復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代生物科學(xué)導(dǎo)論課件-03生命的基本單位-細(xì)胞

1、第三章 生命的基本單位細(xì)胞第一節(jié) 概述第二節(jié) 細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及其功能第一節(jié) 概述(一) 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說 (二) 細(xì)胞的基本概念 (一)細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說1. 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)2.細(xì)胞學(xué)說的基本內(nèi)容 細(xì)胞是有機(jī)體，一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來,并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成； 每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，既有它“自己的”生命,又對(duì)與其它細(xì)胞共同組成的整體的生命有所助益； 新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。3. 細(xì)胞生物學(xué)研究的趨勢(shì) 細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)(包括分子遺傳學(xué)與生物化學(xué)) 相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢(shì)。4. 研究方法 形態(tài)觀察 生化分析 生理檢測(cè) 實(shí) 驗(yàn)電子顯微鏡掃描電鏡Phage T

2、4 (X27.5萬)昆蟲頭部分裂的細(xì)胞（熒光染料染色）Caenorhabditis elegansDrosophila melanogasterArabidopsis thaliana_* Child and mouse模 式 生 物線蟲果蠅擬南芥(二)細(xì)胞的基本概念1. 細(xì)胞是什么 細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位 一切有機(jī)體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位 細(xì)胞具有獨(dú)立的、有序的自控代謝體系,細(xì)胞是代謝與功能的基本單位 細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育的基礎(chǔ) 細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性 沒有細(xì)胞就沒有完整的生命細(xì)胞是物質(zhì)、能量和信息過程結(jié)合的綜合體.細(xì)胞是多層次、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系.細(xì)胞

3、結(jié)構(gòu)的層次 2. 細(xì)胞的數(shù)量、大小和形態(tài) 細(xì)胞的數(shù)量 單細(xì)胞生物僅一個(gè)細(xì)胞 多細(xì)胞生物的細(xì)胞數(shù)量一般與生物體 個(gè)體的大小有關(guān)，個(gè)體越大細(xì)胞數(shù)目越多. 如: 新生兒約21012個(gè)細(xì)胞 成年人約 61013 個(gè)細(xì)胞各類細(xì)胞直徑的比較 細(xì)胞的大小細(xì)胞大小的比較1.6M0.7M5cm2mm10-100m 1-10m40-90nm11nm3-10nm 細(xì)胞的形態(tài)1.大腸桿菌2. 念珠藻3. 小球藻4. 酵母菌5. 火絲菌6. 眼蟲7. 分生組織細(xì)胞8. 柵欄組織薄璧細(xì)胞9. 葉表皮細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞10. 大鼠的肝細(xì)胞11. 成纖維細(xì)胞12. 腎近曲小管上皮細(xì)胞13. 人血紅細(xì)胞14. 人精子15. 哺乳動(dòng)

4、物橫紋肌細(xì)胞16. 哺乳動(dòng)物三極平滑肌細(xì)胞17. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元本體部分3. 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞原核細(xì)胞 遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅為一個(gè)環(huán) 狀DNA 細(xì)胞內(nèi)沒有分化出以膜為基礎(chǔ)的，具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜. 細(xì)菌 ( Bacteria )，藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌 ( Cyanobacteria ) 支原體 ( Mycoplast ) 目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞典型的細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu) 集群的藍(lán)藻（Dermocarpa）支原體的電鏡照片(鏈上細(xì)胞直徑約0.5 m) 真核細(xì)胞 以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 以核酸（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng) 由特異蛋

5、白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及成分 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基本特征的比較原核細(xì)胞真核細(xì)胞4. 動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞細(xì)胞壁液 泡葉綠體植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞的基本共性 所有的細(xì)胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋 白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜。 所有的細(xì)胞都含有兩種核酸,即DNA與RNA,作為 遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。 作為蛋白質(zhì)合成的機(jī)器核糖體，毫無例外地 存在于一切細(xì)胞內(nèi)。 所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)行分裂。第二節(jié) 細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及其功能 (一)質(zhì)膜與細(xì)胞表面結(jié)構(gòu) (二)細(xì)胞核與染色體 (三)核糖體 (四)細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng) (五)能量細(xì)胞器線粒體和葉綠體 (六)細(xì)胞骨架(一)質(zhì)膜與細(xì)

