2013年生物奥赛辅导 细胞生物学

细胞的结构及功能真核生物的亚显微结构1．细胞膜（质膜）（1）质膜的化学组成脂类磷脂类固醇脂肪酸甘油磷酸兼性分子蛋白质外在性蛋白内在性蛋白与膜的内外表面相连嵌入双脂质内部，有的甚至还穿透膜的内外表面功能多而复杂的生物膜蛋白质比例大主要处于水的介质中主要处于油脂介质中（亲水性氨基酸和疏水性氨基酸）多糖只存在于膜的外侧，表现出不对称性。（2）细胞膜的流动性•膜的脂和蛋白质分子的运动性。膜脂的运动方式：侧向扩散、伸缩运动、旋转运动、翻转扩散膜蛋白的运动方式：随即移动、定向移动、局部扩散相对分子质量较大，同时受到细胞骨架的影响。•影响膜流动性的因素胆固醇的含量不饱和脂肪酸含量长链脂肪酸含量温度在一定范围内，膜的流动性与温度呈正相关不饱和脂肪酸由于不饱和键的存在，使分子间排列疏松无序，增强了膜的流动性。脂肪酸链增长，链尾相互作用的机会增多，易于凝集，流动性下降。相变温度以上，使得磷脂的脂肪酸链的运动性减弱；相变温度以下，阻止脂肪酸链的相互作用，缓解低温引起的膜脂流动性剧烈下降。仅动物细胞膜有。（3）细胞膜的功能•分隔、屏障、识别、运输等（4）物质跨膜运输•单纯扩散、易化扩散、主动运输、胞吞和胞吐狭义：需要在载体并消耗能量的获取或排出物质的方式广义：消耗能量的获取或排出物质的方式（包含胞吞和胞吐）真题1（2011年全国联赛）下列哪些物质跨膜运输方式属于主动运输A.钠钾跨膜运输B.胞吞作用C.协同运输D.乙醇跨膜运输协同运输：一种分子的穿膜运输依赖于另一种分子同时或先后穿膜，后者存在着膜两侧离子的电化学浓度梯度，它从高浓度到低浓度的运输可为前者逆浓度梯度的运输提供能量。ABC维持这种电化学势的是钠钾泵（动物）或质子泵（植物）。2、细胞内膜系统在细胞生物学中，把核被膜、内质网、高尔基体、液泡等看成是功能上连续统一的细胞内膜，被称为内膜系统。①内质网粗面内质网：大量实验证明，各种分泌蛋白质（如血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等）都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。＊核糖体附着的支架；＊蛋白质的合成与转运（运输管道）；＊蛋白质的加工；滑面内质网：主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。参与脂类代谢与糖原合成（糖类代谢）。＊脂类代谢与糖类代谢；＊分泌功能＊解毒作用（滑面内质网上有分解毒物的酶）。②高尔基体标志酶功能：•参与细胞的分泌活动：•能合成和运输多糖：与植物细胞壁的形成有关•糖基化作用：含有多种糖基转移酶，能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。两种膜结构，即扁平囊膜和大小不等的小泡组成，扁平囊膜是高尔基体最富特征性的结构组分。把由粗面内质网合成并转运来的分泌蛋白质加工浓缩，形成分泌泡运出细胞（运输过程中继续加工）。•参与形成初级溶酶体•将蛋白质水解为活性物质：将蛋白质的N端或者C端切除，使之成为有活性的物质是指在不同生物及不同发育阶段，该细胞器的形态、大小,甚至所含有酶的种类都有很大的不同，如溶酶体、过氧化物酶体③溶酶体：异质性细胞器富含酸性水解酶，在生活细胞中高度稳定。这种稳定性与膜的结构有关：膜上嵌有质子运输泵，将H+泵入溶酶体内；膜上有Cl-离子通道蛋白，可向溶酶体中运输Cl-两种蛋白质作用下，等于向溶酶体内运输了HCl，因此可维持酸性环境。类型初级溶酶体：次级溶酶体：高尔基体囊的边缘膨大而出来的泡状结构各种酶还没有开始消化作用，处于潜伏状态吞噬泡和初级溶酶体融合的产物（异体吞噬泡和自体吞噬泡）功能：•异体吞噬作用：吞噬内吞作用提供的营养物质，以及一些有害物质。•自体吞噬作用：消化衰老的细胞器。•第三个作用是自溶作用。使整个细胞被酶水解、消化，甚至死亡，发生细胞自溶。③溶酶体：•注意：植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶，具有溶酶体同样的作用。