细胞结构解读绝大多数的真核生物细胞都有核、质、膜三个部分,膜是生命系统的边界,是控制物质交换的门户;质是新陈代谢的主要中心,质中的细胞器在系统内分工合作;核是遗传物质贮存和复制的主要场所,也是遗传性状和新陈代谢的控制中心,是生命系统的控制中心;各有其重要性,又有其特殊性,相互独立,又相互联系,构成一个和谐统一的、有机的、复杂的生命系统。1.1 细胞膜的结构和功能细胞生活在液体环境中,膜是与外界环境相隔的界线,是保证细胞内化学反应顺利进行的天然屏障,这与结构有关。(1)主要的分子组成由磷脂双分子层构成基本骨架,这种结构的存在就必然有与之相对应的功能存在,脂溶性物质能够以自由扩散的方式优先通过细胞膜;在磷脂双分子层中镶嵌有蛋白质分子,这一结构的存在,也必然有与之相对应的功能存在,蛋白质分子可作为物质运输载体,从而使膜具有主动运输的功能。(2)结构特点与功能特性组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动,因而决定了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性,细胞膜的功能特性是具有选择透过性,这是两个不同而又有联系的概念,膜的流动性存在,既可以使膜中的各种成分需要调整其组合分布而有利于控制物质出入细胞,又能使细胞经受一定的变形而不致破裂(如:人体的自细胞能变形穿过毛细血管壁),具有保护的作用,从而保证了活细胞完成各种生理功能。细胞膜的流动性是选择透过性的基础,而活细胞的细胞膜具有选择透过性,是细胞生命活动的体现,这样就保证细胞按生命活动的需要吸收和排出物质,而物质透过细胞膜等各项生理功能的实施,又需要细胞膜的流动性这一结构特点来保障,这就是结构特点和功能特性的统一。流动性是细胞膜结构固有的属性,无论细胞是否与外界发生物质交换关系,流动性总是存在的,而选择透过性是对细胞膜生理特性的描述,这一特性只有在流动性基础上,完成物质交换功能方面体现出来。总结如下:(图附在后面)1.2 细胞质的结构和功能细胞质是细胞结构中的重要组成部分,是活细胞内新陈代谢的主要场所,也是同化作用和异化作用发生的主要场所。活细胞中的生命活动,绝大多数物质的合成和分解,就是发生在细胞质中,是细胞生命活动最活跃的部位,活细胞中的细胞质处在流动状态。在亚显微结构下,把细胞质作为一个整体来研究,实际上细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。本部分内容上连接第一章“生命的物质基础”(细胞质也是由化学元素和化学元素组成的化合物而形成的结构),尤其是细胞质中的水分、无机盐、核苷酸、氨基酸等,进一步体现了生命系统的物质性。该内容下连接第三章“生物的新陈代谢”中细胞呼吸和光合作用的重点知识,本部分具有承上启下的作用。线粒体与细胞呼吸正相关,叶绿体与光合作用正相关。其余多种细胞器教学中,限于教材,侧重介绍其分布,结构和功能作简要介绍。最后归类总结出双层膜的、单层膜的、非膜结构的、生成水的、生成ATP的、含有DNA的细胞器、“四个场所”。但应凸现出一个重要的教学理念:物质组成结构,结构决定功能;结构和功能和谐统一的学科思想。1.3 细胞核的结构和功能该内容介绍细胞核的组成及原核细胞的基本结构,前者主要由三个部分核模、核仁、染色质组成,核膜使核内与质中的化学反应分开,既相互联系,又相互独立,核膜同样具有选择透过性,控制细胞质与细胞核之间的物质交换,对细胞核内物质具有保护作用,膜上的核孔有利于核、质问进行频繁的、大量的大分子的物质交流,是大分子交换的理想通道[2];核仁的折光系统强,是真核生物细胞最明显的标志;染色质与染色体的关系既是重点又是难点,具有抽象性,是难消化的知识点;都含有DNA分子,是生物的遗传物质,同样也体现了结构和功能和谐统一。1.4 细胞质流动的实验指导学生正确使用高倍显微镜观察黑藻细胞质的流动,观察中为什么只看到叶绿体,而看不到其他细胞器的原因(叶绿体大,有色素),为什么只看到叶绿体黑藻细胞边缘流动(成熟的植物细胞大部分的空间被液泡占有),这都是在实验中遇到的实际问题。
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生物按其结构来分,就分为三种类型,一是由真核细胞构成的真核生物;二是由原核细胞来构成的原核生物;三是没有细胞结构的病毒。所以没有细胞结构的生物就只有病毒了。 其实病毒是一个大的范围,它还包括一个分支——亚病毒(如朊病毒就是属于亚病毒的一类),亚病毒就是比病毒结构更简单的生物。但如果从宏观来讲,也把亚病毒划在病毒学的范畴。所以对于高中生物知识来说,除了病毒外,其它的生物都是由细胞来构成的了(包括真核和原核)。 在光学显微镜下观察植物的细胞,可以看到它的结构分为下列四个部分(图3-1-1)。细胞壁 位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。 细胞膜 细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和脂类分子组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过,因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。 细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中(图3-1-2),或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的。细胞质 细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器。