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细胞生物学思维导图
本人是生物科学专业的，有详有略地总结了细胞生物学各个章节的知识点，不是很全，但是有一定系统性
编辑于2022-12-14 01:40:36 广西壮族自治区
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细胞质膜的模型和结构成分
模型类型
三明治模型
1935年丹尼尔利和戴维森（通过测试膜表面张力）
质膜是由双层脂质分子构成的推测
1952年哥特和格伦德尔（通过丙酮抽提红细胞膜以及单分子铺展技术）
单位膜模型
1959年罗伯逊（电子显微镜观察到暗亮暗）
流动镶嵌模型
1972年Singer和Nicolson(冰冻蚀刻技术)
脂筏模型
1988年Simons
膜脂成分
甘油磷脂
组成
胆碱
磷酸
甘油
脂肪酸尾
包括
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰肌醇
鞘脂
包括
鞘磷脂
脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）
神经节苷脂
固醇
膜脂运动方式
侧向运动
旋转运动
摆动运动
伸缩震荡
翻转运动
膜蛋白
类型
外在膜蛋白
内在膜蛋白
脂锚定膜蛋白
脂质体：是磷脂分子在水相当中经过搅动后形成稳定的脂双层的现制备的人工膜
膜的流动性
膜脂的流动性
脂肪酸越短，流动性越大
脂肪酸不饱和度越高，流动性越大
温度（增加脂肪酸的不饱和度来调节膜脂的相变温度，从而维持流动性）
膜蛋白的流动性
运动原因
热力学扩散
随着脂质扩散
随着骨架蛋白运动
现象
成帽现象或成帽现象
蛋白质流动性检测技术
荧光漂白恢复技术（FRAP）
细胞融合技术
细胞质膜的基本功能
为细胞的生命活动提供一个稳定的内环境
选择性的物质运输，包括代谢底物的输入以及代谢产物的排出
提供细胞的识别位点，完成细胞内外信息的跨膜传递
为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而又有序地进行
介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接
参与形成不同功能的细胞表面特化结构
不对称性
膜脂的不对成性
膜蛋白的不对称性
细胞质膜相关的膜骨架
膜骨架
血影：红细胞经过低渗处理质膜破裂后其仍然保持原来表面形态结构的空壳
组成
血影蛋白
带4.2蛋白
带4.1蛋白
锚蛋白
肌动蛋白
血型糖蛋白（与MN血型有关）
带3蛋白（Cl-/HCO3-协同转运蛋白）
鞭毛和纤毛
微绒毛
细胞变形足
细胞内蛋白质的分选
信号肽
信号序列
N-端16-26个氨基酸残基
无特异性
信号斑
存在于完成折叠觉的蛋白质当中
构成信号斑的序列之间可以不相邻
信号识别颗粒（SRP）
位于细胞质基质
是核糖核蛋白复合体
既可以与信号肽以及核糖体结合，也可以与SRP受体结合
转运途径
后翻译转运途径（游离核糖体上合成完毕后转移到膜系统细胞器）
共翻译转运途径（在游离核糖体上起始后，被SRP带到内质网上，其余翻译过程在内质网上的核糖体完成，最后再由内质网、高尔基体运输）
膜泡运输
衣/包被类型
笼型/网格蛋白
运输方向
（细胞膜→胞内体）
高尔基体→内体
高尔基体→溶酶体
植物囊泡
结构
网格结构
3重链
3轻链
COPⅠ
（高尔基体顺面膜囊→ER）
膜泡组分
Sar1-GTP
Sec23/24
