第一章和第二章.ppt

第一部分 细胞和生物大分子,（一）、细胞的发现 1、显微镜的发明 400多年前的荷兰眼镜商詹森父子及荷兰血统英国人列文虎克（Leeuwenhoek）,2、细胞的发现,1665年英国人胡克（Robert Hooke)用自制的显微镜观察软木薄片，发现了软木是由许多蜂窝状的小格子（小室）组成，并将其定名为“细胞”。最早认识到活细胞各结构作用的是布朗。,3、各类显微镜,（1）光学显微镜 复式显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、倒置显微镜、荧光显微镜等（2）电子显微镜 透射电子显微镜、扫描电子显微镜,光学显微镜,目镜,镜筒,物镜,载物台,聚光镜,光源,透射电子显微镜,扫描电子显微镜,（二）、细胞学说的建立,1838年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家施旺（1839年）在动物中证实。由此提出“细胞学说”,（1）所有生物都是由细胞和细胞产物所构成。（2）新细胞只能由原来的细胞经分裂而产生。（3）所有细胞都具有基本上相同的化学组成和代谢活性。（4）生物体总的活性可以看成是组成生物体的各相关细胞的相互作用和集体活动的总和。,这一学说概括起来有以下几点：,一切生命有机体都由细胞构成,单细胞生物如：细菌、衣藻、酵母菌群体生物如：团藻、多细胞生物如：竹、熊猫,证明细胞全能性的实验,第一章、细胞的化学组成,（一）、细胞的元素组成 C、H、N、O4种元素占了96%C、H、N、O、P、S、Ca含量占细胞总重的99.35%其他元素含量很少，有的以痕量存在，但仍然是细胞中必不可少的元素。碳原子具有特别重要的作用：碳原子有4个外层电子，能和别的原子形成4个强共价键，从而生成各种大分子。地球上的生命就是在碳元素的基础上建立起来的。,（二）、细胞的分子组成 1、水和无机盐 2、糖类 3、脂类 4、蛋白质 5、核苷酸和核酸,1.水,由于分子是极性的，因而每个水分子带负电的氧都和它周围的另一些水分子的带正电的氢相吸引而形成氢键。总的结果是水分子总是以不稳定的氢键连成一片，水的这一特性使水有了较强的内聚力和表面能力。,由于内聚力，水可以在根、茎、叶的导管中形成连续的水柱，从而可从根部一直上升到参天大树的树梢。由于较高的表面能力，所以水黾等昆虫能在水面上行走。,出于水分子的极性，它可以和多种极性分子和极性表面结合，这就是水的附着力。在活细胞中，水可以附着在纤维素、淀粉和蛋白质等多种分子上，这对于正常的代谢活动具有重要意义。,2无机盐,细胞中的无机盐一般都是以离子状态存在的，如Na、K、Ca等，它们对细胞的渗透压和pH起着重要的调节作用。有些离子是酶的活化因子和调节因子，如Mg、Ca等；有些离子是合成有机物的原料，如Fe是合成血红蛋白的原料等。,生物生存环境的PH范围为3-8.5，细胞中的各种离子有一定的缓冲能力，可在一定程度上使细胞内的pH保持恒定，这对于维持正常的生命活动是很重要的。,(二)糖类,糖分子含C、H、O 3种元素，三者的比例一般为l：2：1，但也有例外，如鼠李糖就不符合上述比例。,1.单糖,单糖的分子式是：其中n3。,单糖以2种形式存在，即醛糖和酮糖，前者分子含有醛基，后者分子含有酮基。,葡萄糖和果糖可以以游离状态存在，亦可以以结合状态存在，游离态的葡萄糖存在于动、植物细胞中，游离态的果糖存在于果实和蜂蜜中。,半乳糖以结合状态存在于乳糖和琼胶中。,天然存在的葡萄糖都是D型的,2寡糖,由少数(26)几个单糖缩合而成的糖称为寡糖。,麦芽糖是淀粉的基本结构单位。淀粉水解产生麦芽糖，所以麦芽糖通常只存在于发生淀粉水解的组织，如麦芽中。,3.多糖,支链淀粉和直链淀粉的区别,豆类种子所含淀粉全为直链淀粉，糯米淀粉全为支链淀粉。,对于哺乳动物和人，至少有2种脂肪酸(亚油酸和亚麻酸)是必需的营养要素。动物脂肪由于含饱和脂肪酸多，对心血管有不利影响，以少食为宜。,（三）脂类,C为油酸；D为饱和脂肪酸；E掺有不饱和脂肪酸时，排列疏松,3.磷脂类,磷脂的分布：,磷脂和脂肪不同之处：,几乎全部存在于细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量最高。,甘油的一个a-羟基不是饱和脂肪酸而是和磷酸结合成酯，即磷脂酸。,磷脂酸是最简单的磷脂，在细胞中含量甚少，但它是其他磷脂合成的中间产物。,细胞中的磷脂，大多比磷脂酸复杂，即磷脂酸分子式(图16)中的 为含氨基的醇，如胆碱、胆胺、丝氨酸等所取代，则分别成为卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。