1 細(xì)胞生物學(xué) 講稿

1、細(xì)胞生物學(xué)生物奧賽輔導(dǎo)授課人：楊化濤1細(xì)胞學(xué)局部比值：20% 主要內(nèi)容：細(xì)胞的化學(xué)成分 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 細(xì)胞代謝 細(xì)胞分裂。 學(xué)習(xí)方法：掌握運(yùn)用必修1內(nèi)容 掌握理解奧賽教材內(nèi)容細(xì)胞局部?jī)?nèi)容介紹21細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 1665年英國(guó)物理學(xué)家羅伯特虎克用他自制的顯微鏡觀察栓皮櫟的軟木切片時(shí)，看到了一個(gè)個(gè)蜂窩狀的小室。他把這樣的“小室稱(chēng)為細(xì)胞（死細(xì)胞）。2細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立德國(guó)植物學(xué)家施萊登于1838年提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)的主要論點(diǎn)，次年又經(jīng)德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺加以充實(shí)，最終創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容是：細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的根本結(jié)構(gòu)單位，也是生命活動(dòng)的根本單位（一）細(xì)胞生物學(xué)的開(kāi)展3（三）細(xì)胞的形態(tài)與大小1.

2、細(xì)胞概念：細(xì)胞是由膜包圍的，能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，是生命活動(dòng)的根本單位，是生物體最根本的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)單位。 2細(xì)胞的大?。簃（顯微結(jié)構(gòu)和亞顯微結(jié)構(gòu)） 在顯微技術(shù)和電鏡技術(shù)中常用的單位有：微米（m或）、納米（nm）和埃三種。 1m102cm106m109 nm 1010 4影響細(xì)胞大小的因素：1.細(xì)胞的核質(zhì)比與細(xì)胞大小有關(guān)，決定細(xì)胞上限；2.細(xì)胞的相對(duì)外表積與細(xì)胞大小有關(guān)；3.細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流與細(xì)胞大小有關(guān)。53.原生質(zhì)：細(xì)胞內(nèi)所含有的生活物質(zhì)，真核細(xì)胞包括細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。（注意與原生質(zhì)層的區(qū)別）576 細(xì)胞膜(cell membrane)又稱(chēng)質(zhì)膜（plasma membrane）

3、，是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。細(xì)胞膜只是真核細(xì)胞生物膜的一局部，真核細(xì)胞的生物膜（biomembrane）包括細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)（細(xì)胞器膜和核膜）和細(xì)胞膜（cell membrane）。71細(xì)胞膜/生物膜（1）質(zhì)膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜主要由脂類(lèi)和蛋白質(zhì)組成，蛋白質(zhì)約占膜干重的20%70%，脂類(lèi)約占30%80%，此外還有少量的糖類(lèi)。比例的不同與其功能相適應(yīng)。8（四）真核細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)（2）質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)模型三明治模型流動(dòng)鑲嵌模型910 脂質(zhì)體脂質(zhì)體（liposome）是根據(jù)磷脂分子在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的一種人工膜。脂質(zhì)體可用于細(xì)胞膜的研究；轉(zhuǎn)基因；疾病的診斷及治

4、療。11二、 膜蛋白膜蛋白是膜功能的主要表達(dá)者。核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右的為膜蛋白。根據(jù)與膜脂的結(jié)合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分為內(nèi)在（integral protein）、外周蛋白（peripheral protein）和脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）。12（一）內(nèi)在蛋白（integral proteins） 內(nèi)在蛋白又稱(chēng)為整合蛋白，以不同程度嵌入脂雙層的內(nèi)部，有的為全跨膜蛋白（tansmembrane proteins）。它與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑（detergent）才能從膜上洗滌下來(lái)，常用SDS和Triton-X100。 內(nèi)在蛋白的跨膜結(jié)

5、構(gòu)域形成親水通道有兩種形式，一是由多個(gè)螺旋組成親水通道；而是由折疊組成親水通道。 13細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)一、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究歷史1. E. Overton 1895 推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類(lèi)物質(zhì)組成。142. E. Gorter & F. Grendel 1925 推測(cè)細(xì)胞膜由雙 層脂分子組成。153. J. Danielli & H. Davson 1935 提出了蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白 質(zhì)的三明治模型。認(rèn)為質(zhì)膜由雙層脂類(lèi)分子及其內(nèi)外表 面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。1959年提出了修正模型，認(rèn)為膜 上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過(guò)。164. J. D. Robertson 1959 用

