细胞生物学第四版市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

细胞生物学教学课件第一章第一章第七章第七章第1页第一章 绪论第一节 细胞生物学研究内容与现实状况第二节 细胞学与细胞生物学发展简史第2页第一节 细胞生物学研究内容与现实状况一、当代生命科学中一门主要基础前沿学科二、细胞生物学主要研究内容第3页细胞重大生命活动及其关系示意图(图1-1)第4页第二节 细胞学与细胞生物学发展简史一、细胞发觉二、细胞学建立及其意义三、细胞学经典时期四、试验细胞学与细胞学分支及其发展五、细胞生物学学科形成与发展第5页主要概念与学说 原生质体（protoplast）：去掉细胞壁植物细胞或其它去壁细胞。细胞学说（cell theory）：生物科学主要学说之一，包含三个基本内容：全部生命体均由单个或多个细胞组成；细胞是生命结构基础和功效单位；细胞只能由原有细胞分裂产生。第6页本章概要细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律学科，它是当代生命科学基础学科之一。细胞生物学研究主要方面包含：生物膜与细胞器；细胞信号转导；细胞骨架体系；细胞核、染色体及基因表示；细胞增殖及其调控；细胞分化及干细胞；细胞死亡；细胞衰老；细胞工程；细胞起源与进化。本章回顾了细胞学与细胞生物学发展简史，阐述了细胞学说建立及其主要意义，分析了细胞生物学学科形成基础与条件。细胞学与细胞生物学发展历史大致能够划分为以下几个阶段：细胞发觉；细胞学说建立；细胞学经典时期；试验细胞课时期；细胞生物学学科形成与发展。当今细胞生物学是以细胞作为生命活动基本单位这一概念为出发点，在各层次上探索生命现象最基本、最关键问题一门主要学科。第7页第二章 细胞统一性与多样性第一节 细胞基本特征第二节 原核细胞与古核细胞第三节 真核细胞第四节 病毒非细胞形态生命体第8页第一节 细胞基本特征一、细胞是生命活动基本单位二、细胞基本共性第9页人体由200各种不一样细胞组成（图2-1）第10页第二节 原核细胞与古核细胞一、原核细胞二、支原体最小最简单细胞三、细菌和蓝藻原核细胞两个代表类群四、古核细胞（古细菌）第11页生物界基本类群（图2-2）第12页支原体（A）及其模式图（B）（图2-3）第13页细菌结构（图2-4）第14页革兰氏阳性菌（A）与革兰氏阴性菌（B）细胞壁（图2-5）第15页细菌复制、转录和翻译同时进行（图2-6）第16页蓝藻（图2-7）第17页古细菌细胞膜脂（图2-8）第18页第三节 真核细胞一、真核细胞基本结构体系二、细胞大小及其影响原因三、原核细胞与真核细胞比较四、植物细胞与动物细胞比较第19页细胞大小及其调控（图2-9）第20页原核细胞与真核细胞基本特征比较（表2-1）第21页定殖于小鼠回肠末端分节丝状菌（图2-10）第22页动物细胞（A）和植物细胞（B）模式图（图2-11）第23页第四节 病毒非细胞形态生命体一、病毒基本知识二、病毒在细胞内增三、病毒与细胞在起源于进化中关系第24页牛传染性鼻气管炎病毒超微结构（图2-12）第25页类病毒电镜照片（图2-13）第26页病毒基本类型（图2-14）第27页病毒结构示意图（图2-15）第28页戊型肝炎病毒冷冻电镜图片（图2-16）第29页在细胞核内增殖腺病毒（图2-17）第30页病毒在细胞中增殖过程（图2-18）第31页电镜超微切片下山羊痘病毒（图2-19）第32页病毒核酸类型及其代表科（表2-2）第33页本章概要（一）细胞是一切生命活动基本单位，包含以下几个方面涵义：（1）一切有机体都由细胞组成，细胞是组成有机体形态结构单位。组成多细胞生物体细胞即使是“社会化”细胞，但它们又保持着形态结构独立性，每一个细胞含有自己完整结构体系。（2）细胞是有机体代谢与执行功效基本单位，在细胞内一切生化过程与试管内生化过程根本不一样点，是细胞有严格自动控制代谢体系，而且有确保完成生命过程有序性独立结构装置。（3）有机体生长与发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现。细胞是研究有机体生长与发育基础。（4）细胞是遗传基本单位，每一个细胞都含有遗传全能性（除少数特化细胞）。组成各种生物机体细胞种类繁多，结构与功效各异，但它们都含有基本共性：细胞膜，两种核酸（DNA与RNA），蛋白质合成机器核糖体与一分为二增殖方式，这些是细胞结构与生存不可缺乏基础。种类繁多细胞能够分为原核细胞与真核细胞两大类。近年认为原核细胞并不是统一一大类，提议将细胞划分为原核细胞、古核细胞与真核细胞三大类。