细胞生物学第一讲--第三讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞生物学,一、细胞生物学,：,细胞生物学是研究,细胞基本生命活动规律,的科学。它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。,第一讲,细胞生物学的概况,1、细胞的发现,1665年，胡克(Rorbert Hooke)用自制的显微镜(30倍)观察栎树软木塞切片时发现“,cell,”（细胞）。他看到的是死细胞的细胞壁，是发现细胞的第一人,1674年，荷兰人列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)利用自制的高倍显微镜(300倍左右)，观察到池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物的精子,（活细胞）。,他们二人的工作是人类的认识进入了微观世界,二、细胞学说的建立,3、“,细胞学说,”的基本内容,认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞,发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；,每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”,生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；,新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。,人们通常称18381839年施莱登和施旺确立的,细胞学说,，1859年达尔文确立的,进化论,和1866孟德尔确立的,遗传学,为现代生物学的三大基石。而实际上，细胞学说又是后两者的基石,三、细胞的大小,细胞大小的计量单位，一般都用微米计算。使用电子显微镜后又提到(Angstrom,)为超显微结构计量单位。现在常用的国际单位是纳,米,。,1毫米=1000微米(m),1微米=1000纳米(nm）1纳米(nm)=10埃,典型的原核细胞的平均大小在110m之间，而真核细胞的直径平均为 330m，一般为1020m。,最大的细胞是鸟类的卵（鸟类的蛋只有其中的蛋黄才是它的细胞，卵白是供发育用的营养物质，不属于细胞部分），如鸵鸟蛋卵黄的直径可达5cm。,1、光学显微镜,：,分辨率：指区分两个点之间的最小距离。是考察一台显微镜好坏的最重要指标，而不是放大倍数。,光学显微镜的分辨率是0、2微米，人肉眼是0.2mm，电子显微镜是0.2nm,(2008年）光学显微镜能观察到的最小生物是（）,A酵母 B植物细胞,C,细菌 D噬菌体,C,四、细胞生物学研究方法,2、荧光显微镜,：以,紫外线,为光源，照射被检物体使之发光，然后在显微镜观察它的形态及所在位置。是特异蛋白质等生物大分子定性、定位的最有力工具。,3、相差显微镜,：可以观察无色透明的活体，,最大的特点是可以观察未经染色的标本和活细胞。,4、透射电子显微镜,：用电子束代替照明的光线。,分辨率比光学显微镜更高的显微镜。,5、扫描电子显微镜,主要用来观察样品表面的形貌特征，成像具有强烈的立体感。,电子显微镜,6、常用的染色剂：,1）,结晶紫,：只是用于染细胞核,2）,孚尔根反应,：对DNA显示高度专一性，染成鲜亮的紫红色,3）,甲基绿-派洛宁混合液,：DNA呈绿色，RNA呈红色,4）,詹纳斯绿,：染活细胞中的线粒体，由于线粒体中细胞色素氧化酶使染料保持氧化态，呈蓝绿色，而周围的细胞质还原成无色,5）,中性红：,使高尔基体、液泡呈红色或淡红色,6）,银染法,：将染色体染成金黄色，而核仁组织区为深黑色,7）,台盼蓝,：可区分死、活细胞，死细胞为均匀蓝色，活细胞不被染色。