细胞的形态结构与新陈代谢

Page1生命科学概论第二章细胞的形态结构与新陈代谢Page2第二章细胞的形态结构与新陈代谢第一节细胞的形态结构Page3Page4细胞的形态原核细胞，以大肠杆菌为例真核细胞，动物细胞和植物细胞Page5细胞大小（um）与数目•最小的细胞•支原体：直径100nm•最大细胞是鸟类的卵细胞•鸵鸟蛋：直径150mm•最长的细胞•神经细胞：神经纤维长度1m•棉花、麻纤维（单个细胞）：10cm人体最大的是成熟的卵细胞，直径在0.1毫米以上；最小的是血小板，直径只有约2微米。Page6•细胞体积守恒定律生物有机体内细胞种类繁多，各种细胞的大小相差悬殊，形态各异。但是不论同类动植物的个体差异有多大，同一器官或组织的细胞大小是在一个恒定的范围之内，器官组织的大小主要取决于细胞的数量，而与细胞的大小无关，这就是“细胞体积守恒定律”。Page7细胞体积与面积•动植物细胞直径：10100μm•细胞核直径：830μm•要求：–体积•容纳自身生存和繁殖所必需的核酸、蛋白质等–面积•保证能够从环境中获得充分的营养和水分Page81、细胞的大小和机能是相适应的神经细胞长神经信号传导卵细胞体积大存放营养物质（共胚胎发育）2、有机体的体积与细胞的数目有关新生儿约有2×1012成年人约有6×1013•根据细胞数目划分：单细胞生物多细胞生物Page9原核细胞核真核细胞的主要区别特征原核细胞真核细胞•细胞大小较小，1～10μm较大，10～100μm•细胞质无胞质环流有胞质环流•核糖体70s(50+30s)80s(60s+40s)•细胞骨架无有•内膜系统无有•细胞核拟核有核膜、核仁•染色体单数，非组蛋白和多个，组蛋白及分子组成•单个DNA分子组成非组蛋白和多个DNA•细胞分裂无丝分裂有丝分裂Page10真核细胞-原核细胞主要区别总结•①细胞器:真核细胞具有完善的内膜系统和细胞骨架系统以及完整的核结构;•②遗传物质的储存:真核细胞含DNA多，不是环状，呈线状并被包装成高度凝缩的染色体结构；含有大量的重复序列；有的真核细胞的细胞器也含有DNA，如，线粒体、叶绿体；•③遗传物质的表达:翻译时，原核细胞转录翻译同步进行，而真核细胞的mRNA在合成后，必须在细胞核内进行剪切加工，再运到胞质中翻译。Page11大肠杆菌Page12动物细胞植物细胞Page13生物膜--流动镶嵌模型★真核细胞由膜分割成一个个小“区室”，使细胞具有界限分明、功能各异的工作单位；也使膜的总面积大大增加，提高物质合成、运输等生命活动效率。细胞核线粒体、叶绿体内质网、高尔基体、溶酶体Page14生物膜系统生物膜：细胞器膜、核膜、质膜在分子结构上类似，统称生物膜。•主要由脂质、蛋白质组合装配成，7-8nm厚。•磷脂双分子层是骨架，又称脂双层。•蛋白质以不同方式镶嵌，膜功能的主要体现者。•质膜表面有少量糖类分子——糖脂和糖蛋白。Page15磷脂双分子糖蛋白质流动镶嵌模型Page16生物膜特性:①流动性②选择透过性Page17•进行生命活动的重要物质基础。﹡细胞的能量转换﹡蛋白质合成﹡物质运输﹡信息传递﹡细胞运动Page18脂双层•总重量中脂类约占40-50%。•脂类：磷脂（主要）、糖脂、胆固醇Page19•表面是磷脂分子的亲水端，•内部是磷脂分子的疏水性脂肪酸链。HeadsTailsPage201.侧向扩散；4.伸缩震荡2.旋转运动；5.翻转运动3.摆动运动；6.旋转异构•脂双层中脂分子进行各种形式的快速运动：Page21脂双层功能：•保持细胞正常的结构和功能。•屏障作用，膜两侧水溶性物质不能自由通过，相对稳定的内环境；•脂双层中脂类成分随不同生物而不同。结构复杂保证膜蛋白的嵌入及其特定功能的发挥。Page22膜蛋白•膜功能的主要体现者；•不同生物膜中蛋白质含量不同：线粒体内膜75%、神经纤维髓鞘膜25%、质膜50%。Page23•膜蛋白可分两大类：内在蛋白(1-2)和周边蛋白(3-6)。•内在蛋白:疏水部分穿过脂双层的疏水核心；大多两端亲水，也有一端亲水。•周边蛋白:非共价键结合在内在蛋白外端，或结合在磷脂分子的亲水头上。Page24膜蛋白的功能:物质运输酶受体——信号转导细胞识别胞间连接将细胞骨架与胞外基质连接Page25•膜蛋白在脂双层自由移动，证明细胞膜的流动性。