第1章动物的细胞和组织

1、第1章动物的细胞和组织课程介绍总学时数：108学时理论课：63学时实验课：45学时教材：动物生物学徐崇仁 主编，实验指导书：动物生物学实验指导 （主编 黄诗笺 ）本课程考核办法： 理论课：期末成绩70%+平时成绩30%（课程平时考核办法：理论课的出勤、课堂表现、提问、平时作业、小论文（或制作课件）、课堂讨论等） 实验课：根据学生出勤20%、实验操作50%、实验报告30%，若有2次未出勤即取消实验课程成绩。绪论一、动物生物学的定义动物生物学是以生物学观点和技术来研究动物生命活动规律的科学。它是生命科学的一个分支学科和基础学科。 任务( 研究内容)动物生命活动的各个领域，包括动物细胞、组织、器官、

2、系统、动物机体结构功能的适应以及调控；动物界的类群、生态、地理、进化、动物资源与保护等。 性质 是生命科学、农学、医学、生态学以及生物技术等学科领域的基础，有助于人们认识自然、揭示动物生命的奥秘。第一章 动物的细胞和组织 1.1动物体结构与功能的基本单位细胞 1.2动物细胞的周期与细胞分化 1.3多细胞动物的组织、器官和系统 1.1 细 胞1.1.1 细胞的发现及细胞学说的建立 Robert Hooke 1665年发现了细胞。 德国动物学家Schwann、植物学家Schleiden18381839年提出细胞学说一切动物、植物都由细胞组成。细胞是一切动植物的基本单位。 1866年，细胞学说、达尔

3、文进化论、孟德尔遗传学被称为现代生物学的三大基石。 1.1.2 细胞的基本概念原生质的概念 细胞的分类 细胞的大小和形状 细胞的化学组成 细胞的结构原生质的概念细胞是一切有机体形态结构和生命活动的基本单位。是由膜包围的、能进行独立繁殖的最小原生质团。原生质是细胞的内含物。包括细胞膜、细胞核和细胞质 细胞核：位于细胞中央通常圆球状、胶体结构 细胞质：包括细胞质基质和各种细胞器。如内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、叶绿体、微丝、微管等。细胞的分类 根据细胞结构的不同，可分为原核细胞：由原核细胞构成的生物称原核细胞生物。如细菌、蓝藻等，其体积比较小，直径一般1-10 um。真核细胞：由真核细

4、胞构成的生物称真核细胞生物，包括从单细胞到多细胞的动物、植物和人。细胞的大小和形状细胞的大小：一 般在10-100um，最大的直径10cm，最小的支原体，直径0.1um。需借助显微镜。细胞的形状：多样。 游离的细胞：圆形、椭圆形。 紧密连接的：柱状、扁平多边形等 具有收缩机能：纺锤状、纤维状。 具有传导机能的：星形等。 细胞的化学组成元素组成：C、H、O、N、P、S、Ca占细胞总重99.35%。微量元素：Fe、Mn、Cu、I、Zn等，是生命活动的重要成分。分子组成：由水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸组成。不同细胞分子组成大体相同，但相对含量不同。细胞的基本结构原核细胞的结构：由细胞壁、细胞

5、膜、细胞质、核区组成。 细胞壁：由蛋白质、磷脂、脂多糖等组成。 细胞膜：两个致密层和中间的透明区组成。 细胞质：合成代谢的主要部位。无：高尔基体、线粒体、内质网等细胞器。 核区：核区域没有被膜包围，只有一条DNA。如细菌、蓝藻、支原体、放线菌等。 真核细胞的结构：主要由细胞膜、细胞核、细胞质组成。 细胞膜：包围在细胞表面极薄的膜。 细胞核：有核膜、核仁、核液。 细胞质：核糖体、内质网、叶绿体、高尔基体等细胞器。 例如：从原生动物到人类，从低等植物到高等植物，绝大多数动植物都是由真核细胞构成的。动物细胞的基本结构（1）细胞质膜 （2）细胞质基质 （3）内质网 （4）核糖体（5）高尔基体 （6）溶

