第一章      绪论

一、细胞生物学的主要研究内容

（一）       细胞核、染色体以及基因表达的研究 （二）生物膜与细胞器的研究  （三）细胞骨架体系的研究   （四）细胞增值及其调控 （五）细胞分化及其调控 （六）细胞的衰老与凋亡 （七）细胞的起源与进化（八）细胞工程

二、细胞发现：英国胡克1665年发现死细胞；荷兰 列文虎克1674年发现活细胞。

三、细胞学说基本内容及意义

① 所有生物体都是由细胞构成的；

  ② 细胞是生物体结构和功能的基本单位；

  ③ 细胞是生命的基本单位；

  ④ 新细胞来源于已存在的细胞。

※意义：细胞学说的建立，使细胞及其功能有了一个较为明确的定义，证实了生命体具有共同的结构基础和起源， 促进了自然科学和哲学的进步。

第二章  细胞的统一性与多样性

一、细胞的基本共性

1、所有的细胞都有相似的化学组成————————分子统一。

2、所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的脂-蛋白体系的生物膜－－－－－－细胞质膜。

3、所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体－——DNA-RNA的遗传装置。

4、作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内－－－－－－信息表达。

5、所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。————－繁殖后代。

二、真核细胞的基本结构体系（亚显微结构水平）

1）以脂质和蛋白质为基础的生物膜结构体系：质膜、细胞核被膜、细胞器膜

2）以核酸和蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统。

1、DNA-蛋白质与RNA-蛋白质复合体形成遗传信息载体与表达系统；

2、DNA与组蛋白构成了染色质与染色体的基本结构 —核小体。

3、核仁：主要由DNA-蛋白质与RNA-蛋白质组成，主要功能是rRNA的转录与核糖体亚单位的装配。核仁DNA主要是rDNA，是 转录rRNA的摸板。

4、核糖体由rRNA与数种蛋白质构成，是蛋白质合成的场所。

 3）由特异蛋白质分子装配构成的细胞骨架系统。

是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统。分为胞质骨架和核骨架。

胞质骨架：由微丝、微管与中等纤维等构成的网络体系。

核骨架：包括核纤层和核基质。

三、原核细胞与真核细胞的比较

    1) 细胞膜系统的演化和分化------核、质分化和质内细胞器的分化。

2）遗传信息量和遗传装置的扩大和复杂化--------重复序列和染色体多倍性。

第三章 细胞生物学研究方法

一、细胞内特异核酸序列的定位与定性

细胞内特异核酸（DNA或RNA）序列的定性和定位通常采用原位杂交技术：即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的方法。

二、特异蛋白抗原的定位与定性

免疫荧光与免疫电镜是最常用的研究细胞内蛋白质分子定位的主要技术

免疫荧光技术是将免疫学方法（抗原-抗体特异性结合）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。

第四章 细胞质膜

一、细胞膜模型: 流动镶嵌模型、蛋白质－脂质－蛋白质的单位膜模型

流动镶嵌模型：

1. 细胞膜由流动的双脂层和镶嵌在其中的蛋白质组成。
2. 磷脂分子以疏水性尾部相对而极性头部朝向水相，组成生物膜的基本骨架；
3. 蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。

二、生物膜结构的特征总结

u  膜的流动性：细胞进行生命活动的必要条件。

u  膜的不对称性：决定细胞质膜的生物学功能。

u  膜的分相现象：影响膜的特性和生物学功能。

三、细胞质膜的基本功能

Ø  为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;

Ø  选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排除,并伴随着能量的传递;

Ø  提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜转导;

Ø  为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;

Ø  介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;

Ø  参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

Ø  膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、甚至神经衰退性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。

四、膜骨架：指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构；参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能；

五、血影：红细胞质膜极其膜骨架比较容易纯化、分析。经低渗处理，质膜破裂，可释放出血红蛋白及其他可溶性蛋白，但细胞仍保持原来的基本形状和大小

第五章 物质的跨膜运输

一、膜转运蛋白的种类及其功能

细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。

u  载体蛋白：相当于结合在细胞质膜上的酶，有特异性结合位点，可同特异性底物结合，一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力曲线；既可被底物类似物竞争性的抑制，又可被某种抑制剂非竞争性抑制以及对pH有依赖性等，因此有人将载体蛋白成为通透酶。与酶不同的是酶不能改变反应平衡点，只能增加达到反应平衡的速率，而载体蛋白可以改变过程的平衡点，加快物质沿自由能减小的方向跨膜运动的速率；此外，载体蛋白对转运的溶质分子不进行任何共价修饰。

u  通道蛋白：所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。绝大多数的通道蛋白形成有选择性开关的多次跨膜通道，因为这些通道蛋白几乎都与离子的转运有关，所以又称为离子通道。离子通道有三个显著特征：1）具有离子选择性，转运速率高（高于载体蛋白1000倍）；2）离子通道没有饱和性；3）离子通道并非连续开放而是门控的

