医用材料生物学基础－蔡伟 第二章 医用植入材料生物环境二 细胞结构与功能

第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 1 哈尔滨 工业大学 材料学院 材料物理与化学 二 十月 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 2 第二章 医用植入材料生物环境 一、 生命体系结构、 人体组织与器官 二、 细胞结构与功能 三、 人体血液与组织液系统 四、 人体骨骼系统与骨组织生物力学 五 、人体免疫系统与免疫细胞 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 3 细胞 是人体结构和功能的最小单位 ,由细胞膜 、 细胞质和细胞核构成 。在电子显微镜下还可以观察到细胞内部更细微的结构 , 即超微结构 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 4 “ 细胞学说 ” 的基本内容 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； 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 器官的活力 与细胞个体 、 也与细胞集合体相关； 细胞的 生化活性 由细胞特殊的亚结构控制 。 生命的延续 以细胞为基础 ， 新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 5 “ 细胞学说 ” 的基本内容 细胞是人体结构和功能的最小单位 如何发挥功能？ 细胞的生化活性由 细胞特殊的亚结构 控制 如何控制？ 细胞的结构、成分 ？ 人体有 200种细胞尺寸、形状、功能不同 其结构是否相同或相似？ 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 6 人血红细胞 二章 生物环境 二、细胞结构与功能 7 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 8 骨骼肌 肌束膜 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 9 is x 109 in 0 500 x 106 to 00 - 500 100 as is 1 100 is 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 10 人体细胞形状千差万别，其基本结构类似 细 胞 结 构 细胞膜 细胞质 细胞核 把细胞内部和细胞外液分割开来，使细胞能相对独立于环境而存在。包围在细胞表面的一层薄膜，厚 70 100， 电镜下观察，为三层结构。 细胞内液：半透明胶体物质。 细胞器：具有一定形态和生理功能的结构 胞内质粒：非功能性单位 核膜 染色质 核仁 核液 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 11 中心体 核膜 核仁 染色质 内含物 高尔基复合体 线粒体 基质 细胞膜 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 12 中心体 核膜 溶酶体 质膜 空泡 吞饮小泡 内质网 微茸毛 糖原颗粒 线粒体 高尔基复合体 细胞核 核仁 染色质 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 13 细胞膜 胞 结 构 细胞膜 细胞质 细胞核 细胞内液：半透明胶体物质。 细胞器：具有一定形态和生理功能的结构 胞内质粒：非功能性单位 核膜 染色质 核仁 核液 把细胞内部和细胞外液分割开来，使细胞能相对独立于环境而存在。包围在细胞表面的一层薄膜，厚70 100， 电镜下观察，为三层结构。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 14 在电子显微镜下细胞膜的结构表现“ 两暗夹一明 ”的单位膜结构 , 厚 70 100。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 15 糖脂 糖蛋白 外层脂质分子（亲水性头部） 表面蛋白质 疏水性尾部 嵌入蛋白质 内层脂质分子（亲水性头部） 细胞膜分子结构模式图 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 16 细胞膜 双层极性 磷脂 分子 ： 亲水端构成膜的内外两侧，与体液或细胞质接触，疏水端朝向膜的中间，互相贴近。 膜蛋白 : 表面蛋白 结合蛋白 占膜重一半，功能： 识别和传递信号 输送物质 与其它蛋白结合 产生细胞间结合 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 17 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 18 细胞膜的功能 1、 物质输送 ：有选择性，进行新陈代谢的同时， 又能保持细胞内成分稳定。 水的渗透（细胞内外溶液浓度 差异 ） 脂溶性物质和小分子物质，单纯扩散作用。 胞饮、胞吐作用（大分子） 非脂溶性物质与膜蛋白暂时结合，异化扩散。 主动转运作用（浓度由低至高） 2、 识别、传递信号 ： 膜蛋白与外界特定的化学信 号进行特异性结合，引起细胞内相应的变化。 3、膜蛋白间结合产生 细胞间结合 。 4、将细胞内外液分开，细胞内 物质不会流散 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 19 细 胞 结 构 细胞膜 细胞质 细胞核 细胞内液：半透明胶体物质。 细胞器：具有一定形态和生理功能的结构 胞内质粒：非功能性单位 核膜 染色质 核仁 核液 细胞质 二章 生物环境 二、细胞结构与功能 20 微绒毛 微丝 溶酶体 线粒体 核周隙 滑面内质网 粗面内质网 糖原颗粒 分泌颗粒 脂肪颗粒 高尔基复合体 中心体 核膜 核仁 核孔 基质 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 21 细胞内液 /细胞质基质 ： 半透明胶体物质 ，含有丰富的蛋 白质、无机盐、糖、金属离子和 电解质等。 细胞器 ：细胞质内具有一定形态和生理功能 的结构。 （物质代谢、能量代谢、蛋白 质合成） 有： 线粒体 、核蛋白体、 内质网 、高尔基复合体、 溶酶体 、 中心体、微丝和微管等。 胞内质粒 ：非功能性单位，糖类、脂类。 细 胞 质 细胞质 二章 生物环境 二、细胞结构与功能 22 细胞质基质（胞质溶胶） 成分： 小分子：水、无机离子（ K+、 ） 中等分子：脂类、糖类（葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸、核苷酸及其衍生物 大分子：多糖、蛋白质、脂蛋白、 酶 、 二章 生物环境 二、细胞结构与功能 23 功能： 为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的 离子环境 为各类细胞器完成其功能活动供给所必需的一切 底物 某些生物化学活动的 场所 细胞质基质（胞质溶胶） 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 24 线粒体 镜下，内外膜包围的结构。 