第七章 细胞质基质与内膜系统

nullnull第一节 细胞质基质及其功能 第二节 细胞内膜系统及其功能第七章 细胞质基质与内膜系统null真核细胞内被膜区分为三类结构：细胞质基质、 内膜系统和其他由膜包被的各种细胞器。null质膜（plasma membrane) 内膜（internal membranes) 生物膜（biomembrane)nullnull内膜系统(endomembrane system)： 细胞的内膜系统是在结构、功能乃至发生上相互关联，由单层膜包被的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。细胞器（organelle)：细胞质 (cytoplasm)：质膜以内和核膜以外的粘性物质。真核细胞内由膜围绕的结构称为细胞器。null线粒体 (mitochondria) 内质网 (endoplasmic reticula) 高尔基体 (Golgi vesicles) 过氧化物酶体 (peroxisome) 小泡 (assorted smaller vesicles)大多数真核细胞都含有的细胞器:动物细胞特有：溶酶体 (lysosome) 植物细胞特有：叶绿体 (chloroplast) 植物细胞和一些真核微生物有：液泡 (vacuole)null质膜 线粒体 过氧化物酶体 核膜 染色质 核仁 光面内质网 粗面内质网 高尔基体 分泌泡 溶酶体 细胞骨架 鞭毛/纤毛 细胞壁 液泡 叶绿体第一节 细胞质基质及其功能一、细胞质基质的含义 二、细胞质基质的功能 第一节 细胞质基质及其功能 在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，占据着细胞膜内、细胞核外的细胞内空间，称为细胞质基质（cytoplasmic matrix）。一、细胞质基质的含义 基本概念： 差速离心技术  成分： 中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构。  特点： 细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。一、细胞质基质的含义nullnull二、细胞质基质的功能 完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径，糖原的合成与某些生物大分子分解过程等。蛋白质的合成与脂肪酸的合成也在细胞质基质中进行。  与细胞质骨架相关的功能 与维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递有关，而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中的成分和细胞器提供锚定位点。 与细胞膜相关的功能 区室化；膜电位；pH稳态 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 二、细胞质基质的功能蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解1. 蛋白质的修饰 2. 控制蛋白质的寿命 3. 降解变性和错误折叠的蛋白质 4. 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象null1. 蛋白质的修饰（1）辅酶或辅基与酶的共价结合。 （2）磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性， 进而影响细胞代谢 （3）糖基化（哺乳动物中把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上） （4）甲基化修饰 骨架蛋白(使蛋白不易被水解); 组蛋白(调控基因达) （5）酰基化1. 蛋白质的修饰2. 控制蛋白质的寿命 在蛋白质分子的氨基酸序列中，既含有决定蛋白质定位和功能的靶向信号和修饰信号外，还含有决定蛋白质寿命的信号。这种信号存在于蛋白质N端第一个氨基酸残基。 真核细胞的细胞质基质中，有一种识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制： 泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径2. 控制蛋白质的寿命null功能：蛋白质质量监控、影响细胞代谢、信号转导和受体调整、免疫反应、细胞周期、转录调节和DNA修复等null 蛋白质N端第一个氨基酸为甲硫氨酸、丝氨酸、苏氨酸、丙氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、甘氨酸或脯氨酸，则蛋白质是稳定的；如果是其他12种氨基酸之一，则不稳定。在真核细胞中每种蛋白质开始合成时，N端第一个氨基酸都是甲硫氨酸，但合成后不久便被特异的氨基肽酶水解除去，然后由氨酰-tRNA蛋白转移酶把一个信号氨基酸加到某些蛋白质的N端，最终在蛋白质的N端留下一个不稳定或稳定的氨基酸残基。null4. 