•上皮细胞膜上的运输蛋白和各种酶不能完全自由移动。Page26膜流动性的影响因素与膜本身组分、遗传因子、环境因子有关，包括：⋄胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动⋄脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。⋄脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。⋄卵磷脂/鞘磷脂：比例高则膜流动性增加，因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。⋄其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。Page27糖和糖萼•膜糖：细胞质膜表面糖类，糖蛋白、糖脂两种。•糖蛋白：与膜蛋白结合而成。•糖脂：与脂质结合而成。膜糖的成分：半乳糖、甘露糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、葡萄糖、唾液酸等。•功能：细胞识别；固定膜中蛋白质。Page28糖萼糖萼：寡糖链和蛋白质共同构成细胞表面的糖萼，或称糖被。Page29•细胞识别对细胞非常重要，关键是识别细胞表面的糖分子。细胞表面的糖分子种类及位置多变是细胞与细胞区分的标志。Page30•细胞膜（CellMembranes）•细胞质（Cytoplasm）•细胞核（Nucleus）•细胞壁（CellWall）真核细胞的结构动物细胞、植物细胞Page31细胞壁：质膜之外•细菌、植物细胞•无生命结构：细胞分泌物代谢物组成，纤维素、多糖、蛋白质等•功能：机械支撑支持、保护Page32•真核细胞都有，大多单核。•细胞的控制中心：遗传物质（DNA）主要位于细胞核；调控细胞代谢、生长、分化。•包括核被膜、核基质、染色质、核仁。细胞核是真核细胞的控制中心Page33细胞核模式图Page34（1）核被膜•核外面，包括核膜和核膜下面的核纤层。•核膜：两层膜，单层膜厚7-8nm，膜之间的核周腔宽约10-50nm。外膜常与糙面内质网相连。•核纤层：在核膜内面，核纤层蛋白组成。Page35核被膜的电镜图Page36大分子如何出入细胞核？☺蛋白质（如DNA、RNA合成相关的酶）细胞质细胞核☺RNA细胞核细胞质Page37核孔核孔复合体：蛋白质，100多种，与核纤层紧密结合；Page38◆50~100nm，几千~几百万个Page39◆功能：物质转运♦核内物质：RNA、组装好的核糖体亚基→核孔→细胞质；♦细胞质中物质：蛋白质→核内；如：合成DNA和RNA的聚合酶，构成染色体的组蛋白；核糖体蛋白，等；Page40♦选择性mRNA前体→不能通过核孔；mRNA前体→加工、与蛋白结合→复合体→核孔→核外；♦主动转运（非扩散）蛋白质：自身的核定位信号，核孔复合体：受体蛋白，两者结合→核孔→出、入核；Page41染色质：固定、苏木精染色●常染色质●异染色质Page42●染色质成分：主要：DNA、组蛋白；少量：RNA、非组蛋白；DNA：同一个体，各种细胞中含量相同♦常染色质：粗、细丝→网状；DNA分子展开部分；♦异染色质：粗大团块、色深、DNA紧缩盘绕部分，附于核膜；Page43◆组蛋白♦碱性：含碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸）♦能与DNA带负电荷的磷酸基团结合；♦5种：H1、H2A、H2B、H3、H4；功能不同；Page44◆非组蛋白种类多；有关DNA复制、转录的因子，如：DNA聚合酶、RNA聚合酶等；Page45◆核小体：核心：4对组蛋白H2A、H2B、H3、H4各2对；核心核小体H1Page46染色质在不同时期的表现◆细胞分裂间期：25-30nm染色质丝折叠→螺线管；◆细胞分裂期进一步浓缩（高度折叠）→光镜可见的粗大染色体；Page47螺线管核小体超螺线管染色单体共计压缩8400倍压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍DNA从DNA到染色体水平的压缩过程Page48核仁●形态：圆、椭圆，无外膜；●数目1-2个，各种生物中固定；核仁Page49•细胞质——质膜内，细胞核外细胞溶胶、细胞器细胞质Page501、内质网和核糖体☆内质网：一系列囊腔、细管，彼此相通隔离于细胞溶质的膜系统♦总膜面积一半，最多的膜。