生物奥赛之细胞生物学综述

1、生物奥赛之细胞生物学一、细胞生物学的发展1细胞的发现：1665年（英）罗伯特虎克2细胞学说的建立：1838年（德）施莱登提出，1939年（德）施旺补充。3.细胞学的发展：显微水平一亚显微水平一分子水平三个层次。二、细胞的形态与大小1. 细胞的形状2. 细胞的大小：显微技术电镜技术中常用的单位是：微米（um或u）、纳米（又叫毫微米nm）和埃（A）。O1m=102cm=106um=109nm=101oA显微结构：光镜下，放大百千倍，分辨率0.2微米亚显微结构：电镜下，放大几十万倍，分辩率几个埃。三、原核细胞和真核细胞1. 原核细胞2. 真核细胞原核细胞和真核细胞的主要区别特征原核细胞真核细胞细胞大

2、小很小（110微米）较大（10100微米）细胞核无核膜、无核仁、有拟核区（称“类核”）有核膜、核仁，形成完整的细胞核遗传系统遗传物质DNA不与蛋白质结合一个细胞只有一条环状双链DNA核内的线状的双链DNA与蛋白质结合，形成染色质或染色体的结构。一个细胞有两条以上的染色体DNA复制的时期无明显的周期性在细胞周期的S期复制转录与翻译的时期转录和翻译可以同时在同一空间进行核内转录，细胞质内翻译，具有严格的阶段性和区域性细胞质细胞器无内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体、中心体无质体，但在蓝藻和光合细菌中有原始进行光合作用的结构有核糖体（大小：70S）有内质网、咼尔基体、溶酶体、线粒体、中心体和叶绿体（植

3、物细胞）、中心体（动物细胞）有核糖体（大小：80S）细胞骨架一般无微管、微丝、有微管、微丝细胞壁主要由胞质壁组成主要由纤维素组成实例细菌、蓝藻、放线菌、枝原体等真菌、衣藻、绿藻、动植物细胞等（四）真核细胞的亚显微结构1、细胞膜（细胞质膜）生物膜：细胞膜和内膜系统（包括核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体以及各种小泡和液泡）以及线粒体膜、叶绿体膜等。（1）质膜的化学成分蛋白质（占干重的2070%,）：种类很多外在性蛋白（只与膜的内表面相连，易分离）；内在性蛋白（嵌入双脂质内部，不易分离）。脂类（3080%）磷脂：主要由脂肪酸、磷酸和甘油组成，是兼性分子。糖质：类固醇：糖类：少量多糖主要以糖蛋白和糖脂

4、的形式分布于膜和外侧，不对称。（2）（2）质膜的分子结构一一“流动镶嵌模型”主要特点：1）流动性一一实验：细胞融合。2）不对称性。（3）细胞膜的生物学功能 将细胞与外环境相隔开来，以维持细胞内微环境的相对稳定； 积极参与细胞膜与外环境间的物质、能量和信息的交流。物质通过质膜进出细胞的方式(跨膜运输)：种类浓度梯度载体耗能物质特占八、被动运输自由扩散协助扩散主动运输主动运输协同运送同向反向其他内吞作用吞噬胞饮外排作用(4)细胞识别1细胞识别：指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自己和异物质的识别。如抗原和抗体的识别，主要取决于细胞膜上表面的某些受体。2信号跨膜传递一一细胞通讯1) cAMP信号通

5、道2) 肌醇脂信号通路(5)细胞连接细胞连接：在多细胞生物中体内，细胞与细胞之间通过细胞膜相互联系，形成一个密切相关、彼此协调一致的统一体，称为细胞连接。种类细胞间隙特点作用分布动物细胞之间紧密连接无细胞膜紧靠在一起防止物质在细胞间隙自由扩散，起到封闭作用。上皮细胞及内皮细胞之间间隙连接24nm有连接子为细胞间的物质交换、化学信息传递提供了直接通道。上皮组织、平滑肌和心肌组织中。粘合带1520nm一般为于紧密连接下方。具有机械支持作用。上皮组织细胞间。桥粒25nm钮扣样连接，有胞质斑和中间纤维。起支持作用，使组织具有更强的抗张力和抗拉能力。主要存在于上皮细胞之间。植物细胞之间胞间连丝直径为20

