竞赛辅导--细胞生物学9.ppt

,细胞生物学,细胞生物学,细胞生物学：细胞的结构和功能；细胞分裂的过程；分化、衰老和癌变机理生命体是多层次、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。细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（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。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。,细胞生物学简介细胞学基础细胞工程简介竞赛试题及练习,细胞生物学,细胞的化学成分细胞的亚显微结构及功能细胞周期细胞的分化、衰老、凋亡,细胞生物学辅导主要内容,一、细胞学的发展1、细胞的发现1665年，胡克(RorbertHooke)Micrographia一书中报道：用自制的显微镜(30倍)观察栎树软木塞切片时发现“cell”（细胞）。,1674年，荷兰人列文虎克(AntonvanLeeuwenhoek)利用自制的高倍显微镜(300倍左右)，观察到池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物的精子。（活细胞）,光学显微镜：分辨率是0、2微米，人肉眼分辨率是0、2毫米所以一般显微镜设计的最大放大倍数是1000倍。(2008年）59光学显微镜能观察到的最小生物是（）A酵母B植物细胞C细菌D噬菌体扫描电子显微镜：可以通过“光学切片”观察较厚样品的内部结构，将改变焦点获得一系列细胞不同层面的图像，叠加后便可构出样品的三维结构。透射电子显微镜：分辨率比光学显微镜更高的显微镜。荧光显微镜：是特意蛋白质等生物大分子定性、定位的最有力工具。相差显微镜：最大的特点是可以观察未经染色的标本和活细胞。,2、细胞学说的建立1838年，德国植物学家施莱登提出:尽管植物的不同组织在结构上有着很大的差异，但是植物是由细胞构成的，植物的胚是由单个细胞产生的。,1839年,德国动物学家施旺提出了细胞学说的两条原理认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；细胞是生命的基本单位每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；,3、细胞学的经典时期,原生质理论的提出细胞分裂的研究重要细胞器的发现分子水平探讨生命奥秘的分子生物学：细胞学逐渐发展成从显微水平、亚显微水平、分子水平三个层次上探讨生命活动的学科,4、对未来的展望人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年前进入农业经济时代，18世纪60年代，英国率先进入工业经济，20世纪50年代美国最早走完工业经济的历程，进入信息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为7580年，到本世纪20年代将渐渐失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来，生物经济的资源为基因，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。,5、生物经济时代特点是：（1）.基因克隆和重组技术日趋成熟，人类将根据经济需要去开发和操纵遗传资源，如通过转基因的方法生产人类生长素、干扰素（每千克价值440亿美元）等昂贵的药物；培育具有特殊功能的转基因动植物，如具有苏云金毒素的抗虫棉。在商业目的的驱使下，大量的改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”，由此所产生的基因污染和伦理问题将越来越突出。（2）.人类基因组大约10万个基因的作图和测序完成，进入以揭示基因功能为主的后基因组计划，人类遗传病的基因治疗成为常规技术。,（3）.动物克隆技术和人类干细胞定向分化技术取得突破，人工创建的组织，器官将用于医学治疗的目的。（4）.神经生物学、信息生物学、细胞生物学等学科的发展，为实现人工智能奠定了理论基础。（5）.基因武器可能成为继核武器以后又一种足以令人类毁灭的武器。（6）.生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。,二、细胞基础知识细胞的定义细胞是由膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成,是生物体的结构和功能的基本单位,也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系统发育的基础。细胞或是独立的作为生命单位,或是多个细胞组成细胞群体或组织、或器官和机体；细胞还能够进行分裂和繁殖；细胞是遗传的基本单位，并具有遗传的全能性。,照片，蓝色为细胞核，绿色为微管,个体中不同组织的细胞形态,（一）细胞的共性,细胞学说是根据光学显微镜对不同类型的细胞进行形态观察得出的结论，但是它们在结构和功能上的相似性甚至超过形态上的相似性。,（一）细胞的共性,1、细胞结构上的相似性,细胞都具有细胞膜结构,细胞都具有遗传物质和遗传体系,细胞都具有核糖体,2、细胞的基本功能,细胞能够进行自我增殖和遗传,细胞都能进行新陈代谢,细胞都具有运动性,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,4、细胞的大小及体积的恒定,1、细胞结构上的相似性,细菌结构模式图,动物细胞结构模式图,细胞都具有细胞膜结构,基本功能：作为细胞的界膜，将细胞内的环境与外环境隔开。,被质膜（细胞膜）包裹在细胞内的所有生活物质称为原生质(protoplasm)，包括细胞核和细胞质。