细胞结构与细胞通讯.ppt
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1、1,第三章 细胞结构与细胞通讯,2,什么是细胞?细胞 是生命活动的基本单位;是物质、能量和信息过程结合的综合体;是生物形态结构、生理功能和生长发育、遗传的基本单位。,普通生物学 细胞结构与细胞通讯,3,细胞的形态,4,细胞大小,动、植物细胞直径:10 100 m支原体:最小,100 nm鸵鸟蛋:最大,150 mm 麻纤维:10 cm;神经细胞:胞体:0.1mm;轴突:1 m,5,细胞的大小和 功能相适应 神经细胞 长 神经信号传导 卵细胞体积 大 存放营养物质(供胚胎发育),6,研究细胞分整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次。我们主要从亚显微水平讲解细胞的亚显微结构(电子显微镜下)。,7,3
2、.1 两类细胞;3.2 真核细胞的结构;3.3 生物膜流动镶嵌模型;3.4 物质的跨膜转运3.5 细胞连接3.6 细胞通讯,8,地球上生物的细胞分两大类:原核细胞细菌、蓝藻 真核细胞原生生物、真菌、植物和动物,3.1 两 类 细 胞,9,原核细胞 真核细胞,10,原核细胞:体积小,结构简单。无内膜系统、细胞器、核膜。染色体环状的DNA分子,有质粒。真核细胞:有内膜系统、细胞器、核膜。复杂的骨架系统。,两者差别非常大,11,正常细菌,缺少mreB,FtsZ,FtsZ:形成微管、介导 细胞分裂。,将在28章进一步讨论,12,3.2 真核细胞的结构,动物细胞和植物细胞,13,细胞膜(Cell Mem
3、branes)细胞质(Cytoplasm)细胞核(Nucleus),14,动物细胞与植物细胞比较,15,真核细胞可分为三个系统:生物膜结构系统:细胞膜、核膜、线粒体、叶绿体、溶酶体、内质网、高尔基体等。遗传信息表达系统(颗粒纤维系统):染色质、核仁、核糖体。细胞骨架系统:微管、微丝、中间纤维、细胞核骨架。,16,真核细胞都有,大多数细胞单核。细胞的控制中心:遗传物质(DNA)主要位于细胞核;调控细胞代谢、生长、分化。包括核被膜、核基质、染色质、核仁。,3.2.1 细胞核是真核细胞的控制中心,17,核基质,18,(1)核被膜核外面,包括核膜和核膜下面的核纤层。核膜:两层膜,单层膜厚7-8 nm,
4、膜之间的核周腔宽约10-50 nm。外膜常与糙面内质网相连。核纤层:在核膜内面,核纤层蛋白组成。,19,20,核被膜的电镜图,21,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,22,大分子如何出入细胞核?,23,核孔 核孔复合体:蛋白质,100多种,与 核纤层紧密结合;,24,数目:几千 几百万个,50 100 nm,25,功能:物质转运 核内物质:RNA、组装好的 核糖体亚基 核孔 细胞质;细胞质中物质:蛋白质 核内;如:合成 DNA和RNA的聚合酶,构成染色体的组蛋白;核糖体蛋白,等;,26,
5、选择性 mRNA前体 不能通过核孔;mRNA前体 加工、与蛋白结合 复合体 核孔 核外;主动转运(非扩散)蛋白质:自身的核定位信号,核孔复合体:受体蛋白,两者结合 核孔 出、入核;,27,2.染色质:固定、苏木精染色 常染色质 异染色质,28,成分:主要:DNA、组蛋白;少量:RNA、非组蛋白;DNA:同一个体,各种细胞中 含量相同 常染色质:粗、细丝 网状;DNA分子展开部分;异染色质:粗大团块、色深、DNA紧缩盘绕部分,附于核膜;,29,组蛋白 碱性:含碱性氨基酸(赖氨酸、精氨酸)能与DNA带负电荷的磷酸基团结合;5 种:H1、H2A、H2B、H3、H4;功能不同;,30,非组蛋白 种类多
