细胞概述课件VIP

第二讲细胞的生命物质与形态结构,武敬亮,普通生物学,一、细胞概念,1、细胞的发现,1665年英国人胡克（RobertHooke)用自制的显微镜第一次观察到死细胞。1695年列文虎克（Leeuwenhoek）观察到原生动物、人和哺乳动物的精子，第一次观察到活细胞。,2、细胞学说的建立,1838年德国植物学家施莱登提出所有植物体都是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家施旺（1839年）在动物中证实。由此提出“细胞学说”“一切生物从单细胞到高等动、植物都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能的基本单位。”,3、细胞的新概念细胞是生命活动的基本单位,1、一切生命有机体都由细胞构成细胞是构成生命有机体的基本单位2、细胞具有独立有序的自控代谢系统细胞是代谢与功能的基本单位3、细胞是生命有机体生长发育的基础4、细胞具有遗传信息的全能性细胞是生命有机体遗传的基本单位5、没有细胞就没有完整的生命,不同类型的细胞结构和功能不同，但化学组成基本相似生命的物质基础一、元素组成二、分子组成,二、细胞的生命物质,基本元素：C，H，O，N，S，P，Ca等占细胞99%以上。,其它必需元素：Na，K，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu，Cl，I等数量少，但都有重要作用。如很多金属元素是酶的辅助因子。偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Ba等,作用机理尚不清楚,一、元素组成,二、分子组成,不同类型的细胞，分子组成大致相同，但是这些物质在不同类型和不同发育时期的细胞中，相对含量相差很大。,1、水和无机盐,水生命来自海洋，生物离不开水,水的特性符合生物生存的需要：水是极性分子，形成极性共价键，可以和相邻的水分子形成不稳定的氢键，使水有较强的内聚力和表面能力；很强的结合能力、最好的极性溶剂，对于物质的运输、生命中化学反应的进行，正常的新陈代谢具有重要意义；水的比热为1cal/g,在温度改变时，热量的需求和释放较大，使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定，维持体温；固态水比液态水的密度底，有利于水生生物的生存。,无机盐,一般以离子状态存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HPO42-作用：（1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用（2）酶的活化因子和调节因子，Mg+,Ca+（3）合成有机物的原料,PO43-合成磷脂、核苷酸（4）动作电位、肌肉收缩等，Na+、K+、Ca2+内环境稳定：PH值生物生存38.5，各种生物、各种组织均有适宜的PH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。,2、糖类,生命活动所需能量来源重要的中间代谢产物（核酮糖）构成生物大分子分子识别作用组成：C:H:O=1:2:1,功能：,糖的分类,单糖-构成各种糖分子的基本单位寡糖-若少数几个（2-6）单糖分子连接多糖大量单糖分子的连接结合糖,单糖分类,己糖,丙糖,戊糖,丁糖,重要的单糖,同分异构体,甘油醛,寡糖,麦芽糖(maltose)两分子葡萄糖由糖苷键连接，具还原性蔗糖(sucrose)由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成，无还原性,食用的糖主要是蔗糖乳糖(lactose)半乳糖和葡萄糖结合而成,存在于哺乳动物的乳汁中,多糖,由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子,糖原：动物肝脏和肌肉“动物淀粉”,淀粉：植物的种子，块根等,纤维素：细胞壁及其支持组织最丰富,其他类型的多糖,粘多糖几丁质果胶,由C、H、O组成，H:O远大于2，不溶于水，能溶于非极性溶剂，类别较多，结构差异很大功能:生物膜的组成，磷脂储存能量生物表面的保护层很好的绝缘体，保温生物学活性，维生素Va、Vd，激素：前列腺素,3、脂类,中型脂肪和类脂,种类：,（1）中性脂肪(Fat)和油(Oil),甘油和脂肪酸结合而成，甘油的每一个-OH和脂肪酸的-COOH结合，形成酯键。