大学课程细胞生物学第五章 24课件
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细胞生物学第五章(内膜系统)
N-linked glycosylation O-linked glycosylation
修饰部位 ER
Golgi complex
1.脂类的合成
SER最主要的功能是合成和运输脂类。
可合成生物膜的磷脂、胆固醇和糖脂。
翻 转 酶
转运方式：
出芽：到高尔基体、 溶酶体和细胞膜。 膜泡转运
磷脂转换蛋白：线
第五章 内膜系统
Endomembrane system
内膜系统
1
内质网
2学时
2 3
4 5
高尔基复合体
溶酶体 过氧化物酶体
2学时
内膜系统与细胞整体性 2学时
教学目的
1.掌握新合成肽链在信号肽指导下穿越 内质网进行转移的过程； 2.区别掌握粗面内质网与滑面内质网的 基本功能； 3.掌握粗面内质网合成蛋白的类型和对 蛋白质的修饰作用； 4.熟悉内质网的形态结构与类型； 5.了解内质网的化学组成。
信号肽在蛋白质分选中的作用
信号肽在蛋白质 向内质网的转运过程中 是必须的.
信号肽 Signal peptide
由信号密码翻译出的，
由15－30个连续的疏水氨基酸序列。
决定蛋白质在细胞内的去向。
The signal sequence of growth hormone. Most signal sequences contain a stretch of hydrophobic amino acids, preceded by basic residues (e.g., arginine).
1972年，stein发现: 骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白
分子的N端要比分泌到细胞外的
免疫球蛋白分子N端多一段氨基 酸序列。
修饰部位 ER
Golgi complex
1.脂类的合成
SER最主要的功能是合成和运输脂类。
可合成生物膜的磷脂、胆固醇和糖脂。
翻 转 酶
转运方式：
出芽：到高尔基体、 溶酶体和细胞膜。 膜泡转运
磷脂转换蛋白：线
第五章 内膜系统
Endomembrane system
内膜系统
1
内质网
2学时
2 3
4 5
高尔基复合体
溶酶体 过氧化物酶体
2学时
内膜系统与细胞整体性 2学时
教学目的
1.掌握新合成肽链在信号肽指导下穿越 内质网进行转移的过程； 2.区别掌握粗面内质网与滑面内质网的 基本功能； 3.掌握粗面内质网合成蛋白的类型和对 蛋白质的修饰作用； 4.熟悉内质网的形态结构与类型； 5.了解内质网的化学组成。
信号肽在蛋白质分选中的作用
信号肽在蛋白质 向内质网的转运过程中 是必须的.
信号肽 Signal peptide
由信号密码翻译出的，
由15－30个连续的疏水氨基酸序列。
决定蛋白质在细胞内的去向。
The signal sequence of growth hormone. Most signal sequences contain a stretch of hydrophobic amino acids, preceded by basic residues (e.g., arginine).
1972年，stein发现: 骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白
分子的N端要比分泌到细胞外的
免疫球蛋白分子N端多一段氨基 酸序列。
细胞生物学-第五章-内膜系统
Günter Blobel
2021/4/9
Blobel with members of his laboratory 23
“信号假说”（signal hypothesis）
信号肽(signal peptide)：新合成的蛋白质分子N端含 有一段由15~30个疏水性氨基酸残基组成的特殊序列， 该序列就是蛋白质分选信号，又称信号肽。
15
（二）滑面内质网 SER在细胞中通常多呈分支管状或小泡状。 SER只占内质网的很少的部分，只有在一些
特化的细胞中才具有丰富的SER，同时也承担特 殊的功能。例如，骨骼肌细胞中分布大量的肌 质网，这是特化的SER。
2021/4/9
16
SER
2021/4/9
17
2021/4/9
18
四、内质网的功能（掌握）
第五章 内膜系统
第一节 内质网 第二节 高尔基体 第三节 溶酶体 第四节 过氧化物酶体
2021/4/9
1
✓概念：内膜系统(internal membrane system) 是指位于细胞内那些在结构、功能乃至发生上 具有一定联系的膜性结构，其中包括细胞组分 中的核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧 化物酶体及液泡。
2021/4/9
32
2．蛋白质的运输
① 分泌型蛋白或溶酶体蛋白：出芽方式 ② 膜镶嵌蛋白质的运输方式
在合成多肽链的同时，便直接与内质网组合，形成了 膜镶嵌蛋白；
将合成的多肽链注入内质网腔中，然后组合到膜中。
③ 可溶性蛋白质直接转入细胞质中
2021/4/9
33
2021/4/9
34
3．蛋白质的修饰
✓特点：内膜系统是真核细胞特有的结构。它 们在结构和功能上是统一的整体，是细胞内蛋 白质、酶类、脂类和糖类合成的场所，也具有 包装和运输合成物与分泌产物的功能。
