第一講緒論
一．細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀
1． 研究對象――細(xì)胞（cell）
細(xì)胞是一切生物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動的基本單位，在生命物質(zhì)進(jìn)化中處于中心地位。生命進(jìn)化示意：粒子－原子－分子－大分子－細(xì)胞器－細(xì)胞－組織－器官－系統(tǒng)－個體－群體
2． 學(xué)科名稱的演變
50-60 年代，稱為細(xì)胞學(xué)（cytology）， 利用光學(xué)顯微鏡對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史進(jìn)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(xué)科--細(xì)胞生物學(xué)（cell biology）
， 利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡和冰凍蝕刻等方法，從細(xì)胞的整體活動水平、亞細(xì)胞水平和分子水平對細(xì)胞和細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)行研究，以動態(tài)的觀點(diǎn)來探索細(xì)胞的基本生命活動。
1976 年， 在美國波士頓召開了第一次“細(xì)胞生物學(xué)”會議，標(biāo)志了細(xì)胞生物學(xué)的誕生。
當(dāng)前，逐漸與分子生物學(xué)結(jié)合，向分子水平發(fā)展。二．細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展簡史
細(xì)胞大小：≤30μm
肉眼觀察：≥100μm
1． 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)
1590 年，第一架復(fù)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(xì)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(xì)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(xì)胞，他所用的顯微鏡放大倍數(shù)為250-500 倍。
 
2． 細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立19 世紀(jì)30 年代，顯微技術(shù)提高至1μm 以內(nèi)，同時切片機(jī)的研制成功，促進(jìn)了顯微解剖學(xué)
的發(fā)展，提高了人們對細(xì)胞的認(rèn)識。
1831 年，Robert Brown 發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核；
1833 年，施萊登（M.J.sehleiden ）提出了細(xì)胞核核仁的概念；
1839 年，浦金野（Purkinji ）提出了細(xì)胞原生質(zhì)的概念；
1838-1839 年， 施萊登和施旺提出了細(xì)胞學(xué)說，主要內(nèi)容為：（1） 細(xì)胞是有機(jī)體，一切動植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來， 并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成--結(jié)構(gòu)單位；（2） 每個細(xì)胞作為一個相對獨(dú)立的單位，既有它自己的生命，又對與其它細(xì)胞共同組成的整體生命有所助益--功能單位；（3） 新的細(xì)胞可通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。
細(xì)胞學(xué)說、1859 年達(dá)爾文確立的進(jìn)化論和1866 年孟德爾的確立的遺傳學(xué)被認(rèn)為是現(xiàn)代生物學(xué)的三大基石。
3． 細(xì)胞超顯微結(jié)構(gòu)的興起光學(xué)顯微鏡時代，分辨率：0.2μm， 細(xì)胞結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了高爾基器、線粒體、中心體等， 對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)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(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)， 也反映出細(xì)胞活動的動態(tài)觀點(diǎn)。電鏡技術(shù)的發(fā)展， 使科學(xué)家側(cè)重于細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)水平的研究，細(xì)胞學(xué)發(fā)展到一新階段--細(xì)胞生物學(xué)。
 
4． 現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)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(dá)1 億倍，可觀察到細(xì)胞基質(zhì)（cell matrix） 中的結(jié)構(gòu)如細(xì)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?duì)罾p繞結(jié)構(gòu)。伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視從分子結(jié)構(gòu)來揭示細(xì)胞生命活動的機(jī)理，即形成了“分子生物學(xué)”這一學(xué)科。分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的相結(jié)合，把細(xì)胞的生命活動同亞細(xì)胞成分的分子結(jié)構(gòu)變化聯(lián)系起來，是現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的基本特征。三．細(xì)胞生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系
細(xì)胞生物學(xué)是生物學(xué)是生物學(xué)的一門分支學(xué)科，它聯(lián)系著生物學(xué)科的許多分支學(xué)科，也是這些學(xué)科的基礎(chǔ)。四．細(xì)胞的基本概念
 
1． 細(xì)胞的基本特征生命活動最基本三要素：基因組；質(zhì)膜；完整代謝機(jī)構(gòu)細(xì)胞區(qū)別于無機(jī)界的最主要特征：結(jié)構(gòu)上的自我裝配；生理活動中的自我調(diào)節(jié)； 增殖上的自
 