供给 细胞内生物化学活动所需的 能量 ，细胞的 动力工厂 。 光镜下为粗线状、粒状 线粒体 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 25 线粒体 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 26 内质网 构复杂的膜状的 管道 或 囊状物 ，与 细胞膜相连。 粗面 内质网： 外膜表面附着大量核糖体。 物资 运输 通道；合成 蛋白质 。 滑面 内质网：物资运输通道；参与 糖类、脂肪 的合成与分解。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 27 内质网 多核糖体 微管 内质网腔 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 28 粗面内质网 细胞内有大量平行排列的粗面内质网，表面附有致密的核糖体。 20000 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 29 滑面内质网 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 30 溶酶体 胞内的一种细胞器 ， 由一层 单位膜 构成的 圆形 或 卵圆形 小体； 内有多种 酸性水解酶 ， 如水解蛋白酶 、 过氧化氢酶 、 糖原与脂类的水解酶等 ， 能 分解 蛋白质 、 糖类 、 脂类 等； 能分解 细胞本身 损伤及衰老的结构及 外来物质 ， 可视为细胞本身的 “ 消化系统 ” 在某种情况下 ， 如溶酶体膜破裂 ， 导致酶逸出 ， 细胞则被消化自溶而死亡 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 31 溶酶体 酶体与细胞内的自身产物或由细胞摄入的外来物质相互 融合 时 ， 便形成 吞噬性 溶酶体 ， 根据作用底物来源不同 ， 分为 自噬性 溶酶体和 异噬性 溶酶体 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 32 溶酶体 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 33 吞噬性溶酶体 自 噬性溶酶体： 分解来自 细胞内部 的衰老和损伤的细胞器 或局部细胞质等 ， 常包含有未分解的 线粒体 、 内质网 、 高尔基复合体或脂类 、 糖原等 。 消化 、 分解 、 自然更替一些细胞内的结构 。 在 病变 、 损伤细胞 （ 药物作用 、 射线照射 、 机械 损伤 ） 中明显增多 。 异噬性溶酶体： 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 34 吞噬性溶酶体 自 噬性溶酶体： 异噬性溶酶体 的作用底物是经由细胞 吞饮或 吞噬 而被摄入细胞内的 外源性 物质 ， 其中包括细胞和大分子物质 ， 如细菌 、 红细胞 、 血红蛋白 、 铁蛋白 、 酶和糖原等 。 常见于单核吞噬细胞：白细胞 、 肝细胞 、 肾细胞中 。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 35 溶酶体的作用 消化 、 分解 、 自然更替一些细胞内的结构 。 大分子分解为可溶性小分子物质 ， 进入细胞质 基质 ， 重新参与物质代谢 。 蛋白质 分解为二肽或氨基酸 、 核酸 分解为核苷和磷酸 、 糖 类分解为寡糖类或单糖 、 脂 类分解为甘油和脂肪酸等 。 被分解而生成的可溶性小分子物质 ， 能透过溶酶体体膜进入细胞质基质 ， 重新参与细胞的 物质代谢 ；一些未被消化的物质残留下来 ， 形成 残余小体 。 破骨细胞 的溶酶体 ， 有利于骨生长和重建过程 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 36 细 胞 结 构 细胞膜 细胞质 细胞核 核膜 染色质 核仁 核液 细胞 核 于细胞中央，呈球形，被有孔的膜所包围。多数细胞一个核，成熟红细胞无核，骨骼肌细胞有多个核。（ 100 200） 是遗传基因库，存放遗传信息，提供各类蛋白质模板。由核糖核酸（ 进行转录后，进入高尔基复合体合成、得到维持生命运动所需的蛋白质。 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 37 人血红细胞 二章 生物环境 二、细胞结构与功能 38 骨骼肌 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 39 微绒毛 微丝 溶酶体 线粒体 核周隙 滑面内质网 粗面内质网 糖原颗粒 分泌颗粒 脂肪颗粒 高尔基复合体 中心体 核膜 核仁 核孔 基质 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 40 核膜 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 41 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 42 核膜： 双层磷脂膜，表面附有核糖体， 有核孔。 染色质 ： 脱氧核糖核酸 (蛋白质。 携带遗传信息，与细胞分化、机 体发育生长有密切关系。 核仁 ： 核糖核酸 (蛋白质组成，无膜。 核液： 无结构胶状物。 细 胞 核 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 43 细胞外基质（ 机体发育过程中 ， 由细胞分泌到细胞外的各种大分子 ， 在细胞周围构成高度水合的 凝胶 或 纤维性网络 ， 对细胞之间的支持 、功能的发挥起着重要作用 。 基本概念 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 44 细胞外基质的成分 胶原蛋白 、 蛋白多糖 、 糖胺聚糖 、 层连蛋白 和 弹性蛋白 等 组成的物理和化学交联网络 . 硬组织细胞外基质则为细胞生物矿化形成的 3050基磷灰石 和 300原纤维 取向构建而成 . 基本概念 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 45 细胞外基质的作用 细胞分泌 胞信息 ,包括生物化学信息 (细胞因子和生长因子 )和生物力学信号甚至场信息 . 细胞 互作用 ,这种作用和细胞 细胞间相互作用共同 调控细胞的新陈代谢 . 基本概念 第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 46 细胞外基质的作用 胞集团化 或 调控组织结构 ,调节细胞的特异基因表达 ,它作为生长因子存储器 ,可通过控制方式将这些因子提供给 进行组织重建的生物材料必须具有 仿细