高中生物 细胞的结构与功能竞赛辅导课件.ppt

细胞 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 衣原体 支原体 蓝藻 细菌 放线菌真核细胞两者差别非常大 细胞类别 细胞的形态 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 一 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 细菌的形态学分类球菌杆菌螺旋菌 包括弧菌 淋病球菌 大肠杆菌 弧形霍乱菌 细菌模式图 g g 厚 薄 肽聚糖层 原核微生物的结构与功能 细胞壁 结构 1 保护 屏障 机械保护2 是细胞生长 分裂和运动所必须的3 赋予细胞抗原性 致病性和对噬菌体的敏感性等 功能 细胞壁 革兰氏染色 操作过程 结果 g 菌经乙醇处理不脱色 呈紫色 g 菌经乙醇处理脱色 呈红色 原核微生物的结构与功能 原生质体 1 细胞膜 2 贮藏物 4 特殊的休眠结构 硫粒 藻胆蛋白 异染颗粒等 控制运输 维持渗透压 合成细胞壁 着生鞭毛等 3 核区 拟核 芽孢 内生孢子 5 其它 气泡 伴孢晶体 孢囊等 蛋白质晶体的一种毒素 对多种昆虫具有毒杀作用 核糖体 约含5000 50000个 部分附着在细胞膜内侧 大部分游离于细胞质中 沉降系数为70s 由大亚单位 50s 与小亚单位 30s 组成 30s的小亚单位对四环素与链霉素敏感 50s的大亚单位对红霉素与氯霉素敏感 原核微生物的结构与功能 细胞壁外结构 1 糖被 2 鞭毛 3 菌毛 纤毛 4 性毛 保护 屏障 储存 吸附 信号识别 运动 吸附 参与传递遗传物质 三大结构体系 二 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 动物细胞模式图 植物细胞模式图 二 真核细胞的结构与功能 细胞的基本结构 原生质 protoplasm 指组成原生质体 或细胞 的有生命物质 是细胞生命活动的物质基础 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 一 细胞壁 1 细胞壁的分层 胞间层 主要由果胶质组成初生壁 主要由纤维素和果胶质组成次生壁 主要由木质素和纤维素组成 2 细胞壁的特化 木化 木质素 角化 角质 栓化 木栓质 矿化 si ca 初生纹孔场 primarypitfield 指在植物细胞的初生壁上未增厚的区域 纹孔 pit 指在植物细胞的次生壁上未增厚的区域 胞间连丝指穿过相邻细胞的细胞壁的原生质细丝 纹孔和胞间连丝的存在使得多细胞有机体成为一个统一的整体 3 纹孔和胞间连丝 细胞壁的分层 纹孔的类型 柿胚乳细胞的胞间连丝 质膜 plasmamembrane 内质网 endoplasmicreticulum 高尔基体 golgibody 溶酶体 lysosome 线粒体 mitochondria 叶绿体 chloroplast 二 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 细胞膜功能 物质交换 转运物质能量交换 如化学能 生物能信息传递 如神经信号传导保护细胞 结构 形状运动 促进运动免疫 专一性抗原受体 一 被动运输 物质跨膜运输的方式 一 简单扩散 沿浓度梯度 或电化学梯度 扩散 不需要提供能量 没有膜蛋白的协助 特点是 二 协助扩散 特点是 比自由扩散转运速率高 存在最大转运速率 有特异性 载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型 1 离子载体 是疏水性的小分子 可溶于双脂层 提高所转运离子的通透率 多为微生物合成 是微生物防御被捕食或与其它物种竞争的武器 2 通道蛋白 又称离子通道或门通道 平时一般处于关闭状态 仅在特定刺激下才打开 且是瞬时开放瞬时关闭 在几毫秒的时间里 一些离子 代谢物或其他溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜 二 主动运输 1 由atp直接供能 钠钾泵 na k atp酶 na k atp酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化 导致与na k 的亲和力发生变化 其总的结果是每一循环消耗一个atp 转运出三个na 转进两个k 工作原理 na k 泵作用是 维持细胞的渗透性 保持细胞的体积 维持低na 高k 的细胞内环境 维持细胞的静息电位 乌本苷 地高辛等强心剂能抑制心肌细胞na k 泵的活性 mg2 和少量膜脂能提高其活性 钙离子泵 在质膜和内质网膜上 p型离子泵 其原理与钠钾泵相似 每分解一个atp分子 泵出2个ca2 