Sec13/31
Sec16(大纤维蛋白)
Sar-GEF（鸟苷酸交换因子）
COPⅡ
（ER→高尔基体顺面膜囊）
作用
选择特定的蛋白，并将它们聚集在一起形成运输小泡
决定小泡的外部特征
膜泡运输的定向机制
相关蛋白
SNAREs
类型
v-SNAREs
t-SNAREs
功能
介导运输小泡与靶膜的融合
跨膜转运
跨内质网膜转运（蛋白识别序列叫做信号肽）
相关蛋白
子主题
跨线粒体膜转运（蛋白识别序列叫做靶向序列）
线粒体前导序列特点：
含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸（especially Arg）
基本不含有带负电荷的酸性氨基酸
序列当中羟基氨基酸（especially Ser）含量高
凭借外正内负的膜电位使得前导肽以及其牵引的蛋白质得以顺利通过膜
跨膜相关蛋白
线粒体基质的跨膜运输
Hsc70
Tom40
Tom20/22
Tim23/17
Tim44
基质蛋白酶（用于切割靶向序列）
靶向线粒体内膜的跨膜运送
Hsc70
Tom40
Tom20/22
Tim23/17
Tim44
Oxa1
跨过叶绿体膜转运
SRP依赖途径
pH依赖途径
跨过氧化物酶体膜转运
特点：
相比于其它转运途径，其靶向序列不用切除
相比于其它的途径，输入蛋白质可以以折叠的状态进入过氧化物酶体
相关蛋白：
Pex5受体
Pex14
Pex10
Pex12
Pex2
信号识别受体
被翻译出的信号肽
信号识别颗粒
核糖体
信号转导
细胞通讯
细胞通讯定义：一部分细胞发出信号，一部分细胞接收信号
细胞信号转导：细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程
化学信号分子
气体分子
NO
CO
进入细胞→激活效应酶→产生第二信使cGMP
疏水性信号分子
甾类激素
甲状腺激素
进入细胞→结合受体→调节基因表达
亲水性信号分子
神经递质
局部介质
多数蛋白类激素
与细胞表面受体结合→信号转换机制→产生第二信使
产生细胞效应
受体
种类
细胞表面受体
离子通道偶联受体
GPCR
酶联受体
细胞内受体
引发反应
快反应
慢反应
信号转导的主要特征
信号转导的步骤
信号分子与受体结合
靶细胞产生第二信使或者活化的信号蛋白
胞内信号放大的级联反应
细胞应答反应
受体脱敏或者受体下调，终止或降低细胞反应
特征
特异性
放大效应
网络化与反馈
整合作用
第二信使
定义：指的是细胞信号转导过程当中的次级信号，是由保外刺激信号与受体作用之后在胞内最早产生的信号分子
举例：
cAMP
cGMP
IP3
DAG
Ca2+
作用
信号放大
信号转换
受体
细胞内受体
功能域
C端激素结合结构域
中部DNA或者Hsp90结合结构域
N端转录激活结构域
反应
快反应的初级阶段
慢反应的次级阶段
细胞表面受体
GPCR
可以激活或者抑制腺苷酸环化酶
激活磷脂酶C（产生IP3和DAG的酶）
离子通道
酶联受体
受体酪氨酸激酶
受体丝氨酸/苏氨酸激酶
受体酪氨酸磷酸酯酶
受体鸟苷酸环化酶
酪氨酸蛋白激酶联受体
离子通道型受体
cGMP
鸟苷酸环化酶
NO合酶
钙信号
受体
ACh
NO
细胞骨架
类型
微管
α-微观蛋白
β-微管蛋白
中间丝
组成：
微丝
组成：肌动蛋白
微丝
特性：
会自解具和自组装
相关物质
自解具相关物质：
胸腺素β4（可以抑制肌动蛋白参与微丝的组装）
自组装相关物质：
前纤维蛋白（促进维斯证基端的组装，阻断负极端的组装）
