2012-3-20线粒体细胞骨架细胞周期-PPT文档.ppt

三、能量转换的细胞器-线粒体(mitochondrion) *1894年R. Altaman首次在动物细胞中发现该细胞器， 命名为bioblast。 *1897年Benda首次将它命名为mitochondrion。 *1900年L. Michaelis用Janus Green B 发现线粒体可进 行氧化还原反应。 *至20世纪50年代，证实线粒体是进行能量代谢的场所 。 n细胞的“动力工厂”。 n细胞生命活动80%能量由线粒体提供 n糖类、脂肪、氨基酸最终氧化释能的场所 n通过氧化磷酸化反应合成ATP，为细胞生命活动 提供直接能量。 三、能量转换的细胞器-线粒体(mitochondrion) n光镜下，粒状、杆状或线状 。直径0.5-1µm n不同类型细胞所含数量差别 很大；功能旺盛的细胞 mt 丰富。如哺乳动物肝细胞约 含2000个mt，肾细胞约400个 ，精子约25个 n分布多集中于需能高的部位 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 外膜外膜 内膜内膜 mtDNAmtDNA 膜间隙膜间隙 基质基质 嵴嵴 基粒基粒 uu 电镜下，二层单位膜套叠成的囊状结构电镜下，二层单位膜套叠成的囊状结构 外膜 内膜 膜间隙 基质（内室） （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 外膜：5-7nm；上有排列整齐的孔蛋白构成的 筒状圆柱体，中央小孔孔径1-3nm，可通过分 子量10000以下的分子。 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 外膜外膜 内膜内膜 mtDNAmtDNA 膜间隙膜间隙 基质基质 嵴嵴 基粒基粒 内膜：约6nm；通透性很差，不带电荷的小分子可 以进入，大的分子和离子需通过转运蛋白的帮助由 内膜进入基质。 u 嵴（cristae）: 内膜向内室突起形成嵴。 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 外膜外膜 内膜内膜 mtDNAmtDNA 膜间隙膜间隙 基质基质 嵴嵴 基粒基粒 膜间隙：6-8nm，内外膜之间的空隙。 基质（内室）：被内膜包围的空间。 u 基质为无定形物质，含有酶、脂类、DNA、 RNA、核糖体以及较大的致密颗粒 u 由于内膜的低通透性使基质具有一定的pH和渗 透压。 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 外膜外膜 内膜内膜 mtDNAmtDNA 膜间隙膜间隙 基质基质 嵴嵴 基粒基粒 n基粒 内膜上许多排列规则、带柄的 球状小体。 一个基粒就是一个ATP酶复合 体，是将呼吸链电子传递过程 中释放的能量用于使ADP磷酸 化形成ATP的结构，是偶联磷 酸化的关键装置。 每个线粒体有104-105个基粒。 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 基粒（ATP酶复合体） F1因子，头部 n5种亚基按比例组成 nF1通过柄部与F0相连时才具有催化ATP合成的作用 柄部 n寡霉素敏感性蛋白质 n若与寡霉素结合，会发挥寡霉素的解偶联作用，而抑制ATP的合成 F0因子，基片 n是至少4种多肽组成的疏水蛋白，镶嵌在内膜的脂质双层中 n周围围绕呼吸链的各个组分 n基片具有质子通道的作用 （一）线粒体的形态结构（一）线粒体的形态结构 基片具有质子通道的作用 n被呼吸链传递到膜间 腔的大量质子（H+ ），顺着内膜外侧到 内侧的质子浓度通过 基片这个质子通道到 达F1因子时，驱动 ATP酶催化ADP磷酸 化成为ATP （二）线粒体的功能 u 线粒体通过氧化磷酸化反应合成 ATP，为细胞提供能量。 u 线粒体是物质氧化与能量转换的 场所。 n以糖为例，主要步骤： 糖酵解； 由丙酮酸形成乙酰辅酶A和三 羧酸循环； 电子传递和氧化磷酸化 （二）线粒体的功能 n糖酵解。糖、脂肪等营养物质，在细胞质中经过酵解产生丙酮 酸和脂肪酸， n由丙酮酸形成乙酰辅酶A和三羧酸循环。进入mt基质，经过一 系列分解代谢形成乙酰辅酶A，再进一步参加三羧酸循环； u电子传递和氧化磷酸化。脱下的氢经mt内膜上的电子传递链（ 呼吸链），最后传递给氧生成水。