第一講緒論
一．細胞生物學研究的內容與現(xiàn)狀
1． 研究對象――細胞（cell）
細胞是一切生物體的形態(tài)結構和生命活動的基本單位，在生命物質進化中處于中心地位。生命進化示意：粒子－原子－分子－大分子－細胞器－細胞－組織－器官－系統(tǒng)－個體－群體
2． 學科名稱的演變
50-60 年代，稱為細胞學（cytology）， 利用光學顯微鏡對細胞的結構、功能和生活史進行研究，主要集中于靜態(tài)描述；70 年代以來，發(fā)展成為系統(tǒng)學科--細胞生物學（cell biology）
， 利用光學顯微鏡、電子顯微鏡和冰凍蝕刻等方法，從細胞的整體活動水平、亞細胞水平和分子水平對細胞和細胞器的結構與功能，進行研究，以動態(tài)的觀點來探索細胞的基本生命活動。
1976 年， 在美國波士頓召開了第一次“細胞生物學”會議，標志了細胞生物學的誕生。
當前，逐漸與分子生物學結合，向分子水平發(fā)展。二．細胞生物學的發(fā)展簡史
細胞大�。骸�30μm
肉眼觀察：≥100μm
1． 細胞的發(fā)現(xiàn)
1590 年，第一架復式顯微鏡由荷蘭眼鏡制造商詹森
（H.和Z.Janssen ）父子制造，放大倍數(shù)為10-30 倍，能觀察昆蟲跳蚤之類的生物，故俗稱“跳蚤鏡”；1665 年，英國人羅勃特·胡克（Robert.Hooke） 發(fā)表了《顯微圖譜》一書，書中第一次描繪了細胞的形態(tài)，他所用的自制顯微鏡放大倍數(shù)為40-140 倍，觀察到了植物死細胞的壁（cell-小室）；1674 年,荷蘭人列文胡克（A.V.Leeuwenhoek ）第一次觀察到了活細胞，他所用的顯微鏡放大倍數(shù)為250-500 倍。
 
2． 細胞學說的創(chuàng)立19 世紀30 年代，顯微技術提高至1μm 以內，同時切片機的研制成功，促進了顯微解剖學
的發(fā)展，提高了人們對細胞的認識。
1831 年，Robert Brown 發(fā)現(xiàn)了細胞核；
1833 年，施萊登（M.J.sehleiden ）提出了細胞核核仁的概念；
1839 年，浦金野（Purkinji ）提出了細胞原生質的概念；
1838-1839 年， 施萊登和施旺提出了細胞學說，主要內容為：（1） 細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發(fā)育而來， 并由細胞和細胞產物所構成--結構單位；（2） 每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它自己的生命，又對與其它細胞共同組成的整體生命有所助益--功能單位；（3） 新的細胞可通過老的細胞繁殖產生。
細胞學說、1859 年達爾文確立的進化論和1866 年孟德爾的確立的遺傳學被認為是現(xiàn)代生物學的三大基石。
3． 細胞超顯微結構的興起光學顯微鏡時代，分辨率：0.2μm， 細胞結構中發(fā)現(xiàn)了高爾基器、線粒體、中心體等， 對細胞結構的復雜性有了更深入了了解。
 
1933 年， 西門子公司制造了第一架電子顯微鏡，分辨率：50nm ，該分辨率下不僅描繪了細胞的超微結構， 也反映出細胞活動的動態(tài)觀點。電鏡技術的發(fā)展， 使科學家側重于細胞的超微結構和分子結構水平的研究，細胞學發(fā)展到一新階段--細胞生物學。
 
4． 現(xiàn)代細胞生物學和分子生物學的興起
 

1983 年，原子直觀超高分辨率分析電子顯微鏡，放大倍數(shù)達1 億倍，可觀察到細胞基質（cell matrix） 中的結構如細胞骨架、微管、微絲等。而1990 年研制成功的掃描隧道顯微鏡則可直接觀察到噬菌體（phage）DNA 的三鏈瓣狀纏繞結構。伴隨著這些技術的發(fā)展，人們越來越重視從分子結構來揭示細胞生命活動的機理，即形成了“分子生物學”這一學科。分子生物學和細胞生物學的相結合，把細胞的生命活動同亞細胞成分的分子結構變化聯(lián)系起來，是現(xiàn)代細胞生物學的基本特征。三．細胞生物學與其他學科的關系
細胞生物學是生物學是生物學的一門分支學科，它聯(lián)系著生物學科的許多分支學科，也是這些學科的基礎。四．細胞的基本概念
 
1． 細胞的基本特征生命活動最基本三要素：基因組；質膜；完整代謝機構細胞區(qū)別于無機界的最主要特征：結構上的自我裝配；生理活動中的自我調節(jié)； 增殖上的自
 
我復制。
 
2． 原核細胞與真核細胞（Prokaryotic cell and Eucaryotic cell） 原核細胞：擬核；DNA；單細胞生物；無特化功能區(qū)；三類：支原體、藍藻和細菌。真核細胞：核；DNA ，基因組；膜性細胞器；功能區(qū)隔化；植物和動物。原核細胞和真核細胞基本特征的比較（A 為原核細胞，B 為真核細胞）
 
