细胞生命活动的基本单位.

本章要点一、细胞的基本概念二、真核细胞的结构与功能三、生物膜四、细胞分裂与细胞周期五、细胞学研究的一般方法显微镜的发明300多年前Leeuwenhoek世界上最早的显微镜RobertHooke软木蜂窝状的小格子“细胞”1838年Schleiden（植）1839年Schwann（动）细胞是组成生物体的基本单位显微镜的发明打开了微观世界的大门光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜一、细胞的基本概念1、细胞学说2、细胞的形态3、原核细胞与真核细胞17世纪中叶，显微镜被用于生物学研究，用显微镜观察来自树皮的木栓，看到一个个“小室”结构，称之谓“Cell”（细胞）。细胞学说的主要内容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。这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：（1）所有生物都是由细胞和细胞的产物组成；（2）新细胞必须经过已存在细胞的分裂而产生；（3）每个细胞相对独立，许多细胞又可以共同形成生物体或组织。细胞学说的科学意义细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，奠定了生物科学的基础。细胞学说使生命世界有机结构多样性的统一，从哲学推断走向自然科学论证。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。有没有非细胞生命？19世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。1930s－1940s期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面特性。细胞的形态多种多样，大小各不相同；细胞的形态和大小与它们行使的功能密切相关；形状与大小各异的细胞是生物进化的结果。原核细胞真核细胞植物细胞动物细胞真菌细胞类别原核细胞主要特点1.遗传物质仅一个环状DNA2.无核膜3.无细胞器,无细胞骨架4.以无丝分裂或出芽繁殖代表生物支原体、细菌、蓝藻（蓝细菌）细菌模式图菌毛核糖体间体鞭毛性菌毛颗粒三大结构体系真核细胞遗传信息表达系统染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等细胞骨架系统胞质骨架、核骨架生物膜系统质膜、内膜系统（细胞器）原核细胞与真核细胞的区别动物细胞与植物细胞细胞核溶酶体内质网高尔基体微丝微管质膜线粒体中心体动物细胞模式图植物细胞模式图液泡细胞核内质网微管质膜细胞壁线粒体叶绿体微丝高尔基体植物细胞与动物细胞的差别特征动物细胞植物细胞质体（叶绿体）细胞壁大的中央液胞其它无，异养营养有，自养营养无有（纤维素和果胶质）无有（代谢调节作用）溶酶体、中心体乙醛酸循环体、胞间连丝分裂时的收缩环分裂时的细胞板二、真核细胞的结构与功能1、细胞膜和细胞壁2、细胞核3、内膜系统4、其他细胞器细胞膜细胞膜又称质膜，是脂质双分子层和蛋白质构成的界膜。细胞膜的框架，就是脂双层，还有蛋白质“镶嵌”其中。1970s提出的流动镶嵌学说，强调了生物膜中脂分子和蛋白质分子的运动。这样的膜结构不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，统称生物膜。功能:分界；调控物质进出；信息传递、细胞识别及免疫生物膜的出现是非细胞生命形态走向细胞生命形态的转折点！细胞壁•存在于植物细胞中，维持植物细胞的形态•细胞壁具有支持和保护植物细胞的功能•植物细胞壁中最主要的成分是纤维素细胞核由两层生物膜围成，遗传信息贮藏在核内，是DNA复制和RNA合成场所。细胞核包括：核膜（核被膜）、核纤层、核基质、染色体和核仁等。细胞核细胞核结构核被膜是包在核外的双层膜，外膜可延伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋白质和RNA分子可通过核被膜或核被膜上的核孔进入或输出细胞核。染色质是核中由DNA和蛋白质组成并可被苏木精等染料染色的物质，染色质DNA含有大量基因片段，是生命的遗传物质。核仁是核中颗粒状结构，富含蛋白质和RNA，核糖体的装配场所。染色质和核仁都没有膜包被，存在于液态的核基质中。