細胞生物學 講稿

細胞生物學生物奧賽輔導授課人：楊化濤細胞學部分比值：20%

主要內容：細胞的化學成分細胞的結構與功能細胞代謝細胞分裂。學習方法：掌握運用必修1內容掌握理解奧賽教材內容細胞部分內容介紹1．細胞的發(fā)現(xiàn)

1665年英國物理學家羅伯特·虎克用他自制的顯微鏡觀察栓皮櫟的軟木切片時，看到了一個個蜂窩狀的小室。他把這樣的“小室”稱為細胞（死細胞）。2．細胞學說的建立德國植物學家施萊登于1838年提出了細胞學說的主要論點，次年又經(jīng)德國動物學家施旺加以充實，最終創(chuàng)立了細胞學說。細胞學說的主要內容是：細胞是動、植物有機體的基本結構單位，也是生命活動的基本單位（一）細胞生物學的發(fā)展（三）細胞的形態(tài)與大小1.細胞概念：細胞是由膜包圍的，能進行獨立繁殖的最小原生質團，是生命活動的基本單位，是生物體最基本的形態(tài)結構和功能活動單位。

2．細胞的大?。害蘭（顯微結構和亞顯微結構）

在顯微技術和電鏡技術中常用的單位有：微米（μm或μ）、納米（nm）和埃三種。

1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010?影響細胞大小的因素：1.細胞的核質比與細胞大小有關，決定細胞上限；2.細胞的相對表面積與細胞大小有關；3.細胞內物質的交流與細胞大小有關。3.原生質：細胞內所含有的生活物質，真核細胞包括細胞質和細胞核。（注意與原生質層的區(qū)別）57

細胞膜(cellmembrane)又稱質膜（plasmamembrane），是指圍繞在細胞最外層，由脂質和蛋白質組成的生物膜。細胞膜只是真核細胞生物膜的一部分，真核細胞的生物膜（biomembrane）包括細胞的內膜系統(tǒng)（細胞器膜和核膜）和細胞膜（cellmembrane）。1．細胞膜/生物膜（1）質膜的化學組成細胞膜主要由脂類和蛋白質組成，蛋白質約占膜干重的20%～70%，脂類約占30%～80%，此外還有少量的糖類。比例的不同與其功能相適應。（四）真核細胞的亞顯微結構（2）質膜的分子結構模型三明治模型流動鑲嵌模型脂質體脂質體（（liposome）是根據(jù)磷磷脂分子子在水相相中形成成穩(wěn)定的的脂雙層層膜的趨趨勢而制制備的一一種人工工膜。脂脂質體可可用于細細胞膜的的研究；；轉基因因；疾病病的診斷斷及治療療。

