细胞生物学名词解释-细胞生物学翟中和名词解释及课后练习题及答案

一 : 细胞生物学翟中和名词解释及课后练习题及答案

细胞生物学名词解释 目录

第一章 细胞基本知识 0

第二章 细胞生物研究方法 0

第三章 细胞质膜 3

第四章 物质的跨膜运输 6

第五章 线粒体和叶绿体 8

第六章 真核细胞内膜系统 11

第七章 细胞信号转导 16

第八章 细胞骨架 21

第九章 细胞核与染色体 26

第十章 核糖体 31

第十一章 细胞增殖及其调控 32

第十二章 程序性细胞死亡与衰老 36

第十三章 细胞分化与基因表达调控 38

第十四章 细胞社会的联系 42

十五、细胞生物学课后练习题及答案

第一章 细胞基本知识

1.cell theory (细胞学说) 细胞学说是1838~1839年间由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺所提出,直到1858年才较完善。它是关于生物有机体组成的学说,主要内容有:① 细胞是有机体, 一切动植物都是由单细胞发育而来, 即生物是由细胞和细胞的产物所组成;② 所有细胞在结构和组成上基本相似;③ 新细胞是由已存在的细胞分裂而来;④ 生物的疾病是因为其细胞机能失常。

2.prokaryotic cell (原核细胞) 组成原核生物的细胞。这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核, 同时也没有核膜和核仁, 只有拟核,进化地位较低。由原核细胞构成的生物称为原核生物

3.eukaryotic cell(真核细胞)构成真核生物的细胞称为真核细胞,具有典型的细胞结构, 有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质; 遗传信息量大,并且有特化的膜相结构。真核细胞的种类繁多, 既包括大量的单细胞生物和原生生物(如原生动物和一些藻类细胞), 又包括全部的多细胞生物(一切动植物)的细胞。

4.cell plasma (细胞质) 是细胞内除核以外的原生质, 即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分, 包括透明的粘液状的胞质溶胶及悬浮于其中的细胞器。 5. protoplasm (原生质) 生活细胞中所有的生活物质, 包括细胞核和细胞质。

6. protoplast (原生质体) 脱去细胞壁的细胞叫原生质体, 是一生物工程学的概念。如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体。

7. mycoplasma (支原体) 是最简单的原核细胞,支原体的大小介于细菌与病毒之间,直径为0.1~0.3 um, 约为细菌的十分之一, 能够通过滤菌器。支原体形态多变,有圆形、丝状或梨形,光镜下难以看清其结构。支原体具有细胞膜,但没有细胞壁。它有一环状双螺旋DNA,没有类似细菌的核区(拟核), 能指导合成700多种蛋白质。支原体细胞中惟一可见的细胞器是核糖体,每个细胞中约有800~1500个。支原体可以在培养基上培养,也能在寄主细胞中繁殖。

8. archaebacteria (古细菌) 一类特殊细菌,在系统发育上既不属真核生物,也不属原核生物。它们具有原核生物的某些特征(如无细胞核及细胞器),也有真核生物的特征(如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成,核糖体对氯霉素不敏感),还具有它们独有的一些特征(如细胞壁的组成,膜脂质的类型)。因之有人认为古细菌代表由一共同祖先传来的第三界生物(古细菌,原核生物,真核生物)。它们包括酸性嗜热菌,极端嗜盐菌及甲烷微生物。可能代表了活细胞的某些最早期的形式。

9. Bacteria, eubacteria (真细菌) 除古细菌以外的所有细菌均称为真细菌。最初用于表示“真”细菌的名词主要是为了与其他细菌相区别。

10. mesosome (中膜体) 中膜体又称间体或质膜体, 是细菌细胞质膜向细胞质内陷折皱形成的。每个细胞有一个或数个中膜体,其中含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶, 为细胞提供呼吸酶, 具有类似线粒体的作用, 故又称为拟线粒体。 11. centroplasm(中心质)在光镜下观察到的蓝藻细胞中央部位较周围原生质明亮,是遗传物质DNA所在部位,它相当于细菌的核区,成为中心质,也有称中央质。

12. nucleoid (拟核) 细菌细胞具有原始的核,没有核膜,更没有核仁,结构简单,为了与真核细胞中典型的细胞核有所区别,称为核区(nuclearregion)、拟核(nucleoid)或原始核(primitive form nucleus),亦称细菌染色体。

13. symplast (共质体) 植物原生质体间通过胞间连丝相连接,使整个植物体的原生质连成为的一个整体。

(2)多核的合胞体。

14. syncytium ; syncytia (合胞体) 含有由一层细胞膜包绕的多个核的细胞质团。通常是由于两个以上细胞发生融合或一个细胞分裂不完全所致,后者来自于核发生了分裂,而未发生细胞质分裂。

15. gene theory(基因学说)关于基因和性状之间存在确定的因果关系的学说。主要内容:① 种质(基因)是连续的遗传物质;② 基因是染色体上的遗传单位,有很高稳定性能自我复制和发生变异;③ 在个体发育中,基因在一定条件下,控制着一定的代谢过程,表现相应的遗传特性和特征;④生物进化,主要是基因及其突变等。这是对孟德尔遗传学说的重大发展,也是这一历史时期的巨大成就。

16.ultrastructure (submicroscopic structure) 超微结构(亚细胞结构)又称为亚显微结构。指在普通光学显微镜下观察不能分辨清楚,但在电子显微镜下能观测到的细胞内各种微细结构,如各种细胞器。

第二章 细胞生物研究方法

1.resolution (分辨率) 是指区分开两个质点间的最小距离。

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

3. differential-interference microscope(微分干涉显微镜)偏振光经合成后,使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别,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

4. video-enhance microscopy(录像增差显微镜技术)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。

5. fluorescence resonance energy transfer (荧光共振能量转移) 当一个荧光分子(又称为供体分子)的荧光光谱与另一个荧光分子(又称为受体分子) 的激发光谱相重叠时, 供体荧光分子的激发能诱发受体分子发出荧光, 同时供体荧光分子自身的荧光强度衰减。FRET 程度与供、受体分子的空间距离紧密相关, 一般为7~10 nm 时即可发生FRET; 随着距离延长, FRET呈显著减弱。

6. fluorescence photobleaching recovery;FPR (荧光漂白恢复) 研究膜蛋白和脂质平移扩散以及溶质通过质膜和在细胞内转运的一种技术。包括三个步骤:荧光染料与膜成分交联;激光照射猝灭(漂白)膜上部分荧光;检测猝灭部位荧光再现速率(由于膜成分的流动性)。

7. electron microscope (电子显微镜) 一类用电子束为光源,显示标本超微结构的显微镜。分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜等。

8. transmission electron microscope;TEM (透射电子显微镜)在一个高真空系统中,由电子枪发射电子束,穿过被研究的样品,经电子透镜聚焦放大,在荧光屏上显示出高度放大的物像,还可作摄片记录的一类最常见的电子显微镜。

scanning electron microscope;SEM (扫描电子显微镜) 是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。

9. ultramicrotomy (超薄切片技术) 电子书穿透力很弱,须将标本制成40~50nm 的超薄切片。方法与步骤:固定;脱水;包埋;切片;染色。

10. negative staining(负染色技术)用重金属盐对铺展在载网上的样品染色,吸取多余染料,干燥后,使样品凹陷铺展上一层重金属盐,而凸出的地方没有染料沉积,从而负染效果;分辨率可达1.5nm 左右。 与金属投影 染色背景,衬托出样品的精细结构

11. freeze etching(冰冻蚀刻技术) 是在冰冻断裂技术的基础上发展起来的更复杂的复型技术。如果将冰冻断裂的样品的温度稍微升高,让样品中的冰在真空中升华,而在表面上浮雕出细胞膜的超微结构。当大量的冰升华之后,对浮雕表面进行铂-碳复型,并在腐蚀性溶液中除去生物材料, 复型经重蒸水多次清洗后,置于载网上作电镜观察。

12. critical-point drying method(临界点干燥)制作电子显微镜干燥标本的一种方法。将标本用低临界温度液体(如液态CO2)替换水,再升温超过临界温度。如此处理的标本,可减小表面张力,保持样品自然状态的形貌。

13. electron microscope three-dimentional reconstruction technique (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,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。

14. scanning tunnel microscope;STM(扫描隧道显微镜)利用量子隧道效应产生隧道电流的原理制作的显微镜。其分辨率可达原子水平,即观察到原子级的图像。在生物学中,可观察大分子和生物膜的分子结构。

15. atomic force microscope ;AFM(原子力显微镜) 一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定,另一端的微小针尖接近样品,这时它将与其相互作用,作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时,利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息,从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜。可观察大分子在体内的活动变化。

16. laser scanning confocal microscope;LSCM (激光扫描共聚焦显微镜) 利用激光点作为荧光的激发光

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并通过扫描装置对标本进行连续扫描,并通过空间共轭光阑(针孔)阻挡离焦平面光线而成像的一种显微镜。是当今世界最先进的细胞生物学分析仪器。

17. immunoelectron microscopy (免疫电镜) 将抗体进行特殊标记后用电子显微镜观察免疫反应的结果。根据标记方法的不同, 分为免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术和免疫胶体金技术。

18. immunoblotting (免疫印迹)又称蛋白质印迹(Western blotting),是根据抗原抗体的特异性结合检测复杂样品中的某种蛋白的方法。该法是在凝胶电泳和固相免疫测定技术基础上发展起来的一种新的免疫生化技术。

19. immunofluorescent technique;immunofluorescence technique (免疫荧光技术) 将免疫学方法(抗原抗体特异结合)与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。由于荧光素所发的荧光可在荧光显微镜下检出,从而可对抗原进行细胞定位。

20. radio immuno precipitation assay;RIPA;radioimmunoprecipitation(放射免疫沉淀) 以放射性标记的抗原或抗体进行的免疫沉淀法。能大大提高检测抗原抗体复合体的灵敏度。

21. differential centrifugation (差速离心)利用不同物质沉降速率的差异,在不同离心速度下分离和收集不同颗粒的离心技术。常用于分离细胞匀浆中的各种细胞器。

22. isodensity centrifugation;isopycnic centrifugation(等密度离心)将要分离的样本放在密度梯度液表面或混悬于梯度液中,通过离心不同密度的颗粒或上浮或下沉到与其各自密度相同的介质区带时,颗粒不再移动形成一系列区带,然后停止离心,从管底收集不同密度颗粒的分离技术。

23. density gradient centrifugation密度梯度离心 用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度,将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部,通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离的方法。密度梯度离心常用的介质为氯化铯、蔗糖和多聚蔗糖。

24. in situ hybridization(原位杂交)用单链RNA或DNA探针通过杂交法对细胞或组织中的基因或mRNA分子在细胞涂片或组织切片上进行定位的方法。

25. radioautography;autoradiography(放射自显影技术) 是利用放射性同位素的电离辐射对乳胶(含AgBr或AgCl)的感光作用,对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。放射自显影技术用于研究标记化合物在机体、组织和细胞中的分布、定位、排出以及合成、更新、作用机理、作用部位等等。

26. flow cytometer(流式细胞仪)主要应用: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。

27. microspectrophotometry(细胞显微分光光度术)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:紫外光显微分光光度测定法可见光显微分光光度测定法。

28. cell culture(细胞培养) 把机体内的组织取出后经过分散(机械方法或酶消化)为单个细胞,在人工培养的条件下,使其生存、生长、繁殖、传代,观察其生长、繁殖、接触抑制、衰老等生命现象的过程。

29. primary culture cell(原代培养细胞)直接从有机体取出组织,通过组织块长出单层细胞,或者用酶消化或机械方法将组织分散成单个细胞,在体外进行培养,在首次传代前的培养称为原代培养。传10代以内的细胞称为原代培养细胞。

30. subculture cell(传代培养细胞)原代培养形成的单层培养细胞汇合以后,需要进行分离培养(即将细胞从一个培养器皿中以一定的比率移植至另一些培养器皿中的培养),否则细胞会因生存空间不足或由于细胞密度过大引起营养枯竭,将影响细胞的生长,这一分离培养称为传代细胞培养。进行传代培养的细胞称为传代培养细胞

31. cell strain(细胞株)细胞株:在体外一般可以顺利地传40—50代,并且仍能保持原来二倍体数量及接触抑制行为的传代细胞。

32. cell line(细胞系)在体外培养的条件下,有的细胞发生了遗传突变,而且带有癌细胞特点,失去接触抑制,有可能无限制地传下去的传代细胞。 33. finite cell line (有限细胞系) 在体外的生存期有限即不能长期传代的细胞系。

34. infinite cell line (无限细胞系) 又称连续细胞系,在体外可以持续生存,具有无限繁殖能力的细胞系。

35. cell-free system(非细胞体系)来源于细胞,而不具有完整的细胞结构,但包含了进行正常生物学反

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应所需的物质(如供能系统和酶反应体系等)组成的体系即为非细胞体系。近年来,人们利用这一体系探讨了许多细胞生命活动中的重要问题,如细胞周期调控、核膜及染色质的组装、核质运输机制等。

36. cell engineering(细胞工程) 应用细胞生物学和分子生物学的方法,通过类似于工程学的步骤在细胞整体水平或细胞器水平上,遵循细胞的遗传和生理活动规律,有目的地制造细胞产品的一门生物技术。

37. cell fusion(细胞融合)也称细胞杂交技术(cell hybridization),两个或多个细胞融合成一个双核细胞或多核细胞的现象。一般通过灭活的病毒或化学物质介导,也可通过电刺激融合。 38. heterokaryon(异核融合细胞) 由基因型不同的细胞融合而成的。

39. homokaryon (同核融合细胞) 由基因型相同的细胞融合而成的。

40. monoclone antibody(单克隆抗体技术)通过克隆单个分泌抗体的B淋巴细胞,获得的只针对某一抗原决定簇的抗体,具有专一性强、能大规模生产的特点。

41. micromanipulation technique(显微操作技术)是指在高倍复式显微镜下,利用显微操作器(micromanipulator)进行细胞或早期胚胎操作的一种方法。显微操作器是用以控制显微注射针在显微镜视野内移动的机械装置。显微操作技术包括细胞核移植、显微注射、嵌合体技术、胚胎移植以及显微切割等。

42. 细胞拆合 把细胞核与细胞质分离开来,然后把不同来源的细胞质和细胞核相互结合,形成核质杂交细胞。

43. karyoplast(核体)细胞经松胞菌素处理后,排出的带有质膜和少量细胞质的细胞核。

44. cytoplast(胞质体)利用物理或化学方法,将细胞核去除后所得到的细胞部分。可以用来研究细胞核与细胞质的关系。 45. knock out(基因敲除) 将细胞基因组中某基因去除或使基因失去活性的方法。常用同源重组的方法敲除目的基因,观察生物或细胞的表型变化,是研究基因功能的重要手段。

46. knock in (基因嵌入)又称基因置换,它是利用内源基因序列两侧或外面的断裂点,用同源序列的目的基因整个置换内源基因。

47. model organisms (模式生物)生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,此时,这种被选定的生物物种就是模式生物。

48. fluorescencein situ hybridization ;FISH(荧光原位杂交):用荧光素标记的探针研究一段DNA序列或一个基因在染色体上的位置的方法,是在生物医学领域里应用较多的一项分子细胞遗传学技术。 49. GreenFluorescent Protein, GFP (绿色荧光蛋白) 是一种在美国西北海岸所盛产的水母中所发现的一种蛋白质。

50. cell cloning(细胞克隆)把单个细胞从群体内分离出来单独培养,使之重新繁衍成一个新的细胞群体的培养技术。

51.Hybridoma(杂交瘤) 一种通过融合而形成的杂交细胞,是由正常细胞和具有某种缺陷的肿瘤细胞杂交而获得。

第三章 细胞质膜

1. membrane (膜) 通常是指分割两个隔间的一层薄薄的结构,可以是自然形成的或是人造的,有时很柔软。存在于细胞结构中的膜不仅薄,而且具有半透性(semipermeable membrane),允许一些不带电的小分子自由通过。

2. cell membrane (细胞膜) 细胞膜是细胞膜结构的总称,它包括细胞外层的膜和存在于细胞质中的膜,有时也特指细胞质膜。 3. cytoplasmic membrane (胞质膜) 又称为内膜(internal membrane), 存在于真核细胞质中各膜结合细胞器中的膜,包括核膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜、线粒体膜、叶绿体膜、过氧化物酶体膜等。由于细菌没有内膜,所以细菌的细胞质膜代行胞质膜的作用。

4. plasma membrane (细胞质膜) 是指包围在细胞表面的一层极薄的膜,主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定,并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外, 在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。

5. biomembrane,or biological membrane (生物膜) 是细胞内膜和质膜的总称。生物膜是细胞的基本结构,它不仅具有界膜的功能,还参与全部的生命活动。

6. membrane skeleton (膜骨架) 细胞质膜的一种特别结构,是由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能,这种结构称为膜骨架。膜骨架首先是通过红细胞膜研究出来

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的。红细胞的外周蛋白主要位于红细胞膜的内表面,并编织成纤维状的骨架结构,以维持红细胞的形态,限制膜整合蛋白的移动。

7. spectrin (血影蛋白) 又称收缩蛋白,是红细胞膜骨架的主要成份,但不是红细胞膜蛋白的成份,约占膜提取蛋白的30%。血影蛋白属红细胞的膜下蛋白,这种蛋白是一种长的、可伸缩的纤维状蛋白,长约100 nm,由两条相似的亚基∶β亚基(相对分子质量220kDa)和α亚基(相对分子质量200kDa)构成。两个亚基链呈现反向平行排列, 扭曲成麻花状,形成异二聚体, 两个异二聚体头-头连接成200nm长的四聚体。5个或6个四聚体的尾端一起连接于短的肌动蛋白纤维并通过非共价键与外带4.1蛋白结合,而带4.1 蛋白又通过非共价键与跨膜蛋白带3蛋白的细胞质面结合, 形成“连接复合物”。这些血影蛋白在整个细胞膜的细胞质面下面形成可变形的网架结构,以维持红细胞的双凹圆盘形状。

8. glycophorin (血型糖蛋白) 血型糖蛋白又称涎糖蛋白(sialo glycoprotein),因它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一个被测定氨基酸序列的蛋白质,有几种类型,包括A、B、C、D。血型糖蛋白B、C、D在红细胞膜中浓度较低。血型糖蛋白A是一种单次跨膜糖蛋白, 由131个氨基酸组成, 其亲水的氨基端露在膜的外侧, 结合16个低聚糖侧链。血型糖蛋白的基本功能可能是在它的唾液酸中含有大量负电荷,防止了红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互聚集沉积在血管中。

9. band 3 protein (带3蛋白) 与血型糖蛋白一样都是红细胞的膜蛋白,因其在PAGE电泳分部时位于第三条带而得名。带3蛋白在红细胞膜中含量很高,约为红细胞膜蛋白的25%。由于带3蛋白具有阴离子转运功能,所以带3蛋白又被称为“阴离子通道”。带3蛋白是由两个相同的亚基组成的二聚体, 每条亚基含929个氨基酸,它是一种糖蛋白,在质膜中穿越12~14次,因此,是一种多次跨膜蛋白。

10. ankyrin (锚定蛋白) 又称2.1蛋白。锚定蛋白是一种比较大的细胞内连接蛋白, 每个红细胞约含10万个锚定蛋白,相对分子质量为215,000。锚定蛋白一方面与血影蛋白相连, 另一方面与跨膜的带3蛋白的细胞质结构域部分相连, 这样,锚定蛋白借助于带3蛋白将血影蛋白连接到细胞膜上,也就将骨架固定到质膜上。

11. band 4.1 protein (带4.1蛋白)是由两个亚基组成的球形蛋白,它在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合,促使血影蛋白同肌动蛋白结合。带4.1蛋白本身不同肌动蛋白相连,因为它没有与肌动蛋白连接的位点。

12. 内收蛋白(adducin) 是由两个亚基组成的二聚体,每个红细胞约有30,000个分子。它的形态似不规则的盘状物,高5.4nm,直径12.4nm。内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合,并且通过Ca2+和钙调蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性,从而影响红细胞的形态。

13. phospholipids (磷脂) 含有磷酸基团的脂称为磷脂,是细胞膜中含量最丰富和最具特性的脂。动、植物细胞膜上都有磷脂, 是膜脂的基本成分, 约占膜脂的50%以上。磷脂分子的极性端是各种磷脂酰碱基, 称作头部。它们多数通过甘油基团与非极性端相连。磷脂又分为两大类: 甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰肌醇等。

14. cholesterol (胆固醇) 胆固醇存在于真核细胞膜中。胆固醇分子由三部分组成: 极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。

动物细胞膜胆固醇的含量较高,有的占膜脂的50%,大多数植物细胞和细菌细胞质膜中没有胆固醇,酵母细胞膜中是麦角固醇。

15. liposome (脂质体) 将少量的磷脂放在水溶液中,它能够自我装配成脂双层的球状结构,这种结构称为脂质体,所以脂质体是人工制备的连续脂双层的球形脂质小囊。

脂质体可作为生物膜的研究模型,并可作为生物大分子(DNA分子)和药物的运载体,因此脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的极好材料。在构建导弹人工脂质体时,不仅要将被运载的分子或药物包入脂质体的内部水相,同时要在脂质体的膜上做些修饰,如插入抗体便于脂质体进入机体后寻靶。

16. integral protein (整合蛋白) 又称内在蛋白(intrinsic protein)、跨膜蛋白(transmembrane protein), 部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧,以非极性氨基酸与脂双分子层的非极性疏水区相互作用而结合在质膜上。实际上,整合蛋白几乎都是完全穿过脂双层的蛋白,亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面; 疏水区同脂双分子层的疏水尾部相互作用;整合蛋白所含疏水氨基酸的成分较高。跨膜蛋白可再分为单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜等。跨膜蛋白一般含25%~50%的α螺旋, 也有β折叠,如线粒体外膜和细菌质膜中的孔蛋白。

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17. peripheral protein (外周蛋白) 又称附着蛋白((protein-attached),或外在蛋白。这种蛋白完全外露在脂双层的内外两侧,主要是通过非共价健附着在脂的极性头部, 或整合蛋白亲水区的一侧, 间接与膜结合。 外周蛋白可用高盐或碱性pH条件分离。实际上,有时外周蛋白与整合蛋白是难以区分的,因为许多膜蛋白是由多亚基组成的,其中有的亚基插入在脂双层,有些亚基则是外周蛋白。

18. lipid-anchored protein (脂锚定蛋白) 又称脂连接蛋白(lipid-linked protein),通过共价健的方式同脂分子结合,位于脂双层的外侧。同脂的结合有两种方式,一种是蛋白质直接结合于脂双分子层,另一种方式是蛋白并不直接同脂结合,而是通过一个糖分子间接同脂结合。

19. Lamella structure model (片层结构模型) 1935年James Danielli和Hugh Davson所提出,又称或三明治式模型。该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的内外两侧。1954年对该模型进行了修改:膜上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对膜的通透性。

20. unit membrane model (单位膜模型) 1959年J.D.Robertson所提出。主要是根据电子显微镜的观察,发现细胞膜是类似铁轨结构(“railroad track”), 两条暗线被一条明亮的带隔开,显示暗---明---暗的三层,总厚度为7.5 nm,中间层为3.5 nm,内外两层各为2 nm。并推测:暗层是蛋白质, 透明层是脂,并建议将这种结构称为单位膜。

单位膜也有一些不足∶首先该模型把膜看成是静止的,无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化;其二,不同的膜其厚度不都是7.5 nm,一般在5~10 nm之间;其三,如果蛋白质是伸展的, 则不能解释酶的活性同构型的关系。还有,该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离,有些则很难。

21. fluid mosaic model (流动镶嵌模型) 1972年Singer 和Nicolson 总结了当时有关膜结构模型及各种研究新技术的成就,提出了流动镶嵌模型,认为球形膜蛋白分子以各种镶嵌形式与脂双分子层相结合, 有的附在内外表面, 有的全部或部分嵌入膜中, 有的贯穿膜的全层, 这些大多是功能蛋白。

流动相嵌模型有两个主要特点。其一,蛋白质不是伸展的片层,而是以折叠的球形镶嵌在脂双层中,蛋白质与膜脂的结合程度取决于膜蛋白中氨基酸的性质。第二个特点就是膜具有一定的流动性,不再是封闭的片状结构,以适应细胞各种功能的需要。

这一模型强调了膜的流动由性和不对称性,较好地体现细胞的功能特点,被广泛接受,也得到许多实验的支持。后来又发现碳水化合物是以糖脂或糖蛋白的形式存在于膜的外侧表面。

22. porin (孔蛋白) 孔蛋白是存在于细菌质膜的外膜、线粒体和叶绿体的外膜上的通道蛋白,它们允许较大的分子通过。孔蛋白是膜整合蛋白,它的膜脂结合区与其他的跨膜蛋白不同,不是α螺旋,而是β折叠。

23. erythrocyte ghost (红细胞血影) 是将分离的红细胞放入低渗溶液中,水渗入到红细胞内部,红细胞膨胀、破裂,从而释放出血红蛋白,所得到的红细胞质膜具有很大的变形性、柔韧性和可塑性,当红细胞的内容物渗漏之后、质膜可以重新封闭起来称为红细胞血影。

24. detergent(去垢剂) 是能使蛋白质变性的一类化学物。 去垢剂(表面活性剂)是一类即具有亲水基又具有疏水基的物质,一般具有乳化、分散、和增溶作用,可分阴离子、阳离子和中性去垢剂等多种类型,中性去垢剂在蛋白提取钟应用的较多。

25. lipid raft (脂筏) 是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域(microdomain)。大小约70nm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,所以这些区域结构致密,介于无序液体与液晶之间,称为有序液体(Liquid-ordered)。在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提,所以又称为抗去垢剂膜(detergent-resistant membranes,DRMs)。脂筏就像一个蛋白质停泊的平台,与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。

26. caveolae 胞膜窟 一种相对有序、结构相对稳定,直径50~100nm的质膜凹陷区。在细胞信息传奇和物质运输中起重要作用。

27. fluorescence recovery after photobleaching FRAP(光脱色荧光恢复技术) 用荧光物质标记膜蛋白或膜脂, 然后用激光束照射细胞表面 某一区域, 使被照射区域的荧光淬灭变暗形成一个漂白斑。由于膜的流动性,漂白斑周围的荧光物质随 着膜蛋白或膜脂的流动逐渐将漂白斑覆盖,使淬灭区域的亮度逐渐增加, 最后恢复到与周围的荧光光强度相等。根据荧光恢复的速度, 可推算出膜蛋白或膜脂的扩散速度。是研究膜蛋白或膜脂流动的基本实验技术。

28. patching (成斑现象) 当荧光抗体标记细胞的时间达到一定长度时,已经均匀分布在细胞表面的

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标记荧光会重新分布,聚集在细胞表面的某些部位即成斑现象。

29.capping (成帽现象) 在荧光免疫标记试验中,两种蛋白的膜蛋白荧光抗体混合后,由于膜蛋白的流动性,一段时间后,两种荧光蛋白抗体均匀分布在质膜上。时间继续延长,标记的荧光抗体在细胞表面会重新分布,聚集在细胞的一定部位即所谓的成斑现象。经过一段时间后,二价抗体在细胞膜表面相互交联使被标记的膜蛋白集聚在细胞的一端,即成帽现象。

第四章 物质的跨膜运输

1. cellular transport (细胞运输) 这种运输主要是细胞与环境间的物质交换,包括细胞对营养物质的吸收、原材料的摄取和代谢废物的排除及产物的分泌。如细胞从血液中吸收葡萄糖以及细胞质膜上的离子泵将Na+泵出、将K+泵入细胞都属于这种运输范畴。

2. intracellular transport (胞内运输) 是真核生物细胞内膜结合细胞器与细胞内环境进行的物质交换。包括细胞核、线粒体、叶绿体、溶酶体、过氧化物酶体、高尔基体和内质网等与细胞内的物质交换。

3. transcellular transport (转细胞运输) 这种运输不仅仅是物质进出细胞,而是从细胞的一侧进入,从另一侧出去,实际上是穿越细胞的运输。在多细胞生物中,整个细胞层作为半渗透性的障碍,而不仅仅是细胞质膜。如植物的根部细胞负责吸收水份和矿物盐, 然后将它们运输到其他组织即是这种运输。 4. passive transport(被动运输)离子或小分子在浓度差或电位差的驱动下顺电化学梯度穿膜的运输方式。

5. active transport (主动运输) 是指物质逆浓度梯度,在载体的协助下,在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。分为三类;1)由ATP直接供能;2)ATP间接协助供能,由偶联蛋白完成;3)光能驱动的。

6. carrier protein(载体蛋白) 又称通透酶(permease)生物膜上普遍存在的跨膜蛋白,能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导跨膜被动运输或主动运输。

7.channel protein (通道蛋白)能形成穿膜充水小孔或通道的蛋白质。担负溶质的穿膜转运,如细菌细胞膜的膜孔蛋白。通道蛋白的特点:1)介导被动运输。2)对离子有高度选择性。3)转运速率高4)不持续开放,受“阀门”控制。

8. voltage-gated channels (电位-门控通道) 这类通道的构型变化依据细胞内外带电离子的状态,主要是通过膜电位的变化使其构型发生改变, 从而将“门”打开。在很多情况下, 门通道有其自己的关闭机制, 它能快速地自发关闭。开放往往只有几毫秒时间。在这短暂瞬息时间里,一些离子、代谢物或其它溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜。

电位-门控通道在神经细胞的信号传导中起主要作用, 电位门控通道也存在于其他的一些细胞,包括肌细胞、卵细胞、原生动物和植物细胞。

9. ligand gated channel (配体-门控通道) 这类通道在其细胞内或外的特定配体(ligand)与膜受体结合时发生反应, 引起门通道蛋白的一种成分发生构型变化, 结果使“门”打开。因此这类通道被称为配体-门控通道,它分为细胞内配体和细胞外配体两种类型。

10. stretch-gated channel (胁迫门控通道) 这种通道的打开受一种力的作用,听觉毛状细胞的离子通道就是一个极好的例子。声音的振动推开协迫门控通道,允许离子进入毛状细胞,这样建立起一种电信号,并且从毛状细胞传递到听觉神经,然后传递到脑。

11. simple diffusion (简单扩散) 简单扩散是被动运输的基本方式,不需要膜蛋白的帮助,也不消耗ATP,而只靠膜两侧保持一定的浓度差,通过扩散发生的物质运输。

简单扩散的限制因素是物质的脂溶性、分子大小和带电性。一般说来, 气体分子(如O2、CO2、N2)、小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通过质膜,大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以通过质膜。

12. facilitated diffusion (协助扩散) 又称易化扩散、促进扩散,或帮助扩散。是指非脂溶性物质或亲水性物质, 如氨基酸、糖和金属离子等借助细胞膜上的膜蛋白的帮助顺浓度梯度或顺电化学浓度梯度, 不消耗ATP进入膜内的一种运输方式。

具有以下特点;1)相比简单扩散速率高;2)转运速率同物质浓度成非线性关系;3)具有特异性,即一种特异载体只能转运一类分子或离子。

13. aquaporin AQP (水通道蛋白) AQP1是由四个相同的亚基构成,每个亚基的相对分子质量为28kDa,每个亚基有六个跨膜结构域,在跨膜结构域2与3、5与6之间有一个环状结构,是水通过的通道。另外,AQP1的氨基端和羧基端的氨基酸序列是严格对称的,因此,同源跨膜区(1,4、2,5、3,6)在质膜的脂双层中的方向相反。

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AQP1对水的通透性受氯化汞的可逆性抑制,对汞的敏感位点是结构域5与6之间的189位的半胱氨酸。其他几种AQP1与肾功能有关。

14. ATP-driven pump(ATP 驱动泵) 能够水解ATP,并利用ATP水解释放出的能量实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜运动。共有四种类型,前三种只转运离子,后一种只转运小分子

① P型离子泵(P-type ion pump),或称P型Pump 。此类运输泵运输时需要磷酸化(P是phosphorylation的缩写),具有两个独立的α催化亚基,具有ATP结合位点;绝大多数还具有β调节亚基,α亚基利用ATP水解能发生磷酸化与去磷酸化,从而改变泵蛋白的构象,实现离子的跨膜转运。包括Na+-K+泵、Ca2+离子泵和H+离子泵。

② V型泵(V-type pump),或称V型Pump,主要位于小泡的膜上( V代表vacuole或vesicle), 如溶酶体膜中的H+泵, 运输时需要ATP供能, 但不需要磷酸化,利用ATP水解供能,将H+由细胞质基质泵入细胞器,保持细胞质基质中性,细胞器酸性。

③ F型泵(F-type pump),或称F型Pump。这种泵主要存在于细菌质膜、线粒体膜和叶绿体的膜中, 它们在能量转换中起重要作用, 是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子(F即fector的缩写)。F型泵工作时不会消耗ATP, 而是将ADP转化成ATP, 但是它们在一定的条件下也会具有Pump的活性。

④ ABC运输蛋白(ATP-binding cassettle transportor), 这是一大类以ATP供能的运输蛋白, 已发现了100多种, 存在范围很广,包括细菌和人。在正常情况下,ABC蛋白石细菌质膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的转运蛋白,是哺乳类细胞质膜上磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其他小分子的转运蛋白。

15. cotransport (协同运输)

协同运输又称偶联主动运输,它不直接消耗ATP,但要间接利用自由能,并且也是逆浓度梯度的运输。运输时需要先建立电化学梯度,在动物细胞主要是靠钠泵,在植物细胞则是由H+泵建立的H+质子梯度。

16.symport (同向转运) 由于协同运输能够同时转运两种物质,如果两种物质向同一方向运输,则称为同向转运,例如葡萄糖和Na+的偶联运输,它是由Na+离子梯度驱动的。

17. Antiport(异向转运)如果同时转运的两种物质是相反的方向,则称为异向转运,如心肌细胞中Na+与Ca2+的交换,也是由Na+离子梯度驱动的。

18. endocytosis(胞吞作用):也称入胞作用,质膜四陷将所摄取的液体或颗粒物质包裹,逐渐成泡,脂双层融合、箍断,形成细胞内的独立小泡。人类和动物的许多细胞均靠胞吞作用摄取物质。胞吞作用的特点:主动运输的一种,需要消耗ATP。

根据所摄物理性质的物理性质不同把胞吞作用分为两类:胞饮作用(Pinocytosis)由质膜包裹液态物质形成吞饮小泡或吞饮体的过程;吞噬作用(phagocy-tosis)为各种变形的、具有吞噬能力的细胞所特有,吞噬的物质多为颗粒性的,如微生物、组织掉片和异物等。

19. transcytosis (转胞吞作用) 是一种特殊的内吞作用,受体和配体在内吞中并未作任何处理,只是经细胞内转运到相反的方向,然后通过胞吐作用,将内吞物释放到细胞外,这种内吞主要发生在极性细胞中,如抗体转运到血液和奶汁就是这种运输。

20. endosome (胞内体) 胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器,其作用是运输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。

胞内体膜上有ATP驱动的质子泵,将氢离子泵进胞内体腔中,使腔内的pH降低(pH5~6),从而引起低密度脂蛋白(LDL)与受体分离。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。含有低密度脂蛋白(LDL)的胞内体与溶酶体融合,低密度脂蛋白(LDL)被水解,释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用。

21. exocytosis 胞吐作用 运输小泡通过与细胞质膜的融合将内容物释放到细胞外基质的过程称为胞吐作用,膜融合是通过融合蛋白的帮助完成的。在组成型分泌活动中,胞吐作用是自发进行的,但是在调节型的细胞中,胞吐作用必需有信号的触发。触发的信号可以是神经递质、激素或Ca2+离子等,在胞吐过程中也需要GTP和ATP等。向分泌细胞注射Ca2+离子可以促进胞吐作用。 胞吐作用的结果一方面将分泌物释放到细胞外,另一方面小泡的膜融入质膜, 使质膜得以补充。

22. constitutive exocytosis pathway(组成型胞吐途径) 在真核细胞,有高尔基体反面囊膜分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的膜泡运输过程,呈连续分泌状态,完成质膜更新,分泌胞外基质组分、营养或信号分子等功能。

23. regulated exocytosis pathway (调节型胞吐作用) 在真核生物的一些特化细胞,所产生的分泌物储存

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在分泌泡内,当细胞受到胞外刺激时,分泌泡与质膜合并并将内含物分泌出细胞。该胞吐作用方式称为调节型胞吐途径。

24. fusion protein(膜融合蛋白) 在膜泡运输过程中,克服质膜融合的能量障碍,从而介导转运泡与特定的靶膜融合的一类蛋白,如NSF 蛋白和SNARPs蛋白等。

25.receptor-mediated endocytosis (受体介导的内吞作用) 一种特殊类型的内吞作用,主要是用于摄取特殊的生物大分子。大约有50种以上的不同蛋白,包括激素、生长因子、淋巴因子和一些营养物都是通过这种方式进入细胞。

被吞入的物质首先同细胞质膜的受体蛋白结合, 同受体结合的物质称为配体(ligand)。配体即是经受体介导被内吞的特异性大分子。它们的性质以及被细胞内吞后的作用各不相同。

26. membrane transport protein(膜转运蛋白)也称膜运输蛋白。能选择性地使非自由扩散的小分子物质透过质膜。

第五章 线粒体和叶绿体

1. mitochondrion (线粒体) 线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质。基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞"动力工厂"(power plant)之称。另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系, 但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。

2. outer membrane (外膜) 包围在线粒体外面的一层单位膜结构。厚6nm, 平整光滑, 上面有较大的孔蛋白, 可允许相对分子质量在5kDa左右的分子通过。外膜上还有一些合成脂的酶以及将脂转变成可进一步在基质中代谢的酶。外膜的标志酶是单胺氧化酶。

3. inner membrane (内膜) 位于外膜内层的一层单位膜结构, 厚约6nm。内膜对物质的通透性很低, 只有不带电的小分子物质才能通过。内膜向内折褶形成许多嵴, 大大增加了内膜的表面积。内膜含有三类功能性蛋白:①呼吸链中进行氧化反应的酶; ②ATP合成酶复合物; ③一些特殊的运输蛋白, 调节基质中代谢代谢物的输出和输入。内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。

4. intermembrane space (线粒体膜间隙) 线粒体内膜和外膜之间的间隙, 约6~8nm, 其中充满无定形的液体, 含有可溶性的酶、底物和辅助因子。膜间隙的标志酶是腺苷酸激酶。

5. matrix (线粒体基质) 内膜和嵴包围着的线粒体内部空间, 含有很多蛋白质和脂类,催化三羧酸循环中脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类, 也都存在于基质中。此外, 还含有线粒体DNA、 线粒体核糖体、tRNAs、rRNAs以及线粒体基因表达的各种酶。基质中的标志酶是苹果酸脱氢酶。

6. cristae (嵴) 线粒体内膜向基质折褶形成的结构称作嵴(cristae), 嵴的形成使内膜的表面积大大增加。嵴有两种排列方式:一是片状(lamellar), 另一是管状(tubular)。在高等动物细胞中主要是片状的排列, 多数垂直于线粒体长轴。在原生动物和植物中常见的是管状排列。线粒体嵴的数目、形态和排列在不同种类的细胞中差别很大。一般说需能多的细胞,不仅线粒体多,而且线粒体嵴的数目也多。

线粒体内膜的嵴上有许多排列规则的颗粒称为线粒体基粒(elementary particle),每个基粒间相距约10 nm。基粒又称偶联因子1(coupling factor 1),简称F1,实际是ATP合酶(ATP synthase),又叫F0 F1 ATP酶复合体, 是一个多组分的复合物。

7. protein targeting (蛋白质寻靶)

游离核糖体合成的蛋白质在细胞内的定位是由前体蛋白本身具有的引导信号决定的。不同类型的引导信号可以引导蛋白质定位到特定的细胞器,如线粒体、叶绿体、细胞核和过氧化物酶体等。这些蛋白质在游离核糖体上合成释放之后需要自己寻找目的地,因此称为蛋白质寻靶。

8. protein sorting (蛋白质分选)

主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到不同类型的小泡,并运送到目的地, 包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。

广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。

9. post-translational translocation (翻译后转运)

游离核糖体上合成的蛋白质必须等蛋白质完全合成并释放到胞质溶胶后才能被转运,所以将这种转运方式称为翻译后转运。通过这种方式转运的蛋白质包括线粒体、叶绿体和细胞核的部分蛋白,以及过氧化物酶体的全

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部蛋白等。在游离核糖体上合成的蛋白质中有相当一部分直接存在于胞质溶胶中, 包括细胞骨架蛋白、各种反应体系的酶或蛋白等。

10. co-translational translocation (共翻译转运)

膜结合核糖体上合成的蛋白质, 在它们进行翻译的同时就开始了转运,主要是通过定位信号,一边翻译,一边进入内质网, 然后再进行进一步的加工和转移。由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的,故称为共翻译转运。在膜结合核糖体上合成的蛋白质通过信号肽,经过连续的膜系统转运分选才能到达最终的目的地,这一过程又称为蛋白质分选,或蛋白质运输(protein trafficking)。

11. free ribosomes (游离核糖体)

在蛋白质合成的全过程中, 结合有mRNA的核糖体都是游离存在的(实际上是与细胞骨架结合在一起的),不与内质网结合。这种核糖体之所以不与内质网结合, 是因为被合成的蛋白质中没有特定的信号,与核糖体无关。

12. membrane-bound ribosomes (膜结合核糖体)

结合有mRNA并进行蛋白质合成的核糖体在合成蛋白质的初始阶段处于游离状态,但是随着肽链的合成,核糖体被引导到内质网上与内质网结合在一起,这种核糖体称为膜结合核糖体。

这种核糖体与内质网的结合是由合成的新生肽N端的信号序列决定的,而与核糖体自身无关。 13. leading peptide (导肽)