,通常磷脂分子中的2个脂肪酸总有个是不饱和的。因此2个脂肪酸链不是平行并列的，其中一个(不饱和脂肪酸)总是有折弯的，如图所示。,磷脂分子由于有磷酸和与之相连接的含氨基的化合物，因而是有极性的分子：它的磷酸一端为极性的头，是亲水的，它的2个脂肪酸链是非极性的尾，是疏水的。,如将磷脂放在水面上，磷脂分子都将以亲水的头和水面相接，而倒立在水面上、成一单分子层。,如将磷脂放入水中，磷脂分子则会形成单分子微团，各分子的极性头位于微团的表面而与水接触，非极性的疏水端则藏在微团的中心。,如在水中置一隔膜，磷脂分子能在隔膜小孔处形成双分子层：亲水的极性头位于双分子层的外表，疏水的尾藏在内面。细胞各种膜的形成、结构和特性，都与磷脂分子的极性特征有关。,(四)蛋白质（五）核苷酸和核酸自学！,第二章 细胞的形态结构,一、细胞形状和大小二、细胞的基本结构（一）细胞膜和细胞壁（二）细胞核（三）细胞质和细胞器线粒体、叶绿体、内质网高尔基体、溶酶体等,植物细胞与动物细胞的区别：,1、植物细胞有细胞壁、质体、液泡；而动物细胞没有。,2、动物细胞有中心粒，而植物细胞没有。,这里讲的主要是真核细胞的结构。,(一)细胞膜和细胞壁,1.细胞膜又称质膜，是细胞表面的膜。它的厚度通常为7nm-8nm。,植物细胞结构,细胞膜功能：,（1）半透性或选择性透性即有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞，从而保证细胞正常代谢的进行。,（2）大多质膜上还存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点，所以质膜在激素作用，免疫反应和细胞通讯等过程中起重要作用。,2.细胞壁：是无生命的结构，其组成成分如纤维素等，都是细胞分泌的产物。,细胞壁的功能：,支持和保护，同时还能防止细胞吸涨而破裂，保持细胞正常形态。,细胞壁：,初生细胞壁,初生细胞壁,胞间层（果胶）,次生细胞壁,植物细胞最初生成的细胞壁都是很簿的，称为初生细胞壁。它是由纤维素的纤维埋在由多糖和蛋白质的基质中而形成的。,两个相邻细胞的初生细胞壁之间有胞间层，把两个细胞胶粘在一起。胞间层的主要成分是一种多糖，即果胶。,初生细胞壁薄而有弹性，能随着细胞的生长而延伸。待到细胞长大，在初生细胞壁的内侧长出另一层细胞壁，即次生细胞壁。,相邻细胞的细胞壁上有小孔(参见图23)，细胞质通过小孔而彼此相通，这种细胞质的连接称胞间连丝。,3.胞间连丝：,4.例子(1)棉花纤维 几乎是纯粹的纤维素(图25)。棉花开花时，种子的一些表皮细胞就开始伸长，13d-20d后，细胞的长宽之比可达1000-3000：1。,此时细胞表面的初生细胞壁不再生长，细胞中的糖类转化成纤维素，沉积到初生壁的内面，细胞死后遗留下纤维素化的细胞壁就是棉花纤维。所以，棉花纤维是中空管状的。,2.木材:是死细胞遗留的细胞壁所组成的。但木材不是纯的纤维素，在细胞壁纤维素的间隙中充满一种芳香醇类的多聚化合物木质素。它的作用是使细胞壁坚固耐压，其含量可达木材的50以上。,(二)细胞核,一切真核细胞都有完整的细胞核。哺乳动物血液中的红细胞、维管植物的筛管细胞等没有细胞核，但它们最初也是有核的，后来在发育过程中消失了。有些细胞是多核的，大多数细胞则是单核的。,1.形态特点：,细胞核起着重要的作用：有人用变形虫做实验，去掉核的变形虫虽然还能活几天，但不能取食，也不能生长，终于逃不脱死亡的命运。,不能取食,死亡,变形虫！,2.核被膜,由两层膜组成，每一膜厚约7nm-8nm，两膜之间为宽约l0nm-50nm的核周腔。,核被膜,核纤层,核膜,核被膜包在核的外面。,成分为核纤层蛋白，厚薄随细胞而异。,核孔：核膜上有小孔，称核孔，直径约50-100nm，数目不定，一般均有几千个。,核孔复合体：核孔结构复杂，含100种以上蛋白质，并与核纤层紧密结合，成为核孔复合体。,孔心粒,核膜外,核膜内,3.染色质,（1）定义：利用固定染色技术，如用苏木精染色，可在光镜下看到细胞核中许多或粗或细的长丝交织成网，网上还有较粗大、染色更深的团块，这些就是染色质。细丝状的部分称常染色质，较大的深染团块是异染色质。异染色质常附着在核膜内面。,真核生物染色质的主要成分：DNA和蛋白质，也含少量的RNA。,同一生物体的各种细胞中，DNA的含量是一样的。,（2）染色质中的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白。组蛋白：,富含Lys和Arg，两者都是碱性氨基酸，所以组蛋白是碱性的，能和带负电的DNA结合。染色质中组蛋白和DNA含量的比例一般为1：1。