細(xì)胞功能歡迎來到《細(xì)胞功能》課程！細(xì)胞是生命的基本單位，也是生命活動的基礎(chǔ)。在這門課程中，我們將深入探討細(xì)胞的各種功能，了解細(xì)胞如何維持生命活動，以及各個細(xì)胞器如何協(xié)同工作。通過學(xué)習(xí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，我們將能夠更好地理解生命的本質(zhì)，以及疾病發(fā)生的分子機制。這門課程將帶領(lǐng)大家從微觀角度認(rèn)識生命的奧秘，揭示細(xì)胞世界的精彩。課程目標(biāo)掌握細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)了解細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)組成，包括細(xì)胞膜、細(xì)胞核、線粒體等細(xì)胞器的形態(tài)特點和基本功能。理解細(xì)胞生理功能掌握細(xì)胞物質(zhì)運輸、能量代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分裂等基本生理過程的分子機制。建立細(xì)胞整體觀念培養(yǎng)從分子水平到細(xì)胞水平的系統(tǒng)思維能力，理解細(xì)胞各部分如何協(xié)同工作以維持生命活動。應(yīng)用細(xì)胞學(xué)知識細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)1細(xì)胞膜包圍細(xì)胞的邊界2細(xì)胞質(zhì)胞漿和細(xì)胞器3細(xì)胞核遺傳信息的儲存中心細(xì)胞是生命的基本單位，由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核三部分組成。細(xì)胞膜是細(xì)胞的外部邊界，控制物質(zhì)進(jìn)出；細(xì)胞質(zhì)包括胞漿和懸浮其中的各種細(xì)胞器；細(xì)胞核則是遺傳信息的儲存和傳遞中心。不同類型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有所差異。真核細(xì)胞具有完整的細(xì)胞核和各種膜性細(xì)胞器，而原核細(xì)胞則沒有具有核膜的細(xì)胞核和復(fù)雜的膜性細(xì)胞器。植物細(xì)胞具有細(xì)胞壁、液泡和葉綠體，而動物細(xì)胞則沒有這些結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能化學(xué)組成細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類組成。脂質(zhì)以脂質(zhì)雙分子層形式排列，是膜的基本骨架；蛋白質(zhì)嵌入脂質(zhì)雙分子層中或附著在表面，發(fā)揮特定功能；膜表面的糖類常與脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖脂或糖蛋白。主要功能隔離與保護：將細(xì)胞內(nèi)容物與外界環(huán)境分隔物質(zhì)運輸：控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞信號接收：接收并傳導(dǎo)外界信號細(xì)胞識別：識別其他細(xì)胞和分子能量轉(zhuǎn)換：參與呼吸和光合作用等能量轉(zhuǎn)換過程細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型脂質(zhì)雙分子層磷脂分子有親水性頭部和疏水性尾部，自發(fā)形成雙分子層結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)分子能在膜平面內(nèi)自由流動，賦予膜流動性。鑲嵌的蛋白質(zhì)膜蛋白鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中，包括跨膜蛋白、外周蛋白等。蛋白質(zhì)在膜中的分布不均勻，形成"蛋白質(zhì)島"。動態(tài)變化膜是動態(tài)結(jié)構(gòu)，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)可以在膜平面內(nèi)流動。膜的流動性受溫度、脂質(zhì)組成等因素影響。功能區(qū)域化膜上形成功能微區(qū)（脂筏），富含膽固醇和特定蛋白質(zhì)，參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程。細(xì)胞膜的選擇性通透性被動運輸不需要能量簡單擴散：小分子直接通過脂雙層易化擴散：通過載體蛋白通道擴散：通過膜通道蛋白主動運輸需要能量原初性主動運輸：直接利用ATP繼發(fā)性主動運輸：利用離子梯度胞吞和胞吐大分子轉(zhuǎn)運胞吞：內(nèi)陷形成囊泡胞吐：囊泡與膜融合膜泡運輸細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運內(nèi)吞：從質(zhì)膜到細(xì)胞內(nèi)外排：從細(xì)胞內(nèi)到質(zhì)膜細(xì)胞膜上的受體G蛋白偶聯(lián)受體七次跨膜結(jié)構(gòu)，與G蛋白相互作用。激活后引起第二信使（如cAMP、鈣離子）水平變化。典型例子包括腎上腺素受體、嗅覺受體等。酶聯(lián)受體具有內(nèi)在酶活性或與胞內(nèi)酶相關(guān)。包括受體酪氨酸激酶、受體絲氨酸/蘇氨酸激酶等。激活后通常引起蛋白質(zhì)磷酸化級聯(lián)反應(yīng)。如胰島素受體、表皮生長因子受體等。離子通道受體配體控制的離子通道，配體結(jié)合后引起通道開放或關(guān)閉。介導(dǎo)快速的電信號傳導(dǎo)，如神經(jīng)遞質(zhì)受體（乙酰膽堿受體、谷氨酸受體等）。細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能核膜由內(nèi)、外核膜組成的雙層膜結(jié)構(gòu)，具有核孔復(fù)合體，控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核染色質(zhì)DNA與組蛋白結(jié)合形成的復(fù)合物，是遺傳信息的載體核仁核內(nèi)高度致密的區(qū)域，是核糖體RNA合成和核糖體組裝的場所核基質(zhì)核內(nèi)的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為核內(nèi)活動提供支架染色體與DNA1DNA雙螺旋由脫氧核苷酸組成的雙鏈結(jié)構(gòu)核小體DNA繞組蛋白八聚體形成的珠串結(jié)構(gòu)染色質(zhì)纖維核小體進(jìn)一步折疊形成的30nm纖維染色體染色質(zhì)在細(xì)胞分裂期高度凝縮的結(jié)構(gòu)染色體是DNA和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物，是基因的載體。人類體細(xì)胞含有46條染色體，23對。