④液泡：•形态：幼小的植物细胞（分生组织细胞），具有许多小而分散的液泡；细胞生长过程，小液泡合并，成熟时在细胞中形成一个大的中央液泡（成熟的植物生活细胞的显著特征）•内含物：糖、蛋白质、磷脂、单宁、有机酸、植物碱、色素和盐类等•功能：调节细胞渗透压；维持细胞内水分平衡；积累和储存养料及多种代谢产物；3、线粒体①结构外膜：内膜：膜间隙：基质：为一个单位膜，膜中蛋白质与脂类含量几乎均等，标记酶—单胺氧化酶单位膜，膜蛋白质占膜的80%，有嵴和基粒，标记酶—细胞色素氧化酶无定形物：可溶性酶、反应底物、辅助因子，标记酶—腺苷酸激酶含有脂类、蛋白质、核糖体、RNA及DNA，标记酶—苹果酸脱氢酶②功能：细胞呼吸的中心。能将细胞质中糖酵解产生的丙酮酸，进一步氧化产生能量，并将能量储藏在ATP的高能磷酸键中。ATP供细胞其他生理活动时能量的需要。③线粒体DNA线粒体中的DNA通常与内膜结合存在，呈环状，和细菌DNA相似。线粒体内有DNA聚合酶，按半保留方式进行复制的，时间与核DNA不同，一般是在核DNA进行复制后，在核分裂前（G2）期，线粒体DNA进行复制，随后线粒体分裂。线粒体的起源：内共生假说：来源于细菌，是被原始的前真核生物吞噬的细菌。吞噬后两者共生，经长期的演化变成了线粒体。分化假说：线粒体的发生是由于质膜的内陷，再经过分化后形成的。三羧酸循环和呼吸链4、质体包括叶绿体、有色体、白色体，植物体特有。白色体：存在于贮藏组织细胞，积累淀粉或蛋白质。有色体：含有叶黄素和胡萝卜素，存在于花瓣和果实中，主要积累淀粉和脂类。植物细胞中由双层膜包围的具有光合作用和贮藏功能的细胞器光照下可变成叶绿体。•其DNA也是呈双链环状，不与组蛋白结合，能以半保留方式进行复制。有自己完整的蛋白质合成系统。叶绿体•蓝藻的类囊体是分布在细胞内，特别是分散在细胞的周边部位。•光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。这种内膜呈小泡状或扁囊状，分布于细胞周围，称为载色体。•叶绿体中的DNA含量比线粒体多。•叶绿体同线粒体一样，其生长与增殖受核基因及其自身基因两套遗传系统控制，称为半自主性细胞器。5、核糖体主要成分：蛋白质（40%）与rRNA（60%）由大小两个亚基组成。活性部位：A部位（氨基酸部位或受位）：主要在大亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位。P部位（肽基部位或供位）：主要在小亚基上，是释放tRNA的部位。肽基转移酶部位：在大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。GTP酶部位（G因子）：催化肽键从供体转移到受体。功能：核糖体是蛋白质合成的场所。因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构，存在于所有细胞中。5、核糖体游离核糖体：胞内蛋白附着核糖体：胞外蛋白存在部位：细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体附着形式：游离核糖体、附着核糖体形成：真核生物核糖体的大小亚基是在细胞核内合成的。种类：70S型：80S型：（原核细胞及叶绿体、线粒体基质中）小亚单位为30S，大亚单位为50S小亚单位为40S，大亚单位60S（真核细胞质）沉降系数6、过氧化物酶体又称微体•过氧化物酶体是由一层单位膜包裹的囊泡。•不属于内膜系统的细胞器。•特点：含有丰富的氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶标志酶•功能：＊使毒性物质失活：过氧化氢酶利用过氧化氢氧化各种底物，如酚、甲醛、乙醇等，使这些有毒的物质变成无毒性的物质，同时也使H2O2进一步转变成无毒的H2O。＊含氮物质的代谢7．细胞核真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质。（1）核膜：离子、小分子可以通过核膜。球蛋白、清蛋白等高分子则不能通过核膜，要由核孔通过。（2）染色质：核小体是构成染色质的基本单位，核小体是DNA与组蛋白结合形成的。染色质的成分还包括少量的RNA和非组蛋白。（3）核仁：rRNA合成及核糖体亚单位前体组装的场所，与核糖体的生物发生密切相关。（4）核基质非组蛋白主要包括各种酶（连接酶、转录酶）以及少量结构蛋白，它们能帮助DNA分子折叠。