真核细胞生物膜系统.ppt

神奇的进化神奇的进化, ,精密的分工精密的分工 真核细胞生物膜系统真核细胞生物膜系统 生物有机体的进化生物有机体的进化 生物有机体并非是用各种不同的有机的和无机的分子生物有机体并非是用各种不同的有机的和无机的分子 随机堆积而成的，而是有着严整有序的结构。生物体随机堆积而成的，而是有着严整有序的结构。生物体 的的结构结构基础就是细胞，已知的所有生物除了病毒之外基础就是细胞，已知的所有生物除了病毒之外 都是由细胞组成的。细胞不仅是生物体的结构单位，都是由细胞组成的。细胞不仅是生物体的结构单位， 更是其功能单位。更是其功能单位。有了细胞，就如同将有机体进行了有了细胞，就如同将有机体进行了 功能分区，不同类型的组织中的细胞执行不同功能。功能分区，不同类型的组织中的细胞执行不同功能。 而细胞中的细胞器而细胞中的细胞器( (如内质网、高尔基体、线粒体、如内质网、高尔基体、线粒体、 叶绿体等叶绿体等) )又用生物膜进一步地将细胞分为功能亚区又用生物膜进一步地将细胞分为功能亚区 。功能分区使得生命活动能够有序地进行，失去了这。功能分区使得生命活动能够有序地进行，失去了这 种有序性生命就将完结。种有序性生命就将完结。执行同一功能的细胞组成了执行同一功能的细胞组成了 组织，由不同组织又构成器官，再由器官组成个体。组织，由不同组织又构成器官，再由器官组成个体。 自然界中每一物种的个体并非单独存在的，在个体之自然界中每一物种的个体并非单独存在的，在个体之 上还有种群、群落等不同层次的生命结构形式上还有种群、群落等不同层次的生命结构形式. . 由多分子体系进化为原始生命由多分子体系进化为原始生命 生命起源最关键的一步。有两个重要问题生命起源最关键的一步。有两个重要问题 要解决：要解决： 生物膜的产生生物膜的产生 遗传器的起源遗传器的起源 生物膜的产生生物膜的产生 只有界膜变成了生物膜，多分子体系才有可能演只有界膜变成了生物膜，多分子体系才有可能演 变为原始细胞。生物膜的基本结构就是磷脂分子双层变为原始细胞。生物膜的基本结构就是磷脂分子双层 上镶嵌着动态的功能蛋白质分子。一般认为，脂质体上镶嵌着动态的功能蛋白质分子。一般认为，脂质体 可能是原始生物膜的模型。脂质体是一种人工制造的可能是原始生物膜的模型。脂质体是一种人工制造的 细胞样结构，由脂质分子双层包围着一个含水的小室细胞样结构，由脂质分子双层包围着一个含水的小室 构成。通常将磷脂放在水中进行超声处理就能得到脂构成。通常将磷脂放在水中进行超声处理就能得到脂 质体。一般认为原始海洋中肯定有磷脂形成，有磷脂质体。一般认为原始海洋中肯定有磷脂形成，有磷脂 就易形成脂质体。脂质体嵌入糖蛋白等功能蛋白质，就易形成脂质体。脂质体嵌入糖蛋白等功能蛋白质， 经过长期演变就可能发展为原始的生物膜。经过长期演变就可能发展为原始的生物膜。 生物膜和生物膜系统生物膜和生物膜系统 1 1、生物膜、生物膜 指细胞内的化学组成相似、基本结构大致指细胞内的化学组成相似、基本结构大致 相同的膜的统称。包括细胞膜、核膜及细胞相同的膜的统称。包括细胞膜、核膜及细胞 器的膜。器的膜。 2 2、生物膜系统、生物膜系统 细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线 细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线 粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功 能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结 构体系，叫做细胞的生物膜系统。构体系，叫做细胞的生物膜系统。 生物膜系统生物膜系统 （ （1 1）质膜：指包围在细胞外面的）质膜：指包围在细胞外面的 细胞膜细胞膜 （ （2 2）内膜系统：指真核细胞中，）内膜系统：指真核细胞中， 在结构、功能或发生上相关的，由膜围在结构、功能或发生上相关的，由膜围 绕而成的细胞器或细胞结构，如核膜、绕而成的细胞器或细胞结构，如核膜、 内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、 溶酶体等。