成核蛋白Arp2/3复合物（在激活因子的激活下参与肌动蛋白的成核，并且可以结合在微丝的中部启动分支的组装）
加帽蛋白（可以结合在微丝的正极端或者负极端，使得末端处于一个稳定状态）
交联蛋白
成束排列
丝束蛋白
绒毛蛋白
α-辅助肌动蛋白
网状排列（凝胶形成蛋白）
细丝蛋白
血影蛋白
功能
参与细胞的运动
构成细胞的支架，维持细胞的形态
参与细胞分裂
应力纤维
微绒毛
参与肌肉收缩
相关结构
细胞皮层（细胞内大部分微丝都紧贴细胞质膜的细胞质区域，并且由微丝交联蛋白交联成凝胶态三维网络结构，该区域称为细胞皮层）
提供强度和韧性
维持细胞运动
维持细胞形状
应力纤维（在细胞中广泛存在，由大量平行排列的微丝组成，和细胞与细胞质表面的黏着有很大联系）
子主题
细胞质分裂环（有丝分裂末期在两个即将分裂的子细胞之间的质膜内侧形成的一个起到收缩作用的环状结构）
子主题
中间丝
特性：
不需要ATP、GTP供能
没有极性
无踏车行为
结构
两个二聚体以反向平行和半分子交错的形式组装成四聚体
四聚体之间首尾和侧向相互作用，最终组装成截面由32个中间丝分子组成，长度不等的中间丝
与其它细胞结构的联系
构成核纤层，它的磷酸化和去磷酸化决定了核膜的解聚与否
基于微管蛋白的物质运输
能量提供：ATP
依赖于微管的马达蛋白
驱动蛋白
胞质动力蛋白
相关细胞学事件
具膜细胞器的相关膜泡运输
动粒和有丝分裂纺锤体的定位
细胞分裂后期染色体的分离
肌球蛋白
马达蛋白分类
肌球蛋白（沿着微丝运动）
驱动蛋白（沿着微管运动）
动力蛋白（沿着微管运动）
微管
特性：
自组装和解具导致的踏车行为
特异性药物
秋水仙素（组织微管组装，不影响去组装，从而导致细胞内微管降解）
诺考达唑（可以导致我微管结构的解体）
紫杉醇（阻止去组装，不影响末端的组装，导致微管不停地组装而不解聚）
细胞的社会联系
细胞连接
是一种细胞结构
类型
封闭连接
紧密连接（细胞质膜紧密结合无缝隙，见于血脑屏障、脊椎动物上皮），
连接的地方称为嵴线
功能：
形成渗透屏障（细胞之间）
形成上皮细胞膜蛋白和膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞的极性（单个细胞）
锚定连接
通过质膜蛋白和骨架系统将相邻细胞与胞外基质连接起来，称为斑块连接
类型
与细胞骨架的中间丝相连——
桥粒，可以承受一定的拉力，连接细胞与细胞之间
半桥粒
连接细胞和胞外基质，相比于桥粒，钙粘蛋白成了整连蛋白
概要
细胞骨架肌动蛋白纤维连接
黏着带
黏着斑
连接组成
细胞内锚定蛋白
跨膜粘连蛋白
两种形式
与细胞骨架的中间丝相连
相邻的细胞相连（桥粒）
桥粒蛋白（属于钙粘蛋白家族）
盘状致密斑
中间纤维
角蛋白纤维（上皮）
结蛋白（心肌细胞）
大脑皮层细胞（波形蛋白）
细胞和胞外基质相连（半桥粒）
中间丝
盘状致密斑
整联蛋白
与细胞质骨架的肌动蛋白纤维相连
黏着带（位于上皮细胞紧密连接的下方，呈带状）
黏着斑（位于上皮细胞基部）
通讯连接
例子
间隙连接
功能
代谢偶联
卵泡和胚胎发育早期
通透性调节
对小分子具有选择性
受胞质钙浓度和pH调节
电突触
神经冲动传到
胞间连丝
细胞黏着及其分子基础
种类
钙黏蛋白
选择素
免疫球蛋白超家族
整联蛋白家族
类型
同亲和型
异亲和型
衔接分子依赖性结合
细胞外基质
特点
由细胞分泌
在结缔组织当中含量最丰富
位于细胞外空间
作用
为组织构建支撑框架
对与其接触的细胞的存活、发育、迁移、增殖、形态以及其它功能产生重要调控作用
弹性蛋白
支撑、连接、保护、保水、抗压、营养作用
