增普通生物學(xué)-第二章細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)

第二章細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)一、細胞大小、形狀、數(shù)目二、細胞結(jié)構(gòu)三、生物膜四、物質(zhì)穿膜運動五、細胞連接一、細胞大小、形狀、數(shù)目1、細胞大小大多數(shù)細胞直徑在10～100μm

細菌直徑一般1～2μm支原體（最小的細胞）：直徑100nm鴕鳥卵細胞（最大的細胞）：直徑7～8cm球形或近似球形：某些卵細胞紡錘體形（梭形）：平滑肌細胞扁平狀：人的表皮細胞纖維狀：葡萄中的分隔纖維細胞其它形狀：人的紅細胞、神經(jīng)細胞、精子細胞、鞭毛蟲、變形蟲2、細胞形狀3、數(shù)目單細胞生物多細胞生物：差異很大多細胞生物體積的增大，可以通過細胞體積的增大，也可以通過細胞數(shù)目的增多，但主要還是靠細胞數(shù)目的增多。一般情況下，多細胞生物的細胞數(shù)目與生物體的大小成正比。二、細胞結(jié)構(gòu)（一）原核細胞細菌、藍藻：沒有成形的細胞核；也沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、葉綠體等細胞器。（二）真核細胞1、細胞膜（1）結(jié)構(gòu)（2）功能（3）細胞膜與癌2、細胞壁大多數(shù)原核生物、真菌和植物細胞的質(zhì)膜外面，都有細胞壁。這里主要介紹植物細胞的細胞壁。（1）結(jié)構(gòu)①胞間層位于兩個相鄰細胞之間，主要成分是果膠，主要作用是把兩個細胞粘合在一起，在細胞分裂中最早形成，幼稚期細胞的細胞壁中只有胞間層。②初生壁位于胞間層內(nèi)側(cè)，由原生質(zhì)體所產(chǎn)生，主要成分是纖維素，同時也含有其它一些多糖和Pr。初生壁薄而有彈性，能隨細胞的生長而擴大。③次生壁位于初生壁內(nèi)側(cè)，主要成分是纖維素，有的還含有木質(zhì)素或木栓質(zhì)。紋孔、胞間連絲①支持和保護②防止細胞吸脹而破裂，維持細胞正常形態(tài)③某些結(jié)構(gòu)有利于物質(zhì)運輸（2）細胞壁的功能3、細胞核（1）數(shù)量（2）形狀：通常與細胞形狀有一定關(guān)系細胞形狀細胞核形狀球形、橢球形、多邊形、正方體形一般為球形柱狀一般為橢球形梭形一般為桿狀（3）位置（4）結(jié)構(gòu)：包括核被膜、核仁、核質(zhì)、染色質(zhì)等核膜：雙層膜，兩層膜之間為核周腔，外膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，附有核糖體，核周腔與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，核膜實際上是包圍核物質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，主要作用是是把遺傳物質(zhì)集中于細胞內(nèi)的特定區(qū)域。核纖層：位于核膜內(nèi)側(cè)，主要成分為核纖層蛋白，它為核被膜和染色質(zhì)提供結(jié)構(gòu)支架。核孔、孔心粒①核被膜常染色質(zhì)：指間期核內(nèi)染色質(zhì)折疊壓縮程度低，處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色較淺的染色質(zhì)。（功能活躍，正在進行自我復(fù)制，呈解螺旋狀態(tài)）異染色質(zhì)：指間期核內(nèi)染色質(zhì)折疊壓縮程度較高，處于凝集狀態(tài)，用堿性染料染色時著色較深的染色質(zhì)（功能不活躍，沒有在進行自我復(fù)制，螺旋化程度較高）染色質(zhì)：是指間期細胞內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白和少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細胞遺傳物質(zhì)的存在形式。（染色體：細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，由染色質(zhì)聚縮而成的結(jié)構(gòu)。）Ⅰ、概念②染色質(zhì)組蛋白：與DNA非特異性結(jié)合；富含Lys和Arg；包括H1、H2A、H2B、H3、H4這樣5種，其中，H2A、H2B、H3、H4非常保守，尤其是H3、H4，是所有已知Pr

