第一篇細(xì)胞生物學(xué)

1、細(xì)胞生物學(xué) PAGE 53細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)基本知識第一節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容與現(xiàn)狀現(xiàn)代生命科學(xué)中一門重要的基礎(chǔ)前沿學(xué)科細(xì)胞生物學(xué)(cell biology)是研究細(xì)胞基本生命活動規(guī)律的科學(xué)，它從顯微、亞顯微與分子水平上研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，細(xì)胞增殖、分化、代謝、運(yùn)動、衰老、死亡，以及細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控，細(xì)胞起源與進(jìn)化等重大生命過程。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞重大生命活動及其分子機(jī)制的研究日趨深入，已經(jīng)成為21世紀(jì)生命科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容 細(xì)胞生物學(xué)研究內(nèi)容一般可分為細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞重要生命活動兩大基本部分，但它們又是不可割裂的。當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究內(nèi)容大

2、致歸納為以下諸多領(lǐng)域：1、生物膜與細(xì)胞器；2、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；3、細(xì)胞骨架體系；4、細(xì)胞核、染色體及基因表達(dá)；5、細(xì)胞增殖及其調(diào)控；6、細(xì)胞分化及干細(xì)胞生物學(xué)；7、細(xì)胞衰老與死亡；8、細(xì)胞工程；9、細(xì)胞的起源與進(jìn)化。細(xì)胞學(xué)說的建立及其意義英國學(xué)者胡克（Robert Hooke)于1665年用自制的顯微鏡（放大倍數(shù)為40140倍），觀察了軟木（櫟樹皮）的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，并首次借用拉丁文cellar(小室)這個詞，來描述他所看到的類似蜂巢狀結(jié)構(gòu)（實際上只是觀察到纖維質(zhì)的細(xì)胞壁）。后來英文用cell這個詞，中文譯為“細(xì)胞”。此后不久，荷蘭學(xué)者列文虎克（Antony van Leeuw

3、en Hoek)用設(shè)計更好的顯微鏡，觀察了許多動植物的活細(xì)胞與原生動物，并于1674年在觀察魚的紅細(xì)胞時描述了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。此后對細(xì)胞觀察的資料不斷增加，積累了較豐富的材料。1838年，德國植物學(xué)家施萊登（M. J. Schleiden)發(fā)表了植物發(fā)生論，指出細(xì)胞是構(gòu)成植物的基本單位。1839年，德國動物學(xué)家施旺（T.Schwann)發(fā)表了關(guān)于動植物的結(jié)構(gòu)和生長的一致性的顯微研究論文，指出動植物都是細(xì)胞的集合物。施旺和施萊登兩人共同提出：一切植物、動物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動植物的基本單位，這就是著名的“細(xì)胞學(xué)說”。細(xì)胞學(xué)說的建立對現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展具有重要的意義。當(dāng)時“細(xì)胞學(xué)說”的基本內(nèi)

4、容是：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；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，又對與其他細(xì)胞共同組成的整體的生命有所助益； 新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性地球上的生命形式千差萬別，但作為生命基本單位的細(xì)胞，則有顯著的基本共性，如相似的化學(xué)組成、基本一致的結(jié)構(gòu)形式、類似的遺傳語言和相似的代謝調(diào)控機(jī)制。同時，細(xì)胞又有明顯的多樣性，種類繁多、形態(tài)各異、功能多樣性的細(xì)胞形成不同的物種或構(gòu)建同一生物體的不同組織。形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一是各類生物所共同遵循的基本原則。細(xì)胞是生命活動的基本單位細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位；細(xì)胞是代謝與功

5、能的基本單位；細(xì)胞是有機(jī)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)；細(xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁；細(xì)胞是生命起源的歸宿，是生物進(jìn)化的起點（含有遺傳物質(zhì)的原始細(xì)胞的形成，標(biāo)志著生命的出現(xiàn)）。細(xì)胞的基本共性構(gòu)成生物體的細(xì)胞種類繁多，形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能各異，但作為生命活動基本單位的所有細(xì)胞卻又有共同的基本點：1、相似的化學(xué)組成。2、脂-蛋白體系的生物膜。3、相同的遺傳裝置。所有的細(xì)胞都以DNA儲存和傳遞遺傳信息，以RNA作為轉(zhuǎn)錄物指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，蛋白質(zhì)的合成場所都是核糖體，幾乎所有的細(xì)胞都使用一套相同的遺傳密碼。這說明，所有的細(xì)胞都起源于共同的祖先。4、一分為二的分裂方式。原核細(xì)胞原核細(xì)胞因沒有典型的細(xì)胞核而得名，包括

6、支原體、衣原體、立克次氏體、細(xì)菌、放線菌與藍(lán)藻等。幾乎所有的原核生物都由單個原核細(xì)胞構(gòu)成。原核細(xì)胞最基本的特點可以概括為兩點：遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅為一個環(huán)狀DNA；細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的各種細(xì)胞器，也沒有核膜；細(xì)胞的體積一般很小，直徑由0.210m不等。原核細(xì)胞的進(jìn)化地位顯然比較原始，大約在35億年前在地球上就出現(xiàn)了；現(xiàn)在在地球上的分布廣度及對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性比真核生物大得多。最小最簡單的細(xì)胞支原體 支原體是目前發(fā)現(xiàn)的能在無生命培養(yǎng)基中生長繁殖的最小最簡單的細(xì)胞，具備細(xì)胞的基本形態(tài)和功能。支原體無細(xì)胞壁，細(xì)胞膜含膽固醇。能合成幾百種蛋白質(zhì)，這可能是細(xì)胞生存和增殖所必需的最低數(shù)量

7、的蛋白質(zhì)。以一分為二的方式分裂繁殖。支原體的體積很小，直徑一般是0.10.3m，僅為細(xì)菌的1/10。一個細(xì)胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu)裝置與機(jī)能是：細(xì)胞膜、DNA與RNA、一定數(shù)量的核糖體以及催化主要酶促反應(yīng)所需要的酶。從保證一個細(xì)胞生命活動運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的條件看，可以推算出來，一個細(xì)胞體積的最小極限直徑為140200nm，而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的最小支原體細(xì)胞的直徑已接近這個極限。因此，比支原體更小更簡單的細(xì)胞，似乎不可能滿足生命活動的基本要求，也就是說支原體應(yīng)該是最小最簡單的細(xì)胞。原核細(xì)胞的兩個代表類群細(xì)菌和藍(lán)藻細(xì)菌細(xì)菌是原核細(xì)胞的典型代表，特點是：無細(xì)胞核，有細(xì)胞壁，除核糖體外無其它細(xì)胞器。 細(xì)胞壁：主要

