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细胞生物学教案 （来自）目 录前 言第一章 绪论 第二章 细胞构造概观 第三章 讨论方法 第四章 细胞膜 第五章 物质运输与信号传递 第六章 基质与内膜 第七章 线粒体与叶绿体 第八章 核与染色体 第九章 核糖体 第十章 细胞骨架 第十一章 细胞增殖及调控 第十二章 细胞分化 第十三章 细胞苍老与凋亡 前 言按照高等师范院校生物学教学安排，我们开设细胞生物学。一、学科本身的重要性要最终说明生命现象，必需在细胞程度上。细胞是生命有机体最根本的构造和功能单位，生命寓于细胞之中，只有把各种生命活动同细胞构造相联络，才能在细胞程度上说明各种生命现象。世界闻名生物学家Wilson（德国人）曾说过：“一切生物学问题的答案最终要到细胞中去找寻”。二、学科开展特点细胞生物学涉及学问面广、内容浩繁且更新快速。它同生物化学、遗传学形成生命科学的鼎立三足，既是当代生命科学开展的前沿，又是生命科学赖以开展的根底。三、欲到达的目的通过系统地学习细胞生物学，丰富细胞学学问，以适应当代人类社会学问构造开展的需求，也是为考研做打算。本课程讲授51学时，试验21学时，共72学时。参考资料1 De.Robertis，细胞生物学，1965年（第四版）；1980年（第七版）细胞和分子生物学2 Avers， “Molecular Cell Biology”， 1986年3 Alberts，细胞的分子生物学，“Molecular biology of the cell”，1989年4 Darnell，分子细胞生物学，1986年（第一版）；1990年（第二版）“Molecular Cell Biology”5郑国錩，细胞生物学，1980年，高教出版社；1992年，再版6 郝水，细胞生物学教程，1983年，高教出版社7 翟中和，细胞生物学根底，1987年，北京高校出版社8 韩贻仁，分子细胞生物学，1988年，高等教化出版社；2000年由科学出版社再版 9 汪堃仁等，细胞生物学，1990年，北京师范高校出版社10 翟中和，细胞生物学，1995年，高等教化出版社，2000年再版11 郑国錩、翟中和主编细胞生物学进展， 12翟中和主编细胞生物学动态，从1997年起（13卷），北师大出版社13徐承水等，分子细胞生物学手册1992，中国农业高校出版社14徐承水等，现代细胞生物学技术1995，中国海洋高校出版社15徐承水，细胞超微构造讨论2000，中国国际教化出版社学术期刊、杂志国外：Cell、Science、Nature、J.Cell Biol.、J.Mol. Biol.国内：中国科学、科学通报、试验生物学报、细胞生物学杂志等第一章 绪 论教学目的 1 驾驭本学科的讨论对象及内容；2 理解本学科的来龙去脉（开展史及开展前景）；3 驾驭与本学科有关的重大事务和名词。教学重点 本学科的讨论对象及内容教学方法 讲授法教学过程第一节 细胞生物学讨论内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要根底学科（一）细胞学（Cytology）：是讨论细胞的构造、功能和生活史的科学（二）细胞生物学（Cell Biology）：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，从显微程度、亚显微程度和分子程度三个层次上，讨论细胞的构造、功能及各种生命活动规律。二、细胞生物学的主要讨论内容1 细胞核、染色体及基因表达 基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子程度相结合的最活泼领域。2 生物膜与细胞器的讨论 膜及细胞器的构造与功能问题（“膜学”）。3 细胞骨架体系的讨论 胞质骨架、核骨架的装配调整问题和对细胞行使多种功能的重要性。4 细胞增殖及调控 限制生物生长和发育的机理是讨论癌变发生和逆转的重要途径（“再教化细胞”）。5 细胞分化及调控 一个受精卵如何发育为完好个体的问题。（细胞全能性）6 细胞苍老、凋亡及寿命问题。7 细胞的起源与进化。 8 细胞工程 改造利用细胞的技术。生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。目前已利用该技术获得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要表达在细胞工程方面。三、当前细胞生物学讨论的总趋势与重点领域1 染色体DNA与蛋白质互相作用关系；2 细胞增殖、分化、凋亡的互相关系及其调控；3 细胞信号转导的讨论；4 细胞构造体系的装配。