细胞生物学讲义(瞿中和。高教版)打印版
ChapterⅠIntroduction
1ContentActualityofCellBiology
1.1 CellBiologyBiologicalScience
细胞生物学（CellBiology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。
生命的层次:
,生物学大师E.B.Wilson说：“许久以来，大家就明确，一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找。因为所有生物体都是，或曾经是，一个细胞。”
细胞不同于非生命界的任何结构单位，细胞最独特的属性就是它是一个能独立生存，进行自我调节的开放体系，它在同外界进行物质、能量、信息交换的条件下，处于动态平衡之中。因此，所谓生命实质上即是细胞属性的体现。摘之《分子细胞生物学》第二版，韩贻仁主编，1。（Ａ）
细胞是生活有机体的一个结构和功能的基本单位，正像原子是化学结构的基本单位一样。细胞以下层次的结构，只能表现出生命现象，而不能单独构成生命单位。摘自《细胞生物学》第二版，汪堃仁，薛绍白，柳惠图主编（Ｂ）
细胞生物学在现代生物学中的地位：
细胞生物学是现代生物学的基础学科，是生物学各学科在细胞水平的统一。它的研究对象是细胞，恰恰由于细胞在生命界中的独特属性，这就不能不使CellBiology在生命科学中占有核心地位。
我国基础科学发展规划中，把细胞生物学、分子生物学、神经生物学、生态学并列为生命科学的四大基础学科。
讨论：CellBiologyMolecularBiology
1.2 Mainconten
细胞生物学研究和教学内容一般可分为细胞结构功能与细胞重要生命活动两个基本部分，但它们又是不能截然分开的。在现代生物学的教科书中细胞重要生命活动的知识所占比重越来越大。
当前，细胞生物学的研究内容主要包括以下诸方面：
（－）细胞核、染色体以及基因表达的研究
细胞核是遗传物质DNA贮存的场所，也是遗传信息转录为mRNA、rRNA与tRNA的场所。染色质与染色体是遗传物质的载体，核仁是转录rRNA与装配核糖体亚单位的具体场所。细胞核、染色体与核仁的结构与功能的研究是揭示基因表达及其调节的基础。
（二）生物膜与细胞器的研究
几十年来，生物膜研究的主要内容是膜的结构模型与物质的跨膜运输机理。磷脂双分子层与膜蛋白的相互关系是研究生物膜结构与功能的重要内容。近年来，在膜的识别与受体效应、蛋白质分子跨膜运动等方面取得了巨大进展。
（三）细胞骨架体系的研究
细胞骨架体系的研究在细胞生物学中是一个比较新的、发展中的研究领域。广义的细胞骨架概念应该包括细胞质骨架与核骨架两大部分。
近来发现细胞骨架与一系列重要生命活动，诸如细胞内大分子的运输与细胞器的运动、细胞信息的传递、基因表达与大分子加工等均有密切关系。
（四）细胞增殖及其调控
一切动植物的生长与发育都是通过细胞的增殖与分化来实现的。研究细胞增殖的基本规律及其调控机理不仅是控制生物生长与发育的基础，而且是研究癌变发生及逆转的重要途径。目前国际上研究细胞增殖的调控主要从两方面进行：一是从环境中与有机体中寻找控制细胞增殖的因子，以及阐明它们的作用机制。二是寻找控制细胞增殖的关键性基因，并通过调节基因产物来控制细胞的增殖。
（五）细胞分化及其调控
细胞分化是生物发育的基础。近年，细胞分化的研究已愈来愈显示其重要性，也是细胞生物学、发育生物学与遗传学的重要会合点。近代生物科学的发展，尤其是分子生物学技术的建立已为细胞分化机理的研究准备了良好的基础，也是近年发育生物学蓬勃发展的重要原因．
（六）细胞的衰老与凋亡
细胞衰老的研究是研究人与动植物寿命的基础，但细胞的衰老与有机体的衰老又是不同的概念。
（七）细胞的起源与进化
细胞起源与进化的研究是重要的理论问题，也是难度很大的研究课题，我们应该十分尊重先驱科学家在这一领域所取得的成果。
（八）细胞工程
细胞工程是细胞生物学与遗传学的交叉领域，这种改造细胞的技术是生物工程技术的重要组成部分。它不仅对工农业生产和医药实践有重要意义，而且对细胞生命活动规律的认识也是一种重要途径与手段。
细胞工程能使不同种细胞的基因或基因组用人工方法重组到杂交细胞中，或者使基因与基因组由一种细胞转移到另一种细胞中，并使越过种的障碍的转移成为可能，由此人们开始探索人工创造新的遗传型细胞的尝试。
还应该说明，当前细胞生物学研究的范畴远不止以上的内容，如细胞外基质、细胞通讯、细胞社会学与细胞免疫学等研究近年也有较快的发展。
1.3 Researchdirectionmaindomain
（一）当前细胞生物学研究中的三大基本问题
1.细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？
2.基因表达的产物（主要是结构蛋白）是如何逐级装配成能行使生命活动的基本结果体系及各种细胞器的？
3.基因表达的产物（主要是活性蛋白）如何调节细胞最重要的生命活动过程的？
（二）当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题
1.染色体DNA与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用。
2.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控。
3.细胞信号转导的研究。
4.细胞结构体系的装配。
2 HistoryofCytologyCellBiology
从研究内容来看细胞生物学的发展可分为三个层次，即：显微水平、超微水平和分子水平。从时间纵轴来看细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：
第一阶段：从16世纪末—19世纪30年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。
第二阶段：从19世纪30年代—20世纪中期，细胞学说形成后，主要进行细胞显微形态的研究。
第三阶段：从20世纪30年代—70年代，以细胞超微结构、核型、带型研究为主要内容。
第四阶段：从20世纪70年代分子克隆技术的成熟到当前，细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。
细胞学与细胞生物学发展的历史大致可以划分为以下几个阶段：
2.1 DiscoveryofcellFoundationofCellTheory
2.1.1 显微镜的发明与细胞的发现
1.荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。
2.英国人RobertHook用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40-倍，)观察了软木（栎树皮)的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用拉丁文cella（小室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质的细胞壁)。胡克有关细胞的首次描述是在他的著作《显微图谱》一书中于年发表的。因此人们也就认为细胞的发现是在年。
3.，英国人NehemaihGrew出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。
4.荷兰人A.vanLeeuwenhoek成为皇家学会会员，一生中制作了多台显微镜和多个镜头。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。
5.英国望远镜商人J.Dollond发明消色差显微镜。
6.苏格兰人D.Brewster发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。
7.德国人ErnstAbbe发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。
8.德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska描述了一台最初的电子显微镜，年美国和德国制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。
9.荷兰籍德国人F.Zernike成功设计了相差显微镜（phasecontrastmicroscope)，并因此获年诺贝尔物理奖。
10.瑞士人G.Binnig和H.RoherI在BM苏黎世实验中心（ZurichResearchCenter）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获年度的诺贝尔物理学奖。
2.1.2 细胞学说的创立及其意义
在十九世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对各种有机体中出现细胞的意义一直没有作出理论的概括，直到19世纪30年代德国人施莱登MatthiasJacobSchleiden、施旺TheodarSchwann提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。这一学说即“细胞学说（CellTheory)”，在19世纪已有不少科学家的工作对细胞学说的创立做出了很大的贡献，如：
1.Jean-BaptistedeLamark（~)，获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆*中尉，50岁成为巴黎动物学教授，年他认为只有具有细胞的机体，才有生命。“Ithasbeenrecognizedforalongtimethatthemembraneswhichformtheenvelopesofthebrain，ofthenerves，ofvessels，ofallkindsofglands，ofviscera，ofmusclesandtheirfibers，andeventheskinofthebodyareingeneraltheproductionsofcellulartissue。Butnoone，sofarasIknow，hasyetperceivedthatcellulartissueisthegeneralmatrixofallorganizationandthatwithoutthistissuenolivingbodywouldbeabletoexist，norcouldithavebeenformed。”
2.CharlesBrisseauMilbel（~)，法国植物学家，年认为植物的每一部分都有细胞存在，“theplantiswhollyformedofacontinuouscellularmembranoustissue。Plantsaremadeupofcells，allpartsofwhichareincontinuityandformoneandthesamemembranoustissue。”。
3.HenriDutrochet（~），法国生理学家，年进一步描述了细胞的原理，他认为“Allorganictissuesareactuallyglobularcellsofexceedingsmallness，whichappeartobeunitedonlybysimpleadhesiveforces;thusalltissues，allanimal(andplant)organs,areactuallyonlyacellulartissuevariouslymodified。Thisuniformityoffinerstructureprovesthatorgansactuallydifferamongthemselvesmerelyinthenatureofthesubstancescontainedinthevesicularcellsofwhichtheyare
病*的形态和结构：病*的大小一般在10~30nm之间。结构简单，由核酸（DNA或RNA）芯和蛋白质衣壳（capsid）所构成，称核衣壳（nucleocapsid），衣壳有保护病*核酸不受酶消化的作用。各种病*所含的遗传信息量不同，少的只含有3个基因，多的可达个不同的基因。
病*衣壳由一至几种蛋白组成，组成病*衣壳的亚单位称壳微粒（capsomer）。病*的形成不需要酶的参加，只要条件具备，核酸和蛋白质便可自我装配（selfassembly）成病*。其装配形式有二十面体对称、螺旋对称和复合对称三种类型。二十面体对称型的衣壳蛋白形成二十面体，核酸包在其中；螺旋对称型的衣壳蛋白与核酸呈螺旋形排列，核酸交织在其中；复合对称型为同时具有或不具有两种对称性形式的病*
2.2VirusescanreproduceonlyinCells
吸附（adsorption）：病*对细胞的感染起始于病*蛋白质外壳同宿主细胞表面特殊的受体结合，受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分。因此，病*的感染具有特异性。
侵入（penetration）：病*吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。病*感染细菌时，用酶将细菌的细胞壁穿孔后注入病*核酸；对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，病*完全被吞入。
复制（replication）：病*核酸进入细胞后有两种去向，一是病*的遗传物质整合到宿主的基因组中，形成溶原性病*；第二种情况是病*DNA（或RNA）利用宿主的酶系进行复制和表达。
成熟（maturation）：一旦病*的基因进行表达就可合成病*装配所需的蛋白质外壳，并将病*的遗传物质包裹起来，形成成熟的病*颗粒。
释放（release）：病*颗粒装配之后，它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外，并感染新的细胞。有些病*释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。
2.3Itstypes
根据寄生的宿主不同，病*可分为动物病*、植物病*和细菌病*（即噬菌体）三大类。根据病*所含的核酸的性质和状态不同，可将病*分为6类：
1)双链±DNA→+mRNA→蛋白质，如天花病*、T-偶数噬菌体。
2)单链+DNA→±DNA→+RNA→蛋白质,如细小DNA病*。
3)双链±RNA→+mRNA→蛋白质，如呼肠孤病*。
4)单链+RNA→－RNA→+RNA→蛋白质脊髓灰质炎病*。
5)单链-RNA→+RNA→蛋白质，如流感病*、副流感病*、狂犬病*。
6)单链+RNA→－DNA→±DNA→+mRNA→蛋白质，即逆转录病*（retrovirus）又称RNA肿瘤病*（oncornavirus）。
2.3RelationshipsbetweenVirusandcellinEvolution
现在，比较容易接受的观点是：生物大分子——细胞——病*。其依据主要有：
1.所有病*均为彻底的寄生性。
2.有些病*的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似。
3.病*可以看作是DNA与蛋白质或RNA与蛋白质形成的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。
Addition：
(1)冠状病*与SARS：
3年春在我国和世界20多个国家发生了一种传染性病*病，导致严重急性呼吸道综合症（severacuterespiratorysyndrome，SARS），即我国所说的非典型肺炎。同年4月16日，WHO正式确认SARS病*是SARS的病因，这是一种新型的冠状病*。
冠状病*科（Coronaviridae）的病*成员仅感染脊椎动物，可引起人和动物呼吸道卜肖化道、肝脏和神经系统产生疾病。冠状病*最早于年从鸡中分离，年Tyrrell和Bynoe首次用有纤毛的胚状气管在体外培养了人的冠状病*，约有15个种，不仅感染人，也感染牛、猪、猫、狗等。
冠状病*粒子呈球状，形似冠状而得名。其直径为60～urn，有包膜。包膜上有2～3种糖蛋白。
M蛋白（membraneprotein），是糖蛋白，横穿包膜，其N端的丝氨酸或苏氨酸残基上可以产生糖基化。M蛋白的作用是出芽和病*包膜的形成。
S蛋白（spikeprotein），构成长的杆状包膜突起，S蛋白突起具有多方面的功能，它负责结合敏感细胞受体，诱导病*包膜和细胞膜以及细胞之间的膜融合，作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应。
E蛋白属包膜蛋白，是一种小的与包膜形成相关的蛋白。
核衣壳蛋白N是一种碱性磷蛋白，具有3个结构域，其中央区同基因组RNA结合，形成卷曲的核衣壳螺旋。N蛋白有两个方面的功能：一方面与病*RNA复制有关，另一方面通过与M糖蛋白C端相互作用，可引起病*出芽。
HE蛋白即血凝素一酯酶（hemagglutinin－estemse，H），HE蛋白构成包膜的短突起。现在认为HE可能与冠状病*早期吸附有关。
冠状病*基因组为（＋）SSRNA长约27～31kb其基因组5’端有帽子结构，3’端有poly(A)尾，紧接帽子结构之后是60～80个碱基的先导RNA序列和～个碱基的非编码区。
SARS病*是一种新型的冠状病*，目前已发现有十几个变种。这种病*潜伏期2～7天。患者通常有高于38t的发热，并会伴有寒战，或者其他如头痛、倦怠和肌痛。潜伏期后进入下呼吸道期，患者伴有包括发热、干咳无痰、呼吸困难，甚至低氧血症（呼吸困难、紫错。缺氧早期心动过速、血压升高、严重时出现心动过缓、血压下降，甚至休克）等综合征，严重患者通常都需要气管插管或者呼吸机维持。
95％感染SARS病*的人能够治愈。人体可以针对病*产生抗体，表明SARS是可治的，同时也是可控和可防的。只要依靠科学、保持良好的心态，人类一定能够最终战胜SARS
从细胞生物学的角度，用SAJIS（smileandremainsmile）去战胜SARS（severeacuterespiratorysyndrome）不失为一种有效的抗击疾病的好方法。―――王
(2)viroid
类病*在结构上比病*还要简单，没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNA分子。由于它们具有感染作用，类似于病*，故称为类病*（viroid）。它们不能像病*那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。例如，马铃薯锤管类病*仅由一个含个核苷酸的单链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约40~50nm，不能制造衣壳蛋白。－－绍兴
（3）蛋白质感染因子Prion
年S．B．Prusiner以叙利亚仓鼠为实验材料，发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，意即PROteinnaceousInfectionONly，译为蛋白质感染因子或朊病*，Prusiner因此项发现更新了医学感染的概念，获年的诺贝尔生理与医学奖。
羊瘙痒病发现已有年的历史，羊得了这种病就会浑身发痒，不断在坚硬物质上搓擦身体，最后死亡。它是一类传染性海绵状脑病（transmissiblespongiformencephalopathies，TSE）。疯牛病，即牛海绵状脑病（bovinespongiformencephalopathy，BSE）也属于此类疾病，发现于年，是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的饲料而被感染，病牛脑内灰质及神经元都有典型的海绵状退化，出现淀粉样（amyloid）蛋白沉淀，与羊瘙痒病相似。同类型的prion也会使鹿、貂及猴子患病，人类也具有类似的疾病。
Prion是一种结构变异的蛋白质，对高温和蛋白酶均具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白PrPC（cellularprionprotein），使PrPC发生结构变异，变为具有致病作用的PrPSc（scrapie-associatedprionprotein）。
PrPC存在于神经元、神经胶质细胞和其它一些细胞，属于糖磷脂酰肌醇锚定蛋白，集中在膜上的脂筏中，对蛋白酶和高温敏感，可能和细胞信号转导有关。
PrPSc与PrPc的一级结构相似，均由-4个氨基酸组成，分子量约33-37KD。纯化的Prion经傅里叶变换红外光谱分析，发现PrPc的高级结构中具有43%的α螺旋，极少的β折叠（3%），而PrPsc具有34%α螺旋，43%的β折叠。动物被感染后，发生错误折叠的PrPSc蛋白堆积在脑组织中，形成不溶的淀粉样蛋白沉淀，无法被蛋白酶分解，引起神经细胞凋亡（Apoptosis）。
编码PrP蛋白的基因称为Prnp，该基因位于人第20号染色体的短臂，小鼠第2号染色体。敲除小鼠的Prnp基因，小鼠仍能正常发育，并对瘙痒病完全免疫，但出生后很快会出现共济失调、小脑皮层颗粒细胞退化。
目前对蛋白质感染因子的增殖方式有两种解释，一是重折叠模型（refoldingmodel），认为PrPSc分子起分子伴侣（molecularchaperone）的作用，能与PrPc分子相结合，诱使PrPc转变成PrPSc，从而形成了PrPSc二聚体，于是一个PrPSc分子就变成了2个PrPSc分子，如此倍增不已。另一种解释是晶种模型（Seedingmodel），认为PrPc分子本身有向PrPSc转变的倾向（一种平衡反应），PrPSc能像晶种一样，稳定PrPc的构象，形成淀粉样蛋白沉淀，然后碎裂后又变成新的晶种。
蛋白质感染因子的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因翻译量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造成的，所以亦称朊病*。目前已知的人类PRION疾病主要有：
1.克-雅二氏病（Creutzfeldt–Jakobdisease，CJD）：Cruetzfeldt和Jakob年发现于六例患者，大多发生于60岁以上的人，是自身PrP蛋白发生变异引起的。
2.变异型克-雅氏病（vCJD）：患者都处于以往CJD未曾出现的年龄段，为十几岁至三十岁的年轻人，是由于取食病牛产品而感染。患者首先出现忧郁症的病状，继而不能行走，并呈现精神障碍等痴呆症状，最后死亡。
3.GSS综合征（Gerstmann-StrausslerScheinkerdisease））：是一种遗传的的慢性脑病，由Prnp基因缺陷引起，PrP蛋白的位亮氨酸被脯氨酸取代或位的缬氨酸被丙氨酸取代。
4.克鲁病（Kuru）：发现于新几内亚一个叫Fore的部落，当地人称作kuru，意即颤抖。病人大多数是妇女及小孩，病症有言语含糊及无意识地狂笑，最后不省人事并死亡。一名美国医生D.C.Gajdusek到了当地，发现那里的妇女及小孩具有吃死者尸体的习惯，结果受到感染。
5.致死性家族性失眠症（Fatalfamilialinsomnia，FFI）：也是一种遗传性疾病，Prnp基因变异，PrP蛋白位的天冬酰胺被天冬氨酸取代。患者的主要症状是失眠，并有CJD的症状。
对于蛋白质感染因子引起的疾病，目前尚没有有效的治疗措施。这类蛋白具有很强的抵抗力，对抗生素和消*剂不敏感，-℃持续1h的病牛脑组织匀浆，以及10%福尔马林固定过的病羊脑组织，仍有感染性。
据报道，自年以来，共有人得了疯牛病，其中仅有七人还活着。
3ProkaryoticcellsArchaebacteria
3.1ClassseofCells mycoplasma
20世纪60年代，H.Ris提出将细胞分为两大类：
原核细胞（prokaryoticcell）和真核细胞（eukaryoticcell）。
Prokaryoticcell，最基本的特点是：
1)遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；
2)细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。
包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌与蓝藻等多种庞大的家族。
3.2 Mycoplasma,thesimplestsmallestcell
支原体是目前发现的最简单、体积最小的原核细胞，也是唯一一种没有细胞壁的原核细胞。
支原体的大小介于细菌与病*之间，一般直径为0．1～0．3Pm，能够通过滤菌器，并能独立生活。原体形态多变，有圆形、丝状或梨形，光镜下难以看清其结构。电镜下观察支原体的细胞膜为三层结构。它有一环状双螺旋DNA并且均匀地分布在细胞内，没有类似细菌的核区（拟核），能指导合成多种蛋白质。电镜下支原体细胞中惟一可见的细胞器是核糖体，每个细胞中约有一1个。支原体感细胞时，多吸附在细胞表面，或分散在细胞之间。
支原体没有鞭毛，无活动能力，可以通过分裂法繁殖，也有进行出芽增殖的。
支原体是动物细胞培养的大敌，由于支原体寄生在细胞中，所以培养细胞很容易被支原体污染，污染源主要是血清。－－－－王
支原体（mycoplasma）的大小通常为0.2~0.3μm，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，这对保持细胞膜的完整性是必需的，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。-----------绍兴
3.3 BacteriaCyanobacteria
细菌细胞只具有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，结构简单，为了与真核细胞典型的核有所区别，称为核区或类核。细菌细胞DNA主要盘绕在核区，细菌的核区实际主要由一个环状的DNA分子组成。由于细菌基因的排列与DNA有对应的结构关系，延用了真核细胞的染色体概念，又习惯地称之谓细菌染色体，然而它比真正的染色体结构简单得多，没有或只有极少的组蛋白与DNA结合。正常情况下，一个细菌细胞内只有一个核区，在细菌处在生长增殖状态时，由于DNA的复制次数与细胞分裂次数并不同步，一个细胞内可以同时存在几个DNA分子，往往出现几个核区。
由于细菌细胞没有核膜把核与细胞质绝对的分开，DNA复制、RNA转录与蛋白质合成的结构装置没有在位置上截然分开，因此基因复制、转录与表达过程没有严格的时间上的阶段性与位置上的区域性。------翟
（一）细胞壁
细胞壁厚度因细菌不同而异，一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以β（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层，像胶合板一样，粘合成多层。
肽聚糖中的多糖链在各物种中都一样，而横向短肽链却有种间差异。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20～80nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含20-40％的磷壁酸（teichoicacid），有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，其他成分较为复杂，由外向内依次为脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。此外，外膜与细胞之间还有间隙。
肽聚糖是革兰阳性菌细胞壁的主要成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都有抑菌或杀菌作用。如溶菌酶是N-乙酰胞壁酸酶，青霉素抑制转肽酶的活性，抑制肽桥形成。
细菌细胞壁的功能包括：保持细胞外形；抑制机械和渗透损伤（革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力）；介导细胞间相互作用（侵入宿主）；防止大分子入侵；协助细胞运动和分裂。
脱壁的细胞称为细菌原生质体（bacterialprotoplast）或球状体（spheroplast，因脱壁不完全），脱壁后的细菌原生质体，生存和活动能力大大降低。
（二）细胞膜
是典型的单位膜结构，厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁，某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成内膜系统，除核糖体外，没有其它类似真核细胞的细胞器，呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的原核生物（蓝细菌和紫细菌），质膜内褶形成结合有色素的内膜，与捕光反应有关。某些革兰氏阳性细菌质膜内褶形成小管状结构，称为中膜体（mesosome）或间体，中膜体扩大了细胞膜的表面积，提高了代谢效率，有拟线粒体（Chondroid）之称，此外还可能与DNA的复制有关。
（三）细胞质与核质体
细菌和其它原核生物一样，没有核膜，DNA集中在细胞质中的低电子密度区，称核区或核质体（nuclearbody）。细菌一般具有1-4个核质体，多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子，所含的遗传信息量可编码0～0种蛋白质，空间构建十分精简，没有内含子。由于没有核膜，因此DNA的复制、RNA的转录与蛋白的质合成可同时进行，而不像真核细胞那样这些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。
每个细菌细胞约含0～00个核糖体，部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。细菌核糖体的沉降系数为70S，由大亚单位（50S）与小亚单位（30S）组成，大亚单位含有23SrRNA，5SrRNA与30多种蛋白质，小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质。30S的小亚单位对四环素与链霉素很敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素很敏感。
细菌核区DNA以外的，可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。质粒是裸露的环状双链DNA分子，所含遗传信息量为2~个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在遗传工程研究中很重要，常用作基因重组与基因转移的载体。
胞质颗粒是细胞质中的颗粒，起暂时贮存营养物质的作用，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。
（四）其他结构
许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质，边界明显的称为荚膜（capsule），如肺炎球菌，边界不明显的称为粘液层（slimelayer），如葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义，细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境；保护自身不受白细胞吞噬；而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上，表现出对靶细胞的专一攻击能力。例如，伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的消化酶贮存起来，以备攻击靶细胞之用。
鞭毛是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白（flagellin）的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向（顺和逆时针）来改变运动状态。
菌毛是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察。特点是：细、短、直、硬、多，菌毛与细菌运动无关，根据形态、结构和功能，可分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。－－－－绍兴
蓝藻,又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用（以水为电子供体，放出O２），与光合细菌的光合作用的机制不一样，因此被认为是最简单的植物。蓝藻没有叶绿体，仅有十分简单的光合作用结构装置。蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细胞大得多，直径一般在士10um，甚至可达70μm（颤藻）。蓝藻属单细胞生物，有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：属蓝藻门念珠藻类的发菜（nostoc
利用探针与样品表面的间距和穿隧电流有十分灵敏的关系，当探针以设定的高度扫描样品表面时，由于表面的高低变化，导致探针和样品表面的间距时大时小，穿隧电流值也随之改变。藉探针在样品表面上来回扫描，并记录在每一位置点上的穿遂电流值，便可得知样品表面原子排列的情形。因此，扫描穿隧显微镜是研究导电样品表面原子性质的有利工具。
?特点：
a．高分辨率。
b．扫描隧道显微镜可直接探测样品的表面结构，可绘出立体三维结构图像。
c．扫描隧道显微镜可在真空、常压、空气，甚至溶液中探测物质的结构。
d．扫描隧道显微镜的扫描速度快，获取数据的时间短，成像也快，有可能开展生命过程的动力学研究。
e.不需任何透镜，体积小，携带方便。
2AnalysisofCellularComponent
2.1Centrifugation
离心是研究如细胞核、线粒体、高尔基体、溶酶体和微体，以及各种大分子基本手段。一般认为，转速为10~25Kr/min的离心机称为高速离心机；转速超过25Kr/min，离心力大于89Kｇ者称为超速离心机。目前超速离心机的最高转速可达Kr/min，离心力超过Kg。
（一）、差速离心（differentialcentrifugation）
在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器）。
在差速离心中细胞器沉降的顺序依次为：核、线粒体、溶酶体与过氧化物酶体、内质网与高基体、最后为核蛋白体。
由于各种细胞器在大小和密度上相互重叠，而且某些慢沉降颗粒常常被快沉降颗粒裹到沉淀块中，一般重复2～3次效果会好一些。
差速离心只用于分离大小悬殊的细胞，更多用于分离细胞器。通过差速离心可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。
（二）、密度梯度离心（densitygradientcentrifugation）
用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离。这类分离又可分为速度沉降和等密度沉降平衡两种。密度梯度离心常用的介质为氯化铯，蔗糖和多聚蔗糖。分离活细胞的介质要求：1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；2）PH中性或易调为中性；3）浓度大时渗透压不大；4）对细胞无*。
1、速度沉降
速度沉降（velocitysedimentation）主要用于分离密度相近而大小不等的细胞或细胞器。这种降方法所采用的介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。
生物颗粒（细胞或细器）在十分平缓的密度梯度介质中按各自的沉降系数以不同的速度沉降而达到分离。
2、等密度沉降
等密度沉降（isopycnicsedimentation）适用于分离密度不等的颗粒。
细胞或细胞器在连续梯度的介质中经足够大离心力和是够长时间则沉降或漂浮到与自身密度相等的介质处，并停留在那里达到平衡，从而将不同密度的细胞或细胞器分离。
等密度沉降通常在较高密度的介质中进行。介质的最高密度应大于被分离组分的最大密度，而且介质的梯度要求较高的陡度，不能太平缓。再者，这种方法所需要的力场通常比速率沉降法大10~倍，故往往需要高速或超速离心，离心时间也较长。大的离心力、长的离心时间都对细胞不利。大细胞比小细胞更易受高离心力的损伤，而且停留在等密度介质中的细胞比处在移动中的细胞受到更大的损伤。因此，这种方法适于分离细胞器，而不太适于分离和纯化细胞。
2.2 显示方法
1.金属沉淀法：利用金属化合物在反应过程中生成有色沉淀，借以辨认所检查的物质或酶活性。如磷酸酶分解磷酸酯底物后，反应产物最终生成CoS或PbS有色沉淀，而显示出酶活性。
2.偶氮偶联法：酚类化合物与偶氮染料结合后可以形成耐晒染料。
3.Schiff反应：细胞中的醛基可使Schiff试剂中的无色品红变为红色。这种反应通常用于显示糖和脱氧核糖核酸（Feulgen反应）。
4.联苯胺反应：过氧化物酶分解H。产生新生氧，后者再将无色的联苯胺氧化成联苯胺蓝，进而变成棕色化合物。
5.普鲁士蓝反应：三价铁与酸性亚铁氰化钾作用，形成普鲁士蓝。
6.Formazane反应：显示脱氢酶。
7.“Nadi”反应：显示细胞色素氧化酶。
8.脂溶染色法：借苏丹染料溶于脂类而使脂类显色。
9.茚三酮反应：显示蛋白质。
2.3 Immunocytochemistry
?根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原专一结合，对抗原进行定位测定的技术。常用的标记物有荧光素和酶。
?免疫荧光法（immunofluorescenttechnique）：常用的萤光素有异硫氰酸荧光素、罗丹明等。
?酶标免疫法（enzyme-labeledantibodymethod）：用酶代替荧光素代替荧光素与抗体耦联。常用的酶有辣根过氧化物酶，酶与底物发生反应后形成不透明的沉积物，从而显示出抗原存在的部位。
疫细胞化学（immunocytochemistry）是根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原专一结合，对抗原进行定位测定的技术。抗原主要为大分子或与大分子相结合的小分子；抗体则是由浆细胞针对特定的抗原分泌的γ球蛋白。如果将抗体结合上标记物，再与组织中的抗原发生反应，即可在光镜或电镜下显示出该抗原存在于组织中的部位。
常用的标记物有荧光素和酶。荧光素标记的称为免疫荧光法（immunofluorescenttechnique）常用的萤光素有异硫氰酸荧光素（fluoresceinisothiocyanate）、罗丹明（rhodamine）等。酶标记的称为酶标免疫法（enzyme-labeledantibodymethod），常用的酶有辣根过氧化物酶（horseradishperoxidase），酶与底物发生反应后形成不透明的沉积物，从而显示出抗原存在的部位。
抗体与抗原的结合方法可分为直接法和间接法两种，直接法是将带有标记的抗体与抗原反应，显示出抗原存在的部位。而间接法则是在抗体抗原初级反应的基础上，再用带标记的次级抗体同初级抗体反应，从而使初级反应得到放大，显示增强。
2.4Molecularhybridization
分子杂交技术（molecularhybridization）是在研究DNA分子复性变化基础上发展起来的一种技术。其原理是，具有互补核苷酸序列的两条单链核苷酸分子片段，在适当条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA，DNA-RNA或RNA-RNA杂交的双链分子。这种技术可用来测定单链分子核苷酸序列间是否具有互补关系。
（一）、原位杂交（insituhybridization）。
用来检测染色体上的特殊DNA序列。最初是使用带放射性的DNA探针，通过放射自显影来显示位置。后来又发明了免疫探针法，将探针核苷酸的侧链加以改造，探针杂交后，其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别，从而显示出位置。
（二）、Southern杂交
是体外分析特异DNA序列的方法，操作时先用限制性内切酶将核DNA或线粒体DNA切成DNA片段，经凝胶电泳分离后，转移到醋酸纤维薄膜上，再用标记的探针杂交，通过放射自显影，即可辨认出与探针互补的特殊核苷序列。
将RNA转移到薄膜上，用探针杂交，则称为Northern杂交，RNA印迹术；蛋白质印迹术（Westernblotting）；Easternblotting（Westernblotting的变形）当用凝胶进行抗原抗体反应，再进行印迹的方法）。
2.5 Radioautography/autoradiography
放射自显影术（radioautography；autoradiography）用于研究标记化合物在机体、组织和细胞中的分布、定位、排出以及合成、更新、作用机理、作用部位等等。
原理：将放射性同位素（如14C和3H）标记的化合物导入生物体内，经过一段时间后，将标本制成切片或涂片，涂上卤化银乳胶，经一定时间的放射性曝光，组织中的放射性即可使乳胶感光。
实验室一般常选用14C和3H标记。一般常用3H胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TDR）来显示DNA，用3H尿嘧啶核苷（3H-UDR）显示RNA；用3H氨基酸研究蛋白质，研究多糖则用3H甘露糖、3H岩藻糖等。
2.6 Flowcytometer
用途：对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。
原理：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）。
Addition:细胞电泳
各种细胞或处于不同生理状态的同种细胞荷电量有所不同，故在一定的电场中的泳动速度不同。在恒定的电场条件下，同种细胞的电泳速度相当稳定，因而可通过测定电泳速度来推算出细胞的ξ电位。ξ电位常因细胞生理状态和病理状态而异，因此在诊断疾病上有一定价值。此外由于不同类型的细胞在电场中的泳动速度不同，细胞电泳尚可用来分离不同种类的细胞，例如可把淋巴样细胞与造血细胞分开。
3CellCultureCellEngineering
3.1Cellculture
细胞培养技术（cellculture）就是在体外模拟体内的生理环境，培养从机体中取出的细胞，并使之生长和生存的技术。
高等生物是由多细胞构成的整体，在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞在体内（invivo）的功能活动是十分困难的。但是如果把活细胞拿到体外（invitro）培养进行观察和研究，则要方便得多。活细胞离体后要在一定的生理条件下才能存活和进行生理活动，特别是高等动植物细胞要求的生存条件极其严格，稍有不适就要死亡。所以细胞培养技术（cellculture）就是选用最佳生存条件对活细胞进行培养和研究的技术。
动物细胞的生存环境与植物细胞差别很大，因而二者的培养方法很不相同。
（一）动物细胞培养
细胞培养方式大致可分为两种：一种是群体培养（massculture），将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（confluence）后形成均匀的单细胞层；另一种是克隆培养（clonalculture），将高度稀释的游离细胞悬液加入培养瓶中，各个细胞贴壁后，彼此距离较远，经过生长增殖每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆（clone）。一个细胞克隆中的所有细胞均来源于同一个祖先细胞。此外，为了制取细胞产品而设计了转鼓培养法，使用大容量的圆培养瓶，在培养过程中不断地转动，使培养的细胞始终处于悬浮状态之中而不贴壁。
正常细胞培养的世代数有限，只有癌细胞和发生转化的细胞才能无限生长下去。所谓转化即是指正常细胞在某种因子的作用下发生突变而具有癌性的细胞。目前世界上许多实验室所广泛传用的HeLa细胞系就是年从一位名叫HenriettaLacks的妇女身上取下的宫颈癌细胞培养而成。此细胞系一直延用至今。
1．原代培养（primaryculture）：从动物机体取出的进行培养的细胞群。原代培养的细胞生长比较缓慢，而且繁殖一定的代数后（一般10代以内）停止生长，需要从更换培养基。将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代培养（Passage）。
2．细胞株（cellstrain）：从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群，能够繁殖50代左右，在培养过程中其特征始终保持。
3．细胞系（cellline）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转化的细胞，在培养条件下可无限繁殖
4．克隆（clone）：亦称无性繁殖系或简称无性系。对细胞来说，克隆是指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。
（二）植物细胞培养
植物细胞培养主要有如下几种技术：
1．组织培养：诱发产生愈伤组织，如果条件适宜，可培养出再生植株。用于研究植物的生长发育、分化和遗传变异；进行无性繁殖；制取代谢产物。
2．悬浮细胞培养：在愈伤组织培养技术基础上发展起来的一种培养技术。适合于进行产业化大规模细胞培养，制取植物代谢产物。
3．原生质体培养：脱壁后的植物细胞称为原生质体（protoplast），其特点是：①比较容易摄取外来的遗传物质，如DNA；②便于进行细胞融合，形成杂交细胞；③与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁，经诱导分化成完整植株：
4．单倍体培养：通过花药或花粉培养可获得单倍体植株，经人为加倍后可得到完全纯合的个体。
Addition:非细胞体系Cellfreesystem,来源于细胞，而不具有完整的细胞结构，但包含了进行正常生物学反应所需的物质组成。（如功能体系和酶反应体系等）的体系即为非细胞体系。
3.2Cellengineering
用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术，按人们的预定设计蓝图有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物产品。
该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了基因重组的新途径，不需分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。
主要技术领域
细胞(组织、器官)培养：invivo在体、活体、生物体内；invitro离体、生物体外。
细胞融合（体细胞杂交、细胞并合）
细胞拆合（细胞质工程、细胞器移植）
染色体（组）工程：
繁殖生物学技术，胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体。
组分移植技术，将细胞的组分（核、质、染色体、甚至基因）直接移植到另一个细胞中去的技术
3.2.1 细胞融合
通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞融合（cellfusion）或细胞杂交（cellhybridization）。
诱导细胞融合的方法：生物方法（仙台病*、副流感病*和新城鸡瘟病*）、化学方法（聚乙二醇PEG）、物理方法（电击和激光）。
?同核体homokaryon：相同基因型的细胞融合而成。
?异核体heterokaryon：不同基因型的细胞融合而成。
?融合核细胞synkaryon：通过细胞杂交形成的单核子细胞称融合核细胞
