期末复习总结细胞生物学Word格式文档下载.docx
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透射电镜与普通光学显微镜的成像原理有何异同?
透射电镜与光学显微镜的成像原理基本一样,不同的是:
1)透射电镜用电子束作光源,用电磁场作透镜,
2)光学显微镜用可见光或紫外光作光源,以光学玻璃为透镜。
1、透射电子显微镜:
标本须制成厚度仅有0.05mm的超薄切片,并放在铜网上
2、扫描电子显微镜:
用来观察标本的表面形态结构。
3.、扫描隧道显微镜:
能直接观察生物大分子(如DNA、RNA和蛋白质等)的原子布阵,
能观察一些生物结构(如生物膜、细胞壁等)的原子排列。
三、生物化学分析技术
1、免疫荧光技术(免疫细胞化学):
将免疫学方法与荧光标记技术相结合用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。
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。
直接法:
将带有标记的抗体与抗原反应,显示出抗原存在的部位
间接法:
在抗体抗原初级反应的基础上,再用带标记的次级抗体与初级抗体反应,从而使初级反应得到放大,增强显示效果
2、免疫电镜技术:
免疫荧光技术虽然快速、灵敏、特异性强,但其分辨率有限。
同样用抗原——抗体反应的原理,免疫电镜技术则能有效地提高样品的分辨率,在超微结构水平上研究特异性蛋白抗原的定性与定位。
4、细胞工程技术
1、细胞工程:
在细胞水平上的生物工程。
所使用的技术主要是细胞培养、细胞分化的定向诱导、细胞融合和显微注射等。
细胞培养技术(cellculture)或称组织培养技术即是选用各种最佳生存条件对活细胞进行培养和研究的技术。
2、动物细胞培养:
细胞培养方式大致可分为两种:
群体培养和克隆培养。
转化:
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。
3、植物细胞培养:
(1)外植体培养,诱发产生愈伤组织---在再生植株
(2)悬浮细胞培养(3)原生质体培养(4)单倍体培养---通过花药或花粉培养获得单倍体植株。
4、显微操作术:
在显微镜下,用显微操作装置对细胞进行解剖手术和微量注射的技术。
5、细胞融合:
诱导细胞融合的方法有三种:
病毒介导的细胞融合(如仙台病毒);
化学介导的细胞融合(如PEG);
电激介导的细胞融合。
基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体(homokaryon);
来自不同基因型的杂交细胞则称为异核体(heterokaryon)。
第三章细胞的基本概念
细胞是生命活动的基本单位:
1、一切有机体都是由细胞构成的,细胞是构成有机体的基本单位。
构成高等生命体的细胞之间具有分工和协同的相互关系,但它们之间又保持着形态和结构的独立性。
2、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。
与试管内生化反应不同的事故细胞变现为有严格程序的、自动控制的代谢体系,任何结构的破坏都会导致细胞代谢的有序性和自控性的失调。
3、细胞是有机体生长于发育的基础。
有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂。
细胞体积的增长、细胞的分化与凋亡来实现的。
4、细胞是遗传的基本单位,细胞具有遗传的全能性。
每一个细胞都包含有全套基因,都有发育为个体的潜在能力。
5、没有细胞就没有完整的生命。
对细胞结构完整性的任何破坏,都会阻碍细胞玩完整生命活动的实现。
细胞进行生命活动应具有的最基本的要素:
(1)具有一套基因组:
控制细胞的遗传活动
(2)具有一层细胞质膜:
通过质膜与周围环境进行物质和信息交流
(3)具有一套完整的代谢机构:
使细胞能进行独立的代谢活动
病毒不是细胞,原因是病毒缺少进行独立代谢的某些基因和机构,在细胞中的复制和装配是靠细胞的代谢活动来完成的,从而在单独存在时不能独立存活、自我繁殖,在细胞外环境中存在时没有生命活动。
因此病毒不是细胞,既不是生命,也不是有机体,只是具有部分生命特征的感染物,最多只能被称为“半生命”。
。
1、真核细胞和原核细胞的比较:
要点
原核细胞
真核细胞
细胞核
无膜包围,称为拟核
有双层膜包围
染色体形状
数目
组成
DNA序列
环状DNA分子
一个基因连锁群
DNA裸露或结合少量蛋白质
