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生物联赛 ---分子与细胞生物学


细胞生物学部分竞赛考试纲要细目

?1、化学成分
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?2、细胞器

单糖、双糖、多糖 脂类 蛋白质: 酶类:化学结构、酶作用的模型、变性、命名 核酸:DNA, RNA 其他重要化合物:ADP和ATP、NAD+和NADH、NADP+和NADPH

细胞核 :核膜、核基质(核透明质)、染色体、核仁 ? 细胞质 :细胞膜、透明质、线粒体、内质网、核糖体、高尔基体、 溶酶体、液泡、微体、质体(叶绿体·有色体·白色体) ? 细胞壁 ? 细胞骨架

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3、细胞代谢 ? 碳水化合物的异化 ? 无氧呼吸:糖酵解 ? 有氧呼吸:糖酵解 柠檬酸循环 氧化磷酸化 ? 脂肪和蛋白质的异化 ? 同化作用:光合作用(光反应 暗反应/卡尔 文循环) ?4、通过膜的转运(扩散、渗透,质壁分离、主动转运) ?5、有丝分裂和减数分裂 ?6、细胞生长,分化,衰老,凋亡与癌变



细胞的化学成分

糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶等

糖类概述
一、糖类的结构与功能
最初,糖类化合物用Cn(H2O)m表示,统称碳水化合物。

二、糖的分类
单糖 :不能水解的最简单糖类,是多羟基的 醛或酮的衍生物(醛糖或酮糖)

寡糖 :有2~20个分子单糖缩合而成,水解 后产生单糖 同多糖 多糖 :由多分子单糖或其衍生物所组成,水 杂多糖 解后产生原来的单糖或其衍生物。 糖缀合物

(二)寡糖
自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、 蔗糖、乳糖、纤维二糖

α-1,4-糖苷键

β-1,4-糖苷键

α-1,2-糖苷键

α-1,4-糖苷键

(三)多糖
多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。
多糖没有还原性和变旋现象,无甜味,大多不 溶于水。

多糖的功能: 1.贮藏和结构支持物质。 2.抗原性(荚膜多糖)。 3.抗凝血作用(肝素)。 4.为细胞间粘合剂(透明质酸)。 5.携带生物信息(糖链)。

几种常见的多糖:
(一)淀粉与糖原
淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关: 链长小于6个葡萄糖基,不能呈色。 链长为20个葡萄糖基,呈红色。 链长大于60个葡萄糖基,呈蓝色。 糖原又称动物淀粉,与支链淀粉相似,与碘反应呈红紫色。

(二)纤维素与半纤维素

(三)壳多糖(几丁质)

脂类概述
是一类不溶于水,但能溶于非极性有机溶剂 的生物有机分子。大多数脂质的化学本质是脂肪 酸和醇所形成的酯类及其衍生物。
(一)脂肪(三酰甘油) 1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。 饱和脂肪酸:软脂酸(16C)、硬脂酸(18C) 脂肪酸

固态

含1个双键(油酸) 含2个双键(亚油酸)

不饱和脂肪酸 液态 含3个双键(亚麻酸) 含4个双键(花生四烯酸)

(二)甘油磷酸酯类
非极 性尾

CH2OCOR1
非极性尾

R2OCOCH

CH2OCOR3
极性头

磷脂在水相中自发 形成脂质双分子层。

(三)鞘脂类
——由1分子脂肪酸,1分子鞘氨醇或其衍生物,以及1分 子极性头基团组成。

鞘磷脂类

鞘脂类

脑苷脂类(糖鞘脂)

神经节苷脂类

(四)固醇(甾醇)类
固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物。

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五、萜类:

由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维 生素A(视黄醇)、维生素E、维生素K、类 胡萝卜素都是萜类。β-类胡萝卜素裂解就成 2个维生素A,维生素A可氧化成视黄醛,对 动物感光活动有重要作用。

六、蜡: 由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂,它存在 于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、昆虫外骨骼中,起保 护作用。

蛋白质

是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺 键(肽键)缩合而成的,具有较稳定的构象并具有一定生物 功能的大分子。

蛋白质的理化性质
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1.胶体性质 2.两性电解质 3.沉淀反应 4.变性 5.紫外吸收(280nm) 6.变构作用 7.呈色反应(双缩脲反应)



一、酶的概念

酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。 定义:酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种 因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。 酶具有一般催化剂的特征:1.只能进行热力学上允许进行 的反应;2.可以缩短化学反应到达平衡的时间,而不改变 反应的平衡点;3.通过降低活化能加快化学反应速度。

二、酶的催化特点
1.高效性:通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。 2.专一性:酶对底物具有严格的选择性。 3.敏感性:对环境条件极为敏感。 4.可调性:酶活性的调节和酶合成速度的调节。

