细胞生物学提要.pptx

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1、细胞是生命活动的基本单位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第1页/共279页细胞的基本共性由脂蛋白体系的生物膜；DNARNA遗传装置；蛋白质合成的机器核糖体一分为二的方式进行分裂第2页/共279页原 核 细 胞(prokaryotic cell)最基本的特点：基因组遗传信息量小，一个环状DNA 细胞内没有膜相结构，没有专门的细胞器和细胞核；主要代表：支原体（mycoplast）最小最简单的细胞；细菌蓝藻（又称蓝细菌）（Cyanobacteria）第

2、3页/共279页最小、最简单的细胞支原体支原体（mycoplast）0.10.3m，仅为细菌的十分之一具有细胞的特征：能在培养基上生长 具有典型的细胞膜 一个环状的DNA mRNA和核糖体 一分为二的分裂繁殖方式第4页/共279页真核细胞(eukaryotic cell)结构体系生物膜结构系统遗传信息表达系统细胞骨架系统第5页/共279页原核细胞与真核细胞的主要差异特征原核细胞真核细胞形态结构细胞核拟核核膜、染色质、核仁、核基质内膜系统无内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡等线粒体、叶绿体无有细胞骨架无有细胞壁氨基糖、壁酸植物细胞纤维素、果胶遗传结构和功能DNA1分子，几千基因2个以上，数万以上基

3、因染色质裸露组蛋白、核小体、非组蛋白DNA复制无周期明显的周期性基因表达同时同地进行不同时段、不同区域大分子的加工无修饰细胞分裂无丝分裂有丝分裂、减数分裂第6页/共279页植物细胞与动物细胞的比较细胞壁 液泡 叶绿体 第7页/共279页细胞形态结构的观察方法光学显微镜技术（LM）电子显微镜技术(EM)：TEMSEM扫描遂道显微镜(STM)第8页/共279页几种显微镜观察样品大小的范围 1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 0.1nm光学显微镜电子显微镜扫描隧道显微镜第9页/共279页普通复式光学显微镜技术分辨率(D)是指区分开两个质点间的最小距离决定LM分

4、辨率的三要素 物镜镜口角（）入射光波长（）界质折射率（N）第10页/共279页荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）荧光显微镜的应用不同的荧光染料激发后可发出不同的荧光，可用不同的荧光剂对同一标本染色，使细胞的不同成分呈现不同的颜色；在光镜水平用于特异蛋白质的定性和定位；如绿色荧光蛋白(GFP)的应用光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位的最有力工具第11页/共279页光学显微镜技术光学显微镜技术主要特点主要特点突出优点突出优点荧光显微镜荧光显微镜样品进行荧光标记样品进行荧光标记只有激发荧光可以成像只有激发荧光可以成像激光共焦点扫描显微镜激光共焦点扫描显微镜光通过一

5、个小孔或裂隙光通过一个小孔或裂隙后成像，只有焦平面后成像，只有焦平面能成像能成像图像异常清晰，分辨率图像异常清晰，分辨率提高提高1.41.41.71.7倍倍相差显微镜相差显微镜增加一块增加一块“相差板相差板”夸夸大样品密度相位差大样品密度相位差不需染色，可观察活体不需染色，可观察活体微分干涉显微镜微分干涉显微镜棱镜折射，增加样品密棱镜折射，增加样品密度的明暗区别度的明暗区别增加了反差，更具立体增加了反差，更具立体感感暗视野显微镜暗视野显微镜黑背景下，利用散射光黑背景下，利用散射光观察观察细胞及细胞器边缘轮廓细胞及细胞器边缘轮廓清晰清晰倒置显微镜倒置显微镜照明系统与物镜颠倒位照明系统与物镜颠倒位

6、置置增加集光器与载物台的增加集光器与载物台的距离，可观察培养容距离，可观察培养容器器录像增差显微镜录像增差显微镜计算机辅助微分干涉显计算机辅助微分干涉显微镜微镜提高分辨率，可观察颗提高分辨率，可观察颗粒的运动粒的运动第12页/共279页光学显微镜与电子显微镜的基本区别光学显微镜光学显微镜电子显微镜电子显微镜分辨本领分辨本领可见光：可见光：200nm紫外光：紫外光：100n接近接近0.1nm光源光源可见光（波长可见光（波长400700nm）紫外光（波长约紫外光（波长约200nm）电子束（波长电子束（波长0.010.9nm）透镜透镜玻璃透镜玻璃透镜电磁透镜电磁透镜真空真空不要求真空不要求真空1.3

