第二章-生命的基本單位(第二-三節(jié))-細胞I-周四

第二章生命的基本單位

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

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

1665年，英國Robert.Hooke,設(shè)計制造了第一臺復(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“細胞（Cell）”。多數(shù)直徑在

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

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

原核細胞（細菌）：核區(qū)沒有核膜真核細胞（植物、動物、真菌、原生生物）具有核膜和核仁細胞的分類古細菌：既不同于原核細胞也不同于真核細胞，屬于生命的第三種形式。產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜酸嗜熱菌細胞壁細胞膜細胞質(zhì)擬核間體菌毛、鞭毛原核細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)從形態(tài)學分為三部分：質(zhì)膜（plasmamembrane）。細胞核（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。細胞質(zhì)（cytoplasm）：包括細胞器和細胞質(zhì)基質(zhì)/胞質(zhì)溶膠。真核細胞的基本結(jié)構(gòu)細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)動物細胞模式圖細胞核溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體微絲微管質(zhì)膜線粒體中心體細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)植物細胞模式圖液泡細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微管質(zhì)膜細胞壁線粒體葉綠體微絲高爾基體細胞核核膜：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。

細胞內(nèi)除細胞核以外的空間，統(tǒng)稱為細胞質(zhì)。細胞質(zhì)中各種細胞器以外空間稱為細胞質(zhì)基質(zhì)。細胞質(zhì)細胞器細胞器（organelle）：細胞內(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)。另一類細胞器是沒有膜包圍的。主要細胞器有：

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細胞骨架⑧中心體

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

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞的形態(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：合成留存在細胞質(zhì)中和細胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)

②附著核糖體：合成膜蛋白和輸出細胞外的蛋白質(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，為細胞提供營養(yǎng)；清除衰老的細胞器。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)真核細胞內(nèi)普遍存在的蛋白質(zhì)網(wǎng)架，維持細胞形態(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：由肌動蛋白組成直徑6nm細胞運動中等纖維：由不同蛋白組成，直徑介于微管和微絲之間維持細胞形狀使細胞彼此連接

微絲微管中間纖維細胞骨架鞭毛、纖毛、中心粒均由微管組成，鞭毛、纖毛屬于細胞的附屬物。中心粒：動物細胞特有，與細胞分裂時染色體的移動有關(guān)。細胞膜（CellMembrane）包圍在細胞質(zhì)外圍的一層界膜，又叫質(zhì)膜。將細胞質(zhì)與外環(huán)境分隔開構(gòu)成一道特殊屏障，使細胞有一個相對獨立而穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，在細胞與外環(huán)境之間進行物質(zhì)、能量交換及信號傳導。細胞內(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“流動鑲嵌模型”(Fluid-mosaicmodel)細胞膜由流動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，或橫跨整個雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對稱性細胞膜的結(jié)構(gòu)脂雙層&膜蛋白磷脂分子由1個親水的頭部和2個疏水的尾部組成，尾部含有1～2個雙鍵。膜脂是兼性分子，能自動形成雙分子層（自我組裝）膜內(nèi)在蛋白（鑲嵌蛋白）膜外在蛋白（外周蛋白）細胞膜的功能物質(zhì)運輸功能被動運輸主動運輸胞吞作用和胞吐作用

易化擴散被動運輸吞噬吞飲簡單擴散主動運輸

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

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

簡單擴散（simplediffusion）

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

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，當孔開放時特定的溶質(zhì)經(jīng)過通道穿透細胞膜膜轉(zhuǎn)運蛋白運輸?shù)男问剑阂谆瘮U散、主動運輸

