細胞基礎知識、結(jié)構(gòu)和通訊

1、細 胞基礎知識、結(jié)構(gòu)和通訊 生命的化學基礎2細胞結(jié)構(gòu)與細胞通訊3細 胞 代 謝4細胞的分裂和分化5第1篇細胞細胞結(jié)構(gòu)與細胞通訊3細胞的結(jié)構(gòu)真核細胞的結(jié)構(gòu)生物膜 細胞通訊細胞的結(jié)構(gòu)顯微鏡揭示了細胞的微觀世界超速離心機分級分離技術(shù)可制備各種細胞器研究細胞結(jié)構(gòu)與功能的重要設備：英國物理學家羅伯特虎克(1635-1703)觀察到植物細胞 1665年，英國的物理學家羅伯特胡克用自己設計并制造的顯微鏡觀察櫟樹軟木塞切片時發(fā)現(xiàn)其中有許多小 室，狀如蜂窩，稱為“cell”，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)細胞，不過，胡 克發(fā)現(xiàn)的只是死的細胞壁。胡克的發(fā)現(xiàn)對細胞學的建立和發(fā)展具有開 創(chuàng)性的意義，其后，生物學家就用“cell”

2、一詞來描述生物體的基本結(jié) 構(gòu)。 荷蘭人列文虎克(1632-1723)觀察到細菌及其活動 1674年，荷蘭布商列文虎克為了檢查布的質(zhì)量，親自磨制透鏡，裝配了高倍顯微鏡（300倍左右），并觀察到了血細胞、池塘水滴中的原生動物、人類和哺乳類動物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細胞。 德國生物學家施萊登(18041881)，施旺( 1810-1882 )細胞學說 施萊登論證了細胞是一切植物機體生命的基本單位；論證了細胞的共同的基本構(gòu)造、基本特征、發(fā)育規(guī)律和生命過程；論證了細胞的起源問題和細胞形成的發(fā)展過程。 施旺，把施萊登的細胞學說從植物學擴展到動物學。 細胞的概貌細胞的形態(tài)多種多樣大多數(shù)細胞直徑

3、在幾到幾十微米細胞的形態(tài)與所處環(huán)境、生理功能密切相關細胞的大小與生物的進化程度、細胞的功能相適應Marcophage 鴕鳥的卵細胞直徑可達75 mm。人的某些神經(jīng)細胞長度可達1 m以上。支原體是最小的細胞，直徑只有100 nmDiagram of mycoplasmas (red)infecting epithelial cells (black) 原核細胞與真核細胞原核細胞：細菌真核細胞：原生生物、真菌、植物、動物 原核細胞沒有明顯可見的細胞核, 同時也沒有核膜和核仁, 只有擬核 。不進行有絲分裂、減數(shù)分裂 。沒有葉綠體、線粒體等細胞器，光合作用、氧化磷酸化在細胞膜進行。有核糖體。 原核細胞

4、構(gòu)成的生物稱為原核生物，均為單細胞生物 。原核生物分為支原體、細菌、藍藻（藍細菌）、螺旋藻 等。 它的突出特點是沒有細胞壁。 廣泛存在于土壤、污水、昆蟲、脊椎動物及人體內(nèi)，是動植物和人類的病原菌之一。 支原體結(jié)構(gòu)有莢膜的細菌的結(jié)構(gòu) 間體（質(zhì)膜內(nèi)陷） 纖毛 核糖體（含糖原，蛋白質(zhì)。脂滴 顆粒） （肽聚糖）（纖維素）藍藻的結(jié)構(gòu)模型 特 征原核細胞真核細胞細胞大小很?。?-10微米）較大（10-100微米）細 胞 壁糖和肽纖維素和果膠質(zhì)細 胞 核無核膜（稱“擬核”）有核膜遺傳系統(tǒng)DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合一個細胞僅一條DNADNA與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色質(zhì)一個細胞有多條的染色體細 胞 器無有細胞分裂無絲分裂有絲

5、分裂 為主真核細胞的結(jié)構(gòu) 在光學顯微鏡下，可見到真核細胞中明顯的細胞核和核仁。真核細胞結(jié)構(gòu)基本相似，但動物細胞和植物細胞稍有不同。 特 征 動物細胞 植物細胞質(zhì) 體細胞壁大的中央液胞其它無，異養(yǎng)營養(yǎng) 有，自養(yǎng)營養(yǎng) 無 有（纖維素和果膠質(zhì)）無 有（代謝調(diào)節(jié)作用）中心體 胞間連絲分裂時的收縮環(huán) 分裂時的細胞板CytoskeletonRibosomesCentrioleLysosomeFlagellumNot in mostplant cellsNucleusSmoothendoplasmicreticulum (ER)GolgiapparatusRoughendoplasmicreticulum