在此过程中释放的能量，通 过ADP的磷酸化，生成含高能磷酸键的ATP储存在体内，供机体 各种活动需要。 单击此处编辑母版标 题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *13 生命的基本单位 细胞 u无氧酵解在细胞质 中进行。 u其余均在线粒体中 进行。 u三羧酸循环在线粒体基 质， u电子传递和氧化磷酸化 偶联在线粒体内膜上进行 。 （二）线粒体的功能 四、细胞骨架 cytoskeleton 细胞骨架是普遍存在于真核细胞中由蛋白纤维组成的细胞骨架是普遍存在于真核细胞中由蛋白纤维组成的 网架结构，由网架结构，由微管微管、微丝微丝和和中间纤维中间纤维组成。组成。 （一）微管（一）微管 microtubulemicrotubule 形态结构（电镜）形态结构（电镜） *中空的管状结构，直径24- 26nm， *13条原纤维纵行螺旋排列 *每条原纤维是由 微管蛋白相间排列成的长链 。 微管的分子组成微管的分子组成 * 、微管蛋白：是一类酸性蛋白，它们分子量相同， 各含约500个左右氨基酸残基。 *微管蛋白常以异二聚体的形式存在。 （一）微管（一）微管 microtubulemicrotubule 微管的存在方式微管的存在方式 单管、二联管、三联管 二联管、三联管存在特定的细胞器中，如鞭毛、纤毛 （二联管），中心粒（三联管） （一）微管（一）微管 microtubulemicrotubule 鞭毛、纤毛的运动 n两者都是由细胞膜包绕一 束由微管组成的轴丝 n轴丝由9根二联管环绕一 对单管呈“9+2”的排列 nA管伸出内外两条动位蛋 白臂，指向相邻二联管的 B管。 n通过动位蛋白臂水解ATP 释放能量，促使动位蛋白 沿相邻的B管朝（-）端走 动，引起二联管之间的相 互滑动。 （一）微管（一）微管 microtubulemicrotubule 微管的装配微管的装配 动态结构，可根据需动态结构，可根据需 要组装和去组装；要组装和去组装； 微管蛋白二聚体装配微管蛋白二聚体装配 成原纤维；成原纤维； 侧面增加二聚体形成侧面增加二聚体形成 片层由片层由1313根原纤维组根原纤维组 成微管；成微管； 新的二聚体不断加到 微管的端点，使之延 长； （+ +）极，（）极，（- -）极）极 （一）微管（一）微管 microtubulemicrotubule （二）微丝（二）微丝(microfilament, MF)(microfilament, MF) u实心骨架纤维，直径7nm ，分布于细胞质中。与微管 共同构成细胞的支架。 u主要成分是肌动蛋白（G- 肌动蛋白）。它组成的纤维 与细胞内各种微丝结合蛋白 相互作用，行使着微丝的各 种功能。 （二）微丝（二）微丝(microfilament, MF)(microfilament, MF) 微丝的分子组成微丝的分子组成 uu 单体：球形肌动蛋白（单体：球形肌动蛋白（G-G-actinactin） uu 多聚体：螺旋状肌动蛋白（多聚体：螺旋状肌动蛋白（F-F-actinactin），以相），以相 同的方式头尾相接形成螺旋状肌动蛋白丝。同的方式头尾相接形成螺旋状肌动蛋白丝。 uu 有有3 3种肌动蛋白异构体。分别存在于不同细胞种肌动蛋白异构体。分别存在于不同细胞 和组织中。和组织中。 uu ：成熟的肌肉组织；：成熟的肌肉组织； uu 、 ：大多数非肌细胞：大多数非肌细胞 （三）中间纤维（三）中间纤维（intermediate filament, IFintermediate filament, IF） * *中间纤维有中间纤维有5 5型，分布存在严格的组织特异性：型，分布存在严格的组织特异性： 、型酸性角蛋白存在于上皮组织，型酸性角蛋白存在于上皮组织，型纤层蛋白型纤层蛋白 存在于所有细胞中。存在于所有细胞中。 * *中间纤维是中空管状结构，直径约为中间纤维是中空管状结构，直径约为10nm10nm，单根，单根 或成束地分布在细胞质内。或成束地分布在细胞质内。 形态与分类形态与分类 * *1515种种IFIF结合蛋白。结合蛋白。 （三）中间纤维（三）中间纤维（intermediate filament, IFintermediate filament, IF） 结构结构 uu中间纤维成分复杂，但具有相同的基本结构，肽链中中间纤维成分复杂，但具有相同的基本结构，肽链中 部都有一个约部都有一个约310310个氨基酸残基的个氨基酸残基的 螺旋杆状区。长度和螺旋杆状区。长度和 氨基酸组成非常保守。