细胞生物学 主讲 余晓丽

第一章 绪论 第一节 细胞生物学研究 的内容与现状 一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 第一章 绪论 第一节 细胞生物学研究 的内容与现状 一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学：是在显微、亚显微与分子水平等不同层次上研究细胞结构、功能及生命 活动规律的科学。 细胞生物学研究的对象是细胞。 细胞分子生物学是当前细胞生物学发展的主要方向。 细胞生物学研究的主要内容是 细胞的形态与结构、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、起源与进化、兴奋与运动以及细胞的传递等。

二、细胞生物学的主要研究内容 大致可分为以下几 个方面： (一)细胞核、染色体以及基因表达的研究 (二)生物膜与细胞器的研究 (三)细胞骨架体系的研究 (四)细胞增殖及其调控 （五)细胞分化及其调控 (六)细胞的衰 老与程序死亡 (七)细胞的起源进化 (八)细胞工程

细胞生物学不同于细胞学主要表现在：第一，深刻性。它从细胞整体结构，超微结构和分子结构对细胞进行剖析，并把细胞生命活动同分子水平和超分子水平联系起来。第二，综合性。这所研究的内容广泛涉及到许多学科领域，同生理学、遗传学、生物化学、发育生物学等融合到一起。 三、当前细胞生物学研究的总体趋势与重点领域 （一）当前细胞生物学研究中的三大基本问题 1、细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？ 2、基因表达的产物如何逐级装配成基本结构体系及各种细胞器？

3、基因表达的产物如何调节细胞最重要的生命活动过程的？ （二）当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题 1、染色体DNA与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用。 2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及调控 3、细胞信号传导的研究 4、细胞结构体系的装配

第二节 细胞学与细胞生物学 发展简史 一、细胞的发现 第二节 细胞学与细胞生物学 发展简史 一、细胞的发现 英国学者胡克于1665年制造了第一台有科研价值的显微镜，第一次描述了植物细胞的构造，细胞的发现是在1665年。1677—1683年，荷兰人列文胡克用自己设计好的显微镜第一次观察到活细胞。 二、细胞学说的建 立及其意义 1、建立： 1838—1839年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的 基本单位，这就是著名的“细胞学说”。

2、细胞学说的基本内容：①一切有机体都是由细胞发育而来的，并由细胞和细胞产物所构成；②每个细胞是一个相对独立的单位，执行特定的功能；③细胞只能通过细胞分裂而来。 三、细胞学的经典时期 这一时期的研究方法，主要是显微镜下形态的描述。 1、原生质理论的提出；2、细胞分裂的研究；3、重要细胞器的发现。 四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展 1876年O ·Hertwig以细胞为基础，对所有生物现象作一般性综合，他采用实验的方法研究海胆和蛔虫 发育中的核 质关系，实际上创立了实验细胞学。从此，实验的方法得到广泛的应用，使细胞学得到迅速的发展。

随着对细胞 认识的深入，开始了对细胞的遗传、细胞器功能、细胞生化代谢及生理的研究，于是便以细胞 为中心，发展起来一些新兴学科，如细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学。 五、细胞生物学学科的形成与发展 细胞生物学的形成的基础是：①细胞超微结构的研究；②细胞生物化学的发展；③70年代以来分子生物学的概念与技术引入细胞学。概括地说，细胞生物学是以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本单位，在各个层次上（显微、亚显微、分子水平）研究细胞生命活动规律的学科。 其主要发展方向是细胞分子生物学。

思考题 1、细胞学说的基本内容是什么？恩格斯对细胞学说评价很高，为什么？P9 2、细胞生物学与经典细胞学有什么区别？ 3、当前细胞生物学研究的热点课题中你最感受兴趣的是哪些？为什么？

第二章 细胞基本知识概念 第一节 细胞的基本概念

一、细胞是生命活动的基本单位 细胞是有膜包围的能进行独立繁殖的最小原生质团，简单地说细胞是生命活动的基本单位。可以从以下角度去理解：①细胞是构成有机体的基本单位；②细胞是 有 是代谢与功能的基本单位，有严格自动控制的代谢体系，并且有保证完成生命过程有序性的独立的结构装置。③有机体的生长发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。细胞是有机体生长发育的基础；④细胞具有遗传的全能性（除少数特化细胞），是遗传的基本单位。 二、细胞的基本共性 细胞的基本共性有：①所有细胞都有细胞膜；②所有细胞都有DNA与RNA；③细胞都有核糖体；④细胞都以一分为二的方式分裂增殖。这些是细胞结构与生存不可缺少的基础。

第二节 非细胞形态的生命体——病毒及 其与细胞的关系 一、病毒的基本知识 病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的非细胞形态的生命体。类病毒仅由一个有感染性的RNA构成。朊病毒仅由有感染性的蛋白质构成。病毒是完整的寄生物。 根据核 酸类型不同，病毒 可分为DNA病毒与RNA病毒。依据宿主可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）等。 二、病毒在细胞内的增殖（复制） 病毒的增殖又称病毒的复制，病毒的增殖必须在细胞内进行。

病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与翻译病毒蛋白，然后将核酸与蛋白装配成病毒的基本结构。 其复制过程大到可分为： 侵染，脱去衣壳，早基因的复制与表达，晚基因的复制、结构蛋白质的合成，装配、成熟与释放等过程。 三、病毒与细胞在起源和进化中的关系 病毒可能是细胞在特定条件下“扔出”的一个基因组，或者是具有复制与转录能力的mRNA。这些游离的基因组只有回到它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录。

第三节 原核细胞与古核细胞 种类繁多的细胞可以分为原核细胞与真核细胞两类大类。 第三节 原核细胞与古核细胞 种类繁多的细胞可以分为原核细胞与真核细胞两类大类。 近年有些生物学家建议将生物划分原核生物、古核生物和真核生物三大界，将细胞相应分为三大类型：原核细胞、古核细胞与真核细胞。 原核细胞无典型的细胞核，其基本特点：①遗传物质仅由一个裸露的环状DNA构成；②细胞内没有分化出以膜为基础的细胞器与细胞核膜。 原核细胞大约出现在35亿年前，包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌及蓝藻(蓝细菌)等6类。

一、支原体 支原体是目前发现的最小、最简单的细胞，直径只有0.1~0.3µm,能在体外生长，也能寄生在细胞内。 二、原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻 （一）细菌 细菌有3种形态：球菌、杆菌、螺旋菌。 在进化上，细菌又可分为原细菌（古细菌）与真细菌两类大类。 1、 细菌细胞的核 区与基因： 一个环状的DNA分子盘绕在核区，没有或有极少的组蛋白，无明显的Feulgen正反应。DNA复制不受细胞分裂周期的限制，可以连续进行，且DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译可以同时进行,这是细菌乃至整个原核细胞器与真核细胞最显著的差异之一。

2、细菌细胞的表面结构： 主要指细胞膜、细胞壁及其特化结构(中膜体、荚膜、鞭毛等)。细胞膜是细胞表面的重要结构。 细胞膜的功能包括：①选择性地物质运输；②细菌细胞膜含有丰富的酶系，执行重要的代谢功能。 中膜体由细胞膜内陷形成，可能起DNA复制的支点作用。 细胞壁的共同成分是肽聚糖 ，革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁成分与结构差异明显。 荚 膜是某些细菌表面的特殊结构，是位于细胞壁表面的一层粘液物质。 鞭 毛是某些细菌的运动器官，结构简单

3、细菌细胞的核糖体 核糖体的沉降系数为70S，由50S大亚单位和30S亚单位组成。大亚单位含有23S rRNA, 5S rRNA和30多种蛋白质，对红霉素与氯霉素敏感；小亚单位含有16S RNA与20多种蛋白质，对四环素与链霉素敏感。 4、细菌细胞核外DNA 核外DNA：质粒。裸露的环状DNA，能自我复制，并可整合到核DNA中。 5、细菌细胞的内生孢子 又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。

内生孢子：细菌细胞内的重要物质(特别是DNA)，积聚在细胞的一端，形成致密体，可度过恶劣环境。 细菌的增殖为直接分裂。 （二）蓝藻 又称蓝细菌，是原核生物，又是最简单的自养植物类型之一。 蓝藻含有丰富的色素，可进行类似高等植物的光合作用。 其中央相当于细菌的核区；光合作用片层由藻胆蛋白构成，作用是将光能传递给叶绿素a；细胞质内含物有的是储存的养料，有的功能不详；细胞膜外有细胞壁和胶质层(鞘)。

三、原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞与真核细胞的根本区别：①细胞膜系统的分化演变；②遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。由于上述的根本差异，真核细胞的体积也相应扩增，细胞内部出现精密的网架结构——细胞骨架。 二者的区别可分为两部分进行比较： ①结构与功能比较：真核细胞的生物膜将细胞分化为核与质两部分，细胞质又分化出各种细胞器，细胞骨架又保证了细胞形态的合理排布与执行功能的有序性 (P36 表2-2)。 ②细胞遗传装置与基因表达方式的比较：核膜使扩增了的遗传信息与复杂的遗传装置相对独立 ，使基因表达的程序有严格的阶段性与区域性(P36表2-3 )。

四、古核细胞（古细菌） 古细菌（又称原细菌）是一些生长在极端特殊环境中（高温或高盐）的细菌。最早发现的是产甲烷细菌类。 古核细胞的形态结构、遗传装置虽与原核细胞相似，但一些 基本分子生物学特点又与真核细胞接近。现已有更多的论据说明真核生物可能起源于古核生物，论据如下： （1）古细菌的细胞壁成分与真核细胞一样； （2）古核细胞DNA中有重复序列的存在； （3）具有组蛋白； （4）古核细胞的核糖体与真细菌的差异很大，从对抗生素的反应看，应更类似真核细胞的核糖体；

（5）根据对5SrRNA的分子进化分析和二级结构的研究，认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差别甚远。

第四节 真核细胞的基本知识 概要 一、真核细胞的基本结构体系 1、生物膜系统 细胞表面是一种多功能结构；核膜又把细胞分为细胞质与细胞核。 第四节 真核细胞的基本知识 概要 一、真核细胞的基本结构体系 1、生物膜系统 细胞表面是一种多功能结构；核膜又把细胞分为细胞质与细胞核。 以生物膜系统为基础形成了各种细胞器。线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体及溶酶体等。 2、遗传信息表达结构系统 由 DNA—蛋白质与 RNA—蛋白质复合体形成的遗传信息载体与表达系统，一般以颗粒或纤维状的基础结构存在。包括染色质，核 仁、核糖体等。

3、细胞骨架系统 细胞骨架由特异的结构蛋白质构成网架系统，可分为胞质骨架与核骨架。 二、细胞大水及其分析 细胞体积的守恒规律。 三、细胞形态结构与功能的关系 细胞的形态与功能具有相关性与一致性。 四、植物细胞与动物细胞的比较 植物细胞特有的细胞器：细胞壁（主要成分是纤维素）、液泡、叶绿体等； 而动物细胞的中心粒在植物细胞中不常见到。

思考题 1、如何理解细胞是生命活动的基本单位？P17 2、细胞有那些基本共性？P19 3、比较原核细胞与真核细胞的主要差异？P35 5、细胞的结构与功能的相关性观点是学习细胞生物学的重要原则之一，你是否能提出一些更有说服力的论据来说明这一问题？

第三章 细胞生物学研究方法 第一节 细胞形态结构的观察方法 一、光学显微镜技术 1、普通复式光学显微镜技术 第一节 细胞形态结构的观察方法 一、光学显微镜技术 1、普通复式光学显微镜技术 普通光学显微镜（最大分辨率为0.2µm），主要由三部分组成：①光学放大系统，即目镜和物镜；②照 明系统；③机械和支架系统。 显微镜的性能优劣决定于它的分辨率。分辨率是指显微镜区分开相近两点的能力。 。 0·61λ D= N · sinɑ/2

共焦点是 指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它 在某一瞬间只用一束通过检测器前的小孔的光成像，可显著提高分辨率。可以观察较厚样品的内部结构。 λ为光源波长，α为物镜镜口角 。 2、荧光显微镜技术 在紫外光显微镜基础上发展而来，利用样品自发荧光和诱发荧光，可以对某些生物大分子进行定性和 定位研究。不仅可以观察固定切片标本，还可以在活体染色后对活细胞进行研究。 3、激光共焦点扫描显微镜 技术 共焦点是 指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它 在某一瞬间只用一束通过检测器前的小孔的光成像，可显著提高分辨率。可以观察较厚样品的内部结构。

4、相差显微镜技术和微分干涉显微镜技术 光线在通过密度不同的介质时，其滞留程度不同，即产生了光程差和相位差。相差显微镜 的基本原理把光程差变成振幅差(即明暗)。从而提高样品反差，故样品不需染色，适合观察活细胞。甚至研究细胞核、线粒体等细胞器的动态。它在结构上与普通显微镜最大的不同是在物镜后装有相差板。 微分干涉显微镜用的是偏振光，增加了样品反差，并具有立体感，可作于研究活体细胞中较大的细胞器。 录像增差显微镜技术在一定程度上可以填补光镜与电镜之间分辨率上的间隙。

二、电了显微镜技术 （一）电了显微镜基本知识 分辨率最终决定于光的波长，由于使用电子束作光源，电镜的分辨率大大提高。电镜的分辨率常常是超薄切片厚度的1/10，它的分辨率可达0.2nm，其放大倍数为106倍。 电镜的基本构造包括：①电子束照明系统 ；②电磁透镜成像系统；③真空系统；④记录系统；⑤电源系统。（P52表3-1） （二）主要电镜制样技术介绍人 样品制备技术的特殊要求：①样品要薄；②更好地保持样品的精细结构；③样品具有一定的反差。

主要的用于观察生物样品的电镜技术有：①超薄切片技术；是观察细胞超微结构的基础。②负染色技术；③冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术技术；④ 电镜三维重构技术；⑤扫描电镜技术（SEM）是观察细胞表面形的有力工具。 三、扫描隧道显微镜(STM) 是一种探测微观世界物质表面形貌的仪器，在纳米生物学的研究领域具有独特的优越性。 STM的特点：①具有原子尺度的高分辨本领；②可在真空、大气、液体等条件下工作；③非破坏性测量。

第二节 细胞组分的分析方法 一、用超速离心技术分离细胞器与生物大分子及其复合物 第二节 细胞组分的分析方法 细胞成分分析和形态学观察相结合，可揭示生物大分子在细胞内的构建及功能。 一、用超速离心技术分离细胞器与生物大分子及其复合物 利用多种方法使细胞崩解，形成细胞器和细胞组分的混合匀浆，再通过差速离心，即利用不同的离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。 差速离心与密度离心相结合可以达到精确的分离。

细胞不同组分沉降率不同，主要依赖于它们的形状和大小，通常以沉降系数S来表示(沉降系数是指悬浮在密度较低的溶剂中的一种溶质大分子，在每单位离 心场作用下的沉降速率)。 二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等到的显色方法 原位成分分析常利用一些显色剂与所检物质的特殊基团特异性结合的特征，通过染色反应的部位和颜色的深浅来断某种物质在细胞内的分布与含量。 福尔根(Feulgen)反应可特异显示DNA的存在部位。 PAS反应可确定多糖的存在。

