真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)

1、Chapter 2 真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu),Elementary Structure of Eularyotic Cell,細(xì)胞膜和細(xì)胞表面細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)線粒體核糖體細(xì)胞骨架細(xì)胞核,第一節(jié)、細(xì)胞膜和細(xì)胞表面,質(zhì)膜的功能質(zhì)膜的化學(xué)組成,,細(xì)胞膜（cell membrane）也稱為質(zhì)膜（plasma membrane）：是指包圍在細(xì)胞表面的一層極薄的膜，基本作用是保持細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定， 并參與同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息傳

2、遞。真核細(xì)胞內(nèi)還存在豐富的膜性結(jié)構(gòu)（內(nèi)膜），質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等方面具有相似性，故總稱為生物膜（biomembrane）。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。,質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和特性 細(xì)胞表面的分化,一、質(zhì)膜的功能 Function of plasma membrane,為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，包括代謝底物的輸入與產(chǎn)物排出；提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞；為多種酶提

3、供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效有序地進(jìn)行；介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接；參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。,二、質(zhì)膜的化學(xué)組成Chemical composition of plasma membrane,質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。不同類型細(xì)胞的質(zhì)膜和內(nèi)膜中，脂類和蛋白質(zhì)比例有較大差異。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含有等量的脂類和蛋白質(zhì)

4、。,膜脂（membrane lipid）膜脂是生物膜的基本組成成分， 約占質(zhì)膜的50%，主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類型。所有的膜脂都具有雙親媒性，即有一個(gè)親水末端(極性端)和一個(gè)疏水末端(非極性端)。這種性質(zhì)使生物膜具有屏障作用。,磷脂（phospholipid）是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50％以上。磷脂分子的主要特征是：具有一個(gè)親水的極性頭和兩個(gè)疏水的非極性尾（脂肪酸鏈）,,,膽固醇(cholesterol) 存

5、在于真核細(xì)胞膜中。動(dòng)物細(xì)胞膜膽固醇含量較高，有的占膜脂的50%，大多數(shù)植物細(xì)胞和細(xì)菌質(zhì)膜中沒(méi)有膽固醇分子較其他膜脂小，雙親媒性也較低。親水頭部朝向膜的外側(cè)，疏水的尾部埋在脂雙層的中央,脂質(zhì)體（liposome）脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。,人工脂質(zhì)體可用于：轉(zhuǎn)基因載體；藥物或酶等的載體；研究生物膜的特性,,膜蛋白（membrane protein）,生物膜的特定功能主要是由膜蛋白決定的

6、。功能越復(fù)雜的膜，其上的蛋白質(zhì)種類越多。核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右為膜蛋白。根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，可分為：整合蛋白（integral protein）外周蛋白（peripheral protein）脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）。,整合蛋白（integral protein）：部分或全部鑲嵌在脂雙層中或兩端露于膜兩側(cè)，以共價(jià)鍵與膜脂相互作用。,,內(nèi)在蛋白(intrinsic prote

7、in)， 跨膜蛋白(transmembrane protein)， 鑲嵌蛋白（mosaic protein）,外周蛋白（peripheral protein）：完全外露在脂雙層的內(nèi)外兩側(cè)，主要是通過(guò)非共價(jià)鍵附著在脂的極性頭部，或整合蛋白親水區(qū)的一側(cè), 間接與膜結(jié)合。,,,脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）：通過(guò)共價(jià)鍵的方式同脂分子結(jié)合，位于脂雙層的外側(cè)。蛋白質(zhì)與脂的結(jié)合有兩種方式：直接結(jié)合于脂雙分子層，或通

8、過(guò)一個(gè)糖分子間接同脂結(jié)合。,與膜脂或膜蛋白共價(jià)結(jié)合，位于質(zhì)膜外表面。提高膜的穩(wěn)定性，增強(qiáng)膜蛋白對(duì)ECM中蛋白酶的抗性；幫助膜蛋白的正確折疊和定位；參與細(xì)胞的信號(hào)識(shí)別和細(xì)胞粘著……,膜 糖(Membrane Carbohydrates),三、質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)和特性Molecular structure & character of plasma membrane,質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型（structure model of plas

