第四章 生命的基本结构 细胞的发现与细胞学说的确立1665年,英国物理学家胡克用自己制作的显微镜观察软木发现许多蜂窝状的小格子蜂窝状的小格子,称为(cell)““细胞细胞” ”1677年,荷兰的列文虎克观察到池塘水中的原生动物、人和哺乳动物的精子 细胞的发现离不开显微镜的发明,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 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 1838 年发表的论文 : 『论植物发现』; 德国动物学家施旺 1839 年发表的论文: 『动、植物结构与生长相似性的显微研究』 这个观点,经过后来的丰富和发展,形成公认的细胞学说: (1)细胞是所有动、植物的基本结构单位2)每个细胞相对独立,一个生物体内各 细胞之间协同配合 (3)新细胞由老细胞繁殖产生细胞学说的科学意义 细胞学说的提出先于进化论约20年,它与进化论一起,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。
细胞学说被认为是 19 世纪自然科学的重大发现之一 第一节第一节 细胞的结构细胞的结构一一.细胞的形状细胞的形状 细细胞胞的的形形态态是是多多种种多多样样的的,,大大小小也也不不相相同同,,细细胞胞的的形形状状与与大大小小与与它它们们行行使使的的功功能能密密切相关l形状与大小各异的细胞是生物进化的结果 二、细胞的大小和数目二、细胞的大小和数目各类细胞直径的比较细胞的数目细胞的数目 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2×1012 成年人约有6×1013三、细胞的类别Ø原核细胞、真核细胞(一)原核细胞Ø遗传的信息量小,遗传信息载体仅由一个环状DNA构成Ø细胞内没有核膜和具有专门结构与功能的细胞器的分化 原核细胞原核细胞细菌细菌• 支原体的电镜照片(链上细胞直径约0.5 μm)(二二) 真核细胞真核细胞 真核细胞最主要的特点,是细胞真核细胞最主要的特点,是细胞内有内有膜膜把细胞区分成了许多把细胞区分成了许多功能区功能区。
最明显的是含有内膜包围的细胞核,最明显的是含有内膜包围的细胞核,此外还有由膜围成的细胞器,此外还有由膜围成的细胞器,(如如线线粒体粒体、、叶绿体叶绿体、、内质网内质网、、高尔基复合高尔基复合体体等等) 一些单细胞的原生生物、多细胞的植一些单细胞的原生生物、多细胞的植物与动物及真菌都是由真核细胞构成物与动物及真菌都是由真核细胞构成原核细胞和真核细胞比较原核细胞和真核细胞比较细胞细胞大小大小 染色体染色体 细胞细胞核核 细胞细胞器器 内膜内膜系统系统 细胞骨架细胞骨架 细胞细胞分裂分裂 转录转录和和转译转译较小较小 (1-10μm)较大较大 (10-100μm)一一条条DNA不与不与蛋白质结合蛋白质结合几条染色体与蛋几条染色体与蛋白质结合在一起白质结合在一起没有核膜没有核膜有有核膜核膜和和核仁和核质核仁和核质简单,有核糖体简单,有核糖体有有(线粒体线粒体,内质网内质网等等)无无复杂复杂无无微管和微丝微管和微丝二分体二分体,出芽出芽分分裂裂有丝有丝分裂和减数分裂分裂和减数分裂同同一时间和地点一时间和地点不同不同时间和地点时间和地点代表生物细菌,蓝细菌原生生物,动植物等原生生物,动植物等真真核核细细胞胞::植植物物细细胞胞 动物细胞动物细胞动物细胞与植物细胞的区别细胞器细胞器细胞器细胞器 动物细胞动物细胞动物细胞动物细胞 植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁 无无无无 