高中生物竞赛课件：细胞生物学复习1.ppt

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1、,第一节 细胞形态结构的观察方法,病毒Virus 20-200 nm支原体 0.1-0.3 m细菌Bacteria 0.5-5.0 m动植物细胞 20-30 m,肉眼 0.2 mm光学显微镜 0.2 m电子显微镜 0.2 nm扫描隧道显微镜,直径,分辨率,How to study cells?,小结：光镜、透射电镜与扫描电镜原理比较,注意样品制备技术的差异！,（一）普通复式光学显微镜分辨率,分辨率(resolution): 最重要的性能参数分辨率是指能区分开两个质点间的最小距离普通光学显微镜最大分辨率0.2 m,: 光源波长; : 物镜镜口角; N: 介质折射率,（二）相差显微镜和微分干涉显微

2、镜 phase-contrast microscope,利用光线干涉的原理，将相位差转换成振幅差，实现对非染色活细胞的观察A. 当两束光的相位相同时，相互干涉的结果使光波的振幅增加B. 当两束光的相位相反时，则导致光波的振幅降低,（二）相差显微镜和微分干涉显微镜,微分干涉显微镜以平面偏振光为光源，使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别分辨率比普通光镜提高了一个数量级录像增差显微镜可以用来直接观察颗粒物质沿着微管运输的动态过程,Figure 9-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008),厚度差转变为明暗差；增加样品反差，立体感

3、强,超薄切片技术显示的细胞超微结构,应用超薄切片技术，几乎可以观察各种细胞的超微结构,（二）制样技术负染色技术Negative Staining,观察线粒体基粒、核糖体、蛋白颗粒及细胞骨架纤维甚至病毒等重金属盐沉积在铜网上，而样品未被染色（故名负染）分辨率可达1.5 nm 左右,（二）制样技术冷冻蚀刻技术Freeze etching,包括冰冻断裂与蚀刻复型两步观察膜断裂面上的蛋白质颗粒和膜表面形貌特征，图像有立体感,（三）扫描电镜技术 scanning electron microscope,利用电子“探针”在样品表面进行“扫描”激发样品表面放出的二次电子成像，可以得到样品表面的立体形貌,一、

4、用超离心技术分离细胞组分,差速离心：利用不同的离心速度所产生的不同离心力，将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开,一、用超离心技术分离细胞组分,密度梯度离心：通过离心力的作用使样品中不同组分以不同的沉降率在密度梯度溶液中沉降，形成不同的沉降带,原位杂交技术,2.2.5 特异核酸标记技术,Northern blot (RNA); Southern blot (DNA)Westen blot (蛋白质）,四、细胞内特异核酸的定位与定性,原位杂交：用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置,五、定量细胞化学分析与细胞分选技术,流式细胞术 flow cytomet

5、ry,一、荧光漂白恢复技术(fluorescence photoleaching recovery),Figure 10-36a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008),细胞膜中的胆固醇分子,胆固醇（cholesterol）和中性脂质： 主要在动物细胞膜上，不超过膜脂的1/3，可调节膜的流动性和稳定性，是脂筏的主要成分。,K.Simons et al (1988): lipid raft model,Simons K, van Meer G (August 1988). Lipid sorting in epithelial

6、cells. Biochemistry, 27 (17): 6197202.Simons K, Ikonen E (June 1997). Functional rafts in cell membranes. Nature,387 (6633): 569572.,通道蛋白 离子通道。是跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过。 通道蛋白特点（ 不结合离子，开关通道）转运速率高。只介导被动运输。具有离子选择性和门控性两个特征。,水孔蛋白,离子通道,孔蛋白,膜转运蛋白：包括载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白 是细胞膜上具特异性的跨膜运输蛋白，能够通过自身构象变化，将与它结合的物质转移到膜的

7、另一侧。载体蛋白特点（ 与溶质分子结合）特异性。多次跨膜。具有通透酶性质，介导被动运输与主动运输。,主动运输分类（根据所需能量来源）,偶联转运蛋白：由ATP间接提供能量。 借助转运蛋白逆浓度梯度做功。 ATP驱动泵： 由ATP直接提供能量。光驱动泵： 利用光能驱动逆浓度梯度转运分子。见于细菌。,。,简单扩散协助扩散,主动运输,4.1 物质的跨膜运输,被动运输,小分子物质进出细胞,（顺浓度梯度，不消耗能量）,（逆浓度梯度，消耗能量）,（需要膜转运蛋白协助）,（需要膜转运蛋白协助）,胞吞作用胞吐作用穿泡运输(胞内膜泡运输),大分子物质颗粒性物质,进出细胞：膜泡运输,ATP驱动泵分为四类,P-型离子

8、泵V-型质子泵F-型质子泵ABC超家族 转运小分子,转运离子,P表示phosphorylation，既离子泵工作时有自身的磷酸化变化。,4.1.2.1 P-型离子泵：Na+ - K+泵（每消耗1个ATP分子，泵出3个Na+ ，泵入2个K+ ）,钠钾泵结构,又称Na+-K+ ATP酶由两个大亚基（亚基）和两个小亚基（亚基）组成通过磷酸化和去磷酸化发生构象变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。转运泵水解ATP 使自身形成磷酸化的中间体,Na+-K+泵作用,维持细胞渗透性，保持细胞体积。维持细胞内低钠高钾， 维持细胞静息电位。,Na+ - K+泵,A Model Mechanism for th

