细胞生物学期末总结

第一章绪论细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，从显微、亚显微与分子水平三个层次上研究其重大生命过程。细胞生物学的主要研究内容：①细胞的形态、结构和功能②细胞的生命活动规律③细胞的应用和起源细胞生物学的发展简史：第一个发现细胞的是英国学者胡克(RorbertHooke)。施来登和施旺1838~1839年细胞学说孟德尔摩尔根遗传第二章细胞的统一性与多样性细胞是生命活动的基本单位？①除病毒外，其他一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位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细胞是繁殖的基本单位，细胞具有遗传的全能性⑤没有完整的细胞就没有完整的生命细胞的基本共性1.具有相似的化学组成基本元素→无机物和有机物2.均有细胞膜脂-蛋白体系3.均有有控制遗传的装置-DNA和RNA4.细胞有核糖体细胞功能的体现者是蛋白质(包括酶)，蛋白质是在核糖体上合成的。5.以一分为二的分裂方式进行增殖动、植物细胞、细菌细胞都是如此。原核细胞的三个代表：支原体、细菌和蓝藻支原体（mycoplast）是目前发现的最小最简单的细胞？一个细胞体积的最小极限直径为140~200nm，而现在发现的最小支原体细胞的直径已接近这个极限。因此，比支原体更小更简单的结构，似乎不可能满足生命活动的基本要求，也就是说支原体应该是最小最简单的细胞。细菌和蓝藻结构比较细菌的结构与特点■核区与基因组拟核■表面结构细胞质膜又称细胞膜，具有多功能性（能够代替部分细胞器的功能）中膜体、细胞壁、荚膜、鞭毛■核糖体■核外DNA分子——质粒，具有自主复制功能，并能自发与核DNA结合，作为基因转移的载体运用到基因工程中■内生孢子蓝藻的结构及特点■中心质（原核或原始核）■类囊体：同心环样膜片层结构，上有藻胆蛋白体，由几种藻胆蛋白构成。只含叶绿素a无叶绿素b■表面结构：细胞壁、胶质鞘■细胞分裂■异形胞细胞出现了分化真核细胞的基本结构体系1、生物膜系统2、遗传信息传递与表达系统3、细胞骨架系统真核与原核细胞的根本区别1.细胞膜系统的分化和演变（细胞膜系统复杂化）2.遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化（遗传装置复杂化）病毒彻底的寄生性，所以在进化与起源上来看先有细胞第三章细胞生物学研究方法细胞形态结构的观察方法细胞组分的分析方法细胞培养、细胞工程与显微操作技术光学显微镜技术普通复式光学显微镜、相差显微镜、激光扫描共焦显微镜（LSCM）电子显微镜技术电子显微镜的基本构造（电子束照明系统、成像系统、真空系统、记录系统）主要电镜制样技术1.超薄切片技术（1）固定固定剂为戊二醛和四氧化锇（2）包埋包埋剂为环氧树脂（3）切片玻璃刀（4）染色电镜样品用重金属盐进行染色2.负染色技术背景染色，样品不染色3.冷冻蚀刻技术冰冻断裂与蚀刻复型4.扫描电镜（SEM）扫描隧道显微镜（STM）原理：量子力学中的隧道效应细胞及其组分的分析方法离心分离技术差速离心、密度梯度离心细胞成分的细胞化学显示方法显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合特异蛋白抗原的定位与定性（1）免疫荧光技术：荧光抗体的制备、标本的处理、免疫染色、观察记录。（2）免疫电镜技术：①免疫铁蛋白技术②免疫酶标技术③免疫胶体金技术细胞内特异核酸的定位与定性原位杂交技术：用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异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。定量细胞化学分析技术流式细胞仪细胞培养动物细胞培养类型：原代培养细胞、继代培养细胞细胞株：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称为细胞株。细胞系：原代培养物成功传代后，则称之为细胞系。植物细胞培养类型：原生质体培养（体细胞培养）、单倍体细胞培养（花药培养）细胞工程通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞融合（cellfusion）或细胞杂交（cellhybridization）细胞及生物大分子的动态变化荧光漂白恢复技术：用来检测活细胞表面活细胞内部生物大分子的运动及速度荧光标记→荧光淬灭（漂白）→荧光恢复放射自显影技术原理及应用：进行动态和追踪研究。前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）酵母双杂交技术利用单细胞真核生物-酵母在体内分析蛋白-蛋白质相互作用的系统第四章细胞质膜细胞质膜成分：膜脂（支撑）、膜蛋白（赋予膜功能）膜脂分类：甘油磷脂、鞘磷脂、固醇膜蛋白分类：外周膜蛋白、脂定膜蛋白、整合膜蛋白脂质体：是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的现象而制备人工膜。应用：（1）研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；（2）脂质体中裹入DNA可用于基因转移；（3）在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体生物膜的基本特征：膜的流动性、膜的不对称性红细胞膜骨架蛋白主要成分包括血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和带4．1蛋白等第五章物质的跨膜运输膜转运蛋白◆载体蛋白（carrierproteins）概念:细胞膜上具特异性的跨膜运输蛋白特点:特异性；多次跨膜；具通透酶（permease）性质；载体蛋白既参与被动的物质运输，也参与主动的物质运输◆通道蛋白(Channelproteins）又叫门通道(gatedchannels)，是通道蛋白进行的间断开放通道。目前发现的通道蛋白有三种：孔蛋白、水孔蛋白和离子通道。主要是离子通道(ionchannels)。具有离子选择性，转运速率高，只介导被动运输◆简单扩散(SimpleDiffusion)：小分子物质以热自由运动的方式顺着电化学梯度或浓度梯度直接通过脂双层进出细胞，不需要细胞提供能量，也无需膜转运蛋白的协助，称为简单扩散。非极性分子◆被动运输：溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式，又叫协助扩散。极性小分子◆主动运输：是由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行的跨膜运输。分为协同运输、ATP驱动泵、光驱动泵P型泵Na+-K+泵：大多数动物细胞的质膜Ca2+泵：真核细胞的质膜P型H+泵：植物、真菌和某些细菌的质膜V型H+泵：动物细胞的溶酶体膜、植物细胞的液泡膜F型H+泵：细菌质膜、线粒体和叶绿体膜协同运输是一种间接消耗能量的主动转运方式。在动物细胞主要是靠Na+泵、在植物细胞则是由H+泵完成的。钠-钾泵工作原理：发生磷酸化和去磷酸化，消耗1个ATP，输出3个Na+，输入2个K+胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。胞吐作用：将细胞内含待分泌物的被膜小泡，通过细胞质膜运出细胞的过程。作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，以维持正常的代谢活动。又称膜泡运输或批量运输（bulktransport）。属于主动运输。第六章细胞的能量转换─线粒体和叶绿体线粒体形态：一般呈粒状或杆状外膜(outermembrane）：含孔蛋白(porin)，通透性较高。标志酶：单胺氧化酶内膜（innermembrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积。是氧化磷酸化的关键场所。标志酶：细胞色素氧化酶膜间隙（intermembranespace）：含许多可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶：腺苷酸激酶基质（matrix）：含三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化等酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA,RNA，核糖体。线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。ATP合酶基粒（elementaryparticle），基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F偶联因子）构成，F0嵌入线粒体内膜。线粒体疾病：克山病叶绿体形态：在高等植物中叶绿体呈双凸或平凸透镜或铁饼状叶绿体的超微结构：外膜、内膜、类囊体、基质、膜间隙、类囊体腔三膜三腔线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？（1）线粒体和叶绿体里有mtDNA、cpDNA、核糖体等遗传信息表达的所有结构成分（2）线粒体和叶绿体基因组编码的蛋白质有限，更多的蛋白质来自于核基因组的编码，于细胞质中合成后被运往线粒体和叶绿体的功能位点（3）这两种细胞器的表达受核基因以及他们自身基因组的双重调控线粒体和叶绿体的起源内共生起源学说（endosymbiosishypothesis)线粒体的祖先是一种革兰氏阴性菌：叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌即蓝藻。第七章细胞质基质与内膜系统错误折叠的蛋白质（1）泛素降解（2）热休克蛋白（HSP）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、胞内体和分泌泡等膜性细胞器。这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协调内质网ER标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。形态结构ER由封闭的膜系统及其形成的腔构成的相互沟通的网状结构。它从核膜延伸至细胞质中，靠近细胞质内侧。种类：糙面内质网(RER)；光面内质网(SER)是脂质合成的重要场所功能：蛋白质的合成；蛋白质运输；蛋白质的修饰和加工；脂质的合成蛋白质的合成：粗面内质网上,膜结合核糖体,合成分泌蛋白、膜蛋白、细胞器中可溶性驻留蛋白。其它部位所需蛋白质都是由游离核糖体合成。细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中。蛋白质的修饰和加工脂质的合成（光面内质网）ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；合成后很快转向内质网腔面(转位酶flippase)磷脂的转运:1.出芽(budding)：ER→高尔基体（GC）、溶酶体（Ly）、细胞质膜（PM）2.磷脂转换蛋白(PEP）：磷脂分子+PEP→细胞质基质→靶膜（线粒体、过氧化物酶体）高尔基体形态结构：由排列较为整齐的扁平囊状堆叠而成极性：高尔基内侧网络顺面、形成面,面向核GGN中间膜囊高尔基外侧网络外侧面、成熟面TGN化学组成:蛋白质和脂:标志酶是糖基转移酶。功能：蛋白质运输；蛋白质的糖基化；蛋白质的水解溶酶体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，其主要功能是行使细胞内的消化作用，几乎存在于所有的动物细胞中。是一种异质性的细胞器,呈小球状。标志酶：酸性磷酸酶溶酶体膜稳定性◆溶酶体的膜上嵌有质子泵◆溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运◆溶酶体的膜蛋白高度糖基化◆溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇溶酶体的类型初级溶酶体、次级溶酶体、后溶酶体初级溶酶体呈球形，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面有一层脂蛋白膜围绕。次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡融合形成的进行消化作用的复合体，分别称之为自噬溶酶体、异噬溶酶体、混合性溶酶体。次级溶酶体内经过消化后，小分子物质可通过膜上载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用，未被消化的物质残存在溶酶体内形成残质体或称后溶酶体，残质体可通过类似胞吐的方式将内容物排除细胞。溶酶体的功能1、自噬作用：细胞内受损、衰老的细胞器、不需要的生物大分子（清理）溶酶体病：各种储积症（如台萨氏病、糖原储积症）2、吞噬作用:外来物质、衰老、死亡的细胞(防御、营养等)3、自溶作用：细胞的自我毁灭溶酶体病：类风湿关节炎4、其它的生理功能胚胎发育和形态建成受精作用过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。功能动物细胞中：参与脂肪酸的β氧化；解毒作用植物细胞中：参与光呼吸作用；在萌发的种子中，参与葡萄糖异生作用。第八章蛋白质的分选与膜泡运输指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是由蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒和内质网膜上信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白）等因子共同协助完成的。蛋白质的分选途径：后转移和共转移蛋白质首先在细胞质基质游离核糖体上起始合成，由信号肽转移至粗面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工，包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外转运至膜围绕的细胞器如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核蛋白质分选的4种类型：蛋白质的跨膜转运；膜泡运输；选择性的门控运输；细胞质基质中蛋白质的转运核基因编码的蛋白质进入线粒体的信号序列：导肽核基因编码的蛋白质进入叶绿体的信号序列：转运肽