细胞结构与细胞通讯.ppt

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1、第三章 细胞结构与细胞通讯,一、细胞的基本形态结构与功能二、生物膜流动镶嵌模型三、物质的跨膜转运四、细胞通讯,一、细胞的基本形态结构与功能,(一)细胞概述 细胞的发现、细胞学说、细胞的基本概念、细胞的数量、大小和形态、原核细胞、真核 细胞、动物细胞与植物细胞的比较、细胞的基本共性(二)细胞的基本形态结构与功能 细胞核、细胞内膜系统、细胞骨架,(一)细胞概述,1.1 细胞的发现1665年，英国罗伯特虎克(Robert Hooke)发现细胞，软木塞，死的细胞壁，命名细胞(Cell)。1674年，荷兰学者列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)观察到完整的活细胞。1838年，德国植

2、物学家施莱登(M.J.Schleidem)指出细胞是一切植物结构的基本单位。1839年，德国动物学家施旺(T.Schwann)指出动物组织的基本单位都是细胞。,1.2、细胞学说,19 世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：细胞是植物体和动物体的基本结构单位。标志着细胞学说的诞生。（1）细胞是有机体，是所有动、植物的基本结构单位；（2）每个细胞相对独立，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用；（3）新细胞由老细胞繁殖产生。细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。,1.3 细胞的基本概念,细胞是什么？细胞是生命活动的基本单位 细胞是物质、能量和信息过程结合的

3、综合体;细胞是生物形态结构、生理功能和生长发育、遗传的基本单位。研究细胞分整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，我们主要从亚显微水平讲解细胞的亚显微结构（电子显微镜下）。,1.4 细胞的数量、大小和形态,细胞的数量 单细胞生物仅一个细胞，大小与细胞体积成正比。多细胞生物的细胞数量一般与生物体个体 大小有关，个体越大细胞数目越多。如：新生儿约有21012 个 成年人约有1014 个,细胞的大小及其分析,人眼、光学显微镜的分辨力分别为 0.1mm、0.2m.各类细胞直径的比较,鸵鸟蛋的蛋黄：170mm*135mm,细胞的形态,1.5 原核细胞,遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成细

4、胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜,“拟核区”,荚膜,菌毛,1.6 真核细胞,以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统：细胞膜、核膜、线粒体、叶绿体、溶酶体、内质网、高尔基体等；以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统：染色质、核仁、核糖体；由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统：微管、微丝、中间纤维、细胞核骨架。,原核细胞与真核细胞的区别,原核细胞 真核细胞细胞大小 很小（1-10微米）较大（10-100微米）细胞核无核膜（称“拟核区”）有核膜遗传系统 DNA不与蛋白质结合 DNA与蛋白质结合 只有一条DNA染色质 有二条以上染色体细胞器 无 有

5、细胞骨架 无 有核糖体 70S 80S核外DNA 裸露的质粒DNA 线粒体DNA,叶绿体DNA,1.7 动物细胞与植物细胞的比较,细胞壁（cell wall)叶绿体（chloroplast)大液泡（vacuole)胞间连丝（plasmodesmata),动物细胞 植物细胞 线粒体 核糖体 内质网 高尔基体,中心体（低等植物）,乙醛酸循环体细胞壁叶绿体 液泡胞间连丝,动物细胞与植物细胞比较,1.8 细胞的基本共性,所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 作为遗传信息复制与转录的载体。作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地

6、存在于一切细胞内。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。,（二）、细胞的基本形态结构与功能,细胞的基本结构是由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成。（细胞溶胶P30）真核细胞可分为三个系统：生物膜结构系统：细胞膜、核膜、线粒体、叶绿体、溶酶体、内质网、高尔基体等。遗传信息表达系统（颗粒纤维系统）：染色质、核仁、核糖体。细胞骨架系统：微管、微丝、中间纤维、细胞核骨架。,2.1 细胞核-真核细胞的控制中心,细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器 包含基因，是细胞遗传、代谢调控的信息中心,核被膜,核基质,核被膜与核孔复合体,核被膜的组成：外核膜 内核膜 核纤层 核孔,功能：构成核、质之间的天然选择性

7、屏障避免生命活动的彼此干扰保护DNA不受细胞骨架运动 所产生的机械力的损伤 核质之间的物质交换与信息交流,核孔复合体(nuclear pore plex)的组成与功能组成：核孔：30-50种蛋白 核纤层 功能：选择性的主动转运 转录产物（RNA）的输出亲核蛋白入核核质交换的双向亲水通道,核孔复合体的组成与功能,输入蛋白(importin)输出蛋白(exportin),2.2.2 染色质和染色体,染色质的组成：DNA、组蛋白、少量RNA和其他蛋白染色质和染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的存在形式，由DNA和蛋白质组成。细胞有丝分裂中期，染色质高度凝缩形成具有特定形态结构的染色体。染色质的基本结