二、被动运输、主动运输的概念、特点

u  被动运输：指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。

简单扩散对各类物质的通透率：分子大小和分子极性：

    A. 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；B. 非极性分子比极性容易透过，不带电荷的极性小分子，如 H₂O、尿素等可以透过人工脂双层，但速度较慢；C. 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；D. 离子和带电荷的极性分子，如离子、氨基酸等则不能通透。

协助扩散也称促进扩散，是各种极性分子和无机离子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢产物的顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运。

特点：① 协助扩散比自由扩散转运速率高；② 运输速率同物质浓度成非线性关系； ③ 具有特异性和饱和特性。

u  主动运输：由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高的一侧进行跨膜转运的方式。

主动运输主要包括：钾钠泵；钙离子泵；质子泵；ABC转运器和协同转运等

根据主动运输过程所需能量来源的不同，可将主动运输归纳为以下三大类：

①    由ATP直接供给能量（ATP驱动泵，如K⁺-Na⁺泵、Ca⁺泵）；

②   间接提供能量（偶联转运蛋白-协同转运蛋白）；③利用光能（光能驱动泵，分布于细菌）。

三、离子泵的种类和特征。

u  ATP驱动泵可分为4大类：P-型离子泵,    V-型质子泵,    F-型质子泵和ABC超家族，前三种只转运离子为质子泵，后一种转运小分子

u  P-型离子泵

所有P-型离子泵都具有2个独立的a催化亚基，具有ATP结合位点；绝大多数还具有2个小的β亚基，通常起调节作用。在转运离子的过程中，至少有一个a催化亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，从而改变泵蛋白的构象，实现离子的跨膜转运。

例：钠钾泵，存在动物细胞的细胞质膜上，每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na⁺，转进两个K⁺。（机制见110页）

作用：① 维持细胞的渗透平衡，保持细胞的体积；② 维持细胞内高外低的高K⁺的浓度梯度，促使细胞静息电位形成；③维持细胞内低外高的Na⁺的浓度梯度，是细胞动作电位产生的前提。

例：钙泵，分布于所有真核细胞的质膜和某些细胞器（如内质网、叶绿体和液泡）膜上。每分解一个ATP分子，泵出2个Ca²⁺。

作用：维持细胞内较低的钙离子浓度

u  V-type：广泛存在于动物细胞溶酶体膜和植物液泡膜上。功能是利用ATP水解供能从细胞质基质中泵出H⁺进入细胞器。维持基质pH值中性而细胞器内酸性的pH值。

u  F-type：位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上，能利用质子动力势（ H⁺浓度梯度）合成ATP，因此也叫H^+-ATP合成酶，参与氧化磷酸化和光合磷酸化作用。

四、协同转运的种类和特征

u  协同转运：是一类靠间接消耗ATP提供能量完成的主动运输方式，需要钠钾泵（或质子泵）与载体蛋白的协同作用。

u  协同转运的物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。

第六章  细胞的能量转换

u  光合作用中电子传递的复合物：光系统I、光系统II及细胞色素b₆ f复合物(唯一的 H⁺-pump)

[个光系统含有两个主要成分：捕光复合物（LHC ） 和反应中心复合物]

u  叶绿体中ATP合酶即CF₁-F₀偶联因子，结构类似于线粒体ATP合酶。

u  光合磷酸化类型：①非循环光合磷酸化，指由光驱动的电子从H₂O开始，经PSII、Cytb₆f复合物和PSI最后传递到NADP⁺；②循环光合磷酸化:当植物在缺乏NADP+时，高能电子在PSⅠ被光能激发后经cytb6f 复合物又返回到PSⅠ

u  半自主性细胞器：自身含有遗传物质及其表达系统（自主性）；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息（自主性有限）。

第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输

一、细胞质基质的涵义和主要功能

u  用差速离心分离真核细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的胞质溶液称为细胞质基质。

u  细胞质基质的功能：①进行细胞中间代谢：糖酵解、磷酸戊糖途径、 糖醛酸途径、糖原合成与部分分解过程、蛋白质和脂肪酸的合成等。 ②与细胞质骨架相关的功能: 细胞质骨架作为细胞质基质的主要结构成分，不仅与维持细胞形态、运动、物质运输及能量传递有关，而且构成细胞基质的结构体系。细胞基质与骨架蛋白分子间选择性结合，使大分子锚定在细胞骨架三维空间的特定区域。

