大学生物学03细胞的基本形态结构与功能

1、1 原核细胞原核细胞细菌、蓝藻细菌、蓝藻 真核细胞真核细胞动物、植物、真菌动物、植物、真菌 3.1 两 类 细 胞 两者差别非常大两者差别非常大 普通生物学 细胞结构与细胞通讯 第第1页页/共共170页页 2 原核细胞：体积小，结构简单。 无内膜系统、细胞器、核膜。 染色体环状的DNA分子， 有质粒。 真核细胞：有内膜系统、细胞器、核膜。 复杂的骨架系统。 普通生物学 细胞结构与细胞通讯 第第2页页/共共170页页 3 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞 第第3页页/共共170页页 4 细胞大小 动、植物细胞直径: 10 100 m 支原体：最小，100 nm 鸵鸟蛋：最大，150 mm 麻纤

2、维：10 cm； 神经细胞： 胞体：0.1mm； 轴突：1 m 第第4页页/共共170页页 5 * 细胞的大小和 功能相适应 神经细胞 长 神经信号传导 卵细胞体积 大 存放营养物质 （供胚胎发育） 第第5页页/共共170页页 6 细胞膜（Cell Membranes） 细胞质（Cytoplasm） 细胞核（Nucleus） 细胞壁（Cell Wall） 3.2 真核细胞的结构真核细胞的结构 动物细胞动物细胞、植物细胞植物细胞 第第6页页/共共170页页 7 动物细胞模式图 第第7页页/共共170页页 8 植物细胞模式图 第第8页页/共共170页页 9 细胞壁：质膜之外 细菌、植物细胞细菌、植

3、物细胞 无生命结构：无生命结构： 细胞分泌物代谢物组成，细胞分泌物代谢物组成， 纤维素、多糖、蛋白质等纤维素、多糖、蛋白质等 功能：功能： 机械支撑机械支撑 支持、保护支持、保护 第第9页页/共共170页页 10 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。 3.2.1 细胞核是真核细胞的控制中心细胞核是真核细胞的控制中心 第第10页页/共共170页页 11 细胞核模式图细胞核模式图 第第11页页/共共170页页 12 （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-

4、8 nm，膜之间 的核周腔宽约10-50 nm。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。 第第12页页/共共170页页 13 核被膜的电镜图核被膜的电镜图 第第13页页/共共170页页 14 大分子如何出入细胞核？大分子如何出入细胞核？ 蛋白质（蛋白质（如如DNA、RNA合成相关的酶合成相关的酶） 细胞质细胞质 细胞核细胞核 RNA 细胞核细胞核 细胞质细胞质 第第14页页/共共170页页 15 核孔 核孔复合体：蛋白质，100多种， 与 核纤层紧密结合； 第第15页页/共共170页页 16 50 100 nm，几千，几千 几百万个几百万个 第第16页页/共共170页页

5、 17 功能：功能：物质转运物质转运 核内物质：核内物质：RNA、组装好的、组装好的 核糖体亚基核糖体亚基 核孔核孔 细胞质；细胞质； 细胞质中物质：细胞质中物质：蛋白质蛋白质 核内；核内； 如：合成如：合成 DNA和和RNA的聚合酶，的聚合酶， 构成染色体的组蛋白；构成染色体的组蛋白； 核糖体蛋白，等；核糖体蛋白，等； 第第17页页/共共170页页 18 选择性选择性 mRNA前体前体 不能通过核孔；不能通过核孔； mRNA前体前体 加工、与蛋白结合加工、与蛋白结合 复合体复合体 核孔核孔 核外；核外； 主动转运主动转运（非扩散）（非扩散） 蛋白质：自身的蛋白质：自身的核定位信号，核定位信号

6、， 核孔复合体：核孔复合体：受体蛋白，受体蛋白， 两者结合两者结合 核孔核孔 出、入核；出、入核； 第第18页页/共共170页页 19 2. 染色质：固定、苏木精染色 常染色质 异染色质 第第19页页/共共170页页 20 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； 第第20页页/共共170页页 21 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

7、同； 第第21页页/共共170页页 22 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； 第第22页页/共共170页页 23 染色质丝：串珠（念珠）状 细丝：1.5 2.5 nm，连接体DNA； 核小体：小珠状， 10 nm； 第第23页页/共共170页页 24 核小体： 核心：4 对组蛋白 H2A、H2B、H3、H4 各 2 对； 核心 核小体 H1 第第24页页/共共170页页 25 第第25页页/共共170页页 26 DNA：缠绕在核心外周； 组蛋白H1：核心外侧，与DNA结合 H1 核心 核小体 第第26页页/共共170页页 27 染色质丝的单位

8、：1段连接DNA + 1个核小体上DNA； 200 碱基对； 核心 核小体 H1 第第27页页/共共170页页 28 H1和核心组蛋白和核心组蛋白 作用于作用于 染色质丝染色质丝 聚拢折叠聚拢折叠 30 nm纤维纤维 10 nm 30 nm 第第28页页/共共170页页 29 染色质在不同时期的表现 串珠状细丝：10 nm 染色质极度伸张； 细胞分裂间期：2530nm 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； 第第29页页/共共170页页 30 共计压缩共计压缩84008400倍倍 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 从DNA到染色体水平的压缩过

