动物体的基本结构和机能

第二章

动物体的基本结构与机能

2.1细胞

细胞是生物体结构和功能的基本单位。2.1.1细胞的一般特征细胞大小在10-100微米之间。小的动物细胞，如小型白血球，直径约3-4微米；最大的动物细胞是鸵鸟的卵细胞，不包括蛋清，其直径可达7—8厘米。细胞的形态有多种类型，如血细胞为圆形或椭圆形；上皮细胞为扁平形、方形或柱形；肌细胞为纺锤形；神经细胞具长突起。细胞的形态和大小虽有不同，但在结构上都有细胞膜、细胞质和细胞核少数单细胞有机体不具核膜（核物质存在于细胞质中的一定区域），称原核细胞具核膜的细胞就是细胞具真正的细胞核，称真核细胞在机能方面的共同特点细胞能利用能量和转化能量有生物合成能力具有自我复制和分裂繁殖能力协调生物整体生命活动的能力2.1.2细胞的化学组成组成细胞的化学成分有24种元素。其中碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)——对生命特别重要，大多有机分子由这6种元素构成；钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、氯(Cl)、镁(Mg)、铁(Fe)等6种在细胞中含量较少；钼(Mo)、碘(I)、锰(Mn)、钴(Co)、锌(Zn)、铜(Cu)、硒(Se)、铬(Cr)、锡(Sn)、钒(V)、硅(Si)、氟(F)等在细胞中含量极少，称微量元素。24种元素组成细胞中的各种化合物，其中无机物有水(75～85％)和无机盐(1％)；有机物有蛋白质(10～20％)、脂类(2～3％)、糖类(1％)、核酸(1％)以及酶等。而以蛋白质和核酸最为重要。2.1.2.1蛋白质（protein）

蛋白质是细胞中最重要的化学成分，是生命活动的主要物质基础。它由20多种氨基酸所组成。氨基酸分子上既有碱性的氨基(一NH2)，又有酸性的羧基(一COOH)。蛋白质的分子结构极为复杂一级结构：平面结构二级结构：肽链可以按一定的螺旋方式卷曲三级结构：螺旋进一步弯曲折叠四级结构：由二条及二条以上的肽链卷曲折叠并以副键相连几乎所有20多种氨基酸，通常都存在于每一种蛋白质中，随着这些氨基酸在数量和排列上的千变万化，蛋白质的特征也随之多种多样。蛋白质结构的细微差异都能影响到机能，如镰刀形细胞贫血病的血红蛋白含有574个氨基酸，与正常血红蛋白的差别，只是一个谷氨酸被一个缬（xie）氨酸分子所代替，结果造成红血细胞生理机能的很大变化，成为致命的疾病——恶性贫血病。不同生物种有不同的特有蛋白质。两个种的动物亲缘关系越近，它们的蛋白质越相似。蛋白质由于具有“种”的特异性，因此可作为种类鉴别和种类间亲缘关系的证据，以及应用于组织移植等方面的实践研究。我国于1965年在世界上首次用化学方法合成了具有全部活性的蛋白质—结晶牛胰岛素。2.1.2.2核酸（nucleicacid）

生物的遗传、变异主要由核酸来决定。核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。构成核酸的基本单位是核苷酸。一个核苷酸是由一个五碳糖(或脱氧五碳糖)、一个含氮碱基(嘌呤或嘧啶)和磷酸结合而成。核酸就是由几十到几万甚至几百万个核苷酸聚合而成的大分子。核苷酸的种类虽不多，但可因核苷酸的数目、比例和排列次序的不同而构成各种不同的核酸。DNA分子是由两条多核苷酸链平行围绕着同一轴盘旋成一双链螺旋，双链之间由氢键连接一定的碱基对：腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)。在DNA分子中，含这四种碱基的核苷酸有多种的排列方式。DNA作为遗传物质基础，对生物的多样性和传递遗传信息具有极大的优越性。DNA的这种双链结构为遗传物质的复制提供了条件。在DNA复制过程中，两条多核苷酸链，由于氢键的断裂，彼此松开，再各以自己为样板，根据碱基对应规律，各形成一条新链，与原来的一条链并列盘旋而又成为双链结构，这就保证了遗传物质的相对稳定性。RNA也有4种碱基，与DNA不同点，就是由尿嘧啶(U)代替了DNA的胸腺嘧啶(T)。有些病毒没有DNA，而由RNA控制遗传。在每个生化步骤中都需要有酶参加，酶本身就是蛋白质。（注意在生物化学中的阐述）2.1.2.3糖类