9、e Na+/K+ ATPase,C. P-type H+ pump,植物细胞、真菌(包括酵母)和细菌细胞质膜上虽然没有Na+-K+ 泵， 但有P 型H+ 泵(H+-ATPase)P 型H+ 泵将 H+ 泵出细胞，建立和维持跨膜 H+ 电化学梯度,4.1.3 膜泡运输,膜泡运输转运过程中，质膜形成包围细胞外物质的 囊泡，称为膜泡运输或批量运输。是大分子与颗粒性物质的跨膜运输方式 如蛋白质、多核苷酸、多糖等。胞吞作用和胞吐作用总称为吞排作用。属于主动运输,胞吞作用,胞吐作用,胞外,胞内,若内吞物为液体且囊泡小（称胞饮），若内吞物为大的颗粒且囊泡大（称吞噬）。,4.1.3.1 胞吞作用,胞吞作用 通

10、过细胞膜内陷形成囊泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。胞吞作用包括胞饮作用与吞噬作用,二者3点不同 大小不同，胞飮小于150nm，吞噬大于250nm。 胞饮可连续摄入，吞噬需要颗粒与膜接触的信号触发。 胞饮需要网格蛋白帮助，吞噬需要微丝参与。,（被膜小泡）,（无被小泡）,脱包被,内吞泡的形成,初级内体,与胞内体结合,次级内体,受体再循环到质膜,配体留在溶酶体被降解,或再循环被运出细胞。,配体+受体+小窝+网格蛋白,摄取特殊的生物大分子:激素、生长因子、淋巴因子和一些营养物。,4.1.3.1 受体介导的胞吞作用 （特异性吞噬）,4.1.3.3 胞吐作用,组成型的外排途径（constitutive

11、 exocytosis pathway） 所有真核细胞连续分泌过程； 用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分等）调节型外排途径（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌细胞分泌蛋白 储存刺激释放 具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身。 分泌蛋白的转运途径： 粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面 。,胞吐作用：又称外排作用，大分子物质通过小囊泡从细胞内部移至 细胞表面，小囊泡膜与质膜融合，将物质排出细胞之外的过程。,胞吐作用,蛋白的转运途径： 粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面,4.1.3.4 穿胞运输穿胞运输：指胞吞和胞吐的偶联如肝细胞从血窦中吸收免疫球蛋白A（

12、IgA），通过穿胞运输输送到胆微管。母鼠血液中的抗体经穿胞运输进入乳汁。,内膜系统：细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或结构（包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡，等）,1945年发现，由封闭的管状、囊状膜系统及其包被的腔形成的三维网络，占细胞膜系统的一半，细胞体积的10。,5.2.1 内质网的结构与功能,N连接的糖基化 第一个糖残基：N乙酰葡萄糖胺 氨基酸：天冬氨酸 发生部位：内质网(rER)和高尔基体 O连接的糖基化 第一个糖残基：N乙酰半乳糖胺 氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸 发生部位：高尔基体（主要） 细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化,在内质

13、网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工，转移至高尔基体后还会经过一系列复 杂的修饰,（5）内质网的其他功能 合成脂蛋白（外输性）肝细胞中的sER 解毒功能肝细胞中的sER 如：细胞色素P450家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系）由一些氧化还原酶构成，是电子传递系统，但不与ATP合成相偶连；不溶于水的废物、代谢产物（细胞色素P450家族酶系）羟基化尿液排出。 合成固醇类激素睾丸间质细胞的sER 储存Ca2+肌细胞中的sER（肌质网） 为细胞质基质中的蛋白、酶提供附着点 储存、运输物质，能量与信息传递，细胞的支持和运动等作用。, Other functions of Endoplasmic retic

14、ulum,Liver cells detoxification,细胞色素P-450,Ca2 + storage and release,glycogen synthesis and decompositionSterols hormone synthesis,1. Golgi body and cells secretory activity,发生在高尔基体TGN区的蛋白质分选途径,3. Biogenesis of Lysosomes, 溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化,GlcNAc-磷酸转移酶识别溶酶体酶信号斑,无生物活性的蛋白原（proprotein）进入高 尔基体后，切除N 端或两端的序列形成

15、成熟多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清蛋白等含有多个相同氨基酸序列的前体，在高尔基体中被水解形成同种有活性的多肽，如神经肽等同一种蛋 白质前体在不同的细胞中可能以不同的方式加工，产生不同种类的多肽，增加了细胞信号分子的多样 性,将蛋白水解为活性物质,后溶酶体（溶酶体残体）,5.2.3.3 溶酶体的发生,溶酶体发生过程,过氧化物酶体 由J. Rhodin（1954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现5.2.4.1 过氧化物酶体的形态结构,又称微体(microbody)， 是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器存在于所有动物细胞和很多植物细胞中异质性细胞器,鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体和其

16、他细胞 器如线粒体等,在动物中过氧化物酶体参与脂肪酸的氧化（另一细胞器是线粒体），大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后，酶浓度升高10倍。此外，过氧化物酶体还具有解毒作用，因为过氧化氢酶能利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/4在过氧化物酶体中氧化为乙醛。,在植物中过氧化物酶体主要有：参与光呼吸作用，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-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（glyoxysome）。,从个体发生的角度来看：过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分裂。过氧化物酶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，引导蛋白质进入过氧化物酶体的信号序列是-Ser-Lys-Leu-COO-。 对于过氧化物酶体膜上与蛋白输入有关的受体和转位因子了解甚少，至少与23种被称为peroxin的蛋白有关，其机理显著不同于线粒体和叶绿体的蛋白转运，如受体Pex5（一种peroxin）是伴随着货物进入过氧化物酶体的，然后再返回细胞质。,