細(xì)胞基礎(chǔ)知識(shí)、結(jié)構(gòu)和通訊

1、細(xì) 胞基礎(chǔ)知識(shí)、結(jié)構(gòu)和通訊 生命的化學(xué)基礎(chǔ)2細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)胞通訊3細(xì) 胞 代 謝4細(xì)胞的分裂和分化5第1篇細(xì)胞細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)胞通訊3細(xì)胞的結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)生物膜 細(xì)胞通訊細(xì)胞的結(jié)構(gòu)顯微鏡揭示了細(xì)胞的微觀世界超速離心機(jī)分級(jí)分離技術(shù)可制備各種細(xì)胞器研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的重要設(shè)備：英國(guó)物理學(xué)家羅伯特虎克(1635-1703)觀察到植物細(xì)胞 1665年，英國(guó)的物理學(xué)家羅伯特胡克用自己設(shè)計(jì)并制造的顯微鏡觀察櫟樹(shù)軟木塞切片時(shí)發(fā)現(xiàn)其中有許多小 室，狀如蜂窩，稱為“cell”，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，不過(guò)，胡 克發(fā)現(xiàn)的只是死的細(xì)胞壁。胡克的發(fā)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞學(xué)的建立和發(fā)展具有開(kāi) 創(chuàng)性的意義，其后，生物學(xué)家就用“cell”

2、一詞來(lái)描述生物體的基本結(jié) 構(gòu)。 荷蘭人列文虎克(1632-1723)觀察到細(xì)菌及其活動(dòng) 1674年，荷蘭布商列文虎克為了檢查布的質(zhì)量，親自磨制透鏡，裝配了高倍顯微鏡（300倍左右），并觀察到了血細(xì)胞、池塘水滴中的原生動(dòng)物、人類和哺乳類動(dòng)物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細(xì)胞。 德國(guó)生物學(xué)家施萊登(18041881)，施旺( 1810-1882 )細(xì)胞學(xué)說(shuō) 施萊登論證了細(xì)胞是一切植物機(jī)體生命的基本單位；論證了細(xì)胞的共同的基本構(gòu)造、基本特征、發(fā)育規(guī)律和生命過(guò)程；論證了細(xì)胞的起源問(wèn)題和細(xì)胞形成的發(fā)展過(guò)程。 施旺，把施萊登的細(xì)胞學(xué)說(shuō)從植物學(xué)擴(kuò)展到動(dòng)物學(xué)。 細(xì)胞的概貌細(xì)胞的形態(tài)多種多樣大多數(shù)細(xì)胞直徑

3、在幾到幾十微米細(xì)胞的形態(tài)與所處環(huán)境、生理功能密切相關(guān)細(xì)胞的大小與生物的進(jìn)化程度、細(xì)胞的功能相適應(yīng)Marcophage 鴕鳥(niǎo)的卵細(xì)胞直徑可達(dá)75 mm。人的某些神經(jīng)細(xì)胞長(zhǎng)度可達(dá)1 m以上。支原體是最小的細(xì)胞，直徑只有100 nmDiagram of mycoplasmas (red)infecting epithelial cells (black) 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞原核細(xì)胞：細(xì)菌真核細(xì)胞：原生生物、真菌、植物、動(dòng)物 原核細(xì)胞沒(méi)有明顯可見(jiàn)的細(xì)胞核, 同時(shí)也沒(méi)有核膜和核仁, 只有擬核 。不進(jìn)行有絲分裂、減數(shù)分裂 。沒(méi)有葉綠體、線粒體等細(xì)胞器，光合作用、氧化磷酸化在細(xì)胞膜進(jìn)行。有核糖體。 原核細(xì)胞

4、構(gòu)成的生物稱為原核生物，均為單細(xì)胞生物 。原核生物分為支原體、細(xì)菌、藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）、螺旋藻 等。 它的突出特點(diǎn)是沒(méi)有細(xì)胞壁。 廣泛存在于土壤、污水、昆蟲(chóng)、脊椎動(dòng)物及人體內(nèi)，是動(dòng)植物和人類的病原菌之一。 支原體結(jié)構(gòu)有莢膜的細(xì)菌的結(jié)構(gòu) 間體（質(zhì)膜內(nèi)陷） 纖毛 核糖體（含糖原，蛋白質(zhì)。脂滴 顆粒） （肽聚糖）（纖維素）藍(lán)藻的結(jié)構(gòu)模型 特 征原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞大小很?。?-10微米）較大（10-100微米）細(xì) 胞 壁糖和肽纖維素和果膠質(zhì)細(xì) 胞 核無(wú)核膜（稱“擬核”）有核膜遺傳系統(tǒng)DNA不與蛋白質(zhì)結(jié)合一個(gè)細(xì)胞僅一條DNADNA與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色質(zhì)一個(gè)細(xì)胞有多條的染色體細(xì) 胞 器無(wú)有細(xì)胞分裂無(wú)絲分裂有絲