6、酶体 （7）过氧化物酶体 （8）线粒体 （9）细胞核 （1）细胞膜（细胞质膜）围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。 功能：维持细胞内环境稳定、细胞与外界进行物质能量交换、信息传递。1972年S.J.Singer等提出生物膜的流动镶嵌模型：膜的流动性：膜蛋白和膜脂可侧向运动 膜蛋白分布的不对称性：有的嵌在表面、有的嵌入、横跨磷脂双分子层。 （2）细胞质基质 细胞质： 细胞膜以内，细胞核以外的部分。 细胞质基质：除去细胞器所剩的胶状。 功能： 细胞与环境、细胞质与细胞核、细胞器之间的物质运输、能量交换、信息传递。 中间代谢反映场所糖酵解、糖原合成等。 近年来，更多证据表明它是一个高度有序的

7、体系。担负着一系列更多重要的功能。使得细胞内各种生物大分子、代谢产物能够有序定向运转。 （3）内质网（ER）特点：它是由封闭的膜系统和腔形成的网状结构。在不同类型的细胞中其形态结构、数量、类型都不同。在同一细胞的不同发育期，它的结构与功能也有很大不同。 种类：根据结构与功能的不同，分为2大类 粗面内质网（rER）：排列整齐，扁囊状。表面分布有大量核糖体。功能：合成蛋白质。 光面内质网（sER）：呈分支管道状立体结构。表面平滑，无核糖体。功能：脂类合成场所。 功能：内质网是细胞内膜系统的一部分，两种内质网也是一个连续系统，可将在内质网上合成的蛋白质和脂类转移到高尔基体并进行加工、包装、修饰运到细

8、胞特定部位。（4）核糖体：核糖体：是一种颗粒状结构，存在于一切细胞。主要由蛋白质(40%)和rRNA(60%)组成。几乎存在于所有细胞。在真核细胞中附着在内质网表面附着核糖体，有的游离存在于细胞质游离核糖体。 主要功能：合成蛋白质。（5）高尔基体 1）普遍存在于真核细胞。是由大小不一、单层膜围绕形成的扁囊和小泡组成的、形态多变的体系。 电子显微镜下：是常常由4-8个排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，构成它的主体，扁囊多为弓形，也有半球或球形，膜表面光滑，周围有大小不等的囊泡，扁囊的中间较窄，周缘泡状。 2）主要功能：将内质网合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后运送到细胞的特定部位。细胞内合成

9、糖类的工厂在内质网上合成的脂类也要由它运送到质膜等部位。 （6）溶酶体 1）存在于所有动物细胞，是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的近似球形结构。但不同细胞内其数量、形态都不同。 2）主要功能：进行细胞内的消化作用，在维持细胞正常代谢活动、防御等方面起重要作用。 例如: 能水解多糖、脂肪、核酸、蛋白质等，所以如果溶酶体膜破裂，整个细胞将被释放的酶消化掉，即细胞发生自溶。如衰老和死亡的细胞就是通过溶酶体清除掉。 （7）过氧化物酶体（微体）1）是由单层膜包围的，内含氧化酶类的细胞器。存在于所有动物细胞和很多植物细胞。 2）它也可以降解生物大分子，与溶酶体相似，但在成分、功能、发生方式等方面有很大

10、不同。（8）线粒体 1）普遍存在于真核生物所有细胞，它的形态及大小可根据细胞的种类、生理状况的不同发生变化。例如:利氏曼原虫:只有一个。 巨大变形虫:50万个。 在代谢旺盛的细胞中数量多。如鸟类胸肌细胞、运动员的肌细胞等。 2) 主要功能:细胞内氧化磷酸化、三羧酸循环等反应的场所，细胞内的动力工厂。提供细胞各种生命活动所需的能量。(9)细胞核 1) 真核细胞中最大的细胞器。由核膜、核仁、染色质、核基质组成。其形状与细胞的形状有关。 2) 主要功能：遗传物质的储存场所，进行基因的复制、转录、产物的加工，从而控制细胞的遗传变译与代谢活动。1、细胞膜 2、细胞质 3、高尔基体 4、 染色质5、核膜

