復旦大學現代生物科學導論課件-03生命的基本單位-細胞

1、第三章 生命的基本單位細胞第一節(jié) 概述第二節(jié) 細胞的基本結構及其功能第一節(jié) 概述(一) 細胞的發(fā)現及細胞學說 (二) 細胞的基本概念 (一)細胞的發(fā)現及細胞學說1. 細胞的發(fā)現2.細胞學說的基本內容 細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發(fā)育而來,并由細胞和細胞產物所構成； 每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它“自己的”生命,又對與其它細胞共同組成的整體的生命有所助益； 新的細胞可以通過老的細胞繁殖產生。3. 細胞生物學研究的趨勢 細胞生物學與分子生物學(包括分子遺傳學與生物化學) 相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢。4. 研究方法 形態(tài)觀察 生化分析 生理檢測 實 驗電子顯微鏡掃描電鏡Phage T

2、4 (X27.5萬)昆蟲頭部分裂的細胞（熒光染料染色）Caenorhabditis elegansDrosophila melanogasterArabidopsis thaliana_* Child and mouse模 式 生 物線蟲果蠅擬南芥(二)細胞的基本概念1. 細胞是什么 細胞是生命活動的基本單位 一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位 細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系,細胞是代謝與功能的基本單位 細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎 細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性 沒有細胞就沒有完整的生命細胞是物質、能量和信息過程結合的綜合體.細胞是多層次、復雜的結構體系.細胞

3、結構的層次 2. 細胞的數量、大小和形態(tài) 細胞的數量 單細胞生物僅一個細胞 多細胞生物的細胞數量一般與生物體 個體的大小有關，個體越大細胞數目越多. 如: 新生兒約21012個細胞 成年人約 61013 個細胞各類細胞直徑的比較 細胞的大小細胞大小的比較1.6M0.7M5cm2mm10-100m 1-10m40-90nm11nm3-10nm 細胞的形態(tài)1.大腸桿菌2. 念珠藻3. 小球藻4. 酵母菌5. 火絲菌6. 眼蟲7. 分生組織細胞8. 柵欄組織薄璧細胞9. 葉表皮細胞和保衛(wèi)細胞10. 大鼠的肝細胞11. 成纖維細胞12. 腎近曲小管上皮細胞13. 人血紅細胞14. 人精子15. 哺乳動

4、物橫紋肌細胞16. 哺乳動物三極平滑肌細胞17. 中樞神經系統(tǒng)神經元本體部分3. 原核細胞和真核細胞原核細胞 遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅為一個環(huán) 狀DNA 細胞內沒有分化出以膜為基礎的，具有專門結構與功能的細胞器和細胞核膜. 細菌 ( Bacteria )，藍藻又稱藍細菌 ( Cyanobacteria ) 支原體 ( Mycoplast ) 目前發(fā)現的最小最簡單的細胞典型的細菌細胞結構 集群的藍藻（Dermocarpa）支原體的電鏡照片(鏈上細胞直徑約0.5 m) 真核細胞 以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構 系統(tǒng) 以核酸（DNA或RNA）與蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系統(tǒng) 由特異蛋

5、白分子裝配構成的細胞骨架系統(tǒng)真核細胞的結構及成分 原核細胞與真核細胞基本特征的比較原核細胞真核細胞4. 動物細胞與植物細胞細胞壁液 泡葉綠體植物細胞動物細胞細胞的基本共性 所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋 白質構成的生物膜，即細胞膜。 所有的細胞都含有兩種核酸,即DNA與RNA,作為 遺傳信息復制與轉錄的載體。 作為蛋白質合成的機器核糖體，毫無例外地 存在于一切細胞內。 所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。第二節(jié) 細胞的基本結構及其功能 (一)質膜與細胞表面結構 (二)細胞核與染色體 (三)核糖體 (四)細胞的內膜系統(tǒng) (五)能量細胞器線粒體和葉綠體 (六)細胞骨架(一)質膜與細