8、成分是肽聚糖和胞壁酸，均為蛋白多糖。所有細(xì)菌的細(xì)胞壁均具有肽聚糖，而不同細(xì)菌細(xì)胞壁中的壁酸種類差異較大。細(xì)胞壁使細(xì)胞保持一定的外形和滲透壓，起保護(hù)作用。細(xì)胞膜：基本結(jié)構(gòu)同真核細(xì)胞的膜，厚約10 nm。但含有豐富的酶系，決定了較真核細(xì)胞的膜有更多的功能（具線粒體部分功能、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)部分功能、高爾基體部分功能等）。中膜體：又叫中間體、間體、質(zhì)膜體。是質(zhì)膜內(nèi)陷形成的。DNA常附在上面（核質(zhì)體）。推測它有類似紡錘體的功能（指導(dǎo)細(xì)胞分裂）和線粒體的功能，與能量代謝有關(guān)。為DNA復(fù)制起支點作用。此外，有些細(xì)菌表面還有夾膜、鞭毛等附屬結(jié)構(gòu)。核區(qū)或擬核（一個）：裸露環(huán)狀DNA分子經(jīng)折疊而成類核區(qū)，無核膜和核仁，D

9、NA長約12001400m（可稱細(xì)菌染色體）。DNA復(fù)制在整個分裂周期連續(xù)進(jìn)行，遵循半保留復(fù)制。DNA分子的一端常附在質(zhì)膜上作為支持點。DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)合成可同時進(jìn)行。 核外DNA，亦稱質(zhì)粒：是獨(dú)立于染色體以外的環(huán)狀裸露DNA分子，能自我復(fù)制，并能整合到核DNA中去，還能在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移，所以在遺傳工程中常用作基因轉(zhuǎn)移的載體。細(xì)菌可以失去質(zhì)粒DNA而無妨于正常代謝活動。核糖體：每個細(xì)菌約有5千5萬個，一部分附在質(zhì)膜上，多數(shù)游離在細(xì)胞質(zhì)中，沉降系數(shù)為70s（50s、30s兩個亞基）。分裂方式：一分為二、出芽生殖等簡單分裂方式。藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌，是自養(yǎng)類型，含有藻藍(lán)素、紅色素、黃色素、葉綠素等

10、，故不一定都是藍(lán)色。藍(lán)藻的體積是原核細(xì)胞中最大的，可達(dá)10m，可以是單細(xì)胞，也可以是群體。分布在水、陸地、植物、木頭、石頭、動物上。如：顫藻直徑達(dá)70m，食用的“發(fā)菜”便是藍(lán)藻的絲狀體，綠肥紅萍是一種固氮藍(lán)藻與水生蕨類滿江紅的共生體。藍(lán)藻的結(jié)構(gòu)簡單，包括：表面結(jié)構(gòu)：最外層的膠質(zhì)層，為酸性粘多糖和果膠質(zhì)，又稱鞘。細(xì)胞壁：具肽聚糖層，內(nèi)層含纖維素層。光合作用片層（囊類體）：光和色素和電子傳遞鏈均位于此，膜上還有大量藻膽蛋白，負(fù)責(zé)將光能傳遞給葉綠素a；中心質(zhì)或中央體：是遺傳物質(zhì)所在部位，相當(dāng)于核區(qū)。 真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的比較特 征原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞膜有（多功能性）有核膜無有染色體由一個環(huán)狀DNA分

11、子構(gòu)成的單個染色體，DNA不與或很少與蛋白質(zhì)結(jié)合2個染色體以上，染色體由線狀DNA 與蛋由質(zhì)結(jié)合組成核仁無有線粒體無有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無有高爾基體無有核糖體70S(包括50S與30S的大小亞單位)80S(包括60S與40S的大小亞單位）光合作用結(jié)構(gòu)藍(lán)藻含有葉綠素a的膜層結(jié)構(gòu)植物葉綠體具有葉綠素a和b核外DNA細(xì)菌具有裸露的質(zhì)粒DNA線粒體DNA，葉綠體DNA細(xì)胞壁主要成分是肽聚糖與壁酸動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁的主要成分為纖維素和果膠細(xì)胞骨架無有細(xì)胞增殖(分裂)方式直接分裂以有絲分裂為主非細(xì)胞形態(tài)的生命體病毒作為非細(xì)胞形態(tài)的生命體，病毒與細(xì)胞的區(qū)別主要表現(xiàn)在：（1）病毒很小，結(jié)構(gòu)極其簡單。必須在電子顯

12、微鏡下才能清楚地看到。（2）遺傳載體的多樣性。不同種類的病毒遺傳載體不同：有DNA病毒和RNA病毒，這兩種病毒均有雙鏈和單鏈之分，每一種病毒只含有DNA或RNA，而非二者兼有。（3）徹底的寄生性。（4）以復(fù)制和裝配的方式進(jìn)行增殖。病毒的生命活動必須在細(xì)胞內(nèi)實現(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：在多半個世紀(jì)前，第一種觀點占優(yōu)勢。目前，第二與第三種觀點比較容易接受。細(xì)胞生物學(xué)研究方法細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法肉眼的分辨率一般只有0.2 mm，光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2m，而電子顯微鏡的分辨率可達(dá)0.2 nm。光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡技術(shù)曾經(jīng)在細(xì)胞學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用。細(xì)胞生物學(xué)工作者至今

13、仍然離不開普通的光學(xué)顯微鏡，并且隨著多種現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)與光鏡技術(shù)的結(jié)合，光學(xué)顯微鏡展示出了新的活力。光學(xué)顯微鏡的組成主要分三部分：光學(xué)放大系統(tǒng)，為兩組玻璃透鏡：目鏡與物鏡；照明系統(tǒng)：光源和聚光鏡，有時另加各種濾光片以控制光的波長范圍；鏡架及樣品調(diào)節(jié)系統(tǒng)。顯微鏡最重要的性能參數(shù)是分辨率，而不是放大倍數(shù)。分辨率是指25cm明視距離處，能區(qū)分開兩個質(zhì)點間的最小距離。辨認(rèn)兩點之間的距離越小，則分辨本領(lǐng)愈高。分辨率的高低取決于光源波長，物鏡鏡口角(標(biāo)本在光軸的一點對物鏡鏡口的張角）和介質(zhì)折射率N，它們之間的關(guān)系是： R = 061 / Nsin /2光學(xué)顯微鏡可以直接用于觀察單細(xì)胞生物或體外培養(yǎng)細(xì)胞。光

14、鏡種類很多，包括：普通顯微鏡、實體顯微鏡、暗視野顯微鏡、相差顯微鏡、熒光顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡等。電子顯微鏡電子顯微鏡是將電子束投射到樣本上，利用樣本對電子的投射和散射形成明暗反差的圖像。電鏡的分辨率高，主要是因為使用了波長比可見光短得多的電子束作為光源，波長一般小于0.1nm。由于光源的不同，又決定了電鏡與光鏡的一系列不同點：用電磁透鏡聚焦；電鏡鏡筒中要求髙真空；圖像需用熒光屏來顯示或感光膠片作記錄。電子顯微鏡主要由以下四部分組成：電子束照明系統(tǒng)：包括電子槍、聚光鏡。由髙頻電流加熱鎢絲發(fā)出電子，經(jīng)高電壓使電子加速，經(jīng)過聚光鏡匯聚成電子束；成像系統(tǒng)：包括物鏡、中間鏡與投影鏡等。它們是若干精