我復(fù)制。
 
2． 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞（Prokaryotic cell and Eucaryotic cell） 原核細(xì)胞：擬核；DNA；單細(xì)胞生物；無特化功能區(qū)；三類：支原體、藍(lán)藻和細(xì)菌。真核細(xì)胞：核；DNA ，基因組；膜性細(xì)胞器；功能區(qū)隔化；植物和動物。原核細(xì)胞和真核細(xì)胞基本特征的比較（A 為原核細(xì)胞，B 為真核細(xì)胞）
 
細(xì)胞壁：A. 細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成份為氨基酸與壁酸；B. 動物細(xì)胞無，植物細(xì)胞有。主要成份為纖維素與果膠。細(xì)胞膜：A. 有（功能性）；B. 有。內(nèi)質(zhì)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(jié)構(gòu)：A. 藍(lán)藻有葉綠素a 的膜層結(jié)構(gòu),細(xì)菌有菌色素；B. 植物有葉綠體。線粒體：A.無；B.有。細(xì)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(zhì)以核小體形成染色體(質(zhì))。細(xì)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(jié)構(gòu)與數(shù)量:A. 環(huán)狀，1 個；B. 線狀，2 個以上。DNA 復(fù)制周期:A. 無明顯周期；B. 有�；�因組：A. 1n；B. 2n 或多倍�；�因數(shù):A. 少；B.多�；�因表達(dá)調(diào)控：A. 操縱子,轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)；B. 多層次，核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞質(zhì)中翻譯，階段性和區(qū)域性。
 
3．病毒構(gòu)成：芯：核酸； 殼： 蛋白； 特點(diǎn)：無自主代謝能力，寄生。分類：病毒在細(xì)胞內(nèi)的活動：裂解；整合。類病毒（僅RNA 構(gòu)成） 蛋白感染因子(Prion protein,PrP, 朊病毒) 1982 年 S.B.Prusiner 五．細(xì)胞的化學(xué)組成水(結(jié)合態(tài)和游離態(tài))； 無機(jī)離子(Ca2+ ，Mg2+ ，F(xiàn)e3+ ，Na+ ，PO43-)；有機(jī)分子(蛋白質(zhì)， 脂類，糖類)。
第二講細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面
細(xì)胞質(zhì)膜（plasma membrane）：又稱細(xì)胞膜（cell membrane）， 是包圍在所有細(xì)胞表面一層極薄的膜，具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)與功能，起著和環(huán)境分開，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，物質(zhì)交換， 能量和信息的傳遞等作用， 對細(xì)胞的生存、生長、分裂、分化等都極其重要。在真核生物中的細(xì)胞器也具有膜結(jié)構(gòu)，這一類膜與細(xì)胞體內(nèi)的物質(zhì)合成、分泌、運(yùn)輸、降解等有關(guān)， 被稱為細(xì)胞內(nèi)膜，它們與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為生物膜（biology membrane）。
細(xì)胞表面（cell surface），又稱細(xì)胞外被（cell coat），是指細(xì)胞質(zhì)膜外表面覆蓋的一層與質(zhì)膜中蛋白質(zhì)或脂類分子共價(jià)結(jié)合的粘多糖，對膜蛋白起保護(hù)作用，并且在細(xì)胞識別中起重要作用。在哺乳動物小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞被稱為糖萼（glycocalyx）。一．細(xì)胞膜的組成：膜脂、膜蛋白和膜糖
1．膜脂約占細(xì)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(zhì)膜中含量較多(1/3)， 結(jié)構(gòu)如左圖。該化合物對調(diào)節(jié)膜的流動性有重要意義。在細(xì)菌的質(zhì)膜中則無膽固醇。
糖脂的結(jié)構(gòu)與磷脂相似。糖脂決定了紅細(xì)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(zhuǎn)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(qiáng),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(tuán)的內(nèi)面，形成小球形的分子團(tuán)（micelles）,或成球狀體的脂質(zhì)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(nèi)部，極性頭部與磷脂的極性頭部結(jié)合，主要功能：A.固定磷脂
中部分脂肪酸鏈，保持細(xì)胞形態(tài)，降低水溶性分子通透性(細(xì)菌無膽固醇有細(xì)胞壁)。B.防止脂肪酸鏈的凝固，維持細(xì)胞膜的相變。
2． 膜蛋白
約占細(xì)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(nèi)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(jī)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(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)