染色體由DNA和組蛋白等組成，DNA是遺傳信息的基本單位，包含編碼蛋白質(zhì)和RNA的基因序列。基因表達(dá)與蛋白質(zhì)合成1轉(zhuǎn)錄DNA作為模板合成mRNA。由RNA聚合酶催化，在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄過程包括起始、延伸和終止三個階段。RNA加工原始RNA轉(zhuǎn)錄本經(jīng)剪接和修飾。包括加帽、多聚腺苷酸化和RNA剪接，剪除內(nèi)含子、連接外顯子，形成成熟mRNA。RNA輸出成熟mRNA從細(xì)胞核輸出到細(xì)胞質(zhì)。通過核孔復(fù)合體，在特定蛋白質(zhì)幫助下完成運輸。4翻譯核糖體利用mRNA合成蛋白質(zhì)。包括起始、延伸和終止三個階段，tRNA將氨基酸帶到核糖體上，按mRNA密碼子順序連接成多肽鏈。核糖體的結(jié)構(gòu)與功能rRNA蛋白質(zhì)核糖體是細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的場所，由rRNA和蛋白質(zhì)組成。真核細(xì)胞核糖體包括大亞基和小亞基，沉降系數(shù)為80S。大亞基（60S）包含28S、5.8S和5SrRNA及約49種蛋白質(zhì)；小亞基（40S）包含18SrRNA及約33種蛋白質(zhì)。核糖體在蛋白質(zhì)合成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。小亞基負(fù)責(zé)識別mRNA并結(jié)合，大亞基具有肽基轉(zhuǎn)移酶活性，催化氨基酸之間形成肽鍵。翻譯過程中，tRNA將氨基酸帶到核糖體上，按照mRNA密碼子順序組裝成蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型與功能粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜表面附有核糖體，呈現(xiàn)"粗糙"外觀。主要功能是合成分泌蛋白和膜蛋白。核糖體在合成蛋白質(zhì)的同時，新生多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，并在此進(jìn)行折疊和初步修飾（如形成二硫鍵、糖基化等）。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在分泌蛋白豐富的細(xì)胞（如胰腺腺泡細(xì)胞）中特別發(fā)達(dá)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜表面沒有核糖體，呈現(xiàn)"光滑"外觀。主要功能是合成脂質(zhì)、代謝藥物和毒物、調(diào)節(jié)鈣離子濃度。是膜脂（如磷脂、膽固醇）合成的主要場所，同時含有參與藥物代謝的細(xì)胞色素P450系統(tǒng)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在肝細(xì)胞、類固醇激素合成細(xì)胞中特別發(fā)達(dá)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)合成信號肽識別新生多肽鏈的信號序列被信號識別顆粒(SRP)識別，暫停翻譯與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合SRP-核糖體復(fù)合物與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體結(jié)合轉(zhuǎn)位通道開放核糖體與轉(zhuǎn)位通道對接，翻譯重新開始蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔多肽鏈通過轉(zhuǎn)位通道進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，信號肽被切除蛋白質(zhì)折疊和修飾分子伴侶協(xié)助蛋白質(zhì)正確折疊，進(jìn)行糖基化等修飾光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與脂質(zhì)合成80%磷脂產(chǎn)量細(xì)胞所需磷脂的主要來源90%膽固醇合成合成幾乎所有細(xì)胞膽固醇75%藥物解毒肝細(xì)胞內(nèi)解毒活性光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞脂質(zhì)合成的主要場所。磷脂合成從甘油-3-磷酸開始，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，添加脂肪酸鏈和極性頭部，形成不同類型的磷脂。膽固醇合成始于乙酰輔酶A，經(jīng)過多步反應(yīng)形成。此外，光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的細(xì)胞色素P450酶系統(tǒng)參與藥物、毒物和內(nèi)源性物質(zhì)的氧化代謝，是體內(nèi)主要的解毒系統(tǒng)。在肝細(xì)胞中特別豐富，使肝臟成為體內(nèi)主要的解毒器官。高爾基體的結(jié)構(gòu)與功能順面網(wǎng)靠近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一側(cè)，接收來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)中間部進(jìn)行糖基化等蛋白質(zhì)修飾，分選不同蛋白質(zhì)反面網(wǎng)形成轉(zhuǎn)運囊泡，將蛋白質(zhì)運送到目的地高爾基體是膜性囊泡系統(tǒng)，由扁平囊狀結(jié)構(gòu)（池）堆疊而成。主要功能包括蛋白質(zhì)的進(jìn)一步修飾（如糖基化、硫酸化、磷酸化等）、蛋白質(zhì)的分選和運輸以及溶酶體的形成。高爾基體還參與細(xì)胞分泌過程，將分泌蛋白包裝到分泌囊泡中，進(jìn)行調(diào)節(jié)性分泌或持續(xù)性分泌。在分泌細(xì)胞（如胰腺腺泡細(xì)胞）中，高爾基體尤為發(fā)達(dá)。蛋白質(zhì)的分選與運輸信號識別根據(jù)蛋白質(zhì)上的信號序列確定目的地囊泡形成蛋白質(zhì)被包裝入特定的被膜蛋白覆蓋的囊泡囊泡運輸囊泡沿細(xì)胞骨架運動，由分子馬達(dá)蛋白驅(qū)動囊泡融合囊泡與目標(biāo)膜特異性識別并融合，釋放內(nèi)容物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運輸主要通過囊泡運輸系統(tǒng)完成。不同的被膜蛋白（如COPI、COPII、網(wǎng)格蛋白）參與不同途徑囊泡的形成。囊泡運輸過程需要多種蛋白質(zhì)參與，包括小G蛋白（如Rab蛋白）調(diào)控囊泡運輸、SNARE蛋白介導(dǎo)囊泡與靶膜的融合等。