陈阅增普通生物学第1篇3细胞结构与细胞通讯

3细胞结构与细胞通讯3.1细胞的结构人眼的分辨力仅有0.1mm光学显微镜的分辨力可达到200nm，为人眼的500倍显微镜的发明为细胞的发现奠定了基础，没有显微镜就不可能有细胞学诞生3.1.1显微镜：揭示了细胞的微观世界•3.1.1.1细胞的发现•1665年，英国罗伯特虎克(RobertHooke)第一个用显微镜发现细胞，软木塞，死的细胞壁，命名细胞(Cell)。•1674年，荷兰学者列文虎克(AntonievanLeeuwenhoek)观察到完整的活细胞。最初提出细胞学说观点的两篇论文是:德国植物学家施莱登1938年发表的论文:『论植物发现』;指出细胞是一切植物结构的基本单位。德国动物学家施旺1939年发表的论文:『动、植物结构与生长相似性的显微研究』。指出动物组织的基本单位都是细胞。（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。施莱登、施旺--细胞学说：1858年，德国细胞病理学家魏尔肖（R.L.C.Virchow）提出“细胞只能由业已存在的细胞经分裂而产生”的著名论断，进一步完善和概括了细胞学说扫描电镜（SEM）：样本表面的细微结构透射电镜（TEM）：样本内部的超微结构电子显微镜（EM）：分辨力0.2nm，用加速的电子束代替可见光来照明电镜：不能观察活的样本。3.1.2分级分离技术可用于研究活的样本•细胞的分级分离：细胞破碎→各种细胞器分开→分别研究它们的功能•最有效的仪器是超速离心机。•沉降系数的S单位。S表示的是大分子或颗粒在超速离心时的沉降行为。•沉降系数越大，分子或颗粒就越大。•第一步：匀浆化（打碎→低温离心）•离心速度增加，越来越小颗粒会沉淀下来。•细胞溶胶：许多代谢的场所3.1.3细胞的概貌•最小的细胞是支原体细胞，直径只有100nm；•最大的细胞是鸟卵，肉眼可见（鸵鸟蛋黄最大）。•细胞的大小和细胞的功能是相适应的。例如，神经细胞、鸟卵。•一般说来，生物体积的增加，是由于细胞数目增加，而不是由于细胞体积加大。•细胞体积受大自然规律的限制。最小？最大？•不同生物细胞的大小无显著差异。实验探究：细胞大小与物质运输的关系切成不同大小的琼脂方块放入NaOH溶液中浸泡慢慢地，含酚酞的琼脂随着NaOH溶液的扩散变红切开琼脂方块你发现什么了吗？结论：1.NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而_______。减小减小反映细胞的物质运输的效率2.琼脂块的表面积与体积之比（即相对表面积）随着琼脂块的增大而_______；（1）S/V(相对表面积)：细胞体积越大，其相对表面积越小，______________就越低。（2）核质比：细胞核是细胞的控制中心，其中的_________不会随着细胞体积的扩大而增加。物质运输效率DNA•单细胞生物仅有一个细胞；而多细胞生物的细胞数目和生物体的大小成正比。3.1.4两类细胞：原核细胞和真核细胞原核细胞：不含细胞核(nucleus)原核细胞所形成的生物称为原核生物(prokaryotes)，包括所有的细菌(bacteria)、古核生物。真核细胞：有细胞核。真核细胞构成的生物称为真核生物(eukaryotes)，包括动物（animal）、植物（plant）、真菌(fungi)以及介于动植物之间的原生生物(protista)。原核细胞遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜支原体—目前发现的最小最简单的细胞细菌(Bacteria)蓝藻又称蓝细菌菌动物细胞植物细胞3.2真核细胞的结构细胞膜和细胞壁细胞核细胞质和细胞器3.2真核细胞的结构一切真核细胞都有完整的细胞核大多数细胞是单核的无核的有？