祛斑贴-盐酸氨溴索注射液
细胞的基本共性
?
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，即细胞膜。
?
所有的细胞都含有两种核酸：即
DNA
与
RNA
作为遗传信息 复制与转录的载体。
?
作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。
?
所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
细胞连接的功能分类
?
封闭连接
?
紧密连接< br>?
通讯连接
?
间隙连接
?
神经细胞间的化学突触
?< br>植物细胞中的胞间连丝
?
锚定连接
?
与中间丝相关
的锚定连接 ：
?
桥粒
?
半桥粒
?
与肌动蛋白丝相关的锚定连接：
?
粘合带
?
粘合斑
?
紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间
?
形成渗 漏屏障，起重要的封闭作用；
?
隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜 功能；
?
支持功能
锚定连接
连接名称
跨膜粘连蛋白
胞外配体
结合细胞骨架类型
胞内錨蛋白
桥粒
钙黏蛋白
相邻细胞钙黏蛋白
中间丝
桥粒斑珠蛋白、桥粒斑蛋白
半桥粒
整连蛋白
基膜的层粘连蛋白
中间丝
桥粒斑样蛋白
黏合带
钙黏蛋白
相邻细胞钙黏蛋白
微丝
连环蛋白、纽蛋白、
α
—辅肌动蛋白
黏合斑
整连蛋白
基膜的纤粘连蛋白
微丝
踝蛋白、纽蛋白、
filamin
和
α
—辅肌动蛋白
通讯连接
?
间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。
?
神经细胞间的化学突触
?
存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式它通过释放神经递质来传导神经冲动。
?
胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
,
完成细胞间的通讯联络。
间隙连接
?
连接子是间隙连接的基本单位。
每个连接子由
6
个跨膜连接蛋白呈环状排列，
连接子中心形成一个直径约
1. 5nm
的孔道。
?
连接单位由两个连接子对接构成。
细胞表面的黏着分子
?
钙粘蛋白
?
选择素
?免疫球蛋白超家族（
IgSF
）
?
整联蛋白家族。
?
钙粘蛋白：属同亲型结合，依赖
Ca2+
的细胞粘着糖蛋白，介导依赖
Ca2 +
的细胞粘着和从
ECM
到细胞质传递信号。对胚胎
发育中的细胞识别、迁移 和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。
（
30
多个成员的糖蛋白家族）
?
选择素
:
属异亲型结合，依赖
Ca2+
的细胞粘 着分子，能与特异糖基识别并结合。
P
—选择素、
E
—选择素和
L< br>—选择素。
?
免疫球蛋白超家族：指分子结构中具有与免疫球蛋白 类似的结构域的细胞黏着分子
(CAM)
超家族。介导同亲型细胞粘着或介
导异亲型细 胞粘着
,
但其粘着作用不依赖
Ca2+
，其中神经细胞黏着分子（
N -CAMs
）
在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。
?
整连蛋白：属于异亲性结合、
Ca2+
或
Mg2+
依赖性的黏着 分子，介导细胞与细胞之间或细胞与胞外基质间的黏着。
细胞外基质
根据其组成成分 的功能划分：①结构蛋白，包括胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性；②蛋白聚糖，
由蛋白和 多糖共价形成，
具有高度亲水性，
赋予胞外基质抗压的能力③粘连糖蛋白，
包括层粘连 蛋白和纤连蛋白，
有助于细胞
粘连到胞外基质上。
一、基本概念
?
细胞外被
(cell coat)
又称糖萼
(glycocalyx)
?
细胞外基质
(extracellular matrix)
?
真核细胞的细胞外结构（
extracellular structures
）
二、胶原
(collagen)
?
胶原是胞外基质最基本结构成份之一，
动物体内含量最丰富的蛋白（总量的
30
％以上）
。
?
常见的胶原类型及其在组织中的分布
?
胶原及其分子结构
?
胶原的合成与加工
?
胶原的功能
三、氨基聚糖和蛋白聚糖
?
氨基聚糖
(glycosaminoglycan,GAGs)
?
蛋白聚糖
(proteoglycan)
四、层粘连蛋白和纤粘连蛋白
?
层粘连蛋白
(laminin)
?
纤粘连蛋白
(fibronectin)
五、弹性蛋白
(elastin)
?
弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要
存在于脉管壁及肺。
?
弹性纤维与胶原纤维共同存在
,
分别赋予
组织以弹性及抗张性。
?
弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具
有两个明显的特征
:
?
构象呈无规则卷曲状态
;
?
通过
Lys
残基相互交连成网状结构。
六、植物细胞壁
?
植物细胞壁的组成
?
植物细胞壁的功能
?
增加细胞强度，提供支持功能；
?
信息储存库的功能：产生多种寡糖
素作为信号物质，或抵抗病、虫害，
或作为细胞生长和发育的信号物质。
细胞外基质
(extracellular matrix)
?
结构组成：
指分布于细胞外空间
,
由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构
?
主要功能：
?
构成支持细胞的框架，负责组织的构建；
?
胞外基质三维结构及成份的变化
,
改变细
胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、
分化和凋亡起重要的调控作用。
?
胞外基质的信号功能
细胞外被
(cell coat)
又称糖萼
(glycocalyx)
?
结构组成：
指细胞质膜外表面覆盖的 一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。
?
功能：
不仅对膜蛋白起保护作用
,
而且在细胞识别中起重要作用。
真核细胞的细胞外结构（
extracellular structures
）
常见的胶原类型及其在组织中的分布
?
胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白；
?
Ⅰ～Ⅲ型胶原含量最丰富
,
形成类似的纤维结构；
但并非所有胶原都形成纤维；
?
Ⅰ型胶原纤维束
,
主要分布于皮肤、肌腱、
韧带及骨中
,
具有很强的抗张强度
;
?
Ⅱ型胶原主要存在于软骨中
;
?
Ⅲ型胶原形成微细的原纤维网
,
广泛分布于
伸展性的组织
,
如疏松结缔组织
;
?
Ⅳ型胶原形成二维网格样结构
,
是基膜的主要
成分及支架。
胶原及其分子结构
?
胶原纤维的基本结构单位是原胶原；
?
原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；
?
原胶原肽链具有
Gly-x-y
重复序列，对胶原纤
维的高级结构的形成是重要的；
?在胶原纤维内部
,
原胶原蛋白分子呈
1/4
交替平
行排列
,
形成周期性横纹。
胶原的合成与加工
?
前体
?
肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原
(preprocollagen)
；
?
前原胶原
(preprocollagen)
是原胶原的前体
和分泌形式，
?
在粗面内质网合成、加工与组装，
经高尔基体分泌；
?
前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶
作用
,
分别切去
N-
末端前肽及
C-
末端前肽
,
成为原胶
原（
procollagen
）
；
?
原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（
collagen fibril
）
和胶原纤维（
collagen fiber
）
。
胶原的功能
?
胶原在胞外基质中含量最高
,
刚性及抗张力强度最
大
,
构成细胞外基质的骨架结构
,
细胞外基质中的其
它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体
?