糖是由碳、氢、氧三种元素组成。分为单糖、双糖和多糖三大类。常见的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖等，双糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖等，多糖主要有淀粉、糖元和纤维等。两个单糖分子脱水缩合成为双糖；多个单糖脱水缩合而成为多糖。双糖和多糖都可水解为单糖。糖是绿色植物光合作用的产物，是细胞的主要能源，也是构成细胞的成分。2.1.2.4脂质（lipid）

动物体的重要脂类有真脂(即甘油脂)、磷脂和固醇三大类。最简单的脂肪是由甘油和脂肪酸构成的。脂类是一种能源，也是细胞各种结构的组成成分，尤其是细胞膜、核膜以及细胞器的膜，主要就是由蛋白质和磷脂组成。

2.1.3细胞的结构动物细胞一般由细胞膜、细胞质和细胞核三大部分组成。

动物细胞植物细胞动物细胞与植物细胞的主要区别：l．动物细胞仅有细胞膜，而植物细胞在细胞膜外有一层纤维素构成的细胞壁。2．动物细胞内无质体，而植物细胞的胞质中有质体。3．动物细胞的胞质中无液泡或仅有较小的液泡，而植物细胞中有较大的液泡。4．动物细胞中有中心粒，而植物细胞中无中心粒。2.1.3.1细胞膜或质膜

在电子显微镜下观察，大部分细胞膜为三层结构。内外两层为致密层，相当于蛋白质成分；中间一层结构，不致密，是由二层磷脂分子所组成。细胞膜的功能：细胞膜有维持细胞内环境恒定的作用，通过细胞膜有选择地吸收养分，并将代谢产物排出细胞外。细胞膜上的各种蛋白质和酶，对多种物质出入细胞膜起着关键作用。细胞膜还有信息传递、代谢调控、细胞免疫等作用。构成细胞膜的球形蛋白分子和连续的脂类双分子层具有流动性，所以细胞膜不是静止的，而是动态结构，并不断地代谢更新。

2.1.3.2细胞质

细胞膜包围的内部除细胞核外，统称细胞质，是由细胞质基质和细胞器以及内含物组成。

细胞质中含有重要的细胞器：1．内质网细胞质内的一种膜性管道系统。内质网主要可分为粗糙型或颗粒型和光滑型或无颗粒型。粗糙型内质网，膜表有核蛋白体，含有丰富的核糖核酸和蛋白质。它是细胞合成蛋白质的部位，同时也合成和输送溶酶体的水解酶及过氧化氢酶等。光滑型内质网，膜表不附有核蛋白体，不合成蛋白质，而参加糖元及脂类、固醇类激素的合成，以及有分泌等机能。2．高尔基体

是一种囊泡系统，位于细胞核附近。高尔基体不是固定的结构，而是在不断地更新，其数目及位置，常依细胞类型而异。它的机能主要是参与细胞的分泌活动，起着储存、加工、浓缩和转运分泌物出细胞的作用。高尔基体可以进行糖的生物合成。3．溶酶体

是一些颗粒状结构，表面围有一层单位膜，其中含有酸性水解酶，故称溶酶体。溶酶体能将复杂的物质予以分解。对蛋白质、肽、糖、水溶性脂肪、糖脂、糖蛋白、核酸等起水解作用。将溶解的简单物质供细胞内的物质合成或供线粒体的氧化需要。（医学）对排除生活机体内的死亡细胞、排除异物保护机体，以及胚胎形成和发育都有重要作用4．线粒体

