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细胞生物学生物奥赛辅导授课人：杨化涛细胞学部分比值：20%主要内容：细胞的化学成分细胞的结构与功能细胞代谢细胞分裂。学习方法：掌握运用必修1内容掌握理解奥赛教材内容细胞部分内容介绍1．细胞的发现1665年英国物理学家罗伯特·虎克用他自制的显微镜观察栓皮栎的软木切片时，看到了一个个蜂窝状的小室。他把这样的“小室”称为细胞（死细胞）。2．细胞学说的建立德国植物学家施莱登于1838年提出了细胞学说的主要论点，次年又经德国动物学家施旺加以充实，最终创立了细胞学说。细胞学说的主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位（一）细胞生物学的发展（三）细胞的形态与大小1.细胞概念：细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。2．细胞的大小：μm（显微结构和亚显微结构）在显微技术和电镜技术中常用的单位有：微米（μm或μ）、纳米（nm）和埃三种。1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010Å影响细胞大小的因素：1.细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限；2.细胞的相对表面积与细胞大小有关；3.细胞内物质的交流与细胞大小有关。3.原生质：细胞内所含有的生活物质，真核细胞包括细胞质和细胞核。（注意与原生质层的区别）57细胞膜(cellmembrane)又称质膜（plasmamembrane），是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。细胞膜只是真核细胞生物膜的一部分，真核细胞的生物膜（biomembrane）包括细胞的内膜系统（细胞器膜和核膜）和细胞膜（cellmembrane）。1．细胞膜/生物膜（1）质膜的化学组成细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，蛋白质约占膜干重的20%～70%，脂类约占30%～80%，此外还有少量的糖类。比例的不同与其功能相适应。（四）真核细胞的亚显微结构（2）质膜的分子结构模型三明治模型流动镶嵌模型脂质体脂质体（liposome）是根据磷脂分子在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的一种人工膜。脂质体可用于细胞膜的研究；转基因；疾病的诊断及治疗。二、膜蛋白膜蛋白是膜功能的主要体现者。核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分为内在（integralprotein）、外周蛋白（peripheralprotein）和脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）。（一）内在蛋白（integralproteins）内在蛋白又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部，有的为全跨膜蛋白（tansmembraneproteins）。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多个α螺旋组成亲水通道；而是由β折叠组成亲水通道。细胞膜的结构模型及特点一、细胞膜结构的研究历史1.E.Overton1895推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E.Gorter&F.Grendel1925推测细胞膜由双层脂分子组成。3.J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。4.J.D.Robertson1959用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出”流动镶嵌模型”。二、质膜的流动镶嵌模型的特点组成成分：主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。不对称性：蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。流动性：膜蛋白和膜脂可作各向运动。膜脂的分子运动1侧向扩散运动2旋转运动3摆动运动4伸缩震荡运动5翻转运动6旋转异构化运动2.影响膜流动的因素规律点拨主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。可用荧光标记技术检测膜蛋白的流动性。3．膜蛋白的流动细胞融合技术观察蛋白质运动质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。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，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。4．膜流动性的意义膜的不对称性冰冻蚀刻研究不对称型亦称冰冻断裂。标本置于干冰或液氮中冰冻。然后断开，升温后，冰升华，暴露出了断面结构。向断裂面上喷涂一层蒸汽碳和铂。然后将组织溶掉，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜（replica）。AYeastCell（三）、细胞膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排除,其中伴随着能量的传递;提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。Fig.cAMP信号通路对基因转录的激活信号分子与受体结合通过G蛋白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内cAMP浓度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亚基）转为进入细胞核，使基因调控蛋白（cAMP应答结合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。细胞表面的特化结构是为适应某种环境而形成的特殊表面结构，如：膜骨架、鞭毛、纤毛及微绒毛等，分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。骨架与细胞表面的特化结构膜骨架指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构(meshwork)，它参与维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。它的特点是粘质性高，有较强的抗拉能力。一、膜骨架二、红细胞（一）红细胞的生物学特性哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜系统，细胞膜既有良好的弹性又有较高的强度，并且细胞膜和膜骨架的蛋白比较容易纯化、分析。红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物释放，留下一个保持原形的壳，称为血影。因此，是研究膜骨架的理想材料。（二）红细胞质膜蛋白及膜骨架血影SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白和血型糖蛋白。改变处理的离子强度：血影蛋白和肌动蛋白条带消失，血影的形状改变，膜的流动性增强。用Triton—100处理：带3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形状基本不变。用非离子去垢剂处理：所有的脂质和血型糖蛋白及大部分带3蛋白消失，血影的形状基本不变。膜骨架蛋白主要成分包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和带4.1蛋白等。植物细胞壁（cellwall）植物细胞壁的组成植物细胞壁的功能增加细胞强度，提供支持功能；信息储存库的功能：产生多种寡糖素作为信号物质，或抵抗病、虫害，或作为细胞生长和发育的信号物质。纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril）,为细胞壁提供了抗张强度半纤维素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖介导微原纤维连接彼此连接或介导微原纤维与其它基质成分（果胶质）连接果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15％，糖的总量约占65％。木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增加了细胞壁的强度与抗降解植物细胞壁的组成