支原体是迄今发觉最小最简单细胞，它已具备细胞基本结构，而且有作为生命活动基本单位存在主要特征。作为比支原体更小更简单细胞，又要维持细胞生命活动基本要求，似乎不大可能。第34页本章概要（二）细菌与蓝藻是原核细胞两个主要代表。原核细胞共同特征：没有核膜、遗传信息载体仅仅是一个裸露环状DNA分子，除核糖体与细胞质膜及其特化结构外，几乎不存在其它复杂细胞器。将原核细胞与真核细胞进行比较，从进化与动态观点分析，主要有两个基本差异：一是以生物膜系统分化与演变为基础，真核细胞形成了复杂内膜系统，构建成各种含有独立功效细胞器，双层核膜将细胞分隔为细胞核与细胞质两个基本部分；二是遗传结构装置扩增与基因表示方式对应改变。因为上述根本差异，真核细胞体积也对应增大，内部结构更趋复杂化，生命活动时间与空间布局更为严格，细胞内部出现精密网架结构细胞骨架。古核细胞在形态结构、遗传装置虽与原核细胞相同，但一些基本分子生物学特点又与真核细胞靠近。真核细胞结构能够概括为三大致系：（1）生物膜体系以及以生物膜为基础构建各种独立细胞器；（2）遗传信息表示结构体系；（3）细胞骨架体系。另外，细胞体积守恒规律及其制约原因分析，细胞形态结构和功效相关性与一致性，动植物细胞差异等均是真核细胞知识主要组成部分。病毒是非细胞形态生命体，但全部病毒，必须在细胞内才能表现它们基本生命活动复制与增殖。病毒是最小、最简单生命体，主要是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质组成复合结构，类病毒仅由一条有感染性RNA组成。病毒在细胞内复制（增殖）过程大致可分为：侵染、脱衣壳、早基因复制与表示、晚基因复制、结构蛋白合成、装配与释放等过程。第35页第三章 细胞生物学研究方法第一节 细胞形态结构观察方法第二节 细胞及其组分分析方法第三节 细胞培养与细胞工程第四节 细胞及生物大分子动态改变第五节 模式生物与功效基因组研究第36页第一节 细胞形态结构观察方法一、光学显微镜二、电子显微镜三、扫描隧道显微镜第37页几个显微镜可观察样品大小（箭头之间范围）及其分辨能力（右侧箭头所指位置）（图3-1）分辨率：能区分开两个质点间最小距离眼睛、光学显微镜和电子显微镜分辨率分别为：0.2mm、0.2m和0.2nm第38页一、光学显微镜（一）、普通复式光学显微镜（二）、相差显微镜和微分干涉显微镜（三）、荧光显微镜（四）、激光扫描共焦显微镜第39页（一）、普通复式光学显微镜第40页普通光学显微镜成像示意图（图3-2）第41页决定光学显微镜分辨率要素（图3-3）D 0.61 N sin(/2)D:分辨率：入射光波长N：介质折射率（1或1.5）：物镜镜口角第42页石蜡切片制备程序（图3-4）第43页（二）、相差显微镜和微分干涉显微镜相差显微镜：一个将相位差转变成振幅差（明暗差）显微镜，可观察不染色活细胞。微分干涉显微镜：一个将样品厚度上微小区分转化成明暗区分相差显微镜。第44页两束光波之间相互干涉（图3-5）A：相位相同时B:相位相反时第45页两种不一样类型光学显微镜所拍摄图像比较（图3-6）体外培养MDCK细胞图像A:普通显微镜所拍B：相差显微镜所拍第46页（三）、荧光显微镜因为荧光显微镜暗视野为荧光信号提供了强反差背景，非常微弱荧光信号亦可得以分辨。第47页荧光显微镜基本原理及其应用（图3-7）A:基本原理B：不一样荧光素所需激发波长与所产生荧光波长比较C：在有丝分裂中期中第48页（四）、激光扫描共焦显微镜激光扫描共焦显微镜：用聚焦极好激光束对样品单一景深层面进行快速扫描，从而取得“光学切片”效果显微镜。第49页激光扫描共焦显微镜原理图（图3-8）第50页荧光显微镜（A）和激光扫描共焦显微镜（B）所观察图像比较（图3-9）第51页二、电子显微镜（一）、电子显微镜基本知识 1.电子显微镜与光学显微镜基本区分 2.电子显微镜分辨本事与有效放大倍数 3.电子显微镜基本结构（二）、主要电镜制样技术 1.超薄切片技术 2.负染色技术 3.冷冻蚀刻技术 4.电镜三维重构与低温电镜技术 5.扫描电镜技术第52页（一）、电子显微镜基本知识1.电子显微镜与光学显微镜基本区分2.电子显微镜分辨本事与有效放大倍数3.电子显微镜基本结构第53页电子显微镜基本结构（A）和成像原理（B）（图3-10）第54页电子显微镜与普通光学显微镜基本区分（表3-1）第55页（二）、主要电镜制样技术1.超薄切片技术：切片厚度普通仅为4050nm2.负染色技术：用重金属盐对电镜样品进行染色技术，使得重金属盐沉积在样品周围，而样品不被染色，从而衬托出样品精细结构。