在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式
,
以适
应特定功能的需要；
?
胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号
传递的调控网络中。
氨基聚糖
?
氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖
?
二糖单位之一是氨基己糖
(
氨基葡萄糖或氨基半乳糖
) +
糖醛酸
;
?
氨基聚糖
:
透明质酸、
4-
硫酸软骨素、
6-
硫酸软骨素、
硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。
?
透明质酸
(hyaluronic acid)
及其生物学功能
?
透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成
分
,
也是蛋白聚糖的主要结构组分
?
透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用
?
透明质酸使细胞保持彼此分离
,
使细胞易于运动迁
移和增殖并阻止细胞分化
蛋白聚糖
?
蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面
?
蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白
(core protein)
的丝氨酸残
基共价连接形成的巨分子
?
若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合
形成多聚体
?
蛋白聚糖的特性与功能
?
显著特点是多态性：不同的核心蛋白
,
不同的氨基聚糖；
?
软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一
,
赋予软骨以凝
胶样特性和抗变形能力；
?
蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多
种生长因子结合，完成信号的传导。
层粘连蛋白
(laminin)
?
层粘连蛋白是高分子糖蛋白（
8 20KD
）
,
动物胚胎
及成体组织的基膜的主要结构组分之一；
?
层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成
?
细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；
?
层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：
?
与Ⅳ型胶原的结合部位；
?
与细胞质膜上的整合素结合的
Arg-Gly-Asp(R-G-D)
序列。
?
层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；
层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。
纤粘连蛋白
(fibronectin)
?
纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（
220-250KD
）
?
纤粘连蛋白分型：
?
纤粘连蛋白的主要功能：
?
介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨
架的组织
,
促进细胞铺展；
?
在胚胎发生过程中
,
纤粘连蛋白对于许多类型细
胞的迁移和分化是必须的；
?
在创伤修复中
,
纤粘连蛋白促进巨噬细胞和其它
免疫细胞迁移到受损部位；
?
在血凝块形成中
,
纤粘连蛋白促进血小板附着于
血管受损部位。
?
血浆纤粘连蛋白是二聚体
,
由两条相似的
A
链及
链组成
,
整个分子呈
V
形。
?
细胞纤粘连蛋白是多聚体。
?
纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产
物
,
每个亚单位由数个结构域构成，
RGD
三肽
序列是为细胞识别的最小结构单位
?
纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之
一
,
在其细胞外功能区有与
RGD
高亲和性结合部位。
植物细胞壁的组成
?
纤维素分子
?
纤维素微原纤维（microfibril
）
,
?
为细胞壁提供了抗张强度
?
半纤维素（
hemicellulose
）
:
木糖、半乳糖和葡萄糖
等组成的高度分支的多糖
?
介导微原纤维连接彼此连接或介导微原纤维与其
它基质成分（果胶质）连接
?
果胶质（
pectin
）
：含有大量携带负电荷的糖，结合
Ca2+
等阳离子
,
被高度水化形成凝胶
?
果胶质与半纤维素横向连接
,
参与细胞壁复杂网架的形成。
?
伸展蛋白
(extensin)
：糖蛋白
,
在初生壁中含量可多达
15
％，
糖的总量约占
65
％。
?
木质素
(lignin)
：由酚残基形成的水不溶性多聚体。
?
参与次生壁形成
,
并以共价键与细胞壁多糖交联
,大大增
加了细胞壁的强度与抗降解
第五章
物质的跨膜运输与信号传递
?
物质的跨膜运输
?
细胞通讯与信号传递
第一节
物质的跨膜运输
●被动运输（
passive transport
）
●主动运输（
active transport
）
●胞吞作用（
endocytosis
）与胞吐作用（
exocytosis
）
第二节
细胞通讯与信号传递
●细胞通讯与细胞识别
●细胞的信号分子与受体
●通过细胞内受体介导的信号传递
●通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
●细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息
被动运输（
passive transport
）
?
特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白
?
类型：简单扩散（
simple diffusion
）
、协助扩散（
facilitated diffusion
）
?
膜转运蛋白：
?
载体蛋白（
carrier proteins
）
——
通 透酶（
permease
）性质；
介导被动运输与主动运输。
?
通道蛋白（
channel proteins
）
——
具有离子选择性，转运速率高；
离子通道是门控的；只介导被动运输
类型：
电压门通道（
voltage-gated channel
）
配体门通道（
ligand-gated channel
）
压力激活通道（
stress-activated channel
）
主动运输（
active transport
）
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白
被动与主动运输的比较
●类型：三种基本类型
?
由
ATP
直接提供能量的主动运输
—
?
钠钾泵
（结构与机制）
?
钙泵（
Ca2+-ATP
酶）
?
质子泵：
P-
型质子泵、
V-
型质子泵、H+-ATP
酶
?
协同运输（
cotransport
）
由
Na+-K+
泵（或
H+-
泵）与载体蛋白协同作用，
靠间接消耗
ATP
所完成的主动运输方式
?
物质的跨膜转运与膜电位
胞吞作用（
endocytosis
）
与胞吐作用（
exocytosis
）
作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜
运输，又称膜泡运输或批量运输
（
bulk transport
）
。属于主动运输。
●胞吞作用
●胞吐作用
胞吐作用
●
组成型的外排途径（
constitutive exocytosis pathway
）
所有真核细胞
连续分泌过程
用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）
default pathway
：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，
其余蛋白的转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面
●调节型外排途径（
regulated exocytosis pathway
）
特化的分泌细胞
储存
——
刺激
——
释放
产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，
分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体
TGN
上的受体类蛋白
来决定
●
膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的
●
囊泡与靶膜的识别与融合
细胞通讯与细胞识别
●细胞通讯（
cell communication
）
●细胞识别（
cell recognition
）
细胞通讯（
cell communication
）
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。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的 构
建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
●细胞通讯方式：
?
分泌化学信号进行通讯
?
内分泌（
endocrine
）
?
旁分泌（
paracrine
）
?
自分泌（
autocrine
）
?
化学突触（
chemical synapse
）
?
接触性依赖的通讯
细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白
?
间隙连接实现代谢偶联或电偶联
细胞识别（
cell recognition
）
●概念：
细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分 子
（配体）选择性地相互作用，
进而导致胞内一系列生理生化变化，
最终表现为细胞整 体的生物学效应的过程。
●信号通路（
signaling pathway
）
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。
细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转 导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应
答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。< br>
细胞的信号分子与受体
●信号分子（
signal molecule
）
?
亲脂性信号分子
?
亲水性信号分子
?
气体性信号分子
(NO)
●受体（
receptor
）多为糖蛋白
●第二信使（
second messenger
）
●
分子开关
（
molecular switches
）
?
细胞内受体
:
为胞外亲脂性信号分子所激活
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
?
细胞表面受体
:
为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族：
?
离子通道偶联的受体（
ion-channel-linked receptor
）
?