9、ma membrane）膜的不對(duì)稱性（asymmetry of membrane）膜的流動(dòng)性（fluidity of membrane）,1.質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型structure model of plasma membrane,E. Overton 1895 發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過(guò)植物的細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過(guò)細(xì)胞膜，因此推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。E. Gorter & F. Grendel 19

10、25 用有機(jī)溶劑提取了人的紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測(cè)出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。,質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史,J. Danielli & H. Davson 1935 發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)。1959年在上述基礎(chǔ)上提出了修正模型，認(rèn)為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過(guò)。被稱為“雙分子片層”模型 （Lamella structure

11、model ）,,J. D. Robertson 1959 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7.5nm。這種結(jié)構(gòu)稱為單位膜模型（unit membrane model ）,,S. J. Singer & G. Nicolson 1972　根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”（fluid mosaic

12、model ）。,流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid-mosaic model,1）細(xì)胞膜由流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成；2）磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相，組成生物膜骨架；3）蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱性。這一模型強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性和不對(duì)稱性，較好地體現(xiàn)細(xì)胞的功能特點(diǎn)。也適用于原核細(xì)胞。1997年提出了脂筏模型（ lipid rafts model ）,2.膜的不對(duì)稱性 (

13、membrane asymmetry),細(xì)胞質(zhì)膜的不對(duì)稱性是指細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分在種類和數(shù)量的不均勻分布以及方向上的不對(duì)稱。不對(duì)稱性的意義：膜分子分布的不對(duì)稱性導(dǎo)致了膜內(nèi)外表面功能的不對(duì)稱性和方向性，是生物膜完成各項(xiàng)復(fù)雜生理功能的保證。,3.膜的流動(dòng)性 (membrane fulidity),膜的流動(dòng)性是指構(gòu)成膜的脂和蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)性。脂的流動(dòng)是造成膜流動(dòng)性的主要因素，很多因素影響膜脂的運(yùn)動(dòng)。膜蛋白的運(yùn)動(dòng)：由于相對(duì)分子質(zhì)量

14、較大，并受細(xì)胞骨架的影響，運(yùn)動(dòng)較慢。膜流動(dòng)性的意義：質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件，膜流動(dòng)性的異常改變會(huì)造成細(xì)胞功能障礙。如當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止。,四、細(xì)胞表面的分化Specialization of cell surface,細(xì)胞表面是指細(xì)胞外被、質(zhì)膜、質(zhì)膜內(nèi)面胞質(zhì)溶膠、各種細(xì)胞連接和細(xì)胞膜的其他特化結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。是以質(zhì)膜為核心的結(jié)構(gòu)和功能體系。細(xì)胞表面的主要功能是維持細(xì)胞相對(duì)穩(wěn)定的微

15、環(huán)境，實(shí)現(xiàn)其物質(zhì)交換，信息傳遞，細(xì)胞識(shí)別和免疫反應(yīng)等活動(dòng)。,細(xì)胞外被（cell coat）動(dòng)物細(xì)胞表面的一層富含糖類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞外被或糖萼（glycocalyx）。是由構(gòu)成質(zhì)膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成的，實(shí)質(zhì)上是質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的一部分。,膜骨架（membrane skeleton）膜骨架指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，包含微絲和微管，位于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)約0.2μm厚的溶膠層。參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理

16、功能。,,細(xì)胞連接（cell junction）,相鄰細(xì)胞膜接觸區(qū)域特化形成的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞連接（cell junction）?？煞譃槿箢惙忾]連接（occluding junction）錨定連接（anchoring junction）通訊連接（communication junction）。,封閉連接（occluding junction）,通常也稱緊密連接（tight junction），或封閉小帶（zonula occlu

