細胞生物學-電子教材:第一章

第一章 生物學與醫(yī)學

第一節(jié)   生命是地球上物質(zhì)運動發(fā) 展的高級形式

  生物 living things

  非生物non-living things

  生命現(xiàn)象 

  有機體

一、生物體具有高度復雜的組織結構

   細胞（亞細胞結構  細胞器)

   組織

   器官

   器官系統(tǒng)

   有機體

二、生物體不斷與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換

同化作用：攝取外界物質(zhì)→合成代謝

異化作用：轉(zhuǎn)化、分解自身物質(zhì)→分解代謝

物質(zhì)代謝：代謝過程的物質(zhì)交換過程。

能量代謝：伴隨物質(zhì)代謝的能量轉(zhuǎn)換過程。

新陳代謝：是指自然界物質(zhì)與其周圍環(huán)境進行物質(zhì)交換和相互作用的過程。

三、生物體能對外界環(huán)境變化產(chǎn)生應答

應答：生物體 對環(huán)境變化產(chǎn)生的適當?shù)姆磻��?/P>

刺激：外界環(huán)境的變化就構成對生物體的刺激。

應激性：生物對刺激產(chǎn)生應答的特性。

效應器：機體的某些器官。

四、生長和發(fā)育

生長：生殖細胞→受精卵→個體

發(fā)育：新生兒→兒童→青年→成年→中年→老年

五、生殖及死亡

死亡是發(fā)育的必然結果，是一切生命必然歸宿。

   個體的死亡和生命綿延的矛盾是通過生殖來解決的。

六、遺傳與變異

  遺傳→象   變異→不象

七、進化

   進化：是生物體在世代相繼的漫長歲月中的歷史性發(fā)展。

   適應性

   多樣性

第二節(jié)   生命的物質(zhì)基礎與進化

一、生命的物質(zhì)基礎

（一)細胞內(nèi)小分子

  氨基酸、葡萄糖、脂質(zhì)

（二)細胞內(nèi)大分子

  蛋白質(zhì)

 核酸

人類細胞中有兩套同源DNA分子，分別來自父母，每一套DNA分子稱為一個基因組。

二、生命的起源與進化

前細胞→細胞

單細胞→多細胞

低級→高級

第三節(jié)  生物學的分支及發(fā) 展趨勢

一、生物學的分支學科

  生物學：以生物界為研究對象，探究生命現(xiàn)象的本質(zhì)及其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的科學。是有關生命的科學，故稱為生命科學。

二、生物學的發(fā)展趨勢

（一)由宏觀向微觀深入

   細胞→亞微結構→DNA

（二)邊緣科學興起

  數(shù)量遺傳學、生物力學、生物信息學等。

  邊緣科學的興起是近代科學發(fā)展的特點。

（三)向綜合研究的方向發(fā)展

  生態(tài)學和生態(tài)系：綜合研究生物與環(huán)境間的關系。

  細胞生物學：對細胞的結構、功能、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象的深入探討。

（四)向改造生物的方向發(fā)展

  遺傳工程、細胞工程等。

第四節(jié)  細胞與分子生物學發(fā)展簡史

一、細胞的發(fā)現(xiàn)和細胞學說的創(chuàng)立

   （1665~1875)

   1590年 Janssen兄弟制造復式顯微鏡

   1665年 Hooke 第一個發(fā)現(xiàn)了細胞

   1838年~1839年 Schleiden和Schwann分別論證植物和動物都是由細胞組成，首次 提出細胞學說 。 

   1858年 Virchow “一切細胞來自細胞”

  二、經(jīng)典細胞學發(fā)展時期（1875~1898)

  1875年Hertwing受精卵中兩個親本核的融合

  1880年Felmming發(fā)現(xiàn)了動物細胞間接分裂

  1888年Waldeyer發(fā)現(xiàn)染色體 Boveri發(fā)現(xiàn)中心體

  1894年Altmann發(fā)現(xiàn)了線粒體

  1898年Golgi發(fā)現(xiàn)了高爾基體

三、實驗細胞學發(fā)展時期（1900~1943)

1866年Mendel 《植物雜交實驗》

1900年Correns Tschermak de Vries 重新發(fā)現(xiàn)Mendel的遺傳三大定律

1926年Morgan 《基因論》

1928年 Griffith 肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗,在40年代初期證明了轉(zhuǎn)化因子是DNA。

四、分子生物學發(fā)展時期（1944)

1944 Avery Macleod McCarthy證明了肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA分子

1952年 Hershey Chase 在噬菌體中證明其遺傳物DNA

1953年 Watson Crick 提出DNA分子雙螺旋結構模型。

1958年 Meselson stal 發(fā)現(xiàn)DNA分子的半保留復制；Crick提出信息流的“中心法則”。

1961年 Nirenberg Mattaei 發(fā)現(xiàn)三聯(lián)體遺傳密碼子。

1970年代 限制性內(nèi)切酶，DNA序列測定，基因克隆。

1980年代 PCR技術

1991年 美國遺傳學界提出人類基因組項目（HGP)

1997年 英國克隆羊多利問世

2003年4月14日由美、英、日、發(fā)、德、中六國科學家構建的國際人類基因組測序聯(lián)合體宣布，人類基因組全序列測序完成（除著絲粒和端粒部位目前技術未能檢測的部分)，HGP的所有目標全部完成；

21世紀是生命科學的世紀；

是分子生物學的世紀；

是神經(jīng)生物學的世紀。

第五節(jié)   細胞與分子生物學在生物醫(yī)學科學中的地位

一、是細胞與分子水平的普通生物學

普通生物學是建立在全部生物醫(yī)學科學的成就上，同時也是一切生物學分支的基礎。

細胞與分子生物學是在生物大分子、亞細胞及細胞水平研究各種生命現(xiàn)象。

二、是學習現(xiàn)代醫(yī)學的基礎

  1.醫(yī)學科學是生物學基本理論的應用

   人的生、老、病、死機制

   防病、治�。ㄈ纾篠ARS)

  2.生物科學每一重大發(fā)現(xiàn)都促進了醫(yī)學的發(fā)展

   抗生素的發(fā)現(xiàn)與應用

   遺傳三大定律與遺傳病

   各種遺傳病的診斷

  3.醫(yī)學實踐又不斷地推動著生物科學的前進

   人體健康、延年益壽

   人類與自然環(huán)境

第二章 細胞的基本結構與生物大分子

   細胞是生命存在的基本結構和功能單位

   多細胞生物的細胞可分為生殖細胞和體細胞。

   各種細胞都有不同的功能，細胞的大小、形 態(tài)都是與它們的功能相適應的。

   細胞的大�。�0.01mm(10μm)[支原體0.1μm]

   細胞的形態(tài)：取決于其功能與所處的環(huán)境

   細胞的化學成分：C、H、O、N等組成無機物和有機物，有機物又分為生物小分子和生物大分子

第一節(jié)   細胞的基本結構

一、原核細胞的基本結構

（一)支原體（最小、最簡單的原核生物)

（二)細菌（典型的原核生物)

  1.細胞膜（磷脂雙分子層)、細胞壁（肽葡聚糖)

  2.細胞質(zhì)：有部分細胞器及擬核

二、真核細胞的基本結構

  1.細胞膜：典型的磷脂雙分子層結構

  2.細胞質(zhì)：具各種細胞器及細胞質(zhì)基質(zhì)

  3.細胞核：具核膜、核仁、染色質(zhì)（體)及核液

電鏡下真核細胞的基本結構分為：

膜相結構：細胞膜（質(zhì)膜)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過氧化氫體、線粒體及核膜

非膜相結構：核糖體、微管、微絲、中心粒、

   細胞質(zhì)基質(zhì)、核仁、染色質(zhì)（體)及核基質(zhì)

表2-1 原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別

第二節(jié)  生命現(xiàn)象的載體——蛋白質(zhì)

　   蛋白質(zhì)是構成生命有機體，維持生命活動最主要的物質(zhì)成分之一。

  其功能為：構成生物體的形態(tài)結構，代謝過程的催化反應和調(diào)節(jié)，機體的運動，物質(zhì)的運輸，免疫防御，遺傳調(diào)控及記憶等。

一、蛋白質(zhì)的化學組成

   C（50~56%)、H（6~7%)、O（19~24%)、N（13~19%)、S（0~4%)、P、Fe、Cu、I

（一)氨基酸——組成蛋白質(zhì)分子的基本單位

  組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，為含有氨基的有機酸，主要是R側鏈不同�；瘜W通式為：

 H

 |

  H₂N—C—COOH

 |

 R

（二)肽鍵和肽鏈

  肽鍵：由一個氨基酸的氨基（-NH₂)與相鄰氨基酸的羧基（-COOH)脫去一分子水縮合而成。

  肽：氨基酸與氨基酸連在一起稱為肽。

   二肽：兩個氨基酸脫去一分子水由肽鍵連接而成。

三肽：三個氨基酸連接起來。

多肽：多個氨基酸連接在一起的化合物。

多肽鏈：多肽是氨基酸以一定的順序連接起來形成的一條長鏈。

二、蛋白質(zhì)的分子結構

   功能性的蛋白質(zhì)分子多表現(xiàn)出復雜的空間結構

   一級結構：包括所含氨基酸的數(shù)目、種類和排列順序，同時也包括鏈內(nèi)和鏈間的 二硫鍵數(shù)目和位置。

   如：胰島素（86氨基酸→51氨基酸)

    蛋白質(zhì)的一級結構是蛋白質(zhì)高級結構和功能的基礎，如果多肽鏈一級結構中氨基酸排列順序有一個氨基酸發(fā)生變化，就會影響蛋白質(zhì)分子的高級結構的空間構型，而產(chǎn)生畸形的蛋白質(zhì)分子，就不能執(zhí)行正常的生物學功能。如Hbs

二級結構：α螺旋、β折疊

β -折疊(β  -pleated sheet)

三級結構：在二級結構的基礎上，由氨基酸側鏈之間通過氫鍵、二硫鍵和離子鍵等再度折疊和盤旋而形成的，為球蛋白。

四級結構：由幾條多肽鏈 各自在三級結構基礎上形成蛋白質(zhì)分子的結構亞基，亞基之間相互以非共價鍵聯(lián)結成聚合體。

三、蛋白質(zhì)的類型及在生命活動中的作用

   蛋白質(zhì)的類型

單純蛋白：單純由氨基酸組成的蛋白質(zhì)，

  如清蛋白、組蛋白等。

結合蛋白：由單純蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)成分

  （輔基)相結合而成。

   輔基可以是有機化合物，如糖、脂、核酸；

也可以是無機物，如磷酸、金屬離子。

例如：糖蛋白、核蛋白等。

蛋白質(zhì)在生命活動中的作用

（一)結構和支持作用

   蛋白質(zhì)幾乎存在于細胞的各個部位，是細胞各個結構的主要成分。如細胞骨架。

（二)催化作用

   蛋白質(zhì)參與細胞內(nèi)的各種代謝活動

   單純蛋白酶類：胰蛋白酶

   結合蛋白酶類：含有低分子有機化合物、金屬離子、維生素的酶類。

（三)傳遞和運輸作用

   細胞膜上的激素受體蛋白、神經(jīng)遞質(zhì)受體蛋白起著傳遞信息的作用；

   細胞膜上的鑲嵌蛋白負責物質(zhì)的跨膜運輸，如Hb.

（四)運動功能

微管蛋白參與細胞分裂和細胞的多種運動功能，肌動蛋白、肌球蛋白相互滑動導致肌肉收縮。

（五)防御作用

抗體——免疫球蛋白

（六)調(diào)節(jié)作用

神經(jīng)體液調(diào)節(jié)依賴膜受體蛋白，如肽類激素。

  轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子：鋅指蛋白、亮氨酸拉鏈  

四、感染蛋白和感染蛋白病

  蛋白質(zhì)通過為其編碼的遺傳物質(zhì)而顯示遺傳性，細菌、病毒通過其含有的遺傳物質(zhì)而有傳染性。

   20世紀80年代分子生物學揭示蛋白質(zhì)可兼具遺傳性和傳染性，那就是感染蛋白（prion)。

   感染蛋白由細胞PRNP基因編碼，在正常腦組織中表達，分布于神經(jīng)細胞表面，為正常蛋白質(zhì)，稱細胞態(tài)感染蛋白(PrPc )

   Creutz-Jacob病是人類一種導致運動協(xié)調(diào)功能喪失于癡呆的罕見致命性腦病。它既是遺傳的，也可以是獲得性的�；颊吣X組織中是PrPc 的一種修飾體，被稱為羊瘙癢感染蛋白(PrPSc), PrPSc累積于神經(jīng)細胞形成集結物而導致細胞死亡。

第三節(jié)  遺傳信息的載體——核酸

  核酸是生物體內(nèi)一類重要的生物大分子。它不僅存在細胞核內(nèi)，也存在細胞質(zhì)及某些細胞器中。

   核酸同生物性狀的遺傳變異現(xiàn)象有關，核酸在控制生命活動，如生長、發(fā)育、繁殖等有序性方面起主導作用。

一、核酸的化學組成和種類

   Levene(1934)的研究工作證明核酸分子是有許多單核苷酸聚合而成的聚合物。

  核酸中的核苷酸都是一磷酸核苷酸，但是進行核酸合成時，都是以三磷酸核苷酸的形式作為原料而出現(xiàn)的。

   核苷酸除了組成核酸外，還在生命活動中起著重要的作用，例如提供能量（ATP、GTP)或作為信號物質(zhì)（cAMP、cGMP)。

   磷酸二酯鍵：核酸大分子是由許多單核苷酸連接聚合形成的長鏈，所以又稱為多聚核苷酸。單核苷酸之間以3`，5`磷酸二酯鍵相連。

核酸的分類：核糖核酸（ribonucleic acid RNA)

脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA)

  DNA   RNA

組成  脫氧核糖  核糖

    A、G、C、T A、G、C、U

分布   細胞核 細胞質(zhì)

  胞質(zhì)線粒體中少量 胞核核仁中少量

結構  雙鏈   單鏈

   雙螺旋結構  三葉草形、線形、發(fā)夾形

功能   貯存遺傳信息 表達遺傳信息

   傳遞遺傳信息

二、DNA的結構與功能

（一)DNA的結構

Watson和Crick模型（1953)

1.骨架：脫氧核苷酸長鏈

2.堿基配對原則：A=T G三C

3.雙螺旋結結構

兩條多核苷酸鏈反向平行排列，脫氧核糖與磷酸殘基排列在長鏈的外側，堿基位于長鏈內(nèi)側，堿基之間以氫鍵相連接，連接規(guī)律是A與T互補，形成兩個氫鍵即A=T；G與C互補，形成三個氫鍵即G三C。

   DNA雙鏈圍繞個“中心軸”向右盤旋形成雙螺旋狀結構的分子。

   螺旋上每隔0.34nm有一個堿基對，每螺旋一圈有10個堿基對，故螺距為3.4nm

DNA的分子結構－Watson和Crick模型

? DNA由兩條走向相反的互補核苷酸鏈圍繞一個“中心軸”向右盤旋形成雙螺旋狀結構的分子。

? 脫氧核糖與磷酸殘基排列在長鏈的外側，構成DNA分子的骨架，不攜帶遺傳信息。

? 堿基位于長鏈內(nèi)側，相對應的堿基之間以氫鍵相連接，連接規(guī)律是A與T互補，形成兩個氫鍵即A=T；G與C互補，形成三個氫鍵即G三C，這種有規(guī)律的對應排列，稱為“堿基互補原則”。四種堿基（A、T、C、G)的排列順序稱堿基序列，攜帶遺傳信息。

? 螺旋上每隔0.34nm有一個堿基對，每螺旋一圈有10個堿基對，故螺距為3.4nm。

（二)DNA分子的主要功能

1.儲存遺傳信息

2.以自身作為摸板進行自我復制

3.轉(zhuǎn)錄合成RNA

? DNA分子構型的種類

? B-DNA

? A-DNA

? Z-DNA

三、RNA的種類、結構和功能

   RNA的分子結構是以單鏈結構或假雙鏈結構（部分區(qū)域鏈內(nèi)堿基配對形成)的形式存在。

 如rRNA和tRNA和結構。

（一)信使RNA（mRNA)

   從細胞核內(nèi)DNA分子上轉(zhuǎn)錄遺傳信息，作為合成蛋白質(zhì)的指令。

（二)轉(zhuǎn)移RNA（tRNA)

轉(zhuǎn)運活化的氨基酸到核糖體上。

氨基臂：

TψC環(huán)：

D環(huán)：

反密碼環(huán)：

反密碼子：

（三)核糖體RNA（tRNA)

 是核糖體的主要成分，主要是維系核糖體的立體結構。

（四)核小RNA（SnRNA)

  與mRNA前體的加工有關。

（五)反義RNA

  在mRNA的翻譯過程中起調(diào)節(jié)因子作用。

思考題

１、名詞解釋：生物大分子、磷酸二酯鍵、堿基互補原則、

  堿基序列、核酶

2、概述細胞的物質(zhì)組成及其在生命活動中的作用。

3、比較DNA與RNA的區(qū)別。

4、概述DNA分子雙螺旋結構模型的要點。

5、簡述DNA分子的主要功能。

6、簡述RNA的種類與功能。

7、概述蛋白質(zhì)分子的結構及其功能。

第三章 細胞膜及其表面結構

細胞膜：圍在細胞質(zhì)表面的一層薄膜，又稱質(zhì)膜或原生質(zhì)膜。

關于“膜”的幾個概念：

生物膜：細胞中所有的膜結構統(tǒng)稱生物膜。

  生物膜 細胞膜

   胞內(nèi)膜細：胞內(nèi)所有的膜結構。

膜相結構：細胞內(nèi)具有膜包裹的所有結構。

內(nèi)膜系統(tǒng)：在結構、功能及發(fā)生上為連續(xù)統(tǒng)一體的細胞內(nèi)膜相結構。

單位膜：生物膜的結構單位。

  電鏡下觀察生物膜，可見為“兩暗一明”的三層結構通常將這三層結構型式作為一個單位，稱為單位膜。

細胞膜出現(xiàn)的意義及作用：

? 原始生命進化的關鍵，細胞形成的前提；限定細胞范圍，保持細胞內(nèi)外的區(qū)別；物質(zhì)運輸（進行細胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸)；可識別、接受外界信號，進行信息傳遞。即：保持細胞有相對獨立和穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，它是細胞膜內(nèi)外物質(zhì)流、信息流、能量流的出入門戶。

細胞表面：是以質(zhì)膜為主體，包括質(zhì)膜和質(zhì)膜外，表面的細胞被（糖被)以及質(zhì)膜內(nèi)側的膜下溶膠層，它們共同組成了一個多功能復合體系。細胞表面對于維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和與細胞外環(huán)境不斷進行物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞以及細胞間相互識別都起著重要的作用，是細胞進行生命活動的重要結構基礎。

第一節(jié)   細胞膜化學組成和結構模型

細胞膜的化學組成

? 膜脂   50%

? 膜蛋白 40%

? 膜糖類 10%左右

? 水

? 金屬離子

表：各種生物膜組成近似值

膜  蛋白質(zhì)（％) 脂類（％)  糖類（％) 蛋白質(zhì)／脂類

髓鞘 18   79 3  0.23

質(zhì)膜  

血小板  33-42  50-51  7.5

人紅細胞  49 43 8   1.1

變形蟲 54 42 4   1.3

小鼠肝細胞   46 54   2-4 

淋巴細胞  60 40   5-10 1.5

Hela細胞  60 40   2.4  1.5

牛視網(wǎng)膜桿狀細胞  51   49   4 1.0

革蘭氏陽性菌75  25 3.0

類菌質(zhì)體   58 37   1.5 1.6

（一)膜脂

? 磷脂（主要)占50%以上

? 糖脂

? 膽固醇

  膜脂的分子結構特點：

膜脂分子都是兼性分子（雙親媒性分子)

有一個極性的“頭部”（含磷酸等極性基團，有親水性)，

  兩條非極性的“尾部”（脂肪酸鏈、有疏水性)。

脂分子的排列特性

膜脂分子在水溶液中可能有兩種形式：

   球狀的分子團

  雙分子層(bilayer)

