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1细胞生物学总结——2009级药学第一章、二章1、什么是细胞?什么是细胞生物学?细胞:是生物的形态结构和生命活动的基本单位。细胞生物学:以细胞为研究对象,经历了从细微水平到亚显微和分子水平的发展过程,成为今天在分子层次上研究细胞精细结构和生命活动规律的学科。2、请说明细胞生物学研究的主要层次与内容。细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。细胞的显微水平研究主要利用显微镜技术来完成;细胞的亚显微结构及其功能研究主要采用电子显微镜技术;分子生物学技术和生物物理学方法常用于细胞的分子水平研究。细胞生物学的特点是把结构和功能结合起来,并关注细胞间的相互关系,来了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象的机制和内容。3、请阐述细胞生物学与医学的关系。细胞生物学与医学实践紧密地结合,不断地开辟新的研究领域,提出新的研究课题,努力地探索人类生老病死的机制,研究疾病的发生、发展和转归的规律,力图为疾病的预防、诊断、治疗提供新的理论、思路和方案,为最终战胜疾病、保障人类健康做出贡献。细胞生物学是基础医学的一门重要的课程,它和基础医学的其他学科的关系非常密切。对医学生来说,掌握细胞生物学的基本理论、基础知识和技能,了解细胞生物学的研究的新进展、新成果,不仅能为学好其他基础医学课程建立扎实的知识平台,而且能够拓展视野,为今后的科学研究奠定良好的基础。细胞生物学也是临床医学的基础学科。因为细胞生物学是研究细胞的生命活动规律的学科,细胞是人体的基本结构和功能单位,因此,医学中的许多重要的病理现象与细胞生物学的研究课题密切相关。第四章细胞膜——质膜1.细胞膜的最基本功能1).为细胞的生命活动提供了稳定的内环境2)物质转运3).信号传递、细胞识别等2.细胞膜的化学组成和生物学特性1)细胞膜上的脂类=膜脂:a.磷脂---甘油磷脂,鞘磷脂(神经元)b.胆固醇:调节流动性加强稳定性。c.糖脂。2)脂蛋白:a).内在蛋白或整合蛋白:又称跨膜蛋白,占膜蛋白总量的70%~80%,是两亲性分子,大多数穿膜蛋白穿膜域都是α-螺旋构象,也有的,穿膜蛋白以β-折叠片层(β-pleatedsheet)构象穿膜,分单次穿膜、多次穿膜和多亚基穿膜蛋白三种类型,整合蛋白为跨膜蛋白,两性分子。跨膜结构域为1至多个疏水的α螺旋。与膜的结合紧密,只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来。b).外在蛋白:又称周边蛋白,占膜蛋白总量的20%~30%,是一类与细胞膜结合比较松散的不插入脂双层的蛋白质,分布在质膜的胞质侧或胞外侧,周边蛋白与膜之间通常有一种动态关系,根据功能的需要募集到膜上或者从膜上释放出去。2c).脂锚定蛋白:又称脂连接蛋白,脂锚定蛋白以共价键与脂双层内的脂分子结合,脂锚定蛋白以两种方式与脂类分子共价结合,糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(GPI)细胞膜的生物学特性是不对称性和流动性3.膜的不对称性决定膜功能的方向性:膜脂,膜蛋白,膜糖。膜的流动性是膜功能活动的保证4.影响膜脂流动性的因素(1)脂双分子层中含不饱和脂肪酸越多,膜的相变温度越低,其流动性也越大(2)脂肪酸链短的相变温度低,流动性大(3)胆固醇的双重调节作用–相变温度(4)卵磷脂与鞘磷脂的比值低,其流动性也降低(5)膜蛋白的影响:膜蛋白的运动性,分布在膜脂二维流体中的膜蛋白也有发生分子运动的特性,其主要运动方式是侧向扩散和旋转运动。5.流动镶嵌模型1).生物膜是由流动脂质双分子层构成膜连续主体。2).球形膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。总之:生物膜是嵌有球形蛋白质脂类二维排列液态体。6.脂筏模型在膜脂双层内含有特殊脂质和蛋白质组成的微区,富含胆固醇和鞘脂,其中聚集一些特定种类的膜蛋白。这些区域比膜的其他部分厚,更有秩序且较少流动,称为脂筏。7.小分子,离子的物质转运:1).物质简单扩散依赖于膜的通透选择性2).膜转运蛋白介导物质穿膜运输:载体蛋白,通道蛋白。包括:①.