竞赛辅导--细胞的结构与功能

细胞细胞是生命的基础细胞是生命的基本单位生命的基本形态生命活动的基本单位生命信息复制、加工、表达的场所细胞原核细胞—衣原体，支原体，蓝藻，细菌，放线菌真核细胞两者差别非常大细胞类别细胞的形态细胞大小（um）与数目•最小的细胞支原体：直径100nm•最大细胞是鸟类的卵细胞鸵鸟蛋：直径150mm•最长的细胞神经细胞：神经纤维长度1m棉花、麻纤维（单个细胞）：10cm一.原核生物主要特点：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,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质食物新来源)•细菌的形态学分类球菌杆菌螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大肠杆菌弧形霍乱菌细菌模式图G+G-厚薄肽聚糖层•原核微生物的结构与功能——细胞壁结构：1.保护：屏障、机械保护2.是细胞生长、分裂和运动所必须的3.赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等功能：•细胞壁——革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染操作过程结果：G+菌经乙醇处理不脱色，呈紫色；G-菌经乙醇处理脱色，呈红色。原核微生物的结构与功能——原生质体1.细胞膜：2.贮藏物：4.特殊的休眠结构:硫粒、藻胆蛋白、异染颗粒等控制运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等3.核区（拟核）芽孢（内生孢子）5.其它：气泡、伴孢晶体、孢囊等蛋白质晶体的一种毒素，对多种昆虫具有毒杀作用核糖体：约含5000~50000个。部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。沉降系数为70S。由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成。30S的小亚单位对四环素与链霉素敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。原核微生物的结构与功能——细胞壁外结构1.糖被：2.鞭毛：3.菌毛（纤毛）：4.性毛：保护、屏障、储存、吸附、信号识别运动吸附参与传递遗传物质三大结构体系：二.真核生物膜系统:质膜,内膜系统,细胞器细胞核系统:遗传信息表达系统骨架系统:细胞质、细胞核等骨架系统动物细胞模式图植物细胞模式图二、真核细胞的结构与功能细胞的基本结构细胞壁（植物细胞具有）细胞细胞膜（质膜）原生质体细胞质细胞核原生质(protoplasm)指组成原生质体（或细胞）的有生命物质，是细胞生命活动的物质基础。•细胞壁（CellWall)•叶绿体（Chloroplast)•大液泡（Vacuole)•胞间连丝（Plasmodesmata)植物细胞特有的细胞结构(一).细胞壁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（木质素）角化（角质）栓化（木栓质）矿化（Si、Ca）①初生纹孔场（primarypitfield）指在植物细胞的初生壁上未增厚的区域。②纹孔(pit)指在植物细胞的次生壁上未增厚的区域。③胞间连丝指穿过相邻细胞的细胞壁的原生质细丝。纹孔和胞间连丝的存在使得多细胞有机体成为一个统一的整体。3．纹孔和胞间连丝细胞壁的分层纹孔的类型柿胚乳细胞的胞间连丝•质膜（plasmamembrane)•内质网(endoplasmicreticulum)•高尔基体（Golgibody)•溶酶体（lysosome)•线粒体（mitochondria)•叶绿体（chloroplast)(二).生物膜系统（1）类脂（Lipid):质膜结构的分子骨架，主要是磷脂质膜的分子结构流动镶嵌模型（1）流动分子双层内外层的脂与蛋白质不尽相同；糖链均在外表面（识别，免疫）。生物膜特性(2)不对称性细胞膜功能•物质交换—转运物质•能量交换—如化学能生物能•信息传递—如神经信号传导•保护细胞—结构、形状•运动—促进运动•免疫—专一性抗原受体一.被动运输物质跨膜运输的方式(一)、简单扩散①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。特点是：(二)、协助扩散特点是：①比自由扩散转运速率高；②存在最大转运速率；③有特异性载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型1.离子载体是疏水性的小分子，可溶于双脂层，提高所转运离子的通透率，多为微生物合成，是微生物防御被捕食或与其它物种竞争的武器2.通道蛋白又称离子通道或门通道。平时一般处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，且是瞬时开放瞬时关闭，在几毫秒的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜。二.主动运输1.由ATP直接供能①钠钾泵Na+-K+ATP酶Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。工作原理Na+-K+泵作用是：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。乌本苷、地高辛等强心剂能抑制心肌细胞Na+-K+泵的活性;Mg2+和少量膜脂能提高其活性.②钙离子泵在质膜和内质网膜上P型离子泵:其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。钠钙交换器:属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。③质子泵1、P-type：如植物细胞膜上的H+泵、H+-K+ATP酶（位于胃表皮细胞，分泌胃酸）。2、V-type：位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。3、F-type：F型质子泵位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上，2.协同运输协同运输:是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。它包括:①同向协同:②反向协同物质运输方向与离子转移方向相同如动物小肠细胞每转移一个Na+吸收一个葡萄糖。在某些细菌中，乳糖的吸收每转移一个H+吸收一个乳糖分子。物质运输方向与离子转移的方向相反Na+的进入胞内伴随者H+的排出。