大学细胞课件

第五讲细胞孙啸程璐,细胞是生命的基础细胞是生命的基本单位生命的基本形态生命活动的基本单位生命信息复制、加工、表达的场所,细胞,原核细胞细菌，蓝藻真核细胞两者差别非常大进化观点渐进式进化内共生,细胞类别,1、大肠杆菌2、念珠藻3、小球藻4、酵母菌5、火丝菌6、眼虫7、分生组织细胞8、栅栏组织薄壁细胞9、驴蹄草叶表皮细胞和保卫细胞10、大鼠肝细胞11、肾近曲小管上皮细胞12、成纤维细胞13、人红细胞14、人精子15、哺乳动物的横纹肌细胞16、平滑肌细胞17、神经细胞体,直观,一个受精卵,成年人（约婴儿的30倍）,婴儿（约2万亿个细胞）,细胞发育示例,一、细胞大小（um）与数目,最小的细胞支原体：直径100nm最大细胞是鸟类的卵细胞鸵鸟蛋：直径150mm最长的细胞神经细胞：神经纤维长度1m棉花、麻纤维（单个细胞）：10cm,细胞体积与面积,动植物细胞直径：10100m细胞核直径：830m要求：体积容纳自身生存和繁殖所必需的核酸、蛋白质等面积保证能够从环境中获得充分的营养和水分,细胞的观察,1000变形虫肉眼或扩大镜500眼虫肉眼或扩大镜200人卵肉眼或扩大镜100硅藻肉眼或扩大镜10蓝藻光学显微镜5人精子头部光学显微镜1葡萄球菌光学显微镜0.1支原体电子显微镜0.05噬菌体T2电子显微镜0.01小病毒和蛋白质电子显微镜,1、细胞的大小和机能是相适应的神经细胞长神经信号传导卵细胞体积大存放营养物质（共胚胎发育）2、有机体的体积与细胞的数目有关新生儿约有21012成年人约有61013根据细胞数目划分：单细胞生物多细胞生物,原核生物,主要特点：,1.遗传物质仅一个环状DNA,2.无核膜,3.无细胞器,无细胞骨架,4.以无丝分裂或出芽繁殖,代表生物:,支原体,细菌,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质食物新来源),细菌模式图,三大结构体系：,真核生物,膜系统:质膜,内膜系统,细胞器,细胞核系统:遗传信息表达系统,骨架系统:细胞质、细胞核等骨架系统,原核细胞和真核细胞比较,细胞大小,染色体,细胞核,细胞器,内膜系统,微梁系统,细胞分裂,转录和转译,较小(1-10m),较大(10-100m),一条DNA。不与蛋白质联结。,几条染色体。与蛋白质联结在一起。,核区,无核膜核仁,有核膜和核仁,无,有,简单,复杂,无,微管和微丝,二分体,出芽分裂,有丝分裂,同一时间和地点,不同时间和地点,二、细胞结构,细胞膜（CellMembranes）细胞壁（CellWall）细胞质（Cytoplasm）细胞核（Nucleus）动物细胞植物细胞,生物膜细胞过程,动物细胞模式图,植物细胞模式图,细胞壁（CellWall)叶绿体（Chloroplast)大液泡（Vacuole)胞间连丝（Plasmodesmata),植物细胞特有的细胞结构,细胞膜,细胞膜功能,保护细胞结构、形状物质交换转运物质信息传递如神经信号传导能量交换如化学能生物能运动促进运动免疫专一性抗原受体,细胞壁,植物细胞质膜外围初生壁次生壁功能：机械支撑生长、分化细胞识别抗病,细胞壁图示,细胞质,细胞液细胞器细胞溶质（胞液，cytosol）-细胞之内处于各个细胞器官之外的区域。胞液占细胞体积的55%左右。包含上千种酶，用于糖酵解（glycolysis）和糖质新生（gluconeogenesis）过程的催化及糖、脂肪酸、氨基酸的生物合成.胞液同样含有结构骨架细胞骨架（cytoskeleton）：保持细胞的形状，组织生化反应，帮助细胞运动。,细胞液,植物胞液电子显微镜照片,各种细胞器,线粒体（功能：能量转换，细胞复制，生存）叶绿体（功能：光合作用）内质网（功能：细胞复制，生存）高尔基体溶酶体细胞骨架核糖体,细胞核,真核细胞中的细胞控制中心包含遗传信息（染色质）与细胞质中的其它细胞器通讯,进入细胞核,线粒体,形态结构,功能,半自主性,能量转换器，细胞动力工厂,电镜下的线粒体照片,线粒体的形态结构,外膜（outermembrane)内膜（innermembrane)嵴（crista)基质（matrix)膜间隙（intermembranespace),线粒体主要功能,线粒体进行氧化磷酸化，产生ATP，是细胞的“动力工厂”。,叶绿体,形态结构,功能：光合作用,能量转换器,线粒体和叶绿体的半自主性,1.