例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中,往往还能看到一个或几个液泡,其中充满着液体,叫做细胞液。在成熟的植物细胞中,液泡合并为一个中央液泡,其体积占去整个细胞的大半。 细胞质不是凝固静止的,而是缓缓地运动着的。在只具有一个中央液泡的细胞内,细胞质往往围绕液泡循环流动,这样便促进了细胞内物质的转运,也加强了细胞器之间的相互联系。细胞质运动是一种消耗能量的生命现象。细胞的生命活动越旺盛,细胞质流动越快,反之,则越慢。细胞死亡后,其细胞质的流动也就停止了。 除叶绿体外,植物细胞中还有一些细胞器,它们具有不同的结构,执行着不同的功能,共同完成细胞的生命活动。这些细胞器的结构需用电子显微镜观察。在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构(图3-1-3)。线粒体 呈线状、粒状,故名。在线粒体上,有很多种与呼吸作用有关的颗粒,即多种呼吸酶。它是细胞进行呼吸作用的场所,通过呼吸作用,将有机物氧化分解,并释放能量,供细胞的生命活动所需,所以有人称线粒体为细胞的“发电站”或“动力工厂”。 内质网 内质网是细胞质中由膜构成的网状管道系统。它与细胞膜相通连,对细胞内蛋白质等物质的合成和运输起着重要作用。 核糖体 核糖体是一种颗粒状小体,多存在于内质网膜的外表面,是合成蛋白质的重要基地。 中心体 中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中,因为它的位置靠近细胞核,所以叫中心体。 中心体与细胞的有丝分裂有密切关系。 细胞核 细胞质里含有一个近似球形的细胞核,是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精等碱性染料染成深色,叫做染色质。生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时,染色质就变化成染色体。多数细胞只有一个细胞核,有些细胞含有两个或多个细胞核,如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。核膜与内质网相通连,染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。DNA是一种有机物大分子,又叫脱氧核糖核酸,是生物的遗传物质。在有丝分裂时,染色体复制,DNA也随之复制为两份,平均分配到两个子细胞中,使得后代细胞染色体数目恒定,从而保证了后代遗传特性的稳定。 动物细胞与植物细胞相比较,具有很多相似的地方,如动物细胞也具有细胞膜、细胞质、细胞核等结构。但是动物细胞与植物细胞又有一些重要的区别,如动物细胞的最外面是细胞膜,没有细胞壁;动物细胞的细胞质中不含叶绿体,也不形成中央液泡(图3-1-4)。 总之,不论是植物还是动物,都是由细胞构成的。细胞是生物体结构和功能的基本单位自己找一部分吧
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本人学的是生物科学专业,写的综述可以吗?
植物细胞骨架的动态研究
摘要:植物细胞骨架由微管与植物的微丝和中间纤维共同组成,并参与众多的生命活动,如细胞形态建成、细胞器和囊泡运输、染色体迁移、细胞壁构建、细胞分裂与分化、信号转导等;并与其马达蛋白构成细胞内重要的动力系统,参与细胞内各种活动。本文主要从植物的微管骨架和微丝骨架两个方面,综述了植物细胞骨架的动态变化及功能特性。
关键词:植物细胞骨架 动态变化
1植物细胞骨架
细胞骨架(cytoskeleton,CSK)是位于细胞膜内侧面的蛋白质丝纤维网架系统。胞骨架由微管(microtubule)、微丝(mirofilament)和中间纤维(intermediate filament共同构成。微管是长而不分枝、直径在25nm左右的管状纤维。主要由a、p一微管蛋白(tubulin)和少量的微管结合蛋白(microtubule associated protein,MAP)构成。微管蛋白通过非共价结合形成异二聚体,异二聚体螺旋盘绕形成微管壁。微管结合蛋白是与微管特异结合并影响其结构与功能的一类微管辅助蛋白。它们可提高微管的稳定性,促使微管与其他细胞结构(如质膜、微丝、中间纤维等)交联,在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒,通过与微管成核点的作用促进微管聚合。微丝是由肌动蛋白(actin)的亚单位组成的螺旋状结构,有极性。肌动蛋白以两种形态存在,聚合态纤维肌动蛋白(F-actin)及可溶性球状肌动蛋白(G-actin),两种形态的肌动蛋白之间存在着动态平衡,但只有聚合态肌动蛋白才具有生物学作用。中间纤维是一种直径介于微丝与微管之间的纤维状蛋白,在细胞核膜下形成一层坚固的核纤层,在胞质中形成网架结构,连接核膜、质膜及其他细胞骨架。微管蛋白和肌动蛋白在真核细胞中普遍存在,但植物细胞中是否存在类似动物细胞的中间纤维目前还无定论。
2 微管骨架
2.1 微管的结构及动态组装特性
微管(microtubule,MT)是真核生物中普遍存在的蛋白纤微结构,1963年最早发现于侧柏和水螅的细胞中,并被命名为微管[1-2]。微管的基本组成单位是微管蛋白(tubulin),包括α-微管蛋白、β-微管蛋白和r-微管蛋白。α-微管蛋白和β-微管蛋白通过非共价键头尾相连形成微管蛋白异二聚体,微管蛋白二聚体线性排列形成直径4~5nm、分子量约为100 kDa的原纤丝。原纤丝通过侧向连接形成微管壁。13条原纤丝平行排列构成中空管状的微管。
