細(xì)胞生物學(xué)翟中和第四版教案

1、第一章 緒論一細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容和現(xiàn)狀1 細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞基本生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它是在不同層次（顯微、亞顯微與分子水平）上以研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞增殖、分化、衰老與凋亡、細(xì)胞信號(hào)傳遞、真核細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞起源與進(jìn)化等為主要內(nèi)容。核心問題是將遺傳與發(fā)育在細(xì)胞水平上結(jié)合起來。2 細(xì)胞生物學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容一般可分為細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能與細(xì)胞重要生命活動(dòng)兩大基本部分：大致歸納為下面幾個(gè)領(lǐng)域：1）細(xì)胞核、染色體以及基因表達(dá)的研究2）生物膜與細(xì)胞器的研究3）細(xì)胞骨架體系的研究4）細(xì)胞增殖及其調(diào)控5）細(xì)胞分化及其調(diào)控6）細(xì)胞的衰老與凋亡7）細(xì)胞的起源與進(jìn)化8）

2、細(xì)胞工程3 當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的總趨勢(shì)與重點(diǎn)領(lǐng)域1） 細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)(包括分子遺傳學(xué)與生物化學(xué))相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢(shì)2）當(dāng)前研究的重點(diǎn)領(lǐng)域：I：染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系主要是非組蛋白對(duì)基因組的作用II：細(xì)胞增殖、分化、凋亡的相互關(guān)系及其調(diào)控III：細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究IV：細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝二細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)2細(xì)胞學(xué)說的建立其意義18381839年，德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺提出了“細(xì)胞學(xué)說”。3細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時(shí)期4 實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)時(shí)期5 細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的形成與發(fā)展第二章 細(xì)胞基本知識(shí)概要一 細(xì)胞的基本概念1細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。1）一切有機(jī)體都

3、由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位 2）細(xì)胞具有獨(dú)立的、有序的自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功能的基本單位3）細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育的基礎(chǔ)4）細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性5）沒有細(xì)胞就沒有完整的生命2細(xì)胞概念的一些新思考2 / 1031） 細(xì)胞是多層次非線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系：細(xì)胞具有高度復(fù)雜性和組織性2） 細(xì)胞是物質(zhì)（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過程精巧結(jié)合的綜合體3） 細(xì)胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。3細(xì)胞的基本共性1）所有的細(xì)胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜。2）所有的細(xì)胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。3)作為蛋白質(zhì)

4、合成的機(jī)器核糖體，毫無例外地存在于一切細(xì)胞內(nèi)。4）所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)行分裂。二非細(xì)胞形態(tài)的生命體病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系1病毒的基本知識(shí)1）病毒（virus）核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體；（1）根據(jù)病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：DNA病毒與RNA病毒（2）根據(jù)病毒的宿主范圍，可以分為：動(dòng)物病毒、植物病毒與細(xì)菌病毒（噬菌體）等；2）類病毒（viroid）僅由感染性的RNA構(gòu)成；3）朊病毒（prion） 僅由感染性的蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成；2病毒在細(xì)胞內(nèi)增殖（復(fù)制）病毒的增殖（復(fù)制）必須在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。病毒侵入細(xì)胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的合

5、成病毒的裝配、成熟與釋放3病毒與細(xì)胞在起源與進(jìn)化中的關(guān)系病毒是非細(xì)胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動(dòng)必須要在細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)。病毒與細(xì)胞在起源上的關(guān)系，目前存在3種主要觀點(diǎn)：1生物大分子病毒細(xì)胞 病毒2生物大分子 細(xì)胞3生物大分子細(xì)胞病毒第三種觀點(diǎn)主要依據(jù) （1）病毒的徹底寄生性 （2）有些病毒（如腺病毒）的核酸與哺乳動(dòng)物細(xì)胞DNA某些片段的堿基序列十分相似 （3）病毒可以看做DNA與蛋白質(zhì)或RNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合大分子，與細(xì)胞內(nèi)核蛋白分子有相似之處 第三種觀點(diǎn)主要論點(diǎn)l由此推論：病毒可能是細(xì)胞在特定條件下“扔出”的一個(gè)基因組，或者是具有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力的mRNA。這些游離的基因組，只有回到它們?cè)瓉淼募?xì)胞

6、內(nèi)環(huán)境中才能進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。 三原核細(xì)胞與真核細(xì)胞1 原核細(xì)胞（Prokaryotic cell）1）基本特點(diǎn)：遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成；細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜。2）主要代表：支原體（mycoplast）目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞；細(xì)菌藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞支原體（mycoplast，近年又譯為霉形體）是目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞 2真核細(xì)胞（Eukaryotic cell）1） 真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系I：以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；II：以核酸（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)為主

7、要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)III：由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。 2）細(xì)胞的大小及其分析3）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較（1）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基本特征的比較（2）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達(dá)的比較（3）植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較細(xì)胞壁、液泡、葉綠體3古細(xì)菌 （Archaebacteria）古細(xì)菌（archaebacteria）與真核細(xì)胞曾在進(jìn)化上有過共同歷程1）主要證據(jù)（1）細(xì)胞壁的成分與真核細(xì)胞一樣，而非由含壁酸的肽聚糖構(gòu)成，因此抑制壁酸合成的鏈霉素，抑制肽聚糖前體合成的環(huán)絲氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素與萬(wàn)古霉素等對(duì)真細(xì)菌類有強(qiáng)的抑制生長(zhǎng)作用，而對(duì)古細(xì)菌與真核細(xì)胞卻無作用。（

8、2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌DNA中有重復(fù)序列的存在。此外，多數(shù)古核細(xì)胞的基因組中存在內(nèi)含子。（3）有類核小體結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌具有組蛋白，而且能與DNA構(gòu)建成類似核小體結(jié)構(gòu)。（4）有類似真核細(xì)胞的核糖體：多數(shù)古細(xì)菌類的核糖體較真細(xì)菌有增大趨勢(shì)，含有60種以上蛋白，介于真核細(xì)胞（7084）與真細(xì)菌（55）之間?？股赝瑯硬荒芤种乒藕思?xì)胞類的核糖體的蛋白質(zhì)合成。（5）5S rRNA：根據(jù)對(duì)5S rRNA的分子進(jìn)化分析，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類，而真細(xì)菌卻與之差距甚遠(yuǎn)。5S rRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究也說明很多古細(xì)菌與真核生物相似。 除上述各點(diǎn)外，根據(jù)DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨

9、基酰tRNA 與肽鏈延長(zhǎng)因子等分析，也提供了以上類似依據(jù)，說明古細(xì)菌與真核生物在進(jìn)化上的關(guān)系較真細(xì)菌類更為密切。因此近年來，真核細(xì)胞起源于古細(xì)菌的觀點(diǎn)得到了加強(qiáng)。第三章（略）第四章 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜（cell membrane）又稱質(zhì)膜（plasma membrane），是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。細(xì)胞膜：在內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定；物質(zhì)、能量交換；信息傳遞中起著很重要的作用。（）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)識(shí)過程 晶格鑲嵌模型脂質(zhì)雙分子層 三明治模型單位膜模型 流動(dòng)鑲嵌模型 板塊鑲嵌模型 脂筏模型（二）生物膜的特點(diǎn)1 有磷脂雙分子層。磷脂雙分子層是生物膜的

