细胞生物学
廖金花
乐山师范学院参考书
１．翟中和主编。细胞生物学。 2000年，高教出版社
２．郑国昌主编。细胞生物学。 1992年，高教出版社
３．郝水。细胞生物学教程。 1982年，高教出版社
４,翟中和。细胞生物学基础。 1987,北京大学出版社
５．韩贻仁。分子细胞生物学。 1988，高教出版社
６．细胞生物学进展（１，２，３卷）。 1989,1991,1994
杂志：细胞生物学杂志外文杂志,J,Cell biology; Cell and Development; Cell; J,Molecular
biology; Plant Cell； Science; Nature
本课程要求细胞生物学课程纲要
第一章 绪论第一节 细胞生物学研究内容第二节 细胞生物学发展简史第三节 细胞基本知识第四节 细胞生物学研究方法第二章 细胞膜与细胞表面第一节 细胞膜的结构模型第二节 细胞连接第三节 细胞外被与细胞外基质第三章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输第二节 细胞通讯与信号传递第四章 细胞质基质与细胞内膜系统第一节 细胞质基质第二节 内质网第三节 高尔基复合体第四节 溶酶体与过氧化物酶体第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配第五章 细胞的能量转换－线粒体与叶绿体第一节 线粒体第二节 叶绿体第三节 半自主性细胞器及其起源第六章 细胞核与染色体第一节 核被膜与核孔复合体第二节 染色质第三节 染色体第四节 核仁第七章 核糖体第一节 核糖体的类型与结构第二节 多聚核糖体与蛋白质合成第八章 细胞骨架第一节 细胞质骨架第二节 细胞核骨架第九章 细胞增殖、分化、衰老与凋亡第一节 细胞周期与细胞分裂第二节 细胞分化第三节 细胞衰老第四节 细胞凋亡第一章 绪论第一节 细胞生物学研究内容
１,细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科
研究细胞基本生命活动规律。在不同层次水平（显微、
亚显微、分子）上研究细胞结构与功能，细胞增殖、
分化、衰老、凋亡，信号传递，基因表达与调控，细胞起源与进化。
细胞是生物结构与生命活动的基本单位，一切生命现象（生长、发育、遗传、神经活动等）均以细胞为基础，必须从细胞中去研究。
２,细胞生物学的主要研究内容
两大基本部分：细胞结构功能；细胞重要生命活动
８大研究领域：（翟中和）
（１）细胞核、染色体以及基因表达
（２）生物膜与细胞器
（３）细胞骨架
（４）细胞增殖及其调控
（５）细胞分化及其调控
（６）细胞衰老与凋亡
（７）细胞起源与进化
（８）细胞工程第二节 细胞生物学发展史
１．细胞的发现
１５０９年，荷兰人 Janssen父子发明显微镜；
１６６５年，英国人 Robert Hooke发现植物细胞，栎树皮细胞
（ cell）；
１６７４年，荷兰人 Leeuwen Hoek观察到活的动植物细胞；
１８３１年,R,Brown发现植物细胞核；
１８３５年,Dujardin在动物中发现细胞内含物－“肉样质”
（ sarcode）。
２,细胞学说
１９世纪３０年代，德国植物学家施莱登 (1838)和动物学家施旺 (1939)：“一切植物和动物体皆由细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位”。意义：恩格斯认为是１９世纪科学上的三大发现之一，生物界的统一。
３,经典细胞学时期（１８７５－１９００）
– 对细胞内含物的研究：肉样质－原生质 (protoplasm)，细胞－
原生质体 (protoplast)
– 细胞分裂的发现－一切细胞来自细胞
– １９世纪７０年代，发现动物和植物的受精作用
– １９世纪８０年代，发现减数分裂，染色体
– 此后又发现中心体、线粒体、高尔基体等。
3,实验细胞学时期（１８８７－１９５３）
– １８８７－１９００：细胞学和实验胚胎学结合
– 海胆、蛔虫卵的胚胎发生
– １９００－１９２６：细胞学与遗传学结合－细胞遗传学
– １９００年,Mendel遗传法则再发现；
– １９０２－１９０３,Boveri & Sutton，染色体遗传理论；
１９１０年,Morgan的果蝇试验，基因学说．
4．分子细胞学时期（１９５３
－现在）
1953年,Watson & Crick,DNA双螺旋结构；
此后,DNA复制的机制被阐明，电子显微镜应用，分子生物学技术应用于细胞学研究。
第三节 细胞的基本知识
１,细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位。
– 细胞是构成有机体的基本单位；
– 细胞是代谢与功能的基本单位；
– 细胞是有机体生长与发育的基础；
– 细胞是遗传的基本单位；
– 没有细胞就没有完整的生命
２,细胞的基本共性
– 细胞膜
– 核酸
– 核糖体
– 增殖－一分为二
３,细胞的大小和形状最大的直径１０ cm，最小的０,1μm,一般１０－１００ μm
细胞学的计量单位,μm
1 mm=1000μm
1μm=1000 nm
1 nm=10?
细胞形态各异，游离细胞和组织细胞。
4,细胞的一般结构
（１）原核细胞：单细胞生物，外被细胞膜，无细胞核，仅具一核区,DNA裸露而不与蛋白质结合，无细胞器。包括支原体、细菌和蓝藻。 （原核生物）
基本特征：
– 遗传信息量小；
– 没有内膜系统的分化
（２）真核细胞：具细胞核和细胞器的分化。 （真核生物）
基本特征：
– 生物膜系统
– 遗传信息表达结构系统
– 细胞骨架系统
原核和真核细胞的比较
（１）结构与功能的比较（表２－２）
（２）遗传装臵与基因表达的比较（表２－３）
动物细胞植物细胞细菌（原核）细胞病毒
５,细胞的化学组成
细胞是高度有组织的复杂分子的集合，组成细胞的各种分子都按严格的秩序和结构体制执行其生命功能。
（１）分子组织层次
细胞
↓
细胞器,细胞核,线粒体,叶绿体,高尔基体等
↓
超分子复合物：核糖体,酶系,膜,微管等
↓
生物大分子：核酸,蛋白质,多糖,脂类
↓
结构单位,核苷酸,氨基酸,单糖,脂肪酸,甘油
↓
中间代谢物：磷酸五碳糖,尿素,а－酮酸,磷酸丙酮酸,醋酸
↓
环境前体,二氧化碳,水,氨,氮等
（ ２ ） 化学组成
水、无机盐和离子，蛋白质，酶，核酸，脂类，糖类。（生物化学中讲）
第四节 研究方法一,显微镜技术
１,显微镜及其分辨力分辨力：一架显微镜或人眼在２５ cm的明视距离处,能分辨被检物体细微结构最小间隔的能力 。
显微镜的分辨力,R=0.61λ/N.A,(其中,N.A.=nsinθ)
R为分辨力,N.A.为镜口率 （ n为介质的折射率,sinθ为透镜视锥半顶角的正弦 ）,λ为波长 。
人眼分辨力为１００ μm。 光学显微镜最大 N.A.为１,4,可见光最短波长为 0.4,则 R=0.61× 0.4/1.4=0.17,所以,其最大分辨力约为０,2μm。
显微结构 （ 线粒体,中心体,核仁等 ） 和亚显微结构 （ 内质网,
核糖体,微管等 ） 。
电子显微镜：采用电子波代替光波,分辨力可达２?。
２．荧光显微镜：以紫外线为光源，照射被检物体使之发出荧光，
在显微镜下观察其形状和位臵。自发荧光，诱发荧光；免疫荧光技术，绿色荧光蛋白（ green fluorescent protein,GFP）技术。
３．激光共聚焦扫描显微镜：物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点，
只允许来自焦平面上的光成像。分辨力提高；改变焦点可获得三维结构。
４．相差显微镜：通过在集光器下安装一个环状光栏，采用相差物镜、合轴调节望远镜和一个绿色滤光片，使相位差变为振幅差
（明暗差），结果使未染色的活细胞产生非常明显的细胞核和细胞质影象。
５．倒臵显微镜：将普通显微镜的物镜与照明系统的位臵进行颠倒，
可对培养的活细胞或组织进行观察。
６．电子显微镜：与光学显微镜的原理相同，只是用电子束代替光波，以及相应的装臵，需用超薄切片。透射电镜和扫描电镜。
２,荧光显微镜,以紫外线为光源，照射被检物体使之发出荧光，
在显微镜下观察其形状和位臵。
自发荧光，诱发荧光；
免疫荧光技术，绿色荧光蛋白（ green fluorescent protein,GFP）
技术。
３,激光共聚焦扫描显微镜,物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点，只允许来自焦平面上的光成像。分辨力提高；改变焦点可获得三维结构。
４,相差显微镜,通过在集光器下安装一个环状光栏，采用相差物镜、合轴调节望远镜和一个绿色滤光片，使相位差变为振幅差
（明暗差），结果使未染色的活细胞产生非常明显的细胞核和细胞质影象。
５,倒臵显微镜,将普通显微镜的物镜与照明系统的位臵进行颠倒，可对培养的活细胞或组织进行观察。
６,电子显微镜,与光学显微镜的原理相同，只是用电子束代替光波，以及相应的装臵，需用超薄切片。
透射电镜和扫描电镜。
二、细胞组分的分析方法
１,超速离心技术,分离细胞器和生物大分子
２,细胞化学技术：检测生物大分子在细胞内的分布和含量。
三、细胞工程技术
１,动物细胞培养原代细胞与传代细胞原代细胞培养步骤细胞株（ cell strain）与细胞系（ cell line）
克隆（ clone)
２,植物细胞培养单倍体细胞培养和原生质体培养
３,细胞融合
４,单克隆抗体技术第二章 细胞膜与细胞表面细胞外被细胞表面 { 细胞膜（质膜）
胞质凝胶细胞膜 (质膜 )
生物膜 { 内膜系统 （内质网、高尔基体、核摸、容酶体膜、小泡、液泡）
细胞内膜 {
线粒体膜（叶绿体膜）
第一节 生物膜的结构模型
１,“三明治”模型和“单位膜”模型
２,液态镶嵌模型（ fluid mosaic model）：１９７２年,Singer and
Nicolson提出。生物膜是由脂质和蛋白质分子按二维排列构成的流态。或：生物膜是一种可塑的、流动的、嵌有蛋白质的脂类双分子层的膜的结构（ Lipid-globular-protein-mosaic model,LGPM)。
强调：（１）膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动； （２）
膜蛋白分布的不对称性。
3,板块镶嵌模型：有界面脂（ boundary lipids)的存在。
对生物膜结构的理解：
（１）具极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中自发形成封闭的膜系统；
（２）蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或结合在其表面；