组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3和H4共5种。,将细胞核用实验手段涨破，使其中染色质流出，铺开，在电子显微镜下可看到染色质成串珠状的细丝。,(3).核小体,小珠称为核小体，其直径约为10nm。核小体之间以1.5nm-2.5nm的细丝相连。核小体的核心部分由8个或4对组蛋白分子所构成（H2A、H2B、H3、H4各2个)，DNA分子链缠绕在核小体核心的外围。,各核小体之间也是由这同一DNA分子连接起来，连接核小体的部分称为连接DNA。,连接DNA上也有组蛋白，即H1组蛋白，它的功能可能是促进各核小体的聚拢。,一个核小体上的DNA加上一段连接DNA共有200个碱基对，构成染色质丝的一个单位。,4、核仁,(1)形态位置：细胞核中圆形或椭圆形的颗粒状结构，没有外膜。,（2）染色情况：将碘液滴到新鲜洋葱鳞茎表皮细胞上，通过显微镜可看见细胞核染成红褐色，而核仁染得更深，显示得最消楚。,（3）核仁组织区：是由某一个或几个特定染色体的一定片段构成的，这一片段称为核仁组织区。,核仁就是位于染色体的核仁组织区的周围的。,5核基质,（2）功能：核基质是核的支架，并为染色质提供附着的场所。,（1）定义：核基质不是无结构的液体，而是成纤维状的网，布满于细胞核中，网孔中充以液体。网的成分是蛋白质。,生命科学创造美好未来！,(三)细胞质和细胞器,（1）细胞质的定义：,（2）胞质溶胶：,除细胞核外，细胞的其余部分均属细胞质，细胞质的外围是质膜，即细胞的外表面。,在质膜与细胞核之间是透明、粘稠、并且时刻流动着的物质，即胞质溶胶，各种细胞器均浴于其中。,a.内质网和核糖体,1.内质网:细胞质内有一列囊腔和细管，彼此相通，形成一个隔离于细胞溶质的管道系统，即是内质网。,（3）主要的细胞器有：,内质网膜向内与核被膜的外膜相通，核周腔实际就是内质网腔的一部分。,2.内质网膜也是以脂类双分子层为基础的，内质网分为两种类型:,(1)光面内质网的膜上没有核糖体颗粒。这种内质网比较少见，但在与脂类代谢有关的细胞中却很多。,(2)糙面内质网（rough ER）：膜上附有颗粒状核糖体。核糖体是细胞合成蛋白质的场所，所以糙面内质网的功能是合成并运输蛋白质。,3.光面内质网的功能：,（1）在睾丸和肾上腺细胞合成固(甾)醇；（2）在肌细胞是贮存钙，调节钙的代谢，参与肌肉收缩；（3）在肝细胞制造脂蛋白所含的脂类和解毒作用。（4）光面内质网还有合成脂肪、磷脂等功能，所以脂肪细胞中总含有丰富的光面内质网。,因此管腔中的蛋白质和脂类能够相遇而产生脂蛋白，管腔中的分泌物被逐步运送到光面内质网，然后内质网膜围裹这些物质，从内质网上断开而成小泡，移向高尔基体，由高尔基体加工、排放。,4.光面内质网和糙面内质网是相通的。,高尔基体结构,b.高尔基体,1.发现及其形态结构,1898年，意大利医生高尔基利用硝酸银染色法，在猫头鹰和猫小脑的蒲金野氏细胞(一种神经细胞)中，发现了一种嗜银的网状结构，由于存在于细胞内质中，高尔基便将其命名为内网器。后人为了纪念他，而改称为高尔基体或高尔基器。因其形态结构和组成较复杂，故学者们现一般称其为高尔基复合体。,除红细胞外，几乎所有动、植物都有这一细胞器。,形态结构：,动物细胞高尔基体常定位于细胞核的一侧，植物细胞高尔基体常分散于整个细胞中。高尔基体是由一系列扁平小囊和小泡所组成。,有极性的分泌型细胞,一般认为，细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和转运，有人把它比喻成蛋白质的“加工厂”。植物细胞分裂时，高尔基体与细胞壁的形成有关。,c.溶酶体,单层膜包裹的小泡,数目可多可少，大小也颇多变异，是由高尔基体断裂产生的。溶酶体内含40种以上水解酶，可催化蛋白质、多糖、脂类以及DNA和RNA等大分子的降解。,1.产生：,2.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。,（1）细胞都能从周围环境中吞入食物等颗粒，这些颗粒由细胞膜包围，落入细胞中而成食物泡。（2）食物泡和高尔基体产生的溶酶体，即初级溶酶体融合而成次级溶酶体。（3）在次级溶酶体中，水解酶将食物颗粒消化成小分子物质。这些小分子可穿过溶酶体膜而进入细胞质中。,3.溶酶体消化食物的过程：,（4）完成消化作用的次级溶酶体移向细胞表面，与质膜融合而将残余的不能利用的物质排到细胞外面去。,溶酶体不但能消化从外界摄入的食物，还能分解细胞中受到损伤或失去功能的细胞结构的碎片，使组成这些结构的物质重新被细胞所利用。,4.溶酶体的各种酶只有在酸性环境中才有活性。它们如果漏出而进入中性的细胞溶质中(pH70-73)，则会失去活性。