③此外，细胞质基质中还进行着蛋白质的修饰、分选、转运和降解等多种功能。

二、内质网的功能

u  参与细胞内多种功能活动。除核酸外，细胞内一系列重要生物大分子如蛋白质、脂质和糖类均在内质网上合成。

u  粗面型内质网（RER）的主要功能是合成分泌性蛋白质和多种膜蛋白。因此在分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和浆细胞（分泌抗体）中非常发达。

u  光面型内质网（SER）的是细胞内脂质合成的重要场所。合成细胞所需的磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂（鞘磷脂和糖脂的合成例外）。其中最重要的磷脂是磷脂酰胆碱-卵磷脂。

u  功能：1、蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能   2、光面内质网是脂质合成的重要场所

3、蛋白质的修饰与加工（糖基化、羟基化、酰基化、二硫键的形成）  4、新生肽链的折叠与组装

5、内质网的其它作用[1）解毒 2）  调节血糖浓度3）  储存钙离子4）  支撑作用]

三、高尔基体的功能

1、高尔基体与细胞分泌活动  2、蛋白质的糖基化及其修饰  3、参与蛋白酶水解

四、溶酶体的功能

1、自体吞噬：即清除无用的生物大分子、衰老的细胞器、衰老、损伤和死亡的细胞

2、防御功能 ：防御是某些细胞特有的功能，可以识别并吞噬入侵的细菌和病毒，在溶酶体中将其杀死，并一步降解。

3、其它生理功能：为细胞提供营养、参与细胞凋亡、参与分泌过程的调节、顶体反应

※溶酶体膜在成分上不同于其他生物膜，主要区别是：① 嵌有质子泵，将H⁺泵入溶酶体，维持内部酸性环境；② 膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白降解；③ 具有多种载体蛋白，用于水解产物的外向转运。

五、信号假说(Signal hypothesis)：即分泌性蛋白质在其N端信号序列的指导下转运至内质网膜上，一边合成一边转运，在合成结束之前，信号肽被除去。

六、蛋白质的分选的两种途径

1）共翻译转运途径：蛋白质在游离核糖体上合成起始后，边合成边转运至内质网腔，合成完成后经高尔基体加工分装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。（共转运中参与转运的信号序列称为信号肽）

2）翻译后转运途径：首先在细胞质基质的核糖体上完成多肽链合成，然后再转运到各种细胞器（线粒体叶绿体、细胞核、过氧物酶体等）或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白。（后转移中参与转运的信号序列（信号肽）称为导肽）

※根据蛋白质的转运方式或机制，又可分为4大类：

1）跨膜运输：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如核基因编码，进入线粒体、叶绿体、过氧

             化物酶体的蛋白质运输。

2）膜泡运输：内质网上合成、经高尔基体加工和分装，以膜泡方式进行的蛋白质运输。

3）门控运输：指蛋白质通过核孔复合体的核输入或核输出过程。

4）细胞基质中进行的蛋白质运输：主要通过与细胞骨架完成

第八章 细胞信号转导

一、基本概念

u  细胞通讯：指一个细胞发出的信息通过介质（或配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相应受体相互作用，通过细胞内信号转导产生一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体生物学效应的过程。

u  细胞通讯可概括为三种方式：1）化学通信   2）直接接触   3）细胞连接

u  信号分子：是细胞的信息载体，包括化学信号如激素、局部介质、神经递质等，物理信号如声、光、温度变化等

u  受体的概念：能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质。当与配体结合后，通过信号转导将细胞外信号转换为胞内信号。[① 离子通道偶联受体 ② G蛋白耦联型受体  ③ 酶连受体]

※  胞外信号介导的细胞通讯步骤

①细胞产生并合成信号分子；②运送信号分子到靶细胞；③信号分子与靶细胞受体特异性结合导致受体激活；④活化受体启动细胞内一种或多种信号传导途径；⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变

⑥信号的解除并导致细胞反应终止。

u  第二信使：指细胞外第一信使与其特异受体结合后，通过信息跨膜传递机制，在细胞内产生的特定信使物质。

u  开关蛋白：细胞内一类特殊蛋白质，能够通过自身活性改变打开或关闭一种或多种信号通路。

二、信号转导系统的主要特性：特异性； 放大作用；信号终止与下调特性；对信号的整合作用。

三、NO介导的信号通路

u  作用机理：神经细胞→乙酰胆碱→血管内皮细胞→Ca²⁺浓度升高→NO合酶活化→NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化酶活化→cGMP →蛋白激酶G活化→肌动-肌球蛋白复合物信号通路被抑制 →平滑肌舒张→血管扩张、血流通畅。

