細胞生物學(xué)教案

細胞生物學(xué)教案〔來自〕目錄前言第一章緒論第二章細胞結(jié)構(gòu)概觀第三章研究方法第四章細胞膜第五章物質(zhì)運輸與信號傳遞第六章基質(zhì)與內(nèi)膜第七章線粒體與葉綠體第八章核與染色體第九章核糖體第十章細胞骨架第十一章細胞增殖及調(diào)控第十二章細胞分化第十三章細胞衰老與凋亡前言依照高等師范院校生物學(xué)教學(xué)方案，我們開設(shè)細胞生物學(xué)。一、學(xué)科本身的重要性要最終說明生命現(xiàn)象，必須在細胞水平上。細胞是生命有機體最根本的結(jié)構(gòu)和功能單位，生命寓于細胞之中，只有把各種生命活動同細胞結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，才能在細胞水平上說明各種生命現(xiàn)象。世界著名生物學(xué)家Wilson〔德國人〕曾說過：“一切生物學(xué)問題的答案最終要到細胞中去尋找〃。二、學(xué)科開展特點細胞生物學(xué)涉及知識面廣、內(nèi)容浩繁且更新迅速。它同生物化學(xué)、遺傳學(xué)形成生命科學(xué)的鼎立三足，既是當(dāng)代生命科學(xué)開展的前沿，又是生命科學(xué)賴以開展的根底。三、欲到達的目的通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)細胞生物學(xué)，豐富細胞學(xué)知識，以適應(yīng)當(dāng)代人類社會知識結(jié)構(gòu)開展的需求，也是為考研做打算。本課程講授51學(xué)時，實驗21學(xué)時，共72學(xué)時。參考資料IDe.Robertis,《細胞生物學(xué)》，1965年〔第四版〕；1980年〔第七版〕《細胞和分子生物學(xué)》2Avers，“MolecularCellBiology〞，1986年3Alberts，《細胞的分子生物學(xué)》，“Molecularbiologyofthecell”,1989年4Darnell,《分子細胞生物學(xué)》，1986年〔第一版〕；1990年〔第二版〕“MolecularCellBiology”5鄭國金昌，細胞生物學(xué)，1980年，高教出版社；1992年，再版6郝水，細胞生物學(xué)教程，1983年，高教出版社7翟中和，細胞生物學(xué)根底，1987年，X大學(xué)出版社8韓貽仁，分子細胞生物學(xué)，1988年，高等教育出版社；202X年由科學(xué)出版社再版9汪堃仁等，細胞生物學(xué)，1990年，X師范大學(xué)出版社10翟中和，細胞生物學(xué)，1995年，高等教育出版社，202X年再版11鄭國金昌、翟中和主編《細胞生物學(xué)進展》，12翟中和主編《細胞生物學(xué)動態(tài)》，從1997年起〔1—3卷〕，北師大出版社13徐承水等，《分子細胞生物學(xué)手冊》1992，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社14徐承水等，《現(xiàn)代細胞生物學(xué)技術(shù)》1995，中國海洋大學(xué)出版社15徐承水，《細胞超微結(jié)構(gòu)研究》202乂，中國國際教育出版社學(xué)術(shù)期刊、雜志國外：Cell、Science、Nature、J.CellBiol.、J.Mol.Biol.國內(nèi)：中國科學(xué)、科學(xué)通報、實驗生物學(xué)報、細胞生物學(xué)雜志等第一章緒論教學(xué)目的1掌握本學(xué)科的研究對象及內(nèi)容；了解本學(xué)科的來龍去脈〔開展史及開展前景〕；掌握與本學(xué)科有關(guān)的重大事件和名詞。教學(xué)重點本學(xué)科的研究對象及內(nèi)容教學(xué)方法講授法教學(xué)過程第一節(jié)細胞生物學(xué)研究內(nèi)容與現(xiàn)狀一、細胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的重要根底學(xué)科〔一〕細胞學(xué)〔Cytology〕：是研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史的科學(xué)〔二〕細胞生物學(xué)〔CellBiology〕：運用近代物理學(xué)和化學(xué)的技術(shù)成績以及分子生物學(xué)的概念與方法，從顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個層次上，研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能及各種生命活動規(guī)律。二、細胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容細胞核、染色體及基因表達基因表達與調(diào)控是目前細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)在細胞和分子水平相結(jié)合的最生動領(lǐng)域。生物膜與細胞器的研究膜及細胞器的結(jié)構(gòu)與功能問題〔“膜學(xué)〞〕。細胞骨架體系的研究胞質(zhì)骨架、核骨架的裝配調(diào)節(jié)問題和對細胞行使多種功能的重要性。細胞增殖及調(diào)控操作生物生長和發(fā)育的機理是研究癌變發(fā)生和逆轉(zhuǎn)的重要途徑〔“再教育細胞〞〕。細胞分化及調(diào)控一個受精卵如何發(fā)育為完整個體的問題。〔細胞全能性〕細胞衰老、凋亡及壽命問題。細胞的起源與進化。細胞工程改造利用細胞的技術(shù)。生物技術(shù)是信息社會的四大技術(shù)之一，而細胞工程又是生物技術(shù)的一大領(lǐng)域。目前已利用該技術(shù)取得了重大成績〔培養(yǎng)新品種，單克隆抗體等〕，所謂21世紀是生物學(xué)時代，將主要表達在細胞工程方面。三、當(dāng)前細胞生物學(xué)研究的總趨勢與重點領(lǐng)域1染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系；細胞增殖、分化、凋亡的相互關(guān)系及其調(diào)控；細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究；細胞結(jié)構(gòu)體系的裝配。第二節(jié)細胞生物學(xué)開展簡史1細胞學(xué)創(chuàng)立時期19世紀以及更前的時期〔1665—1875〕，是以形態(tài)描述為主的生物科學(xué)時期；2細胞學(xué)經(jīng)典時期20世紀前半世紀〔1875—1900〕，主要是實驗細胞學(xué)時期；3實驗細胞學(xué)時期〔1900—1953〕；分子細胞學(xué)時期〔1953至今〕。總過程概括為：細胞覺察f細胞學(xué)說建立f細胞學(xué)形成f細胞生物學(xué)的開展〔1665〕 〔1838—1839〕 〔1892〕 〔1965〕R.HookeSchleiden、SchwannHertiwigDeRobertis一、細胞的覺察［discoveryofcell〕二、細胞學(xué)說的建立及其意義〔Thecelltheory〕1838年，德國植物學(xué)家施萊登J.Schleiden〕關(guān)于植物細胞的工作，發(fā)表了《植物發(fā)生論》一文［861仃286zurPhytogenesis〕.1839年，德國動物學(xué)家施旺〔T.Shwann〕關(guān)于動物細胞的工作，發(fā)表了《關(guān)于動植物的結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究》一文，論證了全部動物體也是由細胞組成的，并作為一種系統(tǒng)地科學(xué)理論提出了細胞學(xué)說。O1細胞是生物體的根本結(jié)構(gòu)單位〔單細胞生物，一個細胞就是一個個體〕；02細胞是生物體最根本的代謝功能單位〔動、植物的各種細胞具有共同的根本構(gòu)造、根本特性，按共同規(guī)律發(fā)育，有共同的生命過程〕；03細胞只能通過細胞分裂而來。三、細胞學(xué)的誕生〔細胞學(xué)的經(jīng)典時期和實驗細胞學(xué)時期〕原生質(zhì)理論的提出關(guān)于細胞分裂的研究重要細胞器的覺察遺傳學(xué)方面的成績四、細胞生物學(xué)的興起1965年，D.Robetis將他原著的《一般細胞學(xué)》更名為《細胞生物學(xué)》〔第四版〕，領(lǐng)先提出這一概念。五、分子細胞生物學(xué)參考資料1莊孝惠從胡克到細胞生物學(xué)，細胞生物學(xué)雜志，1987，22王亞輝細胞生物學(xué)的開展歷史和現(xiàn)狀，細胞生物學(xué)雜志1986，13王亞輝細胞生物學(xué)的趨向和開展戰(zhàn)略，大自然探究，1987，6〔27〕12~17第二章細胞根本知識概要教學(xué)目的1掌握有關(guān)細胞的幾個概念〔細胞、原生質(zhì)、細胞器等〕和幾個問題；2了解細胞的共同特征；各種化學(xué)成分在細胞中的造形等；3真、原核細胞的一般結(jié)構(gòu)特點。教學(xué)重點和難點真、原核細胞的主要區(qū)別講授與商量第一節(jié)細胞的根本概念一、細胞和原生質(zhì)的概念〔一〕細胞：細胞是由膜包圍的，能進行獨立繁殖的最小原生質(zhì)團，是生命活動的根本單位，是生物體最根本的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動單位?！捕吃|(zhì)〔Protoplasm〕：指細胞內(nèi)所含有的生活物質(zhì)〔構(gòu)成細胞的生活物質(zhì)〕，真核細胞包含細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核。細胞質(zhì)〔Cytoplasm〕，指質(zhì)膜以內(nèi)核以外的原生質(zhì)。它不是勻質(zhì)的，其結(jié)構(gòu)大體劃分為兩局部，一局部是有形結(jié)構(gòu)，稱為細胞器〔Organelle〕，另一局部是可溶相，稱細胞質(zhì)基質(zhì)〔Cytoplasmicmiatrix〕。細胞器〔Organelle〕：指存在于細胞中，用光鏡或電鏡能夠分辯出的，具有肯定形態(tài)特點，并執(zhí)行特定功能的結(jié)構(gòu)。細胞質(zhì)基質(zhì)〔Gytoplasmicmatrix〕，是細胞質(zhì)的可溶相，是作為細胞器的環(huán)境而存在的。細胞核〔nucleus〕：遺傳物質(zhì)的集中地域，在原核生物細胞稱擬核〔nucleoid〕或類核區(qū)。第二節(jié)非細胞形態(tài)的生命體——病毒〔略〕第三節(jié)原核細胞與真核細胞原核細胞〔Prokaryoticcell〕具有兩大特點：O1遺傳信息量少〔僅有一個環(huán)狀DNA〕O2無膜圍細胞器及核膜1、最小、最簡單的細胞 支原體〔mycoplasma〕為何說支原體是最小的細胞？