省竞赛辅导-细胞生物学.ppt

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1、细胞生物学,杭州十四中 方淳,（1）细胞学：细胞的结构和功能；细胞分裂、分化、衰老和癌变（2）生物化学：化学成分；细胞代谢；分子生物学（3）微生物和生物技术：微生物学；生物技术,难度不大，范围广,30%左右,复习时涉及的主要知识范围,（1）细胞学：细胞器的结构和功能；细胞分裂的过程；分化、衰老和癌变机理（2）生物化学：糖、脂、蛋白质、核酸、酶；光合作用、呼吸作用；复制、转录、翻译、遗传操纵（3）微生物和生物技术：微生物类群；代谢特点；生物技术,细胞生物学 翟中和、王喜忠、丁明孝主编 高教出版社生物化学简明教程 罗纪盛等修订 高教出版社微生物学 沈萍主编 高教出版社,参考教材：,细胞生物学部分,

2、生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有 了细胞才有完整的生命活动。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。,“细胞学说”的基本内容,认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞 发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁

3、殖产生。,主要内容,细胞结构与功能、细胞重要生命活动：细胞核、染色体以及基因表达的研究 生物膜与细胞器的研究 细胞骨架体系的研究 细胞增殖及其调控 细胞分化及其调控 细胞的衰老与凋亡 细胞的起源与进化 细胞工程,重点领域,染色体DNA与蛋白质相互作用关系 主要是非组蛋白对基因组的作用 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 细胞信号转导的研究 细胞结构体系的组装,一、真核细胞的结构,（一）细胞膜（质膜）,1、细胞膜的基本组成成分,(1)膜脂：磷脂、胆固醇和糖脂 占50 以上：具有一个极性头和两个由脂肪酸链形成的非极性尾；脂肪酸碳链为偶数；既含饱和脂肪酸又含不饱和脂肪酸 胆固醇只存在于动物细胞、

4、酵母菌、支原体；细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇；助于增加膜的稳定性，可调节膜的流动性，使膜的流动性不至于在温度降低时而下降,（2）膜蛋白：外在膜蛋白（或称外周膜蛋白）和内在膜蛋白（或称整合膜蛋白）,（3）膜糖类：与膜脂、膜蛋白以共价键形成的糖脂或糖蛋白，与细胞识别有关,结构模型,E.Gorter和FGrendel（1925）:“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型 J.D.Robertson（1959年）：单位膜模型(unit membrane model)和G.Nicolson（1972）：生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model),2细胞膜的流动镶嵌

5、模型：Singer和Nicolson,（1）脂双分子层是细胞膜的主要结构支架，具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相；（2）膜蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或镶嵌脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；（3）在膜的两侧脂分子的分布，蛋白质分子的分布与性质是不相同的，即具有不对称性；（4）膜结构中蛋白质分子和脂类分子都能运动，具有流动性。,3细胞膜的流动性和不对称性,(1)膜的流动性：膜脂的运动方式主要有侧向扩散、旋转运动、左右摆动以及翻转运动等；不饱和脂肪酸越多，脂肪酸链越短，膜脂流动性越大；温度下降，膜脂的流动性减弱；胆固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流

6、动性。卵磷脂与鞘磷脂的比值越高，膜脂的流动性越大 膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动,（2）膜的不对称性：膜脂、膜蛋白及糖类的不对称性,4细胞膜的生物学功能,(1)细胞膜与物质的跨膜运输,简单扩散：疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子（如O2、CO2、乙醇、尿素等）；小分子比大分子容易穿膜，非极性分子比极性分子容易穿膜，而带电离子的跨膜运输则需要更高的自由能。,协助扩散 载体蛋白 通道蛋白，它横跨质膜形成,主动运输,ATP直接提供能量：Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）每消耗1个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+并增加2个K+Ca2+泵（Ca2+-ATP酶）泵入内质网腔中消耗一个

7、ATP分子转运出两个 Ca2+质子泵 细胞质膜上，溶酶体膜和植物泡膜上以及线粒体内膜、植物内囊体膜,协同运输（伴随运输）：不是由ATP提供能量，而是借其他物质的浓度梯度为动力来进行的 同向协同运输 反向协同运输 动物细胞中葡萄糖的跨膜运输,内吞作用与外排作用 大分子（如蛋白质、多核苷酸、多糖）或颗粒物质 吞噬作用 胞饮作用 内吞作用与外排作用都需要细胞提供能量。,（2)细胞膜与细胞连接：封闭连接、锚定连接、通讯连接（包括间隙连接、神经细胞间的化学突触、植物细胞中的胞间连丝）,封闭连接（紧密连接是典型的代表）,锚定连接,桥粒和半桥粒（中间纤维）,粘着带和粘着斑（肌动蛋白纤维）,通讯连接：间隙连接

