高中生物细胞与生物大分子3细胞的基本结构与功能省公开课一等奖新名师获奖课件

第三章

细胞基本形态结构与功效§2·1细胞基本结构与功效§2·2生物膜——流动镶嵌模型§2·3物质跨膜运输§2·4细胞连接第1页人眼分辨率为0.1mm，直到17世纪，虎克创造了显微镜后，人们才发觉细胞，光学显微镜最大分辨率为200nm第2页以后，人们又创造了电子显微镜，利用加速电子束代替可见光，其分辨率可达0.2nm，人们深入认识了细胞器、蛋白质、DNA等大分子结构。扫描电子显微镜透射电子显微镜第3页§2·1细胞基本结构与功效一、细胞大小和形状细胞形状各种多样，大小也各不相同，细胞大小形状与它们各自功效亲密相关。见图1

普通说来，大多数细胞直径在1～100m之间，生物体体积加大，不是因为细胞体积加大，而是因为细胞数目标增多——多细胞生物细胞数目与生物体大小呈正比第4页鸟类卵细胞，最大可达170mm×135mm神经元细胞，长达1米植物纤维细胞，长达10cm直径约100um可改变形状衣原体100nm第5页细胞为何这么小呢？这主要是因为细胞必须经过细胞膜从外部不停取得物质和能量，同时还要将代谢产生副产物经过细胞膜运出细胞外

细胞体积越小，其表面积与体积比值就越大，从而越有利于物质进出细胞第6页第7页二、细胞类别按照细胞结构复杂程度和进化次序，细胞可分为两类：

原核细胞和真核细胞原核细胞小（10m左右），无细胞核结构，核区含一环状DNA分子，无膜包被细胞器。第8页真核细胞可分深入为植物细胞和动物细胞叶绿体线粒体细胞壁细胞膜液泡细胞质光面内质网细胞核粗面内质网高尔基体高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛第9页植物细胞与动物细胞存在差异：

特征

动物细胞植物细胞质体（叶绿体）细胞壁大中央液胞其它无，异养营养有，自养营养无有（纤维素和果胶质）无有（代谢调整作用）溶酶体、中心粒乙醛酸循环体、胞间连丝分裂时收缩环分裂时细胞板第10页§2·1·1细胞膜与细胞壁一、细胞膜又称质膜（plasmamembrane），厚7～8nm，为脂质双分子膜第11页细胞膜含有三个特点：

※流动性，细胞膜并不是分子所形成静态片状结构，组成细胞膜磷脂和蛋白质能在膜平面中自由地漂移；

※半透性，又称选择性透性，有选择地允许物质经过扩散、渗透和主动运输等方式进出细胞；

※不对称性，膜内外两侧脂类和蛋白质分布不均匀，可见膜两侧功效不一样第12页二、细胞壁

细胞壁是无生命结构，是细胞分泌产物，植物细胞有细胞壁结构功效：

支持和保护，预防细胞吸涨而破裂，保持细胞正常形态分类：

初生壁——植物细胞最初生成细胞壁，由纤维素埋在由多糖和蛋白质组成基质中形成，初生壁薄而且含有弹性，能随细胞生长而延伸第13页

次生壁——

植物细胞长大后，在初生壁内侧长出一层细胞壁，由纤维素、木质素以及木栓质等物质组成，其组成、厚薄、硬度和色泽随不一样植物、不一样组织而不一样胞间层——相邻初生细胞壁之间，把两个细胞粘在一起结构，其主要成份为果胶。胞间连丝——相邻细胞细胞壁上有小孔，细胞质经过小孔而彼此相通，允许水和其它小分子在细胞间移动，以整合组织活动第14页第15页§2·1·2细胞核基本结构

