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細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二(優(yōu)選)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(cytomatrix)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二一細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分1.水和無(wú)機(jī)離子:H2O以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)兩種方式存在,以游離態(tài)存在的H2O主要用作溶劑;2.糖類(lèi)、脂類(lèi)、核苷酸、氨基酸及其衍生物等中等分子;3.糖原和脂滴等處于儲(chǔ)藏狀態(tài)的化合物;4.蛋白質(zhì)、脂蛋白、多糖和RNA等大分子:
蛋白質(zhì)約占20~30%:數(shù)千種酶類(lèi)&骨架結(jié)構(gòu)蛋白;現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個(gè)高度有序的體系:蛋白質(zhì)直接或間接地與細(xì)胞骨架或生物膜結(jié)合;蛋白之間或與其他大分子之間可形成復(fù)合體。現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二核糖體蛋白質(zhì)mRNAtRNA骨架蛋白現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二二細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能1.完成中間代謝:糖酵解過(guò)程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、糖原的合成與部分分解,蛋白質(zhì)的分選及轉(zhuǎn)運(yùn)。2.維持細(xì)胞形態(tài)和運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及大分子定位:通過(guò)細(xì)胞質(zhì)骨架實(shí)現(xiàn),把蛋白質(zhì)、mRNA等生物大分子固定在特定的位點(diǎn),在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中形成了更為精細(xì)的區(qū)域,使復(fù)雜的代謝反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行?,F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二3.蛋白質(zhì)的修飾和選擇性降解:1)蛋白質(zhì)修飾:(1)輔酶或輔基與酶的共價(jià)結(jié)合。(2)磷酸化與去磷酸化。(3)糖基化。(4)對(duì)某些蛋白質(zhì)的N端進(jìn)行甲基化修飾。(5)?;,F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二
2)控制蛋白質(zhì)的壽命
a.蛋白質(zhì)N端的第一個(gè)aa殘基可決定蛋白質(zhì)壽命,其為Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro,則蛋白質(zhì)穩(wěn)定;若為其他氨基酸,則不穩(wěn)定。
b.細(xì)胞質(zhì)中存在依賴于泛素(遍在蛋白,ubiquitin)的蛋白降解途徑?,F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二
最初的一些研究發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)的降解不需要能量,這如同一幢大樓自然倒塌一樣,并不需要炸藥來(lái)爆破。比如人吃進(jìn)食物,食物中的蛋白質(zhì)在消化道中就被降解為氨基酸,隨后被人體吸收。此過(guò)程主要依靠蛋白水解酶,無(wú)須ATP。20世紀(jì)50年代:蛋白質(zhì)胞外降解不需能,而在胞內(nèi)降解卻需能。這成為困惑科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間的一個(gè)謎。20世紀(jì)70-80年代:一系列研究,揭示了一種需要能量、高效率、指向性很強(qiáng)的降解過(guò)程。這如同拆樓一樣,如果大樓自然倒塌,并不需要能量,但如果要定時(shí)、定點(diǎn)、定向地拆除一幢大樓,則需要炸藥進(jìn)行爆破。原因:它如同一位重要的質(zhì)量監(jiān)督員,通過(guò)它的嚴(yán)格把關(guān),把沒(méi)有通過(guò)質(zhì)檢蛋白質(zhì)(30%新合成的蛋白質(zhì))銷(xiāo)毀。把關(guān)不嚴(yán),就會(huì)使不合格蛋白質(zhì)蒙混過(guò)關(guān);如果過(guò)嚴(yán),又會(huì)使合格的蛋白質(zhì)供不應(yīng)求。這都容易使生物體出現(xiàn)一系列問(wèn)題。比如,一種稱為“基因衛(wèi)士”的P53蛋白質(zhì)可以抑制細(xì)胞發(fā)生癌變,但如果對(duì)P53蛋白質(zhì)的生產(chǎn)把關(guān)不嚴(yán),就會(huì)導(dǎo)致人體抑制細(xì)胞癌變的能力下降,誘發(fā)癌癥?,F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二依賴于泛素(遍在蛋白,ubiquitin)的蛋白降解途徑泛素:含76個(gè)氨基酸的蛋白,可共價(jià)結(jié)合到含不穩(wěn)定aa殘基的蛋白的N端,起標(biāo)簽作用,被貼上“標(biāo)簽”的蛋白質(zhì)就會(huì)被運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的“垃圾處理廠”內(nèi)降解。蛋白酶體:由多個(gè)亞單位形成的復(fù)合體,可特異識(shí)別結(jié)合泛素的蛋白,將其水解,是蛋白“垃圾處理廠”。蛋白酶體現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二1.泛素活化酶(E1):激活泛素分子,需ATP供能。2.泛素結(jié)合酶(E2):激活的泛素分子結(jié)合3.