溶酶體的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)特點由單層膜包圍的球形囊泡內(nèi)含50多種水解酶內(nèi)部pH值約為4.5-5.0膜含特殊糖蛋白，防止自身被消化主要功能細(xì)胞內(nèi)消化（降解蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)）自噬（降解細(xì)胞自身受損組分）異養(yǎng)吞噬（降解外來物質(zhì)）參與細(xì)胞分泌（如骨重塑過程）相關(guān)疾病溶酶體貯積病（如高雪氏病）自噬相關(guān)疾病（如帕金森病）溶酶體運輸障礙（如I-細(xì)胞病）細(xì)胞自噬與溶酶體自噬體形成隔離膜包圍細(xì)胞質(zhì)成分，形成雙層膜的自噬體與溶酶體融合自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體內(nèi)容物降解溶酶體酶消化自噬體內(nèi)容物再利用降解產(chǎn)物被運回細(xì)胞質(zhì)再利用自噬是細(xì)胞的自我消化過程，對維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在營養(yǎng)缺乏條件下，自噬被激活，降解細(xì)胞內(nèi)非必需組分，回收氨基酸和其他營養(yǎng)物質(zhì)。自噬還參與清除受損細(xì)胞器、聚集蛋白質(zhì)和入侵病原體。自噬異常與多種疾病相關(guān)，包括神經(jīng)退行性疾病、癌癥和感染性疾病。增強自噬可能延緩衰老過程，改善代謝狀況。基因ATG家族編碼參與自噬的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，調(diào)控自噬過程的各個階段。線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體是雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，外膜平滑，內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，增大表面積。線粒體結(jié)構(gòu)可分為四個區(qū)域：外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)。外膜含有孔蛋白，允許小分子自由通過；內(nèi)膜上分布有呼吸鏈復(fù)合體和ATP合成酶，是能量轉(zhuǎn)換的主要場所；基質(zhì)中含有線粒體DNA、核糖體和各種代謝酶。線粒體與細(xì)胞能量代謝線粒體是細(xì)胞的"能量工廠"，通過有氧呼吸產(chǎn)生大量ATP。葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)中通過糖酵解分解為丙酮酸，然后進(jìn)入線粒體基質(zhì)。在基質(zhì)中，丙酮酸脫羧形成乙酰CoA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生還原性輔酶NADH和FADH?。這些還原性輔酶將電子傳遞給內(nèi)膜上的呼吸鏈復(fù)合體，電子沿著復(fù)合體傳遞，能量逐漸釋放，最終被氧接受形成水。在電子傳遞過程中，能量用于將H?泵出內(nèi)膜，形成跨膜質(zhì)子梯度。質(zhì)子沿濃度梯度通過ATP合成酶流回基質(zhì)，驅(qū)動ATP合成。氧化磷酸化過程4呼吸鏈復(fù)合體內(nèi)膜上的電子傳遞通路~12質(zhì)子梯度每葡萄糖泵出H?數(shù)30-32ATP產(chǎn)量每葡萄糖氧化磷酸化產(chǎn)ATP數(shù)氧化磷酸化是線粒體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵過程，包括電子傳遞和ATP合成兩個偶聯(lián)過程。電子傳遞鏈由四個主要復(fù)合體和兩個電子載體（輔酶Q和細(xì)胞色素c）組成。復(fù)合體I、III和IV在傳遞電子的同時，將H?從基質(zhì)泵到膜間隙，形成電化學(xué)梯度。ATP合成酶（復(fù)合體V）利用H?沿濃度梯度流回基質(zhì)的能量，催化ADP和無機磷酸結(jié)合形成ATP。這一過程符合Mitchell提出的化學(xué)滲透假說。氧作為最終電子受體，被還原為水。抑制劑如氰化物可阻斷電子傳遞，解偶聯(lián)劑如DNP可破壞質(zhì)子梯度，均導(dǎo)致ATP合成減少。葉綠體的結(jié)構(gòu)（植物細(xì)胞）外膜和內(nèi)膜包圍葉綠體的雙層膜系統(tǒng)外膜：通透性較高內(nèi)膜：選擇性通透1類囊體由類囊體膜構(gòu)成的扁平囊狀結(jié)構(gòu)含有光合色素是光反應(yīng)的場所2基質(zhì)（stroma）類囊體之間的液體成分含有各種酶是暗反應(yīng)的場所3葉綠體DNA和核糖體半自主的遺傳系統(tǒng)含有環(huán)狀DNA能合成部分蛋白質(zhì)4光合作用概述定義與意義光合作用是綠色植物、藻類和某些細(xì)菌利用光能將CO?和H?O轉(zhuǎn)化為有機物和O?的過程。它是地球上幾乎所有生命能量的最初來源，同時維持大氣中的氧氣平衡。光合作用每年固定約2000億噸碳，為地球生物圈提供有機物和能量。光合作用總反應(yīng)光合作用的總反應(yīng)可表示為：6CO?+12H?O+光能→C?H??O?+6O?+6H?O整個過程可分為兩個階段：光反應(yīng)（光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）和暗反應(yīng)（碳固定）。光反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜上，暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。光反應(yīng)與暗反應(yīng)光反應(yīng)類囊體膜上的過程，將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能（ATP和NADPH）。光能被葉綠素吸收，激發(fā)電子，通過電子傳遞鏈產(chǎn)生質(zhì)子梯度，驅(qū)動ATP合成。同時，水分子被分解，釋放氧氣，提供電子用于NADP?還原為NADPH。暗反應(yīng)葉綠體基質(zhì)中的過程，也稱卡爾文循環(huán)，固定CO?生成有機物。利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH，通過一系列酶促反應(yīng)，將CO?轉(zhuǎn)化為葡萄糖。關(guān)鍵酶是核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco），是自然界最豐富的蛋白質(zhì)。兩反應(yīng)的聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供能量（ATP）和還原力（NADPH）；暗反應(yīng)消耗光反應(yīng)產(chǎn)物，再生ADP和NADP?，使光反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行。兩者密切配合，共同完成將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。