易化擴散（facilitateddiffusion）所有的通道蛋白和大多數(shù)載體蛋白使溶質(zhì)穿過膜是被動的，如果轉(zhuǎn)運分子不帶電荷，膜兩側(cè)濃度梯度決定分子運動方向；若帶電荷，膜兩側(cè)電化學梯度決定方向例如：葡萄糖主動運輸載體蛋白的運輸形式，細胞膜利用代謝產(chǎn)生的能量驅(qū)動物質(zhì)的逆濃度梯度方向的運輸，消耗能量。鈉鉀泵：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，也叫Na+-K+ATP酶，分布于動物細胞的質(zhì)膜。將Na+逆電化學梯度運出細胞將K+逆電化學梯度運入細胞每一循環(huán)消耗一個ATP；轉(zhuǎn)運出三個Na+，轉(zhuǎn)進兩個K+，使胞外高鈉，胞內(nèi)高鉀，形成胞內(nèi)負電，胞外正電鈉鉀泵機制（二）大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡轉(zhuǎn)運

——胞吞和胞吐

細胞胞吞作用的兩種形式：吞噬（phagocytosis）進入細胞的物質(zhì)是固形體吞飲（pinocytosis）進入細胞的物質(zhì)是液體細胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細菌、蛋白質(zhì)、病毒等。由專門的吞噬細胞進行消化，最終到達溶酶體被降解吞噬作用細胞吞入液體或極小的顆粒物質(zhì)。被吞噬的物質(zhì)從細胞質(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胞的過程，又稱出胞作用。包含內(nèi)容物的囊泡移至細胞表面，與質(zhì)膜融合，隨后融合處破裂，將內(nèi)容物排出細胞之外。消耗能量,屬于主動運輸功能：補充質(zhì)膜更新所需的物質(zhì)；分泌各種分子本節(jié)重點真核細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)真核細胞各種細胞器的結(jié)構(gòu)特點和生理功能物質(zhì)跨膜運動的方式細胞的生命活動過程生命的能量光合作用呼吸作用第三節(jié)細胞的新陳代謝熱力學定律熱力學第一定律即能量守恒定律：宇宙的能量是一個常數(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)中能量的流動是由多樣化的生命過程完成的太陽能轉(zhuǎn)化為化學能被生物體利用線粒體和葉綠體是能量轉(zhuǎn)換的細胞器ATP是新陳代謝所需能量的直接來源細胞的主要能源物質(zhì)是:生物體內(nèi)儲存能量的物質(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)細胞的能量通貨——ATP在活細胞中，能量貯存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATP三磷酸腺苷全稱ATP腺苷三個磷酸基團（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)子動力勢的推動下合成ATP.細胞的能量通貨——ATPATP水解時，一個高能磷酸鍵斷裂同時釋放出能量

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)的實驗實驗現(xiàn)象實驗結(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，合成糖類等有機物，同時釋放氧氣的過程。在這個過程中，無機物質(zhì)（二氧化碳和水）被轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，日光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能。所產(chǎn)生的有機物質(zhì)，主要是糖（葡萄糖等），被轉(zhuǎn)變的化學能貯藏在有機物質(zhì)中。光合作用是自然界將光能轉(zhuǎn)化為化學能的主要途徑。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.卡門實驗：用氧的同位素18O分別標記H2O和CO2,使它分別成為H218O和C18O2。進行兩組光合作用實驗：

C18O2+H2O

光照O2

CO2+H218O18O2光照光合作用反應(yīng)式光合作用的兩個階段光反應(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，再到活躍的化學能，并放出氧氣。碳反應(yīng)（暗反應(yīng)）：將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?，將活躍的化學能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的化學能。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啟動光反應(yīng)光合色素捕光色素（天線色素）：沒有光化學活性，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：光系統(tǒng)I（PSI）：P700光系統(tǒng)II（PSII）：P680P代表色素，700、680則代表P氧化時其吸收光譜中變化最大的波長位置是近700nm或680nm處電子傳遞是PSII和PSI以串聯(lián)方式作用協(xié)同完成。PSII光解水和放氧，把釋放的電子送入連接PSII和PSI的電子傳遞鏈。在電子傳遞過程中引起質(zhì)子跨膜泵送和ATP合成。PSⅡ產(chǎn)生的強氧化劑氧化水，PSΙ產(chǎn)生的強還原劑還原NADP+NADPH/NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸還原型/氧化型，輔酶II電子傳遞光合磷酸化光合磷酸化：由光照引起的電子傳遞與磷酸化作用相偶聯(lián)而生成ATP的過程。在葉綠體進行光合作用中，將水分解產(chǎn)生的電子經(jīng)電子傳遞鏈所釋放的能量儲存在由ADP磷酸化形成的高能磷酸鍵上，生成ATP碳反應(yīng)——卡爾文循環(huán)葉綠體利用光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP的化學能，使CO2還原合成糖。CO2還原合成糖的反應(yīng)不需要光，故也稱為暗反應(yīng)。卡爾文循環(huán)的三個階段：CO2的固定：CO2與受體二磷酸核酮糖RuBP縮合，裂解成三磷酸甘油酸三磷酸甘油酸還原成甘油醛3磷酸CO2接收物RuBP的再生光合作用全過程光能CO2色素分子C52C3ADP+PiATPH2OO2[H]多種酶酶吸收光解光反應(yīng)階段碳反應(yīng)階段水的光解：H2O2[H]+1/2O2光解CO2的固定:CO2+C52C3酶還原酶固定供能（CH2O）酶

