第二章生命的結構基礎

生物學第二章生命的結構基礎第二章生命的結構基礎第一節(jié)細胞的結構與功能第二節(jié)細胞分裂第三節(jié)細胞分化、衰老與凋亡第二章生命的結構基礎第一節(jié)細胞的結構與功能地球上的生物具有多樣性，各種各樣的生物都具有一個共同點，即所有的生物都是由細胞及其產物組成的。一、細胞的概述二、細胞的結構與功能第二章生命的結構基礎一、細胞的概述1838年，馬西斯·施萊登①所有生物都是由細胞的產物組成的；②新的細胞必須經(jīng)過已存在細胞的分裂而產生；1839年，泰奧多爾·施旺1858年，魯?shù)婪颉の籂栃あ勖恳粋€細胞可以是獨立的生命單位，許多細胞又可以共同形成生物體或組織。（一）細胞學說第二章生命的結構基礎（二）細胞的形態(tài)細胞的形態(tài)多種多樣，有球形、星形、扁平形、立方形、長柱形、梭形等。形態(tài)的多樣性與細胞的功能特點和分布位置有關。第二章生命的結構基礎細胞一般都很小，直徑在1～100mm，要用顯微鏡才能觀察到。支原體是最小最簡單的細胞，直徑只有100～200nm。（三）細胞的大小細胞體積的守恒定律細胞的大小與細胞核質比、細胞的相對表面積及細胞內物質代謝等有密切關系。細胞的體積越小，其表面積與體積比相對就越大，越有利于代謝物質出入細胞，加快細胞的新陳代謝。一般來說，多細胞生物體的大小與細胞的數(shù)目成正比，而與細胞的大小關系不大，第二章生命的結構基礎（四）細胞的分類1．原核細胞細菌細胞結構模式圖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，進化地位較低。原核細胞直徑為1～10mm，內部結構較簡單。原核生物一般是單細胞生物，主要包括支原體、細菌和藍藻等。第二章生命的結構基礎（四）細胞的分類2．真核細胞動物細胞（左）、植物細胞（右）結構模式圖真核細胞直徑為50～100mm，結構復雜。細胞內不僅有由核膜包被的典型的細胞核，其核內具有結構復雜的染色質和核仁等，還有許多由膜包被形成的具有特定功能的細胞器，包括細胞核、線粒體、質體、內質網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、微體、液泡等。真核生物包括一些單細胞原生生物、多細胞植物和動物，以及特殊的真菌類等含有各種真核細胞。第二章生命的結構基礎二、細胞的結構與功能（一）細胞壁植物、真菌、藻類和原核生物（除支原體、L形細菌即缺壁細菌外）都具有細胞壁，而動物細胞不具有細胞壁。1．植物的細胞壁2．真菌的細胞壁3．細菌的細胞壁胞間層、初生壁、次生壁肽聚糖幾丁質、纖維素、葡聚糖、甘露聚糖等多糖第二章生命的結構基礎（二）細胞膜膜的流動鑲嵌模型第二章生命的結構基礎1．細胞膜的特性②組成膜的磷脂雙分子和嵌在其中的蛋白質分子的位置是不固定的，它們在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以流動、翻轉和變化。因此生物膜具有一定的流動性。③膜的內外兩側的組分和含量有明顯的差異。①磷脂雙分子層構成膜的基本骨架?！傲鲃予偳赌Ｐ汀蓖怀隽四さ挠行蛐浴⒘鲃有院筒粚ΨQ性，這些特性對于生物膜適應膜內外環(huán)境變化、膜的選擇透性及物質的跨膜運輸、細胞識別、電子傳遞和信號轉導等具有重要的意義，因而也保證了細胞代謝即物質的交換在高度有序的狀態(tài)下進行。第二章生命的結構基礎2．