細胞生物學第四版教案

細胞生物學第四版教案第一章緒論一．細胞生物學研究的內容和現狀細胞生物學是現代生命科學的重要基礎學科細胞生物學是研究細胞基本生命活動規(guī)律的科學，它是在不同層次（顯微、亞顯微與分子水平）上以研究細胞結構與功能、細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調控、細胞起源與進化等為主要內容。核心問題是將遺傳與發(fā)育在細胞水平上結合起來。細胞生物學的主要研究內容一般可分為細胞結構功能與細胞重要生命活動兩大基本部分：大致歸納為下面幾個領域：1）細胞核、染色體以及基因表達的研究2）生物膜與細胞器的研究3）細胞骨架體系的研究4）細胞增殖及其調控5）細胞分化及其調控6）細胞的衰老與凋亡7）細胞的起源與進化8）細胞工程當前細胞生物學研究的總趨勢與重點領域細胞生物學與分子生物學(包括分子遺傳學與生物化學)相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢2）當前研究的重點領域：I：染色體DNA與蛋白質相互作用關系——主要是非組蛋白對基因組的作用II：細胞增殖、分化、凋亡的相互關系及其調控III：細胞信號轉導的研究IV：細胞結構體系的組裝二．細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史1．細胞的發(fā)現2．細胞學說的建立其意義1838～1839年，德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出了“細胞學說”。3．細胞學的經典時期實驗細胞學時期細胞生物學學科的形成與發(fā)展第二章細胞基本知識概要細胞的基本概念1．細胞是生命活動的基本單位。1）一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位2）細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位3）細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎4）細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性5）沒有細胞就沒有完整的生命2．細胞概念的一些新思考細胞是多層次非線性的復雜結構體系：細胞具有高度復雜性和組織性細胞是物質（結構）、能量與信息過程精巧結合的綜合體細胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。3．細胞的基本共性1）所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的生物膜，即細胞膜。2）所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復制與轉錄的載體。3)作為蛋白質合成的機器——核糖體，毫無例外地存在于一切細胞內。4）所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。二．非細胞形態(tài)的生命體——病毒及其與細胞的關系1．病毒的基本知識1）病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構成的核酸-蛋白質復合體；（1）根據病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：DNA病毒與RNA病毒（2）根據病毒的宿主范圍，可以分為：動物病毒、植物病毒與細菌病毒（噬菌體）等；2）類病毒（viroid）——僅由感染性的RNA構成；3）朊病毒（prion）——僅由感染性的蛋白質亞基構成；2．病毒在細胞內增殖（復制）病毒的增殖（復制）必須在細胞內進行。病毒侵入細胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的復制、轉錄與蛋白質的合成病毒的裝配、成熟與釋放3．病毒與細胞在起源與進化中的關系病毒是非細胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細胞內實現。病毒與細胞在起源上的關系，目前存在3種主要觀點：1．生物大分子→病毒→細胞 病毒2．生物大分子細胞3．生物大分子→細胞→病毒第三種觀點主要依據（1）病毒的徹底寄生性（2）有些病毒（如腺病毒）的核酸與哺乳動物細胞DNA某些片段的堿基序列十分相似（3）病毒可以看做DNA與蛋白質或RNA與蛋白質的復合大分子，與細胞內核蛋白分子有相似之處第三種觀點主要論點l由此推論：病毒可能是細胞在特定條件下“扔出”的一個基因組，或者是具有復制與轉錄能力的mRNA。這些游離的基因組，只有回到它們原來的細胞內環(huán)境中才能進行復制與轉錄。三．原核細胞與真核細胞原核細胞（Prokaryoticcell）1）基本特點：遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環(huán)狀DNA構成；細胞內沒有分化為以膜為基礎的具有專門結構與功能的細胞器和細胞核膜。2）主要代表：支原體（mycoplast）——目前發(fā)現的最小最簡單的細胞；細菌藍藻又稱藍細菌（Cyanobacteria）最小最簡單的細胞—支原體（mycoplast，近年又譯為霉形體）是目前發(fā)現的最小最簡單的細胞2．真核細胞（Eukaryoticcell）真核細胞的基本結構體系I：以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構系統；II：以核酸（DNA或RNA）與蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系統由特異蛋白分子裝配構成的細胞骨架系統。2）細胞的大小及其分析3）原核細胞與真核細胞的比較（1）原核細胞與真核細胞基本特征的比較（2）原核細胞與真核細胞的遺傳結構裝置和基因表達的比較（3）植物細胞與動物細胞的比較細胞壁、液泡、葉綠體3．古細菌（Archaebacteria）古細菌（archaebacteria）與真核細胞曾在進化上有過共同歷程1）主要證據（1）細胞壁的成分與真核細胞一樣，而非由含壁酸的肽聚糖構成，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古霉素等對真細菌類有強的抑制生長作用，而對古細菌與真核細胞卻無作用。（2）DNA與基因結構：古細菌DNA中有重復序列的存在。此外，多數古核細胞的基因組中存在內含子。（3）有類核小體結構：古細菌具有組蛋白，而且能與DNA構建成類似核小體結構。（4）有類似真核細胞的核糖體：多數古細菌類的核糖體較真細菌有增大趨勢，含有60種以上蛋白，介于真核細胞（70～84）與真細菌（55）之間?？股赝瑯硬荒芤种乒藕思毎惖暮颂求w的蛋白質合成。（5）5SrRNA：根據對5SrRNA的分子進化分析，認為古細菌與真核生物同屬一類，而真細菌卻與之差距甚遠。5SrRNA二級結構的研究也說明很多古細菌與真核生物相似。除上述各點外，根據DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA與肽鏈延長因子等分析，也提供了以上類似依據，說明古細菌與真核生物在進化上的關系較真細菌類更為密切。因此近年來，真核細胞起源于古細菌的觀點得到了加強。第三章（略）第四章細胞膜與細胞表面第一節(jié)細胞膜與細胞表面特化結構細胞膜（cellmembrane）又稱質膜（plasmamembrane），是指圍繞在細胞最外層，由脂質和蛋白質組成的生物膜。細胞膜：在內環(huán)境穩(wěn)定；物質、能量交換；信息傳遞中起著很重要的作用。（—）細胞膜結構模型的認識過程晶格鑲嵌模型脂質雙分子層—→三明治模型—→單位膜模型—→流動鑲嵌模型—→板塊鑲嵌模型脂筏模型（二）生物膜的特點有磷脂雙分子層。磷脂雙分子層是生物膜的基本構型。不對稱性，膜蛋白不對稱性的鑲嵌或結合于表面。流動性，膜蛋白和膜脂都具有一定的流動性是不斷更新代謝的動態(tài)活性結構。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：磷脂分子有一個極性的頭部（膽堿、磷脂、甘油）和兩個非極性的尾部（脂肪酸鏈）。