钠钙交换器 属于反向协同运输体系 通过钠钙交换来转运钙离子 质子泵 1 p type 如植物细胞膜上的h 泵 h k atp酶 位于胃表皮细胞 分泌胃酸 2 v type 位于溶酶体膜 动物细胞的内吞体 高尔基体的囊泡膜 植物液泡膜上 3 f type f型质子泵位于细菌质膜 线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上 2 协同运输 协同运输 是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式 它包括 同向协同 反向协同 物质运输方向与离子转移方向相同 如动物小肠细胞每转移一个na 吸收一个葡萄糖 在某些细菌中 乳糖的吸收每转移一个h 吸收一个乳糖分子 物质运输方向与离子转移的方向相反 na 的进入胞内伴随者h 的排出 三 1 质体 与同化产物的合成 积累和贮藏相关的一类细胞器 具双层膜的结构 植物细胞特有的细胞器 1 叶绿体 含叶绿素 光合作用外膜 内膜 基质 基质片层 基粒含少量dna 核糖体 2 白色体造粉体 积累淀粉 造油体 贮藏脂肪 造蛋白体 积累蛋白质 3 有色体含胡萝卜素 叶黄素 质体的相互转化 白色体的类型与功能 三种质体的转换 结构 内膜 外膜 内膜内折 嵴 基粒 atp酶复合体 液态基质含少量dan 核糖体功能 细胞呼吸和能量代谢中心 2 线粒体 rer功能 是蛋白质合成的场所和运输通道 ser功能 脂肪和糖元的代谢 3 内质网单层膜形成的囊腔和管道系统 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 游离核糖体 附着核糖体 4 核糖体 结构 单层膜围成的扁平囊泡 5 高尔基体 功能 蛋白质的修饰和分泌 植物细胞分裂时参与细胞板的形成 6 溶酶体单层生物膜的泡状结构 含多种水解酶 胞内消化作用 细胞自溶 防御等 溶酶体与疾病 二氧化硅尘粒 矽尘 吸入肺泡后被巨噬细内吞噬 含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体 二氧化硅与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键 导致吞噬细胞溶酶体崩解 细胞本身也被破坏 矽尘释出 后又被其他巨噬细内吞噬 如此反复进行 受损或已破坏的巨噬细胞释放 致纤维化因子 并激活成纤维细胞 导致胶原纤维沉积 肺组织纤维化 1 矽肺 2 肺结核 结核杆菌不产生内 外毒素 也无荚膜和侵袭性酶 但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用 使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖 导致巨噬细胞裂解 释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程 最终引起肺组织钙化和纤维化 7 液泡 渗透调节 贮藏 消化作用 8 微体 单层膜构成的泡状结构过氧化物酶体 参与光呼吸乙醛酸循环体 参与乙醛酸循环 将脂肪转化为糖类 过氧化物酶体 在动物中 参与脂肪酸的 氧化 大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后 酶浓度升高10倍 具有解毒作用 因为过氧化氢酶能利用h2o2将酚 甲醛 甲酸和醇等有害物质氧化 饮入的酒精1 4是在过氧化物酶体中氧化为乙醛 在植物中 参与光呼吸作用 在萌发的种子中 进行脂肪的 氧化 三 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 遗传信息表达系统 核被膜 染色质和染色体 核仁 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 癌细胞具表达端粒酶活性的能力 染色质的结构组成 核小体串珠 螺线管 超螺线管 染色体 染色体分类图示 常染色质 折叠疏松 凝缩程度低 处于伸展状态 碱性染料染色时着色浅 具有转录活性的染色质一般为常染色质 异染色质 折叠压缩程度高 处于凝集状态 经碱性染料染色着色深 其dna中重复序列多 复制较常染色质晚 其中部分异染色质是由原来的常染色质凝集而来 还有一些异染色质除复制期外 在整个细胞周期中均处于集缩状态 巴氏小体 雌性哺乳动物细胞中的一条异固缩化的x染色体 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合成 加工和核糖体亚单位的装配场所 四 细胞骨架cytoskeleton 微丝 核纤层核基质 微管 中间纤维 胞质骨架 核骨架 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 