5、分裂 為主真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu) 在光學(xué)顯微鏡下，可見(jiàn)到真核細(xì)胞中明顯的細(xì)胞核和核仁。真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相似，但動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞稍有不同。 特 征 動(dòng)物細(xì)胞 植物細(xì)胞質(zhì) 體細(xì)胞壁大的中央液胞其它無(wú)，異養(yǎng)營(yíng)養(yǎng) 有，自養(yǎng)營(yíng)養(yǎng) 無(wú) 有（纖維素和果膠質(zhì)）無(wú) 有（代謝調(diào)節(jié)作用）中心體 胞間連絲分裂時(shí)的收縮環(huán) 分裂時(shí)的細(xì)胞板CytoskeletonRibosomesCentrioleLysosomeFlagellumNot in mostplant cellsNucleusSmoothendoplasmicreticulum (ER)GolgiapparatusRoughendoplasmicreticulum

6、(ER)MitochondrionPlasmamembraneCytoskeletonMitochondrionNucleusRough endoplamsicreticulum (ER)RibosomesSmoothendoplasmicreticulum (ER)Golgi apparatusPlasmodesmataPlasmamembraneChloroplastCell wallCentralvacuoleNot in animal cells1. 細(xì) 胞 核核被膜： 雙層膜，具核孔核基質(zhì)： 纖維狀的網(wǎng)，網(wǎng)孔中充滿液體染色質(zhì)： 由DNA和蛋白質(zhì)組成核 仁： 富含蛋白質(zhì)和RNA的區(qū)域，

7、核糖體的裝配場(chǎng)所。RibosomesChromaticNuclearenvelopeNucleolusPore 一切真核細(xì)胞都有完整的細(xì)胞核，被子植物的成熟篩管分子和哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核，但這些細(xì)胞幼期時(shí)還是有細(xì)胞核的。 通常，一個(gè)細(xì)胞有一個(gè)核，但許多細(xì)胞由于進(jìn)行核分裂，細(xì)胞質(zhì)不分裂等原因，而形成多核。2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體除原核生物和哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞外，所有動(dòng)、植物細(xì)胞都有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種互相連通的扁平囊泡構(gòu)成的膜性管道系統(tǒng)，延伸到細(xì)胞的邊緣，并與細(xì)胞膜連通。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是參與蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)輸。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與脂類合成、糖原和其他糖類的代謝有關(guān)。核 糖 體游離核糖體

8、 懸浮于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，合成大部 分細(xì)胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合核糖體 結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外側(cè)，合成膜蛋白和分泌蛋白多聚核糖體 幾個(gè)核糖體結(jié)合于一條 mRNA 鏈上，增加合成量由 rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的核蛋白體，無(wú)膜包被，合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。 3. 高爾基體功能：參與分泌物的貯存、濃縮、集聚和運(yùn)輸作用。由一系列扁平小囊和小泡組成。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)斷下來(lái)的分泌小泡轉(zhuǎn)移并與高爾基體融合，小泡中的分泌物在這里加工后，圍以外膜而成分泌泡。分泌泡脫離高爾基體向細(xì)胞外周移動(dòng)。最后，分泌泡外膜與細(xì)胞膜愈合而將分泌物排出細(xì)胞之外。 單層生物膜的泡狀結(jié)構(gòu)，含60多種水解酶 4. 溶 酶 體功能：溶解和消化從外溶入的顆粒和細(xì)胞本身產(chǎn)生的碎渣。溶