有有有有叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体 无无无无 有有有有大的中央液泡大的中央液泡大的中央液泡大的中央液泡 无无无无 有有有有溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体 有有有有 无无无无圆球体圆球体圆球体圆球体 无无无无 有有有有 乙醛酸循环体乙醛酸循环体乙醛酸循环体乙醛酸循环体 无无无无 有有有有通讯连接方式通讯连接方式通讯连接方式通讯连接方式 间隙连接间隙连接间隙连接间隙连接 胞间连接胞间连接胞间连接胞间连接中心体中心体中心体中心体 有有有有 无无无无胞质分裂方式胞质分裂方式胞质分裂方式胞质分裂方式 收缩环收缩环收缩环收缩环 细胞板细胞板细胞板细胞板四四、、真真核核细细胞胞的的亚亚显显微微结结构构高尔基体高尔基体滑面内质网滑面内质网粗面内粗面内质网质网核糖体核糖体细胞核细胞核((一)细胞膜或质膜一)细胞膜或质膜 细细胞胞表表面面都都包包有有一一层层膜膜,,称称为为质质膜膜(plasma membrane)或或 细细 胞胞 膜膜 (cell membrane)。
主要由膜脂膜脂和膜蛋白膜蛋白所组成 质质膜膜的的基基本本作作用用是是维维护护细细胞胞内内微微环环境境的的相相对对稳稳定定,,并并参参与与同同外外界界环环境境进进行行物物质质交交换换、、能能量量和和信信息息传传递递,,在在细细胞胞的的生生存存、、生长、分裂、分化中起重要的作用生长、分裂、分化中起重要的作用1、•生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点有序性流动性不对称性生物膜的结构是与其功能相一致的生物膜的结构是与其功能相一致的2.细胞膜的功能:物质的跨膜运输——细胞维持正常生命细胞维持正常生命活动的基础之一活动的基础之一•物质的跨膜运输Ø 被动运输——简单扩散((1 1))简单扩散简单扩散(2)细胞的协助扩散Ø 被动运输——协助扩散Ø (3)主动运输——钠钾泵(动物细胞) ——直接消耗ATPØ 主动运输——质子泵(植物细胞) ——直接消耗ATPØ 主动运输——协同运输 ——间接消耗ATPØ 胞吞和胞吐作用 ——生物大分子或颗粒物质的运输分泌泡运输小泡溶酶体早期内体过氧化物酶体胞质溶胶高尔基体( (二二) )细胞质细胞质•细胞膜以内细胞核以外的部分,包括细胞质基质和细胞膜以内细胞核以外的部分,包括细胞质基质和细胞器细胞器(1)内质网内质网形态结构:由一层单位膜形成的管状形态结构:由一层单位膜形成的管状( (tubletuble) )、、泡状泡状( (vesicle)vesicle)及扁平囊及扁平囊( (lamina)lamina)组成的三维网组成的三维网状膜系统,可与核膜外层及细胞膜的内褶相连。
状膜系统,可与核膜外层及细胞膜的内褶相连膜厚膜厚5 5--6 6 nmnm,,不同的细不同的细 胞及细胞不同状态内胞及细胞不同状态内质网形态变异很大质网形态变异很大类型:类型:粗面内质网(粗面内质网(rough ER rough ER ) ) 有有核糖体核糖体附着附着,,是合成蛋白质的场所,并参与蛋白质的修饰、加工和运输滑面内质网(滑面内质网(Smooth ERSmooth ER))无核糖体附着,与无核糖体附着,与脂类合成、糖原和其他糖类的代谢有关粗粗面面内内质质网网(( R RE ER R ))和和滑滑面面内内质质网网(( S SE ER R ))((2)核糖体)核糖体(ribosome):: 由rRNA和蛋白质按一定规律组成的实心小粒单个核糖体直径为90nm,由大小两个亚基构成;是细胞合成多肽和蛋白质的工具每个细胞都有以分散存在和成串附在细胞膜的内表面(原核)或内质网膜上(真核);核糖体核糖体 由大亚基(由大亚基(Large Subunit) Large Subunit) 和小和小亚基(亚基(Small Subunit) Small Subunit) 组成组成((3))高尔基器高尔基器::呈呈网网状状结结构构,,由由扁扁平平囊囊和和小小泡泡组组成成的的细细胞器。
