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生物化学及细胞生物学部分整理


生物化学
一、 糖类
种类 单糖 二糖 多糖 植物 蔗糖,麦芽糖,纤维二糖 淀粉,纤维素,果胶,琼脂 乳糖 糖原,壳多糖(几丁质) 动物 共有 丙糖, 五碳糖, 葡萄糖 (六碳糖) 果糖(六碳糖,最甜的糖) 半乳糖(六碳糖)

蔗糖:1 葡萄糖+1 果糖 麦芽糖:2α -D-葡萄糖 纤维二糖:2β -D-葡萄糖 乳糖:1 葡萄糖+1 半乳糖

淀粉:n 个α -葡萄糖 纤维素:n 个β -葡萄糖

葡萄糖都是以 α-1,4 糖苷键(直链)和 α-1,6 糖苷键(支链)相连。 单糖均有还原性(属还原性糖) 多糖均没有还原性(属非还原性糖) 寡糖(主要是二糖和三糖) :①有还原性:麦芽糖,纤维二糖,异麦芽糖,乳糖 ②没有还原性:蔗糖,棉子糖 【例】下列糖中不具还原能力的是 ( ) A.葡萄糖 B.乳糖 C.蔗糖 D.麦芽糖 答案:C 葡萄糖在合成糖原的时候,每加上 1 个葡萄糖残基需消耗 2 个高能磷酸键

二、 蛋白质
蛋白质 N 含量平均为 16%(凯式定 N 法) 氨基酸残基的数目=蛋白质分子量/110 溶液的 pH 值低于某氨基酸的等电点时,则该氨基酸带净正电荷,在电场中向阴极移动。若 溶液的 pH 值高于某氨基酸的等电点时,则该氨基酸带净负电荷,在电场中向阳极移动。

酸性氨基酸:PI=1/2(PK1+PKR) 中性氨基酸:PI=1/2(PK1+PK2) 碱性氨基酸:PI=1/2(PK2+PKR) 蛋白质的最大吸收值在 280nm 处,核酸的紫外吸收最大吸收值在 260nm 附近

(一) 一部分较重要的归纳(具体可见精英教案 P1075) 、
1.按 R 基化学结构分类 ①脂肪族氨基酸(不全) 酸性氨基酸(带负电) :天冬氨酸(Asp) ,谷氨酸(Glu) 碱性氨基酸(正电) :赖氨酸(Lys) ,精氨酸(Arg) ,组氨酸(His) 含硫氨基酸:半胱氨酸(可形成二硫键) (Cys) ,甲硫氨酸(Met) 含羟基氨基酸:丝氨酸(Ser) ,苏氨酸(Thr) 含酰胺基氨基酸:天冬酰胺(Asn) ,谷氨酰胺(Gln) ②芳香族氨基酸:苯丙氨酸(Phe) ,酪氨酸(Tyr) ,色氨酸(Trp) ③杂环族氨基酸:组氨酸(His) ,脯氨酸(Pro) 2.、按 R 基极性分类 ①极性氨基酸(11 种) :酸性氨基酸(2 种) ,碱性氨基酸(3 种) ,含羟基氨基酸(2 种) , 含酰胺基氨基酸(2 种) ,酪氨酸(Tyr) ,半胱氨酸(Cys) ②非极性氨基酸(9 种) :Gly(甘), Ala(丙), Val(缬), Leu(亮), lle(异亮), Met(甲硫), Phe(苯丙), Pro(脯), Trp(色) 芳香族氨基酸在 280nm 波长附近有最大的紫外吸收率 His 咪唑基是 PKR 在 7.0 附近的唯一氨基酸,在生理 PH 下具有较大的缓冲能力 20 种蛋白质氨基酸在可见光区域皆没有光吸收 Gly 没有旋光性 Pro、羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色物质,其他生成紫色物质 Pro 不能用氨基酸通式来表示 Pro、羟脯氨酸可中断 ?-螺旋 Pro 形成的肽键可以是反式的也可以是顺式的,一般是顺式的 酪氨酸(Tyr)在体内可以转变成肾上腺素 必需氨基酸是对人和动物而言的 组成谷胱甘肽的氨基酸有谷氨酸,半胱氨酸,甘氨酸 【例】在氨基酸的分类中,下面哪一个氨基酸属于芳香族氨基酸(2010 联赛) A.丙氨酸 B.丝氨酸 C.色氨酸 D.亮氨酸 测定一个五肽的氨基酸序列的最好方法是:Eadam 降解法 蛋白质α -螺旋结构的特点:天然蛋白质多为右手螺旋,每隔 3.6 个氨基酸螺旋上升一圈, 每个氨基酸残基上升高度为 0.15nm 双缩脲反应检测蛋白质,取决于完整的肽链 蛋白质的性质: (1)两性电解质,PH=PI 时,蛋白质溶解度最小

(2)胶体性质 (3)紫外吸收特性 氨基酸性质: (1)两性解离,PI=PH 肽链的断裂——酶解法和化学裂解法 酶解法

(4)变性作用

(5)变构作用

化学裂解法:

(二) 、氨基酸的化学反应
1. α -NH2 参加的反应 (1).α -NH2 与 2,4-二硝基氯苯(DNFB)或 FDNB 反应生成 DNP-氨基酸(黄色) (DNFB 又称为 Sanger 试剂,Sanger 法鉴定多肽链 N 末端氨基酸) (2).α -NH2 与苯异硫氰酸酯(PITC)反应 (这一反应是 Edrnan 法鉴定多肽或蛋白质 N 末端氨基酸的基础,在蛋白质氨基酸顺序分析 方面占重要地位) 2. α -COOH 参加的反应 氨基酸-COOH 成盐成酯后, -COOH 既被保护, 而-NH2 的活性得到加强, 故-NH2 的酰基化, 羟基化需在碱性溶液中进行 3. α -NH2 和α -COOH 共同参加的反应 (1)可与茚三酮反应生成紫色物质(Pro 和羟脯氨酸生成黄色物质) ,此反应长用于氨基酸 定性定量测定。多肽可与茚三酮反应生成蓝紫色物质,但肽越大,灵敏度越差,蛋白质也有 此颜色反应。 (2)成肽反应 4.侧链 R 基参加的反应(具体可见精英教案 p1082) 肽的化学反应 1. 茚三酮反应 2. 双缩脲反应:含有两个或两个以上肽键的多肽和蛋白质可与碱性铜试剂发生双缩脲反 应,生成紫红色化合物(此反应可测定蛋白质含量)

蛋白质的颜色反应可见 精英教案 P1103 【例】12.双缩脲反应主要用来定性或定量测定下列哪些项? (2 分) (2011 联赛) A.氨基酸 B.多肽 C.糖 D.脂 E.蛋白质 答案:BE

化学键 共价键 肽键 二硫键 氢键 非共价键 (次级键) 疏水键 盐键 范德华力

一级结构 + + — — — —

二级结构 — — + — — —

三级结构 — — + + + +

四级结构 — — + + + +

二级结构五种类型:α -螺旋,β -折叠(伸展的肽链结构,肽键平面折叠成齿状,可由两条 以上多肽链顺向或逆向平行排列而成) -转角,β -凸起,无规卷曲 ,β 超二级结构:三种基本组合:α α ,β α β ,β β β 结构域:四种:全α 结构域(反平行螺旋束) ,β 结构域,全β 结构域,富含金属或二硫 ,α 键的结构域 蛋白质结构中,二硫键的数目多,蛋白质结构的稳定性就越强。在生物体内起保护作用 的皮、角、毛发的蛋白质中,二硫键最多。 指甲、毛发以及有蹄类的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α –螺旋的纤维蛋白,又称α –角蛋 白。 蚕丝、蛛丝中的β –角蛋白 肽键部分具有双键的性质,不可自由旋转,肽键上 4 个原子与相邻两个α -C 原子构成肽键 平面 蛋白质变性过程中不会破坏肽键 导致 DNA 变性的因素有温度,PH,压力等,适度和光线亮度不会引起 DNA 变性 蛋白质变性后会出现溶解度变小,构象发生改变(但构型不会发生改变)

(三) 、蛋白质分离提纯鉴定(具体可见精英教案 P1104)
一般原则: 前处理(将组织细胞捣碎) 粗分级(处理大量蛋白样品,浓缩蛋白液) (盐析法,等电点法,有机溶剂分级沉淀法) 细分级(凝胶过滤层析,离子交换层析,吸附层析,亲和层析) 电泳法鉴定 结晶(进一步提纯)