三、酶的作用机理
(一)酶的催化作用与分子活化能
酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能, 从而使活化分子数增多,反应速度加快。 (二)中间产物学说 (三)诱导嵌合学说 “锁钥学说”(Fischer,1890):酶的活性中心结构与 底物的结构互相吻合,紧密结合成中间络合物。 E+S ES E +P

四、影响酶促反应速度的因素
酶浓度对酶作用的影响 抑制剂对酶作用的影响

底物浓度对酶作用的影响
温度对酶作用的影响

pH对酶作用的影响
激活剂对酶作用的影响

核酸的化学

核酸的性质
(一)一般理化性质 1.为两性电解质,通常表现为酸性。 2.DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末,不溶于有 机溶剂。 3.DNA溶液的粘度极高,而RNA溶液要小得多。 4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。 5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。 (二)核酸的紫外吸收性质 核酸的碱基具有共扼双键,因而有紫外吸收性质,吸收 峰在260nm(蛋白质的紫外吸收峰在280nm)。



细胞的结构与功能

一、细胞质

1.细胞膜

(1)化学组成:主要由脂类和蛋白质组成,多糖主要以糖蛋白和糖脂存在。

(2)分子结构模型:流动镶嵌模型
(3)细胞膜与细胞连接:在多细胞生物体内,细胞与细胞之间通过细胞膜相 互联系,形成一个密切相关,彼此协调一致的统一体,称为细胞连接。 动物细胞间的连接方式有紧密连接、桥粒、粘合带以及间隙连接等(见下 图)。

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植物细胞间则通过胞间连丝连接。 紧密连接:亦称结合小带,这是指两个相邻细胞的质股紧靠在一起,中间没有空隙, 而且两个质膜的外侧电子密度高的部分互相融合,成一单层,这类连接多见于胃肠道 上皮细胞之间的连接部位。
间隙连接:是两个细胞的质膜之间有20?~40?的间隙的一种连接方式。在间隙与两层 质腹中含有许多颗粒。这些颗粒的直径大约有80?左右,它们互相以90?的距离规则排 列。间隙连接的区域比连接大得多,以断面看长得多。间隙连接为细胞间的物质交换。 化学信息的传递提供了直接通道。间隙连接主要分布于上皮、平滑肌及心肌等组织细 胞间。 粘合带:是相邻细胞膜之间有较大间隙的一种连接方式,连接处相邻细胞膜间存在着 15nm~20nm的间隙。在这部分细胞膜下方的细胞质增浓,由肌动蛋白组成的环形微丝 穿行其中。粘合带一般位于紧密连接的下方,又称中间连接,具有机械支持作用。见 于上皮细胞间。 桥粒:格相邻细胞间的纽扣样连接方式。在桥位处两个细胞质腹之间隔有宽约250?的 间隙,其中有一层电子密度稍高的接触层,将间隙等分为二。在桥粒处内侧的细胞质 呈板样结构,汇集很多微丝。这种结构和加强桥粒的坚韧性有关。桥拉多见于上皮, 尤以皮肤、口腔、食管、阴道等处的复层扁平上皮细胞间较多。桥粒能被胰蛋白酶、 胶原酶及透明质酸酶所破坏,故其化学成分中可能含有很多蛋白质。 胞间连丝:植物细胞间特有的连接方式,在胞间连丝连接处的细胞壁不连续,相邻细 胞的细胞膜形成直径约20nm~40nm的管状结构,使相邻细胞的细胞质互相连通。胞间 连丝是植物细胞物质与信息交流的通道,对于调节植物体的生长与发育具有重要作用。 总的来讲,细胞间连接的主要作用在于加强细胞间的机械连接。此外对细胞间的物质 交换起重要作用。一般认为,间隙连接在细胞间物质交换中起明显的作用;中间连接 部分也是相邻细胞间易于物质交流的场所;紧密连接是不易进行细胞间物质交换的部 分;桥粒的作用看来也只是在于细胞间的粘着。









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2.细胞质
真核细胞质膜以内核膜以外的结构称为细胞质。细胞质主 要包括细胞质基质和细胞器。 (1)细胞质的基质 ? 细胞质基质亦称透明质,是细胞质中除去所有细胞器和各 种颗粒以外的部分。其中包含了许多物质,如小分子的水、 无机离子,中等分子的脂类、氨基酸、核苷酸,大分子的 蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。
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细胞质的基质主要有两个方面的功能:一是含有大量的酶, 生物代谢的中间代谢过程大多是在细胞质基质中完成,如 糖酵解途径、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成等;二是细胞质 基质作为细胞器的微环境,为维护细胞器正常结构和生理 活动提供所需的环境,也为细胞器的功能活动提供底物。