中最保守的。非組蛋白：與染色質(zhì)上特定的DNA序列相結(jié)合的Pr，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白。非組蛋白的特性：A、具有多樣性和異質(zhì)性B、對DNA具有識別特異性C、具有多種功能Ⅱ、組蛋白和非組蛋白Ш、核小體結(jié)構(gòu)要點：A、每個核小體單位包括200個堿基對（bp）左右的DNA和一個組蛋白八聚體，以及1分子的H1組蛋白；B、組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的核心結(jié)構(gòu)，分子量約為1×105，由H2A、H2B、H3、H4各2分子所組成；C、146bp的DNA鏈圍繞組蛋白八聚體1.75圈，H1組蛋白在核小體核心顆粒以外再結(jié)合20bp的DNA鏈，鎖住核小體的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用，并促進各核小體的聚攏。這樣，包括H1組蛋白和166bp的DNA鏈在內(nèi)的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體；D、兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，不同物種變化值為0～80bp不等。③核仁

Ⅰ結(jié)構(gòu)A、纖維中心：含rDNA（合成rRNA的DNA片段）、RNA聚合酶Ⅰ（合成rRNA所需）、轉(zhuǎn)錄因子。是rRNA基因的存儲位點。B、致密纖維組分：含高密度rRNA和一些特異性結(jié)合蛋白。是初始rRNA首先出現(xiàn)的位點。C、顆粒組分：是核仁的主要結(jié)構(gòu)，由核糖核蛋白顆粒構(gòu)成。是核糖體亞單位成熟和存儲的位點。Ⅱ功能核仁是rRNA合成、加工以及核糖體亞單位裝配的場所。④核基質(zhì)（核骨架）概念：指細胞核內(nèi)除核被膜、染色質(zhì)和核仁以外的精細網(wǎng)架體系，主要成分是Pr，也含有少量RNA。功能：A、真核細胞內(nèi)的DNA復(fù)制可能要依靠核骨架作為空間支架，DNA復(fù)制起點永久性地結(jié)合在核骨架上。B、參與基因的選擇性表達，某些正在活躍轉(zhuǎn)錄的基因優(yōu)先與核骨架結(jié)合。（5）細胞核的功能真核細胞的細胞核是遺傳信息儲存和復(fù)制的主要場所，控制著細胞的生長、分裂、分化和新陳代謝等生命活動，從分子水平上講，細胞核是真核生物合成DNA和RNA分子的部位。4、細胞質(zhì)和細胞器（1）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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)，它是一種相互連通的扁平囊泡所構(gòu)成的膜性管道系統(tǒng)，也是生物膜的一種。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：沒有核糖體附著，參與脂類合成，在與脂類代謝相關(guān)的細胞中含量較高，如脂肪細胞。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：附有核糖體，參與Pr合成和運輸，在Pr合成旺盛的細胞中含量較高，如胰腺細胞。（2）核糖體它是由rRNA和Pr構(gòu)成的略呈球形的顆粒狀小體，是細胞合成Pr的場所。每個核糖體由大、小2個亞基組成，原核細胞的核糖體為70S型，包括50S和30S兩個亞基；真核細胞的核糖體為80S型，包括60S和40S兩個亞基。