第二章 生命的基本单位(第二-三节)-细胞I-周四

第二章生命的基本单位

——细胞本章内容细胞的化学成分细胞的结构与功能细胞的生命活动过程细胞的分裂、分化、衰老与死亡细胞工程第二节细胞的结构与功能

细胞的形态结构真核细胞的细胞器细胞膜结构物质的跨膜运输细胞的发现

1665年，英国Robert.Hooke,设计制造了第一台复式显微镜，观察软木，发现了盒状的结构，便命名为“细胞（Cell）”。多数直径在

1-100m真核细胞体积大于原核细胞；卵细胞大于体细胞。人卵与精子细胞的大小最小的细胞?最大的细胞?支原体，直径100nm鸵鸟卵细胞，直径5cm草履虫细胞的形态眼虫钟形虫植物气孔细胞植物薄壁细胞人类红细胞巨噬细胞神经元细胞

根据细胞的进化程度和结构复杂程度，可将生物细胞分为两大类：

原核细胞（细菌）：核区没有核膜真核细胞（植物、动物、真菌、原生生物）具有核膜和核仁细胞的分类古细菌：既不同于原核细胞也不同于真核细胞，属于生命的第三种形式。产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜酸嗜热菌细胞壁细胞膜细胞质拟核间体菌毛、鞭毛原核细胞的形态结构从形态学分为三部分：质膜（plasmamembrane）。细胞核（nucleus）：具有核被膜和核仁。核仁是形成核糖体的结构域（domain），呈小球状。细胞质（cytoplasm）：包括细胞器和细胞质基质/胞质溶胶。真核细胞的基本结构细胞的形态结构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粒体中心体细胞的形态结构植物细胞模式图液泡细胞核内质网微管质膜细胞壁线粒体叶绿体微丝高尔基体细胞核核膜：双层膜，具核孔核基质(核液)染色质由DNA和蛋白质组成核仁富含蛋白质和RNA的区域，核糖体的装配场所。

细胞内除细胞核以外的空间，统称为细胞质。细胞质中各种细胞器以外空间称为细胞质基质。细胞质细胞器细胞器（organelle）：细胞内特定的功能结构域，有两类，一类是膜围成的，构成内膜系统。另一类细胞器是没有膜包围的。主要细胞器有：

①内质网

②高尔基体

③溶酶体

④线粒体

⑤叶绿体

⑥过氧化物酶体

⑦细胞骨架⑧中心体

⑨核糖体内质网(Endoplasmicreticulum，ER)从细胞核延伸到细胞膜的相互连接的网膜结构

内质网细胞的形态结构内质网基本类型光面内质网糙面内质网功能：是蛋白质合成的场所和运输通道功能：脂类合成核糖体由rRNA和蛋白质构成的核蛋白体，无膜包被，合成蛋白质的场所。类别：①游离核糖体：合成留存在细胞质中和细胞核内的蛋白质

②附着核糖体：合成膜蛋白和输出细胞外的蛋白质等高尔基体结构：单层膜围成的扁平囊泡功能：内质网上合成的蛋白质的加工和包装的场所形成面成熟面空腔分泌小泡溶酶体：从高尔基体断裂出来的包含多种水解酶类的小泡，分为初级溶酶体和次级溶酶体。主要功能消化内吞食物，为细胞提供营养；清除衰老的细胞器。溶酶体线粒体结构：由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质、嵴、基粒（ATP酶复合体），液态基质含少量DNA、核糖体。功能：细胞呼吸和能量代谢中心，是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所。叶绿体结构：由外被、类囊体和基质3部分组成。功能：光合作用的场所基粒类囊体内膜外膜结构真核细胞内普遍存在的蛋白质网架，维持细胞形态和内部结构的有序性微管：由微管蛋白组成，直径25nm

支持作用，参与形成纺锤丝、鞭毛、中心粒微丝：由肌动蛋白组成直径6nm细胞运动中等纤维：由不同蛋白组成，直径介于微管和微丝之间维持细胞形状使细胞彼此连接

微丝微管中间纤维细胞骨架鞭毛、纤毛、中心粒均由微管组成，鞭毛、纤毛属于细胞的附属物。中心粒：动物细胞特有，与细胞分裂时染色体的移动有关。细胞膜（CellMembrane）包围在细胞质外围的一层界膜，又叫质膜。将细胞质与外环境分隔开构成一道特殊屏障，使细胞有一个相对独立而稳定的内环境，在细胞与外环境之间进行物质、能量交换及信号传导。细胞内由膜构成的结构其成分基本相近，因此又把细胞中的所有膜统称为生物膜。Singer和Nicolson1972根据免疫荧光、冰冻蚀刻的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”(Fluid-mosaicmodel)细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性细胞膜的结构脂双层&膜蛋白磷脂分子由1个亲水的头部和2个疏水的尾部组成，尾部含有1～2个双键。膜脂是兼性分子，能自动形成双分子层（自我组装）膜内在蛋白（镶嵌蛋白）膜外在蛋白（外周蛋白）细胞膜的功能物质运输功能被动运输主动运输胞吞作用和胞吐作用

易化扩散被动运输吞噬吞饮简单扩散主动运输

跨膜运输Transmembranetransport胞吞膜泡运输Vesicletransport胞吐物质运输(SubstanceTransport）（一）小分子物质的跨膜转运小分子

