细胞生物学复习Word下载.docx
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氢键出现在一条多肽链之内
β折叠(β-sheet):
氢键出现在几条多肽链之间或一条多肽链的迂回肽段之间。
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,或者是所有原子在三维空间的分布,称为三级结构。
由若干三级结构的基础上形成的蛋白质分子的亚基,以非共价键形式而相互结合的复合体,称为四级结构。
1.蛋白质的分类:
2.外形分类:
纤维蛋白、球形蛋白
功能分类:
结构蛋白、调节蛋白、转运蛋白、收缩蛋白、抗体蛋白、催化蛋白、受体蛋白
组成成分分类:
单纯蛋白:
指单纯由氨基酸组成的蛋白质
结合蛋白:
指蛋白质分子中有非蛋白质类物质结合,其非蛋白质部分称为辅基。
2.蛋白质的主要功能:
①细胞和组织的主要结构成分(骨架蛋白,组蛋白)
②运输与传导作用(血红蛋白)
③运动与收缩(肌动蛋白、肌球蛋白)
④免疫保护作用(胰岛素、免疫球蛋白)
⑤另外一个作用:
酶(enzyme)
特性:
①高度专一性
一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的特定反应。
②催化效率高
同一种反应,酶催化反应的速度比一般催化剂催化反应的速度要高10~10倍。
③酶的活性极易受环境条件的影响
高温、强酸、强碱、重金属离子等。
分类:
单纯蛋白酶
其水解产物仅为氨基酸,其酶活性决定于分子构型。
结合蛋白酶
酶分子除了蛋白质部分外,还含有其他成分,如维生素、金属离子等。
结合酶也称全酶(holoenzyme),其中蛋白质部分称酶蛋白,其他成分称辅酶或辅基。
核酸的形成:
核苷酸通过戊糖3’碳上的OH与另一个核苷酸磷酸上的OH结合而脱去一分子水形成3’,5’-磷酸二酯键,由几十乃至几百万个核苷酸聚合形成多核苷酸聚合体。
遗传密码(geneticcode):
64个密码子被统称为遗传密码。
遗传密码特点:
①在mRNA上,密码子的阅读方向是5'
→3‘
②通用性
③密码子的简并和兼职
简并:
多个密码子决定同一种氨基酸的现象。
编码同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。
兼职:
密码子AUG具有两种作用,既能决定甲硫氨酸又是蛋白质合成的起始密码。
终止密码:
UAA、UAG、UGA是蛋白质合成的终止信号
④密码子是连续的,没有间隔,也不会重叠。
2.tRNA和反密码子
氨基酸臂(Aminoacid-acceptingarm):
tRNA链3‘端最后3个碱基CCA,是与氨基酸结合的部位。
反密码子(anticodon):
受体臂相对一端,有反密码环,其三联体核苷酸在蛋白质合成过程中能识别mRNA上密码子,与之互补结合。
氨酰-tRNA合成酶的高度特异性,决定tRNA与氨基酸的结合是专一性的。
3.rRNA
核糖体核糖核酸(ribosomalRNA,rRNA)
构成核糖体重要化学成分,在合成蛋白质的过程中起极其重要作用。
4.miRNA
分子质量较小的非编码RNA
在基因表达调控过程中起极其重要作用。
5.MicroRNA(miRNA)是一类内生的、长度约20-24个核苷酸的小RNA
调节机理是通过同靶基因的mRNA结合形成双链RNA,然后导致mRNA被降解或者翻译受到抑制。
每个miRNA可以有多个靶基因,而几个miRNAs也可以调节同一个基因。
这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达,也可以通过几个miRNAs的组合来精细调控某个基因的表达。
一、细胞的基本共性:
1.都具有细胞膜,保持细胞内环境的相对独立
2.含有遗传物质:
DNARNA
3.含有蛋白质合成机器:
核糖体
4.能够进行分裂增殖
沉降系数
所谓沉降系数就是指离心速度恒定时,沉降速度与离心加速度之比。
通常以S代表。
一般说,分子大的,沉降系数也大。
细胞形态
具有多样性,但每种细胞的形状一般是固定的。
细胞形状的维持靠细胞骨架的作用和受相邻细胞的制约,并与细胞生理功能有关。
膜相结构(membranousstructure):
指主要由生物膜构成的细胞器。
过氧化氢体
非膜相结构(non-membranousstructure):
非膜相结构是指纤维状、颗粒状或管状的细胞器。
