第3章細胞的結構與通訊

1、重點重點原核細胞與真核細胞的區(qū)別、動物細胞與植物細胞的區(qū)別；細胞核、主要細胞器線粒體、葉綠體、內質網、高爾基體、溶酶體的結構特點與功能；生物膜結構組成與流動鑲嵌模型的特點、生物膜的功能；物質的跨膜轉運的主動運輸?shù)奶攸c、Na+-K+泵的主要內容。一、細胞的結構一、細胞的結構1665年，英國羅伯特虎克年，英國羅伯特虎克(Robert Hooke)發(fā)現(xiàn)細發(fā)現(xiàn)細胞胞,軟木塞，軟木塞，死的細胞壁死的細胞壁，命名細胞，命名細胞(Cell)。1674年，荷蘭學者列文虎克（年，荷蘭學者列文虎克（A V Leeuwenhoek)G觀察到完整的觀察到完整的活細胞活細胞。 1838年，德國植物學家施萊登（年，德國植

2、物學家施萊登（Schleiden，M. J.）指出細胞是一切）指出細胞是一切植物植物結構的基本單位。結構的基本單位。 1839年，德國動物學家施旺年，德國動物學家施旺(Schwann, T.)指出指出動動物和植物物和植物結構的基本單位都是細胞。結構的基本單位都是細胞。( (一一) )細胞的發(fā)現(xiàn)細胞的發(fā)現(xiàn)細胞學說細胞學說19 世紀初，兩位德國生物學家施萊登和施旺正式世紀初，兩位德國生物學家施萊登和施旺正式明確提出：明確提出：細胞是植物體和動物體的基本結構單位。細胞是植物體和動物體的基本結構單位。標志著細胞學說的誕生。標志著細胞學說的誕生。(二二)顯微鏡顯微鏡 光學顯微鏡分辨率200nm 電子顯微

3、鏡分辨率0.2nm 肉眼分辨率100000nm （三）原核細胞與真核細胞的區(qū)別（三）原核細胞與真核細胞的區(qū)別 原核細胞原核細胞 真核細胞真核細胞細胞大小細胞大小 很小（很?。?-10微米）微米） 較大（較大（10-100微米）微米）細胞核細胞核 無核膜（稱無核膜（稱“類核類核”） 有核膜有核膜遺傳系統(tǒng)遺傳系統(tǒng) DNA不與蛋白質結合不與蛋白質結合 DNA與蛋白質結合與蛋白質結合 只有一條只有一條DNA染色質染色質 有二條以上染色體有二條以上染色體細胞器細胞器 無無 有有細胞骨架細胞骨架 無無 有有核糖體核糖體 70S 80S核外核外DNA 裸露的質粒裸露的質粒DNA 線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體

4、DNA原核細胞原核細胞遺傳的信息量小，僅一個環(huán)狀DNA構成細胞內沒有分化為以膜為基礎的具有專門結構與功能的細胞器和細胞核膜葉綠體線粒體細胞壁細胞膜液泡細胞質光面內質網細胞核粗面內質網高爾基體高爾基體線粒體細胞質細胞膜細胞核粗面內質網光面內質網中心體纖毛真核細胞真核細胞細胞壁（細胞壁（cell wall)cell wall)葉綠體（葉綠體（chloroplast)chloroplast)大液泡（大液泡（vacuole)vacuole)胞間連絲（胞間連絲（plasmodesmata)plasmodesmata)植物特有的結構植物特有的結構中心體中心體二、真核細胞的結構二、真核細胞的結構真核細胞可分

5、為三個系統(tǒng)：生物膜結構系統(tǒng)：細胞膜、核膜、線粒體、葉綠體、溶酶體、內質網、高爾基體等。遺傳信息表達系統(tǒng)（顆粒纖維系統(tǒng)）：染色質、核仁、核糖體。細胞骨架系統(tǒng)：微管、微絲、中間纖維、細胞核骨架。（一）細胞核的是真核細胞的控制中心（一）細胞核的是真核細胞的控制中心 是細胞遺傳、代謝、生長和分化調控的信息中心異染色質異染色質常染色質常染色質1.核被膜和核被膜和核孔復合物核孔復合物u 核被膜：核被膜： 外核膜、外核膜、 內內核膜核膜 、 核纖層、核纖層、 核孔核孔u功能：功能：u構成核、質之間的構成核、質之間的天然選擇性屏障天然選擇性屏障;避免生命活動的彼避免生命活動的彼此干擾此干擾;保護保護DNA不受