(2)细胞器 ①线粒体 “动力工厂”。(半自主细胞器) 在细胞进化过程中,最早的线粒体是如何形成的?这就 是线粒体的起源问题。目前,有两种不同的假说,即内共生 假说和分化假说。内共生假说认为线粒体是来源于细菌,是 被原始的前真核生物吞噬的细菌。这种细菌与前真核生物共 生,在长期的共生过程中通过演化变成了线粒体。另一种假 说,即分化假说则认为线粒体在进化过程中的发生是由于质 膜的内陷,再经过分化后形成的。 ②质体,植物细胞所特有的。它可分为具色素的叶绿体、有 色体(如西红柿含番茄红素的有色体)和不具色素的白色体 (造粉体,造油体等)。 叶绿体(半自主细胞器)是绿色植物进行光合作用的场所。 ?关于叶绿体的起源和线粒体一样也有两种互相对立的假说, 即内共生说和分化说。按内共生假说,叶绿体的祖先是兰藻 或光合细菌。

1、质体:与同化产物的合成、积累和贮藏相关的一类细 胞器,具双层膜的结构。植物细胞特有的细胞器。 (1)叶绿体(含叶绿素)——光合作用

外膜、内膜、基质、基质片层、基粒
含少量DNA、核糖体

(2)白色体 造粉体(积累淀粉)
造油体(贮藏脂肪)

造蛋白体(积累蛋白质)
(3)有色体 含胡萝卜素、叶黄素

质体的相互转化

白色体的类型与功能

三种质体的转换

③内质网
粗面内质网(外侧有核糖体附着)与各种分泌蛋白质(如 血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等)合成有 关。 ? 滑面内质网(无核糖体颗粒附着)主要存在于类固醇合成 旺盛的细胞中。 ? 功能包括以下几点: *蛋白质的合成与转运(粗面内质网); *蛋白质的加工(如糖基化); *脂类代谢与糖类代谢(滑面内质网); *解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。
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④核糖体 ? 核糖体是无膜的细胞器,主要成分是蛋白质与 RNA。 核糖体是蛋白质合成的场所。

核糖体
由 rRNA和蛋白质构成的核蛋白体,无膜包被, 合成蛋白质的场所。 类别: ①游离核糖体

②附着核糖体

⑤高尔基复合体
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其主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。其标 志酶为糖基转移酶。 典型的高尔基体表现一定的极性。它的形状犹如一 个圆盘,盘底向着核膜或内质网一侧凸出,而凹面 向着质膜一侧。凸面称形成面,凹面称成熟面。形 成面的膜较薄,与内质网膜相似,成熟面的膜较厚, 与质膜相似。 功能:运输系统; 能合成和运输多糖,与植物细胞壁的形成有关; 糖基化作用:加工、修饰蛋白质和脂类物质。

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⑥溶酶体
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溶酶体是由一个单位膜围成的球状体。酸性磷酸酶 为溶酶体的标志酶。 溶酶体可分成两种类型:一是初级溶酶体,它是由 高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结构,因此它本 质上是分泌泡的一种,其中含有多种水解酶。这些 酶是在租面内质网的核糖体上合成并转运到高尔基 囊的。初级溶酶体的各种酶还没有开始消化作用, 处于潜伏状态。二是次级溶酶体,它是吞噬泡和初 级溶酶体融合的产物,是正在进行或已经进行消化 作用的液泡。有时亦称消化泡。在次级溶酶体中把 吞噬泡中的物质消化后剩余物质排出细胞外。吞噬 泡有两种,异体吞噬泡和自体吞噬泡,前者吞噬的 是外源物质,后者吞噬的是细胞本身的成分。 溶酶体第一方面的功能是参与细胞内的正常消化作 用。第二个方面的作用是自体吞噬作用,可以消化 细胞内衰老的细胞器。第三个作用是自溶作用,如 无尾两栖类尾巴的消失等。

溶酶体与疾病 1.矽肺 二氧化硅尘粒(矽尘)吸入肺泡后被巨噬细 内吞噬,含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成 为次级溶酶体。二氧化硅与溶酶体膜的磷脂或 蛋白形成氢键,导致吞噬细胞溶酶体崩解,细 胞本身也被破坏,矽尘释出,后又被其他巨噬 细内吞噬,如此反复进行。受损或已破坏的巨 噬细胞释放“致纤维化因子”,并激活成纤维 细胞,导致胶原纤维沉积,肺组织纤维化。

2.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 脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用,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,最终引起肺组织钙化 和纤维化。

⑧微体
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微体也是一种由单位膜围成的细胞器。它呈圆球状、椭圆形、 卵圆形或哑铃形。根据酶活性的差别可分为两种类型:

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过氧化物酶体:是具有过氧化氢酶活性的小体,内含许多氧
化酶、过氧化氢酶,能将对细胞有害的的H2O2转化为H2O和O2。