（３）生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。
４,生物膜结构成份及其特征
（１）膜脂
成分：磷脂、糖脂和胆固醇
运动方式：侧向、旋转、摆动、翻转
（２）膜蛋白
类型：周边蛋白和整合蛋白
与膜脂的结合方式：疏水作用、离子键、共价键
（３）膜的 流动性
膜脂的流动,脂分子的侧向运动，与脂肪酸链长、不饱和度有关；
胆固醇的含量
膜蛋白的流动：荧光抗体免疫标记技术；细胞骨架
（４）膜的不对称性
膜脂的不对称性：同一种脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布；
糖脂分布在外表面
膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性，与膜的生物学功能有关
（５）细胞膜的功能：（６点）
第二节 细胞联结
１,封闭连接：以紧密连接为代表，存在于上皮细胞中。由围绕在细胞四周的焊接线（嵴线）网络而成。阻止可溶性物质扩散。（图
４－１０）
２,锚定连接：通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质之间连接起来，形成一个坚挺、有序的细胞群。
（１）桥粒－与中间纤维相连（图４－１１）（２）粘着带与粘着斑－与肌动蛋白相连（图４－１２）
３,通讯连接：
（１）间隙连接：连接处相邻细胞膜间的间隙为２～３ nm，以连接子为基本单位。允许小分子物质通过。在代谢偶联、神经冲动传递、早期胚胎发育和细胞分化中具有重要作用。（图４－１４）
（２）胞间连丝：高等植物，相邻细胞的细胞膜相互连接，共同组成直径 20~40 nm的管状结构，中央有内质网穿过。细胞通讯，
物质运输（有选择性）（图４－１５）
（３）化学突触：（生理学中讲）
第三节 细胞外被与细胞外基质
１,细胞外被（糖萼）,
２,胞外基质（图４－１９）
（１）胶原
（２）糖胺聚糖和蛋白聚糖
（３）层粘连蛋白和纤连蛋白
（４）弹性蛋白
（５）植物细胞壁第三章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输
１,被动运输,物质从高浓度向低浓度跨膜转运，动力来自物质的浓度梯度，不需要能量。
（１）简单扩散：疏水的小分子顺浓度梯度转运。
（２）协助扩散：极性分子和无机离子顺浓度梯度转运。有特异膜蛋白协助，转运速率和特异性高。膜转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白
２,主动运输：由载体蛋白介导，物质逆浓度梯度转运，耗能。
（１）钠钾泵（图５－６）
（２）钙泵和质子泵
（３）协同运输：由钠钾泵与载体蛋白协同作用，间接消耗 ATP
（４）物质的跨膜转运与膜电位,静息电位和动作电位
３,胞吞与胞吐作用
（１）胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞的过程。
胞饮作用－胞饮泡
吞噬作用－吞噬泡
二者区别：
①囊泡大小
②细胞类型
③形成机制胞饮泡：网格蛋白有被小泡（图５－１１）和
COP蛋白有被小泡 ;
吞噬泡：有微丝参与
受体介导的胞吞作用：选择性浓缩机制。
（２）胞吐作用：与胞吞作用相反，是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。
组成型胞吐途径和调节型胞吐途径（图５－１
３）
（４）膜泡运输：耗能过程第二节 细胞通讯与信号传递
１,细胞通讯与细胞识别
（１）细胞通讯（图５－１５）
（２）细胞识别
（３）信号分子与受体、第二信使
２,细胞内受体介导的信号传递细胞内受体－激素激活的基因调控蛋白
３,细胞表面受体介导的信号跨膜传递
离子通道偶联的受体（图５－２１）
G蛋白偶联的受体
酶偶联的受体第四章 细胞质基质与细胞内膜系统第一节 细胞质基质
１,细胞质基质：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。
胞质溶胶：“酶溶液”
细胞质基质的涵义：它是一种高度有序而又不断变化的结构体系，
细胞质骨架贯穿其中。
２,细胞质基质的功能：
（１）中间代谢；（２）物质合成、运输；（３）细胞骨架使代谢反应区域化；（４）蛋白质修饰；（５）蛋白质的选择性降解
细胞内膜系统第二节 内质网
由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。
１,两种基本类型,RER,SER
２,功能,
（１）蛋白质合成
（２）脂质合成
（３）蛋白质的修饰与加工
（４）新生多肽的折迭与装配
（５）其它功能：信息传递（肌质网）；组织酶区域化；解毒第三节 高尔基复合体
（一）形态结构：由一些（常常３－４个）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起的结构。
三维结构分析表明：高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构连在一起，
是一个十分复杂的连续的整体结构。它至少由互相联系的四部分组成：
（图６－８）：
顺面膜囊 (cis Golgi)或顺面网状结构 (cis Golgi network,CGN)
中间膜囊反面膜囊反面高尔基网状结构 (trans Golgi network,TGN)：标志酶－酸性磷酸酶
囊泡或小泡
（二）功能：将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类、包装及运输。
１,细胞分泌
２,蛋白质的糖基化及其修饰
３,蛋白酶水解及其他加工过程：如多肽激素、神经多肽的成熟加工
（三）高尔基体与膜泡运输第四节 溶酶体与过氧化物酶体
（一）溶酶体
１,形态特征,单层膜围绕、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。
２,结构类型（图６－１２）
初级溶酶体 →次级溶酶体 →残余体（后溶酶体）
植物溶酶体－液泡
3.功能
（１）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
（２）防御功能
（３）其它生理功能
４,溶酶体的发生
（二）过氧化物酶体
１,与溶酶体的区别
２,功能
３,发生第五节 细胞内蛋白质分选与细胞结构的装配
１,信号假说与蛋白质分选信号（ pp１９２）
１９７５年,Blobel 和 Sabatini提出信号肽、信号识别颗粒（ SRP）,SRP受体（停泊蛋白,DP）
要点
共转移和后转移
２,蛋白质分选的基本途径与类型（ pp１９４）
（１）基本途径 （２）类型
３,膜泡运输（图６－１９）
（１）网格蛋白有被小泡 （２） COP I有被小泡 （３） COP II
有被小泡
４,细胞结构体系的装配
（１）生物大分子的装配方式
（２）装配的生物学意义
（３）装配的不同层次
（４）装配的信息第五章 细胞的能量转换－线粒体和叶绿体第一节 线粒体与氧化磷酸化
１,一般形态（光镜下）
２,结构（超微结构）
３,功能－能量转化
（１）底物进入及有关酶类 (pp１９２图）
（２）蛋白质进入线粒体的机制 --导肽 （ 194-198）
（３）三羧酸循环：存在部位－线粒体基质产物－ NADH
（４）电子传递与磷酸化偶联
氧化磷酸化,代谢物氧化时所放出的化学能供给 ADP与无机磷反应而生成 ATP。
底物水平磷酸化－不需氧呼吸链磷酸化－需氧
光合磷酸化：利用太阳光能使 ADP磷酸化生成 ATP。
电子传递与磷酸化（见草图）
酶在膜上的位置（ pp202）
放能装置 -呼吸链；
换能装置 -ATPase复合体
磷酸化的偶联机理－化学渗透假说第二节 叶绿体与光合磷酸化
１,质体的类型,４ 种
２,叶绿体的形态结构低等藻类：色素体高等植物
３,叶绿体的功能－光合作用
（１）光反应和光合磷酸化
光合作用单位：天线复合体＋作用中心
电子传递和光合磷酸化（ pp227图）
（２）暗反应
关键酶：１，５－二磷酸核酮糖（ RuBP)羧化酶（ Rubisco)
（３）光合作用和氧化磷酸化比较第三节 半自主性细胞器及其起源
１,mtDNA和 ctDNA
２,线粒体和叶绿体的蛋白质合成
３,线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配
４,增殖
５,起源第六章 细胞核与染色体第一节 核被膜与核孔复合体
１,外核膜与内核膜
２,核周间隙
３,核孔－核孔复合体 (nuclear pore complex,NPC):
（１）结构模型,fish-trap模型
（２）功能：核质间物质交换的双向选择性亲水通道第二节 染色质
１,染色质的概念及化学组成染色质是指间期细胞核内由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量
RNA组成的线性复合结构。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。两者之间的差别不在于化学组成上，而在于集缩程度不同，反映了它们处于细胞周期中的不同功能阶段。
DNA/HP=1:1; NHP/DNA=0.6:1; RNA/DNA=0.1:1
（１）染色质 DNA：
真核生物细胞染色质 DNA 序列特征：单一序列、中度重复序列、
高度重复序列
二级结构的构型变化（ B,A,Z型）：涉及到遗传信息的表达。
（２）,染色质蛋白质染色质 DNA结合蛋白负责 DNA分子遗传信息的组织、
复制和阅读。
组蛋白：构成真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的碱性氨基酸（ Arg,Lys）,等电点一般 PH10.0以上，属碱性蛋白质，
可以和酸性的 DNA紧密结合。
有５种,H1,H2A,H2B,H3,H4
功能：与 DNA结合，使稳定性增强，螺旋化程度提高；抑制基因转录
非组蛋白：指染色体上与特异 DNA序列结合的蛋白质。又称序列特异性 DNA结合蛋白。凝胶延滞实验检测和分析。
特性,?多样性和异质性。包括与核酸代谢有关的酶、结构蛋白、
调控蛋白等。这些蛋白质分属不同的结合蛋白家族，具有不同的结构模式（如?螺旋－转角－?螺旋，锌指，亮氨酸等模式）
对 DNA具有识别特异性。识别信息来自 DNA（双螺旋大沟），序列保守
具有多种功能：基因表达调控；染色质高级结构的形成
２,染色质的基本结构单位－核小体 (nucleosome)
核小体是构成染色质的基本结构单位，其核心由４种组蛋白
(H2A,H2B,H3,H4)，每种组蛋白２个分子构成８聚体，外缠绕 DNA