微管骨架具有不断解聚和聚合的动态特性,即单根微管在聚合态和解聚态之间随机转换。这一特性使得微管系统可以快速地重组以适应环境和生长发育的需要。动态的微管系统包括4种微管列阵,分别为间期周质微管列阵、早前期微管带、纺锤体、成膜体微管列阵。在植物活体细胞的各周期中,这些微管列阵都是高度动态的。动态微管与微管蛋白之间处于一个不断组装和去组装的转换中,微管的动态特性也称为微管解聚组装模型。目前微管的动态组装特性主要被描述为2种模型:踏车运动和动态不稳定模型。微管的动态和微管列阵的组织通常受微管结合蛋白(MAP)的调控。目前,微管骨架的动态特性越来越受到人们的关注。
2.2 微管参与植物细胞的形态建成及胞内物质转运
植物发育过程中,不同类型的细胞具有不同的细胞形态以适应不同的功能需要。这些细胞的形态建成与多种植物细胞骨架密切相关。微管在确定并保持细胞生长的方向性上发挥着重要作用,用微管特异性药剂处理植物叶片表皮铺板细胞,破坏微管列阵之后细胞形态出现异常[3]。Thitamadee等筛选出了微管蛋白α-tubulin的突变体left1和left2[4],突变体植株细胞的微管处于不稳定状态导致生长出的植株的根、下胚轴、叶片等器官均表现为螺旋生长。微管特异性药物处理还可导致各向异性生长的细胞改变原来的极性生长方向[5]。Collings等发现,促进微丝解聚的药物可加剧微管解聚,直接影响微管二聚体的状态,说明在调节细胞向异性生长过程中微管和微丝的动态对话起着非常重要的作用[6]。
在胞内运输和定位中,微管骨架也起着重要作用。参与细胞内物质运输的细胞骨架和马达蛋白质依赖于微管的驱动蛋白和动力蛋白以及微丝的肌球蛋白。通常认为,胞内物质的长途运输沿微管进行,而微丝在短途运输中发挥着重要作用,即微管在许多马达蛋白的辅助下起着胞内物质运输的轨道作用,破坏微管可影响细胞内的物质运输。在真核细胞内,mRNA必须运送到细胞质的特定部位才能进行翻译,RNA蛋白复合体就是沿着微管或微丝的轨道移动的[7,8]。
2.3 微管骨架的信号功能
微管参与植物细胞信号传递的功能成为近年来的研究重点。微管是植物细胞的重要组分,具有高度保守的动态特性,同时可与细胞中许多因子结合发挥传递运输的作用。当细胞受到内部或外部刺激后,细胞质会发生快速的动态重组,这些变化大多需要微管骨架的介导。周希明等研究发现,在细胞内添加药物破坏微管解聚、聚合的正常动态可显著抑制保卫细胞全细胞内向钾电流,说明微管的正常动态变化具有参与调节保卫细胞质膜上K+通道的活性,从而参与调节气孔运动[9]。
2.4 微管响应生物与非生物胁迫的动态变化
植物细胞微管受到外界环境刺激时也始终保持着动态特性,并响应外界生物或非生物胁迫发生相应的动态重排。微管的这种动态转换可参与或协助防卫物质形成天然防御屏障,从而抵抗病原菌的进一步入侵[10,11]。
拟南芥与卵菌纲病害oomycete互作中,菌丝侵染位点可附着在胞下发生细胞质聚集,微丝在侵染位点发生动态重组,呈放射状聚集;微管在侵染位点直接解聚,不形成放射状聚集[12,13]。Yuan等研究发现,拟南芥悬浮细胞在响应大丽轮枝菌毒素胁迫反应中,微管比微丝更快发生动态变化[14]。Wang等研究发现,拟南芥受到盐胁迫时周质微管发生重组,因此认为微管重组是植物耐盐的一种主动防卫机制[15]。
3 微丝骨架
3.1 微丝骨架的结构及动态变化
微丝又称肌动蛋白纤维(filamentactin,F-actin),是细胞骨架的主要成员,广泛存在于真核细胞中。肌动蛋白单体(global actin,G-actin)是构成微丝的基本单位,多个G-actin按照一定方式聚合形成微丝,二者处于聚合和解聚的动态平衡过程中。植物细胞内微丝骨架的功能是多种多样的,在胞质环流、花粉管萌发、气孔运动、物质运输、内吞和外分泌等过程中均起着重要作用。微丝骨架解聚和聚合的动态变化是实现这些功能的关键[16]。
在体外,肌动蛋白聚合成微丝的动力学过程可以分为3个阶段,即成核期(nucleation phase)、生长期(growth phase)及平衡期(equilibrium phase)。肌动蛋白在成核期开始聚合,该时期也是整个组装过程的关键时期。起始时,G-actin缓慢聚合形成一个较短的由3~4个亚基组成的寡聚体,以此作为微丝组装的“种子” 或“核心”(nucleus),进入快速生长期[17]。生长期肌动蛋白聚合成微丝片段时,形如箭头,其一端被称为负端(pointed end),另一端被称为正端(barded end)。微丝正端的聚合速度明显快于负端,因为微丝的生长延长主要受ATP的调节,一分子G-actin可结合一分子ATP,形成ATP-actin,它对微丝的正端有更高亲和力,使正端生长聚合速度快于负端。ATP-actin聚合到微丝纤维上,成为F-actin后,ATP随后水解为ADP,ADP-actin则容易发生脱落、解聚。最终,整个体系会达到一个稳定状态,即平衡期。此时,G-actin加到微丝上的聚合速率与微丝解聚速率相等,微丝的总长度维持相对稳定[18]。
肌动蛋白的解聚并不是简单的聚合的逆过程,这是因为肌动蛋白不能简单地由ADP-actin结合Pi转变成ATP-actin。取而代之的是,游离的ADP-actin在溶液中将结合的ADP迅速交换成ATP,而这个过程可以由肌动蛋白结合蛋白(actin binding proteins,ABPs) profilin加速其进行(Dos Remedios等2003)。很多ABPs对微丝的聚合和解聚过程有着重要的调节作用。此外,由于微丝的聚合需要在高于一定的G-actin浓度(临界浓度)条件下才能发生,因此,细胞中G-actin的浓度对于微丝骨架也有一定作用[19]。
3.2 植物微丝骨架与信号转导
植物微丝骨架与信号转导的研究还不深入,但也有许多实验推断微丝骨架与信号转导有关。1993年Sohesson A和Susanne Widell[20]用生化方法证明了微丝骨架与质膜紧密相连。他们以花椰菜为研究材料,用二相分配法提纯质膜囊泡,用免疫标记鉴定肌动蛋白,研究了膜连细胞骨架。当质膜囊泡内翻外时,肌动蛋白仍与膜紧密相连。用TritonX-100抽提质膜囊泡,产生一些不溶的颗粒沉淀,在不溶物中仍存在肌动蛋白和少量其它蛋白。这些结果说明微丝骨架与质膜共同被提纯,微丝骨架与质膜息息相关。这就暗示着微丝骨架可能参与信号转导过程。
