3.1：生物体的结构基础

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1、生物体的结构基础,生命的基本单位细胞,一. 概述 二. 细胞的基本结构及其功能 三. 细胞有丝分裂和细胞周期 四. 细胞的分化、衰老与死亡 五. 细胞凋亡 六. 干细胞（全能性） 与 癌细胞（脱离正常轨道） 七. 细胞克隆,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. 概 述,1. 细胞的发现及细胞学说的确立,生物体的结构基础细 胞,原生质,物质基础,原生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自我更新能力的胶体，是细胞生命活动的物质基础。 一切生活细胞都有这种胶体物质。,1665年，英国的光学仪器修理

2、师罗伯特虎克(Robert Hooke)发现细胞。 1838年，德国植物学家施莱登（Schleiden，M. J.）指出细胞是一切植物结构的基本单位。 1839年，动物学家施旺(Schwann, T.)指出动物和植物结构的基本单位都是细胞。,1.1、细胞的发现,英国科学家虎克（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,1632-1723）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。,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，到处都看到细胞结构。

3、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19世纪自然科学的重大发现之一。 值得注意的是，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。,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 1938 年发表的论文 : 论植物发现; 德国动物学家施旺 1939 年发表的论文: 动、植

4、物结构与生长相似性的显微研究。,1.3、细胞学说的意义： 1） 从细胞角度把整个有机体统一起来了； 2） 证明了动物和植物都是由细胞起源的； 3） 证明了达尔文的生物进化论观点，打击了 唯心论和神创论。 4） 奠定了生物科学的基础: 细胞学说使生命世 界有机结构多样性的统一，从哲学推断走 向自然科学论证。,有没有非生命细胞？,19 世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。 1930s1940s 期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。 看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。,最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面

5、特性。,1.4、细胞学研究方法, 形态观察 生化分析 生理检测 实 验,扫描电镜 （SEM）,透射电镜 （TEM）,流式细胞仪,1.5 细胞生物学研究的趋势与重点领域, 细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学) 相互渗透与交融是总的发展趋势。, 重点领域, 细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序的表达？ 基因表达的产物蛋白质、核酸、多糖及其复合物如 何逐级装配成细胞器？调控程序与调控机制如何？ 大活性因子与信号分子如何调节细胞的增殖、分化、 衰老与凋亡？,2.细胞的基本概念,2.1 细胞是什么？ 细胞是生命活动的基本单位 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独

6、立的、有序的自控代谢体系,细胞是代谢与功能的基本单位 细胞是有机体生长与发育的基础 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命 细胞是多层次、复杂的结构体系 细胞是物质、能量和信息过程结合的综合体,克隆羊多利,细胞结构的层次,2.2 细胞的数量、大小和形态,细胞的数量 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 大小有关， 个体越大细胞数目越多。 如：新生儿约有1012 个 成年人约有1014 个,细胞的大小及其分析,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 细胞的种类,原核细胞：不含细胞核 (nucleu

7、s)原核细胞所形成的生 物称为原核生物 (prokaryotes)，包括所 有的细菌(bacteria)。 真核细胞：有细胞核。真核细胞构成的生物称为真核生 物(eukaryotes) ，包括动物（animal）、 植物（plant）、真菌(fungi)以及介於动 植物之间的原生生物(protista)。,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 细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能 的细胞器和细胞核膜 支原体 ( Mycoplast ) 目前发现的最小最简单的细胞 细菌 ( Bacteria ) 蓝藻又称蓝细菌 ( Cyanobacteria ),支原体的电镜

8、照片(链上细胞直径约0.5 m),集群的蓝藻（Dermocarpa）, 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,2. 动物细胞与植物细胞的比较,动物细胞,植物细胞,细胞壁 液 泡 叶绿体,2.5、细胞的基本共性, 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌 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。

9、,二 细胞的基本结构及其功能,细胞（原生质体）： 质膜（细胞膜） 细胞核与染色体 细胞质 核糖体 细胞器 细胞骨架,1质膜与细胞表面结构,细胞的外围包有一层由脂双层分子和蛋白质构成的膜称为质膜 1.1 质膜结构的研究简史 双分子层模型 (Danielli-davson, 1935) 单位膜模型 (J.D.Robertson, 1959) 流动镶嵌模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, 1972), 主要化学成分：蛋白质、脂类（磷脂）、糖类, 基本支架：磷脂双分子层（它支持两类蛋白质）,质膜（细胞膜）结构模似图,细胞膜化学成分的含量,膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇 磷脂:

10、 构成了膜脂的基本成分，约占整 个膜脂的50以上。 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 发形成双脂层微囊。,磷脂分子,在水中的脂双层微囊,脂质体的类型,(a)水溶液中的磷脂分子团； (b)球形脂质体； (c)平面脂质体膜； (d）用于疾病治疗的脂质体的示意图,脂质体的应用, 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质 脂质体中裹入DNA可用于基因转移 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体, 糖脂: 普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量约占脂总量的5以下，神经细胞质膜上糖脂含量约占5-10。 糖脂一般是含有低聚糖的脂类。 胆固醇： 存在于真核细胞膜上，含量不超过膜脂的1/3

11、,植物细胞膜中也少。 性质： 提高双脂层的力学稳定性,调节双脂层流动性, 降低水溶性物质的通透性., 膜蛋白: 根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为两大类型：外在膜蛋白、内在膜蛋白。 (1) 外在膜蛋白为水溶性蛋白，靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合。 (2) 内在膜蛋白与膜结合非常紧密，只有用去垢剂(detergent)使膜解后才可分离出来。 (3) 内在膜蛋白与膜结合的方式： 内在膜蛋白多数为跨膜蛋白，也有些插入脂双层中。,膜内在蛋白,脂分子或糖脂 连接的膜蛋白,膜周边蛋白,40分钟,细胞膜具有一定的流动性,(用不同颜色的荧光标记不同细胞膜上的蛋白质

12、),膜的流动性,膜的流动性,膜流动性的生理意义: 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。 当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。, 膜的不对称性,膜脂与糖脂的不对称,细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架； 蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层； 流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性：,流动镶嵌模型,细胞膜是一种选择透过性膜,这种膜可以让水分子自由通过

13、，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其它的离子、小分子和大分子则不能通过。,细胞质膜的功能,膜受体蛋白,1.3 细胞外被,植物细胞质膜外存在细胞壁 动物细胞表面存在一层富含糖类物质 的结构称为细胞外被或糖萼。它由构 成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链 组成。,膀胱上皮细胞表面的糖被 （钌红染色的电镜超薄切片 ）,功能： 保护膜蛋白 细胞识别 血型抗原 酶,1.4 细胞外基质,分布于细胞外空间 由蛋白质和多糖构成网络结构,1.5 细胞连接,细胞与细胞间、细胞与细胞外空间的结构关系称为细胞连接。 紧密连接 桥粒 间隙连接 胞间连丝,紧密连接,桥粒,间隙连接,胞间连丝,细胞膜的各种改变 a.由

14、糖蛋白组成的糖萼；b.微绒毛；c.胞饮作用的通道与小泡；d.皱襞；e.尖型变形足；f.圆形变形足；g.内褶,1.6 质膜的特化结构,1.7 物质的跨膜运输 细胞维持正常生命活动的基础之一,被动运输 - 物质顺浓度梯度运输,简单扩散,协助扩散(需载体蛋白),主动运输,Na+-K+泵 由 ATP 提供能量,协同运输： Na+-K+泵 与载体蛋白协同作用,主动运输,大分子和颗粒进入和排出细胞,胞 饮 吞 噬,胞吞：,胞 吐,2. 细胞核与染色体, 细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器 包含基因，是细胞遗传代谢调控的信息中心,动物细胞核 植物细胞核,2.1 细胞核的结构组成,核被膜 核孔 染色质 核

15、仁,细胞核结构, 核被膜, 核被膜的组成： 外核膜 内核膜 核周腔 核孔, 核被膜的功能, 构成核、质之间的天然选择性屏障 避免生命活动的彼此干扰 保护DNA不受细胞骨架运动 所产生的机械力的损伤 核质之间的物质交换与信息交流, 染色质和染色体,处于分裂间期的细胞，细胞核内的 DNA 分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体,多个核小体串在一起形成染色质。染色质和染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的存在形式，由 DNA 和蛋白质组成。 染色质的基本结构 核小体 念珠状细纤维(10nm) 螺线管状粗纤维(30nm),核小体和染色质,念珠状结构,SV 40 的环状 DNA 分子,中

16、期染色体的结构,细胞有丝分裂中期， 染色质高度凝缩形 成具有特定形态结 构的染色体。,DNA压缩10000倍,中期染色体形态,着丝粒 有丝分裂时与染 色体分离有关,核型 物种染色体数目、大 小、形态特征的总和,人的染色体, 核 仁, 细胞间期核中个或几个浓密的球形小体称为核仁 形状、大小、和数目因物种和生理状态而异 功能 rRNA合成和加工 核糖体亚基的组装,3. 核糖体, 细胞质中无膜包被的颗粒状结构 合成蛋白质的机器 RNA 和蛋白质组成的复合物,3.1 核糖体的基本结构, 原核细胞与真核细胞的核糖体外形和功能基本相同，但大小不同 核糖体的主要成分为 rRNA ( 5060%) 和蛋白质 ( 4050 % ) ，构成大小亚基,