真核細胞的核糖體游離核糖體：游離在細胞質(zhì)中，所合成的Pr留在細胞質(zhì)基質(zhì)中或作為細胞中各種生物膜的結(jié)構(gòu)成分。固著核糖體：附著在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，所合成的Pr最終被運到細胞外，如抗體、酶、Pr激素等。多聚核糖體：核糖體在進行Pr合成時，常常是幾個核糖體聚集在mRNA上一起參加活動，這樣的一個功能單位聚合體叫做多聚核糖體，有利于提高核糖體合成Pr的效率。核糖體合成Pr的“信號假說”：認為所有Pr的合成最初都在游離核糖體上開始進行，但運輸?shù)郊毎獾腜r在合成時，先形成一段由幾個aa組成的疏水性“信號肽”，核糖體在信號肽引導(dǎo)下附著到糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，信號肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的脂雙層中。此時，核糖體繼續(xù)合成肽鏈，新合成的肽鏈在信號肽引導(dǎo)下穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。然后信號肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)特異性酶的作用下被分解，合成的Pr分子就留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，并運送到光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜包圍成小泡，移向高爾基體，并在高爾基體中進一步加工，最后通過高爾基體產(chǎn)生的分泌泡運輸?shù)郊毎?。?）高爾基體電鏡下，高爾基體是由單層膜圍成的扁平囊、大泡和小泡所組成。形成面：小泡多分布在形成面。成熟面：大泡多分布在成熟面。高爾基體的功能與細胞內(nèi)一些分泌物的儲存、加工和運輸出細胞有關(guān)，它是細胞分泌物最后加工和包裝的場所。（4）溶酶體溶酶體是由單層膜圍成的、內(nèi)含多種酸性水解酶的囊泡狀細胞器，其主要功能是進行細胞內(nèi)消化。溶酶體含40種以上的水解酶，剛從高爾基體產(chǎn)生的溶酶體叫初級溶酶體，它與食物泡融合后，就形成次級溶酶體。①功能總的功能是細胞內(nèi)消化，具體而言：A、營養(yǎng)功能溶酶體內(nèi)的大分子物質(zhì)被分解成小分子后，可穿過溶酶體膜進入細胞質(zhì)基質(zhì)，被細胞利用。B、防御功能侵入細胞的病毒和細菌，可在溶酶體作用下被殺死并降解。C、清除無用的生物大分子、衰老的細胞器以及受傷、衰老和死亡的細胞，有利于細胞更新。②溶酶體缺陷癥龐帕氏病、臺－薩氏?。?）線粒體由雙層膜圍成的囊狀細胞器，是細胞內(nèi)產(chǎn)生ATP的重要部位，被稱為細胞內(nèi)的動力工廠或能量轉(zhuǎn)換器。線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，其主要功能是提供TCA循環(huán)、電子傳遞以及能量轉(zhuǎn)換的場所，把有機物氧化分解產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)移到ATP中。外膜：平滑，只存在少數(shù)酶，在代謝中不占重要地位。允許小分子和離子通過。內(nèi)膜：內(nèi)折形成嵴，存在與呼吸作用相關(guān)的酶和電子傳遞體，以及ATP合成酶復(fù)合體，后者是形成ATP的場所。內(nèi)膜通透性差，包括H+在內(nèi)的絕大多數(shù)離子和小分子都不能自由通過?；|(zhì)：位于內(nèi)膜以內(nèi)，含有與TCA循環(huán)相關(guān)的酶以及少量DNA、RNA和核糖體，能編碼并合成自身所需的10％的Pr。