近年来又有研究证明在植物细胞中存在细胞壁(CW)-质膜(PM)-细胞骨架(CTK)的连续体[21]。虽然这一连续体的结构组分与动物细胞有一定差异,但根据进化的保守性,人们认为在植物细胞间及细胞与外界环境的信息交换中它们类似于动物细胞中的ECM-PM-CTK连续体,有着同等的功能,并通过相似的机制起作用。植物细胞可以通过这一连续体成为紧密的线连结构,即细胞质骨架将细胞核、染色体、细胞溶质组分与细胞表面相连接,甚至通过细胞表面和细胞壁网络与相连细胞连接[22]。
动物细胞ECM-PM-CTK连续体中,存在层粘连蛋白(VN)、纤粘连蛋白(FN)。在植物的细胞壁中也发现了与VN、FN及整合素抗体起交叉反应的蛋白。显示植物分子与动物基质粘连分子有同源性的第一证据来自大豆种子一个多肽的研究,它与FN相似,多肽序列中包括Arg-Gly-Asp(RGD)花边序列(motif)。[20]这个短短的氨基酸序列在大部分基质粘连分子中出现,而且被整合素识别。已在西红柿的培养细胞壁中检测到了hVN和hFN免疫相关的蛋白,盐胁迫下类VN、FN蛋白含量更高。许多免疫学和功能研究的证据显示植物与动物系统粘连分子相似。
3.3 微丝骨架与细胞质流动的关系
对高等植物萌发花粉管的研究证明,花粉管中原生质的流动是肌动蛋白和肌球蛋白相互作用的结果,并且是花粉管生长的动力[23]。通过电镜观察、重酶解肌球蛋白的标记及肌动蛋白的分离等多方面的测试,发现绿豆、玉米及花椰菜等植物线粒体中确实存在肌动蛋白的微丝结构,揭示肌动蛋白和肌球蛋白的结合体系可能是线粒体膨胀与收缩运动的分子基础[24]。
4 展望
植物细胞骨架在细胞的生命活动中扮演着十分重要的角色。随着细胞生物学与生物物理、生物化学、遗传学、分子生物学、生物信息学等其他学科的交叉,细胞骨架的动态特性研究及微管功能将日益受到关注。微管蛋白与微管结合蛋白是微管骨架系统结构和功能的必需组分,与微管的组装、去组装动态特性密切相关。随着研究的不断深入,人们对植物微管的结构、组织、行为和相关蛋白的生化特性及蛋白或微管的调控等都将有更深的了解。人们对植物微丝的研究还落后于动物微丝的研究,但是对于植物细胞内的这一重要成分的了解已经越来越深刻。当今分子生物学的发展也为进一步从分子水平上揭示它的结构与功能起了极大的推动作用,因此很多问题最终会得到解决。
1.Tau蛋白的功能以及磷酸化修饰 Tau蛋白是含量最高的微管相关蛋白,这个的参考文献是:题名:hysical and chemical properties of purified tau factor and the role of tau in microtubule assembly,作者:Cleveland DW, Hwo SY, Kirschner MW.杂志:J Mol Biol. 年份:1977 Oct 25;卷期:116(2)页码:227-47.2.Tau蛋白在中枢和外周神经系统含量丰富,主要在神经元表达,轴突含量很高。正常脑中tau蛋白的主要细胞功能在于,一是促进微 管的形成,tau蛋白结合的微管蛋白可作为微管组装早期的核心,进而促进其它微管蛋白在此核心上延伸聚集形成微管。二是保持微管的稳定性,降低微管蛋白的解离,并诱导微管成束 。这个的参考文献是:题名:Tau, where are we now?作者:Johnson GV, Bailey CD.杂志:J Alzheimers Dis. 年份:2002 Oct卷期:4(5)页码:375-98
1.细胞壁(Cell Wall) 位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素和果胶组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。 2.细胞膜(Cell Membrane) 细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和磷脂双层分子组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过,因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。 细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中,或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的。 [主动运输]主动运输物质跨膜运输的方式分为被动运输和主动运输两种。 (1)被动运输,是顺着膜两侧浓度梯度扩散,即由高浓度向低浓度。分为自由扩散和协助扩散。 ①自由扩散:物质通过简单的扩散作用进入细胞。细胞膜两侧的浓度差以及扩散的物质的性质(如根据相似相溶原理,脂溶性物质更容易进出细胞)对自由扩散的速率有影响,常见的能进行自由扩散的物质有氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、胆固醇、水、氨等。 ②协助扩散:进出细胞的物质借助载体蛋白扩散。细胞膜两侧的浓度差以及载体的种类和数目对协助扩散的速率有影响。红细胞吸收葡萄糖是依靠协助扩散。 (2)主动运输:物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要,主动选择吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。各种离子由低浓度到高浓度过膜都是依靠主动运输。 