,细胞都具有遗传物质和遗传体系,细胞都具有核糖体,DNA:遗传信息的载体,RNA:遗传信息的转录、指导蛋白质的合成,（一）细胞的共性,1、细胞结构上的相似性,细胞都具有细胞膜结构,细胞都具有遗传物质和遗传体系,细胞都具有核糖体,2、细胞的基本功能,细胞能够进行自我增殖和遗传,细胞都能进行新陈代谢,细胞都具有运动性,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,4、细胞的大小及体积的恒定,2、细胞的基本功能,细胞能够进行自我增殖和遗传,细胞能够以一分为二的分裂方式进行增殖,细胞都能进行新陈代谢,细胞代谢包括物质代谢和能量代谢，细胞的代谢作用是由酶控制的。,细胞都具有运动性,所有细胞都具有一定的运动性，包括细胞自身的运动和细胞内的物质运动。,（一）细胞的共性,1、细胞结构上的相似性,细胞都具有细胞膜结构,细胞都具有遗传物质和遗传体系,细胞都具有核糖体,2、细胞的基本功能,细胞能够进行自我增殖和遗传,细胞都能进行新陈代谢,细胞都具有运动性,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,4、细胞的大小及体积的恒定,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,（一）细胞的共性,1、细胞结构上的相似性,细胞都具有细胞膜结构细胞都具有遗传物质和遗传体系细胞都具有核糖体,2、细胞的基本功能,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,4、细胞的大小及体积的恒定,细胞能够进行自我增殖和遗传细胞细胞都能进行新陈代谢细胞细胞都具有运动性,4、细胞的大小及体积的恒定,A、细胞的计量单位细胞大小的计量单位，一般都用微米计算。使用电子显微镜后又提(Angstrom,)为超显微结构计量单位。现在常用的国际单位是纳米(nanometre)。1毫米=1000微米(m)1微米=1000纳米(nm）1纳米(nm)=10埃典型的原核细胞的平均大小在110m之间，而真核细胞的直径平均为330m，一般为1020m。,器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种现象称之为细胞体积的守恒定律。,同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小。,B、限制细胞大小的因素,细胞的相对表面积,当细胞增大到一定程度时，质膜的表面积就不适应细胞进行内外物质的交换，细胞为了维持一个最佳的生存条件，必需维持最佳的表面积，从而限制了体积的无限增大。,细胞内关键分子的浓度,一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度需要5001000种不同类型的酶和蛋白质。,一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了细胞体积无限增大的一个限制因素。,C、支原体是最简单的原核细胞，直径为0.10.3m具有细胞质膜，但没有细胞壁;环状双螺旋DNA，没有拟核,能指导合成750多种蛋白质;唯一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有8001500个。,支原体的形态结构,（一）细胞的共性,1、细胞结构上的相似性,细胞都具有细胞膜结构细胞都具有遗传物质和遗传体系细胞都具有核糖体,2、细胞的基本功能,3、形态结构与功能的统一是生物体细胞的重要特征,4、细胞的大小及体积的恒定,细胞能够进行自我增殖和遗传细胞细胞都能进行新陈代谢细胞细胞都具有运动性,细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比细菌哺乳动物水7070无机盐11小分子代谢物33蛋白质1518磷脂23其它脂2多糖22RNA61.1DNA10.25,1、细胞的化学组成,（二）细胞的分子基础,构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg等，其中O、C、H、N四种元素占90%以上。细胞的无机物主要有水和无机盐。水是细胞生命活动的物质基础，约占细胞重量的75-80，其中游离水约95，其余为结合水。,（1）水是细胞中最主要的成份,水在细胞中的作用水分子参与了生命活动的一些重要反应。,细胞中水的存在方式,游离水,各种极性有机分子和离子的最好溶剂。,结合水,参与细胞的生命活动,是酶反应的辅助因子。,（2）无机离子,无机盐的含量约为1，主要以离子形式存在。维持细胞内外液的pH和渗透压,以保持细胞的正常生理活动;,同蛋白质或脂类结合,组成具有特定功能的结合蛋白;,（3）有机小分子,细胞内有四类有机小分子:单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。,（4）生物大分子,细胞内有四种类型的生物大分子:核酸、蛋白质、多糖以及脂类,扫描隧道电镜下的DNA双螺旋,DNA双螺旋结构,核酸核酸包括DNA和RNA。DNA是遗传信息复制、传递和基因转录的模板。基因是编码蛋白质多肽链或RNA的DNA序列。一个能够独立生存的细胞需要约500个基因。RNA参与蛋白质的合成，主要类型有：mRNA、tRNA、rRNA。,（2008年）70DNA分子一般有成千上万甚至数百万个碱基对组成，基因中核苷酸的专一序列就是一种信息，编码专一蛋白质的一级序列。双链DNA之所以具有较高的熔解温度是由于它含有较多的：（）AA+GBC+TCA+TDC+G,糖蛋白的功能有参与细胞粘着，细胞信息的传递，细胞代谢的调控，发育和分化，机体的防御，以及作为机体内外表面的保护及润滑剂。参与细胞识别:是细胞识别机理的必要组分。几乎所有动物细胞表面都有少量糖,它的作用好比是细胞联络的文字或语言。糖基化对蛋白质合成后的加工和运输的影响也是很大的。,多糖,细胞内蛋白质的某些功能功能举例功能举例结构材料胶原、角蛋白激素胰岛素运动肌动蛋白、肌球蛋白物质运输Na+-K+泵营养储存酪蛋白、铁蛋白信号转导乙酰胆碱受体基因调控Lac操纵子渗透压调节血清白蛋白免疫作用抗体毒素霍乱毒素电子转移细胞色素酶氧化还原酶、连接酶等,蛋白质细胞的有机物主要有蛋白质、核酸、脂类和糖，约占细胞干重的90%以上。