8、、植物细胞中的胞间连丝、神经细胞间 的化学突触,a.间隙连接,连接小体由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕，中心形成一个直径约1.5nm的孔道连接小体成簇并两两相对分别包埋在两相邻细胞的质膜中，形成一个间隙连接单位,b.胞间连丝,胞间连丝连接处的细胞壁不连续，相邻细胞的细胞膜共同形成2040 nm的管状结构，中央是由内质网延伸形成的链管状结构。链管与管状质膜之间是由胞液构成的环带。,c.化学突触,(3)细胞膜与细胞的识别 细胞识别与细胞表面的糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖有关,(4)细胞膜与信息的传递,cAMP信号通路,激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A基因调控

9、蛋白基因转录,磷脂酰肌醇信号通路,胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应 磷脂酶C(PLC)DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH,通过细胞内受体介导的信号传递,固醇类激素介导的信号通路,（二）细胞外被（糖被）和细胞壁 动物细胞有细胞外被（糖萼、糖被），是细胞膜外表面的糖类物质的总称,在细胞识别等方面起重要作用。,植物细胞有细胞壁：胞间层、初生壁、次生壁；保护并支持细胞及整个植物体,（三）细胞质：细胞质基质和细胞器,1、细胞质基质（透明质）,中间代谢过程如糖酵解途径、脂肪酸合成等都是在细胞质基质中完成；细胞质基质作为细

10、胞器的微环境，为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需要的生理环境；同时也为细胞器的功能活动提供底物,2、线粒体,（1）线粒体的形态、大小、数目与分布,卵圆形颗粒或短线状；横径约0.2um1um，长约2um8um，相当于一个细菌的大小；需要能量较多的细胞，线粒体数目也较多，植物细胞的线粒体数量比动物细胞的要少；多数细胞中线粒体均匀分布于细胞质，但也常常聚集在需能较多的部位。,（2）线粒体的结构：外膜、内膜、膜间隙和基质,（3）线粒体的化学组成,线粒体外膜的标记酶为单胺氧化酶，内膜为细胞色素氧化酶，间隙为腺苷酸激酶、线粒体基质的标记酶为苹果酸脱氢酶,外膜上含有14种蛋白质而内膜上含有21种，外膜上

11、主要含卵磷脂而内膜主要含心磷脂；再如，线粒体内、外膜上脂类与蛋白质的比值不同，内膜为0.3：1而外膜为1：1,（4）线粒体的功能：进行氧化磷酸化，合成ATP,（5）线粒体是半自主性细胞器,（6）线粒体的起源：内共生假说：被原始的前真核生物吞噬的好氧性细菌，这种细菌与前真核生物共生，在长期的共生过程中通过演化变成了线粒体。分化假说：线粒体是由于质膜的内陷，再经过分化后形成的,3、质体,（1）前质体（或称原质体）,（2）白色体（造粉体、造蛋白体和造油体）,（3）有色体,（4）叶绿体,A、叶绿体的形态、大小和数目,B、叶绿体的结构：叶绿体膜、类囊体（基粒类囊体、基质类囊体）和基质,C、叶绿体功能：光

12、合作用，光反应类囊体上进行，而暗反应在基质中完成。,D、半自主性细胞器,E、叶绿体的起源：内共生说和分化说；按内共生假说，叶绿体的祖先是兰藻或光合细菌。,4、内质网（ER）：粗面内质网（rER）和光面内质网（sER）两类。其中粗面内质网所占比例要远大于光面内质网。,（1）粗面内质网（rER）：与蛋白质合成、转运和加工有关,粗面内质网上合成的蛋白质主要有：（1）向细胞外分泌的蛋白质，如酶、抗体、激素和胞外基质的成分等；(2)膜蛋白，包括细胞质膜上以及内质网、高尔基体和溶酶体上的膜蛋白；(3)需要与其他细胞组分严格分隔的蛋白质，如溶酶体中的酸性水解酶类；(4)需要进行复杂修饰的蛋白质,“信号假说”

13、,（2）光面内质网（sER）,参与脂类合；肝脏细胞中，光面内质网的某些磷酸酶能参与糖原的合成和分解，而另一些酶能将药物和有潜在毒性的物质分解；肌细胞中内质网特化为肌质网，是肌细胞中的“Ca2+”蓄库,5、核糖体：原核细胞、真核细胞、线粒体、叶绿体内；游离核糖体、附着核糖体 蛋白质（40%）和rRNA（60%）,70S型核糖体（原核细胞及叶绿体、线粒体）：30S小亚单位（16SRNA+21种蛋白质）及 50S大亚单位（23SRNA+5SRNA+31种蛋白质）,80S型核糖体（真核细胞中）：40S小亚单位（18SRNA+33种蛋白质）及60S大亚单位（28S、5.8S和5S三种RNA+49种蛋白质