又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence),它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。 导肽是新生蛋白N-端一段大约20~80个氨基酸的肽链, 通常带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸和赖氨酸)含量较为丰富, 如果它们被不带电荷的氨基酸取代就不起引导作用,说明这些氨基酸对于蛋白质的定位具有重要作用。这些氨基酸分散于不带电荷的氨基酸序列之间。转运肽序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸,并且有形成两性α螺旋的倾向。转运肽的这种特征性的结构有利于穿过线粒体的双层膜。不同的转运肽之间没有同源性,说明导肽的序列与识别的特异性有关,而与二级或高级结构无太大关系。 导肽运送蛋白质时具有以下特点:①需要受体; ②消耗ATP; ③需要分子伴侣; ④要电化学梯度驱动; ⑤要信号肽酶切除信号肽; ⑥通过接触点进入;⑦非折叠形式运输。

14. molecular chaperone (分子伴侣) 存在于原核生物和真核生物细胞质以及细胞器中可协助新生肽链正确折叠的一类蛋白质。其作用是帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠,在线粒体蛋白的跨膜转运过程中,前体蛋白在跨过内膜和导肽被水解之后,重新卷曲折叠为成熟的蛋白分子,在跨膜蛋白的解折叠与重折叠过程中需要分子伴侣的分子参与。分子伴侣具有解折叠酶的功能,并能识别蛋白质解折叠之后暴露出得疏水面并与之结合,防止相互作用产生凝聚或错误折叠,同时还参与蛋白质跨膜运送后分子的重折叠以及装配过程。分子伴侣的这种作用没有专一性。

15. glycolysis (糖酵解)

葡萄糖在无氧条件下, 生成丙酮酸的过程。此过程在细胞质中进行, 并且是不耗氧的过程。

16. semiautonomous organelle (半自主性细胞器) 自身含有遗传表达系统(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)。 叶绿体和线粒体都属于半自主性细胞器。

17. electron carriers (电子载体) 在电子传递过程中与释放的电子结合并将电子传递下去的物质称为电子载体。参与传递的电子载体有四种∶黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和辅酶Q,在这四类电子载体中,除了辅酶Q以外,接受和提供电子的氧化还原中心都是与蛋白相连的辅基。

18. flavoproteins (黄素蛋白) 黄素蛋白是由一条多肽结合1个辅基组成的酶类,结合的辅基可以是FAD或FMN,它们是维生素B2的衍生物,每个辅基能够接受和提供两个质子和电子。线粒体中的黄素蛋白主要是电子传递链中NADH脱氢酶和TCA循环中的琥珀酸脱氢酶。

19. cytochromes (细胞色素)

细胞色素是含有血红素辅基的一类蛋白质。血红素基团是由卟啉环结合一个铁原子(铁原子位于环的中央)构成的。与NAD+和FAD不同, 在氧化还原过程中,血红素基团的铁原子可以传递单个的电子而不必成对传递。血红素中的铁通过Fe3+和 Fe2+两种状态的变化传递电子。在还原反应时,铁原子由Fe3+状态转变成Fe2+状态;在氧化反应中,铁由Fe2+转变成Fe3+。电子传递链中至少有五种类型的细胞色素∶a、a3、b、c和c1,它们间的差异在于血红素基团中取代基和蛋白质氨基酸序列的不同。

20. iron-sulfur proteins, Fe/S protein (铁硫蛋白)

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铁硫蛋白是含铁的蛋白质,也是细胞色素类蛋白。在铁硫蛋白分子的中央结合的不是血红素而是铁和硫,称为铁-硫中心(iron-sulfur centers)。最常见的是在蛋白质的中央含有四个原子,其中两个是铁,另两个是硫,称为[2Fe-2S],或在蛋白质的中央含有八个原子,其中四个是铁,另四个是硫,称为[4Fe-4S],并且通过硫与蛋白质的半胱氨酸残基相连。在铁硫蛋白中尽管有多个铁原子的存在,但整个复合物一次只能接受一个电子以及传递一个电子,并且也是靠Fe3+ Fe2+状态的循环变化传递电子。

21. coenzyme Q (醌(uniquinone UQ)或辅酶Q) 是一种脂溶性的分子,含有长长的疏水链,由五碳类戊二醇构成。如同黄素蛋白,每一个醌能够接受和提供两个电子和质子,部分还原的称为半醌,完全还原的称为全醌(UQH2)。

22. oxidation-reduction potentials, redox potentials (氧还电位) 由于不同的还原剂具有不同的电子传递电位,而氧化与还原又是偶联的,如NAD+和NADH.它们的差别主要是电子数量不同,所以二者间就有一个电位差, 即氧还电位。构成氧化还原的成对离子或分子,称为氧化还原对,或氧还对(redox pair)。氧还电位在标准条件下测定,即得标准氧化还原电位(standard oxidation reduction potentials, E0')。标准氧化还原电位的值越小,提供电子的能力越强。所谓标准条件是指1M反应浓度、25℃、pH 7.0和1个大气压,测得的氧还电位用伏特(V)表示。

23. respiratory chain (呼吸链) 又称电子传递链, 是线粒体内膜上一组酶的复合体。其功能是进行电子传递,H+的传递及氧的利用, 最后产生H2O和ATP。

24. 复合物I( complex I) 复合物I又称NADH 脱氢酶(NADH dehydrogenase)或NADH-CoQ 还原酶复合物, 功能是催化一对电子从NADH传递给CoQ,它是线粒体内膜中最大的蛋白复合物,是跨膜蛋白,也是呼吸链中了解最少的复合物。哺乳动物的复合物Ⅰ含有42种不同的亚基,总相对分子质量差不多有1000kDa。其中有7个亚基都是疏水的跨膜蛋白,由线粒体基因编码。复合物Ⅰ含有黄素蛋白(FMN)和至少6个铁硫中心(iron-sulfur centers)。一对电子从复合物Ⅰ传递时伴随着4个质子被传递到膜间隙。

25. 复合物Ⅱ(complex Ⅱ) 又称为琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)或琥珀酸-CoQ 酶复合物,功能是催化电子从琥珀酸传递给辅酶Q,由几个不同的多肽组成,其中有两个多肽组成琥珀酸脱氢酶,并且是膜结合蛋白。复合物Ⅱ参与的是低能电子传递途径,将琥珀酸的电子经FAD传给CoQ。复合物Ⅱ传递电子时不伴随氢的传递。

26. 复合物Ⅲ(complex Ⅲ) 又称CoQH2-细胞色素c 还原酶复合物, 总相对分子质量为250kDa。含1个细胞色素c1、1个细胞色素b(有两个血红素基团)、1个铁硫蛋白,其中细胞色素b由线粒体基因编码。复合物Ⅲ催化电子从辅酶Q向细胞色素c传递,并且每传递一对电子,同时传递4个H+到膜间隙。

27. 复合物Ⅳ(complex Ⅳ) 又称细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase)。总相对分子质量为200kDa。复合物Ⅳ是以二聚体的形式存在,它的亚基Ⅰ和Ⅱ都含有4个氧化还原中心(redox-active centers)和两个a型细胞色素(含有1个a、1个a3)和两个Cu。主要功能是将电子从细胞色素c传递给O2 分子, 生成H2O∶4cyt c2+ + O2 + 4H+ → 4cyt c3+ + 2H2O。每传递一对电子,要从线粒体基质中摄取4个质子,其中两个质子用于水的形成,另两个质子被跨膜转运到膜间隙。

28. 电化学梯度(electrochemical gradient) 质子跨过内膜向膜间隙的转运也是一个生电作用(electrogenesis),即电压生成的过程。因为质子跨膜转运使得膜间隙积累了大量的质子,建立了质子梯度。由于膜间隙质子梯度的建立, 使内膜两侧发生两个显著的变化∶线粒体膜间隙产生大量的正电荷,而线粒体基质产生大量的负电荷,使内膜两侧形成电位差;第二是两侧氢离子浓度的不同因而产生pH梯度(ΔpH),这两种梯度合称为电化学梯度(electrochemical gradient)。线粒体内膜两侧电化学梯度的建立,能够形成质子运动力(proton-motive force,Δp),只要有合适的条件即可转变成化学能储存起来。

29. chloroplast (叶绿体) 植物细胞中由双层膜围成,含有叶绿素能进行光合作用的细胞器。间质中悬浮有由膜囊构成的类囊体,内含叶绿体DNA。

30. ATP合酶(ATP synthase) ATP或称F0F1 复合物(F0F1 complexes), 该酶在分离状态下具有ATP水解酶的活性,在结合状态下具有ATP合酶的活性, 属F型ATPase。除了线粒体中有ATP合酶外,植物叶绿体的类囊体和好氧细菌都有ATP合酶的同源物,ATP合酶的分子组成和主要特点是:

头部:头部即F1, 细菌和线粒体ATP合酶的F1都是水溶性的蛋白,结构相似,由5种多肽(α、β、γ、δ和ε)组成的九聚体(α3β3γδε),α亚基和β亚基构成一种球形的排列,头部含有三个催化ATP合成的位点,每个β亚基含有一个。

柄部∶由F1的γ亚基和ε亚基构成柄部,将头部与基部连接起来。γ亚基穿过头部作为头部旋转的轴。构

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成基部的亚基b向外延伸成为柄部的构成部分。

基部∶基部称为F0,是由镶嵌在线粒体内膜的疏水性蛋白质所组成,由3种不同的亚基组成的十五聚体(1a:2b:12c)。其中c亚基在膜中形成物质运动的环,b亚基穿过柄部将F1固定; a亚基是质子运输通道,允许质子跨膜运输。

31. oxidative phosphorylation (氧化磷酸化) 在活细胞中伴随着呼吸链的氧化过程所发生的能量转换和ATP的形成, 称为氧化磷酸化。

32. chemiosmotic coupling hypothesis (化学渗透假说) 英国生物化学家P.Mitchell 于1961年提出的解释释氧化磷酸化偶联机理的假说。该学说认为: 在电子传递过程中, 伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移, 形成跨膜的氢离子梯度,这种势能驱动了氧化磷酸化反应(提供了动力), 合成了ATP。这一学说具有大量的实验证明,得到公认并获得了1978年诺贝尔奖。化学渗透学说可以很好地说明线粒体内膜中电子传递、质子电化学梯度建立、ADP磷酸化的关系。

33. endosymbiont hypothesis (内共生学说) 关于线粒体起源的一种学说。认为线粒体来源于细菌,即细菌被真核生物吞噬后,在长期的共生过程中,通过演变,形成了线粒体。该学说认为:线粒体祖先原线粒体(一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌)被原始真核生物吞噬后与宿主间形成共生关系。在共生关系中,对共生体和宿主都有好处:原线粒体可从宿主处获得更多的营养,而宿主可借用原线粒体具有的氧化分解功能获得更多的能量。

34. aeymbiotic theory (非内共生学说) 又称细胞内分化学说 认为线粒体的发生是质膜内陷的结果。有几种模型,其中Uzzell的模型认为:在进化的最初阶段,原核细胞基因组进行复制,并不伴有细胞分裂,而是在基因组附近的质膜内陷形成双层膜,将分离的基因组包围在这些双层膜的结构中,从而形成结构可能相似的原始的细胞核和线粒体、叶绿体等细胞器。后来在进化的过程中,增强分化,核膜失去了呼吸和光合作用,线粒体成了细胞的呼吸器官,这一学说解释了核膜的演化渐进的过程。

35. photophosphorylation (光合磷酸化) 在光照条件下,叶绿体将腺二磷(ADP)和无机磷(Pi)结合形成腺三磷(ATP)的生物学过程。是光合细胞吸收光能后转换成化学能的一种贮存形式。

36. noncyclic photophosphorylation (非循环光合磷酸化) PSⅡ电子传递系统接收红光后,激发态P680*

++从水光解得到电子,传递给NADP,电子传递经过两个光系统,在传递过程中产生的H梯度驱动ATP的形成。

在这个过程中,电子传递是一个开放的通道,故称为非循环式光和磷酸化。

37. heat shock protein (热休克蛋白) 其作用是帮助蛋白分子折叠或解折叠,在正常生条件下,HSP对蛋白质跨膜运送及复合物的装配起重要作用,在运送通过内膜的过程中国还需要消耗能量。

38. submitochondrial particles(亚线粒体颗粒) 用超声波将线粒体破碎,线粒体内膜碎片可自然卷成颗粒朝外的小膜泡,这种小膜泡称为亚线粒体颗粒(submitochondrial particles)或亚线粒体小泡(submitochondrial vesicle)这些亚线粒体小泡具有电子传递和磷酸化功能。

39. thylakoid(类囊体) 在叶绿体基质中,是单层膜围成的扁平小囊,也称为囊状结构薄膜。沿叶绿体的长轴平行排列。类囊体膜上含有光合色素和电子传递链组分,光能向化学能的转化在此上进行,因此类囊体膜亦称光合膜。

40. grana(基粒)在叶绿体基质中,有许多单位膜封闭形成的扁平小囊,称为类囊体。类囊体一般沿叶绿体长轴平行排列。在某些部位,许多圆饼状的类囊体叠置成垛,称为基粒。

第六章 真核细胞内膜系统

1.endomembrane system(内膜系统):是指细胞质内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结构的总称,包括核膜、内质网、高尔基复合体等,因为它们的膜是相互流动的, 处于动态平衡, 在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有膜结合的细胞器。

2. cytoplasmic matrix(细胞质基质)(cytoplasmicground substance;groundplasm)是除去能分辨的细胞器和颗粒以外的细胞质中胶态的基底物质。随观察方法、研究手段的改进,其涵义有所改变。显微水平上称为透明质或细胞液;亚显微水平上称为细胞质基质;细胞生化上称为胞质溶胶即细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器和颗粒后的上清液部分。

3. microsomes(微粒体) 微粒体是细胞被匀浆破碎时, 内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡(主要是内质网和高尔基体), 这些小囊泡的直径大约100 nm左右, 是异质性的集合体, 将它们称为微粒

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体。

4. microbody (微体)由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。包括过氧化物酶体和乙醛酸循环体。

5.peroxisome(过氧化物酶体) 过氧化物酶体是由一层单位膜包裹的囊泡, 直径约为0.5~1.0μm, 通常比线粒体小。与溶酶体不同,过氧化物酶体不是来自内质网和高尔基体,因此它不属于内膜系统的膜结合细胞器。过氧化物酶体普遍存在于真核生物的各类细胞中,但在肝细胞和肾细胞中数量特别多。过氧化物酶体的标志酶是过氧化氢酶,它的作用主要是将过氧化氢水解。H2O2是氧化酶催化的氧化还原反应中产生的细胞毒性物质,氧化酶和过氧化氢酶都存在于过氧化物酶体中,从而对细胞起保护作用。

6. endoplasmic reticulum, ER (内质网) 是由一层单位膜所形成的囊状、泡状和管状结构,并形成一个连续的网膜系统。由于它靠近细胞质的内侧,故称为内质网。膜厚50~60?,内腔是连通的。内质网通常占有细胞膜系统的一半左右, 约占细胞体积的10%以上。内质网在细胞质中一般呈连续的网状形式存在, 但这种连续性和形状不是固定不变的。在细胞生活中, 一个时期可能是一些连续的小管或小囊系统, 而在另一个时期有可能是不连续的。同时, 内质网对细胞的生理变化相当敏感, 在不正常或服药的情况下, 如饥饿、缺氧、辐射、患肝炎、服用激素等, 均可使肝细胞的ER囊泡化。

根据内质网上是否附有核糖体,将内质网分为两类:粗面内质网(rough endoplasmic reticulum, RER)和光面内质网(smooth endoplasmic reticulum, SER)。由于内质网是一种封闭的囊状、泡状和管状结构,它就有两个面,内质网的外表面称为胞质溶胶面(cytosolic space), 内表面称为潴泡面(cisternal space)。

7. sarcoplasmic reticulum (肌质网) 心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网,其功能是参与肌肉收缩活动。肌质网膜上的Ca2+ -ATP酶将细胞基质中的Ca2+ 泵入肌质网中储存起来, 使肌质网Ca2+ 的浓度比胞质溶胶高出几千倍。受到神经冲动刺激后, Ca2+ 释放出来,参与肌肉收缩的调节。

8. cytosol (胞质溶胶) 胞质溶胶属细胞质的可流动部分,并且是膜结合细胞器外的流动部分,它含有多种蛋白和酶以及参与生化反应的因子。胞质溶胶是蛋白质合成的的重要场所, 同时还参与多种生化反应。

9. flippase (翻转酶) 又称磷脂转位蛋白(phospholipid translocator),将磷脂从膜的一侧翻转到另一侧的酶, 是一个蛋白家族。翻转酶催化的磷脂移动也是有选择性的,如将磷脂酰胆碱翻转的翻转酶则不能催化其他的磷脂翻转, 这样保证了膜中磷脂分布的不对称。

10. phospholipid exchang proteins, PEP (磷脂交换蛋白) PEP是一种水溶性的载体蛋白,可以在不同的膜结合细胞器之间转移磷脂。转移的过程是: PEP首先与磷脂分子结合, 形成水溶性的复合物进入细胞质基质中, 通过自由扩散, 直至遇上其它的膜时, PEP将磷脂释放出来,并插在膜上,结果使磷脂从磷脂含量高的膜上转移到缺少磷脂的膜上, 即从磷脂合成的部位内质网转向线粒体或过氧化物酶体上。

11. signal recognition partical, SRP (信号识别颗粒), SRP是一种核糖核酸蛋白复合体,沉降系数为11S,含有分子量为72kDa、68kDa、54kDa、19kDa、14kDa及9kDa的6条多肽和一个7S(长约300个核苷酸)的scRNA。 SRP上有三个功能部位: 翻译暂停结构域(P9/P14)、信号肽识别结合位点(P54)、SRP受体蛋白结合位点(P68/P72)。因此, SRP能够识别刚从游离核糖体上合成出来的信号肽,并与之结合,暂时中止新生肽的合成,同时与内质网上的停靠蛋白结合,使核糖体附着到内质网膜上,并进行新生肽的转移。SRP对正在合成的其它蛋白质无作用,这些游离核糖体也就不能附着到内质网膜上。

12. docking protein, DP (停靠蛋白) 即SRP在内质网膜上的受体蛋白,它能够与结合有信号序列的SRP牢牢地结合,使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。停靠蛋白含有两个亚基,一个亚基暴露于细胞质的亲水部分,由640个氨基酸组成;另一个亚基是嵌入膜内的疏水部分,由300个氨基酸所组成。SRP受体蛋白除了同SRP结合将核糖体引导到内质网, 同时,它的α亚基与SRP一起催化GTP水解释放能量,帮助信号肽转位。

13. start-transfer signal (起始转移信号) 蛋白质氨基末端的信号序列除了作为信号被SRP识别外, 还具有起始穿膜转移的作用。在蛋白质共翻译转运过程中,信号序列的N-端始终朝向内质网的外侧,插入蛋白质转运通道后与通道内的信号序列结合位点(受体)结合,其后的肽序列是以袢环的形式通过运输通道。不过N-端的起始转移序列是可切除的序列,它的旁边有信号肽酶的作用位点,以N-端信号序列作为起始转移信号的一般都是分泌蛋白。

14. internal signal sequence (内含信号序列) 内含信号序列又称内含信号肽(internal signal peptides),它不位于N-末端,但具信号序列的作用,故称为内含信号序列。它可作为蛋白质共翻译转移的信号被SRP识别,同时它也是起始转移信号,可插入蛋白质转运通道,并与通道中的受体结合,引导其后的肽序列转运。内含信号

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序列是不可切除的信号序列,这是与N-末端信号序列的一个重要区别。由于内含信号序列是不可切除的,又是疏水性的,所以它是膜蛋白的一部分,如果共翻译转运蛋白质中只有一个内含信号序列,那么合成的蛋白就是单次跨膜蛋白。

15. stop-transfer peptide (停止转移肽) 又称停止转运信号(halt transfer signal),它是存在于新生肽中能够使肽链通过膜转移停止的一段信号序列,结果导致蛋白质锚定在膜的双脂层, 停止转运信号以α螺旋的形式锚定在双脂层。因停止转移信号的作用而形成单次跨膜的蛋白,那么该蛋白在结构上只有一个停止转移信号序列,没有内含转移信号,但在N-端有一个信号序列作为转移起始信号。

16. low-density lipoprotein, LDL (低密度的脂蛋白)

胆固醇是动物细胞质膜的基本成份,也是固醇类激素的前体。由于胆固醇是疏水性分子,所以它在血液中是以大的脂蛋白的颗粒被运输的。根据脂蛋白的密度分为四种类型: 极低密度的脂蛋白(very low-density lipoprotein,VLDL)、中等密度脂蛋白(intermediate density lipoprotein,IDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)。

17. transferrin(转铁蛋白) 是血液中一种主要的糖蛋白, 负责将肝组织(是铁贮藏的主要场所)的铁向其它组织的细胞运输。没有结合铁的转铁蛋白称作脱铁转铁蛋白(apotransferrin), 它能够紧紧结合两个Fe3+, 此时称为铁结合转铁蛋白(ferrotransferrin)。所有生长中的细胞表面都有铁结合转铁蛋白的受体,在中性pH条件下转铁蛋白与铁结合, 然后通过内吞作用进入细胞。在细胞内,在内体的酸性环境下, 转铁蛋白释放出铁, 但是仍与膜受体结合在一起, 并与受体一同回到质膜。当细胞外环境变成中性时, 转铁蛋白同受体脱离,并自由地结合铁, 然后又开始新一轮循环。实际上, 转铁蛋白穿梭于细胞外液体和内体之间, 避开了溶酶体, 快速传递细胞生长所需的铁。

18. clathrin-coated vesicle (披网格蛋白小泡) 由网格蛋白形成的被膜小泡。从反面高尔基体网络出芽形成的选择性的分泌小泡,包括溶酶体酶运输小泡, 以及细胞质膜中由受体介导的内吞作用形成的内吞泡都是由网格蛋白参与形成的,这些小泡的表面都包裹一层聚合的网格蛋白。网格蛋白小泡参与反面高尔基体和质膜之间的选择性分泌和内吞活动,但是从高尔基体反面网络形成的披网格蛋白小泡与从细胞质膜形成的披网格蛋白小泡所用的衔接蛋白(adaptin)是不同的。

在披网格蛋白小泡形成过程中, 网格蛋白同膜受体结合, 形成被膜小窝, 并逐渐使被膜小窝下陷, 最后同膜脱离形成一个包有网格蛋白外被的小泡。据估计, 在培养的成纤维细胞中, 每分钟大约有2500个披网格蛋白小泡从质膜上脱离下来。

19. COPⅡ coated vesicle (COPⅡ被膜小泡) 由外被蛋白Ⅱ(coat protein Ⅱ, COP Ⅱ )包裹的小泡。外被蛋白是一个大的复合体,称为外被体(coatomer)。这种类型的小泡介导非选择性运输, 它参与从ER到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。

20. COPⅠcoated vesicle (COPⅠ被膜小泡),

由外被蛋白Ⅰ(coat protein Ⅰ, COP Ⅰ )包裹的小泡。主要介导蛋白质从高尔基体运回内质网,包括从反面高尔基体运向顺面高尔基体,以及将蛋白质从反面高尔基体运回到内质网。

21. heavy-chain binding protein, Bip (重链结合蛋白) Bip是重链结合蛋白的简称,因为它能够同IgG抗体的重链结合而得名。Bip是一类分子伴侣,属于Hsp70家族,在内质网中有两个作用。

第一,Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合,防止多肽链不正确地折叠和聚合。然后Bip同ATP结合并通过ATP的水解释放出结合的多肽。Bip的第二个作用是防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。也就是说蛋白质在转运到内质网的过程中需要Bip的帮助。

22. N-linked glycosylation (N-连接糖基化) 新合成蛋白进行糖基化修饰的一种方式。糖通过与蛋白质的天冬氨酸的自由NH2基连接,所以将这种糖基化称为N-连接的糖基化。这一过程在在内质网中进行的。糖基化的第一步是将一个14糖的核心寡聚糖添加到新形成多肽链的天冬酰胺上,其氨基酸的特征序列是Asn-X-Ser/Thr(X代表任何一种氨基酸),天冬酰胺作为受体。

核心寡聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖组成。这种寡聚糖同ER膜中的磷酸多萜醇(dolichol phosphate)紧紧相连。被转移到新生肽上的寡聚糖在ER中会进一步加工,主要是切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖。多萜醇是长链的醇,具有很长的疏水尾部能够紧紧的结合在膜的双脂层上。核心寡聚糖链是结合在多萜醇的磷酸基上,当ER膜上有蛋白质合成时,整个糖链一起转移。

23. Golgi complex (高尔基复合体) 又称高尔基器(Golgi apparatus)或高尔基体,是意大利科学家Camillo Golgi在1898年发现的,它是普遍存在于真核细胞中的一种细胞器。

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高尔基复合体与细胞的分泌功能有关, 能够收集和排出内质网所合成的物质, 它也是凝集某些酶原颗粒的场所, 参与糖蛋白和粘多糖的合成。高尔基复合体与溶酶体的形成有关, 并参与细胞的胞饮和胞吐过程。

高尔基复合体由平行排列的扁平膜囊、大囊泡和小囊泡等三种膜状结构所组成。它有两个面:形成面和成熟面,来自内质网的蛋白质和脂从形成面逐渐向成熟面转运,所以它具有方向性,是一种极性细胞器。

扁平膜囊(saccules) 是高尔基复合体的主体部分。一般由3~10层扁平膜囊平行排列在一起组成一个扁平 液泡(vacuoles) 多见于扁平膜囊扩大之末端, 可与之相连。直径0.1~0.5微米, 泡膜厚约80?。大泡内部为电子密度不同的物质, 这是与这些物质的成熟阶段有关。液泡又称为分泌泡或浓缩泡(condensing vesicle)。当分泌颗粒排出时, 液泡的膜与细胞膜融合,将分泌物排出,因此,扁平膜囊的膜又不断被减少。

24. ER retention signal (内质网滞留信号) 内质网的结构和功能蛋白羧基端的一个四肽序列: Lys-Asp-Glu-Leu-COO-,即KDEL信号序列。这段序列在高尔基体的膜受有相应的受体, 一旦进入高尔基体就会被高尔基体上的受体结合, 形成回流小泡被运回内质网, 所以将该序列称为内质网滞留信号。如Bip就带有KDEL信号, 它是内质网中的分子伴侣,如果从Bip上除去这种信号, Bip蛋白就会分泌出来; 如果将KDEL信号加到别的分泌蛋白上, 这种蛋白也就变成了滞留在内质网中的蛋白质。

25. O-linked glycosylation (O-连接的糖基化) 是将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基的氧原子上。O-连接的糖基化是由不同的糖基转移酶催化的, 每次加上一个单糖。同复杂的N-连接的糖基化一样, 最后一步是加上唾液酸残基,这一反应发生在高尔基体反面膜囊和TGN中。

26. lysosome (溶酶体) 是动物细胞中一种膜结合细胞器, 小球状, 外面由一层单位膜包被。溶酶体含有多种水解酶类, 在细胞内起消化和保护作用, 可与吞噬泡或胞饮泡结合, 消化和利用其中的物质。也可以消化自身细胞破损的细胞器或残片,有利于细胞器的重新组装、成分的更新及废物的消除。当细胞被损伤时, 溶酶体可释放出水解酶类, 使细胞自溶。溶酶体来自高尔基复合体, 溶酶体的酶有一个基本的特征, 即它们的寡糖链有磷酸化甘露糖残基, 被TGN的M6P受体识别和结合, 从而被分拣出来。

植物细胞中也有与溶酶体功能类似的细胞器,如圆球体、糊粉粒以及中央液泡等。

27. spherosome (圆球体) 是植物细胞中由一层单位膜包裹的含有细微结构的球形颗粒,直径为0.5~1μm,内含酸性水解酶,相当于动物细胞的溶酶体。

与动物细胞的溶酶体不同,圆球体能够被脂溶性的染料染色, 因此推测圆球体含有大量的脂类成份。由于含有大量的脂,有理由推测圆球体的功能可能是参与脂的储存。

28. vacuoles (液泡) 植物中由膜包裹的结构, 几乎占据了细胞总体积的90%。植物细胞的液泡也含有多种水解酶类, 具有与动物细胞溶酶体酶类似的功能。液泡膜上具有H+-ATPase, 能够将H+运输到液泡中, 同时在液泡膜上还有一些运输蛋白, 帮助液泡行使一些特殊的功能。

29. primary lysosome (初级溶酶体) 此类溶酶体是刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡, 仅含有水解酶类,但无作用底物,外面只有一层单位膜,其中的酶处于非活性状态。如果从细胞的分泌活动考虑,初级溶酶体是一种刚刚分泌的含有溶酶体酶的分泌小泡。

30. secondary lysosome (次级溶酶体) 此类溶酶体中含有水解酶和相应的底物,是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。根据所消化的物质来源不同, 分为自噬性溶酶体、异噬性溶酶体。

31. autolysosome (自噬性溶酶体) 是一种自体吞噬泡, 作用底物是内源性的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质。这种溶酶体广泛存在于正常的细胞内,在细胞内起“清道夫”作用,作为细胞内细胞器和其它结构自然减员和更新的正常途径。在组织细胞受到各种理化因素伤害时,自噬性溶酶体大量增加,因此对细胞的损伤起一种保护作用。

32. heterolysosome (异噬性溶酶体)又称异体吞噬泡, 它的作用底物是外源性的, 即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。异噬性溶酶体实际上是初级溶酶体同内吞泡融合后形成的。

33. phagocytosis (吞噬作用) 细胞吞噬感染的病毒、细菌或其它一些颗粒等称为异体吞噬。溶酶体的吞噬作用是指外来的有害物质被吞入细胞后, 即形成由膜包裹的吞噬小体(phagosome), 初级溶酶体很快同吞噬体融合形成次级溶酶体, 此时溶酶体中的底物是从细胞外摄取的,故为异噬性的溶酶体, 在异噬性的溶酶体中吞噬物被酶水解;水解后, 那些可溶性小分子可通过溶酶体膜进入胞质溶胶, 为细胞再利用或成为废物被排出。所以溶酶体的吞噬作用可保护细胞免受细菌与病毒等的侵染, 是细胞的防御功能所必需的。

多细胞的动物具有专门的吞噬细胞,即巨噬细胞(macrophages)和中性粒细胞(neutrophils)担任机体中的保护防御任务。

34. autophagy (自噬作用) 自噬作用是普遍存在于大部分真核细胞中的一种现象, 是溶酶体对自身结构的

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吞噬降解, 它是细胞内的再循环系统(recycling system)。

自噬作用主要是清除降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器、以及不再需要的生物大分子等。自噬作用在消化的同时,也为细胞内细胞器的构建提供原料,即细胞结构的再循环。因此, 溶酶体相当于细胞内清道夫。

35. autolysis (自溶作用) 自溶作用是细胞的自我毁灭(cellular self-destruction), 即溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解。在正常情况下, 溶酶体的膜是十分稳定的, 溶酶体的酶也安全地被包裹在溶酶体内, 不会对细胞自身造成伤害。

如果细胞受到严重损伤, 造成溶酶体破裂, 那么细胞就会在溶酶体酶的作用下被降解, 如某些红细胞常会有这种情况发生。

在多细胞生物的发育过程中,自溶对于形态建成具有重要作用。通过自溶作用,除去不必要的细胞、组织。如手指或脚趾的形成同溶酶体有关,它将指之间的结构水解。另外蝌蚪尾巴的蜕化也是溶酶体中一种水解酶(组织蛋白酶)消化作用的结果, 该酶将尾部细胞破坏, 使尾部消失。

36. signal patch (信号斑)信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。

37. M6P receptor protein (M6P受体蛋白) 是反面高尔基网络上的膜整合蛋白, 能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合, 从而将溶酶体的酶蛋白分选出来,然后通过出芽的方式将溶酶体的酶蛋白装入分泌小泡。M6P受体蛋白同M6P的结合是高度特异的,并且具有较高的结合力。它在pH为6.5~7的条件下与M6P结合, 而在酸性条件下(pH=6)脱落。

M6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络,但在一些动物细胞的质膜中也有存在, 它可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。细胞质膜表面pH呈中性, 溶酶体的酶蛋白在这种条件下与M6P受体紧紧地结合在一起, 可通过内吞作用将分泌出来的溶酶体酶重新包装在小泡中并送回到细胞内。大多数这样的小泡能够与溶酶体或高尔基体的TGN融合。据估计大约有5%~10%的溶酶体酶是通过这种方式从细胞外遣送到细胞内。

38. endosome (内体) 内体是膜包裹的囊泡结构,有初级内体(early endosome)和次级内体(late endosome)之分, 初级内体通常位于细胞质的外侧,次级内体常位于细胞质的内侧,靠近细胞核。内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡, 其内的受体与配体是分开的。一般认为初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器, 通常是管状和小泡状的网络结构集合体。

次级内体中的pH呈酸性, 且具有分拣作用,能够分选与配体结合的受体,让它们再循环到细胞质膜表面或高尔基体反面网络, 次级内体中的受体和配体不再偶联在一起,所以次级内体又被称为CURL(compartment of uncoupling of receptor and ligand),意思是受体与配体非偶联的区室。

39. silicosis (矽肺) 空气中的矽(SiO2 )被吸入肺后,被肺部的吞噬细胞所吞噬,由于吞入的二氧化硅颗粒不能被消化,并在颗粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶体膜的受体分子形成氢键,使膜破坏,释放出水解酶,导致细胞死亡,结果刺激成纤维细胞产生胶原纤维结节,造成肺组织的弹性降低,肺受到损伤,呼吸功能下降。

40. glycogen storage disease type Ⅱ (Ⅱ型糖原贮积症) 是最早发现的贮积症。由于常染色体上的一个隐性基因突变,造成了溶酶体缺乏α�葡萄糖苷酶,缺少了这种酶的溶酶体不能把肝细胞中或肌细胞中过剩的糖原进行水解而大量积累在溶酶体内,造成溶酶体超载。此病多发于婴儿,表现为肌肉无力,心脏增大,心力衰竭, 通常于两周内死亡。

41. clathrin (网格蛋白) 是一种进化上高度保守的蛋白质,由分子量为180kDa的重链和分子量为35~40kDa的轻链组成二聚体, 三个二聚体形成包被的基本结构单位--三联体骨架(triskelion), 称为三腿蛋白(three-legged protein)。有两种类型的轻链:α链和β链, 二者的氨基酸有60%是相同的, 但还不知道它们在功能上有什么差别。许多三腿复合物再组装成六边形或五边形网格结构,即包被亚基,然后由这些网格蛋白亚基组装成披网格蛋白小泡。

42. adaptin, AP (衔接蛋白) 参与披网格蛋白小泡组装的一种蛋白质, 分子量为100kDa, 在披网格蛋白小泡组装中与受体的细胞质结构域相互作用, 起衔接作用。有两种类型衔接蛋白, AP1参与反面高尔基体的披网格蛋白小泡的组装, AP2则参与从细胞质膜形成的披网格蛋白的组装。

M6P受体蛋白既存在于反面高尔基体又存在于细胞质膜,所以这种受体既能同AP1作用又能与AP2相互作用。衔接蛋白AP2是一个二聚体,并且是由α衔接蛋白(α链)和β衔接蛋白(β链)两种衔接蛋白组成的异二聚体。

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43. dynamin (发动蛋白) 参与披网格蛋白小泡形成的发动蛋白是一种胞质溶胶蛋白,有900个氨基酸, 能够同GTP结合并将GTP水解。发动蛋白的作用是在被膜小窝的颈部聚合,通过水解GTP调节自己收缩, 最后将小泡与质膜割开。发动蛋白是一种G蛋白, 也是披网格蛋白小泡形成的装配反应因子(assembly reaction factor, ARF)。

44. small GTP binding protein (小GTP结合蛋白) 细胞中有两类结构不同的GTP结合蛋白:一种是单体GTP结合蛋白( 也称单体GTPase), 含有一条多肽链, 即是小GTP结合蛋白;另一种即是参与信号转导的三体G蛋白。小GTP结合蛋白是细胞内的一个大的蛋白家族, 它以两种状态存在: 同GTP结合时, 具活性状态; 同GDP结合, 则是非活性状态。小GTP结合蛋白的活性和非活性状态的转变取决于两种蛋白: 一种是鸟嘌呤核苷释放蛋白(guanine-nucleotide-releasing protein, GNRP), 它催化GDT同GTP的交换。另一种是GTP 酶激活蛋白(GTPase-activating protein, GAP), 它触发结合的GTP水解。许多小GTP结合蛋白都有一个共价结合的脂基团, 帮助它们同膜结合。小GTP蛋白包括ras、rab和rho蛋白, 它们在一些重要的的活动中起调节作用, 包括分泌活动和细胞骨架的装配等。

45. assembly reaction factor, ARF (装配反应因子) 一类与被膜小泡装配相关的蛋白因子。在COP被膜小泡装配中, ARF被认为是外被体外被的装配和去装配的信号。装配反应因子是一种单体GTPase,由一条多肽链组成,同时含有一个脂肪酸的尾部,属单体GTP结合蛋白(monomeric GTP-binding protein)。

ARF在COP-被膜小泡形成的过程中起重要作用。当ARF同GDP结合时,没有活性,其脂肪酸的尾部隐藏在蛋白质的空间结构中,ARF也就不能同膜结合。当无活性的ARF�GDP同供体膜上的鸟嘌呤核苷释放蛋白结合时,引起ARF释放GDP,并同GTP结合,GTP使ARF的构型发生改变,暴露出它的脂肪酸链,并随即插入到供体膜中。同膜结合后的ARF�GTP可以同外被体结合,形成被膜小泡。

46. Soluble NSF Attachment Protein Receptor;SNAREs (可溶性NSF偶联蛋白质受体) 真核细胞生物膜上的跨膜蛋白大家族,负责介导真核细胞内的膜泡运输。存在于囊泡膜上的称为 vSNARE ,存在于靶膜上的称为tSNARE,SNAP与SNARE 相互作用,指导囊泡的定向运输。 47. self-assembly (自我装配) 装配的信息存在于装配亚基的自身,细胞提供装配的环境。

48.aided-assembly (协助装配) 除了细胞提供装配环境外,还需要其他成分的介入或对装配亚基的修饰。

49. direct-assembly (直接装配) 是指某种亚基直接装配到已形成的结构上。

50. regulated secretion ;regulated secretory pathway (调节型分泌途径) 又称诱导型分泌, 见于某些特化的细胞,如内分泌细胞。在这些细胞中,调节型分泌小泡成群地聚集在质膜下,只有在外部信号的触发下,质膜产生胞内信使后才和质膜融合,分泌内容物。调节型分泌小泡形成的方式可能与溶酶体相似, 分泌蛋白在高尔基体反面网络中通过分选信号与相应的受体结合, 使其分选到分泌泡中。分泌泡比运输溶酶体的运输小泡大, 所含的蛋白质远远多于膜受体的量, 因此有人认为这种分选可能更象细胞表面的受体介导的内吞过程, 有网格蛋白参与。

51. ubiquitination;ubiquitinoylation(泛素化)在蛋白质分子一个位点上结合单个或多个泛素残基的现象。

52. glyoxysomes(乙醛酸循环体)植物细胞中含有乙醛酸循环酶的细胞器。也含有过氧化氢酶,催化脂肪酸氧化。

53.signal peptidase(信号肽酶)可切除分泌型蛋白质N端信号肽的蛋白酶

54. vesicular transport(膜泡运输)大分子和颗粒物质被运输时并不直接穿过细胞膜,都是由膜包围形成膜泡,通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运的过程,故称为膜泡运输。

第七章 细胞信号转导

1. cell communication (细胞通讯) 细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 并通过放大引起快速的细胞生理反应,或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反应。 多细胞生物是由不同类型的细胞组成的社会, 而且是一个开放的社会,这个社会中的单个细胞间必须协调它们的行为,为此,细胞建立通讯联络是必需的。

2. cell signalling (信号传导) 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的产生、分泌与传送,即信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进行传递。

3. signal transduction (信号转导) 是细胞通讯的基本概念, 强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途

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径)和结果, 包括配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换。

4. signaling molecules (信号分子)

信号分子是指生物体内的某些化学分子, 既非营养物, 又非能源物质和结构物质,而且也不是酶,它们主要是用来在细胞间和细胞内传递信息, 如激素、神经递质、生长因子等统称为信号分子,它们的惟一功能是同细胞受体结合, 传递细胞信息。

多细胞生物中有几百种不同的信号分子在细胞间传递信息,这些信号分子中有蛋白质、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、胆固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的气体分子等。

根据信号分子的溶解性分为水溶性信息(water-soluble messengers)和脂溶性信息(lipid-soluble messengers),前者作用于细胞表面受体,后者要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。

5. hormone (激素) 激素是由内分泌细胞(如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体)合成的化学信号分子,这些信号分子被分泌到血液中后, 经血液循环运送到体内各个部位作用于靶细胞。激素经血液循环系统运送到全身的速度很快,通常只需几分钟。每种激素都有与其相配的一种或几种受体; 一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素。

6. endocrine signaling (内分泌信号) 由内分泌细胞合成并分泌到细胞外进行信号传导的分子称为内分泌信号。一般为激素类物质。这类信号分子通讯方式的距离最远,覆盖整个生物体。

内分泌信号的激素有三种类型:蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素。

7. local mediators (局部介质) 局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子,它只能作用于周围的细胞。即信号分子分泌出来之后停留在分泌细胞周围的细胞外液体中,只是将信息传递给相邻细胞,通讯距离很短,只有几毫米。

8. paracrine signaling (旁分泌信号) 分泌到细胞外后只能作用于邻近细胞的信号分子称为旁分泌信号。如生长因子(growth factors)蛋白就是局部介质,它能够调节多细胞生物的细胞生长和分裂,作用的靶细胞主要是邻近的细胞。控制免疫系统细胞的发育及其他行为的淋巴因子(lymphokines),也只作用于局部区域,属旁分泌信号。

9. autocrine signaling (自分泌信号) 局部介质中的某些信号分子也作用于分泌细胞本身, 如前列腺素(prostaglandin,PG)是由前列腺合成分泌的脂肪酸衍生物(主要是由花生四烯酸合成的), 它不仅能够控制邻近细胞的活性,也能作用于合成前列腺素细胞自身,通常将由自身合成并作用于自身的信号分子称为自分泌信号。