细胞壁的组成:
蛋白质、多糖、肽聚糖、壁酸和磷壁酸;
细胞壁的功能:
保持细胞外形;
抑制机械和渗透损伤;
介导细胞间相互作用;
防止大分子入侵;
协助细胞运动和分裂。
④环状的DNA分子卷曲折叠而成,不与蛋白质结合。
⑤质膜内陷摺叠成中膜体(mesosome),能量代谢有关。
细菌中膜体
由细胞膜内陷形成,在革兰氏阳性菌中明显;
含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶,为细菌提供呼吸酶-拟线粒体;
与DNA由联系,推测可能在DNA复制中起到支点作用。
间期核(interphasenucleus)
处于间期的细胞核,组成部分包括:
核被膜(nuclearenvelop)、核仁(nucleolus)、染色质(chromatin)和核骨架(nuclearmatrix)等部分。
一个真核细胞通常只有一个细胞核(肝细胞、肾小管细胞和软骨细胞有双核,而破骨细胞的核可达数百个)。
(二)内膜系统(internalmembranesystem):
是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器,因为
它们的膜是相互流动的,处于动态平衡,在功能上也是密切联系,高度协调,形成高效率的代谢系统,统称为内膜系统。
(三)细胞骨架系统(cytoskeleton):
真核细胞中的蛋白质纤维网架结构,主要包括微管(microtubule)、微丝(microfilament)和中间纤维(intermediatefilament),它们都位于细胞质中。
广义细胞骨架还包括核骨架和核纤层、细胞膜骨架等,它们与中间纤维在结构上相互连接,形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系。
4、原核细胞与真核细胞的比较
①形态结构差异:
真核细胞的核被膜把胞质和核质分开,形成完整的细胞核,使遗传物质DNA能稳定地贮存在特定的环境中。
②生命活动差异:
原核细胞:
DNA复制、RNA转录与蛋白质的合成可以同时连续进行
真核细胞:
DNA复制、RNA转录在细胞核内进行,蛋白质合成在细胞质中进行。
③生殖活动差异:
无丝分裂(amitosis)
有丝分裂(mitosis),减数分裂(meiosis),细胞增殖具有明显的周期性。
特有器官:
植物:
细胞壁、叶绿体(Chloroplast)、液泡(Vacuole)
动物:
中心体(Centrosome)
二
细胞膜
1)作为屏障,使细胞具有相对稳定的内环境。
2)高度选择性的半透膜,能进行主动运输。
3)接受外界信号的传感器,使细胞能对环境变化产生适当的反应。
一脂类约占细胞膜总量50%,膜脂主要包括糖脂磷脂胆固醇
1.磷脂(Phospholipid):
甘油磷酯(Glycerolphospholipids):
占膜脂的50%
一个甘油骨架、两条脂肪酸链和一个磷酸化醇分子。
鞘磷脂(Sphingomyelin,SM):
一个神经酰氨骨架、一个磷脂酰胆碱。
在神经元细胞膜中含量较多。
2.胆固醇(Cholesterol):
四个联合在一起的刚性甾环结构,胆固醇分子包括三部分:
极性的头部:
羟基
非极性的类固醇环结构
一个非极性的碳氢尾部。
主要存在于动物细胞膜中
胆固醇功能:
极性头部紧靠磷脂分子的极性头部对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
影响膜稳定性,调节膜的流动性。
3.糖脂(Glycolipid):
含有一个(如半乳糖脑苷脂)或多个糖基的脂类(神经节苷脂)。
二膜脂都是兼性分子,含有亲水性(hydrophilic)头部和疏水性(hydrophobic)尾部两部分。
膜蛋白即构建生物膜的蛋白质,约占细胞总蛋白量的25%。
行使膜的各种功能。
运输蛋白膜蛋白酶连接蛋白受体蛋白
细胞膜受体(Membranereceptor):
1)含量少,多为糖脂、糖蛋白复合物。
(2)受体配体结合具有专一性、高亲和性、可饱和性等。
根据结合方式可分为:
内在膜蛋白(Integralprotein)
外在膜蛋白(Peripheralprotein)
脂锚定蛋白(lipidanchoredprotein)
1.内在膜蛋白(integralprotein)
大部分为跨膜蛋白,有的共价结合于脂分子,占膜蛋白70%~80%,多是兼性分子。