在植物叶肉细胞中,过氧化物酶体执行光呼吸的功能。
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乙醛酸循环体:除含过氧化物酶体有关的酶系外,还含有乙 醛酸循环有关的酶系,如异柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。 乙醛酸循环体除了具有分解过氧化物的作用,还参与糖异生 作用等过程

⑨液泡与液泡系 ? 占细胞体积的90%,它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液 泡较小,差别也不显著。
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液泡的功能是多方面的,强维持细胞的紧张度是它所起的 明显作用。 其次是贮藏各种物质,例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡 中,而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中 浓缩的结果。 第三,液泡中含有水解酶,它可以吞噬消化细胞内破坏的 成分。 最后,液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。植物有 些衰老退化的细胞通过自溶被消化掉。这时液泡破坏,其 中的水解酶被释放出来,导致细胞成分的分解和细胞的死 亡。例如蚕豆子叶中约80%的RNA是在种子萌发的最初30天 内逐渐被分解的。但如果把液泡破坏,其中的核糖核酸酶 释放出来的话,可在几小时内使核糖体RNA分解完。这说明 一旦液泡破坏,水解酶释放出来,可以很快使细胞自溶。

二、细胞核
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在电镜下真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质 四部分。

(1)核膜:两层膜,内膜平滑,内外两膜在很多地方愈合形成 小孔,称为核膜孔。 (2)染色质

(3)核仁:1个或多个,核仁是核糖体RNA(tRNA)合成及核糖 体亚单位前体组装的场所 (4)核基质:间期核内非染色或染色很淡的基质称核内基质。 染色质和核仁悬浮于其中,它含有蛋白质、RNA、酶等。核内基 质亦称核液。

核被膜结构

染色体

短臂 着丝粒 DNA 长臂 染色单体

癌细胞具表达端粒酶活性的能力。

染色质的结构组成
核小体串珠 螺线管 超螺线管 染色体

核小 体

螺线 管

染色体分类图示

常染色质:折叠疏松、凝缩程度低,处于伸展 状态,碱性染料染色时着色浅。具有转录活性 的染色质一般为常染色质。 异染色质:折叠压缩程度高,处于凝集状态, 经碱性染料染色着色深。其DNA中重复序列多, 复制较常染色质晚。其中部分异染色质是由原 来的常染色质凝集而来,还有一些异染色质除 复制期外,在整个细胞周期中均处于集缩状态。
巴氏小体:雌性哺乳动物细胞中的一条异固缩化的 X染色体

核仁的结构与功能
核仁是rRNA合成、加工和核糖体亚 单位的装配场所.
(1)纤维中心 (2)致密纤维组分 (3)颗粒组分

三.细胞骨架
包括细胞膜骨架、细胞质骨架和细胞核骨架三部分。细胞骨架 对于细胞形态的维持、细胞运动、物质运输、细胞增殖及分 化等具有重要作用。 (1)细胞膜骨架:膜骨架直接与膜蛋白结合又能与细胞质骨 架相连,主要参与维持细胞质膜的形态,并协助细胞膜完成 某些生理功能。 (2)细胞质骨架 指存在于细胞质中的三类成分:微管、微丝和中间纤维。 它们都是与细胞运动有关的结构。 (3)细胞核骨架 (4)鞭毛和纤毛:具有运动功能。

(四)细胞骨架 Cytoskeleton
胞质骨架: ?微丝

微管
中间纤维 核骨架: ?核纤层

核基质

细胞骨架功能
? 形态构建 ? 细胞运动 ? 物质运输 ? 能量交换 ? 信息传递 ?细胞分化

细胞质中各种细 胞器、酶和蛋白 质都固定在细胞 骨架上

细胞骨架蛋白质
微管蛋白 - 鞭毛、纤毛 微丝 -肌动蛋白 -与细胞质流动相关
中间纤丝 -支撑和运动功能

细 胞 质 骨 架
微丝

微管

中间纤维

微管的成分
微管由α、β两 种类型的微管蛋白 亚基组成,两种蛋 白形成微管蛋白二 聚体,是微管装配的 基本单位。

微管的形态
微管是由 微管蛋 白二聚体组 成的长管状细胞器 结构,微管壁由13 根原纤维排列组成, 微管可装配成单管、 二连管(纤毛和鞭 毛中)、三连管 (中心粒和基体中)

微管纤维处于动态的组装和去组装状态, 这是实现其功能所必需的过程(如纺锤 体)。 秋水仙素和长春花碱能阻断微管组装。低 温或Ca2+存在时,微管趋于去组装。紫杉 酚能促进微管的装配, 并使微管稳定存在。 但破坏微管正常功能。以上药物均可以阻 止细胞分裂,可用于癌症的治疗。

