第二章 生命的基本單位(第二-三節(jié))-細(xì)胞I-周四

第二章生命的基本單位

——細(xì)胞本章內(nèi)容細(xì)胞的化學(xué)成分細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞的生命活動(dòng)過程細(xì)胞的分裂、分化、衰老與死亡細(xì)胞工程第二節(jié)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞的細(xì)胞器細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

1665年，英國Robert.Hooke,設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)復(fù)式顯微鏡，觀察軟木，發(fā)現(xiàn)了盒狀的結(jié)構(gòu)，便命名為“細(xì)胞（Cell）”。多數(shù)直徑在

1-100m真核細(xì)胞體積大于原核細(xì)胞；卵細(xì)胞大于體細(xì)胞。人卵與精子細(xì)胞的大小最小的細(xì)胞?最大的細(xì)胞?支原體，直徑100nm鴕鳥卵細(xì)胞，直徑5cm草履蟲細(xì)胞的形態(tài)眼蟲鐘形蟲植物氣孔細(xì)胞植物薄壁細(xì)胞人類紅細(xì)胞巨噬細(xì)胞神經(jīng)元細(xì)胞

根據(jù)細(xì)胞的進(jìn)化程度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，可將生物細(xì)胞分為兩大類：

原核細(xì)胞（細(xì)菌）：核區(qū)沒有核膜真核細(xì)胞（植物、動(dòng)物、真菌、原生生物）具有核膜和核仁細(xì)胞的分類古細(xì)菌：既不同于原核細(xì)胞也不同于真核細(xì)胞，屬于生命的第三種形式。產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜酸嗜熱菌細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)擬核間體菌毛、鞭毛原核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)從形態(tài)學(xué)分為三部分：質(zhì)膜（plasmamembrane）。細(xì)胞核（nucleus）：具有核被膜和核仁。核仁是形成核糖體的結(jié)構(gòu)域（domain），呈小球狀。細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：包括細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)/胞質(zhì)溶膠。真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)物細(xì)胞模式圖細(xì)胞核溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體微絲微管質(zhì)膜線粒體中心體細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)植物細(xì)胞模式圖液泡細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微管質(zhì)膜細(xì)胞壁線粒體葉綠體微絲高爾基體細(xì)胞核核膜：雙層膜，具核孔核基質(zhì)(核液)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，核糖體的裝配場所。

細(xì)胞內(nèi)除細(xì)胞核以外的空間，統(tǒng)稱為細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)中各種細(xì)胞器以外空間稱為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器細(xì)胞器（organelle）：細(xì)胞內(nèi)特定的功能結(jié)構(gòu)域，有兩類，一類是膜圍成的，構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)。另一類細(xì)胞器是沒有膜包圍的。主要細(xì)胞器有：

①內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

②高爾基體

③溶酶體

④線粒體

⑤葉綠體

⑥過氧化物酶體

⑦細(xì)胞骨架⑧中心體

⑨核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmicreticulum，ER)從細(xì)胞核延伸到細(xì)胞膜的相互連接的網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)基本類型光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能：是蛋白質(zhì)合成的場所和運(yùn)輸通道功能：脂類合成核糖體由rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的核蛋白體，無膜包被，合成蛋白質(zhì)的場所。類別：①游離核糖體：合成留存在細(xì)胞質(zhì)中和細(xì)胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)

②附著核糖體：合成膜蛋白和輸出細(xì)胞外的蛋白質(zhì)等高爾基體結(jié)構(gòu)：單層膜圍成的扁平囊泡功能：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)的加工和包裝的場所形成面成熟面空腔分泌小泡溶酶體：從高爾基體斷裂出來的包含多種水解酶類的小泡，分為初級溶酶體和次級溶酶體。主要功能消化內(nèi)吞食物，為細(xì)胞提供營養(yǎng)；清除衰老的細(xì)胞器。溶酶體線粒體結(jié)構(gòu)：由內(nèi)外兩層膜封閉，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)、嵴、基粒（ATP酶復(fù)合體），液態(tài)基質(zhì)含少量DNA、核糖體。功能：細(xì)胞呼吸和能量代謝中心，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。葉綠體結(jié)構(gòu)：由外被、類囊體和基質(zhì)3部分組成。功能：光合作用的場所基粒類囊體內(nèi)膜外膜結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞內(nèi)普遍存在的蛋白質(zhì)網(wǎng)架，維持細(xì)胞形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性微管：由微管蛋白組成，直徑25nm

支持作用，參與形成紡錘絲、鞭毛、中心粒微絲：由肌動(dòng)蛋白組成直徑6nm細(xì)胞運(yùn)動(dòng)中等纖維：由不同蛋白組成，直徑介于微管和微絲之間維持細(xì)胞形狀使細(xì)胞彼此連接