脂肪酸鏈的彎曲與不飽和脂肪酸有關，因為不飽和脂肪酸的雙鍵在烴鏈中容易產生彎曲。2．糖脂由寡糖鏈和脂質分子組成。3．膽固醇存在于真核細胞膜上，含量不超過膜脂的1/3。膽固醇在調節(jié)膜的流動性、增加膜的穩(wěn)定性、降低水溶性物質的通透性等起著重要的作用。細菌質膜和植物的質膜不含膽固醇。（二）膜脂的運動方式沿膜平面的側向運動、脂分子圍繞軸心的自旋運動、脂分子尾部的擺動、雙層脂分子之間的翻轉運動。（三）脂質體脂質體（Liposome）是根據磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢制備的人工膜。脂質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．類型根據膜蛋白與脂分子的結合方式，可將膜蛋白分為：膜周邊蛋白（peripheralproteins）或稱外在膜蛋白（extrinsicproteins）膜內在蛋白（integralproteins）或稱整合膜蛋白。2．膜內在蛋白與膜脂結合的方式：α螺旋β折疊：形成跨膜通道，與跨膜運輸有關?？缒そY構域兩端攜帶帶正電荷的氨基酸殘基，Arg+等與磷脂分子帶負電的極性頭形成離子鍵，Cys+共價結合脂質分子。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（TritonX－100）。離子型:SDS非離子型：TritonX－100分子四．膜的流動性膜脂的流動性取決于脂分子本身的性質。脂肪酸鏈越短（尾部越短），不飽和程度越高，膜脂的流動性越大。流動越快，對細胞的生理功能調節(jié)有關。細胞生理功能有利。膽固醇對膜的流動性也起著重要的調節(jié)作用。膜蛋白流動性的證明實驗：熒光抗體免疫標記法用仙臺病毒(Sendaivirus)可誘導兩種細胞融合成異核細胞。證明了膜具有流動性。用結合有綠色熒光染料的專一抗體標記在小鼠培養(yǎng)細胞的表面上，用結合有紅色熒光染料的專一抗體標記在培養(yǎng)的人體細胞表面上，然后將兩種細胞經滅活的仙臺病毒誘導融合。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散，40分鐘后，則兩種染色標記物完全混勻。光脫色恢復技術用熒光素標記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光猝滅變暗。由于膜的流動性，猝滅區(qū)域的亮度逐漸增強，最后恢復到與周圍的熒光猝滅強度相等。根據熒光恢復的速度可推算膜蛋白或膜脂的擴散速率。五．膜的不對稱性生物膜經冷凍蝕刻顯示的4個面。ES：與細胞外環(huán)境接觸的膜面PS：與細胞質基質接觸的膜面EF：冷凍蝕刻技術處理后的細胞外小頁斷裂面PF：冷凍蝕刻技術處理后的原生質小頁斷裂面寡糖一定是朝向細胞膜外。膜脂的不對稱性：指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中不均勻分布，糖側鏈都在質膜的ES面上。磷脂分子的不對稱分布可能與膜蛋白的不對稱分布有關。膜蛋白的不對稱性：不論膜周邊蛋白還是膜內在蛋白在質膜上都呈不對稱分布，具有一定的方向性。如：細胞表面的受體、膜上載體蛋白、質膜上的糖蛋白。按一定的方向傳遞信號和轉運物質。六．細胞膜的功能：穩(wěn)定內涵物質選擇運輸3．能量傳遞4．信號傳導5．細胞連接及特化七．骨架與細胞表面的特化結構（一）紅細胞質膜蛋白及膜骨架紅細胞膜蛋白主要包括：血影蛋白（Spectrin）、錨蛋白、帶4.1蛋白、肌動蛋白、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蛋白是紅細胞膜上的載體蛋白。膜骨架網絡與細胞膜之間的連接主要通過錨蛋白。（二）細胞表面特化結構：鞭毛、纖毛、微絨毛、變形足、膜骨架等，是質膜與細胞骨架纖維構成的復合結構，對維持細胞形態(tài)、運動及與外界物質交換功能有關。第二節(jié)細胞連接按功能分：封閉連接、錨定連接、通訊連接封閉連接指相鄰細胞的質膜緊密的連在一起，阻止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內。其典型形式是上皮細胞之間的緊密連接。無間隙并有嵴線銜接為網絡，阻止水分子和其它可溶性物質滲透。錨定連接通過錨定連接將相鄰細胞的骨架系統或將細胞與基質相連形成一個細胞群體。與中間纖維相連的錨定連接：橋粒和半橋粒與肌動纖維相連的錨定連接：粘著帶、粘著斑1．橋粒：兩個細胞之間形成鈕扣式的結構，即細胞間鈕扣式的連接。中間纖維象訂鈕扣的線。2．半橋粒：另一邊不是固定在細胞上，而是固定在基底膜上。即通過細胞膜上的膜蛋白——整聯蛋白將上皮細胞固著在基底膜上。3．粘著帶：相鄰上皮細胞間的鈣粘素粘著形成的帶狀結構，與其胞內相連的是肌動蛋白纖維。在相連細胞之間形成連續(xù)底帶狀結構。粘著帶處的相鄰細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為是鈣粘素家族。小腸上皮細胞微絨毛中的肌動蛋白纖維束就結合在與鈣粘著帶相連的纖維網絡上。4．粘著斑：與胞外基質之間形成的斑點狀連接結構（肌動蛋白纖維——整聯蛋白——纖連蛋白）。是細胞與基底膜的連接，是肌動蛋白纖維與細胞外基質之間的連接方式。通訊連接間隙連接神經細胞間的化學突觸植物細胞間的胞間連絲間隙連接廣泛分布在動物各組織細胞之間，相鄰細胞膜上兩個連接子對接，隧道相通，離子鍵中小分子物質可通過，因此可在細胞間物質運輸和直接通訊，對調控細胞生長、發(fā)育、分化起重大作用。1．結構成分間隙連接處相鄰的細胞膜間間隙為2～3nm，構成間隙連接的基本單位稱為連接子（connexon）。每個連接子由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位connexin環(huán)繞，中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。相鄰細胞膜上的倆個連接子對接形成一個間隙連接單位。2．功能及其調節(jié)機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—————→分化細胞“位置信息”間隙連接例2：分泌細胞之間———→交流cAMP、Ca2+等信號分子———→代謝偶聯例（1）：促胰腺素—→胰腺腺泡細胞—→胰蛋白酶（2）：胰高血糖素—→肝細胞—→分解糖原例3：突觸：胚胎細胞間隙連接——→電突觸——→信號傳導心肌細胞———→K+傳遞電興奮信號——→電耦聯——→嚴格網格同步化反應（如心臟的正常跳動）例：腫瘤細胞之間間隙連接明顯減少或消失，有人認為間隙連接起類似“腫瘤抑制因子”的作用。間隙連接中斷癌細胞————→細胞通訊障礙—→惡性腫瘤胞間連絲相鄰植物細胞之間由胞間連絲穿越細胞壁相通，形成管狀孔道，直徑為20～40nm。管狀，完成細胞間的通訊聯絡。有內質網分支連通，在細胞分裂時形成細胞壁上密度可達15個/μm2,可傳遞電刺激，分泌調控因子（生長素、激動素）化學信號等、代謝產物、營養(yǎng)物質的重要渠道。很多植物病毒編碼一種特殊的運動蛋白（movementproteins），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胞。因而帶病毒植株的頂端分生組織細胞通常無病毒。由此可實現馬鈴薯的無毒培育——脫毒。（三）化學突觸化學突觸是存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式，它通過釋放神經遞質（乙酰膽堿、琥珀酸膽堿）來傳導神經沖動。在信息傳遞中，有一個將電信號轉化為化學信號，再將化學信號轉化為電信號的過程。四．細胞表面的粘著因子1．鈣粘素（cadherins）是一種細胞粘連糖蛋白，對胚胎發(fā)育中的細胞識別、遷移和組織分化以及成體組織器官構成具有主要作用。2．選擇素（selectin）主要參與白細胞對脈管內皮細胞的識別和粘著。3．免疫球蛋白超家族的CAM（Ig－superfamily）它在神經組織細胞間的粘著中起主要作用。4．整聯蛋白（整合素）可與不同的配體結合，從而介導細胞與基質、細胞與細胞之間的粘著。整聯蛋白識別的主要部位是配體上的RGD三肽結構。此外，整聯蛋白在細胞內外信號轉導中起著十分重要的作用。第三節(jié)細胞外被與細胞外基質細胞外被（cellcoat）,又稱糖萼，是由質膜外糖蛋白和糖脂構成起保護作用和識別作用的覆蓋層。