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠， 形成正确的分子构象分子伴侣null分子“伴侣”（molecular chaperone） 细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而协助细胞内蛋白质合成、分选、折叠与装配等，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。 第二节 细胞内膜系统及其功能第二节 细胞内膜系统及其功能一、内质网 二、高尔基体 三、溶酶体 四、过氧化物酶体 细胞的内膜系统是在结构、功能乃至发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。一、内质网(endoplasmic reticulum, ER)（一）内质网的两种基本类型 （二）内质网的功能 （三）内质网应激及其信号调控一、内质网(endoplasmic reticulum, ER) 内质网由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。通常体积占细胞总体积的10%左右，而膜面积占生物膜系统的一半左右。（一）内质网的两种基本类型（一）内质网的两种基本类型糙面内质网（rER）和光面内质网（sER） 内质网与其他细胞器的关系 内质网在间期细胞内的分布糙面内质网（rER）和光面内质网（sER）糙面内质网（rER）和光面内质网（sER）内质网与其他细胞器的关系内质网与其他细胞器的关系内质网在间期细胞内的分布内质网在间期细胞内的分布（二）内质网的功能（二）内质网的功能 内质网是细胞内蛋白质和脂质合成的基地，几乎全部的脂质和多种重要蛋白质都是在内质网上合成的。内质网是行使多种重要功能的复杂的结构体系。 1. 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能 2. 光面内质网是脂质合成的重要场所 3. 蛋白质的修饰与加工 4. 新生多肽的折叠与组装 5. 内质网的其他功能1. 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能1. 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能 糙面内质网上以共转移的方式合成的蛋白包括： （1）向细胞外分泌的蛋白 （2）膜的整合膜蛋白——包括质膜、内质网、高尔基体、胞内体、和溶酶体膜上的膜蛋白。合成后拓扑学特性不变。 （3）构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白null2. 光面内质网是脂质合成的重要场所2. 光面内质网是脂质合成的重要场所sER合成包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂。磷脂酸二酰基 甘油卵磷脂酰基转移酶3. 蛋白质的修饰与加工3. 蛋白质的修饰与加工 在rER合成的膜蛋白和可溶性分泌蛋白在它们分选各就各位之前，通常发生4种基本修饰与加工： （1）发生在ER和高尔基体的蛋白质糖基化（最常见） （2）在ER发生二硫键的形成 （3）蛋白质折叠和多亚基蛋白的装配 （4）在ER、高尔基体和分泌泡发生特异性蛋白质水解切割 另一种蛋白质修饰： 酰基化（发生内质网的胞质侧，通常是软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上）。 此外，新生肽的脯氨酸和赖氨酸要进行羟基化，形成羟脯氨酸和羟赖氨酸。null（1）发生在内质网和高尔基体的蛋白质糖基化null 只有三肽序列中的天冬酰胺残基上才能加上寡糖链： Asn—X—Thr/Ser其中X是除了pro(脯氨酸)以外的任何氨基酸。 4. 新生多肽的折叠与组装4. 新生多肽的折叠与组装 不同蛋白质在内质网停留的时间取决于正确折叠所需时间。不能正确折叠的畸形肽链或未组装成寡聚体的亚基，一般不能进入高尔基体，而是通过Sec61p复合体从内质网腔转至细胞质基质，进而通过泛素依赖性降解途径被蛋白酶体降解。 蛋白二硫异构酶（PDI） 结合蛋白（Bip） PDI和Bip都是分子伴侣，C端都具有4肽信号（KDEL或HDEL）以保证它们滞留在内质网腔中，并维持很高的浓度。蛋白二硫异构酶（PDI）蛋白二硫异构酶（PDI）结合蛋白（binding protein, Bip）结合蛋白（binding protein, Bip）5. 内质网的其他功能5. 内质网的其他功能（1）解毒功能 ( 肝细胞中的SER中含有一些酶，用于清除脂溶性的废物和代谢产生的有害物质。如细胞色素P450家族酶系。) （2）储存Ca2+ ( 肌细胞中含有发达特化的SER，称为肌质网，膜上有钙泵，将细胞质基质中的Ca2+泵入肌质网中。） （3）合成固醇类激素（SER） 此外，内质网还为细胞质基质中的很多蛋白，提供了附着位点。内质网在能量与信息的传递、细胞的支持和运动方面可能也具有一定的作用。（三）内质网应激及其信号调控（三）内质网应激及其信号调控 内质网应激（ER stress，ERS）是一种自我保护机制，也是一套完整的质量监控机制，帮助内质网中蛋白质的折叠与修饰。