6、40nm的管状结构胞间连丝之间的细胞壁是不连续的。物质与信息交流的通道，对于调节植物体的生长和发育具有重要作用。植物细胞之间2.细胞质：细胞质包括细胞基质和细胞器。（1）细胞质的基质：半透明的胶状物质。I. 化学成分：小分子：水、无机离子等中等分子：资料、氨基酸、核苷酸等大分子：蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。II. 生物学功能：1）代谢的场所；2）维护正常环境，提供代谢底物。（2）细胞器 线粒体：半自主性细胞器。能以分裂的方式繁殖自己，有自己的连续性。化学成分：蛋白质和脂类、少量DNA和RNA。标志酶有单胺氧化酶（外膜）、细胞色素氧化酶（内膜）、腺苷酸氧化酶（膜间隙）、苹果酸脱氢酶（线粒体基质）

7、。结构：外膜：通透性大内膜：对物质有高度的选择通透性。存在电子传递链（呼吸链）。膜间隙：充满可溶性糖、反应底物以及辅酶因子等。5江宁高级中学生物奥赛辅导讲义汪久佳选编2008年12月基粒：包括头部、膜部和柄部。基质：含脂类、蛋白质、核糖体、DNA和RNA。功能：是糖、脂肪和氨基酸最终氧化放能的场所。关于ATP的形成机制，目前公认的是“化学渗透假说”。催化DANH氧化呼吸链产生3个ATP/传递2个电子催化FADH氧化呼吸链产生2个ATP/传递2个电子W、复制：半保留方式，复制时间与核DNA不同，在核分裂前期（GJ,与线粒体分裂增殖有关。V、起源：内共生假说：来源于细菌，在细菌与前真核生物长期的共

8、生过程中提供演化而成。分化假说：质膜内陷后分化形成。 叶绿体：半自主性细胞器。I. 化学成分：含脂类、蛋白质、核糖体、少量DNA和RNA。II. 结构：外膜：通透性大内膜：对物质有高度的选择通透性。膜间隙：充满可溶性糖、反应底物以及辅酶因子等。基粒：两层膜，扁平状，分基粒类囊体和基质类囊体。类囊体膜称光合膜（表面有ATP合成酶），是光能向化学能转化的场所。等。基质：有油滴和核糖体。存在DNA纤维（双链环状）、可溶性蛋白（酶）III. 功能：光合作用的场所。光反应在叶绿体的类囊体上进行，暗反应在叶绿体的基质中完成。内质网（ER）I.IV. 起源：内共生说（祖先是蓝藻或光合细菌）和分化假说。化学成

9、分：脂类、蛋白质和RNA。II. 结构：由一个单位膜组成的性状、大小不等的扁平囊、小囊及小管连接而成的一个的网状结构。III. 种类：粗面型内质网和滑面型内质网IV. 功能：*蛋白质的合成与运输粗面型内质网；*蛋白质的加工糖基化；*脂类代谢与糖类代谢一一滑面型内质网*解毒功能滑面型内质网的酶，对有毒物质进行氧化、羟化。 核糖体#江宁高级中学生物奥赛辅导讲义汪久佳选编2008年12月I主要成分：蛋白质（40%）和RNA（60%）。II. 结构：由大亚基和小亚基组成。III. 功能：蛋白质合成的场所。IV. 分类：根据沉降系数分为两种，列表比较如下：存在小亚基大亚基70S型原核细胞和线粒体、叶绿体

10、基质30S（16S、rRNA、蛋白质）50S（23S、5S、rRNA、蛋白质）80S型真核细胞40S（18S、rRNA、蛋白质）60S（28S、5.8S、5S、rRNA、蛋白质） 高尔基复合体I化学成分：脂类、蛋白质和多糖。标志酶是糖基转化酶。II. 结构：有极性，呈弓形。III. 功能：*为细胞提供一个内部的运输系统；*0-连接糖基化作用，对蛋白质和脂类物质进行加工、修饰;*参与细胞壁的形成。 溶酶体1）化学成分：脂类和蛋白质。标志酶是酸性磷酸酶。2）结构：一个单位膜围成的球状体。3）根据发育程度分为I. 初级溶酶体：II. 次级溶酶体：III. 三级溶酶体：4）功能:*参与细胞内的正常消化

11、作用；*自体吞噬作用；*自溶作用。 圆球体和糊粉粒1）形态、结构：有一个单位膜围成的球状体。2）功能：都具有消化作用；圆球体能贮存脂肪，糊粉粒是蛋白质贮存的场所。3）存在：植物细胞内。 微体1）形态、结构：单位膜维持的圆球状、椭球形、卵圆形或哑铃形的结构。2）分类和功能：7江宁高级中学生物奥赛辅导讲义汪久佳选编2008年12月根据酶的活性分过氧化物酶体：分解过氧化物，执行光呼吸功能；乙醛酸循环体：分解过氧化物，参与糖异生作用。 液泡与液泡系1）形态、结构：一层单位膜围成的泡状结构。植物细胞中大，动物细胞中小。2）化学成分：无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。3）功能:维持细胞

