第一章动物的细胞和组织1动物体结构与功能基本单位——细胞

第一章动物的细胞和组织1.动物体结构与功能基本单位——细胞2.动物细胞周期与细胞分裂3.动物细胞的分化4.多细胞动物的组织、器官和系统1动物体结构与功能基本单位——细胞1.1细胞的发现及细胞学说的建立细胞的发现细小的细胞肉眼是看不见的，必须借助显微镜。英国RobertHooke(1665)自行设计制造了显微镜，在观察了软木薄片后，第一次表述了所看到的类似蜂巢的封闭状小室（实际为纤维质的细胞壁），并称之为cell。荷兰Leeuwenhoek用改进的显微镜观察并发现了许多细菌、原生动物及动植物细胞，在1674年认识到了细胞核，同时还有其他一些科学家对细胞进行过研究。早期这种借助显微镜对细胞的观察持续了170多年，为细胞学说积累了丰富的资料。细胞学说的建立：1838——1839年，德国动物学家Schwann、植物学家Schleiden几乎同时分别对动植物研究后，提出了细胞学说：一切植物和动物都是由细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位。细胞学说提出的意义人们通常认为：现代生物学的三大基石：细胞学说、进化论、遗传学。其中细胞学说又是生物学其他学科研究的基础。细胞学说带动了生物科学和医学的发展，对整个生物学的发展起了巨大的促进和指导作用。细胞学的进一步发展需要有先进的研究技术，如：电子显微镜、分子生物学技术等极大地推动了细胞学研究。1.2细胞的基本感念1.2.1原生质指细胞内所含的生活物质，由细胞膜包围，包括细胞核(nucleus)及其周围的细胞质(cytoplasm)。1.2.2细胞的大小和形状细胞大小一般在10-100微米。最大的10厘米，如鸵鸟蛋；最小的0.1微米，如支原体，衣原体等，必须借助显微镜观察。细胞形状是多样性，举例说明。1.2.3细胞的化学组成（自学）1.3细胞的基本结构细胞按结构复杂程度可分为原核细胞和真核细胞两大类，如：细菌、蓝藻、支原体、放线菌等，由一个细胞组成，细胞小，为典型真核细胞的1/10，进化上古老（32亿年），胞内没有由膜包被的结构，如细胞核，线粒体等；真核生物是由原核细胞生物进化而来（17亿年），有一个或多个细胞构成，真核细胞结构复杂，又可分为植物细胞和动物细胞。1.3.1真核细胞和原核细胞的比较（结构）原核细胞真核细胞细胞壁蛋白质、磷脂、脂多糖、粘肽等细胞膜两个致密层及中间透明区细胞质核糖核酸和蛋白质，无高尔基体、细胞器的结构：有线粒体、线粒体和内质网等细胞器（极少例外）叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、微管、微丝等。细胞核脱氧核糖核酸纤丝组成，无核膜，无核仁有明显的核仁和核膜1.3.2动物细胞和植物细胞的比较（结构）相同点：细胞膜、核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体、内质网与核糖体、微管与微丝等形态结构与成分相同，功能一样。区别：动物细胞没有细胞壁、液泡与叶绿体等结构，但有中心粒(体)。连接方式的比较：多细胞动物体内，一群相同或相似的细胞之间或细胞与非细胞物质之间以一定的形式连接，形成特定的结构，才能行使一定的功能。植物细胞：胞间连丝（提问）。动物细胞：细胞连接，连接方式有3种：桥粒、紧密连接、间隙连接（P19）桥粒：在电镜下观察，上皮细胞之间，如皮肤、子宫颈等处的上皮细胞之间的连接方式，呈纽扣状的斑块结构，这种结构就是桥粒。桥粒与细胞质溶胶中的中间纤维连接，间接地连成相邻细胞的细胞骨架。紧密连接：是指相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，膜之间不留空隙。使细胞层成为一个完整的膜系统，完全封闭了细胞之间的通道，防止物质从细胞之间通过。例如，肠壁的上皮细胞之间就有紧密连接，阻止了肠内与代谢无关的物质从细胞之间通过。间隙连接：是动物细胞间最多的连接方式。是指两细胞之间存在间隙（很窄，2—4nm之间）。有一系列的通道贯穿在间隙之间，细胞质通过细胞之间存在的间隙相通。只有离子和小分子物质可以通过间隙连接。1.3.3动物细胞的基本结构1.3.3.1细胞膜（cellmembrane）是围绕在细胞外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。