3.冷冻蚀刻技术：样品经冷冻断裂后，在真空中短暂暴露，使断裂面上一层薄冰升华，暴露出蚀刻面，方便在电子显微镜下进行观察。4.电镜三维重构与低温电镜技术5.扫描电镜技术：利用电子在样品表面扫描产生二次电子成像显微镜。第56页几个固定剂对细胞不一样成份固定效果比较（表3-2）第57页电镜超薄切片样本制备示意图（图3-11）第58页超薄切片技术显示动物细胞超微结构（图3-12）第59页家蚕细小病毒负染色电镜照片（病毒直径20nm）（图3-13）第60页冰冻蚀刻技术示意图（图3-14）冷冻断裂复型：样品组织冷冻后，用刀口撞击，使样品沿阻力最小面断裂（通常在脂双层两小叶之间发生断裂），产生两个断裂面，用金属喷镀取得断裂面投影复制品，用于电子显微镜分析。第61页电子扫描断层成像技术显示细菌部分鞭毛及其复杂基部结构（箭头所指）（图3-15）第62页扫描电镜原理示意图（A），扫描电镜下可清楚地显示原生动物四膜虫表面纤毛和口器（B）（图3-16）第63页三、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜：一个利用隧道效应来探测微观世界物质表面形貌显微镜。第64页第二节 细胞及其组分分析方法一、用超离心技术分离细胞组分二、细胞成份细胞化学显示方法三、特异蛋白抗原定位与定性四、细胞内特异核酸定位与定性五、定量细胞化学分析与细胞分选技术第65页一、用超离心技术分离细胞组分第66页用差速离心法分离细胞匀浆中各种细胞组分（图3-17）第67页用密度梯度离心分离细胞组分示意图（图3-18）第68页二、细胞成份细胞化学显示方法为了测定蛋白质、核酸、多糖和脂质等细胞组分，通常利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合（反应）特征，经过显色剂在细胞中定位及颜色深浅来判断某种物质在细胞中分布和相对含量。第69页三、特异蛋白抗原定位与定性（一）、免疫荧光技术（二）、免疫电镜技术第70页直接免疫荧光标识与间接免疫荧光标识技术（图3-19）直接免疫荧光标识技术：利用偶联荧光分子抗体与细胞或细胞切片进行孵育，使抗体和对应抗原结合，在荧光显微镜下反抗原进行定位技术。间接免疫荧光标识技术：即不带荧光标识第一抗体与对应抗原孵育形成复合物后，再用荧光标识第二抗体识别第一抗体，从而显示抗原所在位置。第71页免疫胶体金电镜原位杂交技术基本原理与应用（膀胱上皮细胞膜蛋白分布：箭头所指）（图3-20）第72页四、细胞内特异核酸定位与定性原位杂交（in situ hybridization）：经过单链RNA或DNA探针对细胞或组织中基因或mRNA进行定位技术。第73页用原位杂交技术显示Z13基因在受精后1d斑马鱼胚胎体节、眼和松果体中表示（箭头所指）（图3-21）第74页五、定量细胞化学分析与细胞分选技术流式细胞术：一个用于核酸、蛋白质、染色体和细胞等定量、分离和分选技术。第75页流式细胞仪工作原理（图3-22）第76页第三节 细胞培养与细胞工程一、细胞培养二、细胞工程第77页一、细胞培养（一）、动物细胞培养（二）、植物细胞培养 原代培养：用直接从生物体取得细胞所进行培养。传代培养：在体外培养条件下对细胞一代接一代连续培养。细胞系：起源于动物或植物细胞，能够在体外培养过程中无限增殖细胞群体。第78页体外培养细胞（图3-23）A：正在生长分裂HeLe（宫颈瘤）细胞B:长满单层CHO（中国仓鼠卵巢）原代细胞第79页二、细胞工程（一）、细胞融合与单克隆抗体技术（二）、显微操作技术与动物克隆 细胞融合：两个细胞经过质膜接触并相互融合形成一个细胞过程。融合后细胞只有一个连续细胞质膜。单克隆抗体：来自单个细胞克隆所分泌抗体分子。杂交瘤技术：由一个正常产生抗体B淋巴细胞与一个恶性骨髓瘤细胞融合产生杂种细胞系。含有没有限增殖和产生单克隆抗体特征。细胞拆合：即先把细胞核与细胞质分离开来，然后把不一样起源核体和胞质体相互融合，形成核-质杂交细胞。第80页单克隆抗体制备过程示意图（图3-24）第81页应用显微注射技术进行细胞核移植（图3-25）第82页第四节 细胞及生物大分子动态改变一、荧光漂白恢复技术二、单分子技术与细胞生命活动研究三、酵母双杂交技术四、荧光共振能量转移技术五、放射自显影技术第83页一、荧光漂白恢复技术荧光漂白恢复技术：一个研究膜组分流动性技术。经过膜组分与荧光染料连接，用激光不可逆地漂白膜上某一荧光区域，然后依据漂白区荧光恢复速度，研究膜流动性。