9、酶體結(jié)構(gòu)模型 一種是自體吞噬，吞噬的是細(xì)胞內(nèi)原有的物質(zhì)，如破損的細(xì)胞器或殘片，有利于細(xì)胞器的重新組裝、成分的更新及廢物的消除；另一種是異體吞噬體，吞噬有害物質(zhì)，如細(xì)菌等。 5. 液 泡功能：滲透調(diào)節(jié)；貯藏；消化作用等。 液泡中的液體稱為細(xì)胞液，其中溶有無(wú)機(jī)鹽、氨基酸、糖類以及各種色素，特別是花青素等。 動(dòng)物和某些原生動(dòng)物的細(xì)胞也有液泡。6. 線 粒 體 和 質(zhì) 體 電子傳遞鏈位于內(nèi)膜表面；三羧酸循環(huán)，脂肪酸和丙酮酸氧化的酶類均位于基質(zhì)中，而ATP合成酶復(fù)合體則是ATP合成所在之處。ATP synthase 線粒體是細(xì)胞呼吸和能量代謝中心 線粒體基質(zhì)中還含有DNA分子和核糖體。所以，線粒體有自己

10、的一套遺傳系統(tǒng)。線粒體可通過(guò)自身的分裂或出芽方式進(jìn)行繁殖。質(zhì) 體白色體：造粉體（積累淀粉） 造油體（貯藏脂肪） 造蛋白體（積累蛋白質(zhì)）有色體：含各種色素：胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素葉綠體：光合作用葉綠體中也有和線粒體一樣的環(huán)狀DNA和核糖體，能合成某些蛋白質(zhì)。白色體白色體造粉體造油體葉綠體結(jié)構(gòu)模型 過(guò)氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 付產(chǎn)物 H2O2 H2O + O2 （過(guò)氧化物酶） 乙醛酸循環(huán)體 植物細(xì)胞內(nèi)種子萌發(fā)：脂肪、油 糖 7. 微 體單層膜圍成的一類泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含的酶不同于溶酶體動(dòng)物細(xì)胞：尿酸氧化酶結(jié)晶核 8. 細(xì)胞骨架分布與真核細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞器的空間

11、分布、功能活動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等有關(guān)，維持細(xì)胞形狀并控制其運(yùn)動(dòng)，在細(xì)胞中起到“骨骼和肌肉”作用。微管微絲中間絲微 管功能： 維持細(xì)胞形態(tài) 細(xì)胞器定位 胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸 鞭毛、纖毛、染色體運(yùn)動(dòng)， 球狀微管蛋白組成中空管功能：維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞分裂肌肉收縮胞質(zhì)流動(dòng)微 絲肌動(dòng)蛋白組成的微絲，直徑7 nm中間絲功能：支架作用，細(xì)胞核定位，mRNA運(yùn)輸。多種蛋白組成，直徑 10 nm，細(xì)胞中含量豐富。微管可裝配成單管，二聯(lián)管（纖毛和鞭毛中），三聯(lián)管（中心粒中） 9. 鞭毛、纖毛和中心粒功能：鞭毛、纖毛使細(xì)胞實(shí)現(xiàn)移位功能：中心粒與細(xì)胞分裂時(shí)染色體移動(dòng)有關(guān)10. 細(xì) 胞 壁植物細(xì)胞區(qū)別于動(dòng)物細(xì)胞的顯

12、著特征之一是具有細(xì)胞壁。 胞間層果膠質(zhì) 初生壁纖維素、半纖維素和果膠質(zhì) 次生壁纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（外中內(nèi)三層） 細(xì)胞壁分層次生壁胞間層初生壁細(xì)胞腔功能：保護(hù)、維持形狀、使細(xì)胞不吸收過(guò)量水分。紋 孔：水分和物質(zhì)交換的通道。胞間連絲：物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞，遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移。植物細(xì)胞壁上還有特化的結(jié)構(gòu): 紋孔和胞間連絲 胞間連絲 11. 動(dòng)物細(xì)胞的胞外基質(zhì)與細(xì)胞連接主要成分:是細(xì)胞所分泌的糖蛋白（主要是膠原，還有纖連蛋白等）。功能：影響細(xì)胞核內(nèi)基因的活動(dòng)。胞外基質(zhì)ECM： 相鄰細(xì)胞間形成的特定連接稱為細(xì)胞連接。 橋粒 緊密連接 間隙連接動(dòng)物細(xì)胞連接一種非常牢固的連接，在電鏡下呈鈕扣狀的斑塊結(jié)構(gòu)。橋粒

