[农学]细胞生物学复习要点.ppt

细胞生物学细胞生物学复习要点第第一一章章 绪绪论论一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科n细胞生物学是研究细胞基本生命规律的科学，从不同层次上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等。n分子细胞生物学是当今细胞生物学的重点。四大生命科学的基础学科四大生命科学的基础学科 细细胞胞生生物物学学 分分子子生生物物学学 神神经经生生物物学学 生生态态学学 总趋势细胞生物学与分子生物学细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融相互渗透与交融是总的是总的发展趋势。发展趋势。无论是对细胞结构与功能的深入研究无论是对细胞结构与功能的深入研究,还是还是对细胞重大生命活动规律的探索对细胞重大生命活动规律的探索,都需要用分都需要用分子生物学的新概念与方法子生物学的新概念与方法,在分子水平上进行在分子水平上进行研究研究.生物学三大基石：生物学三大基石：1866年年孟德尔的遗传学孟德尔的遗传学1859年年达尔文的进化论达尔文的进化论1838-1839年年 细胞学说细胞学说宏观意义生物产业的比重将逐步提高，目前药品中有生物产业的比重将逐步提高，目前药品中有15%15%基于生基于生物技术，这一数字据估计到物技术，这一数字据估计到20102010年会增加到年会增加到40%40%。生物芯生物芯片片已广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司已广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域，将会成为与微电子芯片一样重要的产业。法鉴定等领域，将会成为与微电子芯片一样重要的产业。转基因动植物的市场前景广阔，转基因动植物的市场前景广阔，2004 2004 年全球转基因作物的年全球转基因作物的种植面积已经达到种植面积已经达到81008100万公万公顷。顷。1 1、推动产业革命，创造新的经济生长点、推动产业革命，创造新的经济生长点2 2、推动医学革命，延长人类寿命、推动医学革命，延长人类寿命2020世纪初人类平均寿命约为世纪初人类平均寿命约为4040多岁左右，抗生素多岁左右，抗生素和疫苗的应用、医疗技术的提高和公共卫生观念的提和疫苗的应用、医疗技术的提高和公共卫生观念的提出使人类摆脱了传染病的威胁人类平均寿命逐渐提高，出使人类摆脱了传染病的威胁人类平均寿命逐渐提高，2020世纪末人类平均寿命达到世纪末人类平均寿命达到7070多岁。多岁。但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍然是威胁人类健康的主凶。然是威胁人类健康的主凶。2121世纪生物技术将推动新一轮医世纪生物技术将推动新一轮医学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、组织工程、基学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、组织工程、基因治疗、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。因治疗、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。1990 1990 美国国立卫生研究院（美国国立卫生研究院（NIHNIH）进行了世界首）进行了世界首例基因治疗，例基因治疗，给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的的4 4岁女孩实施了基因治疗。这种疾病是因为缺乏正常岁女孩实施了基因治疗。这种疾病是因为缺乏正常的腺苷脱氨酶（的腺苷脱氨酶（ADAADA）基因而引起的。专家们以病毒作）基因而引起的。专家们以病毒作为载体，将为载体，将ADAADA基因导入从患者血液中分离出来的淋巴基因导入从患者血液中分离出来的淋巴细胞，在体外培养后再输回病人体内，使这位女孩体细胞，在体外培养后再输回病人体内，使这位女孩体内内ADAADA酶的含量升高，免疫功能有所恢复，能正常活动酶的含量升高，免疫功能有所恢复，能正常活动而无副作用。这是世界首例基因治疗成功的病人，在而无副作用。这是世界首例基因治疗成功的病人，在此之后，全世界掀起基因治疗的热潮。此之后，全世界掀起基因治疗的热潮。2020世纪世纪6060年代，杂交玉米、杂交小麦和杂交水稻等农作年代，杂交玉米、杂交小麦和杂交水稻等农作物优质品种的栽培，标志着传统植物育种理论和各种农业措物优质品种的栽培，标志着传统植物育种理论和各种农业措施在作物改良中的应用达到了高峰，对农业产生了深远的影施在作物改良中的应用达到了高峰，对农业产生了深远的影响，被誉为第一次绿色革命。而二十一世纪转基因动植物、响，被誉为第一次绿色革命。