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输
离子流，产生电信号。 编辑ppt
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
2024年细胞生物学全套ppt课件(2024)
30
细胞融合与单克隆抗体技术
2024/1/29
细胞融合技术
通过物理或化学方法诱导两个或 多个细胞融合形成一个杂种细胞 的过程。
单克隆抗体技术
利用杂交瘤技术制备针对特定抗 原的均一性抗体，具有高度的特 异性和亲和力。
31
干细胞技术与再生医学应用前景
干细胞技术
研究干细胞的增殖、分化、迁移 等特性，以及如何利用这些特性
2024/1/29
10
细胞器的结构与功能
线粒体
参与细胞呼吸，为细胞提供能量 。
2024/1/29
叶绿体
参与光合作用，合成有机物并储存 能量。
内质网
参与蛋白质合成和加工，以及脂质 合成。
11
细胞器的结构与功能
01
02
03
04
高尔基体
参与蛋白质的加工、分类和包 装，与细胞分泌活动有关。
溶酶体
含有多种水解酶，能分解衰老 、损伤的细胞器，吞噬并杀死
ATP的结构与功能
ATP是细胞内的能量货币，由腺苷和三个磷酸基团组成，其水解 时释放出能量供细胞使用。
ATP的合成途径
主要通过细胞呼吸作用中的氧化磷酸化和光合磷酸化两种途径合成 。
ATP的分解与能量利用
ATP在细胞内被水解成ADP和磷酸，同时释放出能量供细胞各种生 命活动使用。
15
细胞的呼吸作用与光合作用
2024/1/29
5
细胞生物学的研究意义与价值
2024/1/29
揭示生命活动的规律
细胞是生命的基本单位，所有生命活动都是在细胞内或细胞间进行的。通过研究细胞的结 构和功能，可以揭示生命活动的规律，深入理解生命的本质。
促进医学发展
细胞生物学的研究对于医学发展具有重要意义。例如，通过研究癌细胞的生长和分裂机制 ，可以为癌症治疗提供新的思路和方法。此外，细胞生物学还可以为药物研发、基因治疗 等提供理论支持和技术指导。
细胞融合与单克隆抗体技术
2024/1/29
细胞融合技术
通过物理或化学方法诱导两个或 多个细胞融合形成一个杂种细胞 的过程。
单克隆抗体技术
利用杂交瘤技术制备针对特定抗 原的均一性抗体，具有高度的特 异性和亲和力。
31
干细胞技术与再生医学应用前景
干细胞技术
研究干细胞的增殖、分化、迁移 等特性，以及如何利用这些特性
2024/1/29
10
细胞器的结构与功能
线粒体
参与细胞呼吸，为细胞提供能量 。
2024/1/29
叶绿体
参与光合作用，合成有机物并储存 能量。
内质网
参与蛋白质合成和加工，以及脂质 合成。
11
细胞器的结构与功能
01
02
03
04
高尔基体
参与蛋白质的加工、分类和包 装，与细胞分泌活动有关。
溶酶体
含有多种水解酶，能分解衰老 、损伤的细胞器，吞噬并杀死
ATP的结构与功能
ATP是细胞内的能量货币，由腺苷和三个磷酸基团组成，其水解 时释放出能量供细胞使用。
ATP的合成途径
主要通过细胞呼吸作用中的氧化磷酸化和光合磷酸化两种途径合成 。
ATP的分解与能量利用
ATP在细胞内被水解成ADP和磷酸，同时释放出能量供细胞各种生 命活动使用。
15
细胞的呼吸作用与光合作用
2024/1/29
5
细胞生物学的研究意义与价值
2024/1/29
揭示生命活动的规律
细胞是生命的基本单位，所有生命活动都是在细胞内或细胞间进行的。通过研究细胞的结 构和功能，可以揭示生命活动的规律，深入理解生命的本质。
促进医学发展
细胞生物学的研究对于医学发展具有重要意义。例如，通过研究癌细胞的生长和分裂机制 ，可以为癌症治疗提供新的思路和方法。此外，细胞生物学还可以为药物研发、基因治疗 等提供理论支持和技术指导。
《细胞生物学》ppt课件(2024)
叶绿体
主要功能是进行光合作用，将光能转化为化学能储存在有 机物中。其结构包括外膜、内膜和类囊体，类囊体上附有 大量与光合作用有关的色素和酶。
高尔基体
主要功能是参与蛋白质的加工、分类和包装，形成分泌泡 或分泌颗粒，将其运输到细胞表面或分泌到细胞外。其结 构包括扁平囊泡、大泡和小泡。
2024/1/30
核糖体
2024/1/30
01 02 03 04
推动医学发展
细胞生物学在医学领域有着广泛 的应用，如研究疾病的发病机理 、开发新的治疗方法和药物等。
探索生命起源与进化
通过研究细胞的起源、进化和多 样性，可以深入了解生命的起源 和进化过程，探索生命科学的奥 秘。
6
02
细胞的基本结构与功能
Chapter
2024/1/30
能量代谢的调节机制
受到细胞内能量状态、激素水平、神经调节等多 种因素的影响。
2024/1/30
14
细胞的信号传导与调控
信号传导的基本概念
信号传导的主要途径
信号传导是指细胞通过特定的信号分子和 信号通路，将外界刺激转化为细胞内生物 化学反应的过程。
包括G蛋白偶联受体信号通路、酶联受体信 号通路、离子通道受体信号通路等。
7
细胞膜的结构与功能
2024/1/30
细胞膜的主要成分
01
脂质、蛋白质和糖类
细胞膜的结构特点
02
流动性、选择透过性
细胞膜的功能
03
物质运输、信息传递、能量转换、细胞识别等
8
细胞质的结构与功能
2024/1/30