10. neurotransmitters (神经递质) 是从神经细胞的特殊部位突触(synapses)中释放出来的信号分子,在它们作用于靶细胞之前,突触必须同靶细胞挨得很近很近,这是因为神经递质扩散的距离有限。另外,为了引起邻近靶细胞的反应,还必须产生一种电信号,所以神经递质仅作用于与之相连的靶细胞。神经递质释放后, 作用速度快, 部位精确, 维持时间短, 与受体的亲和力低。由于神经递质是神经细胞分泌的,所以这种信号又称为神经信号(neuronal signaling)。

11. receptor (受体) 受体在细胞生物学中是一个很泛的概念,意指任何能够同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结合并能引起细胞功能变化的生物大分子。

在细胞通讯中,由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答,接收信息的分子称为受体,此时的信号分子被称为配体(ligand)。在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。

12. surface receptor (表面受体) 位于细胞质膜上的受体称为表面受体(surface receptor), 细胞表面受体主要是识别周围环境中的活性物质或被相应的信号分子所识别, 并与之结合, 将外部信号转变成内部信号, 以启动一系列反应而产生特定的生物效应。

表面受体多为膜上的功能性糖蛋白, 也有由糖脂组成的, 如霍乱毒素受体、百日咳毒素受体; 有的受体是糖脂和糖蛋白组成的复合物, 如促甲状腺素受体。若仅为由一条多肽链组成的受体, 称单体型受体, 若由两条或两条以上的多肽链组成的则称聚合型受体。

表面受体主要是同大的信号分子或小的亲水性信号分子作用,传递信息。

13. intracellular receptor (细胞内受体) 位于胞质溶胶、核基质中的受体称为细胞内受体。细胞内受体主要是同脂溶性的小信号分子相作用。

位于胞质溶胶中受体要与相应的配体结合后才可进入细胞核。胞内受体识别和结合的是能够穿过细胞质膜的小的脂溶性的信号分子,如各种类固醇激素、甲状腺素、维生素D以及视黄酸。细胞内受体的基本结构都很相

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似,有极大的同源性。细胞内受体通常有两个不同的结构域, 一个是与DNA结合的中间结构域, 另一个是激活基因转录的N端结构域。此外还有两个结合位点,一个是与脂配体结合的位点,位于C末端,另一个是与抑制蛋白结合的位点。

14. ino-channel linked receptor (离子通道偶联受体) 具有离子通道作用的细胞质膜受体称为离子通道受体。这种受体见于可兴奋细胞间的突触信号传导,产生一种电效应,如烟碱样乙酰胆碱受体(nAchR)、γ-氨基丁酸受体(GABAR)和甘氨酸受体等都是离子通道偶联受体。它们多为数个亚基组成的寡聚体蛋白, 除有配体结合位点外, 本身就是离子通道的一部分,并借此将信号传递至细胞内。信号分子同离子通道受体结合, 可改变膜的离子通透性。

15. G-protein linked receptor (G-蛋白偶联受体) 配体与受体结合后激活相邻的G-蛋白, 被激活的G-蛋白又可激活或抑制一种产生特异第二信使的酶或离子通道,引起膜电位的变化。由于这种受体参与的信号转导作用要与GTP结合的调节蛋白相偶联,因此将它称为G蛋白偶联受体。

这类受体的种类很多,并在结构上都很相似∶都是一条多肽链,并且有7次α螺旋跨膜区。这种7次跨膜受体蛋白的超家族包括视紫红质(脊椎动物眼中的光激活光受体蛋白)以及脊椎动物鼻中的嗅觉受体。

G蛋白偶联受体是最大的一类细胞表面受体,它们介导许多细胞外信号的传导,包括 激素、局部介质和神经递质等。

16. enzyme linked receptor (酶联受体) 这种受体蛋白既是受体又是酶,一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大,又称催化受体(catalytic receptor)。这一类受体转导的信号通常与细胞的生长、繁殖、分化、生存有关。酶联受体也是跨膜蛋白, 细胞内结构域常常具有某种酶的活性,故称为酶联受体。但并非所有的酶联受体的细胞内结构域都具有酶活性,所以,按照受体的细胞内结构域是否具有酶活性将此类受体分为两大类:缺少细胞内催化活性的酶联受体,和具有细胞内催化活性的受体。

17. surface receptor superfamilies (表面受体超家族) 根据表面受体进行信号转导的方式将受体分为三大类,若根据表面受体与质膜的结合方式在可分为单次跨膜、7次跨膜和多亚单位跨膜等三个家族。

酶联受体,如酪氨酸蛋白激酶受体和鸟苷环化酶受体等都属于单次跨膜(single-pass receptor)受体,它们的多肽链上只有一个跨膜的α螺旋。第二类是7次跨膜受体(seven-pass receptor),这类受体的多肽链中有7个跨膜α螺旋区,如肾上腺素受体、多巴胺受体、5-羟色胺受体、促甲状腺素受体、黄体生成素受体等都是7次跨膜受体,此类受体在信号转导中全部同G蛋白偶联。第三类是由多个亚基共同组装成的受体(multisubunit receptor),如前面讨论过的烟碱样乙酰胆碱受体。受体与膜结合方式的差异决定着它们参与细胞通讯方式的不同。

18. receptor crossover (受体交叉) 受体与配体的结合是高度特异的, 但这种特异性不是绝对的, 如胰岛素受体除结合胰岛素外, 还可同胰岛素样生长因子结合。糖皮质(激)素受体除同糖皮质(激)素结合以外, 还可同其它甾类激素结合, 反之亦然。这种受体与配体交叉结合的现象称为受体交叉。

19. affinity labeling (亲和标记)

对酶的活性部位、受体的结合位点进行特异标记的方法。试剂A-X的A基团和X基团可分别与不同的位点进行结合,从而将两种物质交联在一起。如用亲和标记法分离细胞表面受体时, 先将细胞与超量标记的激素(配体)混合,以饱和所有特异受体的激素结合位点;洗去多余的激素,然后加入能够与受体和配体结合的共价交联剂将激素与受体进行共价交联达到分离的目的。

20. 信号级联放大(signaling cascade) 从细胞表面受体接收外部信号到最后作出综合性应答是一个将信号逐步放大的过程,称为信号的级联放大反应。

级联反应除了具有将信号放大组成级联反应的各个成员称为一个级联(cascade),主要是由磷酸化和去磷酸化的酶组成。信号的级联放大作用对细胞来说至少有两个优越性:第一,同一级联中所有具有催化活性的酶受同一分子调控,如糖原分解级联中有三种酶:依赖于cAMP的蛋白激酶、糖原磷酸化酶激酶和糖原磷酸化酶都是直接或间接受cAMP调控的。第二:通过级联放大作用,使引起同一级联反应的信号得到最大限度的放大。如10-10M的肾上腺素能够通过对糖原分解的刺激将血液中的葡萄糖水平提高50%。在肾上腺素的刺激下,细胞内产生10-6M的cAMP

,使原始信号变得更强、更具激发作用,引起细胞的强烈反应外,级联反应还有其他一些作用: ①信号转移,即将原始信号转移到细胞的其他部位;②信号转化,即将信号转化成能够激发细胞应答的分子,如级联中的酶的磷酸化;③信号的分支,即将信号分开为几种平行的信号,影响多种生化途径,引起更大的反应;④级联途中的各个步骤都有可能受到一些因子的调节,因此级联反应的最终效应还是由细胞内外的条件来决定。

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21. second messengers (第二信使) 细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使。

第二信使至少有两个基本特性: ①是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子;②能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。

第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inosositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+ 等。

第二信使在细胞信号转导中起重要作用,它们能够激活级联系统中酶的活性,以及非酶蛋白的活性。第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节,它可以瞬间升高、且能快速降低,并由此调节细胞内代谢系统的酶活性,控制细胞的生命活动,包括:葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存,并参与基因转录的调节。

22. GTP binding protein, G蛋白 (GTP结合蛋白) 与GTP或GDP结合的蛋白质,又叫鸟苷酸结合调节蛋白(guanine nucleotide-binding regulatory protein)。从组成上看,有单体G蛋白(一条多肽链)和多亚基G蛋白(多条多肽链组成)。G蛋白参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、蛋白质合成等。

G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚基分别是α、β、γ。β、γ两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开,鸟苷结合位点位于α亚基上。此外,α亚基还具有GTPase的活性结构域和ADP核糖化位点。G蛋白属外周蛋白, 它们在膜的细胞质面通过脂肪酸链锚定在质膜上

23. protein kinase A system (PKA系统) 是G蛋白偶联系统的一种信号转导途径。信号分子作用于膜受体后,通过G蛋白激活腺苷酸环化酶, 产生第二信使cAMP后,激活蛋白激酶A进行信号的放大。故将此途径称为PKA信号转导系统。如胰高血糖素和肾上腺素都是很小的水溶性的胺,它们在结构上没有相同之处,并作用于不同的膜受体, 但都能通过G蛋白激活腺苷酸环化酶, 最后通过蛋白激酶A进行信号放大。

24. effector (效应物) 是指直接产生效应的物质,通常是酶,如腺苷酸环化酶、磷酸脂酶等,它们是信号转导途径中的催化单位。效应物通常也是跨膜糖蛋白。

25. adenylate cyclase, AC (腺苷酸环化酶) 是膜整合蛋白,它的氨基端和羧基端都朝向细胞质。AC在膜的细胞质面有两个催化结构域,还有两个膜整合区,每个膜整合区分别有6个跨膜的α螺旋。哺乳动物中已发现6个腺苷酸环化酶异构体。由于AC能够将ATP转变成cAMP,引起细胞的信号应答,故此,AC是G蛋白偶联系统中的效应物。

26. protein kinase A,PKA (蛋白激酶 A) 又称依赖于cAMP的蛋白激酶A (cyclic-AMP dependent protein kinase A),是一种结构最简单、生化特性最清楚的蛋白激酶。

PKA全酶分子是由四个亚基组成的四聚体, 其中两个是调节亚基(regulatory subunit, 简称R 亚基),另两个是催化亚基(catalytic subunit, 简称 C 亚基)。全酶没有活性。在大多数哺乳类细胞中, 至少有两类蛋白激酶A, 一类存在于胞质溶胶, 另一类结合在质膜、核膜和微管上。

激酶是激发底物磷酸化的酶,所以蛋白激酶A的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化, 被蛋白激酶磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。

一般认为, 真核细胞内几乎所有的cAMP的作用都是通过活化PKA,从而使其底物蛋白发生磷酸化而实现的。

27. protein kinase C system,PKC system (PKC系统) 由于该系统中的第二信使是磷脂肌醇,故此这一系统又称为磷脂肌醇信号途径(phosphatidylinositol signal pathway)。

在这一信号转导途径中,膜受体与其相应的第一信使分子结合后,激活膜上的Gq蛋白(一种G蛋白),然后由Gq蛋白激活磷酸脂酶Cβ (phospholipase Cβ, PLC), 将膜上的脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinositol biphosphate, PIP2)分解为两个细胞内的第二信使:二酰甘油( diacylglycerol, DAG)和1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)。IP3动员细胞内钙库释放Ca2+到细胞质中与钙调蛋白结合,随后参与一系列的反应;而DAG在Ca2+的协同下激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC),然后通过蛋白激酶C引起级联反应,进行细胞的应答, 故此将该系统称为PKC系统,或称为IP3、DAG、Ca2+信号通路。

28. IP3 receptor (IP3受体) 是一种内质网通道蛋白, 由四个相对分子质量为260kDa的糖蛋白组成的四聚体。四个亚基组成一个跨膜的通道, 每个亚基都有IP3结合的部位, 当3~4个部位被IP3占据时, 受体复合物构象发生改变, 打开离子通道, 储藏在内质网中的Ca2+ 随即释放,进入胞质溶胶。

29. protein kinase C,PKC (蛋白激酶C) 是G蛋白偶联受体系统中的效应物, 在非活性状态下是水溶性的,游离存在于胞质溶胶中,激活后成为膜结合的酶。蛋白激酶C的激活是脂依赖性的,需要膜脂DAG的存

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在,同时又是Ca2+依赖性的,需要胞质溶胶中Ca2+浓度的升高。当DAG在质膜中出现时,胞质溶胶中的蛋白激酶C被结合到质膜上,然后在Ca2+的作用下被激活。

同蛋白激酶A一样,蛋白激酶C属于多功能丝氨酸和苏氨酸激酶。

蛋白激酶C能激活细胞质中的靶酶参与生化反应的调控, 同时也能作用于细胞核中的转录因子, 参与基因表达的调控, 不过所调控的基因多与细胞的生长和分化相关。

30. calmodulin (钙调蛋白) 是真核生物细胞中的胞质溶胶蛋白,由148个氨基酸组成单条多肽,相对分子质量为16.7kDa。钙调蛋白的外形似哑铃,有两个球形的末端,中间被一个长而富有弹性的螺旋结构相连,每个末端有两个Ca2+ 结构域,每个结构域可以结合一个Ca2+ , 这样,一个钙调蛋白可以结合4个Ca2+ ,钙调蛋白与Ca2+ 结合后的构型相当稳定。在非刺激的细胞中钙调蛋白与Ca2+ 结合的亲和力很低;然而,如果由于刺激使细胞中Ca2+ 浓度升高时, Ca2+ 同钙调蛋白结合形成钙-钙调蛋白复合物(calcium-calmodulin complex),就会引起钙调蛋白构型的变化,增强了钙调蛋白与许多效应物结合的亲和力。

31. receptor tyrosine kinase, RTKs (受体酪氨酸激酶)

RTKs是最大的一类酶联受体, 它既是受体,又是酶, 能够同配体结合,并将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。所有的RTKs都是由三个部分组成的:含有配体结合位点的细胞外结构域、单次跨膜的疏水α螺旋区、含有酪氨酸蛋白激酶(RTK)活性的细胞内结构域。

已发现50多种RTKs,主要的几种类型包括: ①表皮生长因子受体;②血小板生长因子受体和巨噬细胞集落刺激生长因子(macrophage colony stimulating factor, M-CSF);③胰岛素和胰岛素样生长因子-1 受体;④神经生长因子受体;⑤成纤维细胞生长因子受体;⑥血管内皮生长因子受体和肝细胞生长因子受体等。

32. insulin receptor (胰岛素受体) 是一个四聚体,由两个α亚基和两个β亚基通过二硫键连接。两个α亚基位于细胞质膜的外侧,其上有胰岛素的结合位点;两个β亚基是跨膜蛋白,起信号转导作用。无胰岛素结合时,受体的酪氨酸蛋白激酶没有活性。当胰岛素与受体的α亚基结合并改变了β亚基的构型后,酪氨酸蛋白激酶才被激活,激活后可催化两个反应∶①使四聚体复合物中β亚基特异位点的酪氨酸残基磷酸化,这种过程称为自我磷酸化(autophosphorylation);②将胰岛素受体底物(insulin receptor substrate,IRSs)上具有重要作用的十几个酪氨酸残基磷酸化,磷酸化的IRSs能够结合并激活下游效应物。

33. insulin receptor substrate,IRSs (胰岛素受体底物) 能够被激活的胰岛素受体酪氨酸激酶作用的底物, 其上具有十几个酪氨酸残基可被磷酸化,磷酸化的IRSs能够结合并激活下游效应物。

IRSs在被胰岛素受体磷酸化以后,如同一块“磁铁”与那些具有SH2结构域的蛋白结合,根据所结合蛋白的具体结构产生不同的效应,如激活SH2蛋白的酶活性、改变蛋白质构型并同另外的蛋白结合或者引起蛋白质从细胞的一个部位转移到另一个部位。

已知有三种胰岛素受体酪氨酸激酶作用的底物(IRSs)。第一种是胰岛素受体底物1(IRS1),是一种蛋白质,其上有多个(至少8个)可被受体激酶磷酸化的位点,磷酸化后可同多种效应物结合,包括:PI(3)K、Syp(一种磷酸酪氨酸磷酸酶)、Nck(一种连接蛋白)、GRB2(growth factor receptor-bound protein 2,一种通过SH2同磷酸化的酪氨酸结合的连接蛋白)。第二种是Shc(是通过cDNA克隆筛选到的编码SH结构域的基因的蛋白产物),也是一种连接蛋白。Shc的酪氨酸被磷酸化后能够同GRB2结合,然后激活Ras,触发细胞的增殖。第三种底物是IRS2。IRS2的酪氨酸被磷酸化后能够同磷脂酰肌醇-3-激酶结合,将该酶激活,并影响磷脂的代谢。

34. SH domain (SH结构域) 是“Src同源结构域”(Src homology domain)的缩写(Src是一种癌基因,最初在Rous sarcoma virus 中发现)。这种结构域是能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合,形成多蛋白的复合物进行信号转导。

35. epidermal growth factor, EGF (表皮生长因子)是一种小肽,由53个氨基酸残基组成, 是类EGF大家族的一个成员。EGF同应答细胞表面的特异受体结合,一旦结合,便促进受体二聚化并使细胞质位点磷酸化。被激活的受体至少可与5种具有不同信号序列的蛋白结合,进行信号转导。EGF能够广泛促进细胞的增殖。

36. EGF受体(EGF receptor) 是一种糖蛋白, 广泛分布于哺乳动物的上皮细胞、人的成纤维细胞、胶质细胞、角质细胞等。EGF 受体是一条含有1186个氨基酸残基的多肽链, 相对分子质量为170kDa,由三个部分组成:①很大的细胞外结构域:约621个氨基酸残基,富含半胱氨酸(51个), 并形成多对二硫键,其上结合有糖基,是EGF结合的位点。②跨膜区∶由23个氨基酸残基组成;③细胞质结构域,由542个氨基酸残基组成,含有无活性的酪氨酸激酶和几个酪氨酸磷酸化的位点。

37. Ras protein (Ras蛋白)是大鼠肉瘤(rat sarcoma,Ras)的英文缩写。Ras蛋白是原癌基因 c—ras的表达产物,相对分子质量为21kDa,属单体 GTP结合蛋白,具有弱的 GTP酶活性。Ras蛋白的活性状态对细胞

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的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响,其活性则是通过与GTP或GDP的结合进行调节。 Ras的活性受两个蛋白的控制,一个是鸟苷交换因子(guanine nucleotide exchange factor, GEF);另一个控制Ras蛋白活性的是GTP酶激活蛋白(GTPase activating protein, GAP),存在于正常细胞中,主要作用是激活Ras蛋白的GTP酶。

38. growth factor receptor-bound protein 2 (Grb2蛋白) 是生长因子受体结合蛋白2,又叫Ash蛋白。该蛋白参与细胞内各种受体激活后的下游调节。它能够直接与激活的表皮生长因子受体磷酸化的酪氨酸结合,参与EGF受体介导的信号转导,也能通过与Shc磷酸化的酪氨酸结合间接参与由胰岛素受体介导的信号转导。Grb2能够同时与Shc、Sos结合形成Shc-Grb2-Sos复合物,并将Sos激活,激活的Sos与质膜上的Ras蛋白结合,并将其激活,引起信号级联反应。 Grb2蛋白含有一个SH2结构域和两个SH3结构域,属SH蛋白。

39. Sos protein (SOS蛋白) 是编码鸟苷释放蛋白的基因sos的产物(sos是son of sevenless 的缩写)。Sos蛋白在Ras信号转导途径中的作用是促进Ras释放GDP,结合GTP,使Ras蛋白由非活性状态转变为活性状态,所以, Sos蛋白是Ras激活蛋白。 Sos蛋白不含SH结构域,不属于SH蛋白。

40. divergence (信号趋异)是指同一种信号与受体作用后在细胞内分成几个不同的信号途径进行传递,最典型的是受体酪氨酸激酶的信号转导。

41. crosstalk (窜扰) 信号转导途径间的“窜扰”是指不同信号转导途径间的相互影响,即通常所说的“相互作用”(interaction)。

42. receptor desensitization (受体钝化)受体对信号分子失去敏感性称为受体钝化, 一般是通过对受体的修饰进行钝化的。如肾上腺素受体在丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化后,则失去对肾上腺素的信号转导作用。

43. receptor down-regulation (受体减量调节) 通过内吞作用减少质膜中受体量来调节信号转导,称为受体减量调节。 内吞是使细胞膜上受体减少的有效办法, 细胞也因此降低了对信号分子的敏感性。实际上,许多受体被内吞后,并不被溶酶体消化,它们被逐步释放,慢慢回到细胞膜上,形成受体再循环。在此过程中,始终有一部分受体滞留在细胞质中而不能到膜上发挥功能,这种现象又称为受体隔离。另外,受体内吞也包括结合有配体的受体-配体内吞,一些生长激素就是通过这样的方式被解除信号作用的。

44. motif(基序)也称 “模序”,“模体”,指 DNA,蛋白质等生物大分子中的保守序列;在反式作用因子的结构中,基序一般指构成任何一种特征序列的基本结构(既指此具功能的基本结构,也指编码此结构的蛋白质/DNA序列),作为结构域中的亚单元,其功能是体现结构域的多种生物学作用。

45. resting potential,RP(静息电位)是指细胞未受刺激时,存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差。它是一切生物电产生和变化的基础。

46. action potential (动作电位) 动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。

47. cell recognition (细胞识别) 细胞识别是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞的认识。多细胞生物有机体中有三种识别系统:抗原-抗体的识别、酶与底物的识别、细胞间的识别。第三类包括通过细胞表面受体或配体与其他细胞表面配体或受体的选择性相互作用,从而导致一系列的生理生化反应的信号传递。

48. first messenger;primary messenger (第一信使) 由细胞产生,可被细胞表面或胞内受体接受、穿膜转导,产生特定的胞内信号的细胞外信使。 细胞间的通讯要通过细胞间的信息传递完成,即由信息细胞释放“第一信使”,经细胞外液影响和作用于其它信息接收细胞。“第一信使”并不直接参与细胞的物质和能量代谢,而是将信息传递给“第二信使”,进而调节细胞的生理活动和新陈代谢。

第八章 细胞骨架

1. cytoskeleton (细胞骨架) 是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,由主要的三类蛋白纤维(filamemt)构成,包括微管、肌动蛋白纤维和中间纤维。各种纤丝都是由上千个亚基组装成不分支的线性结构,有时交叉贯穿在整个细胞之中。

微管主要分布在核周围, 并呈放射状向胞质四周扩散。肌动蛋白纤维主要分布在细胞质膜的内侧。而中间纤维则分布在整个细胞中。虽然各种蛋白纤维在细胞内具有相应的位置,但不是绝对的。

细胞骨架对于维持细胞的形态结构及内部结构的有序性,以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化等一系列方面起重要作用。

2. microtubule (微管) 是直径为24-26nm的中空圆柱体。外径平均为24nm, 内径为15nm。微管壁大约厚

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5nm,微管通常是直的, 但有时也呈弧形。细胞内微管呈网状和束状分布, 并能与其他蛋白共同组装成纺锤体、基粒、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经管等结构。

微管是由微管蛋白异源二聚体为基本构件, 螺旋盘绕形成微管的壁。在每根微管中微管蛋白二聚体头尾相接, 形成细长的原纤维(protofilament), 13条这样的原纤维纵向排列组成微管的壁。

3. tubulin (微管蛋白) 组成微管的蛋白质称为微管蛋白。微管蛋白是球形分子, 有两种类型:α微管蛋白(α-tubulin)和β微管蛋白(β-tubulin), 这两种微管蛋白具有相似的三维结构, 能够紧密地结合成二聚体, 作为微管组装的亚基。

α和β微管蛋白的亚基都是直径为4nm的球形分子,它们组成的异源二聚体的长度为8nm。

α和β微管蛋白各有一个GTP结合位点, 位于α亚基上的GTP结合位点, 是不可逆的结合位点,结合上去的GTP不能被水解,也不能被GDP替换。位于β亚基上的GTP结合位点结合GTP后能够被水解成GDP,所以这个位点又称为可交换的位点(exchangeable site,E位点)。

还有一种微管蛋白,即γ微管蛋白,不是微管的组成成分, 但是参与微管的组装。

4. singlet (单管) 是以单支存在的微管,大部分细胞质微管是单管微管, 它在低温、Ca2+ 和秋水仙素作用下容易解聚, 属于不稳定微管。虽然绝大多数单管是由13根原纤维组成的一个管状结构,在极少数情况下,也有由11根或15根原纤维组成的微管, 如线虫神经节微管就是由11或15条原纤维组成。

5. doublet (二联管) 常见于特化的细胞结构。二联管是构成纤毛和鞭毛的周围小管, 是运动类型的微管, 它对低温、Ca2+和秋水仙素都比较稳定。组成二联管的单管分别称为A管和B管,其中A管是由13根原纤维组成,B管是由10根原纤维组成,所以二联管是由两个单管融合而成的,一个二联管只有23根原纤维。

6. triplet (三联管) 见于中心粒(centrioles)和基体(basal bodies),由A、B、C三个单管组成,A管由13根原纤维组成,B管和C管都是10根原纤维,所以一个三联管共有33根原纤维。三联管对于低温、Ca2+和秋水仙素的作用是稳定的。

7. microtubule organizing centers, MTOC (微管组织中心) 存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构叫微管组织中心。在多数情况下MTOC有一对中心粒和一个中心体, 但是某些表皮细胞和新受精的卵细胞,有很多MTOCs,它们看起来并不像中心体。

MTOC的主要作用是帮助大多数细胞质微管组装过程中的成核反应,微管从MTOC开始生长,这是细胞质微管组装的一个独特的性质,即细胞质微管的组装受统一的功能位点控制。

MTOCs不仅为微管提供了生长的起点,而且还决定了微管的方向性。靠近MTOCs的一端由于生长慢而称之为负端(minus end), 远离MTOCs一端的微管生长速度快, 被称为正端(plus end), 所以(+)端指向细胞质基质,常常靠近细胞质膜。在有丝分裂的极性细胞中,纺锤体微管的(-)端指向一极,而(+)端指向中心,通常是纺锤体的(+)端同染色体接触。

8. centrosome (中心体) 是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器, 包括中心粒和中心粒周质基质(pericentriolar matrix)。在细胞间期, 位于细胞核的附近, 在有丝分裂期, 位于纺锤体的两极。

9. centrioles (中心粒) 是中心体的主要结构, 成对存在, 即一个中心体含有一对中心粒,且互相垂直形成"L"形排列。中心粒直径为0.2μm. 长为0.4μm,是中空的短圆柱状结构。圆柱的壁由9组间距均匀的三联管组成, 三联管是由3个微管组成, 每个微管包埋在致密的基质中。组成三联管的3个微管分别称A、B、C纤维, A管伸出两个短臂, 一个伸向中心粒的中央, 另一个反方向连到下一个三联管的C纤维, 9组三联管串联在一起, 形成一个由短臂连起来的齿轮状环形结构。

10. basal body (基体) 是纤毛和鞭毛的微管组织中心,不过基体只含有一个中心粒而不是一对中心粒。基体又称动质体(kinetosome),负责鞭毛和纤毛的合成。

11. γ tubulin (γ微管蛋白) 是存于中心体的另一种微管蛋白, γ微管蛋白对微管的形成具有重要作用。通过遗传学的研究,发现γ-微管蛋白通过与β-微管蛋白的相互作用帮助微管的成核反应(nucleation)。即在微管的组装中γ微管蛋白先形成一个圆或形成钩环结构, γ微管蛋白的这种结构可指导微管蛋白二聚体结合上去并进行微管的组装。

12. nucleation (成核反应) 在细胞骨架纤维的组装过程中, 构成骨架的基本构件(如微管蛋白、肌动蛋白)在一定的调节下形成一个核心, 这一核心具有指导进一步装配的作用。

13. colchicine (秋水仙素) 是一种生物碱, 能够与微管特异性结合。秋水仙素结合到未聚合的微管蛋白二聚体上。在每一个二聚体上有一个与秋水仙素高亲和结合位点和一个低亲和的结合位点, 后一个结合位点在秋水仙素浓度较低的情况下可能没有作用。从机理上看, 秋水仙素同二聚体的结合, 形成的复合物可以阻止

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微管的成核反应。秋水仙素和微管蛋白二聚体复合物加到微管的正负两端, 可阻止其它微管蛋白二聚体的加入或丢失。所以秋水仙素定位到微管的末端, 改变了微管组装和去组装稳定状态的平衡, 其结果破坏了微管的动态性质。

14. taxol (紫杉醇) 是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管,这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期,阻断了细胞的正常分裂。

15. treadmilling (踏车现象) 又称轮回,是微管组装后处于动态平衡的一种现象。微管的两端都可以加上αβ二聚体, 或释放αβ二聚体。但在"+"端, 由于结合有GTP帽结构的存在, 同二聚体的亲和力高, 所以, 新结合上去的比释放出来的快。但在"-"端, 由于GTP已水解成GDP, 同二聚体的亲和力低, 释放出来的二聚体比结合上的快, 这样,"+"端生长得快, "-"端生长得慢, 结合上二聚体的GTP又不断水解, 向"-"端推移。如果(+)端结合上去的与(-)端释放出来的速度相同,就会形成轮回现象,即微管的总长度不变,但结合上的二聚体从(+)端不断向(-)端推移, 最后到达负端。造成这一现象的原因除了GTP水解之外,另一个原因是反应系统中游离蛋白的浓度。当(+)端的游离微管蛋白二聚体的浓度高于临界浓度,而(-)端游离微管蛋白二聚体的浓度低于临界浓度就会发生踏车现象。踏车现象实际上是一种动态稳定现象。

16. critical concentration (临界浓度) 所谓αβ微管蛋白二聚体的临界浓度就是微管进行组装和去组装的转换浓度浓度,高于此浓度进行组装, 低于此浓度进行去组装。因为微管是动态结构, 细胞中存在大量的αβ微管蛋白二聚体, 其浓度也是处于不断的变化之中。由于αβ微管蛋白二聚体的两个亚基都能结合GTP, 所以有两种形式的αβ微管蛋白二聚体, 一种是刚从微管中脱下的, 这种αβ微管蛋白二聚体是GTP-GDP型, 另外一些αβ微管蛋白二聚体的两个亚基都结合有GTP, 是GTP-GTP型。所谓正端的αβ微管蛋白二聚体的临界浓度是指达到组装的最低浓度。

17. microtubule-associated proteins, MAPs (微管结合蛋白) 与微管特异地结合在一起, 对微管的功能起辅助作用的蛋白质称为微管结合蛋白, 在微管结构中约占10~15%。

一类主要的MAPs家族叫作装配MAPs(assembly MAPs), 作用是将微管在胞质溶胶中进行交联。这些MAPs的结构中具有两个结构域, 一个是碱性的微管蛋白结合结构域, 另一个是酸性的外伸的结构域。

MAPs具有多方面的功能∶①使微管相互交联形成束状结构,也可以使微管同其它细胞结构交联。②通过与微管成核点的作用促进微管的聚合。③在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒,因为一些分子马达能够同微管结合转运细胞的物质。④提高微管的稳定性∶由于MAPs同微管壁的结合,自然就改变了微管组装和解聚的动力学。MAPs同微管的结合能够控制微管的长度防止微管的解聚。由此可见, 微管结合蛋白扩展了微管蛋白的生化功能。 18. molecular motor (分子发动机) 将细胞内利用ATP供能,产生推动力,进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子发动机或发动机蛋白(motor proteins)。

至今所发现的分子发动机可分为三个不同的家族∶肌球蛋白(myosins)家族、驱动蛋白(kinesins)家族、动力蛋白(dyneins)家族。 驱动蛋白和动力蛋白是以微管作为运行的轨道,而肌球蛋白则是以肌动蛋白纤维作为运行的轨道。

19. kinesins (驱动蛋白) 是1985年从鱿鱼的轴质(axonplasm)中分离的一种发动机蛋白。驱动蛋白是一个大的复合蛋白,由几个不同的结构域组成, 包括两条重链和一条轻链, 总分子量为380kDa。它有一对球形的头,是产生动力的“电机”; 还有一个扇形的尾,是货物结合部位。

体外实验证明驱动蛋白的运输具有方向性,从微管的(-)端移向微管的(+)端,是正端走向的微管发动机(plus end-directed microtublar motor)。

20. cytoplasmic dyneins (细胞质动力蛋白) 是一个巨大的分子,分子量超过10万道尔顿,由9~10个多肽链组成。它有两个大的球形的头部,是生成力的部位。它在细胞中至少有两个功能∶第一是有丝分裂中染色体运动的力的来源;第二是作为负端微管走向的发动机,担负小泡和各种膜结合细胞器的运输任务。在神经细胞中, 细胞质膜动力蛋白参与将细胞质细胞器向神经节的细胞体运输。在成纤维细胞中, 细胞质膜动力蛋白负责将细胞器, 包括高尔基体小泡、溶酶体和内体等向细胞中心运输的任务。体外分析表明,细胞质动力蛋白在微管上移动的方向与驱动蛋白相反,从正端移向负端。

21. axonal transport (轴突运输) 在神经元细胞中, 轴突末端到细胞体的距离很长, 并且轴突末梢要释放大量的神经递质, 所以神经元必须不断供给大量的物质, 包括蛋白质、膜, 以补充因轴突部位的胞吐而丧失

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的成分。由于核糖体只存在于神经细胞的细胞体和树突中, 在轴突和轴突末梢没有蛋白质的合成, 所以蛋白质和膜必须在细胞体中合成, 然后运输到轴突, 这就是轴突运输。 轴突中以微管为基础的运输有两种方式∶顺向运输和逆向运输。

22. ciliary dynein (纤毛动力蛋白) 是一种多头的蛋白。在电子显微镜下观察,纤毛动力蛋白像是具有2~3个头的一束花,每一支花都是由一个大的球形结构域和一个小的球形结构域组成,中间通过一个小的杆部同基部相连。纤毛动力蛋白的基部同A管相连,而头部同相邻的 B 管相连。 头部具有ATP结合位点,能够水解ATP。

23. microfilament,MF (微丝) 又称肌动蛋白纤维(actin filament),由肌动蛋白组成的、直径为8nm的纤维。微丝是双股肌动蛋白丝以螺旋的形式组成的纤维, 两股肌动蛋白丝是同方向的。肌动蛋白纤维也是一种极性分子, 具有两个不同的末端,一个是正端,另一个是负端。

24. actin (肌动蛋白) 是微丝的结构蛋白, 以两种形式存在, 即单体和多聚体。单体的肌动蛋白是由一条多肽链构成的球形分子, 又称球状肌动蛋白(globular actin, G-actin),外形类似花生果。肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝, 称为纤维状肌动蛋白(fibros actin, F-actin)。在电子显微镜下, F-肌动蛋白呈双股螺旋状, 直径为8nm, 螺旋间的距离为37nm。

肌动蛋白是一种中等大小的蛋白质, 由375个氨基酸残基组成, 并且是由一个大的、高度保守的基因编码。单体肌动蛋白分子的分子量为43kDa, 其上有三个结合位点。一个是ATP结合位点, 另两个都是与肌动蛋白结合的结合蛋白结合位点。

25. cytochalasins B (细胞松弛素B) 是第一个用于研究细胞骨架的药物,它是真菌分泌的生物碱。细胞松弛素(细胞松弛素B及其衍生物)在细胞内同微丝的正端结合, 并引起F-肌动蛋白解聚,阻断亚基的进一步聚合。当将细胞松弛素加入到活细胞后,肌动蛋白纤维骨架消失,使动物细胞的各种活动瘫痪, 包括细胞的移动、吞噬作用、胞质分裂等。它对微管没有作用, 也不抑制肌收缩, 因肌纤维中肌动蛋白丝是稳定的结构, 不发生组装及解聚的动态平衡。

26. phalloidin (鬼笔环肽) 从一种毒性菇类中分离的剧毒生物碱,它同细胞松弛素的作用相反, 只与聚合的微丝结合, 而不与肌动蛋白单体分子结合。它同聚合的微丝结合后, 抑制了微丝的解体, 因而破坏了微丝的聚合和解聚的动态平衡。

27. monomer-sequenstering protein (单体隔离蛋白) 将能够同单体G-肌动蛋白结合,并且抑制它们聚合的蛋白称为肌动蛋白单体隔离蛋白, 如抑制蛋白(profilin)和胸腺嘧素(thymosin)。这类蛋白在非肌细胞中负责维持高浓度的单体肌动蛋白(50-200μm)。没有单体隔离蛋白, 细胞质中可溶性的肌动蛋白几乎全部组装成肌动蛋白纤维。因为这些抑制蛋白能够与G-肌动蛋白单体结合, 可以将细胞质中单体G-肌动蛋白浓度维持在一个稳定的水平上。改变细胞质中单体隔离蛋白的浓度或改变它们的活性, 就会使细胞质中肌动蛋白单体-聚合体的平衡发生变化, 它们的活性和浓度决定着肌动蛋白是趋于聚合还是去聚合。

28. cross-linking protein (交联蛋白) 具有两个或两个以上同肌动蛋白结合的位点,能够使两个或多个肌动蛋白纤维产生交联,使细胞内的肌动蛋白纤维形成网络结构。有些交联蛋白是杆状的,能够弯曲,由这种交联蛋白形成的网络结构具有相当的弹性,因而能够抵抗机械压力。有些交联蛋白是球状的,能够促使肌动蛋白成束排列,如微绒毛中的肌动蛋白束就是靠这种蛋白交联的, 所以,交联蛋白的主要功能是改变细胞内肌动蛋白纤维的三维结构。

29. end blocking proteins (封端蛋白类) 又称加帽蛋白。此类蛋白通过同肌动蛋白纤维的一端或两端的结合调节肌动蛋白纤维的长度。加帽蛋白同肌动蛋白纤维的末端结合之后,相当于加上了一个帽子。如果一个正在快速生长的肌动蛋白纤维在(+)端加上了帽子,那末在(-)端就会发生去聚合。某些加帽蛋白能够促使新的纤维形成(成核反应),同时抑制已存在微丝的生长,这样导致细胞内有大量较短的微丝存在。

30. filament-severing protein (纤维切割蛋白) 这类蛋白能够同已经存在的肌动蛋白纤维结合并将它一分为二。由于这种蛋白能够控制肌动蛋白丝的长度,因此大大降低细胞中的粘度。经这类蛋白作用产生的新末端能够作为生长点, 促使G-肌动蛋白的装配。另外, 切割蛋白可作为加帽蛋白封住肌动蛋白纤维的末端。加帽和切割蛋白的作用也是受信号调节的。

31. actin filament-depolymerizing protein (肌动蛋纤维去聚合蛋白) 这些蛋白主要存在于肌动蛋白丝骨架快速变化的部位, 它们同肌动蛋白丝结合, 并引起肌动蛋白丝的快速去聚合形成G-肌动蛋白单体。

32. membrane-binding proteins (膜结合蛋白) 是非肌细胞质膜下方产生收缩的机器。在剧烈活动时,由收缩蛋白作用于质膜产生的力引起质膜向内或向外移动(如吞噬作用和胞质分裂)。这种运动由肌动蛋白纤维直

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接或间接与质膜相结合后形成的。直接的方式有同膜整合蛋白的结合,间接的方式有同外周蛋白的结合。

33. myosin (肌球蛋白) 是一种分子发动机, 以肌动蛋白丝作为运行的轨道。实际上, 肌球蛋白也是ATPase, 通过ATP的水解导致构型的变化从而在肌动蛋白丝上移动。这种ATPase同微管分子发动机一样, 能够将化学能转变成机械能, 所以又被称为机械化学酶(mechanochemival enzyme), 或叫发动机蛋白(motor protein)。至今所研究的肌球蛋白在微丝上的移动方向都是从(-)端移向(+)端, 而ATP是发动机蛋白运动的能源。

所有的肌球蛋白都是由一个重链和几个轻链组成,并组成三个结构和功能不同的结构域∶头部结构域是最保守的结构域,它含有与肌动蛋白、ATP结合的位点,负责产生力。与头部相邻的结构域是α螺旋的颈部(α-helical neck region),它通过同钙调素或类似钙调素的调节轻链亚基的结合来调节头部的活性。尾部结构域含有决定尾部是同膜结合还是同其它的尾部结合的位点,因此它决定是否产生肌球蛋白二聚体还是产生肌球蛋白纤维。

34. myofibers (肌纤维) 是组成骨骼肌(skeletal muscle)的肌细胞, 典型的肌细胞是圆柱形的长细胞(长度为1~40mm, 宽为10~100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。每个肌纤维被一层细胞质膜包被,这种细胞膜称作肌纤维膜(sarcolemma)。扁平的细胞核位于肌纤维膜的下方,并沿细胞的长度多点分布。在肌细胞的细胞质中由成束的肌原纤维。

35. myofibril (肌原纤维) 是横纹肌中长的、圆柱形的结构。肌原纤维的直径为1~2μm,与肌肉长轴相平行,有明暗相间的带,明带称为I带(I band),宽0.8μm; 暗带称为A带(A band),宽1.5μm。所谓I带和A带是指:在偏光镜观察时,I带表示单折光带(isotropic band),而A带表示双折光带(anisotropic band)。在I带中有一条着色较深的线, 叫Z线。

肌原纤维是由可调节的粗肌丝和细肌丝组成。

36. sarcomere (肌节) 是由Z线将肌原纤维分成的一系列的重复单位, 每个肌节的长度约2μm, 含有一个完整的A带和两个二分之一I带, 肌节是肌收缩的基本单位。

37. think filament (粗肌丝)

组成肌节的肌球蛋白丝。由于构成粗肌丝的肌球蛋白是首尾排列的,所以粗肌丝是双极性的。头部露在外部, 成为与细肌丝接触的桥, 头部激活后有ATP酶的活性,引起肌收缩。估计每个粗肌丝由几百个(250~300)肌球蛋白构成。

38. thin filament (细肌丝) 组成肌节的肌动蛋白丝。生化分析表明细肌丝由三种蛋白组成,主要成分是肌动蛋白,它约占肌原纤维的总蛋白的25%。电子显微镜检查发现所有细肌丝的极性相同,一端与Z线相连, 另一端靠近肌节的中心, 即(+)端靠近Z线。另两种蛋白是原肌球蛋白和肌钙蛋白。