成分
结构蛋白
胶原
作用：
构成细胞外基质的骨架结构
抗张力强度高
被胶原酶降解后渗入到细胞外基质参与信号传递的调控网络
来源
成纤维细胞
软骨细胞
成骨细胞
上皮细胞
结构
三肽重复序列：Gly+X+Y
X：Pro
Y：羟基化的Pro/羟基化的Lys
弹性蛋白
分布
脉管壁
肺
皮肤（少）
肌腱（少）
疏松结缔组织（少）
作用
弹性
抗张性
特点：
富含非糖基化的纤维蛋白
富含Gly、Pro
少羟基化，无糖基化修饰
不含Gly-X-Y重复序列
呈无规则卷曲
糖胺聚糖（GAG）
本质：是重复的二糖单位构成的无分枝长链多糖
组成
氨基己糖
糖醛酸
例子：
透明质酸
组成
葡萄糖醛酸
N-乙酰葡萄糖
作用：
赋予组织抗压性、弹性
形成的水合空间使得细胞/保持彼此分离，促进细胞增殖和迁移
特点
亲水
不发生硫酸化
呈无规则卷曲
硫酸软骨素
葡萄糖醛酸
N-乙酰半乳糖
硫酸基：0.2~2.3
蛋白聚糖
特性和作用：高度亲水，赋予抗压能力
粘连蛋白
纤连蛋白（高分子量糖蛋白，两个亚基通过二硫键相连）
层粘蛋白
有助于细胞粘连在胞外基质上
基膜
分布：
位于上皮层与结缔组织之间、肌细胞和脂肪组织表面，血管内皮细胞下面
成分：
Ⅳ型胶原、蛋白聚糖、层粘连蛋白、巢蛋白
功能
支撑组织
调节分子通透性以及作为细胞转运的选择性屏障
决定细胞极性、形态，影响细胞代谢、存活、分化、迁移、再生等等
细胞外被
作用：起保护作用、细胞识别、相互作用
植物细胞壁
包含：
纤维素
半纤维素
果胶质伸展蛋白
木质素
浮动主题
泛素蛋-白酶体降解途径
错误蛋白重新折叠
分子伴侣（热休克蛋白）
作用：协助细胞内蛋白质的合成、分选、折叠、装配
细胞内膜系统
定义：细胞内结构、功能、发生上密切相关的膜性结构细胞器统称为内膜系统
包括
内质网
高尔基体
溶酶体
过氧化物酶体
意义
使得细胞区室化，互不干扰地执行特定的功能，提高细胞的代谢效率
内质网
定义：由封闭的膜系统及其形成的腔构成的相互沟通的三维网状结构，从核膜延伸至细胞质中，靠近细胞质内测
大小
是真核细胞当中面积最大的细胞器
ER占细胞膜系统的一半
所包围的体积占细胞总体积的10%
分类
粗面内质网
膜的外表面附着核糖体，与多种外分泌性蛋白和膜蛋白有关（主要功能）
蛋白糖基化修饰和加工
N-连接（在高尔基体也会发生）
O-连接
新生多肽的折叠与装配
内质网应激
滑面内质网
膜的外表面光滑，无核糖体附着（肝细胞），具有脂质合成（主要功能）、糖原代谢、解毒等多种功能
脂质合成
子主题
子主题
脂质分布不均匀
主要归功于磷脂转位蛋白（转位酶）
卵磷脂在细胞外那一面比较多
磷脂转运：
出芽
载体蛋白磷脂交换蛋白
功能
搞基体
结构（有极性）
顺面膜囊CGN
中间膜囊
反面膜囊TGN
高尔基体的细胞分泌活动
M6P溶酶体包装与分选途径
可调节性分泌途径
只见于特化细胞，需要外界信号刺激，通过Ca2+瞬间增高来进行胞吐
组成型分泌途径
溶酶体
特点
最适PH5.0
具有多种载体蛋白
膜蛋白高度糖基化
功能
清除无用大分子、衰老细胞器、衰老死亡细胞
吞噬细胞
为细胞提供营养
胚胎发育形态建成
受精作用
相关疾病
泰一萨二氏病
类风湿关节炎
矽肺
相关的酶
E1泛素活化酶
E2泛素结合酶
E3泛素连接酶
子主题
蛋白酶体
从ER来的蛋白上的糖链的成分
N-乙酰葡糖胺
甘露糖
浮动主题
细胞生物学研究技术
荧光漂白恢复技术
方法：使用亲脂性或疏水性的荧光分子（荧光素、GFP）与蛋白或脂质偶联，用激光共聚焦系统的强脉冲激光漂白，用若激光强度扫描，光电倍增管检测，Fluoview软件记录分析处理