10、基本構(gòu)型。2 不對(duì)稱性，膜蛋白不對(duì)稱性的鑲嵌或結(jié)合于表面。3 流動(dòng)性，膜蛋白和膜脂都具有一定的流動(dòng)性4 是不斷更新代謝的動(dòng)態(tài)活性結(jié)構(gòu)。二膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇3種類型。（一）成分1磷脂磷脂占整個(gè)膜脂的50以上。又分為：甘油磷脂和鞘磷脂。分子特征：磷脂分子有一個(gè)極性的頭部（膽堿、磷脂、甘油）和兩個(gè)非極性的尾部（脂肪酸鏈）。脂肪酸鏈的彎曲與不飽和脂肪酸有關(guān)，因?yàn)椴伙柡椭舅岬碾p鍵在烴鏈中容易產(chǎn)生彎曲。2糖脂由寡糖鏈和脂質(zhì)分子組成。3膽固醇存在于真核細(xì)胞膜上，含量不超過膜脂的1/3。膽固醇在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性、增加膜的穩(wěn)定性、降低水溶性物質(zhì)的通透性等起著重要的作用。細(xì)菌質(zhì)膜和植物的質(zhì)膜不含膽

11、固醇。（二）膜脂的運(yùn)動(dòng)方式沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)、脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)、脂分子尾部的擺動(dòng)、雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（三）脂質(zhì)體脂質(zhì)體（Liposome）是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)制備的人工膜。脂質(zhì)體中裹入不同的藥物或酶等具有特殊功能的大分子，可治療多種疾病。三膜蛋白1類型根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，可將膜蛋白分為：膜周邊蛋白（peripheral proteins）或稱外在膜蛋白（extrinsic proteins）膜內(nèi)在蛋白（integral proteins）或稱整合膜蛋白。2膜內(nèi)在蛋白與膜脂結(jié)合的方式：（1） 螺旋（2） 折疊：形成跨膜通道，與跨膜運(yùn)輸有關(guān)。（

12、3） 跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶帶正電荷的氨基酸殘基，Arg+等與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，Cys+共價(jià)結(jié)合脂質(zhì)分子。3去垢劑去垢劑是分離與研究膜蛋白的常用試劑?？煞譃殡x子去垢劑（SDS）和非離子去垢劑（Triton X100）。離子型: SDS非離子型：Triton X100分子四膜的流動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性取決于脂分子本身的性質(zhì)。脂肪酸鏈越短（尾部越短），不飽和程度越高，膜脂的流動(dòng)性越大。流動(dòng)越快，對(duì)細(xì)胞的生理功能調(diào)節(jié)有關(guān)。細(xì)胞生理功能有利。膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性也起著重要的調(diào)節(jié)作用。膜蛋白流動(dòng)性的證明實(shí)驗(yàn)：1 熒光抗體免疫標(biāo)記法用仙臺(tái)病毒(Sendai virus)可誘導(dǎo)兩種細(xì)胞融合成異核細(xì)胞。證

13、明了膜具有流動(dòng)性。用結(jié)合有綠色熒光染料的專一抗體標(biāo)記在小鼠培養(yǎng)細(xì)胞的表面上，用結(jié)合有紅色熒光染料的專一抗體標(biāo)記在培養(yǎng)的人體細(xì)胞表面上，然后將兩種細(xì)胞經(jīng)滅活的仙臺(tái)病毒誘導(dǎo)融合。最初一半顯紅色，另一半顯綠色。在37oC下培養(yǎng)，10分鐘后，熒光在融合表面開始擴(kuò)散，40分鐘后，則兩種染色標(biāo)記物完全混勻。2 光脫色恢復(fù)技術(shù) 用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細(xì)胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光猝滅變暗。由于膜的流動(dòng)性，猝滅區(qū)域的亮度逐漸增強(qiáng)，最后恢復(fù)到與周圍的熒光猝滅強(qiáng)度相等。根據(jù)熒光恢復(fù)的速度可推算膜蛋白或膜脂的擴(kuò)散速率。五膜的不對(duì)稱性生物膜經(jīng)冷凍蝕刻顯示的4個(gè)面。ES：與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面P

14、S：與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面EF：冷凍蝕刻技術(shù)處理后的細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面PF：冷凍蝕刻技術(shù)處理后的原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面寡糖一定是朝向細(xì)胞膜外。膜脂的不對(duì)稱性：指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中不均勻分布，糖側(cè)鏈都在質(zhì)膜的ES面上。磷脂分子的不對(duì)稱分布可能與膜蛋白的不對(duì)稱分布有關(guān)。膜蛋白的不對(duì)稱性：不論膜周邊蛋白還是膜內(nèi)在蛋白在質(zhì)膜上都呈不對(duì)稱分布，具有一定的方向性。如：細(xì)胞表面的受體、膜上載體蛋白、質(zhì)膜上的糖蛋白。按一定的方向傳遞信號(hào)和轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。六細(xì)胞膜的功能：1 穩(wěn)定內(nèi)涵2 物質(zhì)選擇運(yùn)輸3能量傳遞4信號(hào)傳導(dǎo)5細(xì)胞連接及特化七骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)（一）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞膜蛋白主要包括：血影蛋

15、白（Spectrin）、錨蛋白、帶4.1蛋白、肌動(dòng)蛋白、帶3蛋白和血型糖蛋白。前4種蛋白為骨架成分，后兩種是膜整合蛋白，在維持膜的形狀及固定其他膜蛋白的位置方面起重要作用。帶3蛋白是紅細(xì)胞膜上的載體蛋白。膜骨架網(wǎng)絡(luò)與細(xì)胞膜之間的連接主要通過錨蛋白。（二）細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)：鞭毛、纖毛、微絨毛、變形足、膜骨架等，是質(zhì)膜與細(xì)胞骨架纖維構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)維持細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動(dòng)及與外界物質(zhì)交換功能有關(guān)。第二節(jié) 細(xì)胞連接按功能分：封閉連接、錨定連接、通訊連接一 封閉連接指相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜緊密的連在一起，阻止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)。其典型形式是上皮細(xì)胞之間的緊密連接。無間隙并有嵴線銜接為網(wǎng)絡(luò)，阻止水分子和

16、其它可溶性物質(zhì)滲透。二 錨定連接通過錨定連接將相鄰細(xì)胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓?xì)胞與基質(zhì)相連形成一個(gè)細(xì)胞群體。1 與中間纖維相連的錨定連接：橋粒和半橋粒2 與肌動(dòng)纖維相連的錨定連接：粘著帶、粘著斑1橋粒：兩個(gè)細(xì)胞之間形成鈕扣式的結(jié)構(gòu)，即細(xì)胞間鈕扣式的連接。中間纖維象訂鈕扣的線。2半橋粒：另一邊不是固定在細(xì)胞上，而是固定在基底膜上。即通過細(xì)胞膜上的膜蛋白整聯(lián)蛋白將上皮細(xì)胞固著在基底膜上。3粘著帶：相鄰上皮細(xì)胞間的鈣粘素粘著形成的帶狀結(jié)構(gòu)，與其胞內(nèi)相連的是肌動(dòng)蛋白纖維。在相連細(xì)胞之間形成連續(xù)底帶狀結(jié)構(gòu)。粘著帶處的相鄰細(xì)胞膜的相互作用依賴域Ca2+，因此粘著帶中的跨膜連接糖蛋白被認(rèn)為是鈣粘素家族。小腸上皮細(xì)胞