,溶酶体如果发育不全，所含的酶种不全，就可能引起疾病。例如，有些幼儿的肝细胞中，溶酶体中缺乏水解糖原的酶，糖原不能被消化，因而在细胞中形成大的糖原泡。这种婴儿一般只能维持生命一年。类似这样的水解酶缺乏症约有20余种。,d线粒体,形态数目：,颗粒状或短杆状，横径约02um-1um，长约2um-8um，线粒体的数目随不同细胞而不同。分泌细胞中线粒体多，大鼠肝细胞中线粒体可多到800多个。反之，某些鞭毛虫细胞只有一个线粒体。,2.线粒体的结构：内外两层膜包裹的囊状细胞器，内外两膜间有腔，囊内充以液态的基质。,线粒体结构,外膜平整无折叠，内膜向内折入而形成浴于基质中的嵴。,嵴是双层膜的，大大增加了内膜的表面积，有利于生物化学反应的进行。用电镜可以看到，内膜面上有许多带柄的、直经约为85nm的小球，称为ATP合成酶复合体。,3.功能：,线粒体是细胞呼吸及能量代谢的中心，细胞呼吸中的电子传递过程就发生在内膜的表面，而ATP合成酶复合体则是ATP合成所在之处。,4.注意：（1）线粒体有自己的一套遗传系统，能按照自己的DNA的信息编码合成一些蛋白质。（2）线粒体和细菌大小相似，两者的DNA分子都是环状的，两者的核糖体也是相似的。（3）细菌没有线粒体，它的呼吸酶位于表面膜上。,e质体,白色体：,1.种类：,-是植物细胞的细胞器,有色体：,存在于分生组织以及不见光的细胞中。可含有淀粉(如马铃薯的块茎中)，也可含有蛋白质或油类。菜豆的白色体既含有淀粉又含有蛋白质。,含类胡萝卜素，花、成熟水果以及秋天落叶的颜色主要是这种质体所致。西红柿的红色来自一种含有特殊的类胡萝卜素和番茄红素的质体。,（1）叶绿体的形状、数目和大小,2.叶绿体,藻类一般每个细胞只有一个、两个或少数几个叶绿体。高等植物细胞中叶绿体通常呈椭圆形，数目较多，少者20个，多者可达100个。,（2）叶绿体在细胞中的分布：,与光照有关。光照时：叶绿体常分布在细胞外周，黑暗时：叶绿体常流向细胞内部。,内部是一个悬浮在电子密度较低的基质之中的复杂的膜系统。这一膜系统由一系列排列整齐的扁平囊组成，这些扁平囊称为类囊体。有些类囊体有规律地重叠在一起好像一摞硬币，称为基粒。,（3）.叶绿体的结构,-包有两层膜,每一基粒中类囊体的数目少者不足10个，多者可达50个以上。光合作用的色素和电子传递系统都位于类囊体膜上。在各基粒之间还有埋藏于基质中的基质类囊体，与基粒类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。叶绿体中包有环状的DNA和核糖体，能合成某些蛋白质。,6.微体,（1）微体的定义：,细胞中一种和溶酶体很相似的小体，也成单层膜泡状，但所含的酶和溶酶体不同，这种小体称为微体。,（2）过氧化物酶体：,是动、植物细胞都有的微体，含氧化酶，细胞中大约有20的脂肪酸是在过氧化物酶体中被氧化分解的。,过氧化物酶体氧化反应的结果：,产生对细胞有毒的H2O2，但过氧化物酶体中存在着一些酶，如过氧化氢酶等，它们能使H2O2分解，生成H2O和O2，从而起到解毒作用。,肝、肾细胞中过氧化物酶体的过氧化氢酶能利用H2O2来解毒：,举例：,即通过过氧化氢酶的作用使酚、甲酸、甲醛和乙醇等毒物氧化、排出。人们饮入的酒精，有25%以上是在过氧化物酶体中被氧化的。,（3）乙醛酸循环体：,只存在于植物细胞。在种子萌发生成幼苗的细胞中，乙醛酸循环体特别丰富，细胞中脂类转化为糖的过程就发生在这种微体中。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转化成糖。,g.液泡,植物细胞中最显著的内部结构，也是一种细胞器。（1）液泡:在细胞质中，由单层膜包围的充满水液的泡即液泡。,液泡膜也是选择透性膜，通透性比质膜高。,（2）植物液泡的发生发展过程：,年幼细胞只有很少的、分散的液泡；成长细胞中，小液泡逐渐合并而发展成一个大液泡，占据细胞中央很大部分，而将细胞质和细胞核挤到细胞的周缘。,（3）细胞液：,植物液泡中的液体称为细胞液（cell sap）,其中有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素，特别是花青素等。,（4）特点：,细胞液是高渗的，所以植物细胞才能经常处于吸涨饱满的状态。,细胞液中的花青素与植物颜色有关，花、果实和叶的紫色、深红色都是决定于花青素的。此外，液泡还是植物代谢废物屯集的场所，这些废物以晶体的状态沉积于液泡中。,（1）维持细胞的渗透压。,液泡的功能：,使细胞具有吸水能力，当细胞液的浓度高，水分就从浓度低的外部流入浓度高的液泡中；当细胞液的浓度低，水分就从液泡流出。这个过程叫渗透作用，植物取得水分主要靠渗透作用。