细胞生物学笔记

第一讲 绪论

一．细胞生物学研究的内容与现状

1． 研究对象――细胞（cell）

细胞是一切生物体的形态结构和生命活动的基本单位，在生命物质进化中处于中心地位。生命进化示意：粒子－原子－分子－大分子－细胞器－细胞－组织－器官－系统－个体－群体

2． 学科名称的演变

50-60 年代，称为细胞学（cytology）， 利用光学显微镜对细胞的结构、功能和生活史进行研究，主要集中于静态描述；70 年代以来，发展成为系统学科--细胞生物学（cell biology）利用光学显微镜、电子显微镜和冰冻蚀刻等方法，从细胞的整体活动水平、亚细胞水平和分子水平对细胞和细胞器的结构与功能，进行研究，以动态的观点来探索细胞的基本生命活动。1976 年， 在美国波士顿召开了第一次“细胞生物学”会议，标志了细胞生物学的诞生。当前，逐渐与分子生物学结合，向分子水平发展。

二．细胞生物学的发展简史

细胞大小：≤30μm 肉眼观察：≥100μm 

1． 细胞的发现：1590 年，第一架复式显微镜由荷兰眼镜制造商詹森父子制造，放大倍数为10-30 倍，能观察昆虫跳蚤之类的生物，故俗称“跳蚤镜”；1665 年，英国人罗勃特·胡克发表了《显微图谱》一书，书中第一次描绘了细胞的形态，他所用的自制显微镜放大倍数为40-140倍，观察到了植物死细胞的壁（cell-小室）；1674 年,荷兰人列文胡克）第一次观察到了活细胞，他所用的显微镜放大倍数为250-500 倍。

2． 细胞学说的创立

19 世纪30 年代，显微技术提高至1μm 以内，同时切片机的研制成功，促进了显微解剖学的发展，提高了人们对细胞的认识。

1831 年，Robert Brown 发现了细胞核；

1833 年，施莱登（M.J.sehleiden ）提出了细胞核核仁的概念；

1839 年，浦金野（Purkinji ）提出了细胞原生质的概念；

1838-1839 年， 施莱登和施旺提出了细胞学说，主要内容为：（1） 细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来， 并由细胞和细胞产物所构成--结构单位；（2） 每个细胞作为一个相对的单位，既有它自己的生命，又对与其它细胞共同组成的整体生命有所助益--功能单位；（3）新的细胞可通过老的细胞繁殖产生。细胞学说、1859 年达尔文确立的进化论和1866 年孟德尔的确立的遗传学被认为是现代生物学的三大基石。

3． 细胞超显微结构的兴起

光学显微镜时代，分辨率：0.2μm， 细胞结构中发现了高尔基器、线粒体、中心体等， 对细胞结构的复杂性有了更深入了了解。

1933 年， 西门子公司制造了第一架电子显微镜，分辨率：50nm ，该分辨率下不仅描绘了细胞的超微结构， 也反映出细胞活动的动态观点。电镜技术的发展， 使科学家侧重于细胞的超微结构和分子结构水平的研究，细胞学发展到一新阶段--细胞生物学。

4． 现代细胞生物学和分子生物学的兴起

1983 年，原子直观超高分辨率分析电子显微镜，放大倍数达1 亿倍，可观察到细胞基质中的结构如细胞骨架、微管、微丝等。而1990 年研制成功的扫描隧道显微镜则可直接观察到噬菌体（phage）DNA 的三链瓣状缠绕结构。伴随着这些技术的发展，人们越来越重视从分子结构来揭示细胞生命活动的机理，即形成了“分子生物学”这一学科。分子生物学和细胞生物学的相结合，把细胞的生命活动同亚细胞成分的分子结构变化联系起来，是现代细胞生物学的基本特征。

三．细胞生物学与其他学科的关系

细胞生物学是生物学是生物学的一门分支学科，它联系着生物学科的许多分支学科，也是这些学科的基础。

四．细胞的基本概念

1． 细胞的基本特征

生命活动最基本三要素：基因组；质膜；完整代谢机构

细胞区别于无机界的最主要特征：结构上的自我装配；生理活动中的自我调节； 增殖上的自我复制。

2． 原核细胞与真核细胞

原核细胞：拟核；DNA；单细胞生物；无特化功能区；三类：支原体、蓝藻和细菌。

真核细胞：核；DNA ，基因组；膜性细胞器；功能区隔化；植物和动物。

原核细胞和真核细胞基本特征的比较（A 为原核细胞，B 为真核细胞）

细胞壁：A. 细菌细胞壁的主要成份为氨基酸与壁酸；B. 动物细胞无，植物细胞有。主要成份为纤维素与果胶。细胞膜：A. 有（功能性）；B. 有。内质网：A. 无；B. 有。

高尔基器：A. 无；B. 有。核糖体:A. 70S(50S 和30S)；B. 有。溶酶体：A.无；B.有。

光合作用结构：A. 蓝藻有叶绿素a 的膜层结构,细菌有菌色素；B. 植物有叶绿体。

线粒体：A.无；B.有。细胞骨架：A.无；B.有。核膜：A.无；B.有。核仁：A.无；B.有。

染色体：A. 单个环状分子；B. 2 个以上，DNA 与蛋白质以核小体形成染色体(质)。

细胞方式：A. 无丝（直接）；B. 有丝和减数。

DNA 分子结构与数量:A. 环状，1 个；B. 线状，2 个以上。DNA 复制周期:A. 无明显周期；B. 有。

基因组：A. 1n；B. 2n 或多倍。基因数:A. 少；B.多。基因表达：A. 操纵子,转录

和翻译偶联；B. 多层次，核内转录，细胞质中翻译，阶段性和区域性。

3．病毒

构成：芯：核酸； 壳： 蛋白； 特点：无自主代谢能力，寄生。

分类：

病毒在细胞内的活动：裂解；整合。

类病毒（仅RNA 构成）

蛋白感染因子(Prion protein,PrP, 朊病毒) 1982 年 S.B.Prusiner 

五．细胞的化学组成

水(结合态和游离态)； 无机离子(Ca2+ ，Mg2+ ，Fe3+ ，Na+ ，PO43-)；有机分子(蛋白质， 脂类，糖类)。

第二讲 细胞质膜与细胞表面

细胞质膜：又称细胞膜， 是包围在所有细胞表面一层极薄的膜，具有的结构与功能，起着和环境分开，维持细胞内环境，物质交换， 能量和信息的传递等作用， 对细胞的生存、生长、、分化等都极其重要。在真核生物中的细胞器也具有膜结构，这一类膜与细胞体内的物质合成、分泌、运输、降解等有关， 被称为细胞内膜，它们与细胞质膜统称为生物膜。