而二十一世纪转基因动植物、组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改变农业的面貌，新技术将更有利于人们创造新品种、生产人变农业的面貌，新技术将更有利于人们创造新品种、生产人类所急需的粮食、药物和工业用品，推动第二次绿色革命。类所急需的粮食、药物和工业用品，推动第二次绿色革命。3 3、推动绿色革命，解决食品危机、推动绿色革命，解决食品危机4 4、创造生物新品种，改善生态环境、创造生物新品种，改善生态环境植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变改变1010亿亩干旱地区的生态环境，使亿亩干旱地区的生态环境，使5 5亿亩不毛之地、亿亩不毛之地、盐碱地变为良田。用于废气、废水、废渣处理的基因盐碱地变为良田。用于废气、废水、废渣处理的基因工程极端微生物的应用，可降解生物塑料产品的产业工程极端微生物的应用，可降解生物塑料产品的产业化推广，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题，化推广，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题，有效改善生态环境。有效改善生态环境。煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的开煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的开发具有十分重要的战略意义。全球生物质能的储量为发具有十分重要的战略意义。全球生物质能的储量为1800018000亿吨，相当于亿吨，相当于640640亿吨石油。生物能源将会使作物亿吨石油。生物能源将会使作物秸秆等废弃的有机物成为能源，为石油短缺国家解决能秸秆等废弃的有机物成为能源，为石油短缺国家解决能源危机问题找到一个较为经济的途径。利用源危机问题找到一个较为经济的途径。利用“绿金绿金”代代替替“黑金黑金”，已经成为许多国家的能源战略。除此之外，已经成为许多国家的能源战略。除此之外，植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气将成为继化石燃料之后主要的能源。的氢气将成为继化石燃料之后主要的能源。5 5、发展绿色能源，解决能源危机、发展绿色能源，解决能源危机6 6、生物安全关系到国家安全、生物安全关系到国家安全必须认识到生物技术是一柄双刃剑，生物工程武器必须认识到生物技术是一柄双刃剑，生物工程武器将彻底改变传统战争的方式与后果，没有对生物战剂、将彻底改变传统战争的方式与后果，没有对生物战剂、生物恐怖和外来入侵物种的防御与应对能力，就不能生物恐怖和外来入侵物种的防御与应对能力，就不能从根本上保障国家安全。从根本上保障国家安全。7 7、是冲击传统伦理观念、是冲击传统伦理观念转基因动植物、动物克隆、胚胎干细胞、组织工程、转基因动植物、动物克隆、胚胎干细胞、组织工程、器官移植技术的应用，将对人传统伦理观念产生强烈器官移植技术的应用，将对人传统伦理观念产生强烈冲击。冲击。第二章 细胞的统一性与多样性 一、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都是由细胞构成，只有病毒除外。（一）一切有机体都是由细胞构成，只有病毒除外。（二）细胞具有（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系独立的、有序的自控代谢体系 (三）三）细胞是有机体生长发育的基础细胞是有机体生长发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性（四）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性（五）（五）没有细胞就没有完整的生命没有细胞就没有完整的生命在亚显微结构水平上划分为三大基本结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系；以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系；以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系；以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系；由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。四、原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞与真核细胞结构与功能的比较见表2-2原核细胞与真核细胞遗传装置与基因表达方式比较见表2-3病毒的分类根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNADNA病毒与病毒与RNARNA病毒病毒 病毒的多样性病毒的多样性类病毒（类病毒（viroidviroid）仅由感染性的仅由感染性的RNARNA构成；构成；朊病毒（朊病毒（prionprion）仅由感染性的蛋白质亚基构成；仅由感染性的蛋白质亚基构成；知识点：有机体生长发育是依靠细胞的分裂、细胞体积增长、细有机体生长发育是依靠细胞的分裂、细胞体积增长、细胞分化与凋亡实现。