17、微絨毛中的肌動(dòng)蛋白纖維束就結(jié)合在與鈣粘著帶相連的纖維網(wǎng)絡(luò)上。4粘著斑：與胞外基質(zhì)之間形成的斑點(diǎn)狀連接結(jié)構(gòu)（肌動(dòng)蛋白纖維整聯(lián)蛋白纖連蛋白）。是細(xì)胞與基底膜的連接，是肌動(dòng)蛋白纖維與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式。三 通訊連接間隙連接 神經(jīng)細(xì)胞間的化學(xué)突觸 植物細(xì)胞間的胞間連絲（一） 間隙連接廣泛分布在動(dòng)物各組織細(xì)胞之間，相鄰細(xì)胞膜上兩個(gè)連接子對(duì)接，隧道相通，離子鍵中小分子物質(zhì)可通過，因此可在細(xì)胞間物質(zhì)運(yùn)輸和直接通訊，對(duì)調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、分化起重大作用。1結(jié)構(gòu)成分間隙連接處相鄰的細(xì)胞膜間間隙為23nm，構(gòu)成間隙連接的基本單位稱為連接子（connexon）。每個(gè)連接子由6個(gè)相同或相似的跨膜蛋白亞單位con

18、nexin環(huán)繞，中心形成一個(gè)直徑約1.5nm的孔道。相鄰細(xì)胞膜上的倆個(gè)連接子對(duì)接形成一個(gè)間隙連接單位。2功能及其調(diào)節(jié)機(jī)制 間隙連接 間隙連接中斷例子1：早期胚胎發(fā)育傳遞分化信號(hào)分化細(xì)胞“位置信息” 間隙連接例2：分泌細(xì)胞之間 交流cAMP、Ca2+等信號(hào)分子代謝偶聯(lián)例（1）：促胰腺素胰腺腺泡細(xì)胞胰蛋白酶（2）：胰高血糖素肝細(xì)胞分解糖原例3：突觸：胚胎細(xì)胞 間隙連接 電突觸信號(hào)傳導(dǎo)心肌細(xì)胞 K+傳遞電興奮信號(hào) 電耦聯(lián)嚴(yán)格網(wǎng)格同步化反應(yīng)（如心臟的正常跳動(dòng)）例：腫瘤細(xì)胞之間間隙連接明顯減少或消失，有人認(rèn)為間隙連接起類似“腫瘤抑制因子”的作用。 間隙連接中斷癌細(xì)胞 細(xì)胞通訊障礙惡性腫瘤（二） 胞間連絲

19、相鄰植物細(xì)胞之間由胞間連絲穿越細(xì)胞壁相通，形成管狀孔道，直徑為2040nm。管狀，完成細(xì)胞間的通訊聯(lián)絡(luò)。有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分支連通，在細(xì)胞分裂時(shí)形成細(xì)胞壁上密度可達(dá)15個(gè)/m2,可傳遞電刺激，分泌調(diào)控因子（生長(zhǎng)素、激動(dòng)素）化學(xué)信號(hào)等、代謝產(chǎn)物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要渠道。很多植物病毒編碼一種特殊的運(yùn)動(dòng)蛋白（movement proteins），可以使胞間連絲的通透性增大而使病毒蛋白和核酸通過胞間連絲感染相鄰的細(xì)胞。因而帶病毒植株的頂端分生組織細(xì)胞通常無病毒。由此可實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的無毒培育脫毒。（三）化學(xué)突觸化學(xué)突觸是存在于可興奮細(xì)胞之間的細(xì)胞連接方式，它通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)（乙酰膽堿、琥珀酸膽堿）來傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)。在信息

20、傳遞中，有一個(gè)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)，再將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過程。四細(xì)胞表面的粘著因子1鈣粘素（cadherins）是一種細(xì)胞粘連糖蛋白，對(duì)胚胎發(fā)育中的細(xì)胞識(shí)別、遷移和組織分化以及成體組織器官構(gòu)成具有主要作用。2選擇素（selectin）主要參與白細(xì)胞對(duì)脈管內(nèi)皮細(xì)胞的識(shí)別和粘著。3免疫球蛋白超家族的CAM（Igsuperfamily）它在神經(jīng)組織細(xì)胞間的粘著中起主要作用。4整聯(lián)蛋白（整合素）可與不同的配體結(jié)合，從而介導(dǎo)細(xì)胞與基質(zhì)、細(xì)胞與細(xì)胞之間的粘著。整聯(lián)蛋白識(shí)別的主要部位是配體上的RGD三肽結(jié)構(gòu)。此外，整聯(lián)蛋白在細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著十分重要的作用。第三節(jié) 細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外被（

21、cell coat）,又稱糖萼，是由質(zhì)膜外糖蛋白和糖脂構(gòu)成起保護(hù)作用和識(shí)別作用的覆蓋層。細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix）,是指分布于細(xì)胞外空間，由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一膠原膠原是細(xì)胞外基質(zhì)中最主要的水不溶性纖維蛋白。膠原分布較廣，主要分布于基膜及間隙組織中，構(gòu)成胞外基質(zhì)中具剛性和抗張力的主要骨架結(jié)構(gòu)。二糖胺聚糖和蛋白聚糖是粘多糖和糖蛋白組成的水合膠體，是在結(jié)締組織及胞外基質(zhì)中的主要粘性物質(zhì)，具抗壓和潤(rùn)滑作用，使細(xì)胞易于運(yùn)動(dòng)遷移和增殖。三層粘連蛋白和纖連蛋白層粘連蛋白和纖連蛋白都是高分子蛋白，前者分子呈不對(duì)稱十字形，后者呈V形。層粘連蛋白是各種動(dòng)物胚胎及成

22、體組織的基膜的主要結(jié)構(gòu)組分之一，能將細(xì)胞固定在基膜上，它在早期胚胎發(fā)育及組織分化中具有重要作用，也與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有關(guān)。纖連蛋白是高分子量糖蛋白，介導(dǎo)細(xì)胞間粘連及細(xì)胞與基質(zhì)粘連的胞外基質(zhì)，其上的RGD三肽序列是與跨膜蛋白整聯(lián)蛋白結(jié)合部位，起介導(dǎo)細(xì)胞粘連及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑作用。對(duì)早期胚胎中的細(xì)胞遷移和分化是必需的。純化的纖連蛋白可增強(qiáng)細(xì)胞間粘連及細(xì)胞與基質(zhì)的粘連。通過粘連，纖連蛋白可以通過細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀和細(xì)胞骨架的組織，促進(jìn)細(xì)胞鋪展。纖連蛋白對(duì)于許多類型細(xì)胞的遷移和分化是必需的。四彈性蛋白彈性蛋白（elastin）是彈性纖維的主要成分。彈性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白。主要存在于

