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1、高中生物奥赛细胞生物学细胞的结构与功能部分主要内容1.细胞是生命活动的基本单位 2.细胞膜（理化性质、分子结构与物质运输等） 3.细胞内膜系统（内质网、高尔基体、溶酶体、液泡的结构与功能） 4.线粒体结构、功能 5.质体的类型和叶绿体的结构功能 6.核糖体 7.过氧化氢体、过氧化物酶体的结构功能 8.细胞核（核膜、染色体、核仁、核基质）和核功能 9.细胞壁成分与结构 10.细胞骨架系统（包括：微丝、微管、中等纤维、微梁）的功能 11.原核细胞与真核细胞 12.动物细胞与植物细胞的比较 13.细胞分化和组织形成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
2、有独立的、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一、 细胞的基本概念 各类细胞直径的比较二、细胞膜与细胞表面 1935年Danielli和Davson提出三夹板模型。“蛋白质-脂类-蛋白质” 1959年提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。(一)细胞膜的结构模型1925年Gorter等人提出质膜由双层脂分子构成。认为极性分子不能通过。1972年Singer和 Nicolson根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出流动镶嵌模型。主要强调：膜的流动
3、性；膜蛋白的分布不对称性。1959年Robertson提出单位膜模型。他用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。把膜的结构描绘成静止的、不变的。流动镶嵌模型的特点组成成分：主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。不对称性：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，表现出分布的不对称性。流动性： 膜蛋白和膜脂可作各向运动。1 侧向扩散运动 2 旋转运动 3 摆动运动 4 伸缩震荡运动5 翻转运动 6 旋转异构化运动 膜脂的运动方式主要有侧向扩散、旋转运动、左右摆动以及翻转运动
4、等。 不饱和脂肪酸越多，脂肪酸链越短，膜脂流动性越大 ；温度下降，膜脂的流动性减弱；胆固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流动性。卵磷脂与鞘磷脂的比值越高，膜脂的流动性越大 膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动 可用荧光标记技术检测膜蛋白的流动性。(1)膜的流动性 ：（2）膜的不对称性：膜脂、膜蛋白及糖类的不对称性 占50 以上：磷脂具有一个极性头和两个由脂肪酸链形成的非极性尾；脂肪酸碳链为偶数；既含饱和脂肪酸又含不饱和脂肪酸。 胆固醇只存在于动物细胞、酵母菌、支原体；细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇；助于增加膜的稳定性，可调节膜的流动性，使膜的流动性不至于在温度
5、降低时而下降(二)细胞膜的基本组成成分1.膜脂 ：磷脂、胆固醇和糖脂2.膜蛋白：外在膜蛋白（或称外周膜蛋白）和内在膜蛋白（或称整合膜蛋白）TransportersLinkersReceptorsEnzymes（膜蛋白有多种功能）（运输）（连接）（受体）（酶）与膜脂、膜蛋白以共价键形成的糖脂或糖蛋白，与细胞识别有关 3.膜糖类： 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排出,其中伴随着能量的传递; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递; 为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行； 质膜参与形成
6、具有不同功能的细胞表面特化结构。(三)细胞膜的生物学功能被动运输(passive transport)主动运输(active transport)穿膜运输1.1.细胞膜与物质的跨膜运输细胞膜与物质的跨膜运输吞噬(phagocytosis)胞饮(pinocytosis)胞吞(endocytosis)膜泡运输胞吐(exocytosis)或称批量运输（或称批量运输（bulk transportbulk transport） 属于主动运输。属于主动运输。被动运输什么是被动运输：通过自由扩散或协助扩散，使物质顺着浓度梯度（或电化学梯度），由高浓度向低浓度运动，运动的动力来自浓度梯度，不需要由细胞提供代谢
