催化反應又稱酶促反應，可應用下列簡單式事表示： E S PMichaelis與Menten提出催化反應機制如下：酶底物S與酶E反應結(jié)合形成中間終合物ES，然后再分解生成產(chǎn)物P并釋放出酶，反應如下所示： K1 K3E+S ES E+P K2酶具有催化和調(diào)節(jié)的雙重屬性，特別適合于參加細胞的化學代謝。酶的主要作用是降低化學反應的活性能屏障，反應后酶分子迅即從酶一底物絡合物上分離下來，因此，少數(shù)酶的分子可催化大量的底物分子。酶

34、對底物的催化具有高度的特異性，細胞中每一種酶都有其特定的處理底物，因而每一個細胞或一個細胞器內(nèi)可同時進行許多反應。酶不僅是生物化學反應的催化劑，而且也是細胞結(jié)構(gòu)的組成成分。各種細胞或細胞的不同結(jié)構(gòu)，由于所含酶的種類、含量與活性不同表現(xiàn)出不同的功能活動。三、核酸細胞要合成那種蛋白質(zhì)，合成的量多少的指令是從核酸獲得。核酸（Nucleic acid）存在于細胞中，是細胞內(nèi)貯存及傳遞信息的分子。核酸是由磷酯兩種密切相關(guān)的貯存信息的分子：脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid,簡稱DNA）和核糖核酸（Ribonucleic acid，簡稱RNA）。1、DNA和RNA的組成DNA和RNA

35、均由4種不同的核苷酸的單體構(gòu)成的。一個核苷酸有三個部分：糖；磷酸基團；堿基。在DNA中糖為脫氧核糖，是在2位沒有羥基的五環(huán)糖，在RNA中則通常為核糖。DNA和RNA單體之間的另一差異是堿基不同。組成核酸的堿基有兩類：嘧啶（primidine）和嘌呤（purine）。嘧啶又有兩種：胸腺嘧啶（Thymine,T）和胞嘧啶（Cytosine,C）。嘌呤有兩種：腺嘌呤（Adenine,A）和鳥嘌呤（Guanine,G）。胞嘧啶、腺嘌呤存在于DNA和RNA。胞腺嘧啶僅見于DNA。DNA和RNA分子中的4種核苷所組成的差別僅在于堿基，因此通常稱呼上以堿基代表單核苷酸，亦即以其縮寫A，G，C，T代表4種核苷

36、酸。RNA中通常不含胸腺嘧啶（T）而代之以尿嘧啶（Uncil,U）。2、DNA的功能DNA的生物學功能：（1）儲存生物的遺偉和全部信息；（2）通過自我復制將貯存的信息穩(wěn)定地、忠實地從一代細胞；（3）決定所有細胞內(nèi)RNA核苷酸在蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而體現(xiàn)生命的活動；（4）決定人的遺傳和突變產(chǎn)生新的遺傳特性。3、RNA的功能每個細胞內(nèi)部含有三類不同的RNA，信使RNA(messenger RNA, mRNA)、核糖體RNA（ribosomal, RNA, tRNA）。RNA的生物學功能：RNA是蛋白質(zhì)的合成和作為遺傳物質(zhì)。在RNA生物合成中，真核細胞轉(zhuǎn)錄合成的是RNA前體，前體加工后才能形成功能

37、的各類RNA。RRNA是蛋白質(zhì)生物合成場所核糖體的重要成分，mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的模板，tRNA在蛋白質(zhì)生物合成中負責轉(zhuǎn)運氨基酸。它們分工合作完成蛋白質(zhì)生物合成。中心法則中RNA位于遺傳信息流的中間站，它街接轉(zhuǎn)錄與翻譯，是DNA中貯存的遺傳信息表達出各種功能蛋白質(zhì)的必經(jīng)“驛站”。20世紀70年代發(fā)現(xiàn)某些RNA具有酶的活性稱為“核酶（ribozyme）”。逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象及核酶的發(fā)現(xiàn)豐富了對RNA的認識。四、脂質(zhì)與生物膜生物膜將細胞與周圍環(huán)境分隔開來，為某些蛋白質(zhì)提供附著點，并將細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)分隔包裹，如無生物膜；細胞內(nèi)化學反應則無未能進行。生物膜主要結(jié)構(gòu)成分是類脂質(zhì)，是一種不溶或微溶水的有機分子。脂