17、dens），存在于脊椎動(dòng)物的上皮細(xì)胞間，相鄰細(xì)胞之間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒(méi)有縫隙。 緊密連接的主要作用是封閉相鄰細(xì)胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入細(xì)胞內(nèi)，從而保證了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細(xì)血管內(nèi)皮以及睪丸支持細(xì)胞之間都存在緊密連接。后二者是構(gòu)成血腦屏障和血睪屏障的基礎(chǔ)。,,2）錨定連接（anchoring junction）,粘合帶與粘合斑(合稱粘著連接或中間連接)粘合帶（adhesion belt）

18、一般位于上皮細(xì)胞頂側(cè)面的緊密連接下方。在粘合帶處相鄰細(xì)胞間隙約15～20nm，質(zhì)膜下方有與質(zhì)膜平行排列的肌動(dòng)蛋白束。粘合斑（adhesion plaque）位于細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間，通過(guò)整合素（integrin）把細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白束和基質(zhì)連接起來(lái)。連接處的質(zhì)膜呈盤狀。橋粒與半橋粒 橋粒（desmosome）：表皮細(xì)胞間大量存在，相鄰細(xì)胞間依賴質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的中間纖維錨定形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，很牢固，胞間隙30nm寬。,3）通訊連接（commun

19、ication junction）,縫隙連接（gap junction） 存在于大多數(shù)動(dòng)物組織。在連接處相鄰細(xì)胞間有2-4nm的縫隙在間隙與兩層質(zhì)膜中有大量直徑8nm的柱狀蛋白質(zhì)顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子（connexon），由6個(gè)亞單位環(huán)繞而成，中間留有1.5nm的親水性通道。分子量小于1.5KD的信息分子可以通過(guò)該通道。,3）通訊連接（communication junction）,胞間連絲（plasmodesma

20、ta）是植物細(xì)胞特有的通訊連接。是由穿過(guò)細(xì)胞壁的質(zhì)膜圍成的細(xì)胞質(zhì)通道，直徑約20～40nm。通道中的由膜圍成的管狀結(jié)構(gòu)，稱為連絲小管（desmotubule）。連絲小管由光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特化而成。,,胞間連絲在功能上與縫隙連接類似，它允許分子量小于800Da的分子通過(guò)，在相鄰細(xì)胞間起通訊作用。,,3）通訊連接（communication junction）,化學(xué)突觸（synapse）是存在于可興奮細(xì)胞間的一種連接方式，其作用是通過(guò)釋放神經(jīng)遞質(zhì)

21、來(lái)傳導(dǎo)興奮。由突觸前膜(presynaptic membrane)、突觸后膜(postsynaptic membrane)和突觸間隙(synaptic cleft)三部分組成,,,第二節(jié)、內(nèi)膜系統(tǒng),細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmic matrix or cytomatrix）內(nèi)膜系統(tǒng)（ endomembrane system ） 指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。包括核被膜、ER、GC、溶酶體等。

22、 功能：區(qū)室化，增加內(nèi)表面積，提高代謝和調(diào)節(jié)能力。區(qū)室化 (compartmentalization)：細(xì)胞質(zhì)中的膜性結(jié)構(gòu)將細(xì)胞內(nèi)部劃分了許多以膜包被的區(qū)室，形成執(zhí)行不同功能的細(xì)胞器——膜結(jié)合細(xì)胞器。區(qū)室化的意義：將功能相關(guān)的酶系統(tǒng)集中于一定區(qū)域，形成若干專一的功能區(qū)，使得各酶系統(tǒng)更有效地發(fā)揮作用。,Endomembrane System 意義：內(nèi)膜系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性質(zhì)，內(nèi)膜系統(tǒng)將細(xì)胞中的生化合成、分泌和內(nèi)吞作用連

23、接成動(dòng)態(tài)的、相互作用的網(wǎng)絡(luò)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白和脂通過(guò)分泌小泡運(yùn)送到工作部位（包括細(xì)胞外）；細(xì)胞通過(guò)內(nèi)吞途徑將細(xì)胞外的物質(zhì)送到溶酶體降解。,,一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) Endoplasmic Reticulum,K. R. Porter等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞，因最初看到的是位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）。 后來(lái)證明存在于真核 細(xì)胞的整個(gè)細(xì)胞質(zhì)。ER是細(xì)胞內(nèi)蛋