第84页荧光漂白恢复技术原理示意图（图3-26）第85页二、单分子技术与细胞生命活动研究单分子技术：一个在细胞内实时观察单一生物分子运动规律技术，可在纳米空间尺度和毫秒时间尺度上准确测量单分子距离、位置、指向、分布、结构以及各种动态过程。第86页利用光镊来硕士物单分子体系（图3-27）第87页三、酵母双杂交技术酵母双杂交技术：一个利用酵母基因表示系统在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用技术。第88页用于检测蛋白质-蛋白质互作酵母双杂交技术原理示意图（图3-28）第89页四、荧光共振能量转移技术荧光共振能量转移技术：一个用来检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用技术。第90页荧光共振能量转移原理图（图3-29）第91页五、放射自显影技术放射自显影技术：经过检测放射性标识物质在细胞内定位来观察某一特定生化反应过程技术。在含有放射性同位素组织切片上涂一薄层感光乳胶，乳胶经组织发出射线曝光、显影，在显微镜下经过观察银颗粒定位，能够获知细胞中有放射性信号位点。第92页惯用放射性同位素基本特点（表3-3）第93页电镜放射自显影图片（显示RNA合成部位）（图3-30）N：细胞核Nu：核仁SG：银颗粒第94页第五节 模式生物与功效基因组研究一、细胞生物学研究惯用模式生物二、突变体制备技术三、蛋白质组学技术第95页一、细胞生物学研究惯用模式生物（一）、大肠杆菌（二）、酵母（三）、线虫（四）、果蝇（五）、斑马鱼（六）、小鼠（七）、拟南芥第96页二、突变体制备技术RNA干扰（RNAi）：一个把双链小分子（或单链反义）RNA 导入细胞或模式生物体中使某mRNA降解或抑制其翻译活性技术。基因敲除：一个同源替换技术。第97页RNAi原理示意图（图3-31）第98页三、蛋白质组学技术（一）、双向凝胶电泳（二）、色谱技术（三）、质谱（四）、蛋白质芯片（五）、生物信息学第99页本章概要（一）细胞生物学研究不但包括各种试验伎俩，而且较其它生命学科更多地依赖于其研究方法和试验技术。从发觉细胞所使用光学显微镜，到将细胞超微结构展现在人们面前电子显微镜，直至到达原子尺度分辨率扫描隧道显微镜等仪器出现，使细胞形态结构与细胞组分研究伎俩发生了革命性改变。这种改变不但限于仪器分辨率水平提升，而且包含大量试验技术涌现。就仪器本身而言，如光学显微镜，也经历了前所未有改进和发展。所以了解各种仪器基本原理，相关试验技术操作关键点和所能处理问题就显得十分主要。如活体细胞能够用相差显微镜及微分干涉显微镜观察，荧光显微镜技术和扫描共焦显微镜与当代图像处理技术相结合在蛋白质与核酸等生物大分子定性与定位方面发挥了主要作用。超薄切片技术是观察细胞超微结构基础，扫描电镜技术则是观察细胞表面形貌有力工具；扫描隧道显微镜技术在纳米生物学研究领域含有独特优越性。细胞组分分离与纯化能够用超速离心等技术；成份分析与细胞结构观察结合依赖于细胞化学技术、免疫荧光技术、免疫电镜技术、原位杂交技术等。第100页本章概要（二）细胞培养技术是生命科学研究中一项基本技术，也是当今细胞工程乃至基因工程应用基础。干细胞体外培养与定向分化研究，也都是基于细胞体外培养技术建立与发展。生物大分子之间相互作用，尤其是在活体细胞中相互作用与动态改变是了解细胞生命活动机理关键课题之一，所以单分子技术及相关技术也就受到了亲密关注和越来越广泛应用。这里需要强调一下在处理细胞生物学很多问题中，最基本、最为有效路径之一，就是利用模式生物进行遗传分析方法。经典遗传分析方法是从表型到基因型研究，经过大量突变株诱变，从而了解特定基因生物学功效。细胞生物学中很多知识都是应用这一方法取得。基因克隆与转基因技术发展使由基因型到表型研究成为可能，即功效基因组学。如在基因层面上基因敲除，在RNA层面上RNA干涉等研究。借此，人们能够从基因突变到表型分析，快速、系统地了解基因功效。进而结合蛋白质组学和生物信息学分析伎俩，深入研究细胞生命活动，逐步揭示生命本质和运动规律（见下列图）。第101页本章概要（三）细胞生物学研究基本思绪第102页第四章 细胞质膜第一节 细胞质膜结构模型与基本成份第二节 细胞质膜基本特征与功效第103页细胞质膜与生物膜 细胞质膜（plasma membrane）：细胞与其外部环境之间生物膜，组成细胞界膜和选择性渗透屏障。质膜在物质运输、能量转换和信息传递过程中起着主要作用。生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内膜系统统称为生物膜。