四氧化锇 可证明脂肪滴的存在。苏 丹 Ⅲ和苏丹 黑也常用于脂肪的鉴定。 米伦反应及重氮反应等用来测定蛋白质。 检测和定位酶的技术是基于细胞或组织切片与适宜底物共同孵育，通过一定方法使产物显示出来 。例如检测碱性磷酸酶的格莫瑞方法。 三、特异蛋白质抗原的定位与定性 免疫荧光和免疫电镜是最常用的细胞内蛋白质定位技术。 1、免疫荧光技术 免疫荧光技术就是将免疫学方法与荧光标记技术 相结合研究特异蛋白质抗原在细胞内分布的方法。

2、免疫电镜技术 免疫电镜技术使特异蛋白的定位与超 微结构结合起来，使抗原定位更准确。如蛋白分泌的研究胞内酶 的研究；一些结构蛋白的研究。 四、细胞内特异核酸的定位与定性 1、原位杂交技术 用标记的核酸探针通过分子杂交确定特殊核苷酸序列在染色体上或细胞中的位置的方法。 2、Southern技术（了解） 蛋白样品经电泳后，与DNA探针进行吸附，与DNA有亲合作用的蛋白带被显示出来。

五、利用放射性标记技术 研究生物大分子在细胞内的合成动态 放射自显影技术是利用放射性同位素的电离辐射对乳胶的感光作用，对样品中放射性标记物进行定性与定位测定。 放射自显影技术包括两个主要步骤：即同位素标记的大分子前体的掺入和细胞内同位素所在位置的显示。 基本步骤为：掺入、制片、敷胶、曝光、显影、镜检。 六、定量细胞化学分析技术 1、显微分光光度测定技术 根据细胞内某些物质对光谱吸收的原理，来测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。

2、流式细胞仪 可定量地测定某一细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量，以及细胞群体中上述成分含量不同的细胞的数量。

第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 一、细胞培养 第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 一、细胞培养 细胞培养就是将动植物组织或细胞从机体取出，分散成单个细胞 或直接以单细胞 生物，给予必要的生长条件，让其在培养瓶中或培养基上继续生长与增殖。 （一）动物细胞培养 从机体取出立即培养的细胞叫原代细胞。适应在培养条件下持续传代培养的细胞为传代细胞。 通过纯系化或选 择法从原代培养细胞中分离出来的细胞群体叫细胞株，细胞分裂周期约限于50—60次。

从原代细胞或细胞株中获得的可无限传代的细胞叫细胞系。 （二）植物细胞培养 单倍体细胞培养。 原生质体培养：去壁的植物细胞叫原生质体。可培养成植株或体细胞杂交植株。 （三）非细胞体系在细胞生物学研究中的作用 来源于细胞，而不具有完整的细胞结构，但包含了正常生物学反应所需的物质（供能系统和酶反应体系等）组成的体系即为非细胞体系。 二、细胞工程 应用细胞生物学方法，按照预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术以及发展这种技术 的领域为细胞工程。

20世纪80年代又发明了电融合技术。 细胞工程所使用的技术主要是细胞培养、细胞分化的定向诱导、细胞融合和显微注射等。 （一）细胞融合与细胞杂交技术 真核生物的体细胞经过培养，两个或多个细胞融 合成一个双核 或多核细胞的过程叫细胞融合。 动物细胞融合一般要用灭活的病毒(如仙台病毒)或 化学物质(如聚乙二醇，即PEG）介导；植物细胞事例时，要用纤维素酶去掉纤维素壁。 20世纪80年代又发明了电融合技术。 细胞融合可以在基因型相同的细胞间进行，也可以在基因型不同的种内细胞间甚至种间细胞间进行。

（二）单克隆抗体技术 1975年英国学者Milestein等开创了将产生抗体的单 个细胞同瘤细胞杂交的技术。他们的设计是经绵羊红 细胞免过的小鼠脾细胞(B淋巴细胞)与骨髓瘤细胞融合，融合的杂交瘤具有两种亲本细胞的特性即可分泌抗绵 羊红细胞的抗体，又可无限增殖。学者们纷纷利用这 一技术来制备针对不同抗原的高度纯一的单克隆抗体。 单克隆抗体就是单个杂交瘤细胞 增殖产生的克隆细胞群分泌的高度纯一的抗体。 （三）细胞折合与显微操作技术 细胞拆合就是把细胞核与质分离开后将不同来源的细胞质与细胞核相互配合，形成核质杂交细胞。

显微操作技术：即在显微镜下用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射的技术。

思考题 1、解释名词；细胞培养，细胞系，细胞株，单克隆抗体，细胞工程 2、什么叫显微镜分辨率？怎样才能增加分辨率？ 3、比较光镜与电镜的异同？ 4、光学显微镜技术有哪些新发展？它们各有哪些突出的优点？

第四章 细胞膜与细胞表面 第一节 细胞膜与细胞表面特化结构

细胞膜又称质膜，是围绕在细胞最外层，由膜脂和膜蛋白构成。 一、细胞膜的结构模型 1925年Gorter等人提出质膜由双层脂分子构成。 1935年Danielli和Davson提出三夹板模型。 1959年Robertson提出单位膜模型。 1972年Singer和 Nicolson提出流动镶嵌模型。该模型主要强调①膜的流动性；②膜蛋白的分布不对称性；这是生物膜的基本特征。

根据已有的实验结果，生物膜具有如下共同特征：①镶嵌性。膜的基本结构由脂双层分子层镶嵌蛋白构成，双层脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水 相。②流动性。蛋白质和类脂分子具有相对侧向流动性，③不对称性。膜两侧的分子性质和结构不同。④蛋白质极性。多肽链的极性区突向膜表面，非极性部位埋在脂双层内。 二、膜脂 （一）成分 膜脂主要包括磷脂、糖脂、胆固醇三种类型。 1、磷脂： 磷脂构成了膜脂的基本成分，分为甘油磷脂和鞘磷脂。

由极性头部和两条疏水尾部组成，为双极性分子。 2、糖脂： 为鞘氨醇的衍生物。含1—7个糖残基。 3、胆固醇和中性脂质： 胆固醇主要存在于动物细胞，可调节膜的流动性、增加膜的稳定性及降低水溶性物质的通透性。某些细菌含有中性脂类。 （二）膜脂的运动方式 膜脂分子的热运动方式：1、侧向运动；2、自旋运动；3、尾部摆动；4、翻转运动。 三、膜蛋白 （一）类型

膜蛋白可分为两类：膜周边蛋白和膜内在蛋白。外在膜蛋白为水溶性蛋白，分布在膜表面，与膜结合较疏松，用温和的方法就可从膜上分离下来，膜结构并不被破坏。内在蛋白多为跨膜蛋白，也有些插入脂双层中，与脂双层分子结合紧密。只有用去垢剂使膜崩解后才可分离出。 （二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式 与膜结合的主要方式有3种。 内在膜蛋白跨膜结构域是与膜脂结合的主要部位。具体作用方式为：①跨膜结构域含有20个左右的疏水氨基酸残基形成α—螺旋，其外部疏水侧链通过范德华力与脂双层分相互作用。②某些α—螺旋的外侧是

非极性链，内侧极性链，形成特异极性分子的跨膜通道。③某些跨膜蛋白的跨膜结构域常常仅有10—12个氨基酸残基形成 β— 折叠结构。 （三）去垢剂 是分离与研究膜蛋白的常用试剂，可使细胞膜分解。 去垢剂有离子型去垢剂(如SDS)和非离子去垢剂(Triton x—100)。 四、膜的流动性 （一）膜脂的流动 膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动。 （二）膜蛋白的流动

五、膜的不对称性 （一）细胞膜各部分的名称 （二）膜脂的不对称性 是指膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。糖脂的分布表现出完全不对称性。 （三）膜蛋白的不对称性 膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性。 各种生物膜的特征及其生物学功能主要由膜蛋白来决定的。

六、细胞膜的功能 细胞质膜的主要功能： ①为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； ②选择性的物质运输并伴随着能量的传递； ③细胞识别与信息传递； ④为多种酶提供结合位点； ⑤介导细胞与细胞、细胞与基质这间的连接； ⑥参与形成细胞表面特化结构。

七、骨架与细胞表面的特化结构 细胞表面的特化结构包括膜骨架、鞭毛、纤毛、变形足和微绒毛等，它们都是细胞质膜与膜内细胸骨架纤维形成的复合结构，分别于维持细胞的形态、细胞的运动、细胞与环境的物质交换等功能有关。 （一）膜骨架 膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞质膜的形状并协助完成多种功能。 红细胞的膜骨架成分主要包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白等。 (二）红细胞质膜蛋白及膜骨架 膜骨架蛋白网络与细胞膜之间的连接主要通过锚蛋白。此外，带4.1蛋白还可以与血型糖蛋白或带3蛋白结合，起到与质膜连接的作用。

第二节 细胞连接 细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过质膜相互联系、协同作用的重要结构。主要有3种类型： 一、封闭连接 第二节 细胞连接 细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过质膜相互联系、协同作用的重要结构。主要有3种类型： 一、封闭连接 封闭连接的主要形式是紧密连接。 紧密连接存在于上皮细胞之间，通过嵴线使相邻细胞质膜紧靠在一起，可阻止可溶性物质沿细胞间隙渗入体内。同时还起到膜蛋白的隔离作用。 二、锚定连接 锚定连接使相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成 一个坚挺有序的群体。

（一）桥粒与半桥粒 桥粒在细胞之间形成纽扣式的结构将相邻细胞铆接在一起，同时也是细胞内中等纤维的锚定位点。桥粒相邻细胞质膜的间隙约30nm。在质膜的胞质面有一致密斑，中间纤维直接与其相连。相邻两细胞的致密斑由跨膜连接糖蛋白连接。 （二）粘合带与粘合斑 粘合带位于上皮组织的下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构。粘合带处相邻细胞质膜的间隙约15—20nm。与粘合带相连的是微丝（又称肌动蛋白纤维），在细胞中形成平行质膜的可收缩的纤维束。 粘合斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质的连接方式。在粘合斑处，跨膜连接糖蛋白向外通过纤粘连蛋白与胞外

基质结合，其胞内结构域则通过微丝结合蛋白与肌动蛋白纤维结合。 粘合带及粘合斑均起细胞附着与支持作用。 三、通讯连接 （一）间隙连接 间隙连接相邻处质膜间的间隙为2—3nm。连接的基本单位是连接子。连接子由6个相同或类似的跨膜蛋白亚单位环绕。形成直径越1.5nm的孔道。相邻细胞质膜上的两个连接子相对形成间隙连接单位。 间隙连接在细胞间代谢耦联和细胞通讯中具有重要作用。 （二）胞间连丝 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，完成细胞通讯联络。

（三）化学突触 化学突触是存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。 四、细胞表面的粘着因子（了解） 细胞与细胞之间的粘连是由特定的细胞粘着因子钙粘素等介导的，细胞之间的锚定连接也需要粘着因子钙粘素与整联蛋白等参与。 粘着因子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连。多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用，少数不需要Ca2 。 1、钙粘素 同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。目前已发现几十种钙粘素，如E钙粘素、P钙粘素等。

2、选择素 异亲性依赖于Ca2+的糖蛋白，主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。 3、免疫球蛋白超家族的CAM 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域CAM超家族。其粘着作用不依赖于Ca2+。其中了解最多的为NCAMs，它在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。 4、整联蛋白 一类重要的细胞粘着因子，是由α和β两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着。

第三节 细胞外被与细胞外基质 细胞外被(cell coat)又叫糖萼。一般指动物细胞外表由糖蛋白或糖脂构成的绒絮状物质。起保护细胞和识别细胞的作用。 细胞外基质是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的确良蛋白和多糖所构成的网络结构，它将细胞粘连在一起构成组织，在细胞中或组织之间起支持作用。 细胞外基质的基本成分是由胶原蛋白和弹性蛋白组成的蛋白纤维和由糖胺聚糖形成的水合胶体构成的复杂的结构体系。层粘连蛋白和纤粘连蛋白具有多个结合位点，在细胞与胞外基质成分相互粘着中起重要作用。

胶原纤维的基本分子结构是原胶原。原胶原由3条多肽连盘绕成3股螺旋结构，长300nm直径1.5nm，具有Gly—x—y重复序列。 一、胶原 1、胶原的类型及分子结构 胶原是胞外基质最基本成分之一，是动物体内含量最丰富的蛋白，目前已发现20种。Ⅰ—Ⅲ型胶原是形成纤维的胶原，Ⅳ型纤维为片状(或网状)结构，基膜所特有。 胶原纤维的基本分子结构是原胶原。原胶原由3条多肽连盘绕成3股螺旋结构，长300nm直径1.5nm，具有Gly—x—y重复序列。 2、胶原的功能 胶原在细胞外基质中含量最高，刚性和抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，对细胞具有粘连作用。 胶原基质能影响培养细胞的生长和分化。

二、糖胺聚糖和蛋白聚糖 A 1、糖胺聚糖 糖胺聚糖由重复的氨基已糖+糖醛酸二糖单位构成的长链多糖。可分为7类。如透明质酸、肝素等。 透明质酸是一种重要的糖氨聚糖是细胞增殖和迁移细胞胞外基质的主要成分，尤其在胚胎组织中。在胞外基质中，透明质酸使结缔具有抗压能力。 2、蛋白聚糖 蛋白聚糖是由糖胺聚糖与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的分子，这样的单体可借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体。

三、层粘连蛋白和纤粘连蛋白 这两种蛋白均为高分子量糖蛋白。 1、层粘连蛋白 层粘连蛋白是动物组织基膜的主要结构组分，对基膜 基质的组装起关键作用，可介导细胞粘着于胶原进而铺展， 并促进细胞生长。 通常细胞不直接与型胶原或蛋白聚糖结合，而是通过 层粘连蛋白将细胞锚定于基膜上。 2、纤粘连蛋白 纤粘连蛋白的主要功能是介导细胞粘着。

四、弹性蛋白 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分。弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组织以弹性及抗张性。 五、植物细胞壁 植物细胞壁可看作是高等植物细胞的胞外基质，主要成分是纤维素、半纤维素、果胶质、伸展蛋白和蛋白聚糖等。细胞壁不仅起支持保护作用，而且其中的某些寡糖具有信号分子的作用。 胞外基质不仅提供细胞外的网架赋予组织以抗压和抗张力的机械性能，而且还与细胞的增殖分化和凋亡等重要生命活动有关。

思考题 1、生物膜的基本特征是什么？ 2、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？ 3、细胞表面有哪些特化结构？膜骨架的基本结构与功能是什么？ 4、细胞连接有哪几种类型，名有何功能？ 5、胞外基质的组成？ 6、细胞质膜的功能？

第五章 物质的跨膜运动与信号传递 第一节 物质的跨膜运动 物质通过细胞膜的转运主要有三种途径：被动运输、主动运输和胞吞与胞吐作用。 第五章 物质的跨膜运动与信号传递 第一节 物质的跨膜运动 物质通过细胞膜的转运主要有三种途径：被动运输、主动运输和胞吞与胞吐作用。 一、被动运输 (一)简单扩散 小分子或离子的热运动从浓度高的一侧通过质膜向浓度低的一侧自行扩散。在这种跨膜运动中，不需要细胞能量，也没有膜蛋白的协助。基通透性主要决定于分子大水和分子极性。