第二节 细胞生物学开展简史1细胞学创立时期 19世纪以及更前的时期（16651875），是以形态描绘为主的生物科学时期；2 细胞学经典时期 20世纪前半世纪（18751900），主要是试验细胞学时期；3 试验细胞学时期（19001953）；4 分子细胞学时期（1953至今）。总过程概括为：细胞发觉细胞学说建立细胞学形成细胞生物学的开展（1665） （18381839） （1892） （1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis一、细胞的发觉（discovery of cell） 二、细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了植物发生论一文（Beitrage zur Phytogenesis）.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了关于动植物的构造和生长一样性的显微讨论一文，论证了全部动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。1细胞是生物体的根本构造单位（单细胞生物，一个细胞就是一个个体）；2细胞是生物体最根本的代谢功能单位（动、植物的各种细胞具有共同的根本构造、根本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；3细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学的诞生（细胞学的经典时期和试验细胞学时期）1 原生质理论的提出2 关于细胞分裂的讨论3 重要细胞器的发觉4 遗传学方面的成就四、细胞生物学的兴起1965年，D.Robetis将他原著的一般细胞学更名为细胞生物学（第四版），领先提出这一概念。五、分子细胞生物学参考资料1 庄孝惠 从胡克到细胞生物学，细胞生物学杂志，1987，22 王亚辉 细胞生物学的开展历史和现状，细胞生物学杂志 1986，13 王亚辉 细胞生物学的趋向和开展战略，大自然探究，1987，6（27）1217第二章 细胞根本学问概要教学目的 1 驾驭有关细胞的几个概念（细胞、原生质、细胞器等）和几个问题；2理解细胞的共同特征；各种化学成分在细胞中的造形等；3 真、原核细胞的一般构造特点。教学重点和难点 真、原核细胞的主要区分讲授与讨论第一节 细胞的根本概念一、细胞和原生质的概念（一）细胞： 细胞是由膜包围的，能进展独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的根本单位，是生物体最根本的形态构造和功能活动单位。（二）原生质（Protoplasm）：指细胞内所含有的生活物质（构成细胞的生活物质），真核细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。细胞质（Cytoplasm），指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其构造大体划分为两部分，一部分是有形构造，称为细胞器（Organelle），另一部分是可溶相，称细胞质基质（Cytoplasmic miatrix）。细胞器（Organelle）：指存在于细胞中，用光镜或电镜可以分辩出的，具有确定形态特点，并执行特定功能的构造。细胞质基质（Gytoplasmic matrix），是细胞质的可溶相，是作为细胞器的环境而存在的。细胞核（nucleus）：遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核（nucleoid）或类核区。第二节 非细胞形态的生命体病毒（略）第三节 原核细胞与真核细胞原核细胞（Prokaryotic cell）具有两大特点：1遗传信息量少（仅有一个环状DNA）2无膜围细胞器及核膜1、 最小、最简洁的细胞支原体（mycoplasma）为何说支原体是最小的细胞？2、原核细胞的两个代表细菌和蓝藻细菌（bacteria， bacterium）主要来自对大肠杆菌（E.coli）的讨论。细菌是原核细胞的典型代表，特点是：无典型的细胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻（Blue-green algae）又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不确定都是兰色。