增普通生物学-第二章细胞形态结构

第二章细胞形态结构一、细胞大小、形状、数目二、细胞结构三、生物膜四、物质穿膜运动五、细胞连接一、细胞大小、形状、数目1、细胞大小大多数细胞直径在10～100μm

细菌直径一般1～2μm支原体（最小的细胞）：直径100nm鸵鸟卵细胞（最大的细胞）：直径7～8cm球形或近似球形：某些卵细胞纺锤体形（梭形）：平滑肌细胞扁平状：人的表皮细胞纤维状：葡萄中的分隔纤维细胞其它形状：人的红细胞、神经细胞、精子细胞、鞭毛虫、变形虫2、细胞形状3、数目单细胞生物多细胞生物：差异很大多细胞生物体积的增大，可以通过细胞体积的增大，也可以通过细胞数目的增多，但主要还是靠细胞数目的增多。一般情况下，多细胞生物的细胞数目与生物体的大小成正比。二、细胞结构（一）原核细胞细菌、蓝藻：没有成形的细胞核；也没有内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体等细胞器。（二）真核细胞1、细胞膜（1）结构（2）功能（3）细胞膜与癌2、细胞壁大多数原核生物、真菌和植物细胞的质膜外面，都有细胞壁。这里主要介绍植物细胞的细胞壁。（1）结构①胞间层位于两个相邻细胞之间，主要成分是果胶，主要作用是把两个细胞粘合在一起，在细胞分裂中最早形成，幼稚期细胞的细胞壁中只有胞间层。②初生壁位于胞间层内侧，由原生质体所产生，主要成分是纤维素，同时也含有其它一些多糖和Pr。初生壁薄而有弹性，能随细胞的生长而扩大。③次生壁位于初生壁内侧，主要成分是纤维素，有的还含有木质素或木栓质。纹孔、胞间连丝①支持和保护②防止细胞吸胀而破裂，维持细胞正常形态③某些结构有利于物质运输（2）细胞壁的功能3、细胞核（1）数量（2）形状：通常与细胞形状有一定关系细胞形状细胞核形状球形、椭球形、多边形、正方体形一般为球形柱状一般为椭球形梭形一般为杆状（3）位置（4）结构：包括核被膜、核仁、核质、染色质等核膜：双层膜，两层膜之间为核周腔，外膜与内质网相连，附有核糖体，核周腔与内质网腔相通，核膜实际上是包围核物质的内质网的一部分，主要作用是是把遗传物质集中于细胞内的特定区域。核纤层：位于核膜内侧，主要成分为核纤层蛋白，它为核被膜和染色质提供结构支架。核孔、孔心粒①核被膜常染色质：指间期核内染色质折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色较浅的染色质。（功能活跃，正在进行自我复制，呈解螺旋状态）异染色质：指间期核内染色质折叠压缩程度较高，处于凝集状态，用碱性染料染色时着色较深的染色质（功能不活跃，没有在进行自我复制，螺旋化程度较高）染色质：是指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质的存在形式。（染色体：细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的结构。）Ⅰ、概念②染色质组蛋白：与DNA非特异性结合；富含Lys和Arg；包括H1、H2A、H2B、H3、H4这样5种，其中，H2A、H2B、H3、H4非常保守，尤其是H3、H4，是所有已知Pr

中最保守的。非组蛋白：与染色质上特定的DNA序列相结合的Pr，又称序列特异性DNA结合蛋白。非组蛋白的特性：A、具有多样性和异质性B、对DNA具有识别特异性C、具有多种功能Ⅱ、组蛋白和非组蛋白Ш、核小体结构要点：A、每个核小体单位包括200个碱基对（bp）左右的DNA和一个组蛋白八聚体，以及1分子的H1组蛋白；B、组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，分子量约为1×105，由H2A、H2B、H3、H4各2分子所组成；C、146bp的DNA链围绕组蛋白八聚体1.75圈，H1组蛋白在核小体核心颗粒以外再结合20bp的DNA链，锁住核小体的进出端，起稳定核小体的作用，并促进各核小体的聚拢。这样，包括H1组蛋白和166bp的DNA链在内的核小体结构又称染色质小体；D、两个相邻核小体之间以连接DNA相连，不同物种变化值为0～80bp不等。③核仁