13、與中間纖維相連，使相鄰細(xì)胞的細(xì)胞骨架彼此連成骨架網(wǎng)。 橋粒橋粒斑蛋白desmosome 橋粒芯蛋白 橋粒芯膠粘蛋白 片狀蛋白 緊密連接兩個(gè)相鄰細(xì)胞之間緊密靠攏，兩膜之間不留空隙，從而防止物質(zhì)從細(xì)胞之間通過(guò)。例如，腦血管的內(nèi)壁就有這樣的屏障，血液中的物質(zhì)只能通過(guò)細(xì)胞而不能從細(xì)胞之間直接進(jìn)人腦中; 腸壁的上皮細(xì)胞間也有緊密連接，使腸內(nèi)無(wú)用的雜質(zhì)不能從細(xì)胞之間穿過(guò)，而腸內(nèi)的消化產(chǎn)物也只能穿過(guò)上皮細(xì)胞絨毛膜進(jìn)人細(xì)胞。 間隙連接 最常見(jiàn)的一種細(xì)胞連接: 兩細(xì)胞之間有很窄的間隙，其寬度不過(guò)2-4 nm，貫穿于間隙之間有一系列通道，使兩細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)相通。這些通道的寬度只有1. 5 nm左右，所以，能夠通過(guò)的

14、物質(zhì)主要是離子和相對(duì)分子質(zhì)量不大于1000的小分子物質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)除了細(xì)胞器外的膠體部分，稱為胞質(zhì)溶膠。胞質(zhì)溶膠含有豐富的蛋白質(zhì)，多種酶，是細(xì)胞多種代謝活動(dòng)的場(chǎng)所。此外。細(xì)胞的各種包含物，如肝細(xì)胞的肝糖原、脂肪細(xì)胞的脂肪滴等也都保存于胞質(zhì)溶膠中。12. 胞質(zhì)溶膠生物膜 在真核細(xì)胞中，圍繞在細(xì)胞表面的質(zhì)膜、各種細(xì)胞器的膜和核膜總稱為生物膜系統(tǒng)?；瘜W(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%膜 脂5557蛋白質(zhì)約40糖 類210膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇 40分鐘細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性 (用不同顏色的熒光標(biāo)記不同細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì))細(xì)胞融合1側(cè)向擴(kuò)散 2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 3擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 4伸縮震蕩 5翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 6旋轉(zhuǎn)異構(gòu)膜脂分子的運(yùn)動(dòng)膜

15、是鑲嵌的Fluid mosaic model 膜蛋白: 根據(jù)膜蛋白分離的難易及其與脂分子的結(jié)合方式，膜蛋白可分為兩大類型：膜內(nèi)在蛋白、膜周邊蛋白。 (1) 膜周邊蛋白為水溶性蛋白，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子結(jié)合。 (2)膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑(detergent)使膜解后才可分離出來(lái)。 (3)膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合的方式：膜內(nèi)在蛋白多數(shù)為跨膜蛋白，也有些插入脂雙層中。 膜內(nèi)在蛋白脂分子或糖脂連接的膜蛋白膜周邊蛋白膜的不對(duì)稱性膜脂、膜蛋白、復(fù)合糖不對(duì)稱膜的功能基本支架：磷脂雙分子層主要成分：蛋白質(zhì)、脂類（磷脂）、糖類生物功能：維持細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)細(xì)

16、胞分裂、分化、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、免疫、代謝調(diào)控、能量轉(zhuǎn)換、神經(jīng)傳導(dǎo)以及腫瘤發(fā)生等都起著重要作用。膜上的糖類細(xì)胞識(shí)別細(xì)胞的關(guān)鍵在于識(shí)別細(xì)胞表面的糖分子。糖萼糖蛋白糖脂細(xì)胞通訊 細(xì)胞通訊是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過(guò)介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞，引起快速的細(xì)胞生理反應(yīng)，或者引起基因活動(dòng),爾后發(fā)生一系列的細(xì)胞生理活動(dòng)來(lái)協(xié)調(diào)各組織活動(dòng), 使之對(duì)多變的外界環(huán)境作出綜合反應(yīng)。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是指細(xì)胞外信號(hào)分子通過(guò)與受體(膜受體或核受體)結(jié)合，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)的一系列生物化學(xué)反應(yīng)以及蛋白間相互作用，直至細(xì)胞生理反應(yīng)所需基因開(kāi)始表達(dá)、各種生物學(xué)效應(yīng)形成的過(guò)程。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜上三種受體蛋白，信號(hào)分子是配體。細(xì)胞信號(hào)