人体组成的结构基础

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1、第一篇 人体组成的结构基础细胞cell是组成人体的基本结构和功能单位;一些形态结构和生理功能相同 或相似的细胞和细胞间质结合在一起，构成了组织tissue,如上皮组织、肌肉组 织等；几种不同的组织结合在一起，又构成具有一定形态结构和生理功能的 器 官organ,如心、肺等；若干个器官组合在一起，再形成具有某些功能的系统 system,如消化系统、呼吸系统等；八个系统（另加感觉器官）最后构成一个复 杂而又协调的人体。因此,要全面了解人体的形态结构,深入理解生命的活动 规律,须从认识细胞开始。第一章 细胞和细胞间质【学习目标】1. 掌握细胞的形态、结构；2 掌握细胞质的组成、细胞膜和细胞核的结构；

2、3 掌握线粒体的结构；4 了解内质网、高尔基复合体、核糖体等细胞器的结构5 了解细胞间质的概念和组成。第一节 细胞人体最初只是个受精卵。当精子与卵子融合为受精卵后，不断分裂、分化,逐步形成了一个由一千多万亿个细胞组成的个体。人体众多的图1-1细胞的各种形态细胞并不是杂乱无章的堆积，而是有机的结合。每个细胞在结构和功能上既有 独立性又是相互依赖的，因而产生了多姿多彩的人体结构和生命现象。 一、细胞的形态结构（一）细胞的形态细胞的形态多种多样，有扁平形、立方形、柱形、梭形、球形和星形等。 尽管细胞的外形可以变化，但每一种细胞都有相对稳定的外形特征。一般因其 所处的环境和功能的不同，细胞的形态有所差

3、异，如红细胞为圆盘形，以便于 在血液中流动运输氧气；肌细胞为圆柱形和长梭形，以利于长度变化完成收缩 功能；神经细胞常有许多长短不同的胞突，以易于细胞信息的传递和交流。 （图 1-1）人体细胞在体积上也有明显的差异。卵细胞较大，直径可达200 um；小脑 的颗粒细胞直径只有4 u m；骨骼肌细胞长约l40mm,最长可达15cm；脊髓 运动神经细胞的轴突可长lm以上，但是胞突的长度和其直径大小相差很大。由 于单个细胞非常微小，肉眼难以观察，因而要详细了解其内部结构须在光镜或 电镜下进行。（二）细胞的结构细胞的结构分为细胞膜、细胞质和细胞核三部分。1细胞膜 cell membrance 是指包围在细

4、胞外面的透明的薄膜，又称 质膜plasma membrance,厚度约为510nm。这层薄膜不仅能保护细胞的完整性，又类脂亲水核壶在蛋H质S3-3细胞按图1 3细胞膜蛋白质组成，并含有 少量的糖类等（图 1-3）。脂类物质在细 胞膜上排列成双分 子层结构。单个脂类 分子由一个亲水的 头部和一个疏水的 尾部构成，亲水性头 部相互靠拢，分别朝向膜的内外表面，疏水性尾部相互对立并指向膜的内部。 由于脂类分子以与膜表面垂直的方向相互靠拢并平行排列，故形成了有规律排 列在膜内外的脂类双分子层，这种双分子层构成了膜的骨架，也是最稳定的一 种排列结构，即亲水性头部吸引水，而疏水性尾部避开水，且与其他疏水分子

5、 聚集。膜上的蛋白质分子是嵌入或附着在脂类双分子层上的。部分嵌入或全部 嵌入或穿越脂双分子层的蛋白质，称为嵌入蛋白；附着在脂类双分子层内外表 面的蛋白质分子，称为表在蛋白。膜上还有糖类分子，多位于膜的外表面或细 胞器膜的腔面，有的与蛋白质分子结合，组成糖蛋白；有的与脂类分子结合， 组成糖脂。这些糖蛋白或糖脂，具有物质识别、物质交换和接触抑制（即细胞 互相挤压后，会抑制细胞的分裂）等功能。【学习与应用】膜蛋白质的含量和种类，与膜功能的复杂性相关。人体内多数细胞的膜内 蛋白质和脂类的含量相同，各约 50%。但一些功能特殊的生物膜上的蛋白质含 量就较高，如：线粒体的内膜，其膜上蛋白质的含量高达 75