3.2.2 单克隆抗体Monoclonalantibody
正常淋巴细胞（如小鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国人Kohler和Milstein将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术，Monoclonalantibody，获年诺贝尔医学及生理学奖（MP）。
3.2.3 显微操作技术Micromanipulation
Micromanipulation,用显微操作装置对细胞进行解剖和显微注射（microinjection）的技术。
ChapterⅣPlasmaMembraneCellSurface
一、教学目的和要求：
通过对本节的学习主要使学生掌握如下知识内容：细胞质膜的结构、功能；细胞膜骨架的结构特征；细胞表面的特化结构；细胞外被和细胞外基质；细胞连接和细胞表面粘着因子。
培养学生认识细胞的微观性和动态性特征；将本节所学内容和其他学科的知识融会贯通，提高综合分析问题的能力。
二、教材分析：
概述：本章内容在全部课程中都占有重要地位，学生能否对“生物膜”有正确、清晰的认识关系到能否学习好多个后续章节，所用教材在主要知识点方面阐述清晰，在少数知识点过于珍惜笔墨，学生在自学过程中会有较多疑问。
教学重点：流动镶嵌模型的主要特点；生物膜的流动性和不对称性；细胞连接的方式和特点；细胞外基质的主要成分和功能。
教学难点：流动镶嵌模型的主要特点；生物膜的流动性和不对称性；膜骨架的结构和功能。
三、教学设想：
教材处理：尊重教材编排，制作课件时主要以选用教材为蓝本，以免使学生感到有较大的跳跃；对教材的薄弱环节加入内容；针对其微观结构添加大量的示范图片。
教学方法：主要采用讲授法和例证法，辅以提问和讨论。
教具：CAI课件
四、教学内容：（8学时）
细胞膜（cellmembrane）又称质膜（plasmamembrane），是指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。
它不仅是区分细胞内部与周围环境的动态屏障，更是细胞物质交换和信息传递的通道。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础，细胞的能量转换、蛋白质合成、物质运输、信息传递、细胞运动等活动都与膜的作用有密切的关系。
质膜表面寡糖链形成细胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）；质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。
细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。
1 Plasmamembrane
1.1 Ahistoryofstudiesonplasmamembrane
1.E.Overton发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。
2.E.GorterF.Grendel用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。
3.J.DanielliH.Davson发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。
4.J.D.Robertson用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的。
5.S.J.SingerG.Nicolson 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出”流动镶嵌模型”。强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。
流动镶嵌模型主要强调：（1）膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动。（2）膜蛋白分布的不对称性，有的镶在膜表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。
目前对生物膜结构的认识可归纳如下：
1.具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白。
2.蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的类型，蛋白分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜具有各自的特性与功能。
3.生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。然而膜蛋白与膜脂之间，膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜二侧其它生物大分子的复杂的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。
1.2 Thechemical
构象呈无规则卷曲状；
通过Lys交联呈网状结构。
3.3 GAGPG
3.3.1 糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）
氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）
GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。其二糖单位通常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成，但硫酸角质素中糖醛酸由半乳糖代替。氨基聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。
透明质酸（hyaluronicacid,HA）是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖，其糖链特别长。氨基聚糖一般由不到个单糖基组成，而HA可含10万个糖基。在溶液中HA分子呈无规则卷曲状态。如果强行伸长，其分子长度可达20μm。HA整个分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖单位重复排列构成。由于HA分子表面有大量带负电荷的亲水性基团，可结合大量水分子，因而即使浓度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。
细胞表面的HA受体为CD44及其同源分子，属于hyaladherin族。所有能结合HA的分子都具相似的结构域。
HA虽不与蛋白质共价结合，但可与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白质借非共价键结合而参加蛋白聚糖多聚体的构成，在软骨基质中尤其如此。
除HA及肝素外，其他几种氨基聚糖均不游离存在，而与核心蛋白质共价结合构成蛋白聚糖。
3.3.2 蛋白聚糖（proteoglycan，PG）
蛋白聚糖（proteoglycan）
蛋白聚糖是氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白质（coreprotein）的共价结合物。核心蛋白质的丝氨酸残基（常有Ser-Gly-X-Gly序列）可在高尔基复合体中装配上氨基聚糖（GAG）链。其糖基化过程为通过逐个转移糖基首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA），然后再延长糖链，并对所合成的重复二糖单位进行硫酸化及差向异构化修饰。一个核心蛋白质分子上可以连接1至个以上GAG链。与一个核心蛋白质分子相连的GAG链可以是同种或不同种的。
许多蛋白聚糖单体常以非共价键与透明质酸形成多聚体。核心蛋白质的N端序列与CD44分子结合透明质酸的结构域具有同源性，故亦属hyaladherin族。
蛋白聚糖多聚体分子量可达KD以上。其体积可超过细菌。如构成软骨的Aggrecan，其GAG主要是硫酸软骨素（chondroitinsulfate，CS），但还有硫酸角质素（keratansulfate，KS）。其含量不足或代谢障碍可引起长骨发育不良，四肢短小。
3.3.3 GAGPG的功能
?GAG和PG构成了ECM的基质，高度酸性，且带副电荷因此能结合大量的阳离子，阳离子又可以结合大量的水分子，因此PG形成多孔、吸水的胶状物填充在ECM。
?使细胞表面具有较大的可塑性，抗压能力。
?作为细胞黏着位点。
?对信号传导、细胞分化、细胞癌变有一定联系。
3.4 LNFN
3.4.1 层粘连蛋白（laminin，LN）
层粘连蛋白（laminin，LN）
LN也是一种大型的糖蛋白，与Ⅳ型胶原一起构成基膜，是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分。
LN分子由一条重链（α）和二条轻链（β、γ）借二硫键交联而成，外形呈十字形，三条短臂各由三条肽链的N端序列构成。每一短臂包括二个球区及二个短杆区，长臂也由杆区及球区构成。
LN分子中至少存在8个与细胞结合的位点。例如，在长臂靠近球区的。链上有IKVAV五肽序列可与神经细胞结合，并促进神经生长。鼠LNα1链上的RGD序列，可与αvβ3整合素结合。
现已发现7种LN分子，8种亚单位（α1,α2,α3,β1,β2,β3,γ1,γ2），与FN不同的是，这8种亚单位分别由8个结构基因编码。
LN是含糖量很高（占15-28％）的糖蛋白，具有50条左右N连接的糖链，是迄今所知糖链结构最复杂的糖蛋白。而且LN的多种受体是识别与结合其糖链结构的。
LN的主要功能
参与基膜构建，将细胞固定在基膜上；还包括刺激细胞黏着、细胞运动、生长、迁移和分化。
基膜是上皮细胞下方一层柔软的特化的细胞外基质，也存在于肌肉、脂肪和许旺细胞（schwanncell）周围。它不仅仅起保护和过滤作用，还决定细胞的极性，影响细胞的代谢、存活、迁移、增殖和分化。
基膜中除LN和Ⅳ型胶原外，还具有entactin、perlecan、decorin等多种蛋白，其中LN与entactin(alsocallednidogen)形成1:1紧密结合的复合物，通过nidogen与Ⅳ型胶原结合）。
3.4.2 纤粘连蛋白（fibronectin，FN）
FN是一种大型的糖蛋白，存在于所有脊椎动物，分子含糖4.5－9.5％，糖链结构依组织细胞来源及分化状态而异。FN可将细胞连接到细胞外基质上。
FN以可溶形式存在于血浆（0．3mg/ml）及各种体液中；以不溶形式存在于细胞外基质及细胞表面。前者总称血浆FN；后者总称细胞FN。
各种FN均由相似的亚单位（KD左右）组成。血浆FN（KD）是由二条相似的肽链在C端借二硫键联成的V字形二聚体。细胞FN为多聚体。在人体中目前已鉴定的FN亚单位就有20种以上。它们都是由同一基因编码的产物。转录后由于拼接上的不同而形成多种异型分子。
每条FN肽链约含2个氨基酸残基，整个肽链由三种类型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的模块（module）重复排列构成。具有5－7个有特定功能的结构域，由对蛋白酶敏感的肽段连接。这些结构域中有些能与其它ECM（如胶原、蛋白聚糖）结合，使细胞外基质形成网络；有些能与细胞表面的受体结合，使细胞附着与ECM上。
FN肽链中的一些短肽序列为细胞表面的各种FN受体识别与结合的最小结构单位。例如，在肽链中央的与细胞相结合的模块中存在RGD（Arg-Gly-Asp）序列，为与细胞表面某些整合素受体识别与结合的部位。化学合成的RGD三肽可抑制细胞在FN基质上粘附。
细胞表面及细胞外基质中的FN分子间通过二硫键相互交联，组装成纤维。与胶原不同，FN不能自发组装成纤维，而是通过细胞表面受体指导下进行的，只存在于某些细胞（如成纤维细胞）表面。转化细胞及肿瘤细胞表面的FN纤维减少或缺失系因细胞表面的FN受体异常所致。
?FN的功能：
1.介导细胞粘着，FN的分子上既有与胶原结合的结构域又有与细胞结合的结构域，可介导ECM与细胞结合。
2.影响细胞迁移和分化。
3.5 CellWalls
3.5.1Composition
1.纤维素cellulose
2.半纤维素hemicellulose
3.果胶pectin
4.木质素lignin
5.糖蛋白glycoprotein，最重要的是伸展蛋白extensin
3.5.2Function
1.决定植物细胞的形状，提供机械强度，抗张力、压力；
2.控制物质交换，容许小分子、离子通过，限制大分子通过；
3.保护植物细胞免受病原菌、机械和化学损害；
4.影响植物细胞生长、分化；
ChapterⅤMembranetransportCellsignaling
一、教学目的和要求：
通过对本节的学习主要使学生掌握如下知识内容：物质跨膜运输的主要方式，代表类型、特点；细胞信号转导的概念、受体和配体的概念、代表性的信号途径。
使学生更好的理解细胞的复杂性和有序性，同一性和多样性；引导学生从分子、细胞及组织等不同层次来认识物质和信息跨膜的过程及意义。
二、教材分析：
概述：本章内容同样属于本课程重点章节。3年诺贝尔化学奖内容既为物质跨膜转运部分，即有经典内容又有教新的进展内容；而信号转导部分则是重重之重，在这一领域集中了多个学科的研究成果，是当前生物学的研究热点，学习内容中概念多、过程复杂。这些都决定了，本章内容对于学生的学和教师的教都是一个挑战。
教学重点：协助扩散、主动运输；信号转导相关概念，细胞内受体介导的信号通路。
教学难点：载体蛋白和通道蛋白的特点及比较；主动运输的几个代表类型；受体介导的膜泡运输；G蛋白偶联受体介导的信号转导，RTK-Ras信号通路。
三、教学设想：
教材处理：尊重教材编排，制作课件时主要以选用教材为蓝本，以免使学生感到有较大的跳跃；在教材的基础上适当增加其深度和广度；对难度较大的部分用多种方式引导学生以多方面理解。
教学方法：主要采用讲授法和例证法，辅以提问和讨论。
教具：CAI课件
四、教学内容：（8学时）
1 Membranetransport
细胞质膜不仅仅作为物质出入细胞的障碍，还要具有控制分子和离子通过的能力。换句话说，细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。
1.1 Passivetransport
1.1.1 Simplediffusion
小分子的热运动可使分子以自由扩散的方式从膜的一侧通过细胞质膜进入膜的另一侧，其结果是分子由浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，即沿着浓度梯度降低的方向转运。对于离子来说，同样是从离子浓度高的一侧向离子浓度低的一侧转运。离子转运既是沿着浓度梯度也是沿着电化学梯度转运。分子或离子以自由扩散的方式跨膜转运中，不需要细胞提供能量，也没有膜蛋白的协助，因此称为简单扩散。
?也叫自由扩散（freediffusion）
?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。
?某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/t,t为膜的厚度。
通透性：?脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；
?非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；
?小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；
?人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。
脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，小分子比大分子容易透过。具有极性的水分子容易透过是因水分子小，可通过由膜脂运动而产生的间隙。
非极性的小分子如O2、CO2、N2可以很快透过脂双层，不带电荷的极性小分子，如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层，尽管速度较慢，分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过，而膜对带电荷的物质如：H+、Na+、K+、Cl—、HCO3—是高度不通透的。
事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。
DiffusionVsOsmosis
扩散(diffusion)是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散。
渗透(osmosis)则是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。
1.1.2 Facilitateddiffusion
协助扩散也是小分子物质沿其浓度梯度（或电化学梯度）减小方向的跨膜运动，不需要细胞提供能量，从这一点上看，它与简单扩散相同，因此二者都称为被动运输。但在协助扩散中，特异的膜蛋白“协助”物质转运使其转运速率增加，转运特异性增强。
其运输特点是：①比自由扩散转运速率高；②存在最大转运速率；在一定限度内运输速率同物质浓度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输也不再增加。因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和；③有特异性，即与特定溶质结合。这类特殊的载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型。
膜转运蛋白可分为两类：一类称载体蛋白（carrierProteins），如前面提到的转运葡萄糖分子的膜蛋白；另一类称通道蛋白（channelProteins），它可形成亲水的通道，允许一定大小和一定电荷的离子通过。
载体蛋白 CarrierProtein其运输特点是：
?①与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质的跨膜转运；
?②对所转运的物质具有高度选择性；
?③载体蛋白又称为通透酶(Permease):对物质的转运过程具有类似于酶与底物作用的动力学曲线、可被类似物竞争性抑制、具有竞争性抑制等酶的特性。但与酶不同的是:载体蛋白不对转运分子作任何共价修饰。
通道蛋白(channelprotein)是一类横跨质膜，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是被动运输，并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。
其运输特点是：
①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过；
②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流；
③有些通道蛋白具有选择性和门控性平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又称为门通道（gatedchannel）。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。
电压门通道Voltage-gatedchannel：：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，致使其构象变化，“门”打开。
配体门通道Ligand-gatedchannel：特点：受体与细胞外的配体结合，引起门通道蛋白发生构象变化，“门”打开。又称离子通道型受体。
压力激活门通道Stress-activatedchannel：感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起细胞反应的过程称为机械信号转导（mechanotransduction）
水通道waterchannel:
?水扩散通过人工膜的速率很低，人们推测膜上有水通道。
?年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28（28KD），他将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，5分钟内破裂。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制。
?3年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔化学奖。
?目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。
长期以来,普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高,很难以简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液不膨胀。因此，人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外,还存在某种特殊的机制,并提出了水通道的概念。
年Agre在分离纯化红细胞膜上的Rh血型抗原时，发现了一个28KD的疏水性跨膜蛋白，称为CHIP28(Channel-Formingintegralmembraneprotein)，年得到CHIP28的cDNA序列，Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知的抑制水通透的处理措施。这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道，Agre因此而与离子通道的研究者RoderickMacKinnon共享3年的诺贝尔化学奖。
目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP），均具有选择性的让水分子通过的特性。在实验植物拟南芥（Arabidopsisthaliana）中已发现35个这类水通道。
水通道的活性调节可能具有以下途径：通过磷酸化使AQP的活性增强；通过膜跑运输改变膜上AQP的含量，如血管加压素(抗利尿激素)对肾脏远曲小管和集合小管上皮细胞水通透性调节；通过调节基因表达，促进AQP的合成。
1.2 Activetransport
又称代谢关联运输（metabolicallylinkedtramsport），是物质运输的主要方式。
主动运输（activetransPort）是物质由浓度低的一侧向浓度高的一侧跨膜运动的方式，或物质逆浓度梯度或电化学梯度运输的跨膜运动方式。转运分子的自由能变化为正值，因此需要与某种释放能量的过程相耦联。
主动运输的特点是：
–①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；
–②需要能量；
–③都有载体蛋白。
–④具有选择性和特异性。
?主动运输所需的能量来源主要有：
–①协同运输中的离子梯度动力；
–②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；
–③光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。
根据主动运输过程所需能量来源的不同可归纳为由ATP直接提供能量和间接提供能量两种基本类型。
1.2.1 Na+-K+PUMP
?构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。