细胞表面（cell surface），又称细胞外被（cell coat），是指细胞质膜外表面覆盖的一层与质膜中蛋白质或脂类分子共价结合的粘多糖，对膜蛋白起保护作用，并且在细胞识别中起重要作用。在哺乳动物小肠上皮细胞的细胞被称为糖萼（glycocalyx）。

一．细胞膜的组成：膜脂、膜蛋白和膜糖

1．膜脂

约占细胞干重的50％，主要有磷脂、胆固醇和糖脂三种，均为双型性分子。磷脂因所带的碱基不同而分许多类，如磷脂酰胆碱、卵磷脂、鞘磷脂等，而每一类因脂肪酸链长短和饱和程度不同又分许多种，在膜中磷脂含量是比较高的。胆固醇在真核生物的质膜中含量较多(1/3)，结构如左图。该化合物对调节膜的流动性有重要意义。在细菌的质膜中则无胆固醇。糖脂的结构与磷脂相似。糖脂决定了红细胞的ABO 血型，A 型血糖脂较O 型多一个N－乙酰半乳糖胺残基，B型仅多一个半乳糖残基(B 型转为O型，去乳糖)。大部分磷脂和糖脂分子在水环境中能自发的形成双层。其中磷脂极性很强,在水环境中分子聚焦，其极性头部与水接触，疏水尾部避开水向分子团的内面，形成小球形的分子团（micelles）,或成球状体的脂质体（liposome）（ 人工膜）。磷脂的这种特性在生物膜的体外研究种有重要意义。而胆固醇在膜中插入与磷脂内部，极性头部与磷脂的极性头部结合，主要功能：A.固定磷脂中部分脂肪酸链，保持细胞形态，降低水溶性分子通透性(细菌无胆固醇有细胞壁)。B.防止脂肪酸链的凝固，维持细胞膜的相变。

2． 膜蛋白

约占细胞干重的40％， 根据其与膜脂的相互作用方式及在膜中的排列部位不同，分为：外在性或边周蛋白与内在性或整合蛋白。边周蛋白与整合蛋白的比较（A 为边周蛋白，B 为整合蛋白）

分布：A.在膜表面；B.分布在膜中或穿膜。表面活性剂（有机溶剂）洗脱：A.易；B.剧烈条件。游离特性：A.呈水溶性，不再与膜脂成膜； B.能自我聚合，能与膜脂成膜。

二、细胞膜的分子结构

1． 流动镶嵌模型：

Ⅰ细胞膜结构发现简史

Ⅱ主要特点：

⑴流动的脂质双分子构成膜的连续体；

⑵蛋白质分子象一群岛屿般无规则的分散在脂质的海洋中。

2． 膜的分子不对称性

膜脂：同一种膜脂分子在膜的双分子中分布不均

糖：糖侧链都分布在质膜的外表面（ES）

膜蛋白：每种膜蛋白分子在膜上都具有明确的方向性

细胞外表面（extrocyoplasmic surface，ES）

原生质表面（protoplasmic surface,PS） 

3． 膜的流动性

膜脂分子的流动：侧向扩散； 旋转运动；左右摆动；翻转运动。膜蛋白的流动：侧向扩散－成斑, 成帽； 旋转运动。

影响膜的流动性的因素：膜本身的组成成份、遗传因子、环境的理化因素，其中膜的组成成份中膜脂的影响较明显：胆固醇、不饱和键含量和链的长度、卵磷脂/鞘磷脂的比值。

4． 膜流动性的生理意义

物质运输；信息传递；酶活性；激素与药物的作用；细胞增值与发育。

三、细胞质膜的功能

主要功能：⑴ 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； ⑵选择性的物质运输， 其中伴随着能量的传递；⑶ 提供细胞识别位点，完成细胞内外信息跨膜传递；⑷为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效有序进行；⑸介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接； ⑹质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

1． 物质运输

按运输物质类型分：膜泡运输 --蛋白质、RNA；穿膜运输 -- Na+、K+ 。穿膜运输物质穿膜的基本特点：脂溶性、分子大小、电荷性不同机制的穿膜运输特点。

⑴被动运输：物质：高→低 动力：浓度梯度(电或化学能)。

①简单扩散：无蛋白参与。决定因素：分子大小，分子极性；物质对象：H2O, CO2, O2..

②协助扩散：蛋白参与。决定因素：特异膜蛋白协助；物质对象：极性分子, 部分无机离子、部分糖、氨基酸。K＋通道：同源四聚体，孔道，孔道φ=0.3nm，闸门，电压感受器，选择性滤器。葡萄糖输运载体：大多数哺乳动物细胞质膜上存在，保证葡萄糖从血液中扩散入细胞；五种异构体；

红血球中：分子量约为45KD ，含有12 个跨膜α-螺旋，形成一个孔道，不对称地插入质膜中，葡萄糖输运方向取决于膜两侧的葡萄糖浓度，胞浆存在的己糖激酶能迅速使之磷酸化，输运载体再生。

⑵主动运输物质：低→高；动力：ATP 、间接、光能

①离子泵：从结构上主要分为P、V 和F 三类： P 类：P 表示磷酸化，由于ATP 水解，使得输运蛋白磷酸化导致构象变化，改变载体蛋白与被运离子间亲和力。质膜Na+/K+泵；质膜Ca2+泵(把Ca2+排出细胞)；内质网Ca2+泵(把胞浆中的游离Ca2+泵入内质网囊腔中)； 胃上皮酸分泌细胞H+/ K+泵(把H+排到细胞外而把K+泵入细胞)。Na+-K+泵：膜内在蛋白四聚体，ββαα 亚基ATP→ADP+Pi ，Pi 结合到α 亚基的天门氨酸残基上。3 个Na+被跨膜泵出细胞， 2 个K+被反向泵入细胞。Na+和K+都是逆浓度梯度跨膜转运。

该类离子泵是一偶联系统。

大多数细胞产能的三分之一，神经细胞产能的三分之二，被消耗在Na+/K+泵的运行上。膜两侧该两离子不均分布，有利维持细胞两侧的渗透平衡。Ca2+泵：单亚基膜内在蛋白10 个a 螺旋与前a 亚基同源细胞膜和内质网膜维持细胞胞质中低浓度的游离Ca2+

