高中生物奥赛之细胞生物学课件

细胞生物学,生物奥赛辅导,欢迎各位同学参加2013年生物学奥赛讲座!,细胞学部分比值：25%主要内容：细胞的化学成分细胞的结构与功能细胞代谢细胞分裂。学习方法：掌握运用必修1内容掌握理解奥赛教材内容,细胞部分内容介绍,（一）细胞生物学的发展,3细胞学研究层次P55显微水平：亚显微水平：分子水平：,（一）细胞生物学的发展,生物体的层次结构：元素化合物细胞组织器官系统生物体注：植物没有系统层次，血液属于组织层次。最小、最简单的细胞支原体,（二）生物学层次,P2210,（三）细胞的形态与大小,1.细胞概念：细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。2细胞的大小：m（显微结构和亚显微结构）在显微技术和电镜技术中常用的单位有：微米（m或）、纳米（nm）和埃三种。1m102cm106m109nm1010,各类细胞直径的比较,P3874,影响细胞大小的因素：1.细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限；2.细胞的相对表面积与细胞大小有关；3.细胞内物质的交流与细胞大小有关。,3.原生质：细胞内所含有的生活物质，真核细胞包括细胞质和细胞核。（注意与原生质层的区别）4.细胞质：指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器，另一部分是可溶相，称细胞质基质。（1）细胞器：指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。（2）细胞质基质：是细胞质的可溶相（胶状液体），是作为细胞器的环境而存在的。（3）细胞核：遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核或类核区。,（一）细胞壁,作用：维持细胞形状、保护原生质体、支持器官等作用，并与植物的吸收、蒸腾、运输和分泌等有很大关系。,细胞壁的分层和化学组成,P2281,棉花纤维几乎是纯粹纤维素.,木材是死细胞遗留的细胞壁所组成的,但不是纯的纤维素,在细胞壁纤维素的间隙充满了一种芳香类的多聚化合物一木质素,老树干和老树根的表面有多层死”木栓化”细胞.它们的细胞壁除纤维素外还有木栓质,（四）真核细胞的亚显微结构,1细胞膜/生物膜（1）质膜(细胞膜)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。比例的不同与其功能相适应。,（四）真核细胞的亚显微结构,蛋白质分布位置：可分为两大类。外在性蛋白或周缘蛋白：只是与膜的内外表面相连内在性蛋白：嵌入双脂质内部，有的甚至还穿透膜的内外表面。,（四）真核细胞的亚显微结构,糖脂和胆固醇也都属于兼性分子质膜中的多糖主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。一般认为，多糖在接受外界刺激的信息方面有重要作用。免疫，保护，润滑等功能。质膜的功能:物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等,（四）真核细胞的亚显微结构,（2）质膜的分子结构模型,三明治模型,流动镶嵌模型,1972年Singer和Nicolson根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出流动镶嵌模型。主要强调：膜的流动性；膜蛋白的分布不对称性。,流动镶嵌模型的特点,组成成分：主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。不对称性：蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。流动性：膜蛋白和膜脂可作各向运动。,1侧向扩散运动2旋转运动3摆动运动4伸缩震荡运动5翻转运动6旋转异构化运动,P21题36,膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动,可用荧光标记技术检测膜蛋白的流动性。,（2）膜的不对称性：膜脂、膜蛋白及糖类的不对称性,膜糖是细胞膜表面的糖类的总称,葡萄糖位于糖侧链的近端,定义：某种物质从细胞的一侧跨越细胞膜到达另一侧的过程。（细胞膜的结构图）,物质的跨膜运输,细胞膜的结构示意图,糖蛋白磷脂分子蛋白质磷脂双分子层,细胞膜对溶质的通透性特点：1.脂溶性越大的分子越容易穿膜；2.小分子物质比大分子物质更容易穿膜；3.不带电荷的颗粒更容易穿膜；4.亲水性分子和离子的穿膜要依赖于专一性的跨膜蛋白。,自由扩散被动运输穿膜运输协助扩散（小分子）主动运输,物质的跨膜运输,一.被动运输,被动运输:是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。,1.