細胞壁：A. 細菌細胞壁的主要成份為氨基酸與壁酸；B. 動物細胞無，植物細胞有。主要成份為纖維素與果膠。細胞膜：A. 有（功能性）；B. 有。內質網(wǎng)：A. 無；B. 有。高爾基器：A. 無；B. 有。核糖體:A. 70S(50S 和30S)；B. 有。溶酶體：A.無；B.有。光合作用結構：A. 藍藻有葉綠素a 的膜層結構,細菌有菌色素；B. 植物有葉綠體。線粒體：A.無；B.有。細胞骨架：A.無；B.有。核膜：A.無；B.有。核仁：A.無；B.有。染色體：A. 單個環(huán)狀分子；B. 2 個以上，DNA 與蛋白質以核小體形成染色體(質)。細胞分裂方式：A. 無絲（直接）分裂；B. 有絲分裂和減數(shù)分裂。DNA 分子結構與數(shù)量:A. 環(huán)狀，1 個；B. 線狀，2 個以上。DNA 復制周期:A. 無明顯周期；B. 有�；�因組：A. 1n；B. 2n 或多倍。基因數(shù):A. 少；B.多�；�因表達調控：A. 操縱子,轉錄和翻譯偶聯(lián)；B. 多層次，核內轉錄，細胞質中翻譯，階段性和區(qū)域性。
 
3．病毒構成：芯：核酸； 殼： 蛋白； 特點：無自主代謝能力，寄生。分類：病毒在細胞內的活動：裂解；整合。類病毒（僅RNA 構成） 蛋白感染因子(Prion protein,PrP, 朊病毒) 1982 年 S.B.Prusiner 五．細胞的化學組成水(結合態(tài)和游離態(tài))； 無機離子(Ca2+ ，Mg2+ ，F(xiàn)e3+ ，Na+ ，PO43-)；有機分子(蛋白質， 脂類，糖類)。
第二講細胞質膜與細胞表面
細胞質膜（plasma membrane）：又稱細胞膜（cell membrane）， 是包圍在所有細胞表面一層極薄的膜，具有獨立的結構與功能，起著和環(huán)境分開，維持細胞內環(huán)境，物質交換， 能量和信息的傳遞等作用， 對細胞的生存、生長、分裂、分化等都極其重要。在真核生物中的細胞器也具有膜結構，這一類膜與細胞體內的物質合成、分泌、運輸、降解等有關， 被稱為細胞內膜，它們與細胞質膜統(tǒng)稱為生物膜（biology membrane）。
細胞表面（cell surface），又稱細胞外被（cell coat），是指細胞質膜外表面覆蓋的一層與質膜中蛋白質或脂類分子共價結合的粘多糖，對膜蛋白起保護作用，并且在細胞識別中起重要作用。在哺乳動物小腸上皮細胞的細胞被稱為糖萼（glycocalyx）。一．細胞膜的組成：膜脂、膜蛋白和膜糖
1．膜脂約占細胞干重的50％，主要有磷脂、膽固醇和糖脂三種，均為雙型性分子。
磷脂因所帶的堿基不同而分許多類，如磷脂酰膽堿、卵磷脂、鞘磷脂等，而每一類因脂肪酸鏈長短和飽和程度不同又分許多種，在膜中磷脂含量是比較高的。
膽固醇在真核生物的質膜中含量較多(1/3)， 結構如左圖。該化合物對調節(jié)膜的流動性有重要意義。在細菌的質膜中則無膽固醇。
糖脂的結構與磷脂相似。糖脂決定了紅細胞的ABO 血型，A 型血糖脂較O 型多一個N－乙酰半乳糖胺殘基，B 型僅多一個半乳糖殘基(B 型轉為O 型，去乳糖)。
大部分磷脂和糖脂分子在水環(huán)境中能自發(fā)的形成雙層。
其中磷脂極性很強,在水環(huán)境中分子聚焦，其極性頭部與水接觸，疏水尾部避開水向分子團的內面，形成小球形的分子團（micelles）,或成球狀體的脂質體（liposome）（ 人工膜）。
磷脂的這種特性在生物膜的體外研究種有重要意義。
而膽固醇在膜中插入與磷脂內部，極性頭部與磷脂的極性頭部結合，主要功能：A.固定磷脂
中部分脂肪酸鏈，保持細胞形態(tài)，降低水溶性分子通透性(細菌無膽固醇有細胞壁)。B.防止脂肪酸鏈的凝固，維持細胞膜的相變。
2． 膜蛋白
約占細胞干重的40％， 根據(jù)其與膜脂的相互作用方式及在膜中的排列部位不同，分為：外在性或邊周蛋白（extrinsic or peripheral protein ）與內在性或整合蛋白（intrinsic or integral protein）。
邊周蛋白與整合蛋白的比較（A 為邊周蛋白，B 為整合蛋白） 分布：A.在膜表面；B.分布在膜中或穿膜。表面活性劑（有機溶劑）洗脫：A.易；B. 劇烈條件。游離特性：A.呈水溶性，不再與膜脂成膜；
B.能自我聚合，能與膜脂成膜。二、細胞膜的分子結構

1． 流動鑲嵌模型Ⅰ細胞膜結構發(fā)現(xiàn)簡史Ⅱ主要特點：
⑴流動的脂質雙分子構成膜的連續(xù)體；
⑵蛋白質分子象一群島嶼般無規(guī)則的分散在脂質的海洋中。

2． 膜的分子不對稱性膜脂：同一種膜脂分子在膜的雙分子中分布不均糖：糖側鏈都分布在質膜的外表面（ES） 膜蛋白：每種膜蛋白分子在膜上都具有明確的方向性細胞外表面（extrocyoplasmic surface，ES） 原生質表面（protoplasmic surface,PS）
3． 膜的流動性膜脂分子的流動：側向擴散(lateral shift)； 旋轉運動(flex) ；左右擺動(flex) ；翻轉運動（flip-flop） 膜蛋白的流動：側向擴散－成斑(patching), 成帽(capping)； 旋轉運動。影響膜的流動性的因素：膜本身的組成成份、遺傳因子、環(huán)境的理化因素，其中膜的組成成份中膜脂的影響較明顯：膽固醇、不飽和鍵含量和鏈的長度、卵磷脂/鞘磷脂的比值。
4． 膜流動性的生理意義物質運輸；信息傳遞；酶活性；激素與藥物的作用；細胞增值與發(fā)育。三、細胞質膜的功能主要功能：⑴ 為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內環(huán)境； ⑵選擇性的物質運輸， 其中伴隨著能量的傳遞；⑶ 提供細胞識別位點，完成細胞內外信息跨膜傳遞；⑷為多種酶提供結合位點，使酶促反應高效有序進行；⑸介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接； ⑹質膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結構。
1． 物質運輸按運輸物質類型分:

膜泡運輸 --蛋白質、RNA； 穿膜運輸 -- Na+、K+ 。
穿膜運輸
物質穿膜的基本特點: 脂溶性、分子大小、電荷性。不同機制的穿膜運輸特點
⑴被動運輸( Passive transport ) 物質：高→低動力：濃度梯度(電或化學能)。
①簡單擴散( simple diffusion ) 無蛋白參與決定因素：分子大小，分子極性；物質對象：H2O, CO2, O2..
②協(xié)助擴散( facilitated diffusion ) 蛋白參與決定因素：特異膜蛋白協(xié)助；物質對象：極性分子, 部分無機離子、部分糖、氨基酸。

K＋通道：同源四聚體，孔道，中央孔道φ=0.3nm， 閘門，電壓感受器，選擇性濾器。葡萄糖輸運載體(glucose transporter) ：大多數(shù)哺乳動物細胞質膜上存在，保證葡萄糖從血液中擴散入細胞；五種異構體；紅血球中：分子量約為45KD ，含有12 個跨膜α-螺旋，形成一個中央孔道，不對稱地插入質膜中，葡萄糖輸運方向取決于膜兩側的葡萄糖濃度，胞漿存在的己糖激酶能迅速使之磷酸化，輸運載體再生。
⑵主動運輸 (Active transport)   ATP-driven active transport, coupling pump to ATP hydrolysis 物質：低→高；動力：ATP 、間接、光能
①離子泵 (ATPase)
從結構上主要分為P、V 和F 三類：
P 類：P 表示磷酸化，由于ATP 水解，使得輸
運蛋白磷酸化導致構象變化，改變載體蛋白與
被運離子間親和力。
Large catalytic α subunits (often two) become phosphorylated during solute transport; Smaller β subunits may regulae transport 。質膜Na+/K+泵；質膜Ca2+泵(把Ca2+排出細胞)； 內質網(wǎng)Ca2+泵(把胞漿中的游離Ca2+泵入內質網(wǎng)囊腔中)； 胃上皮酸分泌細胞H+/ K+泵(把H+ 排到細胞外而把K+泵入細胞)。Na+-K+泵：膜內在蛋白四聚體，ββαα 亞基ATP→ADP+Pi Pi 結合到α 亞基的天門氨酸殘基上。3 個Na+被跨膜泵出細胞，2 個K+被反向泵入細胞。Na+和K+都是逆濃度梯度跨膜轉運。該類離子泵是一偶聯(lián)系統(tǒng)。大多數(shù)細胞產能的三分之一，神經細胞產能的三分之二，被消耗在Na+/K+泵的運行上。膜兩側該兩離子不均分布，有利維持細胞兩側的滲透平衡。Ca2+泵：單亞基膜內在蛋白10 個a 螺旋與前a 亞基同源細胞膜和內質網(wǎng)膜維持細胞胞質中低濃度的游離Ca2+
②伴隨運輸電化學梯度共運輸和對向運輸鈉鉀泵或質子泵為基礎
2．細胞間信號轉導㈠細胞通訊與細胞識別
⑴細胞通訊（cell communication） 一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。通訊方式：①分泌化學信號進行通訊，包括內分泌（endocrine）、自分泌（autocrine）、旁分泌（paracrine）、化學突觸（chemical synapse）
；
②接觸性依賴的通訊；③間隙連接實現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)。
⑵細胞識別（cell recognition） 細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子（配體）選擇性地相互作用，而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學效應的過程。信號通路（signaling pathway）： 細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這種反應系列稱之為細胞信號通路。細胞識別是通過各種不同的信號通路實現(xiàn)的。㈡細胞的信號分子與受體
⑴信號分子（signal molecule）（見表5-3） 親脂性信號分子、親水性信號分子、氣體性信號分子(NO) 。
⑵受體（receptor）：多為糖蛋白
①細胞內受體：胞外親脂性信號分子所激活。
②細胞表面受體：胞外親水性信號分子所激活。分屬三大家族：
A ．離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linked receptor）
B．G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linked receptor）
C．酶偶連的受體（enzyme-linked receptor）
⑶第二信使（second messenger）