②伴随运输：电化学梯度，共运输和对向运输。钾泵或质子泵为基础。

2．细胞间信号转导

㈠细胞通讯与细胞识别

⑴细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。

通讯方式：①分泌化学信号进行通讯，包括内分泌、自分泌（autocrine）、旁分泌、化学突触。②接触性依赖的通讯；③间隙连接实现代谢偶联或电偶联。

⑵细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。

信号通路（signaling pathway）： 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。

㈡细胞的信号分子与受体

⑴信号分子：亲脂性信号分子、亲水性信号分子、气体性信号分子(NO) 。

⑵受体：多为糖蛋白

①细胞内受体：胞外亲脂性信号分子所激活。

②细胞表面受体：胞外亲水性信号分子所激活。

分属三大家族：

 A ．离子通道偶联的受体B．G-蛋白偶联的受体C．酶偶连的受体

⑶第二信使

⑷分子开关

㈢通过细胞内受体介导的信号传递

⑴甾类激素介导的信号通路

两步反应阶段：①初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；②次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。

⑵一氧化氮介导的信号通路

㈣通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

⑴离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递

①信号途径：

②特点：A、受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白；B、跨膜信号转导无需中间步骤；

C、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；D、有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性。

⑵G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递

①cAMP 信号通路

A．反应链

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→基因蛋白→基因转录

B．组分

激活型激素受体Rs，与GDP 结合的活化型调节蛋白Gs， 抑制型激素受体Ri，与GDP 结合的抑制型调节蛋白Gi，腺苷酸环化酶。

C．分析：G-蛋白活化与调节

②磷脂酰肌醇信号通路

“双信使系统”反应链

③受体酪氨酸激酶及RTK-Ras 蛋白信号通路

A．受体酪氨酸激酶

B．反应链

配体→受体→受体二聚化→受体的自磷酸化→激活RTK →胞内信号蛋白→启动信号传导

C．RTK- Ras 信号通路配体→RTK→adaptor←GRF→Ras→ Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK →进入细胞核→其它激酶或基因蛋白（转录因子）的磷酸化修钸

⑶细胞表面其它与酶偶联的受体

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酪氨酸蛋白激偶联系的受体。

两大家族：①一是与Src 蛋白家族相联系的受体；②二是与Janus 激酶家族联系的受体。

信号转导子和转录激活子（STAT ）与JAK-STAT 途径。

㈤由细胞表面整合蛋白介导的信号传递

⑴整合蛋白与粘着斑。

⑵导致粘着斑装配的信号通路有两条。

⑶粘着斑的功能：①一是机械结构功能；②二是信号传递功能。

⑷通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：①由细胞表面到细胞核的信号通路；②由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路。

㈥细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息

⑴细胞信号传递的基本特征：

①具有收敛或发散的特点；

②细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性；

③信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存；

④细胞以不同的方式产生对信号的适应。

⑵蛋白激酶的网络整合信息与信号网络系统中的cross talk。

第三讲 细胞质基质与内膜系统

一、细胞质基质

1．基本涵义

用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。

中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。

细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。

2．细胞质基质的功能

⑴完成各种中间代谢过程：如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。

⑵与细胞质骨架相关的功能：维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等。

⑶蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解：①蛋白质的修饰；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。

二、细胞内膜系统

定义：功能上连续统一的细胞内膜，包括核被膜、内质网、高尔基器、液泡等，是合成蛋白质、脂类、糖类的主要场所，也具有包装和运输合成产物和分泌产物的功能，是真核细胞所特有的结构，而原核生物中其质膜或某些类似结构完成相应的生理功能。

特点：①细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构；②真核细胞细胞内的区域化。

1．内质网

发现：1945 年，小鼠成纤维细胞，内质中的网状

结构形态：封闭的膜系统及其围成的腔形成相互沟通的网状管道结构，增加了内膜表面积。类型：粗面内质网：附着核糖体，扁囊，蛋白质合成加工；光面内质网：无核糖体，小管小囊，脂类合成。

化学组成：质膜类似，蛋白质含量较高，标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶

功能： ①蛋白质的合成、加工修饰和转运（rER 、信号肽假说）； ②脂类的合成（合成膜及运输、肝细胞、sER 腔面）；③糖类的代谢（肝细胞、sER 、细胞色素450）；④解毒作用。信号肽假说：信号识别蛋白信号识别蛋白受体或停靠蛋白信号肽水解酶。

过程：识别→合成停止结合→合成重新开始剪切→蛋白成熟

2．高尔基器

发现：18 年，意大利,Golgi 。

形态与结构：扁平膜囊(潴泡)，顺面网状结构；反面管状结构。

组成：类似质膜，内质网→高尔基器→质膜→蛋白质减少。

功能：

高尔基体与分泌活动

蛋白质的糖基化与修饰

蛋白酶的水解和其他加工

3．核糖体：

分布：rER， 线粒体，叶绿体，游离。

组成与类型:颗粒状，无膜，蛋白质40%，rRNA60%，70S( 原核)，80S( 真核) 核糖体二聚体，多核糖体原核生物与真核生物核糖体的比较

原核生物(S) 真核生物(S) 

