高中生物 细胞生物学课件 新人教版.ppt

2011生物奥赛辅导kzas2012 20120401 细胞生物学 生物奥赛辅导 细胞生物学部分竞赛考试纲要细目 细胞的结构和功能化学成分 单糖 双糖 多糖 脂类 蛋白质 氨基酸 遗传密码子 蛋白质结构蛋白质的化学分类 简单蛋白质和结合蛋白质蛋白质的功能分类 结构蛋白和酶 酶类 化学结构 酶作用的模型 变性 命名 核酸 dna rna 其他重要化合物adp和atpnad 和nadhnadp 和nadph细胞器细胞核 核膜 核透明质 染色体 核仁细胞质 细胞膜 透明质 线粒体 内质网 核糖体 高尔基体 溶酶体 液泡膜 前质体 质体 叶绿体 有色体 白色体 如造粉体 第一章绪论 第一节细胞生物学研究的内容与现状 一 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学 cellbiology 是研究细胞基本生命活动规律的科学 它在不同层次 显微 亚显微与分子水平 上以研究细胞结构与功能 细胞增殖 分化 衰老与凋亡 细胞信号传递 真核细胞基因表达与调控 细胞起源与进化等为主要内容 细胞分子生物学是当今细胞生物学的重点 细胞工程可能是21世纪生物工程发展的重要组成部分 可以预见 细胞的结构与基本生命活动的研究将越来越深入 并将成为21世纪初生命科学研究的重要领域之一 生命体是多层次 非线性 多侧面的复杂结构体系 而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位 有了细胞才有完整的生命活动 生物的生殖发育 遗传 神经 脑 活动等重大生命现象的研究都要以细胞为基础 植物与动物生长发育是依靠细胞增殖 细胞分化与细胞凋亡来实现的 人大脑的活动是靠1012个细胞及其相互协调而进行的 一切疾病的发病机制也要以细胞病变研究为基础 以基因工程为主的现代生物技术主要是通过对细胞操作为基础而进行的 因此 细胞生物学与农业 医学 生物高技术发展有着密不可分的关系 它将在解决人类面临的重大问题 促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用 把细胞生物学 分子生物学 神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科 反映了现代生命科学的发展趋势 由于分子生物学概念 方法与技术的引入 细胞生物学在近十年取得了突破性的进展 产生了许多新的生长点 并逐渐形成新的概念与新的领域 很多科学家认为 在21世纪 细胞生物学将继续迅猛发展 因为它是揭示生命奥秘不可缺少的 主角 细胞自身又是多层次的复杂结构体系 它是物质 结构 信息与能量相互 辉映 的综合体 但是 它的很多基本生命活动过程是如何有序而被自动调控的还不是很清楚 生物大分子如何逐级有序地组装成行使生命活动的细胞基本结构体系也相当朦胧 二 细胞生物学的主要研究内容 细胞生物学研究与教学内容一般可分为细胞结构功能与细胞重要生命活动两大基本部分 但它们又不能截然分开的 从20世纪60年代开始 由于细胞超微结构研究积累的大量资料大大充实与拓宽细胞结构与功能的知识范畴 在细胞生物学教科书中 细胞结构和功能知识内容所占比例较多 从70年代中期开始 由于分子生物学概念 内容与方法的引入 使细胞生物学面貌发生了深刻的变化 不仅使细胞结构和功能的研究更深入 对细胞重大生命活动规律及其调控机制的研究也取得了巨大发展 极大地丰富与改变了细胞的知识结构 因此 现代细胞生物学教科书中细胞重要生命活动的知识所占比重越来越大 当前细胞生物学研究内容大致归纳为以下诸多领域 一 细胞核 染色体以及基因表达的研究细胞核是遗传物质dna贮存的场所 也是遗传信息转录为mrna rrna与trna的场所 染色质或染色体是遗传物质的载体 核仁是转录rrna与装配核糖体亚单位的具体场所 核膜与核孔复合体是核质交换与信息交流的结构 细胞核与染色体的研究历来是经典细胞学的重点 也是细胞遗传学的核心部分 而现代细胞生物学的核心课题之一就是研究染色体结构动态变化与基因表达及其调控的关系 它是目前细胞生物学 遗传学与发育生物学在细胞水平与分子水平上相结合的最活跃的热门课题 09年 25 真核生物有功能的核糖体的组装发生在 a 核仁b 核基质c 细胞质d 内质网 二 生物膜与细胞器的研究生物膜是细胞结构的重要基础 大部分细胞器 包括核膜 都是以生物膜为基础构建的 生物膜的主要功能是进行细胞内外物质与信息的交换 也具有对细胞内外因子识别的功能 生物膜的研究又是研究细胞器结构与功能的基础 近十多年来 生物膜研究的主要内容是膜的结构模型与物质的跨膜运输机制 磷脂双分子层与膜蛋白的相互关系是研究生物膜结构与功能的重要内容 几年来 在膜的识别与受体效应 蛋白质分子跨膜运输与定向分选等方面取得了巨大进展 细胞器的研究历来是认识细胞结构与功能的重要组成部分 产能细胞器 线粒体和叶绿体结构与换能机制的研究已很深入 线粒体dna与叶绿体dna的发现及半自主性的研究使人们对这两种细胞器又有了新的认识 近年对内质网 高尔基体与溶酶体功能的研究也增添了许多新的知识 核糖体rna能催化肽链的合成的发现 大大加深了人们对核糖体功能的认识 同时也显示了它在生命起源与进化中的重要地位 三 细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究在细胞生物学中是一个比较新的 发展中的研究领域 广义的细胞骨架概念应该包括细胞质骨架与核骨架两大部分 四 