G-
蛋白偶联的受体（
G-protein-linked receptor
）
?
酶偶连的受体（
enzyme- linked receptor
）
通过细胞内受体介导的信号传递
●
甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段：
?
初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；
?
次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。
●一氧化氮介导的信号通路
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
●
G-
蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
●细胞表面其它与酶偶联的受体
离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
?
信号途径
?
特点：
?
受体
/
离子通道复合体，四次
/
六次跨膜蛋白
?
跨膜信号转导无需中间步骤
?
主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递
?
有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性
G-
蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
●
cAMP
信号通路
●磷脂酰肌醇信号通路
受体酪氨酸激酶及
RTK-Ras
蛋白信号通路
细胞表面其它与酶偶联的受体
?
受体丝氨酸
/
苏氨酸激酶
?
受体酪氨酸磷酸酯酶
?
受体鸟苷酸环化酶（
ANPs-signals
）
?
酪氨酸蛋白激酶联系的受体
两大家族：
?
一是与
Src
蛋白家族相联系的受体；
?
二是与
Janus
激酶家族联系的受体。
信号转导子和转录激活子（
signal transducer and actvator of transcription
，
STAT
）与
JAK- STAT
途径。
cAMP
信号通路
?
反应链：
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
?
组分及其分析
G-
蛋白偶联受体
G-
蛋白活化与调节
效应酶
——
腺苷酸环化酶
?
GPLR
的失敏（
desensitization
）与减量调节
?
细菌毒素对
G
蛋白的修饰作用
GPLR
的失敏：
例：
?
肾上腺素 受体被激活后，
10-15
秒
cAMP
骤增，然后在不到
1min< br>内反应速降，以至消失。
?
受体活性快速丧失（速发相）
---
失敏（
desensitization
）
；
?
机制：受体磷酸化
受体与
Gs
解偶联，
cAMP
反应停止并被< br>PDE
降解。
?
两种
Ser/Thr
磷酸化激酶：
PKA
和
?
肾上腺素受体激酶（
?
ARK
）
，
负责受体磷酸化；
?
胞内协作因子
?
扑获蛋白（
?
arrestin
）
---
结合磷酸化的受体，抑制其功能活性（
?
arrestin
已克隆、定位
11q13
）
。
?
反应减弱（迟发相）
---
减量调节（
down- regulation
）
?
机制：受体
-
配体 复合物内吞，导致表面受体数量减少，发现
?
arrestin
可直接与
Clathrin
结合，在内吞中起
adeptors
作用；
?
受体减量调节与内吞后受体的分选有关。
磷脂酰肌醇信号通路
?
“
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
→胞内
Ca2+
浓度升高→
Ca2+< br>结合蛋白
(CaM)
→细胞反应
磷脂酶
C(PLC)
→
→
DG
→激活
PKC
→ 蛋白磷酸化或促
Na+/H+
交换使胞内
pH
?
受体酪氨酸激酶及
RTK- Ras
蛋白信号通路
?
受体酪氨酸激酶（
receptor tyrosine kinases
，
RTKs
）
包括
6
个亚族
?
信号转导：配体→受体→受体二聚化→受体的自磷酸化→
激活
RTK
→胞内信号蛋白→启动信号传导
?
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。
?
G
蛋白偶联受体介导的
MAPK
的激活
?
RTKs
的失敏（
desensitization
）
G
蛋白偶联受体介导的
MAPK
的激活
?
MAPK
（
Mitogen-activated protein kinase
）又称
ERK
（
extracelular signal- regulated kinase
）
----
真核细胞广泛存在的
Ser/ Thr
蛋
白激酶。
?
MAPK
的底物：膜蛋白 （受体、酶）
、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及多种核内或胞浆内的转录调控因子
----
在细胞增殖和分化
中具有重要调控作用。
?
PTX
敏感性
G
蛋白（
Gi
，
Go
）的
??
亚基依赖于
Ras
激活
MAPK
，具体机制还有待深入研究；
?
PKC
、
PLC
与
G
蛋白偶联受体介导的
MAPK
激活
PKC
和
PLC
参与
G
蛋白偶联受体激活
MAPK
：
?
G
蛋白偶联受体激活
G
蛋白；
G
蛋白
?
亚基或
??
亚基激活
PLC
，促进膜磷脂代谢；
磷脂代谢产物（
DAG + IP3
）激
活
PKC
；
PKC
通过
Ras
或
Raf
激活
MAPK
；
?
由于
PKC
对钙的依赖性不同，所以
G
蛋白偶联受体
– MAPK
途径对钙要
求不同；
?
PKA
对
G
蛋白偶联受体
–
MAPK
途径的负调控
?
迄今未发现和制备出
MAPK
组成型突变（
dominant negative mutant
）
，提示细胞难于忍受
MAPK
的持续激活 （
MAPK
的
去活是细胞维持正常生长代谢所必须）
。
主要机制：< br>特异性的
Tyr/Thr
磷脂酶可选择性地使
MAPK
去磷酸化，关闭
MAPK
信号。
?
cAMP
?
，
MAPK
?
；< br>cAMP
直接激活
cAMP
依赖的
PKA
；
PKA< br>可能通过
RTK
或通过抑制
Raf- Ras
相互作用起负调控
作用。
RTKs
的失敏：
催化性受体的效应器位于受体本身，因此失敏即酶活性速发抑制。
?
机制：受体的磷酸化修饰。
EGF
受体
Thr654
的磷酸化 导致
RTK
活性的
抑制，如果该位点产生
Ala
突变，则阻止活性抑制，后又发现
C
端的
Ser1046/7
也是磷酸化位点。磷酸化位点所在的
C
端恰好是
SH2
蛋白的结合部位。
?
引起受体磷酸化的激酶：
PKC----
作用于
Thr654
；
CaMK2
（< br>Ca2+
和
CaM
依赖的激酶
2
）
----
作用于
Ser1046/7
?
还发现：
EGF
受体是
CD K
的靶蛋白，提示和周期调控有关。
?
RTK
晶体结构研究表明，
RTK
激活后形成稳定的非抑制性构象；磷酸化修饰后，形成抑制性构象，引起失敏。
?
RTK
失敏对细胞正常功能所必须，
RTK
的持续激活将导致细胞生长失控。
由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
?
?
整合蛋白与粘着斑
?
?
导致粘着斑装配的信号通路有两条
?
?
粘着斑的功能：
?
一是机械结构功能；
?
二是信号传递功能
?
?
通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：
?
由细胞表面到细胞核的信号通路
?
由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路
细胞信号传递的基本特征
与蛋白激酶的网络整合信息
●细胞信号传递的基本特征：
?
具有收敛（
convergenc e
）或发散（
divergence
）的特点
?
细胞的信号传导既具有专一性又有作用机制的相似性
?
信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存
?
细胞以不同的方式产生对信号的适应
(
失敏与减量调节
)
●蛋白激酶的网络整合信息与信号网络系统中的
cross talk
第六章
细胞质基质与细胞内膜系统
第一节
细胞质基质
?