四、G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路

㈠cAMP信号通路

激素→ G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP

                  调节酶活性→代谢调控

→蛋白激酶A

                  激活基因调控蛋白→调节基因转录

㈡磷脂酰肌醇信号通路

该通路主要通过磷脂酶C（phospholipase, PLC）完成，即胞外信号分子与细胞表面受体结合，通过G蛋白激活质膜上的磷脂酶Cβ异构体（PLC-β），使质膜上磷脂酰肌醇-4-5-二磷酸磷（PIP2）水解成肌醇-1-4-5-三磷酸（IP3）和二酰甘油基（diacylglycerol, DAG）。

（三）G蛋白耦联受体介导离子通道的调控

五、受体酪氨酸激酶（RTKs）及RTK-Ras蛋白信号通路

u  RTK介导的信号通路具有广泛功能，包括调节细胞增殖与分化、促进细胞存活，调节与校正细胞代谢。主要功能是控制细胞生长、分化而不是调控细胞中间代谢。

u  传递途径：配体与受体结合－受体二聚化－受体本身的酪氨酸残基磷酸化－激酶活化一系列磷酸级联      反应－细胞生理或基因表达的改变。

u  传导特点：1) 不需要偶联蛋白（G蛋白），直接由受体本身的酪氨酸蛋白激酶的激活来完成跨膜信号传递。2) 具有自身磷酸化的能力。

第九章  细胞骨架

一、细胞骨架: 电镜下经非离子去垢剂处理后，在细胞质内观察到的一个纤维蛋白网络结构。

◆狭义：细胞质基质中微丝、微管和中间纤维--细胞质骨架。

◆广义：包括膜骨架、细胞质骨架、核骨架  、核纤层和细胞外基质

二、列表比较3种细胞骨架在组成，结构，分布和功能方面的不同（见作业本）

第十章 细胞核与染色体

一、核孔复合物的结构特征和功能

核孔复合体：镶嵌在细胞膜上由多种蛋白质构成的呈圆形或八角形的特殊的跨膜运输蛋白复合体。

u  核孔复合体主要4种结构组分：核质环、胞质环、辐（柱状亚单位  腔内亚单位  环带亚单位）、栓。

u  核孔复合体的功能: 物质交换的双向性、双功能亲水通道

双功能:两种运输方式，被动扩散（自由扩散、协助扩散）和主动运输（生物大分子的核质分配的主要方式，具有高度的选择性）。

双向性：介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒的出核转运。

u  主动运输的选择性主要表现在三方面：  

     1）对运输颗粒大小的限制。 2）这种主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗ATP能量，并表现出饱和动力学特征。3）具有双向性，即核输入与核输出。

u  核定位信号 (nuclear localization signal，NLS) ：引导蛋白质进入细胞核、具有 “定向”、“定位” 作用的信号序列。

核定位信号与信号肽的区别：1、NLS序列存在于亲核蛋白的不同部位，对连接的蛋白质无特殊要求 。2、在指导完成核输入后不被切除。

二、染色质的组成

u  染色质DNA类型：1）蛋白编码序列  2）编码rRNA、tRNA、snRNA 和 组蛋白的串联重复序列。

3）含有重复序列的DNA   4）未分类的间隔DNA。  

u  染色质蛋白：组蛋白和非组蛋白  

1、组蛋白是真核生物染色质的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和 Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可与酸性的DNA紧密结合；主要参加核小体的形成，形成染色质的高级结构。

2、非组蛋白的特性

1）具有多样性：占染色质蛋白的 60~70﹪，代谢周转快，具有种属和组织特异性。包括参与核酸代谢和修饰的酶、HMG蛋白、染色体支架蛋白和基因表达调控蛋白等。

2）能识别特异的DNA序列：通过氢键和离子键。

3）功能多样性：基因表达调控和染色体高级结构形成。

4）非组蛋白含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。

三、核小体的结构特点（由组蛋白核心颗粒和DNA连结线两部分组成）

    1、每个核小体包括DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子组蛋白H₁。

    2、组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心颗粒

3、组蛋白H₁在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。    

4、两个相邻核小体之间以连线 DNA 相连。

5、组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的序列特异性，实验表明，核小体具有自组装（self-assemble）的性质。