結(jié)構(gòu)（6）質(zhì)體植物細胞所特有，包括：白色體：主要位于分生組織和不見光細胞中，主要功能為貯存作用，含淀粉、Pr或油類等物質(zhì)，分別叫造粉體、造蛋白體和造油體。有色體：含各種色素，如葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素等。葉綠體是有色體中最重要的一種，是綠色植物進行光合作用的場所。①形態(tài)、數(shù)目、分布②結(jié)構(gòu)雙層膜，內(nèi)部是一個由扁平囊狀結(jié)構(gòu)，即類囊體所形成的復(fù)雜膜系統(tǒng)。類囊體有規(guī)則地堆疊，形成基粒；基粒之間還有類囊體相互連接，稱基質(zhì)類囊體。類囊體上存在一系列與光合作用相關(guān)的色素和電子傳遞鏈?；|(zhì)中含有少量DNA、RNA和核糖體，以及一些酶和光合作用產(chǎn)物——淀粉粒，能自己合成某些Pr，但大部分Pr靠細胞質(zhì)中的核糖體合成。線粒體和葉綠體都有自己的DNA、RNA和核糖體，具有相對獨立的遺傳功能，共同決定著細胞質(zhì)的遺傳。（7）微體單層膜，結(jié)構(gòu)與溶酶體相似。①過氧化物酶體由糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)芽生而來，含一些氧化酶和H2O2酶。②乙醛酸循環(huán)體植物細胞所特有，常見于富含脂類的細胞中，能將脂類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖，供植物早期生長所需。（8）液泡動植物細胞中均有，單層膜。植物的中央大液泡充滿細胞液，主要成分是水，還含有無機鹽、糖類、aa、單寧、植物堿和一些色素。細胞液對細胞吸水、維持細胞形態(tài)有重要作用。（9）細胞骨架細胞質(zhì)基質(zhì)并非勻質(zhì)液體，它含有維管、微絲、中間纖維所組成的網(wǎng)絡(luò)支架，稱細胞骨架，有利于維持細胞形態(tài)。①微管(直徑約24nm)由微管蛋白依次螺旋排列所形成的中空管狀纖維。每個微管蛋白分子含α、β兩個亞基。細胞分裂時的紡錘體即由微管形成，某些藥劑如秋水仙素，能阻斷微管蛋白形成微管，從而抑制紡錘體形成，使細胞分裂停留在中期，染色體數(shù)加倍，常用于育種。類似藥物長春花堿，可用來抑制癌細胞生長。②微絲(直徑4～7nm)由肌動蛋白所組成，也叫肌動蛋白絲，主要作用是參與細胞運動。細胞松弛素B可抑制微絲形成；鬼筆環(huán)肽可抑制微絲解體。③中間纖維(直徑8～12nm)細胞核中的核纖層即由中間纖維構(gòu)成。中間纖維的功能不十分清楚，一般認為有支持和運動的功能。（10）鞭毛、纖毛和中心粒鞭毛和纖毛為細胞表面的附屬物，具運動功能，其基本結(jié)構(gòu)相同，都由微管組成，微管排列方式為9（2）＋2型。區(qū)別在于：鞭毛長而少，纖毛短而多。三、生物膜鞭毛和纖毛的基部與細胞質(zhì)中的基粒相連，基粒也由微管構(gòu)成（9（3）＋0型），通過鞭毛和纖毛擺動，可實現(xiàn)細胞或周圍物質(zhì)的移動。中心粒存在于大多數(shù)真核細胞中（種子植物和某些原生動物細胞除外），一般一個細胞含2個中心粒，互成直角，微管排列方式為9（3）＋0型。中心粒及其周圍的一小團致密細胞質(zhì)基質(zhì)，合稱中心體或微管組織中心，細胞分裂時的紡錘絲即從中心體發(fā)出。而中心粒對紡錘體的形成似乎不是必需的。各種細胞器的膜、核膜、質(zhì)膜，統(tǒng)稱生物膜，其分子結(jié)構(gòu)非常相似，主要都是由脂類和Pr所組成。1、總體結(jié)構(gòu)生物膜的骨架是磷脂雙分子層（脂雙層），在水溶液中，磷脂分子的親水端一致朝外，疏水端埋在內(nèi)部。只允許某些小分子物質(zhì)自由通過，而一些大分子物質(zhì)要借助特殊的方式才能選擇性透過。脂類分子之間鑲嵌著形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的Pr。生物膜上往往還存在一些糖類，常與Pr結(jié)合成糖蛋白，或與脂類結(jié)合成糖脂。流動鑲嵌模型：1972.S.J.

Singer和G.L.

