复旦大学现代生物科学导论课件-03生命的基本单位-细胞

1、第三章 生命的基本单位细胞第一节 概述第二节 细胞的基本结构及其功能第一节 概述(一) 细胞的发现及细胞学说 (二) 细胞的基本概念 (一)细胞的发现及细胞学说1. 细胞的发现2.细胞学说的基本内容 细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成； 每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益； 新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。3. 细胞生物学研究的趋势 细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学) 相互渗透与交融是总的发展趋势。4. 研究方法 形态观察 生化分析 生理检测 实 验电子显微镜扫描电镜Phage T

2、4 (X27.5万)昆虫头部分裂的细胞（荧光染料染色）Caenorhabditis elegansDrosophila melanogasterArabidopsis thaliana_* Child and mouse模 式 生 物线虫果蝇拟南芥(二)细胞的基本概念1. 细胞是什么 细胞是生命活动的基本单位 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系,细胞是代谢与功能的基本单位 细胞是有机体生长与发育的基础 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命细胞是物质、能量和信息过程结合的综合体.细胞是多层次、复杂的结构体系.细胞

3、结构的层次 2. 细胞的数量、大小和形态 细胞的数量 单细胞生物仅一个细胞 多细胞生物的细胞数量一般与生物体 个体的大小有关，个体越大细胞数目越多. 如: 新生儿约21012个细胞 成年人约 61013 个细胞各类细胞直径的比较 细胞的大小细胞大小的比较1.6M0.7M5cm2mm10-100m 1-10m40-90nm11nm3-10nm 细胞的形态1.大肠杆菌2. 念珠藻3. 小球藻4. 酵母菌5. 火丝菌6. 眼虫7. 分生组织细胞8. 栅栏组织薄璧细胞9. 叶表皮细胞和保卫细胞10. 大鼠的肝细胞11. 成纤维细胞12. 肾近曲小管上皮细胞13. 人血红细胞14. 人精子15. 哺乳动

4、物横纹肌细胞16. 哺乳动物三极平滑肌细胞17. 中枢神经系统神经元本体部分3. 原核细胞和真核细胞原核细胞 遗传的信息量小，遗传信息载体仅为一个环 状DNA 细胞内没有分化出以膜为基础的，具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜. 细菌 ( Bacteria )，蓝藻又称蓝细菌 ( Cyanobacteria ) 支原体 ( Mycoplast ) 目前发现的最小最简单的细胞典型的细菌细胞结构 集群的蓝藻（Dermocarpa）支原体的电镜照片(链上细胞直径约0.5 m) 真核细胞 以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构 系统 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋

5、白分子装配构成的细胞骨架系统真核细胞的结构及成分 原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞真核细胞4. 动物细胞与植物细胞细胞壁液 泡叶绿体植物细胞动物细胞细胞的基本共性 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋 白质构成的生物膜，即细胞膜。 所有的细胞都含有两种核酸,即DNA与RNA,作为 遗传信息复制与转录的载体。 作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地 存在于一切细胞内。 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。第二节 细胞的基本结构及其功能 (一)质膜与细胞表面结构 (二)细胞核与染色体 (三)核糖体 (四)细胞的内膜系统 (五)能量细胞器线粒体和叶绿体 (六)细胞骨架(一)质膜与细

6、胞表面结构 细胞的外围包有一层由脂双层分子和蛋白质构成的膜称为质膜（细胞膜）1. 质膜结构的研究简史 双分子层模型 (Danielli-davson, 1935) 单位膜模型 (J.D.Robertson, 1959) 流动镶嵌模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, 1972)2.生物膜结构的特征 磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白； 蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； 膜的流动性：生物膜的基本特征之一,细胞 进行生命活动的必要条件。 膜的不对称性 膜蛋白的极性 膜的镶嵌性 膜蛋白

7、结合形式外周蛋白整合蛋白 膜的流动性膜的流动性 膜的流动性 膜的不对称性膜脂与糖脂的不对称 膜的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称3.细胞质膜的功能膜受体蛋白 * 脂质体及其应用 根据磷脂分子可在水中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜 应用 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质 脂质体中裹入DNA可用于基因转移 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体脂质体的类型 a. 水溶液中的磷脂分子团b.球形脂质体c.平面脂质体膜d.用于疾病治疗的脂质体的示意图4. 细胞外被 植物细胞质膜外存在细胞壁 动物细胞表面存在一层富含糖类物质 的结构称为细胞外被或糖萼。它由构 成脂膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链 组成。

8、膀胱上皮细胞表面的糖被（钌红染色的电镜超薄切片 ）功能保护膜蛋白细胞识别血型抗原酶5. 细胞外基质 分布于细胞外空间 由蛋白质和多糖构成网络结构6. 细胞连接 细胞与细胞间、细胞与细胞外空间 的结构关系称为细胞连接。 紧密连接 桥粒 间隙连接 胞间连丝紧密连接桥粒间隙连接胞间连丝细胞膜的各种改变a.由糖蛋白组成的糖萼；b.微绒毛；c.胞饮作用的通道与小泡；d.皱襞；e.尖型变形足；f.圆形变形足；g.内褶7. 质膜的特化结构8. 物质的跨膜运输 细胞维持正常生命活动的基础之一 被动运输 - 物质顺浓度梯度运输 简单扩散和协助扩散简单扩散 协助扩散(需载体蛋白)主动运输 Na+-K+泵 由 AT