第104页第一节 细胞质膜结构模型与基本成份一、细胞质膜结构模型二、膜脂三、膜蛋白第105页一、细胞质膜结构模型脂双层（lipid bilayer）：生物膜膜脂分子基于亲水和疏水相互作用而自我组装形成一个双分子层结构，其疏水尾部在内，而亲水性头部朝向水相。流动镶嵌模型（fluid mosaic model）：一个关于生物膜动态结构模型，脂双层上镶嵌着蛋白质是膜基本结构，脂质和膜蛋白是可流动和不对称分布，它们经过在膜内运动与其它膜分子发生相互作用。脂筏（lipid raft）：生物膜上富含鞘磷脂和胆固醇相对有序微小区域，与生物膜一些特定功效发挥相关。第106页电镜超薄切片技术显示细胞质膜结构（图4-1）第107页生物膜模型（图4-2）A：流动镶嵌模型示意图B：生物膜结构示意图第108页细胞膜脂筏模型示意图（图4-3）第109页病毒出芽过程中细胞质膜动态改变（图4-4）第110页二、膜脂（一）、成份（二）、膜脂运动方式（三）、脂质体第111页（一）、成份1.甘油磷脂2.鞘脂3.胆固醇第112页膜脂基本类型（图4-5）A：甘油磷脂B：鞘磷脂与糖脂C：胆固醇两亲性分子（amphipathic molecule）：一个主要生物学特征，分子中同时含有亲水区和疏水区。第113页脂分子极性头空间占位对脂双层曲度影响（图4-6）PC：磷脂酰胆碱（卵磷脂）PE：磷脂酰胆胺（脑磷脂）第114页不一样膜脂成份脂双层厚度比较（图4-7）A：卵磷脂B：鞘磷脂第115页（二）、膜脂运动方式沿膜平面侧向运动围绕轴心自旋运动尾部摆动在脂双层上翻转运动（普通极少发生）第116页（三）、脂质体脂质体（liposome）：在水溶液环境中，一个由人工形成球形脂双层结构。第117页几个类型脂质体（图4-8）第118页三、膜蛋白（一）、膜蛋白类型（二）、内在膜蛋白与膜脂结合方式（三）、去垢剂第119页（一）、膜蛋白类型外周膜蛋白（peripheral protein）：位于磷脂双分子层表面，经过非共价键与膜脂或膜蛋白发生相互作用一个膜结合蛋白。内在膜蛋白（intrinsic membrane protein）或整合膜蛋白（integral protein）：镶嵌或横跨脂双层膜结合蛋白。脂锚定膜蛋白（lipid anchored protein）：位于脂双层表面，与脂双层内脂分子共价连接膜结合蛋白。第120页膜蛋白基本类型（图4-9）第121页脂锚定膜蛋白 3种类型（1）脂肪酸（豆蔻酸或软脂酸）结合到膜蛋白N端Gly残基上（2）由15或20个碳链长烃链结合到膜蛋白C端Cys残基上（有时还有另一条烃链或脂肪酸链结合到近C端Cys残基上）（3）经过糖脂锚定在质膜（外侧）上，如GPI（磷脂酰肌醇糖脂）锚定方式。第122页脂锚定膜蛋白3种基本类型（图4-10）第123页（二）、内在膜蛋白与膜脂结合方式 内在膜蛋白是跨膜蛋白，由胞质外结构域、跨膜结构域和胞质内结构域3部分组成。其中跨膜结构域是与膜脂结合主要部位，详细作用方式以下：（1）跨膜结构域是由含有20个左右疏水氨基酸残基螺旋组成：如单次跨膜或屡次跨膜；由多个螺旋形成特异极性分子跨膜通道内侧是极性，而外侧是非极性。（2）跨膜结构域主要是由多个含有1012个氨基酸残基折叠片组成，如孔蛋白（porin）。孔蛋白存在于线粒体和叶绿体外膜上内在膜蛋白，形成非选择性通道。第124页内在膜蛋白与膜脂结合方式示意图（图4-11）第125页转运甘油水孔蛋白G1pf三维结构图像（图4-12）水孔蛋白（aquaporin）：动植物细胞质膜上转运水分子特异蛋白，为水分子快速跨膜运动提供通道。第126页3-磷酸甘油转运蛋白三维结构图像（图4-13）第127页（三）、去垢剂去垢剂（detergent）：一端亲水、另一端疏水两性分子，是分离和研究膜蛋白惯用试剂。去垢剂分为离子型去垢剂和非离子型去垢剂：前者如十二烷基硫酸钠（SDS），后者如Triton X100第128页利用去垢剂萃取和研究膜蛋白（图4-14）B：用不一样去垢剂处理膀胱上皮细胞质膜所萃取膜蛋白SDS凝胶电泳图谱第129页第二节 细胞质膜基本特征与功效一、膜流动性二、膜不对称性三、细胞质膜相关膜骨架四、细胞质膜基本功效第130页一、膜流动性（一）、膜脂流动性（二）、膜蛋白流动性（三）、膜脂和膜蛋白运动速率检测第131页（一）、膜脂流动性脂肪酸链越短，不饱和程度越高，则膜脂流动性越大。鞘脂相变温度普通高于磷脂。胆固醇起束尾和疏开双重作用，但通常胆固醇是起到预防膜脂由液相变成固相以确保膜脂处于流动状态作用。