《医学细胞生物学》第四版 高等教育出版社 胡以平
《Molecular Biology of The Cell》
根据本书章节顺序对知识进行归纳
第一章 细生与医学
什么是细胞
细胞是生物体形态结构的基本单位
细胞是生物体生命活动的基本单位
细胞是生物体结构和功能的基本单位
第一个发现细胞并命名为cell
1665年 R.Hooke观察到植物死细胞的细胞壁构成的孔隙
第一个发现活细胞
1668年 J.Swammerdan发现虱子和青蛙的血细胞
也有人认为是 1674年 A.Leeuwenhoek在池塘水中发现原生生物
细胞学说
恩格斯的评价
恩格斯对细胞学说给予极高的评价，把它与进化论和能量守恒定律并列为19世纪的三大发明。
有突出贡献的科学家
1838年 德国植物学家 M.J.Schleiden
1839年 德国动物学家 T.Schwann
1845年 A.Braum提出细胞是生命的基本单位
1885年 病理学家R.C.Virchow提出细胞来源于细胞
内容
1、所有生物体都是由细胞构成的
2、细胞是生物体结构功能的基本单位
3、细胞是生命的基本单位
4、细胞来源于已经存在的细胞
细胞学形成的标志
1884年 比利时生物学家J.Carnoy《细胞学杂志》
1892年 德国的胚胎学家和解剖学家O.Hertwig《细胞与组织》
成就
各种细胞器的发现从根本上改变了“细胞是由均一的原生质所组成的”
1892年 W.Flemming首先精确地描述了细胞分裂的过程
其他学科的渗透
1、组织细胞培养技术的简历
2、细胞膜理化特性认识的加深
3、细胞中核酸和蛋白质分析技术的出现
4、电子显微镜的出现与应用
细胞时空特性的认识
1、细胞质中化学物质的区域化
2、细胞器存在的时空特性
3、细胞器功能活动的时空特性
4、细胞在个体中存在的时空特性
细胞单位概念的深化
1、细胞独立生存的潜能性
2、细胞中物质代谢体系的完整性
3、细胞基本生物学特性的相似性
当今细胞生物学研究热点
1、细胞通讯和细胞信号转导
2、细胞增殖与细胞周期的调控
3、细胞的生长和分化
4、细胞的衰老和死亡
5、干胞及其应用
6、细胞工程
细胞生物学与医学
细胞与人体的生长发育
分裂增殖及遗传学的稳定传递，细胞分化，细胞的空间调控，肿瘤等。
细胞与人类疾病
细胞是人类结构和功能的基本单位
细胞是疾病发生发展的基本单位
治疗：主动剔除或损伤某些特定细胞，影响或调整某些细胞的生物学行为
诊断：细胞类型，增殖能力，分化状态，疾病转归
细胞与医学研究
药物设计，细胞损伤、衰老机制，干细胞，解决医学问题
第二章 细胞的起源与进化
细胞的起源
化学起源说
1、无机小分子2原始有机小分子
2、有机小分子2生物大分子
3、生物大分子2多分子体系
4、多分子体系2原始生命
原始生命：有新陈代谢、遗传特征
细胞的发生
1、多聚体的形成为细胞的发生奠定物质基础
多核苷酸的自我复制以及控制蛋白质合成的功能为细胞的发生奠定了坚实的物质基础
2、膜的出现是细胞形成的关键
膜为细胞提供相对稳定的环境
3、原始生命的诞生
原始生命体2原始细胞2原核细胞2真核细胞
异养2自养
病毒
不是典型的生物体，但在进化上是所有生物体的前体。
不能进行新陈代谢和自我复制
必须依靠宿主生存
原核细胞
支原体
是最小最简单的细胞 0.1-0.25um
细菌
典型代表 0.12-10um
1、无典型的细胞核，裸露环装DNA，无组蛋白结合
2、没有膜性细胞器，但含有核糖体。
3、细胞较小，直径约为1到数个微米
4、有细胞壁，主要成分为蛋白多糖和糖脂
真核细胞
1、以脂质和蛋白质为基本结构的生物膜系统
2、以核酸和蛋白质为主要成分的遗传信息载体与表达系统
3、由特异蛋白质组装构成的细胞骨架系统
多细胞生物一定是真核生物
原核细胞与真核细胞的主要区别
| 特征 | 原核细胞 | 真核细胞 |
|---|---|---|
| 细胞大小 | 1-10um | 10-100um |
| 细胞壁 | 主要肽聚糖，无纤维素 | 主要纤维素，无肽聚糖 |
| 细胞核 | 无核膜、核仁（拟核） | 有核膜、核仁 |
| 遗传物质 | 单个裸露环形DNA | 若干个与组蛋白结合的DNA |
| 核糖体 | 70S(50S+30S) | 80S(60S+40S) |
| 模性细胞器 | 简单（间体） | 复杂 |
| 细胞骨架 | 无 | 有 |
| 转录与翻译 | 均在细胞质，同时同地，连续进行 | 转录在细胞核，翻译在细胞质（异时异地） |
| 细胞分裂 | 二分裂 | 无丝分裂，有丝分裂，减数分裂 |
第三章 细胞的基本特征
细胞小分子物质
在活细胞中，99%以上的干重物质是由CHONSP六种元素构成的。水是细胞内重要的无机小分子，约占细胞质量的70%
单糖
葡萄糖是许多细胞的主要营养物质
组成简单多糖
能力贮存形式：
动物细胞内-糖原
植物细胞内-淀粉
脂肪酸
在细胞内可与甘油形成三酰甘油（甘油三酯）