6、核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，通过核小体相位改变可影响基因表达 。

四、活性染色质（具有转录活性）的特性

1、活性染色质具有DNase I 超敏感位点

2、活性染色质在生化上具有特殊性：1）很少有组蛋白H1结合；2）4种核心组蛋白乙酰化程度高；3）核小体组蛋白H₂B很少被磷酸化；4）核小体组蛋白H₂A在许多物种很少出现变异；5）HMG14和HMG17为活性染色质所特有。

3、活性染色质在组蛋白修饰上的特殊性：乙酰化一般是活性染色质的标志，而甲基化和磷酸化则在活性染色质和非活性染色质中都有

五、染色体DNA的三种功能元件：1、自主复制DNA序列 2、着丝粒DNA序列  3、端粒DNA序列

   

第十二章 细胞增殖及其调控

一、细胞周期中各个不同时相及其主要事件

1、G₁期：多种物质如蛋白质、RNA、碳水化合物、脂类等的合成，为细胞生长和染色质复制进行物质准备。

2、S期： 1）DNA复制与组蛋白的同步合成；2）核小体组装成串珠结构。

3、G₂期：继续合成一定数量的蛋白质和RNA分子。

4、M期：即细胞分裂期，真核细胞的细胞有丝分裂（mitosis）和减数分裂（meiosis）。

u 有丝分裂过程

1、前期：第一个特征：染色质开始浓缩 ；第二个特征：中心体分裂极的确立与纺锤体开始装配;晚前期，

动粒形成;核仁解体、核膜消失标志着前期结束前中期的开始。.

2、前中期：1）染色体进一步凝聚凝缩，变短变粗；随着动粒的形成，纺锤体进一步装配；

           2）染色体通过动粒附着于纺锤体微管并移向赤道板。

3、中期：所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期。（着丝粒微管动态平衡形成的张力确保了染色体正确排列在赤道板上）

4、后期：姊妹染色单体分开并移向两极的时期，当子染色体到达两极后，标志这一时期结束。（后期 A：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。后期 B：极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。）

5、末期：1）核膜开始重新组装 。2）高尔体和核糖体重新形成并生长。3）核仁也开始重新组装，RNA 合成功能逐渐恢复，有丝分裂结束。

u 减数分裂过程

1）前期 I

①细线期：又称为凝缩期。染色质凝缩成细丝状，具有念珠状的染色粒。

②偶线期：又称配对期。同源染色体配对，即联会，形成联会复合体。

③粗线期：又称为重组期。同源染色体配对完成，染色体进一步缩短、变粗，结合紧密，非姊妹染色单体之间发生交叉和交换，合成减数分裂专有的组蛋白。

④双线期：染色体进一步缩短。联会的染色体相互排斥、开始分离，联会复合体解体。

⑤终变期： 染色体变短、变粗，形成短棒状结构，是观察染色体的良好时期。

2）中期 I：仁消失，核被膜解体，标志前期I结束进入中期I

①纺锤体组装（类似有丝分裂）。②染色体排列在赤道面上。

3）后期 I：两条同源染色体分开，分别向两极移动，每一染色体有两个染色单体

4）末期 I：胞质分裂和减数分裂间期

1、前期 II：与有丝分裂的前期一样，每个染色体具有两条染色单体。

2、中期 II：染色体排列在赤道板上，纺缍丝附着在着丝粒上。

3、后期 II：着丝粒纵裂，姐妹染色单体由纺缍丝拉向两极。

4、末期 II：4 个子细胞形成。

二、与有丝分裂直接相关的亚细胞结构

u 中心体：一种与微管组装和细胞分裂密切相关的细胞器；两个相互垂直的中心粒（9 组三联体微管组成）和周围不定形物组成；在细胞分裂中能够进行自我复制。

u 动粒与着丝粒：动粒又称着丝点，是附着于着丝粒上的一种细胞结构，着丝粒是染色体主缢痕部位的染色质。动粒是着色粒三个结构域之一（动粒结构域、中央结构域和配对结构域）；动粒外侧附着纺锤体微管，每条中期染色体上含有两个动粒。

u 纺锤体：由微管和微管结合蛋白组成一种动态、临时性细胞装置，在分裂细胞中牵引染色体的运动。

纺锤体有三种微管结构：① 极体微管：负责将两极推开。

② 着丝点微管：由中心体发出，连接在着丝点上，负责将染色体牵引到纺锤体上。

③ 星体微管：由中心粒放射出来的微管。植物没有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。

※参与中心体的分离和染色体移动的马达蛋白：驱动蛋白、动力蛋白。

三、减数分裂的特点：

1）减数分裂I发生同源染色体分离，导致染色体数目减半。

2）较长、变化复杂的前期I 是减数分裂的另一显著特征。

四、细胞周期的调控

u 成熟促进因子（MPF）：MPF是细胞分裂促进因子，具有恢复细胞分裂的能力，主要活动于M期，在S期基本处非活性状态。MPF由两个亚基组成：Cdc2蛋白和周期蛋白（大的调节亚基）。当两者结合后并被特定蛋白质激活才能表现出激酶活性，其中，Cdc2为其催化亚单位，周期蛋白为其调节亚单位。