6、(ER)MitochondrionPlasmamembraneCytoskeletonMitochondrionNucleusRough endoplamsicreticulum (ER)RibosomesSmoothendoplasmicreticulum (ER)Golgi apparatusPlasmodesmataPlasmamembraneChloroplastCell wallCentralvacuoleNot in animal cells1. 細 胞 核核被膜： 雙層膜，具核孔核基質(zhì)： 纖維狀的網(wǎng)，網(wǎng)孔中充滿液體染色質(zhì)： 由DNA和蛋白質(zhì)組成核 仁： 富含蛋白質(zhì)和RNA的區(qū)域，

7、核糖體的裝配場所。RibosomesChromaticNuclearenvelopeNucleolusPore 一切真核細胞都有完整的細胞核，被子植物的成熟篩管分子和哺乳動物的成熟紅細胞中沒有細胞核，但這些細胞幼期時還是有細胞核的。 通常，一個細胞有一個核，但許多細胞由于進行核分裂，細胞質(zhì)不分裂等原因，而形成多核。2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體除原核生物和哺乳動物的成熟紅細胞外，所有動、植物細胞都有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種互相連通的扁平囊泡構(gòu)成的膜性管道系統(tǒng)，延伸到細胞的邊緣，并與細胞膜連通。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是參與蛋白質(zhì)的合成和運輸。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與脂類合成、糖原和其他糖類的代謝有關。核 糖 體游離核糖體

8、 懸浮于細胞質(zhì)內(nèi)，合成大部 分細胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合核糖體 結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外側(cè)，合成膜蛋白和分泌蛋白多聚核糖體 幾個核糖體結(jié)合于一條 mRNA 鏈上，增加合成量由 rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的核蛋白體，無膜包被，合成蛋白質(zhì)的場所。 3. 高爾基體功能：參與分泌物的貯存、濃縮、集聚和運輸作用。由一系列扁平小囊和小泡組成。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)斷下來的分泌小泡轉(zhuǎn)移并與高爾基體融合，小泡中的分泌物在這里加工后，圍以外膜而成分泌泡。分泌泡脫離高爾基體向細胞外周移動。最后，分泌泡外膜與細胞膜愈合而將分泌物排出細胞之外。 單層生物膜的泡狀結(jié)構(gòu)，含60多種水解酶 4. 溶 酶 體功能：溶解和消化從外溶入的顆粒和細胞本身產(chǎn)生的碎渣。溶

9、酶體結(jié)構(gòu)模型 一種是自體吞噬，吞噬的是細胞內(nèi)原有的物質(zhì)，如破損的細胞器或殘片，有利于細胞器的重新組裝、成分的更新及廢物的消除；另一種是異體吞噬體，吞噬有害物質(zhì)，如細菌等。 5. 液 泡功能：滲透調(diào)節(jié)；貯藏；消化作用等。 液泡中的液體稱為細胞液，其中溶有無機鹽、氨基酸、糖類以及各種色素，特別是花青素等。 動物和某些原生動物的細胞也有液泡。6. 線 粒 體 和 質(zhì) 體 電子傳遞鏈位于內(nèi)膜表面；三羧酸循環(huán)，脂肪酸和丙酮酸氧化的酶類均位于基質(zhì)中，而ATP合成酶復合體則是ATP合成所在之處。ATP synthase 線粒體是細胞呼吸和能量代謝中心 線粒體基質(zhì)中還含有DNA分子和核糖體。所以，線粒體有自己

10、的一套遺傳系統(tǒng)。線粒體可通過自身的分裂或出芽方式進行繁殖。質(zhì) 體白色體：造粉體（積累淀粉） 造油體（貯藏脂肪） 造蛋白體（積累蛋白質(zhì)）有色體：含各種色素：胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素葉綠體：光合作用葉綠體中也有和線粒體一樣的環(huán)狀DNA和核糖體，能合成某些蛋白質(zhì)。白色體白色體造粉體造油體葉綠體結(jié)構(gòu)模型 過氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 付產(chǎn)物 H2O2 H2O + O2 （過氧化物酶） 乙醛酸循環(huán)體 植物細胞內(nèi)種子萌發(fā)：脂肪、油 糖 7. 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動物細胞：尿酸氧化酶結(jié)晶核 8. 細胞骨架分布與真核細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與細胞器的空間

11、分布、功能活動、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等有關，維持細胞形狀并控制其運動，在細胞中起到“骨骼和肌肉”作用。微管微絲中間絲微 管功能： 維持細胞形態(tài) 細胞器定位 胞內(nèi)物質(zhì)運輸 鞭毛、纖毛、染色體運動， 球狀微管蛋白組成中空管功能：維持細胞形態(tài)細胞分裂肌肉收縮胞質(zhì)流動微 絲肌動蛋白組成的微絲，直徑7 nm中間絲功能：支架作用，細胞核定位，mRNA運輸。多種蛋白組成，直徑 10 nm，細胞中含量豐富。微管可裝配成單管，二聯(lián)管（纖毛和鞭毛中），三聯(lián)管（中心粒中） 9. 鞭毛、纖毛和中心粒功能：鞭毛、纖毛使細胞實現(xiàn)移位功能：中心粒與細胞分裂時染色體移動有關10. 細 胞 壁植物細胞區(qū)別于動物細胞的顯