23、脈管壁及肺，彈性蛋白是構(gòu)成脈管壁及肺泡的彈性纖維。彈性纖維與膠原纖維共同維持組織的彈性及抗張性。五植物細(xì)胞壁植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素和伸展蛋白構(gòu)成的植物細(xì)胞的外框架結(jié)構(gòu)，維持其抗張壓和支持保護(hù)的作用。初生細(xì)胞壁上允許水和分子物質(zhì)自由擴(kuò)散。第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)傳遞第一節(jié) 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸細(xì)胞膜是選擇性透性膜，能調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)出的精密裝置。物質(zhì)通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)主要有三種途徑：被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸和胞吞與胞吐作用。一被動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸（passive transport）是指通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高難度向低濃度方向的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。不消耗細(xì)胞能量，運(yùn)輸方向是順濃度梯度或順電化學(xué)

24、梯度。（一）簡(jiǎn)單擴(kuò)散也叫自由擴(kuò)散，不需要膜蛋白協(xié)助。疏水的小分子或小的不帶電荷的極性分子以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，如：O2、N2、水分子和尿素等。帶電荷的離子不能簡(jiǎn)單擴(kuò)散。細(xì)胞膜的通透性主要取決于分子大小和分子的極性。小分子比大分子容易穿膜，非極性分子比極性分子容易穿膜，而帶電荷的離子跨膜運(yùn)動(dòng)則需更高的自有能。(二)協(xié)助擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散（facilitated diffusion）是各種極性分子和無機(jī)離子，如：糖、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等順其濃度梯度或電化學(xué)梯度減少方向的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，該過程不需要細(xì)胞提供能量，這與簡(jiǎn)單擴(kuò)散相同，因此兩者都稱為被動(dòng)運(yùn)輸。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可分為兩類：一類稱載體蛋白（car

25、rier proteins），它既可介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸，又可介導(dǎo)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度的主動(dòng)運(yùn)輸，如：氨基酸、核糖等通過載體蛋白選擇結(jié)合跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)；另一類稱為通道蛋白（channel proteins），只能介導(dǎo)順濃度梯度或電化學(xué)梯度的被動(dòng)運(yùn)輸。 1載體蛋白每種載體蛋白只能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合。2通道蛋白選擇性開啟離子通道。通過蛋白所介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸不需要與溶質(zhì)分子結(jié)合，橫跨形成親水通道，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子通過。離子通道的兩個(gè)特征：1）離子選擇性2）離子通道是門控的三種類型的門控離子通道示意圖：電壓門控形、配體門控形（胞外配體、胞內(nèi)配體）、壓力激活性二主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸是逆濃度梯度或逆電化學(xué)

26、梯度運(yùn)輸。是由載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度由濃度低一側(cè)向高難度的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式。消耗細(xì)胞能量。1 離子泵、質(zhì)子泵、直接消耗ATP運(yùn)輸2 協(xié)同運(yùn)輸根據(jù)主動(dòng)運(yùn)輸過程所需能量來源的不同可歸納為：1） 由ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸鈉鉀泵2） 由ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸鈣泵和質(zhì)子泵3） 協(xié)同運(yùn)輸（間接消耗細(xì)胞內(nèi)ATP）1）鈉鉀泵：（NaK泵）v在細(xì)胞內(nèi)側(cè)a亞基與Na結(jié)合促進(jìn)ATP水解， a亞基上的一個(gè)天門冬氨基酸殘基磷酸化引起a亞基構(gòu)象發(fā)生變化，將Na泵出細(xì)胞；v同時(shí)細(xì)胞外的K與a亞基的另一個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，使其去磷酸化，a亞基構(gòu)象再度發(fā)生變化將K泵進(jìn)細(xì)胞，完成整個(gè)循環(huán)。v每消耗一

27、個(gè)ATP分子，泵出3個(gè)Na和泵進(jìn)1個(gè)K2）鈣泵、質(zhì)子泵：鈣泵，又稱Ca2ATP酶，每一泵單位中約10個(gè)跨膜螺旋。細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白與之結(jié)合以調(diào)節(jié)Ca2泵的活性。Ca2泵工作與ATP的水解相偶聯(lián)，每消耗一個(gè)ATP分子轉(zhuǎn)運(yùn)出兩個(gè)Ca2。鈣泵主要存在于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，它將Ca2輸出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲(chǔ)存起來，以維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的游離Ca2。鈣泵在肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)存Ca2，對(duì)調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張是至關(guān)重要的。3）質(zhì)子泵：H泵：H-ATP酶，植物細(xì)胞、真菌、細(xì)菌的質(zhì)膜皆無鈉鉀泵，而以H泵輸出H，建立跨膜的H電化學(xué)梯度?？煞譃槿N：（1）P型質(zhì)子泵：在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中涉及磷酸化和去磷酸化。存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞膜上

28、。（2）V型質(zhì)子泵：在轉(zhuǎn)運(yùn)H過程中不形成磷酸化的中間體，存在于動(dòng)物細(xì)胞溶酶體膜和植物細(xì)胞液泡膜上。從細(xì)胞基質(zhì)中泵出H進(jìn)入細(xì)胞器，有助于保持細(xì)胞質(zhì)中性pH和細(xì)胞器內(nèi)的酸性pH。（3）第三種存在于線粒體內(nèi)膜、植物內(nèi)囊體膜和多數(shù)細(xì)菌質(zhì)膜上。順H+濃度梯度，與ATP偶聯(lián)，如氧化磷酸化和光合磷酸化。4）協(xié)同運(yùn)輸：待運(yùn)物質(zhì)在載體蛋白上與某種離子相伴跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，是由NaK泵（或H泵）所維持的離子濃度梯度驅(qū)動(dòng)，間接消耗細(xì)胞內(nèi)的ATP。動(dòng)物細(xì)胞的協(xié)同運(yùn)輸是利用膜兩側(cè)的Na電化學(xué)梯度來驅(qū)動(dòng)的，而植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H電化學(xué)梯度來驅(qū)動(dòng)。共運(yùn)輸：物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同。對(duì)向運(yùn)輸：物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方向與離子轉(zhuǎn)移的方

29、向相反。 (四)膜電位質(zhì)膜上對(duì)帶電荷物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸引起膜內(nèi)外的電位差，稱為膜電位。當(dāng)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，膜電位是外正內(nèi)負(fù)，這是靜息電位，被稱為“極化”現(xiàn)象。動(dòng)物細(xì)胞的靜息電位是在-20mV-200 mV之間。靜息電位的產(chǎn)生：質(zhì)膜上NaK泵工作造成K濃度內(nèi)高外低，Na濃度外高內(nèi)低，胞內(nèi)高濃度K是與胞內(nèi)有機(jī)分子所帶負(fù)電荷保持平衡的主要成分，然而質(zhì)膜上還有K通道和Na通道，靜息時(shí)K通道處于開啟狀態(tài)，而Na通道多數(shù)關(guān)閉，于是有一些K順濃度梯度由內(nèi)流向胞外，所以隨著正電荷轉(zhuǎn)移到胞外而留下胞內(nèi)非平衡負(fù)電荷。結(jié)果是膜外正離子過量和膜內(nèi)負(fù)離子過量，從而產(chǎn)生膜內(nèi)外的電位差（靜息電位），當(dāng)電位差達(dá)到一定值時(shí)，便阻

