生物学导论第讲细胞

1、细胞学说的主要的内容

17世纪中叶，显微镜被用于生物学研究，用显微镜观察来自树皮的木栓，看到一个个“小室”结构，称之谓“Cell”（细胞）。

一、细胞学说的建立

(本节见参考书第16-17页）当前第1页\共有88页\编于星期四\19点

人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。图一当前第2页\共有88页\编于星期四\19点返回英国科学家霍克（R.Hook,1635-1703),27岁成为英国皇家学会领导成员,发表对木栓的观察,命名Cell。荷兰人列文虎克（AntonivonLeeuwenhoek,1623-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。当前第3页\共有88页\编于星期四\19点

19世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：

细胞是植物体和动物体的基本结构单位。当前第4页\共有88页\编于星期四\19点

这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：

（1）细胞是所有动、植物的基本结构单位。

（2）每个细胞相对独立，一个生物体内各

细胞之间协同配合。

（3）新细胞由老细胞繁殖产生。当前第5页\共有88页\编于星期四\19点2、细胞学说的科学意义细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，奠定了生物科学的基础。细胞学说使生命世界有机结构多样性的统一，从哲学推断走向自然科学论证。当前第6页\共有88页\编于星期四\19点

细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。

值得注意的是，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。当前第7页\共有88页\编于星期四\19点最初提出细胞学说观点的两篇论文是:德国植物学家施莱登1838年发表的论文:『论植物发现』;德国动物学家施旺1839年发表的论文:『动、植物结构与生长相似性的显微研究』。返回当前第8页\共有88页\编于星期四\19点有没有非细胞生命？19世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。1930s－1940s期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。当前第9页\共有88页\编于星期四\19点最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面特性。当前第10页\共有88页\编于星期四\19点二、细胞的结构和功能

（本节见参考书第47-57页）1、动物细胞的典型结构

细胞膜和生物膜

磷脂和鞘脂分子具有一个共同的特征――一个极性的头两个非极性的尾巴。在水环境中，这类分子会自发形成脂双层微囊。当前第11页\共有88页\编于星期四\19点返回动物细胞模式图当前第12页\共有88页\编于星期四\19点返回在水中的脂双层微囊当前第13页\共有88页\编于星期四\19点

细胞膜的框架，就是脂双层，还有蛋白质“镶嵌”其中。1970s提出的流动镶嵌学说,强调了生物膜中脂分子和蛋白质分子的运动。

这样的膜结构不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，所以,统称生物膜。当前第14页\共有88页\编于星期四\19点返回细胞膜结构当前第15页\共有88页\编于星期四\19点

内质网

由单层生物膜围成。是蛋白质合成、修饰和分泌；脂类合成的场所。

细胞核由两层生物膜围成，遗传信息贮藏在核内，是DNA复制和RNA合成场所。当前第16页\共有88页\编于星期四\19点返回细胞核结构当前第17页\共有88页\编于星期四\19点返回内质网结构当前第18页\共有88页\编于星期四\19点

溶酶体

由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。

高尔基体

由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。

当前第19页\共有88页\编于星期四\19点返回溶酶体结构当前第20页\共有88页\编于星期四\19点返回高尔基体结构当前第21页\共有88页\编于星期四\19点

细胞质有多种蛋白质和酶，是糖酶解和糖元合成等反应的场所。

线粒体

由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。当前第22页\共有88页\编于星期四\19点返回线粒体结构当前第23页\共有88页\编于星期四\19点

细胞骨架

由蛋白质亚基组装成，和细胞形状、迁移、信息传导等有关。

核糖体由RNA和蛋白质形成的大颗粒，是蛋白质合成的场所。

当前第24页\共有88页\编于星期四\19点返回微管微丝中间纤维细胞骨架结构当前第25页\共有88页\编于星期四\19点2、植物细胞的典型结构与动物细胞相比,有几点不同:

植物细胞动物细胞

有细胞壁没有细胞壁

有叶绿体没有叶绿体

有中央液泡没有中央液泡

当前第26页\共有88页\编于星期四\19点返回植物细胞结构当前第27页\共有88页\编于星期四\19点3、真核细胞和原核细胞

细菌细胞结构与动、植物细胞不同，要简单的多。最主要的差别是细菌没有细胞核结构，核物质－DNA还是有的，形成类核区(又称拟核)。并且细菌细胞也没有其他各种细胞器。当前第28页\共有88页\编于星期四\19点返回细菌细胞结构当前第29页\共有88页\编于星期四\19点

依据有无细胞核，整个生命世界可以区分为两大类：

原核生物真核生物

细菌植物

放线菌动物

蓝藻真菌（霉菌、酵母)