细胞质的主要成分
水、无机盐、脂质、蛋白质、糖类等
细胞质的结构特点
胶态、不均一性
主要功能是进行光合作用，将光能转化为化学能储存在有 机物中。其结构包括外膜、内膜和类囊体，类囊体上附有 大量与光合作用有关的色素和酶。
高尔基体
主要功能是参与蛋白质的加工、分类和包装，形成分泌泡 或分泌颗粒，将其运输到细胞表面或分泌到细胞外。其结 构包括扁平囊泡、大泡和小泡。
2024/1/30
核糖体
2024/1/30
01 02 03 04
推动医学发展
细胞生物学在医学领域有着广泛 的应用，如研究疾病的发病机理 、开发新的治疗方法和药物等。
探索生命起源与进化
通过研究细胞的起源、进化和多 样性，可以深入了解生命的起源 和进化过程，探索生命科学的奥 秘。
6
02
细胞的基本结构与功能
Chapter
2024/1/30
能量代谢的调节机制
受到细胞内能量状态、激素水平、神经调节等多 种因素的影响。
2024/1/30
14
细胞的信号传导与调控
信号传导的基本概念
信号传导的主要途径
信号传导是指细胞通过特定的信号分子和 信号通路，将外界刺激转化为细胞内生物 化学反应的过程。
包括G蛋白偶联受体信号通路、酶联受体信 号通路、离子通道受体信号通路等。
7
细胞膜的结构与功能
2024/1/30
细胞膜的主要成分
01
脂质、蛋白质和糖类
细胞膜的结构特点
02
流动性、选择透过性
细胞膜的功能
03
物质运输、信息传递、能量转换、细胞识别等
8
细胞质的结构与功能
2024/1/30
细胞质的主要成分
水、无机盐、脂质、蛋白质、糖类等
细胞质的结构特点
胶态、不均一性
细胞生物学第五章高尔基体-PPT课件
合→通过衣被包装成运输小泡→与晚期的内体
融合形成前溶酶体，受体解离→切除甘露糖残
基上的磷酸形成成熟的溶酶体
2. 分泌性蛋白的分选和运输
①连续分泌(continuous secretion) ：分泌蛋白持 续不断地通过胞吐作用形成小泡分泌到细胞外 ②调节分泌(regulated secretion) ：分泌细胞将 分泌物质以很高的浓度储存在分泌泡中，暂时 存留在细胞质，当受到一定的条件刺激时才释 放到胞外。例如消化酶前体
1. N-连接糖蛋白的糖基化
糖基化过程主要在内质网中进行，但要在 Golgi中进行进一步精细加工
2. O-连接糖蛋白的糖基化
主要或全部在高尔基复合体中进行
（二）蛋白质水解作用
有些分泌性蛋白质（如胰岛素）在从RER 刚合成时是无功能的大分子蛋白质前体
这些蛋白质前体，通过运输小泡注入到高
尔基复合体后，通过蛋白质水解酶水解切除
第二节 高尔基体
一、形态结构（掌握） 二、极性（掌握） 三、化学组成（了解） 四、功能（掌握） 五、与疾病的相关性（了解）
一、形态结构
在电镜下，高尔基复合体的超微结构是由三 部 分 组 成 ： 扁 平 囊 （ saccal） 、 小 囊 泡 （vesicles）和大囊泡（vacuoles）。
扁平囊
小囊泡
在扁平囊的生成面附近靠近RER处
由RER芽生而来的运输小泡，携带着蛋
白质的运输小泡与扁平囊融合
一方面将蛋白质从RER运输到高尔基复
合体，另一方面又不断补充扁平囊的膜。
大囊泡
又称之为分泌泡（secreting vacuoles）
或浓缩泡（condensing vacuoles）
扁平囊
细胞生物学ppt课件(2024)
针对细胞信号转导途径中的关键分子设计药物，可以实现对疾病的精准 治疗。例如，靶向肿瘤细胞表面受体的抗体药物可以阻断肿瘤细胞的生 长和扩散。
信号转导与疾病预防
通过调节饮食、生活方式等，可以影响细胞信号转导过程，从而预防疾 病的发生。例如，适量运动可以促进细胞信号转导的正常进行，降低心 血管疾病的风险。
05
细胞的增殖与分化
细胞周期与有丝分裂
细胞周期的定义与阶段
细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程， 包括间期和分裂期两个阶段。
间期的特点与功能
间期是细胞生长和DNA复制的时期，包括G1期、S期和 G2期三个阶段，为细胞分裂准备物质基础。
有丝分裂的过程与意义
有丝分裂是真核细胞进行细胞分裂的主要方式，包括前期 、中期、后期和末期四个阶段，确保遗传物质平均分配到 两个子细胞中。
主动运输
需要消耗能量，物质逆浓度梯度进 行运输，包括原发性主动转运和继 发性主动转运。
膜泡运输
通过膜包裹、膜融合、膜分离等步 骤，实现大分子和颗粒物质的跨膜 运输，包括胞吞作用和胞吐作用。
细胞信号转导的基本过程
信号分子识别
细胞通过表面受体识别信号分子，启动 信号转导过程。
信号跨膜转导
信号分子与受体结合后，通过激活或抑 制膜内信号转导蛋白，将信号跨膜传递 。
04
细胞的能量转换与代谢
细胞的能量转换过程
1 2
ATP的合成与分解
细胞通过ATP的合成和分解来实现能量的转换和 储存，其中ATP的合成主要在线粒体中进行，而 分解则发生在细胞质中。
氧化磷酸化
在线粒体中，通过氧化磷酸化过程将NADH和 FADH2中的能量转化为ATP中的高能磷酸键。
3
光合作用
信号转导与疾病预防
通过调节饮食、生活方式等，可以影响细胞信号转导过程，从而预防疾 病的发生。例如，适量运动可以促进细胞信号转导的正常进行，降低心 血管疾病的风险。
05
细胞的增殖与分化
细胞周期与有丝分裂
细胞周期的定义与阶段
细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程， 包括间期和分裂期两个阶段。
间期的特点与功能
间期是细胞生长和DNA复制的时期，包括G1期、S期和 G2期三个阶段，为细胞分裂准备物质基础。
有丝分裂的过程与意义
有丝分裂是真核细胞进行细胞分裂的主要方式，包括前期 、中期、后期和末期四个阶段，确保遗传物质平均分配到 两个子细胞中。
主动运输
需要消耗能量，物质逆浓度梯度进 行运输，包括原发性主动转运和继 发性主动转运。
膜泡运输
通过膜包裹、膜融合、膜分离等步 骤，实现大分子和颗粒物质的跨膜 运输，包括胞吞作用和胞吐作用。
细胞信号转导的基本过程
信号分子识别
细胞通过表面受体识别信号分子，启动 信号转导过程。
信号跨膜转导
信号分子与受体结合后，通过激活或抑 制膜内信号转导蛋白，将信号跨膜传递 。
04
细胞的能量转换与代谢
细胞的能量转换过程
1 2
ATP的合成与分解
细胞通过ATP的合成和分解来实现能量的转换和 储存，其中ATP的合成主要在线粒体中进行，而 分解则发生在细胞质中。
氧化磷酸化
在线粒体中，通过氧化磷酸化过程将NADH和 FADH2中的能量转化为ATP中的高能磷酸键。
3
光合作用
细胞生物学第五章共33页文档
思考题
1 2．比较胞饮作用和吞噬作用的异同。
END
（二）、受体介导的胞吞作用及包被的组装
二、 胞吐作用
（一）、 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）、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 。
二、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 （ATP、协同、光动力） （一）由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 （结构与机制） （二）由ATP直接提供能量的主动运输
钙泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：V-型质子泵、H+-ATP酶（F-型质子泵） （三）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 （四）物质的跨膜转运与膜电位
（二）协助扩散的特点是：（1）不耗能，速度较快；（2）动力是浓度梯度； （3）有运输蛋白参加，对扩散的物质具有选择性。促进扩散与简单扩散的不 同是有运输蛋白参加，由于蛋白的作用，使速度加快，而且对运输的物质有选 择性。运输蛋白是跨膜蛋白分子或是跨膜蛋白分子复合物，它们以多种形式存 在，并发现存在于各种生物膜中。 （三）水孔蛋白：水分子的跨膜通道（课后参考相关文献）
外与α 亚基的另一位点结合，促使酶发生去磷酸化作用，使磷酸根很 快解离，结果α 基构象又恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧。 在膜内侧，酶与K+亲合力低，与Na+亲合力高，K+在膜内被释放，而 又与Na+结合，由此完成一个循环。这种磷酸化和去磷酸化引起的构 象变化交替出现，每循环一次，消耗1分子ATP，同时从胞内泵出3个 Na+，从胞外泵近2个K+ 。
医学细胞生物学全册课件
Sydney Brenner
H. Robert Horvitz •John E. Sulston
细胞学与化学的结合
四、亚显微结构与分子生物学形成阶段
亚显微水平
20世纪50年代开始
1933年：RusKa制造第一台透射电镜
( 扫描电镜）
扫描电子显微镜
人类精子
人类红细胞
分子生物学的形成与发展
1944 Avery-DNA是遗传物质
1953 Watson，Crick-DNA双螺旋模型
1953 Meselson，Matthaei-半保留复制 1953 Crick-中心法则 1955 Gamov-三联子密码
H. Robert Horvitz •John E. Sulston
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别 因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化 学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
2007年，美国科学家马里奥-卡佩奇和奥利弗-史密西斯、 英国科学家马丁-埃文斯，因他们在在涉及胚胎干细胞和 哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现获诺贝尔诺贝 尔生理学或医学奖。
学》等
2. 杂志：细胞生物学、遗传、生命科学等 3. 网络：细胞生物学精品课程网站
第二节 细胞生物学发展的几个 主要阶段与发展趋势
四个阶段：
第一阶段：细胞的发现和细胞学说的创立
第二阶段：光学显微镜下的细胞学研究 (细胞学的经 典时期）
第三阶段：实验细胞学阶段
第四阶段：亚显微结构与分子水平的细胞生物学
三、实验细胞学阶段
20世纪初叶—20世纪中叶
1910年Morgan建立基因学说：基因是 遗传性状的基本单位，且直线排列在染 色体上，并成为连锁群.