细胞增殖及其调控一切动植物的生长与发育都是通过细胞的增殖与分化来实现的 研究细胞增殖的基本规律及其调控机制不仅是控制生物生长与发育的基础 而且是研究癌变发生及逆转的重要途径 目前国际上研究细胞增殖的调控主要从两方面进行 一是从环境中与有机体中寻找控制细胞增殖的因子 以及阐明它们的作用机制 各种生长因子的发现及其作用机制的揭示是近年在这一领域中重要的进展 二是寻找控制细胞增殖的关键性基因 并通过调节基因产物来控制细胞的增殖 细胞的癌基因与抑癌基因及其表达产物均与细胞增殖有关 五 细胞分化及其调控 六 细胞的衰老与凋亡 七 细胞的起源与进化 八 细胞工程 三 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融是总的发展趋势 无论是对结构与功能的深入研究 还是对细胞重大生命活动规律的探索 都需要用分子生物学的新概念与新方法 在分子水平上进行研究 换句话说 细胞分子生物学或分子细胞生物学将是今后相当一段时间的主流 一 当前细胞生物学研究中的三大基本问题当前细胞生物学研究的课题归纳起来是研究三个根本性的问题 1 细胞内的基因组 人类大约有3 3 5万个基因 是如何在时间与空间上有序表达的 假如我们将一些基因放在试管内 只要条件都能满足 它们都可以完成表达 但在细胞内环境中 它们能否表达及其表达程序都将受到严格的调节与控制 这就是细胞作为结构与生命活动的基本单位的奥妙所在 细胞结构与生命活动的有序性是十分复杂的 是非线性调控过程 这种调控网络可能是迄今任何一台计算机无法比拟的 2 基因表达的产物 主要是结构蛋白与核酸 脂质 多糖及其复合物 它们如何逐级装配成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器 这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么 这又是21世纪极富挑战性的领域 我们认为它应是新兴的结构生物学的重要组成部分 生命活动很多本质问题能在这里找到答案 3 基因表达的产物 主要是大量活性因子与信号分子 它们是如何调节细胞最重要的生命活动过程的 诸如细胞的增殖 分化 衰老与凋亡等等 这些方面的研究现在正方兴未艾 1 细胞的发现1665年英国物理学家罗伯特 虎克 r hooke 注意不是荷兰的列文虎可 用他自制的显微镜观察栓皮栎的软木切片时 看到了一个个蜂窝状的小室 他把这样的 小室 称为细胞 其实 他所看到的是植物细胞死亡后留下来的细胞空腔 是一个死细胞 其实仅仅是细胞壁 尽管如此 虎克的工作还是使生物学的研究进入了微观领域 此后 许多人在动 植物中都看到和记载了细胞构造的轮廓 2 细胞学说的建立自虎克发现细胞之后约170年 到1839年创立了细胞学说 在这期间内 人们对动物 植物细胞及其内含物进行了较为广泛的研究 积累了大量的资料 直到19世纪30年代已有人注意到植物和动物在结构上存在某种一致性 它们都是由细胞所组成的 在这一背景下 德国植物学家施莱登于1838年提出了细胞学说的主要论点 次年又经德国动物学家施旺加以充实 最终创立了细胞学说 细胞学说的主要内容是 细胞是动 植物有机体的基本结构单位 也是生命活动的基本单位 这样 就论证了整个生物界在结构上的统一性 细胞把生物界的所有物种都联系起来了 生物彼此之间存在着亲缘关系 这是对生物进化论的一个巨大的支持 细胞学说的建立有力地推动了生物学的发展 为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据 恩格斯对此评价很高 把细胞学说誉为19世纪自然科学的三大发现之一 一 细胞生物学的发展 一 细胞生物学的发展 3 细胞学的发展进入20世纪以来 染色方法的改进 高速离心机的应用 特别是电镜的问世和放射性同位素的应用等 已使细胞生物学发展进入了较高的层次 从1953年 dna双螺旋结构的发现 开始 逐渐兴起在分子水平上探讨生命奥秘的分子生物学 分子生物学取得的卓越成就对细胞学的发展是一个巨大的推动 细胞学逐渐发展成从显微水平 亚显微水平和分子水平三个层次上深入探讨细胞生命活动的学科 二 细胞的形态与大小 1 细胞的形状一个细胞与其他细胞分离而单独存在时 称游离细胞 游离细胞常呈球形或近于球形 但实际上由于细胞表面张力或原生质粘度的不均一性等原因 很多单独存在的游离细胞并不呈球状 例如 动物的卵细胞 植物的花粉母细胞是球状或近于球状的细胞 人的红细胞呈扁圆状 某些细菌呈螺旋状 精子和许多原生动物具有鞭毛或纤毛 变形虫和白血球等为不定形细胞 许多细胞构成组织 这样的细胞称组织细胞 组织细胞的形状受相邻细胞的制约 并和细胞的生理功能有关 例如肌肉细胞适于伸缩 神经细胞适于接受刺激 产生兴奋 传导兴奋 2 细胞的大小 细胞的体积很小 肉眼一般是看不见的 需要借助显微镜才能看到 在显微技术和电镜技术中常用的单位有 微米 m或 纳米 又叫毫微米nm 和埃三种 1m 102cm 106 m 109nm 1010a细胞的直径多在10 m 100 m之间 有的很小 如支原体 其直径为0 1 m 0 2 m 是最小的细胞 细菌的直径一般只有1 m 2 m 有的细胞较大 如番茄 西瓜的果肉细胞直径可达1mm 棉花纤维细胞长约1cm 5cm 最大的细胞是鸟类的卵 鸟类的蛋只有其中的蛋黄才是它的细胞 卵白是供发育用的营养物质 不属于细胞部分 如鸵鸟蛋卵黄的直径可达5cm 细胞的大小与生物体的大小没有相关性 参天的大树与新生的小苗 大象与昆虫 它们的细胞大小相差无几 鲸是最大的动物 