(二)协助扩散 有膜转运蛋白协助的小分子物质沿其浓度梯度(或电化学梯度)减小方向的跨膜运动。不消耗细胞代谢能量，这点和简单扩散相同。因此，二者被称为被动运输。 协助扩散具有如下特征：①转运速率高；②存在最大转运速率；③具有特异性；④有膜转运蛋白参与。 膜转运蛋白分为两类：载体蛋白和通道蛋白前者即可介导被动运输又可介导主动运输；后者只能介导被动运输。 1、载体蛋白及其功能 每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。

载体蛋白（通透酶）相当于结合在细胞膜上的酶，有特异的结合位点，可同特异性底物（溶质）结合，一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子。 2、通道蛋白及其功能 通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。 绝大多数通道蛋白是多次跨膜的离子通道，具有两个显著的特征：①具有离子选择性，而且转动速率高，净驱动力是溶质跨膜的电化学梯度；②离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过通道开关应答于适当的信号。

二、主动运输 主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度运输的跨膜运动方式，此过程需要能量供应。 根据主动运输过程所需能量来源的不同可归纳为：由ATP直接提供能量和间接提供能量以及光能驱动的三种基本类型。 (一) 由ATP直接提供能量的主动运输——钠钾泵 在细胞膜两侧存在着很大的离子浓度差，一般的动物细胞要消耗1／3的能量来维持细胞内低Na+高K + 离子环境，Na + 和K + 的逆浓度与电化学梯度输入和输出的跨膜运动就是由ATP直接供能，通过质膜上的Na + —K + 泵来完成的，是典型的主动运输方式。

Na + —K + 泵又叫Na + —K + ATP酶，由α和β两个亚基组成。工作模式是在细胞内侧α亚基与Na +结合促进ATP水解，α 亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起构象发生变化，将Na + 运出，同时细胞外的K + 与 α亚基的另一个位点结合，使其去磷酸化，α 亚基构象再度发生变化将K + 输入细胞，完成了整个循环。每 个 循环消耗一个ATP分子，转运3个Na +和2个K + 。 动物细胞借助Na +—K + 泵维持细胞渗透平衡。同时利用胞外高浓度的Na +所储存的能量，主动从细胞外摄取营养。 (二)由ATP直接提供能量的主动运输——钙泵和质子泵 Ca + 泵又称Ca + —ATP酶，主要存在于细胞质膜和内质网膜上，将Ca + 输出细胞或泵入内质网腔中贮存起来，以维持细胞内低浓度的Ca + 。Ca + 与ATP的

水解相耦联，每消耗一个ATP分子转运出两个Ca+ 。钙泵在肌质网中储存的Ca+ ，对调节肌细胞的收缩与舒张是至关重要的。 质子泵：植物细胞、真菌（包括酵母）和细菌细胞其质膜上没有Na + —K +泵，而是具有H +泵，将H +泵出细胞，建立跨膜的H +电化学梯度，利用H +电化学梯度来驱动主动转动溶质进入细胞。 可分为三种，①P—型质子泵；在转运H + 的过程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞膜上。②V—型质子泵；存在于溶酶体小膜和植物液泡膜上，转运H + 过程中不形成磷酸化的中间体。③H + --ATP酶；存在于线粒体内膜、植物类囊体膜和多数细菌质膜上，它以相反的方式来发挥作用，即沿浓度梯度运动，将所释放的能量贮存在ATP中。

(三)协同运输 协同运输是一类由Na + —K +泵或（H +泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质转运所需的直接能量来自膜两侧离子浓度梯度。动物细胞常利用膜两侧Na +的浓度来驱动。植物细胞和细菌常利用H +浓度来驱动。 根据物质运输方向与离子沿浓度梯度转运方向，协同运输又可分为两种，①共运输：是物质运输方向与离子转运方向相同。②对向运输：是指物质运动方向与离子转移方向相反。 (四)物质的跨膜转运与膜电位(生理上讲) 物质的跨膜运输，维持了膜两侧的浓度分布，对离子来说，同时形成了膜两侧的电位差，即膜电位，对于可兴奋细胞，膜电位具有重要的、生物学意义。

三、胞吞作用与胞吐作用 真核细胞通过胞吞作用与吞噬作用完成大分子颗粒性物质的跨膜运输。属主动运输。 (一)胞饮作用与吞噬作用 胞吞作用是通过细胞质膜内陷形成囊泡将外界物质裹进并输入细胞的过程。 根据胞吞物质的大水，胞吞作用又可分为胞饮作用吞噬作用。两者的区别有三点：①内吞泡的大水不同：胞饮泡的直径为150nm ，吞噬泡的直径常大于250nm ；②胞饮作用是一个连续发生的过程，所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液和分子；而大的颗粒性物质则通过特殊的吞噬细胞摄入，吞噬作用首先需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体，因此是一个信号触发过程。 ③胞吞泡形成机制不同：胞饮

泡的形成需有网格蛋白、接合素蛋白和结合蛋白等的参与。吞噬泡的形成需要微丝及其结合蛋白参与，在多细胞动物体内，只有某些特化细胞才有吞噬功能。 (二)受体介导的胞吞作用 根据胞吞的物质是否有专一性，胞吞作用有两种类型①受体介导的胞吞作用：被转运的物质和细胞质膜上专一的受体相结合后引诱发的胞吞作用，如胆固醇的跨膜运转。②非特异性的胞吞作用。 受体介导的胞吞作用是大多数动物细胞通过网格蛋白有被小泡从胞外液摄取特定大分子的有效途径。 (三)胞吐作用 是将细胞内的分泌泡或其它膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。

所有真核细胞都有组成型胞吐途经，特化的分泌细胞还有一种调节型胞吐途经。 无论是胞吞作用或是胞吐作用。都是通过膜泡运输的方式进入的，这种动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的。胞吞作用和胞吐作用都涉及到膜的融合，现在已鉴定有膜融合蛋白参与催化，以克服质膜融合过程中的能量障碍。

第二节 细胞通讯与信号传递 一、细胞通讯与细胞识别 (一)细胞通讯 细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生反应的过程。 第二节 细胞通讯与信号传递 一、细胞通讯与细胞识别 (一)细胞通讯 细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生反应的过程。 细胞以三种方式进行通讯：①分泌化学信号；②直接接触；③间隙连接。 细胞分泌化学信号的作用方式可分： ①内分泌②旁分泌③自分泌④通过化学突触传递信号分子。 细胞间直接接触，通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合，影响其他细胞。

(二)细胞识别与信号通路 细胞通过其表面的受体与胞外信号分子选择性地相互作用，最终导致细胞整体的生物学效应的过程。 细胞接受外界信号，将胞外信号转为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这是细胞信号系统的主线，这种反应系列称之为细胞信号通路。 (三)细胞的信号分子与受体 1、细胞的信号分子 根据其溶解性通常可分为亲脂性和亲水性两类：①亲脂性信号分子，主要代表是甾类激素和甲状腺素。 ②亲水性信号分子，包括神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素。

2、受体 是一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，与配体结合后，产生化学的或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。 受体多为糖蛋白，一般包括两个功能区域，与配体结合的区域及产生效应的区域。 根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体和细胞表面受体。 3、第二信使与分子开关 ①第二信使 　　　第一信使与受体作用后在细胞内最早产生的信号物质称为第二信使。目前公认的第二信使有cAMP、 三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等，Ca2+是磷脂酰肌醇信号通路的“第三信使”。

②分子开关 细胞内信号传递蛋白质(开关蛋白)可分为两类：一类开关蛋白的活性由激酶使之磷酸化而开启，由磷酸酶 使之去磷酸化而关闭；另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。 二、通过细胞内受体介导的信号传递 细胞信号传递的通路随信号的受体存在的部位不同分为两类：一是；二是通过细胞表面受体介导的信号传递。 通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性信号分子（如甾类激素）可直接跨越质膜进入细胞内，与细胞质内的受体形成激素复合物，并穿过核膜孔进入细胞核内结合于特异的DNA序列调节基因表达。这一过程

可分为初级反应阶段和延迟反应阶段。 三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋白激素、生长因子等）一般不能直接进入细胞。而是通过与细胞表面特异受体的结合，进行信号转导继而对靶细胞产生效应。 根据信号传导机制和受体蛋白类型的不同，细胞表面受体分属三大家族：①离子通道偶联的受体；②G蛋白偶联的受体；③酶偶联的受体。

(一)离子通道偶联的受体 离子通道偶联的受体是细胞表面由多亚基组成的受体—离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤。 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递。神经递质通过于受体的结合开闭离子通道，改变质膜的离子通透性，从改变突触后细胞的兴奋 。 受体是对配体具有特异性选择，是具有同源性的跨膜蛋白。 (二) G蛋白偶联的受体 G蛋白偶联受体是细胞表面由单条多肽经7次跨膜形成的受体。

G蛋白是三联体GTP结合调节蛋白，由、、三个亚基组成。（参下图） 由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路， 根据产生第二信使的不同，又可分cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。 1、cAMP信号通路 信号分子与受体结合后，通过与GTP结合的调节蛋白(G蛋白)的耦联，在细胞内产生第二信使，从而引起细胞的应答反应。

cAMP信号通路由质膜上的5种成分组成：①激活型激素受体(Rs)；②抑制型激素受体(Ri)；③与GDP结合的活化型调节蛋白(Gs)；④与GDP的抑制型调节蛋白(Gi)；⑤腺苷酸环化酶( C )。（参下图） (1) Rs 与Ri Rs与Ri位于质膜外表面，识别细胞外信号分子并与之结合，受体有两个区域，一个与激素作用，另一个与G蛋白作用。 (2) Gs与Gi G蛋白也称耦联蛋白或信号转换蛋白，它将受体和腺苷酸环化酶耦联起来，使细胞外信号跨膜转换为细胞内信号，即第二信使cAMP。（参下图） (3)腺苷酸环化酶 cAMP 信号通路的催化单位是结合在质膜上的腺

苷酸环化酶 ，它催化ATP生cAMP。 cAMP信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。 ①激活靶酶：通过对蛋白激酶A的活化进而使下游靶蛋白磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为是细胞快速答应胞外信号的过程。（参下图） ②开启基因表达：是一类细胞缓慢应答胞外信号的过程，这就是cAMP信号通路对细胞基因表达的影响。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素 G蛋白偶联受体 G蛋白 腺苷酸环化酶 cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A 基因调控蛋白 基因转录。（P139图5-28）

2、磷脂酰肌醇信号通路( 肌醇磷脂信号通路) 外界信号分子与受体结合，使质膜上的 4,5—二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成 1，4,5—三磷酸肌醇(IP3)和二酰苷油(DG )两个第二信使。（参下图） 磷脂酰肌醇信号通路的最大特点是胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别启动两个信号传递途径即IP3—Ca 2 +和DG—PKC途径，实现细胞对外界的应答，因此把这一信号系统称之为“双信使系统”。（P140图5-29） IP3是一种水溶性分子，在细胞内动员内源Ca 2 +，使胞质中内源Ca 2 + 浓度提高。Ca 2+通过钙调蛋白引起细胞反应；DG激活蛋白激酶C(PKC)。

在许多细胞中，PKC的活化可增强特殊基因转录。有两条途径：①PKC激活一条蛋白激酶的级联反应，导致基因调控蛋白的磷酸化和激活；②PKC的活化，导致一种抑制蛋白的磷酸化，使基因调控蛋白摆脱抑制状态释放出来，进入细胞核，刺激特殊基因的转录。(图5—31)

(三)与酶连接的受体 与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体，一旦被配基活化即具有酶的活性。包括5类：①受体酪氨酸激酶；②受体丝氨酸激酶/ 苏氨酸激酶；③受体酪氨酸磷酸酯酶；④受体鸟苷酸环化酶；⑤酪氨酸蛋白激酶联系的受体。 1、受体酪氨酸激酶(RTKS)及RTK—Ras蛋白信号 ①受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，CTKs)又称酪氨酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要受体家族，包括6个亚族。 CTKs的多肽链只跨膜一次，胞外区是结合配体的结构域，胞内区肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点。

自磷酸化的结果是激活了受体的酪氨酸蛋白激酶活性，磷酸 化的酪氨酸残基可被含有SH2结构域的胞内信号 所识别并与之结合，由此启动信号转导。 ②RTK—Ras蛋白信号通路 活化的RTK可以结合多种带有SH2 结构域的结合蛋白或信号蛋白，其中一类是接头蛋白；另一类是在信号通路中有关的酶， 如GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein，GAP)、蛋白磷酸脂酶(SyP)等。这两类RTK结合蛋白的结构和功能不同，但它们都具有两个高度保守而无催化活性的结构域即 SH2和SH3。 Ras蛋白是ras基因表达的产物，具有GTPase活性，分布于质膜胞质一侧，结合GTP时为活化态，结合GDP时为失活态。所以Ras蛋白具有分子开关的作用。

GDP的释放需要鸟苷酸释放因子(GRF)的促进；Ras 蛋白从活化态到失活态的转变，则要GTP酶活化蛋白(GAP)的促进；所以GRF和GAP都与Ras蛋白参与的信号转导有关。 GAP因具有SH2结构域可直接与活化的受体蛋白结合。GRF在SH3结构域，但没有SH2结构域，因此需要接头蛋白连接来活化Ras。 RTK—Ras信号通路可概括为如下模式： 配体 RTK adapdor GRF Ras Raf (MAPKKK) MAPKK MAPK 进入细胞核 其他激酶或基因调控蛋白(转录因子)的磷酸化修饰。

2、细胞表面其他与酶偶联的受体 (1)受体丝氨酸/苏氨酸激酶 (2)受体酪氨酸磷酸酯酶 (3)受体鸟苷酸环化酶 (4)酪氨酸蛋白激酶联系的受体

四、由细胞表面整联蛋白介导的信号传递 整联蛋白是细胞表面的跨膜蛋白(异二聚体)，不仅介导细胞附着到胞外基质上，更重要的是提供了一种细胞外环境调控细胞内活性的渠道。整联蛋白与胞外配体相互作用，可产生多种信号，如Ca+的释放进入细胞质，肌醇第二信使的合成，胞内蛋白酪氨酸残基的磷酸化等。 细胞与胞外基质之间形成的粘着斑具有两个方面的功能：一是机械结构功能，粘着斑的装配也是受信号控制的装配，通过肌动蛋白纤维和多种肌动蛋白的结合蛋白而完成；二是信号传递功能，通过酪氨酸激酶Src和粘着斑激酶(FAK)而实现。 通过粘着斑由整联蛋白介导的信号传递基通路有两条：

(1)由细胞表面到细胞核的信号通路。(图5—37) (2)由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路。 粘着斑激酶FAK的酪氨酸残基被磷酸化后，活化PI(3)K。活化的PI(3)K催化产生两种磷脂酰肌醇 衍生物：PI-3,4-二磷酸和 PI-3,4，5-三磷酸，两者活化激酶P70S6K，活化的磷酸化核糖体小单位的S6蛋白；含有磷酸化S6的核糖体被优先利用，合成细胞从G1期到S期所需的某些蛋白。

五、细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息 (一)细胞信号传递的基本特征 (1)多途径、多层次的细胞信号通路具有收敛或发散的特点。 (2)细胞的信号转导具有专一性又有作用机制的相似性。 (3)信号转导过程具有信号放大作用，但这种放大作用又必需受到适度控制，这表现为信号放大作用与信号 所启动的作用的终止并存。 (4)当细胞长期暴露在某种形式的刺激下，细胞对刺激的反应将会降低，这就是细胞进行适应。 (二) 蛋白激酶的网络整合信息