11、6、核仁 7、内质网 8、线粒体 9、中心体 10、核糖体。动物细胞与植物细胞的比较动物细胞和植物细胞既相似又稍有区别 动物细胞和植物细胞都具有基本相同的结构和功能体系。如：相同：都具有细胞膜、核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体、内质网、核糖体。其结构与功能基本一样。 不同：植物细胞有一些特有的结构与细胞器，如：细胞壁、液泡、叶绿体等。植物细胞特有的结构 1. 细胞壁：是在细胞分裂过程中形成。主要成分是纤维素、果胶质、半纤维素等。细胞壁的某些部位可以相互沟通形成胞间连丝。 2. 液泡：是由脂蛋白膜包围的封闭系统是植物细胞在生长发育过程中由小液泡融合形成，内部是水溶液，含有盐、糖、色素等代谢产

12、物。液泡可使细胞保持膨胀、是细胞代谢中心、调节细胞内环境。 3. 叶绿体：是植物细胞进行光合作用的细胞器。叶绿体利用叶绿素将光能转变为化学能，把CO2和水合成糖类。 形态有无膜结构功能内质网网状结构有的和细胞膜相连接,有的和细胞核膜相连接具有单层膜结构1.和蛋白质、脂类、糖类的合成有关2.是蛋白质流动的通道3.扩大了细胞内的膜面积核糖体椭球形粒状小体,有的游离在细胞质基质中,有的附着在内质网上无膜结构蛋白质合成的场所高尔基体由单层膜组成的扁平囊叠加而形成具有单层膜结构1.对蛋白质进行进一步的加工2.与动物细胞分泌物形成有关3.与植物细胞细胞壁的形成有关中心体由两个互相垂直的中心粒组成无膜结构与

13、动物细胞有丝分裂有关液泡成熟的植物细胞内有一完整的大的液泡，内存细胞液具有单层膜结构1.调节细胞的内部环境2.保持正常的渗透压3.保持细胞的膨胀状态细胞器结构与功能1.2 动物的细胞周期与细胞分化 每一种生物在生长发育过程中，体积增大细胞数目增多细胞分裂。它的这种分裂是有规律的，周期性的。 细胞周期（cell cycle）：是指细胞从一次分裂开始到第二次分裂开始所经历的全过程。（细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂结束所经历的整个过程）。包括一个有丝分裂期(M phase)和一个分裂间期（interphase）。1. Interphase 2. Early prophase 3. Middl

14、e prophase 4. Late prophase 5. Prometaphase 6. Metaphase 7. Early anaphase 8. Anaphase 9. Early telophase 10. Late telophase Diagrams of mitotic stages （1）分裂期（M） 在M期，加倍的染色体和其它细胞组分被平均分配到两个完全一样的子细胞，细胞分裂为 2 个子细胞。包括有丝分裂的全过程（前期、前中期、中期、后期、末期）。 细胞分裂是一个连续的过程，没有明显界限，为了描述方便 前期(prophase) 1）自分裂期开始到核仁消失、核膜解体为止的时

15、期。特点：间期细胞进入有丝分裂前期时，细胞核的体积增大，开始出现一定数目的长丝状染色体。每条染色体由两条染色单体（着丝点）组成。随着前期的进行，染色体缩短变粗。同时中心体分裂为二，并向两极移动，周围出现星芒状结构称星体（微管）。两个星体之间出现的微管延伸，形成纺锤体。前中期(metaphase) ：自核膜开始破碎变成小泡，分散于纺锤体周围。纺锤体移至细胞中央。 中期(anaphase) 1）染色体继续浓缩变短，由于极微管（中心体）和动粒微管（着丝点）之间的相互作用，染色体向赤道面运动。最后各种力达到平衡，染色体就排列到赤道面上。 2）中期染色体浓缩变粗，可以显示出各种物种所特有的数目和形态。