實驗證明：膜脂分子在水溶液中能自動形成雙分子層結構，為了更進一步減少雙分子層兩端疏水部與水接觸的機會，脂質(zhì)分子在水中排成雙分子層后往往易于形成一種自我封閉的結構-脂質(zhì)體

1.磷脂：

磷酸甘油酯：以甘油為骨架，甘油分子1、2位羥基與形成酯鍵，3位羥基與磷酸形成酯鍵。

   脂肪酸鏈的長短（14~24 碳)和不飽和程度不同。

   膽堿→磷脂酰膽堿（卵磷脂)

如：磷脂酸+ 乙醇胺→磷脂酰乙醇胺（腦磷脂)

  L絲氨酸→磷脂酰絲氨酸

鞘磷脂：結構和構象與磷脂酰膽堿相似，但它以鞘氨醇代替甘油，其氨基與脂肪酸形成酰胺鍵結構稱N �；�鞘氨醇，醇基與磷酸膽堿借酯鍵連接后形成鞘磷脂，只有一條脂肪酸鏈。

真核細胞的細胞膜內(nèi)含有大量的膽固醇。膽固醇親水的羥基頭部緊靠磷脂極性頭部，將固醇環(huán)部分固定在近磷脂頭部的碳氫鏈上，其余部分游離。細胞膜中的膽固醇與磷脂的碳氫鏈相互作用阻止磷脂凝集成晶體結構。

3.糖脂

糖脂是含有一個或幾個糖基的脂類，約占細胞膜外層脂類分子的5%。

動物細胞膜中的糖脂主要為鞘氨醇的衍生物，結構似鞘磷脂，只是糖基取代了磷脂酰膽堿，與鞘氨醇的羥基結合。

例如：腦苷脂與鞘磷脂不同的是以半乳糖或葡萄糖取代了磷脂酰膽堿。

（二)膜蛋白

   膜蛋白是細胞膜功能的主要承擔者，膜蛋白的

含量和種類與細胞膜的功能密切相關。

膜蛋白的類型：

1.外在蛋白（extrinsic  protein)，占20-30%

   分布在膜的內(nèi)外表面，主要在內(nèi)表面，為水溶性，它們與膜脂的極性頭部結合，或與內(nèi)在蛋白相互作用，間接與膜結合。

2.內(nèi)在蛋白（intrinsic  protein )，占70---80%

   以不同的程度嵌入類脂雙分子層，故稱為鑲嵌蛋白。有的貫穿類脂雙分子層，兩端暴露于膜的內(nèi)外表面，故稱為跨膜蛋白。與膜結合牢固。

膜蛋白與脂雙層分子的結合方式圖

膜蛋白的功能

 膜內(nèi)在蛋白的功能：

  受體（識別，傳遞信息)

  載體蛋白（物質(zhì)運輸)

  酶（催化、供能如ATP酶)

  通道蛋白

  抗原（鑲嵌在膜中的糖蛋白或糖脂  如血型抗原)

  G蛋白（介導信號轉(zhuǎn)導)

? 膜周邊蛋白的功能：

運動蛋白（有肌動蛋白、肌球蛋白的性質(zhì))

參入細胞胞吞作用

參入細胞變形運動

參入細胞質(zhì)分裂時胞膜的分隘作用

調(diào)節(jié)鑲嵌蛋白的位置

  支持蛋白（橋粒蛋白)

（三)膜糖類

分布： 細胞膜表面（外側)

內(nèi)膜系統(tǒng)的非質(zhì)側

種類：半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酶，共七種。（自然界中有100多種)

存在形式：與膜蛋白或膜脂共價結合形成糖蛋白和糖脂，即以糖蛋白和糖脂的形式存在于細胞膜表面形成細胞被。 

二、細胞膜的特性

? 不對稱性

? 流動性

生物膜結構上的不對稱性，保證了膜功能的方向性。例如信號的接受與傳遞。

（一)細胞膜的不對稱性：

? 膜脂分子分布不對稱

? 膜蛋白分子分布不對稱

? 膜糖類分子分布不對稱

1.膜脂的不對稱性：

內(nèi)外兩層的脂類分子不同。

   如紅細胞膜：

? 鞘磷脂和大多數(shù)磷脂酰膽堿位于外層磷脂酰絲氨酸和磷脂酰乙醇胺位于內(nèi)層

? 糖脂位于細胞膜脂雙層的外側(糖脂位于內(nèi)膜系統(tǒng)的非細胞質(zhì)側)

2.膜蛋白的不對稱性

? 跨膜蛋白的方向性

? 酶結合點的不對稱性

? 骨架蛋白結合的不對稱性

? 糖蛋白的不對稱性

（二)細胞膜的流動性

   生物膜是一種動態(tài)的結構具有膜脂的流動性和膜蛋白的運動性。膜的流動性是指膜的脂類和蛋白質(zhì)兩類分子的運動性。

生物膜具有液晶態(tài)結構（介于液態(tài)與晶態(tài)之間的過渡狀態(tài))，在生理常溫下呈液晶態(tài)，當溫度下降到某一點時，液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫�態(tài)，溫度上升時又轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕�態(tài)，這一引起相變的溫度稱為相變溫度。液晶態(tài)的膜有流動性。

1.膜脂分子的運動

膜脂分子的運動形式：

（1)橫向擴散運動 

（2)旋轉(zhuǎn)運動

（3)擺動運動

（4)伸縮振蕩運動

（5)旋轉(zhuǎn)異構運動

（6)翻轉(zhuǎn)運動

2.膜蛋白的分子運動

（1)橫向擴散運動

（2)旋轉(zhuǎn)擴散運動

3.膜流動性的影響因素 

（1)膜脂脂肪酸鏈的長短與不飽和度：

   脂肪酸鏈長，流動性小；

   不飽和度高，流動性大。

（2)膽固醇含量：

   在相變溫度上，限制膜的流動性。

   在相變溫度下，增強膜的流動性。

（3)卵磷脂/鞘磷脂的比值：成正比。

（4)膜蛋白的影響：成反比。

三、細胞膜的分子結構

? 關于細胞膜的分子結構，提出的模型很多，但目前比較公認的是液態(tài)鑲嵌模型，所以在此主要介紹這一模型。

（一)單位膜模型

Robertson（50年代)在電鏡下觀察而提出，指出各種生物膜在形態(tài)學上的共性，具有一定的理論意義。

主要論點：

  1、連續(xù)的脂質(zhì)雙分子構成膜的主體（骨架)，它具有液晶態(tài)特性，不僅有固體分子排列的有序，且有液體分子的流動性。

  2、球形蛋白質(zhì)分子嵌入，貫穿或附著于脂雙分子層中。

  3、糖類附著在膜的外表面，與表層的脂類和蛋白質(zhì)結合形成糖蛋白和糖脂。

   故名液態(tài)鑲嵌模型

此模型是現(xiàn)在公認的膜結構模型

? 優(yōu)點：

  1、能解釋許多膜功能現(xiàn)象，如物質(zhì)運輸、信號識別、能量轉(zhuǎn)換等。

  2、說明了膜的動態(tài)性（流動性)。

  3、說明了膜功能的不對稱性。

? 缺點：

１、未說明膜蛋白分子對脂類分子流動性的控制作用。

實際上特定的膜蛋白酶周圍需要有特定的磷脂才 有活

性，如鈉、鉀-ATP酶需要有磷脂酰絲氨酸、鈣-ATP酶

需要有磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺。

２、未說明膜各部分流動性的不均勻性。

所以又提出“晶格鑲嵌模型”和“板塊模型”作為補充。

（三)晶格鑲嵌模型

Wallach（1975)用液晶相變的理論來解釋膜具有流動性的原因，認為生物膜中流動的脂類是在可逆地進行無序（液態(tài))和有序（晶態(tài))的相變，膜蛋白對脂類分子的運動具有控制作用，提出“界面脂”(晶格)可控制脂類分子的運動。

第二節(jié) 細胞膜與細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運

? 膜的通透性：是指細胞膜允許一定物質(zhì)穿過的性能。

特點是：

? 具有選擇性地允許或阻止一些物質(zhì)通過細胞膜，對物質(zhì)進出細胞起著調(diào)節(jié)和控制作用；

? 維持膜內(nèi)外離子濃度及膜電位，保持膜內(nèi)外滲透壓平衡，從而保證了機體的細胞進行正常的生命活動。

與細胞膜有關的物質(zhì)運輸形式有：

  小分子和離子的穿膜運輸：被動運輸和主動運輸

 大分子和顆粒狀物質(zhì)的膜泡運輸：內(nèi)吞作用和胞吐作用

一、被動運輸（passive transport)

  被動運輸（易化擴散)：是指物質(zhì)順濃度梯度，由濃度高的一側通過膜運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋鹊拇┠�擴散，不消耗代謝能的運輸方式。

   簡單擴散(simple diffusion)

   離子通道擴散(channel-mediated diffusion)

   載體擴散(carrier- mediated diffusion)

（一)簡單擴散

不需消耗細胞本身的代謝能，也不需要專一的膜蛋白分子，只要物質(zhì)在膜兩側保持一定的濃度差，即可發(fā)生這種運輸。（利用濃度梯度的勢能)

  人工脂質(zhì)特征：

  1.脂溶性物質(zhì)

  2.不帶電荷的極性分子

  3.葡萄糖透不過

  4.帶電荷分子離子透不過

? （二)通道擴散

   細胞膜不僅能透過水和非極性分子，而且也能讓各種極性分子快速通過。這是由于細胞膜中有一類特異的蛋白質(zhì)負責轉(zhuǎn)運這類溶質(zhì)分子，這類蛋白質(zhì)稱為轉(zhuǎn)運蛋白，是跨膜蛋白分子

的復合物。有以下存在形式：

1.通道蛋白（channel protein)

脂質(zhì)雙分子層中膜蛋白帶電荷的親水區(qū)形成水通道，能使適當?shù)姆肿雍蛶щ姾傻娜苜|(zhì)通過單純擴散運動從膜的一側到另一側。

2.閘門通道（ gated channel )

這類轉(zhuǎn)運蛋白所形成的孔道具有閘門的作用。閘門不是連續(xù)開放，而是瞬時開放，在對特定的刺激發(fā)生反應的瞬時打開，其它時間是關閉的。

（1)配體閘門通道：當閘門通道蛋白接受胞外配體刺激時構想發(fā)生變化，使閘門打開。

（2)電壓閘門通道：該閘門通道是對細胞內(nèi)外特異性離子濃度變化發(fā)生反應。例如胞內(nèi)游離Ca2+濃度升高時，啟動K+閘門通道開放。

   閘門通道的開放和關閉常常是連續(xù)相繼進行的過程。當物質(zhì)通過一個閘門通道時，引起另一個閘門通道的開放。第一個閘門通道的快速關閉，又調(diào)整了第二個閘門通道系統(tǒng)的活動。

（三)載體擴散（carrire-mediated diffusion)

?    載體擴散：是指借助于載體蛋白順濃度梯度的物質(zhì)運輸方式。一些非脂溶性或親水性的物質(zhì)，如糖、氨基酸、核苷酸和金屬離子等，它們借助細胞膜上某些載體蛋白的幫助，以載體擴散的方式通過細胞膜。

? 載體蛋白具有高度的特異性，載體上有結合部位，能特異性地與某一物質(zhì)進行暫時性的可逆結合。一個特定的載體蛋白只能運輸一個類型的化合物甚至僅一種分子或離子。

? 載體分為分子載體和離子載體

? 分子載體：轉(zhuǎn)運葡萄糖分子的載體蛋白。180個/秒

? 離子載體：如纈氨霉素是一種活動的離子載體，能增加膜對K+的通透性。

? 載體擴散的速率在一定限度內(nèi)與物質(zhì)的濃度差成正比，當擴散率達到一定水平，就不再受溶質(zhì)濃度的影響。因為載體蛋白的結合部位被占據(jù)，載體處于飽和狀態(tài)。

二、主動運輸（active transport)

? 主動運輸：指細胞膜利用代謝能來驅(qū)動逆濃度梯度方向的運輸。

? 特點是：逆濃度梯度、需載體的參與、消耗代謝能

（一)離子泵:

   離子泵就是膜上的一種ATP酶，在質(zhì)膜上作為泵的ATP酶有很多種，都具專一性，不同的ATP酶運輸不同的離子。如Na+-K+泵、Ca泵

? Na+-K+泵必需要有Na+、K+、Mg2+存在時才能被

激活，催化ATP酶水解，為Na+運出膜外側和K+運入膜內(nèi)側提供能量。

? 細胞膜外：Na+ 145m  K+   5m

? 細胞膜內(nèi)：Na+  25m K+   150m

? 5.8  ：1   1  ：30

? 水解1個ATP分子可輸出3個Na+，轉(zhuǎn)入2個K+ ，1000ATP/1個ATP酶/秒

? 當ATP酶抑制劑鳥本苷占據(jù)K+位點后Na+-K+ ATP酶被抑制。

? 2. Ca2+泵：

?    Ca2+ATP酶是胞膜上使Ca2+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。該泵 mw 10KD，由100個氨基酸組成。

? 真核細胞的胞質(zhì)中Ca2+濃度極低≤10-7mol/L

?    胞外Ca2+濃度極高約10-3mol/L

?    當細胞對外界刺激發(fā)生反應時， Ca2+就順著它的濃度梯度流入細胞，借助Ca2+的這種流動，把細胞外的信號傳入細胞內(nèi)。細胞內(nèi)Ca2+增加了， Ca2+泵就可以把Ca2+主動地泵出胞外，以維持胞內(nèi)的Ca2+濃度。（一個ATP分子可轉(zhuǎn)運2個進入肌質(zhì)網(wǎng))

（二)離子梯度驅(qū)動的主動運輸

?   有些物質(zhì)主動運輸?shù)膭恿κ怯善渌�物質(zhì)的濃度梯度

為動力進行的，而不是直接由ATP水解來驅(qū)動。

   例如小腸上皮細胞能不斷吸收葡萄糖或各種氨基酸等，這種運輸過程中都伴隨有Na+進入細胞。Na+一方面與葡萄糖或氨基酸相伴進入細胞，另一方面又由Na+泵不斷送出細胞。為間接主動運輸

  伴隨運輸假說：需同向轉(zhuǎn)運載體（具葡萄糖和Na+結合位點)

鈉泵

三、膜泡運輸

? 大分子和顆粒物質(zhì)在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程是由膜包圍形成小泡進行運輸，所以稱為膜泡運輸。

特點是：1.伴隨著膜的運動，膜本身結構的融合重組和轉(zhuǎn)移

  2.與主動運輸一樣，也需要消耗代謝能

（一)胞吞作用（endocytosis )

   細胞膜表面發(fā)生內(nèi)陷，由細胞膜把環(huán)境中的大分子和顆粒物質(zhì)包圍成小泡，脫離細胞膜進入細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程。根據(jù)吞入物質(zhì)的狀態(tài)、大小及特異程度不同分為：吞噬、吞飲（胞飲)和受體介導的入胞作用

1.吞噬作用(phagocytosis),  吞噬體(phegosome)是細胞攝取較大的固體顆粒或分子復合體，如：細菌和細胞碎片等物質(zhì)。

  吞噬作用 形成的囊泡為吞噬體，它與初級溶酶體結合形成次級溶酶體，內(nèi)含物被降解，未被降解的物質(zhì)保留在次級溶酶體內(nèi)，形成殘質(zhì)體。

2.胞飲作用 (pinocytosis) 

  是細胞攝取液體和溶質(zhì)的過程，形成的囊泡較小。當細胞周圍環(huán)境中某些液體物質(zhì)達到一定濃度時，引起細胞產(chǎn)生胞飲作用，形成胞飲小泡。胞飲作用是依賴微絲的收縮作用而完成的。

3.受體介導的胞吞作用receptor mediated  endocytosis)

  是特異性很強的內(nèi)吞作用，這是一種選擇性的濃縮機制，能使細胞攝入大量的特定配體，而不是攝入大量的細胞外液。

   大分子先與膜上的特異性受體相識別并結合，然后經(jīng)過有被小窩進入細胞，其速率比溶于細胞外液中的物質(zhì)通過液相內(nèi)吞作用進入細胞要快。

3.低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL) 

   LDL顆粒  ：髓心約含1500個膽固醇分子，外圍包繞一層磷脂，以及一種特異性的膜蛋白分子——載脂蛋白Apo-B100嵌插在脂質(zhì)單層中。

（二)胞吐作用（exocytosis )

胞吐作用：也叫出胞作用、外排作用，是一種與內(nèi)吞作用相反的過程。

   細胞分泌產(chǎn)生的激素、酶類以及未消化的殘渣等物質(zhì)都是以該種方式運輸?shù)摹?/P>

第三節(jié) 膜受體與膜抗原

一、膜抗原的種類和功能

? 高等動物的細胞表面有各種各樣表示其屬性的標記

——膜抗原（細胞表面抗原)

   表示  屬于哪一個種族——種族抗原

哪一個個體——組織相容性抗原

哪一種組織器官——組織分化抗原

   處于哪一發(fā)育階段——胚胎抗原

   ABO血型系統(tǒng)不僅存在于紅細胞上，也見于其它細胞，甚至存在由細胞分泌的各種體液中。

近年來發(fā)現(xiàn)某些疾病似乎與血型有關，如

   A血型——易患胃癌，血漿中膽固醇濃度高于O血型

   O血型——類風濕關節(jié)炎患者較多

   B血型——風濕性心臟病患者較多

2.MN血型

  MN血型抗原也是紅細胞膜上的糖蛋白，其抗原性與糖鏈和蛋白質(zhì)均有關系。氨基酸排列的區(qū)別是：第一位和第五位氨基酸   M血型是絲氨酸、甘氨酸

N血型是亮氨酸、谷氨酸

（二)組織相容性抗原

能引起個體間組織器官移植排斥反應的抗原，其化學成分為糖蛋白。如：小鼠的H-2及人的HLA

HLA存在于人類各種有核細胞和血小板的質(zhì)膜上，現(xiàn)在已知道的主要組織相容性抗原有120種。

二、膜受體的種類及功能

  膜受體：細胞膜上能與胞外某些物質(zhì)特異性結合的蛋白質(zhì)分子稱為膜受體。

  配體：與膜受體結合的物質(zhì)，如神經(jīng)介質(zhì)、激素等

  細胞膜受體與細胞識別、免疫應答、細胞間信號傳遞以及代謝調(diào)節(jié)密切相關。

（一)膜受體的分子結構和特點

  膜受體的化學組成一般為糖蛋白、脂蛋白和糖脂蛋白

單體型受體：由一個鑲嵌蛋白分子構成的受體。

復合型受體：由分別嵌入在膜內(nèi)外側的兩個或多個蛋白質(zhì)分子聚合在一起構成的受體。

1.膜受體的分子結構

（1)調(diào)節(jié)單位：胞外的部分，多為糖蛋白帶有糖鏈的部分，是配體結合的部分。

（2)催化單位：向著胞質(zhì)的部位，一般具有酶的活性

需受體與化學信號結合激活后才具活性。

（3)傳導部分：是受體與效應物之間的偶聯(lián)成分。將受體所接受的信號轉(zhuǎn)換為蛋白質(zhì)的構象變化，傳給效應部。

2.細胞膜受體的特性

（1)受體的特異性：

化學信號與受體之間的結合具有一定的專一性，它們之間依靠分子與分子間的立體空間構象互補，即分子的立體特異性使信號與受體分子之間存在高度的親和力，把兩者契合在一起。

   有些信號可以與一種以上的受體結合，從而使細胞產(chǎn)生不同的效應。

（2)可飽和性：

細胞中各類受體的濃度相對恒定，因此受體與配體的結合有一個飽和度。

（3)具有高度的親和力：

   受體與配體的結合力稱為親和力。

   當溶液中只有極低濃度的配體時，就能使靶細胞膜受體結合達到飽和。

（4)可逆性：

   受體與配體是以非共價結合，鍵的強度弱。當結合引起生物效應后，受體與配體復合物解離。

（5)特定的組織定位：

   受體只存在靶細胞，一定的細胞表面有一定的受體。 

（二)膜受體的分類

1.離子通道受體

2.G蛋白相偶聯(lián)受體

3.生長因子受體

（三)受體的功能

1.膜受體和細胞識別

  細胞識別：是指細胞對同種和異種細胞的認識，對自己和異己的認識。

（1)細胞識別是細胞膜的一種功能

   吞噬異物

   受精過程

（2)細胞識別的分子基礎：

  各類細胞的識別大多與細胞膜中的糖蛋白分子有關，而且多數(shù)是以糖鏈為決定簇。各種細胞的寡糖鏈的單糖有一定的排列順序。特定的單糖順序象指紋一樣，具有各種細胞的特征。

