生命的基本单位细胞

2021年3月9日星期二生命的基本单位细胞第二节细胞的基本特征细胞（cell)：细胞是生命活动的基本单位。细胞的概念：1、细胞是构成有机体的基本单位；2、细胞是代谢与功能的基本单位；3、细胞是有机体生长和发育的基础；4、细胞是遗传的基本单位。一、细胞的基本概念神经细胞卵细胞血细胞上皮细胞肌细胞视杆细胞二、细胞的大小、形态和数量人类红细胞神经元细胞名称人卵口腔上皮细胞肝细胞红细胞变形虫海胆卵伤寒菌肺炎球菌μm12075207100702.4x0.50.2x0.1动植物细胞在20~30μm间；真核细胞体积大于原核细胞；卵细胞大于体细胞。几种细胞的大小人卵与精子植物细胞比动物细胞大。原生动物由一个细胞组成，体积较大，如大变形虫的直径约300m。动物细胞直径一般在10-100m左右，如人口腔粘膜上皮细胞的直径75m。人红细胞的直径7.5m。卵细胞是特殊的大细胞，如驼鸟蛋的直径约10cm，是现今最大的细胞。原核细胞较小，如细菌的直径1m。现今最小的细胞为支原体，其直径约0.07—0.25m.三、原核细胞与真核细胞原核细胞（Prokaryoticcell）原核细胞是只有质膜和少数简单的细胞器，无核膜、内膜系统和细胞骨架的细胞。如细菌、支原体细胞。真核细胞是有质膜和许多复杂的细胞器，有核膜、复杂的内膜系统和细胞骨架的细胞。如人体细胞等绝大多数动植物细胞。生物学上将细胞分为两大类：真核细胞（Eukaryoticcell）原核细胞真核细胞原核细胞与真核细胞的主要区别：原核细胞真核细胞大小细胞大小１-10m１０－１００m细胞核无核膜、核仁有核膜、核仁DNA一条、环状、裸露多条、线状、与蛋白质结合核糖体７０S８０S内膜结构简单（只有间体和内囊体）复杂（有内质网、线粒体、高尔基体等）细胞骨架无有细胞增殖无丝分裂有丝分裂DNA复制无周期性有周期性转录和翻译在同一时间和地点在不同时间和地点病毒与蛋白质感染因子1、病毒成分：核酸和蛋白质组成分类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒2、蛋白质感染因子流感病毒丝状有被膜的病毒目前已知的人类PRION疾病主要有：克-雅二氏病（CJD）：自身PrP变异；变异型克-雅氏病（vCJD）：PRION感染；GSS综合征：由Prnp基因缺陷；克鲁病（Kuru）：PRION感染；致死性家族性失眠症（FFI）：Prnp基因变异。第三节生物膜的结构与功能细胞的显微结构－－三部结构细胞膜细胞质染色质核仁核膜①细胞膜②细胞质：线粒体、高尔基体、中心体、基质③细胞核：核膜、核仁、染色质、核质膜脂50%膜蛋白40%膜糖类10%左右（一）细胞膜的化学组成•磷脂（主要）占50%以上•胆固醇•糖脂膜脂分子的种类：1、膜脂图示膜磷脂的分子结构模型（头部无磷酸）糖基（极性）+脂肪酸链（尾部）糖脂胆固醇羟基（极性头部）+脂肪酸链（尾部）膜脂分子在水溶液中可能有两种形式：球状的分子团,双分子层(bilayer)膜脂分子的排列特性膜脂的分子结构特点：膜脂分子都是兼性分子（双亲媒性分子）即：有一个极性的“头部”（含磷酸等极性基团，亲水性），两条非极性的“尾部”（脂肪酸链、有疏水性）。膜蛋白的类型：膜内在蛋白（integralprotein），占70-80%，又叫镶嵌蛋白。膜外在蛋白（peripheralprotein），占20-30%2、膜蛋白膜蛋白与脂双层分子的结合方式膜蛋白的功能膜内在蛋白的功能：受体（识别，传递信息）载体蛋白（物质运输）酶（催化、供能如ATP酶）通道蛋白抗原（镶嵌在膜中的糖蛋白或糖脂如血型抗原）G蛋白（介导信号转导）膜周边蛋白的功能：运动蛋白（有肌动蛋白、肌球蛋白的性质）参与细胞胞吞作用参与细胞变形运动参与细胞质分裂时胞膜的分隘作用调节镶嵌蛋白的位置支持蛋白（桥粒蛋白）膜脂双分子层构成膜的主体或骨架。膜蛋白插入脂双分子层中或附于脂双层表面。膜蛋白是膜功能的承担者。如图示：人红细胞膜的血型糖蛋白为膜内在蛋白（跨膜蛋白），决定血型。