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细胞生物学生物奥赛辅导欢迎各位同学参加2013年生物学奥赛讲座!细胞学部分比值：25%主要内容：细胞的化学成分细胞的结构与功能细胞代谢细胞分裂。学习方法：掌握运用必修1内容掌握理解奥赛教材内容细胞部分内容介绍（一）细胞生物学的发展3．细胞学研究层次P55显微水平：亚显微水平：分子水平：（一）细胞生物学的发展生物体的层次结构：元素－化合物－细胞－组织－器官－系统－生物体注：植物没有系统层次，血液属于组织层次。最小、最简单的细胞——支原体（二）生物学层次P2210（三）细胞的形态与大小1.细胞概念：细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。2．细胞的大小：μm（显微结构和亚显微结构）在显微技术和电镜技术中常用的单位有：微米（μm或μ）、纳米（nm）和埃三种。1m＝102cm＝106μm＝109nm＝1010Å影响细胞大小的因素：1.细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限；2.细胞的相对表面积与细胞大小有关；3.细胞内物质的交流与细胞大小有关。3.原生质：细胞内所含有的生活物质，真核细胞包括细胞质和细胞核。（注意与原生质层的区别）4.细胞质：指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器，另一部分是可溶相，称细胞质基质。（1）细胞器：指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。（2）细胞质基质：是细胞质的可溶相（胶状液体），是作为细胞器的环境而存在的。（3）细胞核：遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核或类核区。（一）细胞壁作用：维持细胞形状、保护原生质体、支持器官等作用，并与植物的吸收、蒸腾、运输和分泌等有很大关系。细胞壁的分层和化学组成P2281棉花纤维几乎是纯粹纤维素.木材是死细胞遗留的细胞壁所组成的,但不是纯的纤维素,在细胞壁纤维素的间隙充满了一种芳香类的多聚化合物一木质素老树干和老树根的表面有多层死”木栓化”细胞.它们的细胞壁除纤维素外还有木栓质（四）真核细胞的亚显微结构1．细胞膜/生物膜（1）质膜(细胞膜)的化学组成细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，蛋白质约占膜干重的20%～70%，脂类约占30%～80%，此外还有少量的糖类。比例的不同与其功能相适应。（四）真核细胞的亚显微结构蛋白质分布位置：可分为两大类。外在性蛋白或周缘蛋白：只是与膜的内外表面相连内在性蛋白：嵌入双脂质内部，有的甚至还穿透膜的内外表面。（四）真核细胞的亚显微结构糖脂和胆固醇也都属于兼性分子质膜中的多糖主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。一般认为，多糖在接受外界刺激的信息方面有重要作用。免疫，保护，润滑等功能。质膜的功能:物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等（四）真核细胞的亚显微结构（2）质膜的分子结构模型三明治模型流动镶嵌模型1972年Singer和Nicolson根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出流动镶嵌模型。主要强调：①膜的流动性；②膜蛋白的分布不对称性。流动镶嵌模型的特点组成成分：主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。不对称性：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，表现出分布的不对称性。流动性：膜蛋白和膜脂可作各向运动。1侧向扩散运动2旋转运动3摆动运动4伸缩震荡运动5翻转运动6旋转异构化运动P21题36膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动可用荧光标记技术检测膜蛋白的流动性。（2）膜的不对称性：膜脂、膜蛋白及糖类的不对称性膜糖是细胞膜表面的糖类的总称葡萄糖位于糖侧链的近端定义：某种物质从细胞的一侧跨越细胞膜到达另一侧的过程。（细胞膜的结构图）糖蛋白磷脂分子蛋白质磷脂双分子层细胞膜对溶质的通透性特点：1.脂溶性越大的分子越容易穿膜；2.小分子物质比大分子物质更容易穿膜；3.不带电荷的颗粒更容易穿膜；4.亲水性分子和离子的穿膜要依赖于专一性的跨膜蛋白。自由扩散被动运输穿膜运输协助扩散（小分子）主动运输一.