第四节 真核细胞根本学问概要大约在1216亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，构造较困难，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的根本构造体系生物膜系统 以脂质及蛋白质成分为根底构建而成。遗传信息表达构造系统 以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统 由特异蛋白质分子装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区分可归纳为下面两条：第一，细胞膜系统的分化与演化真核细胞以膜分化为根底，分化为构造更精细，功能更专一的单位各种膜围细胞器，使细胞内部构造与职能分工。而原核细胞无此状况。第二，遗传信息量大与遗传装置的困难化真核细胞的遗传信息可达上万个基因，并具重复序列，染色体功能具二倍性或多倍性。原核细胞为单倍性。仅为一条环状DNA分子，细菌只有几千个基因。二、细胞的大小及其分析原核细胞多在110或15m，细菌多在34m，支原体只有0.1m。动物细胞多在（10100m，2030m， 1570m）。最大的细胞要属鸵鸟卵，可达10 cm，卵黄只有5cm。隆鸟卵直径可达20 cm。那么，细胞的大小是怎样确定的呢？ 首先，细胞的核质比与细胞大小有关，确定细胞上限。其次，细胞的相对外表积与细胞大小有关。最终，细胞内物质的沟通与细胞大小有关。三、细胞形态构造与功能的关系细胞的形态构造与功能的相关性和一样性是多数细胞的共性。四、细胞的化学成分及在原生质中的造形膜系统：主要以脂蛋白构成，包括细胞膜、核膜，以及一系列细胞器膜。颗粒系统：由蛋白质或核蛋白组成，如存在于线粒体内膜上的根本颗粒（F因子），亦称内膜亚单位（inner membrane subunits ）和核糖核蛋白体，分别是氧化磷酸化和合成蛋白质的场所。纤维系统：由蛋白质和核酸组成。第三章 细胞生物学讨论方法（讨论方法和工具）教学目的 1 理解主要工具和常用方法，侧重驾驭根本原理和根本应用；2 相识工具和方法与学科开展的相关性。教学重点 仪器方法的根本原理和根本应用教学难点 电镜制样及分子杂交技术教学方法 讲授、参观第一节 细胞形态构造的视察方法一、 光学显微镜技术（一） 一般复式光学显微镜技术（二）荧光显微镜（fluorescence microscope）（三）暗视野显微镜（darkfield microscope）（四）相差显微镜（phase contrast microscope）（五）激光共焦点扫描显微镜（略）（六）微分干预显微镜（略）二、电子显微镜技术（一）电镜设计原理及分类（二）电镜的种类（三）透射式电子显微镜（四）光镜与电镜的主要区分综上可见，电镜与光镜区分主要在于：（1） 光源不同 光镜为可见光或紫外线；电镜为电子束（2） 透镜不同 光镜为玻璃；电镜为电磁透镜（3） 真空（4）显示记录系统（五）扫描式电子显微镜扫描电镜的特点扫描电镜的根本构造（六）电镜样品制备技术1 超薄切片技术（详见光盘）2 负染色（negative staining）技术3 核酸大分子的制样技术（大分子铺展技术，Kleinschmidt法）4 整装细胞电镜技术5 电子显微镜细胞化学技术是能过特殊的细胞化学反响，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微构造程度上对产物进展定位和半定量。主要有各种酶的定位，其次是核酸、蛋白质、脂肪、碳水化合物等的定位。酶的化学定位技术免疫细胞化学电镜技术（见本编第十一章）。6 冰冻蚀刻技术（freeze etching）7 扫描式电镜制样技术 第二节 细胞组分的分析方法（生化分析法）一、超速离心技术分别细胞（组分）及生物大分子（一） 各种离心技术分别细胞器、生物大分子离心方法：依据分别对象和目的不同，采纳不同的离心方法，制备离心和分析离心。（1）制备离心 (preparative centrifuge) 分别和纯化亚细胞成分和大分子，目的是制备样品。差速离心法：是最常用的方法，依据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分别开来。密度梯度离心（区带离心法）a、速率区带离心法（蔗糖密度梯度离心）b、等密度梯度离心法（氯化铯密度梯度离心）（2）分析离心（analytical centrifuge） 分析和测定制剂中纯的大分子的种类和性质，如浮力密度和分子量、生物大分子的构象变更、分析样品的纯度等。此工作必需是在制备离心的根底上进展。