思考题 1、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义？P106 2、动物细胞、植物细胞和原生动物细胞应付低渗膨胀的机制有何不同？P114 5、简要说明G蛋白偶联受体介导的信号通路有何特点？P132

第六章 细胞质基质与细胞内膜系统

第一节 细胞质基质 真核细胞的细胞质结构复杂，包括细胞器、细胞质基质和内含物等。 　　真核细胞的细胞质结构复杂，包括细胞器、细胞质基质和内含物等。 　　细胞内膜系统是指在结构、功能或发生上相关的膜围绕的细胞器或细胞结构，主要指内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等。 　第一节　细胞质基质　 　一、细胞质基质的涵义　　　　　 　　　 细胞质基质指细胞质中除去细胞器和内膜系统留下的无一定形态结构的胶状物质。有的学者称为胞质溶胶。主要含有与中间代谢有关的数千种酶类以及与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构。 已有的证据显示，细胞质基质可能是一个高度有序且又不断变化的结构体系，细胞骨架纤维贯穿其中。 二、细胞质基质的功能

1、许多中间代谢过程在细胞质基质中进行。包括糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成与分解以及蛋白质与脂酸肪的合成等。　　　 2、细胞质骨架是细胞基质的主要结构成分，与维持细胞形态、细胞运动、物质运输及能量传递有关。 3、与蛋白质的修饰及选择性降解有关。 （1） 蛋白质的修饰 　 在细胞质中发生的蛋白质修饰的类型主要有： 　　　①辅酶或辅基与酶的共价结合； 　　　②磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性； 　　　③糖基化； 　　　④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰；

　 ⑤酰基化； （2）控制蛋白质的寿命 （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 （4）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠形成正确的分子构象 　　最近有人提出细胞质基质主要是由微管、微丝和中等纤维等形成的相互联系的结构体系。其中蛋白质和其它分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存在，它与周围溶液中的分子处于动态平衡。

第二节 内质网（ER） 内质网是由封闭的膜系统及围成的腔形成的互相沟通的网状结构。 　　内质网是由封闭的膜系统及围成的腔形成的互相沟通的网状结构。 　　在不同类型细胞中或同一细胞不同生理状态下，内质网的数量、类型与形态差异很大。 　　从细胞中分离出的微粒体实际上是在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的囊泡结构，它包括内质网与核糖体两种基本成分。 一、内质网的两种基本类型 　　内质网是连续的整体结构，可分为两种基本类型。 1、粗面内质网（rER）　

rER多呈扁囊状，表面附有核糖体。其主要功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。（图6-1） 2、光面内质网（sER） 　　光面内质网常由分支的管道形成复杂的网状，膜上无核糖体附着。 sER是合成脂类的重要场所。 （图6-2） 二、内质网的功能 内质网是细胞蛋白质与脂质全成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。 1、蛋白质的合成 　　所有蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的核糖体上。有些蛋白质合成开始不久即转至内质网上，这些蛋白包括：①分泌蛋白；②膜蛋白；③需要与其它细胞组分严格隔离的蛋白（如内质网、高尔基体和溶酶体中的蛋白质）；④需要进行复杂修饰的蛋白。

2、脂类的合成　 　 sER合成了几乎全部的膜脂。膜脂在光面内质网的细胞质基质膜面上合成，随后部分膜脂转移到内质网腔面膜上，进而通过出芽的方式或磷脂转换蛋白的协助，运送到其他部位。（图6-3） 3、蛋白质的修饰与加工 蛋白质在内质网中的化学修饰主要有：糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。糖基化伴随着多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。 糖基化分：N—连接糖基化（主要发生在内质网中） O—连接糖基化（主要发生在高尔基体中）（图6-4） 4、新生的多肽折叠与装配

5、其它功能： （主要指光面内质网）肝细胞中的光面内质网具有解毒功能、固醇类激素的合成、与糖原分解有关等。 肝细胞中含有发达的特化的光面内质网，称肌质网。肌质网的主要功能是贮存Ca 2＋。

第三节　高尔基体 一、高尔基体的形态结构 　　高尔基体由一些（常常4－8个）排列较为整齐的扁平的膜囊堆叠在一起，这些扁囊均由光滑的膜围成，构成高尔基体的主体结构。 　　高尔基体是一种有极性的细胞器，表现在它在细胞中有恒定的位置，物质从高尔基体的一侧进入，从另一侧输出；扁囊堆常明显地具一凸面和一凹面。凸面（形成面、顺面）靠近细胞核，凹面（成熟面、反面）面向细胞质膜。（图6-5） 　　近年来，借助超高压电镜技术，高尔基体的结构

有更清晰的认识。归起来，高尔基体至少由互相联系的几部分组成： ①高尔基体的顺面网状结构（CGN）与膜囊：位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，呈连续分支状的管网结构，接受来自内质网新合成的物质，并将其分类后转入高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂类再返回内质网。 ②高尔基体中间膜囊：由扁平膜囊与管道组成，多数 糖基的修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在这里。 ③高尔基体的反面网状结构（TGN）与膜囊： TGN与反面的扁平囊相连，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。 TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出。（图6-6）

二、高尔基体的功能 高尔基体蛋白质的加工、分选、包装与运输以及在细胞“膜流”中起重要作用。此外，蛋白质的糖基化及其复杂的加工与修饰。多肽的酶解加工以及多糖合成等也发生在高尔基体中。 1、高尔基体与细胞分泌活动 　 高尔基体与细胞的分泌活动有关。最有力的证据是Caro的放射示踪实验。 除分泌性蛋白外，很多细胞膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原纤维等细胞外基质成分都是通过高尔基体完成其定向转动过程。（图6-7） 对溶酶体发生过程的认识有助于了解高尔基体完成其分选功能的作用机制。

2、蛋白质的糖基化及修饰 　　在粗面内质网上合成的糖蛋白在内质网和高尔基体中发生了糖基化。　 真核细胞中寡糖链一般结合在肽链的4种氨基酸残基上，由此可分为两大类不同的糖基化修饰，即N－连接（连接到天冬酰胺的N原子上）和O－连接（连接到丝氨酸、苏氨酸或在羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上）糖基化。（图6-8） 高尔基体中含有糖基转移酶，其主要作用是对糖基的寡糖链进行修饰。 3、蛋白酶的水解和其他加工过程　

很多蛋白质经与高尔基体结合的蛋白水解酶的作用,经特异地水解才成为有生物活性的多肽。如胰岛素。 　很多蛋白质经与高尔基体结合的蛋白水解酶的作用,经特异地水解才成为有生物活性的多肽。如胰岛素。 　　硫酸化作用也在高尔基体进行。 三、高尔基体与细胞内的膜泡运输 　　分泌性蛋白，多数质膜的膜蛋白都是在粗面内质网上合成，经高尔基体的加工与分装通过膜泡运输的方式进入细胞表面，同样通过内吞作用质膜外的复杂物质及质膜的膜蛋白以膜泡运输的方式进入细胞内。在这种膜泡运输过程中，细胞内形成复杂的“膜流”，高尔基体在膜流的调控中起着枢纽作用。高尔基体膜无论在厚度上或是化学组成上均介于内质网与质膜之间，说明从高尔基体的形成面到成熟面必然存在着膜的转化过程。

第四节 溶酶体与过氧化物酶体 溶酶体是外包单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞消化。 第四节　溶酶体与过氧化物酶体 　　溶酶体是外包单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞消化。 　　溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器——圆球体、糊粉粒及中央液泡。 一、溶酶体的结构类型 　　溶酶体是一种多样性和异质性的细胞器。根据溶酶体处于其生理功能的不同阶段，一般可分为以下几类。 1、初级溶酶体 　初级溶酶体呈球形，直径约0.2－0.5m，内容物均

一，外面由一层脂蛋白膜围绕，其中含有多种水解酶类 以包括蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、磷酸酯酶和硫酸酸酶等。它们都是酸性水解酶，最适PH为5左右。 （图6-9） 　 溶酶体膜在成分上与其它生物膜有所不同。 2、次级溶酶体 　　次级溶酶体为消化泡，是初级溶酶体与细胞内的自噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称为自噬溶酶体和异噬溶酶体。 3、残余小体（后溶酶体） 　　这些小体己失掉了酶，仅余留未消化的残渣在内，又叫残体。残体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。 　　酸性磷脂酶为溶酶体的主要标志酶，以此可辨认不同形态与大小的溶酶体来。（图6-10）

二、溶酶体的功能 1、消化无用的生物大分子、衰老的细胞器及细胞。自噬现象是真核细胞中细胞成分的更新和转化的基本特征。 由于溶酶体功能缺陷而引起的多种病症。使人们越来越多地关注与研究溶酶体在细胞内的清道夫作用。 2、防御功能是某些细胞特有的功能，它可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，形成异噬溶酶体。在溶酶体的作用理将其杀死并降解。 3、其它功能 　①正常的消化作用，为细胞提供营养。 　②在分泌细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节。

③细胞的自溶作用。清除动物发育过程中的某些细胞。 　 ④在受精中的作用。 三、溶酶体的发生 　 溶酶体酶在粗面内质网上合成并经N－连接的糖基化修饰，转至高尔基体后，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖上的甘露糖残基发生磷酸化形成6－磷酸甘露糖（M6P），在高尔基体的反面膜囊和TGN膜上存M6P的受体，这样溶酶体的酶就与其它蛋白分开并得以浓缩，以出芽的方式形成溶酶体。但M6P分送途经并非溶酶体分选的唯一方式。（图6-11）

四、溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器，普遍存在于所有的动物细胞和很多植物细胞中。（图6-12） 　　过氧化物酶体也是一种异质性的细胞器，但在酶的种类、功能和发生等方面都与溶酶体在很大区别。 过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较　 特征 溶酶体 微体 形态大小 大，球形变 小，球形，有酶晶体 酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类 是否需要O2 不需要 需要 功能 细胞内的消化作用 多种功能 发生 在粗面内质网合成 在细胞质基质中合成 识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶

　　植物细胞中的过氧化物酶体又叫乙醛酸循环体，参与光呼吸和乙醛酸循环反应。 　　过氧化物酶体中常含有两种酶：一是依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H2O2； 二是过氧化氢酶，它将H2O2分解。 过氧化物酶体的发生与线粒体和叶绿体相似，即已有的过氧化物酶体的分裂形成子代的细胞器。

第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配 第五节　细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配 绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中开始合成。随后，或在细胞质基质或在糙面内质网上继续合成。然后通过不同的途径转动到细胞的特定部位，这一过程称为蛋白质的分选或定向运转。 一、信号假说与蛋白质分选信号 为什么有些蛋白在细胞质基质中合成而有些在内质网外合成？1997年Blobel等提出信号假说，即指导分泌性蛋白合成的mRNA在AUG起始密码子之后有一信号密码子顺序，可指导合成一段疏水性氨基酸序列称为信号肽。信号肽有引导合成中的分泌蛋白多肽链穿过内质网膜进入内质网腔的

　 指导分泌蛋白在粗面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒受体等因子协助完成这一过程。肽链上的信号序列决定了多肽在细胞质中的合成部位，并最终决定成熟蛋白的去向。分子伴侣在这些过程中起重要作用。 继信号假说提出与确证后，人门又发现了一系列的信号序列。指导蛋白的定向运转。 分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位结合，从而帮助这些多肽转动、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称这分子伴侣。信号识别颗粒就是一种分子伴侣，它可与信号肽结合，帮助多肽转动。（图6-13）

二、蛋白质分选的基本途径与类型（图6-14） 三、膜泡运输 膜泡运输是蛋白质运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。 目前发现三种类型的有被小泡具有不同的物质运输作用，包括有网格被小泡，CopⅠ有被小泡，和CopⅡ有被小泡等。 四、细胞结构体系的装配 蛋白质的装配与去装配不仅存在于蛋白质分选的过程中，而且普遍存在于整个细胞生命活动中，具有重要的生物学意义。分子伴侣在蛋白质分选与装配的某些环节中起重要作用。

思考题 1、谈谈你对细胞质基质的结构组成及在细胞生命活动中的理解。 2、比较糙面内质网和光面内质网的形态结构与功能？ 3、糙面内质网上合成哪几类蛋白质？ 4、结合高尔基体的结构特征，谈谈它是怎样行使其生理功能的？ 5、蛋白质糖基化的基本类型、特征及生物学意义是什么？ 6、溶酶体是怎样发生的？它有哪些基本功能？ 7、过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别？ 8、何谓蛋白质的分选？已知膜泡运输有哪几种类型？

第七章　细胞的能量转换 －－线粒体和叶绿体 　　线粒体和叶绿体是细胞内两个能量转换细胞器，它们能高效地将能量转换成ATP。线粒体广泛存在于各尖真核细胞，而叶绿体仅存在于植物细胞中。 　　它们的形态结构都呈封闭的双层结构，内膜都演化为极其扩增的特化结构，并在能量转换中起主要作用。 　　线粒体和叶绿体以类似的方式合成ATP。 　　线料体和叶绿体都是半自主性细胞器。

第一节 线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的形态结构 1、线粒体的形态、大小、数量与分布 2、线粒体的超微结构 第一节　线粒体与氧化磷酸化 一、线粒体的形态结构 　1、线粒体的形态、大小、数量与分布 　2、线粒体的超微结构 　　线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构，由外膜、内膜、膜间隙及基质4部分构成。（参图7-1） 　①外膜：厚约6nm，通透性高。 　②内膜：厚约6－8nm，通透性低，只有不带电荷的小分子才能通过。内膜向内褶叠形成嵴。内膜和嵴的基质面上有许多排列规则的基粒，基粒由头部和基部组成，头部又叫F1，基部又叫F0。

　 ③膜间隙：内外膜之间宽8nm的空隙，它延伸到嵴的轴心部（嵴内隙），内含许多可溶性酶类、底物和辅助因子。 　 ④基质（内室）：内膜和嵴包围的空间，内含蛋白质性质的胶状物质。基质中有催化三羧酸循环、脂肪酸－氧化、氨基酸氧化、蛋白质合成等有关的酶类和其它成分，如环状DNA、RNA、核糖体及较大的致密颗粒，其作用主要是贮存Ca＋ 。 二、线粒体的化学组成及酶定位 　1、线粒体的化学组成　 　 线粒体的化学成分主要是蛋白质和脂类。线粒体的蛋白可分为可溶性与不溶性两类，可溶性蛋白质大多数是基质中的酶和膜外周蛋白；不溶性蛋白是膜的镶嵌蛋白、结构蛋白和部分酶蛋白。

　　 线粒体脂类主要成分是磷脂。 　　 线粒体内外膜在化学组成上根本不同是脂类和蛋白质的比值不同。内膜的脂类与蛋白质的比值低，外膜中比值较高。 2、线粒体酶的定位 　　 线粒体约有140种酶，分布在各个结构组分中，有的可作为某一部位所特有的标志酶，如外膜的单胺氧化酶，膜间隙的腺苷酸激酶，内膜的细胞色素氧化酶，基质中的苹果酸脱氢酶。 三、线粒体的功能 　　 线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。线粒体是糖、脂肪、和氨基酸最终释能的场所。