能进行跨膜运输的都是离子和小分子,当大分子进出细胞时,包裹大分子物质的囊泡从细胞膜上分离或者与细胞膜融合(胞吞和胞吐),大分子不需跨膜便可进出细胞。 [胞吞和胞吐]胞吞和胞吐细胞膜的基本结构:(1)脂双层:磷脂、胆固醇、糖脂,每个动物细胞质膜上约有109个脂分子,即每平方微米的质膜上约有5x106个脂分子。(2)膜蛋白,分内在蛋白和外在蛋白两种。内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合,两端带有极性,贯穿膜的内外;外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上,或结合在磷脂分子的亲水头上。如载体、特异受体、酶、表面抗原。(3)膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂 细胞膜的特性:(1)结构特性:以磷脂双分子层作为基本骨架--流动性;(2)功能特性:载体蛋白在一定程度上决定了细胞内生命活动的丰富程度--选择透过性。 3.细胞质(Cytoplasm) [原生质层]原生质层细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器。例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中,往往还能看到一个或几个液泡,其中充满着液体,叫做细胞液。在成熟的植物细胞中,液泡合并为一个中央大液泡,其体积占去整个细胞的大半。细胞质被挤压为一层。细胞膜以及液泡膜和两层膜之间的细胞质称为原生质层。 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。当细胞液浓度小于外界浓度时,细胞液中的水分就透过原生质层进入外界溶液中,使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生 [紫色洋葱鳞片叶]紫色洋葱鳞片叶质层比细胞壁的伸缩性大,当细胞不断失水时,原生质层与细胞壁分离,也就是发生了质壁分离。当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,外界溶液中的水分透过原生质层进入细胞液中使原生质层复原,逐渐发生质壁分离的复原。 细胞质不是凝固静止的,而是缓缓地运动着的。在只具有一个中央液泡的细胞内,细胞质往往围绕液泡循环流动,这样便促进了细胞内物质的转运,也加强了细胞器之间的相互联系。细胞质运动是一种消耗能量的生命现象。细胞的生命活动越旺盛,细胞质流动越快,反之,则越慢。细胞死亡后,其细胞质的流动也就停止了。 [已发生质壁分离的细胞]已发生质壁分离的细胞除叶绿体外,植物细胞中还有一些细胞器,它们具有不同的结构,执行着不同的功能,共同完成细胞的生命活动。这些细胞器的结构需用电子显微镜观察。在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构。 ①线粒体 线粒体(mitochondrium)线粒体是一些线状、小杆状或颗粒状的结构。在活细胞中可用詹纳斯绿(Janus green)【anus Green B 别名:健那绿 化学式:C30H31N6Cl 詹纳斯绿B是一种活体染色剂,专一用于线粒体的染色。它可以和线粒体中的细胞色素C氧化酶结合,从而出现蓝绿色。】,染成蓝绿色。在电子显微镜下观察,线粒体表面是由双层膜构成的。内膜向内形成一些隔,称为线粒体嵴(cristae)。在线粒体内有丰富的酶系统。线粒体是细胞呼吸的中心,它是生物有机体借氧化作用产生能量的一个主要机构,它能将营养物质(如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等)氧化产生能量,储存在ATP(三磷酸腺苷)的高能磷酸键上,供给细胞其他生理活动的需要,因此有人说线粒体是细胞的“动力工厂”。根据对线粒体机能的了解,近些年来试验用“线粒体互补法”进行育种工作,即将两个亲本的线粒体从细胞中分离出来并加以混合,如果测出混合后呼吸率比两亲本的都高,证明杂交后代的杂种优势强,应用这种育种方法,能增强育种工作的预见性,缩短育种年限 ②叶绿体 叶绿体(coloroplasts)是绿色植物细胞中重要的细胞器,其主要功能是进行光合作用。叶绿体由双层膜、基粒(类囊体)和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的小囊状结构,在类囊体薄膜上,有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合而成基粒。基粒之间充满着基质,其中含有与光合作用有关的酶。基质中还含有DNA。 ③内质网 内质网(endoplasmic reticulum)是细胞质中由膜构成的网状管道系统广泛的分布在细胞质基质内。它与细胞膜及核膜相通连,对细胞内蛋白质及脂质等物质的合成和运输起着重要作用。 内质网有两种:一种是表面光滑的是滑面内质网,主要与脂质的合成有关;另一种是上面附着许多小颗粒状的,是粗面内质网,与蛋白质的合成有关。内质网增大了细胞内的膜面积,膜上附着着许多酶,为细胞内各种化学反应的正常进行提供了有利条件。 ④高尔基体 高尔基体(Golgi body)普遍存在于植物细胞和动物细胞中。一般认为,细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关,高尔基体本身没有合成蛋白质的功能,但可以对蛋白质进行加工和转运。植物细胞分裂时,高尔基体与细胞壁的形成有关(赤道板周围有特别多的高尔基体,以便合成纤维素及果胶)。 ⑤核糖体 核糖体(ribosomes)是椭球形的粒状小体,有些附着在内质网膜的外表面(供给膜上及膜外蛋白质),有些游离在细胞质基质中(供给膜内蛋白质,不经过高尔基体,直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形),是合成蛋白质的重要基地。 ⑥中心体 中心体(nucleus)存在于动物细胞和某些低等植物细胞中,因为它的位置靠近细胞核,所以叫中心体。每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围的物质组成。 动物细胞的中心体与有丝分裂有密切关系。.中心粒(centriole)这种细胞器的位置是固定的,具有极性的结构。在间期细胞中,经固定、染色后所显示的中心粒仅仅是1或2个小颗粒。而在电子显微镜下观察,中心粒是一个柱状体,长度约为0.3μm~0.5μm,直径约为0.15μm,它是由9组小管状的亚单位组成的,每个亚单位一般由3个微管构成。这些管的排列方向与柱状体的纵轴平行。中心粒通常是成对存在,2个中心粒的位置常成直角。中心粒在有丝分裂时有重要作用 ⑦液泡 液泡(vacuole)是植物细胞中的泡状结构。成熟的植物细胞中的液泡很大,可占整个细胞体积的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液,其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质,可以达到很高的浓度。因此,它对细胞内的环境起着调节作用,可以使细胞保持一定的渗透压,保持膨胀的状态。动物细胞也同样有小液泡。 ⑧溶酶体 溶酶体是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器。其内含有很多种水解酶类,能够分解很多物质。 ⑨微丝及微管 在细胞质内除上述结构外,还有微丝(microfilament)和微管(microtubule)等结构,它们的主要机能不只是对细胞起骨架支持作用,以维持细胞的形状,如在红血细胞微管成束平行排列于盘形细胞的周缘,又如上皮细胞微绒毛中的微丝;它们也参加细胞的运动,如有丝分裂的纺锤丝,以及纤毛、鞭毛的微管。此外,细胞质内还有各种内含物,如糖原、脂类、结晶、色素等。 4.细胞核 细胞质里含有一个近似球形的细胞核(nucleolus),是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精、甲基绿等碱性染料染成深色,叫做染色质(chromatin)。生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时,染色质就变化成染色体。 多数细胞只有一个细胞核,有些细胞含有两个或多个细胞核,如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。核膜与内质网相通连,染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。DNA是一种有机物大分子,又叫脱氧核糖核酸,是生物的遗传物质。在有丝分裂时,染色体复制,DNA也随之复制为两份,平均分配到两个子细胞中,使得后代细胞染色体数目恒定,从而保证了后代遗传特性的稳定。还有RNA,RNA是DNA在复制时形成的单链,它传递信息,控制合成蛋白质,其中有转移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核酸(rRNA)。 细胞核的机能是保存遗传物质,控制生化合成和细胞代谢,决定细胞或机体的性状表现,把遗传物质从细胞(或个体)一代一代传下去。但细胞核不是孤立的起作用,而是和细胞质相互作用、相互依存而表现出细胞统一的生命过程。细胞核控制细胞质;细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用。
微管在细胞内的作用大致可分为四个方面,首先是起支架作用,为细胞维持一定的形态提供结构上的保证,并给各种细胞器进行定位;维持细胞形态是微管的基本功能。实验证明,微管具有一定的强度,能够抗压和抗弯曲,这种特性给细胞提供了机械支持力。● 微管能够维持细胞的形态,使细胞不至于破裂。在培养的动物细胞中, 微管围绕细胞核向外呈放射状分布(图10-23), 维持细胞的形态。微管能够帮助细胞产生极性,确定方向。例如神经细胞的轴突中就有大量平行排列的微管,确定神经细胞轴突的方向。● 在植物细胞中,微管对细胞形态的维持也有间接的作用。在植物细胞膜的下面有成束微管形成的皮层带,这种皮层带影响纤维素合成酶在细胞质膜中的定位。其结果是产生的纤维素纤维与微管平行排列。细胞壁中纤维素纤维的方向对于决定细胞的生长特性及形态都具有重要的作用。● 微管对于维持细胞内部的组织也有重要作用。用破坏微管的药物处理细胞,发现能够严重影响膜细胞器,特别是高尔基体在细胞内的位置。高尔基体在细胞内的位置一般在细胞的中央,刚好在细胞核的外侧,用秋水仙素处理细胞后,高尔基体分散存在于四周;若除去药物,微管组装,高尔基体又恢复其在细胞内的正常位置。第二是作为细胞内物质运输的轨道;微管在核的周围分布密集, 并向胞质外周伸展, 在线粒体周围也有微管的存在, 有的微管直接连到高尔基体小泡上, 核糖体可系在微管及微丝的交叉点上。所以, 细胞内的细胞器移动和胞质内物质转运都和微管有着密切的关系。第三是作为纤毛和鞭毛运动元件;第四是参与细胞的有丝分裂和减数分裂。
嗜碱性细胞在结缔组织和粘膜上皮内时,称肥大细胞,其结构和功能与嗜碱性细胞相似。
结构:细胞呈圆形或卵圆形,细胞核小,呈圆形或椭圆形,染色浅,位于细胞中央。细胞常成堆或单个分布于血管附近。细胞呈圆形或卵圆形,细胞质中充满大小一致、染成蓝紫色的颗粒,均匀分布在核周围。
功能:分泌多种细胞因子,参与免疫调节(TB细胞,APC细胞活化).表达MHC分子,B7分子,具有APC功能.表达大量的IgE Fc 受体,释放过敏介质.具有弱吞噬功能.