2、原核細胞的兩個代表——細菌和藍藻細菌〔bacteria,bacterium〕主要來自對大腸桿菌〔E.coli〕的研究。細菌是原核細胞的典型代表，特點是：無典型的細胞核，有細胞壁，細胞質(zhì)中除核糖體外無其它細胞器。藍藻〔Blue-greenalgae〕又稱藍綠藻或藍細菌，是綠色植物中最原始的自養(yǎng)類型，含有蘭色素、紅色素、黃色素、葉綠素等，故不肯定都是蘭色。第四節(jié)真核細胞根本知識概要大約在12—16億年前在地球上出現(xiàn)，是具有典型細胞核和核膜、核仁，體積較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，進化程度較高的一類細胞。一、真核細胞的根本結(jié)構(gòu)體系生物膜系統(tǒng)以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為根底構(gòu)建而成。遺傳信息表達結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以核酸與蛋白質(zhì)為主要成分構(gòu)建而成。細胞骨架系統(tǒng)由特異蛋白質(zhì)分子裝配而成。綜合原核細胞和真核細胞的特點，二者的根本區(qū)別可歸納為下面兩條：第一，細胞膜系統(tǒng)的分化與演變真核細胞以膜分化為根底，分化為結(jié)構(gòu)更精細，功能更專一的單位——各種膜圍細胞器，使細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)與職能分工。而原核細胞無此情況。第二，遺傳信息量大與遺傳裝置的復(fù)雜化真核細胞的遺傳信息可達上萬個基因，并具重復(fù)序列，染色體功能具二倍性或多倍性。原核細胞為單倍性。僅為一條環(huán)狀DNA分子，細菌只有幾千個基因。二、細胞的大小及其分析原核細胞多在1—10或1—5Pm,細菌多在3—4pm,支原體只有0.1pm。動物細胞多在〔10—100Pm,20—30Pm,15-70Pm〕。最大的細胞要屬鴕鳥卵，可達10cm,卵黃只有5cm。隆鳥卵直徑可達20cm。那么，細胞的大小是怎樣決定的呢？首先，細胞的核質(zhì)比與細胞大小有關(guān)，決定細胞上限。其次，細胞的相對外表積與細胞大小有關(guān)。最后，細胞內(nèi)物質(zhì)的交流與細胞大小有關(guān)。三、細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性和一致性是多數(shù)細胞的共性。四、細胞的化學(xué)成分及在原生質(zhì)中的造形膜系統(tǒng)：主要以脂蛋白構(gòu)成，包含細胞膜、核膜，以及一系列細胞器膜。顆粒系統(tǒng)：由蛋白質(zhì)或核蛋白組成，如存在于線粒體內(nèi)膜上的根本顆粒〔F因子〕，亦稱內(nèi)膜亞單位〔innermembranesubunits〕和核糖核蛋白體，分別是氧化磷酸化和合成蛋白質(zhì)的園地。纖維系統(tǒng)：由蛋白質(zhì)和核酸組成。第三章細胞生物學(xué)研究方法〔研究方法和工具〕教學(xué)目的1了解主要工具和常用方法，側(cè)重掌握根本原理和根本應(yīng)用；2認識工具和方法與學(xué)科開展的相關(guān)性。教學(xué)重點儀器方法的根本原理和根本應(yīng)用教學(xué)難點電鏡制樣及分子雜交技術(shù)教學(xué)方法講授、參觀第一節(jié)細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法一、光學(xué)顯微鏡技術(shù)〔一〕一般復(fù)式光學(xué)顯微鏡技術(shù)〔二〕熒光顯微鏡〔fluorescencemicroscope〕〔三〕暗視野顯微鏡〔darkfieldmicroscope〕〔四〕相差顯微鏡〔phasecontrastmicroscope〕〔五〕激光共焦點掃描顯微鏡〔略〕〔六〕微分干預(yù)顯微鏡〔略〕二、電子顯微鏡技術(shù)〔一〕電鏡設(shè)計原理及分類〔二〕電鏡的種類〔三〕透射式電子顯微鏡〔四〕光鏡與電鏡的主要區(qū)別綜上可見，電鏡與光鏡區(qū)別主要在于：〔1〕光源不同光鏡為可見光或紫外線；電鏡為電子束〔2〕透鏡不同光鏡為玻璃；電鏡為電磁透鏡〔3〕真空〔4〕顯示記錄系統(tǒng)〔五〕掃描式電子顯微鏡掃描電鏡的特點掃描電鏡的根本結(jié)構(gòu)〔六〕電鏡樣品制備技術(shù)超薄切片技術(shù)〔詳見光盤〕負染色〔negativestaining〕技術(shù)3核酸大分子的制樣技術(shù)〔大分子鋪展技術(shù)，Kleinschmidt法〕整裝細胞電鏡技術(shù)電子顯微鏡細胞化學(xué)技術(shù)是能過特別的細胞化學(xué)反響，使待測物轉(zhuǎn)變成某種不溶性的電子致密沉淀物，并利用電鏡在超微結(jié)構(gòu)水平上對產(chǎn)物進行定位和半定量。主要有各種酶的定位，其次是核酸、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等的定位。酶的化學(xué)定位技術(shù)免疫細胞化學(xué)電鏡技術(shù)〔見本編第十一章〕。6冰凍蝕刻技術(shù)〔freezeetching〕7掃描式電鏡制樣技術(shù)第二節(jié)細胞組分的分析方法〔生化分析法〕一、超速離心技術(shù)別離細胞〔組分〕及生物大分子〔一〕各種離心技術(shù)——別離細胞器、生物大分子離心方法：依據(jù)別離對象和目的不同，采納不同的離心方法，制備離心和分析離心?！?〕制備離心(preparativecentrifuge)別離和純化亞細胞成分和大分子，目的是制備樣品。差速離心法：是最常用的方法，依據(jù)不同離心速度所產(chǎn)生的不同離心力，將各種亞細胞組分和各種顆粒別離開來。密度梯度離心〔區(qū)帶離心法〕a、速率區(qū)帶離心法〔蔗糖密度梯度離心〕b、等密度梯度離心法〔氯化銫密度梯度離心〕〔2〕分析離心〔analyticalcentrifuge〕分析和測定制劑中純的大分子的種類和性質(zhì)，如浮力密度和分子量、生物大分子的構(gòu)象變化、分析樣品的純度等。此工作必須是在制備離心的根底上進行?！捕臣毎倪x擇性抽提〔別離蛋白質(zhì)、核酸大分子〕〔三〕柱層析的技術(shù)〔分析蛋白質(zhì)和核酸〕〔四〕電泳技術(shù)〔五〕色譜分析技術(shù)〔色譜學(xué)——別離純化樣品〕〔六〕氨基酸分析技術(shù)二、細胞化學(xué)技術(shù)〔一〕組織化學(xué)和細胞化學(xué)法根本原理：利用某些化學(xué)物質(zhì)和某些細胞成分發(fā)生化學(xué)結(jié)合，從而顯示出肯定的顏色，進行定性和定位研究的方法?！捕趁庖呒毎瘜W(xué)法〔特異蛋白抗原的定位與定性〕根本原理：此項技術(shù)是將免疫學(xué)中抗原、抗體以及補體間專一性反響結(jié)合顯微或亞顯微組織學(xué)的一些研究方法的統(tǒng)稱。是免疫學(xué)原理與光鏡或電鏡技術(shù)的結(jié)合?？贵w的標(biāo)記抗體標(biāo)記的方法很多，有鐵蛋白標(biāo)記法、免疫酶標(biāo)記法、免疫金標(biāo)記法、雜交抗體標(biāo)記法、搭橋標(biāo)記法、同位素標(biāo)記法、熒光標(biāo)記法等。三、細胞內(nèi)特異核酸序列的定位與定性〔一〕DNA序列測定技術(shù)〔二〕核酸分子雜交技術(shù)〔moleculargbridizationtechnique〕〔特異核酸的定性定位〕概念兩條具有互補核酸順序的單鏈核酸分子片斷，在適當(dāng)?shù)膶嶒灄l件下，通過氫鍵結(jié)合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA雙鏈分子的過程。印跡雜交(blothybridization)用的帶有標(biāo)記的特定核酸分子〔或抗體、蛋白質(zhì)分子〕作為探針，與通過印跡被轉(zhuǎn)移的核酸分子〔或抗原、蛋白質(zhì)分子〕片段雜交的過程。〔1〕Southernblotting〔DNA印跡法〕將別離的DNA片段通過毛細管作用轉(zhuǎn)移到硝基纖維素膜上，用DNA探針與之雜交的過程。是以制造此項技術(shù)的人名命名的〔E?M?Southern〕。是體外分析特異DNA序列的方法?！?〕RNA印跡術(shù)〔Northernblotting〕〔3〕蛋白質(zhì)印跡術(shù)〔Westernblotting〕〔4〕Easternblotting(Westernblotting的變形〕當(dāng)用凝膠進行抗原抗體反響，再進行印跡的方法〕?！?〕DNA與蛋白質(zhì)的體外吸附技術(shù)［Southwesternblotting〕結(jié)合了Western印跡與southern印跡兩種實驗方法的特點而設(shè)計的一種檢測序列特異性DNA結(jié)合蛋白的實驗方法〔翟P51〕。〔6〕原位雜交〔Insituhybridization)用的帶有標(biāo)記的特定核酸分子作為探針，來測定與之成互補關(guān)系的染色體DNA區(qū)段的位置。四、電鏡放射自顯影技術(shù)原理這是一種利用放射性同位素作為標(biāo)記物對細胞化學(xué)物質(zhì)進行超顯微結(jié)構(gòu)的定位、定性或定量的實驗技術(shù)。五、定量細胞化學(xué)分析技術(shù)〔一〕顯微分光光度測定技術(shù)第三節(jié)細胞培養(yǎng)、細胞工程與顯微操作技術(shù)一、細胞培養(yǎng)〔一〕動物細胞培養(yǎng)〔二〕植物細胞的培養(yǎng)包含單倍體細胞的培養(yǎng)和原生質(zhì)體培養(yǎng)“全能性〞—指生物體的每一生活細胞，處于適當(dāng)條件下，都具有進行獨立生長發(fā)育，并形成一個完整生物個體的能力。1單倍體細胞的培養(yǎng)2原生質(zhì)體培養(yǎng)3植物細胞雜交〔融合〕〔三〕突變株和非細胞體系在細胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用二、細胞工程概念應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的理論、方法和技術(shù)，按人們的預(yù)定設(shè)計藍圖有方案的保存、改變和制造細胞遺傳物質(zhì)，以產(chǎn)生新的物種和品系，或大規(guī)模培養(yǎng)組織細胞以獲得生物產(chǎn)品。該技術(shù)在細胞和亞細胞水平上開發(fā)了基因重組的新途徑，不需別離、提純、剪切、拼接等基因操作，只需將遺傳物質(zhì)直接轉(zhuǎn)入受體細胞，就可形成雜交細胞。