蛋白质混合物的分离方法: (一)根据分子大小不同 1.透析——利用蛋白质分子不能透过半透膜的性质(将提纯的蛋白液装在半透膜的透析袋 里,放在 dH2O 中进行透析,透析外液可以更换,直至透析袋内无机盐降至最低值) 超过滤——利用压力或离心力,强使 H2O 和其他小分子通过半透膜,而蛋白质留在膜上 2.密度梯度区带离心 蛋白质颗粒密度, 质量大的即沉降得快, 沉降到与其自身密度相等的介质梯度时即停止不前。 从而达到分离蛋白质的目的 3.凝胶过滤层析(又叫分子排阻层析,分子筛层析) (还可用于测定蛋白质分子量) 将凝胶颗粒放在适宜的溶剂中浸泡,使其充分膨胀,装入层析柱内。 加入待分离的蛋白质混合物 以同一溶剂洗脱:比凝胶网孔大的分子不能进入凝胶珠孔内,就快速流出。比网孔小的分子 能进入凝胶珠网状结构,流速缓慢。从而分离分子大小不同的蛋白质 (二)根据溶解度差别 1.蛋白质等电点沉淀:可调节不同的 PH 值使蛋白质处于 PI 时,其所带静电荷为“0” ,蛋白 质分子容易结聚沉淀。 (此时沉淀出的蛋白质具有天然构象,可再溶于适当的缓冲容积) 2.蛋白质的盐溶和盐析: 中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响, 常用中性盐有 (NH4) 2SO4, MgSO4,NaCl 低浓度时可增加蛋白质溶解度——盐溶 高浓度时很多蛋白质可从溶液中沉淀出来——盐析(具体原因可参见精英教案 P1105) (盐析后蛋白质处于天然构象,可再溶解) 3.有机溶剂分级沉淀法:一些有机溶剂,如甲醇,乙醇,丙酮等,可使蛋白质在水中溶解度 显著降低,控制有机溶剂浓度可分级沉淀蛋白质。 (沉淀出的蛋白质常伴随变性,不可再溶 解)低温操作且缩短处理时间可使变形速度减慢(具体原因可参见精英教案 P1106) 4.温度对蛋白质溶解度的影响:0-40℃,大部分球状蛋白溶解度随温度升高而增加 40-50℃以上,大部分蛋白质不稳定,开始变性 蛋白质的分离纯化一般在 0℃或更低温度下进行。 (三)根据电荷不同 1.电泳——在外电场作用下,带电颗粒向着与其电性相反的电极移动 所带静电荷数量越多,颗粒越小,越接近球形,在电场中泳动速度越快,反之越慢 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE) ,广泛用于蛋白质,酶,核酸等生物分子的分离,定性,定量 及少量的制备 采用 SDS-PAGE 测定蛋白质的分子量。 SDS-蛋白质复合物的泳动速度主要取决于分子量 等电聚焦是在聚丙烯酰胺凝胶中掺入两性电解质载体,在电场中可自动形成 PH 梯度。 蛋白质移向并聚焦(停留)在与其等电点相等的 PH 梯度处。等电聚焦具有很高的分辨率, 适于同功酶的鉴定,可以分开 PI 有 0.02PH 差异的蛋白质 双向电泳是等电聚焦和 SDS-PAGE 的组合。利用等电点进行第一项分离,然后利用分子 量进行第二项分离 2.离子交换层析: 蛋白质等生物大分子不能进入树脂交联结构, 故不能在一般的树脂上分离, 而纤维素和凝胶具有松散的网状结构,较大的表面积,大分子可以自由通过,交换容量比树 脂大,洗涤条件温和,回收率高。 蛋白质对离子交换剂的结合律取决于彼此相反电荷的吸引力。 而盐的存在可以降低离子交换 介质与蛋白质相反电荷的静电吸引力。改变洗脱液中的盐离子浓度和 PH,可使蛋白质按离 子交换剂亲和力的大小依次洗脱出来,结合力最小的蛋白质最先洗脱出来。

3.亲和层析(根据对配基的生物学特异性的分离方法) 将特异配基共价地连接到载体表面 将载体装到层析柱中 加入待分离蛋白质混合物 待提纯的蛋白质与配基结合而被吸附到载体表面,其他分子不被吸附而流出柱外 用自由配体分子溶液洗脱,使蛋白质从柱上洗脱出来

【例】蛋白质沉淀后,沉淀能溶解的是 ( ) A.AgNO3 沉淀 B.(NH4)2SO4 沉淀 C.苦味酸沉淀 D.三氯乙酸沉淀 解析:蛋白质沉淀可分为两类:1.非变性沉淀(可溶解)——破坏蛋白质胶体稳定性的因素, 而使蛋白质从溶液中沉淀析出。 (包括:等电点溶解,中性盐沉淀(盐析) ) 2.变性沉淀(不可溶解)——破坏蛋白质高级结构,蛋白质变性,使蛋白质不溶而沉淀 析出(包括:有机溶剂沉淀,重金属沉淀,有机酸沉淀) AgNO3 沉淀为重金属沉淀,苦味酸沉淀和三氯乙酸沉淀为有机酸沉淀,均是变性沉淀,不 溶解。 (NH4)2SO4 沉淀为中性盐沉淀(盐析)能溶解。 答案:B 【例】在生物大分子的分离纯化过程中,能将生物大分子与无机盐及有机小分子分 离的方法是以下哪些? (3分) (2010联赛) A.离子交换层析 B.凝胶过滤层析 C.滤纸过滤 D.透析 E.离心 答案:AD 【例】使用离心机离心l00毫升样品之前最重要的操作步骤是平衡,正确的操作是以 下哪一个?(1分) A.目测 B.用量筒量取同样体积的样品溶液分别倒入两个离心管中 C.用托盘天平平衡两个离心管,然后将样品溶液分别倒入离心管 D.将样品溶液分别倒入两个离心管中,然后用托盘天平进行平衡 答案:D 【例】蛋白质达到等电点时,蛋白质分子会出现以下哪些状态? A.表面净电荷为零 B.稳定性增加 C.溶解度最小 D.溶解度最大 答案:AC (2分)

(四) 、
Southern-blotting 用以检测 DNA 片段 (此杂交中需变性处理) Northern-blotting 用以检测 RNA (此杂交种无需进行变性处理) Western-blotting,Eastern-blotting 是检测蛋白质 Dot-blotting 可检测 DNA,RNA,蛋白质。 (具体原理课参见“精英教案,生物试题解析”P160) 【例】下列物质中具有旋光性的物质有( ) A.甘油醛 B.甘氨酸 C.葡萄糖 D.甘油

解析: 物质具有旋光性是由于该物质含有不对称碳原子而引起的。 甘氨酸没有不对称碳原子, 甘油是对称分子 答案:AC 蛋白质合成抑制剂:嘌呤毒素,抗菌素,毒素

(五) 、酶
抑制作用:1,可逆抑制剂: ①竞争性抑制(抑制剂与底物竞争与酶结合)Km↑ Vmax 不变 ②非竞争性抑制(抑制剂,底物与酶同时结合)Km 不变 Vmax↓(如 Hg,Ag) ③反竞争性抑制(酶与底物,抑制剂三者结合形成三元复合物,不能分解)Km↓ 2.不可逆抑制剂: ①非专一性 ②专一性: (1)Ks 型 (2)Kcat 型 “酶自杀性底物”

Vmax↓

维生素种类及功能 见精英教案 P1152 分脂溶性 A、D、E、K,作用分别是夜盲、佝偻、不育、出血不止;水溶性 B1、B2、 B6、B12、C 等,作用分别是脚气、口角炎、皮炎、红细胞贫血、坏血症。 维生素是酶的辅助结构,影响生物的新陈代谢。 含有腺苷酸的辅酶有:NAD+,NADP+,FAD 米氏系数 Km 是一个用来度量酶和底物亲和力大小的常数 Km 的含义是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 同一种酶有几个底物就有几个 Km 值, 其中 Km 值最小的底物称为酶的最适底物 (或天然底 物)
1 v ? Km V max ( 1 [S ] )? 1 V max

