第3章.細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能

1、第三章 細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能,第三章細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能,一、細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能二、生物膜—流動(dòng)鑲嵌模型三、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)四、細(xì)胞連接,,,原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別、動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的區(qū)別；細(xì)胞核、主要細(xì)胞器線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能；生物膜結(jié)構(gòu)組成與流動(dòng)鑲嵌模型的特點(diǎn)、生物膜的功能；物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)、Na+-K+泵的主要內(nèi)容。,重點(diǎn),一、細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能

2、,(一)細(xì)胞概述細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)、細(xì)胞學(xué)說、細(xì)胞的基本概念、細(xì)胞的數(shù)量、大小和形態(tài)、 原核細(xì)胞、真核細(xì)胞、 動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的比較、細(xì)胞的基本共性（二）細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能 細(xì)胞核、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)、細(xì)胞骨架,一、細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能(一)細(xì)胞概述,1.1 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)1665年，英國(guó)羅伯特虎克(Robert Hooke)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞,軟木塞，死的細(xì)胞壁，命名細(xì)胞(Cell)。1674年，荷蘭學(xué)者列文虎克（A V Leeu

3、wenhoek)G觀察到完整的活細(xì)胞。 1838年，德國(guó)植物學(xué)家施萊登（Schleiden，M. J.）指出細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本單位。 1839年，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺(Schwann, T.)指出動(dòng)物和植物結(jié)構(gòu)的基本單位都是細(xì)胞。,1.2、細(xì)胞學(xué)說,19 世紀(jì)初，兩位德國(guó)生物學(xué)家施萊登和施旺正式明確提出： 細(xì)胞是植物體和動(dòng)物體的基本結(jié)構(gòu)單位。標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)說的誕生。（1）細(xì)胞是有機(jī)體，是所有動(dòng)、植物的基本結(jié)構(gòu)單位；

4、（2）每個(gè)細(xì)胞相對(duì)獨(dú)立，一個(gè)生物體細(xì)胞之間協(xié)同配合；（3）新細(xì)胞由老細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。細(xì)胞學(xué)說被認(rèn)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)之一。,1.3 細(xì)胞的基本概念,細(xì)胞是什么？細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位 細(xì)胞是物質(zhì)、能量和信息過程結(jié)合的綜合體 細(xì)胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳的基本單位研究細(xì)胞分整體水平、亞顯微水平、分子水平三個(gè)層次，我們主要從亞顯微水平講解細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)（電子顯微鏡下）。,1.4 細(xì)胞的數(shù)量、大小和

5、形態(tài),細(xì)胞的數(shù)量 單細(xì)胞生物僅一個(gè)細(xì)胞，大小與細(xì)胞體積成正比。 多細(xì)胞生物的細(xì)胞數(shù)量一般與生物體個(gè)體 大小有關(guān)， 個(gè)體越大細(xì)胞數(shù)目越多。 如：新生兒約有2×1012 個(gè) 成年人約有1014 個(gè),細(xì)胞的大小及其分析,人眼、光學(xué)顯微鏡的分辨力分別為 0.1mm、0.2µm. 各類細(xì)胞直徑的比較,細(xì)胞的形態(tài),1.5

6、原核細(xì)胞,遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜,1.6 真核細(xì)胞,以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：細(xì)胞膜、核膜、線粒體、葉綠體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等以核酸（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)：染色質(zhì)、核仁、核糖體。 由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)：微管、微絲、中間纖維、細(xì)胞核骨架。,原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別,原核細(xì)

7、胞 真核細(xì)胞細(xì)胞大小 很小（1-10微米） 較大（10-100微米）細(xì)胞核 無核膜（稱“類核”） 有核膜遺傳系統(tǒng) DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合 DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合 只有一條DNA染色質(zhì) 有二條以上染色體細(xì)胞器 無

8、 有細(xì)胞骨架 無 有核糖體 70S 80S核外DNA 裸露的質(zhì)粒DNA 線粒體DNA ，葉綠

9、 - 體DNA,1.7 動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的比較,,,,,,細(xì)胞壁（cell wall)葉綠體（chloroplast)大液泡（vacuole)胞間連絲（plasmodesmata),,植物特有的結(jié)構(gòu),,

10、,細(xì)胞 動(dòng)物細(xì)胞 植物細(xì)胞 線粒體 乙醛酸循環(huán)體 核糖體

11、 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體,中心體（低等植物）,細(xì)胞壁葉綠體 液泡胞間連絲,動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞比較,1.8 細(xì)胞的基本共性,?　所有的細(xì)胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌 蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜。?　所有的細(xì)胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA 作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。?　作為蛋白質(zhì)合成的機(jī)器─核糖體