細胞識別的分子基礎是細胞表面受體之間或受體與大分子之間互補形式的相互作用�？赡芊绞接校�

相同受體間相互作用

受體與細胞表面大分子間相互作用

相同受體與游離大分子間相互作用

2.膜受體與信息傳遞

  細胞通訊：多細胞生物的細胞之間存在的相互作用和影響。

  由于有了細胞通訊，才能使所有的細胞協(xié)調(diào)、合作，從而保證整體生命活動。

  細胞之間的通訊要通過細胞之間的信號傳遞來完成

即由細胞釋放的一些化學物質(zhì)（信息分子)經(jīng)細胞外液去影響和作用其他細胞。

  信息分子有：局部化學介質(zhì)、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等作為第一信使，作用于靶細胞膜相應的受體，信息轉(zhuǎn)換成胞內(nèi)的調(diào)節(jié)信號（第二信使)，誘發(fā)、改變或調(diào)節(jié)細胞的活動。 

腎上腺β-受體、胰高血糖素受體激活腺苷酸環(huán)化酶，使細胞內(nèi)cATP濃度升高。

乙酰膽堿M受體，激活鳥苷酸環(huán)化酶，使cGMP濃度升高。

思考題：

１、生物膜主要由哪些分子組成？它們在膜結構中各起什么

作用？

２、膜蛋白有哪些類型？各有何功能？

３、什么是細胞膜的液態(tài)鑲嵌模型？請您給予評價。

４、舉例說明膜的不對稱性和流動性。

5、為什么說細胞表面是一個復合的結構體系和多功能體系？

6、解釋并區(qū)別：

   單位膜 ／ 生物膜

   內(nèi)膜系統(tǒng)/胞內(nèi)膜

   細胞表面 ／細胞被

   主動運輸/被動運輸

   胞吞作用/胞吐作用

   膜抗原/膜受體

   細胞識別

第四章 細胞內(nèi)膜系統(tǒng)

細胞是以膜包裹，并由膜進行空間分隔，這個膜就細胞內(nèi)膜，有別于細胞表面的質(zhì)膜，是真核細胞特有的、完成細胞的各種復雜生命活動過程所必需的結構。

   內(nèi)膜出現(xiàn)的意義：

1.使細胞內(nèi)部空間分隔成與其功能相適應的不同區(qū)室；

2.為細胞內(nèi)部各種功能的進行提供了充足的表面；

3.內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白可執(zhí)行細胞中的各種功能；

4.是真核細胞特有的，是細胞進化的標志。  

 內(nèi)膜系統(tǒng)：細胞內(nèi)膜構成了多種形態(tài)各異、功能不同的膜性細胞器，并在結構功能和形態(tài)發(fā)生上具有一定聯(lián)系，構成了一個完整的系統(tǒng)，即內(nèi)膜系統(tǒng)。

它包括：

  內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

  高爾基體

  溶酶體

  過氧化物酶體

  各種轉(zhuǎn)運小泡

  核膜膜

第一節(jié)   內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ endoplasmic  reticulum，ER)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞中廣泛分布，構成一個與核膜相連，外延至細胞膜的連續(xù)的整體膜性網(wǎng)狀結構體系。

Porter（1954)觀察到管狀、囊狀結構連接成的網(wǎng)狀結構多集中靠近核的胞質(zhì)區(qū)域而命名為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結構

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞質(zhì)中相互連通的膜性管網(wǎng)狀系統(tǒng)，有管狀、泡狀、扁平囊狀三種形態(tài)，共同構成相互連通的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。膜厚約5-6nm

? 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)占細胞全部膜結構50%以上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)將細胞內(nèi)10%以上的空間分隔包圍，形成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔是一個獨立進行特殊生理生化過程的環(huán)境。

二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)rER 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)sER

結構特點  膜表面粗糙 膜表面光滑

    有核糖體附著  無核糖體附著，

形態(tài)特點  扁平囊狀   泡狀、管狀

功能特點  分泌蛋白的運輸   脂類、糖元的合成與

和加工  分解、解毒

分布特點  蛋白分泌及代謝   脂類、糖類代謝旺盛

旺盛的細胞 的細胞如小腸上皮細

如胰腺細胞 胞、分泌激素的細胞

三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學組成

磷脂：30~40%；（含豐富的磷脂酰膽堿)

蛋白質(zhì) ：60~70%；（有30多種)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的蛋白質(zhì)含量高于細胞膜。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標志酶：葡萄糖-6-磷酸酶

四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能

（一)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能

1.核糖體的附著與蛋白質(zhì)的合成

  附著核糖體與游離核糖體合成的蛋白質(zhì)不同，附著核糖體合成的多肽鏈氨基端（N端)都有一段15 ~ 30個氨基酸殘基的以疏水氨基酸為主構成的肽段，被稱為信號肽。

Blobel提出了信號假說。

（1)與附著核糖體合成有關的成分

? 信號識別顆粒（SRP)  （有3種存在方式)

? 信號識別顆粒受體（SRP受體)（rER膜上)

? 核糖體連接蛋白  （rER膜上)

? 信號肽受體（rER膜上)

信號識別顆粒（SRP)由6條不同的肽鏈結合1分子7S rRNA組11S核糖體蛋白。能識別信號肽。

SRP以三種狀態(tài)存在：與SRP受體結合；游離于細胞質(zhì)中；與核糖體結合。

（2)附著核糖體與蛋白質(zhì)的跨膜移位

   a.合成分泌蛋白時，游離的核糖體首先合成一段信號肽。

   b.胞質(zhì)中的SRP立即與信號肽結合，并導致 核糖體-mRNA 翻譯體系構象改變，暫時中止多肽鏈的合成。

   c.mRNA-核糖體-信號肽-SRP復合體向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接近，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上SRP受體識別復合體中的SRP，恢復構象，多肽合成重新啟動。同時，由于構象改變，SRP、SRP受體與核糖體分離，循環(huán)回細胞質(zhì)，準備在次介導核糖體的附著。

  d.核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核糖體連接蛋白結合，成為附著核糖體。

  e.信號肽也被信號肽受體識別，并引導其跨膜移位進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，后繼的新生肽鏈也陸續(xù)跨膜進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。

  f.合成結束后，核糖體脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，大、小亞基解離，重新游離于細胞質(zhì)中。大多數(shù)信號肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，即被信號肽酶切除。

2.蛋白質(zhì)糖基化 

  附著核糖體上合成的蛋白質(zhì)在進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，立即被修飾。即將單糖和低聚糖連接到多肽鏈的氨基酸側鏈上，稱為蛋白質(zhì)糖基化。

糖基化必須有糖基轉(zhuǎn)移酶的參與，糖基轉(zhuǎn)移酶的活性位點只存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體腔內(nèi)。

在rER中，糖鏈被連接在多肽鏈中的天冬酰胺殘基（Asn)的氨基基團上，故稱之為N-連接糖基化。但并非所有的天冬酰胺都能糖基化。

3.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中蛋白質(zhì)的其他修飾行為

（1)催化形成二硫鍵

  二硫鍵異構酶催化-SH氧化形成-S-S-，使多肽鏈形成穩(wěn)定的次級結構。

（2)正確的折疊裝配

  內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)有伴侶蛋白，它能協(xié)助多肽鏈正確折疊及蛋白質(zhì)亞基正確適時裝配。

（二)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能

  在特定的細胞內(nèi)執(zhí)行特定的功能，

1.脂類合成與運輸

  sER中存在膽固醇的合成、激素轉(zhuǎn)化及其它脂類合成的有關酶系。sER是脂類的合成與運輸?shù)闹饕獔鏊��?nbsp; 如腎上腺皮質(zhì)細胞、睪丸間質(zhì)細胞和卵巢黃體細胞sER均很發(fā)達，呈分支細管或小泡狀  膜脂的合成是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)構建膜的重要步驟。

2.糖原的合成與分解

糖原的分布與sER緊密聯(lián)系，說明sER與糖原合成有關；sER中有磷酸化酶，糖原分解也有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關。

3.藥物代謝與解毒

  sER上存在與解毒作用有關的酶和酶系，集中了多種重要的氧化酶系，如細胞色素P450、NADPH-細胞色素C還原酶等等，許多對機體有害的物質(zhì)，如藥物和毒物等經(jīng)氧化酶系的作用可以被解毒和轉(zhuǎn)化。

如：給動物服用大量的苯巴比妥，動物肝臟內(nèi)sER顯著增加。

4.與HCl 、膽汁的形成有關

5.在肌細胞中是Ca++貯存場所

可通過釋放和回收Ca++調(diào)節(jié)肌肉收縮。

  以上一些功能在一些細胞的糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上也可發(fā)生。

第二節(jié)   高爾基復合體

   一、高爾基體的形態(tài)結構

   高爾基復合體是由一層單位膜包圍而成的復雜的囊泡系統(tǒng)，電鏡下由�。�囊)泡、扁平囊和大（囊)泡組成。

  扁平囊（3~10層)外觀略呈扁盤狀，有凹面和凸面，凸面稱為形成面或未成熟面，附近有許多小泡，是從附近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)芽生而來，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)運送到高爾基體，故又稱運輸小泡。凹面稱為分泌面或成熟面，附近有許多大泡，為分泌泡。

高爾基體是一個動態(tài)平衡的結構。

   高爾基復合體是一種具有極性的細胞器，其扁平囊的兩個面在細胞中的朝向是固定的。高爾基復合體的形態(tài)變化較大，功能復雜，現(xiàn)在多采用順面（cis face)相當于形成面（未成熟面)和反面（trans face)相當于成熟面（分泌面)，來描述高爾基復合體的極性。

  通過形態(tài)和細胞化學分析，將高爾基體分為膜囊區(qū)（致密區(qū))和連接區(qū)（非致密區(qū))。連接區(qū)是連通各膜囊區(qū)的管道網(wǎng)。膜囊區(qū)即扁平囊堆，

從順面到反面還可分為：

（一)順面管網(wǎng)結構

  由一層膜形成的中空管，并相互吻合連通所形成的網(wǎng)狀結構。

（二)順面囊

   由靠近順面管網(wǎng)結構的幾層扁平囊組成。

（三)反面囊

由2~4層扁平囊組成，越靠近反面，扁平囊上出現(xiàn)的穿孔越多。

（四)反面管網(wǎng)結構

扁平囊靠反面的最后1~2層，呈管狀吻合連通的復雜網(wǎng)狀結構

二、高爾基復合體的化學組成

  高爾基體的化學組成介于細胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間，鼠肝細胞的高爾基體約含60%蛋白質(zhì)，40%脂類。

高爾基體各部分的標志酶為：

順面管網(wǎng)結構：嗜鋨反應

順面扁平囊：煙酰胺腺嘌呤二核苷（NADP)酶反應

   反面扁平囊：TPP（焦磷酸硫胺素)酶反應

   反面管網(wǎng)結構：胞嘧啶單核苷酸酶反應。

三、高爾基復合體體的功能

Rothman提出  順面囊：進行磷酸化作用；磷酸轉(zhuǎn)移酶

  中扁囊：將乙酰葡萄糖胺加到蛋白質(zhì)上；轉(zhuǎn)移酶

  反面囊：對糖鏈的末端進行修飾；半乳糖轉(zhuǎn)移酶

（一)蛋白質(zhì)的糖基化及糖鏈的修飾

蛋白質(zhì)合成在進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后即已進行初步糖基化。隨后，糖蛋白在高爾基體中被進一步糖基化和進行糖鏈修飾，使蛋白質(zhì)更具多樣性，細胞具特異性。 

   連接在蛋白質(zhì)側鏈氨基上（N-連接)的寡糖有兩類：

復合寡聚糖：核心為甘露糖；末端有乳糖、唾液酸、巖藻糖殘基等

高甘露寡聚糖：只有兩個N-乙酰葡萄糖胺和多個甘露醇殘基

   許多糖蛋白還通過O-連接糖基化的方式進行修飾，這種方式使將糖基選擇性的連接到如絲氨酸或蘇氨酸殘基側鏈-OH基上。

  糖基化的每一種糖基只能由特定的糖基轉(zhuǎn)移酶催化連接。在高爾基體中，不同的糖基轉(zhuǎn)移酶定位于不同區(qū)室的扁平囊中，蛋白質(zhì)按順序通過這些區(qū)室逐步轉(zhuǎn)運的過程中被扁平囊

中特定的酶依次切除或連接上糖基，使最后的成熟糖蛋白上的糖鏈有特定的次序，從而實現(xiàn)糖蛋白的多樣性和特異性。

（二)蛋白原的水解

  許多蛋白質(zhì)產(chǎn)物剛從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時是分子較大的蛋白原，蛋白原必須在高爾基體中水解切除部分肽段或修飾成為成熟的分泌蛋白。

  如胰島素。剛合成的稱前胰島素原，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中切除信號肽，成為胰島素原（86個氨基酸)。再運送到高爾基體通過特異的蛋白酶切除C肽段，使之成為獨立的A肽段和B肽段，組成有活性的胰島素（51個氨基酸)。

（三)蛋白質(zhì)的分揀與運輸

1.溶酶體酶蛋白的分揀運輸與溶酶體的形成  

在順面囊中溶酶體的酶蛋白上的甘露糖被磷酸轉(zhuǎn)移酶催化而成為6-磷酸甘露糖，而6-磷酸甘露糖可保護溶酶體酶蛋白上的甘露糖基，在高爾基體不同區(qū)室運輸過程中免遭切除。

6-磷酸甘露糖作為一種化學信號被位于反面囊內(nèi)的膜鑲嵌受體識別結合，使溶酶體酶蛋白因此而選擇性富集，并在反面管網(wǎng)結構被膜包裝出芽脫落，形成內(nèi)體性溶酶體。

  在酸性條件下，6-磷酸甘露糖與受體分離，受體形成空泡，返回到高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)域或細胞膜上。

  6-磷酸甘露糖與受體分離后即被去磷酸化成為甘露糖

2.分泌蛋白的分揀運輸

細胞的分泌蛋白種類很多，一些分泌蛋白通過基本分泌途徑形成小泡持續(xù)不斷的通過胞吐作用分泌到細胞外，這種方式又稱連續(xù)分泌。如胞外基質(zhì)中的糖蛋白、蛋白質(zhì)類激素和各種酶類；

特殊的分泌細胞還可將分泌物質(zhì)以很高的濃度儲存在分泌泡中，暫時存留在細胞質(zhì)，當受到一定的條件刺激時才釋放到胞外，這種方式稱為調(diào)節(jié)分泌，或稱調(diào)節(jié)分泌途徑。如消化酶的分泌。

當?shù)鞍踪|(zhì)從高爾基體以出芽方式形成小泡時，小泡外表面常出現(xiàn)籠形蛋白被，成為有被小泡，其作用是介導跨膜受體的選擇性運輸。

  另外，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體扁平囊之間有被小泡是非選擇性運輸。

第三節(jié) 溶酶體（Ly)與內(nèi)體

  溶酶體是從高爾基體以出芽方式形成的，為直徑很小的囊狀小體，內(nèi)含多種酸性水解酶，可以消化多數(shù)外源性和內(nèi)源性物質(zhì)。

一、溶酶體的結構

  溶酶體是一層厚約6nm的單位膜包圍而成的囊泡狀結構，多呈圓形或橢圓形囊泡，大小不一。溶酶體內(nèi)容物有較高的電子密度，故較容易將溶酶體與其它細胞器區(qū)分開來。

圖：光鏡下的內(nèi)皮細胞：綠色熒光定位溶酶體、紅色顯示線粒體

二、溶酶體的酶

內(nèi)含60多種水解酶。大多為酸性水解酶，最適PH在4~6。這些酶可分為六大類：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酶等�？蓪⒌鞍踪|(zhì)、脂肪、多糖、核酸等物質(zhì)水解成能被細胞重新利用的小分子物質(zhì)，從而為細胞的代謝提供原料。

   但是不同類型的細胞的溶酶體中所含酶的種類和數(shù)量是不同的，相同類型細胞的不同溶酶體所含的酶也不盡相同。

   溶酶體膜標志酶：酸性磷酸酶。

三、溶酶體的類型

   根據(jù)溶酶體的功能狀態(tài)以及溶酶體中是否含有被水解的底物，通常將溶酶體分為初級溶酶體、次級溶酶體和殘余小體。

（一)初級溶酶體

初級溶酶體是剛從高爾基體出芽形成的內(nèi)含多種水解酶的含酶小體，此時小泡缺乏被水解的底物，小泡內(nèi)的酶亦無活性。

   初級溶酶體的形成是一個以甘露糖-6-磷酸為化學信號的、受體介導的選擇性包裝過程。

（二)次級溶酶體

初級溶酶體在細胞質(zhì)中與含被水解底物的小泡融合，從而時水解酶激活，開始水解，此時的溶酶體就稱次級溶酶體。

  在水解的過程中，溶酶體膜上的質(zhì)子泵通過利用水解ATP釋放的能量向溶酶體內(nèi)泵入大量H+，以維持水解酶所需的pH為5.0的酸性環(huán)境。

根據(jù)底物的來源和種類，含底物的小泡可分為三類：

1.內(nèi)體或稱內(nèi)吞體：是通過內(nèi)吞作用攝入胞外大分子物質(zhì)形成的；

2.自噬體：是細胞內(nèi)由來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜包圍衰老或已不需要的細胞器和細胞器碎片形成的；

3.吞噬體：是特殊細胞如巨噬細胞和中性粒細胞吞噬大顆�；蛭⑸�物及異體細胞時形成的。

（三)殘余小體

消化過程中，一些物質(zhì)無法消化，或由于細胞衰老，水解酶活性下降，致使一些底物不

能完全被水解而殘留在溶酶體內(nèi)，這種含有殘余底物的溶酶體稱為殘余小體。有些殘體能通

過胞吐作用將殘余物質(zhì)排出胞外，有些則長期駐留于細胞中不被排出，如脂褐質(zhì)等。

四、內(nèi)體與溶酶體

內(nèi)體或內(nèi)吞體是細胞膜通過內(nèi)陷、出芽形成的特殊酸性囊泡，與細胞的內(nèi)吞作用以及溶酶體的形成、發(fā)育和成熟有關。

根據(jù)其與溶酶體的關系，可將內(nèi)體分為兩種形式：早期內(nèi)體和晚期內(nèi)體。

五、溶酶體的功能

（一)消化作用

1.異噬作用

溶酶體對細胞外源性物質(zhì)的消化作用稱為異噬作用。

   細胞的異噬作用既可以消化外界物質(zhì)獲取營養(yǎng)，又可以消除異體物質(zhì)進行機體防御，是細胞利用外源物質(zhì)和構成防御屏障的重要形式。

2.自噬作用

細胞內(nèi)因生理或病理而被破壞、損傷或衰老的細胞器通過形成自噬體，并被溶酶體消化，溶酶體的這一功能即自噬作用。

   溶酶體本身也可以相互吞噬（溶噬)，以降解過剩的溶酶體。   細胞在饑餓狀態(tài)下通過溶酶體的自噬作用消化部分自身物質(zhì)，可以維持細胞生存避免整個細胞死亡。