9、程 第第30页页/共共170页页 31 3. 核仁 形态：圆、椭圆，无外膜； 数目 12 个， 各种生物中 固定； 核 仁 第第31页页/共共170页页 32 成分：富含蛋白质、RNA（rRNA） 形成：某一个、几个特定染色体的 一定片段（核仁组织区） 核仁组织区：转录 rRNA 的基因， 即DNA（rDNA）所在地； 功能：转录 rRNA、组装核糖体。 第第32页页/共共170页页 33 （4）核基质 核内由蛋白质组成纤维状网络： 网孔中充以液体。 核的支架； 染色质附着的场所。 核骨架 第第33页页/共共170页页 34 细胞质 质膜内，细胞核外 细胞溶胶、细胞器 3.2.2 细胞质细胞质

10、 第第34页页/共共170页页 35 1、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：核糖体：蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。 第第35页页/共共170页页 36 第第36页页/共共170页页 37 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 第第37页页/共共170页页 38 脂质合成 脂肪细胞脂肪、磷脂 睾丸、肾上腺细胞甾体类激素 第第38页页/共共170页页 39 糖类代谢糖类代谢 肝细胞中肝细胞中sER中一种酶参与糖原水中一种

11、酶参与糖原水 解释放葡萄糖解释放葡萄糖 解毒作用解毒作用 镇静剂在肝细胞中被镇静剂在肝细胞中被sER代谢代谢 第第39页页/共共170页页 40 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 第第40页页/共共170页页 41 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。 第第41页页/共共170页页 42 信号假说信号

12、假说（Signal hypothesis）：）： 信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。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：蛋白质转入内质网合成的过程： 信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRP 与受体结合与受体结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在内质网肽链在内质网 上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入 内质网腔内质网腔信号肽切除信号肽切除肽链延伸至终止肽链延伸至终止 翻译体系解散。翻译体系解散。 SRP：信号识别颗粒：信号识别颗粒 第第42页页/共共170页页 43 第第43页页/共共170页页 44 2

13、、高尔基体（Golgi apparatus） 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（forming face） 或顺面（cis face） 凹进的一面对着质膜称为成熟面（mature face） 或反面（trans face） 第第44页页/共共170页页 45 第第45页页/共共170页页 46 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 特定部位， 或分泌 细胞外 第第46页页/共共170页页 47 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

14、成。 第第47页页/共共170页页 48 3、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 第第48页页/共共170页页 49 特性：特性： （1） 酸性，酸性，pH4.8或更低，或更低， 水解酶在酸性环境中才有活性。水解酶在酸性环境中才有活性。 （2）溶酶体膜与质膜厚度相近、成分不同，）溶酶体膜与质膜厚度相近、成分不同， 区别：区别： 有质子泵，将有质子泵，将H+泵入溶酶体，泵入溶酶体，pH值降低。值降低。 膜蛋白高度糖基化，防止蛋白降解。膜蛋白高度糖基化，防止蛋白降解。 第第49页页/共共17

15、0页页 50 根据生理功能完成的不同阶段分为：根据生理功能完成的不同阶段分为： 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)： 高尔基体产生，内含物均一，无明显颗粒。高尔基体产生，内含物均一，无明显颗粒。 次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome)： 正在进行或完成消化作用的溶酶体正在进行或完成消化作用的溶酶体 。 残体残体(residual body) ：又称后溶酶体（又称后溶酶体（post-lysosome） 失去酶活性，仅留未消化的残渣。失去酶活性，仅留未消化的残渣。 食物泡 初级溶酶体 次级溶酶体残体残体 第第50页页/共共170页页 51 相关疾病：相关

16、疾病： 1矽肺矽肺 2 肺结核肺结核 3台台-萨氏综合征萨氏综合征 4II型糖原累积病型糖原累积病 第第51页页/共共170页页 52 4、线粒体 颗粒、短杆状， 横径0.21m，长28 m。 1到几百甚至数千个。 两层膜 第第52页页/共共170页页 53 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 嵴嵴 内膜内膜 基质基质 外膜外膜 膜间隙膜间隙 第第53页页/共共170页页 54 （2）内膜： 向内折叠形成嵴， 增加内膜面积。 上有带柄、直径约 10 nm的基粒ATP 合成酶复合体 嵴嵴 内膜内膜 基质基质 外膜外膜 膜间膜间 隙隙 第第54