7、31011.33104 pa成像原理成像原理利用样品对光的吸收形成明暗利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化反差和颜色变化利用样品对电子束的散射和透利用样品对电子束的散射和透射形成明暗反差射形成明暗反差电镜的限制：不能观察活的生物样品；难以观察细胞的全貌；第13页/共279页主要电镜制样技术超薄切片技术用于电镜观察的基本样本制备负染色技术 染色背景，衬托出样品的精细结构冰冻蚀刻技术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快速冷冻深度蚀刻技术（quick freeze deep etching）电镜三维重构技术：电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合第14页/共27

8、9页扫描电镜样品处理 CO2临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力 喷镀一层金膜表面良好的导电性。第15页/共279页扫描隧道显微镜 STMSTM （scanning tunnel microscopescanning tunnel microscope）原理：量子力学中的“隧道效应”。其关键部件是一个加上一定电压的精密探针。探针接近物质时，因“隧道效应”而飞出电子，从而产生电流；当表面原子凸凹不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，电流因而随之变化。第16页/共279页扫描隧道显微镜特点分辨本领高，（横向分辨率为0.10.2nm，纵分辨率可达0.001nm）；可在真空、大气、液体等多种条

9、件下工作；非破坏性测量。用途可直接观察生物大分子的原子布阵和一些生物结构的原子排列。纳米生物学研究领域中的重要工具。第17页/共279页差速离心差速离心 特点 介质密度均一；速度由低向高，逐级离心。沉降顺序 核线粒体溶酶体与过氧化物酶体内质网与高基体核蛋白体。用途 分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯度离心再行分离纯化。第18页/共279页密度梯度离心密度梯度离心各种成分的沉降速率与它们的形状和大小有关，通常以沉降系数（S）表示。类型：速度沉降、等密度沉降。常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。第19页/共279页速度沉降速度沉降特点 介质密度较低，介质的最大密

10、度应小于被分离生物颗粒的最小密度。原理 介质密度梯度平缓，分离物按各自的沉降系数以不同的速度沉降而达到分离。第20页/共279页等密度沉降等密度沉降特点 介质密度高，陡度大，介质最高密度大于被分离组分的最大密度。力场比速率沉降法大10100倍，需要高速或超速离心。原理 样品各成分在连续梯度的介质中经过一定时间的离心则沉降到与自身密度相等的介质处，并停留在那里达到平衡，从而将不同密度的成分分离。第21页/共279页常用细胞化学方法常用细胞化学方法方法显示物质颜色Feulgen反应反应DNA红色PAS反应多糖紫红色联苯氨反应过氧化氢酶棕色脂溶染色法脂溶染色法脂滴黑色茚三酮反应茚三酮反应：蛋白质蓝色

11、第22页/共279页流式细胞仪细胞分散并对待测成分进行特异染色；悬滴中的细胞一个一个依次通过检测器；检测器可测定每个细胞中待测成分的含量；不同表面标记的细胞所带电荷情况不同产生不同偏转，实现细胞的分选。第23页/共279页基本概念基本概念原代培养（primary culture）：指直接从机体，特别是幼小动物机体取出的细胞进行的培养，一般指传代10代以内的培养物。传代培养（subculture）：是指细胞从一个培养瓶以一定比例转移接种到另一培养瓶的培养。第24页/共279页基本概念基本概念细胞株（cell strain）：从培养细胞中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。细胞系（cell lin

12、e）：来源于原代培养物，在培养过程中发生突变或转化的细胞，在培养条件下可无限传代的细胞。克隆（clone）：亦称无性系。指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。第25页/共279页植物细胞培养植物细胞培养原生质体培养 培养脱壁后的细胞 单倍体培养 通过花药或花粉培养可获得单倍体植株。第26页/共279页细胞融合细胞融合（cell fusion）通过培养和介导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞 同核体：相同基因型的细胞融合而成。异核体：不同基因型的细胞融合而成。自发融合：同种细胞在培养过程中自发合并的现象。诱发融合：异种间的细胞必须经诱导剂处理才能融合。融合因子：生物方法