16、后期：中期时着丝粒已分为两个，即每条染色体已成为两条姊妹染色单体，分别移向两极。分开的染色体称为子染色体。子染色体到达两极时后期结束。末期(telophase) 从子染色体到达两极开始至形成两个子细胞为止称为末期。主要过程是子核的形成和细胞体的分裂。 两组子染色体已到达两极，并停止移动。染色体周围出现核膜，核内出现核仁。染色体伸展延长，形成染色质，同时细胞质开始分裂，动物和某些低等植物细胞的胞质分裂是以缢束或起沟的方式完成的。 细胞质分裂 细胞质开始分裂，赤道板上形成环带并开始缢束，环沟加深，将细胞分裂为两个子细胞。有丝分裂口诀间期：DNA复制和蛋白质的合成（因为要形成染色体，为一个细胞分裂成

17、两个做准备，所以要复制DNA。）前期：膜仁消失显两体（核膜、核仁消失，出现染色体和纺锤体）中期：形定数晰赤道齐（染色体数目清晰，整齐地排列在赤道板上，此时期可以数细胞的染色体）后期：点裂数加均两极（着丝点分裂，染色体数目2，由纺锤丝牵引至细胞的两极）末期：两消两现重开始（染色体和纺锤体消失，核膜核仁重新出现，进入间期）分裂间期1）定义：一次分裂结束到下一次分裂开始之间的时期。 即2次细胞分裂之间的时期。 2）此期的细胞内主要进行DNA、RNA、蛋白质合成复制。根据DNA的合成，分裂间期分为 ：DNA合成前期（G1期）：合成DNA复制所需酶和底物，RNA等。所需时间较长。 DNA合成期（S期）：

18、完成DNA复制，部分蛋白质的合成。 DNA合成后期（G2期）：DNA合成终止，继续合成RNA、蛋白质，为有丝分裂作准备。 间期所需的时间比分裂期长。如:人的细胞在组织培养中，完成一个细胞周期需要18-22小时，分裂期只占1小时。细胞在细胞周期中连续的经过G1SG2M而完成增殖。 细胞有丝分裂过程中与哪些细胞结构直接有关？ 间期 前期 末期动物细胞 细胞核（DNA复制） 核糖体（蛋白质合成)植物细胞 中心体(纺锤体形成） 核膜、核仁 细胞膜(子细胞形成） 细胞核（DNA复制） 核糖体（蛋白质合成） 细胞质（纺锤体形成） 核膜、核仁 高尔基体 （子细胞形成）细胞分化概念：胚胎细胞分裂后的未定型细胞

19、或简单可塑性细胞，在形态和化学组成上向专一性或特异性方向转化，演变为特定细胞类型的过程。 特点：1）分化是稳定的，一般是不可逆的；2）方向的确定性往往早于形态差异，在形态特征发生明显差异之前，细胞分化方向即已确定，并可持续若干细胞代；3）细胞生理状态随分化水平提高而变化。区别细胞分裂细胞分化细胞变化数量增多细胞形态、结构、生理功能发生不可逆变化发生时间从受精卵开始，终身或一定时期胚胎早期，持久性变化，胚胎期达到最大限度在个体发育中的意义保持亲子代遗传性状稳定性没有分化，不能正常发育联系细胞分裂是细胞分化的基础，通过细胞的分裂和分化，生物体才能完成生长、发育和繁殖的过程。1.3 多细胞动物的组织

20、、器官与系统组织-一些形态相同或相似，机能相同的细胞以及一些非细胞结构物质（细胞间质）以一定形式相互连接，形成具有一定结构和功能的细胞群，称为组织。 根据结构和机能的不同，高等动物体内的组织分为4大类： 上皮组织 结缔组织 肌肉组织 神经组织一、细胞连接(cell junctions)概念：在细胞紧密靠拢的组织中，如上皮组织，在相邻细胞之间细胞膜分化而成特定的连接。 动物细胞和植物细胞之间有不同的连接方式。 植物细胞胞间连丝 动物细胞的连接是细胞膜在相邻细胞之间分化而成的，主要有三种方式： 1.桥粒(desmosomes) 2.紧密连接(tight junctions) 3.间隙连接(gap