细胞质基质
（
cytoplasmic matrix or cytomatrix
）
?
细胞内膜系统（
endomembrane system
）
第二节
内
质
网
?
内质网
(endoplasmic reticulum,ER)
的形态结构
?
ER
的功能
?
内质网与基因表达的调控
第三节
高尔基体
?
高尔基体的形态结构
?
高尔基体的功能
?
高尔基体与细胞内的膜泡运输
第四节
溶酶体与过氧化物酶体
第五节
细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
?
分泌蛋白合成的模型
---
信号假说
?
蛋白质分选与分选信号
?
膜泡运输
?
细胞结构体系的组装
一、细胞质基质
（
cytoplasmic matrix or cytomatrix
）
细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其
体积约占细胞质的一半
?
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。
?
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
?
蛋白质的分选与运输
?
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
?
蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
?
蛋白质的修饰
?
控制蛋白质的寿命
?
降解变性和错误折叠的蛋白质
?
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
二、细胞内膜系统
（
endomembrane system
）
?
细胞内膜系统概述
?
细胞内膜系统的研究方法
细胞内膜系统概述
?
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。
?
真核细胞细胞内的区域化（
compartmentalization
）
：
?
细胞骨架纤维为组织者的
Cytomatrix
形成
有序的动态结构；
?
细胞内的膜相结构
----
细胞器（organelles
）
。
细胞内膜系统的研究方法
De Duve, and G
.Palade,1974 Nobel Plrize
?
放射自显影（
Autoradiography
）
;
?
生化分析（
Biochemical analysis
）
;
?
遗传突变分析（
Genetic mutants
）
一、
内质网的形态结构
内质网的两种基本类型
?
粗面内质网（
rough endoplasmic reticulum
，
rER
）
?
光面内质网（
smooth endoplasmic reticulum
，
sER
）
?
微粒体（
microsome
）
二、
ER
的功能
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。
rER
的功能
?
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
的功能
?
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（
Detoxification
）
System of oxygenases---cytochrome p450 family
；
?
肝细胞葡萄糖的释放（
G-6P
?
G
）
?
储存钙离子：肌质网膜上的
Ca2+-ATP
酶将细
胞质基质中
Ca2+
泵入肌质网腔中
蛋白质合成
分泌蛋白；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。
注意：细胞中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。
蛋白质的修饰与加工
修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等
?
糖基化在
glycosyltransferase
作用下发生在
ER
腔面
N- linked glycosylation
（
Asn
）
O- linked glycosylation
（
Ser/Thr or Hylys/Hypro
）
?
酰基化发生在
ER
的细胞质基质侧：软脂酸→
Cys
新生肽的折叠与组装
新生肽的折叠组装：
非还原性的内腔，易于二硫键形成；
?
正确折叠涉及驻留蛋白：具有
KDEL or HDEL
信号
蛋白二硫键异构酶（
protein disulfide isomerase
，
PDI
）
切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处
于正确折叠的状态
?
结合蛋白（
Binding protein
，
Bip
，
chaperone
）
识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，
并促进重新折叠与装配。
脂类的合成
?
ER
合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）
。
两种例外：
鞘磷脂和糖脂（
ER
开始→
Golgi complex
完成）
；
Mit/Chl
某些单一脂类是在它们的膜上合成的。
?
各种不同的细胞器具有明显不同的脂类组成：
ph osphatidylcholine
（
PC
）
：
ER
→< br>GC
→
PM
（高→低）
phosph atidylserine
（
PS
）
：
PM
→
GC
→
ER
（高→低）
?
phospholipd translocator / flippase
与膜质转位
?
磷脂合成酶是
ER
膜整合蛋白，活性位点朝向
cytosol
；
?
磷脂的转运
:
transport by budding
：
ER
→
G C
、
Ly
、
PM
transport by phospholipid exchange proteins
（
PEP
）
：
ER
→
other organelles
（
including Mit and Chl
）
。
三、内质网与基因表达的调控
内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔
基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。
影响内质网
?
细胞核信号转导的三种因素：
?
内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。
?
折叠好的膜蛋白的超量积累。
?
内质网膜上膜脂成份的变化
——
主要是固醇缺乏
不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达
一、高尔基体的形态结构
?
电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成
?
高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性
?
高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应：
?
高尔基体至少由 互相联系的
4
个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔
?
高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在
MTOC(
负端)
?
高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（
cytoplasmic dynein
和
kinesin
）和微丝
的马达蛋白（
myosin
）
。最近还发现特异的血影蛋白（
spe ctrin
）网架
。
它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。
?
扁囊弯曲成凸面
又称形成面（
forming face
）或顺面（
cis face
）
?
面向质膜的凹面（
concave
）
又称成熟面（
mature face
）或反面（
trans face
）
高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应
?
嗜锇反应的高尔基体
cis
面膜囊；
?
焦磷酸 硫胺素酶（
TPP
酶）细胞化学反应，显示
trans
面
1
～
2
层膜囊；
?
胞嘧啶单核苷酸酶（
CMP
酶）细胞化学反应，显示靠近
trans
面膜囊状
和管状结构
GERL
结构：
60
年代初，
Novikoff
发现
CMP
和酸性 磷酸酶存在于高尔基体的一
侧，称这种结构为
GERL
，意为与高尔基体（
G
）密切
相关，但
它是内质网（
ER
）的一部分，参与溶酶体（
L
）的生成。
?
烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（
NADP
酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊
?
高尔基体顺面网状结构（
cis- Golgi network
，
CGN
）
又称
cis
膜囊
?
高尔基体中间膜囊（
medial Golgi
）
多数糖基修饰；
糖脂的形成；
与高尔基体有关的多糖的合成
?
高尔基体反面网状结构（
trans Golgi network
，
TGN
）
?
周围大小不等的囊泡
顺面囊泡称
ERGIC/VTC---- ERGIC53/58
蛋白（结合
Mn
）
反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒
高尔基体顺面网状结构
?
RER
（蛋白质 和脂类）
—
?
—
（蛋白质
KDEL
或
HDEL）
CGN
；
?
蛋白丝氨酸残基发生
O--
连接糖基化；
?
跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；
?
日冕病毒的装配
高尔基体反面网状结构
?
TGN
中的低
pH
值；标志酶
CMP
酶阳性
?
TGN
的主要功能：
?
参与蛋白质的分类与包装、运输；
?
某些
“
晚期
”
的蛋白质修饰
（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋
白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中
的
“
瓣膜
”
作用，保证单向转运
二、
高尔基体的功能
?
高尔基体与细胞的分泌活动
?
蛋白质的糖基化及其修饰
?
蛋白酶的水解和其它加工过程
高尔基体与细胞的分泌活动
?
蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身
·
流感病毒囊膜蛋白特异性地转运
?
上皮细胞游离端的质膜
·
水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运
?
上皮细胞基底面的质膜
·
水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞质基质侧的双酸分选信号
Asp-X-Gln
或
DXE
）起重要的作用
?