第132页（二）、膜蛋白流动性荧光抗体免疫标识试验：两种荧光标识细胞融合对半均匀成斑成帽膜蛋白在脂双层二维溶液中运动是自发热运动细胞骨架既限制膜蛋白运动，也影响其周围膜脂流动惯用非离子去垢剂把膜蛋白溶解下来第133页（三）、膜脂和膜蛋白运动速率检测在荧光漂白恢复技术中，依据荧光恢复速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。脂分子与蛋白质分子及蛋白质分子之间相互作用束缚膜蛋白自由扩散。第134页二、膜不对称性（一）、细胞质膜各膜面名称（二）、膜脂不对称性（三）、膜蛋白不对称性第135页（一）、细胞质膜各膜面名称第136页生物膜各膜面名称（图4-15）ES：质膜细胞外表面PS：质膜原生质表面EF：质膜细胞外小叶断裂面PF：质膜原生质小叶断裂面第137页细胞膜系统拓扑学结构示意图（图4-16）图中显示：细胞膜系统在膜泡出芽、融合及转运过程中，其拓扑学结构保持不变。第138页（二）、膜脂不对称性同一个膜脂在脂双层中分布不一样糖脂仅存在于质膜外小叶中及内膜ES面（内面）第139页磷脂在人红细胞质膜上分布示意图（图4-17）在外小叶中多者：SM：鞘磷脂 PC：卵磷脂在内小叶中多者：PE：脑磷脂 PS：磷脂酰丝氨酸 PI：磷脂酰肌醇无偏重者：CI：胆固醇第140页（三）、膜蛋白不对称性同一个膜蛋白在脂双层中分布含有特定方向或拓扑学特征糖蛋白糖基位于质膜ES面各种生物膜特征和功效主要是由膜蛋白来决定第141页人ABO血型抗原寡糖链结构比较（图4-18）第142页三、细胞质膜相关膜骨架（一）、膜骨架 膜骨架是指质膜下与膜蛋白相连纤维蛋白网架，参加维持质膜形状并帮助质膜完成各种生理功效。（二）、红细胞生物学特征 血影是指红细胞（既无细胞核又无内膜系统）经低渗处理，释放出血红蛋白和胞内其它可溶性蛋白后，留下仍保持原来基本形状和大小红细胞结构。血影是研究质膜结构及其与膜骨架关系理想材料。（三）、红细胞质膜蛋白及膜骨架第143页红细胞膜骨架基本结构与成份（图4-19）A：红细胞血影 C：血影负染照片（显示膜骨架）B：SDS-PAGE对血影成份分析 D：膜骨架与膜蛋白结合示意图第144页深度蚀刻电镜图片显示小鼠耳部外毛细胞细胞质膜与膜骨架（图4-20）第145页四、细胞质膜基本功效1.为细胞生命活动提供相对稳定内环境2.选择性物质运输3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传导。4.为各种酶提供结合位点5.介导细胞与细胞、细胞与胞外基质之间连接6.参加形成细胞表面特化结构7.膜蛋白异经常与一些遗传病、癌、本身免疫病甚至是将推行性疾病相关，很多膜蛋白可作治疗药品靶标。脂筏和胞膜窖含有特殊功效第146页本章概要细胞质膜与其它生物膜一样都是由膜脂与膜蛋白组成。膜蛋白可分为膜内在蛋白与膜周围蛋白。脂双分子层组成了膜基本结构，其中包含脂筏结构。各种不一样膜蛋白与膜脂分子协同作用不但为细胞生命活动提供了稳定内环境,而且还行使着物质转运、信号传递、细胞识别等各种复杂功效。流动性和不对称性是生物膜基本特征，也是完成其生理功效必要确保。膜骨架是细胞质膜与膜内细胞骨架纤维形成复合结构，它参加维持细胞形态并帮助细胞质膜完成各种生理功效。第147页第五章 物质跨膜运输第一节 膜转运蛋白与小分子物质跨膜运输第二节 ATP驱动泵与主动运输第三节 胞吞作用与胞吐作用第148页第一节 膜转运蛋白与小分子物质跨膜运输一、脂双层不透性与膜转运蛋白二、小分子物质跨膜运输类型第149页一、脂双层不透性与膜转运蛋白（一）、载体蛋白及其功效（二）、通道蛋白及其功效第150页经典哺乳动物细胞内外离子浓度比较（表5-1）细胞内最丰富阳离子是K+，细胞外最丰富阳离子是Na+。离子浓度差异分布由脂双层疏水特征和膜转运蛋白活性来调控。膜转运蛋白（membrane transport protein）即参加质膜上物质跨膜转运蛋白质，包含载体蛋白（transporter,carrier protein）和通道蛋白（channel protein）两类。第151页（一）、载体蛋白及其功效载体蛋白（carrier protein transporter）：与特异溶质结合，经过本身构象改变介导物质跨膜转运。不一样部位生物膜含有与各自功效相关载体蛋白。载体蛋白即可介导被动运输，又可介导主动运输。第152页载体蛋白经过构象改变介导溶质（葡萄糖）被动运输模型（图5-1）第153页载体蛋白举例（表5-2）第154页（二）、通道蛋白及其功效通道蛋白（channel protein）：经过形成亲水性通道介导特异溶质跨膜转运。通道蛋白包含3种类型：离子通道（ion channel）、孔蛋白（porin）和水孔蛋白（AQP）。