分子的２００个碱基对，两个核小体间由 H1相连。
（１）主要实验证据
电镜观察：间期核染色质自然结构为３０ nm纤丝；盐溶后成念珠状结构，念珠（核小体）直径１０ nm。
核酸酶消化染色质，得到２００ bp为单位的单体、二体（４００
bp）、三体（６００ bp）等，认为染色质有某种结构保护，免受酶的接近。
X射线衍射等分析，染色质结晶颗粒直径１１ nm，高６,０ nm，呈扁圆柱体，核心组蛋白先形成（ H3)2-(H4)2四聚体，再与２个
H2A-H2B异二聚体形成８聚体。
用 SV40病毒感染细胞，病毒 DNA在细胞内形成核小体,核小体的推算数目（每２００ bp为一个核小体）与观察到的一致。
（２）核小体结构要点
每个核小体单位包括２００ bp左右的 DNA超螺旋、一个组蛋白８
聚体和１个 H1。
组蛋白８聚体构成核小体的盘状核心，包括１个（ H3)2-(H4)2四聚体和２个两侧的 H2A-H2B二聚体。
１４６ bp的 DNA分子超螺旋盘绕组蛋白８聚体１,７５圈，组蛋白
H1在核心颗粒外结合额外２０ bpDNA,锁住核小体 DNA的进出端，起稳定核小体的作用。
两个核小体之间以连接 DNA相连，典型长度６０ bp。
组蛋白与 DNA之间的相互作用是结构性的，不依赖于核苷酸序列，
在体外可自主装
３,染色质包装的结构模型
（１）多级螺旋模型：１９７７,Bak等
一级结构：核小体串珠结构（１０ nm）
二级结构：螺线管（ solenoid）（６个核小体形成，３０ nm）
三级结构：超螺线管（４００ nm）
四级结构：染色单体
（２）骨架－放射环结构模型：
１９７０ s,Laemmli等在点镜下观察到由非组蛋白构成的染色体骨架和从骨架上伸出的无数 DNA侧环 ;
１９８４,Painta & Coffey详细描述：一、二级结构同上；由螺线管形成 DNA复制环，每１８个复制环呈放射状平面排列，结合在基质上形成微带（ miniband）；微带是染色体高级结构的单位，
大约１０ ６ 个微带沿纵轴构建成染色体。
４,常染色质和异染色质
（１）常染色质：间期细胞核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色浅的那些染色质。主要是单一序列和中度重复序列 DNA,处于常染色质状态只是基因转录的必要条件，而非充分条件。
（２）异染色质：间期核中染色质纤维折叠压缩程度高，处于聚缩状态，碱性染料染色深的那些染色质。分为结构异染色质和兼性异染色质。
第三节 染色体
染色体是细胞在有丝分裂时遗传物质的存在形式，是间期染色质结构紧密包装的结果。
１,中期染色体的形态结构
（１）染色体的形态分类
（２）染色单体 动粒结构域
（３）着丝粒与动粒（着丝点）：三个结构域 中央结构域配对结构域
（４）次缢痕
（５）核仁组织区（ NOR)
（６）随体
（７）端粒
２,染色体 DNA的三种功能元件
（１）一个 DNA复制起点
（２）一个着丝粒
（３）两个末端端粒
３,核型与染色体显带
（１）核型
（２）核型分析
（３）核型模式图
（４）染色体显带,Q带,G带,R带,C带,T带,N带，高分辨率显带
４,巨大染色体
（１）多线染色体
（２）灯刷染色体第四节 核仁
核仁是 rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所。
１,形态结构
（１）光镜下
（２）电镜下
纤维中心（ fibrillar centers,FC):低电子密度的圆形结构小岛，
存在 rDNA(rRNA基因）,RNA聚合酶 I和转录因子，无组蛋白
（染色质不形成核小体）。
致密纤维组分（ dense fibrillar component,DFC):电子密度高，
呈环形或半月形包围 FC,由致密纤维组成，无颗粒，含大量的
rRNA成分。
颗粒组分 (granular component,GC)：核仁的主要结构，由直径１５－２０ nm的核糖核蛋白（ RNP)颗粒构成，是正在加工、
成熟的核糖体亚单位前体颗粒。
三种核仁组分以某种方式共同完成 rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配。
２,核仁的功能
（１） rRNA基因转录的形态及组织特征染色体原位分子杂交证实,rRNA基因（ rDNA)定位于染色体的核仁组织区；电镜下可直接观察到转录的形态学过程。
rDNA在染色质上串联重复排列（１００－５０００个拷贝），
一个转录单位包括 5.8 S rRNA,18 S rRNA,28 S rRNA,由 RNA聚合酶 I
进行转录，边转录边形成 RNP颗粒。
（２） rRNA前体的加工初始转录产物 45 S rRNA?41 S rRNA? 5.8 S rRNA + 18 S rRNA
+ 28 S rRNA
５ S rRNA基因不在 NORs，也是成族串联排列，由 RNA聚合酶
III转录，参加核糖体大亚单位装配。
（３）核糖体亚单位的装配
rRNA前体的加工是以核蛋白方式进行，核糖体亚单位的装配在细胞质中完成（避免 hnRNA的接近）
３,核仁周期第五节 染色质结构和基因转录
１,活性染色质的主要特征
（１）具 DNase I超敏感位点：１００－２００ bp，建立在基因５’
端启动子区,与起始转录有关；
（２）很少有 H1组蛋白；
（３）４种核心组蛋白乙酰化程度高 ;
（４） HMG蛋白（ high mobility group proteins）,HMG 14,
HMG 17
2.染色质结构与基因转录
（１）疏松染色质结构的形成：
DNA局部结构改变：基因调控蛋白；拓扑异构酶；核小体的非随机分布
组蛋白的修饰,Lys的乙酰基化； H1的磷酸化
HMG蛋白的影响
（２）染色质的区间性：隔离子（ insulator）的存在
（３）染色质模板的转录：转录时，核小体可能被解开，然后再聚合
细胞核小结
细胞核是真核细胞最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢调控的中心，它由核被膜、染色质、核仁及核骨架（核基质）组成。
核被膜作为细胞核与细胞质之间的界膜，将细胞分为核与质两大功能区，使转录与翻译在时空上分开，核孔复合体是核－质间物质交换和信息交流的主要通道。
染色质是间期细胞核内由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构。核小体是构成染色质的基本结构单位。染色质的结构和基因表达具有密切关系。
染色体是细胞有丝分裂时遗传物质存在的特殊形式，是间期染色质紧密包装的结果，其包装方式可用超螺旋或骨架－放射环模型来说明。中期染色体具有稳定的形态和结构特征，染色体显带技术可进行有效识别。
核仁是细胞间期核中最显著的结构，由三种基本组分组成，是 rRNA合成、加工和核糖体亚单位装配的场所。
细胞核中还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系－核基质，与 DNA复制、
基因表达、染色体包装与构建有密切关系。
四、微管
１,构成与装配：
微管蛋白? 异二聚体 原纤维 片层 微管 (13根原纤维）
微管蛋白?
微管的延长与缩短：装配（＋极）与去装配（－极）
2.影响微管装配与去装配的因素：
（１）微管蛋白浓度：１ mg／ ml
（２） GTP供应
（３） 离子浓度,Ca++； Mg++
（４）温度； PH
（５）微管特异性药物：秋水仙素；紫杉酚
（６）微管相关蛋白,MAPs 等，与骨架纤维间的连接有关，存在于神经轴突和树突中。
（７）微管组织中心 (MTOC):细胞内微管装配的部位，有组织微管聚合的作用。已知这类部位有中心粒、鞭毛的基体、着丝点、成膜体等。
3.功能
（１）维持细胞形态
（２）细胞内运输：由合成部位向功能部位运输，以微管作轨道。
（３）鞭毛和纤毛运动
（４）纺锤体和染色体运动
微管小结：
微管 是由微管蛋白（ tubulin）装配成的长管状细胞骨架结构，平均外径２４ nm，对低温、高压和秋水仙素敏感。细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、
鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构，参与细胞形态维持、细胞运动和细胞分裂。
五、微丝
１,构成与装配
结构成分：肌动蛋白（球形－ G-actin,６种，进化上保守）
装配,G-actin有极性，头尾相接，形成多聚体－纤维型肌动蛋白
(F-actin)。两条肌动蛋白单链螺旋盘绕形成纤维；或一条肌动蛋白单链形成螺旋，每个肌动蛋白单体周围有４个亚基。
影响微丝装配的因素：
（１） ATP,Ca++,Mg++,Na+,K+浓度
（２） G-actin的浓度
（３）微丝结合蛋白：肌球蛋白 (myosin),原 肌球蛋白 (tropomyosin),
肌钙蛋白（ troponin） 等等
（４）微丝特异性药物：细胞松弛素；鬼笔环肽
２,功能
（１）支持作用：细胞形态的维持（胞质溶胶层）
（２）细胞内运输，细胞分泌
（２）运动功能
肌细胞的收缩运动
细胞质流动
胞质分裂环
细胞移动微丝小结：
真核细胞内由肌动蛋白（ actin）聚合成的双股螺旋，直径为７
nm的骨架纤维，参与肌肉收缩、变形运动、胞质分裂等活动。
六、中间纤维：
１,成分：复杂，按组织来源和免疫行为分五类
角蛋白纤维：存在于上皮细胞中；
波形纤维：存在于间质细胞和中胚层来源的细胞；
结蛋白纤维：存在于肌细胞；
神经元纤维：存在于神经元；
神经胶质纤维：存在于神经胶质中。
新的分类：
I型：酸性角蛋白；
II型：中性和碱性角蛋白；
III型：波形纤维蛋白，结蛋白，胶质纤维蛋白
IV型：神经原纤维蛋白；
V型：核纤层蛋白同型中间纤维蛋白基因具有几乎一致的内含子／外显子结构。
中间纤维蛋白分子的共同特征：有一段约３１０个氨基酸残基，形成?螺旋，高度保守，二相邻亚基对应的?螺旋区形成双股超螺旋－中间纤维的主干。
２,装配：
二相邻亚基对应的?螺旋区形成双股超螺旋－二聚体?四聚体
原纤维?中间纤维（８个４聚体或４个８聚体，３２个分子）
３,组织及动态变化：
与微管和微丝不同，中间纤维蛋白合成后，均装配成中间纤维，游离的单体很少，不存在装配与去装配的动态平衡，但仍存在动态变化，即一齐聚合或解聚。
４,功能：
（１）中间纤维蛋白的表达具有组织特异性，与细胞分化有关。
（胚胎发育；上皮分化）
（２）在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关。
中间纤维小结：
是一类结构相似、组成上不同、长而无分支的细胞质骨架纤维，直径１０ nm，