15、密加工的中空圓柱體，里面裝置線圈，通過改變線圈的電流大小，調(diào)節(jié)圓柱體空間的磁場強(qiáng)度。電子束經(jīng)過磁場時發(fā)生螺旋式運(yùn)動，最終的結(jié)果如同光線通過玻璃透鏡時一樣，聚焦成像；真空系統(tǒng)：用兩級真空泵不斷抽氣，保持電子槍、鏡筒及記錄系統(tǒng)內(nèi)的高度真空，以利于電子的運(yùn)動； = 4 * GB3 記錄系統(tǒng)：電子成像須通過熒光屏顯示用于觀察，或用感光膠片記錄下來。電子顯微鏡有透射式和掃描式兩大類。由于電子束的穿透能力有限，為獲得較高分辨率，通常需要一些技術(shù)，如超薄切片技術(shù)、負(fù)染色技術(shù)、冷凍蝕刻技術(shù)等來提高分別率。細(xì)胞及其組分的分析方法（一）離心技術(shù)1、差速離心：用低滲勻漿、超聲破碎或研磨等方法可使細(xì)胞膜破損，形成細(xì)胞

16、核、線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體等細(xì)胞器和細(xì)胞組分的混合勻漿，再通過差速離心，即利用不同的離心速度所產(chǎn)生的不同離心力，將質(zhì)量和密度不同的各種亞細(xì)胞組分和各種顆粒分開。用差速離心法分離細(xì)胞勻漿中的各種細(xì)胞組分圖中顯示，隨著離心力（g）的大小和離心時間的不同，各種細(xì)胞組分沉淀在不同的離心管中。2、密度梯度離心：將要分離的細(xì)胞組分小心地鋪放在含有密度逐漸增加的、形成密度梯度的、高溶解性的、惰性物質(zhì)（如蔗糖)溶液的表面，進(jìn)行離心，不同組分以不同的沉降速率沉降，形成不同的沉降帶。各組分的沉降速率與它們的形狀和大小有關(guān)，通常以沉降系數(shù)（S值）表示。常用的介質(zhì)有蔗糖和氯化銫等。用密度梯度離心分離

17、細(xì)胞組分示意圖（二）細(xì)胞成分的細(xì)胞化學(xué)顯示方法為了測定蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂質(zhì)等細(xì)胞組分，通常利用一些顯色劑與所檢測物質(zhì)中一些特殊基團(tuán)特異性結(jié)合的特征，通過顯色劑在細(xì)胞中的定位及顏色的深淺來判斷某種物質(zhì)在細(xì)胞中的分布和含量。（三）特異蛋白抗原的定位與定性免疫熒光與免疫電鏡是最常見的研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分子定位的重要技術(shù)，而對蛋白質(zhì)進(jìn)行體外分析定性通常則采用免疫印跡、放射免疫沉淀和蛋白質(zhì)芯片、質(zhì)譜分析等技術(shù)。（四）細(xì)胞內(nèi)特異核酸的定位與定性細(xì)胞內(nèi)特異核酸(DNA或RNA)序列的定性與定位通常采用原位雜交技術(shù)。用標(biāo)記的核酸探針通過分子雜交確定特殊核苷酸序列在染色體上或在細(xì)胞中的位置的方法稱為原位雜交。

18、基本原理：當(dāng)溶液中的DNA分子經(jīng)高溫或高pH處理后，DNA分子會變性產(chǎn)生兩條單鏈，如果將溫度逐漸下降或pH恢復(fù)中性，那么兩條單鏈會按照堿基互補(bǔ)配對原則，重新形成氫鍵恢復(fù)到原來的雙鏈結(jié)構(gòu)。如果兩條鏈的來源不同，只要它們之間的堿基順序是同源互補(bǔ)的或者部分同源互補(bǔ)，那么，便可形成全部或部分復(fù)性，即產(chǎn)生分子雜交。通常兩種待雜交的分子之一是已知的并且預(yù)先用同位素標(biāo)記，稱為“分子探針”，以識別另一種核酸分子中與其同源的序列。一般用于：測定單鏈分子核酸順序間的互補(bǔ)關(guān)系，某一基因的拷貝數(shù)，以及非對稱性轉(zhuǎn)錄等方面的信息。（五）細(xì)胞工程技術(shù)包括細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、單克隆抗體等技術(shù)。 單克隆抗體技術(shù)是

19、一項生命科學(xué)研究和實踐的革命性技術(shù)。在該技術(shù)中，將喪失合成次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）的骨髓瘤細(xì)胞與經(jīng)免疫的小鼠脾細(xì)胞進(jìn)行融合。雜交細(xì)胞通過在含有次黃嘌呤（H）、氨基喋呤（A）和胸腺嘧啶核苷（T）的培養(yǎng)基（HAT）中生長進(jìn)行選擇。在融合后的細(xì)胞群體里，盡管未融合的正常脾細(xì)胞和相互融合的脾細(xì)胞是HGPRT+，但不能連續(xù)培養(yǎng)，只能在培養(yǎng)基中存活幾天，而未融合的HGPRT骨髓瘤細(xì)胞和相互融合的HGPRT骨髓瘤細(xì)胞不能在HAT培養(yǎng)基中存活，只有骨髓瘤細(xì)胞與脾細(xì)胞形成的雜交瘤細(xì)胞因得到分別來自親本脾細(xì)胞的HGPRT和親本骨髓瘤細(xì)胞的連續(xù)繼代特性，在HAT培養(yǎng)基中存活下來。單克隆抗體制備過

20、程示意圖細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)第一節(jié) 細(xì)胞膜 目前，被普遍接受的是膜的流動鑲嵌模型，它強(qiáng)調(diào)了膜的流動性和膜的不對稱性。膜的成分：脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、糖類。膜脂 生物膜的基本組成成分，主要包括：甘油磷脂、鞘脂、膽固醇三種基本類型。甘油磷脂占整個膜脂的50%以上，主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成。鞘脂均為鞘氨醇的衍生物，糖脂屬于鞘脂，糖脂普遍存在于原核和真核細(xì)胞的細(xì)胞膜上，其含量不足膜脂的5%。神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高；不同的細(xì)胞中所含糖脂的種類不同。膽固醇存在于動物細(xì)胞和極少數(shù)的原核細(xì)胞中，在哺乳動物的細(xì)胞膜中尤為豐富，其含量一般不超過膜脂的1/3；膽固醇的合成是在動物細(xì)胞的胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完成的，但動物體內(nèi)膽固醇多數(shù)來自于食物

21、。不同種類的細(xì)胞，同一細(xì)胞中不同類型的生物膜，甚至同一細(xì)胞膜的不同位置，其膜的組分也可能有明顯的差異。膜脂分子有4種運(yùn)動方式：側(cè)向運(yùn)動（基本運(yùn)動方式）、自旋運(yùn)動、尾部擺動、雙層脂分子間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。膜蛋白膜蛋白種類繁多。不同類型的細(xì)胞以及細(xì)胞不同部位的生物膜，其膜蛋白的含量與種類都有很大的區(qū)別。根據(jù)膜蛋白分離的難易及其與脂分子的結(jié)合方式，膜蛋白可分為兩大基本類型：外在膜蛋白（或稱膜周邊蛋白）和內(nèi)在膜蛋白（或稱整合膜蛋白）。膜周邊蛋白為水溶性蛋白，靠離子鍵或其他較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或膜脂分子結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提髙溫度就可以從膜上分離下來，膜結(jié)構(gòu)并不被破壞；膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)