胞分化与凋亡实现。病毒虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内病毒虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内才能表现出基本的生命特征。才能表现出基本的生命特征。除核区除核区DNA外，还存在可进行自主复制的遗传因子，外，还存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒，它常用作基因重组与基因转移的载体。称为质粒，它常用作基因重组与基因转移的载体。细胞壁的主要成分是纤维素、果胶质、半纤维素和木质细胞壁的主要成分是纤维素、果胶质、半纤维素和木质素等。素等。液泡是植物细胞的代谢库，还具有压力渗透计作用，保液泡是植物细胞的代谢库，还具有压力渗透计作用，保持细胞的膨胀状态。持细胞的膨胀状态。第三章 细胞生物学研究方法 细胞形态结构的观察方法细胞形态结构的观察方法细胞组分的分析方法细胞组分的分析方法细胞培养、细胞工程与显微操作技术细胞培养、细胞工程与显微操作技术用于细胞生物学研究的模式生物用于细胞生物学研究的模式生物第一节 细胞形态结构的观察方法 光学显微镜技术光学显微镜技术（light microscopylight microscopy）电子显微镜技术电子显微镜技术 (Electro microscopy)(Electro microscopy)扫描探针显微镜（扫描探针显微镜（Scanning Probe MicroscopeScanning Probe Microscope）扫描遂道显微镜扫描遂道显微镜 (scanning tunnelingmicroscope)(scanning tunnelingmicroscope)电镜与光镜的比较 显微显微显微显微镜镜镜镜分辨本分辨本分辨本分辨本领领领领光源光源光源光源透镜透镜透镜透镜真空真空真空真空成像原理成像原理成像原理成像原理LMLMLMLMTEMTEMTEMTEM200nm200nm200nm200nm0.2nm0.2nm0.2nm0.2nm可见光可见光可见光可见光（400-400-400-400-700700700700）电子束电子束电子束电子束（0.01-0.01-0.01-0.01-0.90.90.90.9）玻璃透玻璃透玻璃透玻璃透镜镜镜镜电磁透电磁透电磁透电磁透镜镜镜镜不要求真不要求真不要求真不要求真空空空空要求真空要求真空要求真空要求真空1.33x101.33x101.33x101.33x10-5-5-5-51.33x101.33x101.33x101.33x10-3 3 3 3PaPaPaPa利用样品对光的吸利用样品对光的吸利用样品对光的吸利用样品对光的吸收形成明暗反差和收形成明暗反差和收形成明暗反差和收形成明暗反差和颜色变化颜色变化颜色变化颜色变化利用样品对电子的利用样品对电子的利用样品对电子的利用样品对电子的散射和透射形成明散射和透射形成明散射和透射形成明散射和透射形成明暗反差暗反差暗反差暗反差第二节 细胞组分的分析方法 离心分离技术离心分离技术 细胞内核酸、蛋白质、糖与脂类等的显示方法细胞内核酸、蛋白质、糖与脂类等的显示方法 特异蛋白抗原的定位与定性特异蛋白抗原的定位与定性 细胞内特异核酸的定位与定性细胞内特异核酸的定位与定性 放射自显影技术放射自显影技术 定量细胞化学分析技术定量细胞化学分析技术n流式细胞术流式细胞术:n流式细胞术是对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门流式细胞术是对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。技术。n在分析或分选过程中，包在鞘液中的细胞通过高频振荡控在分析或分选过程中，包在鞘液中的细胞通过高频振荡控制的喷嘴，形成包含制的喷嘴，形成包含单个单个细胞的液滴，在激光束的照射下，细胞的液滴，在激光束的照射下，这些这些细胞发出散射光和荧光，经探测器检测，转换为电信细胞发出散射光和荧光，经探测器检测，转换为电信号，送入计算机处理，输出统计结果号，送入计算机处理，输出统计结果，并可根据这些性质，并可根据这些性质分选出高纯度的细胞亚群，分离纯度可达分选出高纯度的细胞亚群，分离纯度可达99。包被细胞的。包被细胞的液流称为鞘液，所用仪器称为流式细胞计（液流称为鞘液，所用仪器称为流式细胞计（flow cytometer）。）。第四章第四章 细胞质膜细胞质膜 n细胞质膜细胞质膜：是指围绕在细胞最外层，由：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。它不仅构脂质和蛋白质组成的生物膜。它不仅构成细胞边界，同时在细胞与环境之间物成细胞边界，同时在细胞与环境之间物质运输、能量转换及信息传递过程中也质运输、能量转换及信息传递过程中也起着重要作用。