高中生生物學奧賽-細胞生物學教學材料

細胞生物學第1節(jié)細胞生物學中的基本技術(shù)細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史1.

細胞的發(fā)現(xiàn)

1665年，英國學者胡克（Roberthooke）細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史1.

細胞的發(fā)現(xiàn)

1667年，荷蘭學者列文虎克(Leeuwenhoek）細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史3.電鏡時代的細胞學

1935年，德國西門子公司生產(chǎn)出第一臺電鏡亞顯微結(jié)構(gòu)：細胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基器、溶酶體、過氧物酶體、核膜等核膜細胞膜高爾基器過氧物酶體溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌泡透射電鏡下的細胞結(jié)構(gòu)細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基器高爾基器線粒體線粒體染色體和紡錘絲一、細胞大小的計算

在顯微技術(shù)和電鏡技術(shù)中常用的單位有：微米（μm或μ）、納米（nm）和埃（?）三種。

1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010?二、細胞生物學實驗技術(shù)1、顯微技術(shù)根據(jù)光源的不同，可以分為光學顯微鏡和電子顯微鏡兩類。顯微鏡光學顯微鏡電子顯微鏡（以可見光為光源）（以電子束為光源）相差顯微鏡：觀察活細胞、未染色的組織切片或缺少反差的染色標本。熒光顯微鏡：觀察能發(fā)熒光的標本（本身能發(fā)熒光或熒光染色的標本），可定量或定性的研究相應(yīng)的物質(zhì)。透射電鏡（TEM）：電子束的穿透力極弱，標本需要用切片機制成超薄片。掃描電鏡（SEM）：可用于觀察標本的表面結(jié)構(gòu)。

無論是哪種顯微鏡，分辨率（分辨力）和放大倍數(shù)是顯微鏡的兩個重要指標。

光學顯微鏡的最小分辨率是0.2μm，光鏡下的結(jié)構(gòu)叫顯微結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡能看清小于0.2μm的細微結(jié)構(gòu)，稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。2、生物化學與分子生物學技術(shù)（1）細胞化學技術(shù)固定、染色技術(shù)等。固定：鋨酸、高錳酸鉀、戊二醛、卡諾氏固定液等染色：醋酸鈾、鉛鹽、龍膽紫、醋酸洋紅等（2）免疫細胞化學利用抗體與特定的抗原專一結(jié)合，對抗原進行定位測定的技術(shù)。（3）顯微光譜分析技術(shù)

細胞中很多成分都具有特定的吸收光譜。例如：核酸的吸收波長為260nm，而蛋白質(zhì)的則為280nm。利用顯微分光光度計對某些成分進行定位、定性，甚至定量測量。（4）放射自顯影技術(shù)3、離心技術(shù)（1）差速離心和密度梯度離心差速離心是在密度均勻的介質(zhì)中由低速到高速逐級離心，利用不同的離心速度所產(chǎn)生的離心力來分離不同大小的細胞和細胞器。密度梯度離心是用一定的介質(zhì)在離心管內(nèi)形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度，將細胞懸液或勻漿置于頂部，通過重力或離心力場等作用使細胞分層、分離。不同密度的顆粒分別集中在某一密度帶而得以分離。（2）沉降系數(shù)某些亞細胞成分和分子大小，常用沉降系數(shù)（S）來表示。規(guī)定1S=1×10-13s

蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)一般在4S~40S之間；核糖體及其亞基的沉降系數(shù)在30S~80S之間。一般而言，沉降系數(shù)大的，其分子質(zhì)量也大。（4）細胞電泳在一定的pH下，細胞表面帶有凈的正或負電荷，能在外加電場的作用下發(fā)生泳動。不同的細胞電荷量有所不同，故泳動速度不一樣。所以可以用來分離不同種類的細胞。第2節(jié)細胞膜一、細胞膜/生物膜/質(zhì)膜的化學組成細胞膜主要由脂類（膜脂）和蛋白質(zhì)（膜蛋白）組成蛋白質(zhì)約占膜干重的20%～70%，脂類約占30%～80%，此外還有少量的糖類（膜糖）。比例的不同與其功能相適應(yīng)。1、膜脂膜脂：磷脂、膽固醇甘油脂肪酸1磷酸堿基脂肪酸2為什么說磷脂是兼性分子?親水性頭部疏水性尾部磷脂分子在水溶液中

磷脂分子聚集在一起，將親水頭部朝向外面，將疏水尾部藏在里面在水溶液中形成微團或脂雙分子層

磷脂單分子層磷脂雙分子層liposome膽固醇是兼性分子嗎?

膽固醇存在于真核細胞膜中，動物細胞膜的膽固醇含量較高，有的甚至可以占到膜脂的50%，大多數(shù)植物細胞和細菌細胞中沒有膽固醇，酵母細胞膜中是麥角固醇。膽固醇分子的作用

控制膜的流動性，維持膜的厚度。增加膜脂雙層的穩(wěn)定性，增加膜脂有序性并降低其流動性。膽固醇含量越高，膜脂的流動性越低。磷脂酰膽堿磷脂酰絲氨酸2、膜糖類膜糖類：糖脂、糖蛋白糖脂和糖蛋白的糖鏈分布在膜的外表面糖被除了具有保護和潤滑作用外，與細胞的抗原結(jié)構(gòu)、受體、細胞免疫、細胞識別以及細胞癌變都有密切關(guān)系（1）存在形式：糖脂和糖蛋白跨膜糖蛋白糖脂細胞被磷脂雙分子層吸附的糖蛋白為什么糖和肽鏈之間會有兩種糖苷鍵?