17、页页/共共170页页 55 膜间隙：膜间隙：宽宽 6-8 nm， 延伸延伸 嵴内部；嵴内部； 基质：基质：液态液态 填充于填充于 内膜、嵴之间；内膜、嵴之间； 富含富含酶类；酶类； 嵴嵴 内膜内膜 基质基质 外膜外膜 膜间隙膜间隙 第第55页页/共共170页页 56 线粒体的线粒体的功能功能 细胞的细胞的“动力工厂动力工厂” 细胞呼吸、能量代谢中心细胞呼吸、能量代谢中心 含细胞呼吸所需的含细胞呼吸所需的 各种酶、各种酶、电子传递体；电子传递体； 电子传递过程：电子传递过程：内膜表面；内膜表面； 第第56页页/共共170页页 57 ATP合成酶复合体合成酶复合体 将糖类、脂质分子的将糖类、脂质分

18、子的化学能化学能 贮存于贮存于腺苷三磷酸腺苷三磷酸（ATP） 即：细胞代谢即：细胞代谢可直接利用的能量；可直接利用的能量； 第第57页页/共共170页页 58 生物氧化过程生物氧化过程 除糖酵解在细胞质中进行，除糖酵解在细胞质中进行， 其他均在线粒体中进行；其他均在线粒体中进行； 酶类：酶类：线粒体线粒体基质基质中中 催化三羧酸循环，催化三羧酸循环， 催化脂肪酸、丙酮酸氧化；催化脂肪酸、丙酮酸氧化； 第第58页页/共共170页页 59 半自主性的细胞器半自主性的细胞器 基质中含基质中含 DNA（环状）、核糖体，（环状）、核糖体， 即：即：完整的遗传系统完整的遗传系统 （转录、翻译体系），（转录

19、、翻译体系）， 编码编码 10% 自身蛋白质。自身蛋白质。 第第59页页/共共170页页 60 线粒体线粒体的起源的起源 线粒体、细菌相似线粒体、细菌相似 大小相似；核糖体相似；大小相似；核糖体相似； 均具环状均具环状DNA分子；分子； 线粒体线粒体起源的设想起源的设想 细胞吞噬细菌、细菌入侵细胞，细胞吞噬细菌、细菌入侵细胞， 细胞内的细胞内的细菌细菌 线粒体。线粒体。 第第60页页/共共170页页 61 5、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。 第第61页页/共共170页页 62 叶绿体： 最重要的有色体，双层膜包裹。 光

20、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20-100个。 第第62页页/共共170页页 63 叶绿体组成：外被（chloroplast envelope） 类囊体（thylakoid） 基质（stroma）； 3种膜：外膜、内膜、类囊体膜； 3个腔：膜间隙、基质、类囊体腔。 第第63页页/共共170页页 64 类囊体膜：光合作用的色素、 电子传递系统； 基质：暗反应进行的场所。 半自主性： 有自己的DNA、核糖体， 编码部分自身蛋白。 第第64页页/共共170页页 65 6、微体(microbody) 异质性，不同生物、不同发育阶段

21、不 同。 似溶酶体，单层膜、小泡，含酶不同。 圆形，椭圆形或哑呤形等， 过氧化物酶体、乙醛酸循环体两种。 第第65页页/共共170页页 66 功能： 1. 过氧化物酶体（动、植物细胞都有）： 脂肪酸氧化：分解20%的脂肪酸； 解毒：过氧化氢酶利用H2O2将酚、 甲醛、甲酸、醇等有害物质氧化， 饮入的酒精 25以上在微体中氧化。 第第66页页/共共170页页 67 2. 乙醛酸循环体（植物细胞有）： 参与光呼吸作用，将光合作用的副产 物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢； 萌发的种子中，将脂类转化为糖。 第第67页页/共共170页页 68 微体微体 第第68页页/共共170页页 69 7、液泡 植物细

22、胞中普遍存在， 单层膜包裹，含细胞液， 分生组织细胞中液泡多而小； 成熟细胞中液泡大，占细胞中央， 达95%以上。 液泡液泡 第第69页页/共共170页页 70 功能： 调节细胞渗透压； 收集代谢废物； 液泡中的花青素决定 花、果实和叶的颜色。 第第70页页/共共170页页 71 8、细胞骨架、细胞骨架（cytoskeleton） 真核细胞中的蛋白纤维网络结构。真核细胞中的蛋白纤维网络结构。 发现较晚，电镜制样采用发现较晚，电镜制样采用低温低温（0-4） 固定，细胞骨架在低温下解聚。固定，细胞骨架在低温下解聚。 20世纪世纪60年代后，采用年代后，采用戊二醛戊二醛常温常温固固 定，认识到细胞骨

23、架的存在。定，认识到细胞骨架的存在。 第第71页页/共共170页页 72 功能：功能： 维持细胞形状、控制细胞运动；维持细胞形状、控制细胞运动； 承受外力、保持细胞内部结构的有序性；承受外力、保持细胞内部结构的有序性； 植物细胞中细胞骨架指导细胞壁的合成；植物细胞中细胞骨架指导细胞壁的合成； 参与重要生命活动。参与重要生命活动。 第第72页页/共共170页页 73 参与的生命活动：参与的生命活动： 细胞分裂中牵引染色体分离；细胞分裂中牵引染色体分离； 细胞物质运输中，各类小泡和细胞器的细胞物质运输中，各类小泡和细胞器的 定向转运；定向转运； 在肌肉细胞中，组成动力系统；在肌肉细胞中，组成动力系