脂肪酸产生ATP的量是葡萄糖的2倍
氨基酸
是构成蛋白质的基本单位，构成天然蛋白质的氨基酸主要有20种，其氨基直接连接在α碳原子上
核苷酸
由磷酸、2种戊糖和5种杂环化合物组成
细胞大分子物质
相对分子质量：10000-1000000
单糖—糖苷键—>多糖
氨基酸—肽键—>蛋白质
核苷酸—磷酸二酯键—>核酸
蛋白质
一级结构
以肽键为主键或少量二硫键为副键的多肽链，决定蛋白质的三维构象
二级结构
在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基之间连接，使多链折曲的结构。有α螺旋，β折叠，三股螺旋三种类型。
三股螺旋是胶原蛋白特有的构象，强度很大
三级结构
在二级结构的基础上借氢键、酯键、离子键、疏水键再折叠
只有一条多肽链的蛋白质在三级结构表现出活性
四级结构
2条以上呈独立三级结构的多肽链（每一条肽链称为亚基或亚单位）借非共价键(包括氢键，静电相互作用，范得华位能和疏水键等)相互形成更复杂的空间结构。
两条或多条肽链构成的蛋白质必须构成四级结构才表现出活性
功能
1、蛋白质是细胞和组织的主要结构成分
2、作为载体，运输物质，传递化学信号
3、参与肌肉收缩运动
4、调节免疫防御作用
5、作为酶催化生物体内各种化学反应
核酸
DNA
一级结构：DNA分子中脱氧核酸的排列顺序
二级结构：DNA双螺旋结构模型
1、DNA分子是由两条相互平行、方向相反的多核昔酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构
2、两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基配对原则 (A=T，G三C)，以氢键相连
3、螺旋直径为2.0nm，相邻碱基对旋转36°，间距0.34nm，一个螺旋包含10个碱基旋转360°，螺距为3.4nm
RNA
单链，部分区域可回折形成局部双链
比较
| DNA | RNA | |
|---|---|---|
| 结构 | 双链 | 单链 |
| 戊糖 | 脱氧核糖 | 核糖 |
| 碱基 | ATGC | AUGC |
| 定位 | 细胞核 | 细胞质 |
| 功能 | 携带、传递遗传信息 | 遗传信息表达 |
small RNA
miRNA
微小RNA(microRNA,也称 miRNA)，为约20 个单核苷酸所组成的单链RNA分子，无编码功能，但参与细中 mRNA 翻译的调节。
siRNA
小分子扰 RNA(small interfering RNA,siRNA)，25-30个核甘酸组成的双链RNA 分子，它能以具有同源互补序列的特定 mRNA为靶分子，并通过较为复杂的反应过程使其降解，这就是目前一般所说的RNA干扰。最近有研究发现，siRNA在某些条件下可以直接作用于基因的启动子区域，以激活其转录功能。
piRNA
piRNA(piwi-interacting RNA)，由 24~31个单核甘酸组成的单链RNA 分子，主要存在于精细胞中。piRNA 的种类很多,估计有 5万种以上。其功能被推测与精细胞发育中基因转录、RNA 的稳定性、mRNA 的翻译调控等有关。
lncRNA
长非编码RNA(long non-coding RNA,IncRNA)这类 RNA 的长度一般为 200 ~100000个单核苷酸，可参与染色质的修饰，基因转录以及转录后水平的调控。
细胞数目的增加是通过细胞的分裂增殖实现的
细胞内膜相结构的重要意义，在于它们能将细胞内的结构和功能区域化。
所有细胞都具有新陈代谢、能量利用、生长发育、分化、增殖、遗传、衰老和死亡等生命过程。
第四章 细生的研究技术
PASS
第五章 细胞膜及其表面
细胞膜的分子结构和特性
脂类和蛋白质所占的比例，其范围可从1:4-4:1。
线粒体内膜蛋白质/脂类=3.2
功能越复杂的膜蛋白质含量越高
膜脂
磷脂
磷脂 (phospholipid): 最重要的脂类，几乎所有细胞膜中都含有磷脂。主要的磷脂有磷酸甘油酯和鞘磷脂，后者只有一条脂肪酸链。
磷脂酸(最简单)
磷脂酰丝氨酸(位于内膜)
磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)(位于内膜)
磷脂酰胆碱(卵磷脂)(含量最多)(位于外膜)
胆固醇
位于膜脂间，阻止磷脂凝集成晶体结构，调节膜的流动性，加强膜的稳定性
糖脂
动物细胞中糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同。
脑苷脂为最简单的糖脂，只含一个单糖残基。
神经节苷脂是比较复杂的糖脂，含7个单糖残基的分支链。
它们在神经髓鞘和神经元细胞膜上含量较高。
膜脂分子共同的：都有亲水性和疏水性两端，称兼性分子或双亲性分子
膜蛋白
细胞中20%-25%的蛋白参与膜结构的组成
膜蛋白的种类与膜的功能直接相关
