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细胞生物学复习资料第一章绪论一、细胞生物学定义及其主要研究内容（名词解释）细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微/超微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。二、细胞生物学的发展史（代表人物及其发现）1、细胞的发现。胡克利用自制显微镜发现了细胞。2、细胞学说的建立及其意义。施莱登和施旺共同提出细胞学说3、细胞学的经典时期4、实验细胞学时期。摩尔根建立基因学说。5、细胞生物学学科的形成与发展第二章一、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都由细胞构成（除病毒是非细胞形态生命体外），细胞是构成有机体的基本单位（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位。细胞生命活动以物质代谢为基础；以能量代谢（ATP）为动力；以信息调控为机制。（三）细胞是有机体生长与发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性（五）没有细胞就没有完整的生命（病毒也适合）。结构破坏的细胞不能生存；单独的细胞器不能长期培养。二、细胞的基本共性1、所有的细胞都有相似的化学组成2）所有细胞表面均有细胞膜（磷脂双分子层+镶嵌蛋白质）3）均含有DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体4）均含有核糖体（合成蛋白质）5）所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂三、原核细胞的基本特征1、遗传的信息量小，一个环状DNA构成；2、细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。原核生物的代表：支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻等四、原核生物与真核生物的比较1、原核细胞与真核细胞基本特征的比较2、原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较第三章一、三种显微技术的基本用途1、光学显微镜技术：a.普通复式光学显微镜技术:b.荧光显微镜技术：在光镜水平用于特异蛋白质等生物大分子的定性定位.c.激光扫描共焦显微镜技术：显示细胞样品的立体结构d.相差显微镜：用于观察活细胞e.微分干涉显微镜：适于研究活细胞中较大的细胞器。f.录像增差显微镜技术：研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动。2.电子显微镜技术：A.透射电镜：用于对样品内部或切片的观察B.扫描电镜：用来观察样品表面的形貌特征3.扫描隧道显微镜：用于直接观察DNA、RNA和蛋白质等生物大分子及生物膜、病毒等结构。二、细胞培养与细胞工程（概念）1、细胞培养：也叫细胞克隆技术，是当前细胞生物学乃至整个生命科学研究与生物工程中最基本的实验技术。它包括原核生物细胞（如：细菌）、真核单细胞（如酵母、四膜虫等）、植物细胞与动物细胞的培养以及与此密切相关的病毒的培养。2、细胞工程：是在细胞水平上的生物工程，是指应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。第四章一、生物膜1、细胞膜的结构模型（流动镶嵌模型）一种关于生物膜的动态结构模型，脂质和膜蛋白是可流动的，它们通过在膜内的运动与其他膜分子发生相互作用。发展：蛋白质-脂质-蛋白质的三明治式的质膜模型———单位膜模型———流动镶嵌模型———脂筏模型2、膜的化学成分化学成分类型功能膜脂磷脂糖脂胆固醇1、构成膜的基本骨架2、是膜蛋白的溶剂3、可为某些膜蛋白（酶）维持构象、表现活性提供环境4、膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。膜蛋白整合膜蛋白外周膜蛋白脂锚定膜蛋白1、可作为“载体”而将物质转运进出细胞2、作为激素或其他化学物质的专一受体3、膜表面还有各种酶，使专一的化学反应能在膜上进行4、细胞的识别功能膜糖糖脂糖蛋白1、提高膜的稳定性2、维持膜蛋白正确构想3、细胞识别与粘着3、生物膜基本特征与功能（1）膜的流动性：膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态，称膜的流动性，是细胞生命活动的必要条件。