腔内都有成环状DNA,70S核糖体。,2.它们都能自行分化。,3.但部分蛋白质还要在胞质内合成,基本类型,功能,内质网,单层膜形成的囊状、泡状和管状结构,粗面内质网（rER),光面内质网（sER),内质网基本类型,蛋白质的合成,脂类的合成,蛋白质的修饰,新生多肽的折叠与组装,内质网功能,形态结构,功能,高尔基体,电镜下的高尔基体,是细胞内物质运输的交通枢纽,高尔基体的形态结构,动物：位于细胞核一侧植物：分散与整个细胞之中,扁平小囊、小泡或大泡,蛋白质修饰与加工（糖基化等）蛋白质的分拣蛋白质和脂的运输蛋白质分泌等多糖合成（如粘液）,高尔基体功能,溶酶体,结构单层膜包围的球体由高尔基体断裂产生含有大量的酶消化生物大分子,溶酶体的标志酶是酸性水解酶,溶酶体和高尔基体,结构类型,根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为：初级溶酶体（primarylysosome)次级溶酶体（secondarylysosome)残余小体（residualbody),溶酶体的各种代谢类型,溶酶体功能,与食物泡融合，将细胞吞噬进的食物或致病菌等大颗粒小花城生物大分子，将残渣排除细胞；自噬：清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞，为新细胞的产生创造条件。防御功能,例如：1.两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化；2.哺乳动物断奶后乳腺的退化性的变化等过程,都与溶酶体有关。,细胞骨架Cytoskeleton,胞质骨架：微丝,核骨架：核纤层核基质,微管,中间纤维,细胞骨架功能,形态构建细胞运动物质运输能量交换信息传递细胞分化,细胞质中各种细胞器、酶和蛋白质都固定在细胞骨架上,细胞骨架蛋白质,微管蛋白-鞭毛、纤毛,肌动蛋白微丝与细胞质流动相关,中间纤丝-支撑和运动功能,细胞质骨架,微丝,微管,中间纤维,微丝,微丝（肌动蛋白纤维）是指真核细胞中由肌动蛋白组成的骨架纤维。,微丝的功能,肌肉收缩微绒毛应力纤维胞质环流和阿米巴运动胞质分裂环,肌肉收缩过程,微管的成分,微管由、两种类型的微管蛋白亚基组成，两种蛋白形成微管蛋白二聚体,是微管装配的基本单位。,微管的形态,微管是由微管蛋白二聚体组成的长管状细胞器结构，微管壁由13根原纤维排列组成，微管可装配成单管、二连管（纤毛和鞭毛中）、三连管（中心粒和基体中）,微管装配的踏车现象,微管的功能,维持细胞形态,细胞内运输,鞭毛运动与纤毛运动,纺锤体和染色体运动,基粒与中心粒,中间纤维,中间纤维蛋白合成后，基本上均组装为中间纤维，游离的单体很少。,类型：-角蛋白纤维-波形纤维-结蛋白纤维-神经元纤维-神经胶质纤维,中间纤维,核糖体,核糖体是合成蛋白质的细胞器,它的主要成分是蛋白与RNA,其唯一的功能是按照mRNA的指令用氨基酸合成多肽链。,核糖体显微照片,质膜（plasmamembrane)内质网(endoplasmicreticulum)高尔基体（Golgibody)溶酶体（lysosome)线粒体（mitochondria)叶绿体（chloroplast),生物膜系统,（1）类脂（Lipid):质膜结构的分子骨架，主要是磷脂,质膜的分子结构,流动镶嵌模型,（1）流动,分子双层内外层的脂与蛋白质不尽相同；糖链均在外表面（识别，免疫）。,生物膜特性,(2)不对称性,细胞核骨架,遗传信息表达系统,核被膜,染色质和染色体,核仁,核糖体,核被膜,核被膜可分为三个区域：核外膜（outernuclearmembrane）：面向胞质，附有核糖体颗粒，与内质网相连。核内膜（innernuclearmembrane）：面向核质，表面无核糖体颗粒，膜上有特异蛋白，为核纤层提供结合位点。核孔（nuclearpore）：在内外膜的融合处形成环状开口。又称核孔复合体，是选择性双向亲水通道.,核被膜结构,染色体,短臂,着丝粒,长臂,DNA,染色单体,染色质与染色体,染色质(chromatin)是指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。染色体（chomosome）是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。