第三章讲生命的基本单位细胞

第三章讲生命的基本单位细胞第1页，共116页，2023年，2月20日，星期一一、细胞学说的建立二、细胞的结构与功能

三、细胞分裂和细胞周期

四、细胞分化、衰老与死亡第2页，共116页，2023年，2月20日，星期一1、细胞学说的主要的内容

17世纪中叶，显微镜被用于生物学研究，用显微镜观察来自树皮的木栓，看到一个个“小室”结构，称之谓“Cell”（细胞）。

一、细胞学说的建立

第3页，共116页，2023年，2月20日，星期一安东尼.范.吕文虎克的简单显微镜第4页，共116页，2023年，2月20日，星期一第5页，共116页，2023年，2月20日，星期一

英国科学家胡克（R.Hook,1635-1703),27岁成为英国皇家学会领导成员,发表对木栓的观察,命名Cell。荷兰人列文虎克（AntonivonLeeuwenhoek,1623-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。第6页，共116页，2023年，2月20日，星期一列文虎克在1684绘制的微生物图第7页，共116页，2023年，2月20日，星期一

人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。第8页，共116页，2023年，2月20日，星期一

19世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：

细胞是植物体和动物体的基本结构单位。第9页，共116页，2023年，2月20日，星期一

这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：

（1）细胞是所有动、植物的基本结构单位。

（2）每个细胞相对独立，一个生物体内各细胞之间协同配合。

（3）新细胞由老细胞繁殖产生。第10页，共116页，2023年，2月20日，星期一2、细胞学说的科学意义

细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，奠定了生物科学的基础。细胞学说使生命世界有机结构多样性的统一，从哲学推断走向自然科学论证。第11页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。

值得注意的是，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。第12页，共116页，2023年，2月20日，星期一最初提出细胞学说观点的两篇论文是:

德国植物学家施莱登1838年发表的论文:『论植物发现』;

德国动物学家施旺1839年发表的论文:『动植物结构与生长相似性的显微研究』。返回第13页，共116页，2023年，2月20日，星期一有没有非细胞生命？

19世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。

1930s－1940s期间弄清病毒的化学本质和电镜结构：病毒是一类不具细胞结构的生命形态。第14页，共116页，2023年，2月20日，星期一

最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面特性。第15页，共116页，2023年，2月20日，星期一SARS病毒为冠状病毒第16页，共116页，2023年，2月20日，星期一二、细胞的结构和功能

1、动物细胞的典型结构

细胞膜和生物膜

磷脂和鞘脂分子具有一个共同的特征――一个极性的头两个非极性的尾巴。在水环境中，这类分子会自发形成脂双层微囊。第17页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回动物细胞模式图细胞核溶酶体内质网高尔基体微丝微管质膜线粒体中心体第18页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回在水中的脂双层微囊第19页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞膜的框架，就是脂双层，还有蛋白质“镶嵌”其中。1970s提出的流动镶嵌学说,强调了生物膜中脂分子和蛋白质分子的运动。

这样的膜结构不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，所以,统称生物膜。第20页，共116页，2023年，2月20日，星期一由脂肪酸组成的疏水区和由甘油头部组成的磷脂亲水区.疏水区亲水区脂肪酸甘油磷酸第21页，共116页，2023年，2月20日，星期一细胞膜结构第22页，共116页，2023年，2月20日，星期一古生菌除脂双层结构外，也有脂单层结构，脂单层结构难被剥离，所以广泛存在于嗜热古生菌中第23页，共116页，2023年，2月20日，星期一内质网：由单层生物膜围成。是蛋白质合成、修饰和分泌；脂类合成的场所。

细胞核：由两层生物膜围成，遗传信息贮藏在核内，是DNA复制和RNA合成场所。第24页，共116页，2023年，2月20日，星期一下一页细胞核结构核孔染色质核膜核仁第25页，共116页，2023年，2月20日，星期一真核生物的信息传递：从细胞核内到细胞核外；从DNA到RNA再到蛋白质返回细胞核转录转移到细胞质中翻译蛋白初级转录产物第26页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回内质网结构核膜核糖体光滑型内质网粗糙型内质网第27页，共116页，2023年，2月20日，星期一

溶酶体由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。

高尔基体由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。

第28页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回溶酶体结构第29页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回高尔基体结构形成面成熟面空腔分泌小泡第30页，共116页，2023年，2月20日，星期一细胞质