（二）细胞的选择性抽提（分别蛋白质、核酸大分子）（三）柱层析的技术（分析蛋白质和核酸）（四）电泳技术（五）色谱分析技术（色谱学分别纯化样品）（六）氨基酸分析技术二、细胞化学技术（一）组织化学和细胞化学法根本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出确定的颜色，进展定性和定位讨论的方法。（二）免疫细胞化学法（特异蛋白抗原的定位与定性）根本原理：此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反响结合显微或亚显微组织学的一些讨论方法的统称。是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。三、细胞内特异核酸序列的定位与定性（一）DNA序列测定技术（二） 核酸分子杂交技术（molecular gbridization technique）（特异核酸的定性定位）概念 两条具有互补核酸依次的单链核酸分子片断，在适当的试验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。印迹杂交 (blot hybridization)用已知的带有标记的特定核酸分子（或抗体、蛋白质分子）作为探针，与通过印迹被转移的核酸分子（或抗原、蛋白质分子）片段杂交的过程。（1） Southern blotting （DNA印迹法） 将分别的DNA片段通过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上，用DNA探针与之杂交的过程。是以独创此项技术的人名命名的（EMSouthern）。是体外分析特异DNA序列的方法。（2） RNA印迹术（Northern blotting）（3） 蛋白质印迹术（Western blotting）（4） Eastern blotting（Western blotting的变形） 当用凝胶进展抗原抗体反响，再进展印迹的方法）。（5） DNA与蛋白质的体外吸附技术（Southwestern blotting） 结合了Western印迹与southern印迹两种试验方法的特点而设计的一种检测序列特异性DNA结合蛋白的试验方法（翟P51）。（6） 原位杂交（Insitu hybridization） 用已知的带有标记的特定核酸分子作为探针，来测定与之成互补关系的染色体DNA区段的位置。四、电镜放射自显影技术原理 这是一种利用放射性同位素作为标记物对细胞化学物质进展超显微构造的定位、定性或定量的试验技术。五、定量细胞化学分析技术（一） 显微分光光度测定技术第三节 细胞培育、细胞工程与显微操作技术一、细胞培育（一）动物细胞培育（二）植物细胞的培育 包括单倍体细胞的培育和原生质体培育“全能性”指生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进展独立生长发育，并形成一个完好生物个体的实力。1单倍体细胞的培育2原生质体培育3植物细胞杂交（交融） （三）突变株和非细胞体系在细胞生物学讨论中的应用二、细胞工程概念 应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安排的保存、变更和创建细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培育组织细胞以获得生物产品。该技术在细胞和亚细胞程度上开拓了基因重组的新途径，不需分别、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质干脆转入受体细胞，就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞（组织、器官）培育：in vivo 在体、活体、生物体内in vitro 离体、生物体外细胞交融（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、胚胎交融技术、嵌合体）组分移植技术 将细胞的组分（核、质、染色体、甚至基因）干脆移植到另一个细胞中去的技术第四章 细胞膜与细胞外表教学目的 1 驾驭质膜的分子模型2 理解流淌镶嵌模型的主要特点3 驾驭细胞连接的方式和特点教学重点 流淌镶嵌模型构造要点教学难点 细胞连接的超微构造教学方法 讲授、讨论第一节 细胞膜与细胞外表的特化构造一、细胞膜的构造模型细胞膜（Cell membrane） 指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。