24、统； 白细胞迁移、精子游动、神经细胞轴突白细胞迁移、精子游动、神经细胞轴突 和树突伸展等都与细胞骨架有关。和树突伸展等都与细胞骨架有关。 第第73页页/共共170页页 74 分类： 三种：微管、微丝、中间纤维 第第74页页/共共170页页 75 微管：微管：中空长管状，中空长管状，22-25 nm。 纺锤体、鞭毛和纤毛都由微管构成。纺锤体、鞭毛和纤毛都由微管构成。 微管蛋白：微管蛋白： 、 亚基，分子量亚基，分子量55 000左右。左右。 双体分子螺旋排列，盘绕成微管管壁。双体分子螺旋排列，盘绕成微管管壁。 第第75页页/共共170页页 76 * * 成束或分散存在于细胞质，支持作用。成束或分

25、散存在于细胞质，支持作用。 * * 解体成亚基，也可重新组装成完整的解体成亚基，也可重新组装成完整的 微管。微管。 微管蛋白没有特异性。微管蛋白没有特异性。 秋水仙素、长春藤碱、紫杉醇：秋水仙素、长春藤碱、紫杉醇：多倍体、抗癌。多倍体、抗癌。 第第76页页/共共170页页 77 第第77页页/共共170页页 78 第第78页页/共共170页页 79 微丝（肌动蛋白丝） 实心纤维，宽约 47nm。 组成单体是肌动蛋白，没有特异性。 单体相连成串，两串扭缠成束，即微丝， 动植物细胞中都有。 横纹肌、纤维细胞、肠微绒毛均有丰富的微丝 运动功能。 第第79页页/共共170页页 80 微丝易于解聚成单体

26、，又容易重新聚合， 细胞松弛素B：切断微丝纤维，结合在微丝末端 抑制肌动蛋白聚合到微丝纤维上微丝解聚。 鬼笔环肽：与微丝特异结合，防止解聚。 | 两者相反的作用都能特异性的抑制微丝功能， 引起细胞变形，使细胞骨架发生变化。 第第80页页/共共170页页 81 微丝微丝 微管微管 第第81页页/共共170页页 82 中间纤维(IF)：810nm，介于微管和微丝之间 最稳定的细胞骨架成分，支持、运动的功能。 形态相似，组成蛋白质有明显差异： 角蛋白(keratin)：上皮细胞中的IF； 波形蛋白(vimentin)：成纤维细胞中的IF； 层粘连蛋白(laminin)：上皮组织基础膜的主要成分； 细

27、胞核膜下的核纤层也是中间纤维构成。 第第82页页/共共170页页 83 几种中间纤维的模式图几种中间纤维的模式图 第第83页页/共共170页页 84 9、鞭毛、纤毛和中心粒 鞭毛和纤毛：细胞表面附属物， 运动功能 基本结构相同，长度、数量不同。 结构成分：微管 横切面呈9（2）+2排列。 基粒：由微管构成，9（3）+0排列。 基粒与鞭毛和纤毛的基部相连。 中心粒：微管构成，与基粒是同源器官，结构 相似。中心粒位于中心体（微管组织中心）中。 第第84页页/共共170页页 85 第第85页页/共共170页页 86 中心粒中心粒 9束束3体微管体微管 第第86页页/共共170页页 87 10、细胞溶

28、胶 -细胞膜之内处于各个细胞器及核之外的区 域 细胞骨架位于其中. 占细胞体积的 55% 左右，包含丰富的蛋白质， 是细胞中多种代谢活动的场所。 在细胞内的物质运输、能量转换、信息传递中 起重要作用。 第第87页页/共共170页页 88 3.3 生物膜生物膜-流动镶嵌模型流动镶嵌模型 真核细胞由膜分割成一个个小真核细胞由膜分割成一个个小“区室区室”，使，使 细胞具有界限分明、功能各异的工作单位；也细胞具有界限分明、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。等生命活动效率。 细胞核细胞核 线粒体线粒体、叶绿体叶绿体

29、内质网、高尔基体、溶酶体内质网、高尔基体、溶酶体 第第88页页/共共170页页 89 生物膜：生物膜：细胞器膜、核膜、质膜在分子结构细胞器膜、核膜、质膜在分子结构 上类似，统称生物膜。上类似，统称生物膜。 主要由脂质、蛋白质组合装配成，主要由脂质、蛋白质组合装配成，7-8 nm厚。厚。 磷脂双分子层是骨架，又称磷脂双分子层是骨架，又称脂双层脂双层。 蛋白质蛋白质以不同方式镶嵌，膜功能的主要体现者。以不同方式镶嵌，膜功能的主要体现者。 质膜表面有少量质膜表面有少量糖类糖类分子分子糖脂和糖蛋白糖脂和糖蛋白 。 第第89页页/共共170页页 90 磷磷 脂脂 双双 分分 子子 糖糖 蛋白质蛋白质 第