22、合非常緊密，只有用去垢劑使膜崩解后才可分離出來。膜的基本特征膜的流動性1、膜脂的流動性：主要指脂分子的側(cè)向運(yùn)動，由脂分子本身的性質(zhì)決定，溫度對膜脂的運(yùn)動有明顯的影響。在動物細(xì)胞中，膽固醇對膜的流動性起著重要的調(diào)節(jié)作用，多數(shù)情況下，膽固醇的作用是防止膜脂由液相變?yōu)楣滔嘁员ＷC膜脂處于流動狀態(tài)。膜脂的流動性是生長細(xì)胞完成多種生理功能所必需的。2、膜蛋白的流動性：如果用藥物抑制細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成等代謝途徑，對膜蛋白運(yùn)動沒有影響，但是如果降低溫度，則膜蛋白的擴(kuò)散速率可降低至原來的1/201/10。實驗表明，膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運(yùn)動是自發(fā)的熱運(yùn)動，不需要細(xì)胞代謝產(chǎn)物的參加，也不需提供能量。膜的

23、不對稱性1、膜脂的不對稱性：指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。糖脂的分布表現(xiàn)出完全不對稱性，其糖側(cè)鏈都在質(zhì)膜的ES面上，糖脂的不對稱分布是完成其生理功能的 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。2、膜蛋白的不對稱性：所有的膜蛋白都呈不對稱分布。與膜脂不同，膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性。如細(xì)胞表面的受體、膜上載體蛋白等，都是按一定的方向傳遞信號和轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)，與細(xì)胞膜相關(guān)的酶促反應(yīng)也都發(fā)生在膜的某一 側(cè)面，特別是質(zhì)膜上的糖蛋白，其糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES面。各種生物膜的特征及其生物學(xué)功能主要是由膜蛋白來決定的。膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復(fù)雜的在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。

24、膜骨架指細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它從力學(xué)上參與維持細(xì)胞膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。是由微絲、微管等組成的骨架結(jié)構(gòu)。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)，稱細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞重要的結(jié)構(gòu)成分，其主要成分包括約占總體積70%的水和溶于其中的離子以及以可溶性蛋白質(zhì)為主的大分子。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一種高度有序的體系。用差速離心法分離細(xì)胞勻漿中的各種細(xì)胞組分，先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞膜等細(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。也稱為胞質(zhì)溶膠。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)具有重要功能：1、許多中間代謝過程的發(fā)生場所

25、：糖酵解、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、糖原的合成與部分分解過程。2、蛋白質(zhì)的修飾：輔酶或輔基與酶的共價結(jié)合、磷酸化與去磷酸化、糖基化、甲基化。3、蛋白質(zhì)的選擇性降解：依賴于泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑。泛素是由76個氨基酸殘基組成的小分子蛋白，具熱穩(wěn)定性，普遍存在于真核細(xì)胞中。有多種生物學(xué)功能，在蛋白質(zhì)降解過程中，多個泛素分子共價結(jié)合到含有不穩(wěn)定氨基酸殘基的蛋白質(zhì)的N端，然后帶有泛素化標(biāo)簽的蛋白質(zhì)被蛋白酶體識別并降解，通過該途徑降解的蛋白質(zhì)包括兩類：錯誤折疊或異常的蛋白質(zhì)、需要進(jìn)行存量調(diào)控和不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER)是真核細(xì)胞最普遍、適應(yīng)性最強(qiáng)的細(xì)胞器

26、。它由封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成互相溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常占生物膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細(xì)胞總體積的10%以上。在不同類型的細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的數(shù)量、類型與形態(tài)差異很大。同一細(xì)胞在不同發(fā)育階段和不同的生理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能也發(fā)生明顯變化。在細(xì)胞周期不同階段，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也發(fā)生很大變化。細(xì)胞分裂時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)要經(jīng)歷解體與重建的過程。由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的存在，大大增加了細(xì)胞內(nèi)膜的表面積，為多種酶特別是多酶體系提供了大面積的結(jié)合位點。同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的完整封閉體系，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的物質(zhì)分隔開來，更有利于它們的加工和運(yùn)輸。原核細(xì)胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由細(xì)胞膜代行其某些類似的職能。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種

27、基本類型 根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能，可分為糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rER)和光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（sER)兩類。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁囊狀，排列較為整齊，因在其膜表面分布著大量的核糖體而命名，其主要功能是合成分泌蛋白和多種膜蛋白。因此在分泌細(xì)胞和分泌抗體的漿細(xì)胞中，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非常發(fā)達(dá)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面沒有核糖體結(jié)合，常為分支管狀，形成較為復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂質(zhì)合成的重要場所，在某些細(xì)胞中，光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非常發(fā)達(dá)并具有特殊的功能，如合成固醇類激素的細(xì)胞及肝細(xì)胞等。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能蛋白質(zhì)的合成是糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能細(xì)胞中的蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并都是起始于游離核糖體。有些蛋白質(zhì)剛起始合成不久便轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，繼續(xù)肽鏈延伸并完成

28、蛋白質(zhì)合成。在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，多肽鏈邊延伸邊穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，以這類方式合成的蛋白質(zhì)主要有：向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)、膜（細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜）的整合蛋白、細(xì)胞中的可溶性駐留蛋白（溶酶體與植物液泡的酸性水解酶類、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中可溶性駐留蛋白）。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂質(zhì)合成的重要場所內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成包括磷脂和膽固醇在內(nèi)的幾乎全部的膜脂，合成磷脂所需要的3種酶都定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，其活性部位在膜的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)；合成磷脂的底物來自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成的磷脂幾分鐘后就由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面。合成的磷脂由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向其他膜的轉(zhuǎn)運(yùn)主要有兩種方式：一種是以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體、溶酶

29、體和細(xì)胞膜上；另一種方式是憑借一種水溶性的小分子結(jié)合蛋白，稱為磷脂交換蛋白，在膜之間轉(zhuǎn)移磷脂。蛋白質(zhì)的修飾與加工分泌蛋白在分選各就各位之前，通常要發(fā)生4種基本修飾和加工：發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的蛋白質(zhì)糖基化；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生二硫鍵的形成；蛋白質(zhì)折疊和多亞基的裝配；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和分泌泡發(fā)生特異性的蛋白質(zhì)水解切割。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能心肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞中含有發(fā)達(dá)的特化的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，稱為肌質(zhì)網(wǎng)，是儲存Ca2+的細(xì)胞器，對Ca2+具調(diào)節(jié)作用。肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的Ca2+泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中，儲存起來；當(dāng)受到神經(jīng)沖動刺激后，Ca2+釋放出來，肌肉收縮。高爾基體（Golgi body)