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。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。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+。
?钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程，所以这类离子泵叫做P-type。(P是phosphorylation的缩写。
Na+-K+泵的作用：
?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；
?③维持细胞的静息电位。
1.2.2 Ca2+PUMP/Ca2+ATPase
?作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度10-7M，细胞外10-3M）。
?位置：质膜和内质网膜。
?类型：
–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+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。
–钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。
钙离子泵对于细胞是非常重要的，因为钙离子通常与信号转到有关，钙离子浓度的变化会引起细胞内信号途径的反应，导致一系列的生理变化。通常细胞内钙离子浓度（10-7M）显著低于细胞外钙离子浓度（10-3M），主要是因为质膜和内质网膜上存在钙离子转运体系，细胞内钙离子泵有两类：其一是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+。另一类叫做钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系（antiporter），通过钠钙交换来转运钙离子。
位于肌质网（sarcoplasmicreticulum）上的钙离子泵是了解最多的一类P型离子泵，占肌质网膜蛋白质的90%。肌质网是一类特化的内质网，形成网管状结构位于细胞质中，具有贮存钙离子的功能。肌细胞膜去极化后引起肌质网上的钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回肌质网。
1.2.3 H+PUMP
质子泵有三类：P-type、V-type、F-type。
1、P-type：载体蛋白利用ATP使自身磷酸化（phosphorylation），发生构象的改变来转移质子或其它离子，如植物细胞膜上的H+泵、动物细胞的Na+-K+泵、Ca2+离子泵，H+-K+ATP酶（位于胃表皮细胞，分泌胃酸）。
2、V-type：位于小泡（vacuole）的膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，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：是由许多亚基构成的管状结构，H＋沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联起来，所以也叫ATP合酶（ATPsynthase），F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子（factor）的缩写。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，其详细结构将在线粒体与叶绿体一章讲解。F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP，也可以利用水解ATP释放的能量转移质子。
1.2.4 ABC转运器
ABC转运器（ABCtransporter）最早发现于细菌，是细菌质膜上的一种运输ATP酶（transportATPase），属于一个庞大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区（ATPbindingcassette），故名ABC转运器，他们通过结合ATP发生二聚化，ATP水解后解聚，通过构象的改变将与之结合的底物转移至膜的另一侧。
在大肠杆菌中78个基因（占全部基因的5%）编码ABC转运器蛋白，在动物中可能更多。虽然每一种ABC转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员。ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，这在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。
第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrugresistanceprotein,MDR），该基因通常在肝癌患者的癌细胞中过表达，降低了化学治疗的疗效。约40%的患者的癌细胞内该基因过度表达。
ABC转运器还与病原体对药物的抗性有关，如临床常用的抗真菌药物有氟康唑、酮康唑、伊曲康唑等，真菌对这些药物产生耐药性的一个重要机制是通过MDR蛋白降低了细胞内的药物浓度。
1.2.5 Cotransport
协同运输（cotransport）是一类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。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。
1、共运输
同向协同（symport）指物质运输方向与离子转移方向相同。如动物小肠细胞对对葡萄糖的吸收就是伴随着Na+的进入，细胞内的Na+离子又被钠钾泵泵出细胞外，细胞内始终保持较低的钠离子浓度，形成电化学梯度。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入，每转移一个H+吸收一个乳糖分子。
2、对向运输
反向协同（antiport）物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+以调节细胞内的PH值，即Na+的进入胞内伴随者H+的排出。此外质子泵可直接利用ATP运输H+来调节细胞PH值。
还有一种机制是Na+驱动的Cl--HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如红细胞膜上的带3蛋白。
钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。讨论：主动与被动运输的比较。
性质
简单扩散
促进扩散
主动运输
参与运输的膜成份
脂
蛋白
蛋白
被运输的物质是否需要结合
否
(载体蛋白)是
是
能量来源
浓度梯度
浓度梯度
ATP水解或浓度梯度
运输方向
顺浓度梯度
顺浓度梯度
逆浓度梯度
特异性
无
有
有
运输的分子高浓度时的饱和性
无
有
有
1.3 Vesicletransport
膜泡运输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（cytosis）。又称批量运输（bulktransport）。
根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）。
1.3.1 Endocytosis
概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞的过程。
类型：胞饮作用（pinocytosis）吞噬作用（phagocytosis）
细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质，这种内吞作用称为胞饮作用（pinocytosis）。胞饮作用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞和植物细胞。
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（phagocytosis）。吞噬现象是原生动物获取营养物质的主要方式，在后生动物中亦存在吞噬现象。如：在哺乳动物
胞饮作用和吞噬作用的区别
特征
物质
胞吞泡的大小
转运方式
胞吞泡形成机制
胞饮作用
溶液
小于nm
连续的过程
网格蛋白和接合素蛋白
吞噬作用
大颗粒
大于nm
受体介导的信号触发过程
微丝和结合蛋白
中，具有极强的吞噬能力，以保护机体免受异物侵害。
网格蛋白有被小泡 Clathrincoatedvesicle
?Clathrin：由3个重链和3个轻链组成，形成一个具有3个曲臂的形状。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有5边形网孔的笼子。
?衔接蛋白(adaptin)：介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。目前至少发现4种，分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡。
Clathrin衣被小泡的掐断过程:当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），从而导致膜融合，掐断（pinchoff）衣被小泡。
1.3.2 Receptormediatedendocytosis,RME
细胞的内吞可分为两类，批量内吞（Bulk-phaseendocytosis）和受体介导的内吞(Receptormediatedendocytosis,RME)，批量内吞是非特异性的摄入细胞外物质，如培养细胞摄入辣根过氧化物酶。细胞表面的内陷（caveolae）是发生非特异性内吞的部位。
?受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制Selectiveconcentratingmechanism，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免了吸入细胞外大量的液体。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。
衣被小窝（coatedpits）是质膜向内凹陷的部位，约占肝细胞和成纤维细胞膜表面积的2%。受体大量集中于此处，凹陷的胞质侧具有大量的笼形蛋白和衔接蛋白，类似的结构也存在于高尔基体的TGN区。受体在衣被小窝处的集中与是否结合配体无关。衣被小窝就相当一个分子过滤器（molecularfilter），帮助细胞获取所需要的大分子物质。
运输小泡的衣被中，除笼形蛋白外，还有衔接蛋白（adaptin）。它介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。衔接蛋白存在有不同的种类，可分别结合不同类型的受体。
跨膜受体蛋白的胞质端有一个由4个氨基酸残基组成的序列（Tyr-X-X-Φ），此序列是发生内吞作用的信号，X表示任何一种氨基酸，Φ为分子较大的疏水氨基酸，如Phe、Leu、Met等，衔接蛋白对此序列有识别能力。
受体同配体结合后启动内化作用，笼形蛋白开始组装。在dynamin的作用下掐断后形成衣被小泡（coatedvesicles）。衣被小泡进入胞质后，衣被蛋白随即脱去，分子返回到质膜下方，重又参与形成新的衣被小泡。其过程和高尔基体的TGN区形成溶酶体小泡的过程相似。
LDL的吸收：
胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-densitylipoproteins，LDL），释放到血液中。LDL颗粒的质量为3XDa，直径20~30nm，芯部含有大约1个胆固醇分子，这些胆固醇分子被酯化成长链脂肪酸。芯部周围由一脂单层包围，脂单层包含磷脂分子和未酯化的胆固醇以及一个非常大的单链糖蛋白质(apolipoproteinB-)，这个蛋白质分子可以和靶膜上的受体结合。
过程：
当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体与LDL颗粒结合后，形成衣被小泡；进入细胞质的衣被小泡随即脱掉笼形蛋白衣被，成为平滑小泡，同早期内体融合，内体中PH值低，使受体与LDL颗粒分离；再经晚期内体将LDL送人溶酶体。在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用。
细胞对胆固醇的利用具有调节能力，当细胞中的胆固醇积累过多时，细胞即停止合成自身的胆固醇，同时也关闭了LDL受体蛋白的合成途径，暂停吸收外来的胆固醇。有的人因为LDL受体蛋白编码的基因有遗传缺陷，造成血液中胆固醇含量过高，因而会过早地患动脉粥样硬化症（atherosclerosis），这种人往往因易患冠心病而英年早逝。
在受体介导的内吞作用过程中，不同类型的受体具有不同的胞内体分选途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如LDL受体又循环到质膜再利用；②有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，如与表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）结合的细胞表面受体，大部分在溶酶体被降解，从而导致细胞表面EGF受体浓度降低，称为受体下行调节（receptordown-regulation）；③有些受体被运至质膜不同的结构域，该过程称作穿胞运输（transcytosis）。在具有极性的上皮细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合的物质跨膜转运方式，即转运的物质通过内吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞，再通过外排作用从细胞的另一侧输出。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过跨细胞的转运完成的。
受体回收途径：
在受体介导的内吞作用过程中，不同类型的受体具有不同的胞内体分选途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如LDL受体又循环到质膜再利用；②有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，如与表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）结合的细胞表面受体，大部分在溶酶体被降解，从而导致细胞表面EGF受体浓度降低，称为受体下行调节（receptordown-regulation）；③有些受体被运至质膜不同的结构域，该过程称作穿胞运输（transcytosis）。在具有极性的上皮细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合的物质跨膜转运方式，即转运的物质通过内吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞，再通过外排作用从细胞的另一侧输出。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过跨细胞的转运完成的。
1.3.3 Exocytosis
与细胞的内吞作用相反，外排作用是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。
组成型的外排途径（constitutiveexocytosispathway）：所有真核细胞都有从高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成质膜外周蛋白、细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。
调节型外排途径（regulatedexocytosispathway）：分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。调节型的外排途径存在于特化的分泌细胞。其蛋白分选信号存在于蛋白本身，由高尔基体TGN上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。
组成型的外排途径通过defaultpathway完成蛋白质的转运过程。在粗面内质网中合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白驻留在ER或高尔基体中或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿着粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面这一途径完成其转运过程。
2 CellCommunication
生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化。
单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传导，以协调不同细胞的行为，如：①调节代谢，通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质和能量代谢；②实现细胞功能，如肌肉的收缩和舒张，腺体分泌物的释放；③调节细胞周期，使DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖阶段；④控制细胞分化，使基因有选择性地表达，细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞；⑤影响细胞的存活
2.1 BasicConceptions
2.1.1 Cell
a:高甘露糖N-连接的糖基化HighMannoseN-linkedglycosylation；
b:复杂的N-连接的糖基化ComplexN-linkedglycosylation。
》ComplexN-linkedglycosylation，除含有GlcNAc和Man之外，还添加岩藻糖、半乳糖和唾液酸。
》N-linkedglycosylation最终都含有相同的2个GlcNAc和3个Man残基。
糖基化的第一步是将一个14糖的核心寡聚糖添加到新形成多肽链的天冬氨酸上，其氨基酸的特征序列是Asn-X-Ser/Thr(X代表任何一种氨基酸),由于糖是同天冬酰胺的自由NH2连接，所以将这种糖基化称为N-连接的糖基化。
新合成蛋白进行糖基化修饰的一种方式。糖通过与蛋白质的天冬氨酸的自由NH2基连接，所以将这种糖基化称为N-连接的糖基化。这一过程在在内质网中进行的。糖基化的第一步是将一个14糖的核心寡聚糖添加到新形成多肽链的天冬酰胺上，其氨基酸的特征序列是Asn-X-Ser/Thr(X代表任何一种氨基酸),天冬酰胺作为受体。
核心寡聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖组成。这种寡聚糖同ER膜中的磷酸多萜醇(dolicholphosphate)紧紧相连。被转移到新生肽上的寡聚糖在ER中会进一步加工，主要是切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖。多萜醇是长链的醇,具有很长的疏水尾部能够紧紧的结合在膜的双脂层上。核心寡聚糖链是结合在多萜醇的磷酸基上,当ER膜上有蛋白质合成时,整个糖链一起转移。
●N-连接糖基化的修饰
蛋白质的N-连接糖基化是在内质网中进行的,而对糖基的修饰则是在高尔基体中完成的。
对于进入到高尔基体的糖蛋白来说,形成高甘露糖基寡聚糖侧链所需的修饰比较简单,只要切除3分子的葡萄糖即可,这一过程是在RER中完成的。
而形成复合寡聚糖则比较复杂,要切除5分子甘露糖,加上2分子N-乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、2分子唾液酸,有时还要加上岩藻糖。
O-linkedglycosylation
》O-连接的糖基化是将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基的氧原子上。O-连接的糖基化是由不同的糖基转移酶催化的,每次加上一个单糖。同复杂的N-连接的糖基化一样,最后一步是加上唾液酸残基,这一反应发生在高尔基体反面膜囊和TGN中。
●O-连接的糖基化(O-linkedglycosylation)
特征
N-连接
O-连接
合成部位
糙面内质网
糙面内质网或高尔基体
合成方式
来自同一个寡糖前体
一个个单糖加上去
与之结合的氨基酸残基
天冬酰胺
丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸
最终长度
至少5个糖残基
一般1-4个糖残基，但ABO血型抗原较长
第一个糖残基
N-乙酰葡萄糖胺
N-乙酰半乳糖胺等
高尔基体中进行的另一种蛋白质的糖基化是O-连接的糖基化,将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基的氧原子上。
(三)蛋白酶的水解和其它加工过程
》如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质，如胰岛素（C端）、胰高血糖素、血清蛋白。
》将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。
》含有不同信号序列的蛋白质前体在高尔基体加工成不同的产物。或同一种蛋白质前体在不同细胞、以不同的方式加工成不同的多肽。
》加工还包括肽链酪氨酸残基的硫酸化作用。
加工方式多样性的可能原因：
》确保小肽分子的有效合成；
》弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；
》有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。
(四)参与细胞内的膜泡运输、蛋白质的分选
分泌性的蛋白质、多数质膜的膜蛋白在rER合成，经高尔基体的加工，分装通过膜泡运输的方式输送到细胞表面或其他部位。同样，细胞表面的大分子和颗粒性物质及质膜的膜蛋白也会通过胞饮或吞噬作用以膜泡运输的方式进入细胞。高尔基体无论不论向细胞外运输的膜泡转移还是在内吞形成的膜泡转移中起重要作用。伴随各种膜泡运输，细胞内形成复杂的“膜流”，高尔基体在“膜流”的调控过程中起中枢作用。
其它功能：
参与形成溶酶体。
与植物细胞壁的形成。
合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。
4 LysosomeMicrobody
》溶酶体（lysosome）为C.deDuve与B.Novikoff年首次发现。
》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消化。
年deDuve与Novikoff首次发现溶酶体（lysosome）。它是单层膜围绕、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消化。
具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶。根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体（primarylysosome），次级溶酶体（secondarylysosome）和残体（residualbody）。
溶酶体是动物细胞中一种膜结合细胞器,含有多种水解酶类,在细胞内起消化和保护作用,可与吞噬泡或胞饮泡结合,消化和利用其中的物质。也可以消化自身细胞破损的细胞器或残片,有利于细胞器的重新组装、成分的更新及废物的消除。
4.1 TheStructureTypesofLysosome