泛素連接酶(E3):可辨認(rèn)需被銷(xiāo)毀的蛋白,指引E2將泛素分子綁在指定蛋白上。
2004諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)依賴泛素的蛋白降解過(guò)程:現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二泛素結(jié)合酶泛素細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)依賴泛素的蛋白降解過(guò)程:泛素活化酶要降解蛋白泛素連接酶現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二蛋白酶體4.被泛素標(biāo)記的蛋白從E3上釋放。5.上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行,在目的蛋白上形成一個(gè)泛素鏈。6.蛋白酶體識(shí)別泛素分子標(biāo)簽并將蛋白質(zhì)切成短肽鏈,但不破壞泛素,泛素可被重新利用。
細(xì)胞內(nèi)短壽命和一些異常蛋白降解的普遍途徑細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)依賴泛素的蛋白降解過(guò)程:現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二3)降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)
一些畸形蛋白質(zhì),不管其N(xiāo)端氨基酸殘基是否穩(wěn)定,也常常很快被清除。可能機(jī)理:畸形蛋白質(zhì)暴露出的疏水氨基酸基團(tuán)被識(shí)別,由此啟動(dòng)對(duì)其N(xiāo)端第一個(gè)aa殘基的作用,形成N端不穩(wěn)定的氨基酸,被依賴于泛素的蛋白降解途徑水解。4)幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊,形成正確的分子構(gòu)象靠熱休克蛋白(heatshockprotein,Hsp或稱stress-responseprotein)來(lái)完成。1962年,Ritossa在研究果蠅唾液腺染色體時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種在細(xì)胞高溫應(yīng)激時(shí)對(duì)細(xì)胞有保護(hù)作用的蛋白質(zhì),因而命名為“熱休克蛋白”。最初只認(rèn)為HSP在高溫下可有效保護(hù)蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu),真核細(xì)胞和原核細(xì)胞在高溫時(shí)均可產(chǎn)生HSP。進(jìn)一步研究表明,其他許多刺激,如病毒感染、發(fā)熱、炎癥、組織損傷、代謝性疾病、癌癥、心肌肥大等均可使HSP產(chǎn)生異常升高?,F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的中心地位,是其它內(nèi)膜結(jié)構(gòu)膜的來(lái)源?,F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二一內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類(lèi)型1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum,ER):存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中,由單位膜圍成的小管(tubule)、小泡(vesicle)或扁囊(cisternae)連接而成的連續(xù)網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和外層核膜是連續(xù)的,ER內(nèi)腔與兩層核膜中間的腔相通連,和質(zhì)膜也是連續(xù)的。在原核細(xì)胞中,細(xì)胞膜代行內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的某些功能?,F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)雞輸卵管細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞中的分布圖現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分類(lèi)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rER)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(sER)
雞輸卵管細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(上)小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(下)現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)
(roughendoplasmicreticulum,rER):表面粗糙,有核糖體附著,常由板層狀排列扁囊構(gòu)成,腔內(nèi)含有均質(zhì)的低或中等電子密度的蛋白樣物質(zhì)。
功能:合成分泌性的蛋白和多種膜蛋白;現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)
(smoothendoplasmicreticulum,sER):表面光滑,沒(méi)有核糖體附著,常由分支小管或圓形小泡構(gòu)成,小管直徑50~100nm,很少有扁囊。功能:合成脂質(zhì)的重要場(chǎng)所.細(xì)胞不含純粹的RER或SER,它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分?,F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二兩種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)差異模式圖糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(扁平囊狀)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(分支管狀或圓形小泡,形成較復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu))現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二3內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在不同細(xì)胞中的分布rER:多分布于分泌蛋白旺盛的細(xì)胞(胰腺細(xì)胞,漿細(xì)胞)