细肌丝的两端分别与两个不同的肌动蛋白加帽蛋白结合,一个是CapZ蛋白, 另一个是原肌球调节蛋白(tropomodulin)。

39. tropomyosin, Tm (原肌球蛋白) 是细肌丝中与肌动蛋白的结合蛋白,分子量为2×35kDa, 长为41nm, 由两条平行的多肽链组成α螺旋构型,每条原肌球蛋白首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合, 正好位于双螺旋的沟(grooves)中。每一条原肌球蛋白有7个肌动蛋白结合位点,因此Tm同肌动蛋白细肌丝中7个肌动蛋白亚基结合。

40. troponin,Tn (肌钙蛋白) 肌钙蛋白由3个多肽,即肌钙蛋白T(Tn-T) 、肌钙蛋白I(Tn-I) 、肌钙蛋白C(Tn-C)组成的复合物。Tn-T(MW 37,000)是一种长形的纤维状分子, 长度大约是肌钙蛋白的三分之一, Tn-I和Tn-C都是球形分子。Tn-I(MW22,000)能够同肌动蛋白以及Tn-T结合, 它与肌动蛋白的结合就抑制了肌球蛋白与肌动蛋白的结合。Tn-C(MW18,000)是肌钙蛋白的Ca2+结合亚基,在序列上同钙调蛋白以及肌球蛋白的轻链相类似,Tn-C控制着原肌球蛋白在肌动蛋白纤维表面的位置。在细肌丝上大约每隔40nm就结合有一个肌钙蛋白。

41. titin (肌联蛋白) 是骨骼肌纤维中第三类丰富蛋白质, 它的分子量为2700kDa(25,000多个氨基端), 长度为1μm, 约占肌节的一半。肌联蛋白源自M线, 并沿肌球蛋白纤维伸展, 通过肌节的A带,最后到达Z线。肌联蛋白是高度弹性的分子(伸展时比原长度多出3μm),因此在肌收缩和舒张时保持肌球蛋白纤维位于肌节的中心。

42. nebulin (伴肌动蛋白) 是存在于肌节中的另一种大的蛋白质, 分子量为700kDa。伴肌动蛋白形成长的非弹性纤维,具有多个重复的肌动蛋白结合结构域, 并且从Z线开始,沿细肌丝向中心区伸展。每个伴肌动蛋白纤维的长度与相邻的肌动蛋白长度相等, 因此推测, 伴肌动蛋白纤维相当于一把分子尺, 调节肌纤维成熟时肌动蛋白单体装配成细肌丝的长度。

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43. stress fibers (应力纤维) 又叫张力纤维,是真核细胞中广泛存在的一种较为稳定的束状纤维结构, 与骨骼肌中肌原纤维非常相像。应力纤维由大量平行排列的肌动蛋白组成,此外还含有其他在肌细胞鉴定过的蛋白质, 包括肌球蛋白Ⅱ、原肌球蛋白、α-辅肌动蛋白和细丝蛋白(filamin), 这些蛋白在肌动蛋白纤维上呈非连续排列, 但肌动蛋白纤维是连续的, 并成双向定向。

应力纤维具有收缩功能。它在细胞的形态发生、细胞分化和组织形成中具有重要作用。由整联蛋白介导的细胞外基质同细胞内的连接也是通过应力纤维。

44. microvilli (微绒毛)

微绒毛是一些动物细胞表面的指状突起, 每一微绒毛(指状凸起)由一束纤维状肌动蛋白稳定,其中含有绒毛蛋白(villi)和毛绿蛋白(fimbrin), 不含肌球蛋白Ⅱ、原肌球蛋白和α辅基蛋白, 因而无收缩作用。一个肠细胞表面有几千个微绒毛, 它们的存在大大增加了肠上皮表面面积, 有利于吸收营养物质。

45. cytoplasmic streamting (胞质环流) 在植物细胞中,细胞质的流动是围绕中央液泡进行的环形流动模式,这种流动称为胞质环流(cyclosis)。在胞质环流中,细胞周质区(cortical region)的细胞质是相当稳定的不流动的,只是靠内层部分的胞质溶胶在流动。在能流动和不流动的细胞质层面有大量的微丝平行排列,同叶绿体锚定在一起。胞质环流是由肌动蛋白和肌球蛋白相互作用引起的。在胞质环流中,肌动蛋白的排列方向是相同的,正向朝向流动的方向,肌球蛋白可能是沿着肌动蛋白纤维的(-)端向(+)端快速移动,引起细胞质的流动。胞质环流对于细胞的营养代谢具有重要作用,能够不断的分配各种营养物和代谢物,使它们在细胞内均匀分布。

46. intermediate filaments,IFs (中间纤维) 是细胞的第三种骨架成分,由于这种纤维的平均直径介于微管和微丝之间, 故称为中间纤维。由于其直径约为10nm, 故又称10nm 纤维。中间纤维则是由长的、杆状的蛋白装配的。是一种坚韧的、耐久的蛋白质纤维,它相对较为稳定, 既不受细胞松弛素影响也受秋水仙素的影响。

某些IFs分子能够形成同源二聚体的纤维, 而有些则能形成异源二聚体纤维。长度是可变的, 一般为40~50nm。根据中间纤维氨基酸序列的相似性,可分为六种类型。

47. tonofilaments(张力丝) 由中间纤维结合蛋白(intermediate filament-associated protein ,IFAPs)将中间纤维相互交联成束状的结构称作张力丝。张力丝可进一步相互结合或是同细胞质膜作用形成。

48. cell cortex (细胞皮层) 具核细胞的质膜下方存在的网架结构,在质膜下构成了细胞质的皮质区,即细胞皮层,由微丝和微丝结合蛋白组成网状结构。皮质区中肌动蛋白丝含量丰富,含存在着结构类似于血影蛋白、踝蛋白、带4.1蛋白的蛋白质。

49. hand over hand(步行模型) 是一种关于驱动蛋白沿微管运动的分子模型,认为:驱动蛋白的两个球状头部交替向前,每水解一个ATP 分子,落在后面的那个马达结构域将移动两倍的步距,即16nm,而原来领先的那个头部则在下一个循环时再向前移动。

50. inchworm 爬行模型(尺蠖爬行模型) 认为驱动蛋白两个头部中的一个始终向前,一个永远在后,每步移动8nm 。

51. basal body(基体) 真核细胞的纤毛或鞭毛基底部由微管及其相关蛋白质构成的短筒状结构。与中心粒的结构十分相似,是轴丝生长的根基。

第九章 细胞核与染色体

1. nucleus (细胞核) 是细胞内储存遗传物质的场所。真核生物的细胞都有细胞核, 只有成熟的红细胞和植物成熟的筛管没有细胞核。

典型的真核生物细胞核由五个主要组成部分∶①由双层膜组成的核被膜,它将细胞核物质同细胞质分开;②似液态的核质(nucleoplasm),其中含有可溶性的核物质;③一个或多个球形的核仁,这种结构与核糖体的合成有关;④核基质(nuclear matrix),为细胞核提供骨架网络;⑤DNA纤维,当它展开存在于细胞核中时称为染色质,组成致密结构时称为染色体。

细胞核有两个主要功能: 一是通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连续性(遗传); 二是通过基因的选择性表达, 控制细胞的活动。

2. nuclear envelope (核被膜) 真核生物的细胞核的最外层结构, 由两层单位膜所组成。

核被膜的结构比较复杂, 它由外核膜、内核膜、核周腔、核孔复合物和核纤层等5个部分组成。外核膜与内核膜相连, 表面附有大量的核糖体颗粒。内、外核膜间有15~30nm,的透明腔, 称为核周腔, 膜上有孔。

3. outer nuclear membrane (外核膜) 外核膜面向细胞质基质, 常附有核糖体, 有些部位与内质网相连, 因

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此在形态和性质上与内质网相似。实际上, 外核膜可以看成是内质网膜的一个特化区。另外,细胞骨架成分,包括微管、肌动蛋白纤维和中间纤维常常与外核膜相连,起着固定细胞核并维持细胞核的适当形态的作用。 4. inner nuclear membrane (内核膜) 内核膜面向核基质,与外核膜平行排列, 其表面没有核糖体颗粒。

5. lamina (核纤层) 在与核质相邻的核膜内表面有一层厚30~160nm 网络状蛋白质, 叫核纤层, 对核被膜起支撑作用。 在某些细胞中核纤层在内核膜的内侧形成连续的层, 而有些细胞中的核纤层蛋白形成一段一段的网络结构。核纤层纤维的直径约10 nm, 是由核纤层蛋白构成的。

6. perinuclear space (核周腔) 是两层核膜之间的空隙, 宽15~30nm, 其中充满不定形物质。由于外核膜与粗面内质网相连, 所以核周腔常与ER的腔相通。

7. nuclear pore complexs,NPCs (核孔复合物) 核被膜上有许多孔, 称为核孔( nuclear pore ),是细胞核膜上沟通核质与胞质的开口, 由内外两层膜的局部融合所形成, 核孔的直径为80~120nm。核孔是以一组蛋白质颗粒以特定的方式排布形成的结构, 它可以从核膜上分离出来, 被称为核孔复合物。

NPC是一轮形结构, 外经120 nm, 并呈现8面对称。轮毂是一个圆柱形的活塞(plug), 称之为中央运输蛋白(central transporter)。从中央运输蛋白向外伸出8个轮辐(spoke)并与核孔复合物的细胞核面的核质环(nucleoplamic ring)和细胞质面的胞质环(cytoplasmic ring)相连。在胞质环的表面常有8个细胞质颗粒位于其上, 而核质环上有细纤丝伸向核质, 形成笼形结构, 称之为篮。在某些生物中,NPC篮常同一种交织的纤维层相连, 称之为核被网格(nuclear envelope lattice)。

8. nuclear protein (核蛋白) 是指在细胞质内合成, 然后运输到核内起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、DNA合成酶类、RNA转录和加工的酶类、各种起调控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信号序列, 起蛋白质定向、定位作用。

9. nuclear localization signal, NLS (核定位信号) 是另一种形式的信号肽, 可位于多肽序列的任何部分。一般含有 4~8个氨基酸, 且没有专一性, 作用是帮助亲核蛋白进入细胞核。入核信号与导肽的区别在于: ①由含水的核孔通道来鉴别; ②入核信号是蛋白质的永久性部分,在引导入核过程中,并不被切除, 可以反复使用, 有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。 有多种类型的核定位信号,这些信号都具有一个带正电荷的肽核心。

10. nuclear expotr-signal,NES (核输出信号) 作为核内物质输出细胞核的信号,帮助核内的某些分子迅速通过核孔进入细胞质。另外, 有些蛋白并非是核内常驻“人口”, 通常要往返于核质和胞质之间, 这些穿梭蛋白既有NLS又有NES。

11. importin (输入蛋白) 核定位信号的受体蛋白, 存在于胞质溶胶中, 可与核定位信号结合, 帮助核蛋白进入细胞核, 这种受体称为输入蛋白。它们作为一种穿梭受体(shuttling receptor)在细胞质内与核蛋白的核定位信号结合, 然后一起穿过核, 在核内与亲核蛋白分离后再返回到细胞质中。输入蛋白有α和β两种亚基。

12. exportin (输出蛋白) 存在于细胞核中识别并与输出信号结合的蛋白质, 帮助核内物质通过核孔复合物输出到细胞质, 而后快速通过核孔复合物回到细胞核。

13. nucleoplasmin (核质蛋白) 核质蛋白在细胞质中合成后就通过核定位信号运送到细胞核, 是一种丰富的核蛋白, 在核小体的装配中起作用。核质蛋白的作用在于既能促进组蛋白与DNA的相互作用形成核小体, 又能避免DNA与组蛋白间因强静电吸引而形成非特异结合的不溶性聚合物, 但它本身并不参与核小体的组成。 核质蛋白具有头尾两个不同的结构域, 由5个 单体组成, 分子量为165kDa, 是耐热性可溶蛋白。尾部具有核定位信号, 体外实验证明只要有一个尾部结构, 就可将全部的头部带入细胞核。

14. molecular chaperones (分子伴侣) 是细胞中一大类蛋白质, 是由不相关的蛋白质组成的一个家系,它们介导其它蛋白质的正确装配,但自己不成为最后功能结构中的组分。

15. intramolecular chaperones (分子内伴侣) 分子伴侣一定不是最终组装完成的结构的组成部分, 但不一定就是一个独立的实体。如一些蛋白水解酶的前序列以及一些核糖核蛋白体的加工前的部分对于这些酶的折叠和成熟是必需的, 将它们称为分子内伴侣。

这些位于信号肽和成熟蛋白之间的前序列, 不仅抑制酶原蛋白的活性, 还作为分子伴侣帮助酶原蛋白折叠。去除前序列, 剩余部分便会形成稳定的中间物, 既不沉淀, 也不折叠;加入前序列,才能折叠成活性构象。与一般的分子伴侣相比, 分子内伴侣具有高度的专一性, 通过水解作用释放, 不需要ATP。

16. chromatin (染色质) 染色质最早是1879年Flemming提出的用以描述核中染色后强烈着色的物质。现在认为染色质是细胞间期细胞核内能被碱性染料染色的物质。主要是由DNA和蛋白质组成的复合物。

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17. chromosome (染色体) 染色体是细胞在有丝分裂和减数分裂过程中由染色质聚缩而成的棒状结构。染色体和染色质在化学本质上没有差异, 只是在构型上不同, 是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。

18. unique sequence (单一序列) 又称非重复序列, 在一个基因组中一般只有一个拷贝。真核生物的绝大多数结构基因在单倍体中是单拷贝或几个拷贝(1~5个拷贝)。

19. repetitive sequence (重复序列) 拷贝数在10个以上的序列称为重复序列。根据基因的重复程度, 可以分为两类: 中度重复序列, 重复次数在102 ~105 之间, 如组蛋白基因、rRNA基因均属此类, 虽然都能转录,但除了组蛋白基因外,其它基因都不能翻译; 高度重复序列, 重复次数在105 以上。高度重复序列DNA通常由简单的核苷酸序列组成,分布在染色体的着丝粒区和端粒区。

20. autonomous replicating sequence (ARS 序列) 即自主复制序列, 又叫复制起点序列(replication origin sequence)。是顺式作用元件的一种。这种序列是染色体正常起始复制所必需的。所有的ARS的DNA均有一段保守序列,真核生物染色体上有多个ARS序列。上下游各200个bp左右的序列是维持ARS功能所必需的。

21. centromeric sequence (CEN 序列) 是真核生物在有丝分裂和减数分裂时,两个染色体附着的区域,含有11个高度保守的碱基序列,功能是形成着丝粒,均等分配两个子代染色单体。

22. telomeric sequence,TEL (端粒顺序) 是线性染色体两端的特殊序列,这种序列广泛分布在原生动物、真菌、植物和哺乳动物的染色体中,并且在序列组成上十分相似,富含G,且由短的基本序列随机串联重复而成。

端粒是染色体的重要部分, 它保证了染色体的完全复制; 同时在染色体的两端形成保护性的帽结构,使染色体的DNA免受核酸酶和其他不稳定因素的破坏和影响。另外,端粒的形成使染色体的末端不会与其他染色体末端融合。

23. artificial chromosome (人工染色体) 基于ARS、CEN、TEL是线性染色体稳定的功能序列,人们利用这些序列构建载体, 重组后的DNA以线性状态存在, 这样不仅稳定,而且大大提高了插入外源基因的能力, 并且可以像天然染色体一样在寄主细胞中稳定复制和遗传,称为人工染色体。

24. histone (组蛋白) 组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白, 是一类小分子碱性蛋白质, 有五种类型:H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4,它们富含带正电荷的碱性氨基酸, 能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。 组蛋白的基因非常保守。亲缘关系较远的种属中, 四种组蛋白(H2A、H2A、H3、H4)氨基酸序列都非常相似,染色质中的组蛋白与DNA的含量之比为1:1。

25. nonhistone proteins (非组蛋白) 是指细胞核中组蛋白以外的酸性蛋白质。非组蛋白不仅包括以DNA作为底物的酶,也包括作用于组蛋白的一些酶, 如组蛋白甲基化酶。此外还包括DNA结合蛋白、组蛋白结合蛋白和调节蛋白。由于非组蛋白常常与DNA或组蛋白结合, 所以在染色质或染色体中也有非组蛋白的存在, 如染色体骨架蛋白。

26. zinc finger motif (锌指结构模序) 这类蛋白因子往往含有几个相同的指结构, 每一个指结构具有以下的保守序列: Cys-X2-4-Cys-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His。这段保守序列中的两个半胱氨酸残基和两个组氨酸残基与锌离子形成配位键, 形成环, 因此称为锌指, 上述具有Cys和His的指结构称为Cys2/His2指。每个指结构有23个氨基酸残基, 指结构之间的距离为7~8个氨基酸残基。 另一类指结构是Cys2/Cys2的锌指结构, 指结构中保守序列是:Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys。

27. helix-turn-helix motif,HTH (α螺旋-转角-α螺旋基元) 是最早在原核基因的激活蛋白和阻遏蛋白中发现的调控蛋白, 是一种同型二聚体。构成同型二聚体的每个单体由20个氨基酸残基的小肽组成α螺旋-转角-α螺旋结构, 其中一个螺旋为识别螺旋(recognition helix), 负责识别DNA大沟的特异碱基序列。另一个螺旋没有碱基特异性, 与DNA磷酸戊糖链骨架接触。在与DNA特异结合时, 以二聚体形式发挥作用, 结合靠蛋白质的氨基酸侧链与特异碱基对之间形成氢键。

28. leucine zipper motif (亮氨酸拉链基元) 这类蛋白质都是含有4个或5个亮氨酸残基, 彼此之间精确的相距7个氨基酸残基。这样, 在α螺旋的每一个侧面就出现一个Leu, 这些Leu排成一排, 两个蛋白质分子的α螺旋之间靠Leu残基之间的疏水作用形成一条拉链。这类蛋白与DNA的特异性结合都是以二聚体形式起作用的, 但与DNA结合的结构域并不在拉链区。

29. helix-loop-helix,HLH (螺旋-环-螺旋基元) 这种结构是由一个环将两个螺旋结构分隔开来, 与螺旋-转角-螺旋结构的差别在于∶它的两个螺旋的一侧还有一段疏水链,这样, 当螺旋-环-螺旋结构位于两个多肽之间时,这两个疏水的侧链就会将两个多肽链连在一起形成类似亮氨酸拉链的结构。

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30. trans-acting factor (反式作用因子) 参与基因表达调控的因子, 它们与特异的靶基因的顺式元件结合起作用。编码反式作用因子的基因与被反式作用因子调控的靶序列(基因)不在同一染色体上。反式作用因子有两个重要的功能结构域:DNA结合结构域和转录活化结构域,它们是其发挥转录调控功能的必需结构。反式作用因子可被诱导合成, 其活性也受多种因素的调节。

31. cis-acting element (顺式作用元件) 存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等, 它们的作用是参与基因表达的调控。顺式作用元件本身不编码任何蛋白质, 仅仅提供一个作用位点, 要与反式作用因子相互作用而起作用。

32. heteropythosis (异固缩) 细胞分裂时, 核内染色质要凝缩成染色体结构,对碱性染料着色很深,一旦脱离分裂期, 染色体去凝集成松散状态, 此时染色着色力减弱。但是,有些染色体或其片段的凝缩周期与其它的不同,这种现象称为异固缩。其中在间期或前期过度凝缩,染色很深的称为正异固缩。在中期凝缩不足,染色很浅,称为负异固缩。

33. heterochromatin (异染色质) 在有丝分裂完成之后, 大多数高度压缩的染色体要转变成间期的松散状态。但是,大约有百分之十的染色质在整个间期仍然保持压缩状态,将这种染色质称为异染色质。异染色质在分裂期和间期的着色力相同。

34. euchromatin (常染色质) 在有丝分裂完成之后, 能够转变成间期松散状态的染色体部分。常染色质在分裂期染色深, 但在间期染色浅。一般而言, 常染色质是具有转录活性区, 是基因区。

35. constitutive heterochromatin (结构性异染色质) 在整个细胞周期内都处于凝集状态的染色质,即永久性的呈现异固缩的染色质被称为结构性异染色质。结构性异染色质含有高度重复的随体DNA,分布于大多数染色体的着丝粒区、端粒和次缢痕处,呈现C带染色。结构性异染色质的DNA主要是高度重复顺序,含有的基因相当少。事实上,当一个有活性的基因通过转座或转位, 移动到结构性异染色质区, 通常要失去活性, 这种现象称为位置效应(position effect), 因此认为结构性异染色质区含有抑制邻近基因表达的成份。

36. facultative heterochromatin (兼性异染色质) 是指在一定的细胞类型或一定的发育阶段呈现凝集状态的异染色质。在一定时期的特种细胞的细胞核内, 原来的常染色质可转变成兼性异染色质。

37. nucleosome (核小体) 又称核粒,是染色质的基本结构单位。由200个(160-240)左右碱基对的DNA和五种组蛋白结合而成。其中四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子组成八聚体的小圆盘,是核小体的核心结构。146个碱基对的DNA包绕在小圆盘外面绕1 3/4圈。每一分子的H1与DNA结合, 锁住核小体DNA的进出口, 起稳定核小体结构的作用。两相邻核小体之间以连接DNA(linker DNA)相连, 连接DNA的长度变化不等, 因不同的种属和组织而异, 但通常是60个碱基对。

38. nuclease-supersensitive site (核酸酶超敏感位点) 在染色质DNA中对DNaseⅠ表现出高度敏感的区域,缺少核小体。这种区域通常很短,最长也不过几百bp。该位点含有特异的DNA序列,为特异性DNA结合蛋白所识别,因此,它参与了基因表达的调控。另外,处于活性转录的区域对核酸酶也十分敏感。

39. centromere (着丝粒) 染色体中连接两个染色单体, 并将染色单体分为两臂: 短臂(p)和长臂(q)的部位。由于此部位的染色质较细、内缢, 又叫主缢痕(primary constriction)。此处DNA具高度重复, 为碱性染料所深染。着丝粒有两个基本的功能∶在有丝分裂前将两条姐妹染色单体结合在一起,第二个功能为动粒装配提供结合位点。着丝粒含有结构性异染色质, 人的染色体着丝粒含有大约170碱基对的重复DNA(称为α卫星DNA), 随机重复的次数达2,000到30,000次。

40. kinetochore (动粒) 是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附着于主缢痕外侧的圆盘状结构,内侧与着丝粒结合,外侧与动粒微管结合。每一个中期染色体含有两个动粒,位于着丝粒的两侧。 哺乳动物的动粒可分为三个不同的区域: 即内层、中间层和外层, 直径约为200nm。

41. secondary constriction (次缢痕) 是染色体上的一个缢缩部位, 由于此处部分的DNA松懈, 形成核仁组织区, 故此变细。它的数量、位置和大小是某些染色体的重要形态特征。每种生物染色体组中至少有一条或一对染色体上有次缢痕。

42. nucleolar organizing region, NOR (核仁组织区) 是细胞核特定染色体的次缢痕处,含有rRNA基因的一段染色体区域,与核仁的形成有关,故称为核仁组织区。核仁是NOR中的基因活动而形成的可见的球体结构。

43. satellite (随体) 是位于染色体末端的、圆形或圆柱形的染色体片段, 通过次缢痕与染色体主要部分相连。它是识别染色体的主要特征之一。根据随体在染色体上的位置,可分为两大类: 随体处于末端的, 称为端随体; 处于两个次缢痕之间的称为中间随体。

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44. karyotype (核型) 是指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、大小、形态特征的总和。在对染色体进行测量计算的基础上, 进行分组、排队、配对, 并进行形态分析的过程叫核型分析。

45. chromosome banding (染色体分带) 用特殊的染色方法, 使染色体产生明显的色带(暗带)和未染色的明带相间的带型(banding patterns), 形成不同的染色体个性, 以此作为鉴别单个染色体和染色体组的一种手段。染色体显带技术最重要的应用就是能够明确鉴别一个核型中的任何一条染色体, 乃至某一个移位片段, 同时也可用于核型进化及可能的进化机制研究。

46. Q-banding (Q带) 又叫荧光分带法。用氮芥喹吖因(quinacrine)荧光染料染色, 在紫外光激发下,显现明暗不同的带区,可在荧光显微镜下观察。一般富含AT碱基的DNA区段表现为亮带, 富含GC碱基的区段表现为暗带。此法的优点是分类简便, 可显示独特的带型。缺点是标本易褪色,不能做成永久性标本片。

47. Giemsa-banding (G带) 将染色体制片经盐溶液、胰酶或碱处理, 再用吉母萨染料染色, 在光镜下进行检查, 见到特征性的带。一般富含AT碱基的DNA区段表现为暗带。此法可制成永久性的标本。

48. C-banding (C带) 主要显示着丝粒结构异染色质, 及其它区段的异染色质部分。标本可用酸 (HCl)及碱〔Ba(OH)2 〕变性处理, 再经2xSSC在60℃中温育1小时, 最后用Giemsa染料染色显带。 49. N-banding (N带) 又称Ag-As染色法。主要用于染核仁组织区的酸性蛋白质。

50. R-带(Reverse-banding) 染色体用磷酸盐溶液进行高温处理, 然后用吖啶橙或吉母萨染料进行染色, 结果显示的带型同G-带明暗相间的带型正好相反, 故叫反带。

51. terminal-banding (T-带) 是对染色体末端区的特殊显带法。能够产生特殊的末端带型。

52. giant chromosome (巨大染色体) 某些生物的细胞中, 特别是在发育的某些阶段, 可以观察到一些特殊的染色体, 它们的特点是体积巨大, 细胞核和整个细胞体积也大, 所以称为巨大染色体, 包括多线染色体和灯刷染色体。

53. polytene chromosome (多线染色体) 核内DNA多次复制产生的子染色体平行排列, 且体细胞内同源染色体配对, 紧密结合在一起, 从而阻止了染色体纤维进一步聚缩, 形成体积很大的由多条染色体组成的结构叫多线染色体。多线化的细胞处于永久间期, 体积也相应增大, 它存在于双翅目昆虫的幼虫组织内, 如唾液腺、气管等。 多线染色体来源于核内有丝分裂(endomitosis)。

54. lampbrush chromosome (灯刷染色体) 是卵母细胞进行第一次减数分裂时, 停留在双线期的染色体。它是一个二价体, 含4条染色单体, 由轴和侧丝组成, 形似灯刷。染色体轴由染色粒(chromomere, 是指染色质凝集而成的颗粒)轴丝构成, 每条染色体轴长400μm, 从染色粒向两侧伸出两个相类似的侧环,伸出的环是成对对称的, 一个平均大小的环约含100kb DNA。

55. nucleolus (核仁) 是细胞核中一个匀质的球体,由纤维区、颗粒区、核仁染色质、基质等四部分所组成。核仁是真核细胞间期核中最明显的结构。核仁的主要功能是进行核糖体RNA的合成。

56. nucleolar cycle (核仁周期) 核仁是一种动态结构,随细胞周期的变化而变化,即形成�消失�形成,这种变化称为核仁周期。在细胞的有丝分裂期,核仁变小,并逐渐消失。在有丝分裂末期,rRNA的合成重新开始,核仁形成。核仁形成的分子机理尚不清楚,但需要rRNA基因的激活。

57. nuclear matrix (核基质)、nucleoskeleton (核骨架) 是由蛋白质组成的细胞核内的网络结构,分布在整个细胞核内, 参与和支持DNA的各种功能, 包括DNA复制、转录、加工、接收外部信号以及维持染色质的结构等, 作用方式主要是提供作用位点。这种结构又称为核骨架。

58. scaffold (染色体骨架) 在染色体包装时, 为染色质提供锚定位点的非组蛋白。为了证明染色体骨架的存在, 分离有丝分裂前的染色体, 接着用试剂溶解组蛋白和大多数主要的非组蛋白, 然后在电子显微镜下观察可见一完整的染色体结构框架(framework)或支架(scaffold)。在间期, 染色体支架解体, 而构成支架的蛋白则作为核基质的组成部分起作用。

59.nuclear bodies,NBs (核体) 高等真核细胞的间期核内除染色质与核仁结构外,在染色质之间的空间还有许多形态上不同的亚核结构域,统称为核体。如螺旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。

60.insulator隔离子 隔离子处于抑制状态与活化状态的染色质结构域之间、能防止不同状态的染色质结构域的结构特征向两侧扩散的染色质DNA序列,称为隔离子。

61.locus control region ,LTR (基因座控制区) 由许多增强子或隔离子等顺式作用元件组成的DNA序列,它具有稳定染色质疏松结构的功能,可以控制即应座的各个基因顺序表达。

62.nucleolar associated chromatin(核仁相随染色质) 在电镜下观察核仁结构,除三种基本组分外,核仁虽没有核膜包裹,但被或多或少的染色质所包围,这层染色质被称为核仁相随染色质。

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63. active chromatin 活性染色质 指具有转录活性的染色质。是由于核小体构象发生构型改变,转变成疏松的染色质结构,从而便于转录调控因子与顺式作用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。

64. histone acetylation (组蛋白乙酰化) 在组蛋白乙酰化酶的作用下,将乙酰CoA的乙酰基团转移到组蛋白特异的赖氨酸残基上,称为组蛋白乙酰化。组单板乙酰化是核小体重建的一种重要方式,有利于转录调控因子与DNA的结合,使基因的转录活性提高。

65. nuclear lamina (核纤层) 位于细胞核内核膜下与染色质之间的、由中间纤维相互交织而形成的一层高电子密度的蛋白质网络片层结构。在细胞分裂过程中对核被膜的破裂和重建起调节作用。

66. karyophilic protein (亲核蛋白) 在细胞质内合成后,需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。其肽链中带有核定位信号。

第十章 核糖体

1. ribosome (核糖体) 是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle), 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。

按核糖体存在的部位可分为三种类型:细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。按存在的生物类型可分为两种类型:真核生物核糖体和原核生物核糖体。原核细胞的核糖体较小, 沉降系数为70S,相对分子质量为2.5x103 kDa,由50S和30S两个亚基组成; 而真核细胞的核糖体体积较大, 沉降系数是80S,相对分子质量为3.9~4.5x103 kDa, 由60S和40S两个亚基组成。

2. 5S rRNAgene (5S rRNA基因) 是核糖体大亚基的一个组份,原核生物和真核生物都有5S rRNA,而且结构相似。真核生物的5S rRNA基因与其它三种rRNA基因不在同一条染色体上,它是由核仁以外的染色体基因转录的,然后运输到核仁内参与核糖体的装配。5S rRNA基因是由RNA聚合酶Ⅲ转录的,原初转录物的5'端与成熟的5S rRNA的5'端完全相同。

3. SD sequence (SD序列) 在原核生物中, 核糖体中与mRNA结合位点位于16S rRNA 的3'端,mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence),它是1974年由J.Shine 和 L.Dalgarno发现的,故此而命名。SD序列是mRNA中5'端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA的起始密码AUG的上游5~10个碱基处,并且同16S rRNA 3'端的序列互补。

4. polyribosomes (多聚核糖体) 在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合,同时合成若干条蛋白质多肽链,结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体(polysome 或polyribosomes)。

5. N-端规则(N-end rule) 每一种蛋白质都有寿命特征, 称为半衰期(half-life)。蛋白质的半衰期与多肽链N-端特异的氨基酸有关,它们对蛋白质的寿命有控制作用。如末端是精氨酸或赖氨酸的多肽,寿命就很短,而末端是缬氨酸或甲硫氨酸的多肽,寿命就很长。蛋白质N-末端与半衰期的关系,称为N端规则。

6. 蛋白酶体(proteasomes) 蛋白酶体既存在于细胞核中,又存在于胞质溶胶中, 是溶酶体外的蛋白水解体系, 由10~20个不同的亚基组成中空的圆桶形的结构,显示多种肽酶的活性,能够从碱性、酸性和中性氨基酸的羧基侧水解多种与遍在蛋白连接的蛋白质底物。蛋白酶体对蛋白质的降解是与环境隔离的。主要降解两种类型的蛋白质:一类是错误折叠的蛋白质,另一类就是需要进行数量调控的蛋白质。

蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,所以又称为泛素降解途径。泛素是由76个氨基酸残基组成的小肽,它的作用主要是识别要被降解的蛋白质,然后将这种蛋白质送入蛋白酶体的圆桶中进行降解。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。 蛋白酶体存在于所有真核细胞中,其活性受γ干扰素的调节。

7. ribozyme (核酶) 核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比,核酶的催化效率较低,是一种较为原始的催化酶。

8. peptidyl transferase (肽酰转移酶) 肽酰转移酶是催化肽键形成的酶。在蛋白质合成过程中,它催化核糖体A位tRNA上末端氨基酸的氨基与P位肽酰-tRNA上氨基酸的羧基间形成肽键。其结果,使A位的氨酰-tRNA上的多肽延长了一个氨基酸,而P位的氨酰-tRNA形成脱氨酰-tRNA。

9. ribonuclease P (核糖核酸酶 P) 是一种核糖核蛋白, 含有一个单链RNA分子, 长度为375个碱基, 结合一个相对分子质量为20kDa的多肽(119个氨基酸残基)。RNA具有催化切割tRNA的能力, 蛋白质则起间接的作用,可能是维持RNA结构的稳定。该酶广泛存在于原核生物和真核生物(核仁、叶绿体和线粒体)中,也参

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与核糖体RNA的加工。

10 nuclear splicing (核剪接) 是指发生在细胞核中,主要是对hnRNA中内含子的剪接。这种剪接有三个主要特点∶一是在pre-mRNA中内含子与外显子间有特征性序列,即GT-AG规则;第二是剪接过程中需要snRNA参与,并要形成剪接体;第三要形成套索结构。

11. GT-AG rule (GT-AG 规则) 前体RNA中参与内含子剪接的两个特殊位点,即在内含子和外显子交界处有两个相当短的保守序列:5'端为GT, 3'端为 AG,称为GT-AG规律。GT-AG规则主要适用于(或是全部)真核生物基因的剪接位点。说明内含子的切除有一共同的机理。应指出的是,这种保守性不适用于线粒体、叶绿体和酵母tRNA基因转录后的加工。

12. spliceosome (剪接体) 在剪接过程中形成的剪接复合物称为剪接体,剪接体的主要组成是蛋白质和小分子的核RNA(snRNA)。复合物的沉降系数约为50~60S,它是在剪接过程的各个阶段随着snRNA的加入而形成的。也就是说在完整的pre-mRNA 上形成的一个剪接中间体。

剪接体的装配同核糖体的装配相似。依靠RNA-RNA、RNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质等三方面的相互作用。可能比核糖体更复杂,要涉及snRNA的碱基配对,相互识别等。

13. guide RNA, gRNAs (向导RNA) 引导RNA编辑的RNA分子,长度大约是60~80个核苷酸,是由单独的基因转录的,具有3'寡聚U的尾巴,中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列,5'端是一个锚定序列,它同非编辑的mRNA序列互补。在编辑时,形成一个编辑体(editosome),以gRNAs内部的序列作为模板进行转录物的校正, 同时产生编辑的mRNA。gRNA3'端的oligo(U)尾可作为被添加的U的供体。

14. ribosome cycle(核糖体循环) 指在细胞内构成核糖体的大小两种亚单位(沉淀系数为50S或60S的大亚单位和30S或40S的小亚单位)与蛋白活体合成开始会合(70S或80S粒子形成),合成后又分离的这一反复循环而言.

第十一章 细胞增殖及其调控

1. cell division(细胞分裂)是活细胞繁殖其种类的过程,是一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞,分裂后形成的新细胞称子细胞。通常包括细胞核分裂和细胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。

2. cell proliferation(细胞增殖) 通过细胞分裂增加细胞数量的过程。是生物繁殖基础,也是维持细胞数量平衡和机体正常功能所必需。

3. cell cycles (细胞周期) 通常将通过细胞分裂产生的新细胞的生长开始到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程称为细胞周期。在这一过程中, 细胞的遗传物质复制并均等地分配给两个子细胞。

4. Cell Synchronization 同步化 培养物中的所有细胞都处于细胞周期的相同阶段,称为细胞的同步化。 细胞同步化分自然同步化和人工同步化。

5. conditional mutants (条件突变体) 在正常条件下,细胞表现出正常功能,但在某些条件下,功能出现异常,表现出突变的表型,将此类突变体称为条件突变体。利用条件突变体可研究细胞周期中的重要事件,发现细胞周期基因。例如温度敏感突变使细胞对于某种温度敏感,这样可用正常温度培养细胞而用突变温度来研究突变的事件。

6. premature chromosome condensation,PCC (染色体早熟凝集) 将处于分裂期(M期)的细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合, 使其他期细胞的染色质提早包装成染色体, 这种现象称为染色体早熟凝集(premature chromosome condensation,PCC)。 由于G1 、S、 G2的DNA复制状态不同,早熟凝集的染色体的形态各异,如与M期细胞融合的G1期的染色体为单线状, S期为粉末状, G2期染色体为双线。

7. maturation promoting factor,MPF (成熟促进因子) 能够促使染色体凝集,使细胞由G2期进入M期的因子。在结构上,它是一种复合物,由周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdk)和G2期周期蛋白组成,其中,周期蛋白对蛋白激酶起激活作用,周期蛋白依赖性蛋白激酶是催化亚基, 它能够将磷酸基团从ATP转移到特定底物的丝氨酸和苏氨酸残基上。酵母细胞周期中只有一种Cdk,而哺乳动物的细胞周期中有多种Cdk,所以哺乳动物的MPF是由Cdk1和周期蛋白B组成的复合物。

8. cyclin (周期蛋白) 参与细胞周期调控的蛋白,并且其浓度在细胞周期中是浮动的,呈周期性变化。随着细胞周期阶段的不同,有时浓度高大几千倍,有时有降为零。周期蛋白作为一种调节亚基,与周期蛋白依赖性的蛋白激酶结合并将之激活。

9. anaphase-promoting complex,APC (后期促进复合物) APC即遍在蛋白连接酶(ubiquitin ligase, E3)

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复合物。 E3通常是一种复合体,由多亚基组成。例如从非洲爪蟾卵细胞中分离的周期蛋白B的E3至少含有8个不同的亚基。APC激发E2-遍在蛋白复合物同有丝分裂周期蛋白破坏框结合, 然后激发遍在蛋白同破坏框C-末端的赖氨酸残基结合,此过程不断循环使遍在蛋白多聚化。

10. cyclin-dependent protein kinases, Cdks (周期蛋白依赖性蛋白激酶) 主要在细胞周期调控中起作用的蛋白激酶,由于受周期蛋白的激活而得名。真核细胞中主要有三种类型的周期蛋白依赖性的蛋白激酶。

11. Cdc34 protein(Cdc34 蛋白) Cdc34蛋白是E2遍在蛋白结合酶,与E3遍在蛋白连接酶(SCF)联合作用,降解期周期蛋白;Cdc28复合物的抑制物,从而激活S期周期蛋白激酶,起始DNA复制。 12. START (起点) 芽殖酵母在G1期发动细胞周期的点称为起点(START)。

13. Cdc 2 protein (Cdc2蛋白) Cdc2蛋白是裂殖酵母cdc2基因编码的蛋白,分子两34kDa,所以有称为p34cdc2 蛋白。Cdc2是裂殖酵母进入有丝分裂的一个关键调节因子。实际上它是一种蛋白激酶,与周期蛋白结合后被激活,并促使细胞进入细胞周期。由于裂殖酵母中只有Cdc2一种蛋白激酶,所以p34cdc2 蛋白又被称为细胞周期引擎。

14. Cdc 28 protein (Cdc28蛋白) 是芽殖酵母CDC28基因编码的蛋白, 是第一个被分离的具有蛋白激酶活性的细胞周期蛋白。CDC28基因的功能相当于裂殖酵母的CDC2。CDC28基因突变成温度敏感型(cdc28), 就不会出芽, 这表明Cdc28对于芽殖酵母进入S期具有关键作用。

从裂殖酵母中克隆的cdc2+基因与CDC28基因是高度同源的, 而Cdc2和Cdc28蛋白在功能上是相类似的, 芽殖酵母的CDC28能够与裂殖酵母的cdc2-的突变型互补。

15. S phase-promoting factor,SPF (S期促进因子), 与MPF相似,芽殖酵母的S期促进因子(S phase-promoting factor,SPF),也是异质二聚体, 一个是Cdc28, 另一个是在G1期起作用的周期蛋白。芽殖酵母中有三种G1周期蛋白:CLN1、CLN2和CLN3。前两个在突变体中起作用,最后一个在野生型细胞中起作用。

16. restriction point(限制点) 是哺乳动物细胞周期G1期控制进入S期的调节点,相当于酵母的START点。主要是通过体外细胞培养实验发现的。

哺乳动物细胞体外培养时,需要添加多肽生长因子促进细胞的分裂。如果缺少生长因子, 就会被阻止在G0阶段, 一旦在培养基中添加了生长因子, 这些细胞在14~16小时后通过细胞周期限制点, 再过6~8小时, 细胞进入S期, 并完成余下的细胞周期过程。若将通过限制点的细胞从含有生长因子的培养基转移到没有生长因子的培养基上, 这些细胞不能进入S期。但是, 细胞一旦通过了G1期的限制点, 这些细胞就能够进入S期并完成其后的细胞周期过程。由此推测, 哺乳动物细胞周期的限制点相当于酵母的START点。

17. check point (关卡) 严格地监视着细胞周期事件的发生、发展过程是否严格按程序进行控制点称为关卡。如酵母细胞在DNA合成开始前的启动点(start)、哺乳类细胞周期的G1期R点或限制点(restriction point)等。这些关卡保证了细胞周期的正常进行,如DNA损伤未修复前不能进入S期, S期DNA合成未完成不能进入M期, 如果M期的纺锤体和染色体连接不良则不能进入后期。