1972年S.J.Singer和G.Nicolson，提出流动镶嵌模型，主要观点是：�膜的流动性。膜蛋白和膜脂均可侧向运动；�膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入和横跨磷脂双分子层。�具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本构成成分。�蛋白分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子中或结合在其表面。�生物膜可以看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。1.3.3.2细胞质（cytoplasmicmatrix）包括细胞质基质和细胞器。细胞质基质：细胞质中除细胞器以外的胶状物质。主要成分有数千种酶和细胞质骨架。功能：酶，许多中间代谢过程在这里进行，如：糖酵解过程，磷酸戊糖途径、糖醛酸、糖原的合成与分解、蛋白质的合成、修饰与降解等等。细胞质骨架（微丝和微管）不仅维持细胞的形态（如红细胞的微管成束平行排列于盘形细胞的周缘，红细胞成双凹型）、细胞的运动（如有丝分裂的纺锤体，纤毛与鞭毛的微管）、而且在物质的运输、能量与信息的传递中起着作用，同时还为细胞质基质中其他物质提供了锚定位点。细胞器：形态有无膜结构功能内质网是由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构，网状结构有的和细胞膜相连接,有的和细胞核膜相连接。（根据结构和功能分为粗面内质网和光面内质网。粗面内质网的表面分布大量的核糖体而得名，是内质网和核糖体共同形成的复合机能结构，有合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。光面内质网是脂类合成的重要场所。）单层膜1.和蛋白质,脂类,糖类的合成有关2.是蛋白质流动的通道3.扩大了细胞内的膜面积核糖体椭球形粒状小体,有的游离在细胞质基质中,有的附着在内质网上。（主要成分是蛋白质和RNA，二者靠共价键结合在一起。）无膜蛋白质合成的场所（唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成多肽。）高尔基体由单层膜组成的扁平囊叠加而形成单层膜1.对蛋白质进行进一步的加工，分类和包装（细胞内糖类合成；对蛋白的糖基化及其修饰等等）2.与动物细胞分泌物形成有关（如酶，抗体等）3.与植物细胞细胞壁形成有关溶酶体单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器单层膜其主要功能是细胞内的消化作用；还在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用（植物细胞有中央液泡等代替）过氧化酶体（微体）与溶酶体相似，生理功能至今尚不清楚中心体分裂间期，1个或2个，通过成对出现，两个中心粒互相垂直无膜与动物细胞有丝分裂有关线粒体形状多样，以圆柱形和椭球形最多双层膜是细胞呼吸的中心，细胞内有机体在此氧化还原产生能量，如三羧酸循环、氧化磷酸化反应是在线粒体的不同部位上进行的，因此细胞内的动力站。还存在着DNA基因组、核糖体以及与转录和翻译有关的组分细胞核是细胞内最大最重要的细胞器，主要由核膜、染色质、核仁、核骨架组成双层膜（外膜和内质网相连）进行基因复制、转录和转录初产物的加工，从而控制细胞的遗传和代谢活动植物细胞中特有的细胞壁、液泡与叶绿体等结构考照P15页相关介绍（自学）。2动物细胞周期与细胞分裂2.1细胞周期（cellcycle）：多细胞生物从一个细胞（即受精卵或合子）经过连续的有丝分裂才能成为一个多细胞动物。细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束为止，称为细胞周期，一个细胞周期是一个细胞的整个生命过程，即由1个老的细胞变成了2个新的细胞。人们最初从细胞形态变化考虑，将一个细胞周期简单地分为一个有丝分裂期（mitosis）和一个分裂间期（interphase），这两个时期是相互延续的。分裂间期又根据DNA的复制分为3个时期。