7、能量，这种跨膜转运方式称被动运输。 类型：简单扩散、协助扩散 协助扩散特征：速率高；最大转运速率；需膜转运蛋白膜转运蛋白： 载体蛋白通透酶性质；通过构象变化进行物质转运， 通道蛋白具有离子选择性，转运速率高；通过形成亲水通道允许离子通过，又叫离子通道，离子通道是门控的；只介导被动运输。类型： 电压门通道；配体门通道； 压力激活通道载体蛋白通过构象变化进行物质转运，介导被动运输与主动运输。通道蛋白主动运输由载体蛋白所介导的、需要消耗能量、逆浓度梯度或电化学梯度的一种跨膜运输方式称为主动运输。根据能量来源不同分为ATP直接提供能量和间接提供能量。由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵（Na+-K+-
8、ATP酶）钙泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶 由ATP间接提供能量的主动运输协同运输 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP 所完成的主动运输方式，如小肠上皮细胞吸收葡萄糖。 分为共运输和对向运输。维持细胞的渗透性，保持细胞的形态；维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。每消耗1个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+并增加2个K+ 。Na+-K+泵的作用 钙 泵 即Ca2+泵，分布在动、植物细胞质膜、线粒体内膜、内质网样囊膜、动物肌肉细胞肌质网膜上，是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白。 它是Ca2+激活的
9、ATP酶，每水解一个ATP转运两个Ca2+到细胞外，形成钙离子梯度。 通常细胞质游离Ca2+浓度很低，约10-710-8摩尔/升，细胞间液Ca2+浓度较高，约510-3摩尔/升。 胞外的Ca2+即使很少量涌入胞内都会引起胞质游离Ca2+浓度显著变化，导致一系列生理反应。钙流能迅速地将细胞外信号传入细胞内，因此Ca2+是一种十分重要的信号物质。 线粒体内腔、肌质网、内质网样囊腔中含高浓度的Ca2+，浓度大于10-5摩尔/升，名为“钙库”。在一定的信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质，调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。 钙 泵质子泵P型质子泵： V型质子泵 存在生物：真核生物的细胞
10、膜 特点：转运H+过程涉及磷酸化和去磷酸化 存在生物：动物细胞溶酶体膜和植物细胞液胞膜 特点：转运H+过程不形成磷酸化中间体 功能：保持细胞质基质内中性PH和细胞器内的酸性PH 是由许多亚基构成的管状结构，H+沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联起来，所以也叫ATP合酶 H+-ATP酶不是由ATP提供能量，而是借其他物质的浓度梯度为动力来进行的。 分类：同向协同运输 反向协同运输由ATP间接提供能量的主动运输协同运输 动物细胞中葡萄糖的跨膜运输小肠上皮细胞吸收葡萄糖是Na+的协同运输，具体情况是，顺浓度梯度每进入细胞膜2个 Na+就可以逆浓度梯度带进1个葡萄糖分子。即是通过Na+通道实
11、现的。 细胞连接（cell junction)：是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构。紧密连接桥粒连接间隙连接闭锁小带 :将相邻细胞的质膜密切地连接在一起，而阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入。锚定连接:通过骨架系统将细胞与相邻细胞或基质之间连接起来。通讯连接:动物细胞最常见的连接方式。 2. 2.细胞膜与细胞连接细胞膜与细胞连接植物细胞连接胞间连丝 动物细胞紧密连接由跨膜蛋白构成的焊接点连在一起形成焊接线脊线 紧密连接普遍存在于脊柱动物体表及体内各种腔道和腺体上皮细胞，如小肠、食道的上皮细胞。功能：连接相邻的细胞 封闭细胞间隙的通道 阻隔功能桥粒连接锚定连接功能：它们似铆钉将相邻细胞或细胞与