　 糖和脂肪等营养物质在细胞质中经过酵解作用产生丙酮酸和脂肪酸。这些物质选择性地从细胞质进入线粒体基质中，经过一系列分解代谢形成乙酰CoA，即可进入三羧酸循环。三羧酸循环脱下来的氢经线粒体内膜上的电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，生成水。在此过程中能量水平较高的电子，经过电子传递降到较低水平，所释放的能量通过ADP的磷酸化，生成高能磷酸键ATP，从能量转换的角度，线粒体内膜起着主要作用。参图7-2 (一）氧化磷酸化的分子结构基础 　氧化磷酸化是有氧呼吸中同电子传递相耦联的ATP合成。 　氧化（放能）和磷酸化（贮能）是同时进行并密切耦联在一起的，但却是两个不同的结构系统。电子传

　递链的各种组分均存在于线粒体内膜中，而基粒则是ATP合成的关键结构。参图7-3 1、电子传递链（呼吸链） 　　　由一系列能可逆地接受和释放电子或H＋的脂蛋白复合物所组成，它们是传递电子的酶体系，在内膜上相互关联地有序排列，称为电子传递链。 　　　细胞内有两条典型的呼吸链，即NADH呼吸链和FADH2呼吸链。 　　　从线粒体内膜可分离出4种脂蛋白复合物。复合物如下： 　　　复合物Ⅰ：是NADH－CoQ还原酶，又称NADH脱氢酶。 　　　复合物Ⅱ：是琥珀酸－ CoQ还原酶。

　复合物Ⅲ：是CoQ－细胞色素c还原酶。 　复合物Ⅳ：是细胞色素氧化酶。参图7-4 　各组分的排列顺序也即电子流的路径为： NADH　　FMN　　CoQ　　b　　c1　　c　　aa3　　　　O2 2、ATP合成酶的分子结构与组成 　　ATP合成酶或F1F0－ATP酶，是从线粒体上分离出的第五种复合物，能利用电子传递过程中释放的能量合成ATP。它由头部（F1因子）和基部(F2因子）组成。 　 F1（偶联因子F1）：为水溶性球蛋白，牛心线粒体ATP 酶的F1部分，由3、3、1、1、1等9个亚基组成。 　 F0（偶联因子F0）：是嵌合在内膜上的疏水蛋白复合

体，形成一个跨膜质子通FO各亚基的数量关系只有细菌的被确定为a1b2c10－12 。 参图7-5 3、氧化磷酸化作用与电子传递的偶联 　 当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。 　 NADH呼吸链生成ATP的3个部位是：①NADH至辅酶Q；②细胞色素b至细胞色素c；③细胞色素aa3至氧之间。但FADH2呼吸链只生成2个ATP分子。参图7-6 （二）氧化磷酸化的偶联机制 　　　 主要有：化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说等。化学偶联假说为氧化磷酸化机制中最为流行的一种假说。

四、线粒体与疾病 　　线粒体与人的疾病、衰老和细胞凋亡有关。线粒体的异常会影响整个细胞的正常功能，从而导致病变。 　　克山病就是一种心肌线粒体病，因营养缺乏（缺硒）而引起。

第二节 叶绿体与光合作用 叶绿体是植物细胞所特有的能量转换器，基主要功能是进行光合作用，即利用光能同化CO2和H2O合成糖，同时产生O2。 第二节　叶绿体与光合作用 　　叶绿体是植物细胞所特有的能量转换器，基主要功能是进行光合作用，即利用光能同化CO2和H2O合成糖，同时产生O2。 一、叶绿体的形状、大小和数目 　　高等植物的叶绿体大多数呈香蕉形。一般直径为3－6µm，厚2－3 µm。 二、叶绿体的结构和化学组成 　　叶绿体由叶绿体膜（被膜）、类囊体和基质3部分构成。参图7-6 　　叶绿体膜双层单位膜即内膜和外膜组成，内外两

层膜之间为膜间隙，外膜通透性大，　许多化合物如核苷了、无机磷、磷酸衍生物等均可透过，因此，细胞质中的大多数营养分子可以自由进入膜间隙。内膜对物质透过的选择性较强，是细胞质和叶绿体的功能屏障。有些化合物如磷酸甘油酸需由内膜上的特殊载体转运。 　　叶绿体的主要成分是蛋白质和脂类。 （二）类囊体 1、类囊体的结构 　　在叶绿体基质中，有许多由单位膜封闭形成扁平小囊，称为类囊体。类囊体沿叶绿体长轴平行排列，在某些部位，许多圆盘状类囊体叠置成垛，称为基粒。组成基粒的类囊体称为基粒类囊体。基粒之间的没有

发生叠垛的类囊体叫基质类囊体。 　　类囊体膜结构的形成，大大增加了膜片层的总面积，更有效地收集光能，加速光反应。 　　在类囊体膜中镶嵌有大量和光合作用有关的叶绿素－蛋白质复合物颗粒。集中了光合作用能量转换功能的全部组分。它们分别装配在光系统（PSⅠ）和光系统（PSⅡ）、细胞色素bf、CF0－CF1ATP酶等主要的膜蛋白复合物中。图7-7 图7-8 　　色素蛋白复合物在类囊体中呈不对称分布。在基粒与基质接触区和基质类囊体膜中含有直径为10－13nm的小颗粒，具有PS Ⅰ的活性；在基粒与基质非接触区膜中富含直径10－18nm的大颗粒，具有PS Ⅱ 的活性；细胞色素bf复合物在类囊体上较均匀；ATP合成酶位于基粒与基质接触区及基质类囊体的膜中。图7-9

2、类囊体的化学组成 　　类囊体膜的主要成分是蛋白质和脂质，还有色素（叶绿素、类胡萝卜素）、醌化合物等。 （三)基质 　　叶绿体膜与类囊体之间充满无定型的物质称为基质。基质中含有核糖体、环状DNA、RNA、脂滴或称嗜锇滴、淀粉粒、植物铁蛋白以及大量的RUBP羧化酶等。 　　RUBP羧化酶全酶由8个大亚基和8个小亚基组成，大亚基是叶绿体基因编码，而小亚基是由核基因组编码。 三、叶绿体的主要功能 　　叶绿体的主要功能是进行光合作用。光合作用是

叶绿体吸收光能，使之转变为化学能，利用水和二氧化碳合成糖类等有机物并产出氧的过程。 　　光合作用过程很复杂，一般分为光反应和暗反应两个阶段　。光反应在类囊体上进行，它是通过叶绿体等分子吸收、传递光能，形成ATP和NADP的过程，在此过程中水分子被光解放出氧。暗反应在叶绿体基质中进行叶绿体利用光反应产主的NADPH和ATP，使CO2还原合成糖。

第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成 除DNA外，线粒体和叶绿体中还有RNA、核糖体、 第三节　线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 一、线粒体和叶绿体的DNA 　 60年代初期分别在叶绿体和线粒体中发现并分离出DNA。线粒体DNA(mtDNA)呈双链环状，各种生物的mtDNA大小不一样，每个线粒体中约含6个mtDNA，叶绿体DNA(ctDNA)也呈双链环状，其大小差异较大。每个叶绿体中约含12个ctDNA分子，mtDNA和ctDNA均以半保留方式自我复制，mtDNA在S期和G2期复制，ctDNA在G1期复制。 二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成 　　除DNA外，线粒体和叶绿体中还有RNA、核糖体、

氨基酸活化酶等，说明这两类细胞器具有自我繁殖所必需的基本成分，具有独立转录和转译的功能。 　现已知线粒体仅能编码13种多肽并在线粒体核糖体上合成；叶绿体仅有60多种特有的蛋白质是在叶绿体内合成。而参与线粒体与叶绿体的蛋白质各有上千种之多，可见线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成。这就是说，线粒体和叶绿体的自主成分是有限的，对核质遗传系统有很大的依赖性。 　　由此可见，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的共同控制，所以称为半自主性细胞器。

　　mtDNA编码的RNA和多肽有：线粒体核糖中的2种rRNA（12S及16S），22种tRNA，13种多肽。这些多肽分布在线粒体内膜上的复合物中。 　　ctDNA编码的RNA和多肽有：叶绿体核糖体中的4种RRNA（23S、16S、4.5S及5S），30种或31种tRNA，约90种多肽。 目前在各植物的叶绿体中已确定了20个基因：编码RuBP羧化酶的大亚基，PSⅠ的2个亚基，PSⅡ的8个亚基，ATP合成酶的6个亚基，细胞色素bf复合物的3个亚基，这些都是叶绿体核糖体所合成的重要蛋白质

第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源 一、线粒体和叶绿体的增殖 细胞内线粒体和叶绿体的增殖主要通过分裂进行的。 1、线粒体的增殖 第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源 一、线粒体和叶绿体的增殖 细胞内线粒体和叶绿体的增殖主要通过分裂进行的。 1、线粒体的增殖 细胞内线粒体的增殖是由原来的线粒体分裂或出芽 而来。 线粒体的分裂约有以下几种方式：间壁或隔膜分离、 收缩分离、出芽。 2、叶绿体的增殖 叶绿体的增殖是由原来的叶绿体分裂而来。

二、线粒体和叶绿体的起源 主要有两种不同的观点，即内共生起源学说和非共生起源学说。 1、内共生起源学说 认为线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的细菌和蓝藻。它们与宿主细胞间形成互利的共生关系，在长期的进化过程中，分别演化为线粒体和叶绿体。(原始真核细胞的祖先是一种体积巨大的、不需要氧的、具有吞噬能力的细胞，能将吞噬所得的糖类进行酵解取得能量)。 (二)非共生起源学说 认为真核细胞的前身是一种好氧细菌，这种细菌通过 质膜内陷、扩张形成的双层膜分别将基因组包围在

其中后来在进化过程中发生了分化，从而逐渐形成了线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器。

第八章 细胞核与染色体 真核细胞内由双层膜围绕的含有染色体和核仁的区域即为细胞核。这是真核细胞与原核细胞的最大区别。 细胞核主要由核被膜、染色质、核仁及核骨架组成 。细胞核是遗传信息的贮存场所，在这里进行复制、转录和转录初产物的加工过程，从而控制着细胞的遗传与代谢活动。

第一节 核被膜与核孔复合体 一、核被膜 (一)结构组成 核 被膜由外核膜 和内核膜及其所夹的低密度腔隙—核周间隙所组成。 第一节 核被膜与核孔复合体 一、核被膜 (一)结构组成 核 被膜由外核膜 和内核膜及其所夹的低密度腔隙—核周间隙所组成。 外膜与粗面内质网相连，其表面附有核糖体，内质网腔与核周间隙相通。内核膜面向核质，表面光滑没有核糖体颗粒，内核膜上有特异蛋白如laminB受体，为核纤层laminB提供结合位点，从而把核膜固着在核纤层上。 在内外核膜的融合之处形成环状开口叫核孔。在核

孔上镶着一种复杂的结构，叫核孔复合体。核孔周围的核膜特称为孔膜区，它也有一些特有的蛋白成分，如 核孔复合体特有的跨膜糖蛋白gp210、Pom121等。 (二)核被膜在细胞周期中的崩解与装配 在细胞进行有丝分裂时，核被膜于前期解体，到未期又重新形成。 二、核孔复合体 1、核孔复合体的结构 (一)结构模型 核孔复合体(nuclear pore complex ,NPC)位于内外核膜彼此溶合的区域，由一系列规则排列的颗粒及丝状物组成复杂隧道结构。研究核孔复合体结构的经典方法有3种：树脂包埋超薄切片技术、负染色技术与冷冻蚀刻技术。

核孔复合体主要有以下4种组分：①胞质环 (外环)：②核质环(内环)：③辐：④栓：或称中央栓，又称中央颗粒，还可叫做“transporter”。 (二) 成分的研究 主要由蛋白质构成。已鉴定脊椎动物的核孔复合体蛋白成分已达十多种，其中gp210与p62是最具有代表性的两个成分，它们分别代表核孔复合体蛋白的两种类型。 (三) 的功能： 从功能上讲，核孔复合体可以看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，并且是一个双功能、双向性的亲水以通道。 1、通过核孔复合体的被动扩散 核孔复合体作为被动扩散的亲水通道，其有效直径

为9-10nm，即离子、小分子以及直径在10nm以下的物质原则上可以自由通过。 2、核孔复合体的主动运输 亲核蛋白质的核输入，RNA分子及RNP颗粒的核输出是通过核孔复合体的主动运输完成的，具有高度的选择性，且是双向的。 其主动运输的选择性表现在以下三个方面：①对运输颗粒大小的限制。②主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要ATP。③主动运输具有双向性。 ⑴ 亲核蛋白质的核输入 亲核蛋白质是指在细胞内合成，然后输入到核内发挥作用的一类蛋白。 现已证实，亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，

正是这些信号序列起到一个“定向”、“定位”的作用，保证整个蛋白质通过核孔复合体的输入，因此将为一特殊的氨基酸序列命名为核定位信号(NLS)。 亲核蛋白的入核转运可分为如下三个步骤(P256 图8-6) ⑵ RNA及核糖体亚单位的核输出 真核细胞中的RNA一般要经过转录后加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。 ①由RNA聚合酶Ⅰ转录的rRNA分子，总是在核内装配成核糖体亚单位，以RNP颗粒的形式转运到细胞质中转运过程需要能量。 ②由RNA聚合酶Ⅲ转录的5SrRNA与tRNA的转运是一种由蛋白质介导的过程。

③由RNA聚合酶Ⅱ转录的核内不均一RNA(hnRNA)，首先要在核内进行5ˊ端加帽和3ˊ端附加多聚A序列以及剪接等加工过程。

第二节 染色质 一、 染色质的概念及化学组成 染色质是指间期细胞内由DNA、 组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式，染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。 (一) 染色质DNA DNA是遗传信息的携带者。在真核细胞中，每个DNA分子都被包装到一个染色体中。一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息叫该生物的基因组，在原核生物中则是一个连锁群中所含全部遗传信息。

基因组中的遗传信息有两类：①结构基因；②基因选择性表达的信息； 1、染色体DNA的单一序列、重复序列和卫星序列 DNA存在重复序列，由此把DNA分为3种类型： ①单一序列又称非重复序列 ： 负责蛋白质氨基酸组成的信息，以三联体密码方式进行编码。不重复序列(如绝大多数结构基因)一般都是编码各种酶和一些具有特殊功能的蛋白质。如免疫球蛋白、血红蛋白等。 ②中度重复序列： 重复频率 在10—105之间 ， 。有些序列在基因调控中起作用(不编码任何产物)，有些是有编码功能的基因 。 rRNA、tRNA和组蛋白的基因属中度重复序列。

③高度重复序列：重复频率 在105 以上，主要 分布在着丝粒区，由一些短的DNA序列呈串联重复排列，可分为不同类型： 卫星DNA：常有一些 AT 含量很高 的简单高度重复序列，在进行CsCl密度梯度离心时，常会在DNA主带附近有一个次要的DNA带，叫卫星DNA。 小卫星DNA：常用DNA指纹技术作个体鉴定。 微卫星DNA：重复单位序列最短。 2、DNA二级 结构构型 分三种： B型DNA ：生物体内天然状态的DNA几乎都是以 B- DNA存在，二级结构相对稳定。是右手双螺旋DNA。

