生物材料組織和器官

第二章組織和器官細胞、組織、器官、系統(tǒng)細胞是人體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的基本單位。

由許多形態(tài)和功能近似的細胞與細胞間質(zhì)共同組成組織。

由幾種不同的組織結(jié)合在一起，構(gòu)成具有一定形態(tài)和功能的結(jié)構(gòu)，稱器官。許多在結(jié)構(gòu)和功能上密切聯(lián)系的器官結(jié)合在一起，共同執(zhí)行某種特定的生理活動，即構(gòu)成系統(tǒng)。

生理學(xué)研究的三個水平1、細胞、分子水平：研究細胞的生理特性及構(gòu)成細胞的物質(zhì)的理化特性。2、器官系統(tǒng)水平：研究各器官、系統(tǒng)生理活動的規(guī)律及其影響因子。3、整體水平：研究各器官、系統(tǒng)的相互關(guān)系以及機體與環(huán)境之間的相互聯(lián)系。第一節(jié)細胞（一）細胞的發(fā)現(xiàn)1665年英國人胡克（RobertHooke)

用自制的顯微鏡（放大40倍～140倍）觀察軟木薄片，發(fā)現(xiàn)了軟木是由許多蜂窩狀的小格子（小室）組成，并將其定名為“細胞(Cell)”。（二）細胞學(xué)說的建立

1838年德國植物學(xué)家施萊登提出所有植物體都是由細胞組合而成，這一結(jié)果被德國動物學(xué)家施旺（1839年）在動物中證實。由此提出“細胞學(xué)說”細胞學(xué)說可以概括為：1、任何一個細胞都是從其他細胞中產(chǎn)生出來的；2、細胞是構(gòu)成有機體的基本單位；3、植物和動物的細胞大致是相似的。

一切生命有機體都由細胞構(gòu)成單細胞生物如：細菌、衣藻、酵母菌群體生物如：團藻、多細胞生物如：竹、熊貓（三）細胞的新概念

——細胞是生命活動的基本單位

1、一切生命有機體都由細胞構(gòu)成

——細胞是構(gòu)成生命有機體的基本單位

2、細胞具有獨立有序的自控代謝系統(tǒng)

——細胞是代謝與功能的基本單位

3、細胞是生命有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)

