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细胞生物学
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编辑于2024-12-04 18:58:29- 细胞生物学
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细胞生物学
1. 发展史
1）细胞的发现
2）细胞生物学的建立
3）经典细胞学时期
4）实验细胞学时期
5）细胞生物学学科的形成与发展
2. 定义
应用现代物理学和化学的技术，以及分子生物学的概念与方法，侧重从显微、亚显微、分子水平上研究细胞结构与功能、细胞增殖、细胞分化、细胞衰老、细胞凋亡、细胞信号传递、细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等重大生命过程。
3. 主要研究内容
1）生物膜与细胞器
2）细胞信号转导
3）细胞骨架体系
4）细胞核、染色体及基因表达
5）细胞增殖及其调控
6）细胞分化及干细胞生物学
7）细胞死亡
8）细胞衰老
4. 细胞的同一性和多样性
1.同一性
1）细胞是生命活动的基本单位
2）细胞的基本共性
2.多样性
真核细胞 （prokaryote）
原核细胞 （eukaryote）
古细菌 （archaea）
病毒
5. 研究方法
1.细胞形态结构的观察方法
1.光学显微镜
2.电子显微镜（EM）
3.扫描隧道显微镜（STM）
显微镜最重要的参数：分辨率！
2.细胞及其组分的分析方法
1.超离心技术分析细胞组分
2.特异蛋白抗原的定位与定性
1）免疫荧光技术
2）免疫电镜技术
分类
(1) 免疫铁蛋白技术
(2) 免疫酶标技术
(3) 免疫胶体金技术
主要区别
与抗体结合的标志物不同
3.细胞内特意核酸的定位与定性
原位杂交技术 （ins stiu hybridization）
4.细胞成分的分析与细胞分选技术
流式细胞术 （flow cytometry）
3.细胞培养与细胞工程
1.细胞培养
1.动物细胞
2.植物细胞
2.细胞工程
4.细胞及生物大分子的动态变化
1.荧光漂白恢复技术（FPR）
2.酵母双杂交技术
3.荧光共振能量转移技术（FRET）
4.放射自显影技术
5.模式生物（Model organism）与功能基因组的研究
1）模式生物的特点
个头小
易培养
操作简单
生长繁殖快
2）模式生物例子
6. 细胞的结构
1.生物膜系统
1）主要功能
进行选择性的物质跨膜运输与信号转导
使得基因表达得以精密调控
2）细胞核膜将细胞分化为两大结构与功能区域
（1）细胞质
（2）细胞核
3）种类
（1） 细胞质膜 （plasma membrane）
（2） 内膜系统 （endomembrane system）
4）对生物膜结构的认识
（1）具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相形成磷脂双分子层
（2）蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面
（3）生物膜可看成是蛋白质在双脂层分子中的二维溶液
（4）在细胞生长和分裂等整个生命活动中，生物膜可出现弯曲、折叠、延伸以及非脂双层状态等改变处于不断的动态变化中，从而保证了注入细胞运动、细胞增殖等各种代谢活动的进行
5）生物膜成分
（1）膜脂
1.成分
1）甘油磷脂
2）鞘脂
3）固醇
2.运动方式
（2） 膜蛋白 （生物化学蛋白质分类）
1.类型
1） 周边膜蛋白 （periphral membrane protein）（外在膜蛋白-extrinsic membrane protein）
是水溶性蛋白，它不直接与脂双层的疏水核心接触，而是靠离子键或其他较弱的键与膜的膜蛋白分子结合
2） 整合膜蛋白 （integral membrane protein）（内在蛋白-intrinsic membrane protein）
3）脂锚定膜蛋白（lipid-anchored membrane protein）
2.去垢剂（生物化学） （Detergent）
1）定义
一段亲水，一段疏水的两性小分子是分离与研究膜蛋白的常用试剂，可以插入膜脂与膜质或膜蛋白的跨膜结构具等疏水部位结合，形成可溶性的微粒
2）eg
离子型:SDS
非离子型:Triton X-100
6） 脂质体 （liposome）
（1）本质：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的人工膜
（2）应用
转基因实验
7）生物膜的基本特征
（1）膜的流动性
（2）膜的不对称性
8）真核细胞的区室化 （compartmenlizetion）
膜系统的分割
（1） 细胞质基质 （cytoplasmic matrix）
（2） 内膜系统 （endomembrane system）
1. 内质网 （ER、endoplasmic reticulum、最大的膜性细胞器）
2. 高尔基体 （Golgi body）（高尔基器-Golgi complex）
3.溶酶体
4.过氧化物酶体（微体）
（3）其他由膜所包被的细胞器
1. 线粒体 （mitochondrion）