微絲微管中間纖維細(xì)胞骨架鞭毛、纖毛、中心粒均由微管組成，鞭毛、纖毛屬于細(xì)胞的附屬物。中心粒：動(dòng)物細(xì)胞特有，與細(xì)胞分裂時(shí)染色體的移動(dòng)有關(guān)。細(xì)胞膜（CellMembrane）包圍在細(xì)胞質(zhì)外圍的一層界膜，又叫質(zhì)膜。將細(xì)胞質(zhì)與外環(huán)境分隔開構(gòu)成一道特殊屏障，使細(xì)胞有一個(gè)相對獨(dú)立而穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，在細(xì)胞與外環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)、能量交換及信號(hào)傳導(dǎo)。細(xì)胞內(nèi)由膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)其成分基本相近，因此又把細(xì)胞中的所有膜統(tǒng)稱為生物膜。Singer和Nicolson1972根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”(Fluid-mosaicmodel)細(xì)胞膜由流動(dòng)的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對稱性細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)脂雙層&膜蛋白磷脂分子由1個(gè)親水的頭部和2個(gè)疏水的尾部組成，尾部含有1～2個(gè)雙鍵。膜脂是兼性分子，能自動(dòng)形成雙分子層（自我組裝）膜內(nèi)在蛋白（鑲嵌蛋白）膜外在蛋白（外周蛋白）細(xì)胞膜的功能物質(zhì)運(yùn)輸功能被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸胞吞作用和胞吐作用

易化擴(kuò)散被動(dòng)運(yùn)輸吞噬吞飲簡單擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸

跨膜運(yùn)輸Transmembranetransport胞吞膜泡運(yùn)輸Vesicletransport胞吐物質(zhì)運(yùn)輸(SubstanceTransport）（一）小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)小分子

離子：陰離子CL-

陽離子Na+,K+,Mg+,Ca2+,H+

非極性小分子：O2,CO2

極性小分子：乙醇，尿素，類固醇激素

其他：甘油，葡萄糖，氨基酸

簡單擴(kuò)散（simplediffusion）

影響因素：分子量越小脂溶性越強(qiáng)非極性比極性分子過脂雙層膜速率越快特點(diǎn)：①沿濃度梯度擴(kuò)散高-低②不需要提供能量③不需要膜蛋白協(xié)助膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——小分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的載體或通道膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分兩類：

載體蛋白(carrierprotein)：與特定溶質(zhì)結(jié)合，改變構(gòu)象使溶質(zhì)穿越細(xì)胞膜通道蛋白(channelprotein)：形成一種充滿水溶液的通道，貫穿脂雙層之間，當(dāng)孔開放時(shí)特定的溶質(zhì)經(jīng)過通道穿透細(xì)胞膜膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸?shù)男问剑阂谆瘮U(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸

易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion）所有的通道蛋白和大多數(shù)載體蛋白使溶質(zhì)穿過膜是被動(dòng)的，如果轉(zhuǎn)運(yùn)分子不帶電荷，膜兩側(cè)濃度梯度決定分子運(yùn)動(dòng)方向；若帶電荷，膜兩側(cè)電化學(xué)梯度決定方向例如：葡萄糖主動(dòng)運(yùn)輸載體蛋白的運(yùn)輸形式，細(xì)胞膜利用代謝產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)物質(zhì)的逆濃度梯度方向的運(yùn)輸，消耗能量。鈉鉀泵：由2個(gè)大亞基、2個(gè)小亞基組成的4聚體，也叫Na+-K+ATP酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。將Na+逆電化學(xué)梯度運(yùn)出細(xì)胞將K+逆電化學(xué)梯度運(yùn)入細(xì)胞每一循環(huán)消耗一個(gè)ATP；轉(zhuǎn)運(yùn)出三個(gè)Na+，轉(zhuǎn)進(jìn)兩個(gè)K+，使胞外高鈉，胞內(nèi)高鉀，形成胞內(nèi)負(fù)電，胞外正電鈉鉀泵機(jī)制（二）大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)

——胞吞和胞吐

細(xì)胞胞吞作用的兩種形式：吞噬（phagocytosis）進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)是固形體吞飲（pinocytosis）進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)是液體細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、病毒等。由專門的吞噬細(xì)胞進(jìn)行消化，最終到達(dá)溶酶體被降解吞噬作用細(xì)胞吞入液體或極小的顆粒物質(zhì)。被吞噬的物質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)膜表面膜包圍囊泡溶酶體消化吞飲作用胞吐作用胞質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過程，又稱出胞作用。包含內(nèi)容物的囊泡移至細(xì)胞表面，與質(zhì)膜融合，隨后融合處破裂，將內(nèi)容物排出細(xì)胞之外。消耗能量,屬于主動(dòng)運(yùn)輸功能：補(bǔ)充質(zhì)膜更新所需的物質(zhì)；分泌各種分子本節(jié)重點(diǎn)真核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生理功能物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)的方式細(xì)胞的生命活動(dòng)過程生命的能量光合作用呼吸作用第三節(jié)細(xì)胞的新陳代謝熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律：宇宙的能量是一個(gè)常數(shù)，能量可以不斷被轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，但不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅。生物體的能量