主要技術(shù)領(lǐng)域細胞〔組織、器官〕培養(yǎng)：invivo在體、活體、生物體內(nèi)invitro離體、生物體外細胞融合〔體細胞雜交、細胞并合〕細胞拆合〔細胞質(zhì)工程、細胞器移植〕染色體〔組〕工程繁殖生物學(xué)技術(shù)〔胚胎冷凍技術(shù)、試管嬰兒、生物復(fù)制、胚胎移植、發(fā)育工程、胚胎工程、胚胎分割技術(shù)、胚胎融合技術(shù)、嵌合體〕組分移植技術(shù)將細胞的組分〔核、質(zhì)、染色體、甚至基因〕直接移植到另一個細胞中去的技術(shù)第四章細胞膜與細胞外表教學(xué)目的1掌握質(zhì)膜的分子模型了解流動鑲嵌模型的主要特點掌握細胞連接的方法和特點教學(xué)重點流動鑲嵌模型結(jié)構(gòu)要點教學(xué)難點細胞連接的超微結(jié)構(gòu)教學(xué)方法講授、商量第一節(jié)細胞膜與細胞外表的特化結(jié)構(gòu)一、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型細胞膜〔Cellmembrane〕指圍繞在細胞最外層，由脂類和蛋白質(zhì)組成的薄膜。是全部細胞共有的包被〔原生質(zhì)，細胞質(zhì)〕的一層膜。又有原生質(zhì)膜〔Plasmalemma〕之稱，通常簡稱質(zhì)膜〔Plasmamembrane〕。1、雙分子片層模型〔bimolecularleafletmodel〕這一模型是Danielli&Davson于1935年提出的，因此又稱Danielli&davson模型。2、單位膜模型〔Theunitmembranemodel〕這個模型是1957?1959年，英國倫敦大學(xué)的羅伯遜〔Robertson〕，通過電鏡觀察后提出的。3、流動鑲嵌模型〔fluidmosaicmodel〕這個模型的主要內(nèi)容可歸納為：O1脂類物質(zhì)以雙分子層排列，構(gòu)成膜的骨架；02鑲嵌性蛋白質(zhì)分子鑲嵌在脂雙層的網(wǎng)架中。存在方法有內(nèi)在蛋白〔整體蛋白〕和外在蛋白〔邊周蛋白〕。03不對稱性蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子在膜上的分布具不對稱性，膜兩側(cè)的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同。04流動性脂質(zhì)雙分子層和蛋白質(zhì)是可以流動或運動的脂質(zhì)分子的運動性：有實驗說明，類脂分子的脂肪酸鏈局部在正常生理狀態(tài)下，可作多種形式的運動：旋轉(zhuǎn)、振蕩、擺動、翻轉(zhuǎn)，同時整個分子可作側(cè)向擴散運動。蛋白質(zhì)分子的運動性：有側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)兩種方法，受周圍膜質(zhì)性質(zhì)和相態(tài)的制約。熒光抗體免疫標(biāo)記可觀察。綜合流動鑲嵌模型之內(nèi)容，不難看出，其突出特點在于，流動性、鑲嵌性、不對稱性和蛋白質(zhì)極性。由此造成各種膜的功能差異。4、晶格鑲嵌模型〔蛋白液晶膜模型〕5、板塊鑲嵌模型最近有人提出脂筏模型〔Lipidrafts皿甚01〕。目前認為，這些模型并無本質(zhì)區(qū)別，只是對流動鑲嵌模型的進一步補充說明，不能作為膜的通用模型。二、質(zhì)膜的化學(xué)組成細胞膜幾乎全都是脂類〔50%〕和蛋白質(zhì)〔40%〕，僅含少量糖類〔2~10%糖脂和糖蛋白〕和微量核酸〔細菌質(zhì)膜、核膜、mit、chl內(nèi)膜〕，結(jié)合方法及存在意義尚不清楚?！惨弧衬ぶ睱ipids〕〔二〕蛋白質(zhì)〔Protein〕〔膜蛋白〕〔三〕糖類〔Carbohydrate〕三、質(zhì)膜的功能〔functionofc.m〕質(zhì)膜與外界環(huán)境隔離開，通過它保持著一個相對穩(wěn)定的細胞內(nèi)環(huán)境，在細胞生命活動中行使著多種重要功能，概括為：物質(zhì)運輸，能量轉(zhuǎn)換，信息傳遞，細胞識別，細胞連接，代謝調(diào)控，膜電位維持等。四、骨架與細胞外表的特化結(jié)構(gòu)膜骨架〔membraneassociatedcytoskeleton〕指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，參與維持細胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理機能。早期有人稱膜下溶膠層，實質(zhì)為膜骨架。第二節(jié)細胞連接細胞連接可分為三大類：即一、封閉連接緊密連接（tightjunction〕為典型的封閉連接，又稱結(jié)合小帶或封閉小帶［zonulaoceludens〕,是相鄰兩細胞膜緊緊靠在一起的連接方法，中間無空隙，并且兩質(zhì)膜外外表相互融合，所以電鏡下觀察呈三暗夾兩明的五層結(jié)構(gòu)。二、錨定連接通過這種連接方法將相鄰細胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓毎c基質(zhì)相連成一個堅挺、有序的細胞群體。1、橋粒和半橋?！才c中間纖維有關(guān)〕01橋粒（desmosme,maculaeadherens〕指相鄰細胞間形成的“鈕扣”樣結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)處約有30nm的間隙，間隙充滿絲狀的粘多糖性物質(zhì)，其中有一層電子密度較高的接觸層，或稱中央層〔橋粒蛋白〕將間隙等分為二。02半橋粒：位于表皮基細胞與基膜接觸的一面，由于相對應(yīng)的為基膜而不是細胞，因而稱半橋粒〔hemidesmosome〕。2、粘著帶與粘著斑〔與肌動蛋白絲有關(guān)〕O1粘著帶介于緊密連接與橋粒之間，亦稱為中間連接。是相鄰細胞間有較寬〔15?20nm〕間隙的一種聯(lián)結(jié)方法。02粘著斑是肌動蛋白纖維與細胞外基質(zhì)之間的連接方法。如貼壁細胞的貼壁行為，通過粘著斑貼在瓶壁上。三、通訊連接1間隙連接〔gapjunction〕又有縫隙聯(lián)結(jié)或接合斑〔口0*口$〕、縫管連接或封閉筋膜〔fasciaoccludens〕之稱，是相鄰細胞間有2-3nm間隙的一種連接方法。電鏡下觀察聯(lián)結(jié)處呈四暗夾X的七層結(jié)構(gòu)之稱。2植物細胞的連接 胞間連絲〔Plasmodesma〕在植物細胞，兩相鄰細胞的壁之間靠一層稱作胞間層〔中膠層middletamella〕的果膠類〔Pectin〕物質(zhì)粘合在起，但在有些部位，細胞壁及胞間層并不連續(xù)，在此有原生質(zhì)絲通過而勾通相鄰兩細胞，這便是植物細胞特有的連接方法——胞間連絲，是指相鄰植物細胞穿通細胞壁的細胞質(zhì)通路。3化學(xué)突觸：是可快樂細胞之間的連接方法，通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)〔如乙酰膽堿〕來傳導(dǎo)神經(jīng)沖動，電信號f化學(xué)信號f電信號〔四〕細胞外表的粘著因子第三節(jié)細胞外被與細胞外基質(zhì)一、細胞外被〔Cellcoat〕又稱糖萼［glgcocalyx〕，指由細胞產(chǎn)生的、與細胞膜外外表聯(lián)系緊密的粘多糖類物質(zhì)。由于它林立在細胞外表，與質(zhì)膜中蛋白質(zhì)和脂類結(jié)合，故可認為它是質(zhì)膜的組成局部，但有其獨立性。有人將細胞外被與質(zhì)膜比喻成“毛〞與“皮〞的關(guān)系。二、細胞外基質(zhì)〔extracellularmatrix〕分布于細胞外空間〔如細胞之間或細胞外表〕，由細胞分泌的蛋白和多糖構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與膜關(guān)系不緊密，功能在于：01細胞間粘著；02保護作用；03維持細胞外環(huán)境〔調(diào)節(jié)細胞周圍的物質(zhì)濃度〕；04過濾作用等等。在形態(tài)發(fā)生中作用重大，包含：細胞遷移、增殖、形態(tài)變化、分化、保護、組建等。主要包含四大類物質(zhì)〔一〕膠原〔collagen〕：屬糖蛋白類物質(zhì)，為纖維狀蛋白多聚體，含量最高，具剛性，抗張強度大，構(gòu)成細胞外基質(zhì)的骨架體系?！捕嘲被厶恰瞘lycosaminoglycanGAC〕和蛋白聚糖〔proteoglycan,PG〕〔粘多糖，粘蛋白〕〔三〕層粘連蛋白〔Lamimin,LN〕〔較大的糖蛋白分子〕和纖粘連蛋白(fibronectin,FN)〔由兩條或更多的肽鏈及一些低聚糖組成。對細胞遷移作用大〕?！菜摹硰椥缘鞍讌⒖嘉墨I：6、林元藻生物膜的主動轉(zhuǎn)運功能，同上第五章物質(zhì)的跨膜運輸與信號傳遞第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運輸一、被動運輸〔Passivetransport〕指通過簡單擴散或協(xié)助擴散完成物質(zhì)從濃度高處經(jīng)質(zhì)膜向濃度低處運輸?shù)姆椒?。運輸速率依賴于膜兩側(cè)被運送物質(zhì)的濃度差及其分子大小、電荷性質(zhì)等。不需要細胞代謝供應(yīng)能量。〔一〕簡單擴散〔simplediffusion〕指物質(zhì)順濃度梯度的擴散，不需要消耗細胞本身的代謝能，也不需專一的載體〔膜蛋白〕，只要物質(zhì)在膜兩側(cè)保持肯定的濃度差，物質(zhì)便擴散穿膜，又稱自由擴散〔freediffusion〕。特點：〔二〕協(xié)助擴散〔facilitateddiffusion)又稱促進擴散。絕大多數(shù)在細胞代謝上非常重要的生物分子，如各種極性分子和某些無機離子〔糖、氨基酸、核苷酸及細胞代謝物等〕是不溶于脂的〔非脂溶性物質(zhì)〕，但它們可以有效地進入細胞，只是擴散速度并不總是隨濃度梯度的增大而加快，而是在肯定限度內(nèi)同物質(zhì)濃度成正比，超過肯定限度，即使提高濃度差，擴散速度也不會再高。分析知它們是通過另一種被動運輸方法——協(xié)助擴散進行的。這種運輸方法除了依賴物質(zhì)濃度差以外，還必須依賴于專一性的膜運輸?shù)鞍住厕D(zhuǎn)運膜蛋白〕。膜運輸?shù)鞍住瞞emberantransportpr.〕：鑲嵌在質(zhì)膜上的、與物質(zhì)運輸有關(guān)的跨膜蛋白質(zhì)稱膜運輸?shù)鞍?，是一種橫穿脂雙層的跨膜分子，包含兩類：1隧道蛋白〔channelpr.〕〔通道蛋白、槽蛋白〕：以其親水區(qū)構(gòu)成親水通道和離子通道，同意水及肯定大小和電荷的離子通過。離子通道〔亦稱門孔、門隧道〕通常呈關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)膜電位或化學(xué)信號物質(zhì)刺激后才開啟通道。膜電位刺激放開的離子通道稱電位門通道；化學(xué)信號物質(zhì)刺激放開的通道稱配體門通道。2載體蛋白〔carrierpr.〕：識別結(jié)合特異性底物后通過構(gòu)象變化完成物質(zhì)轉(zhuǎn)移。類似于酶與底物的作用，故又稱“透性酶〃〔Permease〕。