•内膜系统指位于细胞之内，在结构、功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的总称。包括：内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等。•内质网由单层生物膜围成，是蛋白质合成、修饰和分泌以及脂类合成的场所。•高尔基体由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。•溶酶体由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。内膜系统•基本类型•功能•信号假说内质网粗面内质网光面内质网内质网基本类型核糖体核糖体是合成蛋白质的细胞器主要成分—蛋白质、RNA功能：按照mRNA的指令合成多肽链•蛋白质的合成•脂质的合成•蛋白质的修饰•新生多肽的折叠与组装内质网功能内质网的信号假说停靠蛋白信号肽内质网腔合成多肽核糖体mRNA•形态结构•功能高尔基体高尔基体的形态结构形成面成熟面空腔分泌泡•蛋白质修饰与加工（糖基化等）•蛋白质的分选•蛋白质和脂质的运输•蛋白质分泌等高尔基体功能溶酶体•溶酶体（lysome）是胞质中一类包着多种水解酶的小泡溶酶体的类型根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为：•初级溶酶体（primarylysosome)•次级溶酶体（secondarylysosome)•残余小体（residualbody)溶酶体的功能溶酶体的标志酶是酸性水解酶例如：1.两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化2.哺乳动物断奶后乳腺的退化性的变化等•消化细胞内吞的食物，为细胞提供营养•清除衰老的细胞器•防御功能内质网、高尔基体、溶酶体的功能衔接内吞小泡溶酶体质膜细胞核内质网运输小泡分泌小泡高尔基体其他细胞器•线粒体•叶绿体•细胞骨架线粒体形态结构功能半自主性——能量转换器线粒体的形态结构外膜嵴基质膜间隙内膜线粒体的主要功能线粒体是细胞进行氧化呼吸，产生能量的地方，在线粒体中进行的代谢途径主要有•三羧酸循环•氧化磷酸化•参与脂肪酸代谢白色体造粉体（积累淀粉）造油体（贮藏脂肪）造蛋白体（积累蛋白质）有色体含胡萝卜素、叶黄素等各种色素质体参与同化产物的合成、积累和贮藏，植物细胞特有的细胞器。叶绿体形态结构功能：光合作用——能量转换器叶绿体基本结构基粒类囊体内膜外膜叶绿体的光合作用光合作用绿色植物和光合细菌摄取太阳光，使二氧化碳固定成为有机物光合作用是一切生命得以生存的基础细胞骨架系统•胞质骨架微丝微管中间纤维•核骨架核纤层核基质细胞质骨架微丝微管中间纤维1、膜的结构2、膜蛋白3、“流动镶嵌模型”4、物质的跨膜运输5、生物膜的其他功能和动态变化三、生物膜膜的结构非极性尾部极性头部主要成分是磷脂和蛋白质磷脂性质：磷脂是双极性分子，在水环境中自发形成的双分子层或脂质体，是水溶性分子难以通过的天然屏障磷脂脂质体膜蛋白膜蛋白：与磷脂双分子层结合，执行各种功能，分为：•运输载体•酶•受体蛋白•连接蛋白流动镶嵌模型糖萼蛋白质脂双层膜蛋白分布不对称流动镶嵌模型特性•不对称性脂质双层镶嵌蛋白跨膜蛋白膜表面蛋白•流动性膜蛋白的运动流动镶嵌模型特性鼠细胞人细胞标记蛋白标记蛋白重新分布细胞融合•流动性膜脂的运动流动镶嵌模型特性旋转摆动上下翻转物质的跨膜运输被动运输——简单扩散脂溶性物质（如O2、CO2、N2、乙醇、尿素）由高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧转移的过程，称为简单扩散。水的简单扩散（渗透作用）被动运输——易化扩散某些营养物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等，在载体蛋白的帮助下，顺浓度梯度的跨膜扩散，称为经载体易化扩散。主动运输——钠钾泵（动物细胞）——直接消耗ATP主动运输——质子泵（植物细胞）——直接消耗ATP主动运输——协同运输——间接消耗ATP胞吞和胞吐作用——生物大分子或颗粒物质的运输•胞吐（exocytosis）是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。如：激素分泌、神经递质释放；•胞吞（endocytosis）是指大分子物质或物质团块（细菌、细胞碎片等）借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。