6、細胞骨架運動不受細胞骨架運動 所產生的機械力所產生的機械力的損傷的損傷;uu 核質之間的物質交換與信息交流。核質之間的物質交換與信息交流。核孔：核孔：直徑直徑20100nm，數(shù)目不定；數(shù)目不定；組成：組成：3050種蛋白種蛋白質并與核纖層質并與核纖層緊密結合；緊密結合；核孔復合物核孔復合物 功能：功能：選擇性的主動轉運選擇性的主動轉運 胞質環(huán)間隙核質環(huán)2.2.染色質和染色體染色質和染色體 蘇木精染色，常染色質（細長）、異染色質（色深團狀、附著于核內膜）；染色質的組成：DNA、組蛋白（賴氨酸、精氨酸）、少量RNA和非組蛋白（很多） 染色質的基本結構 核小體（nucleosome） 直徑約10nm

7、連接DNA約1.52.5nm v核小體 200bpDNA + 組蛋白八聚體顆粒+一分子H1； vH2A、H2B、H3、H4各二分子構成扁粒狀； v其中146bpDNA片段繞1.75圈； vH1鎖住了DNA進出端遮蓋了約20bp； v核小體之間以連接DNA相連。 核小體核小體人的染色體人的染色體3.3.核核 仁仁細胞間期核中個或幾個濃密的球形小體稱為核仁（含rRNA，rDNA和核糖核蛋白） 形狀、大小和數(shù)目因物種和生理狀態(tài)而異 功能rRNA合成和加工核糖體亞基的組裝核仁組織者nucleolus organizer人類細胞的第13、14、15、21和22對染色體上核膜核膜是雙層膜，核膜使細胞的核質

8、分開；核孔使細胞的是雙層膜，核膜使細胞的核質分開；核孔使細胞的核質之間能進行物質交換核質之間能進行物質交換. .核仁核仁是細胞核中顯著的結構，它折光性較強。在細胞有是細胞核中顯著的結構，它折光性較強。在細胞有絲分裂過程中核仁呈現(xiàn)絲分裂過程中核仁呈現(xiàn)周期性的消失和重建周期性的消失和重建。核仁是。核仁是勻質的球形小體。勻質的球形小體。染色質染色質主要指細胞核內主要指細胞核內易被堿性染料染成深色的易被堿性染料染成深色的物質物質。其主要成分是。其主要成分是DNADNA和蛋白質和蛋白質。在細胞有絲分裂。在細胞有絲分裂間期：染色質呈細長絲狀且交織成網狀，在細胞有絲分裂間期：染色質呈細長絲狀且交織成網狀，在

9、細胞有絲分裂分裂期，染色質高度縮短成圓柱狀或桿狀的分裂期，染色質高度縮短成圓柱狀或桿狀的染色體。染色體。核基質核基質主要成分是蛋白質，是核的骨架為主要成分是蛋白質，是核的骨架為染色質的代謝提供附著場所染色質的代謝提供附著場所.內膜系統(tǒng)內膜系統(tǒng)endomembrane system細胞內在結構、功能及發(fā)生上相關的，由膜包圍形成的細胞器或細胞結構。細胞膜核膜線粒體葉綠體溶酶體內質網液泡高爾基體等。（二）內質網、核糖體（二）內質網、核糖體內質網endoplasmic reticulum類型：囊腔和管道粗面內質網rER：核糖體顆粒, 合成并運輸?shù)鞍踪|。光面內質網sER：與脂類合成和代謝有關、解毒核糖體