綜上，但凡借助于載體蛋白和通道蛋白順濃度梯度的物質(zhì)運輸方法稱facilitateddiffusion.或促進擴散或易化擴散。葡萄糖進入紅細胞，進入小腸上皮細胞通常以這種方法。協(xié)助擴散有三個特點：。1低濃度時比簡單擴散速度快；02存在最大轉(zhuǎn)運速度；03有轉(zhuǎn)運膜蛋白存在，故具有選擇性、特異性。二、主動運輸〔activetransport)又稱代謝關(guān)聯(lián)運輸〔metabolicallylinkedtramsport〕，是物質(zhì)運輸?shù)闹饕椒ā０葾TP直接提供能量和間接提供能量兩種運輸方法。〔一〕ATP直接提供能量的主動運輸一離子泵所謂離子泵是一種位于細胞膜上的ATP酶，是一〔穿膜〕內(nèi)在蛋白，能將ATP水解成ADP+pi,同時釋放能量，ATP酶構(gòu)象發(fā)生變化，帶來離子的轉(zhuǎn)位，將物質(zhì)逆濃度梯度運輸。在質(zhì)膜上，作為“泵〃的ATP酶很多，它們都具有專一性，不同的ATP酶運輸不同的物質(zhì)或離子，因此，我們可以分別稱它們?yōu)槟澄镔|(zhì)的泵。如運輸Ca++,叫鈣泵〔肌質(zhì)網(wǎng)膜〕；運輸H+,叫氫泵〔細菌質(zhì)膜〕等等，質(zhì)子泵又分為P型〔真核質(zhì)膜上〕、V型〔溶酶體膜〕、H+—ATP酶〔線、葉、細菌質(zhì)膜〕。現(xiàn)以鈉—鉀泵為例，說明離子泵的工作機制。Na+—K+泵是存在于質(zhì)膜上的由8和B二個亞基組成的蛋白質(zhì)。在有Na+、K+、Mg2+存在時就能把ATP水解成ADP+Pi,同時，把Na+和K+以反濃度梯度方向進行穿膜運輸。可見Na+-K+泵是一種由乂82+激活的Na+-K+-ATP酶。1957年，J.skou首先覺察并闡述其機制，一般設(shè)想：在膜內(nèi)側(cè)，Na+、Mg2+與酶〔8亞基〕結(jié)合，促使酶與ATP反響，釋放口3P04,并與酶結(jié)合，引起酶構(gòu)象變化，與Na+結(jié)合部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)。此時的構(gòu)象親K+排Na+,當(dāng)與K+結(jié)合后，使酶脫去H3P04,酶構(gòu)象恢復(fù)，結(jié)合"的一面轉(zhuǎn)向膜內(nèi)，此時構(gòu)象親Na+排K+,這樣反復(fù)進行，不斷在細胞內(nèi)積存K+,將Na+排出細胞外?！捕抽g接利用ATP的主動運輸——伴隨運輸〔或稱協(xié)同運輸，co-transport〕指一種溶質(zhì)的傳遞要同時依賴于另一種溶質(zhì)的傳遞。如果兩種溶質(zhì)的傳遞方向相同,稱同向運輸〔symport〕，如果方向彼此相反，則稱反向運輸〔antiport〕?！踩郴鶊F轉(zhuǎn)移早見于細菌，也見于動物細胞?？抗矁r修飾〔需能〕〔四〕物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位。1調(diào)節(jié)滲透壓；02某些物質(zhì)的汲取；。3產(chǎn)生膜電位；。4激活某些生化反響；如細胞內(nèi)高濃度K+是核糖體合成蛋白質(zhì)及糖孝解過程中重要酶活動的必要條件。三、胞吞與胞吐作用還有一種物質(zhì)運輸?shù)姆椒ú煌诖?，是細胞膜將外來物包起來送入細胞或者把細胞產(chǎn)物包起來送出細胞。前者稱胞吞作用，后者稱胞吐作用，總稱吞排作用〔Cyt。sis]。這樣的物質(zhì)運輸方法稱膜泡運輸〔transportbyvesicleformation〕，又稱批量運輸〔bulktransport〕。大分子物質(zhì)及顆粒物質(zhì)常以此方法進出細胞?！惨弧嘲嬜饔门c吞噬作用某些物質(zhì)與膜上特異蛋白質(zhì)結(jié)合，然后質(zhì)膜內(nèi)陷形成囊泡，稱胞吞泡〔endocyticvesicle〕。將物質(zhì)包在里面，最后從質(zhì)膜上別離下來形成小泡，進入細胞內(nèi)部。依據(jù)內(nèi)吞的物質(zhì)性質(zhì)，將其分為：吞噬作用^卜28"丫1。515〕吞噬泡，內(nèi)吞較大固體物質(zhì)，如顆粒白細胞、巨噬細胞。胞飲作用^5“丫1。515〕胞飲泡，內(nèi)吞液體或極小顆粒，白細胞、腎細胞、小腸上皮細胞、植物根細胞?！捕嘲伦饔谩瞖xocytosis〕又稱外卸某些代謝廢物及細胞分泌物形成小泡從細胞內(nèi)部移至細胞外表，與質(zhì)膜融合后將物質(zhì)排出。如：小腸上皮的杯狀細胞向腸腔中分泌粘液，經(jīng)溶酶體消化處理后的殘渣排向細胞外等過程。關(guān)于衣被小泡運輸〔Coatedvesicle〕存在于真核細胞中，具有毛刺狀外外表的一類小泡〔50—250^^〕?？梢允莾?nèi)膜系統(tǒng)的有關(guān)細胞器芽生而成，也可以是由質(zhì)膜內(nèi)陷，斷裂形成，進行細胞器間的物質(zhì)運輸?！踩呈荏w介導(dǎo)的胞吞作用〔receptor—mediatedendocytosis〕某些大分子的內(nèi)吞往往首先同質(zhì)膜上的受體結(jié)合，然后質(zhì)膜內(nèi)陷形成衣被小窩，繼之形成衣被小泡，這種內(nèi)吞方法稱受體介導(dǎo)的胞吞作用。需說明的是，膜泡運輸時由于質(zhì)膜內(nèi)陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一種主動運輸方法。第二節(jié)細胞通訊與信號傳遞一、細胞通訊與細胞識別〔一〕細胞通訊〔cellcommunication〕指一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞產(chǎn)生相應(yīng)的反響?！捕臣毎R別與信號通路〔cellrecognition]細胞識別的現(xiàn)代概念是：細胞識別是細胞通過其外表的特別受體與胞外信號物質(zhì)分子〔配體〕選擇性的相互作用，從而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學(xué)效應(yīng)，這種現(xiàn)象或過程稱為細胞識別。可見，細胞識別是細胞通訊的一個重要環(huán)節(jié)。細胞接受外界信號，通過一整套特定機制，將胞外信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應(yīng)答反響，這種反響系列稱之為細胞信號通路[Signalingpathway〕。細胞識別正是通過各種不同的信號通路完成的?！踩臣毎男盘柗肿优c受體細胞的信號分子信號分子，即配基〔Ligands〕：指能夠被受體識別的各種類型的大、小分子物質(zhì)。又有信號分子〔Signalmolecule〕和被識別子〔cognon〕之稱。親脂性信號分子：甾類激素、甲狀腺素。直接進入細胞與細胞質(zhì)或核中受體結(jié)合，形成激素受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)基因表達。親水性信號分子：神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、多數(shù)激素等，不能直接進入細胞，先與膜上受體結(jié)合，再經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機制，在細胞內(nèi)產(chǎn)生f第二信使〔cAMP和肌醇磷脂〕，或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起細胞的應(yīng)答反響。20世紀80年代覺察一氧化氮〔NO〕是一種重要的信號分子和效應(yīng)分子，它能進入細胞直接激活效應(yīng)酶，參與體內(nèi)重多的生理病理過程，成為人們關(guān)注的“明星分子〞。受體〔receptor〕受體的概念最早是1910年Ehrlich提出的，近來有人建議改稱“識別子〃[cognor〕。受體都是蛋白質(zhì)大分子〔多為糖蛋白〕，一般至少包含兩個結(jié)構(gòu)功能地域，即與配體結(jié)合的地域及產(chǎn)生效應(yīng)的地域。組成糖鏈的單糖種類、數(shù)量及排列方法不同，從而形成該細胞特定的“指紋〞，是細胞之間、細胞與其他大分子之間聯(lián)絡(luò)的“文字〞和“言語〞。依據(jù)靶細胞上受體存在的部位，可將受體分為兩類，即細胞內(nèi)受體〔受胞外親脂性信號分子的激活〕和細胞外表受體〔受胞外親水性信號分子的激活〕。二著通過不同的機制介導(dǎo)不同的信號傳遞通路。第二信使與分子開關(guān)通過分泌化學(xué)信號進行細胞間通訊的過程：化學(xué)信號分子的合成f信號細胞釋放化學(xué)信號分子f轉(zhuǎn)移至靶細胞f被受體識別f信息跨膜傳遞f引起細胞內(nèi)生物學(xué)效應(yīng)。第二信使〔secondmessenger〕70年代初，Sutherland及其合作著提出激素作用的第二信使學(xué)說，認為胞外化學(xué)物質(zhì)〔第一信使〕不能進入細胞，它作用于細胞外表受體，而導(dǎo)致產(chǎn)生胞內(nèi)第二信使，從而激發(fā)一系列生化反響，最后產(chǎn)生肯定的生理效應(yīng)，第二信使降解使其信號作用終止。分子開關(guān)〔molecularswitches〕在細胞內(nèi)一系列信號傳遞的級聯(lián)反響中，必須有正、負兩種相反相成的反響機制進行精確操作，即對每一步反響既要求有激活機制又必定要求有相應(yīng)的失活機制。二、通過細胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞親脂性小分子〔甾類激素、甲狀腺素〕穿膜進入細胞，通過與細胞內(nèi)〔細胞質(zhì)或核〕受體結(jié)合傳遞信號。這類受體有三個結(jié)構(gòu)域：1、C末端區(qū)—-結(jié)合激素；2、中部—-結(jié)合DNA;3、N末端區(qū)一一激活基因轉(zhuǎn)錄。三、通過細胞外表受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞親水性信號分子〔神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白激素、生長因子等〕一般不能直接進入細胞，而是通過與膜上特異受體結(jié)合對靶細胞產(chǎn)生效應(yīng)。依據(jù)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制和受體蛋白類型的不同，細胞外表受體分屬三大家族：1、離子通道偶聯(lián)的受體是由多亞基組成的受體—離子通道復(fù)合體，本身既有信號結(jié)合位點，又是離子通道。2、G蛋白偶聯(lián)的受體這類受體與酶或離子通道的作用要通過與GTP結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白〔G蛋白〕相耦聯(lián)，在細胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將外界信號跨膜傳遞到細胞內(nèi)進而影響細胞生物學(xué)效應(yīng)。