(农学)细胞生物学复习要点

(农学)细胞生物学复习要点

细胞生物学Ⅱ复习要点\n第一章绪论\n一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学是研究细胞基本生命规律的科学，从不同层次上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等。分子细胞生物学是当今细胞生物学的重点。\n四大生命科学的基础学科细胞生物学分子生物学神经生物学生态学\n总趋势细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融是总的发展趋势。——无论是对细胞结构与功能的深入研究,还是对细胞重大生命活动规律的探索,都需要用分子生物学的新概念与方法,在分子水平上进行研究.\n生物学三大基石：1866年孟德尔的遗传学1859年达尔文的进化论1838-1839年细胞学说\n宏观意义\n生物产业的比重将逐步提高，目前药品中有15%基于生物技术，这一数字据估计到2010年会增加到40%。生物芯片已广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域，将会成为与微电子芯片一样重要的产业。转基因动植物的市场前景广阔，2004年全球转基因作物的种植面积已经达到8100万公顷。1、推动产业革命，创造新的经济生长点\n2、推动医学革命，延长人类寿命20世纪初人类平均寿命约为40多岁左右，抗生素和疫苗的应用、医疗技术的提高和公共卫生观念的提出使人类摆脱了传染病的威胁人类平均寿命逐渐提高，20世纪末人类平均寿命达到70多岁。\n但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍然是威胁人类健康的主凶。21世纪生物技术将推动新一轮医学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、组织工程、基因治疗、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。\n1990美国国立卫生研究院（NIH）进行了世界首例基因治疗，给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了基因治疗。这种疾病是因为缺乏正常的腺苷脱氨酶（ADA）基因而引起的。专家们以病毒作为载体，将ADA基因导入从患者血液中分离出来的淋巴细胞，在体外培养后再输回病人体内，使这位女孩体内ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢复，能正常活动而无副作用。这是世界首例基因治疗成功的病人，在此之后，全世界掀起基因治疗的热潮。\n20世纪60年代，杂交玉米、杂交小麦和杂交水稻等农作物优质品种的栽培，标志着传统植物育种理论和各种农业措施在作物改良中的应用达到了高峰，对农业产生了深远的影响，被誉为第一次绿色革命。而二十一世纪转基因动植物、组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改变农业的面貌，新技术将更有利于人们创造新品种、生产人类所急需的粮食、药物和工业用品，推动第二次绿色革命。3、推动绿色革命，解决食品危机\n4、创造生物新品种，改善生态环境植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变10亿亩干旱地区的生态环境，使5亿亩不毛之地、盐碱地变为良田。用于废气、废水、废渣处理的基因工程极端微生物的应用，可降解生物塑料产品的产业化推广，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题，有效改善生态环境。\n煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的开发具有十分重要的战略意义。全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。生物能源将会使作物秸秆等废弃的有机物成为能源，为石油短缺国家解决能源危机问题找到一个较为经济的途径。利用“绿金”代替“黑金”，已经成为许多国家的能源战略。除此之外，植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气将成为继化石燃料之后主要的能源。5、发展绿色能源，解决能源危机\n6、生物安全关系到国家安全必须认识到生物技术是一柄双刃剑，生物工程武器将彻底改变传统战争的方式与后果，没有对生物战剂、生物恐怖和外来入侵物种的防御与应对能力，就不能从根本上保障国家安全。\n7、是冲击传统伦理观念转基因动植物、动物克隆、胚胎干细胞、组织工程、器官移植技术的应用，将对人传统伦理观念产生强烈冲击。\n第二章细胞的统一性与多样性\n一、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都是由细胞构成，只有病毒除外。（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系(三）细胞是有机体生长发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性（五）没有细胞就没有完整的生命\n在亚显微结构水平上划分为三大基本结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系；以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系；由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。\n四、原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞结构与功能的比较见表2-2原核细胞与真核细胞遗传装置与基因表达方式比较见表2-3\n病毒的分类根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒病毒的多样性类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成；\n知识点：有机体生长发育是依靠细胞的分裂、细胞体积增长、细胞分化与凋亡实现。病毒虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内才能表现出基本的生命特征。除核区DNA外，还存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒，它常用作基因重组与基因转移的载体。细胞壁的主要成分是纤维素、果胶质、半纤维素和木质素等。液泡是植物细胞的代谢库，还具有压力渗透计作用，保持细胞的膨胀状态。\n第三章细胞生物学研究方法细胞形态结构的观察方法细胞组分的分析方法细胞培养、细胞工程与显微操作技术用于细胞生物学研究的模式生物\n第一节细胞形态结构的观察方法光学显微镜技术（lightmicroscopy）电子显微镜技术(Electromicroscopy)扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope）扫描遂道显微镜(scanningtunnelingmicroscope)\n电镜与光镜的比较显微镜分辨本领光源透镜真空成像原理LMTEM200nm0.2nm可见光（400-700）电子束（0.01-0.9）玻璃透镜电磁透镜不要求真空要求真空1.33x10-5～1.33x10-3Pa利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差\n第二节细胞组分的分析方法离心分离技术细胞内核酸、蛋白质、糖与脂类等的显示方法特异蛋白抗原的定位与定性细胞内特异核酸的定位与定性放射自显影技术定量细胞化学分析技术\n流式细胞术:流式细胞术是对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。在分析或分选过程中，包在鞘液中的细胞通过高频振荡控制的喷嘴，形成包含单个细胞的液滴，在激光束的照射下，这些细胞发出散射光和荧光，经探测器检测，转换为电信号，送入计算机处理，输出统计结果，并可根据这些性质分选出高纯度的细胞亚群，分离纯度可达99。包被细胞的液流称为鞘液，所用仪器称为流式细胞计（flowcytometer）。\n第四章细胞质膜\n细胞质膜：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。它不仅构成细胞边界，同时在细胞与环境之间物质运输、能量转换及信息传递过程中也起着重要作用。生物膜：细胞内的膜系统与细胞质膜统称为生物膜。\n第二节生物膜基本特征与功能一、膜的流动性二、膜的不对称性\n生物膜的模型类型Davson和Danielli推测质膜中含有蛋白质成分，并提出蛋白质-脂质-蛋白质的三明治式的质膜结构模型。1959年，J.D.Robertson提出了单位膜模型，并推测所有生物膜都由单位膜构成。S.J.Singer和G.Nicolson于1972年提出了生物膜的流动镶嵌模型，主要强调膜的流动性，即膜蛋白和膜脂均可侧向移动；膜蛋白分布的不对称性，有的镶在膜表面，有的嵌入脂双分子层。最近有人提出了脂筏模型，即在以甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的脂筏一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。\n膜质主要包括磷脂、糖脂和胆固醇3种类型。1、磷脂分为两类：甘油磷脂和鞘磷质。2、糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量占膜脂的5%以下，细胞糖脂有重要的生物学功能。3、胆固醇存在于动物细胞和少数植物细胞上，含量不超过膜脂的1/3。它在调节膜的流动性，增加膜的稳定性及降低水溶物质的通透性方面都起着重要作用，它还是脂筏的基本结构成分。\n脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定双层膜的趋势而制备的人工膜。\n膜蛋白分为三种基本类型：外在膜蛋白；内在膜蛋白；脂锚定膜蛋白.\n膜的不对称性膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在糖脂表现为完全不对称性，糖侧链都在质膜的ES面上，糖脂的不对称性是其执行生理功能的结构基础。所有膜蛋白都呈不对称分布。膜蛋白的不对称性表现在每种膜蛋白在质膜上都有一定的方向性，与质膜相关的酶促反应也都发生在膜的一侧，特别是糖蛋白，其糖残基均匀分布在质膜的ES表面上。生物膜的生物学功能主要是由膜蛋白来决定的。\n1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2、选择性的物质运输，包括底物的输入和产物的输出，并伴随能量的传递；3、提供细胞的识别位点，完成信号的跨膜转导；4、提供结合位点，促进酶促反应的高效进行；5、介导细胞与细胞、细胞与胞外基质的连接；6、参与形成具有不同生物学功能的表面特化结构；7、膜蛋白可以作为某些疾病治疗的药物靶标。三、细胞质膜的基本功能\n膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。\n知识点：膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动，不需要细胞代谢产物的的参加，也不需要提供能量。某些膜蛋白与膜下的细胞骨架相结合，限制了膜蛋白的运动。细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响周围膜脂的流动。膜骨架网络与细胞质膜之间的连接主要通过锚蛋白。红细胞质膜的刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨架复合体的相互作用来实现。\n第五章物质的跨膜运输\n物质通过细胞膜的转运有三种方式：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用。\n膜转运蛋白分为两类，一类是载体蛋白，一类是通道蛋白。它们的主要区别是采用不同的方式来辨别溶质。通道蛋白根据溶质的大小和电荷进行辨别，而载体蛋白只转运与载体蛋白上结合部位相适合的溶质分子，而且它在每次运输时都会发生构象的变化。载体蛋白在被动运输和主动运输都要用到，通道蛋白只用于被动运输中。\n（一）载体蛋白及其功能在几乎所有生物膜上都有载体蛋白，它是普遍存在、多次跨膜的蛋白质分子。它能与特定的溶质分子结合，通过过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜运输。它具有高度的选择性和饱和动力学特征，也能被底物类似物竞争性抑制，对PH有依赖性。\n（二）通道蛋白通道蛋白形成跨膜的离子选择性通道，它所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。它普遍存在于真核细胞的质膜和细胞内膜上。\n协助扩散是各种极性分子、无机离子及细胞代谢物沿浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，该过程不需要能量，与简单扩散统称为被动运输。在协助扩散中，物质跨膜需要特异性的膜转运蛋白的协助。\n主动运输是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度进行的跨膜转运的方式。根据能量来源不同可归纳为ATP驱动泵直接供能和耦联转运蛋白间接供能及光能驱动三种。\n第二节离子泵和协同转运所有ATP泵都是跨膜蛋白，根据蛋白结构和功能分为四类：P-型离子泵；V-型质子泵；F-型质子泵和ABC超家族。前三种只转运离子，后一种转运小分子。\n钠钾泵由2个α亚基和2个β亚基组成的4聚体。Na+依赖的磷酸化与K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行，每个循环消耗1个ATP分子，泵出3个Na+，泵入2个K+。钠钾泵存在于动物细胞的质膜上，一般的动物细胞要消耗1/3的总ATP来维持细胞内低Na+高K+的离子环境，这种不均匀分布对维持细胞正常的生命活动，对神经冲动的传递及维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。它是一种典型的、基本的主动运输方式。\n钙泵是另一类P-离子泵，分布在所有真核细胞的质膜或细胞器膜上；它由1000个氨基酸残基组成的多肽构成的跨膜蛋白，与钠钾泵的α亚基同源；钙泵工作与ATP水解相耦联，每消耗一个ATP从细胞质基质转运出2个Ca2+，它将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔储存起来，维持细胞内低浓度游离钙，它对肌细胞的收缩运动至关重要。\n四、协同转运协同作用是钠-钾泵（或氢泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的动力直接来自膜两侧离子的电化学梯度，而维持这种电化学梯度是通过钠-钾泵消耗ATP实现的。协同转运分为同向转运和异向转运。\n第三节胞吞作用与胞吐作用细胞内的膜泡转运分为两种途径：胞吞途径和胞吐途径。前者是将细胞外的营养物质摄入到细胞内，以维持细胞正常的代谢活动，后者将细胞内合成的功能分子和代谢废物送到细胞外，转运过程中，物质包裹在脂双层膜包被的囊泡中，因此又称为膜泡运输，它也属于主动运输。\n根据形成的胞吞泡的大小和胞吞物质，胞吞作用又可分为两种类型：胞吞物为溶液，形成的囊泡较小，则称为胞饮作用；胞吞物为颗粒性物质，形成的囊泡较大，则称为吞噬作用。\n二者主要区别如下：1、大小不同，胞饮泡直径一般小于150nm，而吞噬泡往往大于250nm。2、所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液及可溶性分子，较大的颗粒则主要由特殊的吞噬细胞通过吞噬作用摄入。胞饮作用是一种连续发生的组成型过程，吞噬作用是一个信号触发的过程。3、胞吞泡形成机制不同。胞饮泡的形成需要网格蛋白或这类蛋白的帮助，吞噬泡的形成则需要有微丝及其结合蛋白的帮助。\n组成型胞吐途径通过一种去限定途径来完成蛋白质的转运过程，在糙面内质网上合成的蛋白质除驻留或进入溶酶体和分泌泡外，其余均沿着糙面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面这一途径完成其运转或分泌过程。\n知识点在各种特异性蛋白中，水孔蛋白提供了水分子快速跨膜运动的通道。主动运输都需要消耗能量，所需要的能量可直接来自ATP或来自电化学梯度。真核细胞无论是胞吞作用作用还是胞吐作用，都是通过膜泡运输方式进行的，并且转运的囊泡只与特定的靶膜融合，从而保证了物质有序地跨膜转运。\n第六章细胞的能量转换——线粒体和叶绿体\n线粒体和叶绿体是细胞内高效产ATP的装置。叶绿体通过光合作用将光能转化为化学能；线粒体能将贮存在生物大分子中的化学能转换为细胞可直接利用的能源。\n线粒体是真核细胞内一种高效地将有机物中存储的能量转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细胞器。线粒体通过氧化磷酸化进行转换\n知识点线粒体是一个动态细胞器，它具有多形性、易变性、运动性和适应性，以线状和粒状最常见。不同类型的细胞线粒体的数量都是不同的，同一细胞线粒体的数量相对稳定。线粒体大小和数量能够反映出细胞对能量的需要。线粒体中的三羧酸循环是物质氧化的最终共同途径，氧化磷酸化是生物获得能量的主要途径。呼吸链中的电子载体按氧化还原电位从低向高排序。\n二、线粒体的功能线粒体是物质最终氧化分解的场所，主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞提供直接能量。此外，还与细胞中氧自由基的合成，调节细胞氧化还原电位和信号转导，调控细胞凋亡、基因表达、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡等有关。\n（二）电子传递链与电子传递在线粒体内膜上存在传递电子的一组酶的复合体，由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学物质所组成，它们在内膜上相互关联地有序排列成传递链，称为电子传递链或呼吸链。\n1、电子载体在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的化合物称为电子载体。参与电子传递链的电子载体有5种：黄素蛋白、细胞色素、泛醌、铁硫蛋白和铜原子，它们都有氧化还原作用。\n（四）ATP形成机制-氧化磷酸化将ADP转变为ATP的过程称为磷酸化，ADP磷酸化有2种途径，一是底物水平的磷酸化，即由相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上生成ATP；另一种是氧化磷酸化，在呼吸链上与电子传递相耦联的由ADP被磷酸化形成ATP的酶促过程。氧化磷酸化是需氧细胞生命活动的主要能量来源，是ATP生成的主要途径。\n叶绿体由叶绿体膜、类囊体和基质组成。\n二、叶绿体的主要功能——光合作用高等植物的光合作用涉及两个过程：依赖光的反应，即光反应；碳同化反应或固碳反应。\n光反应包括原初反应和电子传递及光合磷酸化两个步骤，是在类囊体膜上通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，并将光能转换为电能，进而转换为活跃的化学能，形成ATP和NADPH，同时产生O2\n固碳反应是在叶绿体基质中进行的酶促反应，利用光反应产生的ATP和NADPH，将CO2还原为糖，即将活跃的化学能转换为稳定的化学能，最终贮存在有机物中。\n（一）原初反应原初反应是指光合色素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递与转换，反应的特点是时间短，光能利用率高，可在低温下进行。\n2、光合磷酸化由光照引起的电子传递与磷酸化作用耦联生成ATP的过程称为光合磷酸化。\n（三）光合碳同化碳同化是将光反应所产生的ATP和NADPH中的活跃的化学能，转换为储存在糖类中稳定的化学能的过程，即CO2的同化过程。高等动物的碳同化有三条途径：卡尔文循环；C4途径和景天酸代谢途径。\n1、卡尔文循环卡尔文循环固定CO2的最初产物是甘油酸-3-磷酸，也称C3途径，它包括三个阶段：羧化、还原和RuBP再生。C3途径是靠光反应生成的ATP及NADPH作能源，推动CO2的固定、还原。每循环一次固定一个CO2，六次同化成一个已糖分子。固定一个CO2需要三分子ATP和两分子NADPH。\n2、C4途径它们固定CO2的最初产物是草酰乙酸，通过C4途径固定的植物称为四碳植物。\n3、景天酸代谢景天科植物为防止白天水分蒸发，在夜间吸进CO2，白天CO2从苹果酸中经氧化脱羧释放出来，参与卡尔文循环，最后形成淀粉。淀粉在夜间又可以分解，生成CO2的原初受体磷酸烯醇式丙酮酸。\n第三节线粒体和叶绿体是半自主性细胞器线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因两套遗传系统的控制，所以称为半自主性细胞器。\n一、线粒体和叶绿体的DNA线粒体DNA（mtDNA）和叶绿体DNA（ctDNA）呈双链环形，均可自我复制，采用半保留方式进行。\n二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成不同来源的的线粒体基因的表达产物既有共性也有差异。参加叶绿体组成的蛋白质来源有3种：ctDNA编码在叶绿体核糖体上合成；由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。\n三、线粒体和叶绿体的蛋白质的运送与组装在细胞质中合成的线粒体和叶绿体中的前体蛋白由成熟形式的蛋白质和N端的前导肽共同组成。\n导肽的结构有以下特征：1、含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸；2、羟基氨基酸如丝氨酸含量较高；3、几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；4、形成既具亲水性又具疏水性的α螺旋结构。\n含导肽的前体蛋白在跨膜运送时，首先被线粒体表面的受体识别，同时还需要位于外膜上的GIP蛋白参与，促进线粒体前体蛋白从内外膜的接触部位通过内膜。蛋白质进入线粒体的部位是由其导肽所含信息决定的，但并非所有线粒体蛋白质合成时都含有导肽。细胞质中合成的叶绿体前体蛋白，在N端也含有一个额外的氨基酸序列，称为转运肽，它不仅可以牵引叶绿体蛋白，还可以牵引外源蛋白。\n第四节线粒体和叶绿体的增殖与起源一、线粒体和叶绿体的增殖二、线粒体和叶绿体的起源\n细胞内线粒体的增殖是由原来的线粒体分裂或出芽而来。在细胞发育过程中，线粒体也随之生长，膜表面积增加，基质蛋白质增多，以及线粒体DNA进行复制，然后线粒体分裂。分裂方式有间壁或隔膜分离、收缩分离、出芽等。\n个体发育中，叶绿体是由前质体分化而来，通过分裂而增殖。叶绿体的分裂不需要光，湿度、植物激素、无机营养及水分逆境等均对叶绿体的发育和增殖有影响。\n二、线粒体和叶绿体的起源关于线粒体和叶绿体的起源有两种截然相反的观点：内共生起源学说与非共生起源学说。\n第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输\n细胞内膜区分为三类结构：细胞质基质、细胞内膜系统(ER,Golgicomplex,Lys.,secretoryvesicles)、其它被膜包被的各种细胞器(mitochondria,chloroplasts,peroxisomes,andthenucleus)。\n第一节细胞质基质的涵义与功能在真核细胞的细胞质中，除去可分辨细胞器外的胶状物质，称细胞质基质。\n二、细胞质基质的功能\n1、许多中间代谢过程都在细胞质基质中进行，如糖酵解过程；蛋白质与脂肪酸的合成也在细胞质基质中进行；多种信号通路在细胞质中形成信号网络。2、细胞质基质的功能与细胞质骨架相关的。是细胞质结构体系的组织者，为其他成分和细胞器提供锚定位点。3、细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质的选择性降解等方面也起着重要作用。\n第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能及发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。\n一、内质网的形态结构与功能内质网由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。\n（一）内质网的两种基本种类根据结构与功能，内质网可分为糙面内质网和光面内质网。\n糙面内质网多呈扁平囊状，排列整齐，表面分布着大量的核糖体，是二者形成的复合机能结构，主要功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。\n光面内质网表面没有核糖体的结合，一般为分支管状，它是脂质合成的重要场所，占的区域通常较小，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。\n易位子：在内质网膜上有一种蛋白复合体，中心有一个2nm通道，功能与新合成的多肽进入内质网有关。\n（二）内质网的功能\n1、蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能细胞中的蛋白质都在核糖体上合成的，并且都是起始于细胞质基质。在糙面内质网上，多肽链一边延伸，一边穿过内质网膜进入网腔中，\n这类方式合成的蛋白质有：向细胞外分泌的蛋白质；膜的整合蛋白；内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白。\n2、光面内质网是脂质合成的重要场所内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂的酶都定位在内质网细胞质基质侧，底物来自细胞质基质。\n3、蛋白质的修饰与加工在糙面内质网上合成并进入内质网腔的蛋白质发生的化学修饰作用有糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。\n4、新生多肽的折叠与组装新生多肽在内质网的停留时间较长，主要取决于合成蛋白的正确折叠需要的时间。\n5、内质网的其他功能肝细胞中的光面内质网中还含一些酶，可以清除脂溶性的废物和代谢产生的有害物质，具有解毒作用；某些合成固醇类激素的细胞中含有制造固醇并进一步产生固醇类激素的酶；\n肌细胞肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中的Ca2+泵入肌质网腔中储存起来，当受到神经冲动刺激后再释放出来，肌肉收缩；内质网还为细胞质基质中很多蛋白提供了附着位点。\n二、高尔基体的形态结构与功能高尔基体是普遍存在于动植物细胞中，也存在于原生动物和真菌细胞内。\n很多细胞中，高尔基体近细胞核的一面呈凸面，又称形成层或顺面，面向质膜的一面呈凹面，又称熟面或反面。\n（二）高尔基体的功能主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分别送到细胞特定部位或细胞外。内质网上合成的脂质一部分也要通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输，因此，高尔基体是细胞内大分子运输的主要交通枢纽。\n此外，高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂，在细胞生命活动中起多种重要的作用。\n（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体是单层膜围绕、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的消化作用。在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用，具有重要的病理学意义。\n二、蛋白质分选的基本途径与类型\n蛋白质的分选大体分两条途径：\n翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如：线粒体、叶绿体、过氧化物酶及细胞核，或成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白或支架蛋白。\n共翻译转动途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。\n从蛋白质分选的跨膜方式看可将蛋白质转运分为4类：\n1、蛋白质的跨膜转运主要指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器。\n2、膜泡运输蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位，涉及各种不同的运输小泡的定向转运及膜泡出芽与融合的过程。\n3、选择性的门控转运在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性地完成核输入或从细胞核返回细胞质。\n4、细胞质基质中的蛋白质的转运这一过程与细胞骨架系统密切相关。\n三、膜泡运输膜泡运输是蛋白质运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中，转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装，还涉及多种不同膜泡定向运输量及调控。在细胞的膜泡运输中，糙面内质网相当于重要的物质供应站，高尔基体是重要的集散中心。\n第八章细胞信号转导\n一、细胞通讯细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞，并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生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。\n一细胞通讯的方式细胞的通讯方式（1）分泌化学信号；（2）细胞间直接接触（3）动物细胞间形成间隙及植物细胞间胞间连丝\n细胞分泌化学信号作用方式（1）内分泌。由内分泌细胞分泌信号分子到血液中，通过血液循环运送到各个部位，作用于靶细胞。（2）旁分泌。细胞通过局部分泌化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用于邻近靶细胞。（3）自分泌。细胞对自身分泌的物质产生反应，常存在于病理条件下。（4）通过化学突触传递神经信号。如神经元的应激过程和细胞外激素的的信息传递过程。\n细胞间接触依赖性的通讯细胞间直接接触，无需信号分子的释放，代之以通过质膜上的信号分子与靶细胞质膜上的受体分子相互作用来介导细胞间的通讯。\n胞外信号介导的细胞通讯步骤：细胞合成并释放信号分子运送信号分子至靶细胞信号分子与靶细胞受体结合并激活活化受体启动胞内信号转导途径细胞功能、代谢或发育改变信号的解除,细胞反应终止\n1信号分子信号分子是细胞的信息载体，包括化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号如声、光、电和温度变化等。根据其亲水性通常可分为亲脂性和亲水性两类。\n亲脂性信号分子的特点分子小、疏水性强、可穿过细胞质膜进入细胞，与细胞内受体结合形成激素-受体复合物。如:甾类激素、甲状腺素\n亲水性信号分子的特点不能透过靶细胞质膜，只能通过与靶细胞表面受体结合，经信号转换机制在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性。如：神经递质、局部介质和多数肽类激素\n2受体受体是一种能识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，多数受体都是蛋白质且多为糖蛋白，少数受体是糖脂，有的受体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。\n细胞表面受体分属三大家族：离子通道耦联受体G蛋白耦联受体酶连受体\n3第二信使与分子开关现在一般将细胞外信号分子称为第一信使，而第二信使是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。目前公认的第二信使包括cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油（DAG）、1,4,5-肌醇三磷酸（ＩＰ３）等。\n信号转导系统的主要特征信号转导系统除具有特异性、放大作用和信号终止或下调特征外，细胞对信号的整合作用也是非常重要的特征。细胞必须整合不同的信息，对细胞外信号分子的特异性组合作出程序性反应，才能维持生命活动的有序性。\n类固醇诱导的基因活化通常分为两个阶段：1、直接激活少数特殊基因转录的初级反应阶段，快速发生。2、初级反应的基因产物再活化其他基因产生延迟的次级反应，对初级反应起放大作用。\nNO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合NO是一种自由基性质的气体，具脂溶性，可快速扩散透过质膜到达邻近靶细胞。内源性NO由NOS催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增强和cGMP合成增多。NO也由许多神经元产生并传递信号，在参与大脑的学习记忆生理过程中具有重要作用。cGMP通过cGMP依赖的蛋白激酶GPKG的活化抑制肌动-肌球蛋白复合物的信号通路，导致血管平滑肌舒张。\nG蛋白耦联受体的结构与激活G蛋白耦联受体，是指配体-受体复合物与靶蛋白（效应酶或通道蛋白）的作用要通过与G蛋白的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将细胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。所有G蛋白耦联受体都有含有7个疏水残基肽段形成跨膜α-螺旋区和相似的三维结构，N末端在细胞外侧，C末端在细胞胞质侧。