  在衰老和病理狀態(tài)下，細胞也會發(fā)生自噬作用，這是一種病態(tài)反應。

3.分泌自噬

溶酶體對細胞內(nèi)分泌顆粒的吞噬作用稱為分泌自噬。

在分泌細胞中，溶酶體可與一部分分泌顆粒融合，然后將這些分泌顆粒降解。

  如哺乳動物的母體中斷哺乳時，乳腺細胞內(nèi)的乳汁顆粒可以通過上述作用而重新利用。

（二)自溶作用

  如細胞內(nèi)溶酶體膜破裂而使消化酶釋放到細胞質(zhì)中將導致細胞本身被消化，這就是細胞的自溶作用。

正常機體個體發(fā)育過程中，組織器官的形成是由基因的特殊程序控制的，在這一過程中溶酶體起重要作用。例如蝌蚪變成蛙時尾部的消失。

非正常生理下，如動物機體死亡后細胞溶酶體

膜迅速破裂導致機體的迅速腐爛。

病理狀態(tài)下，溶酶體膜破裂造成的細胞自溶作用也很常見。如類風濕。

（三)胞外消化

溶酶體也可以通過向胞外釋放酶蛋白而消化胞外物質(zhì)。

   如精子的頂體，釋放水解酶，消化卵外膜的濾泡細胞，使精子順利進入卵細胞。

   另外，破骨細胞也是通過將溶酶體中的酶釋放到細胞外而產(chǎn)生骨質(zhì)溶解作用的。

六、溶酶體與人類疾病

（一)溶酶體與職業(yè)病

  矽肺是工礦企業(yè)工人的職業(yè)病，由于長期吸入二氧化硅（SiO₂)粉塵，硅塵被巨噬細胞吞噬，形成吞噬體，并與溶酶體結合形成吞噬溶酶體。二氧化硅在溶酶體中無法消化而聚集形成硅酸。硅酸使溶酶體膜破裂，引起巨噬細胞死亡，誘導成纖維細胞增生，形成矽肺。

（二)先天性溶酶體病

  先天性溶酶體�。菏侵高z傳因素導致溶酶體缺乏某種酶，致使相應底物不能被消化而蓄積在溶酶體中導致的代謝障礙性疾病，又稱為貯積性疾病。

已知有40多種先天性溶酶體病。由于特定的酶缺乏或不能正常行使其功能，導致相應的底物不能被消化而蓄積于次級溶酶體內(nèi)，大量含有蓄積底物的次級溶酶體積累造成細胞溶酶體過載，影響了細胞及胞內(nèi)溶酶體的正常功能，引起疾病。

? 如Ⅱ型糖原蓄積癥即是先天性溶酶體病。此病是由病人體內(nèi)細胞溶酶體缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，使糖原分解無法正常進行，大量糖原蓄積于溶酶體，由此而導致多個器官功能受損。

第四節(jié)   過氧化物酶體

  過氧化物酶體又稱微體，是一層單位膜包裹而成的囊泡狀細胞器，普遍存在于真核細胞中。

  過氧化物酶體內(nèi)含多種氧化酶，如尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、過氧化氫酶等。

  植物中有很多微體，如乙醛酸循環(huán)體。

過氧化氫（H₂O₂)是細胞中物質(zhì)氧化產(chǎn)生的副產(chǎn)物，它對細胞有一定的毒害作用。過氧化氫酶可將細胞內(nèi)多余的H₂O₂消化還原成水和氫。起解毒作用。

 過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志酶。

   RH₂ + O₂  → H₂O₂

   H₂O₂ + R'H₂ → R' + 2H₂O

思考題

１、何謂內(nèi)膜系統(tǒng)，包含哪些細胞器？

２、簡述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)、分類及功能。

３、簡述高爾基體的形態(tài)、結構與功能。

４、細胞中的溶酶體有幾種類型？溶酶體有幾種消化功能？每一種消化的特點如何？

５、試述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體三種細胞器在結構和功能上的相關性。

6、試述酶蛋白合成后在內(nèi)膜系統(tǒng)中的加工及運輸過程。

第五章  細胞骨架系統(tǒng)

細胞骨架（cytoskeleton)：真核細胞內(nèi)由微管、微絲、中間絲等蛋白纖維組成的網(wǎng)狀結構系統(tǒng)。

   這些網(wǎng)絡結構對細胞的形態(tài)結構、運動、物質(zhì)運輸、信息傳遞及增殖與分化等都有重要作用。

Kolzoff(1928)提出細胞骨架概念。

Shanterback(1963)在水螅細胞中發(fā)現(xiàn)微管。

   目前，細胞骨架研究已進入分子水平。

圖：光鏡下細胞骨架：紅色熒光顯示微絲 、黃色顯示微管、

蘭色顯示細胞核。

圖：電鏡下顯示微絲

第一節(jié) 微管

  分散在細胞質(zhì)中（多數(shù)細胞)，存在于所有真核細胞，

  胞內(nèi)呈網(wǎng)狀或束狀分布、平行成束排列（神經(jīng)細胞)、

或排列為一定的幾何圖形樣結構（中心粒、鞭毛、纖毛)。

一、微管的形態(tài)結構和存在形式

  圖：中空、管狀纖維，外徑24~26nm，

內(nèi)徑15nm，管壁厚5nm，長短不一。

1.結構：

微管蛋白α、β亞基聚合成異二聚體，異二聚體相連排列而成原纖維。

2.存在形式

單管：質(zhì)膜下的微管，不穩(wěn)定

二聯(lián)管：鞭毛、纖毛的桿部，穩(wěn)定

三聯(lián)管：中心粒、鞭毛、纖毛的基體部，穩(wěn)定

二、微管的分子組成

   微管主要由微管蛋白構成，包括微管  蛋白α、β、γ。

   α、β微管蛋白占微管總蛋白量80~95%，通常以α、β異二聚體存在。

   γ微管蛋白存在于微管組織中心（微管裝配始發(fā)區(qū)域，微管極性的確定及在細胞分裂中起作用)。

三、微管的組裝及調(diào)節(jié)

（一)微管的體外裝

裝配條件：α、β異二聚體達臨界濃度(約1mg/ml)，有Mg2+、無Ca2+、pH6.9、37℃，GTP提供能量。

   （+)裝配快 （－)裝配慢。

     踏車運動：一定條件下，

   （+)組裝  （－)去組裝。

   圖：Characteristics of MT assembly

（二)微管的體內(nèi)裝配

   遵循體外裝配規(guī)律，還受嚴格時間、空間控制。

   時間控制：如紡錘絲微管的聚合與解聚發(fā)生在細胞分裂期，這是生命活動的特殊時刻。

   空間控制：微管組織中心，微管裝配的特殊始發(fā)區(qū)域，包括中心體、基體、動粒

   正常生理狀態(tài)下，裝配先由微管組織中心開始。

微管組織中心：活細胞中，微管組裝時，總是以某部位為中心開始聚集， 這 個中心稱為微管組織中心,包括中心粒、 星體和動粒等。

微管組織中心決定細胞微管的極性，微管的負端指向微管組織中心，正端離開微管組織中心。

γTuRC存在于微管組織中心，就像一顆種子，成為更多異二聚體結合上去的核心，微管從此生長、延長。

? 圖：MT are nucleated by a protein complex containing ?-tubulin

（三)微管裝配的調(diào)節(jié)

   體內(nèi)微管蛋白的合成是可以自我調(diào)節(jié)的多余的微管蛋白單體結合于合成微管蛋白的核糖體上，導致微管蛋白mRNA降解。

   微管在體內(nèi)的裝配和去裝配，在時間和空間上高度有序。

   如：細胞分裂期微管的裝配、去裝配。

   γ微管蛋白或γTuRC中的某些蛋白質(zhì)被磷酸化，從而打開γTuRC組織形成微管的能力。

（四)微管敏感的藥物

  紫杉酚（加速聚合)

  秋水仙素（解聚)

  長春堿（抑制聚合)

  nocodazole（阻斷聚合)等

四、微管結合蛋白

  微管結合蛋白：一些同微管結合的輔助蛋白，總與微管共存，參與微管裝配，是微管的結構和功能所必需的成分。

（1)堿性的微管結合區(qū)域：與微管結合，加速微管成核作用。

（2)酸性的突出區(qū)域：以橫橋的方式與其他骨架纖維相連接。

高等生物的微管結合蛋白有：

   MAP1：

   MAP2：使微管成束時保持較寬的間隔。

   MAP4：

   Tau：  使微管成束時緊密。

五、微管的主要功能

（一)構成細胞內(nèi)的網(wǎng)狀支架，支持和維持細胞形態(tài)

（二)參與中心粒、纖毛和鞭毛形成

1、中心粒：

  9組三聯(lián)管圍成圓筒狀結構。動物細胞中主要的微管組織中心。

  中心粒為成對存在且相互垂直短筒狀小體。

  每個短筒狀小體由9組三聯(lián)體微管斜向排列呈風車狀排列而成，為(9*3)結構

2、纖毛

3、鞭毛

（三)維持細胞內(nèi)細胞器的定位和分布

  使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞質(zhì)中展開分布，使高爾基體靠近細胞核，染色體向兩極移動等。

（四)為細胞內(nèi)物質(zhì)運輸提供軌道

  細胞內(nèi)物質(zhì)的定向運送，特別是膜泡運輸，與微管的存在有關。例如神經(jīng)遞質(zhì)、細胞分泌顆粒、色素顆粒及線粒體的快速運動都是沿微管進行的。

  馬達蛋白：胞質(zhì)動力蛋白、驅(qū)動蛋白

圖：馬達蛋白

第二節(jié)  微絲

一、微絲的形態(tài)結構和存在形式：

圖：光鏡下綠色顯示肌動蛋白

二、微絲的分子組成

G肌動蛋白（肌動蛋白單體，呈啞鈴形)

   ATP（或ADP)

   Mg2+和K+或Na+

F肌動蛋白（絲形肌動蛋白)

肌動蛋白分子球形，直徑為2-3nm，有三類，即?、?、?，有極性。?單體存在于肌細胞中；?和?單體存在于非肌細胞中。

圖：肌動蛋白分子結構

肌動蛋白纖維：

“T型”纖維：傾向于組裝。與ATP結合

“D型”纖維：傾向于去組裝。與ADP結合

   鬼筆環(huán)肽抑制微絲解聚，穩(wěn)定肌動蛋白纖維；

   細胞松弛素抑制肌動蛋白的聚合。

三、微絲的組裝及其調(diào)節(jié)

極性組裝：組裝速度快的一極為正端，組裝速度慢的為負端。

在一定條件下，微絲正端組裝，負端去組裝，表現(xiàn)出踏車現(xiàn)象。

微絲體內(nèi)裝配有成核作用。

微絲裝配受ATP、Ca2+、Na+、K+、功能、外部信號影響。

四、微絲結合蛋白

（一)肌細胞中的微絲結合蛋白

1、原肌球蛋白：由兩條平行的多肽鏈形成的

螺旋結構，長約40nm，位于肌動蛋白纖維的螺旋溝內(nèi)。

2、肌鈣蛋白：是一種特大的球蛋白，由3個亞基組成。

3、肌球蛋白：是一種收縮蛋白，有多種類型。

圖：球形單體 G-肌動蛋白的兩個亞基

肌球蛋白常聚合為兩極纖維

（二)非肌細胞中微絲結合蛋白

   有 40多種，主要與微絲裝配及功能有關。大多以簡單的方式與肌動蛋白相結合，形成多種不同的亞細胞結構，并具有多種功能。

  如：血影蛋白、絨毛蛋白。

五、微絲的主要功能

（一)支撐作用

  1、形成應力纖維

  2、支持微絨毛

（二)參與細胞運動

  1、變形運動

  2、細胞分裂

  3、肌肉收縮

（三)參與胞內(nèi)信息傳遞

圖：Thick and thin filaments sliding model

圖：Excitation-contraction coupling process

第三節(jié)  中間絲

中間絲直徑直徑8~10nm，介于微管和微絲之間，也稱中間纖維、中等纖維。是細胞骨架的一種主要成分在細胞構建、分化等多種生命活動中起重要的作用。

一、中間絲的形態(tài)結構和分布

中空管狀結構

結構極穩(wěn)定

分布具有高度的組織特異性。

二、中間絲的化學組成和分類

（一)化學組成  

中間絲蛋白是一個多基因家族、具高度同源性，化學性質(zhì)各不相同，結構上具有多形性，受發(fā)育階段的調(diào)節(jié)。

頭部：位于N-末端，非螺旋結構，球形區(qū)域；

桿部：四段高度保守α螺旋形成的超螺旋；

尾部：C-末端球形區(qū)域。

（二)分類

1、角蛋白纖維：上皮細胞、毛發(fā)、指甲。

2、神經(jīng)元纖維：神經(jīng)元軸突等。

3、波形蛋白樣纖維：間質(zhì)細胞、肌肉細胞、膠質(zhì)細胞等。

4、核纖層蛋白：細胞內(nèi)層核膜。

三、中間絲的組裝及其調(diào)節(jié)

組裝：

   (1)二聚體（兩相鄰亞基對應α螺桿區(qū)形成雙股超螺旋)。

   (2)四聚體亞單位（指向相反的超螺旋二聚體交錯排列而成)。

   (3)八聚體原纖維（四聚體組裝成)。

   (4)中空管狀中間絲（八聚體疏水側面相互作用組裝成中空管狀的中間絲)。

圖：IFs assemble from fibrous subunits

調(diào)節(jié)：

  中間絲組裝、去組裝機制不清楚，正常條件下，蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)節(jié)中間去組裝。

中間絲裝配的特點：

①α螺旋是反向平行排列，兩端對稱，無極性；

②遵循半分子長度交錯原則進行裝配；

③蛋白纖維可形成同種聚合體或異種聚合體；

④體外裝配無需其他物質(zhì)參與；

⑤中等纖維蛋白絕大部分裝配成中等纖維；

⑥中間絲頭尾非螺旋區(qū)起穩(wěn)定中間絲和連接其他結構的作用，是中間絲組裝畢不可少的。   

四、中間絲結合蛋白

非中間絲組成蛋白，但在結構和功能上與中間絲有密切聯(lián)系。如：

  使角蛋白成束的filaggrin，

  使波形蛋白成束的plectin。

 另外還有MAP2、血影蛋白、ankyrin、desmoplakin

 五、中間絲的功能

（一)細胞內(nèi)支撐作用

（二)參與相鄰細胞間、細胞與基膜間的連接

（三)參與細胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸

（四)與細胞分化有關

圖：Summary: Cytoskeletal functions

微管、微絲、中間纖維的比較

   微管   微絲 中間纖維

組成  微管蛋白  肌動蛋白  角蛋白、結蛋白、  

   微管相關蛋白 微絲結合蛋白 波形蛋白、

  膠原纖維蛋白

  神經(jīng)絲蛋白

直徑  20-30nm 6-7nm 7-11nm

結構  管狀 雙螺旋狀 管狀

組裝能量 GTP  ATP 無

作用因素 秋水仙素   細胞松馳素   秋水仙素

  鬼筆環(huán)肽 胰酶

 功能 細胞支架、 支架、 細胞器定位等

   運動等  胞內(nèi)運輸?shù)?nbsp; 

細胞骨架與疾病

1.男性不育

2.老年癡呆

3.進行性肌萎縮

第六章  核糖體

   核糖體是由rRNA和蛋白質(zhì)組成的復合生物大分子。

   核糖體是細胞中合成蛋白質(zhì)的場所。

圖：電鏡下顯示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔和表面附著核糖體

第一節(jié)  核糖體的一般特征

一、核糖體的種類

   原核細胞核糖體：70S（50S+30S)

   真核細胞核糖體：80S（60S+40S)

  細胞質(zhì)核糖體  

  葉綠體核糖體

  細胞器核糖體

  線粒體核糖體

 沉降系數(shù)：是衡量物質(zhì)在離心力作用下沉降的速度，一般以S單位來表示。

 核糖體的數(shù)量與細胞的功能密切相關。

原核細胞約有16×103個核糖體。

真核細胞約有1×106個核糖體。

蛋白質(zhì)合成旺盛的細胞中核糖體的數(shù)量就多。

二、核糖體的形態(tài)大小

形態(tài)大小不規(guī)則顆粒狀,直徑15～25mm，無膜包被(非膜性細胞器)。

大、小亞基以特定形式聚合成功能性的核糖體。

   核糖體合成蛋白質(zhì)時，大小亞基必須結合成完整核糖體。

   大、小亞基分散于細胞質(zhì)中――非功能態(tài)；

   大、小亞結構結合，游離于細胞質(zhì)中或附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上----功能態(tài)。

圖：細胞中核糖體的存在形式：

  游離核糖體   游離于細胞質(zhì)基質(zhì)。

  附著核糖體   附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。

三、核糖體的化學組成

  rRNA 60%

  蛋白質(zhì)40%

原核細胞   真核細胞

核糖體   70s  80s

亞基 50s+30s   60s+40s

rRNA   5s、16s、23s 5s、5.8s、18s、28s

蛋白質(zhì)  55種（34+21)  83種（50+33)

四、核糖體的聚合與解聚

  Mg2+濃度1~10mmol/L，大小亞基聚合

成單核糖體；

  Mg2+濃度<1mmol/L， 單核糖體解離

   成大小亞基；

  Mg2+濃度>10mmol/L，2個單核糖體 

   結合成二聚體。

 多聚核糖體：多個核糖體同時結合在一個mRNA分子上。  

第二節(jié)  核糖體的結構和功能

  一、核糖體的結構

（一)rRNA結構

  核糖體中，單鏈rRNA分子的自身堿基相互配對，形成雙鏈配對區(qū)。配對區(qū)呈干狀，并以鏈內(nèi)氫鍵結合成螺旋狀；非配對區(qū)呈環(huán)狀或泡狀，與配對區(qū)相間排列，形成特定次級結構，在此基礎上，rRNA再進一步折疊成特定空間結構。

圖： rRNA一級結構由1542個核苷酸組成。

1、5’結構域：1~556個核苷酸；

2、中心結構域：557~918個核苷酸，是與蛋白質(zhì)結合的部位；

3、3’結構域：920~1396個核苷酸，位于小亞基的頭部；

4、第四結構域：1409~1491個核苷酸，靠近小亞基的裂口處

（二)蛋白質(zhì)在核糖體結構中的地位

核糖體中，蛋白質(zhì)亞基的位置是特定的，決定于：

①蛋白質(zhì)與rRNA特殊的識別和結合關系， ②與蛋白質(zhì)的作用有關。

核糖體空間結構中，rRNA和蛋白質(zhì)的對應關系取決于：

①rRNA的核苷酸序列、空間結構；

②蛋白質(zhì)氨基酸種類、順序、空間結構。

（三)核糖體的重要活性部位

1、mRNA結合位位于小亞基上與mRNA結合

2、氨酰tRNA結合位（A位或受位)大亞基上，接受氨基酸―tRNA位

3、肽基tRNA結合位（P位或給位)小亞基上，釋放tRNA位

4、轉(zhuǎn)肽酶部位：大亞基上，催化肽鍵形成

5、中央管與出口位：大亞基上，新生肽鏈出口位

6、GTP酶位：大亞基上， 移位A ?P

7、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜附著位點及其他酶和相關因子結合位點：

二、核糖體的功能

合成蛋白質(zhì)的機器

   游離核糖體合成細胞本身所需結構蛋白，如細胞內(nèi)代謝酶、紅細胞內(nèi)血紅蛋白、肌細胞的肌動蛋白等。

   附著核糖體合成分泌蛋白，如激素、抗體、酶類等， 溶酶體酶也是附著核糖體合成的。

（一)rRNA的功能

   rRNA在核糖體構建和功能執(zhí)行（主要為蛋白質(zhì)合成)上占主導地位。  

1、rRNA在核糖體形態(tài)構建中的作用

  在核糖體形態(tài)構建過程中，rRNA起骨架作用，

  蛋白質(zhì)依其與rRNA特定堿基序列識別，定位在特定的空間位置 。

2、rRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用

 (1)與mRNA相互作用

 (2)與tRNA相互作用

(3)在核糖體大小亞基聯(lián)合中的作用

 (4)rRNA參與催化肽鍵形成

核酶：具有催化生化反應能力的RNA。

（二)核糖體蛋白質(zhì)的功能

   在蛋白質(zhì)合成過程中起間接、輔助作用 。

核糖體的形成

形成位置：核仁

形成過程：核仁組織中心的rDNA為rRNA基因，rDNA轉(zhuǎn)錄形成rRNA；

蛋白質(zhì)由胞質(zhì)經(jīng)核孔進入核仁區(qū)，與rRNA組裝為大、小亞基，再經(jīng)核孔進入胞質(zhì)。

第七章  線粒體

? 線粒體（單數(shù)mitochondrion，復數(shù)mitochondria)在真核細胞普遍存在是細胞內(nèi)轉(zhuǎn)能、貯能和放能中心，細胞生命活動所需能量80%以上，由其提供，常被喻為“動力工廠”。

? 1894年，Altmann用光學顯微鏡發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)桿狀、顆粒狀結構，稱為原生粒。