30、礙K進(jìn)一步向外擴(kuò)散。當(dāng)質(zhì)膜受到電刺激或化學(xué)刺激時(shí)，膜上通道蛋白的構(gòu)象會(huì)出現(xiàn)瞬間變化，引起大量Na流入胞內(nèi)，（致使靜息電位減小乃至消失），造成去極化，進(jìn)而出現(xiàn)內(nèi)正外負(fù)的膜電位，此時(shí)變?yōu)閯?dòng)作電位（即反極化），這個(gè)由去極化到反極化阿過程非常短暫，有的僅1毫秒。隨后蛋白的構(gòu)象迅速還原，膜電位又變成靜息電位（即復(fù)極化）。四 胞吞作用和胞吐作用1穿胞吞排的跨細(xì)胞運(yùn)輸出現(xiàn)在某些組織、器官分界面的細(xì)胞中。其細(xì)胞的分布呈極性，在一極的質(zhì)膜內(nèi)形成微胞飲小泡，小泡穿越細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，在另一極的質(zhì)膜上又將吞飲物質(zhì)釋放交給另一種細(xì)胞。轉(zhuǎn)運(yùn)的主要是蛋白質(zhì)。在轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，不與溶酶體發(fā)生聯(lián)系。2受體介導(dǎo)的胞吞作用微胞飲小泡：1

31、）衣被小泡2）無被小泡前者以網(wǎng)格蛋白作為胞外衣被（以受體介導(dǎo)對(duì)特定大分子的選擇性攝取濃縮）。后者是非特異性的胞飲形式。衣被小泡的形成過程：特定大分子物質(zhì)在質(zhì)膜外表被受體結(jié)合，然后該處質(zhì)膜部位在網(wǎng)格蛋白參與下凹陷形成衣被小窩，隨后進(jìn)一步內(nèi)陷脫離質(zhì)膜，形成衣被小泡進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。其衣被的結(jié)構(gòu)單位是網(wǎng)格蛋白三聚體，有三條重鏈和三條輕鏈組成的三叉網(wǎng)車型結(jié)構(gòu)，若干個(gè)網(wǎng)格蛋白結(jié)合在一起形成六邊形的網(wǎng)格特征。衣被內(nèi)由接合素蛋白分別銜接網(wǎng)格蛋白和受體，在內(nèi)陷的衣被小窩的頸部還有一種GTP結(jié)合蛋白呈環(huán)狀，其水解GTP引起頸部縊縮。衣被的主要作用：1）在衣被小窩形成階段，使膜上受體集中，有利于選擇富集內(nèi)吞特定大分子。

32、2）為衣被小泡的形成提供泡外結(jié)構(gòu)骨架。所以，一旦衣被進(jìn)入細(xì)胞后，衣被作用即已完成，就自行解聚成網(wǎng)格蛋白脫離小泡返回質(zhì)膜，重新參與其它衣被小泡的形成。Eg:低密脂蛋白（LDL）的選擇性胞吞就是典型例子。三胞吐作用：是將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其它膜泡中的物質(zhì)運(yùn)出質(zhì)膜外的途徑。1 組成型的胞吐途徑：2 調(diào)節(jié)型的胞吐途徑：（特化的分泌細(xì)胞）胞外信號(hào)刺激1 組成型的胞吐途徑主要是由高爾基體成熟面的網(wǎng)狀區(qū)（TGN）分泌的囊泡移動(dòng)到質(zhì)膜與之融合，以囊泡形式外排。為質(zhì)膜更新提供新合成的膜蛋白和膜脂；并分泌外排新合成的可溶性蛋白，在胞外形成質(zhì)膜外周蛋白、胞內(nèi)基質(zhì)、胞外營(yíng)養(yǎng)成分和信息分子。2 調(diào)節(jié)型的胞吐途徑存在于某些

33、特化的分泌細(xì)胞，這些分泌細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物（eg激素、粘液或消化酶）儲(chǔ)存在分泌泡內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞受到胞外信號(hào)分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)）刺激后，分泌泡與質(zhì)膜融合并將內(nèi)含物釋放出去。第二節(jié) 細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞一細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別（一）細(xì)胞通訊 間隙連接 不接觸 內(nèi)分泌 分泌化學(xué)信號(hào) 旁分泌 接觸 ：接觸抑制 自分泌 化學(xué)突觸傳遞信號(hào)1細(xì)胞識(shí)別細(xì)胞識(shí)別（cell recognition）：細(xì)胞通過其表面的受體接受胞外信號(hào)分子（配體），通過信號(hào)通路，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號(hào)，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)，這稱為細(xì)胞識(shí)別。2信號(hào)分子與受體親脂性的信號(hào)分子、親水性的信號(hào)分子、氣體性信號(hào)分子受體與信號(hào)（配體

34、）的關(guān)系具多樣性。 3第二信使與分子開關(guān)第二信使學(xué)說（1991年諾貝爾獎(jiǎng)）：第一信使（胞外化合物）細(xì)胞表面受體第二信使（胞內(nèi)信號(hào)分子）細(xì)胞應(yīng)答生理反應(yīng)第二信使：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二?；视停―G）第三信使：Ca2+分子開關(guān)（molecular switches） 1）由蛋白激酶使其磷酸化而開啟，由蛋白磷酸脂酶使其去磷酸化而關(guān)閉。 2）GTP結(jié)合蛋白，結(jié)合GTP時(shí)活化開啟，而結(jié)合GDP則失活而關(guān)閉。二通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞胞內(nèi)受體是一類超家族，本質(zhì)是能被親脂性激素激活的基因調(diào)控蛋白。這類受體一般有三個(gè)結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點(diǎn)；位于中部富含Cys、具鋅指結(jié)構(gòu)的D

35、NA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)；以及位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。當(dāng)抑制性蛋白（例如：Asp90）與受體結(jié)合后，使其處于非活化狀態(tài)，而當(dāng)配體（Eg甾體、激素）與受體結(jié)合時(shí)，導(dǎo)致抑制性蛋白脫離，暴露出受體上DNA結(jié)合位點(diǎn)而被激活。受體結(jié)合的DNA序列是轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，可增加某些相鄰基因的轉(zhuǎn)錄水平。甾類激素誘導(dǎo)的基因活化分兩個(gè)階段:1）初級(jí)反應(yīng)階段：直接活化少數(shù)特殊基因，發(fā)生迅速2）延遲的次級(jí)反應(yīng)：由初級(jí)反應(yīng)的基因產(chǎn)物，再活化其他基因，對(duì)初級(jí)反應(yīng)起放大作用。NO是自由基性質(zhì)的氣體，具脂溶性，可快速擴(kuò)散透過細(xì)胞膜，對(duì)鄰近靶細(xì)胞起作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中有一氧化氮合酶（NOS），能催化合成NO，當(dāng)血管神經(jīng)末釋