变构酶是一种寡聚酶 全酶=酶蛋白+辅因子

(六) 、氨基酸
氨的排泄:1.排氨动物:水生动物 2.排尿酸动物:爬行类和两栖类 3.排尿素动物:哺乳类和两栖类(两栖类蝌蚪期排氨)

三、 核酸
平均含 P 量 9%-10% 核酸和核苷酸既有磷酸基,又有碱性基团,为两性电解质,因磷酸的酸性强,通常表现 为酸性。RNA 在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而 DNA 对碱较稳定,常利用该性质测定 RNA 的碱基组成或除去溶液中的 RNA 杂质。DNA 为白色纤维状固体,RNA 为白色粉末;

都微溶于水,不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。 环状核苷酸:核苷酸可在环化酶的催化下生成环式的一磷酸核苷 + 正常细胞中 cAMP 的浓度很低。在细胞膜上的腺苷酸环化酶和 Mg2 存在下,可催化细胞中 ATP 分子脱去一个焦磷酸而环化成 cAMP,使 cAMP 的浓度升高 起着某些激素的“第二信使”作用

中心法则:

(一) 、核酸变性和复性
核酸的变性: 一级结构并不发生破坏。 260nm 区紫外吸收值升高, 出现增色效应, 粘度下降, 比旋值下降,浮力密度升高,同时改变二级结构 核酸的复性:DNA 的片段越大,复性越慢;DNA 的浓度越高,复性越快 对 DNA 而言,通常把 DNA 的双螺旋结构失去一半时的温度(或变性量达最大值的一半时 的温度)称为该 DNA 的熔点或解链温度,用 Tm 表示。 + + 在生活细胞中, ATP 和 ADP 通常以 Mg2 或 Mn2 盐的复合物形式存在。 在体内, 凡是有 ATP 2+ 参与的酶反应中,大多数的 ATP 是以 Mg —ATP 复合物的活性形式起作用的。

(二) 、部分 RNA 及 DNA 结构叙述
tRNA 分子 一级结构:含有较多的稀有碱基,分子较小(并不是最小的 RNA) 二级结构:呈三叶草构型(一臂四环) ,氨基酸臂(3’端是 CCAOH) 环,反密码子环, ,D 额外环(可变环) (是 tRNA 分类的指标) ,TΨC 环(除个别 tRNA,几乎所有 tRNA 中皆 含有 TΨC 序列) 三级结构:倒写的“L”型字母 携带同一种氨基酸的不同种 tRNA,称为同工 tRNA 原核细胞的 mRNA 转录与蛋白质翻译同时进行 DNA 螺旋直径平均 2nm,两个相邻碱基对平面间距离为 0.34nm,夹角为 36°,故双螺旋没 旋转一周有 10 个碱基对,螺距为 3.4nm 真核生物 DNA 的三级结构——核小体 DNA+组蛋白(碱性蛋白,富含赖氨酸和组氨酸)→染色体

核小体(核心和连接 DNA)是染色体的基本结构单位 核心由 DNA 左手缠绕组蛋白 8 聚体(H2A,H2B,H3,H4 各两个) 连接 DNA 包括 DNA 和 H1

(三) 、基因组特点
1.原核生物基因组的特点: DNA 大部分是为蛋白质编码的基因,每个基因在 DNA 分子中只出现一次或几次 功能相关的基因常串联在一起,并转录在同一 RNA 分子中 有基因重叠现象 2.真核生物基因组织特点: 具有重复序列(单一重复序列,中等重复序列,高度重复序列) 含有内含子

(四) 、某些 RNA 的功能
snRNA(核内小 RNA)参与 mRNA 前体的转录后加工 snoRNA(核仁小 RNA)参与 rRNA 前体的转录后加工 asRNA(反义 RNA)抑制 mRNA 的翻译 micRNA(微小 RNA)内源 RNA 分子,介导靶 mRNA 的沉默(最小的 RNA) siRNA(小干扰 RNA)外源双链 RNA 分子,介导靶 mRNA 的沉默 RNA 介导的基因沉默是特异性地导致 mRNA 的降解,抑制 mRNA 的翻译。 (并没有抑制 mRNA 的转录)

(五) 、DNA 的复制
复制单位(复制子) :基因组上能独立进行复制的单位 原核生物大肠杆菌具有复制终点,真核生物无复制终点 真核生物染色体具多个复制单位,是多复制子。复制时需解开核小体,复制后又重新形成核 小体 多数生物 DNA 为双向复制,具两个复制叉 某些原核生物和病毒 DNA 的复制,从一个起始点向同一侧进行,仅具一个复制叉 DNA 聚合酶催化 DNA 链的延长, 有以下特点: ①以四种 dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) 为底物,②需要模板,③需要 RNA 引物,④聚合方向 5’→3’ DNA 聚合酶参与 DNA 复制,切除引物,修复 DNA 连接酶参与复制,修复和重组等过程中 DNA 片段间的连接 DNA 的半不连续复制 聚合酶只有 5’→3’聚合酶活性 一条链是按 5’→3’方向连续合成的,称为“前导链” ,另一条链的合成是不连续的,先按 5’ →3’反相合成若干短片段(冈崎片段) ,再通过连接酶将这些短片段连在一起,构成“滞后 链”

端粒是真核生物线性染色体末端的特殊结构, 由许多成串的重复顺序组成, 具有稳定染色体 末端,防止末端连接的功能 端粒是由端粒酶催化合成,端粒酶是一种含有 RNA 链的逆转录酶 生殖细胞中端粒酶活性很高,使端粒维持一定的长度。在体细胞中,端粒酶失去活性。若端 粒缩短至一定程度,将导致细胞的衰老和死亡。癌细胞中端粒酶的活性明显提高

(六) 、DNA 损伤及修复
紫外线可以使 DNA 同一条链上的相邻嘧啶形成嘧啶二聚体 电离辐射可以打断 DNA 双链或单链并破坏碱基 一些烷化剂可导致碱基错配,DNA 交联,碱基脱嘌呤,从而干扰 DNA 复制和转录 生物体中存在 5 种重要的修复系统: 1.直接修复:最常见的形式是光复活,可见光(400nm 最有效)激活光复活酶(具有高度专 一性) ,只作用于紫外线形成的嘧啶二聚体。是植物体内重要的修复方式,但在高等哺乳动 物体内不存在 2.切除修复: ①碱基切除修复 ②核苷酸切除修复 (若此功能张安, 将可能患着色性干皮病, 患者对紫外线特别敏感,易患皮肤癌) 3.错配修复 4.重组修复 5.倾错修复: SOS 反应诱导产生倾错的 DNA 聚合酶 IV 和 C, 指 他们缺乏校对功能, DNA 使 在复制时允许错配,以增加存活机会。 SOS 反应诱导的修复系统包括避免差错的修复(前四项)和倾错修复。 SOS 反应是生物体在不利条件下为求得生存而出现的应急反应,它广泛存在与原核和真核 生物中。SOS 反应所诱导的倾错修复可能导致变异,而变异增加了物种生存的机会。 在高等动物体内,SOS 反应导致的诱变效应可能是致癌的。一些恶性肿瘤常常是体细胞基 因突变的结果。

(七) 、逆转录
逆转录酶是一个多功能酶,活性部位含有 Zn2+ 逆转录酶的聚合酶活性以 4 中 dNTP 为底物,需模板和引物,聚合方向 5’→3’ HIV 是一种逆转录病毒

(八) 、转录及转录后加工
DNA 与转录出的 RNA 顺序相同的一条链,称为编码连(有义链,正义链) 而为 RNA 提供转录模板的链,称为模板链(反义链) 真核生物转录出的 mRNA 一般情况下只能指导一种蛋白质的翻译,称为单顺反子 原核生物 mRNA 转录单位常含有多个基因,转录出的 mRNA 可以指导多种蛋白质的翻译, 这种类型的 mRNA 称为多顺反子 原核生物的 mRNA 一般不经加工而直接进行翻译, 只有少数的多顺贩子 mRNA 需经核酸内 切酶切成较小单位再进行翻译。

真核生物 mRNA 前体(称为 hnRNA)具有复杂的加工过程,5’加帽(与翻译起始有关) ,3’ 加 poly(A)尾(与 mRNA 从细胞核向细胞质的运输有关) ,拼接和核苷酸甲基化