? 1897年，Benda用結晶紫染色，觀察到線狀、顆粒狀細胞器，稱為線粒體。

? 1900年，Michaelis用詹納斯綠染色，證明線粒體是氧化還原場所。

? 1948年，Hogeboom分離出線粒體，證明線粒體是細胞呼吸部位。

? 1963年，Nass在雞卵母細胞發(fā)現(xiàn)mtDNA。

第一節(jié)  線粒體的形態(tài)結構及分布

 一、線粒體的形態(tài)、大小及數(shù)目

（一)線粒體的一般形態(tài)

光鏡下，線粒體的形狀多種多樣，有粒狀、桿狀、圓形、啞玲形、星形、“丫”形，以粒狀、桿狀為最多。

  細胞種類不同，生理狀況不同，則線粒體形態(tài)各異。

  線狀 粒狀

   短  長（生長)

圖：滲透壓變動引起線粒體性狀和大小的改變

圖：從細胞的立體結構看線粒體的形態(tài)

短棒狀或小球狀

（二)線粒體的大小和數(shù)目

? 線粒體的大小

? 一般直徑為0.5~1.0μm，長2~3μm，最長可達10μm。

?  線粒體數(shù)目

? 不同細胞、不同組織線粒體數(shù)目不同，其范圍在1萬~50萬個； 一般地，生理活動旺盛的細胞線粒體要比代謝不旺盛細胞線粒體數(shù)目多。

不同細胞中數(shù)目不同，約1--50萬個不等。

二、線粒體的分布

? 線粒體在胞內(nèi)分布有一定規(guī)律性，常位于需能較多的部位。

? 如：腎小管細胞、肌細胞的肌原纖維、精子的尾部等。

三、線粒體的超微結構

? 電鏡下，線粒體是兩層單位膜圍成的、封閉的囊狀結構。

? 主要由  外膜、內(nèi)膜、膜間腔、基質(zhì)四部分組成。

線粒體的結構——超微結構

  （一)外膜：均厚5.5nm，由整齊圓柱狀蛋白組成，有多種轉(zhuǎn)運蛋白形成通道，10KD以下的物質(zhì)可通過。

  （二)內(nèi)膜：厚約4.5 nm，通透性小，具高度選擇通透性。膜蛋白豐富，且形成許多呼吸鏈。

  嵴：內(nèi)膜內(nèi)折形成許多指狀突起。

  基粒（ATP酶復合體)：內(nèi)膜上的顆粒狀結構。

ATP酶復合體 能催化ADP→ATP，屬跨膜蛋白。

? 1、F1因子：位于頭部，按3α：3β：1γ：1δ：1ε比例組成，催化ATP合成（須頭+柄+基片相連)。

? 2、ATP酶調(diào)節(jié)成分：①F1抑制蛋白  位于頭部上緣，與F1因子結合，抑制ATP合成（反饋調(diào)節(jié))。②寡霉素敏感性授與蛋白  位于柄部，阻斷ATP合成。③蛋白F6  位于柄部，F(xiàn)0和F1結合必需蛋白。

? 3、F0因子 位于內(nèi)膜，按1a：2b：12c單位比例組成，內(nèi)膜質(zhì)子通道。

   （三)膜間腔：也稱 嵴內(nèi)腔（外腔)－ 內(nèi)膜與外膜之間的腔隙。含許多酶類、底物、輔助因子。內(nèi)外膜緊密接觸處稱接觸點，為線粒體蛋白的入徑處。

   （四)基質(zhì)（內(nèi)腔、嵴間腔)：內(nèi)膜所圍的內(nèi)部空間，含三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化等有關的酶及線粒體DNA、rRNA、 tRNA等。

第二節(jié)  線粒體的化學組成及酶的定位

一、線粒體的化學組成 

（一)蛋白質(zhì)

?   蛋白質(zhì)分布與線粒體功能活動有關。  

?    ①可溶性蛋白酶、周圍蛋白；

?    ②不溶性蛋白膜蛋白。

?（二)脂類

?   磷脂占90%左右，含豐富心磷脂和少量膽固醇。內(nèi)外膜蛋白質(zhì)/脂類比例不同。

二、線粒體中酶的定位

?    含多種酶，已確認120余種。

第三節(jié)  線粒體的功能

? 線粒體是細胞氧化場所，線粒體能進行內(nèi)外物質(zhì)交換、可參與多種生命現(xiàn)象形成。

? 細胞氧化：在酶的催化下，細胞將供能物質(zhì)（氨基酸、脂肪、糖等)氧化并釋放能量的過程。又稱細胞呼吸（消耗O2，放出CO2，H2O)。

細胞氧化過程

一、糖酵解。

二、乙酰輔酶A生成。

三、三羧酸循環(huán)。

四、電子傳遞和氧化磷酸化偶聯(lián)。

   通過糖酵解、乙酰輔酶A生成、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化，一分子葡萄糖 →→→ 38（或36)分子ATP，其中僅2分子ATP在線粒體外形成。

? 電子傳遞和氧化磷酸化

? 一分子葡萄糖經(jīng)無氧氧化，丙酮酸脫氫和TAC

? 循環(huán)共產(chǎn)生6分子CO2和12對H，這些H必須進一步氧化成為水,整個有氧氧化過程才能完成。但H并不能與O2直接結合, 一般認為H必需首先解離為H+和e-, 

? 電子經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上酶體系的逐級傳遞最終使1/2 O2成為O-，后者再與基質(zhì)中的2個H+化合生成H2O。這一傳遞電子的酶體系是一系列能夠可逆地接受和釋放H+和e-的化學物質(zhì)所組成，它們在內(nèi)膜上有序地排列成相互關聯(lián)的鏈狀稱為呼吸鏈。

? 氧化磷酸化：經(jīng)糖酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的NADH和FADH2是兩種還原性的電子載體，它們所攜帶的電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈逐級傳遞給O2并將H+從線粒體基質(zhì)泵入膜間隙，這在膜間隙和基質(zhì)間產(chǎn)生了H+質(zhì)子梯度，當H+通過ATP合成酶裝置進入基質(zhì)時，可使ADP分子與磷酸基團合成ATP。

?    ADP+Pi →ATP

第四節(jié)  線粒體的遺傳與半自主性

? 線粒體的半自主性可自我復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。

線粒體自主性   有其特殊的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。

    有其特殊的物質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

? 線粒體非自主性：mtDNA信息量小，只能合成約10%的內(nèi)膜蛋白，線粒體內(nèi)90%以上酶及結構蛋白為核基因組蛋白。

圖：線粒體的遺傳

?   mtDNA具遺傳性。線粒體遺傳屬母系遺傳。

一、線粒體DNA的結構特點

?    在真核細胞中，線粒體DNA大多為雙鏈閉環(huán)分子，裸露。

? 外環(huán)為重鏈（H)，

? 內(nèi)環(huán)為輕鏈（L)。

?   一個線粒體內(nèi)可有1個或幾個mtDNA分子 。

? 人mtDNA  全長16569bp

?   2個rRNA

? 編碼   22個tRNA

?   13種蛋白質(zhì)

? 其特點是：基因排列緊湊，無內(nèi)含子

? 線粒體DNA也是以自身為模板，進行半保留復制；

? 線粒體DNA聚合酶是核基因編碼的；

? 線粒體DNA的復制與核DNA的復制是不同步的，它不限于S期，可延續(xù)在整個周期；

? 線粒體DNA具有其獨特的遺傳密碼，即啟始密碼不同、終止密碼不同、有些氨基酸的密碼也不同。

二、線粒體的蛋白質(zhì)合成與運輸

? 線粒體的蛋白質(zhì)

? 線粒體內(nèi)有百余種蛋白，它本身僅能合成10%左右，其余屬于核基因決定的線粒體蛋白。

核基因決定的蛋白進入線粒體的方式：

? ①少數(shù)蛋白直接插入接觸點，進入線粒體后，沿內(nèi)膜移動。

? ②多數(shù)蛋白合成后，在肽鏈N-端連接引導肽，引導肽和線粒體膜結合，跨膜運輸。

? 引導肽（引導序列)：一段可引導蛋白質(zhì)進入線粒體并使其定位的氨基酸序列，連接在進入線粒體蛋白肽鏈的N-端。

?    線粒體外膜上有：

?    與蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運有關的受體

?    插入蛋白

?    線粒體蛋白前體上含：

?    引導肽

?    停止轉(zhuǎn)運肽。

? 核基因決定的線粒體蛋白，在跨膜移位前必須轉(zhuǎn)變?yōu)檎郫B狀態(tài)，才能順利穿膜，穿膜后，又須恢復相應折疊，方可發(fā)揮功能。

? 分子伴侶可協(xié)調(diào)、伴隨目的蛋白跨膜移位，參與目的蛋白的解折疊和重折疊。

? 線粒體的起源  

?   1．內(nèi)共生假說

?   細菌被原始前真核細胞吞噬未被消化，反而與前真核細胞共生，最終演化為線粒體。

?   2．分化假說

? 原始的原核細胞的細胞膜內(nèi)陷分化而成。

第五節(jié) 線粒體與醫(yī)學

   線粒體是一敏感的細胞器,可隨細胞代謝狀況而發(fā)生變化，與醫(yī)學有一定關系。

一、線粒體作為疾病診斷和環(huán)境因素測定的指標：

  缺血--內(nèi)室濃縮、外室擴大、

  體積增加、凝集、腫脹

  低滲--顆�；�、腫脹

  輻射--缺嵴、空化

  腫瘤--線粒體數(shù)目減少

? （一)線粒體與腫瘤

? 腫瘤組織代謝的特點是無氧酵解，腫瘤細胞呼吸減弱，其線粒體較相應組織為少，線粒體內(nèi)嵴減少，電子傳遞酶系及ATP酶含量減少。  致癌物質(zhì)易與線粒體DNA結合，使線粒體DNA發(fā)生突變。

? （二)線粒體對缺血性損傷的反應

? 當機體組織和器官缺血時，細胞內(nèi)氧壓即下降，線粒體失去呼吸控制；缺血在1小時之內(nèi)，線粒體內(nèi)室濃縮、外室擴大、體積增加；持續(xù)缺血線粒體發(fā)生凝集、腫脹、基質(zhì)成分變性，以致解體消失。

? 二、藥物或毒物對線粒體的作用

  一氧化碳中毒（缺氧、呼吸鏈受阻)

   氰化物中毒（分子小、擴散快、與細胞色素氧化酶結合，阻斷電子傳遞)

? 三、線粒體DNA突變與疾病

? 主要累積神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)。

 如：KSS 綜合癥：眼肌麻痹、小腦、心臟異常。

   MELAS 綜合癥：中風樣發(fā)作、癲癇、癡呆。

   Leber’s遺傳性視神經(jīng)病：視神精壞，中內(nèi)視力消失。

線粒體心肌�。�心力衰竭、全身肌無力伴水腫等、周圍視力存在。

帕金森病：震顫性麻痹，癡呆等。

? 線粒體遺傳的特點：母系遺傳

? 遺傳瓶頸：指卵母細胞發(fā)育到成熟的卵細胞時，線粒體的數(shù)目從105個銳減到少于100個的過程。它可以使突變線粒體DNA不能傳下去。

? “閾值”效應：指突變的線粒體DNA在某一特定的組織中儲存的數(shù)量達到某一數(shù)值時，才影響到細胞的功能導致疾病。

? 四、線粒體與衰老

? 線粒體DNA突變或缺失，可引起細胞氧化作用受損，氧自由基量加大，隨即線粒體損傷也加大，這些損傷與幾種退化性疾病，如帕金森病、早老性癡呆癥等衰老現(xiàn)象均有關系。

? 由于線粒體DNA的損傷不易修復，通過溶酶體的自噬作用所清除的異常線粒體有限，造成攜帶受損DNA的線粒體隨年齡逐漸積累。

? 五、線粒體與細胞凋亡

? 細胞凋亡：是一種由基因控制的細胞自殺性死亡過程。細胞凋亡的特征表現(xiàn)為細胞體積收縮、染色體凝集、DNA片段化、核膜崩解、磷脂酰絲氨酸的外翻等，機體無炎癥反應。

? 線粒體是細胞凋亡的執(zhí)行者。實驗表明，在凋亡早期階段（5小時內(nèi))，僅能觀察到線粒體DNA降解，而細胞核DNA不發(fā)生改變。

? 六、線粒體疾病的基因治療

? 由于線粒體疾病的異質(zhì)性和技術上的很多問題，到目前沒有有效的治療方法。一般常使用抗氧化劑治療，協(xié)同因子的替代物和營養(yǎng)物質(zhì)支持療法。

? 目前，針對線粒體DNA突變主要有三個基因治療方案。

? 1.采用基因打靶的方法，使反義寡核苷酸定位于線粒體內(nèi)。

? 2.采用基因打靶的方法，讓定位于線粒體內(nèi)的外源DNA執(zhí)行突變的線粒體DNA的功能。

? 3.將外源DNA通過基因打靶定位于細胞核中。

第八章  細胞核

  Leeuwenhoek(1674)發(fā)現(xiàn)細胞核。

  R.Brown（1831)為細胞核命名。

細胞核是遺傳物質(zhì)儲存、復制和轉(zhuǎn)錄的場所，是細胞生命活動控制中心。

細胞核的出現(xiàn)是生物進化史上一極重要的轉(zhuǎn)折點。原核細胞與真核細胞最主要的差別在于無完整的細胞核。

細胞核的形狀一般與細胞的形態(tài)相適應。

細胞核形態(tài)結構在細胞周期不同階段，變化很大。

細胞核的大小、位置和數(shù)目常因細胞的類型不同而有很大差異。

真核細胞通常只有一個細胞核，但肝細胞、軟骨細胞、破骨細胞、腎管細胞、腸系膜間皮細胞等可有幾個到多個核。

第一節(jié)  細胞核的化學組成與結構

  一、細胞核的化學組成

（一)核酸

   DNA（DNP)、RNA（RNP)。

（二)蛋白質(zhì)

   組蛋白、組蛋白。

（三)其他

   少量脂類、水和無機鹽。

 核蛋白質(zhì)

 組蛋白：結構穩(wěn)定，含量恒定，DNA/組蛋白（1：1)。

 非組蛋白：（含參與DNA復制和轉(zhuǎn)錄等的酶30余種)

有種屬和組織特異性。

二、細胞核的顯微結構與亞顯微結構

光鏡下，細胞核含核膜、核仁、染色質(zhì)、核液。

電鏡下，細胞核的結構精細、復雜。

電鏡下細胞核（蘭色)

（一)核膜

核內(nèi)膜

核外膜

核周間隙

核孔、核孔復合體

核纖層

1、內(nèi)外層核膜與核周間隙

   內(nèi)外核膜均為單位膜，厚約7.5nm。

   核內(nèi)膜與外膜平行排列。

   在核孔處，核內(nèi)、外膜互相融合。

   細胞分裂前期，核膜快速崩解成水泡，分裂末期，水泡又融合成新的核膜。

2、核孔與核孔復合體 

   核孔是細胞核-質(zhì)物質(zhì)交換結構。

 核孔的直徑70nm。10~60個核孔/1μm2核膜。核孔占核表面積的5%~38%。分化低，合成旺盛細胞，核孔數(shù)目多。

電鏡下的核孔（內(nèi)外核膜及核孔)

核孔復合體

（1)8個柱狀亞基  沿核孔膜緊密排列，形成核孔壁。

（2)8個環(huán)形亞基：分布于核孔壁中間部位。

（3)腔內(nèi)亞基：大型跨膜糖蛋白，錨定核孔復合體。

（4)環(huán)孔亞基：位于核孔內(nèi)、外核膜側。

核孔復合體中央是一條直徑9nm、長15nm圓柱形含水通道，可允許水溶性物質(zhì)出入核與胞質(zhì)之間，對大分子物質(zhì)運輸具選擇性。

3、核纖層

核纖層：纖維狀網(wǎng)絡結構，由纖維蛋白組成，位于內(nèi)層核膜靠核質(zhì)一側。

核孔復合體內(nèi)層與核纖層連接。

核纖層功能：支持核膜，固定核孔作用。

   為染色質(zhì)提供附著位點。

   對分裂期細胞核膜的崩解和重組起調(diào)控作用（核纖層蛋白的磷酸化和去磷酸化過程)。

4、核膜的主要功能

（1)包圍核物質(zhì)形成特定代謝環(huán)境。

（2)將RNA合成與蛋白質(zhì)合成分開。

（3)溝通細胞核、質(zhì)間物質(zhì)交流。

（4)合成生物大分子。

（二)染色質(zhì)與染色體

染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在間期和分裂期不同形態(tài)結構的表現(xiàn) 。

1、染色質(zhì)的化學組成

（1)DNA

   結構、性質(zhì)穩(wěn)定，同種生物細胞DNA含量恒定。

（2)組蛋白

   富含精氨酸、賴氨酸，為堿性。H1、H2A、H2B、H3、H4，除H1外，高度保守；可抑制DNA復制、轉(zhuǎn)錄。

（3)非組蛋白

富含天門冬氨酸、谷氨酸，為帶負電荷的酸性蛋白；非組蛋白種類繁多，每種含量少，具高度的特異性，功能各異�？膳c組蛋白結合，能解除組蛋白對DNA的抑制。

（4)RNA

含量少，主要為新合成的mRNA、tRNA、rRNA前體。

2、染色質(zhì)的結構

Kornberg提出染色質(zhì)的基本結構單位——核小體（nucleosome)；直徑約2nm的DNA細絲將直徑約11nm的“核小體”串聯(lián)起來形成“串珠” 。

（1)核小體：

  染色質(zhì)的基本結構單位。

   核心粒（八聚體)：（2H2A+2H2B+2H3+2H4)11nm。

   DNA：146bp DNA繞核心粒1.75圈。

   連接DNA ：長度約60bp，結合一個H1分子。

  組蛋白H1分子有一個球狀的中心和兩個伸展的氨基端和羧基端臂，其球狀中心與核小體上特定位點結合，兩臂與DNA纏繞核心粒的進出口端結合，以鎖定核小體。

（2)螺線管（30nm染色質(zhì)纖維)

   每圈繞有6個核小體。外徑  30nm  內(nèi)徑  10nm  螺距  11nm

   H1位于內(nèi)部（對螺線管形成、穩(wěn)定起作用)

3、染色體的構建

Laemmli等（1979年)提出的襻環(huán)模型。該模型認為30nm染色質(zhì)纖維折疊成襻環(huán)，沿染色體縱軸（非組蛋白支架)由中央向四周放射狀伸出。

（1)染色體支架與襻環(huán)結構

染色體支架：

位于染色體核心部位。

非組蛋白組成，密集纖維網(wǎng)。

中期染色體2條單體的支架在著絲粒區(qū)相連接，呈現(xiàn)出中期染色體的框架形態(tài)。

襻環(huán)：在染色體支架周圍，許多密集、連續(xù)的環(huán)，自然狀態(tài)下，環(huán)狀結構由螺線管構成。

一個襻環(huán)中DNA平均長度為63000bp，含315個核小體。

襻環(huán)是染色質(zhì)獨立的功能單位，即DNA復制和轉(zhuǎn)錄的單位。因此，襻環(huán)結構是間期染色質(zhì)的基本存在形式。

（2)微帶和染色單體

J.Painta等（1984年)提出襻環(huán)模型：

以染色體支架為軸心，每18個襻環(huán)呈放射狀平面排列形成微帶，約106個微帶沿軸心支架縱向排列，構建成染色單體

4、染色質(zhì)類型

   （1)常染色質(zhì)：間期核內(nèi)處分散狀態(tài)，有功能活性，不易著色。

   （2)異染色質(zhì)：間期核內(nèi)凝集狀態(tài)，無功能活性，深染。

   組成型異染色質(zhì)：凝集狀態(tài)（各類細胞全部發(fā)育過程)。

   兼性型異染色質(zhì)：凝集狀態(tài)（一定細胞類型，一定發(fā)育階段)如X小體。

異染色質(zhì)(間期核)－凝集狀態(tài)，著色深，無功能染色質(zhì)，位于核周。

常染色質(zhì)(間期核)－分散狀態(tài)，著色淺，具活性，位于核中部。

染色質(zhì)的類型

常染色質(zhì)    異染色質(zhì)

間期染色程度   染色淺   染色深

分布  核中央   核膜附近

螺旋化程度   低  高

呈疏松狀態(tài)   呈凝集狀態(tài)