细胞生物学全套ppt课件(共277张PPT)
激光共聚焦显微镜
结合激光扫描和共聚焦技术，实现三 维重建和动态观察，用于研究细胞内 分子定位和相互作用。
电子显微镜
利用电子束代替光束，通过电磁透镜 成像，可观察细胞的超微结构，如透 射电子显微镜和扫描电子显微镜。
分子生物学技术在细胞生物学中应用
DNA重组技术
通过体外操作DNA片段，实现基因克隆、表达和调控研究，用于 解析基因功能和调控网络。
细胞周期调控异常可能导致细胞增殖失控和肿瘤发生。因此，深入研究 细胞周期调控因子和机制对于理解细胞增殖、分化和癌变等生物学过程 具有重要意义。
06
细胞分化、衰老与凋亡
细胞分化类型和影响因素
细胞分化类型 多能干细胞分化
专能干细胞分化
细胞分化类型和影响因素
01
终末分化细胞
02
影响因素
基因表达调控
03
系。
蛋白质组学技术
利用质谱技术、蛋白质芯片等方 法，研究细胞内蛋白质组成、相 互作用和修饰等，揭示蛋白质在
细胞生命活动中的作用。
生物信息学分析
运用生物信息学方法对基因组学 和蛋白质组学数据进行挖掘和分 析，发现新的基因、蛋白质和调 控网络及其与细胞生物学过程的
关系。
THANKS
胞内外环境的稳定。
物质跨膜运输方式及机制
被动运输
01
包括简单扩散和易化扩散两种方式，不需要消耗能量，物质顺
浓度梯度进行运输。
主动运输
02
包括原发性主动转运和继发性主动转运两种方式，需要消耗能
量，物质逆浓度梯度进行运输。
膜泡运输
03
包括出胞和入胞两种方式，通过膜泡的形成和移动来实现物质
的跨膜运输。
膜蛋白功能及其调控
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输与信号传递
钙泵和质子泵
钙泵：动物细胞质膜及内质网膜，1000 Aa组成的 跨膜蛋白，与Na+-K+ 泵的亚基同源，每一泵单位 约10个跨膜螺旋，与胞内钙调蛋白结合调节其活 性
质子泵
P型质子泵：真核细胞膜 V型质子泵：溶酶体膜和液泡膜 H+-ATP酶：顺浓度梯度，线粒体内膜，类囊体膜和细菌
质膜
在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较
调节型胞吐途径：蛋白分选由高尔基体反面 管网区受体类蛋白决定
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第二节 细胞通信与信号传递
细胞通讯与信号传递 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 由细胞表面整联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
一、细胞通讯与信号传递
道
主动运输(active transport)
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 ●类型：
由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 钙泵 质子泵
协同运输(cotransport) 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用
物质的跨膜转运与膜电位
钠钾泵(Na+-K+ pump)
动物细胞 1/3-2/3能量用于细胞内外Na+-K+ 浓度 和二亚基组成， 亚基120kD， 亚基50kD 亚基Asp磷酸化与去磷酸化 1ATP转运3 Na+和2K+ 抑制剂：乌本苷 促进：Mg2+和膜脂 作用：保持渗透平衡
载体蛋白(carrier proteins)及其功能
与特定溶质分子结合，通过一系列构象变化 介导溶质分子的跨膜转运
通透酶，但改变平衡点，加速物质沿自由能 减少方向跨膜运动的速率
细胞生物学全套完整版PPT文档(2024)
推动生物工程进步
细胞生物学的研究也为生物工程领域提供了重要的理论和 技术支持，例如通过细胞工程可以生产具有特定功能的细 胞和组织工程产品。
2024/1/29
探索未知领域
随着研究的深入，细胞生物学将不断揭示新的未知领域和 生命现象，为人类探索生命奥秘提供更多的线索和启示。
6
02 细胞的基本结构 与功能
细胞质内含有各种细胞器，如线粒体、叶绿体、 内质网、高尔基体等，参与细胞的代谢和合成。
细胞质还承担着细胞内物质运输和能量转换的功 能。
2024/1/29
10
细胞核的结构与功能
01
细胞核是细胞的遗传信息库，由 核膜、核仁和染色质组成。
02
核膜将细胞核与细胞质分开，核 膜上有核孔，控制物质进出细胞
核。
2024/1/29
7
细胞的形态与大小
动物细胞形态多样，一般呈圆形、椭圆形或不规则形；植物细胞形态较规则，多为 长方形、正方形或多边形。
细胞大小差异很大，最小的细菌细胞直径仅0.2微米，最大的卵细胞直径可达200微 米以上。
2024/1/29
细胞的大小与生物体的复杂程度有关，一般来说，高等生物细胞较大，低等生物细 胞较小。
激光共聚焦显微镜
利用激光束扫描样品并收集荧光信号，实现 高分辨率的三维成像。
2024/1/29
电子显微镜
利用电子束代替光束，实现更高分辨率的细 胞结构观察。
33
细胞分离与培养技术
2024/1/29
细胞分离技术
包括机械法、酶消化法、免疫磁珠法等，用于从组织或血液中分 离出特定类型的细胞。
细胞培养技术
代谢组学技术
研究细胞内代谢产物的种 类、含量和变化，揭示细 胞代谢状态和调控机制。
细胞生物学5PPT课件
第43页/共45页
Fig. 细胞组成型和调节型胞吐作用
第44页/共45页
感谢您的观看！
第45页/共45页
膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位：在静息状态下的膜电位，质膜内为负值，质膜外为正值， 这种现象又称极化。
