《普通生物学》第一章-细胞的形态结构和功能教案

1、第三节 细胞的形态、结构和功能 教案一、细胞的形态和大小形状多种多样：有球形、椭圆形、柱形、梭形、星形、多边形等等。细胞的直径通常在10100m。支原体是最小的细胞；鸵鸟的蛋黄是世界上最大的动物细胞。一般说来，生物体积的增加，是由于细胞数目增加，而不是由于细胞体积加大。 单细胞生物仅有一个细胞；而多细胞生物的细胞数目和生物体的大小成正比。大细胞的表面积与体积之比小，难以完成无外界环境的物质和信息交换。二、原核细胞和真核细胞 我们都知道，细胞可分为两大类：原核细胞和真核细胞。什么是原核？真核【提问】？那他们的区别有哪些呢【提问】区别见表。我们来简单了解一下原核细胞的结构。和真核细胞一样，原核细胞

2、也有质膜，控制着物质进出细胞，质膜上有很多种各种功能的蛋白质。大多数细菌的质膜外还有坚固的细胞壁，保护细胞并有助于维持细胞形状。某些原核细胞外面还有一个粘稠的荚膜，进一步保护细胞，并有助于附着在寄主的表面上。某些细菌表面有突出物，短的称菌毛（帮助细菌附着在物体表面），长的叫鞭毛（运动功能）。三、真核细胞的结构 先观看一段有关细胞结构的视频。【7min】（一）细胞外被1、细胞外被的结构、组成和功能细胞外被：又称糖萼，是指细胞质膜外面覆盖的一层黏多糖物质，其中的糖与质膜的蛋白质、脂类结合形成糖蛋白或糖脂分子。一般含有糖蛋白和蛋白聚糖，起保护作用，如消化道等上皮组织的细胞外被有润滑作用，防止机械损伤

3、，同时保护上皮组织不被消化酶和细菌侵蚀。2. 植物细胞壁与细菌细胞壁植物细胞壁：由纤维素、半纤维素和果胶质组成。功能：（1）赋予植物硬度和强度；（2）维持植物的形态：高大的树木只所以能挺拔直立、枝叶伸展，实际上也是由每个细胞的细胞壁支撑的；（3）保护植物免受病原微生物的侵染：当病原菌侵染时，寄主植物细胞壁内产生一系列抗性反应，如引起植物细胞壁中伸展蛋白的积累和木质化、栓质化程度的提高，从而抵御病原微生物的侵入和扩散；（4）物质通透的障碍；（5）在代谢和分泌过程中起作用。细菌细胞壁：主要成分为肽聚糖，由乙酰葡萄糖胺和乙酰胞壁酸交替连接组成。细菌最外层的保护性结构，可以抵制机械损伤、化学损伤以及水

4、的渗透。革兰氏阳性菌细胞壁较厚，壁酸含量高；革兰氏阳性菌壁酸含量少，青霉素的作用机制是抑制壁酸合成，因此主要针对革兰氏阳性菌起作用。（二）细胞质膜细胞膜是指围绕在细胞最外层的膜，与细胞的内膜系统如内质网膜、高尔基体膜、核膜、 线粒体膜和类囊体膜等统称为生物膜。主要成分是脂质和蛋白质，还有少量的糖类。有关其结构有许多假说，如三明治模型、单位膜模型和流动镶嵌模型。最近有人提出一种新的脂筏模型：胆固醇富集形成有序脂相，如同脂筏一样载有各种蛋白质，脂筏最初可能在内质网是形成，转运到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋白交联。 作用：（1）为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；（2）为多种

5、酶提供结合位点，使酶促反应高效有序进行；（3）调节细胞内外物质运输及能量转换；（4）提供细胞识别位点，介导细胞内外信号的跨膜转导；（5）参与细胞间及细胞与胞外基质间的连接与相互作用；（6）膜蛋白异常与某些遗传疾病、肿瘤等相关。（三）细胞核 细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器。真核生物的概念就是有完整成型的细胞核，大多数细胞只有1个核，有些细胞有多个核（动物的肌肉、结缔组织中），哺乳动物红细胞和维管植物的筛管细胞中无细胞核。功能：通过核内遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连续性；通过基因的选择性表达，控制细胞的活动，以适应外界环境。1. 核被膜（核膜）是双层膜，分为内核膜和外核膜。在两

