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临心爽（10）1前言：细胞生物重点自制版本，仅供参考，我已经把我认为的全部的重点都打了……建议部分知识点参照书上的图记忆。记得还要考实验题的电镜照片，老师已经给了课件的喔。第一章：细胞最早于1665年由英国科学家R·Hooke发现。细胞生物学是从细胞的显微（利用显微镜技术）、亚显微（利用电子显微镜技术）和分子（常用分子生物学技术和生物物理学方法）三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。细胞生物学发展的主要阶段：细胞的发现与细胞学说的创立，光学显微镜下的细胞学研究，实验细胞学阶段，亚显微结构与分子水平的细胞生物学。M.J.Schleiden和T.Schwann提出细胞学说（细胞是生物的基本单位）R.Virchow补充了细胞学说（提出“一切细胞只能来自原来的细胞”，机体的一切病理现象都基于细胞的损伤。）第二章：细胞的5个特点：①细胞是构成有机体的基本单位；②细胞具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基本单位；③细胞是有机体生长与发育的基础；④细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性；⑤没有细胞就没有完整的生命。所有生物体的细胞都由一个共同的祖先细胞进化而来；支原体是最小最简单的细胞；细菌是原核细胞的典型代表；古细菌多生活在极端环境中。光镜下的真核细胞（显微）：细胞膜、细胞质和细胞核（可看到核仁）电镜下的真核细胞（亚显微）：内质网、高尔基复合体、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体等膜性细胞器以及微丝、微管、中间纤维等骨架系统。在细胞核中可看到染色质、核骨架。生物膜系统（以脂质和蛋白质成分为基础）：以生物膜为基础而形成的一系列膜性结构或细胞器（具有相似的单位膜结构，即电镜下两暗夹一亮）（表）原核细胞与真核细胞比较特征原核细胞真核细胞细胞骨架有细胞骨架相关蛋白有DNA量（信息量）小大DNA分子结构环状线状染色质或染色体仅有一条裸露DNA，不与组蛋白结合，但可与少量类组蛋白结合有2个以上与组蛋白和酸性蛋白结合的DNA分子，以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体基因结构特点无内含子，无大量DNA重复序列有内含子和大量DNA重复序列转录与翻译同时进行（在胞质内）核内转录，胞质内翻译转录与翻译后大分子的加工与修饰无有细胞分裂无丝分裂有丝分裂，减数分裂，无丝分裂原核细胞主要结构特点：缺少由膜包围的核以及内膜系统和细胞骨架。古核细胞：形态结构与遗传结构装置上和原核细胞相似，但有些分子进化特征更接近真核细胞。临心爽（10）2病毒：DNA病毒（DNA+蛋白质），RNA病毒（RNA+病毒）类病毒（仅RNA）朊病毒（蛋白质）原生质（组成细胞的物质）主要元素：C、H、O、N。生物小分子，包括水（细胞中含量最多，包括游离水以及以氢键结合的结合水）无机盐（离子状态，游离或与蛋白质或脂类结合）和单糖（细胞能源和多糖的亚基）脂肪酸（细胞膜的组分）氨基酸（蛋白质亚基）核苷酸（核酸亚基）。生物大分子，核酸（DNA携带着控制细胞生命活动的全部信息，RNA与信息的表达有关）、蛋白质和多糖。核苷酸：由戊糖、碱基（含氮有机碱）和磷酸三部分组成；碱基包括A（腺）G（鸟）C（胞）T（胸腺）U（尿），另外还有修饰碱基（稀有碱基，即在碱基的某些位置附加或取代某些基因，绝大部分分布在RNA上）核苷酸产生过程：碱基与戊糖形成核苷，再与磷酸以酯键连接（有时磷酸可与核苷的2个羟基形成酯键，形成环化核苷酸）第二信使分子：3`，5`-环化鸟苷酸（cGMP）3`，5`-环化腺苷酸（cAMP）核苷酸之间以3`，5`磷酸二酯键相连接。Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构易受环境特别是湿度的影响，低湿度时A型（右手螺旋）高湿度时B型。DNA主要功能：储存、复制和传递遗传信息。基因组：一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DAN的总和。