无或很少重复序列
核中的为线性DNA分子;
线粒体和叶绿体中的为环状DNA分子
两个或多个基因连锁群
核DNA同组蛋白结合;
线粒体和叶绿体中的DNA裸露
有重复序列
基因表达
RNA和蛋白质在同一区间合成
RNA在核中合成和加工;
蛋白质在细胞质中合成
细胞分裂
二分裂、孢子或出芽
有丝分裂或减数分裂
内膜
无独立的内膜,无分区
有,有分区,围成细胞器
细胞骨架
无
普遍存在
呼吸作用和光合作用酶的分部
质膜
线粒体和叶绿体(植物)
核糖体
70S(50S+30S)其所含的RNA和蛋白质亦不同于真核细胞。
80S(60S+40S)
运动细胞器
由鞭毛蛋白丝构成简单鞭毛
由微管构成纤毛和鞭毛
细胞壁
肽聚糖,蛋白质,脂多糖,脂蛋白
植物细胞具有纤维素壁
营养方式
吸收,有的行光合作用
吸收,光合作用,内吞
相同点:
都有细胞膜、细胞质、核糖体等细胞的戏本结构,以DNA为遗传物质。
3、质膜(细胞表面的一层单位膜,特称为质膜)是细胞进行生命活动的一种基本结构,质膜遭到破坏后任何细胞都不能存活。
原核细胞的质膜具有单位膜的典型特征,某些原核生物的质膜在有的部位发生内褶,形成间体(与细胞呼吸和分裂有关)。
真核:
核膜、内质网、高尔基体在结构上形成了一个连续的体系,称为内膜系统。
质膜、溶酶体和分泌泡均可看作是内膜系统的产物。
内膜系统将细胞质分隔成了一些区间,即所谓的分区化。
分区化是细胞进化高等的特征,它使细胞的代谢活动的效率比原核细胞大为提高。
线粒体和叶绿体则承担了一些特殊功能:
氧化磷酸化作用主要集中在线粒体中进行;
植物细胞的光合作用则集中在叶绿体中进行。
4、古细菌(archaebacteria)与真核细胞曾在进化上有过共同历程:
(1)细胞壁的成分:
与真核细胞一样。
(2)DNA与基因结构:
古细菌DNA中有重复序列的存在。
存在内含子。
(3)有类核小体结构:
古细菌具有组蛋白,有类似核小体结构。
(4)核糖体:
介于真核细胞(70-84)与真细菌(55)之间。
(5)5SrRNA:
古细菌与真核生物同属一类,而真细菌却与之差距甚远。
5SrRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。
除上述各点外,根据DNA聚合酶分析,氨基酰tRNA合成酶的作用,起始氨基酰tRNA与肽链延长因子等分析,也提供了以上类似依据,说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。
因此近年来,真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。
第四章细胞质膜
1、细胞的外侧包有一层由脂双层分子和蛋白质构成的单位膜称为细胞膜(cellmembrane),特称为质膜。
质膜和细胞内各种膜在结构、化学组成和活动属性等方面有一定的共性,故总称为生物膜。
2、生物膜的结构模型:
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。
磷脂分子以疏水性尾部相对,极性头朝向水相形成脂双分子层,它是组成生物膜的基本结构成分。
②蛋白质分子以不同的方式相嵌在脂双分子层中或结合在其表面,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各自的特性与功能。
③生物膜可看成是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。
然而膜蛋白与膜脂之间,膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧其他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,同时也形成了赖以完成多种膜功能的脂筏等结构。
2、研究简史:
①E.Overton1895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。
②E.Gorter&
F.Grendel1925用有机溶剂提取了人的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。
③J.Danielli&
H.Davson1935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。