6、超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜模型。它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外外表各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。175.S. J. Singer & G. Nicolson 1972根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在單位膜模型的基礎(chǔ)上提出流動(dòng)鑲嵌模型。18二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型的特點(diǎn)組成成分：主要組成成分為脂類(lèi)和蛋白質(zhì)，還含有少量的糖類(lèi)。不對(duì)稱(chēng)性：蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層外表，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨 整個(gè)脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性。流動(dòng)性：膜蛋白和膜脂可作各向運(yùn)動(dòng)。19膜脂的分子運(yùn)動(dòng)1 側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 3 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 4 伸

7、縮震蕩運(yùn)動(dòng)5 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 6 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)20212. 影響膜流動(dòng)的因素規(guī)律點(diǎn)撥22主要有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散指膜蛋白圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進(jìn)膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)?？捎脽晒鈽?biāo)記技術(shù)檢測(cè)膜蛋白的流動(dòng)性。3膜蛋白的流動(dòng)23細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)24質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。4膜流動(dòng)性的意義2

8、5膜的不對(duì)稱(chēng)性26冰凍蝕刻 研究不對(duì)稱(chēng)型亦稱(chēng)冰凍斷裂。標(biāo)本置于干冰或液氮中冰凍。然后斷開(kāi)，升溫后，冰升華，暴露出了斷面結(jié)構(gòu)。向斷裂面上噴涂一層蒸汽碳和鉑。然后將組織溶掉，把碳和鉑的膜剝下來(lái)，此膜即為復(fù)膜（replica）。A Yeast Cell27（三）、細(xì)胞膜的功能 為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境; 選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸,包括代謝底物的輸入與代謝 產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞; 提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞; 為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn),使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行； 介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接; 質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞外表特化結(jié)構(gòu)。282930Fig. c

9、AMP信號(hào)通路對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的激活信號(hào)分子與受體結(jié)合通過(guò)G蛋白活化腺苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亞基）轉(zhuǎn)為進(jìn)入細(xì)胞核，使基因調(diào)控蛋白（cAMP應(yīng)答結(jié)合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因調(diào)控蛋白與靶基因調(diào)控序列結(jié)合，增強(qiáng)靶基因的表達(dá)。31細(xì)胞外表的特化結(jié)構(gòu)是為適應(yīng)某種環(huán)境而形成的特殊外表結(jié)構(gòu)，如：膜骨架、鞭毛、纖毛及微絨毛等，分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)。 骨架與細(xì)胞外表的特化結(jié)構(gòu)32膜骨架指細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)( meshwork)，它參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。它的特點(diǎn)是粘

10、質(zhì)性高，有較強(qiáng)的抗拉能力。一、膜骨架33二、紅細(xì)胞（一）紅細(xì)胞的生物學(xué)特性哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核和內(nèi)膜系統(tǒng)，細(xì)胞膜既有良好的彈性又有較高的強(qiáng)度，并且細(xì)胞膜和膜骨架的蛋白比較容易純化、分析。紅細(xì)胞經(jīng)過(guò)低滲處理，質(zhì)膜破裂，內(nèi)容物釋放，留下一個(gè)保持原形的殼，稱(chēng)為血影。因此，是研究膜骨架的理想材料。（二）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架34血影SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、錨蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白、帶4.1蛋白、肌動(dòng)蛋白和血型糖蛋白。改變處理的離子強(qiáng)度：血影蛋白和肌動(dòng)蛋白條帶消失，血影的形狀改變，膜的流動(dòng)性增強(qiáng)。用Triton100處理：帶3蛋白和一些血型糖蛋白消失

11、，血影的形狀基本不變。用非離子去垢劑處理：所有的脂質(zhì)和血型糖蛋白及大部分帶3蛋白消失，血影的形狀基本不變。膜骨架蛋白主要成分包括：血影蛋白、肌動(dòng)蛋白、錨蛋白和 帶4.1蛋白等。3536植物細(xì)胞壁（cell wall）植物細(xì)胞壁的組成 植物細(xì)胞壁的功能 增加細(xì)胞強(qiáng)度，提供支持功能； 信息儲(chǔ)存庫(kù)的功能：產(chǎn)生多種寡糖 素作為信號(hào)物質(zhì)，或抵抗病、蟲(chóng)害， 或作為細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的信號(hào)物質(zhì)。 37纖維素分子纖維素微原纖維（microfibril）,為細(xì)胞壁提供了抗張強(qiáng)度半纖維素（hemicellulose）: 木糖、半乳糖和葡萄糖 等組成的高度分支的多糖 介導(dǎo)微原纖維連接彼此連接或介導(dǎo)微原纖維與其 它基質(zhì)成分（果膠質(zhì)）連接果膠質(zhì)（pectin）：含有大量攜