8、构 核小体（nucleosome）念珠状细纤维(10nm),常染色质：DNA长链分子展开的部分（转录活跃）异染色质：DNA长链分子紧缩盘绕的部分（转录不活跃）,组蛋白：H2A,H2B,H3,H4,H1,DNA分子长链和连接DNA,核小体：,人的染色体,2.2.3 核 仁:细胞间期核中个或几个浓密的球形小体称为核仁（含蛋白质、RNA）,形状、大小、和数目因物种和生理状态而异 功能rRNA合成和加工核糖体亚基的组装,核仁组织者：含rDNA的区域,核膜是双层膜，核膜使细胞的核质分开；核孔使细胞的核质之间能进行物质交换.,核仁是细胞核中显著的结构，它折光性较强。在细胞有丝分裂过程中核仁呈现周期性的消失

9、和重建。核仁是产生核糖体的细胞器。,染色质主要指细胞核内易被碱性染料染成深色的物质。其主要成分是DNA和蛋白质。在细胞有丝分裂间期：染色质呈细长丝状且交织成网状，在细胞有丝分裂分裂期，染色质高度缩短成圆柱状或杆状的染色体。核基质主要成分是蛋白质，是核的骨架为染色质的代谢提供附着场所。,2.2 细胞的内膜系统,细胞内在结构、功能及发生上相关的，由膜包围形成的细胞器或细胞结构。细胞膜、核膜、线粒体、叶绿体、溶酶体、内质网、液泡、高尔基体等。,2.3.1 内质网、核糖体的结构与功能,内质网的两种基本类型：囊腔和管道糙面内质网：核糖体颗粒，糙面内质网合成并运输蛋白质。光面内质网:与脂类合成和糖类代谢等

10、有关。,核糖体,细胞质中无膜包被的颗粒状结构 RNA 和蛋白质组成的复合物合成蛋白质的机器（细胞质和细胞核内蛋白）存在形式：游离态；结合态（附着于内质网膜或核被膜）,2.3.2 高尔基体,高尔基体的形态结构 由扁平囊和大小不等囊泡组成 具有极性的细胞器：形成顺面（接受侧）和反面（外 运侧）功能:蛋白质修饰与加工、蛋白质分类、包装、运输，多糖合成。,2.3.3 溶酶体,溶酶体是由单层膜包围的含有多种酸性水解酶的囊泡状细胞器，膜内 pH5.可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的废弃成分。,溶酶体与疾病先天性贮积病：缺乏某些溶酶体酶，导致某些物质在组织中大量

11、积累 Pompes病 糖原积累，损害肝和肌肉，2岁死亡 Tay-sachs病 脂质积累，损害脑，呆滞，2-6岁死亡矽肺结核类风湿关节炎,线粒体,线粒体：细胞的动力工厂，主要功能是将糖类等分子中贮藏的化学能转变成细胞可直接利用的ATP中的能量。结构:内外两层膜包被的囊状细胞器。,2.3.5 质 体,白色体 有色体 叶绿体,叶绿体：果实成熟有色质体白色质体：贮存淀粉有色质体：果实、花、秋叶中，含色素,前质体,光,内膜,外膜,类囊体腔,类囊体,基质,基粒,膜间隙,叶绿体的结构,叶绿体是植物光合作用的细胞器，将光能转变成化学能。叶绿体外膜的渗透性大，内膜的选择性很强，在类囊体上光能向化学能转化。,2.

12、3.6 微 体,单层膜围成的一类泡状结构，内含的酶不同于溶酶体 过氧化物酶体 脂肪酸氧化、肝脏解酒精和解毒 H2O2 H2O+O2（过氧化物酶）乙醛酸循环体(植物细胞)植物细胞内：脂肪、油 糖,2.3.7 液 泡,细胞生长发育过程中来自内质网的小液泡 结合成中央液泡 功能：有机物、无机离子贮藏库 植物的溶酶体，含水解酶 代谢副产品丢弃场 色素 增加细胞体积与表面积，有利于物质吸收,2.4 细胞骨架,分布与真核细胞内的蛋白质纤维组成网状结构，与细胞器的空间分布、功能活动、物质运输、能量转换及信息传递等有关，在细胞中起到“骨骼和肌肉”作用。支架、运输、运动系统。蛋白纤维：微管 微丝 中间纤维,微丝

13、,微管,中间纤维,微 管,，球状微管蛋白组 成中空管，直径 25nm功能：维持细胞形态细胞器定位胞内物质运输鞭毛、纤毛、染色体 运动中心粒,微 丝,肌动蛋白组成的微丝，直径7 nm功能：维持细胞形态肌肉收缩运动,中间丝（纤维）,多种蛋白组成 直径 10nm 细胞中含量丰富，且结构固定。功能：承受机械压力，维持细胞形状和固定细胞器。,2.5 细胞壁,细胞壁的结构,成分：主要是纤维素组成。功能：保护和支持作用。特点：全透性。,2.6细胞连接,细胞与细胞间、细胞与细胞外空间的结构关系称为细胞连接。紧密连接 桥粒 间隙连接 胞间连丝,紧密连接(封闭连接),紧密连接(Tight junction)：a.