起着重要作用。n生物膜生物膜：细胞内的膜系统与细胞质膜统：细胞内的膜系统与细胞质膜统称为生物膜。称为生物膜。第二节 生物膜基本特征与功能 一、膜的流动性一、膜的流动性二、膜的不对称性二、膜的不对称性生物膜的模型类型生物膜的模型类型Davson 和和Danielli推测质膜中含有蛋白质成分，并推测质膜中含有蛋白质成分，并提出蛋白质提出蛋白质-脂质脂质-蛋白质的三明治式的质膜结构模蛋白质的三明治式的质膜结构模型。型。1959年，年，J.D.Robertson提出了单位膜模型，并推提出了单位膜模型，并推测所有生物膜都由单位膜构成。测所有生物膜都由单位膜构成。S.J.Singer和和G.Nicolson于于1972年提出了生物膜的年提出了生物膜的流动镶嵌模型，主要强调膜的流动性，即膜蛋白和流动镶嵌模型，主要强调膜的流动性，即膜蛋白和膜脂均可侧向移动；膜蛋白分布的不对称性，有的膜脂均可侧向移动；膜蛋白分布的不对称性，有的镶在膜表面，有的嵌入脂双分子层。镶在膜表面，有的嵌入脂双分子层。最近有人提出了脂筏模型，即在以甘油磷脂为主体最近有人提出了脂筏模型，即在以甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的脂筏一样载着执行某些相，如同漂浮在脂双层上的脂筏一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。特定生物学功能的各种膜蛋白。膜质主要包括膜质主要包括磷脂磷脂、糖脂糖脂和和胆固醇胆固醇3种类型。种类型。1、磷脂分为两类：甘油磷脂和鞘磷质。、磷脂分为两类：甘油磷脂和鞘磷质。2、糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含、糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量占膜脂的量占膜脂的5%以下，细胞糖脂有重要的生物学功能。以下，细胞糖脂有重要的生物学功能。3、胆固醇存在于动物细胞和少数植物细胞上，含、胆固醇存在于动物细胞和少数植物细胞上，含量不超过膜脂的量不超过膜脂的1/3。它在调节膜的流动性，增加膜。它在调节膜的流动性，增加膜的稳定性及降低水溶物质的通透性方面都起着重要的稳定性及降低水溶物质的通透性方面都起着重要作用，它还是脂筏的基本结构成分。作用，它还是脂筏的基本结构成分。脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定双层膜的趋势而制备的人工膜。稳定双层膜的趋势而制备的人工膜。膜蛋白分为三种基本类型：膜蛋白分为三种基本类型：外在膜蛋白外在膜蛋白；内内在膜蛋白在膜蛋白；脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白.膜的不对称性膜的不对称性膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在糖脂膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在糖脂表现为完全不对称性，糖侧链都在质膜的表现为完全不对称性，糖侧链都在质膜的ES面面上，糖脂的不对称性是其执行生理功能的结构基上，糖脂的不对称性是其执行生理功能的结构基础。础。所有膜蛋白都呈不对称分布。膜蛋白的不对所有膜蛋白都呈不对称分布。膜蛋白的不对称性表现在每种膜蛋白在质膜上都有一定的方向称性表现在每种膜蛋白在质膜上都有一定的方向性，与质膜相关的酶促反应也都发生在膜的一侧，性，与质膜相关的酶促反应也都发生在膜的一侧，特别是糖蛋白，其糖残基均匀分布在质膜的特别是糖蛋白，其糖残基均匀分布在质膜的ES表面上。生物膜的生物学功能主要是由膜蛋白来表面上。生物膜的生物学功能主要是由膜蛋白来决定的。决定的。1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；、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，包括底物的输入和产物的、选择性的物质运输，包括底物的输入和产物的输出，并伴随能量的传递；输出，并伴随能量的传递；3、提供细胞的识别位点，完成信号的跨膜转导；、提供细胞的识别位点，完成信号的跨膜转导；4、提供结合位点，促进酶促反应的高效进行；、提供结合位点，促进酶促反应的高效进行；5、介导细胞与细胞、细胞与胞外基质的连接；、介导细胞与细胞、细胞与胞外基质的连接；6、参与形成具有不同生物学功能的表面特化结构；、参与形成具有不同生物学功能的表面特化结构；7、膜蛋白可以作为某些疾病治疗的药物靶标。、膜蛋白可以作为某些疾病治疗的药物靶标。三、细胞质膜的基本功能三、细胞质膜的基本功能膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维膜骨架是指细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。并协助质膜完成多种生理功能。