6、层膜之间形成的腔叫核周腔（与内质网腔相通）。外核膜常延伸与细胞质中的粗面内质网相连，并且外核膜上有很多核糖体，因此实际上，外核膜是围绕细胞核的内质网部分。 内核膜的内侧有由纤维状蛋白组成的核纤层。 核被膜上有小孔，称核孔（由内外两层膜的局部融合而成），与核纤层形成核孔复合体，在核内外的物质转运中起作用。2. 染色质染色质：分成常染色质，即细丝状的部分；和异染色质，即染色较深的团块。组成：DNA和组蛋白质，及少量RNA和非组蛋白（含量随细胞生理状态不同而改变）。 组蛋白富含赖氨酸和精氨酸，两者都是碱性氨基酸，所以组蛋白是碱性蛋白，易与DNA的磷酸基团结合。分为H1（不参与核小体的构建，起连接作用

7、）、H2A、H2B、H3、H4共5种。非组蛋白种类多，一些有关DNA复制和转录的蛋白质都是非组蛋白，如DNA聚合酶、RNA聚合酶等。如果我们在电子显微镜下进行观察，会发现染色质呈现一种类似珍珠项链的结构（染色体绳珠模型），我们把这些小珠叫做核小体。直径10nm，核心部分是4对组蛋白分子（H2/3/4），DNA包绕在核心外，H1与DNA结合，锁住DNA的进出口，起稳定核小体的作用。连接DNA：连接各个核小体的DNA，与核小体上的DNA相加，约为146碱基对。染色体的结构模型 ：见ppt.我们都知道像图中这种染色体只有在细胞分裂时才会形成，而在间期，细胞中染色质一般不会形成。3. 核仁：细胞间期核

8、中个或几个浓密的球形小体。形状、大小、和数目因物种和生理状态而异。 核仁富含蛋白质和RNA，是产生核糖体的细胞器。4. 核基质：又称核骨架，由蛋白质成分组成的纤维状网，网孔中充以液体。是核的支架，并为染色质的代谢活动提供附着的场所。（四）内质网与高尔基体（略讲） 1. 内质网。因其靠近细胞质内侧而得名。内质网分为光面内质网和粗面内质网两种。 光面内质网：上没有核糖体，在细胞中只是内质网连续结构的一部分，常作为出芽位点，形成转运小泡。主要功能是：脂质合成（脂肪、磷脂、固醇类）；糖类代谢（肝细胞）；药物或毒物的解毒（肝细胞）；肌细胞贮存 Ca2+。 粗面内质网：附着有颗粒状的核糖体，是蛋白质合成（

9、主要是合成分泌性蛋白质和多种膜蛋白）、蛋白质的修饰与加工（糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成）、新生肽的折叠与组装的场所、制造膜的工厂。 在分泌细胞（胰腺腺泡细胞）和浆细胞（分泌抗体）中粗面内质网发达。 2.高尔基体 。由扁平囊和大小不等囊泡组成。面向核的凸面为顺面或接受侧，转运小泡将物质从内质网运到高尔基体；远离核的凹面为反面或外运侧，形成分泌小泡，将物质运送到质膜上。功能：蛋白质的修饰、加工与分选；细胞的分泌活动；合成多糖；与植物细胞分裂时的细胞壁形成有关。（五）核糖体（核糖核蛋白体）核糖体：是合成蛋白质的细胞器。参与蛋白质合成的核糖体都是由大小两个亚基组成的，每个亚基由不同的rRNA和

10、蛋白质组装而成。在蛋白质合成速率高的细胞中较多，如人的胰腺细胞中可达几百万个。 分为游离的核糖体：制造细胞溶胶中的蛋白质，如催化糖酵解的酶。 连在内质网或核被膜上的核糖体：制造的蛋白质要运送到指定地点起作用，如分泌蛋白。 这二者在结构上完全相同，并可以相互转换。原核细胞中也存在核糖体，因为他们也需要合成蛋白质。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，原核细胞核糖体沉降系数为70S，真核细胞核糖体沉降系数为80S。核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称

11、为多聚核糖体。（六）线粒体和叶绿体（略讲）1. 线粒体：多形性：线状、颗粒状、环形、哑铃型、枝装；易变性：形状、大小改变；运动性：向细胞需能的地方转移；适应性：大小不等、数量不等（成熟红细胞中消失）、分布不均匀。是由内膜和外膜包裹的囊状结构，外膜平整，内膜向内折叠成嵴，其膜蛋白是由游离的核糖体制造的；囊内是液态的基质；内膜上具ATP合酶，基质中有催化三羧酸循环的多种酶。 线粒体基质中含有环状DNA分子和核糖体，能合成蛋白质，但是合成能力有限，线粒体的核糖体蛋白、氨酰tRNA合成酶、许多结构蛋白，都是核基因编码， 在细胞质中合成后，定向转运到线粒体的，因此称线粒体为半自主细胞器。 是细胞呼吸和能