1959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。
⑥K.Simonsetal(1997):
脂筏模型
脂筏(lipidraft)是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域,执行某些特殊定的生物学功能。
大小约100nm左右,是一种动态结构,位于质膜的外小页。
由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链,分子间的作用力较强。
脂筏就像一个蛋白质停泊的平台,有蛋白分子600个左右,与膜的信号转导、蛋白质分选,物质的跨膜运输,HIV等病原微生物侵染细胞均有密切的关系。
3、脂双分子层的内外两层是不对称的:
在人RBC质膜中,卵磷脂(磷脂酰胆碱)和鞘磷脂存在于脂双层的外单层。
而含氨基的脂类(如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸)则主要存在于质膜脂双层的内单层。
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
磷脂分子的主要特征是:
①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链),线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性局部。
②脂肪酸碳链为偶数,多数碳链由16,18或20个碳原子组成。
③常含有不饱和脂肪酸(如油酸)
糖脂是含糖而不含磷酸的脂类,含量约占脂总量的5%以下,在神经细胞膜上糖脂含量较高,约占5-10%。
糖脂也是两性分子,其结构与鞘磷脂很相似,只是由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。
胆固醇主要存在真核细胞膜上,含量一般不超过膜脂的1/3,植物细胞膜中含量较少,其功能是提高双脂层的力学稳定性,调节双脂层流动性,降低水溶性物质的通透性。
4、脂质体(liposome)是一种人工膜。
可用于:
1.转基因2.制备的药物3.研究生物膜的特性
5、膜的四性:
①镶嵌性:
膜的基本结构是由脂双分子层镶嵌以蛋白质构成。
双层脂分子以疏水尾相对,极性头朝向膜外水相;
蛋白质则以不同程度镶嵌在脂双层中。
②流动性:
构成膜的蛋白质分子和脂类分子在膜中的位置不断发生变化,脂类分子可发生侧向流动和倒翻等变化,蛋白质分子在膜中的位置亦可发生变动。
③不对称性:
膜两侧的分子性质和结构不同,包括膜蛋白和膜脂在脂双层中的不对称分布。
④蛋白质极性:
膜整合蛋白多肽链的极性区露出膜表面,而非极性区则埋在脂双层的内部,故蛋白质分子既与水溶性分子结合,也可与脂溶性分子亲和。
6、膜蛋白可分为两类:
一类蛋白质以不同深度嵌插在脂双层中,称为膜整合蛋白或膜内在蛋白。
另一类蛋白质附着于膜的表层,称为膜周边蛋白或外在蛋白。
整合蛋白分子均为双性分子,非极性区(疏水区)插在脂双层分子之间,极性区(亲水区)则朝向膜的表面。
非极性区通过很强的疏水或亲水作用力同膜脂牢固结合,一般不易分离开来,除非采用破坏膜结构或使用去垢剂的强烈方法才能被提出。
跨膜蛋白:
有的是一次穿膜,有的是多次穿膜,α-螺旋构象或β-折叠片构象(β筒)
整合蛋白的糖基化:
大多数整合蛋白在质膜外表面结合有寡糖链——糖蛋白。
周边蛋白与膜的结合比较疏松,用温和的方法即可将其分离下来。
周边蛋白有的通过寡糖链与脂双层表面共价结合:
有的则直接通过端部氨基酸残基与脂分子间共价结合:
有的则附着在其它膜蛋白上。
膜糖:
主要为寡糖,以寡糖链的形式与脂类和蛋白质共价形成糖脂和糖蛋白。
7、许多实验结果支持了膜具有流动性的观点:
1.细胞融合实验;
2.淋巴细胞的成斑和成帽反应
3.凝集素的凝集作用
8、研究膜的技术方法:
光脱色恢复技术——研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。
根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。
9、影响膜脂分子流动性的因素
①脂肪酸链的不饱和程度(不饱和脂肪酸越多,流动性越大)
②脂肪酸链的长度(脂肪酸链短,相变温度低,流动性大)
③胆固醇/磷脂的比值(胆固醇含量增加,膜脂流动性降低)
④卵磷脂/鞘磷脂比值(鞘磷脂含量高,流动性低)
⑤膜蛋白的影响(结合蛋白质,影响其流动性)
膜蛋白的运动性的制约因素:
①周围膜脂的性质和相态:
处于晶态脂质之滞流区中的膜蛋白不易运动;
处于液态脂质区的膜蛋白则易于发生运动。
②质膜相关结构的作用:
膜蛋白在膜中的运动并不是随脂质随机漂流,它还要受膜相关结构的影响。
③细胞骨架的作用:
细胞质中的细胞骨架对膜蛋白的运动性具有动态控制作用(微管可固定膜蛋白的位置;
而微丝可引起膜蛋白的运动)。
膜流动性的生理意义:
①膜蛋白酶活性:
适宜的膜流动性是维持酶构象的必要条件;
②物质运输:
载体蛋白,受体介导内吞等均需要膜的流动性;
③细胞的信息传递:
细胞的传递系统在膜上(激素及药物的作用需要适宜的膜流动性才能进行信号传递);
④细胞周期:
分裂期最高,G1、S期最低;
⑤发育:
一般,成体细胞的膜流动性要小于幼体细胞;
经代谢来进行调节控制。
(如贫血RBC低;
癌细胞高)
⑥植物耐寒性:
与在低温下能否保持生物膜的流动性有关。
10、细胞质膜的功能:
①为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;
②选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢
③产物的排除,并伴随着能量的传递;
④提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;
⑤为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;
⑥介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;
⑦质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
第五章物质的跨膜运输
1、跨膜运输主要由两种类型:
一为穿膜运输,主要是离子和一些小分子的运输;
二为膜泡运输,主要是一些大分子和颗粒物质的运输。
穿膜运输又可分为被动运输和主动运输。
被动运输有简单扩散和协助扩散两种。
影响物质穿过脂双层膜的通透性高低的因素有如下几个:
(1)脂溶性:
脂溶性越大的分子越容易穿膜;
(2)分子量:
小分子比大分子容易穿膜;
(3)带电性:
不带电荷的分子容易穿膜;
(4)亲水性:
亲水性分子和离子的穿膜要依赖于专一性的跨膜蛋白。
2、被动运输
简单扩散不需消耗细胞的代谢能,也不需要专一的载体分子,只要膜两侧物质保持一定浓度差,即可发生这种物质运输。
运输的速率与物质浓度差成正比。
而协助扩散靠通道蛋白(或载体蛋白)来实现穿膜运输。
离子通道的特性:
①离子选择性:
只允许一定大小和具有一定电荷的的离子通过,其他离子则不能通过。
②可控性:
离子通道是一道离子门,一般是不开放的,只有在受到专一刺激时才开放,并随立即又关闭。
三类离子通道:
(1)电位门通道:
对跨膜电压的变化发生反应,例如神经纤维的电兴奋传导。
(2)机械门通道:
对机械应力发生反应
(3)配体门通道:
对配体的结合发生反应。
配体又分为胞外受体和胞内受体。
3、主动运输
主动运输中,离子和代谢物逆其电化学梯度进行运输,需消耗细胞代谢能,故又称代谢关联运输。
主动运输需要有跨膜载体蛋白的协助,这些载体蛋白起泵的作用,有选择性地运输专一溶质。
参与物质穿膜运输的蛋白质称为膜运输蛋白:
通道蛋白:
可形成运输通道;
通过通道的“开”与“关”运输物质
载体蛋白:
对被运输物质具有高度特异性;
通过构象变化来结合或释放物质进行跨膜运输
载体蛋白所利用的细胞代谢能主要有以下2个来源:
ATP水解释放的化学键能:
直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为初级主动运输。
膜内外Na+、H+浓度差造成的电化学梯度势能:
直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为次级主动运输。
所谓泵(pump)即是指能驱动离子或小分子以主动运输的方式穿过生物膜的跨膜蛋白。
能驱动离子穿膜的跨膜蛋白称为离子泵(ionpump),它具有ATP酶活性(可水解ATP并利用其能量进行穿膜运输)。
质膜上有两种离子泵,①P型离子泵(Na+-K+泵,Ca2+泵):
存在于真核细胞质膜②V型和F型(质子泵):
存在于植物、细菌质膜上或真核细胞线粒体和类囊体膜上
1)Na+-K+泵
细胞内:
[K+]很高,[Na+]很低
质膜外:
[Na+]很高,[K+]很低靠Na+-K+泵来维持