4、細胞具有遺傳信息的全能性

——細胞是生命有機體遺傳的基本單位

5、沒有細胞就沒有完整的生命細胞種類優(yōu)缺點自體細胞患者自己的細胞，無免疫排斥，可隨時取用同種異體細胞細胞來自其他人體，需等待供體，需考慮免疫排斥反應(yīng)異種細胞來源于不同的種屬，不僅需要考慮免疫排斥反應(yīng)，還需考慮動物病毒的傳播構(gòu)建任何組織或器官，首先要考慮的是使用何種細胞。需要有足夠數(shù)量的細胞；保證沒有病原體和任何形式的污染；決定是使用自體細胞（autologous），同種異體細胞（allogeneic）還是異種細胞（xenogeneic）表中列出了每一種細胞的優(yōu)缺點。細胞是活體組織形成的基礎(chǔ)，一定情況下，它們可以單獨存活。 一些生物體，如細菌、原生動物和一些藻類，由單個細胞組成。但是大多數(shù)細胞是多細胞生物體的組成部分，一個典型的動物細胞懸浮在液體中是一個直徑約為20微米的球，如圖所示。大多數(shù)細胞在懸浮液中的生長不是很好，它們常常貼敷于某一基質(zhì)進行生長。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞核高爾基復(fù)合體核仁微管原生質(zhì)膜泡囊糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)染色質(zhì)溶酶體線粒體微纖絲（四）細胞的結(jié)構(gòu)和功能在光學(xué)顯微鏡下，細胞由細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核三部分組成。在電子顯微鏡下，細胞的結(jié)構(gòu)分為膜相結(jié)構(gòu)和非膜相結(jié)構(gòu)。細胞核細胞核是細胞的控制中心，在細胞的代謝、生長、分化中起著重要作用，是遺傳物質(zhì)的主要存在部分。細胞核含有的基因是DNA分子上有遺傳效應(yīng)的片段，基因中的脫氧核苷酸的排列順序代表著遺傳信息，以一定方式反映到蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上。DNA與名為組蛋白的蛋白質(zhì)結(jié)合，高度有序化形成染色質(zhì)。編碼蛋白質(zhì)基因由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄為信使RNA（mRNA）。轉(zhuǎn)錄過程開始于轉(zhuǎn)錄起始序列，結(jié)束于轉(zhuǎn)錄終止序列?；虺３１环譃槎鄠€編碼序列（外顯子），每個外顯子編碼一部分成熟的mRNA。外顯子之間的DNA序列稱為內(nèi)含子。1.基因表達控制控制主要表現(xiàn)在：控制轉(zhuǎn)錄過程。轉(zhuǎn)錄控制取決于DNA的調(diào)節(jié)序列以及與這些序列相互作用的轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)。基因的啟動區(qū)是RNA聚合酶連接的轉(zhuǎn)錄起始點的上游序列，RNA聚合酶伴隨著一系列轉(zhuǎn)錄因子，共同作用合成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。強化因子1強化因子2啟動子內(nèi)含子外顯子3外顯子1內(nèi)含子外顯子2轉(zhuǎn)錄因子DNA轉(zhuǎn)錄因子（a）（b）調(diào)控區(qū)編碼區(qū)DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄復(fù)合物(a)典型基因結(jié)構(gòu)圖；(b)轉(zhuǎn)錄因子運作過程效應(yīng)區(qū)強化因子啟動子2.轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，常常含有DNA結(jié)合域和調(diào)節(jié)域。存在多個轉(zhuǎn)錄因子家族，可以由其所含的DNA結(jié)合域進行分類，如同源盒和鋅指結(jié)構(gòu)域。大多數(shù)是核內(nèi)蛋白，雖然有些存在于細胞質(zhì)中，激活后便會進入細胞核內(nèi)。激活過程開始于對核內(nèi)信號的反應(yīng)，核受體家族的轉(zhuǎn)錄因子直接由脂溶性信號分子激活，如維甲酸和糖皮質(zhì)激素。轉(zhuǎn)錄因子的激活域一般含有許多的脂肪族氨基酸，構(gòu)成的酸滴可以促進主要轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成。3.其他基因活度控制基因控制在某些方面比正轉(zhuǎn)錄因子和負轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合更穩(wěn)定和長久，某種程度上取決于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重新塑造。在大部分的基因組中，核小體在一定程度上是可以運動的，使得轉(zhuǎn)錄因子可以與DNA相接近。這種染色質(zhì)稱為常染色質(zhì)。在其他一些區(qū)域，染色質(zhì)高度濃縮，活度很低，被稱為異染色質(zhì)。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)由蛋白復(fù)合體控制結(jié)構(gòu)，影響大部分的基因表達，但不影響它自身的轉(zhuǎn)錄因子。染色質(zhì)重新塑性的一個重要因素：對組蛋白N端暴露在外的賴氨酸乙酰化的控制，這可部分抑制組蛋白與帶負電的DNA磷酸二酯鏈的結(jié)合，從而打開染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)錄復(fù)合物聚集在DNA上。三.細胞質(zhì)定義：細胞質(zhì)(cytoplasm)是細胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。包含胞質(zhì)溶膠及除細胞核外的細胞器。作用：用作“分子液”，使各種細胞器能在其中懸浮及透過脂肪膜聚集一起。細胞質(zhì)內(nèi)的各物質(zhì)：大分聚集體酶：執(zhí)行主要的新陳代謝過程，尤其是糖酵解過程可以將葡萄糖降解為丙酮酸鹽。細胞器：大多數(shù)細胞器由兩層膜組成，該膜由兩個磷脂分子片構(gòu)成，疏水面相連。線粒體—有細胞“動力工廠”之稱，一種半自主性的細胞器。三.細胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：細胞內(nèi)的一個精細的膜系統(tǒng)，是交織分布于細胞質(zhì)中的膜的管道系統(tǒng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分兩類：一類是膜上附著核糖體顆粒的叫粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；另一類是膜上光滑的，沒有核糖體附在上面，叫光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。核糖體：1）連續(xù)不斷合成新的蛋白質(zhì)分子；2）存在舊蛋白質(zhì)以蛋白體結(jié)構(gòu)形式的降解，需要大量的三磷酸腺苷（ATP）。四、細胞膜細胞與周圍環(huán)境之間的邊界單向擴散膜：小分子量的疏水性分子自由通過（維生素、類固醇和甲狀腺激素等）；無機離子通過細胞膜的擴散是受到嚴格控制的（Na-K離子交換）；大多數(shù)信號分子是蛋白質(zhì)，此類蛋白質(zhì)不可以通過細胞膜進行擴散只能與細胞表面的受體結(jié)合（酶聯(lián)受體、G蛋白偶聯(lián)受體和離子通道受體）；脂溶性分子，如甾類激素，可以通過單向擴散進入細胞內(nèi)。細胞膜蛋白質(zhì)：高度疏水的分子，完全包含在脂質(zhì)體中，但是通常它們也具有親水性區(qū)伸出到細胞外或伸進細胞質(zhì)內(nèi)部，抑或兩者皆有。有助于細胞與基體或其他細胞的錨定；用來輔助分子通過細胞膜的傳輸，包括離子和營養(yǎng)物質(zhì)載體；細胞外信號分子受體，對控制細胞的性能和行為非常關(guān)鍵，包括激素、神經(jīng)傳遞素和生長因子。五.細胞的成長與死亡G2細胞周期調(diào)節(jié)蛋白/CdkRbRbG1期生長G0M期有絲分裂生長G2期G2細胞周期調(diào)節(jié)蛋白/CdkDNA合成S期典型的動物細胞周期如圖所示：細胞周期分為間期與分裂期（M期）兩個階段。間期又分為三期：DNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）一些特殊的細胞分裂類型：組織培養(yǎng)過程中，細胞常常具有指數(shù)增長能力。盡管一些分化的細胞類型可以繼續(xù)分裂，但主要趨勢是減緩分化或停止分裂。在胚胎后期，大多數(shù)細胞分裂為干細胞，而且它們直接的后代是短暫擴充細胞。干細胞可以被自身復(fù)制形成具有特定組織形態(tài)的分化后代。(b)不對稱分裂(a)卵裂區(qū)(d)干細胞(c)指數(shù)生長五.細胞骨架定義：在細胞核中存在核骨架-核纖層體系。核骨架、核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接，貫穿于細胞核和細胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。維持細胞形態(tài)；承受外力、保持細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性；參與許多重要的生命活動，如：在細胞分裂中細胞骨架牽引染色體分離;在植物細胞中，指導(dǎo)細胞壁的合成。作用：細胞骨架由三種纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)成：微管、微絲、中等纖維或中間纖維（IF）。1.微管微管是由微管蛋白組成的空心管，如圖所示。微管可在所有哺乳類動物細胞中存在，直徑大于12nm，除了紅細胞(紅血球)外，所有微管均由約55kD的α及β微管蛋白組成。(b)GTP++++++++微管束細胞核中心體(a)細胞內(nèi)微管GDPGTP+-驅(qū)動蛋白動力蛋白(b)GTP蓋(c)微管運動蛋白著絲點染色體星狀體著絲點微管極間微管(d)有絲分裂紡錘體作用：1）確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸?shù)膶?dǎo)軌；2）細胞骨架的架構(gòu)主干，并也是某些胞器的主體，例如中心粒就是由9組3聯(lián)微管組成的構(gòu)造。微管形成的有些結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定的，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。如神經(jīng)細胞軸突、纖毛和鞭毛中的微管纖維。大多數(shù)微管纖維處于動態(tài)的聚合和災(zāi)變(一種突然的，迅速的，一般不可逆轉(zhuǎn)的分解)狀態(tài)（如紡錘體）。