1． 流動鑲嵌模型Ⅰ細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)簡史Ⅱ主要特點(diǎn)：
⑴流動的脂質(zhì)雙分子構(gòu)成膜的連續(xù)體；
⑵蛋白質(zhì)分子象一群島嶼般無規(guī)則的分散在脂質(zhì)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(cè)鏈都分布在質(zhì)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(xì)胞外表面（extrocyoplasmic surface，ES） 原生質(zhì)表面（protoplasmic surface,PS）
3． 膜的流動性膜脂分子的流動：側(cè)向擴(kuò)散(lateral shift)； 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(flex) ；左右擺動(flex) ；翻轉(zhuǎn)運(yùn)動（flip-flop） 膜蛋白的流動：側(cè)向擴(kuò)散－成斑(patching), 成帽(capping)； 旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhì)運(yùn)輸；信息傳遞；酶活性；激素與藥物的作用；細(xì)胞增值與發(fā)育。三、細(xì)胞質(zhì)膜的功能主要功能：⑴ 為細(xì)胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境； ⑵選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸， 其中伴隨著能量的傳遞；⑶ 提供細(xì)胞識別位點(diǎn)，完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞；⑷為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效有序進(jìn)行；⑸介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接； ⑹質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。
1． 物質(zhì)運(yùn)輸按運(yùn)輸物質(zhì)類型分:

膜泡運(yùn)輸 --蛋白質(zhì)、RNA； 穿膜運(yùn)輸 -- Na+、K+ 。
穿膜運(yùn)輸
物質(zhì)穿膜的基本特點(diǎn): 脂溶性、分子大小、電荷性。不同機(jī)制的穿膜運(yùn)輸特點(diǎn)
⑴被動運(yùn)輸( Passive transport ) 物質(zhì)：高→低動力：濃度梯度(電或化學(xué)能)。
①簡單擴(kuò)散( simple diffusion ) 無蛋白參與決定因素：分子大小，分子極性；物質(zhì)對象：H2O, CO2, O2..
②協(xié)助擴(kuò)散( facilitated diffusion ) 蛋白參與決定因素：特異膜蛋白協(xié)助；物質(zhì)對象：極性分子, 部分無機(jī)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(yùn)載體(glucose transporter) ：大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞質(zhì)膜上存在，保證葡萄糖從血液中擴(kuò)散入細(xì)胞；五種異構(gòu)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(zhì)膜中，葡萄糖輸運(yùn)方向取決于膜兩側(cè)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(yùn)載體再生。
⑵主動運(yùn)輸 (Active transport)   ATP-driven active transport, coupling pump to ATP hydrolysis 物質(zhì)：低→高；動力：ATP 、間接、光能
①離子泵 (ATPase)
從結(jié)構(gòu)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(yùn)蛋白磷酸化導(dǎo)致構(gòu)象變化，改變載體蛋白與
被運(yùn)離子間親和力。
Large catalytic α subunits (often two) become phosphorylated during solute transport; Smaller β subunits may regulae transport 。質(zhì)膜Na+/K+泵；質(zhì)膜Ca2+泵(把Ca2+排出細(xì)胞)； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵(把胞漿中的游離Ca2+泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔中)； 胃上皮酸分泌細(xì)胞H+/ K+泵(把H+ 排到細(xì)胞外而把K+泵入細(xì)胞)。Na+-K+泵：膜內(nèi)在蛋白四聚體，ββαα 亞基ATP→ADP+Pi Pi 結(jié)合到α 亞基的天門氨酸殘基上。3 個Na+被跨膜泵出細(xì)胞，2 個K+被反向泵入細(xì)胞。Na+和K+都是逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。該類離子泵是一偶聯(lián)系統(tǒng)。大多數(shù)細(xì)胞產(chǎn)能的三分之一，神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)能的三分之二，被消耗在Na+/K+泵的運(yùn)行上。膜兩側(cè)該兩離子不均分布，有利維持細(xì)胞兩側(cè)的滲透平衡。Ca2+泵：單亞基膜內(nèi)在蛋白10 個a 螺旋與前a 亞基同源細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜維持細(xì)胞胞質(zhì)中低濃度的游離Ca2+
②伴隨運(yùn)輸電化學(xué)梯度共運(yùn)輸和對向運(yùn)輸鈉鉀泵或質(zhì)子泵為基礎(chǔ)
2．細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)㈠細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別
⑴細(xì)胞通訊（cell communication） 一個細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。通訊方式：①分泌化學(xué)信號進(jìn)行通訊，包括內(nèi)分泌（endocrine）、自分泌（autocrine）、旁分泌（paracrine）、化學(xué)突觸（chemical synapse）
；
②接觸性依賴的通訊；③間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)。
⑵細(xì)胞識別（cell recognition） 細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，而導(dǎo)致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。信號通路（signaling pathway）： 細(xì)胞接受外界信號，通過一整套特定的機(jī)制，將胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號通路。細(xì)胞識別是通過各種不同的信號通路實(shí)現(xiàn)的。㈡細(xì)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(xì)胞內(nèi)受體：胞外親脂性信號分子所激活。
②細(xì)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(guān)（molecular switches )
㈢通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞
⑴甾類激素介導(dǎo)的信號通路兩步反應(yīng)階段：①初級反應(yīng)階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的，發(fā)生迅速；
②次級反應(yīng)：初級反應(yīng)產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的放大作用。
⑵一氧化氮介導(dǎo)的信號通路㈣通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞
⑴離子通道偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞
①信號途徑：
②特點(diǎn)：A、受體/離子通道復(fù)合體，四次/六次跨膜蛋白；B、跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟；C、主要存在于神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞；D、有選擇性：配體的特異性選擇和運(yùn)輸離子的選擇性。⑵G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞①cAMP 信號通路
A．反應(yīng)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(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄
B．組分激活型激素受體Rs，與GDP 結(jié)合的活化型調(diào)節(jié)蛋白Gs， 抑制型激素受體Ri，與GDP 結(jié)合的抑制型調(diào)節(jié)蛋白Gi，腺苷酸環(huán)化酶。
C．分析G-蛋白活化與調(diào)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(yīng)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(yīng)鏈配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→激活RTK →胞內(nèi)信號蛋白→啟動信號傳導(dǎo)C．RTK- Ras 信號通路配體→RTK→adaptor←GRF→Ras→ Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK →進(jìn)入細(xì)胞核→其它激酶或基因調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）的磷酸化修鈽
⑶細(xì)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(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT ）與JAK-STAT 途徑。㈤由細(xì)胞表面整合蛋白介導(dǎo)的信號傳遞
⑴整合蛋白與粘著斑。
⑵導(dǎo)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(jī)械結(jié)構(gòu)功能；②二是信號傳遞功能。
⑷通過粘著斑由整合蛋白介導(dǎo)的信號傳遞通路：①由細(xì)胞表面到細(xì)胞核的信號通路；②由細(xì)胞表面到細(xì)胞質(zhì)核糖體的信號通路。㈥細(xì)胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息
⑴細(xì)胞信號傳遞的基本特征：
①具有收斂（convergence ）或發(fā)散（divergence） 的特點(diǎn)；
②細(xì)胞的信號傳導(dǎo)既具有專一性又有作用機(jī)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(xì)胞以不同的方式產(chǎn)生對信號的適應(yīng)。
⑵蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息與信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的cross talk。
第三講 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)
一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(cytoplasmic matrix or cytomatrix )
1．基本涵義
用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分，先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué)家多稱之為胞質(zhì)溶膠。中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)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(jié)構(gòu)體系。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及細(xì)胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比（引自Albert.1998）
細(xì)胞組分 數(shù)目 體積比
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)  1  54 
細(xì)胞核  1  6 
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)  1  12 
高爾基體  Several  3 
溶酶體  300  1 
胞內(nèi)體  200  1 
過氧化物酶體  400  1 
線粒體  1700  22 
2．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)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(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能：維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等。
⑶蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解：①蛋白質(zhì)的修飾；②控制蛋白質(zhì)的壽命；③降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)；④幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象。二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane system） 定義：功能上連續(xù)統(tǒng)一的細(xì)胞內(nèi)膜，包括核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基器、液泡等，是合成蛋白質(zhì)、脂類、糖類的主要場所，也具有包裝和運(yùn)輸合成產(chǎn)物和分泌產(chǎn)物的功能，是真核細(xì)胞所特有的結(jié)構(gòu)，而原核生物中其質(zhì)膜或某些類似結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)的生理功能。特點(diǎn)：①細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)；②真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化（compartmentalization）。

1．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum） 發(fā)現(xiàn)：1945 年，小鼠成纖維細(xì)胞，內(nèi)質(zhì)中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)膜表面積。類型：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rough ER) ：附著核糖體，扁囊，蛋白質(zhì)合成加工；
光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smooth ER) ：無核糖體，小管小囊，脂類合成�；瘜W(xué)組成：質(zhì)膜類似，蛋白質(zhì)含量較高，標(biāo)志酶:葡萄糖-6-磷酸酶功能： ①蛋白質(zhì)的合成、加工修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)（rER 、信號肽假說）； ②脂類的合成（合成膜及運(yùn)輸、肝細(xì)胞、sER 腔面）；③糖類的代謝（肝細(xì)胞、sER 、細(xì)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(jié)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(zhì)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(zhì)  L1-34  約49 種
小亞單位  30S  40S 
rRNA  16S  18S 
蛋白質(zhì)  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(zhì)在離心力作用時的沉降速度。

4．液泡（vacuole） 特點(diǎn)：一層膜圍成的球狀，與質(zhì)膜、高爾基器、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等關(guān)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體形成，含水解酶。
③圓球體(spherosome)： 植物細(xì)胞的溶酶體，由內(nèi)質(zhì)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(xì)胞質(zhì)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(zhì)膜內(nèi)陷吞飲溶液或營養(yǎng)物質(zhì)。
⑨吞噬小體(phagic vacuole) ：質(zhì)膜內(nèi)陷吞噬異體營養(yǎng)顆粒。
⑩中央液泡(central vacuole) ：植物細(xì)胞特有，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
⑾衣被小泡(coated vesicles) ：質(zhì)膜內(nèi)陷形成。溶酶體：概述：1955 年，鼠肝細(xì)胞，20-50nm， 酸性，溶解或消化。初級溶酶體：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基腔邊緣突出膨大分離而來，未開始進(jìn)行消化。次級溶酶體：正在進(jìn)行或已經(jīng)進(jìn)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?jiān)��?/P>

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(nèi)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(jié)：
第四講細(xì)胞的能量單位
本講任務(wù)：了解細(xì)胞兩大能量單位線粒體和葉綠體的典型結(jié)構(gòu)及其生理功能。
A.線粒體（Mitochondria）
發(fā)現(xiàn)
1850 年，光鏡、動物細(xì)胞、小顆粒結(jié)構(gòu)；
1890 年，系統(tǒng)細(xì)胞學(xué)研究：生命小體→小顆粒與細(xì)菌相似、“內(nèi)共生”；
1898 年，命名線粒體（mitos ：線，chondria ：顆粒）；
1904 年，植物細(xì)胞、活體染色進(jìn)行氧化還原反應(yīng)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(chǎn)生偶聯(lián)；提出能量細(xì)胞
器的概念，認(rèn)為它是能量代謝的中心；
1963-1964 年，線粒體內(nèi)有自身的核酸等物質(zhì)；熱點(diǎn)：能量代謝→半自主性（結(jié)構(gòu)）；
形態(tài)與結(jié)構(gòu)
(1) 直徑：0.5-1μm；長:1-2μm。
(2) 數(shù)目：不同細(xì)胞中差別。
(3) 分布：需能較多的區(qū)域。
(4) 結(jié)構(gòu)：內(nèi)外膜構(gòu)成的封閉的囊狀結(jié)構(gòu)。外膜：包被線粒體內(nèi)膜：外膜內(nèi)側(cè)嵴(cristae) ：內(nèi)膜內(nèi)陷；擴(kuò)增膜表面積；表面不光滑，含基粒。膜間隙：空隙基質(zhì)：內(nèi)部膠狀物，酶等。
化學(xué)組成
干重中：蛋白質(zhì)65-70%： 可溶性→基質(zhì)中的酶類、外膜上的外周蛋白等不溶性→鑲嵌蛋白、內(nèi)膜上的部分酶、結(jié)構(gòu)蛋白等脂類30-35% ：卵磷脂多些，膽固醇極少其它物質(zhì)：金屬離子，DNA 物質(zhì)等
功能
目前研究發(fā)現(xiàn)，動物細(xì)胞中80％ATP 來源于線粒體內(nèi)，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(zhì)中酵解產(chǎn)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(zhì)基礎(chǔ)和ATP 的產(chǎn)生
物質(zhì)基礎(chǔ)線粒體呼吸鏈的組分
酶復(fù)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(zhì)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(xì)胞色素c 還原酶 Hemb(2) Hemc1 FeS  500kD，9 種肽 質(zhì)子位移遞氫
細(xì)胞色素c  游離處于內(nèi)膜胞質(zhì)面  13kD  遞氫
IV  細(xì)胞色素c 氧化酶 Hem a3(2)Hema(2) Cu(2)  300kD， 9-13  質(zhì)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(xué)滲透假說
通過內(nèi)膜上的呼吸鏈組分間氫與電子的交替?zhèn)鬟f，使質(zhì)子從內(nèi)膜向胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移；因膜對質(zhì)子不能自由通過，形成的質(zhì)子動力勢能量經(jīng)ATP 合酶催化驅(qū)動ADP 形成ATP 。
(見書P218 圖7-7) 電子供體電子受體質(zhì)體排放H+濃度差→ATP 產(chǎn)生構(gòu)象假說
電子傳遞過程中產(chǎn)生的能量不是形成含高能磷酸鍵的中間產(chǎn)物，而是通過蛋白質(zhì)載體（ATP 合酶）構(gòu)象變化形成ATP 。
半自主性
發(fā)現(xiàn)：1960 年前，DNA 存在于細(xì)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(jié)構(gòu)。RNA： 基質(zhì)中的各類RNA 來源于mtDNA ；轉(zhuǎn)錄的RNA 聚合酶來源于細(xì)胞核；合成的蛋白質(zhì)不是很多，5-10%；mRNA 半衰期短。蛋白質(zhì)：合成元件核糖體��；AA 與tRNA 專一作用的酶與胞質(zhì)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(zhì)只占少量,絕大部分來源于胞質(zhì)；
2.某些核基因活性抑制會導(dǎo)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(zhì)體系合成線粒體內(nèi)膜的大部分蛋白,與線粒體遺傳裝置有關(guān)的酶系,運(yùn)至線粒體中；
2.在上述基礎(chǔ)上線粒體DNA開始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯,同時合成反調(diào)節(jié)細(xì)胞核DNA轉(zhuǎn)錄的物質(zhì),終止細(xì)胞核對線粒體的作用。