微丝肌动蛋白与细胞质流动相关 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 秋水仙素和长春花碱能阻断微管组装 低温或ca2 存在时 微管趋于去组装 紫杉酚能促进微管的装配 并使微管稳定存在 但破坏微管正常功能 以上药物均可以阻止细胞分裂 可用于癌症的治疗 微管纤维处于动态的组装和去组装状态 这是实现其功能所必需的过程 如纺锤体 1 维持细胞形态 2 细胞内运输 3 鞭毛运动与纤毛运动 微管的功能 4 纺锤体和染色体运动 5 基粒 中心粒 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 1 肌肉收缩 2 微绒毛 3 胞质分裂环 4 胞质环流和变形运动 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 中间纤维与微管 微丝一起形成一个完整的骨架体系 对细胞起支撑作用 它外连细胞膜 内与核内的核纤层相通 它在细胞内信息传递过程中可能起重要作用 中间纤维 细胞核骨架 狭义地讲 核骨架就是指核基质 广义地讲 核骨架则包括了核基质 核纤层和核孔复合体等 核基质为dna复制提供空间支架 对dna超螺旋化的稳定起重要作用 核纤层为核被膜及染色质提供结构支架 细胞增殖 细胞分化 癌变与衰老 1 细胞分化的原理 1 细胞核的全能性 2 基因的选择表达 2 细胞质 细胞核及外界环境对细胞分化的影响 2 基因的选择表达细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的 而是与基因选择表达有关 细胞的编码基因分为两类 管家基因和奢侈基因 管家基因是维持细胞生存必需的一类基因 在各类细胞中都处于活动状态 奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因 与分化细胞的特殊性状直接相关 这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响 目前一般认为 细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果 2 细胞质 细胞核及外界环境对细胞分化的影响 1 细胞质在细胞分化中的决定作用受精卵的分裂称卵裂 卵裂过程的每次分裂 从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中 但是细胞质中物质的分布是不均匀的 也许正是因为胞质分裂时的不均等分配 在一定程度上决定了细胞的早期分化 2 细胞核在细胞分化中的作用细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所 因此 在细胞分化过程中 细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响 它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化 3 外界环境对细胞分化的影响细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响 并决定其分化方向 另外 在多细胞生物幼体发育过程中 环境中的激素作用能引发和促进细胞分化 癌细胞 cancercell 肿瘤 tumor neoplasm 是一种基因病 它是指细胞在致瘤因素作用下 基因发生了改变 失去对其生长的正常调控 导致异常增生 可分为良性和恶性肿瘤两大类 前者生长缓慢 与周围组织界限清楚 不发生转移 对人体健康危害不大 后者生长迅速 可转移到身体其它部位 还会产生有害物质 破坏正常器官结构 使机体功能失调 威胁生命 癌细胞的基本特征 癌细胞有三个显著的基本特征即 不死性 迁移性和失去接触抑制 除此之外 癌细胞还有许多不同于正常细胞的生理 生化和形态特征 癌细胞的形态特征癌细胞的生理特征 一 癌细胞的形态特征 癌细胞大小形态不一 通常比它的源细胞体积要大 核质比显著高于正常细胞 可达1 1 正常的分化细胞核质比仅为1 4 6 核形态不一 并可出现巨核 双核或多核现象 核内染色体呈非整倍态 aneuploidy 细胞凋亡相关的信号通路产生障碍 也就是说癌细胞具有不死性 线粒体表现为不同的多型性 肿胀 增生 如嗜酸性细胞腺瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内 肝癌细胞中出现巨线粒体 细胞骨架紊乱 某些成分减少 骨架组装不正常 细胞表面特征改变 产生肿瘤相关抗原 二 癌细胞的生理特征 细胞周期失控 不受正常生长调控系统的控制 具有迁移性 