1、細胞生物學串講細胞生物學串講 第一章 緒論第二章 細胞的統一性與多樣性 第三章 細胞生物學研究方法第四章 細胞質膜與細胞表面第五章 物質的跨膜運輸與信號傳遞 第六章 細胞質基質與細胞內膜系統第七章 線粒體、葉綠體章節第八章 細胞核與染色體第九章 核糖體第十章 細胞骨架第十一章 細胞增殖及其調控第十二章 細胞分化與基因表達調控第十三章 細胞衰老與凋亡 第一章 緒論章節第八章 細胞核與染色體第一章 緒 論 第一章 緒 論 細胞生物學串講課件細胞生物學串講課件（三）細胞骨架體系的研究細胞骨架體系的研究是一個比較新的發展中的研究領域。存在于真核細胞內，包括細胞質骨架和細胞核骨架兩大部分（三）細胞骨架體

2、系的研究細胞骨架體系的研究是一個比較新的發（四）細胞增殖及其調控How do cells know when to divide ？核心：研究細胞增殖的基本規律及其調控機制 控制生物的生長與發育 控制癌變的發生（四）細胞增殖及其調控How do cells k（五）細胞分化及其調控一個成年人包含約1013個細胞，由同一個受精卵發育而來，這些細胞是否都相同？ 細胞分化是生物發育的基礎，是細胞生物學發育生物學與遺傳學的重要會合點。（五）細胞分化及其調控一個成年人包含約1013個細胞，由同一（六）細胞的衰老與凋亡 細胞衰老的研究將是21世紀初的熱門課題之一細胞的衰老與動植物壽命目前多數科學家是用細胞

3、體外培養的方法來研究細胞衰老的規律。尋找細胞中的“衰老因子”及其信號傳導，解答生物體壽命的奧秘。（六）細胞的衰老與凋亡 細胞衰老的研究將是21世紀初的熱門（七）細胞的起源與進化有了細胞才會有生命活動，由此研究細胞的起源實質就是研究生命的起源。在生命起源和細胞進化的漫長過程中，有機物是怎樣演化成細胞和真核細胞是怎樣產生的，是引人注目的兩大重要問題。（七）細胞的起源與進化有了細胞才會有生命活動，由此研究細胞（八） 細胞工程細胞工程：應用細胞生物學或分子生物學的方法，在細胞或細胞器水平上，按照人們的意愿改變細胞內的遺傳物質，獲得新型生物或特種細胞產品的科學技術。在工農業生產、醫藥實踐和科學研究等方面

4、具有重要意義。（八） 細胞工程細胞工程：應用細胞生物學或分子生物學的方法1）認為細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來,并由細胞和細胞產物所構成；2）每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它“自己的”生命,又對與其它細胞共同組成的整體的生命有所助益；3）新的細胞可以通過老細胞的繁殖產生。“細胞學說”的基本內容1）認為細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來,并由細胞第二章 細胞基本知識概要第二章 細胞基本知識概要第一節 細胞的基本概念一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位一、細胞是生命活動的基本單位細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位細胞是有機體生長與

5、發育的基礎細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性沒有細胞就沒有完整的生命第一節 細胞的基本概念一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機二、病毒的生活史 從病毒入侵細胞到子代病毒的成熟釋放稱為一個復制周期，它包含以下幾個過程：. 吸附(absorption): 病毒是否能特異性吸附于細胞表面，決定于病毒蛋白外殼是否能特異識別宿主細胞表面的受體。2. 侵入(penetration): 病毒吸附到宿主細胞表面之后，將它的核酸注入到宿主細胞內。其中病毒感染細菌時，只將核酸注入細胞，殼體不進入；而病毒對動物細胞的感染，則是通過胞吞作用，將病毒完全吞入細胞內二、病毒的生活史 從病毒入侵細胞到子代病毒的成

6、熟釋放稱為一個4. 成熟(maturation): 一旦病毒的基因進行表達就可合成病毒裝配所需的外殼蛋白，并將病毒的遺傳物質包裹起來，形成成熟的病毒顆粒。5. 釋放(release): 病毒的核酸和外殼蛋白裝配成病毒顆粒后，它們就可從被感染的細胞中釋放出來進入細胞外，并感染新的細胞。有些病毒釋放時要將被感染的細胞裂解，有些則是通過分泌的方式進入到細胞外。.復制(replication): 病毒核酸進入細胞后利用宿主的酶系統進行核酸的復制和外殼蛋白的表達；4. 成熟(maturation): 一旦病毒的基因進行表達四、原核細胞和真核細胞的比較主要表現為兩個基本差異：一、生物膜系統的分化和演變。真

7、核細胞形成了復雜的內膜系統，構成各種功能獨立的細胞器，核膜將細胞分隔為核和質兩個基本部分；二、遺傳信息量和遺傳裝置的擴增與復雜化。以上兩種變化使真核細胞體積增大，內部結構復雜化，生命活動的時間和空間布局更加嚴格，細胞內部出現精密的網架結構細胞骨架四、原核細胞和真核細胞的比較主要表現為兩個基本差異：一、生物具體基本特征的比較特征原核細胞真核細胞細胞膜有（多功能性）有核膜有無染色體一個裸露的環狀DNA；信息量小；無內含子和重復序列多個染色體，信息量大；具有內含子和重復序列；線狀DNA與蛋白質組成高度復雜的染色體和染色質核仁有無核糖體70S(50S大亞基+30S小亞基)80S(60S大亞基+40S小

8、亞基)主要細胞器有無核外DNA質粒DNA線粒體和葉綠體DNA細胞壁主要成份為氨基糖和壁酸動物細胞無；植物細胞中的主要成份為纖維素和果膠細胞骨架有無大小110m10100m具體基本特征的比較特征原核細胞真核細胞細胞膜有（多功能性）有特征原核細胞真核細胞DNA復制無周期性，連續進行有周期性，在間期進行基因表達的時空關系轉錄和翻譯同時同地進行核內轉錄，細胞質內翻譯，有嚴格的階段性和區域性基因表達調控較簡單，主要以操縱子方式復雜性和多層次性細胞增殖方式無絲分裂以有絲分裂為主特征原核細胞真核細胞DNA復制無周期性，連續進行有周期性，在第四節 真核細胞第四節 真核細胞一、真核細胞的基本結構體系三大基本結構

9、體系生物膜系統遺傳信息表達系統細胞骨架系統包括細胞膜和各種細胞器膜；形成許多結構與功能分區；進行物質運輸、信號傳遞、為生化反應提供表面；DNA與蛋白質組成復合體，在核內進行復制和轉錄；mRNA運輸到細胞質中指導核糖體翻譯蛋白質；核仁在核內主要負責核糖體亞單位的裝配；包括核骨架和胞質骨架，由一些特異蛋白構成的網絡體系；主要對細胞形態與內部結構的合理布局起支架作用，也與胞內大分子運輸、細胞分裂等相關一、真核細胞的基本結構體系三大基本結構體系生物膜系統遺傳信息第三章細胞生物學研究方法METHODS AND TECHNIQUES第三章細胞生物學研究方法METHODS AND TECHN本章內容提要第一

10、節 顯微技術一、光學顯微鏡二、電子顯微鏡三、顯微操作技術第二節 生物化學與分子生物學技術第三節 細胞分離技術第四節 細胞培養與細胞雜交本章內容提要第一節 顯微技術第一節 顯微技術光學顯微鏡：以可見光（或紫外線）為光源。電子顯微鏡：以電子束為光源。第一節 顯微技術光學顯微鏡：以可見光（或紫外線）為光源。、光學顯微鏡(P49)、光學顯微鏡(P49)1. 構成： 照明系統 光學放大系統 機械裝置2. 原理：經物鏡形成倒立實像，經目鏡進一步放大成像。（一）普通光學顯微鏡1. 構成：（一）普通光學顯微鏡二、電子顯微鏡(P56)（一）透射電子顯微鏡transmission electron microsc

11、ope, TEM二、電子顯微鏡(P56)（一）透射電子顯微鏡以電子束作光源，電磁場作透鏡。電子束的波長短，并且波長與加速電壓(通常50120KV)的平方根成反比。由電子照明系統、電磁透鏡成像系統、真空系統、記錄系統、電源系統等5部分構成。分辨力0.2nm，放大倍數可達百萬倍。用于觀察超微結構（ultrastructure），即小于0.2m、光學顯微鏡下無法看清的結構，又稱亞顯微結構（submicroscopic structures）。1. 原理以電子束作光源，電磁場作透鏡。電子束的波長短，并且波長與加速第三節 細胞分離技術(P64)第三節 細胞分離技術(P64)一、離心技術是分離細胞器（如細

12、胞核、線粒體、高爾基體）及各種大分子基本手段。轉速為1025kr/min的離心機稱為高速離心機。轉速25kr/min，離心力89K者稱為超速離心機。目前超速離心機的最高轉速可達100000r/min，離心力超過500Kg。 一、離心技術是分離細胞器（如細胞核、線粒體、高爾基體）及各種（一）差速離心 Differential centrifugation(P64)特點：介質密度均一；速度由低向高，逐級離心。用途：分離大小相差懸殊的細胞和細胞器。沉降順序：核線粒體溶酶體與過氧化物酶體內質網與高基體核蛋白體。可將細胞器初步分離，常需進一步通過密度梯離心再行分離純化。 （一）差速離心 Differen