N-連接（普遍）O-連接蘇氨酸(羥基)天冬酰氨(氨基)碳水化合物(羥基)絲氨酸(羥基)脫水縮合碳水化合物(羥基)（2）功能

①提高膜的穩(wěn)定性

②增強膜蛋白對細胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性

③幫助膜蛋白進行正確的折疊和維持正確的三維構(gòu)型

④殘余細胞信號識別、細胞黏附

⑤糖蛋白中的糖基還幫助新和成蛋白質(zhì)進行正確運輸和定位3、

膜蛋白根據(jù)其與膜脂的關(guān)系分為整合蛋白、外周蛋白、脂錨定蛋白

內(nèi)在蛋白外在蛋白外在蛋白糖脂糖蛋白寡糖鏈內(nèi)在蛋白磷脂雙分子層Whatarethepropertiesoftheseproteinswhichallowthemtointeractinthisfashion?膜蛋白與脂雙分子層的結(jié)合方式整合蛋白外周蛋白脂錨定膜蛋白膜蛋白有哪些特點?外周蛋白通過靜電作用和離子鍵等較弱的非共價鍵與膜脂或膜蛋白結(jié)合，改變介質(zhì)的離子強度、pH值或加入螯合劑等即可把外在蛋白分離下來。整合蛋白的疏水區(qū)與磷脂分子的疏水尾部相互作用，親水區(qū)與磷脂分子的極性頭部相互作用，通常暴露在膜的一側(cè)或兩側(cè)表面。只有加入表面活性劑或有機溶劑，才能把內(nèi)在蛋白從膜上溶解下來。脂錨定蛋白通過共價鍵的方式同脂質(zhì)分子結(jié)合，位于脂雙層外側(cè)。蛋白質(zhì)跨膜區(qū)為α螺旋氫鍵疏水氨基酸側(cè)鏈（通過范德華力與脂肪酸鏈相互作用）跨膜結(jié)構(gòu)域含有約20個疏水氨基酸膜蛋白結(jié)構(gòu)和功能的多樣性物質(zhì)跨膜運輸錨定作用細胞信號轉(zhuǎn)導催化作用二、膜的結(jié)構(gòu)特點流動鑲嵌模型（1972年）特點：流動性和不對稱性冰凍蝕刻技術(shù)揭示鑲嵌蛋白1、膜的不對稱性膜蛋白的不對稱分布膜脂的不對稱分布膜糖的不對稱分布2、膜的流動性

膜脂的流動性側(cè)向移動，旋轉(zhuǎn)運動，伸縮振蕩，尾部擺動，翻轉(zhuǎn)運動膜蛋白的流動性側(cè)向移動，旋轉(zhuǎn)運動膜蛋白側(cè)向移動實驗影響膜流動性的因素有哪些?

主要來自膜本身的組成成分及環(huán)境的理化因素環(huán)境因素：溫度是最主要因素，膜骨架的脂質(zhì)可以晶態(tài)存在，也可以液態(tài)存在，主要根據(jù)溫度的變化而定。脂雙層由晶態(tài)熔融為更加流動的液態(tài)的溫度就叫相變溫度。相變溫度越低，膜的流動性越強。膽固醇：保持膜的機械穩(wěn)定性不飽和鍵含量和鏈的長度不飽和脂肪酸含量越多，相變溫度就越低。不飽和脂肪酸的存在增加膜的流動性，短鏈能降低脂肪酸鏈尾部的相互作用，使膜流動性增強。

脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的相互作用內(nèi)在蛋白越多，界面脂越多，膜的流動性降低膜流動性的生物學意義

是表現(xiàn)生物膜正常功能的必要條件

例如物質(zhì)運輸、細胞識別、細胞信號轉(zhuǎn)導等，與細胞生長發(fā)育，抗寒性有關(guān)三、細胞膜的特化結(jié)構(gòu)1、微絨毛是細胞表面伸出的細長的指狀突起，廣泛存在于動物細胞表面。

微絨毛的存在擴大了細胞的表面積，有利于細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換。與細胞代謝強度有關(guān)。2、纖毛和鞭毛是細胞表面伸出結(jié)構(gòu)，均由“9+2”微管構(gòu)成。有的細胞靠纖毛或鞭毛在液體中穿行。有些細胞，如動物的某些上皮細胞，雖具有纖毛，但細胞本體不動，纖毛的擺動可以推動物質(zhì)越過細胞表面，進行物質(zhì)運送，如氣管和輸卵管上皮細胞表面的纖毛。四、細胞膜的功能1、區(qū)室化2、信號的檢測與傳遞3、參與細胞間的相互作用（細胞識別、細胞黏附、細胞連接等）4、調(diào)節(jié)運輸（1）被動運輸

是指物質(zhì)順電化學梯度運輸，不需要消耗細胞代謝能量的跨膜運輸。①自由擴散：被動運輸?shù)幕痉绞?，不需要膜蛋白的幫助，也不消耗ATP，只靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差，通過擴散發(fā)生的物質(zhì)運輸。限制因素為物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性。