但是它的细胞并不大 生物体积的加大 主要是细胞数目的增多造成的 细胞的化学成分 介绍 一 细胞的化学成分尽管细胞形态多样 功能各异 但其化学成分基本上是相似的 这里所提化学成分主要是指构成细胞的各种化合物 包括水 无机盐 糖类 脂类 蛋白质和核酸等 注 水和无机盐部分参阅普生相关内容 一 糖类糖类含c h o三种元素 其比例一般为1 2 1 其分子式为 ch2o n 例如葡萄糖为c6h12o6 对大多数糖来说 ch2o n的通式是适用的 也有例外的情况 如乙酸的分子式为c2h4o2 符合 ch2o n 但并不是糖 而鼠李糖c6h12o5不符合该通式 但是糖 糖类分为单糖 双糖 多糖三大类 糖类是细胞生命活动的重要能源物质 又是重要的生物的大分子的结构成分 具有重要功能 1 单糖 单糖是最简单的糖 不能再被水解为更小的单位 单糖通常含3 4 5 6或7个碳原分子 分别称为丙糖 丁糖 戊糖 己糖和庚糖 细胞中重要的单糖有 1 丙糖如甘油醛和二羟丙酮 它们的磷酸脂是细胞呼吸作用及光合作用及光合作用中的重要的中间代谢物 2 戊糖戊糖中最重要的有核糖 脱氧核糖和核酮糖 核糖和脱氧核糖是核酸的重要组成部分 核酮糖是重要的中间代谢物 3 己糖葡萄糖 果糖 半乳糖等都是己糖 所有己糖的分子式均为c6h12o6 但结构各不相同 其中葡萄糖是植物光合作用的产物 也是细胞的重要能源物质之一 2 双糖 寡糖 低聚糖 双糖是由两分子单糖缩合脱水生成的 例如两分子葡萄糖 c6h12o6 c6h12o6 c12h22o11 h2o 麦芽糖和蔗糖以及纤维二糖是植物细胞中重要的双糖 麦芽糖是淀粉的基本结构 纤维二糖是纤维素的基本结构单位 动物细胞中重要的双糖是乳糖 存在于哺乳动物的乳汁中 寡糖是少数单糖 1 10个 缩合成的聚合物 低聚糖是指20个以下的单糖缩合成的聚合物 3 多糖 多糖由多个单糖分子缩合而成 n个单糖缩合多糖时将脱去 n 1个 个水 植物细胞中重要的多糖是淀粉和纤维素 动物细胞中最重要的多糖是糖原 或称动物淀粉 淀粉和糖原是储藏能量的物质 纤维素是植物细胞壁的组成物质 淀粉遇碘变深兰色 糖原遇碘变为红褐色 多糖有纯多糖 即均一多糖 杂多糖 即不均一多糖 之别 纯多糖由一种单糖构成 如淀粉 糖原 纤维素均为来源不同或糖苷键不同的低聚糖 杂多糖如半纤维素 动物结缔组织的透明质酸 则均由两种以上的单糖构成 其他如几丁质 果胶也属多糖 其中 几丁质是昆虫和甲克类外骨骼的主要组成部分 肽聚糖是细菌细胞壁的主要成分 果胶存在于相邻植物细胞壁之间的中层内 糖类与脂类或蛋白质结合在一起分别形成糖脂或糖蛋白 细胞的许多生物学作用与糖脂或糖蛋白有关 糖脂是构成生物膜的物质 细胞膜表面的糖脂和糖蛋白是细胞识别的分子基础 二 脂类 脂类的化学成分结构差异很大 但具有共同的特性 即均不溶于水 而溶于非极性有机溶剂 脂类主要组成元素也是c h o 但氢氧元素之比远大于2 所以不同于糖类 生物体含有的脂类主要有脂肪 磷脂 糖脂 固醇等 脂肪是生物体储存能量的主要形式 1g脂肪储存的能量是1g葡萄糖或1g氨基酸所储存能量的2倍 例 07全国 脂肪被作为动物体的能量储备是因为 a完全的还原态b强疏水性c在自然界含量丰富d易于消化 ab 磷脂是由1分子甘油和2分子脂肪酸以及1分子磷酸结合而成 磷脂分子是构成生物膜的脂双分子层结构的基本物质 由于其头部具有亲水性而尾部具有疏水性 因而在细胞结构中具有重要意义 磷脂的种类很多 如脑磷脂 神经磷脂 存在于动物的神经组织中 卵磷脂又称蛋黄素 在蛋黄中的含量可达8 10 固醇主要包括胆固醇 性激素和维生素d等 胆固醇存在于动物体内 参与生物膜的组成 固醇对维持生物体正常的新陈代谢具有积极作用 三 蛋白质 蛋白质是细胞结构的重要成分 其含量占细胞干重的50 以上 它是细胞生命活动所依赖的物质基础 各种蛋白质是由c h o n和s等元素组成的 蛋白质中n的含量约占16 1 氨基酸 氨基酸是蛋白质的基本结构的重要组成单位 目前天然蛋白质中已知的氨基酸共有20种 其结构通式 环状的脯氨酸例外 为 h r c cooh nh2 r基团的不同决定各种氨基酸在溶解度以及其他特性上的不同 根据r基团的特性 氨基酸可分为5类 r基团无极性 疏水 蛋白质分子中含有这些疏水氨基酸的部分在水中往往折叠到大分子的内部而远离水相 在强疏水环境中 列如在细胞膜的脂类层中就暴露在大分子的外面而与脂类分子相邻 r基团为芳香族 无极性 较疏水 r基团有极性 不带电荷 亲水 蛋白质分子中具有这类氨基酸的部分在水相中大多露在蛋白质分子的表面与水接触 r基团带负电 酸性 r基团带正电 碱性 20种氨基酸的名称及三字字母缩写分别是 丝氨酸 ser 苏氨酸 thr 天冬酰胺 asn 谷氨酰胺 gln 酪氨酸 tyr 半光氨酸 cys 天冬氨酸 asp 谷氨酸 glu 组氨酸 his 赖氨酸 lys 精氨酸 arg 甘氨酸 gly 丙氨酸 ala 缬氨酸 val 亮氨酸 leu 异亮氨酸 ile 苯亮氨酸 phe 甲硫氨酸 met 脯氨酸 pro 色氨酸 trp 生物界也存在少量的d 型氨基酸 它们主要存在于原核细胞和一些植物细胞中 但不能参与蛋白质的组成 三 核酸1 生物学功能核酸是遗传信息的载体 存在于每一个细胞中 核酸也是一切生物的遗传物质 对于生物体的遗传性 变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用 2 种类核酸分dna和rna两大类 所有细胞生物都含有这两大类核酸 病毒只含有dna或rna 3 组成元素及基本组成单位核酸是由c