细胞核在细胞的代谢、生长和分化中起重要作用，如变形虫细胞控制中心：遗传物质主要位于细胞核细胞核包括：核被膜、染色质、核仁和核基质3.2.1细胞核是真核细胞的控制中心核被膜核被膜的组成：外核膜内核膜核周腔核孔核被膜（nuclearenvelope）：核外面，两层膜，单层膜厚7-8nm，膜之间的核周腔宽约10-50nm，外膜常与糙面内质网相连，附着有核糖体核纤层（nuclearlamina）：核膜内面，由核纤层蛋白组成核被膜与核纤层核孔（nuclearpore）：直径约50-100nm，数目几千至上百万个，大分子出入细胞核的选择性通道1.可进入核的蛋白质：DNA聚合酶、RNA聚合酶以及染色体中的组蛋白和核糖体蛋白2.可出核的大分子：各种RNA以及组装好的核糖体亚基等输入蛋白输出蛋白主动转运核被膜与核纤层核孔复合体：核孔、核纤层核孔蛋白核被膜的功能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染色质（chromatin）苏木精染色常染色质（euchromatin）：细丝状的部分，DNA长链分子展开的部分异染色质（heterochromatin）：染色较深的团块，DNA长链分子紧缩盘绕的部分染色质（chromatin）的组成DNA蛋白少量RNA碱性蛋白（组蛋白，histone）：与DNA相结合，共五种非组蛋白：种类多，如DNA聚合酶、RNA聚合酶等•组蛋白（histones）真核生物体细胞染色质中的小分子碱性蛋白质，含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多，二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。共H1、H2A、H2B、H3、H45种•带负电荷的双螺旋DNA：带磷酸基团染色质（chromatin）的组成核小体：4对组蛋白（H2A、H2B、H3和H4各2个）构成核心，直径10nmH1组蛋白：核小体外侧结合DNA，稳定核小体连接体DNA（linkerDNA）：连接核小体的DNA一个核小体上的DNA与连接体DNA，共约146碱基对，构成染色质丝的一个单位染色质（chromatin）间期时，染色质在H1和核心组蛋白的作用下，聚拢折叠成30nm纤维细胞分裂时，染色质进一步浓缩折叠成染色体（chromosome）光镜下可见核仁（nucleolus）圆形或椭圆形的颗粒状结构，无外膜，各种生物中数目固定（1-2个）富含蛋白质和RNA（rRNA，核糖体RNA）由某一个或几个特定染色体的核仁组织者形成，核仁组织区是rDNA的所在之处，人的在10条染色体一端，新形成核仁为10个，再融合成1-2个大核仁转录rRNA和组装核糖体单位碘液：细胞核红褐色，核仁染色更深核基质（nuclearmatrix）蛋白质组成的纤维状网络，透明物质（核质）核的骨架（维持核形态）染色质附着的场所几乎所有新合成的核酸都与核基质纤维连接。细胞质（cytoplasm）：质膜内，细胞核外细胞溶胶（cytosol）：透明、黏稠、高度有序、动态平衡的物质细胞器（cellorganelle）内质网和核糖体高尔基体溶酶体线粒体微体质体、液泡细胞骨架（cytoskeleton）32页图3.273.2.2内质网和核糖体内质网（endoplasmicreticulum）：细胞质内一系列囊腔（潴泡）和细管，彼此相通，（与核周腔相通），形成的一个隔离于细胞溶质的膜系统（占细胞总膜面积的一半）核糖体（ribosome）：细胞合成蛋白质的场所蛋白质合成多的细胞，核糖体较多，核仁较大。内质网光面内质网（SER）糙面内质网（RER）细胞质一面有核糖体原核细胞与真核细胞的核糖体外形和功能基本相同，但大小不同核糖体的主要成分为rRNA(50~60%)和蛋白质(40~50%)，构成大小亚基核糖体游离态、结合态的核糖体结构上是完全一样的。