镶嵌蛋白:
疏水部分插入细胞膜内,直接与脂双层的疏水区域相互作用,亲水部分露于膜的外面或内面。
跨膜蛋白:
疏水部分穿越脂双层的疏水区,而亲水的极性部分位于膜的内外两侧。
2.外在膜蛋白(Peripheralprotein)
又称膜外周蛋白,附着在膜的内外表面,与膜蛋白、膜脂非共价地结合,结合松散,多数溶解于水,分离提取比较容易。
一般约占膜蛋白的20%~30%。
3.脂锚定蛋白(lipid-linkedprotein)
又称脂连接蛋白,附着在膜的内外表面,与膜脂分子共价地结合,结合紧密,分离提取比较困难。
结合方式:
1)与胞质侧单层脂质烃链共价结合
2)糖蛋白C端通过一个寡糖链与膜的非胞质面脂质单层中的磷脂酰肌醇共价结合。
去垢剂
十二烷基磺酸钠(SDS)是常用的离子型去垢剂,它不仅可使细胞膜崩溃,并与膜蛋白的疏水部分结合使其分离,而且还破坏膜蛋白内部的非共价键,使蛋白变性,所以不宜用于分离有功能的膜蛋白。
TritonX-100是温和性去垢剂,它可以使膜脂溶解,又不使蛋白变性,可分离到有生物功能的膜蛋白。
三)膜糖类
糖类约占膜总重量的2%~10%。
由各种己糖聚合成低聚糖糖链与膜蛋白或膜脂结合。
复杂的糖基的结合方式,是细胞之间相互识别的分子基础。
膜糖的位置:
细胞质膜上所有膜糖都位于质膜的外表面,内膜系统中的膜糖则位于内表面。
膜糖的种类:
动物细胞质膜上主要有7种
D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖、N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、唾液酸
膜糖的存在方式:
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连,即以糖脂或糖蛋白的形式存在于细胞质膜上。
真核生物细胞膜上的蛋白质几乎都是糖蛋白。
糖蛋白主要存在于细胞质膜上,内膜中糖蛋白极少。
主要是两种连接方式:
O-连接、N-连接
糖蛋白(Glycoproteins):
结合糖链的膜蛋白,一个糖蛋白分子可有许多低聚糖侧链。
糖脂(Glycolipids):
结合糖残基或糖链的脂类,每个膜糖脂分子只带一个糖基或低聚糖侧链。
膜糖的功能
提高膜的稳定性,增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性,帮助膜蛋白进行正确的折叠维持正确的三维构型;
参与细胞的信号识别、细胞的粘着;
糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位;
ABO血型决定子(determinant),即ABO血型抗原,它是一种糖脂,其寡糖部分具有决定抗原特异性的作用。
二、细胞膜的特性
(一)膜的不对称性
细胞膜的各种成分的分布是不均匀的,决定了膜功能的方向性
1.膜脂分布的不对称性:
脂双层的内外两层的脂类分子的种类有差异。
外层:
鞘磷脂磷脂酰胆碱
内层:
磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺
2.膜蛋白的不对称性分布:
膜蛋白在细胞膜中有特定的位置,在脂双层中的两个剖面分布是不对称的。
3.糖链的不对称性分布:
糖蛋白或糖脂的寡糖侧链只分布在细胞膜外侧表面。
(二)膜的流动性
1.膜脂双分子层是二维流体。
脂类分子和蛋白质能够在上面运动。
脂质双分子层具有分子排列的有序性,以及具有液体的流动性。
即两种特性兼有的液晶态。
膜脂的流动性
①侧向扩散(Lateraldiffusion):
同分子层内的脂类分子交换位置。
②翻转运动(Flip-flop):
膜脂分子在脂双层之间转移(需由专一的酶帮助)。
③旋转运动(Rotation):
膜脂分子绕着膜平面垂直纵轴快速旋转运动。
④伸缩和震荡运动(Flexion):
膜脂的烃链沿着与膜平面垂直的长轴作弯曲运动。
⑤异构运动:
膜脂分子的烃链的C-C键旋转引起的异构运动。
3.影响膜脂类分子流动性的因素
1)脂肪酸链的饱和程度
2)脂肪酸链的长度
3)胆固醇与磷脂的比值
4)卵磷脂与鞘磷脂的比值
5)膜蛋白的影响
影响脂类流动性因素:
1)烃链的长度及饱和状态(烃链越短或含有双键越多,膜的流动性就越大)。
2)位于磷脂分子之间的胆固醇(填补不饱和烃链造成的缝隙,稳定膜结构)。
增强膜流动性因素:
高温,短、高不饱和烃链,低胆固醇含量,高卵磷脂含量。
降低膜流动性因素:
低温,长、低不饱和烃链,高胆固醇含量,高鞘磷脂含量。
4.膜蛋白在膜内的运动
1)膜蛋白在膜脂中可进行侧向运动
2)旋转运动
限制膜蛋白移动的四种方式−细胞质膜下的骨架结构与膜整合蛋白结合
−细胞外基质中的某些分子与膜整合蛋白结合
−膜蛋白与另一细胞的膜蛋白相互作用
−膜中其它不动蛋白
3、细胞膜的分子结构模型
流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel):
脂双分子层构成生物膜的连续主体,既具有固体分子排列的有序性,又具有液体的流动性,呈液晶态;
球形蛋白质分子以各种形式与脂双分子层相结合。
脂筏模型即在生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相,如同脂筏一样载着各种蛋白.脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域。
大小约70nm左右,是一种动态结构,
细胞膜与物质转运
一)小分子和离子的穿膜运输,分简单扩散、协助扩散、主动运输。
二)大分子和颗粒物质的膜泡运输。
被动运输(passivetransport):
分为简单扩散和协助扩散,物质穿膜运输是顺浓度梯度进行,不消耗细胞代谢能。
一、简单扩散
(simplediffusion)
物质从高浓度向低浓度通过膜脂双层,不需要消耗细胞代谢能,不需要专一的膜蛋白分子协助。
(脂溶性物质;
有些极性小分子)
简单扩散的限制因素是物质的脂溶性、分子大小和带电性。
脂溶性:
脂溶性越强,通过脂双层膜的速率越快。
相对分子质量:
相对分子质量小,脂溶性高的分子才能快速扩散。
根据实验结果,推测质膜的通透性孔径不会大于0.5~1.0nm。
物质的带电性:
各种带电的极性分子都难以通过质膜。
磷脂双分子层的头又是极性的,会对离子产生一种斥力。
二、协助扩散(facilitateddiffusion)
借助于运输蛋白顺浓度梯度、不消耗代谢能进行物质运输的方式称为易化扩散(易化扩散、帮助扩散)。
(一)通道蛋白协助扩散
(二)载体蛋白协助扩散
(一)通道蛋白协助扩散
Channelproteinfacilitateddiffusion
1.离子通道(Ionchannels):
镶嵌在膜上由蛋白质围成,中心具有亲水性通道,对离子具有高度的亲和力,离子能迅速穿膜转运。
离子通道蛋白在膜中都有开和关两种构型相当于门,所以将通道蛋白形成的通道称为门通道
配体门控离子通道(Ligand-gatedchannels):
由于配体与特异受体结合,引起通道蛋白打开。
电压门控离子通道(Voltage-gatedchannels):
通道蛋白的带电基团(如羧基或磷酸基)构成通道的闸门,受膜电位变化控制的离子通道开启或关闭。
应力门控通道
通道的打开受一种力的作用,听觉毛状细胞的离子通道就是一个极好的例子
神经-肌肉处信号传导过程
1、神经递质是由神经细胞分泌到触突(synapses)中的信号分子
2、神经递质仅作用于相连接的靶细胞,触突必需同靶细胞挨得很近,这样传导的速度才会很快
3、为了引起邻近靶细胞的反应,还必需产生电信号。
突触连接
电压门控Ca2+通道
配体门控Na+通道(乙酰胆碱受体)
电压门控Na+通道
配体门控Ca2+通道
(二)载体蛋白易化扩散
Carrierproteinfacilitateddiffusion
又称协助扩散。
特定物质运输有关的跨膜蛋白或镶嵌蛋白,当与被转运物质结合时,构象发生变化,将被转运物质跨膜转运,与溶质分离后,载体蛋白又恢复到原有的构象。
协助扩散特点:
1)与所结合的溶质有专一的结合部位,运输各种有机小分子。
2)细胞膜上特定载体蛋白的数量相对恒定,处于饱和状态时,运输速率最大。
三、主动运输(activetransport)
细胞膜利用代谢能来驱动物质逆浓度梯度运输的过程称为主动运输。
建立浓度梯度或电化学梯度
细胞靠主动运输建立和维持各种离子在细胞内的不同浓度,这些离子的浓度差异对于细胞的生存和行使功能至关重要。
消耗能量
主动运输是消耗代谢能的运输方式,有两种不同的能量来源。
(1)离子泵进行的主动运输
又称运输ATP酶(transportATPase)。
参与主动运输的载体蛋白常被称为泵(pump),这是因为它们能利用能量做功。
由于它们消耗的代谢能多数来自ATP,所以又称它们为ATPase。