（表）各种RNARNA（发夹结构）种类存在部位功能信使RNA（mRNA）细胞核与细胞质，线粒体（mtmRNA）蛋白质合成模板核糖体RNA（rRNA）细胞核与细胞质，线粒体（mtrRNA）核糖体组成成分转运RNA（tRNA）细胞核与细胞质，线粒体（mttRNA）转运氨基酸，参与蛋白质合成小核RNA（snRNA）细胞核参与mRNA前体的剪接、加工小核仁RNA（snoRNA）细胞核参与rRNA的加工与修饰微小RNA（miRNA）细胞核与细胞质基因表达调节核酶（有酶活性的RNA）细胞核与细胞质催化RNA剪接蛋白质：通常由20种氨基酸组成，氨基酸为两性电解质（带负电荷的酸性氨基酸（谷、天冬）带正电荷的碱性氨基酸（精、赖、组）不带电荷的中性极性/非极性氨基酸四类）酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸的磷酸化和去磷酸化在蛋白质执行信息传递功能过程中起主要作用。肽键：氨基与羧基脱水缩合而成的化学键。蛋白质功能的发挥与其构象的不断改变密切相关（如蛋白质的磷酸化与去磷酸化）。酶：特异性和高效性由酶分子中的某些氨基酸残基的侧链基团所决定的。这些氨基酸残基通过多肽链折叠相互接近形成酶活性中心（变构酶具有结合变构剂的变构位点。）第三章：普通光学显微镜的分辨极限（能够区分相近两点的最小距离称为分辨率）是0.2um。分辨率公式以及如何算上述0.2um分辨极限请参照P32（白光波长0.5um，油镜折射率1.5）提高分辨率：增加照明光源的波长（光不能用来检测比它本身波长短得多的结构细节）；使用油镜；光学显微镜（由照明系统，机械装置和光学放大系统组成）的最大放大倍数=人眼分辨率/临心爽（10）3光镜分辨率荧光显微镜可以呈现强反差的彩色图像；相差显微镜用于观察活细胞；共聚焦激光扫描显微镜可以提供高清晰的彩色三维图像；透射电子显微镜用于观察样本表面结构，即细胞的超微结构。扫描电子显微镜用于观察生物样品表面的立体结构。离心：分离和提取细胞亚显微结构和大分子。差速离心法是分离细胞核与细胞质常用的方法。密度均一的介质中，颗粒越大沉降越快。（低速→高速）细胞核和没破坏的细胞→线粒体→封闭小泡→核糖体。细胞化学技术：一类将细胞形态观察和组分分析相结合的分析方法，是在保持组织原有结构的情况下利用生物大分子、小分子、无机离子的物理、化学特性来研究它们在细胞内的分布、数量及动态变化，包括酶细胞化学技术、免疫细胞化学技术、原位杂交技术、放射自显影技术等。第四章：生物膜：细胞膜（质膜）和细胞内膜系统。单位膜：电镜下呈“两暗一明”的铁轨样形态。细胞膜：主要由脂类、蛋白质和糖类组成。蛋白质通过非共价键与脂类结合，糖类多以复合物的形式存在，通过共价键与脂类或蛋白质结合。此外还有少量水，无机盐和金属离子等。（一）膜脂（细胞膜上的脂类）主要有三种类型：磷脂（最多）、胆固醇和糖脂磷脂具有亲水头和疏水尾，被称为双亲性分子或兼性分子。可分为甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇，均以甘油为骨架。鞘磷脂是细胞膜上唯一不以甘油为骨架的磷脂（用鞘氨醇代替甘油）其代谢产物中神经酰胺是主要的第二信使，1-磷酸鞘氨醇在胞外通过G耦联蛋白受体起作用，胞内与靶蛋白直接作用。胆固醇在膜中分布于膜脂之间，也是双亲性分子，对调节膜的流动性和加强膜的稳定性具有重要作用。糖脂位于质膜的非胞质面。膜脂在水中形成的脂质体可用于：膜功能的研究；体内药物或DNA的运输载体。脂双层特点：自组装；构成分隔两个水环境的屏障；自然界的脂双层是粘滞的二维流体，使细胞膜具有流动性。（二）膜蛋白分为内在膜蛋白、外在膜蛋白和脂锚定蛋白。（参照P68图）内在膜蛋白（跨膜蛋白）含量最多，两亲性分子，分为单次跨膜，多次跨膜和多亚基跨膜蛋白。大多数跨膜蛋白跨膜域都是a-螺旋构象，也有的是B-折叠片层构象（多次穿过质膜，形成B筒）外在膜蛋白（外周蛋白，如红细胞的血影蛋白和锚蛋白，细胞色素C）通过非共价键间接与膜结合，为水溶性蛋白，与膜的结合较脆弱。脂锚定蛋白（脂连接蛋白）以共价键与脂双层内的脂分子结合。