h o n p等元素组成的高分子化合物 其基本组成单位是核苷酸 每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的 每个核苷酸含一分子碱基 一分子戊糖 核糖或脱氧核糖 及一分子的磷酸组成 如下图所示 5 腺瞟呤核苷酸 5 amp 3 胞嘧啶脱氧核苷酸 3 dcmp 例 07全国 trna中 假尿嘧啶与核糖以 b a c n相连b c c相连c n n相连d c o相连注 其他碱基应该选a项dna的碱基有四种 a t g c rna的碱基也有四种 a u g c 这五种碱基的结构式如下图所示 dna中碱基的百分含量一定是a t g c 不同种生物的碱基含量不同 rna中a u g c之间并没有等当量的关系 腺嘌呤 a 鸟嘌呤 g 胸腺嘧啶 t 尿嘧啶 u 胞嘧啶 c 4 结构dna一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3 5 磷酸二酯键 如下图所示 所以dna的一级结构是直线形或环形的结构 dna的二级结构是由两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构 第二节其他重要化合物 知识概要 一 细胞内能量流通的物质 atp1 atp的结构atp 三磷酸腺苷 是各种活细胞内普遍存在的一种高磷酸化合物 水解时释放的能量在20 92kj mol的磷酸化合物 atp的分子简写成a p p p a代表由腺嘌呤和核糖组成的腺苷 p代表磷酸基团 代表高能磷酸键 atp中大量化学能就贮存在高能磷酸键中 atp结构中的3个磷酸 pi 可依次移去而生成二磷酸腺苷 adp 和一磷酸腺苷 amp 如下图 2 atp的作用atp水解时释放出的能量 是生物体维持细胞分裂 根吸收矿质元素离子和肌肉收缩等生命活动所需能量的直接来源 是细胞内能量代谢的 流通货币 在动物肌肉或其他兴奋性组织中 还有一种高能磷酸化合物即磷酸肌酸 它也是高能磷酸基的贮存者 其中的能量要兑换成 流通货币 才能发挥作用 如图下图所示磷酸肌酸与atp关系 磷酸肌酸肌酸简写为 磷酸 c adpatp c 二 nad 和nadp nad 又叫辅酶 全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 nadp 又叫辅酶 全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 它们都是递氢体 能从底物里取得电子和氢 nad 和nadp 都是以分子中的烟酰胺部分来接受电子的 所以烟酰胺是它们的作用中心 接受电子的过程如下图所示 这里虽然从底物脱下来的两个电子都被接受了 但脱下来的两个氢原子却只有一个被接受 剩下的一个质子h暂时被细胞的缓冲能力接纳下来 留待参与其他反应 因此 nad 和nadp 的还原形式被写作nadh和nadph 非细胞形态的生命体 病毒 病毒是非细胞形态的生命体 是迄今发现的最小 最简单的有机体 但所有的病毒必须要在细胞内才能表现出它们的基本生命活动 病毒与细胞相互关系的研究不仅具有重要理论意义 而且也是重大的医学实践问题 病毒与细胞在进化上的关系目前也是一个未解决的重要课题 因此病毒的知识对我们学习细胞生物学是重要的 有助于加深我们对生命与细胞概念的理解与认识 一 病毒的基本知识病毒 virus 主要是由一个核酸分子 dna或rna 与蛋白质构成的核酸蛋白质复合体 有类似病毒的更简单的生命体 仅由一个有感染性的rna构成 称为类病毒 viroid 1980年 还发现有一种称为朊病毒 prion 的更简单的生命体 仅由有感染性的蛋白质构成 目前对它的生命活动还知之甚少 至少它不能算是独立生命体 绝大部分病毒必须在电子显微镜下才能看到 病毒虽然具备了生命活动的最基本特征 复制与遗传 但不具备细胞的形态结构 是不 完全 的生命体 因为它们主要的生命活动必须在细胞内才能表现 在宿主细胞内复制增殖 病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统 必须利用宿主细胞结构 原料 能量与酶系统进行增殖 因此 病毒是彻底的寄生物 病毒的增殖过程 主要是以病毒的核酸为模板进行复制 转录 并翻译成病毒的蛋白质 由这些物质装成新的子代病毒 可以把病毒的增殖称为复制 根据病毒的宿主范围 可以分为动物病毒 植物病毒与细菌病毒 噬菌体 等 但目前并不依此作为分类根据 现在主要按病毒的核酸类型 形态大小 有无包膜以及理化性质等特征分类 病毒的成分与结构较为简单 很多病毒仅由核酸与蛋白质组成 有不少病毒还含有一定量的脂质物质 糖复合物与聚胺类化合物 每个病毒仅含有一个核酸 即一个dna分子或一个rna分子 这是病毒的最基本特点之一 也是与细胞的最根本区别之一 根据核酸类型的不同 所有病毒可以分为两大类 dna病毒与rna病毒 dna病毒所含的dna分子又有双链dan与单链dna的区别 核酸在整个病毒成分为所占比例虽小 但不论是dna还是rna都是遗传信息的唯一储存场所 是病毒的传染单位 二 病毒在细胞内的增殖 复制 1 病毒侵入细胞 病毒核酸的侵染2 病毒核酸的复制 转录与蛋白质的合成3 病毒的装配 成熟与释放可参阅老版高中第三册病毒部分介绍 三 病毒与细胞在起源和进化中的关系生物病毒是非细胞形态的生命体 它的主要生命活动在细胞内实现 病毒与细胞在起源上的关系是人们很感兴趣的问题 目前存在3种主要观点 生物大分子病毒细胞病毒生物大分子细胞生物大分子细胞病毒 