蛋白质不仅是细胞的结构成分，也是细胞功能的实现者。生化反应的催化剂大多酶是蛋白质,蛋白质,质：,蛋白质是一切生命活动的体现者，有什么样的蛋白质就能表达出什么样的生物性状。,量：,原生质的各种成分比例,、无机盐11.5%、糖类和核酸11.5%、脂类12%、蛋白质710%、水8090%,1、蛋白质是细胞核中最重要的物质，它对生命的重要性体现在两个字上：质与量上。,、蛋白质的特点：,（）相对分之质量很大（从几千到几百万），举例如下：,通式为,(a)R基不同、氨基酸不同。,每个氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。,（）尽管蛋白质相对分子质量很大，分子结构复杂，但都由基本单位氨基酸组成。组成蛋白质的氨基酸约有种。,小结,蛋白质分子机构层次表解如下：,元素组成C、H、O、N等,基本元素：C、H、O、N,其它元素：P、S、Fe,基本单位氨基酸,种类：20种,通式：,特点：,化学结构多肽（肽链）,形成：多个氨基酸脱水缩合而成肽键,特点：呈链状结构，又叫肽链，有一定的氨基酸序列,空间结构蛋白质分子,连接：肽链通过一定化学键连接,形成：螺旋、卷曲、折迭形成空间结构,特点：具生物活性、多样性,细胞内大约有3000种大分子。生物大分子的功能由构成它们的亚单位的种类和排列顺序决定。,2、细胞结构体系的组装,细胞的结构水平,四级装配,第一级:小分子有机物的形成;,第二级:小分子有机物组装成生物大分子；,第三级:由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构；,第四级:由生物大分子组装成具有空间结构和生物功能的细胞器。,（三）细胞的类型和结构体系1、细胞的形状和大小,单细胞生物的形态通常与细胞外沉积物有关。高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。细胞骨架对于维持细胞形态具有重要作用。高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。,草履虫,眼虫,钟形虫,植物气孔细胞,植物薄壁细胞,木材中的导管,人类红细胞,巨噬细胞,神经元细胞,大多数动植物细胞在2030m间；一般真核细胞的体积大于原核细胞；卵细胞大于体细胞。,几种细胞的大小,人卵与精子,肝细胞中细胞质组分所占的体积百分比,2、三类不同的细胞真核细胞eukaryoticcell：细胞核具有核被膜和核仁。原核细胞prokaryoticcell：核区没有核膜包围，称其为拟核。古细菌archaebacteria，既不同于原核细胞也不同于真核细胞，属于生命的第三种形式。,细菌:如大肠杆菌、结核杆菌、乳酸菌、硝化细菌等菌类放线菌:真菌:如酵母菌、霉菌、食用真菌藻类：绿藻：如衣藻红藻褐藻蓝藻上述的只有细菌、放线菌、蓝藻这三类是原核生物，其余的都是真核生物。另要注意（）病毒（或噬菌体）因没有细胞结构，不是原核生物（）所有的动物包括单细胞动物都是真核生物,原核细胞1.细胞壁2.拟核只有一条DNA。3.细胞器有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。4.原核生物如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。,蓝藻细胞模式图蓝藻的遗传信息量很大可与高等植物相比，蓝藻细胞比一般原核细胞大很多，如颤藻直径可达70发菜是蓝藻的丝状体,1、细胞壁：主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥或肽键桥接起来，形成了肽聚糖片层。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20-80nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含20-40的磷壁酸（teichoicacid。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。,2、细胞膜：厚约810nm，外侧紧贴细胞壁。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为间体。,3、拟核：DNA分子裸露，没有内含子，具有重叠基因。,大肠杆菌低电子密度区为拟核,4、核糖体：约含500050000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。小亚单位对四环素与链霉素敏感，大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。,5、质粒(plasmid)：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。,细菌的模式图,大肠杆菌,淋病球菌,肉毒梭菌,弧形霍乱菌,真核细胞真核细胞内含有的物质，大致可分为四类：原生质，它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。后成质，由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物，如纤毛、鞭毛等。异质，由原生质高度特化的物质，如角质、木质、木栓质、纤维素等。副质，细胞质中的内含物，都是新陈代谢的产物，如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。,植物细胞结构,动物细胞结构,植物细胞结构,真核细胞的结构和功能一、细胞膜细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，叫做细胞膜。