》具有异质性Heterogenous，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。
》膜有质子泵(VType)，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低；
》具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运；
》膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。
溶酶体是一种异质性（heterogenous）的细胞器，这是指不同的溶酶体的形态大小，甚至其中所包含的水解酶的种类都可能有很大的不同，电镜细胞化学方法观察可见溶酶体由一个单位膜包围，一般为球形。直径在0.2－0.8μm，溶酶体内含有多种水解酶，现已发现60余种酸性水解酶，这些酶的最适PH为5.0，概括起来包括：
蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酶、磷脂酶等六大类。
用溶酶体的标志酶反应，可辨认出不同形态与大小的溶酶体来。酸性磷酸酶（acidphosphatase）是常用的标志酶，用这种方法不仅有助于研究溶酶体的发生与成熟过程，而且还发现了多泡体、线状溶酶体等多种类型的溶酶体。
溶酶体的酶蛋白在rER的核糖体上合成，有证据指出溶酶体可在ER形成，但一般认为溶酶体形成的主要位置是高尔基体，根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为：
初级溶酶体（前溶酶体）、次级溶酶体、三级溶酶体（残余小体）
Primarylysosome
》直径约0.2~0.5um，有多种酸性水解酶，但没有活性，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种，反应的最适PH值为5左右。
直径约0.2~0.5um膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒。含有多种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种，这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为5左右，溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同主要区别是①膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。②膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。
Secondarylysosome
这些都是消化泡，正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体（phagolysosome），前者消化的物质来自外源，后者消化的物质来自细胞本身的各种组分。
异体吞噬泡（heterophagicvacuole），异噬小体（heterophagosome）：是初级溶酶体与吞噬小体融合后形成的泡状结构。吞噬小体（phagosome）是细胞内吞异物后形成的泡状结构，又称初级内吞小泡。
自体吞噬泡（autophagicvacuole），自噬小体（autophagosome）：是初级溶酶体含有细胞自身的部分物质，（细胞器）进行消化的泡状结构。这部分细胞器可能是衰老的或多余的，这是一种自我保护作用。
Residualbody
又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多。
次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构。这时已失去酶活性或酶活性极弱。异噬小体和自噬小体是正行使消化功能的次级溶酶体，而后溶酶体则是已经行使完消化功能的结构。
4.2 TheFunctionofLysosome
1.细胞内消化：对高等动物而言细胞的营养物质主要来源于血液中的水分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞低密脂蛋白获得胆固醇，对一些单细胞真核生物，溶酶体的消化作用就更为重要了。
2.细胞凋亡：个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现的，溶酶体可清除不需要的细胞。
3.自噬作用(autophagy)：清除细胞中无用的生物大分子，衰老的细胞器等，如许多生物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右。
4.防御作用：如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。
5.参与分泌过程的调节，如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。
6.形成精子的顶体。
Addition: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。二氧化硅的羟基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*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。
3．各类贮积症
贮积症（storagedisease）是由于遗传缺陷引起的，由于溶酶体的酶发生变异，功能丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，进而影响细胞功能，常见的贮积症主要有以下几类。
台-萨氏综合征（Tay-Sachsdiesease）：要叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），导致神经节甘脂GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，2~6岁死亡。患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。
II型糖原累积病（Pompe病）：溶酶体缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。
Gaucher病：又称脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏β-葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内,巨噬细胞变成Gaucher细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中枢神经系统发生退行性变化，常在1岁内死亡。
细胞内含物病（inclusion-celldisease，I-celldisease）：一种更严重的贮积症，是N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起的。由于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选信号，酶被运出细胞（defaultpathway）。这类病人成纤维细胞的溶酶体中没有水解酶，导致底物在溶酶体中大量贮积，形成所谓的“包涵体（inclusion）”。另外这类病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有M6P之外的途径。
4．类风湿性关节炎
溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。
4.3TheAriseofLysosome
》初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成。目前了解的比较清楚的是M-6P途径。
其形成过程如下。
SignalPatch
信号斑(signalpatch):是由几个肽段形成的一个三维结构的表面,这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。
M6P标志的形成
rER合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高尔基体cis面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→将乙酰葡糖胺磷酸转移在多个个甘露糖残基上→在中间膜囊l磷酸葡萄糖苷酶切去N-乙酰葡糖胺形成M6P标志
M6P并非是溶酶体酶的唯一分选途径
》依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外。
》在细胞质膜上存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。
》还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体(SecretoryLysosome)的穿孔素和粒酶。
4.4Microbody
》Rhodin发现于鼠肾小管上皮细胞。
》是一种具有异质性的细胞器。直径通常0.5um，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，由单层膜围绕而成。分为过氧化物酶体（peroxisome）及乙醛酸循环体（glyoxysome），后者见于植物。
》特点：含过氧化氢酶（标志酶）和一至多种依赖*素（flavin）的氧化酶，已发现40多种氧化酶，各类氧化酶的共性是将底物氧化后生成过氧化氢。而过氧化氢酶又将H2O2氧化分解为H2O。
微体的功能
1.在动物中：①参与脂肪酸的β-氧化；②具有解*作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/4是在微体中氧化为乙醛。
2.在植物中：①参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，②在萌发的种子中，进行脂肪的β-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。
解*作用：主要体现在动物细胞，这种微体含有与生成H2O2有关的酶，也含有分解H2O2的过氧化氢酶，将代谢过程中产生的对细胞有*害的H2O2分解。
分解脂肪酸等高能分子，向细胞直接提供热能。
与胆固醇代谢有关。
执行光呼吸（乙醇酸代谢）：这一功能体现在植物细胞。过氧化物酶体是乙醇酸氧化的场所，氧化的结果是摄取氧，释放CO2，这一过程只能在光照下，与叶绿体、线粒体联合进行，称为光呼吸（photorespiration））
微体的发生
》已有的过氧化物酶体在细胞分裂时，以分裂方式传给子代细胞,再进行进一步的装配。
》微体中所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在信号肽的引导下，进入过氧化物酶体。
》引导蛋白质进入微体的信号序列过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targetingsignal，PTS）：PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N-端。膜脂在内质网上合成后，通过磷脂转移蛋白PTP转移而来。
MicrobodyVSLysosome
Characters
Lysosome
Microbody
形态、大小
多球形，直径0.2-0.5μm，无酶晶体
球形，直径0.15-0.25μm，多有酶晶体
酶种类
酸性水解酶
氧化酶类、过氧化氢酶
PH
5左右
7左右
是否需O2
不需要
需要
功能
细胞内消化
多种功能
发生
高尔基体出芽形成
分裂和装配形成，酶在细胞质基质中合成
标志酶
酸性磷酸酶
过氧化氢酶
5 ProteinSorting
从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生（线粒体、叶绿体），从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统的分裂。当细胞进行分裂时，不仅要进行染色体和细胞核的复制，同时各种细胞器通过吸收新合成的成分长大，然后随着细胞的分裂分配到子细胞中去。细胞不能从无到有产生所有膜性细胞器，新的膜性细胞器来源于已存在细胞器的分裂。如果彻底移除细胞内所有的过氧化物酶体，细胞根本不能重建新的过氧化物酶体，因为过氧化物酶体中具有选择性地接受细胞质内合成的蛋白质的转位因子（translocator）。细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signalsequenceortargetingsequence），其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor），因此内膜系统的发生具有核外遗传（epigenetic）的特性。
为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一?
这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶);细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一。
5.1 蛋白质分选和运输的基本原理
蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形成了一个明确的地址签(addresstarget),细胞通过对蛋白质地址签的识别进行运送,这就是蛋白质的分选(proteinsorting)。细胞中蛋白质的运输有两种方式:共翻译运输和翻译后运输,内膜系统参与共翻译运输,是分泌蛋白质分选的主要系统。
5.1.1 蛋白质分选的两条基本途径
A:翻译后转移Post-translationtranslocation：在细胞质基质中完成多肽链的合成（翻译），再转运至膜结合的细胞器（如，线粒体、叶绿体、微体、细胞核等）或细胞质基质的特定部位。
B:共翻译转移Co-translationtranslocation：在细胞质基质中多肽链的合成起始后，边合成边转入内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、质膜、分泌到细胞外（还包括内质网和高尔基体中的蛋白质）。
5.1.2 蛋白质分选定位的空间障碍及运输方式
》从蛋白质定位的细胞内空间部位结构来看,可分三种类型:
①没有膜障碍的,如细胞质基质,包括细胞质基质中的细胞骨架蛋白和各种酶及蛋白分子；
②有完全封闭的膜障碍,如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等；
③有膜障碍,但是膜上有孔,如细胞核。
蛋白质分选的运输方式：
1.门控运输（gatedtransport）：如通过核孔复合体的运输，具有选择性。
2.跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线粒体上的转位因子（translocator）进入线粒体。
3.膜泡运输（vesiculartransport）：被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。
蛋白质在核孔运输和小泡运输中可保持折叠的形式,但在跨膜运输中必须解折叠,定位后再进行折叠。无论是何种运输方式都需要消耗能量。
4.细胞质基质中的蛋白质运输：从胞质基质的合成部位运输到特定的功能部位。
蛋白质分选定位的时空概念
所谓蛋白质分选定位的时空概念包括两种含义:①合成的蛋白质何时转运?②合成蛋白质在细胞中定位空间及转运中所要逾越的空间障碍是什么?
●从时间上考虑,蛋白质的合成分选有两种情况:先合成,再分选和一边合成一边分选。为了适于蛋白质分选的时间上的需要,核糖体在合成蛋白质时就有两种存在状态:游离的或与内质网结合的。
●从蛋白质定位的空间看,包括了细胞内各个部分,即使是具有蛋白质合成机器的线粒体和叶绿体也需要从细胞质中获取所需蛋白质。
5.2 蛋白质分选的信号机制
5.2.1 Signalhypothesis
》G．Blobeletal：Signalhypothesis,.获年Nobelprize(MP).
》核心内容：分泌性蛋白质在N端具有信号肽（Signalpeptide），指导它到内质网膜上合成。
》这一过程涉及：
信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）；
信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）；
ER膜上的易位子（Translocon）等。
5.2.2 分选信号
①信号序列（signalsequence）：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，有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signalpeptidase）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。（如分泌蛋白的signalpeptide、线粒体蛋白的leaderpeptide、ER的K/HDEL序列）
②信号斑（signalpatch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。
虽然蛋白质可通过不同的方式和机制克服空间障碍,定位到膜结合的细胞器中,但就其定位的准确性来说,无论何种运输机制都是通过信号引导实现的,换句话说,信号序列决定蛋白质的正确运输方向。
(a)具有ER定位信号序列的蛋白质被运输到ER中,而没有引导序列的蛋白质存在于胞质溶胶中。(b)通过重组DNA技术将引导序列与胞质溶胶的蛋白基因重组,表达的胞质溶胶蛋白被定位到ER,相反,被剥夺了ER定位信号的蛋白质则只能存在于胞质溶胶中。该实验说明引导序列对所引导的蛋白质没有特异性。
●信号序列特性
通常为15-60个氨基酸长度，位于新生肽的N端。通过基因工程的方法证明信号序列指导的蛋白质运输和定位对蛋白质没有特异性,但不同的膜结合细胞器具有不同的蛋白质定位的信号序列(表9-3)。
功能信号序列组成
输入内质网 +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln
滞留内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO——
输入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-
输入细胞核输入过氧化物酶体-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val--Ser-Lys-Leu-
说明:+H3N代表氨基端;COO——代表羧基端。
●信号序列的类型
根据信号序列运输方向的不同分为三种类型，即入核信号、引导肽和信号肽。入核信号指导核蛋白的运输，引导肽指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输，信号肽则指导内膜系统的蛋白质运输。
5.2.3 跨膜蛋白的形成机制
》Starttransfersequence,起始转移序列：引导穿过ER膜。
》Stoptransfersequence：和ER膜有较强亲和力而结合在脂双层中，使之不再转入ER腔。
5.3 Vesiculartransport
共翻译转移的蛋白质进入内质网后是通过膜泡（visicle）转运的，其机理涉及三个基本问题：
》①小泡是怎样装配（assembly）形成的?
》②不同类型小泡如何识别靶膜（targeting）?
》③膜泡如何和靶膜融合（fusion）?
5.3.1 TypesofCoatedVesicles，anditsAssembly
在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常由不同的蛋白质包被，因此称为有被小泡(coatedvesicles),有三种类型的有被小泡：
1.网格（笼形）蛋白clathrincoatedvesicles
2.COPIcoatedvesicles
3.COPIIcoatedvesicles
大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；②如同模具一样决定运输小泡的外部特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积，与衣被蛋白的组成有关。
（1）ClathrinCoatedVesicles
》相关运输途径：质膜→内体（选择性胞吞作用），高尔基体→内体，高尔基体→溶酶体、植物液泡。
》结构：由3个重链和3个轻链组成，形成一个具有3个曲臂的形状。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有5边形网孔的笼子。
》衔接蛋白，又称接合素蛋白(adaptin/AP)：介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。
目前至少发现4种不同类型的衔接蛋白，可分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡，如AP1参与高尔基体→内体的运输、AP2参与质膜→内体的运输、AP3参与高尔基体→溶酶体的运输。
》发动蛋白(dynamin)：小泡最后与膜的脱离还需要发动蛋白。当网格蛋白衣被小泡形成时。作用是在被膜小窝的颈部聚合,通过水解GTP调节自己收缩,最后将小泡与质膜割开。
Dynamin,是一种单体GTP结合蛋白（有别于三聚体GTP结合蛋白，即G蛋白），也是网格蛋白有被小泡形成的装配反应因子(AssemblyReactionFactor,ARF)
高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地.
（2）COPICoatedVesicles
》功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escapedproteins）返回内质网(逆行转运，RetrogradeTransport);还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。
》由多种蛋白亚基(COPαββ’γδεζ)组成，装配与去装配有赖于ARF。
》装配反应因子(assemblyreactionfactor,ARF)
一种单体GTPase。当ARF同GDP结合时，游离存在于胞质溶胶中,若同GTP结合，GTP使ARF的构型发生改变，暴露出它的脂肪酸链，并随即插入到供体膜中。同膜结合后的ARF——GTP可以同COPI结合，形成被膜小泡。
》回收信号retrievalsignal：Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)。内质网的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的回收信号Lys-Lys-X-X。
》细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：
a.转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；
b.以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。??
》ER→Golgi:顺行转运AnterogradeTransport;
Golgi→ER:逆行转运，RetrogradeTransport.
