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细胞生物学竞赛


细胞生物学

显微镜种类,特点

细胞或细胞培养技术

2、制样技术
? 1)超薄切片
? 电子束穿透力很弱,用于电镜观察的标本须制成

厚度仅50nm的超薄切片,用超薄切片机制作。
? 通常以锇酸和戊二醛固定样品,丙酮逐级脱水,

环氧树脂包埋,

以热膨胀或螺旋推进的方式切片,
重金属(铀、铅)盐染色。

2)负染技术
? 用重金属盐(如 磷钨酸)对铺展 在载网上的样 品染色;吸去 染料,干燥后, 样品凹陷处铺 了一层重金属 盐,而凸的出 地方没有染料 沉积,从而出

Negative Stained Actin

冰冻蚀刻 freeze-etching
? 亦称冰冻断裂。标本置

于干冰或液氮中冰冻。
然后断开,升温后,冰

升华,暴露出了断面结
构。向断裂面上喷涂一

层蒸汽碳和铂。然后将
组织溶掉,把碳和铂的

膜剥下来,此膜即为复

A Yeast Cell

细胞基本结构
具有核膜,由膜围成的各种细胞器,如核膜、 内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶 体等在结构上形成了一个连续的体系,称为 内膜系统。 内膜系统将细胞质分隔成不同的区域,即所 谓的区隔化。区隔化使细胞内表面积增加了 数十倍,代谢能力增强。

1、原生质: 1839 Purkinje用原生质一词 指细胞的全部活性物质,从现代概念来说 它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。
2、质膜:是细胞表面的单位膜。

3、细胞核:细胞核是细胞内最重要的细 胞器,核表面是由双层膜构成的核被膜, 核内包含有由DNA和蛋白质构成的染色体。 核内1至数个小球形结构,称为核仁。细 胞核中的原生质称为核质。

细胞质基质:又称为或胞质溶胶 细胞质基质的功能:

为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳 定的离子环境。 许多代谢过程是在细胞基质中完成的,如①蛋白 质的合成;②核苷酸的合成;③脂肪酸合成;④ 糖酵解;⑤磷酸戊糖途径;⑥糖原代谢;⑦信号 转导。 参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。

Animal cell

Plant cell

细胞的形状和大小
单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细 胞骨架有关,如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫 像鞋底。

高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互 作用有关。如肌肉细胞呈梭形;红细胞为圆盘状; 植物叶表皮的保卫细胞成半月形,2个细胞围成 一个气孔,以利于呼吸和蒸腾。 高等动物的细胞离开有机体分散存在时,形状往 往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形,而在 离体培养时则可成多角形。

草 草 履 履 虫 虫

眼 眼

虫 虫

钟形虫 钟形虫

植 植 物 物 气 气 孔 孔 细 细 胞 胞

植 植 物 物 薄 薄 壁 壁 细 细 胞 胞

木 木 材 材 中 中 的 的 导 导 管 管

人 人 类 类 红 红 细 细 胞 胞

巨 巨 噬 噬 细 细 胞 胞

神 神 经 经 元 元 细 细 胞 胞

大多数动植物细胞直径在
20~30μm间。一般真核细胞的体
人 卵 与 精 子

积大于原核细胞,卵细胞大于体
细胞。鸵鸟的卵黄直径可达 5cm ;

支原体只有 0.1μm ;人的坐骨神
经细胞可长达1m。

几种细胞的大小
名称 μm 人卵 120 口腔上 皮细胞 75 肝细胞 20 红细胞 7 变形虫 100 海胆卵 70 伤寒菌 2.4x0.5 肺炎球菌 0.2x0.1

大 大 肠 肠 杆 杆 菌 菌

淋 淋 病 病 球 球 菌 菌

肉 肉 毒 毒 梭 梭 菌 菌

弧 弧 形 形 霍 霍 乱 乱 菌 菌

1、细胞壁:厚度一般15-30nm。主要成分是
肽聚糖,由 N- 乙酰葡糖胺和 N- 乙酰胞壁酸构 成双糖单元,以 β ( 1-4 )糖苷键连接成大分 子。 N- 乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链,相邻 聚糖纤维之间的短肽通过肽桥(革兰氏阳性 菌)或肽键(革兰氏阴性菌)桥接起来,形 成了肽聚糖片层,像胶合板一样,粘合成多

层。

革兰氏阳性菌细胞壁厚约 20 ~ 80nm ,有
15-50层肽聚糖片层,每层厚1nm,含2040%的磷壁酸(teichoic acid),有的还 具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚 约10nm,仅2-3层肽聚糖,另外还有脂多 糖、细菌外膜和脂蛋白。

Gram positive bacterial cell wall structure diagram

? 2、细胞膜:通常不形成内膜系统。一些行光合作 用的原核生物,质膜具有与捕光反应有关的内褶。 一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构,称 为间体(mesosome) ,因其与DNA有联系,推测 可能起DNA复制的支点作用。(31) ? 3 、拟核:没有核膜, DNA 分子裸露,所含的遗 传信息量可编码 2000~3000 种蛋白质,空间构建 十分精简。 白喉杆菌的间体

? 4、核糖体: ? 约含5000~50000个。

? 部分附着在细胞膜内侧,大部分游离于细胞质中。

? 沉降系数为70S。。
? 由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成。 ? 30S 的小亚单位对四环素与链霉素敏感, 50S 的 大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。

?质粒(plasmid) :除核区DNA外,可进行
自主复制的遗传因子,是裸露的环状 DNA 分子,所含遗传信息量为 2~200 个基因,

能进行自我复制,有时能整合到核 DNA 中 去。质粒常用作基因重组与基因转移的载
体。

分裂中的链球菌

分裂中的大肠杆菌

肺炎支原体

支原体
? 大小通常为0.2~0.3μm,可通过滤菌器。无细胞 壁,不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜 中胆固醇含量较多,约占36%,凡能作用于胆固 醇的物质(如二性霉素B、皂素等)均可引起支原 体膜的破坏而使支原体死亡。 ? 基因组为环状双链DNA,分子量小(仅有大肠杆 菌的五分之一),合成与代谢很有限。肺炎支原 体的一端有一种特殊的末端结构(terminal structure),能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮

古细菌

具有原核生物的某些特征,无核膜及内膜系统; 也有真核生物的特征,甲硫氨酸起始蛋白质的合 成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真 核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白。 此外,细胞膜中的脂类是不可皂化的,细胞壁不 含肽聚糖。 生活在极端环境中,如:产甲烷菌、极端嗜盐菌、 嗜热嗜酸菌。

脊 髓 灰 质 炎 病 毒 球 形 病 毒

烟 草 花 叶 病 毒 线 形 病 毒

痘 病 毒 砖 形 病 毒

有被膜

狂 犬 病 毒 子 弹 形 病 毒

T4 噬 菌 体 蝌 蚪 形 病 毒

流 感 冒 病 毒 丝 状 有 被 膜 的 病 毒

质膜包在细胞外面所以又称细胞膜。围绕各种细 胞器的膜,称为细胞内膜

质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具 有相似性,故总称为生物膜。 质膜表面寡糖链形成细胞外被或糖萼。
质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网 络结构,除对质膜有支持作用外,还与维持质膜 的功能有关,所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。 细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。

甘油磷脂 以甘油为骨架的磷脂类,在骨架上结合两 个脂肪酸链一个磷酸基团,胆碱、乙醇胺、 丝氨酸或肌醇等分子借磷酸基团连接到脂 分子上。主要类型有: 磷脂酰胆碱,PC,旧称卵磷脂 磷脂酰丝氨酸,PS 磷脂酰乙醇胺,PE,旧称脑磷脂 磷脂酰肌醇,PI 双磷脂酰甘油, DPG,旧称心磷脂

膜蛋白 是膜功能的主要体现者。据估计核基 因组编码的蛋白质中30%左右的为膜 蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方 式,可分为:
整合蛋白 外周蛋白 脂锚定蛋白

? 整合蛋白的跨膜结构域可以是1至多个疏水的α螺 旋,形成亲水通道的整合蛋白跨膜区域有两种组 成形式,一是由多个两性α螺旋组成亲水通道;

二是由两性β折叠组成亲水通道。
? 外周蛋白靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋 白质分子或脂分子的亲水部分结合,因此只要改 变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分

离下来,有时很难区分整合蛋白和外周蛋白,主
要是因为一个蛋白质可以由多个亚基构成,有的

亚基为跨膜蛋白,有的则结合在膜的外部。

脂锚定蛋白可以分为两类: 糖磷脂酰肌醇,GPI)连接的蛋白,GPI位 于细胞膜的外小叶,用磷脂酶C(能识别 含肌醇的磷脂)处理细胞,能释放出结合 的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞 粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这 类蛋白。
另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长 碳氢链结合。

①,② integral protein;(膜内在蛋白质 ) ③,④ peripheral protein;(膜周边蛋白质 ) ⑤,⑥ lipid-anchored protein

质膜的流动性 (一)、质膜的流动性 由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。 1、膜脂分子的运动 侧向扩散运动:同一平面上相邻的脂分子交换 位置。 旋转运动:围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋 转。 摆动运动:围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆 动。 伸缩震荡运动:脂肪酸链进行伸缩震荡运动。 翻转运动:膜脂分子从脂双层的一层翻转到另 一层。 旋转异构化运动:脂肪酸链围绕C-C键旋转。

膜脂分子的运动

影响膜脂流动性的因素 ? 胆固醇:胆固醇的含量增加会降低膜的流 动性。

? 脂肪酸链的饱和度:脂肪酸链所含双键越 多越不饱和,使膜流动性增加。

? 脂肪酸链的链长:长链脂肪酸相变温度高, 膜流动性降低。

膜蛋白的分子运动 主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。 可用细胞融合技术检测侧向扩散。膜蛋白 的侧向运动受细胞骨架的限制,破坏微丝 的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧 向运动。 膜流动性的生理意义 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条 件。当膜的流动性低于一定的阈值时,许 多酶的活动和跨膜运输将停止,反之如果 流动性过高,又会造成膜的溶解。

利用细胞融合技术观察蛋白质运动

膜的不对称性
质膜内外两层的组分和功能的差异,称为 膜的不对称性。 样品经冰冻断裂处理后,细胞膜可从脂双 层中央断开,各断面命名为: ES,细胞外表面; EF,细胞外小页断面; PS,原生质表面; PF,原生质小页断面 。

第三节 细胞表面的分化
? 细胞表面的特化结构如:膜骨架、鞭毛和 纤毛、微绒毛及细胞的变形足等等,分别 与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物 质交换等功能有关。

细胞外被
动物细胞表面的一层富含糖类物质的结构,称 为细胞外被或糖萼。用重金属染料,如钌红染色 后,在电镜下可显示厚约10~20nm的结构,边 界不甚明确。 作用:保护,细胞通信,并与细胞表面的抗原 性有关。 红细胞质膜上的糖鞘脂是ABO血型系统的血 型抗原,糖链结构基本相同,只是糖链末端 的糖基有所不同。A型血的糖链末端为N-乙 酰半乳糖;B型血为半乳糖;O型血则缺少这 两种糖基

Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx)