u 周期蛋白：周期蛋白在细胞周期不同时期出现和表达，影响细胞周期进程；不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时间不同，并与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶活性

u  CDK：Cdc 与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)。Cdc2是第一个被发现的蛋白激酶，又被称为CDK1，可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。

u  CDKI：CDK激酶抑制物，对CDK激酶活性起负性调控。

u  G₂/M期转化与CDK₁激酶的关键性调控作用

①CDK₁激酶即MPF或 p34^cdc2激酶，由p34^cdc2(或p34^cdc28）蛋白和周期蛋白B结合而成。  ②p34^cdc2蛋白在细胞周期中的含量相对稳定，而周期蛋白B的含量则成周期性变化。   ③周期蛋白B从G1晚期开始合成，经S期到G2期含量最大，CDK1活性也随之变化。  ④CDK1通过使某些蛋白质磷酸化，改变下游的某些蛋白质的结构并启动其功能，实现对细胞周期的调节；

u  APC：后期促进因子，在M的中期当 MPF 活性达到最高时，激活APC。介导两类蛋白降解: Anaphase Inhibitors 和Mitotic Cyclin。前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。 

第十三章 程序化细胞死亡与细胞衰老

一、细胞凋亡

细胞凋亡是一个主动的、由基因决定的自动结束生命过程，是生物为更好适应环境进行的程序性细胞死亡

※动物细胞的死亡方式主要包括：1）凋亡；2）坏死；3）自噬。

1、重要特征：1）质膜保持完整，内含物不外泄，不引发机体炎症反应；

             2）需要ATP提供能量，是一个耗能的过程。

2、生物学作用：① 清除没有用的细胞：这种细胞大多在发育早期阶段死亡；

               ② 清除多余细胞：在发育过程中某些细胞产生过多，则多余细胞死亡；

               ③ 清除发育不正常的细胞；

               ④ 清除已完成任务的细胞；

               ⑤ 清除有害的细胞。

3、生理意义：1）动物个体的正常发育、自稳态维持、免疫耐受的形成、肿瘤监控等多种生理及病理过程具有重要意义。

2）细胞凋亡失调会引起多种疾病：细胞凋亡不足会引起肿瘤等疾病；凋亡过度会导致机体免疫功能丧失、自身免疫疾病或炎症如艾滋病。多种急性或慢性疾病如败血病、心肌梗塞、急性肝损伤、帕金森综合症等都与过度细胞凋亡有关

4、形态学特征

① 染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；

② 凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症；

③核酸内切酶活化，导致染色质 DNA 在核小体连接部位断裂，形成约200 bp 整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；

④凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质，但是在坏死细胞中ATP和蛋白质合成受阻或终止；

⑤凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。

二、细胞凋亡和细胞坏死的区别

区别点          细胞凋亡                        细胞坏死

起因           生理或病理性                     病理性变化或剧烈损伤

范围           单个散在细胞                     大片组织或成群细胞

细胞膜         保持完整，一直到形成凋亡小体     破损

染色质         凝聚在核膜下呈半月状             呈絮状

细胞器         无明显变化                       肿胀、内质网崩解

细胞体积       固缩变小                         肿胀变大

凋亡小体       有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬     无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬

基因组DNA     有控降解，电泳图谱呈梯状         随机降解，电泳图谱呈涂抹状

蛋白质合成      有                              无

调节过程        受基因调控                      被动进行

炎症反应        无，不释放细胞内容物            有，释放内容物。

三、细胞衰老

细胞衰老一般是指复制衰老，即体外培养的正常细胞经有 限次数分裂后，停止分裂，形态和生理代谢发生显著变化的现象

1、衰老细胞在形态结构特征

1）细胞核变化：随着分裂的进行，细胞核体积增大、染色质固缩。

2）内质网变化:  内质网成分弥散地分散于核周胞质中，且总量减少。

3）线粒体变化：随年龄增大，线粒体的数量减少，体积增大。

4）致密体生成：溶酶体数目增加体积增大，色素积累，形成老年斑。

5）膜系统变化：膜流动性降低，物质运输功能下降，细胞连接也变异。

6）细胞总变化：水分减少，酶活性降低，细胞萎缩，细胞体积变小。

2、复制衰老机制

1）细胞增殖次数与端粒DNA长度有关：

端粒是染色体末端的一种特殊结构，其DNA由简单的串联重复序列组成。 正常体细胞染色体的端粒DNA会随细胞分裂次数增加而不断缩短，当缩短到一定程度至Hayflick点时，会启动DNA损伤检测点，通过一系列机制导致细胞不可逆地退出细胞周期，走向衰亡。