未分化細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中較少;sER:脂類(lèi)合成旺盛細(xì)胞:
肝、骨骼肌及腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞特化細(xì)胞:
肌肉細(xì)胞中的肌質(zhì)網(wǎng)(sarcoplasmicreticulum)細(xì)胞中,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多少,常??勺鳛楣烙?jì)細(xì)胞分化程度和功能狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。在分化程度不同的腫瘤細(xì)胞中,如實(shí)驗(yàn)大白鼠的肝癌,分化程度高、生長(zhǎng)速度慢的癌細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)達(dá),而分化程度低、生長(zhǎng)速度快的癌細(xì)胞中只有少量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)?,F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二4微粒體-研究?jī)?nèi)質(zhì)網(wǎng)的好材料微粒體(microsome):將組織或細(xì)胞勻漿經(jīng)低速離心除去核及線粒體后,再以每分種10萬(wàn)的轉(zhuǎn)速離心60~120min后,可得到許多較小的直徑約100nm的封閉小囊泡結(jié)構(gòu),此為ER膜在勻漿中被破碎而形成的,稱為微粒體。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二二內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成
1脂類(lèi)膜脂主要是磷脂,卵磷脂多,鞘磷脂少,少或不含膽固醇。
2蛋白膜結(jié)合及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白各~30多種,呈異質(zhì)性分布:葡糖-6-磷酸酶(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)志酶):RER&SER;
核糖體結(jié)合糖蛋白(ribophorin):RER;細(xì)胞色素P450酶系(通過(guò)羥基化反應(yīng)解毒):SER。
現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二三內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能
蛋白質(zhì)合成;蛋白質(zhì)的修飾加工(糖基化等);脂質(zhì)合成;其他功能?,F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二(一)蛋白質(zhì)合成
蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的,且起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),有些蛋白在合成開(kāi)始不久后便轉(zhuǎn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成,主要包括:①胞外分泌的蛋白:如抗體、激素;②膜整合蛋白;③某些細(xì)胞器的駐留蛋白(溶酶體、液泡、溶 酶體和高爾基體);④需修飾的蛋白:如糖蛋白?,F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二附著核糖體游離核糖體蛋白合成起始于胞質(zhì)中游離的核糖體現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二信號(hào)假說(shuō)(signalhypothesis)
G.Blobel&D.Sabatini等(1975)提出,即分泌性蛋白N端序列作為信號(hào)肽,指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成,在蛋白合成結(jié)束之前信號(hào)肽被切除。
1999年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)合成蛋白如何準(zhǔn)確進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)?現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二①信號(hào)肽(signalpeptide):位于蛋白質(zhì)N端的一段肽鏈,其在游離核糖體上即由信號(hào)密碼翻譯合成,引導(dǎo)肽鏈跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔,又稱開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列。長(zhǎng)為13~26個(gè)aa,N端至少含有一個(gè)帶正電荷的aa;中部為10~15個(gè)高度疏水性的aa(丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸),此區(qū)極重要,置換其中某一個(gè)aa為非極性氨基酸時(shí),信號(hào)肽即失去其功能;C-端有信號(hào)肽酶識(shí)別位點(diǎn)。
信號(hào)肽的一級(jí)序列信號(hào)肽一級(jí)序列由疏水核心(h)、C端(c)和N端(n)三個(gè)區(qū)域構(gòu)成。1蛋白轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成過(guò)程中涉及成分:現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二一些信號(hào)肽序列蛋白質(zhì)信號(hào)序列前白蛋白原
Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser-Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg...前IgG輕Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly-Thr-Arg-Cys↓Asp...溶酶體酶前體PrelysozymeMet-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu-Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly↓Lys...現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域