内质网光面内质网(sER)糙面内质网(rER)☆核糖体：蛋白质合成的场所。Page51Page52◆光滑内质网(sER)：无核糖体颗粒◆作用：♥脂质合成♥糖类代谢♥药物、毒物的解毒Page53◆糙面内质网(rER)♥具核糖体颗粒；♥合成、转运蛋白质；糙面内质网光面内质网Page54核糖体：合成蛋白质，起始于细胞质基质，有些蛋白质合成开始后不久便转在内质网上合成。这些蛋白质包括：1.向细胞外分泌的蛋白，如抗体、激素；2.膜蛋白，决定其在膜中的排列；3.需与其它细胞组分严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；4.需进行修饰的蛋白，如糖蛋白。Page55信号假说（Signalhypothesis）：信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。蛋白质转入内质网合成的过程：信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止→翻译体系解散。SRP：信号识别颗粒Page56高尔基体（Golgiapparatus）•1898，Golgi首先观察到，因此得名，动植物细胞普遍存在。•由扁平小囊、小泡堆在一起形成，有极性。凸出面对着内质网称为形成面（formingface）或顺面（cisface）凹进的一面对着质膜称为成熟面（matureface）或反面（transface）Page57反面顺面Page58●功能：◆将内质网合成好的蛋白质→分门别类进行加工、分类、包装、运送→细胞到特定部位，或分泌→细胞外◆无合成蛋白质功能；◆合成：多糖（纤维素）、果胶质•→参与细胞壁的形成。Page59溶酶体（lysosome）＊形态：单层膜、囊泡＊来源：高尔基体断裂产生＊功能：细胞内消化，外界吞入的颗粒——异噬溶酶体细胞自身的碎渣——自噬溶酶体膜蛋白高度糖基化，防止蛋白降解Page60根据生理功能完成的不同阶段分为：•初级溶酶体(primarylysosome)：高尔基体产生，内含物均一，无明显颗粒。•次级溶酶体(secondarylysosome)：正在进行或完成消化作用的溶酶体。•残体(residualbody)：失去酶活性，仅留未消化的残渣。食物泡初级溶酶体次级溶酶体残体Page61线粒体•颗粒、短杆状，•横径0.2-1μm，长2-8μm。•1到几百甚至数千个。•两层膜Page62•四个功能区：外膜、内膜、膜间隙、基质（1）外膜：平整，脂类、蛋白质，亲水通道嵴内膜基质外膜膜间隙Page63（2）内膜：向内折叠形成嵴，增加内膜面积。上有带柄、直径约10nm的基粒——ATP合成酶复合体嵴内膜基质外膜膜间隙Page64③膜间隙：延伸→嵴内部；④基质：液态填充于内膜、嵴间；富含酶类；嵴内膜基质外膜膜间隙Page65●线粒体的功能细胞的“动力工厂”细胞呼吸、能量代谢中心◆含细胞呼吸所需的各种酶、电子传递体；Page66◆ATP合成酶复合体将糖类、脂质分子的化学能→贮存于腺苷三磷酸（ATP）即：细胞代谢可直接利用的能量；Page67◆生物氧化过程除糖酵解在细胞质中进行，其他均在线粒体中进行；酶类：线粒体基质中催化三羧酸循环，催化脂肪酸、丙酮酸氧化；Page68●半自主性的细胞器基质中含DNA（环状）、核糖体，即：完整的遗传系统（转录、翻译体系），编码约10%自身蛋白质。Page69●线粒体的起源◆线粒体、细菌相似大小相似；均具环状DNA分子；◆线粒体起源的设想细胞吞噬细菌、细菌入侵细胞，细胞内的细菌→线粒体。Page70质体•植物细胞特有•白色体、有色体两种。白色体：分生组织及不见光的细胞。有色体：含色素，叶、花、果实。Page71叶绿体：最重要的有色体，双层膜包裹。光合作用---光能转变成化学能。*大小、形状、数目随不同植物、细胞而不同。*高等植物呈椭圆形，数目2