扩展资料:
肥大细胞(mast cell)广泛分布于皮肤及内脏粘膜下的微血管周围。分泌多种细胞因子,参与免疫调节(TB细胞,APC细胞活化)。表达MHC分子,B7分子,具有APC功能。表达大量的IgE Fc 受体,释放过敏介质。具有弱吞噬功能。和血液的嗜碱粒细胞同样,具有强嗜碱性颗粒的组织细胞。
肥大细胞来源于造血干细胞,但是实际上,由骨髓刚进入外周血液循环系统的肥大细胞仍处于未成熟状态,只有当它们的前体细胞迁移到最终定居的地方,即血管组织或浆膜腔中才能完成分化和(或)成熟。
在哺乳类以及其他脊椎动物中,肥大细胞广泛分布于整个血管组织,尤其是皮下或皮肤内,以及接近血管、神经、平滑肌、分泌黏液的腺体和发囊部位。肥大细胞主要分布于机体与外界环境相通的地方,如皮肤、气道和消化道,这些部位经常可以接触到病原体、变应原以及其他环境中的物质。
因此,肥大细胞在体内的分布特点,使得它与DC一起成为造血-免疫系统中首先与环境中变应原、其他抗原以及入侵病原体相互作用的细胞群。
肥大细胞具有较长的生存期,在适当的刺激条件下,可以再次进入细胞周期并增殖;肥大细胞前体也可大量募集、停留,并在局部成熟,使得肥大细胞群得以扩大。
在下列情况下,肥大细胞的数量、局部组织分布以及表型特征可发生变化,例如对各种感染尤其是对寄生虫蠕虫感染出现应答时,在多种适应性免疫应答特别是慢性应答的过程中,以及发生持续性炎症及组织重建的状态下。
全身或局部组织中的肥大细胞,不论就其生存、增殖.还是重要的表型特征,均受到了良好的调控,这些调控包括固有免疫与适应性免疫应答中对各种刺激的易感性、细胞贮存和产生分泌性物质的能力,以及对特异性刺激发生分泌性应答的力度。
影响肥大细胞数量和表型的主要因素包括c-Kit的配体即干细胞因子(SCF)、肥大细胞主要的生存和发育因子IL-3 ,以及Th2相关细胞因子IL-4与IL-9:其中还有其他细胞因子、生长因子及趋化因子的参与。
参考资料:百度百科-肥大细胞
肥大细胞胞质内充满粗大的分泌颗粒,内含肝素、组胺、嗜酸性粒细胞趋化因子等,当肥大细胞受到过敏原刺激时,以胞吐方式大量释放颗粒内物质,同时,胞质内海合成白三烯释放。等等等等,引起过敏反应。以引起某些人过敏反应的花粉为例,当吸入花粉后,划分刺激体内浆细胞,生成IgE抗体,IgE与肥大细胞的IgE受体结合后,机体对该过敏原便处于致敏状态,当再次吸入相同花粉时,这种花粉便作为过敏原与肥大细胞表面的IgE结合使其激活而脱颗粒,引起过敏反应]参考文献:《组织学与胚胎学》结缔组织
肥大细胞是动物和人类中的正常细胞成分。肥大细胞是骨骼造血干细胞的后代,但与位于血液中的血细胞不同,它们存在于整个身体的结缔组织中,例如皮肤真皮,细化壁和细胞壁,呼吸道。
当嗜碱性粒细胞处于结缔组织和粘膜上皮细胞中时,它们被称为肥大细胞,其结构和功能与嗜碱性粒细胞相似。
结构:细胞呈圆形或椭圆形,具有小核,圆形或椭圆形,具有轻微染色并位于细胞的中心。细胞通常堆叠或单独分布在血管附近。细胞呈圆形或椭圆形,细胞质充满大小均匀的颗粒,染成蓝紫色,均匀分布在细胞核周围。
功能:分泌多种细胞因子,参与免疫调节(TB细胞,APC细胞活化)。表达MHC分子,B7分子,具有APC功能。表达大量IgE Fc受体,释放过敏介质。有弱吞噬作用。
肥大细胞广泛分布在皮肤和内脏粘膜下的微脉管系统周围。分泌多种细胞因子参与免疫调节(TB细胞,APC细胞活化)。具有APC功能的MHC分子B7分子的表达。表达大量IgE Fc受体并释放过敏介质。具有弱的吞噬功能。像血嗜碱性粒细胞一样,它具有强嗜碱性颗粒的组织细胞。
存在于肥大细胞血液中的这种颗粒含有肝素,组胺,血清素,其通过细胞塌陷和释放颗粒和颗粒中的物质来解释,这可以引起组织中的即时过敏反应(炎症)。由于与肥大细胞上的肥大细胞结合的IgE抗体接触,细胞经常塌陷。
肥大细胞:细胞呈圆形或椭圆形,具有小的核,圆形或椭圆形,具有光染色并位于细胞的中心。细胞通常堆叠或单独分布在血管附近。细胞呈圆形或椭圆形,细胞质充满大小均匀的颗粒,染成蓝紫色,均匀分布在细胞核周围。
参考资料:百度百科-肥大细胞
胚胎干细胞:来自胚胎的、自然存在的全能干细胞。iPS:非干细胞通过人工诱导方式获得的干细胞。
胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)是来自哺乳动物胚泡期胚胎内细胞团的细胞,并具有无限增殖和保持多能性的能力。多功能干细胞(induced pluripotent stemcell,iPS细胞)就是通过基因转染技术将某些转录因子导入动物或人的体细胞并进行重新编程,使其成为ES细胞样的多潜能细胞,这类细胞在细胞形态、生长特性、表面标志物和形成畸胎瘤等方面与ES细胞非常相似。参考文献 Progress in Veterinary Medicine 2010,31(4):99—102 诱导性多功能干细胞研究进展 袁进、邱正良、吴清洪、顾为望;
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作为科研人员,阅读文献是必修课,但面对海量的文献,我们到底应该选择哪些文献确实是一个比较纠结的问题。
现在每天只SCI收录的文献数量就可以达到3000篇。
例如只Plos One一个杂志每天的论文数量都可以达到50篇,也就是说文献的数量增加幅度非常迅速,我们阅读的文献不仅包括新文献,也包括过去的文献,特别是经典的文献,那么在文献海洋面前,我们必须掌握和了解畅游在文献海洋中的基本游泳技巧,其中关于我们应该阅读那类文献的问题,我想谈点看法。
第一、课题相关文献
这是我们做科研的最重要信息来源,阅读这类文献必须看是少有异议的,由于和课题密切程度非常大的文献数量一般比较有限,对这类文献,应该报着研究的心态,要弄明白文献的来龙去脉,例如文献引用的参考文献都应该详细了解,文献使用的研究方法都应该熟悉,甚至文献的统计学方法都应该明白。
例如我自己,因为是作氢气生物学效应,我从2007年到现在,可以说所有相关文献全部阅读过,甚至全部都进行了分析和记录,并随时跟踪相关研究小组的进展,这样才能作到心中有数。
遇到新的文献可以马上判断其价值和意义,因为自己心里早就有一套文献的结构图,那些是已经解决的问题,那些是没有弄清楚的范围,那些是问题的关键,那些是单纯为发表论文而进行的修饰性研究和表达,基本上都心中有数。
这样也并不耗费太大精力,因为反复阅读可以明显提高阅读速度,有时候看看摘要就基本上掌握大部分信息,少量信息简单选择性看一下全文就可以。
第二、学科相关文献
我个人是从事潜水高气压医学教学和科研的,因此对潜水医学、高压氧临床等相关进展都比较关注,一般来讲这类文献主要是关注新进展。
这不仅是开展教学工作的必要,也是丰富和更新自己学科知识的重要方式,当然前提是要熟悉整个学科知识,不能在不了解全面知识的情况只追求新进展。
因此应该首先阅读一些本学科的专著,甚至是英文专著的基础上再选择性针对某些方向经常关注和了解,对某些比较重要的进展应及时进行评价。
由于是本学科方向,自己有比较全面和系统的认识,可在必要时争取发表一些评述性文章,公开自己的看法,以开展和国际同行的书面交流,这类文献阅读也可以变成一种非常好的学术交流模式。
第三、兴趣类文献
每个人都可能有除课题和学科以外信息爱好,这多属于兴趣爱好的情况,当然也不一定每个人都会有,这类文献往往包括自己过去的研究领域,参加会议和各类讨论中遇到的感兴趣的话题。
例如我过去曾经对核酸疫苗有过兴趣,曾经对MRI特别是功能成像有过兴趣,也曾经对神经发育有过兴趣,对热量限制、细胞自噬、细胞程序性坏死、低氧诱导因子等等相关文献有过兴趣,对这些文献都进行过追踪和了解。
兴趣文献也包括自己审阅别人基金和文章时,为了提高自己的判断力,临时阅读的一些文献。兴趣类文献可以不必要看过于详细,只需要对一些宏观上的进展有所了解,对一些新的趋势有所判断就可以。
由于范围比较广泛,这类文献可作为自己课题思路的借鉴,作为课题延伸文献库对待比较好,也可以找出一些上乘的文献进行欣赏性阅读。
第四、热点类文献
所以成为热点,总有其道理,这类文献可以关注从国际国内大型科技类网站和《自然》、《科学》、《细胞》、《神经元》等重要学术期刊,这些网站和期刊都会有一些热点文章的介绍,当然一般都是新的文献。
另外也可以跟踪一些大型科技奖励,例如每年的诺贝尔医学生理学奖,因为一旦获得诺贝尔奖,你往往非常容易获得相关研究背后的故事,而这些故事往往从一般文献中难以获得,这是一个学习和了解科研悟性,提高科学鉴赏能力的好机会。
例如2012年关于iPS的研究,你可以学习日本学者是如何从肿瘤细胞到干细胞再到细胞转化研究的历程,也可以了解过去几十年来这一领域的历史发展过程。
关于化学奖,你可以通过这次机会了解G蛋白的相关知识,了解这类分子的重要意义,了解早期科学家是怎么认识到这个分子,这个分子的那些重要科学问题在那个年代被认识和解决的,了解那些重要进展和突破是这些科学家获得大奖的原因。
这些关键进展往往是具有较大科学意义的研究。
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