疏水性的非極性小分子和某些極性不帶電的小分子進行自由擴散。如：尿素、甘油、CO2、乙醇等。脂溶性：脂溶性越強，通過脂雙層的速率越快；相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量小，脂溶性高的分子才能快速擴散；物質(zhì)的帶電性：氣體分子，小的不帶電極性分子、脂溶性分子易通過。大的不帶電極性分子和各種帶電的極性分子都難以通過。②協(xié)助擴散：也是順化學梯度運輸，但需要載體（通透酶）。運輸特點：a.比自由擴散轉(zhuǎn)運速率高

b.存在最大的度轉(zhuǎn)運速率

c.有特異性③主動運輸：是指物質(zhì)a.逆電化學梯度b.需要消耗細胞代謝的能量c.并需要專門的載體的運輸方式。主動運輸有一種重要的方式就是離子泵，如Na+-K+泵，它實際上是Na+-K+ATP酶。葡萄糖和某些氨基酸可借助載體蛋白并且和Na+耦聯(lián)以協(xié)助擴散的方式進入細胞。而肌肉細胞和神經(jīng)細胞的興奮也離不開這種運輸方式。Na+

-K+

泵Na+/單糖或氨基酸的同向轉(zhuǎn)運體.Na+單糖或氨基酸或核苷酸Na+小腸上皮細胞吸收單糖、氨基酸、核苷酸第3節(jié)細胞器一、線粒體（一）結(jié)構(gòu)外膜，內(nèi)膜，膜間隙嵴（形狀、數(shù)量）基粒(ATP合成酶)基質(zhì)、大量蛋白質(zhì)和酶、DNA、RNA、核糖體、Ca2+TheMitochondrion外膜內(nèi)膜膜間隙基質(zhì)嵴DNA核糖體ATP合成酶(基粒)電子傳遞鏈復合物1、外膜含40%的脂類和60%的蛋白質(zhì)，允許分子量為5kD以下的分子通過，1kD以下的分子可自由通過。標志酶為單胺氧化酶。2、內(nèi)膜不允許離子、大多數(shù)帶電小分子通過?；Ｓ深^部（F1偶聯(lián)因子）和基部（F0偶聯(lián)因子）構(gòu)成，實際上是ATP酶復合物。F0可以利用H+動力勢合成ATP。內(nèi)膜是電子傳遞和氧化磷酸化的主要部位。在該過程中，線粒體將氧化過程中釋放出來的能量轉(zhuǎn)變成ATPA。內(nèi)膜的標志酶為細胞色素c氧化酶。3、膜間隙

由于外膜通透性很強，內(nèi)膜通透性很低，所以膜間隙的化學成分很多，功能是建立和維持H+梯度。標志酶為腺苷酸激酶。4、基質(zhì)

催化三羧酸循環(huán)、脂肪酸和丙酮酸氧化的酶類均位于基質(zhì)中。基質(zhì)還具有一套完整的轉(zhuǎn)錄、翻譯體系。包括：mtDNA、70S型核糖體、tRNA、rRNA、DNA聚合酶氨基酸活化酶等。標志酶為蘋果酸脫氫酶。電子傳遞鏈ETCATP合成酶丙酮酸脂肪酸C6H12O6C3H4O3+4[H]+能量（少）酶細胞質(zhì)基質(zhì)（二）和呼吸作用有關(guān)的酶1、內(nèi)膜上的呼吸鏈電子傳遞鏈ETC

（呼吸鏈）：由一系列能可逆地接受和釋放電子或H+的化學物質(zhì)所組成，在線粒體內(nèi)膜上相互關(guān)聯(lián)地有序排列2、呼吸鏈基本組成成分:脫氫酶：煙酰胺脫氫酶（以NAD+或NADP+為輔基）

黃素脫氫酶（以FMN、FAD為輔基）FeS蛋白：通過鐵的化合價互變進行電子傳遞輔酶Q：脂溶性醌類化合物（氧化態(tài)醌Q、半醌QH、還原態(tài)氫醌QH2）細胞色素：ctyaa3，b，c，

c1黃素蛋白：FMN、FAD

內(nèi)膜上的呼吸鏈

四種復合物復合物Ⅰ（NADH-CoQ還原酶）復合物Ⅱ（琥珀酸-CoQ還原酶）復合物Ⅲ（CoQH2-細胞色素C還原酶）復合物Ⅳ（細胞色素C氧化酶）兩條呼吸鏈

NADH呼吸鏈（復合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ）

FADH2呼吸鏈（復合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）

復合物Ⅰ（電子傳遞體和質(zhì)子轉(zhuǎn)移體）復合物Ⅲ（電子傳遞體和質(zhì)子轉(zhuǎn)移體）復合物Ⅳ（電子傳遞體和質(zhì)子轉(zhuǎn)移體）復合物Ⅱ（電子傳遞體）（三）線粒體的半自主性和增殖線粒體有轉(zhuǎn)錄、翻譯的全套裝備，有獨立的遺傳體系。

線粒體和葉綠體核糖體為70s，在基質(zhì)中能進行蛋白質(zhì)的合成。線粒體和葉綠體的大多數(shù)蛋白質(zhì)是靠細胞核基因編碼，在細胞質(zhì)核糖體中合成，如核糖體蛋白質(zhì)、DNA聚合酶、RNA聚合酶和蛋白質(zhì)合成因子等。所以，線粒體稱為半自主細胞器。1、線粒體的遺傳和半自主性2、線粒體的增殖