Ⅰ结构A、纤维中心：含rDNA（合成rRNA的DNA片段）、RNA聚合酶Ⅰ（合成rRNA所需）、转录因子。是rRNA基因的存储位点。B、致密纤维组分：含高密度rRNA和一些特异性结合蛋白。是初始rRNA首先出现的位点。C、颗粒组分：是核仁的主要结构，由核糖核蛋白颗粒构成。是核糖体亚单位成熟和存储的位点。Ⅱ功能核仁是rRNA合成、加工以及核糖体亚单位装配的场所。④核基质（核骨架）概念：指细胞核内除核被膜、染色质和核仁以外的精细网架体系，主要成分是Pr，也含有少量RNA。功能：A、真核细胞内的DNA复制可能要依靠核骨架作为空间支架，DNA复制起点永久性地结合在核骨架上。B、参与基因的选择性表达，某些正在活跃转录的基因优先与核骨架结合。（5）细胞核的功能真核细胞的细胞核是遗传信息储存和复制的主要场所，控制着细胞的生长、分裂、分化和新陈代谢等生命活动，从分子水平上讲，细胞核是真核生物合成DNA和RNA分子的部位。4、细胞质和细胞器（1）内质网除原核生物和哺乳动物的成熟红细胞外，所有动植物细胞都有内质网，它是一种相互连通的扁平囊泡所构成的膜性管道系统，也是生物膜的一种。光面内质网：没有核糖体附着，参与脂类合成，在与脂类代谢相关的细胞中含量较高，如脂肪细胞。糙面内质网：附有核糖体，参与Pr合成和运输，在Pr合成旺盛的细胞中含量较高，如胰腺细胞。（2）核糖体它是由rRNA和Pr构成的略呈球形的颗粒状小体，是细胞合成Pr的场所。每个核糖体由大、小2个亚基组成，原核细胞的核糖体为70S型，包括50S和30S两个亚基；真核细胞的核糖体为80S型，包括60S和40S两个亚基。真核细胞的核糖体游离核糖体：游离在细胞质中，所合成的Pr留在细胞质基质中或作为细胞中各种生物膜的结构成分。固着核糖体：附着在糙面内质网上，所合成的Pr最终被运到细胞外，如抗体、酶、Pr激素等。多聚核糖体：核糖体在进行Pr合成时，常常是几个核糖体聚集在mRNA上一起参加活动，这样的一个功能单位聚合体叫做多聚核糖体，有利于提高核糖体合成Pr的效率。核糖体合成Pr的“信号假说”：认为所有Pr的合成最初都在游离核糖体上开始进行，但运输到细胞外的Pr在合成时，先形成一段由几个aa组成的疏水性“信号肽”，核糖体在信号肽引导下附着到糙面内质网上，信号肽进入内质网膜的脂双层中。此时，核糖体继续合成肽链，新合成的肽链在信号肽引导下穿过内质网膜，进入内质网腔。然后信号肽在内质网腔内特异性酶的作用下被分解，合成的Pr分子就留在内质网腔中，并运送到光面内质网中，由内质网膜包围成小泡，移向高尔基体，并在高尔基体中进一步加工，最后通过高尔基体产生的分泌泡运输到细胞外。（3）高尔基体电镜下，高尔基体是由单层膜围成的扁平囊、大泡和小泡所组成。形成面：小泡多分布在形成面。成熟面：大泡多分布在成熟面。高尔基体的功能与细胞内一些分泌物的储存、加工和运输出细胞有关，它是细胞分泌物最后加工和包装的场所。（4）溶酶体溶酶体是由单层膜围成的、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。溶酶体含40种以上的水解酶，刚从高尔基体产生的溶酶体叫初级溶酶体，它与食物泡融合后，就形成次级溶酶体。①功能总的功能是细胞内消化，具体而言：A、营养功能溶酶体内的大分子物质被分解成小分子后，可穿过溶酶体膜进入细胞质基质，被细胞利用。B、防御功能侵入细胞的病毒和细菌，可在溶酶体作用下被杀死并降解。C、清除无用的生物大分子、衰老的细胞器以及受伤、衰老和死亡的细胞，有利于细胞更新。②溶酶体缺陷症庞帕氏病、台－萨氏病（5）线粒体由双层膜围成的囊状细胞器，是细胞内产生ATP的重要部位，被称为细胞内的动力工厂或能量转换器。