13、tial centrifug（二）密度梯度離心(P65)用介質在離心管內形成一連續或不連續的密度梯度，將細胞混懸液或勻漿置于介質的頂部，通過離心力場的作用使細胞分層、分離。類型：速度沉降、等密度沉降。常用介質：氯化銫、蔗糖、多聚蔗糖。分離活細胞的介質要求：1）能產生密度梯度，且密度高時，粘度不高；2）pH中性或易調為中性；3）濃度大時滲透壓不大；4）對細胞無毒。（二）密度梯度離心(P65)用介質在離心管內形成一連續或不連第四節 細胞培養與細胞雜交一、細胞培養(P70)第四節 細胞培養與細胞雜交一、細胞培養(P70)（一）動物細胞培養(P71)群體培養（mass culture）：將含有一定數量

14、細胞的懸液置于培養瓶中，讓細胞貼壁生長，匯合（confluence）后形成均勻的單細胞層；克隆培養（clonal culture）：培養高度稀釋的細胞懸液，細胞貼壁生長，每一個細胞形成一個細胞集落，稱為克隆。（一）動物細胞培養(P71)群體培養（mass cultur原代培養 （primary culture）即：培養直接來自動物機體的細胞群，將細胞從一個培養瓶轉移到另外一個培養瓶稱為傳代或傳代培養（Passage）。細胞株（cell strain）：從原代培養細胞群中篩選出的具有特定性質或標志的細胞群。細胞系（cell line）：從腫瘤組織培養建立的細胞群或培養過程中發生突變或轉化的細胞，

15、可無限繁殖。 克隆（clone）：亦稱無性系。指由同一個祖先細胞通過有絲分裂產生的遺傳性狀一致的細胞群。原代培養 （primary culture）即：培養直接來自第四章 細胞膜與細胞表面PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES第四章 細胞膜與細胞表面PLASMA MEMBRANE AN二、質膜的流動鑲嵌模型根據Fluid-mosaic model：細胞膜由流動的雙脂層和嵌在其中的蛋白質組成。磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；蛋白質或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內部，或橫跨整個雙脂層，表現出分布的不對稱性。二、質膜的流動鑲嵌模型根

16、據Fluid-mosaic mode第五章 跨膜運輸MEMBRANE TRANSPORT第五章 跨膜運輸MEMBRANE TRANSPORT內容提要第一節、被動運輸一、簡單擴散二、協助擴散第二節 主動運輸一、鈉鉀泵二、鈣離子泵三、質子泵四、ABC 轉運器五、協同運輸第三節、膜泡運輸的基本概念一、吞噬作用二、胞飲作用三、外排作用四、穿胞運輸五、胞內膜泡運輸內容提要第一節、被動運輸四、ABC 轉運器第一節 被動運輸第一節 被動運輸一、簡單擴散也叫自由擴散（free diffusion）特點：沿濃度梯度（或電化學梯度）擴散；不需要提供能量；沒有膜蛋白的協助。某種物質對膜的通透性（P）可以根據它在油和

17、水中的分配系數（K）及其擴散系數（D）來計算：P=KD/tt為膜的厚度。一、簡單擴散也叫自由擴散（free diffusion）特點二、協助擴散也稱促進擴散（facilitated diffusion）。特點： 比自由擴散轉運速率高； 運輸速率同物質濃度成非線性關系； 特異性；飽和性。 載體：離子載體和通道蛋白兩種類型。 二、協助擴散也稱促進擴散（facilitated diffu第二節、主動運輸主動運輸的特點是：逆濃度梯度（逆化學梯度）運輸；需要能量；都有載體蛋白。主動運輸所需的能量來源主要有：協同運輸中的離子梯度動力； ATP驅動的泵通過水解ATP獲得能量；光驅動的泵利用光能運輸物質，見于

18、細菌。第二節、主動運輸主動運輸的特點是：一、鈉鉀泵構成：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，實際上就是Na+-K+ATP酶，分布于動物細胞的質膜。工作原理：Na+-K+ATP酶通過磷酸化和去磷酸化過程發生構象的變化，導致與Na+、K+的親和力發生變化。在膜內側Na+與酶結合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，構象發生變化，于是與Na+結合的部位轉向膜外側；這種磷酸化的酶對Na+的親和力低，對K+的親和力高，因而在膜外側釋放Na+、而與K+結合。K+與磷酸化酶結合后促使酶去磷酸化，酶的構象恢復原狀，于是與K+結合的部位轉向膜內側，K+與酶的親和力降低，使K+在膜內被釋放，而又與Na+

19、結合。其總的結果是每一循環消耗一個ATP；轉運出三個Na+，轉進兩個K+。一、鈉鉀泵構成：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，實際上Na+-K+ATP PUMPNa+-K+ATP PUMP第六章 細胞的能量轉換線粒體和葉綠體P126線粒體與氧化磷酸化葉綠體與光合作用線粒體和葉綠體是半自主性細胞器線粒體和葉綠體的增殖與起源第六章 細胞的能量轉換線粒體和葉綠體P126線粒體與三、氧化磷酸化P130線粒體主要功能是進行氧化磷酸化，合成ATP，為細 胞生命活動提供直接能量；與細胞中氧自由基的生成、細 胞凋亡、細胞的信號轉導、細胞內多種離子的跨膜轉運及 電解質穩態平衡的調控有關。氧化磷酸化(oxida