DNA序列   單一序列和  高度重復序列

部分重復序列

功能狀態(tài) 活躍的DNA分子部分 不活躍的DNA分子部分

   進行轉(zhuǎn)錄和翻譯 不能轉(zhuǎn)錄和翻譯

（三)核仁

核仁的形態(tài)、大小和數(shù)目，依細胞種類、生理狀態(tài)不同而變化，且與蛋白質(zhì)合成效率有關。

1、核仁的化學組成

   核糖體蛋白

   組蛋白   約80%

   非組蛋白

 多種酶等

RNP 為11%

DNA為8%

  2、核仁的結構

   （1)核仁關聯(lián)染色質(zhì)：包括核仁周圍異染色質(zhì)和核仁內(nèi)常染色質(zhì)。

   （2)纖維結構：電子密度致密部分，呈環(huán)狀、半月狀。rRNA與蛋白質(zhì)組成核蛋白纖維，構成核仁海綿狀支架。

   （3)顆粒結構：高電子密度顆粒。rRNA和蛋白質(zhì)復合物（核糖體亞基前體)。

   （4)基質(zhì)：低電子密度。無定型蛋白質(zhì)性液體。

3、核仁周期

   核仁周期：細胞周期中，前期末核仁消失，末期核仁重建，呈現(xiàn)周期性變化。

分裂期時，染色質(zhì)濃縮，含rRNA基因的DNA襻環(huán)逐漸縮回到染色體，rRNA合成停止，整個核仁先縮小繼而消失。

在新生的子代細胞中，染色體解旋為染色質(zhì)，含rRNA基因的核仁組織區(qū)也呈松展狀態(tài)，重新開始合成rRNA，隨著rRNA的積累和包裝，DNA襻環(huán)周圍又組建成新的核仁。

4、核仁功能

  核仁是進行rRNA轉(zhuǎn)錄和核糖體亞基組裝的場所。

（1)rDNA高效轉(zhuǎn)錄

（2) rRNA剪接加工

（3)核糖體組裝

  一個正常的核仁大約含有200個rRNA基因，由于rRNA基因是多拷貝，又是快速轉(zhuǎn)錄的，因此，在展開的核仁染色質(zhì)標本中，可見到：rDNA高效轉(zhuǎn)錄，所形成的一連串重復的箭頭樣結構。

rRNA合成過程：長軸纖維(DNA)開始轉(zhuǎn)錄(箭頭先端)  轉(zhuǎn)錄沿DNA長軸移動 rRNA(兩側軸絲)逐漸加長 轉(zhuǎn)錄結束(箭尾)。

一個箭頭結構代表一個rRNA轉(zhuǎn)錄單位，兩側細絲是轉(zhuǎn)錄中的rRNA。

rRNA的剪接加工及核糖體組裝

（四)核基質(zhì)

核液：光鏡下間期細胞核，除染色質(zhì)和核仁外的不著色或著色線的部分。

現(xiàn)在認為，核液為蛋白質(zhì)（含酶)、水、無機鹽、纖維蛋白網(wǎng)絡結構。

核基質(zhì)：核液中存在的纖維蛋白網(wǎng)絡結構。與細胞質(zhì)中的骨架相似，又有一定的聯(lián)系，因此又稱為核骨架。

1、核骨架形態(tài)結構與化學組成

 形態(tài)結構：蛋白纖維（直徑3~30nm)

  顆粒結構。

  纖維從顆粒結構呈輻射狀伸出，相互聯(lián)系構成精細的三維網(wǎng)絡結構，充滿整個核內(nèi)空間。

化學組成：蛋白質(zhì)（90%以上)

少量RNA、DNA。

2、功能

（1)維持細胞核的形態(tài)結構。

（2)參與DNA包裝和染色體構建。

（3)DNA復制的支架。

（4)RNA合成及加工的場所。

第二節(jié)  細胞核的功能

細胞核是遺傳物質(zhì)DNA存在的主要場所，是細胞生命活動和細胞生長、分化及繁殖的調(diào)控中心。

 一、核DNA貯存、復制和傳遞

 二、核DNA轉(zhuǎn)錄 mRNA、

  rRNA、

  tRNA、

     SnRNA、

  7sRNA等。

第三節(jié) 細胞核與疾病

 一、染色體畸變與染色體病

  染色體病：由于染色體畸變導致的疾病。

 二、核基因突變與核基因遺傳病

（一)分子病

   分子�。夯�因突變導致蛋白質(zhì)分子一級結構異常，從而引起的疾病。

（二)先天性代謝病

   先天性代謝病 ：基因突變導致酶異常，從而引起遺傳性酶缺陷，造成代謝紊亂。

第九章  細胞增殖周期和生殖細胞發(fā)生與受精

  細胞增生是機體維持正常生命活動的必要方式之一。

  細胞增生是生命延續(xù)的一種必需的生物學行為。

  細胞增生表現(xiàn)嚴格的時間性和空間性。

  細胞增生具有周期性。

第一節(jié)  細胞增生周期

細胞增生周期的概念

細胞增生周期（細胞周期cell cycle)：細胞從前一次分裂結束開始到下一次分裂結束為止，所經(jīng)歷的全過程。

  DNA合成前期(G1期)

  間期  DNA合成期(S期)

  DNA合成后期(G2期) 

細胞周期

   前期

  分裂期（M) 中期 

   后期

   末期

   細胞周期室：在依DNA含量變化劃分為四個時期的基礎上，又依據(jù)RNA含量變化將每個期劃分為１～２個室。

不同生物、不同組織、不同細胞，其細胞周期時間差異大，其中S+G2+M時間變化小，G1期時間變化大。

一、細胞周期動態(tài)變化及各期主要特征

細胞周期各時相DNA含量的變化（見圖)

（一)G1期（DNA合成前期)

1、RNA合成：

   是細胞進入S期的必要條件。

   無論細胞周期哪個階段，只有RNA含量和染色體凝集達到一定程度（閾量),才能進入增殖活性狀態(tài)。 

2、蛋白質(zhì)合成：

如觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細胞周期蛋白、DNA復制所需要的酶及各種前體物質(zhì)等。

觸發(fā)蛋白合成量達到一定程度，G1→S 。

限制點 (restriction  point，R點)：G1細胞對環(huán)境因素（胞內(nèi)外調(diào)節(jié)細胞周期的因素)的敏感點。限制點是調(diào)節(jié)細胞周期開和關的“閥門”，是不可逆轉(zhuǎn)的控制點。細胞只執(zhí)業(yè)獸醫(yī)有通過R點，才能從G1期進入S期。

由于R點的作用，Ｇ1期可能形成三種細胞：

   繼續(xù)增殖細胞  能通過R點 ，完成細胞周期。如皮膚生發(fā)層細胞、骨髓造血細胞等。

   暫不增殖細胞  長時間停留在G1期，又稱 G0期細胞。如肝、腎、胰的實質(zhì)細胞等；肝細胞屬暫不增殖細胞，肝部分切除后，可分裂修復。

   不再增殖細胞  分化細胞。失去增殖能力，永遠停留在G1期 ，屬不育細胞。如紅細胞、肌細胞、神經(jīng)元等。

（二)S期（DNA合成期)

1、DNA復制

   從DNA合成開始到DNA合成結束的全過程，結果使DNA含量增加1倍。DNA復制是細胞增殖的關鍵。DNA合成受阻，M期推遲。

 2、蛋白質(zhì)合成 

S期激活因子（細胞周期蛋白A和CDK2的復合物)：DNA復制啟動時，需要的啟動信號，（G1和S交界時合成，S期結束時瞬即消失)。

酶、組蛋白合成。

微管蛋白合成與中心粒復制。

（三)G2期（DNA合成后期)

  加速合成新的RNA和蛋白質(zhì)。

  為進入Ｍ期作準備：促成熟因子（細胞周期蛋白+CDK)的活化，微管蛋白合成，磷脂合成。 

該期MPF能使組蛋白H1、H3及核纖層蛋白磷酸化，促進染色質(zhì)的凝集和核膜破裂。

（四)M期（有絲分裂期)

Ｍ期時間短。細胞核發(fā)生急劇而明顯的形態(tài)學變化。

分裂期是一個連續(xù)的過程，分為前、中、后、末期四個時期。

M期發(fā)生的主要事件：

（1)染色質(zhì)組裝形成染色體；

（2)有絲分裂器形成；

（3)核膜和核仁的消失與重建；

（4)收縮環(huán)形成及胞質(zhì)分裂。

1、前期：

   從染色體凝集到核仁、核膜消失。

   染色體凝集，分裂極確定，核仁解體、核膜消失。

2、中期：

從核仁、核膜消失到有絲分裂器的形成。染色體最大程度凝縮，排列在赤道面上。

動粒：染色體在著絲粒外側有一個特化部位。它是由多種非組蛋白構成的一盤狀附加結構。其主要功能是和紡錘體微管相聯(lián)系，起著微管組織中心的作用，微管可穿透動粒。

3、后期：

從著絲粒分離到染色單體到達兩極。

著絲�？v裂二，染色單體分別向兩極移動。

在后期啟動因子（APC)，染色單體分開，并在紡錘體微管的牽引下逐漸移向兩極。

    染色體分離的動力并非來自與兩極相連的紡錘體微管的張力。而是由于動粒微管向極端的不斷解聚，而使微管變短，同時微管解聚出來的微管蛋白又不斷地聚合到極間微管末端，從而使極間微管伸長。

4、末期：

   從染色體到達兩極至兩個子細胞的形成。

   染色體到達兩極，解旋，核膜、核仁重新形成，細胞膜內(nèi)陷，最終形成兩個子細胞。

二、細胞增殖周期的調(diào)節(jié)

1、細胞分裂周期基因  cdc：在細胞周期的不同階段，形成不同的基因產(chǎn)物（酶、受體、載體等功能性的蛋白)，以調(diào)節(jié)代謝過程，達到控制細胞的增生。

2、細胞周期蛋白cyclin：是一類隨細胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失的蛋白質(zhì)，可分為A、B、C、D、E等幾大類。

3、促成熟因子MPF p34cdc2（Cdk1)和Cyclin B

MPF能使組蛋白H1上與有絲分裂有關的特殊位點，在細胞分裂的早、中期發(fā)生磷酸化，因而被認為可能參與了有絲分裂的啟動及染色質(zhì)的凝集；

MPF特異性地使核纖層蛋白在有絲分裂期處于高度磷酸化狀態(tài)，引起核纖層結構解體、核膜破裂。

MPF的作用還涉及某些DNA結合蛋白，通過對這些蛋白的磷酸化，來降低其在M期與DNA結合的能力，以促進染色體的凝集。

4、生長因子：通過與細胞膜上的生長因子受體相結合，把調(diào)節(jié)增生的信息傳遞到細胞內(nèi)部。

有促進細胞增生的生長因子，也有抑制細胞增生的生長因子。

癌細胞或轉(zhuǎn)化的細胞的增生不依賴于外源性的生長因子。

5、胞內(nèi)信使

  cAMP導致細胞分化起作用的。

  cGMP對細胞增生卻起著重要的調(diào)節(jié)作用。

6、抑素

7、有絲分裂因子抑制物

三、細胞增生周期與醫(yī)學

（一)細胞增生與組織再

在有機體的發(fā)育過程中，一部分細胞經(jīng)過分化、衰老、直至死亡后，需要有新生的細胞不斷進行補充、更新，這種維持正常生理功能的補充稱為生理性再生。

組織再生按照群體細胞的增生狀況可以分為三種類型：

更新型  如造血干細胞和皮膚基底細胞

穩(wěn)定型  如肝、腎、骨骼等高度分化的組織

恒定型  即高度分化的神經(jīng)組織和 肌肉組織

（二)細胞增生與腫瘤

1．癌基因與細胞增生

   癌基因（oncogene)是指能引起細胞惡性轉(zhuǎn)化的核酸片段。

   現(xiàn)將細胞中與病毒癌基因（V-onc)同源的基因稱為細胞癌基因（C- onc)，未活化的C- onc被稱為原癌基因。原癌基因經(jīng)過突變、重排和倍增后，將導致細胞增殖失控，結果引起癌變。

2．腫瘤的增殖周期特點 

   腫瘤細胞周期與正常細胞周期時間基本相似 。

（1)在腫瘤組織中也含有增殖細胞群、暫不增殖細胞群和不再增殖細胞群。 

（2)細胞增生周期失控   抑素對癌組織的控制作用失調(diào)，腫瘤細胞失去了正常細胞所具有的接觸抑制現(xiàn)象。

（3)G0期的腫瘤細胞對各種藥物的敏感性很低 。

3．增殖周期與腫瘤治療

（1)細胞周期與抗癌藥物的分類和選用

（2)擇機用藥  

根據(jù)細胞周期代謝活動特點,選用不同的治療藥物,進行化療。

（3)殺滅G0期細胞，預防癌變復發(fā)

Ｇ0期的腫瘤細胞對化療藥物不敏感，又有腫瘤復發(fā)的潛在危險�？衫�用血小板源生長因子激活Ｇ0期細胞，將其驅(qū)入Ｇ１期，進入增殖狀態(tài)，再用理化療法就可以收到較為理想的效果。

第二節(jié)  生殖細胞的發(fā)生

  一、精子發(fā)生和卵子發(fā)生

（一)精子的發(fā)生：睪丸  精曲小管

M  A型精原C

精原C M1  M2

  B型精原C   初級精母C 次級精母C 精C 精子

增殖期  生長期 成熟期 變形期

（二)卵子發(fā)生

   卵巢 生殖上皮 

   M2   卵C

  M   M1   次級卵母C

卵原C   卵原C  初級卵母C 極體

極體 

   極體

增殖期 生長期 成 熟 期  精子發(fā)生和卵子發(fā)生的異同

相同點：

形成過程相同。 都經(jīng)過減數(shù)分裂期。

不同點：

   開始的時間不同：卵原細胞的增殖期和生長期在胚 胎期已完成，青春期則進行成熟期，每月只成熟一個卵子；  精原細胞則在青春期開始增殖，且連續(xù)進行。

結果不同：一個初級卵母細胞形成一個卵子和三個極體；一個初級精母細胞形成四個精子。卵子的發(fā)生無變形期。

二、生殖細胞發(fā)生過程中的減數(shù)分裂

減數(shù)分裂是有性生殖個體成熟時，在生殖細胞形成過程中所發(fā)生的一種特殊的分裂方式。整個細胞周期中，DNA復制1次，細胞分裂2次，結果產(chǎn)生染色體數(shù)目減半的精子和卵子（2n   n),故稱為減數(shù)分裂。 

 減數(shù)分裂前間期

 第一次減數(shù)分裂：前Ⅰ、中Ⅰ、后Ⅰ、末Ⅰ。

  減數(shù)分裂間期

 第二次減數(shù)分裂：前Ⅱ、中Ⅱ、后Ⅱ、末Ⅱ。 

涉及減數(shù)分裂的一些概念

同源染色體：大小及著絲粒位置相同的、能相互配對的一對染色體，其中一條來自父親,一條來自母親。

   聯(lián)會: 同源染色體的配對又稱聯(lián)會。

   聯(lián)會復合體:聯(lián)會時，同源染色體之間，形成的一種蛋白質(zhì)的復合結構。

   二價體：聯(lián)會后的一對同源染色體。

   姐妹染色單體：一條染色體（二分體)的兩條染色單體 ，互稱姐妹染色單體。

   非姐妹染色單體：同源染色體的染色單體之間，互稱非姐妹染色單體。   

   四分體：粗線期中，染色體變粗變短,復制的染色體已能看清,可見二價體的４條染色單體，故稱四分體。

   二分體：有兩條染色單體的一條染色體。

   單分體：有一條染色單體的一條染色體。

（一)減數(shù)分裂過程

1、減數(shù)分裂前間期

   G1期

   S期：延長,99.7%DNA合成，0.3%DNA以后在偶線期合成。

   G2期：產(chǎn)生DNA合成抑制因子。

  細線期：染色體線。

  偶線期：同源染色體聯(lián)會二價體。

①前I   粗線期：染色體濃縮 、四分體、互換。

  雙線期：染色體濃縮 、同源染色體分離 、交叉端化。

  終變期：染色體高度濃縮  核仁、核膜消失，紡錘體形成。

②中I：二價體排列在赤道面上。

③后I：同源染色體完全分開，二分體分別移向兩極。

④末I：二分體到達兩極，解旋、伸長，核仁、核膜重新出現(xiàn)，形成兩個子細胞。

3、減數(shù)分裂間期

   短暫，無DNA復制。

前期Ⅱ：二分體凝集，核仁、核膜消失。

中期Ⅱ：二分體排列于赤道面上形成赤道板。

后期Ⅱ：著絲粒縱裂，形成二條單分體，各單分體被紡錘絲拉向兩極。

末期Ⅱ：各單分體移至兩極后，核膜、核仁形成，胞質(zhì)分裂。

減數(shù)分裂與有絲分裂比較：

有絲分裂   減數(shù)分裂

分裂次數(shù)： 一次 兩次

分裂過程：

前期：無聯(lián)會、交叉   有聯(lián)會、交叉

中期：二分體位于赤道板  四分體位于赤道板

后期：二分體分離  同源染色體分離

末期：染色體數(shù)目不變 染色體數(shù)目減半

分裂結果：兩個子細胞  四個子細胞

染色體數(shù)目不變 染色體數(shù)目減半

（二)減數(shù)分裂中相關機制

1、同源染色體聯(lián)會發(fā)生于偶線期

   中央組分：非組蛋白

聯(lián)會復合體   L-C纖維：非組蛋白

   側生組分：蛋白質(zhì)、DNA

   聯(lián)合復合體(能穩(wěn)定同源染色體，便于非姐妹染色單體之間的交換和重組)的形成，始于細線期，消失于雙線期。

偶線期DNA（Z-DNA)（0.3%DNA)合成。

2、同源非姐妹染色單體交換

在減數(shù)分裂中，人類同源染色體交換平均2~3次，交換可能由重組結介導。

   聯(lián)會是交換的必要條件。

3、X、Y染色體配對與分離

 X、Y染色體配對、交換，是在一端小范圍進行。

（三)減數(shù)分裂生物學意義

1 、維持生物染色體數(shù)目恒定

 2、生物多樣性：

 ①組合變異；

如：人223=840萬生殖細胞。

②重組變異。

如：人 223 *  223= 70萬億 ，未考慮2.36個交叉.