近幾年來發(fā)現(xiàn)了多種編碼差異的新的微管蛋白：α-微管蛋白、β-微管蛋白、γ微管蛋白等。2.微絲微絲是一個實心狀的纖維普遍存在于所有真核細胞中直徑為4nm-7nm形狀如圖所示。微絲骨架肌球蛋白應(yīng)力纖維一般細胞中含量約占細胞內(nèi)總蛋白質(zhì)的1%-2%，但在活動較強的細胞中可占20%-30%。在一般細胞主要分布于細胞的表面，直接影響細胞的形狀。微絲具有多種功能，在不同細胞的表現(xiàn)不同，在肌細胞組成粗肌絲、細肌絲，可以收縮（收縮蛋白），在非肌細胞中主要起支撐作用、非肌性運動和信息傳導(dǎo)作用。由肌動蛋白構(gòu)成，和肌球蛋白一起作用，使細胞運動。參與細胞的變形蟲運動、植物細胞的細胞質(zhì)流動與肌肉細胞的收縮。肌動蛋白位于外質(zhì)，肌球蛋白位于內(nèi)質(zhì)。肌球蛋白連結(jié)著細胞質(zhì)顆粒，由ATP供給能量，肌球蛋白與細胞質(zhì)顆粒的結(jié)合體沿著肌球蛋白微絲滑動，從而帶動整個細胞質(zhì)的環(huán)流。

