第一篇 3 细胞结构与细胞通讯(上)

第三章细胞结构与细胞通讯一、细胞的基本形态结构二、真核细胞的结构三、生物膜——流动镶嵌模型四、细胞通讯一、细胞的基本形态结构1.1细胞的发现•1665年，英国罗伯特胡克(RobertHooke)发现细胞,软木塞，命名细胞(Cell)。•1674年，荷兰学者列文虎克（AVLeeuwenhoek)观察到完整的活细胞。•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，德国动物学家施旺(Schwann,T.)指出动物和植物结构的基本单位都是细胞。1.2、细胞学说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——标志着细胞学说的诞生（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。细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一•各类生物都由细胞构成1.3细胞的研究方法A.常用细胞形态结构的观察方法B.常用细胞组分的分析方法A.常用细胞形态结构的观察方法光学显微镜技术电子显微镜技术B.常用细胞组分的分析方法细胞器与生物大分子及其复合物的分离细胞内核酸、蛋白质、糖与脂质等成分的显示细胞内特异核酸序列、特异蛋白抗原的定位与定性定量细胞化学分析技术Eg.细胞组分的离心分离差速离心密度梯度离心原理：组分质量和密度差别1.4细胞的概貌•细胞的数量–单细胞生物仅一个细胞，大小与细胞体积成正比–多细胞生物的细胞数量一般与生物体个体大小有关，个体越大细胞数目越多–如：新生儿约有2×1012个成年人约有1014个•细胞的大小及其分析人眼、光学显微镜、电子显微镜的分辨力分别为0.1mm、0.2um、0.2nm.各类细胞直径的比较细胞类型直径大小（µm）最小病毒支原体细胞细菌细胞动植物细胞鸵鸟卵细胞原生生物细胞0.020.1-0.31-210-505×104数百到数千为什么大多数细胞体积都非常小？•就相同体积来说，较小的细胞和相对多的细胞数具有相对较大的细胞表面积，有利于接受外界信息以及与外界进行物质交换•细胞的形态•最基本的两大类？原核细胞与真核细胞•两者主要区别？代表生物、细胞核、细胞器、细胞骨架、细胞分裂、遗传物质1.5.细胞的类型原核细胞二、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。2.1真核细胞的控制中心——细胞核•核被膜(nuclearenvelope)外（层）核膜内（层）核膜核周间隙或核周池核孔、核孔复合体核纤层CytoplasmicfaceNuclearface典型哺乳类细胞3000-4000个核孔细胞正在合成DNA：核孔每分钟要运进100个组蛋白分子细胞在迅速生长：核孔每分钟要输出3对核糖体大小亚基•染色质染色质：间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式染色体：细胞有丝分裂或减数分裂的特定阶段，由染色质聚缩而成的棒状结构包装程度不同•大鼠肝细胞染色质中DNA：RNA：组蛋白：非组蛋白=1：0.1：1：0.6•染色质的基本结构单位——核小体螺线管超螺线管染色单体•核仁（nucleolus）——见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般1~2个，有时多达3~5个主要功能？转录rRNA和组装核糖体单位一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺失•核基质——(nuclearmatrix)或核骨架(nuclearskeleton)：在细胞核内，除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系与核纤层、中间丝连接，贯穿于核与质的独立结构系统主要成分为非组蛋白的纤维蛋白，少量RNA可能参与维持核骨架结构与DNA复制、基因表达及染色体的组装有关2.2内质网与核糖体•内质网EndoplasmicReticulum，ER——内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及围成的腔形成的互相沟通的三维网状结构细胞均浆球形膜泡低速离心SERRERMicrosomes(100-200nm)retainactivityduringpurification,allowingstudiesoffunctionandcomposition.高速离心•内质网的功能内质网是细胞蛋白质与脂质合成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。(1)糙面内质网的功能•蛋白质的合成•蛋白质在内质网中的化学修饰•组装蛋白质(2)光面内质网的功能•合成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在内的几乎所有膜脂•合成固醇类激素的细胞中产生固醇类激素的相关酶类•肝细胞中合成外输性脂蛋白颗粒•肝细胞中清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质，解除细胞毒性•肌细胞中特化的肌质网可储存和调节钙离子•核糖体——是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。•核糖体几乎存在于一切细胞•细胞最基本的不可缺少的结构•核糖体是一种不规则的颗粒状结构，没有生物膜包裹•RNA：蛋白质约为2:1•附着核糖体和游离核糖体•分布于蛋白质旺盛合成部位，数量与蛋白质合成程度有关Membrane-boundstructures(organelles)arefoundinalleukaryoticcells.2.3高尔基体•高尔基体(Golgibody)、高尔基器(Golgiapparatus)、高尔基复合体(Golgicomplex，GC)•高尔基体由一些排列较为整齐的扁平的膜囊堆叠在一起，这些扁囊均由光滑的膜围成，构成高尔基体的主体结构。•有极性的细胞器，表现在它在细胞中有恒定的位置与方向，物质从高尔基体的一侧进入，从另一侧输出；扁囊堆常明显地具一凸面和一凹面。高尔基体各个囊膜之间有膜性结构相连，周围有膜囊周缘出芽形成的囊泡功能：高尔基体蛋白质的加工、分选、包装与运输以及在细胞“膜流”中起重要作用。此外，蛋白质的糖基化及其复杂的加工与修饰，多肽的酶解加工以及多糖合成等也发生在高尔基体中。