膜骨架
膜骨架是质膜下纤维蛋白组成的网架结构;位于 细胞质膜下约0.2μm厚的溶胶层。 作用:维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理 功能。 成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统,是 研究膜骨架的理想材料。 红细胞经低渗处理,细胞破裂释放出内容物,留 下一个保持原形的空壳,称为血影

Membrane Transport Proteins

自由 扩散 (109)

协助扩散:也称促进扩散 特点: ①比自由扩散转运速率高; ②运输速率 同物质浓度成非线性关系; ③特异性;饱和性 载体:离子载体和通道蛋白两种类型。

主动运输 主动运输的特点是: ①逆浓度梯度(逆化学梯度)运输; ②需要能量; ③都有载体蛋白。 主动运输所需的能量来源主要有: ①协同运输中的离子梯度动力; ② ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量; ③光驱动的泵利用光能运输物质,见于细菌。

Membrane Transport Proteins

钠钾泵 构成:由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体, 实际上就是Na+-K+ATP酶,分布于动物细胞 的质膜。

工作原理: Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发 生构象的变化,导致与Na+、K+的亲和力发 生变化。在膜内侧Na+与酶结合,激活ATP酶 活性,使ATP分解,酶被磷酸化,构象发生 变化,于是与Na+结合的部位转向膜外侧;这 种磷酸化的酶对Na+的亲和力低,对K+的亲 和力高,因而在膜外侧释放Na+、而与K+结 合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化, 酶的构象恢复原状,于是与K+结合的部位转 向膜内侧,K+与酶的亲和力降低,使K+在膜 内被释放,而又与Na+结合。其总的结果是每 一循环消耗一个ATP;转运出三个Na+,转进 两个K+。

Na+-K+ATP PUMP

钙离子泵 作用:维持细胞内较低的钙离子浓度(细胞 内钙离子浓度10-7M,细胞外10-3M)。 位置:质膜和内质网膜。 类型: P型离子泵,其原理与钠钾泵相似,每分 解一个ATP分子,泵出2个Ca2+。位于肌 质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的 90%。 钠钙交换器(Na+-Ca2+ exchanger), 属于反向协同运输体系,通过钠钙交换来 转运钙离子。

Ca++ ATPase
Maintains low cytosolic [Ca++] Present In Plasma and ER membranes

Model for mode of action for Ca++ ATPase Conformation change

质子泵(115)
1、P-type:利用ATP自磷酸化发生构象的改变 来转移质子,如植物细胞膜上的H+泵、动物胃 表皮细胞的H+-K+泵(分泌胃酸)。 2、V-type:存在于各类小泡(vacuole) 膜上, 由许多亚基构成,水解ATP产生能量,但不发 生自磷酸化,位于溶酶体膜、内体、植物液泡 膜上。 3、F-type:是由许多亚基构成的管状结构,利 用质子动力势合成ATP,也叫ATP合酶,位于 细菌质膜,线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上

Four types of ATP-powered pumps

协同运输 是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的 电化学浓度梯度,而维持这种电化学势的是钠 钾泵或质子泵。 动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来 驱动。 植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。 根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方 向,协同运输又可分为:同向协同与反向协同。

1、同向协同 物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细 胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些 细菌中,乳糖的吸收伴随着H+的进入。
2、反向协同 物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反, 如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式 来转运H+,以调节细胞内的PH值。还有一种 机制是Na+驱动的Cl--HCO3-交换,即Na+与 HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流,如存在 于红细胞膜上的带3蛋白。

Glucose is absorbed by symport

?真核细胞通过内吞作用和外排作用完成大分
子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中, 质膜内陷,形成包围细胞外物质的囊泡,因此 又称膜泡运输。细胞的内吞和外排活动总称为 吞排作用。

一、吞噬作用
? 细胞内吞较大的固体颗粒物质,如细菌、细胞碎片等,
称为吞噬作用。

?二、胞饮作用
? 细胞吞入液体或极小的颗粒物质。

exocytosis

三、外排作用

?包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞

表面,与质膜融,将物质排出细胞之外。

细胞连接 cell junction 是细胞与细胞间或细胞与细胞外基质间的联结结 构。 分为三大类,即:封闭连接(occluding junction)、锚定连接(anchoring junction) 和通讯连接(communicating junction)。

封闭连接
(一)紧密连接 存在于脊椎动物的上皮细胞间。也叫zonula occluden

连接区域具有蛋白质焊接线,也称嵴线,由 跨膜细胞粘附分子构成。 相邻细胞之间的质膜紧密结合,没有缝隙。
主要作用:封闭相邻细胞间的接缝,防止溶 液中的分子沿细胞间隙渗入体内,构成脑血 屏障

Tight Junctions
Seal off body cavities Restrict diffusion of membrane components

Tight Junction

(二)间壁连接
? 是存在于无脊椎动物上
皮细胞的紧密连接。

? 连接蛋白呈梯子状排列,
形状非常规则。 ? 在果蝇中一种叫做 discs-large 的蛋白参与 形成间壁连接,突变品 种不仅不能形成间壁连 接,还产生瘤突。

二、锚定连接(89) (一)粘合带与粘合斑 粘合带(adhesion belt) : 呈带状环绕细胞,位于紧密连接下方。 相邻细胞间的粘合分子为E-钙粘素。 质膜内侧有多种附着蛋白形成的致密斑。 连接的细胞骨架成分为actin。
粘合斑(adhesion plaque):位于细胞与 细胞外基质间,粘附分子为integrin、胞内 骨架成分也是actin。

粘合带

Adhesion Belt

(二)桥粒与半桥粒 桥粒(desmosome)是相邻细胞间形成的 纽扣状结构。 通过质膜下的致密斑连接中间纤维。 桥粒中间为钙粘素 分布:承受强拉力的组织中,如皮肤、 口腔、食管、心肌中。
半桥粒(hemidesmosome):位于上皮 细胞基面与基膜之间,连接蛋白为整合素。 连接的细胞内骨架成分为角蛋白。

Desmosome

Desmosome

三、通讯连接
(一)间隙连接 gap junction 存在于大多数动物组织。连接处有2~4nm 的缝隙。 基本单位称连接子(connexon),由6个 相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成。 注射染料证明间隙连接可允许分子量小于 1.5KD的分子通过,但通透性是可调节的。

功能: 1、影响细胞分化 2、协调细胞代谢 3、电兴奋传导: 神经末梢间的间 隙连接称为电紧 张突触

(electrotonic
synapses)。

Gap junction

(二)胞间连丝 plasmodesmata

Various Cell Junctional Complexes

各类连接的比较

细胞粘附分子 Cell Adhesion Molecule,CAM
细胞粘附分子是参与细胞与细胞之间及细 胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可 大致分为五类:钙粘素、选择素、免疫球 蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。

? 为糖蛋白、分为五类,分子结构由三部分组成:
1. 胞外区,N端部分,负责与配体识别; 2. 跨膜区,多为单次跨膜; 3. 胞质区,C端部分,与质膜下的骨架成分直接相连, 或与胞内的信号分子相连。

? ?

多数细胞粘附分子依赖二价阳离子,如 Ca2 + ,
Mg2+。

细胞粘附分子的作用机制有三种模式:

1. 亲同性粘附;两相邻细胞表面的同种 CAM 分子

间的相互识别与结合
2. 亲异性粘附;两相邻细胞表面的不同种 CAM 分

子间的相互识别与结合
3. 通过胞外连接分子相互识别与结合。

一、钙粘素cadherin
? 亲同性CAM,依赖Ca2+。 ? 胞外部分形成5个结构域,均含Ca2+结合部位。 ? 作用: ? 介导细胞连接:如E-钙粘素。 ? 参与细胞分化:决定胚胎细胞间的粘附,影响细 胞分化。

? 抑制细胞迁移:

Cadherin

二、选择素
? 选择素(selectin)属亲异性CAM;作用依赖于Ca2
+;

? 参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合;

? 已知选择素有三种: L 选择素、 E 选择素及 P 选择素。
? P选择素贮存于血小板及内皮细胞;

? E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面;
? L选择素广泛存在于各种白细胞的表面,参与炎症部

位白细胞的出脉管过程。

Leukocytes

Endothelial

SELECTINS
Platelets

三、免疫球蛋白超家族 Ig-superfamily
? Ig-SF 包括分子结构中含有免疫球蛋白( Ig )样结构域的 所有分子,免疫球蛋白样结构域指借二硫键维系的两组反 向平行的β折叠结构。 ? 一般不依赖于Ca2+,包括亲同性或亲异性CAM ? N-CAM存在于神经细胞。 ? Pe-CAM存在于血小板及大多数免疫细胞。 ? I-CAM及V-CAM在活化的血管内皮细胞表达。

Ig-SF

四、整合素integrin
? 多为亲异性细胞粘附分子。作用依赖于Ca2+。 ? 是α β亚单位形成异二聚体。 ? 含β1的整合素主要介导细胞与ECM之间的粘附。 ? 含β2的整合素主要介导细胞间的相互作用。 ? 含 β3 亚单位的整合素介导血小板聚集,参与血栓 形成。

? α6β4 整合素以层粘连蛋白为配体,参与形成半桥

Integrins

β subunit binds RGD domain on fibronectin ? subunit binds calcium Ca2+ necessary for substrate binding

Keratin filaments

Hemidesmosomes

Hemidesmosome TEM

细胞外基质 97

EXTRACELLULAR MATRIX ECM

? 一、胶原 ? 二、纤粘连蛋白 ? 三、层粘连蛋白

? 四、氨基聚糖及蛋白聚糖
? 五、弹性蛋白

细胞外基质:是指分布于细胞外空间,由细胞 分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。

? ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成 的网络。

? 包括:胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚
糖、弹性蛋白等。 ? ECM在结缔组织中含量较高。 ? ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定,并 与组织的功能相适应。如:角膜、肌腱。

? ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。

MACROMOLECULAR ORGANIZATION OF ECM

? 组成:

一、胶原Collagen

? 由原胶原交联而成,原胶原是三条肽链形成的三股 螺旋,含有三种结构:螺旋区,非螺旋区及球形结 构域。(100)

? 原胶原的每条链由重复的Gly-X-Y序列构成。X=pro, Y=hyp或hyl,Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋。 三股链再绕成右手超螺旋。

Structures of the collagen ? 原胶原间共价交联,

呈阶梯状排列,形
成胶原纤维,在电 镜下可见间隔 67nm的横纹。

胶原肽链的翻译在粗面内质网上进行,合成 带有信号肽的早前胶原,胶原纤维的装配始 于内质网,在高尔基体中继续进行,完成于 细胞外。

? 合成:由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞 分泌。在 RER 上合成,形成三股螺旋之前于 Pro 及 Lys 残基上进行羟基化修饰。 羟化反应的催化剂为脯氨

酰4羟化酶和脯氨酰3羟化酶。
– 维生素 C 是这两种酶所必需的辅助因子, VC 缺乏导 致坏血病。 ? 交联:交联键是由侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基氧

化后所产生的两个醛基间进行缩合而形成的。

? 原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。

– 胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。

– 随年龄增长,交联日益增多,组织僵硬老化。
– 已知至少19种胶原,由不同的结构基因编码。 – I、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结构。 – 是人体最丰富的蛋白,占蛋白总量的30%以上。功 能:参与形成结缔组织,如骨、韧带、基膜、皮肤。

二、纤粘连蛋白 Fibronectin(FN)
? 类型:
– 血浆FN: V字形二聚体,可溶,存在于血浆、 体液。 – 细胞FN:多聚体,不溶,存在于ECM及细胞 表面。

fibronectin dimer

纤连蛋白的主要功能是介导细胞粘着。 纤连蛋白的膜蛋白受体即为整联蛋白家族成

员之一

?