20、tive phosphorylation)的分子基礎氧化磷酸化的偶聯機制化學滲透假說 (Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)質子動力勢的其他作用線粒體能量轉換過程略圖三、氧化磷酸化P130線粒體主要功能是進行氧化磷酸化，合氧化磷酸化的分子基礎氧化磷酸化過程實際上是能量轉換過程，即有機分子中儲藏的能量高能電子質子動力勢ATP 氧化磷酸化的分子基礎氧化磷酸化過程實際上是能量轉換過程，即氧化(電子傳遞、消耗氧, 放能)與磷酸化(ADP+Pi，儲能)同時進行，密切偶連，分別由兩個不同的結構體系執行 氧化(電子傳遞、消耗氧, 放能)與磷酸化(ADP+Pi，儲電

21、子傳遞鏈(electron-transport chain）的四種復合物，組成兩種呼吸鏈：NADH呼吸鏈, FADH2呼吸鏈電子傳遞鏈(electron-transport chai電子傳遞鏈的四種復合物(哺乳類) 復合物：NADH-CoQ還原酶復合物（既是電子傳遞體又是質子移位體） 組成：含42個蛋白亞基，至少6個Fe-S中心和1個黃素蛋白。 作用：催化NADH氧化，從中獲得2高能電子輔酶Q； 泵出4 H+ 復合物：琥珀酸脫氫酶復合物（是電子傳遞體而非質子移位體） 組成：含FAD輔基，2Fe-S中心， 作用：催化2低能電子FADFe-S輔酶Q (無H+泵出) 電子傳遞鏈的四種復合物(哺乳類)

22、 復合物：NA復合物：細胞色素bc1復合物（既是電子傳遞體又是質子移位體） 組成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白 作用：催化電子從UQH2cyt c；泵出4 H+ （2個來自UQ， 2個來自基質） 復合物：細胞色素C氧化酶（既是電子傳遞體又是質子移位體） 組成： 二聚體，每一單體含13個亞基， 三維構象， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe 作用：催化電子從cyt c分子O2 形成水，2 H+泵出， 2 H+ 參與形成水復合物：細胞色素bc1復合物（既是電子傳遞體又是質子移位在電子傳遞過程中，有幾點需要說明四種類型電子載體：黃素蛋白、細胞色素(含血紅素輔基)、 Fe-

23、S中心、輔酶Q。前三種與蛋白質結合，輔酶Q為脂溶性醌。 電子傳遞起始于NADH脫氫酶催化NADH氧化，形成高能電子 (能量轉化)， 終止于O2形成水。 電子傳遞方向按氧化還原電勢遞增的方向傳遞(NAD+/NAD最低， H2O/O2最高)高能電子釋放的能量驅動線粒體內膜三大復合物(H+-泵)將H+從基 質側泵到膜間隙， 形成跨線粒體內膜H+梯度(能量轉化)電子傳遞鏈各組分在膜上不對稱分布在電子傳遞過程中，有幾點需要說明四種類型電子載體：黃素蛋氧化磷酸化的偶聯機制化學滲透假說化學滲透假說內容： 電子傳遞鏈各組分在線粒體內膜中不對稱分布，當高能電子沿其傳遞時，所釋放的能量將H+從基質泵到膜間隙，形成

24、H+電化學梯度。在這個梯度驅使下，H+穿過ATP合成酶回到基質，同時合成ATP,電化學梯度中蘊藏的能量儲存到ATP高能磷酸鍵。氧化磷酸化的偶聯機制化學滲透假說化學滲透假說內容： 二、葉綠體的功能光合作用 (photosynthesis)P145 Photosynthesis:(1)光合電子傳遞反應光反應(Light Reaction) (2)碳固定反應暗反應(Dark Reaction)光反應暗反應(碳固定)光合作用與有氧呼吸的關系圖 二、葉綠體的功能光合作用 (photosynth光反應在類囊體膜上由光引起的光化學反應，通過葉綠素等光合色素分子吸收、傳遞光能，水光解，并將光能轉換為電能（生成

25、高能電子），進而通過電子傳遞與光合磷酸化將電能轉換為活躍化學能， 形成ATP和NADPH并放出 O2 的過程。包括原初反應、電子傳遞和光合磷酸化。光反應在類囊體膜上由光引起的光化學反應，通過葉綠素等光合原初反應（primary reaction)光能的吸收、傳遞與轉換，形成高能電子(由光系統復合物完成，光合作用單位的概念)原初反應（primary reaction)電子傳遞與光合磷酸化P148電子傳遞與光合磷酸化需說明以下幾點： 最初電子供體是H2O，最終電子受體是NADP+。 電子傳遞與光合磷酸化P148電子傳遞與光合磷酸化需說明以電子傳遞鏈中唯一的H+-pump是cytb6f復合物。類囊體