完整核糖体 70S 80S 

大亚单位 50S 60S 

rRNA 23S 5S 28S 5.8S 5S 

蛋白质 L1-34 约49 种

小亚单位 30S 40S 

rRNA 16S 18S 

蛋白质 S1-21 约33 种

掺入AA 的最适[Mg 2+] 10-15mmol/L 1.5mmol/L 

S:沉降系数，测量某一物质在离心力作用时的沉降速度。

装配与功能单位；③多核糖体；④蛋白质的合成。

跨膜蛋白的合成

1．单次跨膜：

2．多次跨膜：①小亚单位＋mRNA；②结合大亚

4．液泡（vacuole） 

特点：一层膜围成的球状，与质膜、高尔基器、内质网等关系密切

类型：

1高尔基液泡：高尔基反面高尔基池边缘的小泡，含水解酶。

②溶酶体：内质网或高尔基体形成，含水解酶。

③圆球体： 植物细胞的溶酶体，由内质网形成。

④微体：按所含的酶命名，如过氧化物酶体和乙醛酸循环体。

⑤消化泡：溶酶体与吞噬小体融合后形成的小泡。

⑥自噬小体： 一层膜将部分细胞质包围而成，消化碎片。

⑦微体：按所含的酶命名，如过氧物酶体。

⑧胞饮液泡： 质膜内陷吞饮溶液或营养物质。

⑨吞噬小体：质膜内陷吞噬异体营养颗粒。

⑩液泡：植物细胞特有，起源于内质网。

⑾衣被小泡：质膜内陷形成。

溶酶体：概述：1955 年，鼠肝细胞，20-50nm， 酸性，溶解或消化。

初级溶酶体：内质网或高尔基腔边缘突出膨大分离而来，未开始进行消化。

次级溶酶体：正在进行或已经进行消化作用的液泡。

后溶酶体：小体已失掉酶，仅余未消化的残渣。

溶酶体的形成： 

1.溶酶体酶蛋白的成熟2.溶酶体酶蛋白的富集3.溶酶体的形成4.溶酶体的功能： 

(1)内吞消化作用

(2).自体吞噬作用

(3)自溶作用

溶酶体的作用过程：溶酶体类疾病： 

LDLrecptor（ 低密度脂受体）与心脏病

第四讲 细胞的能量单位

本讲任务：了解细胞两大能量单位线粒体和叶绿体的典型结构及其生理功能。

A.线粒体

发现

1850 年，光镜、动物细胞、小颗粒结构；

 10 年，系统细胞学研究：生命小体→小颗粒与细菌相似、“内共生”；

18 年，命名线粒体（mitos ：线，chondria ：颗粒）；

1904 年，植物细胞、活体染色进行氧化还原反应研究；

1950 年，能量代谢的两大发现：三羧酸循环、三羧酸循环与ATP 产生偶联；提出能量细胞器的概念，认为它是能量代谢的中心；

1963-19 年，线粒体内有自身的核酸等物质；热点：能量代谢→半自主性（结构）；形态与结构

(1) 直径：0.5-1μm；长:1-2μm。

(2) 数目：不同细胞中差别。 

(3) 分布：需能较多的区域。

 (4) 结构：内外膜构成的封闭的囊状结构。外膜：包被线粒体。内膜：外膜内侧。嵴：内膜内陷；扩增膜表面积；表面不光滑，含基粒。膜间隙：空隙。基质：内部胶状物，酶等。

化学组成（干重中）：蛋白质65-70%：可溶性→基质中的酶类、外膜上的外周蛋白等；不溶性→镶嵌蛋白、内膜上的部分酶、结构蛋白等。脂类30-35% ：卵磷脂多些，胆固醇极少。其它物质：金属离子，DNA 物质等。

主要酶的分布

复合物I ：NADH-CoQ 还原酶（又称NADH 脱氢酶），由25条以上肽链组成，分子量为850KD，以二聚体形式存在，每个单体含有1个FMN （黄素单核苷酸）和至少6个FeS(铁硫蛋白。

复合物II ：琥珀酸-CoQ 还原酶(琥珀酸脱氢酶) 由4条多肽链，分子量为140KD，含1个共价结合的黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）

复合物III ：CoQ—细胞色素c 还原酶，由10条多肽链，分子量为250KD，含有2个细胞色素b，1个细胞色素c和1个铁硫蛋白。作用是催化电子从辅酶Q传递给细胞色素c，同时发生质子的跨膜运输。故该复合物既是电子传递体又是质子移位体。

复合物IV： 细胞色素c 氧化酶，由6-13 条肽链组成，分子量为160KD，每个单体含有细胞色素a和a3及2个铜原子（CuA、CuB），其作用是催化电子从细胞色素c传递给氧，同时发生质子跨膜输送，故该复合物也既是电子传递体又是抟子移位体。

呼吸链的各组分比例不同，不同细胞中的线粒体中这种比例也不相同。大致比例为：I ：III：IV为1：3：7。四种复合物在电子传递中有协同作用。I 、III、IV组成主要的NADH呼吸链，催化NADH的氧化；复合物II、III、IV组成FNADH2呼吸链，催化琥珀酸的氧化。

ATP 合酶（F0 - F1 ATPase） 

真核生物：头部、膜部、柄部；

原核生物：头部、膜部。

化学渗透假说：通过内膜上的呼吸链组分间氢与电子的交替传递，使质子从内膜向胞质中转移；因膜对质子不能自由通过，形成的质子动力势能量经ATP 合酶催化驱动ADP 形成ATP  (见书P218 图7-7) 。化学渗透假说有两个特点：一是强调线粒体膜结构的完整性，如果不完整，则无法在内膜两侧形成质子动力势，那么氧化磷化就会解联。二是定向的化学反应。

电子供体电子受体质体排放H+浓度差→ATP 产生构象假说

电子传递过程中产生的能量不是形成含高能磷酸键的中间产物，而是通过蛋白质载体（ATP 合酶）构象变化形成ATP 。

半自主性

发现：1960 年前，DNA 存在于细胞核中；1963 年，M.Nass 和S.Nass 发现线粒体中的DNA；

深入研究RNA 核糖体。

自主性体现： 

mtDNA ：裸露的环状结构。

RNA： 基质中的各类RNA 来源于mtDNA ；转录的RNA 聚合酶来源于细胞核；合成的蛋白质不是很多，5-10%；mRNA 半衰期短。

蛋白质：合成元件核糖体小；AA 与tRNA 专一作用的酶与胞质中的不同；密码子的偏爱性不同；起始密码子与终止密码子也不同。

自主性：

1．合成的蛋白质只占少量,绝大部分来源于胞质；

2。某些核基因活性抑制会导致线粒体不能形成完整的呼吸链。

两套遗传系统的相互作用：

1．核质体系合成线粒体内膜的大部分蛋白,与线粒体遗传装置有关的酶系,运至线粒体中

2．在上述基础上线粒体DNA开始转录转译,同时合成反调节细胞核DNA转录的物质,终止细胞核对线粒体的作用。

细胞核中合成的蛋白质转运过程

导肽：1.20-80 个AA；2.正电荷碱性AA；3.不含负电荷酸性AA；4.含较高的羟基氨基酸；

5.具有双性的螺旋结构。

受体：可与不同的导肽结合,无特异性要求,移位至线粒体内外膜接触点。

分类：1.进入外膜；2.进入基质；3.进入膜间隙和内膜。

线粒体的来源

增殖：与细胞相似：1.间壁分离；2.收缩后分离；3.出芽分离。

起源：内共生假说：原始真核细胞生细菌，支持证据：1.DNA 、mtDNA 单个裸露的环状双链分子，真核细胞多个染色体；2.蛋白质合成机制；3.形态结构类似。

分化假说：进化角度(真核细胞的产生) 

