細(xì)胞生物學(xué) 講稿

細(xì)胞生物學(xué)生物奧賽輔導(dǎo)授課人：楊化濤細(xì)胞學(xué)部分比值：20%

主要內(nèi)容：細(xì)胞的化學(xué)成分細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞代謝細(xì)胞分裂。學(xué)習(xí)方法：掌握運(yùn)用必修1內(nèi)容掌握理解奧賽教材內(nèi)容細(xì)胞部分內(nèi)容介紹1．細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

1665年英國(guó)物理學(xué)家羅伯特·虎克用他自制的顯微鏡觀察栓皮櫟的軟木切片時(shí)，看到了一個(gè)個(gè)蜂窩狀的小室。他把這樣的“小室”稱(chēng)為細(xì)胞（死細(xì)胞）。2．細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立德國(guó)植物學(xué)家施萊登于1838年提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)的主要論點(diǎn)，次年又經(jīng)德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺加以充實(shí)，最終創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容是：細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位，也是生命活動(dòng)的基本單位（一）細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展（三）細(xì)胞的形態(tài)與大小1.細(xì)胞概念：細(xì)胞是由膜包圍的，能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，是生命活動(dòng)的基本單位，是生物體最基本的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)單位。

2．細(xì)胞的大?。害蘭（顯微結(jié)構(gòu)和亞顯微結(jié)構(gòu)）

在顯微技術(shù)和電鏡技術(shù)中常用的單位有：微米（μm或μ）、納米（nm）和埃三種。

1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010?影響細(xì)胞大小的因素：1.細(xì)胞的核質(zhì)比與細(xì)胞大小有關(guān)，決定細(xì)胞上限；2.細(xì)胞的相對(duì)表面積與細(xì)胞大小有關(guān)；3.細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流與細(xì)胞大小有關(guān)。3.原生質(zhì)：細(xì)胞內(nèi)所含有的生活物質(zhì)，真核細(xì)胞包括細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。（注意與原生質(zhì)層的區(qū)別）57

細(xì)胞膜(cellmembrane)又稱(chēng)質(zhì)膜（plasmamembrane），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)胞膜只是真核細(xì)胞生物膜的一部分，真核細(xì)胞的生物膜（biomembrane）包括細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)（細(xì)胞器膜和核膜）和細(xì)胞膜（cellmembrane）。1．細(xì)胞膜/生物膜（1）質(zhì)膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜主要由脂類(lèi)和蛋白質(zhì)組成，蛋白質(zhì)約占膜干重的20%～70%，脂類(lèi)約占30%～80%，此外還有少量的糖類(lèi)。比例的不同與其功能相適應(yīng)。（四）真核細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)（2）質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)模型三明治模型流動(dòng)鑲嵌模型脂質(zhì)體脂質(zhì)體（（liposome）是根據(jù)磷磷脂分子子在水相相中形成成穩(wěn)定的的脂雙層層膜的趨趨勢(shì)而制制備的一一種人工工膜。脂脂質(zhì)體可可用于細(xì)細(xì)胞膜的的研究；；轉(zhuǎn)基因因；疾病病的診斷斷及治療療。