1细胞膜的化学组成：细胞膜主要由脂类和蛋白质组成2细胞膜的结构：“流动镶嵌模型”3细胞膜的功能：选择透过性,1、细胞膜的基本组成成分,(1)膜脂：磷脂、胆固醇和糖脂占50以上：具有一个极性头和两个由脂肪酸链形成的非极性尾；脂肪酸碳链为偶数；既含饱和脂肪酸又含不饱和脂肪酸胆固醇只存在于动物细胞、酵母菌、支原体；细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇；助于增加膜的稳定性，可调节膜的流动性，使膜的流动性不至于在温度降低时而下降,（2）膜蛋白：外在膜蛋白（或称外周膜蛋白）和内在膜蛋白（或称整合膜蛋白）,（3）膜糖类：与膜脂、膜蛋白以共价键形成的糖脂或糖蛋白，与细胞识别有关,细胞膜的结构,结构模型,E.Gorter和FGrendel（1925）:“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型J.D.Robertson（1959年）：单位膜模型(unitmembranemodel)S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的“流动镶嵌模型”(fluidmosaicmodel),2细胞膜的流动镶嵌模型：Singer和Nicolson,（1）脂双分子层是细胞膜的主要结构支架，具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相；（2）膜蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或镶嵌脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；（3）在膜的两侧脂分子的分布，蛋白质分子的分布与性质是不相同的，即具有不对称性；（4）膜结构中蛋白质分子和脂类分子都能运动，具有流动性。,3细胞膜的流动性和不对称性,(1)膜的流动性：膜脂的运动方式主要有侧向扩散、旋转运动、左右摆动以及翻转运动等；不饱和脂肪酸越多，脂肪酸链越短，膜脂流动性越大；温度下降，膜脂的流动性减弱；胆固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流动性。卵磷脂与鞘磷脂的比值越高，膜脂的流动性越大膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动,细胞膜流动性实验,（2008年）62以下对生物膜“流动镶嵌模型”描述正确的是（）A脂膜由脂双层构成，内外表面各有一层球状蛋白质分子B脂膜由脂双层构成，中间有一层蛋白质分子C脂膜由脂双层构成，蛋白质以不连续的颗粒形式嵌入脂层，脂分子可以移动，蛋白质不能移动D脂膜由脂双层构成，蛋白质以不连续的颗粒形式嵌入脂层，脂分子和蛋白质均呈流动状态,（2）膜的不对称性：膜脂、膜蛋白及糖类的不对称性,4细胞膜的生物学功能,(1)细胞膜与物质的跨膜运输,简单扩散：疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子（如O2、CO2、乙醇、尿素等）；小分子比大分子容易穿膜，非极性分子比极性分子容易穿膜，而带电离子的跨膜运输则需要更高的自由能。,主动运输,ATP直接提供能量：Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）每消耗1个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+并增加2个K+Ca2+泵（Ca2+-ATP酶）泵入内质网腔中消耗一个ATP分子转运出两个Ca2+质子泵细胞质膜上，溶酶体膜和植物泡膜上以及线粒体内膜、植物内囊体膜,例、(01年全国联赛)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,协同运输（伴随运输）：协助扩散载体蛋白通道蛋白，它横跨质膜形成不是由ATP提供能量，而是借其他物质的浓度梯度为动力来进行的同向协同运输反向协同运输动物细胞中葡萄糖的跨膜运输,物质出入细胞的方式,（2009年）69.下列有关物质转运的说法，哪项是不正确的?ANa可通过主动运输跨膜B骨骼肌舒张时，胞质内Ca2通过主动转运进入肌质网C肾小管上皮细胞通过主动转运吸收葡萄糖D葡萄糖通过主动转运进入红细胞,此外，一些大分子物质或物质团块，还可以通过内吞和外吐的方式进出细胞。,物质出入细胞的方式,内吞作用与外排作用大分子（如蛋白质、多核苷酸、多糖）或颗粒物质吞噬作用胞饮作用内吞作用与外排作用都需要细胞提供能量。,（2)细胞膜与细胞连接：封闭连接、锚定连接、通讯连接（包括间隙连接、神经细胞间的化学突触、植物细胞中的胞间连丝）,封闭连接（紧密连接是典型的代表）（2008年）64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,锚定连接,桥粒和半桥粒（中间纤维）相邻细胞的纽扣样联系，两质膜间有250A的间隙其中有电子密度稍高的接触层将间隙等分为二，盘状致密斑与桥粒坚韧性有关。多见皮肤、口腔、食管。,粘着带和粘着斑（肌动蛋白纤维）,粘着带和粘着斑（肌动蛋白纤维）,通讯连接：间隙连接、植物细胞中的胞间连丝、神经细胞间的化学突触,a.间隙连接,连接小体由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕，中心形成一个直径约1.5nm的孔道连接小体成簇并两两相对分别包埋在两相邻细胞的质膜中，形成一个间隙连接单位,b.胞间连丝,胞间连丝连接处的细胞壁不连续，相邻细胞的细胞膜共同形成2040nm的管状结构，中央是由内质网延伸形成的链管状结构。链管与管状质膜之间是由胞液构成的环带。,c.化学突触,细胞联结,(3)细胞膜与细胞的识别细胞识别与细胞表面的糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖有关,(4)细胞膜与信息的传递（2008年）69分子识别常表现在受体与配体的相互作用，受体是指位于细胞膜上、细胞质、或细胞核中能与来自细胞外的生物活性分子专一结合，并将其带来的信息传递给效应器，从而引起相应的生物学效应。