细胞基本知识概要(1).ppt

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1、Shandong Normal University College of life science细胞生物学专题任课教师任课教师:邢维贤邢维贤 E-mail:复习方法及技巧方法善于归纳总结目的明确方向和题型答题技巧 主要参考书目教材及参考书1、如果细胞具有下列缺陷，将会产生什么样的后果？并简要说明。1）不能降解M期周期蛋白；2）持续高水平表达p21蛋白。2、在一系列实验中，将编码突变型受体酪氨酸激酶的基因导入细胞。这些突变基因比正常基因的表达高很多，而细胞仍表达来自其正常受体基因的正常受体。导入下列突变受体酪氨酸激酶基因，会产生什么样的结果？1）缺少胞外结构域；2）缺少胞内结构域。一、名词解

2、释（每题4分，共40分）1协同运输（cotransport）2分子马达（molecular motor）3抑癌基因(tumor-suppressor gene)4非细胞体系（cell-free system）5受体下行调节（receptor down-regulation）6核仁组织区（NOR）7细胞连接（cell junction）8CDK9nucleosome10molecular chaperone二、简答题（每题10分，共40分）1为什么载体蛋白与通道蛋白对物质运输的速度有很大的差别？2细胞自噬对细胞的生命活动有何意义？3比较着丝粒与动粒的区别与联系。4简述3种不同类型的有被小泡的构成

3、和在物质运输中的作用。5如何证明分裂期的细胞中有MPF的存在？三、论述题（每题15分，共60分）1试述端粒与细胞衰老的关系，并列举两个实验证明其相关性。2试述caspase依赖性的细胞凋亡途径。3受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成及其特点。4亨特综合症（Hunters syndrome）和赫尔勒综合症（Hunlers syndrome）都是隐形黏多糖代谢病，患者一般在20岁之前就会死亡。这些患者由于溶酶体中缺少特异的糖胺聚糖水解酶，导致这些成分不能被分解而积累在溶酶体中。当将两种不同患者的细胞融合在一起后，糖胺聚糖则能正常水解，说明它们缺失了不同类型的水解酶。甚至将这两种患者的细胞共培养时，仍

4、然可以获得相同的效果即相互弥补对方的缺陷。最令人吃惊的是培养赫尔勒综合症细胞的培养液可以弥补亨特综合症细胞的缺陷（反之也是一样）。培养基中起到弥补作用的因子经过不同方法（蛋白酶、或者过碘酸破坏糖基、或者碱性磷酸酶水解磷酸）处理后都可以导致该因子的失活。（1）你认为这种因子是什么？它是通过何种途径来弥补溶酶体缺陷的？（2）为什么这种因子在蛋白酶、过碘酸和碱性磷酸酶的作用下能够失活？（3）是否能够用同样的方式来弥补细胞质中各种酶的突变或缺失？为什么？“细胞学说”的基本内容细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对

5、与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益 1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Virchow)对细胞学说进行了重要补充并提出:新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。细胞学说的意义:论证了生物界在结构上的统一性和生命的共同起源。细胞学的经典时期原生质(protoplasm)理论的提出 1840年J.E.Pukinje在动物、1846年von Mohl在植物中分别发现“肉样质”的物质,并命名为“原生质”;1861年Schultze提出原生质理论:有机体的组织单位是一小团原生质,这种物质在一般有机体中是相似的。1880年Hanstein提出“原生质体”（protoplast）概念，把细胞概念演变成由

6、细胞质膜包围的一团原生质，原生质分化为细胞核和细胞质；细胞生物学学科的形成与发展Cytology1892年德国人O.Hertwig出版了细胞与组织一书，使细胞学成为生物科学的一个独立分支；Molecular Biology1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型标志分子生物学的诞生；Cell Biology1965年，DPDerobetis将其普通细胞学改为细胞生物学，标志着细胞生物学的诞生；Molecular Cell Biology80年代开始出现了分子细胞生物学。深刻性与综合性是细胞生物学进一步发展的特点。细胞生物学发展的轨迹:形态结构功能调控过去20多年细胞生物学发展