2） 端粒的长度与端粒酶活性有关

端粒酶是一种反转录酶，由RNA和蛋白质组成。能以自身的RNA为模板合成端粒DNA，避免了随细胞分裂引起的端粒DNA缩短。研究发现，抑制端粒酶的活性能引发癌细胞的衰老，因此端粒被看作细胞的“分子时钟”。在性母细胞、干细胞和肿瘤细胞中，端粒酶具有较高的活性，而在正常体细胞中则活性很低，呈抑制状态。

第十四章细胞分化与基因表达调控

一、细胞分化

u  概念：指个体发育中，由一 种相同类型细胞经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程。

u  实质是基因的差别表达，即通过选择性表达专一性蛋白质导致细胞形态、结构和功能的差异。两个基本机制是细胞分裂的不对称性和细胞间的相互作用。

二、两大类基因

1）管家基因：与细胞分化无关，但与生存密切相关的基因，是所有细胞中均要表达的一类基因，其产物对维持细胞基本生命活动所必需。

2）奢侈基因，或称组织特异性基因：与细胞分化有关，但不影响细胞存活的基因，是不同的类型细胞进行特异性表达的基因，其产物赋予各种细胞特异的形态结构特征和特异功能。

三、干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞，即具有多潜能性（丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能）的细胞。

u 根据分化能力，分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

u 根据个体发育过程中出现的先后次序，可分为胚胎干细胞和成体干细胞。

四、细胞全能性：细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。

五、真核细胞基因表达的调控

   1）转录水平的调控； 2）加工水平的调控；3）翻译水平的调控；4）翻译后水平的调控

启动子是位于基因上游的一个调节区，与RNA聚合酶结合，开启基因转录和调节转录效率

增强子是位于所作用的基因上游或下游的一段调控序列，无论距离长短或是否倒置，均能通过影响启动子而促进转录。

六、肿瘤细胞是动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞，具有转移能力的肿瘤为恶性肿瘤，上皮组织的恶性肿瘤称为癌（也为恶性肿瘤的通用名称）

癌细胞的形态特征

1）核质比显著高于正常细胞，可达1:1；核形态不一，出现巨核、双核或多核现象。核内染色体呈非整倍态，有些染色体缺失；

2）线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生；

3）细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗体

癌细胞的基本生物学特征

1）生长与分裂失去控制：具无限增殖能力，成为“永生” 细胞。

2）具有侵润性和扩散性：

   ---癌细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散性，这也是恶性肿瘤细胞（癌

       细胞）与良性肿瘤的最大区别。 

   ---分化程度低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞的结构和功能。

3）细胞间相互作用改变：表达一些水解酶类，异常表达表面抗原，破坏原有的细胞识别，不断产生新的细胞连接。

4）基因表达及其调控方式改变：纤连蛋白减少、蛋白激酶Src转录因子Myc等过表达，且产生一些胚胎细胞蛋白；具有较高端粒酶活性；呈现出异质性特征。

癌基因：控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式， 能引起正常细胞癌变。它存在于人类、动物细胞及致癌病毒基因组内。正常细胞内为生长因子、生长因子受体、信号转导组分、细胞周期蛋白、细胞凋亡调节蛋白、转录因子、DNA修复蛋白基因。

抑癌基因：正常细胞基因组内存在的抑制肿瘤发生的基因。正常情况下，抑癌基因对细胞增殖有负调控作用、编码蛋白常在细胞周期检验点上阻止周期进程。这类基因的功能是抑制细胞生长和促进细胞分化。

肿瘤干细胞：肿瘤组织中数量稀少的癌细胞，在肿瘤形成过程中充当干细胞的角色，具有自我更新、增殖和分化的潜能，在肿瘤的发生、发展、复发和转移中起着重要作用。

第十五章  细胞社会的联系 --细胞连接、细胞黏着和细胞外基质

一、细胞连接是细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞支架蛋白和细胞基质形成的细胞与细胞间、细胞与细胞外基质间的连接结构