负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escapedproteins）返回内质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有ATP的溶液中温育时，能形成非笼形蛋白包被的小泡。进一步的研究发现这种衣被蛋白复合体包含多达7种肽链。
内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也不可避免的被运送到了高尔基体，如不进行回收则内质网因为磷脂和某些蛋白质的匮乏而停止工作。内质网通过两种机制维持蛋白质的平衡：一是转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，例如有些驻留蛋白参与形成大的复合物，因而不能被包装在出芽形成的转运泡中，结果被保留下来；二是通过对逃逸蛋白的回收机制，使之返回它们正常驻留的部位。
内质网的正常驻留蛋白，不管在腔中还是在膜上，它们在C端含有一段回收信号序列（retrievalsignals），如果它们被意外地逃逸进入转运泡从内质网运至高尔基体cis面，则cis面的膜结合受体蛋白将识别并结合逃逸蛋白的回收信号，形成COPI衣被小泡将它们返回内质网。内质网腔中的蛋白，如蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴侣，均具有典型的回收信号Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。内质网的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的回收信号，通常是Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸），同样可保证它们的回收。
COPI衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。
（3）COPIICoatedVesicles
》介导从内质网到高尔基体的物质运输。
》由5蛋白质亚基构成：Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16。
》大多数跨膜蛋白是直接结合在COPII衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COPII衣被结合。
》分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序[DE]X[DE]，如Asp-X-Glu序列。
》装配：Sar-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白。
衣被是在一类叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitmentGTPase）作用下形成的。衣被召集GTP酶通常为单体GTP酶（monomericGTPase），也叫G蛋白，起分子开关的作用，结合GDP的形式没有活性，位于细胞质中，结合GTP而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促进核化和组装。
G蛋白具有两类重要的调节蛋白，即：鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotideexchangefactor,GEF）和GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。GEF的作用是使G蛋白释放GDP，结合GTP而激活。GAP的作用是激活G蛋白的酶活性，使GTP水解，G蛋白失活，G蛋白本身的GTP酶活性不高。除单体G蛋白以外，三聚体G蛋白也起分子开关的作用，控制衣被小泡的形成。
衣被召集GTP酶包括Arf蛋白和Sar1蛋白，Arf参与高尔基体上笼形蛋白衣被与COPI衣被的形成，Sar1参与内质网上COPII衣被的形成，两者的作用方式大体相似。质膜上笼形蛋白衣被的形成也与GTP酶有关，但其成分尚不明确。
衣被召集GTP酶大量存在于细胞质中，但处于结合GDP的失活状态。当内质网上要形成COPII衣被小泡时，Sar1释放GDP结合GTP而激活，激活的Sar1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，然后开始召集衣被蛋白，以衣被蛋白为模型形成运输小泡。活化的衣被召集GTP酶还可以激活磷脂酶D（phospholipaseD），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白质牢固地结合在膜上。
衣被召集GTP酶对衣被的形成其动态调节作用，当多数衣被召集GTP酶处于结合GTP的状态时，它催化衣被的形成；反之当多数衣被召集GTP酶处于结合GDP的状态时，它催化衣被的解体。因此衣被的形成过程是边形成便解体的动态过程，只有在组装速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。
5.3.2 MechanismofTargetingfusion
(1)Targeting：SNAREhypothesis
JamesRothman和他的同事根据对动物细胞融合研究的发现,提出有关小泡寻靶的SNARE假说(SNAREhypothesis)。
》NSF和SNAPs：他们发现动物细胞融合需要一种可溶性的细胞质蛋白,叫做N-乙基顺丁烯二酰亚胺敏感的融合蛋白(N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF)以及其它几种可溶性的NSF附着蛋白(solubleNSFattachmentprotein,SNAPs)。NSF是一种四聚体，四个亚基都相同。SNAPs有α-、β-和γ-SNAPs等。
》SNAREhypothesis:
由于NSF/SNAPs能够介导不同类型小泡的融合,说明它没有特异性。据此Rothman提出:膜融合的特异性是由另外的膜蛋白提供的，把这种蛋白称为SNAP受体蛋白(solubleNSFattachmentproteinreceptor，SNAREs)，这种蛋白可以作为膜融合时SNAPs的附着点。
》不同的小泡具有不同的SNAREs
按照SNARE假说，每一种运输小泡都有一个特殊的V-SNARE(vesicle-SNAPreceptor)标志，能够同适当的靶膜上的T-SNARE(target-SNAPreceptor)标志相互作用。
(2)FusionModel
①运输小泡通过小泡膜中的V-SNARE与靶膜T-SNARE/SNAP25复合物的细胞质结构域相互作用,形成螺旋结构,使运输小泡附着到受体膜。
②通过多个V-SNARE与靶膜T-SNRE相互作用以及ATP的水解形成预融合复合物；
③预融合开始之后立即进行融合,但详细机理不清；
④在融合过程中,相互作用的蛋白进行解离,如T-SNARE/V-SNARE/SNAP25相互分开,促进了进一步的融合；
⑤含有V-SNARE小泡的形成并回到原始膜中。
衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，马达蛋白水解ATP提供运输的动力。各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs（solubleNSFattachmentproteinreceptor）和Rabs（targetingGTPase）。其中SNARE介导运输小泡特异性停泊和融合，Rab的作用是使运输小泡靠近靶膜。
（一）SNAREs
SNAREs的作用是保证识别的特异性和介导运输小泡与目标膜的融合，动物细胞中已发现20多种SNAREs，分别分布于特定的膜上，位于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-SNAREs和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体（trans-SNAREs
另一方面介导核质之间的物质交换与信息交流。
是包在核外的双层膜结构。它将DNA与细胞质分隔开，形成核内特殊的微环境，保护DNA分子免受损伤；使DNA的复制和RNA的翻译表达在时空上分隔开来；此外染色体定位于核膜上，有利于解旋、复制、凝缩、平均分配到子核，核被膜还是核质物质交换的通道。
1.1 核被膜是双层膜结构
1.1.1 Structure
》外核膜outernuclearmembrane，附有核糖体颗粒
》内核膜innernuclearmembrane，有特有的蛋白成份（如LBR）
》核纤层nuclearlamina
》核周间隙perinuclearspace
》核孔nuclearpore
》核纤层：位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。
》核纤层由核纤层蛋白（lamin）构成，lamin是一类中间纤维，分为A、B两型。
核纤层的作用：
1．保持核的形态：
2．参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化，在间期核中，核纤层提供了染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。其中B型核纤肽与核膜残余小泡结合，A型溶于胞质中。在分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。
1.1.2 核被膜在细胞周期中的崩解与装配
新核膜来自旧核膜，且核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性domain-specific。
1.2 NuclearPoreComplex,NPC
》内外核膜在某些部位相互融合，形成环状开口，称为核孔Nuclearpore,在核孔上镶嵌着由多种蛋白质构成的复杂结构，称为核孔复合体NuclearPoreComplex,NPC。
》一般哺乳动物细胞平均有0个核孔。
》细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。
FishTrapModel
1.胞质环cytoplasmicring，外环；
2.核质环nuclearring，内环；
3.辐spoke,可分三个结构域
－柱状亚单位（columnsubunit）
－腔内亚单位(luminalsubunit)
－环带亚单位（annularsubunit）
4.中央栓centralplug，又称transporter。
电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，一般认为其结构如fish-trap，主要包括以下几个部分：①胞质环（cytoplasmicring），位于核孔复合体胞质一侧，环上有8条纤维伸向胞质；②核质环（nuclearring），位于核孔复合体核质一侧，上面伸出8条纤维，纤维端部与端环相连，构成笼子状的结构；③转运器（transporter），核孔中央的一个栓状的中央颗粒；④辐（Spoke）：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。
1.2.2 The
》形态特征:“圣诞树”样结构。转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右两侧均可伸出，呈“圣诞树”。
4.2.2 ProcessingofrRNAprecursor
》RNApolⅠ转录产生rRNA前体(precursor)，如哺乳动物rRNA前体为45S。45SrRNA甲基化以后经RNA酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。
4.2.3 Assemblyofribosomesubunit
》45SrRNA加工过程中rRNA不是以游离的方式存在，而是首先和蛋白质结合成80S的RNP，再被逐级切割成两种大小不同的核糖体亚单位前体。
5SrRNA基因不在NORs，也是成簇串联排列，由RNApolⅢ，合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。
加工下来的蛋白质和小的RNA存留在核仁中,可能起着催化核糖体构建的作用
4.3 Thenucleolarcycle
在细胞周期中，核仁的消失与重建呈周期性变化。
核仁结构的动态变化依赖于rDNA转录活性和细胞周期的运行。
活性染色质和非活性染色质
活性染色质(activechromatin)具有转录活性的染色质；
非活性染色质(inactivechromatin)没有转录活性的染色质；
活性染色质具有DNaseI超敏感位点（DNaseIhypersensitivesite，DHS）：具有转录活性的染色质对DnaseⅠ的降解比非转录活性的染色质要敏感得多。这种敏感是转录激活区的DNA蛋白结构出现疏松的结果。对于有活性的基因而言其一定的位点称为超敏区，即DHS.
NuclearMatrix
核基质nuclearmatrix或核骨架nuclearskeleton的概念：
－狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系。
－广义概念应包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。
NuclearBodies，NBs,间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域subnucleardomain，统称为核体。
》主要包括螺：旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。
在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的储存或查封位点，又称之为分子货仓（molecularwarehouse）。
ChapterⅨ Ribosome
一、教学目的和要求：
本节的学习主要使学生掌握如下知识内容：核糖体的结构与功能；核糖体的组成成分及各自功能；核糖体的功能活性部位；RNA在生命起源中的地位。
二、教材分析：
概述：“核糖体”的内容是“遗传信息表达结构体系”和“蛋白质合成和分选”的延续；部分知识点在前行内容中已有部分讲述，故在课堂中主要是总结和强调；部分知识点较新，主要是引导学生启发性的学习。
教学重点：1核糖体的类型；2组成和各部分功能。
教学难点：核糖体的功能活性部位。
三、教学设想：
教材处理：理清知识点，便于学生掌握；对过深部分则侧重引导启发。
教学方法：主要采用讲授法和例证法，辅以提问和讨论。
教具：CAI课件
四、教学内容：（2学时）
1 Thesortstructure
》Robinson＆Brown（）发现于植物细胞。
》Palade（）发现于动物细胞。
》Roberts（）建议命名为核糖核蛋白体（ribosome），简称核糖体。
》核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。
1.1 基本类型
》按存在方式分：－游离核糖体，Freeribosome，分布于细胞质基质、线粒体、叶绿体基质；
－附着核糖体，即膜结合核糖体membrane-boundribosome，和rER及核膜结合。
》按性质分为两种基本类型：70S的核糖体，80S的核糖体。
1、核糖体的直径一般为15～20nm。每一核糖体均由大、小两个亚单位构成。在蛋白质的合成过程中，大、小亚单位相互配合，但又各有分工。
2、真核细胞的细胞质核糖体为80S,而原核细胞的细胞质核糖体为70S,线粒体中为55S。
以沉降系数不同划分为三种类型，每种类型均有大、小两个亚单位构成。
原核细胞、叶绿体、线粒体70S50S30S
哺乳类线粒体55S35S25S
真核细胞80S60S40S
1.1.1 70S核糖体
50S：23S、5SrRNA和34种蛋白质；
30S：16SrRNA和21种蛋白质
大亚单位呈半圆形，一侧伸出三个突起，中央有一凹陷。小亚单位呈长条形，约于1/3长度处有一细的缢痕，使小亚单位分为大小两个部分。二者结合起来时，凹陷部位彼此对应，形成一隧道。
》在不进行蛋白质合成时，大小亚基呈游离状态，只有当小亚基和mRNA结合后大亚基才与小亚基结合形成完整的核糖体；
》离子浓度对大小亚基的结合起重要作用，对70S核糖体体外实验表明：
－Mg2＋浓度小于1mmol/ml时，大小亚基解离；
－Mg2＋浓度大于10mmol/ml时，两个核糖体构成二聚体；
1.1.2 80S核糖体
80s核糖体和70s形态总体结构基本相似。大亚基中28SrRNA在不同的物种中大小有差别。
60S：28S、5.8S、5SrRNA和约30种蛋白质；
40S：18SrRNA和约50种蛋白质。
》尽管原核生物与真核生物核糖体的蛋白质和rRNA差异很大，但结构总体相似，特别是负责与mRNA结合的小亚基。
》原核和真核细胞的rRNA都具有甲基化现象，这种甲基化与RNA的转录后加工过程的酶识别有关。
》另外原核5S、16SrRNA和真核5.8S、18SrRNA结构高度保守，常用于研究生物进化。
1.2 结构
》主要成分：－r蛋白质：40%，核糖体表面，大、小亚基的r蛋白分别记为L蛋白和S蛋白；
－rRNA:60%，核糖体内部。
核糖体大小亚基与rRNA之间，以及大小亚基之间，rRNA与蛋白质之间可以自行装配，但详细机理尚未查清，根据目前的研究，至少可以肯定以下事实。
（1）30S亚单位的pro专同16SrRNA结合，50S亚单位的pro专同23SrRNA结合，若将其混合，则装配不成有功能的亚单位。
（2）从不同细菌提取出30S亚单位的蛋白质和16SrRNA，混合后可装配成有功能的30S亚单位，说明无种间差异。
（3）原核细胞与真核细胞的亚单位不能形成有功能的核糖体。
（4）E.coli的核糖体和（玉米中）叶绿体的核糖体相似，相互交换亚单位仍具功能。
（5）E.coli的核糖体和线粒体的核糖体不同，相互交换后不能装配。
1.3 r蛋白和rRNA的功能
》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.氨酰基位点，又称A位点；
3..肽酰基位点，又称P位点；
4.E位点(exitsite)；
5.延伸因子EF-G的结合位点；
6.肽酰转移酶的催化位点：催化A位和P位氨基酸间形成肽键；
7.与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点。
r蛋白和rRNA，谁是主要的功能分子？
》最初，人们认为是r蛋白执行核糖体主要的催化功能，因为“酶的本质是蛋白质”；
》很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。
》多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因突变。
》在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白结构具有更高的保守性。
rRNA是核糖体中起主要作用的结构成分和功能成分
》具有肽酰转移酶的活性；
》为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；
》为多种蛋白质合成因子提供结合位点；
》在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；
》核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。
r蛋白质的主要功能:
》对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；
》在蛋白质合成中,某些r蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；
》在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核糖体蛋白与rRNA共同行使功能。
2PolyribosomeSynthesisofProtein
2.1 Polyribosome
Polyribosome：核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条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。
多聚核糖体的生物学意义：
》细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。
》以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。
2.2 蛋白质的合成
核糖体之功能是合成蛋白质。具体作用可能在于：
一是与mRNA的连接，在16SrRNA的3′端有一段顺序同多数原核生物的mRNA的核糖体结合部位有互补关系，从而使30S亚单位能识别mRNA的起始端。
二是为多肽链的形成提供表面位置，由大亚单位行使。
三是供tRNA结合，在5SrRNA上有一段顺序同tRNA中的TψCG有互补顺序。
1.mRNA和小亚基的识别与结合；
2.翻译起始；
3.肽链延伸；
4.肽链合成终止；
2.3 RNA在生命起源中的地位及其演化过程
遗传信息传递装置中，DNA、RNA、Protein,谁最早出现？
》三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。
》核酶(ribozyme)：具有催化作用的RNA。
蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能：
》蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性，具有更高的催化效率；
》与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。
DNA代替了RNA的遗传信息功能：
》DNA双链比RNA单链稳定；
》DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。
ChapterⅩ Cytoskeleton
一、教学目的和要求：
通过本章的学习，力求学生达到如下要求：理解并掌握细胞骨架的广义和狭义概念；掌握三种细胞质骨架成分（MT、MF、IF）的结构组成、装配过程、特异性药物、结合蛋白、生物学功能；了解核骨架的概念和基本结构特点和功能。
结合前面几章的内容，系统的认识细胞在亚显微水平的三大结构体系其结构特点和主要功能；总结结构体系之间的联系和相互影响。
二、教材分析：
概述：选用教材对知识点的很有条理，大部分知识点的讲述深度比较适当，只是对少数知识点的讲述过于简略；本章涉及结构的知识点较多，但教材所给的图片和示意图偏少，可能给学生的学习带来一定困难。
教学重点：理解并掌握细胞骨架的广义和狭义概念；掌握三种细胞质骨架成分（MT、MF、IF）的结构组成、装配过程、特异性药物、结合蛋白、生物学功能。
教学难点：骨架纤维成分和结合蛋白的相互作用。
三、教学设想：
教材处理：各节知识点之间有较多的可比性，在教学中强调其对比以深化学生映像；在CAI课件中补充相关图片，帮助学生正确认识其结构；对教材中部分讲解不足的知识点深入讲解。
教学方法：主要采用讲授法和比较法，辅以提问和讨论。
教具：CAI课件
四、教学内容：（6学时）
概述：细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系，可以说是迄今为止，最新发现的一类细胞器，也是当前细胞生物学研究中最活跃的领域之一，并且这种研究正方兴未艾。
真正确认细胞中骨架系统的存在，则是在本世纪60年代，人们对制作电镜标本的固定剂和条件作了改动之后。3年，Slauterback使用戊二醛（代替锇酸）在室温（代替0℃）下固定标本，首先在水螅刺细胞中发现了细胞骨架成分之——微管，同年，Porter在植物细胞中也发现了微管的结构。
那么细胞骨架的概念如何呢？包括哪些内容呢？
细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系。早期狭义的范围主要指胞质骨架Cytoskeleton：由微丝（microfilament）、微管（microtubule）和中间纤维（intemediatefilament）构成。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器（membrane-enclosedorganelle）的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。
现代广义的理解应为：除细胞骨架（Cytoskeleton）之外，还包括核骨架（nucleoskeleton）、核纤层（nuclearlamina）和细胞外基质（extracellularmatrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。
细胞骨架的主要功能是（1）维持细胞形态多样性（2）行使细胞运动（3）保持细胞内结构的合理空间布局与有序性（4）细胞内物质的传递与运输（5）参与细胞内信号传导（6）作为多种蛋白、酶和细胞器的支持点（7）参与蛋白质合成（多聚体3，端锚定在骨架纤维上才启动）（8）核骨架、染色体骨架参与染色质和染色体的构建（9）核骨架为基因表达提供空间支架（10）细胞骨架参与细胞周期的调节，并与细胞分化和细胞衰老关系密切。
1 Microfilament
微丝（microfilament，MF）是由肌动蛋白(actin)组成的直径约7nm的骨架纤维，又称肌动蛋白纤维actinfilament。微丝和它的结合蛋白（associationprotion）以及肌球蛋白（myosin）三者构成化学机械系统，利用化学能产生机械运动。
微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝互相平行排列成束，形成有规则的稳定结构，如肌细胞中形成粗丝和细丝。另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。
1.1 Molecularstructure
》actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin具ATP结合位点。
》根据等电点分为3类：α分布于肌肉细胞；β和γ普遍存在于所有真核细胞。
》actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。
》多聚体actin称为纤维形肌动蛋白F-actin，即MF。由两条肌动蛋白单链盘绕形成的双股螺旋.