三、层粘连蛋白 laminin(LN) 结构:
– 由三条肽链借二硫键交联成十字形分子。

– 已知 7 种 LN 分子, 8 种亚单位( α1-3 、 β1-3 、 γ12)。与FN不同,这8种亚单位由不同基因编码。 – 含糖量很高(15-28%),具有50条左右N-连接的 糖链。 ? 功能: 参与构成基膜,是胚胎发育中出现最早

的细胞外基质成分。

Laminin Structure

Basal lamina

四、氨基聚糖及蛋白聚糖
? 1.氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAG)

? GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。
? 二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。 ? 可分为六种:透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤 素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。 ? 透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG,含多达10 万个糖基。可结合大量水分子,赋予组织一定的 抗压性。

2.蛋白聚糖 proteoglycan
? 是氨基聚糖(除HA)与核心蛋白质的共价结合物。 ? 核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链。 ? 首先合成由四糖组成的连接桥( Xyl-Gal-Gal-GlcUA )连 接到Ser残基上,然后再延长糖链。 ? 除HA及肝素外,其他GAG均不游离存在。 ? HA以非共价键连接许多蛋白聚糖单体巨分子。

A Proteoglycan Complex.

D-glucuronic acid N-Acetyl-D-galactosamine

Galactose

N-Acetyl-D-glucosamine

是弹性纤维的主要成分。由二类短肽交替排列构成。 – 一种是疏水短肽,赋予分子以弹性; – 另一种为富 Ala 及 Lys 残基的 α 螺旋,负责在相邻

五、弹性蛋白 elastin

分子间交联,形成网状结构。
? 弹性蛋白外面包着一层由微原纤维(糖蛋白)构成 的壳。 ? 老年组织中弹性蛋白的生成减少,降解增强,以致 组织失去弹性。

Elastin

胞吞作用和胞吐作用
119

319

THE CYTOSKELETON

细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系
细胞质骨架:微管、微丝、中间纤维

细胞核骨架:核骨架-核纤层体系

广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、 细胞膜骨架和细胞外基质。

成分:微丝(microfilament)、微管 (microtubule)和中间纤维(intemediate filament)构成。均由单体蛋白以较弱的非共 价键结合在一起,构成纤维型多聚体。 微丝确定细胞表面特征,使细胞能够运动和 收缩。 微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输 的导轨。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 其它骨架成分:核骨架、核纤层、细胞外基 质。

The three types of protein

第一节 微丝

microfilament , MF
? 又称肌动蛋白纤维 actin filament,是由两 条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋 ,形

状如双线捻成的绳子,直径约7nm 。

根据等电点分为3类:α分布于肌肉细胞; β和γ分布于肌细胞和非肌细胞。 actin单体外观呈哑铃形,称球形肌动 蛋白G-actin;多聚体称为纤维形肌动 蛋白F-actin。 actin在进化上高度保守,酵母和兔子 肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。 肌动蛋白要经过翻译后修饰,如N-端乙 酰化或组氨酸残基的甲基化。

微丝的装配(320)
条件:ATP、适宜的温度、存在K+和 Mg2+离子。 过程:2-3个actin聚集成一个核心(核 化);ATP-actin分子向核心两端加合。微 丝具有极性,ATP-actin加到(+)极的速度 要比加到(-)极的速度快5-10倍。 溶液中ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓度 时,ATP-肌动蛋白在(+)端添加,而从(-)端 分离,表现出 “踏车”现象。

Treadmilling

-

+

细胞中大多数微丝结构处于动态的组装和去 组装过程中,并通过这种方式实现其功能。 细胞松弛素可切断微丝纤维,并结合在微丝 末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上,特异 性的抑制微丝功能。
鬼笔环肽与微丝能够特异性的结合,使微丝 纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环 肽可特异性的显示微丝。

Sarcomere

由肌原纤维组成,肌原纤维包括粗肌丝和细 肌丝,粗肌丝主要成分是肌球蛋白,细肌丝 的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙 蛋白。 肌肉收缩的基本单位是肌小节。肌小节是相 邻两Z线间的单位。主要结构有: A带(暗带):为粗肌丝所在。 H区:A带中央色浅部份,此处只有粗肌丝。 I带(明带):只含细肌丝部分。 Z线:细肌丝一端游离,一端附于Z线 。

四、微丝的功能
? 微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能: ? 1.形成应力纤维(stress fiber):结构类 似肌原纤维,使细胞具有抗剪切力。

培养的上皮细胞中的应力纤维(微丝红色、微管绿色)

? 2.形成微绒毛。 ? 3.细胞的变形运动。

? 4. 胞质分裂; ? 5. 顶体反应;

? 6. 其他功能:抑制微丝的药物(细胞松弛素) 可增强膜的流动、破坏胞质环流。

微管 Microtubule, MT

?微管在胞质中形成网络结构,作为运输路轨并
起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结 构,对低温、高压和秋水仙素敏感。

A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)

分子结构
微管是由13条原纤维构成的中空管状结构,直 径22~25nm。

每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成 微管蛋白二聚体由结构相似的α和β球蛋白构成。

微管具有极性,(+)极生长速度快,(-)极生长 速度慢。 微管形成的有些结构是比较稳定,是由于微 管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、 纤毛、鞭毛。
大多数微管处于动态组装和去组装状态(如 纺锤体)。 秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。 紫杉酚能促进微管的装配, 并使已形成的微 管稳定。

微管结合蛋白 microtubule associated proteins MAPs
MAP分子至少包含一个结合微管 的结构域和一个向外突出的结构 域。突出部位伸到微管外与其它 细胞组分(如微管束、中间纤维、 质膜)结合。 主要功能:①促进微管组装。② 增加微管稳定性。③促进微管聚 集成束。

微管组织中心 microtubule organizing center, MTOCs
?是微管进行组装的区域,

都具有 γ 微管球蛋白 ,
如:中心体、鞭毛基体。

中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是一 些无定形物质,叫做外中心粒物质(PCM)。 中心粒由9组3联微管构成,具有召集PCM的作 用。
MTOC处微管蛋白以环状的γ球蛋白复合体为模 板核化、先组装出(-)极,然后开始生长。 提纯的微管,在微酸性环境,适宜的温度,存在 GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装 成11条原纤维的微管。

五、微管的功能 ? 1、支架作用

细胞内运输 是胞内物质运输的路 轨。 涉及两大类马达蛋白: 驱动蛋白kinesin,动 力蛋白dyenin,均需 ATP供能。 Kinesin发现于1985 年,是由两条轻链和 两条重链构成的四聚 体 ,能向着微管(+) 极运输小泡 。 ? Kinesin walk along microtubule
towards plus end

? 3 、形成纺锤体 在细胞分裂中牵引染 色体到达分裂极。

纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物,前者较短。
结构:由基体和鞭杆两部分构成。 鞭毛中的微管为9+2结构。 二联微管A管由13条原纤维组成,B管由10条原 纤维组成。 A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂,并向鞭毛 中央发出一条辐。 基体的微管组成为9+0。

鞭毛运动原理:动力蛋白臂的dynein水解ATP作功, 使相邻的二联微管相互滑动。

中间纤维 intermediate filaments,IF 直径10nm左右,介于微丝和微管之间,故名。 IF是最稳定的细胞骨架成分,主要起支撑作用。 IF在细胞中围绕着细胞核分布,成束成网,并 扩展到细胞质膜,与质膜相连结。 –具有组织特异性。IF在形态上相似,而化 学组成有明显的差别。

分为5类:角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性 蛋白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白。 具有组织特异性,不同类型细胞含有不同IF。 通常一种细胞含有一种中间纤维,少数含有2 种以上。

(一)角蛋白keratin 为表皮细胞特有,具有α和β两类,β角蛋白存 在于细胞中,α角蛋白形成头发、指甲等坚韧 结构。

(二)结蛋白desmin 又称骨骼蛋白skeletin,存在于肌肉细胞中, 主要功能是使肌纤维连在一起。

(三)、神经胶质纤维:存在于星形神经胶质 细胞。起支撑作用。 (四)、波形纤维蛋白vimentin 存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。 (五)、神经元纤维:是由三种分子量不同的 多肽组成的异聚体,功能是提供弹性使神经纤 维易于伸展和防止断裂。

二、结构与装配
? (一)结构 ? 由螺旋化杆状区,以及两端非螺旋化的球形头 (N端)尾(C端)部构成。 ? 杆状区高度保守,由螺旋1和螺旋2构成,每个螺 旋区还分为A、B两个亚区。

intemediate filaments,IF

IF的装配 过程: ①两个单体形成超螺旋二聚体(角蛋白为 异二聚体); ②两个二聚体反向平行组装成四聚体; ③四聚体组成原纤维; ④4根原纤维组成中间纤维。 特点: IF没有极性;无动态蛋白库;装配与 温度和蛋白浓度无关;不需要ATP、GTP或 结合蛋白的辅助。

中间纤维的装配 ? 中间纤维装配过程 ? IF装配与MF,MT装配相比,有以下几个特点: –IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体 呈球形); –反向平行的四聚体导致IF不具有极性; – IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白 的辅助,在体内装配后,细胞中几乎不存 在IF单体。

胞质骨架三种组分的比较

微丝 单体 结合核苷酸 纤维直径 结构 球蛋白 ATP-G-actin ~7nm 双链螺旋

微管 αβ 球蛋白 2GTP/αβ 二聚体 ~22nm 13 根源纤丝组成空心管 状纤维 有 无 有 有 动力蛋白,驱动蛋白 秋水仙素,长春花碱,紫 杉酚

中间纤维 杆状蛋白 无 10nm 8 个 4 聚体或 4 个 8 聚体组成的空心 管状纤维 无 有 无 无 无

极性 组织特异性 蛋白库 踏车形为 动力结合蛋白 特异性药物

有 无 有 有 肌球蛋白 细胞松驰素 鬼笔环肽

第二节 细胞核骨架
? 一、核基质 ? 二、染色体支架 ? 三、核纤层

? 1.核基质 ? 细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主 的纤维网架体系.目前对核骨架的概念有两种理解,狭 义的核骨架仅指核内基质,即细胞核内除核膜,核纤层, 染色质,核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋白成分为主 的纤维网架体系;广义的核骨架包括核基质,核纤层和 核孔复合体. ? 2.染色体支架 ? 染色体支架是指染色体中由非组蛋白构成的结构支架. ? 3.核纤层 ? 核纤层是位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白层或纤维 网络,核纤层由1至3种核纤层蛋白多肽组成.

? 核骨架与DNA复制:核骨架是DNA复制的空间 支架。 ? 核骨架与基因表达 –大量研究工作表明真核细胞中RNA的转录和 加工均与核骨架有关。具有转录活性的基 因是结合在核骨架上的; RNA聚合酶在核骨 架上具有结合位点。 ? 核骨架与染色体构建

功能

一、核基质
? (一) 形态结构 ? (二) 成分 (主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合
蛋白,并含有少量RNA.)