等等原生动物

藻类

当前第30页\共有88页\编于星期四\19点三、细胞分裂和细胞周期

（本节见参考书第81-86页）1、为什么会有细胞分裂？

随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。

活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。

当前第31页\共有88页\编于星期四\19点

表面积/体积比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。当前第32页\共有88页\编于星期四\19点随着体积增大,表面积/体积比值下降下图半径增大4倍体积增大64倍表面积增大16倍表面积/体积从3/1下降到0.7/1当前第33页\共有88页\编于星期四\19点表面积/体积比值老鼠>大象返回老鼠重25克,大象重4吨表面积/体积老鼠是大象的24倍所以,老鼠的代谢速率大于大象当前第34页\共有88页\编于星期四\19点2、

原核生物的细胞分裂

原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。

细胞生长增大到一定程度，DNA复制，形成两个DNA分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称为二分分裂。当前第35页\共有88页\编于星期四\19点细菌细胞分裂返回当前第36页\共有88页\编于星期四\19点3、

真核细胞的有丝分裂大多数真核生物是多细胞生物。体细胞的分裂称为有丝分裂；生殖细胞形成过程中，则有与之不同的减数分裂。当前第37页\共有88页\编于星期四\19点细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个:

细胞周期。（1）细胞分裂周期当前第38页\共有88页\编于星期四\19点细胞周期返回当前第39页\共有88页\编于星期四\19点通常,细胞周期可以区分为四个阶段：

M期——分裂期，在这个阶段

可以在显微镜下看到

细胞分裂过程。

G1期——

S期——DNA合成期

G2期——

G1期，S期和G2期又总称为:

分裂间期。当前第40页\共有88页\编于星期四\19点（2）有丝分裂过程

前期

染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体。每条染色体含两条姊妹染色单体。

中期核膜消失，染色体排列在赤道板上。当前第41页\共有88页\编于星期四\19点返回分裂间期有丝分裂前期中期当前第42页\共有88页\编于星期四\19点

后期

姐妹染色单体分开，被分别

拉向细胞两侧

末期重新形成核膜，染色体消失

细胞质分裂

胞质形成间隔，最终

分开为两个细胞

当前第43页\共有88页\编于星期四\19点返回中期后期末期细胞质分裂有丝分裂当前第44页\共有88页\编于星期四\19点

现在集中看一下在M期发生的有丝分裂过程：

前期:染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体，每条染色体含两条染色单体。

中期:核膜消失，染色体排列在赤道板上。

后期:姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。

末期:重新形成核膜，染色体消失。

细胞质分裂:胞质形成间隔，最终分开为两个细胞。当前第45页\共有88页\编于星期四\19点返回有丝分裂当前第46页\共有88页\编于星期四\19点（3）染色质和染色体处于分裂间期的细胞，细胞核内的DNA分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。多个核小体串在一起形成染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。当前第47页\共有88页\编于星期四\19点核小体和染色质返回当前第48页\共有88页\编于星期四\19点

核小体直径10nm，光镜下看不到。当细胞进入M期时，染色质折叠包装，大约压缩8400倍，形成光镜下可以看到的染色体。当前第49页\共有88页\编于星期四\19点染色体返回当前第50页\共有88页\编于星期四\19点

应记住，在染色体出现时，细胞已经过S期完成DNA复制，已由原来的每个DNA分子复制出两个DNA分子。所以，每条染色体由两条姐妹染色单体组成。当前第51页\共有88页\编于星期四\19点通常把体细胞称为双倍体细胞，体细胞的遗传物质的总含量为2n。在细胞分裂中，在光镜下可以看到染色体时，已经过DNA复制，这时遗传物质的总量已经是4n了。细胞分裂完成时，出现的两个子细胞又都回复为2n。当前第52页\共有88页\编于星期四\19点

不同物种的细胞，染色体数目不同。所以，染色体数目也是不同物种细胞的特征。因为，对大多数物种来说，体细胞是2n的，所以染色体数目通常为偶数。当前第53页\共有88页\编于星期四\19点物种染色体数目物种染色体数目人46豌豆14小鼠40玉米20爪蟾36小麦42果蝇8酵母32当前第54页\共有88页\编于星期四\19点

4、

真核细胞的减数分裂

（1）减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞。它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为n细胞。