24、白質(zhì)與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和很多重要蛋白都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。,,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分類：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum, RER）:has ribosomes and is involved in secreted protein synthesis.滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ smooth endoplasmic reticulum, SER ）:lacks ribosomes and is invo

25、lved in membrane lipid synthesis,二、高爾基復(fù)合體 Golgi Complex,高爾基復(fù)合體GC又稱高爾基器(Golgi apparatus)或高爾基體，Camillo Golgi在1898年發(fā)現(xiàn)。高爾基復(fù)合體主要功能：蛋白質(zhì)的加工、分選、修飾和包裝；蛋白質(zhì)和脂類的膜泡運(yùn)輸與溶酶體的形成有關(guān),GC常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞膜之間，呈弓形或半球形。由數(shù)個(gè)扁平囊泡堆在一起形成的有極性的細(xì)胞器。,GC的形態(tài)

26、結(jié)構(gòu),凸出的一面對(duì)著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為形成面或順面（cis face）。凹進(jìn)的一面對(duì)著質(zhì)膜稱為成熟面或反面（trans face）。順面和反面都有一些或大或小的運(yùn)輸小泡，來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)和脂從形成面向成熟面轉(zhuǎn)運(yùn)——膜泡運(yùn)輸。扁平囊直徑約1μm，單層膜構(gòu)成，中間為囊腔，周緣多呈泡狀，4~8個(gè)扁平囊在一起，構(gòu)成高爾基體的主體(Golgi stack)。,順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)CGN/cis膜囊中間膜囊（medial Golgi）反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

27、TGN周圍大小不等的囊泡,,GC相互聯(lián)系的4個(gè)組成部分,,三、溶酶體 Lysosome,溶酶體是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類（標(biāo)志酶是酸性磷酸酶）的囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。,,溶酶體膜的特征：嵌有質(zhì)子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內(nèi)環(huán)境；具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)；膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白的降解。,溶酶體的類型： 初級(jí)溶酶體(primary lysosome) 是剛從反面高

28、爾基體形成的小囊泡, 僅含有水解酶類，但無(wú)作用底物，其中的酶處于非活性狀態(tài)。次級(jí)溶酶體(secondary lysosome) 含有水解酶和相應(yīng)的底物，是初級(jí)溶酶體與含作用底物的酸性次級(jí)內(nèi)體（late endosome）融合后，正在進(jìn)行消化作用的溶酶體。根據(jù)所消化底物的來(lái)源分為： 自噬性溶酶體(autolysosome) 異噬性溶酶體(heterolysosome) 殘余小體(residual body)

29、/后溶酶體( post-lysosome)已失去酶活性，僅留未消化的殘?jiān)?四、過(guò)氧化物酶體 Peroxisome,又稱微體(microbody)，是由單層膜圍繞的內(nèi)含一種或幾種氧化酶類的細(xì)胞器 直徑通常0.1-1.0μm，呈圓形，橢圓形或啞呤形。 標(biāo)志酶是過(guò)氧化氫酶。 主要功能：各類氧化酶的共性是將多種底物氧化后生成H2O2 。在細(xì)胞解毒、氧濃度調(diào)節(jié)、脂和氮代謝等方面起重要作用?！鶵+H2O2,第三節(jié)、線

30、粒體和葉綠體,一、線粒體（mitochondrion）二、葉綠體（chloroplast）,一、線粒體（ mitochondrion ）,1850年觀察到這種顆粒的存在，1898年命名。是細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化和形成ATP的主要場(chǎng)所。內(nèi)含眾多酶系，分布于線粒體的不同部位。數(shù)量：在不同類型的細(xì)胞中線粒體數(shù)目相差很大， 從一個(gè)到幾千個(gè)。肝細(xì)胞約1300個(gè)線粒體.分布：通常分布在細(xì)胞功能旺盛、需要ATP的部位或集中在有較多氧化底物的區(qū)域。