B. 叶绿体（Chloroplast）

概述：

仅存在于植物细胞中，严格意义上讲植物中存在的应是质体。

前质体：植物分生组织中，多次后能成为白色体或叶绿体；

白色体：造粉质体、造蛋白体、造油体；

叶绿体：含有叶绿素，能进行活跃的光合作用；

有色体：叶绿素退化，类囊体结构消失，积累淀粉等。

形态：因不同种类的植物细胞差异显著，一般叶细胞中50-200 个， 可占细胞质体的40-90% ，外形透镜形；直径：4-10mm ，厚：2-3mm 。

结构：叶绿体外被(膜)：双层膜包被，膜间隙，外膜通透性大，内膜选择作用。类囊体(Thylakoid)：叶绿体基质中的封闭扁平小囊，沿叶绿体长轴排列。基粒(grana) ：在叶绿体某些部位许多圆盘状的类囊体叠置成垛的结构。类囊体有关超微结构：

1.多形颗粒：核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶(RuBPcase) 。

2.球形颗粒：ATP 合酶。

3.叶绿素-蛋白质复合颗粒--聚光色素复合物：PSⅠ P700；PSⅡ P680 。

基质：

化学组成：叶绿体外被(膜)的化学组成：蛋白质和脂类，糖脂与磷脂较多。

类囊体：蛋白质：脂类＝60:40 ；脂类中不饱和脂肪酸较多，膜的流动性较强；蛋白质分布与线粒体蛋白质分布比较相似。

光合作用中电子传递及光合磷酸化吸收光能在PSⅡ和PSⅠ的配合下,把一对电子从H2O 传递给NADP+,电子传递呈Z 型。光合磷酸化的类型：非循环式，循环式。光合磷酸化与氧化磷酸化的区别氧化磷酸化光合磷酸化H+泵入量3 对2 对产物2O CO2 2电子供体H2O H2O电子受体O2 +产+ 2 个3 个合酶F1 F1 ATP HATP O NADPH NADPATP H消耗量ATP 面向线粒体基质面向叶绿体基质光合作用中暗反应利用光合反应中产生的ATP 及NADPH 来生成糖类.(CO2 的固定)叶绿体的半自主性和起源均于线粒体相似；植物细胞的三套遗传系统。

第五讲细胞核的结构与功能

概述：

1831 年，Brown 发现，胞内最大的细胞器。真核细胞：均有，除了成熟的筛管和红细胞。原核细胞：拟核。细胞生活周期形态结构不是一成不变。

形态：圆球状，卵形，形态也会变化。核质系数(NP)=V 核/(Vcell-V 核)，比值变大→细胞。

构成单位：核被膜；遗传物质；核仁。

核被膜：外膜与内膜之间有20-40nm的透明空隙或核周池，与内质网相通。内膜上无核糖体附着，有一些特有的蛋白成分，核纤层网状纤维蛋白。与维持细胞核的形状；与细胞相关；核被膜的破裂与重构有关。外膜有内质化区，有核糖体附着。

核孔：两层核膜融合区域。间期细胞普遍存在，每核的核孔复合物达达3000-4000个。

核孔复合体：由外向内依次可分为胞质环、辐、核质环三种结构亚单位。其成分为：胞质环：位于核孔边缘的胞质面一侧，称为外环；核质环：位于核孔边缘核质面一侧，称为内环。辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称。

核孔复合体功能：核质交换的双向选择性亲水通道

1．通过核孔复合体的被动扩散，即有效直径为9-10nm，有的可达到10-12nm，即离子、分子及小于上述直径的物质自由通过。

2．通过核孔复合体的主动运输：生物大分子的核质分配如亲核蛋白的核输入，RNA分子及RNP颗粒的核输出，在细胞核功能控制中起着重要作用。

染色体的基本结构单位：核小体

1.核心结构：四种组蛋白；

2.左手螺旋缠绕1.75 圈，147bp； 

3.H1 位于两核小体中间，与DNA 双链结合，成2 圈，共165bp；

4.连接两核小体的DNA 长度为35bp，故形成200bp 的结构单位；

5.染色质上的核小体成念珠状。

组蛋白分子量(kDa) 氨基酸组成保守性每200bpDNA 的分子数

H1 20 富含Lys 差 N、C 端变化大 1 

H2A 137 

Lys 中等，中部C 

端，疏水

种间差异 2 

H2B 137 

Lys 中等，中部，

疏水

种间差异 2 

H3 157 富含Arg、Cys 进化保守 2 

H4 112 富含Arg 最保守 2 个AA 2 

组蛋白富含碱性氨基酸，易与酸性的

DNA 紧密结合。

染色体的四级模型 

华东理工大学《细胞生物学》上课讲义

10nm→30nm 形成过程

10nm 及30nm 螺线管示意图

(见上页核小体结构左图) 

中期染色体的形态结构 (P272) 

依据形态分类

metacentric chromosome；submetacentric chromosome ；

subtelocentric chromosome；telocentric chromosome 。

基本构成

着丝粒（centromere） or 动粒（kinetochore）：主缢痕；

动粒结构域（kinetochore domain）；结构域（centre domain）

； 

配对结构域（pairing domain）；次缢痕（secondary constriction）

； 

端粒（telomere）。

C. 核仁（Necleolus）的结构与功能

概述 

核仁的超微结构 

纤维中心(fibrillar centers FC)：染色浅，低电子密度，不活跃的rDNA；

致密纤维中心(dense fibrillar component DFC)：染色深，电子密度高，活跃

的rDNA；

颗粒组分(grannlar component GC)：核糖体亚单位前体颗粒。

结论：FSc:非转录状态的沉默rRNA 基因储存位点； 

DFC:rRNA 基因进行活跃转录位点； 

GS:核糖体亚单位装配成熟位点。

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核仁的功能－－核糖体的生物发生 

核仁周期 

第六讲细胞骨架

发现 

最初,基质(cytosol)均质溶液相,细胞运动形态等? 