（一）  封闭连接（紧密，间壁连接在无脊椎动物）

紧密连接是封闭连接的主要形式，由围绕在细胞四周的“焊接线”（ 嵴线）形成。相邻细胞的嵴线相互交联封闭了细胞之间的间隙。

分布：一般存在于上皮细胞之间，是小肠上皮细胞之间的闭锁区琙。

结构：1）相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。       

2）  连接区域具有嵴线，由串联的跨膜蛋白组成，可阻止水分子通过。    

功能：1）形成渗透屏障，起重要的封闭作用；它能封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，存在于上皮细胞间、血管内皮细胞间， 如脑血屏障和睾血屏障。

            2）形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散屏障，维持上皮细胞的极性，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能。

    3）具有一定的支持功能。

（二）锚定连接（承受机械压力）

两大类组成蛋白

细胞内锚蛋白：形成独特的盘状致密斑（胞质斑），一侧与细胞内的骨架纤维如中间丝或微丝相连，另一侧与跨膜粘连蛋白相连。   

 跨膜粘连蛋白：属跨膜蛋白，一端与胞内锚蛋白相连，另一端与胞外基质蛋白或与相邻细胞跨膜粘蛋白相连。

根据参与细胞骨架纤维的不同锚定连接有两种不同的形式:

u与中间丝相连的锚定连接，主要包括：

      桥粒：细胞与细胞间；最明显的形态特征是细胞内锚蛋白形成独特的盘状胞质致密斑。一侧与细胞内中间丝相连，另一侧与跨膜粘连蛋白相连，相邻细胞之间形成纽扣状结构。

半桥粒：细胞与胞外基质间。半桥粒的跨膜粘连蛋白为整联蛋白，与整联蛋白相连的胞外基质是层粘连蛋白，将上皮细胞固着在基底膜上。

u 与肌动蛋白丝相连的锚定连接，主要包括：

      粘合带：细胞与细胞间；位于上皮细胞紧密连接的下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构，通过钙粘蛋白（跨膜连接糖蛋白）形成胞间横桥相连接。介于紧密连接与桥粒之间，也称中间连接，在动物胚胎发育中参与神经管形成。

粘合斑：细胞与胞外基质间。跨膜粘连蛋白是整联蛋白，常分布于肌肉、肌腱处（维持细胞运动中的张力和细胞内信号传导）。

（三）通讯连接

      u间隙连接（分布非常广泛，几乎存在于所有的动物组织中）；

结构：基本单位称连接子，由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成， 中心形成一个可调节的的亲水性通道，相邻细胞膜上两个连接子对接形成一个完整的间隙连接结构。

功能：细胞代谢偶联基础、神经冲动传导快速实现与调节、影响胚泡和早期胚胎发育。

u神经细胞间的化学突触；由突触前膜、突触后膜、突触间隙三部分组成。突触前神经元的突起末梢膨大呈球形，称突触小体。突触小体内有突触小泡，内含神经递质。  

u植物细胞中的胞间连丝。由穿过植物细胞壁的原生质构成，中央有连丝小管。其通透性可调节。功能为实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运；实现细胞间的电传导； 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。

二、细胞粘着及其分子基础

同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征

三种方式识别和黏着：同亲型结合（同种分子）、异亲型结合（不同分子）和依赖性结合（同种分子+其他衔接分子）。

细胞粘着分子均为整合膜蛋白，多数依赖Ca²⁺或Mg²⁺，化学本质为糖蛋白：

①钙黏蛋白，同亲性依赖Ca²⁺的细胞粘着糖蛋白

②选择素，异亲性、作用依赖于Ca²⁺

③免疫球蛋白超家族，同亲性或异亲性，不依赖Ca²⁺

④整联蛋白家族，亲异性细胞粘附分子，作用依赖于Ca^2＋

三、细胞外基质

概念：分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构

主要成分：

胶原，细胞外基质中最基本的成分之一，不溶于水

1）胶原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。

2）参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。

弹性蛋白主要存在于脉管壁及肺部，少量存在于皮肤、肌腱及疏松结缔组织中；与胶原纤维协同，赋予组织弹性和抗张性

糖胺聚糖

         1） 填充了胞外基质的大部分空间，为组织提供了机械支撑

   2） 赋予组织一定的抗压性，在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用。

       3） 它使细胞保持彼此分离，使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化。

蛋白聚糖

由糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白(的丝氨酸残基共价连接形成的巨型分子见于所有结缔组织、胞外基质及许多细胞表面为细胞外的激素富集与储存库，与多种生长因子结合，完成信号的传导。