? (三) 核骨架结合序列(MAR) ? (四) 功能

? 成分

一、核基质(Nuclear Matrix) –核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋 白成分组成,核骨架的成分比较复杂,主要 成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白,并含 有少量RNA。
? 核骨架结合序列 –DNA序列中的核骨架结合序列(matrix associated region, MAR)

–DNA通过与核骨架蛋白的结合,将DNA放射 环锚定在核骨架上; –核骨架结合序列作为许多功能性基因调控 蛋白的结合位点。

? ? ? ? ? ?

在DNA序列中存在MAR,并在基因表达调控中有作用。 MAR的基本特征: 1) 富含AT; 2) 富含DNA解旋元件(DNA unwinding elements); 3) 富含反向重复序列(inverted repeats); 4)含有转录因子结合位点.

? MAR的功能: ? 1)通过与核骨架蛋白的结合,将DNA放射环锚定在核 骨架上; ? 2)作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点.这些蛋 白通过与MAR的结合,在DNA分子上形成复合体,参与 DNA的复制,转录,修复和重组的控制.

? ? ? ?

1.核骨架与DNA复制 2.核骨架与基因表达 3.核骨架与病毒复制 4.核骨架与染色体构建

二.染色体支架
? (一) 染色体支架的真实性 ? (二) 染色体支架的成分(主要是非组蛋白) ? (三) 染色体支架与核骨架的关系

染色体支架与核骨架的关系
在细胞分裂期中,间期核结构发生显著变化,核膜崩 解,核纤层解聚,间期染色质凝集形成分裂期染色体, 但核骨架在细胞分裂期中的变化及分裂期染色体支 架与间期核骨架在结构,成分和功能上的关系尚不清 楚.有一些工作提示染色体支架与核骨架中存在相同 的蛋白组分,如DNA拓扑异构酶`.核骨架的某些结 构组分可能在分裂期中转变为染色体支架,而有些模 型则完全将核骨架与染色体支架等同起来,但迄今为 止实验证据并不充分,分裂期染色体支架与间期核骨 架的关系仍是一个悬而未决的问题. 染色体支架的研究对于了解真核细胞染色体高级 结构的构建及染色质在有丝分裂过程中周期性的凝 聚与解凝聚等细胞生物学的基本问题将起重要作用.

三.核纤层
? (一) 形态结构 ? (二) 成分(由核纤层构成,相对分子质量在 600000~80000之间.) ? (三) 核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤 维蛋白的关系 ? (四) 核纤层蛋白在细胞分化中的表达 ? (五) 核纤层在细胞分裂过程中的变化

? 核纤层分布与形态结构 三、核纤层(Nuclear Lamina) –位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网 络。 –切面呈片层,整体呈球状网络。 ? 成分——核纤层蛋白(Lamin)A、B、C ? 功能 :为核膜及核纤层在细胞周期中的变化 –A型核纤层蛋白在组装核纤层时通过蛋白水解失去 C端。核膜崩解, 核纤层解聚时, A型核纤层蛋白 以可溶性单体形式弥散到胞质中。

–B型核纤层蛋白则与核膜小泡保持结合状态,当核 膜重现时,在染色体周围重装配, 形成子细胞的核 纤层。

– 染色质提供了结构支架

核纤层与中间纤维有许多共同点
? 1) 两者均形成10nm纤维; ? 2) 两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽 提; ? 3) 某些抗中间纤维蛋白的抗体能与核纤层 发生交叉反应,说明中间蛋白与核纤层蛋白 分子存在相同的抗原决定簇; ? 4) 两者在结构上有密切联系,核纤层成为 核骨架与中间纤维之间的桥梁.

? 核纤层最显著的结构重组发生于分裂期,在细胞 分裂过程中,核纤层发生解聚和重装配,A型和B型 核纤层蛋白在细胞分裂过程中的分布有明显不 同,A型核纤层蛋白在装配核纤层时通过蛋白水解 失去C端异戊二烯化.分裂前期,核膜崩解,核纤层 解聚,A型核纤层蛋白以可溶性单体形式弥漫到胞 质中;而B型核纤层蛋白与核膜小泡保持结合状 态,分裂末期,当核膜重现时,在染色体周围重装配, 形成子细胞的核纤层.细胞分裂期中,核纤层蛋白 的磷酸化水平发生显著改变,分裂前期高度磷酸 化,而末期则发生去磷酸化,提示磷酸化可能是分 裂期中核纤层结构动态变化的调控因素,而核纤 层蛋白磷酸化级联反应可以在时间上协调许多细 胞结构在分裂期的重组.

? 1) 核纤层蛋白A,B和C均有亲膜结合作用,而以核纤 层蛋白B与膜的结合能力最强.A型核纤层蛋白与染 色质的结合能力较B型核蛋白强; ? 2)A型核纤层蛋白和B型核贤层蛋白合成后均异 戊二烯化和羧甲基化,B型核贤层蛋白的修饰较稳 定,而A型核纤层蛋白异戊二烯化的C端被蛋白酶 水解,核纤层蛋白A才、疏水性C端被选择性水解 可解释为核细胞周期中B型核纤层蛋白保持与核膜 结合,而核纤层蛋白A以可溶性蛋白形式释放到 胞质中; ? 3)内层核膜上存在核纤层蛋白B受体,介导核纤 层蛋白B与核膜结合。

细胞通信

几个容易混淆的概念 细胞信号发放:细胞释放信号分子,将信息传递 给其它细胞。 细胞通讯:细胞发出的信息通过介质传递到另一 个细胞产生相应反应的过程。 细胞识别:细胞之间通过细胞表面的信息分子相 互作用,引起细胞反应的现象。 信号转导: 指外界信号(如光、电、化学分子) 作用于细胞表面受体,引起胞内信使的浓度变化, 进而导致细胞应答反应的一系列过程。

二、细胞信号分子
? 种类:短肽、蛋白质、气体分子(NO、CO)、
氨基酸、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物。 ? 特点:①特异性;②高效性;③可被灭活。

? 脂溶性信号分子(如甾类激素和甲状腺素)可直
接穿膜进入靶细胞,与胞内受体结合形成激素-受 体复合物,调节基因表达。

水溶性信号分子(如神经递质)不能穿过 靶细胞膜,只能经膜上的信号转换机制实 现信号传递,所以这类信号分子又称为第 一信使(primary messenger)。
第二信使(secondary messenger)主要 有:cAMP、cGMP、Ca2+。 第二信使的作用:信号转换、信号放大。

受体 能够识别和选择性结合某种配体(信号分子) 的大分子物质,多为糖蛋白,至少包括两个 功能区域:配体结合区域和产生效应的区域。 受体的特征:①特异性;②饱和性;③高度 的亲和力。 分为:细胞内受体、细胞表面受体

2.受体receptor 一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子) 的大分子,当与配体结合后,通过信号转导(signal transduction)作用将胞外信号转换为胞内化学或物 理的信号,以启动一系列过程,最终表现为生物学效 应。
两个功能区域:配体结合区、效应区

两种类型:细胞内受体、细胞表面受体

细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异 性,而且与细胞的固有特征有关。 有时相同的信号可产生不同的效应,如 Ach可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频 率,引起唾腺细胞分泌。
有时不同信号产生相同的效应,如肾上腺 素、胰高血糖素,都能促进肝糖原降解而 升高血糖。

蛋白激酶
? 是一类磷酸转移酶,能将 ATP 的 γ 磷酸基转移

到底物特定的氨基酸残基上,使蛋白质磷酸化。
分为 5 类,其中了解较多的是蛋白酪氨酸激酶、

蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
? 作用: – 通过磷酸化调节蛋白质的活性;

– 通过蛋白质的逐级磷酸化,使信号逐级放大,

胞间通信的主要类型
三种主要方式:细胞间隙连接、膜表面分 子接触通讯、化学通讯。 (一)细胞间隙连接 两个相邻的细胞以连接子相联系。连接子 中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小 分子物质如Ca2+、cAMP通过,有助于相 邻同型细胞对外界信号的协同反应,如可 兴奋细胞的电耦联现象(电紧张突触)。

connexon

(二)膜表面分子接触通讯
即细胞识别( cell recognition )。如:精子和
卵子之间的识别,T与B淋巴细胞间的识别。

(三)化学通讯
细胞分泌一些化学物质(如激素)至细胞外,作

为信号分子作用于靶细胞,调节其功能

? 内分泌( endocrine ):内分泌激素随血液循环输至 全身,作用于靶细胞。特点:①低浓度10-8-10-12M , ②全身性,③长时效。 ? 旁分泌(paracrine):信号分子通过扩散作用于邻近

的细胞。包括:①各类细胞因子(如表皮生长因子); ②气体信号分子(如:NO)。

? 突触信号发放:神经递质经突触作用于特定的靶细胞。 ? 自分泌(autocrine):信号发放细胞和靶细胞为同类

或同一细胞,常见于癌变细胞。

autocrine

Gap junction

Fig. 不同的细胞间通讯方式

(二)细胞识别与信号通路
细胞识别cell recognition:细胞通过其表面的受 体与胞外信号物质分子(配体)选择性地相互作用, 从而导致胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞 整体的生物学效应的过程。

信号通路signaling pathway:细胞接受外界信号, 通过一整套特定的机制,将胞外信号转导为胞内信 号,最终调节特定基因的表达,引起细胞的应答反 应,是细胞信号系统的主线,这种反应系列称为信 号通路。

3.第二信使与分子开关 第一信使:细胞外信号分子。

第二信使(Second massenger) :第一信使与受体作
用后在细胞内最早产生的信号分子。包括cAMP、 cGMP、 三磷酸肌醇(IP3)、二酰基甘油(DG)等。 功能:启动和协助细胞内信号的逐级放大。

分子开关(Molecular switches)

蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶

Fig. 细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白

二、通过细胞内受体介导的信号传递
常见细胞内激素的结构

细胞内受体的本质:激素激 活的基因调控蛋白。 三部分组成: C-端激素结合位点 中部的DNA或Hsp90结合位 点:富含Cys、锌指结 构 N-端转录激活结构域 Fig. 细胞内受体蛋白超家族

NO信号分子的作用机制

Fig. NO在导致血管平滑肌舒张中的作用
血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞, 被激活的血管内皮细胞产生并释放NO,通过扩 散进入临近平滑肌细胞,导致血管平滑肌舒张

膜表面受体介导的信号转导
膜表面受体主要有三类: ①离子通道型受体; ②G蛋白耦联型受体; ③酶耦联的受体。 第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大 多数细胞,在信号转导的早期表现为激酶级 联事件,即为一系列蛋白质的逐级磷酸化, 籍此使信号逐级传送和放大。

三种类型的细胞表面受体

Cell surface receptors

离子通道型受体
受体本身为离子通道,即配体门通道。 主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞,其信号 分子为神经递质。 分为: 阳离子通道,如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺 的受体; 阴离子通道,如甘氨酸和γ-氨基丁酸的受体。

Chemical synapse

Acetylcholine receptor

Three conformation of the acetylcholine receptor

Ion-channel linked receptors in neurotransmission

(二)G蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体是指配体受体复合物与靶蛋白(酶或离 子通道)的作用通过与G蛋白 的偶联,在细胞内产生第二信 使,从而将包外信号跨膜传递 到胞内影响细胞的行为。