由2n的体细胞产生n的生殖细胞，需要经过减数分裂。当前第55页\共有88页\编于星期四\19点返回减数分裂当前第56页\共有88页\编于星期四\19点

（2）、减数分裂后，细胞中染色体数目减少一半。

减数分裂可以分为两个阶段：

第一次减数分裂：DNA复制一次，

细胞分裂一次。第二次减数分裂：DNA不复制,细胞再分裂一次。当前第57页\共有88页\编于星期四\19点结果，子细胞染色体数目减半，遗传物质总量由2n变为n。

总之，减数分裂就是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个2n细胞分出4个n细胞。当前第58页\共有88页\编于星期四\19点（3）、减数分裂丰富基因组合

减数分裂的特点:

一是子细胞染色体数减半;

二是子细胞基因组合大为丰富。

基因组合的丰富由两个原因造成。

首先，体细胞的染色体实际上是由两套同源染色体组成。人的细胞有4６条染色体，实际上可以看作2２对同源染色体加上两条性染色体。当前第59页\共有88页\编于星期四\19点返回人的体细胞染色体当前第60页\共有88页\编于星期四\19点

在减数分裂的第一次分裂时，每对同源染色体分别分配至两个子细胞。于是父源的同源染色体和母源的同源染色体以不同组合，分配到两个子细胞中去。这样，产生不同染色体组合的配子种型大增。当前第61页\共有88页\编于星期四\19点

其次，在第一次减数分裂中，还发生同源染色体配对，配对后还发生同源染色体之间的染色体交叉和基因重组。这使基因组合状况更为复杂化。当前第62页\共有88页\编于星期四\19点同源染色体配对和染色体交叉,造成基因重组下图当前第63页\共有88页\编于星期四\19点返回染色体交叉的电镜图当前第64页\共有88页\编于星期四\19点

所以，经由减数分裂产生的生殖细胞，其基因组合表现极大的丰富和多样化。结果是,有性生殖的后代具有更丰富的基因组合，具有更强的适应性和进化潜能。当前第65页\共有88页\编于星期四\19点四、细胞的分化、衰老与死亡

（本节见参考书第86-94页）1、

细胞的分化

成年人全身细胞总数约1012个。

细胞种类有200多种。这么多种类细胞均来自一个受精卵细胞。

细胞分化的定义：发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞分化。当前第66页\共有88页\编于星期四\19点上皮细胞脂肪细胞平滑肌细胞心肌细胞下图当前第67页\共有88页\编于星期四\19点返回神经元细胞当前第68页\共有88页\编于星期四\19点正在受精的卵细胞返回当前第69页\共有88页\编于星期四\19点

细胞分化不但发生在胚胎阶段和发育过程中，亦发生在成人阶段。如：人体血细胞的产生。

分化以后不同种类的细胞，

形态不同，

功能不同，

基因表达不同，

代谢活动也不同。当前第70页\共有88页\编于星期四\19点红血球白血球血小板返回好多种血细胞都由生血干细胞分化而来。当前第71页\共有88页\编于星期四\19点返回胰脏细胞眼晶体细胞（胚胎）神经细胞糖酵解酶基因晶体蛋白基因胰岛素基因血红蛋白基因不同种类细胞，形态、代谢和基因表达都不同当前第72页\共有88页\编于星期四\19点

2、细胞的衰老

衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷。

人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老。当前第73页\共有88页\编于星期四\19点返回早衰症是人体衰老中的一种病症当前第74页\共有88页\编于星期四\19点一名男子从36岁到75岁味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少44％返回当前第75页\共有88页\编于星期四\19点

身体的衰老是以细胞衰老为基础的。实验证明，细胞有着明显的衰老过程。

当前第76页\共有88页\编于星期四\19点体外培养成纤维细胞来自胎儿可传代50次（与供体年龄来自成人可传代20次有关）来自小鼠可传代14－28次（与供体物种来自乌龟可传代90－125次特性有关）返回当前第77页\共有88页\编于星期四\19点亦有人强调，人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。当前第78页\共有88页\编于星期四\19点

衰老的机理，尚不清楚，有各种学说。自由基假说是其中广为人们接受的一种假说。

当前第79页\共有88页\编于星期四\19点生物氧化中产生自由基，自由基破坏生物大分子——蛋白质、核酸、脂类等。使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。

人体存在着清除自由基机制，这些淬灭自由基机制受遗传控制。当前第80页\共有88页\编于星期四\19点H2OH•＋OH•返回带有不成对电子的基团称为自由基自由基的反应活泼性特别强当前第81页\共有88页\编于星期四\19点

3、

细胞凋亡

多细胞生物个体的一生中，不断发生构成身体的细胞的死亡。

有两种细胞死亡：

因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理死亡，或细胞坏死。

因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称细胞凋亡。当前第82页\共有88页\编于星期四\19点细胞凋亡是普遍存在的

变态：蝌蚪青蛙

昆虫、卵幼虫成虫哺乳类: