细胞环境－王金发细胞生物学讲义

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1、4. 细 胞 环 境 与 互 作细 胞 环 境 (图 4 括 内 环 境 和 外 环 境 ， 互 作 包 括 细 胞 与 细 胞 、 细 胞 与 环 境 之 间的 相 互 作 用 。 这 些 作 用 主 要 是 通 过 细 胞 表 面 进 行 的 ， 包 括 细 胞 识 别 、 细 胞 粘 着 、细 胞 连 接 、 细 胞 通 讯 等 。 本 章 主 要 集 中 讨 论 细 胞 的 表 面 结 构 、 细 胞 外 基 质 、 细 胞 识 别 、 细胞 粘 着 和 细 胞 连 接 等 。 图 4 胞 与 环 境 的 关 胞 表 面 细 胞 表 面 ( 结 构 上 :包 括 细 胞 被 ( 细 胞

2、 质 膜 。 功 能 上 :是 细 胞 质 膜 功 能 的 扩 展 ， 它 保 护 细 胞 ， 使 细 胞 有 一 个 相 对 稳 定 的 内 环 境 ；负 责 细 胞 内 外 的 物 质 交 换 和 能 量 交 换 ， 并 通 过 表 面 结 构 进 行 细 胞 识 别 、 信 息 的 接 收 和 传 递 、细 胞 运 动 以 及 维 护 细 胞 的 各 种 形 态 ， 并 且 与 免 疫 、 癌 变 都 有 十 分 密 切 的 关 系 。 胞 被 ( 细 胞 被 的 结 构 与 组 成细 胞 质 膜 通 常 是 由 覆 盖 在 细 胞 表 面 的 保 护 层 保 护 着 ， 这 种 保 护

3、 层 即 是 细 胞 被 。 由 于 这层 结 构 的 主 要 成 份 是 糖 ， 所 以 又 称 为 糖 萼 ( 或 多 糖 包 被 (图 4图 4 胞 被用 钌 红 染 色 ， 电 子 显 微 镜 观 察 到 的 淋 巴 细 胞 的 细 胞 被糖 被 通 常 含 有 两 种 主 要 的 成 份 : 糖 蛋 白 和 蛋 白 聚 糖 (图 4 这 些 糖 蛋 白 和 蛋 白聚 糖 都 是 在 细 胞 内 合 成 的 ， 然 后 分 泌 出 来 并 附 着 到 细 胞 质 膜 上 。图 4 被 的 结 构 和 组 成 示 意 图 细 胞 被 的 功 能 保 护 作 用 : 如 消 化 道 、 呼

4、 吸 道 、 生 殖 腺 等 上 皮 细 胞 的 外 被 有 助 于 润 滑 、 防 止 机 械损 伤 ， 同 时 又 可 保 护 上 皮 组 织 不 受 消 化 酶 的 作 用 和 细 菌 的 侵 袭 。 植 物 和 细 菌 的 细 胞 壁 不仅 可 以 保 护 细 胞 质 膜 和 细 胞 器 ， 同 时 还 赋 予 细 胞 以 特 定 的 形 状 。 革 兰 氏 阳 性 菌 的 细 胞壁 是 一 种 蛋 白 聚 糖 ， 青 霉 素 通 过 抑 制 它 的 合 成 从 而 抑 制 细 菌 的 生 长 。 参 与 细 胞 与 环 境 的 相 互 作 用 ， 参 与 细 胞 与 环 境 的 物

5、质 交 换 ， 细 胞 增 殖 的接 触 抑 制 、 细 胞 识 别 等 。 物 的 细 胞 外 结 构 :细 胞 壁植 物 没 有 骨 骼 系 统 ， 但 却 有 相 当 强 度 的 细 胞 壁 维 持 着 植 物 的 形 态 。 细 胞 壁 保 护 细 胞 免遭 渗 透 及 机 械 损 伤 ， 还 保 护 植 物 免 受 微 生 物 ， 特 别 是 真 菌 和 细 菌 的 侵 染 。 细 胞 壁 的 化 学 组 成 与 结 构 纤 维 素 ( 植 物 细 胞 壁 的 主 要 成 分 是 多 糖 ， 其 中 最 主 要 的 是 纤 维 素 ，它 赋 予 植 物 细 胞 的 硬 度 和 强 度