30、第90页页/共共170页页 91 生物膜特性生物膜特性: : 流动性流动性 选择透过性选择透过性 第第91页页/共共170页页 92 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 第第92页页/共共170页页 93 3.2.1 脂双层 总重量中脂类约占4050%。 脂类：磷脂（主要）、糖脂、胆固醇 第第93页页/共共170页页 94 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。 HeadsTails 第第94页页/共共170页页 95 1.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

31、中脂分子进行各种形式的快速运动：脂双层中脂分子进行各种形式的快速运动： 第第95页页/共共170页页 96 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。 第第96页页/共共170页页 97 3.2.2 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%。 第第97页页/共共170页页 98 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

32、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。 第第98页页/共共170页页 99 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 第第99页页/共共170页页 100 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。 第第100页页/共共170页页 101 膜流动性膜流动性的影响因素的影响因素 与膜本身组分、遗传因子、环境因子有关，包括：与膜本身组分、遗传因子、环境因子有关，包括： 胆固醇胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动：

33、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的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不：脂肪酸链所含双键越多越不 饱和，使膜流动性增加。饱和，使膜流动性增加。 脂肪酸链的链长脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流：长链脂肪酸相变温度高，膜流 动性降低。动性降低。 卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂鞘磷脂：比例高则膜流动性增加，因为：比例高则膜流动性增加，因为 鞘鞘 磷脂粘度高于卵磷脂。磷脂粘度高于卵磷脂。 其他因素其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸 碱度、离子强度等。碱度、离子强度等。 第第101页页/共共170页页 102 3.2.3 糖和糖萼 膜糖：细胞

34、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。 第第102页页/共共170页页 103 糖萼糖萼 糖萼：糖萼：寡糖链和蛋白质共同构成细胞表面的糖萼，寡糖链和蛋白质共同构成细胞表面的糖萼， 或称糖被。或称糖被。 第第103页页/共共170页页 104 细胞识别对细胞非常重要，细胞识别对细胞非常重要， 关键是识别细胞表面的糖分子。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。多变是细胞与细

35、胞区分的标志。 第第104页页/共共170页页 105 细胞膜防止物质自由进出，保证内环境相 对稳定，生化反应能有序运行。 但细胞必须通过细胞膜与周围环境发生信息、 物质、能量交换，完成特定的生理功能。 生物膜是一种由多分子形成的有序组织，是 一种超分子结构，具有选择透性。 3.4 物质的跨膜转运物质的跨膜转运 第第105页页/共共170页页 106 膜的选择透性膜的选择透性源于源于 脂双层本身的限制脂双层本身的限制 和转运蛋白的专一性。和转运蛋白的专一性。 烃类、烃类、CO2、O2等能溶于脂双层，易于透等能溶于脂双层，易于透 过细胞膜。过细胞膜。 葡萄糖、氨基酸等亲水性物质通过转移转葡萄糖、

36、氨基酸等亲水性物质通过转移转 运蛋白出入细胞运蛋白出入细胞 第第106页页/共共170页页 107 物质出入细胞穿过细胞膜的方式主要有： 被动转运（单纯扩散和易化扩散） 主动转运、 胞吞作用、 胞吐作用 第第107页页/共共170页页 108 主 动 转 运 易 化 扩 散 单 纯 扩 散 小分子跨膜运输的方式 第第108页页/共共170页页 109 被动转运是穿过膜的扩散：被动转运是穿过膜的扩散： 扩散：扩散：分子因其所带动能自由运动从高浓度区分子因其所带动能自由运动从高浓度区 域向低浓度区域的网状传播。域向低浓度区域的网状传播。 扩散的方向决定于扩散物质的浓度梯度，扩散的方向决定于扩散物质

37、的浓度梯度， 总是从高浓度向低浓度区域移动。总是从高浓度向低浓度区域移动。 被动转运：被动转运：顺浓度梯度穿过膜扩散的作用。顺浓度梯度穿过膜扩散的作用。 第第109页页/共共170页页 110 物质穿过膜的扩散仅与该物质的浓物质穿过膜的扩散仅与该物质的浓 度有关，与其他溶质的浓度无关。度有关，与其他溶质的浓度无关。 不是任何顺浓度梯度存在的物质都不是任何顺浓度梯度存在的物质都 能穿膜。能穿膜。 第第110页页/共共170页页 111 渗透是水的被动转运渗透是水的被动转运 水分子穿过选择透性膜而发生的被动水分子穿过选择透性膜而发生的被动 转运称为转运称为渗透渗透。 无壁细胞既不能耐受过量的水分吸