細(xì)胞骨架概述微管由α-和β-微管蛋白二聚體聚合而成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑約25nm。功能包括維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸、染色體分離和細(xì)胞分裂等。是細(xì)胞骨架中最粗的纖維。微絲由肌動蛋白單體聚合形成的雙螺旋纖維，直徑約7nm。參與細(xì)胞運動、肌肉收縮、細(xì)胞分裂、細(xì)胞形態(tài)改變和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運等過程。是細(xì)胞骨架中最細(xì)的纖維。中間纖維由多種蛋白質(zhì)（如角蛋白、波形蛋白、神經(jīng)纖維蛋白等）組成的繩索狀結(jié)構(gòu)，直徑約10nm。主要功能是提供細(xì)胞機械強度和穩(wěn)定性，參與形成細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，耐受性最強。微管的結(jié)構(gòu)與功能動態(tài)不穩(wěn)定性微管末端可快速生長或收縮極性結(jié)構(gòu)正極(+)和負(fù)極(-)端生長速率不同管狀結(jié)構(gòu)13個原絲排列成中空管道微管是由α-和β-微管蛋白二聚體聚合形成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑約25nm。微管具有極性，正極（加端）生長快，負(fù)極（減端）生長慢，常與中心體相連。微管表現(xiàn)出動態(tài)不穩(wěn)定性，可在生長和收縮之間快速轉(zhuǎn)換，使得細(xì)胞骨架能夠快速重組以適應(yīng)細(xì)胞需要。微管的主要功能包括：維持細(xì)胞形態(tài)；提供物質(zhì)運輸軌道，與分子馬達(dá)蛋白（如驅(qū)動蛋白、動力蛋白）配合，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸；形成有絲分裂紡錘體，參與染色體分離；構(gòu)成鞭毛和纖毛的基本結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞運動。微管是抗腫瘤藥物（如秋水仙堿、紫杉醇）的重要靶點。微絲的結(jié)構(gòu)與功能微絲結(jié)構(gòu)微絲是由球狀肌動蛋白（G-肌動蛋白）分子聚合形成的雙螺旋絲狀結(jié)構(gòu)（F-肌動蛋白），直徑約7nm。微絲具有極性，正極（新生極）聚合速率快，負(fù)極（指向細(xì)胞質(zhì)）聚合速率慢。微絲的生長受多種蛋白調(diào)控，如脫帽蛋白、切割蛋白等。細(xì)胞運動微絲與肌球蛋白相互作用產(chǎn)生運動。在細(xì)胞運動過程中，微絲在細(xì)胞前緣聚合形成偽足，推動細(xì)胞膜向前延伸；同時，后緣的微絲與肌球蛋白收縮，拉動細(xì)胞后部向前移動。在傷口愈合、免疫細(xì)胞遷移和胚胎發(fā)育過程中至關(guān)重要。肌肉收縮在肌肉細(xì)胞中，微絲和肌球蛋白按特定方式排列形成肌原纖維。當(dāng)肌肉收縮時，肌動蛋白絲和肌球蛋白絲相互滑動，導(dǎo)致肌節(jié)縮短。這一過程由Ca2?和ATP調(diào)控，是肌肉收縮的分子基礎(chǔ)。收縮過程中ATP水解提供能量。中間纖維的結(jié)構(gòu)與功能中間纖維是一類直徑約10nm的纖維狀結(jié)構(gòu)，由多種蛋白質(zhì)組成，在不同類型細(xì)胞中表達(dá)不同類型的中間纖維。中間纖維具有高度機械穩(wěn)定性，不像微管和微絲那樣具有明顯的動態(tài)特性，是細(xì)胞骨架中最穩(wěn)定的成分。中間纖維的主要功能是提供細(xì)胞機械支持和穩(wěn)定性，抵抗外力拉伸；參與形成細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)，如橋粒（由角蛋白構(gòu)成）；維持細(xì)胞器位置，如錨定細(xì)胞核；參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。中間纖維相關(guān)疾病包括表皮大皰癥（角蛋白突變）、亞歷山大病（膠質(zhì)纖維酸性蛋白突變）和早老癥（核纖層蛋白突變）。細(xì)胞運動與細(xì)胞骨架細(xì)胞極性建立在外界信號指導(dǎo)下，細(xì)胞前緣和后緣形成不同的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，建立運動方向前緣偽足形成前緣微絲網(wǎng)絡(luò)聚合形成偽足或薄層偽足，推動細(xì)胞膜向前延伸新粘附點形成偽足與基質(zhì)形成新的黏附聯(lián)系，通過整合素等黏附分子介導(dǎo)細(xì)胞收縮微絲-肌球蛋白系統(tǒng)產(chǎn)生收縮力，推動細(xì)胞體向前移動后緣粘附解離細(xì)胞后緣的粘附點解離，允許細(xì)胞尾部收縮并跟隨前進(jìn)細(xì)胞分裂概述有絲分裂體細(xì)胞分裂方式，產(chǎn)生兩個遺傳物質(zhì)完全相同的子細(xì)胞。是組織生長、傷口愈合和細(xì)胞更新的基礎(chǔ)過程。染色體數(shù)目保持不變，從2n到2n。減數(shù)分裂生殖細(xì)胞形成過程，產(chǎn)生含有單倍體染色體組的配子。包括兩次連續(xù)分裂，染色體數(shù)目減半，從2n到n。過程中發(fā)生同源染色體交叉互換，增加遺傳多樣性。細(xì)胞周期細(xì)胞從一次分裂完成到下一次分裂完成的整個過程。包括間期（G1、S、G2）和分裂期（M期）。細(xì)胞周期受多重檢查點嚴(yán)格控制，確保DNA復(fù)制和分配的精確性。有絲分裂的過程1前期染色質(zhì)凝縮形成可見染色體；核膜解體；中心體分離，形成紡錘體；染色體上著絲點連接微管。中期染色體排列在細(xì)胞赤道板面上；染色體最為凝縮，易于觀察；所有染色體的著絲點均連接到來自兩極的紡錘絲。后期姐妹染色單體分離；在紡錘絲的牽引下，向細(xì)胞兩極移動；染色體開始去凝縮。末期染色體完全到達(dá)細(xì)胞兩極；染色體去凝縮；核膜重新形成；紡錘體解體；胞質(zhì)分裂開始。胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂在末期完成；微絲和肌球蛋白形成收縮環(huán)；胞質(zhì)被分成兩部分；形成兩個完整的子細(xì)胞。細(xì)胞周期調(diào)控G1檢查點決定細(xì)胞是否進(jìn)入S期S檢查點監(jiān)控DNA復(fù)制完整性2G2檢查點確認(rèn)DNA復(fù)制完成中期檢查點確保染色體正確排列細(xì)胞周期受嚴(yán)格調(diào)控，主要通過周期蛋白（Cyclin）和周期蛋白依賴性激酶（CDK）的相互作用實現(xiàn)。CDK活性依賴于與特定周期蛋白結(jié)合，而周期蛋白水平在細(xì)胞周期中周期性變化。CDK抑制物（如p21、p27）通過抑制CDK活性阻止細(xì)胞周期進(jìn)行。細(xì)胞周期檢查點是確保細(xì)胞分裂正確進(jìn)行的監(jiān)控機制。