(九) 、病毒 mRNA 合成:
(1)双链 DNA 病毒(±DNA):以双链 DNA 中的负链 DNA 为模板合成 mRNA (2)单链 DNA 病毒(+DNA):先合成互补的 DNA 链,组成双链 DNA 中间体,然后以负链 DNA 为模板合成 mRNA (3)正链 RNA 病毒(+RNA) :直接作为 mRNA (4)负链 RNA 病毒(—RNA)或双链 RNA 病毒(±RNA) :以负链 RNA 病毒为模板,合 成互补正链作为 mRNA (5) 二倍体 RNA 病毒: +RNA→ —DNA→RNA-DNA (杂交分子) —DNA→dsDNA → (整 合到宿主染色体上)→mRNA (具体见精英教案 P1293)

(十) 、遗传密码
基本特点:1.有 64 种密码 2.密码之间无逗号,自 5→3’方向连续阅读密码子 3.遗传密码不重叠,碱基使用不重复 4.简并性:即一个氨基酸具有不同的密码子。简并性允许 DNA 组成具有一定的 变化余地而多肽链氨基酸顺序保持不变,因此可以减少突变的频率,维持遗传的稳定性 5.专一性:密码子前两个碱基专一性强,第三个碱基专一性小。 (反密码子第一 位的次黄嘌呤(I)可以与密码子第三位的 U、A、C 都可以配对 6.通用性:所有生物共用一套密码子,但在动物线粒体中有的密码子不同于通用 密码子

四、 脂类
包括脂肪和类脂两大类 (l)脂肪(中性脂)当动物体内直接能源过剩时,首先转化成糖元,然后转化成脂肪。 在植物体内就主要转化成淀粉,有的也能转化成脂肪。脂肪分子中含碳氢较糖类多,所以氧 化分解时产热大。脂肪分子中含氧少,氧化分解时耗氧多。油料种子种植时,埋在土中要稍 浅一点。 (2)类脂(包括磷脂和糖脂) (3)固醇(又叫甾醇)在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。肾上腺皮质激素、性激素。 有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素 D 甘油激酶 甘油-3-磷酸脱氢酶 磷酸丙酮异构酶 甘油-----------甘油-3-磷酸------------------------磷酸二羟丙酮-----------------------甘油醛-3-磷酸 进入糖酵解 脂肪酸β -氧化: 脂肪酸 经 脱氢, 水化,再脱氢, 硫解四步反应生成乙酰 CoA 和脂酰 CoA 肝脏中乙酰 CoA 转变生成乙酰乙酸,β -羟丁酸,丙酮。三种化合物统称酮体 肝脏可以合成酮体, 但却不能利用。 酮体被运出肝细胞, 进入血液循环流经全身, 主要在肾, 心,脑和肌肉中氧化 在饥饿状态下可靠酮体供能,血和尿中酮体含量很少

磷脂的合成在肝,肾,肠等组织中最为活跃 肝脏是胆固醇合成的主要场所。肠壁组织,皮肤,肾上腺皮质,性腺等也有少量合成。胆固 醇在细胞质和内质网内合成,原料是乙酰 CoA 人体必须脂肪酸包括:亚油酸,亚麻酸(没有油酸)

细胞生物学
一、 原核细胞与真核细胞结构的主要区别
原核细胞 获能方式 细胞大小 细胞核 基因 遗传系统 氧化磷酸化 很小(1~10 微米) 无膜(称“类核” ) 不含高度重复序列 DNA 不与蛋白质结合 一个细胞只有一条 DNA 无内质网 无高尔基体 无溶酶体 无线粒体 仅有功能上相近的中间体 无叶绿体,但有的原核细胞有 类囊体 一般无微管、无微丝 无中心粒 肽聚糖 (支原体无) 二分裂 真核细胞 呼吸作用,光合作用 较大(10~100 微米) 有膜 含外显子,内含子,高度重复 核内的 DNA 与蛋白质结合,形成染色质(染 色体) 一个细胞有两条以上染色体 有内质网 有高尔基体 有溶酸体 有线粒体 有叶绿体(见光的植物细胞) 有微管、微丝 有中心粒(动物细胞) 有液泡(植物,低等动物) 植物:纤维素 真菌:几丁质 动物:无细胞壁 有丝,无丝

细胞质

细胞壁

分裂方式

二、细胞生物学研究方法 显微镜技术
(一)光学显微镜(普通复式光学显微镜,实体显微镜,暗视野显微镜,相差显微镜,微分 干涉相差显微镜,荧光显微镜,激光共焦点扫描显微镜等) 分辨率与照明光的波长(短波长较好)和物镜开口率(指光线经过盖片引起折射后所成光锥 底面的口径数字,该数字愈大,被吸收的光亮也就愈多,观察起来也愈清楚)有关 使用普通光学显微镜时,如果不染色,可采用缩小显微镜孔径光栅以加强明暗对比。 由于细胞和组织几乎都是透明的, 因此各种类型的染料和光学技术常被用于增强图像的反差 或对比度。

相差显微镜常用于观察活的、没有被染色的细胞,以及用于监视细胞的运动(利用被观察物 体的光程之差进行镜检) 染色剂 结晶紫 孚尔根反应 甲基绿-派洛宁 混合液 詹纳斯绿 中性红 银染法 台酚蓝 染色部位(鉴定) 备注 细胞核 DNA DNA 和 RNA 活细胞中的线粒 体 高尔基体,液泡 染色体, 核仁 死、 活细胞 线粒体中细胞色素氧化 酶使染料保持氧化态 对核中遗传物质显色无 特异性 对 DNA 显示有高度专 一性 DNA 染成紫红色 DNA 呈绿色, RNA 呈红色 兰绿色(线粒体周围细胞质 中染料被还原成无色) 红色或淡红色 染色体为金黄色, 核仁组织则为深黑色 死细胞为均匀蓝色, 活细胞不被染色 呈现颜色

(二)电子显微镜(透射电镜(TEM) ,扫描电镜(SEM) ) 光学显微镜极限分辨率约 200nm, 扫描电子显微镜 (SEM) 约为 10nm, 透射电子显微镜 (TEM) 约为 0.1nm。 (三) 原核细胞的亚显微结构 由原核细胞构成的生物称原核生物,如细菌、蓝藻、放线菌、衣原体、支原体和立克次 氏体等。 1、细菌 细胞壁:肽聚糖(N-乙酰葡萄糖胺+ N-乙酰胞壁酸+短肽)所组成,少数还含有其他多糖和 类脂。革兰氏染色法:革兰氏阳性菌(壁厚肽聚糖含量高) :紫色 革兰氏阴性菌(壁薄肽聚糖含量低) :红色 溶菌酶作用于肽聚糖的糖苷键, 青霉素作用于肽聚糖的短肽横桥, 所以革兰氏阳性菌对溶菌 酶和青霉素较敏感。 细胞膜组成和真核细胞基本相同,但膜内侧含有呼吸酶,参与细胞呼吸作用。 细胞质中有核糖体和中间体。核糖体分散在原生质中,只有 70S(30+50)型核糖体,是蛋 白质合成的场所。中间体是质膜内陷形成的复杂的褶叠构造,其中有小泡和细管样结构,与 DNA 复制点有关。光合细菌的光合作用是在含有菌绿素、胡萝卜素等光合色素的细胞内膜 进行的,呈小泡状或扁囊状分布于细胞周围,称为载色体。 细胞质中还有小型环状质粒 DNA,上有抗药性基因。质粒 DNA 可以消失和复制,细 菌之间可以相互转导。在原核细胞中还有糖原颗粒、脂肪滴和蛋白颗粒等内含物。 类核或拟核外面没有核膜,只由一条环状 DNA 构成,这种 DNA 不与蛋白质结合形成 核蛋白,决定细菌大部分性状。 有的细菌壁外还有荚膜和鞭毛,在不良条件下可以形成芽孢(休眠体) 。 2、蓝藻 没有叶绿体,只有类囊体等结构。上含叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素、藻红素等,类囊 体具有光合作用功能 3、放线菌

