复旦大学基础医学院生物化学与分子生物学专业考研资料758细胞生物学(一)汇总..pdf
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1、细胞生物学 1 细胞生物学 :是以细胞研究为对象,从细胞的显微、亚显微及分子水平,对细胞的各种生命 活动进行研究的学科,特点是把细胞的结构与功能结合起来,并关注细胞间的相互关系,来 了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡的等生命基本现象 的的机制和规律。两种重要的研究方式是:一方面从细胞表型特征入手,探索隐藏在其背后 的的分子机制;另一方面从基因或蛋白质等大分子入手,了解其对细胞功能或行为的影响。 真核细胞 :光学 (显微结构 ):细胞膜、细胞质、细胞核(核中能见核仁) 电镜 (亚显微结构 ):膜性细胞器:内质网、高尔基复合体、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体 骨架系统:
2、微丝、微管、中间纤维。 生物膜系统 :是指以脂质和蛋白质为基础的膜相结构体系,包括细胞膜、内质网、高尔基复 合体、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体及核模等。它们在结构和功能上是紧密联系的统一整 体,构成一个膜性系统。细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着极其重要的作用。此外, 研究细胞生物膜系统在医学和生产过程中都有很广阔的前景。 单位膜 :电镜下见细胞膜内外两层致密的深色带和中间层的浅色带,厚度在8 至 10 纳米之 间,这种“两暗夹一明”呈铁轨样的结构称为单位膜。 基因组 :细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质,是所有染色体上全部基因和基因间 DNA 的综合,含有一个生物体进行各种生命活动所
3、需的全部遗传物质。 半保留复制 :以 DNA 母链为模板,按照碱基互补配对的原则,在DNA 聚合酶的催化下将 dNTP 聚合成与母链模板序列互补的DNA 子链,形成的子链DNA 与模板 DNA 序列完全相 同,由于每个母链DNA 的其中一条单链成为子链DNA 双链中的一条,故称半保留复制。 茎环 (stem-loop) /发夹结构 (hairpin structure):tRNA 的核苷酸存在着一些能形成互补的区域, 可以形成局部的双螺旋结构,呈茎状, 中间不能配对的部分则膨出形成环或袢状结构,称为 茎环或发夹结构。 细胞培养 (cell culture):在无菌条件下,从机体中取出组织或细胞
4、,模拟机体内正常生理状 态下的基本条件,让其在培养皿中继续生存、生长和繁殖的技术。 原代培养 (primary culture):直接从体内获取的细胞或组织进行的首次培养称为原代培养。 传代培养 (secondary culture):当原代细胞经过增殖达到一定密度后,将细胞分散,按一定比 例转移到一个或几个容器中的扩大培养。 粘性末端 (cohesive end):许多限制性内切酶是在酶切位点的不同切口处切断双链DNA ,产 生两个碱基互补的短单链突出末端称为粘性末端。 蛋白质组 :是指在特定时空条件下,某种细胞、组织或器官所含有的全部蛋白质。 内共生学说 (symbiosis hypoth
5、esis):该学说认为线粒体起源于古老厌氧真核生物中的需氧菌, 长期进化过程中,共生物的大部分遗传信息转移到细胞核,留下的遗传物质大大减少,最终 成为真核细胞的亚结构线粒体。 结合变构机制(binding change mechanism):当质子穿过F1因子的活性部位时可引起 F1颗粒 的构象变化,导致底物ADP 和 Pi 同活性部位的紧密结合和产物ATP 的释放。在此模型中, ADP 和 Pi 合成 ATP 不需要能量,而F1的构象变化时需要依赖能量供应,所需的能量一方 面用来使 ATP 同活性部位的结合由紧密状态变为疏松状态,便于ATP 的释放;另一方面使 ADP 和 Pi 同活性部位的
6、结合由疏松状态转变为紧密状态,以利于ADP 和 Pi 合成 ATP。 细胞膜 :是包围在细胞质表面的一层薄膜,又称质膜(plasma membrance)。细胞膜将细胞中 的生命物质与外界环境分隔开,维持细胞所特有的内环境。 细胞生物学 2 脂质体 (liposome) :又称为人工生物膜。膜脂是双亲性分子,当这些双亲性分子被水环境包 围时,会把疏水的尾部夹在亲水的头部中间形成双分子层,为了避免双分子层游离端疏水的 尾部与水接触,两游离端往往能相互连接而封闭成中空的球形脂质双分子层。 细胞膜的分子结构模型及其优缺点: 片层结构模型(lamella structure model):认为细胞膜由