由G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細胞信號通路主要包含兩類：I、cAMP信號通路激素〔第一信使〕f激活受體一進一步激活腺苷酸環(huán)化酶，使ATPfcAMP〔第二信使〕，然后通過激活一種或幾種蛋白激酶來促進蛋白酶的合成，促進細胞分化，抑制細胞分裂。受體和腺苷酸環(huán)化酶由G蛋白耦連在一起，并使細胞外信號跨膜轉(zhuǎn)換成細胞內(nèi)信號一cAMP。II、磷脂酰肌醇信號通路外界信號分子識別并結(jié)合膜外表受體，激活PIP2磷酸二酯酶〔PIC〕催化使4,5一二磷酸磷脂酰肌醇〔PIP2,存在于真核細胞膜的成分〕水解成1,4,5一三磷酸肌醇和〔IP3〕和二?；视汀睤G〕兩個第二信使，IP3可引起胞內(nèi)Ca2+升高，通過結(jié)合鈣調(diào)素并使之構(gòu)象改變，進而與受體酶結(jié)合形成鈣調(diào)素一酶復(fù)合物,進一步調(diào)節(jié)受鈣調(diào)素調(diào)節(jié)的酶的活性,最后引起對胞外信號的應(yīng)答。DG可激活蛋白激酶C〔PKC〕，使細胞內(nèi)PH升高，進而引起對胞外信號的應(yīng)答。3、與酶偶聯(lián)的受體這類受體一旦被配基〔信號分子〕活化即具有酶的活性。這類受體均為跨膜蛋白質(zhì)。第六章細胞質(zhì)基質(zhì)與細胞內(nèi)膜系統(tǒng)教學(xué)目的：了解細胞質(zhì)基質(zhì)的內(nèi)容掌握內(nèi)膜系統(tǒng)包含的結(jié)構(gòu)及功能教學(xué)重點：1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的結(jié)構(gòu)特點溶酶體的發(fā)生及功能教學(xué)難點：內(nèi)膜系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系講授法第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)〔Cytoplasmicmatrix〕概念：此概念在不同階段從不同角度有不同叫法,概念包含的內(nèi)容也隨觀察工具的開展有所變化和完善。反映出對細胞質(zhì)的認識不斷深刻。最早的概念稱透明質(zhì)〔hyaloplasm〕，指細胞質(zhì)中除線粒體、質(zhì)體等在光鏡下所能看到的全部細胞器以外的局部，又稱細胞液〔Cellsap〕。透明質(zhì)〔細胞液〕一->胞質(zhì)溶膠一--細胞質(zhì)基質(zhì)光鏡下可見結(jié)構(gòu)以外的局部離心沉淀物以外局部可分辯結(jié)構(gòu)以外的膠狀物質(zhì)Cytoplasmicmatrix或growndcytoplasm：指除去能分辯的細胞器和顆粒以外的細胞質(zhì)局部，是一復(fù)雜的高度有組織的膠體系統(tǒng)。一、化學(xué)組成細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞真正的內(nèi)環(huán)境,其組成成分復(fù)雜。主要含有與中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類。故認為它呈復(fù)雜的膠體性質(zhì),可隨環(huán)境條件的改變由溶膠變?yōu)槟z狀態(tài)或者相反,這成為某些細胞運動方法的動力。二、功能1、參與各種生化活動〔中間代謝過程〕。1蛋白質(zhì)合成02脂肪酸合成03糖的酵解04糖原代謝05核苷酸代謝2、提供離子環(huán)境以維持各細胞器的實體完整性。3、提供底物〔原料〕以供細胞器行使功能〔物質(zhì)庫〕。4、提供物質(zhì)運輸?shù)耐芳毎c環(huán)境、細胞質(zhì)與細胞核、細胞器之間的物質(zhì)運輸、能量交換、信息傳遞等都需通過細胞質(zhì)基質(zhì)來完成。5、影響細胞分化如卵子細胞質(zhì)對于分化起重要作用。在細胞質(zhì)中存有形形色色的細胞器，其中有一些膜圍細胞器，它們在結(jié)構(gòu)及功能上彼此相關(guān)，甚至連通，共同組成一個龐大而周密復(fù)雜的系統(tǒng)——內(nèi)膜系統(tǒng)。第二節(jié)內(nèi)膜系統(tǒng)〔eudomembranesystem〕概念細胞質(zhì)中由膜圍成的、在結(jié)構(gòu)、功能，乃至發(fā)生上有緊密關(guān)系的小管、小泡和扁囊共同組成的膜系統(tǒng)。主要包含核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體三大結(jié)構(gòu)以及它們的產(chǎn)物——各種小泡和液泡。意義內(nèi)膜系統(tǒng)的出現(xiàn)是真核細胞區(qū)別于原核細胞的顯著特點之一，其意義在于：大大增加了細胞內(nèi)膜的外表積，為多種酶特別是多酶體系提供了大面積的結(jié)合部位。O1酶系統(tǒng)的隔離與連接02蛋白質(zhì)、糖、脂肪的合成03加工包裝運輸分泌物04擴散屏障及膜電位建立05離子梯度的維持等。一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔endoplasmicreticulum,ER〕概述1945年，著名超微結(jié)構(gòu)學(xué)家K.B.Porter,在電鏡下觀察組織培養(yǎng)的雞胚成纖維細胞時，覺察有各種大小的管道相連成網(wǎng)狀，并多處在細胞質(zhì)的內(nèi)質(zhì)部位，故定名為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。雖然以后覺察這種細胞器不盡在內(nèi)質(zhì)部位，但仍延用至今。這種結(jié)構(gòu)與細胞內(nèi)物質(zhì)合成有關(guān)，故有細胞的生物合成“工廠〞之稱?！惨弧承螒B(tài)結(jié)構(gòu)特點ER是交錯分布在細胞質(zhì)中的由膜圍成的扁囊或小管狀管道系統(tǒng)。根本結(jié)構(gòu)分為三局部：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜：結(jié)構(gòu)與質(zhì)膜相同，但比質(zhì)膜薄〔5-6nm］，有些部位可與核膜和某些細胞器膜相連，少數(shù)能與質(zhì)膜相連?！捕愁愋图胺植继攸c依據(jù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)面是否附有核糖體將ER分為二類。即：1粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔roughendoplasmicreticulum,RER〕又稱顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔Granulare-r-GER〕，由于它似與細胞核一樣能為堿性染料染色，在歷史上曾有過所謂核外染色質(zhì)的叫法。意指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及附在其上的核糖體。2光〔滑〕面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔smoothendoplasmicreticulum,SER〕外表光滑，無核糖體附著，嗜酸性，在形態(tài)上常呈分枝狀，小管或小泡的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，很少象RER那樣擴大成池，其膜也不如RER膜厚。其它，SER的一端常與RER相連，有時還和高爾基復(fù)合體或核膜相連?！踩硟?nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成分析說明：蛋白質(zhì)約占2/3〔比質(zhì)膜多〕，主要是酶類，其中CytP-450是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)記酶。脂類1/3〔比質(zhì)膜少〕在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),主要為磷脂和膽固醇?！菜摹硟?nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能ER是細胞內(nèi)生物合成的“工廠〃，執(zhí)行一系列的功能，有些功能是由RER或SER單獨行使的，有些則是它們共同行使的,為講述方便,我們分開介紹。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能〔1〕蛋白質(zhì)合成〔2〕蛋白質(zhì)改造及運輸糖蛋白的合成過程：在細胞中形成的一些分泌顆?！裁冈w?！?它們的成分多為糖蛋白,蛋白質(zhì)局部如上所述是在RER膜上的核糖體上合成的，那么蛋白質(zhì)合成之后，糖鏈局部是如何添加上去的呢？在ER腔面：首先在ER膜的多萜醇磷酸上添加形成〔N-乙酰葡糖胺〕2一〔甘露糖〕9一〔葡萄糖〕3,然后在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下將其寡糖芯整批移交給合成中的多肽鏈天冬酰胺的N原子上〔N-連接〕。在ER和高爾基池的轉(zhuǎn)運過程中以上寡糖芯被切除只剩下最近端的兩個N-乙酰葡糖胺和3個甘露糖。在Golgibody上：修剪后依次添加上巖藻糖、半乳糖、N-乙酰葡糖胺、唾液酸，多是加在肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸側(cè)鏈的OH基上，〔。一連接〕。蛋白質(zhì)的運輸：合成改造過的蛋白質(zhì)如何運送出去呢？通過放射性同位素示蹤證明，這些物質(zhì)必須經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向外運輸，從這方面看，RER是物質(zhì)運輸?shù)耐ǖ?。O1分泌蛋白的運輸 Palademodel關(guān)于分泌蛋白的運輸，Palade做了系統(tǒng)的研究，并提出了一般的運輸模型一一Palademodel。Palade采納了3H-亮氨酸做脈沖標(biāo)記追蹤實驗，說明在RER上合成的分泌蛋白，是經(jīng)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)池進入高爾基復(fù)合體池，再包裝成分泌顆粒排往胞外。02少量可溶性蛋白的運輸：這種蛋白質(zhì)在RER上合成后便轉(zhuǎn)入細胞質(zhì)基質(zhì)中。03膜蛋白：這種蛋白質(zhì)在RER上合成后，有兩條可能途徑，一是先進入ER腔中，再靠肯定機制入膜，二是不經(jīng)ER腔而直接入膜，這兩種可能都在探討中。