,原核细胞和真核细胞的主要区别比较如下：,五、细胞的结构和功能,(00)1、下列结构中必须用电子显微镜才能看到的是:答(),A.液泡和叶绿体 B.基粒和核孔 C.细胞核和染色体 D.细胞壁和细胞膜:,(00)2、生物学实验中常用普通光学显微镜观察细小物体,若物体被放大,50 倍这里“被放大50倍”是指细小物体的:答(),A.体积边 B.表面积 C.像的面积 D.长度或宽度,(01)3植物细胞作为植物有机体的结构和功能的基本单位，区别于动物,细胞的结构是。（）叶绿体、线粒体、乙醛酸体 细胞壁、细胞膜、液泡膜 液泡、质体、叶绿体 细胞壁、叶绿体、液泡,(01)4与真核细胞相比原核细胞缺少哪些结构？（）细胞膜 核膜 溶酶体 核糖体,(03)6 自然界最小的细胞是,A病毒 B支原体 C.血小板 D细菌,(02)5细胞生长时，细胞壁表现出一定的(),A.可逆性 B可塑性 C弹性 D刚性,B,D,D,B,B,B、C,(07)58下列有关动物细胞中ATP合成的说法哪一个正确?,AATP都是在线粒体中合成 BATP在线粒体和细胞质中都可以合成,CATP在细胞质中合成 DATP在高尔基体中合成,(07)61下列有关线粒体内蛋白质合成的说法哪一个正确?,A线粒体的蛋白质都是在细胞质中合成后转运到线粒体的,B线粒体的蛋白质都是在线粒体内部合成的,C线粒体内膜的蛋白质由线粒体合成，外膜的蛋白质则来自于细胞质,D线粒体蛋白质既有核基因编码合成的蛋白，也有线粒体自己合成的,蛋白,B,D,(07多选)106在真核细胞中具有半自主性的细胞器为：,A高尔基体 B 内质网 C线粒体 D质体 E溶酶体,CD,第二讲,细胞质膜及其表面结构,二、生物膜结构模型,1、罗伯特森（,J.D.Robertson 1959年）：,单位膜模型,“蛋白质-脂类-蛋白质”三明治式的质膜结构模型,2、桑格（,S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）（1972）：,生物膜的流动镶嵌模型,（,1）磷脂双分子层是细胞膜的主要结构支架，具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相；,（2）膜蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或镶嵌脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；,（3）在膜的两侧脂分子的分布，蛋白质分子的分布与性质是不相同的，即具有,不对称性,；,（4）膜结构中蛋白质分子和脂类分子都能运动，具有,流动性,。,细胞,膜的流动镶嵌模型,2、糖脂,：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5以下）,神经细胞糖脂含量较高；,鞘磷脂和胆固醇含量增多，膜的流动性减小,而甘油磷脂量增多。膜的流动性增大,3、胆固醇,：胆固醇分子也是极性分子（30%以下），,只存在于动物细胞、酵母菌、支原体,；细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇；能增加膜的稳定性，可调节膜的流动性，使膜的流动性不至于在温度降低时而下降。,膜脂分子的运动,侧向运动：会产生分子的换位，是最基本的运动方式,旋转运动：围绕轴心的自旋运动 摆动运动,伸缩震荡运动；翻转运动；旋转异构化运动,。,膜的,流动性,：生物膜的基本特征之一,膜脂的运动方式主要有,侧向扩散,、,旋转,运动、左右,摆动,以及,翻转,运动等；,不饱和脂肪酸越多，脂肪酸链越短，膜脂流动性越大,；温度下降，膜脂的流动性减弱；胆固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流动性。卵磷脂与鞘磷脂的比值越高，膜脂的流动性越大 .,膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动.,膜的,不对称性:,膜脂与糖脂,的不对称性:,膜脂中的不饱和脂肪酸和固醇在膜的外侧较多,糖脂仅存在于质膜的ES（细胞外表面）面，是完成其生理功能的结构基础,膜蛋白与糖蛋白,的不对称性,:,膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；,糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面；,五、,生物膜结构的特征,六、细胞质膜的功能,将细胞与外界环境分隔开。,为细胞的生命活动提供相对稳定内环境,控制物质进出细胞,进行细胞间的信息交流,介导细胞间黏着,1、细胞外被，又称糖萼,：,指膜上的糖蛋白和糖脂。,实际指膜磷脂亲水的头与寡糖链连接而成的结构,作用：对膜蛋白起保护作用,在细胞识别中起重要作用。,七、质膜表面结构,结构组成：,指分布于细胞外空间,由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的不溶性的,网状结构。,1）结构蛋白：包括,胶原蛋白和弹性蛋白,（使ECM 具有强度和韧性）,2）,蛋白聚糖,（,ECM,具有抗压能力）,3）粘连糖蛋白：包括,纤连蛋白和层粘连蛋白,（帮助细胞粘连到ECM）,2、细胞外基质（ECM）,蛋白聚糖,胶原,3、基（底）膜：由胞外基质成分构成的一层薄薄的网状结构。位于大多数,动物的上皮和其他组织细胞,的基底层，将与其连接的组织或其他细胞分开。在其上发现了胞外基质4种蛋白：,基膜对组织结构起支持作用，是渗透性的障碍，调节分子和细胞的运动。在肾细胞中，基膜可以作为一种过滤器，允许小分子进入尿液，却扣下大分子的蛋白质。表皮细胞下的基膜一方面阻止结缔组织的细胞进入表皮，另一方面允许“防卫战士”;白细胞的移动。,蛋白聚糖,巢蛋白,层粘连蛋白,型胶原纤维,总结：真核细胞的细胞外结构,胶原蛋白是胞外基质最基本结构成份之一，动物体内含量最丰 富的蛋白（总量的30以上）。,八、细胞连接,在多细胞生物体内，细胞与细胞之间通过细胞膜相互联系，形成一个密切相关，彼此协调一致的统一体，称为细胞连接。,1、动物细胞,间的连接方式有紧密连接、桥粒、黏合带以及间隙连接等（见下图）。,2、植物细胞,间则通过胞间连丝连接。,1）紧密连接,：亦称结合小带，这是指两个相邻细胞的质膜紧靠在一起，中间没有空隙，而且两个质膜的外侧电子密度高的部分互相融合，成一单层，这类连接多见于,胃肠道上皮细胞,之间的连接部位。,2）间隙连接（通讯连接）,：是两个细胞的质膜之间有2040的间隙的一种连接方式。在间隙与两层质膜中含有许多颗粒连接子（由6个相同的跨膜蛋白分子组成，中央有一个1.5nm的小孔，相邻细胞间的物质可以通过小孔进出）。间隙连接为细胞间的物质交换、化学信息的传递提供了直接通道。间隙连接主要分布于,上皮、平滑肌及心肌,等组织细胞间。,3）黏合带,：是相邻细胞膜之间有较大间隙的一种连接方式，连接处相邻细胞膜间存在着15nm20nm的间隙。在这部分细胞膜下方的细胞质增浓，由肌动蛋白组成的环形微丝穿行其中。粘合带一般位于紧密连接的下方，又称中间连接，具有机械支持作用。见于,上皮细胞间,。,4）,黏合斑：,细胞与胞外基质之间的连接方式，常见于,肌肉和 肌腱。,5）桥粒,：在桥粒处，两个细胞质膜之间有250的间隙。是一个细胞的细胞质的中间丝与另一个细胞的中间丝通过桥粒相互作用，从而将相邻细胞形成一个整体。在桥粒处内侧的细胞质呈板样结构，汇集很多微丝。这种结构和加强桥粒的坚韧性有关。,桥粒多见于上皮，尤以皮肤、口腔、食管、阴道等处的复层扁平上皮细胞间较多,。,6）半桥粒,：是细胞与胞外基质的连接方式，它像爪子似的向下紧紧地抓住基底膜。