线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其主要功能是提供TCA循环、电子传递以及能量转换的场所，把有机物氧化分解产生的能量转移到ATP中。外膜：平滑，只存在少数酶，在代谢中不占重要地位。允许小分子和离子通过。内膜：内折形成嵴，存在与呼吸作用相关的酶和电子传递体，以及ATP合成酶复合体，后者是形成ATP的场所。内膜通透性差，包括H+在内的绝大多数离子和小分子都不能自由通过。基质：位于内膜以内，含有与TCA循环相关的酶以及少量DNA、RNA和核糖体，能编码并合成自身所需的10％的Pr。结构（6）质体植物细胞所特有，包括：白色体：主要位于分生组织和不见光细胞中，主要功能为贮存作用，含淀粉、Pr或油类等物质，分别叫造粉体、造蛋白体和造油体。有色体：含各种色素，如叶黄素、胡萝卜素、叶绿素等。叶绿体是有色体中最重要的一种，是绿色植物进行光合作用的场所。①形态、数目、分布②结构双层膜，内部是一个由扁平囊状结构，即类囊体所形成的复杂膜系统。类囊体有规则地堆叠，形成基粒；基粒之间还有类囊体相互连接，称基质类囊体。类囊体上存在一系列与光合作用相关的色素和电子传递链。基质中含有少量DNA、RNA和核糖体，以及一些酶和光合作用产物——淀粉粒，能自己合成某些Pr，但大部分Pr靠细胞质中的核糖体合成。线粒体和叶绿体都有自己的DNA、RNA和核糖体，具有相对独立的遗传功能，共同决定着细胞质的遗传。（7）微体单层膜，结构与溶酶体相似。①过氧化物酶体由糙面内质网芽生而来，含一些氧化酶和H2O2酶。②乙醛酸循环体植物细胞所特有，常见于富含脂类的细胞中，能将脂类物质转化为糖，供植物早期生长所需。（8）液泡动植物细胞中均有，单层膜。植物的中央大液泡充满细胞液，主要成分是水，还含有无机盐、糖类、aa、单宁、植物碱和一些色素。细胞液对细胞吸水、维持细胞形态有重要作用。（9）细胞骨架细胞质基质并非匀质液体，它含有维管、微丝、中间纤维所组成的网络支架，称细胞骨架，有利于维持细胞形态。①微管(直径约24nm)由微管蛋白依次螺旋排列所形成的中空管状纤维。每个微管蛋白分子含α、β两个亚基。细胞分裂时的纺锤体即由微管形成，某些药剂如秋水仙素，能阻断微管蛋白形成微管，从而抑制纺锤体形成，使细胞分裂停留在中期，染色体数加倍，常用于育种。类似药物长春花碱，可用来抑制癌细胞生长。②微丝(直径4～7nm)由肌动蛋白所组成，也叫肌动蛋白丝，主要作用是参与细胞运动。细胞松弛素B可抑制微丝形成；鬼笔环肽可抑制微丝解体。③中间纤维(直径8～12nm)细胞核中的核纤层即由中间纤维构成。中间纤维的功能不十分清楚，一般认为有支持和运动的功能。（10）鞭毛、纤毛和中心粒鞭毛和纤毛为细胞表面的附属物，具运动功能，其基本结构相同，都由微管组成，微管排列方式为9（2）＋2型。区别在于：鞭毛长而少，纤毛短而多。三、生物膜鞭毛和纤毛的基部与细胞质中的基粒相连，基粒也由微管构成（9（3）＋0型），通过鞭毛和纤毛摆动，可实现细胞或周围物质的移动。中心粒存在于大多数真核细胞中（种子植物和某些原生动物细胞除外），一般一个细胞含2个中心粒，互成直角，微管排列方式为9（3）＋0型。中心粒及其周围的一小团致密细胞质基质，合称中心体或微管组织中心，细胞分裂时的纺锤丝即从中心体发出。而中心粒对纺锤体的形成似乎不是必需的。各种细胞器的膜、核膜、质膜，统称生物膜，其分子结构非常相似，主要都是由脂类和Pr所组成。1、总体结构生物膜的骨架是磷脂双分子层（脂双层），在水溶液中，磷脂分子的亲水端一致朝外，疏水端埋在内部。只允许某些小分子物质自由通过，而一些大分子物质要借助特殊的方式才能选择性透过。脂类分子之间镶嵌着形态、结构、功能各异的Pr。生物膜上往往还存在一些糖类，常与Pr结合成糖蛋白，或与脂类结合成糖脂。流动镶嵌模型：1972.S.J.

Singer和G.L.

