第一篇 3 细胞结构与细胞通讯(上)

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1、第三章第三章 细胞结构与细胞通讯细胞结构与细胞通讯 一 细胞的基本形态结构一 细胞的基本形态结构 二 真核细胞的结构二 真核细胞的结构 三 生物膜三 生物膜 流动镶嵌模型流动镶嵌模型 四 细胞通讯四 细胞通讯 一 细胞的基本形态结构一 细胞的基本形态结构 1 1 细胞的发现细胞的发现 1665年 英国罗伯特年 英国罗伯特胡胡克克 Robert Hooke 发现细胞发现细胞 软木塞 命名细胞软木塞 命名细胞 Cell 1674年 荷兰学者列文虎克 年 荷兰学者列文虎克 AV Leeuwenhoek 观察到完整的活细胞 观察到完整的活细胞 1838年 德国植物学家施莱登 年 德国植物学家施莱登 S

2、chleiden M J 指出细胞是一切植物结构的基本单位 指出细胞是一切植物结构的基本单位 1839年 德国动物学家施旺年 德国动物学家施旺 Schwann T 指出动指出动 物和植物结构的基本单位都是细胞 物和植物结构的基本单位都是细胞 1 21 2 细胞学说 细胞学说 19 世纪初 两位德国生物学家施莱登和施旺正式世纪初 两位德国生物学家施莱登和施旺正式 明确提出明确提出 细胞是植物体和动物体的基本结构单细胞是植物体和动物体的基本结构单 位位 标志标志着细胞学说的着细胞学说的诞生诞生 1 细胞是有机体 是所有动 植物的基本结构单位 细胞是有机体 是所有动 植物的基本结构单位 2 每个细胞

3、相对独立 一个生物体细胞之间协同配合 每个细胞相对独立 一个生物体细胞之间协同配合 3 新细胞由老细胞繁殖产生 新细胞由老细胞繁殖产生 细胞学说细胞学说被认为是被认为是19世纪自然科学的重大发现之一世纪自然科学的重大发现之一 各类生物都由细胞构成 1 3 1 3 细胞的研究方法细胞的研究方法 A 常用细胞形态结构的观察方法 B 常用细胞组分的分析方法 A 常用细胞形态结构的观察方法 光学显微镜技术 电子显微镜技术 B 常用细胞组分的分析方法 细胞器与生物大分子及其复合物的分离 细胞内核酸 蛋白质 糖与脂质等成分的显 示 细胞内特异核酸序列 特异蛋白抗原的定位 与定性 定量细胞化学分析技术 Eg

4、 细胞组分的离心分离 差速离心 密度梯度离心 原理 组分质 量和密度差 别 1 4 1 4 细胞的概貌细胞的概貌 细胞的数量细胞的数量 单细胞生物仅一个细胞 大小与细胞体积单细胞生物仅一个细胞 大小与细胞体积成正比成正比 多细胞生物多细胞生物的细胞数量一般与生物体的细胞数量一般与生物体个体大小个体大小有有 关 关 个体越大细胞数目越个体越大细胞数目越多多 如如 新生儿约有 新生儿约有2 1012 个个 成年人成年人约有约有1014个个 细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析 人人眼 眼 光学显微镜 电子显微镜的光学显微镜 电子显微镜的分辨力分别分辨力分别为为 0 1mm0 1mm 0 2um0

5、2um 0 2nm0 2nm 各各类细胞直径的类细胞直径的比较比较 细胞类型细胞类型直径大小 直径大小 m 最小病毒最小病毒 支原体细胞支原体细胞 细菌细胞细菌细胞 动植物细胞动植物细胞 鸵鸟卵细胞鸵鸟卵细胞 原生生物细胞原生生物细胞 0 02 0 1 0 3 1 2 10 50 5 104 数百到数千数百到数千 为什么大多数细胞体积都非常小 为什么大多数细胞体积都非常小 就相同体积来说 较小的细胞和相对多的 细胞数具有相对较大的细胞表面积 有利 于接受外界信息以及与外界进行物质交换 细胞的形态 最基本的两大类 原核细胞与真核细胞 两者主要区别 代表生物 细胞核 细胞器 细胞骨架 细胞分裂 遗

6、传物质 1 5 1 5 细胞的类型细胞的类型 原原 核核 细细 胞胞 二 真核细胞的结构与功能二 真核细胞的结构与功能 细胞的基本结构 细胞壁 植物细胞具有 细胞细胞膜 质膜 原生质体细胞质 细胞核 原生质 protoplasm 指组成原生质体 或细胞 的有生命物质 是细胞生命活动的物质基础 2 1 2 1 真核细胞的控制中心真核细胞的控制中心 细胞核细胞核 核被膜 nuclear envelope 外 层 核膜 内 层 核膜 核周间隙或核周池 核孔 核孔复合体 核纤层 Cytoplasmic faceNuclear face 典型哺乳类细胞典型哺乳类细胞30003000 40004000个核

7、孔个核孔 细胞正在合成细胞正在合成DNADNA 核孔每分钟要运进 核孔每分钟要运进100100个组蛋白分子个组蛋白分子 细胞在迅速生长 核孔每分钟要输出细胞在迅速生长 核孔每分钟要输出3 3对核糖体大小亚基对核糖体大小亚基 染色质 染色质 间期细胞核内由DNA 组蛋白 非组蛋白 及少量RNA组成的线性复合结构 是间期细胞遗 传物质存在的形式 染色体 细胞有丝分裂或减数分裂的特定阶段 由 染色质聚缩而成的棒状结构 包装程度不同 大鼠肝细胞染色质中 DNA RNA 组蛋白 非组蛋白 1 0 1 1 0 6 染色质的基本结构 单位 核小体 螺螺线线管管 超螺超螺线线管管 染色染色单单体体 核仁 nu

8、cleolus 见于间期的细胞核内 呈圆球形 一般1 2个 有时多达3 5个 主要功能 转录rRNA和组装核糖体单位 一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大 和数目较多的核仁 反之核仁很小或缺失 核基质 nuclear matrix 或核骨架 nuclear skeleton 在细胞核内 除了核被膜 核纤层 染色质与核 仁以外的网架结构体系 与核纤层 中间丝连接 贯穿于核与质的独立结构 系统 主要成分为非组蛋白的纤维蛋白 少量RNA可能 参与维持核骨架结构 与DNA复制 基因表达及染色体的组装有关 2 2 2 2 内质网与核糖体内质网与核糖体 内质网 Endoplasmic Reticu

9、lum ER 内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及围 成的腔形成的互相沟通的三维网状结构 细细胞均胞均浆浆 球形 膜泡 低速离心 SER RER Microsomes 100 200nm retain activity during purification allowing studies of function and composition 高速离心 内质网的功能 内质网是细胞蛋白质与脂质合成的基地 几乎全部 的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成 的 1 糙面内质网的功能 蛋白质的合成 蛋白质在内质网中的化学修饰 组装蛋白质 2 光面内质网的功能 合成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在

10、内的几乎所 有膜脂 合成固醇类激素的细胞中产生固醇类激素的相关 酶类 肝细胞中合成外输性脂蛋白颗粒 肝细胞中清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质 解除细胞毒性 肌细胞中特化的肌质网可储存和调节钙离子 核糖体 是合成蛋白质的细胞器 其唯一的功能 是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确 地合成多肽链 核糖体几乎存在于一切细 胞 细胞最基本的不可缺少的 结构 核糖体是一种不规则的颗 粒状结构 没有生物膜包 裹 RNA 蛋白质约为2 1 附着核糖体和游离核糖体 分布于蛋白质旺盛合成部 位 数量与蛋白质合成程 度有关 Membrane bound structures organelles are fou

11、nd in all eukaryotic cells 2 3 2 3 高尔基体高尔基体 高尔基体 Golgi body 高尔基器 Golgi apparatus 高尔基复合体 Golgi complex GC 高尔基体由一些排列较为整齐的扁平的膜囊堆叠 在一起 这些扁囊均由光滑的膜围成 构成高尔 基体的主体结构 有极性的细胞器 表现在它在细胞中有恒定的位 置与方向 物质从高尔基体的一侧进入 从另一 侧输出 扁囊堆常明显地具一凸面和一凹面 高尔基体各个囊膜之间有膜性 结构相连 周围有膜囊周缘出 芽形成的囊泡 功能 高尔基体功能 高尔基体蛋白质的加工 分选 包装蛋白质的加工 分选 包装 与运输与运