有多种蛋白质和酶，是糖酶解和糖元合成等反应的场所。

线粒体由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。第31页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回线粒体结构外膜内膜嵴基粒第32页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞骨架由蛋白质亚基组装成，和细胞形状、迁移、信息传导等有关。

核糖体

由RNA和蛋白质形成的大颗粒，是蛋白质合成的场所。第33页，共116页，2023年，2月20日，星期一下一页微管微丝中等纤维细胞骨架结构第34页，共116页，2023年，2月20日，星期一中等纤维微管微丝下一页第35页，共116页，2023年，2月20日，星期一免疫荧光染色：左：微丝，中：微管，右：中等纤维下一页第36页，共116页，2023年，2月20日，星期一培养的成纤维细胞用考马斯亮兰染色的结果。下一页第37页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回小肠上皮细胞的冰冻蚀刻的电镜照片，显示细胞质膜下面的细胞骨架网络第38页，共116页，2023年，2月20日，星期一原核生物与真核生物核糖体成分的比较

返回第39页，共116页，2023年，2月20日，星期一2、植物细胞的典型结构

与动物细胞相比,有几点不同:

植物细胞动物细胞

有细胞壁没有细胞壁

有叶绿体没有叶绿体

有中央液泡没有中央液泡

第40页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回植物细胞结构液泡细胞核内质网微管质膜细胞壁线粒体叶绿体微丝高尔基体第41页，共116页，2023年，2月20日，星期一3、真核细胞和原核细胞

细菌细胞结构与动、植物细胞不同，要简单的多。最主要的差别是细菌没有细胞核结构，核物质－DNA还是有的，形成核区(又称拟核)。并且细菌细胞也没有其他各种细胞器。第42页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回细菌细胞结构细胞壁细胞质拟核细胞膜第43页，共116页，2023年，2月20日，星期一

依据有无细胞核，整个生命世界可以区分为两大类：

原核生物真核生物

细菌植物界

蓝藻动物界

放线菌原生动物界

支原体真菌界

衣原体

（衣支细蓝线）

第44页，共116页，2023年，2月20日，星期一细菌古生菌真核生物第45页，共116页，2023年，2月20日，星期一三、细胞分裂和细胞周期

1、为什么会有细胞分裂

随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。

活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。第46页，共116页，2023年，2月20日，星期一

表面积/体积比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。第47页，共116页，2023年，2月20日，星期一

随着体积增大,表面积/体积比值下降下图半径增大

4倍体积增大

64倍表面积增大

16倍表面积/体积从3/1下降到

0.7/1第48页，共116页，2023年，2月20日，星期一表面积/体积比值老鼠>大象返回老鼠重25

克,大象重

4

吨表面积/体积老鼠是大象的24

倍所以,老鼠的代谢速率大于大象第49页，共116页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物的细胞分裂

原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。

细胞生长增大到一定程度，DNA复制，形成两个DNA分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称为二分分裂。第50页，共116页，2023年，2月20日，星期一细菌细胞分裂返回FLASH第51页，共116页，2023年，2月20日，星期一3、

真核细胞的有丝分裂大多数真核生物是多细胞生物。体细胞的分裂称为有丝分裂；生殖细胞形成过程中，则有与之不同的减数分裂。第52页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个:细胞周期。（1）细胞分裂周期第53页，共116页，2023年，2月20日，星期一细胞周期返回G0G1G2SMG0期：休眠期G1期：DNA合成前期S期：DNA合成期G2期:DNA合成后期M期：有丝分裂期第54页，共116页，2023年，2月20日，星期一

通常,细胞周期可以区分为四个阶段：

M期——分裂期，在这个阶段可以在显微镜下看到细胞分裂过程。G1期——

S期——

DNA合成期

G2期——

G1期，S期和G2期又总称为:分裂间期。

第55页，共116页，2023年，2月20日，星期一（2）有丝分裂过程

第56页，共116页，2023年，2月20日，星期一分裂间期有丝分裂前期中期前期染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体。每条染色体含两条姊妹染色单体。第57页，共116页，2023年，2月20日，星期一中期后期末期细胞质分裂有丝分裂中期核膜消失，染色体排列在赤道板上。后期姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧末期重新形成核膜，染色体消失细胞质分裂胞质形成间隔，最终分开为两个细胞第58页，共116页，2023年，2月20日，星期一