离子：阴离子CL-

阳离子Na+,K+,Mg+,Ca2+,H+

非极性小分子：O2,CO2

极性小分子：乙醇，尿素，类固醇激素

其他：甘油，葡萄糖，氨基酸

简单扩散（simplediffusion）

影响因素：分子量越小脂溶性越强非极性比极性分子过脂双层膜速率越快特点：①沿浓度梯度扩散高-低②不需要提供能量③不需要膜蛋白协助膜转运蛋白——小分子跨膜转运的载体或通道膜转运蛋白分两类：

载体蛋白(carrierprotein)：与特定溶质结合，改变构象使溶质穿越细胞膜通道蛋白(channelprotein)：形成一种充满水溶液的通道，贯穿脂双层之间，当孔开放时特定的溶质经过通道穿透细胞膜膜转运蛋白运输的形式：易化扩散、主动运输

易化扩散（facilitateddiffusion）所有的通道蛋白和大多数载体蛋白使溶质穿过膜是被动的，如果转运分子不带电荷，膜两侧浓度梯度决定分子运动方向；若带电荷，膜两侧电化学梯度决定方向例如：葡萄糖主动运输载体蛋白的运输形式，细胞膜利用代谢产生的能量驱动物质的逆浓度梯度方向的运输，消耗能量。钠钾泵：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。将Na+逆电化学梯度运出细胞将K+逆电化学梯度运入细胞每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+，使胞外高钠，胞内高钾，形成胞内负电，胞外正电钠钾泵机制（二）大分子和颗粒物质的膜泡转运

——胞吞和胞吐

细胞胞吞作用的两种形式：吞噬（phagocytosis）进入细胞的物质是固形体吞饮（pinocytosis）进入细胞的物质是液体细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、蛋白质、病毒等。由专门的吞噬细胞进行消化，最终到达溶酶体被降解吞噬作用细胞吞入液体或极小的颗粒物质。被吞噬的物质从细胞质膜表面膜包围囊泡溶酶体消化吞饮作用胞吐作用胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，又称出胞作用。包含内容物的囊泡移至细胞表面，与质膜融合，随后融合处破裂，将内容物排出细胞之外。消耗能量,属于主动运输功能：补充质膜更新所需的物质；分泌各种分子本节重点真核细胞的形态结构真核细胞各种细胞器的结构特点和生理功能物质跨膜运动的方式细胞的生命活动过程生命的能量光合作用呼吸作用第三节细胞的新陈代谢热力学定律热力学第一定律即能量守恒定律：宇宙的能量是一个常数，能量可以不断被转化和转移，但不可能被创造，也不可能被消灭。生物体的能量

生命活动需要能量生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量。几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的太阳能转化为化学能被生物体利用线粒体和叶绿体是能量转换的细胞器ATP是新陈代谢所需能量的直接来源细胞的主要能源物质是:生物体内储存能量的物质是:最根本的能量来源是:太阳能糖类脂肪生物体的能源物质细胞的能量通货——ATP在活细胞中，能量贮存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATP三磷酸腺苷全称ATP腺苷三个磷酸基团（高能磷酸化合物）ATP的合成在植物的叶绿体中通过光合作用合成在线粒体中通过氧化磷酸化由ATP合成酶合成ATP合成酶：分布于线粒体内膜,叶绿体类囊体,异养菌和光合菌的质膜上,参与氧化磷酸化和光合磷酸化,在跨膜质子动力势的推动下合成ATP.细胞的能量通货——ATPATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量

ATP+H2O——>ADP+Pi

G=-30.5kJ/mol光合作用光合作用的发现五年后1642年，比利时医生赫尔蒙特(J.B.vanHelmont)柳树增重74.47kg土壤减少0.06kg水分是建造植物体的唯一原料光合作用的发现1771年，英国的牧师普里斯特利(JosephPriestley)的实验实验现象实验结果A组:B组:光合作用的概念和意义光合作用：绿色植物叶肉细胞的叶绿体可吸收日光能量，并利用光能同化二氧化碳和水，合成糖类等有机物，同时释放氧气的过程。在这个过程中，无机物质（二氧化碳和水）被转化为有机物质，日光能转变为化学能。所产生的有机物质，主要是糖（葡萄糖等），被转变的化学能贮藏在有机物质中。光合作用是自然界将光能转化为化学能的主要途径。光合作用反应式2、第二组向同种绿色植物提供C18O2和H2O

1、第一组向绿色植物提供H218O和CO2

鲁宾.卡门实验：用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。进行两组光合作用实验：

C18O2+H2O

光照O2

CO2+H218O18O2光照光合作用反应式光合作用的两个阶段光反应：通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，将光能转换为电能，再到活跃的化学能，并放出氧气。碳反应（暗反应）：将CO2转变为糖类，将活跃的化学能转换为稳定的化学能。光反应发生在类囊体膜上碳反应发生在叶绿体的基质中光合色素叶绿素类：叶绿素a、b、c、d类胡萝卜素：胡萝卜素、叶黄素藻胆素：藻红素、藻蓝素光合作用的色素主要包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、藻胆素等

叶绿素a启动光反应光合色素捕光色素（天线色素）：没有光化学活性，只有收集光能的作用，包括大部分叶绿素a和全部叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。反应中心色素：少数特殊状态的叶绿素a分子，它具有光化学活性，是光能的“捕捉器”、“转换器”，将光能转换为电能。

光反应系统色素分子装配成的系统能把吸收的能量汇集到光反应中心，称为光系统。是光合单位的更具体形式。参加光合作用的光系统有两个：光系统I（PSI）：P700光系统II（PSII）：P680P代表色素，700、680则代表P氧化时其吸收光谱中变化最大的波长位置是近700nm或680nm处电子传