13、（灭活的病毒）、化学方法（PEG）、物理方法（电击和激光）。第27页/共279页单克隆抗体技术原理：B淋巴细胞能分泌特异抗体，但不能长期培养，瘤细胞可以在体外长期培养，但不能分泌特异抗体。于是Kohler和Milstein 1975将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获1984年诺贝尔奖。第28页/共279页Preparation of hybridomas that secrete monoclonal antibodies against a particular antigen(X).Theselectivegrowthmediumusedcontainsaninhibitor(ami

14、nopterin)thatblocksthenormalbiosyntheticpathwaysbywhichnucleotidesaremade.Thecellsmustthereforeuseabypasspathwaytosynthesizetheirnucleicacids,andthispathwayisdefectiveinthemutantcelllinetowhichthenormalBlymphocytesarefused.Becauseneithercelltypeusedfortheinitialfusioncangrowonitsown,onlythehybridcel

15、lssurvive.Monoclonal Antibodies第29页/共279页HAT培养基HAT培养基次黄嘌呤（hypoxantin）氨基蝶呤（aminopterin）胸腺嘧啶脱氧核苷（thymidin）细胞内核苷酸的合成有从头合成途径和扑救途径。由于氨基蝶呤可阻碍起始合成途径，所以培养基中含有它时，细胞便只能依赖补救途径。嘌呤的中间合成途径缺失株（HGPRT-）和嘧啶的中间合成途径缺失株（TK-），由于可以互补，所以两者的杂种细胞，即使在氨基蝶呤的存在条件下也可以增殖。第30页/共279页模式生物的意义由于基因在进化上的保守性和遗传密码的通用性，从一种实验生物得到的有关基因性质或功能方面

16、的信息往往也适用于其它生物，因此我们有可能选择更适于回答细胞生物学问题的模式生物进行研究。第31页/共279页模式生物的特点个体较小；容易培养；操作简单；生长繁殖快；第32页/共279页v细胞质膜(plasma membrane)又称细胞膜(cell membrane)：是指围绕在细胞最外围，由脂质和蛋白质组成的生物膜v生物膜(biomembrane)细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜第33页/共279页质膜主要结构模型(a)Davson和Danielli双分子片层模型（1935）(b)Singer和G.Nicolson流动镶嵌模型（1972）(c)目前盛行的膜的结构模型第34页/共279页目

17、前对生物膜结构的认识 组织者膜脂 功能执行者膜蛋白 膜脂与膜蛋白的相互作用 第35页/共279页特性：双极性分子结构：脂质双分子层膜的成分膜脂v磷脂甘油磷脂鞘磷脂v糖脂v胆固醇第36页/共279页脂质体（liposome）根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。第37页/共279页膜的成分膜蛋白膜内在蛋白（整合膜蛋白）膜外在蛋白（膜周边蛋白）脂锚定膜蛋白 第38页/共279页uu离子型去垢剂(SDS)uu非离子型去垢剂（Triton X-100）去垢剂两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。第39页/共279页膜的流动性膜脂流动性脂肪酸长度、饱和度；温度；胆固醇的双重调

18、控；膜蛋白流动性第40页/共279页膜蛋白的流动性荧光抗体免疫标记实验 成斑现象（patching）和成帽现象（capping）荧光漂白恢复技术(光脱色恢复技术FRAP)第41页/共279页膜的不对称性细胞膜各部分名称ESEFPFPS第42页/共279页膜骨架膜骨架（membrane associated cytoskeleton）是质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。血影（ghost）红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳第43页/共279页脂双层的不透性和膜转运蛋白膜转运蛋白 载体蛋白（carrier protein）通道蛋白（carrier protein

19、）第44页/共279页载体蛋白及其功能特异性 构象变化 通透酶（permease）：饱和性和竞争性介导被动运输与主动运输。第45页/共279页跨膜的亲水性通道离子通道离子选择性，可调节性只介导被动运输离子通道与载体蛋白区别：极高的转运效率没有饱和值门控通道通道蛋白及其功能v电压门通道v配体门通道v压力激活通道第46页/共279页配体门控通道(ligand gated channel)特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道蛋白发生构象变化“门”打开，又称离子通道型受体。分类：阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体，阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸受体。第47页/共279页电位门通道(volt

