上海交通大学普通生物学课件细胞的基本形态与功能

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1、第三章第三章 生物体的结构基础生物体的结构基础1. 细胞的发现及细胞学说的确立 2. 细胞的基本概念 3. 原核细胞 4. 真核细胞 5. 植物与动物细胞的比较一一. . 概概 述述1. 1. 细胞的发现及细胞学说的确立细胞的发现及细胞学说的确立生物体的结构基础生物体的结构基础细细 胞胞原生质原生质物质基础原生质原生质是指构成细胞的生活物质是指构成细胞的生活物质 ，是由多种化合物组成的复杂且具有，是由多种化合物组成的复杂且具有 自我更新能力的胶体，是细胞生命活自我更新能力的胶体，是细胞生命活 动的物质基础。动的物质基础。 一切生活细胞都有这种胶体物质。一切生活细胞都有这种胶体物质。英国科学家霍

2、克（ R.Hook,1635-1703),27 岁成为英国皇家 学 会 领导成员, 发表对木栓 的观察,命名Cell。荷兰人列文虎克（Antoni von Leeuwenhoek,1623-1723）用自 磨镜片做成显微镜第一次观察 了活的细菌和原生动物。1.1、细胞的发现1838年，德国植物学家施莱登（Schleiden，M. J.）发表了“植物发生论”，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(Schwann, T.)发表了“关于动植物在结构和生长中一致性的显微研 究”，指出动物和植物结构的基本单位都是细胞 。人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，

3、到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。19 世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：细胞是植物体和动物体的基本结构单位。（1）细胞是有机体，是所有动、植物的基本结构单位； （2）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。 1.2、细胞学说细胞学说被认为是细胞学说被认为是1919世纪自然科学的重大发现世纪自然科学的重大发现之一。之一。值得注意的是，从值得注意的是，从两篇经典的论文两篇经典的论文看来，看来，细胞学说不但关系到生物体的细胞学说不但关系到生物体的构造构造，也关系到生，也关系到生物体的物体的生长与发育生长与发育。最初

4、提出细胞学说观点的两篇论文是最初提出细胞学说观点的两篇论文是: : 德国植物学家施莱登德国植物学家施莱登18381838年发表的年发表的论文论文: : 论植物发现; 德国动物学家施旺德国动物学家施旺18391839年发表的论年发表的论文文: : 动、植物结构与生长相似性的显微 研究。1.31.3 细胞学说的意义：细胞学说的意义： 从细胞角度把整个有机体统一起来从细胞角度把整个有机体统一起来 证明了动物和植物都是由细胞起源的证明了动物和植物都是由细胞起源的 证明了达尔文的生物进化论观点，打击证明了达尔文的生物进化论观点，打击 了唯心论和神创论了唯心论和神创论 奠定了生物科学的基础奠定了生物科学的

5、基础: : 细胞学说使生细胞学说使生 命世界有机结构多样性的统一，从哲学命世界有机结构多样性的统一，从哲学 推断走向自然科学论证推断走向自然科学论证 有没有非生命细胞？有没有非生命细胞？19 19 世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份传染性的活性成份”，称为，称为病毒病毒。1930s1930s1940s 1940s 期间弄清病毒的化学本质和期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。电镜结构。病毒是一类不具细胞结构的生命形态病毒是一类不具细胞结构的生命形态 最简单的病毒仅由最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质核酸大分子和蛋白质大分子大分子组成。但是，病毒颗粒必

6、需组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主进入寄主活细胞活细胞才能表现出生命的各方面特性。才能表现出生命的各方面特性。SARS病毒结构模似图2.2.细胞的基本概念细胞的基本概念2.1 2.1 细胞是什么？细胞是什么？ 细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位一切有机体都由细胞构成；一切有机体都由细胞构成；细胞具有独立的、有序的自控代谢体系；细胞具有独立的、有序的自控代谢体系；细胞是有机体生长与发育的基础；细胞是有机体生长与发育的基础；细胞具有遗传的全能性细胞具有遗传的全能性, ,没有细胞就没有没有细胞就没有完整的生命；完整的生命； 细胞是多层次、复杂的结构体系细胞是多层次、复杂的结构体系 细胞

7、是物质、能量和信息过程结合的综合体细胞是物质、能量和信息过程结合的综合体细胞结构的层次2.2 2.2 细胞的数量、大小和形态细胞的数量、大小和形态 细胞的数量细胞的数量 单细胞生物仅一个细胞单细胞生物仅一个细胞 多细胞生物的细胞数量一般与生物体个体多细胞生物的细胞数量一般与生物体个体大小有关，个体越大细胞数目越多。大小有关，个体越大细胞数目越多。 如：新生儿约有如：新生儿约有21021012 12 个个成年人约有成年人约有61061013 13 个个细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较各类细胞直径的比较细胞的形态人 类 红 细 胞人类卵细胞和精子植物气孔保卫细胞2.3 细胞的

8、种类原核细胞：原核细胞： 如：细菌如：细菌(bacteria) (bacteria) 真核细胞：真核细胞： 如：如：动物动物（animalanimal） 植物植物（plantplant） 真菌真菌(fungi)(fungi)原生生物原生生物( (protistaprotista) ) 原核细胞 遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状 DNA构成 细胞内没有以膜包被的起来的细胞器和细胞核膜（支原体 ( Mycoplast ) ：最小最简单的细胞（细菌 ( Bacteria )（蓝藻又称蓝细菌 ( Cyanobacteria )支原体的电镜照片(链上细胞直径约0.5 m)集群的蓝藻（Dermoc