38、收无壁细胞既不能耐受过量的水分吸收 也不能耐受过量的水分损失。也不能耐受过量的水分损失。 生活在高渗或低渗环境中的动物都有特殊生活在高渗或低渗环境中的动物都有特殊 的渗透调节机制以控制体内水分平衡。的渗透调节机制以控制体内水分平衡。 第第111页页/共共170页页 112 有壁细胞如植物、藻类、细菌和真菌有壁细胞如植物、藻类、细菌和真菌 细胞在低渗溶液中膨胀，在等渗溶液中细胞在低渗溶液中膨胀，在等渗溶液中 萎软，高渗溶液中质壁分离。萎软，高渗溶液中质壁分离。 对植物细胞而言，细胞的水势有渗透势和压对植物细胞而言，细胞的水势有渗透势和压 力势组成。渗透势决定于细胞液的总浓度，力势组成。渗透势决定

39、于细胞液的总浓度， 压力势来源于细胞壁的压力。压力势来源于细胞壁的压力。 第第112页页/共共170页页 113 细胞外细胞外 细胞内细胞内 小分子物质 细胞膜细胞膜 单纯扩散单纯扩散动画模拟动画模拟 第第113页页/共共170页页 114 特点： 从高浓度到低浓度； 不需要载体蛋白的协助； 不消耗能量。 如：氧气、二氧化碳、 甘油、乙醇等。 第第114页页/共共170页页 115 特点： 从高浓度到低浓度； 需要转运蛋白的协助； 不需要能量。 专一的膜转运蛋白使扩散易化专一的膜转运蛋白使扩散易化易化扩散易化扩散 第第115页页/共共170页页 116 膜转运蛋白可分为两类：膜转运蛋白可分为两

40、类： 第第116页页/共共170页页 117 通道蛋白是跨膜的亲水性通道，使专一的 亲水性分子或离子顺浓度梯度通过细胞膜。 水通道蛋白使水迅速从膜的一侧到另一侧； 有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定 刺激下才打开，又称为门控通道（gated channel）。 刺激可以是电刺激或化学物质。 第第117页页/共共170页页 118 载体蛋白发生构象变化而将溶质运送 过膜。 构象变化由被转运分子的结合和释放 引起。 第第118页页/共共170页页 119 易化扩散易化扩散动画模拟动画模拟 细胞外细胞外 细胞内细胞内细胞膜细胞膜 载体蛋白 第第119页页/共共170页页 120 单纯扩散 （fr

41、ee diffusion） 易化扩散 （facilitated diffusion） 被动运输被动运输 物质物质顺浓度梯度顺浓度梯度扩散进出细胞，扩散进出细胞， 统称为统称为被动运输被动运输。 第第120页页/共共170页页 121 主动转运具有重要的意义： 主动转运是活细胞的特性，保证了活细 胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收 所需的营养物质，主动排出代谢废物和对细 胞有害的物质。 为维持生命活动的正常进行，生物体主要为维持生命活动的正常进行，生物体主要 靠靠主动转运（主动运输）主动转运（主动运输）来获取营养物质。来获取营养物质。 什么是主动 转运？有什 么特点呢？ 第第121页页/共共

42、170页页 122 第第122页页/共共170页页 123 特点： u 从低浓度到高浓度； u 需要载体蛋白的协助； u 需要能量（ATP)。 如：Na+ 、K+、Ca2+等离子通过细胞膜。 第第123页页/共共170页页 124 功能：泵入K+ 泵出Na+，形成并保持膜内高钾 膜 外高钠的分布。维持渗透压平衡维持正常细胞体 积， 建立势能贮备，提供驱动力。为蛋白质合 成及许多代谢反应提供必要的离子浓度。 特性： 第第124页页/共共170页页 125 钠钾泵（钠钾泵（Na+-K+ -ATP酶）的结构酶）的结构 第第125页页/共共170页页 126 生电泵：生电泵：使膜两侧产生电压的转运蛋白

43、。使膜两侧产生电压的转运蛋白。 如如 Na+-K+泵每泵动一次就有一个正电荷从泵每泵动一次就有一个正电荷从 细胞质转移至胞外，是动物细胞中的主要生细胞质转移至胞外，是动物细胞中的主要生 电泵。电泵。 植物和真菌的生电泵是质子泵，将质子植物和真菌的生电泵是质子泵，将质子 （氢离子）主动运出细胞。（氢离子）主动运出细胞。 第第126页页/共共170页页 127 协同转运：协同转运：专一转运一种溶质的泵又专一转运一种溶质的泵又 间接地推动其他电解质的主动转运。间接地推动其他电解质的主动转运。 - 动物细胞中常常利用膜两侧动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度浓度 梯度来驱动。梯度来驱动。 - 植物细胞和

44、细菌常利用植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来浓度梯度来 驱动。驱动。 第第127页页/共共170页页 128 介导葡萄糖易化 扩散 的载体蛋白 小肠上 皮细胞 吸收葡 萄糖 Na+驱动 葡萄糖共运 输 肠腔 微绒毛 紧密连接 肠上皮细胞 细胞外液 肠上皮细胞转运蛋 白的不对称分布造成 葡萄糖从肠腔到血液 的跨膜转运 第第128页页/共共170页页 129 植物细胞利用质子泵产生的植物细胞利用质子泵产生的 H+浓度梯度推动葡萄糖、氨基酸 浓度梯度推动葡萄糖、氨基酸 等养分被吸入细胞。等养分被吸入细胞。 第第129页页/共共170页页 130 第第130页页/共共170页页 131 3.3.4 胞

