普通生物学第三章：细胞结构与细胞通讯.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,*,1 显微镜揭示了细胞的微观世界,1665年，英国的光学仪器修理师罗伯特虎克(Robert Hooke)发现细胞。,1838年，德国植物学家施莱登（Schleiden，M.J.）指出细胞是一切植物结构的基本单位。,1839年，动物学家施旺(Schwann,T.)指出动物和植物结构的基本单位都是细胞。,3.1、细胞的结构,荷兰人列文虎克（Antoni von Leeuwenhoek,1632-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。,人类红细胞,人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：,各种生物都是由细胞组成的。,19 世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：,细胞是植物体和动物体的基本结构单位。,（1）,细胞是有机体,，是所有动、植物的基本结,构单位,；,（2）每个细胞相对独立，一个生物体细胞 之间协同配合；,（3）新细胞由老细胞繁殖产生。,细胞学说：,最初提出细胞学说观点的两篇论文是:,德国植物学家施莱登 1938 年发表的论文 :,论植物发现;,德国动物学家施旺 1939 年发表的论文:,动、植物结构与生长相似性的显微研究。,细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。值得注意的是，从,两篇经典的论文,看来，细胞学说不但关系到生物体的,构造,，也关系到生物体的,生长与发育,。,扫描电镜,（SEM）,透射电镜,（TEM）,流式细胞仪,细胞生物学研究的趋势与重点领域：,细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势。,重点领域,细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序的表达？,基因表达的产物蛋白质、核酸、多糖及其复合物如,何逐级装配成细胞器？调控程序与调控机制如何？,大活性因子与信号分子如何调节细胞的增殖、分化、,衰老与凋亡？,2 分级分离技术可用于研究活的样本,细胞的分级分离是将细胞破碎，将其中的的各种细胞器分开，从而可以分别研究它们的功能。最有效的仪器是超速离心机。,沉降系数的S单位。S表示的是大分子或颗粒在超速离心时的沉降行为，其大小与颗粒的密度、形状、沉降介质的密度均有关。沉降系数越大，分子或颗粒就越大。,利用分级分离技术，可以制备比较大量的各种细胞器的制剂，以便仔细研究其功能。,3 细胞的概貌,最小的细胞是支原体细胞，直径只有100nm；最大的细胞是鸟卵，肉眼可见。,细胞的大小和细胞的机能是相适应的。例如，神经细胞、鸟卵。,一般说来，生物体积的增加，是由于细胞数目增加，而不是由于细胞体积加大。,单细胞生物仅有一个细胞；而多细胞生物的细胞数目和生物体的大小成正比。,细胞结构的层次,4 两类细胞：原核细胞和真核细胞,原核细胞：,不含细胞核(nucleus)原核细胞所形成的生,物称为原核生物(prokaryotes)，包括所,有的细菌(bacteria)。,真核细胞：,有细胞核。真核细胞构成的生物称为真核生,物(eukaryotes)，包括,动物,（animal）、,植物,（plant）、,真菌,(fungi)以及介于动,植物之间的,原生生物,(protista)。,原核细胞,遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成,细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能,的细胞器和细胞核膜,支原体,目前发现的最小最简单的细胞,细菌,(Bacteria),蓝藻又称蓝细菌,支原体的电镜照片(链上细胞直径约0.5 m),集群的蓝藻（,Dermocarpa,）,以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统,以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统,由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,真核细胞,3.2 真核细胞的结构,动物细胞与植物细胞的比较,动物细胞,植物细胞,1 细胞核是真核细胞的控制中心,核被膜,双层膜，具核孔,核基质,(,核液,),染色质,由,DNA,和蛋白质组成,核仁,富含蛋白质和,RNA,的区域，核糖体的装配场所。,细胞核结构,核被膜,核被膜的组成：,外核膜,内核膜,核周腔,核孔,核被膜的功能,构成核、质之间的天然选择性屏障,避免生命活动的彼此干扰,保护DNA不受细胞骨架运动,所产生的机械力的损伤,核质之间的物质交换与信息交流,染色质,染色质：,分成常染色质，即细丝状的部分；和异染色质，即染色较深的团块。,组成：,DNA,和蛋白质，及少量,RNA,。分成组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白是碱性蛋白，分为,H1、H2A、H2B、H3、H4,共,5,种。它们与,DNA,相结合；非组蛋白种类多，如,DNA,聚合酶、,RNA,聚合酶等。,核小体：,直径,10nm。4,对组蛋白分子。,连接DNA：,与核小体上的,DNA,相加，约为,200,碱基对。,核小体和染色质,念珠状结构,核 仁,细胞间期核中个或几个浓密的球形小体称为核仁,形状、大小、和数目因物种和生理状态而异,核 仁,有由蛋白质成分组成的纤维状网，网孔中充以液体。是核的支架，并为染色质的代谢活动提供附着的场所,。,核基质,内质网的两种基本类型：,粗面内质网,光面内质网,2 内质网与核糖体,内质网,光面内质网的形态：,分支管状或小泡状，无核糖体附着。,粗面内质网的功能,蛋白质合成与加工,脂类的合成,粗面内质网的形态,：,呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体,附着,。,蛋白质合成,分泌蛋白,整合膜蛋白,细胞器内蛋白,光面内质网的功能,脂类、类固醇激素的合成,肝的解毒作用,肝细胞葡萄糖释放（G-6P,G),肌细胞贮存 Ca,2+,原核细胞与真核细胞的核糖体外形和功能基本相同，但大小不同,核糖体的主要成分为 rRNA(5060%)和蛋白质(4050%)，构成大小亚基,核糖体,3 高尔基体合成、分拣并将产物运出细胞,高尔基体的形态结构,由扁平囊和大小不等囊泡组成,具有极性的细胞器,面向核的凸面为形成面或顺面(cis 面),远离核的凹面为成熟面或反面(trans 面),反面,顺面,高尔基体的功能区隔,高尔基体的功能,多糖合成,蛋白质分类、,包装、运输,蛋白质修饰与加工,内质网,高尔基体,4 溶酶体起消化作用,溶酶体是单层膜包裹的小泡，由高尔基体断裂产生，内含,60,种以上的水解酶。,溶酶体的功能是消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣。,食物泡,+,溶酶体 次级溶酶体。,溶酶体是酸性的，,PH4.8,或更低，而各种水解酶只有在酸性环境中才有活性。,高尔基体,溶酶体,初级溶酶体,次级溶酶体,残体,溶酶体参与细胞消化,5 液泡有多种功能,植物细胞中普遍存在。有单层细胞膜包裹。分生组织细胞的液泡多而小，而成熟细胞的液泡大，且占据细胞的中央。,植物液泡的作用：,调节细胞渗透压以及收集代谢废物。液泡中的花青素还决定花、果实和叶的颜色。,6.线粒体和质体等进行能量交换,线粒体:,细胞呼吸并产生ATP的重要场所,线粒体一般呈粒状或杆状，一般直径0.5-1m，长1.5-3.0m。,线粒体的结构组成：,线粒体由内外两层膜封闭，包括,外膜,、,内膜,、,膜间隙,和,基质,四个功能区隔。,线粒体结构,嵴,内膜,基质,外膜,膜间隙,ATP合成酶,复合体嵴,功 能：,呼吸作用进行的场所，生命活动的“动力工厂”，是,三羧酸循环、电子传递和ATP,生成的场所。,质 体,白色体,有色体,叶绿体：果实成熟,有色质体,白色质体：贮存淀粉,有色质体：果实、花、秋叶中，含色素,前质体,光,叶绿体的结构,（1）叶绿体膜：,叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10-20nm的膜间隙。,外膜的渗透性大,，如核苷、无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。,内膜的选择性很强,，,CO,2,、O,2,、Pi、H,2,O、磷酸、甘油酸、丙糖磷酸，双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜,。,（2）类囊体,是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分，,光能向化学能的转化是在类囊体上进行的，因此又称光合膜。,扁平囊 相叠 基粒,以基粒类囊体连通,膜系统；,7 微体是与H,2,O,2,代谢有关的细胞器,单层膜包裹的小泡，外形与溶酶体相似。分成,过氧化物酶体,和,乙醛酸循环体,两种。,过氧化物酶体,乙醛酸循环体,动、植物细胞都有，内含氧化酶。细胞中,20%,的脂肪酸在其中氧化分解。氧化反应产生的,H,2,O,2,由所含的过氧化氢酶分解。,只存在于植物细胞。脂类转化为糖及参与光呼吸。,过氧化物酶体动物细胞 植物细胞,水仙叶肉细胞微体,8.细胞骨架维持细胞形状并控制其运动,分布与真核细胞内的蛋白质纤维组成网状结构，与细胞器的空间分布、功能活动、物质运输、能量转换及信息传递等有关，在细胞中起到“骨骼和肌肉”作用。,组成细胞骨架的三类,蛋白纤维：,微管,微丝,中间纤维,细胞骨架结构,微 管,，球状微管蛋白组,成中空管，直径 25nm,功能：,维持细胞形态,细胞器定位,胞内物质运输,鞭毛、纤毛、染色体,运动,以细胞核为中心向外放射状排列的微管纤维（红色）,微 丝,肌动蛋白组成,的微丝，直径,7 nm,功能：,维持细胞形态,细胞分裂,肌肉收缩,中间丝（纤维）,多种蛋白组成,直径,10nm,细胞中含量丰富,功能：,承受机械压力,鞭毛和纤毛：,中心粒：,基粒：,细胞表面的附属物，有运动的功能。两者基本结构相同，区别主要在于长度和数量。它们的结构成分是微管，在横切面上呈,9,（,2,）,+2,排列。,由微管构成，呈,9,（,3,）,+0,排列。基粒与鞭毛和纤毛的基部相连。,由微管构成的细胞器，结构和基粒相似。中心粒位于中心体（微管组织中心）中。,9 鞭毛、纤毛、中心粒与运动有关,细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的显著特点之一。细胞壁保护植物细胞，维持其形状，并使它不能吸收过量的水分。,10 细胞壁包被着植物细胞,1细胞壁的分层,胞间层,主要由果胶质组成,初生壁,主要由纤维素和果胶质组成,次生壁,主要由木质素和纤维素组成,2细胞壁的特化,木化 角化 栓化 矿化,细胞壁的分层,11 动物细胞有胞外基质和细胞连接,分布于细胞外空间,由蛋白质和多糖构成网络结构,胞外基质,细胞连接,细胞与细胞间、细胞与细胞外空间的结构关系称为细胞连接。,紧密连接,桥粒,间隙连接,紧密连接,两个相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，两膜之间不留空隙，使胞外的物质不能通过,桥粒,在皮肤、子宫颈处的上皮细胞之间有一种非常牢固的细胞连接，叫桥粒,间隙连接,两细胞之间有很窄的间隙，其宽度不过2-3nm，贯穿于间隙之间有一系列通道，使两细胞的细胞质相连。,3.3 生物膜-流动镶嵌模型,各种细胞器的膜和核膜、质膜在分子结构上是一样的，它们统称为生物膜。生物膜厚越78nm，真核细胞的生物膜占细胞干重的7080%，最多的是内质网膜。,生物膜把细胞空间分隔开，使细胞具有了界限分明、工作性质各异的单位。生物膜的这种分隔也使膜面积加，提高了物质合成、运输等多种生命活动的效率。,生物膜主要由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成。骨架是脂双层，其中有以不同方式镶嵌其间的蛋白质分子。此外，质膜的表面还有糖类分子。,生物膜不是固定不变的，而是经常处于动态变化之中。,主要化学成分：蛋白质、脂类（磷脂）、糖类,基本支架：磷脂双分子层,动物细胞质膜的结构模型,磷脂分子,细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。,磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；,蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层；,流动镶嵌模型突出了膜的,流动性,和,不对称性,：,流动镶嵌模型,1 膜是流动的,细胞膜中脂类和蛋白质分子的运动性在生理状态下，膜脂双分子层处于液晶态，既具有液态的流动性，也具有固态分子的有序性。温度的改变可调节膜脂的状态。,侧向运动 转动 翻转运动 左右摆动,膜脂分子运动方式,40分钟,细胞膜具有一定的流动性,(用不同颜色的荧光标记不同细胞膜上的蛋白质),胆固醇,胆固醇是中性脂类，它散布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂分子的极性头部，甾环固定在碳氢链上，对膜稳定性起重要作用。,2 膜是镶嵌的,蛋白质以不同方式镶嵌或附着于脂双层上,膜蛋白:,根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为两大类型：膜周边蛋白、膜内在蛋白。1),内在膜蛋白,与膜结合非常紧密，穿过脂双层的疏水核心，许多都是整个的穿过膜(2),膜周边蛋白，,完全不埋在脂双层中，他们像附属物一样与膜内在蛋白发生疏松的结合。,膜内在蛋白,膜周边蛋白,3 膜上的糖类为细胞间识别所必需,糖蛋白,糖脂,糖以共价键与膜上的蛋白或脂肪结合，糖只存在于质膜的外层,细胞识别关键在于识别细胞表面的糖分子，例如。,“流动镶嵌模型”要点,流动性,不对称性,3.4 细胞通讯,是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。,举例:,肾上腺素引起肌肉细胞中糖原水解为葡萄糖的全部信号转导。,三个阶段：,信号接受,信号转导,响应,信号接受,配体与受体结合,配体：,细胞外的信号分子，包括激素、神经递质、抗原、药物以及其它有生物活性的化学物质，它们都必须与,受体,特异结合，通过受体的介导作用，才能对细胞产生效应。这些信号分子，统称为,配体,。,受体：能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。,膜表面受体主要有三类：,离子通道型受体（ion-channel-linked receptor）；,G蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor）；,酶耦联的受体（enzyme-linked receptor）。,三种类型的细胞表面受体,信号转导途径,信号转导途径的作用是把信号从受体上传递到细胞内发生专一的响应。,一个受体活化另一个受体，第二个受体又活化第三个，如此等等。如图3.31,响应,信号转导的最终结果是细胞对信号的响应。如图3.31,本章小结,1.动植物细胞的区别,2.真核细胞各种细胞器的结构和功能,3.生物膜流动镶嵌型的特点,4.描述细胞信号转导途径的3个阶段。,