微管的功能 1.维持细胞形态 2.细胞内运输

3.鞭毛运动与纤毛运动

4.纺锤体和染色体运动

5.基粒、中心粒





微丝(肌动蛋白纤维) 是指真核细胞中由 肌动蛋 白组成的骨架纤维。

微丝的功能 1.肌肉收缩

2.微绒毛

3.胞质分裂环 4.胞质环流和变形运动

中间纤维

中间纤维
? 中间纤维蛋白合成后,基本上均组装 为中间纤维,游离的单体很少。 中间纤维与微管、微丝一起形成一个完 整的骨架体系,对细胞起支撑作用。它 外连细胞膜,内与核内的核纤层相通, 它在细胞内信息传递过程中可能起重要 作用。

细胞核骨架
狭义地讲,核骨架就是指核基质,广义地 讲,核骨架则包括了核基质、核纤层和核 孔复合体等
核基质为DNA复制提供空间支架,对 DNA超螺旋化的稳定起重要作用。核纤 层为核被膜及染色质提供结构支架。

三.细胞壁
1.细胞壁的分层 胞间层——主要由果胶质组成 初生壁——主要由纤维素和果胶质组成 次生壁——主要由木质素和纤维素组成

2.细胞壁的特化
木化(木质素) 角化(角质) 栓化(木栓 质) 矿化(Si、Ca)

3.纹孔和胞间连丝
①初生纹孔场(primary pit field) 指在植 物细胞的初生壁上未增厚的区域。 ②纹孔 (pit) 指在植物细胞的次生壁上

未增厚的区域。
③胞间连丝 指穿过相邻细胞的细胞壁的原

生质细丝。
纹孔和胞间连丝的存在使得多细胞有机体

成为一个统一的整体。

细胞壁的分层

纹孔的类型

柿胚乳细胞的胞间连丝



细胞代谢

细胞膜功能 ?物质交换 ?能量交换 ?信息传递 ?保护细胞 ? 运动 — ? 免疫 — — 转运物质 — 如化学能?生物能 — 如神经信号传导 — 结构、形状 促进运动 专一性抗原受体

物质跨膜运输的方式 一.被动运输 (一)、简单扩散
特点是:

①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;②不需 要提供能量;③没有膜蛋白的协助。 (二)、协助扩散
特点是:

①比自由扩散转运速率高; ②存在最大转运速率; ③有特异性
载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型

1.离子载体 是疏水性的小分子,可溶于双脂层,提高所 转运离子的通透率,多为微生物合成,是微 生物防御被捕食或与其它物种竞争的武器 2.通道蛋白 又称离子通道或门通道 。平时一般处于 关闭状态,仅在特定刺激下才打开,且 是瞬时开放瞬时关闭,在几毫秒的时间 里,一些离子、代谢物或其他溶质顺着 浓度梯度自由扩散通过细胞膜。

二.主动运输 1.由ATP直接供能 ①钠钾泵 Na+-K+ATP酶
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。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+泵作用是:①维持细胞的渗透性,保 持细胞的体积;②维持低Na+高K+的细胞内环 境,维持细胞的静息电位。
乌本苷、地高辛等强心剂能抑制心肌细胞Na+-K+泵 的活性;Mg2+和少量膜脂能提高其活性.

②钙离子泵 在质膜和内质网膜上 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+。 钠钙交换器:属于反向协同运输体系,通过钠 钙交换来转运钙离子。 ③质子泵
1、P-type:如植物细胞膜上的H+泵、H+-K+ATP酶 (位于胃表皮细胞,分泌胃酸)。 2、V-type:位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、 高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。 3、F-type:F型质子泵位于细菌质膜,线粒体内膜 和叶绿体的类囊体膜上,

2.协同运输
协同运输:是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。它 包括:

①同向协同: 物质运输方向与离子转移方向相同
如动物小肠细胞每转移一个Na+吸收一个葡萄糖。 在某些细菌中,乳糖的吸收每转移一个H+吸收一个 乳糖分子。

②反向协同

物质运输方向与离子转移的方向相反

Na+的进入胞内伴随者H+的排出。

三.

