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1、第二章人体的基本构成 细胞和基本组织 细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的物质转运机能基本组织 1 第一节细胞与细胞膜的化学组成和分子结构 1 3 2 2 一细胞核的微细结构模式图 作用 细胞遗传 代谢 生长及繁殖的控制中心 特性 一个细胞一个核 间期核是典型的核 核膜包围核物质 核仁蛋白质和核酸 染色质脱氧核糖核酸 贮藏 复制和传递遗传信息控制细胞内蛋白质的合成 3 二细胞质以及细胞器的超微结构模式图 细胞质 核酸糖小体 微丝 支撑细胞 溶酶体 呼吸 供能 4 核蛋白体氨基酸缩合成肽 内质网膜性管道系统粗面内质网运送蛋白质滑面内质网合成贮存肝糖原 合成脂类 肌纤维收缩 分解丙酮酸产生ATP 溶
2、酶体水解蛋白质 糖 脂等 5 多利和邦妮 图片来自http www ri bbsrc ac uk 6 三 细胞膜的超微结构模式图 脂类 磷脂 糖脂 固醇 蛋白质 嵌入蛋白 表在蛋白 糖类 7 8 9 10 4聚体 糖蛋白 錨蛋白 聚集物 11 四 细胞膜的化学组成与分子结构 TheChemicalcompositionandMolecularStructureofCellMembrane 细胞膜的基架是脂质双分子层 主要起屏障作用 而膜上镶嵌 覆盖 贯穿的各种特殊蛋白质负责完成跨膜物质 能量和信息的转运和转换 膜结构特点 液态镶嵌模型 12 流体镶嵌模型 fluidmosaicmodel 以液
3、态的脂质双分子层为基架 其中镶嵌着具有不同分子结构 因而也具有不同生理功能的蛋白质 1脂质双分子层 2细胞膜蛋白质 表面蛋白质 peripheralprotein 整合蛋白质 integratedprotein 充当受体 载体 通道及酶的作用 在细白间的识别 物质的跨膜转运及跨膜信号转导方面起重要作用 3细胞膜糖类 以共价键形成糖脂或糖蛋白 可作为抗原决定簇或膜受体的可识别部位 与细胞识别 信息交换 细胞免疫 细胞粘着 药物反应 激素反应密切相关 13 细胞膜的脂质以磷脂类为主 其次为胆固醇 还有少量鞘磷脂类物质 脂质以双分子层形式包被在细胞表面 脂质双分子层中分散镶嵌着多种蛋白质分子 细胞膜
4、还含有少量糖类 它们以共价键的形式和膜的脂质或白质结合 形成糖脂或糖蛋白 14 细胞膜的作用细胞膜是将细胞内容物和周围环境分隔开的一层薄膜 起屏障作用 细胞生命活动所需的氧气和营养物质 及二氧化碳和代谢废物 均须通过细胞膜进出细胞 因此 细胞膜必须有选择地通透不同物质 胞外信息要被细胞感知 也须要特定的结构参与 15 依据功能的膜蛋白分类识别蛋白质酶受体蛋白质转运蛋白质离子通道细胞骨架蛋白细胞膜所具有的各种功能 在很大程度上决定于膜上的蛋白质的功能 细胞和周围环境间进行的物质 能量和信息交换 也大都与膜上的蛋白质分子有关 膜蛋白 16 17 二细胞膜的物质转运机能TransportAcross
5、CellMembrane 1被动转运Passivetransport单纯扩散易化扩散2主动转运Activetransport3出胞和入胞Exocytosisandendocytosis 18 被动转运Passivetransport 单纯扩散 在生物体系中 细胞外液和细胞内液都是水溶液 溶于其中的各种溶质分子 只要它们是脂溶性的 就可能根据扩散原理作跨膜运动或转运 这称为单纯扩散 单纯扩散的物质 O2 CO2 NH3 N2 尿素 乙醚 乙醇 类固醇类激素等少数几种 单纯扩散特点 扩散速率高 无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的 帮助 不需另外消耗能量 19 渗透 Osmosis 渗透是单纯扩散的一种
