09科学细胞教案

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1、教 案201 0 2011 学年第 2 学期课 程 名 称细胞生物学系(院、部)生命科学系教研室(实验室)遗传教研室授 课 班 级2009级主 讲 教 师谌志伟职 称 讲师使 用 教 材翟中和主编细胞生物学第三版菏泽学院教务处制二一 年 月 教 案（首页）课 程名 称细胞生物学总计： 80 学时课 程类 别专业核心课学分4讲课： 56 学时实验： 24 学时上机： 学时任 课教 师谌志伟职称讲师授 课对 象专业班级： 2009级 生物科学 共 1 个班基要本参教考材资和料主翟中和主编细胞生物学郑国锠主编细胞生物学刘凌云主编细胞生物学教和学要目求的细胞生物学是生命科学的一个重要分支，是生物科学、

2、生物技术、制药工程专业的一个重要的学科基础必修课，也是主干课。通过本课程的学习，使学生掌握细胞的形态结构及细胞生命活动规律，了解细胞生物学的研究方法和手段，培养学生生物学的科学思想，从而使学生能够从细胞的角度去理解生命。教及学难重点点各种细胞器的结构与功能细胞重大生命活动的调控机制细胞生物学的研究方法 细胞生物学 课程教案授课时间2011.02.28课次1授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章 绪论教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 1.了解细胞生物学的发展历史。 2.了解细胞生物学分支；了解细胞生物学与其他学科的关系。 3.掌握

3、细胞生物学的发展现状。 4.理解细胞生物学研究的领域。教学重点及难点：细胞生物学的研究领域及发展现状教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 细胞生物学研究的内容和现状一、 细胞生物学的定义细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。细胞生物学的研究对象是细胞。细胞是生命的基本单位（非细胞形态的病毒除外）。细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学并列为我国生命科学的四大基础学科。二、

4、细胞生物学的主要研究内容细胞生物学的主要研究内容是研究细胞结构与功能、细胞重要生命活动，包括：1生物膜与细胞器的研究细胞核、染色体及基因表达的研究细胞骨架体系的研究2细胞增殖及其调控细胞分化及其调控3细胞通讯与细胞信号转导4细胞的衰老与凋亡5细胞的起源与进化三、 细胞生物学研究的总趋势与重点领域细胞生物学研究的总趋势是细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学) 相互渗透与交融，当前细胞生物学研究的重点领域包括：1. 染色体DNA与蛋白质相互作用关系主要是非组蛋白对基因组的作用2. 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控3. 细胞信号转导的研究 细胞间信号传递、受体与信号跨膜转导、细胞内

5、信号传递途径4. 细胞结构体系的组装 遗传信息结构体系、膜结构体系、细胞骨架结构体系 美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index，SCI）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：5. 细胞信号转导（signal transduction）；6. 细胞凋亡（cell apoptosis）；7. 基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。 美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为什麽是当今科研领域的热门话题（“What is popular in res

6、earch today”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的三种疾病：症（cancer）心血管病（cardiovascular diseases）爱滋病和肝炎等传染病 (infectious diseases: AIDS, hepatitis)五大研究方向：u 细胞周期调控（cell cycle control）；u 细胞凋亡（ cell apoptosis）；u 细胞衰老（cellular senescence）；u 信号转导（signal transduction）；u DNA的损伤与修复（DNA damage and repair）细胞信号转导染色体结构动态变化与基因表达细胞增殖细胞

7、分化细胞衰老细胞凋亡生殖、发育、疾病与衰老四、 细胞重大生命活动的相互关系 第二节 细胞生物学简史一 细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期 19世纪以及更前的时期（16651875），是以形态描述为主的生物科学时期；2. 细胞学经典时期 20世纪前半世纪（18751900），主要是实验细胞学时期；3. 实验细胞学时期（19001953）；4. 分子细胞学时期（1953至今）。总过程概括为：细胞发现细胞学说建立细胞学形成细胞生物学的发展（1665） （18381839） （1892） （1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、 细胞

8、的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1.1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了植物发生论一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了关于动植物的结构和生长一致性的显微研究一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。1细胞是生物体的基本结构单位（单细胞生物，一个细胞就是一个个体）；2细胞是生物体最基本的代谢功能单位（动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本

9、特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；3细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学的诞生（细胞学的经典时期和实验细胞学时期）1 原生质理论的提出2 关于细胞分裂的研究3 重要细胞器的发现4 遗传学方面的成就四、细胞生物学的兴起1965年，D.Robetis将他原著的普通细胞学更名为细胞生物学（第四版），率先提出这一概念。五、分子细胞生物学作业、讨论题、思考题：1、 细胞学说的主要内容和意义是什么？2、 细胞生物学的主要研究内容与发展趋势是什么？ 课后小结：1、强调细胞生物学在生命科学研究中的地位，明确学好这门课的意义。 2、概述该学科的发展趋势和前景，激发学生学习的积极性。填表说明：1. 每项页