抗生素绝大多数由放线菌产生,其中又以链霉菌为主,如链霉素、头孢霉素、井冈霉素 等、土霉素、卡那霉素。 4.支原体和衣原体能通过细菌滤器,支原体无细胞壁。 (四) 真核细胞的亚显微结构 、 植物细胞和动物细胞的主要区别是:植物细胞具有质体;其次,植物细胞的质膜外被细 胞壁,主要是纤维素。相邻细胞间有一层胶状物粘合,成分是果胶(多糖) ,称中层或胞间 层。树木的木质部还有木质素(芳香醇) ,木栓层还有木栓质(脂质) 。

离心技术
平衡密度梯度区带离心 蛋白质颗粒密度, 质量大的即沉降得快, 沉降到与其自身密度相等的介质梯度时即停止不前。 以下技术参见精英教案 P1435-1440 荧光技术 单克隆抗体技术 细胞培养技术 细胞工程其它技术

三、细胞膜:
胆固醇(CI)存在于动物细胞和少数植物细胞质膜上 膜脂的不对称性:糖脂只分布在质膜或其他内膜的 ES 面(细胞外表面)上 膜脂的运动方式:侧向运动(最常见) ,自旋,摆尾,翻转(最罕见) 脂筏:在以甘油磷脂为主的生物膜上,胆固醇,鞘磷脂等形成相对有序的脂相,其中载有蛋 白分子。脂筏在细胞信号传导,物质跨膜运输,病原为生物入侵细胞过程中发挥重要作用 膜蛋白的三种类型: (1) 镶嵌在磷脂双分子层中的内在膜蛋白, 跨膜区通常是非极性氨基酸组成的α -螺旋结构, 而亲水结构域则伸出细胞质面和膜的外表面。 内在膜蛋白可多次跨膜。 跨膜蛋白的跨膜区常 为α -螺旋,也有一些跨膜蛋白是以β -折叠跨膜脂双分子层,形成桶状结构或跨膜通道。这 种结构存在于细菌,叶绿体,线粒体某些跨膜蛋白中 使用去污剂(两亲性分子)才能将内在膜蛋白分离下来 (2)外在膜蛋白为水溶性蛋白。 改变溶液浓度或提高温度就可以把他们分离下来,且不破坏膜的结构 (3)脂锚定蛋白:膜蛋白以共价键与脂相连,并以脂肪酸链插入膜中 膜骨架(微管、微丝等纤维蛋白构成的,位质膜胞质面下的网架结构)是以血影(人的红细 胞经低渗处理后, 质膜破裂剩下保持原来的形态和大小的细胞膜结构和大小) 为实验材料进 行研究。膜骨架与细胞形态维持,细胞运动,物质交换等功能有关 真核细胞胞外结构比较 类型 动物 胞外结构 胞 外 基 质 (ECM) 结构纤维 胶原蛋白和弹性蛋 白 (赋予 ECM 强度 水合(与水结合形成 的)基质成分 蛋白聚糖(蛋白加多 糖,赋予 ECM 抗压能 黏着分子 纤连蛋白和层粘连 蛋白。 (帮助细胞粘

和韧性) 植物 细胞壁 纤维素

力 半纤维素和伸展蛋白

连到 ECM 上) 果胶

植物细胞壁: 支持:木质化和硅质化 保护:角质化和栓质化

四、物质跨膜运输
小分子离子——跨膜运输
性质

简单扩散 — — — —
O2,CO2,固醇类 激素,许多药物

异化扩散(协助扩散, 促进扩散)

主动运输 +(载体蛋白) + + —

协同运输 +(载体蛋白) + — +
葡萄糖,氨基酸(共 运输) ,各种离子

需要特殊蛋白 逆浓度转运 与 ATP 水解偶联 通过膜两侧电化 学浓度梯度驱动 运输分子举例

+(通道蛋白) — — —

葡萄糖 (进入红细胞) 离子, , 小的亲水性分 氨基酸,离子,水 子, (ATP 动力泵) 脂

协同运输:1.同向运输:①动物小肠细胞对葡萄糖的吸收,伴随 Na+的进入 ②肾小管细胞膜上氨基酸与 Na+同向运输入细胞 ③细菌中乳糖与 H+同向运输入细胞 2.对向运输:动物细胞 H+输出伴随 Na+输入细胞 这种离子电化学梯度是通过 Na+-K+泵(或 H+泵)消耗 ATP 实现的 骨骼肌舒张时,胞质内 Ca2+通过主动转运进入肌质网 大分子颗粒性物质——膜泡运输 内吞:固体——吞噬作用(变形虫获取食物,哺乳动物的多形核白细胞和巨噬细胞 消灭侵入的病菌) ;液体——胞饮作用 外排:分泌蛋白颗粒 内吞作用和外排作用与其他主动运输一样也需要能量供应。

五、细胞连接
封闭连接:紧密连接: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。 锚定连接(1)桥粒(相邻细胞间) :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。 (2)半桥粒 (3)黏合带(相邻细胞膜) :一般位于紧密连接的下方,见于上皮细胞间。 (4)黏合斑 通讯连接: (1)间隙连接(基本单位:连接子)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。

(2)化学突触 (3)胞间连丝(植物)在胞间连丝连接处的细胞壁不连续,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。 细胞质=细胞质基质(细胞溶胶+细胞骨架)+细胞器 泛素(实现蛋白质分解的核心) :小型,高度保守的蛋白质,可与其他蛋白质的赖氨酸残基 共价结合。被泛素标记的蛋白质可以被蛋白质裂解体逐步降解。

六、细胞器:
1. 核糖体(无膜,rRNA+蛋白质,二者共价键相连,存在于所有细胞中,可游离,也可结合) 核糖体又分为 70S 型(30s+50s) (原核细胞及叶绿体、线粒体基质) 80S 型。 (40s+60s) (真核细胞质中) 真核细胞中每个核糖体每秒只能将 2 个氨基酸加到肽链上,而原核细胞(如细菌)每秒 可将 20 个氨基酸加到肽链上 真核生物有功能的核糖体的组装发生在核仁 “分子伴侣”是一类可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽,并与多肽某些部位结合, 从而帮助这些多肽转运、 折叠或组装的蛋白质分子。 但这些分子伴侣本身并不参与最终产物 的形成。 2.内质网(ER) :由封闭膜系统围成腔而形成相互沟通的网状结构 光面内质网(sER)及糙面内质网(rER) 光面内质网 形态 功能 多由小管和小囊构成不规则结构 糙面内质网 扁平囊状,排列较整齐,分布大量核糖 体

与脂类代谢,糖类代谢,解毒有关, 蛋白质的合成与转运,加工(如糖基 参与横纹肌收缩 化) ,分选 睾丸间质细胞,卵巢黄体细胞,肾 上腺皮质细胞 消化腺分泌细胞, 效应 B 细胞, 吞噬细 胞

代表细胞

糖基化修饰作用:识别;保护。 (内质网中进行 N-糖基化修饰,高尔基体中 O-连接糖基化) 合成的磷脂通过出芽的方式转运到高尔基体,溶酶体和细胞膜上 3. 高尔基复合体:扁平膜囊(多呈弓形)堆叠在一起构成的,膜囊周围还有大量大小不等 的球形囊泡 顺面膜囊(形成面) (凸面,膜较薄,与内质 网膜相似) 结构 中间多孔, 呈现连续分支 的管网结构 (与内质网类 似) 对内质网来物进行分类, 中间膜囊 反面膜囊(成熟面) (凹面,膜较厚,与 质膜相似) 管状网面(与细胞膜类 似)