細(xì)胞核中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程
導(dǎo)肽：1.20-80 個AA；2.正電荷堿性AA；3.不含負(fù)電荷酸性AA；4.含較高的羥基氨基酸；
5.具有雙性的螺旋結(jié)構(gòu)。受體：可與不同的導(dǎo)肽結(jié)合,無特異性要求,移位至線粒體內(nèi)外膜接觸點(diǎn)。分類：1.進(jìn)入外膜；2.進(jìn)入基質(zhì)；3.進(jìn)入膜間隙和內(nèi)膜。
線粒體的來源
增殖：與細(xì)胞分裂相似：1.間壁分離；2.收縮后分離；3.出芽分離。起源：內(nèi)共生假說：原始真核細(xì)胞中共生細(xì)菌，支持證據(jù)：1.DNA 、mtDNA 單個裸露的環(huán)狀雙鏈分子，真核細(xì)胞多個染色體；2.蛋白質(zhì)合成機(jī)制；3.形態(tài)結(jié)構(gòu)類似。分化假說：進(jìn)化角度(真核細(xì)胞的產(chǎn)生)
B. 葉綠體（Chloroplast）
概述
僅存在于植物細(xì)胞中，嚴(yán)格意義上
講植物中存在的應(yīng)是質(zhì)體。
前質(zhì)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(zhì)體、造蛋白體、造油體；
葉綠體：含有葉綠素，能進(jìn)行活躍的光合作用；
有色體：葉綠素退化，類囊體結(jié)構(gòu)消失，積累淀粉等。
形態(tài)
因不同種類的植物細(xì)胞差異顯著，一般葉細(xì)胞中50-200 個， 可占細(xì)胞質(zhì)體的40-90% ，外形透鏡形；直徑：4-10mm ，厚：2-3mm 。
結(jié)構(gòu)
葉綠體外被(膜)：雙層膜包被，膜間隙，外膜通透性大，內(nèi)膜選擇作用。類囊體(Thylakoid)：葉綠體基質(zhì)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(jié)構(gòu)。類囊體有關(guān)超微結(jié)構(gòu)：
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(zhì)復(fù)合顆粒--聚光色素復(fù)合物：PSⅠ P700；PSⅡ P680 。基質(zhì)：

化學(xué)組成
葉綠體外被(膜)的化學(xué)組成：蛋白質(zhì)和脂類，糖脂與磷脂較多。類囊體：蛋白質(zhì)：脂類＝60:40 ；脂類中不飽和脂肪酸較多，膜的流動性較強(qiáng)；蛋白質(zhì)分布與線粒體蛋白質(zhì)分布比較相似�；�質(zhì)：
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(yīng)
利用光合反應(yīng)中產(chǎn)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(xì)胞的三套遺傳系統(tǒng)。
第五講細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能
概述
1831 年，Brown 發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)最大的細(xì)胞器。真核細(xì)胞：均有，除了成熟的篩管和紅細(xì)胞。原核細(xì)胞：擬核。細(xì)胞生活周期形態(tài)結(jié)構(gòu)不是一成不變。
形態(tài)
圓球狀，卵形，形態(tài)也會變化。核質(zhì)系數(shù)(NP)=V 核/(Vcell-V 核) 比值變大→細(xì)胞分裂。
構(gòu)成單位
核被膜；遺傳物質(zhì)；核仁。
A．核被膜（Nuclear envelope）
組成
外膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特化區(qū)。內(nèi)膜核周池 20-40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通。核纖層網(wǎng)狀纖維蛋白，30-160nm， laminaA B C。維持細(xì)胞核的形狀；與細(xì)胞分裂相關(guān)；核被膜的破裂與重構(gòu)。核孔兩層核膜融合區(qū)域。間期細(xì)胞普遍存在 60 個/μm； 每核達(dá)3000 萬。
核孔復(fù)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(zhì)物質(zhì)交換雙向選擇性通道
核孔形成柱狀通道 9nm 15nm 蛋白質(zhì)運(yùn)輸:核定位信號(Nuclear localization signal) RNA 特殊機(jī)理