7、的两次大飞跃：1、在分子水平上研究细胞学的问题(Molecular cell biology or molecular biology of the cell)2、从分子水平研究向细胞水平的回归(Genomics or proteomics)目前细胞生物学研究的基本特点和趋势细胞结构功能细胞生命活动；细胞生命活动的研究，将进一步加深对细胞结构与功能的了解；细胞中单一基因与蛋白基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用；细胞信号转导途径信号调控网络；体外(in vitro)研究体内(in vivo)研究；静态研究活细胞的动态研究；实验室研究为主计算生物学更多地介入并与之结合；细胞生物学与生物

8、学其他学科的渗透。近年来细胞生物学领域的研究热点功能基因组学 蛋白质组学 干细胞研究 细胞的信号转导 细胞周期调控 细胞衰老与凋亡真核基因转录调控 细胞生长与分化 细胞粘附与细胞通讯 细胞免疫与分子免疫近10年细胞生物学相关领域的Nobel Prize获奖情况Physiology and medicine2009Elizabeth H.Blackburn,Carol W.Greider and Jack W.Szostak “for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telome

9、rase”（发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的）（发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的）2008Harald zur Hausen for his discovery of“human papilloma viruses causing cervical cancer”（发现人乳头状瘤病毒引发宫颈癌的机理）（发现人乳头状瘤病毒引发宫颈癌的机理）and Francoise Barre-Sinoussi and Luc Montangier for their discovery of“human immunodeficiency virus”（发现（发现HIV）2007Mario R.Capecc

10、hi,Martin J.Evans and Oliver Smithies for their discoveries of“principles for introducing specific gene modifications in mice by use of embryonic stem cells”2006Andrew Z.Fire and Craig C.Mello for their discovery of“RNA interferencegene silencing by double-stranded RNA”（RNA干扰干扰双链双链RNA能够沉默基因表达）能够沉默基因

11、表达）2005Barry J.Marshall and J.Robin Warren for their discovery of“the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer disease”（发现幽门螺旋菌及其在胃肠道疾病中的作用）（发现幽门螺旋菌及其在胃肠道疾病中的作用）2004Richard Axel and Linda B.Buck for their discoveries of “odorant receptors and the organization of the o

12、lfactory system”（气味受体和气味受体和嗅觉系统的组成）嗅觉系统的组成）2002Sydney Brenner,H.Robert Horvitz and John E.Sulston for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death.（器官发育的遗传基础和细胞的程序化死亡）（器官发育的遗传基础和细胞的程序化死亡）2001Leland H.Hartwell,Tim Hunt and Sir Paul M.Nurse for their d

13、iscoveries of“key regulators of the cell cycle.”(细胞周期的关键调控细胞周期的关键调控因子）因子）1999Gnter Blobel for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell.（蛋白质固有（蛋白质固有的信号控制及其在细胞内的转移与定位）的信号控制及其在细胞内的转移与定位）Chemistry2009Venkatraman Ramakrishnan,Thomas A.Ste

14、itz and Ada E.Yonath“for studies of the structure and function of the ribosome”（核糖（核糖体的结构与功能）体的结构与功能）2008Osamu Shimomura,Martin Chalfie and Roger Y.Tsien “for the discovery and development of green fluorescent protein,GFP”（发（发现并研究绿色荧光蛋白）现并研究绿色荧光蛋白）2006Roger Kornberg for his studies of the molecular

15、basis of eukaryotic transcription（真核生物转录的分子基础）（真核生物转录的分子基础）2004Aaron Ciechanover,Avram Hershko and Irwin Rose for The discovery of ubiquitin-mediated protein degradation（泛素介导的（泛素介导的蛋白质降解途径）蛋白质降解途径）2003Peter Agre,for the discovery of water channels and the other half of the prize to Roderick Mackinno

16、n for structural and mechanistic studies of ion channels.（发现水通道、离子通道的结构和功能）（发现水通道、离子通道的结构和功能）1、细胞学说的基本要点是什么？用现代研究成果论述细胞学说的正确性和科学价值。2、细胞的发现与细胞学说的提出都是细胞生物学中的重大事件，但为什么后者比前者对细胞学的发展具有更大的推动作用？3、生命科学发展史中有哪几项是具有里程碑性质的重大成就？论述后（功能）基因组时代的任务和前景。4、2002年诺贝尔生理医学奖得主以什么成绩获此殊荣？内容如何？在细胞生物学领域有什么价值？5、19932002这10年的诺贝尔医学/