,+,（2）蜡（wax）由长链脂肪酸和长链一元醇脱水而成皮肤表面，毛、羽、植物叶及果实表面以及昆虫体表（3）磷脂（phospholipids）磷酸甘油脂，甘油的一个-羟基和磷酸结合成酯几乎存在于细胞的膜系统中，在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量丰富。,主要的有卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。,4、蛋白质,蛋白质的功能,酶的催化作用运载和贮存机械支持免疫保护产生和传递神经冲动生长和分化的控制,是细胞原生质的重要组成部分，在生命活动中起关键作用，“没有蛋白质就没有生命”。,氨基酸,氨基酸各异,氨基酸的通式,R不同,蛋白质的结构,1、一级结构2、二级结构3、三级结构4、四级结构,蛋白质一级结构,氨基酸种类，顺序肽键(peptidebond)每种蛋白质，氨基酸有特定的排列方式,二级结构,-螺旋,-折叠,肽链间互相以氢键连接起来的成片层状结构（不具弹性）,多肽主链骨架围绕长轴方向卷曲形成（具弹性）氢键,-角蛋白：毛发，指甲，蹄胶原蛋白：真皮，韧带等,球状蛋白：螺旋+不规则的不成螺旋的部分，并折叠成球形结构。表面富含亲水基团，疏水基团则聚集在内部如:肌红蛋白，蛋白质激素、抗体纤维状蛋白质：蛋白质分子围绕一个纵向轴缠绕成螺旋状如：角蛋白等,三级结构,蛋白质多态链中相对较远的氨基酸,通过次级键相互作用而在二级结构基础上折叠,盘曲,组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键(疏水力、氢键、盐键、范得华力等)互相连接。每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。如：血红蛋白,四级结构,蛋白质的各级结构,氨基酸,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,血红蛋白,蛋白质性质,两性本质及等电点：电泳分离蛋白质亲水胶体性质变性作用：空间排列,高温紫外灭菌,5、核酸,1870年miescher首次从核提取到酸性物质DNA和RNA分布功能,碱基+戊糖核苷+磷酸核苷酸poly聚合核酸多个核苷酸之间通过3.5磷酸二脂键连接形成的长链的多核苷酸分子，构成核酸的基本结构。,核酸的化学结构,碱基,戊糖,磷酸,戊糖,碱基,dATP,dCTP,DNA的二级结构(双螺旋),小沟,大沟,模型于1953年Watson&Crick提出,DNA是由两条多核苷酸链互以碱基配对相连（A=T,C三G）,构成的双螺旋结构。DNA分子量比较大，每条染色体就是一个DNA双链分子。,有特殊功能的核苷酸,ATP能量传递分子GTP，CTP和UTP分别参与蛋白质，脂类和糖原的合成细胞中重要的二核苷酸：NAD+（辅酶）、NADP（辅酶）、FAD参与传递能量,6、生物大分子化合物,糖蛋白：具有酶和激素活性血液凝结生物膜构成核蛋白：病毒，染色质，核蛋白体糖脂：神经节苷脂脂蛋白：疏松，细胞膜上的脂蛋白,三、细胞的形态结构和功能,一、细胞的形态与大小,细胞的形态是多种多样的，大小也不相同，细胞的形状与大小与它们所处的环境和行使的功能密切相关。,直径大小,m,有核膜和核仁和核质,原核细胞和真核细胞比较,细胞的类别,原核细胞,真核细胞,二、原核细胞,细菌,遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成.DNA复制，RNA转录及其蛋白质合成同步进行，遗传信息无重复序列细胞内没有核膜和具有专门结构与功能的细胞器的分化.原核细胞包括支原体,细菌和蓝藻等.,蓝藻光合作用,支原体,目前能独立生活的体积最小的生物。,细菌,真核细胞最主要的特点，是细胞内有膜把细胞区分成了许多功能区。最明显的是含有内膜包围的细胞核，此外还有由膜围成的细胞器，(如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基复合体等)。