Fig. G蛋白偶联受体结构图

Fig. 细胞外信号结合所诱导的 G蛋白的活化

二、G蛋白耦联型受体
G蛋白即:trimeric GTP-binding regulatory protein。

组成:αβγ三个亚基
作用:分子开关, α 亚基结合 GDP 处于关闭状态,结合 GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性,能催化所结

合的 GTP 水解,恢复无活性的三聚体状态,其 GTP 酶的
活性能被GAP增强。

? G 蛋白耦联型受体: 7 次跨膜蛋白,胞外结构域识别信号
分子,胞内结构域与G蛋白耦联,调节相关酶活性,在细 胞内产生第二信使。 ? 类型:①多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体,② 味觉、视觉和嗅觉感受器。

? 相关信号途径:cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。

GTP-binding regulatory protein

1.cAMP信号通路 (1)Rs和Ri (2)Gs和Gi (3)腺苷酸环化酶

Fig. Gs的调节作用:Gs偶联 受体激活腺苷酸环化酶的模 型

(一)cAMP信号途径

? 通过调节 cAMP 的浓度,将细
胞外信号转变为细胞内信号。

? 主要组分:
? ①激活型受体(Rs)或抑制型

受体(Ri);
? ②活化型调节蛋白(Gs)或抑

制型调节蛋白(Gi);

G-protein linked recep

? ③ 腺苷酸环化
酶:跨膜12次。

在 Mg2+ 或 Mn2+
的存在下,催化

ATP 生 成 cAMP 。

Adenylate cyclase

? ④蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA): 由两个催化亚基和两个调节亚基组成。 cAMP 释放出催化亚基,激活蛋白激酶A的活性。

与调节亚基结合,使调节亚基和催化亚基解离,

Fig. cAMP特异地活化cAMP依赖的蛋白激酶

? Gs调节模型: ? 激素与Rs结合,Rs构象改变,与Gs结合, Gs 的 α 亚基排斥 GDP ,结合 GTP 而活化,

Gs解离出α和βγ。
– α亚基活化腺苷酸环化酶,将 ATP转化为cAMP。 – βγ亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。

信号分子与受体结合通 过G蛋白活化腺苷酸环化 酶,导致细胞内cAMP浓 度增高激活蛋白激酶A, 被活化的蛋白激酶A(催 化亚基)转为进入细胞 核,使基因调控蛋白 (cAMP应答结合蛋白, CREB)磷酸化,磷酸化 的基因调控蛋白与靶基 因调控序列结合,增强 靶基因的表达。 Fig. cAMP信号通路对基因 转录的激活

? cAMP信号途径可表示为: – 激素→ G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶 →cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白 磷酸化→基因转录。

? 不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同:
– 在肌肉细胞,1秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-磷

酸,而抑制糖原合成。
– 在某些分泌细胞,需要几个小时, 激活的PKA 进 入细胞核,将CRE结合蛋白磷酸化,调节相关基因

Glycogen breakdown in skeletal muscle

cAMP activate protein kinase A,
which phosphorylate CREB (CRE binding protein )protein and initiate gene transcription. CRE is cAMP response element

in DNA.

(二)磷脂酰肌醇途径

? 胞外信号分子与细胞表面 G蛋白耦联受体结合,激活
质膜上的磷脂酶C(PLC-β),使质膜上4,5-二磷酸 磷 脂 酰 肌 醇 ( PIP2 ) 水 解 成 1 , 4 , 5- 三 磷 酸 肌 醇

(IP3)和二酰基甘油(diacylglycerol, DAG)。
– DG激活蛋白激酶C(PKC): – IP3开启胞内 IP3 门控钙通道, Ca2+ 浓度升高,激活

钙调蛋白。

2.磷脂酰肌醇信号通路

Fig.磷脂酰肌醇信号通路图解

Inositol phospholipid signaling

Mimicked by ionomycin

细胞内功能区隔 与蛋白质分选

细胞质基质的功能: 中间代谢过程在细胞质基质中进行 蛋白质的生物合成和脂肪酸的生物合成 与细胞骨架相关 细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质的选择 性降解等方面起着重要作用。 2、控制蛋白质的寿命:在蛋白质分子的氨 基酸序列中,除了有决定蛋白质在细胞内定 位的信号和修饰有关的信号外,还有决定蛋 白质寿命的信号,这种信号存在于蛋白质N 端的第一个氨基酸残基(8种为稳定的)

在真核细胞的细胞质基质中识别蛋白质N端不 稳定的氨基酸信号病准确的将这种蛋白质降解, 是依赖于泛素的降解途径。

泛素是一个76个氨基酸残基组成的小分子蛋 白质,具有多种生物学功能。

3、降解变形和错误折叠的蛋白质
依赖于泛素的蛋白降解途径被彻底水解

4、帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠, 形成正确的分子构象。
这一功能主要依靠热休克蛋白。在正常细胞 中,热休克蛋白选择性的与畸形蛋白质结合 形成聚合物,利用水解ATP释放的能量使聚 集的蛋白质溶解,并进一步折叠成正确构象 的蛋白质。

定义:结构、功能和发生上相关的内膜形成 的细胞结构称为细胞内膜系统,如核被膜、 内质网、高尔基体等。
功能:区隔化;增加内表面积,提高代谢和 调节能力。 从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷 和内共生。 从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原 有内膜系统的分裂,具有核外遗传的特性。

细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以 能够定向的转运到特定的细胞器取决于两 个方面:
其一是蛋白质中包含特殊的信号序列 (signal sequence)。 其二是细胞器上具特定的信号识别装置 (分选受体,sorting receptor)。

①信号序列(signal sequence):存在于 蛋白质一级结构上的线性序列,通常15-60个 氨基酸残基,有些在完成蛋白质的定向转移 后被信号肽酶(signal peptidase)切除; 通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性 要求,每一种信号序列决定特殊的蛋白质转 运方向。 ②信号斑(signal patch):存在于完成折 叠的蛋白质中,构成信号斑的信号序列之间 可以不相邻,折叠在一起构成蛋白质分选的 信号。

signal sequence and signal patch

蛋白质分选运输机制
1、门控运输:如通过核孔复合体的运输。

2、跨膜运输:蛋白质通过跨膜通道进入 目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线 粒体上的转位因子进入线粒体。
3、膜泡运输:被运输的物质在内质网或 高尔基体中加工成衣被小泡,选择性地运 输到靶细胞器。

胞内膜泡运输
细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜 泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被 准确地运到靶细胞器,主要取决于膜的表 面识别特征。 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽 的方式产生的。其表面具有一个笼子状的 由蛋白质构成的衣被(coat)。这种衣被 在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。

内质网
(Endoplasmic Reticulum)

内质网 ?K. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠

成纤维细胞,因最初看到的是位于细胞质内
部的网状结构,故名内质网(endoplasmic reticulum,ER)。

一、形态特征与类型
糙面内质网(rough ER)

光面内质网(smooth ER)

微粒体(microsome)

约占细胞总膜面积的一半,是封闭的网络系 统。 分为粗面型内质网(rough endoplasmic reticulum,RER)和光面型内质网 (smooth endoplasmic reticulum, SER)。 RER呈扁平囊状,排列整齐,有核糖体附着。 SER呈分支管状或小泡状,无核糖体附着。 细胞不含纯粹的RER或SER,它们分别是 ER连续结构的一部分。

ER

RER

SER

ER主要功能是合成蛋白质和脂类,分泌性蛋白 和跨膜蛋白都是在ER中合成的。 ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类,脂类 主要成分为磷脂,磷脂酰胆碱含量较高,鞘磷 脂含量较少,没有或很少含胆固醇。
ER约有30多种膜结合蛋白,另有30多种位于内 质网腔,这些蛋白的分布具有异质性,如:葡 糖-6-磷酸酶,普遍存在于内质网,被认为是标 志酶,核糖体结合糖蛋白(ribophorin)只分 布在RER,P450酶系只分布在SER。

糙面内质网的功能
1. 与蛋白质的合成有关

合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上

ER的功能
(一)、蛋白质合成 蛋白质都是在核糖体上合成的,并且起始于 细胞质基质,但是有些蛋白质在合成开始不 久后便转在内质网上合成,这些蛋白主要有: 向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素; 膜的整合蛋白; 需要与其它细胞组合严格分开的酶,如溶酶 体的各种水解酶; 需要进行修饰的蛋白,如糖蛋白。

溶酶体 内质网 高尔基体 细胞表面 分泌颗粒 核糖体 线粒体 胞质溶胶 细胞核 过氧化物酶体

按去向分,糙面内质网合成三类蛋白
?内质网、高尔基体的驻留蛋白 ?分泌蛋白 ?膜蛋白(内质网、高尔基体、溶酶体、质膜)

back

?G. Blobel 等 1975 年 提 出 了 信 号 假 说
(Signal hypothesis),认为蛋白质N端的信

号肽,指导蛋白质转至内质网上合成,因
此获1999年诺贝尔生理医学奖。

蛋白质转入内质网合成的过程:
信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP 与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内 质网上继续合成,同时信号肽引导新生肽 链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸 至终止。 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式, 称为co-translation。

2、蛋白质糖基化 (protein glycosylation)
形成糖蛋白 (寡聚糖转移酶)
N-连接 O-连接

(二)、蛋白质的修饰与加工
包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等, 其中最主要的是糖基化,几乎所有内质网上合 成的蛋白质最终被糖基化。

糖基化的作用: ①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用; ②赋予蛋白质传导信号的功能; ③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。

蛋白质糖基化(protein glycosylation)

寡聚糖转移酶

N-连接 Asn=天冬酰胺

O-连接

苏氨酸、丝氨 酸、赖氨酸的OH

3.内质网腔中蛋白质的正确折叠和装配
蛋白多肽的正确折叠和装配 ——伴侣蛋白(chaperone protein) ?蛋白二硫键异构酶(PDI)

?结合蛋白(Bip)
?钙联蛋白、钙网蛋白

4.膜脂合成
to

结合蛋白(Bip) 结合暴露的疏水氨基 酸,防止蛋白聚集

磷脂酰胆碱主要由粗面内质网合成

合成磷脂的三种酶都定位在内质网膜上,其 活性部位在膜的细胞质基质一侧。在内质网 上合成的磷脂几分钟后就有细胞质基质侧转 向内质网腔面,借助一种磷脂转位因子或称 转位酶的帮助完成的。

磷脂的膜间
转运
?膜泡运输
?磷脂交换蛋白

光面内质网的功能
1.类固醇激素的合成 2.脂类的合成 3.钙的储存和释放

4.药物代谢与解毒

光面内质网所占比例很小,但在某些细胞中 非常发达。干细胞中光面内质网很丰富,她 是很成外输性脂蛋白颗粒的基础。
光面内质网具有解毒功能,一旦毒物消失, 多余的光面内质网也随之被溶酶体消化。

肌细胞中具有发达的特化的光面内质网,称 肌质网。

内质网蛋白主要在粗面内置网上合成,也有 一部分在细胞质基质中合成。

高尔基体

? 最早发现于 1855 年, 1889 年, Golgi 用银染
法,在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的 结构,因此定名为高尔基体。20世纪50年代 以后才正确认识它的存在和结构。