介于微管和微丝之间。主要有?角蛋白纤维,?波形纤维,?结蛋白纤维,?神经元纤维,?神经胶质纤维等，其分布具有组织特异性，与细胞分化有关。
细胞质骨架主要成分比较
（表１０－４）
七、细胞核骨架存在于真核细胞核内的以蛋白质成分为主纤维网架体系。狭义的核骨架仅指核内基质；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。核骨架与基因的复制及表达、细胞核及染色体的构建有关。
１,核基质（核骨架）：由３－３０ nm的单丝或复合体组成的纤维状网络，主要成分为核骨架蛋白、核骨架结合蛋白和少量的 RNA。
核骨架蛋白与核骨架结合序列（富含 AT)结合。核骨架与 DNA复制、基因转录及 RNA加工修饰有关（通过锚定有关序列、酶）。
２,染色体支架：染色体中由非组蛋白构成的结构支架。与染色体高级结构有关,DNA放射环的根部结合在上面。
染色体支架与核骨架的关系
３,核纤层：位于真核细胞间期核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络。由１－３种核纤层蛋白（属中间纤维蛋白家族）组成。
核纤层与中间纤维、核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核和细胞质的骨架结构体系。
第九章 细胞增殖、分化、衰老与凋亡第一节 细胞周期与细胞分裂一、细胞周期概述
1.细胞周期：从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂终了所经历的过程。
２,有丝分裂期 (M期 )和分裂间期 (G1期,S期,G2期）
３,周期中细胞和静止期 (G0期 )细胞、终末分化细胞二、细胞周期中各时期主要事件
１,G1期：上一次细胞分裂之后，子代细胞生成，标志着 G1期开始。细胞生长，
合成细胞生长所需的各种蛋白质、糖类、脂质等，体积张大，细胞器发育、
完善。
在 G1期晚期阶段要通过一个特定时期（ R点，限制点或检验点），细胞才能继续走向分裂。检验点也存在于 S期和 G2期。
２,S期,DNA合成期。半保留复制，新合成的 DNA立即组装成核小体串珠结构，
复制的起始和复制过程受很多因素调节。
３,G2期,DNA复制完成后即进入 G2期。细胞内 DNA含量增加了一倍（４ n）。
为进入 M期作准备，进行活跃的 RNA和蛋白质（包括微管蛋白）的合成。要经过 检验点才能进入 M期。
４,M期：细胞分裂期。保证已复制的 DNA、染色体均等地分到两个子细胞中去。包括有丝分裂和减数分裂。
三,细胞分裂
（一）有丝分裂
概念及意义
１,前期：
染色质浓缩、变短变粗；
两条染色单体以着丝粒相连，并装配动粒；动物细胞中心粒分开，
确定分裂极；核仁、核膜解体。
２,前中期：
核膜解体，标志前中期开始。核纤层、核骨架也随之解体；染色体进一步浓缩，变短变粗，形成 X型结构；着丝粒上的动粒逐渐成熟；
纺锤体装配逐渐成熟，星体微管与动粒联结形成动粒微管。
３,中期：
从染色体排列到赤道板上到向两极移动。
４,后期：
两条姊妹染色单体在纺锤体微管的作用下，向两极运动。
５,末期：
染色单体到达两极，动粒微管消失，极性微管加长；染色单体去浓缩；核膜、核仁重新装配；两个子代细胞核形成。
６,胞质分裂：
开始于后期，完成于末期。整个过程包括４个步骤：分裂沟的确立；肌动蛋白聚集和收缩环的形成；收缩环收缩；收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。
与有丝分裂直接相关的亚细胞结构及染色体运动机制：中心体；
动粒与着丝粒；纺锤体
（二）减数分裂
高等动植物的生活史,
卵 (1n)
配子 精子 (1n) 受精作用减数分裂 成熟个体 (2n) 有丝分裂 受精卵 (2n)
减数分裂 概念及意义
１,减数分裂前间期也划分为三个时期，但 S期持续时间长，只复制 DNA总量的
99.7-99.9%，剩下的 0.1-0.3%到减数分裂前期复制。
２,减数分裂过程减数分裂 I
（１）前期 I:持续时间长，分５个阶段。
细线期：染色质凝集，呈细纤维样结构，染色质虽已复制，
但看不到双线，认为是 S期未复制的 DNA使两条染色单体紧密联系在一起 ;染色体端粒与核膜相连。
偶线期：发生同源染色体配对（二价体；四分体；联会复合体）；
合成 S期未合成的 DNA(偶线期 DNA,zygDNA)。
粗线期：发生等位基因之间部分 DNA片段的交换和重组；合成 P-
DNA以及组蛋白；动物卵母细胞发生 rDNA扩增。
双线期：同源染色体发生分离，但仍有联系，出现交叉；两栖类等动物卵母细胞出现灯刷染色体，其中的侧环为 RNA转录的活跃部位。
终变期：染色体进一步浓缩，交叉向染色体臂移行（交叉端化）。
（２）中期 I:核膜破裂，中期 I开始。纺锤体装配，四分体向赤道板移动；从纺锤体发出的微管与同源染色体的两个动粒相联。
（３）后期 I：同源染色体分离，移向两极；同源染色体的分离是随机的。
（４）末期 I,胞质分裂 I和减数分裂间期,立即进入第二次减数分裂；
或形成两个间期子细胞后再进入第二次减数分裂（无 G1期,S期，
G2期，无 DNA复制）。
减数分裂 II:同有丝分裂。
经过减数分裂，形成４个子细胞。雄性动植物形成４个精细胞，
雌性动植物形成１个卵细胞。
３,减数分裂中的特殊结构－联会复合体
有丝分裂和减数分裂比较
１,发生部位不同；
２,细胞周期次数和染色体动态,DNA变化不同；
３,染色体行为不同；
４,DNA的合成时期不同,G２期长短不同；
５,分裂持续时间不同
细胞周期调控：
－ 染色体超前凝集与促细胞分裂因子 MPF(mitosis-promoting factor)
的发现 ；
－周期蛋白（ cyclin）与 CDK激酶 (cyclin-dependent kinase),CDK
激酶抑制物；
－细胞周期运转调控第二节 细胞分化
１,细胞分化的基本概念
（１）细胞分化在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态上、结构上和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类型的过程。
（２）细胞分化是基因选择性表达的结果分化的细胞，基因组相同，但基因表达有所不同，从而在形态结构、生理功能和生物学行为上表现差异。
（３）组织特异性基因与管家基因管家基因和组织特异性基因（奢侈基因）
（４）组合调控引发组织特异性基因的表达细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成的，即以组合调控的方式，往往１－２种调控蛋白起决定性作用；一种关键性调控蛋白与其它调控蛋白形成组合，不仅可以引起细胞类型的转化，而且可以诱发整个器官的发生。
（５）转分化与再生转分化：一种类型的分化细胞转变成另一种分化类型的细胞。要经历去分化（脱分化）和再分化。
再生现象。
２,细胞全能性：细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或能力。受精卵、胚胎细胞、植物体细胞。
多潜能性－干细胞（胚胎干细胞，造血干细胞）；
单能干细胞（定向干细胞）?终末分化细胞细胞分化潜能由宽?窄，细胞核始终保持分化的全能性（ Dolly羊）
３,影响细胞分化的因素
（１）胞外信号分子近端组织的相互作用：信号分子旁泌素（细胞分化因子）
远距离细胞间相互作用：激素调节
（２）细胞记忆与决定细胞将信号分子的作用储存起来，形成长时间的记忆。
“决定”早于分化。
（３）受精卵细胞质的不均一性来自于卵母细胞胞质的不均一性。
（４）细胞间的相互作用与位臵效应
（５）环境对性别决定的影响
４,细胞分化与胚胎发育同源异型突变与同源异型基因 (Homeotic genes)：
果蝇体节发育；植物花发育。 Homeobox
5.真核细胞的基因表达调控三级水平的调控：转录水平；加工水平；翻译水平第三节 细胞衰老
１,细胞衰老的特征
（１）细胞核：体积增大；核膜内折；染色质固缩化
（２）内质网：粗面内质网减少
（３）线粒体：数量减少，体积增大
（４）致密体生成：由溶酶体或线粒体转化而来
（５）膜系统：液晶相?凝胶相（固相）；膜蛋白运动?不运动；
膜的选择性透性降低
２,细胞衰老的分子机制
（１）氧化性损伤：代谢中产生的活性氧基团或分子（ reactive
oxygen species,ROS),引发大分子的氧化性损伤并积累，最终导致衰老。
清除 ROS，可延长寿命； SOD基因抗氧化，但似乎与寿命无关；线虫中
age1,clk１ 基因能明显延长寿命。
（２）端粒与衰老：随着细胞的每次分裂，端粒不断缩短，当端粒长度缩短达到一个阈值时，细胞就进入衰老。也有相反的证据。
（３） rDNA与衰老,rDNA成环，并不断累积。
（４）沉默信息调节蛋白 (Sir)复合物与衰老,Sir抑制 DNA转录，与核仁的结合，可延长寿命。
（５） SGS1基因,WRN基因与衰老：属解旋酶基因，与核仁结合，抑制衰老。
第四节 细胞凋亡细胞凋亡 (apoptosis)是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。由于它受严格的遗传机制控制，所以也称为细胞编程性死亡
(programmed cell death,PCD）。
PCD 与细胞分裂周期是一对矛盾统一体。 PCD对于多细胞生物的个体发育的正常进行，维持体内器官、组织、细胞数目的相对平衡以及内环境的稳定过程，起着决定性的作用；也是有机体对不良环境的自我性保护反应，并与很多病理过程有关。
1.细胞凋亡的形态学和生物化学特征
（１）细胞凋亡与坏死单个特定细胞主动自杀，一群细胞或组织被动死亡；
细胞器和膜的破坏发生时间；
炎症有无
（ ２）细胞凋亡的形态学特征凋亡的起始（细胞表面微绒毛的消失、内质网囊腔膨大、染色质固缩）
凋亡小体形成?凋亡小体被吞噬
（３）细胞凋亡的生化特征染色质核小体间发生断裂，形成电泳上的梯状条带；（核酸内切酶降解
DNA产生）
组织转谷氨酰胺酶 (tTG)累积并达到较高水平（依赖于 Ca++)
2.细胞凋亡的分子机制由基因控制，已发现一些酶、蛋白质和信号传导系统参与细胞凋亡的过程，并克隆了一些基因,但对凋亡的分子机制仍然了解太少。
３,细胞凋亡与衰老一般认为，衰老是由于细胞凋亡失调引起的。凋亡消除了细胞中误差的积累，从而保持了表型的保真度；凋亡的失调，导致衰老。
但，衰老和凋亡的遗传基础完全不同，目前未发现相互重叠的基因。因此，二者关系未明。
当前细胞生物学的发展趋势染色体 DNA与蛋白质的相互作用细胞增殖、分化、凋亡（编程性死亡）的相互关系及调控细胞信号转导细胞结构体系装配
人类基因组计划简介