20、age gated channel)特点细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化构象变化“门”打开Na+、K+、Ca2+三种电压门通道结构相似，在进化上是由同一个远祖基因演化而来。第48页/共279页被动运输与主动运输被动运输的特点运输方向（高浓度低浓度）跨膜动力（电化学梯度）膜转运蛋白（通道蛋白、载体蛋白）第49页/共279页简单扩散（simple diffusion）自由扩散（free diffusion）特点沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散不需要提供代谢能没有膜蛋白的协助物质的通透率 取决于分子大小和分子的极性 第50页/共279页协助扩散（facilitated diffusion）（促

21、进扩散、易化扩散）特点 转运速率高 特异性 饱和性第51页/共279页主动运输（active transport）由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式 特点能量必须与细胞内某种释放能量的过程相偶联载体蛋白构象变化，影响亲和力的改变 vATP驱动泵：ATP酶v偶联转运蛋白（协同转运）v光驱动泵 第52页/共279页ATP驱动离子泵P型离子泵V型质子泵F型质子泵ABC超家族第53页/共279页P型离子泵-钠钾泵（Na-kATPase）结构 亚基、亚基机制 Na依赖的磷酸化 k依赖的去磷酸化 意义质膜两侧Na、k不均匀分布有助于维持动物细胞的渗透平衡；胞外高浓度的Na代表了

22、大量的能量储存；驱动转运溶质进入细胞；第54页/共279页P-型质子泵-钙泵（Ca2ATPase）分布：细胞膜和内质网膜上意义：维持胞质低钙离子浓度P-型质子泵（HATPase）v植物细胞、细菌、真菌（包括酵母）的 质膜上建立和维持H梯度。v哺乳类胃的泌酸细胞质膜上将H泵出，将K 泵进。第55页/共279页V-型质子泵和F-型质子泵共同点只转运质子；不发生自磷酸化V-type 膜泡质子泵（vacuolar proton pump）存在于各类小泡膜上水解ATP逆浓度转运H到细胞器内，维持细胞器内酸性F-type 利用质子动力势合成ATP，也叫H ATP合成酶分布于线粒体内膜、植物细胞类囊体膜、细

23、菌质膜第56页/共279页协同转运（cotransport）协同转运是由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式能量来源膜两侧离子的电化学浓度梯度动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。分类 同向运输（symport）对向运输（antiport）第57页/共279页胞吞作用和胞吐作用膜泡运输大分子与颗粒性物质的跨膜主动运输第58页/共279页 胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别第59页/共279页受体介导的胞吞作用批量内吞和受体介导的内吞受体介导的内吞作用 选择浓缩机制低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素

24、等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。第60页/共279页分选机制 分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定转运途径 粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面胞吐作用第61页/共279页胞吐作用的类型组成型胞吐作用 所有真核细胞 意义：质膜更新；胞外基质成分；营养成分或信号分子 连续分泌过程调节型胞吐作用特化的分泌细胞 意义：产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存刺激释放第62页/共279页线粒体的超微结构 两层单位膜套叠而成的囊状结构（外膜57nm；内膜6nm）；外膜内膜膜间隙内室嵴基本微粒（基粒）第63页/共279页电子传递链（呼吸链）electr

25、ontransport chain定义线粒体内膜上有序排列的有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，由一系列可逆地接受和释放电子或H的成分组成。2条呼吸链长呼吸链，即NADH呼吸链；短呼吸链，即FADH2呼吸链；组成：4个功能复合物：包埋于线粒体内膜中；Co.QcytC：可流动的递氢体和递电子体。第64页/共279页ATP合成酶的分子结构与组成ATP合成酶广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。ATP合成酶一般分布在线粒体内膜、类囊体膜或质膜上；功能氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。ATP合成酶是线粒体氧化磷酸化和叶绿体光合磷酸化偶联的关键装

26、置，也是合成能源物质ATP的关键装置。第65页/共279页ATP合成酶头（F1因子，F1ATPase）由5种多肽组成33复合体具有三个ATP合成的催化位点（每个亚基具有一个）。柄部（寡霉素敏感性蛋白）基片（F0因子）三种多肽组成ab2c12复合体，嵌入内膜12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。第66页/共279页氧化磷酸化作用与电子传递的偶联氧化磷酸化当电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程。呼吸链上有3个部位的自由能变化较大，是呼吸链中氧化还原释放能量并与ADP磷酸化生成ATP偶联的部位。NADH辅酶Q；细胞色素b细胞色素c；细胞色素a