,（2）高浓度的细胞液使植物有一定的抗寒、抗旱能力，细胞液只有在零下很低的温度才冻结，不至损伤细胞。（3）由于液泡本身吸水，液泡膨胀，产生一种压力，使细胞有一定的紧张度，使植物体保持饱满和坚挺，维持一定的形状。,（4）细胞代谢产物的贮藏场所，参与细胞中的物质循环，必要时细胞液中的酶能破坏、消化细胞中各种细胞器，分解贮藏物质等。近年发现在液泡含有多种酶，积极参与细胞代谢活动。,h.细胞骨架：,细胞骨架：一种纤维状蛋白基质分类：微管、微丝、中间纤维主要功能：1、形状、结构的维持2、细胞运动3、有丝分裂,细胞骨架结构,1、微管：中空长管状纤维，宽约24nm，除红细胞外，真核细胞都有微管。2、微管蛋白：与肌动蛋白相似的一种酸性蛋白质，常常以二聚体存在（、-微管蛋白）,微管结合蛋白,微管相关蛋白Tau蛋白功能：1、与微管的产生、聚合和解聚的调节有关 2、与微管和其它细胞组成之间的连接有关,微管的组装,细胞形态变化与 定向运动、胞内物质和细胞器的移动,微管的加聚和解聚,某些条件,微管的功能,1、支架：维持细胞形态、固定细胞器2、细胞收缩，伪足运动；纤毛鞭毛3、细胞器位移，染色体分裂与位移4、胞质内物质运输,微 丝,存在普遍，又称肌动蛋白丝，为实心纤维，成分为肌动蛋白。可变结构6m，由肌动蛋白组成与微管共同构成细胞的支架,肌动蛋白的结构,肌动蛋白为哑铃形的单体结构，相同单位常连接成多聚体微丝由肌动蛋白亚单位组成螺旋状纤维,肌动蛋白丝很容易解聚而成单体，单体也很容易重新聚合再成细丝，所以肌动蛋白丝有运动的功能。动、植物细胞的细胞质流动就是在微丝的作用下实现的。成纤维细胞和变形虫的伪足生成都和微丝的活动有关。,A小鼠成纤维细胞中的肌动蛋白丝,有一种来自真菌的试剂，细胞松弛素B能使肌动蛋白丝解聚。另有一类来自一种毒菌的蛋白，鬼笔环肽，能防止肌动蛋白丝解聚。两者相反的作用都能引起细胞变形，使细胞骨架发生变化。,和微管蛋白一样，肌动蛋白也是没有特异性的。例如，将粘菌的肌球蛋白代替兔的肌球蛋白，与兔的肌动蛋白混合，两者能够组合起来形成一个微丝网，只要供给能(ATP)，这个微丝网就能表现出运动的功能收缩。,微丝与细胞结构及其功能的关系,1、与微管共同形成细胞的支架，以维持细胞形状2、具运动功能，与细胞质的运动紧密相关3、与细胞器关系密切4、细胞内信号传递、蛋白质合成支架,中间纤维：,1.大小介于微管、微丝之间，结构复杂，有支持和运动的功能。2.构成中间纤维的蛋白质：角蛋白-是构成上皮细胞中的中间纤维；波形蛋白-构成成纤维细胞中的中间纤维；层粘连蛋白-是上皮组织基础膜的主要成分，核纤层的成分。,i、鞭毛、纤毛和中心粒,（1）鞭毛、纤毛区别,鞭毛：,较长，一个细胞常只有一根或少数几根。波浪式前进。,纤毛：,很短，但很多，常覆盖细胞全部表面。纤毛像浆一样来回摆动。,（2）共同点：,基本成分都是微管。,（3）9（2）+2排列：,在鞭毛或纤毛的横切面上可以看到四周有9束微管，每束由两根微管组成，称为二体微管，中央是两个单体微管，这种结构模式称为9（2）+2排列。,二体微管,单体微管,（4）9（3）+0排列：,基体也是由9束微粒管构成，不过每束微管是由3根微管组成的，称为三体微管；并且基粒的中央是没有微管的。基粒的这种结构模式称为9（3）+0排列。,三体微管,许多单细胞藻类、原生动物以及各种生物的精子都有鞭毛或纤毛。多细胞动物的一些上皮细胞，如人气管上皮细胞表面，也密生纤毛。功能：,鞭毛或纤毛的摆动可使细胞实现移位的运动，如草履虫、眼虫的游泳运动；或是使细胞周围的液体或颗粒移动，如气管内表面的上皮细胞的纤毛摆动可将气管内的尘埃等异物移开。,（5）中心粒的亚微结构,EM下，中心粒为一圆柱形小体，0.160.26m，长0.165.6m，成对且彼此垂直排列（双心体）结构：93（三联体微管）,由微管构成的细胞器，成对出现19世纪发现，与有丝分裂有关LM下，中心体、中心粒,中心体,中心体和中心粒的功能：,中心体的功能：微管组织中心，有丝分裂时，产生微管中心粒的功能：组织形成纤毛和鞭毛、参与细胞的有丝分裂中心粒含ATP酶（能量代谢）、少量DNA（细胞质遗传）,j.胞质溶胶,胞质溶胶：由微管、微丝、中间纤维组成的细胞骨架就位于胞质溶胶之中的。,包围在各细胞器外面的细胞质，或者说，细胞质除细胞器以外的液体部分，称为胞质溶胶。,五、细胞连接,1.定义：2.脊椎动物细胞连接的类型：桥粒、紧密连接、间隙连接,在细胞紧密靠拢的组织中，如上皮组织，细胞膜在相邻细胞之间分化而成特定的连接，即细胞连接。,（一）桥粒,存在部位：桥粒存在于承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管等处的复层鳞状上皮细胞之间和心肌中。