在30多年前 第一种观点占主要优势 过去长期认为病毒是生物与非生物的桥梁 病毒具有生物与非生物的两重性 因此按罗辑推测 必然是生物大分子先形成病毒 再由病毒进化为细胞 可是当病毒学这门知识深入发展以后 上述观点难以解释很多根本问题 现在第二种与第三种观点比较容易接受 而且第三种观点越来越具有说服力 认为病毒是细胞的演化产物的观点 其主要依据与论点如下 1 由于病毒的彻底寄生性 所有病毒毫无例外 必须要在细胞内复制与增殖 才能表现其基本生命现象 没有细胞的存在也就没有病毒繁殖 因此病毒决不可能起源在细胞之先 只能是先有细胞后有病毒 2 已经证明 有些病毒 如腺病毒 的核酸与哺乳动物细胞dna某些片段的碱基序列十分相似 癌基因的发现及其研究的深入加强了这种观点 因此细胞癌基因 cellularoncogene 与病毒癌基因 viraloncogene 具有相似的同源序列 从而普遍认为病毒癌基因起源于细胞癌基因 3 病毒可以看做是dna与蛋白质或rna与蛋白质形成的复合大分子 与细胞内核蛋白分子有相似之处 由此推论 病毒可能是细胞在特定条件下 扔出 的一个基因组 或者是具有复制与转录能力的mrna 这些游离的基因组 只有回到它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录 三 原核细胞和真核细胞 1 原核细胞原核细胞外部由质膜包围 质膜的结构与化学组成和真核细胞相似 在质膜之外还有一层坚固的细胞壁保护 原核细胞壁的化学组成与真核细胞不同 是由一种叫胞壁质的蛋白多糖所组成 少数原核细胞的壁还含有其他多糖和类脂 有的原核细胞壁外还有胶质层 原核细胞内有一个含dna的区域 称类核或拟核或核区 类核外面没有核膜 只由一条dna构成 有的还含质粒 这种dna不与蛋白质结合形成核蛋白 原核细胞中没有内质网 高尔基体 线粒体和质体等 但有核糖体和中间体 核糖体分散在原生质中 是蛋白质合成的场所 中间体是质膜内陷形成的复杂的褶叠构造 其中有小泡和细管样结构 有些原核细胞含有类囊体等结构 类囊体具有光合作用功能 在原核细胞中还有糖原颗粒 脂肪滴和蛋白颗粒等内含物 见下图 原核生物的代表 1 支原体 mycoplast 又称霉形体 为目前发现的最小的最简单的细胞 也是唯一一种没有细胞壁的原核细胞 支原体细胞中唯一可见的细胞器是核糖体 支原体是以一分为二 即二分裂 的方式分裂繁殖 支原体的体积很小 直径一般是0 1 0 3um 仅为细菌的十分之一 另衣原体 33 03年 自然界最小的细胞是a 病毒b 支原体c血小板d 细菌 2 细菌 是在自然界分布最广 个体数量最多的有机体 是大自然物质循环的主要参与者 细菌主要由细胞壁 细胞膜 细胞质 核糖体等部分构成 有的细菌还有夹膜 鞭毛 有鞭毛的细菌可以运动 菌毛等特殊结构 绝大多数细菌的直径大小在0 5 5 m之间 可根据形状分为三类 即 球菌 杆菌和螺旋菌 包括弧形菌 还有一种利用细菌的生活方式来分类 即可分为两大类 腐生生活与寄生生活 p3册 3 蓝藻 又叫蓝细菌 是原核生物 又是最简单的自养生物类型之一 蓝藻不具叶绿体 线粒体 高尔基体 内质网和液泡等细胞器 含叶绿素a 无叶绿素b 含数种叶黄素和胡萝卜素 还含有藻胆素 是藻红素 藻蓝素和别藻蓝素的总称 一般说 凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的 细胞大多呈蓝绿色 1 dna2 核糖体3 细胞壁4 细胞膜 蓝藻细胞模式图 2006年2 蓝藻与光合作用有关的色素有 p1a 叶绿素a 叶绿素c 藻胆素b 叶绿素a 叶绿素d 藻胆素c 叶绿素b 叶绿素c 藻胆素d 叶绿素a 类胡萝卜素 藻胆素1o 所有进行光合放氧的生物都具有那种色素 a 叶绿素a 叶绿素bb 叶绿素 l 叶绿素cc 叶绿素a 类胡萝卜素d 叶绿素a 藻胆素 三 原核细胞和真核细胞 2 真核细胞真核细胞结构比原核细胞复杂 在同一个多细胞体内 功能不同的细胞 其形态结构也有不同 在真核细胞中 动物细胞和植物细胞也有重要区别 动物细胞质膜外无细胞壁 无明显的液泡 此外 在细胞核的附近有中心粒 在细胞有丝分裂时 发出星状细丝 即星射线 称为星体 即纺锤体 植物细胞和动物细胞的主要区别是 植物细胞具有质体 叶绿体属于质体的一种 其次 植物细胞的质膜外有细胞壁 相邻细胞间有一层胶状物粘合作用 称胞间层 其主要成分为果胶 在两个相邻细胞间的壁上 有原生质丝相连 称胞间连丝 使细胞间互相沟通 最后在植物的分化细胞中往往有大液泡 质体 包括叶绿体 有色体 不含叶绿素 含类胡萝卜素 白色体51 00年 苹果和番茄果实成熟都会变红 从细胞学来看 苹果变红和番茄变红分别是由于细胞内的什么物质在起作用 a 叶黄素和细胞液b 有色体和细胞液c 细胞质和细胞液d 花青素和有色体解析 从细胞学来看 苹果变红是由于细胞的花青素 番茄变红是由于细胞的有色体在起作用 因为 植物液泡中的细胞液中溶解有花青素 花瓣 果实和叶的紫色 深红色或蓝色 常是花青素显示的颜色 但西红柿的红色来自一种含有特殊类胡萝卜素和番茄红素的质体 另外 花青素的颜色随着细胞液的酸碱性不同而变化 酸性时呈红色 碱性时呈蓝色 中性时呈紫色 光对有色体和花青素的影响也各不相同 光直接影响花青素苷的合成 因此 若向阳的一面总是鲜艳一些的 则是由于花青素引起的 例如 红色的苹果 不用死记 可以这样理解 不照光也会全部变红的就主要是由有色体引起的 如果照光部分变红而不照光不变红就主要是由花青素引起的 三 原核细胞和真核细胞 