在典型的细胞周期控制系统中至少有三个关卡: G1关卡(靠近G1末期)、G2关卡(在G1期结束点)、中期关卡(在中期末)。在每一个关卡,由细胞所处的状态和环境决定细胞能否通过此关卡,进入下一个阶段。

18. nuclear lamina protein (核纤层蛋白) 脊椎动物细胞中有三种类型的核纤层蛋白(A,B,C), 核纤层蛋白A和C是由同一个转录单位编码的, 只不过是通过可变剪接形成不同的mRNA。它们在肽链上的差别是:核纤层蛋白A的C末端比核纤层蛋白C的C末端多133个氨基酸残基。核纤层蛋白B是由另一个转录单位编码的, 通过转录后的修饰,在羧基端添加了疏水的异丙基, 添加的脂肪酸帮助核纤层蛋白B插入到核膜的内脂层。三种类型的核纤层蛋白都以二聚体的形式存在, 有球形的头和尾部结构域以及一个杆状的α螺旋中心。这些核纤层蛋白二聚体以头-头、尾-尾相接的方式形成核纤层。

19. mitosis (有丝分裂) 是细胞周期的丝裂期(M期)进行的分裂活动。在这个时期,通过纺锤丝的形成和运动,以及染色体的形成,把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞,以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝,故称为有丝分裂。通常有丝分裂是指整个的细胞分裂而言, 包括核分裂和胞质分裂两个过程, 一般在核分裂之后随之发生胞质分裂。据形态变化的特征, 通常将有丝分裂分为前期、早中期、中期、后期和末期。

20. prophase (前期) 是有丝分裂的第一期, 该期的主要特征是染色质凝缩成完全相同的两条染色单体连接而成的具有明显特征的染色体。

前期发生的主要事件有4种:染色体的凝集、分裂极的确定、核仁的消失和核膜的解体。染色体凝集是前期开始的第一个特征, 实际上是染色体的螺旋化、折叠和包装过程。此时出现线状的纤维, 有丝分裂因此而得

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名。核仁消失和核膜解体是前期的另一个重要特征。前期末,核膜解体,核仁缩小消失,分散于胞质之中。

21. prometaphase (前中期) 是介于前期与中期之间的一个过渡期。前中期的主要特征是染色体剧烈地活动, 个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。此时期的主要事件是纺锤体(spindle)的装配。核周围的纺锤体侵入细胞核的中心区,一部分纺锤体微管的自由端结合到染色体的着丝粒上, 形成动粒微管,这一过程是随机进行的。

22. metaphase (中期) 每一条染色体逐渐向纺锤体中心区移动,最终整齐排列在赤道板上。当两极的纺锤体微管分别同染色体的动粒结合,装配成动粒微管之后,即进入中期。染色体在纺锤体动粒微管的作用下, 逐渐移向纺锤体的中心区, 称为纺锤体赤道(spindle equator)。 染色体移向赤道, 是纺锤体动粒微管相互作用的结果,并且是染色体由不稳定状态向稳定状态转变的过程。 23. cycling cell (周期中细胞)指细胞周期持续运转的细胞。

24.quiescent cell (静止期细胞) 又称Go期细胞,指暂时离开细胞周期,停止细胞分裂,去执行一定的生物学功能的细胞。

25. terminal differentiation cells (终末分化细胞) 指那些分化程度高,一旦生成后,则终生不再分裂的细胞。

26. cell plate(细胞板)在分裂的植物细胞中,由膜泡融合形成的扁平的膜结构,是新生植物细胞质膜的前体。

27. anaphase (后期) 有丝分裂的一个时期,这一时期的主要特点是: 着丝粒分开, 染色单体移向两极。在后期的开始阶段, 每一染色体的着丝粒在纺锤体微管的作用发生断裂,进而造成染色单体分开, 并移向两极。几乎所有的姐妹染色单体都同时分裂, 此时每条染色单体成为独立的染色体。

根据染色体被拉向两极所受到的力的不同,又将后期分为后期A和后期B。

在后期A,染色体运动的力主要是由动粒微管的去装配产生的,此时的染色体运动称为向极运动。在后期B,染色体运动的力主要是由极微管的聚合产生的,此时的运动称为染色体极分离运动。

28. telophase (末期) 染色体着丝粒断裂后,染色单体分别移到纺锤体的两极并重新形成核膜的时期。该期的主要特点是:染色体解螺旋形成细丝, 核膜小泡重新包围两组染色体,相互融合, 形成完整的核膜和新的细胞核。

29. cytokinesis (胞质分裂) 有丝分裂后期, 将细胞膜、细胞骨架、细胞器,以及可溶性蛋白质等均等分配,并形成两个新的子细胞的过程称为胞质分裂。 胞质分裂通常开始于有丝分裂后期,直到两个新细胞核形成后才结束。

30. spindle (纺锤体) 在有丝分裂过程中由微管装配而成的纤维结构, 功能是将两套染色体均等分开。纺锤体微管的装配起始于中心体。

31. mitotic apparatus (有丝分裂器) 即纺锤体(spindle),它是在有丝分裂期间, 从中心粒形成的各种微管, 包括动粒粒微管、极微管、星体微管等,它们的功能是将染色体均等分配到两个子细胞。 中期有丝分裂器的半数纺锤体微管源自极中心体, 因此, 有丝分裂器的形成首先依赖于中心体的复制, 并分别移动到两极。

有丝分裂器指分裂期的染色体、纺锤体,中心体和星体等细胞分裂因素的细胞器的总称。在动物细胞和低等植物细胞中,有丝分裂器是全套的,但在种子植物中,却没有中心体和星体。有丝分裂器的功能是促使子染色体群的分配和细胞的分裂。

32. centrosome cycle (中心体循环) 在细胞周期中,中心体具有复制�分离�复制的周期,这一过程称为中心体循环。中心体循环始于G1期, 到G2期时,两个子代中心粒达到了足够的长度, 但仍处于同一个中心体内。中心体内的一对中心粒在S期与DNA同步复制。

33. meiosis (减数分裂) 是生殖细胞产生配子的分裂,包括两次连续的有丝分裂,形成4个单倍体的子细胞。相继的两次分裂分别称为减数分裂I(或第一次有丝分裂)和减数分裂Ⅱ(或第二次有丝分裂)。在这两次分裂之间有一个很短的间歇期,但不进行DNA的合成,因而也不发生染色体的复制。由于细胞核分裂了两次,而染色体只是在第一次减数分裂前的间期复制了一次,所以细胞经过减数分裂导致染色体数目减少一半。 第一次减数分裂可分为前期Ⅰ, 中期Ⅰ, 后期Ⅰ, 末期Ⅰ。第二次减数分裂可分为前期Ⅱ, 中期Ⅱ, 后期Ⅱ, 末期Ⅱ。

34. Gametic or terminal meiosis(配子或终末减数分裂)此种减数分裂都是为了生成配子,减数分裂发生的时期是个体发育成熟之后。进行此种减数分裂的生物包括所有的多细胞动物和多数原生生物。例如,在雄

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性脊椎动物中,在精母细胞分化之前发生减数分裂,精原细胞经过减数分裂形成初级精母细胞,然后再经过两次有丝分裂生成四个为分化的精子细胞(spermatid),每个精子细胞经过复杂的分化过程形成高度特化的精细胞(sperm cell)。在雌性脊椎动物中,卵原细胞形成初级卵母细胞,然后进入一个相当长时间的减数分裂期,在前期卵母细胞生长,扩充卵黄和其他物质。只有当卵细胞完全分化之后才发生减数分裂。脊椎动物的卵通常在减数分裂完成之前的某个阶段(中期Ⅱ)进行受精,受精之后减数分裂才完成。

35. Zygotic or initial meiosis(合子或起始减数分裂) 此类减数分裂的生物只包括原生生物和真菌,它们只是在受精之后发生减数分裂,产生单倍体的孢子。孢子通过有丝分裂产生单倍体的子代。二倍体时期仅限制在受精后且仍是合子这样一个极短的时期。

36. Sporic or intermediate meiosis(孢子或中间减数分裂) 所有的植物都属于此种减数分裂的生物,减数分裂发生在一个既与配子形成无关、又与受精作用无关的阶段。当雄性配子(如花粉粒)和雌配子(卵)结合开始新的生命周期时,二倍体的合子经过有丝分裂发育成一个二倍体的孢子体(diploid sporophyte)。在孢子体发育的某个阶段,发生孢子生殖(包括减数分裂),产生能够直接发育成单倍体配子体(gametophyte)的孢子。单倍体的配子体通过有丝分裂产生配子。

37. leptotene stage (细线期) 减数分裂前期Ⅰ的一个时期,又称凝集期(condensation stage)。此期在光学显微镜下可逐渐见到染色体,染色质在凝集前已复制,但仍呈单条细线状,看不到成双的染色体。但在电子显微镜下,可观察到此期的染色体是由两条染色单体构成的。 由于很多细线染色体的端粒与核膜结合,使染色体装配成花束状,所以细线期又称花束期。此期核的体积增大,核仁也较大,推测与RNA、蛋白质合成有关。

38. zygotene stage (偶线期) 减数分裂前期Ⅰ的第二个时期,此期染色质进一步凝集,同源染色体(homologous chromosomes)发生配对,称为联会(synapsis),所以此期又称配对期(pairing stage)。 39 P-DNA (粗线期DNA) 在减数分离Ⅰ前期Ⅰ的粗线期(pachytene)合成的一小部分DNA。

40. pachytene stage, pachynema (粗线期) 前期I的第三个阶段,又称重组期(recombination stage)。该阶段开始于同源染色体联会之后,染色体明显变粗变短(至少缩短了四分之一),结合紧密,此期染色体形态是一个明显的四分体。 在粗线期,细胞中也存在DNA的合成,称为P-DNA,交换过程中DNA链的修复、连接均与此相关。在粗线期核仁融合成一个大核仁,并与核仁形成中心所在的染色体相连。

此期要发生染色体的交换重组,并可见到在联会复合体的梯状结构中出现的重组节。 41. diplotene stage (双线期) 前期I的第四个阶段,此期染色体长度进一步变短,联会复合体因发生去组装而逐渐消失,紧密配对的同源染色体相互分开,而在非姊妹染色单体之间的某些部位上,可见其相互间有接触点,称为交叉(chiasma)。 42. diakinesis (终变期) 前期I的最后一个阶段,又称再凝集期(recondensation stage)。此期染色质又被包装压缩成染色体。大多数核仁消失,四分体均匀地分布在核中。染色体交叉逐步向染色体端部移动, 称为端化(terminalization)。最后四分体只靠端部交叉使其结合在一起, 姐妹染色单体通过着丝粒连接在一起。

43. synapsis (联会) 同源染色体配对称为联会,是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面紧密相帖并进行配对的现象。联会染色体间的配对是专一性的, 可以同时发生在分散的几个点上。 实际上,同源染色体联会在细线期就开始了,在偶线期可以在光学显微镜下观察染色体的联会排列,在粗线期见到装配成的联会复合体。在双线期,联会复合体开始去装配,终变期时完全消失。

44. synaptonemal complex,SC(联会复合体)同源染色体配对联会形成的一种梯状结构,在电镜下可见其由三个平行的部分组成:两侧为侧生成分,电子密度较高,由约宽10nm的纤维组成,成分主要为DNA,同时还包括RNA和组蛋白;两侧生成分之间,为电子密度较低中间区,由横向排列的蛋白质纤维组成,主要成分为非组蛋白,在中间区的中间有一电子密集的梯状结构,仍由蛋白质纤维组成,称为中央组分。

45. chiasma (交叉) 在减数分裂前期Ⅰ的双线期见到同源染色体交叉在一起,称为交叉。交叉是染色体交换后见到的一种现象。

46. recombination nodules (重组节) 重组节是同源染色体配对联会复合体中的球形、椭圆型或棒状的结节, 直径约为90nm, 是有蛋白质装配成的小体, 结构不清楚。重组节中含有催化遗传重组的酶类,因此推测某些重组节与染色体重组有关。

47.aster(星体) 细胞分裂过程中,中心体与其周围放射的微管形成的结构。

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48. equatorial plate (赤道板)亦称核板(是人们假想出来的),cell有丝分裂中期染色体的着丝粒准确地排列在纺锤体的赤道平面上,因此叫做赤道板。

49.centrosome alignment (中心体列队) 中心体分裂时,负向运动的动力蛋白在来自姐妹中心体的微管之间搭桥,通过负向运动,将被结合的微管牵拉在一起,组成纺锤体,中心体也自然成为纺锤体的两极,这一过程称为中心体列队。

50. homologous chromosomes (同源染色体) 大小、形状结构一般相同一条来自父方,一条来自母方的一对染色体。

51. sister chromatid (姐妹染色单体) 染色体在分裂期间进行自我复制,形成由一个着丝点连接着的两条完全相同的染色单体。

52. DNA synthesis blocking (DNA 合成阻断法) 采用两次DNA 合成抑制剂处理细胞,将细胞最终抑制在G1/S 期交界处的人工诱导细胞周期同步法。

53. metaphase blocking (分裂中期阻断法) 应用可以抑制微管聚合的某些药物,如秋水仙素、秋水酰胺和 nocodazole等,从而有效抑制细胞分裂器的形成,将细胞阻断在分裂中期的细胞周期同步方法。 54. furrow (分裂沟) 胞质分裂开始时,在赤道板周围细胞表面下陷,形成的环形缢缩。

55. contractile ring(收缩环) 指胞质分裂开始时,大量的肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处装配成微丝并相互组成微丝束,环绕细胞。

56. midbody 中间体 在分裂沟下方,除肌动蛋白之外,还有微管、小膜泡等物质聚集,共同构成的一个环形致密层。

57. Pre-RC (前复制复合物) 主要包括 Orc (origin recongnition complex )、cdc6、cdc45和Mcm蛋白,Pre-RC结合到复制起点,,使G1期染色体处于“感受”状态,是DNA复制起始所必需的。

58. comet assay(彗星电泳法) 是指将单个细胞悬浮于琼脂糖凝胶中,经裂解处理后,再在电场中进行短时间的电泳,并用荧光染料染色,凋亡细胞中形成的DNA降解片段,在电场中泳动速度较快,使细胞核呈现出一种彗星式的图案,而正常的无DNA断裂的核在泳动时保持圆球形,这是一种快速简便的凋亡检测法。

第十二章 程序性细胞死亡与衰老

1. cellular aging,cell senescence (细胞衰老) 是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现, 是不可逆的生命过程。人体是由细胞组织起来的,组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外环境的影响而发生损伤,造成功能退行性下降而老化。细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象。

细胞衰老是客观存在的。同新陈代谢一样, 细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。对多细胞生物而言, 细胞的衰老和死亡与机体的衰老和死亡是两个不同的概念, 机体的衰老并不等于所有细胞的衰老, 但是细胞的衰老又是同机体的衰老紧密相关的。

2. Hayflick life span (Hayflick界限) 1961年,Leonard Hayflick利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养,发现:胚胎的成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死亡,相反,来自成年组织的成纤维细胞只能培养15~30代就开始死亡。Hayflick等还发现,动物体细胞在体外可传代的次数,与物种的寿命有关;细胞的分裂能力与个体的年龄有关,由于上述规律是Hayflick研究和发现的,故称为Hayflick界限。

3. cell death (细胞死亡) 是细胞生命现象不可逆的停止。细胞死亡有两种形式:一种为坏死性死亡(necrosis),是由外部的化学、物理或生物因素的侵袭而造成的细胞崩溃裂解;另一种为程序性死亡,是细胞在一定的生理或病理条件下按照自身的程序结束其生存。多细胞生物随时都在进行着有规律的程序化细胞死亡,如人类的淋巴细胞系统、神经系统等。

4. programmed cell death,PCD (程序性细胞死亡) 又称为细胞凋亡(apoptosis)。程序性细胞死亡是指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序性的死亡,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用,因而是具有生理性和选择性的。

5. necrosis (细胞坏死) 细胞坏死是因病理而产生的被动死亡,如物理性或化学性的损害因子及缺氧与营养不良等均导致细胞坏死。坏死细胞的膜通透性增高,致使细胞肿胀,细胞器变形或肿大,早期核无明显形态学变化,最后细胞破裂。另外坏死的细胞裂解要释放出内含物,并常引起炎症反应;在愈合过程中常伴随组织器官的纤维化,形成瘢痕。

6. 凋亡小体(apoptotic body) 编程性死亡细胞的核DNA在核小体连接处断裂成核小体片段,并向核膜下或中央异染色质区聚集形成浓缩的染色质块。随着染色质不断聚集,核纤层断裂消失,核膜在核孔处断裂,形

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成核碎片。同时在编程性死亡过程中,由于不断脱水,细胞质不断浓缩,细胞体积减小。调亡细胞经核碎裂形成的染色质块(核碎片),然后整个细胞通过发芽(by budding)、起泡(byzelosls)等方式形成一个球形的突起,并在其根部绞窄而脱落形成一些大小不等,内含胞质、细胞器及核碎片的小体称为凋亡小体。

7. ced-3 gene(ced-3 基因) 秀丽隐杆线虫的基因,编码细胞程序性死亡途径中的细胞死亡蛋白Ced-蛋白,是细胞凋亡的杀手蛋白。

8. ced-4 gene(ced-4 基因) 秀丽隐杆线虫的基因,编码的Ced-4蛋白是细胞凋亡转换器,帮助杀手蛋白Ced-3诱导细胞凋亡。

9. ced-9 gene(ced-9基因) 秀丽隐杆线虫的基因, 编码的蛋白质对细胞凋亡起负调控作用,因此称为存活因子。该基因与人体的bcl-2基因同源。

10.apoptosis protease actinating factor ; Apaf-1 线虫凋亡分子Ced 4 在哺乳动物中的同源蛋白,与细胞色素c 结合后发生自身聚合,形成凋亡小体,招募Caspase-9 的前体并使之活化。

11. apotosome (凋亡复合体) 凋亡分子Apaf-1与细胞色素c 形成的复合体,相对分子质量为

3(700~1400*10),细胞中Caspase-9的前体被募集到复合体上并发生自动切割活化,引起细胞凋亡。

12. cysteine-containing aspartate-specific proteases,caspase (天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶) caspase是一类蛋白酶家族,成员较多,在人类,已经鉴定了10种不同的caspase。各种caspase都富含半胱氨酸,它们被激活后,能够在靶蛋白的特异天冬氨酸残基部位进行切割。在正常的细胞内,每一种caspase都是以非活性状态存在的,这种非活性的caspase称作酶原(zymogen),它是酶的非活性前体,其肽链比有活性时长一些,将多出的部分切除,就转变成有活性的caspase。

有两类caspase,一类是起始者(initiators),另一类是执行者(executioners),起始caspase在外来蛋白信号的作用下被切割激活,激活的起始caspase对执行者caspase进行切割并使之激活,被激活的执行者caspase通过对caspase靶蛋白的水解,导致程序性细胞死亡。

13. Caspase recruitment domain ,CARD (Caspase 募集结构域) 存在于凋亡起始Caspase-2 和-9,以及凋亡相关接头蛋白分子中,通过结构域之间的聚合,Caspase 能够彼此结合或与接头蛋白结合,被募集到上游信号复合物中活化。

14. Caspase actived DNase , CAD (Caspase 活化的DNA酶) 通常情况下与其抑制因子ICAD 结合处于失活状态。细胞凋亡程序启动后,活化的Caspase-3 降解ICAD ,使CAD释放出来并在核小体间切割DNA ,形成间隔200bp 或其整倍数的DNA 片段。

15. survival factors (存活因子) 抑制细胞程序性死亡的因子称为存活因子,这种因子对死亡起负控制作用,如秀丽隐杆线虫中的Ced-9蛋白能够抑制Ced-3蛋白的诱导细胞程序性死亡,因此是一种存活因子。目前对存活因子是如何作用的,基本不了解。

16. tumor necrosis factor,TNF(肿瘤坏死因子) 在体内和体外实验中杀死肿瘤,并能引起某些移植到小鼠中的肿瘤坏死,或抑制组织癌变的因子。人的TNF有两种类型,一种是TNFα, 是一种由157个氨基酸组成的蛋白质,通常将它视为细胞因子;另一种是TNFβ(称为淋巴毒素),与TNFα有35%的同源。这两种类型的TNF与相同的受体结合。TNFβ是由T-细胞和B-细胞产生的。

17. bcl-2 protooncogene(bcl-2 原癌基因) 人的B-淋巴细胞(B-cell lymphomas)中染色体易位激活的原癌基因。bcl即是B-淋巴细胞的英文缩写。该基因编码一种细胞质膜蛋白,能够抑制细胞的程序性死亡。bcl-2原癌基因与秀丽隐杆线虫的ced-9基因同源。

18. Bcl-2 protein (Bcl-2蛋白) Bcl-2蛋白是bcl-2 原癌基因的编码产物,是细胞存活促进因子,属膜整合蛋白,分子量为26kDa, 定位于线粒体、内质网和连续的核周膜。Bcl-2蛋白家族是一个特别的家族,成员中有些促进凋亡,如Bad、Bid 、Bax,有些成员阻止细胞凋亡,如Bcl-2、 Bcl-x、Bcl-w。Bcl-2能够阻止细胞色素c从线粒体释放到细胞质,从而抑制了细胞凋亡。

19. contact inhibition (接触抑制) 细胞在生长过程中达到相互接触时停止分裂的现象。由于培养基中的生长因子耗尽时也会产生生长抑制,所以将正常细胞因相互接触而抑制分裂的现象改称为密度依赖性的生长抑制(density-dependent inhibition of growth)。在相同条件下培养的恶性细胞(malignant cells)对密度依赖性生长抑制失去敏感性,因而不会在形成单层时停止生长,而是相互堆积形成多层生长的聚集体,这种现象也说明恶性细胞的生长和分裂已经失去了控制,调节细胞正常生长和分裂的信号对于恶性细胞不再起作用。

20. tumorigenesis (肿瘤发生) 正常细胞发展成为肿瘤的过程称为肿瘤发生。 从细胞水平上看,癌的发生是极偶然的事件。从遗传上看,癌都是由一个细胞发展而来,由一个失去了增殖控制的细胞发展而来。人体

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有百万兆的细胞,每天都有几十亿个细胞进行分裂,理论上几乎任何一个细胞都有可能由遗传成份的改变而癌变,但实际上并非如此。细胞的恶性转化需要发生多个遗传改变,即一个细胞发生多次遗传突变。因此肿瘤发生是一个渐进式的过程,涉及多级反应和突变的积累。在此过程中,癌变的细胞系越来越不受体内调节机制的控制,并逐渐向正常组织侵染。在细胞发生恶性转变之后,癌细胞继续积累突变,赋予突变细胞新的特性,使癌细胞更具危险性。

21. begign tumor (良性肿瘤) 是转化的肿瘤细胞,但不会侵染和远距离转移。良性肿瘤的增殖也不受正常调控作用的控制,不过有些良性肿瘤很快转变成恶性肿瘤,有些则相当慢。

22. Tumor suppressor gene (抑癌基因) 又称肿瘤抑制基因,是细胞的制动器(brake),它们编码的蛋白质抑制细胞生长,并阻止细胞癌变。在正常的二倍体细胞中,每一种抑癌基因都有两个拷贝,只有当两个拷贝都丢失了或两个拷贝都失活了才会使细胞失去增殖的控制,只要有一个拷贝是正常的,就能够正常调节细胞的周期。从此意义上说,抑癌基因的突变是功能丧失性突变。

23. oncogene (癌基因) 癌基因则是细胞加速器,它们编码的蛋白使细胞生长不受控制,并促进细胞癌变。大多数癌基因都是由与细胞生长和分裂有关的正常基因(原癌基因)突变而来。

就癌基因的来源分为两类,一类是细胞癌基因(cellular oncogene,c-onc),由细胞原癌基因突变而来;另一类是病毒癌基因(viral oncogene,v-onc)。大约已经鉴定了100多种不同的癌基因,它们中的大多数属于RNA肿瘤病毒基因组中的癌基因。

24. proto-oncogene(原癌基因) 是细胞的正常基因,它们编码的蛋白质在正常细胞中通常参与细胞的生长与增殖的调控,但突变后成为促癌的癌基因(cancer-promoting oncogene),或改变了编码蛋白的结构或改变了蛋白质的表达方式导致细胞癌变。

25. sarcoma gene (src基因) 即鸡肉瘤病毒(SRV)基因组中的基因,可使鸡产生肉瘤。是第一个鉴定的病毒癌基因。1970s,Peter Vogt分离到一种Rous 病毒的突变体,该突变病毒能够感染细胞并进行复制,但是不能致癌。由于该突变体只是丧失了将正常细胞转化为癌细胞的能力,因此推测突变的基因是诱导癌变的基因。后来的分析鉴定发现,该突变体只是缺失了一个基因。由于该基因的缺失,不能诱导肉瘤(sarcoma)的形成,故将此基因命名为src基因。

26. inhibitor of apoptosis (细胞凋亡抑制因子) 细胞中天然存在Caspase抑制因子,家族,都具有由70个氨基酸残基组成的BIR结构域,BIR对细胞凋亡是必需的。它们能与Caspase-3 和-7 的活化形式特异性结合并抑制其作用。IAP的抗凋亡作用能被含有IAP结合继续的抑制因子解除。

27. NF—kB (核因子kB)体系主要涉及机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和调亡以及肿瘤生长抑制过程的信息传递。

NF-kB在多数细胞类型,NF-kB在胞浆与抑制性蛋白质结合形成无活性的复合物。当肿瘤坏死因子等作用于相应受体后,可通过第二信使Cer等激活此系统,而病毒感染、脂多糖、活性氧中间体、佛波酯、双链RNA以及前述信息传递途径中活化的RKC、PkA等则可直接激活NF-kB。激活过程是通过磷酸化抑制性蛋白使其构象改变而从NF-kB脱落,使得NF-kB得以活化。活化的NF-kB进入细胞核,与DNA接触,并启动或抑制有关基因的转录。

28.stress-induced premature senescence ,SIPS(胁迫诱导的早熟性衰老) 许多刺激因素,如过量氧、乙醇、离子辐射等能缩短细胞复制的寿命,这一类型的细胞衰老称为胁迫诱导的早熟性衰老。

29. csyteine aspartic acic specific protease ; caspase(含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶) caspase是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶。它们的活性位点均包含半胱氨酸残基,能够特异性的切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键,故名。caspase负责选择性的切割某些蛋白质,从而造成细胞凋亡。 30. TUNEL 法[terminal dexynucleotidyl transferase(TdT)-mediated dUTP nick end labeling] (末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP 缺口末端标记测定法 ) 也称DNA 断裂的原位末端标记法,这一方法能对,DNA分子断裂缺口中的3’-OH进行原位标记,借助一种可观测的标记物,如荧光素,能对凋亡细胞的核DNA中产生的3’-OH 末端进行原位标记,用荧光显微镜即可进行观察。

第十三章 细胞分化与基因表达调控

1. individual development (个体发育) 从受精卵形成胚胎,而后胚胎生长发育成个体的过程称为个体发育。从生长、发育、成熟到形成下代的卵细胞或精子,直至个体逐渐衰老死亡,构成个体发育史。从形态上看,个体发育过程经历生长、分化和形态发生。

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2. cell differentiation (细胞分化) 胚胎细胞分裂后,未定形的细胞在形态和生化组成上向专一性或特异性方向发展,或由原来较简单具有可朔性的状态向异样化稳定状态发展的过程,也就是说细胞分化是指同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构,生理功能和生化特征的过程。细胞分化时的主要特征是细胞出现不同的形态结构和合成组织特异性蛋白质,演变成特定表型的细胞类型。其结果是在空间上,细胞之间出现差异;在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。从本质上说,细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。

3. morphogenesis (形态建成) 多细胞生物既有时间上的分化,又有空间上的分化。在个体的细胞数目大量增加的同时,分化程度越来越复杂,细胞间的差异也越来越大,而且同一个体的细胞由于所处位置不同而在细胞间出现功能分工,头与尾、背与腹、内与外等不同空间的细胞表现出明显的差别。因此,胚胎发育不仅需要将分裂产生的细胞分化成具有不同功能的特异的细胞类型,同时,要将一些细胞组成功能和形态不同的组织和器官,最后形成一个具有表型特征个体,这一过程称为形态建成。在形态建成的过程中,细胞间的位置关系要发生改变,同功能细胞组成组织,其关系密切,与不同功能的组织细胞进行协调工作,共同维持个体生命。

4. gametogenesis (配子发生) 配子形成的过程称为配子发生。 在配子发生过程中,二倍体的原始生殖细胞(primordial germ cells)要通过减数分裂和分化才能转化成单倍体的卵或精子。

雌雄配子的发生都要经过三个时期, 即增殖期、生长期和减数分裂期。一个初级精母细胞经过两次成熟分裂形成4个精细胞, 后者经过进一步的分化才能形成能够运动的精子, 而一个初级卵母细胞只能产生一个成熟的卵子和三个极体。

5. cell determination (细胞决定) 是指细胞在发生可识别的形态变化之前, 就已受到约束而向特定方向分化, 这时细胞内部已发生变化, 确定了未来的发育命运。细胞在这种决定状态下, 沿特定类型分化的能力已经稳定下来, 一般不会中途改变。

6. cytoplasmic determinants (细胞质决定子) 卵细胞质各区域的组分并不相同,卵裂使不同的胞质组分分割进入各卵裂细胞,这些特殊细胞质组分称为细胞质决定子。细胞质决定子对胚胎的早期发育有很大影响, 在一定程度上决定细胞的早期分化。

细胞质决定子在卵母细胞中已然形成, 受精卵在数次卵裂中, 决定子一次次地重新改组、分配。卵裂后, 决定子的位置固定下来, 并分配到不同的细胞中, 子细胞便产生差别。

7. embryonic induction (胚胎诱导) 动物在一定的胚胎发育时期, 一部分细胞影响相邻细胞使其向一定方向分化的作用称为胚胎诱导, 或称为分化诱导。能对其他细胞的分化起诱导作用的细胞称为诱导者或组织者。 胚胎诱导一般发生在内胚层和中胚层或外胚层和中胚层之间。从诱导的层次上看, 分为三级, 即初级诱导、二级诱导和三级诱导。能够诱导新胚胎形成的现象称为初级胚胎诱导。

8. positional information (位置信息) 从单个受精卵开始,细胞一方面以时间为主轴有序地进行分化,形成不同类型的细胞,另一方面又严格按照形态建成所预定的整体构造蓝图进行增殖、迁移、排列以及和其他类型细胞组合,生成各种组织和器官,直至最后形成成熟的个体。因此在不断分裂和移动中的细胞需要根据自己所处的瞬间空间位置并依此决定分化方向或调整移动路径,如脊椎动物肢芽(limb bud)的形成。

9. differential inhibition(分化抑制) 分化完成的细胞可以产生抑素(chalone),这种化学介质可抑制附近的细胞进行同样的分化。例如, 把一个正在发育的蛙胚放到含有一片成体蛙心组织的培养液中培养, 胚胎不能发育出正常的心脏。若没有这片蛙心, 胚胎就可以正常发育。这种分化抑制是发育过程中常见的负反馈调节现象,它和分化诱导共同协调作用,维持正常细胞的分化和胚胎的发育过程。

10. transdetermination (转决定) 一般胚胎细胞一旦决定, 沿着特定类型进行分化的方向是稳定的, 但在果蝇中发现了某种突变体或培养的成虫盘细胞中有时会出现不按已决定的分化类型发育, 而生长出不是相应的成体结构, 这种现象叫转决定。转决定同基因突变不同, 它是一群细胞而不是单一细胞发生变化。

转决定的细胞可以回复到决定的原初状态, 但更多的是突变成其他类型的结构。如触角成虫盘细胞变成翅或腿等。

11. dedifferentiation (脱分化) 又称去分化。是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。在动物中, 去分化细胞具有胚胎间质细胞的功能。在植物中, 去分化细胞成为薄壁细胞, 称为愈伤组织(callus)。去分化往往随之又发生再分化(redifferentiation)。

12. totipotency (全能性) 分化细胞保留着全部的核基因组, 它具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息, 即能够表达本身基因库中的任何一种基因, 也就是说分化细胞具有发育为完整个体的潜能, 称为全能

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性。

13. regeneration (再生) 生物体的整体或器官受外力作用发生创伤而部分丢失, 在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态与功能上相同的结构, 这一修复过程称为再生。

再分化是再生的基础, 也就是说, 在再生过程中, 有些细胞首先要发生去分化, 然后发生再分化, 形成失去的器官或组织。

14. house-keeping gene (看家基因) 是维持细胞最低限度功能所不可少的基因, 如编码组蛋白基因、编码核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、糖酵解酶的基因等。这类基因在所有类型的细胞中都进行表达,因为这些基因的产物对于维持细胞的基本结构和代谢功能是必不可少的。

15. luxury gene (奢侈基因) 即组织特异性(tissue-specific gene)表达的基因,。这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系, 是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。如表皮的角蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因、红细胞的血红蛋白基因等。

16. differential gene expression (差别基因表达) 指细胞分化过程中,奢侈基因按一定顺序表达,表达的基因数约占基因总数的5%~10%。也就是说,某些特定奢侈基因表达的结果生成一种类型的分化细胞,另一组奢侈基因表达的结果导致出现另一类型的分化细胞,这就是基因的差别表达。其本质是开放某些基因, 关闭某些基因,导致细胞的分化。

17. genomic control (基因组控制)将在DNA水平上调节基因的活性称为基因组控制,其中两种重要的方式是DNA的甲基化和DNA重排。

18. DNA methylation(DNA甲基化) 是在甲基转移酶的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5’甲基胞嘧啶,这常见于基因的5'-CG-3'序列。大多数脊椎动物基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶,主要集中在基因5'端的非编码区,并成簇存在。甲基化位点可随DNA的复制而遗传,因为DNA复制后,甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。DNA的甲基化可引起基因的失活。

19. genomic imprinting(基因组印记) 有不同性别的亲代传给子代的同一染色体或基因,可以引起不同的表型。

20. Alternative splicing (选择性剪接) mRNA前体通过不同的剪接方式产生不同的成熟mRNA , 从而产生不同的蛋白质。

21. DNA rearrangement (DNA重排)是基因活性调节的一种方式。这种调节主要是根据DNA片段在基因组中位置的变化,即从一个位置变换到另一个位置,从而改变基因的活性。最熟知的两个例子是酵母交配型的控制和抗体基因的重排。

22. homeotic gene(同源异型基因) 一类含有同源框的基因。在胚胎发育中的表达水平对于组织和器官的形成具有重要的调控作用。该类基因的突变,就会在胚胎发育过程中导致某一器官异位生长,即本来应该形成的正常结构被其他器官取代了。例如,果蝇的同源异型基因Antp(触角基因)的突变,导致果蝇的一对触角被两隻腿所取代。

已发现的 Hox基因的产物基本上都是转录因子,同源框的蛋白产物呈螺旋-转角-螺旋的立体构型,可以和DNA双螺旋的主沟吻合,附着于邻近于TAAT的碱基,由于它能识别所控制的基因启动子的特异序列,从而在转录水平调控基因表达。

23. homeobox (同源异型框) 简称同源框,是同源异型基因中一段高度保守的DNA序列,最初是通过对果蝇的同源异型突变和体节突变体的杂交分析发现的。同源框由180个碱基对组成的序列,可编码60个氨基酸。同源框普遍存在于果蝇、鼠、人、蛙等生物中。 24. homeodomain(同源异型结构域) 由同源框编码的60个氢基酸序列,被称为同源异型结构域。

25. masked mRNA(隐蔽mRNA) 未受精的卵细胞中携带有大量的mRNA,但这些mRNA在发育的早期不能进行蛋白质的合成,一般将这些储存在卵细胞中为后期发育合成蛋白质用的mRNA称为“隐蔽”mRNA,因为它们被一些蛋白质结合并抑制了活性。但是受精后,这些隐蔽mRNA迅速去抑制,进行蛋白质的快速合成。

26. metamorphosis (变态) 发育过程中体态的改变。如果蝇的幼虫发育成成虫时的形态与幼虫完全不同,蛙从蝌蚪发育成成蛙也发生了形态的改变。

27. maternal gene (母体基因) 在卵母细胞成熟过程中,在看护细胞中转录,然后将合成的mRNA运送到卵母细胞的基因。由于这些mRNA翻译合成的蛋白质在早期胚胎发育中调节合子基因的转录,故此将它们称为母体基因。根据它们的作用,可分为四群,每一群在胚胎发育过程中控制不同区域的分化。

28. stem cells, SC (干细胞) 是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它

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可以分化成多种功能细胞。

干细胞有两种分类方法,一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。第二种分类方法是根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。胚胎干细胞的发育等级较高,是全能干细胞,而成体干细胞的发育等级较低,是多能或单能干细胞。

29. embryonic stem cell,ES (胚胎干细胞) 是一种经人工操作能够发育成一个新个体的全能性二倍体细胞。它是从早期胚胎内细胞团(1nner cell mass,ICM)或原始胚胎生殖细胞(embryonic germ cell,EG 细胞)经体外分化抑制培养分离克隆的。二者的形态、标志、体内分化潜能及种系传递功能都相似。胚胎干细胞的发育等级较高,属全能干细胞。

30. somatic stem cell (成体干细胞) 是一类成熟较慢但能自我维持增殖的未分化的细胞,这种细胞存在于各种组织的特定位置上,一旦需要, 这些细胞便可按发育途径, 先进行细胞分裂, 然后经过分化产生出另外一群具有有限分裂能力的细胞群。

成体干细胞的发育等级较低,是多能或单能干细胞。造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)和骨髓间质干细胞(mesenhymal stem cell)是熟知的成体干细胞。

31. totipotent stem cell,TSC (全能干细胞) 能够发育成为具有各种组织器官的完整个体潜能的细胞,如胚胎干细胞。

32. pluripotent stem cell(多能干细胞) 多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制。骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十二种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞。

33. unipotent stem cell(单能干细胞) 也称专能、偏能干细胞,这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。单能干细胞是发育等级最低的干细胞。 34.terminal differentiation(终末分化) 指由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程。

35. histological engineering(组织工程)

是生物学和工程学相结合的一项技术,人工培育供移植用的人类或动物细胞、组织或器官,即将种子细胞人工培养生长在支架(生物降解聚合物)上,培育出一定的组织或器官,这些组织或器官可移植给患者,达到临床治疗的目的(克隆治疗)。

36. hematopoietic stem cell,HSC (造血干细胞) 是骨髓中的多能干细胞,能够分裂形成两种类型的细胞:一种仍然作为干细胞,但另一种成为祖细胞(progenitor cell),即次一级的干细胞,又称为爆发集落形成单位(burst forming units,BFUs)和集落形成单位(colony-forming units,CFUs),因为它们可分裂形成多种类型的细胞群,包括:粒性白细胞、单核细胞、血小板、红细胞、T细胞与B细胞等。

37. neural stem cell,NSCs (神经干细胞) 主要有两类:神经嵴干细胞(neuralcreststemcell,NC-SC)和中枢神经干细胞(CNS-SC)。NCSC为外周神经干细胞(PNS-SC),既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细胞和Schwann氏细胞,也能分化为色素细胞(pigmented cell)和平滑肌细胞等。NSC一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞(CNS-SC),其子代细胞能分化成为神经系统的大部分细胞。以往认为,中枢神经系统的神经元在出生前或出生后不久,就失去再生能力。但近年的一些研究表明,成年哺乳动物的脑组织仍可不断产生新的神经元,成人脑组织中同样存在NSC。

目前多使用基因转移的方法,建立神经干细胞系,即诱导NSC的细胞周期不断循环往复,从而阻止其分化过程。永生化的NSC具有较好的生物学特性,它们能自我复制并在体外大量增殖,在移植人体内后仍具有多向分化潜能,同时可被转染并稳定地表达外源基因。

38.muscle stem cell (肌肉干细胞)可发育分化为成肌细胞(myoblasts),后者可互相融合成为多核的肌纤维,形成骨骼肌最基本的结构。 39.tumor stem cell,TSC(肿瘤干细胞) 肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。

40.contact inhibition (接触抑制) 将多细胞生物的细胞进行体外培养时,分散贴壁生长的细胞一旦相互汇合接触,即停止移动和生长的现象。

41. regulatory gene;regulator gene (调节基因)控制编码RNA基因或蛋白质基因表达的基因。如编码激活蛋白或阻遏蛋白的基因。

42. combinatory control(组合调控) 细胞活动过程中的一个步骤(如转录起始)受一个蛋白质组合而不

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是单个蛋白质调控的现象。 43. reprogramming (重编程)已分化细胞的核基因组恢复其分化前的功能状态。

44. CpG island (CpG 岛)基因组中长度为300~3000 bp的富含CpG二核苷酸的一些区域,主要存在于基因的5′区域。启动子区中CpG岛的未甲基化状态是基因转录所必需的,而CpG序列中的C的甲基化可导致基因转录被抑制。

第十四章 细胞社会的联系

1. cell surface (细胞表面) 是一个具有复杂结构的多功能体系。在结构上包括细胞被(cell coat)和细胞质膜。动、植物细胞间的连接结构、细菌与植物细胞的细胞壁以及表面的特化的结构, 如鞭毛等都可看成是表面结构的组成部分。

在功能上,细胞表面是细胞质膜功能的扩展,它保护细胞,使细胞有一个相对稳定的内环境;负责细胞内外的物质交换和能量交换,并通过表面结构进行细胞识别、信息的接收和传递、进行细胞运动, 以及维护细胞的各种形态,并且与免疫、癌变都有十分密切的关系。

2. cell coat (细胞被) 又称为糖萼(glycocalyx) 或多糖包被由碳水化合物形成的覆盖在细胞质膜表面的保护层,称为细胞被, 由于这层结构的主要成份是糖。糖被通常含有由细胞分泌出来的细胞外基质,厚约5nm,其中的糖类是与质膜的蛋白质分子、脂类分子共价结合形成糖蛋白和糖脂分子。