DNA損傷、復(fù)制錯誤或染色體未正確連接到紡錘絲等異常情況會激活檢查點，導(dǎo)致細(xì)胞周期暫停，給細(xì)胞提供修復(fù)的時間。如果損傷無法修復(fù)，細(xì)胞可能啟動凋亡。腫瘤抑制基因p53在檢查點調(diào)控中起重要作用。減數(shù)分裂與生殖細(xì)胞形成減數(shù)分裂I同源染色體配對并交叉互換；隨機分配到兩極；染色體數(shù)目減半減數(shù)分裂II類似于有絲分裂；姐妹染色單體分離；不再有DNA復(fù)制配子形成產(chǎn)生四個單倍體配子（精子或卵細(xì)胞）；每個配子含有完整但獨特的基因組受精作用配子融合恢復(fù)二倍體狀態(tài)；形成具有雙親遺傳特性的受精卵減數(shù)分裂是生殖細(xì)胞形成的特殊分裂方式，包括兩次連續(xù)分裂（減數(shù)分裂I和II），但只有一次DNA復(fù)制。減數(shù)分裂I前期發(fā)生的同源染色體配對和交叉互換（基因重組）是減數(shù)分裂的獨特過程，可增加遺傳多樣性。細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述信號分子激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子等細(xì)胞表面受體識別并結(jié)合特定信號分子胞內(nèi)信號傳遞第二信使和信號蛋白級聯(lián)反應(yīng)靶蛋白響應(yīng)調(diào)控基因表達(dá)或酶活性細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是細(xì)胞接收、處理和響應(yīng)外界刺激的過程。信號分子（如激素、生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)等）與特定受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)信號傳遞通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞特定生理反應(yīng)，如基因表達(dá)改變、代謝調(diào)整或細(xì)胞分化等。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程常涉及多級放大，即少量信號分子可引起大量效應(yīng)分子活化。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路間存在交互作用，形成復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與多種疾病相關(guān)，如癌癥、糖尿病和自身免疫性疾病等。受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體位于細(xì)胞膜上的跨膜蛋白，能夠特異性識別和結(jié)合胞外信號分子。根據(jù)結(jié)構(gòu)和信號傳遞機制可分為三大類：G蛋白偶聯(lián)受體、酶聯(lián)受體和離子通道受體。膜受體具有高度特異性，只與特定配體結(jié)合。配體結(jié)合導(dǎo)致受體構(gòu)象變化，激活細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通常涉及蛋白質(zhì)磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)各部分。胞內(nèi)受體位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)的受體蛋白，結(jié)合脂溶性信號分子（如類固醇激素、甲狀腺激素等）。這類信號分子可直接穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。典型胞內(nèi)受體包括核受體超家族成員。配體結(jié)合后，受體-配體復(fù)合物通常直接作用于特定DNA序列，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。這類受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)不需要第二信使，反應(yīng)相對緩慢但持久，常導(dǎo)致細(xì)胞長期適應(yīng)性改變。G蛋白偶聯(lián)受體信號通路G蛋白偶聯(lián)受體酶聯(lián)受體離子通道受體核受體其他蛋白質(zhì)G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)是最大的膜受體家族，人類基因組編碼約800種。GPCR具有七次跨膜結(jié)構(gòu)，分為幾個主要家族，如腎上腺素能受體、嗅覺受體、鳥苷酸受體等。GPCR介導(dǎo)對激素、神經(jīng)遞質(zhì)、嗅覺分子和光信號等多種刺激的反應(yīng)。配體結(jié)合導(dǎo)致受體構(gòu)象變化，激活與之偶聯(lián)的G蛋白（由α、β、γ三個亞基組成）。活化的G蛋白亞基調(diào)節(jié)效應(yīng)器分子（如腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C等），產(chǎn)生第二信使分子（如cAMP、IP3、DAG等）。第二信使進(jìn)一步激活下游信號分子（如蛋白激酶A、蛋白激酶C等），最終導(dǎo)致細(xì)胞反應(yīng)。GPCR信號可通過β-抑制蛋白和受體內(nèi)化等機制終止。酶聯(lián)受體信號通路1配體結(jié)合生長因子或細(xì)胞因子等配體結(jié)合到受體的胞外域，導(dǎo)致受體二聚化或寡聚化。二聚化使受體胞內(nèi)域相互接近，激活內(nèi)在酶活性或招募胞內(nèi)酶。2受體自磷酸化受體酪氨酸激酶二聚化后，通過交叉磷酸化機制激活，即一個受體分子的胞內(nèi)域磷酸化另一個受體分子的特定酪氨酸殘基。磷酸化的酪氨酸殘基作為結(jié)合位點，招募下游信號分子。3適配蛋白招募含有SH2或PTB結(jié)構(gòu)域的適配蛋白（如Grb2）結(jié)合到磷酸化的酪氨酸殘基上。適配蛋白進(jìn)一步招募其他信號分子，如鳥苷酸交換因子SOS，激活下游小G蛋白Ras。4信號級聯(lián)放大Ras激活絲氨酸/蘇氨酸激酶級聯(lián)反應(yīng)，包括Raf、MEK和ERK/MAPK等激酶。最終活化的ERK進(jìn)入細(xì)胞核，磷酸化轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控基因表達(dá)。一個受體活化可導(dǎo)致數(shù)百個下游分子被激活，實現(xiàn)信號放大。細(xì)胞間通訊方式多細(xì)胞生物體內(nèi)的細(xì)胞通過多種方式相互通訊，協(xié)調(diào)生理活動。內(nèi)分泌信號傳遞：信號分子（激素）通過血液循環(huán)系統(tǒng)傳遞到遠(yuǎn)處靶細(xì)胞；旁分泌信號傳遞：信號分子作用于附近細(xì)胞，如生長因子和細(xì)胞因子；自分泌信號傳遞：細(xì)胞分泌的信號分子作用于自身，常見于免疫細(xì)胞；接觸依賴性信號傳遞：通過細(xì)胞表面蛋白直接接觸實現(xiàn)信號傳遞，如Notch信號通路。