医用材料生物学基础－蔡伟第二章医用植入材料生物环境-二细胞结构与功能课件

工业大学二OO六医用材料生物学基础第二章生物环境1二、细胞结构与功能第二章医用植入材料生物环境一、生命体系结构、人体组织与器官二、细胞结构与功能三、人体血液与组织液系统四、人体骨骼系统与骨组织生物力学五、人体免疫系统与免疫细胞第二章生物环境2二、细胞结构与功能细胞Cell

是人体结构和功能的最小单位,由细胞膜、细胞质和细胞核构成。在电子显微镜下还可以观察到细胞内部更细微的结构,即超微结构。细胞第二章生物环境3二、细胞结构与功能“细胞学说”的基本内容

细胞是人体结构和功能的最小单位－－如何发挥功能？细胞的生化活性由细胞特殊的亚结构控制－－如何控制？细胞的结构、成分？人体有200种细胞－－尺寸、形状、功能不同－－其结构是否相同或相似？细胞第二章生物环境5二、细胞结构与功能人血红细胞7.5µm细胞第二章生物环境6二、细胞结构与功能第二章生物环境7二、细胞结构与功能CellularityPackingDensity:maximumtheoreticalpackingdensityisabout1x109cells/cm3celldensitiesintissuestypicallyvarybetween10–500x106cells/cm3relatestoabout100-500cellspermicroenvironment(100mm)3extremecases,suchascartilagewhichisaccellularandhas~1cellper(100mm)3thusitsmicroenvironmentisessentially1cellplusassociatedECM第二章生物环境9二、细胞结构与功能人体细胞形状千差万别，其基本结构类似细胞结构细胞膜细胞质细胞核把细胞内部和细胞外液分割开来，使细胞能相对独立于环境而存在。包围在细胞表面的一层薄膜，厚70－100Å，电镜下观察，为三层结构。细胞内液：半透明胶体物质。细胞器：具有一定形态和生理功能的结构胞内质粒：非功能性单位核膜染色质核仁核液细胞第二章生物环境10二、细胞结构与功能中心体核膜核仁染色质内含物高尔基复合体线粒体基质细胞膜第二章生物环境11二、细胞结构与功能细胞膜

PlasmaMembrane细胞结构细胞膜细胞质细胞核细胞内液：半透明胶体物质。细胞器：具有一定形态和生理功能的结构胞内质粒：非功能性单位核膜染色质核仁核液细胞膜把细胞内部和细胞外液分割开来，使细胞能相对独立于环境而存在。包围在细胞表面的一层薄膜，厚70－100Å，电镜下观察，为三层结构。第二章生物环境13二、细胞结构与功能在电子显微镜下细胞膜的结构表现“两暗夹一明”的单位膜结构,厚70－100Å。细胞膜第二章生物环境14二、细胞结构与功能细胞膜糖脂糖蛋白外层脂质分子（亲水性头部）表面蛋白质疏水性尾部嵌入蛋白质内层脂质分子（亲水性头部）细胞膜分子结构模式图第二章生物环境15二、细胞结构与功能第二章生物环境17二、细胞结构与功能细胞膜的功能

1、物质输送：有选择性，进行新陈代谢的同时，又能保持细胞内成分稳定。

水的渗透（细胞内外溶液浓度差异）脂溶性物质和小分子物质，单纯扩散作用。胞饮、胞吐作用（大分子）

非脂溶性物质与膜蛋白暂时结合，异化扩散。主动转运作用（浓度由低至高）

2、识别、传递信号：膜蛋白与外界特定的化学信号进行特异性结合，引起细胞内相应的变化。3、膜蛋白间结合产生细胞间结合。4、将细胞内外液分开，细胞内物质不会流散。细胞膜第二章生物环境18二、细胞结构与功能细胞结构细胞膜细胞质细胞核细胞内液：半透明胶体物质。细胞器：具有一定形态和生理功能的结构胞内质粒：非功能性单位核膜染色质核仁核液细胞质cytoplasm细胞质第二章生物环境19二、细胞结构与功能细胞内液/细胞质基质

：

半透明胶体物质，含有丰富的蛋白质、无机盐、糖、金属离子和电解质等。细胞器：细胞质内具有一定形态和生理功能的结构。（物质代谢、能量代谢、蛋白质合成）有：线粒体、核蛋白体、

内质网、高尔基复合体、溶酶体、中心体、微丝和微管等。胞内质粒：非功能性单位，糖类、脂类。

细胞质细胞质cytoplasm细胞质第二章生物环境21二、细胞结构与功能细胞质基质（胞质溶胶）成分：小分子：水、无机离子（K+、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等）中等分子：脂类、糖类（葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸、核苷酸及其衍生物大分子：多糖、蛋白质、脂蛋白、酶、

RNA细胞质第二章生物环境22二、细胞结构与功能功能：①为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境②为各类细胞器完成其功能活动供给所必需的一切底物③某些生物化学活动的场所

细胞质基质（胞质溶胶）细胞质第二章生物环境23二、细胞结构与功能线粒体细胞器第二章生物环境25二、细胞结构与功能内质网EndoplasmicReticulum

结构复杂的膜状的管道或囊状物，与细胞膜相连。粗面内质网：外膜表面附着大量核糖体。物资运输通道；合成蛋白质。滑面内质网：物资运输通道；参与糖类、脂肪

的合成与分解。细胞器第二章生物环境26二、细胞结构与功能滑面内质网第二章生物环境29二、细胞结构与功能溶酶体Lysosome细胞内的一种细胞器，由一层单位膜构成的圆形或卵圆形小体；内有多种酸性水解酶，如水解蛋白酶、过氧化氢酶、糖原与脂类的水解酶等，能分解蛋白质、糖类、脂类等；能分解细胞本身损伤及衰老的结构及外来物质，可视为细胞本身的“消化系统”在某种情况下，如溶酶体膜破裂，导致酶逸出，细胞则被消化自溶而死亡。细胞器第二章生物环境30二、细胞结构与功能溶酶体Lysosome溶酶体与细胞内的自身产物或由细胞摄入的外来物质相互融合时，便形成吞噬性溶酶体，根据作用底物来源不同，分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。细胞器第二章生物环境31二、细胞结构与功能溶酶体第二章生物环境32二、细胞结构与功能吞噬性溶酶体自噬性溶酶体：