易化扩散是载体蛋白介导的被动运输:非脂溶性(或亲水性)的物质.②.主动运输是载体蛋白逆浓度梯度的耗能运输③.离子通道高效转运各种离子3).离子通道:电压门控通道、配体门控通道、应力激活通道8.离子通道的特点①通道蛋白介导的是被动运输,通道是双向的。②离子通道对被转运离子的大小和所带电荷都有高度的选择性。③转运速率高。④多数离子通道不是持续开放,离子通道开放受“闸门”控制。9.大分子,颗粒物质的转运。1)胞吞作用和胞吐作用:①胞吞作用包括吞噬作用、吞饮作用及受体介导的内吞作用。②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性蛋白质或其他化合物的过程。大致过程:先与膜上特异性受体识别并结合,然后通过膜的凹陷形成囊泡,膜囊泡脱离膜而进入细胞。2)膜泡的融合与断裂,需要耗能,所以也是主动运输3)内膜系统中也有大量的膜泡运输4)涉及细胞内外的物质交换、信息交流10.几个重要概念:1)网格蛋白:由三条重链和三条轻链组成,由重链和轻链组成二聚体,三个二聚体又形成了包被小泡的结构-三腿蛋白复合物。36个三腿蛋白复合物聚合成六角形和五角形的网篮状结构,覆盖于有被小泡的细胞质侧表面。2)链接蛋白:介于网格蛋白与配体-受体复合物之间,参与包被的形成并起连接作用。在受体介导的内吞作用中,网格蛋白没有特异性,其特异性受衔接蛋白的调节。311.受体介导的LDL内吞作用:1)、LDL与受体结合,形成有被小泡。2)、有被小泡脱外被3)、无被小泡与内体融合,LDL与受体解离,受体返回质膜4)、LDL被水解酶分解,释放游离的胆固醇。5)、当细胞需要胆固醇时,细胞就制造LDL受体蛋白,将其嵌入细胞膜,开始新一轮的内吞作用。第五章细胞内膜系统与囊泡转运内膜系统是胞内那些在结构、功能乃至发生上密切相关的膜性结构细胞器之总称。内膜系统是真核细胞特有的结构。包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡以及核膜和过氧化物酶体等功能结构。其生物学意义:房室性区域化效应。分子伴侣(molecularchaperone):能够帮助多肽链转运、折叠和组装的结合蛋白(驻留蛋白),本身不参与最终产物的形成,包括Hsp60,,Bip(Hsp70家族),Grp94等(C端—Lys-Asp-Glu-Leu,KDEL序列)。1内质网的主要功能:(1)糙面内质网的功能与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关。具体体现:作为核糖体附着的支架新生多肽链的折叠与装配蛋白质的糖基化4蛋白质的胞内运输(2)滑面内质网是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器1.脂类合成是滑面内质网最为重要的功能之一2.滑面内质网与糖原的代谢3.滑面内质网与细胞解毒作用4.滑面内质网与Ca2+的储存及Ca2+浓度的调节5.滑面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关(3)信号肽介导分泌性蛋白在粗面内质网合成过程:①新生分泌蛋白质多肽链在细胞质基质中的游离核糖体上起始合成,首先合成一段信号肽;②SRP与信号肽识别、结合→肽链延伸受阻;③SRP与内质网膜上的SRP受体识别、结合,并介导核糖体停泊于内质网膜通道蛋白移位子上,SRP解离,肽链延伸继续进行;④信号肽引导新生肽链通过通道蛋白进入内质网腔,信号肽被切除,肽链延伸直至合成完成。2.内质网标志性酶:葡萄糖-6-磷酸酶高尔基复合体特征性酶:糖基转移酶高尔基复合体反面标志性酶:半乳糖基转移酶高尔基复合体中间膜囊标志酶:N-乙酰葡萄糖胺转移酶1高尔基复合体顺面标志酶:磷酸转移酶溶酶体标志酶:酸性磷酸酶过氧化物酶体标志性酶:过氧化氢酶3.高尔基复合体形态结构:三种不同的膜性囊泡组成了高尔基复合体的基本结构1.小囊泡or顺面高尔基网状结构(形成面):连续分支的管网状结构,显示嗜锇反应的化学特征。功能:(1)分选来自内质网的蛋白质和脂类,并将其大部分转入到高尔基中间囊膜,小部分重新送返内质网而成为驻留蛋白。(2)进行蛋白质修饰的O-连接糖基化以及跨膜2.扁平囊泡or高尔基中间膜囊:是位于顺面高尔基网状结构和反面高尔基网状结构之间的多层间隔的囊、管结构复合体系。