,一些单细胞的原生生物、多细胞的植物与动物及真菌都是由真核细胞构成。,三、真核细胞,细胞器动物细胞植物细胞细胞壁无有叶绿体无有大的中央液泡无有溶酶体有无圆球体无有乙醛酸循环体无有通讯连接方式间隙连接胞间连接中心体有无胞质分裂方式收缩环细胞板,植物细胞,动物细胞,动植物细胞区别,1.细胞膜或质膜,细胞表面都包有一层膜，称为质膜(plasmamembrane)或细胞膜(cellmembrane)。主要由膜脂和膜蛋白所组成。“流动镶嵌”质膜的基本作用是：维护细胞内微环境的相对稳定参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递在细胞的生存、生长、分裂和分化中起重要作用,2.细胞壁(cellwall),细胞壁层次形成时期，组成成分功能：维持形状，物质运输，信息传递特化结构:纹孔（pit）胞间连丝,初生壁,次生壁,胞间层,细胞核是细胞的控制中心，是遗传物质的主要存在场所,细胞核的形态与细胞的形态有关,通常,一个细胞有一个核,在特定时期,可形成多核,如绒毡层细胞。,3.细胞核,核被膜,包括核膜和核纤层，核膜上有核孔（nuclearpores），是细胞质和细胞核之间交换物质的通道。,核膜,核仁,核内一个或几个折光很强的小球体,由特定的染色体片段构成,主要功能是rRNA(核糖体RNA)的合成。,核仁,染色质,细胞核的主要部分，根据形态不同可分为常染色质和异染色质,主要成分是DNA和蛋白质，此外还有少量RNA。蛋白质包括组蛋白(碱性蛋白)和非组蛋白(酸性蛋白),电镜下,染色质呈串珠状的细丝.小珠称为核小体（nucleosomes），核小体核心部分由4对组蛋白分子构成DNA缠绕在外周。,内质网,由一层单位膜形成的管状、泡状及扁平囊组成的三维网状膜系统，可与核膜外层及细胞膜的内褶相连。不同的细胞及细胞不同状态内质网形态变异很大。,粗面内质网roughER,滑面内质网SmoothER,有核糖体附着，是合成蛋白质的场所，并参与蛋白质的修饰、加工和运输分泌细胞,无核糖体附着，与脂类合成、糖原和其他糖类的代谢有关脂肪细胞,单层膜包裹的球状小泡，内有40多种水解酶（酸性磷酸酶等），是细胞内的“消化器官”。,主要功能：吞噬外源异物（如细菌、食物颗粒）吞噬体内衰老细胞器自溶,溶酶体,高尔基复合体,呈网状结构，由扁平囊和小泡组成的细胞器。是细胞内部运输系统。参与细胞分泌过程，将内质网核糖体上合成的蛋白质进行加工、分类和包装，形成分泌泡，分送到细胞的特定部位；同时也是糖合成的场所（糖蛋白、糖脂等）；参与细胞分裂。,7.线粒体细胞的动力工厂,双层膜囊状结构，外膜平整，内膜向内形成许多嵴，大大增加了内膜面积。有利于生化反应。,细胞的呼吸中心（酶和电子传递载体）氧化产能的场所（ATP复合体）,含有DNA和核糖体，能自主合成蛋白质。（细菌来源？）,功能,8.质体,叶绿体：是进行光合作用的场所类囊体DNA+核糖体(蓝藻？)白色质体：贮存淀粉蛋白质等有色体：含类胡萝卜素，果实、花、秋叶,前质体,光,9.核糖体(ribosome),几乎存在于所有细胞，由rRNA和蛋白质按一定规律组成的实心小粒。有两种类型（70S，80S），由大小两个亚基构成。以分散存在和成串附在细胞膜的内表面(原核)或内质网膜上(真核)。,28S、5.8S和5SrRNA约49种蛋白质,18SrRNA约33种蛋白质,80S,是细胞合成多肽和蛋白质的工具。多聚核糖体,10.细胞骨架,普遍存在真核细胞中，是细胞质和细胞核间的蛋白质纤维网络。包括：微管，微丝和中间纤维。,微管,微丝,为直经25nm的圆管，由微管蛋白组成，有极性，无组织特异性。主要功能:,保持细胞形状,参与细胞收缩以及纤毛和鞭毛的运动,参与细胞分裂,参与物质运输,为直经4-7nm的细丝，由肌动蛋白组成，能收缩，无组织特异性。主要功能：,细胞质运动(胞质环流),细胞的移动(吞噬细胞和变形虫),胞内运输,肌肉收缩,维持细胞形态,细胞分裂,中间纤维,介于微管和微丝之间的纤维，分布具有严格的组织特异性。主要功能：细胞质支架；细胞核定位（核纤层）,细胞承受机械压力,四、生物膜,真核细胞中，细胞器的膜（如内质网膜等）、质膜和核膜在分子结构上基本相同，它们统称为生