所有真核生物从单细胞酵母到人类都具有相似的7次跨膜结构。\nG蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：以cAMP为第二信使的信号通路；以肌醇-1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）作为双信使的磷酸脂酰肌醇信号通路；G蛋白耦联离子通道的信号通路。\ncAMP为第二信使的信号通路机理多细胞动物各种以cAMP为第二信使的信号通路，主要是通过cAMP激活的蛋白激酶A（PKA）所介导的。以cAMP为第二信使的信号通路的主要效应是通过活化cAMP依赖的PKA使下游靶细胞磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞行为，这是细胞快速应答胞外信号的过程。\ncAMP信号途径涉及的反应链可表示为：激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。\n为什么不同的信号通过类似的机制会引发不同的细胞反应？这在于G蛋白耦联受体的特异性。首先，对某一特定的配体其受体可以几种不同的异构体形式存在，并对该配体和特定G蛋白有不同的亲和性；其次，人类基因组编码27种不同的Gα，5种不同的Gβ和13种不同的Gγ亚基；还有9种不同的腺苷酸环化酶。无数组合的多样性决定了通过类似机制可产生多样性的细胞反应。\n磷脂酰肌醇双信使信号通路通过G蛋白耦联受体介导的另一条信号通路是磷脂酰肌醇信号通路，其信号转导是通过效应酶磷脂酶C完成的。以磷脂酰肌醇代谢为基础的信号通路的最大特点是胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别激活两个不同的信号通路，即IP3/Ca2+和DAG/PKC途径，实现细胞对外界信号的应答，因此把这一信号系统又称为双信号系统。\nCa2+的调节功能依细胞类型不同，Ca2+可激活或抑制各种靶酶和运输系统，改变膜的离子通透性，诱导膜的融合或改变细胞骨架的结构与功能。\nCa2+调节作用机制钙调蛋白本身无活性，和Ca2+结合后活化靶酶的过程分两步：首先Ca2+与CaM结合形成活化态的Ca2+-CaM复合体，然后再与靶酶结合将其活化，这是一个受Ca2+浓度控制的可逆反应。\nDAG调节功能磷酸酰肌醇信号通路的另一个第二信使结合在质膜上可活化与质膜结合的蛋白激酶C。PKC有两个功能区，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。DAG通过两种途径终止其信使作用：一是被DAG激酶磷酸化形成磷脂酸，进入磷脂酰肌醇代谢途径；二是被DAG脂酶水解成单脂酰甘油。\nG蛋白耦联受体介导离子通道的调控\n离子通道耦联受体离子通道耦联受体是由亚基组成的受体/离子通道复合体，本身既有信号结合位点又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤，又称配体门离子通道或递质门离子通道。\n离子通道耦联受体的信号转导化学信号神经递质（配体）通过与受体的结合而改变受体通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，从而改变质膜的离子通透性，在千分之一秒内将胞外化学信号转为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。\n一、细胞对信号的整合细胞对信号反应表现发散性或收敛性特征蛋白激酶的网络整合信息\n细胞对信号反应表现发散性或收敛性特征对特定胞外信号产生多样性细胞反应的机理通常有3种情况：（1）信号的强度或持续的时间不同从而控制反应的性质。（2）在不同细胞中，因为有不同的转录因子组分，所以即使同样受体而其下游通路也是不同的。（3）整合信号会聚其他信号通路的输入从而修正细胞对信号的反应。\n细胞对信号的控制细胞对外界信号作出适度的反应既涉及信号的有效刺激和启动，也依赖信号通路本身的调节，还有另一个重要机制，那就是信号的解除并导致细胞反应终止。解除和终止信号的重要方式是在信号浓度过高或细胞长时间暴露在一种信号刺激的情况下，细胞会以不同的机制使受体脱敏。当细胞长期暴露在某种形式的刺激下，细胞对刺激的反应将会降低或终止。\n第九章细胞骨架\n细胞骨架概念细胞骨架(cytockeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间丝；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。\n微丝又称肌动蛋白纤维，是指真核细胞中由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维。在纤维内部，每个肌动蛋白单体周围都有4个单体。肌动蛋白分子上的裂口使该蛋白本身在结构上具有不对称性，在整根微丝上，每一个单体上的裂口都是朝向微丝的同一端，使其具有极性，具有裂口的一端为负极。\n在体外组装过程中，可以看到微丝正极由于肌动蛋白不断添加而延长，负极由于其去组装而缩短，这一现象称为踏车行为。\n影响微丝组装的特异性药物细胞松弛素：可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，用它处理过的细胞可以破坏微丝的网络结构，并阻止细胞的运动。鬼笔环肽：与微丝有强亲合作用，但不与肌动蛋白单体结合，对微丝的解聚有抑制作用，可使肌动蛋白纤维稳定，也能阻止细胞运动。\n微丝网络的动态调节\n细胞皮层细胞内大部分微丝都集中在紧贴细胞质膜的细胞质区域，并由微丝结合蛋白交联成凝胶状的三维网络结构，称为细胞皮层。\n应力纤维在细胞质膜与外基质之间会形成紧密黏附的黏着斑，在紧贴黏着斑的质膜内侧有大量的微丝紧密排列成束，称为应力纤维。\n肌球蛋白:依赖于微丝的分子马达分子马达主要是指依赖于微管的驱动蛋白、动力蛋白和依赖于微丝的肌球蛋白。它们即能与微管或微丝结合，又能与一些细胞器或膜状小泡结合，利用水解ATP的能量沿微管或微丝等细胞骨架运输所携带的“货物”。\n肌球蛋白的共同特征都含有一个作为马达结构的头部。肌球蛋白的马达结构域包含一个微丝结合位点和一个具有ATP酶活性的ATP结合位点。\n第二节微管及其功能除人的红细胞外，微管几乎存在于从阿米巴到高等动植物所有真核细胞胞质中，而所有原核生物中没有微管。微管由微管蛋白装配成的长管状细胞器，通过其亚单位的装配和去装配能改变其长度。\n微管的组成微管由微管蛋白亚基组装而成.每个微管蛋白亚基由两种类型的微管蛋白(α-微管蛋白和β-微管蛋白)结合而成的异二聚体组成，这种二聚体是细胞内游离态微管蛋白的主要存在形式,也是微管组装的基本结构单位.\n微管的装配所有微管遵循同一原则，由相似的蛋白亚基装配而成，主要装配方式是：首先，α微管蛋白和β微管蛋白形成αβ二聚体，αβ聚体纵向排列形成原纤维，经过侧面扩展至13根原纤维时，合拢形成一段微管。新的二聚体再不断加到微管的端点使之延长。所有的微管都有确定的极性。\n作用于微管的特异性药物秋水仙素：是最重要的微管工具药物，它可以立即破坏纺缍体，阻断微管蛋白装配成微管。紫杉酚：能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。\n微管组织中心微管的组装可以分为成核和延伸两个阶段。在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心（MTOC），除中心体以外，细胞内起管理管组织中心作用的类似结构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等细胞。\n纤毛与鞭毛的结构与功能纤毛与鞭毛是真核细胞表面具有运动功能的特化结构。鞭毛通常比纤毛长，而数量比纤毛少。\n纺锤体和染色体运动当细胞进入有丝分裂期，微管蛋白二聚体组装形成纺锤体，介导染色体运动。\n纺锤体微管动粒微管：连接染色体动粒与两极的微管极微管：从两极发出，在纺锤体中部赤道区相互交错重叠的微管星体微管：中心体周围呈辐射分布的微管\n第三节中间丝中间丝又称作中间纤维，通常是围绕细胞核开始组装，并伸展到细胞边缘与细胞质膜上。通过细胞连接，中间丝将相邻的细胞连成一体。\n中间丝的组装中间丝蛋白在合适的缓冲体系中能自我组装，过程不需要ATP或GTP提供能量。首先，两个相邻亚基的对应α螺旋区形成双股超螺旋，即二聚体；然后由两对超螺旋形成四聚体，四聚体可能是中间纤维解聚的最小亚单位；装配好的中间纤维具有多态性，最多见的是由8个四聚体或4个八聚体装配为中间纤维。四聚体没有极性。\n中间纤维与细胞分化微丝和微管在各种细胞中都是相同的，而中间纤维蛋白的表达具有组织特异性，中间纤维与细胞分化的关系非常密切，引起广泛重视。研究主要集中在胚胎发育和上皮分化上。\n第十章细胞核与染色体\n细胞核(nucleus)是真核细胞内最大、最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢的调控中心。所有细胞除了植物韧皮部的筛管和哺乳动物成熟的红细胞外都含有细胞核。细胞核主要由被膜、染色质、核仁及核骨架组成。\n第一节核被膜与核孔复合体\n一、核被膜概念核被膜(nuclearenvelope)位于间期细胞核的最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。\n核被膜的功能构成了核、核质之间天然的选择性屏障，保证了核内外各项生理功能互不干扰，保护核内DNA分子不受外部的机械损伤核质之间频繁的物质交换和信息交流可以通过核被膜上的核孔复合体进行\n核被膜的结构核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜单位构成。面向核质的一层膜称为内核膜(innernuclearmembrance)，面向胞质的一面称为外核膜(outernuclearmembrance)，两层膜之间的透明空隙称为核周间隙(perinuclearspace)或核周池(peirnuclearcisternae)\n1、外核膜表面常附有核糖体颗粒，常与糙面内质网相连续，核周隙与内质网腔彼此相通。\n2、内核膜表面光滑，无核糖体的附着，紧贴其内表面有一层致密的纤维网络结构，即核纤层，还有一些特有的蛋白成分。\n（一）结构模型核孔复合体镶嵌在内外核膜融合形成的核孔上，它的直径稍大于核孔直径。目前关于这个模型的理解：从横向看由周边向核孔中心依次可分为环、辐、栓3种结构亚单位；从纵向看，由核外向核内依次可分为胞质环、辐（+栓）、核质环3种结构亚单位。\n核质环：位于核孔边缘的核质面一侧，又称内环，环上对称地连着实条细长的纤维，纤维末端形成一个8颗粒构成的小环；\n辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，分为连接内外环起支撑作用的柱状亚单位，接触核膜的腔内亚单位，柱状亚单位内侧靠近中心部分的由8个颗粒结构环绕形成物质交换通道的环带亚单位；\n栓：又称中央栓，中央颗粒，位于核孔中心。\n（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，共1000多个蛋白质分子。目前人们倾向于把所有核孔复合体蛋白统一命名为核孔蛋白(nucleoporin,Nup)\n（三）核孔复合体的功能：核质交换的双向选择性亲水通道核孔复合体可以看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，是一个双功能、双向性的亲水性核质交换通道。