氨基酸组成非常保守。 uu两端是非螺旋的头部和尾部，氨基酸组成和化学性质两端是非螺旋的头部和尾部，氨基酸组成和化学性质 高度可变。高度可变。 uu端部的多样化决定了中间纤维蛋白的差异。端部的多样化决定了中间纤维蛋白的差异。 uu细胞骨架不是一个被动的支架，而是非常复杂的动细胞骨架不是一个被动的支架，而是非常复杂的动 态网络，不断组装（聚合）和去组装（解聚），使细态网络，不断组装（聚合）和去组装（解聚），使细 胞能适应其功能状态发生形状改变及其他运动方式。胞能适应其功能状态发生形状改变及其他运动方式。 （四）细胞骨架的功能（四）细胞骨架的功能 （四）细胞骨架的功能（四）细胞骨架的功能 1 1、细胞支持、细胞支持 在大多数真核细胞内，细胞骨架特别是微管参与决定在大多数真核细胞内，细胞骨架特别是微管参与决定 细胞的几何形状。各种细胞骨架成分的支持作用在细细胞的几何形状。各种细胞骨架成分的支持作用在细 胞突起部分表现得更为明显。如微绒毛、纤毛胞突起部分表现得更为明显。如微绒毛、纤毛 维持细胞形态：用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致 细胞变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要 的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的形成 和维持, 微管亦起关键作用。 1 1、细胞支持、细胞支持 （四）细胞骨架的功能（四）细胞骨架的功能 2 2、细胞运动、细胞运动 uu所有的细胞运动都和细胞内的细胞骨架体系有关，所有的细胞运动都和细胞内的细胞骨架体系有关， 同时需要同时需要ATPATP和动力蛋白，后者分解和动力蛋白，后者分解ATPATP，所释放的能，所释放的能 量驱使细胞运动。量驱使细胞运动。 uu从染色体分离到纤毛、鞭毛的摆动，从细胞形状的从染色体分离到纤毛、鞭毛的摆动，从细胞形状的 改变到位置的迁移等。改变到位置的迁移等。 （四）细胞骨架的功能（四）细胞骨架的功能 细胞表面是一个复杂的结构体系：细胞表面是一个复杂的结构体系：细胞膜细胞膜是细胞表是细胞表 面的主体结构，它与质膜外侧的面的主体结构，它与质膜外侧的细胞外被细胞外被和质膜内和质膜内 侧的侧的胞质溶胶胞质溶胶共同组成细胞表面。共同组成细胞表面。 细胞表面结构示意图 细胞外被 细胞膜 胞质溶胶 五、细胞表面与细胞外基质 （一）细胞表面（cell surface ） 细胞表面是一个多功能体系细胞表面是一个多功能体系： 1.保护细胞，使细胞活动有一相对稳定的 内环境。 2.参与细胞内外的物质和能量交换。 3.参与细胞识别、信息的接受和传递。 4.参与细胞运动。 5.维护细胞的各种形态。 五、细胞表面与细胞外基质 （一）细胞表面 在多细胞的生物体内，除细胞以外的非细胞性的 固有物质成分，称细胞外基质。 细胞与细胞外基质相互依存，构成完整的组织。 细胞外基质是由大分子构成的结构精细而错综复 杂的网络。在生物组织中所占空间有组织差异。 结缔组织中细胞外基质含量较高。 五、细胞表面与细胞外基质 （二）细胞外基质（extracellular matrix，ECM ） 组成细胞外基质的大分子一般分为四类：胶原、非胶原 糖蛋白、弹性蛋白以及氨基聚糖和蛋白聚糖。化学成分 为蛋白质和多糖。 细胞外基质的组成成分及组装形式由所产生的细胞决定 ，并与组织的特殊功能需要相适应。 能够分泌和形成细胞外基质的主要细胞类群是成纤维细 胞和少量其他特化组织的细胞。 细胞外基质成分的合成、分泌和组装是细胞活动的产物 ，它不仅参与组织结构的维持，而且对细胞的存活、形 态、功能、代谢、增殖、分化和迁移等基本生命活动具 有影响。 五、细胞表面与细胞外基质 （二）细胞外基质（extracellular matrix，ECM ） 单击此处编辑母版标 题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *32 生命的基本单位 细胞 原核生物向真核生物进化的一个重要变化原核生物向真核生物进化的一个重要变化 就是细胞内部结构的复杂化，即出现了许多结就是细胞内部结构的复杂化，即出现了许多结 构和功能都不同的构和功能都不同的细胞器细胞器。 