功能:进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。3.大囊泡or反面高尔基网状结构(成熟面):形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样性。功能:蛋白质分选;某些蛋白质的修饰作用4.O-连接糖基化和N-连接糖基化:N-连接糖蛋白O-连接糖蛋白糖基化发生部位粗面内质网高尔基复合体连接的氨基酸残基天冬氨酸丝苏酪氨酸羟赖(脯)氨酸连接基团-NH2-OH第一个糖基N-乙酰葡萄糖胺半乳糖N-乙酰半乳糖胺糖链长度5~25个糖基1~6个糖基糖基化方式寡糖链一次性连接单糖基逐个添加5.高尔基复合体的主要功能(一)高尔基复合体是胞内蛋白质分泌运输的中转站外输性分泌蛋白具有两种排放形式:5连续分泌非连续分泌(二)高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所1.糖蛋白的加工合成:蛋白质糖基化的重要意义:免降解,信号识别,外被2.蛋白质的水解修饰:特异性水解才成为活性存在形式(三)在胞内蛋白质的分选和膜泡的定向运输中的枢纽作用6.蛋白质糖基化的重要意义:1)对蛋白质有保护作用,使它们免遭水解酶的降解;2)糖基化具有运输信号的作用,可引导蛋白质包装形成运输小泡,以便进行蛋白质靶向运输;3)糖基化形成细胞膜表面的糖被,在细胞膜的保护、识别、以及通讯联络等生命活动中发挥重要作用7.内体性溶酶体的形成与成熟过程内体性溶酶体是由运输小泡和内体合并形成的1)酶蛋白在内质网中的修饰加工及转运:酶蛋白前体内质网中经过加工、修饰形成N-连接的甘露糖蛋白,以转运小泡形式与疏导高尔基复合体形成面。2)在高尔基复合体中的修饰加工:寡糖链甘露糖残基磷酸化形成M6P,带有M6P标记的溶酶体水解酶前体到达高尔基体成熟面,被高尔基复合体网膜囊腔面的受体蛋白识别,最终以网格蛋白有被转运小泡形式与高尔基体分离。3)内体性溶酶体的形成有被小泡脱去网格蛋白形成无被小泡与胞内晚期内吞体融合,形成内体性溶酶体4)溶酶体的成熟在质子泵的作用下,H离子泵入,酸性条件下,溶酶体前提从与之结合的M6P膜受体上解离,去磷酸化成熟,M6P受体以出牙形成运输小泡的形式,重回到高尔基复合体成熟面的网膜上。8.囊泡类型及囊泡转运方向:1)网格蛋白有被囊泡由高尔基复合体产生的网格蛋白囊泡,主要介导从高尔基复合体向溶酶体、胞内体或质膜外的物质转运;而通过细胞内吞作用形成的网格蛋白囊泡则是将外来物质转送到细胞质。2)COPII有被囊泡(非网格蛋白有被囊泡)介导从内质网到高尔基复合体的物质转运3)COPⅠ有被囊泡(非网格蛋白有被囊泡)主要负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运及高尔基复合体膜内蛋白的逆向运输,行使从内质网到高尔基复合体的顺向转移第六章线粒体与细胞的能量转换1.线粒体的结构外膜包围在线粒体外表面的一层单位膜,外膜的蛋白质包括多种转运蛋白,它们形成较大的水相通道跨越脂质双层,内膜位于外膜内侧,由一层单位膜构成,厚5-6nm,其通透性很差,但有高度的选择通透性,借助载体蛋白控制内外物质的交换。内膜将线粒体的内部空间分成两部分,其中由内膜直接包围的空间称内腔,含有基质,内膜域外膜之间的空间成为外腔,或膜间腔。内膜上有大量向内腔突起的折叠,形成嵴。嵴与嵴之间的内墙不分成嵴间腔但内膜有高度的选择通透性,膜上的转运蛋白控制内外腔的物质交换,以保证活性物质的代谢。基粒是内膜和嵴膜基质面上许多带柄的小颗粒。与膜面垂直而规律排列。分为头部,柄部,基片三部分。利用电竞技术可以观察到在线粒体的6内,外膜上存在着一些内膜与外膜相互接触的地方,在这些地方,膜间隙变狭窄,称为转为接触点。线粒体中催化三羧酸循环,脂肪酸氧化,氨基酸分解,蛋白质合成等有关的酶都在基质中。此外还含有线粒体独特的双连环状DNA,核糖体。2.线粒体遗传体系1).mtDNA:是双链闭合环状分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中,分子量小,含16569碱基对。2)、mtDNA外环为重链,内环为轻链,富含GC碱基对3)、线粒体DNA可进行复制、转录、蛋白质合成4)、复制方式为半保留复制,其复制贯穿于整个细胞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