細胞外基質（extracellularmatrix）,是指分布于細胞外空間，由細胞分泌的蛋白和多糖所構成的網絡結構。一．膠原膠原是細胞外基質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，構成胞外基質中具剛性和抗張力的主要骨架結構。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，是在結締組織及胞外基質中的主要粘性物質，具抗壓和潤滑作用，使細胞易于運動遷移和增殖。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，前者分子呈不對稱十字形，后者呈V形。層粘連蛋白是各種動物胚胎及成體組織的基膜的主要結構組分之一，能將細胞固定在基膜上，它在早期胚胎發(fā)育及組織分化中具有重要作用，也與腫瘤細胞的轉移有關。纖連蛋白是高分子量糖蛋白，介導細胞間粘連及細胞與基質粘連的胞外基質，其上的RGD三肽序列是與跨膜蛋白——整聯蛋白結合部位，起介導細胞粘連及細胞信號轉導途徑作用。對早期胚胎中的細胞遷移和分化是必需的。純化的纖連蛋白可增強細胞間粘連及細胞與基質的粘連。通過粘連，纖連蛋白可以通過細胞信號轉導途徑調節(jié)細胞的形狀和細胞骨架的組織，促進細胞鋪展。纖連蛋白對于許多類型細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。主要存在于脈管壁及肺，彈性蛋白是構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．植物細胞壁植物細胞壁由纖維素、半纖維素、果膠質、木質素和伸展蛋白構成的植物細胞的外框架結構，維持其抗張壓和支持保護的作用。初生細胞壁上允許水和分子物質自由擴散。物質的跨膜運輸與信號傳遞第一節(jié)物質的跨膜運輸細胞膜是選擇性透性膜，能調節(jié)物質進出的精密裝置。物質通過細胞膜的轉運主要有三種途徑：被動運輸、主動運輸和胞吞與胞吐作用。一．被動運輸被動運輸（passivetransport）是指通過簡單擴散或協助擴散實現物質由高難度向低濃度方向的跨膜轉運。不消耗細胞能量，運輸方向是順濃度梯度或順電化學梯度。（一）簡單擴散也叫自由擴散，不需要膜蛋白協助。疏水的小分子或小的不帶電荷的極性分子以簡單擴散的方式跨膜轉運，如：O2、N2、水分子和尿素等。帶電荷的離子不能簡單擴散。細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動則需更高的自有能。(二)協助擴散協助擴散（facilitateddiffusion）是各種極性分子和無機離子，如：糖、氨基酸、核苷酸以及細胞代謝物等順其濃度梯度或電化學梯度減少方向的跨膜轉運，該過程不需要細胞提供能量，這與簡單擴散相同，因此兩者都稱為被動運輸。膜轉運蛋白可分為兩類：一類稱載體蛋白（carrierproteins），它既可介導被動運輸，又可介導逆濃度梯度或電化學梯度的主動運輸，如：氨基酸、核糖等通過載體蛋白選擇結合跨膜轉運；另一類稱為通道蛋白（channelproteins），只能介導順濃度梯度或電化學梯度的被動運輸。1．載體蛋白每種載體蛋白只能與特定的溶質分子結合。2．通道蛋白選擇性開啟離子通道。通過蛋白所介導的被動運輸不需要與溶質分子結合，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、胞內配體）、壓力激活性二．主動運輸主動運輸是逆濃度梯度或逆電化學梯度運輸。是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由濃度低一側向高難度的一側進行跨膜轉運的方式。消耗細胞能量。離子泵、質子泵、直接消耗ATP運輸協同運輸根據主動運輸過程所需能量來源的不同可歸納為：由ATP直接提供能量的主動運輸——鈉鉀泵由ATP直接提供能量的主動運輸——鈣泵和質子泵協同運輸（間接消耗細胞內ATP）1）鈉鉀泵：（Na＋—K＋泵）在細胞內側a亞基與Na結合促進ATP水解，a亞基上的一個天門冬氨基酸殘基磷酸化引起a亞基構象發(fā)生變化，將Na泵出細胞；同時細胞外的K與a亞基的另一個位點結合，使其去磷酸化，a亞基構象再度發(fā)生變化將K泵進細胞，完成整個循環(huán)。每消耗一個ATP分子，泵出3個Na和泵進1個K2）鈣泵、質子泵：鈣泵，又稱Ca2＋－ATP酶，每一泵單位中約10個跨膜α螺旋。細胞內鈣調蛋白與之結合以調節(jié)Ca2＋泵的活性。Ca2＋泵工作與ATP的水解相偶聯，每消耗一個ATP分子轉運出兩個Ca2＋。鈣泵主要存在于細胞膜和內質網膜上，它將Ca2＋輸出細胞或泵入內質網腔中儲存起來，以維持細胞內低濃度的游離Ca2＋。鈣泵在肌質網內儲存Ca2＋，對調節(jié)肌細胞的收縮與舒張是至關重要的。3）質子泵：H＋泵：H＋-ATP酶，植物細胞、真菌、細菌的質膜皆無鈉鉀泵，而以H＋泵輸出H＋，建立跨膜的H＋電化學梯度。可分為三種：（1）P型質子泵：在轉運過程中涉及磷酸化和去磷酸化。存在于真核細胞的細胞膜上。（2）V型質子泵：在轉運H＋過程中不形成磷酸化的中間體，存在于動物細胞溶酶體膜和植物細胞液泡膜上。從細胞基質中泵出H進入細胞器，有助于保持細胞質中性pH和細胞器內的酸性pH。（3）第三種存在于線粒體內膜、植物內囊體膜和多數細菌質膜上。順H+濃度梯度，與ATP偶聯，如氧化磷酸化和光合磷酸化。4）協同運輸：待運物質在載體蛋白上與某種離子相伴跨膜轉運，是由Na－K＋泵（或H＋泵）所維持的離子濃度梯度驅動，間接消耗細胞內的ATP。動物細胞的協同運輸是利用膜兩側的Na＋電化學梯度來驅動的，而植物細胞和細菌常利用H＋電化學梯度來驅動。共運輸：物質運輸方向與離子轉移方向相同。對向運輸：物質跨膜轉運的方向與離子轉移的方向相反。(四)膜電位質膜上對帶電荷物質的跨膜運輸引起膜內外的電位差，稱為膜電位。當細胞處于靜息狀態(tài)時，膜電位是外正內負，這是靜息電位，被稱為“極化”現象。動物細胞的靜息電位是在-20mV～-200mV之間。靜息電位的產生：質膜上Na＋－K＋泵工作造成K＋濃度內高外低，Na＋濃度外高內低，胞內高濃度K＋是與胞內有機分子所帶負電荷保持平衡的主要成分，然而質膜上還有K＋通道和Na＋通道，靜息時K＋通道處于開啟狀態(tài)，而Na＋通道多數關閉，于是有一些K＋順濃度梯度由內流向胞外，所以隨著正電荷轉移到胞外而留下胞內非平衡負電荷。結果是膜外正離子過量和膜內負離子過量，從而產生膜內外的電位差（靜息電位），當電位差達到一定值時，便阻礙K＋進一步向外擴散。當質膜受到電刺激或化學刺激時，膜上通道蛋白的構象會出現瞬間變化，引起大量Na＋流入胞內，（致使靜息電位減小乃至消失），造成去極化，進而出現內正外負的膜電位，此時變?yōu)閯幼麟娢唬捶礃O化），這個由去極化到反極化阿過程非常短暫，有的僅1毫秒。隨后蛋白的構象迅速還原，膜電位又變成靜息電位（即復極化）。胞吞作用和胞吐作用1．穿胞吞排的跨細胞運輸出現在某些組織、器官分界面的細胞中。其細胞的分布呈極性，在一極的質膜內形成微胞飲小泡，小泡穿越細胞質區(qū)域，在另一極的質膜上又將吞飲物質釋放交給另一種細胞。轉運的主要是蛋白質。在轉運的過程中，不與溶酶體發(fā)生聯系。2．受體介導的胞吞作用微胞飲小泡：1）衣被小泡2）無被小泡前者以網格蛋白作為胞外衣被（以受體介導對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：特定大分子物質在質膜外表被受體結合，然后該處質膜部位在網格蛋白參與下凹陷形成衣被小窩，隨后進一步內陷脫離質膜，形成衣被小泡進入細胞質。其衣被的結構單位是網格蛋白三聚體，有三條重鏈和三條輕鏈組成的三叉網車型結構，若干個網格蛋白結合在一起形成六邊形的網格特征。衣被內由接合素蛋白分別銜接網格蛋白和受體，在內陷的衣被小窩的頸部還有一種GTP結合蛋白呈環(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，有利于選擇富集內吞特定大分子。2）為衣被小泡的形成提供泡外結構骨架。所以，一旦衣被進入細胞后，衣被作用即已完成，就自行解聚成網格蛋白脫離小泡返回質膜，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：是將細胞內的分泌泡或其它膜泡中的物質運出質膜外的途徑。