通過已有線粒體的分裂而進行增殖。3、內(nèi)共生學說（線粒體的來源）二、葉綠體（一）結(jié)構(gòu)葉綠體被膜：外膜、內(nèi)膜類囊體：基粒類囊體、基質(zhì)類囊體類囊體膜（光合作用膜）小顆粒：具有光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)的活性大顆粒：具有光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的活性

ATP合成酶：CF0有3個亞基

CF1為α3β3γδε基質(zhì)：有DNA，RNA，核糖體，淀粉粒和酶

基粒類囊體基質(zhì)類囊體基粒外膜內(nèi)膜基質(zhì)1、雙層膜：外膜滲透性大，內(nèi)膜對物質(zhì)的選擇性強。2、類囊體：

類囊體膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂類（主要是不飽和脂肪酸），具有較高的流動性。內(nèi)在蛋白主要有細胞色素復合體、質(zhì)體醌（PQ）、質(zhì)體藍素(PC)、鐵氧化還原蛋白、黃素蛋白、光和色素復合物等。3、基質(zhì)：

是內(nèi)膜與類囊體之間的空間，主要成分包括：與碳同化相關(guān)的酶（如RuBP羧化酶占基質(zhì)可溶性蛋白的60%）；葉綠體DNA、蛋白質(zhì)合成體系；一些顆粒成分（如淀粉粒、質(zhì)體小球、植物鐵蛋白等）。（二）光合色素和光系統(tǒng)1、光合色素光和色素葉綠素（3/4）類胡蘿卜素（1/4）葉綠素a（3/4）葉綠素b（1/4）葉黃素胡蘿卜素

全部葉綠素和幾乎所有的類胡蘿卜素都包埋在類囊體薄膜中，與蛋白質(zhì)以非共價鍵結(jié)合，以色素復合體的形式存在。反應(yīng)中心色素（少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a）聚光色素（天線色素）2、光合作用中心是進行原初反應(yīng)的最基本色素蛋白結(jié)構(gòu)，至少包含一個能轉(zhuǎn)換色素的分子(P)、一個原初電子受體(A)和一個原初電子供體(D)，才能將光能轉(zhuǎn)化成電能。是光能轉(zhuǎn)化的基本單位。光合作用光反應(yīng)原初反應(yīng)對光的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換（捕光色素，反應(yīng)中心）光能電能電子傳遞和光合磷酸化水的光解，氧的釋放,ATP和NADPH的形成電能活躍的化學能暗反應(yīng)碳同化CO2被還原，生成碳水化合物（卡爾文循環(huán)）活躍的化學能穩(wěn)定的化學能3、光系統(tǒng)（三）葉綠體的半自主性和增殖1、葉綠體的半自主性

與線粒體類似，都具有雙層膜；均為半自主性細胞器，具有自身的DNA和蛋白質(zhì)合成體系。但是它只能合成自身需要的部分蛋白質(zhì)，其余的則在細胞質(zhì)游離的核糖體上合成，然后運送到葉綠體才能發(fā)揮作用。由于葉綠體在形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學組成、遺傳體系等方面與藍藻相似，人們推測葉綠體可能來自寄生在細胞內(nèi)部的藍藻（內(nèi)共生學說）。（三）葉綠體的半自主性和增殖2、葉綠體的增殖

原質(zhì)體葉綠體葉綠體也能靠分裂而增殖，是靠中部縊縮來實現(xiàn)的。成熟的葉綠體正常情況下一般不再分裂或很少分裂。光照三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)rER：扁囊sER：小管、小囊微粒體(microsome)

何謂微粒體?勻漿離心MicrosomesarebiochemicalmachinesElectronmicrographofroughERmicrosomes可用于蛋白質(zhì)合成的功能性分析研究脂類代謝三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）滑（光）面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能1、糖原分解肝糖原葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖+磷酸三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）滑（光）面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能

2、固醇類激素的合成分泌類固醇激素的細胞如腎上腺細胞、睪丸間質(zhì)細胞、黃體細胞都有豐富的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上含有合成膽固醇和將膽固醇轉(zhuǎn)化為激素的全套酶系，所以滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能夠合成膽固醇并將其轉(zhuǎn)化為類固醇激素。三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）滑（光）面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能

3、磷脂的合成和轉(zhuǎn)運生物膜所需要的最重要的磷脂也在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的磷脂先作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的構(gòu)成部分，再轉(zhuǎn)運給其他的膜。（出芽形成囊泡）三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）滑（光）面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能

4、解毒作用多數(shù)物質(zhì)的解毒反應(yīng)與氧化作用有關(guān)，使有毒害的物質(zhì)由脂溶性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄远慌懦鲶w外。此過程主要在肝細胞的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行。三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）滑（光）面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能