3.中等纖維或中間纖維（IF）中空的骨狀結(jié)構(gòu)直徑介于微管和微絲之間（8nm-10nm)其化學(xué)組成比較復(fù)雜。構(gòu)成它的蛋白質(zhì)多達5種，常見的有波形蛋白、角蛋白。在不同細胞中，成分變化較大。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。中間纖維有共同的基本結(jié)構(gòu)，即構(gòu)建成一個中央α螺旋桿狀區(qū)，兩側(cè)則是大小和化學(xué)組成不同的端區(qū)。六.細胞粘附分子細胞粘附分子：是眾多介導(dǎo)細胞間或細胞與細胞外基質(zhì)間相互接觸和結(jié)合分子的統(tǒng)稱。粘附分子以受體-配體結(jié)合的形式發(fā)揮作用，使細胞和細胞間、細胞和基質(zhì)間或細胞-基質(zhì)-細胞間發(fā)生粘附，參與細胞的識別，細胞的活化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，細胞的增殖與分化，細胞的伸展與移動等過程。分類：整合素家族、選擇素家族、免疫球蛋白超家族、鈣黏蛋白家族及一些尚未歸類的粘附分子。細胞膜微絲束鈣粘蛋白(a)連環(huán)蛋白(b)細胞膜NCAM微絲粘附蛋白細胞膜細胞外基質(zhì)整合蛋白異源二聚體(c)七.細胞外基質(zhì)（ECM）定義：由細胞分泌到細胞外間質(zhì)中的大分子物質(zhì)，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細胞的生理活動。細胞外基質(zhì)的組成可分為三大類：①糖胺聚糖、蛋白聚糖,它們能夠形成水性的膠狀物，在這種膠狀物中包埋有許多其它的基質(zhì)成分；②結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原和彈性蛋白，它們賦予細胞外基質(zhì)一定的強度和韌性；③粘著蛋白：如纖粘連蛋白和層粘聯(lián)蛋白，它們促使細胞同基質(zhì)結(jié)合。構(gòu)成細胞外基質(zhì)的大分子種類：膠原、非膠原糖蛋白、氨基聚糖與蛋白聚糖、以及彈性蛋白。細胞外基質(zhì)的作用：具有連接、支持、保水、抗壓及保護等物理學(xué)作用；對細胞的基本生命活動發(fā)揮全方位的生物學(xué)作用；為細胞提供支持和固定、提供組織間的分離方法、調(diào)節(jié)細胞間的溝通；調(diào)節(jié)細胞的動態(tài)行為；吸收了多種細胞生長因子和蛋白酶。從形態(tài)學(xué)角度看，所有的細胞可以分為上皮細胞和間葉細胞，如圖所示。上皮細胞：分布在基膜上的細胞層，表現(xiàn)出完全不同的上-下極性，是組織的功能部分。間葉細胞：嵌入松散細胞外基質(zhì)中分散的星狀細胞。填充了胚胎的大部分，然后形成成纖維細胞、脂肪組織、光滑肌肉和骨骼組織。 供給力學(xué)支撐、生長因子和肌肉運動過程中的生理反應(yīng)。連接復(fù)合物細胞基質(zhì)上皮細胞基膜間葉細胞(a)(b)八、組織內(nèi)細胞第二節(jié)基本組織上皮組織結(jié)締組織肌肉組織神經(jīng)組織一、上皮組織（一）特點：1、細胞排列緊密，細胞間質(zhì)少2、上皮細胞有明顯極性，分游離面和基底面3、上皮組織沒有血管，其營養(yǎng)來自深層結(jié)締組織4、再生能力強5、有些上皮組織能接受刺激功能：保護（體表）、分泌（腺上皮）、吸收（小腸上皮）、排泄。（二）各類上皮組織的結(jié)構(gòu)和功能1、被覆上皮：單層扁平上皮：保持表面濕潤光滑單層立方上皮：分泌、吸收單層柱狀上皮：分泌、吸收假復(fù)層纖毛柱狀上皮：保護、分泌復(fù)層扁平上皮：耐磨擦，防止異物侵入，修復(fù)受傷部位變移上皮：使上皮面積擴大和縮?。?）單層扁平上皮由一層扁平細胞組成。表面觀細胞形態(tài)不規(guī)則，邊緣呈鋸齒狀，細胞邊界染成黑色，核位于中央，為淡色圓形區(qū)域（硝酸銀染色）。側(cè)面觀細胞扁薄，細胞核扁橢圓形,核周有少量細胞質(zhì)，呈一條紅色細線（HE染色）。單層扁平上皮正面觀（鍍銀法）（2）單層立方上皮由一層立方形細胞組成，表面觀細胞呈六角形；側(cè)面觀細胞呈立方形，細胞界限清楚，核圓形位于中央（HE染色）。單層立方上皮（3）單層柱狀上皮