6、;有关DNA复制、转录的因子,如:DNA聚合酶、RNA聚合酶等;,31,染色质丝:串珠(念珠)状 细丝:1.5 2.5 nm,连接体DNA;核小体:小珠状,10 nm;,32,核小体:核心:4 对组蛋白 H2A、H2B、H3、H4 各1对;,核心,核小体,H1,33,DNA:缠绕在核心外周;组蛋白H1:核心外侧,与DNA结合,H1,核心,核小体,34,染色质丝的单位:1段连接DNA+1个核小体上DNA;200 碱基对;,核心,核小体,H1,35,H1和核心组蛋白 作用于 染色质丝 聚拢折叠 30 nm纤维,10 nm,30 nm,36,染色质在不同时期的表现 串珠状细丝:10 nm 染色质极度
7、伸张;细胞分裂间期:2530nm 染色质丝折叠 螺线管;细胞分裂期 进一步浓缩(高度折叠)光镜可见的粗大染色体;,37,从DNA到染色体水平的压缩过程,38,3.核仁 形态:圆、椭圆,无外膜;数目 12 个,各种生物中 固定;,核 仁,39,成分:富含蛋白质、RNA(rRNA)形成:某一个、几个特定染色体的 一定片段(核仁组织区)核仁组织区:转录 rRNA 的基因,即DNA(rDNA)所在地;功能:转录 rRNA、组装核糖体。,40,(4)核基质 核内由蛋白质组成纤维状网络:网孔中充以液体。,41,细胞质 质膜内,细胞核外 细胞溶胶、细胞器,3.2.2 细胞质,细胞的内膜系统:细胞内在结构、功
8、能及发生上相关的,由膜包围形成的细胞器或细胞结构。核被膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体、液泡、质膜等。,43,1、内质网和核糖体 内质网:一系列囊腔、细管,彼此相通 隔离于细胞溶质的膜系统 总膜面积一半,最多的膜。,核糖体:蛋白质合成的场所。,44,45,光滑内质网(sER):无核糖体颗粒 作用:脂质合成 糖类代谢 药物、毒物的解毒,46,脂质合成 脂肪细胞脂肪、磷脂 睾丸、肾上腺细胞甾体类激素,47,糖类代谢 肝细胞中sER中一种酶参与糖原水解释放葡萄糖,解毒作用 镇静剂在肝细胞中被sER代谢,48,糙面内质网(rER)具核糖体颗粒;合成、转运 蛋白质;,糙面内质网,光面内质网,
9、49,细胞质中无膜包被的颗粒状结构:由rRNA和蛋白质组成,含大、小2个亚基;在细胞中有两种存在形式:悬浮于细胞溶胶中;连在内质网或核被膜上合成蛋白质的机器,核糖体,50,蛋白质合成起始于细胞溶胶中的核糖体,有些蛋白质合成开始后不久便转到内质网上合成,一般要运到指定地点起作用。包括:1.向细胞外分泌的蛋白,如抗体、激素;2.膜蛋白,决定其在膜中的排列;3.需与其它细胞组分严格分开的酶,如溶酶 体的各种水解酶;4.需进行修饰的蛋白,如糖蛋白。,51,结合态和游离态核糖体的结构一样,作用可以互换。核糖体如何合成蛋白质将在21章中讨论。,52,2、高尔基体(Golgi apparatus)1898,
10、Golgi首先观察到,因此得名,动植物细胞普遍存在。由扁平小囊、小泡堆在一起形成,有极性。凸出面对着内质网称为形成面(forming face)或顺面(cis face)凹进的一面对着质膜称为成熟面(mature face)或反面(trans face),53,54,功能:将内质网合成好的蛋白质 分门别类进行加工、分类、包装、运送 细胞 特定部位,或分泌 细胞外,55,无合成蛋白质功能;合成 多糖(纤维素)、果胶质 参与细胞壁的形成。,56,3、溶酶体(lysosome)形态:单层膜、囊泡 来源:高尔基体断裂产生 功能:细胞内消化,外界吞入的颗粒异噬溶酶体 细胞自身的碎渣自噬溶酶体,57,特性