动作电位：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位。
去（除）极化：细胞接受阈值刺激，Na+通道打开，瞬时内流，静 息电位减少乃至消失。
反极化：细胞内Na+进一步增加，达到Na+平衡电位，形成瞬时内正 外负的动作电位。
（一）Na+-K+泵
结构：2α（MW=120,000Da）+2 β（MW=50000Da） 存在：一切动物细胞的细胞膜上
植物细胞、真菌、细菌上没有
功能：维持细胞内低Na+高K+的离子环境
第18页/共45页
Na+-K+泵的结构
β α
ATP催化位点 Fig. Na+-K+泵的结构
第19页/共45页
工作原理
每消耗1分子ATP，转运3个Na+和2个K+ 抑制剂：乌本苷、氰化物
第20页/共45页
生理学意义：
维持细胞内低Na+高K+的离子环境，维持细胞的 正常生理活动；
维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积；
胞外高浓度的Na+作为能量储备，驱动其他运输过程
建议
如协同转运
第21页/共45页
（二）Ca2+泵与其他P-型离子泵
1.ATP驱动泵 2. 耦联转运蛋白 3. 光驱动泵
第13页/共45页
Fig. 驱动主动运输的三种类型
Fig. 细胞组成型和调节型胞吐作用
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感谢您的观看！
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膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位：在静息状态下的膜电位，质膜内为负值，质膜外为正值， 这种现象又称极化。
动作电位：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位。
去（除）极化：细胞接受阈值刺激，Na+通道打开，瞬时内流，静 息电位减少乃至消失。
反极化：细胞内Na+进一步增加，达到Na+平衡电位，形成瞬时内正 外负的动作电位。
（一）Na+-K+泵
结构：2α（MW=120,000Da）+2 β（MW=50000Da） 存在：一切动物细胞的细胞膜上
植物细胞、真菌、细菌上没有
功能：维持细胞内低Na+高K+的离子环境
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Na+-K+泵的结构
β α
ATP催化位点 Fig. Na+-K+泵的结构
第19页/共45页
工作原理
每消耗1分子ATP，转运3个Na+和2个K+ 抑制剂：乌本苷、氰化物
第20页/共45页
生理学意义：
维持细胞内低Na+高K+的离子环境，维持细胞的 正常生理活动；
维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积；
胞外高浓度的Na+作为能量储备，驱动其他运输过程
建议
如协同转运
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（二）Ca2+泵与其他P-型离子泵
1.ATP驱动泵 2. 耦联转运蛋白 3. 光驱动泵
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Fig. 驱动主动运输的三种类型
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第五章
细胞膜及其表面
（ CELL MEMBRANE AND ITS SURFACE ）
• 细 胞 膜 （ cell membrane ） ： 又 称 质 膜 （plasma membrane） 。
• 内膜：形成各种细胞器的膜。
• 生物膜（biomembrane）：质膜和内膜的总称。
第一节 细胞膜的分子结构和特性
• 生物膜中流动的脂质是在可逆的进行无序（液态） 和有序（晶态）的相变，膜蛋白对脂质分子的运 动具有控制作用。
➢ 板块镶嵌模型
• 在流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、刚 性较大的彼此独立移动的脂质区（有序结构的板 块），这些有序结构的板块之间被流动的脂质区 （无序结构的板块）分割。
神经节苷脂
脂质体
（二）膜蛋白
• 占核基因组编码蛋白质的20-25%； • 膜功能差异主要在于所含蛋白质不同； • 膜蛋白主要为球状蛋白质，可为单体或多聚体； • 根据与脂分子的结合方式分为：
– 膜内在蛋白（integral protein） – 膜周边蛋白（peripheral protein）
R1
R2
磷脂酰PE乙醇胺 磷脂P酰S 丝氨酸 磷脂P酰C 胆碱
磷脂酰胆碱
➢ 鞘磷脂
• 鞘磷脂以鞘胺醇代替磷酸甘油酯中的甘油，只有 一条脂肪酸链。
• 脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜 中不含。
➢ 磷脂的主要特征： • 极性头（亲水）、非极性尾 （脂肪酸链，疏水）；
• 脂肪酸链碳为偶数，碳原子数 =12-24，以16与18居多；
（三）膜糖
• 主要为寡糖，以寡糖链的形式与脂类和蛋白质共 价 形 成 糖 脂 （ glycolipid ） 和 糖 蛋 白 （glycoprotein）。
糖脂
糖蛋白
糖蛋白的寡 糖链
糖脂的寡 糖链
糖蛋白的寡 糖链
糖脂的寡 糖链
胞外面 胞质面
磷脂 肽链 糖基
膜糖与质膜的结构关系图解
二、膜的分子结构
亲水区 疏水性穿膜区
亲水区
1. 膜周边蛋白质（peripheral protein）
• 不直接与脂双层疏水区相连。 • 分布于膜内外表面（内表面居多），水溶性，容易
从膜上分离下来。