现在集中看一下在M期发生的有丝分裂过程：

前期:染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体，每条染色体含，两条染色单体。

中期:核膜消失，染色体排列在赤道板上。

后期:姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。

末期:重新形成核膜，染色体消失。

细胞质分裂:胞质形成间隔，最终分开为两个细胞。第59页，共116页，2023年，2月20日，星期一有丝分裂第60页，共116页，2023年，2月20日，星期一（3）染色质和染色体

处于分裂间期的细胞，细胞核内的DNA分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。多个核小体串在一起形成染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。第61页，共116页，2023年，2月20日，星期一核小体和染色质返回第62页，共116页，2023年，2月20日，星期一

核小体直径10nm，光镜下看不到。当细胞进入M期时，染色质折叠包装，大约压缩8400倍，形成光镜下可以看到的染色体。第63页，共116页，2023年，2月20日，星期一染色体返回短臂着丝粒长臂DNA染色单体第64页，共116页，2023年，2月20日，星期一

应记住，在染色体出现时，细胞已经过S期完成DNA复制，已由原来的每个DNA分子复制出两个DNA分子。所以，每条染色体由两条姐妹染色单体组成。第65页，共116页，2023年，2月20日，星期一

通常把体细胞称为双倍体细胞，体细胞的遗传物质的总含量为2n。在细胞分裂中，在光镜下可以看到染色体时，已经过DNA复制，这时遗传物质的总量已经是4n了。细胞分裂完成时，出现的两个子细胞又都回复为2n。第66页，共116页，2023年，2月20日，星期一

不同物种的细胞，染色体数目不同。所以，染色体数目也是不同物种细胞的特征。因为，对大多数物种来说，体细胞是2n的，所以染色体数目通常为偶数。第67页，共116页，2023年，2月20日，星期一

物种染色体数目物种染色体数目

人46豌豆14

小鼠40玉米

20

爪蟾36小麦

42

果蝇8酵母32第68页，共116页，2023年，2月20日，星期一4、真核细胞的减数分裂

（1）减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞。它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为n细胞。

由2n的体细胞产生

n

的生殖细胞，需要经过减数分裂。第69页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回减数分裂第70页，共116页，2023年，2月20日，星期一（2）减数分裂后，细胞中染色体数目减少一半。

减数分裂可以分为两个阶段：

第一次减数分裂：DNA复制一次，细胞分裂一次。第二次减数分裂：DNA不复制,细胞再分裂一次。第71页，共116页，2023年，2月20日，星期一结果，子细胞染色体数目减半，遗传物质总量由2n变为n。

总之，减数分裂就是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个2n细胞分出4个n细胞。第72页，共116页，2023年，2月20日，星期一（3）减数分裂丰富基因组合

减数分裂的特点:

一是子细胞染色体数减半;

二是子细胞基因组合大为丰富。

基因组合的丰富由两个原因造成。

首先，体细胞的染色体实际上是由两套同源染色体组成。人的细胞有4６条染色体，实际上可以看作2２对同源染色体加上两条性染色体。第73页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回人的体细胞染色体第74页，共116页，2023年，2月20日，星期一

在减数分裂的第一次分裂时，每对同源染色体分别分配至两个子细胞。于是父源的同源染色体和母源的同源染色体以不同组合，分配到两个子细胞中去。这样，产生不同染色体组合的配子种型大增。第75页，共116页，2023年，2月20日，星期一

其次，在第一次减数分裂中，还发生同源染色体配对，配对后还发生同源染色体之间的染色体交叉和基因重组。这使基因组合状况更为复杂化。第76页，共116页，2023年，2月20日，星期一同源染色体配对和染色体交叉,造成基因重组下图第77页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回染色体交叉的电镜图第78页，共116页，2023年，2月20日，星期一

所以，经由减数分裂产生的生殖细胞，其基因组合表现极大的丰富和多样化。结果是,有性生殖的后代具有更丰富的基因组合，具有更强的适应性和进化潜能。第79页，共116页，2023年，2月20日，星期一四、细胞的分化、衰老与死亡

1、细胞的分化

成年人全身细胞总数约1012个。细胞种类有200多种。这么多种类细胞均来自一个受精卵细胞。

细胞分化的定义：发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞分化。第80页，共116页，2023年，2月20日，星期一上皮细胞脂肪细胞平滑肌细胞心肌细胞下图第81页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回神经元细胞第82页，共116页，2023年，2月20日，星期一正在受精的卵细胞返回第83页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞分化不但发生在胚胎阶段和发育过程中，亦发生在成人阶段。如：人体血细胞的产生。