溶酶体等。 内膜系统和膜运输内膜系统和膜运输 真核真核细细胞在胞在进进化上一个化上一个显显著著 特点就是形成了特点就是形成了发发达的达的细细胞胞 质质膜系膜系统统, , 将将细细胞分成胞分成许许多多 膜膜结结合的区室合的区室, ,包括包括细细胞核、胞核、 内内质质网、高网、高尔尔基体、溶基体、溶酶酶体体 、内体和分泌泡等。、内体和分泌泡等。虽虽然然这这 些区室具有各自独立的些区室具有各自独立的结结构构 和功能，但它和功能，但它们们又是又是紧紧密相密相 关的，尤其是它关的，尤其是它们们的膜的膜结结构构 是相互是相互转换转换 的，的，这这种种转换转换 的的 机制机制则则是通是通过过蛋白蛋白质质分分选选 ( (protein sorting)protein sorting)和膜运和膜运输实输实 现现的的。 膜结合细胞器的进化膜结合细胞器的进化 原核细胞没有膜结合细胞器原核细胞没有膜结合细胞器, , 真核细胞真核细胞 是由原核细胞进化而来是由原核细胞进化而来, , 那么那么, , 膜结合膜结合 细胞器是如何进化的呢细胞器是如何进化的呢? ? 内膜系统的进化内膜系统的进化 真核细胞的膜结合细胞器的进化有两种途径真核细胞的膜结合细胞器的进化有两种途径 ，一种是线粒体和叶绿体的进化模式，即内，一种是线粒体和叶绿体的进化模式，即内 共生途径。对于内膜系统来说，则是通过细共生途径。对于内膜系统来说，则是通过细 胞质膜的内陷分化途径形成的。胞质膜的内陷分化途径形成的。 内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有十内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有十 分重要的意义。内膜系统的形成分重要的意义。内膜系统的形成, , 使得真核使得真核 细胞内部结构复杂化了细胞内部结构复杂化了, , 正是这种复杂化正是这种复杂化, , 保证了细胞生命活动的顺利进行。保证了细胞生命活动的顺利进行。 内共生学说内共生学说 一种关于真核细胞起源的假说。由美一种关于真核细胞起源的假说。由美 国生物学家马古利斯（国生物学家马古利斯（LynnMargulisLynnMargulis） 于于19701970年出版的真核细胞的起源一年出版的真核细胞的起源一 书中正式提出。她认为，好气细菌被变书中正式提出。她认为，好气细菌被变 形虫状的原核生物吞噬后、经过长期共形虫状的原核生物吞噬后、经过长期共 生能成为线粒体，蓝藻被吞噬后经过共生能成为线粒体，蓝藻被吞噬后经过共 生能变成叶绿体，螺旋体被吞噬后经过生能变成叶绿体，螺旋体被吞噬后经过 共生能变成原始鞭毛。共生能变成原始鞭毛。 核膜和核膜和ERER膜进化的可能途径膜进化的可能途径 关于核膜和内质网膜进化的可能途径的假说。细菌中的DNA是同膜结合 在一起的，通过质膜的内陷将DNA包裹在一个膜结构中，并逐渐形成两 层核膜。在古代的细菌中一些核糖体也是附着在质膜上，随着质膜的内 陷和核膜的形成，核糖体就结合在核膜的外膜上逐渐进化形成内质网。 这一模型较好地说明了为什么核膜是双膜结构,而且在外膜上有核糖体的 存在。 膜的生物发生膜的生物发生 自装配模型自装配模型( (spontaneous self-assembly):spontaneous self-assembly):该该模型模型认为认为 膜是自我装配的，膜是自我装配的，为为了了验证这验证这 一模型，用一模型，用纯纯化的脂化的脂 和蛋白在体外装配和蛋白在体外装配时总时总 是形成脂是形成脂质质体，体，这这种脂种脂质质体体 与活与活细细胞膜的一个根本区胞膜的一个根本区别别是是: :脂脂质质体的体的结结构构总总是是对对 称的称的, , 而活而活细细胞中膜胞中膜结结构构则则是不是不对对称的。称的。 更新模型更新模型: : 该该模型模型认为认为 膜的合成通膜的合成通过过不断地将脂和蛋不断地将脂和蛋 白插入已有的膜，即由已有膜的生白插入已有的膜，即由已有膜的生长长而来。