17、生理学奖中，有8届是颁给了在细胞生物学研究方面作出重大贡献的科学家，请列举其中3届获奖者的主要贡献。6、2004年诺贝尔生理学或医学奖授予了两位美国科学家理查德阿克塞尔和琳达巴克。请说明他们的主要贡献（包括主要研究内容及发现、应用价值）。7、德国科学家哈拉尔德楚尔豪森因发现导致宫颈癌的 、法国科学家弗朗索瓦丝巴尔西诺西和吕克蒙塔尼因发现 而分享了2008年度诺贝尔生理学或医学奖。8、举例说明近年来细胞生物学领域的研究热点。9、细胞生物学和分子生物学研究对象的异同及其相互关系。10、试论从细胞学发展到细胞生物学的理论基础和物质基础。第二章 细胞的统一性与多样性细胞是生命活动的基本单位一切有机体都

18、由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位；细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位；细胞是有机体生长与发育的基础；细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性；没有细胞就没有完整的生命。细胞的基本共性所有的细胞都有相似的化学组成，类似的遗传语言、生命活动及其调控机制。脂蛋白体系的生物膜(一是在细胞内外起屏障作用;二是要在细胞内形成各个功能特区）DNARNA的遗传装置蛋白质合成的机器核糖体一分为二的分裂方式最小最简单的细胞支原体最小最简单的细胞；没有细胞壁，细胞具有多形态性；遗传物质均匀分布在细胞质中。细胞体积的最小极限 一个细胞生存与增殖所必需具备的装置：细胞质膜、遗传信息载

19、体DNA与RNA、进行蛋白质合成的一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。细胞体积的最小化受制于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质种类的最低量，根据这些条件，一个细胞最小的直径不能小于100nm，而支原体的直径已经接近这个极限。古核细胞（古细菌）原核生物在极早的时候就演化成两大进化主干：古细菌和真细菌，古细菌可能是细胞生存的更为原始的类型，是一些生长在极端特殊环境中的细菌。它在形态结构和遗传结构装置与原核细胞相似，但有些分子进化特征更接近于真核细胞。古细菌与真核细胞曾在进化上有过共同历程。维持细胞体积相对恒定的因素细胞的体积与相对表面积成反比的关系核质之间的比例细胞内重要分子的浓度 一些

20、重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了细胞体积无限增大的一个限制因素。细胞内物质的交流运输与细胞体积的有关细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是各类细胞所共同遵循的基本原则；这种统一性在分化程度较高的细胞中更为明显，这是生物漫长进化过程的产物，从进化观点看有一定的合理性。如哺乳动物红细胞、动物的各类分泌细胞和高等生物的生殖细胞等。原核细胞与真核细胞的相同点都具有类似的细胞质膜结构都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码都以一分为二的方式进行细胞分裂具有相同的遗传

21、信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构。代谢机制相同（如糖酵解和TCA循环）具有相同的化学能储能机制，如ATP合成酶。光合作用机制相同（蓝细菌和植物相比较）膜蛋白的合成和插入机制相同原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较特特 征征原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞膜细胞膜有（多功能性）有（多功能性）有有核膜核膜无无有有染色体染色体由一个环状由一个环状DNA分子构成的单分子构成的单个染色体，个染色体，DNA很少或不与蛋很少或不与蛋白质结合白质结合2个染色体以上，染色体由线状个染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质结合而成与蛋白质结合而成核仁核仁无无有有线粒体线粒体无无

22、有有内质网内质网无无有有高尔基体高尔基体无无有有溶酶体溶酶体无无有有核糖体核糖体70S（50S与与30S的大小亚单位）的大小亚单位）80S（60S与与40S的大小亚单位）的大小亚单位）光合作用结构光合作用结构蓝藻含叶绿素蓝藻含叶绿素a的膜层结构，细的膜层结构，细菌有菌色素菌有菌色素植物叶绿体具有叶绿素植物叶绿体具有叶绿素a与与b核外核外DNA细菌具裸露的质粒细菌具裸露的质粒DNA线粒体线粒体DNA、叶绿体叶绿体DNA细胞壁细胞壁主要成分是氨基糖与壁酸主要成分是氨基糖与壁酸植物细胞壁为纤维素和果胶植物细胞壁为纤维素和果胶细胞骨架细胞骨架无无有有细胞增殖方式细胞增殖方式无丝分裂（直接分裂）无丝分裂