二、膜膜蛋白膜蛋白是是膜功能能的主要要體現(xiàn)者者。核基基因組編編碼的蛋蛋白質(zhì)中中30%左右的為為膜蛋白白。根據(jù)據(jù)與膜脂脂的結(jié)合合方式以以及在膜膜中的位位置的不不同，膜膜蛋白分分為內(nèi)在在（integralprotein）、外周蛋白白（peripheralprotein）和脂錨定定蛋白（（lipid-anchoredprotein）。（一）內(nèi)內(nèi)在蛋白白（integralproteins）內(nèi)在蛋白白又稱(chēng)為為整合蛋蛋白，以以不同程程度嵌入入脂雙層層的內(nèi)部部，有的的為全跨跨膜蛋白白（tansmembraneproteins）。它與膜結(jié)結(jié)合非常常緊密，，只有用用去垢劑劑（detergent）才能從膜膜上洗滌滌下來(lái)，，常用SDS和Triton-X100。內(nèi)在蛋白白的跨膜膜結(jié)構(gòu)域域形成親親水通道道有兩種種形式，，一是由由多個(gè)α螺旋組成成親水通通道；而而是由β折疊組成成親水通通道。細(xì)胞膜的的結(jié)構(gòu)模模型及特特點(diǎn)一、細(xì)胞胞膜結(jié)構(gòu)構(gòu)的研究究歷史1.E.Overton1895推測(cè)細(xì)胞胞膜由連連續(xù)的脂脂類(lèi)物質(zhì)質(zhì)組成。。2.E.Gorter&F.Grendel1925推測(cè)細(xì)胞膜膜由雙層脂分子組組成。3.J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白質(zhì)”的三明治模模型。認(rèn)為為質(zhì)膜由雙雙層脂類(lèi)分分子及其內(nèi)內(nèi)外表面附著的蛋蛋白質(zhì)構(gòu)成成的。1959年提出了修修正模型，，認(rèn)為膜上還具有貫貫穿脂雙層層的蛋白質(zhì)質(zhì)通道，供供親水物質(zhì)質(zhì)通過(guò)。4.J.D.Robertson1959用超超薄薄切切片片技技術(shù)術(shù)獲獲得得了了清清晰晰的的細(xì)細(xì)胞胞膜膜照照片片，，顯顯示示暗-明-暗三層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，厚厚約約7.5nm。這就就是是所所謂謂的的“單位位膜膜”模型型。。它它由由厚厚約約3.5nm的雙雙層層脂脂分分子子和內(nèi)內(nèi)外外表表面面各各厚厚約約2nm的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)構(gòu)成成。。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根據(jù)據(jù)免免疫疫熒熒光光技技術(shù)術(shù)、、冰冰凍凍蝕蝕刻刻技技術(shù)術(shù)的的研研究究結(jié)結(jié)果果，，在在”單位位膜膜”模型型的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上提提出出”流動(dòng)動(dòng)鑲鑲嵌嵌模模型型”。二、、質(zhì)質(zhì)膜膜的的流流動(dòng)動(dòng)鑲鑲嵌嵌模模型型的的特特點(diǎn)點(diǎn)組成成成成分分：主主要要組組成成成成分分為為脂類(lèi)類(lèi)和蛋白白質(zhì)質(zhì)，還還含含有有少少量量的的糖糖類(lèi)類(lèi)。。不對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)性性：蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)或或嵌嵌在在脂脂雙雙層層表表面面，，或或嵌嵌在在其其內(nèi)內(nèi)部部，，或或橫橫跨跨整個(gè)脂雙層，，表現(xiàn)出分布布的不對(duì)稱(chēng)性性。流動(dòng)性：膜蛋白和膜膜脂可作各向向運(yùn)動(dòng)。膜脂的分子運(yùn)運(yùn)動(dòng)1側(cè)向擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)2旋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3擺動(dòng)運(yùn)運(yùn)動(dòng)4伸伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)5翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)6旋旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)運(yùn)動(dòng)2.影響膜膜流動(dòng)的因素素規(guī)律點(diǎn)撥主要有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式式。旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散指膜蛋白圍繞繞與膜平面垂垂直的軸進(jìn)行行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。。膜蛋白的側(cè)側(cè)向運(yùn)動(dòng)受細(xì)細(xì)胞骨架的限限制，破壞微微絲的藥物如如細(xì)胞松弛素素B能促進(jìn)膜蛋白白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)動(dòng)?？捎脽晒鈽?biāo)記技術(shù)術(shù)檢測(cè)膜蛋白的的流動(dòng)性。3．膜蛋白的流流動(dòng)細(xì)胞融合技術(shù)術(shù)觀察蛋白質(zhì)質(zhì)運(yùn)動(dòng)質(zhì)膜的流動(dòng)性性是保證其正正常功能的必必要條件。例如跨膜物物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)細(xì)胞信息傳遞遞、細(xì)胞識(shí)別別、細(xì)胞免疫疫、細(xì)胞分化化以及激素的的作用等等都都與膜的流動(dòng)動(dòng)性密切相關(guān)關(guān)。