26、腔的 質子濃度比葉綠體基質高，該濃度梯度產生的原因歸于： H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。ATP、 NADPH在葉綠體基質中形成。 電子傳遞鏈中唯一的H+-pump是cytb6f復合物。類囊電子沿光合電子傳遞鏈傳遞時，分為非循環式光合磷酸化和 循環式光合磷酸化兩條通路。循環式傳遞的高能電子在PS 被光能激發后經cytb6f復合物回到PS。結果是不裂解H2O、 產生O2，不形成NADPH，只產生H+跨膜梯度，合成ATP 。電子沿光合電子傳遞鏈傳遞時，分為非循環式光合磷酸化和第七章 細胞質基質與細胞內膜系統細胞質基質 內 質 網 高爾基體溶酶體與過氧化物酶體 細胞內蛋

27、白質的分選與膜泡運輸 第七章 細胞質基質與細胞內膜系統細胞質基質 基本概念：用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、 線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質膜等細胞器或細胞結構 后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。生物化學 家多稱之為胞質溶膠。 主要成分：中間代謝有關的數千種酶類、細胞質骨架結構。 主要特點：細胞質基質是一個高度有序的體系； 通過弱鍵而相互作用處于動態平衡的結構體系。細胞質基質的涵義 基本概念：細胞質基質的涵義第八章 細胞信號轉導本節重要內容 通過細胞內受體介導的信號傳導 通過細胞表面受體介導的信號傳導 G蛋白耦聯受體介導的信號轉導（重點）第八章 細胞信號轉導本節重要

28、內容 通過細胞內受體介導的信號傳G蛋白耦聯的受體介導的兩條細胞信號通路：2. 磷脂酰肌醇信號通路：又稱PKC系統或雙信使系統1. cAMP信號通路：又稱PKA系統在胞內形成的第二信使是： cAMP在胞內形成的第二信使是： IP3和DGcAMP通過激活蛋白激酶A（PKA）影響下游分子DG通過激活蛋白激酶C (PKC) 來影響下游分子效應酶：腺苷酸環化酶效應酶：磷脂酶CG蛋白耦聯的受體介導的兩條細胞信號通路：2. 磷脂酰肌醇信號1. cAMP信號通路激活組成成分：1. 信號受體: 7次跨膜的膜整合蛋白2. G-蛋白: 將受體接收的信號后， G-蛋白被活化（結合GTP），進而可激活下游的效應物 3.

29、 效應酶（靶蛋白）: 腺苷酸環化酶 1. cAMP信號通路激活組成成分：1. 信號受體: cAMP信號通路信號G蛋白耦聯受體G蛋白腺苷酸環化酶cAMP蛋白激酶A基因調控蛋白基因轉錄cAMP信號通路信號G蛋白耦聯受體G蛋白腺苷酸環化酶cAMP2. 磷脂酰肌醇信號通路G蛋白耦聯受體的另一個途徑：胞外信號與受體結合后，同樣激活G蛋白的亞基，但活化的亞基激活質膜上的磷脂酶C（PLC），生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）兩個第二信使，實現對胞外信號的應答（雙信使系統）2. 磷脂酰肌醇信號通路G蛋白耦聯受體的另一個途徑：胞外信號磷脂酰肌醇信號通路效應G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DG

30、受體磷脂酰肌醇信號通路效應G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2磷脂酰肌醇信號通路G蛋白耦聯受體活化的G蛋白磷脂酶CPIP2IP3二酰基甘油蛋白激酶CCaM級聯反應反應內質網鈣庫受IP3調節的鈣離子通道磷脂酰肌醇信號通路G蛋白耦聯受體活化的G蛋白磷脂酶CPIP2P263 第九章 細胞骨架(Cytoskeleton)細胞骨架是指存在于真核細胞中的蛋白纖維網架體系 有狹義和廣義兩種概念 在細胞質基質中包括微絲、微管和中間纖維。在細胞核中存在核骨架-核纖層體系。核骨架 、核纖層與中間纖維在結構上相互連接,貫穿于細胞核和細胞質的網架體系。P263 第九章 細胞骨架(Cytoskeleton)細第一節

31、細胞質骨架微絲(microfilament, MF)微 管（microtubules）中間纖維（intermediate filament,IF)細胞骨架結構與功能總結第一節 細胞質骨架微絲(microfilament, MF裝 配MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動蛋白單體具有極性, 裝配時呈頭尾相接, 故微絲具有極性，既正極與負極之別。體外實驗表明，MF正極與負極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負極；去裝配時，負極比正極快。由于G-actin在正極端裝配，負極去裝配，從而表現為踏車行為。MF裝 配MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動體內裝配時，MF呈現出動態不穩定性