〔2〕膜的形成RER膜可不斷地進行自身裝配和生成。在RER首先合成膜脂和內(nèi)在蛋白，然后添加上酶、專一性糖和脂類，成為各種功能不同的膜。這一過程稱為膜分化［membranedifferentiation〕?；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能〔1〕解毒作用〔2〕脂類合成〔3〕糖代謝〔4〕作為分泌蛋白運輸?shù)耐菲渌?，?nèi)質(zhì)網(wǎng)具有貯積Ca2+的功能?！参濉硟?nèi)質(zhì)網(wǎng)的發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種非常簡單解體，也簡單重新形成。關(guān)于它的發(fā)生目前來說還是個懸而未決的問題，有種種猜測或設(shè)想；例如，有人主張ER膜來自核膜，也有人意見相反；肌質(zhì)網(wǎng)〔Sarcoplasmicreticulum〕是存在于高度特化的細胞——肌纖維中的特化滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔含有幾個細胞核，是一個大的合胞體〕。是分布于肌原纖維之間的縱行小管狀結(jié)構(gòu)，主要功能是貯積鈣離子，在肌肉收縮中起肯定作用。〔當(dāng)受到?jīng)_動刺激時，可向肌漿中釋放鈣離子，到達肯定濃度，引起肌肉收縮〕。第三節(jié)高爾基復(fù)合體〔Golgicomplex〕高爾基體是內(nèi)膜系統(tǒng)的一局部，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多扁囊、小泡、大泡組成，現(xiàn)在稱這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為高爾基復(fù)合體〔Golgicomplex〕。一、形態(tài)結(jié)構(gòu)一個典型的高爾基復(fù)合體是由扁平囊泡、小泡和大泡組成的。1扁平囊泡〔saccules〕 高爾基囊〔Golgisac〕扁囊的凸面靠近核側(cè)，稱形成面formingface〕或未成熟面〔immatureface〕，又稱順面〔cis〕扁囊的凹面遠離核側(cè)，稱分泌面［secretingface〕或成熟面（maturingface〕,又稱反面〔trans〕2高爾基小泡（Golgivesicle〕又稱微泡或過度小泡。位于主體結(jié)構(gòu)的形成面周圍。直徑在30?80nm左右，膜厚6nm,有兩種類型：一種外表光滑，較多；另一種小泡膜外表有絨毛樣層，特稱衣被小泡（coatedveside〕數(shù)量較少。3高爾基液泡（Golgivacuole〕又稱濃縮泡（condensingvacuole〕或大泡、分泌泡、分泌顆粒。位于主體結(jié)構(gòu)的分泌面周圍，直徑約在100—500nm。一般認為它們是由扁平泡寬大的末端或成熟面局部膨大而形成，是高爾基復(fù)合體加工、包裝的分泌產(chǎn)物，由于這些產(chǎn)物的成熟程度不同，造成不同的大泡其內(nèi)物質(zhì)的電子密度不同。二、化學(xué)組成通常：蛋白質(zhì)約占60%：多為酶類，如：硫氨素焦磷酸酶〔TPP酶〕〔thiaminepyrophosphatase〕、糖基轉(zhuǎn)移酶〔glycosyltransferase〕、酸性磷酸酶及其他溶酶體酶。其中糖基轉(zhuǎn)移酶是高爾基復(fù)合體的特征酶，它可以將低聚糖轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)上形成糖蛋白。脂類約占40%，主要為膽固醇，甘油三酯等。三、高爾基體在細胞中的分布特點四、高爾基復(fù)合體的功能作為細胞內(nèi)的加工運輸系統(tǒng)，形成分泌物。實驗說明，高爾基復(fù)合體類似一個加工廠，對來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)、脂類加工改造，然后裝配起來，運出細胞。這一運輸途徑是目前為多數(shù)人接受的，稱為膜流動理論。酶原顆粒在細胞外表將內(nèi)容物排出后，其膜泡可返回高爾基體。這種內(nèi)膜系統(tǒng)在細胞內(nèi)移動運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為膜流〔m.flow〕合成糖蛋白和糖鞘脂，對糖蛋白寡糖鏈進行修飾。兩類糖基化修飾：糖一般結(jié)合在多肽鏈的4種aa殘基上，N一連接連在天冬酰胺的氮原子上。O一連接連在絲、蘇、羥脯、羥賴氨酸的羥基上。蛋白質(zhì)的加工改造有些蛋白質(zhì)〔酶〕合成是先形成無生物活性的前體物，再經(jīng)過加工改造才具備活性，高爾基復(fù)合體具備這方面的功能。膜的轉(zhuǎn)變功能參與植物細胞壁的形成參與溶酶體的形成五、高爾基復(fù)合體的發(fā)生Golgjcomplex是一種易變結(jié)構(gòu)，隨時可解體和產(chǎn)生。關(guān)于它的發(fā)生有不同的說法，傾向性看法〔普遍認為〕：它是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或核膜轉(zhuǎn)變而來的，即：RER失去核糖體，別離成光面膜小泡，由此合并成高爾基池；或者由SER別離出小泡，合并成高爾基池。第四節(jié)溶酶體〔Lysosome〕溶酶體幾乎存在于全部的動物細胞，植物細胞內(nèi)的溶酶體，目前意見不一，有人認為植物細胞內(nèi)有類似溶酶體的結(jié)構(gòu)，而單獨稱為植物溶酶體，如圓球體、糊粉粒和蛋白質(zhì)體。液泡也具此功能。溶酶體在各種細胞內(nèi)的數(shù)量與形態(tài)差異很大，這是由于各溶酶體分別處于其生理功能的不同開展階段的原因。一、結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成電鏡下觀察，溶酶體是外包一層單位膜的圓泡狀結(jié)構(gòu)，平均大小約在0.25?0.8Pm［0.2?0.5Pm〕之間，介于線粒體和微體之間。溶酶體膜是一典型的單位膜，其化學(xué)成分主要是脂蛋白，磷脂含量也較多。這層膜對溶酶體本身所含酶具有抗性，膜一旦破裂，則消化細胞，危及組織，故溶酶體有“自殺袋〞之稱。二、溶酶體的類型第一類：初級溶酶體〔Primarylysosome〕是指剛從高爾基的邊緣膨大別離出來，還未同消化物融合的埋伏狀態(tài)的溶酶體〔不含作用底物〕。內(nèi)容物為均一的酶液，無活性。第二類：次級溶酶體〔Secondarylysosome〕指初級溶酶體同消化物融合后，正在進行消化或已經(jīng)消化后的泡狀結(jié)構(gòu)，又稱消化泡［digestivevacuole〕。次級溶酶體又因所消化物質(zhì)的來源和消化程度不同，分為：。1異體吞噬泡［heterophagicvacuole〕，異噬小體〔heterophagosome〕：是初級溶酶體與吞噬小體融合后形成的泡狀結(jié)構(gòu)。吞噬小體〔phagosome〕是細胞內(nèi)吞異物后形成的泡狀結(jié)構(gòu)，又稱初級內(nèi)吞小泡。02自體吞噬泡［autophagic丫22016〕，自噬小體〔autophagosome〕：是初級溶酶體含有細胞自身的局部物質(zhì)，〔細胞器〕進行消化的泡狀結(jié)構(gòu)。這局部細胞器可能是衰老的或多余的，這是一種自我保護作用。03終末溶酶體〔telolysome〕、剩余小體［residualbody〕或殘質(zhì)體，后溶酶體［postlysosome〕次級溶酶體中的物質(zhì)被消化完畢后，其殘渣存在的泡狀結(jié)構(gòu)。這時已失去酶活性或酶活性極弱。異噬小體和自噬小體是正行使消化功能的次級溶酶體，而后溶酶體則是已經(jīng)行使完消化功能的結(jié)構(gòu)。三、溶酶體功能正常消化和防范作用自體吞噬作用——暫渡“危機〞細胞的自溶作用——保證發(fā)育溶酶體與細胞病理〔實屬溶酶體功能異常〕四、溶酶體的來源〔發(fā)生〕關(guān)于溶酶體的來源，目前有兩種觀點：01來自ER和Golgibody多數(shù)學(xué)者認為，溶酶體和其它分泌顆粒一樣，其內(nèi)含物是在RER上合成，輸入到Golgi區(qū)，包上膜游離下來便成為溶酶體。五、微體［microbody〕微體也是一種由單位膜圍成的細胞器，在大小上很難與溶酶體相區(qū)別，只是所含酶類不同。微體是一類含有氧化酶、過氧化物酶或過氧化氫酶的細胞器，在形態(tài)上有卵圓形、啞鈴形、圓球形等。在動、植物細胞中，普遍存在兩種微體，即過氧化物酶和乙醛酸循環(huán)體。1過氧化物酶體［Peroxisome〕存在于動物細胞和高等植物的葉肉細胞中，含較多氧化酶。其主要功能表現(xiàn)在：〔1〕解毒作用：主要表達在動物細胞，這種微體含有與生成H2O2有關(guān)的酶，也含有分解H2O2的過氧化氫酶，將代謝過程中產(chǎn)生的對細胞有毒害的H2O2分解。［2〕分解脂肪酸等高能分子，向細胞直接提供熱能。［3〕與膽固醇代謝有關(guān)。［4〕執(zhí)行光呼吸［乙醇酸代謝〕：這一功能表達在植物細胞。過氧化物酶體是乙醇酸氧化的園地，氧化的結(jié)果是攝取氧，釋放CO2,這一過程只能在光照下，與葉綠體、線粒體聯(lián)合進行，稱為光呼吸［photorespiration〕〕2乙酰酸循環(huán)體［glyoxysome〕僅存在于高等植物細胞中，參與脂類代謝過程，含有同乙酰酸循環(huán)有關(guān)的酶，也含有過氧化物酶中的酶。種子萌發(fā)時，乙酰酸循環(huán)體降解f脂肪f糖這一微體的主要功能是蔗糖異生作用，整個過程涉及三個細胞器、兩個主要過程。第五節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選及細胞結(jié)構(gòu)的裝配一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號分泌蛋白合成的信號假說［Signalhypothesis)這一假說是1975年正式提出的，但近幾年來有不同學(xué)者［美國Blobel,西德Meyer〕對其進行修改補充，下面將這方面問題加以綜合介紹?！?〕編碼分泌蛋白的mRNA,在起始密碼子AUG之后，緊跟著一組特定的信號密碼子［約有45-90、48-78個核苷酸〕。編碼一段多肽的mRNA〔2〕多肽鏈的開始合成在游離核糖體上，信號密碼子轉(zhuǎn)譯信號肽［signalpeptide,疏水性GG占優(yōu)勢〕，約有15-30個氨基酸〔16-26〕?！?〕在RER膜上有信號識別蛋白〔signalrecognitionprotein,SRP〕，可以釋放到細胞質(zhì)中去，識別正在合成信號肽的核糖體，并與之結(jié)合，合成暫停，引導(dǎo)核糖體與ER膜結(jié)合，合成繼續(xù)。其上有核糖體親合蛋白1、11〔實際上是核糖體受體蛋白〕以及SRP受體，又稱停泊蛋白〔docking.P〕?！?