細胞膜的主要功能自由擴散主動運輸自由擴散是指被選擇吸收的物質，從濃度高的一側通過細胞膜向濃度低的一側轉運主動運輸?shù)奶攸c是被選擇吸收的物質從濃度低的一側，通過細胞膜運輸?shù)綕舛雀叩囊粋?，必須有載體蛋白質的協(xié)助，需要消耗細胞內新陳代謝所釋放的能量被動運輸?shù)诙律慕Y構基礎物質進出細胞的方式物質通過細胞膜出入細胞的兩種方式，可以說明細胞膜是一種選擇透過性膜。這種膜可以讓水分子自由通過，細胞要選擇吸收的離子和小分子也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。第二章生命的結構基礎2．細胞膜的主要功能內吞作用大分子和顆粒性物質主要通過內吞作用進入細胞。這些物質附著在細胞膜上，由于細胞膜內陷形成小囊，這些物質就被包圍在小囊內。然后，小囊從細胞膜上分離下來而形成小泡，并且進入細胞內部，外排作用物質在細胞膜內被一層膜所包圍，形成小泡，小泡逐漸移到細胞表面，小泡膜與細胞膜融合在一起，并且向細胞外張開，使內含物質排出細胞外，第二章生命的結構基礎（三）細胞質細胞膜以內，細胞核以外的原生質叫做細胞質。1．細胞質基質（1）細胞質基質的主要成分（2）細胞質基質的功能水、無機離子、脂類、糖類、氨基酸、核苷酸、蛋白質、脂蛋白、RNA等多類物質①多數(shù)中間代謝過程都在細胞質基質中進行；②細胞質基質還對細胞骨架有支持作；用；③細胞質基質在蛋白質的修飾、選擇性降解、壽命控制和修復錯誤蛋白質等方面都有重要作用。第二章生命的結構基礎2．細胞器細胞中的細胞器主要有：細胞核、線粒體、葉綠體、內質網(wǎng)、核糖體、高爾基體和中心體等。細胞核結構示意圖（1）細胞核核膜染色質核仁核基質又稱為核被膜，是細胞核與細胞質之間的界膜，由兩層生物膜圍繞而成。核膜上分布著一些小孔，以利于核內和原生質之間的物質交流，稱為核孔。細胞核內看不見染色體，DNA以折疊程度低得多的形式存在，稱為染色質。處于分裂間期的細胞核中，用光鏡可以看以圓形或橢圓形的核仁。其主要功能是進行核糖體RNA的合成。核基質又稱核骨架。第二章生命的結構基礎（2）線粒體線粒體普遍存在于植物細胞和動物細胞中。光學顯微鏡下看到線粒體呈粒狀、棒狀。線粒體結構示意圖（3）葉綠體葉綠體主要存在于綠色植物的葉肉細胞里。光學顯微鏡下看到看到它一般呈扁平的橢球形或球形。葉綠體結構示意圖第二章生命的結構基礎（4）內質網(wǎng)絕大多數(shù)植物和動物的細胞內都有內質網(wǎng)。光學顯微鏡下看到內質網(wǎng)是由管狀、泡狀、扁平囊狀的膜結構連接而成的網(wǎng)狀物。內質網(wǎng)結構模式圖（5）高爾基體高爾基體普遍存在于植物細胞和動物細胞中，植物細胞中的高爾基體與細胞壁的形成有關；動物細胞中的高爾基體與細胞分泌物的形成有關。高爾基體結構示意圖（左），在電子顯微鏡下的亞顯微結構（右）第二章生命的結構基礎（6）核糖體核糖體是橢球形的粒狀小體，有些附著在內質網(wǎng)上，有些游離在細胞質的基質中。核糖體是細胞內將氨基酸合成蛋白質的場所，因此，有人把它比喻成蛋白質的“裝配機器”。（7）中心體動物細胞和低等植物細胞中都有中心體，它總是位于細胞核附近的細胞質中，接近于細胞的中心，因此叫做中心體。每個中心體由兩個垂直排列的中心粒及其周圍物質組成。中心體與細胞的有絲分裂有關。第二章生命的結構基礎第二節(jié)細胞分裂細胞分裂是生物細胞的重要生理功能之一。