ERS中存活程序和凋亡程序同时被激活事关细胞生死抉择。ERS包括： 1. 未折叠蛋白质应答反应（UPR） 2. 内质网超负荷反应（EOR） 3. 固醇调节级联反应 4. 启动凋亡程序内质网腔内未折叠或错误折叠蛋白质的超量积累，引发未折叠蛋白质应答反应（UPR）内质网腔内未折叠或错误折叠蛋白质的超量积累，引发未折叠蛋白质应答反应（UPR）胆固醇缺乏引发的固醇调控元件结合蛋白（SREBP）信号通路调节基因转录的反应胆固醇缺乏引发的固醇调控元件结合蛋白（SREBP）信号通路调节基因转录的反应高下降二、高尔基体二、高尔基体 高尔基体（Golgi body）是由大小不一、形态多变的囊泡体系组成的。在不同的细胞中甚至细胞生长的不同阶段都有很大的变化。 1898年意大利医生Golgi在光镜下观察猫和猫头鹰神经细胞时，首次发现在细胞核周围有黑色网状结构，当时命名为内网器，以后在很多细胞中相继发现了类似结构，并称之为高尔基体。直到20世纪50年代随着电镜技术的发展，才证实了高尔基体的存在。 （一）高尔基体的形态结构与极性 （二）高尔基体的功能（一）高尔基体的形态结构与极性（一）高尔基体的形态结构与极性1. 电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成 2. 高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性 3. 高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应 高尔基体至少由互相联系的3个部分组成 高尔基体结构的组织与维持 6. 高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端)处。高尔基的膜囊上存在基于微管马达蛋白和基于微丝的马达蛋白。最近还发现特异的血影蛋白网架。它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。null 电镜下观察到的高尔基体是由一些（4~8个）排列较为整齐的扁平囊堆叠在一起，构成了高尔基体的主体结构，膜囊多呈弓形，也有的呈半球形或球形。膜囊周围又有大量大小不等的囊泡结构。膜囊直径1μm左右，中间囊腔较窄，周缘多呈泡状，每层膜囊之间的距离为15~30nm，不同细胞中膜囊数目差异大。 null靠近细胞核的一侧呈凸面，又称形成面或顺面（cis face）。 面向质膜的一侧常呈凹面，又称成熟面或反面（trans face） null1. 嗜锇反应在高尔基体cis面膜囊（c） 2. 焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)化学反应,显示trans面1~2层膜囊（a） 3. 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构 4. 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）或甘露糖的细胞化 学反应，显示中间几层扁平膜囊（b）高尔基体至少由互相联系的3个部分组成高尔基体至少由互相联系的3个部分组成1. 高尔基体顺面膜囊或顺面管网结构(CGN) 2. 高尔基体中间膜囊（medial Golgi） 多数糖基化修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成 3. 高尔基体反面膜囊以及反面管网状结构（TGN） 在高尔基体的周围常有大小不等的囊泡： 顺面一侧囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为：ERGIC ； 反面一侧可见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒 ，将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定的部位。高尔基体结构的组织与维持高尔基体结构的组织与维持高尔基体分布在MTOC(负端)处高尔基体分布在MTOC(负端)处（二）高尔基体的功能（二）高尔基体的功能1. 高尔基体与细胞的分泌活动 2. 蛋白质的糖基化及其修饰 3. 蛋白酶的水解和其他加工过程 将ER合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外； 运输内质网合成的脂质； 细胞内糖类合成的工厂1. 高尔基体与细胞的分泌活动1. 高尔基体与细胞的分泌活动 细胞的分泌活动，包括蛋白质、糖类或脂质的合成，能量的提供，分泌物的浓缩、凝结、加工和成熟，最后通过膜泡运输排出细胞。高尔基体主要负责对细胞中合成的物质进行修饰和改造，如浓缩、凝结、加工和成熟，同时将分泌颗粒运输和排出细胞之外。 （1）脉冲标记试验 （2）酵母双突变体研究 （3）GFP标记的膜蛋白试验 蛋白质在高尔基体中分选及其转运的信息仅存在于编码这个蛋白质的基因本身。