廖金花
乐山师范学院参考书
１．翟中和主编。细胞生物学。 2000年，高教出版社
２．郑国昌主编。细胞生物学。 1992年，高教出版社
３．郝水。细胞生物学教程。 1982年，高教出版社
４,翟中和。细胞生物学基础。 1987,北京大学出版社
５．韩贻仁。分子细胞生物学。 1988，高教出版社
６．细胞生物学进展（１，２，３卷）。 1989,1991,1994
杂志：细胞生物学杂志外文杂志,J,Cell biology; Cell and Development; Cell; J,Molecular
biology; Plant Cell； Science; Nature
本课程要求细胞生物学课程纲要
第一章 绪论第一节 细胞生物学研究内容第二节 细胞生物学发展简史第三节 细胞基本知识第四节 细胞生物学研究方法第二章 细胞膜与细胞表面第一节 细胞膜的结构模型第二节 细胞连接第三节 细胞外被与细胞外基质第三章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输第二节 细胞通讯与信号传递第四章 细胞质基质与细胞内膜系统第一节 细胞质基质第二节 内质网第三节 高尔基复合体第四节 溶酶体与过氧化物酶体第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配第五章 细胞的能量转换－线粒体与叶绿体第一节 线粒体第二节 叶绿体第三节 半自主性细胞器及其起源第六章 细胞核与染色体第一节 核被膜与核孔复合体第二节 染色质第三节 染色体第四节 核仁第七章 核糖体第一节 核糖体的类型与结构第二节 多聚核糖体与蛋白质合成第八章 细胞骨架第一节 细胞质骨架第二节 细胞核骨架第九章 细胞增殖、分化、衰老与凋亡第一节 细胞周期与细胞分裂第二节 细胞分化第三节 细胞衰老第四节 细胞凋亡第一章 绪论第一节 细胞生物学研究内容
１,细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科
研究细胞基本生命活动规律。在不同层次水平（显微、
亚显微、分子）上研究细胞结构与功能，细胞增殖、
分化、衰老、凋亡，信号传递，基因表达与调控，细胞起源与进化。
细胞是生物结构与生命活动的基本单位，一切生命现象（生长、发育、遗传、神经活动等）均以细胞为基础，必须从细胞中去研究。
２,细胞生物学的主要研究内容
两大基本部分：细胞结构功能；细胞重要生命活动
８大研究领域：（翟中和）
（１）细胞核、染色体以及基因表达
（２）生物膜与细胞器
（３）细胞骨架
（４）细胞增殖及其调控
（５）细胞分化及其调控
（６）细胞衰老与凋亡
（７）细胞起源与进化
（８）细胞工程第二节 细胞生物学发展史
１．细胞的发现
１５０９年，荷兰人 Janssen父子发明显微镜；
１６６５年，英国人 Robert Hooke发现植物细胞，栎树皮细胞
（ cell）；
１６７４年，荷兰人 Leeuwen Hoek观察到活的动植物细胞；
１８３１年,R,Brown发现植物细胞核；
１８３５年,Dujardin在动物中发现细胞内含物－“肉样质”
（ sarcode）。
２,细胞学说
１９世纪３０年代，德国植物学家施莱登 (1838)和动物学家施旺 (1939)：“一切植物和动物体皆由细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位”。意义：恩格斯认为是１９世纪科学上的三大发现之一，生物界的统一。
３,经典细胞学时期（１８７５－１９００）
– 对细胞内含物的研究：肉样质－原生质 (protoplasm)，细胞－
原生质体 (protoplast)
– 细胞分裂的发现－一切细胞来自细胞
– １９世纪７０年代，发现动物和植物的受精作用
– １９世纪８０年代，发现减数分裂，染色体
– 此后又发现中心体、线粒体、高尔基体等。
3,实验细胞学时期（１８８７－１９５３）
– １８８７－１９００：细胞学和实验胚胎学结合
– 海胆、蛔虫卵的胚胎发生
– １９００－１９２６：细胞学与遗传学结合－细胞遗传学
– １９００年,Mendel遗传法则再发现；
– １９０２－１９０３,Boveri & Sutton，染色体遗传理论；
１９１０年,Morgan的果蝇试验，基因学说．
4．分子细胞学时期（１９５３
－现在）
1953年,Watson & Crick,DNA双螺旋结构；
此后,DNA复制的机制被阐明，电子显微镜应用，分子生物学技术应用于细胞学研究。
第三节 细胞的基本知识
１,细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位。
– 细胞是构成有机体的基本单位；
– 细胞是代谢与功能的基本单位；
– 细胞是有机体生长与发育的基础；
– 细胞是遗传的基本单位；
– 没有细胞就没有完整的生命
２,细胞的基本共性
– 细胞膜
– 核酸
– 核糖体
– 增殖－一分为二
３,细胞的大小和形状最大的直径１０ cm，最小的０,1μm,一般１０－１００ μm
细胞学的计量单位,μm
1 mm=1000μm
1μm=1000 nm
1 nm=10?
细胞形态各异，游离细胞和组织细胞。
4,细胞的一般结构
（１）原核细胞：单细胞生物，外被细胞膜，无细胞核，仅具一核区,DNA裸露而不与蛋白质结合，无细胞器。包括支原体、细菌和蓝藻。 （原核生物）
基本特征：
– 遗传信息量小；
– 没有内膜系统的分化
（２）真核细胞：具细胞核和细胞器的分化。 （真核生物）
基本特征：
– 生物膜系统
– 遗传信息表达结构系统
– 细胞骨架系统
原核和真核细胞的比较
（１）结构与功能的比较（表２－２）
（２）遗传装臵与基因表达的比较（表２－３）
动物细胞植物细胞细菌（原核）细胞病毒
５,细胞的化学组成
细胞是高度有组织的复杂分子的集合，组成细胞的各种分子都按严格的秩序和结构体制执行其生命功能。
（１）分子组织层次
细胞
↓
细胞器,细胞核,线粒体,叶绿体,高尔基体等
↓
超分子复合物：核糖体,酶系,膜,微管等
↓
生物大分子：核酸,蛋白质,多糖,脂类
↓
结构单位,核苷酸,氨基酸,单糖,脂肪酸,甘油
↓
中间代谢物：磷酸五碳糖,尿素,а－酮酸,磷酸丙酮酸,醋酸
↓
环境前体,二氧化碳,水,氨,氮等
（ ２ ） 化学组成
水、无机盐和离子，蛋白质，酶，核酸，脂类，糖类。（生物化学中讲）
第四节 研究方法一,显微镜技术
１,显微镜及其分辨力分辨力：一架显微镜或人眼在２５ cm的明视距离处,能分辨被检物体细微结构最小间隔的能力 。
显微镜的分辨力,R=0.61λ/N.A,(其中,N.A.=nsinθ)
R为分辨力,N.A.为镜口率 （ n为介质的折射率,sinθ为透镜视锥半顶角的正弦 ）,λ为波长 。
人眼分辨力为１００ μm。 光学显微镜最大 N.A.为１,4,可见光最短波长为 0.4,则 R=0.61× 0.4/1.4=0.17,所以,其最大分辨力约为０,2μm。
显微结构 （ 线粒体,中心体,核仁等 ） 和亚显微结构 （ 内质网,
核糖体,微管等 ） 。
电子显微镜：采用电子波代替光波,分辨力可达２?。
２．荧光显微镜：以紫外线为光源，照射被检物体使之发出荧光，
在显微镜下观察其形状和位臵。自发荧光，诱发荧光；免疫荧光技术，绿色荧光蛋白（ green fluorescent protein,GFP）技术。
３．激光共聚焦扫描显微镜：物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点，
只允许来自焦平面上的光成像。分辨力提高；改变焦点可获得三维结构。
４．相差显微镜：通过在集光器下安装一个环状光栏，采用相差物镜、合轴调节望远镜和一个绿色滤光片，使相位差变为振幅差
（明暗差），结果使未染色的活细胞产生非常明显的细胞核和细胞质影象。
５．倒臵显微镜：将普通显微镜的物镜与照明系统的位臵进行颠倒，
可对培养的活细胞或组织进行观察。
６．电子显微镜：与光学显微镜的原理相同，只是用电子束代替光波，以及相应的装臵，需用超薄切片。透射电镜和扫描电镜。
２,荧光显微镜,以紫外线为光源，照射被检物体使之发出荧光，
在显微镜下观察其形状和位臵。
自发荧光，诱发荧光；
免疫荧光技术，绿色荧光蛋白（ green fluorescent protein,GFP）
技术。
３,激光共聚焦扫描显微镜,物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点，只允许来自焦平面上的光成像。分辨力提高；改变焦点可获得三维结构。
４,相差显微镜,通过在集光器下安装一个环状光栏，采用相差物镜、合轴调节望远镜和一个绿色滤光片，使相位差变为振幅差
（明暗差），结果使未染色的活细胞产生非常明显的细胞核和细胞质影象。
５,倒臵显微镜,将普通显微镜的物镜与照明系统的位臵进行颠倒，可对培养的活细胞或组织进行观察。
６,电子显微镜,与光学显微镜的原理相同，只是用电子束代替光波，以及相应的装臵，需用超薄切片。
透射电镜和扫描电镜。
二、细胞组分的分析方法
１,超速离心技术,分离细胞器和生物大分子
２,细胞化学技术：检测生物大分子在细胞内的分布和含量。
三、细胞工程技术
１,动物细胞培养原代细胞与传代细胞原代细胞培养步骤细胞株（ cell strain）与细胞系（ cell line）
克隆（ clone)
２,植物细胞培养单倍体细胞培养和原生质体培养
３,细胞融合
４,单克隆抗体技术第二章 细胞膜与细胞表面细胞外被细胞表面 { 细胞膜（质膜）
胞质凝胶细胞膜 (质膜 )
生物膜 { 内膜系统 （内质网、高尔基体、核摸、容酶体膜、小泡、液泡）
细胞内膜 {
线粒体膜（叶绿体膜）
第一节 生物膜的结构模型
１,“三明治”模型和“单位膜”模型
２,液态镶嵌模型（ fluid mosaic model）：１９７２年,Singer and
Nicolson提出。生物膜是由脂质和蛋白质分子按二维排列构成的流态。或：生物膜是一种可塑的、流动的、嵌有蛋白质的脂类双分子层的膜的结构（ Lipid-globular-protein-mosaic model,LGPM)。
强调：（１）膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动； （２）
膜蛋白分布的不对称性。
3,板块镶嵌模型：有界面脂（ boundary lipids)的存在。
对生物膜结构的理解：
（１）具极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中自发形成封闭的膜系统；
（２）蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双分子中或结合在其表面；