生命活動(dòng)需要能量生命的存在要靠能量,生物本身不能創(chuàng)造新的能量。幾乎所有地球生命所需要的能量都來自太陽生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)是由多樣化的生命過程完成的太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能被生物體利用線粒體和葉綠體是能量轉(zhuǎn)換的細(xì)胞器ATP是新陳代謝所需能量的直接來源細(xì)胞的主要能源物質(zhì)是:生物體內(nèi)儲(chǔ)存能量的物質(zhì)是:最根本的能量來源是:太陽能糖類脂肪生物體的能源物質(zhì)細(xì)胞的能量通貨——ATP在活細(xì)胞中，能量貯存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATP三磷酸腺苷全稱ATP腺苷三個(gè)磷酸基團(tuán)（高能磷酸化合物）ATP的合成在植物的葉綠體中通過光合作用合成在線粒體中通過氧化磷酸化由ATP合成酶合成ATP合成酶：分布于線粒體內(nèi)膜,葉綠體類囊體,異養(yǎng)菌和光合菌的質(zhì)膜上,參與氧化磷酸化和光合磷酸化,在跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢的推動(dòng)下合成ATP.細(xì)胞的能量通貨——ATPATP水解時(shí)，一個(gè)高能磷酸鍵斷裂同時(shí)釋放出能量

ATP+H2O——>ADP+Pi

G=-30.5kJ/mol光合作用光合作用的發(fā)現(xiàn)五年后1642年，比利時(shí)醫(yī)生赫爾蒙特(J.B.vanHelmont)柳樹增重74.47kg土壤減少0.06kg水分是建造植物體的唯一原料光合作用的發(fā)現(xiàn)1771年，英國的牧師普里斯特利(JosephPriestley)的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)果A組:B組:光合作用的概念和意義光合作用：綠色植物葉肉細(xì)胞的葉綠體可吸收日光能量，并利用光能同化二氧化碳和水，合成糖類等有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過程。在這個(gè)過程中，無機(jī)物質(zhì)（二氧化碳和水）被轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，日光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)，主要是糖（葡萄糖等），被轉(zhuǎn)變的化學(xué)能貯藏在有機(jī)物質(zhì)中。光合作用是自然界將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的主要途徑。光合作用反應(yīng)式2、第二組向同種綠色植物提供C18O2和H2O

1、第一組向綠色植物提供H218O和CO2

魯賓.卡門實(shí)驗(yàn)：用氧的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2,使它分別成為H218O和C18O2。進(jìn)行兩組光合作用實(shí)驗(yàn)：

C18O2+H2O

光照O2

CO2+H218O18O2光照光合作用反應(yīng)式光合作用的兩個(gè)階段光反應(yīng)：通過葉綠素等光合色素分子吸收、傳遞光能，將光能轉(zhuǎn)換為電能，再到活躍的化學(xué)能，并放出氧氣。碳反應(yīng)（暗反應(yīng)）：將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悾瑢⒒钴S的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的化學(xué)能。光反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜上碳反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中光合色素葉綠素類：葉綠素a、b、c、d類胡蘿卜素：胡蘿卜素、葉黃素藻膽素：藻紅素、藻藍(lán)素光合作用的色素主要包括葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、藻膽素等

葉綠素a啟動(dòng)光反應(yīng)光合色素捕光色素（天線色素）：沒有光化學(xué)活性，只有收集光能的作用，包括大部分葉綠素a和全部葉綠素b、胡蘿卜素、葉黃素。反應(yīng)中心色素：少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a分子，它具有光化學(xué)活性，是光能的“捕捉器”、“轉(zhuǎn)換器”，將光能轉(zhuǎn)換為電能。

光反應(yīng)系統(tǒng)色素分子裝配成的系統(tǒng)能把吸收的能量匯集到光反應(yīng)中心，稱為光系統(tǒng)。是光合單位的更具體形式。參加光合作用的光系統(tǒng)有兩個(gè)：光系統(tǒng)I（PSI）：P700光系統(tǒng)II（PSII）：P680P代表色素，700、680則代表P氧化時(shí)其吸收光譜中變化最大的波長位置是近700nm或680nm處電子傳