而来。这这一模型一模型 比比较较符合符合细细胞膜胞膜结结构的构的动态动态 性性质质, , 由于由于细细胞的胞吞和胞的胞吞和 胞吐作用以及小泡运胞吐作用以及小泡运输输, ,使膜使膜处处于于动态动态 平衡状平衡状态态, , 这这 样样膜也就不必重新合成膜也就不必重新合成, ,而是在原有的基而是在原有的基础础上不断更上不断更 新。新。 各种生物膜在结构上的联系各种生物膜在结构上的联系 内质网膜、高尔基体膜和细胞膜是可以相互转内质网膜、高尔基体膜和细胞膜是可以相互转 变的。真核细胞中，内质网外连细胞膜，内连核膜变的。真核细胞中，内质网外连细胞膜，内连核膜 ，中间还与许多细胞器膜相连，其内质网腔还与内，中间还与许多细胞器膜相连，其内质网腔还与内 外两层核膜之间的腔相通，从而使细胞结构之间相外两层核膜之间的腔相通，从而使细胞结构之间相 互联系，成为一个统一整体；此外，高尔基体膜，互联系，成为一个统一整体；此外，高尔基体膜， 内质网膜，细胞膜，还是可以相互转化的：内质网内质网膜，细胞膜，还是可以相互转化的：内质网 膜膜 高尔基体膜高尔基体膜 细胞膜。由此可见，细胞内的生细胞膜。由此可见，细胞内的生 物膜在结构上具有一定的连续性。物膜在结构上具有一定的连续性。 1 1、直接联系、直接联系 2 2、间接联系、间接联系 各种生物膜在结构上的联系各种生物膜在结构上的联系 1 直接联系 2 间接联系 各种生物膜在功能上的联系各种生物膜在功能上的联系 1 1、膜融合是细胞融合（如植物体细胞杂交，、膜融合是细胞融合（如植物体细胞杂交， 高等生物的受精过程）的关键，也与大分子高等生物的受精过程）的关键，也与大分子 物质进出细胞的内吞作用和外排作用密切相物质进出细胞的内吞作用和外排作用密切相 关，通过膜之间的联系，使细胞内各种细胞关，通过膜之间的联系，使细胞内各种细胞 器在独立完成各自生理功能的同时，又能有器在独立完成各自生理功能的同时，又能有 效的协调工作，保证细胞生命活动的正常进效的协调工作，保证细胞生命活动的正常进 行。例如分泌蛋白的形成。行。例如分泌蛋白的形成。 分泌蛋白分泌蛋白 ：是指酶、抗体、部分激素等：是指酶、抗体、部分激素等 在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋 白质。白质。 各种生物膜在功能上的联系各种生物膜在功能上的联系 2 2、以分泌蛋白的合成和分泌为例：、以分泌蛋白的合成和分泌为例： 豚鼠胰脏腺泡细胞分泌物形成的过程图解豚鼠胰脏腺泡细胞分泌物形成的过程图解 各种生物膜在功能上的联系各种生物膜在功能上的联系 3 3、结论、结论 细胞内的各种生物膜在功能上既有明确分 细胞内的各种生物膜在功能上既有明确分 工，又有紧密联系，各种生物膜相互配合、工，又有紧密联系，各种生物膜相互配合、 协同工作，才使得细胞这台高度精密的生命协同工作，才使得细胞这台高度精密的生命 机器能够持续、高效地运转机器能够持续、高效地运转 生物膜系统的作用和意义生物膜系统的作用和意义 1 1、细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环、细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环 境，同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换境，同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换 和信息传递的过程中也起着决定性的作用。和信息传递的过程中也起着决定性的作用。 2 2、细胞的许多重要的化学反应都在生物膜上进、细胞的许多重要的化学反应都在生物膜上进 行。细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位行。细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着