A-DNA：一般是B-DNA的重复变构形式，是右手双螺旋DNA。 Z-DNA：也是B-DNA的变构形式，是左手螺旋DNA。 三种构型DNA中，特别是大沟的特征在遗传信息表达过程中起关键作用。此外沟的深浅及宽窄也直接影响调控蛋白对DNA信息的识别。 B-DNA是活性最高的DNA构象；变构后的A-DNA仍有活性；变构后的Z-DNA活性明显降低。 DNA双螺旋能进一步扭曲盘绕形成特定的高级结构，正、负超螺旋是DNA高级结构的主要形式。 二、染色质蛋白质 染色质DNA结合蛋白有两类，即组蛋白和非组蛋白。

1、组蛋白 组蛋白呈碱性。真核生物染色体的组蛋白有5种，即H1、H2A、H2B、H3和H4。它们和DNA特异性结合，是构成染色质的基本结构蛋白。 5种组蛋白在功能上分为两组： ①核小体组蛋白： 包括H2A、H2B、H3和H4，这4种组蛋白形成聚合体，DNA卷曲在复合体上形成稳定的核小体结构。这4种组蛋白没有种属组织的特异性，在进化上十分保守。 ② H1组蛋白： 与核小体的核心颗粒相当靠近，在进化上不如核小体组蛋白那么保守。有一定的种属和组织特异性。在成熟的鱼类和鸟类红细胞中H1被H5取代。

2、非组蛋白 主要是指染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白 质，又称序列特异性结合蛋白。 呈酸性。具有种属和组织特异性，能识别特异的DNA序列。 (1)非组蛋白的特性 ①非组蛋白具有多样性和异质性 ②对DNA具有识别特异性 ③具有多种功能：帮助DNA分子折叠、形成染色质 高级结构；协助启动DNA复制；控制基因转录，调节基因表达。 (2)序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式

二、染色质的基本结构单位------ 核小体 (一)主要实验证据 (二)核小体结构要点 (1)每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白 H1。 (2) 组蛋白八聚体构核小体的核心结构，，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成。 (3)DNA分子在八聚体上缠绕1.75圈，约146个碱基对。H1与组蛋白结合，稳定了核小体的结构。 (4)相邻小体之间 以连接DNA相连。 (5)组蛋白与DNA的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。 (三)关于核小体的定位问题

（1）非组蛋白与DNA特异性位点的结合，可影响邻近核小体的相位。 （2）由DNA双螺旋本身固有的可弯曲性所决定。因为 弯曲会引起DNA双螺旋大沟和小沟的变化。（核小体DNA的弯曲示意图)。

三﹑染色体包装的结构模型 （一） 三﹑染色体包装的结构模型 （一）染色体包装的多级螺旋模型 核小体：在组蛋白H１的介导下，核小体彼此连接形成直径约10nm的串状染色体丝,这是染色体包装的一级结构。 螺线管：由核小体串珠结构螺旋盘绕,每圈6个核小体,形成外径30nm,内径10nm , 螺距11nm 的螺线管,这是染色体包装的二级结构。30nm的染色体纤维被认为是染色体包装的基础纤维。 超螺线管：30nm的染色质纤维进一步螺旋化,形成 直径0.4µm的超螺线管,这是染色体包装的三级结构。 染色单体：超螺线管进一步螺旋,形成染色单体, 即染色体包装的四级结构。(核小体如何包装成30nm直径的螺线管的图解)P192

根据多级螺旋模型,从DNA到染色体经过四级包装： 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 (2nm) (10nm) 30nm) (0.4 µm) (2~10 µm)

(二)染色体的骨架----放射环结构模型 直径2nm的双螺旋DNA与组蛋白八聚体构建成的核小体串珠结构,其直径10nm.然后盘绕成30nm的螺线管。由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质上形成微带。微带是染色体高级结构的单位.大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。 DNA 核小体 螺线管 环 微带 染色体 染色体包装的骨架—放射环结构模型示意图:P193

上述两种关于染色体高级结构的组织模型,前者强调螺旋化,后者强调环化与折叠 。以下图作为融两种机制在内的染色体包装模型。

四﹑常染色质的异染色质 染色质可分为常染色质的异染色质。 1﹑ 常染色质 是指间期核中,染色质丝折叠压缩程度低,处于伸展状态,碱性染料染色时着色浅的那些染色质。 2﹑异染色质 是指间期核中,染色质丝折叠压缩程度高,处于凝集状态,碱性染料染色时着色深的那些染色质。 异染色质又可分为结构异染色质和兼性异染色质。 (1)结构异染色质：是指各种类型细胞除复制时外,在整个细胞周期中均处于聚缩状态的异染色质。在中期染色体上多定位于着丝粒﹑端粒﹑次缢痕等处具有显著的遗传惰性。

(2)兼性异染色质： 是指在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质凝缩,并丧失基因转录活性变为异染色质。

第三节 染色体 一﹑ 中期染色体的形态结构 1﹑ 根据染色体的位置,可将染色体分为4种类型： 第三节 染色体 一﹑ 中期染色体的形态结构 1﹑ 根据染色体的位置,可将染色体分为4种类型： 中着丝粒染色体,近中着丝粒染色体,近端着丝粒染色体,端着丝粒染色体。 2 ﹑染色体的结构： ①着丝粒与动粒(着丝点)： 着丝点是染色体上非编码DNA区段,在中期的两条染色单体这一段仍连接在一起。由于该区浅染内缢,也叫主缢痕。临近着丝粒的外表面即为着丝点。

着丝粒包括三种不同的结构域： 动粒结构域： 中央结构域,这是着丝粒的主体,由串联重复的卫星DNA组成。 配对结构域： ②次缢痕 除主缢痕外,在染色体上其他的浅染缢缩部位称为次缢痕,它在染色体上的位置是固定不变的。 ③ 核仁组织区(nucleolar organizing region, NOR) 位于染色体的次缢痕部位,但并非所有次缢痕都是NOR.细胞分裂结束时,核仁总是出现在次缢痕处,它是rRNA的基因所在部位.与间期细胞核仁形成有关。 ④随体 　位于染色体末端的球形染色体节段,通过次缢痕与染色体相连。　

⑤端粒 染色体端部的特化结构。 二、染色体DNA的关键序列 染色体要确保在细胞世代中的稳定起码应具备3个结构要素： ①自主重制DNA序列 ②着丝粒DNA序列 ③端粒DNA序列：使染色体在细胞中稳定,不易丢失。 构成染色体DNA 分子的这3个结构序列称为染色体DNA的关键序列。 三 、核型与染色体显带 核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。

染色体显带技术是用特殊的染色方法，使染色体产生明显的暗带与明带相间的带型，形成鲜明的染色体个体性。 Q 带：技术即喹吖因荧光染色技术，显示中期染色体经氮芥因喹吖或双盐酸喹吖因染色体以后，在紫外光 射下所呈现的荧光亮带和暗带。 G 带：即Giemsa带，将中期染色体制片经胰酶或碱、热、尿素、去污剂等处理后再用Giemsa染料染色后所呈现的染色体区带。一般来说， G 带与Q 带相符。 R 带：是指中期染色体经磷酸盐缓冲液保温处理，以吖啶橙或Giemsa染色后所显示的带型， 和G带明暗相间带型正好相反，所以又称反带。 C 带：主要显示着丝粒结构异染色质及其它染色体区段的染色质部分。

T 带：又称末端带，是染色体端粒部位经吖啶噔染色后所呈现的区带。 N 带：又称Ag--As染色法，主要用于染核仁组织者区的酸性蛋白质。 染色体显带技术最重要的应用就是明确鉴别一个 核型中的任何一条染色体，乃至某一个易位片段。 从人到果蝇，有丝分裂的染色体普存在特殊的带型。核型具有物种特异性。 四、巨大染色体 巨大染色体包括多线染色体及灯刷染色体。 （一）多线染色体 存在于双翅目昆虫的幼虫组织内。

1、多线染色体的来源 来源于核内有丝分裂。 2、多线染色体的带及间带 3、多线染色体与基因活性 在果蝇发育的某个阶段，多线染色体的某些带区变得疏松膨大而形成胀泡。胀泡是基因活跃转录的形态学标志。 （二）灯刷染色体 存在动物的卵母细胞中。其中两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型，在植物中也有报道。 灯刷染色体 是卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体，它是一个二价体，包括4条染色单体 。

第四节 核仁 一、核仁的超微结构 电镜观察，核仁有种结构组分。 1、纤维中心（FC） 第四节 核仁 一、核仁的超微结构 电镜观察，核仁有种结构组分。 1、纤维中心（FC） 纤维中心是包埋在果粒组分内部一个或几个浅染的低电子密度的圆形结构小岛，存有DNA、聚合酶和结合转录因子。这种DNA具rRNA基因（rDNA）的性质。 2、致密颗粒组分（DFC） 呈环形或半月形包围FC， 由致密的纤维构成 。 3、颗粒组分（GC）

由直径15—20nm的核糖核蛋白颗粒构成，是正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体颗粒。 以上3种核仁组分都湮没在无定形的核仁基质中。 新近比较一致的看法认为，FCs是rRNA基因的储存位点，转录主要发生在FC与DFC交界处，GC代表核糖体亚单位成熟和储存的位点。 二、核仁的功能 核仁的主要功能涉及核糖体的生物发生，包括RDNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。 （一）rRNA基因的转录 rRNA基因定位于核仁组织区（NORs）。真核生物含有4种rRNA，即5.8S，18S，28S及5S rRNA，其中 前3者的基因组成一个转录单位，由专一性的RNA聚合

酶Ⅰ进行连续转录，产生rRNA前体，不同生物rRNA前体大小不同，哺乳类为45S。前体经过RNase酶的加工才成为有功能的rRNA。 （三）核糖体亚单位的装配 哺乳类推5SrRNA前体转录以后很快与蛋白质结合，因此加工的对象是一种核糖核蛋白（RNP）。RNP逐渐失去一些RNA和蛋白质，成为核糖体亚单位前体。核糖体的成熟作用只发生在亚单位被转动到细胞质以后。

第五节 核基质 一、核基质 在真核细胞的核内除染色质、核膜与核仁外，还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系，即核基质。 第五节 核基质 一、核基质 在真核细胞的核内除染色质、核膜与核仁外，还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系，即核基质。 这一结构体系与DNA复制、基因表达和染色体包装装与构建有密切关系。 二、核体 真核细胞内的间期核内除染色质与核仁结构外染色质之间的空间还含有许多形态上不同的亚结构域，统称为核体。在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的分子贷仓。

第九章 核糖体 第一节 核糖体的类型与结构 在原核细胞中，它可以游离形式存在，也可以与mRNA结合形成串状的多核糖体。平均每个原核细胞约含有2000个核糖体，真核细胞中约有丝分裂106~7个。 真核细胞中核糖体游离于细胞质基质中或结合在内分质网上进行蛋白质合成。实验证明，所有蛋白质的合成都是在游离核糖体上开始的，分泌蛋白、溶酶体蛋白及膜蛋白由于信号肽 的引导而结合于内质网上，而其它蛋白新生肽链没有信号顺序，不能和内质网结合。

rRNA 核糖体的唯一功能是按照mRNAR的指令由氨基酸 合成多肽链。 核糖体是颗粒状结构，直径为25nm，由rRNA和r蛋白质构成。 一、核糖体的基本类型与成分 核糖体的基本类型有两种原核细胞的核糖体为70S，真核细胞的线粒体与叶绿体近似于70S，真核细胞的为80S。核糖体均由大小两个亚单位组成。（表 ） 亚基 原核生物（70S） 30S 50S 真核生物（80S） 40S 60S rRNA 蛋白质分子数目 16S 23S 5S 21 34 18S 28S 5.8S 约33 约49

二、核糖体的结构 目前己了解E.coli核糖体的几乎全部r蛋白的分布及相互关系。 1、E.coli核糖体小亚单位中的部分的分布 ： 2、核糖体小亚单位rRNA的二级结构： 以上技术己用于对50S亚单位的分析，并取得了一些重要的进展。 三、核糖体蛋白质与rRNA的功能 在核糖体中，rRNA是起主要作用的结构成分，基功能有： ①具有肽酰转移酶的活性； ②为tRNA提供结合位点（A位点、P位点、E位点）；③为多种蛋白质提供结合位点；

④在蛋白质的合成时参与同mRNA的结合。 此外核糖体大小亚单位的结合、校正阅读、无意义链或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等都与rRNA有关。 核糖体蛋白质在翻译过程时也起着重要的作用。

第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成 一、多聚核糖体 第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成 一、多聚核糖体 细胞内进行蛋白质合成时，由多个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行多肽链的合成。这种由两个或更多核糖体与mRNA的聚合体叫多聚核糖体。 二、蛋白质的合成 多聚核糖体中核糖体的数量由mRNA的长度来决定，相邻的核糖体间距约80个核苷酸。这样，细胞内各种多肽的合成，不论其分子量大小 或mRNA长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目大体相等即在相同数量mRNA的情况下，可大提高多肽的合成速度。

以原核细胞为例，肽链合成的基本环节与主要步骤如下： （1）mRNA与30S的核糖体小亚单位结合，接着 fmet-tRNA与mRNA形成起始复合物。 （2）核糖体50S大亚单位与起始复合物结合，形成70S的完整核糖体与mRNA的起始复合物，甲酰甲硫氨酸占据P位点（肽酰位）。 （3）肽链延伸主要包括3个步骤： ①氨酰 tRNA与延伸因子EF-Tu和GTP形成的复合物相结合； ②延伸因子EF-Tu将氨酰 tRNA安置到A位点，到位后，GTP水解， EF-Tu连同GDP离开核糖体； ③肽链的生成与移位，由肽酰转移酶催化形成二肽

酰 RNA，移位需要实际延伸因子EF-G（移位酶）及 GTP。肽酰 tRNA从 A位点转移到 P位点。原核 P位点无负载的TRNA移到 E位点后脱落，A位点空出； ④蛋白质合成的终止。 A位点的终止密码与释放因子结合，活化肽链转移酶，水解 P位点的多肽与tRNA之间的连锁，多肽脱离核糖体，核糖体随即离解成 30S和50S亚单位。 三、RNA在生命起源中的地位 DNA仅具有信息载体功能，而无酶的活性；蛋白质具有多种酶活性而未发现有遗传信息载体功能；只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。 具有催化作用的RNA统称核酶。（备注） 原核细胞由DNA转录MRNA和由mRNA翻译成蛋白质是同时并几乎在同一部位进行；而真核细胞的DNA转录在核内，蛋白质的合成在胞质。

第十章 细胞骨架 细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系。广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质；狭义的细胞骨架指细胞质骨架，由微丝、微管、中间纤维和微梁组成。 细胞骨架与其它细胞器明显不同，具有弥散性、整体性和变动性是其鲜明的特点。

第一节 细胞质骨架 一、微丝（MF） 微丝又称肌动蛋白纤维，由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维。 （一）成分 第一节 细胞质骨架 一、微丝（MF） 微丝又称肌动蛋白纤维，由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维。 （一）成分 肌动蛋白是微丝的结构成分。单体外观呈哑铃铛状，其三维结构见图10-1A。在哺乳动物和鸟类细胞中 至少已6种肌动蛋白，4种称为肌动蛋白，另外两种为肌动蛋白和肌动蛋白。 （二）装配