組成型的胞吐途徑：調節(jié)型的胞吐途徑：（特化的分泌細胞）……胞外信號刺激組成型的胞吐途徑主要是由高爾基體成熟面的網狀區(qū)（TGN）分泌的囊泡移動到質膜與之融合，以囊泡形式外排。為質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，在胞外形成質膜外周蛋白、胞內基質、胞外營養(yǎng)成分和信息分子。調節(jié)型的胞吐途徑存在于某些特化的分泌細胞，這些分泌細胞產生的分泌物（eg激素、粘液或消化酶）儲存在分泌泡內，當細胞受到胞外信號分子（激素、神經遞質）刺激后，分泌泡與質膜融合并將內含物釋放出去。第二節(jié)細胞通訊與信號傳遞一．細胞通訊與細胞識別（一）細胞通訊間隙連接不接觸內分泌分泌化學信號旁分泌接觸：接觸抑制自分泌化學突觸傳遞信號1．細胞識別細胞識別（cellrecognition）：細胞通過其表面的受體接受胞外信號分子（配體），通過信號通路，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節(jié)特定基因的表達，引起細胞應答反應，這稱為細胞識別。2．信號分子與受體親脂性的信號分子、親水性的信號分子、氣體性信號分子受體與信號（配體）的關系具多樣性。3．第二信使與分子開關第二信使學說（1991年諾貝爾獎）：第一信使（胞外化合物）—→細胞表面受體—→第二信使（胞內信號分子）—→細胞應答生理反應第二信使：cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰基甘油（DG）第三信使：Ca2+分子開關（molecularswitches）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閉。2）GTP結合蛋白，結合GTP時活化開啟，而結合GDP則失活而關閉。二．通過細胞內受體介導的信號傳遞胞內受體是一類超家族，本質是能被親脂性激素激活的基因調控蛋白。這類受體一般有三個結構域：位于C端的激素結合位點；位于中部富含Cys、具鋅指結構的DNA或Hsp90結合位點；以及位于N端的轉錄激活結構域。當抑制性蛋白（例如：Asp90）與受體結合后，使其處于非活化狀態(tài)，而當配體（Eg甾體、激素）與受體結合時，導致抑制性蛋白脫離，暴露出受體上DNA結合位點而被激活。受體結合的DNA序列是轉錄增強子，可增加某些相鄰基因的轉錄水平。甾類激素誘導的基因活化分兩個階段:1）初級反應階段：直接活化少數特殊基因，發(fā)生迅速2）延遲的次級反應：由初級反應的基因產物，再活化其他基因，對初級反應起放大作用。NO是自由基性質的氣體，具脂溶性，可快速擴散透過細胞膜，對鄰近靶細胞起作用。血管內皮細胞和神經細胞中有一氧化氮合酶（NOS），能催化合成NO，當血管神經末釋放乙酰膽堿作用于血管內皮，使其合成釋放NO，所以才快速緩解心絞痛。三．通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞細胞表面受體分為三類：1）離子通道偶聯的受體：主要存在于神經、肌肉等可興奮細胞間的突觸信號傳遞。2）G蛋白偶聯的受體存在于幾乎所有類型的細胞。3）酶偶聯的受體（一）離子通道偶聯的受體本身具信號結合點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。神經遞質（胞外化學信號）與受體結合而引起通道蛋白變構，導致離子通道開啟，使突觸后細胞膜出現過膜離子流（如Na＋和Ca2＋），從而將胞外化學信號轉換成胞內電信號，導致突觸出后細胞的興奮。當膽堿脂酶將神經遞質水解后，離子通道關閉，信號傳遞中斷。（二）G蛋白偶聯受體1．是指胞外信號跨膜傳遞過程：配體—→受體—→G蛋白（分子開關）—→第二信使—→靶蛋白（酶或離子通道）—→細胞應答G蛋白由α、β、γ三亞基組成，β、γ二聚體錨定于質膜內側，穩(wěn)定α亞基，α亞基具GTP酶活性。當它與GDP結合時，處于失活狀態(tài)，而當它與GTP結合后，處于開啟態(tài)，從而傳遞信號。2．其信號通路有兩類：cAMP信號通路磷脂酰肌醇信號通路1）cAMP信號通路是真核細胞應答激素反應的主要機制之一，其信號通路的效應酶是腺苷酸環(huán)化酶，起調節(jié)細胞內第二信使cAMP水平。cAMP信號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蛋白復合物（Gs），后者有抑制型激素受體（Ri）和抑制型G蛋白復合物（Gi）。所以激活型的激素（eg腎上腺素β型）和抑制型的激素（eg腎上腺素α型）可同時協調作用于腺苷酸環(huán)化酶，來調節(jié)cAMP水平。此信號通路有三個特點：Gs蛋白結合GTP后，由其α亞基結合腺苷酸環(huán)化酶，產生cAMP，但其活化的β、γ亞基也能開啟質膜上K+通道的信號傳遞作用。Gi可由活化的Giα亞基直接結合來抑制腺苷酸環(huán)化酶，也可由活化的Giβγ與Gsα結合，阻斷其激活效應。CAMP在細胞內的濃度迅速調節(jié)決定了細胞快速應答胞外信號，即信號放大和信號終止快速轉變，終止是由環(huán)腺苷酸磷酸二脂酶來降解cAMP。cAMP信號通路的主要效應是通過蛋白激酶A（PKA）來激活下游靶酶和開啟基因表達。前者是快速反應（幾秒至幾分鐘），后者是慢速反應（幾分鐘到幾小時）。前者是活化的PKA導致下游靶酶蛋白磷酸化，從而快速影響細胞代謝和細胞行為（如：由腎上腺素刺激，骨骼肌細胞導致糖原分解，脂肪細胞導致甘油三脂分解）。而后者是：激素－→G蛋白偶聯受體－→G蛋白－→腺苷酸環(huán)化酶－→cAMP－→cAMP依賴的蛋白激酶A（PKA）－→基因調控蛋白－→基因轉錄。2）磷脂酰肌醇信號通路胞外信號－→G蛋白偶聯受體－→G蛋白－→磷脂酶C（PLC）－→磷脂酰肌醇（PIP2）→三磷酸肌醇－→開啟Ca2＋通道－→鈣調蛋白結合－→細胞反應（兩種第二信使）→二?；视停鞍准っ窩（PKC）－→系列磷酸化級聯反應↓↓激活使得抑制蛋白的磷酸化調節(jié)基因轉錄↓脫離基因調控蛋白↓活化基因轉錄PIP2普遍存在于真核細胞的質膜中，由此產生IP3－Ca2+和DG—PKC雙信使。IP3作為胞內配體打開內質網膜的Ca2＋通道，使細胞質中游離Ca2＋升高，引起PKC轉位到質膜內表面，被DG活化，進而使各種底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸基磷酸化，從而導致了細胞分泌、收縮等短期生理效應，也導致了細胞增殖、分化等長期生理效應。IP3和DG的信號終止是分別由去磷酸化和磷酸化（或水解）進入PIP2循環(huán)。Ca2＋的信號終止是由質膜Ca2＋泵（或Na＋－Ca2＋交換器）及內質網膜Ca2＋泵來降低細胞質中Ca2+濃度，以免細胞中毒。（三）酶聯受體1．酪氨酸激酶受體RIK及RTK－Ras信號通路是細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生長因子，配體結合導致受體的二聚化構象變化和自磷酸化，而磷酸化的酪氨酸殘基可被含SH2結構域的胞內信號蛋白所識別結合，由此啟動胞內信號轉導。配體－→RTK－→adaptor←－GRF－→Ras－→Raf（MAPKKK）－→MAPKK－→MAPK－→進入細胞核內－→磷酸化基因調控蛋白－→細胞效應RTK介導的信號通路是具有調節(jié)細胞增殖分化、存活、凋亡等多向性效應，不需G蛋白參與，而由Ras蛋白起分子開關作用，RTK－Ras信號通路向下游傳導是扳動絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的磷酸化級聯反應，起增強、放大和延長效應。Ras結合GTP時為活化態(tài)，結合GDP時為失活態(tài)。2．其它酶聯受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體：其配體是轉化生長因子βs，是調節(jié)細胞增殖等功能。酪氨酸磷酸脂酶受體：作用與RTK相反。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。酪氨酸蛋白激酶關聯受體：通過非受體性的酪氨酸激酶來傳遞信號的。致癌基因Src家族和Janus家族表達產物都是此類。四．