14、带状,相邻细胞的细胞膜紧密靠拢，不留间隙。细胞膜融合。b.封闭10nm宽的胞间隙。c.常存在于体内各种屏障内。,桥粒,盘状，很牢固。支撑作用。桥粒与细胞溶胶中的中间丝连接，在表皮细胞间大量存在，构成细胞间桥。,间隙连接（通讯连接）,有23 nm胞间隙。中间有1.5nm 的亲水性通道。进行信息交换。,胞间连丝,植物细胞壁上的管道，使相邻细胞的细胞膜相连、内质网相通。,细胞核-“中心调度室”,细胞生命活动的“控制中心”核糖体-蛋白质生产的“机器”内质网-合成蛋白质、脂类和糖类的“生产车间”高尔基体-生物大分子加工、包装的“加工车间”线粒体和叶绿体-产能的“动力车间”溶酶体-“回收车间”和“保卫处”

15、细胞骨架系统（MF,MT,IF）-“支架、运输、运动系统”生物膜系统-膜流，生产“流水线”和“传送带”。,细胞膜的结构,细胞的外围包有一层由脂双层分子和蛋白质构成的膜称为质膜 质膜结构的研究简史三明治结构模型(J.FDanielli，H.Davson,1935)单位膜模型(J.D.Robertson,1959)流动镶嵌模型(S.J.Singer,G.L.Nicolson,1972),二、生物膜流动镶嵌模型,基本支架：磷脂双分子层主要化学成分：蛋白质、脂类（磷脂）、糖类,脂双层:磷脂具有一个极性的头两个非极性的尾巴。,1.膜是流动的,脂质体的类型,(a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(

16、c)平面脂质体膜；(d)用于疾病治疗的脂质体的示意图,膜蛋白:根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为两大类型：膜周边蛋白、膜内在蛋白。(1)膜周边蛋白为水溶性蛋白，靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合。(2)膜内在蛋白(整合蛋白)与膜结合非常紧密，只有用去垢剂(detergent)使膜解后才可分离出来。,2.膜是镶嵌的,生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点:细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层。,有序性流动性不对称性,生物膜的结构是与其功能相一

17、致的。,40分钟,细胞膜具有一定的流动性,(用不同颜色的荧光标记不同细胞膜上的蛋白质),膜流动性的生理意义:质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。,膜的不对称性,膜脂与糖脂、膜蛋白的不对称,细胞外被,植物细胞质膜外存在细胞壁动物细胞表面存在一层富含糖类物质的结构称为细胞外被或糖萼。它由构成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成。功能：保护膜蛋白细胞识别血型抗原酶,细胞膜作用,（1）它们是把细胞分割成一

18、个个“小室”(partment)的物理屏障。通过控制“小室”内的成份和特定的物理化学性质，为生物分子间的反应提供最佳的微环境。（2）它们允许某些分子从一个“小室”运输到另一个“小室”，即它们具有选择通透性。（3）它们是“小室”间传递化学信息和能量的介面。（4）它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与定位，提供了工作平台和输运载体。,三、物质的跨膜运输 细胞维持正常生命活动的基础之一被动运输-物质顺浓度梯度运输,O2,CO2,葡萄糖,主动运输,Na+-K+泵 由 ATP 提供能量,物质逆浓度梯度运输，需载体蛋白，消耗能量,大分子和颗粒进入和排出细胞 胞吞和胞吐作用 生物大分子或颗粒物质的运输,物质

19、的跨膜运输（总结）,被动运输简单扩散 易化扩散 主动运输直接消耗ATP（动物细胞）钠钾泵（植物细胞）质子泵 间接消耗ATP协同运输胞吞和胞吐作用 生物大分子或颗粒物质的运输,四、细胞通讯,细胞与细胞间的通讯：信号转导途径,肾上腺素,受体蛋白,信号转导途径,糖原水解释放葡萄糖以提供能量,接受,转导,响应,G蛋白偶联受体,第二信使,第一信使,信号转导途径的开启与关闭：蛋白质磷酸化和去磷酸化,信号级联放大效应,思考题,1.原核细胞与真核细胞有哪些主要区别？2.简述细胞核的基本结构与功能。3.单层膜细胞器和双层膜细胞器分别包括哪些细胞器？4.简述线粒体与叶绿体的结构与功能。5.细胞骨架包括哪三类蛋白纤维？6.简述生物膜的流动镶嵌模型和特点。7.简述Na+-K+泵 的主要内容及主动转运的特点。8.简述细胞通讯的主要流程。,