30、又稱高爾基器或高爾基復(fù)合體，比較普遍地存在于真核細(xì)胞內(nèi)。由大小不一、形態(tài)多變的囊泡體系組成，在不同的細(xì)胞中，甚至細(xì)胞生長的不同階段都有很大的區(qū)別。高爾基體是高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，難以分離與純化，一般動物細(xì)胞中數(shù)目較少，即使在含量豐富的肝細(xì)胞中也僅有50個左右。高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與極性電鏡所觀察到的高爾基體特征性結(jié)構(gòu)是由排列較為整齊的扁平膜囊堆疊而成（常為48個），構(gòu)成了髙爾基體的主體結(jié)構(gòu)。囊堆多呈弓形或半球形，膜囊周圍又有許多大小不等的囊泡結(jié)構(gòu)。高爾基體是一種有極性的細(xì)胞器，這不僅表現(xiàn)在它在細(xì)胞中往往有比較恒定的位置與方向，而且物質(zhì)從髙爾基體的一側(cè)輸入，從另一側(cè)輸出，因此每層膜囊也各不相同。高爾基體

31、靠近細(xì)胞核的一側(cè)，扁囊彎曲成凸面又稱形成面或順面（cis face)，面向細(xì)胞膜的一側(cè)常呈凹面又稱成熟面或反面（trans face)。位于兩者之間的，稱為中間膜囊。順面最外側(cè)的扁平膜囊，又稱cis膜囊（CGN），是中間多孔而呈連續(xù)分支狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，CGN接受來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的物質(zhì)并將其分類后大部分轉(zhuǎn)入高爾基體中間膜囊，小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。高爾基體中間膜囊(medial Golgi)由扁平膜囊與管道組成，形成不同間隔，但功能上是連續(xù)的、完整的膜囊體系。多數(shù)糖基化修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊。扁平膜囊特殊的形態(tài)大大增加了糖的合成與修飾的有效

32、面積。高爾基體反面膜囊以及反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（trans Golgi，TGN) ，位于反面的最外層，與反面的扁平膜囊相連，另一側(cè)伸入反面細(xì)胞質(zhì)中，形態(tài)呈管網(wǎng)狀，并有囊泡與之相連。TGN主要功能是參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，然后再由膜泡運(yùn)出；某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾也發(fā)生在此。高爾基體的功能 高爾基體的主要功能是將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的多種蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分類與包裝， 然后分門別類地運(yùn)送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的脂質(zhì)一部分也通過高爾基體向細(xì)胞膜和溶酶體膜等部位運(yùn)輸，因此，高爾基體是細(xì)胞內(nèi)大分子運(yùn)輸?shù)臉屑~。此外，高爾基體還是細(xì)胞內(nèi)糖類合成的工廠，在細(xì)胞生命活動中起多種重要的作用。溶酶體（l

33、ysosome)是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。溶酶體幾乎存在于所有的動物細(xì)胞中，植物細(xì)胞內(nèi)也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器，如圓球體及植物中央液泡，原生動物細(xì)胞中也存在類似溶酶體的結(jié)構(gòu)。動物細(xì)胞中約含有數(shù)百個溶酶體，但在不同的細(xì)胞內(nèi)溶酶體的數(shù)量和形態(tài)有很大差異，即使在同一種細(xì)胞中溶酶體的大小、形態(tài)也有很大變化，這主要與溶酶體處于不同生理功能階段有關(guān)。溶酶體的結(jié)構(gòu)與類型溶酶體是一種異質(zhì)性的細(xì)胞器，即不同溶酶體的形態(tài)大小，甚至其中所含水解酶的種類都可能有很大的不同。根據(jù)溶酶體所處的完成其生理功能的不同階段，大致可分為初級溶酶體、次級溶酶體和殘余體。

34、初級溶酶體呈球形，直徑約0.20.5m，內(nèi)容物均一，不含有明顯的顆粒物質(zhì)，外面由一層脂蛋白膜圍繞。次級溶酶體是初級溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的自噬泡或異噬泡（胞飲泡或吞噬泡）融合形成的復(fù)合體，分別稱之為自噬溶酶體和異噬溶酶體，二者都是進(jìn)行消化作用的溶酶體。次級溶酶體中包含多種生物大分子、顆粒、膜片甚至某些細(xì)胞器。經(jīng)過消化后，小分子物質(zhì)可通過膜上的載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，供細(xì)胞代謝使用。未被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余小體或禰后溶酶體。殘余小體可通過類似胞吐的方式將內(nèi)容物排出細(xì)胞。溶酶體中含有多種水解酶類，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同的特征是都屬酸性水解酶，即酶的

35、最適pH為5左右。溶酶體膜在成分上也與其他生物膜不同：嵌有質(zhì)子泵，借助水解ATP釋放出的能量將H+泵入溶酶體內(nèi)，使溶酶體中的H+濃度比細(xì)胞質(zhì)中高100倍以上，以形成和維持酸性的環(huán)境；具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)；膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解，以保持其穩(wěn)定。少量的溶酶體酶泄露到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，并不會引起細(xì)胞損傷，其主要原因是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的pH為7.0左右，在這種環(huán)境中溶酶體酶的活性大大降低。植物細(xì)胞的液泡中含有多種水解酶類，具有與動物細(xì)胞溶酶體類似的功能。除此之外，液泡還具有儲存營養(yǎng)與廢物、調(diào)節(jié)細(xì)胞體積增長及細(xì)胞膨壓等多種作用。溶酶體的功能溶酶體的基本功能是細(xì)胞內(nèi)的消化

36、作用，這對于維持細(xì)胞的正常代謝活動及防御微生物的侵染都有重要的意義。1、清除無用的生物大分子、衰老的細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞。通過溶酶體的消化作用不斷地清除衰老的細(xì)胞器和生物大分子，是保障細(xì)胞正常代謝活動與調(diào)控所必需的。2、防御功能，是某些細(xì)胞特有的功能，它可以識別并吞噬入侵的病毒或細(xì)菌，在溶酶體作用下將其殺死并進(jìn)一步降解。溶酶體的發(fā)生溶酶體酶是在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成并經(jīng)N-連接的糖基化修飾，然后轉(zhuǎn)至高爾基體，在高爾基體的順面膜囊中寡糖鏈上的甘露糖殘基發(fā)生磷酸化形成甘露糖-6-磷酸（M6P），在髙爾基體的反面膜囊和TGN膜上存在M6P的受體，這樣溶酶體的酶與其他蛋白區(qū)分開來，并得以濃縮，最后以

37、出芽的方式形成網(wǎng)格蛋白/AP包被膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中。過氧化物酶體（peroxisome)又稱微體（microbody)，是由單層膜圍繞的、內(nèi)含一種或幾種氧化酶類的細(xì)胞器。普遍存在于所有動物細(xì)胞和很多植物細(xì)胞中。過氧化物酶體和初級溶酶體的形態(tài)與大小類似，但過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形成晶格狀結(jié)構(gòu)，因此可作為電鏡下識別的主要特征。此外，這兩種細(xì)胞器在成分、功能及發(fā)生方式等方面都有很大的差異。過氧化物酶體是一種異質(zhì)性的細(xì)胞器，不同生物的細(xì)胞中，甚至單細(xì)胞生物的不同個體中所含酶的種類及其行使的功能都有所不同。在動物細(xì)胞中： 參與脂肪酸的-氧化； 具有解毒作用，過氧化氫酶氧化有害物質(zhì)，飲入的酒精幾乎