双功能表现在它有两种运输方式：被动扩散与主动运输。双向性表现在既介导蛋白质的入核转动，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒（RNP）的出核转动。\n被动扩散它作为被动扩散的亲水通道，有效直径为9-10nm，离子、小分子以及直径在10nm以下的物质原则上可以自由通过，物质通过核孔复合体的扩散速度与分子大小成反比。\n主动运输大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的主动运输来完成，具有高度的选择性，并且是双向的。它的选择性主要表现在：运输颗粒有限制，约10-20nm，甚至可达26nm；信号识别与载体介导的过程需要消耗ATP能量。\n核定位序列亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，这些内含的特殊短肽保证了整个蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内。这段具有定向、定位功作用的序列被命名为核定位序列或核定位信号(nuclearlocalizationsequence或nuclearlocalizationsignal,NLS)\n第二节染色质染色质和染色体是细胞周期不同阶段可以互相转变的形态结构。\n二、染色质DNA\n（二）染色质DNA的类型生物基因组DNA可以分为以下几类：1、蛋白编码序列，在人类细胞基因组中，占1.5%左右2、编码rRNA、tRNA、snRNA和组蛋白的串联重复序列，人类基因组中约含0.3%这样的DNA。3、含有重复序列的DNA。4、未分类的间隔DNA。\nDNA结构具有多态性DNA的二级结构构型分三种：B型DNA是右手螺旋，典型的Watson-Crick结构，该结构相对稳定，水溶液和细胞内天然DNA多为B型DNA；A型DNA是右手螺旋，分子形状与RNA双链区和DNA/RNA杂交分子相近；Z型DNA是左手螺旋。B型DNA是活性最高的DNA构象，变构后的A型DNA仍有活性，而Z型DNA活性明显降低。\n三、染色质蛋白质染色质DNA结合蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读，包括两类：一类是组蛋白(histone)，与DNA非特异性结合；另一类是非组蛋白(nonhistone)，与DNA特异性结合。\n（一）组蛋白组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合，一般不要求特殊的核苷酸序列。用聚丙烯酰胺凝胶电泳可将组蛋白分为5种组分：H1、H2A、H2B、H3、H4。\n（二）非组蛋白指染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白。\n四、染色质的基本结构单位——核小体核小体是染色质包装的基本结构单位\n（二）核小体结构要点：1、每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子的组蛋白H1。2、组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构。3、146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。4、两个相邻核小体之间以连接DNA相连。5、组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。6、核小体沿DNA的定位受不同因素的影响。\n五、染色质组装的模型\n（二）染色质组装的多级螺旋模型根据多级螺旋模型，从DNA到染色体经过四级组装：\n常染色质(euchromatin)指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的的染色质。常染色质并非所有的基因都具有转录活性，它只是基因转录的必要条件而不是充分条件。\n异染色质(heterochromatin)指间期核中，染色质纤维折叠压缩程度高，处于聚缩状态，用碱性染料染色时着色深的那些染色质。染色质通过紧密折叠压缩可能是关闭基因活性的一种途径。\n（三）染色质模板的转录真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。\n第四节染色体染色体(chromosome)是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。\n一、中期染色体的形态结构中期染色体有比较稳定的形态，由两条相同的姐妹染色单体构成，彼此以着丝粒相连。根据着丝粒的位置分为四种类型：中着丝粒染色体；亚中着丝粒染色体；亚端着丝粒染色体；端着丝粒染色体。\n染色体的主要结构着丝粒与动粒次缢痕核仁组织区（NOR）随体端粒\n着丝粒与动粒着丝粒连接两个染色单体，并将染色单体分为两臂：短臂和长臂。由于着丝粒区浅染内缢，所以也叫主缢痕。它主要包括三种不同的结构域：\n（1）沿着着丝粒外表面的动粒结构域。动粒微管与内外板相连，并沿纤维冠相互作用，与内板相联系的染色质是与微管相互作用的位点。（2）中央结构域。是着丝粒区的主体，由串联重复的卫星DNA组成，与其结合的动粒蛋白和细胞分裂及调控有密切关系，因而是极其保守的。（3）位于着丝粒内表面的配对结构域。代表中期姐妹染色体相互作用的位点。\n次缢痕除主缢痕外，在染色体上其他的浅染缢缩部位称次缢痕。它的数目、位置和大小是某些染色体所有的形态特征，可作为鉴定染色体的标记\n核仁组织区（NOR）位于染色体的次缢痕部位，但并非所有的次缢痕都是NOR。染色体NOR是rRNA基因所在部位，与间期细胞核仁形成有关。\n随体位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕与染色区与染色体主体部分相连。有随体的染色体称为sat染色体。\n端粒端粒是染色体两个端部特化结构。一个基因组内的所有端粒都是由相同的重复序列组成，它的生物学作用在于维持染色体的完整性和个体性，与染色体在核内的空间排布和减数分裂时同源染色体配对有关。\n二、染色体DNA的三种功能元件DNA复制起点确保染色体在细胞周期中能够自我复制，维持染色体在细胞世代传递中的连续性。着丝粒：使细胞分裂时已完成复制的染色体能平均分配到子细胞中。端粒：保持染色体的独立性和稳定性。另：将构成染色体DNA的这三种关键序列(keysequence)称为染色体DNA的功能元件。\nDNA的功能元件1、自主复制DNA序列（ARS）：绝大多数真核细胞的染色体含有多个复制起点，以确保全染色体快速复制。\n2、着丝粒DNA序列（CEN）：没有CEN，即使DNA能够完成复制也不能平均分配到子细胞中去。\n3、端粒DNA序列（TEL）：真核细胞染色体端粒的重复序列不是染色体DNA复制时连续合成的，而是由端粒酶合成后添加到染色体末端。端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞的衰老有关。肿瘤细胞具有表达端粒酶活性的功能，使癌细胞得以无限制地增殖。\n三、核型与染色体显带核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征等。核型分析是在对染色体进行测量计算的基础上，进行分组、排队、配对并进行形态分析的过程。核型模式图是将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来，再按长短、形态等特征排列起来的图像。\n第五节核仁核仁(nucleolus)是真核细胞间期核中最显著的结构。真核细胞的核仁具有重要功能，它是rRNA合成、加工和核糖体亚单位装配场所。\n一、核仁的超微结构核仁的超微结构与其它细胞器最大的不同是它没有被膜包裹。\n二、核仁的功能核仁的主要功能涉及核糖体的生物发生，从核仁纤维组分开始向颗粒组分延续。核仁除了rRNA的合成、加工和核糖体亚单位装配的主要功能之外，另一个功能涉及mRNA的输出与降解。\n三、核仁周期当细胞进入有丝分裂时，核仁首先变形和变小，随着染色质凝集，核仁消失，所有RNA合成停止，致使在中期和后期细胞中没有核仁，有丝分裂末期，rRNA合成重新开始，核仁的重建随着核仁物质聚集成分散的前核仁体而开始，然后在NORs周围融合成正在发育的核仁。\n第六节核基质在真核细胞的核内除染色质、核膜与核仁外，还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系称其为核基质。\n第十一章核糖体\n核糖体的概念核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。核糖体几乎存在于一切细胞中。核糖体分布在细胞内蛋白质合成旺盛的区域，数量与蛋白质合成程度有关。\n核糖体概述核糖体是一种颗粒状的结构，没有被膜包裹，其孔径为25nm，主要成分是蛋白质和RNA。核糖体RNA称为rRNA，蛋白质称为r蛋白，蛋白质含量约为40%，r蛋白分子主要分布在核糖体的表面，rRNA主要分布在内部，二者靠共价键结合。\n核糖体的分类在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面，称为附着核糖体，它与内质网形成复合细胞器称为糙面内质网。附着核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同，但核糖体的结构和化学组成是完全相同的。\n核糖体的基本类型有两种类型的基本核糖体：一种是70S的核糖体，相对分子质量为2500×103，原核细胞的核糖体为70S，真核细胞线粒体与叶绿体内的核糖体也近似于70S；另一种是80S的核糖体，相对分子质量为4800×103，真核细胞的核糖体除以上均为80S。\n\n核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：1、与mRNA的结合位点2、与新掺入的氨酰tRNA的结合位点，A位点3、与延伸中的肽酰tRNA的结合位点，P位点4、肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点，E位点5、与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶（延伸因子EF-G）的结合位点6、肽酰转移酶的催化位点\n核糖体中rRNA主要功能1、具有肽酰转移酶的活性2、为tRNA提供结合位点（A、P、E位点）3、为多种蛋白质合成因子提供结合位点4、在蛋白质合成起始时参于同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合。\nr蛋白在翻译过程中的作用：1、对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的2、在蛋白质合成中，核糖体的空间构象发生一系列的变化，可能会对核糖体的构象起微调作用3、在核糖体的结合位点上或可能在催化作用中，r蛋白与rRNA共同行使功能\n多聚核糖体的概念核糖体在细胞内并不是单个独立行使功能，而是由多个甚至几十个核糖体串联在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。mRNA越长，合成的多肽分子量越大，核糖体的数目也越多。以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其数量的调控更为经济和有效。\n肽链合成的主要阶段原核细胞蛋白质合成过程已较为清楚，包括3个主要阶段：肽链的起始、肽链的延伸和肽链的终止。