糖代谢
细胞呼吸

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①糖酵解:己糖分解成丙酮酸的过程,细 胞质中进行,不需要氧气参与,特定的酶 催化
②丙酮酸氧化脱羧 ③柠檬酸循环(TCA循环、三羧酸循环) ④电子传递链

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TCA的总反应式 CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoASH + ATP TCA的生物学意义: 1. 是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。 2. 是三大有机物质(糖类、脂类、蛋白质)转化的枢纽。 3. 提供多种化合物的碳骨架。

(一)糖的无氧酵解:生成乳酸或乙醇。
COOH C=O + NADH + H+ CH3 Pyr COOH C=O
丙酮酸脱羧酶

乳酸脱氢酶

COOH CHOH + NAD+ CH3 Lac

CHO

CH3
CHO + NADH + H+

CH3
乙醇脱氢酶

+ CO2

CH3

CH2OH + NAD+ CH3

起点

己糖激酶、 磷酸果糖激 酶、丙酮酸 激酶具有调 节糖酵解的 作用。

脂类代谢

一、脂肪的分解代谢

1.脂肪的水解 ? 乳化 脂肪的消化主要在肠中进行,胰液 和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠,水 解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸。

2. 脂肪酸的氧化分解(β-氧化) ? 脂肪酸的活化——脂酰CoA的生成 长链脂肪酸氧化前必须进行活化,活 化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜 上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存 在条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰CoA 。

二、脂肪的生物合成
1. 脂肪酸的生物合成 生物机体内脂类的合成是十分活跃的, 特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳 腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自 糖酵解产生的乙酰CoA。脂肪酸合成步骤 与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物 合成是在细胞液中进行,需要CO2和柠檬 酸参加;而氧化降解是在线粒体中进行的。

光合作用

四 细胞的生命历程

有丝分裂和减数分裂
1.有丝分裂
(1)分裂间期 G1期:细胞生长、体积扩大,细胞器增殖。 ?S期:从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的 特征是DNA的合成。DNA分子的复制就是在这个时期进行的。 通常只要DNA的合成一开始,细胞增殖活动就会进行下去, 直到分成两个子细胞。 ?G2期:这个时期又叫做“有丝分裂准备期”,还有RNA和蛋 白质的合成,为分裂期纺锤体微管的组装提供原料。
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(2)分裂期(M期) ?可以人为地将它分成前、中、后、末四个时期。

2.减数分裂
减数分裂是一种特殊的有丝分裂,细胞连续分裂两次,而染色体只复制 一次,形成的四个子细胞中的染色体数目比母细胞减少一半。 ? 在进行减数分裂形成生殖细胞前要经过一个较长的生长期,称为减数分 裂前间期,也包括G1、S、G2三个时期。但S期较长。 (1)第一次分裂 ? 减数分裂的一些重要过程主要发生在第一次分裂中,特别是前期Ⅰ。 ①前期Ⅰ:时间较长,又分为五个时期。
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细线期 是减数分裂过程的开始时期。染色体已经进行了复制,一条染 色体应由两条染色单体组成。但一般看不出两条染色单体。
偶线期 是同源染色体配对的时期。

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粗线期 染色体明显缩短变粗。联会的同源染色体紧密结合,同源染色 体的非姊妹染色单体间发生局部交换。
双线期 联会的两条同源染色体开始分离,但在交叉点上它们还保持连 在一起,所以两条染色体并不完全分开。 终变期 一般核仁开始消失、核膜开始解体。

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②中期Ⅰ ? 配对的同源染色体(二价体)排列于赤道面中,形成赤道板。这时二价 体因长短的不同和交叉数目的多少和有无而呈不同形态,比如环状、棒 状、C字型、十字型等。 ③后期Ⅰ ? 二价体中两条同源染色体分开,分别向两极移动。但这时的每条染色体 是由两条染色单体组成的。应当强调的是,二价体由哪条染色体移向哪 一极完全是随机的。 ④末期Ⅰ ? 染色体到达两极后开始末期过程。部分细胞进入末期后染色体解螺旋, 核膜、核仁重现,通过胞质分裂形成两个子细胞。但也有的细胞只形成 两个子核,不进行胞质分裂。 ? 减数分裂间期:在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ之间的间期很短,且并不进 行DNA合成。因而也不进行染色体的复制。在有些生物甚至没有这个间 期,而由末期Ⅰ直接转为前期Ⅱ。 (2)第二次分裂 ? 第二次减数分裂基本上与普通有丝分裂相同

3.无丝分裂 ? 无丝分裂是最早发现的一种细胞分裂方式,早在1841年就在鸡 胚的血细胞中看到了。因为分裂时没有纺锤丝出现,所以叫做 无丝分裂。又因为这种分裂方式是细胞核和细胞质的直接分裂, 所以又叫做直接分裂。 ? 关于无丝分裂,有不同的看法:有人认为无丝分裂不是正常细 胞的增殖方式,而是一种异常分裂现象;另一些人则主张无丝 分裂是正常细胞的增殖方式之一,主要见于高度分化的细胞, 如肝细胞、肾小管上皮细胞、肾上腺皮质细胞等。 ? 无丝分裂的早期,球形的细胞核和核仁都伸长。然后细胞核进 一步伸长呈哑铃形,中央部分狭细。最后细胞核分裂,这时细 胞质也随着分裂,并且在滑面型内质网的参与下形成细胞膜。 在无丝分裂中,核膜和核仁都不消失,没有染色体的出现,当 然也就看不到染色体的规律性变化。但是,这并不说明染色质 没有变化,实际上染色质也要进行复制,并且细胞要增大。当 细胞核体积增大一倍时,细胞核就发生分裂,核中的遗传物质 就分配到子细胞中去。至于核中的遗传物质DNA是如何分配的, 还待进一步研究。