38、半數(shù)是在微體中氧化為乙醛。在植物細(xì)胞中：參與光呼吸，將光合作用的副產(chǎn)物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫；在萌發(fā)的種子中，過氧化物酶體降解儲存在種子中的脂肪酸產(chǎn)生乙酰輔酶A，并迸一步形成琥珀酸，琥珀酸離開過氧化物酶體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成葡萄糖。因上述轉(zhuǎn)化過程伴隨著一系列稱為乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)，因此又將這種過氧化物酶體稱為乙醛酸循環(huán)體。在動物細(xì)胞中沒有乙醛酸循環(huán)反應(yīng)，因此動物細(xì)胞不能將脂肪中的脂肪酸直接轉(zhuǎn)化成糖。過氧化物酶體的發(fā)生有兩種途徑：一是細(xì)胞內(nèi)已有的成熟過氧化物酶體經(jīng)分裂增殖而產(chǎn)生；二是在細(xì)胞內(nèi)重新發(fā)生，組成過氧化物酶體的膜蛋白和可溶性的基質(zhì)蛋白均由核基因編碼，主要在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，然后分選轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧

39、化物酶體中。線粒體（mitochondrion）普遍存在于真核細(xì)胞中，線粒體的形態(tài)、大小、數(shù)量，因不同細(xì)胞和細(xì)胞的不同生理狀態(tài)而不同。在細(xì)胞內(nèi)的分布與細(xì)胞內(nèi)的能量需求密切相關(guān)，能量需求集中的區(qū)域線粒體密集。（一）線粒體的結(jié)構(gòu)在電鏡下觀察到線粒體由兩層單位膜封閉而成。主要由外膜、內(nèi)膜、膜間隙及基質(zhì)4部分組成。1、外膜：包圍在線粒體最外面的一層平滑的單位膜，厚約6 nm。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)約各占50%。分布有孔蛋白構(gòu)成的桶狀通道，可根據(jù)細(xì)胞的狀態(tài)可逆性的開閉。當(dāng)孔蛋白通道完全打開時，ATP、NAD、輔酶A等均可自由通過外膜。由于外膜的通透性很高，膜間隙中的離子環(huán)境幾乎與胞質(zhì)相同。標(biāo)志酶是單胺氧化酶。2、

40、內(nèi)膜：厚約68 nm。內(nèi)膜的蛋白質(zhì)/脂質(zhì)比很高（質(zhì)量比3:1），缺乏膽固醇，富含心磷脂，決定了不透性，是質(zhì)子電化學(xué)梯度的建立及ATP合成所必需的。內(nèi)膜向內(nèi)延伸形成嵴，大大增加了內(nèi)膜的表面積。線粒體內(nèi)膜是氧化磷酸化的關(guān)鍵場所，嵴上存在許多ATP合成酶。內(nèi)膜的標(biāo)志酶是細(xì)胞色素氧化酶。3、膜間隙：其液態(tài)介質(zhì)含有可溶性的酶、底物和輔助因子。4、線粒體基質(zhì)：富含可溶性蛋白質(zhì)的膠狀物質(zhì)，具有一特定的pH和滲透壓。催化線粒體重要生化反應(yīng)，如三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸降解等的酶存在于基質(zhì)中。此外，基質(zhì)中還含有DNA、RNA、核糖體以及轉(zhuǎn)錄、翻譯所必需的重要分子。（二）半自主性 線粒體是一種半自主性細(xì)胞器，

41、自身含有遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)（DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)）；但編碼的遺傳信息十分有限，其RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、自身構(gòu)建和功能發(fā)揮等必須依賴核基因組編碼的遺傳信息。（三）線粒體的增殖：新線粒體來源于線粒體的分裂。葉綠體（chloroplast)在植物細(xì)胞中，質(zhì)體以不同的形態(tài)和功能存在，通常分為葉綠體、有色體和白色體3大類。其中葉綠體是質(zhì)體中功能最重要的一種細(xì)胞器，是植物細(xì)胞所特有的能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行光合作用。葉綠體的形狀、大小和數(shù)目因植物種類不同而有很大差別，它能夠伴隨著不同的環(huán)境條件，如光照條件，產(chǎn)生不同的適應(yīng)性變化。許多葉綠體基因是光誘導(dǎo)的基因。葉綠體也是一種半自主性細(xì)胞器。

42、（一）葉綠體的結(jié)構(gòu)由葉綠體膜或稱葉綠體被膜、類囊體和基質(zhì)3部分構(gòu)成。1、葉綠體膜：葉綠體表面由雙層單位膜組成。每層膜厚約68 nm，內(nèi)外膜之間為膜間隙。外膜通透性大，含有孔蛋白，許多化合物均可透過；內(nèi)膜通透性低，是細(xì)胞質(zhì)和葉綠體基質(zhì)間的功能屏障，僅允許O2、CO2和水分子自由通過。內(nèi)膜上有很多轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)較大分子進(jìn)出葉綠體，如磷酸甘油酸、蘋果酸、草酰乙酸等，需由內(nèi)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)體的協(xié)助才能通過。2、類囊體：葉綠體內(nèi)部由內(nèi)膜衍生而來的封閉的扁平膜囊。類嚢體疊置成垛，稱為基粒，組成基粒的類囊體稱為基粒類囊體。貫穿在兩個或兩個以上基粒之間沒有發(fā)生垛疊的類囊體稱為基質(zhì)類囊體或基質(zhì)片層。基粒類囊體的

43、層數(shù)在不同植物或同一植物的不同綠色組織間可出現(xiàn)較大變化。在光照等因素的調(diào)節(jié)下，基粒類囊體與基質(zhì)類囊體之間可相互轉(zhuǎn)換。類囊體膜富含具有半乳糖的糖脂和極少的磷脂，糖脂中的脂肪酸主要是不飽和的亞麻酸，流動性大。蛋白質(zhì)/脂質(zhì)的比值很高。3、葉綠體基質(zhì)：葉綠體內(nèi)膜與類囊體之間的膠體物質(zhì)，主要成分是可溶性蛋白質(zhì)和其他代謝活躍物質(zhì)，其中豐度最高的是核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RuBisco)。其活性中心位于大亞基上，小亞基只具有調(diào)節(jié)功能。大亞基是由葉綠體基因組編碼，而小亞基是由核基因組編碼。基質(zhì)中還含有DNA、RNA、核糖體、脂滴、植物鐵蛋白和淀粉粒等。（二）葉綠體的增殖種子萌發(fā)過程中，子葉、葉鞘