通道蛋白形成高效性、选择性和门控性跨膜通道。第155页3种类型离子通道示意图（图5-2）A：电压门通道 B、C：配体门通道 D：应力激活通道第156页二、小分子物质跨膜运输类型（一）、简单扩散（simple diffusion）（二）、被动运输（passive transport）（三）、主动运输（active transport）第157页跨膜运输类型（图5-3）第158页（一）、简单扩散简单扩散（simple diffusion）：小分子物质以热自由运动方式顺着电化学梯度或浓度梯度直接经过脂双层进出细胞，既不需要细胞供能，也不需要膜转运蛋白帮助。电化学梯度（electrochemical gradient）：离子电荷和浓度总差异，决定物质在两个区域之间运动扩散能力。不一样性质小分子物质跨膜运动速率差异极大。第159页不一样性质分子经过无膜转运蛋白人工脂双层（图5-4）第160页（二）、被动运输被动运输（passive transport）：在膜转运蛋白帮助下，物质从高电化学势或高浓度一侧向低电化学势或低浓度一侧跨膜运输形式，又称帮助扩散（facilitated diffusion）。第161页水孔蛋白（AQP1）分布与结构示意图（图5-5）A：豚鼠质膜电镜照片 B：水孔蛋白（AQP1）C：水孔蛋白一个亚基（由3对同源跨膜螺旋组成）D：一个亚基三维结构示意图第162页部分水孔蛋白举例（表5-3）第163页（三）、主动运输主动运输（active transport）：由载体蛋白所介导物质逆着电化学梯度或浓度梯度进行跨膜运输方式。它是一个需要消耗能量物质跨膜运输过程。主动运输常可分为3种类型：ATP驱动泵（由ATP直接供能）、协同转运蛋白（由ATP间接供能）和光驱动泵第164页主动运输3种类型1.ATP驱动泵（ATP-driven pump）：能直接把ATP水解（ATPase）并利用该能量介导离子或小分子物质逆电化学梯度或浓度梯度进行跨膜运输载体蛋白（泵）。2.协同转运蛋白（cotransporter）：介导两种物质协同（偶联）跨膜运输两类跨膜转运蛋白，是一个间接消耗ATP主动运输过程。普通前一个跨膜转运蛋白负责逆梯度跨膜运输一个物质，后一个跨膜转运蛋白则负责顺梯度跨膜运输另一个物质，二者偶联起来进行。两种物质运输方向相同者称为同向协同转运蛋白（symporter），相反者则称为反向协同转运蛋白（antiporter）。光驱动泵（light-driven pump）：对物质主动运输与光能吸收相偶联（如菌紫红质）。第165页主动运输3种类型（图5-6）第166页第二节 ATP驱动泵与主动运输一、P型泵二、V型质子泵和F型质子泵三、ABC超家族四、离子跨膜转运与膜电位第167页4种类型ATP驱动泵（图5-7）前3种转运离子，后一个转运小分子。第168页一、P型泵P型泵（P-type pump）：全部P型泵都有2个独立催化亚基，含有ATP结合位点；绝大多数还含有2个起调整作用小亚基。因为这类转运泵水解ATP使本身形成磷酸化（phosphorylation）中间体，所以称为P型泵。大多数P型泵都是离子泵。（一）、Na+-K+泵（Na+-K+pump）（二）、Ca2+泵（Ca2+pump）和P型H+泵（P-type H+pump）第169页（一）、Na+-K+泵Na+-K+泵（Na+-K+pump）：又称Na+-K+ATPase，能水解ATP，使亚基磷酸化或去磷酸化，将3个Na+泵出细胞，而将2个K+泵入细胞膜转运载体蛋白。1.Na+-K+泵结构与转运机制2.Na+-K+泵主要生理功效第170页Na+-K+泵结构（A）与工作模式（B）示意图（图5-8）Na+依赖性磷酸化和K+依赖性去磷酸化引发Na+-K+泵构象发生有序改变每个工作循环消耗1个ATP分子，能够逆着电化学梯度泵出3个Na+和泵入2个K+。第171页小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图（图5-9）Na+-K+泵主要生理功效：普通动物细胞要消耗1/3（神经细胞消耗2/3）总ATP供Na+-K+泵工作以维持细胞内高K+低Na+离子环境，其意义以下：（1）维持细胞膜电位（2）维持动物细胞渗透平衡（3）吸收营养（见左图）第172页（二）、Ca2+泵和P型H+泵1.Ca2+泵（Ca2+pump）Ca2+泵工作与ATP水解相偶联，每消耗1分子ATP，从细胞质基质中泵走2个Ca2+。细胞质基质中低Ca2+浓度维持主要得益于质膜或内质网膜上Ca2+泵将Ca2+泵到细胞外或内质网腔内。