31、,線粒體分為外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四部分。,線粒體內(nèi)、外膜都是典型的單位膜。外膜通透性高，而內(nèi)膜高度不通透性。,外膜（out membrane）蛋白質(zhì)和脂類的比例大約3:2 ，具有porin（孔蛋白）構(gòu)成的親水通道，允許分子量5KD以下的分子通過(guò)。標(biāo)志酶為單胺氧化酶。內(nèi)膜（inner membrane）蛋白質(zhì)和脂類的比例高于3:1。心磷脂含量高（達(dá)20%）、缺乏膽固醇。通透性很低，僅允許不帶電荷的小分子物質(zhì)通過(guò)。標(biāo)志酶為細(xì)胞色

32、素C氧化酶。氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜。內(nèi)膜向內(nèi)皺折形成嵴(cristae)，嵴擴(kuò)大了內(nèi)膜的表面積。嵴上有一些顆粒朝向基質(zhì)，稱為F1顆粒(F1 particle) 。,膜間隙 (intermembrane space)：是內(nèi)外膜之間的腔隙，寬約6-8nm。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶基質(zhì)（matrix）：為內(nèi)膜和嵴包圍的空間。含有：催化三羧酸循環(huán)，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶類。標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶。線粒體DNA（mtDNA）

33、，及線粒體特有的核糖體，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。纖維絲和電子密度很大的致密顆粒狀物質(zhì)，內(nèi)含Ca2+、Mg2+、Zn2+等離子。線粒體具有半自主性：有自身的遺傳系統(tǒng)和蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)，但編碼是有限的，大多數(shù)還依賴核編碼。,二、葉綠體（chloroplast）,光合作用是地球上有機(jī)體生存和發(fā)展的根本源泉。綠色植物年產(chǎn)干物質(zhì)達(dá)1014公斤。,線粒體與葉綠體的相似性：①均由兩層膜包被，內(nèi)外膜的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有顯著

34、的差異。②均為半自主性細(xì)胞器，具有自身的DNA及轉(zhuǎn)譯體系。因此綠色植物細(xì)胞內(nèi)存在3個(gè)遺傳系統(tǒng)。③mtDNA或ctDNA不足以編碼線粒體或葉綠體所需的全部蛋白質(zhì)，必須依賴于核基因組編碼大多數(shù)蛋白質(zhì)。,第四節(jié)、核糖體,核糖體(ribosome)，是細(xì)胞內(nèi)一種核糖核蛋白顆粒(ribonucleoprotein particle，RNP), 其唯一功能是按照mRNA的指令將氨基酸合成蛋白質(zhì)多肽鏈，所以核糖體是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)器。Al

35、bert Claude于1930’s發(fā)現(xiàn)。核糖體是細(xì)胞內(nèi)數(shù)量最多的細(xì)胞器，單個(gè)或成群分布。原核細(xì)胞中也存在，功能相同，但結(jié)構(gòu)組成有很大差別。,核糖體的分類按存在的部位分三種類型：細(xì)胞質(zhì)核糖體、線粒體核糖體、葉綠體核糖體。按存在狀態(tài)分為：游離核糖體和附著核糖體。按存在的細(xì)胞類型分：真核細(xì)胞核糖體和原核細(xì)胞核糖體。原核細(xì)胞的核糖體較小， 沉降系數(shù)70S，相對(duì)分子質(zhì)量為2.5x103 kDa，由50S和30S兩個(gè)亞基組成；真核細(xì)胞

36、的核糖體較大， 沉降系數(shù)80S，相對(duì)分子質(zhì)量為3.9～4.5x103 kDa， 由60S和40S兩個(gè)亞基組成。,第五節(jié)、細(xì)胞骨架,細(xì)胞骨架（cytoskeleton）是指存在于真核細(xì)胞內(nèi)的蛋白纖維網(wǎng)架體系，主要包括三類蛋白纖維即微管、微絲和中間纖維。 分為細(xì)胞質(zhì)骨架和核骨架,細(xì)胞骨架的分布與功能微管主要分布在核周圍, 并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴(kuò)散。微絲主要分布在細(xì)胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。而中間纖維則分布在整個(gè)細(xì)胞中。細(xì)胞骨架對(duì)于維持細(xì)胞的形