32、，主要取決于F-actin結合的ATP水解速度與游離的G-actin單體濃度之間的關系。細胞生物學串講課件MT裝配 裝配方式： -微管蛋白和-微管蛋白形成二聚體，二聚體先形成環狀核心(ring)，經過側面增加二聚體而擴展為螺旋帶，二聚體平行于長軸重復排列形成原纖維(protofilament)。當螺旋帶加寬至13根原纖維時，即合攏形成一段微管。MT裝配所有的微管都有確定的極性微管裝配是一個動態不穩定過程： 微管裝配的動力學不穩定性是指微管裝配生長與快速去裝配的一個交替變換的現象 動力學不穩定性產生的原因： 微管兩端具GTP帽(取決于微管蛋白濃度)，微管將繼續組裝，反之，無GDP帽則解聚。細胞生

33、物學串講課件微管特異性藥物：秋水仙素(colchicine) 阻斷微管蛋 白組裝成微管，可破壞紡錘體結構。紫杉酚(taxol)能促進微管的裝配, 并使已形成的微管穩定。為行使正常的微管功能，微管動力學不穩定性是其功能正常發揮的基礎。微管特異性藥物：微管組織中心(MTOC) P285 概念： 微管在生理狀態或實驗處理條件下，具有起始微管的組裝和延伸的細胞結構稱為微管組織中心(microtubule organizing center, MTOC)。 微管組織中心(MTOC) P285IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個特點： IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)； 反向平行的

34、四聚體導致IF不具有極性； IF在體外裝配時不需要核苷酸或結合蛋白的輔助，在體內裝配后，細胞中幾乎不存在IF單體(但IF的存在形式也可以受到細胞調節，如核纖層的裝配與解聚)。IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個特點：第十章 細胞核(nucleus)與 染色體(chromosome)P307 細胞核是真核細胞內最大、最重要的細胞器， 是細胞遺傳與代謝的調控信息中心 細胞核的結構組成：核被膜(nuclear envelope)與核孔復合體(NPC）染色質（chromatin）染色體 (chromosome )核仁(nucleolus)染色質結構和基因轉錄核基質與核體 第十章 細胞核(nucle

35、us)與 核被膜的結構組成P309 外核膜（outer nuclear membrane） 附有核糖體顆粒 內核膜（inner nuclear membrane） 有特有的蛋白成份 （如核纖層蛋白B受體）核纖層（nuclear lamina）核周間隙（perinuclear space）核孔（nuclear pore） 核被膜的結構組成P309 外核膜（outer n親核蛋白與核定位信號親核蛋白（karyophilic protein）P315 在細胞質內合成后，需要或能夠進入細胞核內發揮功能的 一類蛋白質。親核蛋白與核定位信號親核蛋白（karyophilic pr核定位信號 (nuclear

36、 localization signal，NLS)P316NLS是存在于親核蛋白內的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有Pro。NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續的序列（T抗原），也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個氨基酸殘基（核質蛋白）。NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導完成核輸入后并不被切除。NLS只是親核蛋白入核的一個必要條件而非充分條件 。細胞生物學串講課件核小體結構要點P328每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體及一個分子H1組蛋白八聚體構成核小體的盤狀核心結構核小體的性質及結構要點示意圖（引自B.Albe

37、rts等） 在用微球菌核酸酶降解染色質時，反應早期可得到166bp的片段，但不穩定；進一步降解則得到146bp片段，比較穩定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。核小體結構要點P328每個核小體單位包括200bp左右的D146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈, 組蛋白H1在核心顆粒外結合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩定核小體的作用。包括組蛋白H1和166bpDNA的核小體結構又稱染色質小體。兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為080bp核小體的性質及結構要點示意圖（引自B.Albe

38、rts等） 在用微球菌核酸酶降解染色質時，反應早期可得到166bp的片段，但不穩定；進一步降解則得到146bp片段，比較穩定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈, 組蛋白與DNA之間的相互作用 主要是結構性的，基本不依賴 于核苷酸的特異序列，實驗表明，核小體具有自組裝的性質。核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進而通過核小體相位改變影響基因表達 。核小體的性質及結構要點示意圖（引自B.Alberts等） 在用微球菌核酸酶降解染色質時，反應早期可得到166bp的片段，但不穩定；進一步降解則得到1

39、46bp片段，比較穩定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。組蛋白與DNA之間的相互作用核小體的性質及結構要點示意圖（ 染色質包裝的多級螺旋模型 一級結構：核小體 二級結構：螺線管(solenoid) 三級結構：超螺線管(supersolenoid) 四級結構：染色單體（chromatid） 壓縮7倍 壓縮6倍 壓縮40倍 壓縮5倍 DNA核小體螺線管超螺線管染色單體 染色質包裝的多級螺旋模型 一級結構：核小體第十一章 核糖體(ribosome) 核糖體的類型與結構 多聚核糖體與蛋白質的合成 第十一章 核糖體(ribosome) 核糖體的類型與結 核