10、面大小可自行添减，一节或一次课写一份上述格式教案。2. 课次为授课次序，填1、2、3等。3. 方法及手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解等。授课时间2011.03.03课次2授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第二章 细胞统一性与多样性教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解病毒的形态结构，增殖过程；支原体的形态结构；细菌的形态结构；蓝藻的形态结构；细胞大小的限制。2.理解细胞是生命活动的基本单位；古核细胞更可能是真核细胞的祖先；病毒与细胞在起源和进化中的关系；细胞的形态结构与功能的；真核细胞的进化。

11、3.掌握细胞的基本共性；原核细胞与真核细胞的异同点；真核细胞的三大结构体系。教学重点及难点：原核细胞与真核细胞的主要区别教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位（一） 一切有机体都有细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位（二） 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位（三） 细胞是有机体生长与发育的基础（四） 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性（五） 没有细胞就没有完整的生命 二、细胞的基本共性 1、都有相似的化学组成 2、都有脂蛋白体系的生物膜 3、DNA遗传装置RNA的 4、都有核糖体 5、分裂增殖第二节原核细

12、胞与古核细胞原核细胞（Prokaryotic cell）具有两大特点：1遗传信息量少（仅有一个环状DNA）,无膜围细胞器及核膜2最小、最简单的细胞支原体（mycoplasma）为何说支原体是最小的细胞？3原核细胞的两个代表细菌和蓝藻细菌（bacteria， bacterium）主要来自对大肠杆菌（E.coli）的研究。细菌是原核细胞的典型代表，特点是：无典型的细胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻（Blue-green algae）又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不一定都是兰色。4 古细菌是一些生活在极端特殊环境中的细菌

13、，真核生物可能起源于古细菌。第三节 真核细胞大约在1216亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的基本结构体系生物膜系统 以脂质及蛋白质成分为基础构建而成。遗传信息表达结构系统 以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统 由特异蛋白质分子装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区别可归纳为下面两条：1细胞膜系统的分化与演变真核细胞以膜分化为基础，分化为结构更精细，功能更专一的单位各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。而原核细胞无此情况。2遗传信息量大与遗传装置的复杂化真核细胞的遗传信息可达上万个基因，并具重

14、复序列，染色体功能具二倍性或多倍性。原核细胞为单倍性。仅为一条环状DNA分子，细菌只有几千个基因。二、细胞的大小及其分析原核细胞多在110或15m，细菌多在34m，支原体只有0.1m。动物细胞多在（10100m，2030m， 1570m）。最大的细胞要属鸵鸟卵，可达10 cm，卵黄只有5cm。隆鸟卵直径可达20 cm。那么，细胞的大小是怎样决定的呢？ 首先，细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限。其次，细胞的相对表面积与细胞大小有关。最后，细胞内物质的交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构与功能的相关性和一致性是多数细胞的共性。作业、讨论题、思考题： 1、 如何理解细

15、胞是生命的基本单位2、 原核细胞与真核细胞有何主要区别课后小结：1、进一步总结细胞是生命的基本单位的涵义 2、概述细胞三大类型划分（原核细胞、古核细胞和真核细胞）的依据以及它们在细胞起源与演化中的关系授课时间2011.03.07课次3授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章 细胞生物学研究方法教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解电镜三维重构技术；用超速离心技术分离细胞器与生物大分子；显微分光光度测定技术；激光共焦点扫描显微镜技术；负染色技术冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术。2.理解电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数的关系；超薄切片技

16、术的原理。3.掌握普通复式光学显微镜构造原理；荧光显微镜的构造原理；电子显微镜的基本构造；电子显微镜与光学显微镜的基本区别。教学重点及难点：仪器方法的基本原理和基本应用教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 细胞形态结构的观察方法一、 光学显微镜技术（一） 普通复式光学显微镜技术（二）荧光显微镜（fluorescence microscope）（三）暗视野显微镜（darkfield microscope）（四）相差显微镜（phase contrast microscope）（五）激光共焦点扫描显微镜（六）微分干涉显微镜二、电子显微镜技术（一）电镜设计原理及分类（二）电镜的种类（三）透

17、射式电子显微镜（四）光镜与电镜的主要区别电镜与光镜区别主要在于：（1） 光源不同 光镜为可见光或紫外线；电镜为电子束（2） 透镜不同 光镜为玻璃；电镜为电磁透镜（3） 真空（4）显示记录系统（五）扫描式电子显微镜扫描电镜的特点扫描电镜的基本结构（六）电镜样品制备技术1 超薄切片技术2 负染色（negative staining）技术3 核酸大分子的制样技术（大分子铺展技术，Kleinschmidt法）4 整装细胞电镜技术5 电子显微镜细胞化学技术是能过特殊的细胞化学反应，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微结构水平上对产物进行定位和半定量。主要有各种酶的定位，其次是核酸、