糖被通常含有两种主要的成份: 糖蛋白和蛋白聚糖。它们都是在细胞内合成,最后分泌出来并附着到细胞质膜上。糖蛋白和糖脂的寡糖侧链所含糖基的数量少于15,但由于可通过共价键形成支链,所以排列方式却是多种多样。

细胞被的基本功能是保护如消化道、呼吸道、生殖腺等上皮细胞的外被有助于润滑、防止机械损伤, 同时又可保护上皮组织不受消化酶的作用和细菌的侵袭。植物和细菌的细胞壁不仅可以保护细胞质膜和细胞器, 同时还赋予细胞以特定的形状。革兰氏阳性菌的细胞壁是一种蛋白聚糖, 青霉素通过抑制它的合成而抑制敏感菌的生长。

细胞被还参与细胞与环境的相互作用, 包括细胞与环境的物质交换, 细胞增殖的接触抑制、细胞识别等。

3. cellulose (纤维素) 纤维素是由葡萄糖构成的同质多聚体,在细胞壁中,由50-60个纤维素分子形成一束,并且相互平行排列,形成长的、坚硬的微纤维,这种微纤维的直径一般约为5-15nm,长约几微米。纤维素微纤维通常两两堆积在一起形成更大的大纤维,它们的强度达到同类粗细钢管的强度。如果将植物的细胞壁看成是动物细胞的细胞外基质, 那么,纤维素则相当于动物细胞外基质中的胶原。

4. hemicellulose (半纤维素) 是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%,它结合在纤维素微纤维的表面,并且相互连接,这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。 5. pectin (果胶) 果胶是由半乳糖醛酸和它的衍生物组成的多聚体。类似动物细胞的粘多糖,很容易形成水合胶。果胶在细胞壁中的作用主要是连接相邻细胞壁,并且形成细胞外基质,将纤维素包埋在水合胶中。

6. lignin (木质素) 是由聚合的芳香醇构成的一类物质,存在于木质组织中,主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间, 起抗压作用。在木本植物中,木质素占25%,是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位)。

7. extracellular matrix,ECM (细胞外基质) 细胞外基质是由动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子, 主要是一些多糖和蛋白, 或蛋白聚糖。细胞外基质对于一些动物组织的细胞具有重要作用。

细胞外基质的组成可分为三大类∶① 糖胺聚糖(glycosaminoglycans)、蛋白聚糖(proteoglycan), 它们能够形成水性的胶状物,在这种胶状物中包埋有许多其它的基质成分;②结构蛋白,如胶原和弹性蛋白,它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性;③ 粘着蛋白(adhesive):如纤粘连蛋白和层粘联蛋白,它们促使细胞同基质结合。其中以胶原和蛋白聚糖为基本骨架在细胞表面形成纤维网状复合物,这种复合物通过纤粘连蛋白或层粘连蛋白以及其他的连接分子直接与细胞表面受体连接;或附着到受体上。由于受体多数是膜整合蛋白,并与细胞内的骨架蛋白相连,所以细胞外基质通过膜整合蛋白将细胞外与细胞内连成了一个整体。

8. ground substance (基质) 细胞外基质的物理性质主要受细胞外基质中蛋白聚糖所携带的多糖基团的影响,蛋白聚糖是由糖胺聚糖(glycosaminoglycans, GAG)以共价的形式同线性多肽连接而成的多糖和蛋白复合物。 蛋白聚糖的主要成份是糖胺聚糖,是由重复二糖单位构成的无分支长链多糖。 二糖单位包括∶硫酸软骨素

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(chondroitin sulfate)、硫酸角质素(keratan sulfate)、肝素(heparin)、硫酸乙酰肝素(heparan sulfate)、透明质酸(hyaluronic acid)、硫酸皮肤素(dermatan sulfate)等。这些二糖都含有一个氨基糖,并至少含有一个负电的磺酸基或羧基团。由于氨基聚糖是亲水的,并且带有负电荷,所以它们既能结合阳离子又能结合水分子,由于糖胺聚糖的这种性质,它们在细胞外创造了水合的、胶状的材料,形成了所谓的细胞外基质的基质。

9. collagen (胶原) 是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白, 是构成细胞外基质的骨架。胶原在细胞外基质中形成半晶体的纤维,给细胞提供抗张力和弹性,并在细胞的迁移和发育中起作用。胶原在各种动物中都有存在。脊椎动物中腱、软骨和骨中的胶原非常丰富,几乎占了蛋白总重的一半。

胶原蛋白的基本结构单位是原胶原(tropocollagen),原胶原肽链的一级结构具有(Gly-x-y)n重复序列, 其中x常为脯氨酸(Pro), y常为羟脯氨酸(Hypro)或羟赖氨酸(Hylys)。Hylys残基可发生糖基化修饰, 其糖单位有的是一个半乳糖残基(Gal), 但通常是二糖(Glu-Gal-),胶原上的糖所占的量约为胶原的10%。原胶原是由三条

10. elastin (弹性蛋白) 是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分。弹性纤维主要存在于韧带和脉管壁。弹性纤维与胶原纤维共同存在, 赋予组织以弹性和抗张能力。

象胶原一样,弹性蛋白也富含甘氨酸和脯氨酸,但是与胶原不同的是,弹性蛋白的羟基化程度不高,没有羟赖氨酸的存在。弹性蛋白分子间通过赖氨酸残基形成共价键进行相互交联,它们形成的交联网络可通过构型的变化产生弹性。

11. fibronectin, FN (纤维粘连蛋白) 纤维粘连蛋白属非胶原糖蛋白的一种, 称为冷不溶球蛋白,广泛存在于动物界, 包括海绵、海胆及哺乳动物类。在脊椎动物中, 纤粘连蛋白以可溶的形式存在于血浆和各种体液中,称为血浆纤维粘连蛋白;以不溶的纤维存在于细胞外基质、细胞之间及某些细胞表面, 称为细胞纤粘连蛋白。

12. laminin, LN (层粘连蛋白) 层粘连蛋白主要存在于基膜(basal lamina)结构中,是基膜所特有的非胶原糖蛋白, 相对分子质量为820kDa, 含13-15%的糖,有三个亚单位, 即重链(α链, 400kDa)和β1(215kDa)、β2(205kDa)两条轻链。结构上呈现不对称的十字形, 由一条长臂和三条相似的短臂构成。这四个臂均有棒状节段和球状的末端域。β1和β2短臂上有两个球形结构域, α链上的短臂有三个球形结构域,其中有一个结构域同Ⅳ型胶原结合,第二个结构域同肝素结合,还有同细胞表面受体结合的结构域。正是这些独立的结合位点使LN作为一个桥梁分子,介导细胞同基膜结合。所以LN的主要功能就是作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用, 在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上。

LN还有许多其他的作用,如在细胞发育过程中刺激细胞粘着、细胞运动。LN还能够刺激胚胎中神经轴的生长,并促进成年动物的神经损伤后重生长和再生。如同纤粘连蛋白,细胞外的LN能够影响细胞的生长、迁移和分化。LN在原生殖细胞的迁移中起关键作用。

13. basal lamina,basement membrane (基膜) 是一种复合的细胞外结构, 是细胞外基质的特异区。典型的基膜厚约50nm,有些基膜的厚度达200nm。

通常会形成基膜的组织和细胞有: ①肌细胞和脂肪细胞的表面; ②上皮组织基底面的下方,如皮肤上皮的下表面,将上皮细胞与结缔组织分开;③血管内皮细胞的下表面。此外,在施旺细胞(Schwann cells)的表面也覆盖有基膜。

基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构,主要成份有LN、Ⅳ型胶原、巢蛋白(entactin)、肌腱蛋白(tenascin)、钙结合糖蛋白(thrombospondin)、硫酸肝素糖蛋白等。

基膜不仅对组织结构起支持作用,同时也是渗透性的障碍,调节分子和细胞的运动。在肾细胞中,基膜可以作为一种过滤器,允许小分子进入尿液,却扣下大分子的蛋白质。表皮细胞下的基膜一方面阻止结缔组织的细胞进入表皮,另一方面允许“防卫战士”�白细胞的移动。

14. integrin (整联蛋白) 属整合蛋白家族, 是细胞外基质受体蛋白。是一种跨膜的异质二聚体, 它由两个非共价结合的跨膜亚基, 即α和β亚基所组成。细胞外球形结构域是一个头部露出脂双分子层约20nm。头部可同细胞外基质蛋白结合, 而细胞内的尾部同肌动蛋白相连。整联蛋白的两个亚基, α和β链都是糖基化的, 并通过非共价键结合在一起。整联蛋白同基质蛋白的结合需要二价阳离子, 如Ca2+ 、Mg2+ 等的参与。有些细胞外基质蛋白可被多种整联蛋白识别。

整联蛋白作为跨膜接头在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用, 将细胞外基质同细胞内的骨架网络连成一个整体, 这就是整联蛋白所起的细胞粘着作用。

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整联蛋白还具有将细胞外信号向细胞内传递的作用。当整联蛋白的细胞外结构域同细胞外配体,如纤粘连蛋白或层粘连蛋白结合时会诱导整联蛋白细胞内结构域的末端发生构型的变化,构型的变化反过来会改变整联蛋白的细胞质结构域的末端同相邻蛋白的相互作用,如同粘着斑激酶(FAK)作用, 其结果,FAK会引起一些蛋白质的磷酸化,引起信号放大的级联反应。在某些情况下,这种反应会启动一些基因的表达。

整联蛋白(以及其他的一些细胞表面分子)进行的信号转导对细胞的许多行为造成影响,包括运动、生长甚至细胞的生存。

整联蛋白同细胞外基质中粘着蛋白的识别与结合分为两种类型∶一类是同RGD区域结合,另一类则不需要RGD区域。

15. cell recognition (细胞识别) 是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞、以及对自己和异己分子的认识。多细胞生物有机体中有三种识别系统:抗原-抗体的识别、酶与底物的识别、细胞间的识别。第三类包括通过细胞表面受体与胞外信号分子的选择性相互作用,从而导致一系列的生理生化反应的信号传递。无论是那一种识别系统,都有一个共同的基本特性,就是具有选择性,或是说具有特异性。

细胞识别是细胞发育和分化过程中一个十分重要的环节,细胞通过识别和粘着形成不同类型的组织,由于不同组织的功能是不同的,所以识别本身就意味着选择。

16. neural cell adhesion molecule,N-CAM (神经细胞粘着分子) N-CAM是膜糖蛋白,至少以三种形式存在,但都是由同一基因编码。其中两种是跨膜蛋白,第三种共价结合在细胞质膜的外表面。无论是何种存在方式,N-CAM分子都有一部分伸出到细胞外表面。三种N-CAM在细胞外的结构都一样,都含有与细胞粘着相关的结合位点。

将分离纯化的N-CAM加入到人工磷脂脂质体中, 这种人工脂质体能够相互粘着,但是加入了相应的抗体就不会发生粘着, 不加N-CAM的人工脂质体也不会发生粘着。由此可以推测:细胞粘着是由细胞质膜中的蛋白分子介导的,N-CAM是介导细胞粘着的分子。

17. cadherin (钙粘着蛋白) 是细胞质膜中的细胞粘着分子,但是这种分子介导的细胞粘着受Ca2+的调节。钙粘着分子家族中比较熟知的属于膜整合糖蛋白的成员有:E-钙粘着蛋白(主要在表皮组织中)、N-钙粘着蛋白(存在神经组织中)、P-钙粘着蛋白(主要存在于胎盘)。钙粘着蛋白的细胞外部分有600个氨基酸残基,组成四个重复的Ca2+结合结构域,细胞质部分有150个氨基酸。

18. lectin (凝集素) 是动物细胞和植物细胞都能够合成和分泌的、能与糖结合的蛋白质,在细胞识别和粘着反应中起重要作用,主要是促进细胞间的粘着。凝集素具有一个以上同糖结合的位点,因此能够参与细胞的识别和粘着,将不同的细胞联系起来。

19. cell adhesion (细胞粘着)在细胞识别的基础上, 同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程叫细胞粘着。它对于胚胎发育及成体的正常结构和功能都有重要的作用。在发育过程中,由于细胞间细胞粘着的强度不同,决定着细胞在内、中、外三胚层的分布。在器官形成过程中, 通过细胞粘着,使具有相同表面特性的细胞聚集在一起形成器官。

20. cell adhesion molecule, CAM (细胞粘着分子) 参与细胞粘着的分子称为细胞粘着分子。 细胞粘着分子都是糖蛋白,在细胞外结构域都有与肽共价结合的糖基。根据细胞粘着分子的作用方式可分为三个家族:①免疫球蛋白超家族,如V-CAM、Ng-CAM、I-CAM和L1等;②钙粘着蛋白家族,如E-钙粘着蛋白、P-钙粘着蛋白、N-钙粘着蛋白;③选择素家族,如L-选择素、LEU-CAM1等。后两种家族的细胞粘着分子是钙依赖性的,而免疫球蛋白超家族则是非钙依赖性的。钙粘着蛋白家族是主要的一类粘着蛋白

21. selectins (选择蛋白) 是膜整合糖蛋白的一个家族,它能够识别从另外一个细胞表面伸展出来的特异的糖基团,并与之特异性结合,因此它也是细胞表面受体。选择蛋白有一个小的细胞质结构域,一个单次跨膜的结构域,一个大的细胞外片段,在这个片段

上可分为几个结构域,包括最外端的具有凝集素作用的结构域。

已知有三种类型的选择蛋白∶E-选择蛋白,它在内皮细胞表达;P-选择蛋白,在血小板和内皮细胞表达;L-选择蛋白,在各种类型的白细胞中表达。这三种选择蛋白都是识别小的出现在某些糖蛋白或糖脂的四糖基团,选择蛋白同糖配体的结合是Ca2+依赖性的。选择蛋白主要介导循环中的白细胞在有炎症和血块的血管壁部位暂时性相互作用。与选择蛋白起作用的靶细胞上的蛋白通常称为粘蛋白(mucin)。

22. immunoglobulins superfamily,IgSF(免疫球蛋白超家族)是一类称之为免疫球蛋白(或Ig)的蛋白质分子,是由一些相似的小结构域组成的多肽分子。在Ig的每个结构域中,都是由70~110个氨基酸组成的紧密折叠的结构。后来在很多不同种类的蛋白质中也都发现有类Ig结构域的存在,这些结构同Ig抗体一起构成

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了免疫球蛋白超家族()。

IgSF的大多数成员是整合膜蛋白,存在于淋巴细胞的表面,参与各种免疫活动。它们中的某些整合蛋白参与非钙依赖性的细胞之间的粘着。

23. cell junction (细胞连接) 是细胞间的联系结构,是细胞质膜局部区域特化形成的,在结构上包括膜特化部分、质膜下的胞质部分及质膜外细胞间的部分。细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞质膜相互联系, 协同作用的重要基础。

动物细胞有三种类型的连接∶紧密连接(tight junction)、粘着连接(adhesionjunction)、间隙连接(gap junction),每一种连接都具有独特的功能∶封闭(紧密连接)、粘着(斑形成连接)和通讯(间隙连接)。这三种类型的细胞连接中,粘着连接最为复杂,并且易同细胞粘着相混淆。根据粘着连接在连接中所涉及的细胞外基质和细胞骨架的关系又分为四种类型:桥粒、半桥粒、粘着带和粘着斑。

24. tight junction (紧密连接) 又称为不通透连接(impermeable junction),通常位于上皮顶端两相邻细胞间,在紧密连接处的细胞质膜几乎融合并紧紧结合在一起。

从结构上看, 相邻两细胞间的紧密连接是靠紧密蛋白颗粒重复形成的一排排的索将两相邻细胞连接起来, 这些蛋白质颗粒的直径只有几个纳米,它们形成连续的纤维,就象是焊接线一样,将相邻细胞间连接起来,并封闭了细胞间的空隙。

25. 锚定连接(anchoring junction) 通过跨膜蛋白进行细胞的锚定,将细胞与细胞、细胞与细胞外基质同细胞骨架连接起来的细胞连接方式称为锚定连接。也有人将这种连接称为斑块连接 (plaque-bearing junction),因为这种连接主要是通过细胞质膜内侧的斑块(plaque)进行连接的。

锚定连接是动物各组织中广泛存在的一种细胞连接方式,通过粘着蛋白、整联蛋白和细胞骨架体系以及细胞外基质的相互作用,将相邻两细胞连接在一起。根据跨膜蛋白是同肌动蛋白纤维相连还是同中间纤维相连,将斑块连接分为粘着连接( 粘着带、粘着斑)和桥粒(桥粒和半桥粒)两大类。

26. adherens junctions, zonula adherens(粘着连接)

在锚定连接中,如果连接作用涉及细胞质中的骨架部分是肌动蛋白,这种连接方式称为粘着连接。根据粘着连接涉及的是两个细胞间的连接还是细胞与细胞外基质的连接,又分为两种情况:若涉及相邻两细胞间的连接,则称为粘着带(adhesion belt), 如果是细胞同细胞外基质相连,则称为粘着斑(focal adhesion)。

无论是何种粘着连接,都有三个基本特点:①都是钙依赖性的;②都要通过细胞质斑中的蛋白质介导同细胞骨架的肌动蛋白相连;③引起细胞的信号转导。

因此, 粘着连接的两个主要功能是:①通过膜整合蛋白、细胞骨架的肌动蛋白、细胞外基质粘连蛋白将细胞与细胞或细胞与细胞外基质连接起来;②通过膜整合蛋白与肌动蛋白相连,给细胞传递一种信号,然后通过细胞内的信号分子将信号放大。

27. adhesion belt (粘着带) 粘着带连接位于上皮细胞紧密连接的下方, 靠钙粘着蛋白同肌动蛋白相互作用, 将两个细胞连接起来。粘着带处相邻细胞质膜的间隙为20~30nm, 介于紧密连接和桥粒之间, 所以又叫中间连接(intermediate junction)或带状桥粒。

参与粘着带连接的主要蛋白是钙粘着蛋白(cadherin)和肌动蛋白。钙粘着蛋白属Ca2+依赖性的细胞粘着分子,所以这种连接也是钙依赖性的。在粘着带连接中,钙粘着蛋白的细胞外结构域同相邻细胞质膜上另一个钙粘着蛋白的细胞外结构域相互作用形成桥,使相邻细胞互相连接, 但并不融合,保留有20--30nm的细胞间隙,看起来是宽宽的带。钙粘着蛋白的细胞内结构域经细胞质斑(cytoplasmic plaque)中的蛋白介导同肌动蛋白纤维相连,细胞质斑中含有β-连环蛋白(β-catenin)、α-连环蛋白等(α-catenin)等,其中β-连环蛋白直接与钙粘着蛋白的细胞质端相连,然后通过另一个蛋白介导与肌动蛋白纤维相连。

粘着带的细胞质斑是一种松散的结构,其位置正好在细胞质膜的细胞质面,细胞质斑起锚定肌动蛋白纤维的作用。另外,推测在细胞质斑中可能还有其他能引起细胞信号转导的蛋白质,当钙粘着蛋白同肌动蛋白建立联系之后,信号转导蛋白通过某种方式引起细胞内其他一些应答。

28. adhesion plaque,focal adhesion (粘着斑) 粘着斑与粘着带的根本区别是:粘着斑是细胞与细胞外基质进行连接,而粘着带是细胞与细胞间的粘着连接。除了这一根本区别之外,还有其他一些不同: ①参与粘着带连接的膜整合蛋白是钙粘着蛋白,而参与粘着斑连接的是整联蛋白;②粘着带连接实际上是两个相邻细胞膜上的钙粘着蛋白与钙粘着蛋白的连接,而粘着斑连接是整联蛋白与细胞外基质中的粘连蛋白的连接,因整联蛋白是纤粘连蛋白的受体,所以粘着斑连接是通过受体与配体的结合。

在粘着斑连接中,整联蛋白的细胞质部分同样要由细胞质斑的介导同细胞骨架的肌动蛋白纤维相连。不过细

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胞质斑中的蛋白成份与粘着带连接有所不同,它含有踝蛋白(talin),这种蛋白在其它的细胞质斑中是不存在的。

29. desmosomes (桥粒) 在斑块连接中,如果细胞是通过中间纤维锚定到细胞骨架上,这种粘着连接方式就称为桥粒。桥粒连接也分为两种情况:如果涉及的是相邻两细胞间的连接,则称为桥粒 (实际上是完全桥粒);如果是细胞同细胞外基质相连,则称为半桥粒(hemidesmosomes)。

30. desmosome (完全桥粒) 又称为斑点粘着(maculae adherens),是最常见的连接方式,主要存在于上皮组织,如皮肤和肠组织。桥粒连接的形态象圆盘,直径大约为1μm,桥粒连接能赋予组织机械强度。从形态上看,通过桥粒连接,两细胞间形成钮扣式的结构。桥粒连接处相邻细胞质膜间的间隙约30nm, 细胞质斑的厚度为15~20nm。

从结构上看,桥粒连接也是通过钙粘着蛋白将两个相邻细胞结合起来。参与桥粒连接的钙粘着蛋白与粘着连接中的钙粘着蛋白在结构上有所不同,有两种类型的钙粘着蛋白,分别称为桥粒芯蛋白(desmoglein)和桥粒芯胶粘蛋白(desmocollin)。桥粒连接的细胞质膜的内表面有一致密的细胞质斑,作为锚定细胞骨架中间纤维的位点,锚定是通过细胞质斑中的桥粒斑蛋白(desmoplakin)介导的, 桥粒斑蛋白也属钙粘着蛋白。网状的中间纤维网络不仅提供了将周围细胞连成一体的结构组成,同时还增加了细胞的机械强度。

31. hemidesmosomes (半桥粒) 在桥粒连接中如果跨膜糖蛋白的细胞外结构域同与细胞外基质相连,形态上类似半个桥粒, 这种连接称为半桥粒。与桥粒连接相比有两点不同∶首先是参与连接的跨膜蛋白不是钙粘着蛋白而是整联蛋白;第二是整联蛋白的细胞外结构域不是与相邻细胞的整联蛋白相连而是同细胞外基质相连。半桥粒主要位于上皮细胞的底面,作用是把上皮细胞与其下方的基膜连接在一起。

32. communicating junction (通讯连接) 一种特殊的细胞连接方式, 位于特化的具有细胞间通讯作用的细胞。它除了有机械的细胞连接作用之外, 还可以在细胞间形成电偶联或代谢偶联, 以此来传递信息。动物与植物的通讯连接方式是不同的, 动物细胞的通讯连接为间隙连接,而植物细胞的通讯连接则是胞间连丝。

33. gap junction (间隙连接) 间隙连接是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的细胞间连接。所谓“间隙”,有两层含义,其一是在间隙连接处, 相邻细胞质膜间有2~3nm的间隙;其二是在间隙连接的连接点处,双脂层并不直接相连, 而是由两个连接子对接形成通道,允许小分子的物质直接通过这种间隙通道从一个细胞流向另一个细胞。

间隙连接除了连接作用外, 还能在细胞间形成电偶联(electrical coupling)和代谢偶联(matebolic coupling)。电偶联在神经冲动信息传递过程中起重要作用。代谢偶联可使小分子代谢物和信号分子通过间隙连接形成的水性通道, 从一个细胞到另一个细胞。如cAMP和Ca2+等可通过间隙连接从一个细胞进入到相邻细胞, 因此,只要有部分细胞接受信号分子的作用,可使整个细胞群发生反应。

34. connexons(连接子) 是一种跨膜蛋白。每个连接子由4个或6个相同或相似的连接蛋白(connexon)亚基环绕中央形成孔径为1.5~2nm的水性通道;相邻两细胞分别用各自的连接子相互对接形成细胞间的通道,允许分子量在1200道尔顿以下的分子通过。不同组织来源的连接子的分子量大小有很大差别,最小的为24,000,最大的可达46,000道尔顿。连接子的大小虽然不同,但所有的连接子结构相同:都有4个α螺旋的跨膜区和一个细胞质连接环。

35. plasmodesmata (胞间连丝) 植物细胞壁中小的开口,叫胞间连丝。在电子显微镜下见到的胞间连丝似乎是一个狭窄的、直径约30~60nm的圆柱形细胞质通道穿过相邻的细胞壁。胞间连丝中有连丝微管(desmotubule)通过,它是由两个细胞的光面内质网衍生而来。胞间连丝不仅使相邻细胞的细胞质膜、细胞质、内质网交融在一起, 而且也是植物细胞间物质运输和传递刺激的重要渠道。

36.anchorage-dependent growth(锚定依赖性生长) 大多数正常细胞必须附着在胞外基质上才能成功生长,即使培养基中含有刺激细胞增殖的生长因子,如果细胞不能贴壁在胞外基质上也会停止分离直至凋亡,这种现象即为锚定依赖性生长。

第一章:绪论

1. 细胞生物学的任务是什么?它的范围都包括哪些?

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1) 任务:

细胞生物学的任务是以细胞为着眼点,与其他学科的重要概念兼容并蓄,来阐明生物各级结构层次生命现象的本质。

2) 范围:

(1) 细胞的细微结构;

(2) 细胞分子水平上的结构;

(3) 大分子结构变化与细胞生理活动的关系及分子解剖。

2. 细胞生物学在生命科学中所处的地位,以及它与其他学科的关系

1)地位:以细胞作为生命活动的基本单位,探索生命活动规律,核心问题是将遗传与发育在细胞水平上的结合。

2)关系:应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法,研究生命现象及其规律。

3. 如何理解E.B.Wilson所说的“一切生物学问题的答案最终要到细胞中去寻找”。

1) 细胞是一切生物体的最基本的结构和功能单位。

2) 所谓生命实质上即是细胞属性的体现。生物体的一切生命现象,如生长、发育、繁殖、遗传、分化、代谢和激应等都是细胞这个基本单位的活动体现。

3) 生物科学,如生理学、解剖学、遗传学、免疫学、胚胎学、组织学、发育生物学、分子生物学等,其研究的最终目的都是要从细胞水平上来阐明各自研究领域中生命现象的机理。

4) 现代生物学各个分支学科的交叉汇合是21世纪生命科学的发展趋势,也要求各个学科都要到细胞中去探索生命现象的奥秘。

5) 鉴于细胞在生命界中所具有的独特属性,生物科学各分支学科若要研究各种生命现象的机理,都必须以细胞这个生物体的基本结构和功能单位为研究目标,从细胞中研究各自研究领域中生命现象的机理。

4. 细胞生物学主要研究内容是什么?

1)细胞核、染色体以及基因表达

2)生物膜与细胞器

3)细胞骨架体系

4)细胞增殖及其调控

5)细胞分化及其调控

6)细胞的衰老与凋亡

7)细胞起源与进化

8)细胞工程

5. 当前细胞生物学研究中的基本问题以及细胞基本生命活动研究的重大课题是什么?

研究的三个根本性问题:

1)细胞内的基因是如何在时间与空间上有序表达的问题

2)基因表达的产物――结构蛋白与核酸、脂质、多糖及其复合物,如何逐级装配行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器的问题

3)基因表达的产物――大量活性因子与信号分子,如何调节细胞最重要的生命活动的问题

生命活动研究的重大课题:

1)染色体DNA与蛋白质相互作用关系――非组蛋白对基因组的作用

2)细胞增殖、分化、凋亡(程序性死亡)的相互关系及其调控

3)细胞信号转导――细胞间信号传递;受体与信号跨膜转导;细胞内信号传递

4)细胞结构体系的装配

6. 你认为是谁首先发现了细胞?

1) 荷兰学者A.van Leeuwenhoek,而不是R.Hooke。

2) 1665年,R.Hooke利用自制的显微镜发现了细胞是由许多微小的空洞组成的,Hooke观察到的并不是真正的细胞,而是死去的植物的细胞壁围成的空腔,不过他的发现显示出生物体中存在有更微细的结构,为后来认识细胞具有开创性的意义。

4. 细胞学说建立的前提条件是什么?

1) 1665年,R.Hooke利用自制的显微镜发现了细胞是由许多微小的空洞组成的,显示出生物体中存在有更微

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细的结构,为后来认识细胞具有开创性的意义。

2) Hooke同时代的发现了许多种活细胞。

3) 19世纪上半叶,随着显微镜质量的提高和切片机的发明,对细胞的认识日趋深入。学者们开始认识到生物体是由细胞构成的,于是在1838-1839年,M.Schleidon和T.Schwann在总结前人工作的基础上提出了细胞学说。

5. 细胞生物学各发展阶段的主要特征是什么?

它大体上经历了细胞的发现;细胞学说的创立和细胞学的形成;细胞生物学的出现;分子细胞生物学的兴起等各主要的发展阶段。

1) 细胞的发现阶段:

(1) 1604年,荷兰眼睛商Z.Jansen创制了世界上第一架显微镜。

(2) 英国物理学家Robert hooke(1635-1703)创造了第一架对科学研究有价值的显微镜。

(3) 荷兰科学家Antonie van Leeuwenhoek1674年用自制的显微镜发现了原生动物。

2) 细胞学说的创立和细胞学的形成阶段:

(1) 显微镜制作技术有了明显的进步,分辨率提高到1μm以内;

(2) 细胞学说创立、原生质理论提出;

(3) 研究方向转移到细胞内部结构上来。

3) 细胞生物学的出现:

(1) 电子显微镜的发明;

(2) 研究方向转移到细胞的超微结构和分子结构水平;

(3) 细胞生物学诞生

4) 分子细胞生物学的兴起

(1) 电镜标本固定技术的改进;

(2) 人们认识到细胞的各种活动与大分子的结构变化和分子间的相互作用的关系。

第二章:细胞的基本知识概要

1、如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一概念?

1)一切有机体都有细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位

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

3)细胞是有机体生长与发育的基础

4)细胞是遗传的基本单位,细胞具有遗传的全能性

5)没有细胞就没有完整的生命

6)细胞是多层次非线性的复杂结构体系

7)细胞是物质(结构)、能量与信息过程精巧结合的综合体

8)细胞是高度有序的,具有自装配与自组织能力的体系

2、细胞的基本共性是什么?

1)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生物膜

2)所有的细胞都有DNA与RNA两种核酸

3) 所有的细胞内都有作为蛋白质合成的机器――核糖体

4)所有细胞的增殖都是一分为二的分裂方式

3、 为什么说病毒不是细胞?蛋白质感染子是病毒吗?

1) 病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)芯和蛋白质外壳构成的,是非细胞形态的生命体,是最小、最简单的有机体。仅由一个有感染性的RNA构成的病毒,称为类病毒;仅由感染性的蛋白质构成的病毒称为朊病毒。病毒具备了复制与遗传生命活动的最基本的特征,但不具备细胞的形态结构,是不完全的生命体;病毒的主要生命活动必须在细胞内才能表现,在宿主细胞内复制增殖;病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统,必须利用宿主细胞结构、原料、能量与酶系统进行增殖,是彻底的寄生物。因此病毒不是细胞,只是具有部分生命特征的感染物。

2) 蛋白质感染子是病毒的类似物,虽不含核酸,其增殖是由于正常分子的构象发生转变造成的,这种构象异常的蛋白质分子成了致病因子,这不同于传统概念上的病毒的复制方式和传染途径,所以蛋白质感染子是病

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毒的类似物。

4、为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式? 1)支原体能在培养基上生长 2)具有典型的细胞膜

3)一个环状双螺旋DNA是遗传信息量的载体

4)mRNA与核糖体结合为多聚核糖体,指导合成蛋白质 5)以一分为二的方式分裂繁殖

6)体积仅有细菌的十分之一,能寄生在细胞内繁殖 5、 说明原核细胞与真核细胞的主要差别。

第三章:细胞生物学研究方法

1. 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。

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2. 放射自显影技术的原理根据是什么?为何常用H、C、P标记物做放射自显影? 1) 原理根据:

放射性同位素发射出的各种射线具有使照相乳胶中的溴化银晶体还原(感光)的性能。利用放射性物质使照相乳胶膜感光,再经显影以显示该物质自身的存在部位.

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2) 用H、C、P标记物做放射自显影原因:

(1) 有机大分子均含有碳、氢原子,DNA和RNA等物质中存在磷元素,

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(2) 且C和H均为弱β放射性同位素,半衰期长。

4. 何谓免疫荧光技术?可自发荧光的细胞物质是否可在普通显微镜下看到荧光?

1) 免疫荧光技术是将免疫学方法(抗体同特定抗原专一结合)与荧光标记技术相结合用来研究特异蛋白抗原在细胞内分布、对抗原进行定位测定的技术。它主要包括荧光抗体的制备、标本的处理、免疫染色和观察记录等过程。

2) 不能。首先,荧光是因一定波长(能量)的光(一般为紫外光)照射到物体后瞬间产生的,作为普通显微镜光源的可见光,其能量不足以使物体产生荧光;其次,所产生荧光的波长要比入射光的要长,即使可以激发出荧光,肉眼也看不到。

5. 超速离心技术的主要用途有哪些?

1) 制备和纯化亚细胞成分和大分子,即制备样品;

2) 分析和测定制剂中的大分子的种类和性质如浮力密度和分子量。 6. 细胞融合有那几种方法?病毒诱导与PEG的作用机制有何不同?

1) 细胞融合的方法有四种:病毒法、聚乙二醇(PEG)法、电激和激光法。

2) 病毒诱导:是先足够数量的紫外灭活的病毒颗粒黏附在细胞膜上起搭桥作用,使细胞黏着成堆,细胞紧密

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靠近,同时细胞膜发生了一定的变化,在37℃温浴条件下,粘结部位的细胞膜破坏,形成通道,细胞质流通并融合,病毒颗粒也随之进入细胞。两个细胞合并,细胞发生融合;

聚乙二醇(PEG)法:PEG使能改变各种细胞的末结构,使两细胞接触点处质膜的脂类分子发生疏散和重组,利用两细胞接口处双分子层质膜的相互亲何以彼此的表面张力作用,使细胞发生融合。

7、为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本的技术之一?

细胞培养的理论依据是细胞全能性,是生命科学的研究基础,是细胞工程乃至基因工程的应用基础。植物细胞的培养为植物育种开辟了一条崭新的途径;动物细胞培养为疫苗的生产、药物的研制与肿瘤防治提供全新的手段;特别是干细胞的培养与定向分化的技术的发展,有可能在体外构建组织甚至器官,由此建立组织工程,同时在细胞治疗及其基因治疗相结合的应用中显示出诱人的前景。

第四章:细胞膜与细胞表面

1、生物膜的基本结构特征是什么?这些特征与它的生理功能有什么联系?

膜的流动性:生物膜的基本特征之一,细胞进行生命活动的必要条件。

1)膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越短,不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动物细胞中,胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。

?膜蛋白的流动:荧光抗体免疫标记实验;成斑现象(patching)或成帽现象(capping) 

2)膜的流动性受多种因素影响:细胞骨架不但影响膜蛋白的运动,也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜分子的相互作用也是影响膜流动性的重要因素。

3)膜的流动性与生命活动关系:信息传递;各种生化反应;发育不同时期膜的流动性不同

膜的不对称性:

1) 膜脂与糖脂的不对称性:糖脂仅存在于质膜的ES面,是完成其生理功能的结构基础

2) 膜蛋白与糖蛋白的不对称性:膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性;糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面;膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。

2、膜的流动镶嵌模型是怎样形成的?它在膜生物学研究中有什么开创意义?

1) 形成的原因及前提:

(1) 单位膜模型无法满意的解释许多膜属性,如膜结构不断地发生动态变化;各种膜没有一成不变的统一性;各种膜均具有各自的特定厚度,提取膜蛋白的难易程度不同;各种膜的蛋白质与脂类的成份比率不同等。

(2) 本世纪60年代,新技术的发明和应用,对质膜的认识越来越深入。

(3) 利用冷冻蚀刻法显示出膜上有球形颗粒,

(4) 用示踪法表明膜的结构形态在不断地发生变动。

在此基础上,S.J.Singer和G.L.Nicolson在1972年提出了膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)。

2) 意义:流动镶嵌模型除了强调脂类分子与蛋白质分子的镶嵌关系外,还强调了膜的流动性,主张膜总是处于流动变化之中,脂类分子和蛋白质分子均可做侧向流动。 后来有许多实验结果支持了流动镶嵌模型的观点。

3、 质膜在细胞生命活动中都有哪些重要作用? 

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产物的排除,其中伴随着能量的传递;

3)提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;

4)为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;

5)介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;

6)质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

4、质膜的膜蛋白都有哪些类别?各有何功能?膜脂有哪几种?

1) 膜蛋白根据功能的不同,可将分为四类:运输蛋白,连接蛋白,受体蛋白和酶。

运输蛋白:物质运输,与周围环境进行物质和能量的交换;

连接蛋白:细胞连接;

受体蛋白:细胞识别,信号传递;

酶:具有催化活性。

2) 膜脂:膜脂主要为磷脂和胆固醇,磷脂主要包括有卵磷脂和脑磷脂(cephalin),鞘脂(带有一个氨基)和

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糖脂(结合有寡糖链)。

5、何谓细胞外被?它有哪些功能?

1) 细胞外被是指动物细胞表面的由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成的厚约10~20nm的绒絮状结构。

2) 功能:(1) 细胞识别;(2) 血型抗原;(3) 酶活性。

6、细胞表面有哪几种常见的特化结构?膜骨架的基本结构与功能是什么?

1)细胞表面特化结构主要包括:膜骨架、鞭毛、纤毛、变形足和微绒毛,都是细胞膜与膜内的细胞骨架纤维形成的复合结构,分别与维持细胞的形态、细胞的运动、细胞与环境的物质交换等功能有关。

2)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,其功能是维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。

7、细胞连接都有哪些类型?各有何结构特点?

细胞连接按其功能分为:紧密连接,锚定连接,通讯连接。

1) 紧密连接(封闭连接),细胞质膜上,紧密连接蛋白(门蛋白)形成分支的链索条,与相邻的细胞质膜上的链索条对应结合,将细胞间隙封闭。

2) 锚定连接:通过中间纤维(桥粒、半桥粒)或微丝(粘着带和粘着斑)将相邻细胞或细胞与基质连接在一起,以形成坚挺有序的细胞群体、组织与器官。

3) 通讯连接:包括间隙连接和化学突触,是通过在细胞之间的代谢偶联、信号传导等过程中起重要作用的连接方式。

4) 胞间连丝连接:是高等植物细胞之间通过胞间连丝来进行物质交换与互相联系的连接方式。

8、细胞外基质与细胞外被有何区别?它们如何相互作用?

1) 细胞外被是指动物细胞表面的由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成的厚约10~20nm的绒絮状结构,是细胞膜的一部分。

2) 细胞外基质是存在细胞之间的非细胞性的物质,是由一些蛋白质和多糖大分子构成的精密有序的网络结构,是细胞的分泌物在细胞附近构成的精密结构,它不同于细胞外被之处是,通过与细胞质膜中的细胞外基质受体结合,同细胞建立了相互关系。

9、细胞外基质组成、分子结构及生物学功能是什么?

1) 细胞外基质(EM)成分可表示如下:

多糖:糖胺聚糖,蛋白聚糖

纤维蛋白:胶原,弹性蛋白,纤连蛋白,层粘连蛋白;

2) 作用: 细胞外基质可影响细胞的发育、极性和行为活动。

(1) 糖胺聚糖(GAG)链构成的网络,形成了水化凝胶,各种蛋白质纤维埋藏于凝胶之中。GAG多糖链带负电荷,同蛋白质共价结合形成蛋白聚糖。

(2) 蛋白聚糖:

a. 渗滤作用;

b. 细胞表面的辅受体;

c. 调节分泌蛋白的活性;

d. 细胞间化学信号传递。

(3) 胶原,弹性蛋白 :结构作用

(4) 纤连蛋白,层粘连蛋白:黏着作用。

10、胶原纤维的装配过程都经过哪些步骤?

胶原纤维是经多步过程装配而成,包括胶原分子的合成、分泌和修饰等步骤。

1) 内质网膜结合的核糖体上合成胶原分子的多肽链,最初合成的多肽链为前体肽链,称为前α链(pro-αchain)。

2) 合成的前体肽链进入内质网腔,此前体链除在氨基端带有信号肽序列外,在氨基端和羧基端尚带有称为前肽(propeptides)的氨基酸序列。在内质网腔中,前肽链中的脯氨酸和赖氨酸残基分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。每一条前α链与其它两条前α链通过由羟基形成的氢键相互结合,构成了3股螺旋的前胶原(procollagen)分子。此分子的装配起始于内质网,后经高尔基体装配完成,被包装到分泌泡中,分泌到细胞外。

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3) 前胶原被分泌到细胞外之后,前肽序列被专一的蛋白质水解酶切除,前胶原转变成了胶原分子。

4) 胶原分子在细胞外又进一步装配成了胶原原纤维,最后后者又装配成了胶原纤维。原纤维一旦形成,胶原分子便通过在赖氨酸间的共价结合,加固了原纤维的结构。这种结合要依赖于原纤维结合胶原(fibril-associated collagen)(如IX型和II型胶原分子)的参与。

11、纤连蛋白分子有哪些结构特点?如何发挥作用?