是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的 细胞器。 常分布于内质网与细胞膜之间,呈弓形或半球形。 凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面(cis face)。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面 (trans face)。顺面和反面都有一些或大或小 的运输小泡。 扁平囊直径约1um,单层膜构成,中间为囊腔, 周缘多呈泡状,4~8个扁平囊在一起(某些藻类可 达一二十个),构成高尔基体的主体

The Golgi Apparatus

小泡

扁平囊

大泡

顺面

顺面管网结构 (cis-network) 顺面膜囊 (cis cisterna)

中间膜囊 (medial cisterna)

反面膜囊 (trans cisterna) 反面管网结构 (trans-network)

反面
To

高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的 脂类,具有一些和ER共同的蛋白成分。 膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜 之间,中性脂类主要包括胆固醇,胆固醇 酯和甘油三酯。
高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基 -糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋 白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等 不同的类型。

标志酶为糖基转移酶。

一、形态结构
顺面管网结构 扁平囊(cisternae) 扁平囊堆(stack) 顺面囊 中扁囊

囊泡系统

大泡、小泡(vesicles) 反面囊 反面管网结构

不同的区室呈不同的细胞化学反应: 可作为特征反应
顺面膜囊——嗜锇

中间膜囊——NADP酶
反面膜囊——焦磷酸硫胺素酶 反面管网——胞嘧啶单核苷酸酶

高尔基体顺面的网络结构(cis Golgi network,CGN),是高尔基体的入口 区域。
高尔基体中间膜囊(medial Golgi),多 数糖基修饰,糖脂的形成以及与高尔基 体有关的糖合成均发生此处。

高尔基体反面的网络结构(trans Golgi network,TGN), 是高尔基体的出口 区域,功能是参与蛋白质的分类与包装, 最后输出。

高 尔 基 体 的 区 室 和 功 能

高尔基体主要功能
1、参与细胞分泌活动 RER上合成蛋白质→进入ER腔→COPII 运输泡→进入CGN→在medial Gdgi中加 工→在TGN形成运输泡→运输与质膜融 合、排出。 高尔基体对蛋白质的分类,依据的是蛋白 质上的信号肽或信号斑。 2、蛋白质的糖基化 O-连接的糖基化在高尔基体中进行,糖 的供体为核苷糖。

复合寡聚糖

高甘露糖寡聚糖 N-乙酰葡糖胺GlcNAc 甘露糖Man 半乳糖Gal 唾液酸NANA

3、进行膜的转化功能 内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后,经 过修饰和加工,形成运输泡与质膜融合。 4、将蛋白水解为活性物质 如将蛋白质N端或C端切除,成为有活性的物 质,如胰岛素(C端);或将含有多个相同氨 基序列的前体水解为有活性的多肽,如神经肽。

5、参与形成溶酶体。 6、参与植物细胞壁的形成,合成纤维素和果 胶质。

胰岛素原的 有限水解

back

高尔基体分泌

功能示意图

高尔基体的分选作用
?高尔基体根据蛋白所携有的特定分选信号, 以膜上相应的受体与这些分选信号结合,并 将不同的蛋白分装到各自的运输小泡中,分 别运送至不同的目的地。

?分选信号
?主要分选的蛋白

1 回 输 内 质 网 的 分 选

.

back

2.溶酶体酶蛋白的分拣 运输与溶酶体的形成

3.分泌蛋白、膜蛋白的分选
(1)基本分泌途径

(2)受调分泌途径

4.高尔基体驻留蛋白的分选

溶酶体(lysosome)

酶的特性:
1.最适pH3~6 2.多为带负电荷的糖蛋白
酸性水解酶

膜的特性:
1.质子泵 2.有转运蛋白 3.膜蛋白高度糖基化

溶酶体(lysosome)为C. de Duve与B. Novikoff 1955年首次发现。 是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡 状细胞器,其主要功能是进行细胞内消化。
具有异质性,形态大小及内含的水解酶种类都 可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。 膜有质子泵,将H+泵入溶酶体,使其PH值降 低。 膜蛋白高度糖基化,可能有利于防止自身膜蛋 白降解

溶酶体的形成 动物细胞溶酶体系统示意图

back

1、初级溶酶体(primary lysosome) 直径约0.2~0.5um,有多种酸性水解酶,但没 有活性,包括蛋白酶,核酸酶、脂酶、磷酶酶 等60余种,反应的最适PH值为5左右。

2、次级溶酶体是正在进行或完成消化作用的 溶酶体,内含水解酶和相应的底物,可分为自 噬溶酶体和异噬溶酶体 。
3、残体又称后溶酶体已失去酶活性,仅留未 消化的残渣,故名。残体可通过外排作用排出 细胞,也可能留在细胞内逐年增多,如表皮细 胞的老年斑,肝细胞的脂褐质。

次级溶酶体

溶酶体的功能 细胞内消化:如高等动物内吞低密脂蛋白获 得胆固醇,单细胞真核生物利用溶酶体消化 食物。 自体吞噬:清除无用的生物大分子,衰老细 胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。许多 生物大分子的半衰期只有几小时至几天,肝 细胞中线粒体的平均寿命约10天左右。 防御作用:如巨噬细胞杀死病原体。 参与分泌过程的调节:如将甲状腺球蛋白降 解成有活性的甲状腺素。

初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出 芽的形式形成,形成过程:
内质网上核糖体合成溶酶体蛋白→进入内 质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高 尔基体cis面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶 体水解酶的信号斑→将乙酰葡糖胺磷酸转 移在1~2个甘露糖残基上→在中间膜囊切 去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体→与trans 膜囊上的受体结合→通过clathrin衣被包 装成初级溶酶体 。

Transport of newly synthesized hydrolases to lysosomes

溶酶体与疾病 矽肺:二氧化硅尘粒(矽尘)吸入肺泡后被巨噬 细内吞噬,导致吞噬细胞溶酶体破裂,水解酶 释放,细胞崩解,矽尘释出,后又被其他巨噬 细内吞噬,如此反复进行。激活成纤维细胞, 导致胶原纤维沉积,肺组织纤维化。 肺结核:结核杆菌不产生内、外毒素, 也无荚膜和 侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶 酶体的杀伤作用, 使结核杆菌在肺泡内大量生长 繁殖, 导致巨噬细胞裂解, 释放出的结核杆菌再 被吞噬而重复上述过程,引起肺组织钙化和纤 维化。 类风湿性关节炎:溶酶体膜很易脆裂。

过氧化物酶体 1954发现于鼠肾小管上皮细胞。 是一种具有异质性的细胞器。直径通常 0.5um,呈圆形,椭圆形或哑呤形不等,由 单层膜围绕而成

特点:含过氧化氢酶(标志酶)和一至多种 依赖黄素(flavin)的氧化酶,已发现40多种 氧化酶,各类氧化酶的共性是将底物氧化后 生成过氧化氢。而过氧化氢酶又利用H2O2去 氧化其它底物。

在动物中: ①参与脂肪酸的β-氧化; ②具有 解毒作用,过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲 醛、甲酸和醇等有害物质氧化,饮入的酒精 1/4是在微体中氧化为乙醛。
在植物中:①参与光呼吸,将光合作用的副产 物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢,②在萌 发的种子中,进行脂肪的β-氧化,产生乙酰 辅酶A,经乙醛酸循环,由异柠檬酸裂解为 乙醛酸和琥珀酸,加入三羧酸循环,因涉及 乙醛酸循环,又称乙醛酸循环体。

胞内蛋白及其运输和分选

?蛋白的膜泡运输 ?蛋白的直接跨膜运输

特 定 的 信 号 肽

蛋白质是如何进行跨膜转运的?

胞内哪些部位需要进行蛋白的跨膜转运?
蛋白质是如何进行膜泡转运的?

胞内哪些部位发生了蛋白的膜泡转运?

蛋白质分选运输机制
1、门控运输:如通过核孔复合体的运输。

2、跨膜运输:蛋白质通过跨膜通道进入 目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线 粒体上的转位因子进入线粒体。
3、膜泡运输:被运输的物质在内质网或 高尔基体中加工成衣被小泡,选择性地运 输到靶细胞器。

胞内膜泡运输
细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜 泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被 准确地运到靶细胞器,主要取决于膜的表 面识别特征。 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽 的方式产生的。其表面具有一个笼子状的 由蛋白质构成的衣被(coat)。这种衣被 在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。

无论如何,细胞都面临着这样的问题,
即如何选择和区分不同去向的蛋白, 并把它们运往特定的地方。

蛋白的分选
?细胞根据蛋白各自所携有的分选信号, 以特定的机制将它们分别运送至特定 的部位,使其行使功能。 ?分选信号及识别(信号肽、信号斑)

?细胞中发生的一些主要分选

一些类型的分选信号

*红色代表带正电荷:绿色代表带负电荷:黄色代表疏水片段

back

有被的转运膜泡

119

细胞内已知的三类膜被复合体
1.笼形蛋白(clathrin) 膜被
高尔基体到内吞溶酶体 受体介导的内吞,质膜到早期内体

2.COPI膜被(可能有两类:含KDEL受体)
高尔基体到内质网 高尔基体顺面到反面

3.COPII膜被
内质网到高尔基体的转运膜泡。

笼形蛋白(clathrin) 膜被

?通过接头复合体(adaptor complex)与膜结合; ?见于受体介导的内吞,溶酶体酶运往内体的过程;

COPI膜被
小的GTP酶(在S. Cerevisiae中为Arf1p和/或Arf2p) 外被原体(coatomer,coat protomer)(7亚基预装配复合体)

COPII膜被
Sar1p(小的GTP酶) Sec23/24p和Sec13/31p(两个异二聚体蛋白复合体)

Protein disulfide isomerase,PDI 蛋白二硫键异构酶

二 硫 键 的 形 成 ( )

PDI

线粒体的半自主性 1963年M. & S. Nass发现线粒体DNA ( mtDNA )。 线粒体类似于细菌的特征: ①环形DNA;②70S核糖体;③RNA聚合酶被 溴化乙锭抑制,不被放线菌素D所抑制;④ tRNA和氨酰基-tRNA合成酶不同于细胞质中的; ⑤蛋白质合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲 硫氨酰tRNA;对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉 素敏感对细胞质蛋白合成抑制剂放线菌酮不敏 感。

线粒体在生活细胞中具有多形性、易变性、 运动性和适应性特点。(208) 植物细胞的线粒体数量一般比动物细胞的少。 电镜下线粒体主要由外膜、内膜、膜间隙及 基质或内室4部分组成。 外膜具孔蛋白。 嵴有两种类型:板层状和管状。在高等动物 中,绝大部分为板层状。

线粒体与疾病 克山病是一种心肌线粒体病。它是以心肌损伤 为主要病变的地方性心肌病,因营养缺乏(硒) 而引起。患者因缺硒而导致心肌线粒体出现膨 胀、嵴缺少和不完整。

人的细胞中线粒体的数量随年龄增长而减少, 而体积却随年龄增长而增大。 线粒体是通过释放细胞色素C而参与细胞凋亡 的。

线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由核基 因编码,在细胞质核糖体上合成,然后转移 到叶绿体或线粒体中。属于半自主性细胞器。 线粒体DNA的复制时间主要是在细胞周期的 S期及G2期,DNA先复制,随后线粒体分裂。 叶绿体DNA的复制时间G1期,复制所需酶 由核基因编码。
参与叶绿体组成的蛋白质来源有3种:叶绿 体编码,叶绿体核糖体合成;核基因编码, 叶绿体核糖体合成;核基因编码,细胞质核 糖体上合成。