18、蛋白质、脂肪、碳水化合物等的定位。酶的化学定位技术免疫细胞化学电镜技术。6 冰冻蚀刻技术（freeze etching）7 扫描式电镜制样技术 作业、讨论题、思考题： 光镜与电镜的主要区别课后小结：总结各种光镜技术及电镜技术在生命科学研究中的广泛应用授课时间2011.03.10课次4授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章 细胞生物学研究方法教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解用超速离心技术分离细胞器与生物大分子；显微分光光度测定技术；细胞内特异核酸序列的定位与定性；特异蛋白抗原的定位与定性；细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类与脂质

19、等的显示方法；流式细胞仪。 2.理解细胞株与细胞系的概念；动物细胞培养；细胞融合与细胞杂交技术；单克隆抗体技术；细胞拆合与显微操作技术。3.掌握原代细胞与传代细胞的概念。教学重点及难点：仪器方法的基本原理和基本应用教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第二节 细胞组分的分析方法（生化分析法）一、超速离心技术分离细胞（组分）及生物大分子 离心技术分离细胞器、生物大分子差速离心法：是最常用的方法，根据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。密度梯度离心二、细胞化学技术（一）组织化学和细胞化学法基本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出一定的颜色

20、，进行定性和定位研究的方法。（二）免疫细胞化学法（特异蛋白抗原的定位与定性）基本原理：此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。三、细胞内特异核酸序列的定位与定性 原位杂交（Insitu hybridization） 用已知的带有标记的特定核酸分子作为探针，来测定与之成互补关系的染色体DNA区段的位置。四、电镜放射自显影技术原理 这是一种利用放射性同位素作为标记物对细胞化学物质进

21、行超显微结构的定位、定性或定量的实验技术。五、定量细胞化学分析技术（一） 显微分光光度测定技术（二）流式细胞仪第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养（一）动物细胞培养（二）植物细胞的培养 包括单倍体细胞的培养和原生质体培养“全能性”指生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进行独立生长发育，并形成一个完整生物个体的能力。1单倍体细胞的培养2原生质体培养3植物细胞杂交（融合） （三）突变株和非细胞体系在细胞生物学研究中的应用二、细胞工程概念 应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术，按人们的预定设计蓝图有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养

22、组织细胞以获得生物产品。该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了基因重组的新途径，不需分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞（组织、器官）培养：in vivo 在体、活体、生物体内in vitro 离体、生物体外细胞融合（体细胞杂交、细胞并合）（单克隆抗体技术）细胞拆合（细胞质工程、细胞器移植）染色体（组）工程繁殖生物学技术（胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体）组分移植技术 将细胞的组分（核、质、染色体、甚至基因）直接移植到另一个细胞中去的技术作业、讨论题、思考题： 单克隆抗体

23、技术的原理及应用课后小结：总结各种技术的应用及对细胞生物学研究的推动作用授课时间2011.03.14课次5授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 细胞质膜教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解脂筏模型；去垢剂。 2.理解膜的流动性；膜的不对称性；红细胞膜骨架的结构与功能。 3.掌握生物膜的流动镶嵌模型；膜周边蛋白和膜内在蛋白；教学重点及难点：流动镶嵌模型结构要点教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段一、细胞膜的结构模型细胞膜（Cell membrane） 指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。是所有细胞共有的包被（

24、原生质，细胞质）的一层膜。又有原生质膜（Plasmalemma）之称，通常简称质膜（Plasma membrane）。1、 双分子片层模型（bimolecular leaflet model） 这一模型是Danielli & Davson于1935年提出的，因此又称Danielli & davson模型。2、 单位膜模型（The unit membrane model） 这个模型是19571959年，英国伦敦大学的罗伯逊（Robertson），通过电镜观察后提出的。3、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）这个模型的主要内容可归纳为：1脂类物质以双分子层排列，构成膜的骨架；2镶嵌

25、性 蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。存在方式有内在蛋白（整体蛋白）和外在蛋白（边周蛋白）。3不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同。4流动性 脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的脂质分子的运动性：有实验表明，类脂分子的脂肪酸链部分在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摆动、翻转，同时整个分子可作侧向扩散运动。蛋白质分子的运动性：有侧向扩散和旋转两种方式，受周围膜质性质和相态的制约。荧光抗体免疫标记可观察。综合流动镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性。由此造成各种膜的功能差异。4、晶格镶嵌模型（蛋白

26、液晶膜模型）5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型（Lipid rafts model）。目前认为，这些模型并无本质区别，只是对流动镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。二、质膜的化学组成细胞膜几乎全都是脂类（50%）和蛋白质（40%），仅含少量糖类（210%糖脂和糖蛋白）和微量核酸（细菌质膜、核膜、mit、chl内膜），结合方式及存在意义尚不清楚。（一）膜脂（Lipids）（二）蛋白质（Protein）（膜蛋白） （三）糖类（Carbohydrate）三、质膜的功能（function of c.m）质膜与外界环境隔离开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种

