《普通生物學》第一章-細胞的形態(tài)結構和功能教案

1、第三節(jié) 細胞的形態(tài)、結構和功能 教案一、細胞的形態(tài)和大小形狀多種多樣：有球形、橢圓形、柱形、梭形、星形、多邊形等等。細胞的直徑通常在10100m。支原體是最小的細胞；鴕鳥的蛋黃是世界上最大的動物細胞。一般說來，生物體積的增加，是由于細胞數(shù)目增加，而不是由于細胞體積加大。 單細胞生物僅有一個細胞；而多細胞生物的細胞數(shù)目和生物體的大小成正比。大細胞的表面積與體積之比小，難以完成無外界環(huán)境的物質和信息交換。二、原核細胞和真核細胞 我們都知道，細胞可分為兩大類：原核細胞和真核細胞。什么是原核？真核【提問】？那他們的區(qū)別有哪些呢【提問】區(qū)別見表。我們來簡單了解一下原核細胞的結構。和真核細胞一樣，原核細胞

2、也有質膜，控制著物質進出細胞，質膜上有很多種各種功能的蛋白質。大多數(shù)細菌的質膜外還有堅固的細胞壁，保護細胞并有助于維持細胞形狀。某些原核細胞外面還有一個粘稠的莢膜，進一步保護細胞，并有助于附著在寄主的表面上。某些細菌表面有突出物，短的稱菌毛（幫助細菌附著在物體表面），長的叫鞭毛（運動功能）。三、真核細胞的結構 先觀看一段有關細胞結構的視頻?！?min】（一）細胞外被1、細胞外被的結構、組成和功能細胞外被：又稱糖萼，是指細胞質膜外面覆蓋的一層黏多糖物質，其中的糖與質膜的蛋白質、脂類結合形成糖蛋白或糖脂分子。一般含有糖蛋白和蛋白聚糖，起保護作用，如消化道等上皮組織的細胞外被有潤滑作用，防止機械損傷

3、，同時保護上皮組織不被消化酶和細菌侵蝕。2. 植物細胞壁與細菌細胞壁植物細胞壁：由纖維素、半纖維素和果膠質組成。功能：（1）賦予植物硬度和強度；（2）維持植物的形態(tài)：高大的樹木只所以能挺拔直立、枝葉伸展，實際上也是由每個細胞的細胞壁支撐的；（3）保護植物免受病原微生物的侵染：當病原菌侵染時，寄主植物細胞壁內產(chǎn)生一系列抗性反應，如引起植物細胞壁中伸展蛋白的積累和木質化、栓質化程度的提高，從而抵御病原微生物的侵入和擴散；（4）物質通透的障礙；（5）在代謝和分泌過程中起作用。細菌細胞壁：主要成分為肽聚糖，由乙酰葡萄糖胺和乙酰胞壁酸交替連接組成。細菌最外層的保護性結構，可以抵制機械損傷、化學損傷以及水

4、的滲透。革蘭氏陽性菌細胞壁較厚，壁酸含量高；革蘭氏陽性菌壁酸含量少，青霉素的作用機制是抑制壁酸合成，因此主要針對革蘭氏陽性菌起作用。（二）細胞質膜細胞膜是指圍繞在細胞最外層的膜，與細胞的內膜系統(tǒng)如內質網(wǎng)膜、高爾基體膜、核膜、 線粒體膜和類囊體膜等統(tǒng)稱為生物膜。主要成分是脂質和蛋白質，還有少量的糖類。有關其結構有許多假說，如三明治模型、單位膜模型和流動鑲嵌模型。最近有人提出一種新的脂筏模型：膽固醇富集形成有序脂相，如同脂筏一樣載有各種蛋白質，脂筏最初可能在內質網(wǎng)是形成，轉運到細胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上與膜下細胞骨架蛋白交聯(lián)。 作用：（1）為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內環(huán)境；（2）為多種