當(dāng)膜的流動(dòng)動(dòng)性低于一一定的閾值值時(shí)，許多多酶的活動(dòng)動(dòng)和跨膜運(yùn)運(yùn)輸將停止止，反之如如果流動(dòng)性性過(guò)高，又又會(huì)造成膜膜的溶解。。4．膜流動(dòng)性性的意義膜的不對(duì)稱(chēng)稱(chēng)性冰凍蝕刻研究不對(duì)稱(chēng)稱(chēng)型亦稱(chēng)冰凍斷斷裂。標(biāo)本本置于干冰冰或液氮中中冰凍。然然后斷開(kāi)，，升溫后，，冰升華，，暴露出了了斷面結(jié)構(gòu)構(gòu)。向斷裂裂面上噴涂涂一層蒸汽汽碳和鉑。。然后將組組織溶掉，，把碳和鉑鉑的膜剝下下來(lái)，此膜膜即為復(fù)膜膜（replica）。AYeastCell（三）、細(xì)細(xì)胞膜的功能為細(xì)胞的生生命活動(dòng)提提供相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)環(huán)境;選擇性的物物質(zhì)運(yùn)輸,包括代謝謝底物的輸輸入與代謝謝產(chǎn)物的排除除,其中伴伴隨著能量量的傳遞;提供細(xì)胞識(shí)識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)細(xì)胞內(nèi)外信信息跨膜傳傳遞;為多種酶提提供結(jié)合位位點(diǎn),使酶酶促反應(yīng)高高效而有序序地進(jìn)行；；介導(dǎo)細(xì)胞與與細(xì)胞、細(xì)細(xì)胞與基質(zhì)質(zhì)之間的連連接;質(zhì)膜參與形形成具有不不同功能的的細(xì)胞表面面特化結(jié)構(gòu)構(gòu)。Fig.cAMP信號(hào)通路對(duì)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄錄的激活信號(hào)分子與與受體結(jié)合合通過(guò)G蛋白活化腺腺苷酸環(huán)化化酶，導(dǎo)致致細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增高激激活蛋白激激酶A，被活化的的蛋白激酶酶A（催化亞基基）轉(zhuǎn)為進(jìn)進(jìn)入細(xì)胞核核，使基因因調(diào)控蛋白白（cAMP應(yīng)答結(jié)合蛋蛋白，CREB）磷酸化，，磷酸化的的基因調(diào)控控蛋白與靶靶基因調(diào)控控序列結(jié)合合，增強(qiáng)靶靶基因的表表達(dá)。細(xì)胞表面的的特化結(jié)構(gòu)構(gòu)是為適應(yīng)某某種環(huán)境而而形成的特特殊表面結(jié)結(jié)構(gòu)，如：：膜骨架、、鞭毛、纖纖毛及微絨絨毛等，分分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)關(guān)。骨架與細(xì)胞胞表面的特特化結(jié)構(gòu)膜骨架指細(xì)細(xì)胞膜下與與膜蛋白相相連的由纖纖維蛋白組組成的網(wǎng)架架結(jié)構(gòu)(meshwork)，它參與維持持質(zhì)膜的形形狀并協(xié)助助質(zhì)膜完成成多種生理理功能。它它的特點(diǎn)是是粘質(zhì)性高高，有較強(qiáng)強(qiáng)的抗拉能能力。一、膜骨架架二、紅細(xì)胞胞（一）紅細(xì)細(xì)胞的生物物學(xué)特性哺乳動(dòng)物成成熟的紅細(xì)細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核和內(nèi)膜系統(tǒng)，細(xì)胞膜既既有良好的彈性性又有較高高的強(qiáng)度，，并且細(xì)胞胞膜和膜骨骨架的蛋白白比較容易純化、、分析。紅紅細(xì)胞經(jīng)過(guò)過(guò)低滲處理理，質(zhì)膜破破裂，內(nèi)容容物釋放，留下下一個(gè)保持持原形的殼殼，稱(chēng)為血影。因此，是是研究膜骨骨架的理想材材料。（二）紅細(xì)細(xì)胞質(zhì)膜蛋蛋白及膜骨骨架血影SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、錨蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白、帶4.1蛋白、肌動(dòng)蛋白和血型糖蛋白。改變處理的離子強(qiáng)度：血影蛋白和肌動(dòng)蛋白條帶消失，血影的形狀改變，膜的流動(dòng)性增強(qiáng)。用Triton—100處理：帶3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形狀基本不變。用非離子去垢劑處理：所有的脂質(zhì)和血型糖蛋白及大部分帶3蛋白消失，血影的形狀基本不變。膜骨架蛋蛋白主要成分分包括：：血影蛋蛋白、肌肌動(dòng)蛋白白、錨蛋蛋白和帶4.1蛋白等等。植物細(xì)胞胞壁（cellwall））植物細(xì)胞胞壁的組成植物細(xì)胞胞壁的功功能增加細(xì)胞胞強(qiáng)度，，提供支支持功能能；信息儲(chǔ)存存庫(kù)的功功能：產(chǎn)產(chǎn)生多種種寡糖素作為信信號(hào)物質(zhì)質(zhì)，或抵抵抗病、、蟲(chóng)害，，或作為細(xì)細(xì)胞生長(zhǎng)長(zhǎng)和發(fā)育育的信號(hào)號(hào)物質(zhì)。。纖維素分分子纖維素微微原纖維維（microfibril）,為細(xì)胞壁壁提供了了抗張強(qiáng)強(qiáng)度半纖維素素（hemicellulose）:木糖、半半乳糖和和葡萄糖糖等組成的的高度分分支的多多糖介導(dǎo)微原原纖維連連接彼此此連接或或介導(dǎo)微微原纖維維與其它基質(zhì)成成分（果果膠質(zhì)））連接果膠質(zhì)（（pectin））：含有大量量攜帶負(fù)負(fù)電荷的的糖，結(jié)結(jié)合Ca2+等陽(yáng)離子子,被高高度水化化形成凝凝膠果膠質(zhì)與半纖纖維素橫向連連接,參與細(xì)細(xì)胞壁復(fù)雜網(wǎng)網(wǎng)架的形成。。伸展蛋白(extensin)：糖