细胞溶胶中的蛋白质分泌蛋白、溶酶体中的蛋白质核糖体唯一功能：按照mRNA的指令由氨基酸合成多肽链分类：70S核糖体（原核细胞），80S核糖体（真核细胞）构成：均由大、小两个亚基构成只有当小亚单位与mRNA结合后，大亚单位才与小亚单位结合成完整的核糖体；肽链合成终止后，大小亚单位解离70sribosome80sribosome光面内质网的功能脂肪、磷脂、类固醇激素（如睾丸、肾上腺激素）的合成肝的解毒作用（带上羟基，易溶于水）肝细胞葡萄糖释放（G-6P糖磷酸酯G)肌细胞内质网潴泡贮存Ca2+（神经冲动刺激，Ca2+回到细胞溶胶，肌肉收缩）糙面内质网（roughER）富有核糖体颗粒，合成并转运蛋白质蛋白质都是在核糖体上合成的，起始于细胞质基质，有些蛋白质在合成开始后不久便转在糙面内质网上合成，这些蛋白质主要有：向细胞外分泌的蛋白，如抗体、激素膜蛋白，制造膜的工厂（蛋白质、磷脂）需要与其它细胞组分严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白（大多数分泌蛋白，寡糖）1898年，Golgi应用银染法首先在猫头鹰的神经细胞内观察到20世纪50年代以后，才正确认识它的存在和结构它由数个扁平囊泡（潴泡）堆在一起而形成，高度有极性CamilloGolgi3.2.3高尔基体合成、分拣并将产物运出细胞反面顺面高尔基体的功能区隔高尔基体（Golgiapparatus）凸出的一面对着内质网称为——形成面（formingface）或顺面（cisface）凹进的一面对着质膜称为——成熟面（matureface）或反面（transface）中间膜囊——多数糖基修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处细胞核高尔基体（Golgiapparatus）功能：将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外参与植物细胞壁的形成，植物细胞壁中的纤维素和果胶质是在高尔基体中合成的3.2.4溶酶体起消化作用溶酶体是单层膜包裹的小泡，由高尔基体断裂产生（外运侧出芽），内含60种以上的水解酶。溶酶体的功能是消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣。食物泡+溶酶体次级溶酶体。图3.12溶酶体参与细胞消化初级溶酶体次级溶酶体残余小体溶酶体（lysosome）特点：溶酶体内呈酸性，pH4.8或更低，各种水解酶只有在酸性环境中才有活性（进入细胞溶胶pH7，失活）溶酶体膜与质膜厚度相近，但成分不同：溶酶体膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其pH值降低具有多种载体蛋白，用于水解产物向外转运溶酶体膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白降解3.2.5液泡（vacuole）有多种功能植物细胞单层膜包被的充满细胞液（cellsap）的囊泡液泡随细胞成长而发展：多个→一个；5%→95%功能：细胞液是高渗的，使细胞吸涨饱满含有花色素苷，决定花、果、叶的颜色贮存代谢废物（晶体状态）3.2.6.线粒体和质体等进行能量交换线粒体:细胞呼吸并产生ATP的重要场所线粒体一般呈粒状或杆状，一般直径0.5-1μm，长1.5-3.0μm。光学显微镜可见，大小与细菌相当。电镜照片线粒体（mitochondrion）细胞的“动力工厂”通过氧化磷酸化作用，将贮存在糖类或脂肪中的化学能转变为细胞代谢可直接利用的能量分子——ATP（三磷酸腺苷）新陈代谢旺盛的细胞线粒体多细胞功能旺盛的需能部位线粒体多线粒体（mitochondrion）结构：内外两层膜套叠而成的封闭囊状结构，内外膜不相连外膜：孔蛋白（porin）内膜：向内折叠形成嵴膜间隙：无定形液体基质：蛋白质性液态物质线粒体结构嵴内膜基质外膜膜间隙ATP合酶嵴线粒体（mitochondrion）线粒体的半自主性线粒体中还存在环状DNA、RNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶、核糖体、氨基酸活化酶等进行DNA复制、转录和蛋白质翻译的全套装备，说明线粒体具有独立的遗传体系，能编码合成13种多肽但线粒体的绝大多数蛋白质都由核基因编码，在胞质核糖体合成受两套遗传系统控制——半自主性线粒体（mitochondrion）线粒体可能起源于内共生线粒体在大小、环状DNA、核糖体、呼吸酶等方面，