1928 年,Klotzoff 原始概念锇酸或高锰酸钾染色电镜无。

1963 年,戊二醛常温染色电镜下有网状骨架。

概论 

细胞骨架：真核细胞胞质中的蛋白纤维网架体系。

狭义 (cytoskeleton) 

三种蛋白纤维：微丝(microfilament，MF)；微管(microtubule，MT)； 中间纤维

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(intermediate filament,IF)。

广义 (cell skeleton) 

胞质骨架(cytoskeleton)； 核骨架或核基质(karyoskeleton or nuclear matrix) 

目前通俗,细胞骨架--cytoskeleton:真核细胞胞质中由三类纤维蛋白微丝、

微管和中间纤维组成的蛋白纤维网状骨架体系，对于维持细胞形态、细胞运动、

物质与能量交换、信息传递等生命活动有重要作用。

本讲主要介绍cytoskeleton 的三种蛋白纤维及相关的生理功能，同时对核

基质作简单学习。

A．微管（microtubule） 

存在于真核细胞中，由微管蛋白(tubulin)组装成的长管状细胞器结构，通

过亚单位的组装与去组装，能改变其长度，对低温与秋水仙素敏感，在细胞内呈

网状或束状分布，并能与其它蛋白共同组成纺锤体，基体，中心粒，鞭毛和纤毛

等，维持细胞形态、细胞运动等，原核细胞中无此结构。

形态与组成

外径24－26nm；内径15nm；壁厚6nm；管状纤维。

管蛋白a 和b 少量微管结合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs) 

a 和b 形成二聚体，13 根原纤维

管蛋白a 和b；50kDa 种间保守性非常强；管蛋白a 有N(nonexchangeable site) 

位点；管蛋白b 有E(exchangeable site)位点

管蛋白相关因子

*GTP：能与N、E 位点相结合

*二价阳离子：Ca2+解聚 Mg2+ 促进装配

*作用药物：秋水仙素：疏水凹槽，二聚体不能聚合；紫杉醇和重水：促进微管

装配，但对细胞有毒。

动态装配

体外装配

体外装配条件：

微管蛋白浓度>临界浓度。

最适pH：pH6.9 

离子：无Ca2+, Mg2+适当，1M 

温度：37℃，低温解聚；

临界浓度：微管蛋白必须高于

某一浓度，低于则不发生装配，该浓度称为临界浓度。微管两端的临界浓度和平

衡常数均是不同，正极和负极。

GTP 的重要作用

*GTP 与二聚体的N，E 位点结合，装配到微管的b 亚单位上；

*装配完成后，E 位点的GTP 会水解成GDP，这种二聚体不稳定，会解聚；

*当GTP-tubulin 聚合速度远大于GTP 的水解速度时，末端不断加入大量

GTP-tubulin，使微管稳定延长，出现“GTP-cap”现象；

*随着GTP-tubulin 的消耗，末端聚合速度会下降，则GTP 水解成GDP，因而

华东理工大学《细胞生物学》上课讲义

GTP-cap 会变小直至消失，暴露出GDP-tubulin，微管开始解聚；

*踏车行为：在某中GTP-tubulin 下，表现出微管的(+)极聚合，(－)极解聚，并

且速度相等，从而微管长度保持不变。（整个结果是表现为微管在移动）。

体内装配

自我调节

微管组织中心(microtubule organizing centre,MTOC) 

在生理或实验处理解聚后，微管重新发生装配的区域。动物中的中心体，鞭毛和

纤毛的基体，硅三藻的纺锤极体均是MTOC，MTOC 决定了微管的极性。

微管结合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs) 