溶酶体酶的分选：
M6P
?
反面膜囊
M6P
受体
在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于
M6P
的另一种分选途径。
蛋白质的糖基化及其修饰
?
蛋白质糖基化类型
?
蛋白质糖基化的特点及其生物学意义
?
蛋白聚糖在高尔基体中组装
?
植物细胞中高尔基体合成和分泌多种多糖
蛋白质糖基化类型
蛋白质糖基化的特点及其生物学意义
?
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。
?
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。
?
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。
蛋白聚糖在高尔基体中组装
一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的
Ser
残基上
植物细胞高尔基体合成和分泌多种多糖
蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型
?
无生物活 性的蛋白原（
proprotein
）
?
高尔基体
?
切除< br>N-
端或两
端的序列
?
成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。
?
蛋白质前体
?
高尔基体
?
水解
?同种有活性的多肽，如神经肽等。
?
含有不同信号序列的 蛋白质前体
?
高尔基体
?
加工成不同的产物。
?
同一种蛋白质前体
?
不同细胞、以不同的方式加工
?
不同 的多肽。
?
加工方式多样性的可能原因：
?
确保小肽分子的有效合成；
?
弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；
?
有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。
?
在高尔基体中进行的肽链酪氨酸残基的硫酸化作用
三、高尔基体与细胞内的膜泡运输
高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用
一、溶酶体的结构类型
?
溶酶体膜的特征：
?
嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；
?
具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；
?
膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。
?
溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（
acid phosphatase
）
?
类型
类型
?
初级溶酶体（
primary lysosome
）
?
次级溶酶体（
secondary lysosome
）
?
自噬溶酶体（
autophagolysosome
）
?
异噬溶酶体（
phagolysosome
）
?
残余小体（
residual body
）
，又称后溶酶体。
溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、
不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性
（
heterogenous
）的细胞器
。
二、溶酶体的功能
phagocytosis
?
phagosome
endocytosis
?
early endosome
?
late endosome
?
lysosome
autophagy
?
autophagosome
?
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）
?
其它重要的生理功能
?
溶酶体与疾病
其它重要的生理功能
?
作为细胞内的消化
“
器官
”
为细胞提供营养；
?
分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节
?
参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；
?
受精过程中的精子的顶体（
acrosome
）反应。
溶酶体与疾病
?
溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，
影响细胞代谢，引起疾病。
如台
-
萨氏（
Tay-Sachs
）等各种储积症
（隐性的遗传病）
?
某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细
胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞
噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）
三、溶酶体的发生
发生途径
分选途径多样化
?
依赖于
M6P
的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过
运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖
于钙离子的
M6P
受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，
通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，
M6P
受体返回细胞质膜，反复使用。
?
还存在不依赖于
M6P
的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌
溶酶体的
perforin
和
granzyme
）
四、溶酶体与过氧化物酶体
过氧化物酶体
(peroxisome )
又称微体
(microbody)
，是
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。
?
过氧化物酶体与溶酶体的区别
?
过氧化物酶体的功能
?
过氧化物酶体的发生
过氧化物酶体与溶酶体的区别
?
?
?
??
??
?
?
??
?
?
?
?
?
?< br>??
?
???
?
?
?
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×
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?
·
????
?
??
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
???
?
?
?
过氧化物酶体和溶酶体的差别
过氧化物酶体的功能
?
动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液
中的有毒成分，起到解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：
依赖于黄素（
FAD
）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成
H2O 2
；
过氧化氢酶，作用是将
H2O2
分解，形成水和氧气。
?
过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。
?
在植物细胞中过氧化物酶体的功能：
?
在绿色植物叶肉细胞中，它催化
CO2
固定反应副产物的氧化，
即所谓光呼吸反应；
?
乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体
降解储存的脂肪酸
?
乙酰辅酶
A
?
琥珀酸
?
葡萄糖。
过氧化物酶体的发生
?
氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体
还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
?
组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质
中合成，然后转运到过氧化物酶体中。
?
过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（
Peroxisomal-targeting signal
，
PTS
）
：
?
PTS1
为
Ser-lys- leu
，多存在于基质蛋白的
C
端。
?
PTS2
为
Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln- leu
，存在于某些基质蛋白
N-
端。
?
过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。
?
过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。
?
内质网也参与过氧化物酶体的发生
一、分泌蛋白合成的模型
---
信号假说
?
信号假说
(Signal hypothesis)
G
．
Blobel et al
：
Signal hypothesis,1975
?
信号肽（
Signal peptide
）与共转移（
Cotranslocation
）
?
导肽（
Leader peptide
）与后转移（
Post translocation
）
信号假说
?
信号假说内容
?
指导因子：
蛋白质
N-
端的信号肽（
signal peptide
）
?
信号识别颗粒（
signal recognition particle
，
SRP
）
?
信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白
docking protein
，
DP
）等
在非细胞系统中蛋白质的翻 译过程与
SRP
、
DP
和微粒体的关系
信号肽与共转移
?
信号肽（
Signal peptides
）与
信号斑（
Signal patches
）
?
起始转移序列和终止转移序列
?
起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
?
跨膜蛋白的取向
导肽与后转移
?
基本的特征：
蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细
胞器中，称后转移（
post translocation
）
。
蛋白质跨膜转移过程需要
ATP
使多肽去折叠，还
需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白
Hsp70
）使其能
够正确地折叠成有功能的蛋白。
二、蛋白质分选（
protein sorting
）
与分选信号（
sorting signals
）
?
分选途径
?
分选信号
分选途径（
Road map
）
?
门控运输（
gated transport
）
；
?
跨膜运输（
transmembrane transport
）
；
?
膜泡运输（
vesicular transport
）
?
拓扑学等价性（
Topologically equivalent
）的维持
三．膜泡运输
膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍
存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本
身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定
向运输及其复杂的调控过程。
?
三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用
。
?
膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、
去组装的复杂调控
三种不同类型的包被小泡
具有不同的物质运输作用
?
网格蛋白包被小泡
?
COPII
包被小泡
?
COPI
包被小泡
网格蛋白包被小泡
?
负责蛋白质从高尔基体
TGN
?
质膜、胞
内体或溶酶体和植物液泡运输
?
在受体介导的细胞内吞途径也负责将物
质从质膜
?
内吞泡
(
细胞质
)
?
胞内体
?
溶酶体运输
?
高尔基体
TGN
是网格蛋白包被小泡形成的发源地
COPII
包被小泡
?
负责从内质网
?
高尔基体的物质运输；
?
COPII
包被蛋白由
5
种蛋白亚基组成；
包被蛋白的装配是受控的；
?
COPII
包被小泡具有对转运物质的选择
性并使之浓缩。
COPI
包被小泡
?
COPI
包被含有
8
种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配
与去装配依赖于
ARF(GTP-binding protein)
；
?
负责回收、转运内质网逃逸蛋白
(escaped proteins
）
?
ER
。
?