45、吞作用与胞吐作用 大分子、颗粒性物质的跨膜运输。 转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊 泡，又称膜泡运输。 细胞的内吞和外排活动总称吞排作用。 胞吞作用： 吞噬作用：吞噬固体颗粒。 胞饮作用：吞入液体。 受体介导的胞吞：专一性的胞吞作用 第第131页页/共共170页页 132 吞噬作用吞噬作用 第第132页页/共共170页页 133 胞饮作用胞饮作用 第第133页页/共共170页页 134 一些大分子物质如低密度脂蛋白（LDL） 进入细胞必须先与膜上的特异性受体（一 种镶嵌蛋白质）识别并结合，然后通过膜 的内陷形成囊泡而入胞。 受体介导的胞吞 第第134页页/共共170页页 135 L

46、DL 颗粒（颗粒（：22nm ） 核心：核心：1500个酯化胆固醇分子个酯化胆固醇分子 800磷脂分子磷脂分子 ， 500游离胆固醇，游离胆固醇，apoB100 转转 运运 肝肝 合合 成成 的的 内内 源源 性性 胆胆 固固 醇醇 第第135页页/共共170页页 136 第第136页页/共共170页页 137 第第137页页/共共170页页 138 家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症 高胆固醇血症患者血浆中胆固醇水平较正高胆固醇血症患者血浆中胆固醇水平较正 常人高出常人高出6-86-8倍。倍。 LDLLDL受体蛋白缺陷，受体蛋白缺陷，LDLLDL颗粒不能进入细颗粒不能进入细 胞，胆固醇在血

47、液中积累，引起早期动脉粥胞，胆固醇在血液中积累，引起早期动脉粥 样硬化。样硬化。 常染色体显性遗传。杂合子则常染色体显性遗传。杂合子则 父母至少父母至少 一个是该病患者。纯合子则一个是该病患者。纯合子则 双亲必定都是患双亲必定都是患 者。者。 第第138页页/共共170页页 139 胞吐作用 胞吐作用：从细胞表面排出渣滓和细胞 分泌物的过程。 细胞膜循环使用 第第139页页/共共170页页 140 胞吐作用胞吐作用 第第140页页/共共170页页 141 3.5 动物细胞的胞外基质和细胞连接动物细胞的胞外基质和细胞连接 细胞外基质细胞外基质是机体发育过程中由细胞是机体发育过程中由细胞 分泌到细

48、胞外间隙的各种生物大分子组装构成分泌到细胞外间隙的各种生物大分子组装构成 的结构精细的网络。分布于细胞和组织之间、的结构精细的网络。分布于细胞和组织之间、 细胞周围或形成上皮细胞的基膜，将细胞与细细胞周围或形成上皮细胞的基膜，将细胞与细 胞或细胞与基膜相互联系，构成组织与器官，胞或细胞与基膜相互联系，构成组织与器官， 连成有机整体。连成有机整体。 第第141页页/共共170页页 142 胶原蛋白胶原蛋白在细胞外形成粗壮的丝，埋藏在在细胞外形成粗壮的丝，埋藏在蛋白蛋白 聚糖聚糖形成的网中；形成的网中；纤连蛋白纤连蛋白与整合在膜内的与整合在膜内的整整 联蛋白联蛋白相连，使细胞与胞外基质相连。相连，

49、使细胞与胞外基质相连。 整联蛋白 第第142页页/共共170页页 143 细胞外基质细胞外基质不同于以共价键形式不同于以共价键形式 结合于膜脂、膜蛋白上的多糖链细结合于膜脂、膜蛋白上的多糖链细 胞被。其主要是通过与细胞膜中的胞被。其主要是通过与细胞膜中的 整联蛋白结合而构成细胞间相互联整联蛋白结合而构成细胞间相互联 系的结构网络。系的结构网络。 第第143页页/共共170页页 144 细胞连接（cell junction）：细胞与 细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构。 动物细胞连接主要有3种： 桥粒 紧密连接 间隙连接 第第144页页/共共170页页 145 桥粒： 桥粒：上皮细胞间纽扣状斑块

50、结构。 承受强拉力的组织中， 如：皮肤、口腔、食管 桥粒与胞质溶胶中的中间纤维相连，使相 邻细胞的细胞骨架间接地连成穿胞细胞骨架网 络。 具有支持和抵抗外界压力与张力的作用 。第第145页页/共共170页页 146 钙粘素钙粘素 细胞质斑细胞质斑 第第146页页/共共170页页 147 第第147页页/共共170页页 148 紧密连接：（又称封闭小带） 存在于脊椎动物上皮细胞间，长约50-400 nm， 相邻细胞间质膜紧密结合，没有缝隙。 电镜下可见连接区域具有蛋白质形成的焊接 线网络，封闭细胞与细胞之间的空隙。 作用：封闭相邻细胞间接缝，防止溶液中分 子沿细胞间隙渗入体内，保证机体内环境的相