1) 分子是由两个亚基组成的二聚体,在靠近羧基端有一对二硫键将两个亚基连在一起,使两个亚基排成“V”字形。亚基多肽链折叠成5-6个棒状和球形功能区,各功能区分别可同特定的分子或细胞发生转移结合,功能区之间的连接部位可折屈,对蛋白酶敏感。

2) 多肽链含有三种重复序列,即I、II、III型组件,功能区即是由这三种组件重复组合而成。在III型重复中含有特异的三肽序列,-Arg-Gly-Asp-(RGD),此RGD序列可被细胞表面基质受体中的整联蛋白(integrin)所识别,从而同细胞结合,促使细胞同基质结合。促进细胞迁移,对细胞的迁移有导向作用

第五章 物质的跨膜运输与信号传递

1、物质跨膜运输有哪几种方式?它们的异同点。

跨膜运输:直接进行跨膜转运的物质运输,又分为简单扩散、协助扩散和主动运输。

1) 简单扩散:顺物质电化学梯度,不需要膜运输蛋白,利用自身的电化学梯度势能,不耗细胞代谢能;

2) 协助扩散:顺物质电化学梯度,需要通道蛋白或载体蛋白,利用自身的电化学梯度势能,不耗细胞代谢能;

3) 主动运输:逆物质电化学梯度,需要载体蛋白,消耗细胞代谢能。

2、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。

1)主动运输的特点及其生物学意义:

特点: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浓度高的一侧进行跨膜转运。需要与某种释放能量的过程相偶联。

++2++++类型:由ATP直接提供能量(Na-K泵、Ca泵、)、间接提供能量(Na-K泵或H泵、载体蛋白的协同运输)、

光驱动的三种类型。

+++生物学意义:动物细胞借助Na-K泵维持细胞渗透平衡,同时利用胞外高浓度的Na所储存的能量,主动从

+++细胞外摄取营养;植物细胞、真菌(包括酵母)和细菌细胞借助膜上的H泵,将H泵出细胞,建立跨膜的H

+2+电化学梯度,利用H电化学梯度来驱动主动转运溶质进入细胞;Ca泵主要存在于细胞膜和内质网膜上,将

2+2+2+Ca输出细胞或泵入内质网腔中储存,以维持细胞内低浓度的游离Ca,Ca对调节肌细胞的收缩与舒张至关重要。

2)被动运输的特点及其生物学意义:

特点:物质的跨膜运输的方向是由高浓度向低浓度,运输动力来自物质的浓度梯度,不需要细胞提供代谢能量。

类型:单扩散和载体介导的协助扩散。协助扩散的载体为:载体蛋白和通道蛋白,载体蛋白既可介导被动运输和主动运输;通道蛋白只能介导被动运输。

生物学意义:每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运;通道蛋白是多次跨膜亲水、离子通道,充许适宜大小分子和带电荷的离子通过,其显著特点为:⑴具有离子选择性,转运速率高,净驱动力是溶质跨膜的电化学梯度;⑵离子通道是门控的,其活性是由通道开或关两种构象所调节,通过通道开关应答于适当地信号。

++3、说明Na-K泵的工作原理及其生物学意义。

++++Na-K泵是一种典型的主动运输方式,由ATP直接提供能量。Na-K泵存在于细胞膜上,是由α和β二个亚基组成的跨膜多次的整合膜蛋白,具有ATP酶活性。

+工作原理:在细胞内侧α亚基与Na相结合促进ATP水解,α亚基上的天门冬氨酸残基磷酸化引起α亚基构象

++发生变化,将Na泵出细胞,同时细胞外的K与α亚基的另一位点结合,使其去磷酸化,α亚基构象再度发生

+++变化将K泵进细胞,完成整个循环。Na依赖的磷酸化和K依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行。每个

++循环消耗一个ATP分子,泵出3个Na和泵进2个K。

+++生物学意义:动物细胞借助Na-K泵维持细胞渗透平衡,同时利用胞外高浓度的Na所储存的能量,主动从细

胞外摄取营养。

4、动物细胞、植物细胞和原生动物细胞应付低渗膨胀的机制有何不同?

++动物细胞借助Na-K泵维持细胞内低浓度溶质;植物细胞依靠坚韧的细胞壁避免膨胀和破裂;原生动物通过

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收缩胞定时排出进入细胞过量的水而避免膨胀。

5、比较胞饮作用和吞噬作用的异同。

胞饮和吞噬是细胞胞吞作用的两种类型。胞饮作用是一个连续发生的过程,所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶质和分子;吞噬作用首先需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体,是一个信号触发过程。胞饮泡的形成需要网格蛋白、结合素蛋白和结合蛋白等的帮助;吞噬泡的形成则需要微丝及其结合蛋白的帮助,在多细胞动物体内,只有某些特化细胞具有吞噬功能。

6、比较组成型胞吐途径和调节型胞吐途径的特点及其生物学意义。

细胞的胞吐作用是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。

特点:

1)真核细胞从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程即组成型的胞吐途径。通过连续性的组成型胞吐途径:⑴细胞新合成的囊泡膜的蛋白和脂类不断地供应质膜更新,以确保细胞分裂前质膜的生长;⑵囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外,成为质膜外围蛋白、胞外基质组分、营养成分或信号分子等。

2)特化的分泌细胞调节型胞吐途径存在于特殊机能的细胞中,分泌细胞产生的分泌物(激素、粘液或消化酶)储存在分泌泡内,当细胞在受到胞外信号刺激时,分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。

生物学意义:细胞的质膜更新,维持细胞的生存与生长。

7、质膜在细胞吞吐作用(cytosis)中起什么作用?

1) 识别被内吞物质; 2) 形成陷穴小泡; 3) 包围细胞外物质,形成小泡;脱离质膜,进入细胞内部; 4) 同细胞质中的小泡融合,把其所含的物质吐到细胞外。

8、试述细胞以哪些方式进行通讯?各种方式之间有何不同?

细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。

1)细胞的通讯方式

细胞以三种方式进行通讯:⑴细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯,这是多细胞生物包括动植物最普遍采用的通讯方式;⑵细胞间接触性依赖的通讯,细胞间直接接触,通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞;⑶细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通,通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。

2)细胞通讯方式之间不同点

⑴通过细胞分泌化学信号的通讯方式:细胞间的通讯需要细胞分泌化学信号;

⑵细胞接触性依赖的通讯方式:细胞间直接接触,不需要分泌的化学信号分子的释放,是通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的受体分子相结合,影响其他细胞。

⑶细胞间隙连接的通讯方式:细胞间通过孔隙交换小分子实现代谢偶联或电偶联。

9、细胞有哪几种方式通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯?

内分泌:由内分泌细胞分泌信号分子(激素)到血液中,通过血液循环运送到体内各个部位,作用于靶细胞;

旁分泌:细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中,经过局部扩散作用于邻近靶细胞,对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有重要意义;

自分泌:细胞对自身分泌的物质产生反应,常见于病理如肿瘤细胞的合成和释放生长因子刺激自身,导致肿瘤细胞的增殖失控;

通过化学突触传递神经信号:当神经元细胞在接受环境或其他神经细胞的刺激后,神经信号通过动作电位的形式沿轴突以高达100m/s的速度传至末梢,刺激突触前突起终末分泌化学信号(神经递质或神经肽),快速扩散,实现电信号-化学信号-电信号转换和传导。

10、何谓信号传递中的分子开关蛋白?举例说明其作用机制。

分子开关蛋白的概念:具有可逆磷酸化控制的蛋白激酶称为分子开关蛋白。

分子开关的蛋白有两类:1)通过磷酸化传递信号的开关蛋白:其活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启,由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭;2)通过结合蛋白传递信号的分子开关蛋白:由GTP结合蛋白组成,结合GTP而活化,结合GDP而失活。

作用机制:如NO(包内第二信使分子)在导致血管平滑肌舒张中的作用机制,即NO导致靶细胞内的可溶性鸟苷酸活化,血管内皮细胞释放NO,应答神经终末的刺激,NO扩散进入靶细胞与靶蛋白结合,快速导致血管平滑肌的舒张,从而引起血管扩张、血流畅通。

11、简要说明G蛋白偶联受体介导的信号通路有何特点。

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G蛋白偶联受体所介导信号通路主要包括cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。

cAMP信号通路:细胞外信号(激素,第一信使)与相应G蛋白偶联的受体结合,导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。腺苷环化酶调节胞内cAMP的水平,cAMP被磷酸二酯酶限制型降解清除。

其反应链为:激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。

磷脂酰肌醇信号通路:通过G蛋白偶联受体介导的磷脂酰肌醇信号通路的信号转导是通过效应酶磷酸酯酶C(PLC)完成的,是双信使系统”反应链。

“双信使系统”反应链:胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→

→IP3(三磷酸肌醇)→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应

磷脂酶C(PLC) {

→DG(二酰基甘油)→激活PKC(DC激活蛋白激酶C)→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞

内pH升高

12、说明胞内信号传递级联反应链传递信号的原理。基因表达如何通过信号传递受到调控?

1) 原理

(1) 靶细胞的受体与配体的专一结合,受体同信号分子结合后被激活,把细胞外信号转变为胞内信号。

(2) 经过一系列信号传递蛋白:

可被蛋白质激酶磷酸化的蛋白质:一类是丝氨酸/苏氨酸激酶,可催化蛋白质中的丝氨酸和苏氨酸磷酸化;另一类是酪氨酸激酶,催化蛋白质中的酪氨酸磷酸化。这两类蛋白质受到激活时,获得了1至多个磷酸基,失活时又去磷酸基。这些蛋白质被激活,则可致使磷酸化级联反应链(phosphorylation cascade)中的下游蛋白质磷酸化。

在信号诱导下同GTP结合的蛋白质。

(3) 信号被传递到核,影响专一基因的表达。

2) 调控

细胞一般是受多种信号的刺激影响,细胞必须把一些分散的信号加以整合,才能产生特有的反应。细胞外信号可激活细胞中的多种蛋白质磷酸化级联反应链,这些级联反应链之间发生相互作用,最终影响基因的表达,引起了一定的生物效应。

13、概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。

RTK- Ras信号通路:配体→RTK→ adaptor ←GRF→Ras→Raf(MAPKKK)→MAPKK→MAPK→进入细胞核→其它激酶或基因调控蛋白(转录因子)的磷酸化修钸。

信号通路的组成:配体――生长因子;RTK—酪氨酸;接头蛋白(生长因子受体接头蛋白-2,GRB-2);GRF--鸟苷酸释放因子;Ras—GTP结合蛋白;Raf――是丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶(称MAPKKK)。 主要功能:调节细胞的增殖与分化,促进细胞存活,以及细胞代谢过程中的调节与校正。

第六章:细胞质基质与细胞内膜系统

1、细胞质基质的结构组分及其在细胞生命活动中作用的理解。

基质的基本概念:用差速离心法分离细胞匀浆物组分,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,存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。 主要成分:中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。

主要特点:细胞质基质是一个高度有序的体系;通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系,细胞骨架纤维贯穿其中。多数中间代谢反应及蛋白质合成与转运、某些蛋白质的修饰和选择性地降解等过程均在细胞质基质中进行。

其作用为:

1)完成各种中间代谢过程,如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等

2)蛋白质的分选与运输

3)与细胞质骨架相关的功能――维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等

4)蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 ⑴蛋白质的修饰;⑵控制蛋白质的寿命;⑶降解变性和错误折叠的蛋白质;⑷帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠,形成正确的分子构象。

2、内膜系统包括哪几部分?系统的依据是什么?

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细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。

1) 它主要包括核膜、内质网和高尔基复合体三大部分,质膜、溶酶体和分泌泡均可看作是它的衍生物。线粒体和叶绿体不属于内膜系统。

2)依据:核膜、内质网和高尔基复合体结构和功能上是连续的,在形成上具有一定的序列相关性;内膜之间通过出芽和融合的方式进行交流。

3、比较粗面内质网和光面内质网的形态结构与功能。

ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地,几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。

形态结构:

rER多呈扁囊状,排列较为整齐,在其膜表面分布大量核糖体。功能:蛋白质合成;蛋白质的修饰与加工;新生肽的折叠与组装;脂类的合成。

sER常为分支管状,形成较为复杂的立体结构,在其膜的表面没有核糖体。功能:类固醇激素的合成(生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质);肝的解毒作用;肝细胞葡萄糖的释放(G-6P?G);储存钙离子:肌质网膜上

2+2+ 的Ca-ATP酶将细胞质基质中Ca泵入肌质网腔中

4、细胞内蛋白质合成部位及其去向如何?

1)部位:细胞内蛋白质都是在核糖体上合成的,并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体。

2)去向:向细胞外分泌蛋白;膜的整合膜蛋白;内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白(需要隔离或修饰)。其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的:包括细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。

5、糙面内质网上合成哪几类蛋白质?它们在内质网上合成的生物学意义又是什么?

1)糙面内质网上合成的蛋白质主要是分泌性蛋白、膜蛋白及内质网、高尔基体和溶酶体中的蛋白。

2)生物学意义在于:多肽的糖基化及其折叠与装配发生在内质网中,而肽键上的信号序列决定多肽在细胞质中的合成部位,并最终决定成熟蛋白的去向。

6、指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成需要哪些主要结构或因子?它们如何协同作用完成肽链在内质网上合成?

1)需要的结构或因子:胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体、小肠杯状细胞分泌的粘蛋白、内分泌腺分泌的多肽类激素、胞外基质成分等。

2)协同作用:分泌性蛋白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。只有N端信号序列而没有停止序列的多肽,合成后进入内质网腔中;停止转移序列位于多肽分子的中部,合成后最终成为跨膜蛋白;含多个起始转移序列和多个停止转移序列的多肽会成为多次跨膜的膜蛋白。

7、结合高尔基体的结构特征,谈谈它是怎样行使其生理功能的?

1) 结构特征:

高尔基复合体由成摞的囊泡叠置而成。。囊泡的边缘部分连接有许多大小不等的表面光滑的小管网,其周围还存在有衣被小泡和无被小泡。一个成摞存在的囊泡又称为分散高尔基体,由5~8层囊泡组成, 构成了高尔基复合体的主体结构。

分散高尔基体在结构和生化成分上具有极性,和内质网临近的近核一侧,囊泡弯曲呈凸面, 称为形成面或顺面;在远核的一侧, 囊泡呈凹面,称为成熟面或反面。从顺面到反面,囊泡膜的厚度逐渐增大。

2) 功能:

(1) 形成和包装分泌物;

(2) 蛋白质和脂类的糖基化;

(3) 蛋白质的加工改造;

(4) 细胞内的膜泡运输;

(5) 膜的转化。

高尔基复合体在内膜系统中处于中介地位, 它在对细胞内合成物质的修饰和改造中具有重作用。许多重要大分子的运输和分泌都要通过高尔基复合体。

8、蛋白质的糖基化的基本类型、特征及生物学意义是什么?

蛋白质的糖基化在糖基转移酶(glycosyltransferase)作用下发生在ER腔面

1)基本类型: N-连接糖基化(Asn);O-氧连接糖基化(Ser/Thr)

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2)特征: N-连接与O-连接的寡糖比较

3)蛋白质糖基化的特点及其生物学意义

⑴糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板,靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。 ⑵糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性;多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说,糖基化并非作为蛋白质的分选信号。 ⑶进化上的意义:寡糖链具有一定的刚性,从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白,这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被,同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。

9. 糙面内质网和光面内质网在细胞的生命活动中各自承担了什么样的角色?

1) 糙面内质网:

(1) 蛋白质的合成;

(2) 合成蛋白质的修饰与加工;

(3) 膜的生成;

(4) 物质的运输;

(5) 贮积钙离子。

2) 光面内质网:

(1) 脂类的合成;

(2) 解毒作用;

(3) 糖原代谢。

10. 糙面内质网上所进行的糖基化的机制如何?其添加的寡糖链又有什么特点?

1) 糖基化的机制

(1) Asn;N-连接;

(2) 寡糖链已预先合成;

(3) 以焦磷酸键连在跨膜的磷酸多萜醇上;

(4) 新生肽链一旦出现Asn残基,糖基转移酶以焦磷酸键的能量将寡糖链从磷酸多萜醇上转移至多肽链的Asn残基上;

2) 添加的寡糖链特点:寡糖链可分为两部分,一部分称为核心区,该区在各种寡糖链中均是相同的, 且与天冬酰胺残基直接相连的第一个糖总是N-乙酰葡萄糖胺;另一部分称为末端区,该区在各种寡糖链中是不同的;

11. 在高尔基复合体上所进行的糖基化与内质网有何不同?

1) 不同:在糙面内质网上进行的糖基化修饰大多为N-连接的糖基化,寡糖链与天冬酰胺的氨基基团相连,在内质网上添加上的寡糖链可分为两部分,一部分称为核心区,该区在各种寡糖链中均是相同的, 且与天冬酰胺残基直接相连的第一个糖总是N-乙酰葡萄糖胺;另一部分称为末端区,该区在各种寡糖链中是不同的。在高尔基复合体上进行的糖基化主要是O-连接的糖基化,寡糖链与丝氨酸、苏氨酸和羟赖氨酸的羟基基团相连,加工修饰只发生在寡糖链的末端区,核心区保持不变。

12. 高尔基复合体在蛋白质的加工、分拣、膜泡运输和膜转化中各承担了什么样的角色?其间的关系又如何?

1) 高尔基复合体是蛋白质的加工、分拣的细胞器之一,与内膜系统的其它成分共同参与了膜泡运输和膜转化。

2)内质网的特定区域形成的有被小泡,将所合成的正确折叠和正确组装的蛋白质运往高尔基复合体进行加

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工、修饰,根据蛋白质所带有的分拣信号,反面高尔基网络对蛋白质分拣,将不同命运的蛋白质分拣开来,并经膜泡运输将其运输至其靶部位。在膜泡运输过程中完成了膜的转化。

13. 高尔基复合体各部囊泡在组化反应上的差异,说明了一个什么问题?与其生物学功能之间又有什么关系?

1) 利用专一性标记酶和组织化学方法的研究结果表明,高尔基池中含有许多加工寡糖链的酶, 包括甘露糖转移酶、N-乙酰半乳糖转移酶、N-乙酰葡萄糖胺转移酶、岩藻糖转移酶、半乳糖转移酶以及唾液酸转移酶;处于不同部位的高尔基池所含有的糖基转移酶的种类不同:

(1) 形成面的池含有使甘露糖和N-乙酰半乳糖糖基化酶,

(2) 中部区域的池含有向寡糖链上转接N-乙酰葡萄糖胺的酶,

(3) 成熟面的池则含有向寡糖链上移接唾液酸、半乳糖和岩藻糖的酶。

2) 这些糖基转移酶的作用是把寡糖转移到蛋白质上,形成糖蛋白,从而可以看出,高尔基复合体的各部囊泡在功能上高度分区化, 处于不同部位的高尔基囊泡所含有的加工寡糖链的糖基转移酶的种类不同,因此,从形成面到成熟面的囊泡是按照一定顺序对寡糖链进行加工的。先参与对寡糖链加工的酶位置偏向于顺面,而后参与加工的酶偏向于反面。这种顺序性加工可能有利于糖蛋白的分拣,从而使高尔基复合体能对不同的糖蛋白进行分别包装,使其具有不同的命运。

14、溶酶体是怎样发生的?它有哪些基本功能?

1)发生途径:

溶酶体的合成及N-连接的糖基化修饰(在rER) 高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化

N-磷酸葡萄糖苷酶

M6P 磷酸化识别信号:信号斑

高尔基体trans-膜囊和TGN膜(M6P受体)

2)基本功能

⑴清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞,防御功能(病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化)

⑵作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养;

⑶分泌腺细胞中,溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节

⑷参与清除赘生组织或退行性变化的细胞;

⑸受精过程中的精子的顶体(acrosome)反应。

15、溶酶体一旦发生异常,会引起什么样的疾病?各对机体又有什么影响呢?

1) 贮积病: 溶酶体酶缺失和异常时,某些物质不能被消化降解, 而遗留在溶酶体内, 便会影响细胞的代谢功能, 引发疾病(贮积病),甚至导致机体的死亡

2) 类风湿关节炎(rheumatoid arthritis): 该种病人的溶酶体膜的脆性增加,溶酶体酶被释放到关节处的细胞间质中,使骨组织受到侵蚀,引起炎症。

16、过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别?怎样理解过氧化物酶体是异质性的细胞器?

1)区别:过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似,但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构,可作为电镜下识别的主要特征。

2)异质性:在不同生物细胞中以及单细胞生物的不同个体中的溶酶体,所含酶的种类及其行使的功能都有所不同,因此说过氧化物酶体是异质性的细胞器。

16、过氧化物酶体的功能是什么?

细胞中过氧化物酶体的功能:

1) 是细胞内糖、脂和氮的重要代谢部位。

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2) 参与了长链脂肪酸的降解,乙醚磷脂和胆汁酸的生物合成,胆固醇、多胺、草酸盐、植烷酸、二羧酸以及几种药物等的代谢转换。

3) 在植物细胞中,过氧化物酶体是乙醇酸氧化的场所。

17、微体(过氧化物酶体)与溶酶体有何异同点?

异同点:

(1) 相同点:由一层单位膜膜包围;为一类异质性细胞器。

(2)

18、何谓蛋白质的分选?已知膜泡运输有哪几种类型及其特点?

1)蛋白质分选概念:蛋白质在细胞质基质中开始合成,在细胞质基质中或运至糙面内质网上继续合成,然后通过不同途径转运到细胞的特定部位,这一过程称为蛋白质的分选或定向运转。

2)膜泡运输的类型及其特点:

⑴网格蛋白有被小泡的运输,负责蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。从TGN区出芽并由网格蛋白包被形成转运泡。

⑵COPⅡ有被小泡的运输,负责从内质网到高尔基体的物质运输。由5种蛋白亚基组成的蛋白包被COPⅡ小泡,具有对转运物质的选择性并使之浓缩。选择性体现在a. COPⅡ小泡能识别并结合跨膜内质网胞质面一端的信号序列;b. 跨膜内质网蛋白的一端作为受体与ER腔的可溶性蛋白结合。

⑶COPⅠ有被小泡的运输,负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。逃逸的内质网蛋白的回收是通过回收信号介导的特异性受体完成,这类受体能以COPⅠ有被小泡的形式捕获逃逸分子,并将其回收到内质网。

19、怎样理解细胞结构装配的生物学意义?

细胞结构装配的方式:自我装配(self-assembly)、协助装配(aided-assembly)、直接装配(direct-assembly)、复合物与细胞结构体系的组装。

生物学意义:

1)减少和校正蛋白质合成中出现错误;

2)可大大减少所需要的遗传物质信息量;

3)通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程。

分子“伴侣”(molecular chaperones)概念: 细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合,从而帮助这些多肽转运、折叠或装配,这一类分子本身并不参与最终产物的形成,因此称为分子“伴侣”。

第七章:细胞的能量转换――线粒体和叶绿体

1、为什么说线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器?

线粒体和叶绿体都是高效的产生ATP的精密装置。尽管它们最初的能量来源不同,但却有着相似的基本结构,而且以类似的方式合成ATP。ATP是细胞生命活动的直接供能者,也是细胞内能量的获得、转换、储存和利用等环节的联系纽带。

2、线粒体的各部分结构分别与哪些代谢反应有关?

1) 内膜

(1) 细胞凋亡:线粒体作为起始的主开关,可以开启内膜上的非特异性通道-线粒体通透性转变孔(mitochondrial permeability transition pore, mtPTP)

(2) 电子传递和氧化磷酸化:电子传递链和氧化磷酸化的酶存在于内膜中;

2) 基质

(1) 三羧酸循环:参与三羧酸循环、脂肪酸氧化和丙酮酸氧化的酶存在于线粒体基质中

(2) 储积钙离子:基质中的致密颗粒状物质与储积Ca2+有关

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(3) 细胞凋亡:在线粒体膜间隙中鉴定出了多种死亡促进因子,包括细胞色素c、凋亡诱导因子和被称为切冬酶的潜伏蛋白酶。

3、试比较线粒体与叶绿体在基本结构方面的异同。

1)基本结构的相同点:线粒体和叶绿体的形态、大小、数量与分布常因细胞种类、生理功能及生理状况不同而有较大差别。两者均具有封闭的两层单位膜,内膜向内折叠,并演化为极大扩增的内膜特化结构系统。

2)不同点:

线粒体外膜(outer membrane)含孔蛋白(porin),通透性较高;内膜(inner membrane)高度不通透性,向内折叠形成嵴(cristae);含有与能量转换相关的蛋白;膜间隙(intermembrane space)含许多可溶性酶、底物及辅助因子;基质(matrix)含三羧酸循环酶系、线粒体基因,表达酶系等以及线粒体DNA, RNA,核糖体。

叶绿体内膜并不向内折叠成嵴;内膜不含电子传递链;除了膜间隙、基质外,还有类囊体;捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。

4、如何测定线粒体的呼吸链各组分在内膜上的排列分布?

利用氧化还原电位的高低测试呼吸链中各组分在内膜上的排列顺序和方向。即各组分在内膜呼吸链上的顺序与其得失电子的趋势有关,电子总是从低氧化还原电位向高氧化还原电位流动。氧化还原电位值愈低的组分供电子的倾向愈大,愈易成为还原剂而处于传递链的前面。在线粒体内膜呼吸链电子传递过程中,电子是按

+氧化还原电位从低向高传递。NAD/NADH的氧化还原电位值最低(E0=-0.32V),O2/H2O的氧化还原电位值最

高(E0=+0.82V)。

5、RuBP羧化酶有何功能?它是有哪些亚基组成的?各有何基因组编码?

功能:核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)是光合作用中一个起重要作用的酶系统,是叶绿体卡尔文循环羧化阶段中CO2的接受体,在RuBP羧化酶的催化下,CO2与RuBP反应形成2分子3-磷酸甘油酸(PGA)。

3组成亚基:RuBP羧化酶有8个大亚基和8个小亚基组成,其中每个大亚基的相对分子质量约为53×10,小

3亚基的相对分子质量约为14×10。酶的活性中心位于大亚基上,小亚基只具有调节功能。

编码基因组:RuBP羧化酶的大亚基是由叶绿体基因组编码,在基质中合成。而小亚基则是由核基因组编码,在细胞质基质中合成。

6、试比较线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化的异同点。(P232)

1)相同点:线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化中,⑴需要完整的膜;⑵ATP的形成都是由H+移动所推动;⑶叶绿体的CF1因子与线粒体的F1因子都具有催化ADP和Pi形成ATP的作用。

2)不同点:

线粒体的氧化磷酸化是在内膜上进行的一个形成ATP的过程。它是在电子从NADH或FADH2经过电子传递链传递给的过程中发生的。每一个NADH被氧化产生3个ATP分子,而每一FADH2被氧化产生2个ATP分子,

+电子最终被O2接收而生成H2O。即:1对电子的3次穿膜传递,将基质中的3对H抽提到膜间隙中,每2个H

+穿过F1-F0ATP酶,生成1个ATP分子。

叶绿体的光合磷酸化是在类囊体膜上进行的,是由光引起的光化学反应,其产物是ATP和NADPH;碳同化(暗反应,在叶绿体基质中进行)利用光反应产生的ATP合NADPH的化学能,使CO2还原合成糖。光合作用的电子传递是在光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中进行的,这两个光系统互相配合,利用所吸收的光能把1对电子从H2O

++++传递给NADP。即:1对电子的2次穿膜传递,在基质中摄取3个H,在类囊体腔中产生4个H,每3个H

穿过CF1-CF0ATP酶,生成1个ATP分子。

7、如何证明线粒体的电子传递和磷酸化作用是由两个不同结构系统来实现的?(P212)

用胰蛋白酶或尿素处理亚线粒体小泡,则小泡外面的颗粒解离,无颗粒的小泡只能进行电子传递,而不能使ADP磷酸化生成ATP。将颗粒重新装配到无颗粒的小泡上时,则有颗粒的小泡又恢复了电子传递和磷酸化相偶联的能力。

8、光系统、捕光复合物和作用中心的结构与功能的关系如何?(P224)

在叶绿体的类囊体膜中镶嵌有大小、数量不同的颗粒,集中了光合作用能量转换功能的全部组分,包括:捕光色素(天线色素)、两个光反应中心、各种电子载体、合成ATP的系统和从水中抽取电子的系统等。它们分别装配在PSI、PSⅡ、细胞色素bf、CF0-CF1ATP酶等主要的膜蛋白复合物中。PSI和PSⅡ复合物都是由核心复合物和捕光复合物组成,但它们在组分、结构甚至功能上是不同的。PSⅡ的核心复合物是由20多个不同的多肽组成的叶绿素蛋白复合体,其反应中心多肽是蛋白D1和D2;PSI的核心复合物的反应中心是一个包含多

59

种不同还原中心的多蛋白复合体;CF0-CF1ATP酶是由跨膜的H通道CF0和在类囊体膜基质侧起催化作用的CF1两部分所组成;在亚基组分、结构和功能上均与线粒体的ATP合成酶相似,但叶绿体的CF1地激活需有-SH基化合物,寡霉素对CF1无抑制作用。

9、氧化磷酸化偶联机制的化学渗透假说的主要论点是什么?有哪些证据?

化学渗透假说主要论点:电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布,当高能电子沿其传递时,所释放的

+++能量将H从基质泵到膜间隙,形成H电化学梯度。在这个梯度驱使下,H穿过ATP合成酶回到基质,同时合

成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。

实验证据:质子动力势乃ATP合成的动力;膜应具有完整性;电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件。

10、由核基因组编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是如何运送至线粒体和叶绿体的功能部位上进行更新或装配的?(P238,240)

由核基因组编码、在细胞质核糖体上合成,⑴定位于线粒体基质中的蛋白,其导肽的N端带正电荷,含有导向基质的信息,在跨膜转运时,首先在细胞质Hsp70(分子伴侣)的参与下解折叠为伸展状态,然后与膜受体结合并在接触点处通过线粒体膜进入基质,其导肽即被基质中的蛋白水解,成为成熟的蛋白质;⑵定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白,是其在“伴侣分子”引导的导肽进入基质后进一步在伴侣分子的引导下进入(或定位)线粒体膜或膜间隙;⑶定位于叶绿体基质中的蛋白,其前体蛋白(在细胞质中合成的) N端的转运肽仅具有导向基质的序列,引导其穿过叶绿体膜进入基质,由基质中特异的蛋白水解酶切去转运肽成为成熟蛋白质;⑷定位于叶绿体类囊体中蛋白,其前体蛋白N端的转运肽有两个区域,分别引导两步转运,其N端含有导向基质的序列,引导其穿过叶绿体膜上由孔蛋白形成的通道进入基质;而C端含有导向类囊体的序列又引导其穿过类囊体膜,进入类囊体腔,因此,它的转运肽经历两次水解,一次在基质内,另一次在类囊体腔中;不是由转运肽决定的,是成熟的捕光色素蛋白在其C端的跨膜区域类囊体导向序列(信号)引导多肽进入类囊腔中形成成熟蛋白。

11、试比较光合碳同化三条途径的主要异同点。

1)C3途径(卡尔文循环):是靠光反应合成的ATP及NADPH作能源,推动CO2的固定、还原。每循环一次只能固定一个CO2分子,循环六次才能把6个CO2分子同化成一个己糖分子。

2)C4途径:在叶脉周围有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞,其外环列的叶肉细胞,在这两种细胞密切配合下不论CO2浓度的高低状态,对CO2净固定,这类植物积累干物质的速度快,为高产型植物。

3)CAM途径(景天科酸代谢):肉质植物的叶片,气孔白天关闭,夜间开放。夜间吸收CO2,在PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)催化下与PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结合,生产草酰乙酸,进一步还原为苹果酸;白天CO2从储存的苹果酸中经氧化脱羧释放出来,参与C3(卡尔文)循环,形成淀粉。CAM途径与C4途径相似,只是CO2固定与光合作用产物的生成,在时间及空间上与C4途径不同。

12、为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器?

1) 线粒体和叶绿体都有环状的DNA ,都拥有合成蛋白质的整套装置;

2)两者的DNA都能进行复制,但复制仍受核基因组的控制。mtDNA是由核DNA 编码、在细胞质中合成的。组成叶绿体的各种蛋白质成分是由核DNA和叶绿体DNA分别编码,只有少部分蛋白质是由叶绿体DNA编码的。

3)线粒体、叶绿体的生长和增殖是受核基因组和其本身的基因组两套遗传系统的共同控制,因而,它们被称为是半自主性的细胞器。

13、简述线粒体与叶绿体的内共生起源学说和非共生起源学说的主要论点及其实验证据。

1)内共生起源学说论点:

叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻,其祖先是原核生物的蓝细菌(Cyanobacteria),即蓝藻;线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰氏阴性细菌。

主要论据:

⑴基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似;

⑵有自己完整的蛋白质合成系统,能独立合成蛋白质,蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。 ⑶两层被膜有不同的进化来源,外膜与细胞的内膜系统相似,内膜与细菌质膜相似。

⑷以分裂的方式进行繁殖,与细菌的繁殖方式相同。

⑸能在异源细胞内长期生存,说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征。

⑹线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。

60 +

⑺发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体,其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。

2)非共生起源学说论点:

真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌。解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。 ⑴实验证据不多

⑵无法解释为何线粒体、叶绿体与细菌在DNA分子结构和蛋白质合成性能上有那么多相似之处

⑶对线粒体和叶绿体的DNA酶、RNA酶和核糖体的来源也很难解释。

⑷真核细胞的细胞核能否起源于细菌的核区?

14、线粒体与细胞凋亡有何关系?它是如何参与并启动细胞进入死亡程序的?

1) 线粒体与细胞凋亡有何关系:线粒体作为起始凋亡的主开关,可以开启内膜上的非特异性通道-线粒体通透性转变孔,在调控细胞凋亡中还具有重要作用。

2) 死亡信号诱导下,线粒体过量摄取钙离子,降低了线粒体的产能,加剧了其氧化压力,使线粒体通透性转变孔(mtPTP)开启;PT孔的开启解除了内膜的氢离子浓度梯度,导致呼吸链解偶联,同时,基质空间扩张,外膜胀破。膜间隙中细胞色素c、凋亡诱导因子(AIF)被释放;细胞色素c是切冬梅的激活蛋白,从而激活切冬梅的蛋白降解途径,引起细胞结构的破坏;AIF释放后进入细胞核,使染色质凝缩并造成DNA的大规模片断化,进而使细胞死亡。

第八章:细胞核与染色体

1、概述细胞核的基本结构及其主要功能。

1)核被膜(包括核孔复合体):外核膜,附有核糖体颗粒;内核膜,有特有的蛋白成份(如核纤层蛋白B受体);核纤层;核周间隙、核孔(nuclear pore)。 其功能为:构成核、质之间的天然选择性屏障;避免生命活动的彼此干扰;保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤;核质之间的物质交换与信息交流。

2)染色质:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式;染色体(chromosome),指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。 ⑴染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构

⑵染色质与染色体具有基本相同的化学组成,但包装程度不同,构象不同。

3)核仁:纤维中心(fibrillar centers,FC)、致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)、颗粒组分(granular component,GC)、核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin)、核仁基质((nucleolar matrix)。其功能为:核糖体的生物发生(ribosome biogenesis),包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配;rRNA基因转录;rRNA前体的加工。

4)核基质或核骨架(nuclear skeleton):{包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。}; 核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系;核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统;核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的, 含有多种蛋白成分及少量RNA;核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。

2、试述核孔复合体的结构及其功能。

核孔复合体结构包括:胞质环(cytoplasmic ring)、外环、核质环(nuclear ring)、内环、辐(spoke)、柱状亚单位(column subunit)、腔内亚单位(luminal subunit)、环带亚单位(annular subunit)、中央栓(central plug)。其功能为:核质交换的双向性亲水通道;通过核孔复合体的主动运输;亲核蛋白与核定位信号;亲核蛋白入核转运;转录产物RNA的核输出。

3、概述染色质的类型及其特征。

染色质的基本概念:

1)染色质(chromatin)的概念:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。

2)染色体(chromosome)的概念:指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。

3)染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构;染色质与染色体具有基本相同的化学组成,但包装程度不同,构象不同。

基本类型:

常染色质(euchromatin)

1)概念:指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态(典型包装率750倍), 用碱性染料染色时

61

着色浅的那些染色质。

2)特征:DNA包装比约为1 000~2 000分之一;单一序列 DNA 和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因);并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件

异染色质(heterochromatin)

1)概念:碱性染料染色时着色较深的染色质组分。

2)类型:结构异染色质(或组成型异染色质)(constitutive heterochromatin)、兼性异染色质(facultative heterochromatin) ;结构异染色质或组成型异染色质,除复制期以外,在整个细胞周期均处于聚缩状态,形成多个染色中心。

3)结构异染色质特征:①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段;②由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA;③具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质;④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩;⑤在功能上参与染色质高级结构的形成,导致染色质区间性,作为核DNA的转座元件,引起遗传变异。

4)兼性异染色质特征:在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质,如X染色体随机失活;异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。

4、比较组蛋白与非组蛋白的特点及其作用。

组蛋白(histone)

1)核小体组蛋白(nucleosomal histone):H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构

2)H1组蛋白:在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性。

3)特点:真核生物染色体的基本结构蛋白,富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸,属碱性蛋白质,可以和酸性的DNA紧密结合(非特异性结合);没有种属及组织特异性,在进化上十分保守。

非组蛋白

1)非组蛋白具多样性和异质性

2)对DNA具有识别特异性,又称序列特异性DNA结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins)

3)具有多种功能,包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。

4)非组蛋白的不同结构模式:α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helix motif);锌指模式(Zinc finger motif); 亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif,ZIP);螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif,HLH);HMG-盒结构模式(HMG-box motif)。

5、试述核小体的结构要点及其实验证据。

结构要点:

1)每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1;

2)组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构;

3)146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 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。 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体;

4)两个相邻核小体之间以连接DNA 相连,典型长度60bp,不同物种变化值为0~80bp;

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特异序列,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,进而通过核小体相位改变影响基因表达。

主要实验证据:

1)铺展染色质的电镜观察:未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝,经盐溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 ;

2)用非特异性微球菌核酸酶消化染色质,部分酶解片段分析结果;

3)应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究,发现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体,具有二分对称性(dyad symmetry),核心组蛋白的构成是先形成(H3)2﹒(H4)2四聚体,然后再与两个H2A﹒H2B异二聚体结合形成八聚体;

4)SV40微小染色体(minichromosome)分析与电镜观察。

6、试述从DNA到染色体的包装过程。

从DNA到染色体经过四级包装过程:

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一级结构,核小体

二级结构,螺线管(solenoid)

三级结构,超螺线管(supersolenoid)

四级结构,染色单体(chromatid)

即:DNA—压缩7倍—→核小体—压缩6倍—→螺线管—压缩40倍—→超螺线管—压缩5倍—→染色单体

经过四级螺旋包装形成的染色体结构,共压缩了8400倍。

7、分析中期染色体的三种功能元件及其作用。

1)自主复制DNA序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS):具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。

2)着丝粒DNA序列(centromere DNA sequence,CEN) :两个相邻的核心区,80-90bp的AT区,11bp的保守区。

3)端粒DNA序列(telomere DNA sequence,TEL) :端粒序列的复制,端粒酶,在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性,端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关。

8、概述核仁的结构及其功能。

1)结构:纤维中心(fibrillar centers,FC),是rRNA基因的储存位点;致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC),转录主要发生在FC与 DFC的交界处,并加工初始转录本;颗粒组分(granular component,GC),负责装配核糖体亚单位,是核糖体亚单位成熟和储存的位点;核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin) 与核仁基质((nucleolar matrix)。

2)功能:是核糖体的生物发生场所,是一个向量过程(vetorical process),即:从核仁纤维组分开始, 再向颗粒组分延续。这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配;rRNA基因转录的形态及其组织;rRNA前体的加工;核糖体亚单位的组装。

9、概述活性染色质主要特点。

1)概念:活性染色质(active chromatin)是具有转录活性的染色质。活性染色质的核小体发生构象改变,形成疏松的染色质结构,从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA 聚合酶在转录模板上滑动。

2)主要特征:

⑴活性染色质具有DNase I超敏感位点(DNase I hypersensitive site,DHS),无核小体的DNA片段,敏感位点通常位于5‘-启动子区,长度几百bp;

⑵活性染色质在生化上具有特殊性,很少有组蛋白H1与其结合,组蛋白乙酰化程度高,核小体组蛋白H2B很少被磷酸化,核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式,HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。

10、试述染色质结构与基因转录的关系。

1)疏松染色质结构的形成

⑴DNA局部结构的改变与核小体相位的影响:当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时,染色质易被引发二级结构的改变,进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合;核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录。

(a)基因的关键调控元件被留在核心颗粒外面,从而有利于结合转录因子;

(b)位于DNA上调控元件被盘绕在核心组蛋白上,因为组蛋白,使DNA上的关键调控元件靠得很近,它们可以通过转录因子而联系。

⑵DNA甲基化:A/C甲基化/去甲基化(特别是5-mC)。

⑶组蛋白的修饰:组蛋白的修饰改变染色质的结构,直接或间接影响转录活性(磷酸化、甲基化、乙酰化,泛素化(uH2A)// Arg,His,Lys,Ser,Thr);组蛋白赖氨酸残基乙酰基化(acetylation),影响转录。

⑷HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响:HMG结构域可识别某些异型的DNA结构,与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关。

2)染色质的区间性

⑴基因座控制区(locus control region,LCR):染色体DNA上一种顺式作用元件,具有稳定染色质疏松结构的功能;与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。

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⑵隔离子(insulator):防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列,称为隔离子;作用:作为异染色质定向形成的起始位点;提供拓扑隔离区染色质模板的转录。

3)基因转录的模板不是裸露的DNA,染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键 。

4)转录的“核小体犁”(nucleosome plow)假说 。

第九章:核 糖 体

1、以80S核糖体为例,说明核糖体的结构成分及其功能。

核糖体是一种没有被膜包裹的颗粒状结构,其主要成分:核糖体表面r蛋白质40%,核糖体内部rRNA60%。

80S的核糖体普遍存在于真核细胞内,由60S大亚单位与40S小亚单位组成,60S大亚单位相对分子

33质量为3200×10,40S小亚单位的相对分子质量为1600×10。小亚单位中含有18S的rRNA分子,相对

3分子质量为900×10,含有33种r蛋白;大亚单位中含有一个28S的rRNA分子,相对分子质量为1600

3×10,还含有一个5S的rRNA分子和一个5.8S的rRNA分子,含有49种r蛋白。

核糖体大小亚单位常游离于胞质中,只有当小亚单位与mRNA结合后大亚单位才与小亚单位结合形成完整核糖体。肽链合成终止后,大小亚单位解离,重又游离于胞质中。核糖体是合成蛋白质的细胞器,其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。

2、已知核糖体上有哪些活性部位?它们在多肽合成中各起什么作用?

活性部位及其作用:

⑴与mRNA的结合位点

⑵与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点,又称A位点

⑶与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点,又称P位点

⑷肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exit site)

⑸与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点

⑹肽酰转移酶的催化位点

⑺与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点

3、何谓多聚核糖体?以多聚核糖体的形式行使功能的生物学意义是什么?