细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：
?
转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；
?
通过识别驻留蛋白
C-
端的回收信号
(lys-asp-glu- leu,KDEL)
的特异性受体，以
COPI-
包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。
?
COPI-
包被小泡在非选择性的批量运输
( bulk flow)
中
行使功能
,
负责
rER
?
Golgi
?
SV
?
PM
。
?
COPI-
包被小泡除行使
Golgi
→
ER
逆行转运外，也可行
使顺行转运功能
,
从
ER
→
ER-Golgi IC
→
Golgi
。
膜泡运输是特异性过程，涉及多种
蛋白识别、组装
-
去组装的复杂调控
?
膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向
?
选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用
（如神经细胞质膜的
syntaxin
特 异结合突触小泡膜上的
V
AMP
—
vesicle-associated membrane protein)
?
在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于 重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回
收信号，即使有的蛋白发 生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成
“
开放的监狱
”
（< br>open
prison
）
。高尔基体在
细胞的膜泡运输及其随之而形 成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心
(MTOC)
附近并在高尔基体膜囊 上结
合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质 膜及胞内体也都具有各自
特异的成分，
这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础，
但是 在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔本身成分特别是膜成分
的相对恒定。
四、细胞结构体系的组装
?
生物大分子的组装方式：
?
有些装配过程需
A
TP
或
GTP
提供能量或其它 成份的
介入或对装配亚基的修饰
?
自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供
的装配环境
?
装配具有重要的生物学意义：
?
分子
“
伴侣
”
（
molecular chaperones
）
生物大分子的组装方式
?
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
装配具有重要的生物学意义
?
减少和校正蛋白质合成中出现的错误
?
减少所需的遗传物质信息量
?
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
）
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
●线粒体与氧化磷酸化
●叶绿体与光合作用
●线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
●线粒体和叶绿体的增殖与起源
第一节
线粒体与氧化磷酸化
●线粒体的形态结构
●线粒体的化学组成及酶的定位
●氧化磷酸化
●线粒体与疾病
一、线粒体的形态结构
●线粒体的形态、大小、数量与分布
●线粒体的超微结构
◆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。
·
执行氧化反应的电子传递链
·
ATP
合成酶
·
线粒体内膜转运蛋白
二、线粒体的化学组成及酶的定位
●线粒体组分分离方法
●线粒体的化学组成
●线粒体酶的定位
线粒体的化学组成
◆蛋白质
(
线粒体干重的
65
～
70
％
)
◆脂类
(
线粒体干重的
25
～
30
％
)< br>：
·
磷脂占
3/4
以上，外膜主要是卵磷脂，
内膜主要是心磷脂。
·
线粒体脂类和蛋白质的比值
:
0.3:1
（内膜）
；
1:1
（外膜）
三、氧化磷酸化
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成
A
TP
，为细
胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细
胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及
电解质稳态平衡的调控有关。
●氧化磷酸化
(oxidative phosphorylation)
的分子基础
●氧化磷酸化的偶联机制
—
化学渗透假说
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)
●质子动力势的其他作用
●线粒体能量转换过程略图
氧化磷酸化的分子基础
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机
分子中储藏 的能量
?
高能电子
?
质子动力势
?
ATP
◆氧化
(
电子传递、消耗氧
,
放能
)
与磷酸化
(ADP+Pi
，储能
)
同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行
◆电子传递链
(electron-transport chain
）的四种复合物，组成两种
呼吸链：
NADH
呼吸链
,
FADH2
呼吸链
◆在电子传递过程中，有几点需要说明
◆
A
TP
合成酶（
ATP synthase
）
(
磷酸化的分子基础
)
电子传递链的四种复合物
(
哺乳类
)
◆复合物Ⅰ：
NADH- CoQ
还原酶复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
组成：含
42
个蛋白亚基，至少
6
个
Fe-S
中心和
1
个黄素蛋白。
作用：催化
NADH
氧化，从中获得
2高能电子
?
辅酶
Q
；
泵出
4 H+
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非质子移位体）
组成：含
FAD
辅基，
2Fe-S
中心，
作用：催化
2
低能电子
?
FAD
?
Fe-S
?
辅酶
Q (
无
H+
泵出
)
◆复合物Ⅲ：细胞色素
bc1
复合物（既是电子传递体又是质子移位体）
组成：包括
1cyt c1
、
1cyt
b
、
1Fe-S
蛋白
作用：催化电子从
UQH2
?
cyt c
；
泵出
4 H+
（
2
个来自
UQ
，
2
个来自基质）
◆
复合物Ⅳ：细胞色素
C
氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）
组成：
二聚体，每一单体含
13
个亚基，
三维构象
，
cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe
作用：催化电子从
cyt c
?
分子
O2
形成水，
2 H+
泵出，
形成水
在电子传递过程中，有几点需要说明
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(
含血红素辅基
)
、
Fe-S
中心、辅酶
Q
。前三种与蛋白质结合，辅酶
Q
为脂溶性醌。
◆电子传递起始于
NADH
脱氢酶催化
NADH
氧化，形 成高能电子
(
能量转化
)
，
终止于
O2
形成水。
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递
(NAD+/NAD
最低，
H2O/O2
最高
)
◆高能电 子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物
(H+-
泵
)
将
H+
从基
质侧泵到膜间隙，
形成跨线粒体内膜
H+
梯度
(
能量转化
)
◆电子传递链各组分在膜上不对称分布
ATP
合成酶
(
磷酸化的分子基础
)
◆分子结构
◆线粒体
ATP
合成系统的解离与重建实验证明电子传递与
A
TP< br>合成是由两个
不
同的结构体系执行
, F1
颗粒具有
ATP
酶活性
◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成
ATP,
又能水解
A
TP
将质子从基质泵到膜间隙
◆
A
TP
合成机制
—
Banding Change Mechanism (Boyer 1979)
◆
?
亚单位相对于
??