38、肪酸是膜和類脂質(zhì)的主要成分。脂肪酸分子含有長的烴鏈與具有酸性的羧基相接。在細胞內(nèi)脂肪酸典型的存在形成是三脂酰甘油，由三分子脂肪酸和一個分子的甘油構(gòu)成。細胞膜通常含有大量的兩性類脂分子，最主要的是磷脂，磷酸甘油酯是最重要的一類磷脂。磷脂在水溶液中有三種不同的存在形式：（1）膠粒；（2）膦脂雙層結(jié)構(gòu)；（3）脂質(zhì)體。五、碳水化合物碳水化合物是由碳與氫和氧（水）構(gòu)成。最簡單的碳水化合物是單糖。作為貯存能量的分子和細胞的結(jié)構(gòu)成分，碳水化合物是秀重要的。葡萄糖是細胞內(nèi)最常見的糖。另外，還有一些重要的糖如果糖、乳糖，它們與葡萄糖的區(qū)別僅在于碳原子上取代基的位置。已糖的貯存形式是長鏈的多聚體糖原，單糖常結(jié)合到

39、脂質(zhì)或蛋白質(zhì)分子上形成糖脂或糖蛋白。參 考 文 獻1、Smith E.L., et al., Principle of Biochemistry General Aspects. 7th ed. McGraw-Hill. 1983. Chapters 2-8, 10 and 11.2、Stryer L. Biochemistry 2ed. 1981. Chapters 2-8, 10 and 24.3、Blake C C F. et al. Trends Biochem sci 1984, 9:147-1514、Doolitile R. Sci Am, 1985, 253(4):88-965、

40、Finean J B et al., Membranes and their Functions 3ed. Bluckwell, 19856、陳惠黎主編，生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，上海：上海醫(yī)科大學出牌社，1999:3-97、陳執(zhí)中，章月華，現(xiàn)代生化藥物與基因工程藥物分析，上海：上海醫(yī)科大學出版社，2000：27第四章 真核細胞的基因調(diào)控一、基因1、基因概念的發(fā)展1965奧地利遺傳學家Mendel發(fā)表了植物雜交試驗論文，指出遺傳單位為遺傳因子。1909年丹夢學者Johson提出基因一詞。1910年Morgan認為基因是一個功能單位，也是一個突變單位和交換單位，染色體是基因的物質(zhì)載體。1955年B

41、enzer在研究快速溶菌突變型子的基因結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)在一個基因內(nèi)部的許多位點上可以發(fā)生突變，也可以發(fā)生交換，說明基因并不是一個突變單位和交換單位，而是包括許多突變單位和許多重組單位，并根據(jù)順反位置效應提出了順反子（cistron）的概念。70年代以后，由于許多重大技術(shù)的突破，對基因的認識又有了新的發(fā)展。1978年Gilbert提出：基因是轉(zhuǎn)錄單位的新概念，但現(xiàn)在看來這一概念也不令人滿意，因為有的基因并不轉(zhuǎn)錄或不安全轉(zhuǎn)錄。基因概念正經(jīng)歷著從穩(wěn)定到動態(tài)的重大突破，對基因的認識又有了新的發(fā)展。1978年Gilbert提出：基因是轉(zhuǎn)錄單位的新概念，但現(xiàn)在看來這一概念也不令人滿意，因為有的基因并不轉(zhuǎn)錄或不

42、安全轉(zhuǎn)錄?；蚋拍钫?jīng)歷著從穩(wěn)定到動態(tài)的重大突破，隨著分子遺傳學的發(fā)展，出現(xiàn)了新的基因概念。2、基因的分子生物學定義基因（gene）指DNA分子中具有一定遺傳學效應的特定核苷酸順利序，是合成專一多肽或RNA的藍本。所以按照最近的分子生物學定義，基因是編碼一條多肽鏈或一個RNA分子所必需的所有DNA順序。二、真核細胞基因調(diào)控的含義調(diào)節(jié)不同細胞中各種蛋白質(zhì)合成速率的復雜機制是通過基因調(diào)控來完成的。由于合成mRNA不同，其調(diào)節(jié)作用也不同，從而導致了不同基因表達；而不同的轉(zhuǎn)錄導致了不同的蛋白質(zhì)合成。此外，RNA的加工、細胞質(zhì)中mRNA的穩(wěn)定性、mRNA的翻譯，染色體片段的擴增及重排等都是影響基因表達的

43、環(huán)節(jié)。多細胞生物基因調(diào)控的主要的問題是在不同發(fā)育時期，基因是如何被激活和表達的。一般來說，在不同發(fā)育時期，單一細胞基因的表達不可逆，許多已分化的細胞，如皮膚細胞、紅細胞、晶狀體細胞及產(chǎn)生抗體的細胞，它們不能分裂形成了代細胞，這些細胞中那些導致分化的基因調(diào)控程序是對維持整個機體生活所必須的，它們顯然不同于那些受環(huán)境刺激基因的調(diào)控程序。三、真核細胞基因調(diào)控的信號1、激素和蛋白因子機體所產(chǎn)生的許多物質(zhì)可引起不同基因表達，其中激素就是一大類動物基因的信號物質(zhì)，它對細胞成熟或在生長發(fā)育中的機體皆有重要的作用。現(xiàn)在已知有幾種激素可以調(diào)控某些單一的基因和基因組，此外，它們也能影響細胞的結(jié)構(gòu)和酶的功能。有的靶