（1）脉冲标记试验（1）脉冲标记试验 20世纪70年代，Caro用3H-亮氨酸对胰腺细胞进行脉冲标记（2）酵母双突变体研究（2）酵母双突变体研究（3）GFP标记的膜蛋白试验（3）GFP标记的膜蛋白试验蛋白质在高尔基体中分选及其转运的信息 仅存在于编码这个蛋白质的基因本身蛋白质在高尔基体中分选及其转运的信息 仅存在于编码这个蛋白质的基因本身2. 蛋白质的糖基化及其修饰2. 蛋白质的糖基化及其修饰 粗面内质网上合成的大多数蛋白质在从内质网向高尔基体及在高尔基体各膜囊之间的转运过程中，连接在蛋白侧链上的寡糖基会发生一系列有序的加工与修饰。（1）蛋白质糖基化特点及其生物学意义 （2）蛋白质糖基化类型 （3）蛋白聚糖在高尔基体中组装（1）蛋白质糖基化特点及其生物学意义（1）蛋白质糖基化特点及其生物学意义 寡糖链的合成与加工都没有模板  糖基化的主要作用: 促进蛋白质折叠和增强糖蛋白稳定性 蛋白质的分选信号 影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质  进化上的意义（2）蛋白质糖基化类型（2）蛋白质糖基化类型N-连接与O-连接的寡糖比较 nullnull修饰过程nullnull典型O-连接寡糖链的合成（3）蛋白聚糖在高尔基体中组装（3）蛋白聚糖在高尔基体中组装 蛋白聚糖是由一个或多个糖氨聚糖结合到核心蛋白丝氨酸残基上。 与丝氨酸羟基结合的第一个糖残基不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖。木糖 半乳糖 半乳糖 葡糖醛酸糖氨聚糖3. 蛋白酶的水解和其他加工过程3. 蛋白酶的水解和其他加工过程 TGN膜上结合有蛋白水解酶，特异水解常常发生在一对碱性氨基酸(Arg-Arg或Lys-Arg)的C端。 （1）蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型 （2）不同多肽采用不同加工方式的原因 （3）硫酸化作用（硫酸根供体：3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸，PAPS，在酶的催化下将硫酸根转移到肽链中酪氨酸残基的羟基上。硫酸化的蛋白主要是蛋白聚糖）（1）蛋白质在高尔基体中酶解加工 的几种类型（1）蛋白质在高尔基体中酶解加工 的几种类型①无生物活性的蛋白原（proprotein）进入高尔基体后，将蛋白质N-端或两端的序列切除形成成熟的多肽。如：血清蛋白、胰岛素及胰高血糖素等。 ②含有多个相同氨基酸序列的蛋白质前体在高尔基体中水解成同种有活性的多肽。如：神经肽（仅有5个氨基酸残基组成） ③某些蛋白分子的前体中含有不同信号序列，最后加工成不同的产物；同一种蛋白质前体在不同的细胞中可能以不同的方式加工而产生不同种的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性。 nullnullnull（2）不同多肽采用不同加工方式的原因（2）不同多肽采用不同加工方式的原因① 确保小肽分子的有效合成。有些多肽分子太小，在核糖体上难以有效的合成，如神经肽。 ② 弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号。 ③ 有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。三、溶酶体三、溶酶体 溶酶体（lysosome）是由单层膜围绕，内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。它几乎存在于所有动物细胞中，植物细胞中也有与溶酶体功能类似的细胞器——圆球体、糊粉粒及植物中央液泡。 （一）溶酶体的形态结构与类型 （二）溶酶体的功能 （三）溶酶体的发生 （四）溶酶体与疾病（一）溶酶体的形态结构与类型（一）溶酶体的形态结构与类型 溶酶体是一种具有多样性和异质性(heterogenous)的细胞器，不同溶酶体的形态大小、所含水解酶的种类及活性都明显不同。根据溶酶体在处于完成其生理功能的不同阶段，可分为： 1. 初级溶酶体(primary lysosome) 2. 次级溶酶体(secondary lysosome) 3. 残质体(residual body)1. 初级溶酶体1. 初级溶酶体 从高尔基体TGN脱离下来的小泡所形成的溶酶体称为初级溶酶体。初级溶酶体呈球形，直径一般为0.2~0.5μm，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由单层脂蛋白 膜围绕，厚度为7.5nm，内含多种水解酶类。膜特点： ①嵌有质子泵 ②载体蛋白 ③膜蛋白高度糖基化2. 次级溶酶体 次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称之为自噬溶酶体(autophagolysosome)和异噬溶酶体(phagolysosome)，二者都是进行消化作用的溶酶体。形态不规则。2. 次级溶酶体3. 残质体经过一段时间的消化后，次级溶酶体中的小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢使用。未被消化的物质残存在溶酶体中形成残质体或称后溶酶体。