⑷分子開關（molecular switches )
㈢通過細胞內受體介導的信號傳遞
⑴甾類激素介導的信號通路兩步反應階段：①初級反應階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉錄的，發(fā)生迅速；
②次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用。
⑵一氧化氮介導的信號通路㈣通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞
⑴離子通道偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞
①信號途徑：
②特點：A、受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白；B、跨膜信號轉導無需中間步驟；C、主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞；D、有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性。⑵G-蛋白偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞①cAMP 信號通路
A．反應鏈激素→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→cAMP 依賴的蛋白激酶A→基因調控蛋白→基因轉錄
B．組分激活型激素受體Rs，與GDP 結合的活化型調節(jié)蛋白Gs， 抑制型激素受體Ri，與GDP 結合的抑制型調節(jié)蛋白Gi，腺苷酸環(huán)化酶。
C．分析G-蛋白活化與調節(jié)（如左圖所示）
②磷脂酰肌醇信號通路“雙信使系統(tǒng)”反應鏈
③受體酪氨酸激酶及RTK-Ras 蛋白信號通路
A．受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，
RTKs）
B．反應鏈配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→激活RTK →胞內信號蛋白→啟動信號傳導C．RTK- Ras 信號通路配體→RTK→adaptor←GRF→Ras→ Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK →進入細胞核→其它激酶或基因調控蛋白（轉錄因子）的磷酸化修鈽
⑶細胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體
①受體絲氨酸/蘇氨酸激酶；②受體酪氨酸磷酸酯酶；
③受體鳥苷酸環(huán)化酶；④酪氨酸蛋白激偶聯(lián)系的受體。兩大家族：①一是與Src 蛋白家族相聯(lián)系的受體；②二是與Janus 激酶家族聯(lián)系的受體。信號轉導子和轉錄激活子（STAT ）與JAK-STAT 途徑。㈤由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞
⑴整合蛋白與粘著斑。
⑵導致粘著斑裝配的信號通路有兩條。
⑶粘著斑的功能：①一是機械結構功能；②二是信號傳遞功能。
⑷通過粘著斑由整合蛋白介導的信號傳遞通路：①由細胞表面到細胞核的信號通路；②由細胞表面到細胞質核糖體的信號通路。㈥細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息
⑴細胞信號傳遞的基本特征：
①具有收斂（convergence ）或發(fā)散（divergence） 的特點；
②細胞的信號傳導既具有專一性又有作用機制的相似性；
③信號的放大作用和信號所啟動的作用的終止并存；
④細胞以不同的方式產生對信號的適應。
⑵蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息與信號網(wǎng)絡系統(tǒng)中的cross talk。
第三講 細胞質基質與內膜系統(tǒng)
一、細胞質基質(cytoplasmic matrix or cytomatrix )
1．基本涵義
用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質膜等細胞器或細胞結構后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。生物化學家多稱之為胞質溶膠。中間代謝有關的數(shù)千種酶類、細胞質骨架結構。細胞質基質是一個高度有序的體系；通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結構體系。細胞質基質是細胞的重要的結構成分，其體積約占細胞質的一半。肝細胞中細胞質基質及細胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比（引自Albert.1998）
細胞組分 數(shù)目 體積比
細胞質基質  1  54 
細胞核  1  6 
內質網(wǎng)  1  12 
高爾基體  Several  3 
溶酶體  300  1 
胞內體  200  1 
過氧化物酶體  400  1 
線粒體  1700  22 
2．細胞質基質的功能
⑴完成各種中間代謝過程：如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。
⑵與細胞質骨架相關的功能：維持細胞形態(tài)、細胞運動、胞內物質運輸及能量傳遞等。
⑶蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解：①蛋白質的修飾；②控制蛋白質的壽命；③降解變性和錯誤折疊的蛋白質；④幫助變性或錯誤折疊的蛋白質重新折疊，形成正確的分子構象。二、細胞內膜系統(tǒng)（endomembrane system） 定義：功能上連續(xù)統(tǒng)一的細胞內膜，包括核被膜、內質網(wǎng)、高爾基器、液泡等，是合成蛋白質、脂類、糖類的主要場所，也具有包裝和運輸合成產物和分泌產物的功能，是真核細胞所特有的結構，而原核生物中其質膜或某些類似結構完成相應的生理功能。特點：①細胞內膜系統(tǒng)是指細胞內在結構、功能及發(fā)生上相關的由膜包繞形成的細胞器或細胞結構；②真核細胞細胞內的區(qū)域化（compartmentalization）。

1．內質網(wǎng)（endoplasmic reticulum） 發(fā)現(xiàn)：1945 年，小鼠成纖維細胞，內質中的網(wǎng)狀結構形態(tài)：封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成相互溝通的網(wǎng)狀管道結構，增加了內膜表面積。類型：粗面內質網(wǎng)(rough ER) ：附著核糖體，扁囊，蛋白質合成加工；
光面內質網(wǎng)(smooth ER) ：無核糖體，小管小囊，脂類合成�；瘜W組成：質膜類似，蛋白質含量較高，標志酶:葡萄糖-6-磷酸酶功能： ①蛋白質的合成、加工修飾和轉運（rER 、信號肽假說）； ②脂類的合成（合成膜及運輸、肝細胞、sER 腔面）；③糖類的代謝（肝細胞、sER 、細胞色素450）；④解毒作用。
信號肽假說
信號識別蛋白(signal recognition particle) 信號識別蛋白受體(SRP receptor) 或�？康鞍仔盘栯乃�解酶(signal peptidase)
過程：識別→合成停止結合→合成重新開始剪切→蛋白成熟
2.高爾基器（golgi apparatus） 發(fā)現(xiàn)：1898 年，意大利,Golgi 。
3．核糖體（ribosome）
分布：rER， 線粒體，葉綠體，游離。
組成與類型:顆粒狀，無膜，蛋白質40%，rRNA60%，70S( 原核)，80S( 真核)
核糖體二聚體，多核糖體

原核生物與真核生物核糖體的比較
原核生物(S)  真核生物(S) 
完整核糖體  70S  80S 
大亞單位  50S  60S 
rRNA  23S  5S  28S 5.8S 5S 
蛋白質  L1-34  約49 種
小亞單位  30S  40S 
rRNA  16S  18S 
蛋白質  S1-21  約33 種
摻入AA 的最適[Mg 2+]  10-15mmol/L  1.5mmol/L 
S:沉降系數(shù)，測量某一物質在離心力作用時的沉降速度。