知识点：知识点：膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动，不需要细胞代谢产物的的参加，也不需要提动，不需要细胞代谢产物的的参加，也不需要提供能量。供能量。某些膜蛋白与膜下的细胞骨架相结合，限制了膜某些膜蛋白与膜下的细胞骨架相结合，限制了膜蛋白的运动。蛋白的运动。细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响周围膜细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响周围膜脂的流动。脂的流动。膜骨架网络与细胞质膜之间的连接主要通过锚蛋膜骨架网络与细胞质膜之间的连接主要通过锚蛋白。白。红细胞质膜的刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨红细胞质膜的刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨架复合体的相互作用来实现。架复合体的相互作用来实现。第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输 物质通过细胞膜的转运有三种方式：被动物质通过细胞膜的转运有三种方式：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用。运输、主动运输、胞吞与胞吐作用。v膜转运蛋白分为两类，一类是载体蛋白，一类是膜转运蛋白分为两类，一类是载体蛋白，一类是通道蛋白。它们的主要区别是采用不同的方式来通道蛋白。它们的主要区别是采用不同的方式来辨别溶质。通道蛋白根据溶质的大小和电荷进行辨别溶质。通道蛋白根据溶质的大小和电荷进行辨别，而载体蛋白只转运与载体蛋白上结合部位辨别，而载体蛋白只转运与载体蛋白上结合部位相适合的溶质分子，而且它在每次运输时都会发相适合的溶质分子，而且它在每次运输时都会发生构象的变化。生构象的变化。载体蛋白在被动运输和主动运输载体蛋白在被动运输和主动运输都要用到，通道蛋白只用于被动运输中。都要用到，通道蛋白只用于被动运输中。（一）载体蛋白及其功能在几乎所有生物膜上都有载体蛋白，它是普遍在几乎所有生物膜上都有载体蛋白，它是普遍存在、多次跨膜的蛋白质分子。它能与特定的溶质存在、多次跨膜的蛋白质分子。它能与特定的溶质分子结合，通过过一系列构象改变介导溶质分子的分子结合，通过过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜运输。它具有高度的选择性和饱和动力学特征，跨膜运输。它具有高度的选择性和饱和动力学特征，也能被底物类似物竞争性抑制，对也能被底物类似物竞争性抑制，对PHPH有依赖性。有依赖性。（二）通道蛋白 通道蛋白形成跨膜的离子选择性通道，它所介通道蛋白形成跨膜的离子选择性通道，它所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，只有大小和导的被动运输不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。它普遍存在于真核细胞电荷适宜的离子才能通过。它普遍存在于真核细胞的质膜和细胞内膜上。的质膜和细胞内膜上。协助扩散协助扩散是各种极性分子、无机离子及细胞代是各种极性分子、无机离子及细胞代谢物沿浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，该过程谢物沿浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，该过程不需要能量，与简单扩散统称为被动运输。在协助不需要能量，与简单扩散统称为被动运输。在协助扩散中，物质跨膜需要特异性的膜转运蛋白的协助。扩散中，物质跨膜需要特异性的膜转运蛋白的协助。主动运输主动运输是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度进是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度进行的跨膜转运的方式。根据能量来源不同可归纳为行的跨膜转运的方式。根据能量来源不同可归纳为ATPATP驱动泵直接供能和耦联转运蛋白间接供能及光能驱动泵直接供能和耦联转运蛋白间接供能及光能驱动三种。驱动三种。第二节 离子泵和协同转运所有所有ATPATP泵都是跨膜蛋白，根据蛋白结构和功泵都是跨膜蛋白，根据蛋白结构和功能分为四类：能分为四类：P-P-型离子泵；型离子泵；V-V-型质子泵；型质子泵；F-F-型质子泵和型质子泵和ABCABC超家族。前三种只转运离子，后一种转运小分子。超家族。前三种只转运离子，后一种转运小分子。钠钾泵由钠钾泵由2个个亚基和亚基和2个个亚基组成的亚基组成的4聚体。聚体。Na+依赖的磷酸化与依赖的磷酸化与K+依赖的去磷酸化引起构象变依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替进行，每个循环消耗化有序交替进行，每个循环消耗1个个ATP分子，泵出分子，泵出3个个Na+，泵入，泵入2个个K+。