3 原核细胞和真核细胞的主要区别比较如下 四 真核细胞的亚显微结构 1 细胞膜 质膜 细胞膜即细胞质膜 它不仅是细胞与外界环境的分界层 更重要的是它控制着细胞内外的物质 能量交换和信息传递 此外 在真核细胞内还有丰富的膜系统 它们组成具有各种特定功能的细胞器和亚显微结构 例如 线粒体 叶绿体 高尔基体 溶酶体 细胞核 内质网等都是由膜围成的 有的并由膜构成内部的复杂结构 细胞膜和内膜系统以及线粒体膜 叶绿体膜等统称为 生物膜 生物膜对细胞的一系列催化过程的有序反应和整个细胞的区域化提供了一个必需的结构基础 1 质膜的化学组成 细胞膜主要由脂类和蛋白质组成 蛋白质约占膜干重的20 70 脂类约占30 80 此外还有少量的糖类 不同细胞的细胞膜中各成分的含量因膜的功能而有所不同 构成质膜的脂类中有磷脂 胆固醇和糖脂等 其中以磷脂为主要组分 磷脂主要由脂肪酸 磷酸和甘油组成 见下图 它是兼性分子 既有亲水的极性部分 又有疏水的非极性部分 磷脂分子的构形是一个头部和两条尾巴 这种一头亲水 一头疏水的分子称为兼性分子 糖脂和胆固醇也都属于兼性分子 胆固醇一般只存在于动物细胞 细菌 蓝藻等原核生物和植物细胞膜中一般没有胆固醇 普生p47 四 真核细胞的亚显微结构 一般地说 功能多而复杂的生物膜蛋白质比例大 相反 膜功能越简单 所含蛋白质的种类越少 例如 神经髓鞘主要起绝缘作用 蛋白质的只有三种 与类脂的重量比仅为0 23 线粒体内膜则功能复杂 因此含有蛋白质的种类约30种 40种 蛋白质与类脂的比值达3 2之多 构成质膜的蛋白质 包括酶 的种类很多 这和不同种类细胞的质膜功能有关 少者几种 多者可能有数十种 由于分离提纯困难 迄今提纯的膜蛋白还为数不多 从分布位置看 质膜的蛋白质可分为两大类 一类只是与膜的内外表面相连 称为外在性蛋白或周缘蛋白 另一类嵌入双脂质内部 有的甚至还穿透 即 贯穿 或 横跨 膜的内外表面 称为内在性蛋白 分离外在性蛋白比较容易 但内在性蛋白不易分 一般外在性蛋白占全部膜蛋白的比例较小 而内在性蛋白所占的比例较大 2010年9 电子显微镜下的细胞质膜体现出 暗一亮一暗 的结构 一般认为主要原因有哪些 2分 bda 磷脂分子的亲水头易被染色b 外在膜蛋白的存在c 胞外基质和膜下细胞骨架的存在d 跨膜蛋白的存在21 02年 细胞膜脂质双分子层中 镶嵌蛋白质分子分布在a 仅在内表面b 仅在两层之间c 仅在内表面与外表面d 两层之间 内表面与外表面都有 在类脂层外面的蛋白质称为外在性蛋白 嵌入类脂层中的蛋白质和横跨类脂层的蛋白质称为内在性蛋白 各种生物膜在功能上的差别可以用镶嵌在类脂层中的蛋白质的种类和数量的不同得到解释 外在性蛋白主要处于水的介质中 而内在性蛋白只是部分暴露于水中 而主要处于油脂介质中 内在蛋白在这种双相 水相和油相 环境中所以能保持稳定 是因为它也像磷脂分子那样具有亲水和疏水两个部分 暴露在水介质中的部分由亲水性氨基酸组成 而嵌在脂质中的蛋白质部分主要是由疏水性氨基酸组成的 现在已能分离出某些内在性蛋白 发现它们的疏水性氨基酸含量显著多于亲水性氨基酸 而外在性蛋白的这两类氨基酸的比例是大体相等的 可以这样解决 疏水性氨基酸折叠 盘曲在内部 亲水性氨基酸包在外面 质膜中的多糖主要以糖蛋白和糖脂 共价键 的形式存在 一般认为 多糖在接受外界刺激的信息方面有重要作用 2007年60 构成跨膜区段的蛋白质的氨基酸大部分是 a 碱性氨基酸b 酸性氨基酸c 疏水性氨基酸 四 真核细胞的亚显微结构 质膜中的蛋白质也是能够运动的 人们常提到的一个实验证据是1970年frye l d和eddidin m的工作 见下图 他们用不同的荧光染料标记的抗体分别与小鼠细胞和人细胞的膜抗原相结合 它们能分别产生绿色和红色荧光 当这两种细胞融合后形成一个杂交细胞时 开始一半呈绿色 一半呈红色 说明它们的抗原 蛋白质 是在融合细胞膜中互相分开存在的 但在37 下保温40分钟后 两种颜色的荧光点就呈均匀分布 这说明抗原蛋白质可以在细胞膜中移动而重新分布 这一过程基本上不需能量 因为它不因缺乏atp而受抑制 膜蛋白的运动受很多因素影响 膜中蛋白质与脂类的相互作用 内在蛋白与外在蛋白相互作用 膜蛋白复合体的形成 膜蛋白与细胞骨架的作用等都影响和限制蛋白质的流动 质膜中蛋白质的移动显然应和质膜的功能变化有关 注 怎么动可参普生p47和p482011年2 生物膜的流动性表现在 1分 aa 膜脂和膜蛋白都是流动的b 膜脂是流动的 膜蛋白不流动c 膜脂不流动 膜蛋白是流动的d 膜脂和膜蛋白都是不流动的 流动性由其它成分决定 四 真核细胞的亚显微结构 3 物质通过质膜进出细胞 自由扩散又称单纯扩散或简单扩散 指物质顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输的方式 既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋白协助 一般来说 影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身分子大小 物质极性大小 膜两侧物质的浓度差及环境温度等 由于膜主要由类脂和蛋白质组成 双层类脂分子构成质膜的基本骨架 所以物质通过膜的扩散和它的脂溶性程度有直接关系 大量实验证明 许多物质通过膜的扩散都和它们在脂肪中的溶解度成正比 即脂溶性物质更易过膜 水几乎是不溶于脂的 但它经常能够迅速通过细胞膜 有人推测膜上有许多小孔 膜蛋白 现已证明水通道蛋白的存在 的亲水基团嵌在小孔表面 