细胞增殖、细胞分化、癌变与衰老
1.细胞分化的原理 (1)细胞核的全能性 (2)基因的选择表达 2.细胞质、细胞核及外界环境对细胞分 化的影响

(2)基因的选择表达 细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的, 而是与基因选择表达有关。

细胞的编码基因分为两类:管家基因和奢侈 基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因, 在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不 同组织细胞中选择表达的基因,与分化细胞的特 殊性状直接相关,这类基因的丧失对细胞生存没 有直接影响。
目前一般认为,细胞分化主要是奢侈基因中 某些特定基因有选择地表达的结果。。

2.细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的 影响 (1)细胞质在细胞分化中的决定作用
受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次 分裂,从核物质的角度看都是均匀分配到子 细胞中,但是细胞质中物质的分布是不均匀 的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配, 在一定程度上决定了细胞的早期分化。

(2)细胞核在细胞分化中的作用

细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。 因此,在细胞分化过程中,细胞核对于细胞 分化也肯定有重要的影响,它可能通过控制 细胞质的生理代谢活动从而控制分化。
(3)外界环境对细胞分化的影响 细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响, 并决定其分化方向。另外,在多细胞生物幼 体发育过程中,环境中的激素作用能引发和 促进细胞分化。

癌细胞(Cancer cell)
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肿瘤(tumor,neoplasm)是一种基因病,它 是指细胞在致瘤因素作用下,基因发生了改 变,失去对其生长的正常调控,导致异常增 生。可分为良性和恶性肿瘤两大类。前者生 长缓慢,与周围组织界限清楚,不发生转移, 对人体健康危害不大。后者生长迅速,可转 移到身体其它部位,还会产生有害物质,破 坏正常器官结构,使机体功能失调,威胁生 命。

癌细胞的基本特征
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癌细胞有三个显著的基本特征即:不死性, 迁移性和失去接触抑制。除此之外,癌细胞 还有许多不同于正常细胞的生理、生化和形 态特征。 癌细胞的形态特征 癌细胞的生理特征

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一、癌细胞的形态特征
癌细胞大小形态不一,通常比它的源细胞体积要大, 核质比显著高于正常细胞,可达1:1,正常的分化细胞 核质比仅为1:4-6。
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核形态不一,并可出现巨核、双核或多核现象。核内 染色体呈非整倍态(aneuploidy)。细胞凋亡相关的信 号通路产生障碍,也就是说癌细胞具有不死性。
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线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生,如嗜酸性 细胞腺瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内,肝癌细胞中 出现巨线粒体。
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细胞骨架紊乱,某些成分减少,骨架组装不正常。细 胞表面特征改变,产生肿瘤相关抗原。
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二、癌细胞的生理特征
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细胞周期失控,不受正常生长调控系统的控制。 具有迁移性,细胞失去与细胞间和细胞外基质间的联结,易于 从肿瘤上脱落。并且能产生酶类,使血管基底层和结缔组织穿 孔,使它向其它组织迁移。 接触抑制丧失,正常细胞在体外培养时汇合成单层后停止生长 即接触抑制现象,而肿瘤细胞即使堆积成群,仍然可以生长。 定着依赖性丧失,正常真核细胞,大多须粘附于特定的细胞外 基质上才能抑制凋亡而存活,肿瘤细胞失去定着依赖性,可以 在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。 去分化现象,已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20余种。胎 儿甲种球蛋白是胎儿所特有的。但在肝癌细胞中表达,因此可 做肝癌早期检定的标志特征。

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对生长因子需要量降低,因为自分泌或其细胞增殖的信号 途径不依赖于生长因子。某些瘤细胞还能释放血管生成因 子,促进血管向肿瘤生长。获取大量繁殖所需的营养物质。
代谢旺盛,核酸分解过程明显降低,DNA和RNA的含量均明 显增高。 蛋白质合成及分解代谢都增强,但合成代谢超过分解代谢, 甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物,结果可使机体处 于严重消耗的状态。 线粒体功能障碍,即使在氧供应充分的条件下也主要是糖 酵解途径获取能量。 可移植性,正常细胞移植到宿主体内后,由于免疫反应而 被排斥,多不易存活。但是肿瘤细胞具有可移植性,如人 的肿瘤细胞可移植到鼠类体内,形成移植瘤。