（３）生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。
４,生物膜结构成份及其特征
（１）膜脂
成分：磷脂、糖脂和胆固醇
运动方式：侧向、旋转、摆动、翻转
（２）膜蛋白
类型：周边蛋白和整合蛋白
与膜脂的结合方式：疏水作用、离子键、共价键
（３）膜的 流动性
膜脂的流动,脂分子的侧向运动，与脂肪酸链长、不饱和度有关；
胆固醇的含量
膜蛋白的流动：荧光抗体免疫标记技术；细胞骨架
（４）膜的不对称性
膜脂的不对称性：同一种脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布；
糖脂分布在外表面
膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性，与膜的生物学功能有关
（５）细胞膜的功能：（６点）
第二节 细胞联结
１,封闭连接：以紧密连接为代表，存在于上皮细胞中。由围绕在细胞四周的焊接线（嵴线）网络而成。阻止可溶性物质扩散。（图
４－１０）
２,锚定连接：通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质之间连接起来，形成一个坚挺、有序的细胞群。
（１）桥粒－与中间纤维相连（图４－１１）（２）粘着带与粘着斑－与肌动蛋白相连（图４－１２）
３,通讯连接：
（１）间隙连接：连接处相邻细胞膜间的间隙为２～３ nm，以连接子为基本单位。允许小分子物质通过。在代谢偶联、神经冲动传递、早期胚胎发育和细胞分化中具有重要作用。（图４－１４）
（２）胞间连丝：高等植物，相邻细胞的细胞膜相互连接，共同组成直径 20~40 nm的管状结构，中央有内质网穿过。细胞通讯，
物质运输（有选择性）（图４－１５）
（３）化学突触：（生理学中讲）
第三节 细胞外被与细胞外基质
１,细胞外被（糖萼）,
２,胞外基质（图４－１９）
（１）胶原
（２）糖胺聚糖和蛋白聚糖
（３）层粘连蛋白和纤连蛋白
（４）弹性蛋白
（５）植物细胞壁第三章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输
１,被动运输,物质从高浓度向低浓度跨膜转运，动力来自物质的浓度梯度，不需要能量。
（１）简单扩散：疏水的小分子顺浓度梯度转运。
（２）协助扩散：极性分子和无机离子顺浓度梯度转运。有特异膜蛋白协助，转运速率和特异性高。膜转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白
２,主动运输：由载体蛋白介导，物质逆浓度梯度转运，耗能。
（１）钠钾泵（图５－６）
（２）钙泵和质子泵
（３）协同运输：由钠钾泵与载体蛋白协同作用，间接消耗 ATP
（４）物质的跨膜转运与膜电位,静息电位和动作电位
３,胞吞与胞吐作用
（１）胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞的过程。
胞饮作用－胞饮泡
吞噬作用－吞噬泡
二者区别：
①囊泡大小
②细胞类型
③形成机制胞饮泡：网格蛋白有被小泡（图５－１１）和
COP蛋白有被小泡 ;
吞噬泡：有微丝参与
受体介导的胞吞作用：选择性浓缩机制。
（２）胞吐作用：与胞吞作用相反，是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。
组成型胞吐途径和调节型胞吐途径（图５－１
３）
（４）膜泡运输：耗能过程第二节 细胞通讯与信号传递
１,细胞通讯与细胞识别
（１）细胞通讯（图５－１５）
（２）细胞识别
（３）信号分子与受体、第二信使
２,细胞内受体介导的信号传递细胞内受体－激素激活的基因调控蛋白
３,细胞表面受体介导的信号跨膜传递
离子通道偶联的受体（图５－２１）
G蛋白偶联的受体
酶偶联的受体第四章 细胞质基质与细胞内膜系统第一节 细胞质基质
１,细胞质基质：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。
胞质溶胶：“酶溶液”
细胞质基质的涵义：它是一种高度有序而又不断变化的结构体系，
细胞质骨架贯穿其中。
２,细胞质基质的功能：
（１）中间代谢；（２）物质合成、运输；（３）细胞骨架使代谢反应区域化；（４）蛋白质修饰；（５）蛋白质的选择性降解
细胞内膜系统第二节 内质网
由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。
１,两种基本类型,RER,SER
２,功能,
（１）蛋白质合成
（２）脂质合成
（３）蛋白质的修饰与加工
（４）新生多肽的折迭与装配
（５）其它功能：信息传递（肌质网）；组织酶区域化；解毒第三节 高尔基复合体
（一）形态结构：由一些（常常３－４个）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起的结构。
三维结构分析表明：高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构连在一起，
是一个十分复杂的连续的整体结构。它至少由互相联系的四部分组成：
（图６－８）：
顺面膜囊 (cis Golgi)或顺面网状结构 (cis Golgi network,CGN)
中间膜囊反面膜囊反面高尔基网状结构 (trans Golgi network,TGN)：标志酶－酸性磷酸酶
囊泡或小泡
（二）功能：将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类、包装及运输。
１,细胞分泌
２,蛋白质的糖基化及其修饰
３,蛋白酶水解及其他加工过程：如多肽激素、神经多肽的成熟加工
（三）高尔基体与膜泡运输第四节 溶酶体与过氧化物酶体
（一）溶酶体
１,形态特征,单层膜围绕、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。
２,结构类型（图６－１２）
初级溶酶体 →次级溶酶体 →残余体（后溶酶体）
植物溶酶体－液泡
3.功能
（１）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
（２）防御功能
（３）其它生理功能
４,溶酶体的发生
（二）过氧化物酶体
１,与溶酶体的区别
２,功能
３,发生第五节 细胞内蛋白质分选与细胞结构的装配
１,信号假说与蛋白质分选信号（ pp１９２）
１９７５年,Blobel 和 Sabatini提出信号肽、信号识别颗粒（ SRP）,SRP受体（停泊蛋白,DP）
要点
共转移和后转移
２,蛋白质分选的基本途径与类型（ pp１９４）
（１）基本途径 （２）类型
３,膜泡运输（图６－１９）
（１）网格蛋白有被小泡 （２） COP I有被小泡 （３） COP II
有被小泡
４,细胞结构体系的装配
（１）生物大分子的装配方式
（２）装配的生物学意义
（３）装配的不同层次
（４）装配的信息第五章 细胞的能量转换－线粒体和叶绿体第一节 线粒体与氧化磷酸化
１,一般形态（光镜下）
２,结构（超微结构）
３,功能－能量转化
（１）底物进入及有关酶类 (pp１９２图）
（２）蛋白质进入线粒体的机制 --导肽 （ 194-198）
（３）三羧酸循环：存在部位－线粒体基质产物－ NADH
（４）电子传递与磷酸化偶联
氧化磷酸化,代谢物氧化时所放出的化学能供给 ADP与无机磷反应而生成 ATP。
底物水平磷酸化－不需氧呼吸链磷酸化－需氧
光合磷酸化：利用太阳光能使 ADP磷酸化生成 ATP。
电子传递与磷酸化（见草图）
酶在膜上的位置（ pp202）
放能装置 -呼吸链；
换能装置 -ATPase复合体
磷酸化的偶联机理－化学渗透假说第二节 叶绿体与光合磷酸化
１,质体的类型,４ 种
２,叶绿体的形态结构低等藻类：色素体高等植物
３,叶绿体的功能－光合作用
（１）光反应和光合磷酸化
光合作用单位：天线复合体＋作用中心
电子传递和光合磷酸化（ pp227图）
（２）暗反应
关键酶：１，５－二磷酸核酮糖（ RuBP)羧化酶（ Rubisco)
（３）光合作用和氧化磷酸化比较第三节 半自主性细胞器及其起源
１,mtDNA和 ctDNA
２,线粒体和叶绿体的蛋白质合成
３,线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配
４,增殖
５,起源第六章 细胞核与染色体第一节 核被膜与核孔复合体
１,外核膜与内核膜
２,核周间隙
３,核孔－核孔复合体 (nuclear pore complex,NPC):
（１）结构模型,fish-trap模型
（２）功能：核质间物质交换的双向选择性亲水通道第二节 染色质
１,染色质的概念及化学组成染色质是指间期细胞核内由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量
RNA组成的线性复合结构。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。两者之间的差别不在于化学组成上，而在于集缩程度不同，反映了它们处于细胞周期中的不同功能阶段。
DNA/HP=1:1; NHP/DNA=0.6:1; RNA/DNA=0.1:1
（１）染色质 DNA：
真核生物细胞染色质 DNA 序列特征：单一序列、中度重复序列、
高度重复序列
二级结构的构型变化（ B,A,Z型）：涉及到遗传信息的表达。
（２）,染色质蛋白质染色质 DNA结合蛋白负责 DNA分子遗传信息的组织、
复制和阅读。
组蛋白：构成真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的碱性氨基酸（ Arg,Lys）,等电点一般 PH10.0以上，属碱性蛋白质，
可以和酸性的 DNA紧密结合。
有５种,H1,H2A,H2B,H3,H4
功能：与 DNA结合，使稳定性增强，螺旋化程度提高；抑制基因转录
非组蛋白：指染色体上与特异 DNA序列结合的蛋白质。又称序列特异性 DNA结合蛋白。凝胶延滞实验检测和分析。
特性,?多样性和异质性。包括与核酸代谢有关的酶、结构蛋白、
调控蛋白等。这些蛋白质分属不同的结合蛋白家族，具有不同的结构模式（如?螺旋－转角－?螺旋，锌指，亮氨酸等模式）
对 DNA具有识别特异性。识别信息来自 DNA（双螺旋大沟），序列保守
具有多种功能：基因表达调控；染色质高级结构的形成
２,染色质的基本结构单位－核小体 (nucleosome)
核小体是构成染色质的基本结构单位，其核心由４种组蛋白
(H2A,H2B,H3,H4)，每种组蛋白２个分子构成８聚体，外缠绕 DNA