12、量代谢中心，细胞呼吸中的电子传递过程及ATP的合成就发生在线粒体内膜的表面。2. 叶绿体：叶绿体含有叶绿素、叶黄素和胡萝卜素三种色素，普遍存在于植物的绿色细胞中，其中叶绿素是主要的光合色素，它能吸收和利用光能，直接参与光合作用。其他两类色素不能直接参与光合作用，只能将吸收的光能传递给叶绿素，起辅助光合作用的功能。植物叶片颜色与细胞叶绿体中这三种色素的比例有关。一般情况下，叶绿素占绝对优势，叶片呈绿色，但当营养条件不良、气温降低或叶片衰老时，叶绿素含量降低，叶片便出现黄色或橙黄色。某些植物叶秋天变成黄色或红色，就是因叶片细胞中的叶绿素分解，叶黄素、胡萝卜素和花青素占优势的缘故。球形、椭圆形、卵圆

13、形；高等植物细胞常有50-200个叶绿体；藻类通常只有一个巨大叶绿体。（七）溶酶体、液泡和微体1. 溶酶体。1955年由比利时学者C.R.de迪夫等人在鼠肝细胞中发现。溶酶体是单层膜包裹的小泡，由高尔基体断裂产生，内含60种以上的水解酶。溶酶体的功能是消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣（自噬和异嗜）。可催化蛋白质、核酸、脂质、多糖、DNA等生物大分子的降解。溶酶体是酸性的，PH4.8或更低，而各种水解酶只有在酸性环境中才有活性。 初级溶酶体：是刚从高尔基体分泌形成的，含有多种水解酶，但没有活性。次级溶酶体（消化泡）：是正在进行或完成消化作用的溶酶体。分为异噬溶酶体和自噬溶酶体，前者消化的

14、物质来自外源（病毒等），后者消化的物质来自细胞本身（老化的细胞器）。（被称为“细胞的清道夫”）残体：又称后溶酶体，消化后所残留的未消化物，已失去酶活性。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，成为细胞衰老的原因。2. 液泡植物细胞中普遍存在。由单层膜包被。其内充满细胞液，溶有糖、蛋白质、磷脂、单宁、有机酸、植物碱、色素和盐类等物质。液泡的功能主要是调节细胞渗透压，维持细胞内水分平衡，原生生物的伸缩泡就是一种液泡，积累和贮存养料及多种代谢产物。液泡中的色素决定花、果实和叶的颜色。花瓣、果实上红色或蓝色是因含有花色素苷，花色素苷的颜色随着细胞液酸碱性不同而有变化，酸性时呈红色，碱性时

15、呈蓝色，如牵牛花。3. 微体单层膜包裹的小泡，外形与溶酶体相似。过氧化物酶体：动、植物细胞都有，内含氧化酶。细胞中20%的脂肪酸在其中氧化分解；氧化反应产生的H2O2由所含的过氧化氢酶分解；动物细胞（肝细胞或肾细胞）中的过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒的作用（如酒精的分解）。乙醛酸循环体：只存在于植物细胞。脂类转化为糖及参与光呼吸。动物细胞中无乙醛酸循环体，不能将脂肪直接转化为糖。（八）细胞骨架细胞骨架：在真核细胞内细胞质和细胞核间构成的以蛋白质纤维为主的网络结构。维持着细胞的形态结构，与细胞器的空间分布、功能活动、物质运输、能量转换及信息传递等有关，在细胞中起到“骨骼和肌肉”

16、作用。广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质骨架。狭义的细胞骨架特指细胞质骨架，组成细胞质骨架的三类蛋白纤维：微管、微丝、中间丝。1. 微管：13行球状微管蛋白组成中空管。主要分布于细胞核周围，并呈放射状向胞质四周扩散。功能：维持细胞形态，细胞器移动的轨道（内质网等的小泡），细胞分裂中染色体的移动，组成鞭毛、纤毛。 可分为：单管、二联管和三联管。2. 微丝：两条相互缠绕的肌动蛋白组成的实心纤维，存在于动植物细胞中。功能：维持细胞形态，产生张力；植物细胞胞质环流；变形虫运动；肌肉收缩；有丝分裂末期的收缩环。3. 中间丝（中间纤维）：多种纤维状蛋白分子组成的中空绳索状结构