〕核糖體-SRP復(fù)合物與RER膜上的核糖體受體蛋白［SRP受體〕有識別能力，并相互作用，使RER形成隧道，SRP受體重新啟動臨時終止的肽鏈繼續(xù)合成，SRP釋放。合成的多肽鏈通過隧道進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)池?！?〕信號肽已無用，被位于RER膜內(nèi)外表的信號肽酶切掉〔Signalpeptidase〕?！?〕多肽鏈繼續(xù)生長，直至合成完畢?！?〕在一種別離因子作用下，核糖體脫離開膜，隧道封閉。二、蛋白質(zhì)分選的根本途徑與類型〔核編碼蛋白質(zhì)如何進入線粒體、葉綠體〕〔1〕在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成多肽前體物；〔2〕前體物同細胞器外表受體結(jié)合；〔3〕穿膜進入細胞器內(nèi)；〔4〕前體物被加工成成熟多肽。前體物的穿膜活動也符合信號假說原理。即，這些前體物具有氨基端順序或肽鏈內(nèi)部順序——信號肽〔特稱導(dǎo)肽，Leaderpeptide,高度疏水性〕，靠此與細胞器膜上的信號肽順序受體結(jié)合，穿膜進入細胞器，被信號肽酶切除信號肽，參與細胞器建成或功能活動。從以上看出，決定新合成的多肽轉(zhuǎn)移到細胞的哪個部位，是存在于多肽本身的某種信息。如信號肽，導(dǎo)肽等。但只有這一條還不夠，還必須有能識別正在合成多肽的某些蛋白質(zhì)分子，以援助多肽的轉(zhuǎn)運，折疊或裝配，這一類分子本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，特稱為分子伴娘〔molecularchaperones〕，如信號識別顆粒〔SRP〕。三、膜泡運輸〔一〕網(wǎng)格蛋白有被小泡負責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體的TGN向質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運輸。其它，受體介導(dǎo)的內(nèi)吞負責(zé)將胞外物質(zhì)運往胞內(nèi)等。〔二〕COPII有被小泡負責(zé)從ER到高爾基體的物質(zhì)運輸。〔三〕COPI有被小泡負責(zé)回收轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔“放開的監(jiān)獄〞〕。第七章細胞的能量轉(zhuǎn)換—線粒體和葉綠體教學(xué)目的：掌握線粒體、葉綠體的超微結(jié)構(gòu)及功能教學(xué)重點：1線粒體、葉綠體的超微結(jié)構(gòu)2化學(xué)滲透學(xué)說3線粒體、葉綠體的半自主性教學(xué)難點：線粒體、葉綠體的超微結(jié)構(gòu)及功能的關(guān)系講授與商量第一節(jié)線粒體與氧化磷酸化一、線粒體形態(tài)、大小、數(shù)目和分布二、線粒體的超微結(jié)構(gòu)本世紀50年代后，在電鏡下觀察研究線粒體的結(jié)構(gòu)問題。是由雙層單位膜套疊成的所謂“囊中之囊〞，在空間結(jié)構(gòu)上人為地劃分為四大局部，即外膜、內(nèi)膜、外室、內(nèi)室?！惨弧惩饽ぁ瞣utermembrane〕指包圍在線粒體最外面的一層膜，看上去平坦光滑而具有彈性，膜厚約6nm。對各種小分子物質(zhì)〔分子量在10000doldon以內(nèi)，如電解質(zhì)、水、蔗糖等〕的通透性較高，有人認為外膜上具有小孔〔82~3nm〕?！捕硟?nèi)膜〔innermembrane〕也是一單位膜，約厚6?8nm。內(nèi)膜不同于外膜。首先是在結(jié)構(gòu)上，內(nèi)膜不是平滑的，而是由許多向線粒體腔內(nèi)的突起〔褶疊或小管〕，被稱為“線粒體嵴〃［mitochondriacristae〕，是線粒體最富有標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)，它的存在大大擴大了內(nèi)膜的外表積，增加了內(nèi)膜的代謝效率?！踩惩馐摇瞣uterspace〕〔膜間隙〕指內(nèi)、外膜之間的窄小空隙，寬約6?8nm,又稱膜間隙［intermembranespace〕。〔四〕內(nèi)室〔mnerspace〕指由內(nèi)膜包圍的空間，其內(nèi)充滿蛋白質(zhì)性質(zhì)的物質(zhì)，稱線粒體基質(zhì)［mitochondriamatrix〕。三、線粒體的化學(xué)組成及定位〔chemicalcomposition)〔一〕蛋白質(zhì)外膜含量〔60%〕低于內(nèi)膜含量〔80%〕，主要為酶類〔約120余種〕。外膜：單胺氧化酶〔標(biāo)記酶〕、NADH一細胞色素C復(fù)原酶、脂肪酸輔酶A連接酶等等；內(nèi)膜：呼吸鏈酶系〔細胞色素氧化酶為標(biāo)記酶〕、ATP合成酶、琥珀酸脫H酶等等；外室：腺苷酸激酶〔標(biāo)記酶〕、核苷二磷酸激酶；內(nèi)室：三羧酸循環(huán)酶系〔其中蘋果酸脫H酶是標(biāo)記酶〕、脂肪酸氧化酶、蛋白質(zhì)合成酶系等等〔二〕脂類外膜中含量〔40%〕高于內(nèi)膜中的含量〔20%〕。其中內(nèi)膜不含膽固醇，而含心磷脂較多?！踩澈怂峄|(zhì)中有DNA,稱mt—DNA四、線粒體的功能 生物氧化〔biologicaloxidation〕亦稱細胞呼吸〔cellularrespiration〕，指各類有機物質(zhì)在細胞內(nèi)進行氧化分解，最終產(chǎn)生CO2和H2O,同時釋放能量〔ATP〕的過程。包含TCA環(huán)、電子傳遞和氧化磷酸化三個步驟，分別是在線粒體的不同部位進行的?！惨弧成镅趸姆謪^(qū)和定位〔二〕電子傳遞和氧化磷酸化的結(jié)構(gòu)根底雖然電子傳遞和氧化磷酸化偶連在一起，但它們又是通過不同的結(jié)構(gòu)完成的。1968年，E.Racker等的亞線粒體小泡重建實驗說明了這一問題〔圖示〕。由此可見，電子傳遞是在線粒體內(nèi)膜上，氧化磷酸化由基粒承擔(dān)。1電子傳遞鏈〔呼吸鏈〕〔electrontransportchain,respirationchain〕呼吸鏈是由存在于線粒體內(nèi)膜上的眾多酶系和其它分子組成的電子傳遞鏈?！?〕復(fù)合物INADH-Q復(fù)原酶，催化NADH的2個電子一輔酶Q〔2〕復(fù)合物H琥珀酸一Q復(fù)原酶，催化電子從琥珀酸通過FAD和鐵硫蛋白傳至輔酶Q〔3〕復(fù)合物III細胞色素復(fù)原酶，催化電子從輔酶Q傳至CytC〔4〕復(fù)合物IV細胞色素氧化酶，將電子從CytCf氧。2基?！睩1—FO復(fù)合物〕的超微結(jié)構(gòu)F1—FO復(fù)合物，又稱內(nèi)膜亞單位、呼吸集合體、ATP酶復(fù)合物、ATP合成酶等。這一結(jié)構(gòu)最初是在1962年，由Fernadezmoran經(jīng)負染色在電鏡下觀察到的，后來D.Green將其稱為線粒體基粒，后改稱基粒，實際上是一種ATP酶復(fù)合體，分子量約在448000。它是由多條多肽鏈構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可分為三局部，即頭、柄、膜三部。在ATP形成過程同發(fā)揮作用。3氧化磷酸化的偶聯(lián)機制〔1〕化學(xué)偶聯(lián)假說〔Chemiealcouplinghypothesis〕〔2〕構(gòu)象偶聯(lián)假說〔Conformationalcouplinghypothesis〕〔3〕化學(xué)滲透學(xué)說〔Chemiosmoticcouplinghypothesis)亦稱電化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說，是1961年英國生化學(xué)家P.Mitchell提出的。對電子傳遞和氧化磷酸化問題作了較為另人信服的解釋，故普遍為人接受，米切爾因此而獲1978年諾貝爾化學(xué)獎。這一假說的中心思想是：在電子傳遞過程中所釋放的能量轉(zhuǎn)化成了跨膜的氫離子濃度梯度的勢能，這種勢能驅(qū)動氧化磷酸化反響，合成ATP。〔1〕NADH提供一對電子，經(jīng)電子傳遞鏈，最后為O2所接受?！?〕電子傳遞鏈中的載氫體和電子傳遞體相間排列，每當(dāng)電子由載氫體傳向電子傳遞體時，載氫體的H+便釋放到內(nèi)膜外。一對電子在呼吸鏈三次穿膜運動，向外室排放三對H+。〔3〕內(nèi)膜對H+具有不可透性，故隨電子傳遞過程的不斷進行，H+在外室中積存，造成膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度差。〔4〕外室中H+有順濃度梯度返回基質(zhì)的傾向，當(dāng)H+通過F1—FO復(fù)合物時，ATP酶利用這一勢能合成ATP?！?〕F1-FO復(fù)合物需2個質(zhì)子合成一個ATP。第二節(jié)葉綠體與光合作用〔chloroplast&photosynthesis)葉綠體是植物細胞特有的雙層膜圍成的細胞器，它對生物界的存在和進化有著重大奉獻〔三個最初：一是人類、動物、多數(shù)微生物的食物的最初來源；二是人類社會利用的古生物燃料——煤、石油、天然氣的最初來源；三是地球上氧氣的最初來源〕，主要功能在于：汲取光能，合成碳水化合物，同時產(chǎn)生分子氧，總稱為光合作用〔photosynthesis〕一、葉綠體的形狀、大小、數(shù)目、分布二、超微結(jié)構(gòu)近年來，先后有許多學(xué)者采納超薄切片、負染色和冰凍蝕刻等先進技術(shù)，研究葉綠體的形態(tài)和組成，揭示葉綠體囊狀膜系統(tǒng)的超微結(jié)構(gòu)。葉綠體膜〔chlmembrane〕是兩層光滑的單位膜〔內(nèi)、外膜〕6-8nm，也稱外被〔outerenvelope〕，是一個有選擇的屏障，操作著葉綠體代謝物質(zhì)的進入和排出?；|(zhì)〔stroma〕指葉綠體膜包圍的，無結(jié)構(gòu)，呈流動狀態(tài)的物質(zhì)。即葉綠體內(nèi)膜與類囊體之間無定形物質(zhì)，在基質(zhì)中存在：〔1〕葉綠體DNA環(huán)狀，每一葉綠體內(nèi)可含有幾十個拷貝；〔2〕70S核糖體；〔3〕mRNA、tRNA；〔4〕酶類；〔5〕RUBP羧化酶；〔6〕各種離子。類囊體類囊體在基質(zhì)中有兩種形式存在，一種是較小的扁囊，多個5—30〔10—100個〕相互疊置成一摞，形成的結(jié)構(gòu)稱基?！瞘rana〕。每一葉綠體中約含有40—80個基粒。組成基粒的類囊體稱基粒類囊體〔granum-thylakoid〕或基粒片層〔granalamella〕。另一種是較大的扁囊，貫穿于基粒之間，稱基粒間類囊體或基質(zhì)類囊體〔stroma-thylakoid〕或基質(zhì)片層〔stromalamella〕。它們順著葉綠體的縱軸彼此平行排列。其存在意義在于，使膜片層的總面積大大超出葉綠體的面積?？