為一層棱柱狀細胞組成，表面觀，細胞呈六角形；側(cè)面觀，細胞高柱狀，緊密地排成一層，胞質(zhì)呈紅色，細胞界限較清楚，核橢圓形靠近基底部（HE染色）。單層柱狀上皮中可夾有杯狀細胞（HE染色）。

單層柱狀上皮單層柱狀上皮切片單層柱狀纖毛上皮（4）假復(fù)層纖毛柱狀上皮由柱狀細胞、棱形細胞、錐體形細胞、杯狀細胞組成。細胞高矮不等，但所有細胞基部均附著于基膜，故實際上是單層上皮。由于細胞排列緊密，界限不清，細胞核不在同一水平，錐體形細胞核的位置最低，緊靠基膜，棱形細胞核位于中間，杯狀細胞核也靠基底部，切片觀好像復(fù)層，且柱狀細胞游離面有纖毛，故稱假復(fù)層纖毛柱狀上皮（HE染色）。假復(fù)層纖毛柱狀上皮假復(fù)層纖毛柱狀上皮切片（5）復(fù)層扁平上皮

由多層細胞組成，但各層細胞形態(tài)不同（模式圖）。表面數(shù)層細胞為扁平形，核扁橢圓形；中間數(shù)層為多邊形細胞，核圓居中；基底部一層矮柱狀或立方形細胞，排列緊密，界限不清，核圓染色深。復(fù)層扁平上皮可分為角化復(fù)層扁平上皮（HE染色）和未角化復(fù)層扁平上皮（HE染色）。復(fù)層扁平上皮復(fù)層扁平上皮（6）變移上皮多層細胞組成，細胞形態(tài)和層數(shù)隨器官功能狀態(tài)不同而異，如：收縮期膀胱：細胞層次多，可達5-6層，表層細胞體積較大，稱蓋細胞，中層細胞多為多邊形，基底部細胞為立方或矮柱狀（HE染色）；舒張期膀胱：細胞層次減少，表層細胞扁平（HE染色）。

變移上皮（膀胱）（空虛時）變移上皮（膀胱）（擴張時）2、腺上皮專門行使分泌功能（1）外分泌腺，有管，如汗腺、唾液腺、胰腺等（2）內(nèi)分泌腺，無管，如甲狀腺、腎上腺等。（三）細