,2.形态结构：相邻细胞间形成纽扣状结构，细胞膜之间的间隙约30nm，质膜下方有细胞质附着蛋白质，形成一厚约1520nm的致密斑。斑上有中间纤维相连，桥粒中间为钙粘素。因此中间纤维通过细胞质斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络。,(二)紧密连接,定义：又称封闭小带，存在于脊椎动物的上皮细胞间，长度约50-400nm，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。,2.电镜观察：在电镜下可以看到连接区域具有蛋白质形成的焊接线网络，焊接线也称嵴线，封闭了细胞与细胞之间的空隙。上皮细胞层对小分子的透性与嵴线的数量有关，有些紧密连接甚至连水分子都不能透过。,兔子上皮细胞的紧密连接（冰冻蚀刻）,紧密连接的模式图,3.紧密连接的主要作用：,是封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，从而保证了机体内环境的相对稳定。,例如：消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮以及睾丸支持细胞之间都存在紧密连接。后二者分别构成了脑血屏障和睾血屏障，能保护这些重要器官和组织免受异物侵害。在各种组织中紧密连接对一些小分子的密封程度有所不同，例如小肠上皮细胞的紧密连接对Na+的渗漏程度比膀胱上皮大1万倍。,存在部位：间隙连接存在于大多数动物组织。2.形态：在连接处相邻细胞间有24nm的缝隙，而且连接区域比紧密连接大得多，最大直径可达0.3m。,（三）间隙连接,3.连接子：在间隙与两层质膜中有大量蛋白质颗粒，是构成间隙连接的基本单位，称连接子。,通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许分子量小于1.0KD的分子通过。这表明细胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等有可能通过间隙连接的孔隙。,4.间隙连接的通透性是可调节的。,在实验条件下，降低细胞PH值，或升高钙离子浓度均可降低间隙连接的通透性。当细胞破损时，大量钙离子进入，导致间隙连接关闭，以免正常细胞受到伤害。,附：胞间连丝,胞间连丝（plasmodesmata）：,是植物细胞特有的通讯连接，植物细胞有细胞壁，细胞壁上有孔，相邻细胞的细胞膜伸入孔中，彼此相连，两细胞的光面内质网也彼此相通，即成胞间连丝。,植物细胞虽有细胞壁,实际上它们是彼此连成一片的，称共质体，水分子以及小分子物质都可从这里穿行。,共质体：,细胞壁也彼此连成一片，称为质外体，水分子以及小分子物质也可沿质外体运输。,质外体：,三、生物膜-流动镶嵌模型,1.生物膜：生物膜的厚度一般为7nm-8nm。真核细胞的生物膜约占细胞干重的70-80%，最多的是内质网膜。,各种细胞器的膜和核膜、质膜在分子结构上都是一样的，它们统称为生物膜。,2.生物膜成分：,是由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成。生物膜的骨架是磷脂类的双分子层，或称脂双层。脂双层的表面是磷脂分子的亲水端，内部是磷脂分子疏水的脂肪酸链。,脂双层有屏障作用，使膜两侧的水溶性物质不能自由通过，这对细胞正常结构和功能的保持是很重要的。,脂双层中还有以不同方式镶嵌其间的蛋白质分子，生物膜的许多重要功能都是由这些蛋白质分子来执行的。有的蛋白质分子和物质运输有关，有的本身就是酶或重要的电子传递体，有的是激素或其他有生物学活性物质的受体。,除了脂类和蛋白质以外，细胞膜的表面还有糖类分子，称为膜糖。膜糖大多和蛋白质分子相结合成为糖蛋白，也可和脂类分子结合而成糖脂。,生物膜的内外表面上，脂类和蛋白质的分布不均衡，这反映了膜两侧的功能的不同。,目前关于生物膜结构的公认模型是流动镶嵌模型，这是美国科学家辛格和尼科尔森于1972年提出的。他们提出这一模型的根据是生物膜的化学成分和前人的一系列假说。,3.流动镶嵌模型,(一)脂双层,在生物膜的总重量中，脂类约占40%-60%。构成脂双层的脂类包括：（1）磷脂(脂双层的主要脂类)；（2）胆固醇；（3）糖脂。,磷脂分子有一个亲水的“头”和一个疏水的“尾”。通常构成“尾”的两个脂肪酸有一个是饱和的，另一个是带有一个(有时两三个)双键的不饱和脂肪酸，在这个双键处有一个折弯。,折弯的存在使脂双层中的各脂肪酸难以组合在起，因而就保证了脂双层的流动性。短链的脂肪酸也有增进脂双层流动性的作用。,胆固醇只存在于动物细胞。