钠钾泵存在于动物细胞的质。钠钾泵存在于动物细胞的质膜上，一般的动物细胞要消耗膜上，一般的动物细胞要消耗1/3的总的总ATP来维持细来维持细胞内低胞内低Na+高高K+的离子环境，这种不均匀分布对维的离子环境，这种不均匀分布对维持细胞正常的生命活动，对神经冲动的传递及维持持细胞正常的生命活动，对神经冲动的传递及维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积都是非常必要的。它是一种典型的、基本的主动运输方式。它是一种典型的、基本的主动运输方式。钙泵是另一类钙泵是另一类P-P-离子泵，分布在所有真核离子泵，分布在所有真核细胞的质膜或细胞器膜上；它由细胞的质膜或细胞器膜上；它由10001000个氨基酸残个氨基酸残基组成的多肽构成的跨膜蛋白，与钠钾泵的基组成的多肽构成的跨膜蛋白，与钠钾泵的亚亚基同源；钙泵工作与基同源；钙泵工作与ATPATP水解相耦联，每消耗一水解相耦联，每消耗一个个ATPATP从细胞质基质转运出从细胞质基质转运出2 2个个CaCa2+2+，它将，它将CaCa2+2+输输出细胞或泵入内质网腔储存起来，维持细胞内低出细胞或泵入内质网腔储存起来，维持细胞内低浓度游离钙，它对肌细胞的收缩运动至关重要。浓度游离钙，它对肌细胞的收缩运动至关重要。四、协同转运协同作用是钠协同作用是钠-钾泵（或氢泵）与载体蛋白钾泵（或氢泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗协同作用，靠间接消耗ATPATP所完成的主动运输方所完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的动力直接来自膜两侧式。物质跨膜运动所需要的动力直接来自膜两侧离子的电化学梯度，而维持这种电化学梯度是通离子的电化学梯度，而维持这种电化学梯度是通过钠过钠-钾泵消耗钾泵消耗ATPATP实现的。协同转运分为同向转实现的。协同转运分为同向转运和异向转运。运和异向转运。第三节第三节 胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用 细胞内的膜泡转运分为两种途径：胞吞途径和细胞内的膜泡转运分为两种途径：胞吞途径和胞吐途径。前者是将细胞外的营养物质摄入到细胞胞吐途径。前者是将细胞外的营养物质摄入到细胞内，以维持细胞正常的代谢活动，后者将细胞内合内，以维持细胞正常的代谢活动，后者将细胞内合成的功能分子和代谢废物送到细胞外，转运过程中，成的功能分子和代谢废物送到细胞外，转运过程中，物质包裹在脂双层膜包被的囊泡中，因此又称为膜物质包裹在脂双层膜包被的囊泡中，因此又称为膜泡运输，它也属于主动运输。泡运输，它也属于主动运输。根据形成的胞吞泡的大小和胞吞物质，胞吞作根据形成的胞吞泡的大小和胞吞物质，胞吞作用又可分为两种类型：胞吞物为溶液，形成的囊泡用又可分为两种类型：胞吞物为溶液，形成的囊泡较小，则称为胞饮作用；胞吞物为颗粒性物质，形较小，则称为胞饮作用；胞吞物为颗粒性物质，形成的囊泡较大，则称为吞噬作用。成的囊泡较大，则称为吞噬作用。二者主要区别如下：1 1、大小不同，胞饮泡直径一般小于、大小不同，胞饮泡直径一般小于150nm150nm，而吞噬泡往往大于，而吞噬泡往往大于250nm250nm。2 2、所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液及可溶性分子，、所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液及可溶性分子，较大的颗粒则主要由特殊的吞噬细胞通过吞噬作用摄入。胞饮较大的颗粒则主要由特殊的吞噬细胞通过吞噬作用摄入。胞饮作用是一种连续发生的组成型过程，吞噬作用是一个信号触发作用是一种连续发生的组成型过程，吞噬作用是一个信号触发的过程。的过程。3 3、胞吞泡形成机制不同。胞饮泡的形成需要网格蛋白或这类蛋、胞吞泡形成机制不同。胞饮泡的形成需要网格蛋白或这类蛋白的帮助，吞噬泡的形成则需要有微丝及其结合蛋白的帮助。白的帮助，吞噬泡的形成则需要有微丝及其结合蛋白的帮助。组成型胞吐途径通过一种去限定途径来完成蛋白质组成型胞吐途径通过一种去限定途径来完成蛋白质的转运过程，在糙面内质网上合成的蛋白质除驻留的转运过程，在糙面内质网上合成的蛋白质除驻留或进入溶酶体和分泌泡外，其余均沿着糙面内质网或进入溶酶体和分泌泡外，其余均沿着糙面内质网高尔基体高尔基体分泌泡分泌泡细胞表面这一途径完成其运细胞表面这一途径完成其运转或分泌过程。转或分泌过程。知识点知识点在各种特异性蛋白中，水孔蛋白提供了水分子快在各种特异性蛋白中，水孔蛋白提供了水分子快速跨膜运动的通道。速跨膜运动的通道。主动运输都需要消耗能量，所需要的能量可直接主动运输都需要消耗能量，所需要的能量可直接来自来自ATPATP或来自电化学梯度。或来自电化学梯度。