6、胞表面結構 細胞的外圍包有一層由脂雙層分子和蛋白質構成的膜稱為質膜（細胞膜）1. 質膜結構的研究簡史 雙分子層模型 (Danielli-davson, 1935) 單位膜模型 (J.D.Robertson, 1959) 流動鑲嵌模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, 1972)2.生物膜結構的特征 磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結構成分尚未發(fā)現膜結構中起組織作用的蛋白； 蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結合在其表面,膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決定者； 膜的流動性：生物膜的基本特征之一,細胞 進行生命活動的必要條件。 膜的不對稱性 膜蛋白的極性 膜的鑲嵌性 膜蛋白

7、結合形式外周蛋白整合蛋白 膜的流動性膜的流動性 膜的流動性 膜的不對稱性膜脂與糖脂的不對稱 膜的不對稱性膜蛋白與糖蛋白的不對稱3.細胞質膜的功能膜受體蛋白 * 脂質體及其應用 根據磷脂分子可在水中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜 應用 研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質 脂質體中裹入DNA可用于基因轉移 在臨床治療中,脂質體作為藥物或酶等載體脂質體的類型 a. 水溶液中的磷脂分子團b.球形脂質體c.平面脂質體膜d.用于疾病治療的脂質體的示意圖4. 細胞外被 植物細胞質膜外存在細胞壁 動物細胞表面存在一層富含糖類物質 的結構稱為細胞外被或糖萼。它由構 成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈 組成。

8、膀胱上皮細胞表面的糖被（釕紅染色的電鏡超薄切片 ）功能保護膜蛋白細胞識別血型抗原酶5. 細胞外基質 分布于細胞外空間 由蛋白質和多糖構成網絡結構6. 細胞連接 細胞與細胞間、細胞與細胞外空間 的結構關系稱為細胞連接。 緊密連接 橋粒 間隙連接 胞間連絲緊密連接橋粒間隙連接胞間連絲細胞膜的各種改變a.由糖蛋白組成的糖萼；b.微絨毛；c.胞飲作用的通道與小泡；d.皺襞；e.尖型變形足；f.圓形變形足；g.內褶7. 質膜的特化結構8. 物質的跨膜運輸 細胞維持正常生命活動的基礎之一 被動運輸 - 物質順濃度梯度運輸 簡單擴散和協(xié)助擴散簡單擴散 協(xié)助擴散(需載體蛋白)主動運輸 Na+-K+泵 由 AT

9、P 提供能量協(xié)同運輸:Na+-K+泵與載體蛋白協(xié)同作用主動運輸9.大分子和顆粒進入和排出細胞 胞 飲 吞 噬 胞吞 胞吐(二)細胞核與染色體 細胞核是真核細胞內最大、最重要的細胞器. 包含基因,是細胞遺傳代謝調控的信息中心.動物細胞核 植物細胞核細胞核的結構組成核被膜核孔染色質核仁1.核被膜與核孔復合體核被膜的組成 外核膜 內核膜 核纖層 核孔核被膜的功能 構成核、質之間的天然選擇性屏障: 避免生命活動的彼此干擾,保護DNA 不受細胞骨架運動所產 生的機械力的損傷. 核質之間的物質交換與信息交流 核孔復合體的組成與功能組成 100多種多肽 1000多個蛋白質分子功能 核質交換的雙向親水通道 親

10、核蛋白入核 轉錄產物（RNA）的輸出大分子在核質間的轉運2.染色質和染色體 染色質和染色體是遺傳物質在細胞周期不同階段的存在形式，由DNA和蛋白質組成. 染色質的基本結構 核小體 核小體是念珠狀細纖維(10nm) 螺線管狀粗纖維(30nm)SV40 的環(huán)狀DNA分子核小體結構核小體三維結構染色質的高級結構中期染色體的結構 細胞有絲分裂中期，染色質高度凝縮形成具有特定形態(tài)結構的染色體。DNA壓縮10000倍中期染色體形態(tài)著絲粒 有絲分裂時與染色體分離有關 核型 物種染色體數目、大小、形態(tài)特征的總和.人的染色體人造酵母菌染色體(YAC)自主復制序列、著絲粒、端粒3.核仁 細胞間期核中個或幾個濃密的