細(xì)胞連接的類型緊密連接形成連續(xù)封閉帶，防止分子旁路通過錨定連接連接細(xì)胞骨架，提供機械強度縫隙連接形成細(xì)胞間通道，允許小分子直接傳遞細(xì)胞連接是多細(xì)胞生物體內(nèi)細(xì)胞之間形成的特化結(jié)構(gòu)，對維持組織完整性和功能至關(guān)重要。不同類型的細(xì)胞連接在不同組織中分布不同，反映其特定生理功能。上皮組織中三種連接通常共同存在，形成連接復(fù)合體，但在不同上皮中數(shù)量和分布有所不同。細(xì)胞連接不僅具有結(jié)構(gòu)功能，還參與細(xì)胞信號傳導(dǎo)。如緊密連接參與極性建立和維持；錨定連接通過連接細(xì)胞骨架傳遞機械力和信號；縫隙連接在電信號傳導(dǎo)（如心肌、平滑肌）和形態(tài)發(fā)生中發(fā)揮重要作用。細(xì)胞連接缺陷與多種疾病相關(guān)，如皮膚皰疹、心肌病和耳聾等。緊密連接與細(xì)胞極性結(jié)構(gòu)特點緊密連接（TightJunction）是上皮和內(nèi)皮細(xì)胞頂端區(qū)域形成的帶狀連接結(jié)構(gòu)。由跨膜蛋白（如claudin、occludin）和細(xì)胞質(zhì)蛋白（如ZO-1、ZO-2、ZO-3等）組成。跨膜蛋白的胞外區(qū)域與相鄰細(xì)胞的對應(yīng)蛋白緊密結(jié)合，形成"封閉帶"，使細(xì)胞間隙完全閉合。主要功能屏障功能：控制分子通過細(xì)胞間隙的選擇性通透性柵欄功能：維持細(xì)胞膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的不對稱分布信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：參與調(diào)控細(xì)胞增殖、極性和基因表達(dá)緊密連接對建立和維持細(xì)胞極性至關(guān)重要，將細(xì)胞膜分為頂面域和基底-側(cè)面域，各自含有不同的膜脂和膜蛋白。粘附連接與細(xì)胞形態(tài)1234橋粒上皮細(xì)胞特有由鈣黏蛋白和連接蛋白組成連接相鄰細(xì)胞的中間纖維形成連續(xù)的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)黏著斑多種細(xì)胞類型由整合素和粘著斑蛋白組成連接細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)介導(dǎo)細(xì)胞遷移和信號傳導(dǎo)黏合帶上皮細(xì)胞特有由鈣黏蛋白和肌動蛋白組成環(huán)繞細(xì)胞頂部下方維持上皮組織形態(tài)肌腱肌肉細(xì)胞特有連接肌細(xì)胞與肌腱傳遞收縮力形成穩(wěn)定的機械連接縫隙連接與細(xì)胞通訊~1通道直徑（納米）限制分子大小6連接蛋白分子數(shù)組成一個連接子1000每個連接斑通道數(shù)形成大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)縫隙連接（GapJunction）是由連接蛋白（connexin）形成的通道，允許相鄰細(xì)胞之間直接交換小分子（<1kDa）和離子。每個連接子（connexon）由六個連接蛋白分子組成，相鄰細(xì)胞的連接子對接形成完整通道。人類基因組編碼21種不同的連接蛋白，在不同組織中表達(dá)不同亞型。縫隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊對多種生理過程至關(guān)重要，包括：電耦聯(lián)，如心肌細(xì)胞間的動作電位傳播，確保心臟同步收縮；代謝耦聯(lián)，允許營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物在細(xì)胞間共享；第二信使（如Ca2?、cAMP）傳遞，協(xié)調(diào)細(xì)胞群體響應(yīng)；胚胎發(fā)育中的形態(tài)信號傳遞。縫隙連接異常與多種疾病相關(guān)，如先天性耳聾、白內(nèi)障和某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病。細(xì)胞外基質(zhì)的組成膠原蛋白細(xì)胞外基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，提供拉伸強度。至少有28種不同類型，形成各種超分子結(jié)構(gòu)，如纖維、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。I型膠原蛋白是最豐富的，占人體蛋白質(zhì)總量的25%以上。膠原纖維的交聯(lián)度隨年齡增加，使組織變得更硬但彈性降低。彈性蛋白提供組織彈性和可復(fù)原性。由彈性蛋白單體交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠伸展并回到原始狀態(tài)。富含疏水氨基酸，交替有序和無序區(qū)域賦予其獨特彈性。在皮膚、肺和血管等需要反復(fù)伸縮的組織中特別豐富。蛋白多糖由核心蛋白和共價連接的糖胺聚糖鏈組成的復(fù)合物。高度水合，形成膠狀基質(zhì)，抵抗壓力。主要類型包括硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸角質(zhì)素和透明質(zhì)酸等。透明質(zhì)酸是唯一不連接到核心蛋白的糖胺聚糖，具有高度水合能力。多粘附糖蛋白含有細(xì)胞和其他ECM組分的結(jié)合域。包括纖連蛋白、層粘連蛋白、血小板反應(yīng)蛋白等。通過與細(xì)胞表面整合素結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞與ECM相互作用。參與細(xì)胞粘附、遷移、增殖和分化等多種過程。含有特定序列（如RGD序列）識別細(xì)胞表面受體。細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用整合素介導(dǎo)的附著整合素是主要的細(xì)胞-ECM受體，是異二聚體跨膜蛋白，由α和β亞基組成。人類有24種整合素，由18種α亞基和8種β亞基組合而成，識別ECM中不同配體。整合素激活通過構(gòu)象變化，由"低親和態(tài)"變?yōu)?高親和態(tài)"，增強與配體結(jié)合能力。粘著斑形成整合素與ECM結(jié)合后聚集，募集胞內(nèi)蛋白如talin、vinculin、paxillin等，形成粘著斑復(fù)合物。粘著斑連接整合素與肌動蛋白細(xì)胞骨架，傳遞機械力。粘著斑是動態(tài)結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞遷移過程中不斷組裝和解離。信號傳導(dǎo)細(xì)胞-ECM相互作用觸發(fā)多條信號通路，包括FAK-Src、PI3K-Akt、Ras-MAPK等。這些信號調(diào)控細(xì)胞存活、增殖、遷移和分化等基本過程。ECM剛度可通過機械轉(zhuǎn)導(dǎo)影響細(xì)胞行為，如干細(xì)胞命運決定。