23、（直接分裂）有丝分裂（间接分裂）有丝分裂（间接分裂）原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、基因表达及其调控的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、基因表达及其调控的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、基因表达及其调控的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、基因表达及其调控的比较特特 征征原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞DNA量（信息量）量（信息量）少少多多DNA分子数分子数12个以上个以上DNA分子结构分子结构环状环状线状线状基因组数基因组数1n2n，多，多n基因数基因数几千几千大于几万大于几万大量多余的重复的大量多余的重复的DNA序列序列无无有有基因中的内含子基因中的内含子无无有有DNA与组蛋

24、白结合与组蛋白结合不与可与少量蛋白结合不与可与少量蛋白结合与与5种蛋白结合种蛋白结合核小体染色质染色体核小体染色质染色体无无有有DNA复制的明显的周期性复制的明显的周期性无无有有基因表达的调控基因表达的调控主要以操纵子方式主要以操纵子方式复杂、多层次性复杂、多层次性转录与翻译的时空关系转录与翻译的时空关系转录翻译同时进行转录翻译同时进行核内转录，细胞质核内转录，细胞质内翻译，严格的阶内翻译，严格的阶段性与区域性段性与区域性转录后与翻译后大分子的加工与修饰转录后与翻译后大分子的加工与修饰无无有有病毒的基本知识病毒是非细胞形态的生命体，是迄今发现的最小最简单的有机体。病毒（virus）核酸分子（D

25、NA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒 病毒的多样性类病毒（viroid）仅由有感染性的RNA构成；朊病毒（prion）仅由有感染性的蛋白质构成。S.B.Prusiner 1982年发现于患羊瘙痒病的羊体内，命名为prion，Prusiner因此获得1997年诺贝尔生理和医学奖。蛋白质感染子蛋白(prion protein，简称PrP)，由PrP基因编码，该基因位于人20号染色体，小鼠2号染色体。这种蛋白质存在于神经元和神经胶质细胞表面上，其作用不明确。正常PrP基因产物为PrPc蛋白，对蛋白酶很敏感。具有致病作用的是PrP

26、Sc蛋白。当PrPSc分子积累到一定浓度时，就会损伤神经元而发病。蛋白质感染子的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因翻译量增加，而仅仅是由于正常分子的构象发生转变造成的，所以又称朊病毒。造成羊瘙痒病、疯牛病、人类库鲁病及克雅氏（K-J）症等慢性神经系统退行性疾病。朊 病 毒 蛋白质感染子的增殖方式是通过一个PrPSc分子与一个PrPc分子相结合，前者诱使后者转变成PrPSc，形成了PrPSc 二聚体，PrPSc 起类似分子伴侣(molecular chaperone)的作用。PrPSc蛋白在构象上不同于PrPc之处在于肽链中螺旋减少，而折叠增加。病毒与细胞在起源与进化中的关系 病毒是非细胞形态

27、的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点：生物大分子病毒细胞 病毒生物大分子 细胞生物大分子细胞病毒主要证据病毒是彻底寄生物，必须要在细胞内复制与增殖，才能表达其基本生命现象。因此病毒决不可能起源在细胞之先，只能先有细胞后有病毒已经证明，有些病毒（如腺病毒）的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似。病毒可以看作DNA与蛋白质或RNA与蛋白质的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。真核生物中，尤其是脊椎动物中普遍存在的第二类反转录转座子的两端含有长末端重复序列，结构与整合于基因组上的反转录病毒十分相似。1、为什么说“细胞是一切生物生命活动的基本单位”？2、结合生命科学最新进展论述细胞是生命活动的基本单位？3、论述地球上生命体的存在方式，详细说明原核细胞与真核细胞的差异 4、简述原核细胞和真核细胞在构造上的区别，它们在研究基因表达调控方面各有什么作用。5、为什么说以多细胞的形式生存比单细胞生存优越？6、怎样理解生命本质的一致性？7、概述“多利羊”的诞生过程，试分析体细胞克隆的意义及其可能带来的社会问题。8、根据你所掌握的知识，如何理解“真核细胞基本结构体系”的论点？