細胞分裂的方式有三種：無絲分裂、有絲分裂和減數(shù)分裂。一、無絲分裂細胞無絲分裂的過程比較簡單，一般是細胞核先延長，從核的中部向內凹陷，縊裂成兩個細胞核；接著，整個細胞從中部縊裂成兩部分，形成兩個子細胞。蛙的紅細胞的無絲分裂第二章生命的結構基礎二、有絲分裂細胞進行有絲分裂，具有一定的周期性。連續(xù)分裂的細胞，從一次分裂完成時開始，到下一次分裂完成時為止，這是一個細胞周期。一個細胞周期包括兩個階段：分裂間期和分裂期。有絲分裂細胞周期從細胞一次分裂結束之后到下一次分裂之前，是分裂間期。在分裂間期結束之后，就進入分裂期。第二章生命的結構基礎植物細胞的有絲分裂前期中期后期末期細胞核中出現(xiàn)染色體紡錘體清楚可見著絲點分裂成兩個，兩條染色體染色體變成細長而盤曲的絲，紡錘絲逐漸消失，出現(xiàn)新的核膜和核仁第二章生命的結構基礎（三）動物細胞有絲分裂與植物細胞有絲分裂的區(qū)別動物細胞的有絲分裂第一，動物細胞有中心體，在細胞分裂的間期，中心體內的兩個中心粒各自產生了一個新的中心粒，因而細胞中有兩組中心粒。一組中心粒的位置不變，另一組中心粒移向細胞的另一極。在這兩組中心粒的周圍發(fā)出無數(shù)條放射狀的星射線，由兩組中心粒之間的星射線形成了紡錘體。第二，動物細胞到了分裂的末期，細胞的中部并不形成細胞板，而是細胞膜從細胞的中部向內凹陷，最后把細胞質縊裂成兩個部分，每部分都含有一個細胞核。這樣，一個細胞就分裂成了兩個子細胞。第二章生命的結構基礎一、細胞分化與全能性第三節(jié)細胞分化、衰老與凋亡（一）細胞分化細胞分化是指在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態(tài)、結構和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。細胞分化的特點持久性普遍性遺傳物質不變性穩(wěn)定性和不可逆性第二章生命的結構基礎細胞分化與細胞分裂的關系①使單細胞生物產生新的個體；②使多細胞生物產生新細胞，使生物幼體由小長大；③通過分裂將復制的遺傳物質平均分配到兩個子細胞中。關系細胞分裂的特點細胞分裂是細胞分化的基礎，僅有細胞分裂，生物體不能進行正常的生長發(fā)育。但是，細胞分化必須建立在分裂的基礎上，即分化必然伴隨著分裂，但分裂的細胞不一定伴隨細胞分化，分化程度越高，分裂能力也就越差。第二章生命的結構基礎（二）細胞全能性細胞分化的不可逆性突出表現(xiàn)在，隨著發(fā)育過程向前推進，細胞的分化發(fā)育潛能愈來愈窄。達到分化終端的成熟細胞，已沒有分化發(fā)育潛能可言。大量科學實驗證明，高度分化的植物細胞仍然有發(fā)育整植株的能力，也就是保持著細胞全能性。植物體細胞培養(yǎng)產生完整植株示意圖第二章生命的結構基礎二、細胞的衰老與死亡（一）細胞的衰老衰老細胞具有的主要特征包括：①衰老的細胞內水分減少，使細胞萎縮，體積變小，細胞新陳代謝的速度減慢；②衰老的細胞內，有些酶的活性降低，例如，人的頭發(fā)基部的黑色素細胞衰老時，細胞中的酪氨酸酶活性降低，就會導致頭發(fā)變白；③細胞內的色素會隨著細胞衰老而逐漸積累，由于細胞內脂褐素占有的面積增大，阻礙了細胞內物質的交流和信息的傳遞，影響了細胞正常生理功能的進行，最終導致細胞的衰老和死亡；④衰老的細胞呼吸速度減慢，細胞核體積增大，染色質固縮、染色加深；⑤細胞膜通透性功能改變，使物