分子的２００个碱基对，两个核小体间由 H1相连。
（１）主要实验证据
电镜观察：间期核染色质自然结构为３０ nm纤丝；盐溶后成念珠状结构，念珠（核小体）直径１０ nm。
核酸酶消化染色质，得到２００ bp为单位的单体、二体（４００
bp）、三体（６００ bp）等，认为染色质有某种结构保护，免受酶的接近。
X射线衍射等分析，染色质结晶颗粒直径１１ nm，高６,０ nm，呈扁圆柱体，核心组蛋白先形成（ H3)2-(H4)2四聚体，再与２个
H2A-H2B异二聚体形成８聚体。
用 SV40病毒感染细胞，病毒 DNA在细胞内形成核小体,核小体的推算数目（每２００ bp为一个核小体）与观察到的一致。
（２）核小体结构要点
每个核小体单位包括２００ bp左右的 DNA超螺旋、一个组蛋白８
聚体和１个 H1。
组蛋白８聚体构成核小体的盘状核心，包括１个（ H3)2-(H4)2四聚体和２个两侧的 H2A-H2B二聚体。
１４６ bp的 DNA分子超螺旋盘绕组蛋白８聚体１,７５圈，组蛋白
H1在核心颗粒外结合额外２０ bpDNA,锁住核小体 DNA的进出端，起稳定核小体的作用。
两个核小体之间以连接 DNA相连，典型长度６０ bp。
组蛋白与 DNA之间的相互作用是结构性的，不依赖于核苷酸序列，
在体外可自主装
３,染色质包装的结构模型
（１）多级螺旋模型：１９７７,Bak等
一级结构：核小体串珠结构（１０ nm）
二级结构：螺线管（ solenoid）（６个核小体形成，３０ nm）
三级结构：超螺线管（４００ nm）
四级结构：染色单体
（２）骨架－放射环结构模型：
１９７０ s,Laemmli等在点镜下观察到由非组蛋白构成的染色体骨架和从骨架上伸出的无数 DNA侧环 ;
１９８４,Painta & Coffey详细描述：一、二级结构同上；由螺线管形成 DNA复制环，每１８个复制环呈放射状平面排列，结合在基质上形成微带（ miniband）；微带是染色体高级结构的单位，
大约１０ ６ 个微带沿纵轴构建成染色体。
４,常染色质和异染色质
（１）常染色质：间期细胞核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色浅的那些染色质。主要是单一序列和中度重复序列 DNA,处于常染色质状态只是基因转录的必要条件，而非充分条件。
（２）异染色质：间期核中染色质纤维折叠压缩程度高，处于聚缩状态，碱性染料染色深的那些染色质。分为结构异染色质和兼性异染色质。
第三节 染色体
染色体是细胞在有丝分裂时遗传物质的存在形式，是间期染色质结构紧密包装的结果。
１,中期染色体的形态结构
（１）染色体的形态分类
（２）染色单体 动粒结构域
（３）着丝粒与动粒（着丝点）：三个结构域 中央结构域配对结构域
（４）次缢痕
（５）核仁组织区（ NOR)
（６）随体
（７）端粒
２,染色体 DNA的三种功能元件
（１）一个 DNA复制起点
（２）一个着丝粒
（３）两个末端端粒
３,核型与染色体显带
（１）核型
（２）核型分析
（３）核型模式图
（４）染色体显带,Q带,G带,R带,C带,T带,N带，高分辨率显带
４,巨大染色体
（１）多线染色体
（２）灯刷染色体第四节 核仁
核仁是 rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所。
１,形态结构
（１）光镜下
（２）电镜下
纤维中心（ fibrillar centers,FC):低电子密度的圆形结构小岛，
存在 rDNA(rRNA基因）,RNA聚合酶 I和转录因子，无组蛋白
（染色质不形成核小体）。
致密纤维组分（ dense fibrillar component,DFC):电子密度高，
呈环形或半月形包围 FC,由致密纤维组成，无颗粒，含大量的
rRNA成分。
颗粒组分 (granular component,GC)：核仁的主要结构，由直径１５－２０ nm的核糖核蛋白（ RNP)颗粒构成，是正在加工、
成熟的核糖体亚单位前体颗粒。
三种核仁组分以某种方式共同完成 rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配。
２,核仁的功能
（１） rRNA基因转录的形态及组织特征染色体原位分子杂交证实,rRNA基因（ rDNA)定位于染色体的核仁组织区；电镜下可直接观察到转录的形态学过程。
rDNA在染色质上串联重复排列（１００－５０００个拷贝），
一个转录单位包括 5.8 S rRNA,18 S rRNA,28 S rRNA,由 RNA聚合酶 I
进行转录，边转录边形成 RNP颗粒。
（２） rRNA前体的加工初始转录产物 45 S rRNA?41 S rRNA? 5.8 S rRNA + 18 S rRNA
+ 28 S rRNA
５ S rRNA基因不在 NORs，也是成族串联排列，由 RNA聚合酶
III转录，参加核糖体大亚单位装配。
（３）核糖体亚单位的装配
rRNA前体的加工是以核蛋白方式进行，核糖体亚单位的装配在细胞质中完成（避免 hnRNA的接近）
３,核仁周期第五节 染色质结构和基因转录
１,活性染色质的主要特征
（１）具 DNase I超敏感位点：１００－２００ bp，建立在基因５’
端启动子区,与起始转录有关；
（２）很少有 H1组蛋白；
（３）４种核心组蛋白乙酰化程度高 ;
（４） HMG蛋白（ high mobility group proteins）,HMG 14,
HMG 17
2.染色质结构与基因转录
（１）疏松染色质结构的形成：
DNA局部结构改变：基因调控蛋白；拓扑异构酶；核小体的非随机分布
组蛋白的修饰,Lys的乙酰基化； H1的磷酸化
HMG蛋白的影响
（２）染色质的区间性：隔离子（ insulator）的存在
（３）染色质模板的转录：转录时，核小体可能被解开，然后再聚合
细胞核小结
细胞核是真核细胞最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢调控的中心，它由核被膜、染色质、核仁及核骨架（核基质）组成。
核被膜作为细胞核与细胞质之间的界膜，将细胞分为核与质两大功能区，使转录与翻译在时空上分开，核孔复合体是核－质间物质交换和信息交流的主要通道。
染色质是间期细胞核内由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构。核小体是构成染色质的基本结构单位。染色质的结构和基因表达具有密切关系。
染色体是细胞有丝分裂时遗传物质存在的特殊形式，是间期染色质紧密包装的结果，其包装方式可用超螺旋或骨架－放射环模型来说明。中期染色体具有稳定的形态和结构特征，染色体显带技术可进行有效识别。
核仁是细胞间期核中最显著的结构，由三种基本组分组成，是 rRNA合成、加工和核糖体亚单位装配的场所。
细胞核中还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系－核基质，与 DNA复制、
基因表达、染色体包装与构建有密切关系。
四、微管
１,构成与装配：
微管蛋白? 异二聚体 原纤维 片层 微管 (13根原纤维）
微管蛋白?
微管的延长与缩短：装配（＋极）与去装配（－极）
2.影响微管装配与去装配的因素：
（１）微管蛋白浓度：１ mg／ ml
（２） GTP供应
（３） 离子浓度,Ca++； Mg++
（４）温度； PH
（５）微管特异性药物：秋水仙素；紫杉酚
（６）微管相关蛋白,MAPs 等，与骨架纤维间的连接有关，存在于神经轴突和树突中。
（７）微管组织中心 (MTOC):细胞内微管装配的部位，有组织微管聚合的作用。已知这类部位有中心粒、鞭毛的基体、着丝点、成膜体等。
3.功能
（１）维持细胞形态
（２）细胞内运输：由合成部位向功能部位运输，以微管作轨道。
（３）鞭毛和纤毛运动
（４）纺锤体和染色体运动
微管小结：
微管 是由微管蛋白（ tubulin）装配成的长管状细胞骨架结构，平均外径２４ nm，对低温、高压和秋水仙素敏感。细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、
鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构，参与细胞形态维持、细胞运动和细胞分裂。
五、微丝
１,构成与装配
结构成分：肌动蛋白（球形－ G-actin,６种，进化上保守）
装配,G-actin有极性，头尾相接，形成多聚体－纤维型肌动蛋白
(F-actin)。两条肌动蛋白单链螺旋盘绕形成纤维；或一条肌动蛋白单链形成螺旋，每个肌动蛋白单体周围有４个亚基。
影响微丝装配的因素：
（１） ATP,Ca++,Mg++,Na+,K+浓度
（２） G-actin的浓度
（３）微丝结合蛋白：肌球蛋白 (myosin),原 肌球蛋白 (tropomyosin),
肌钙蛋白（ troponin） 等等
（４）微丝特异性药物：细胞松弛素；鬼笔环肽
２,功能
（１）支持作用：细胞形态的维持（胞质溶胶层）
（２）细胞内运输，细胞分泌
（２）运动功能
肌细胞的收缩运动
细胞质流动
胞质分裂环
细胞移动微丝小结：
真核细胞内由肌动蛋白（ actin）聚合成的双股螺旋，直径为７
nm的骨架纤维，参与肌肉收缩、变形运动、胞质分裂等活动。
六、中间纤维：
１,成分：复杂，按组织来源和免疫行为分五类
角蛋白纤维：存在于上皮细胞中；
波形纤维：存在于间质细胞和中胚层来源的细胞；
结蛋白纤维：存在于肌细胞；
神经元纤维：存在于神经元；
神经胶质纤维：存在于神经胶质中。
新的分类：
I型：酸性角蛋白；
II型：中性和碱性角蛋白；
III型：波形纤维蛋白，结蛋白，胶质纤维蛋白
IV型：神经原纤维蛋白；
V型：核纤层蛋白同型中间纤维蛋白基因具有几乎一致的内含子／外显子结构。
中间纤维蛋白分子的共同特征：有一段约３１０个氨基酸残基，形成?螺旋，高度保守，二相邻亚基对应的?螺旋区形成双股超螺旋－中间纤维的主干。
２,装配：
二相邻亚基对应的?螺旋区形成双股超螺旋－二聚体?四聚体
原纤维?中间纤维（８个４聚体或４个８聚体，３２个分子）
３,组织及动态变化：
与微管和微丝不同，中间纤维蛋白合成后，均装配成中间纤维，游离的单体很少，不存在装配与去装配的动态平衡，但仍存在动态变化，即一齐聚合或解聚。
４,功能：
（１）中间纤维蛋白的表达具有组织特异性，与细胞分化有关。
（胚胎发育；上皮分化）
（２）在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关。
中间纤维小结：
是一类结构相似、组成上不同、长而无分支的细胞质骨架纤维，直径１０ nm，