细胞核是细胞控制中心，含有控制细胞生命活动最主要遗传物质，直径为5m左右，由核被膜、核基质、染色质和核仁组成第16页一、核被膜（nuclearenvelope）

1、核被膜结构：核被膜包在核外，将细胞核内含物与细胞质分割开来，结构复杂，包含

核膜——

由两层生物膜（7～8nm）组成其中外膜上有核糖体分布，延伸与细胞质中糙面内质网相连，内膜与外膜间围成一核周腔（10～50nm）

核纤层——

位于核膜内侧，由核纤层蛋白（纤维蛋白）组成，支撑核膜结构，并参加组成核孔

核孔——位于核膜上，直径50～100nm，数量不等，平都有几千个，结构复杂，由100各种蛋白质与核纤层紧密结合组成核孔复合体第17页2、核被膜功效物质选择性通道——大分子上核定位信号与核孔复合体上对应蛋白质受体结合，主动转运，包含：

细胞质中合成蛋白质（组蛋白、与复制、转录相关蛋白、核糖体亚基蛋白）能经过，进入细胞核

细胞核中合成大分子复合物，如成熟mRNA和蛋白质复合物、组合好核糖体、tRNA等，能经过，进入细胞质

3、核被膜内外电位差约15mv，调整控制离子进出细胞核第18页二、染色质（chromatin）1、基本成份：蛋白质、DNA、少许RNA

组蛋白

:DNA＝1:1DNA是脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）RNA是核糖核酸（ribonucleicacid）

组蛋白——H1、H2A、H2B、H3、H4

非组蛋白——

与DNA、RNA合成相关酶蛋白质包含第19页2、基本结构：

串珠状细丝，包含核小体——直径10nm

连接DNA——直径1.5~2.5nm

核小体由组蛋白H2A、H2B、H3、H4各一对组成关键，约200bp

DNA分子缠绕在关键上；

连接DNA由组蛋白H1和DNA链组成，其中H1能促进核小体聚拢第20页串珠状细丝

6×折叠40×缠绕折叠基本单位1000×10000×第21页DNA和RNA是由许多次序排列核苷酸组成大分子核苷酸（nucleotide）每个核苷酸分子含一个戊糖（核糖或脱氧核糖）分子，一个磷酸分子和一个含氮有机碱分子（碱基）1`2`3`4`5`1`2`3`4`5`

核糖或脱氧核糖上第一位碳原子与碱基结合，第五位碳原子与磷酸结合，就组成了核糖核苷酸或脱氧核糖第22页碱基核苷酸碱基有两类：一类是嘌呤，是双环分子；一类是嘧啶，为单环分子嘌呤有两种：腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）嘧啶有三种：胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）

DNA碱基：A、T、G、CRNA碱基：A、U、G、C第23页第24页

核苷酸分子间经过缩水作用，形成磷酸二酯键，次序相连形成长链多聚物，即多核苷酸分子，是核酸基本结构第25页DNA双螺旋结构

DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成螺旋状双链分子第26页三、核仁（nucleolus）细胞核中椭圆或圆形颗粒状结构，无膜，数目普通为1～2个，蛋白质合成旺盛细胞，核仁多或大

基本成份：与转录相关蛋白质、核糖体RNA(rRNA)、核糖体亚基蛋白和特定染色体上rDNA区（又称核仁组织区）

功效：合成rRNA，组装核糖体第27页四、核基质（nuclearmatrix）成纤维状网，充满整个细胞核，网孔中充满液体

基本成份：纤维蛋白、水溶液

功效：是核支架，维持细胞核形状为染色质代谢活动提供附着场所第28页§2·1·3细胞质和细胞器

细胞质（cytoplasm）——细胞中除细胞核外其余部分，包含胞质溶胶和浴于其中细胞器一、胞质溶胶（cytosol）——

细胞质中除细胞器外液体部分，透明、粘稠，并时刻流动着基本组成：

水——生命溶剂，是酶促化学反应介质蛋白质——占细胞总蛋白25～50％其它成份——储存营养物质、代谢产生废物功效：是细胞代谢活动场所是营养物质，如糖原、脂肪，储存场所第29页二、核糖体（ribosome）细胞蛋白质合成工厂，每个细胞有几百万个核糖体基本组成：蛋白质（大亚基和小亚基）和rRNA分子分布：