6、%，这是因为线粒 体有复杂的能量代谢功能；而神经髓鞘的功能简单，仅起绝缘作用，其膜上蛋 白质含量就较少、脂类的含量（75%）相对较高。另外，那些穿越脂类双分子层 的嵌入蛋白可能是细胞膜上的通道，在细胞的物质运输等方面起着重要的作用。生物膜的研究己成为生物和体育科学、药学领域中一道亮丽的风景线，倍 受专家学者关注。膜生物学已成为一门新兴学科，包括生物膜形态学、膜细胞 生物学、膜分子生物学、膜受体学等。目前国际上该领域进展迅速，在膜的合 成与分选、膜受体与信号转导、 膜脂第二信使、膜功能筏与膜穴 系统、膜蛋白结构的晶体学与膜 拓扑学等方面取得重大进展，有 些内容己获得国际诺贝尔医学 与生理学奖。2

7、细胞质cytoplasm 细胞膜和 细胞核之间的透明胶状物质称 为细胞质，细胞质由基质、细胞 器和内含物三部分组成。（图1-4）（1）基质 hyaloplasm 是细胞质的液态部分，为均匀透明的胶状物质，又称细胞液。其化学成分较复杂，含 有蛋白质、脂类、糖类、RNA、水和无机盐等。其中有许多蛋白质为生物代谢 中的重要酶类，如：糖酵解的酶、 RNA 合成酶等。基质中悬浮着细胞器和内含 物。（2）细胞器 organelle 是悬浮在基质中具有特定功能的细微结构，各种细胞器 都处于不断运动和更新的动态中。细胞器包括线粒体、内质网、核蛋白体、高 尔基复合体、溶酶体、微体等。 线粒体 mitochond

8、ria 体育科研中研究最多的细胞器是线粒体。线粒体是 细胞内氧化、产能的场所， 1分子葡萄糖在线粒体内经过有氧氧化（三羧酸循环） 可产生30个分子ATP,而1分子葡萄糖在细胞质内（糖酵解）只能产生2个分 子ATP,故线粒体又被称之为细胞的“供能站”、“动力工厂”线粒体在光镜下为颗粒状或细棒状，直线为一4 m。在电镜下，线粒体由 内、外两层膜包围而成,外膜 outer membrane 平滑,内膜 inner membrane 高 度折曲，并有许多与呼吸（链）、产能（氧化磷酸化）有关的酶。其膜向内折叠 而形成许多突起，称为线粒体嵴。在线粒体内膜的内表面上还附有许多排列规 则的颗粒，这些颗粒的球形

9、头部以短柄连结于内膜上，其球形头部就是ATP合 酶，能催化ADP磷酸化生成ATP（图1-5）。值得一提的是：线粒体的内膜折叠形 成线粒体嵴，可大大增加内膜的表面积，提高线粒体的氧化产能功能。在需能 多的细胞内这种现象较明显，如在肝细胞中所有线粒体的内膜约为细胞全部膜 的三分之一。线粒体内、外膜之间的腔隙称外腔outer chamber，线粒体嵴之间 的腔隙称内腔inner chamber，内腔内充满液态的线粒体基质，基质内有DNA、 RNA、核糖体和许多酶等。除细胞核外，线粒体也有自己的DNA，也能以一分周围线粒体分布多。耐力训练可引起骨骼肌细胞和脊髓前角运动神经细胞线粒体数量增多、体积增大；

10、而过度训练则引起线粒体变性，如固缩、肿胀和崩解由于线粒体是一个较敏感的细胞器，在细胞内、外环境改变时，线粒体比其他细胞器要出现反应早、变化快，故体育科研中常以线粒体作为甄别细胞功能的 一项指标。线粒体有合成ATP、调节氧化还原电势、转导氧化还原信号、调控细胞凋 亡和基因表达等生理功能。另外，线粒体在生长发育、衰老、疾病、死亡、生 物进化和运动能力等方面也有重要的作用。如由于线粒体基因组变异而导致的 人类线粒体疾病可达130 多种。线粒体呼吸过程产生了生物体内95%以上的氧 自由基（活性氧），也参与多种重要的细胞病理过程，如：线粒体肌病、肿瘤、艾滋病、老年性痴呆、衰老及运动性微损伤等。所以，线粒

11、体与活性氧、活性氧的信号转导、线粒体与疾病的研究己成为当今医学和体育科研中的几大热点。 内质网 endoplasmic reticulum 最初发现的这种网状结构主要集中在细胞核 附近的内质区域，故称内质网。后来发现这些网状结构并不局限在细胞核附近， 也延伸到细胞的边缘，分布于细胞的大部分区域。内质网是膜性结构，有的呈 小管状，有的呈小泡状，有的呈扁囊状，它们彼此相连，交织成三维网状膜系统（图 16）。这种膜性结构占细胞整个膜成分的 50以上，可见其在细胞的内 膜系统中占有的重要地位。内质网的主要功能是合成蛋白质和脂类（包括合成 新膜）。根据内质网表面有无核糖体附着，可分为粗面内质网和滑面内质