因此水可通过质膜自由进出细胞 促进扩散这也是一种顺浓度梯度或顺电化学梯度的运动 但扩散是通过镶嵌在质膜上的蛋白质的协助 即协助扩散 又叫易化扩散 来进行的 有实验说明 k 不能通过磷脂双分子层的人工膜 但如在人工膜中加入少量缬氨霉素时 k 便可通过 缬氨霉素是一种多肽 是含有十二个氨基酸的脂溶性抗生素 缬氨霉素和k 有特异的亲和力 在它的帮助下k 可以透过膜由高浓度处向低浓度处扩散 缬氨霉素就相当于质膜中起载体作用的蛋白质 葡萄糖过红细胞膜进入细胞的过程也是以这种促进扩散的方式进行的 但葡萄糖通过膜进入细胞的过程 特别是在小肠上皮细胞 往往是以主动运输方式进行的 四 真核细胞的亚显微结构 主动运输物质由低浓度向高浓度 逆浓度梯度或逆电化学梯度 进行的物质运输 主动运输过程中 需要细胞提供能量 一般动物细胞的细胞内k 的浓度远远超过细胞外的浓度 哺乳动物约30倍 相反 na 的含量一般远远低于周围环境 哺乳动物约10 30倍 为了细胞逆浓度梯度排出na 吸收k 的机制 发展了一种离子泵的概念 即靠这种泵的作用在排出na 的同时抽进k 现在已经知道离子泵的能量来源是atp 凡是具有离子泵的组织细胞 其质膜中都有atp酶系 有实验证明 当注射atp给枪乌贼 由于中了毒不能合成自己的atp 巨大神经细胞时 细胞膜立即开始抽排钠和钾离子 并且一直继续到atp全部用完为止 na k 泵 存在所有动物细胞膜上 其作用过程参阅细胞生物学p113 普生则在p52 关于泵的作用机制 有各种解释 例如 一个存在于神经和肌肉细胞中的离子泵 如na k 泵 存在所有动物细胞膜上 的模型 要求有一个蛋白质的载体 它横跨质膜 在质膜外侧一端和k 结合 而在内侧一端和na 结合 在有atp提供情况下 载体蛋白内外旋转 使k 转入内侧 而na 转入外侧 这样离子脱离载体蛋白后 k 即积累于细胞内 而na 进入细胞外的环境中 整个过程可以反复进行 2010年1 在细胞质膜的组成中 胆固醇分子 1分 aa 仅存在于高等动物细胞中b 仅存在于高等植物细胞中c 高等动植物细胞中都存在d 还未确定2 细胞质膜上具备的钠钾泵每消耗一个atp分子将会 1分 da 向细胞内转入2个k 向细胞外转出2个na b 向细胞内转入2个na 向细胞外转出2个k c 向细胞内转入3个k 向细胞外转出2个na d 向细胞内转入2个k 向细胞外转出3个na 6 下列哪些细胞器具有质子泵 2分 cdea 内质网8 高尔基体c 溶酶体d 线粒体e 叶绿体2011年1 很多细胞器上具有质子泵 以下不具有质子泵的细胞器为 1分 aa 内质网b 溶酶体c 线粒体d 叶绿体 另外还有一种方式的物质运输 也是物质逆浓度梯度进入细胞的过程 叫伴随运输 又叫协同运输 注意不是协助扩散 在此过程中物质运动并不直接需要atp 而是借助其他物质的浓度梯度为动力进行的 如na 浓度梯度 后一种物质是通过载体和前一种物质相伴随运动的 比如动物细胞对氨基酸和葡萄糖的主动运输 就是伴随na 的协同运输 na 驱动的同向协同运输 祥见细胞生物学p115协同运输又分为共运输 同向协同运输 和对向运输 反向协同运输 na k 泵 存在所有动物细胞膜上 其作用过程参阅细胞生物学p113 植物细胞 真菌 包括酵母 和细菌细胞其质膜上没有na k 泵 而是具有h 泵 将泵出细胞 建立跨膜的h 电化学梯度 取代动物细胞的na 电化学梯度 驱动转运溶质进入细胞 例如 细菌细胞对糖和氨基酸的摄入主要是由h 驱动的同向运输完成的 ca 泵主要存在于细胞膜和内质网膜上 它将输出细胞或泵入内质网腔中储存起来 以维持细胞内低浓度的游离ca 约10000倍 钙泵在肌质网内储存ca 对调节肌细胞的收缩与舒张是至关重要的 12 全国05 细胞消耗能量的主动跨膜运输包括 a 简单扩散b 质子泵c 协同运输d 易化扩散e 钠钾泵2011年3 下列哪些物质跨膜运输方式属于主动运输 2分 aca 钠钾跨膜运输b 胞吞作用c 协同运输d 乙醇跨膜运输 5 01年 o2进入细胞膜的机制属于a 自由扩散b 协助扩散c 主动运输d 渗透22 02年 正常细胞内k离子浓度大约为细胞外k离子浓度的a 7倍b 12倍c 30倍d 120倍32 02年 nh3进入细胞膜的机制属于a 自由扩散b 协助扩散c 主动运输d 与a b c均无关37 02年 人体内o2和co2进入细胞膜是通过a 简单扩散b 易化扩散c 主动转运d 胞饮2010年4 下列分子中不能通过无蛋白脂双层膜的是哪一项 1分 da 二氧化碳b 乙醇c 尿素d 葡萄糖 四 真核细胞的亚显微结构 4 细胞膜与细胞的识别细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识 对自己和异己物质的认识 无论单细胞生物和高等动植物 许多重要的生命活动都和细胞的识别能力有关 比如 草履虫有性生殖过程中的细胞接合 开花植物的雌蕊能否接受花粉进行受精 都要靠细胞识别的能力 高等动物和人类的免疫功能更要依靠细胞的识别能力 细胞识别的功能是和细胞膜分不开的 因为细胞膜是细胞的外表面 自然对外界因素的识别过程发生在细胞膜 如哺乳动物和人类的细胞识别 当外来物质 例如大分子 细菌或病毒 在免疫学上称它们为抗原 进入动物和人体 免疫系统以两种方式发生反应 一是制造抗体 一是产生敏感细胞 抗体和敏感细胞与抗原相结合 通过一系列反应摧毁抗原 把抗原从体内消除掉 抗原与抗体的识别 主要取决于细胞膜上表面的某些受体 四 真核细胞的亚显微结构 5 细胞膜与细胞连接 普生p54 在多细胞生物体内 