这些大分子大多是：（）A蛋白质B核酸C糖类D脂质（2009年）100下列关于生物膜的描述，哪些项是正确的?A磷脂分子是组成生物膜的基本结构成分B膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者C膜蛋白在生物膜结构中起组织作用D膜脂和膜蛋白在生物膜上的分布是不对称的E膜蛋白是可以运动的，运动方式与膜脂的运动方式完全相同,二、细胞外被（糖被）和细胞壁动物细胞有细胞外被（糖萼、糖被），是细胞膜外表面的糖类物质的总称,在细胞识别等方面起重要作用。（2009年）42.青霉素对人体无毒性是因为：A细胞膜表面无青霉素受体B细胞能产生分解青霉素的酶C青霉素不能通过细胞膜D细胞无细胞壁结构,植物细胞有细胞壁：胞间层、初生壁、次生壁；保护并支持细胞及整个植物体,二、细胞质：细胞质基质和细胞器,1、细胞质基质（透明质）,细胞质基质是除去细胞器以外的胶状物质，呈液态，含有水、无机盐、脂类、糖类、氨基酸、核苷酸和酶等多种物质。是细胞进行新陈代谢的主要场所中间代谢过程如糖酵解途径、脂肪酸合成等都是在细胞质基质中完成；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要的生理环境；同时也为细胞器的功能活动提供底物,A、维持细胞内相对稳定的离子环境。B、许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如蛋白质的合成；核苷酸的合成；脂肪酸合成；糖酵解；磷酸戊糖途径；糖原代谢；信号转导。C、供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。D、控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化。E、参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。,2、细胞器,（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（人体肝细胞内线粒体约个），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。,（2）线粒体的结构：外膜、内膜、膜间隙和基质,（3）线粒体的化学组成,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，间隙为腺苷酸激酶、线粒体基质的标记酶为苹果酸脱氢酶，线粒体内大约有种酶。,外膜上含有14种蛋白质而内膜上含有21种，外膜上主要含卵磷脂而内膜主要含心磷脂；再如，线粒体内、外膜上脂类与蛋白质的比值不同，内膜为0.3：1而外膜为1：1,（4）线粒体的功能：进行氧化磷酸化，合成ATP,（5）线粒体是半自主性细胞器,（6）线粒体的起源：内共生假说：被原始的前真核生物吞噬的好氧性细菌，这种细菌与前真核生物共生，在长期的共生过程中通过演化变成了线粒体。分化假说：线粒体是由于质膜的内陷，再经过分化后形成的,2、质体（1）前质体（或称原质体）（2）白色体（造粉体、造蛋白体和造油体）（3）有色体叶绿体叶绿体存在于绿色植物的绿色部分（主要存在于叶肉细胞），由双层膜构成，叶绿体的膜将叶绿体与细胞质基质隔开。叶绿体内有数十个圆柱形的基粒，每个基粒又是由许多个囊状结构垛叠而成的。在囊状结构的薄膜上，有进行光合作用的色素，这些色素可以吸收、传递和转化光能。在叶绿体的基粒和基质中，含有许多进行光合作用所必需的酶。所以叶绿体的功能是：进行光合作用。因此，有人把叶绿体比喻为“养料制造工厂”。,叶绿体,叶绿体的形态、大小和数目直径厚,B、叶绿体的结构：叶绿体膜、类囊体（基粒类囊体、基质类囊体，随叶位置上升而达到最大，旗叶到达高峰）和基质,C、叶绿体功能：叶绿体的功能是由叶绿体内的色素和酶的种类决定。光合作用，光反应类囊体上进行，而暗反应在基质中完成。,D、半自主性细胞器,E、叶绿体的起源：内共生说和分化说；按内共生假说，叶绿体的祖先是兰藻或光合细菌。,叶绿体的结构,叶绿体中核酮糖、5二磷酸羧化酶是光合作用中起重要作用的酶系统，自然界含量最丰富的蛋白质,支持线粒体和叶绿体内共生起源的主要证据有：两者都是双层膜包围的细胞器，都具有环状的DNA，就像一个原核细胞；叶绿体的DNA序列与蓝藻相似，而线粒体的DNA序列与现存的-变形菌相似；核糖体为70S型，对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉素敏感，蛋白质合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA；RNA聚合酶可被利福平（rifampin）、链霉素（Streptomycin）等抗生素所抑制；,3、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）：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，光面内质网的某些磷酸酶能参与糖原的合成和分解，而另一些酶能将药物和有潜在毒性的物质分解；,ER的功能1、蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有：向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；膜的整合蛋白；需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。2、蛋白质的修饰与加工3、新生肽链的折叠、组装和运输4、合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（PTP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。5、解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。6、储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。