,7）胞间连丝,：植物细胞间特有的连接方式，在胞间连丝连接处的细胞壁不连续，相邻细胞的细胞膜形成直径约20nm40nm的管状结构，使相邻细胞的细胞质互相连通。胞间连丝是植物细胞物质与信息交流的通道，对于调节植物体的生长与发育具有重要作用。,第三讲 物质跨膜运输,一、离子和小分子物质的跨膜运输,1、被动运输：是指物质顺浓度梯度的穿膜运输。不消耗细胞本身的代谢能，又可因是否有运输蛋白的协助，而分为,自由扩散,和,协助扩散,2、主动运输,自由扩散,协助扩散,主动运输,浓度,高低,高低,低高,载体,不需要,需要载体协助,需要载体协助,能量,不消耗,不消耗,消耗,类例,水、脂溶性物质,葡萄糖进入红细胞,无机离子、氨基酸进入细胞,此外，一些大分子物质或物质团块，还可以通过内吞和外排的方式进出细胞。,物质出入细胞的方式,（1）,自由扩散,：,指物质,顺浓度梯度,直接穿过脂双层进行运输的方式。也叫简单扩散、单纯扩散。既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋白协助。一般来说，影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身,分子大小,(,小于1.0nm,)、物质,极性大小,、膜两侧物质的,浓度差,及环境,温度,等。由于膜主要由类脂和蛋白质组成，双层类脂分子构成质膜的基本骨架，所以物质通过膜的扩散和它的,脂溶性,程度有直接关系。大量实验证明，许多物质通过膜的扩散都和它们在脂肪中的溶解度成正比。,水几乎是不溶于脂的，但它经常能够迅速通过细胞膜。有人推测膜上有许多小孔（或膜脂运动产生的间隙），膜蛋白的亲水基团嵌在小孔表面，因此水可通过质膜自由进出细胞。,（2）协助扩散,：,也叫易化扩散，也是一种,顺浓度梯度,的运动，但扩散是通过镶嵌在质膜上的,蛋白质的协助,来进行的。有实验说明，K,不能通过磷脂双分子层的人工膜，但如在人工膜中加入少量缬氨霉素时，K,便可通过。葡萄糖过,红细胞膜进入细胞,的过程也是以这种,协助扩散,的方式进行的。但葡萄糖通过膜进入细胞的过程，特别是在,小肠上皮,细胞，往往是以,主动运输,方式进行的。,协助扩散特征：,1、,转运速率高 2、存在最大转运速率,3、,膜转运蛋白：,1）载体蛋白：是一种多次跨膜蛋白，由疏水氨基酸组成，多为a-螺旋，少数为B-折叠，能与特定的溶质分子结合，与溶质结合后，载体蛋白构象发生变化，从而介导溶质分子转运。,如葡萄糖进入红细胞,2）通道蛋白：不需与溶质分子结合，形成亲水通道,允许水及一定大小的带电荷离子通过。,（如水通道、离子通道）,特征,：1）离子通道具有离子选择性，转运速率高,2）离子通道是门控的；离子通道开与关构象受到适当的细胞信号调节，使通道蛋白在关、开之间发生变化,3）只介导被动运输.,4）离子通道的类型：电压门通道,配体门通道,压力激活通道,离子通道分类,压力激活通道,（配体门控通道）,2、主动运输,物质,由低浓度向高浓度（逆浓度梯度,）进行的物质运输。主动运输过程中，需要细胞提供能量。,一般动物细胞和植物细胞的细胞内K,的浓度远远超过细胞外的浓度，相反，Na,的含量一般远远低于周围环境。为了细胞逆浓度梯度排出Na,吸收K,的机制，发展了一种离子泵的概念，即靠这种泵的作用在排出Na,的同时抽进K,。现在已经知道离子泵的能量来源是ATP。凡是具有离子泵的组织细胞，其质膜中都有ATP酶系。有实验证明，当注射ATP给枪乌贼（由于中了毒不能合成自己的ATP）巨大神经细胞时，细胞膜立即开始抽排钠和钾离子，并且一直继续到ATP全部用完为止。,关于泵的作用机制，有各种解释。例如，一个存在于神经和肌肉细胞中的离子泵的模型，要求有一个蛋白质的载体，它横跨质膜，在质膜外侧一端和K,结合，而在内侧一端和Na,结合。在有ATP提供情况下，载体蛋白内外旋转，使K,转入内侧，而Na,转入外侧。这样离子脱离载体蛋白后，K,即积累于细胞内，而Na,进入细胞外的环境中。整个过程可以反复进行。,