细胞与细胞之间通过细胞膜相互联系 形成一个密切相关 彼此协调一致的统一体 称为细胞连接 动物细胞间的连接方式有紧密连接 桥粒 粘合带以及间隙连接等 见下图 植物细胞间则通过胞间连丝连接 四 真核细胞的亚显微结构 紧密连接 亦称结合小带 这是指两个相邻细胞的质膜紧靠在一起 中间没有空隙 而且两个质膜的外侧电子密度高的部分互相融合 成一单层 这类连接多见于胃肠道上皮细胞之间的连接部位 间隙连接 是两个细胞的质膜之间有2nm 4nm的间隙的一种连接方式 在间隙与两层质膜中含有许多颗粒 这些颗粒的直径大约有8nm左右 它们互相以9nm的距离规则排列 间隙连接为细胞间的物质交换 化学信息的传递提供了直接通道 间隙连接主要分布于上皮 平滑肌及心肌等组织细胞间 粘合带 是相邻细胞膜之间有较大间隙的一种连接方式 连接处相邻细胞膜间存在着15nm 20nm的间隙 在这部分细胞膜下方的细胞质增浓 由肌动蛋白组成的环形微丝穿行其中 粘合带一般位于紧密连接的下方 又称中间连接 具有机械支持作用 见于上皮细胞间 桥粒 指相邻细胞间的纽扣样连接方式 在桥粒处两个细胞质膜之间隔有宽约250 的间隙 其中有一层电子密度稍高的接触层 将间隙等分为二 在桥粒处内侧的细胞质呈板样结构 汇集很多微丝 这种结构与加强桥粒的坚韧性有关 桥粒多见于上皮 尤以皮肤 口腔 食管等处的复层扁平上皮细胞间较多 桥粒能被胰蛋白酶 胶原酶及透明质酸酶所破坏 故其化学成分中可能含有很多蛋白质 胞间连丝 p34普生植物细胞间特有的连接方式 在胞间连丝连接处的细胞壁不连续 相邻细胞的细胞膜形成直径约20nm 40nm的管状结构 使相邻细胞的细胞质互相连通 胞间连丝是植物细胞物质与信息交流的通道 对于调节植物体的生长与发育具有重要作用 总的来讲 细胞间连接的主要作用在于加强细胞间的机械连接 此外对细胞间的物质交换起重要作用 一般认为 间隙连接在细胞间物质交换中起明显的作用 中间连接部分也是相邻细胞间易于物质交流的场所 紧密连接是不易进行细胞间物质交换的部分 桥粒的作用看来也只是在于细胞间的粘着 纯粹是机械性的 很像工业上的铆钉或焊接点 2002年81 组成胞间层 中胶层或胞间层 的物质主要是 p34普生p22a 半纤维素b 蛋白质c 果胶质d 脂类87 细胞停止生长后所形成的细胞壁称为 a 胞间层b 次生壁c 初生壁d 纹孔2003年26 胞间连丝存在于 a 动物上皮细胞之间b 植物薄壁组织细胞之间c 蓝藻群体细胞之间d 四联球菌各细胞之间解析 参阅普生p34 3565 08年 小肠上皮细胞间的哪种结构能够防止营养物质从细胞间隙进入血液a 桥粒b 紧密连接c 间隙连接d 胞间连丝 四 真核细胞的亚显微结构 2 细胞质真核细胞质膜以内核膜以外的结构称为细胞质 细胞质主要包括细胞质基质和细胞器 1 细胞质的基质细胞质基质亦称透明质 是细胞质中除去所有细胞器和各种颗粒以外的部分 呈均质半透明的胶体状物质 其中包含了许多物质 如小分子的水 无机离子 中等分子的脂类 氨基酸 核苷酸 大分子的蛋白质 核酸 脂蛋白 多糖 细胞质的基质主要有两个方面的功能 一是含有大量的酶 生物代谢的中间代谢过程大多是在细胞质基质中完成 如糖酵解途径 磷酸戊糖途径 脂肪酸合成等 二是细胞质基质作为细胞器的微环境 为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需的环境 也为细胞器的功能活动提供底物 四 真核细胞的亚显微结构 2 细胞器参阅新编p381 线粒体线粒体是一种普遍存在于真核细胞中的细胞器 各种生命活动所需的能量大部分都是靠线粒体中合成的atp提供的 因此有细胞的 动力工厂 之称 线粒体主要由蛋白质和脂类组成 其中蛋白质占线粒体干重的一半以上 此外还有少量的dna rna 辅酶 核糖体等 线粒体含有许多种酶类 其中有的酶是线粒体某一结构特有的 标记酶 比如线粒体外膜的标记酶为单胺氧化酶 内膜为细胞色素氧化酶 膜间隙为腺苷酸激酶 线粒体基质的为苹果酸脱氢酶 在大多数情况下 线粒体呈圆形 近似圆形 棒状或线状 在电子显微镜下 线粒体为内外两层单位膜构成的封闭的囊状结构 可分为以下四个部分 外膜为一个单位膜 膜中蛋白质与脂类含量几乎均等 物质通透性较高 内膜也是一个单位膜 膜蛋白质含量高 占整个膜的80 左右 内膜对物质有高度地选择通透性 部分内膜向线粒体腔内突出形成嵴 同时内膜内表面排列着一些颗粒状的结构 称为基粒 又称atp合成酶复合体 基粒包括三个部分 头部 f1因子 为水溶性蛋白质 具有atp酶活性 腹部 f0因子 由疏水性蛋白质组成 柄部 位于f1与f0之间 有的教材只提前两部分 参普生p膜间隙为内外膜之间围成的腔隙 其内充满无定形物 主要是可溶性酶 反应底物以及辅助因子等 基质由内膜封闭形成的空间 其中含有脂类 蛋白质 核糖体 rna及dna 是丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环的场所 四 真核细胞的亚显微结构 研究表明 内外膜的通透性差别很大 外膜容许电解物质 水 蔗糖和大至10000道尔顿的分子自由透入 外膜上可能有20 30 的小孔 便于小分子的通过 内膜与外膜相反 离子 分子的通过要有特殊的载体帮助才能实现 在线粒体内膜上存在的电子传递链 能将代谢脱下的电子最终传给氧并生成水 同时释放能量 这种电子传送链又称呼吸链 它的各组分多以分子复合物形式存在于线粒体内膜中 在线粒体内膜中 各组分按严格的排列顺序和方向 氧化 还原电位由低到高 即递增的顺序 参与电子传递 糖 脂肪 氨基酸的中间代谢