40、糖體上具有一系列與蛋白質 合成有關的結合位點與催化位點（包括7種位點）與mRNA的結合位點與新摻入的氨酰-tRNA的結合位點氨酰基位點，又稱A位點 核糖體上具有一系列與蛋白質 合成有關的結合位點與催與延伸中的肽酰-tRNA的結合位點肽酰基位點，又稱P位點肽酰轉移后與即將釋放的tRNA的結合位點E位點(exit site)與延伸中的肽酰-tRNA的結合位點肽酰基位點，又稱P位與肽酰tRNA從A位點轉移到P位點有關的轉移酶(即延伸因子EF-G)的結合位點肽酰轉移酶的催化位點與蛋白質合成有關的其它起始因子、延伸因子和終止因子的結合位點 與肽酰tRNA從A位點轉移到P位點有關的轉移酶(即延伸因子一、多

41、聚核糖體 (polyribosome或polysome) 概念 核糖體在細胞內并不是單個獨立地執行功能，而是由多個 甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進行肽 鏈的合成，這種具有特殊功能與形態結構的核糖體與 mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。一、多聚核糖體 (polyribosome或pol第十二章 細胞增殖及其調控P384細胞增殖(cell proliferation)的意義細胞周期與細胞分裂細胞周期調控第十二章 細胞增殖及其調控P384細胞增殖(cell 細胞周期概念：細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分完成所經歷的一個有序過程。其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞。細胞周期時

42、相組成細胞周期時間根據增殖狀況，細胞分類三類細胞周期概念：細胞周期時相組成間期(interphase): G1 phase， S phase，G2 phaseM phase: 有絲分裂期(Mitosis), 胞質分裂期(Cytokinesis) 細胞沿著G1SG2MG1 周期性運轉，在間期細胞體積增 大(生長)，在 M 期細胞先是核分裂，接著胞質分裂，完成一 個細胞周期。細胞周期時相組成間期(interphase): G1 ph細胞周期時間不同細胞的細胞周期時間差異很大S+G2+M 的時間變化較小，細胞周 期時間長短主要差別在G1期有些分裂增殖的細胞缺乏G1、G2期細胞周期時間不同細胞的細胞周

43、期時間差異很大根據增殖狀況，細胞分類三類連續分裂細胞(cycling cell)休眠細胞(Go期細胞)終末分化細胞 G0期細胞和終末分化細胞的界限有時難以劃分，有的細胞過去認為屬于終末分化細胞，目前可能被認為是G0期細胞。根據增殖狀況，細胞分類三類連續分裂細胞(cycling c細胞周期中不同時相及其主要事件P388 G1期與DNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質去凝集。細胞周期中不同時相及其主要事件P388 G1期 S 期 DNA復制與組蛋白合成同步， 組成核小體串珠結構 S期DNA合成不同步Experimental demonstrat

44、ion of the coordinated Synthesis of DNA and hitones. S 期Experimental demonstratio G2期 DNA復制完成，在G2期合成 一定數量的蛋白質和RNA分子 M 期 M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主 要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和 減數分裂(meiosis)。遺傳物質和細胞內其 他物質分配給子細胞。 G2期第十三章CELL DIFFERENTIATION AND CELL DEATH細胞分化與凋亡第十三章CELL DIFFERENTIATION AND C（二）、細胞凋亡cell apoptosis

45、Kerr（ 1972）最先提出，與細胞壞死的區別是：細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；凋亡小體內有結構完整的細胞器；不引起炎癥；線粒體無變化，溶酶體活性不增加；內切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀；凋亡通常是生理性變化，而細胞壞死是病理性變化。 （二）、細胞凋亡cell apoptosisKerr（ 19細胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）是一種基因指導的細胞自我消亡方式。PCD和細胞凋亡的區別在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形態學概念。PCD的最終結果是細胞凋亡，但細胞凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎發育過程中。（三）、細胞程序性死亡細

46、胞程序性死亡（programmed cell death，第十四章 細胞分化與基因表達調控P468細胞分化(cell differentiation)：在個體發育中，由一種相同的細胞類型經細胞分裂后逐漸在形態、結構和功能上形成穩定性差異，產生各不相同的細胞類群的過程。細胞分化是多細胞生物發育的基礎與核心； 細胞分化的關鍵在于特異性蛋白質合成； 合成特異性蛋白質實質在于組織特異性基因在時間和空間上的差異性表達； 差異性表達的機制是由于基因表達的組合調控。 細胞癌變是正常細胞分化機制失控的表現第十四章 細胞分化與基因表達調控P468細胞分化(c組織特異性基因與當家基因P470管家基因(house-