27、a3分子氧。第67页/共279页氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说的主要内容：呼吸链各组分不对称分布，电子在膜中沿呼吸链传递时，所释放的能量将H从线粒体基质侧泵到膜间隙，产生质子梯度，即质子动力势，在此梯度驱动下，H穿过内膜上的ATP合成酶流回基质，其能量促使ADP和Pi合成ATP。第68页/共279页化学渗透假说的特点强调线粒体膜结构的完整性保证质子动力势的形成。解偶联剂的作用机制部分在于改变膜对H的通透性。定向的化学反应H定向从基质到膜间隙，形成梯度；H从膜间隙通过ATP合成酶；第69页/共279页ATP合成酶的作用机制1979年Boyer P提出构象耦联假说。其要点如下：1ATP酶利用质子

28、动力势，发生构象变化，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。2F1具有三个催化位点，在特定的时间，三个催化位点的构象不同（L、T、O），与核苷酸的亲和力不同。3质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动亚基旋转，由于亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。第70页/共279页质体质体植物细胞具有独特的细胞器叶绿体（chloroplast）有色体（chromoplast）白色体（leucoplast）第71页/共279页叶绿体的结构叶绿体的结构由3部分组成：外被（chloroplast env

29、elope）类囊体（thylakoid）基质（stroma）含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔 第72页/共279页叶绿体基质中，由单位膜封闭形成的扁平小囊。基粒类囊体：类囊体片层垛叠而成；基质类囊体：类囊体片层不垛叠，贯穿于基粒之间；类囊体第73页/共279页叶绿体的主要功能叶绿体的主要功能光合作用光合作用光合作用：叶绿体吸收光能，利用水和光合作用：叶绿体吸收光能，利用水和CO2CO2合合成糖类等有机化合物，同时释放氧的过程。成糖类等有机化合物，同时释放氧的过程。光合作用基本过程v光反应：原初反应；电子传递和光合磷酸化；v暗反应：（碳同化）第74页

30、/共279页光反应光能不稳定的化学能需要光能，所吸收的光能被用来生成ATP，水分子裂解产生O2和H，H则被用来还原NADP，形成NADPH。类囊体膜上进行。原初反应；电子传递和光合磷酸化；第75页/共279页暗反应碳同化不稳定的化学能稳定的化学能不需要光能，利用光反应生成的ATP和NADPH使CO2还原，合成碳水化合物。在叶绿体基质中进行。第76页/共279页原初反应：叶绿素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程。包括光能的吸收、传递、与转换。反应过程：光能捕光色素分子反应中心光能的吸收与传递光能化学能原初反应第77页/共279页色素分子色素分子天线色素：（捕光色素分子）只能吸收聚集光

31、能和传递激发能给反应中心的作用，无光化学活性。包括全部叶绿素b、大部分叶绿素a、胡萝卜素和叶黄素。反应中心色素：既是光能的捕捉器，又是光能的转换器，可将光能转换为电能。特殊状态的叶绿素aP680（PS）P700（PS）第78页/共279页光合作用单位光合作用单位由捕光色素和反应中心构成，是进行光合作用的最小结构单位。反应中心组成 反应中心反应中心PSPSPSPS中心色素分子中心色素分子ChlChlP700P700P680P680原初电子供体原初电子供体D DPCPCH H2 2O O原初电子受体原初电子受体A AFdFdPQPQ第79页/共279页电子传递和光合磷酸化 电子传递光合链由光系统和

32、光系统协同（接力）完成。PS PS H2Ocytbf复合物NADP最终将电子传递给NADP，生成NADPH。伴随着电子传递，把类囊体膜外的H不断地转运到类囊体腔中，使膜内外两侧形成H浓度差。第80页/共279页电子传递与光合磷酸化光系统发生光化学反应：产生强氧化剂P680+，弱还原剂Ph-。水光解，产生两个质子，电子由Mn、Z传给P680+释放出氧。Ph-把电子传递给QA、QB电子传递体：PQCytbf复合物 PC结果：基质中的一对质子被泵至类囊体腔光系统发生光化学反应：产生弱氧化剂P700+，强还原剂A0。P700+接受PC中的电子，经A0、A1、铁硫蛋白传至铁氧还蛋白（FD），最终把电子传

33、给NADP+生成NADPH。第81页/共279页 光合磷酸化定义：由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。光合作用将CO2同化为有机物质，是通过光合磷酸化产生的ATP和NADPH的换能作用实现的。机制：在类囊体膜两侧形成的质子电动势差，推动H回流，途径是膜中的CF0到膜外的CF1，从而发生磷酸化作用。第82页/共279页光合磷酸化的类型光合磷酸化的类型非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化 开放的通道；开放的通道；PSPS和和PSPS；产物：产物：2ATP2ATP，NADPHNADPH，水的光解。，水的光解。2 2个磷酸化位点，仅产生个磷酸化位点，仅产生2.42.4个个ATP

34、ATP，需循环式光合磷酸化作用补充。，需循环式光合磷酸化作用补充。循环式光合磷酸化循环式光合磷酸化 闭合的通道；闭合的通道；PSPS；产物：产物：ATPATP；第83页/共279页光合磷酸化与氧化磷酸化的异同项目相同点不同点光合磷酸化氧化磷酸化进行部位均在膜上进行类襄体膜线粒体内膜ATP形成均经ATP合成酶形成在膜外侧在膜内侧电子传递均有一系列电子传递体在光合链上在呼吸链上能量状况均有能量转换来自光能的激发，贮藏能量来自底物的分解，释放能量H2O的关系均与H2O有关H2O的光解H2O的生成质子泵均有质子泵产生PQ穿梭将H+泵到膜内UQ穿梭将H+泵到膜外第84页/共279页光合碳同化光合碳同化活

35、跃的化学能（ATP，NADPH）稳定的化学能（储存于糖中）卡尔文循环（C3途径）是唯一的可合成碳水化合物的根本途径。但C3途径要求CO25105ml/L，否则反应停止；在CO2浓度较低情况下固定CO2的问题C4途径景天科酸代谢第85页/共279页光反应和暗反应的比较场所场所条件条件物质物质变化变化能量变化能量变化光反应光反应暗反应暗反应基粒类囊体上基粒类囊体上基质中基质中光、色素、酶光、色素、酶多种酶多种酶水的光解水的光解CO2 的固定、还原的固定、还原光能光能 活跃化学能活跃化学能产物产物O2 ATP NADPH糖类稳定的化学能糖类稳定的化学能(CH2O)n H2O ADP NADPADP+

36、Pi ATPNADP NADPH第86页/共279页C4C4途径途径固定CO2的最初产物是草酰乙酸。特点：在叶脉周围有一圈含叶绿素的维管束鞘细胞，其外面环列着叶肉细胞对CO2的固定由两类细胞配合完成。利用的效率特别高，即使CO2浓度低，也可以固定CO2。C4植物，如玉米、甘蔗、高粱等。第87页/共279页景天科酸代谢（CAM）干旱地区，CAM植物；夜间吸收CO2，生成草酰乙酸苹果酸；白天草酰乙酸从苹果酸中氧化脱羧释放出来，参与卡尔文循环。第88页/共279页线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 线粒体和叶绿体的生长和增殖受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制。第89页/共279页线粒体和叶绿体

37、 蛋白质的运送与装配由核基因编码，在细胞质核糖体上合成的线粒体和叶绿体蛋白，需运送至线粒体和叶绿体各自的功能部位上进行更新和装配。线粒体内膜上存在内外膜接触点，蛋白质可一次进入基质。蛋白质的转运装置转位因子由两部分构成膜上受体蛋白质通过的孔道蛋白质合成定位的特点后转移方式 先合成前体形式，然后运输到线粒体或叶绿体内。第90页/共279页前体蛋白=成熟蛋白+导肽转运前的状态：伸展的前体蛋白；转运后的状态:信号序列在导肽酶的作用下，被切除，形成的成熟蛋白重折叠。被转运蛋白所到达的特定部位：外膜、内膜、膜间隙、基质。进入不同部位的蛋白具有不同的转运途径。第91页/共279页导肽导肽导肽 前体蛋白N端