27、重要功能，概括为：物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。四、骨架与细胞表面的特化结构膜骨架（membrane associated cytoskeleton）指质膜下与膜蛋白相连的由纤维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机能。早期有人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。作业、讨论题、思考题：生物膜的基本结构特征及其与膜生理功能的关系课后小结：概述细胞膜的结构要点及膜的主要生理功能授课时间2011.03.17课次6授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第五章 物质的跨膜运输教学目的、要求（分掌

28、握、熟悉、了解三个层次）：1.了解协助扩散的特征；质子泵的三种类型。 2.理解胞吞作用和胞吐作用的过程。 3.掌握由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵的原理。教学重点及难点：物质跨膜运输的方式，大分子的运输机理教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 物质的跨膜运输一、 被动运输（Passive transport）指通过简单扩散或协助扩散实现物质从浓度高处经质膜向浓度低处运输的方式。运输速率依赖于膜两侧被运送物质的浓度差及其分子大小、电荷性质等。不需要细胞代谢供应能量。（一）简单扩散（simple diffusion）指物质顺浓度梯度的扩散，不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需专一的载

29、体（膜蛋白），只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，物质便扩散穿膜，又称自由扩散（free diffusion）。特点：（二）协助扩散（facilitated diffusion）又称促进扩散。绝大多数在细胞代谢上非常重要的生物分子，如各种极性分子和某些无机离子（糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等）是不溶于脂的（非脂溶性物质），但它们可以有效地进入细胞，只是扩散速度并不总是随浓度梯度的增大而加快，而是在一定限度内同物质浓度成正比，超过一定限度，即使提高浓度差，扩散速度也不会再高。分析知它们是通过另一种被动运输方式协助扩散进行的。这种运输方式除了依赖物质浓度差以外，还必须依赖于专一性的膜运输蛋白（转运

30、膜蛋白）。膜运输蛋白（memberan transport pr.）: 镶嵌在质膜上的、与物质运输有关的跨膜蛋白质称膜运输蛋白，是一种横穿脂双层的跨膜分子，包括两类：1通道蛋白（channel pr.）：以其亲水区构成亲水通道和离子通道，允许水及一定大小和电荷的离子通过。离子通道（亦称门孔、门隧道）通常呈关闭状态，只有当膜电位或化学信号物质刺激后才开启通道。膜电位刺激开放的离子通道称电位门通道；化学信号物质刺激开放的通道称配体门通道。2载体蛋白（carrier pr.）：识别结合特异性底物后通过构象变化实现物质转移。类似于酶与底物的作用，故又称“透性酶”（Permease）。综上，凡是借助于载

31、体蛋白和通道蛋白顺浓度梯度的物质运输方式称facilitated diffusion、或促进扩散或易化扩散。葡萄糖进入红细胞，进入小肠上皮细胞通常以这种方式。协助扩散有三个特点： 1低浓度时比简单扩散速度快； 2存在最大转运速度； 3有转运膜蛋白存在，故具有选择性、特异性。二、主动运输（active transport）又称代谢关联运输（metabolically linked tramsport），是物质运输的主要方式。包括由ATP直接提供能量和间接提供能量两种运输方式。（一）ATP直接提供能量的主动运输离子泵所谓离子泵是一种位于细胞膜上的ATP酶，是一（穿膜）内在蛋白，能将ATP水解成AD

32、P+pi，同时释放能量，ATP酶构象发生变化，带来离子的转位，将物质逆浓度梯度运输。在质膜上，作为“泵”的ATP酶很多，它们都具有专一性，不同的ATP酶运输不同的物质或离子，因此，我们可以分别称它们为某物质的泵。如运输Ca+，叫钙泵（肌质网膜）；运输H+，叫氢泵（细菌质膜）等等，质子泵又分为P型（真核质膜上）、V型（溶酶体膜）、H+ATP酶（线、叶、细菌质膜）。现以钠钾泵为例，说明离子泵的工作机制。Na+K+泵是存在于质膜上的由和二个亚基组成的蛋白质。在有Na+、K+、Mg2+存在时就能把ATP水解成ADP+Pi，同时，把Na+和K+以反浓度梯度方向进行穿膜运输。可见Na+-K+泵是一种由Mg

33、2+激活的Na+-K+-ATP酶。1957年，J.skou首先发现并阐述其机制，一般设想：在膜内侧，Na+、Mg2+与酶（亚基）结合，促使酶与ATP反应，释放H3PO4，并与酶结合，引起酶构象变化，与Na+结合部位转向膜外侧。此时的构象亲K+排Na+，当与K+结合后，使酶脱去H3PO4，酶构象恢复，结合K+的一面转向膜内，此时构象亲Na+排K+，这样反复进行，不断在细胞内积累K+，将Na+排出细胞外。（二） 间接利用ATP的主动运输伴随运输（或称协同运输，co-transport）指一种溶质的传递要同时依赖于另一种溶质的传递。如果两种溶质的传递方向相同，称同向运输（symport），如果方向彼

