细胞生物学基础.ppt
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1、细胞生物学,一、.细胞生物学的主要研究内容 两大基本部分: 细胞结构功能; 细胞重要生命活动 大研究领域:(翟中和) ()细胞核、染色体以及基因表达 ()生物膜与细胞器 ()细胞骨架 ()细胞增殖及其调控 ()细胞分化及其调控 ()细胞衰老与凋亡 ()细胞起源与进化 ()细胞工程,第一章 绪言,二、生物的几种结构类型 非细胞结构的生物 原核生物 真核生物,三、细胞的基本知识,细胞的基本共性 细胞膜 核酸 核糖体 增殖(一分为二),2细胞的大小和形状 一般m.最大的直径cm,最小的.1m, 细胞学的计量单位:m 1 mm=1000m, 1m=1000 nm, 1 nm=10,3细胞的一般结构,(
2、)原核生物有什么主要特征? 没有核膜,遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区,称为拟核。 DNA单个裸露环状,没有结合蛋白; 没有恒定的内膜系统; 核糖体为70S型。,()真核细胞,三大系统: 生物膜系统 遗传信息表达结构系统 细胞骨架系统,4细胞的分子组织层次,细胞 细胞器: 细胞核,线粒体,叶绿体,高尔基体等 超分子复合物: 核糖体,酶系,膜,微管等 生物大分子: 核酸,蛋白质,多糖,脂类 结构单位: 核苷酸,氨基酸,单糖,脂肪酸、甘油 中间代谢物:磷酸五碳糖、尿素,酮酸,磷酸丙酮酸,醋酸 环境前体: 二氧化碳,水,氨,氮等,1、模式生物,认识人体基因的功能,无法直接用人体作为实验对
3、象。 对生命活动有重要功能的基因在进化上是保守的。 因此,可以用比较容易研究的生物作为模型来研究其基因的结构和生物学功能。,四、研究方法,常见的模式生物,逆转录病毒(retrovirus) 大肠杆菌(Escherichia coli) 酵母(budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) , fission yeast (Schizosaccharomyces pombe) 秀丽线虫(Caenorhabditis elegans) 果蝇(Drosophila melanogaster) 斑马鱼(zebra fish) 小鼠(mouse)等 模式植物: 拟南芥(
4、Arabidopsis) 水稻(Rice (Oryza sativa L.) )等,逆转录病毒、酵母菌、大肠杆菌,几种模式生物,秀丽线虫(Caenorhabditis elegans),果蝇drosophila melanogaster,海胆Echinoidea,斑马鱼,拟南芥(Arabidopsis),2、显微镜技术 分辨力:显微镜或人眼在cm的明视距离处,能分辨被检物体细微结构最小间隔的能力。 R=0.61/N.A. (其中,N.A.=nsin/2) 如何提高光学显微镜的分辨能力? 增大镜口率; 使用波长较短的光线; 增大介质折射率。,显微镜的几个光学特点: 介质折射率越接近镜头玻璃的(
5、1. 7 )越好。 油镜介质为香柏油,镜口率可接近1.5。 sin /2的最大值小于1; 普通光线的波长为400700nm,光镜分辨力约为0.2m,人眼的分辨力为0.2mm,因此显微镜的最大有效倍数为1000。,显微结构: 在普通光学显微镜中能够观察到的细胞结构。(线粒体、中心体、核仁等。) 亚显微结构: 又称为超微结构。指在普通光学显微镜下观察不能分辨清楚的细胞内各种微细结构。( 内质网、核糖体、微管等。),显微镜的发明打开了微观世界的大门,光学显微镜,透射电子显微镜,扫描电子显微镜,荧光相差倒置显微镜,3、细胞组分的分析方法 ()超速离心技术: ()细胞化学技术: 4、细胞工程技术 ()动
6、物细胞培养 ()植物细胞培养 ()细胞融合 ()单克隆抗体技术,单克隆抗体技术,丹麦人,杰尼,第二章 细胞膜与细胞表面,细胞外被 细胞表面 细胞膜(质膜) 胞质凝胶 细胞膜(质膜) 生物膜 内膜系统 细胞内膜 线粒体、叶绿体膜,第一节 生物膜的结构模型,.“三明治”模型和“单位膜”模型 .液态镶嵌模型: ()膜的流动性; ()膜蛋白分布的不对称性。 对生物膜结构的理解: ()膜脂具极性头部和非极性尾部; ()蛋白质分子以不同的方式镶嵌或结合; ()生物膜是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。,脂质体,是一种人工膜。在水中,搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体。,.生物膜结构成份及其特征,()膜脂
7、成分:磷脂、糖脂和胆固醇 运动方式 侧向扩散运动: 旋转运动: 摆动运动: 伸缩震荡运动: 翻转运动: 旋转异构化运动:,()膜蛋白 膜蛋白的类型:周边蛋白和整合蛋白 与膜脂的结合方式: 膜蛋白的运动:,主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。 膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制。,()膜的流动性,膜脂的流动: 膜蛋白的流动: 意义:保证其正常功能的必要条件。,()膜的不对称性 质膜内外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,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。,膜脂不对称性: 复合糖不对称性: 膜蛋白不对称性