亚单位旋转的直接实验证据
氧化磷酸化的偶联机制
—
化学渗透假说
◆化学渗透假说内容：
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
A
TP
合成酶回到基质，同时
< br>合成
ATP,
电化学梯度中蕴藏的能量储存到
A
TP
高能磷酸 键。
◆质子动力势
(proton motive force)
◆支持化学渗透假说的实验证据该实验表明：
·
质子动力势乃
A
TP
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
质子动力势的其他作用
◆物质转运
◆产热：冬眠动物与新生儿的
Brown Fat Cell
线粒体产生大量热量
2 H+
参与
第二节
叶绿体与光合作用
●叶绿体
(Chloroplast)
的形态结构
●叶绿体的功能
—
光合作用
(photosynthesis)
一、叶绿体
(Chloroplast)
的形态结构
●叶绿体与线粒体形态结构比较
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。
●叶绿体超微结构
二、叶绿体的功能
—
光合作用
(photosynthesis)
Photosynthesis:(1)光合电子传递反应
—
光反应
(Light Reaction)
(2)
碳固定反应
—
暗反应
(Dark Reaction)
●光反应
●暗反应
(
碳固定
)
●光合作用与有氧呼吸的关系图
光反应
在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分
子吸收、传递光能，水光解，并将光能转换为电能（生成高能电子）
，
进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能，
形成
ATP
和
NADPH
并放出
O2
的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。
◆原初反应（
primary reaction)
·
光能的吸收、传递与转换，形成高能电子
(
由光系统复合物完成，光合作用单位的概念
)
◆电子传递与光合磷酸化
电子传递与光合磷酸化
·
电子传递与光合磷酸化需说明以下几点：
①最初电子供体是
H2O
，最终电子受体是
NADP+
。
②电子传递链中唯一的
H+ -pump
是
cytb6f
复合物。类囊体腔的
质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于：
H2O
光解、
cytb6f
的
H+-pump
、
NADPH
的形成。
A
TP
、
NADPH
在叶绿体基质中形成。
③电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和
循环式光合磷酸化两条通路。循环式传递的高能电子在
PS
Ⅰ
被光能激发后经
cytb6 f
复合物回到
PS
Ⅰ。结果是不裂解
H2O
、
产生
O2
，不形成
NADPH
，只产生
H+
跨膜梯度，合成
ATP
。
暗反应
(
碳固定
)
利用光反应产生的
A
TP
和
NADPH
，使
CO 2
还原为糖类等有机物，即将活跃的化学能最后转换为稳定的化学
能，积存于有机物中。这一过 程不直接需要光
(
在叶绿体基质中进行
)
。
◆卡尔文循环（
Calvin cycle
）
（
C3
途径）
◆
C4
途径或
Hatch-Slack
循环
◆景天科酸代谢途径
第三节
线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
●半自主性细胞器的概念：
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
)
。
●线粒体和叶绿体的
DNA
●线粒体和叶绿体的蛋白质合成
●线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
一、线粒体和叶绿体的
DNA
●
mtDNA /ctDNA
形状、数量、大小
●
mtDNA
和
ctDNA
均以半保留方式进行自我复制
●
mtDNA
复制的时间主要在细胞周期的
S
期及
G2
期，
DNA
先复制，随后线粒体分裂。
ctDNA
复制的时
间在
G1
期。
复制仍受核控制
mtDNA /ctDNA
形状、数量、大小
◆双链环状
(
除绿藻
mtDNA
，草履虫
mtDNA) < br>◆
mtDNA
大小在动物中变化不大，但在植物中变化较大高等植物，
120k bp~200kbp
；
◆人
mtDNA
：
16,569b p
，
37
个基因
(
编码
12S,16S rRNA
；
22
种
tRNA
；
13
种多肽：
NADH
脱氢酶
7
个亚基，
cyt b-c1
复合物中
1
个
cytb
，细胞色素
C
氧化酶
3
个亚基，
A
TP
合成酶
2
个
Fo
亚基
)
二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成
●
线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限
●线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性（
7-4
）
●不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异
●参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况：
◆由
ctDNA
编码，在叶绿体核糖体上合成；
◆由核
DNA
编码，在细胞质核糖体上合成；
◆由核
DNA
编码，在叶绿体核糖体上合成。
三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
●线粒体蛋白质的运送与组装
◆定位于线粒体基质的蛋白质的运送
◆定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送
●叶绿体蛋白质的运送及组装
第四节
线粒体和叶绿体的增殖与起源
●线粒体和叶绿体的增殖
●线粒体和叶绿体的起源
一、线粒体和叶绿体的增殖
●线粒体的增殖：由原来的线粒体分裂或出芽而来。
●叶绿体的发育和增殖
◆个体发育：由前质体（
proplastid
）分化而来。
◆增殖：分裂增殖
二、
线粒体和叶绿体的起源
●内共生起源学说（
endosymbiosis hypothesis)
●非共生起源学说
内共生起源学说
◆叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻：
Mereschkowsky
，
1905
年
◆
M argulis
，
1970
年：线粒体的祖先
-
原线粒体
是一种革兰氏阴性细菌：叶绿体的祖先是原核
生物的蓝细菌（
Cyanobacteria
）
，即蓝藻。
◆内共生起源学说的主要论据：
◆不足之处
内共生起源学说的主要论据
◆基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。
◆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。
◆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。
◆以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同。
◆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。
◆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。
◆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。
不足之处
◆从进化角度，如何解释在代谢上明显占优势的共生体反而
将大量的遗传信息转移到宿主细胞中？
◆不能解释细胞核是如何进化来的，即原核细胞如何演化为
真核细胞？
◆线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子，而真细菌原
核生物基因组中不存在内含子，如果同意内共生起源
学说的观点，那么线粒体和叶绿体基因组中的内含子
从何发生？
非共生起源学说
◆主要内容：真核细胞的前身是一个进化上
比较高等的好氧细菌。
◆成功之处：解释了真核细胞核被膜的形成
与演化的渐进过程。
◆不足之处
不足之处
第八章
细胞核
(nucleus)
与
染色体
(chromosome)
第一节
核被膜与核孔复合体
●核被膜
●核孔复合体（
nuclear pore complex,NPC
）
核被膜
●结构组成
●核被膜的功能
●核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建
结构组成
◆外核膜（
outer nuclear membrane
）
，附有核糖体颗粒
?
内核膜（
inner nuclear membrane
）
，有特有的蛋白
成份（如核纤层蛋白
B
受体）
◆核纤层（
nuclear lamina
）
◆核周间隙（
perinuclear space
）
?
核孔（
nuclear pore
）
核被膜的功能
?
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
核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建
?
新核膜来自旧核膜
?
核被膜的去组装是非随机的，具有
区域特异性（
domain-specific
）
。
?
以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞
核装配体系提供了实验模型
◆核被膜的解体与重建的动态变化受细
胞周期调控因子的调节，调节作用可
能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的
磷酸化与去磷酸化修饰有关。
核孔复合体
（
nuclear pore complex,NPC
）
●结构模型
●核孔复合体成份的研究
●核孔复合体的功能：
结构模型
?
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
）
：
transporter
核孔复合体成份的研究
核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子
< br>质量约为
125
×
106
，推测可能含有
100
余种 不同的多
肽，共
1 000
多个蛋白质分子。
?
gp210
：结构性跨膜蛋白
?
p62
：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域
已知的脊椎动物核孔复合体的蛋白成份简表
gp210
：结构性跨膜蛋白
?
介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体
锚定在
“
孔膜区
”
，从而为核孔复合体装配提供一
个起始位点
?
在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
?
在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用
p62
：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域
?
疏水性
N
端区：可能在核孔复合体
功能活动中直接参与核质交换
?
C
端区：可能通过与其它核孔复合体
蛋白相互作用，从而将
p62
分子稳定到
核孔复合体上，为其
N
端进行核质交换
活动提供支持。
核孔复合体的功能
?
核质交换的双向性亲水通道
核孔复合体物质运输功能示意图
爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验
?
通过核孔复合体的主动运输
?