34、此相反，则称反向运输（antiport）。三、胞吞与胞吐作用还有一种物质运输的方式不同于此，是细胞膜将外来物包起来送入细胞或者把细胞产物包起来送出细胞。前者称胞吞作用，后者称胞吐作用，总称吞排作用（Cytosis）。这样的物质运输方式称膜泡运输（transport by vesicle formation），又称批量运输（bulk transport）。大分子物质及颗粒物质常以此方式进出细胞。（一）胞饮作用与吞噬作用某些物质与膜上特异蛋白质结合，然后质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡（endocytic vesicle）。将物质包在里面，最后从质膜上分离下来形成小泡，进入细胞内部。根据内吞的物质性质，

35、将其分为：吞噬作用（Phagocytosis）吞噬泡，内吞较大固体物质，如颗粒白细胞、巨噬细胞。胞饮作用（Pinocytosis）胞饮泡，内吞液体或极小颗粒，白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、植物根细胞。（二） 胞吐作用（exocytosis）又称外卸某些代谢废物及细胞分泌物形成小泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融合后将物质排出。如：小肠上皮的杯状细胞向肠腔中分泌粘液，经溶酶体消化处理后的残渣排向细胞外等过程。关于衣被小泡运输（Coated vesicle）存在于真核细胞中，具有毛刺状外表面的一类小泡（50250nm）。可以是内膜系统的有关细胞器芽生而成，也可以是由质膜内陷，断裂形成，进行细胞器间

36、的物质运输。（三） 受体介导的胞吞作用（receptormediated endocytosis）某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。 需说明的是，膜泡运输时由于质膜内陷或外凸也需消耗能量，故可看作是一种主动运输方式。作业、讨论题、思考题： 1、比较被动运输和主动运输 2、钠钾泵的作用原理课后小结：总结不同运输方式的特点授课时间2011.03.21课次7授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第六章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个

37、层次）：1.了解线粒体与某些疾病的关系；线粒体和叶绿体的基因组的大小；线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配。 2.理解线粒体和叶绿体是半自主性细胞器；对内共生起源学说和化学渗透假说的质疑。 3.掌握化学线粒体的超微结构；氧化磷酸化的分子结构基础；电子传递链(呼吸链)；氧化磷酸化作用与电子传递的偶联机制；渗透假说的主要内容；类囊体的结构；类囊体的化学组成；电子传递和光合磷酸化；光合磷酸化的作用机制；内共生起源学说的根据。教学重点及难点：氧化磷酸化及其分子基础 光合磷酸化及其分子基础教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构

38、本世纪50年代后，在电镜下观察研究线粒体的结构问题。是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊”，在空间结构上人为地划分为四大部分，即外膜、内膜、外室、内室。（一）外膜（outer membrane）指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平整光滑而具有弹性，膜厚约6nm。对各种小分子物质（分子量在10000 doldon以内，如电解质、水、蔗糖等）的通透性较高，有人认为外膜上具有小孔（23nm）。（二）内膜（inner membrane）也是一单位膜，约厚68nm。内膜不同于外膜。首先是在结构上，内膜不是平滑的，而是由许多向线粒体腔内的突起（褶叠或小管），被称为“线粒体嵴”（mitochondria

39、cristae），是线粒体最富有标志性的结构，它的存在大大扩大了内膜的表面积，增加了内膜的代谢效率。（三）外室（outer space）（膜间隙）指内、外膜之间的窄小空隙，宽约68 nm，又称膜间隙（intermembrane space）。（四）内室（mner space）指由内膜包围的空间，其内充满蛋白质性质的物质，称线粒体基质（mitochondria matrix）。三、线粒体的化学组成及定位（chemical composition）（一）蛋白质 外膜含量（60%）低于内膜含量（80%），主要为酶类（约120余种）。外膜：单胺氧化酶（标记酶）、NADH细胞色素C还原酶、脂肪酸辅酶A连

40、接酶等等；内膜：呼吸链酶系（细胞色素氧化酶为标记酶）、ATP合成酶、琥珀酸脱H酶等等；外室：腺苷酸激酶（标记酶）、核苷二磷酸激酶；内室：三羧酸循环酶系（其中苹果酸脱H酶是标记酶）、脂肪酸氧化酶、蛋白质合成酶系等等（二）脂类 外膜中含量（40%）高于内膜中的含量（20%）。其中内膜不含胆固醇，而含心磷脂较多。（三）核酸 基质中有DNA，称mtDNA四、线粒体的功能生物氧化（biological oxidation）亦称细胞呼吸（cellular respiration），指各类有机物质在细胞内进行氧化分解，最终产生CO2和 H2O，同时释放能量（ATP）的过程。包括TCA环、电子传递和氧化磷酸化