8、:,()细胞膜的功能:,为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输; 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息的跨膜传递; 为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效有序地进行; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。,第二节 细胞联结,.封闭连接: .锚定连接: ()桥粒 ()粘着带与粘着斑 .通讯连接: ()间隙连接: ()胞间连丝: ()化学突触:,各类连接的比较,第三节 细胞外被与细胞表面,细胞外被:质膜表面寡糖链形成。 膜骨架:质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成。 细胞表面:细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成。,第三章 物质的跨膜运输与
9、信号传递,第一节 物质的跨膜运输 .被动运输: ()简单扩散: ()协助扩散: 膜转运蛋白:载体蛋白和通道蛋白,水通道和离子通道,水扩散通过人工膜的速率很低。 1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 。 目前在人类细胞中已发现的此类蛋白,被命名为水通道蛋白(Aquaporin,AQP)。 2003年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,.主动运输:,由载体蛋白介导,物质逆浓度梯度转运,耗能。 ()钠钾泵 ()钙泵和质子泵 ()协同运输: ()物质的跨膜转运与膜电位:,(1)钠钾泵,构成:由2个大亚
10、基、2个小亚基组成的4聚体,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+的亲和力变化。,Na+-K+泵的作用:,维持细胞的渗透性,保持细胞的体积; 维持低Na+高K+的细胞内环境; 维持细胞的静息电位。,(2)钙离子泵,作用:维持细胞内较低的钙离子浓度。 位置:质膜和内质网膜。,(3)质子泵,P-type利用ATP自磷酸化发生构象的改变来转移质子。 V-type水解ATP产生能量,但不发生自磷酸化。 F-type利用质子动力势合成ATP,也叫ATP合酶。,(4)协同运输,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
11、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。 同向协同与反向协同。 同向协同:物质运输方向与离子转移方向相同。 反向协同:物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。,第二节 膜泡运输的基本概念,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。,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。,一、吞噬作用,细胞吞入液体或极小的颗粒物质。,二、胞饮作用,三、外排作用,exocytosis,包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面,
12、与质膜融,将物质排出细胞之外。,四、穿胞运输 在细胞的一侧形成胞饮小泡穿越细胞质,另一侧使小泡中的物质释放出去。 五、胞内膜泡运输 细胞内膜系统各个部分之间的物质传递也通过膜泡运输方式进行。,第三节 细胞通讯与信号传递,.细胞通讯与细胞识别 ()细胞通讯: ()细胞识别: ()信号分子与受体、第二信使 .细胞内受体介导的信号传递 细胞内受体激素激活的基因调控蛋白 .细胞表面受体介导的信号跨膜传递 离子通道偶联的受体 G蛋白偶联的受体 酶偶联的受体,第四章 细胞质基质与内膜系统,第一节 细胞质基质 .细胞质基质 现代关于细胞质基质的涵义: .细胞质基质的功能: ()中间代谢; ()物质合成、运输
13、; ()细胞骨架使代谢反应区域化; ()蛋白质修饰; ()蛋白质的选择性降解,第二节 内质网,由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。 .两种基本类型:RER, SER . 功能: ()蛋白质合成 ()脂质合成 ()蛋白质的修饰与加工 ()新生多肽的折迭与装配 ()其它功能:,高尔基体具有那三个功能区隔? 高尔基体顺面的网络结构,是高尔基体的入口区域,接受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。 高尔基体中间膜囊,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, 由反面一侧的囊泡和网管组成,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
14、出。,第三节 高尔基复合体,(一)形态结构,(二)功能: .细胞分泌 . 蛋白质的糖基化及其修饰 .蛋白酶水解及其他加工过程 (三)高尔基体与膜泡运输,第四节 溶酶体与过氧化物酶体,(一)溶酶体 .形态特征: .结构类型 初级溶酶体次级溶酶体 残余体(后溶酶体) 植物溶酶体液泡 3.功能 ()清除大分子、细胞器及细胞 ()防御功能 ()其它生理功能,(二)过氧化物酶体,第五节 细胞内蛋白质分选与细胞结构的装配,.蛋白质上主要由哪两类分选信号? 信号序列:是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,有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除. 信号斑:存在于完成折叠的
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