微丝又称纤维形肌动蛋白（F-actin），由球形肌动蛋白（G-actin）单体形成的多聚体。肌动蛋白单体具有极性，装配时头尾相接，故微丝具有极性。 球形肌动蛋白可加到微丝两端，在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而加一端因来单位脱落而减短，这种现象称为踏车现象。 动物细胞内，微丝成束排列在一起，也有疏散成网状分布。有些微丝是永久的结构，有些微丝是暂时性的结构。 （三）微丝结合蛋白 微丝系统的主要组分是肌动蛋白纤维，即微丝。此外还包括许多微丝结合蛋白。 同样的肌动蛋白可以形成不同的亚细胞结构如肌肉

微丝、微绒毛轴心等，这是因为它受同样不同的肌动蛋白结合蛋白调节。微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构。目前已发现多种肌动蛋白结合蛋白。 1、肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌球蛋白： 原肌球蛋白（Tm）： 肌钙蛋白（Tn）： 2、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 未发现肌钙蛋白。已分离了几十种微丝结合蛋白，与微丝装配及结合有密切关系。参（表10-1）： （四）微丝特异性物 细胞松弛素：阻抑肌动蛋白聚合，可以破坏微丝的三维网络。

鬼笔环肽：对微丝具有稳定作用。 （五）微丝的功能 1、肌肉收缩 2、微绒毛：微绒毛的微丝轴心起维持微绒毛的作用。 3、应力纤维：在细胞质中具有收缩功能。 4、胞质溶胶和阿米巴运动 5、胞质分裂环

二、微管（MT） 微管存在于所有真核细胞中由微管蛋白组装成的长管状细胞器结构，平均外径为24nm。 （一）成分 微管蛋白有2种，即-微管蛋白和-微管蛋白，二者形成异二聚体是微管装配的基本单位。 （二）形态 微管是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结构，平均外径24nm，内径15nm，微管壁由 13根原纤维排列构成。微管可装配成单管，二联管（纤维和鞭毛）或三联管（中心粒和基体）。 （三）微管的装配 1、装配过程：微管蛋白形成二聚体， 二聚体先形成原纤维，经过侧面增加而扩展为片层，至于13根原纤维 时，即合拢形成 一段微管。新的二聚体再不断

加到微管的端点使之延长。参（图10-11）。 微管具有极性，-即为头 尾 的方向，微管的延长主要是靠正极的装配。在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另一端发生去装配而使微管缩短，称为跳车现象。细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态。 2、微管组织中心 微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管中心（TMOC）。动物细胞的TMOC为中心体。 TMOC决定了细胞微管的极性，微管的（—极）极指向TMOC，（+）极背向TMOC。 （四）微管结合蛋白 现已发现有几种蛋白参与微管的组装并增加微管的稳定性，这些蛋白称为微管结合蛋白（MAPs）。

MAPs在不同类型或组织的细胞中是不同的，这可能导致了微管与功能的差异。 （五）微管特异性药物 秋水仙素；结合有秋水仙素的微管蛋白可组装到微管末端，阻止其它蛋白的加入。 紫杉酚和重水（D2O）：可使微管稳定性增加并使细胞周期停止于有丝分裂期。 （六）微管的功能 1、维持细胞形态 2、细胞内运输 3、鞭毛和纤毛运动 4、纺锺体和染色体运动 5、基体和中心粒

中心体由一对互相垂直的中心粒构成。鞭毛和纤毛的基部称为基体。中心粒和基体是同源的，均可自我复制。 三、中间纤维（IF） 在哺乳动物细胞中发现10nm纤维，因其直径介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命为中间纤维。 （一） IF的成分 按其组织来源及免疫原性可分为5类：①角蛋白纤维；②波形纤维；③结蛋白纤维；④神经元纤维；⑤神经胶质纤维。 IF来源于同一基因家族，具有高度的同源性。在IF分子肽链中部有一段约束310介氨基酸形变残基的— 螺旋区是高度保守的。两个相邻亚基对应的—螺旋区

形成双股超螺旋，即长辈40-50NM的杆部。而非螺旋化的头部（N端）和尾部（C端）的氨基酸顺序和肽链长度在各类不同IF蛋白分子中有很在差异。 1、两个相邻亚基的对应—螺旋区形成双股超螺旋二聚体。 2、两个二聚体反向平行以半交叠方式构成四聚体。也不排除顺向平头排列的可能。 3、四聚体首尾相连形成原纤维。 4、8根原纤维构成圆柱状的IF。 （三）IF的功能 IF的功能不很清楚，一个重要的原因是没有找到IF特异性工具药。

一般认为IF在细胞中 和细胞间起支架作用，同时参与传递细胞内机械的或分子的信息。

第二节 细胞核骨架 一、核基质 细胞核骨架存在于核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。对核骨架的概念有两种理解：狭义的核骨架仅指核基质，即细胞核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复合体以外以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体以及染色体骨架。 （一）形态结构 核骨架的形态结构根据不同报道有所差异。一般 是由纤维蛋白构成的纤维网络，核仁与染色质位于核

骨架纤维网络中，核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架网络。 （二）成分 主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白并含有少量RNA。核骨架蛋白可分为两类：①各种类型细胞共有的；②与细胞类型及分程度相关。 1、核骨架蛋白 又称为MAR结合蛋白，已鉴定的MAR结合蛋白有： ①DNA拓扑异构酶Ⅱ： ②核基质蛋白： ③Nuc2+蛋白： ④ARPB：等等。 2、核骨架结合蛋白

核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白来完成，更重要的是通过多种核基质结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能。 （1）转录因子，具有严格的序列特异性： （2）酶： （3）受体： （4）供体： 3、其它 （1）B23： （2）肌动蛋白： （三）核骨架结合序列（MAR）： MAR的功能有：①通过于核骨架质蛋白的结合，将DNA放射环锚定在核骨架上；②作为许多功能性基

1、为DNA复制提供空间支架。DNA以放射环的形式与DNA复制的酶及因子锚定于核骨架上形成复合体，进行DNA复制。 因调控蛋白的结合位点。 （四）功能 1、为DNA复制提供空间支架。DNA以放射环的形式与DNA复制的酶及因子锚定于核骨架上形成复合体，进行DNA复制。 2、核骨架与基因表达。真核细胞中RNA的转录和加工均与核骨架有关。 3、核骨架与病毒复制有关。 4、核骨架参与染色体构建。 二、染色体骨架（备注） 染色体骨架是指染色体中由非组蛋白构成的骨架。 有些工作证明，染色体骨架与核骨架中存在相同的蛋白组分，如DNA拓扑酶Ⅱ。 染色体支架与高级结构有关，DNA放射环的根部结合在染色体支架上。

三、核纤层 核纤层是细胞核内核膜下的纤维蛋白网络，由1至3种核纤层蛋白组成。 核纤层与IF、核骨架相互连结。形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架结构体系。 （一）形态结构 核纤层是由走直径10nm左右的纤维蛋白正交编织 成的网络，分布于内核膜与染色质之间，厚度为30-100nm。分裂期细胞，核纤层解体。 （二）成分 核纤层由核纤层蛋白构成，分子量60-80KD。在哺乳类和鸟类中，存在2类核纤层蛋白：A型核纤层蛋白；B型核纤层蛋白。在非洲爪蟾中有4种。

（三）核纤层蛋白的分子结构与中间纤维蛋白的关系 核纤层与中间纤维有许多共同点：①两者均形成10nm纤维；②两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提；③中间纤维蛋白与核纤层蛋白分子存在相同的抗原决定簇；④两者在结构上有密切联系。生物学功能均不清楚。 对一级结构的研究发现，核纤层蛋白的一段氨基酸序列与IF蛋白高度保守的—螺旋区有很强的同源性说明核纤层蛋白是中间纤维蛋白家族的成员。无论是单体，还是组装成纤维，核纤层蛋白具有IF的所有结构特征。 （四）核纤层蛋白在细胞分化中的表达 核纤层蛋白在细胞分化中的表达具有一定的细胞

特异性。 （五）核纤层在细胞分裂过程中的变化 核纤层闻显著的结构重组发生于分裂期。分裂前期，核膜崩解，核纤层解聚；分裂未期，核膜重现，形成子细胞的核纤层。 细胞分裂期中，核纤层蛋白的磷酸化水平发生显著改变，分裂前期高度磷酸化，而末期则发生去磷酸化，提示磷酸化可能是分裂期中核纤层结构动态变化的调控因素。 （六）功能 一般认为核纤层在细胞中起支架作用，为核膜及染色质提供结构支架。 核纤层在有丝分裂时与核膜的破裂及重建密切相关。

第十一章 细胞增殖及其调控 第一节 细胞周期与细胞分裂 细胞增殖是细胞通过细胞周期，完成细胞分裂而使细胞数量不断增加的生命现象。 第十一章 细胞增殖及其调控 　　细胞增殖是细胞通过细胞周期，完成细胞分裂而使细胞数量不断增加的生命现象。 第一节 细胞周期与细胞分裂 一、细胞周期 （一）细胞周期概述 　　细胞周期指连续分裂的细胞从一次分裂中期到下一次分裂的中期所经历的过程。正常情况下，沿着 G1 S G2 M期运转。 细胞周期经历的时间称为细胞周期时间（Tc）。 工期

tG1变化最大，而tG2+tS+tM则相对稳定。 从增殖的角度看，细胞可分为3类： ①连续分裂细胞（周期中细胞）； 在细胞周期连续运转。 ②静止期细胞（G0期细胞）； 暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞。周期中细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。 ③终端分化细胞。 分化程度很高，一旦生成后，则终生不再分裂。

（二）细胞周期中各个不同时期及主要事件 1、G1期 G1期合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类等 ，但不合成DNA。 细胞周期的运转是沿着 G1 S G2 M的顺序进行的，不同时期出现不同的关键性事件。 细胞周期的运转十分有序。这是基因有序表达的结果， 与细胞分裂有关的基因，叫细胞分裂周期基因（cdc基因）。此种基因的有序表达，是受到一些控制点调控和监控的。如酵母细胞在DNA开始的稍前有启始点，在哺乳类叫R点（限制点，检验点）。 检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体检验点等。这些特异

的监控机制（检验点）可以监别细胞周期中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。 2、S期 S期即DNA合成期。新的组蛋白也是在S期合成的。真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。 3、G2期 细胞核内DNA的含量已经增加一倍。其它结构物质和相关的亚细胞结构也已进行了进入M期的准备。但细胞能否顺利地进入M 期，要受到G2期检验点的控制。 4、 M 期

M期即细胞分裂期。 真核细胞的细胞分裂产要包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂（成熟分裂）。 （三）细胞周期长短测定 1、脉冲标记DNA复制的细胞分裂指数观察测定法 2、流式细胞分选仪测定法

（四）细胞周期同步法 细胞同步化是指自然的，或经人为选择或诱导产生的细胞周期同步化。前者称为自然同步化，后者称为人工同步化。 人工同步化可分为选择同步化和诱导同步化。 1、选择同步化 主要是有丝分裂选择法。经单层培养可获得一定数量的M期细胞。 另一个方法是密度梯度离心法。 2、诱导同步化 ①DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂可逆地抑制DNA合成而不影响其它各期细胞沿细胞周期运转，最终将细胞群体阻断在S期。TdR双阻断法最常用，细胞最终阻断于G1/S交界处。

利用秋水仙素等抑制有丝分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂中期。 二、有丝分裂 （一）有丝分裂过程 ②中期阻断法 利用秋水仙素等抑制有丝分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂中期。 二、有丝分裂 （一）有丝分裂过程 有丝分裂是一个核改组的连续过程，人为地分为6个时期。 1、前期 染色质浓集成早期染色体， 在光镜下早期染色体的两条染色单体已经可以分辨。在每条染色体上，都有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒DNA。其所在部位称为着丝粒（主缢痕）。 中心体与其周围的微管一起被称为星体（在动物细胞中） 。中心体在间期也进行了复制。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。 有丝分裂的特征是有丝分裂器的产生。有丝分裂器是指有丝分裂时产生的由微管及其结合蛋白所组成的星体和纺锤体。

2、前中期 ① 核膜破裂，标志着前中期的开始。 　　② 纺锤体的装配。 3、中期 所有染色体排列到赤道板上，纺锤体呈典型的纺锤样。 4、后期 后期开始，几乎所有的姊妹染色单体同时分裂，此时每条染色单体为子代染色体。 5、末期 染色体平均地分到两极，即进入末期。核膜开始重新装配。染色体去螺旋化，分散在间期核中，核仁重新出现。

6、胞质分裂 开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。 ①动物细胞 ： 胞质分裂 开始时，在赤道板周围细胞表面下陷形成环状缢缩，称为分裂沟。分裂沟逐渐加深，直至两个了代细胞完全分开。 肌动蛋白和肌球蛋白参与了分裂沟的形成和整个胞质分裂过程。在分裂沟的下方，除肌动蛋白之外，还有微管、小膜泡等物质聚集，共同形成一个环状致密层，称为中间体。胞质分裂机制，和肌肉收缩机制相似。参（图11-13） ②植物细胞： 植物细胞有细胞壁，其胞质分裂，新壁的形成与动物细胞不同。

（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构 1、中心体 中心粒是一对互相垂直的圆筒状小体，筒壁为9组三联微管组成。 中心体由一对中心粒及其周围的无定型物质构成。 中心 体在S期复制。G2期开始分离， G2晚期到M期，子中心粒不断长大，逐渐分离到两极的两对中心粒具微管组织中心的作用，组织形成纺锤体及星体。 2、动粒与着丝粒 动粒（着丝点）是附着于着丝粒上的一种细胞器。在S期复制，电镜下为一个圆盘状结构，分内、中、外三层。主要由蛋白质组成，并有少量的RNA和DNA，是有丝分裂时纺锤体微管附着于染色体的部位。

着丝粒是指染色体主缢痕部位的染色质。由卫星DNA构成 3、纺锤体 纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器。组成纺锤体的微管可以分为两种类型，即动粒微管和极性微管。 （三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制

另外还发现，在一种L蛋白，在前间期与上述DNA小片段结合，阻止其复制。 （二）减数分裂过程 1、减数分裂期Ⅰ 三、减数分裂 是一种特殊的有丝分裂方式。生殖细胞在成熟过程中发生减数分裂。其特点是，DNA复制一次，然后发生两次连续的有丝分裂，导致最终生成的细胞的染色体数减半。 （一）减数分裂前间期 最大特点在于S期持续时间较长。 另一个重要特点是，在植物百合中发现，其减数分裂前间期的S期仅复制其DNA总量的99.7%~99.9%，而剩下的（DNA小片段）0.1~0.3%要等到减数分裂前期才进入复制。 另外还发现，在一种L蛋白，在前间期与上述DNA小片段结合，阻止其复制。 （二）减数分裂过程 1、减数分裂期Ⅰ 恩僧僧

（1）前期Ⅰ 根据细胞形态的变化，又可将前期Ⅰ人为地划分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等5个阶段。 ①细线期（凝集期） 染色质开始凝集，但乃呈单条细线。 ②偶线期（配对期） 主要发生同源染色体配对，此过程称为联会。联会的同源染色体间形成一种特殊结构叫联会复合体（SC）。联会的一对同源染色体共有4条紧密结合在一起的染色单体，称为四分体。 另一个重要事件是合成在S期未合成的0.3%的DNA。 ③ 粗线期（重组期） 染色体明显变粗，同源染色体之间发生DNA片段交换，在SC的梯状结构中出现重组节，通过重组节发