梢娀hylokoid中有PSI和PSII的機能單位，并分布在膜內(nèi)外表，是PSII核心顆粒和捕光復(fù)合物結(jié)合成的。而基質(zhì)thylokoid中多有PSI的機能單位，多布于膜外側(cè)。除上述內(nèi)在蛋白外，還有組成電子傳遞鏈的眾多載體，包含O1PQ〔質(zhì)體醌〕、O2PC〔質(zhì)體蘭素，plastcyanin〕、O3細胞素〔Cytb—559,Cytf—553,Cytb6—563等〕、04鐵硫蛋白〔鐵氧還蛋白ferrdoxin,Fd〕、O5黃素蛋白。故將類囊體稱為光合膜。三、化學(xué)組成四、葉綠體的功能 光合作用〔photosynthesis〕綠色植物細胞，汲取光能，復(fù)原CO2,并利用水提供氫合成碳水化合物，同時放出分子氧的過程，稱為光合作用?？傔^程分為兩個階段：光反響和暗反響?！惨弧彻夥错憽睱ightreaction)葉綠素等色素分子捕獲光能，將光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH的化學(xué)能，并放出氧的過程，是在類囊體膜上進行的,為能量轉(zhuǎn)換過程。光反響包含三個根本反響：原初反響、電子傳遞反響、光合磷酸化?！?〕原初反響〔primaryreaction〕：指聚光色素分子汲取光量子傳到反響中心進行光化學(xué)反響的物理過程。包含光能的汲取、傳遞與轉(zhuǎn)換。〔2〕電子傳遞反響：包含三個階段：NADP+的復(fù)原反響；PSII與PSI之間的傳遞；放氧反響。〔3〕光合磷酸化反響：在有光存在下，當(dāng)電子沿電子傳遞鏈傳遞時，形成ATP的過程稱為光合磷酸化〔photophosphorylation〕。當(dāng)電子從復(fù)原勢高處〔Q〕向復(fù)原勢低的PSI傳遞時，能量下降，利用這一能量將ADP磷酸化形成ATP,這一過程稱非循環(huán)式光合磷酸化〔電子通路是放開的〕。當(dāng)NADPHNADP+比值大時〔缺少NADP+時〕，鐵氧還蛋白〔Fd〕則將電子通過cytb6、cytf、pc傳給P700+,利用這一能量使ADP磷酸化形成ATP,稱循環(huán)式光合磷酸化〔電子通路是閉合的〕?！?〕光合磷酸化機制在一對電子的傳遞過程中,膜外消耗了三個質(zhì)子,膜內(nèi)則增加了四個質(zhì)子,隨著過程的不斷進行，膜內(nèi)外便建立了質(zhì)子梯度，有向膜外穿出的趨勢，當(dāng)每3對H+通過CF1-FO復(fù)合物時，在CF1的催化下，合成一個ATP?！捕嘲捣错憽瞕arkreaction)利用光反響產(chǎn)生的ATP和NADPH復(fù)原CO2形成碳水化合物，將生動化學(xué)能變?yōu)榉€(wěn)定化學(xué)能，是在葉綠體基質(zhì)中進行的。為物質(zhì)代謝過程。在高等植物固定CO2有三條途徑：卡爾文循環(huán)〔C3途徑〕、C4途徑〔Hatch-slack途徑〕和景天科酸代謝。卡爾文循環(huán)是最根本、最一般的，只有這一途徑具備合成淀粉之能力，又稱C3途徑。第三節(jié)線粒體和葉綠體是半自主性細胞器一、線粒體與葉綠體的DNA〔一〕線粒體DNA〔mt-DNA〕〔二〕葉綠體DNA〔ct-DNA〕二、線粒體和葉綠體的蛋白質(zhì)合成〔一〕線粒體的蛋白質(zhì)合成線粒體基質(zhì)中除有DNA外，還有各種RNA、核糖體、氨基酸活化酶等，說明它能合成自我繁殖所需的某些成分，但數(shù)量不多，只占線粒體全部蛋白質(zhì)的10%，約有13種〔20個分子〕左右。有人估算：X10〔每周10個核苷酸〕=14705對核苷酸，能編碼4902個氨基酸〔除以3〕，假設(shè)一個蛋白質(zhì)分子由150個氨基酸組成，則能編碼30個左右蛋白質(zhì)分子，如果除去編碼mRNA、rRNA、tRNA的信息量〔占總信息量的30%〕，余下的信息量只能編碼約20個左右的蛋白質(zhì)分子。綜上所述，線粒體有自身的DNA,有一整套蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，能夠復(fù)制和再生，使其一代代傳下去，所以具有肯定的自主性?！捕橙~綠體蛋白質(zhì)的合成葉綠體中的蛋白質(zhì)〔酶〕一局部是在葉綠體中由它自己的DNA編碼，經(jīng)過mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯形成的，有一局部則是由核基因編碼，在細胞質(zhì)中形成后轉(zhuǎn)入葉綠體的。還有一局部是由核基因編碼，在葉綠體的核糖體上合成。三、對細胞核和細胞質(zhì)的依賴性大無論是線粒體還是葉綠體，它們的自主性是有限的，下面以線粒體為例說明之。核質(zhì)蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)通過合成某些酶類來調(diào)節(jié)線粒體的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。在有氯霉素存在的條件下培養(yǎng)鏈孢霉細胞，這時線粒體的蛋白質(zhì)合成受抑制，但線粒體的三羧酸循環(huán)酶類、電子傳遞鏈中的NADH脫氫酶、CytC、以及DNA-Poly-merase、RNA-Polymerase、核糖體蛋白質(zhì)、各種氨基酸活化酶等有關(guān)線粒體DNA復(fù)制和基因表達的酶類依舊存在。而這些酶是由核基因編碼，在細胞質(zhì)中合成，然后轉(zhuǎn)移到線粒體的。這說明細胞質(zhì)的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)〔或者說核——質(zhì)蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)〕通過合成某些酶類來調(diào)節(jié)線粒體的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。又：在有放線菌酮存在下培養(yǎng)鏈孢霉細胞，由于細胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)受抑制，結(jié)果培養(yǎng)一段時間后，線粒體的合成活性也顯著下降。這足以說明線粒體對細胞核和其他細胞質(zhì)局部有很大依賴性。實際上也是這樣，線粒體DNA所編碼的蛋白質(zhì)只有它自身全部蛋白質(zhì)的10%,絕大局部是由核DNA編碼的。從上述看出，線粒體的生長增殖是受核基因組和線粒體基因組兩套遺傳系統(tǒng)的共同操作，故稱線粒體為半自主性細胞器。四、物質(zhì)進出線粒體的穿膜機制細胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)運送至線粒體,大多數(shù)以前體的形式存在,而且是需能過程。前體蛋白質(zhì)包含有功能的“成熟〃形式和氨基未端引伸出的一段導(dǎo)肽〔引肽，Leaderseguences,在葉綠體特稱為“轉(zhuǎn)運肽〞〕共同組成。導(dǎo)肽約含20~80個氨基酸,又叫氨基末端指導(dǎo)肽。進入線粒體的過程大致為：。1帶有N-末端導(dǎo)肽的前體蛋白質(zhì)首先與外膜上受體結(jié)合；02蛋白質(zhì)橫跨外、內(nèi)膜；O3N-末端導(dǎo)肽被基質(zhì)中的蛋白酶切制；04活化的成熟蛋白質(zhì)進入基質(zhì)。五、線粒體、葉綠體的增殖與起源〔一〕線粒體的增殖〔二〕葉綠體的發(fā)育、增殖和起源第八章細胞核與染色體Nucleus&chromosome教學(xué)目的：1、掌握細胞核的結(jié)構(gòu)與功能2、掌握染色體的結(jié)構(gòu)與功能教學(xué)重點：1核膜及核孔復(fù)合體2、染色體的空間結(jié)構(gòu)教學(xué)難點：核孔復(fù)合體與核仁的結(jié)構(gòu)與功能講授法一、形態(tài)、大小、數(shù)目、分布1形態(tài)間期細胞核形態(tài)多樣，一般為圓形或卵形。其形態(tài)與生物的種類、細胞的形狀、細胞類型、發(fā)育時期以及機能狀態(tài)有關(guān)。2大小多數(shù)細胞核在5—30Pm。小的不到1Pm,大的可達500—600Pm〔蘇鐵科某植物的卵細胞核〕。通常：低等生物1—4pm高等動物5—10um高等植物5—20um3數(shù)目通常一個細胞只有一個核，也有兩個以上的多核現(xiàn)象及在某一發(fā)育時期的無核現(xiàn)象。4分布細胞核多位于細胞中央，但也有各種不同情況，如上皮細胞的核偏于基底側(cè)；橫紋肌的細胞核靠近質(zhì)膜；植物細胞成熟后假設(shè)有較大液泡，核則被擠在一邊。二、細胞核的結(jié)構(gòu)在固定和染色的細胞中，可觀察到細胞有以下結(jié)構(gòu)：核被膜、染色質(zhì)、核仁、核液〔質(zhì)〕四局部。第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體一、核被膜〔nuclearenvelope〕亦稱核膜〔nuclearmembrane〕，由此使遺傳物質(zhì)DNA與細胞質(zhì)分開。電鏡下證實為雙層單位膜呈同心性排列。除兩膜之間有間隙外，膜上還有些特化結(jié)構(gòu)。所以，認為核被膜含義深刻，包含內(nèi)容多，并執(zhí)行重要的生理功能。〔一〕核被膜結(jié)構(gòu)1外層核被膜〔ONE〕〔外核膜〕膜厚6.5—7.5nm,相鄰細胞質(zhì)的一面常有核糖體附著，并有時與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔RER〕相連，因此顯得粗糙不平。2內(nèi)層核被膜〔INE〕〔內(nèi)核膜〕：膜厚度根本同ONE,膜上無核糖體附著，顯得比ONE平滑。但在其內(nèi)外表常附有酸性蛋白質(zhì)分子的聚合物組成的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)〔密電子物質(zhì)〕，稱纖維層〔fibrousLamina〕或核纖層〔nuclearlamina〕，又有內(nèi)致密層之稱。其厚度約在10—20nm[30—160nm〕，是位于細胞內(nèi)核膜下的纖維蛋白或纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)。3核周隙〔perinuclearspace〕又有核圍腔或核圍池之稱。指兩膜之間的空隙，寬約20—40nm[10—50nm〕，內(nèi)充滿液態(tài)無定形物質(zhì)〔蛋白質(zhì)、酶類、脂蛋白、分泌蛋白、組蛋白等〕，它是核質(zhì)之間生動的物質(zhì)交換渠道〔有些部位直接與ER或Golgi池相通〕。4核孔〔nuclearpore〕核膜并不完全連續(xù)，在許多部位，核膜內(nèi)外兩層常彼此融合，形成環(huán)狀孔道，稱為核孔，它們是核質(zhì)之間的重要通道?！捕澈吮荒ぴ诩毎芷谥械谋澜馀c裝配核膜在細胞周期的不同時期，有相應(yīng)的變化方法。在S期：外表積有增大趨勢；在間期：表現(xiàn)出周期性崩解〔前期末〕消逝，重建〔末期〕過程