Nicolson要点：（1）磷脂排成双分子层，构成膜的骨架。双分子层中每个磷脂分子都可以自由地横向移动，从而使双分子层具有流动性。（2）膜Pr为球Pr，可从脂双层的两个侧面嵌入或穿透脂双层，或位于脂双层表面。膜Pr也可以在脂双层中横向移动。该模型强调了生物膜的流动性和膜Pr分布的不对称性。2、脂双层脂类一般占生物膜总重的40～50％，所含脂类：磷脂（主要）、胆固醇（只存在于动物细胞的生物膜上）、糖脂等。促进生物膜流动性的因素：（1）磷脂分子中的不饱和脂肪酸。（2）存在短链脂肪酸。（3）动物细胞的膜上含有胆固醇。3、膜蛋白不同生物膜，其膜蛋白的种类和含量差异较大，主要是与功能相适应。例如，线粒体的内膜Pr含量可达75％，而神经纤维髓鞘的膜Pr含量一般不超过25％。4、膜糖只存在于细胞膜外侧，而细胞膜内侧和细胞器的膜上没有糖类。膜糖主要以糖蛋白形式存在，少数以糖脂形式存在。膜糖的主要功能是参与细胞识别。四、物质穿膜运动1、扩散一种物质的分子从相对高浓度地区移动到低浓度地区，叫做扩散。（不耗能）（1）影响扩散的因素①膜两侧的浓度梯度②分子大小③溶解性和电性④Pr载体的种类和数量（2）扩散类型单纯扩散：不需载体，扩散速度相对较慢。易化扩散（协助扩散）：需载体，扩散速度远大于单纯扩散。2、渗透本质上就是溶剂分子（一般是水分子）从高浓度一侧穿过半透膜向低浓度一侧扩散。其强度可用渗透势来表示。（1）膨压植物细胞吸水膨胀时，原生质体所产生的对细胞壁的压力，称膨压。（2）质壁分离当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质体缩小并与细胞壁脱离，使细胞壁与质膜之间出现空隙，这就是质壁分离。3、主动运输（1）概念：指细胞膜通过某种耗能过程，将某种物质由低浓度一侧移向高浓度一侧的过程，即逆浓度梯度的转运。（2）特点：需要载体；需要耗能；逆浓度梯度运输。5、外排作用细胞内不能消化的食物残渣或分泌物，通过细胞表面排出细胞外的过程。4、内吞作用吞噬作用：细胞吞噬固体颗粒的过程。胞饮作用：细胞吞入液体物质的过程。五、细胞连接植物细胞之间通过细胞壁相互粘连，相邻细胞之间通过质膜形成胞间连丝，可使水和其它一些小分子物质从一个细胞进入另一个细胞。在动物体内，紧密排列的细胞之间也可以细胞膜分化，形成特定的连接，称细胞连接，主要包括3种类型：1、桥粒(锚定连接)由中间纤维或微丝在细胞之间形成的一种细胞连接，在上皮细胞之间分布较多，电镜下呈钮扣状，起机械连接作用，允许物质从两细胞间的空隙通过。2、紧密连接相邻细胞之间通过特殊的跨膜蛋白成串排列，使细胞膜紧密靠拢，不留空隙，物质不能通过，这种坚固的细胞连接叫紧密连接。它使胞外物质只能通过细胞膜进行运输，而不能从细胞之间通过。3、间隙连接相邻细胞之间通过许多连接子相互连接，每个连接子由6个跨膜蛋白围成，中央形成一个通道。这种细胞连接称间隙连接。其功能与植物的胞间连丝相似，可使水和小分子物质在细胞之间流动。细胞膜的功能①物质跨膜运输半透性（选择透过性）细胞膜可以通过扩散、渗透、主动运输、内吞、外排等方式，使细胞内外进行物质交换。②信息传递细胞膜上存在一些受体有些受体能与激素结合，参与激素的作用；有些受体能与抗原结合，参与免疫反应；有些受体与其它细胞表面的特异性物质结合，参与细胞识别。细胞识别细胞识别是指细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相互作用，导致细胞内一系列生理生化反应，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程，即细胞之间的认识和鉴别。返回核被膜核孔复合体外膜内膜核孔返回核骨架活性基因复制起点残留核仁核骨架纤维非活性基因核纤层DNA环状结构域生物膜结构返回细菌模式图菌毛核糖体间体鞭毛性菌毛颗粒原核细胞动物细胞模式图细胞核溶酶体内质网高尔基体微丝微管质膜线