7、两层磷脂分子构成,磷脂分子的疏 水烃链在膜的内部相对,而疏水端朝向膜的表面,在内外表面还覆盖着一层球形蛋白质分子, 形成蛋白质 -磷脂 -蛋白质的三层夹板式结构,膜上有穿过脂双层的、由蛋白质围成的孔,表 面有亲水基团,允许水分子通过。 优缺点:这一模型是第一次用分子术语描述的结构,并将膜结构同所观察到的生物学 理化性质联系起来,对后来的研究有很大的启发。但仅仅是根据实验数据分析间接推论出 的,缺乏直观资料。 单位膜模型 (unit membrancemodel) : 在电子显微镜下, 发现各种生物膜均呈“两暗夹一明” 的三层式结构, 由此认为磷脂双分子结构是膜的主体,亲水端头部朝外,与附着的蛋
8、白质构 成暗线,疏水的尾部朝内构成明线,且内外表面的蛋白质不是球形分子,而是单条肽链以 (贝塔) -片层结构形式存在,通过静电作用于磷脂极性端结合。 优缺点: 此模型提出了各种生物膜在形态结构上的共同特点,结合电镜图像, 能解释膜 的某些属性。 但它把膜作为一种静态的单一结构,无法说明膜的动态变化和各种重要生理功 能,也无法解释不同生物膜厚度不同的现象。 流动镶嵌模型(fluid mosaic model):认为膜中的脂双层构成膜的连贯主体,它既具有晶体 分子排列的有序性,又具有液体的流动性。膜中蛋白质分子以不同形式与脂双层分子结合, 有的镶嵌在脂双层分子中,有的则附着在脂双层表面。它是一种动
9、态的、不对称的、具有流 动性的结构。 优缺点: 此模型强调了膜的流动性和不对称性,较好的解释了生物膜的功能特点,是目 前普遍接受的膜结构模型。但它不能说明具有流动性的质膜在变化过程中怎样保持膜的相对 完整性和稳定性,忽视了膜的各部分流动性的不均匀性。 其他模型:此外还有晶格镶嵌模型(crystal )和板块镶嵌模型(block )。 晶格镶嵌模型认为生物膜中流动的脂类是在可逆的进行有序和无序的相变,膜蛋白对脂 类分子的运动具有限制作用;镶嵌蛋白与其周围的脂质分子形成晶格,而具有流动性的脂类 呈小片状的点状分布;因此脂类的流动性是局部的,并非整个脂类双分子层都在流动。 板块镶嵌模型认为在流动的脂
10、双层分子中存在许多大小不同的、刚性较大的、 能独立移 动的脂类板块,在这些有序板块之间存在流动的脂类区,这两者处于一种连贯的动态平衡。 优缺点:它们较合理的说明了生物膜具有流动性,又具有相对完整性及稳定性的原因。 而事实上,这两种模型与前三种模型无本质区别,不过是对膜流动性的分子基础进行了补充。 主动运输 :是物质从低浓度的一侧通过细胞膜向高浓度一侧的转运,由于运输是逆浓度梯度 进行的,需要载体的参与和消耗能量,称为主动运输。 协同运输 (cotransport):是一类由钠钾泵(或氢泵 )与载体协同作用,在转运一种溶质分子的同 时或随后间接消耗ATP 转运另一种溶质分子的主动运输过程。若转运
11、方向相同则称共运输 (symport);反之则称 对向运输 (antiport)。 膜泡运输 (vesicular transport):大分子和颗粒物质被运输进入细胞使并不直接穿过细胞膜, 而是由膜将其包围形成膜泡,通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成的转运过程。 胞吞作用 (endocytosis):是指细胞摄取大分子和颗粒物质时,质膜内陷包围胞外物质形成胞 吞泡,然后脱离质膜进入细胞内的过程。 细胞生物学 3 膜流 (membrance flow) :细胞的各种膜相结构虽然有其各自的空间位置,但它们的关系极为 密切,彼此按一定方式相互联系和转移,构成一个统一的整体,这种现象叫做膜流。伴随着
12、 蛋白质在细胞内的运输和排出过程,可观察到这种现象。 受体介导的内吞作用(receptor mediated endocytosis): 是细胞通过受体的介导摄取细胞外专一 性的蛋白质或其他化合物的过程。此过程强调高度特异性,是通过细胞表面的受体和相应的 配体特异性结合来实现的。如细胞摄取胆固醇的过程。 细胞外被 (cell coat): 为细胞膜中糖蛋白和糖脂伸出细胞外表面的分枝或不分枝寡糖链。其蛋 白质和脂质部分参与了细胞膜本身的构成。 细胞表面 (cell surface):是以细胞膜为核心的细胞膜、细胞外被、细胞膜内表面的细胞溶胶、 各种细胞连接结构和细胞膜上的一些特化结构统称为细胞表
13、面。主要功能是维持细胞相对稳 定的微环境,实现其物质交换、信息传递、细胞识别和免疫反应等功能活动。 分子伴侣 (molecular chaperone)是一类高度保守、 可识别肽链的非天然构象,并协助多肽链进 行正常折叠、 组装和转运的蛋白质,其本身并不参与最终产物的形成。热休克蛋白就是一大 类分子伴侣。 信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP):由 6 个多肽亚基和1 个小的 7S RNA 分子组 成的复合体。 SRP 既能识别露出核糖体的信号肽并与之结合,形成SRP-核糖体复合体,又 能识别粗面内质网(RER)上的 SRP-R,使该复合体结合到RER