叶绿体和线粒体蛋白质的运送和装配

核基因编码的蛋白先合成前体形式,通过后转 移运输到线粒体中。前体蛋白由成熟形式的蛋 白质和N端一段称为导肽的序列组成。
导肽具有以下特征: 含带正电荷的碱性氨基酸,有助于进入带负电 荷的基质中;不含带负电荷的氨基酸;可形成 既亲水性又疏水性的螺旋。 导肽:火车头,被牵引的蛋白质:车厢,导肽 决定运送的方向,它对被运送的蛋白质并无特 异性要求。(238)

叶绿体蛋白质的运送及装配
在细胞质中合成的前体蛋白,含有转运肽, 对叶绿体蛋白质的运送是必要的。 定位在类囊体中的蛋白,其前体蛋白N端 的转运肽为两个区域,分别引导两步转运。 N端导入基质,C端导入类囊体。

线粒体叶绿体的增殖和起源
线粒体的增殖室友原来的线粒体分裂或出芽而 来。分裂约有以下几种方式: 间壁或隔膜分离; 收缩分离; 出芽。 叶绿体由前质体分化而来,电镜表明,叶绿体 是通过分裂而增殖,通常在叶绿体的近中部处 向内收缩,最后分开成为两个叶绿体,主要是 幼龄叶绿体。

叶绿体和线粒体的起源
1 内共生起源学说: 起源于原始真核细胞内共生的细菌(革兰 氏阴性菌)和蓝藻 2 非内共生起源学说: 真核细胞的前身是一个进化上比较高等的 好氧细菌,它比典型的原核细胞大,这样 就要逐渐增加具有呼吸功能的膜表面,开 始通过细菌细胞膜的内陷、扩张和分化, 后逐渐形成了线粒体和叶绿体的雏形。

一、核被膜是双层膜结构 构成:①内核膜(inner nuclear membrane) ②外核膜(outer nuclear membrane)③核 周隙(perinuclear space)
外核膜:内质网的一部分,胞质面附有核糖 体。 核周隙:宽20~40nm,与内质网腔相通。 核纤层:位于内核膜的内表面的纤维网络, 可支持核膜,并与染色质及核骨架相连。

外核膜常有核糖体附着,于粗面内质网相 连。 内核膜表面光滑,无核糖体附着,与核纤 层相连,内核膜上特有的蛋白质成分:如 核纤层蛋白B受体。 核孔、核孔复合体、孔膜区
核被膜在细胞周期中的崩解与装配: 新核膜来自于旧核膜。

核纤层的结构

二、核孔是物质运输的通道 核孔由至少50种不同的蛋白质(nucleoporin) 构成,称为核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)。 一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多,反之 较少。

核孔复合体
核孔是细胞核与细胞质之间物质交换的通道,一方面 核的蛋白都是在细胞质中合成的,通过核孔定向输入细胞 核,另一方面细胞核中合成的各类RNA、核糖体亚单位 需要通过核孔运到细胞质。此外注射实验证明,小分子物 质能够以自由扩散的方式通过核孔进入细胞核。 核孔由至少50种不同的蛋白质(nucleoporin)构成, 称为核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)。一 般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的 细胞中核孔数目较多,反之较少。如蛙卵细胞每个核可有 37.7X106个核孔,但其成熟后细胞核仅150~300个核孔。

在电镜下观察,核孔是呈圆形或八角形,结构似fish-trap, 主要包括以下几个部分:①胞质环(cytoplasmic ring),位 于核孔复合体胞质一侧,环上有8条纤维伸向胞质;②核质环 (nuclear ring),位于核孔复合体核质一侧,上面伸出8条 纤维,纤维端部与端环相连,构成笼子状的结构;③转运器 (transporter),核孔中央的一个栓状的中央颗粒;④辐 (Spoke):核孔边缘伸向核孔中央的突出物。 大多数情况下,细胞核内的RNA是与蛋白质形成RNP复合 物转运出细胞核的。RNP的蛋白质上具有核输出信号 (nuclear export signal, NES),可与细胞内的受体 exportin结合,形成RNP-exportin-Ran-GTP复合体,输出细 胞核后,Ran-GTP水解,释放出结合的RNA,Ran-GDP、 exportin和RNP蛋白返回细胞核。

抽提 后的 核孔 复合 体胞 质面 结构

抽提 后的 核孔 复合 体核 质面 结构

The Nuclear Pore

核孔复合体结构模型
从横向上看,核孔复合体由周边向核孔中心 依次可分为环、辐、栓三种结构亚单位。 从纵向上看,由核外向核内依次分为胞质环、 辐、核质环三种亚单位。核质环:捕鱼笼, 核篮。 辐:柱状亚单位、腔内亚单位、环带亚单位。

核孔复合体的成分
推测100余种不同的多肽,1000多个蛋白质分子, 统称为核孔蛋白(nucleoporin,Nup)。已在酵母中鉴 定到30余种,在脊椎动物中鉴定到10余种。 Gp210位于孔膜区,功能包括:介导核孔复合体 与核被膜连接;在介导核被膜融合形成复合体时起 重要作用;在介导核质交换时起作用。 p62是一类功能性的核孔蛋白,可能直接参与核 质交换。

核孔的功能(核质交换双向选择性亲水通道)
特殊的跨膜运输蛋白复合体,具有双功能,双向性。

一、被动扩散 核孔有效直径10nm左右,扩散速度与分子量成反比。小 于5×103的可自由进入,大于60×103的球蛋白不能进入。
二、主动运输 主动运输的选择性。(1)对颗粒大小的限制,一般可达1020nm,表明核孔复合体的有效直径是可以调节的;(2)主动 运输是信号识别和载体介导的过程,需要ATP;(3)具有双向 性。 亲核蛋白包括驻留性的和穿梭性的。

金颗粒标记的核蛋白穿越核孔

质通 运过 输核 孔 的复 功合 能体 示进 意行 图物

爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验

核定位信号:

1982年R. Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白 (nucleoplasmin)的C端有一个信号序列,可引导 蛋白质进入细胞核,称作核定位信号(nuclear localization signal,NLS)。第一个被确定的NLS 是病毒SV40的T抗原,它在胞质中合成后很快积累在 核中。其NLS为:pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val, 即使单个氨基酸被替换,亦失去作用。 NLS由4-8个氨基酸组成,含有Pro、Lys和Arg。 对其连接的蛋白质无特殊要求,并且完成核输入后不 被切除。

核质蛋白向细胞核的输入可描述如下:① 蛋白与NLS受体,即imporin α/β二聚体结合; ②货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤 维结合;③纤维向核弯曲,转运器构象发生改 变,形成亲水通道,货物通过;④货物受体复 合体与Ran-GTP结合,复合体解散,释放出 货物;⑤与Ran-GTP结合的imporin β,输出 细胞核,在细胞质中Ran结合的GTP水解, Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP; ⑥imporin α在核内exportin的帮助下运回细 胞质。

? solenoid

Chromatin Packing

Chromatin Packing

一、染色质的化学组成

? 组 成 : DNA 、 组 蛋 白 、 非 组 蛋 白 、 少 量 RNA ? 比例:1:1:(1-1.5):0.05。

(一)DNA
? 3 种序列:①单一序列;②中度重复序列( 101~5 );③高

度重复序列(>105)。
? 3种构像:①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。 ? 3种基本元素: – ①自主复制序列(ARS),是DNA复制的起点。 – ②着丝粒序列(CEN) ,含α卫星DNA。 – ③端粒序列(TEL)。 ? 酵母人工染色体(YAC ):含上述3种成分,用于转基因。

(二)组蛋白
? 带正电荷,含Arg,Lys,属碱性蛋白,共5种,

分为:
– 核心组蛋白(core histone):H2A、H2B、 H3、H4; – 连接组蛋白(linker histone):H1。 ? 结构:高度保守,尤其是H4。

? H1多样性,具有属(genus)和组织特异性。

? 序列特异性DNA结合蛋白。
? 特性:

(三)非组蛋白

1. 含有较多天冬氨酸、谷氨酸,带负电荷,属酸性蛋白 质。 2. 整个细胞周期都进行合成,组蛋白只在S期合成。能识

别特异的DNA序列,识别与结合籍氢键和离子键。
? 功能:帮助DNA折叠;协助DNA复制;调节基因表达。

序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式 (262)

三、异染色质和常染色质 间期核中染色质可分为异染色质 (heterochromatin)和常染色质 (enchromatin)。 异染色质的特点: ①在间期核中处于凝缩状态,无转录活 性、是遗传惰性区。 ②在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩 (异固缩现象)。

? 巴 氏 小 体 ( barr
body)。雌性哺乳 动物细胞中一条异 固缩化的 X 染色体。 ? 人的胚胎发育到 16
barr body

天以后, 出现巴氏
小体。

四、染色体
? 一、染色体相关的术语
随体 次缢痕 短臂 主缢痕

长臂

端粒

核仁组织区(nucleolar orgnizing regions NORs) 构成核仁,位于染色体的次缢痕区,但并 非所有的次缢痕都是NORs。

端粒(telomere):由 高度重复的短序列组成, 高度保守。 作用: 维持染色体的稳定性。 起细胞分裂计时器的作 用。端粒核苷酸复制和 基因DNA不同,每复制 一次减少50~100bp, 其复制要靠具有反转录 酶性质的端粒酶来完成, 正常体细胞缺乏此酶, 故随细胞分裂而变短, 细胞随之衰老。

着丝粒的结构
?着丝粒(centromere)和着丝点

(kinetochore)是两个不同的概念,前者指
中期染色单体相互联系在一起的特殊部位,

后者指主缢痕处两个染色单体外侧与纺锤体
微管连接的部位。

? Satellite DNA(FISH image)

核型与带型
1.核型:即细胞分裂中期染色体特征的总和。 包括染色体的数目、大小和形态特征等方 面。 2. 带型:染色体经物理、化学因素处理后, 再进行分化染色,使其呈现特定的深浅不 同带纹(band)的方法。

多线染色体: 由Balbiani(1881)发现于摇蚊幼虫唾腺细胞,特 点: ①体积巨大,是由于核内有丝分裂的结果; ②多线性; ③体细胞联会; ④横带纹。 ⑤膨突和环。在幼虫发育的某个阶段,多线 染色体的某些带区疏松膨大,形成膨突 (puff),或巴氏环(Balbiani ring)。用 H3-UdR处理细胞,发现膨突被标记,说明膨 突是基因活跃转录的区域。

Polytene chromosomes

Polytene chromosome

灯刷染色体 最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细 胞减数分裂的双线期,双线期是卵黄合成 的旺盛期。由于染色体主轴两侧有侧环, 状如灯刷,故名灯刷染色体。侧环是RNA 活跃转录的区域。

核仁 核仁(nucleolus)见于间期的细胞核内,呈 圆球形,一般1~2个,有时多达3~5个。主要 功能是转录rRNA和组装核糖体单位。
一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有 较大和数目较多的核仁,反之核仁很小或缺如。 核仁在分裂前期消失,分裂末期又重新出现。