11、:(1)酸性,pH4.8或更低,水解酶在酸性环境中才有活性。(2)溶酶体膜与质膜厚度相近、成分不同,区别:有质子泵,将H+泵入溶酶体,pH值降低。膜蛋白高度糖基化,防止蛋白降解。,58,根据生理功能完成的不同阶段分为:初级溶酶体(primary lysosome):高尔基体产生,内含物均一,无明显颗粒。次级溶酶体(secondary lysosome):正在进行或完成消化作用的溶酶体。残体(residual body):又称后溶酶体(post-lysosome)失去酶活性,仅留未消化的残渣。,59,相关疾病:1矽肺 2 肺结核3台-萨氏综合征4II型糖原累积病,60,4、线粒体颗粒、短杆状(线
12、状),横径0.21m,长28 m。1到几百甚至数千个。,61,线粒体是动态的细胞器,多形性、易变性、运动性、适应性,形态、大小、数量、分布在不同细胞、即使同一细胞,随代谢条件的不同也会变化。,62,四个功能区:外膜、内膜、膜间隙、基质(1)外膜:平整,脂类、蛋白质,亲水通道,63,(2)内膜:向内折叠形成嵴,增加内膜面积。上有带柄、直径约10 nm的基粒ATP 合成酶复合体,64,膜间隙:宽 6-8 nm,延伸 嵴内部;基质:液态 填充于 内膜、嵴之间;富含酶类;,65,线粒体的功能 细胞的“动力工厂”细胞呼吸、能量代谢中心 含细胞呼吸所需的 各种酶、电子传递体;电子传递过程:内膜表面;,66
13、,ATP合成酶复合体 将糖类、脂质分子的化学能 贮存于腺苷三磷酸(ATP)即:细胞代谢可直接利用的能量;,67,生物氧化过程 除糖酵解在细胞质中进行,其他均在线粒体中进行;酶类:线粒体基质中 催化三羧酸循环,催化脂肪酸、丙酮酸氧化;,68,半自主性的细胞器 基质中含 DNA(环状)、核糖体,即:完整的遗传系统(转录、翻译体系),编码 10%自身蛋白质。,69,线粒体的起源 线粒体、细菌相似 大小相似;核糖体相似;均具环状DNA分子;线粒体起源的设想 细胞吞噬细菌、细菌入侵细胞,细胞内的细菌 线粒体。,70,5、质体植物细胞特有白色体、有色体两种。白色体:分生组织及不见光的细胞。有色体:含色素,
14、叶、花、果实。,71,叶绿体:最重要的有色体,双层膜包裹。光合作用-光能转变成化学能。*大小、形状、数目随不同植物、细胞而不同。*高等植物中呈椭圆形,数目20-100个。,72,叶绿体组成:外被(chloroplast envelope)类囊体(thylakoid)基质(stroma);3种膜:外膜、内膜、类囊体膜;3个腔:膜间隙、基质、类囊体腔。,73,类囊体膜:光合作用的色素、电子传递系统;基质:暗反应进行的场所。半自主性:有自己的DNA、核糖体,编码部分自身蛋白。,74,6、微体(microbody)异质性,不同生物、不同发育阶段不同。似溶酶体,单层膜、小泡,含酶不同。圆形,椭圆形或哑呤