14、）,多聚核糖体,6、高尔基体：又称高尔基器或高尔基复合体；主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。标志酶为糖基转移酶。,（1）高尔基体的结构,（2）高尔基体的功能：为细胞提供一个内部的运输系统；糖基化作用（O-连接糖基化）；合成和运输多糖,7、溶酶体：富含水解酶，最适pH值为5左右，酸性磷酸酶为溶酶体的标记酶,（1）溶酶体的类型：初级溶酶体、次级溶酶体（自噬性溶酶体、异噬性溶酶体、混合性溶酶体）、残余小体,（2）溶酶体的功能：参与细胞内的正常消化作用；自体吞噬作用；自溶作用,8、液泡,9、微体：单位膜围成的细胞器；呈圆球状、椭圆形、卵圆形或哑铃形。,（1）过氧化物酶体：含有氧化酶，细胞中大约有2

15、0的脂肪酸是在过氧化物酶体中被氧化分解的产生H2O2，过氧化氢酶（标记酶），使H2O2分解；通过过氧化氢酶的作用使酚、甲酸、甲醛和乙醇等毒物氧化、排出；参与“光呼吸”过程。,（2）乙醛酸循环体：只存在于植物细胞。乙醛酸循环，与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂类转化为糖类。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转糖类。,10、细胞骨架（细胞质骨架）：微管、微丝、中间纤维和微梁系统,（1）微管（MT）,A、微管的化学组成和结构：微管蛋白二聚体组装成的长管状结构，外径为2426 nm，中间腔直径为15nrn，外周壁厚5nm，由13条原纤丝螺旋排列而成；可装配成单管、二联管、三联管三种形式；自我装配，组

16、装和去组装是相互动态平衡，在低温或Ca2+存在时，微管趋于去组装；微管组织中(MTOC)；秋水仙素和长春花碱能阻断微管组装，而紫杉酚则促进微管组装并使微管稳定存在,微管的功能：,A、维系细胞形态,B、细胞内运输,C、纤毛和鞭毛运动,D、鞭杆和基体组成；鞭杆横切面为9（2）2结构，基体为 9（2）0结构；滑动学说认为鞭毛和纤毛运动是由外围相邻二联体间滑动所致,E、细胞分裂期染色体的运动：染色体微管、连续微管、中间微管、星体微管；动力平衡说：认为染色体的运动与微管组装和去组装有关，滑行学说：认为染色体的运动与微管间的滑动有,F、中心体和中心粒：9（3）+0结构,（2）微丝（MF）,微丝的化学组成和

17、结构：微丝是由肌动蛋白构成的螺旋状纤维，直径约为7 nrn；组装和去组装，细胞松弛素B能结合到微丝末端而阻止微丝的组装，鬼笔环肽能抑制微丝解聚。,微丝的功能胞质分裂、与肌肉的收缩密切相关、细胞变形运动、胞质环流运动、微绒毛,（3）中间纤维（IF）,中间纤维的化学组成和结构：10nrn；有角蛋白纤维、波形纤维、结蛋白纤维、神经元纤维、神经胶质纤维等五种类型。有约310个氨基酸的a-螺旋组成的杆状区，这是一个高度保守的二级结构；杆状区两端则分别为非螺旋的头部区和尾部区，头尾这两部分是高度可变的。两条多肽链结合形成二聚体，一对二聚体聚合为四聚体，两个四聚体再形成一根亚丝，由四根亚丝盘绕成一根完整的中

18、等纤维。,中间纤维的功能：在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关系；在细胞间、组织中也有支架作用；参与传递细胞内机械的或分子的信息,（4）微梁系统：将微管、微丝、中间纤维整合在一起，并且与线粒体、核糖体等各种细胞器相联系,（四）细胞核：核膜、核基质、染色质、核仁组成,1、核膜：内、外膜，核周腔，核纤层，核孔复合体,2、核基质,3、染色质和染色体,（1）染色质的概念和分类：常染色质和异染色质（结构异染色质和兼性异染色质）,（2）染色质的化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA。组蛋白是染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸，分为5种组分，即 H1、H2A、H2B、