附着在内质网膜上——

合成输出细胞和位于其它细胞器中蛋白质游离在细胞质中——

合成留在胞质溶胶内蛋白质第30页第31页三、内质网（endoplasmicreticulum,ER）以生物膜为基础形成囊状、泡状和管状结构，彼此相通连。内质网与核膜、高尔基体和溶酶体等在发生上或功效上相互联络，组成了细胞内膜系统第32页1、光面内质网（smoothER）——为小囊和分支管状，无核糖体附着，含有各种多样酶功效：

脂质合成和代谢——包含磷脂、类固醇、脂肪、胆固醇等——脂肪细胞、产生类固醇激素细胞

药品和其它毒素解毒——肝脏细胞

将合成蛋白质和脂类转运到高尔基体2、糙面内质网（roughER）——内质网膜上附有大量核糖体颗粒，是核糖体与内质网共同组成复合结构，通常为平行排列扁平囊状，与核膜相连功效：合成和运输蛋白质第33页信号假说（signalhypothesis）出发点：全部蛋白质都是在游离核糖体上开始合成分泌蛋白有十几个疏水氨基酸组成信号肽内容：信号肽先合成出来

信号肽带着核糖体附着到内质网上

蛋白质合成继续，而且进入内质网腔信号肽水解，蛋白质被转运第34页

两种内质网在细胞中是相互通连，其管腔中新合成蛋白质和脂类相遇，可能形成脂蛋白糙面内质网管腔中合成物质会逐步送到光面内质网管腔中，然后形成由光面内质网膜包裹成转运小泡，脱离内质网，移向高尔基体。第35页四、高尔基体（Golgiapparatus）意大利人CamilloGolgi于1898年在神经细胞中首先发觉，是细胞精加工车间、仓库和运输中心结构：由一系列生物膜围成小囊小泡组成第36页分布：除了成熟红细胞外，几乎全部细胞都有——在植物细胞中分散分布；动物细胞中定位在细胞一侧功效：

a、细胞合成份子最终加工和包装场所

从光面内质网上断裂下来转运小泡，移至高尔基体，与高尔基体膜融合

其中蛋白质在高尔基体中各种酶作用下，完成修饰加工

围以高尔基体外膜，形成份泌小泡，从高尔基体上脱落下来

分泌小泡向其它细胞器或细胞膜移动，把加工完成分子分发给其它细胞器或分泌到细胞外第37页b、合成多糖

直接作为细胞产物，如粘液、各种胞外多糖等合成多糖与分泌蛋白形成糖蛋白c、与细胞分裂相关

在植物细胞中，与细胞板、新细胞壁、细胞膜形成相关在动物细胞中，与横缢、新细胞膜产生相关第38页

五、溶酶体（lysosome）结构：由高尔基体断裂产生，是单层膜包裹小泡，内含60种以上水解酶功效：能催化蛋白质、多糖、脂类、DNA、RNA等大分子物质降解，消化细胞从外界吞入颗粒，或细胞本身产生碎渣特点：是酸性，其膜上质子泵将细胞质中H+泵入溶酶体内，使其pH值保持在4.8左右，溶酶体中酶只在酸性环境下才有活性第39页六、线粒体（mitochondrion）形状：颗粒状或短杆状，长约2～3m，横径约0.5～1m，大小与细菌类似第40页分布：各细胞中都有，其数目与细胞种类、代谢活性不一样而不一样，从1个～上千个结构：复杂，双层生物膜包被囊状细胞器，包含

外膜——平整，含有孔蛋白组成亲水通道

膜间腔——6～8nm，其中液体含有各种酶、底物和辅助因子，其中最主要是腺苷酸激酶

内膜——向内折，形成一些嵴（cristae），增大了内膜面积，膜上带有电子传递链，另外内膜上有许多带柄小球，直径约10nm，它们是ATP合成酶复合体，能合成ATP第41页第42页