存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,由一個(gè)7sRNA(約300個(gè)堿基)和6種不同的蛋白質(zhì)緊密結(jié)合組成的復(fù)合物。
②信號(hào)識(shí)別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP):7sRNA現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二功能:1結(jié)合信號(hào)肽,防止新生肽N端受損傷和成熟前折疊
;2結(jié)合核糖體,占據(jù)其A位點(diǎn),使蛋白合成暫停。3識(shí)別ER膜上的SRP受體,轉(zhuǎn)移新生肽到ER腔?,F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二③SRP受體:也稱停泊蛋白(dockingprotein,DP),為膜整合蛋白,位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的胞質(zhì)面。
功能:可識(shí)別并特異結(jié)合SRP。④易位子(translocon):
由TRAM蛋白和Sec61蛋白構(gòu)成,可結(jié)合信號(hào)肽和停止轉(zhuǎn)移序列,引導(dǎo)新生肽進(jìn)入ER腔,在形成跨膜蛋白中有重要作用?,F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二⑤停止轉(zhuǎn)移序列:僅存在于跨膜蛋白上的一段aa序列,與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高,和易位子結(jié)合后阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)腔,是跨膜Pr的跨膜段。停止轉(zhuǎn)移序列現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二2釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白的合成(分泌蛋白和駐留蛋白)信號(hào)肽在游離核糖體上合成→信號(hào)肽與SRP結(jié)合→肽鏈延伸終止→SRP與DP結(jié)合→核糖體和ER膜上的核糖體受體結(jié)合→SRP脫離信號(hào)肽,被釋放→肽鏈繼續(xù)合成,信號(hào)肽開(kāi)啟ER膜上的易位子,引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入ER腔→信號(hào)肽被切除→肽鏈延伸至終止?,F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二??康鞍滓孜蛔蝇F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二跨膜蛋白:多肽鏈?zhǔn)杷怨?jié)段形成的α螺旋跨膜。3跨膜蛋白形成膜現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二1)單次跨膜蛋白整合到ER膜的方式:?jiǎn)未慰缒さ鞍子幸粋€(gè)末端起始轉(zhuǎn)移序列,一個(gè)停止轉(zhuǎn)移序列,依靠停止轉(zhuǎn)移序列跨膜。或只有一個(gè)中間轉(zhuǎn)移信號(hào)序列,依靠其轉(zhuǎn)移和跨膜?,F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二2)雙次跨膜蛋白整合到ER膜的方式:一個(gè)中間開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列,一個(gè)停止轉(zhuǎn)移信號(hào),依靠二者共同跨膜?,F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二3)多次跨膜蛋白整合到ER膜的方式:
具有兩個(gè)以上中間開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列和停止轉(zhuǎn)移序列,多肽鏈前后來(lái)回重復(fù)的通過(guò)脂雙層。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二跨膜膜蛋白的方向性
跨膜蛋白的方向性在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成時(shí)就形成了,膜蛋白不能做翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),故在以后隨膜流轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中也不再變化。
膜蛋白不對(duì)稱性源頭之一現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二(二)蛋白質(zhì)的修飾與加工
糖基化羥基化酰基化形成二硫鍵現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二蛋白糖基化N-連接糖基化:
寡糖基與多肽鏈中的Asn共價(jià)連接,
同Asn直接連接的是N-乙酰葡萄糖胺。O-連接糖基化寡糖基與多肽鏈中的Ser、Thr、Hyp共價(jià)連接,
與aa殘基相連的是N-乙酰半乳糖胺。發(fā)生在高爾基體中?,F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二N連接糖基化:糖基化和多肽合成同時(shí)進(jìn)行糖前體:寡糖多萜醇中間產(chǎn)物。催化酶:ER膜內(nèi)側(cè)面的糖基轉(zhuǎn)移酶。糖基轉(zhuǎn)移酶現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中糖基化跨膜蛋白的運(yùn)輸膜蛋白不對(duì)稱性源頭之二為何跨膜糖蛋白的糖基總在細(xì)胞膜ES面?現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有52頁(yè)\編輯于星期二(三)膜脂的合成合成幾乎所有細(xì)胞膜需要的脂類(lèi);膜脂的合成與蛋白質(zhì)的合成、運(yùn)輸過(guò)程密切相關(guān);細(xì)胞的膜成分
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