38、的蛋白质信号序列，能牵引蛋白质通过线粒体膜，转运到位后被水解切除。导肽的特点多位于N端，约由20个氨基酸，富含精氨酸、带羟基的氨基酸。形成一个两性的螺旋，带正电荷的亲水氨基酸和不带电荷的疏水氨基酸分别位于的两侧。有识别线粒体的信息，但对转运的蛋白质无特异性的要求。第92页/共279页线粒体和叶绿体的起源内共生假说 线粒体是由共生于原始真核细胞内的细菌演变而来。非共生假说 线粒体的发生是质膜内陷的结果。非共生假说的依据：1.细菌的中膜体与线粒体非常相似均为凹陷的细胞膜。2.质粒DNA与线粒体DNA比较有许多相似之处。第93页/共279页细胞质基质的涵义基本概念 细胞质基质是细胞质内除细胞器和内含

39、物以外的、较为均质和半透明的胶状物质。生物化学家称之为胞质溶胶。成分极其庞杂 中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构、大量的蛋白质和RNA分子。特点高度有序的体系 多酶复合体 锚定于细胞骨架上 附着于生物膜上 第94页/共279页细胞内膜系统（endomembrane system）内膜系统的定义内膜系统的定义 在结构、功能和发生上相关的，由膜在结构、功能和发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构围绕的细胞器或细胞结构内膜系统的组成内膜系统的组成内膜系统的意义内膜系统的意义 扩大了细胞内的膜面积扩大了细胞内的膜面积 高度分区化高度分区化 膜分化膜分化 内膜系统的特点内膜系统的特点 动态结构，具有流动

40、性、镶嵌性、不动态结构，具有流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质的极性对称性和蛋白质的极性 第95页/共279页内质网(endoplasmic reticulum,ER)由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构内膜系统的发源地使细胞内膜的表面积大增形成了完整封闭体系是细胞内除核酸外的大分子合成基地第96页/共279页内质网的类型糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER）扁囊状，排列整齐，膜表面分布着大量的核糖体rER 是ER与核糖体组成的功能性复合体光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）分支管状，只是内质网连续结构

41、的一部分 微粒体（microsome）第97页/共279页内质网的功能 ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地蛋白质的合成 分泌的蛋白质 膜的整合蛋白 可溶性驻留蛋白脂质的合成 蛋白质的修饰与加工 新生多肽的折叠与装配rER的功能 第98页/共279页分泌蛋白在内质网上合成过程 在游离核糖体上起始多肽链的合成，至80个氨基酸残基信号识别颗粒与信号肽结合合成暂停信号识别颗粒与DP结合；核糖体与内质网膜上的易位子（translocon）结合信号识别颗粒脱离，返回胞质，重新利用肽链穿入内质网腔，合成继续信号肽被腔面上的信号肽酶切除，肽链继续延伸直至完成整个多肽链的合成第99页/共279页sER的功能 类

42、固醇激素的合成类固醇激素的合成 肝细胞中：合成外输性脂蛋白颗粒的基地肝细胞中：合成外输性脂蛋白颗粒的基地 肝细胞葡萄糖的释放（肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG-6P G G）CaCa2 2 浓度的调控浓度的调控 第100页/共279页高尔基体(Golgi Complex)形态 扁平膜囊和大小不等的囊泡极性 位置、方向、物质转运与生化极性组成 高尔基体顺面网状结构（CGN）高尔基体中间膜囊（medial Golgi）高尔基体反面网状结构（TGN）周围大小不等的囊泡（高尔基小泡、分泌泡）结构特点 动态结构 第101页/共279页高尔基体的功能高尔基体与细胞的分泌活动蛋白质的糖基化及其修饰蛋白酶的水解

43、和其它加工过程蛋白质的分选及运输第102页/共279页高尔基体与细胞的分泌活动 转转运运途途径径：分分泌泌性性蛋蛋白白、膜膜蛋蛋白白、溶溶酶酶体体酶酶、胶胶原原纤纤维维等等胞胞外外基基质质等等成成分分都都是是通通过过高高尔尔基基体体完完成成其其定定向转运过程的。向转运过程的。蛋蛋白白质质的的分分类类与与转转运运：蛋蛋白白质质的的分分选选及及其其转转运运的的信信息息仅仅存存在在于于编编码码该该蛋蛋白白质质的的基基因因本本身身，如如分分选选信信号号序列序列 溶酶体酶的分选溶酶体酶的分选：M6PM6P，反面膜囊反面膜囊M6PM6P受体受体 第103页/共279页蛋白质的糖基化及其修饰类型 N-连接糖