41、三个步骤，分别是在线粒体的不同部位进行的。（一） 生物氧化的分区和定位（二）电子传递和氧化磷酸化的结构基础虽然电子传递和氧化磷酸化偶连在一起，但它们又是通过不同的结构完成的。1968年，E.Racker等的亚线粒体小泡重建实验说明了这一问题。由此可见，电子传递是在线粒体内膜上，氧化磷酸化由基粒承担。1 电子传递链（呼吸链）（electron transport chain， respiration chain）呼吸链是由存在于线粒体内膜上的众多酶系和其它分子组成的电子传递链。（1）复合物I NADHQ还原酶，催化NADH的2个电子辅酶Q（2）复合物 琥珀酸Q还原酶，催化电子从琥珀酸通过FAD和

42、铁硫蛋白传至辅酶Q（3）复合物 细胞色素还原酶，催化电子从辅酶Q传至CytC（4）复合物 细胞色素氧化酶，将电子从CytC氧。2 基粒（F1FO复合物）的超微结构F1FO复合物，又称内膜亚单位、呼吸集合体、ATP酶复合物、ATP合成酶等。这一结构最初是在1962年，由Fernadezmoran经负染色在电镜下观察到的，后来D.Green将其称为线粒体基粒，后改称基粒，实际上是一种ATP酶复合体，分子量约在448000。它是由多条多肽链构成的复合结构，可分为三部分，即头、柄、膜三部。在ATP形成过程中共同发挥作用。3 氧化磷酸化的偶联机制（1）化学偶联假说（Chemieal coupling h

43、ypothesis）（2）构象偶联假说（Conformational coupling hypothesis）（3）化学渗透学说（Chemiosmotic coupling hypothesis）亦称电化学偶联学说，是1961年英国生化学家P.Mitchell提出的。对电子传递和氧化磷酸化问题作了较为另人信服的解释，故普遍为人接受，米切尔因此而获1978年诺贝尔化学奖。这一假说的中心思想是：在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的氢离子浓度梯度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化反应，合成ATP。（1）NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受。（2）电子传递链中的载氢体和电子传递体相间

44、排列，每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的H+便释放到内膜外。一对电子在呼吸链三次穿膜运动，向外室排放三对H+ 。（3）内膜对H+具有不可透性，故随电子传递过程的不断进行，H+ 在外室中积累，造成膜两侧的质子浓度差。（4）外室中H+有顺浓度梯度返回基质的倾向，当H+通过F1FO复合物时，ATP酶利用这一势能合成ATP。（5）F1FO复合物需2个质子合成一个ATP。作业、讨论题、思考题： 氧化磷酸化及其结构基础课后小结：概述电子沿呼吸链的传递及磷酸化的过程授课时间2011.03.24课次8授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第六章 细胞的能量

45、转换线粒体和叶绿体教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解线粒体与某些疾病的关系；线粒体和叶绿体的基因组的大小；线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配。 2.理解线粒体和叶绿体是半自主性细胞器；对内共生起源学说和化学渗透假说的质疑。 3.掌握化学线粒体的超微结构；氧化磷酸化的分子结构基础；电子传递链(呼吸链)；氧化磷酸化作用与电子传递的偶联机制；渗透假说的主要内容；类囊体的结构；类囊体的化学组成；电子传递和光合磷酸化；光合磷酸化的作用机制；内共生起源学说的根据。教学重点及难点：氧化磷酸化及其分子基础 光合磷酸化及其分子基础教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第二节 叶绿体与光合作

46、用（chloroplast & photosynthesis）叶绿体是植物细胞特有的双层膜围成的细胞器，它对生物界的存在和进化有着重大贡献（三个最初：一是人类、动物、多数微生物的食物的最初来源；二是人类社会利用的古生物燃料煤、石油、天然气的最初来源；三是地球上氧气的最初来源），主要功能在于：吸收光能，合成碳水化合物，同时产生分子氧，总称为光合作用（photosynthesis）一、叶绿体的形状、大小、数目、分布二、超微结构近年来，先后有许多学者采用超薄切片、负染色和冰冻蚀刻等先进技术，研究叶绿体的形态和组成，揭示叶绿体囊状膜系统的超微结构。1 叶绿体膜（chl membrane）是两层光滑的单

47、位膜（内、外膜）6-8nm，也称外被（outer envelope），是一个有选择的屏障，控制着叶绿体代谢物质的进入和排出。2 基质（stroma）指叶绿体膜包围的，无结构，呈流动状态的物质。即叶绿体内膜与类囊体之间无定形物质，在基质中存在：（1）叶绿体DNA 环状，每一叶绿体内可含有几十个拷贝；（2）70S核糖体；（3）mRNA、tRNA；（4）酶类；（5）RUBP羧化酶；（6）各种离子。3 类囊体类囊体在基质中有两种形式存在，一种是较小的扁囊，多个530（10100个）相互叠置成一摞，形成的结构称基粒（grana）。每一叶绿体中约含有4080个基粒。组成基粒的类囊体称基粒类囊体（granu