真核细胞无论是胞吞作用作用还是胞吐作用，都真核细胞无论是胞吞作用作用还是胞吐作用，都是通过膜泡运输方式进行的，并且转运的囊泡只与是通过膜泡运输方式进行的，并且转运的囊泡只与特定的靶膜融合，从而保证了物质有序地跨膜转运。特定的靶膜融合，从而保证了物质有序地跨膜转运。第六章第六章 细胞的能量转换细胞的能量转换线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体 线粒体和叶绿体是细胞内高效产线粒体和叶绿体是细胞内高效产ATP的装置。的装置。叶绿体通过光合作用将光能转化为化学能；线粒体叶绿体通过光合作用将光能转化为化学能；线粒体能将贮存在生物大分子中的化学能转换为细胞可直能将贮存在生物大分子中的化学能转换为细胞可直接利用的能源。接利用的能源。线粒体线粒体是真核细胞内一种高效地将有机物中存是真核细胞内一种高效地将有机物中存储的能量转换为细胞生命活动的直接能源储的能量转换为细胞生命活动的直接能源ATP的细的细胞器。线粒体通过氧化磷酸化进行转换胞器。线粒体通过氧化磷酸化进行转换 知识点知识点线粒体是一个动态细胞器，它具有多形性、易变性、线粒体是一个动态细胞器，它具有多形性、易变性、运动性和适应性，以线状和粒状最常见。运动性和适应性，以线状和粒状最常见。不同类型的细胞线粒体的数量都是不同的，同一细胞不同类型的细胞线粒体的数量都是不同的，同一细胞线粒体的数量相对稳定。线粒体的数量相对稳定。线粒体大小和数量能够反映出细胞对能量的需要。线粒体大小和数量能够反映出细胞对能量的需要。线粒体中的三羧酸循环是物质氧化的最终共同途径，线粒体中的三羧酸循环是物质氧化的最终共同途径，氧化磷酸化是生物获得能量的主要途径。氧化磷酸化是生物获得能量的主要途径。呼吸链中的电子载体按氧化还原电位从低向高排序。呼吸链中的电子载体按氧化还原电位从低向高排序。二、线粒体的功能线粒体是物质最终氧化分解的场所，主要功能线粒体是物质最终氧化分解的场所，主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞，为细胞提供直接能量。此外，还与细胞中氧自由基的合成，提供直接能量。此外，还与细胞中氧自由基的合成，调节细胞氧化还原电位和信号转导，调控细胞凋亡、调节细胞氧化还原电位和信号转导，调控细胞凋亡、基因表达、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平基因表达、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡等有关。衡等有关。（二）电子传递链与电子传递 在线粒体内膜上存在传递电子的一组酶的复合在线粒体内膜上存在传递电子的一组酶的复合体，由一系列能可逆地接受和释放电子或体，由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学的化学物质所组成，它们在内膜上相互关联地有序排列成物质所组成，它们在内膜上相互关联地有序排列成传递链，称为传递链，称为电子传递链或呼吸链电子传递链或呼吸链。1、电子载体电子载体在电子传递过程中，与释放的电子结合并将在电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的化合物称为电子载体。参与电子电子传递下去的化合物称为电子载体。参与电子传递链的电子载体有传递链的电子载体有5种：黄素蛋白、细胞色素、种：黄素蛋白、细胞色素、泛醌、铁硫蛋白和铜原子，它们都有氧化还原作泛醌、铁硫蛋白和铜原子，它们都有氧化还原作用。用。（四）ATP形成机制-氧化磷酸化 将将ADP转变为转变为ATP的过程称为磷酸化，的过程称为磷酸化，ADP磷磷酸化有酸化有2种途径，一是底物水平的磷酸化，即由相关种途径，一是底物水平的磷酸化，即由相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子分子上生成上生成ATP；另一种是氧化磷酸化，在呼吸链上与；另一种是氧化磷酸化，在呼吸链上与电子传递相耦联的由电子传递相耦联的由ADP被磷酸化形成被磷酸化形成ATP的酶促的酶促过程。氧化磷酸化是需氧细胞生命活动的主要能量过程。氧化磷酸化是需氧细胞生命活动的主要能量来源，是来源，是ATP生成的主要途径。生成的主要途径。叶绿体由叶绿体膜、类囊体和基质组成。叶绿体由叶绿体膜、类囊体和基质组成。二、叶绿体的主要功能光合作用高等植物的光合作用涉及两个过程：依赖光的高等植物的光合作用涉及两个过程：依赖光的反应，即光反应；碳同化反应或固碳反应。反应，即光反应；碳同化反应或固碳反应。光反应光反应包括原初反应和电子传递及光合磷酸化包括原初反应和电子传递及光合磷酸化两个步骤，是在类囊体膜上通过叶绿素等光合色素两个步骤，是在类囊体膜上通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，并将光能转换为电能，进而分子吸收、传递光能，并将光能转换为电能，进而转换为活跃的化学能，形成转换为活跃的化学能，形成ATP和和NADPH，同时产，同时产生生O2 固碳反应是在叶绿体基质中进行的酶促反应，固碳反应是在叶绿体基质中进行的酶促反应，利用光反应产生的利用光反应产生的ATP和和NADPH，将，将CO2还原为糖，还原为糖，即将活跃的化学能转换为稳定的化学能，最终贮存即将活跃的化学能转换为稳定的化学能，最终贮存在有机物中。