有2种结合形式：①通过共价键直接被锚定在脂双层上（与细胞从正常向恶性状态转化有关）②通过与寡糖链共价结合而锚定在质膜上（有利于结合更多蛋白质，有利于更快结合胞外分子和产生反应）（注：在信号转导中起重要作用的G蛋白是脂锚定蛋白）临心爽（10）4分离内在膜蛋白，一般常使用去垢剂（十二烷基磺酸钠，TritonX-100）（三）质膜上所有的糖链都朝向细胞表面。小分子的跨膜运输（脂溶性分子和不带电的小分子能自由扩散通过质膜；绝大多数溶质分子和离子高度不通透）：简单扩散、离子通道扩散、易化扩散和主动运输。简单扩散（高浓度→低浓度），又称被动扩散，不需跨膜运输蛋白协助，不需能量，如脂溶性物质，O2、CO2、NO和H2O。被动运输，分离子通道扩散（需通道蛋白）和易化扩散（需载体蛋白）2种（2种蛋白均为跨膜蛋白，合称为膜转运蛋白）顺梯度运输，不需能量，需要蛋白。其中，载体蛋白既能介导易化扩散又可介导主动运输；通道蛋白只能介导顺电化学梯度的被动运输。离子通道扩散，分配体门控通道（如乙酰胆碱）电压门控通道，应力激活通道。进行易化扩散的物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等。主动运输：低浓度→高浓度，需载体蛋白和能量，分ATP直接供能和ATP间接功能。ATP直接供能：Na+-K+泵和Ca2+泵ATP间接供能：离子浓度驱动的协同运输，由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP的主动运输方式。分为同向运输（葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、氨基酸进入小肠上皮细胞）与对向运输（大多数生长因子）在这种运输方式中，物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度，而维持这种离子电化学梯度则是通过Na+-K+泵（或H+泵）消耗ATP所实现的。（可参照P84图）大分子和颗粒物质的跨膜运输（胞吞胞吐，为主动转移，需耗能）吞噬作用（对细菌）；胞饮作用（对溶质或液体）；受体介导的内吞作用。受体介导的内吞作用：（建议参照P87图）细胞通过受体的介导摄取细胞外专一性蛋白质或其他化合物的过程。为细胞提供了可选择和高效地摄取细胞外大分子物质的方式，能使细胞特异地摄取细胞外含量最低的成分，而不需要摄入大量的细胞外液。受体集中在有被小窝（具有选择受体的功能）有被小窝凹陷处含有网格蛋白和衔接蛋白。网格蛋白包被有被小窝有2个作用（捕获膜上的受体使其聚集于有被小窝内；牵拉质膜向内凹陷，形成有被小泡）衔接蛋白参与包被的形成并起连接作用，具有网格蛋白所没有的特异性。过程：细胞外溶质（配体）同有被小窝处的受体结合形成配体-受体复合物，网格蛋白聚集在有被小窝的胞质侧，有被小窝形成后进一步内陷，与质膜断离后形成有被小泡（外表面包被由网格蛋白组成的笼状篮网结构）进入细胞，再脱去包被变成表面光滑的无被小泡，继而与早期内体融合。（此过程中需要一种小分子GTP结合蛋白----发动蛋白，作用是将有被小泡从质膜上切离下来）特例：受体介导的LDL内吞作用：LDL：胆固醇在肝脏中合成并包装成的低密度脂蛋白。过程：LDL与有被小泡处的LDL受体结合，有被小窝凹陷、缢缩形成有被小泡进入细胞；有被小泡脱去外被（网格蛋白）形成无被小泡；无被小泡与内体融合，内体膜上有H+泵，在内体酸性环境下LDL与受体解离，受体经转运囊泡又返回质膜，被重新利用；LDL被内体性溶酶体中的水解酶分解，释放出游离胆固醇。胞吐：结构性分泌和调节性分泌。细胞膜的特性：（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性：临心爽（10）5膜脂、膜蛋白、膜糖（朝向非胞质面）不对称性（二）膜的流动性是膜功能活动的保证膜脂双分子层是二维流体膜脂分子能进行多种运动（侧向扩散运动、翻转运动、旋转运动、伸缩和振荡运动和烃链的旋转异构运动）多种因素影响膜脂的流动性（脂肪酸链的饱和程度、脂肪酸链的长短、胆固醇的双重调节作用、卵磷脂与鞘磷脂的比值和膜蛋白的影响）膜蛋白的运动性（侧向扩散、旋转运动）流动镶嵌模型：S.JonathanSinger和GarthNicolson提出，认为膜中脂双层构成膜的连贯主体，既具有晶体分子排列的有序性，又具有液体的流动性。它是一种动态的，不对称的流动性结构。强调了膜的流动性和不对