36、放乙酰膽堿作用于血管內(nèi)皮，使其合成釋放NO，所以才快速緩解心絞痛。三通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞細(xì)胞表面受體分為三類：1）離子通道偶聯(lián)的受體：主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞間的突觸信號(hào)傳遞。2）G蛋白偶聯(lián)的受體 存在于幾乎所有類型的細(xì)胞。3）酶偶聯(lián)的受體（一）離子通道偶聯(lián)的受體本身具信號(hào)結(jié)合點(diǎn)，又是離子通道，其跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟。神經(jīng)遞質(zhì)（胞外化學(xué)信號(hào)）與受體結(jié)合而引起通道蛋白變構(gòu)，導(dǎo)致離子通道開啟，使突觸后細(xì)胞膜出現(xiàn)過膜離子流（如Na和Ca2），從而將胞外化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成胞內(nèi)電信號(hào)，導(dǎo)致突觸出后細(xì)胞的興奮。當(dāng)膽堿脂酶將神經(jīng)遞質(zhì)水解后，離子通道關(guān)閉，信號(hào)傳遞中斷。（二）G蛋白偶聯(lián)受

37、體1是指胞外信號(hào)跨膜傳遞過程：配體受體G蛋白（分子開關(guān)）第二信使靶蛋白（酶或離子通道）細(xì)胞應(yīng)答G蛋白由、三亞基組成，、二聚體錨定于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，穩(wěn)定亞基，亞基具GTP酶活性。當(dāng)它與GDP結(jié)合時(shí)，處于失活狀態(tài)，而當(dāng)它與GTP結(jié)合后，處于開啟態(tài)，從而傳遞信號(hào)。2其信號(hào)通路有兩類：1） cAMP信號(hào)通路2） 磷脂酰肌醇信號(hào)通路1）cAMP信號(hào)通路是真核細(xì)胞應(yīng)答激素反應(yīng)的主要機(jī)制之一，其信號(hào)通路的效應(yīng)酶是腺苷酸環(huán)化酶，起調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)第二信使cAMP水平。cAMP信號(hào)通路上包括激活和抑制腺苷酸環(huán)化酶兩種方式，前者有激活型激素受體（Rs）和激活型G蛋白復(fù)合物（Gs），后者有抑制型激素受體（Ri）和抑制型G蛋白復(fù)

38、合物（Gi）。所以激活型的激素（eg腎上腺素型）和抑制型的激素（eg腎上腺素型）可同時(shí)協(xié)調(diào)作用于腺苷酸環(huán)化酶，來調(diào)節(jié)cAMP水平。此信號(hào)通路有三個(gè)特點(diǎn)： Gs蛋白結(jié)合GTP后，由其亞基結(jié)合腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，但其活化的、亞基也能開啟質(zhì)膜上K+通道的信號(hào)傳遞作用。 Gi可由活化的Gi亞基直接結(jié)合來抑制腺苷酸環(huán)化酶，也可由活化的Gi與Gs結(jié)合，阻斷其激活效應(yīng)。 CAMP在細(xì)胞內(nèi)的濃度迅速調(diào)節(jié)決定了細(xì)胞快速應(yīng)答胞外信號(hào)，即信號(hào)放大和信號(hào)終止快速轉(zhuǎn)變，終止是由環(huán)腺苷酸磷酸二脂酶來降解cAMP。cAMP信號(hào)通路的主要效應(yīng)是通過蛋白激酶A（PKA）來激活下游靶酶和開啟基因表達(dá)。前者是快速反應(yīng)（幾秒

39、至幾分鐘），后者是慢速反應(yīng)（幾分鐘到幾小時(shí)）。前者是活化的PKA導(dǎo)致下游靶酶蛋白磷酸化，從而快速影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞行為（如：由腎上腺素刺激，骨骼肌細(xì)胞導(dǎo)致糖原分解，脂肪細(xì)胞導(dǎo)致甘油三脂分解）。而后者是：激素G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A（PKA）基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄。2）磷脂酰肌醇信號(hào)通路胞外信號(hào)G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白磷脂酶C（PLC）磷脂酰肌醇（PIP2） 三磷酸肌醇開啟Ca2通道鈣調(diào)蛋白結(jié)合細(xì)胞反應(yīng)（兩種第二信使） 二?；视偷鞍准っ窩（PKC）系列磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng) 激活使得抑制蛋白的磷酸化 調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄 脫離 基因調(diào)控蛋白 活化基因轉(zhuǎn)錄PIP2普遍存在于真核

40、細(xì)胞的質(zhì)膜中，由此產(chǎn)生IP3Ca2+和DGPKC雙信使。IP3作為胞內(nèi)配體打開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的Ca2通道，使細(xì)胞質(zhì)中游離Ca2升高，引起PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DG活化，進(jìn)而使各種底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸基磷酸化，從而導(dǎo)致了細(xì)胞分泌、收縮等短期生理效應(yīng)，也導(dǎo)致了細(xì)胞增殖、分化等長(zhǎng)期生理效應(yīng)。IP3和DG的信號(hào)終止是分別由去磷酸化和磷酸化（或水解）進(jìn)入PIP2循環(huán)。Ca2的信號(hào)終止是由質(zhì)膜Ca2泵（或NaCa2交換器）及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜Ca2泵來降低細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度，以免細(xì)胞中毒。（三）酶聯(lián)受體1酪氨酸激酶受體RIK及RTKRas信號(hào)通路是細(xì)胞表面一大類重要受體，是一次跨膜蛋白，其胞外配體是胰島素和多種

41、生長(zhǎng)因子，配體結(jié)合導(dǎo)致受體的二聚化構(gòu)象變化和自磷酸化，而磷酸化的酪氨酸殘基可被含SH2結(jié)構(gòu)域的胞內(nèi)信號(hào)蛋白所識(shí)別結(jié)合，由此啟動(dòng)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。配體RTKadaptorGRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)磷酸化基因調(diào)控蛋白細(xì)胞效應(yīng)RTK介導(dǎo)的信號(hào)通路是具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化、存活、凋亡等多向性效應(yīng)，不需G蛋白參與，而由Ras蛋白起分子開關(guān)作用，RTKRas信號(hào)通路向下游傳導(dǎo)是扳動(dòng)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，起增強(qiáng)、放大和延長(zhǎng)效應(yīng)。Ras結(jié)合GTP時(shí)為活化態(tài)，結(jié)合GDP時(shí)為失活態(tài)。2其它酶聯(lián)受體1） 絲氨酸/蘇氨酸激酶受體：其配體是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子s，是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖

42、等功能。2） 酪氨酸磷酸脂酶受體：作用與RTK相反。3） 鳥苷酸環(huán)化酶受體：以cGMP作為第二信使的通路，能使血管平滑肌松弛，血壓下降。4） 酪氨酸蛋白激酶關(guān)聯(lián)受體：通過非受體性的酪氨酸激酶來傳遞信號(hào)的。致癌基因Src家族和Janus家族表達(dá)產(chǎn)物都是此類。四由細(xì)胞表面整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳遞質(zhì)膜上的整聯(lián)蛋白外聯(lián)纖連蛋白等胞外配體，內(nèi)聯(lián)肌動(dòng)蛋白纖維，介導(dǎo)了兩條信號(hào)通路：一是到細(xì)胞核的信號(hào)通路，即通過酪氨酸激酶Src和粘著斑激酶FAK的活化，以Ras蛋白為分子開關(guān)，沿MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)途徑傳遞生長(zhǎng)促進(jìn)信號(hào)進(jìn)入細(xì)胞核，激活有關(guān)生長(zhǎng)增殖的基因轉(zhuǎn)錄；二是到核糖體的信號(hào)通路，導(dǎo)致翻譯特定mRNA，指導(dǎo)合成細(xì)胞

43、周期所需特定蛋白質(zhì)。五細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征：1 多途徑、多層次2 信號(hào)收斂、發(fā)散和交談3 專一性、相似性4 信號(hào)放大與信號(hào)終止并存5 對(duì)細(xì)胞刺激的適應(yīng)6 蛋白激酶的網(wǎng)絡(luò)整合信息第六章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和內(nèi)膜系統(tǒng)一細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義經(jīng)典細(xì)胞學(xué)：光鏡下，除去可見的細(xì)胞器及內(nèi)含顆粒的透明質(zhì)部分，稱為細(xì)胞液。細(xì)胞生物學(xué)：電鏡下，除去可見的細(xì)胞器及亞微結(jié)構(gòu)以外的細(xì)胞質(zhì)部分，稱為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。分級(jí)離心后，除去所有細(xì)胞和顆粒剩下的清液部分，稱為胞質(zhì)溶膠。二細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的化學(xué)組分成分復(fù)雜，不易分析。所以反映了大部分細(xì)胞的生化成分，即是許多細(xì)胞器生化反應(yīng)的底物和產(chǎn)物的運(yùn)輸通道，本身又涉及了

44、幾種細(xì)胞代謝途徑。離心分離中，易發(fā)生混雜與丟失。破碎細(xì)胞器及液泡內(nèi)含物可能混入可溶相，在另一些本屬基質(zhì)的物質(zhì)，如可溶性酶又可能附在細(xì)胞器上被分離。三細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能1 是進(jìn)行某些生化活動(dòng)的場(chǎng)所。2 為維持細(xì)胞器穩(wěn)定，提供適宜的離子環(huán)境3供應(yīng)細(xì)胞器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的底物4對(duì)蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解和構(gòu)象修正1） 磷酸化與去磷酸化、糖基化、甲基化、?；?） 依賴泛素標(biāo)記到蛋白質(zhì)酶體中的蛋白質(zhì)降解途徑3） 熱休克蛋白Hsp幫助變性或畸形蛋白質(zhì)重新折疊5物質(zhì)貯存和運(yùn)輸。五 內(nèi)膜和內(nèi)膜系統(tǒng)1 內(nèi)膜：電鏡下可見的在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的膜相結(jié)構(gòu)。內(nèi)膜系統(tǒng)：由內(nèi)膜圍成泡狀、扁囊狀的亞微結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器，構(gòu)成復(fù)雜且精密的

45、胞內(nèi)系統(tǒng)。主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體、過氧化物酶體以及衍生的小泡和液泡。2 內(nèi)膜的共同特征：1） 都是單位膜結(jié)構(gòu)2） 僅存在于真核細(xì)胞中3） 處于動(dòng)態(tài)平衡中，膜之間有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象3 內(nèi)膜與質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)差別1） 單位膜的層次結(jié)構(gòu)差別不如質(zhì)膜明顯2） 內(nèi)膜厚度稍薄，6-7nm3） 膜上的抗原不同第二節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）一內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和分布由單層內(nèi)膜圍成的管狀、扁囊狀結(jié)構(gòu)，連通成網(wǎng)，周邊區(qū)域常見由其出芽分離形成的小泡，按形態(tài)差別可分為兩類：膜外表附有核糖體的稱粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough ER）,而膜表面無核糖體的稱為光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth ER）。rER一般呈平行囊狀分布，多數(shù)是圍繞在細(xì)胞核附近

46、，其腔體與雙層核膜之間的腔（核周池）相通。而sER呈分枝的管狀網(wǎng)絡(luò)，往往分布在rER的外側(cè)，這兩種ER是連通的，還可與質(zhì)膜相連。在不同類型細(xì)胞中，其數(shù)量和類型有不同。二ER的化學(xué)組成依據(jù)對(duì)微粒體（microsome）組分分析，微粒體是經(jīng)分級(jí)離心得到的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片形成的泡狀人工產(chǎn)物，以蔗糖密度剃度離心，可將rER和sER分離開，再以脫氧膽脂酸鹽處理，可將核糖體分離出來。三內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能1） 蛋白質(zhì)的合成附在rER膜外表的核糖體合成多肽鏈；從“易位子”孔道進(jìn)入ER腔內(nèi)。RER合成的蛋白包括：分泌蛋白（外分泌的酶、抗體、多肽類激素、胞外基質(zhì)等）、膜蛋白（將轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)膜和其它內(nèi)膜）和細(xì)胞器中可溶性駐留蛋白（

47、轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和植物液泡等細(xì)胞器）。2） 蛋白質(zhì)折疊裝配和修飾加工新合成的多肽由結(jié)合蛋白Bip和蛋白二硫鍵異構(gòu)酶幫助折疊、裝配。前者起識(shí)別作用，后者起切斷和重結(jié)二硫鍵作用。凡錯(cuò)誤折疊裝配的肽鏈皆由易位子返回細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，由依賴于泛素的蛋白酶體降解。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成蛋白質(zhì)的糖基化是最常見的修飾加工，分為N連接糖基化和O連接糖基化兩種方式。前者是在膜上的糖基轉(zhuǎn)移酶作用下，將膜內(nèi)側(cè)的磷酸多萜醇上的寡糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鍵的天冬酰胺殘基上；而后者則是轉(zhuǎn)移到絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸或羥脯氨酸上。3） 脂質(zhì)的合成磷脂膽固醇和甾類激素都在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成。合成磷脂所需的三種酶（?；D(zhuǎn)移酶、磷脂酶、膽堿磷酸轉(zhuǎn)

48、移酶）都位于膜上，其活性部位朝向膜外。合成磷脂的底物來自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，合成后在磷脂轉(zhuǎn)位因子幫助下翻轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)位），迅速進(jìn)入ER腔內(nèi)。其合成的脂類除部分用于自身的膜裝配，其余轉(zhuǎn)運(yùn)到別的細(xì)胞器。轉(zhuǎn)運(yùn)方式：類似于膜蛋白的膜流動(dòng)和膜泡出芽轉(zhuǎn)移，還可以磷脂轉(zhuǎn)換蛋白PEP載體運(yùn)送到線粒體或過氧化物酶體等缺磷脂的細(xì)胞膜上。4） 內(nèi)膜的生成與分化rER膜可不斷自身裝配生成，再通過一系列化學(xué)結(jié)構(gòu)上的膜改造(eg：核糖體脫落、添加或減少膜上的酶、脂類及糖基化)，實(shí)現(xiàn)各類型內(nèi)膜的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)運(yùn)方式：連通的膜由膜流動(dòng)性轉(zhuǎn)運(yùn)；不連通的則由小泡輸送。5） 解毒作用sER中有些酶（eg：細(xì)胞色素P450酶系）能催化脂溶性藥物（如苯巴