周边蛋白有的通过寡糖链与脂双层表面结合：
共价结合
与脂肪酸链 形成酰胺键 锚定至膜上
与异戊二烯基 团形成硫酯键 锚定至膜上
一、膜的化学组成
• 主要由膜脂和膜蛋白组成，还有少量糖、水、无 机盐及金属离子。糖以糖脂和糖蛋白形式存在。
• 不同生物膜上脂质和蛋白质的比例有所不同，多 数细胞膜脂类和蛋白质含量大致相等。
（一）膜脂
• 膜脂主要包括磷脂和胆固醇，有的膜还有糖脂。 1. 磷脂（phospholipid） 最主要的脂质，分为磷酸甘油脂和鞘磷脂。
• E. Overton 1895 推测 细胞膜由连续的脂类物 质组成。
• E. Gorter 等 1925 推测 细胞膜由双层脂分子组 成。
➢ 片层结构模型
• J. Danielli & H. Davson 发现质膜的表面张力比 油－水界面的张力低得多，于1935年提出三明治 模型（片层结构模型）：蛋白质-脂类-蛋白质。
• 常含一条不饱和脂肪酸（含双 键），另一条则饱和。
2. 胆固醇（cholesterol）
• 动物细胞膜中含量较高。
• 加强质膜，调节膜流动 性，阻止磷脂凝集成晶 体结构。
3. 糖脂（glycolipid） • 约占5％，神经细胞膜含量高。 • 由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合形成。
脑苷脂
1. 细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成； 2. 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向两面组
成生物膜骨架； 3. 蛋白质或嵌在脂双层表面、或嵌在其内部、或横跨
脂双层，表现出分布的不对称性。
★ 强调了膜的流动性和膜的不对称性。 § 忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用和膜各部分流
动的不均一性。
➢ 晶格镶嵌模型
有的直接通过端部氨基酸残基与脂分子极性头部结合
有的则附着在其它膜蛋白上间接与膜结合：
附着 周边蛋白
膜蛋白
膜蛋白
周边蛋白
附着在其他膜蛋白上的周边蛋白
镶嵌蛋白
周边蛋白
膜蛋白的两种存在形式：镶嵌蛋白和周边蛋白
膜蛋白的功能
膜蛋白
(1)运输蛋白 (2)受体蛋白 (3)酶 (4)连接蛋白
有的膜蛋白兼具两种功能
➢ 液态镶嵌模型
• S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧光、冰冻 蚀刻等技术的研究结果，提出了“液态镶嵌模型” （ Fluid-mosaic model ），获1972年诺贝尔奖。
The “central dogma” of membrane biology
细胞膜的液态镶嵌模型
➢ 单位膜模型
• JD. Robertson 1957根据电镜观察提出单位膜模 型。厚约7.5nm，特征“两暗一明”。内外为电子 密度高的暗线，中间为电子密度低的明线。
• 各种细胞的细胞膜以及各种细胞内膜在电镜下都 呈“暗-明-暗”的三层式结构，称单位膜：
暗线
横
切
明线
面
暗线
蛋白质 脂类
➢ 单位膜 现指在EM下呈现“暗-明-暗”三层式结构、 由脂蛋白构成的任何一层膜。
1. 膜内在蛋白质（integral protein）
• 又称镶嵌蛋白（mosaic protein），通过蛋白质上 的疏水区域结合膜脂疏水区，穿过膜1次或多次， 亦称跨膜蛋白（transmembrane protein）。
• 与膜结合紧密， 非水溶性，只有 用去垢剂类剧烈 条件才能从膜上 溶解下来。
CH 2 CH 2 O O P OO
HC CH 2 O
H2C O
+NH 3 H C COO -
CH 2 O O P OO
HC CH 2
H2C
O
O
CH 3 H3C +N CH 3
CH 2 CH 2 O O P OO HC CH 2 O
C OC O
C OC O
C OCO
R1
R2
磷脂PE酸
R1
R2
R1
R2
➢ 磷酸甘油脂
• 最简单形式：磷脂酸 ----以甘油为骨架，1、2位羟
基与脂肪酸、3位与磷酸形成酯键。
• 以磷脂酸为前体合成其它膦酸甘油酯，主 要有：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙 醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸等。
CH 2
O
OH P OO
H2C
OO
ห้องสมุดไป่ตู้
H C C H2 O
C OC O
H2C O
+NH 3
细胞膜及其表面
（ CELL MEMBRANE AND ITS SURFACE ）
• 细 胞 膜 （ cell membrane ） ： 又 称 质 膜 （plasma membrane） 。
• 内膜：形成各种细胞器的膜。
• 生物膜（biomembrane）：质膜和内膜的总称。
第一节 细胞膜的分子结构和特性
• 生物膜中流动的脂质是在可逆的进行无序（液态） 和有序（晶态）的相变，膜蛋白对脂质分子的运 动具有控制作用。
➢ 板块镶嵌模型
• 在流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、刚 性较大的彼此独立移动的脂质区（有序结构的板 块），这些有序结构的板块之间被流动的脂质区 （无序结构的板块）分割。
神经节苷脂
脂质体
（二）膜蛋白
• 占核基因组编码蛋白质的20-25%； • 膜功能差异主要在于所含蛋白质不同； • 膜蛋白主要为球状蛋白质，可为单体或多聚体； • 根据与脂分子的结合方式分为：
– 膜内在蛋白（integral protein） – 膜周边蛋白（peripheral protein）
R1
R2
磷脂酰PE乙醇胺 磷脂P酰S 丝氨酸 磷脂P酰C 胆碱
磷脂酰胆碱