\n肽链的起始蛋白质的起始涉及mRNA、起始tRNA和核糖体小亚基间相互作用和组装。包括3个主要步骤：\n1、30S小亚基与mRNA的结合起始阶段，mRNA只能与细胞基质中游离的核糖体30S小亚基结合，结合部位是mRNA的起始密码子AUG。帮助二者结合的起始因子IF仅位于30S亚基上，一旦形成70S核糖体后便释放。原核细胞有3种起始因子：IF1、IF2和IF3。\n2、第一个氨酰-tRNA进入核糖体当mRNA与小亚基结合后，携带有甲酰甲硫氨酸的tRNA通过反密码子与mRNA中的AUG识别并进入核糖体，之后释放IF3。\n3、完整起始复合物的组装一旦起始tRNA与AUG密码子结合，核糖体大亚基便与起始复合物结合，形成完整的70S核糖体-mRNA起始复合物。\n肽链的延伸一旦起始复合物形成，蛋白质合成随即开始，这一过程称为肽链的延伸。它由4个步骤来完成：\n1、氨酰-tRNA进入核糖体A位点的选择起始的tRNA占据了P位点，核糖体接受第二个氨酰-tRNA进入A位点，这是延伸的第一步。\n2、肽键的形成当核糖体的P位点与A位点都有氨酰tRNA时，通过肽键的生成将两个氨基酸结合起来，即A位点的氨基酸的氨基与P位点氨基酸的羧基形成肽键。反应由大亚基上的肽酰转移酶催化。\n3、转位形成第一个肽键时，核糖体沿着mRNA分子的5′→3′方向移动三个核苷酸，携带二肽的tRNA从A位点移位到P位点，释放氨基酸的rRNA从P位点移位到E位点。\n4、脱酰氨-tRNA的释放延伸反应的最后一步是脱氨酰-tRNA离开核糖体E位点。\n肽链的终止如果A位点的mRNA是UAA、UGA或UAG终止密码子，由于没有与之匹配的反密码子，氨酰-tRNA不能结合到核糖体上，于是蛋白质合成终止。\n第十二章细胞增殖及其调控\n各种细胞在分裂之前，还必须进行一定的物质准备，物质准备和细胞分裂是一个相互连续的过程，这一过程即为细胞增殖。细胞增殖是生物繁育的基础。\n第一节细胞周期概述细胞物质积累与细胞分裂的循环过程，称为细胞周期。从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。\n细胞周期变化最大的是G1期，而周期最短的胚胎细胞中没有G1和G2期的停顿。\nG0期细胞的转化在细胞社会中，有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，这些细胞称为静止期细胞，或G0期细胞，周期细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。G0期细胞一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期，分裂增殖。\n1、G1期是一个细胞周期的第一阶段。开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成DNA。\n2、S期受到多种细胞周期调节因素的严密控制。DNA复制与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜等密切相关。真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。新的组蛋白也是在S期合成的。\n3、G2期此时细胞核内DNA的含量已经增加一倍，由G1期的2n变成4n，即每个染色体有4个拷贝的DNA。细胞能否进入M期，要受到G2期检验点的控制。\nG2期检验点要检查DNA是否完成复制，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。只有所有有利于细胞分裂的因素得到满足以后，细胞才能顺利从G2期向M期转化。\n4、M期M期即细胞分裂期，包括有丝分裂和减数分裂两种方式。体细胞一般进行有丝分裂，成熟过程中的生殖细胞进行减数分裂，也称成熟分裂。\n三、细胞周期长短测定\n（一）脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法这种方法主要适用于细胞种类构成相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。这种方法的优点是不仅可以测定细胞周期总时间，而且可以同时测出各个时期所持续的时间。缺点是要求专门设备，操作要格外小心，放射性同位素本身对细胞周期也有一定干扰。\n（二）流式细胞分析仪测定法流式细胞分析仪是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器，它可以逐个分析细胞或颗粒的某个参数，也可结合各种细胞标记技术，同时分析多个参数。它从DNA含量着眼，G1期和G2/M期细胞含有固定的DNA含量，分别为1C和2C（2n和4n），S期细胞的DNA含量介于1C和2C之间。可以通过监察细胞DNA含量在不同时间内的变化，从而确定细胞周期时间长短。也可以通过直接标记DNA复制，经过统计细胞数量和被标记的分裂期细胞百分比，对细胞周期进行综合分析。\n四、细胞周期同步化自然界存在的细胞周期同步过程，称为自然同步化。细胞周期同步化也可以人工选择或人工诱导，统称为人工同步化。人工同步化是指人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。\n诱导同步化方法目前，应用较广泛的诱导同步化方法主要有两种：DNA合成阻断法和分裂中期阻断法。\n1、DNA合成阻断法是一种采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成，而不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的方法。\n2、分裂中期阻断法某些药物如秋水仙素等，可以抑制微管聚合，因而能有效地抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。处于间期的细胞受药物的影响相对较弱，常可以继续运转到分裂期。\n五、特殊的细胞周期特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有鲜明特点的细胞周期。\n1、早期胚胎细胞周期卵细胞在成熟过程中积累了大量的物质基础，基本可满足早期胚胎发育的物质需要，细胞体积显著增大。受精后，受精卵迅速卵裂，卵裂球体积越来越小。G1、G2期非常短，被认为细胞周期仅有S期和M期。\n2、酵母细胞的细胞周期持续时间较短，大约为90分钟；分裂过程为封闭式，在细胞分裂时细胞核核膜不解聚；与细胞分裂直接相关的纺缍体不是在细胞质中，而是在细胞核中；酵母在一定的环境条件下也进行有性繁殖。\n3、植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期有两个明显特点：一是植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常装配纺缍体。二是，植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂。\n4、细菌的细胞周期细菌的细胞周期也基本具备4个时期。但是，细菌在快速生长情况下，细胞周期过程有着较大变化。细菌细胞每分裂一次仅需要30分钟，而完成一轮DNA复制需要70分钟，如何协调。细胞分裂后，立即开始新一轮的DNA复制。复制的起始点不是在一个DNA分子上，而是在两个正在形成中的DNA分子上同时进行。结果是，细胞完成两轮细胞周期后，得到4个细胞。\n一、有丝分裂传统上人们将有丝分裂过程人为地划分为前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂6个时期。前5个时期是一个先后相互连续的过程，而胞质分裂开始于上述五个时期的一定阶段。\n1、前期前期是有丝分裂过程的开始阶段。细胞核染色质开始浓缩，经过进一步螺旋化、折叠和包装逐渐变短粗，形成光镜可见的早期染色体结构。\n2、前中期核膜破裂，标志着前中期的开始。核纤层也随之解聚。核骨架结构也发生剧变，染色体进一步凝集浓缩，形成明显的X形染色体结构。染色体在一定区域内剧烈运动，位于染色体着丝粒上的动粒逐渐成熟，纺缍体开始装配，染色体不完全分布在赤道板上。\n3、中期所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂进入中期。染色体排列到赤道板上后其两个动粒分别面向纺缍体的两极\n4、后期中期染色体的两条染色单体相互分离，形成子代染色体，并分别向两极运动，标志着后期的开始。在后期A，动粒微管普短，染色体逐渐向两极运动，在后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长。\n5、末期染色单体到达两极，即进入了末期，动粒微管消失，极性微管继续加长，较多地分布于两组染色单体之间。到达两极的染色单体开始去浓缩，在每一个染色体的周围，核膜开始重新装配。核仁也开始重新装配，RNA合成功能逐渐恢复。\n6、胞质分裂胞质分裂开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。开始时，在赤道板周围细胞表面下陷，形成分裂沟。在分裂沟下方形成环形的中间体，中间体将一直持续到子细胞完全分离。肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处装配成收缩环，收缩环收缩，分裂沟逐渐加深，细胞形状也由原来的圆形逐渐变为椭圆形，直到相互分离。\n（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构中心体动粒与着丝粒\n1、中心体中心体是一种与微管装配和细胞分裂密切相关的细胞器。一般由位于中心的一对中心粒和其周围的无定型物质构成。在间期细胞中，微管围绕中心体装配，如同星光向四周辐射，中心体与四射的微管合称为星体。中心体在G1期末开始复制。到达S期，细胞已经含有一对中心体，到G2期，一对中心体开始分离，并各自向细胞的两极移动，并参与装配纺缍体。到细胞分裂结束，两个子细胞分离，每个子细胞获得一个中心体。\n2、动粒与着丝粒动粒又称为着丝点，是附着于着丝粒上的一种细胞器，而着丝粒则是指染色体主缢痕部位的染色质。动粒的外侧主要用于纺缍体微管附着，内侧与着丝粒相互交织。每条中期染色体上含有两个动粒，分别位于着丝粒的两侧。细胞分裂后，两个动粒分别被分配到两个子细胞中去。当细胞再次进入S期后，动粒又会重新复制。\n动粒在细胞分裂过程中的重要性染色体依靠动粒捕捉由纺锤体极体发出的微管。没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生联系，也不能和其他染色体一起向两极运动。\n3、纺锤体纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器，高等细胞的纺锤体呈纺锤状，主要由微管和微管结合蛋白组成。纺锤体的两端为星体，组成纺锤体的微管可以分为三种类型，即星微管、动粒微管和极性微管。\n（三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制染色体整列染色体分离\n1、染色体整列至少有数种蛋白质与染色体列队直接相关，其中首要的两种蛋白为Mad和Bub蛋白，它们可以使动粒敏化，促使微管与动粒接触。\n细胞将染色体排列到赤道板上的机制有两种假说：牵拉假说认为，染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果；外推假说认为，染色体向赤道方向移动是由于星体的排斥力交染色体外推的结果。