分为P、V、F型
P型离子泵:
此类运输泵运输时需要磷酸化,包括Na+-K+泵、Ca2+离子泵。
(1)Na+–K+泵主动运输
一种Na+–K+ATP酶,由2个亚单位构成。
催化亚单位的细胞质侧有3个Na+亲和位点和一个ATP的结合部位,细胞膜外侧面有2个K+亲和位点和一个乌本苷(Na+-K+泵抑制剂)的结合部位。
利用ATP水解能量,将Na+泵出细胞外,K+泵进细胞内。
Na+/K+ATPase的运输机制
1)去磷酸化,酶结合部位朝向细胞内,与Na+的亲和力高,与K+的亲和力低,K+在膜内被释放。
2)磷酸化,酶的结合部位朝向细胞外,与Na+的亲和力低,与K+的亲和力高,Na+在膜外侧被释放。
Na+/K+ATPase的作用:
产生和维持膜电位,使细胞内外及渗透压平衡,保持细胞容积恒定。
为其他运输方式提供动力势能,如为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力。
(2)Ca泵主动运输(CaPump)
细胞膜上的Ca泵将Ca转运到细胞外(或进入内质网中)维持细胞内外的Ca浓度梯度。
Ca2+-ATP酶作用机理
(二)协同运输(cotransport)
又称偶联运输、伴随运输。
载体蛋白利用膜两侧的离子浓度梯度的能量同时驱动两种物质运输的方式。
不直接消耗ATP,但要依赖离子泵建立的电化学梯度。
据运输的两种物质方向分:
同向运输、对向运输
1)同向运输(symport):
或者共运输。
在协同运输中,两种物质运输方向相同。
(小肠上皮细胞从肠腔吸收葡萄糖、氨基酸)
小肠上皮细胞通过协助运输(同向运输),共同完成对体外葡萄糖的吸收。
2)对向运输(antiport):
协同运输中,两种物质转运方向相反。
(在细胞分裂的时候,通过Na+-H+交换体转移H+,提高胞内pH值
协同运输特点:
1)动物细胞协同运输的能量驱动通常来自Na+的电化学梯度。
2)Na+-K+泵间接驱动着协同运输
主动运输的特点
逆梯度运输;
需要代谢能,并对代谢毒性敏感;
依赖于膜运输蛋白;
具有选择性和特异性,不同的运输泵转运不同的离子。
将被转运物质被包裹在膜脂双层围绕的囊泡中,运输特定大分子物质、大的颗粒物质的过程,所以称为膜泡运输。
分胞吞作用和胞吐作用两种形式。
一、胞吞作用(endocytosis)
摄入物先附着于细胞膜表面,部分质膜凹陷,逐渐包裹摄入物,最后与细胞膜分离形成含有摄入物的囊泡,进入细胞质。
分为:
1.吞噬作用吞噬细胞通过特异的表面受体识别摄入大的颗粒,形成吞噬泡(phagocyticvesicle)或吞噬体(phagosome)的过程。
2.胞饮作用细胞不断摄入液体和溶质,形成的胞饮泡(pinocyticvesicle)或胞饮体(pinosome)的过程。
3.受体介导的胞吞作用特定大分子与聚集于细胞表面受体互补结合,形成受体大分子复合物,通过细胞膜凹陷,该区域形成有被小窝(coatedpit),有被小窝从质膜上脱落成为有被小泡(coatedvesicle),进入细胞内。
包被形成:
(1)3个网格蛋白(茏形蛋白clathrin)二聚体形成三脚蛋白复合体。
三脚蛋白组装成多角形篮网结构,形成特征性的多角形包被。
2)结合素(adaptin)识别特异的跨膜蛋白受体,把受体集聚在有被小窝、小泡,并将网格蛋白紧密地连接于有被小窝和有被小泡上。
Eg:
摄入低密度脂蛋白(LDL)
二、胞吐作用(exocytosis)
细胞内某些合成的产物和代谢废物通过包被小泡与质膜融合,从而将内含物排出胞外的过程。
1)结构性分泌途径
(constitutivepathwayofsecretion):
一些分泌蛋白合成之后被迅速运到细胞膜,持续不断地排出。
几乎存在于所有细胞中。
2)调节性分泌途径
(regulatedpathwayofsecretion):
有些特化的分泌细胞合成物(激素、神经递质、消化酶),暂时贮存在分泌泡内,只有在接受细胞外信号(如激素)的刺激时,分泌泡才与细胞膜融合,将内容物排出。
细胞外被及其特化结构
细胞外被:
细胞质膜中的整合蛋白、某些膜脂以及质膜外侧的短的糖链。
由于这层结构的主要成分是糖,所以又称为糖萼(glycocalyx)或多糖包被。
厚约5nm。
细胞识别(cellrecognition):
细胞
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