12、著特征之一是具有細胞壁。 胞間層果膠質(zhì) 初生壁纖維素、半纖維素和果膠質(zhì) 次生壁纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（外中內(nèi)三層） 細胞壁分層次生壁胞間層初生壁細胞腔功能：保護、維持形狀、使細胞不吸收過量水分。紋 孔：水分和物質(zhì)交換的通道。胞間連絲：物質(zhì)運輸、信息傳遞，遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移。植物細胞壁上還有特化的結(jié)構(gòu): 紋孔和胞間連絲 胞間連絲 11. 動物細胞的胞外基質(zhì)與細胞連接主要成分:是細胞所分泌的糖蛋白（主要是膠原，還有纖連蛋白等）。功能：影響細胞核內(nèi)基因的活動。胞外基質(zhì)ECM： 相鄰細胞間形成的特定連接稱為細胞連接。 橋粒 緊密連接 間隙連接動物細胞連接一種非常牢固的連接，在電鏡下呈鈕扣狀的斑塊結(jié)構(gòu)。橋粒

13、與中間纖維相連，使相鄰細胞的細胞骨架彼此連成骨架網(wǎng)。 橋粒橋粒斑蛋白desmosome 橋粒芯蛋白 橋粒芯膠粘蛋白 片狀蛋白 緊密連接兩個相鄰細胞之間緊密靠攏，兩膜之間不留空隙，從而防止物質(zhì)從細胞之間通過。例如，腦血管的內(nèi)壁就有這樣的屏障，血液中的物質(zhì)只能通過細胞而不能從細胞之間直接進人腦中; 腸壁的上皮細胞間也有緊密連接，使腸內(nèi)無用的雜質(zhì)不能從細胞之間穿過，而腸內(nèi)的消化產(chǎn)物也只能穿過上皮細胞絨毛膜進人細胞。 間隙連接 最常見的一種細胞連接: 兩細胞之間有很窄的間隙，其寬度不過2-4 nm，貫穿于間隙之間有一系列通道，使兩細胞的細胞質(zhì)相通。這些通道的寬度只有1. 5 nm左右，所以，能夠通過的

14、物質(zhì)主要是離子和相對分子質(zhì)量不大于1000的小分子物質(zhì)。細胞質(zhì)除了細胞器外的膠體部分，稱為胞質(zhì)溶膠。胞質(zhì)溶膠含有豐富的蛋白質(zhì)，多種酶，是細胞多種代謝活動的場所。此外。細胞的各種包含物，如肝細胞的肝糖原、脂肪細胞的脂肪滴等也都保存于胞質(zhì)溶膠中。12. 胞質(zhì)溶膠生物膜 在真核細胞中，圍繞在細胞表面的質(zhì)膜、各種細胞器的膜和核膜總稱為生物膜系統(tǒng)。化學成分質(zhì)量分數(shù)/%膜 脂5557蛋白質(zhì)約40糖 類210膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇 40分鐘細胞膜具有一定的流動性 (用不同顏色的熒光標記不同細胞膜上的蛋白質(zhì))細胞融合1側(cè)向擴散 2旋轉(zhuǎn)運動 3擺動運動 4伸縮震蕩 5翻轉(zhuǎn)運動 6旋轉(zhuǎn)異構(gòu)膜脂分子的運動膜

15、是鑲嵌的Fluid mosaic model 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：膜內(nèi)在蛋白、膜周邊蛋白。 (1) 膜周邊蛋白為水溶性蛋白，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)膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑(detergent)使膜解后才可分離出來。 (3)膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合的方式：膜內(nèi)在蛋白多數(shù)為跨膜蛋白，也有些插入脂雙層中。 膜內(nèi)在蛋白脂分子或糖脂連接的膜蛋白膜周邊蛋白膜的不對稱性膜脂、膜蛋白、復合糖不對稱膜的功能基本支架：磷脂雙分子層主要成分：蛋白質(zhì)、脂類（磷脂）、糖類生物功能：維持細胞內(nèi)微環(huán)境的相對穩(wěn)定，對細

16、胞分裂、分化、物質(zhì)運輸、信息傳遞、細胞識別、免疫、代謝調(diào)控、能量轉(zhuǎn)換、神經(jīng)傳導以及腫瘤發(fā)生等都起著重要作用。膜上的糖類細胞識別細胞的關鍵在于識別細胞表面的糖分子。糖萼糖蛋白糖脂細胞通訊 細胞通訊是指一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞，引起快速的細胞生理反應，或者引起基因活動,爾后發(fā)生一系列的細胞生理活動來協(xié)調(diào)各組織活動, 使之對多變的外界環(huán)境作出綜合反應。細胞信號轉(zhuǎn)導是指細胞外信號分子通過與受體(膜受體或核受體)結(jié)合，引發(fā)細胞內(nèi)的一系列生物化學反應以及蛋白間相互作用，直至細胞生理反應所需基因開始表達、各種生物學效應形成的過程。細胞信號轉(zhuǎn)導細胞質(zhì)膜上三種受體蛋白，信號分子是配體。細胞信號