9、arpa） 以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的 遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。真核细胞真核细胞的结构及成分真核细胞与原核细胞原核细胞与真核细胞的区别原核细胞与真核细胞的区别 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞 代表生物代表生物细菌、蓝细菌细菌、蓝细菌原生生物、动物、植物、真菌原生生物、动物、植物、真菌细胞大小细胞大小 1-10um 1-10um 10-100um 10-100um 细胞核细胞核没有真正的细胞核没有真正的细胞核 有核膜包被的细胞核有核膜包被的细胞核细胞器细胞器无无 有有 细胞质细胞质无细胞骨架无细胞骨架

10、有细胞骨架有细胞骨架 细胞壁细胞壁主要由胞壁质组成主要由胞壁质组成 主要由纤维素组成主要由纤维素组成DNA DNA环状，存在于胞质中环状，存在于胞质中线状，存在于细胞核中线状，存在于细胞核中 RNARNA与蛋白与蛋白 质合成质合成RNARNA没有内含子，没有内含子，DNADNA 转录为转录为RNARNA与蛋白质的与蛋白质的 合成在细胞质中进行合成在细胞质中进行RNARNA有内含子和外显子，有内含子和外显子，DNADNA转转 录为录为RNARNA在细胞核中进行，蛋白在细胞核中进行，蛋白 质的合成在细胞质内进行质的合成在细胞质内进行 细胞分裂细胞分裂二分裂，无有丝分裂二分裂，无有丝分裂有丝分裂和减

11、数分裂有丝分裂和减数分裂 2. 动物细胞与植物细胞的比较动物细胞植物细胞细胞壁细胞壁液液 泡泡叶绿体叶绿体Animal CellNucleusNucleolusRough Endoplasmic ReticulumSmooth Endoplasmic ReticulumRibosomesGolgi BodiesMitochondriaCell MembraneCytoplasmSection 7-2Figure 7-5 Plant and Animal CellsGo to Section:Plant CellCell MembraneVacuole2.5、细胞的基本共性所有的细胞表面均有由磷

12、脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。二二 细胞的基本结构及其功能细胞的基本结构及其功能细胞（细胞（原生质体原生质体）：）： 质膜（细胞膜）质膜（细胞膜） 细胞核与染色体细胞核与染色体 细胞质细胞质 核糖体核糖体 细胞器细胞器 细胞骨架细胞骨架1 1质膜与细胞表面结构质膜与细胞表面结构1.1 1.1 质膜的结构质膜的结构 主要化学成分：主要化学成分：蛋白质蛋白质(55-57%)(55-57%)、脂类脂类（磷脂）（磷脂）

13、 (40%) (40%) 、 糖类糖类(2-10%)(2-10%) 基本支架：磷脂双分子层基本支架：磷脂双分子层1.2 1.2 膜脂主要包括膜脂主要包括磷脂磷脂、糖脂糖脂和和胆固醇胆固醇 磷脂磷脂: : 构成了膜脂的基本成分，约占整构成了膜脂的基本成分，约占整个膜脂的个膜脂的5050以上。以上。 磷脂具有一个极性的头两个非极性的尾磷脂具有一个极性的头两个非极性的尾 巴。在水环境中，这类分子会自发形成巴。在水环境中，这类分子会自发形成 双脂层微囊双脂层微囊。磷脂分子 糖脂糖脂: : 普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量约普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量约占脂总量的占脂总量的5 5以下，神

14、经细胞质膜上糖脂含量约占以下，神经细胞质膜上糖脂含量约占5-105-10。 糖脂一般是含有低聚糖的脂类。糖脂一般是含有低聚糖的脂类。 胆固醇：胆固醇： 存在于真核细胞膜上，含量不超过膜脂的存在于真核细胞膜上，含量不超过膜脂的1/3,1/3,胆固醇分子包括包括胆固醇分子包括包括3 3部分：羟基代表具有极性的头部分：羟基代表具有极性的头部，非极性的类固醇环和一个非极性的碳氢尾部。部，非极性的类固醇环和一个非极性的碳氢尾部。性质：性质：提高双脂层的力学稳定性提高双脂层的力学稳定性, ,调节双脂层流动性调节双脂层流动性, , 降低水溶性物质的通透性降低水溶性物质的通透性. .1.3 1.3 膜蛋白膜蛋

15、白: :根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定蛋白。白可分为：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定蛋白。 (1) (1) 外在膜蛋白（外周蛋白，周边蛋白）为水溶性蛋外在膜蛋白（外周蛋白，周边蛋白）为水溶性蛋白（白（20-30%20-30%），），靠静电作用及离子键或其它较弱的键与膜表靠静电作用及离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的极性头部结合。面的蛋白质分子或脂分子的极性头部结合。 (2) (2) 内在膜蛋白（整合蛋白，跨膜蛋白，镶嵌蛋白）内在膜蛋白（整合蛋白，跨膜蛋白，镶嵌蛋白）镶嵌在膜

16、中或内外两侧（镶嵌在膜中或内外两侧（70-80%70-80%），与膜结合非常紧密，内），与膜结合非常紧密，内在蛋白是双型性分子，亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面在蛋白是双型性分子，亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面，疏水区与脂双分子层的疏水尾部相互作用。，疏水区与脂双分子层的疏水尾部相互作用。 （3 3）脂锚定蛋白（脂连接蛋白）通过共价键与脂分子脂锚定蛋白（脂连接蛋白）通过共价键与脂分子相结合，相结合，位于脂双层的外侧。位于脂双层的外侧。膜内在蛋白膜内在蛋白脂锚定蛋白脂锚定蛋白膜周边蛋白膜周边蛋白 内在膜蛋白与膜结合的方式：内在膜蛋白与膜结合的方式： 内在膜蛋白多内在膜蛋白多数为数为跨膜蛋白跨膜蛋白，也有些插入脂双