自由扩散,概念:又称为简单扩散是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。,如:水、氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等通过细胞膜,自由扩散,特征：沿浓度梯度扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助,自由扩散,想想自由扩散的特征,2.协助扩散,概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。,葡萄糖通过红细胞膜,结合图片和动画，总结协助扩散的特点！,动画播放,膜转运蛋白：是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白,分为载体蛋白和通道蛋白。,载体蛋白：容许与其结合部位相适合的溶质分子通过，且每次转运都发生自身构象的改变。,通道蛋白：是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。,载体蛋白特点,具有高度选择性；具有饱和现象；易被抑制剂阻断或者破坏。过程G蛋白位点蛋白构象变化位点改变G释放蛋白复原,通道蛋白,特征：具有离子选择性(对离子的大小和电荷有高度选择性)；离子通道是门控的(其活性由通道开或关两种构象调节)。,通道蛋白有怎样的特性呢？,载体蛋白,通过构象变化进行物质转运，介导被动运输与主动运输。,二.主动运输,概念：是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。特点：运输方向；膜转运蛋白；消耗能量。,葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜,维持细胞的渗透性，保持细胞的形态；维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。,每消耗1个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+并增加2个K+。,Na+-K+泵的作用,二、大分子物质进出细胞的方式,1、胞吞附着内陷囊泡如：草履虫摄食、变形虫、白细胞吞噬细菌,2、胞吐囊泡膜融合排出如：腺细胞分泌酶原粒（蛋白质）,细胞连接（celljunction)：是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构。,紧密连接,桥粒,间隙连接,:将相邻细胞的质膜密切地连接在一起，而阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入。,:通过骨架系统将细胞与相邻细胞或基质之间连接起来。,:动物细胞最常见的连接方式。,2.细胞膜与细胞连接,动物细胞,紧密连接,由跨膜蛋白构成的焊接点连在一起形成焊接线脊线,紧密连接普遍存在于脊柱动物体表及体内各种腔道和腺体上皮细胞，如小肠、食道的上皮细胞。,功能：连接相邻的细胞封闭细胞间隙的通道阻隔功能,使细胞的产物不能从组织液进入血液,桥粒连接,桥粒-锚定连接,功能：它们似铆钉将相邻细胞或细胞与基质牢牢连接起来,起支持，附着，抵抗外界压力与张力的作用。,锚定连接：广泛分布于机体的上皮组织、心肌组织中，以皮肤、子宫颈等处的细胞之间含量最丰富,间隙连接（动物细胞）,突触连接,间隙连接,间隙连接,植物细胞的胞间连丝,（四）真核细胞的亚显微结构,胞间连丝：细胞壁上有小孔，相邻细胞的细胞膜伸入孔中，彼此相连两细胞的光面内质网也彼此相通，即形成胞间连丝。,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。,植物细胞的间隙连接-胞间连丝,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。,(二)线粒体,（1）线粒体的形态、大小、数目与分布,卵圆形颗粒或短线状；横径约0.2um1um，长约2um8um，相当于一个细菌的大小；需要能量较多的细胞，线粒体数目也较多，植物细胞的线粒体数量比动物细胞的要少；多数细胞中线粒体均匀分布于细胞质，但也常常聚集在需能较多的部位。,真核细胞的结构,（2）线粒体的成分,（3）线粒体的功能：进行氧化磷酸化，合成ATP,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、辅酶等。,P261,（4）线粒体是半自主性细胞器：含有DNA，能按照自己的DNA合成一些蛋白质。如组成线粒体的蛋白质约有10%就是线粒体本身的DNA编码合成的。,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,P21题5,26,叶绿体功能：光合作用，光反应类囊体上进行，而暗反应在基质中完成。,(三)叶绿体,叶绿体的起源：按内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌。,光合色素：叶绿素，类胡萝卜素和叶黄素。叶绿素分为a、b、c、d四类，高等植物的叶绿素为a和b；化学组成：叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成，此外在叶绿体基质中还有少量DNA和RNA。,叶绿体同线粒体一样，其生长与增殖受核基因及其自身基因两套遗传系统控制，称为半自主性细胞器。,P21判断8,P22,76,内质网（ER）：,粗面内质网（rER）和光面内质网（sER）两类。其中粗面内质网所占比例要远大于光面内质网。,（1）粗面内质网（rER）,膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；多分布在分泌蛋白质旺盛的细胞中。如胰岛B细胞。,（1）粗面内质网功能：与蛋白质合成、转运和加工有关,粗面内质网上合成的蛋白质主要有：（1）向细胞外分泌的蛋白质，如酶、抗体、激素和胞外基质的成分等；(2)膜蛋白，包括细胞质膜上以及内质网、高尔基体和溶酶体上的膜蛋白；(3)需要与其他细胞组分严格分隔的蛋白质，如溶酶体中的酸性水解酶类；(4)需要进行复杂修饰的蛋白质,“信号假说”,（2）光面内质网（sER）,参与脂类合成；肝脏细胞中，参与糖原的合成和分解，将药物和有潜在毒性的物质分解在睾丸和肾上腺细胞主要是合成固（甾）醇肌细胞中内质网特化为肌质网，是肌细胞中的“Ca2+”蓄库。,功能：,膜表面无核糖体附着；形态多为分枝小管或小泡；主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。如性腺细胞。,核糖体,分布：原核细胞、真核细胞的细胞质中、线粒体、叶绿体内；按位置分类：游离核糖体、附着核糖体。成分：蛋白质（40%）、rRNA（60%）,多聚核糖体,又称高尔基器或高尔基复合体；主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。标志酶为糖基转移酶。,（1）高尔基体的结构,6、高尔基体,功能：1、运输功能，如：分泌蛋白质加工浓缩，通过高尔基小泡运出细胞，这与动物分泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。2、合成和运输多糖，如：植物细胞壁的形成有关3、糖基化作用，即高尔基体中含有多种羟基转移酶，能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。来源：内质网转变来,富含水解酶，最适pH值为5左右，酸性磷酸酶为溶酶体的标记酶。,初级溶酶体次级溶酶体,参与细胞内的正常消化作用自体吞噬作用自溶作用：如无尾两栖类尾巴的消失等。,溶酶体,（1）溶酶体的类型：,（2）溶酶体的功能,其PH为4.8或更低的水平。其只有在酸性环境中才有活性。,例：有些幼儿的肝细胞中，溶酶体缺乏水解糖原的酶，糖原不能被消化，其一般只能维持生命一年,圆球体和糊粉粒圆球体具水解酶活性。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆球体具有消化作用及贮存脂肪功能；糊粉粒主要为蛋白质组成也具消化作用，并且为蛋白质的贮存场所。,单位膜围成的细胞器；呈圆球状、椭圆形、卵圆形或哑铃形。,（1）过氧化物酶体：,只存在于植物细胞。乙醛酸循环，与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂类转化为糖类。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转糖类。,微体,含有氧化酶，细胞中大约有20的脂肪酸是在过氧化物酶体中被氧化分解的产生H2O2，过氧化氢酶（标记酶），使H2O2分解；通过过氧化氢酶的作用使酚、甲酸、甲醛和乙醇等毒物氧化、排出；参与“光呼吸”过程。,（2）乙醛酸循环体：,P3888,液泡,细胞骨架:,细胞骨架:,秋水仙素,P25题21,P2610,中间纤维：其粗细介于微管和微丝之间，也是由蛋白质组成。功能：支撑作用，参与桥粒的形成，信息传递作用。,鞭毛,纤毛,中心粒,鞭毛和纤毛是细胞表面的附属物,它们的功能是运动.它们的基本结构成分都是微管.结构模式为9(2)+2.鞭毛和纤毛的基部与埋藏在细胞质中的基粒相连,基粒的结构模式为9(3)+0.,中心粒的结构模式为9(3)+0.,3细胞核（1）核膜在电镜下真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质四部分。真核细胞具有核膜，原核生物，如细菌、蓝藻等不具核膜。核膜由内外两层膜组成。离子、比较小的分子可以通透核膜。但像球蛋白、清蛋白、RNA等高分子则不能原样通过核膜。高分子的进出核要由核孔通过。,（2）染色质染色质是间期（碱性染料染色），由DNA与蛋白质为主组成的复合结构，是遗传物质的存在形式。染色体与染色质是化学组成一致、而在细胞周期的不同时期出现的两种不同构型结构。