介于微管和微丝之间。主要有?角蛋白纤维,?波形纤维,?结蛋白纤维,?神经元纤维,?神经胶质纤维等，其分布具有组织特异性，与细胞分化有关。
细胞质骨架主要成分比较
（表１０－４）
七、细胞核骨架存在于真核细胞核内的以蛋白质成分为主纤维网架体系。狭义的核骨架仅指核内基质；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。核骨架与基因的复制及表达、细胞核及染色体的构建有关。
１,核基质（核骨架）：由３－３０ nm的单丝或复合体组成的纤维状网络，主要成分为核骨架蛋白、核骨架结合蛋白和少量的 RNA。
核骨架蛋白与核骨架结合序列（富含 AT)结合。核骨架与 DNA复制、基因转录及 RNA加工修饰有关（通过锚定有关序列、酶）。
２,染色体支架：染色体中由非组蛋白构成的结构支架。与染色体高级结构有关,DNA放射环的根部结合在上面。
染色体支架与核骨架的关系
３,核纤层：位于真核细胞间期核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络。由１－３种核纤层蛋白（属中间纤维蛋白家族）组成。
核纤层与中间纤维、核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核和细胞质的骨架结构体系。
第九章 细胞增殖、分化、衰老与凋亡第一节 细胞周期与细胞分裂一、细胞周期概述
1.细胞周期：从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂终了所经历的过程。
２,有丝分裂期 (M期 )和分裂间期 (G1期,S期,G2期）
３,周期中细胞和静止期 (G0期 )细胞、终末分化细胞二、细胞周期中各时期主要事件
１,G1期：上一次细胞分裂之后，子代细胞生成，标志着 G1期开始。细胞生长，
合成细胞生长所需的各种蛋白质、糖类、脂质等，体积张大，细胞器发育、
完善。
在 G1期晚期阶段要通过一个特定时期（ R点，限制点或检验点），细胞才能继续走向分裂。检验点也存在于 S期和 G2期。
２,S期,DNA合成期。半保留复制，新合成的 DNA立即组装成核小体串珠结构，
复制的起始和复制过程受很多因素调节。
３,G2期,DNA复制完成后即进入 G2期。细胞内 DNA含量增加了一倍（４ n）。
为进入 M期作准备，进行活跃的 RNA和蛋白质（包括微管蛋白）的合成。要经过 检验点才能进入 M期。
４,M期：细胞分裂期。保证已复制的 DNA、染色体均等地分到两个子细胞中去。包括有丝分裂和减数分裂。
三,细胞分裂
（一）有丝分裂
概念及意义
１,前期：
染色质浓缩、变短变粗；
两条染色单体以着丝粒相连，并装配动粒；动物细胞中心粒分开，
确定分裂极；核仁、核膜解体。
２,前中期：
核膜解体，标志前中期开始。核纤层、核骨架也随之解体；染色体进一步浓缩，变短变粗，形成 X型结构；着丝粒上的动粒逐渐成熟；
纺锤体装配逐渐成熟，星体微管与动粒联结形成动粒微管。
３,中期：
从染色体排列到赤道板上到向两极移动。
４,后期：
两条姊妹染色单体在纺锤体微管的作用下，向两极运动。
５,末期：
染色单体到达两极，动粒微管消失，极性微管加长；染色单体去浓缩；核膜、核仁重新装配；两个子代细胞核形成。
６,胞质分裂：
开始于后期，完成于末期。整个过程包括４个步骤：分裂沟的确立；肌动蛋白聚集和收缩环的形成；收缩环收缩；收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。
与有丝分裂直接相关的亚细胞结构及染色体运动机制：中心体；
动粒与着丝粒；纺锤体
（二）减数分裂
高等动植物的生活史,
卵 (1n)
配子 精子 (1n) 受精作用减数分裂 成熟个体 (2n) 有丝分裂 受精卵 (2n)
减数分裂 概念及意义
１,减数分裂前间期也划分为三个时期，但 S期持续时间长，只复制 DNA总量的
99.7-99.9%，剩下的 0.1-0.3%到减数分裂前期复制。
２,减数分裂过程减数分裂 I
（１）前期 I:持续时间长，分５个阶段。
细线期：染色质凝集，呈细纤维样结构，染色质虽已复制，
但看不到双线，认为是 S期未复制的 DNA使两条染色单体紧密联系在一起 ;染色体端粒与核膜相连。
偶线期：发生同源染色体配对（二价体；四分体；联会复合体）；
合成 S期未合成的 DNA(偶线期 DNA,zygDNA)。
粗线期：发生等位基因之间部分 DNA片段的交换和重组；合成 P-
DNA以及组蛋白；动物卵母细胞发生 rDNA扩增。
双线期：同源染色体发生分离，但仍有联系，出现交叉；两栖类等动物卵母细胞出现灯刷染色体，其中的侧环为 RNA转录的活跃部位。
终变期：染色体进一步浓缩，交叉向染色体臂移行（交叉端化）。
（２）中期 I:核膜破裂，中期 I开始。纺锤体装配，四分体向赤道板移动；从纺锤体发出的微管与同源染色体的两个动粒相联。
（３）后期 I：同源染色体分离，移向两极；同源染色体的分离是随机的。
（４）末期 I,胞质分裂 I和减数分裂间期,立即进入第二次减数分裂；
或形成两个间期子细胞后再进入第二次减数分裂（无 G1期,S期，
G2期，无 DNA复制）。
减数分裂 II:同有丝分裂。
经过减数分裂，形成４个子细胞。雄性动植物形成４个精细胞，
雌性动植物形成１个卵细胞。
３,减数分裂中的特殊结构－联会复合体
有丝分裂和减数分裂比较
１,发生部位不同；
２,细胞周期次数和染色体动态,DNA变化不同；
３,染色体行为不同；
４,DNA的合成时期不同,G２期长短不同；
５,分裂持续时间不同
细胞周期调控：
－ 染色体超前凝集与促细胞分裂因子 MPF(mitosis-promoting factor)
的发现 ；
－周期蛋白（ cyclin）与 CDK激酶 (cyclin-dependent kinase),CDK
激酶抑制物；
－细胞周期运转调控第二节 细胞分化
１,细胞分化的基本概念
（１）细胞分化在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态上、结构上和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类型的过程。
（２）细胞分化是基因选择性表达的结果分化的细胞，基因组相同，但基因表达有所不同，从而在形态结构、生理功能和生物学行为上表现差异。
（３）组织特异性基因与管家基因管家基因和组织特异性基因（奢侈基因）
（４）组合调控引发组织特异性基因的表达细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成的，即以组合调控的方式，往往１－２种调控蛋白起决定性作用；一种关键性调控蛋白与其它调控蛋白形成组合，不仅可以引起细胞类型的转化，而且可以诱发整个器官的发生。
（５）转分化与再生转分化：一种类型的分化细胞转变成另一种分化类型的细胞。要经历去分化（脱分化）和再分化。
再生现象。
２,细胞全能性：细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或能力。受精卵、胚胎细胞、植物体细胞。
多潜能性－干细胞（胚胎干细胞，造血干细胞）；
单能干细胞（定向干细胞）?终末分化细胞细胞分化潜能由宽?窄，细胞核始终保持分化的全能性（ Dolly羊）
３,影响细胞分化的因素
（１）胞外信号分子近端组织的相互作用：信号分子旁泌素（细胞分化因子）
远距离细胞间相互作用：激素调节
（２）细胞记忆与决定细胞将信号分子的作用储存起来，形成长时间的记忆。
“决定”早于分化。
（３）受精卵细胞质的不均一性来自于卵母细胞胞质的不均一性。
（４）细胞间的相互作用与位臵效应
（５）环境对性别决定的影响
４,细胞分化与胚胎发育同源异型突变与同源异型基因 (Homeotic genes)：
果蝇体节发育；植物花发育。 Homeobox
5.真核细胞的基因表达调控三级水平的调控：转录水平；加工水平；翻译水平第三节 细胞衰老
１,细胞衰老的特征
（１）细胞核：体积增大；核膜内折；染色质固缩化
（２）内质网：粗面内质网减少
（３）线粒体：数量减少，体积增大
（４）致密体生成：由溶酶体或线粒体转化而来
（５）膜系统：液晶相?凝胶相（固相）；膜蛋白运动?不运动；
膜的选择性透性降低
２,细胞衰老的分子机制
（１）氧化性损伤：代谢中产生的活性氧基团或分子（ reactive
oxygen species,ROS),引发大分子的氧化性损伤并积累，最终导致衰老。
清除 ROS，可延长寿命； SOD基因抗氧化，但似乎与寿命无关；线虫中
age1,clk１ 基因能明显延长寿命。
（２）端粒与衰老：随着细胞的每次分裂，端粒不断缩短，当端粒长度缩短达到一个阈值时，细胞就进入衰老。也有相反的证据。
（３） rDNA与衰老,rDNA成环，并不断累积。
（４）沉默信息调节蛋白 (Sir)复合物与衰老,Sir抑制 DNA转录，与核仁的结合，可延长寿命。
（５） SGS1基因,WRN基因与衰老：属解旋酶基因，与核仁结合，抑制衰老。
第四节 细胞凋亡细胞凋亡 (apoptosis)是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。由于它受严格的遗传机制控制，所以也称为细胞编程性死亡
(programmed cell death,PCD）。
PCD 与细胞分裂周期是一对矛盾统一体。 PCD对于多细胞生物的个体发育的正常进行，维持体内器官、组织、细胞数目的相对平衡以及内环境的稳定过程，起着决定性的作用；也是有机体对不良环境的自我性保护反应，并与很多病理过程有关。
1.细胞凋亡的形态学和生物化学特征
（１）细胞凋亡与坏死单个特定细胞主动自杀，一群细胞或组织被动死亡；
细胞器和膜的破坏发生时间；
炎症有无
（ ２）细胞凋亡的形态学特征凋亡的起始（细胞表面微绒毛的消失、内质网囊腔膨大、染色质固缩）
凋亡小体形成?凋亡小体被吞噬
（３）细胞凋亡的生化特征染色质核小体间发生断裂，形成电泳上的梯状条带；（核酸内切酶降解
DNA产生）
组织转谷氨酰胺酶 (tTG)累积并达到较高水平（依赖于 Ca++)
2.细胞凋亡的分子机制由基因控制，已发现一些酶、蛋白质和信号传导系统参与细胞凋亡的过程，并克隆了一些基因,但对凋亡的分子机制仍然了解太少。
３,细胞凋亡与衰老一般认为，衰老是由于细胞凋亡失调引起的。凋亡消除了细胞中误差的积累，从而保持了表型的保真度；凋亡的失调，导致衰老。
但，衰老和凋亡的遗传基础完全不同，目前未发现相互重叠的基因。因此，二者关系未明。
当前细胞生物学的发展趋势染色体 DNA与蛋白质的相互作用细胞增殖、分化、凋亡（编程性死亡）的相互关系及调控细胞信号转导细胞结构体系装配
人类基因组计划简介