12、基质牢牢连接起来, 起支持，附着，抵抗外界压力与张力的作用。锚定连接：广泛分布于机体的上皮组织、心肌组织中，以皮肤、子宫颈等处的细胞之间含量最丰富，通过锚定连接可使一些相邻的细胞连成一体，形成一个牢靠有序的细胞群体，防止组织断裂。半桥粒通讯连接 间隙连接 （动物细胞）突触连接 通讯连接 植物细胞的胞间连丝 各类连接的比较 3.3.细胞膜与细胞通讯细胞膜与细胞通讯 细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。细胞通讯方式：1）.分泌化学信号进行通讯内分泌旁分泌自分泌
13、化学突触2）.细胞间直接接触 3）.细胞间形成间隙连接通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞使细胞质相互沟通，通过交换小分子来调节细胞的代谢反应。1）.分泌化学信号进行通讯3）.细胞间形成间隙连接间隙连接（动物细胞）胞间连丝（植物细胞）4.4.信号分子与受体信号分子与受体信号分子信号分子与受体类型细胞表面的受体类型G蛋白偶联受体（7次跨膜的表面蛋白，又称蛇形受体）G-G-蛋白偶联的受体介导的信号传递蛋白偶联的受体介导的信号传递 介导无数胞外信号分子的细胞应答G-G-蛋白偶联的受体介导的信号传递蛋白偶联的受体介导的信号传递 cAMP（环腺苷酸）信号通路激素 G-蛋白偶联受体 G-蛋白 腺苷酸环化酶
14、 cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A 基因调控蛋白基因转录G-G-蛋白偶联的受体介导的信号传递蛋白偶联的受体介导的信号传递磷脂酰肌醇信号通路IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH磷脂酶C(PLC)胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白G-G-蛋白偶联的受体介导的信号传递蛋白偶联的受体介导的信号传递细胞外被（糖被）和细胞壁 动物细胞有细胞外被（糖萼、糖被），是细胞膜外表面的糖类物质的总称,在细胞识别等方面起重要作用。 植物细胞壁：胞间层、初生壁、次生壁 ；保护并支持细胞及整个植物体。三、细胞质 ： 细胞质基质和细胞器 1、
15、细胞质基质（透明质）与内膜系统 细胞质基质： 中间代谢过程如糖酵解途径、脂肪酸合成等都是在细胞质基质中完成；细胞质基质作为细胞器的微环境，为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需要的生理环境；同时也为细胞器的功能活动提供底物。内膜系统： 细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。2、线粒体（1）线粒体的形态、大小、数目与分布 卵圆形颗粒或短线状；横径约0.2um1um，长约2um8um，相当于一个细菌的大小； 需要能量较多的细胞，线粒体数目也较多，植物细胞的线粒体数量比动物细胞的要少；多数细胞中线粒体均匀分布于细胞质，但也常常聚集在需能较多的部位。（2）线粒
16、体的结构：外膜、内膜、膜间隙和基质 （3）线粒体的化学组成线粒体外膜的标记酶为单胺氧化酶，内膜为细胞色素氧化酶，间隙为腺苷酸激酶、线粒体基质的标记酶为苹果酸脱氢酶 。外膜上含有14种蛋白质而内膜上含有21种，外膜上主要含卵磷脂而内膜主要含心磷脂；再如，线粒体内、外膜上脂类与蛋白质的比值不同，内膜为0.3：1而外膜为1：1 。（4）线粒体的功能：进行氧化磷酸化，合成ATP （5）线粒体是半自主性细胞器内共生假说：被原始的前真核生物吞噬的好氧性细菌，这种细菌与前真核生物共生，在长期的共生过程中通过演化变成了线粒体。分化假说：线粒体是由于质膜的内陷，再经过分化后形成的。（6）线粒体的起源：3、质体 （1）前质体（或称原质体） （2）白色体（造粉体、造蛋白体和造油体 ）（3）有色体（4）叶绿体 A、叶绿体的形态、大小和数目B、叶绿体的结构：叶绿体膜、类囊体（基粒类囊体、基质类囊体）和基质 C、叶绿体功能：光合作用，光反应类囊体上进行，而暗反应在基质中完成。D、半自主性细胞器E、叶绿体的起源：按内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌。4、内质网（ER）：粗面内质网（rER）和光面内质网（sER