12、网。粗面 内质网表面有许多小颗粒附着，称为核糖体，其主要功能是合成蛋白质。合成 蛋白质旺 盛的细胞 内，粗面内 质网特别 丰富，如在 大量合成 抗体的浆 细胞中，细 胞质内几 乎充满了 内质网。滑 面内质网表面无核糖体附着，其功能较复杂而多样，如骨骼肌和心肌细胞中有 大量的滑面内质网称为肌质网，有摄取和释放Ca2+的功能，与肌纤维收缩有关。 也有的滑面内质网有合成脂肪、磷脂和胆固醇等功能。粗面内质网与滑面内质 网相互连通，联系密切。 核糖体 ribosome 亦称核蛋白体或核糖核蛋白体，是由大小不同的两个亚单 位结合而成的颗粒状结构，直径为2030nm。核糖体有两种存在形式：一种是 游离于细胞

13、质基质内的，称游离核糖体；另一种是附着于内质网表面的，称结 合核糖体。多个核糖体由一条信使RNA （mRNA）串连形成多聚核糖体，而且 只有被mRNA串连的多聚核糖体ployribosome才具有合成蛋白质的活性（图1 7 ）。 高尔基复合体 Golgi complex 以意大利细胞学家 Camillo Gogli 命名的，由 扁平膜囊、小泡和大泡三部分组成。其主体部分是由扁平膜囊组成， 310层扁 平膜囊平行排成在一起形成一叠膜囊结构，这叠膜囊结构可为弓形或半球形， 膜囊凸出的一面称为生成面或未成熟面，生成面周围有许多小泡，一般认为这 些小泡是由附近的内质网出芽脱落而来，能将内质网中合成的蛋

14、白质通过小泡 运到高尔基体。膜囊凹入的一面称为分泌面或成熟面，分泌面周围也有数量不 等的球形大泡，这些大泡有的与扁平膜囊相连，有的与扁平膜囊分离，一般认 为大泡 是由扁平膜囊周围膨 大 而成的 ，是高尔 基体分泌出 去的产物 (图1-8A,B) 。研究还发现：许多在内质网合成的蛋白质，在高尔基体内要受到进一 步的修饰并按照严格的顺序由不同的酶对其逐步进行加工。高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动，对内质网合成的物质作加工、 分选、包装后送往细胞的不同部位或分泌到细胞外。 溶酶体 lysosome 呈圆形或卵圆形、大小不一，为囊状结构，由一层厚约 6nm 的单位膜包被，直径常在之间，内含有约几

15、十种浓度较高的酸性水解酶， 可分解蛋白质、核酶、糖类和脂肪等。溶酶体既可消化分解细胞的内源性物质， 也可消化分解细胞的外源性物质。细胞的内源性物质，包括细胞内的大分子和 各类细胞器，它们均有一定寿命和存活时间。溶酶体能及时分解这些物质以维 持细胞内正常的代谢活动。细胞的外源性物质，是指被细胞吞饮的小型颗粒物 质和被细胞吞噬的细菌等大型颗粒物质。溶酶体能消化分解这些物质，处理后 的这些物质或被细胞重新加工利用，或被排出细胞。故溶酶体也被称为细胞内的消化器官。 微体microbody又称过氧化物酶体peroxisome。最初发现时，由于体积较 小故称其为微体，以后用生化分析测出微体中含有多种与过氧

16、化氢代谢有关的 酶，故又将其命名为过氧化物酶体。微体一般呈圆形或卵圆形，直径约 ，外有界膜包围，内含多达40余种 以上的酶，主要有氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶。微体的主要功能是消除 对细胞有害的h2o2，对有害物质进行解毒。 细胞骨架 cytoskeleton 以前人们认为，活细胞的胞质是由无色透明、均匀 的胶体物质组成的。但后来人们却发现，细胞质中除了可溶性细胞液以外，还 存在由蛋白质组成的细丝结构。这些又细又长的蛋白质细丝纵横交错地分布在 胞质中，形成支撑细胞的复杂的蛋白质丝网架，故有人称其为细胞骨架（ 图 19 ）。根据其形态和功能不同，细胞骨架可分为三种细丝，即微丝 microfilament 、 微管 microtu bule 和 中间丝 interme diate