第三節(jié) 受精與受精卵

受精；精子和卵子相結合的過程。

受精卵：受精后的卵細胞，又稱為合子。

一、受精的條件和過程

（一)受精的條件

   去能

   獲能

（二)受精的過程

二、受精的生物學意義

（一)受精是新個體生命的開始

（二)恢復二倍體個體

（三)決定新個體的性別

第九章  細胞增殖周期和生殖細胞發(fā)生與受精

  細胞增生是機體維持正常生命活動的必要方式之一。

  細胞增生是生命延續(xù)的一種必需的生物學行為。

  細胞增生表現(xiàn)嚴格的時間性和空間性。

  細胞增生具有周期性。

第一節(jié)  細胞增生周期

細胞增生周期的概念

細胞增生周期（細胞周期cell cycle)：細胞從前一次分裂結束開始到下一次分裂結束為止，所經(jīng)歷的全過程。

  DNA合成前期(G1期)

  間期  DNA合成期(S期)

  DNA合成后期(G2期) 

細胞周期

   前期

  分裂期（M) 中期 

   后期

   末期

   細胞周期室：在依DNA含量變化劃分為四個時期的基礎上，又依據(jù)RNA含量變化將每個期劃分為１～２個室。

不同生物、不同組織、不同細胞，其細胞周期時間差異大，其中S+G2+M時間變化小，G1期時間變化大。

一、細胞周期動態(tài)變化及各期主要特征

細胞周期各時相DNA含量的變化（見圖)

（一)G1期（DNA合成前期)

1、RNA合成：

   是細胞進入S期的必要條件。

   無論細胞周期哪個階段，只有RNA含量和染色體凝集達到一定程度（閾量),才能進入增殖活性狀態(tài)。 

2、蛋白質(zhì)合成：

如觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細胞周期蛋白、DNA復制所需要的酶及各種前體物質(zhì)等。

觸發(fā)蛋白合成量達到一定程度，G1→S 。

限制點 (restriction  point，R點)：G1細胞對環(huán)境因素（胞內(nèi)外調(diào)節(jié)細胞周期的因素)的敏感點。限制點是調(diào)節(jié)細胞周期開和關的“閥門”，是不可逆轉(zhuǎn)的控制點。細胞只有通過R點，才能從G1期進入S期。

由于R點的作用，Ｇ1期可能形成三種細胞：

   繼續(xù)增殖細胞  能通過R點 ，完成細胞周期。如皮膚生發(fā)層細胞、骨髓造血細胞等。

   暫不增殖細胞  長時間停留在G1期，又稱 G0期細胞。如肝、腎、胰的實質(zhì)細胞等；肝細胞屬暫不增殖細胞，肝部分切除后，可分裂修復。

   不再增殖細胞  分化細胞。失去增殖能力，永遠停留在G1期 ，屬不育細胞。如紅細胞、肌細胞、神經(jīng)元等。

（二)S期（DNA合成期)

1、DNA復制

   從DNA合成開始到DNA合成結束的全過程，結果使DNA含量增加1倍。DNA復制是細胞增殖的關鍵。DNA合成受阻，M期推遲。

 2、蛋白質(zhì)合成 

S期激活因子（細胞周期蛋白A和CDK2的復合物)：DNA復制啟動時，需要的啟動信號，（G1和S交界時合成，S期結束時瞬即消失)。

酶、組蛋白合成。

微管蛋白合成與中心粒復制。

（三)G2期（DNA合成后期)

  加速合成新的RNA和蛋白質(zhì)。

  為進入Ｍ期作準備：促成熟因子（細胞周期蛋白+CDK)的活化，微管蛋白合成，磷脂合成。 

該期MPF能使組蛋白H1、H3及核纖層蛋白磷酸化，促進染色質(zhì)的凝集和核膜破裂。

（四)M期（有絲分裂期)

Ｍ期時間短。細胞核發(fā)生急劇而明顯的形態(tài)學變化。

分裂期是一個連續(xù)的過程，分為前、中、后、末期四個時期。

M期發(fā)生的主要事件：

（1)染色質(zhì)組裝形成染色體；

（2)有絲分裂器形成；

（3)核膜和核仁的消失與重建；

（4)收縮環(huán)形成及胞質(zhì)分裂。

1、前期：

   從染色體凝集到核仁、核膜消失。

   染色體凝集，分裂極確定，核仁解體、核膜消失。

2、中期：

從核仁、核膜消失到有絲分裂器的形成。染色體最大程度凝縮，排列在赤道面上。

動粒：染色體在著絲粒外側有一個特化部位。它是由多種非組蛋白構成的一盤狀附加結構。其主要功能是和紡錘體微管相聯(lián)系，起著微管組織中心的作用，微管可穿透動粒。

3、后期：

從著絲粒分離到染色單體到達兩極。

著絲粒縱裂二，染色單體分別向兩極移動。

在后期啟動因子（APC)，染色單體分開，并在紡錘體微管的牽引下逐漸移向兩極。

    染色體分離的動力并非來自與兩極相連的紡錘體微管的張力。而是由于動粒微管向極端的不斷解聚，而使微管變短，同時微管解聚出來的微管蛋白又不斷地聚合到極間微管末端，從而使極間微管伸長。

4、末期：

   從染色體到達兩極至兩個子細胞的形成。

   染色體到達兩極，解旋，核膜、核仁重新形成，細胞膜內(nèi)陷，最終形成兩個子細胞。

二、細胞增殖周期的調(diào)節(jié)

1、細胞分裂周期基因  cdc：在細胞周期的不同階段，形成不同的基因產(chǎn)物（酶、受體、載體等功能性的蛋白)，以調(diào)節(jié)代謝過程，達到控制細胞的增生。

2、細胞周期蛋白cyclin：是一類隨細胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失的蛋白質(zhì)，可分為A、B、C、D、E等幾大類。

3、促成熟因子MPF p34cdc2（Cdk1)和Cyclin B

MPF能使組蛋白H1上與有絲分裂有關的特殊位點，在細胞分裂的早、中期發(fā)生磷酸化，因而被認為可能參與了有絲分裂的啟動及染色質(zhì)的凝集；

MPF特異性地使核纖層蛋白在有絲分裂期處于高度磷酸化狀態(tài)，引起核纖層結構解體、核膜破裂。

MPF的作用還涉及某些DNA結合蛋白，通過對這些蛋白的磷酸化，來降低其在M期與DNA結合的能力，以促進染色體的凝集。

4、生長因子：通過與細胞膜上的生長因子受體相結合，把調(diào)節(jié)增生的信息傳遞到細胞內(nèi)部。

有促進細胞增生的生長因子，也有抑制細胞增生的生長因子。

癌細胞或轉(zhuǎn)化的細胞的增生不依賴于外源性的生長因子。

5、胞內(nèi)信使

  cAMP導致細胞分化起作用的。

  cGMP對細胞增生卻起著重要的調(diào)節(jié)作用。

6、抑素

7、有絲分裂因子抑制物

三、細胞增生周期與醫(yī)學

（一)細胞增生與組織再

在有機體的發(fā)育過程中，一部分細胞經(jīng)過分化、衰老、直至死亡后，需要有新生的細胞不斷進行補充、更新，這種維持正常生理功能的補充稱為生理性再生。

組織再生按照群體細胞的增生狀況可以分為三種類型：

更新型  如造血干細胞和皮膚基底細胞

穩(wěn)定型  如肝、腎、骨骼等高度分化的組織

恒定型  即高度分化的神經(jīng)組織和 肌肉組織

（二)細胞增生與腫瘤

1．癌基因與細胞增生

   癌基因（oncogene)是指能引起細胞惡性轉(zhuǎn)化的核酸片段。

   現(xiàn)將細胞中與病毒癌基因（V-onc)同源的基因稱為細胞癌基因（C- onc)，未活化的C- onc被稱為原癌基因。原癌基因經(jīng)過突變、重排和倍增后，將導致細胞增殖失控，結果引起癌變。

2．腫瘤的增殖周期特點 

   腫瘤細胞周期與正常細胞周期時間基本相似 。

（1)在腫瘤組織中也含有增殖細胞群、暫不增殖細胞群和不再增殖細胞群。 

（2)細胞增生周期失控   抑素對癌組織的控制作用失調(diào)，腫瘤細胞失去了正常細胞所具有的接觸抑制現(xiàn)象。

（3)G0期的腫瘤細胞對各種藥物的敏感性很低 。

3．增殖周期與腫瘤治療

（1)細胞周期與抗癌藥物的分類和選用

（2)擇機用藥  

根據(jù)細胞周期代謝活動特點,選用不同的治療藥物,進行化療。

（3)殺滅G0期細胞，預防癌變復發(fā)

Ｇ0期的腫瘤細胞對化療藥物不敏感，又有腫瘤復發(fā)的潛在危險�？衫�用血小板源生長因子激活Ｇ0期細胞，將其驅(qū)入Ｇ１期，進入增殖狀態(tài)，再用理化療法就可以收到較為理想的效果。

第二節(jié)  生殖細胞的發(fā)生

  一、精子發(fā)生和卵子發(fā)生

（一)精子的發(fā)生：睪丸  精曲小管

M  A型精原C

精原C M1  M2

  B型精原C   初級精母C 次級精母C 精C 精子

增殖期  生長期 成熟期 變形期

（二)卵子發(fā)生

   卵巢 生殖上皮 

   M2   卵C

  M   M1   次級卵母C

卵原C   卵原C  初級卵母C 極體

極體 

   極體

增殖期 生長期 成 熟 期  精子發(fā)生和卵子發(fā)生的異同

相同點：

形成過程相同。 都經(jīng)過減數(shù)分裂期。

不同點：

   開始的時間不同：卵原細胞的增殖期和生長期在胚 胎期已完成，青春期則進行成熟期，每月只成熟一個卵子；  精原細胞則在青春期開始增殖，且連續(xù)進行。

結果不同：一個初級卵母細胞形成一個卵子和三個極體；一個初級精母細胞形成四個精子。卵子的發(fā)生無變形期。

二、生殖細胞發(fā)生過程中的減數(shù)分裂

減數(shù)分裂是有性生殖個體成熟時，在生殖細胞形成過程中所發(fā)生的一種特殊的分裂方式。整個細胞周期中，DNA復制1次，細胞分裂2次，結果產(chǎn)生染色體數(shù)目減半的精子和卵子（2n   n),故稱為減數(shù)分裂。 

 減數(shù)分裂前間期

 第一次減數(shù)分裂：前Ⅰ、中Ⅰ、后Ⅰ、末Ⅰ。

  減數(shù)分裂間期

 第二次減數(shù)分裂：前Ⅱ、中Ⅱ、后Ⅱ、末Ⅱ。 

涉及減數(shù)分裂的一些概念

同源染色體：大小及著絲粒位置相同的、能相互配對的一對染色體，其中一條來自父親,一條來自母親。

   聯(lián)會: 同源染色體的配對又稱聯(lián)會。

   聯(lián)會復合體:聯(lián)會時，同源染色體之間，形成的一種蛋白質(zhì)的復合結構。

   二價體：聯(lián)會后的一對同源染色體。

   姐妹染色單體：一條染色體（二分體)的兩條染色單體 ，互稱姐妹染色單體。

   非姐妹染色單體：同源染色體的染色單體之間，互稱非姐妹染色單體。   

   四分體：粗線期中，染色體變粗變短,復制的染色體已能看清,可見二價體的４條染色單體，故稱四分體。

   二分體：有兩條染色單體的一條染色體。

   單分體：有一條染色單體的一條染色體。

（一)減數(shù)分裂過程

1、減數(shù)分裂前間期

   G1期

   S期：延長,99.7%DNA合成，0.3%DNA以后在偶線期合成。

   G2期：產(chǎn)生DNA合成抑制因子。

  細線期：染色體線。

  偶線期：同源染色體聯(lián)會二價體。

①前I   粗線期：染色體濃縮 、四分體、互換。

  雙線期：染色體濃縮 、同源染色體分離 、交叉端化。

  終變期：染色體高度濃縮  核仁、核膜消失，紡錘體形成。

②中I：二價體排列在赤道面上。

③后I：同源染色體完全分開，二分體分別移向兩極。

④末I：二分體到達兩極，解旋、伸長，核仁、核膜重新出現(xiàn)，形成兩個子細胞。

3、減數(shù)分裂間期

   短暫，無DNA復制。

前期Ⅱ：二分體凝集，核仁、核膜消失。

中期Ⅱ：二分體排列于赤道面上形成赤道板。

后期Ⅱ：著絲粒縱裂，形成二條單分體，各單分體被紡錘絲拉向兩極。

末期Ⅱ：各單分體移至兩極后，核膜、核仁形成，胞質(zhì)分裂。

減數(shù)分裂與有絲分裂比較：

有絲分裂   減數(shù)分裂

分裂次數(shù)： 一次 兩次

分裂過程：

前期：無聯(lián)會、交叉   有聯(lián)會、交叉

中期：二分體位于赤道板  四分體位于赤道板

后期：二分體分離  同源染色體分離

末期：染色體數(shù)目不變 染色體數(shù)目減半

分裂結果：兩個子細胞  四個子細胞

染色體數(shù)目不變 染色體數(shù)目減半

（二)減數(shù)分裂中相關機制

1、同源染色體聯(lián)會發(fā)生于偶線期

   中央組分：非組蛋白

聯(lián)會復合體   L-C纖維：非組蛋白

   側生組分：蛋白質(zhì)、DNA

   聯(lián)合復合體(能穩(wěn)定同源染色體，便于非姐妹染色單體之間的交換和重組)的形成，始于細線期，消失于雙線期。

偶線期DNA（Z-DNA)（0.3%DNA)合成。

2、同源非姐妹染色單體交換

在減數(shù)分裂中，人類同源染色體交換平均2~3次，交換可能由重組結介導。

   聯(lián)會是交換的必要條件。

3、X、Y染色體配對與分離

 X、Y染色體配對、交換，是在一端小范圍進行。

（三)減數(shù)分裂生物學意義

1 、維持生物染色體數(shù)目恒定

 2、生物多樣性：

 ①組合變異；

如：人223=840萬生殖細胞。

②重組變異。

如：人 223 *  223= 70萬億 ，未考慮2.36個交叉.

第三節(jié) 受精與受精卵

受精；精子和卵子相結合的過程。

受精卵：受精后的卵細胞，又稱為合子。

一、受精的條件和過程

（一)受精的條件

   去能

   獲能

（二)受精的過程

二、受精的生物學意義

（一)受精是新個體生命的開始

（二)恢復二倍體個體

（三)決定新個體的性別

第十一章  細胞基因組的復制與表達

第一節(jié)  核酸的復制

   真核、原核生物、少數(shù)病毒遺傳物質(zhì)為DNA雙鏈；

  大多數(shù)病毒遺傳物質(zhì)為DNA單鏈、RNA單鏈、RNA雙鏈。

  一、DNA復制

（一) 雙鏈DNA復制的一般特征

1、半保留復制

  半保留復制

  特定的復制起始點

  雙向復制

1958年，Meselson和Stahl在放射性核素重氮（15N)與輕氮（14N)的培養(yǎng)基中，合成DNA，用CsCl濃度梯度離心，區(qū)分新舊DNA分子，證明：DNA復制確實是半保留復制。

半保留復制的實驗依據(jù)：密度梯度實驗、 梯度離心結果

2、特定的復制起始點

DNA復制起始點（約有幾百個核苷酸長)。如：細菌中為富含AT的保守序列（9bp、13bp)。 復制起始點下游含有AT豐富區(qū)，這種特征有利于雙鏈的解旋。

3、雙向復制

  DNA從同一復制起始點開始，雙向復制，形成2個復制叉，電鏡下為復制泡。

復制叉：DNA復制時，已打開的2條單鏈與未解開雙鏈間形成丫形復制子：DNA復制單位，含一個復制起始點。

原核生物：一個復制起始點,一個復制子。

真核生物：多個復制起始點，多個復制子。

（二)大腸桿菌環(huán)狀雙鏈DNA的復制

見圖

1、DNA解旋

  ①開放復合物

dnaA（復制起始蛋白) 識別復制起始點，并與DNA復制起始區(qū)特定位置結合，形成復合體。

dnaB蛋白（解旋酶)利用ATP供能，作用于氫鍵，使復制起始點附近區(qū)域的DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。

②解旋酶（dnaB蛋白)

  dnaB結合DNA鏈上，負責解開DNA雙螺旋。

③單鏈DNA結合蛋白（SSB)

  解開的單鏈很快被SSB結合，維持單鏈狀態(tài) 。

2、DNA聚合酶的特征和RNA引物的合成

DNA pol I 切除RNA引物等

DNApolⅢ  DNA復制中主導聚合酶

（1) DNA聚合酶特征:

  需DNA模板

  需RNA引物

  只能催化dNTP到引物游離3′—OH，新鏈延伸5′→3′

 (2) RNA引物合成

引發(fā)體：解旋酶（DnaB蛋白)+引物酶（DnaG編碼)+ DNA復制起始區(qū)域

引物酶（DnaG編碼)：識別復制起始點，作為模板，合成RNA引物。

引物:由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。

復制的延長：在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式，逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

3、前導鏈和后隨鏈

 前導鏈：一個復制叉中，以3′→5′片段為模板，連續(xù)合成的子鏈。

 后隨鏈：一個復制叉中，以5′→3′鏈為模板，以不連續(xù)方式合成的子鏈，其合成滯后于前導鏈。

   由于5′→3′ 模板鏈與聚合酶Ⅲ前進的方向相反，模板鏈便折疊與聚合酶Ⅲ前進的方向一致。解開一段鏈后，在合成一段引物的基礎上，再合成一個DNA片段，即形成岡崎片段。每解開一段DNA鏈后,合成一個岡崎片段。

岡崎片段：DNA片段+RNA引物 。

E.coli岡崎片段有1000-2000個核苷酸；

真核細胞岡崎片段只有100-200個核苷酸。

原核生物DNA復制過程(見圖)

4、多種機制保證復制的真實性

   錯配校讀：DNA聚合酶與正確核苷酸親和力高，可通過構象變化，使不正確核苷酸脫落。還可利用其3′→5′外切酶活性，切除不正確核苷酸。

（三)真核細胞DNA復制

1、 真核細胞DNA有多個復制起始點

   DNA+組蛋白   染色質(zhì)

   復制速度慢、DNA分子巨大

   所以需多個復制起始點。同時進行復制， 每條染色體（1個DNA分子)可有100-1000個復制起始點。

2、組蛋白的復制與裝配

  隨復制叉前進，核小體暫時松散，組蛋白不斷合成，其新、老八聚體可與任一條DNA結合成核小體。

3、端粒(telomere)的復制

  真核細胞DNA復制時，最后一個岡崎片段的RNA引物沒有地方合成，但每條染色體的末端的端粒、端粒酶，解決了這個問題。

  端粒：真核生物染色體末端的結構(一段延伸的DNA)，含有許多小的隨機序列，長度大約1000bp。   

端粒功能:

   維持染色體的穩(wěn)定性

   維持DNA復制的完整性

  端粒酶：端粒上結合一種特殊酶（RNA—蛋白復合物)，能識別DNA末端，并以酶本身DNA為模板，使端粒部分不斷延長，為后隨鏈復制提供合成引物的模板。

（四)大腸桿菌噬菌體φ×174單鏈DNA復制

   φ×174DNA  ： 環(huán)狀、  單鏈。

滾筒復制

   （＋)DNA

（+)DNA （－)DNA    （+)DNA

母鏈  復制型  子鏈

二、RNA復制

（一)呼吸道腸道病毒雙鏈RNA的復制

（+)RNA   釋放 （+)RNA

  雙鏈

（－)RNA   （+)RNA （－)RNA

  （mRNA)

蛋白質(zhì)

（二)脊髓灰質(zhì)炎病毒（+)RNA單鏈的復制

（+)RNA   （－)RNA   （+)RNA

   ①子代病毒RNA

（+)RNA   ②作為mRNA指導蛋白質(zhì)合成

   ③合成（－)RNA

（三)牛水皰性口炎病毒（－)RNA單鏈的復制

     ①合代子代（－)RNA

（－)RNA （+)RNA

     ②作為mRNA指導蛋白質(zhì)合成

（四)反轉(zhuǎn)錄病毒RNA復制

  1、Rous肉瘤病毒RNA復制

  Temin、Baltimore（1970)發(fā)現(xiàn)反向轉(zhuǎn)錄酶。

反轉(zhuǎn)錄酶 （+)RNA   反轉(zhuǎn)錄酶

（+)RNA （-)DNA   （-)DNA

   母鏈

   復制  （-)DNA  轉(zhuǎn)錄

   （+)DNA   （+)RNA

   &n執(zhí)業(yè)醫(yī)師bsp; 子鏈

  反轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象（見圖)

   反轉(zhuǎn)錄病毒 （+)RNA：

    子代病毒RNA 病毒蛋白質(zhì)

 （+)RNA   作為mRNA指導合成

    合成（-)DNA 反轉(zhuǎn)錄酶 等

 反轉(zhuǎn)錄酶特征：

  ①以（+)RNA為模板，反向轉(zhuǎn)錄出（-)DNA，形成異質(zhì)雙鏈。

  ②水解異質(zhì)雙鏈中RNA。

  ③以（-)DNA為模板，合成（復制)（+)DNA，產(chǎn)生雙鏈DNA。

   Rous肉瘤病毒RNA復制和表達（見圖)

2、艾滋病毒 （HIV)

HIV也是一種反轉(zhuǎn)錄病毒，含有反轉(zhuǎn)錄酶。遺傳物質(zhì)也為2條相同的（+)RNA，各由9 749個核苷酸組成。復制過程與Rous肉瘤病毒類同。

HIV可致艾滋病（獲得性免疫缺陷綜合征)。12月1日世界艾滋病日，

81年世界發(fā)現(xiàn)首例艾滋病人，目前全世界是以8500多人/天受到感染，我國29省市均被波及。

第二節(jié) 基因的轉(zhuǎn)錄

   基因表達：基因通過轉(zhuǎn)錄、翻譯，形成功能多肽和蛋白質(zhì)的過程。

   轉(zhuǎn)錄：信息從遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)到另一種信息大分子RNA，即將DNA的堿基順序轉(zhuǎn)換成RNA的堿基順序。