MAP1 MAP2 tau 蛋白促进微管组装，抑制解聚

功能

维持细胞形态

秋水仙素处理的细胞变球形，微管破坏，表面张力最小。

胞内运输

驱动蛋白(kinesin)：利用ATP 水解释放的能量向正极运输小泡；

动力蛋白(dyenin)：能反向向负极运输物质。

鞭毛与纤毛的运动

鞭毛与纤毛的区别：

结构：细长毛状与基体；轴线结构：9+2 结构，A-13，B-10 

鞭毛与纤毛的运动机理

基体与中心体

中心体(centrosome)：动物细胞中的主要微管

组织中心，纺锤体与胞质微管均有中心体放射

出来，中心体有一对垂直的中心粒构成。通常

鞭毛与纤毛的基体也是有中心粒构成。

三种微管区别

染色体运动功能

B. 微丝（microfilament） 

成份

肌动蛋白：43kD， 三种异构体 a、b、g， 进化上极其保守，平滑肌、心肌等，375 

个AA，只差4-6 个AA。

动态装配

由球形肌动蛋白(G-actin)单体形成的多聚体螺旋状纤维，37nm；G-actin 有极

性，装配成纤维时，头尾相连，微丝(MF)有极性。

装配条件：Mg2+ G-actin ATP →装配；Ca2+ 较低Na+或K+→解聚成G-actin； 

Mg2+ Na+或K+高浓度→成纤维。

装配过程：种子形成，延长阶段，延迟时间，微丝极性。

ATP 的作用：ATP→G-actin 1:1；ATP-actin 装配；装配后，actin 构象会改变，

使ATP→ADP+Pi；ADP-actin 易解聚；ATP-cap；踏车行为。

华东理工大学《细胞生物学》上课讲义

微丝结合蛋白

在微丝结合蛋白的参与下形成许多亚细胞结构如应力纤维等，肌肉细丝等。

主要的微丝结合蛋白及功能如下：

特异性药物

细胞松弛素；鬼笔环肽。

功能

肌肉收缩

微绒毛

应力纤维

胞质溶胶与阿米巴运动

胞质环

C．中间纤维（Intermediate filamnet） 

成份

中间纤维的类型：

角质蛋白纤维（keratins）

：分子量（kD）40-68； 多肽数19； 细胞类型：上皮，

包括各种角蛋白丝；(头皮指甲)神经胶质细胞。

波形蛋白纤维（vimentin）：分子量（kD）54；多肽数1；细胞类型：成纤维细

胞，上皮细胞，软骨细胞淋巴细胞。

结蛋白纤维（desmin）

：分子量（kD）53；多肽数1； 细胞类型：骨骼肌，心肌，

平滑肌。

神经元纤维蛋白：细胞类型：神经元。

神经胶质蛋白纤维(GFAP)：分子量（kD）51； 多肽数1； 细胞类型：神经胶质细

胞。

组织特异性，应用于临床诊断肿瘤发生部位。

特征

杆形区：310 AA，a 螺旋，7 个AA 重复排列，a 和d 位为疏水AA。

头尾部：非螺旋区，高度可变。

装配

相邻亚基螺旋区→二聚体；

二聚体→四聚体，中间纤维的最小亚单位；

八个四聚体或四个八聚体进一步螺旋成中间纤维；

整个装配过程中IF 是不具有极性的，两端是对称的。

核纤层与IF 结合蛋白

华东理工大学《细胞生物学》上课讲义核纤层蛋白与IF 蛋白有相似结构：350AA 的内部区段与IF 蛋白螺旋区高度同源；类似大小的非螺旋头尾部；也为10nm 左右的纤维并且具有25nm 的纵向周期。 IF 结合蛋白：与IF 功能密切相关，紧密或疏松结合于IF 上或两端。功能无特异性药物的作用，故功能研究不如前两者透彻，主要：外与细胞膜和细胞外基质直接联系；向内与核表面，核基质联系；中间与MT、MF 及其他细胞器相联。总结 细胞骨架主要成份比较微管微丝中间纤维主要组成成份 ab 结合蛋白 G-actin 结合蛋白多种类型分子量 50kD 43kD 40-200kD 亚单位管蛋白球蛋白线状蛋白结合核苷酸 2GTP/二聚体 1ATP/单体无纤维直径 -22nm -7nm -10nm 结构 13 根原丝组成的空心管状纤维单股a 螺旋多级a 螺旋极性有有无可溶性亚单位库有有无踏车行为有有无特异性药物秋水仙素、长春花碱紫杉醇细胞松弛素鬼笔环肽无与运动有关的结合蛋白动力蛋白驱动蛋白肌球蛋白无 D．核骨架 存在于真核细胞核内，以蛋白成份为主的纤维网架体系。核骨架与DNA 复制染色质DNA 以放射环形式与DNA 复制的酶及其他因子锚定于核骨架，形成DNA 复合体进行复制。核骨架是DNA 复制的空间支架。核骨架与基因表达染色质DNA 上发现有核骨架结合序列，一般位于活性转录基因的两端，富含AT。与核骨架结合后能使该区段的染色质空间解聚，从而有利于RNA 聚合酶的识别与移动，保证基因处于高活性状态。 E．细胞骨架功能 细胞形态支撑与形态的建成；细胞内转运或运动；膜相关的性质和功能；吞噬作用；信息传递。 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义第七讲细胞增殖与死亡概述 细胞:亲代细胞→子代细胞；数量增加；生物个体的诞生。细胞死亡:衰老死亡,数量减少→生命活动消失,生物个体死亡。细胞增殖: 细胞和细胞物质准备。生物繁殖的基础成体生物:补偿代谢 A．细胞周期(Cell Life Cycle) 定义定义:连续的细胞从一次结束到下一次完成所经历的整个过程,又称细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。分两阶段:间期和期,四个时期:G1、S、G2、M。顺序：G1→S→G2→M。特点：同种cell 相似,不同cell 差别较明显； t(S+G2+M)变化小，tG1 变化大。从细胞周期特点可看出不同细胞在增殖行为上差异是非常明显的，因此从增殖角度可将细胞分为：连续细胞：连续运转，上皮组织中的基底层细胞；休眠细胞(G0 细胞)：暂时脱离；结缔组织中的成纤维细胞→创伤,细胞因子刺激；终端分化细胞：无能力，横纹肌细胞。细胞周期各阶段相关事件 G1：合成各种蛋白质,糖类,脂质等。特点：物质代谢活跃；染色质DNA 处于复制前感受态；组蛋白磷酸化； R 位点(又称点,restriction point)存在营养-生长因子,激素刺激-细胞周期基因(cell division cycle gene,cdc) DNA 损伤检验点存在---监控机制。 S 期(Synthesis DNA 合成期)：DNA 的合成。特点：遗传物质(DNA 分子)从2n→4n；启动点(Start point)存在；DNA 与组蛋白的合成并组装成核小体结构，合成是联动的。 G2 期：进入M 期的结构与功能的相关准备。特点：染色质凝聚,有丝器的形成。检验DNA 损伤是否恢复；检验DNA 复制是否完成。染色质凝聚。 M 期(Mitosis 期) 细胞形态变化明显,研究较早,相关过程比较清楚。特点:细胞数量上增加,形态重核的消失到重建。细胞周期中各个时期的生物化学活动 G1 期：合成RNA；合成蛋白质；多核糖体的再形成。 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义 S 期：RNA 合成；蛋白质(组蛋白)合成；DNA 的聚合酶活高；DAN 合成活跃；DNA 组装活跃。 G2 期：蛋白质合成降低；非组蛋白类合成继续；“老”的和新合成的DNA 都进行转录；rRNA 和mRNA 逐渐休止。 M 期：RNA 合成停止；蛋白质合成减少；非组蛋白类合成继续；染色体凝缩与分离；多核糖体散开。细胞周期检验点(Cell cycle checkpiont) 细胞周期检验点如启动点(Start)、R site、DNA 损伤检验点等保证了细胞依G1→S→G2→M 进行有序的。 B. 细胞(Cell division) 原核生物无核，遗传物质少，无丝。真核生物有核，遗传物质多，有丝。有丝(mitosis) 有丝期是一个连续过程，包括核和胞质两阶段，根据形态学特征人为划分核为：前期、早中期、中期、后期和末期五个时期。前期(Prophase) 进入标志：形成两对中心粒。事件：1.形成染色体（单体）；2.有丝器(星体、纺锤体)的出现；3.Golgi， ER 等细胞器解体，形成小的膜泡；4.前期末，染色体主缢部位形成一种蛋白复合物-动粒。前中期(Prometaphase) 进入标志：核膜崩溃。