12、紧张度；贮藏各种物质；吞噬和消化细胞内破坏的成分（植物细胞自溶）。各种细胞器的功能比较细胞器形态结构主要成分在细胞中的功能存在线粒体棒状、粒状，有嵴、基质和基粒的双膜细胞器磷脂、蛋白质、酶，少量的DNA和RNA呼吸作用的主要场所动植细胞叶绿体椭球状、球状，无嵴，有基质和基粒的双膜细胞器基粒的片层结构薄膜上有色素，其余同上光合作用的场所植物细胞核糖体颗粒状的非膜细胞器rRNA、蛋白质和酶合成蛋白质的场所动植细胞内质网单膜组成的性状、大小不等的扁平囊、小囊及小管连接而成的网状结构。脂类、蛋白质和RNA蛋白质合成与运输、加工的场所;脂类代谢与糖类代谢场所；解毒。动植细胞高尔基复合囊状、泡状的单膜细胞

13、器磷脂、蛋白质、酶与植物细胞细胞壁和动物细胞分泌物有关动植细胞体溶酶体单膜围成的球状体脂类和蛋白质参与细胞内的正常消化作用；自体吞噬作用；自溶作用。动物细胞圆球体糊粉粒有一个单位膜围成的球状体脂类和蛋白质都具有消化作用；圆球体能贮存脂肪，糊粉粒是蛋白质贮存的场所。植物细胞微体一层单位膜围成的泡状结构细胞器形态结构主要成分在细胞中的功能存在液泡成熟植物细胞质中的大型泡状单膜结构液泡膜由磷脂、蛋白质组，细胞液富含有机酸、生物碱、色素糖类、蛋白质等保持细胞一定的紧张度，与细胞渗透吸水有关。能使植物细胞自溶。植物细胞中心体由位于细胞核附近的两个互相垂直的中心粒组成的非膜细胞器微管蛋白、酶与细胞有丝分裂

14、时纺锤体的形成有关动物低等植物细胞内膜系统：真核细胞内结构、功能或彼此相关的膜围绕的细胞器或细胞结构。包括内质网、高尔基复合体、溶酶体和细胞核。生物膜系统：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基复合体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功能上都是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系称为细胞的生物膜系统。主要作用如下：9江宁高级中学生物奥赛辅导讲义汪久佳选编2008年12月维持细胞内环境的相对稳定，在细胞与环境之间进行的物质运输、能量交换和信息传递的过程中也起决定作用；为各种化学反应的顺利进行创造了有力条件（膜面积大、酶附着点多）；生物膜将细胞分隔成小区室（如细胞器），使多种反应同时进行而互相不干

15、扰，保证了生命活动的高效性、有序性。3. 细胞核（1）核膜：也称核被膜，有核膜孔。（2）染色质（体）：易被碱性物质染成深色的物质。真核细胞中的核小体上构成染色质的基本单位，主要DNA和组蛋白组成，此外还有少量的RNA和非组蛋白。（3）核仁：球状小体。结构：颗粒成分、纤维成分、染色质和基质。功能：是核糖体RNA火车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有关。（4）核基质（核液）：间期核内非染色或染色很浅的基质称核内质。成分：蛋白质、RNA、酶。4细胞骨架：真核细胞中，由蛋白质和纤维构成的网架体系。主要包括：细胞膜骨架、细胞质骨架和细胞核骨架。主要功能：对维持细胞形态、细胞运动、物质

16、运输、细胞增殖及分化等具有重要作用。（1）细胞膜骨架：指细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构。结构特点：一方面与膜蛋白质结合，另一方面又与细胞质骨架相连。主要功能：参与维持细胞膜的形态，并协助细胞膜维持某些生理功能。（2）细胞质骨架：存在于细胞质中。主要包括：微管、微丝和中间纤维。种类形态结构主要成分功能分布微管中空的圆筒状，直径18-25nm微管蛋白对细胞的支架作用（神经细胞中的微管与支持和神经递质的运输有关）；参与细胞内的运输；参与鞭毛和纤毛的运动（组成纤毛、鞭毛）；构成有丝分裂器，参与染色体运动。微管、纤毛、鞭毛、中心粒等微丝细小的纤维，直径约7nm,呈网状排肌动蛋白（肌动蛋白纤与肌肉的收