细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇。在动物细胞，胆固醇在脂双层中所占比例较大，特别是在哺乳动物细胞，它可和磷脂分子一样多。,胆固醇分子也是极性分子，在脂双层中，它的极性顶端(-OH)靠近磷脂的(亲水)极性端，类固醇环(环戊烷多氢菲)与磷脂亲水顶端以下的一般碳氢链相互作用，而非极性的尾端则比较灵活。,胆固醇分子在脂双层中的作用：,脂双层的流动性是重要的，因为如果流动性下降，粘度增加，附着其上的酶将失去活性，各种活动如过膜运输等都将变为不可能。,可防止磷脂的碳氢链相互接触或结晶，因而可使膜的流动性不致在温度降低时而下降。,(二)膜蛋白,含量：在一般质膜中，蛋白质约占膜重的50%，蛋白质与脂类分子数之比约为1：50。2.分类:膜蛋白可分为两大类，即固有蛋白或内在蛋白和外在蛋白。,(1)固有蛋白:都是以其疏水部分直接与磷脂疏水部分共价结合的。大多是两端都带有极性的，因而大多是贯穿膜的内外。两个极性端则暴露于膜的表面。也有些固有蛋白只是部分地插入脂双层，只有一端是亲水的，暴漏在膜外。,(2)外在蛋白:外在蛋白不与磷脂分子的疏水部分直接结合，它们只是以非共价键结合在固有蛋白的外端上，或结合在磷脂分子的亲水头上。,膜蛋白的功能是多方面的：（1）有些膜蛋白可作为“载体”而将物质带入或带出细胞。（2）有些膜蛋白是激素或其他化学物质的特异受体，如甲状腺细胞上有接受来自脑垂体的促甲状腺素(TSH)的受体。,（3）膜表面还有各种酶（蛋白质），使特异的化学反应能在膜上进行，如内质网膜上的酶能催化磷脂的合成等。（4）细胞的识别功能也是决定于膜的表面蛋白的。这些蛋白可统称为表面抗原。,表面抗原能和特异的抗体结合:如人细胞表面有一种蛋白质抗原HLA,这是一种变化极多的双链分子,不同的人有不同的HLA分子，器官移植时，被植入的器官常被排斥，就是因为植入细胞的HLA分子，不为受体所接受之故。,(3)膜蛋白在脂双层中能自由移动证明实验：这可通过人、鼠两种细胞的融合实验而得到证明。在诱导人、鼠细胞融合时，从开始诱导到两个细胞实现融合之间陆续取出细胞，用固定剂(戊二醛)杀死，使表面抗原停留原地。,然后将一种细胞的抗体，假定是小鼠细胞的抗体，染以荧光染料，将这种带有荧光的抗体放入融合细胞的外面介质中，抗体就和小鼠细胞的表面抗原结合，结果小鼠细胞表面也有了荧光，而人细胞由于不和小鼠抗体结合，没有荧光。这样就可在荧光显微镜下分清两种细胞的表面抗原(蛋白质)了。,实验结果表明：细胞开始融合时，人、鼠细胞的表面抗原“泾渭分明”，各自只分布于各自的细胞表面；但在融合之后，两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。,（4）注意：,但并不是一切膜蛋白都能在膜中移动，有些膜蛋白是不能移动或不能自由移动的，如上皮细胞膜上的运输蛋白和各种酶就只有一定限度的移动而不能完全自由移动。,（三）膜糖和糖衣,1.膜糖：,膜糖是细胞膜表面的糖类总称。它们大部分以共价键与膜蛋白相结合而成糖蛋白，少部分与脂类结合而成糖脂。,2.存在部位：,膜糖只存在于质膜的外层，即远离细胞质的一层，与细胞质接触的一层没有糖类。,3.特例：4.膜糖的成分,细胞器的膜，如线粒体、高尔基体、叶绿体等的膜上也没有糖分子。,成分主要有半乳糖、甘露糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、葡萄糖以及唾液酸等。唾液酸是甘露糖的衍生物，位于糖链的末端。糖链一般都是短而分支的寡糖链。它们与细胞识别有关，也可能有固定膜中的穿膜蛋白质的作用。,5.糖萼：由于糖萼中含有带负电的唾液酸，所以真核细胞表面的净电荷是负值的。用重金属染料如钌红染色后，糖萼在电镜下表现为电子密度很高的一条粗线。各种细胞的糖萼具有特异性，细胞识别的能力就是决定于糖萼中的蛋白质和糖分子。,这些寡糖链和蛋白质共同构成细胞表面的一层糖萼。,3.4 细胞通讯,信号接受,信号转导,细胞响应,受体分子往往与 G蛋白相偶联。G蛋白松散地连接在质膜的胞质侧，起着开关的作用。当G蛋白与GTP结合时，它有活性；当与GDP结合时，活性丧失。,3.4.1 信号接受,G蛋白受体系统的活动过程是：质膜中的受体分子接受信号分子，于是在胞质侧与受体分子结合的G蛋白被活化(与GTP相连)；活化的G蛋白在质膜上移动并与有关的酶分子结合；活化的酶分子引起反应，例如糖原水解。,例如性激素睾酮(testosterone)的受体就在细胞溶胶中，睾丸细胞分泌的这种激素进入血流中，传至全身。靶细胞的细胞溶胶中有此激素的受体。受体接受睾酮后进入细胞核，活化其中的基因，最后引起有关蛋白质的合成。,并非所有的信号受体都在质膜中，也有一些是在细胞内的。