细胞失去与细胞间和细胞外基质间的联结 易于从肿瘤上脱落 并且能产生酶类 使血管基底层和结缔组织穿孔 使它向其它组织迁移 接触抑制丧失 正常细胞在体外培养时汇合成单层后停止生长即接触抑制现象 而肿瘤细胞即使堆积成群 仍然可以生长 定着依赖性丧失 正常真核细胞 大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活 肿瘤细胞失去定着依赖性 可以在琼脂 甲基纤维素等支撑物上生长 去分化现象 已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20余种 胎儿甲种球蛋白是胎儿所特有的 但在肝癌细胞中表达 因此可做肝癌早期检定的标志特征 对生长因子需要量降低 因为自分泌或其细胞增殖的信号途径不依赖于生长因子 某些瘤细胞还能释放血管生成因子 促进血管向肿瘤生长 获取大量繁殖所需的营养物质 代谢旺盛 核酸分解过程明显降低 dna和rna的含量均明显增高 蛋白质合成及分解代谢都增强 但合成代谢超过分解代谢 甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物 结果可使机体处于严重消耗的状态 线粒体功能障碍 即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量 可移植性 正常细胞移植到宿主体内后 由于免疫反应而被排斥 多不易存活 但是肿瘤细胞具有可移植性 如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内 形成移植瘤 三 致癌因素 人类肿瘤约80 是由于与外界致癌物质接触而引起的 根据致癌物的性质可将其分为化学 生物和物理致癌物三大类 根据它们在致癌过程中的作用 可分为启动剂 促进剂 完全致癌物 亚硝胺类 多环芳香烃类 某些金属电离辐射 紫外线肿瘤病毒 逆转录病毒 乳头状瘤病毒 黄曲霉毒素 四 癌症产生是基因突变积累的结果 癌症主要是体细胞突变产生的遗传病 涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变 促进细胞增殖相关基因突变 原癌基因突变形成癌基因 抑制细胞增殖相关基因突变 肿瘤抑制基因细胞癌变是基因突变累积的结果 所以患者多为年长者 原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用 避免细胞癌变 原癌基因 oncogene 是细胞内与细胞增殖相关的基因 是维持机体正常生命活动所必须的 当原癌基因的结构或调控区发生变异 显性突变 基因产物增多或活性增强时 使细胞过度增殖 从而形成肿瘤 抑癌基因是正常细胞增殖过程中的负调控因子 抑癌基因编码的蛋白抑制细胞增殖 使细胞停留于检验点上阻止周期进程 因此起负调控作用 抑癌基因发生功能丧失性突变 隐性突变 则导致细胞周期失控而过度增殖 细胞衰老 hayflick界限 细胞 至少是培养的二倍体细胞 不是不死的 而是有一定的寿命 它们的增殖能力不是无限的 而是有一定的界限 这就是hayflick界限 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞 其染色体数目或形态已经不同于原先的细胞 细胞的增殖能力与供体年龄有关 机体内 细胞的衰老和死亡是常见的现象 甚至在个体发育的早期也会发生 二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的 决定细胞衰老的因素在细胞内部 是细胞核决定了细胞衰老 一 衰老细胞结构的变化 细胞核的变化 体外培养的二倍体细胞 细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大 细胞核的核膜内折 染色质固缩化 内质网的变化 粗面内质网的总量似乎是减少了 线粒体的变化 通常随龄期增大 线粒体的数量减少 而其体积增大 致密体的生成 脂褐质 老年色素等膜系统的变化 衰老的细胞 其膜流动性降低 韧性减小 衰老细胞间间隙连接减少 细胞膜内颗粒的分布也发生减少 二 细胞衰老的分子机理 氧化性损伤学说 代谢过程中产生的活性氧基团或分子 o2 oh h2o2 引发的氧化性损伤的积累 最终导致衰老 端粒与衰老 发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系 提出细胞衰老的 有丝分裂钟 学说 harley 1990 沉默信息调节蛋白复合物 sircomplex 与衰老 sircomplex存在于异染色质区 其作用在于阻断所在位点dna转录 细胞凋亡 概念 细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过