44、細胞分散在組織中，也有的集中在單一組織中。某些激素如甲狀腺激素，皮質(zhì)激素等可對不同靶細胞中的多個基因發(fā)生效應，同樣，蛋白質(zhì)激素如胰島素、生長激素對許多細胞也有類似的作用。有一些細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，它們既可以作用于鄰近的細胞，也可作用于遠距離的細胞，例如：生長因子（growth factors）就是一類這樣的蛋白質(zhì)。神經(jīng)生長因子（nerve growth factor, 簡稱NGF）能引起神經(jīng)細胞的伸長，具有神經(jīng)損傷的修復作用。表皮生長因子（epidermal growth factor, 簡稱EGF）則可作用于各種各樣的上皮細胞，刺激其生長。根據(jù)激素和生長因子的化學性質(zhì)，可以把它分成兩類信號分子

45、：（1）小分子，如甾醇激素及甲狀腺激素，它們直接進入細胞發(fā)揮效應；（2）多肽或蛋白質(zhì)，它們能和細胞表面特異的受體結(jié)合，往往在進入細胞之前就發(fā)揮作用，不過有一些信號分子能和細胞表面受體結(jié)合轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)，然后（或其降解產(chǎn)物）才發(fā)揮作用。2、細胞間的接觸大多數(shù)激素和生長因子是通過循環(huán)系統(tǒng)運輸并作用于靶細胞的，但是有些基因的活化則要求細胞間的直接接觸。細胞間的作用也可間接地發(fā)生，如某類型細胞能形成細胞外基質(zhì)，它們可向其他類型的細胞傳遞信號。3、多細胞生物中基因調(diào)控的環(huán)境和營養(yǎng)信號高等真核生物細胞的某些基因?qū)Σ涣嫉臓I養(yǎng)環(huán)境能作反應，但反應的形式是有限的，而且許多基因并不會對營養(yǎng)條件的改變作出反應，原因是由

46、于細胞生物很少需要對營養(yǎng)條件進行相應的反應。四、基因調(diào)控的機理關(guān)于真核基因調(diào)控機理的大多數(shù)研究，主要集中在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控上，這并不難理解，因為轉(zhuǎn)錄的起始是基因調(diào)控的第一步，況且很多編碼蛋白質(zhì)的基因，其表達可能確定是在轉(zhuǎn)錄水平上受到調(diào)控。目前，有兩種假設(shè)，說明真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機理。第一種認為，真核細胞和原核細胞一樣，擁有某些轉(zhuǎn)錄因子（即某些蛋白質(zhì)），它們能通過和靶基因相鄰的DNA位點相互作用，從而對基因的轉(zhuǎn)錄進行調(diào)控。第二種假設(shè)認為，真核生物染色質(zhì)中位點特異性轉(zhuǎn)錄（site-specific transcription），依賴于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“疏松”或“解旋”，使特定染色區(qū)域中的DNA暴露出來。D

47、NA的這些拓撲結(jié)構(gòu)的變化，可能是在DNA拓撲異構(gòu)酶的幫助下完成的，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可能引起了暴露基因的自動轉(zhuǎn)錄。五、基因突變與損傷（一）基因突變一個基因的內(nèi)部可以遺傳的結(jié)構(gòu)的改變稱為基因突變（gene mutation）?；蛲蛔兙褪荄NA堿基組成或排列順序的改變。突變具有重要的生物學意義，它是物種進化的根源和動力?；蛲蛔兊陌l(fā)生和DNA復制、DNA損傷修復，以及衰老等有關(guān)。1、基因突變的分類基因突變的分類有多種，按照基因結(jié)構(gòu)的改變類型，可以分為點突變、堿基的插入突變和堿基毛失突變。（1）點突變：DNA分子中單個堿基的改變，一種堿基被另一種堿基取代。同類堿基的改變，一種堿被G，或G被A取代，C被T或T被C取化，這種取代稱轉(zhuǎn)換（transition）。不同類堿基間的取代，如A被T，或C取代，C被G或A取代，T被A或G取代，這類取代稱顛換（Tran version）。（2）堿基的插入突變：在DNA的某一位點插入一個或一個以上的堿基。（3）堿基毛失突變：在DNA的某一位點失去一個或一個以上的堿基。2、突變可能造成的后果突變部位的不同可能產(chǎn)生不同的后果，主要有以下幾種情況：（1）突變可能使生物更有利于適應環(huán)境，這種突變將會保留和遺傳，引起生物的進化。（2）導致生物體的死亡或生命力的明顯下降，屬