49、比妥）氧化失效。6） 糖原分解動(dòng)物的糖原顆粒（肝糖原、肌糖原）貯存在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，當(dāng)生理活動(dòng)需要消耗能量時(shí)，在激素控制下由cAMP介導(dǎo)，糖原被葡聚糖磷酸化酶降解成葡萄糖6磷酸，再由sER膜上的磷酸脂酶催化去掉磷酸根，葡萄糖穿過膜進(jìn)入sER腔，運(yùn)出細(xì)胞進(jìn)入血液供生理需要。7） Ca2的貯存內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2泵將細(xì)胞基質(zhì)中的Ca2大量泵入腔中貯存，一旦受胞外信號(hào)刺激時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的Ca2通道打開，Ca2迅速涌出作為胞內(nèi)信號(hào)傳遞。肌質(zhì)網(wǎng)是肌細(xì)胞中特化的sER，平時(shí)其內(nèi)貯存的Ca2濃度比肌質(zhì)中高數(shù)千倍，當(dāng)興奮沖動(dòng)刺激時(shí)，肌質(zhì)網(wǎng)大量釋放Ca2，激活A(yù)TP酶，促使肌肉收縮。8） 合成物質(zhì)的運(yùn)輸和交換是胞內(nèi)物

50、質(zhì)合成運(yùn)輸?shù)耐ǖ?。rER合成的分泌性多肽，經(jīng)sER腔轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體，包裝成分泌顆粒，再輸出胞外或其它細(xì)胞器。此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)之間形成了巨大的物質(zhì)交換。四高爾基復(fù)合體（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布由一層膜包圍組成的囊狀、管狀和泡狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的堆疊。1CGN：Golgi體在位置朝向和物質(zhì)運(yùn)輸上都表現(xiàn)有極性，一般彎曲成弓形，其凸面稱形成面（或順面），朝向細(xì)胞核，其凹面朝向質(zhì)膜，稱為成熟面（或反面）。2.中間膜囊：是進(jìn)行糖基化修飾、糖脂形成和多糖合成的主要區(qū)域。3TGN：是蛋白質(zhì)分類、包裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)域，Golgi周圍的囊泡是由膜囊邊緣膨大部分出芽形成，負(fù)責(zé)物質(zhì)運(yùn)輸。（二）高爾基體的功能：1 細(xì)胞內(nèi)大分子

51、運(yùn)輸樞紐ER合成的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在此加工、分類和包裝后，分別運(yùn)送到細(xì)胞特定部位或分泌到細(xì)胞外。2 蛋白質(zhì)糖基化修飾：質(zhì)膜上許多膜蛋白和分泌蛋白，以及溶酶體的水解酶類都是糖蛋白，還有胞外基質(zhì)中的蛋白聚糖等，皆是在Golgi完成糖基化修飾、加工、包裝和分選的。糖基化有兩類：即N連接和O連接。N連接糖基化始于rER，直至TGN，要經(jīng)過9個(gè)步驟，11種以上酶的催化、部分切除和添加等加工修飾，才能最終形成成熟的糖蛋白。那些參與加工的酶都是固定整合在ER和Golgi腔內(nèi)側(cè)，組成修飾加工流水線。蛋白質(zhì)糖基化的功能有：1）作為分選的標(biāo)志，例如：在CGN區(qū)域開始裝配的溶酶體酶都具有6-磷酸甘露糖（M6P）共同標(biāo)志

52、，所以到TGN區(qū)域由M6P受體分選轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體；2）保證多肽的正確折疊；3）增加構(gòu)象穩(wěn)定性；4）影響蛋白質(zhì)水溶性及電荷。糖脂的加工途徑方式與糖蛋白類似，再由Golgi體轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體膜或質(zhì)膜上。3 蛋白質(zhì)酶解加工1）無生物活性的蛋白原切除N端或兩端序列切除形成成熟的多肽2）前體水解切割成多段同種有活性的多肽3）對(duì)含不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體以不同方式加工成不同產(chǎn)物。4 在細(xì)胞分泌中起主要作用例如：消化道分泌物、呼吸道分泌物，都是高濃度的糖蛋白或糖胺聚糖或蛋白聚糖；再例如皮脂腺、汗腺中分泌的糖脂類。5 是酶源粒和初級(jí)溶酶體的發(fā)源地酶原是無活性的的蛋白酶前體，eg:胃蛋白酶原、胰蛋白酶原等。6 在植物

53、細(xì)胞分裂末期參與細(xì)胞多糖合成7 是細(xì)胞內(nèi)的膜泡進(jìn)行“膜流”的調(diào)控樞紐細(xì)胞內(nèi)的膜泡除轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)含物質(zhì)外，還轉(zhuǎn)運(yùn)了膜物質(zhì)。故稱為膜流（membrane flow），其方向有：外內(nèi)；內(nèi)內(nèi)和內(nèi)外，這是維持質(zhì)膜和內(nèi)膜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的物質(zhì)循環(huán)途徑。五溶酶體和過氧化物酶體溶酶體內(nèi)含有多種水解酶，能降解、消化各種大分子物質(zhì)，是廣泛存在動(dòng)物細(xì)胞中的重要細(xì)胞器。植物細(xì)胞中有與其功能類似的圓球體、中央液泡。（一）溶酶體的結(jié)構(gòu)由單層膜包圍形成的泡狀細(xì)胞器，膜厚度7.5nm，其內(nèi)部無結(jié)構(gòu)，但大小相差極大，其直徑為0.20.5nm不等。所含的水解酶有60余種，（包括蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶等），都是酸性水解酶，最適pH 5.0左右。其中酸性磷酸酶是溶酶體的標(biāo)志酶。溶酶體膜的特點(diǎn)：1 嵌有質(zhì)子泵，能維持泡中酸性內(nèi)環(huán)境2 具有多種載體蛋白，能將水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)3 膜蛋白高度糖基化，可能對(duì)防止自身膜物質(zhì)降解有利。（二）溶酶體的功能：1 細(xì)胞內(nèi)消化：降解胞吞進(jìn)入的大分子異物，為細(xì)胞代謝提供營(yíng)養(yǎng)，饑餓時(shí)，溶酶體也分解細(xì)胞內(nèi)的生物大分子以保證機(jī)體所需能量。2 防御功能：顆粒白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞可吞噬細(xì)菌、病毒，在溶酶體中將其殺死，消化降解后的產(chǎn)物供細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)。3 自噬消除細(xì)胞內(nèi)衰老損傷的生物大分子和細(xì)胞器，有用物質(zhì)被轉(zhuǎn)化更新。4 對(duì)機(jī)體中衰老病變的細(xì)胞的清除：主要由巨嗜細(xì)胞吞噬到溶酶體中降