4．液泡（vacuole） 特點：一層膜圍成的球狀，與質膜、高爾基器、內質網(wǎng)等關系密切類型：
①高爾基液泡(golgi vacuole) ：高爾基反面高爾基池邊緣的小泡，含水解酶。
②溶酶體(lysosome) ：內質網(wǎng)或高爾基體形成，含水解酶。
③圓球體(spherosome)： 植物細胞的溶酶體，由內質網(wǎng)形成。
④微體(microbody) ：按所含的酶命名，如過氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體。
⑤消化泡(digestive vacuole) ：溶酶體與吞噬小體融合后形成的小泡。
⑥自噬小體(autophagic vacuole)： 一層膜將部分細胞質包圍而成，消化碎片。
⑦微體(microbody) ：按所含的酶命名，如過氧物酶體。
⑧胞飲液泡(pinocytosis vacuole)： 質膜內陷吞飲溶液或營養(yǎng)物質。
⑨吞噬小體(phagic vacuole) ：質膜內陷吞噬異體營養(yǎng)顆粒。
⑩中央液泡(central vacuole) ：植物細胞特有，起源于內質網(wǎng)。
⑾衣被小泡(coated vesicles) ：質膜內陷形成。溶酶體：概述：1955 年，鼠肝細胞，20-50nm， 酸性，溶解或消化。初級溶酶體：內質網(wǎng)或高爾基腔邊緣突出膨大分離而來，未開始進行消化。次級溶酶體：正在進行或已經進行消化作用的液泡。后溶酶體：小體已失掉酶，僅余未消化的殘渣。

溶酶體的形成：
1.溶酶體酶蛋白的成熟
2.溶酶體酶蛋白的富集
3.溶酶體的形成

溶酶體的功能：
1.內吞消化作用
2.自體吞噬作用
3.自溶作用溶酶體的作用過程： 溶酶體類疾�。� LDLrecptor（ 低密度脂受體）與心臟病

總結：
第四講細胞的能量單位
本講任務：了解細胞兩大能量單位線粒體和葉綠體的典型結構及其生理功能。
A.線粒體（Mitochondria）
發(fā)現(xiàn)
1850 年，光鏡、動物細胞、小顆粒結構；
1890 年，系統(tǒng)細胞學研究：生命小體→小顆粒與細菌相似、“內共生”；
1898 年，命名線粒體（mitos ：線，chondria ：顆粒）；
1904 年，植物細胞、活體染色進行氧化還原反應研究；
1950 年，能量代謝的兩大發(fā)現(xiàn)：三羧酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)與ATP 產生偶聯(lián)；提出能量細胞
器的概念，認為它是能量代謝的中心；
1963-1964 年，線粒體內有自身的核酸等物質；熱點：能量代謝→半自主性（結構）；
形態(tài)與結構
(1) 直徑：0.5-1μm；長:1-2μm。
(2) 數(shù)目：不同細胞中差別。
(3) 分布：需能較多的區(qū)域。
(4) 結構：內外膜構成的封閉的囊狀結構。外膜：包被線粒體內膜：外膜內側嵴(cristae) ：內膜內陷；擴增膜表面積；表面不光滑，含基粒。膜間隙：空隙基質：內部膠狀物，酶等。
化學組成
干重中：蛋白質65-70%： 可溶性→基質中的酶類、外膜上的外周蛋白等不溶性→鑲嵌蛋白、內膜上的部分酶、結構蛋白等脂類30-35% ：卵磷脂多些，膽固醇極少其它物質：金屬離子，DNA 物質等
功能
目前研究發(fā)現(xiàn)，動物細胞中80％ATP 來源于線粒體內，線粒體是糖脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。糖、脂肪在基質中酵解產生丙酮酸和脂肪酸→線粒體中成為2 碳TCA 。TCA 與氧化磷酸化偶聯(lián)。
線粒體氧化磷酸化的物質基礎和ATP 的產生
物質基礎線粒體呼吸鏈的組分
酶復合物 輔基 分子量 作用
I  NADH-CoQ 還原酶NADH 脫氫酶 FMN FeS(6)  850kD，25 種肽 質子位移遞氫
II  琥珀酸-CoQ 還原酶(琥珀酸脫氫酶)  FMN FeS(2) Hemeb  140kD，4 種肽 遞氫
III  CoQ 細胞色素c 還原酶 Hemb(2) Hemc1 FeS  500kD，9 種肽 質子位移遞氫
細胞色素c  游離處于內膜胞質面  13kD  遞氫
IV  細胞色素c 氧化酶 Hem a3(2)Hema(2) Cu(2)  300kD， 9-13  質子位移遞氫
V  ATP 合酶  F0 F1 OSCP  480-500kD 
ATP 合酶（F0 - F1 ATPase）

真核生物：頭部、膜部、柄部；原核生物：頭部、膜部。
化學滲透假說
通過內膜上的呼吸鏈組分間氫與電子的交替?zhèn)鬟f，使質子從內膜向胞質中轉移；因膜對質子不能自由通過，形成的質子動力勢能量經ATP 合酶催化驅動ADP 形成ATP 。
(見書P218 圖7-7) 電子供體電子受體質體排放H+濃度差→ATP 產生構象假說
電子傳遞過程中產生的能量不是形成含高能磷酸鍵的中間產物，而是通過蛋白質載體（ATP 合酶）構象變化形成ATP 。
半自主性
發(fā)現(xiàn)：1960 年前，DNA 存在于細胞核中；1963 年，M.Nass 和S.Nass 發(fā)現(xiàn)線粒體中的DNA； 深入研究RNA 核糖體。自主性體現(xiàn)： mtDNA ：裸露的環(huán)狀結構。RNA： 基質中的各類RNA 來源于mtDNA ；轉錄的RNA 聚合酶來源于細胞核；合成的蛋白質不是很多，5-10%；mRNA 半衰期短。蛋白質：合成元件核糖體��；AA 與tRNA 專一作用的酶與胞質中的不同；密碼子的偏愛性不同；起始密碼子與終止密碼子也不同。自主性限制：
1.合成的蛋白質只占少量,絕大部分來源于胞質；
2.某些核基因活性抑制會導致線粒體不能形成完整的呼吸鏈。兩套遺傳系統(tǒng)的相互作用
1.核質體系合成線粒體內膜的大部分蛋白,與線粒體遺傳裝置有關的酶系,運至線粒體中；
2.在上述基礎上線粒體DNA開始轉錄轉譯,同時合成反調節(jié)細胞核DNA轉錄的物質,終止細胞核對線粒體的作用。