介于正反面之间

功能

糖基化修饰,糖脂的合

蛋白质的分类,包装,

送入中间膜囊

成,蛋白的修饰

分泌囊泡包裹物质

高尔基体功能: (1).高尔基体把由内质网合成并转运来的分泌蛋白质加工浓缩,与动物分 泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。 (2).合成和运输多糖,与植物细胞壁的形成有关。 (3). 糖基化作用,高尔基体中含有多种糖基转移酶,能进一步加工、修饰蛋白质和脂类 物质。 分泌蛋白从高尔基体顺面膜囊通过中间膜囊来到高尔基体反面膜囊时, 他们是一次通过 膜囊内穿梭小泡或分泌颗粒以递进方式运输,而并不是由膜泡所介导 典型的高尔基体表现一定的极性。 细胞质基质形成蔗糖 叶绿体形成淀粉(多糖) 高尔基体形成纤维素(多糖) 溶酶体酶几乎都被打上了甘露糖-6-磷酸(M6P)标记。该过程是在糙面内质网和高尔基体 中共同完成的。打上标志的溶酶体酶再由膜泡(运输小泡)运入溶酶体或溶酶体酶去磷酸化 后,由晚胞内体变成溶酶体。 溶酶体酶发挥活性的最适 PH 范围为 5-6 4.溶酶体(主要化学成分为脂类和蛋白质) (几乎存在于所有动物细胞中) 由一个单位膜围成的球状体,溶酶体内富含水解酶(酸性水解酶) 酸性磷酸酶为溶酶体的标志酶。 由于溶酶体外面有膜包着, 使其中的消化酶被封闭起来, 不致损害细胞的其他部分。否则膜一旦破裂,将导致细胞自溶而死亡。 溶酶体的形成: 早胞内体(高尔基体反面管网状结构中循环和分拣) (出芽方式掉出的膜泡) →与胞吞小泡融合 →内含多种酸性水解酶(这些酶在 rRE 上合成,在 rRE 和高尔基体中加工修饰,此时并不 具消化活性) (出芽方式运回 TGN) →成为晚报内体(实质为消化酶集合体) 真核生物有两种方式:→①由位于晚胞内体膜上的质子泵泵入 H+以降低 PH,活化水解酶 或→②晚胞内体将其中的待消化物质送入已有溶酶体, 溶酶体酶去磷酸 化后,晚胞内体成为溶酶体 溶酶体类型 来源 备注 有多种水解酶(是在 粗面内质网的核糖 体上合成并转运到 高尔基囊的) 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 是否开始消化作用 各种酶还没有开始 消化作用,处于潜伏 状态 正在进行或已经进 行消化作用的液泡 (亦称消化泡)

初级溶酶体(分泌泡) 高尔基囊的边缘膨大 而出来的泡状结构

次级溶酶体(液泡, 消化泡)

吞噬泡和初级溶酶体 融合的产物

后溶酶体(残体)

未被消化的物质残留 形成的小体。

残体可通过类似胞 吐作用将内容物排 出细胞,也可能留在 细胞内逐年增多,如 肝细胞中的脂褐质。

吞噬泡: (1)异体吞噬泡:吞噬的是外源物质 (2)自体吞噬泡:吞噬的是细胞本身的成分 溶酶体功能: (1)参与细胞正常消化,起营养作用。或吞噬入侵物,起免疫作用。 (2)自体吞噬作用:消化衰老的细胞器,降解产物重新利用。 (3)自溶作用:一定条件溶酶体膜破裂,释放水解酶,细胞自溶。如无尾两栖类尾巴的 消失等 植物细胞中无溶酶体,圆球体或中央液泡或糊粉粒代替。 4. 植物液泡(单层膜)由一层单位膜围成。其中主要成分是水 成熟植物的中央大液泡占据细胞 90%以上容积 主要功能:1.维持细胞膨压 2.储存功能(储存无机盐,氨基酸,糖类,蛋白质,酶,树胶,单宁,生物碱, 各种色素脂类等。 ) 3.消化功能(内有酸性水解酶,膜上有质子泵,以维持膜内酸性) 圆球体,淀粉粒中储藏有多种水解酶 圆球体和糊粉粒:它们都是由一个单位膜围成的球状体。 圆球体具有消化作用及贮存脂肪功能; 糊粉粒也具消化作用,并且为蛋白质的贮存场所。 5. 微体 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: (1)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。 特征 形态大小 酶种类 pH 是否需氧 功能 发生 溶酶体 无酶晶体,0.2-0.5μ m 酸性水解酶 5 左右 不需要 细胞内消化 前体发生与高尔基体有关 溶酶体酶由糙面内质网合成 过氧化物酶体 常有酶晶体,0.15-0.25μ m 氧化酶、过氧化氢酶类 7 左右 需要 多种功能 前体发生可能与 ER 有关,来自 先前过氧化物酶体分裂 酶由细胞质基质中游离核糖体 合成

标志酶

酸性水解酶

过氧化氢酶

功能:①解毒作用:酒精氧化成乙醛,H2O2 的代谢 ②参与脂肪酸的氧化(产物是乙酰基,并且不与 ATP 产生相联系,产生的能量变成热,而 产生的乙酰基进入细胞质用于胆固醇的合成和其他代谢) (线粒体中的脂肪酸氧化产物是 CO2 并偶联产生 ATP) ③分解稀有化合物 ④含氮化合物的分解 (2)乙醛酸循环体:在植物叶肉细胞中,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了,乙醛酸循环体执行光呼吸的功能。 微 粒 体 是 细 胞 被匀 浆 破碎 时 , 内 膜 系 统 的 膜结构 破 裂 后 自 己 重新 封 闭起 来 的 小 囊 泡 (主要是内质网和高尔基体), 这些小囊泡的直径大约 100 nm 左右, 是异质性的集合体, 将它们称为微粒体。 6. 线粒体:不仅提供能量,而且还与细胞中氧自由基生成,细胞凋亡,细胞的信号传导, 细胞内多种离子的跨膜转运,以及电解质的稳态调控等有关

在大多数情况下,线粒体呈圆形、近似圆形、棒状或线状。 在电子显微镜下,线粒体为内外两层单位膜构成的封闭的囊状结构。分: 外膜:一个单位膜,膜中蛋白质与脂类含量几乎均等。物质通透性较高。 (标记酶:单胺氧化酶) 膜间隙: (其内充满无定形物,主要是可溶性酶、反应底物以及辅助因子等) (标记酶:腺苷酸激酶) 线粒体 内膜:一个单位膜,膜蛋白质含量高(占整个膜 80%左右)有高度选择通透性 向内突出形成嵴。仅允许不带电荷的小分子物质通过 通道蛋白和载体蛋白 (H 质子,NADPH) 。氧化磷酸化的电子传递链位于内膜 头部:F1 因子,为水溶性 膜内表面排列着一些颗粒状的结构,称为基粒 蛋白质,具有 ATP 酶活性 (标记酶:细胞色素氧化酶) 柄部(位于 F1 与 F0 之间) 腹部:F0 因子,由疏水性 蛋白质组成 基质:由内膜封闭形成的空间(含有脂类、蛋白质、核糖体、RNA 及 DNA) (标记酶:苹果酸脱氢酶)

标记酶:线粒体某一结构特有的 线粒体中的 DNA 分子通常与线粒体内膜结合存在,呈环状,和细菌 DNA 相似。核糖 体也是 70S。已经证明,在线粒体中有 DNA 聚合酶,并且离体的线粒体在一定条件下有合 成新 DNA 的能力。 线粒体 DNA 也是按半保留方式进行复制的, 其复制时间与核 DNA 不同, 而与线粒体的分裂增殖有关。一般是在核 DNA 进行复制后,在核分裂前(G2)期,线粒体 DNA 进行复制,随后线粒体分裂。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。 在线粒体内膜上存在的电子传递键, 能将代谢脱下的电子最终传给氧并生成水, 同时释 放能量, 这种电子传送链又称呼吸键。 它的各组分多以分子复合物形式存在于线粒体内膜中。 在线粒体内膜中,各组分按严格的排列顺序和方向(氧还电位由低到高) ,参与电子传递。 糖、脂肪、氨基酸的中间代谢产物在线粒体基质中经三羧酸循环进行最终氧化分解。在 氧化分解过程中,产生 NADH 和 FADH2 两种高还原性的电子载体。在有氧条件下,经线粒 体内膜上呼吸键的电子传递作用,将 O2 还原为 H2O;同时利用电子传递过程中释放的能量 将 ADP 合成 ATP。 关于 ATP 形成,即氧化磷酸化作用的机制,目前,最为公认的是化学渗透假说。它认 为,电子在线粒体内膜上传递过程中,释放的能量将质子从线粒体基质转移至膜间隙,在内 膜两侧形成质子梯度。利用这一质子梯度,在 ATP 酶复合体参与下,驱动 ADP 磷酸化,合 成 ATP。催化 NADH 氧化的呼吸链中,每传递两个电子,可产生 3 个 ATP 分子;而催化琥 珀酸氧化的呼吸链中,每传送两个电子,只产生两个 ATP 分子。 线粒体中的 DNA 分子通常与线粒体内膜结合存在,呈环状,和细菌 DNA 相似。已经 证明,在线粒体中有 DNA 聚合酶,并且离体的线粒体在一定条件下有合成新 DNA 的能力。 线粒体 DNA 也是按半保留方式进行复制的,其复制时间与核 DNA 不同,而与线粒体的分 裂增殖有关。一般是在核 DNA 进行复制后,在核分裂前(G2)期,线粒体 DNA 进行复制, 随后线粒体分裂。 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。 (详见精英教案 P1478) 7. 质体:是植物细胞所特有的。它可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。 (1)白色体(也叫无色体) 因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质 体和造油体。 (2)有色体 有色体内含有叶黄素和胡萝卜素,呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果 实中,其主要功能是积累淀粉和脂类。 (3)叶绿体 主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内,是光合作用的场所。