作用：
检验所标记分子在活体细胞表面或者分子在细胞内部的运动及迁移速率
蛋白互作技术
酵母双杂交技术
利用转录因子的DNA结合域DB和转录激活结构域AD结合在一起才具有完整激活功能的原理
作用
发现与已知蛋白互作的蛋白
鉴定2个蛋白之间的互作
确定蛋白质相互作用的区域
子主题
BiFC
CO-PI
细胞生物学的模式生物
特点
其生理特性能够代表生物的某一大类群
容易获得并且易于在实验室内饲养、繁殖
世代短、子代多、遗传背景清楚
容易进行实验操作，特别是遗传学分析
有哪些？
大、小鼠
秀丽隐杆线虫
成体1mm，959个细胞，19000个基因
细胞凋亡现象及其机制最早在线虫当中被解释
2002年获得诺奖
果蝇
拟南芥
烟草
流式细胞技术
突变体制备
RNA水平
RNAi干扰技术
DNA水平
基因敲除
TALENs技术
CRISPR/Cas9系统
蛋白质组学技术
双向电泳技术
是等电聚焦和SDS-PAGE的组合，先用等电聚焦电泳来按照等电点分离，再进行SDS-PAGE按照分子量大小来进行分离
色谱技术
利用混合物当中各组分物理化学性质的差异来使得各组分在固定相和流动相中的分布程度不同，从而导致流速不同造成分离的目的
质谱（MS）
把带电荷的分子或者经过一定方式裂解形成的碎片离子按照质荷比大小排列而成的图谱
作用：
确定化合物的分子量、分子式
用于推断化合物的结构
蛋白芯片（高通量技术）
将各种微量纯化的蛋白质阵列在一种高密度的固相载体上，与待测样品杂交，从而确定蛋白特征、性质、是否相互作用的方法
作用：
可以用于蛋白质表达谱的研究
研究蛋白互作
研究DNA-蛋白质、RNA-蛋白质的互作
筛选药物作用的蛋白靶点
细胞周期
分裂中期向后期转化
E3泛素连接酶降解MPF的cyclinB
相关蛋白
cdc（cell division cycle gene,CDC）家族：
cdc2突变会使细胞卡在G2/M期交界处
cdc28突变会导致细胞卡在G1/S期、G2/M期交界处
均编码一个34KD的蛋白
wee1突变会导致提早分裂
cdc25突变会导致细胞体积增大而不分裂
MPF复合体
从海拉细胞中被发现
由P34cdc2（催化单位）和cyclinB（调节亚基）组成
P34cdc2当中的34是蛋白大小，cdc2是基因
CDK(周期蛋白依赖性蛋白激酶)
CDK1激活条件：
与cyclinB结合
T161被磷酸化
T15和T14被去磷酸化
子主题
cyclinB周期蛋白
组成：
只有周期蛋白框（保守序列，与CDK结合）
含有破坏框和周期蛋白框（M期具有）
含有周期蛋白框和PEST（G1期具有，与蛋白的更新有关）
破坏框和PEST可以分别被不同的E3泛素连接酶识别，以至于在不同的细胞周期被降解
CDK抑制因子
可以抑制CDK磷酸化其它蛋白，从而对细胞周期起到刹车作用
抑制CDK抑制因子，可能会造成细胞癌化
例子：P21，主要对G1期的CDK2、3、4、6起抑制作用
APC（Anaphase Promoting Complex,后期促进因子复合体）
可以泛素化cyclinB/A从而导致其降解，进而完成一个细胞周期
p53抑癌基因
在G1期检查DNA损伤
如有损伤，就暂停细胞周期，进行DNA修复
可以启动p21的转录，与MPF复合体结合，抑制细胞周期
可以启动DNA修复酶的转录
如修复失败，则引发细胞凋亡
检验点
G1/S
启动DNA的复制
S/G2
检验DNA复制是否完毕
G2/M
能否开始分裂
M/G1
纺锤体组装的检验
G1/S期