47、keeping genes)： 是指所有細胞中均要表達的一類基因，其產物是對維持細胞基本生命活動所必需的；組織特異性基因(tissue-specific genes)，或稱奢侈基因(luxury genes)：是指不同的細胞類型進行特異性表達的基因，其產物賦予各種類型細胞特異的形態結構特征與特異的功能； 調節基因產物用于調節組織特異性基因的表 達，起激活或者起阻遏作用。組織特異性基因與當家基因P470管家基因(house-ke第二節 癌細胞(Cancer cell)P480癌細胞的基本特征致癌因素癌癥產生是基因突變積累和自然選擇的結果癌癥能治療嗎？第二節 癌細胞(Cancer cell)P48

48、0一癌細胞的基本特征P480癌癥是一種嚴重威脅人類生命安全的疾病。動物體內細胞分裂調節失控而無限增殖的細胞稱為腫瘤細胞(tumor cell)。具有轉移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤（malignancy）。上皮組織的惡性腫瘤稱癌。 基本生物學特征體外培養的惡性轉化細胞的特征一癌細胞的基本特征P480癌癥是一種嚴重威脅人類生命安基本生物學特征P480細胞生長與分裂失去控制，具有無限增殖能力，成為“永生”細胞。具有擴散性 癌細胞的細胞間粘著性下降，具有侵潤性和擴散性，這是癌細胞的基本特征。 在分化程度上癌細胞低于良性腫瘤細胞，且失去了許多原組織細胞的結構和功能基本生物學特征P480細胞生長與分裂失去控制

49、，具有無限增殖細胞間相互作用改變（識別改變；表達水解酶類；產生新的表面抗原）蛋白表達譜系或蛋白活性改變（胚胎細胞蛋白、端粒酶活性升高） mRNA轉錄譜系的改變（少數基因表達不同；突變位點不同，表型多變） 染色體非整倍性基本生物學特征P480細胞間相互作用改變（識別改變；表達水解酶類；產生新的表面抗第三節 真核細胞基因表達的調控P488真核細胞基因表達的調控是多級調控系統，主要發生在三個彼此相對獨立的水平上轉錄水平的調控加工水平的調控翻譯水平的調控 第三節 真核細胞基因表達的調控P488真核細胞基因表達的一轉錄水平的調控P489真核生物的轉錄激活基因表達阻遏一轉錄水平的調控P489真核生物的轉錄

50、激活1、順式作用元件（cis-acting element）（1）啟動子（promoter）RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列，含有RNA聚合酶特異性結合和轉錄起始所需的保守序列。1、順式作用元件（cis-acting element）（1（2）增強子（enhancer）能使基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達的重要順式調控元件，增強子具有以下幾個特點： 增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻率增加10-200倍。如：經人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉錄高600-1000倍!（2）增強子（enhancer）能使基因轉錄頻率明顯增加的D 增強效應

51、與其位置和取向無關 不論增強子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距30 kb，或在基因下游，均表現出增強效應增強效應有嚴格的組織和細胞特異性 許多增強子只在某些細胞或組織中表現活性，是由這些細 胞或組織中具有的特異性蛋白質因子所決定的 沒有基因專一性，可在不同基因組合上表現增強效應 增強效應與其位置和取向無關增強效應有嚴格的組織和細胞 沒有生物種屬的特異性，其作用受到細胞發育和分化的影響 許多增強子還受外部信號的調控如金屬硫蛋白的基因啟動區上游所帶的增強子，就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。增強子要有啟動子才能發揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現活性。但增強子對啟動子沒有嚴格的專

52、一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉錄。 沒有生物種屬的特異性，其作用受到細胞發育和分化的影響（3）沉默子（Silencer）某些基因含有負性調節元件沉默子，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。（3）沉默子（Silencer）某些基因含有負性調節元件2、反式作用因子三個功能結構域：DNA結合結構域；轉錄激活結構域；調控因子的激活結構域（蛋白質與蛋白質結合）能識別并結合順式作用元件(cis-acting element)正調控與負調控 反式作用因子 識別/結合 順式作用元件中的靶序列 啟動轉錄例：轉錄因子TFD 識別結合 TATA box 轉錄因子 SP1 識別結合 GC box

53、 轉錄因子 CTF1 識別結合 CCAATbox2、反式作用因子三個功能結構域：DNA結合結構域；轉錄激活結3、RNA干擾（RNA inference）RNA干擾(RNA interference，RNAi) 是指當細胞中導入與內源性mRNA同源的雙鏈RNA(double stranded RNA，dsRNA)時，該mRNA發生降解而導致基因表達沉默的現象，這種現象發生在轉錄后水平，又稱為轉錄后基因沉默。3、RNA干擾（RNA inference）RNA干擾(RN第十五章 細胞連接CELL JUNCTION AND CELL ADHESION MOLECULES第十五章 細胞連接CELL JUNCTION AND CEL第一節 細胞連接 cell junction是細