Na+-K+泵(即Na+-K+ATP酶)在Na+、K+、Mg2+存在时,能把ATP水解成ADP和磷酸,同时把Na+和K+以反浓度梯度的方向进行运输
Na+-K+泵的主要生理作用:
(1)调节渗透压
(2)物质吸收(为次级主动运输供能)
(3)细胞正常代谢的必要条件
(4)保持膜电位
2)钙泵
真核细胞胞质溶质中游离[Ca2+]很低,而胞外[Ca2+]却很高,形成了外高内低[Ca2+]梯度。
细胞外信号只要引起少量Ca2+进入细胞,即可使胞质溶质中的游离[Ca2+]显著提高。
细胞局部[Ca2+]的提高可激活某些Ca2+反应蛋白,如钙调蛋白、肌钙蛋等。
Ca2+不仅参与引起肌肉收缩活动,而且还在许多细胞反应中起细胞内信使的作用。
因此,Ca2+在胞质溶质中维持低浓度,是为进行许多生理活动的必要戒备状态。
细胞质溶质中的Ca2+低浓度,要靠一种称为钙泵的Ca2+-ATP酶(Ca2+-ATPase)来维持。
Na+-K+泵和钙泵都通过磷酸化与去磷酸化进行泵吸活动循环。
3)质子泵
存在于植物、真菌和细菌细胞中的一种重要的离子泵,对H+浓度梯度的维持具有重要意义。
V-型质子泵:
动物细胞溶酶体、液胞膜上,逆电化学梯度积累质子。
F型质子泵:
线粒体内膜、叶绿体类囊体和细菌质膜上,顺电化学梯度,将释放的能量与ATP合成酶藕联。
几种跨膜和胞质同侧亚基,只转运质子,并且在转运过程中不形成磷酸化中间体。
ABC转运器(ABCtransporter)最早发现于细菌,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。
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,在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。
4、协同运输(cotransport)是指一种物质的逆浓度梯度穿膜运输依赖于另一种溶质的顺浓度梯度的穿膜运输,二者协同进行。
膜内外Na+、H+浓度差造成的电化学梯度势能为协同运输供能,属于次级主动运输。
同向运输:
两种溶质的运输方向相同,如细胞对葡萄糖的吸收,即是与Na+同向穿膜;
反向运输:
两种溶质的运输方向相反,如红细胞清除组织中CO2时,即是在肺中释放出HCO3-,而纳入Cl-的过程。
5、真核细胞通过内吞作用和外排作用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。
这种运输方式可转运一种或一种以上的大分子和颗粒性物质,因此也有人称之为批量运输。
细胞的内吞和外排活动总称为吞排作用。
根据内吞物质的性质及膜泡的大小不同,内吞作用可分为二类:
吞噬作用:
较大固体颗粒物质(如细菌等);
胞饮作用:
液体物质或较小颗粒
根据胞吞物质是否具有专一性,可分为受体介导的胞吞作用和非特异性的胞吞作用。
受体介导的胞吞作用:
质膜上的受体参与了细胞内吞过程,而且起了不可缺少的作用。
受体:
可与细胞外专一信号分子(配体)结合,并引起细胞发生反应的质膜蛋白
配体可分为四大类:
Ⅰ.营养物,如转铁蛋白、低密度脂蛋白(LDL)等;
Ⅱ.有害物质,如某些细菌;
Ⅲ.免疫物质,如免疫球蛋白、抗原等;
Ⅳ.信号物质,如胰岛素等多种肽类激素等。
(a)有被小泡的形成
成笼蛋白分子的构型比较特殊,呈三足鼎立状,具有3条腿,故称三腿子。
三腿子是由3条大肽链和3条小肽链构成的复合物。
在衣被小窝处,三腿子分子连接成网架(六角形和五角形网格)。
三腿子分子网架具有自我装配的能力。
(b)衔接蛋白的作用
在有被小泡的衣被组成成分中,衔接蛋白介于配体-受体复合物与成笼蛋白之间,起衔接作用,介导衣被的形成。
胆固醇的吸收:
LDL:
血液中的胆固醇与磷脂和蛋白质结合成的低密度脂蛋白。
与细胞表面的低密度脂蛋白受体特异性结合形成受体—LDl复合物,通过有被小泡的内化进入细胞,经脱被作用与胞内体融合。
再被运输到溶酶体被降解,释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用。
胞内体以出芽的方式形成运载受体的小囊泡返回细胞质膜,受体重复使用。
第六章细胞的能量转换
1、线粒体的结构:
外膜的通透性较高,内膜较低。
嵴(cristae):
扩大内膜面积,增加了内膜的代谢效率
2、线粒体的功能与氧化磷酸化
有氧呼吸的三个阶段:
第一阶段:
大分子分解为简
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