48、m-thylakoid）或基粒片层（grana lamella）。另一种是较大的扁囊，贯穿于基粒之间，称基粒间类囊体或基质类囊体（stroma-thylakoid）或基质片层（stroma lamella）。它们顺着叶绿体的纵轴彼此平行排列。其存在意义在于，使膜片层的总面积大大超出叶绿体的面积。可见基粒thylokoid中有PSI和PSII的机能单位，并分布在膜内表面，是PSII核心颗粒和捕光复合物结合成的。而基质thylokoid中多有PSI的机能单位，多布于膜外侧。除上述内在蛋白外，还有组成电子传递链的众多载体，包括1PQ（质体醌）、2PC（质体兰素，plastcyanin）、3细胞素（C

49、ytb559，Cytf553，Cytb6563等）、4铁硫蛋白（铁氧还蛋白ferrdoxin，Fd）、5黄素蛋白。三、化学组成四、叶绿体的功能光合作用（photosynthesis）绿色植物细胞，吸收光能，还原CO2，并利用水提供氢合成碳水化合物，同时放出分子氧的过程，称为光合作用。总过程分为两个阶段：光反应和暗反应。（一） 光反应（Light reaction）叶绿素等色素分子捕获光能，将光能转化为ATP和NADPH的化学能，并放出氧的过程，是在类囊体膜上进行的，为能量转换过程。光反应包括三个基本反应：原初反应、电子传递反应、光合磷酸化。（1）原初反应（primary reaction）：指

50、聚光色素分子吸收光量子传到反应中心进行光化学反应的物理过程。包括光能的吸收、传递与转换。（2）电子传递反应：包括三个阶段：NADP+的还原反应；PSII与PSI之间的传递；放氧反应。（3）光合磷酸化反应：在有光存在下，当电子沿电子传递链传递时，形成ATP的过程称为光合磷酸化（photophosphorylation）。当电子从还原势高处（Q）向还原势低的PSI传递时，能量下降，利用这一能量将ADP磷酸化形成ATP，这一过程称非循环式光合磷酸化（电子通路是开放的）。当NADPH NADP+比值大时（缺少NADP+时），铁氧还蛋白（Fd）则将电子通过cytb6、cytf、pc传给P700+，利用这

51、一能量使ADP磷酸化形成ATP，称循环式光合磷酸化（电子通路是闭合的）。（4）光合磷酸化机制 在一对电子的传递过程中，膜外消耗了三个质子，膜内则增加了四个质子，随着过程的不断进行，膜内外便建立了质子梯度，有向膜外穿出的趋势，当每3对H+通过CF1-FO复合物时，在CF1的催化下，合成一个ATP。（二） 暗反应（dark reaction）利用光反应产生的ATP和NADPH还原CO2形成碳水化合物，将活跃化学能变为稳定化学能，是在叶绿体基质中进行的。为物质代谢过程。在高等植物固定CO2有三条途径：卡尔文循环（C3途径）、C4途径（Hatch-slack途径）和景天科酸代谢。卡尔文循环是最基本、最

52、普通的，只有这一途径具备合成淀粉之能力，又称C3途径。作业、讨论题、思考题： 光合磷酸化及其分子基础课后小结：概述类囊体膜上电子传递过程授课时间2011.03.28课次9授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第六章 细胞的能量转换线粒体和叶绿体教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解线粒体与某些疾病的关系；线粒体和叶绿体的基因组的大小；线粒体和叶绿体蛋白质的运送和装配。 2.理解线粒体和叶绿体是半自主性细胞器；对内共生起源学说和化学渗透假说的质疑。 3.掌握化学线粒体的超微结构；氧化磷酸化的分子结构基础；电子传递链(呼吸链)；氧化磷酸

53、化作用与电子传递的偶联机制；渗透假说的主要内容；类囊体的结构；类囊体的化学组成；电子传递和光合磷酸化；光合磷酸化的作用机制；内共生起源学说的根据。教学重点及难点：氧化磷酸化及其分子基础 光合磷酸化及其分子基础教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器一、线粒体与叶绿体的DNA（一）线粒体DNA （mt-DNA）（二）叶绿体DNA（ct-DNA）二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成（一） 线粒体的蛋白质合成线粒体基质中除有DNA外，还有各种RNA、核糖体、氨基酸活化酶等，说明它能合成自我繁殖所需的某些成分，但数量不多，只占线粒体全部蛋白质的10%，约有13种（20