事件：1.核膜破裂（核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体）；2.纺锤体微管与染色体动粒结合，捕捉住染色体；3.染色体朝向赤道板运动。中期(Metaphase) 进入标志：染色体排列在赤道面上。事件：一对染色体牵丝作用力维持平衡。后期(Anaphase) 进入标志：姐妹染色单体分开。事件：配对解除，分开后的染色单体向两极移动；两阶段：后期A-动粒微管去装配，染色单体产生两极运动；移动不是染色体牵丝牵引力作用的结果，并且染色体移动时的形态总呈“<”形。； 后期B-极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长。末期(Anaphase) 进入标志：遗传物质分配完成，即染色单体到达两极。事件：1.染色体去凝聚；2.核膜重建；3.核仁出现，RNA 合成功能逐步恢复； 4.Golgi，ER 等细胞器重新形成并生长。 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义胞质(Anaphase) 动物细胞中在胞质环的作用下，使两子细胞一分为二。植物细胞中则在赤道面上形成成膜体，将母细胞一分为二。总结动态变化：染色质/染色体；纺锤体；核膜与核仁；细胞器。减数(meiosis) 细胞仅进行一次DNA 复制随后进行两次，染色体数目减半的一种特殊的有丝。确保世代间遗传的稳定性；增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力；生物有性生殖的基础，生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。特点：①遗传物质只复制一次，细胞连续两次(期I 和期II)，导致染色体数目减半；②S 期持续时间较长；③同源染色体在I 配对联会，基因重组；④同源染色体配对排列在中期板上，第一次时，同源染色体分开。两阶段：第一次减数：前期Ⅰ，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ及间期。第二次减数：前期Ⅱ，中期Ⅱ，后期Ⅱ，末期Ⅱ。第一次减数前期Ⅰ:细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期五阶段。细线期：又称凝集期，DNA 复制已完成，但染色体仍呈单条细线。偶线期：又称配对期，染色体成双，同源染色体之间发生联会，合成0.3%的Z-DNA。同源染色体；联会；联会复合体（Synaptonemal complex,SC）；四分体。粗线期：又称重组期，染色体变粗，变短，同源染色体之间发生DNA 片段交换。姐妹染色单体；重组机理。双线期：又称合成期，SC 结构消失，同源染色体分开，此时可见清晰的四分体。终变期：又称再凝集期，核仁消失，四分体均匀分布在核中，交叉向染色体臂端部移动，交叉端化。中期Ⅰ：核被膜破裂，中心粒加倍，纺锤体出现，标志进入中期。其他时期均与有丝各期较相似，其中末期Ⅰ有所不同。第二次减数基本类似于有丝对应的各个时期。总结：生殖细胞的产生双胞胎：异卵卵生，同卵卵生。 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义减数与有丝中遗传物质的变化（以人体细胞为例）有丝各期的变化染色体数目染色单体DNA 量前期 23 对 92 4C 早中期 23 对 92 4C 中期 23 对 92 4C 后期 46 对 92 4C 末期 23 对 46 2C 减数各期的变化染色体数目染色单体DNA 量染色体数目染色单体 DNA 量前期I 23 对 92 4C 前期I 23 条 46 2C 中期I 23 对 92 4C 中期I 23 条 46 2C 后期I 23 对 92 4C 后期I 23 条 46 2C 末期I 23 条 46 2C 末期I 23 条 23 1C C. 细胞衰老与程序死亡 细胞衰老特征：核变化；内质网的变化；线粒体的变化；致密体的生成；膜体系的变化；其他如蛋白质的合成、细胞骨架体系的变化。细胞衰老的分子机制氧化性损伤-自由基理论自由基（三种）损伤细胞，受损积累引起细胞死亡；SOD。端粒缩短端粒与细胞；端粒酶；端粒长度在不同年龄细胞中不同。 rDNA 环的积累酿酒酵母中rDNA（ERC）环的积累线粒体DNA 中存在衰老DNA 线粒体中DNA 易突变→ATP 水平和NAD/NADH 比率失调程序性死亡（Programmed cell death，PCD，又称细胞调亡，Apoptosis） 细胞凋亡(Apoptosis) 细胞凋亡（apoptosis）是Kerr 于1972 年首次提出的。细胞凋亡或细胞程序化死亡（programmed cell death, PCD）不同于坏死（necrosis）。形态上三阶段：p455 分子水平的特征变化具有典型的特征，包括胞质浓缩、染色质凝集、染色体降解呈DNA ladder、细胞膜出芽形成凋亡小体（apoptosis bodies）。被正常细胞或吞噬细胞清除，而不引发炎症。确定细胞凋亡而不是坏死: 通过如下方法：1.形态学观察，2.DNA ladder， 3.TUNEL 原位杂交，4.彗星电泳法(comet assay),5.Sub-Gl 流式细胞仪定量分析. 细胞凋亡的一般过程: 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义 PCD 的生物学作用：1.清除无用细胞，变态发育；2.清除发育中的冗余细胞； 3.清除发育中不正常的细胞；4.消化已完成任务的细胞。 PCD 异常与疾病第八讲细胞的分化细胞分化(cell differentiation) 定义: 一种细胞→不同细胞类群的过程特点:①伴随细胞增殖和凋亡；②多能性→单能性；③终结→细胞衰老和死亡。决定因素—基因的选择性表达：特异表达专一性蛋白→细胞在形态结构功能上差异细胞分化中基因的分类: 管家基因(house-keeping genes)： 所有细胞中均表达；维持细胞基本生命活动。如:微管蛋白基因；核糖体蛋白基因；糖酵解酶系基因。组织特异性基因(tissue-specific genes)/奢侈基因(luxury genes) 赋予细胞特异性(特化)的基因；特异性细胞中存在。如:卵血清蛋白；上皮细胞中的角质蛋白基因；胰岛细胞胰岛素基因。调节基因(regulatory genes)： 调节特异性组织基因的表达；激活作用或抑制作用。细胞分化的本质-特异性组织基因在时间与空间上的差异表达水平: DNA 水平—染色质的包装 RNA 水平—表达开启、RNA 的不同拼接翻译水平—翻译量、翻译后加工修饰、前体成熟组织-多样性细胞群体的产生 200 种细胞＝200 种以上的调节基因？组合(combinational control)-多种蛋白共同作用→一种特化细胞转分化与再生转分化: 一种分化细胞-->另一分化细胞的过程。去分化(dedifferentiation) ；再分化(redifferentiation) ；植物中的愈伤组织再生作用(regeneration) ：生物体确失部分的重建。再生能力： 植物细胞 > 动物细胞； 低等生物 > 高等生物； 年轻细胞 > 年老细胞。细胞的全能性全能性：或分化后-->完整有机体的潜能。受精卵；早期的胚胎细胞；植物细胞。 华东理工大学《细胞生物学》上课讲义多潜能性： 或分化后-->有限细胞类型或构建组织。干细胞(stem cell) ；多能干细胞和单能干细胞。细胞核具有全能性克隆羊多利；？肿瘤细胞核。癌细胞肿瘤细胞与恶性肿瘤(癌症) 特征：生长与分化失控：接触抑制丧失。具有侵润性和扩散性： 细胞间粘着性下降→转移。细胞间相互作用改变： 膜受体改变→逃脱免疫监视；膜受体改变→识别其他类别细胞。蛋白表达谱系或蛋白活性改变：细胞骨架紊乱，分化调节蛋白表达失控。 mRNA 转录谱系改变。癌基因与抑癌基因癌症产生的原因：原癌基因开放或抑癌基因失活。物理因子： 各种射线— 紫外线化学因子： 各种化学诱变试剂－苯、黄曲霉素、EB 等病毒：病毒基因整合在染色体上并开放—乙肝病毒。