5、酶提供結合位點，使酶促反應高效有序進行；（3）調節(jié)細胞內外物質運輸及能量轉換；（4）提供細胞識別位點，介導細胞內外信號的跨膜轉導；（5）參與細胞間及細胞與胞外基質間的連接與相互作用；（6）膜蛋白異常與某些遺傳疾病、腫瘤等相關。（三）細胞核 細胞核是真核細胞內最大、最重要的細胞器。真核生物的概念就是有完整成型的細胞核，大多數(shù)細胞只有1個核，有些細胞有多個核（動物的肌肉、結締組織中），哺乳動物紅細胞和維管植物的篩管細胞中無細胞核。功能：通過核內遺傳物質的復制和細胞分裂保持細胞世代間的連續(xù)性；通過基因的選擇性表達，控制細胞的活動，以適應外界環(huán)境。1. 核被膜（核膜）是雙層膜，分為內核膜和外核膜。在兩

6、層膜之間形成的腔叫核周腔（與內質網(wǎng)腔相通）。外核膜常延伸與細胞質中的粗面內質網(wǎng)相連，并且外核膜上有很多核糖體，因此實際上，外核膜是圍繞細胞核的內質網(wǎng)部分。 內核膜的內側有由纖維狀蛋白組成的核纖層。 核被膜上有小孔，稱核孔（由內外兩層膜的局部融合而成），與核纖層形成核孔復合體，在核內外的物質轉運中起作用。2. 染色質染色質：分成常染色質，即細絲狀的部分；和異染色質，即染色較深的團塊。組成：DNA和組蛋白質，及少量RNA和非組蛋白（含量隨細胞生理狀態(tài)不同而改變）。 組蛋白富含賴氨酸和精氨酸，兩者都是堿性氨基酸，所以組蛋白是堿性蛋白，易與DNA的磷酸基團結合。分為H1（不參與核小體的構建，起連接作用

7、）、H2A、H2B、H3、H4共5種。非組蛋白種類多，一些有關DNA復制和轉錄的蛋白質都是非組蛋白，如DNA聚合酶、RNA聚合酶等。如果我們在電子顯微鏡下進行觀察，會發(fā)現(xiàn)染色質呈現(xiàn)一種類似珍珠項鏈的結構（染色體繩珠模型），我們把這些小珠叫做核小體。直徑10nm，核心部分是4對組蛋白分子（H2/3/4），DNA包繞在核心外，H1與DNA結合，鎖住DNA的進出口，起穩(wěn)定核小體的作用。連接DNA：連接各個核小體的DNA，與核小體上的DNA相加，約為146堿基對。染色體的結構模型 ：見ppt.我們都知道像圖中這種染色體只有在細胞分裂時才會形成，而在間期，細胞中染色質一般不會形成。3. 核仁：細胞間期核

8、中個或幾個濃密的球形小體。形狀、大小、和數(shù)目因物種和生理狀態(tài)而異。 核仁富含蛋白質和RNA，是產(chǎn)生核糖體的細胞器。4. 核基質：又稱核骨架，由蛋白質成分組成的纖維狀網(wǎng)，網(wǎng)孔中充以液體。是核的支架，并為染色質的代謝活動提供附著的場所。（四）內質網(wǎng)與高爾基體（略講） 1. 內質網(wǎng)。因其靠近細胞質內側而得名。內質網(wǎng)分為光面內質網(wǎng)和粗面內質網(wǎng)兩種。 光面內質網(wǎng)：上沒有核糖體，在細胞中只是內質網(wǎng)連續(xù)結構的一部分，常作為出芽位點，形成轉運小泡。主要功能是：脂質合成（脂肪、磷脂、固醇類）；糖類代謝（肝細胞）；藥物或毒物的解毒（肝細胞）；肌細胞貯存 Ca2+。 粗面內質網(wǎng)：附著有顆粒狀的核糖體，是蛋白質合成（

9、主要是合成分泌性蛋白質和多種膜蛋白）、蛋白質的修飾與加工（糖基化、羥基化、?；c二硫鍵的形成）、新生肽的折疊與組裝的場所、制造膜的工廠。 在分泌細胞（胰腺腺泡細胞）和漿細胞（分泌抗體）中粗面內質網(wǎng)發(fā)達。 2.高爾基體 。由扁平囊和大小不等囊泡組成。面向核的凸面為順面或接受側，轉運小泡將物質從內質網(wǎng)運到高爾基體；遠離核的凹面為反面或外運側，形成分泌小泡，將物質運送到質膜上。功能：蛋白質的修飾、加工與分選；細胞的分泌活動；合成多糖；與植物細胞分裂時的細胞壁形成有關。（五）核糖體（核糖核蛋白體）核糖體：是合成蛋白質的細胞器。參與蛋白質合成的核糖體都是由大小兩個亞基組成的，每個亞基由不同的rRNA和