Nicolson要點：（1）磷脂排成雙分子層，構(gòu)成膜的骨架。雙分子層中每個磷脂分子都可以自由地橫向移動，從而使雙分子層具有流動性。（2）膜Pr為球Pr，可從脂雙層的兩個側(cè)面嵌入或穿透脂雙層，或位于脂雙層表面。膜Pr也可以在脂雙層中橫向移動。該模型強調(diào)了生物膜的流動性和膜Pr分布的不對稱性。2、脂雙層脂類一般占生物膜總重的40～50％，所含脂類：磷脂（主要）、膽固醇（只存在于動物細胞的生物膜上）、糖脂等。促進生物膜流動性的因素：（1）磷脂分子中的不飽和脂肪酸。（2）存在短鏈脂肪酸。（3）動物細胞的膜上含有膽固醇。3、膜蛋白不同生物膜，其膜蛋白的種類和含量差異較大，主要是與功能相適應(yīng)。例如，線粒體的內(nèi)膜Pr含量可達75％，而神經(jīng)纖維髓鞘的膜Pr含量一般不超過25％。4、膜糖只存在于細胞膜外側(cè)，而細胞膜內(nèi)側(cè)和細胞器的膜上沒有糖類。膜糖主要以糖蛋白形式存在，少數(shù)以糖脂形式存在。膜糖的主要功能是參與細胞識別。四、物質(zhì)穿膜運動1、擴散一種物質(zhì)的分子從相對高濃度地區(qū)移動到低濃度地區(qū)，叫做擴散。（不耗能）（1）影響擴散的因素①膜兩側(cè)的濃度梯度②分子大?、廴芙庑院碗娦寓躊r載體的種類和數(shù)量（2）擴散類型單純擴散：不需載體，擴散速度相對較慢。易化擴散（協(xié)助擴散）：需載體，擴散速度遠大于單純擴散。2、滲透本質(zhì)上就是溶劑分子（一般是水分子）從高濃度一側(cè)穿過半透膜向低濃度一側(cè)擴散。其強度可用滲透勢來表示。（1）膨壓植物細胞吸水膨脹時，原生質(zhì)體所產(chǎn)生的對細胞壁的壓力，稱膨壓。（2）質(zhì)壁分離當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞失水，原生質(zhì)體縮小并與細胞壁脫離，使細胞壁與質(zhì)膜之間出現(xiàn)空隙，這就是質(zhì)壁分離。3、主動運輸（1）概念：指細胞膜通過某種耗能過程，將某種物質(zhì)由低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程，即逆濃度梯度的轉(zhuǎn)運。（2）特點：需要載體；需要耗能；逆濃度梯度運輸。5、外排作用細胞內(nèi)不能消化的食物殘渣或分泌物，通過細胞表面排出細胞外的過程。4、內(nèi)吞作用吞噬作用：細胞吞噬固體顆粒的過程。胞飲作用：細胞吞入液體物質(zhì)的過程。五、細胞連接植物細胞之間通過細胞壁相互粘連，相鄰細胞之間通過質(zhì)膜形成胞間連絲，可使水和其它一些小分子物質(zhì)從一個細胞進入另一個細胞。在動物體內(nèi)，緊密排列的細胞之間也可以細胞膜分化，形成特定的連接，稱細胞連接，主要包括3種類型：1、橋粒(錨定連接)由中間纖維或微絲在細胞之間形成的一種細胞連接，在上皮細胞之間分布較多，電鏡下呈鈕扣狀，起機械連接作用，允許物質(zhì)從兩細胞間的空隙通過。2、緊密連接相鄰細胞之間通過特殊的跨膜蛋白成串排列，使細胞膜緊密靠攏，不留空隙，物質(zhì)不能通過，這種堅固的細胞連接叫緊密連接。它使胞外物質(zhì)只能通過細胞膜進行運輸，而不能從細胞之間通過。3、間隙連接相鄰細胞之間通過許多連接子相互連接，每個連接子由6個跨膜蛋白圍成，中央形成一個通道。這種細胞連接稱間隙連接。其功能與植物的胞間連絲相似，可使水和小分子物質(zhì)在細胞之間流動。細胞膜的功能①物質(zhì)跨膜運輸半透性（選擇透過性）細胞膜可以通過擴散、滲透、主動運輸、內(nèi)吞、外排等方式，使細胞內(nèi)外進行物質(zhì)交換。②信息傳遞細胞膜上存在一些受體有些受體能與激素結(jié)合，參與激素的作用；有些受體能與抗原結(jié)合，參與免疫反應(yīng)；有些受體與其它細胞表面的特異性物質(zhì)結(jié)合，參與細胞識別。細胞識別細胞識別是指細胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子選擇性地相互作用，導(dǎo)致細胞內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程，即細胞之間的認識和鑒別。返回核被膜核孔復(fù)合體外膜內(nèi)膜核孔返回核骨架活性基因復(fù)制起點殘留核仁核骨架纖維非活性基因核纖層DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)域生物膜結(jié)構(gòu)返回細菌模式圖菌毛核糖體間體鞭毛性菌毛顆粒原核細胞動物細胞模式圖細胞核溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體微絲微管質(zhì)膜線