2. 叶绿体 （chloroplast）
9）主要功能
(1) 进行选择性的物质跨膜运输
(2) 信号转导
(3) 为生命的化学反应提供了表面，很多重要的酶定位在膜上，大部分生化反应在膜的表面进行
2.遗传信息传递与表达系统
1. 细胞核
1）组成
1） 核被膜 （nuclear envelope）
2）核仁
3）染色质
5）核体（nuclear bodies）
6 ） 核基质 = 核骨架 （nuclear matrix）（nucleear skeleton）
2）意义
(1) 细胞核是真核生物细胞内最大最重要的细胞器
(2) 是细胞遗传与代谢的调控中心
(3) 是真核细胞区别于原核细胞最显著的标志之一
2. 染色质 （chromatin）
1）基本组成
核小体 （nucleosome）
非组蛋白 （nonhistone）
2）定义
指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白极少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质的存在形式
3）形态
染色体 （chromosome）
4）种类
间期染色质按形态特征、活性状态和染色性能分类
(1) 常染色质 （euchromatin）
1. 定义
指间期细胞核内染色质纤维折叠压缩程度低，相对处于伸展状态，用碱性染料时着色浅的那些染色质
(2) 异染色质 （heterochromatin）
按功能状态分类
(1) 活性染色质 （active chromatin）
1. 定义
具有转录活性的染色质
(2) 非活性染色质 （inactive chromatin）
1. 定义
没有转录活性的染色质
5）复制与表达
3.细胞骨架系统 （cytoskeleton system）
1）构成
(1) 微丝（肌动蛋白丝、细肌丝） （Microfilament，MF）
(2) 微管 （microtubule，MT）
(3) 中间纤维（中间丝） （Intermediate filament）
2）组成
核纤层 （nuclear lamina）
核基质 （nulear matrix）
3)主要功能
7. 细胞的生命活动
1.物质运输
1）物质的跨膜运输
小分子及离子的跨膜运输类型
（1）被动运输
（2） 主动运输 （ATP-driven pump）
（4）胞吞作用与胞吐作用（膜泡运输）
1.功能：完成生物大分子与颗粒性物质的跨膜运输
2. 胞吞作用 （endocytosis）
3. 胞吐作用 （exocytosis）
2）细胞内外离子浓度差
（1）细胞内外最丰富的阳离子
细胞外最丰富的阳离子
NA+
细胞内最丰富的阳离子
K+
（2）维持细胞内外离子浓度差的机制
1.取决于一套特殊的膜转运蛋白的活性
膜转运蛋白
载体蛋白 （carrier protein transporter）
通道蛋白 （channl protein）
1）只介导协助扩散
2）普遍存在于各类真核细胞的质膜和细胞内膜上
3）工作机制
通过形成亲水性通道，实现对特异溶质的跨膜运输
4）三种类型
（1）离子通道 （ion channel）
（2）孔蛋白 （porin）
（3）水孔蛋白 （AQP）
2.取决于质膜本身脂双层所具有的疏水性特征
3）离子跨膜转运与膜电位
4） 蛋白质的分选 （protein sorting/targeting）
（1）定义
每种蛋白质组装到特定部位发挥功能的过程
（2）原理
1.信号假说
2.分选信号
（3）真核细胞为何要进行蛋白质的分选与转运？
只有转运至正确的部位并装配成结构与功能复合物才能参与生命活动
（4）类型
1.根据核基因编码的蛋白（分选转运的基本途径）
2.根据转运方式或机制
1）跨膜运输
2）膜泡运输
3）选择性门控转运
4）细胞质基质中蛋白质转运
3.蛋白质向线粒体和叶绿体的分选
1）线粒体蛋白的分选
2）叶绿体蛋白的分选
2. 细胞通讯 （cell communication）
3. 细胞增殖 （cell proliferation）
4. 细胞分化 （cell differentiation）
5.细胞衰亡
1） 细胞衰老 （cell senescence）
2）细胞死亡
种类
1） 程序性细胞死亡 （programmed cell death，PCD）
2）非程序性细胞死亡
8. 细胞的社会联系
1. 细胞连接
1）概念
在细胞膜特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质之间的连接结构
2）作用
(1) 是细胞社会性的结构基础
(2) 是多细胞有机体中相邻细胞之间协同作用的重要组织方式
3）分布
主要存在于上皮细胞间
4）分类（根据行使功能）
(1) 封闭连接 （occluding junction）
(2) 锚定连接 （anchoring junction）
(3) 通信连接 （communicating junction）
2. 细胞黏着及其分子基础
1）概念
通过细胞表面的细胞黏着分子介导细胞与细胞间的黏着或细胞与细胞外基质间的黏着
2）功能
细胞黏着有助于胚胎发育及形态建成
3）分子基础
细胞表面的细胞黏着分子（cell adhesion molecule，CAM）