叶绿体:

外被:由两层单位膜构成,外膜通透性大,内膜物质有较强选择通透性。内外膜间围有 膜间隙。 基质:叶绿体内充满流动状态的基质。 类囊体(其内为水溶液) :基质中有许多片层结构。每片层是由周围闭合的两层膜组成, 呈扁囊状 基粒类囊体:小类囊体互相堆叠在一起形成基粒。 基粒片层:组成基粒的片层 基质片层:大的类囊体(称为基质类囊体)横贯在基质中,连接于两个或两个以上的基 粒之间的片层。 叶绿体的光合色素主要集中在基粒中, 类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作 用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行,合成有机物的暗反应,在叶绿体基质中 进行。 叶绿体中的 DNA 含量比线粒体显著多。其 DNA 也是呈双链环状,不与组蛋白结合, 能以半保留方式进行复制。同时还有自己完整的蛋白质合成系统。当然,叶绿体同线粒体一 样,其生长与增殖受核基因及其自身基因两套遗传系统控制,称为半自主性细胞器。 兰藻和光合细菌等原核生物没有叶绿体。 兰藻的类囊体是分布在细胞内, 特别是分散在 细胞的周边部位。 光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。 这种内膜呈小 泡状或扁囊状,分布于细胞周围,称为载色体。 叶绿体是质体的一种,是绿色植物进行光合作用的场所。质体是植物细胞所特有的。它 可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。 叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成,此外在叶绿体基质中还有少量 DNA 和 RNA。 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。 8.中心体 中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分:中央部分有中心粒, 周围的致密物质叫中心球。在电镜下看到,中心粒由 27 条很短的微管组成,从横切面看到 是由 9 个三体微管盘绕成的环状结构。 三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物 质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向,起着重要作用。

七、细胞骨架
细胞骨架普遍存在于真核细胞中,蛋白质纤维构成的网架体系。主要包括细胞膜骨架、 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。 (一)细胞膜骨架 指细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构, 称为细胞膜骨架。 膜骨架一方面直接与膜蛋 白结合,另一方面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。 (二)细胞质骨架 要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。 微管 结构 由 13 根原纤维围成壁的 中空管 微丝(肌动蛋白丝,纤维状 肌动蛋白) 单体首尾相连,形成螺旋状 排列 中间丝(中间纤维) 单体平行螺旋成二聚体→ 反向平行组装成四聚体→ 四聚体首尾相连形成原纤 维→8 根原纤维构成 10nm 纤维 8~12nm(平均 10nm) 有 6 种蛋白类型

直径 单体

外径 24nm,内径 15nm

7nm

α -微管蛋白(运动功能, 肌动蛋白,肌球蛋白 ATP 酶作用以获取所需能 量)β -微管蛋白 (+) (-)端 微管参与细胞形态发生 和维持,胞内运输,细胞 运动和细胞分裂中纺锤 体,染色体的运动等过程 (+) (-)端 ①微丝网络的空间结构和 功能取决于所结合的微丝 结合蛋白 ②与细胞突起形成,胞质分 裂,胞内运输,肌肉收缩, 吞噬作用,细胞迁移等多种 细胞运动过程有关

极性 功能

尚不知其极性 ①具有组织特异性 ②作为结构支持体, 维持动 物细胞形状, 参与核纤层和 核支架形成, 作为神经轴突 内部支撑 (NF 蛋白) ,肌肉 Z 盘区中的结蛋白, 对维持 肌细胞收缩起重要作用

存在 形式

以单管,二联管 9+2(鞭 毛纤毛) 或三联管 9+0 鞭 ( 毛或纤毛的基粒,中心 粒)行驶功能 秋水仙素——阻断微管 蛋白装配成微管 紫杉酚和重水——促进 微管装配,使已形成的微 管稳定(有害的稳定,致 使细胞周期停止在有丝 分裂期) Ca2+、高压、低温直接破 坏微管; 细胞松弛素——切断微丝 还未发现 鬼笔环肽——与微丝结合, 抑制微丝解聚。 荧光标记的鬼笔环肽可特 异性的显示微丝(F-肌动蛋 白) 。

特异 性工 具药

1.微管:除了独立存在于细胞质中的微管外,纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管 聚集而成,细胞分裂时出现的纺锤丝也是由微管组成。此外,微管常常分布在细胞的外线, 起细胞骨架的作用。微管和功能在不同类型的细胞内并不完全相同,组成纤毛、鞭毛的微管 主要与运动有关,而神经细胞中的微管可能与支持和神经递质的运输有关。 微管在细胞内成网或成束分布 由α 和β 两种球蛋白分子构成二聚体 微管和微丝一样具有踏车行为。 在细胞分裂中正常的微管功能应是处于组装-去组装动态之中 微管马达蛋白:是能使微管运动,或者能使细胞质中运输物沿着微管运输的一类蛋白 (1)驱动蛋白:进化上非常保守,转运膜泡,有丝分裂中染色体,细胞器等 (2)动力蛋白:已知马大蛋白中最大,移动速度最快。运输膜泡,细胞器等,驱使纤毛 和鞭毛搏动 ATP 为这两种马达蛋白提供能源,即微管马达蛋白是可被微管激活的 ATP 酶 2.微丝:微丝是原生质中一种细小的纤丝,直径约为 50 ?~60 ?,常呈网状排列在细胞膜之 下,在光镜下看不见,但如果微丝集合成束,则可在光镜下看到。微丝的成分是肌动蛋白和 肌球蛋白,这是肌纤维的运动蛋白。由此可知,它有运动功能,细胞质的流动、变形运动等 都和微丝的活动有关。动物细胞在进行分裂时,细胞中央发生横缢,将细胞分成两个,也必 须由微丝收缩而产生。有的微丝主要起支架作用,与维持细胞的形状有关。 顶体反应: 在精卵结合时,微丝使顶体突出穿入卵子的胶质里,融合后受精卵细胞表面积增大,形成微 绒毛,微丝参与形成微绒毛。 胞质分裂环: 有丝分裂末期, 两个即将分离的子细胞内产生收缩环, 收缩环由平行排列的微丝和 myosin II 组成。随着收缩环的收缩,两个子细胞的胞质分离。 溶液中 ATP-肌动蛋白的浓度影响组装的速度。当处于临界浓度时,ATP-actin 可能继续 在(+)端添加、而在(-)端开始分离,表现出一种“踏车”现象。 3.中间纤维:其粗细介于微管和微丝之间,也是由蛋白质组成。不同组织中,中间纤维的蛋 白质成分有明显的差异。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系,细胞起支撑 作用。同时参与桥粒的形成。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。 中间丝存在于绝大多数动物细胞中, 单细胞的原生动物只存在类似中间丝, 而植物细胞基因 组中至今未发现有编码中间丝蛋白的基因。 与微管不同的是中间纤维是最稳定的细胞骨架成分,它主要起支撑作用。 中间纤维在细胞中围绕着细胞核分布,成束成网,并扩展到细胞质膜,与质膜相连接。 中间纤维具有组织特异性: 大多数细胞中含有一种中间纤维, 但也有少数细胞含有 2 种以上, 如骨骼肌细胞含有结蛋白和波形蛋白。 中间纤维在进化上具有保守性 中间丝 6 类: 1. I 型为酸性胶蛋白:II 型为中性和碱性角蛋白。他们是以异聚体形式参与中间丝组装,