7、提供酶附着的位点和机械支撑作用。,4、核糖体：分布:原核细胞、真核细胞、线粒体、叶绿体内；种类:有游离核糖体、附着核糖体成分:蛋白质（40%）和rRNA（60%）（1）、70S型核糖体（原核细胞及叶绿体、线粒体）：30S小亚单位（16SRNA+21种蛋白质）50S大亚单位（23SRNA+5SRNA+31种蛋白质）（2）、80S型核糖体（真核细胞中）：40S小亚单位（18SRNA+33种蛋白质）60S大亚单位（28S、5.8S和5S三种RNA+49种蛋白质）5.8S18S28S在核仁中合成,5S不在核仁中合成但都必须转移到核仁,在核仁中组装成核糖体亚单位然后再转运到细胞质中.多聚核糖体,5、高尔基体：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,（2）高尔基体的功能：A、参与细胞分泌活动RER上合成蛋白质进入ER腔运输泡进入在高尔基体中加工形成运输泡运输与质膜融合、排出。（2009年）30.我们利用放射自显影技术追踪动物胶原蛋白由合成到运输的整个途径。在细胞培养基中加入放射性标记的氨基酸。而后，在不同时间，测量以下每个细胞器中，渗入到蛋白质中的放射性物质的量。列出放射强度高峰在以下细胞器中出现的时间顺序：（同2008年63题）分泌小泡高尔基复合体粗面内质网光面内质网细胞核溶酶体A细胞外B细胞外CI细胞外D细胞外,高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。B、为细胞提供一个内部的运输系统；糖基化作用（O-连接糖基化）；合成和运输多糖C、进行膜的转化功能内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。D、将蛋白水解为活性物质如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质，如胰岛素（C端）；或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。E、参与形成溶酶体。F、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。,6、溶酶体：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,（1）溶酶体的类型：初级溶酶体、次级溶酶体（自噬性溶酶体、异噬性溶酶体、混合性溶酶体）、残余小体,（2）溶酶体的结构、组成,溶酶体为C.deDuve与B.Novikoff1955年首次发现。是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解,A、初级溶酶体（primarylysosome）直径约0.20.5um，有多种酸性水解酶，但没有活性，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种，反应的最适PH值为5左右。,B、次级溶酶体（secondarylysosome）是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体(phagolysosome)。C、残体（residualbody）又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。,肝细胞脂褐质,（3）溶酶体的功能,细胞内消化：如高等动物内吞低密脂蛋白获得胆固醇，单细胞真核生物利用溶酶体的消化食物。自体吞噬：清除无用的生物大分子，衰老细胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。许多生物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右。防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。形成精子的顶体。,（4）溶酶体的发生,初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成，形成过程：内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰进入高尔基体膜囊磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑将乙酰葡糖胺磷酸转移在12个甘露糖残基上在中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P（6磷酸甘露糖）配体与trans膜囊上的受体结合通过clathrin衣被包装成初级溶酶体。（2009年）101溶酶体的功能是进行细胞内的消化作用，和溶酶体酶发生有关的细胞器是：A内质网B高尔基体C过氧化物酶体D线粒体E胞内体,Transportofnewlysynthesizedhydrolasestolysosomes,1、矽肺：二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释放，细胞崩解，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬，如此反复进行。激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。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溶酶体的杀伤作用,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，引起肺组织钙化和纤维化。3、类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂。4、II型糖原累积病（Pompe病）：缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累。