根据等电点的不同可将高等动物细胞内的肌动蛋白分为3类，α分布于各种肌肉细胞中，β和γ分布于肌细胞和非肌细胞中。
肌动蛋白纤维是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋，状如双线捻成的绳子，肌动蛋白的单体为球形分子，称为球形肌动蛋白G-actin(globularactin)，它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin(fibrousactin)。
肌动蛋白在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。不同类型肌肉细胞的α-肌动蛋白分子一级结构（约个氨基酸残基）仅相差4～6个氨基酸残基，β-肌动蛋白或γ-肌动蛋白与α-横纹肌肌动蛋白相差约25个氨基酸残基。
多数简单的真核生物，如酵母或粘菌，含单个肌动蛋白基因，仅合成一种肌动蛋白。真核生物含有多个肌动蛋白基因，如海胆有11个，网柄菌属(Dictyostelium)有17个，在某些植物中有60个。肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。
1.2 AssemblyofMF
》MF的装配或去装配受G-actin浓度和外界条件（如ATP、温度、离子浓度等）的影响。
》在体外(invitro)，：ATP、存在Ca2+，低浓度Na+、K+时IF(F-actin)趋于解聚成G-actin；而在Mg2+和高浓度Na+、K+时，G-actin装配成F-actin。
》体内(invivo)装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。
》MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。Invivo,有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。
》肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，既正极(plus)与负极(minus)之别。
》Treadmilling,踏车现象：当G-actin处于临界浓度时，MF的装配可以表现出ATP-actin继续在（+）端添加而延长，而在（-）端脱落而缩短，表现出一种“踏车”现象。
微丝是一种动态结构，持续进行组装和解聚。微丝可以随环境不同发生装配和解聚。G-actin可在微丝两端添加，但（+）极组装的速度较（-）极快，在一定条件下，可表现为一端因加亚单位而延长，另一端因亚单位脱落而减短，这种现象称踏车行为。
ATP-actin（结合ATP的肌动蛋白)对微丝纤维末端的亲和力高，ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落。当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长，在微丝纤维的两端形成ATP-actin“帽子”，这样的微丝有较高的稳定性。伴随着ATP水解，微丝结合的ATP就变成了ADP，当ADP-actin暴露出来后，微丝就开始去组装而变短。
微丝具有极性，肌动蛋白单体加到（+）极的速度要比加到（-）极的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌动蛋白的浓度也影响组装的速度。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。
细胞中微丝参与形成的结构除肌原纤维、微绒毛等属于稳定结构外，其他大都处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功能。*笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的*笔环肽可特异性的显示微丝。
1.3 微丝特异性药物
》细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而特异性的抑制微丝的装配。
》*笔环肽(philloidin)：特异性与微丝侧面结合,增强其稳定性，抑制MF解聚。
－荧光标记的*笔环肽可特异性的显示微丝。
》影响微丝装配动态性的药物对细胞都有*害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。
1.4 Microfilament-associatedProtein
》整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞骨架结合蛋白的调节。MF的不同存在形式与微丝结合蛋白的种类有关。
1．核化蛋白（nucleatingprotein）:核化（nucleation）是纤维组装的第一步，即几个蛋白单体先组装成多聚体，然后其它单体继续添加形成长纤维分子。Arp（actin-relatedprotein）复合体在体内和体外都可以促进肌动蛋白的核化，其作用就像一个模板，类似于微管组织中心的γ球蛋白复合体，Arp复合体由Arp2、Arp3和5种其它蛋白构成。Arp与actin在结构上具有同源性。
2．单体隐蔽蛋白（monomersequesteringprotein）:细胞中约有50%的肌动蛋白为可溶性肌动蛋白，大大高于肌动蛋白组装所需的临界浓度。但是这些蛋白与其它蛋白结合，构成一个隐蔽的蛋白库。只有当细胞需要组装纤维的时候这些可溶性肌动蛋白才被释放出来。如：thymosin与actin结合可阻止其向纤维添加，抑制其水解或交换结合的核苷酸。
3．封端蛋白（end-blockingprotein）作用是调节肌动蛋白纤维的长度，结合在（+）或（-）极形成“帽子”，阻止其它单体添加。如骨骼肌细肌丝的（-）端被tropomodulin封闭，（+）端被CapZ封闭。
4．单体聚合蛋白（monomerpolymerizingprotein）如profilin结合在actin的ATP结合位点相对的一侧，能与thymosin竞争结合actin，profilin可将结合的单体安装到纤维的（+）极。
5．微丝解聚蛋白（actin-filamentdepolymerizingprotein）如cofilin可结合在纤维的（-）极，使微丝去组装。这种蛋白在微管快速组装和去组装的结构中具有重要的作用，涉及细胞的移动、内吞和胞质分裂。
6．交联蛋白(cross-linkingprotein):每一种蛋白含有2至多个微丝结合部位，因此可以将2至多条纤维联系在一起形成纤维束或网络。分为成束蛋白和成胶蛋白两类，成束蛋白如：丝束蛋白（fimbrin）、绒毛蛋白（villin）和α-辅肌动蛋白（α-actinin），可以将肌动蛋白纤丝交联成平行排列成束的结构。成胶蛋白，如细丝蛋白（filamin）促使形成肌动蛋白微丝网。
7．纤维切断蛋白（filamentseveringprotein）此类蛋白能结合在微丝中部，将微丝切断。如溶胶蛋白（gelsolin）。
8．膜结合蛋白（membrane-bindingprotein）如粘着斑蛋白（vinculin）可将肌动蛋白纤维量接在膜上，参与构成粘合带。
1.5 Musclecontractility
》肌肉》肌纤维束》肌纤维（肌细胞）myofiber》肌原纤维myofibrils(粗肌丝、细肌丝)
肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成，粗肌丝的主要成分是肌球蛋白，而细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。
》肌肉收缩的基本单位是肌小节（sar
极性微管(polarMT)
构成星体的微管称为星体微管(astralMT)。
3 IntermediateFilament
》直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。
》IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用；几乎存在于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。
中间纤维（intermediatefilaments，IF）直径10nm左右，介于微丝和微管之间。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，与质膜相连结。
3.1 Composition
IF成分比MF,MT复杂，IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
》具有严格的组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。通常一种细胞含有一种IF，少数含有2种以上。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF。
》按其组织来源和组织抗原性，可分5类：
－角蛋白纤维：为上皮细胞特有，具有α和β两类，β角蛋白存在于细胞中，α角蛋白形成头发、指甲等坚韧结构；
－结蛋白纤维：存在于肌肉细胞；
－神经胶质纤维：存在于星形神经胶质细胞；
－细胞波形纤维：存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中；
－神经元纤维：存在于神经元中。
此外细胞核中的核纤层蛋白（lamin）也是一种中间纤维。
(一)角蛋白:分子量约40~70KD，出现在表皮细胞中，在人类上皮细胞中有20多种不同的角蛋白，分为α和β两类。β角蛋白又称胞质角蛋白（cyto-keratin），分布于体表、体腔的上皮细胞中。α角蛋白为头发、指甲等坚韧结构所具有。
根据组成氨基酸的不同，亦可将角蛋白分为：酸性角蛋白（I型）和中性或碱性角蛋白（II型），角蛋白组装时必须由I型和II型以1：1的比例混合组成异二聚体，才能进一步形成中间纤维。
（二）结蛋白:又称骨骼蛋白skeletin，分子量约52KD，存在于肌肉细胞中，它的主要功能是使肌纤维连在一起。
（三）胶质原纤维酸性蛋白:又称胶质原纤维glialfilament，分子量约50KD，存在于星形神经胶质细胞和周围神经的许旺细胞。它主要起支撑作用。
（四）波形纤维蛋白:分子量约53KD，广泛存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中，波形蛋白一端与核膜相连，另一端与细胞表面处的桥粒或半桥粒相连，将细胞核和细胞器维持在特定的空间。
（五）神经纤丝蛋白;是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，三种多肽是NF-L（low，60~70KD），NF-M（medium，~KD），NF-H（heavy，-KD）神经纤丝蛋白的功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。
》IF蛋白的分子结构特征：
－由α螺旋化杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾（C端）部构成；杆部长约40－50nm；
－杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分为A、B两个亚区。
》根据IF蛋白的aa序列，对其可分为6类：
Ⅰ酸性角蛋白；
Ⅱ中性和碱性角蛋白；
Ⅲ波形纤维蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白（即构成神经胶质纤维）；
Ⅳ神经元纤维蛋白；
Ⅴ核纤层蛋白；
Ⅵ巢蛋白（nestin）。
3.2 Assembly
–①两个单体形成超螺旋二聚体（Ⅰ、Ⅱ型角蛋白装配成为异二聚体）；
–②两个二聚体反向平行(半交错)组装成四聚体；
–③四聚体组成原纤维；
–④8根原纤维组成IF（另一种观点认为是由4根八聚体组成IF）。
中间纤维蛋白分子由一个个氨基酸残基形成的α螺旋杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾（C端）部构成。
杆状区是高度保守的，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分为A、B两个亚区，它们之间由非螺旋式的连结区连结在一起。
头部和尾部的氨基序列在不同类型的中间纤维中变化较大，可进一步分为①H亚区：同源区；②V亚区：可变区；③E亚区：末端区。
IF的装配过程与MT、MF相比较为复杂。根据X衍射，电镜观察和体外装配的实验结果推测，中间纤维的装配过程如下：
①两个单体，形成两股超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）；
②两个二聚体反向平行组装成四聚体，三个四聚体长向连成原丝；
③两个原丝组成原纤维；
④4根原纤维组成中间纤维。
由于IF是由反向平行的α螺旋组成的，所以和微丝微管不同的是，它没有极性。另外，细胞内的中间纤维蛋白绝大部分组装成中间纤维，而不象微丝和微管哪样存在蛋白库，仅约50%左右的处于装配状态。再者IF的装配与温度和蛋白浓度无关，不需要ATP或GTP。
》IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：
－装配与温度和蛋白浓度无关；
－IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；
－反向平行的四聚体导致IF不具有极性；
－IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，
－在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体，即不存在单体蛋白库(但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。
3.3 IFAP
》IFAP：是一类在结构和功能上和IF有密切关系，但其本身不是IF结构组分的蛋白。
》确定IFAP的标准：
》IFAP的功能：
–使中间纤维交联成束、成网，
–把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上
》IFAP的特点：
①具有中间纤维特异性。
②表达有细胞专一性。
③不同的IFAP可存在于同一细胞中与不同的中间纤维组织状态相联系。
④在细胞中某些IFAP的表达与细胞的功能和发育状态有关
3.4 FunctionsofIF
》目前对IF功能了解不多，主要原因是迄今尚未找到IF的特异工具药。
(1)增强细胞抗机械压力的能力;
(2)参与桥粒、半桥粒的形成和维持;
3）其它功能：
－结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用；
－神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用
－参与传递细胞内机械的或分子的信息
MT
MF
IF
蛋白质组成
αβ—tubulin
G-—actin
6类中间纤维蛋白
分子量
50kDa
43kDa
40—kDa
结合核苷酸
GTP
ATP
无
分子直径/nm
24
7
10
纤维结构特点
13根原纤维组成中空管状
双股螺旋
多级螺旋
极性
有
有
无
单体蛋白库
有
有
无
踏车行为
有
有
无
特异性药物
有
有
无
动力结合蛋白
有
有
无
－中间纤维与mRNA的运输有关。
Addition:Nucleoskeleton
一、核基质
细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。目前对核骨架的概念有两种理解，狭义的核骨架仅指核内基质（innernuclearmatrix，innernuclearskeleton），即细胞核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。
（一）形态结构
核骨架纤维直径为3～30nm，估计单丝直径约3～4nm，粗纤维可能是单纤维的复合体。但核骨架的形态结构根据不同报道有所差异，另有报道认为核骨架核心纤维（corefilament）的直径为9nm。核仁与染色质网络于核骨架纤维网络中，核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架网络。
（二）成分
核骨架的成分比较复杂，主要成分是纤维蛋白，并含有少量RNA。RNA的含量虽然很少，但它对于维持核骨架三维网络结构的完整性是必要的。
比较确定的核骨架蛋白成分有：（1）DNA拓扑异构酶Ⅱ：是间期细胞核骨架和分裂期染色体骨架的重要成分之一；（2）nuclearmatrin：有matrinD，E，F，G和4等，定位于核基质，且呈现纤维颗粒样分布，很可能是核基质上DNA－loop的结合蛋白；（3）Nuc2+蛋白：Nuc2+蛋白是S.Pombe（一种酿酒用的酵母）的Nuc2+基因编码的蛋白，分子量为76kD。Nuc2+基因在有丝分裂染色体分离过程中起重要作用，Nuc2+蛋白存在于核基质以及染色体骨架（chromosomescaffold）组分当中，而且与富含AT的DNA序列有特异的亲和性；（4）ARBP（attachmentregionbindingProtein）能够特异地与MAR序列结合，而且在各种组织中广泛存在，不具有组织特异性；（5）核内肌动蛋白（actin），肌动蛋白不仅存在于核基质组分中，而且很可能在mRNA的合成过程中起重要的作用。
（三）核基质结合序列
核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白质完成，更重要的是要通过多种核基质结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能。长期以来人们对此进行了大量的研究并证实一些与DNA、RNA代谢合成密切相关的酶类，细胞信号识别和细胞周期的调控因子以及病*特异的调控蛋白等能够紧密结合在核骨架结构上。近年来已证实的核基质结合蛋白见表9－5。
（四）功能
一般认为，核骨架为细胞核内组分提供了一个结构支架，细胞核内许多重要的生命活动与核骨架有关。
1．核骨架与DNA复制
2．核骨架与基因表达
3．核骨架与病*复制
4．核骨架与染色体构建
三、核纤层
核纤层（nuchiarlamina）是位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络，核纤层由1至3种核纤层蛋白多肽组成。核纤层与中间纤维、核骨架相互连结，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架结构体系。
（－）形态结构
在某些真核细胞中，通过超薄切片电镜观察可以直接观察到位于内层核膜与染色质之间的核纤层结构，厚度为30～nm，然而，绝大多数细胞的核纤层是很薄的结构。在分裂期细胞，核纤层解体，以单体形式存在于胞质中。
（二）成分
核纤层由核纤层蛋白（lamin）构成，分子量在60～80kD之间。蛋白质化学及免疫化学方法分析了多种高等动物的核纤层蛋白，证实其是一个蛋白家族。
（三）核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系
实验说明核纤层蛋白确实是中间纤维蛋白。在新的中间纤维蛋白家族分类中，核纤层蛋白被确定为第V型中间纤维蛋白。
（四）核纤层蛋白在细胞分化中的表达
（五）核纤层在细胞分裂过程中的变化
核纤层最显著的结构重组发生于分裂期，在细胞分裂过程中，核纤层发生解聚和重装配。
（六）功能
核纤层与核膜、染色质及核孔复合体在结构上有密切联系，一般认为核纤层在细胞核中起支架作用，为核膜及染色质提供了结构支架。
ChapterⅪ CellreproductionCellCycleControl
一、教学目的和要求：
本章的教学目的和要求主要包括：掌握细胞周期的概念、基本理论；细胞周期各时相的主要事件，主要的限制点；细胞周期同步化的方法、测定细胞周期各长短的方法；掌握有丝分裂的过程、机制及意义；减数分裂的过程、机制及意义；理解细胞周期调控的基本概念、机理；
同时，要求学生通过“细胞增殖”深刻理解细胞生命活动的有序性和复杂性，为后续章节的学习打下基础。
二、教材分析：
概述：选用教材对“细胞周期”和“细胞分裂”的讲解比较详细；在难度较大的“周期调控”方面，教材所给材料稍有不足，学生在自学时面临着一定难度。
教学重点：细胞周期的基本理论，有丝分裂、减数分裂过程、机制及意义。
教学难点：细胞周期调控的机理。
三、教学设想：
教材处理：对学生已有较深基础的“细胞分裂”，教学中重在深入；对“细胞周期调控部分”则重在基础，注意对学生的启发和引导。
教学方法：主要采用讲授法和图解法，辅以提问和讨论。
教具：CAI课件
四、教学内容：（6学时）
细胞增殖是生命的基本特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至个，长至成年有个，而成人体内每秒钟仍有数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。细胞增殖是通过细胞周期（cellcycle）来实现的，而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。
细胞增殖cellreproduction, 亲代细胞(mothercell)经物质准备，分裂（celldivision）产生子代细胞(daughtercell)的过程。
》细胞增殖是生命的基本特征，种族繁衍、个体发育、机体修复等都离不开细胞增殖。
》细胞增殖受严密的调控（regulation）机制的监控，其增殖过程必须遵循一定的规律。
1 CellCycleCellDivision
1.1CellCycle
1.1.1ConceptionofCellcycle
任何细胞都是一个生命，开始于产生它的亲代细胞的分裂，结束于它的子代细胞的形成。
细胞周期Cellcycle,从一次细胞分裂(celldivision)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，所经历的过程称为细胞周期，又称细胞增殖周期(cellreproductivecycle)。
一个周期所占用的时间，即为细胞的一个世代（generationtime）。
1.1.2PhasesofCellcycle
①G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间；②S期(synthesisphase)，指DNA复制的时期，只有在这一时期H3-TDR才能掺入新合成的DNA中；③G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间；④M期又称D期(mitosisordivision)，细胞分裂开始到结束。
绝大多数真核细胞的细胞周期都包含这4个时相，所以将包含有这4个不同时相的细胞周期称为标准细胞周期(standardcellcycle).