在分裂间期的特定时期，DNA合成复制，称为合成期即S期（synthesis），主要完成DNA的复制和部分蛋白质的合成。在S期之前和S期之后分别称为合成前期即G1期（presyntheticphase）和合成后期即G2期（postsyntheticphase）。�一般认为在G1期合成DNA复制所需要的酶和底物、RNA等，而G2期为有丝分裂做准备，主要是合成纺锤体和星体的蛋白质，准备分裂期所需的能量。�细胞分裂间期所需要的时间远较分裂期为长。�细胞已经分化执行特殊的机能时，常不再进行分裂，但在某些刺激下，如创伤愈合中，又重新开始生过分裂。把细胞已经分化但不处于生长分裂期的这个阶段称为G0期。2.2动物细胞有丝分裂（mitosis）整个有丝分裂过程（分裂期）是连续的，一般把它分为前期、中期、后期和末期。（1）前期（prophase）①染色质细丝螺旋缠绕成染色体，每条染色体是由两条染色单体（chromatid）所组成。②随着前期继续进行，染色体进一步螺旋化变短变粗，随机散布于核中。两个染色单体上各有一个着丝粒，因着丝粒外侧有一动粒（蛋白质复合体），所以又称为着丝点，以后和纺锤丝相连。③核仁逐渐崩解、消失。但核膜依然存在。④中心体（间期复制成两对）开始向细胞的两极移动。中心体是微管的生成中心，这时在中心体的周围出现星芒状微管（星丝），星丝与中心体合称星体，至晚前期，慢慢地在两星体之间出现一些呈纺锤状的微管（由中心体发出并不断延伸）称为纺锤丝（Spindlefiber）。星体与纺锤丝形成纺锤体。（2）前中期（prometaphase）①核膜开始破碎成核膜小泡，形态很像内质网，核膜小泡散布于纺锤体周围，在整个有丝分裂过程都可见。②纺锤体逐渐向细胞的中央移动。③这个时期，星体的微管向“细胞核”内侵入，有的星体微管与动粒相联结，形成动粒微管，另一极星体发出的微管则与染色体另一侧的动粒相联结。一些星体微管的游离端也侵入核内，形成极性微管。（2）中期（metaphase）动物细胞的染色体处于赤道面上，排列在纺锤体的中央。中期时，纺锤体已达到最大的程度，染色体高度螺旋化，呈浓缩状，因此中期是观察染色体形态、计算染色体数目最合适的时期。这个时期纺锤体呈典型的纺锤样，染色体两侧动粒微管长度相等，极性微管在赤道区域相互搭桥，貌似呈连续微观结构。（3）后期（anaphase）着丝粒一分为二，两个染色单体分开向两极移动。这分开的染色体称为子染色体（daughterchromosome），子染色体移向两极的整个过程，都属于后期。这个时期染色体的数目是加倍的。着丝粒的分离一般认为是由于动粒微管向两极移动，牵引的结果。在这个过程动粒微管缩短，极微管却延长了。（4）末期（telophase）①两组子染色体已移至细胞的两极，动粒微管完成使命而消失，染色体移动停止。②核膜、核仁重新出现。染色体的浓缩状态逐渐减低（解螺旋），直到恢复成间期时的细丝状（染色质）。细胞恢复到原来的状态。③在核重建的同时，细胞质发生分裂，在动物细胞首先在细胞的赤道区域发生缢缩，缢缩逐渐加强，直到分裂成大小相等的2个子细胞，有些细胞如胚胎发育早期的细胞有丝分裂时常进行不等分裂，细胞质分配的不均匀决定了细胞分化的方向。3动物细胞的分化人体发育过程是从受精卵开始的，受精卵通过细胞分裂产生了大量的子细胞，例如人体从受精卵到儿童可产生2.2×1012个细胞。而这些子细胞大多数为了适应于特殊化的功能，合成了特异的蛋白质，且细胞形态结构也相应地发生了改变，因而产生了各种各样不同的细胞，人体有600多种类型的细胞。细胞分化：一种类型的细胞在形态结构、生理功能和生物化学特性方面稳定地转变成另一类型细胞的过程。（细胞之间产生稳定差异的过程）细胞分化的显著特点：分化状态的稳定性，特别是在高等生物中，分化一旦确立，则其分化状态将是十分稳定的，并能传递许多细胞世代。对于多细胞动物，胚胎期是最重要的细胞分化期。很多类型的细胞分化是在发育早期一次发生的。如神经细胞在婴儿期之后可能就不会再进一步分化，但也有在一生中连续不断分化的细胞类型，如多能造血肝细胞可在人的一生中不断分化成红细胞细胞。分化方向的确定往往早于形态差异的出现。细胞形态差异出现以前，细胞分化方向即已确定，并可持续若干代。例如，血细胞是由多能干细胞先分为多能造血干细胞，多能造血干细胞与其他干细胞形态几无差异，但进一步分裂不可逆地发育为单能干细胞，以后发育为红细胞。决定期