14、上。当 SRP-核糖体复合体形 成后, rRNA 的 A 位点被 SRP 占据,阻遏了下一个氨基酰-tRNA 的进入,使蛋白质合成暂 停, SRP-核糖体复合体和RER 上的 SRP-R 结合后 SRP 与核糖体解离,肽链延伸继续进行。 信号肽 (signal peptide):普遍存在于分泌蛋白肽链N-端的一段由不同数目、不同种类氨基酸 组成的疏水氨基酸序列,是指导蛋白质多肽链在RER 上合成加工的决定因素。 信号肽假说 (signal hypothesis):由 RER 合成加工并运输的蛋白质,合成起始时先生成一段信 号肽,被胞质中SRP 识别并结合后,再与核糖体上的SRP-R 结合形成S
15、RP-核糖体复合物。 然后 SRP 脱离,蛋白质继续合成,信号肽引导多肽链进入内质网腔后被切除,肽链延伸完 成后,核糖体从内质网脱离。 半自主性细胞器(semiautomous organelle):自身含有遗传表达系统,能自我增殖的细胞器; 由于其编码的遗传信息十分有限,RNA 转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依 赖细胞核基因的遗传信息,因此称为半自主性细胞器。如叶绿体和线粒体。 线粒体基粒 :是线粒体内膜的内表面和嵴的基质面附着有许多突出于内腔的颗粒,每个线粒 体有 10 的四次方 至 10 的 5 次方 个,基粒由多种蛋白质亚基组成,分为头部、柄部和基片三部分。 圆球形头部突出
16、于内腔中,基片镶嵌于膜中,柄部将头部和基片相连。基粒头部ATP 酶活 性,能催化ADP 磷酸化生成ATP,因此基粒又称ATP 酶复合体 (见生化第7 页)。 细胞骨架 (cytoskeleton):是指真核细胞中的蛋白质纤维网架系统,包括微丝、微管和中间纤 维,对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输,染色体的分离和细胞分裂等过程起 着重要作用。 微管组织中心 (MOTC) :微管装配过程中起成核作用,并使之延长的结构,包括中心体、基 体和着丝点等。 中心粒周围物质(pericentiolar material,PCM):在中心粒周围、具有极高电子密度的无定形 基质。在微管组装过程中起到M
17、OTC 的作用,中心粒起稳定PCM 的作用。 细胞生物学 4 中间纤维 (intermediate filament ,IF):是细胞骨架的3 种成分之一,因其直径(约 10 纳米 )介 于微管和微丝之间而得名。由不同的蛋白质组成,是空心纤维结构。 由于它具有组织特异性, 因此其种类、成分、结构和功能比较复杂。 主要功能:维持细胞和组织完整性;为细胞提供机械强度支持;参与细胞连接; 参与细胞内信息传递和物质运输;维持核膜稳定;参与细胞分化。 细胞运动形式及机制: 1、运动形式:细胞的位置移动,如鞭毛和纤毛的摆动、阿米巴样运动;细胞的形 态改变;细胞内运动,如细胞质流动、膜流;物质运输;染色体分
18、离 2、机制:以鞭毛和纤毛摆动为例。 相邻二联管A 管的动力蛋白头部与相邻B 管接触,促进与动力蛋白结合的ATP 水解, 并释放 ADP 和 Pi,改变 A 管动力蛋白的构象,促进头部向相邻二联管正极滑动,是相 邻二联管随之滑动。 新的 ATP 与动力蛋白结合,促使动力蛋白头部与B 管脱离。 ATP 水解,释放的能量使动力蛋白头部角度复原。 带有水解产物的动力蛋白头部与B 管的另一位点结合,开始下一个循环。 袢环模型 (loop model):细胞分裂中期染色体构建时, 染色体构建过程: 由 200bp 左右的的DNA 分子及一个组蛋白核心构成11nm 的圆盘状结构,称为核小体 , 是染色体的
19、基本结构单位。组蛋白核心是由4 种组蛋白H2A、H2B、H3、H4个两分子组成的 八聚体,被146bp 的 DNA 缠绕 1.75 圈,两相邻核小体间有约60bp 的连结 DNA 相连,组 蛋白 H1结合在连接 DNA 上, 位于缠绕组蛋白八聚体的DNA 进出端,起稳定核小体的作用。 核小体逐个串连,6 个核小体缠绕一周,螺旋化成30nm 的螺线管,为染色体组装的二级 结构。 之后的组装有不同的观点。A.袢环模型 ,认为螺线管形成螺线管形成后,30nm 的染色质 纤维折叠形成袢环,每个袢环含315 个核小体,每18 个袢环以非组蛋白为中心轴放射状排 列于同一平面上,并结合在核骨架上形成微带,是
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