被G1期周期蛋白依赖性CDK所控制
G1期周期蛋白
cyclinD1
cyclinD2
cyclinD3
G1期周期蛋白依赖性CDK
CDK2
CDK4
CDK6
G2/M期
和CDK1(周期蛋白依赖性蛋白激酶1)有关
可以磷酸化核纤层蛋白的磷酸化，导致核纤层解体，核膜消失
可以使组蛋白H1（有一定的种属和组织特异性，进化保守）磷酸化，从而导致染色体聚缩
可以促进核仁蛋白磷酸化，从而促进核仁解体
CDK1与cyclinB结合且被CDK活化激酶磷酸化后还需要cdc25c去Thr14、15的磷酸化，保留Thr161位的磷酸化才能使CDK1有活性
M期
子主题
浮动主题
癌变两类基因：
原癌基因
在细胞当中原本促进细胞分裂的基因
抑癌基因
在细胞当中原本抑制细胞分裂以及修复DNA损伤的基因
cdc25c
抑制翻译
EF-1b、EF-1r
影响亚细胞定位
wee1/mik1激酶、CDK活化激酶
核仁解体
染色体聚缩
核纤层解体，核膜消失
P53
组蛋白H1
浮动主题
核仁蛋白
核纤层蛋白
MPF（复合体）
cyclinB（注意：结合是激活的先决条件）
cdc25
CDC2
wee1
原癌基因只要有一个突变（显性），就可以导致肿瘤的发生
基本认知增加：
激活下游蛋白有需要磷酸化和去磷酸化两者都满足的情况
细胞凋亡
检测方法
形态学观察（细胞核不完整）
透射电镜
扫描电镜
染色法
DNA电泳
片段出现梯状条带(DNA被切成以200bp为最小单位的片段)
DNA断裂的原位末端标记法
能对分子断裂缺口3‘-OH进行标记
caspase酶活性检测
检测细胞膜成分变化
流式细胞分析
细胞变化
细胞核不完整
DNA被切成以200bp为最小单位的片段
细胞膜没有破裂
细胞膜成分中，磷脂酰丝氨酸外翻
按照有没有Caspase分凋亡途径
Caspase非依赖性途径
线粒体细胞色素c
AIF1（核酸酶，线粒体释放到细胞膜）
限制性内切酶G（线粒体释放到细胞核）
颗粒酶（内质网释放到细胞核）
Caspase依赖性途径
Caspase
执行者
3、6、7
起始者
2、8、9、10
和细胞凋亡无关，参与炎症反应
13
5
4
1
Caspase激活
同性活化
异性活化
按照内外源分凋亡途径
外源途径
内源途径
坏死与凋亡的区别
调控
生长因子
缺乏则死亡
足够则存活
相关基因
促进细胞凋亡
Bad
Bid
bax
抑制细胞凋亡
Bcl-X
Bcl-W
Bcl-2
双向调控
细胞自噬
定义：粗面内质网上脱落下来的一个双层膜小泡包裹着需要降解的蛋白质和细胞器形成自噬体，并且与溶酶体融合形成自噬溶酶体，从而降解所包裹的内容物
分类
分子伴侣所介导的自噬（CMA）：胞质内蛋白质有选择性地结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔内，然后被溶酶体消化。
小自噬：溶酶体膜直接包裹长寿命蛋白等，并且在溶酶体内降解
大自噬：内质网所形成的膜包被待降解物形成自噬体
细胞衰老
原因
氧化损伤理论： 生命活动当中代谢生成的活性氧对生物大分子的损伤造成的
端粒缩短学说：一般细胞内的端粒酶无活性，端粒不断缩短，最后造成染色体受到损伤
Hayflick极限
人的成纤维细胞的复制能力是有限的
颗粒酶A
内质网
凋亡复合体
Caspase9
Caspase8
切割蛋白、核酸
线粒体释放细胞色素c
切割后的Bid
死亡诱导信号复合物DISC
Bid
Caspase3
Caspase8前体
FADD接头蛋白
TNFR
肿瘤坏死因子TNF
Bcl-2可以抑制细胞凋亡