OO蛋白质合成细胞器蛋白质合成细胞器 OO内膜结构系统细胞器内膜结构系统细胞器 OO能量转换的细胞器能量转换的细胞器 OO细胞形态与运动相关细胞器（细胞骨架）细胞形态与运动相关细胞器（细胞骨架） OO细胞表面结构与运动的细胞器（细胞表面与细胞外基质）细胞表面结构与运动的细胞器（细胞表面与细胞外基质） 单击此处编辑母版标 题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *33 生命的基本单位 细胞 一、细胞诊断一、细胞诊断 在疾病的诊断上，应用单克隆抗体技术已研究出几百种体外诊 断试剂盒，使很多疾病的诊断简单而精确，并使多种复杂疾病的治 疗效果大大提高。 第五节 细胞与医学 二、细胞治疗二、细胞治疗 细胞治疗是近十年来在分子生物学、分子免疫学、细胞生物学 等基础上发展起来的一种治疗疾病的方法，可分为体细胞治疗和干 细胞治疗。而目前主要应用的是干细胞治疗。 细胞增殖周期 n n 一、细胞周期的一些概念一、细胞周期的一些概念 n n 二、细胞周期各时相的动态及特点二、细胞周期各时相的动态及特点 n n 三、有丝分裂各期的主要特征三、有丝分裂各期的主要特征 细胞增殖（cell proliferation）：细胞通过生长和 分裂，使细胞数目增加，使子细胞获得与母细胞同样 遗传信息的过程。 细胞周期时间(Tc)：细胞周期过程所需要的时间细胞周期过程所需要的时间 。 细胞周期 (cell cycle)：连续分裂的细胞，细胞通连续分裂的细胞，细胞通 过生长，进行必要的物质准备，然后分裂、再生长过生长，进行必要的物质准备，然后分裂、再生长 、分裂，周而复始，这种细胞生长、分裂的循环过、分裂，周而复始，这种细胞生长、分裂的循环过 程。程。 即细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂终了即细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂终了 所经历的过程。所经历的过程。 一、细胞周期的一些概念 细胞周期 （Cell cycle ） 间期 （Interphase） 分裂期 M （Mitotic phase） G1期（first gap phase） S 期（synthetic phase） G2期（second gap phase） 前期（prophase） 中期（metaphase） 后期（anaphase） 末期（telophase） 细胞增殖包括细胞增殖包括3 3方面：方面： （1 1）细胞生长）细胞生长 （2 2）染色质复制）染色质复制 （3 3）细胞分裂）细胞分裂 细胞周期时间（小时）细胞周期时间（小时） 细细胞类类型TG1TSTG2TMTC 人宫颈宫颈 癌细细胞1073.51.522 中国仓仓鼠卵巢细细胞4.74.12.80.812.4 蛙单单倍体胚11168.31.637.8 小鼠皮肤上皮8711.83未定未定101.0 人急性白血病细细胞41295.9未定75.9 蚕豆根尖细细胞4.95.54.92.019.3 *周期性细胞（连续分裂细胞） *暂时不分裂细胞（G0期细胞） *终末分化细胞（不分裂细胞） 可以连续分裂进行增殖。 骨髓造血干细胞、皮肤基底层 细胞。 暂时从G1期退出细胞周期，但在适当刺激下可重 新进入细胞周期。 某些免疫淋巴细胞、肝、肾细胞 不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，但保持 一定的生理功能的细胞。 神经细胞、肌肉细胞。 二、细胞周期各时相的动态及特点 、rRNArRNA、mRNAmRNA、tRNAtRNA合成合成 、核糖体装配、核糖体装配 、结构蛋白、酶蛋白合成、结构蛋白、酶蛋白合成 、CaMCaM、cyclincyclin、CDKCDK合成合成 、G1G1末期，中心粒开始复制末期，中心粒开始复制 （一）G1期（合成前期） 周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶 周期蛋白（cyclin)： 是一类随细胞周期的进程而呈周期性变化的蛋白 质，有G1期周期蛋白（cyclin C、D、E）及M期 周期蛋白（cyclin A、B ）。周期蛋白主要通过调 节周期蛋白依赖性蛋白激酶的活性而发挥作用。 周期蛋白依赖性蛋白激酶 (cyclin-dependent kinase, CDK)： CDK是一类必须与周期蛋白结合才具有蛋白激酶活性 的酶蛋白。不同的CDK激酶与不同的周期蛋白结合， 执行不同的调节功能。 