細(xì)胞黏附分子細(xì)胞黏附分子(CAMs)是細(xì)胞表面蛋白，介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞或細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)相互作用。鈣黏蛋白是鈣依賴性黏附分子，主要介導(dǎo)同種細(xì)胞間的黏附，如E-鈣黏蛋白（上皮細(xì)胞）、N-鈣黏蛋白（神經(jīng)細(xì)胞）和P-鈣黏蛋白（胎盤細(xì)胞）。整合素主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用，但某些整合素也參與細(xì)胞-細(xì)胞相互作用。免疫球蛋白超家族成員廣泛分布于多種細(xì)胞表面，如NCAM（神經(jīng)細(xì)胞黏附分子）、ICAM（細(xì)胞間黏附分子）和VCAM（血管細(xì)胞黏附分子）等。選擇素主要介導(dǎo)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的初始接觸，包括E-選擇素（內(nèi)皮細(xì)胞）、P-選擇素（血小板和內(nèi)皮細(xì)胞）和L-選擇素（白細(xì)胞）。干細(xì)胞的特性與功能胚胎干細(xì)胞來源于早期胚胎內(nèi)細(xì)胞團，具有全能性，理論上可分化為所有細(xì)胞類型。表達(dá)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Oct4、Sox2和Nanog，維持多能狀態(tài)。具有無限自我更新能力和端粒酶活性。由于倫理問題和免疫排斥風(fēng)險，臨床應(yīng)用受限。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞通過基因重編程從體細(xì)胞獲得，通常引入四種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子（Yamanaka因子）：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc。具有與胚胎干細(xì)胞相似的特性，但來源于患者自身，避免免疫排斥問題。可用于疾病建模、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)研究。成體干細(xì)胞存在于成體組織中的多能或單能干細(xì)胞，位于特定微環(huán)境（干細(xì)胞龕）中。包括造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞等。分化潛能有限，主要負(fù)責(zé)組織的維持和修復(fù)。隨年齡增長，數(shù)量和功能逐漸下降，與衰老相關(guān)。是當(dāng)前細(xì)胞治療的主要來源。細(xì)胞分化過程1基因表達(dá)改變特定基因組合被激活或抑制，通過表觀遺傳修飾（DNA甲基化、組蛋白修飾）和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控細(xì)胞代謝調(diào)整代謝途徑重新編程，適應(yīng)特定細(xì)胞類型的能量需求和生物合成功能結(jié)構(gòu)重組細(xì)胞骨架和細(xì)胞器重新組織，形成特化結(jié)構(gòu)，如神經(jīng)元的軸突和樹突功能獲得獲得特定細(xì)胞類型的功能特性，如肌肉細(xì)胞的收縮能力或神經(jīng)元的電傳導(dǎo)細(xì)胞分化是干細(xì)胞向特定功能細(xì)胞轉(zhuǎn)變的過程，通常不可逆。在胚胎發(fā)育和組織再生中起關(guān)鍵作用。分化過程受多種信號分子調(diào)控，包括形態(tài)發(fā)生素（如Wnt、Hedgehog、BMP等）、生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞-細(xì)胞相互作用。細(xì)胞凋亡的機制凋亡啟動內(nèi)源途徑或外源途徑觸發(fā)caspase級聯(lián)啟動caspase激活效應(yīng)caspase底物水解效應(yīng)caspase切割關(guān)鍵細(xì)胞蛋白吞噬清除凋亡小體被巨噬細(xì)胞清除細(xì)胞凋亡是程序性細(xì)胞死亡的主要形式，是一種高度調(diào)控的過程，用于清除受損、有害或多余的細(xì)胞。凋亡可通過兩條主要途徑激活：外源途徑，由死亡受體（如Fas、TNF受體）激活；內(nèi)源途徑，由細(xì)胞內(nèi)應(yīng)激（如DNA損傷、氧化應(yīng)激）觸發(fā)，以線粒體外膜通透性增加為特征。兩條途徑最終匯聚于共同的執(zhí)行途徑，激活效應(yīng)caspase（如caspase-3/-7）。這些蛋白酶切割關(guān)鍵細(xì)胞蛋白，如細(xì)胞骨架蛋白、核纖層蛋白、DNA修復(fù)酶等，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和生化變化，包括細(xì)胞萎縮、染色質(zhì)凝縮、DNA斷裂和細(xì)胞膜出泡等。細(xì)胞最終分解為被膜包裹的凋亡小體，由巨噬細(xì)胞清除，避免炎癥反應(yīng)。細(xì)胞衰老的原因與表現(xiàn)端粒縮短體細(xì)胞分裂導(dǎo)致端粒逐漸縮短DNA損傷積累修復(fù)能力下降導(dǎo)致突變增加氧化應(yīng)激自由基損傷蛋白質(zhì)和DNA蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡蛋白質(zhì)合成與降解失調(diào)細(xì)胞衰老是細(xì)胞進(jìn)入不可逆增殖停滯狀態(tài)的過程，是機體衰老和許多年齡相關(guān)疾病的基礎(chǔ)。衰老細(xì)胞表現(xiàn)為形態(tài)扁平變大，SA-β-半乳糖苷酶活性增加，端粒縮短，異染色質(zhì)灶形成，以及分泌炎癥因子、趨化因子和蛋白酶等（衰老相關(guān)分泌表型，SASP）。細(xì)胞衰老既有有益作用也有有害作用。有益方面，衰老可抑制癌變細(xì)胞增殖，促進(jìn)傷口愈合和胚胎發(fā)育中的組織重塑。有害方面，衰老細(xì)胞積累和SASP可促進(jìn)炎癥和組織功能障礙，加速器官衰老。清除衰老細(xì)胞的"衰老消除"療法正成為抗衰老研究的熱點。癌細(xì)胞的特征持續(xù)增殖信號癌細(xì)胞能自主產(chǎn)生生長信號或?qū)ξ⒘啃盘柛叨让舾校邕^表達(dá)生長因子受體或受體突變導(dǎo)致持續(xù)活化。RAS和PI3K通路常見激活突變使細(xì)胞不依賴外源性生長因子而持續(xù)增殖。逃避生長抑制癌細(xì)胞繞過抑制增殖的機制，如腫瘤抑制基因(p53、Rb)失活。這些基因在正常細(xì)胞中阻止有缺陷的細(xì)胞增殖，修復(fù)過程需要細(xì)胞周期暫停。癌細(xì)胞通過基因突變或表觀遺傳沉默逃避這些控制。抵抗細(xì)胞死亡癌細(xì)胞通過多種機制抵抗凋亡，如過表達(dá)抗凋亡蛋白(Bcl-2)或下調(diào)促凋亡蛋白(Bax)。某些癌細(xì)胞還能抵抗鐵死亡、壞死和自噬性細(xì)胞死亡，增強生存能力。