1)概念:核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能,而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成,这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

2)多聚核糖体的生物学意义:

⑴细胞内各种多肽的合成,不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何,单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。

⑵以多聚核糖体的形式进行多肽合成,对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。

4、试比较原核细胞与真核细胞的核糖体在结构与组分及蛋白质合成上的异同点。

在蛋白质合成上的相同点:

原核细胞与真核细胞的蛋白质合成均是以多聚核糖体的形式进行的,可大大提高多肽合成的速度。 在蛋白质合成上的不同点:

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⑴原核细胞由DNA转录mRNA和由mRNA翻译成蛋白质是同时并几乎在同一部位进行;

⑵真核细胞的DNA转录在核内,蛋白质合成在胞质中。

3. 核型制作技术的主要步骤有哪些?

1) 首先用秋水仙素破坏纺锤丝的形成,使中期染色体停留在赤道面处;

2) 然后用低渗法将细胞胀破,使细胞的染色体铺展到载片上;

3) 最后将染色体的显微图象剪裁排列即成。

1、细胞核是由哪几部分组成?说明核孔复合体的结构和功能。

1) 间期细胞核的组成:核被膜、染色质、核仁、核液和核基质

2) 核孔复合体的结构:

(1) 由100余种蛋白构成的八重辐射对称的复合体结构;

(2) 穿越内、外层核膜;

(3) 8个颗粒组成的胞质环;向胞质侧伸出短而弯曲的细丝;

(4) 核孔中央有一中央栓-运输体;

(5) 核孔四壁向中央伸出放射幅;

(6) 核孔的功能直径为9~20nm, 为可调孔径;

(7) 8个颗粒组成的核质环; 核质环向核质侧伸出长而直的细丝; 终止于一端环;

(8) 核质环、核质丝和端环共同形成核篮结构;

3) 核孔复合体的功能:核孔复合体是核质与胞质之间进行物质交换的通道。

(1) 核蛋白的运进;

(2) RNA和核糖体亚单位的运出;

综上所述,核孔复合体对亲核蛋白的运进和各种RNA和核糖体亚单位的运出均具有高度选择性,运输过程既涉及主动运输又存在有被动运输。

2. 核纤层与细胞分裂过程中核被膜的解体及重建有什么关系?

有丝分裂过程中,核纤层与核被膜的解体和重建有关。

1) 在分裂前期末, 核纤层蛋白被磷酸化,核纤层解体,核被膜解体;

2) 在分裂末期,核纤层蛋白去磷酸化,重新组装成核纤层,核被膜重建。

3. 组蛋白和非组蛋白在染色质中的作用是什么?有何实验根据?

1) 作用

(1) 组蛋白和DNA结合构成染色质纤维,组蛋白有抑制基因表达的作用,而且结合量愈增加,DNA的模板性抑制愈深。

(2) 非组蛋白对基因的表达有调控作用。

2) 实验根据

(1) 用胰酶处理细胞核,组蛋白显著减少,则转录活性增强。因此推想在转录时,组蛋白和DNA的结构关系会发生改变。

(2) Gilmour和Paul(1970)利用染色质重组和竞争杂交方法来研究DNA表达的特异性与非组蛋白的关系。把骨髓网织红细胞和胸腺混合的DNA、组蛋白重建染色质;发现加入骨髓网织红细胞非组蛋白,染色质转录的RNA与天然骨髓网织红细胞染色质转录的球蛋白mRNA相同,反之,加入胸腺非组蛋白,重组染色质转录的RNA与天然的胸腺染色质转录的RNA相同。又如血红蛋白mRNA只能由成红细胞转录,脑细胞则不能产生血红蛋白mRNA 。当在体外把脑细胞染色质解组后,用成红细胞的非组蛋白与之重建,重建后的脑细胞染色质即能转录血红蛋白mRNA 。可是如果脑细胞的非组蛋白与这重建,仍然不能产生血红蛋白mRNA 。这些实验不仅说明非组蛋白有调节基因表达的作用,而且也说明它有明显的组织特异性。

4. 什么叫核基质?广义的核基质包括哪些成分?各有何生物学功能?

1) 核基质指在核液中广泛存在着由蛋白质构成的网架结构。

2) 广义上,核基质包括核纤层、核孔复合体系统、染色体骨架和核骨架。

3) 功能:

(1) 核纤层:维持核孔的位置和核被膜的形状;为间期染色质提供附着位点;在有丝分裂过程中,核纤层还与核被膜的解体和重建有关。

65

(2) 核孔复合体系统:核孔复合体是核质与胞质之间进行物质交换的通道

(3) 染色体骨架:染色体骨架不仅是染色体高级结构的结构骨架,而且还与DNA复制、RNA转录与加工、染色体构建等密切相关。

(4) 核骨架:在真核细胞的DNA复制、RNA的转录与加工、染色体DNA的有序包装与染色体构建等生命活动中具有重要的作用。

5. 染色体应具有的关键序列有哪些?它们在染色体的结构和功能中担当着什么样的角色?

1) 关键序列:

自主复制DNA序列(autonomously replicating sequence, ARS)

着丝粒DNA序列(centromere DNA sequence, CEN)

端粒DNA序列(telomere DNA sequence, TEL)

2) 功能:

(1) 自主复制DNA序列

自主复制DNA序列具有一复制起点,能确保染色体在细胞周期中能够自我复制,从而保证染色体在世代传递中具有稳定性和连续性。

(2) 着丝粒DNA序列

着丝粒DNA序列与染色体的分离有关。

(3) 端粒DNA序列

端粒DNA 功能是保证DNA链的完整复制,从而保证染色体的独立性和遗传稳定性。

第九章:细胞骨架与细胞运动

1、细胞骨架在细胞中仅仅起支持和形状维持功能吗?谈谈你对细胞骨架功能的认识。

1) 不是

2) 细胞骨架广义上包括细胞外基质、细胞核骨架、细胞膜骨架和细胞外基质四个部分,狭义上上细胞骨架即为细胞质骨架,包括微管、纤丝和微梁网架(microtrabecular lattice)三大类纤维状成分,纤丝又可分为微丝(microfilament) 中间丝(intermediate filament)和粗丝(thick filament)三类。

3) 从狭义上讲细胞质骨架的功能也不仅仅起支持和形状维持功能,还有:

(1) 维持保持内膜性细胞器的空间定位分布;

(2) 胞内运输;

(3) 与细胞运动有关;

(4) 形成纺锤体,协助染色体运动;

(5) 胞质环流;

(6) 参与桥粒与半桥粒的形成,细胞连接;

(7) 保持细胞的整体性。

2. 细胞内同时存在微管、微丝和中间丝等几种骨架体系,它们在细胞的生命活动中各承担了什么样的角色?其间又有何关系?

1) 微管功能:

(1) 支持和维持细胞的形态;

(2) 维持保持内膜性细胞器的空间定位分布;

(3) 细胞内运输;

(4) 与细胞运动有关;

(5) 纺锤体与染色体运动;

(6) 纤毛和鞭毛运动;

(7) 植物细胞壁形成;

2) 微丝功能

(1) 维持细胞外形;

(2) 胞质环流;

(3) 变形运动;

(4) 支持微绒毛;

66

二 : 细胞生物学 名词解释

细胞生物学名词解释

1. 细胞(cell)

细胞是由膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成, 是生物体的结构和功能的基本单位, 也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖,是生物体个体发育和系统发育的基 础。细胞或是独立的作为生命单位,

或是多个细胞组成细胞群体或组织、或器官和机体;细胞还能够进行分裂和繁殖;细胞是 遗传的基本单位,并具有遗传的全能性。

2. 细胞质(cell plasma)

是细胞内除核以外的原生质, 即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分, 包括透明的 粘液状的胞质溶胶及悬浮于其中的细胞器。

3. 原生质(protoplasm)

生活细胞中所有的生活物质, 包括细胞核和细胞质。

4. 原生质体(potoplast)

脱去细胞壁的细胞叫原生质体,

是一生物工程学的概念。如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解 而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体。

5. 细胞生物学(cell biology)

细胞生物学是以细胞为研究对象, 从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次, 以动态的观点,

研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学

是现代生命科学的前沿分支学科之一,主要是从细胞的不同结构层次来研究细胞的生命活动的基 本规律。从生命结构层次看,细胞生物学位于分子生物学与发育生物学之间,同它们相互衔接, 互相渗透。

6. 细胞学说(cell theory)

细胞学说是1838~1839年间由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺所提出,直到1858年才较 完善。它是关于生物有机体组成的学说,主要内容有:

① 细胞是有机体, 一切动植物都是由单细胞发育而来, 即生物是由细胞和细胞的产物所组 成;

② 所有细胞在结构和组成上基本相似;

③ 新细胞是由已存在的细胞分裂而来;

④ 生物的疾病是因为其细胞机能失常。

7. 原生质理论(protoplasm theory)

1861年由舒尔策(Max Schultze)提出,

认为有机体的组织单位是一小团原生质,这种物质在一般有机体中是相似的,并把细胞明确地 定义为:“细胞是具有细胞核和细胞膜的活物质”。1880年Hanstain将细胞概念演变成由细胞膜包 围着的原生质,

分化为细胞核和细胞质。

8. 细胞遗传学(cytogenetics)

遗传学和细胞学结合建立了细胞遗传学,主要是从细胞学的角度, 特别是从染色体的结构和 功能, 以及染色体和其他细胞器的关系来研究遗传现象,

阐明遗传和变异的机制。

9. 细胞生理学(cytophysiology)

细胞学同生理学结合建立了细胞生理学,主要研究内容包括细胞从周围环境中摄取营养的 能力、代谢功能、能量的获取、生长、发育与繁殖机理,

以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动。细胞的离体培养技术对细胞生理学 的研究具有巨大贡献。

10.细胞化学(cytochemistry)

细胞学和化学的结合产生了细胞化学,主要是研究细胞结构的化学组成及化学分子的定位、 分布及其生理功能,

包括定性和定量分析。如1943年克劳德(Claude)用高速离心法从细胞匀浆液中分离线粒体, 然后研究它的化学组成和生理功能并得出结论:

线粒体是细胞氧化中心。1924年Feulgen发明的DNA的特殊染色方法---Feulgen反应开创了 DNA的定性和定量分析。

11. 分子生物学(molecular biology)

在分子水平上研究生命现象的科学。研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结

构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程如光 合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等。

12. 分子细胞生物学(molecular biology of the cell)

以细胞为对象, 主要在分子水平上研究细胞生命活动的分子机制, 即研究细胞器、生物大分 子与生命活动之间的变化发展过程,

研究它们之间的相互关系, 以及它们与环境之间的相互关系。

13. 支原体(mycoplasma)

又称霉形体,是最简单的原核细胞,支原体的大小介于细菌与病毒之间,直径为0.1~0.3 um, 约为细菌的十分之一,

能够通过滤菌器。支原体形态多变,有圆形、丝状或梨形,光镜下难以看清其结构。支原体 具有细胞膜,但没有细胞壁。它有一环状双螺旋DNA,没有类似细菌的核区(拟核),

能指导合成700多种蛋白质。支原体细胞中惟一可见的细胞器是核糖体,每个细胞中约有800 ~1500个。支原体可以在培养基上培养,也能在寄主细胞中繁殖。

支原体没有鞭毛,无活动能力,可以通过分裂法繁殖,也有进行出芽增殖的。

14. 结构域(domain)∶

生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域,特别指蛋白质中这样的区域。在球形蛋白

中,结构域具有自己特定的四级结构,其功能部依赖于蛋白质分子中的其余部分,但是同一种蛋白 质中不同结构域间常可通过不具二级结构的短序列连接起来。蛋白质分子中不同的结构域常由基 因的不同外显子所编码。

15. 模板组装(template assembly)

由模板指导,在一系列酶的催化下,合成新的、与模板完全相同的分子。这是细胞内一种极其 重要的组装方式, DNA和RNA的分子组装就属于此类。

16. 酶效应组装(enzymatic assembly)

相同的单体分子在不同的酶系作用下, 生成不同的产物。如以葡萄糖为原料既可合成纤维素, 也可合成淀粉,就看进入那条酶促反应途径。

17. 自体组装(self assembly)

生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构,现代的概念应理解为不需要模板和酶系 的催化,

以别于模板组装和酶效应组装。其实,这种组装也需要一种称为分子伴侣的蛋白介导, 如核 小体的组装就需要核质素的介导。

18. 引发体(primosome)

是蛋白复合体,

主要成份是引物酶和DNA解旋酶,是在合成用于DNA复制的RNA引物时装配的。引发体与

DNA结合后随即由引物酶合成RNA引物。

19. 剪接体(splicesome)

进行hnRNA剪接时形成的多组分复合物, 主要是有小分子的核RNA和蛋白质组成。

20 原核细胞(prokaryotic cell)

组成原核生物的细胞。这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核, 同时也没有核膜和核 仁, 只有拟核,进化地位较低。

21. 古细菌(archaebacteria)

一类特殊细菌,在系统发育上既不属真核生物,也不属原核生物。它们具有原核生物的某

些特征(如无细胞核及细胞器),也有真核生物的特征(如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成,核糖体对 氯霉素不敏感),还具有它们独有的一些特征(如细胞壁的组成,膜脂质的类型)。因之有人认为古 细菌代表由一共同祖先传来的第三界生物(古细菌,原核生物,真核生物)。它们包括酸性嗜热 菌,极端嗜盐菌及甲烷微生物。可能代表了活细胞的某些最早期的形式。

22. 真细菌(Bacteria, eubacteria)

除古细菌以外的所有细菌均称为真细菌。最初用于表示“真”细菌的名词主要是为了与其

他细菌相区别。

23. 中膜体(mesosome)

中膜体又称间体或质膜体, 是细菌细胞质膜向细胞质内陷折皱形成的。每个细胞有一个或数 个中膜体,其中含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶,

为细胞提供呼吸酶, 具有类似线粒体的作用, 故又称为拟线粒体。

24. 真核细胞(eucaryotic cell)

构成真核生物的细胞称为真核细胞,具有典型的细胞结构, 有明显的细胞核、核膜、核仁和 核基质;

遗传信息量大,并且有特化的膜相结构。真核细胞的种类繁多, 既包括大量的单细胞生物和 原生生物(如原生动物和一些藻类细胞),

又包括全部的多细胞生物(一切动植物)的细胞。

25. 生物膜结构体系(biomembrane system)

细胞内具有膜包被结构的总称, 包括细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体 和叶绿体等。

膜结构体系的基本作用是为细胞提供保护。质膜将整个细胞的生命活动保护起来,并进行

选择性的物质交换;核膜将遗传物质保护起来,使细胞核的活动更加有效;线粒体和叶绿体的膜 将细胞的能量发生同其它的生化反应隔离开来,更好地进行能量转换。

膜结构体系为细胞提供较多的质膜表面,使细胞内部结构区室化。由于大多数酶定位在膜 上,大多数生化反应也是在膜表面进行的,膜表面积的扩大和区室化使这些反应有了相应的隔 离,效率更高。

另外,膜结构体系为细胞内的物质运输提供了特殊的运输通道,保证了各种功能蛋白及时

准确地到位而又互不干扰。例如溶酶体的酶合成之后不仅立即被保护起来,而且一直处于监护之 下被运送到溶酶体小泡。

26. 遗传信息表达结构系统(genetic expression system)

该系统又称为颗粒纤维结构系统,包括细胞核和核糖体。细胞核中的染色质是纤维结构,

由DNA和组蛋白构成。染色体的一级结构是由核小体组成的串珠结构,其直径为10nm,又称为10 纳米纤维。核糖体是由RNA和蛋白质构成的颗粒结构,直径为15~25nm,由大小两个亚基组成, 它是细胞内合成蛋白质的场所。

27. 细胞骨架系统(cytoskeletonic system)

细胞骨架是由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构,包括细胞质骨架和细胞核骨架。细

胞骨架系统的主要作用是维持细胞的一定形态,使细胞得以安居乐业。细胞骨架对于细胞内物质 运输和细胞器的移动来说又起交通动脉的作用;

细胞骨架还将细胞内基质区域化;此外,细胞骨架还具有帮助细胞移动行走的功能。细胞 骨架的主要成分是微管、微丝和中间纤维。

28. 细胞社会学(cell sociology)

细胞社会学是从系统论的观点出发,研究细胞整体和细胞群体中细胞间的社会行为(包括细 胞间识别、通讯、集合和相互作用等),以及整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡等活动的 调节控制。细胞社会学主要是在体外研究细胞的社会行为,用人工的细胞组合研究不同发育时期 的相同细胞或不同细胞的行为;

研究细胞之间的识别、粘连、通讯以及由此产生的相互作用、作用本质、以及对形态发生 的影响等。

细胞质膜与跨膜运输

1. 膜(membrane)

通常是指分割两个隔间的一层薄薄的结构,可以是自然形成的或是人造的,有时很柔软。存在 于细胞结构中的膜不仅薄,而且具有半透性(semipermeable

membrane),允许一些不带电的小分子自由通过。

2. 细胞膜(cell membrane)

细胞膜是细胞膜结构的总称,它包括细胞外层的膜和存在于细胞质中的膜,有时也特指细胞质 膜。

3. 胞质膜(cytoplasmic membrane)

存在于细胞质中各膜结合细胞器中的膜,包括核膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜、 线粒体膜、叶绿体膜、过氧化物酶体膜等。

4. 细胞质膜(plasma membrane)

是指包围在细胞表面的一层极薄的膜,主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维 护细胞内微环境的相对稳定,并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外, 在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。

真核生物除了具有细胞表面膜外,细胞质中还有许多由膜分隔成的各种细胞器,这些细胞 器的膜结构与质膜相似,但功能有所不同,这些膜称为内膜(internal

membrane),或胞质膜(cytoplasmic

membrane)。内膜包括细胞核膜、内质网膜、高尔基体膜等。由于细菌没有内膜,所以细菌 的细胞质膜代行胞质膜的作用。

5. 生物膜(biomembrane,or biological membrane)

是细胞内膜和质膜的总称。生物膜是细胞的基本结构,它不仅具有界膜的功能,还参与全部 的生命活动。

6. 膜骨架(membrane skeleton)

细胞质膜的一种特别结构,是由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架,它参与维持细胞质膜的形

状并协助质膜完成多种生理功能,这种结构称为膜骨架。膜骨架首先是通过红细胞膜研究出来的。 红细胞的外周蛋白主要位于红细胞膜的内表面,并编织成纤维状的骨架结构,以维持红细胞的形态, 限制膜整合蛋白的移动。

7. 血影蛋白(spectrin)

又称收缩蛋白,是红细胞膜骨架的主要成份,但不是红细胞膜蛋白的成份,约占膜提取蛋白的 30%。血影蛋白属红细胞的膜下蛋白,这种蛋白是一种长的、可伸缩的纤维状蛋白,长约100 nm,由两条相似的亚基∶β亚基(相对分子质量220kDa)和α亚基(相对分子质量200kDa)构

成。两个亚基链呈现反向平行排列,

扭曲成麻花状,形成异二聚体,

两个异二聚体头-头连接成200nm长的四聚体。5个或6个四聚体的尾端一起连接于短的肌动 蛋白纤维并通过非共价键与外带4.1蛋白结合,而带4.1

蛋白又通过非共价键与跨膜蛋白带3蛋白的细胞质面结合,

形成“连接复合物”。这些血影蛋白在整个细胞膜的细胞质面下面形成可变形的网架结构, 以维持红细胞的双凹圆盘形状。

8. 血型糖蛋白(glycophorin )

血型糖蛋白又称涎糖蛋白(sialo

glycoprotein),因它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一个被测定氨基酸序列的蛋白质,有几种类

型,包括A、B、C、D。血型糖蛋白B、C、D在红细胞膜中浓度较低。血型糖蛋白A是一种单次 跨膜糖蛋白,

由131个氨基酸组成, 其亲水的氨基端露在膜的外侧,

结合16个低聚糖侧链。血型糖蛋白的基本功能可能是在它的唾液酸中含有大量负电荷,防止 了红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互聚集沉积在血管中。

9. 带3蛋白(band 3 protein)

与血型糖蛋白一样都是红细胞的膜蛋白,因其在PAGE电泳分部时位于第三条带而得名。带3

蛋白在红细胞膜中含量很高,约为红细胞膜蛋白的25%。由于带3蛋白具有阴离子转运功能,所以 带3蛋白又被称为“阴离子通道”。带3蛋白是由两个相同的亚基组成的二聚体,

每条亚基含929个氨基酸,它是一种糖蛋白,在质膜中穿越12~14次,因此,是一种多次跨膜蛋 白。

10. 锚定蛋白(ankyrin)

又称2.1蛋白。锚定蛋白是一种比较大的细胞内连接蛋白,

每个红细胞约含10万个锚定蛋白,相对分子质量为215,000。锚定蛋白一方面与血影蛋白相 连,

另一方面与跨膜的带3蛋白的细胞质结构域部分相连, 这样,锚定蛋白借助于带3蛋白将血影 蛋白连接到细胞膜上,也就将骨架固定到质膜上。

11. 带4.1蛋白(band 4.1 protein)

是由两个亚基组成的球形蛋白,它在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合,促使血影蛋 白同肌动蛋白结合。带4.1蛋白本身不同肌动蛋白相连,因为它没有与肌动蛋白连接的位点。

12. 内收蛋白(adducin)

是由两个亚基组成的二聚体,每个红细胞约有30,000个分子。它的形态似不规则的盘状

物,高5.4nm,直径12.4nm。内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合,并且通过Ca2+和钙调 蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性,从而影响红细胞的形态。

13. 磷脂(phospholipids)

含有磷酸基团的脂称为磷脂,是细胞膜中含量最丰富和最具特性的脂。动、植物细胞膜上都 有磷脂, 是膜脂的基本成分,

约占膜脂的50%以上。磷脂分子的极性端是各种磷脂酰碱基, 称作头部。它们多数通过甘油 基团与非极性端相连。磷脂又分为两大类:

甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰肌醇等。

磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链, 称为尾部, 一般含有14~24个偶数碳原子。其中一 条烃链常含有一个或数个双键,

双键的存在造成这条不饱和链有一定角度的扭转。

磷脂烃链的长度和不饱和度的不同可以影响磷脂的相互位置,

三 : 细胞生物学名词解释-1

细胞生物学名词解释

1.细胞(cell)
细胞是由膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成,是生物体的结构和功能的基本单位,也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖,是生物体个体发育和系统发育的基础。细胞或是独立的作为生命单位,或是多个细胞组成细胞群体或组织、或器官和机体;细胞还能够进行分裂和繁殖;细胞是遗传的基本单位,并具有遗传的全能性。

2.细胞质(cellplasma)
是细胞内除核以外的原生质,即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分,包括透明的粘液状的胞质溶胶及悬浮于其中的细胞器。

3.原生质(protoplasm)
生活细胞中所有的生活物质,包括细胞核和细胞质。

4.原生质体(potoplast)
脱去细胞壁的细胞叫原生质体,是一生物工程学的概念。如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体。

5.细胞生物学(cellbiology)
细胞生物学是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次,以动态的观点,研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是现代生命科学的前沿分支学科之一,主要是从细胞的不同结构层次来研究细胞的生命活动的基本规律。从生命结构层次看,细胞生物学位于分子生物学与发育生物学之间,同它们相互衔接,互相渗透。

6.细胞学说(celltheory)
细胞学说是1838~1839年间由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺所提出,直到1858年才较完善。它是关于生物有机体组成的学说,主要内容有:
①细胞是有机体,一切动植物都是由单细胞发育而来,即生物是由细胞和细胞的产物所组成;
②所有细胞在结构和组成上基本相似;
③新细胞是由已存在的细胞分裂而来;
④生物的疾病是因为其细胞机能失常。

7.原生质理论(protoplasmtheory)
1861年由舒尔策(MaxSchultze)提出,认为有机体的组织单位是一小团原生质,这种物质在一般有机体中是相似的,并把细胞明确地定义为:“细胞是具有细胞核和细胞膜的活物质”。1880年Hanstain将细胞概念演变成由细胞膜包围着的原生质,分化为细胞核和细胞质。

8.细胞遗传学(cytogenetics)
遗传学和细胞学结合建立了细胞遗传学,主要是从细胞学的角度,特别是从染色体的结构和功能,以及染色体和其他细胞器的关系来研究遗传现象,阐明遗传和变异的机制。

9.细胞生理学(cytophysiology)
细胞学同生理学结合建立了细胞生理学,主要研究内容包括细胞从周围环境中摄取营养的能力、代谢功能、能量的获取、生长、发育与繁殖机理,以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动。细胞的离体培养技术对细胞生理学的研究具有巨大贡献。

10.细胞化学(cytochemistry)
细胞学和化学的结合产生了细胞化学,主要是研究细胞结构的化学组成及化学分子的定位、分布及其生理功能,包括定性和定量分析。如1943年克劳德(Claude)用高速离心法从细胞匀浆液中分离线粒体,然后研究它的化学组成和生理功能并得出结论:线粒体是细胞氧化中心。1924年Feulgen发明的DNA的特殊染色方法---Feulgen反应开创了DNA的定性和定量分析。

11.分子生物学(molecularbiology)
在分子水平上研究生命现象的科学。研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等。

12.分子细胞生物学(molecularbiologyofthecell)
以细胞为对象,主要在分子水平上研究细胞生命活动的分子机制,即研究细胞器、生物大分子与生命活动之间的变化发展过程,研究它们之间的相互关系,以及它们与环境之间的相互关系。

13.支原体(mycoplasma)
又称霉形体,是最简单的原核细胞,支原体的大小介于细菌与病毒之间,直径为0.1~0.3um,约为细菌的十分之一,能够通过滤菌器。支原体形态多变,有圆形、丝状或梨形,光镜下难以看清其结构。支原体具有细胞膜,但没有细胞壁。它有一环状双螺旋DNA,没有类似细菌的核区(拟核),能指导合成700多种蛋白质。支原体细胞中惟一可见的细胞器是核糖体,每个细胞中约有800~1500个。支原体可以在培养基上培养,也能在寄主细胞中繁殖。
支原体没有鞭毛,无活动能力,可以通过分裂法繁殖,也有进行出芽增殖的。

14.结构域(domain)∶
生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域,特别指蛋白质中这样的区域。在球形蛋白中,结构域具有自己特定的四级结构,其功能部依赖于蛋白质分子中的其余部分,但是同一种蛋白质中不同结构域间常可通过不具二级结构的短序列连接起来。蛋白质分子中不同的结构域常由基因的不同外显子所编码。

15.模板组装(templateassembly)
由模板指导,在一系列酶的催化下,合成新的、与模板完全相同的分子。这是细胞内一种极其重要的组装方式,DNA和RNA的分子组装就属于此类。

16.酶效应组装(enzymaticassembly)
相同的单体分子在不同的酶系作用下,生成不同的产物。如以葡萄糖为原料既可合成纤维素,也可合成淀粉,就看进入那条酶促反应途径。

17.自体组装(selfassembly)
生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构,现代的概念应理解为不需要模板和酶系的催化,以别于模板组装和酶效应组装。其实,这种组装也需要一种称为分子伴侣的蛋白介导,如核小体的组装就需要核质素的介导。

18.引发体(primosome)
是蛋白复合体,主要成份是引物酶和DNA解旋酶,是在合成用于DNA复制的RNA引物时装配的。引发体与DNA结合后随即由引物酶合成RNA引物。

19.剪接体(splicesome)
进行hnRNA剪接时形成的多组分复合物,主要是有小分子的核RNA和蛋白质组成。

20原核细胞(prokaryoticcell)
组成原核生物的细胞。这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核,同时也没有核膜和核仁,只有拟核,进化地位较低。

21.古细菌(archaebacteria)
一类特殊细菌,在系统发育上既不属真核生物,也不属原核生物。它们具有原核生物的某些特征(如无细胞核及细胞器),也有真核生物的特征(如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成,核糖体对氯霉素不敏感),还具有它们独有的一些特征(如细胞壁的组成,膜脂质的类型)。因之有人认为古细菌代表由一共同祖先传来的第三界生物(古细菌,原核生物,真核生物)。它们包括酸性嗜热菌,极端嗜盐菌及甲烷微生物。可能代表了活细胞的某些最早期的形式。

22.真细菌(Bacteria,eubacteria)
除古细菌以外的所有细菌均称为真细菌。最初用于表示“真”细菌的名词主要是为了与其他细菌相区别。

23.中膜体(mesosome)
中膜体又称间体或质膜体,是细菌细胞质膜向细胞质内陷折皱形成的。每个细胞有一个或数个中膜体,其中含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶,为细胞提供呼吸酶,具有类似线粒体的作用,故又称为拟线粒体。

24.真核细胞(eucaryoticcell)
构成真核生物的细胞称为真核细胞,具有典型的细胞结构,有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质;遗传信息量大,并且有特化的膜相结构。真核细胞的种类繁多,既包括大量的单细胞生物和原生生物(如原生动物和一些藻类细胞),又包括全部的多细胞生物(一切动植物)的细胞。

25.生物膜结构体系(biomembranesystem)
细胞内具有膜包被结构的总称,包括细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体等。
膜结构体系的基本作用是为细胞提供保护。质膜将整个细胞的生命活动保护起来,并进行选择性的物质交换;核膜将遗传物质保护起来,使细胞核的活动更加有效;线粒体和叶绿体的膜将细胞的能量发生同其它的生化反应隔离开来,更好地进行能量转换。
膜结构体系为细胞提供较多的质膜表面,使细胞内部结构区室化。由于大多数酶定位在膜上,大多数生化反应也是在膜表面进行的,膜表面积的扩大和区室化使这些反应有了相应的隔离,效率更高。
另外,膜结构体系为细胞内的物质运输提供了特殊的运输通道,保证了各种功能蛋白及时准确地到位而又互不干扰。例如溶酶体的酶合成之后不仅立即被保护起来,而且一直处于监护之下被运送到溶酶体小泡。

26.遗传信息表达结构系统(geneticexpressionsystem)
该系统又称为颗粒纤维结构系统,包括细胞核和核糖体。细胞核中的染色质是纤维结构,由DNA和组蛋白构成。染色体的一级结构是由核小体组成的串珠结构,其直径为10nm,又称为10纳米纤维。核糖体是由RNA和蛋白质构成的颗粒结构,直径为15~25nm,由大小两个亚基组成,它是细胞内合成蛋白质的场所。

27.细胞骨架系统(cytoskeletonicsystem)
细胞骨架是由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构,包括细胞质骨架和细胞核骨架。细胞骨架系统的主要作用是维持细胞的一定形态,使细胞得以安居乐业。细胞骨架对于细胞内物质运输和细胞器的移动来说又起交通动脉的作用;细胞骨架还将细胞内基质区域化;此外,细胞骨架还具有帮助细胞移动行走的功能。细胞骨架的主要成分是微管、微丝和中间纤维。

28.细胞社会学(cellsociology)
细胞社会学是从系统论的观点出发,研究细胞整体和细胞群体中细胞间的社会行为(包括细胞间识别、通讯、集合和相互作用等),以及整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡等活动的调节控制。细胞社会学主要是在体外研究细胞的社会行为,用人工的细胞组合研究不同发育时期的相同细胞或不同细胞的行为;研究细胞之间的识别、粘连、通讯以及由此产生的相互作用、作用本质、以及对形态发生的影响等。
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细胞质膜与跨膜运输
1.膜(membrane)
通常是指分割两个隔间的一层薄薄的结构,可以是自然形成的或是人造的,有时很柔软。存在于细胞结构中的膜不仅薄,而且具有半透性(semipermeablemembrane),允许一些不带电的小分子自由通过。

2.细胞膜(cellmembrane)
细胞膜是细胞膜结构的总称,它包括细胞外层的膜和存在于细胞质中的膜,有时也特指细胞质膜。

3.胞质膜(cytoplasmicmembrane)
存在于细胞质中各膜结合细胞器中的膜,包括核膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜、线粒体膜、叶绿体膜、过氧化物酶体膜等。

4.细胞质膜(plasmamembrane)
是指包围在细胞表面的一层极薄的膜,主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定,并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外,在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。
真核生物除了具有细胞表面膜外,细胞质中还有许多由膜分隔成的各种细胞器,这些细胞器的膜结构与质膜相似,但功能有所不同,这些膜称为内膜(internalmembrane),或胞质膜(cytoplasmicmembrane)。内膜包括细胞核膜、内质网膜、高尔基体膜等。由于细菌没有内膜,所以细菌的细胞质膜代行胞质膜的作用。

5.生物膜(biomembrane,orbiologicalmembrane)
是细胞内膜和质膜的总称。生物膜是细胞的基本结构,它不仅具有界膜的功能,还参与全部的生命活动。

6.膜骨架(membraneskeleton)
细胞质膜的一种特别结构,是由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能,这种结构称为膜骨架。膜骨架首先是通过红细胞膜研究出来的。红细胞的外周蛋白主要位于红细胞膜的内表面,并编织成纤维状的骨架结构,以维持红细胞的形态,限制膜整合蛋白的移动。

7.血影蛋白(spectrin)
又称收缩蛋白,是红细胞膜骨架的主要成份,但不是红细胞膜蛋白的成份,约占膜提取蛋白的30%。血影蛋白属红细胞的膜下蛋白,这种蛋白是一种长的、可伸缩的纤维状蛋白,长约100nm,由两条相似的亚基∶β亚基(相对分子质量220kDa)和α亚基(相对分子质量200kDa)构成。两个亚基链呈现反向平行排列,扭曲成麻花状,形成异二聚体,两个异二聚体头-头连接成200nm长的四聚体。5个或6个四聚体的尾端一起连接于短的肌动蛋白纤维并通过非共价键与外带4.1蛋白结合,而带4.1蛋白又通过非共价键与跨膜蛋白带3蛋白的细胞质面结合,形成“连接复合物”。这些血影蛋白在整个细胞膜的细胞质面下面形成可变形的网架结构,以维持红细胞的双凹圆盘形状。

8.血型糖蛋白(glycophorin)
血型糖蛋白又称涎糖蛋白(sialoglycoprotein),因它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一个被测定氨基酸序列的蛋白质,有几种类型,包括A、B、C、D。血型糖蛋白B、C、D在红细胞膜中浓度较低。血型糖蛋白A是一种单次跨膜糖蛋白,由131个氨基酸组成,其亲水的氨基端露在膜的外侧,结合16个低聚糖侧链。血型糖蛋白的基本功能可能是在它的唾液酸中含有大量负电荷,防止了红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互聚集沉积在血管中。

9.带3蛋白(band3protein)
与血型糖蛋白一样都是红细胞的膜蛋白,因其在PAGE电泳分部时位于第三条带而得名。带3蛋白在红细胞膜中含量很高,约为红细胞膜蛋白的25%。由于带3蛋白具有阴离子转运功能,所以带3蛋白又被称为“阴离子通道”。带3蛋白是由两个相同的亚基组成的二聚体,每条亚基含929个氨基酸,它是一种糖蛋白,在质膜中穿越12~14次,因此,是一种多次跨膜蛋白。

10.锚定蛋白(ankyrin)
又称2.1蛋白。锚定蛋白是一种比较大的细胞内连接蛋白,每个红细胞约含10万个锚定蛋白,相对分子质量为215,000。锚定蛋白一方面与血影蛋白相连,另一方面与跨膜的带3蛋白的细胞质结构域部分相连,这样,锚定蛋白借助于带3蛋白将血影蛋白连接到细胞膜上,也就将骨架固定到质膜上。

11.带4.1蛋白(band4.1protein)
是由两个亚基组成的球形蛋白,它在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合,促使血影蛋白同肌动蛋白结合。带4.1蛋白本身不同肌动蛋白相连,因为它没有与肌动蛋白连接的位点。

12.内收蛋白(adducin)
是由两个亚基组成的二聚体,每个红细胞约有30,000个分子。它的形态似不规则的盘状物,高5.4nm,直径12.4nm。内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合,并且通过Ca2+和钙调蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性,从而影响红细胞的形态。

13.磷脂(phospholipids)
含有磷酸基团的脂称为磷脂,是细胞膜中含量最丰富和最具特性的脂。动、植物细胞膜上都有磷脂,是膜脂的基本成分,约占膜脂的50%以上。磷脂分子的极性端是各种磷脂酰碱基,称作头部。它们多数通过甘油基团与非极性端相连。磷脂又分为两大类:甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰肌醇等。
磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链,称为尾部,一般含有14~24个偶数碳原子。其中一条烃链常含有一个或数个双键,双键的存在造成这条不饱和链有一定角度的扭转。
磷脂烃链的长度和不饱和度的不同可以影响磷脂的相互位置,进而影响膜的流动性。各种磷脂头部基团的大小、形状、电荷的不同则与磷脂-蛋白质的相互作用有关。

14.胆固醇(cholesterol)
胆固醇存在于真核细胞膜中。胆固醇分子由三部分组成:极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较其他膜脂要小,双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
动物细胞膜胆固醇的含量较高,有的占膜脂的50%,大多数植物细胞和细菌细胞质膜中没有胆固醇,酵母细胞膜中是麦角固醇。

15.脂质体(liposome)
将少量的磷脂放在水溶液中,它能够自我装配成脂双层的球状结构,这种结构称为脂质体,所以脂质体是人工制备的连续脂双层的球形脂质小囊。脂质体可作为生物膜的研究模型,并可作为生物大分子(DNA分子)和药物的运载体,因此脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的极好材料。在构建导弹人工脂质体时,不仅要将被运载的分子或药物包入脂质体的内部水相,同时要在脂质体的膜上做些修饰,如插入抗体便于脂质体进入机体后寻靶。

16.整合蛋白(integralprotein)
又称内在蛋白(intrinsicprotein)、跨膜蛋白(transmembraneprotein),部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧,以非极性氨基酸与脂双分子层的非极性疏水区相互作用而结合在质膜上。实际上,整合蛋白几乎都是完全穿过脂双层的蛋白,亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面;疏水区同脂双分子层的疏水尾部相互作用;整合蛋白所含疏水氨基酸的成分较高。跨膜蛋白可再分为单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜等。跨膜蛋白一般含25%~50%的α螺旋,也有β折叠,如线粒体外膜和细菌质膜中的孔蛋白。

17.外周蛋白(peripheralprotein)
又称附着蛋白((protein-attached)。这种蛋白完全外露在脂双层的内外两侧,主要是通过非共价健附着在脂的极性头部,或整合蛋白亲水区的一侧,间接与膜结合。
外周蛋白可用高盐或碱性pH条件分离。实际上,有时外周蛋白与整合蛋白是难以区分的,因为许多膜蛋白是由多亚基组成的,其中有的亚基插入在脂双层,有些亚基则是外周蛋白。
外周蛋白为水溶性,占膜蛋白总量的20%~30%,在红细胞中占50%,如红细胞的血影蛋白和锚定蛋白都是外周蛋白。外周蛋白可以增加膜的强度,或是作为酶起某种特定的反应,或是参与信号分子的识别和信号转导。

18.脂锚定蛋白(lipid-anchored)
又称脂连接蛋白(lipid-linkedprotein),通过共价健的方式同脂分子结合,位于脂双层的外侧。同脂的结合有两种方式,一种是蛋白质直接结合于脂双分子层,另一种方式是蛋白并不直接同脂结合,而是通过一个糖分子间接同脂结合。
通过与糖的连接被锚定在膜脂上的蛋白质主要是通过短的寡糖与包埋在脂双层外叶中的糖基磷脂酰肌醇(glycosylphophatidylionositol,GPI)相连而被锚定在质膜的外侧。之所以能够在膜上发现这类脂锚定蛋白,是因为用特异识别和切割含有肌醇磷脂的磷脂酶处理细胞膜能释放出蛋白质。这类脂锚定蛋白通常是膜受体、酶和细胞粘着分子。一种很少见的贫血�阵发性血红蛋白夜尿就是GPI合成缺陷,导致红细胞容易破裂所至。
另一类存在于细胞质面脂锚定蛋白是通过长的包埋在脂双层中的碳氢链进行锚定的。目前至少发现两种蛋白(Src和Ras)是通过这种方式被锚定在质膜的细胞质面,提示这种锚定方式与细胞从正常状态向恶性状态转化有关。

19.片层结构模型(Lamellastructuremodel)
1935年JamesDanielli和HughDavson所提出,又称或三明治式模型。该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的内外两侧。1954年对该模型进行了修改:膜上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对膜的通透性。
这一模型是第一次用分子术语描述的结构,并将膜结构同所观察到的生物学理化性质联系起来,对后来的研究有很大的启发。
 
20.单位膜模型(unitmembranemodel)
1959年J.D.Robertson所提出。主要是根据电子显微镜的观察,发现细胞膜是类似铁轨结构(“railroadtrack”),两条暗线被一条明亮的带隔开,显示暗---明---暗的三层,总厚度为7.5nm,中间层为3.5nm,内外两层各为2nm。并推测:暗层是蛋白质,透明层是脂,并建议将这种结构称为单位膜。
单位膜模型是在片层结构模型的基础上发展起来的另一个重要模型。它与片层结构模型有许多相同之处,最重要的修改是膜脂双分子层内外两侧蛋白质存在的方式不同。单位膜模型强调的是蛋白质为单层伸展的β折叠片状,而不是球形蛋白。另外,单位膜模型还认为膜的外侧表面的膜蛋白是糖蛋白,而且膜蛋白在两侧的分布是不对称的。这一模型能够解释细胞质膜的一些基本特性,例如质膜有很高的电阻,这是由于膜脂的非极性端的碳氢化合物是不良导体的缘故;再如由于膜脂的存在,使它对脂溶性强的非极性分子有较高的通透性,而脂溶性弱的小分子则不易透过膜。
单位膜也有一些不足∶首先该模型把膜看成是静止的,无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化;其二,不同的膜其厚度不都是7.5nm,一般在5~10nm之间;其三,如果蛋白质是伸展的,则不能解释酶的活性同构型的关系。还有,该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离,有些则很难。

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