由細胞表面整聯蛋白介導的信號傳遞質膜上的整聯蛋白外聯纖連蛋白等胞外配體，內聯肌動蛋白纖維，介導了兩條信號通路：一是到細胞核的信號通路，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，沿MAPK級聯反應途徑傳遞生長促進信號進入細胞核，激活有關生長增殖的基因轉錄；二是到核糖體的信號通路，導致翻譯特定mRNA，指導合成細胞周期所需特定蛋白質。五．細胞信號傳遞的基本特征：多途徑、多層次信號收斂、發(fā)散和交談專一性、相似性信號放大與信號終止并存對細胞刺激的適應蛋白激酶的網絡整合信息第六章細胞質基質與細胞內膜系統細胞質基質和內膜系統一．細胞質基質的涵義經典細胞學：光鏡下，除去可見的細胞器及內含顆粒的透明質部分，稱為細胞液。細胞生物學：電鏡下，除去可見的細胞器及亞微結構以外的細胞質部分，稱為細胞質基質。分級離心后，除去所有細胞和顆粒剩下的清液部分，稱為胞質溶膠。二．細胞質基質的化學組分成分復雜，不易分析。所以反映了大部分細胞的生化成分，即是許多細胞器生化反應的底物和產物的運輸通道，本身又涉及了幾種細胞代謝途徑。離心分離中，易發(fā)生混雜與丟失。破碎細胞器及液泡內含物可能混入可溶相，在另一些本屬基質的物質，如可溶性酶又可能附在細胞器上被分離。三．細胞質基質的功能是進行某些生化活動的場所。為維持細胞器穩(wěn)定，提供適宜的離子環(huán)境3．供應細胞器內發(fā)生反應的底物4．對蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解和構象修正磷酸化與去磷酸化、糖基化、甲基化、?；蕾嚪核貥擞浀降鞍踪|酶體中的蛋白質降解途徑熱休克蛋白Hsp幫助變性或畸形蛋白質重新折疊5．物質貯存和運輸。內膜和內膜系統內膜：電鏡下可見的在細胞質內的膜相結構。內膜系統：由內膜圍成泡狀、扁囊狀的亞微結構和細胞器，構成復雜且精密的胞內系統。主要包括內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體、過氧化物酶體以及衍生的小泡和液泡。內膜的共同特征：都是單位膜結構僅存在于真核細胞中處于動態(tài)平衡中，膜之間有轉化現象內膜與質膜的結構差別單位膜的層次結構差別不如質膜明顯內膜厚度稍薄，6-7nm膜上的抗原不同第二節(jié)內質網（ER）一．內質網的結構和分布由單層內膜圍成的管狀、扁囊狀結構，連通成網，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質網（roughER）,而膜表面無核糖體的稱為光面內質網（smoothER）。rER一般呈平行囊狀分布，多數是圍繞在細胞核附近，其腔體與雙層核膜之間的腔（核周池）相通。而sER呈分枝的管狀網絡，往往分布在rER的外側，這兩種ER是連通的，還可與質膜相連。在不同類型細胞中，其數量和類型有不同。二．ER的化學組成依據對微粒體（microsome）組分分析，微粒體是經分級離心得到的內質網碎片形成的泡狀人工產物，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．內質網的功能蛋白質的合成附在rER膜外表的核糖體合成多肽鏈；從“易位子”孔道進入ER腔內。RER合成的蛋白包括：分泌蛋白（外分泌的酶、抗體、多肽類激素、胞外基質等）、膜蛋白（將轉運到質膜和其它內膜）和細胞器中可溶性駐留蛋白（轉運到高爾基體、溶酶體、胞內體和植物液泡等細胞器）。蛋白質折疊裝配和修飾加工新合成的多肽由結合蛋白Bip和蛋白二硫鍵異構酶幫助折疊、裝配。前者起識別作用，后者起切斷和重結二硫鍵作用。凡錯誤折疊裝配的肽鏈皆由易位子返回細胞質基質，由依賴于泛素的蛋白酶體降解。內質網中合成蛋白質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移酶作用下，將膜內側的磷酸多萜醇上的寡糖鏈轉移到多肽鍵的天冬酰胺殘基上；而后者則是轉移到絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸或羥脯氨酸上。脂質的合成磷脂膽固醇和甾類激素都在內質網中合成。合成磷脂所需的三種酶（?；D移酶、磷脂酶、膽堿磷酸轉移酶）都位于膜上，其活性部位朝向膜外。合成磷脂的底物來自細胞質基質，合成后在磷脂轉位因子幫助下翻轉（轉位），迅速進入ER腔內。其合成的脂類除部分用于自身的膜裝配，其余轉運到別的細胞器。轉運方式：類似于膜蛋白的膜流動和膜泡出芽轉移，還可以磷脂轉換蛋白PEP載體運送到線粒體或過氧化物酶體等缺磷脂的細胞膜上。內膜的生成與分化rER膜可不斷自身裝配生成，再通過一系列化學結構上的膜改造(eg：核糖體脫落、添加或減少膜上的酶、脂類及糖基化)，實現各類型內膜的轉化。轉運方式：連通的膜由膜流動性轉運；不連通的則由小泡輸送。解毒作用sER中有些酶（eg：細胞色素P450酶系）能催化脂溶性藥物（如苯巴比妥）氧化失效。糖原分解動物的糖原顆粒（肝糖原、肌糖原）貯存在細胞質基質中，當生理活動需要消耗能量時，在激素控制下由cAMP介導，糖原被α－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，葡萄糖穿過膜進入sER腔，運出細胞進入血液供生理需要。Ca2＋的貯存內質網膜上的Ca2＋泵將細胞基質中的Ca2＋大量泵入腔中貯存，一旦受胞外信號刺激時，內質網膜的Ca2＋通道打開，Ca2＋迅速涌出作為胞內信號傳遞。肌質網是肌細胞中特化的sER，平時其內貯存的Ca2＋濃度比肌質中高數千倍，當興奮沖動刺激時，肌質網大量釋放Ca2＋，激活ATP酶，促使肌肉收縮。合成物質的運輸和交換是胞內物質合成運輸的通道。rER合成的分泌性多肽，經sER腔轉運到高爾基體，包裝成分泌顆粒，再輸出胞外或其它細胞器。此外，內質網膜與細胞質基質之間形成了巨大的物質交換。四．高爾基復合體（一）形態(tài)結構及分布由一層膜包圍組成的囊狀、管狀和泡狀復合結構的堆疊。1．CGN：Golgi體在位置朝向和物質運輸上都表現有極性，一般彎曲成弓形，其凸面稱形成面（或順面），朝向細胞核，其凹面朝向質膜，稱為成熟面（或反面）。2.中間膜囊：是進行糖基化修飾、糖脂形成和多糖合成的主要區(qū)域。3．TGN：是蛋白質分類、包裝和轉運的區(qū)域，Golgi周圍的囊泡是由膜囊邊緣膨大部分出芽形成，負責物質運輸。（二）高爾基體的功能：細胞內大分子運輸樞紐ER合成的蛋白質和脂質在此加工、分類和包裝后，分別運送到細胞特定部位或分泌到細胞外。蛋白質糖基化修飾：質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，要經過9個步驟，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腔內側，組成修飾加工流水線。蛋白質糖基化的功能有：1）作為分選的標志，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）共同標志，所以到TGN區(qū)域由M6P受體分選轉運到溶酶體；2）保證多肽的正確折疊；3）增加構象穩(wěn)定性；4）影響蛋白質水溶性及電荷。糖脂的加工途徑方式與糖蛋白類似，再由Golgi體轉運到溶酶體膜或質膜上。蛋白質酶解加工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）對含不同信號序列的蛋白質前體以不同方式加工成不同產物。在細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。是酶源粒和初級溶酶體的發(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。在植物細胞分裂末期參與細胞多糖合成是細胞內的膜泡進行“膜流”的調控樞紐細胞內的膜泡除轉運內含物質外，還轉運了膜物質。故稱為膜流（membraneflow），其方向有：外—→內；內—→內和內—→外，這是維持質膜和內膜系統動態(tài)平衡的物質循環(huán)途徑。五．溶酶體和過氧化物酶體溶酶體內含有多種水解酶，能降解、消化各種大分子物質，是廣泛存在動物細胞中的重要細胞器。植物細胞中有與其功能類似的圓球體、中央液泡。（一）溶酶體的結構由單層膜包圍形成的泡狀細胞器，膜厚度7.5nm，其內部無結構，但大小相差極大，其直徑為0.2－0.5nm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pH5.0左右。