➢ 鞘磷脂
• 鞘磷脂以鞘胺醇代替磷酸甘油酯中的甘油，只有 一条脂肪酸链。
• 脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜 中不含。
➢ 磷脂的主要特征： • 极性头（亲水）、非极性尾 （脂肪酸链，疏水）；
• 脂肪酸链碳为偶数，碳原子数 =12-24，以16与18居多；
（三）膜糖
• 主要为寡糖，以寡糖链的形式与脂类和蛋白质共 价 形 成 糖 脂 （ glycolipid ） 和 糖 蛋 白 （glycoprotein）。
糖脂
糖蛋白
糖蛋白的寡 糖链
糖脂的寡 糖链
糖蛋白的寡 糖链
糖脂的寡 糖链
胞外面 胞质面
磷脂 肽链 糖基
膜糖与质膜的结构关系图解
二、膜的分子结构
亲水区 疏水性穿膜区
亲水区
1. 膜周边蛋白质（peripheral protein）
• 不直接与脂双层疏水区相连。 • 分布于膜内外表面（内表面居多），水溶性，容易
从膜上分离下来。
周边蛋白有的通过寡糖链与脂双层表面结合：
共价结合
与脂肪酸链 形成酰胺键 锚定至膜上
与异戊二烯基 团形成硫酯键 锚定至膜上
一、膜的化学组成
• 主要由膜脂和膜蛋白组成，还有少量糖、水、无 机盐及金属离子。糖以糖脂和糖蛋白形式存在。
• 不同生物膜上脂质和蛋白质的比例有所不同，多 数细胞膜脂类和蛋白质含量大致相等。
（一）膜脂
• 膜脂主要包括磷脂和胆固醇，有的膜还有糖脂。 1. 磷脂（phospholipid） 最主要的脂质，分为磷酸甘油脂和鞘磷脂。
• E. Overton 1895 推测 细胞膜由连续的脂类物 质组成。
• E. Gorter 等 1925 推测 细胞膜由双层脂分子组 成。
➢ 片层结构模型
• J. Danielli & H. Davson 发现质膜的表面张力比 油－水界面的张力低得多，于1935年提出三明治 模型（片层结构模型）：蛋白质-脂类-蛋白质。
• 常含一条不饱和脂肪酸（含双 键），另一条则饱和。
2. 胆固醇（cholesterol）
• 动物细胞膜中含量较高。
• 加强质膜，调节膜流动 性，阻止磷脂凝集成晶 体结构。
3. 糖脂（glycolipid） • 约占5％，神经细胞膜含量高。 • 由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合形成。
脑苷脂
1. 细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成； 2. 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向两面组
成生物膜骨架； 3. 蛋白质或嵌在脂双层表面、或嵌在其内部、或横跨
脂双层，表现出分布的不对称性。
★ 强调了膜的流动性和膜的不对称性。 § 忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用和膜各部分流
动的不均一性。
➢ 晶格镶嵌模型
有的直接通过端部氨基酸残基与脂分子极性头部结合
有的则附着在其它膜蛋白上间接与膜结合：
附着 周边蛋白
膜蛋白
膜蛋白
周边蛋白
附着在其他膜蛋白上的周边蛋白
镶嵌蛋白
周边蛋白
膜蛋白的两种存在形式：镶嵌蛋白和周边蛋白
膜蛋白的功能
膜蛋白
(1)运输蛋白 (2)受体蛋白 (3)酶 (4)连接蛋白
有的膜蛋白兼具两种功能
➢ 液态镶嵌模型
• S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧光、冰冻 蚀刻等技术的研究结果，提出了“液态镶嵌模型” （ Fluid-mosaic model ），获1972年诺贝尔奖。
The “central dogma” of membrane biology
细胞膜的液态镶嵌模型
➢ 单位膜模型
• JD. Robertson 1957根据电镜观察提出单位膜模 型。厚约7.5nm，特征“两暗一明”。内外为电子 密度高的暗线，中间为电子密度低的明线。
• 各种细胞的细胞膜以及各种细胞内膜在电镜下都 呈“暗-明-暗”的三层式结构，称单位膜：
暗线
横
切
明线
面
暗线
蛋白质 脂类
➢ 单位膜 现指在EM下呈现“暗-明-暗”三层式结构、 由脂蛋白构成的任何一层膜。
1. 膜内在蛋白质（integral protein）
• 又称镶嵌蛋白（mosaic protein），通过蛋白质上 的疏水区域结合膜脂疏水区，穿过膜1次或多次， 亦称跨膜蛋白（transmembrane protein）。
• 与膜结合紧密， 非水溶性，只有 用去垢剂类剧烈 条件才能从膜上 溶解下来。
CH 2 CH 2 O O P OO
HC CH 2 O
H2C O
+NH 3 H C COO -
CH 2 O O P OO
HC CH 2
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CH 2 CH 2 O O P OO HC CH 2 O
C OC O
C OC O
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磷脂PE酸
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➢ 磷酸甘油脂
• 最简单形式：磷脂酸 ----以甘油为骨架，1、2位羟
基与脂肪酸、3位与磷酸形成酯键。
• 以磷脂酸为前体合成其它膦酸甘油酯，主 要有：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙 醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸等。
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