19、H3和H4；非组蛋白富含有天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，主要包括各种酶（如连接酶、转录酶等）以及少量的结构蛋白,（3）染色质和染色体的结构,核小体：(1)包括200碱基对左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一分子的组蛋白H1；(2)组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成；(3)DNA分子盘绕核小体的核心7/4圈，共140个碱基对，称为核心DNA；(4)一个分子的组蛋白H1与DNA结合，锁住核心DNA的进出口，从而稳定了核小体的结构；(5)两相邻核小体之间是一段连接DNA，含60个碱基对。,染色体包装的四级结构模型：核小体串珠结构-螺线管-超螺旋管-染色体（

20、8400倍）,染色体分为四种类型：中部着丝粒染色体、亚中部着丝粒染色体、端部着丝粒染色体、亚端部着丝粒染色体,染色体各部分的主要结构：着丝粒和着丝点（动粒）、次缢痕、核仁组织区（NOR）、随体、端粒,4、核仁：真核细胞间期核中通常可见到单一或多个均质的球形小体称为核仁,（1）结构：纤维中心（rDNA）、致密纤维组分（rDNA转录合成rRNA）、颗粒组分（核糖体亚单位前体颗粒）,（2）功能：rRNA的合成、加工和核糖体亚单基的装配,二、细胞的分裂、分化、衰老、癌变,1、有丝分裂,（1）细胞周期,（2）三类细胞：周期细胞、终端分化细胞、静止期细胞或G0期细胞,（3）分裂间期：G1、S、G2,（4）

21、分裂期,2、减数分裂（主要是前期）,细线期（凝集期）染色体凝集,偶线期（配对期）同源染色体两两配对；联会复合体，包括侧生组分、中间区、中央组分三部分,粗线期（重组期）同源的非姊妹染色单体间发生局部交换；每对配对的染色体中含有四条染色单体；持续的时间长,双线期（合成期）联会的同源染色体分离，但尚未完全分开，仍有若干处相连。这些相连点是染色体间发生互换的结果。,终变期（再凝集期）染色体凝集成短棒状，核仁开始消失，核膜开始解体。四分体较均匀地分布在核中，同源染色体间依靠端部交叉相结合，姐妹染色体由着丝粒相连。终变期的完成标志着减数分裂前期的结束。,3、细胞的分化,（1）概念,（2）实质,（3）全能性

22、：干细胞、组织培养、克窿,4、细胞的癌变,（1）癌细胞的特点,（2）因素,（3）单克隆抗体,5、细胞的衰老与凋亡,（1）衰老,（2）凋亡：由细胞自身的程序性自杀机制激活的细胞死亡现象，基本上认为受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，也称为细胞编程性死亡,例1 如何用实验区分内在膜蛋白和外周膜蛋白 A.用1molLNaCl，仅外周蛋白而不是内在膜蛋白能从膜上除去 B用0.lmolLNaOH，仅内在膜蛋白能从膜上除去 C用lmolLNaCl，仅内在膜蛋白能从膜上除去 D仅外周蛋白而不是内在膜蛋白在变性剂去污剂中可被溶解除去 E仅外周蛋白而不是内在膜蛋白可被蛋白水解酶作用,例2 下列细胞中核仁较小的

23、是A胰腺细胞 B肿瘤细胞 C神经细胞 D胚胎细胞,例3 什么是动物和植物细胞、细胞质之间直接联系的通道途径A胞间连丝，桥粒 B胞间连丝，Ca2+ATP酶C膜孔蛋白，间隙连接 D间隙连接，胞间连丝,例4 对于物质的主动运输，错误的阐述是 A能逆着浓度梯度而发生 B能逆着电化学势梯度而发生 C将温度降低100C，其速率至少减至一半 D代谢抑制剂对它无影响 E表现出饱和特征,例5 高尔基体分类加工的蛋白质的去向是A溶酶体 B.细胞质膜 C.细胞核 D.线粒体,例6 与人体内月经周期中黄体退化有关的作用是 A.自溶作用 B.异体吞噬 C.自体吞噬 D.粒溶作用,例7 植物细胞中具有半自主性的细胞器是A.高尔基体 B.线粒体 C.溶酶体 D.叶绿体,例8 细胞的鞭毛和纤毛的结构呈型；基体和中心体的为型。关于它们的结构，下列叙述正确的是A前的所示结构相同 B表示条二联微管C表示条三联微管 D和表示中央微管的情况,例9 下面什么是对的A动力蛋白是一种钙ATP酶，可以产生用于纤毛和鞭毛弯曲所需的能量B微管蛋白开始聚合成为微管的地方，被称为微管组织中心C如果用微注射法向细胞内注入钙离子，微管解聚受阻，聚合增强D结蛋白是一种微丝E结蛋白在心肌细胞和平滑肌细胞中不存在,