基质——充盈于囊内液体，内含环状DNA和核糖体，负责合成线粒体中10％蛋白质；含有催化三羧酸循环各种酶功效：细胞呼吸和能量代谢中心，搜集糖和其它食物分子中能量，并将其转化成另一个形式化学能，即ATP中能量第43页发生于线粒体基质中三羧酸循环第44页七、质体（plastid）植物细胞特有细胞器，按照其内含物分类：

白色质体——

存在于分生组织以及不见光组织，如根、茎，各种白色体可能含淀粉、油类或蛋白质

有色质体——

存在于见光组织，含各种色素，如类胡萝卜素、叶绿素、叶黄素、番茄红素等叶绿体（chloroplast），属有色质体，含有大量叶绿素功效：细胞进行光合作用场所第45页外观：透镜状，大小为2～5m，其形状、大小随不一样植物、不一样细胞而不一样第46页分布：在叶片上分布与光照相关——光照时，分布在细胞外周；黑暗时，流向细胞内部结构：由双层膜包被囊状结构

外膜——平整

内膜——为一系列排列整齐扁平囊（又称类囊体）组成复杂膜系统，光合作用色素和电子传递链均位于类囊体膜上

10～50个类囊体有规律地摞叠在一起形成基粒，基粒间有埋藏在基质中基质类囊体，各类囊体腔相通联

第47页第48页

基质——为电子密度较低液体，内含环状DNA和核糖体；Calvin(卡尔文)循环所需各种酶第49页八、微体（microbodies）结构：与溶酶体类似，单层膜包裹小泡特点：含酶蛋白，pH中性分类：过氧化物微体——含氧化酶、过氧化酶乙醛酸循环微体——植物特有，含脂肪酶功效：过氧化物微体能将脂肪酸氧化分解，降解H2O2，或是利用H2O2使有毒物质氧化，起解毒作用乙醛酸循环微体能将脂肪转化成糖，为乙醛酸循环中一步第50页九、液泡（vacuole）植物细胞特有单层膜包裹充满水液囊泡特点：水液为细胞液，溶有没有机盐、氨基酸、糖、各种色素等等分布：普遍存在植物细胞中，占细胞体积5％～95％不等功效：

细胞液为高渗，确保细胞处于吸满饱胀状态

细胞液中含色素与花、叶、果颜色相关

细胞代谢废物囤积处，普通以晶体形式囤积第51页十、细胞骨架（cytoskeleton）组成：由三种蛋白质纤维组成细胞支架第52页1、微管（microtubules）结构：直径为24nm中空长管状纤维组成：、亚基按螺旋排列，盘绕成一层分子微管壁分布：除成熟红细胞外全部真核细胞中，成束存在时，形成纺锤丝、鞭毛、纤毛；散布在细胞质中特点：为保守蛋白，无组织特异性功效：

给细胞机械支持，保持其正常形态

固定细胞核、细胞器位置或让细胞器沿着微管组成架子移动

在细胞分裂时，引导染色体移动

运输神经递质

第53页第54页2、肌动蛋白丝（actinfilament），又称微丝结构：直径为4～7nm实心纤维丝组成：由肌动蛋白单体连成串，两串以右手螺旋形式纽缠成束分布：存在于全部真核细胞中功效：运动——包含胞质溶胶流动和细胞变形运动特点：