三.1、质体:与同化产物的合成、积累和贮藏相关的一类细胞器，具双层膜的结构。植物细胞特有的细胞器。（1）叶绿体（含叶绿素）——光合作用外膜、内膜、基质、基质片层、基粒含少量DNA、核糖体（2）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）（3）有色体含胡萝卜素、叶黄素质体的相互转化白色体的类型与功能三种质体的转换结构：内膜、外膜，内膜内折--嵴、基粒（ATP酶复合体）液态基质含少量DAN、核糖体功能：细胞呼吸和能量代谢中心2、线粒体①rER功能：是蛋白质合成的场所和运输通道②sER功能：脂肪和糖元的代谢3、内质网单层膜形成的囊腔和管道系统由rRNA和蛋白质构成的核蛋白体，无膜包被，合成蛋白质的场所。类别：①游离核糖体②附着核糖体4、核糖体结构：单层膜围成的扁平囊泡5、高尔基体功能：蛋白质的修饰和分泌；植物细胞分裂时参与细胞板的形成6、溶酶体单层生物膜的泡状结构，含多种水解酶，胞内消化作用,细胞自溶，防御等溶酶体与疾病二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。1．矽肺2．肺结核结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。7、液泡渗透调节；贮藏；消化作用8、微体：单层膜构成的泡状结构过氧化物酶体——参与光呼吸乙醛酸循环体——参与乙醛酸循环，（将脂肪转化为糖类）过氧化物酶体在动物中①参与脂肪酸的β氧化，大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后，酶浓度升高10倍。②具有解毒作用，因为过氧化氢酶能利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/4是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。在植物中：①参与光呼吸作用，②在萌发的种子中，进行脂肪的β-氧化。(三).细胞核•真核细胞中的细胞控制中心•包含遗传信息（染色质）•与细胞质中的其它细胞器通讯遗传信息表达系统•核被膜•染色质和染色体•核仁核被膜核被膜可分为三个区域：•核外膜（outernuclearmembrane）：面向胞质，附有核糖体颗粒，与内质网相连。•核内膜（innernuclearmembrane）：面向核质，表面无核糖体颗粒，膜上有特异蛋白，为核纤层提供结合位点。•核孔（nuclearpore）：在内外膜的融合处形成环状开口。又称核孔复合体，是选择性双向亲水通道.核被膜结构染色体短臂着丝粒长臂DNA染色单体癌细胞具表达端粒酶活性的能力。染色质的结构组成核小体串珠螺线管超螺线管染色体螺线管核小体染色体分类图示常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色时着色浅。具有转录活性的染色质一般为常染色质。异染色质：折叠压缩程度高，处于凝集状态，经碱性染料染色着色深。其DNA中重复序列多，复制较常染色质晚。其中部分异染色质是由原来的常染色质凝集而来，还有一些异染色质除复制期外，在整个细胞周期中均处于集缩状态。巴氏小体：雌性哺乳动物细胞中的一条异固缩化的X染色体核仁的结构与功能（１）纤维中心（２）致密纤维组分（３）颗粒组分核仁是rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所.（四）细胞骨架Cytoskeleton•微丝•核纤层核基质微管中间纤维胞质骨架：核骨架：细胞骨架功能•形态构建•细胞运动•物质运输•能量交换•信息传递•细胞分化细胞质中各种细胞器、酶和蛋白质都固定在细胞骨架上细胞骨架蛋白质微管蛋白-鞭毛、纤毛微丝-肌动蛋白-与细胞质流动相关中间纤丝-支撑和运动功能细胞质骨架微丝微管中间纤维微管的成分微管由α、β两种类型的微管蛋白亚基组成，两种蛋白形成微管蛋白二聚体,是微管装配的基本单位。微管的形态微管是由微管蛋白二聚体组成的长管状细胞器结构，微管壁由13根原纤维排列组成，微管可装配成单管、二连管（纤毛和鞭毛中）、三连管（中心粒和基体中）秋水仙素和长春花碱能阻断微管组装。低温或Ca2+存在时，微管趋于去组装。紫杉酚能促进微管的装配,并使微管稳定存在。但破坏微管正常功能。以上药物均可以阻止细胞分裂，可用于癌症的治疗。微管纤维处于动态的组装和去组装状态，这是实现其功能所必需的过程（如纺锤体）。1.维持细胞形态2.细胞内运输3.鞭毛运动与纤毛运动微管的功能4.纺锤体和染色体运动5.基粒、中心粒微丝微丝（肌动蛋白纤维）是指真核细胞中由肌动蛋白组成的骨架纤维。微丝的功能1.肌肉收缩2.微绒毛3.胞质分裂环4.胞质环流和变形运动中间纤维•中间纤维蛋白合成后，基本上均组装为中间纤维，游离的单体很少。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系，对细胞起支撑作用。它外连细胞膜，内与核内的核纤层相通，它在细胞内信息传递过程中可能起重要作用。中间纤维细胞核骨架狭义地讲，核骨架就是指核基质，广义地讲，核骨架则包括了核基质、核纤层和核孔复合体等核基质为DNA复制提供空间支架，对DNA超螺旋化的稳定起重要作用。核纤层为核被膜及染色质提供结构支架。细胞增殖、细胞分化、癌变与衰老1．细胞分化的原理（1）细胞核的全能性（2）基因的选择表达2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响（2）基因的选择表达细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的，而是与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因，与分化细胞的特殊性状直接相关，这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响。目前一般认为，细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。。2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响（1）细胞质在细胞分化中的决定作用受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次分裂，从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中，但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配，在一定程度上决定了细胞的早期分化。（2）细胞核在细胞分化中的作用细胞核是真核细胞遗传信息