二、膜膜蛋白膜蛋白是是膜功能能的主要要體現(xiàn)者者。核基基因組編編碼的蛋蛋白質中中30%左右的為為膜蛋白白。根據(jù)據(jù)與膜脂脂的結合合方式以以及在膜膜中的位位置的不不同，膜膜蛋白分分為內在在（integralprotein）、外周蛋白白（peripheralprotein）和脂錨定定蛋白（（lipid-anchoredprotein）。（一）內內在蛋白白（integralproteins）內在蛋白白又稱為為整合蛋蛋白，以以不同程程度嵌入入脂雙層層的內部部，有的的為全跨跨膜蛋白白（tansmembraneproteins）。它與膜結結合非常常緊密，，只有用用去垢劑劑（detergent）才能從膜膜上洗滌滌下來，，常用SDS和Triton-X100。內在蛋白白的跨膜膜結構域域形成親親水通道道有兩種種形式，，一是由由多個α螺旋組成成親水通通道；而而是由β折疊組成成親水通通道。細胞膜的的結構模模型及特特點一、細胞胞膜結構構的研究究歷史1.E.Overton1895推測細胞胞膜由連連續(xù)的脂脂類物質質組成。。2.E.Gorter&F.Grendel1925推測細胞膜膜由雙層脂分子組組成。3.J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋白質-脂類-蛋白質”的三明治模模型。認為為質膜由雙雙層脂類分分子及其內內外表面附著的蛋蛋白質構成成的。1959年提出了修修正模型，，認為膜上還具有貫貫穿脂雙層層的蛋白質質通道，供供親水物質質通過。4.J.D.Robertson1959用超超薄薄切切片片技技術術獲獲得得了了清清晰晰的的細細胞胞膜膜照照片片，，顯顯示示暗-明-暗三層層結結構構，，厚厚約約7.5nm。這就就是是所所謂謂的的“單位位膜膜”模型型。。它它由由厚厚約約3.5nm的雙雙層層脂脂分分子子和內內外外表表面面各各厚厚約約2nm的蛋蛋白白質質構成成。。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根據(jù)據(jù)免免疫疫熒熒光光技技術術、、冰冰凍凍蝕蝕刻刻技技術術的的研研究究結結果果，，在在”單位位膜膜”模型型的的基基礎礎上上提提出出”流動動鑲鑲嵌嵌模模型型”。二、、質質膜膜的的流流動動鑲鑲嵌嵌模模型型的的特特點點組成成成成分分：主主要要組組成成成成分分為為脂類類和蛋白白質質，還還含含有有少少量量的的糖糖類類。。不對對稱稱性性：蛋蛋白白質質或或嵌嵌在在脂脂雙雙層層表表面面，，或或嵌嵌在在其其內內部部，，或或橫橫跨跨整個脂雙層，，表現(xiàn)出分布布的不對稱性性。流動性：膜蛋白和膜膜脂可作各向向運動。膜脂的分子運運動1側向擴散散運動2旋旋轉運動3擺動運運動4伸伸縮震蕩運動動5翻轉運動動6旋旋轉異構化運運動2.影響膜膜流動的因素素規(guī)律點撥主要有側向擴散和旋轉擴散兩種運動方式式。旋轉擴散指膜蛋白圍繞繞與膜平面垂垂直的軸進行行旋轉運動。。膜蛋白的側側向運動受細細胞骨架的限限制，破壞微微絲的藥物如如細胞松弛素素B能促進膜蛋白白的側向運動動?？捎脽晒鈽擞浖夹g術檢測膜蛋白的的流動性。3．膜蛋白的流流動細胞融合技術術觀察蛋白質質運動質膜的流動性性是保證其正正常功能的必必要條件。例如跨膜物物質運輸、細細胞信息傳遞遞、細胞識別別、細胞免疫疫、細胞分化化以及激素的的作用等等都都與膜的流動動性密切相關關。當膜的流動動性低于一一定的閾值值時，許多多酶的活動動和跨膜運運輸將停止止，反之如如果流動性性過高，又又會造成膜膜的溶解。。4．膜流動性性的意義膜的不對稱稱性冰凍蝕刻研究不對稱稱型亦稱冰凍斷斷裂。標本本置于干冰冰或液氮中中冰凍。然然后斷開，，升溫后，，冰升華，，暴露出了了斷面結構構。向斷裂裂面上噴涂涂一層蒸汽汽碳和鉑。。然后將組組織溶掉，，把碳和鉑鉑的膜剝下下來，此膜膜即為復膜膜（replica）。AYeastCell（三）、細細胞膜的功能為細胞的生生命活動提提供相對穩(wěn)穩(wěn)定的內環(huán)環(huán)境;選擇性的物物質運輸,包括代謝謝底物的輸輸入與代謝謝產(chǎn)物的排除除,其中伴伴隨著能量量的傳遞;提供細胞識識別位點,并完成細細胞內外信信息跨膜傳傳遞;為多種酶提提供結合位位點,使酶酶促反應高高效而有序序地進行；；介導細胞與與細胞、細細胞與基質質之間的連連接;質膜參與形形成具有不不同功能的的細胞表面面特化結構構。Fig.cAMP信號通路對對基因轉錄錄的激活信號分子與與受體結合合通過G蛋白活化腺腺苷酸環(huán)化化酶，導致致細胞內cAMP濃度增高激激活蛋白激激酶A，被活化的的蛋白激酶酶A（催化亞基基）轉為進進入細胞核核，使基因因調控蛋白白（cAMP應答結合蛋蛋白，CREB）磷酸化，，磷酸化的的基因調控控蛋白與靶靶基因調控控序列結合合，增強靶靶基因的表表達。細胞表面的的特化結構構是為適應某某種環(huán)境而而形成的特特殊表面結結構，如：：膜骨架、、鞭毛、纖纖毛及微絨絨毛等，分分別與細胞形態(tài)的維持、細胞運動、細胞的物質交換等功能有關關。骨架與細胞胞表面的特特化結構膜骨架指細細胞膜下與與膜蛋白相相連的由纖纖維蛋白組組成的網(wǎng)架架結構(meshwork)，它參與維持持質膜的形形狀并協(xié)助助質膜完成成多種生理理功能。它它的特點是是粘質性高高，有較強強的抗拉能能力。一、膜骨架架二、紅細胞胞（一）紅細細胞的生物物學特性哺乳動物成成熟的紅細細胞沒有細胞核和內膜系統(tǒng)，細胞膜既既有良好的彈性性又有較高高的強度，，并且細胞胞膜和膜骨骨架的蛋白白比較容易純化、、分析。紅紅細胞經(jīng)過過低滲處理理，質膜破破裂，內容容物釋放，留下下一個保持持原形的殼殼，稱為血影。因此，是是研究膜骨骨架的理想材材料。（二）紅細細胞質膜蛋蛋白及膜骨骨架血影SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、錨蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白、帶4.1蛋白、肌動蛋白和血型糖蛋白。改變處理的離子強度：血影蛋白和肌動蛋白條帶消失，血影的形狀改變，膜的流動性增強。用Triton—100處理：帶3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形狀基本不變。用非離子去垢劑處理：所有的脂質和血型糖蛋白及大部分帶3蛋白消失，血影的形狀基本不變。膜骨架蛋蛋白主要成分分包括：：血影蛋蛋白、肌肌動蛋白白、錨蛋蛋白和帶4.1蛋白等等。植物細胞胞壁（cellwall））植物細胞胞壁的組成植物細胞胞壁的功功能增加細胞胞強度，，提供支支持功能能；信息儲存存庫的功功能：產(chǎn)產(chǎn)生多種種寡糖素作為信信號物質質，或抵抵抗病、、蟲害，，或作為細細胞生長長和發(fā)育育的信號號物質。。纖維素分分子纖維素微微原纖維維（microfibril）,為細胞壁壁提供了了抗張強強度半纖維素素（hemicellulose）:木糖、半半乳糖和和葡萄糖糖等組成的的高度分分支的多多糖介導微原原纖維連連接彼此此連接或或介導微微原纖維維與其它基質成成分（果果膠質））連接果膠質（（pectin））：含有大量量攜帶負負電荷的的糖，結結合Ca2+等陽離子子,被高高度水化化形成凝凝膠果膠質與半纖纖維素橫向連連接,參與細細胞壁復雜網(wǎng)網(wǎng)架的形成。。伸展蛋白(extensin)：糖