•物质的跨膜运输（总结）被动运输——简单扩散——易化扩散主动运输——直接消耗ATP（动物细胞）——钠钾泵（植物细胞）——质子泵——间接消耗ATP——协同运输胞吞和胞吐作用——生物大分子或颗粒物质的运输生物膜的其他功能和动态变化信息处理能量转化化学反应的组织与控制发生电化学反应四、细胞分裂与细胞周期1、细胞分裂的作用2、染色体的结构3、细胞周期与有丝分裂4、细胞周期的控制机制5、配子形成与减数分裂细胞分裂的作用为什么会有细胞分裂？随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。表面积/体积比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。原核生物的细胞分裂原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。细胞生长增大到一定程度，DNA复制，形成两个DNA分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称为二分分裂。细菌细胞分裂真核细胞的细胞分裂大多数真核细胞为多细胞生物，细胞分裂过程比较复杂。真核细胞分裂涉及到染色体复制、有丝分裂、减数分裂、细胞周期控制等。染色体的结构处于分裂间期的细胞，细胞核内的DNA分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。多个核小体串在一起形成染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。染色质的基本结构单位——核小体组蛋白八聚体组蛋白H1DNA染色体短臂着丝粒长臂DNA染色单体中期染色体中着丝粒染色体近中着丝粒染色体近端着丝粒染色体端着丝粒染色体中期染色体的两条姐妹染色单体以着丝粒相连。由着丝粒在染色体上的位置可分为:染色体DNA的关键序列复制起点确保染色体能够自我复制着丝粒使复制了的染色体能够平均分配到子细胞中端粒使DNA能够完成复制，保持染色体的独立性与稳定性物种染色体数目物种染色体数目人46豌豆14小鼠40玉米20爪蟾36小麦42果蝇8酵母32持续分裂的细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个细胞周期。细胞周期与有丝分裂G0期：休眠期G1期：DNA合成前期S期：DNA合成期G2期:DNA合成后期M期：有丝分裂期C期：胞质分裂期G0G1G2SM真核细胞的有丝分裂大多数真核生物是多细胞生物。体细胞的分裂称为有丝分裂；生殖细胞形成过程中，则有与之不同的减数分裂。有丝分裂过程前期：核膜核仁逐渐消失，染色质浓缩，折叠，包装，形成染色体。每条染色体含两条姐妹染色单体。中期：染色体排列在赤道板上。后期：姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。末期：核膜核仁重新出现。细胞质分裂：胞质形成间隔，最终分开为两个细胞有丝分裂细胞周期的控制机制周期性细胞：可以正常分裂的细胞G0期细胞：在一定条件下暂时不分裂的细胞终端分化细胞：不再分裂的细胞3个细胞周期检验点：G1期G2期M期周期蛋白和Cdk有丝分裂促进因子(MPF)G0G1G2SM真核细胞的减数分裂减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞，它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为单倍体细胞（n）。由二倍体（2n）的体细胞产生单倍体的生殖细胞，需要经过减数分裂。减数分裂第一次减数分裂前期I中期I后期I末期I子细胞第二次减数分裂前期II中期II后期II末期II子细胞减数分裂后，细胞中染色体数目减少一半。减数分裂可以分为两个阶段：第一次减数分裂：DNA复制一次，细胞分裂一次。第二次减数分裂：DNA不复制，细胞再分裂一次。结果，子细胞染色体数目减半，遗传物质总量由2n变为n。总之，减数分裂就是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个2n细胞分出4个n细胞。减数分裂的特点:一是子细胞染色体数减半;二是子细胞基因组合大为丰富。基因组合的丰富由两个原因造成：首先，体细胞的染色体实际上是由两套同源染色体组成。人的细胞有46条染色体，