17、。功能：承受机械压力，维持细胞形状；固定细胞器；形成核纤层。4. 鞭毛、纤毛、中心粒鞭毛和纤毛：细胞表面的附属物，两者基本结构相同，区别主要在于长度、数量和作用方式。它们的结构成分是微管，在横切面上呈9（2）+2排列。功能：使细胞移动位置；是细胞周围的液体或颗粒移动。中心粒：存在于大部分真核生物中，但种子植物和某些原生动物中没有。埋藏在中心体（微管组织中心）中。功能：与细胞分裂有关。（九）细胞连接 细胞连接：指细胞与细胞之间、细胞与胞外基质间的连接结构。使多细胞生物体相邻细胞之间协同作用，将同类细胞连接成组织，同相邻组织的细胞保持相对稳定。1. 封闭连接。将相邻上皮细胞的质膜紧密连接在一起，阻

18、止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。紧密连接是主要形式。紧密连接：一般位于上皮顶端两相邻细胞间，是靠紧密蛋白颗粒重复形成的一排排连接线将两相邻细胞连接起来。相邻细胞之间不留空隙，使胞外的物质不能通过，形成渗透屏障，如脑血管内壁（使血液中的物质只能通过细胞而不能从细胞间直接进入脑中）、肠壁上皮细胞（吸收功能）等。2. 锚定连接。通过细胞质膜内侧的斑块与细胞骨架连接起来，是动物各组织中广泛存在的一种连接方式。（1）桥粒与半桥粒。在锚定连接中，细胞是通过中间纤维锚定在细胞骨架上。桥粒：两细胞间的连接，主要出现在上皮组织、如皮肤和肠组织。半桥粒：细胞同细胞外基质相连，主要位于上皮细胞的底

19、面，将上皮细胞与其下方的基膜连接在一起。（2）黏合带：相邻细胞间形成一个连续的带状结构。实际上是细胞膜上的钙黏着蛋白间的连接。 黏合斑：细胞与细胞外基质之间的连接方式，通过受体与配体的结合实现。3. 通讯连接。（1）间隙连接。动物细胞间最普遍的细胞连接方式，是相邻细胞间建立的有孔道的连接结构，允许无机离子和水溶性小分子物质从中通过，从而沟通细胞达到代谢与功能的统一。（2）胞间连丝。植物细胞壁上常有的小的开口，是植物细胞间物质运输和信息传递的重要通道。孔通够扩张，允许大分子通过。（3）化学突触。存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，通过释放神经递质来传导神经冲动。（十）物质的跨膜运输1. 物质跨膜

20、运输的范畴细胞运输：细胞与环境间的物质交换，如吸收营养物质，排出代谢废物。胞内运输：真核生物细胞内膜结合细胞器与细胞内环境进行的物质交换。如内质网和高尔基体间的小泡。细胞间运输：不仅是物质进出细胞，而且是从细胞一侧进入，从另一侧出去，实际是穿越细胞的运输。如植物根细胞吸收水和矿物质并运输到地上组织。2.被动运输与主动运输（1）被动运输：不需要能量，是顺化学浓度梯度。根据是否需要膜蛋白的参与，分为自由扩散和协助扩散。自由扩散：疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子在以简单的扩散方式跨膜转运中，不需要细胞提供能量，也没有膜蛋白的协助。协助扩散（易化扩散）：是指溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋

21、白协助下的跨膜转运方式。不需要细胞提供代谢能量，转运的动力来自物质的电化学梯度或浓度梯度。（2）主动运输：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧进行跨膜转运的方式。根据能量来源分为：ATP直接供能、协同运输中的离子梯度动力、光能驱动。离子泵：是镶嵌在质膜脂质双分子层中具有运输功能的ATP酶。根据运输的离子分为：Na+-K+泵 Ca2+泵 ，直接利用ATP作为能源。协同转运：靠间接消耗ATP完成的主动运输方式。动力：膜两侧离子的电化学梯度，而维持梯度依赖于ATP。3.内吞作用与外排作用前面我们讲到的被动运输和主动运输两种方法，运输的都是离子和小分子的物质，那么

22、大分子物质，如蛋白质、多糖是怎么进出细胞的呢？是通过内吞作用和外排作用（胞吐）。（1）内吞作用：细胞摄取大分子颗粒物质乃至细胞的过程。根据吞入的物质是液体还是固体，分为胞饮作用和胞吞作用（2）外排作用：将物质包在膜囊泡内运输到细胞膜表面，然后膜囊泡与细胞膜相融合，其内容物的物质释放到细胞外。（十一）细胞通讯 我们知道，生物体是由许许多多的细胞组成的，那么细胞如果要完成生物体内的一系列新陈代谢活动以维持其生存，就必须能够相互配合、相互联络。如果我们同学日常想要互相联系该怎么办呢？是不是会用到打电话等等的通讯手段？对于细胞来说，他们之间的联系也是通过细胞间的通讯来实现。细胞通讯：细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个细胞