細胞核中合成的蛋白質轉運過程
導肽：1.20-80 個AA；2.正電荷堿性AA；3.不含負電荷酸性AA；4.含較高的羥基氨基酸；
5.具有雙性的螺旋結構。受體：可與不同的導肽結合,無特異性要求,移位至線粒體內外膜接觸點。分類：1.進入外膜；2.進入基質；3.進入膜間隙和內膜。
線粒體的來源
增殖：與細胞分裂相似：1.間壁分離；2.收縮后分離；3.出芽分離。起源：內共生假說：原始真核細胞中共生細菌，支持證據(jù)：1.DNA 、mtDNA 單個裸露的環(huán)狀雙鏈分子，真核細胞多個染色體；2.蛋白質合成機制；3.形態(tài)結構類似。分化假說：進化角度(真核細胞的產生)
B. 葉綠體（Chloroplast）
概述
僅存在于植物細胞中，嚴格意義上
講植物中存在的應是質體。
前質體：植物分生組織中，多次分裂后能成為白色體或葉綠體；
白色體：造粉質體、造蛋白體、造油體；
葉綠體：含有葉綠素，能進行活躍的光合作用；
有色體：葉綠素退化，類囊體結構消失，積累淀粉等。
形態(tài)
因不同種類的植物細胞差異顯著，一般葉細胞中50-200 個， 可占細胞質體的40-90% ，外形透鏡形；直徑：4-10mm ，厚：2-3mm 。
結構
葉綠體外被(膜)：雙層膜包被，膜間隙，外膜通透性大，內膜選擇作用。類囊體(Thylakoid)：葉綠體基質中的封閉扁平小囊，沿葉綠體長軸排列�；�粒(grana) ：在葉綠體某些部位許多圓盤狀的類囊體疊置成垛的結構。類囊體有關超微結構：
1.多形顆粒：核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶(RuBPcase) 。
2.球形顆粒：ATP 合酶。
3.葉綠素-蛋白質復合顆粒--聚光色素復合物：PSⅠ P700；PSⅡ P680 �；�質：

化學組成
葉綠體外被(膜)的化學組成：蛋白質和脂類，糖脂與磷脂較多。類囊體：蛋白質：脂類＝60:40 ；脂類中不飽和脂肪酸較多，膜的流動性較強；蛋白質分布與線粒體蛋白質分布比較相似。基質：
光合作用中電子傳遞及光合磷酸化

吸收光能在PSⅡ和PSⅠ的配合下,把一對電子從H2O 傳遞給NADP+,電子傳遞呈Z 型。光合磷酸化的類型：非循環(huán)式，循環(huán)式。
光合磷酸化與氧化磷酸化的區(qū)別
光合作用中暗反應
利用光合反應中產生的ATP 及NADPH 來生成糖類.(CO2 的固定)
葉綠體的半自主性和起源
均于線粒體相似；植物細胞的三套遺傳系統(tǒng)。
第五講細胞核的結構與功能
概述
1831 年，Brown 發(fā)現(xiàn)，胞內最大的細胞器。真核細胞：均有，除了成熟的篩管和紅細胞。原核細胞：擬核。細胞生活周期形態(tài)結構不是一成不變。
形態(tài)
圓球狀，卵形，形態(tài)也會變化。核質系數(shù)(NP)=V 核/(Vcell-V 核) 比值變大→細胞分裂。
構成單位
核被膜；遺傳物質；核仁。
A．核被膜（Nuclear envelope）
組成
外膜內質網(wǎng)特化區(qū)。內膜核周池 20-40nm，與內質網(wǎng)相通。核纖層網(wǎng)狀纖維蛋白，30-160nm， laminaA B C。維持細胞核的形狀；與細胞分裂相關；核被膜的破裂與重構。核孔兩層核膜融合區(qū)域。間期細胞普遍存在 60 個/μm； 每核達3000 萬。
核孔復合物
孔環(huán)顆粒Annular granules；
邊圍顆粒Peripheral granules；
中央顆粒centre granules。
功能 核質物質交換雙向選擇性通道
核孔形成柱狀通道 9nm 15nm 蛋白質運輸:核定位信號(Nuclear localization signal) RNA 特殊機理

B. 遺傳物質
幾對名詞
染色質與染色體chromatin and chromosome:編碼基因,重復序列(DNA 指紋技術) 常染色質與異染色質euchromatin and heterochromatin:細胞分裂間期存在形態(tài)結構異染色質與功能異染色質constitutive and faculative ... B. 遺傳物質
染色質的基本結構單位核小體
核小體結構
(nucleosome)
1.核心結構：四種組蛋白；
2.左手螺旋纏繞1.75 圈，147bp；
3.H1
位于兩核小體中間，與DNA 雙鏈結合，成2 圈，共165bp；
4.連接兩核小體的DNA 長度為35bp，故形成200bp 的結構單位；
5.染色質上的核小體成念珠狀。
組蛋白 分子量(kDa)  氨基酸組成 保守性 每200bpDNA 的分子數(shù)
H1  20  富含Lys  差 N、C 端變化大  1 
H2A  137  Lys 中等，中部C 端，疏水 種間差異  2 
H2B  137  Lys 中等，中部，疏水 種間差異  2 
H3  157  富含Arg、Cys  進化保守  2 
H4  112  富含Arg  最保守 2 個AA  2 