\n2、染色体分离解释后期染色单体分离和向两极移动的机制，目前比较广泛支持的假说是后期A和后期B两个阶段假说。在后期A，动粒微管变短，将染色体逐渐拉向两极。动粒微管变短是由于其动粒端解聚造成的。当染色单体接近两极，后期A结束，转向后期B。\n二、减数分裂减数分裂是一种特殊的有丝分裂形式，仅发生于有性生殖细胞形成过程中的某个阶段。减数分裂的主要特点是：细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，减数分裂期Ⅰ和减数分裂期Ⅱ。在两次分裂之间，有一个短暂的分裂间期。它的意义在于，既有效地获得父母双方的遗传物质，保持后代的遗传性，又可以增加更多的变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。\n减数分裂前间期减数分裂前间期的最大特点在于其S期持续时间较长;减数分裂间期的S期仅复制其DNA总量的99.7-99.9%，剩下的要等到减数分裂前期才进行复制;大多数生物，其减数分裂前间期的细胞核大于体细胞核。\n1、减数分裂期Ⅰ过程可以人为地划分为前期Ⅰ，前中期Ⅰ，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ和胞质分裂Ⅰ等6个阶段。\n（1）前期Ⅰ前期Ⅰ持续时间较长。要进行染色体配对和基因重组，也要合成一定数量的RNA和蛋白质。根据细胞形态变化又可将前期Ⅰ人为划分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等5个阶段。\n细线期细线期为前期Ⅰ的开始阶段。首先发生染色质凝集，也称为凝集期，细线期与有丝分裂前期起始阶段也有着明显的不同。首先，在细线期染色质虽然发生凝集，但两条染色单体的臂并不分离，另一个特点是，在细纤维样染色体上，出现一系列大小不同的颗粒状结构，称为染色粒，还有一个特点是染色体端粒通过接触斑与核膜相连。\n偶线期偶线期主要发生同源染色体配对，两条同源染色体紧密结合在一起所形成的复合结构称为二价体。又叫四分体。同源染色体配对的过程又叫联会。联会初期，同源染色体端粒与核膜相连的接触斑相互靠近并结合。从端粒处开始，这种结合不断向其他部位延伸，直到整对同源染色体侧面紧密联会。在偶线期发生的另一个事件是合成在S期未合成的约0.3%的DNA，也叫偶线期DNA，即zygDNA。\n粗线期粗线期开始于同源染色体配对完成之后。此过程中，染色体进一步浓缩，变粗变短，并与核膜继续保持接触。同源染色体仍紧密接触，并发生等位基因之间部分DNA片段的交换和重组，产生新的等位基因的组合。另外，合成减数分裂期专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白部分全部地转换下来。在部分动物的卵细胞发育过程中，粗线期还要发生rDNA扩增。\n双线期双线期：重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处相互联系。同源染色体的四分体结构变得清晰，同源染色体仍相连的部位称为交叉。许多动物细胞在双线期，同源染色体要发生去凝集如形成灯刷染色体。\n终变期终变期：染色体重新开始凝集，形成短棒状结构。同时，交叉向染色体臂的端部移行，此过程为端化。终变期末，同源染色体之间仅在端部和着丝粒处相互联结。\n（2）中期Ⅰ在此过程中，要进行纺锤体装配。纺锤体形成过程和结构与有丝分裂相似。核膜破裂，标志着中期Ⅰ的开始。纺锤体微管侵入核区，捕获分散于核中的四分体。四分体逐渐向赤道板方向移动，最终排列在赤道面上。和有丝分裂不同的是，每个四分体含有4个动粒。从纺锤体的一极出发的微管只与一个同源染色体的两个动粒相连，从另一极发出的微管也只与另一个同源染色体的两个动粒相连。\n（3）后期Ⅰ同源染色体对相互分离并向两极移动，标志着后期Ⅰ的开始。移向两极的同源染色体均是含有两条染色单体的二倍体。各四分体之间同源染色体向两极移动是一个随机的过程。\n（4）末期Ⅰ，胞质分裂Ⅰ和减数分裂间期经过后期Ⅰ后，细胞进一步的变化有两种类型：第一种，染色体到达两极，并逐渐进行去凝集。随着染色体向两极移动，细胞质也开始分裂，完全形成两个间期子细胞。第二种类型是细胞进入末期后，不是完全回复到间期阶段，而是立即准备第二次减数分裂。\n2、第二次减数分裂第二次减数分裂过程与有丝分裂过程相似。经过第二次减数分裂，共形成4个子细胞。在雄性动物，4个子细胞大小相似，称为精子细胞，进一步发展为4个精子。在雌性动物，第一次分裂为不等分裂，产生一个大的卵母细胞和一个小的极体，即第一极体，它很快解体死亡，卵母细胞继续进行第二次减数分裂，产生一个卵母细胞和一个第二极体，雌性动物减数分裂最终仅形成一个有功能的卵细胞。\n（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化性染色体的分离联会复合体和基因重组\n1、性染色体的分离一般认为XY染色体间可能会含有一些同源区段，导致其配对和分离，对于XO物种，第一次减数分裂时，X染色体移向一极，最终产生一个含X染色体和一个不含性染色体的细胞。到第二次减数分裂时，含X染色体的细胞分裂成两个含X染色单体的细胞；不含性染色体的细胞也一分为二，形成两个不含性染色体的细胞。\n2、联会复合体和基因重组联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的一种临时性结构。蛋白质是联会复合体的主要组成成分之一。DNA片段也是联会复合体的组成成分之一。DNA与联会复合体结合不需要特殊的DNA序列。\n第三节细胞周期的调控\ncdc基因对芽殖酵母来说，突变体最基本的特点是，在允许的温度下，可以正常分裂繁殖，在限定温度条件下不能正常分裂繁殖。不同的突变体发生突变的基因不同；在限定温度下，细胞在细胞周期中所停留的时期及细胞表现出的形态结构不同，因而可以对不同突变体的基因变化和基因表达进行综合分析。培养裂殖酵母细胞，也分离出了数十个温度敏感突变体。酵母中这些与细胞分裂和细胞周期调控有关的基因被称为cdc基因。\np34cdc2cdc2基因是裂殖酵母细胞中最重要的基因之一。cdc基因突变导致细胞停留在G2/M交界处。它的表达产物为一种相对分子质量为34×103的蛋白，被称为p34cdc2。具有蛋白激酶的活性，p34cdc2可以使多种蛋白底物磷酸化，因而也称为p34cdc2激酶。\np34cdc28在芽殖酵母中也有一个关键性的cdc基因，称为cdc28，它的突变，芽殖酵母停留在G1/S交界处，或者G2/M交界处,它的产物也是一种相对分子质量为34×103的蛋白，被称为p34cdc28。\n细胞周期蛋白在海胆卵细胞中存在有两种特殊蛋白质。这两种蛋白质的含量随细胞周期进程而变化，在间期积累，在细胞分裂期消失，在下一个周期中又重复这一消长现象，因而被称为细胞周期蛋白。\n三、周期蛋白周期蛋白在细胞周期内表达的时期不同，所执行的功能也多种多样。可分为G1期周期蛋白和M期周期蛋白\n周期蛋白的特点首先，它们都含有一段相当保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框。M期周期蛋白的分子结构含有另一个特点，分子的近N端含有一段由9个氨基酸组成的特殊的序列，称为破坏框。破坏框主要参与由泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白中不含有破坏框,其C末端含有一段特殊的PEST序列,与G1期周期蛋白更新有关.\n四、CDK激酶和抑制物与周期蛋白相关的基因蛋白有两个共同特点：一是含有一段类似的氨基酸序列，另一个是它们都可以与周期蛋白结合，并将周期蛋白作为其调节亚单位，进而表现出蛋白激酶活性，因而被统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，简称CDK激酶。除周期蛋白与修饰调控因子对CDK激酶活性进行调控之外，细胞内还存在一些对CDK激酶活性起负性调节的蛋白质，称为CDK激酶抑制物，CDKI。\n五、细胞周期运转调控CDK激酶对细胞周期起核心调控作用。不同周期蛋白与不同种类的CDK结合，构成不同的CDK激酶。不同的CDK激酶在细胞周期的不同时期表现出活性，因而对细胞周期的不同时期进行调节。如G1期周期蛋白结合的CDK激酶在G1期起调节作用，与M期周期蛋白结合的CDK激酶在M期起调节作用。\n（一）M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用CDK1激酶由p34cdc2蛋白和周期蛋白B结合而成。p34cdc2蛋白在细胞周期中的含量相对稳定，p34cdc2蛋白只有与周期蛋白B结合后才有可能表现出激酶活性。因而，CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。\nCDK1激酶通过使某些蛋白质磷酸化，改变其下游的某些蛋白质的结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的目的。\n（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化细胞周期运转到分裂中期后，M期周期蛋白A和B将迅速降解，CDK1激酶失去活性，被CDK1激酶磷酸化的蛋白质去磷酸化，细胞周期便从M期中期向后期转化，周期蛋白A和B的降解是通过泛素化途径来实现的。\n（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶细胞由G1期向S期转化是细胞繁殖过程中的重要活动。一般认为，细胞由G1期向S期转化主要受G1期周期蛋白依赖性CDK激酶所控制。在哺乳动物细胞中，G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E或A。与G1期周期蛋白结合的CDK激酶主要包括CDK2、CDK4、CDK6等。\n除G1期周期蛋白依赖性CDK激酶活性之外，细胞内还存在其他多种因素对DNA复制起始活动进行综合调控。首先，DNA复制起点的识别，是DNA复制调控中的重要事件。从酵母细胞到高等动物细胞，均存在一种称为复制起点识别复合体（Orc）的蛋白质。Orc识别DNA复制起始点并与之结合，是DNA复制起始所必需的。其次，Cdc6和Cdc45也是DNA复制所必须的调控因子。\n（四）DNA复制延搁检验点参与调控S/G2/M期转化\n第十三章程序性细胞细胞死亡与细胞衰老\n第一节程序性细胞死亡不论是单细胞生物还是多细胞生物，其细胞死亡往往受到某种由遗传机制决定的“死亡程序”控制，所以也被称为程序性性细胞死亡（PCD）。\n动物细胞的程序性死亡动物细胞的死亡方式包括三种：凋亡，坏死，自噬。\n细胞凋亡的概念和特征细胞凋亡的生物学意义强调这种细胞的死亡方式是自然的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为。\n细胞凋亡的三个阶段凋亡的起始：微绒毛消失、核糖体脱离、内质网与质膜融合、染色体固缩凋亡小体的形成：产生泡状突起，并逐渐分隔凋亡小体逐渐被邻近的细胞或体内吞噬细胞吞噬\n细胞凋亡的主要特征细胞质膜保持完整，内含物不外泄需要ATP提供能量，是一个耗能过程前两个阶段时间很短\n细胞凋亡的生理意义细胞凋亡对动物个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤的监控等多种生理及病理过程具有重要意义。细胞凋亡还是一种生理性保护机制，能够清除体内多余、受损或危险的细胞而不对周围的细胞或组织产生损害。