是全部细胞共有的包被（原生质，细胞质）的一层膜。又有原生质膜（Plasmalemma）之称，通常简称质膜（Plasma membrane）。1、 双分子片层模型（bimolecular leaflet model） 这一模型是Danielli & Davson于1935年提出的，因此又称Danielli & davson模型。2、 单位膜模型（The unit membrane model） 这个模型是19571959年，英国伦敦高校的罗伯逊（Robertson），通过电镜视察后提出的。3、流淌镶嵌模型（fluid mosaic model）这个模型的主要内容可归纳为：1脂类物质以双分子层排列，构成膜的骨架；2镶嵌性 蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。存在方式有内在蛋白（整体蛋白）和外在蛋白（边周蛋白）。3不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和构造不同。4流淌性 脂质双分子层和蛋白质是可以流淌或运动的脂质分子的运动性：有试验说明，类脂分子的脂肪酸链部分在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摇摆、翻转，同时整个分子可作侧向扩散运动。蛋白质分子的运动性：有侧向扩散和旋转两种方式，受四周膜质性质和相态的制约。荧光抗体免疫标记可视察。综合流淌镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，流淌性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性。由此造成各种膜的功能差异。4、晶格镶嵌模型（蛋白液晶膜模型）5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型（Lipid rafts model）。目前认为，这些模型并无本质区分，只是对流淌镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。二、质膜的化学组成细胞膜几乎全都是脂类（50%）和蛋白质（40%），仅含少量糖类（210%糖脂和糖蛋白）和微量核酸（细菌质膜、核膜、mit、chl内膜），结合方式及存在意义尚不清晰。（一）膜脂（Lipids）（二）蛋白质（Protein）（膜蛋白） （三）糖类（Carbohydrate）三、质膜的功能（function of c.m）质膜与外界环境隔分开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种重要功能，概括为：物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。四、骨架与细胞外表的特化构造膜骨架（membrane associated cytoskeleton）指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架构造，参加维持细胞质膜的形态并帮助质膜完成多种生理机能。早期有人称膜下溶胶层，本质为膜骨架。第二节 细胞连接细胞连接可分为三大类：即一、封闭连接严密连接（tightjunction ）为典型的封闭连接，又称结合小带或封闭小带（zonula oceludens），是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连接方式，中间无空隙，并且两质膜外外表互相交融，所以电镜下视察呈三暗夹两明的五层构造。二、锚定连接通过这种连接方式将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚硬、有序的细胞群体。1、桥粒和半桥粒（与中间纤维有关）1桥粒（desmosme， maculae adherens） 指相邻细胞间形成的“钮扣”样构造，联结处约有30nm的间隙，间隙充溢丝状的粘多糖性物质，其中有一层电子密度较高的接触层，或称中央层（桥粒蛋白）将间隙等分为二。2半桥粒：位于表皮基细胞与基膜接触的一面，由于相对应的为基膜而不是细胞，因此称半桥粒（hemides mosome）。2、粘着带与粘着斑（与肌动蛋白丝有关）1粘着带 介于严密连接与桥粒之间，亦称为中间连接。是相邻细胞间有较宽（1520nm）间隙的一种联结方式。2粘着斑 是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。如贴壁细胞的贴壁行为，通过粘着斑贴在瓶壁上。