15、形等,过氧化物酶体、乙醛酸循环体两种。,75,功能:1.过氧化物酶体(动、植物细胞都有):脂肪酸氧化:分解20%的脂肪酸;解毒:过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸、醇等有害物质氧化,饮入的酒精 25以上在微体中氧化。,76,2.乙醛酸循环体(植物细胞有):参与光呼吸作用,将光合作用的副产 物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢;萌发的种子中,将脂类转化为糖。,77,微体,78,7、液泡植物细胞中普遍存在,单层膜包裹,含细胞液,分生组织细胞中液泡多而小;成熟细胞中液泡大,占细胞中央,达95%以上。,液泡,79,功能:调节细胞渗透压;收集代谢废物;液泡中的花青素决定 花、果实和叶的颜色。,80,8、细
16、胞骨架(cytoskeleton)真核细胞中的蛋白纤维网络结构。发现较晚,电镜制样采用低温(0-4)固定,细胞骨架在低温下解聚。20世纪60年代后,采用戊二醛常温固定,认识到细胞骨架的存在。,81,功能:维持细胞形状、控制细胞运动;承受外力、保持细胞内部结构的有序性;植物细胞中细胞骨架指导细胞壁的合成;参与重要生命活动。,82,参与的生命活动:细胞分裂中牵引染色体分离;细胞物质运输中,各类小泡和细胞器的 定向转运;在肌肉细胞中,组成动力系统;白细胞迁移、精子游动、神经细胞轴突 和树突伸展等都与细胞骨架有关。,83,84,三种类型:微管、微丝、中间纤维,85,微管:中空长管状,22-25 nm。
17、纺锤体、鞭毛和纤毛都由微管构成。微管蛋白:、亚基,分子量55 000左右。双体分子螺旋排列,盘绕成微管管壁。,86,*成束或分散存在于细胞质,支持作用。*解体成亚基,也可重新组装成完整的 微管。微管蛋白没有特异性。秋水仙素、长春藤碱、紫杉醇:多倍体、抗癌。,87,88,89,微丝(肌动蛋白丝)实心纤维,宽约 47nm。组成单体是肌动蛋白,没有特异性。单体相连成串,两串扭缠成束,即微丝,动植物细胞中都有。横纹肌、纤维细胞、肠微绒毛均有丰富的微丝运动功能。,90,微丝易于解聚成单体,又容易重新聚合,细胞松弛素B:切断微丝纤维,结合在微丝末端 抑制肌动蛋白聚合到微丝纤维上微丝解聚。鬼笔环肽:与微丝特
18、异结合,防止解聚。相反的作用都能特异性抑制微丝功能,引起细胞变形,使细胞骨架发生变化。,91,微丝,微管,92,93,中间纤维(IF):810nm,介于微管和微丝之间 最稳定的细胞骨架成分,支持、运动的功能。形态相似,组成蛋白质有明显差异:角蛋白(keratin):上皮细胞中的IF;波形蛋白(vimentin):成纤维细胞中的IF;层粘连蛋白(laminin):上皮组织基础膜的主要成分;细胞核膜下的核纤层也是中间纤维构成。,94,几种中间纤维的模式图,95,细胞核-“中心调度室”,细胞生命活动的“控制中心”核糖体-蛋白质生产的“机器”内质网-合成蛋白质、脂类和糖类的“生产车间”高尔基体-生物大
19、分子加工、包装的“加工车间”线粒体和叶绿体-产能的“动力车间”溶酶体-“回收车间”和“保卫处”细胞骨架系统(MF,MT,IF)-“支架、运输、运动系统”,96,9、鞭毛、纤毛和中心粒鞭毛和纤毛:细胞表面附属物,运动功能基本结构相同,长度、数量不同。结构成分:微管横切面呈9(2)+2排列。基粒:由微管构成,9(3)+0排列。基粒与鞭毛和纤毛的基部相连。中心粒:微管构成,与基粒是同源器官,结构相似。中心粒位于中心体(微管组织中心)中。,97,98,99,10、细胞溶胶-细胞膜之内处于各个细胞器及核之外的区域细胞骨架位于其中。占细胞体积的 55%左右,含丰富的蛋白质,细胞中多种代谢活动的场所。在细胞
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