37、態(tài)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性，以及在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞和細(xì)胞分化等一系列方面起重要作用。,,注意細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性,,一、微管（microtubule，MT）,微管是由微管蛋白（tubulin）組成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑24～26nm。呈網(wǎng)狀和束狀分布, 并能與其他蛋白共同組裝成紡錘體、基粒、中心粒、纖毛、鞭毛、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)。微管的功能：維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞器的定位鞭毛和纖毛運(yùn)動(dòng)紡錘體與染

38、色體運(yùn)動(dòng),微管的組成和結(jié)構(gòu),微管可裝配成單管，二聯(lián)管(纖毛和鞭毛中)，三聯(lián)管(中心粒和基體中)。單管由13條原纖維（protofilament）構(gòu)成。每一條原纖維由微管蛋白異二聚體線性排列而成。微管蛋白異二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α-tubulin和β-tubulin構(gòu)成。,,Nucleation： α-tubulin和β-tubulin形成異二聚體，先形成環(huán)狀核心(ring)，經(jīng)過(guò)側(cè)面增加異二聚體而擴(kuò)展為螺旋帶，當(dāng)螺旋帶加寬至13根原

39、纖維時(shí)，即合攏形成一段微管。Elongation：異二聚體從兩端加到已形成的微管上，不斷延長(zhǎng)。,微管的裝配過(guò)程,微管組裝的特點(diǎn)：微管具有極性，裝配快的為正極，慢的為負(fù)極。 大多數(shù)微管結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)，具有動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。適宜的溫度、高濃度GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件有利于微管聚合，相反則趨向于解聚。達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)表現(xiàn)踏車現(xiàn)象。主要由微管組成的比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)如軸突、纖毛、鞭毛，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的

40、原因。秋水仙素、長(zhǎng)春花堿抑制微管裝配；紫杉醇能促進(jìn)和穩(wěn)定微管組裝。,GTP濃度對(duì)微管聚合至關(guān)重要：每個(gè)管蛋白二聚體要結(jié)合2分子GTP，GTP-tubulin與微管末端的親和力大，易在末端聚合，GTP-tubulin濃度高時(shí)，聚合快微管延長(zhǎng)；聚合后微管內(nèi)的GTP易水解為GDP，GDP-tubulin與微管末端親和力小，易從另一端解聚。,微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心，提供微管組裝的核心。MTOC包括中心

41、體、基體、著絲點(diǎn)和微管星體等中心體（centrosome）包括一對(duì)三聯(lián)體微管構(gòu)成的中心粒（centriole）和中心粒周基質(zhì)（pericentriolar material，PCM）組成,微管組織中心（microtubule organizing center, MTOC）,二、微絲（microfilament）,又稱肌動(dòng)蛋白纖維（actin filament），是由兩股肌動(dòng)蛋白鏈螺旋形成的實(shí)心纖維，直徑約7nm 。主要由肌動(dòng)蛋白（a

42、ctin）構(gòu)成。排列成束、成網(wǎng)或分散于胞質(zhì)。廣泛存在于真核細(xì)胞，在具有運(yùn)動(dòng)功能的細(xì)胞中尤為發(fā)達(dá)參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、形態(tài)維持、肌肉收縮、胞質(zhì)分裂、形成微絨毛等功能,微絲的結(jié)構(gòu)和分子組成Actin是細(xì)胞內(nèi)含量最豐富的蛋白之一Actin有2種存在形式：球形單體G-actin：呈啞鈴形，中央有ATP等結(jié)合位點(diǎn)；由G-actin聚合成的纖維形多聚體F-actin。,微絲的組裝微絲也處于組裝和去組裝的動(dòng)態(tài)平衡中，有多種微絲結(jié)合蛋白的參與。