5、Ca2+的調(diào)節(jié)作用肌質(zhì)網(wǎng)是肌細胞內(nèi)特化的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是貯存Ca2+的細胞器。當興奮傳至肌肉細胞的肌質(zhì)網(wǎng)時，則引起肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+，從而導致肌肉細胞收縮。當肌肉松弛時，Ca2+又重新泵回肌質(zhì)網(wǎng)。所以，肌質(zhì)網(wǎng)實際上是肌細胞的鈣庫。三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（二）粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能幫助膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)進行轉(zhuǎn)運1、蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的修飾N-連接糖基化：寡聚糖連接到天冬酰胺的—NH2連接羥基化：少數(shù)新生胎的脯氨酸和賴氨酸要進行羥基化，形成羥脯氨酸和羥賴氨酸。三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（二）粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能1、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白質(zhì)的種類膜蛋白、內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的腔池蛋白（內(nèi)在蛋白）、分泌蛋白四、溶酶體單層膜結(jié)構(gòu)的細胞器，含有多種水解酶。大小與結(jié)構(gòu)：0.5um的囊狀結(jié)構(gòu)四、溶酶體1、溶酶體的酶類

內(nèi)含50多種酶類，這些酶的最適pH為5.0，故均為酸性水解酶。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。2、溶酶體膜的穩(wěn)定性（1）溶酶體膜中嵌有質(zhì)子運輸泵，將H+泵入溶酶體內(nèi)，使內(nèi)部的H+濃度比細胞質(zhì)高，以維持溶酶體內(nèi)部的酸性環(huán)境。2、溶酶體膜的穩(wěn)定性（2）溶酶體膜含有不同酸性、高度糖基化的膜整合蛋白，這些膜整合蛋白的功能可保護膜免遭溶酶體酶的攻擊，有利于防止自身膜蛋白的降解。（3）溶酶體膜含有較高的膽固醇，也促進了膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3、溶酶體的類型根據(jù)溶酶體處于完成其生理功能的不同階段，主要分為以下幾種：次級溶酶體初級溶酶體+消化的底物自噬性溶酶體異噬性溶酶體4、植物“溶酶體”（1）圓球體。內(nèi)含酸性水解酶，相當于動物細胞的溶酶體。（2）液泡。植物細胞的液泡也含有多種水解酶，并具有與動物細胞的溶酶體類似的功能。5、溶酶體的功能（1）吞噬作用（細胞內(nèi)消化）

外來物質(zhì)被吞噬進入細胞后，吞噬泡和觸及溶酶體融合，形成次級溶酶體，在里面被酶水解。如：巨噬細胞和中性粒細胞，可以通過溶酶體的消化作用來消滅外來病原體。當然，吞噬作用也包括對衰老、進入程序性死亡的細胞的吞噬。

5、溶酶體的功能（2）自噬作用

主要是清除細胞內(nèi)損傷的細胞結(jié)構(gòu)、衰老的細胞器以及不再需要的生物大分子等。被吞噬的細胞結(jié)構(gòu)和物質(zhì)首先被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜包裹起來形成自噬泡，然后與觸及溶酶體融合形成次級溶酶體，即自噬性溶酶體。5、溶酶體的功能（3）自溶作用

即溶酶體將酶釋放出來將自身細胞降解。正常情況下溶酶體膜很穩(wěn)定，不會對細胞自身造成傷害。如果細胞受到嚴重損傷，造成溶酶體破裂，那么細胞就會在溶酶體的作用下被降解，如某些紅細胞常會有這種情況發(fā)生。5、溶酶體的功能（4）細胞外消化作用

溶酶體除了在細胞內(nèi)有消化作用外，也可以將水解酶釋放到細胞外消化細胞外的物質(zhì)。如精子頭部頂端質(zhì)膜下方有一膜包裹的囊狀結(jié)構(gòu)，稱為頂體，它是一種特殊的溶酶體。五、微體

主要有兩種類型：過氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體（植物中）1、過氧化物酶體的酶類（標志酶：過氧化氫酶）：

氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶。

氧化酶：RH2+O2R+H2O2

過氧化氫酶：2H2O2O2+H2O氧化反應(yīng)

黃嘌呤氧化酶黃嘌呤+O2+H2O尿酸+H2O2

氨基酸氧化酶

氨基酸+O2

酮酸+H2O2+NH3

單胺氧化酶胺類化合物+O2+H2O醛類+H2O2+NH3

氧化酶過氧化氫酶

O2H2O2O2+2H2O五、微體2、過氧化物酶體的功能（1）使毒性物質(zhì)失活（2）對氧濃度的調(diào)節(jié)，防止高氧對細胞的毒性作用低氧：線粒體高氧：過氧化物酶體（3）脂肪酸的氧化

25%-50%的脂肪酸在過氧化物酶體中氧化，其余在線粒體中氧化。也參與磷脂分子的合成。（4）含氮物質(zhì)的代謝

尿酸氧化酶參與腺嘌呤和鳥嘌呤堿基的降解反應(yīng)五、微體3、乙醛酸循環(huán)體（參與糖異生作用）在脂肪性種子中：脂肪酸乙酸碳水化合物（供能）六、高爾基體1、結(jié)構(gòu)高爾基體是一種有極性的細胞器扁囊堆呈弓形，周圍有大小不等的囊泡

順面(cisface,形成面，凸面）

(朝向細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng))反面（transface,成熟面，凹面）

(朝向細胞膜)大小囊泡（集中在形成面，來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽的小泡）六、高爾基體2、高爾基體的酶類

糖基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶、磷酸酶、甘露糖苷酶、磷脂酶等。標志酶：糖基轉(zhuǎn)移酶。3、高爾基體的供能（1）蛋白質(zhì)的運輸六、高爾基體3、高爾基體的供能（2）蛋白質(zhì)糖基化的修飾（O-連接糖基化）ER內(nèi)的糖基化修飾和加工，除去3個葡萄糖1個甘露糖