触发蛋白（触发蛋白（trigger proteintrigger protein）合成）合成 不稳定蛋白（ 不稳定蛋白（unstable proteinunstable protein），），U U蛋白蛋白 限制点（限制点（restriction pointrestriction point，R R点）点） 药物敏感时期：放线菌素D 细胞在周期运行过程中的调控点，是调节细胞继细胞在周期运行过程中的调控点，是调节细胞继 续沿周期运行，或停止于某一阶段的控制点。续沿周期运行，或停止于某一阶段的控制点。 前复制复合物（pre-replication complex, Pre-PC） 二、细胞周期各时相的动态及特点 （一）G1期（合成前期） S期活化因子 DNA DNA 损伤修复的检验损伤修复的检验 与细胞周期运行相关蛋白质磷酸化和去磷酸化与细胞周期运行相关蛋白质磷酸化和去磷酸化 二、细胞周期各时相的动态及特点 （一）G1期（合成前期） （二）S期（合成期） 1 1、DNADNA复制复制 S S期活化因子：期活化因子：CDK1-cyclin E, CDK1-cyclin E, CDK1-cyclin ACDK1-cyclin A 、组蛋白、非组蛋白合成、组蛋白、非组蛋白合成 、染色质装配、染色质装配 、中心粒复制、中心粒复制 、微管蛋白开始合成、微管蛋白开始合成 （三）2期（合成后期） 微管蛋白合成微管蛋白合成 有丝分裂因子合成有丝分裂因子合成 成熟促进因子（成熟促进因子（MPFMPF）合成）合成 核纤层磷酸化 主要进行细胞分裂前的物质和相主要进行细胞分裂前的物质和相 关细胞结构的准备关细胞结构的准备 由由G2G2期过渡到期过渡到MM期受期受G2G2检验点的控制检验点的控制 （四）期（分裂期） 亲本细胞核染色体精确均等分配给 亲本细胞核染色体精确均等分配给 两个子细胞。 两个子细胞。 RNARNA停止合成。停止合成。 蛋白质合成减少。蛋白质合成减少。 前期、中期、后期、末期核分裂 胞质分裂 （四）期（分裂期） n n 前期（前期（prophaseprophase） n n 染色质凝集，形成有丝分裂染色体染色质凝集，形成有丝分裂染色体(mitotic(mitotic chromosomechromosome），核膜崩解，核仁消失核膜崩解，核仁消失 n n 纺锤体形成纺锤体形成 三、有丝分裂各期的主要特征 着丝粒（centromere） 着丝粒是指染色体主缢痕部位的 染色质. 动粒 动粒是附着于着丝粒上的一种细胞器，外侧有 纺锤体微管附着，内侧与着丝粒相互交织. 每条中期染色体有两个动粒，分别位于着丝粒 两侧. n中期（metaphase）：从核膜消失到有丝分裂器形成的时期。所 有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上。 n赤道板：染色体被最大程度地压缩，由动粒微管牵引排列在纺锤 体的中央形成赤道板。 n有丝分裂器：由纺锤体、中心粒和染色体构成 的细胞结构，专门执行有丝分裂功能，确保完全 相同的两套染色体均等地分配给两个子细胞。 三、有丝分裂各期的主要特征 n n 后期（后期（anaphaseanaphase） n n 在着丝粒和动粒的作用下，每条染色体的在着丝粒和动粒的作用下，每条染色体的 两个姐妹染色单体分向两极。两个姐妹染色单体分向两极。 三、有丝分裂各期的主要特征 n n 末期（末期（telophasetelophase） n n 从染色体到达两极开始到形成两个子细胞为止从染色体到达两极开始到形成两个子细胞为止 。 n n 染色体解旋成细线，核仁、核膜重现。染色体解旋成细线，核仁、核膜重现。 三、有丝分裂各期的主要特征 胞质分裂（ cytokinesis） n n 是有丝分裂的最后是有丝分裂的最后 一个环节 一个环节 n n 以断裂方式进行以断裂方式进行 n n 过程过程 n n 中间体中间体 n n 收缩环收缩环（contractile ring)contractile ring) n n 分裂沟分裂沟(cleavage furrow)(cleavage furrow) n n 暂时连接桥暂时连接桥 三、有丝分裂各期的主要特征 间期：物质准备 前期：染色体出现，核膜核仁 逐渐消失，纺锤体形成 中期：赤道板形成 后期：两个姐妹染色单体分离 为两条染色体，分别受微 管牵拉向两极移动 末期：两套染色体分别到达两 极,胞质分裂最终将两侧 分隔开 有丝分裂过程有丝分裂过程 mitosismitosis