分化以后不同种类的细胞，

形态不同，

功能不同，

基因表达不同，

代谢活动也不同。第84页，共116页，2023年，2月20日，星期一红血球白血球血小板返回多种血细胞都由生血干细胞分化而来。第85页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回胰脏细胞眼晶体细胞（胚胎）神经细胞糖酵解酶基因晶体蛋白基因胰岛素基因血红蛋白基因不同种类细胞，形态、代谢和基因表达都不同第86页，共116页，2023年，2月20日，星期一

2、细胞的衰老

衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷。

人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老。第87页，共116页，2023年，2月20日，星期一返回早衰症是人体衰老中的一种病症第88页，共116页，2023年，2月20日，星期一一名男子从36岁到75岁味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少

44％返回第89页，共116页，2023年，2月20日，星期一

身体的衰老是以细胞衰老为基础的。实验证明，细胞有着明显的衰老过程。

第90页，共116页，2023年，2月20日，星期一体外培养成纤维细胞、来自胎儿可传代50次（与供体年

来自成人可传代20次龄有关）

返回来自小鼠可传代14－28次（与供体物种来自乌龟可传代90－125次特性有关）第91页，共116页，2023年，2月20日，星期一

亦有人认为，人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。第92页，共116页，2023年，2月20日，星期一

衰老的机理，尚不清楚，有各种学说。自由基假说是其中广为人们接受的一种假说。

第93页，共116页，2023年，2月20日，星期一

生物氧化中产生自由基，自由基破坏生物大分子——蛋白质、核酸、脂类等。使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。

人体存在着清除自由基机制，这些淬灭自由基机制受遗传控制。第94页，共116页，2023年，2月20日，星期一H2OH•＋OH•返回带有不成对电子的基团称为自由基自由基的反应活泼性特别强第95页，共116页，2023年，2月20日，星期一3、

细胞凋亡

多细胞生物个体的一生中，不断发生构成身体的细胞的死亡。

有两种细胞死亡：

因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理死亡，或细胞坏死。

因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称细胞凋亡。第96页，共116页，2023年，2月20日，星期一细胞凋亡是普遍存在的

变态：蝌蚪青蛙

昆虫、卵幼虫成虫哺乳类:

皮肤，指（趾）甲红细胞：分化成熟失去细胞核凋亡淋巴细胞：95%以上在成熟之前死去，不到5%成熟后只存活一至几天

T—细胞杀伤靶细胞的机制之一，就是诱使靶细胞凋亡

癌细胞亦可看作是凋亡失控了的细胞。第97页，共116页，2023年，2月20日，星期一细胞凋亡和细胞坏死有明显区别:

细胞凋亡细胞坏死

ApoptosisNecrosis细胞变圆,与周围细胞脱开细胞外形不规则变化核染色质凝聚溶酶体破坏细胞膜内陷细胞膜破裂细胞分为一个个小体胞浆外溢被周围细胞吞噬引起周围炎症反应第98页，共116页，2023年，2月20日，星期一

细胞凋亡受基因控制。线虫是研究细胞凋亡的理想材料。

每条线虫具有1090个细胞，其中131个细胞在发育过程中凋亡。从线虫中找到若干控制细胞凋亡的基因。第99页，共116页，2023年，2月20日，星期一(CaenorbabditisElegans)

1090个细胞，131个细胞凋亡找到一系列与细胞凋亡有关的基因

ced-3、ced-4

诱发、启动凋亡

ced-9

抑制凋亡

①

ced-3、ced-4

基因突变或缺失，使凋亡受阻②移入ced-9

使凋亡受阻③失去ced-9

使细胞凋亡秀丽隐杆线虫第100页，共116页，2023年，2月20日，星期一秀丽隐杆线虫返回第101页，共116页，2023年，2月20日，星期一癌细胞及其主要特征致癌因子及致癌机理健康的生活方式与防癌五、细胞的癌变及防治第102页，共116页，2023年，2月20日，星期一1、癌细胞及其主要特征（1）概念

有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。第103页，共116页，2023年，2月20日，星期一在适宜的条件下，癌细胞能够无限增殖（2）癌细胞的主要特征第104页，共116页，2023年，2月20日，星期一正常成纤维细胞扁平梭形癌变后球形的成纤维细胞癌细胞的形态结构发生显著变化第105页，共116页，2023年，2月20日，星期一癌症为什么难治？癌细胞的表面也发生了变化。细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使癌细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。第106页，共116页，2023年，2月20日，星期一2、致癌因子及致癌机理（1）致癌因子物理致癌因子化学致癌