,染色质的基本结构单位,多级螺线管模型,染色体,染色体分类图示,核仁的结构与功能,（）纤维中心（）致密纤维组分（）颗粒组分,核仁是rRNA基因储存、rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所.,三、细胞过程,分子运输DNA复制增殖蛋白质合成细胞代谢细胞信号传导,克隆,分子运输,被动运输（高浓度低浓度）梯度扩散：小分子（氧，二氧化碳）通过载体蛋白运输主动运输（低浓度高浓度，耗能）针对离子、生物大分子（蛋白质，核酸，多糖）细胞外秘（胞吐）细胞内吞（胞吞）,主动运输和被动运输,内吞,吞噬,t-淋巴细胞吞噬入侵的大肠杆菌,DNA复制,增殖与分化,有丝分裂减数分裂有丝分裂与减数分裂的关系有丝分裂一次，2各二倍体减数分裂两次，4各单倍体,蛋白质合成,第一步DNARNA转录第二步RNAProtein翻译,细胞代谢,细胞能量ATP（三磷酸腺苷）驱动生化反应、主动运输光合作用将太阳光、CO2转化为糖、O2、ATP细胞呼吸动物细胞通过细胞呼吸产生能量,细胞信号传导,生物体中存在大量功能各异的细胞协同工作细胞通讯两类信号传导化学信号传导物理接触信号传导,信号传导方式,化学信号传导物理接触传导,细胞的增殖与分化,细胞繁殖（cellreproduction）：细胞生命的一个基本特征，单细胞生物以此繁殖后代，而多细胞生物是依赖它来完成个体发育，它是细胞分化的基础，即组织、器官、系统形成的基础。,细胞分化（celldifferentiation）：胚胎细胞分裂后的未定型细胞或简单可塑性细胞，在形态和化学组成上向专一性或特异性方向转化，演变为特定细胞类型的过程。,细胞增殖、分化、死亡是多细胞生物的个体发育过程中三项基本的生命活动。,细胞分裂,有丝分裂单细胞生物繁殖多细胞生物生长,减数分裂,有丝分裂,有丝分裂（M期）,早中期,后中期,早后期,后后期,末期,前期,有丝分裂周期,G1期：DNA合成前期S期：DNA合成期G2期:DNA合成后期M期：细胞有丝分裂期,减数分裂（1）,细线期,偶线期,粗线期,终变期,双线期,第一次减数分裂中期,有性生殖两个性细胞，即配子（精子或卵子）融合为一，成为合子（受精卵），形成下一代,减数分裂（2）,第一次减数分裂后期,第一次减数分裂末期,第二次减数分裂前期,第二次减数分裂中期,第二次减数分裂后期,第二次减数分裂末期,细胞分化,细胞分化表现为细胞间产生稳定差异,分化方向的确定往往早于形态差异的出现,细胞生理状态随分化水平提高而变化,克隆,Dolly,Dolly的身世,“多莉”的产生与三只母羊有关；一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境子宫，是“多莉”羊的“生”母。,克隆过程,1.从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞；2.从一头苏格兰黑面母绵羊的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞；3.利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞；4.将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。,克隆过程,Dolly和“生”母,Dolly和她的女儿Bonnie,什么是克隆？,“克隆”一“Clone”，它既可作名词也可做动词用。当作名词用时，克隆是指一个无性繁殖系；当用作动词用时，克隆则是指利用不同方法产生无性繁殖系所进行的工作。克隆可根据其研究或操作的对象的层次分为：基因克隆细胞克隆个体克隆,比较微生物克隆、植物克隆和动物克隆,单细胞真核生物细菌、放线菌、酵母菌、藻类和霉菌等繁殖的唯一方式或主要方式;植物克隆“无心插柳柳成荫”容易细胞的全能性；动物克隆难上难。为什么：细胞分化程度更高，细胞全能性的丧失,动物克隆的历程,1975年将成年青蛙的体细胞核转移到已除去细胞核的卵子中，细胞分裂、分化并逐渐发育，但到蝌蚪期就停止了，不再发育成青蛙。利用青蛙的卵子进行过无性系的建立，并获得了成功，这是一个利用性细胞进行动物克隆的例子。伊恩.维尔穆特领导的科学研究小组，利用羊的胚胎细胞进行过无性