10、蛋白質組裝而成。在蛋白質合成速率高的細胞中較多，如人的胰腺細胞中可達幾百萬個。 分為游離的核糖體：制造細胞溶膠中的蛋白質，如催化糖酵解的酶。 連在內質網(wǎng)或核被膜上的核糖體：制造的蛋白質要運送到指定地點起作用，如分泌蛋白。 這二者在結構上完全相同，并可以相互轉換。原核細胞中也存在核糖體，因為他們也需要合成蛋白質。原核細胞與真核細胞的核糖體外形和功能基本相同，但大小不同，原核細胞核糖體沉降系數(shù)為70S，真核細胞核糖體沉降系數(shù)為80S。核糖體在細胞內并不是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由多個甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)結構的核糖體與mRNA的聚合體稱

11、為多聚核糖體。（六）線粒體和葉綠體（略講）1. 線粒體：多形性：線狀、顆粒狀、環(huán)形、啞鈴型、枝裝；易變性：形狀、大小改變；運動性：向細胞需能的地方轉移；適應性：大小不等、數(shù)量不等（成熟紅細胞中消失）、分布不均勻。是由內膜和外膜包裹的囊狀結構，外膜平整，內膜向內折疊成嵴，其膜蛋白是由游離的核糖體制造的；囊內是液態(tài)的基質；內膜上具ATP合酶，基質中有催化三羧酸循環(huán)的多種酶。 線粒體基質中含有環(huán)狀DNA分子和核糖體，能合成蛋白質，但是合成能力有限，線粒體的核糖體蛋白、氨酰tRNA合成酶、許多結構蛋白，都是核基因編碼， 在細胞質中合成后，定向轉運到線粒體的，因此稱線粒體為半自主細胞器。 是細胞呼吸和能

12、量代謝中心，細胞呼吸中的電子傳遞過程及ATP的合成就發(fā)生在線粒體內膜的表面。2. 葉綠體：葉綠體含有葉綠素、葉黃素和胡蘿卜素三種色素，普遍存在于植物的綠色細胞中，其中葉綠素是主要的光合色素，它能吸收和利用光能，直接參與光合作用。其他兩類色素不能直接參與光合作用，只能將吸收的光能傳遞給葉綠素，起輔助光合作用的功能。植物葉片顏色與細胞葉綠體中這三種色素的比例有關。一般情況下，葉綠素占絕對優(yōu)勢，葉片呈綠色，但當營養(yǎng)條件不良、氣溫降低或葉片衰老時，葉綠素含量降低，葉片便出現(xiàn)黃色或橙黃色。某些植物葉秋天變成黃色或紅色，就是因葉片細胞中的葉綠素分解，葉黃素、胡蘿卜素和花青素占優(yōu)勢的緣故。球形、橢圓形、卵圓

13、形；高等植物細胞常有50-200個葉綠體；藻類通常只有一個巨大葉綠體。（七）溶酶體、液泡和微體1. 溶酶體。1955年由比利時學者C.R.de迪夫等人在鼠肝細胞中發(fā)現(xiàn)。溶酶體是單層膜包裹的小泡，由高爾基體斷裂產(chǎn)生，內含60種以上的水解酶。溶酶體的功能是消化從外界吞入的顆粒和細胞本身產(chǎn)生的碎渣（自噬和異嗜）?？纱呋鞍踪|、核酸、脂質、多糖、DNA等生物大分子的降解。溶酶體是酸性的，PH4.8或更低，而各種水解酶只有在酸性環(huán)境中才有活性。 初級溶酶體：是剛從高爾基體分泌形成的，含有多種水解酶，但沒有活性。次級溶酶體（消化泡）：是正在進行或完成消化作用的溶酶體。分為異噬溶酶體和自噬溶酶體，前者消化的