12、，毫無例外地 存在于一切細(xì)胞內(nèi)。?　所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)行分裂。,,（二）、細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能,細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)是由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核三部分組成。真核細(xì)胞可分為三個(gè)系統(tǒng)：生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：細(xì)胞膜、核膜、線粒體、葉綠體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等。遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)（顆粒纖維系統(tǒng)）：染色質(zhì)、核仁、核糖體。細(xì)胞骨架系統(tǒng)：微管、微絲、中間纖維、細(xì)胞核骨架。,,2.1 細(xì)胞膜和細(xì)胞壁,細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),細(xì)胞壁

13、的特化：木質(zhì)化、木栓化、角質(zhì)化,細(xì)胞壁的組成與功能,成分：主要是纖維素組成。功能：保護(hù)和支持作用。特點(diǎn)：全透性。,2.2 細(xì)胞核的基本結(jié)構(gòu),細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器? 包含基因，是細(xì)胞遺傳、代謝調(diào)控的信息中心,,,2.2.1核被膜與核孔復(fù)合體,核被膜的組成： 外核膜 內(nèi)核膜 核纖層 核孔,功能：?構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障?避免生命活動(dòng)的彼此干擾?保護(hù)DNA不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng) 所產(chǎn)生的機(jī)

14、械力的損傷? 核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流,,核孔復(fù)合物的組成與功能組成： 100多種多肽 1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子 功能：選擇性的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（RNA）的輸出 核質(zhì)交換的雙向親水通道 親核蛋白入核,核孔復(fù)合物的組成與功能,2.2.2染色質(zhì)和染色體,染色質(zhì)的組成：DNA、組蛋白、少量RNA和其他蛋白染色質(zhì)和染色體是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段的存在形式，由 DNA 和蛋白質(zhì)組成。細(xì)胞有絲分裂中期，染色質(zhì)高度凝

15、縮形成具有特定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體。? 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu) — 核小體（nucleosome） －念珠狀細(xì)纖維(10nm),,核小體和染色質(zhì),人的染色體,2.2.3 核 仁: 細(xì)胞間期核中１個(gè)或幾個(gè)濃密的球形小體稱為核仁（含蛋白質(zhì)、RNA）,? 形狀、大小、和數(shù)目因物種和生理狀態(tài)而異? 功能rRNA合成和加工核糖體亞基的組裝,,,,核膜是雙層膜，核膜使細(xì)胞的核質(zhì)分開；核孔使細(xì)胞的核質(zhì)之間能進(jìn)行物質(zhì)交換.,核仁是細(xì)胞核

16、中顯著的結(jié)構(gòu)，它折光性較強(qiáng)。在細(xì)胞有絲分裂過程中核仁呈現(xiàn)周期性的消失和重建。核仁是勻質(zhì)的球形小體。,染色質(zhì)主要指細(xì)胞核內(nèi)易被堿性染料染成深色的物質(zhì)。其主要成分是DNA和蛋白質(zhì)。在細(xì)胞有絲分裂間期：染色質(zhì)呈細(xì)長(zhǎng)絲狀且交織成網(wǎng)狀，在細(xì)胞有絲分裂分裂期，染色質(zhì)高度縮短成圓柱狀或桿狀的染色體。核基質(zhì)主要成分是蛋白質(zhì)，是核的骨架為染色質(zhì)的代謝提供附著場(chǎng)所.,2.3 細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng),細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的，由膜包圍形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)

17、構(gòu)。—細(xì)胞膜、核膜、線粒體、葉綠體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡、高爾基體等。,2.3.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型：囊腔和管道粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：核糖體顆粒,糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 合成并運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng):與脂類合成和代謝有關(guān),核糖體,細(xì)胞質(zhì)中無膜包被的顆粒狀結(jié)構(gòu)? RNA 和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物? 合成蛋白質(zhì)的機(jī)器（細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)蛋白）,2.3.2 高爾基體,? 高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 由扁平囊和大小不等