图示血型糖蛋白的结构分布：细胞膜表面（外侧）内膜系统的非质侧种类：半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酶，共七种。（自然界中有100多种）存在形式：与膜蛋白或膜脂共价结合形成糖蛋白和糖脂，即以糖蛋白和糖脂的形式存在于细胞膜表面形成细胞被。3、膜糖类一个膜蛋白可结合多个糖链；一个膜脂分子只结合一个糖链细胞被（cellcoat）或糖萼细胞膜表面的糖蛋白和糖脂的糖链相互交织形成的一层绒毛状的多糖物质。细胞被关于细胞膜的分子结构，提出的模型很多，但目前比较公认的是液态镶嵌模型，所以在此主要介绍这一模型。（二）细胞膜的分子结构与特点1、细胞膜的分子结构液态镶嵌模型内容：把生物膜看成是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体，是一种动态的、不对称性的具有流动性的结构。动画主要论点：1、连续的脂质双分子构成膜的主体（骨架），它具有液晶态特性，不仅有固体分子排列的有序，且有液体分子的流动性。2、球形蛋白质分子嵌入，贯穿或附着于脂双分子层中。3、糖类附着在膜的外表面，与表层的脂类和蛋白质结合形成糖蛋白和糖脂。故名液态镶嵌模型此模型是现在公认的膜结构模型优点：1、能解释许多膜功能现象，如物质运输、信号识别、能量转换等。2、说明了膜的动态性（流动性）。3、说明了膜功能的不对称性。缺点：１、未说明膜蛋白分子对脂类分子流动性的控制作用。２、未说明膜各部分流动性的不均匀性。所以又提出“晶格镶嵌模型”和“板块模型”作为补充。“晶格镶嵌模型”中提出“界面脂（boundarylipid）”(晶格)可控制脂类分子的运动。界面脂界面脂：内在蛋白周围，不发生单独活动的脂质分子。“板块模型”中提出膜的不同区域可形成大小、刚性不同的脂质区（板块）说明膜流动性的不均匀性。不同板块•细胞核的出现是生物进化史上一极重要的转折点。原核细胞与真核细胞最主要的差别在于无完整的细胞核。蛋白质合成细胞器（一）细胞核(nucleus)第四节真核细胞的细胞器蛋白质合成系统细胞器---细胞核、核糖体内膜系统细胞器内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体能量转换细胞器---线粒体细胞骨架•细胞核贮存遗传信息，是细胞内DNA复制、RNA转录的中心，也是细胞生命活动的控制枢纽。•细胞核的形状一般与其细胞的形态相适应。•细胞核的大小、位置和数量常因细胞的类型不同而有很大差异。•真核细胞通常只有一个细胞核，但肝细胞、软骨细胞、破骨细胞、肾管细胞、肠系膜间皮细胞等可有几个到多个核。示电镜下的细胞核细胞核的结构组成•核膜•染色质•核仁•核基质示细胞核的结构模式图核膜外层(与内质网相连续,上有核糖体附着)核膜内层(有核纤层附着)核孔复合体(核-质物质交换结构)核纤层核膜的功能:保护DNA分子,维护核内环境的稳定调控核内外的物质交换核膜的结构（一）核膜核膜外层核膜内层核孔内质网内质网腔核糖体核间隙动画1、核被膜•八对孔环颗粒•八个边围颗粒•一个中央颗粒•一层隔膜•一些细丝核孔复合体的结构组成:核孔复合体的功能:调控核内外大分子物质的出入动画2、核孔复合体内层核膜靠核质的一侧有一层蛋白(V型中间丝蛋白)组成的纤维网络结构，向外与内膜上的镶嵌蛋白相连;向内与染色质上的特异部位相结合。3、核纤层核纤层的功能:•支持核膜,固定核孔位置;•为染色质提供附着点;•与核膜的裂解和重建有关.•光镜下为细胞核中均质、无膜包被的球形小体。•细胞核中形成核糖体的结构。•一个或多个。•位于核中央或边缘。核仁（二）核仁1、核仁的化学组成蛋白质（80%）、RNA(10%~11%)、DNA(8%)和少量的脂类。2、核仁的形态结构在电镜下，核仁有四个部分组成:•原纤维成分•颗粒成分•核仁相随染色质•核仁基质核仁相随染色质•核仁周围染色质(异染色质)•核仁内染色质(常染色质,为rDNA,又称核仁组织区NOR)•人类的rRNA基因位于13、14、15、21、22号5对染色体的端部。