在有机物中。（一）原初反应原初反应原初反应是指光合色素分子从被光激发至引起是指光合色素分子从被光激发至引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递与转换，反应的特点是时间短，光能利用率高，传递与转换，反应的特点是时间短，光能利用率高，可在低温下进行。可在低温下进行。2、光合磷酸化光合磷酸化由光照引起的电子传递与磷酸化作用耦联生由光照引起的电子传递与磷酸化作用耦联生成成ATP的过程称为光合磷酸化。的过程称为光合磷酸化。（三）光合碳同化碳同化碳同化是将光反应所产生的是将光反应所产生的ATP和和NADPH中的中的活跃的化学能，转换为储存在糖类中稳定的化学能活跃的化学能，转换为储存在糖类中稳定的化学能的过程，即的过程，即CO2的同化过程。高等动物的碳同化有的同化过程。高等动物的碳同化有三条途径：卡尔文循环；三条途径：卡尔文循环；C4途径和景天酸代谢途径。途径和景天酸代谢途径。1、卡尔文循环、卡尔文循环卡尔文循环固定卡尔文循环固定CO2的最初产物是甘油酸的最初产物是甘油酸-3-磷酸，也称磷酸，也称C3途径，它包括三个阶段：羧化、途径，它包括三个阶段：羧化、还原和还原和RuBP再生。再生。C3途径是靠光反应生成的途径是靠光反应生成的ATP及及NADPH作作能源，推动能源，推动CO2的固定、还原。每循环一次固定的固定、还原。每循环一次固定一个一个CO2，六次同化成一个已糖分子。固定一个，六次同化成一个已糖分子。固定一个CO2需要三分子需要三分子ATP和两分子和两分子NADPH。2、C4途径途径它们固定它们固定CO2的最初产物是草酰乙酸，通过的最初产物是草酰乙酸，通过C4途径固定的植物称为四碳植物。途径固定的植物称为四碳植物。3、景天酸代谢、景天酸代谢景天科植物为防止白天水分蒸发，在夜间吸进景天科植物为防止白天水分蒸发，在夜间吸进CO2，白天，白天CO2从苹果酸中经氧化脱羧释放出来，从苹果酸中经氧化脱羧释放出来，参与卡尔文循环，最后形成淀粉。淀粉在夜间又可参与卡尔文循环，最后形成淀粉。淀粉在夜间又可以分解，生成以分解，生成CO2的原初受体磷酸烯醇式丙酮酸。的原初受体磷酸烯醇式丙酮酸。第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因两套遗传系统的控制，所以称为半自其自身的基因两套遗传系统的控制，所以称为半自主性细胞器。主性细胞器。一、线粒体和叶绿体的DNA线粒体线粒体DNA（mtDNA）和叶绿体）和叶绿体DNA（ctDNA）呈双链环形，均可自我复制，采用）呈双链环形，均可自我复制，采用半保留方式进行。半保留方式进行。二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成不同来源的的线粒体基因的表达产物既有共性不同来源的的线粒体基因的表达产物既有共性也有差异。参加叶绿体组成的蛋白质来源有也有差异。参加叶绿体组成的蛋白质来源有3种：种：ctDNA编码在叶绿体核糖体上合成；由核编码在叶绿体核糖体上合成；由核DNA编码，编码，在细胞质核糖体上合成；由核在细胞质核糖体上合成；由核DNA 编码，在叶绿体编码，在叶绿体核糖体上合成。核糖体上合成。三、线粒体和叶绿体的蛋白质的运送与组装在细胞质中合成的线粒体和叶绿体中的前体蛋在细胞质中合成的线粒体和叶绿体中的前体蛋白由成熟形式的蛋白质和白由成熟形式的蛋白质和N端的前导肽共同组成。端的前导肽共同组成。导肽的结构有以下特征：1、含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是、含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸；精氨酸；2、羟基氨基酸如丝氨酸含量较高；、羟基氨基酸如丝氨酸含量较高；3、几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；、几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；4、形成既具亲水性又具疏水性的、形成既具亲水性又具疏水性的螺旋结构。螺旋结构。含导肽的前体蛋白在跨膜运送时，首先被线粒含导肽的前体蛋白在跨膜运送时，首先被线粒体表面的受体识别，同时还需要位于外膜上的体表面的受体识别，同时还需要位于外膜上的GIP蛋蛋白参与，促进线粒体前体蛋白从内外膜的接触部位白参与，促进线粒体前体蛋白从内外膜的接触部位通过内膜。通过内膜。蛋白质进入线粒体的部位是由其导肽所含信息蛋白质进入线粒体的部位是由其导肽所含信息决定的，但并非所有线粒体蛋白质合成时都含有导决定的，但并非所有线粒体蛋白质合成时都含有导肽。细胞质中合成的叶绿体前体蛋白，在肽。细胞质中合成的叶绿体前体蛋白，在N端也含有端也含有一个额外的氨基酸序列，称为转运肽，它不仅可以一个额外的氨基酸序列，称为转运肽，它不仅可以牵引叶绿体蛋