分解来自细胞内部的衰老和损伤的细胞器或局部细胞质等，常包含有未分解的线粒体、

内质网、高尔基复合体或脂类、糖原等。消化、分解、自然更替一些细胞内的结构。在病变、损伤细胞（药物作用、射线照射、机械损伤）中明显增多。异噬性溶酶体：

细胞器第二章生物环境33二、细胞结构与功能吞噬性溶酶体自噬性溶酶体：

异噬性溶酶体的作用底物是经由细胞吞饮或吞噬而被摄入细胞内的外源性物质，其中包括细胞和大分子物质，如细菌、红细胞、血红蛋白、铁蛋白、酶和糖原等。常见于单核吞噬细胞：白细胞、肝细胞、肾细胞中。细胞器第二章生物环境34二、细胞结构与功能溶酶体的作用消化、分解、自然更替一些细胞内的结构。大分子分解为可溶性小分子物质，进入细胞质基质，重新参与物质代谢。蛋白质分解为二肽或氨基酸、核酸分解为核苷和磷酸、糖类分解为寡糖类或单糖、脂类分解为甘油和脂肪酸等。——被分解而生成的可溶性小分子物质，能透过溶酶体体膜进入细胞质基质，重新参与细胞的物质代谢；一些未被消化的物质残留下来，形成残余小体。

破骨细胞的溶酶体，有利于骨生长和重建过程

细胞器第二章生物环境35二、细胞结构与功能细胞结构细胞膜细胞质细胞核核膜染色质核仁核液细胞核

nucleus细胞核位于细胞中央，呈球形，被有孔的膜所包围。多数细胞一个核，成熟红细胞无核，骨骼肌细胞有多个核。（100－200）是遗传基因库，存放遗传信息，提供各类蛋白质模板。由核糖核酸（RNA）进行转录后，进入高尔基复合体合成、得到维持生命运动所需的蛋白质。第二章生物环境36二、细胞结构与功能人血红细胞7.5µm细胞第二章生物环境37二、细胞结构与功能骨骼肌细胞第二章生物环境38二、细胞结构与功能细胞质微绒毛微丝溶酶体线粒体核周隙滑面内质网粗面内质网糖原颗粒分泌颗粒脂肪颗粒高尔基复合体中心体核膜核仁核孔基质第二章生物环境39二、细胞结构与功能核膜第二章生物环境40二、细胞结构与功能第二章生物环境41二、细胞结构与功能核膜：双层磷脂膜，表面附有核糖体，有核孔。染色质：脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质。

携带遗传信息，与细胞分化、机

体发育生长有密切关系。核仁：核糖核酸(RNA)和蛋白质组成，无膜。核液：无结构胶状物。细胞核细胞核第二章生物环境42二、细胞结构与功能细胞外基质（ECM）机体发育过程中，由细胞分泌到细胞外的各种大分子，在细胞周围构成高度水合的凝胶或纤维性网络，对细胞之间的支持、功能的发挥起着重要作用。

基本概念细胞外基质第二章生物环境43二、细胞结构与功能细胞外基质的成分

胶原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、层连蛋白和弹性蛋白等组成的物理和化学交联网络.硬组织细胞外基质则为细胞生物矿化形成的30nm～50nm的羟基磷灰石和300nm的胶原纤维取向构建而成.基本概念细胞外基质第二章生物环境44二、细胞结构与功能细胞外基质的作用细胞分泌ECMs,ECMs则提供细胞信息,包括生物化学信息(细胞因子和生长因子)和生物力学信号甚至场信息.细胞—ECMs之间存在着动态相互作用,这种作用和细胞—细胞间相互作用共同调控细胞的新陈代谢.

基本概念细胞外基质第二章生物环境45二、细胞结构与功能细胞外基质的作用

ECM分子的功能在于使细胞集团化或调控组织结构,调节细胞的特异基因表达,它作为生长因子存储器,可通过控制方式将这些因子提供给ECM相邻细胞.进行组织重建的生物材料必须具有仿细胞外基质的功能.基本概念细胞外基质第二章生物环境46二、细胞结构与功能CellularityCellularCommunication:Cellscommunicateinthreeprincipalways:secretionofsolublesignalscell-to-cellcontactcell-ECMinteractionsCellularcommunicationcanaffectall“cellularfate”processes(migration,replication,differentiation,apoptosis)andthemethodofcommunication(s)useddepends,inpart,onhowthecellsarepackedwithinthetissue.第二章生物环境47二、细胞结构与功能CellularCommunicationsSolubleSignals:smallproteins(15-20kDa)whicharechemicallystablewithlonghalf-lives(unlessspecificallydegraded)growthfactors,steroids,hormones,cytokines,chemokinesbindtomembranereceptorsusuallywithhighaffinity(lowbindingconstants:10-100pM)candiffusionlongdistances第二章生物环境48二、细胞结构与功能CellularCommunications第二章生物环境49二、细胞结构与功能CellularCommunicationsCell-to-CellContact:somemembranereceptorsareadhesivemoleculesadherentjunctionsanddesmosomesotherservetocreatejunctionsbetweenadjacentcellsal