,3.4.2 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。,这种传递有点像多米诺骨牌，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。应该注意的是，原来的信号分子并不必参加信号转导途径，在大多数情况下，它甚至并不进入细胞，信号转导只是某种信息的传递。每一个传递步骤中传递的大都是蛋白构象(形状)的变化，而这种变化往往又是由磷酸化作用引起的。,343细胞对信号的响应,信号转导的最终结果是细胞对信号的响应。这种响应可能是酶活性的改变，酶的合成，甚至是细胞核内的变化。上述肾上腺素的例子中细胞的响应是糖原降解活性的变化，糖原降解为葡萄糖-1-磷酸。,上述转导途径中都是设想传递信号的中间分子都在细胞溶胶中。这些分子大都是蛋白质，在细胞溶胶中移动不可能快。那么信号传递怎样能迅速进行呢？,近年的研究发现了所谓的支架分子。它们都是较大的蛋白质分子，一个分子上可以连接好几个中间传递分子，这样信号转导速度就加快了。例如在小鼠脑细胞中就发现了一种支架蛋白，它能与几种中间传递蛋白相连接。,4.3 物质的跨膜转运,1、扩散 2、渗透 3、主动运输 4、内吞作用 5、外排作用,(一)扩散,扩散：,一种物质的分子从相对高浓度的地区移动到低浓度的地区，称为扩散。,2.扩散速度的影响因素：,分子在细胞膜内外之间的扩散要穿过细胞膜。分子过膜扩散的速度除取决于膜两侧的分子浓度外，还与分子的大小、溶解性和电性有关。,例如:由于膜的基本结构是脂类双分子层，所以疏水性分子较易扩散，而亲水性分子和离子主要是通过膜上小孔进行扩散，这种小孔的直径小于1.0nm,因此只有不大于1.0nm的分子才能穿膜扩散。,O2和CO2分子都可以穿过脂类双分子层而扩散，由于细胞呼吸之故:,细胞内的O2浓度总是低于血浆或体液中的O2浓度，而CO2的浓度则高于血浆或体液中CO2浓度。因而体液中的O2就向细胞内扩散，而细胞内的CO2则向血浆或体液扩散。保持或增加浓度梯度，有利于扩散的进行。,O2、CO2以及其他一些小分子，如乙醇等的过膜扩散完全是因浓度梯度的存在而实现的，它们的扩散速度随浓度梯度的增加而按比例增高。3.单纯扩散:,这种扩散不需要膜中蛋白质等分子的帮助，也不需要细胞提供能量，可称为单纯扩散。,4.异化扩散：,有些物质，如葡萄糖，本身不易通过单纯扩散而进入细胞，但可与质膜上称为载体的球蛋白结合，由载体携带穿越质膜，这种扩散称为易化扩散。,易化扩散与单纯扩散相同点：顺浓度梯度扩散，也不需要细胞提供代谢能量；易化扩散与单纯扩散不同点：易化扩散的速度却远远大于单纯扩散。,易化扩散的载体称为运输体或通透酶。,(二)渗透,1.渗透：细胞膜是半透膜，通常只有小的分子能够穿过，大的分子或穿过很慢，或根本不能穿过。实验室中常以动物的膀胱膜或玻璃纸代替细胞膜作渗透实验。,渗透其实就是穿过膜的扩散。是水分子从高浓度(如纯水)一侧穿过膜而进入低浓度(如蔗糖溶液)一侧的扩散。,水分子的运动取决于水分子的动能。通常用水势来度量水分子的动能。,2.水分子动能,在纯水中，水分子的动能最大；在溶液中，由于溶质分子吸引水分子，阻止它们之间的相互碰撞，结果水分子动能减少。,如果在标准温度和压力下，纯水的水势规定为0，则溶液的水势应小于0，即为负值。渗透作用的强度可用渗透势来表示，渗透势实际就是溶液的水势与纯水水势之差，即：,3.水势与渗透势,通常，所有细胞的渗透势均为负值，溶液浓度越高，水势就越小，即负值越大，渗透势也越小。水势和渗透势的单位可用帕斯卡(Pa)来表示。,4.膨压和质壁分离,前提：植物细胞的中央液泡中是含有各种溶质的细胞液。液泡和细胞外界溶液之间隔着两层半透膜(液泡膜和质膜)和细胞质。为了简化起见，可以将这些结构当作一个统一的半透膜。,（1）膨压：在低渗溶液中，水分子通过渗透作用进入细胞，结果细胞膨大。但细胞不会因过度膨大而胀破，因为以纤维素为主要成分的细胞壁的膨胀能力是有限度的，到一定程度就会产生一种压力，阻止细胞的进一步膨胀。,植物细胞在吸水而膨胀时，原生质体产生对细胞壁的压力，称为膨压，,这时细胞壁反过来产生一种对原生质体的压力，这种压力与膨压大小相同，方向相反。当细胞壁膨胀到最大限度时，膨压达到最大，这时出入细胞水分子的数量就达到了平衡，细胞也就不会膨大了。膨压对于植物很重要，植物体的支撑和形状的保持，都与膨压的作用有关。,（2）质壁分离：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，水就由细胞中渗透出去，原生质体就要缩小而与细胞壁脱离，结果细胞壁与质膜之间山