其中酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。溶酶體膜的特點：嵌有質子泵，能維持泡中酸性內環(huán)境具有多種載體蛋白，能將水解產物向外轉運膜蛋白高度糖基化，可能對防止自身膜物質降解有利。（二）溶酶體的功能：細胞內消化：降解胞吞進入的大分子異物，為細胞代謝提供營養(yǎng)，饑餓時，溶酶體也分解細胞內的生物大分子以保證機體所需能量。防御功能：顆粒白細胞和巨噬細胞可吞噬細菌、病毒，在溶酶體中將其殺死，消化降解后的產物供細胞營養(yǎng)。自噬消除細胞內衰老損傷的生物大分子和細胞器，有用物質被轉化更新。對機體中衰老病變的細胞的清除：主要由巨嗜細胞吞噬到溶酶體中降解。對發(fā)育過程中凋亡細胞的清除：蝌蚪尾巴的退化。受精時精子頂體效應，細胞毒T細胞釋放分泌溶酶體酶，穿孔素和粒酶。（三）。溶酶體的發(fā)生合成過程中的溶酶體在Golgi的CGN區(qū)域發(fā)生磷酸化，形成M6P標志，到TGN區(qū)域由M6P受體分選富積，再出芽以網格小泡運往前溶酶體中，由于前溶酶體膜上有H＋泵，泡內偏酸（pH6左右）。引起M6P去磷酸化，與受體分離，M6P受體穿梭于Golgi和前溶酶體之間，反復使用。此外，還有部分含M6P的溶酶體酶先分泌在胞外，再由質膜上的M6P受體介導的有被小泡運送到前溶酶體，其M6P受體在質膜與前溶酶體之間往返。（四）過氧化物酶體的特征、功能及發(fā)生：微體（microbody）也是單層膜圍繞而成的泡狀細胞器，其主要特征是：內含氧化酶類，pH7左右，常見晶體結構，其識別的標志酶是過氧化氫酶。過氧化物酶體中常含2種酶：依賴黃素的氧化酶和過氧化氫酶，前者能將底物氧化成H2O2；后者能將H2O2分解成水和O2，所以這兩種酶催化的反應，相互偶聯，能保護細胞免受H2O2的毒害。植物葉肉細胞中過氧化物酶體，是植物光呼吸反應中的乙醇酸代謝場所。乙醇酸氧化的結果是耗氧并釋放CO2，是在光照下與葉綠體及線粒體聯合完成的。植物種子萌發(fā)時，其過氧化物酶體催化乙醇酸循環(huán)，最終轉化成葡萄糖。過氧化物酶體能分解，但子代的過氧化物酶體的成熟則需添外源物來裝配，其蛋白質是由細胞基質中合成轉運而來，其膜脂是在ER合成后由磷脂轉換蛋白或膜泡轉運的。六．細胞內蛋白質的定向轉運（分選）（一）信號假說與蛋白質分選信號信號肽是位于新合成的蛋白質N端，由16～26個氨基酸，是先在細胞質基質的核糖體上起始結合一小段，隨后結合上SRP，使肽鍵合成暫停。然后SRP與內質網膜上的DP結合，使得核糖體停泊在內質網膜的易位子上（Translocon）結合，SRP則脫離返回細胞質基質去重復使用。信號肽由易位子孔道過膜引導肽鏈袢環(huán)進入內質網腔，當腔面酶切除信號肽后，其后多肽鏈的合成延伸繼續(xù)直至合成完畢。上述過程是需GTP的耗能過程。關于這樣的肽鏈邊合成邊轉移至ER腔中的方式稱為共轉移。然而，那些無信號肽的多肽鏈合成，由于不可能共轉移進入rER，所以只能在細胞質基質中完成。由此而論，某種蛋白質究竟在何處合成，是取決于其N端是否有信號肽，而這又是依據其mRNA上的編碼，歸根結底，是由其DNA編碼序列所決定的。N端的信號肽是起始轉移序列。有的肽鏈中部還有停止轉移序列。如果一種多肽中只有信號肽而無停止轉移序列，其合成后就進入ER腔內；而既有信號肽又有停止轉移序列的則為跨膜蛋白。所以含有多個起始序列和多個停止轉移序列的多肽就形成多次跨膜蛋白。參與線粒體、葉綠體、過氧化物酶體裝配的外來蛋白質也是類似方式進入的。原核細胞（如大腸桿菌）的一些分泌蛋白的N端也有類似的信號肽序列，這些蛋白質的合成不是共轉移，而是后轉移。即蛋白質合成完畢后才轉移。跨膜前需耗ATP使多肽去折疊，跨膜后還需某些蛋白（如熱休克蛋白Hsp70）幫助折疊。那些類似信號肽的信號序列被統稱為導肽。那些類似于SRP和Hsp70的輔助蛋白質被稱為分子伴侶。分子伴侶的作用是可以識別正在合成的某段多肽序列，并與之暫時結合，幫助多肽鏈合成轉運以及折疊裝配，但并不參與蛋白質最終產物的形成。（二）蛋白質分選定向轉運的類型蛋白質的跨膜轉運膜泡運輸選擇性門控轉運：核孔、胞間連絲細胞質基質中的蛋白質的轉運：依靠在細胞骨架上定向運輸，例如：神經軸突的運輸。膜泡運輸：1．網格蛋白有被小泡網格有被小泡是以受體介導的細胞內吞方式之一，而這種運輸小泡還可以從高爾基體TGN將蛋白質向質膜、胞內體、溶酶體或植物液泡運輸，由于運送的特異分子是由其受體選擇性結合的，故被濃縮在網格蛋白有被小泡內。其結構與質膜內吞形成的相同。2．COPII有被小泡由ER膜出芽形成，向Golgi運輸物質。其結構由COPII蛋白、Sar蛋白、ER膜受體所裝配成小泡的包被并出芽?？缒な荏w在由ER腔中捕獲并濃縮轉運物質。當COPII有被小泡與靶膜融合前，包被也會脫落。3．COPI有被小泡負責回收ER逃逸蛋白。由于ER的正常駐留蛋白的C端都有一段回收信號序列KDEL，如果它們意外逃逸進入轉運泡被運到Golgi，CGN區(qū)膜上有KDEL受體捕獲，以COPI有被小泡將其返回ER。所以凡在運往Golgi的ER蛋白上，若無KEDL序列，則不會返回。第七章細胞的能量轉換——線粒體和葉綠體一．線粒體與氧化磷酸化線粒體是真核細胞中糖類、脂類和蛋白質最終氧化放能的場所，將有機物高效轉換為細胞生命活動直接能源ATP的細胞器，在細胞能量代謝上有獨特的重要性。（一）線粒體的形態(tài)和分布在形態(tài)、大小、數量和分布上，都具有多樣性、易變性、運動性和適應性等特點。1．形態(tài)大?。浩湫螤疃喾N多樣，通常是棍棒狀，也可呈環(huán)形、啞鈴形、枝狀或其它形狀。直徑為0.5～1μm，長1.5～3μm。2．數量差別較大，少的僅1個（鞭毛藻），多的達50萬個（大變形蟲）。動物細胞中比植物細胞多，生理活躍的細胞（運動神經細胞、肌細胞、分泌細胞）比普通細胞多，正常細胞比病態(tài)細胞多，哺乳動物成熟的紅細胞中無。3．分布一般是不均勻的，主動移集到代謝旺盛部位。例如：肌細胞的線粒體多在肌原纖維旁邊，腎小管細胞的集中在細胞基部，靠近微血管；有絲分裂時，大量線粒體圍成紡錘體。（二）線粒體的超微結構由雙層（不相連的）單位膜套疊圍成，其空間構形分為4部分：外膜內膜：對物質的通透性很低，H＋、ATP和丙酮酸等都需載體或通過酶協助才能過膜。內膜向內褶疊形成脊，擴大了表面積，增加了生理功能。嵴數與細胞能量代謝水平相關。膜間隙基質：由內膜密封的內部空間（故稱內室），充滿可溶性蛋白質等膠狀物質。具有多種酶、核糖體、環(huán)狀DNA、RNA及含酸鈣的顆粒，具有一定的滲透壓和pH值。（三）基粒的超微結構及分子結構頭部：圓形顆粒，稱F1因子，是ATP酶的活性部位，由α3β3γδε五種亞基組成。提純的F1能催化ATP水解，但它在基粒上則催化ATP合成。動物線粒體上還附有F1抑制蛋白，它能抑制F1水解ATP，但不抑制ATP合成?；浚菏乔度雰饶さ氖杷缘鞍踪|，稱為F0。是由a、b、c三種亞基組成，是跨膜質子通道。柄部：實質上是F1α亞基與F0的a、b亞基共同構成的“定子”，γε亞基組成的“轉子”。穿過F0的H+推動“轉子”旋轉，而促進ATP合成。此外，F0中的一個亞基可結合寡霉素，通過該亞基可調節(jié)通過F0的H＋流。（四）線粒體的化學組成線粒體干重的65～70％是蛋白質，25～30％是脂質，可溶性蛋白大多數是基質中的酶和膜的外周蛋白，而不可溶性蛋白是膜的內在鑲嵌蛋白、結構蛋白和部分酶蛋白。脂質的3/4是磷脂，但內外膜的磷脂組成種類明顯不同。線粒體不能自己合成磷脂，是依靠載體蛋白——磷脂轉換蛋白從內質網膜上轉運而來。（五）線粒體的功能是細胞呼吸作用的重要場所，是進行氧化磷酸化的關鍵部位。主要反應過程：1）三羧酸循環(huán)；2）電子傳遞和能量轉換1．線粒體內主要功能部位內膜和基質是線粒體主要功能部位，外膜和膜間隙是內外物質交換的屏障和過渡區(qū)域。內膜功能：1）氧化磷酸化的關鍵部位，膜中有呼吸鏈酶素，膜內還有ATP酶復合體，是進行能量轉換的“放能裝置”和：“換能裝置”；2）膜中有載體蛋白執(zhí)行小分子過膜運輸，如琥珀酸鹽、ADP、Pi和ATP等?；|的功能：1）三羧酸循環(huán)；2）脂肪酸氧化和氨基酸代謝的部分反應階段；3）線粒體的DNA復制、轉錄、翻譯3．氧化磷酸化的兩大結構基礎——呼吸鏈和ATP酶復合體1）氧化磷酸化：利用生物氧化所釋放的能量合成ATP的過程。