并且都存在于上皮细胞。 2. III 型中间丝包括: (1)波形蛋白,来自中胚层细胞及体外培养细胞 (2)结蛋白:来自肌细胞 (3)胶质原纤维酸性蛋白:来自神经胶质细胞和星形胶质细胞 (4)外周蛋白:来自外周神经系统神经元 3. IV 型中间丝包括: (1)3 中神经丝蛋白亚基: (详见精英教案 P1486) (2)α -介连蛋白:来自发育中的中枢神经系统 4. V 型中间丝(即核纤层) :都存在于细胞核中 5. VI 型中间丝:来自肌肉等组织 中间丝在有丝分裂早期的磷酸化作用导致了他们去组装; 而在有丝分裂晚期, 当亚基去磷酸 化之后,它们又发生重组装 鞭毛和纤毛 鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特化结构, 具有运动功能。 纤毛与鞭 毛结构基本相同, 包括两部分: 鞭杆、 基体。 鞭杆轴心是由 “9+2” 排列的一束微管构成 (包 括一对平行单管微管的组成的中央微管及围绕中央微管外周的 9 个二联体微管) 。基体则无 中央微管,外周由 9 个三联体微管组成,呈“9+0”结构。这与中心粒的相同。 (三)细胞核骨架 真核细胞核中也存在着一个以蛋白质为主要结构成分的网架体系, 称为核骨架。 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。

八、细胞核
真核细胞具有细胞核。 除了哺乳动物成熟红细胞及高等植物的筛管细胞等少数几种细胞 能在无核状态下进行生命活动外, 多数真核细胞都具有细胞核。 细胞核是遗传信息的贮存场 所,对于细胞结构及生命活动具有重要的调控作用。 细胞核主要由核被膜(包括核孔复合体) ,核纤层,染色质,核仁和核骨架构成 核被膜和核孔复合体是真核细胞所特有的结构 (1) 核膜 核膜由内外两层膜组成。内膜平滑,外膜靠细胞质的一侧有时附着有核糖体,并且常可 看到外膜与粗面内质网是连续的, 所以内外膜之间的核周腔经过内质网似乎可能和细胞处相 通。内外两膜在很多地方愈合形成小孔,称为核膜孔。 离子、 比较小的分子可以通透核膜。 但像球蛋白、 清蛋白等高分子则不能原样通过核膜。 高分子的进出核要由核膜孔通过。 核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道, 核孔的密度 和总数因细胞转录活动强弱不同而不同。 (2)染色质 染色质是间期细胞核中易被碱性染料染色的物质,由 DNA 与蛋白质(组蛋白和非组蛋 白)为主组成的复合结构,是遗传物质的存在形式。在分裂期,细长的染色质高度凝集并螺 旋化,缩短变粗,形成染色体。染色体与染色质是化学组成一致,而在细胞周期的不同时期 出现的两种不同构型结构。

在间期核中, 染色质的形态不均匀。 根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质 两种类型。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。 染色体由两条染色单体通过着丝点相连而成, 此处形成主缢痕。 有的染色体在臂一端有 狭窄部分成为次缢痕,末端叫随体。 染色质是间期细胞核中易被碱性染料染色的物质,由 DNA 与蛋白质为主组成的复合结 构,是遗传物质的存在形式。在分裂期,细长的染色质高度凝集并螺旋化,缩短变粗,形成 染色体。 染色体与染色质是化学组成一致、 而在细胞周期的不同时期出现的两种不同构型结 构。 在真核细胞中, 核小体是构成染色质的基本单位, 核小体是 DNA 与组蛋白结合形成的。 另外,染色质的成分还包括少量的 RNA 和非组蛋白。 在间期核中, 染色质的形态不均匀。 根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质 两种类型。 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,称染色中心。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。 (3)核仁 光学显微镜下观察,真核细胞的间期核中可见到 1 个或多个球状小体称为核仁。 经研究发现,核仁结构主要是四种。第一种结构是直径为 150?~200 ? 的颗粒成分。第 二结构是直径为 20?~30 ? 的纤维成分。第三种结构是伸入到核仁中的染色质,它的电子密 度比较低。第四种结构部分是基质,即上述三种结构以外的部分。 核仁是核糖体 RNA(rRNA)合成及核糖体亚单位前体组装的场所,与核糖体的生物发 生密切相关。核糖体 RNA 是在核仁合成的。如组成 80S 型核糖体的 rRNA 共有四种:5S、 5.8S、18S、28S,其中后三种是在核仁中合成的。 (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。

九、细胞增殖
1.有丝分裂 ①从有丝分裂完成到 DNA 复制前的这段间隙时间叫 G1 期。 ②DNA 复制的时期叫 S 期。 在 S 期,DNA 的含量增加一倍。③从 DNA 复制完成到有丝分裂开始,这段时间叫 G2 期, 细胞分裂期的开始,标志着 G2 期的结束。④从细胞分裂开始到结束,也就是染色体的凝缩、 分离到平均分配到两个子细胞为止,叫 M 期。M 期包括前、中、后、末四个时期。 在细胞生长繁殖过程中,有的细胞在前一周期结束后,不再进入下一周期,而是退出了 细胞周期,细胞这时所处的时期叫 G0 期。G0 期的细胞不合成 DNA,也不发生分裂,而处 于静止状态。 2.减数分裂 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:

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。 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。 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.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。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。 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。

十、细胞分化
1.细胞分化 (1)全能性 在个体发育过程中, 受精卵具有分化出各种组织和细胞, 并建立一个完整个体的潜在能 力,这种细胞称为全能细胞。在胚胎发育细胞,虽然具有分化出多种组织的可能,但却不能 发育成完整的个体,这部分细胞叫做多能细胞。在长成后,成体中储存着保持增殖能力的细 胞,它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织,有的可能只分化出一种细胞。只能分化 出一种细胞的类型叫做单能细胞。 看来,随着细胞分化程度提高,细胞分化潜能越来越窄,尽管如此,但它们的细胞核仍 保持着原有的全部遗传物质,具有全能性。 (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。 2.癌细胞 在个体正常发育过程中,细胞有控制地通过有丝分裂增殖,有秩序地发生分化,执行特 定的功能。可是,有时部分细胞由于受到某种因素的作用则发生转化,不再进行终未分化, 而变成了不受调节的恶性增殖细胞,这种细胞即称为癌细胞。 (1)癌细胞的主要特征 癌细胞的主要特征表现在无限增殖;接触抑制现象丧失;细胞间的粘着性降低,易分散 和转移;易于被凝集素凝集;粘壁性下降;细胞骨架结构紊乱;产生新的膜抗原;对生长因 子需要量降低等方面。 (2)致癌因子及癌基因学说 凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类:化学致癌因子,物理致癌因 子,病毒致癌因子。

十一、细胞信号传导

1.信号传导分类方式: ①根据分泌的地点到靶细胞距离分为:内分泌,旁分泌,自分泌 ②根据作用部位分为表面受体介导和胞内受体介导 2.胞外传导步骤:合成信号分子→信号分子释放→转移至靶细胞→与特殊受体结合,引起 蛋白活化→引发胞内传导途径→功能,代谢等发生变化→信号除去,应答结束。 3.信号分子分类:信号分子,即配基,指能够被受体识别的各类大,小分子物质。又称被 识别体。 (1)亲脂类信号分子:类固醇激素。与细胞质与核中受体结合,形成受体复合物,调控 基因表达。 (2)亲水类信号分子:神经递质,生长因子等,不能进入细胞,与膜上受体特异性结合, 通过信号转换机制,生成第二信使(cAMP 和肌醇磷脂) ,或者激活蛋白激酶,引起应答 (3)气体信号分子——NO。 NO 本质是一种自由基式气体,能够快速通过细胞膜,与胞内受体结合。从而引起平滑肌 舒张,扩大血管内径。 4.受体 (1)分类:胞内受体(受亲脂性信号分子激活、气体信号分子) ;表面受体(亲水性信号 分子激活) (2)第二信使:第一信使作用于胞体表面受体,促使第二信使分泌,进行胞内传导。 (3)G 蛋白偶联受体:这类受体的作用要通过与 GTP 结合的调节蛋白(G 蛋白)偶联。 在胞内产生第二信使。 ①cAMP 信号通路:第一信使(激素)→激活受体→活化腺苷酸环化酶→ATP 转化为 cAMP→激活蛋白激酶促进蛋白质合成,促进细胞分化,抑制分裂。受体和腺苷环化酶通过 G 蛋白偶联。 ②磷脂肌醇通路:


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