高爾基器內(nèi)除去3個甘露糖高爾基器內(nèi)添加1個N-乙酰葡萄糖六、高爾基體3、高爾基體的供能（3）糖的合成

動物細胞：透明質(zhì)酸（氨基聚糖）植物細胞：纖維素、果膠六、高爾基體3、高爾基體的供能（4）蛋白原的加工（5）溶酶體的發(fā)生（6）細胞內(nèi)的膜泡運輸七、核糖體1、核糖體的結(jié)構(gòu)

基本類型

附著核糖體

游離核糖體

70S的核糖體

80S的核糖體

主要成分

r-protein:40%，核糖體表面

rRNA:60%，核糖體內(nèi)部游離于細胞質(zhì)還是附著于ER存在于原核細胞還是真核細胞Visualizingtranscriptionandtranslation(a)(b)LargesubunitSmallsubunitmRNA七、核糖體2、rRNA

編碼rRNA的DNA片段稱為rRNA的基因（rDNA），rDNA是重復的多拷貝基因，不和組蛋白結(jié)合，是裸露的DNA片段。八、細胞骨架

微管（microtubule,MT）微絲（microfilament,MF）中間纖維（intermediatefilament,IF）Cellsneedacytoskeletonto:createshapechangeshapeallowmovement微絲中間纖維微管AF微絲7nm由肌動蛋白Actin組成的雙股螺旋柔軟的,呈束狀或網(wǎng)絡(luò)狀分布于整個細胞內(nèi),集中在細胞膜內(nèi)側(cè)IF

中間纖維10nm由多種蛋白組成柔軟的,呈繩狀給予細胞機械張力MT微管26nm由微管蛋白tubulin組成的中空圓柱體長、直、堅硬與微管組織中心(中心體)相連（一）微管蛋白

1、分子結(jié)構(gòu)微管由微管蛋白(tubulinα、β)異二聚體裝配而成；微管蛋白二聚體有2個GTP結(jié)合位點，二價陽離子結(jié)合位點，1個秋水仙素、1個長春花堿和1個紫杉醇結(jié)合位點微管蛋白α上的GTP是不能交換的微管蛋白β上的GDP能與GTP發(fā)生交換微管蛋白組裝成微管異二聚體頭尾相連形成原纖維；13根原纖維側(cè)向連接形成外徑24—26nm的中空的圓柱體原纖維原纖維微管微管蛋白α、β負極（微管蛋白α）正極（微管蛋白β

）Thestepsofmicrotubuleassembly原纖維裝配核心形成微管延長MicrotubulePolymerizationαβαβ的排列方式構(gòu)成了微管的極性。微管（+）極的裝配速度快于（—）極的裝配速度；微管正極發(fā)生裝配使微管延長，而負極發(fā)生去裝配使微管縮短，這種現(xiàn)象稱為踏車行為。微管的裝配特點踏車行為

treadmilling微管特異性藥物秋水仙素、長春花堿——阻止微管裝配紫杉醇——阻止微管解聚（一）微管蛋白

2、微管的特點

①微觀組織中心：中心體、著絲粒、成膜體

②自我裝配：0℃解聚，37℃組裝（需要GTP、Mg2+）。

③極性：生長端為頭端（+），起始端為尾端（-）微管組織中心（MTOC）微管在生理狀態(tài)以及實驗處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心。多數(shù)微管的一端固著MTOC，如基體（basalbody）或中心（centrosome），MTOC決定微管的極性，負極指向MTOC，正極背向MTOCThecentrosomefunctionsasthemajorMTOCinanimalcells一個中心體有2個中心粒組成2個中心?；ハ啻怪迸帕兄行牧Ｓ?個三聯(lián)管呈輻射狀排列

微管在細胞內(nèi)的極性

基體中心粒鞭毛和纖毛樹突紡錘體染色體中心?；w中心粒鞭毛和纖毛微管組織中心

細胞內(nèi)微管呈網(wǎng)狀或束狀分布微管呈現(xiàn)為單管、雙聯(lián)管（鞭毛、纖毛）和三聯(lián)管（中心粒、基體）三種形式。鞭毛和纖毛的結(jié)構(gòu)9個雙聯(lián)管和2個單管（一）微管蛋白

3、微管的功能

①支架作用

②細胞內(nèi)運輸

③形成紡錘體

④纖毛與鞭毛

⑤細胞壁的形成細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸需要馬達蛋白的帶動；馬達蛋白有兩種：驅(qū)動蛋白和動力蛋白。驅(qū)動蛋白(Kinesin)驅(qū)動蛋白受體驅(qū)動蛋白囊泡

驅(qū)動蛋白二聚體頭部結(jié)合ATP和MT尾部結(jié)合膜泡或顆粒哺乳動物有約45種驅(qū)動蛋白；它們的頭部是相似的馬達結(jié)構(gòu)域，與ATP結(jié)合，在微管上移動；它們的尾部結(jié)構(gòu)域是不同的，用于帶動不同的物質(zhì)移動。（二）中間纖維

1、類型

2、特點：沒有極性，裝配與溫度及蛋白濃度無關(guān)，不需要GTP和ATP。

3、作用：加固細胞骨架，抵御外力。IFcanbefoundeverywhereinthecellIFplayamajorstructuralroleinthecell免疫熒光技術(shù)顯示角蛋白keratin(red)和核纖層蛋白lamin(blue)組成的中間纖維在細胞內(nèi)的分布。