2）偶聯氧化磷酸化：強調該過程中，呼吸鏈體系與ADP－ATP換能體系偶聯，是氧化（放能）與磷酸化（貯能）相偶聯，能將傳遞來的自由能轉換成高能鍵能。3）呼吸鏈（電子傳遞鏈）：是指線粒體內膜中由一系列遞氫體（FMN（H2）、Q(H)）和遞電子體（Fes、Cyta、b、a3、c、c1）所組成的電子傳遞體系。其功能是:由三羧酸循環(huán)產生的NADH所提供的高能位電子，通過此鏈傳遞，降到能量較低的水平，逐級分次放出能量，最終使傳遞的電子（e-）和氫質子（H＋）與氧原子結合生成水，這個過程又稱為細胞呼吸作用。實驗證明：亞線粒體小泡實驗結構表明：a)電子傳遞和ATP合成雖密切偶聯，但顯然是由兩個不同的結構系統分別承擔的；b)主管電子傳遞鏈的呼吸鏈，是分布在內膜之中；c）主管ATP合成的是在內膜表面的基粒。呼吸鏈的組成和分布：呼吸鏈可分解為4種功能復合物部分：復合物I：NADH－CoQ還原酶復合物II：琥珀酸－CoQ還原酶NADH呼吸鏈、催化NADH的氧化復合物III：CoQ－Cytc還原酶FADH2呼吸鏈復合物IV：細胞色素氧化酶催化琥珀酸的氧化6）ATP酶復合體的重要性：是偶聯氧化磷酸化的主要裝置，是生物膜上的能量轉換機構，被喻為“生物分子發(fā)電機”。ATP酶在真核細胞中，分布于線粒體內膜內側和葉綠體的類囊體膜外側，占線粒體膜總面積的16-20％。原核生物中，分布于質膜的內側，占質膜總面積的2％，（厭氧細菌）或10％（好氧細菌）。在線粒體內膜上和細菌質膜上進行的氧化磷酸化，以及在葉綠體類囊體膜上進行的光合磷酸化，都有能量轉換的偶聯反應，都是由ATP酶復合體起關鍵作用。此外，對于生物膜的需能離子轉運（主動運輸）以及DNA復制中的能量偶聯反應，都起重要作用。4．氧化磷酸化的偶聯機制“化學滲透學說”的基本學術觀點：呼吸鏈起類似質子泵作用，可將基質中的H＋不斷泵到膜外。內膜對H＋不通透，形成膜內外電化學質子梯度。由于受質子梯度的驅動，使膜外H＋通過F0—F1回流入基質，推動ATP的合成，梯度的勢能又轉變成高能鍵能，得以貯存。從NADH傳來的一對電子，電子傳遞鏈三次跨膜移動。一共泵出三對H＋到膜外，而每對H＋穿過F0—F1回流，能驅動合成一個ATP分子，所以共合成三分子ATP。5．ATP合成酶的作用機制——旋轉催化（1996年諾貝爾獎）基粒上的ATP合成酶催化猶如一部“分子水輪機”，γε組成“轉子”，位于α3β3的圓筒中央，由穿過F0的質子流動推動旋轉，即由跨膜的電化學質子梯度勢能轉換成扭力矩，使“轉子”反時針單向旋轉，而順序調節(jié)三個β亞基上催化位點依次開啟和關閉，三個β亞基分別隨即發(fā)生和核苷酸緊密結合（T態(tài)）、松散結合（L態(tài)）和定置狀態(tài)（O態(tài)）三種構象的交替變化，“轉子”每旋轉1200C，β亞基上釋放一個ATP分子。氧化磷酸化所需的ADP和Pi是由細胞質基質輸入到線粒體基質中的，而合成的ATP又要輸往線粒體外，可是線粒體內膜的通透性極低，所以ADP、Pi及ATP都必須由膜上專一性的腺苷酸轉移酶來轉運。6．線粒體病現已知有100多種，都是因線粒體DNA異常（突變、缺失、重排）引起的遺傳疾病，呈現呼吸鏈的電子傳遞酶系和氧化磷酸化酶系的異常，可引起嚴重的生理病變。例如：克山病是嚴重的心肌線粒體病。線粒體還與細胞衰變、細胞凋亡有密切關系，因為線粒體是細胞內氧自由基的來源（機體中95％以上的氧自由基都來自線粒體的呼吸鏈），同時線粒體還釋放細胞色素C到細胞質中參與細胞凋亡。二．葉綠體和光合作用植物細胞與動物細胞的重要差別是具有質體。葉綠體是植物細胞特有的能量轉換細胞器，其進行光合作用是地球上一切生命活動的初級能源。（一）葉綠體的形態(tài)結構形態(tài)、數量和分布高等植物中，葉綠體一般呈雙橢圓形或扁半球狀，直徑為3－6μm，厚約2－3μm，但在低等植物（如藻類）中形態(tài)差異很大，高等植物中葉肉細胞有50－200個?；窘Y構葉綠體膜：由內、外膜組成，厚6－8nm，兩層膜中有寬2－10nm的膜間隙。其外膜的通透性大，許多代謝物質都能自由進入，而內膜的通透性具選擇性，有些物質必須由載體蛋白轉運穿過內膜?；|：葉綠體內膜包圍內部空間的液態(tài)物質。I：葉綠體DNA：裸露雙鏈環(huán)狀。II：葉綠體核糖體：與原核細胞的類似，屬70S型，分散懸浮于基質中。III：RuBP酶顆粒：即核酮糖二磷酸羧化酶，直徑10－20nm，是暗反應中固定CO2第一步反應的關鍵酶，占基質中可溶性蛋白含量的60％，由8個大亞基和8個小亞基組成，大亞基由葉綠體基因組編碼，小亞基卻由核基因編碼。IV：其它成分：淀粉粒、油滴、RNA、鐵蛋白等。類囊體：為一層單位膜包圍成扁平囊，其中是類囊體腔，充滿液體。往往多個類囊體堆疊成垛，稱為基粒。每個葉綠體內有40－60個基粒，而每個基粒由5－30個類囊體摞成，最多可達上百個。相鄰基粒的類囊體之間又以扁囊狀片層相連通。所以類囊體腔在水平方位是彼此貫通的。組成成熟基粒的類囊體稱為基粒類囊體（或稱基粒片層）而在中間起聯系作用的類囊體稱為基質類囊體（或稱基質片層），它們共同組成葉綠體內多層的空間構型。類囊體膜上的功能結構1）光能吸收系統I：PSI（光系統I）：是多種不同還原中心的葉綠素蛋白復合體，中心色素P700。II：PSII（光系統II）：是多種不同多肽組成的葉綠素蛋白復合體，中心色素P680。III：天線復合物（或稱捕光色素）：由幾百個葉綠素分子及其它色素組成的，吸收多種波長的光能，迅速傳遞給PSI和PSII，本身無光化學活性。PSI和PSII都是鑲嵌在類囊體膜中的葉綠素蛋白復合物顆粒，PSII主要分布在基粒類囊體膜中，而PSI卻在基粒和基質類囊體膜中都有。2）電子傳遞系統：類囊體膜中由遞氫體和遞電子體組成的電子傳遞鏈，其中的質體醌PQ是遞氫體，（既傳電子又遞氫），而細胞色素bf，質體藍素PC，鐵氧還蛋白Fd都是遞電子體。3）光合磷酸化系統：即CF0－CF1ATP酶復合物，分布在類囊體膜的外表面頭部CF1由α3β3γδε五種亞基蛋白組成，基部CF0由四種亞基蛋白組成，與線粒體F0－F1的功能相似，也是與電子傳遞鏈偶聯的ATP合成裝置，但CF1的激活需要二硫蘇糖醇及Mg2＋，并且其酶活性不受寡霉素抑制。（二）葉綠體的主要功能——光合作用即利用光能將CO2和H2O合成碳水化合物，儲存能量，并釋放O2。①光能吸收、傳遞和轉換，水的光分解（原初反應）光反應光合作用②電子傳遞和光合磷酸化（類囊體膜上）暗反應：③光合碳同化，即CO2的固定還原（基質中）1．原初反應：PSI的P700和PSII的P680，是光能的捕捉器和轉換器，具有光化學活性，其反應中心由中心色素Chl、原初電子供體D和原初電子受體A組成，可將光能轉換為電能。2．電子傳遞和光合磷酸化經典理論解釋都是以PSI、PSII雙重光系統電子傳遞的“Z”形線路圖來示意光反應的主要過程，但現多以“化學滲透”學說解釋。P680吸收光量子后，使電子激發(fā)躍遷，進入電子傳遞鏈。同時被氧化的P680從水的光解中獲得兩個電子而還原，水光解釋放出氧分子，兩個氫質子進入類囊體腔內的溶液中。從P680傳來的一對電子到膜外側的質體醌PQ，由膜外基質中攝取兩個氫質子，還原為PQH2，然后移到膜的內側，將兩個質子釋放到類囊體腔中，并把電子轉交給細胞色素bf，接著又經過質體藍素PC傳到P700；P700在光量子激發(fā)下，那一對電子被再次向膜外側轉移，經過鐵硫蛋白Fes傳給鐵氧還蛋白Fd，最后，將電子交給NADP＋，使之還原為NADPH。由此形成了類囊體膜內外的電化學質子梯度差，就推動H＋穿過CF0－CF1流經膜外，從而驅動了ATP的合成。葉綠體的光合磷酸化與線粒體的氧化磷酸化，都是能量轉換偶聯的反應，其不同之點：類囊體膜上的CF0－CF1復合體的結構和功能，與線粒體內膜上的F0－F1復合體是比較相似的，但它們的定位取向是正好相反的，在線粒體中所說的內、外是針對內膜的，而類囊體的內外則是針對類囊體膜而言的。所以氧化磷酸化是質子由外向內穿過F0－F1，驅動ATP合成，而光合磷酸化卻是質子由內向外穿過CF0－CF1，驅動ATP的合成。光合磷酸化機制：化學滲透學說對光合作用偶聯機制的解釋：類囊體腔中的電子傳遞類似的質子泵，在光量子的驅動下，將外邊基質中的質子，泵進類囊體腔中，形成內高外低的質子電化學梯度，從而梯度勢能迫使質子向外穿過CF0－CF1，驅使ATP合成。光合磷酸化①電子從低能位經電子傳遞鏈躍遷到高能位，②一對電子穿膜兩次，向膜內轉移4個質子。③質子濃度梯度是內高外低。④質子從內向外穿過CF0－CF1。