人体细胞凋亡的失调，包括不恰当的激活或抑制会引发多种疾病。\n细胞凋亡的检测方法形态学观测：染色法，透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA梯状条带TUNEL测定法：DNA断裂的原位末端标记慧星电泳法：荧光染色DNA降解片段流式细胞分析：DNA处于亚二倍体状态\n细胞凋亡的分子机制诱导细胞凋亡的因子分两大类：物理因子化学因子\n所有动物细胞都具有类似的凋亡机制，蛋白酶Caspase家族成员发挥了重要作用，这种凋亡方式被称为caspase依赖性细胞凋亡。\n细胞凋亡过程前期细胞应答死亡信号，起始Caspase活化；后期执行Caspase活化，执行细胞死亡程序。不论是起始还是执行，通常均以无活性的酶原形式存在于细胞质基质中。接受凋亡信号后，酶原分子在特异的天冬氨酸残基位点被切割，形成由大小两个亚基组成的异二聚体，即具有活性的Caspase。\n起始caspase的活化属于同性活化，酶原分子聚集成复合物达到一定浓度时，就彼此切割或构象改变产生有活性的二聚体形式。执行caspase的活化属于异性活化，即起始招募执行caspase酶原分子后，对其进行切割，产生具有活性的执行caspase切割细胞内重要的结构和功能蛋白，导致细胞凋亡。\n细胞凋亡的控制细胞中存在的caspase抑制因子，能够直接与caspase活性分子结合，阻抑其对底物的切割作用。生物体利用细胞凋亡来清除被感染病毒的细胞，病毒也演化中对抗机制来抑制caspase的活性。动物细胞的存活也依赖于外界信号。如果丧失存活信号，细胞就会启动内部的凋亡程序，引发细胞凋亡。这种存活信号的依赖性导致了细胞仅生存于合适的时间和地点。\n（二）细胞坏死细胞坏死是区别于细胞凋亡的另一种典型细胞死亡方式。细胞坏死时，细胞质出现空泡，细胞质膜破损，细胞内含物释放到胞外，引起周围组织的炎症反应。与凋亡不同，染色质片段不发生凝集，也不产生有规律的降解，而是被随机降解。\n细胞坏死的意义细胞坏死可能是细胞程序性死亡的另一种形式，具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时，坏死作为凋亡的替补方式被细胞采用。\n细胞自噬的特征是细胞中出现大的双层膜包裹的自噬泡,称为自噬小体.其中包裹着整个细胞器和部分细胞质,自噬小体与溶酶体融合后,内含物被溶酶体中的水解酶消化.（三）细胞自噬\n细胞自噬的意义细胞自噬是与细胞凋亡不同的另一种程序性细胞死亡方式.它主要原因发酵在个体遭遇营养危机及胚胎发育期间.细胞靠降解自身物质来产生能量,最终导致死亡.\n（一）植物细胞的程序性死亡在正常植物的发育进程,如导管的分化、通气组织的形成、糊粉层的退化、绒毡层细胞的死亡、胚胎发育过程中胚柄的退化等过程，及对环境胁迫反应。\n植物细胞程序性死亡的特点死亡的细胞的残余物被细胞壁固定在原位，不是被周围细胞吞噬，而是被自身液泡的水解酶消化。\n（二）酵母细胞的程序性死亡酵母程序性死亡特征与动物细胞凋亡类似，DNA凝聚、断裂，细胞色素C从线粒体释放，发生机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处。单细胞生物的程序性死亡能够清除适应不良的个体及控制群体的数量，在应急状态下可将有限的营养供给具有最佳适应性的个体。\n一、细胞衰老的概念与特征细胞衰老一般的含义是复制衰老，指体外培养的正常细胞经过有限次的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。\n细胞衰老的变化之一细胞核的变化：细胞核随着分裂次数的增加不断增大；核膜内折，这种内折与龄俱增；染色质固缩化是衰老细胞核中另一个重要变化。\n内质网的变化：内质网的有序排列不复存在，内质网弥散性地分散于核周胞质中，总量也减少了。细胞衰老的变化之二\n线粒体的变化：线粒体的数量随龄减少，体积随龄增加。细胞衰老的变化之三\n致密体生成：致密体是衰老细胞中常见的一种结构，绝大多数动物细胞在衰老时都会有致密体的积累。致密体是由溶酶体或线粒体转化而来。多数致密体具有单层膜且有阳性的磷酸酶反应。细胞衰老的变化之四\n膜系统的变化：健全的年轻细胞的膜相是典型的液晶相，衰老的或有缺陷的膜通常处于凝胶相或固相。细胞衰老，细胞间间隙连接及膜内颗粒的分布也发生变化。间隙连接在细胞间离子和小分子代谢物的交换上起着重要作用。细胞衰老的变化之五\n体外培养细胞衰老的生物学特征一是生长停滞，细胞停止分裂，并且是不可逆的；二是衰老细胞相关的β-半乳糖苷酶的活化。\n二、细胞衰老的分子机制\n（一）复制衰老的机制细胞具有某种计算复制次数的机制。研究证实，不同组织中细胞端粒的长度不同，体外培养的端粒随着世代增加确实不断缩短。癌细胞分泌的端粒酶反证了端粒缩短导致细胞衰老。\n（二）胁迫透导的早熟性衰老除了细胞内端粒缩短可诱发复制型衰老外，许多刺激因素，如过量的氧、乙醇、离子辐射和丝裂霉素C等也能缩短细胞的复制寿命，促进细胞衰老指征的显现。氧化损伤理论是衰老机制的主要理论之一。该理论认为，衰老现象是由生命活动中代谢产生的活性氧成分造成的损伤积累引起的。\n第十四章细胞分化与基因表达调控\n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，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化。细胞分化的关键在于不同类型细胞中特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择表达。肿瘤细胞丧失分化细胞的正常生理功能，形态上趋于一致，表现出某些未分化细胞的特征。\n（二）组织特异性基因与管家基因分化细胞基因组中所表达的基因大致可分为两类：一类是持家基因，另一类是组织特异性基因或称奢侈基因。\n持家基因是所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如微管蛋白基因等。\n组织特异性基因是指不同类型细胞中特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异性的形态结构特征与功能。\n与细胞分化相关的另一类基因称为调节基因，其产物负责调节组织特异性基因的表达，或者起激活作用，阻碍作用。\n（四）单细胞有机体的细胞分化细胞分化并非多细胞有机体独有的特征。单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。与多细胞有机体细胞分化不同的是前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。\n（五）转分化与再生一种分化类型的细胞转变成另一种分化类型的细胞的现象称为转分化。转分化往往经历去分化和分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有的结构与功能变成具有未分化特征的细胞的过程。\n再生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。一般再生是指生物体缺失部分后的重建过程。植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。再生现象从另一个方面反映了细胞的全能性。DNA的复制有利于重新编程和获得新的分化状态。在再生过程中，有些细胞并不涉及转分化，再生过程往往需要干细胞的参与。\n二、影响细胞分化的因素\n（一）细胞的全能性细胞全能性是指细胞经过分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。多能性：动物细胞特别是高等动物细胞，随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能，这种潜能称为多能性。\n具有多种分化潜能的细胞称为多能干细胞。根据来源与分化潜能的差异，干细胞又分为胚胎干细胞和成体干细胞。成体中具有分化成多种血细胞能力的细胞称为造血干细胞，它在骨髓中仅占细胞总数的万分之一。具有分化成某一种类型细胞能力的干细胞，称为单能干细胞或称为定向干细胞。由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化。\n（二）影响细胞分化的因素\n1、胞外信号分子对细胞分化的影响一种是近端组织的相互作用，即早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定方向分化。另一种远距离细胞间相互作用对细胞分化的影响是通过激素来调节的。\n2、细胞记忆与决定细胞的决定与细胞的记忆有关，而细胞的记忆通过两种方式实现：一是正反馈途径，二是染色质结构变化的信息传到子代细胞。\n3、受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响细胞卵母细胞的细胞质中含有多种隐藏mRNA，随着受精卵早期细胞分裂，不同的细胞质分配到不同的子细胞中，从而决定了未来细胞分化的命运，产生分化方向的的差异。\n4、细胞间的相互作用与位置效应细胞所处的位置对细胞的分化命运有不同的影响，改变位置可以改变细胞分化的方向，这种现象称为位置效应。旁沁素对位置效应起重要的作用。\n5、环境对性别分化的影响如蜥蜴类在低温下发育为雌性，高温下发育为雄性，而龟类与此则相反。\n三、细胞分化与胚胎发育细胞分化与发育过程的奥秘之处，不仅在于其过程与结果的复杂性，而且在于生物体在构建多种细胞组织及机体过程中难以置信的经济性。高度终末分化的生殖细胞结合将成为一人新的生命起点，上一代的衰老与疾病在子代个体中几乎全部消失。\n第二节癌细胞动物组织内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞；具有转移能力的细胞称为恶性肿瘤；上皮组织的恶性肿瘤称为癌。目前癌细胞已作为恶性肿瘤细胞的通用名称。\n癌细胞的基本特征1、细胞生长与分裂失去控制癌细胞的增殖失去控制，核质比例增大，分裂速度加快，破坏了正常组织的结构和功能。\n2、具有浸润性和扩散性良性肿瘤与恶性肿瘤最主要的区别是：良性肿瘤一般有完整的膜包裹，位置固定；恶性肿瘤细胞的细胞间黏着性下降，具有浸润性和扩散性，易于浸润周围健康组织，或通过血液循环或淋巴途径转移并在其他部位黏着和增殖。\n3、细胞间相互作用改变癌细胞冲破了细胞识别作用的束缚，除会产生水解酶类，而且要异常表达某些膜蛋白，以便与其他部位的细胞黏着和继续增殖。\n4、mRNA的表达谱或蛋白活性改变癌细胞的蛋白表达谱中，往往出现一些在胚胎细胞中表达的蛋白，多数癌细胞中具有较高的端粒酶活性。与癌细胞恶性增殖、扩散等过程相关的蛋白成分的表达也往往异常。\n5、体外培养的恶性转化细胞的特征在体外培养时，贴壁性下降；癌细胞失去运动和分裂的接触抑制，在琼脂培养基中可形成细胞克隆，这也是细胞恶性程度的标志之一。\n抑癌基因抑癌基因实际上是是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。抑癌基因也属于细胞癌基因的范畴，只是起作用的方式不同而已。\n三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果癌症的发生一般并不是单一基因的突变，至少在一个细胞中发生5-6个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征。它是一种典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因与肿瘤抑制基因的致癌突变的积累。