C3化合物還原：2C3ATP酶[H],ADP+Pi光合磷酸化：ADP+Pi＋能量ATP酶（CH2O）6

有人幻想和設(shè)想：有朝一日，科學家將光合作用機理搞清楚，并將植物光合作用的全套基因轉(zhuǎn)移到人的頭發(fā)中，在頭發(fā)中模擬光合作用的過程，那么，只要在人的頭上撒點水、再曬曬太陽，在頭發(fā)中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的過程，葡萄糖從頭發(fā)中輸送到人體的各部分，吃飯的歷史使命便可宣告結(jié)束了。細胞呼吸呼吸作用與細胞呼吸呼吸作用是指生物從周圍空氣中吸入氧氣，又向其中呼出二氧化碳的過程。是一種氣體交換。細胞呼吸指細胞在有氧條件下從食物分子（主要是葡萄糖）中獲得能量的過程。細胞呼吸細胞呼吸的概念細胞呼吸主要是指有機物（糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等）在活細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳和水或一些不徹底的氧化產(chǎn)物（酒精或乳酸），釋放能量并生成的ATP的過程。人體細胞呼吸過程有氧呼吸：慢跑，細胞消耗氧氣來分解葡萄糖并獲得能量，同時產(chǎn)生二氧化碳和水。無氧呼吸：快跑，細胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳。體重70kg男子不同活動能量消耗(kj/h)活動能量活動能量靜坐419鋸木頭2010站立440游泳2093快打字586跑步2387步行837快步2722做木工1004上樓梯4605食物所含的熱量(kj/100g)食物熱量食物熱量大米1448牛肉226面粉1465雞蛋577玉米面1423鯉魚456花生仁1247蘋果218黃豆1502菠菜100豬肉1654植物油3761細胞呼吸的化學過程細胞呼吸的3個階段糖酵解檸檬酸循環(huán)電子傳遞鏈和氧化磷酸化細胞呼吸是由一系列化學反應(yīng)組成的一個連續(xù)完整的代謝過程糖酵解檸檬酸循環(huán)電子傳遞鏈和氧化磷酸化參與細胞呼吸的幾種重要輔酶NADH/NAD+:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸還原型/氧化型，輔酶INADPH/NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸還原型/氧化型輔酶IIFADH2/FAD:

黃素腺嘌呤二核苷酸還原型/氧化型每一步化學反應(yīng)都需要特定的酶參與才能完成糖酵解無氧條件下葡萄糖進行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量的過程。發(fā)生在細胞質(zhì)中的10步反應(yīng)參與化合物：①葡萄糖，②ADP和磷酸，③NAD+。起始階段還需要消耗2分子ATP來啟動，但后期共產(chǎn)出4分子ATP，形成高能化合物NADH。ATPATPNADHPi糖酵解糖酵解將六碳的葡萄糖分解成2個三碳的丙酮酸，凈產(chǎn)生2個ATP，生成2分子NADH?？偡磻?yīng)式：+2H++2H2O葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2