表皮細胞內(nèi)的角蛋白纖維中間纖維的組成1965年首次被確認。IF是一類在形態(tài)上十分相似，而化學組成上有明顯差異的10nm纖維。

IF的成分比MT和MF復雜，按其組織來源和免疫原性可分為5類：角蛋白纖維---------存在于上皮細胞波形纖維------------存在于中胚層來源的細胞結(jié)蛋白纖維---------存在于肌細胞神經(jīng)元纖維---------存在于神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)纖維-------存在于神經(jīng)膠質(zhì)細胞

中間纖維有組織特異性，因此在腫瘤細胞中可以根據(jù)中間纖維來斷定腫瘤細胞的來源（三）微絲

微絲是由肌動蛋白（actin）組成的直徑為7nm的骨架纖維。細胞松弛素可以破壞微絲，鬼筆環(huán)肽可以特異性的和微絲結(jié)合，使其穩(wěn)固。熒光標記的鬼筆環(huán)肽可以顯示微絲的位置。1、分子結(jié)構(gòu)：單體：肌動蛋白肌動蛋白組成纖維骨架，即肌動蛋白鏈。兩條肌動蛋白鏈螺旋形成肌動蛋白纖維。肌動蛋白的結(jié)構(gòu)肌動蛋白單體有ATP或ADP結(jié)合位點微絲由兩根原纖絲組成,呈螺旋狀肌動蛋白單體肌動蛋白絲（微絲AF）正極負極正極負極Actin的種類共有6種actin4種α肌動蛋白：分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和腸道平滑肌所特有；β肌動蛋白所有肌肉細胞γ肌動蛋白非肌肉細胞都有肌動蛋白可以與ATP和Mg２+結(jié)合肌動蛋白與ADP或ATP結(jié)合時的構(gòu)象不同踏車行為微絲的裝配

體外裝配組裝：有Mg2+和高濃度的Na+、K+陽離子解聚：有Ca2+和低濃度的Na+、K+陽離子體內(nèi)裝配在體內(nèi)，有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu)，如肌細胞中的細絲和小腸上皮細胞微絨毛中的微絲等。有些微絲是暫時性的結(jié)構(gòu)，如胞質(zhì)分裂時的收縮環(huán)、血小板激活時絲狀突起中的微絲等。通常微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，不斷進行裝配和解聚。血小板的形態(tài)變化A.細胞處于靜止狀態(tài)B.細胞固著并伸出偽足C.細胞處于鋪展狀態(tài)微絲裝配改變細胞形態(tài)動態(tài)平衡微絲結(jié)合蛋白（MFAP）微絲結(jié)合蛋白有40多種，功能多樣α輔肌動蛋白：參與微絲與膜的結(jié)合，也可橫向連接微絲形成束；紐蛋白：介導微絲結(jié)合于細胞膜；絨毛蛋白：在微絨毛的發(fā)生中起關(guān)鍵作用；毛緣蛋白：形成微絲束；封端蛋白：結(jié)合于纖維一端，阻止肌動蛋白單體的增加或減少；截斷蛋白：低等真核細胞中，將微絲切斷；肌球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白：與肌肉收縮有關(guān)成核蛋白切割蛋白交聯(lián)蛋白封端蛋白馬達蛋白毛緣蛋白微絨毛

截斷/封端蛋白

severing/cappingproteins

截斷并封端截斷/封端蛋白

severing/cappingproteins截斷并封端微絲的功能肌肉收縮變形運動、吞噬運動收縮環(huán)微絨毛胞質(zhì)環(huán)流細絲(肌動蛋白絲)和粗絲(肌球蛋白絲)Z盤A區(qū)A區(qū)H區(qū)H區(qū)暗帶明帶Z盤Z盤Skeletalmusclecontainsaregulararrayofactinandmyosin肌球蛋白的結(jié)構(gòu)肌球蛋白由2條重鏈和2條輕鏈組成兩股重鏈繞成α螺旋經(jīng)蛋白酶處理，分成重酶解肌球蛋白（HMM)和輕酶解肌球蛋白(LMM)肌球蛋白頭部（HMM-S1)具有ATP酶活性，能與Actin結(jié)合胰蛋白酶處理木瓜蛋白酶處理頭部桿部粗絲的結(jié)構(gòu)肌球蛋白尾尾相對，排列成粗絲；肌球蛋白的頭部具有ATP酶活性，構(gòu)成粗絲的橫橋，與肌動蛋白分子結(jié)合。細絲的結(jié)構(gòu)肌動蛋白呈微絲結(jié)構(gòu)原肌球蛋白由兩條平行的多肽鏈形成α螺旋，位于肌動蛋白絲螺旋結(jié)構(gòu)的溝中。一個原肌球蛋白分子的長度相當于７個肌動蛋白分子。肌鈣蛋白含３個亞基，TnC、TnT、TnI原肌球蛋白和肌鈣蛋白Cappingproteinsstabilizetheendsofactinthinfilamentsinthesarcomere一個肌節(jié)的結(jié)構(gòu)肌球蛋白粗絲肌動蛋白細絲