B. 遺傳物質(zhì)
幾對名詞
染色質(zhì)與染色體chromatin and chromosome:編碼基因,重復(fù)序列(DNA 指紋技術(shù)) 常染色質(zhì)與異染色質(zhì)euchromatin and heterochromatin:細(xì)胞分裂間期存在形態(tài)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)與功能異染色質(zhì)constitutive and faculative ... B. 遺傳物質(zhì)
染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體
核小體結(jié)構(gòu)
(nucleosome)
1.核心結(jié)構(gòu)：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(jié)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(jié)構(gòu)單位；
5.染色質(zhì)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(jìn)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(jié)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(jié)構(gòu)左圖)
中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)
依據(jù)形態(tài)分類
metacentric chromosome；submetacentric chromosome ；
subtelocentric chromosome；telocentric chromosome 。

基本構(gòu)成著絲粒（centromere） or 動粒（kinetochore）：主縊痕；動粒結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）；中央結(jié)構(gòu)域（centre domain）
； 配對結(jié)構(gòu)域（pairing domain）；次縊痕（secondary constriction）
； 端粒（telomere）。
C. 核仁（Necleolus）的結(jié)構(gòu)與功能
概述
核仁的超微結(jié)構(gòu)
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(jié)論：FSc:非轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的沉默rRNA 基因儲存位點(diǎn)；
DFC:rRNA 基因進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)；
GS:核糖體亞單位裝配成熟位點(diǎn)。
核仁的功能－－核糖體的生物發(fā)生
核仁周期
第六講細(xì)胞骨架
發(fā)現(xiàn)
最初,基質(zhì)(cytosol)均質(zhì)溶液相,細(xì)胞運(yùn)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(xì)胞骨架：真核細(xì)胞胞質(zhì)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(xué)《細(xì)胞生物學(xué)》上課講義
(intermediate filament,IF)。
廣義 (cell skeleton)
胞質(zhì)骨架(cytoskeleton)； 核骨架或核基質(zhì)(karyoskeleton or nuclear matrix)
目前通俗,細(xì)胞骨架--cytoskeleton:真核細(xì)胞胞質(zhì)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(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動、
物質(zhì)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(guān)的生理功能，同時對核
基質(zhì)作簡單學(xué)習(xí)。
A．微管（microtubule）
存在于真核細(xì)胞中，由微管蛋白(tubulin)組裝成的長管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，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(xì)胞內(nèi)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(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動等，原核細(xì)胞中無此結(jié)構(gòu)。
形態(tài)與組成
外徑24－26nm；內(nèi)徑15nm；壁厚6nm；管狀纖維。
管蛋白a 和b 少量微管結(jié)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(qiáng)；管蛋白a 有N(nonexchangeable site)
位點(diǎn)；管蛋白b 有E(exchangeable site)位點(diǎn)
管蛋白相關(guān)因子
*GTP：能與N、E 位點(diǎn)相結(jié)合
*二價(jià)陽離子：Ca2+解聚 Mg2+ 促進(jìn)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(jìn)微管
裝配，但對細(xì)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(dāng)，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(fù)極。
GTP 的重要作用
*GTP 與二聚體的N，E 位點(diǎn)結(jié)合，裝配到微管的b 亞單位上；
*裝配完成后，E 位點(diǎn)的GTP 會水解成GDP，這種二聚體不穩(wěn)定，會解聚；
*當(dāng)GTP-tubulin 聚合速度遠(yuǎn)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