4）细胞黏着分子
(1) 钙黏蛋白
同亲型
(2) 选凝素（选择素）
(3) 整联蛋白
异亲型
(4) 免疫球蛋白超家族
其黏着作用不依赖于Ca2+
5）介导细胞识别和黏着的方式
同亲型结合
相邻细胞表面的同种黏着分子间的识别和黏着
异亲型结合
相邻细胞表面的不同种黏着分子间的识别和黏着
衔接分子依赖性结合
相邻细胞表面的同种黏着分子，借助其他衔接分子的相互识别与黏着
3. 细胞外基质
1）概念
细胞外基质是由细胞分泌的蛋白质和多糖组构成的细胞外空间。细胞外基质在结缔组织中含量最为丰富，主要由成纤维细胞所分泌，占据结缔组织的大部分胞外空间
2）成分
(1) 结构蛋白
胶原 （collagen）
弹性蛋白
1. 功能
弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性
富含丙氨酸及赖氨酸残基的阿尔法螺旋负责在相邻分子间形成交联
(2) 蛋白聚糖
(3) 粘连糖蛋白
(4) 基膜 （basal lamina，basement membrane）
(5) 细胞外被 （cell coat）
1. 概念
指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，是细胞质膜的正常结构组分，不仅对细胞膜起保护作用，而且在细胞识别中起重要作用。
(6) 植物细胞壁
1. 化学组成
2. 种类
浮动主题
细胞凋亡与细胞坏死的区别
细胞凋亡
细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多凋亡小体（apoptptic bodies）,并被周围细胞吞噬，整个过程细胞质膜整合性良好，死亡细胞内容物不会逸出到细胞外环境中，不引发炎症！
细胞坏死
细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，释放到胞外，导致炎症
最主要的区别:炎症
复制起始点识别复合物（ORC）
细胞周期检验点
G1/S检验点
DNA是否受损？
细胞外环境是否适宜？
细胞体积是否足够大？
S期检验点
DNA复制期是否完成？
G2/M期检验点
DNA是否受损？
细胞体积是否足够大？
中-后期检验点 （纺锤体组成检验点）
细胞周期的两个基本事件
其它胞内蛋白的改变
转录激活或抑制
细胞核内
核受体介导的信号转导
氨酰tRNA与肽酰tRNA
氨酰tRNA
携带一个氨基酸的tRNA
肽酰tRNA
结合了一个肽链的tRNA
马达蛋白
1. 沿微丝运动的肌球蛋白
2. 沿微管运动的驱动蛋白
3. 沿微管运动的动力蛋白
定子（stator）或外周柄
对高尔基体结构组分分析的标志化学反应
Na+和K+的对比
Na+
1. 膜内外浓度
膜外＞膜内
2. 进出细胞膜的方式
1）进入
协助扩散（离子通道）
主动运输
2）出膜
主动运输（Na+-K+泵）
K+
1. 膜内外浓度
膜外＜膜内
2. 进出细胞的方式
1）进入
主动运输（Na+-K+泵）
2）出膜
协助扩散（离子通道）
亲核蛋白
1. 定义
指在细胞质内合成，然后经过核孔复合体输入到核内发挥功能作用的一类蛋白质
2. NLS （核定位序列或核定位信号）
肌质网
心肌细胞和骨骼肌细胞中含有发达的特化的光面内质网，是储存Ca2+的细胞器，对Ca2+浓度有调节租作用
肌质网上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中的Ca2+泵入肌质网中储存起来，肌细胞受到神经冲动刺激后，Ca2+释放，肌肉收缩
光波
1.基本属性
波长
能量越高，波长越短
能量越低，波长越长
频率
表现为颜色的不同
振幅
表现为亮暗的区别
相位
人眼无法察觉
若两光波相位相同，干涉结果是振幅增大，亮度增强
若两光波相位不同，干涉结果是振幅降低，亮度减弱
原生质体 （protoplast）
1.指的是用植物体细胞经过纤维素酶处理细胞壁，去壁后的细胞就是原生质体
2.特征
1）无细胞壁障碍
2）具有全能性
3）适合进行诱导融合，形成杂种细胞
3.可发育成质体
质体 （plastid）
1）定义
植物细胞中有双层膜包裹的一类细胞器的总称，与糖类的合成与贮藏密切相关，是绿色植物细胞特有的细胞器
2）植物的特有结构
3）分类（根据质体内的色素和功能不同）
叶绿体
有色体
白色体
由前质体分化发育而来
4）具有半自主性的细胞器
中膜体（间体，质膜体，拟线粒体）
1.形成
由细胞膜内陷形成的囊泡状、管状或包层状膜结构
2.在DNA复制时可能起支点作用
3.内含物质
1）细胞色素
2）琥珀酸脱氢酶
为细胞提供呼吸酶，类似线粒体
细胞学说
1.定义
是研究细胞结构与功能的生物学分支学科
2.建立
1838年 施莱登
1839年 施万
1858年 R.Virchow
3.内容
1）细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞及其产物所构成
2）每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它自己的生命，也对 与其他细胞共同组成的整体生命有所助益
3）新的细胞可通过已存在的细胞中繁殖产生
4.意义：细胞学说的提出解决了一个核心问题：生命同一性的问题