18、囊泡組成 具有極性的細(xì)胞器：形成面或順面、成熟面或反面 ? 功能:蛋白質(zhì)修飾與加工、蛋白質(zhì)分類、包裝、運(yùn)輸，多糖合成。,2.3.2 溶酶體,溶酶體是由單層膜包圍的含有多種酸性水解酶的囊泡狀細(xì)胞器，膜內(nèi) pH5. 可催化蛋白質(zhì)、核酸、脂類、多糖等生物大分子，消化細(xì)胞碎渣和從外界吞入的顆粒。,? 溶酶體與疾病先天性貯積?。喝狈δ承┤苊阁w酶，導(dǎo)致某些物質(zhì)在組織中大量積累 Pompe’s病 糖原積累，損害

19、肝和肌肉，2歲死亡 Tay-sachs病 脂質(zhì)積累，損害腦，呆滯，2-6歲死亡肺結(jié)核矽肺類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎,,2.3.4 線粒體,線粒體由內(nèi)膜和外膜包裹的囊狀結(jié)構(gòu)，囊內(nèi)是液態(tài)的基質(zhì)。外膜平整，內(nèi)膜向內(nèi)折入形成一些嵴，內(nèi)膜面上有ATP酶復(fù)合體。線粒體基質(zhì)中還含有DNA分子和核糖體。細(xì)胞呼吸并產(chǎn)生ATP的重要場(chǎng)所,2.3.5 質(zhì) 體,? 白色體? 有色體? 葉綠體,葉綠體：……果實(shí)成熟?有色質(zhì)體 白色質(zhì)體

20、：貯存淀粉 有色質(zhì)體：果實(shí)、花、秋葉中，含色素,前質(zhì)體,,,,光,,,內(nèi)膜,外膜,類囊體腔,類囊體,基質(zhì),基粒,膜間隙,葉綠體的結(jié)構(gòu),葉綠體是植物光合作用的細(xì)胞器，將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。葉綠體外膜的滲透性大， 內(nèi)膜的選擇性很強(qiáng)，在類囊體上光能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，基質(zhì)是碳同化的場(chǎng)所。,2.3.6 微 體,單層膜圍成的一類泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含的酶不同于溶酶體 過氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 付產(chǎn)物

21、 H2O2 ? H2O + O2 （過氧化物酶） 乙醛酸循環(huán)體(植物細(xì)胞) 植物細(xì)胞內(nèi)：脂肪、油?? 糖,,2.3.7 液 泡,? 細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育過程中來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小液泡 結(jié)合成中央液泡? 功能：? 有機(jī)物、無機(jī)離子貯藏庫(kù)? 植物的溶酶體，含水解酶? 代謝副產(chǎn)品丟棄場(chǎng)? 色素? 增加細(xì)胞體積與表面積，有利于物質(zhì)吸收,,2.4 細(xì)胞骨架,? 分布與真

22、核細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞器的空間分布、功能活動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等有關(guān)，在細(xì)胞中起到“骨骼和肌肉”作用。支架、運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。? 蛋白纖維：? 微管? 微絲? 中間纖維,微絲,微管,中間纖維,微 管,?，? 球狀微管蛋白組 成中空管，直徑 25nm功能：維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞器定位胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸鞭毛、纖毛、染色體 運(yùn)動(dòng)中心粒,秋水仙素、長(zhǎng)春藤堿、紫杉酚作用于微管，在生物醫(yī)藥中應(yīng)用

23、。,微 管,,染色體運(yùn)動(dòng),微 絲,肌動(dòng)蛋白組成的微絲，直徑7 nm功能：維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞分裂肌肉收縮,中間絲（纖維）,多種蛋白組成 直徑 10nm 細(xì)胞中含量豐富 功能： 承受機(jī)械壓力,細(xì)胞核---“中心調(diào)度室”,細(xì)胞生命活動(dòng)的“控制中心”核糖體---蛋白質(zhì)生產(chǎn)的“機(jī)器”內(nèi)質(zhì)網(wǎng)---合成蛋白質(zhì)、脂類和糖類的“生產(chǎn)車間”高爾基體---生物大分子加工、包裝的“加工車間”線粒體和葉綠體---

24、產(chǎn)能的“動(dòng)力車間”溶酶體--- “回收車間”和“保衛(wèi)處” 細(xì)胞骨架系統(tǒng)（MF,MT,IF）--- “支架、運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)”生物膜系統(tǒng)---膜流，生產(chǎn)“流水線”和“傳送帶”。,,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),細(xì)胞的外圍包有一層由脂雙層分子和蛋白質(zhì)構(gòu)成的膜稱為質(zhì)膜 質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究簡(jiǎn)史三明治結(jié)構(gòu)模型 (J.FDanielli，H.Davson, 1935)單位膜模型 (J.D.Robertson, 1959)流動(dòng)鑲嵌模型 (S.J. Singe