10、核糖體ribosome細胞質中無膜包被的顆粒狀結構組成：t RNA 和蛋白質組成的復合物存在形式：游離于細胞溶膠中附著于核糖體、核內膜功能：合成蛋白質（三）高爾基體Golgi apparatus 組成：由扁平囊和大小不等囊泡組成 具有極性：形成面或順面、成熟面或反面 功能:蛋白質修飾與加工、蛋白質分類、包裝、運輸，多糖合成。轉運小泡轉運小泡順順面面（四）溶酶體（四）溶酶體Iysosome含有60種以上水解酶的單層膜囊泡，膜內 pH5。 催化蛋白質、脂類、多糖以及核酸的降解；消化細胞碎渣及產生廢棄物；從外界吞入的顆粒。若嬰兒干細胞溶酶體缺少水解糖的酶，糖原不能消化，形成大糖原泡，壽命僅1年；溶酶

11、體與疾病溶酶體與疾病先天性貯積?。喝狈δ承┤苊阁w酶，導致某些物質在組織中大量積累，有20多種。 Pompes病 糖原積累，損害肝和肌肉，2歲死亡（缺乏-1，4-葡萄糖苷酶） Tay-sachs病 脂質積累，損害腦，呆滯，2-6歲死亡 （缺少氨基已糖酯酶A）肺結核矽肺類風濕關節(jié)炎（溶酶體酶外逸）矽肺矽肺（五）液泡（五）液泡vacuole 單層膜包被的囊泡年幼細胞只有數(shù)量小、分散的小液泡，5%；成年結合成中央液泡，占細胞體積95%。富含無機鹽、氨基酸、色素、糖類功能：高濃度細胞液使植物細胞處于膨脹狀態(tài)；貯存代謝廢物 花、葉果實的藍、紅、紫與液泡內色素有關( (六六) )線粒體、質體線粒體、質體線粒

12、體由內膜和外膜包裹的囊狀結構，囊內是液態(tài)的基質。環(huán)狀DNA、ATP合成酶和核糖體。 細胞呼吸并產生ATP的重要場所 葉綠體：葉綠體：果實成熟果實成熟有色質體有色質體 白色質體：貯存淀粉白色質體：貯存淀粉 有色質體：果實、花、秋葉中，含色素有色質體：果實、花、秋葉中，含色素 淀粉和脂類淀粉和脂類前前質質體體光光質體白色體：白色體：分生組織、不見光，淀粉、或油脂分生組織、不見光，淀粉、或油脂有色體：類胡蘿卜素色素有色體：類胡蘿卜素色素葉綠體葉綠體葉綠體的結構葉綠體的結構葉綠體u外被雙層膜、基質、基粒（類囊體）、基外被雙層膜、基質、基粒（類囊體）、基質類囊體，也有環(huán)狀質類囊體，也有環(huán)狀DNA、核糖體

13、、核糖體在類囊體上光能向化學能的轉化，基質是在類囊體上光能向化學能的轉化，基質是碳同化的場所。碳同化的場所。（七）微體（七）微體microbody 單層膜圍成的一類泡狀結構，內含的酶不同于溶酶體： 過氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 過氧化物酶H2O2 H2O + O2 乙醛酸循環(huán)體(植物細胞) 植物細胞內：脂肪、油 糖（八）細胞骨架（八）細胞骨架真核細胞內的蛋白質纖維組成網狀結構。功能：維持細胞形狀、控制細胞運動。蛋白纖維： 微管 微絲中間纖維微管綠色、微絲紅色、藍色微管綠色、微絲紅色、藍色 微管微管microtubule微管蛋白（， ）組成中直徑 約25nm、長約25200nm空管

14、；功能：維持細胞形態(tài)、運動細胞器運動胞內物質運輸染色體運動 微絲微絲micro ilament肌動蛋白組成的直徑7nm實心微絲；功能：維持細胞形態(tài)改變細胞形態(tài)胞質環(huán)流細胞分裂-偽足肌肉收縮 中間絲（纖維）中間絲（纖維）多種蛋白組成多種蛋白組成直徑直徑 812nm核纖層中含量核纖層中含量豐富豐富功能：功能：承受機械壓力承受機械壓力（九）鞭毛、纖毛、中心粒（九）鞭毛、纖毛、中心粒中心粒：9（3）鞭毛纖毛：9（2）+29（3）染色體運動染色體運動秋水仙素和長春藤堿破壞紡錘體的形成；紫杉醇抑制紡錘體的解聚，抗癌（十）細胞壁（十）細胞壁細胞壁的組成與功能細胞壁的組成與功能成分：微原纖維（纖維素）+基質(

