整理翟中和笔记·习题

细胞生物学(翟中和)笔记

细胞生物学：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显

微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋 亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心 问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 细胞概念的一些新思考：

(1)细胞是多层次非线性的复杂结构体系，细胞具有高度复杂性和组织性。

(2)细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体：①细胞完成各种化学反应；②细胞需要和利用能量；③细胞参与大量机械活动；④细胞对刺激作出反应。 (3)细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系:①细胞能进行自我调控；②繁殖和传留后代。

扫描遂道显微镜（Scanning Probe Microscope,SPM）：80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器，包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等。纳米生物学研究领域中的重要工具,在原子水平上揭示样本表面的结构。

特点：①可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高，侧分辨率为0.1～0.2nm，纵分辨率可达0.01nm；②可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息；③可在真空、大气、液体等多种条件下工作，非破坏性测量；④可连续成像，进行动态观察。

光学显微镜技术（light microscopy)： （1）荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）：①直接荧光标记技术；②间接免疫荧光标记技术。在光镜水平用于特异蛋白质等生物大分子的定性定位：如绿色荧光蛋白(GFP)的应用。

（2）激光共焦扫描显微镜技术（Laser Scanning Confocal Microscopy）：排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率(1.4—1.7nm)，可重构样品的三维结构。

（3）相差显微镜（phase-contrast microscope）：将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞。

（4）微分干涉显微镜（differential-interference microscope）:明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的细胞器。 （5）录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy）:计算机辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞器的运动。 主要电镜制样技术:

①超薄切片技术：样本制备。

②负染色技术（Negative staining）：与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构。

③冰冻蚀刻技术（Freeze etching）：冰冻断裂与蚀刻复型，主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。

④快速冷冻深度蚀刻技术（quick freeze deep etching）。

⑤电镜三维重构技术：电子显微术、电子衍射技术与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。电镜三维重构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前结构生物学（Structural Biology）——主要研究

生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。

离心分离技术：分离细胞器与生物大分子及其复合物。①差速离心：分离密度不同的细胞组分；②密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离。

细胞内核酸、蛋白质、 酶、糖与脂类等的显示方法：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。 特异蛋白抗原的定位与定性：

（1）免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限 ，蛋白电泳(SDS-PAGE)：与免疫印迹反应(Western-Blot)。

（2）免疫电镜技术：①免疫酶标技术；②免疫胶体金技术；③免疫铁蛋白技术：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态，胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等。 细胞内特异核酸的定位与定性：

①光镜水平的原位杂交技术 ，同位素标记或荧光素标记的探针； ②电镜水平的原位杂交技术 ，生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合

③PCR技术。

放射自显影技术：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究，实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）→放射自显影。 定量细胞化学分析技术：

①细胞显微分光光度技术（Microspectrophotometry）：利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括紫外光/可见光显微分光光度测定法。

②流式细胞仪（Flow Cytometry）：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。

膜蛋白的流动：据荧光抗体免疫标记实验成斑现象(patching)或成帽现(capping)。 膜脂成分：

（1）磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）分为，甘油磷脂和鞘磷脂 。

主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾脂肪酸链（心磷脂除外）；②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸)。

（2）糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖脂含量较高。

（3）胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。

紧密连接：是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间，紧密连接嵴线中的两类蛋白：①封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；②Claudin蛋白家族（现已发现15种以上）。

锚定连接：在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤为富，

通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。

(1).与中间纤维相连的锚定连接： ①桥粒: 铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。

②半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。

(2)与肌动蛋白纤维相连的锚定连接

粘合带：细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 构成锚定连接的蛋白分两类:

①细胞内附着蛋白(attachment proteins)：将特定的细胞骨架成分(中间纤维或微丝)同连接复合体结合在一起 (desmoplakin)。

②跨膜连接的糖蛋白：其细胞内的部分与附着蛋白相连, 细胞外的部分与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞基质相互作用。 间隙连接：

结构：① 间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2～3nm ；②连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位，每个连接子由6个connexin分子组成，连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道；③连接单位由两个连接子对接构成。 间隙连接的蛋白成分：

①已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量26—60KD不等； ②连接子蛋白具有4个α-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域； ③连接子蛋白的一级结构都比较保守, 并有相似的抗原性；

④不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，间隙连接的孔径与调控机制有所不同。 间隙连接的功能及其调节机制： (1)间隙连接在代谢偶联中的作用：

①间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过, 是细胞间代谢偶联的基础； ②代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用。 (2)间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用：

①电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯； ②间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为。 (3)间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用：

①胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路, 从而为某一特定细胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化；

②肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似 “肿瘤抑制因子”。 间隙连接的通透性是可以调节的：

①胞质中的pH值↓和自由Ca2+的浓度↑都可以使其通透性降低。

②间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控胞间连丝。

胞间连丝结构：相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构。

功能：①实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运；②实现细胞间的电传导；

③在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。

细胞表面的粘连分子：同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征，细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的。 粘连分子的特征：

（1）粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连； （2）多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。 （3）粘着方式与类型：

①钙粘素（Cadherins）：属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白（30多个成员的糖蛋白家族），介导依赖Ca2+的细胞粘着和从ECM到细胞质传递信号。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。

②选择素（Selectin）：属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有凝集素样结构域(lectin-like domain)。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间识别与粘着。包括P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和L(Leukocyte)选择素。

③免疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily，IgSF)：分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。介导同亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着，但其粘着作用不依赖Ca2+，其中N-CAMs 在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。 ④整合素（Integrins）。

⑤质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。

胶原蛋白:是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白，Ⅰ～Ⅲ型胶原含量最丰富，形成类似的纤维结构，但并非所有胶原都形成纤维。 ①Ⅰ型胶原纤维束, 主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中，具有很强的抗张强度； ②Ⅱ型胶原主要存在于软骨中；

③Ⅲ型胶原形成微细的原纤维网，广泛分布于伸展性的组织，如疏松结缔组织； ④Ⅳ型胶原形成二维网格样结构，是基膜的主要成分及支架。

胶原及其分子结构：胶原纤维的基本结构单位是原胶原；原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；原胶原肽链具有Gly-x-y重复序列，对胶原纤维的高级结构的形成是重要的； 在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈1/4交替平行排列,形成周期性横纹。

胶原的合成与加工：

（1）前体?肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原 (preprocollagen)。 ①前原胶原是原胶原的前体和分泌形式；

②在粗面内质网合成、加工与组装，经高尔基体分泌。

（2）前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶，分别切去N-末端前肽及C-末端前肽，成为原胶原（procollagen）；原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（collagen fibril）和胶原纤维（collagen fiber）。 胶原的功能 ：

①胶原在胞外基质中含量最高，刚性及抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，细胞外基质中的其它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体；

②在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式，以适应特定功能的需要； ③胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号传递的调控网络中。