21、junctions)植物细胞连接胞间连丝(plasmodesma)：植物细胞有坚固的细胞壁，细胞壁上有孔，彼此之间通过一种管道沟通，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，称为胞间连丝。动物细胞的连接 1）桥粒(desmosomes) 存在于承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、子宫颈等处上皮细胞之间牢固地连接方式。相邻细胞间有钮扣状斑块结构，即桥粒。 桥粒与细胞溶胶中的中间纤维相连。间接地连成相邻细胞的细胞骨架网。2）紧密连接 (tightjunctions) 两个相邻细胞之间细胞膜紧密靠拢，两膜之间不留空隙，使胞外物质不能通过，即为紧密连接。 防止了物质从细胞之间通过

22、。 例如，脑血管的内壁，血液中的物质只能通过细胞而不能从细胞之间直接进入脑中； 肠壁上皮细胞间，使肠内无用的杂质不能从细胞之间穿过，而肠内的消化产物也只能穿过上皮细胞绒毛膜进入细胞。3）间隙连接(gapjunctions) 这是最多的一种细胞连接：两细胞之间有很窄的间隙，其宽度不过2nm-4nm。有一系列通道贯穿于间隙之间，使两细胞的细胞质通过间隙相通。能够通过的物质主要是离子和相对分子质量不大于1000的小分子物质。上皮组织1）上皮组织 位置：覆盖于动物体的外表面或衬在 体内各种管、腔及囊的内表面。 特点：细胞排列紧密，邻细胞间有各种连接结构。 组织间常 无血管，靠基膜渗透营养。 功能：保护

23、、吸收、排泄、分泌、呼吸、感觉等。 种类：被覆上皮、腺上皮、感觉上皮。2）结缔组织(connective tissue)位置：广布于身体各处，连接身体各种组织。 特点：有大量的间质和多种细胞构成。细胞的位置不固定，不形成完整的细胞层。 功能：支持、保护、吸收、营养、修复及物质的运输等。 种类： 1) 疏松结缔组织 2) 致密结缔组织 3)弹性结缔组织 4) 网状结缔组织 5) 脂肪组织 6) 血液组织7) 软骨 8) 硬骨组织等。1）疏松结缔组织（loose connective tissue） 又称蜂窝组织（areolar tissue） 分布：在体内广泛分布，位于器官之间、组织之间以至细胞

24、之间 功能：连接身体各种组织器官、保护和支撑身体、提供营养并具 有修复功能。特点：排列稀疏的纤维和多种细胞组成。纤维和细胞埋在基质。 疏松结蹄组织由排列疏松的纤维与分散在纤维间的多种细胞构成的，纤维和细胞埋在基质中，充满在器官内部的间隙中。 细胞种类很多，间质也多。如：成纤维细胞、巨噬细胞、外膜细胞、肥大细胞、浆细胞、多种白细胞和淋巴细胞2）致密结缔组织（dense connective tissue） 是由大量的纤维和少量的细胞间质组成。如肌腱：分布在肌肉和骨骼之间。 由大量平行排列的胶原纤维束及纤维束间成行排列的细胞组成。 3）弹性结缔组织 由平行排列的弹性纤维组成。 如：动脉壁、韧带、肺壁等。特点：有很强的膨胀和收缩的能力4）网状组织（reticular tissue） 是造血器官和淋巴器官（肝脏、脾脏）的基本组织成分，由网状细胞（reticular cell）、网状纤维和基质构成。 5）脂肪组织（adipose tissue） 主要由大量群集的脂肪细胞构成，细胞间由疏松结缔组织将其分隔成小叶。如皮