華東理工大學(xué)《細(xì)胞生物學(xué)》上課講義
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(jié)果是表現(xiàn)為微管在移動）。
體內(nèi)裝配
自我調(diào)節(jié)
微管組織中心(microtubule organizing centre,MTOC)
在生理或?qū)嶒?yàn)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(jié)合蛋白(microtubule associated proteins,MAPs)
MAP1 MAP2 tau 蛋白促進(jìn)微管組裝，抑制解聚
功能
維持細(xì)胞形態(tài)
秋水仙素處理的細(xì)胞變球形，微管破壞，表面張力最小。
胞內(nèi)運(yùn)輸
驅(qū)動蛋白(kinesin)：利用ATP 水解釋放的能量向正極運(yùn)輸小泡；
動力蛋白(dyenin)：能反向向負(fù)極運(yùn)輸物質(zhì)。
鞭毛與纖毛的運(yùn)動
鞭毛與纖毛的區(qū)別：
結(jié)構(gòu)：細(xì)長毛狀與基體；軸線結(jié)構(gòu)：9+2 結(jié)構(gòu)，A-13，B-10
鞭毛與纖毛的運(yùn)動機(jī)理
基體與中心體
中心體(centrosome)：動物細(xì)胞中的主要微管
組織中心，紡錘體與胞質(zhì)微管均有中心體放射
出來，中心體有一對垂直的中心粒構(gòu)成。通常
鞭毛與纖毛的基體也是有中心粒構(gòu)成。
三種微管區(qū)別
染色體運(yùn)動功能
B. 微絲（microfilament）
成份
肌動蛋白：43kD， 三種異構(gòu)體 a、b、g， 進(jìn)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(gòu)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(jié)合蛋白
在微絲結(jié)合蛋白的參與下形成許多亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如應(yīng)力纖維等，肌肉細(xì)絲等。
主要的微絲結(jié)合蛋白及功能如下：
特異性藥物
細(xì)胞松弛素；鬼筆環(huán)肽。
功能
肌肉收縮
微絨毛
應(yīng)力纖維
胞質(zhì)溶膠與阿米巴運(yùn)動
胞質(zhì)分裂環(huán)
C．中間纖維（Intermediate filamnet）
成份
中間纖維的類型：
角質(zhì)蛋白纖維（keratins）
：分子量（kD）40-68； 多肽數(shù)19； 細(xì)胞類型：上皮，
包括各種角蛋白絲；(頭皮指甲)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
波形蛋白纖維（vimentin）：分子量（kD）54；多肽數(shù)1；細(xì)胞類型：成纖維細(xì)
胞，上皮細(xì)胞，軟骨細(xì)胞淋巴細(xì)胞。
結(jié)蛋白纖維（desmin）
：分子量（kD）53；多肽數(shù)1； 細(xì)胞類型：骨骼肌，心肌，
平滑肌。
神經(jīng)元纖維蛋白：細(xì)胞類型：神經(jīng)元。
神經(jīng)膠質(zhì)蛋白纖維(GFAP)：分子量（kD）51； 多肽數(shù)1； 細(xì)胞類型：神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)
胞。
組織特異性，應(yīng)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(fù)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(jìn)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(jié)合蛋白

 
核纖層蛋白與IF 蛋白有相似結(jié)構(gòu)：350AA 的內(nèi)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(jié)合蛋白：與IF 功能密切相關(guān)，緊密或疏松結(jié)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(xì)胞膜和細(xì)胞外
基質(zhì)直接聯(lián)系；向內(nèi)與核表面，核基質(zhì)聯(lián)系；中間與MT、MF 及其他細(xì)胞器相聯(lián)。
總結(jié)
細(xì)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(jié)合蛋白
G-actin
結(jié)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(jié)合核苷酸 2GTP/二聚體 1ATP/單體無
纖維直徑 -22nm -7nm -10nm
結(jié)構(gòu)
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(xì)胞松弛素
鬼筆環(huán)肽
無
與運(yùn)動有關(guān)的
結(jié)合蛋白
動力蛋白
驅(qū)動蛋白
肌球蛋白無
D．核骨架
存在于真核細(xì)胞核內(nèi)，以蛋白成份為主的纖維網(wǎng)架體系。
核骨架與DNA 復(fù)制
染色質(zhì)DNA 以放射環(huán)形式與DNA 復(fù)制的酶及其他因子錨定于核骨架，形成DNA
復(fù)合體進(jìn)行復(fù)制。
核骨架是DNA 復(fù)制的空間支架。
核骨架與基因表達(dá)
染色質(zhì)DNA 上發(fā)現(xiàn)有核骨架結(jié)合序列，一般位于活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端，富含AT。
與核骨架結(jié)合后能使該區(qū)段的染色質(zhì)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(xì)胞骨架功能
細(xì)胞形態(tài)支撐與形態(tài)的建成；細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)或運(yùn)動；膜相關(guān)的性質(zhì)和功能；吞噬作
用；信息傳遞。