54、个分子）左右。有人估算：10（每周10个核苷酸）=14705对核苷酸，能编码4902个氨基酸（除以3），假设一个蛋白质分子由150个氨基酸组成，则能编码30个左右蛋白质分子，如果除去编码RNA、rRNA、tRNA的信息量（占总信息量的30%），余下的信息量只能编码约20个左右的蛋白质分子。综上所述，线粒体有自身的DNA，有一整套蛋白质合成系统，能够复制和再生，使其一代代传下去，所以具有一定的自主性。（二）叶绿体蛋白质的合成叶绿体中的蛋白质（酶）一部分是在叶绿体中由它自己的DNA编码，经过mRNA转录和翻译形成的，有一部分则是由核基因编码，在细胞质中形成后转入叶绿体的。还有一部分是由核基因编码，

55、在叶绿体的核糖体上合成。三、对细胞核和细胞质的依赖性大无论是线粒体还是叶绿体，它们的自主性是有限的，下面以线粒体为例说明之。核质蛋白质合成系统通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。在有氯霉素存在的条件下培养链孢霉细胞，这时线粒体的蛋白质合成受抑制，但线粒体的三羧酸循环酶类、电子传递链中的NADH脱氢酶、CytC、以及DNA-Poly-merase、RNA-Polymerase、核糖体蛋白质、各种氨基酸活化酶等有关线粒体DNA复制和基因表达的酶类依然存在。而这些酶是由核基因编码，在细胞质中合成，然后转移到线粒体的。这说明细胞质的蛋白质合成系统（或者说核质蛋白质合成系统）通过合成某些酶类来

56、调节线粒体的蛋白质合成系统。又：在有放线菌酮存在下培养链孢霉细胞，由于细胞质蛋白质合成系统受抑制，结果培养一段时间后，线粒体的合成活性也显著下降。这足以说明线粒体对细胞核和其他细胞质部分有很大依赖性。实际上也是这样，线粒体DNA所编码的蛋白质只有它自身全部蛋白质的10%，绝大部分是由核DNA编码的。从上述看出，线粒体的生长增殖是受核基因组和线粒体基因组两套遗传系统的共同控制，故称线粒体为半自主性细胞器。四、物质进出线粒体的穿膜机制细胞质中合成的蛋白质运送至线粒体，大多数以前体的形式存在，而且是需能过程。前体蛋白质包括有功能的“成熟”形式和氨基未端引伸出的一段导肽（引肽，Leader segue

57、nces，在叶绿体特称为“转运肽”）共同组成。导肽约含2080个氨基酸，又叫氨基末端指导肽。进入线粒体的过程大致为： 1带有N-末端导肽的前体蛋白质首先与外膜上受体结合； 2蛋白质横跨外、内膜； 3N-末端导肽被基质中的蛋白酶切制； 4活化的成熟蛋白质进入基质。五、线粒体、叶绿体的增殖与起源（一）线粒体的增殖（二）叶绿体的发育、增殖和起源作业、讨论题、思考题： 1、线粒体蛋白转运的过程 2、内共生学说的内容和依据课后小结：总结线粒体和叶绿体的半自主性质授课时间2011.03.31课次10授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第七章 真核细胞内膜系统

58、、蛋白质分选与膜泡运输教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解细胞内蛋白质分选的基本方式及信号；过氧化物酶体的起源与其他内膜系统的不同；N-连接与O-连接糖基化的不同。 2.理解细胞质基质与胞质溶胶的关系；细胞结构体系的装配的意义；高尔基体在膜流中的枢纽作用。 3.掌握细胞质基质的涵义与功能；内膜系统与膜流；内质网的两种基本类型，内质网的功能；高尔基体的结构功能；溶酶体的结构类型功能；过氧化物酶体的功能；蛋白质分选的基本途径与类型；细胞结构体系的装配；信号肽假说。教学重点及难点：重点：1内质网、高尔基体的结构特点。2溶酶体的结构特点、发生及功能。3 膜泡运输 难点：内膜系统各结构

59、之间的关系教 学 基 本 内 容 及 方 法 手 段第一节 细胞质基质的涵义与功能一 细胞质基质的涵义（一）概念细胞质基质（cytoplasmic matrix or cytomatrix）是真核细胞的细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。曾被称为细胞液（cell sap）、透明质（hyaloplasm）、胞质溶胶（cytosol）和细胞质基质等。主要成分为参与中间代谢的数千种酶类、细胞质骨架结构、糖原和脂滴等处于储藏物以及mRNA等物质。（二）细胞质基质组分的组织状态1 细胞质基质是一个高度有序的体系，其中胞质骨架纤维贯穿其中，多数蛋白质直接或间接地与骨架或生物膜结合。2 执行某一生物学过程的酶类，彼此之间可靠弱键结合，形成多酶复合体，催化一系列反应，此体系中前一个反应的产物即为下一个反应的底物。3 蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子(如mRNA)之间都可通过弱键相互作用，处于动态平衡之中。4 这种高度有序的结构体系形成可以使细胞高效地完成复杂的代谢过程。但此结构体系的维持必须依靠细胞质基质中高浓度的蛋白质以及其周围特定的离子环境。二、细胞质基质的功能（一）许多中间代谢的场所1