被动运输被动运输:是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。1.自由扩散概念:又称为简单扩散是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。如:水、氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等通过细胞膜自由扩散特征：①沿浓度梯度扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助自由扩散想想自由扩散的特征2.协助扩散概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。葡萄糖通过红细胞膜结合图片和动画，总结协助扩散的特点！动画播放膜转运蛋白：是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白,分为载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白：容许与其结合部位相适合的溶质分子通过，且每次转运都发生自身构象的改变。通道蛋白：是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。载体蛋白特点具有高度选择性；具有饱和现象；易被抑制剂阻断或者破坏。过程G蛋白位点蛋白构象变化位点改变G释放蛋白复原通道蛋白特征：①具有离子选择性(对离子的大小和电荷有高度选择性)；②离子通道是门控的(其活性由通道开或关两种构象调节)。通道蛋白有怎样的特性呢？载体蛋白通过构象变化进行物质转运，介导被动运输与主动运输。二.主动运输概念：是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。特点：①运输方向；②膜转运蛋白；③消耗能量。葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜①维持细胞的渗透性，保持细胞的形态；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。每消耗1个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+并增加2个K+。Na+-K+泵的作用二、大分子物质进出细胞的方式1、胞吞附着→内陷→囊泡如：草履虫摄食、变形虫、白细胞吞噬细菌2、胞吐囊泡→膜融合→排出如：腺细胞分泌酶原粒（蛋白质）细胞连接（celljunction)：是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构。紧密连接桥粒间隙连接:将相邻细胞的质膜密切地连接在一起，而阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入。:通过骨架系统将细胞与相邻细胞或基质之间连接起来。:动物细胞最常见的连接方式。2.细胞膜与细胞连接动物细胞紧密连接由跨膜蛋白构成的焊接点连在一起形成焊接线——脊线紧密连接普遍存在于脊柱动物体表及体内各种腔道和腺体上皮细胞，如小肠、食道的上皮细胞。功能：①连接相邻的细胞②封闭细胞间隙的通道③阻隔功能使细胞的产物不能从组织液进入血液桥粒连接桥粒----锚定连接功能：它们似铆钉将相邻细胞或细胞与基质牢牢连接起来,起支持，附着，抵抗外界压力与张力的作用。锚定连接：广泛分布于机体的上皮组织、心肌组织中，以皮肤、子宫颈等处的细胞之间含量最丰富间隙连接（动物细胞）突触连接间隙连接间隙连接植物细胞的胞间连丝（四）真核细胞的亚显微结构胞间连丝：细胞壁上有小孔，相邻细胞的细胞膜伸入孔中，彼此相连两细胞的光面内质网也彼此相通，即形成胞间连丝。胞间连丝是植物细胞物质与信息交流的通道，对于调节植物体的生长与发育具有重要作用。植物细胞的间隙连接-----胞间连丝2．细胞质真核细胞质膜以内核膜以外的结构称为细胞质。细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。（1）细胞质的基质细胞质基质亦称透明质，是细胞质中除去所有细胞器和各种颗粒以外的部分，呈均质半透明的胶体状物质。其中包含了许多物质，如小分子的水、无机离子，中等分子的脂类、氨基酸、核苷酸，大分子的蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。细胞质的基质主要有两个方面的功能：一是含有大量的酶，生物代谢的中间代谢过程大多是在细胞质基质中完成，如糖酵解途径、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成等；二是细胞质基质作为细胞器的微环境，为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需的环境，也为细胞器的功能活动提供底物。