是细胞内部运输系统是细胞内部运输系统功功能能::参参与与细细胞胞分分泌泌过过程程,,将将内内质质网网核核糖糖体体上上合合成成的的蛋蛋白白质质进进行行加加工工、、分分类类和和包包装装,,分分送送到到细细胞胞的的特特定定部部位位同同时时也也是是糖糖合合成成的的场所高尔基网由膜围成的扁囊组成每一网由4-8层扁囊叠置而成,囊之间距离为25-30nm扁囊上带有窗孔,扁囊的边缘部分为分支的小管和园泡复合体由网单元组成初级内体次级内体结构分泌调节分泌穿梭小泡转运小泡分泌小泡胞吞作用胞吐作用溶酶体高尔基体的功能蛋白质修饰与加工,多糖合成,蛋白质分类、包装、运输((4))溶溶酶酶体体::动动物物细细胞胞内内含含有有水水解解酶酶的的一种一种小泡,是细胞内的小泡,是细胞内的“消化器官消化器官”内内有有60多多种种水水解解酶酶、、特特征征性性的的酶酶是是酸酸性性磷磷酸酸酶等主要功能:溶解和消化作用主要功能:溶解和消化作用((1) 吞噬外源异物(如细菌、食物颗粒)吞噬外源异物(如细菌、食物颗粒)((2 2)自体吞噬(细胞自身物质的消化):吞噬)自体吞噬(细胞自身物质的消化):吞噬体内衰老细胞器或蛋白质体内衰老细胞器或蛋白质• 溶酶体与疾病溶酶体与疾病–先天性贮积病:缺乏某些溶酶体酶,导致某些物质在组织中大量积累 Ⅱ糖原贮积病(Pompe’s) 糖原积累,损害肝和肌肉,2岁死亡 –矽肺–类风湿关节炎((5)线粒体:细胞的动力工厂)线粒体:细胞的动力工厂 双双层层囊囊状状结结构构,,外外膜膜将将线线粒粒体体与与细细胞胞质质分分开开,,内内膜膜向向内内形形成成许许多多嵴嵴,,嵴嵴间间的的空空间间充充满满了了低低电电子子密密度度的的基基质质。
是是细细胞胞的的呼呼吸吸中中心心,,是生物体氧化产能的场所是生物体氧化产能的场所线线粒粒体体((6)) 叶绿体和质叶绿体和质体体——植物和藻类中植物和藻类中把太阳能转换成化学能重要场所把太阳能转换成化学能重要场所 叶绿体:是进行光合作用的场所 果实成熟有色质体 白色质体:贮存淀粉 有色质体:果实、花、叶中, 含色素前质体光(三)细胞核(三)细胞核由核膜、核仁、染色体等组成由核膜、核仁、染色体等组成一般说真核细胞失去细胞核后,很快就会死亡,但红细胞失去核后还能生活120天;植物筛管细胞,失去核后,能活好几年(三)细胞核(三)细胞核细胞核的形态很多如球形、铁饼形,纺锤形等1、核膜、核膜包围在细胞核外的一层膜,结构与细胞膜一样核膜上有一核孔,是细胞质和细胞核之间交换物质的通道,如RNA等大分子就由此进入细胞质核核 膜膜核内一个或几个圆泡主要功能是rRNA (核糖体RNA)的合成,还有tRNA (转移RNA)的合成是周期性出现的一种致密团精子,是周期性出现的一种致密团精子,肌肉无核仁核仁无膜为界肌肉无核仁核仁无膜为界。
2、核仁:、核仁:3 3、染色体、染色体 是细胞核的主要部分,由染色质组成染色质的主要成分是DNADNA和和蛋蛋白白质质,此外还有少量RNA蛋白质包括组蛋白(碱性蛋白)和非组蛋白(酸性蛋白) 在细胞有丝分裂过程中,染色质高度螺旋化形成具有一定形态结构的染色体分裂末期染色体又去螺旋化,扩散为染色质因此染色质和染色体是细胞周期不同阶段的运动形态,是同一种物质 染染 色色 质质核小体核小体染色体染色体染色体的装配染色体结构人的染色体。