8．细胞壁①成分：植物细胞：主要是纤维素和果胶细菌：主要是肽聚糖（合成肽聚糖是原核生物特有的能力）真菌：主要是几丁质②结构（植物细胞）：胞间层：细胞分裂产生新细胞时形成，是相邻两个细胞间共有的薄膜，主要成分是果胶质。初生壁：分裂末期胞间层形成后，原生质体分泌纤维素、半纤维素和少量果胶质形成。次生壁：细胞停止生长后，原生质体继续分泌纤维素和其他物质，增添于初生壁内侧，使壁加厚。注意：次生壁只在植物体的部分细胞有。如纤维细胞和石细胞。9．细胞骨架系统蛋白质纤维构成的网架体系（1）细胞膜骨架既与膜蛋白结合，又能与细胞质骨架相连，主要维持细胞质膜的形态，并协助细胞膜完成某些生理功能。（2）细胞核骨架核骨架包括了核基质、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。核纤层为核膜及染色质提供结构支架。（3）细胞质骨架微管：微丝：构成微管的主要成分是微管蛋白。这种蛋白既具有运动功能又具有ATP酶的作用，使ATP水解，获得运动所需的能量。微管起细胞骨架的作用。纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管聚集而成，细胞分裂时出现的纺锤丝也是由微管组成。微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白，这是肌纤维的运动蛋白。细胞质的流动、变形运动等都和微丝的活动有关。动物细胞分裂时中央发生横缢，也由微丝收缩而产生。有的微丝主要起支架作用，与维持细胞的形状有关。微管、微丝、中间纤维组成中间纤维：（3）细胞质骨架粗细介于微管和微丝之间，由蛋白质组成中间纤维外连细胞膜，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。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系，细胞起支撑作用。基体则无中央微管，外周由9个三联体微管组成，呈“9＋0”结构。这与中心粒的相同。（4）鞭毛和纤毛•鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特化结构，具有运动功能。•纤毛与鞭毛结构基本相同，包括两部分：鞭杆、基体。鞭杆轴心是由“9＋2”排列的一束微管构成（一对平行中央微管及9个二联体微管）。10、细胞增殖•分裂期（M期）包括前、中、后、末四个时期（连续）。①有丝分裂•分裂间期（包括G1、S、G2三个时期）G1期：生长期，进行着一些物质的合成，合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系，以及储备能量。S期：细胞增殖的关键时刻，最主要的特征是DNA的合成。通常只要DNA的合成一开始，细胞增殖活动就会进行下去，直到分成两个子细胞。G2期：“有丝分裂准备期”，主要为后面的分裂期作准备。DNA的合成终止，但还有RNA和蛋白质的合成，为分裂期纺锤体微管的组装提供原料。②减数分裂一般核仁开始消失、核膜开始解体。包括减数分裂前间期和两次分裂包括G1、S、G2，但S期较长•减数分裂前间期：•第一次分裂：（重要过程主要在减Ⅰ，特别是前期Ⅰ）前期Ⅰ：细线期染色体虽已复制，但一般看不出两条染色单体。偶线期同源染色体配对的时期粗线期染色体缩短变粗，联会的同源染色体紧密结合，同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换。双线期联会的两条同源染色体开始分离，但在交叉点上保持连在一起，所以两条染色体并不完全分开。终变期中期Ⅰ后期Ⅰ末期Ⅰ减数第二次分裂间期：很短，且并不进行DNA合成。因而也不进行染色体的复制。在有些生物甚至没有这个间期，而由末期Ⅰ直接转为前期Ⅱ。•第二次分裂第二次减数分裂基本上与普通有丝分裂相同。前期Ⅱ时间较短。在无丝分裂中，核膜和核仁都不消失，没有染色体的出现，当然也就看不到染色体的规律性变化。③无丝分裂但是，这并不说明染色质没有变化，实际上染色质也要进行复制，并且细胞要增大。当细胞核体积增大一倍时，细胞核就发生分裂，核中的遗传物质就分配到子细胞中去。至于核中的遗传物质DNA是如何分配的，还待进一步研究。