15、多糖+蛋白質)組成。功能：保護和支持細胞作用。使細胞不能吸收過量水。（十一）動物細胞的胞外基質和細胞連接（十一）動物細胞的胞外基質和細胞連接胞外基質：動物細胞合成并分泌到胞外、分布在細胞表面或細胞之間的大分子, 主要膠原纖維和蛋白聚糖。緊密連接(封閉連接) Tight junction呈帶狀，相鄰細胞的細胞膜不留空間，使細胞層成為一個完整的膜系統(tǒng)，防止物質從細胞間質通過。 常存在于體內各種屏障內：腦血管內壁、腸上皮。橋粒橋粒desmosomedesmosomep皮膚、子宮等上皮細皮膚、子宮等上皮細胞間非常很牢固的連接，胞間非常很牢固的連接，呈盤狀，具支撐作用。呈盤狀，具支撐作用。 p橋粒處相鄰

16、細胞中間橋粒處相鄰細胞中間絲相連呈網狀。絲相連呈網狀。間隙連接（通訊連接）間隙連接（通訊連接）有有23 nm胞間隙。中間胞間隙。中間有有1.5nm 的親水性通道。的親水性通道。離子，離子，1000的小分子的小分子進行信息交換。進行信息交換。 細胞核細胞核-“中心調度室中心調度室”, ,細胞生命活動的細胞生命活動的“控制中心控制中心” 核糖體核糖體-蛋白質生產的蛋白質生產的“機器機器” 內質網內質網-合成蛋白質、脂類和糖類的合成蛋白質、脂類和糖類的“生生產車間產車間” 高爾基體高爾基體-生物大分子加工、包裝的生物大分子加工、包裝的“加加工車間工車間” 線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體-產能的產能的“

17、動力車間動力車間” 溶酶體溶酶體- “- “回收車間回收車間”和和“保衛(wèi)處保衛(wèi)處” 細胞骨架系統(tǒng)細胞骨架系統(tǒng)（MF,MT,IFMF,MT,IF）- - “支架、運支架、運輸、運動系統(tǒng)輸、運動系統(tǒng)” 生物膜系統(tǒng)生物膜系統(tǒng)-膜流，生產膜流，生產“流水線流水線”和和“傳送帶傳送帶”。三、生物膜三、生物膜流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型細胞的外圍包有一層由脂雙層分子和蛋白質構成的膜稱為質膜 質膜結構的研究簡史三明治結構模型 (J.FDanielli，H.Davson, 1935)單位膜模型 (J.D.Robertson, 1959)流動鑲嵌模型fluid mosaic model (S.J. Singer,

18、G.L. Nicolson, 1972)糖脂糖脂膜中大多數(shù)脂質和一部分膜中大多數(shù)脂質和一部分蛋白質可以流動。蛋白質可以流動。蛋白質或嵌在脂層表面或蛋白質或嵌在脂層表面或內部或橫跨整個脂雙層。內部或橫跨整個脂雙層。膜內蛋白、膜周蛋白膜內蛋白、膜周蛋白膜上的糖為細胞識別所必膜上的糖為細胞識別所必須。須。動物細胞表面的寡糖鏈和蛋動物細胞表面的寡糖鏈和蛋白質形成的糖蛋白層白質形成的糖蛋白層-糖萼糖萼糖蛋白、脂蛋白糖蛋白、脂蛋白膜的兩側分布的糖、蛋白膜的兩側分布的糖、蛋白質的種類是不對稱性。質的種類是不對稱性。 四、細胞通訊化學信號（腎上腺素-第1信使）信號接受（G蛋白偶聯(lián)受體）信號轉導（cAMP、Ca2+-第2信使，酶的級聯(lián)-信號放大）細胞對信號的響應 ) 大分子和顆粒進入和大分子和顆粒進入和排出