51、 对稳定。 第第148页页/共共170页页 149 第第149页页/共共170页页 150 紧密连接紧密连接 第第150页页/共共170页页 151 间隙连接： 最多的一种细胞连接。 相邻细胞间有23nm的缝隙，连接区域比紧密连接 大得多，最大直径可达0.3m。 间隙与两层质膜中有大量蛋白质颗粒，构成间隙连 接的基本单位，称连接子。 连接子：由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而 成，直径8 nm，中心形成一个直径约1.5 nm的孔道。 第第151页页/共共170页页 152 间隙连接的功能：间隙连接的功能： 参与细胞分化；参与细胞分化； 协调代谢；协调代谢； 构成电紧张突触构成电紧张突触.

52、间隙连接间隙连接 第第152页页/共共170页页 153 3.6 细胞通讯细胞通讯 生命与非生命物质最显著的区别在于生命生命与非生命物质最显著的区别在于生命 是一个完整的自然的信息处理系统。是一个完整的自然的信息处理系统。 一方面一方面 生物信息系统的存在使有机体适应生物信息系统的存在使有机体适应 其内外环境的变化，维持个体的生存；其内外环境的变化，维持个体的生存； 另一方面另一方面 信息物质在不同世代间传递维持信息物质在不同世代间传递维持 了种族的延续。了种族的延续。 第第153页页/共共170页页 154 生命现象是信息在同一或不同生命现象是信息在同一或不同 时空传递的现象，生命的进化实质

53、时空传递的现象，生命的进化实质 上就是信息系统的进化。上就是信息系统的进化。 第第154页页/共共170页页 155 单细胞生物通过反馈调节，适应环境单细胞生物通过反馈调节，适应环境 的变化。的变化。 多细胞生物是由各种细胞组成的细胞多细胞生物是由各种细胞组成的细胞 社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞 间的通讯与信号转导，以协调不同细胞间的通讯与信号转导，以协调不同细胞 的行为，维持其整体性。的行为，维持其整体性。 第第155页页/共共170页页 156 细胞接受的信号既可以是物理信号细胞接受的信号既可以是物理信号 （光、热、电流），也可以是化学信号，（光、热

54、、电流），也可以是化学信号， 但在有机体间和细胞间的通讯中最广泛但在有机体间和细胞间的通讯中最广泛 的信号是化学信号，如短肽、蛋白质、的信号是化学信号，如短肽、蛋白质、 气体分子（气体分子（NO、CO）以及氨基酸、核）以及氨基酸、核 苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等。苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等。 第第156页页/共共170页页 157 细胞信号分子的共同特点：细胞信号分子的共同特点： 特异性，只能与特定的受体结合；特异性，只能与特定的受体结合； 高效性，几个分子即可发生明显的生物学高效性，几个分子即可发生明显的生物学 效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大

55、系统；系统； 可被灭活，完成信息传递后可被降解或修可被灭活，完成信息传递后可被降解或修 饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细 胞免于疲劳。胞免于疲劳。 第第157页页/共共170页页 158 3.4.1 信号接受信号接受 信号分子都是一个配体信号分子都是一个配体 配体：配体：能与某种大分子（受体）专一能与某种大分子（受体）专一 性结合的较小分子。与性结合的较小分子。与受体受体结合后使受结合后使受 体分子发生形状上的改变。体分子发生形状上的改变。 第第158页页/共共170页页 159 受体（受体（receptor）：）：能识别和选择性结合能识别和选择性结

56、合 某种配体（信号分子）的大分子物质，多为某种配体（信号分子）的大分子物质，多为 糖蛋白。一般至少包括两个功能区域，糖蛋白。一般至少包括两个功能区域，与配与配 体结合的区域体结合的区域和和产生效应的区域产生效应的区域，当受体与，当受体与 配体结合后，构象改变而产生活性，启动一配体结合后，构象改变而产生活性，启动一 系列过程，最终表现为特定生物学效应。系列过程，最终表现为特定生物学效应。 第第159页页/共共170页页 160 受体的种类：受体的种类： 细胞内受体（细胞内受体（intracellular receptor） 介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内 的甾体类激素受体。的甾体类激素受体。 细胞表面受体（细胞表面受体（cell surface receptor） 介导亲水性信号分子的信息传递，可分为：介导亲水性信号分子的信息传递，可分为： 离子通道型受体、离子通道型受体、 G蛋白耦联型受体、蛋白耦联型受体、 酶耦联型受体。酶耦联型受体。 第第160页页/共共170页页 161 细胞表面受体和细胞内受体细胞表面受体和细胞内受体 第第161页页/共共170页页 162 受体与配体作用的三个主要特征：受体与配体作用的三个主要特征： 特异性；