?5SrRNA通常定位在常染色体,合成后
被转运至核仁区参与大亚基的装配 。

核仁形态
? ①纤维中心(fibrillar centers,FC):是被致密纤维包围的 一个或几个低电子密度的圆形结构,主要成分为RNA聚合

酶和rDNA,这些rDNA是裸露的分子。
? ②致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC):呈 环形或半月形包围 FC ,由致密的纤维构成,是新合成的 RNP,转录主要发生在FC与DFC的交界处。 ? ③颗粒组分 (granular component , GC) :由直径 15-20

nm的颗粒构成,是不同加工阶段的RNP。

CELL CYCLE

Eucaryotic Cell Cycle

A typical mammalia n cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12 hr G1, 6-8 hr S, 3-4 hr G2, and 1 hr M

从增殖的角度来看,可将高等动物的细胞分 为三类: ①连续分裂细胞,如表皮生发层细胞、部 分骨髓细胞。 ②休眠细胞暂不分裂,但在适当的刺激下 可重新进入细胞周期,称G0期细胞,如淋 巴细胞、肝、肾细胞等。
③不分裂细胞,指不可逆地脱离细胞周期, 不再分裂的细胞,又称终端细胞,如神经、 肌肉、多形核细胞等

纺锤体有三种微管结构:
①极体微管(polar mt)两极间的微管,在 纺锤体中部重叠,重叠部位结合有分子马 达。

②着丝点微管(kinetochore mt),是从着 丝点到另一极的微管;
③星体微管(astral mt),由中心粒放射出 来的微管。植物没有中心粒和星体,其纺锤 体称无星纺锤体。

?(二)前中期 ?核膜解体到染色体排列到赤道面上。

?(三)中期 ?染色体排列到赤道面上。

?(四)后期 ?指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。 分为后期A、后期B两个过程。

? Anaphase A: separation of the sister chromatids.

? Anaphase B: separation of the poles.

Microtubules and Motors in the spindle

动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实 现,收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。 用细胞松弛素处理这一时期的细胞,会出现什 么现象?

植物细胞末期近两极 处纺锤丝消失,中间 微管保留,并数量增 加,形成成膜体。 来自高尔基体囊泡沿 微管转运到成膜体中 间。融合形成细胞板 (cell plate),囊泡的 内含物形成初生壁和 中胶层,囊泡膜形成 质膜,融合留下的管 道形成胞间连丝。

细胞周期调控

? 1970s Rao和Johnson发现与M期细胞(Hela)融合的
间期细胞染色体发生凝缩,称为早熟凝集染色体

(prematurely condensed chromosome,PCC)。
– G1期PCC为单线状,因DNA未复制。

– S期PCC为粉末状,因DNA由多个部位开始复制。
– G2期PCC为双线染色体,说明DNA复制已完成。

? 甚至不同类的M期细胞也可诱导PCC产生,说明M期
细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子,即成熟促进

因子(maturation promoting factor, MPF)。

? 1980s Timothy Hunt发现海胆的卵裂过程中两种
蛋白质的含量随细胞周期振荡,命名为周期蛋白

(cyclin A和B)。后来发现各类动物来源的细胞周
期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。

? 1988 年 Lohka 将非洲爪蟾的 MPF 纯化。经鉴定
MPF由32KD和 45KD两种蛋白组成,是一种丝氨

酸/苏氨酸激酶。
? 进一步的研究发现MPF=CDC2+clyclin B

二、CDK
? CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活 性,故名细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclindependent kinase,CDK)。 ? CDC2又被称为CDK1,可将特定蛋白磷酸 化,促进细胞周期运行,又称作细胞周期 引擎。 – 如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、 核膜消失; – 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。

三、细胞周期蛋白cyclin
? 特点:在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约 100个氨基酸的保守序列,称为周期蛋白框,介 导周期蛋白与CDK结合。 ? 作用:激活CDK,引导CDK作用于不同底物。 ? 已知30余种,在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。

? 分为4类:G1型、G1/S型、S型、M型。

? cell cycle regulation

? 在中期当MPF活性达到最高时,激活后期促进因子 APC,将泛素连接在cyclinB上,cyclinB被蛋白酶 体(proteasome)降解,完成一个细胞周期。 – 分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关,称 降解盒(destruction box)。

– 泛素由76个氨基酸组成,高度保守。共价结合泛
素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解,这是细胞

内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。
– 26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶,可将泛素化

的蛋白质分解成短肽。

四、M期CDK的激活
? M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。
? 结合cyclin B的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不

具有活性,使CDK/cyclin不断积累。
? 在M期,Wee1的活性下降,CDC25使CDK去磷酸化,去 除了CDK活化的障碍。 ? CDK的激活需要Thr161的磷酸化,它是在CDK激酶(CDK activating kinase CAK)的作用下完成的。

CDK activating

五、细胞周期检验点(check point)
? 组成:感受器、信号传导通路、效应器。

? 主要检验点:
– G1/S检验点:DNA是否损伤?细胞外环境是否适宜?

细胞体积是否足够大?在酵母中称start点,在哺乳动物
中称R点(restriction point)。 – S期检验点:DNA复制是否完成? – G2/M检验点:DNA是否损伤?细胞体积是否足够大? – 中-后期检验点:纺锤体组装检验点。

Four checkpoints

第十二章 细胞分化与基因表达调控
◆细胞分化(cell differentiation):在个体发育中,由一 种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和 功能上形成稳定性差异,产生各不相同的细胞类群的 过程 ◆细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成 合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间 和空间上的差异性表达 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控 ◆细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现

组织特异性基因与管家基因
?管家基因house-keeping genes:细胞中均 要表达的基因,其产物对维持细胞基本生命 活动所必需 ?奢侈基因luxury genes,又组织特异基因 tissue-specific genes:不同细胞类型进行 特异性表达的基因,其产物赋予各种细胞特 异形态结构与特异生理功能 ?调节基因regulatory genes:产物调节组织 特异性基因表达,或激活、或抑制作用 ?细胞分化实质:组织特异性基因在时间与空 间上的差异表达

组合调控引发组织特异性基因的 表达
?人体至少有200多种不同类型细胞 ?组合调控:每种类型的细胞分化是由多种调控蛋 白共同调控完成,调控蛋白n种,调控组合理论 上可以启动分化的细胞类型为2n ?单一调控蛋白:启动整个细胞分化过程
– 骨骼肌细胞,MyoD使成纤维细胞表现骨骼肌细胞特征

?靠一种关键性调控蛋白,启动级联调控蛋白,是 令人惊奇的高效、经济的细胞分化启动机制
--眼发育基因Ey,导入果蝇早期腿细胞,在腿中部形成眼

转分化与再生
●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞 现象称转分化(transdifferentiation)。 ●转分化经历去分化(dedifferentiation)和再分化 的过程。 ●生物界普遍存在再生现象(regeneration),再生 是指生物体缺失部分后重建过程,广义的再生可包 括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水 平的再生。 ●不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异。

再生
? 指生物的器官损伤后,剩余的部分长出与原来形态
功能相同的结构的现象,广义来看再生是生命的普

遍现象,从分子、细胞到组织器官都具有再生现象。
? 1. 生理性再生:即细胞更新,如人的红细胞。

? 2. 修复性再生:壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢。
? 3. 无性繁殖

细胞分化的机理
(一)细胞分裂的不对称性

? 卵细胞具有极性,细胞核靠近北极。
– 北极或动物极:极体释放的部位; – 南极或植物极:相对北极而言,母体物质主要储存在于植物极。

? 动物卵细胞中贮存有大量mRNA,呈非均匀分布; –用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵,胚胎发育 仍能进行至囊胚期 –用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵,受精卵停

止发育。
? 卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。

–昆虫以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。迁入卵的后
端极质部的细胞发育为原始生殖细胞,用紫外线照射

这一区域,破坏极质,卵将发育为无生殖细胞的不育

(二)细胞间的相互作用
一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。
? 诱导者(inductor) :对其它细胞起诱导作用的细胞:

? 1、胚胎诱导(embryonic induction) :胚胎发育过程中

–脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板,神经沟和
神经管;

–视泡可诱导其外面的外胚层形成晶体,而晶体又可诱 导外胚层形成角膜。

? 2 、分化抑制:分化成熟的细胞可以产生抑素,抑制 相邻细胞发生同样的分化。 –如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚,则蛙胚不能 发育出正常的心脏。 ? 3、细胞数量效应 –小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时,可发育 成具有功能的胰腺组织,但如果把胰原基切成 8 小 块分别培养,则都不能形成胰腺组织,如果再把分 开的小块合起来,又可形成胰腺组织。

? 4、细胞外基质的影响

–干细胞在 IV 型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞; –在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞; –在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。 ? 5、激素的作用 –如昆虫的保幼激素和脱皮激素。

(三)细胞核与细胞分化
? 1、染色体结构的变化

? 1)基因删除:原生动物、昆虫、甲壳动物。
? 2)基因扩增:果蝇多线染色体。

? 3 )基因重排:免疫球蛋白基因( 106~108 种抗
体)。

HOX mutant Antenna—leg

Bithorax mutant

细胞分化与凋亡

CELL DIFFERENTIATION AND CELL DEATH

细胞的衰老 又称老化,指细胞随着年龄的增加,机能和 结构发生退行性变化,趋向死亡的不可逆的 现象。
衰老和死亡是生命的基本现象,衰老过程发 生在生物界的整体水平、种群水平、个体水 平、细胞水平以及分子水平等不同的层次。

人体细胞的动态分类

更新组织:如上皮细胞、血细胞。构成更新组织 的细胞可分为3类:① 干细胞、 ② 过渡细胞、 ③成熟细胞。
稳定组织:可补偿性增生,如:肝、肾细胞。 恒久组织:细胞不再分裂,如神经、骨骼、心肌 细胞。 可耗尽组织:如人类的卵巢实质细胞。

二、细胞衰老的特征
(一)形态变化
核 染色质 质膜 细胞质 线粒体 高尔基体 尼氏体 包含物 核膜 增大、染色深、核内有包含物 凝聚、固缩、碎裂、溶解 粘度增加、流动性降低 色素积聚、空泡形成 数目减少、体积增大 碎裂 消失 糖原减少、脂肪积聚 内陷

3、衰老基因学说 子女的寿命与双亲的寿命有关; 各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命; 成人早衰症:平均39岁时出现衰老,47岁 生命结束; 婴幼儿早衰症:1岁时出现明显的衰老, 12~18岁生命结束, 早衰症患者体内解旋酶发生突变 。

Werner's syndrome

Hutchinson-Gilford syndrome

细胞凋亡 ?死亡是生命的普遍现象,但细胞死亡并非与 机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡, 它是维持组织机能和形态所必需的。

(一)、细胞坏死 是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反 应。 早期表现为细胞膜破坏,线粒体肿胀。 继而溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎 症。

细胞凋亡cell apoptosis
Kerr( 1972)最先提出,与细胞坏死的区别 是: ①细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体; ②凋亡小体内有结构完整的细胞器; ③不引起炎症; ④线粒体无变化,溶酶体活性不增加; ⑤内切酶活化,DNA有控降解,凝胶电泳图谱 呈梯状; ⑥凋亡通常是生理性变化,而细胞坏死是病理 性变化。

正常

胸腺细胞

凋亡

胸腺细胞
正常 凋亡


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