生活跃的重组过程。 ④双线期（合成期） 同源染色体分开，但有几点相连，同源染色体之间的接触点称为交叉。每一个四分体上至少有丝分裂个交叉。 ⑤终变期（再凝集期） 染色体更加变粗。交叉明显，数量减少。交叉向染色体的端部移行，称为端化。核膜、核仁消失。纺锤体形成。 （2）中期Ⅰ 同源染色体的每一对姊妹染色单体在着丝粒处并连在一起，1对动粒朝向同一极，同源染色体的两个染色体通过动粒微管分别连向不同的极。四分体逐渐向

赤道方向移动，最终排列在赤道面上。 （3）后期Ⅰ 同源染色体的 两个染色体分离，分别移向一极。每极的染色体数比亲代细胞减少了一半，为1n。第1染色体为1二分体，仍由2条染色单体组成，因而每极的DNA含量仍是2C（C代表1个基因组或单倍的DNA量）。 （4）末期Ⅰ，胞质分裂和减数分裂间期 细胞进一步的变化主要有两种类型：①染色体到达两极，并逐渐进行去凝集。核被期重新装配，形成两个子细胞核。此时的间期细胞不再进行DNA复制，称为减数分裂间期；②细胞进入末期后，不是完全回复到间期阶段，而是立即准备进行第二次减数分裂。 第一次分裂后，产生2个细胞。有的生物细胞质不分裂。

2、减数分裂Ⅱ 与有丝分裂过程基本相同，可分为前、中、后、末期。通过第二次分裂，每个核的DNA含量又减少一半，为1C。 经过第二次减数分裂，共形成4个单倍体细胞。高等动物的雄配子与雌配子的发生有所不同，在雌性动物通过减数分裂形成4个有功能的精子， 后者只形成一个有功能的卵子，其余3个细胞变成极体。 减数分裂不仅是使有性生殖的生物种类染色体数目保持稳定的机制，而且是使生物变异的机制。减数分裂中，由于有同源染色体的配对，不同对同源染色体分裂时的自由组合，非姊妹染色单体间DNA片断交换、重组，而形成了庞大数量的不同基因组成的配子，从而增加了变异性。

（三）减数分裂过程的特殊结构及变化 1、性染色体的分离 2、联会复合体的基因重组 联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的一种临时性结构，由中央成分组和位于 两侧的侧成分共同构成。 主要成分是蛋白质，另外DNA、RNA也是联会复合体的组成成分之一。

第二节 细胞周期的调控 一、MPF的发现及其作用 MPF，即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。 第二节 细胞周期的调控 一、MPF的发现及其作用 MPF，即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。 将M期细胞和不同时期的间期细胞溶合，诱导间期细胞产生形态各异的染色质凝集，称之为 染色体超前凝集（PCC）。此种染色体则称为超前凝集染色体。PCC形态反映该细胞在间期所处细胞周期位置，G1期PCC为单线状，S期为粉末状，G2期为双线染色体。这种现象提示在M期细胞中可能存在一种诱导染色质凝集的因子。在HeLa细胞中证实，G2期开始出现能引起

蛙卵母细胞生发泡破裂（GVBD）的因子，同时引起染色质凝集，这种促成熟活性物质（MPA）在G2 M过渡期达到峰值。这种诱导减数分裂成熟的物质称为有丝分裂因子（MF），以后在其它细胞也提取出类似的MF，后将这类物质统称为细胞周期调控因子（MPF）。 二、 p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 cdc2基因是裂殖酵母细胞中最重要的基因之一。也是第一个被分离出来的cdc基因。在裂殖酵母细胞周期调控过程中， p34cdc2激酶起着关键性调节作用。 在芽殖酵母中，也有一个关键性的cdc基因，称为cdc28。是 第二个被分离出来的cdc 基因 。 P34cdc28也是一种蛋白激酶，和p34cdc2一样，在G2 / M转换过程中起着中心调节作用 。

MPF含有两个亚单位，即Cdc2蛋白和周期蛋白。当两者结合后，表现出蛋白激酶活性。 Cdc2为其催化亚单位，周期蛋白为其调节亚单位。 正是由于不同的细胞周期蛋白和不同的基因产物的结合、分离、磷酸化与去磷酸化、激活催化亚单位的激酶活性，而成为驱动细胞周期运转的引擎。 三、周期蛋白 人们已经从生物体中分离出了数十种周期蛋白，在哺乳包括周期蛋白A、B、C、D、E、F、G、H等，分别与不同的CDK蛋白结合。这些周期蛋白在细胞周期内表达的时期有所不同，所执行的功能也多种多样。 G1期周期蛋白，如C、D、E、Cln1、Cln2、Cln3等； M期周期蛋白，如周期蛋白A、B等。

CDK激酶至少含有两个亚单位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白为其调节亚单位，CDK蛋白为其催化亚单位。（备注） 周期蛋白依赖性蛋白激酶，简称CDK激酶。是细胞周期调控中的重要因素。目前已经发现，在哺乳动物细胞内至少存在8种CDK激酶，即CDK1（ Cdc2 ）至CDK8。 CDK激酶至少含有两个亚单位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白为其调节亚单位，CDK蛋白为其催化亚单位。（备注） 一种酶在细胞周期中起调节作用的时期不同。CDK激酶活性也受其他因素的直接调节。 细胞内存在多种因子，对CDK分子结构进行修饰，参与CDK激酶活性的调节。除周期蛋白和上述修饰性调控因子对CDK激酶活性进行调控之外，细胞内还存在一些对CDK激酶活性起负性调控的蛋白质，称为 1、不同的周期蛋白在细胞周期表达的时期不同，并于不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶活性。 2、CDK激酶与周期蛋白结合并将周期蛋白作为其调节激酶。

六、其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用 除上述各种因素参与细胞周期调控之外，还有其它因素参与细胞周期调控。 （一）癌基因与抑癌基因 CDK激酶抑制物（CDKI）。 除CDK激酶及其直接的活性调节因子外，还有不少其他因素参与细胞周期调控过程，如各种检验点等。各种检验点也有专门的调控机制。所有这些因素组成一个综合的调控网络。 六、其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用 除上述各种因素参与细胞周期调控之外，还有其它因素参与细胞周期调控。 （一）癌基因与抑癌基因 两者均是细胞生命活动所必须基因，其表达产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用。癌基因非正常表达可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变。 抑癌基因表达产物对细胞增殖起负性调节作用，如p53、Rb等。 p53是近年来研究得较多的人类抑癌 存在一些对CDK激酶活性起负

蛋白之一。 p53基因突变，使细胞癌变的机会大大增加。 癌基因、抑癌基因和cdc基因共同协作调节细胞周期的正常运转。 （二）外界因素对细胞周期的影响 如离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、PH变化等。 离子辐射对细胞最直接的影响之一是DNA损伤。

第十二章 细胞分化与基因表达调控 细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 第十二章 细胞分化与基因表达调控 细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 细胞在发生形态分化之前，就已受到限定而向特定方向分化，这一时期称为细胞决定。 随着分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。

第一节 细胞分化 一、细胞分化的基本概念 （一）细胞分化是基因选择性表达的结果 第一节 细胞分化 一、细胞分化的基本概念 （一）细胞分化是基因选择性表达的结果 细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构、与功能的差异。 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。 （二）组织特异性基因与管家基因 事实上，细胞中的基因并不都和细胞分化有直接关系。

基因按其和细胞分化的关系可分为两类： 1、奢侈基因：指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因群而对细胞生存并无直接影响。 2、持家基因：指维持细胞最低限度的功能所不可基因。 由此可知，细胞分化最主要的特征是各种细胞各合成了特定的蛋白质和具有不同的表型，这主要是或某些奢侈基因中的某种特定基因有选择性地表达式结果。 3、调节基因：其产物用于调节特异性基因表达，或者起激活作用，或者起阴抑作用。 真核生物中差别基因的表达要在表达链的各级水平上受到调节，这要涉及到转录水平、RNA加工、翻译和蛋白质修饰。

每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。 （三）组合调控引发组织特异性基因的表达 每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。 （四）单细胞有机体的细胞分化 单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。 （备注） （五）转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一类型的分化细胞的现象称转分化。 转分化往往经历去分化和再分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有结构与功能变成具有未分化细胞特征的过程。在动物中，去分化细 真核生物中表达的关键环节是合成一的mRNA。即各种细胞各有一定的基因活动程序，有些基因要开放，有些基因要关闭，结果在特化细胞中合成了特殊有蛋白质。哺乳动物和鸟类在红细胞分化中产生不同的血红蛋白即是典型的例子。

胞具有胚胎间充质细胞的功能；在植物细胞中，去分化细胞变为薄壁细胞，组成愈伤组织。 生物体的整体部分器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态上相同的结构，这一修复 过程称为再生。 再生现象又从另外一个侧面反映了细胞的全能性。 二、影响细胞分化的因素 （一）细胞的全能性 细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞的全能性。不仅是受精卵，任何未分化或已分化的细胞都有分化为各种结构、功能细胞的可能性，因为它们都含有物种的整套基因。

（二）影响细胞分化的因素 细胞中组织特异性基因的选择性表达主要是由调控蛋白所启动。调控蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。此外，外部的环境对某些物种细胞分化乃至个体发育也会产生很大影响。 1、胞外信号分子对细胞分化的影响 2、细胞记忆与决定 3、受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 4、细胞间的相互作用与位置效应 5、环境对性别决定的影响 6、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响

第二节 癌细胞 癌细胞是细胞分化过程中，正常细胞分化机制失控的细胞，成为“不死”的永生细胞。 第二节 癌细胞 癌细胞是细胞分化过程中，正常细胞分化机制失控的细胞，成为“不死”的永生细胞。 癌细胞与正常细胞不同的是，不同类型的分化细胞都具有相同的基因组；而癌细胞的细胞类型与特征相近，但基因组却发生不同形式的突变。 一、癌细胞的基本特征 1、无限增殖 2、具有侵润性和扩散性细胞 3、细胞间相互作用改变 4、蛋白质表达谱系或蛋白活性改变

5、mRNA转录谱系的改变 6、体外培养的恶性转化细胞的特征；失去接触抑制。 二、癌基因和抑癌基因 1、癌基因：是控制细胞生长和分裂的正常基因（原癌基因）的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。 目前已发现近百种癌基因。癌基因编码的蛋白主要包括生长因子、生长因子受体、信号传导通路中的分子、基因转录因子和细胞周期调控蛋白等几大类型。 2、 抑癌基因：是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。 如果癌基因突变，丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞失控而过度增殖。癌症是一种典型的老年

性疾病，它涉及一系列的原癌基因与肿瘤抑癌基因的致癌突变的积累。

第三节 真核细胞基因表达 的调控 真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上： 1、转录水平的调控： 第三节 真核细胞基因表达 的调控 真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上： 1、转录水平的调控： 决定某个基因是否会被转录，并决定转录的频率。既于顺式调控元件有关，又于反式作用因子有关。 2、加工水平的调控： 决定初始mRNA转录（hnRNA）被加工为能翻译成多肽的信使RNA（mRNA）的途径，选择性剪接是一种广泛存在的RNA加工机制，通过这种方式，一个基因能编码两个或多个相关蛋白质，产生蛋白质多样性，这是在RNA加工水平上调节基因表达的重要方式。

3、翻译水平的调控： 决定某种mRNA是否会真正得到翻译，如果能得到翻译，还决定翻译的频率和时间长短。翻译水平的调控机制，一般都是通过细胞质中特异的mRNA和多种蛋白质之间的相互作用来实现的。涉及到mRNA的细胞质定位， mRNA翻译的调控 稳定性的调控等。

思考题 1、何谓细胞分化？为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？ 2、组织特异性基因的表达是如何调控的？ 3、说明癌症的发生与癌基因和抑癌基因的关系？ 4、真核基因的表达调控有哪些不同环节，各有何作用？

第十二章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老 细胞衰老是一种细胞的重要现象。然而细胞衰老的认识却经历了一个曲折而漫长的过程，由早期的细胞“不死性”的观点发展到现今被普遍接受的细胞增殖能力和寿命有限的观点。 一、体外培养细胞的衰老与Hayflick界限 Hayflick等人的研究证实：细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；细胞的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就是著名的Hayflick界限。

他们的工作是对细胞“不死性”学说的彻底否定。研究发现，物种寿命与培养细胞之间存在着正相关的关系，即寿命愈长，其培养细胞的传代次数愈多。反之，其培养细胞的传代次数愈少。 对于在体外 培养的二倍体细胞，是细胞核决定细胞的衰老；就细胞内外环境因素而言，是细胞内部因素决定细胞的衰老。 二、细胞在体内条件下的衰老 在生活的有机体内，细胞的衰老和死亡是常见的生命现象。衰老是细胞分裂速度减慢，其原因主要是G1期明显延长，S期的长度变化不大。 三、衰老细胞结构的变化 细胞在衰老过程中，其结构发生一系列的变化，

包括：细胞核增大，核膜内折，染色质固缩；糙面内质网减少；线粒体变大并且数量减少；产生致密体；膜常处于凝胶相或固缩相；细胞间间隙连接减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小等。这些形态结构的变化直接导致其相应的功能下降。 四、细胞衰老的分子机制 关于细胞衰老的机制近年来取得了重大进展，提出了氧化性损伤学说、有丝分裂钟学说等多种理论、但均末有最终定论。

第二节 细胞凋亡 一、细胞凋亡的概念及其生物学意义 第二节 细胞凋亡 一、细胞凋亡的概念及其生物学意义 细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡（PCD） 。它普遍地存在于动物和植物中。 细胞凋亡在有机体生长发育过程中具有极其重要的意义，如对多细胞个体发育的正常进行、自稳平衡和保持以及抵御外界各种因素的干扰都起着关键的作用。

二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征 （一）细胞凋亡与坏死 细胞凋亡是一种主动的由基因决定的细胞自我破坏过程，而坏死则是极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激引起的细胞损伤和死亡。两者的最大的区别是整个细胞凋亡过程中内含物不泄露，不引起细胞炎症反应。 （二）细胞凋亡的形态学特征 在细胞凋亡过程中，形态结构发生了明显的变化。 1、凋亡的起始 如细胞表面微绒毛和细胞间接触的消失，核糖体从内质网上脱落，内质网囊腔膨胀，染色体固缩。 2、凋亡小体形成

3、凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬 （三）细胞凋亡的系列化特征 细胞凋亡的最主要特征是DNA发生核小体间的断裂，结果产生数量不同的核小体片段，在进行琼脂糖凝胶电游泳时，形成特征性的梯状条带。 DNA电泳形成的梯状条带是细胞凋亡的典型特征，这是检测细胞凋亡的最可靠的一种方法。 （四）诱导细胞凋亡的因子 诱导细胞凋亡的因子可分为两类大类： 1、物理性因子 2、化学及生物因子

一般认为，动植物细胞的凋亡具有共同的或相似的机制，已经发现了一些与凋亡有关的基因和酶，但对凋亡的分子机制了解很甚少。 总之，细胞衰老与凋亡的关系是一个相当复杂的问题，两者既有联系又不相同，在长期的进化过程中形成的这种复杂的机制对于维持生物体的正常功能是极其重要的。