14、物質來自外源（病毒等），后者消化的物質來自細胞本身（老化的細胞器）。（被稱為“細胞的清道夫”）殘體：又稱后溶酶體，消化后所殘留的未消化物，已失去酶活性。殘體可通過外排作用排出細胞，也可能留在細胞內逐年增多，成為細胞衰老的原因。2. 液泡植物細胞中普遍存在。由單層膜包被。其內充滿細胞液，溶有糖、蛋白質、磷脂、單寧、有機酸、植物堿、色素和鹽類等物質。液泡的功能主要是調節(jié)細胞滲透壓，維持細胞內水分平衡，原生生物的伸縮泡就是一種液泡，積累和貯存養(yǎng)料及多種代謝產(chǎn)物。液泡中的色素決定花、果實和葉的顏色?；ò?、果實上紅色或藍色是因含有花色素苷，花色素苷的顏色隨著細胞液酸堿性不同而有變化，酸性時呈紅色，堿性時

15、呈藍色，如牽?；?。3. 微體單層膜包裹的小泡，外形與溶酶體相似。過氧化物酶體：動、植物細胞都有，內含氧化酶。細胞中20%的脂肪酸在其中氧化分解；氧化反應產(chǎn)生的H2O2由所含的過氧化氫酶分解；動物細胞（肝細胞或腎細胞）中的過氧化物酶體可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒的作用（如酒精的分解）。乙醛酸循環(huán)體：只存在于植物細胞。脂類轉化為糖及參與光呼吸。動物細胞中無乙醛酸循環(huán)體，不能將脂肪直接轉化為糖。（八）細胞骨架細胞骨架：在真核細胞內細胞質和細胞核間構成的以蛋白質纖維為主的網(wǎng)絡結構。維持著細胞的形態(tài)結構，與細胞器的空間分布、功能活動、物質運輸、能量轉換及信息傳遞等有關，在細胞中起到“骨骼和肌肉”

16、作用。廣義的細胞骨架包括細胞核骨架、細胞質骨架、細胞膜骨架和細胞外基質骨架。狹義的細胞骨架特指細胞質骨架，組成細胞質骨架的三類蛋白纖維：微管、微絲、中間絲。1. 微管：13行球狀微管蛋白組成中空管。主要分布于細胞核周圍，并呈放射狀向胞質四周擴散。功能：維持細胞形態(tài)，細胞器移動的軌道（內質網(wǎng)等的小泡），細胞分裂中染色體的移動，組成鞭毛、纖毛。 可分為：單管、二聯(lián)管和三聯(lián)管。2. 微絲：兩條相互纏繞的肌動蛋白組成的實心纖維，存在于動植物細胞中。功能：維持細胞形態(tài)，產(chǎn)生張力；植物細胞胞質環(huán)流；變形蟲運動；肌肉收縮；有絲分裂末期的收縮環(huán)。3. 中間絲（中間纖維）：多種纖維狀蛋白分子組成的中空繩索狀結構

17、。功能：承受機械壓力，維持細胞形狀；固定細胞器；形成核纖層。4. 鞭毛、纖毛、中心粒鞭毛和纖毛：細胞表面的附屬物，兩者基本結構相同，區(qū)別主要在于長度、數(shù)量和作用方式。它們的結構成分是微管，在橫切面上呈9（2）+2排列。功能：使細胞移動位置；是細胞周圍的液體或顆粒移動。中心粒：存在于大部分真核生物中，但種子植物和某些原生動物中沒有。埋藏在中心體（微管組織中心）中。功能：與細胞分裂有關。（九）細胞連接 細胞連接：指細胞與細胞之間、細胞與胞外基質間的連接結構。使多細胞生物體相鄰細胞之間協(xié)同作用，將同類細胞連接成組織，同相鄰組織的細胞保持相對穩(wěn)定。1. 封閉連接。將相鄰上皮細胞的質膜緊密連接在一起，阻

18、止溶液中的小分子沿細胞間隙從細胞一側滲透到另一側。緊密連接是主要形式。緊密連接：一般位于上皮頂端兩相鄰細胞間，是靠緊密蛋白顆粒重復形成的一排排連接線將兩相鄰細胞連接起來。相鄰細胞之間不留空隙，使胞外的物質不能通過，形成滲透屏障，如腦血管內壁（使血液中的物質只能通過細胞而不能從細胞間直接進入腦中）、腸壁上皮細胞（吸收功能）等。2. 錨定連接。通過細胞質膜內側的斑塊與細胞骨架連接起來，是動物各組織中廣泛存在的一種連接方式。（1）橋粒與半橋粒。在錨定連接中，細胞是通過中間纖維錨定在細胞骨架上。橋粒：兩細胞間的連接，主要出現(xiàn)在上皮組織、如皮膚和腸組織。半橋粒：細胞同細胞外基質相連，主要位于上皮細胞的底