6、胞表面結(jié)構(gòu) 細(xì)胞的外圍包有一層由脂雙層分子和蛋白質(zhì)構(gòu)成的膜稱為質(zhì)膜（細(xì)胞膜）1. 質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究簡(jiǎn)史 雙分子層模型 (Danielli-davson, 1935) 單位膜模型 (J.D.Robertson, 1959) 流動(dòng)鑲嵌模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, 1972)2.生物膜結(jié)構(gòu)的特征 磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分尚未發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白； 蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面,膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決定者； 膜的流動(dòng)性：生物膜的基本特征之一,細(xì)胞 進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。 膜的不對(duì)稱性 膜蛋白的極性 膜的鑲嵌性 膜蛋白

7、結(jié)合形式外周蛋白整合蛋白 膜的流動(dòng)性膜的流動(dòng)性 膜的流動(dòng)性 膜的不對(duì)稱性膜脂與糖脂的不對(duì)稱 膜的不對(duì)稱性膜蛋白與糖蛋白的不對(duì)稱3.細(xì)胞質(zhì)膜的功能膜受體蛋白 * 脂質(zhì)體及其應(yīng)用 根據(jù)磷脂分子可在水中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜 應(yīng)用 研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì) 脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移 在臨床治療中,脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體脂質(zhì)體的類型 a. 水溶液中的磷脂分子團(tuán)b.球形脂質(zhì)體c.平面脂質(zhì)體膜d.用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖4. 細(xì)胞外被 植物細(xì)胞質(zhì)膜外存在細(xì)胞壁 動(dòng)物細(xì)胞表面存在一層富含糖類物質(zhì) 的結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞外被或糖萼。它由構(gòu) 成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈 組成。

8、膀胱上皮細(xì)胞表面的糖被（釕紅染色的電鏡超薄切片 ）功能保護(hù)膜蛋白細(xì)胞識(shí)別血型抗原酶5. 細(xì)胞外基質(zhì) 分布于細(xì)胞外空間 由蛋白質(zhì)和多糖構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6. 細(xì)胞連接 細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與細(xì)胞外空間 的結(jié)構(gòu)關(guān)系稱為細(xì)胞連接。 緊密連接 橋粒 間隙連接 胞間連絲緊密連接橋粒間隙連接胞間連絲細(xì)胞膜的各種改變a.由糖蛋白組成的糖萼；b.微絨毛；c.胞飲作用的通道與小泡；d.皺襞；e.尖型變形足；f.圓形變形足；g.內(nèi)褶7. 質(zhì)膜的特化結(jié)構(gòu)8. 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)之一 被動(dòng)運(yùn)輸 - 物質(zhì)順濃度梯度運(yùn)輸 簡(jiǎn)單擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散簡(jiǎn)單擴(kuò)散 協(xié)助擴(kuò)散(需載體蛋白)主動(dòng)運(yùn)輸 Na+-K+泵 由 AT

9、P 提供能量協(xié)同運(yùn)輸:Na+-K+泵與載體蛋白協(xié)同作用主動(dòng)運(yùn)輸9.大分子和顆粒進(jìn)入和排出細(xì)胞 胞 飲 吞 噬 胞吞 胞吐(二)細(xì)胞核與染色體 細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器. 包含基因,是細(xì)胞遺傳代謝調(diào)控的信息中心.動(dòng)物細(xì)胞核 植物細(xì)胞核細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)組成核被膜核孔染色質(zhì)核仁1.核被膜與核孔復(fù)合體核被膜的組成 外核膜 內(nèi)核膜 核纖層 核孔核被膜的功能 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障: 避免生命活動(dòng)的彼此干擾,保護(hù)DNA 不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn) 生的機(jī)械力的損傷. 核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 核孔復(fù)合體的組成與功能組成 100多種多肽 1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子功能 核質(zhì)交換的雙向親水通道 親

10、核蛋白入核 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（RNA）的輸出大分子在核質(zhì)間的轉(zhuǎn)運(yùn)2.染色質(zhì)和染色體 染色質(zhì)和染色體是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段的存在形式，由DNA和蛋白質(zhì)組成. 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu) 核小體 核小體是念珠狀細(xì)纖維(10nm) 螺線管狀粗纖維(30nm)SV40 的環(huán)狀DNA分子核小體結(jié)構(gòu)核小體三維結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)中期染色體的結(jié)構(gòu) 細(xì)胞有絲分裂中期，染色質(zhì)高度凝縮形成具有特定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體。DNA壓縮10000倍中期染色體形態(tài)著絲粒 有絲分裂時(shí)與染色體分離有關(guān) 核型 物種染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和.人的染色體人造酵母菌染色體(YAC)自主復(fù)制序列、著絲粒、端粒3.核仁 細(xì)胞間期核中個(gè)或幾個(gè)濃密的