各时相持续时间：
细胞周期所持续的时间一般为12－32h；M期最短，约0.5－4.5h。
不同类型细胞细胞周期时间长短不同，一般说来，S+G2+M的时间变化较小；而G1期持续时间的差异可能很大。
细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关，如：小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，骨髓细胞18小时，培养的人了成纤维细胞18小时，CHO细胞14小时，HeLa细胞21小时。不同类型细胞的G1长短不同，是造成细胞周期差异的主要原因。
细胞周期和细胞类群：
（1）周期中细胞，cyclingcell，或连续分裂细胞：
－细胞周期连续运转，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞；
（2）静止期细胞，quiescentcell，或G0期细胞、休眠细胞：
－休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期；如淋巴细胞、肝、肾细胞等。
（3）终末分化细胞，terminaldifferentiationcell：
－指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。
G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G0期细胞。
1.1.3MaineventsofeachPhase
（1）G1Phase：发生的主要生化事件包括：合成rRNA、蛋白质、脂类和糖类等，为DNA合成作准备。
检验点checkpoint:在细胞周期中可使细胞周期运转暂时刹车的位点，待条件适宜才允许细胞进入下一阶段。
在G1期的检验点(G1checkpoint)又称限制点restriction,R点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？。在芽殖酵母中称为起始点Start。
–S期检验点：DNA复制是否完成？
–G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？
–中-后期检验点：纺锤体组装检验点。
（2）Sphase
》主要的生化事件：DNA合成。还包括：组蛋白（histone）的合成、DNA复制所需的酶的合成。
》S期检验点：监察DNA复制是否完全？
（3）G2phase
主要的生化事件：大量合成ATP、RNA、及细胞分裂相关的蛋白质。为细胞分裂作准备。
》G2/M期检验点：DNA损伤是否已被修复？细胞体积是否够大？
（4）Mphase
主要的生化事件：细胞染色质凝集，分离并平均分配到两个子代细胞，细胞一分为二。细胞增殖的直接实施阶段。
》细胞分裂的方式有三种：
－真核细胞分裂主要包括两种方式：
有丝分裂 Mitosis，体细胞分裂方式；
减数分裂 Meiosis，性细胞分裂方式。
－原核细胞是以无丝分裂Amitosis方式进行。
1.1.4MensuratetheCellcycle
（一）标记有丝分裂百分率法percentagelabeledmitoses，PLM
最经典的测定细胞周期各时相时间的方法。利用3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）掺入DNA和放射自显影技术。
》适用于细胞类群相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。
》基本原理：
－用3H-TdR给待测细胞以脉冲标记（即给动物一次3H-TdR注射，或加3H-TdR于细胞培养液中短暂培养然后洗脱），使在该段时间内已处于S期不同阶段的全部细胞其DNA被3H标记，而处于其它时相的细胞则不被标记。
－随后，每隔一定时间取样做细胞放射自显影，找出正处于有丝分裂的细胞，计算其中带3H标记的细胞占有丝分裂细胞的百分数，绘制曲线即可测得各时相持续时间。
PLM原理详解：
（1）经3H-TdR脉冲标记后，S期的细胞其DNA具3H（图中红色表示这部分细胞）。以PLM对时间T作图。
－PLM：被标记分裂期细胞占所有分裂期细胞的百分比。
－T：从洗脱，更换培养液开始计时，隔一定时间测PLM。
》很显然，在被标记细胞进入M期之前，PLM=0；
（2）从洗脱（0时）到标记细胞开始进入M期的时间是G2期持续的时间，记作TG2。(坐标中绿色时间段)
－标记细胞将陆续进入M期，PLM相应升高；
（3）当最早进入M期的标记细胞结束M期时，PLM达到理论最大值=1；所以，从标记细胞开始进入M期到这一时刻所持续的时间即为M期，记作TM，坐标中红色时间段。
（4）直到最晚进入M期的标记细胞开始进入M期时，PLM始终保持理论最大值=1，然后，随着周期运转PLM值将下降。
那么，从标记细胞开始进入M期到PLM开始下降，所持续的时间段即为S期长，记作TS，对应于图中所有红色时间段。
》在实际工作中测定Ts时，由于各种因素的影响，PLM的最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数。
－即从PLM值上升到0.5时开始，经历最大值，再下降到0.5时为止，所经历的时间计为TS。坐标中紫色时间段。
（5）如下图，红色时间段对应的又是什么时间？
》一个细胞周期的总时间，TC。
－从M期开始出现标记细胞并逐渐消失，到下次M期再次出现标记细胞，所历经时间。
－在实际工作中同样可采用半高度法读取。如紫色时间段。
》TG1=TC－（TG2＋TM＋TS）
》优点：PLM法不仅可以细胞周期的总时间，还可测出各时期所持续的时间。
缺点：
－放射自显影技术要求一定的防护措施；
－放射性同位素对细胞周期有一定影响；
－当细胞类群较为复杂时，此法不适用。
（二）流式细胞仪测定法(FlowCytometry)
从DNA含量着眼，G1期和G2、M期细胞含有固定含量的DNA；S期细胞的DNA含量介于他们之间。用流式细胞仪通过监察细胞DNA含量在不同时期的变化，从而测定细胞周期长短。
标记有丝分裂百分率法（percentagelabeledmitoses，PLM）是一种常用的测定细胞周期时间的方法。其原理是对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。
TDR：胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进DNA中。通常使用的是3H或者14C标记的TDR。
①待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。
②S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。
③开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最后阶段的细胞，已渡过G2期，所以从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。
④S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的时候说明来自处于S最后阶段的细胞，已完成M，进入G1期。所以从开始出现M到PLM达到最高点（≈%）的时间间隔就是TM。
⑤当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也已进入M期，所以出现LM到PLM又开始下降的一段时间等于TS。
⑥从LM出现到下一次LM出现的时间间隔就等于TC，根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。
事实上由于一个细胞群体中TC和各时相不尽相同，第一个峰常达不到%，以后的峰会发生衰减，PLM不一定会下降到零，所以实际测量时，常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM。
（三）缩时摄像技术
》可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
1.1.5CellSynchronization细胞同步化
细胞同步化(Cellsynchronization)是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期一致的现象。
1.1.5.1自然同步化
（1）多核体：如：粘菌、疟原虫。
（2）某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。
（3）增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
1.1.5.2人工同步化
(一)选择同步化
1）有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。
–优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。
–缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%～2%）。
2）细胞沉降分离法：M期细胞体积大，可用离心分离。
–优点：可用于任何悬浮培养的细胞。
–缺点：同步化程度较低。
(二)诱导同步化
1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。常用TDR双阻断法：
–在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR（Hela2mol/L；CHO7.5mol/L），S期细胞被抑制。移去TDR，释放时间大于TS时，再次加入过量TDR，细胞停在G1/S交界处。
–优点：同步化程度高
–缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
思考：对TS＞TG1＋TG2＋TM细胞能否适用此法？
2）中期阻断法
》用秋水仙素等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。
3）应用条件依赖性突变株使细胞周期同步化
》将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
细胞同步化(synchronization)是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。
（一）自然同步化
1．多核体
如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂，使细胞核达，体积达5~6cm。疟原虫也具有类似的情况。
2．某些水生动物的受精卵
如海胆卵可以同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的，再如大量海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的。
3．增殖抑制解除后的同步分裂
如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
（二）人工同步化
1．选择同步化
1）有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，MI高。有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，则可获得一定数量的中期细胞。其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。（分裂细胞约占1%～2%）
2）细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。其优点是可用于任何悬浮培养的细胞，缺点是同步化程度较低。
2．诱导同步化
1）DNA合成阴断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。其中高浓度TDR对S期细胞的*性较小，因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化：
在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR，（Hela，2mol/L；CHO，7.5mol/L）。S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。
移去TDR。洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于TS时，所有细胞均脱离S期，再次加入过量TDR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TDR抑制而停止。
优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者*性较少。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。
1.1.6ExtraordinaryCellcycle
（一）早期胚胎细胞的细胞周期
》无需临时合成其它物质，细胞分裂快,无G1期,G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活),以至认为仅含有S期和M期；
》子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小；
》细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的；
（二）酵母细胞的细胞周期
》酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似；
》酵母细胞周期明显特点:
－酵母细胞周期持续时间较短；
－封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；
－纺锤体位于细胞核内；
－在一定环境下，也进行有性繁殖；
（三）植物细胞的细胞周期
》植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。
》植物细胞以形成细胞板的形式进行胞质分裂；
（四）细菌的细胞周期
》慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有
一定相似之处。
》细菌在快速生长情况下，细胞周期变化较大（见微生物学）。
1.2Mitosis
细胞分裂(celldivision)可分为无丝分裂(amitosis)、有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)三种类型。
无丝分裂又称为直接分裂，由R.Remark（）首次发现于鸡胚血细胞。表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，其间不涉及纺锤体形成及染色体变化，故称为无丝分裂。无丝分裂不仅发现于原核生物，同时也发现于高等动植物，如植物的胚乳细胞、动物的胎膜，间充组织及肌肉细胞等等。
有丝分裂，又称为间接分裂，由W.Fleming()年首次发现于动物及E.Strasburger（）年发现于植物。特点是有纺锤体染色体出现，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。
减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子体形成的分裂方式。
根据细胞形态结构的变化，将有丝分裂人为地划分为6个时期：
前期(prophase)、前中期(premetaphase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)、胞质分裂。
1.2.1前期 Prophase
（1）染色质(chromatin)凝缩成染色体(由两条染色单体组成)；
（2）中心体(centrosome)移向两极，分裂极确立，纺锤体(spindle)开始装配；
（3）核仁(nucleonus)消失，核被膜裂解；
1.2.2前中期 Prometaphase
（1）染色体进一步凝集浓缩，变粗变短；
（2）纺锤体形成，纺锤丝捕获染色体，并拉动染色体向纺锤体赤道面移动。
纺锤体spindle 与 星体aster
构成纺锤体的微管(MT)可分为2种：
动粒微管(kinetochoreMT)
极性微管(polarMT)
构成星体的微管称为星体微管(astralMT)。
1.2.3中期 metaphase
（1）所有染色体排列到赤道板(equatorialplate)；
（2）纺锤体呈典型的纺锤样，位于染色体两侧的动粒微管长度相等，作用力均衡。
分裂中期/后期存在检验点
纺锤体检验点(spindlecheckpoint)：所有染色体的动粒都被动粒微管捕获时，染色单体才分离，细胞分裂向后期进行；否则分裂暂停在中期。
1.2.4后期 anaphase
》中期染色体的两条染色单体相互分离，形成子代，并分别向两极运动。
》后期可大致划分为连续的两个阶段：
(1)后期A anaphaseA:动粒微管缩短，拉动染色单体移向两极；
(2)后期B anaphaseB:极性微管延长，两极间距离逐渐增长；
1.2.5末期 telophase
（1）色单体到达两极，并开始去浓缩变成染色质，核仁重新出现，核膜开始重新装配，形成子代细胞核；
（2）动粒微管消失，纺锤体散开。极性微管继续加长，最终参与构建胞质分裂的分裂沟(furrow)或细胞板；
1.2.6胞质分裂 cytokinesis
》多数细胞的胞质分裂开始于细胞分裂的后期，完成于末期。亲代细胞的细胞质和细胞器被分配到两个子代细胞中，子代细胞分离。
(1)动物细胞：在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。
》分裂沟的形成和收缩环有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractilering)。
(2)植物物细胞：以形成细胞板(cellplate)的形式完成
》植物细胞末期近两极处纺锤丝消失，中间微管保留，并数量增加，其中不断加入囊状物和电子密度高的物质，形成成膜体。
》成膜体的囊泡来自高尔基体。小囊泡不断融合扩大形成质膜，即细胞板(cellplate)，将细胞一分为二，最后在细胞板两侧积累多糖，形成细胞壁。
虽然核分裂与胞质分裂（cytokinesis）是相继发生的，但属于两个分离的过程，例如大多数昆虫的卵，核可进行多次分裂而无胞质分裂，某些藻类的多核细胞可长达数尺，以后胞质才分裂形成单核细胞。
动物细胞的胞质分裂是以形成收缩环的方式完成的，收缩环在后期形成，由大量平行排列的肌动蛋白和结合在上面的myosinII等成分组成，用细胞松驰素及肌动蛋白和肌球蛋白抗体处理均能抑制收缩环的形成。不难想象胞质收缩环工作原理和肌肉收缩时一样的。
动物胞质分裂的另一特点是形成中体。末期纺锤体开始瓦解消失，但在纺锤体的中部微管数量增加，其中掺杂有高电子密度物质和囊状物，这一结构称为中体。在胞质分裂中的作用尚不清楚。
植物胞质分裂的机制不同于动物，后期或末期两极处微管消失，中间微管保留，并数量增加，形成桶状的成膜体(phragmoplast)。来自于高尔基体的囊泡沿微管转运到成膜体中间，融合形成细胞板。囊泡内的物质沉积为初生壁和中胶层，囊泡膜形成新的质膜，由于两侧质膜来源于共同的囊泡，因而膜间有许多连通的管道，形成胞间连丝。源源不断运送来的囊泡向细胞板融合，使细胞板扩展，形成完整的细胞壁，将子细胞一分为二。
1.3Meiosis
》Meiosis，减数分裂，是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。
》减数分裂的意义：
－确保世代间遗传的稳定性；
－增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力；
－减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。
1.3.1Premeioticinterphase
》有丝分裂细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期，称减数分裂前间期(premeioticinterphase)。
》间期也可分为G1期、S期和G2期。G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。
》减数分裂的S期时间较长，部分DNA（约0.3%左右）是在偶线期、粗线期合成的。（如百合属植物）
1.3.2减数分裂过程
（一）减数分裂I
1、前期I
》减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常分为5个时期：①细线期（leptotene），②偶线期（zygotene），③粗线期（pachytene），④双线期（diplotene），⑤终变期（diakinesis）。
①细线期（leptotene）
》染色体呈细线状（单线），具有念珠状的染色粒。虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。
》由于染色质逐渐凝集，所以又称为凝集期(condensationstage)。
》在有些物种中表现为染色体细线一端通过端粒和核膜相连，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期(bouquetstage)。
②偶线期（zygotene）
》同源染色体配对的时期，这种配对称为联会(synapsis)，所以又称为配对期(pairingstage)。
》这一时期同源染色体间形成联会复合体(synaptonemal