膜蛋白主要是球蛋白
跨膜蛋白
70%-80%
跨膜蛋白(膜内在蛋白，镶嵌蛋白)
贯穿脂双层，两端(或一端) 露出膜内外
与细胞膜以疏水键结合，与膜结合紧密不易分离提纯，需用去垢剂才能分离
膜周边蛋白
20%-30%
膜周边蛋白(膜外在蛋白，外周蛋白)
在膜的内外表面，主要在内表面，非共价地间接与膜结合
都是水溶性蛋白，与细胞膜结合较弱，只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来
脂锚定蛋白
脂锚定蛋白(脂连接蛋白)
位于膜两侧，以共价键与脂双层内的脂分子结合
与细胞膜结合较强，分离需用去垢剂或有机溶剂。
膜糖
分布在细胞膜外表面
在真核细胞中占细胞膜总质量的2%-10%
糖萼（细胞外被）
在外界联系、信息交流、识别、迁移起重要作用
糖链末端负电荷密度很高，使外膜为负离子
负电荷吸引水分子、Na+、Ca+，建立水盐平衡
液态镶嵌模型
1972年，Singer 和 Nicolson 总结提出，被普遍接受
流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体
球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。
强调了膜的流动性和不对称性
不足：不能说明具有流动性的质膜怎样保持膜的相对完整性和稳定性
晶格镶嵌模型、板块镶嵌模型补充液态镶嵌模型
脂筏
是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，大小70nm左右，是一种动态结构，位于脂双层的外层。像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号传导、蛋白质分选有密切关系。
细胞膜的流动性与不对称性
不对称性
膜蛋白的不对称
是绝对的，每种膜蛋白在膜内都有特定的排布方向。
膜蛋白的分布有明显差异
膜脂的不对称
磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸主要分布在膜内层
磷脂酰胆碱和鞘磷脂主要分布在膜外层
胆固醇：主要分布在膜外层
糖脂：全部分布在膜外层—绝对的
膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性
流动性
膜蛋白的运动性
1、侧向扩散
膜蛋白侧向扩散比膜脂扩散要慢得多
实验验证：
1、间接荧光免疫法观察人鼠融合细胞表面抗原分布变化
2、淋巴细胞加入X抗体后X蛋白聚集成帽的成帽反应
3、荧光漂白恢复法：激光漂白一个区域的膜蛋白后由于侧向扩散使带有荧光的膜蛋白进入该区域，使荧光恢复。
2、旋转扩散
比侧向扩散更为缓慢
膜脂的流动性
脂双层是液晶态，它既具有液体的流动性，又有固体所具有的分子排列的有序性。温度升高，晶态也可熔融为液晶态，这种变化称为相变(phase transition)，引起相变的这一温度为相变温度。
1、旋转运动：
(10**8-10**9)/s
2、侧向扩散：1um/s
3、内、外层翻转运动：极少发生
4、弯曲运动
影响膜流动性的因素
1、脂肪酸链的长度及不饱和程度：越长/越饱和，则相变温度越高，流动性越低。
2、胆固醇：相变温度以上可增加膜脂有序性，相变温度以下扰乱有序性。胆固醇对维持液晶态有一定调节作用。
3、卵%鞘磷脂：卵磷脂不饱和程度高，鞘磷脂饱和程度高。
4、膜蛋白的影响：越多流动性越小
5、其他：T，pH，c
细胞黏附分子
pass
第六章 核糖体
核糖体是原核和真核细胞所具有的主要共同结构特征之一
4个重要功能活性部位
1、氨酰基位点(aminoacyl site)，也称为受位，简称为A位。该位点是接受并结合新掺入的氨酰基tRNA的位点。
2、肽酰基位点(peptidyl site)，亦称之为给位，简称为P位。该位点是与延伸中的肽酰基tRNA 结合的位点。
3、肽酰基转移酶位点(peptidyl transferase site)。这一位点具有肽酰基转移酶的活性,可在脑链合成延伸过程中,催化氨基酸残基之间形成肽键
4、GTP 酶位点(GTPase site),具有 GTP 酶活性,可水解GTP,以供给催化肽酰基tRNA由A位转移到P位时所需的能量。
核糖体存在形式
通常以多聚核糖体的形式存在于细胞质中
一个mRNA分子被若干个核糖体同时翻译
有游离核糖体和附着核糖体
核糖体大小亚基组成
原核细胞
70S=50S（5S+23S）+30S（16S）
真核细胞
80S=60S（5S+5.8S+28S）+40S（18S）
遗传密码子的5个特性
1、三联性 2、通用性 3、兼并性 4、方向性 5、连续性
终止密码子：UAA UAG UGA
蛋白质生物合成阻断剂
四环素、链霉素、氯霉素、红霉素仅可阻断细菌
嘌呤霉素、遗传霉素可细菌可真核
放线菌酮、茴香霉素仅真核