在真核细胞中，核小体是构成染色质的基本单位，核小体是DNA与组蛋白结合形成的。另外，染色质的成分还包括少量的RNA和非组蛋白。在间期核中，染色质的形态不均匀。根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质两种类型。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。,（四）真核细胞的亚显微结构,（3）核仁光学显微镜下观察，真核细胞的间期核中可见到1个或多个球状小体称为核仁。核仁是核糖体RNA（tRNA）合成及核糖体亚单位前体组装的场所，与核糖体的生物发生密切相关。核糖体RNA是在核仁合成的。（4）核基质间期核内非染色或染色很淡的基质称核内基质。染色质和核仁悬浮于其中，它含有蛋白质、RNA、酶等。核内基质亦称核液。,真核细胞的染色质(体),化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA。组蛋白是染色体的基本结构蛋白，分为5种组分，即H1、H2A、H2B、H3和H4；组蛋白富含碱性氨基酸；非组蛋白富含有天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，主要包括各种酶(如连接酶、转录酶等)以及少量的结构蛋白,核小体串珠结构,螺线管,超螺旋管,染色体,（七）细胞增殖,1有丝分裂（1）分裂间期分裂间期是细胞生长期，为分裂期作物质准备，包括G1、S、G2三个时期。G1期：细胞结束上一次有丝分裂后进入G1期。它是一个生长期。在这个时期内细胞进行着一些物质的合成，并且为下阶段S期的DNA合成作准备，特别是合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系，以及储备能量。S期：从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA分子的复制就是在这个时期进行的。通常只要DNA的合成一开始，细胞增殖活动就会进行下去，直到分成两个子细胞。G2期：这个时期又叫做“有丝分裂准备期”，因为它主要为后面的分裂期作准备。在G2期中，DNA的合成终止，但是还有RNA和蛋白质的合成，为分裂期纺锤体微管的组装提供原料。（2）分裂期（略）,细胞分裂,有丝分裂,后期,从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。,动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？,（五）细胞增殖,2减数分裂在进行减数分裂形成生殖细胞前要经过一个较长的生长期，称为减数分裂前间期，也包括G1、S、G2三个时期。但S期较长。（1）第一次分裂减数分裂的一些重要过程主要发生在第一次分裂中，特别是前期。前期：时间较长，又分为五个时期。细线期是减数分裂过程的开始时期。染色体已经进行了复制，一条染色体应由两条染色单体组成。但一般看不出两条染色单体。偶线期是同源染色体配对的时期。粗线期染色体明显缩短变粗。联会的同源染色体紧密结合，同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换。双线期联会的两条同源染色体开始分离，但在交叉点上它们还保持连在一起，所以两条染色体并不完全分开。终变期一般核仁开始消失、核膜开始解体。,细胞分裂,减数分裂的特殊过程主要发生在前期I,细线期:一般看不出两条染色单体。合线期:亦称偶线期，是同源染色体配对的时期。粗线期:同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的时期。双线期:联会的同源染色体相互排斥、开始分离，交叉开始端化，联会复合体消失。,（五）细胞增殖,中期（略）后期四分体中两条同源染色体分开，应当强调的是，四分体由哪条染色体移向哪一极完全是随机的。末期部分细胞进入末期后染色体解螺旋，核膜、核仁重现，通过胞质分裂形成两个子细胞。但也有的细胞只形成两个子核，不进行胞质分裂。减数分裂间期：在减数分裂和减数分裂之间的间期很短，且并不进行DNA合成。因而也不进行染色体的复制。在有些生物甚至没有这个间期，而由末期直接转为前期。（2）第二次分裂普通有丝分裂相同。末期时染色体解螺旋化形成核膜，出现核仁经过胞质分裂，完成减数分裂过程。,（五）细胞增殖,3无丝分裂因为分裂时没有纺锤丝出现，所以叫做无丝分裂。又因为这种分裂方式是细胞核和细胞质的直接分裂，所以又叫做直接分裂。（蛙红细胞的分裂）,细菌的质粒是除核区DNA外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状DNA分子，所含遗传信息量为2200个基因。能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,细菌的质粒,（六）细胞分化,细胞分化，简单说是在个体发育过程中细胞之