亲核蛋白与核定位信号
?
亲核蛋白入核转运的步骤
?
转录产物
RNA
的核输出
通过核孔复合体的主动运输
生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的
主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。
选择性表现在以下三个方面：
?
对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被
调节约
10
～
20nm
，甚至可达
26nm，
?
主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，
需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征
?
主动运输具有双向性，即核输入与核输出
亲核蛋白与核定位信号
?
亲核蛋白（
karyophilic protein
）
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
?
核质蛋白（
nucleoplasmin
）的入核转运
?
核定位信号
(nuclear localization signal
，
NLS)
?
NLS
是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，
富含碱性氨基酸残基，如
Lys
、
Arg< br>，此外还常含有
Pro
。
?
NLS< br>的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（
T
抗原）
，也可
以分成两段，两段之间间隔约
10
个氨基酸残基（核质蛋白）
。
?
NLS
序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并
不被切除。
?
NLS
只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件
亲核蛋白入核转运的步骤
?
结合：需
NLS
识别并结合
importin
；
?
转运：需
GTP
水解提供能量
转录产物
RNA
的核输出
转录后的
RNA
通常需 加工、修饰成为成熟的
RNA
分子后才能被转运出核。
?
RNA< br>聚合酶
I
转录的
rRNA
分子：以
RNP
的形式离开 细胞核，需要能量；
?
RNA
聚合酶
III
转录的
5s rRNA
与
tRNA
的核输出由蛋白质介导；
?
RNA
聚合酶
II
转录的
hn RNA
，在核内进行
5’
端加帽和
3’
端附加多聚
A
序列以及剪 接等加工过程，
然后形成成熟的
mRNA
出核，
5’
端的
m 7GpppG“
帽子
”
结构对
mRNA
的出核转运是必要的；
?
细胞核中既有正调控信号保证
mRNA
的出核转运，也有负调控信号防 止
mRNA
的前体被错误地运输，后者与剪接体
(spliceosome)
有关。
?
mRNA
的出核转运过程是有极性的，其
5’
端 在前，
3’
端在后。
?
核输出信号
(Nuclear Export Signal
，
NES)
：
RN A
分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号。
?
入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。
第二节
染
色
质
●染色质的概念及化学组成
●染色质的基本结构单位
—
核小体
(nucleosome)
●染色质包装的结构模型
●常染色质和异染色质
一、染色质的概念及化学组成
●染色质概念
●染色体
DNA
?
染色体蛋白质
染色质概念
◆染色质（
chromatin
）
:
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。
?
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。
染色体
DNA
?
基因组（
genome
）
?
DNA
分子一级结构具有多样性
?
DNA
二级结构具有多形性
(polymorphism)
基因组（
genome
）
?
概念
凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是
DNA
。
在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条
DNA
分子，
一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生
物的基因组。
?
基因组大小通常随物种的复杂性而增加
?
基因组中两类遗传信息
?
编码序列
?
调控序列
DNA
分子一级结构具有多样性
?
非重复序列
DNA
?
中度重复
DNA
序列
?
短散在重复元件（
short interspersed elements
，
SINEs
）
?
长散在重复元件（
long interspersed elements
，
LINEs
）
在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且
影响基因表达。
?
高度重复
DNA
序列
?
卫星
DNA
（
satellite DNA
）
，主要分布在染色体着丝粒部位；
?
小卫星
DNA
（
minisatellite DNA
）
，又称数量可变的的串联重复
序列，常用于
DNA
指纹技术（
DNA finger- printing
）作个体鉴定；
?
卫星
DNA
（
microsatellite DNA
）重复单位序列最短，具高度
多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。
DNA
二级结构具有多形性
(polymorphism)
?
三种构型
DNA
：
?
B
型
DNA
（右手双螺旋
DNA
）
；活性最高的
DNA
构象；
?
A
型
DNA
，
B
型
DNA
的重要变构形式，仍有活性；
?
Z
型< br>DNA
，
Z
型
DNA
是左手螺旋，
B
型DNA
的另一种
变构形式，活性明显降低
?
三种构型
DNA
的主要特征
?
DNA
构型的生物学意义
DNA
构型的生物学意义
?
沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用
?
沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对
DNA
信息的识别
?
三种构型的
DNA
处于动态转变之中
?
DNA
二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，
这种变化在
DNA
复制与转录中具有重要的生物学意义。
染色体蛋白质
负责
DNA
分子遗传信息的组织、复制和阅读
◆组蛋白
(histone)
：
◆非组蛋白
(nonhistone)
：
◆非组蛋白的不同结构模式
组蛋白
(histone)
?
核小体组蛋白
(nucleosomal histone)
：
H 2B
、
H2A
、
H3
和
H4,
帮助
DNA
卷曲形成核小体的稳定结构
?
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。
?
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
?
非组蛋白具多样性和异质性
?
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)
?
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。
非组蛋白的不同结构模式
?
α
螺旋
-
转角
-
α
螺旋模式
(he lix-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
）
：
二、染色质的基本结构单位
—
核小体
(nucleosome)
?
主要实验证据
?
核小体结构要点
主要实验证据
◆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
◆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
◆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
◆
SV40
微小染色体（
minichromosome
）分析与电镜观察
核小体结构要点
◆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
◆组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构
◆
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。
◆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
◆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
◆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
三、染色质包装的结构模型
?
染色质包装的多级螺旋模型
(multiple coiling model)
●染色体的骨架
-
放射环结构模型
(scaffold radial loop structure model)
●染色体包装的不同组织水平
染色质包装的多级螺旋模型
◆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
）
压缩
7
倍
压缩
6
倍
压缩
40
倍
压缩
5
倍
DNA
———
→核小体
———
→螺线管
———
→超螺线管< br>———
→染色单体
染色体的骨架
-
放射环结构模型
◆非组蛋白构成的染色体骨架
(chromsomal scaffold)
和由骨架伸出的无数的
DNA
侧环）
◆
30nm
的染色线折叠成环
,
沿染色体纵轴
,
由中央向四周伸出
,
构成放射环。
◆由螺线管形成DNA
复制环
,
每
18
个复制环呈放射状平面排列
,
结合在核基质上形成微带
(miniband)
。微带是染色体高级结构
的单 位
,
大约
106
个微带沿纵轴构建成子染色体。
四、常染色质和异染色质
?
常染色质
(euchromatin)
?
异染色质
(heterochromatin)
：
指间期细胞核中
,
折叠压缩程度高
,
处于聚缩状态的染色质组分。
常染色质
(euchromatin)
◆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）
,
用碱性染料染色时着色浅的那些染色
质。
◆
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)
◆概念：碱性染料染色时着色较深的染色质组分
◆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
?
结构异染色质的特征：
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。
兼性异染色质
?
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
第三节
染色体
●中期染色体的形态结构
●染色体
DNA
的三种功能元件（
functional elements
）
●核型与染色体显带
●巨大染色体（
giant chromosome
）
中期染色体的形态结构
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