(二)线粒体（1）线粒体的形态、大小、数目与分布卵圆形颗粒或短线状；横径约0.2um~1um，长约2um~8um，相当于一个细菌的大小；需要能量较多的细胞，线粒体数目也较多，植物细胞的线粒体数量比动物细胞的要少；多数细胞中线粒体均匀分布于细胞质，但也常常聚集在需能较多的部位。真核细胞的结构（2）线粒体的成分（3）线粒体的功能：进行氧化磷酸化，合成ATP线粒体主要由蛋白质和脂类组成，其中蛋白质占线粒体干重的一半以上。此外还有少量的DNA、RNA、辅酶等。P261（4）线粒体是半自主性细胞器：含有DNA，能按照自己的DNA合成一些蛋白质。如组成线粒体的蛋白质约有10%就是线粒体本身的DNA编码合成的。西红柿的红色来自一种含有特殊类胡萝卜素和番茄红素的质体P21题5,26叶绿体功能：光合作用，光反应类囊体上进行，而暗反应在基质中完成。(三)叶绿体叶绿体的起源：按内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌。光合色素：叶绿素，类胡萝卜素和叶黄素。叶绿素分为a、b、c、d四类，高等植物的叶绿素为a和b；化学组成：叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成，此外在叶绿体基质中还有少量DNA和RNA。叶绿体同线粒体一样，其生长与增殖受核基因及其自身基因两套遗传系统控制，称为半自主性细胞器。P21判断8,P22,76内质网（ER）：粗面内质网（rER）和光面内质网（sER）两类。其中粗面内质网所占比例要远大于光面内质网。（1）粗面内质网（rER）膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；多分布在分泌蛋白质旺盛的细胞中。如胰岛B细胞。（1）粗面内质网功能：与蛋白质合成、转运和加工有关粗面内质网上合成的蛋白质主要有：（1）向细胞外分泌的蛋白质，如酶、抗体、激素和胞外基质的成分等；(2)膜蛋白，包括细胞质膜上以及内质网、高尔基体和溶酶体上的膜蛋白；(3)需要与其他细胞组分严格分隔的蛋白质，如溶酶体中的酸性水解酶类；(4)需要进行复杂修饰的蛋白质“信号假说”（2）光面内质网（sER）①参与脂类合成；②肝脏细胞中，①参与糖原的合成和分解，②将药物和有潜在毒性的物质分解③在睾丸和肾上腺细胞主要是合成固（甾）醇④肌细胞中内质网特化为肌质网，是肌细胞中的“Ca2+”蓄库。功能：膜表面无核糖体附着；形态多为分枝小管或小泡；主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。如性腺细胞。核糖体分布：原核细胞、真核细胞的细胞质中、线粒体、叶绿体内；按位置分类：游离核糖体、附着核糖体。成分：蛋白质（40%）、rRNA（60%）多聚核糖体又称高尔基器或高尔基复合体；主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。标志酶为糖基转移酶。（1）高尔基体的结构6、高尔基体功能：1、运输功能，如：分泌蛋白质加工浓缩，通过高尔基小泡运出细胞，这与动物分泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。2、合成和运输多糖，如：植物细胞壁的形成有关3、糖基化作用，即高尔基体中含有多种羟基转移酶，能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。来源：内质网转变来富含水解酶，最适pH值为5左右，酸性磷酸酶为溶酶体的标记酶。初级溶酶体次级溶酶体①参与细胞内的正常消化作用②自体吞噬作用③自溶作用：如无尾两栖类尾巴的消失等。溶酶体（1）溶酶体的类型：（2）溶酶体的功能其PH为4.8或更低的水平。其只有在酸性环境中才有活性。例：有些幼儿的肝细胞中，溶酶体缺乏水解糖原的酶，糖原不能被消化，其一般只能维持生命一年圆球体和糊粉粒圆球体具水解酶活性。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆球体具有消化作用及贮存脂肪功能；糊粉粒主要为蛋白质组成也具消化作用，并且为蛋白质的贮存场所。单位膜围成的细胞器；呈圆球状、椭圆形、卵圆形或哑铃形。（1）过氧化物酶体：只存在于植物细胞。乙醛酸循环，与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂类转化为糖类。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转糖类。微体含有氧化酶，细胞中大约有20％的脂肪酸是在过氧化物酶体中被氧化分解的