残质体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。3. 残质体（二）溶酶体的功能（二）溶酶体的功能 溶酶体的基本功能是细胞内的消化作用，这对于维持细胞的正常代谢活动及防御微生物的浸染都具有重要的意义。溶酶体的消化作用一般可概括为三种途径：内吞作用、吞噬作用和自噬作用。 1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞。如果溶酶体酶缺失就会引起疾病，如台-萨氏病 2. 防御功能 3. 其他重要的生理功能台-萨氏病台-萨氏病3. 其他重要的生理功能3. 其他重要的生理功能（1）作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养； （2）分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节； （3）参与清除赘生组织或退行性变化的细胞； （4）受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。 （1）作为细胞内的消化“器官” 为细胞提供营养（1）作为细胞内的消化“器官” 为细胞提供营养nullnull（3）参与清除赘生组织或退行性变化的细胞（3）参与清除赘生组织或退行性变化的细胞（4）受精过程中的精子的顶体反应（4）受精过程中的精子的顶体反应（三）溶酶体的发生（三）溶酶体的发生1. 发生途径 2. 分选途径多样化 3. 发生过程1. 发生途径1. 发生途径溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER） 高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑null磷酸化识别信号：信号斑磷酸化识别信号：信号斑2. 分选途径多样化2. 分选途径多样化 依赖于M6P 的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外。  在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。 还存在不依赖于M6P的分选途径,如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的蛋白穿孔素（perforin）和粒酶（granzyme）。  溶酶体膜上的酶和特异蛋白无需M6P化，其分选机制尚不清楚。 3. 初级溶酶体发生过程3. 初级溶酶体发生过程四、过氧化物酶体四、过氧化物酶体 过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。在真核细胞中普遍存在，动物中称为过氧化物酶体，植物叶片中叫过氧化物酶体，根和种子中叫乙醛酸循环体。 1. 过氧化物酶体与溶酶体的区别 2. 过氧化物酶体的功能 3. 过氧化物酶体的发生1. 过氧化物酶体与溶酶体的区别1. 过氧化物酶体与溶酶体的区别2. 过氧化物酶体的功能2. 过氧化物酶体的功能(1) 解毒功能： 动物细胞中过氧化物酶体可氧化分解 血液中的有毒成分。常含两种酶：  依赖于黄素（FAD）的氧化酶  过氧化氢酶（占40%） (2) 分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能 (3) 在植物细胞中过氧化物酶体的功能： 在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物 的氧化，即所谓光呼吸反应；  乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体 降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。 null过氧化物酶体是细胞内唯一能降解 超长链脂肪酸的细胞器。线粒体和过氧化物酶体氧化脂肪酸的比较线粒体和过氧化物酶体氧化脂肪酸的比较3. 过氧化物酶体的发生3. 过氧化物酶体的发生 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（PTS）：  PTS1为Ser-lys-leu(SKL)， 存在于多数基质蛋白的C端  PTS2为Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-leu， 存在于某些基质蛋白N端的前20~30个氨基酸中  过氧化物酶体的生物发生和分裂null过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。 过氧化物酶体可以转运折叠好的蛋白。 需消耗ATP,但机制不清楚。null 1. 已有的成熟过氧化物酶体经分裂增殖而产生子代细胞器； 2. 在细胞内重新发生（de novo），分三个阶段： （1）内质网出芽衍生出前体膜泡然后膜蛋白掺入 （2）具有PTS1和PTS2的基质蛋白输入，成熟 （3）成熟的过氧化物酶体分裂过氧化物酶体的生物发生和分裂