1. Caspase的性质和种类
Caspase即天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶
(Cysteinyl aspartate-specific protease);
是一类与白介素-1ß转化酶和线虫凋亡基因 Ced (ICE/Ced)同源的一类半胱氨酸蛋白酶;
活性位点含有保守的aa序列(QACXG, X为 R,Q或G);
1 高等脊椎动物胚胎发育中某些细胞的丢失;
2 两栖类动物变态过程中幼体器官的退化; 3 成熟个体中亦有细胞凋亡发生，如：血细胞、上皮
细胞、肝细胞等以正常细胞更新衰老细胞过程； 4 通过凋亡清除受损伤或癌前病变的细胞,防止癌变; 5 病毒、药物、毒物等均能诱发细胞凋亡。
细胞凋亡的生物学意义
其一: 具有清除个体发育过程及成熟个体中多 余细胞及老化细胞的机体调节作用
2. Caspase的结构特点和活化机制
原结构域
N端
大亚基
小亚基
D28
QACRG D175 IETD
异二聚体化
Caspase
异四聚体化
蛋白酶活性
Caspase Activation by Cleavage
Large Small Prodomain Subunit Subunit
Procaspase
Morphological Features of Apoptotic Cells
3. 凋亡小体的形成
* 凋亡小体的概念 指凋亡的最后阶段，由胞质分割形成大小不等， 含有细胞质膜、细胞器及核碎片的膜包被小体。
* 形成机制 （1）细胞表面突起形成-------包裹膜融合、根部缩
窄→脱落
（2）胞内自噬体形成-------向胞外释放 应指出！有时凋亡细胞膜不分割，仅发生核固缩和
4) 细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻 膜磷脂的不对称性分布改变, 凋亡时PS由质膜内 侧翻向外侧.
（二）细胞凋亡与坏死的区别-1
细胞凋亡
细胞坏死
诱导因素 细胞数量 膜完整性 染色质 细胞核 细胞器 胞内容物
生理性、弱刺激性 强烈刺激
单个细胞丢失
成群细胞死亡
保持至晚
早期即丧失
凝聚呈半月状
稀疏呈网状
早期固缩、断裂 晚期破碎
DNA Fragmentation
Nucleosomal Banding Pattern
3. 其它生化改变
1) 胞浆Ca2+水平 与细胞凋亡的关系密切，实验证明，凋亡的发生伴 随胞浆Ca的升高。
2) 胞浆H离子浓度 细胞凋亡伴随胞浆PH下降。
3) 线粒体 凋亡时，呼吸链受损，ATP合成下降，膜电位下降 (Δψm) ；膜通透性增加。
以无活性的酶原形式合成并存在于细胞中；
可以被上游Caspase或自身切割保守的ASP 活化；
已在哺乳类中发现14种，分为3个亚类：
Caspase-1亚家族，Caspase-2亚家族， Caspase-3亚家族
亦可根据前体分子(procaspase)N端的原结 构域(prodomain)分为2类:
(一) 细胞凋亡的组织学变化 只发生在单个或几个细胞，其紧邻细胞完好； 与紧邻细胞间有空隙，有离群、脱落感；不引起 炎症反应
(二) 主要形态学特征(多阶段) 凋亡细胞其形态特征表现为细胞皱缩、变小； 核固缩，胞质浓缩，细胞急剧变小； 细胞骨架解体，最后变成若干个凋亡小体。 注意点：凋亡全过程，质膜仍保持完整，细胞内容 物不释放，不引起炎症反应。
第二十一章
细胞凋亡及其调控的分子机制
细胞凋亡的基本概念:
细胞凋亡（apoptosis)(有树叶凋零之意) 或程序化细胞死亡（programmed cell death , PCD)
是指多细胞有机体在正常生理或病理情 况下，发生的一种由多基因控制的主动死亡 过程。
第一节 凋亡细胞的特征及生物学意义
一、细胞凋亡的基本特征
胞质高度浓缩成单个致密结构亦称凋亡小体。
空泡化
固缩
出芽
边集
凋亡时细胞的形态学改变
凋亡小体
(二) 细胞凋亡的生化特征
1. DNA片段化（主） 凋亡细胞DNA经琼脂糖凝胶电泳呈特征性 梯状条带图谱（Ladder）。
机制：核小体中的组蛋白与DNA的连结键断 裂，内源性核酸内切酶被激活，有控制的特 异地将DNA降解为180~200bp整数倍大小 的若干条带。
Active Caspase
3. Caspase活化的级联反应过程
多种凋亡因素，通过多种途径活化Caspase; 凋亡时起始Caspase首先被活化,其后又切割
并活化下游Caspase,级联放大,直至效应 Caspase被活化； 细胞中的Caspase一旦被活化,凋亡即不可避 免;
Signal
1. 细胞核的变化
核内染色质凝聚、形成染色质块，并聚集于核的边 缘呈多种形状排列，然后逐步分裂为碎片（核碎片 形成）。
2. 细胞质的变化
(1) 胞质脱水浓缩，体积减少约30% (2 ) 细胞器的变化: A.线粒体早期体积增大，嵴增多
晚期成空泡状, B失去微绒毛、细胞突起及细胞表 面皱褶，膜电位下降，膜 流动性下降；C. 内质网 腔扩大；D. 细胞骨架变得致密和紊乱。
具”Long-prodomain”的启始分子(initiator), 如-8、-9、-10等，为蛋白酶级联反应的启始者， 其活化后再切割和活化下游Caspase；
具”short-prodomain”的效应分子(effector), 如-3、-6、-7等，作为上游酶的底物被切割活化， 再作用于多种蛋白质或酶，促使细胞凋亡。
无明显变化
肿胀、破坏
无释放
释放
细胞凋亡与坏死的区别-2
细胞凋亡
细胞坏死
细胞形状 基因组DNA 大分子合成 基因调控 后果 意义
形成凋亡小体 受调控降解 一般需要 有 不引起炎症反应 生理性死亡
破裂成碎片 随机降解 不需要 无 引起炎症反应 病理性死亡
二、细胞凋亡的广泛性及其意义
作为一种生理性细胞消亡方式，普遍存 在生物界；例如：
其二: 具有消除对机体有害的癌变细胞及病毒 感染细胞的机体防御作用 因此，细胞凋亡是维持个体生存所必需的 一种生物学机制
第二节 细胞凋亡的发生机制
一、细胞凋亡的酶学基础
细胞内一系列蛋白酶Leabharlann 核酸酶的活化是凋 亡过程的核心事件。
有人甚至认为细胞凋亡过程就是蛋白酶级 联反应的过程。
（一）caspase家族与细胞凋亡