44、、真葉細(xì)胞中的原質(zhì)體相繼分化為葉綠體，這種分化依賴于光照。葉綠體通過分裂而增殖，葉綠體的增殖主要集中發(fā)生在生長中的幼葉內(nèi)。（三）線粒體和葉綠體的起源目前主要被接受的是內(nèi)共生起源學(xué)說：線粒體和葉綠體分別起源于原始真核細(xì)胞內(nèi)共生的行有氧呼吸的細(xì)菌和行光能自養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌。八、核糖體（ribosome)細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，其功能是按照mRNA的信息將氨基酸高效精確地合成多肽鏈。核糖體幾乎存在于一切細(xì)胞內(nèi)，線粒體和葉綠體中也含有核糖體。核糖體是一種顆粒狀的結(jié)構(gòu)，沒有被膜包裹，主要成分是蛋白質(zhì)與RNA。r蛋白分子主要分布在核糖體的表面，而rRNA則主要位于內(nèi)部，二者靠非共價鍵結(jié)合在一起。在真核細(xì)胞中，

45、附著核糖體與游離核糖體所合成的蛋白質(zhì)種類不同，但核糖體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成是完全相同的。核糖體常常分布在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成旺盛的區(qū)域，其數(shù)量與蛋白質(zhì)合成程度有關(guān)。核糖體有兩種基本類型：一種是70S的核糖體，原核細(xì)胞的核糖體為70S，真核細(xì)胞線粒體與葉綠體內(nèi)的核糖體也近似于70S；另一種是80S的核糖體，真核細(xì)胞的核糖體（除線粒體與葉綠體核糖體外)均為80S。不論70S或80S的核糖體，均由大小不同的兩個亞基構(gòu)成。體外實驗表明70S核糖體在Mg2+濃度小于1 mmd/L 的溶液中，易離解為50S與30S的大小亞基，當(dāng)溶液中Mg2+濃度大于10 mmol/L時，兩個核糖體常常形成100S的二聚體。隨著溶

46、液中Mg2+濃度的降低，80S核糖體可離解為60S與40S的大小亞基，當(dāng)Mg2+濃度增髙時，80S核糖體又可形成120S的二聚體。核糖體大小亞基在細(xì)胞內(nèi)常常游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，只有當(dāng)小亞基與 mRMA結(jié)合后大亞基才與小亞基結(jié)合形成完整的核糖體。肽鏈合成終止后，大小亞基解離，又游離存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點與催化位點與mRNA的結(jié)合位點：（1）與mRNA結(jié)合的位點；（2）與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點氨?；稽c，（A位點）；（3）與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點肽酰基位點（P位點）；（4）肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點E位點；（5）與肽酰tR

47、NA從A位點轉(zhuǎn)移到P位點有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶（即延伸因子EF- G)的結(jié)合位點；（6）肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點。此外還有與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的其他起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)合位點。細(xì)胞核細(xì)胞核（nucleus)是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心。所有真核細(xì)胞，除高等植物韌皮部成熟的篩管和哺乳動物成熟的紅細(xì)胞等極少數(shù)例外，都含有細(xì)胞核。一般說來，真核細(xì)胞失去細(xì)胞核后會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞核大多呈球形或卵圓形，但也隨物種和細(xì)胞類型不同而有很大變化。細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的體積通常存在一個大致的比例，即細(xì)胞核的體積約占細(xì)胞總體積的10%左右，這被認(rèn)為是制約細(xì)胞最大體積的主要因素之一。核的大小依物種不同而變化。細(xì)胞核主要由核被膜

48、、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。一、核被膜位于細(xì)胞核的最外層，是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜。它有兩方面的功能： = 1 * GB3 核被膜構(gòu)成了核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障，它將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域，避免了生命活動彼此相互干擾，使細(xì)胞的生命活動更加秩序井然；同時核被膜還能保護(hù)核內(nèi)的DNA分子免受損傷。 = 2 * GB3 核被膜并不是完全封閉的，核質(zhì)之間有頻繁的物質(zhì)交換與信息交流，這主要是通過核被膜上的核孔復(fù)合體進(jìn)行的。核被膜在普通光鏡下難以分辨，只有在電子顯微鏡下才能看清其細(xì)微結(jié)構(gòu)。核被膜主要有3種結(jié)構(gòu)組分：雙層核膜、核孔復(fù)合體與核纖層。核纖層緊貼內(nèi)層核膜下，是一層由纖維蛋白構(gòu)成的

49、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，它與胞質(zhì)中間絲、核基質(zhì)有密切聯(lián)系。（一）核膜由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的單位膜構(gòu)成。兩層膜厚度相同，均為7.5 nm。兩層膜之間有為核周間隙或核周池，其寬度隨細(xì)胞種類不同而異，并隨細(xì)胞的功能狀態(tài)而改變。內(nèi)、外核膜各有待點：外核膜表面常附有核糖體顆粒，且常常與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通連，使核周間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔彼此相通。因此，外核膜可以看作是糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一個特化區(qū)域。內(nèi)核膜表面光滑，無核糖體顆粒附著，但緊貼其內(nèi)表面有一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即核纖層。在真核細(xì)胞的細(xì)胞周期中，核膜有規(guī)律地解體與重建。在分裂期，雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖層去組裝；到分裂末期，核被膜開始圍繞染色體重新形成。（

50、二）核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體在核被膜上的數(shù)量、分布密度與分布形式隨細(xì)胞類型、細(xì)胞核的功能狀態(tài)而有很大的差異。一般來說，轉(zhuǎn)錄功能活躍的細(xì)胞，其核孔復(fù)合體數(shù)量較多。核孔復(fù)合體主要有以下4種結(jié)構(gòu)組分： = 1 * GB3 胞質(zhì)環(huán)：位于核孔邊緣的胞質(zhì)面一側(cè)，又稱外環(huán)，環(huán)上有8條短纖維對稱分布伸向胞質(zhì)。 = 2 * GB3 核質(zhì)環(huán)：位于核孔邊緣的核質(zhì)面一側(cè)，又稱內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)比外環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)上也對稱地連有8 條細(xì)長的纖維，向核內(nèi)伸入5070 nm，在纖維的末端形成一個直徑為60 nm的小環(huán)，小環(huán)由8個顆粒構(gòu)成。這樣整個核質(zhì)環(huán)就像一個“捕魚籠”樣的結(jié)構(gòu)；輻：由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱。 = 4 * G

51、B3 栓：或稱中央栓，位于核孔的中心。由于推測它在核質(zhì)交換中起一定的作用，所以還把它叫做“transporter”。核孔復(fù)合體對于垂直于核膜通過核孔中心的軸呈輻射狀八重對稱結(jié)構(gòu)，而相對于平行于核膜的平面則是不對稱的，即核孔復(fù)合體在核質(zhì)面與胞質(zhì)面兩側(cè)的結(jié)構(gòu)明顯不對稱，這與其在功能上的不對稱性是一致的。核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)組成。從功能上講，核孔復(fù)合體可以看作是一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體，并且是一個雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道。雙功能表現(xiàn)在它有兩種運(yùn)輸方式：被動擴(kuò)散與主動運(yùn)輸。離子、小分子以及直徑在10nm以下的物質(zhì)可自由通過；生物大分子的核質(zhì)分配是主動運(yùn)輸。雙向性表現(xiàn)在既介導(dǎo)蛋白質(zhì)入核轉(zhuǎn)