6、 ， 同 动 物 细 胞 细 胞 外 基 质 中 的 胶 原 具 有 相 似 的 作 用 。 在 细 胞壁 中 ， 由 50 60 个 纤 维 素 分 子 形 成 一 束 ， 并 且 相 互 平 行 排 列 ， 形 成 长 的 、 坚 硬 的 微 纤维 (图 44图 4 维 素 微 纤 维 的 结 构此 电 镜 图 所 示 的 是 绿 藻 细 胞 壁 中 单 个 纤 维 素 微 纤 维 的 结 构 ， 每 个 微 纤 维 的 直 径 是25由 许 多 侧 向 排 列 的 纤 维 素 构 成 。图 4 维 素 分 子 与 纤 维 素 微 纤 维(a) 纤 维 素 分 子 ， 是 由 葡 萄 糖

7、以 (1 4)连 接 形 成 的 链 状 多 聚 体 ;(b)由 很 多 的 纤维 素 链 组 成 纤 维 素 微 纤 维 。 半 纤 维 素 (半 纤 维 素 是 由 几 种 不 同 类 型 的 单 糖 构 成 的 异 质 多 聚 体 (图 4 半 纤 维 素 木 聚 糖在 木 质 组 织 中 占 总 量 的 50%， 它 结 合 在 纤 维 素 微 纤 维 的 表 面 ， 并 且 相 互 连 接 ， 这 些 纤维 构 成 了 坚 硬 的 细 胞 相 互 连 接 的 网 络 。图 4 纤 维 素 的 化 学 组 成(a) 组 成 半 纤 维 素 的 5 种 单 糖 : 糖 ( 糖 ( 糖 (

8、 ( 伯 糖 (b)半 纤 维 素 可 能 的 结 构 。 果 胶 (果 胶 是 由 半 乳 糖 醛 酸 和 它 的 衍 生 物 组 成 的 多 聚 体 (图 4 果 胶 在 细 胞 壁 中 的 作用 主 要 是 连 接 相 邻 细 胞 壁 ， 并 且 形 成 细 胞 外 基 质 ， 将 纤 维 素 包 埋 在 水 合 胶 中 。图 4 胶 的 化 学 组 成 和 可 能 的 结 构(a) 果 胶 主 要 是 由 半 乳 糖 醛 酸 和 鼠 李 糖 构 成 的 ;(b) 果 胶 可 能 的 结 构 排 列 木 质 素 (是 由 聚 合 的 芳 香 醇 构 成 的 一 类 物 质 ， 木 质 素

9、 主 要 位 于 纤 维 素 纤 维之 间 ， 它 的 作 用 是 抵 抗 压 力 。 糖 蛋 白 (也 是 植 物 细 胞 壁 中 的 重 要成 分 之 一 ， 总 量 占 10%。 最 重 要 的 一 种 糖 蛋 白 叫 伸 展 蛋 白 ( 这 种 蛋 白 同其 它 的 相 关 蛋 白 一 起 ， 与 纤 维 素 等 形 成 交 叉 网 络 ， 产 生 一 种 加 固 蛋 白 质 复 合物 的 力 。植 物 细 胞 被 的 主 要 成 分 有 哪 些 ? 各 起 什 么 作 用 ?细 胞 壁 的 结 构 以 及 各 主 要 成 份 间 的 相 互 关 系 示 于 图 4 4 物 细 胞 壁

10、 中 纤 维 素 及 其 它 几 种 主 要 成 份 间 的 关 系 初 生 细 胞 壁 与 次 生 细 胞 壁植 物 有 两 种 类 型 的 细 胞 壁 :初 生 细 胞 壁 ( 次 生 细 胞 壁( 它 们 是 在 不 同 阶 段 分 泌 合 成 的 (图 4植 物 的 初 生 壁 和 次 生 壁 是 如 何 形 成 的 ?图 4 物 细 胞 壁 的 层 次 结 构某 些 植 物 的 细 胞 壁 只 有 初 生 壁 ， 有 些 既 有 初 生 壁 ， 也 有 次 生 壁 。 菌 的 细 胞 表 面 :细 胞 壁根 据 染 色 性 能 ， 细 菌 的 细 胞 可 分 为 两 种 类 型 革