12、输以及在细胞 膜流 中起重要作用 以及在细胞 膜流 中起重要作用 此外 蛋白质的糖基化及其复杂的加工与此外 蛋白质的糖基化及其复杂的加工与 修饰 多肽的酶解加工以及修饰 多肽的酶解加工以及多糖合成多糖合成等也等也 发生在高尔基体中 发生在高尔基体中 2 4 2 4 溶酶体溶酶体 溶酶体是外包单层膜 内含多种酸性水解 酶类的囊泡状细胞器 其主要功能是进行 细胞消化 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中 植 物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞 器 圆球体 糊粉粒及中央液泡 溶酶体的基本功能是对生物大分子强烈的消化作用 溶酶体的基本功能是对生物大分子强烈的消化作用 有有3种途径 种途径 吞噬作用吞噬作用

13、 胞胞饮饮作用作用 自噬作用自噬作用 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 通过自噬作用保证真核细胞 中细胞成分与结构的更新 由于溶酶体功能缺陷而引起的多种病症 使 人们越来越多地关注与研究溶酶体在细胞内的 清道夫 作用 2 防御功能 某些细胞特有的功能 它可以识别 并吞噬入侵的病毒或细菌 形成异噬溶酶体 在 溶酶体的作用下将其杀死并降解 2 5 2 5 液泡液泡 The plant cell vacuole This electron micrograph of cells in a young tobacco leaf shows that the cytosol

14、 is confined by the enormous vacuole to a thin layer containing chloroplasts pressed against the cell wall The membrane of the vacuole is called the tonoplast Courtesy of J Burgess 植物液泡的主要作用 植物液泡的主要作用 消化消化 储存营养与废物储存营养与废物 调节细胞体积调节细胞体积 调节细胞膨压调节细胞膨压 2 6 2 6 能量转换的细胞器能量转换的细胞器 线粒线粒 体和叶绿体体和叶绿体 a 线粒体和叶绿体是细胞

15、内两个能量转换细胞器 它们能高效地将能量转换成ATP b 分布 线粒体广泛存在于各类真核细胞 而叶绿体仅存 在于植物细胞和蓝藻细胞中 a 形态结构 都呈封闭的双层单位膜结构 内膜都演化为极大 扩增的特化结构 并在能量转换中起主要作用 a 线粒体和叶绿体以类似的方式合成ATP b 线料体和叶绿体都是半自主性细胞器 线粒体 一般呈粒状或杆状 但因 生物种类和生理状态而 异 可呈环形 哑铃形 线状 分杈状 网状或 其它形状 一般直径0 5 1 m 长 1 5 3 0 m 在胰脏外 分泌细胞中可达 10 20 m 人成纤维 细胞中可达40 m 动态细胞器 在细胞质中可以运动 变形 融合和分裂增殖 形态

16、 大小 数量与分 布在不同细胞或同一细 胞不同代谢条件下都会 发生变化 不同类型细胞中差异很大 植物因有叶绿体的缘故 线粒体数目相对较少 动物中一般有数百到数千个 代谢旺盛则数量增 多 eg 肝细胞约1300个线粒体 占细胞体积的20 单细胞鞭毛藻仅1个 酵母细胞具有一个大型分支 的线粒体 许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒 体 四部分构成 由外膜 内膜 膜间隙及 基质 叶绿体 植物细胞的一类质体 质体还有有色体和 白色体两大类 叶绿体是植物细胞所特有的能量转换器 其主要功 能是进行光合作用 即利用光能同化CO2和H2O 合成糖 同时产生O2 光合作用是地球上有机体生存和发展的基础 高等植物的叶绿体形状和数目 大多数呈凸透镜或香蕉形 2 5um 叶肉细胞一般含 50 200个叶绿体 可占细胞质体积的40 90 叶绿体的数目因物种细胞类型 生态环境 生理状态 而有所不同 Eg 在藻类中叶绿体形状 多样 有网状 带状 裂片状和星形等等 而且为体积巨大的单 个细胞器 可达100 um 由4部分组成 叶绿体 被 膜 类囊体和基质 有3种不同的膜 外膜 内膜 类囊 体膜 有3种彼此分开的 腔 膜间