   轉(zhuǎn)錄酶：催化轉(zhuǎn)錄反應的酶（DNA指導的RNA聚合酶)。

   轉(zhuǎn)錄單位：RNA聚合酶作用DNA片段，即每次轉(zhuǎn)錄起始點到終止點的DNA順序。

一、原核生物的轉(zhuǎn)錄

（一)轉(zhuǎn)錄酶和轉(zhuǎn)錄單位

   RNA聚合酶：催化mRNA、tRNA、rRNA合成。

核心酶α2ββ′催化作用， 延長轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。

全酶

    σ轉(zhuǎn)錄起始因子  解讀轉(zhuǎn)錄起始信號。

轉(zhuǎn)錄單位：操縱子，產(chǎn)生的mRNA為多順反子mRNA。

（二)啟動子

   保守序列

   Pribnow框，－10附近。

   TTGAC，－35附近。

（三)轉(zhuǎn)錄過程

1、起始

  閉合復合體（全酶+啟動子)

   DNA解旋

  開放復合體

  +ATP（或GTP)

σ因子解離

   2、延長

   核心酶沿3′→5′方向移動，邊移動，DNA雙螺旋局部解開。

DNA3′→5′

雜交螺旋

RNA5′→3′ 

   基  因   基因鏈（意義鏈)   遺傳信息

（ DNA ) 反基因鏈（反意義鏈)  轉(zhuǎn)錄模板

   轉(zhuǎn)錄以反基因鏈作為模板,這樣轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基序列與基因的遺傳信息保持一致。如 :

　5′A T G G T C G A A G T A G 3′ 基因鏈

　3′T A C C A G C T T A A T C 5′  模板鏈

5′A U G G U C G A A G U A G 3′ mRNA

3、終止

   E.coli有兩種轉(zhuǎn)錄終止機制:

①ρ因子不依賴終止

   終止部位：GC豐富區(qū) 含回文序列

AT豐富區(qū) 一系列T殘基

莖環(huán)結構使轉(zhuǎn)錄終止的機理：

使RNA聚合酶變構，轉(zhuǎn)錄停頓；

使轉(zhuǎn)錄復合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。

②ρ（Rho)因子依賴終止

   ρ因子終止RNA聚合酶作用。

   ρ因子終止作用，取決于ρ因子以足夠速度趕上RNA聚合酶。

   ρ因子是一種有6個46KD亞基的六聚體蛋白質(zhì)。具有ATP酶活性和解旋酶活性。

ρ因子作用：

   幫助RNA聚合酶識別終止序列，并停止轉(zhuǎn)錄。

   水解ATP，利用所釋放的能量，將RNA鏈從酶和模板中釋放出來。能與RNA聚合酶結合將其解離下來。

二、真核生物的轉(zhuǎn)錄

起始→延長→終止

其特點與原核生物不盡相同。

（一)RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄單位

   RNA聚合酶

     聚合酶 I：位于核仁，合成28s、5.8s、18s rRNA及SnRNA的合成。

  聚合酶Ⅱ：位于核質(zhì)中，合成mRNA。

  聚合酶Ⅲ：位于核質(zhì)中，合成tRNA、5s rRNA、SnRNA。

  轉(zhuǎn)錄單位：一個結構基因，mRNA為單順反子mRNA。

（二)啟動子和轉(zhuǎn)錄因子

啟動子：在真核生物不同基因的啟動子往往含有不同類型的元件。如RNA

聚合酶Ⅱ 轉(zhuǎn)錄的基因其啟動子大多為TATA框，少數(shù)為CpG島。

通用轉(zhuǎn)錄因子(TF)

轉(zhuǎn)錄因子：真核生物在轉(zhuǎn)錄的起始階段還需要多種蛋白因子的參與，這些因子的與σ因子作用相似。它們存在所有RNA聚合酶Ⅱ 作用的啟動子上，故稱為通用轉(zhuǎn)錄因子。以TFⅡ表示（TFⅡD 、TFⅡA、TFⅡB和 TFⅡH)

（三)染色質(zhì)水平的轉(zhuǎn)錄

   轉(zhuǎn)錄時，需要轉(zhuǎn)錄激活因子影響，暴露轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域，幫助聚合酶和通用轉(zhuǎn)錄因子結合到染色質(zhì)DNA上。

   這些轉(zhuǎn)錄激活因子稱為介體。另外還需與染色質(zhì)修飾有關的酶，如組蛋白乙�；�酶等。

轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位（見圖)

轉(zhuǎn)錄終止—— 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關。

三、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物及其加工

（一)mRNA 

  mRNA是結構基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物占胞內(nèi)RNA5%。

  翻譯區(qū)（AUG……UAG)+非翻譯區(qū)。

1、原核生物 mRNA

   轉(zhuǎn)錄和翻譯緊密偶聯(lián)，mRNA合成后不需加工，便可指導蛋白質(zhì)合成。

2、真核生物 mRNA

   真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上是分開的。原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要 經(jīng)過復雜的加工，才能形成長度為原先1/4~1/5的成熟的mRNA。

真核生物 mRNA形成:

  hnRNA原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物→加帽、加尾、剪接、編輯→成熟mRNA。

①加帽：新鏈RNA5′端，加5′-磷酸-7-甲基鳥苷（m7GPPPN1)作為帽子。

②加尾：組蛋白mRNA除外，mRNA3′端  加150~200polyA，該部位－10  ~ －35為AAUAAA。

③剪接：mRNA前體中，切除內(nèi)含子，連接外顯子的過程。

GU-AG規(guī)律。內(nèi)含子索套結構。

④編輯：mRNA前體堿基序列改變，mRNA序列與外顯子序列不一致。

  普遍存在于原生動物和植物的線粒體、葉綠體中，高等生物則很少出現(xiàn)。

帽子結構（見圖)

雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾（見圖)

5′和3′剪接位點周圍的同源序列（見圖)

mRNA的剪接:（見圖)

 snRNP與hnRNA結合成為并接體。除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。

mRNA的編輯(mRNA editing) （見圖)

  RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。

（二)rRNA

約占胞內(nèi)RNA80%，分子最大。

原核生物rRNA（5s、16s、23s)

真核生物rRNA（18s、5.8s、28s、5s)

1、  原核生物rRNA

手段和時間分配)

DNA（一個轉(zhuǎn)錄單位)

   RNA聚合酶

  rRNA前體

16SrRNA   5SrRNA 23sRNA

  +21種蛋白質(zhì)  +34種蛋白質(zhì)

小亞基   大亞基

2、真核生物rRNA

   一個轉(zhuǎn)錄單位（DNA)

RNA聚合酶I

  45SrRNA前體  

  RNA聚合酶Ⅲ

18SrRNA   5.8SrRNA   28SrRNA   5SrRNA

+33種蛋白質(zhì)   +50種蛋白質(zhì)

小亞基 大亞基

（三)tRNA

約占胞內(nèi)RNA15%，分子量最小，75~90核苷酸。

RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄后，tRNA前體需加工：

 ①剪接：切除5′引導序列和3′端；切除內(nèi)含子，連接外顯子；3′端加CCA，以連接氨基酸。

 ②局部堿基配對: 呈三葉草形。

 ③形成反密碼環(huán): CCA對側， 環(huán)上有反密碼子。

   * tRNA的結構—— 倒L形

其功能：活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。

無論密碼子與反密碼子，書寫或讀碼時，方向均為5′→3′。

遺傳密碼搖擺性：反密碼子與密碼子不嚴格配對。

如：tRNA丙氨酸  3′……CGI……5′

   mRNA   5′……GCU……3′

   mRNA   5′……GCC……3′

   mRNA   5′……GCA……3′

密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象（見表)

第三節(jié)  基因的翻譯

一、翻譯

　　多肽鏈合成：  起始→延長→終止

 　 mRNA是工作模板

tRNA解讀mRNA密碼，轉(zhuǎn)運相應的氨基酸

rRNA是核糖體的主要成分

翻譯的開始是氨基酸的活化，即：

氨基酰-tRNA合成酶

氨基酸 + tRNA   氨基酰- tRNA

ATP  AMP＋PPi

翻譯的各階段：（圖)起始→延長→終止

（一)起始：

 1、起始位點識別

   原核生物   真核生物

   小亞基   小亞基 +起始因子

  mRNA  S-D序列 5′帽、Kozak序列

   AUG、GUG   AUG

2、起始氨酰tRNA（Met-tRNAi)

   真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet

3、起始復合物

   起始因子 （IF)+mRNA+ Met-tRNAiMet +小亞基+ GTP +大亞基

（二)延長

 1、核糖體活性部位

  A位（進入位)氨酰tRNA結合位。

  P位（肽鏈形成)肽酰tRNA結合位。

  E位（轉(zhuǎn)肽脫酰)無負荷tRNA臨時占據(jù)和釋放的部位。

2、進位

　　 新的氨基酸進入A位。

 根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongation factor, EF)

原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G

真核生物：EF-1 、EF-2

原核生物  延長因子EF-T催化進位。（圖)

3、轉(zhuǎn)肽

   由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。

   P位的氨基酸或多肽轉(zhuǎn)至A位的氨基酸上并形成肽鍵，使P位空出。 4、移位

　核糖體向3’端移動一個三聯(lián)體密碼子位置，既氨酰tRNA A→P（移動一個密碼子距離)tRNA→E 。

 脫落：無負荷tRNA自核糖體上脫落下來。

真核生物延長過程（圖)

  真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。

   另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。

（三)終止

識別

  釋放因子（RF)——UAA或UAG或UGA

  轉(zhuǎn)肽酶——轉(zhuǎn)肽作用喪失

水解

（P位)酯鍵（多肽鏈——tRNA)

 多肽鏈釋放 蛋白質(zhì)合成裝置解離

多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。

嘌呤霉素作用示意圖

二、翻譯后的加工

1、新生蛋白質(zhì)有限水解

   如：跨膜蛋白中信號肽切除。

   前胰島素原：含109個氨基酸（N端信號肽23個)

   胰島素原：86個氨基酸（A鏈21、B鏈30、C鏈35)

   加工的過程首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔將信號肽切除，并以二硫鍵將B鏈與A鏈連接，最后在高爾基體中把C  鏈切去。

2、某些氨基酸殘基的共價化學修飾

如：糖基化、乙�；�、磷酸化、甲基化等。

3、蛋白質(zhì)折疊與“折疊病”

　　 分子�。河捎诨�因突變造成蛋白質(zhì)分子一級結構改變引起的疾病。

　　  如：地中海貧血癥。

　　 折疊�。河捎诘鞍踪|(zhì)分子空間構象改變（氨基酸序列沒有改變)引起的疾病。這種三維空間結構異常，通過致病蛋白質(zhì)分子間作用，感染正常蛋白質(zhì)而造成。

　　  如：瘋牛病、老年性癡呆癥、囊性纖維病變、家族性高膽固醇癥、家族性淀粉樣蛋白癥、某些腫瘤、白內(nèi)障等等。

   蛋白質(zhì)折疊

近半個世紀以來,研究與中心法則有關問題，而獲得諾貝爾獎的學者先后多達34位。

   分子生物學的中心法則中，DNA和RNA的復制、DNA轉(zhuǎn)錄成RNA、RNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA以及翻譯多肽鏈的過程和機制，基本上已經(jīng)闡明。

　　  多肽鏈折疊成蛋白質(zhì)的過程，是中心法則至今留下的空白。

   美國“科學美國人”曾經(jīng)載文稱，用當今最快的計算機，模擬計算蛋白質(zhì)折疊，要花一百年！

   多肽鏈如何折疊成蛋白質(zhì)？多肽鏈的一級結構到底如何決定它的空間結構？既然前者決定后者，一級結構和空間結構之間，肯定存在某種確定的關系。

  　　核苷酸中 “三聯(lián)密碼”可決定氨基酸順序。有人提出：多肽鏈一級結構決定空間結構，其中的密碼可叫作“第二遺傳密碼”。

三、信息流及其中心法則

遺傳信息的流動：轉(zhuǎn)錄、翻譯

信息流基本路線（中心法則)

第十四章  細胞的整體性

真核細胞各組成部分形態(tài)結構不同，功能各異，但它們在結構上相互聯(lián)系，功能上相互依存，都不能離開細胞獨立存在。細胞是高度統(tǒng)一整體，是生命基本結構、功能單位 。

第一節(jié)  結構上的整體性

一、生物膜具有統(tǒng)一的單位膜構型

細 胞 膜  組成：脂類、蛋白質(zhì)

   生物膜 結構：單位膜

細胞內(nèi)膜  特點：不對稱性、流動性

細胞進化歷程

   核膜

質(zhì)膜內(nèi)褶    內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 

   高爾基體等

線粒體等

二、膜相結構的相互聯(lián)系和膜的轉(zhuǎn)移(膜流 )

膜流：細胞膜和細胞內(nèi)各種膜相結構之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)移。

各種膜相結構雖有各自的空間位置，但它們之間的關系極為密切，彼此按一定的方式相互聯(lián)系，構成一個統(tǒng)一的整體。

如：高爾基復合體是一個處于動態(tài)平衡的細胞器。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)芽生出的小泡→高爾基復合體扁平囊 →形成分泌泡 →分泌物出胞，泡膜重組到細胞膜。 

細胞對異物的吞噬和胞飲所形成的吞噬體和胞飲體，又使細胞膜的一部分轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)。

  三、非膜相結構的相互聯(lián)系

   微管（細胞骨架)13×

   微管  纖毛、鞭毛   9×2＋2

 微管蛋白   中心粒 9×3

   紡錘體

   星體

第二節(jié) 功能上的整體性

  一、膜相結構在功能上的統(tǒng)一性

（一)區(qū)域化作用

膜相結構把細胞分為若干功能區(qū)域。如：核膜、溶酶體膜、線粒體膜。

（二)增加胞內(nèi)生化反應表面積

在細胞極有限空間內(nèi)，膜系統(tǒng)建立大面積表面，使代謝反應高效率進行。如：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體內(nèi)膜。

二、細胞核和細胞質(zhì)相互依存

1、細胞核控制細胞質(zhì)

   核DNA→轉(zhuǎn)錄→翻譯→結構蛋白

   胞質(zhì)內(nèi)代謝酶  線粒體內(nèi)代謝酶

2、核的生理功能依賴細胞質(zhì)

核代謝所需物質(zhì)，能量靠胞質(zhì)供給。如：核糖體大、小亞基生長、加工、組裝。

三、代謝環(huán)節(jié)的相互依存

1、質(zhì)膜的物質(zhì)運輸。

2、一些代謝反應的完成，如：分泌性糖蛋白的合成、加工、分泌。

3、線粒體供能（ATP)。

4、細胞周期的變化，協(xié)同作用。綜上所述，細胞是高度統(tǒng)一的整體。

第十六章  生物工程原理及其醫(yī)學應用

  生物工程通常包括細胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程等。

第一節(jié) 細胞工程原理及其應用

   細胞工程：應用細胞生物學和分子生物學方法，在細胞水平上進

行遺傳操作，改變細胞遺傳特性和生物學特性，以獲得具特定生物學特

性的細胞和生物個體的技術。

一、體外細胞培養(yǎng)

細胞培養(yǎng)：單個細胞或細胞群在體外條件下的培養(yǎng)技術。

  原代細胞培養(yǎng)

  傳代培養(yǎng) 

  細胞株

  細胞系

二、細胞融合

細胞融合（細胞雜交)：兩個或多個細胞融合成一個雜種細胞（雙核或多粒)的過程。

   自然融合 仙臺病毒

   人工誘導融合   融合劑   聚乙二醇

   電穿孔法等

融合細胞篩選：藥物抗體篩選、營養(yǎng)缺陷篩選、溫度敏感性篩選 。

細胞融合過程（見圖)

三、單克隆抗體

   單克隆抗體：從一種單個B細胞繁殖的細胞克隆可以獲得大量均質(zhì)的抗體。

   醫(yī)學應用： 1、導向藥物載體

     2、臨床診斷

細胞融合用于單克隆抗體的生產(chǎn)（見圖)

克隆、克隆人、克隆技術

克隆：由一個細胞或個體以無性方式重復分裂或繁殖所形成的一群細胞或一群個體，在不發(fā)生突變的情況下一個克隆內(nèi)的所有成員具有完全相同的遺傳結構。

   分子克隆:含有目的基因的重組DNA分子。

   細胞克隆或細菌克隆:一群相同的細胞或細菌。

   產(chǎn)生一個重組DNA分子；

 一個細胞或一個細菌的分裂增殖。

克隆人：即通過無性繁殖形成的人,由于克隆人會帶來一系列社會問題, 所以目前禁止進行。

克隆技術：非常廣泛，如分子克隆、細胞克隆、細菌克隆、克隆動物等，具有巨大的經(jīng)濟效益。

四、干細胞工程

   干細胞：一類具有自我更新能力和多項分化增殖潛能的原始細胞。

   胚胎干細胞、

   成體干細胞。

   胚胎干細胞體外可被誘導分化的細胞：造血細胞、內(nèi)皮細胞與血管發(fā)生、神經(jīng)細胞、心肌和其他肌肉細胞、脂肪細胞和軟骨細胞等。

五、細胞工程的應用

（一)組織工程

  器官或組織克隆

（二)動物生動反應器

轉(zhuǎn)基因羊、牛等

（三)細胞治療

細胞替代、基因治療

第二節(jié) 基因工程原理及其應用

基因工程（重組DNA技術)：生物基因分離或合成出來，通過載體轉(zhuǎn)入受體細胞，亦與受體細胞DNA整合，再經(jīng)過表達，產(chǎn)生人類所需要的基因、產(chǎn)物、轉(zhuǎn)基因生物。

   取得目的的基因

   選擇載體

   目的基因+載體

   基因轉(zhuǎn)移

   受體細胞篩選

一、重組DNA技術

（一)制備目的基因的方法

   化學合成法

   酶促合成法

   從染色體基因組中分離

限制酶（限制性核酸內(nèi)切酶)

   從原核生物中制備

   特定切點

   切出黏性末端

制備目的基因的方法

   1、化學合成法

   體外化學合成，為已知基因核苷酸順序，短DNA片段。

  2、酶促合成法

逆轉(zhuǎn)錄酶  DNA聚合酶

mRNA   cDNA  雙鏈DNA

3、從染色體基因組中分離

   限制酶

核內(nèi)大分子DNA DNA片段

   ↓+載體DNA

   轉(zhuǎn)化宿主細胞   基因庫

  ↓

  分離特定基因

(二)載體的選擇

   載體：與目的基因結合，將其導入受體細胞，并可自我復制的工具。

   常用載體：質(zhì)粒、病毒、粘粒、酵母人工染色體（YAC)。

   特點：分子量小、自我復制、多個單切限制位點、藥物選擇性遺傳標記。

(三)目的基因與載體連接

粘端連接

平端連接

同聚物末端連接

1.粘端連接

2.平端連接

3.同聚物末端連接

 (四)將重組DNA分子導入受體細胞

  轉(zhuǎn)化：重組DNA分子引入受體細胞。

   細菌轉(zhuǎn)化  電穿法

   真核細胞基因轉(zhuǎn)移   顯微注射法

病毒轉(zhuǎn)移法

（五)基因文庫

1.基因組文庫

2.cDNA文庫

（六)帶有目的基因細胞的篩選

  篩查帶有目的基因的細胞。

（七)染色體步移

二、DNA聚合酶鏈反應擴增技術

PCR是一種在體外特異擴增DNA片段的技術

條件：1.單鏈模板DNA

   2.寡核苷酸引物

   3.dNTPs

   4.DNA聚合酶

（一)熱變性

（二)退火

（三)引物延伸

三、DNA測序原理（見圖)

四、基因工程的醫(yī)學應用

（一)基因診斷

1.基因診斷定義和基本原理

基因診斷：利用DNA重組技術直接探查基因的存在和缺陷，從而對人體狀況和疾病作出診斷。

基本原理（1)探針雜交（2)PCR

2.基因診斷基本技術和方法

DNA探針技術

RFLP

PCR

3.基因診斷的臨床應用

   遺傳病的基因診斷

   惡性腫瘤的基因診斷

   感染性疾病的基因診斷

   它應用（如對妊娠早期的胎兒進行性別鑒定)

（二)基因治療

（三)轉(zhuǎn)基因動物

（四)生產(chǎn)基因工程產(chǎn)品