保守，无组织特异性

易解聚成单体，也易重新聚合成纤维，与其运动功效相对应。第55页3、中间纤维（intermediatefilament）结构：直径为8～10nm实心纤维组成：在不一样组织细胞中，其成份不一样，如在上皮细胞中，为角蛋白；在成纤维细胞中为波形蛋白分布：存在于全部真核细胞中，散布于细胞质和核基质中功效：支持、运动特点：组织特异性强第56页十一、鞭毛、纤毛、中心粒均是由微管组成结构1、鞭毛（flagellum）结构：由9束二体微管围成圆筒，中央有两个单体微管，即【9（2）＋2】模式分布：细胞外特点：长，数量少，每个细胞仅有1～几根功效：运动第57页2、纤毛（cilium）结构、分布、功效同鞭毛特点：多，覆盖于细胞表面第58页3、基粒（basalgranule）结构：由9束三体微管围成圆筒，中无单体微管，即【9（3）＋0】模式分布：细胞内，与胞外鞭毛、纤毛相连4、中心粒（centrosome）结构：同基粒，为【9（3）＋0】模式分布：真核细胞内，普通每个细胞有两个，呈直角排列，埋藏于特殊胞质溶胶中功效：是微管组织中心，许多微管从这放射状伸向细胞质第59页§2·2生物膜——流动镶嵌模型

生物膜（biologicalmembrane）——由脂类和蛋白质分子经过非共价键组合装配而成膜，厚7～8nm，包含质膜、核膜和各种细胞器膜，占细胞干重70～80％特点：流动（fluid）——组成膜脂质分子能够自由地移动，蛋白质分子也能够在脂双层中横向移动镶嵌（mosaic）——蛋白质象冰山一样在磷脂海洋中漂浮第60页一、脂双层

磷脂类双分子层，是膜骨架，有屏障作用，使膜两侧水溶性物质不能自由经过第61页1、磷脂

结构：极性头部，由胆碱、磷酸、甘油组成非极性尾，由两条脂肪酸链组成特点：两条脂肪酸链一条为饱和脂肪酸，是直，另一条起码有一个双键，是折，这么能够确保两条脂肪酸无法组合在一起，保持膜流动性

结果：磷脂分子形成脂双层，亲水头在外侧，疏水尾在内侧——

确保膜在两侧都是极性液体环境中稳定性

起到内外隔离，提供相对稳定内环境作用第62页

脂肪酸碳链越短、其上双键越多，其熔点就越低，流动性就越大

磷脂与脂肪不一样之处——

甘油一个羟基与磷酸及其衍生物（磷酸胆碱）结合，形成卵磷脂第63页2、胆固醇，为亲水极性分子，仅在动物细胞中存在，可预防磷脂碳氢键相互接触而结晶——

确保膜流动性第64页二、膜蛋白在不一样生物膜中，蛋白质含量和种类是各不相同，它们作为载体、受体、酶、细胞识别信号存在细胞膜上固有蛋白外在蛋白第65页1、固有蛋白，又称内在蛋白（intergralprotein）与脂双层结合方式：由蛋白质疏水部分和磷脂疏水部分非共价结合分布：蛋白质两端为极性，贯通于膜外，中间疏水，插入膜中，大多为屡次穿膜

2、外在蛋白（extrinsicprotein），以非共价键结合于固有蛋白或磷脂亲水端第66页三、糖和糖萼

普通为多分支寡聚糖，由半乳糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖胺、葡萄糖胺及唾液酸组成，普通唾液酸（带负电荷）位于糖链末端大部分糖与膜蛋白共价结合成糖蛋白，少数与脂类共价结合成糖脂，普通仅存在细胞质膜外侧，与细胞识别相关，一些细胞器膜上无糖链糖萼（glycocalys）——细胞表面寡糖链和蛋白质共同组成结构，带负电荷，形成细胞表面特化结构，各种细胞糖萼含有组织特异性第67页§2·3物质跨膜运输

物质穿膜运输可归纳为三种形式：被动运输、主动运输、胞吞胞吐一、被动运输（passivetransport）特点：不需消耗化学能，顺着浓度梯度运输1、单纯扩散（simplediffusion）针正确物质：分子量小，脂溶性强物质，如O2、CO2、烃类、乙醇等水单纯扩散又称渗透（osmosis）第68页第69页低渗溶液低渗溶液第70页2、易化扩散（facilitateddiffusion）

特点：需要跨膜蛋白帮助、速度远大于单纯扩散

载体蛋白——又称透性酶，它与特定分子结合后，蛋白分子构象发生改变，完成物质