11、兰 氏 阳 性 ( 和革 兰 氏 阴 性 ( 。 染 色 的 差 异 反 映 了 结 构 和 化 学 组 成 的 不 同 ， 因而 这 两 种 细 菌 的 细 胞 壁 的 结 构 是 不 相 同 的 。 另 外 ， 革 兰 氏 阳 性 菌 只 有 一 层 膜 结 构 ， 而 革 兰氏 阴 性 具 有 两 层 膜 结 构 (图 4图 4 兰 氏 阳 性 菌 与 革 兰 氏 阴 性 细 胞 外 被 的 比 较(a) 革 兰 氏 阳 性 菌 ， 只 有 一 层 膜 结 构 ;(b)革 兰 氏 阴 性 菌 ， 具 有 两 层 膜 结 构 革 兰 氏 阳 性 菌 的 细 胞 壁 胞 壁 质 (革 兰 氏

12、 阳 性 菌 的 细 胞 壁 较 厚 ， 含 有 较 多 的 胞 壁 质 ， 或 称 为 肽 聚 糖( 胞 壁 质 的 多 糖 组 成 主 要 是 由 葡 萄 糖 胺 和 胞 壁 酸 交替 连 接 起 来 的 。 这 些 多 糖 链 通 过 胞 壁 酸 与 短 的 肽 桥 结 合 ， 最 后 形 成 交 联 的 三 维网 状 结 构 (图 4 图 4 兰 氏 阳 性 菌 细 胞 壁 中 的 胞 壁 质 的 结 构 。 细 胞 壁 由 20 40 层 交 联 网状 肽 聚 糖 构 成 。不 仅 如 此 ， 革 兰 氏 阳 性 菌 细 胞 壁 中 胞 壁 质 还 具 有 骨 架 作 用 决 定 细

13、 胞 的 形 态 。如 何 证 明 革 兰 氏 阳 性 菌 细 胞 壁 中 胞 壁 质 还 具 有 骨 架 作 用 决 定 细 胞 的 形 态 ? 磷 壁 酸 ( 兰 氏 阳 性 菌 的 细 胞 壁 中 除 了 胞 壁 质 外 ， 还 有 其 他 的 一 些 成 份 ， 较 多 的 是 磷 壁 酸 ， 它是 由 甘 油 或 核 糖 醇 ( 生 物 连 接 在 一 起 形 成 的 长 的 、 负 电 性 的 聚 合 体 。 这 种 分 子常 常 与 胞 壁 质 骨 架 共 价 结 合 在 一 起 ， 其 功 能 是 稳 定 质 膜 和 调 节 某 些 酶 的 活 性 。 革 兰 氏 阴 性 菌

14、的 细 胞 壁图 4 示 是 大 肠 杆 菌 的 细 胞 壁 结 构 ， 与 革 兰 氏 阳 性 菌 相 比 有 两 个 主 要 差 别 : 革 兰 氏 阴 性 菌 的 胞 壁 质 比 较 薄 ， 并 且 扩 展 交 联 程 度 较 低 ， 这 样 革 兰 氏 阴 性 菌 细 胞壁 的 硬 度 较 差 ， 并 且 使 得 这 两 类 菌 在 染 色 反 应 上 有 所 不 同 ， 由 于 革 兰 氏 阴 性 菌 胞 壁 酸 含 量少 ， 染 色 后 很 容 易 被 乙 醇 除 去 。 革 兰 氏 阴 性 菌 具 有 双 层 细 胞 质 膜 ， 一 层 位 于 胞 壁 质 的 外 侧 。 外 膜 在 化 学 组 成 上 比较 特 别 ， 它 的 内 脂 层 是 典 型 的 磷 脂 层 ， 但 是 外 脂 层 几 乎 都 是 脂 多 糖 ， 使 得 外 膜 的渗 透 性 很 高 。 图 4 细 胞 壁 结 构 示 意 图在 外 膜 的 内 侧 ， 有 一 层 或 几 层 肽 聚 糖 构 成 的 细 胞 壁 。 两 层 膜 之 间 具 有 周 质 间 隙 蛋 白 ，起 物 质 运 输 作 用 。 细 菌 细 胞 壁 的 合 成 及 青 霉 素 的