三、通讯连接1 间隙连接（gap junction）又有缝隙联结或接合斑（nexus）、缝管连接或封闭筋膜（fascia occludens）之称，是相邻细胞间有2-3nm间隙的一种连接方式。电镜下视察联结处呈四暗夹三明的七层构造之称。 2 植物细胞的连接胞间连丝（Plasmodesma）在植物细胞，两相邻细胞的壁之间靠一层称作胞间层（中胶层middle tamella）的果胶类（Pectin）物质粘合在起，但在有些部位，细胞壁及胞间层并不连续，在此有原生质丝通过而勾通相邻两细胞，这便是植物细胞特有的连接方式胞间连丝，是指相邻植物细胞穿通细胞壁的细胞质通路。3 化学突触：是可兴奋细胞之间的连接方式，通过释放神经递质（如乙酰胆碱）来传导神经冲动，电信号化学信号电信号（四）细胞外表的粘着因子 第三节 细胞外被与细胞外基质一、细胞外被（Cell coat）又称糖萼（glgcocalyx），指由细胞产生的、与细胞膜外外表联络亲密的粘多糖类物质。由于它林立在细胞外表，与质膜中蛋白质和脂类结合，故可认为它是质膜的组成部分，但有其独立性。有人将细胞外被与质膜比方成“毛”与“皮”的关系。二、细胞外基质（extracellular matrix）分布于细胞外空间（如细胞之间或细胞外表），由细胞分泌的蛋白和多糖构成的网络构造。与膜关系不亲密，功能在于：1细胞间粘着；2爱护作用；3维持细胞外环境（调整细胞四周的物质浓度）；4过滤作用等等。在形态发生中作用重大，包括：细胞迁移、增殖、形态变更、分化、爱护、组建等。主要包括四大类物质（一）胶原（collagen）：属糖蛋白类物质，为纤维状蛋白多聚体，含量最高，具刚性，抗张强度大，构成细胞外基质的骨架体系。（二）氨基聚糖（glycosaminoglycan GAC）和蛋白聚糖（proteoglycan，PG）（粘多糖，粘蛋白）（三）层粘连蛋白（Lamimin，LN）（较大的糖蛋白分子）和纤粘连蛋白（fibronectin，FN）（由两条或更多的肽链及一些低聚糖组成。对细胞迁移作用大）。（四）弹性蛋白参考文献：1、方思明 间隙连接和细胞间物质沟通，细胞生物学杂志，1984.12、岳奎元 细胞连接，细胞生物学杂志，1985.43、岳奎元 细胞膜的不对称性和流淌性，生物学通报，1986.84、岳奎元 细胞膜钠钾泵生理学，生物通报，86.85、徐 信 细胞连结，生物学通报，86.76、林元藻 生物膜的主动转运功能，同上7、杨福愉 生物膜的流淌性，生物化学与生物物理进展，1981.5第五章 物质的跨膜运输与信号传递第一节 物质的跨膜运输一、 被动运输（Passive transport）指通过简洁扩散或帮助扩散实现物质从浓度高处经质膜向浓度低处运输的方式。运输速率依靠于膜两侧被运送物质的浓度差及其分子大小、电荷性质等。不须要细胞代谢供给能量。（一）简洁扩散（simple diffusion）指物质顺浓度梯度的扩散，不须要消耗细胞本身的代谢能，也不需专一的载体（膜蛋白），只要物质在膜两侧保持确定的浓度差，物质便扩散穿膜，又称自由扩散（free diffusion）。特点：（二）帮助扩散（facilitated diffusion）又称促进扩散。绝大多数在细胞代谢上特别重要的生物分子，如各种极性分子和某些无机离子（糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等）是不溶于脂的（非脂溶性物质），但它们可以有效地进入细胞，只是扩散速度并不总是随浓度梯度的增大而加快，而是在确定限度内同物质浓度成正比，超过确定限度，即使进步浓度差，扩散速度也不会再高。分析知它们是通过另一种被动运输方式帮助扩散进展的。这种运输方式除了依靠物质浓度差以外，还必需依靠于专一性的膜运输蛋白（转运膜蛋白）。膜运输蛋白（memberan transport pr.）: 镶嵌在质膜上的、与物质运输有关的跨膜蛋白质称膜运输蛋白，是一种横穿脂双层的跨膜分子，包括两类：1隧道蛋白（channel pr.）（通道蛋白、槽蛋白）：以其亲水区构成亲水通道和离子通道，允许水及确定大小和电荷的离子通过。离子通道（亦称门孔、门隧道）通常呈关闭状态，只有当膜电位或化学信号物质刺激后才开启通道。膜电位刺激开放的离子通道称电位门通道；化学信号物质刺激开放的通道称配体门通道。2载体蛋白（carrier pr.）：识别结合特异性底物后通过构象变更实现物质转移。类似于酶与底物的作用，故又称“透性酶”（Permease）。综上，但凡借助于载体蛋白和通道蛋白顺浓度梯度的物质运输方式称facilitated diffusion、或促进扩散或易化扩散。葡萄糖进入红细胞，进入小肠上皮细胞通常以这种方式。帮助扩散有三个特点：1低浓度时比简洁扩散速度快；2存在最大转运速度；3有转运膜蛋白存在，故具有选择性、特异性。二、主动运输（active transport）又称代谢关联运输（metabolically linked tramsport），是物质运输的主要方式。包括由ATP干脆供给能量和间接供给能量两种运输方式。（一）ATP干脆供给能量的主动运输离子泵所谓离子泵是一种位于细胞膜上的ATP酶，是一（穿膜）内在蛋白，能将ATP水解成ADP+pi，同时释放能量，ATP酶构象发生变更，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度运输。在质膜上，作为“泵”的ATP酶很多，它们都具有专一性，不同的ATP酶运输不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如运输Ca+，叫钙泵（肌质网膜）；运输H+，叫氢泵（细菌质膜）等等，质子泵又分为P型（真核质膜上）、V型（溶酶体膜）、H+ATP酶（线、叶、细菌质膜）。现以钠钾泵为例，说明离子泵的工作机制。Na+K+泵是存在于质膜上的由和二个亚基组成的蛋白质。在有Na+、K+、Mg2+存在时就能把ATP水解成ADP+Pi，同时，把Na+和K+以反浓度梯度方向进展穿膜运输。可见Na+-K+泵是一种由Mg2+激活的Na+-K+-ATP酶。1957年，J.skou首先发觉并阐述其机制，一般设想：在膜内侧，Na+、Mg2+与酶（亚基）结合，促使酶与ATP反响，释放H3PO4，并与酶结合，引起酶构象变更，与Na+结合部位转向膜外侧。此时的构象亲K+排Na+，当与K+结合后，使酶脱去H3PO4，酶构象复原，结合K+的一面转向膜内，此时构象亲Na+排K+，这样反复进展，不断在细胞内积累K+，将Na+排出细胞外。（二） 间接利用ATP的主动运输伴随运输（或称协同运输，co-transport）指一种溶质的传递要同时依靠于另一种溶质的传递。假如两种溶质的传递方向一样，称同向运输（symport），假如方向彼此相反，则称反向运输（antiport）。（三）基团转移 早见于细菌，也见于动物细胞。靠共价修饰（需能）（四）物质的跨膜转运与膜电位1调整浸透压；2某些物质的汲取；3产生膜电位；4激活某些生化反响；如细胞内高浓度K+是核糖体合成蛋白质及糖孝解过程中重要酶活动的必要条件。三、胞吞与胞吐作用还有一种物质运输的方式不同于此，是细胞膜将外来物包起来送入细胞或者把细胞产物包起来送出细胞。前者称胞吞作用，后者称胞吐作用，总称吞排作用（Cytosis）。这样的物质运输方式称膜泡运输（transport by vesicle formation），又称批量运输（bulk transport）。大分子物质及颗粒物质常以此方式进出细胞。（一）胞饮作用与吞噬作用某些物质与膜上特异蛋白质结合，然后质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡（endocytic vesicle）。将物质包在里面，最终从质膜上分别下来形成小泡，进入细胞内部。依据内吞的物质性质，将其分为：吞噬作用（Phagocytosis）吞噬泡，内吞较大固体物质，如颗粒白细胞、巨噬细胞。胞饮作用（Pinocytosis）胞饮泡，内吞液体或微小颗粒，白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、植物根细胞。（二） 胞吐作用（exocytosis）又称外卸某些代谢废物及细胞分泌物形成小泡从细胞内部移至细胞外表，与质膜交融后将物质排出。如：小肠上皮的杯状细胞向肠腔中分泌粘液，经溶酶体消化处理后的残渣排向细胞外等过程。关于衣被小泡运输（Coated vesicle）存在于真核细胞中，具有毛刺状外外表的一类小泡（50250nm）。可以是内膜系统的有关细胞器芽生而成，也可以是由质膜内陷，断裂形成，进展细胞器间的物质运输。（三） 受体介导的胞吞作用（receptormediated endocytosis）某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。 需说明的是，膜泡运输时由于质膜内陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一种主动运输方式。第二节 细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别（一）细胞通讯（cell communication）指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反响。