⑤三個質子通過酶復合體生成一分子ATP⑥分解H2O，放出O2，固定CO2（暗反應）暗反應⑦光能－→高能鍵能——－→化學能氧化磷酸化①電子從高能位經電子傳遞鏈躍遷到低能位，②一對電子穿膜三次，向膜內轉移6個質子③質子濃度梯度是外高內低。④質子從外向內穿過F0－F1。⑤兩個質子通過酶復合體生成一分子ATP⑥形成H2O，利用O2，放出CO2⑦（有機物質）化學能－→高能鍵能3．光合碳同化（暗反應）卡爾文循環(huán)途徑羧化、還原和RuBP再生，三個階段組成一個循環(huán)。由RuBP羧化酶催化，CO2通過與核酮糖二磷酸RuBP縮合而被還原固定，光合磷酸化所產生的ATP和NADPH全部被用于此碳素固定過程?？栁难h(huán)又稱C3途徑，是因其第一個中間產物（3－磷酸甘油酸）是三碳化合物，凡進行C3途徑的被稱為C3植物。該途徑的酶系都在葉綠體基質中，其反應也完全在此進行，不需光照，故稱暗反應。在此循環(huán)途徑中，是以光反應合成的ATP及NADPH為能源，推動RuBP不斷再生，CO2便不斷被固定還原，每循環(huán)固定一分子CO2，循環(huán)6次就將CO2同化為一個己糖分子，最終能合成淀粉等產物。C4途徑一般植物的C3途徑對該環(huán)境中的CO2濃度有一定要求，當小于50ppm時，該途徑即停止，然而玉米、高梁、甘蔗等植物在CO2濃度僅5ppm的環(huán)境中，仍能固定CO2，是因為這些植物中還存在另一條固定CO2途徑：其最初產物是草酰乙酸（四碳化合物），故稱C4植物。其特征是：葉脈周圍含有葉綠體的微管束鞘細胞及葉肉細胞，葉肉細胞進行C4途徑，再釋放CO2供鞘細胞進行C3循環(huán)，所以C4植物實質是依靠C4途徑與C3途徑配合，抵御不良環(huán)境，而快速積累干物質，是高產作物。C4途徑中的關鍵酶是磷酸烯醇丙酮羧化酶PEP。3）景天科酸代謝干旱地區(qū)的景天科植物的CO2固定方式與C4植物相似，只是其產物有機酸生成有明顯的晝夜變化特征。三．線粒體和葉綠體是半自主性細胞器（一）自主能力有自己的遺傳系統：線粒體有線粒體DNA和mRNA、tRNA、DNA聚合酶和RNA聚合酶，其中編碼2種線粒體rRNA和22種（全部）線粒體－tRNA的基因都在線粒體DNA上，約占其30％左右，余下的遺傳信息還編碼13種蛋白質多肽。線粒體DNA呈雙鏈環(huán)狀，每個線粒體基質中有6個線粒體DNA分子，也是半保留復制，在細胞周期S期和G2期進行，隨后線粒體分裂。葉綠體也是具有自己的ctDNA及mRNA、tRNA和rRNA，其中31種葉綠體tRNA和4種葉綠體rRNA都是由ctDNA編碼的，余下還編碼90多種葉綠體蛋白質。CtDNA亦呈雙鏈環(huán)狀，每個葉綠體中有12個ctDNA分子，在C1期復制。有自己的蛋白質合成系統線粒體和葉綠體中都有自己的核糖體（屬70s型），分別獨立合成自身所需的蛋白質一部分。葉綠體有自己的ATP/ADP庫，是獨立的，不與細胞質基質中的交換。（二）對細胞核的依賴性線粒體和葉綠體雖然自行合成蛋白質，但其種類十分有限，所以其絕大多數蛋白質是由核基因編碼的，在細胞質核糖體上合成，然后轉移到線粒體或葉綠體內，例如：線粒體中的F1五種蛋白質全由核基因編碼，細胞質核糖體合成，僅F0的三種蛋白質是在線粒體中合成的。再如：電子傳遞鏈上的細胞色素氧化酶七個亞基單位中，四個由細胞質基質合成，僅三個是由線粒體合成，葉綠體蛋白質總量的70％是依賴核DNA編碼合成，僅30％由ctDNA編碼合成。例如：葉綠體核糖體的結構蛋白質，僅1/3是葉綠體基因的產物；再如：RuBP羧化酶的8個大亞基是ctDNA編碼，而8個小亞基卻是依賴核DNA編碼。線粒體和葉綠體的DNA聚合酶都是在細胞基質中合成的。（三）線粒體和葉綠體蛋白質的運送與裝配在細胞基質中合成蛋白質前體，是依賴其N端的導肽介導的“后轉移”方式進入線粒體內，即在線粒體的內膜與外膜相接觸之處跨膜進入的，其分子伴侶是熱休克蛋白Hsp，能幫助前體蛋白在跨膜前解除折疊，以及跨膜后重新折疊和組裝。導肽和轉運肽的不同片斷含有不同的導向信息，決定著轉運步驟和去處。四．線粒體和葉綠體的增殖與起源（一）線粒體和葉綠體的增殖：電鏡觀察，線粒體能分裂增殖，例如：間隙分裂（鼠肝細胞中），中部縊縮分裂（蕨類和酵母中），出芽分裂（蕨類與酵母中）。實驗證明：以3H－膽堿標記的線粒體膜，再移入無同位素的培養(yǎng)基中經多代細胞培養(yǎng)，發(fā)現后代細胞的線粒體均有放射性標記，表明線粒體的確是分裂增殖的。葉綠體的個體發(fā)育是由前質體，經白色體分化發(fā)育而成的，前質體內僅有小泡結構，無片層結構，亦無葉綠素。隨著分化發(fā)育，片層形成發(fā)展葉綠素大量合成，決定這個分化進程的關鍵因素是光照。電鏡觀察，葉綠體也是中部縊縮分裂增殖的，一般是幼齡葉綠體分裂。（二）線粒體和葉綠體的起源關于這兩種細胞器起源的設想，在學術界主流的是內共生學說，即認為原始真核細胞祖先是厭氧異養(yǎng)性的細胞，捕獲吞噬了一種原始的好氧細菌和另一種能營光合作用的原始藍藻，但無法將它們消化，久而久之，就彼此形成了共生關系，這兩種內共生體轉化為線粒體和葉綠體。2．線粒體和葉綠體的內膜結構，成分與外膜差異很大，而外膜與細胞的內膜系統相似；3．線粒體和葉綠體能在異源細胞內長期存活。自然界尚存“胞內共存”現象。（三）內共生學說尚難解釋的問題線粒體和葉綠體基因中含有內含子，但原核生物基因中無內含子，有人認為可能是由核內轉移而來。線粒體的遺傳密碼中，有三種密碼子既不同于真核細胞的，也不同于原核細胞。第八章細胞核與染色體一．間期核的性質（一）形狀：間期核的形狀與細胞的形狀相關。（二）大小間期核的體積與細胞體積成正比，但不同發(fā)育時期有變化。（三）數量通常是單核，但也有雙核或多核的。位置胚胎細胞和幼齡細胞中，細胞核居中，但隨著細胞生長和分化，有時核會移位和變形。例如：成熟植物細胞中，核常被中央液泡擠到一側。二．間期核的結構核膜1．形態(tài)結構：由兩層平行排列的單位膜組成，即核內核核外膜，在內外之間有寬20－50nm的間隙，稱為核間隙。外膜的外表面有核糖體，其部分區(qū)域與糙面ER膜相連，所以核周隙與內質網腔是相連的，核內膜上無核糖體，其內側有一層纖維網狀結構，稱為核纖層，一般在30nm以下，組成核纖層的蛋白質纖維是由3種多肽——核纖層蛋白A、B、C（MW60－75KD）裝配而成，這種纖維可與核內膜中的核纖層蛋白B受體結合，又可與染色質的特定區(qū)域（異染色質）連接，所以核纖層是核膜及染色質的結構支架。核內外膜在部分區(qū)域相互連接形成貫通內外的孔道，稱為核孔，核孔在核膜上的數量和密度因細胞類型和生理狀態(tài)而異，凡代謝旺盛、轉錄活躍的細胞則核孔多而密。核孔中有復合結構，故稱為核孔復合體，動植物細胞核膜上都具有些結構。其具體結構型為：在核孔外緣和內緣各有一胞質環(huán)和核質環(huán)，由這兩種環(huán)分別朝核內外各自出8條纖絲，胞質纖絲短而卷曲，核質纖絲細長伸入核內，末端又形成一小環(huán)（由8個顆粒組成），型似捕魚籠，此外，在核孔復合體內部還有一平面對稱分布的8個顆粒及11個中央顆粒（或稱中央栓），這些結構物皆是核糖體蛋白構成。所以核孔復合體的結構特點是：對垂直核膜的中心軸是呈八重對稱分布格局，而對核膜內外則是不對稱分布。核孔復合體的標志蛋白是gp210（跨膜糖蛋白），是起錨定核孔復合體作用。另外，中央顆粒上還有一種P62蛋白。從酵母到人、各類生物細胞的核孔蛋白都具有同源性，說明核孔復合體在進化上高度保守，說明該物質對于生物個體的存在是非常重要的。2．核膜的主要功能是核內外隔離屏障，使細胞核成為相對獨立、穩(wěn)定的生理功能系統，核內的滲透壓、pH值、電位差、化學成分和電磁效應均有別于細胞質，且維持相對穩(wěn)定，因而細胞核內的生理生化活動實現專門化。調控核內外的物質核信息交換，以核孔復合體通道進行的雙向選擇性物質交換運輸，方式有兩種：被動擴散和主動運輸。以微量注射膠T金測試，核孔通道有效直徑約9nm，離子、小蛋白分子代謝物皆由此通道進行自由擴散，而大分子物質則需主動運輸。但也有些直接小于9nm得物質也不能自由擴散過膜，反而直徑達26nm的物質經主動運輸而順利通過。這是因為核孔復合體有效通道直徑會調節(jié)，能有選擇地控制穿過核孔的物質雙向運輸。例如：輸出核外的物質有在核內組裝的核糖體亞單位（RNP顆粒）、mRNA和tRNA前體等，在核內加工完畢的mRNA（成熟的mRNA）可通過核孔輸到細胞質中，而核內不均一RNA（hnRNA，即mRNA的