5、细胞内含物病（inclusion-celldisease）：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变。高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选信号，病人成纤维细胞的溶酶体中没有水解酶，底物在溶酶体中贮积，形成“包涵体”。,（4）溶酶体与疾病,7、液泡在植物细胞中有大小不同的液泡。成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡，可能占细胞体积的90%，它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小，差别也不显著。液泡由一层单位膜围成。其中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同的物质，如无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。花色主要由类黄酮、类胡萝卜素和甜菜色素三大类色素决定,这些色素一般存在于液泡中。其中,类黄酮色素中的花色素对花色形成起主要作用,控制着花的粉红色、红色、紫罗兰色和蓝色。,液泡的功能是多方面的，强维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。其次是贮藏各种物质，例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中，而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中浓缩的结果。第三，液泡中含有水解酶，它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后，液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。植物有些衰老退化的细胞通过自溶被消化掉。这时液泡破坏，其中的水解酶被释放出来，导致细胞成分的分解和细胞的死亡。例如蚕豆子叶中约80%的RNA是在种子萌发的最初30天内逐渐被分解的。但如果把液泡破坏，其中的核糖核酸酶释放出来的话，可在几小时内使核糖体RNA分解完。这说明一旦液泡破坏，水解酶释放出来，可以很快使细胞自溶。,8、微体：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：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，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。,（2）乙醛酸循环体：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。,微体中所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在信号肽的引导下，进入过氧化物酶体。已有的过氧化物酶体在细胞分裂时，以分裂方式传给子代细胞。再进行进一步的装配。,三、细胞骨架结构体系,1、组成：微丝（microfilament）、微管（microtubule）和中间纤维（intemediatefilament）构成。均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体。微丝：确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管：确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维：使细胞具有张力和抗剪切力。其它骨架成分：核骨架、核纤层、细胞外基质。,细胞骨架（细胞质骨架）：微管、微丝、中间纤维和微梁系统,（1）微管（MT）微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。,A、微管的化学组成和结构：微管蛋白二聚体组装成的长管状结构，外径为2426nm，中间腔直径为15nrn，外周壁厚5nm，由13条原纤丝螺旋排列而成；可装配成单管、二联管、三联管三种形式；,微管蛋白二聚体由球蛋白与球蛋白组成，其上有一个秋水仙素结合点有一个长春花碱结合点微管具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。(+)极的最外端是球蛋白，(-)极的最外端是球蛋白。自我装配，组装和去组装是相互动态平衡，在低温或Ca2+存在时，微管趋于去组装；微管组织中(MTOC)；秋水仙素和长春花碱能阻断微管组装，而紫杉酚则促进微管组装并使微管稳定存在微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。,ThefunctionofGTP-tubulincap,GTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？,MicrotubuledisassemblewhenADP-tubulinareexposed,MAP分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。主要功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。,微管结合蛋白MAPs,B、微管的功能,1、支架作用;维持细胞的不对称性。秋水仙素处理破坏微管导致细胞变圆。,(05年全国联赛)秋水仙素对细胞的作用是：A促进细胞分裂B抑制细胞分裂C促进细胞融合D破坏微管结构,2、细胞内运输是胞内物质运输的路轨。涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dyenin，均需ATP供能。