19、面，將上皮細胞與其下方的基膜連接在一起。（2）黏合帶：相鄰細胞間形成一個連續(xù)的帶狀結構。實際上是細胞膜上的鈣黏著蛋白間的連接。 黏合斑：細胞與細胞外基質之間的連接方式，通過受體與配體的結合實現(xiàn)。3. 通訊連接。（1）間隙連接。動物細胞間最普遍的細胞連接方式，是相鄰細胞間建立的有孔道的連接結構，允許無機離子和水溶性小分子物質從中通過，從而溝通細胞達到代謝與功能的統(tǒng)一。（2）胞間連絲。植物細胞壁上常有的小的開口，是植物細胞間物質運輸和信息傳遞的重要通道?？淄▔驍U張，允許大分子通過。（3）化學突觸。存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式，通過釋放神經(jīng)遞質來傳導神經(jīng)沖動。（十）物質的跨膜運輸1. 物質跨膜

20、運輸?shù)姆懂牸毎\輸：細胞與環(huán)境間的物質交換，如吸收營養(yǎng)物質，排出代謝廢物。胞內運輸：真核生物細胞內膜結合細胞器與細胞內環(huán)境進行的物質交換。如內質網(wǎng)和高爾基體間的小泡。細胞間運輸：不僅是物質進出細胞，而且是從細胞一側進入，從另一側出去，實際是穿越細胞的運輸。如植物根細胞吸收水和礦物質并運輸?shù)降厣辖M織。2.被動運輸與主動運輸（1）被動運輸：不需要能量，是順化學濃度梯度。根據(jù)是否需要膜蛋白的參與，分為自由擴散和協(xié)助擴散。自由擴散：疏水的小分子或小的不帶電荷的極性分子在以簡單的擴散方式跨膜轉運中，不需要細胞提供能量，也沒有膜蛋白的協(xié)助。協(xié)助擴散（易化擴散）：是指溶質順著電化學梯度或濃度梯度，在膜轉運蛋

21、白協(xié)助下的跨膜轉運方式。不需要細胞提供代謝能量，轉運的動力來自物質的電化學梯度或濃度梯度。（2）主動運輸：是由載體蛋白所介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度由濃度低的一側向高濃度的一側進行跨膜轉運的方式。根據(jù)能量來源分為：ATP直接供能、協(xié)同運輸中的離子梯度動力、光能驅動。離子泵：是鑲嵌在質膜脂質雙分子層中具有運輸功能的ATP酶。根據(jù)運輸?shù)碾x子分為：Na+-K+泵 Ca2+泵 ，直接利用ATP作為能源。協(xié)同轉運：靠間接消耗ATP完成的主動運輸方式。動力：膜兩側離子的電化學梯度，而維持梯度依賴于ATP。3.內吞作用與外排作用前面我們講到的被動運輸和主動運輸兩種方法，運輸?shù)亩际请x子和小分子的物質，那么

22、大分子物質，如蛋白質、多糖是怎么進出細胞的呢？是通過內吞作用和外排作用（胞吐）。（1）內吞作用：細胞攝取大分子顆粒物質乃至細胞的過程。根據(jù)吞入的物質是液體還是固體，分為胞飲作用和胞吞作用（2）外排作用：將物質包在膜囊泡內運輸?shù)郊毎け砻?，然后膜囊泡與細胞膜相融合，其內容物的物質釋放到細胞外。（十一）細胞通訊 我們知道，生物體是由許許多多的細胞組成的，那么細胞如果要完成生物體內的一系列新陳代謝活動以維持其生存，就必須能夠相互配合、相互聯(lián)絡。如果我們同學日常想要互相聯(lián)系該怎么辦呢？是不是會用到打電話等等的通訊手段？對于細胞來說，他們之間的聯(lián)系也是通過細胞間的通訊來實現(xiàn)。細胞通訊：細胞發(fā)出的信息通過介質（又稱配體）傳遞到另一個細胞