17、缩密切有关（肌原纤维是肌细胞收缩的单位）；参与细胞质运动和细胞移动（与变形运动有关，微管、纤毛、鞭列在细胞膜下。维）如巨噬细胞、变形虫等）；形成胞质分裂环（动物细胞分裂时的缢裂有关）；维持微绒毛的形状（微丝起支架和维持细胞的形状有关）。毛、中心粒等中间纤维粗细介于微管和微丝之间，平均直径约10nm。蛋白质与微管、微丝一起形成完整的骨架系统，对细胞起支撑作用；参与桥粒的形成，对细胞内外的信息传递可能起作用作用；在不同的组织这中间纤维的蛋白质成分不同，功能各异，中间纤维蛋白的表达与细胞分化有关。微管、纤毛、鞭毛、中心粒等（3）细胞核骨架：以蛋白质为主要结构成分的网架系统。定义：狭义的核骨架指核基质

18、；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。包括：核基质、核纤层、核孔复合体。功能：为DNA复制提供空间支架；对DNA超螺旋化的稳定起重要作用。化学成分功能核基质非组蛋白性的纤维蛋白、少量DNA。对DNA复制提供空间支架，在基因表达调控方面也有作用。核纤层核纤层蛋白（与中间纤维同源）与核被膜、染色质密切相连，为核被膜和染色质提供支架。（4）鞭毛和纤毛：是动物或低等植物细胞表面的特化结构。形态结构：鞭杆：9+2（二联体微管）基体：9+0（与中心粒相同）功能：运动。五、细胞增殖1. 有丝分裂（1）分裂间期：为分裂期作物质准备。包括G期：合成DNA前身物质、DNA聚合酶和合成DNA必须的其他酶系。

19、S期：DNA的复制，是细胞增殖的关键时期。G2期：DNA的合成终止，但还有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（M期）：是一个连续的过程，保证了将S期复制的DNA分子平均分配。分为前期：两现两消一散乱。中期：赤道板上着丝点，染色体形、数最明显。后期：点裂，单体分开移两极。末期：两消两消，胞质分裂。动植物细胞有丝分裂的区别：前期：动物细胞的两对中心粒周围出现星体，开始形成纺锤体微管（纺锤丝）。末期：动物细胞在核分裂后期形成中体，赤道板处出现环状缢裂，细胞一分为二。植物细胞核分裂后期赤道板周围的微管增多，形成膜体、膜质，而后形成细胞板，发育为细胞壁。2. 减数分裂减

20、数分裂前间期：与有丝分裂基本相同，但S期时间较长。（1）第一次分裂 前期I：细线期：还看不出两条染色单体。（时间长）偶线期：同源染色体配对。粗线期：非姐妹染色单体交叉互换。双线期：同源染色体分离。终变期：核仁消失、核膜解体。 中期I：配对的同源染色体（二价体）排列在赤道板上。 后期I：二价体中两条染色体随机组合后分别移向细胞的两级。 末期I：核膜、核仁重新出现，胞质分裂后形成两子细胞。减数分裂间期：时间短（或无间期），无DNA的复制。（2）第二次分裂 前期II：时间短。 中期II：染色体排列在赤道板上。 后期II：两条染色单体分开移向细胞的两级。 末期II：染色体解螺旋，核膜、核仁出现，胞质分

21、裂。3. 无丝分裂（略）六、细胞分化1. 概念：在个体发育中相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上方式稳定性差异过程称细胞分化。2. 细胞分化的原理（1）细胞的全能性：指已分化的细胞仍然具有发育的潜能。1）高度分化的植物组织具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。13江宁高级中学生物奥赛辅导讲义汪久佳选编2008年12月如：组织培养一一1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，由于分化而最终发育成完整的新植株。2）动物细胞的分化程度提高，它的细胞全能性受限制，但是细胞核仍保持着全能性,这是因为细胞核那含有保持物种遗传性所须要的全套遗传物质。如:动物克隆一一1997年英国科学家

22、首次用A羊去核的卵细胞与B羊的乳腺上皮细胞核融合后，移入C羊的子宫发育，能成功的得到了科隆羊“多莉”。3. 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作用细胞质的分裂是不均等的，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贮藏场所，它可以通过控制细胞质的生理代谢活动来控制细胞的分化。（3）外界环境对细胞分化中的影响在多细胞生物幼体的富裕过程中，环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。4. 癌细胞：由于受到致癌基因的作用，不能正常完成细胞分化，而变成了不受机体控制的、连续进行分化的恶性增殖细胞。癌细胞是由于致癌基因激活，细胞发生转化引起的。（1）癌细胞的主要特征：1）无限增殖；2）接触抑制现象丧失；3）细