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三、致癌因素
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人类肿瘤约80%是由于与外界致癌物质接触而引起

的,根据致癌物的性质可将其分为化学、生物和物
理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中的作用, 可分为启动剂、促进剂、完全致癌物。
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亚硝胺类、多环芳香烃类、某些金属
电离辐射、紫外线

肿瘤病毒(逆转录病毒、乳头状瘤病毒);黄曲霉毒素

四、癌症产生是基因突变积累的结果
癌症主要是体细胞突变产生的遗传病,涉及到两大类与 细胞增殖相关的基因的突变。

●促进细胞增殖相关基因突变:原癌基因突变形成癌 基因 ●抑制细胞增殖相关基因突变:肿瘤抑制基因 细胞癌变是基因突变累积的结果,所以患者多为 年长者。 原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用,避免细 胞癌变。

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原癌基因(oncogene)是细胞内与细胞增殖相关的基 因,是维持机体正常生命活动所必须的。当原癌基 因的结构或调控区发生变异(显性突变) ,基因产物 增多或活性增强时,使细胞过度增殖,从而形成肿 瘤。

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抑癌基因是正常细胞增殖过程中的负调控因子。 抑癌基因编码的蛋白抑制细胞增殖,使细胞停 留于检验点上阻止周期进程,因此起负调控作 用。抑癌基因发生功能丧失性突变(隐性突变), 则导致细胞周期失控而过度增殖

细胞衰老
Hayflick界限:
细胞,至少是培养的二倍体细胞,不是不死的,而是有 一定的寿命;它们的增殖能力不是无限的,而是有一定的界 限,这就是 Hayflick界限。 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞,其染色体数目或 形态已经不同于原先的细胞。 细胞的增殖能力与供体年龄有关。 机体内,细胞的衰老和死亡是常见的现象,甚至在个体 发育的早期也会发生。 二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的(决定细胞衰老 的因素在细胞内部;是细胞核决定了细胞衰老)

一、衰老细胞结构的变化
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细胞核的变化: 体外培养的二倍体细胞,细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增 大; 细胞核的核膜内折、染色质固缩化; 内质网的变化: 粗面内质网的总量似乎是减少了; 线粒体的变化: 通常随龄期增大,线粒体的数量减少,而其体积增大; 致密体的生成:脂褐质,老年色素等 膜系统的变化: 衰老的细胞,其膜流动性降低、韧性减小。 衰老细胞间间隙连接减少;细胞膜内颗粒的分布也发生减少。

二、细胞衰老的分子机理
● 氧化性损伤学说:代谢过程中产生的活性氧基团 或分子(O2-, OH- , H2O2 ),引发的氧化性损 伤的积累,最终导致衰老。 ● 端粒与衰老:发现端粒长度确实与衰老有着密切 的关系,提出细胞衰老的 “有丝分裂钟”学说 (Harley,1990) ● 沉默信息调节蛋白复合物( Sir complex )与衰老: Sir complex 存在于异染色质区,其作用在于阻 断所在位点DNA转录。

细胞凋亡
● 概念:细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生
命的过程,所以也常常被称为程序性细胞死亡 (programmed cell death, PCD)。凋亡细胞将被吞噬细胞 吞噬。

●生物学意义:细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进 行,自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都 起着非常关键的作用: 蝌蚪尾的消失,骨髓和肠的细胞凋亡,
脊椎动物的神经系统的发育, 发育过程中手和足的成形过程。

一、细胞凋亡与坏死
●二者的主要区别是: 细胞凋亡过程中,细胞质膜反折,包裹断裂的染 色质片段或细胞器,然后逐渐分离,形成众多的 凋亡小体,凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个 过程中,细胞质膜的整合性保持良好,死亡细胞 的内容物不会逸散到胞外环境中去,因而不引发 炎症反应。 相反,在细胞坏死时,细胞质膜发生渗漏,细胞 内容物,包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片 段,释放到胞外,导致炎症反应。

坏死细胞

凋亡细胞

二、细胞凋亡的形态学特征
◆凋亡的起始:
细胞表面的特化结构消失,但细胞膜依然完整;线粒体 大体完整,但核糖体逐渐从内质网上脱离,内质网囊腔 膨胀,并逐渐与质膜融合;染色质固缩沿着核膜分布

◆凋亡小体的形成:
核染色质断裂为大小不等的片段,与某些细胞器一起聚 集,为细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽 状突起,逐渐形成凋亡小体

◆凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化

三、诱导细胞凋亡的因子
◆物理性因子,包括射线(紫外线, ? 射线 等),较温和的温度刺激(如热激,冷激) 等。
◆化学及生物因子:包括活性氧基团和分子, DNA和蛋白质合成的抑制剂,激素,细胞生 长因子,肿瘤坏死因子?(TNF?)等


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