25、r, G.L. Nicolson, 1972),二、生物膜—流動(dòng)鑲嵌模型,基本支架：磷脂雙分子層主要化學(xué)成分：蛋白質(zhì)、脂類（磷脂）、糖類,,脂雙層: 磷脂具有一個(gè)極性的頭兩個(gè)非極性的尾巴。,脂質(zhì)體的類型,(a)水溶液中的磷脂分子團(tuán)；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面脂質(zhì)體膜；(d）用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖,膜蛋白:根據(jù)膜蛋白分離的難易及其與脂分子的結(jié)合方式，膜蛋白可分為兩大類型：外在膜蛋白、內(nèi)在膜蛋白。 (1) 外

26、在膜蛋白為水溶性蛋白，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子結(jié)合。 (2) 內(nèi)在膜蛋白(整合蛋白)與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑(detergent)使膜解后才可分離出來。,?,生物膜的“流動(dòng)鑲嵌模型”主要特點(diǎn): 細(xì)胞膜由流動(dòng)的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)脂雙層。,有序性流動(dòng)性不對(duì)稱性,生物膜的結(jié)構(gòu)是與其

27、功能相一致的。,40分鐘,細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性,(用不同顏色的熒光標(biāo)記不同細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)),膜流動(dòng)性的生理意義: 質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分化以及激素的作用等都與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。 當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過高，又會(huì)造成膜的溶解。,? 膜的不對(duì)稱性,膜脂與糖脂、膜蛋白的不對(duì)稱,

28、細(xì)胞外被,?植物細(xì)胞質(zhì)膜外存在細(xì)胞壁?動(dòng)物細(xì)胞表面存在一層富含糖類物質(zhì) 的結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞外被或糖萼。它由構(gòu) 成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈 組成。功能：保護(hù)膜蛋白細(xì)胞識(shí)別血型抗原酶,細(xì)胞膜作用,（1）它們是把細(xì)胞分割成一個(gè)個(gè)“小室” (compartment) 的物理屏障。通過控制“小室”內(nèi)的成份和特定的物理化學(xué)性質(zhì)，為生物分子間的反應(yīng)提供最佳的微環(huán)境。（2）它們?cè)试S某些分子從一個(gè)“小室”運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)“小室

29、”，即它們具有選擇通透性。（3）它們是“小室”間傳遞化學(xué)信息和能量的介面（4）它們?yōu)榈鞍踪|(zhì)的合成、加工與修飾、分選與定位，提供了工作平臺(tái)和輸運(yùn)載體。,,三 、物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 ——細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)之一被動(dòng)運(yùn)輸 -- 物質(zhì)順濃度梯度運(yùn)輸,主動(dòng)運(yùn)輸,Na+-K+泵 — 由 ATP 提供能量,物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)輸，需載體蛋白，消耗能量,大分子和顆粒進(jìn)入和排出細(xì)胞 胞吞和胞吐作用 ——生物大分子或顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸,物質(zhì)的

30、跨膜運(yùn)輸 （總結(jié)）,被動(dòng)運(yùn)輸——簡(jiǎn)單擴(kuò)散 ——易化擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸——直接消耗ATP （動(dòng)物細(xì)胞）——鈉鉀泵 （植物細(xì)胞）——質(zhì)子泵 ——間接消耗ATP——協(xié)同運(yùn)輸胞吞和胞吐作用 ——生物大分子或顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸,,四 細(xì)胞連接,細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與細(xì)胞外空間的結(jié)構(gòu)關(guān)系稱為細(xì)胞連接。 緊密連接 橋粒 間隙連接 胞間連絲,緊密連接(封閉連接),緊密連接(Tight junction)：a.

31、 帶狀,相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜內(nèi)蛋白質(zhì)“嵴”相貼。細(xì)胞膜融合。 b. 封閉10nm寬的胞間隙。c. 常存在于體內(nèi)各種屏障內(nèi)。,橋粒,盤狀，很牢固。支撐作用。 橋粒在表皮細(xì)胞間大量存在，構(gòu)成細(xì)胞間橋。,間隙連接（通訊連接）,有2~3 nm胞間隙。中間有1.5nm 的親水性通道。進(jìn)行信息交換。,胞間連絲,植物細(xì)胞壁上的管道，使相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜相連、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通。,,思考題,1.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞有哪些主要區(qū)別？2.簡(jiǎn)述細(xì)胞核的基本結(jié)構(gòu)與功