（不耗能）质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之若流动性过高，又会造成膜的溶解。影响因素：1）胆固醇含量：含量越多，膜流动性↑（双重影响综合）2）脂肪酸链的链长及饱和度：脂肪酸链越短，越不饱和，相变温度↓，膜流动性↑3）卵磷脂/鞘磷脂：比例越高，膜流动性↑（鞘磷脂粘度高于卵磷脂）4）其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。（2）膜的不对称性：质膜内外两层的组分和功能的差异。包括：1）质膜各部分的不对称：细胞外表面（ES）；原生质表面（PS）；细胞外小页断裂面（EF）；原生质小页断裂面（PF）。2）膜脂的不对称性：同一种膜脂分子在脂双层中呈不均匀分布3）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；细胞质面的蛋白一般比外表面少，一些受体多处于外表面。4）膜糖（复合糖）的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，是完成其生理功能的结构基础。二、膜骨架功能：膜骨架是细胞质膜与膜内的骨架纤维形成的复合结构，它参与维持细胞的形态、并协助细胞质膜完成多种的生理功能。第五章一、物质跨膜运输的形式三种形式：（1）被动运输：:高浓度向低浓度方向的跨膜转运。动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。简单扩散：氧气、水、苯等协助扩散：单糖、核苷酸、AA、脂类分子、ATP、离子（2）主动运输：逆浓度梯度或电化学梯度，由浓度低的一侧向高的一侧进行跨膜转运的方式（耗能）。典型代表：Ca2+、Na+、K+、H+（3）胞吞与胞吐作用：蛋白质、细菌、细胞碎片、液滴（脂滴）。二、协同转运同时转运两种或两种以上物质称为协同转运（耦联运输）。典型代表：小肠上皮细胞吸收葡萄糖。三、钠-钾泵的工作原理胞内：Na+与α亚基结合→ATP水解产生Pi→α亚基磷酸化变构→泵出3个Na+胞外：K+与α亚基另一位点结合→α亚基去磷酸化，变构→泵进2个K+1000次/秒高速运转，每个循环消耗1个ATP分子，泵出3个Na+，泵进2个K+四、胞饮作用与吞噬作用胞吞作用根据形成的胞吞泡大小和胞吞物质性质分为：1）吞噬作用（包吞物为颗粒物质，如细胞碎片、细菌）2）胞饮作用（包吞物为溶液或极小颗粒物质，形成囊泡较小）胞饮作用与吞噬作用的主要区别：特征膜泡大小转运方式参与细胞胞饮作用＜150nm连续发生过程所有真核细胞吞噬作用＞250nm需受体介导的信号触发过程免疫细胞五、胞吐作用1、两种途径：组成型胞吐途径：糙面内质网→高尔基体反面管网区→分泌泡→细胞表面调节型胞吐途径：特化的分泌细胞分泌产物（激素、粘液、消化酶等）→储存在特化的分泌细胞→相应的胞外信号刺激→分泌2、生理意义：对质膜的更新和维持细胞的生存与生长是必要的。第六章一、线粒体各结构的名称及功能二、总的功能（细胞氧化过程）1、线粒体主要功能是进行三羧酸循环和氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。部位功能外膜磷脂的合成；脂肪酸链去饱和；脂肪酸链延伸内膜电子传递；氧化磷酸化；代谢物质运膜间隙核苷的磷酸化（ADP→ATP）基质丙酮酸氧化；TCA循环；脂肪的β氧化；DNA复制；RNA合成；蛋白质合成2、真核细胞中糖类、蛋白质和脂肪的氧化代谢概况第七章一、细胞内膜系统和功能（1）内质网1）形态结构：分为粗/糙面型内质网（RER）和光/滑面型内质网（SER）。RER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔，有核糖体附着，可合成分泌蛋白和膜蛋白。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着，是脂质合成的重要场所。细胞中不含单独的的光面内质网，仅是内质网连续结构的一部分。2）内质网的功能：1、蛋白质的合成；2、蛋白质的修饰与加工；3、新生肽链的折叠、组装和运输3）内质网的其它作用（SER）：1、合成磷脂、胆固醇等膜脂；2、解毒；3、参与甾体类激素的合成；4、调节血糖浓度；5、储存钙离子；6、支撑作用。（2）高尔基体1）形态结构：高尔基体由数个扁平囊泡堆叠形成的有高度极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形。扁平囊直径约1um，单层膜构成，中间为囊腔，周缘多呈泡状，4~8个扁平囊在一起（某些藻类可达一二十个），构成高尔基体的主体，即高尔基体堆。