52、運(yùn)，又介導(dǎo)RNA、核糖核蛋白顆粒（RNP)的出核轉(zhuǎn)運(yùn)。（三）核纖層核纖層蛋白本身形成纖維狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。功能主要有： = 1 * GB3 結(jié)構(gòu)支撐； = 2 * GB3 調(diào)節(jié)基因表達(dá)； = 3 * GB3 調(diào)節(jié)DNA修復(fù)； = 4 * GB3 在細(xì)胞周期中解聚與重建。二、染色質(zhì)（chromatin) 染色質(zhì)的主要成分是DNA和組蛋白，還有非組蛋白及少量 RNA。（一）染色質(zhì)DNA狹義而言，某一生物的細(xì)胞中儲存于單倍染色體組中的遺傳信息，組成該生物的基因組。并非所有基因都是細(xì)胞生存所必需的。生物基因組DNA可以分為以下幾類： = 1 * GB3 蛋白編碼序列； = 2 * GB3 編碼rRNA、tR

53、NA和組蛋白的串聯(lián)重復(fù)序列；含有重復(fù)序列的DNA；未分類的間隔DNA。此外，真核細(xì)胞基因組中，還含有髙度重復(fù)DNA序列，約占脊椎動物總DNA的10%。由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列，可進(jìn)一步分為幾種不同類型：衛(wèi)星DNA，不同物種重復(fù)單位堿基組成不同，一個物種也可能含有不同的衛(wèi)星DNA序列。主要分布在染色體著絲粒部位。小衛(wèi)星DNA，又稱數(shù)量可變的串聯(lián)重復(fù)序列，每個小衛(wèi)星區(qū)重復(fù)序列的拷貝數(shù)是髙度可變的，因此常用DNA指紋技術(shù)作個體鑒定。微衛(wèi)星DNA，重復(fù)單位序列最短，只有15 bp。人類基因組中至少有30 000個不同的微衛(wèi)星位點，具高度多態(tài)性，在不同個體間有明顯差別，但在遺傳上卻是高度保守的

54、，因此可作為重要的遺傳標(biāo)志，用于構(gòu)建遺傳圖譜及個體鑒定等。（二）染色質(zhì)蛋白與染色質(zhì)DNA結(jié)合的蛋白負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。這些 DNA結(jié)合蛋白包括兩類：一是組蛋白，與DNA非特異性結(jié)合；另一類是非組蛋白，與特定DNA序列或組蛋白相結(jié)合。1、組蛋白構(gòu)成真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合，而且一般不要求特殊的核苷酸序列。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可以區(qū)分為5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。幾乎所有真核細(xì)胞都含有這5種組蛋白，而且含量豐富。5種組蛋白在功能上分為兩組：核小體組蛋白，包括H2A、H2B、H3和H4，這4種組蛋白與DNA分

55、子結(jié)合，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這4種組蛋白沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。H1組蛋白，在構(gòu)成核小體時H1起連接作用，它賦予染色質(zhì)以極性。H1有一定的種屬和組織特異性。2、非組蛋白主要指染色體上與特異 DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白。非組蛋白具有以下特性：多樣性和異質(zhì)性：不同組織細(xì)胞中非組蛋白的種類和數(shù)量都不相同，代謝周轉(zhuǎn)快。包括多種參與核酸代謝與修飾的酶類如DNA和RNA聚合酶、核質(zhì)蛋白、染色體骨架蛋白、肌動蛋白和基因表達(dá)調(diào)控蛋白等。識別DNA具有特異性：能識別特異的DNA序列，識別信息來源于DNA核苷酸序列本身，識別與結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。在不

56、同的基因組之間，這些非組蛋白所識別的DNA序列在進(jìn)化上是保守的。功能多樣性：包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成。如幫助DNA分子折疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域；協(xié)助啟動DNA復(fù)制，控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。（三）染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體（nucleosome)核小體的結(jié)構(gòu)： = 1 * GB3 每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體 以及一分子的組蛋白H1。 = 2 * GB3 組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)，由4個二聚體組成，包括兩個H2A-H2B和兩個H3-H4。 = 3 * GB3 147 bp的DNA盤繞組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白Hl在核心顆粒外

57、結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。 = 4 * GB3 兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為080bp不等。 = 5 * GB3 組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列。人的每個體細(xì)胞所含的DNA約6l09bp，分布在46條染色體中，總長達(dá)2m，平均每條染色體DNA分子長約5 cm，而細(xì)胞核的直徑只有約58 m，這就意味著從染色質(zhì)DNA（四）染色質(zhì)類型間期染色質(zhì)按其形態(tài)特征、活性特征和染色性能區(qū)分為兩種類型：常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。1、常染色質(zhì)：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)

58、，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。構(gòu)成常染色質(zhì)的DNA主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA（如組蛋白基因和tRNA基因）。常染色質(zhì)并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性，處于常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，而不是充分條件。2、異染色質(zhì)：指間期核中染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質(zhì)。異染色質(zhì)又分結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（組成型異染色質(zhì)）和兼性異染色質(zhì)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)指的是各種類型的細(xì)胞中，除復(fù)制期以外，在整個細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，沒有較大變化的異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)是指在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。這類兼性異染色

59、質(zhì)的總量隨不同細(xì)胞類型而變化，一般胚胎細(xì)胞含量很少，而高度特化的細(xì)胞含量較多，說明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉。有些異染色質(zhì)和常染色質(zhì)隨著發(fā)育時期或細(xì)胞周期的變化而相互變化。這種轉(zhuǎn)變常常需要伴隨著一些組蛋白與DNA修飾。（五）染色體染色體是細(xì)胞在有絲分裂（或減數(shù)分裂）時遺傳物質(zhì)存在的特定形式，是間期細(xì)胞染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密包裝的結(jié)果。1、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體具有比較穩(wěn)定的形態(tài)，它由兩條相同的姐妹染色單體構(gòu)成，彼此以著絲粒相連。根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，可將中期染色體分為4種類型：中著絲粒染色體，兩臂長度相等或大致相等；亞中著絲粒染色體；亞端著絲粒染色體，具有微小短臂；端著

60、絲粒染色體。染色體各部的主要結(jié)構(gòu)有：（1）著絲粒與動粒（又稱著絲點）。著絲粒連接兩個染色單體，并將染色單體分為兩臂：短臂和長臂。由于著絲粒區(qū)淺染內(nèi)溢，所以也叫主溢痕。著絲粒是一種高度有序的整合結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和組成上都是非均一的，至少包括3種不同的結(jié)構(gòu)域，正是三種結(jié)構(gòu)域的整合功能，確保了細(xì)胞在有絲分裂中染色體與紡錘體整合，發(fā)生有序的染色體分離。（2）次縊痕。除主縊痕外，在染色體上其他的淺染縊縮部位稱次縊痕。它的數(shù)目、位置和大小是某些染色體所特有的形態(tài)特征，因此可以作為鑒定染色體的標(biāo)記。（3）核仁組織區(qū)（NOR）。位于染色體的次縊痕部位，但并非所有次縊痕都是NOR。NOR是rRNA基因所在部位(5S