6、特例 是指水分子的跨膜转运 在选择性通透水而不通透溶质的半透膜处 水将从低溶质浓度 水分子浓度高 渗透压低 的溶液一侧向高溶质浓度 水分子浓度低 渗透压高 的溶液一侧转运 20 易化扩散 facilitateddiffusion 非脂溶性或脂溶性较小的物质在膜上特殊蛋白质帮助下 顺着浓度差或电位差跨膜转运的过程 特点 1 物质由高浓度一侧向低浓度一侧运动2 扩散通量不是固定不变的3 选择性 结构特异性4 饱和现象5 竞争性抑制 通道转运物质 各种带电离子化学门控通道 只有在它所在膜两侧 主要是外侧 出现某种化学信号时才开放 电压门控通道 由所在膜两侧电位差的改变决定其开闭 以载体为中介的易化扩
7、散载体转运的物质 葡萄糖 氨基酸等小分子亲水物质 21 Na 通道 葡萄糖载体 Na K ATP酶 主动转运 1 107 1 104 5 102 22 主动转运 activetransport 细胞通过本身的某种耗能过程将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程 1 原发主动转运 primaryactivetransport 由膜上具有ATP酶活性的特殊泵蛋白直接水解ATP提供能量而将一种或多种物质逆着浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运 钠 钾泵 sodium potassiumpump 钠泵活动的生理意义 钠泵活动造成的细胞内高钾 是许多代谢反应进行的必要条件防止细胞内水肿的发生
8、建立一种势能贮备 23 在消耗代谢能的情况下逆着浓度差把细胞内的Na 移出膜外 同时把细胞外的K 移入膜内 形成和保持膜内高K 膜外高Na 的不均衡离子分布状态 钠泵是镶嵌在细胞膜上的一种特殊蛋白质分子 本身具有ATP酶的活性 使之释放能量进行Na 和K 的转运 因此钠泵又称为Na K 依赖式ATP酶的蛋白质 钠泵活动时 Na 和K 是耦联在一起进行的 每分解一个ATP分子 可以使3个Na 移出膜外 同时有2个K 移入膜内 24 2 继发性主动转运 secondaryactivetransport 渗透作用 某种物质能够逆浓度差或电位差跨膜转运 但其所需能量不是直接由ATP分解提供 而是由钠泵
9、主动转运其他物质时所造成的高势能提供 特点 1 Na泵建立的Na 浓度差为基础 2 被转运物质逆浓度梯度的转运与Na 顺浓度梯度的转运耦联进行 3 ATP间接供能 典型 小肠粘膜吸收G和AA 肾小管重吸收G和AA 细胞内的Na H 交换和Na Ca 交换 同向转运葡萄糖 25 入胞与出胞式物质转运出胞 exocytosis 大分子物质或固态 液态的物质团块通过细胞膜移向细胞外的过程 入胞 endocytosis 大分子物质或固态 液态的物质团块通过细胞膜移向细胞内的过程 一些特殊物质的进入细胞 是通过被转运物质与膜表面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的 称为受体介导式入胞 26 27 受体介导式
10、入胞的过程 细胞膜上的受体对物质的 辨认 发生特异性结合 形成复合物复合物向膜表面的 有被小窝 移动 有被小窝 处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离 形成吞食泡吞食泡与胞内体的膜性结构相融合物质与受体分离 物质转运到能利用他们的细胞器 受体再循环 28 细胞膜物质转运的形式及其特点 29 一 细胞周期概念细胞周期 cellcycle 是指细胞从上一次分裂结束开始生长到下一次细胞分裂结束所经历的过程 又称细胞增殖周期 细胞周期时间 TC 绝大多数真核生物的细胞周期时间较长 通常在细胞周期中间期所占时间较分裂期长 例如人的组织培养细胞在37 条件下 一个细胞周期为18 22h 其中分裂期为45min 而分
11、裂间期17h以上 五 细胞的增殖 30 细胞周期划分 G1 gap1 细胞有丝分裂完成DNA复制前 S synthesisphase DNA复制2c 4c M期 mitosis division 分裂开始到结束 G2 gap2 DNA复制完成到有丝分裂开始 终端分化细胞 周期性细胞 始终保持旺盛的增殖活性 G0期细胞 一般不分裂 暂不增殖细胞 终端分化细胞 无增殖能力细胞 结构和功能高度特化 G0是指分裂后相对稳定的一段时期 也称静止期 restingorquiescentphase G0期不包括在细胞周期之内 细胞在适宜刺激下能被触发从静止状态进人增殖周期 G1期细胞在一定条件下也可退入G0
12、期 近年来的研究表明 G0期细胞并不 静止 而是进行着极为复杂的生化反应 31 细胞周期的特点 单向性即细胞只能沿G1 S G2 M方向推进而不能逆行阶段性在4个连续的时相中 细胞的形态与代谢特点有较明显的差异 细胞可因某种原因在某时相停滞 arrest 下来 待生长条件好转后 细胞可重新活跃起来过渡到下一时相 32 G1期 DNA合成前期 G1早期 细胞生长 生物合成 形成细胞器体积 表面积 核 质比增加G1晚期 为DNA合成准备信号分子调控G0 G1晚 S期startpoint DNA合成相关酶 细胞周期运行的蛋白 二 细胞周期各时相的细胞形态和分子事件 S期 DNA合成期 1 DNA复制
13、2 蛋白质合成 组蛋白 非组蛋白 组装核小体 G2期 有丝分裂准备期 1 促有丝分裂因子 MPF 合成2 微管蛋白 tubulin 合成3 0 3 DNA复制G2期checkpoint 是否完成DNA复制 是否有DNA错误复制 有丝分裂期 mitosis 主要事件1 核膜的解体和重建2 染色质凝集和重新形成3 纺锤体形成和染色体运动4 细胞质分裂 收缩环 细胞板 细胞分裂用时0 5 2hr Synthesisphase gapphaselgapphase2 mitoticphase 33 G1期是指从上一次有丝分裂完成到本次DNA复制之前的过程 持续时间一般为6 l2h 在G1期有mRNA和蛋
14、白的合成 G1期细胞的主要任务是积累能量和原料 为DNA的复制作准备 故又称DNA合成前期 S期即DNA合成期 持续时间一般为6 8h S期末DNA含量增加1倍 细胞由二倍体变为四倍体 S期DNA的复制极其准确 每一段DNA只复制一次 从而可保证分裂后子细胞的遗传物质平均分配 S期DNA复制的起始存在 开启 和 关闭 机制 on of switch DNA合成前设 检查点 checkpoint G2期是指从DNA复制完成到有丝分裂开始的时间区间 持续时间一般为3 4h 只有完成了所有DNA复制后 细胞才进入G2期 故G2期又称DNA合成后期或丝裂前期 在G2期RNA和蛋白质合成活跃 有丝分裂所
15、需的蛋白质 微管蛋白是在G2期合成的 此外 还进行线粒体的复制 M期即有丝分裂期 细胞进行分裂 一般持续时间为lh M期是很复杂的过程 根据光镜所见 可顺序分成6个阶段 即前期 Prophase 前中期 earlymetaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase 和胞质分裂期 cytokinesis 34 三 有丝分裂期 mitosis 主要事件1 核膜的解体和重建2 染色质凝集和重新形成3 纺锤体形成和染色体运动4 细胞质分裂 收缩环 细胞板 细胞分裂用时0 5 2hr M期即有丝分裂期 细胞进行分裂 一般持续时间为lh M期是很复杂的过程 根据
16、光镜所见 可顺序分成6个阶段 即前期 Prophase 前中期 earlymetaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase 和胞质分裂期 cytokinesis 35 1 前期 prophase 染色质凝集 组蛋白 P核小体 染色体袢环 染色单体 核膜破裂和核仁解体 lamin P为可溶性 核膜断裂成小泡 核仁DNA加入各自染色体中 核仁成分分散确立分裂极和纺锤体形成中心体centrosome移动微管组织中心 MTOC 中心体星体周围微管三种 36 37 动粒微管极间微管星体微管星体染色体 有丝分裂器 mitoticapparatus 纺锤体 spindle 星体周围微管 染色体两侧动粒动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的 附着于主缢痕外侧的圆盘状结构 内侧与着丝粒结合 外侧与动粒微管结合 每一个中期染色体含有两个动粒 位于着丝粒的两侧 38 39 纺锤体拉长 3 后期 anaphase 姐妹染色单体分离 向细胞两极运动二分体 单体 子代染色体 动粒微管缩短极间微管延长染色体被拉向两极 双星 40 4 末期 telophase