高尔基复合体由平行排列的扁平膜囊、大囊泡和小囊泡等三种膜状结构所组成。它有两个面:形成面/顺面和成熟面/反面，来自内质网的蛋白质和脂从形成面逐渐向成熟面转运。2）高尔基体的功能：将内质网合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。1、蛋白质和脂的运输；2、蛋白质的糖基化；3、蛋白聚糖的合成；4、蛋白原的水解（蛋白质在高尔基体中酶解加工）；5、蛋白质的分选。（3）溶酶体1)形态结构：单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状（小球形）细胞器，主要功能是进行细胞内消化。2)溶酶体的功能：1、防御功能—吞噬作用；2、自噬作用；3、自溶作用3）溶酶体的其它作用：1、在分泌蛋白质激素和分泌类固醇的细胞中，溶酶体参与激素分泌的调节2、作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养：降解内吞的血清脂蛋白，获得胆固醇等营养成分。3、细胞外的消化作用（extracellulardigestion）：精子的顶体参与受精作用（fertilization）二、信号假说G.Blobel等1975年提出信号假说（Signalhypothesis），认为蛋白质N端的信号肽，指导分泌性蛋白转至内质网上合成，边合成边进入内质网腔，在蛋白质合成结束前通常被切除，因此获1999年诺贝尔生理医学奖。信号肽一级序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三个区域构成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，两者的n区长度明显不同。信号肽假说的基本内容：信号肽的一级序列N端疏水核心C端新生多肽链信号肽信号识别颗粒细胞质基质三、膜泡运输1、细胞内膜系统间的物质传递常通过膜泡运输方式进行。各类运输泡能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。大多数运输小泡在膜的特定区域以出芽的方式产生，其表面有由蛋白质构成的外/衣被（coat），故称衣/有被小泡，这种衣被在有被小泡与靶细胞器的膜融合前解体。2、常见的有被小泡有三种类型：①网格蛋白有被小泡（选择性运输）：高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成的发源地相关的蛋白质运输途径：①高尔基体TGN→质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输②受体介导的细胞内吞途径中：质膜→内吞泡（细胞质）→胞内体→溶酶体运输②COPI有被小泡（顺向运输）：介导从内质网到高尔基体的物质运输（顺向运输），Sar1-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配。1、COPⅡ外被由含多个亚基的蛋白复合物.2、COPⅡ有被小泡在内质网上形成的部位没有核糖体，称为内质网出口。3、大多数跨膜蛋白是直接结合在COPII衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COPII衣被结合。4、COPII有被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩③COPII有被小泡（逆向运输）：1、COPI是胞质溶胶蛋白复合物2、负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网3、COPI有被小泡在非选择性的批量运输中行使功能。4、小结：细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式:1）网格蛋白包被小泡：介导从高尔基体TGN→质膜和胞内体及溶酶体的运输；受体介导的内吞作用；2）COPII有被小泡：介导从ER→高尔基体的顺向运输；3）COPI有被小泡：负责从高尔基体→ER的逆向运输。由ER到高尔基体和/或从高尔基体的顺面→反面的物质转运中也可能涉及到COPI有被小泡的作用。膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控。1）膜泡融合是特异性的选择性融合，保证运输小泡到达正确的目的地2）选择性融合基础在于供体与受体间膜蛋白（SNAREs）的特异性相互作用第八章一、细胞通讯的主要方式1、细胞间隙连接（动物细胞）/胞间连丝（植物细胞）；2、细胞间接触依赖性通讯