43、2-3個(gè)actin聚集成一個(gè)核心，ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，也存在踏車現(xiàn)象。聚合條件：ATP、適宜的溫度、存在K+和Mg2+。,多種微絲結(jié)合蛋白參與微絲的組裝和去組裝細(xì)胞松弛素（cytochalasin）特異地抑制微絲的聚合,三、中間纖維（intermediate filaments，IF）,10nm中空纖維，直徑介于微管和微絲之間。IF幾乎分布于所有動(dòng)物細(xì)胞，往往形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機(jī)械壓

44、力的細(xì)胞中含量豐富，如上皮細(xì)胞中。在核內(nèi)膜下的核纖層也屬于IF。IF成分比MF、MT復(fù)雜，具有組織特異性。不同類型細(xì)胞中的IF具有不同的成分、結(jié)構(gòu)和功能，根據(jù)其氨基酸序列至少分為5大類。,上皮細(xì)胞內(nèi)IF（角蛋白keratin）和細(xì)胞間的橋粒,波形蛋白vimentin,第六節(jié)、細(xì)胞核,細(xì)胞核（nucleus）是雙層單位膜包圍核物質(zhì)而形成的結(jié)構(gòu)。是細(xì)胞遺傳與代謝的信息調(diào)控中心。是真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞的最主要標(biāo)志。細(xì)胞核的形態(tài)、大小、

45、位置和數(shù)目因細(xì)胞類型而不同。主要結(jié)構(gòu)包括核膜、染色質(zhì)、核仁和核基質(zhì)。細(xì)胞核主要功能：通過(guò)遺傳物質(zhì)的復(fù)制和細(xì)胞分裂保持細(xì)胞世代間的連續(xù)性(遺傳); 通過(guò)基因的選擇性表達(dá), 控制細(xì)胞的活動(dòng)。,一、核膜 nuclear envelope,核膜的超微結(jié)構(gòu)：外核膜（outer nuclear membrane）內(nèi)核膜（inner nuclear membrane） 核纖層（nuclear lamina）核周間隙（pe

46、rinuclear space）核孔（nuclear pore）,核膜由雙層單位膜構(gòu)成,間期出現(xiàn)核被膜，單位膜構(gòu)成，每層7.5nm外核膜：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核糖體內(nèi)核膜：內(nèi)側(cè)有特異性蛋白核周間隙：寬20-40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通內(nèi)外核膜在核孔處融合核纖層（lamina）：位于內(nèi)核膜下的纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)，由三種核纖層蛋白多肽（lamin A-C）亞單位組成。可支持核膜，維持核的形態(tài)；為染色質(zhì)提供附著位點(diǎn)；參與核膜的裂解和重

47、建,二、染色質(zhì)和染色體,染色質(zhì)（chromatin）：指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu), 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體（chromosome）：指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中, 由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同，構(gòu)象不同。是同一物質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段周期性相互轉(zhuǎn)化的不同形態(tài)表現(xiàn)。,1.染色質(zhì)的化學(xué)組成,組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量

48、RNA比例：1:1:(1-1.5):0.05。DNA是遺傳信息的載體染色質(zhì)蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀,DNA是儲(chǔ)存遺傳信息的生物大分子。不同物種細(xì)胞的DNA含量并不與物種的復(fù)雜性完全一致,DNA 3種構(gòu)型：B-DNA、 A-DNA 、 Z-DNA。DNA 3種序列：?jiǎn)我恍蛄?；中度重?fù)序列（101~5）；高度重復(fù)序列（>105）。DNA 3種基本元素（功能元件）：自主復(fù)制序列(ARS)：提供復(fù)制的起始

49、位點(diǎn)著絲粒序列(CEN) ：將DNA平均分到子細(xì)胞端粒序列(TEL)：防止染色體末端的降解,組蛋白（histone）,組蛋白的分類和功能：核小體組蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。H1組蛋白：H1，在構(gòu)成核小體時(shí)起連接作用。組蛋白特點(diǎn)：真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，屬堿性蛋白質(zhì)，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和DNA中帶負(fù)電的磷酸基