誘導(dǎo)血管生成癌細(xì)胞能分泌血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等促血管生成因子，刺激腫瘤周圍形成新血管。這些新生血管為腫瘤提供氧氣和營養(yǎng)，同時為轉(zhuǎn)移提供通路。缺氧條件下HIF-1α激活是誘導(dǎo)血管生成的關(guān)鍵機制。腫瘤發(fā)生的分子機制癌基因激活原癌基因通過點突變、染色體易位、基因擴增或表觀遺傳改變轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗颉＜せ畹陌┗蚓幋a的蛋白質(zhì)功能異常增強，如持續(xù)活化的信號蛋白（RAS）、過表達(dá)的生長因子受體（EGFR）或異常的轉(zhuǎn)錄因子（MYC）。癌基因通常以顯性方式發(fā)揮作用，一個等位基因突變即可。癌基因激活導(dǎo)致細(xì)胞增殖信號增強、細(xì)胞周期檢查點失效或凋亡抑制等。腫瘤抑制基因失活腫瘤抑制基因通過點突變、缺失、表觀遺傳沉默或蛋白質(zhì)降解等機制失活。這些基因通常參與細(xì)胞周期調(diào)控（RB、P16）、DNA修復(fù)（BRCA1/2）、凋亡促進(jìn)（P53）或接觸抑制（NF2）等過程。腫瘤抑制基因通常以隱性方式發(fā)揮作用，需要兩個等位基因都失活（雙擊理論）。重要的例外是P53，單個突變等位基因可產(chǎn)生顯性負(fù)效應(yīng)。腫瘤抑制基因失活導(dǎo)致細(xì)胞失去重要的生長限制和基因組監(jiān)控功能。細(xì)胞代謝概述細(xì)胞代謝是細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的所有化學(xué)反應(yīng)的總和，可分為分解代謝（分解復(fù)雜分子獲取能量）和合成代謝（利用能量合成生物分子）。主要代謝途徑包括：糖代謝（糖酵解、戊糖磷酸途徑、糖原合成與分解）；脂質(zhì)代謝（脂肪酸氧化與合成、磷脂合成、膽固醇代謝）；蛋白質(zhì)代謝（蛋白質(zhì)合成與降解、氨基酸代謝）；核酸代謝（嘌呤和嘧啶合成與降解）。糖代謝與能量產(chǎn)生2糖酵解ATP產(chǎn)量每分子葡萄糖凈產(chǎn)生30-32有氧代謝ATP產(chǎn)量每分子葡萄糖完全氧化5主要酶促反應(yīng)糖酵解中的限速步驟數(shù)糖代謝是細(xì)胞能量產(chǎn)生的主要途徑。葡萄糖經(jīng)轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)入細(xì)胞后，首先通過糖酵解在細(xì)胞質(zhì)中分解為丙酮酸，產(chǎn)生少量ATP和NADH。在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入線粒體，經(jīng)脫羧形成乙酰CoA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生還原性輔酶NADH和FADH?，后者在氧化磷酸化過程中產(chǎn)生大量ATP。在無氧條件下，丙酮酸被還原為乳酸（乳酸發(fā)酵）或乙醇（酒精發(fā)酵），再生NAD?以維持糖酵解。戊糖磷酸途徑是葡萄糖的另一條代謝途徑，提供NADPH用于生物合成反應(yīng)和抗氧化防御，以及核糖用于核苷酸合成。肝臟和肌肉可將多余的葡萄糖儲存為糖原，需要時再分解利用。脂質(zhì)代謝與膜合成脂肪酸合成以乙酰CoA為底物，合成不同長度脂肪酸脂肪酸氧化將脂肪酸分解為乙酰CoA，產(chǎn)生大量能量磷脂合成結(jié)合甘油骨架、脂肪酸和極性頭部形成膜脂脂質(zhì)代謝包括脂肪酸、甘油脂、磷脂和固醇類等多種脂質(zhì)分子的合成和分解過程。脂肪酸合成主要在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，由脂肪酸合成酶復(fù)合體催化，以乙酰CoA為底物，消耗NADPH提供還原力。脂肪酸氧化（β-氧化）則主要在線粒體中進(jìn)行，每個循環(huán)縮短脂肪酸鏈兩個碳原子，產(chǎn)生乙酰CoA、NADH和FADH?。磷脂（如磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等）是生物膜的主要成分，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成。膽固醇是動物細(xì)胞膜的重要組成部分，也是類固醇激素的前體，合成途徑復(fù)雜，需要多步酶促反應(yīng)。脂質(zhì)代謝紊亂與多種疾病相關(guān)，如脂肪肝、動脈粥樣硬化和代謝綜合征等。脂質(zhì)代謝產(chǎn)物也可作為信號分子參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，如二酰甘油、磷脂酰肌醇和前列腺素等。蛋白質(zhì)代謝與細(xì)胞功能蛋白質(zhì)代謝包括蛋白質(zhì)合成、修飾、運輸和降解等過程。蛋白質(zhì)合成由DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA，然后在核糖體上翻譯為多肽鏈。新生多肽鏈經(jīng)過翻譯后修飾（如糖基化、磷酸化、乙酰化等）獲得完全功能。蛋白質(zhì)可通過多種機制被降解，主要包括泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（降解細(xì)胞質(zhì)和核內(nèi)蛋白）和溶酶體系統(tǒng)（降解膜蛋白和外源蛋白）。蛋白質(zhì)代謝處于動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)對維持細(xì)胞正常功能至關(guān)重要，失衡可導(dǎo)致多種疾病，如神經(jīng)退行性疾病常與蛋白質(zhì)錯誤折疊和異常聚集相關(guān)。蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸可被重新利用合成新蛋白，或經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用和脫氨基作用進(jìn)入能量代謝。某些氨基酸還是重要信號分子或神經(jīng)遞質(zhì)的前體，如色氨酸是5-羥色胺的前體，酪氨酸是多巴胺的前體。細(xì)胞對環(huán)境刺激的響應(yīng)物理刺激響應(yīng)細(xì)胞能感知并響應(yīng)多種物理刺激，如機械力、溫度變化和輻射等。機械力通過機械敏感性離子通道、整合素-細(xì)胞骨架連接等感知，觸發(fā)多種信號通路，影響基因表達(dá)和細(xì)胞命運。溫度變化可激活熱休克反應(yīng)，誘導(dǎo)熱休克蛋白表達(dá)，保護細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。輻射（如紫外線、電離輻射）可導(dǎo)致DNA損傷，激活修復(fù)機制或誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。化學(xué)刺激響應(yīng)細(xì)胞可響應(yīng)多種化學(xué)刺激，包括營