11、球形 小體稱為核仁 形狀、大小、和數目因物種和生理狀態(tài)而異 功能 rRNA合成和加工 核糖體亞基的組裝 核仁在核糖體合成中的作用(三)核糖體 細胞質中無膜包被的顆粒狀結構 合成蛋白質的機器 RNA 和蛋白質組成的復合物1.核糖體的基本結構 原核細胞與真核細胞的核糖體外形和功能基本相同，但大小不同. 核糖體的主要成分為 rRNA ( 50-60%) 和蛋白質 ( 40-50 % ) ，構成大小亞基.原核生物與真核生物核糖體成分的比較 真核生物核糖體 原核生物核糖體2.核糖體的功能合成蛋白質 游離核糖體 懸浮于細胞質內，合成大部分細胞質內蛋白質. 結合核糖體 結合于內質網外側，合成膜蛋白和分泌蛋白

12、. 多聚核糖體 幾個核糖體結合于一條 mRNA 鏈上，增加每分鐘的多肽合成量.核糖體重要的結合位點(四)細胞的內膜系統(tǒng) 細胞內在結構、功能及發(fā)生上相關的，由膜包圍形成的細胞器或細胞結構. 內質網 高爾基體 溶酶體 微體 液泡細胞的主要結構動物細胞的細胞器1.內質網的結構與功能 內質網的兩種基本類型 粗面內質網 光面內質網粗面內質網光面內質網粗面內質網 粗面內質網的功能 蛋白質(分泌蛋白、整合膜蛋白、胞器內蛋白)合成與加工 脂類的合成 蛋白質合成分泌蛋白整合膜蛋白細胞器內蛋白蛋白質的糖基化 分泌蛋白合成的信號假說 光面內質網的功能 脂類、類固醇激素的合成 肝的解毒作用 肝細胞葡萄糖釋放（G-6P

13、 G ) 肌細胞貯存 Ca2+2.高爾基體 高爾基體的形態(tài)結構 由扁平囊和大小不等囊泡組成 具有極性的細胞器 面向核的凸面為形成面或順面 遠離核的凹面為成熟面或反面高爾基體的結構高爾基體的功能 蛋白質修飾與加工多糖合成蛋白質分類、包裝、運輸 3.溶酶體 溶酶體是由單層膜包圍的含有多種酸性水解酶的囊泡狀細胞器，膜內 pH5. 溶酶體的功能細胞內消化防御功能清除衰老和多余細胞器發(fā)育過程中清除細胞溶酶體的形成及其在細胞分解中的作用動物細胞溶酶體系統(tǒng)示意圖 溶酶體與疾病先天性貯積?。ㄈ狈δ承┤苊阁w酶， 導致某些物質在組織中大量積累.） Pompes病 糖原積累，損害肝和肌肉， 2歲死亡. Tay-sa

14、chs病 脂質積累，損害腦，呆滯，2-6歲死亡.肺結核矽肺類風濕關節(jié)炎4.微體 單層膜圍成的一類泡狀結構，內含的酶不同于溶酶體. 過氧化物酶體 脂肪酸氧化、肝臟解酒精和解毒 付產物 H2O2 H2O + O2 （過氧化物酶） 乙醛酸循環(huán)體 植物細胞內：脂肪、油 糖過氧化物酶體動物細胞 植物細胞5.液泡 細胞生長發(fā)育過程中來自內質網的小液泡,結合成中央液泡. 功能 有機物、無機離子貯藏庫. 植物的溶酶體，含水解酶. 代謝副產品丟棄場 色素 增加細胞體積與表面積，有利于物質吸收.(五)能量細胞器線粒體和葉綠體 把能量轉換成細胞可利用形式的細胞器 細胞器膜不屬內膜系統(tǒng)，膜上蛋白質由游離核糖體和細胞器內核糖體合成 半自主細胞器：含有 mtDNA or ctDNA和核糖體， 能合成部分蛋白質，通過分裂增加數量。. 結構外膜內膜嵴基質 幾百幾千 線粒體細胞1.線粒體 細胞呼吸并產生ATP的重要場所2.葉綠體和質體 葉綠體：果實成熟有色質體 白色質體：貯存淀粉 有色質體：果實、花、秋葉中， 含色素前質體光葉綠體的結構葉綠體的結構 外膜 內膜 膜間隙 基質 類囊體 基粒 類囊體腔(六)細胞骨架 蛋白質纖維組成的三維網架結構 蛋白纖維 微管 微絲 中間纖維微管微