44、基化 O-连接糖基化特点 没有模板 分区定位 复杂的加工意义 分选信号 蛋白质的构象和稳定性 蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质 第104页/共279页蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型N-连接糖基化连接糖基化O-连接糖基化连接糖基化合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体合成方式合成方式同一个寡糖前体同一个寡糖前体每个单糖次序加每个单糖次序加与之结合基团与之结合基团NH2（天冬酰胺天冬酰胺）OH(丝氨酸等）丝氨酸等）最终长度最终长度5个糖残基以上个糖残基以上14个糖残基个糖残基首个糖残基首个糖残基N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等第105页/共279页蛋白酶

45、的水解和其它加工过程方式 蛋白原蛋白原在在高尔基体内切除高尔基体内切除N-N-端或两端的序列端或两端的序列 蛋白质前体蛋白质前体在在高尔基体中水解高尔基体中水解生成生成有活性的多肽有活性的多肽 不同信号序列使同一种蛋白质前体不同信号序列使同一种蛋白质前体在在不同细胞、不同细胞、以不同的方式加工以不同的方式加工产生产生不同的多肽不同的多肽意义 确保小肽分子的有效合成确保小肽分子的有效合成 弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号 有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用用第106页/共279页溶酶体形态结构与类型

46、溶酶体酶：溶酶体酶：6060余种，异质性（余种，异质性（heterogenousheterogenous）最适最适pHpH为为5.05.0左右左右 标志酶标志酶酸性磷酸酶（酸性磷酸酶（acid phosphataseacid phosphatase）第107页/共279页溶酶体的结构类型初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）残余小体（residualbody）是否存在作用底物底物来源不同第108页/共279页溶酶体膜的特性膜内侧高度糖基化 膜结构完整膜上

47、H泵 pH5.2膜上载体蛋白 向胞质输送养料第109页/共279页溶酶体的功能基本功能消化作用细胞的自我更新（自噬作用）防御功能作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养其它特殊功能：细胞分泌 顶体反应 细胞凋亡（自溶作用)免疫功能自噬作用：溶酶体与自噬泡融合，将自身的某些结构加以降解。自溶作用：溶酶体膜受损，其内酸性水解酶大量释放到细胞质空间，造成细胞溶解死亡。第110页/共279页溶 酶 体 与 疾 病贮积症：溶酶体酶缺失或异常，导致某贮积症：溶酶体酶缺失或异常，导致某些物质不被消化，而遗留在溶酶体中，些物质不被消化，而遗留在溶酶体中，影响细胞代谢，引起疾病。影响细胞代谢，引起疾病。矽肺：二氧

48、化矽引起的细胞自溶作用矽肺：二氧化矽引起的细胞自溶作用类风湿关节炎：溶酶体膜的脆性致溶酶类风湿关节炎：溶酶体膜的脆性致溶酶体酶泄漏体酶泄漏第111页/共279页溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑溶酶体发生途径 第112页/共279页溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体(peroxisom)又称微体(microbody)形态结构 囊泡结构单层膜围绕，0.5um，圆形、椭圆形或哑呤形

49、 内含物过氧化氢酶（标志酶）依赖黄素（FAD）的氧化酶特点 异质性的细胞器 尿酸氧化酶结晶第113页/共279页 过氧化物酶体的功能 RH2+O2R+H2O2 H2O2+RH2R+H2O动物细胞（肝细胞或肾细胞）解毒作用分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能植物中叶肉细胞，光呼吸反应 种子萌发，乙醛酸循环第114页/共279页过氧化物酶体的发生分裂方式增值，进一步装配成熟膜脂可能在内质网上合成后转运而来蛋白成分在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体 第115页/共279页信 号 假 说信号假说内容分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。

50、指导因子蛋白质N-端的信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）信号识别颗粒的受体（停泊蛋白dockingprotein，DP）等第116页/共279页信号肽与共转移信号肽与信号斑：分泌蛋白开始合成时N端的一段1626个氨基酸残基序列，以此指导分泌蛋白在糙面内质网中的合成和转运，在蛋白质合成结束前被切除 共转移（Cotranslocation）肽链一边合成一边转移到内质网腔中的方式起始转移序列和终止转移序列起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数只有N端信号序列的肽链将进入内质网腔第117页/共279页导肽与后转移导肽