分裂末期，这5对染色体端部先形成1个小的核仁，然后很快长大，融合而成1个大的核仁。何为核仁组织区？请问:有丝分裂时核仁为什么会消失?核仁组织区(NOR):是存在于细胞内特定染色体次缢痕处，含有主要rRNA（18S和28SrRNA）基因的一个染色体区段。NOR核仁随细胞周期的进行而呈现周期性变化（形成和消失）。细胞从间期进入分裂时，染色质浓缩形成染色体，含有rRNA基因的染色质袢环逐渐缩回到染色体，核仁的纤维成分和颗粒成分均分散在核质中，整个核仁先是缩小继而消失。细胞分裂结束时，在新生的子代细胞中，染色体含rRNA基因的核仁组织区解旋和伸展，重新开始形成核仁。3、核仁周期核基质(nuclearmatrix)是间期细胞核内，除去染色质和核仁之外的由纤维蛋白构成的核内网架体系的均质物质,结构上与细胞骨架相联系,又称核骨架。（三）核基质•核基质的形态结构由直径3－30nm的粗细不均的蛋白纤维和一些颗粒结构组成•核基质的基本组分非组蛋白性的纤维蛋白，其中相当部分是含硫蛋白。少量RNA和DNA。少量磷脂、无机盐、水和各种酶等。核基质的功能•参与染色体DNA的有序包装和构建；•参与真核细胞中染色体DNA复制；•参与基因表达调控；•参与核内前体mRNA的加工。我们常说•DNA是遗传物质•染色质是遗传物质•染色体是遗传物质DNA--染色质--染色体之间有何区别呢?染色质(chromatin):指间期细胞核内能被碱性染料染色的物质.故名.（四）染色质与染色体染色质=蛋白质+DNA组蛋白:H1、H2A、H2B、H3、H4，碱性蛋白高度保守可进行乙酰化、磷酸化及甲基化等修饰而改变基因的转录活性非组蛋白:种类多，酸性蛋白有种属和组织特异性为转录调控因子1、染色质的化学组成染色质的结构---“串珠结构”：•组蛋白八聚体(2H2A+2H2B+2H3+2H4)构成核心。•核心外缠绕约146bp的DNA片段构成核心颗粒。•核心颗粒与DNA连接部(约60bp的DNA片段和H1)构成核小体。核小体(nucleosome)是染色质的基本单位2、染色质的超微结构及组装(一)染色体的一级结构—核小体nucleosome核小体是染色质的基本结构单位。H2A、H2B、H3、H4各两分子构成核心核心部DNA140bp,绕核心1.75圈核小体H1连结部DNA60bp2、染色质的超微结构及组装核小体核心颗粒核心DNA连接部动画核小体与核小体连接形成串珠状的染色质AB染色质的组装DNA双螺旋染色质“串珠”“螺旋管”“袢环”“放射环”中期染色体一级结构二级结构三级结构“超螺旋管”四级结构动画袢环染色体支架微带袢环模型：袢环微带与染色体间期核中的染色质，根据其螺旋化程度及染色程度分为常染色质和异染色质两类。常染色质异染色质间期染色程度染色浅染色深分布核中央核膜附近螺旋化程度低高呈疏松状态呈凝集状态DNA序列单一序列和高度重复序列部分重复序列功能状态活跃的DNA分子部分不活跃的DNA分子部分进行转录和翻译不能转录和翻译3、常染色质与异染色质细胞核的功能一、细胞核是遗传信息的主要贮存库。是遗传信息的复制和传递的场所。二、进行遗传信息的表达。遗传信息表达时，带有指导蛋白质合成信息的mRNA,以及在蛋白质合成过程中起重要作用的rRNA和tRNA都来自细胞核。（二）核糖体1、核糖体的化学组成：rRNA、蛋白质真核细胞核糖体（80S）大亚基（60s）：rRNA：28s、5.8s、5s蛋白质，50余种小亚基（40s）：rRNA：18s蛋白质30余种•形态：不规则颗粒状，无膜包被(非膜性细胞器)•大小：15-25nm•结构：大亚基小亚基小亚基大亚基新生肽链出口腔处肽链合成区mRNA动画2、核糖体的形态结构颗粒状,无膜包被(非膜性细胞器)。游离于细胞质基质或附着于内质网上。是细胞中合成蛋白质的场所。附着核糖体核仁游离核糖体附着核糖体示核糖体分布核糖体的存在形式核糖体的存在形式•大、小亚基分散于细胞质中――非功能态•大、小亚结构结合，游离于细胞质中或附着于内质网上----功能态，常形成多聚核糖体。•核糖体是一种动态结构，核糖体的功能态与非功能态处于动态平