50、團(tuán)緊密結(jié)合；除H1外，沒(méi)有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。,非組蛋白（nonhistone）,染色質(zhì)中組蛋白之外的所有蛋白總稱，屬酸性蛋白。種類的多樣性：主要包括核酸合成或分解、染色質(zhì)修飾有關(guān)的酶，以及作用于組蛋白的酶和其他結(jié)構(gòu)蛋白、調(diào)節(jié)蛋白等。功能的多樣性：幫助DNA折疊、協(xié)助DNA復(fù)制、調(diào)節(jié)基因表達(dá)等。能識(shí)別特異的DNA序列，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白,核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA和一

51、個(gè)組蛋白核心及一分子H1由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈，兩端由H1鎖住相鄰核小體之間以60bp左右的連接DNA相連通過(guò)核小體，DNA長(zhǎng)度壓縮7倍，形成11nm寬的纖維,核小體螺旋化（6個(gè)核小體繞一圈）形成30nm的中空螺線管（solenoid），長(zhǎng)度壓縮6倍。成為電鏡下可見的染色質(zhì)天然結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的包裝壓縮，形成染色體的機(jī)制還不確定。,3.常染

52、色質(zhì)與異染色質(zhì)常染色質(zhì)（euchromatin）指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)的染色質(zhì)，堿性染料不易著色。其DNA主要是單一序列和中度重復(fù)序列。 處于常染色質(zhì)狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，但常染色質(zhì)中并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)（heterochromatin）指間期核中折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分，堿性染料著色深，由高度重復(fù)DNA序列組成，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，為遺傳惰性區(qū)。 組成型或結(jié)構(gòu)異染

53、色質(zhì)、兼性或功能異染色質(zhì),4.染色體（chromosome）,染色體是DNA經(jīng)多步壓縮包裝而成的, 是染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu), 僅在細(xì)胞分裂時(shí)才出現(xiàn)。細(xì)胞有絲分裂中期染色體具有穩(wěn)定的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征。,壓縮7倍 壓縮6倍 壓縮40倍 壓縮5倍DNA——核小體——螺線管——超螺線管——染色單體,,人的染色體數(shù)目：2N＝46核型（karyotype）：核型是指染色體組在有絲分裂中期的表型, 是染色體數(shù)目、

54、大小、形態(tài)特征的總和。,染色體結(jié)構(gòu)的主要術(shù)語(yǔ)著絲粒（centromere）：是染色體中連接兩個(gè)染色單體, 并將染色單體分為 短臂和長(zhǎng)臂的部位。動(dòng)粒/著絲點(diǎn)（kinetochore）：主縊痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)與紡錘體微管連接的部位。端粒（telomere）：染色體末端特化部位，富含G-C，維持染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,中期染色體具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，由兩條姊妹染色單體構(gòu)成。,三、核仁（nucleolus）,核仁見于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，一般1

55、~2個(gè)，有的為多個(gè)。主要功能是合成rRNA和組裝核糖體單位。有多種結(jié)構(gòu)組分分別與其功能的不同事件有關(guān)。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。,核仁的功能主要涉及核糖體的生物發(fā)生，包括rRNA合成、加工和核糖體亞單位的裝配。三種基本核仁組分和其不同事件有關(guān)：FC是rRNA基因的儲(chǔ)存位點(diǎn)；轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處，并加工初始轉(zhuǎn)錄本；G

56、C負(fù)責(zé)裝配核糖體亞單位，是核糖體亞單位成熟和儲(chǔ)存的位點(diǎn)。,核仁周期（nucleolar cycle）：核仁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞周期的運(yùn)行,核基質(zhì)（nuclear matrix）或核骨架（nuclear skeleton）： ?狹義概念僅指核基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的纖維蛋白網(wǎng)架體系。 ?廣義概念應(yīng)包括核基質(zhì)、核纖層, 以及染色體骨架。核骨架是存在于真核細(xì)胞核內(nèi)真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系；核