11、球形 小體稱為核仁 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 核仁在核糖體合成中的作用(三)核糖體 細(xì)胞質(zhì)中無膜包被的顆粒狀結(jié)構(gòu) 合成蛋白質(zhì)的機(jī)器 RNA 和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物1.核糖體的基本結(jié)構(gòu) 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的核糖體外形和功能基本相同，但大小不同. 核糖體的主要成分為 rRNA ( 50-60%) 和蛋白質(zhì) ( 40-50 % ) ，構(gòu)成大小亞基.原核生物與真核生物核糖體成分的比較 真核生物核糖體 原核生物核糖體2.核糖體的功能合成蛋白質(zhì) 游離核糖體 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

12、. 多聚核糖體 幾個(gè)核糖體結(jié)合于一條 mRNA 鏈上，增加每分鐘的多肽合成量.核糖體重要的結(jié)合位點(diǎn)(四)細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng) 細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的，由膜包圍形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu). 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體 溶酶體 微體 液泡細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞器1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 蛋白質(zhì)(分泌蛋白、整合膜蛋白、胞器內(nèi)蛋白)合成與加工 脂類的合成 蛋白質(zhì)合成分泌蛋白整合膜蛋白細(xì)胞器內(nèi)蛋白蛋白質(zhì)的糖基化 分泌蛋白合成的信號(hào)假說 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 脂類、類固醇激素的合成 肝的解毒作用 肝細(xì)胞葡萄糖釋放（G-6P

13、 G ) 肌細(xì)胞貯存 Ca2+2.高爾基體 高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 由扁平囊和大小不等囊泡組成 具有極性的細(xì)胞器 面向核的凸面為形成面或順面 遠(yuǎn)離核的凹面為成熟面或反面高爾基體的結(jié)構(gòu)高爾基體的功能 蛋白質(zhì)修飾與加工多糖合成蛋白質(zhì)分類、包裝、運(yùn)輸 3.溶酶體 溶酶體是由單層膜包圍的含有多種酸性水解酶的囊泡狀細(xì)胞器，膜內(nèi) pH5. 溶酶體的功能細(xì)胞內(nèi)消化防御功能清除衰老和多余細(xì)胞器發(fā)育過程中清除細(xì)胞溶酶體的形成及其在細(xì)胞分解中的作用動(dòng)物細(xì)胞溶酶體系統(tǒng)示意圖 溶酶體與疾病先天性貯積?。ㄈ狈δ承┤苊阁w酶， 導(dǎo)致某些物質(zhì)在組織中大量積累.） Pompes病 糖原積累，損害肝和肌肉， 2歲死亡. Tay-sa

14、chs病 脂質(zhì)積累，損害腦，呆滯，2-6歲死亡.肺結(jié)核矽肺類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎4.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. 過氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 付產(chǎn)物 H2O2 H2O + O2 （過氧化物酶） 乙醛酸循環(huán)體 植物細(xì)胞內(nèi)：脂肪、油 糖過氧化物酶體動(dòng)物細(xì)胞 植物細(xì)胞5.液泡 細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育過程中來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小液泡,結(jié)合成中央液泡. 功能 有機(jī)物、無機(jī)離子貯藏庫. 植物的溶酶體，含水解酶. 代謝副產(chǎn)品丟棄場(chǎng) 色素 增加細(xì)胞體積與表面積，有利于物質(zhì)吸收.(五)能量細(xì)胞器線粒體和葉綠體 把能量轉(zhuǎn)換成細(xì)胞可利用形式的細(xì)胞器 細(xì)胞器膜不屬內(nèi)膜系統(tǒng)，膜上蛋白質(zhì)由游離核糖體和細(xì)胞器內(nèi)核糖體合成 半自主細(xì)胞器：含有 mtDNA or ctDNA和核糖體， 能合成部分蛋白質(zhì)，通過分裂增加數(shù)量。. 結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜嵴基質(zhì) 幾百幾千 線粒體細(xì)胞1.線粒體 細(xì)胞呼吸并產(chǎn)生ATP的重要場(chǎng)所2.葉綠體和質(zhì)體 葉綠體：果實(shí)成熟有色質(zhì)體 白色質(zhì)體：貯存淀粉 有色質(zhì)體：果實(shí)、花、秋葉中， 含色素前質(zhì)體光葉綠體的結(jié)構(gòu)葉綠體的結(jié)構(gòu) 外膜 內(nèi)膜 膜間隙 基質(zhì) 類囊體 基粒 類囊體腔(六)細(xì)胞骨架 蛋白質(zhì)纖維組成的三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 蛋白纖維 微管 微絲 中間纖維微管微