如在肌细胞中，Ca2+泵将Ca2+从细胞质基质泵到肌质网内。2.P型H+泵（P-type H+pump）植物细胞、真菌和细菌细胞质膜上虽无Na+-K+泵，但有P型H+泵。P型H+泵将H+泵出细胞，建立和维持跨膜H+电化学梯度，并用来驱动协同转运或使得细胞周围环境呈酸性。第173页肌质网Ca+泵转运Ca+前（A）和后（B）工作模型（图5-10）N:核苷酸结合部位 P:磷酸化部位 A:活化部位第174页二、V型质子泵和F型质子泵V型质子泵（V-type proton pump）：广泛存在于动物细胞胞内体膜、溶酶体膜，破骨细胞和一些肾小管细胞质膜，以及植物和真菌细胞液泡（首字母为v）膜上。V型质子泵H+将从细胞质基质中泵入细胞器。F型质子泵（F-type proton pump，F1F0-ATPase）：广泛存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上（F为factor首字母）。F型质子泵常利用质子动力势合成ATP。V型质子泵和F型质子泵比P型泵结构更复杂，在功效上都只转运H+，但在转运过程中不形成磷酸化中间体。第175页三、ABC超家族ABC超家族：ABC超家族（ATP binding cassette super-family）即ATP结合盒超家族，又叫ABC转运蛋白，也是一类ATP驱动泵，利用ATP水解释放能量将糖、氨基酸、磷脂、胆固醇、肽和其它各种小分子物质进行跨膜转运。ABC转运蛋白是分布最广一类转运蛋白，从细菌到人类都有。ABC转运蛋白结构：全部ABC转运蛋白（1条到多条肽链）共享一个由4个“关键”结构域组成结构模式：2个跨膜结构域（T），每个含6个跨膜螺旋，形成底物运输通路并决定底物特异性；2个凸向胞质侧ATP结合域（A），含有ATPase活性。每种ABC转运蛋白对于底物或底物一些基团有特异性。有些ABC转运蛋白能够将抗生素或其它亲脂性抗癌药品泵出细胞，赋予细胞抗药性；遗传病囊性纤维化（肺、汗腺和胰腺等中）发生也是ABC转运蛋白突变引发。第176页原核细胞（A）和真核细胞（B）ABC超家族结构与工作示意图（图5-11）ABC转运蛋白工作模式：（1）、ATP结合前，ABC转运蛋白底物结合位点暴露于一侧（原核细胞胞外一侧或真核细胞胞内一侧）；（2）、ATP结合，ATP结合域二聚化并转运底物到ABC转运蛋白通路另一侧内；（3）、ATP水解及ADP解离，ATP结合域解离（恢复原状），同时释放底物。第177页四、离子跨膜转运与膜电位膜电位（membrane potential）：细胞质膜两侧各种带电物质形成电位差总和。静息电位（resting potential）：可兴奋细胞在其不受外来刺激时测得膜电位差（-30-70mV）。静息电位是细胞质膜内外相对稳定电位差质膜内为负值，质膜外为正值，这种现象又称极化（polarization）。动作电位（active potential）：指细胞在刺激作用下产生行使通讯功效快速改变膜电位。静息电位形成：动物细胞质膜对K+通透性大于Na+是产生静息电位主要原因。静息膜允许K+经过开放非门控渗漏通道顺电化学梯度流向胞外，（此时Na+和K+电压门控通道都关闭，Na+-K+泵不工作），产生外正内负静息电位。动作电位形成：极化（静息）（K+渗漏出）去极化（Na+通道流入）反极化（Na+通道关闭，K+通道流出）再极化（K+通道流出）超极化（K+通道关闭）（见图5-12）。详见生理学相关内容第178页离子流与动作电位关系示意图（图5-12）A：动作电位产生和膜电位改变B：动作电位产生过程中，膜通透性改变C：动作电位产生过程中，离子通道开启与关闭示意图第179页第三节 胞吞作用与胞吐作用一、胞吞作用类型二、胞吞作用与细胞信号转导三、胞吐作用第180页一、胞吞作用类型膜泡运输（vesicular transport）：以膜泡形式将蛋白质、脂分子等物质从细胞一个区间转运到另一个区间。胞吞作用（endocytosis）：经过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（吞噬作用和胞饮作用）。（一）、吞噬作用（phagocytosis）（二）、胞饮作用（pinocytosis）第181页胞吞作用类型（图5-13）第182页（一）、吞噬作用吞噬作用（phagocytosis）：针对胞外生物大分子和颗粒性物质胞吞作用。在原生生物中，吞噬作用是摄取食物一个方式；在高等多细胞生物体中，吞噬作用往往发生于巨噬细胞和中性粒细胞，其作用不但仅是摄取营养物，主要是去除侵染机