9、P 提供能量协同运输:Na+-K+泵与载体蛋白协同作用主动运输9.大分子和颗粒进入和排出细胞 胞 饮 吞 噬 胞吞 胞吐(二)细胞核与染色体 细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器. 包含基因,是细胞遗传代谢调控的信息中心.动物细胞核 植物细胞核细胞核的结构组成核被膜核孔染色质核仁1.核被膜与核孔复合体核被膜的组成 外核膜 内核膜 核纤层 核孔核被膜的功能 构成核、质之间的天然选择性屏障: 避免生命活动的彼此干扰,保护DNA 不受细胞骨架运动所产 生的机械力的损伤. 核质之间的物质交换与信息交流 核孔复合体的组成与功能组成 100多种多肽 1000多个蛋白质分子功能 核质交换的双向亲水通道 亲

10、核蛋白入核 转录产物（RNA）的输出大分子在核质间的转运2.染色质和染色体 染色质和染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的存在形式，由DNA和蛋白质组成. 染色质的基本结构 核小体 核小体是念珠状细纤维(10nm) 螺线管状粗纤维(30nm)SV40 的环状DNA分子核小体结构核小体三维结构染色质的高级结构中期染色体的结构 细胞有丝分裂中期，染色质高度凝缩形成具有特定形态结构的染色体。DNA压缩10000倍中期染色体形态着丝粒 有丝分裂时与染色体分离有关 核型 物种染色体数目、大小、形态特征的总和.人的染色体人造酵母菌染色体(YAC)自主复制序列、着丝粒、端粒3.核仁 细胞间期核中个或几个浓密的

11、球形 小体称为核仁 形状、大小、和数目因物种和生理状态而异 功能 rRNA合成和加工 核糖体亚基的组装 核仁在核糖体合成中的作用(三)核糖体 细胞质中无膜包被的颗粒状结构 合成蛋白质的机器 RNA 和蛋白质组成的复合物1.核糖体的基本结构 原核细胞与真核细胞的核糖体外形和功能基本相同，但大小不同. 核糖体的主要成分为 rRNA ( 50-60%) 和蛋白质 ( 40-50 % ) ，构成大小亚基.原核生物与真核生物核糖体成分的比较 真核生物核糖体 原核生物核糖体2.核糖体的功能合成蛋白质 游离核糖体 悬浮于细胞质内，合成大部分细胞质内蛋白质. 结合核糖体 结合于内质网外侧，合成膜蛋白和分泌蛋白

12、. 多聚核糖体 几个核糖体结合于一条 mRNA 链上，增加每分钟的多肽合成量.核糖体重要的结合位点(四)细胞的内膜系统 细胞内在结构、功能及发生上相关的，由膜包围形成的细胞器或细胞结构. 内质网 高尔基体 溶酶体 微体 液泡细胞的主要结构动物细胞的细胞器1.内质网的结构与功能 内质网的两种基本类型 粗面内质网 光面内质网粗面内质网光面内质网粗面内质网 粗面内质网的功能 蛋白质(分泌蛋白、整合膜蛋白、胞器内蛋白)合成与加工 脂类的合成 蛋白质合成分泌蛋白整合膜蛋白细胞器内蛋白蛋白质的糖基化 分泌蛋白合成的信号假说 光面内质网的功能 脂类、类固醇激素的合成 肝的解毒作用 肝细胞葡萄糖释放（G-6P

13、 G ) 肌细胞贮存 Ca2+2.高尔基体 高尔基体的形态结构 由扁平囊和大小不等囊泡组成 具有极性的细胞器 面向核的凸面为形成面或顺面 远离核的凹面为成熟面或反面高尔基体的结构高尔基体的功能 蛋白质修饰与加工多糖合成蛋白质分类、包装、运输 3.溶酶体 溶酶体是由单层膜包围的含有多种酸性水解酶的囊泡状细胞器，膜内 pH5. 溶酶体的功能细胞内消化防御功能清除衰老和多余细胞器发育过程中清除细胞溶酶体的形成及其在细胞分解中的作用动物细胞溶酶体系统示意图 溶酶体与疾病先天性贮积病（缺乏某些溶酶体酶， 导致某些物质在组织中大量积累.） Pompes病 糖原积累，损害肝和肌肉， 2岁死亡. Tay-sa

14、chs病 脂质积累，损害脑，呆滞，2-6岁死亡.肺结核矽肺类风湿关节炎4.微体 单层膜围成的一类泡状结构，内含的酶不同于溶酶体. 过氧化物酶体 脂肪酸氧化、肝脏解酒精和解毒 付产物 H2O2 H2O + O2 （过氧化物酶） 乙醛酸循环体 植物细胞内：脂肪、油 糖过氧化物酶体动物细胞 植物细胞5.液泡 细胞生长发育过程中来自内质网的小液泡,结合成中央液泡. 功能 有机物、无机离子贮藏库. 植物的溶酶体，含水解酶. 代谢副产品丢弃场 色素 增加细胞体积与表面积，有利于物质吸收.(五)能量细胞器线粒体和叶绿体 把能量转换成细胞可利用形式的细胞器 细胞器膜不属内膜系统，膜上蛋白质由游离核糖体和细胞器内核糖体合成 半自主细胞器：含有 mtDNA or ctDNA和核糖体， 能合成部分蛋白质，通过分裂增加数量。. 结构外膜内膜嵴基质 几百几千 线粒体细胞1.线粒体 细胞呼吸并产生ATP的重要场所2.叶绿体和质体 叶绿体：果实成熟有色质体 白色质体：贮存淀粉 有色质体：果实、花、秋叶中， 含色素前质体光叶绿体的结构叶绿体的结构 外膜 内膜 膜间隙 基质 类囊体 基粒 类囊体腔(六)细胞骨架 蛋白质纤维组成的三维网架结构 蛋白纤维 微管 微丝 中间纤维微管微