肌肉收縮的滑動機制

Ca2+

誘導肌球蛋白向肌動蛋白的（＋）極移動肌球蛋白是（+）極方向的馬達蛋白肌球蛋白肌動蛋白絲（帶熒光標記）肌肉收縮的機制與ATP結(jié)合時，頭部與肌動蛋白分離與ADP結(jié)合時，頭部與肌動蛋白結(jié)合每水解１個ATP，肌球蛋白頭部在細絲上移動１個肌動蛋白分子的距離，約3６nm

。第4節(jié)細胞核核外膜核內(nèi)膜核纖層核仁染色質(zhì)核孔核膜與核孔復合物染色質(zhì)和染色體核仁核基質(zhì)(核骨架)1、核膜(nuclearenvelope)核外膜：附有ribosome，與rER相連核內(nèi)膜：附有一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——核纖層(lamina)膜間隙核孔:內(nèi)、外膜的融合處NuclearenvelopeNucleussurroundedbytwolipidbilayers-Innernuclearmembranedefinesnucleus-OuternuclearmembranecontinuouswithER-NuclearlumencontinuouswithERlumen-Nuclearmembranesfusedatnuclearpores核外膜核內(nèi)膜核纖層核孔復合物核膜核周隙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)rER1.1核孔復合物nuclearporecomplexes典型的哺乳動物細胞具有3000-4000個核孔為什么轉(zhuǎn)錄功能越活躍,核孔數(shù)量越多?核孔的結(jié)構(gòu)胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)核籃核纖層顆粒纖維輻條柱狀亞單位腔內(nèi)亞單位環(huán)帶亞單位核孔復合物胞質(zhì)環(huán)、核質(zhì)環(huán)纖維、顆粒、核籃輻條（柱狀亞單位、腔內(nèi)亞單位、環(huán)帶亞單位）中央栓或轉(zhuǎn)運體（centralplug,transporter）

核孔復合物對于核孔中心的軸呈輻射狀八重對稱結(jié)構(gòu)，而在核質(zhì)面與胞質(zhì)面兩側(cè)的結(jié)構(gòu)明顯不對稱。

2.染色質(zhì)和染色體(chromatin,chromosome)染色質(zhì)的化學組成

DNA

單一序列（uniquesequence）:占5%，表達mRNA和蛋白質(zhì)重復序列（repetitivesequence）：中度重復序列，＜105拷貝高度重復序列，＞105拷貝2.1組蛋白（histone）富含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白質(zhì)，等電點在pH10.0以上，可以和酸性DNA緊密結(jié)合，分為H1,H2A,H2B,H3,H4五種。H2A,H2B,H3,H4為核小體組蛋白，在進化上十分保守，沒有種屬和組織特異性。H1的種族保守性低，有一定的種屬和組織特異性。Histone在維持染色體結(jié)構(gòu)和功能的完整性上起著關(guān)鍵性的作用。Histone與DNA在細胞周期的S期合成。DNA復制停止，Histone合成也立即停止。2.2非組蛋白（nonhistone）富含天冬氨酸、谷氨酸和色氨酸的酸性蛋白質(zhì)。占染色體蛋白質(zhì)的60—70%，在不同組織細胞中的種類和數(shù)量都不相同。在整個細胞周期中都有不同類型的非組蛋白合成。能識別并結(jié)合在特異的DNA序列上，識別和結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。nonhistone在調(diào)節(jié)真核生物基因表達，染色體高級結(jié)構(gòu)的形成等方面起著重要的作用。

α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式鋅指模式Leu拉鏈模式α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式Leu拉鏈模式鋅指模式鋅指模式Nonhistone與DNA序列的結(jié)合模式

α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式羧基端的α螺旋為識別螺旋，識別DNA大溝的特異堿基信號鋅指模式

Cys2/His2鋅指單位和Cys2/Cys2鋅指單位亮氨酸拉鏈模式

2個蛋白質(zhì)分子的α螺旋之間靠Leu的疏水鍵形成一條拉鏈狀結(jié)構(gòu)，以二聚體形式與DNA特異結(jié)合。2.3染色體的分子結(jié)構(gòu)模型

染色體的四級結(jié)構(gòu)模型（multiplecoilingmodel）核小體Korberg(1974年)

螺線管Finch(1976年)

超螺線管Bak(1977年)

染色單體核小體螺線管組蛋白與核小體染色質(zhì)與染色體由DNA和組蛋白包裝成核小體，即146bp的DNA和組蛋白八聚體（H2A,H2B,H3,H4各2個）組成核心，H1結(jié)合在54bp的連接區(qū)；在H1作用下，由直徑10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋化，每圈6個核小體，形成外徑30nm，內(nèi)徑10nm，螺距11nm的螺線管；由螺線管進一步螺旋化形成直徑0.4um的超螺線管；超螺線管進一步螺旋折疊，形成長2-10um的染色單體。從DNA到染色體

壓縮7倍壓縮6倍

DNA核小體螺線管壓縮40倍壓縮5倍超螺線管染色單體共壓縮8400倍

基因

染色體DNA組蛋白染色質(zhì)絲分裂間期分裂期螺旋化、變粗、變短解螺旋染色質(zhì)[絲狀]染色體[桿狀]2.5常染色質(zhì)（euchromatin）和

異染色質(zhì)（heterochromatin）常染色質(zhì)著色淺，為單一序列或中度重復DNA,

具有轉(zhuǎn)錄表達的活性結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕，為高度重復DNA兼性異染色質(zhì)