驱动蛋白Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，能向着微管（+）极运输小泡。,Kinesinwalkalongmicrotubuletowardsplusend,动力蛋白Dynein发现于1963年，因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。作用：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。,(07年全国联赛)和微管结合，在细胞内物质运输中起作用的马达蛋白有：A.肌球蛋白B.驱动蛋白C.胞质动力蛋白D肌钙蛋白,3、形成纺锤体在细胞分裂中牵引染色体到达分裂极。,细胞分裂期染色体的运动：染色体微管、连续微管、中间微管、星体微管；动力平衡说：认为染色体的运动与微管组装和去组装有关，滑行学说：认为染色体的运动与微管间的滑动有关,(00年全国联赛)植物细胞有丝分裂中纺锤体由什么组成A.微纤丝B.微管C.微丝D.中间纤维,4、中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是一些无定形物质，叫做外中心粒物质（PCM），是微管进行组装的区域，都具有微管球蛋白，如：中心体、鞭毛基体。中心粒由9组3联微管构成，9（3）+0结构具有召集PCM的作用。提纯的微管，在微酸性环境，适宜的温度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤维的微管。,微管（）指向中心体（微管组织中心）MTOC（+）背向（微管组织中心）,5、纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物，前者较短。由基体和鞭杆两部分构成。鞭毛中的微管为9+2结构。二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成。A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0。鞭毛运动原理：鞭毛和纤毛运动是由动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，外围相邻二联体间滑动所致。,（2008年）61微管是一类重要的细胞骨架，以下微管相关的细胞结构中，哪一组微管的结构模式是相似的（）A鞭毛和基粒B鞭毛和中心粒C纤毛和基粒D基粒和中心粒,（2）微丝（MF）,微丝的化学组成和结构：微丝是由肌动蛋白构成的螺旋状纤维，直径约为7nrn；组装和去组装，细胞松弛素B与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。,分子结构根据等电点分为3类：分布于肌肉细胞；和分布于肌细胞和非肌细胞。肌动蛋白actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。,微丝的装配条件：ATP、适宜的温度、存在K+和Mg2+离子。过程：2-3个actin聚集成一个核心（核化）；ATP-actin分子向核心两端加合。微丝具有极性，ATP-actin加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，ATP-肌动蛋白在(+)端添加，而从(-)端分离，表现出“踏车”现象。,微丝的功能胞质分裂、与肌肉的收缩密切相关、细胞变形运动、胞质环流运动、微绒毛(1）肌球蛋白属于马达蛋白，趋向微丝的（+）极。已知15类（myosinI-XV）。MyosinII构成粗肌丝。由2个重链和4个轻链组成，外观具有两个球形的头和一个螺旋化的干，头部有ATP酶活性。MyosinV结构类似myosinII，但重链有球形尾部。MyosinI由一个重链和两个轻链组成。MyosinI、II、V都存在于非肌细胞中，II型参与形成应力纤维和胞质收缩环，I、V型结合在膜上与膜泡运输有关。,（2）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）每个Tm的长度相当于7个肌动蛋白，呈长杆状。组成两条平行纤维，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。（3）肌钙蛋白（troponin,Tn），含三个亚基，肌钙蛋白C特异地与钙结合，肌钙蛋白T与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性，主要作用是调节肌肉收缩。,Tropomyosin,actinandtroponin,肌肉的组成,由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere）。肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：A带（暗带）：为粗肌丝所在。H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。I带（明带）：只含细肌丝部分。Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线。,2008年）28肌丝滑行学说的直接根据是肌肉收缩时的什么变化？（）A肌小节的长度不变B暗带长度不变，明带和H带不变C暗带长度不变，明带和H带缩短D明带和暗带缩短,肌肉的收缩,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；,Myosinmovement(continued),Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环,微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能：1形成应力纤维（stressfiber）：结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。,培养的上皮细胞中的应力