組蛋白富含堿性氨基酸，易與酸性的DNA 緊密結合。
染色體的四級模型

10nm→30nm 形成過程
10nm 及30nm 螺線管示意圖(見上頁核小體結構左圖)
中期染色體的形態(tài)結構
依據(jù)形態(tài)分類
metacentric chromosome；submetacentric chromosome ；
subtelocentric chromosome；telocentric chromosome 。

基本構成著絲粒（centromere） or 動粒（kinetochore）：主縊痕；動粒結構域（kinetochore domain）；中央結構域（centre domain）
； 配對結構域（pairing domain）；次縊痕（secondary constriction）
； 端粒（telomere）。
C. 核仁（Necleolus）的結構與功能
概述
核仁的超微結構
纖維中心(fibrillar centers FC)：染色淺，低電子密度，不活躍的rDNA；
致密纖維中心(dense fibrillar component DFC)：染色深，電子密度高，活躍
的rDNA；
顆粒組分(grannlar component GC)：核糖體亞單位前體顆粒。
結論：FSc:非轉錄狀態(tài)的沉默rRNA 基因儲存位點；
DFC:rRNA 基因進行活躍轉錄位點；
GS:核糖體亞單位裝配成熟位點。
核仁的功能－－核糖體的生物發(fā)生
核仁周期
第六講細胞骨架
發(fā)現(xiàn)
最初,基質(cytosol)均質溶液相,細胞運動形態(tài)等?
1928 年,Klotzoff 原始概念鋨酸或高錳酸鉀染色電鏡無。
1963 年,戊二醛常溫染色電鏡下有網(wǎng)狀骨架。
概論
細胞骨架：真核細胞胞質中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。
狹義 (cytoskeleton)
三種蛋白纖維：微絲(microfilament，MF)；微管(microtubule，MT)； 中間纖維

華東理工大學《細胞生物學》上課講義
(intermediate filament,IF)。
廣義 (cell skeleton)
胞質骨架(cytoskeleton)； 核骨架或核基質(karyoskeleton or nuclear matrix)
目前通俗,細胞骨架--cytoskeleton:真核細胞胞質中由三類纖維蛋白微絲、
微管和中間纖維組成的蛋白纖維網(wǎng)狀骨架體系，對于維持細胞形態(tài)、細胞運動、
物質與能量交換、信息傳遞等生命活動有重要作用。
本講主要介紹cytoskeleton 的三種蛋白纖維及相關的生理功能，同時對核
基質作簡單學習。
A．微管（microtubule）
存在于真核細胞中，由微管蛋白(tubulin)組裝成的長管狀細胞器結構，通
過亞單位的組裝與去組裝，能改變其長度，對低溫與秋水仙素敏感，在細胞內呈
網(wǎng)狀或束狀分布，并能與其它蛋白共同組成紡錘體，基體，中心粒，鞭毛和纖毛
等，維持細胞形態(tài)、細胞運動等，原核細胞中無此結構。
形態(tài)與組成
外徑24－26nm；內徑15nm；壁厚6nm；管狀纖維。
管蛋白a 和b 少量微管結合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs)
a 和b 形成二聚體，13 根原纖維
管蛋白a 和b；50kDa 種間保守性非常強；管蛋白a 有N(nonexchangeable site)
位點；管蛋白b 有E(exchangeable site)位點
管蛋白相關因子
*GTP：能與N、E 位點相結合
*二價陽離子：Ca2+解聚 Mg2+ 促進裝配
*作用藥物：秋水仙素：疏水凹槽，二聚體不能聚合；紫杉醇和重水：促進微管
裝配，但對細胞有毒。
動態(tài)裝配
體外裝配
體外裝配條件：
微管蛋白濃度>臨界濃度。
最適pH：pH6.9
離子：無Ca2+, Mg2+適當，1M
溫度：37℃，低溫解聚；
臨界濃度：微管蛋白必須高于
某一濃度，低于則不發(fā)生裝配，該濃度稱為臨界濃度。微管兩端的臨界濃度和平
衡常數(shù)均是不同，正極和負極。
GTP 的重要作用
*GTP 與二聚體的N，E 位點結合，裝配到微管的b 亞單位上；
*裝配完成后，E 位點的GTP 會水解成GDP，這種二聚體不穩(wěn)定，會解聚；
*當GTP-tubulin 聚合速度遠大于GTP 的水解速度時，末端不斷加入大量
GTP-tubulin，使微管穩(wěn)定延長，出現(xiàn)“GTP-cap”現(xiàn)象；
*隨著GTP-tubulin 的消耗，末端聚合速度會下降，則GTP 水解成GDP，因而