2.4溶酶体•溶酶体是外包单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞消化。•溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器——圆球体、糊粉粒及中央液泡。溶酶体的基本功能是对生物大分子强烈的消化作用，有3种途径：吞噬作用胞饮作用自噬作用（1）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞：通过自噬作用保证真核细胞中细胞成分与结构的更新。由于溶酶体功能缺陷而引起的多种病症。使人们越来越多地关注与研究溶酶体在细胞内的“清道夫”作用。（2）防御功能：某些细胞特有的功能，它可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，形成异噬溶酶体，在溶酶体的作用下将其杀死并降解。2.5液泡Theplantcellvacuole.Thiselectronmicrographofcellsinayoungtobaccoleafshowsthatthecytosolisconfinedbytheenormousvacuoletoathinlayer,containingchloroplasts,pressedagainstthecellwall.Themembraneofthevacuoleiscalledthetonoplast.(CourtesyofJ.Burgess.)植物液泡的主要作用：消化储存营养与废物调节细胞体积调节细胞膨压2.6能量转换的细胞器——线粒体和叶绿体a)线粒体和叶绿体是细胞内两个能量转换细胞器，它们能高效地将能量转换成ATP。b)分布？线粒体广泛存在于各类真核细胞，而叶绿体仅存在于植物细胞和蓝藻细胞中。a)形态结构？都呈封闭的双层单位膜结构，内膜都演化为极大扩增的特化结构，并在能量转换中起主要作用。a)线粒体和叶绿体以类似的方式合成ATP。b)线料体和叶绿体都是半自主性细胞器？•线粒体一般呈粒状或杆状，但因生物种类和生理状态而异，可呈环形，哑铃形、线状、分杈状、网状或其它形状。一般直径0.5~1μm，长1.5~3.0μm，在胰脏外分泌细胞中可达10~20μm，人成纤维细胞中可达40μm动态细胞器在细胞质中可以运动、变形、融合和分裂增殖。形态、大小、数量与分布在不同细胞或同一细胞不同代谢条件下都会发生变化。不同类型细胞中差异很大植物因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少动物中一般有数百到数千个，代谢旺盛则数量增多eg：肝细胞约1300个线粒体，占细胞体积的20%；单细胞鞭毛藻仅1个，酵母细胞具有一个大型分支的线粒体；许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体四部分构成？由外膜、内膜、膜间隙及基质•叶绿体植物细胞的一类质体（质体还有有色体和白色体两大类）叶绿体是植物细胞所特有的能量转换器，其主要功能是进行光合作用，即利用光能同化CO2和H2O合成糖，同时产生O2。光合作用是地球上有机体生存和发展的基础。高等植物的叶绿体形状和数目？大多数呈凸透镜或香蕉形，2-5um。叶肉细胞一般含50-200个叶绿体，可占细胞质体积的40-90%叶绿体的数目因物种细胞类型，生态环境，生理状态而有所不同Eg在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等等，而且为体积巨大的单个细胞器，可达100um。•由4部分组成：叶绿体（被）膜、类囊体和基质•有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜•有3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔2.7与H2O2代谢有关的细胞器•微体或过氧化物酶体•直径通常0.5um，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，由单层膜围绕而成。•不同生物的细胞，甚至单细胞生物的不同个体中其所含酶的种类及其行驶的功能都有所不同。在动物中：①参与脂肪酸的β-氧化，提供热能；②具有解毒作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精几乎半数是在微体中氧化为乙醛。在植物中：①参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和H2O2；②在萌发的种子中，进行脂类的β-氧化。2.8细胞骨架•功能？维持细胞形状并控制其运动Microfilamemt,MFMicrobubule,MTIntermediatefilaments,IF•微丝——又称肌动蛋白丝(actinfilament)或纤维状肌动蛋白(fibrousactin,F-actin)，由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架纤维存在于所有真核细胞中球形肌动蛋白单体（G-actin）纤维状肌动蛋白（F-actin）微丝的组装与去组装功能应力纤维细胞伪足的形成与迁移运动微绒毛胞质分裂环肌细胞的收缩运动兔骨骼肌细胞纵切面两个肌原纤维每个肌节的结构模式图•微管存在于所有真核细胞的细胞质中，直径25nm，中空。基本结构单位为微管蛋白亚基，由α-微管蛋白和β-微管蛋白结合而成的异源二聚体。功能对细胞结构的组织作用物质运输纤毛、鞭毛和中心粒纺锤体和染色体运动•中间丝也称中间纤维(intermediatefilament,IF)粗细介于肌细胞的粗肌丝与细肌丝之间，存在于绝大多数动物细胞内，且结构稳定。不同种类的中间丝，其构成蛋白种类也不同神经丝波形纤维同向平行排列同型或异型反向平行排列，半分子交错，无极性胞质中间丝最小结构单位不需要能量，新的中间丝蛋白可以通过交换的方式掺入功能：维持细胞形状、固定细胞器位置、缓冲机械应力等2.9植物细胞特有的细胞壁•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•细胞壁的特化木化角化栓化矿化细胞壁的分层胞间连丝(A)Thecytoplasmicchannelsofplasmodesmatapiercetheplantcellwallandconnectallcellsinaplanttogether.(B)Eachplasmodesmaislinedwithplasmamembranecommontotwoconnectedcel