（二）细胞识别与信号通路（cell recognition）细胞识别的现代概念是：细胞识别是细胞通过其外表的特殊受体与胞外信号物质分子（配体）选择性的互相作用，从而导致胞内一系列生理生化变更，最终表现为细胞整体的生物学效应，这种现象或过程称为细胞识别。可见，细胞识别是细胞通讯的一个重要环节。细胞承受外界信号，通过一整套特定机制，将胞外信号转化为胞内信号，最终调整特定基因的表达，引起细胞的应答反响，这种反响系列称之为细胞信号通路（Signaling pathway）。细胞识别正是通过各种不同的信号通路实现的。（三）细胞的信号分子与受体1 细胞的信号分子信号分子，即配基 （Ligands）：指可以被受体识别的各种类型的大、小分子物质。又有信号分子（ Signal molecule ）和被识别子（cognon）之称。亲脂性信号分子：甾类激素、甲状腺素。干脆进入细胞与细胞质或核中受体结合，形成激素受体复合物，调整基因表达。亲水性信号分子：神经递质、生长因子、多数激素等，不能干脆进入细胞，先与膜上受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生第二信使（cAMP和肌醇磷脂），或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反响。20世纪80年头发觉一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子和效应分子，它能进入细胞干脆激活效应酶，参加体内重多的生理病理过程，成为人们关注的“明星分子”。2 受体（receptor）受体的概念最早是1910年Ehrlich提出的，近来有人建议改称“识别子”（cognor）。受体都是蛋白质大分子（多为糖蛋白），一般至少包括两个构造功能区域，即与配体结合的区域及产生效应的区域。组成糖链的单糖种类、数量及排列方式不同，从而形成该细胞特定的“指纹”，是细胞之间、细胞与其他大分子之间联络的“文字”和“语言”。依据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为两类，即细胞内受体（受胞外亲脂性信号分子的激活）和细胞外表受体（受胞外亲水性信号分子的激活）。二着通过不同的机制介导不同的信号传递通路。3 第二信使与分子开关通过分泌化学信号进展细胞间通讯的过程：化学信号分子的合成信号细胞释放化学信号分子转移至靶细胞被受体识别信息跨膜传递引起细胞内生物学效应。第二信使（second messenger） 70年头初，Sutherland及其合作着提出激素作用的第二信使学说，认为胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它作用于细胞外表受体，而导致产生胞内第二信使，从而激发一系列生化反响，最终产生确定的生理效应，第二信使降解使其信号作用终止。分子开关（molecular switches） 在细胞内一系列信号传递的级联反响中，必需有正、负两种相反相成的反响机制进展准确限制，即对每一步反响既要求有激活机制又必定要求有相应的失活机制。二、通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性小分子（甾类激素、甲状腺素）穿膜进入细胞，通过与细胞内（细胞质或核）受体结合传递信号。这类受体有三个构造域：1、C末端区结合激素；2、中部结合DNA；3、N末端区激活基因转录。三、通过细胞外表受体介导的信号跨膜传递亲水性信号分子（神经递质、蛋白激素、生长因子等）一般不能干脆进入细胞，而是通过与膜上特异受体结合对靶细胞产生效应。依据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞外表受体分属三大家族：1、 离子通道偶联的受体 是由多亚基组成的受体离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道。2、G蛋白偶联的受体这类受体与酶或离子通道的作用要通过与GTP结合的调整蛋白（G蛋白）相耦联，在细胞内产生第二信使，从而将外界信号跨膜传递到细胞内进而影响细胞生物学效应。由G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路主要包括两类：、cAMP信号通路激素（第一信使）激活受体 进一步激活腺苷酸环化酶，使ATPcAMP（第二信使），然后通过激活一种或几种蛋白激酶来促进蛋白酶的合成，促进细胞分化，抑制细