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GTP-cap 會變小直至消失，暴露出GDP-tubulin，微管開始解聚；
*踏車行為：在某中GTP-tubulin 下，表現(xiàn)出微管的(+)極聚合，(－)極解聚，并
且速度相等，從而微管長度保持不變。（整個結果是表現(xiàn)為微管在移動）。
體內裝配
自我調節(jié)
微管組織中心(microtubule organizing centre,MTOC)
在生理或實驗處理解聚后，微管重新發(fā)生裝配的區(qū)域。動物中的中心體，鞭毛和
纖毛的基體，硅三藻的紡錘極體均是MTOC，MTOC 決定了微管的極性。
微管結合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs)
MAP1 MAP2 tau 蛋白促進微管組裝，抑制解聚
功能
維持細胞形態(tài)
秋水仙素處理的細胞變球形，微管破壞，表面張力最小。
胞內運輸
驅動蛋白(kinesin)：利用ATP 水解釋放的能量向正極運輸小泡；
動力蛋白(dyenin)：能反向向負極運輸物質。
鞭毛與纖毛的運動
鞭毛與纖毛的區(qū)別：
結構：細長毛狀與基體；軸線結構：9+2 結構，A-13，B-10
鞭毛與纖毛的運動機理
基體與中心體
中心體(centrosome)：動物細胞中的主要微管
組織中心，紡錘體與胞質微管均有中心體放射
出來，中心體有一對垂直的中心粒構成。通常
鞭毛與纖毛的基體也是有中心粒構成。
三種微管區(qū)別
染色體運動功能
B. 微絲（microfilament）
成份
肌動蛋白：43kD， 三種異構體 a、b、g， 進化上極其保守，平滑肌、心肌等，375
個AA，只差4-6 個AA。
動態(tài)裝配
由球形肌動蛋白(G-actin)單體形成的多聚體螺旋狀纖維，37nm；G-actin 有極
性，裝配成纖維時，頭尾相連，微絲(MF)有極性。
裝配條件：Mg2+ G-actin ATP →裝配；Ca2+ 較低Na+或K+→解聚成G-actin；
Mg2+ Na+或K+高濃度→成纖維。
裝配過程：種子形成，延長階段，延遲時間，微絲極性。
ATP 的作用：ATP→G-actin 1:1；ATP-actin 裝配；裝配后，actin 構象會改變，
使ATP→ADP+Pi；ADP-actin 易解聚；ATP-cap；踏車行為。

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微絲結合蛋白
在微絲結合蛋白的參與下形成許多亞細胞結構如應力纖維等，肌肉細絲等。
主要的微絲結合蛋白及功能如下：
特異性藥物
細胞松弛素；鬼筆環(huán)肽。
功能
肌肉收縮
微絨毛
應力纖維
胞質溶膠與阿米巴運動
胞質分裂環(huán)
C．中間纖維（Intermediate filamnet）
成份
中間纖維的類型：
角質蛋白纖維（keratins）
：分子量（kD）40-68； 多肽數(shù)19； 細胞類型：上皮，
包括各種角蛋白絲；(頭皮指甲)神經膠質細胞。
波形蛋白纖維（vimentin）：分子量（kD）54；多肽數(shù)1；細胞類型：成纖維細
胞，上皮細胞，軟骨細胞淋巴細胞。
結蛋白纖維（desmin）
：分子量（kD）53；多肽數(shù)1； 細胞類型：骨骼肌，心肌，
平滑肌。
神經元纖維蛋白：細胞類型：神經元。
神經膠質蛋白纖維(GFAP)：分子量（kD）51； 多肽數(shù)1； 細胞類型：神經膠質細
胞。
組織特異性，應用于臨床診斷腫瘤發(fā)生部位。
特征
桿形區(qū)：310 AA，a 螺旋，7 個AA 重復排列，a 和d 位為疏水AA。
頭尾部：非螺旋區(qū)，高度可變。
裝配
相鄰亞基螺旋區(qū)→二聚體；
二聚體→四聚體，中間纖維的最小亞單位；
八個四聚體或四個八聚體進一步螺旋成中間纖維；
整個裝配過程中IF 是不具有極性的，兩端是對稱的。
核纖層與IF 結合蛋白

 
核纖層蛋白與IF 蛋白有相似結構：350AA 的內部區(qū)段與IF 蛋白螺旋區(qū)高度同源；
類似大小的非螺旋頭尾部；也為10nm 左右的纖維并且具有25nm 的縱向周期。
IF 結合蛋白：與IF 功能密切相關，緊密或疏松結合于IF 上或兩端。
功能
無特異性藥物的作用，故功能研究不如前兩者透徹，主要：外與細胞膜和細胞外
基質直接聯(lián)系；向內與核表面，核基質聯(lián)系；中間與MT、MF 及其他細胞器相聯(lián)。
總結
細胞骨架主要成份比較
微管微絲中間纖維
主要組成成份 ab 結合蛋白
G-actin
結合蛋白
多種類型
分子量 50kD 43kD 40-200kD
亞單位管蛋白球蛋白線狀蛋白
結合核苷酸 2GTP/二聚體 1ATP/單體無
纖維直徑 -22nm -7nm -10nm
結構
13 根原絲組成的空心
管狀纖維
單股a 螺旋多級a 螺旋
極性有有無
可溶性
亞單位庫
有有無
踏車行為有有無
特異性藥物
秋水仙素、長春花堿
紫杉醇
細胞松弛素
鬼筆環(huán)肽
無
與運動有關的
結合蛋白
動力蛋白
驅動蛋白
肌球蛋白無
D．核骨架
存在于真核細胞核內，以蛋白成份為主的纖維網(wǎng)架體系。
核骨架與DNA 復制
染色質DNA 以放射環(huán)形式與DNA 復制的酶及其他因子錨定于核骨架，形成DNA
復合體進行復制。
核骨架是DNA 復制的空間支架。
核骨架與基因表達
染色質DNA 上發(fā)現(xiàn)有核骨架結合序列，一般位于活性轉錄基因的兩端，富含AT。
與核骨架結合后能使該區(qū)段的染色質空間解聚，從而有利于RNA 聚合酶的識別與
移動，保證基因處于高活性狀態(tài)。
E．細胞骨架功能
細胞形態(tài)支撐與形態(tài)的建成；細胞內轉運或運動；膜相關的性質和功能；吞噬作
用；信息傳遞。