外形为线状或粒状，为内外两层单位膜所组成的囊状结构，膜上有极为微小的细孔，小的分子可自由通过。线粒体中含有三羧酸循环的酶系统和电子传递体系。能把有机物完全氧化分解为二氧化碳和水，并把所产生的能量储存在三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键中，以后释放出来作为各种代谢活动所需要的能量，因此，线粒体可称为细胞的“动力车间”。三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle）是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，所以叫做三羧酸循环，又称为柠檬酸循环。三羧酸循环是三大营养素（糖类、脂类、氨基酸）的最终代谢通路，又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。“线粒体互补法”育种：将两个亲本的线粒体从细胞中分离出来并加以混合，如果测出混合后呼吸率比两亲本的都高，证明杂交后的杂种优势强，应用这种育种方法，能增强育种工作的预见性，缩短育种年限。5．中心体

属于非膜性结构，通常位于细胞中部，成对存在。在电镜下可见中心体为柱状体。中心体在有丝分裂时有重要作用。在细胞质中除上述细胞器外，还有微丝、微管等。它们主要机能除对细胞起骨架支持作用外，也参与细胞运动，如有丝分裂的纺锤丝，以及纤毛、鞭毛的微管。2.1.3.3细胞核（nucleus）细胞核的形状多样。通常每个细胞中有一个核。细胞核由核膜、核质和核仁组成。核质中含有由DNA和蛋白质组成的染色质。染色质是丝状结构．称为染色质丝，它在间期核内是分散的，而在细胞分裂时盘绕折叠，形成明显可见的染色体。染色体上具有大量控制遗传性的基因。生物体各种性状的控制，都是以遗传密码的形式编码在核酸分子上，通过核酸复制把遗传信息传递到后代。2.1.4细胞周期细胞自我复制一次，亦即由上次分裂完成，到下次分裂结束之间的时期，称为细胞周期。细胞周期可分为分裂间期和分裂期两个阶段。(一)分裂间期主要作用是进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，以便完成染色体的复制。(二)分裂期(M期)此期染色体分离，细胞分裂增殖。2.1.5细胞分裂细胞分裂可分为体细胞分裂时的无丝分裂和有丝分裂，以及生殖细胞形成时的减数分裂三种类型。2.1.5.1无丝分裂又叫直接分裂，一般是从核仁开始，延长横裂为二，接着核延长，中间缢缩，分裂成两个核；同时细胞质也随着拉长并分裂，结果形成两个细胞。2.1.5.2有丝分裂又称间接分裂，一般分为前期、中期、后期和末期。1．前期细胞核中出现一定数目的长丝状染色体。每条前期染色体是由两条染色单体螺旋细丝所组成，继而染色体螺旋化加强，染色体随之缩短变粗，向细胞中央移动，直至染色体排列在细胞的赤道面上。核膜、核仁解体消失。2．中期纺锤体已达最大程度，一端与排在赤道面上染色体的着丝点相连接；另一端与两极的中心粒相接。中期时染色体高度螺旋化，呈浓缩状，因此中期是观察染色体的形态和计数染色体数目的最好时期。3．后期着丝点分裂，原来的两条染色体彼此分开成为两条子染色体，分别被纺锤丝牵引着向细胞两极移动。4．末期两组子染色体到达细胞两极，螺旋体松解。核膜、核仁重新出现，形成两个子核。最后，细胞的赤道区缢缩断裂，形成两个子细胞。2.1.5.3减数分裂

是一种特殊的有丝分裂，只发生在生殖细胞或性细胞的形成过程中，分裂完成后子细胞的染色体数目比母细胞的少一半。减数分裂发生的时间，每类生物是固定的，不同生物类群不同。合子减数分裂：少数低等生物孢子减数分裂：高等植物配子减数分裂：所有后生动物、人和一些原生动物细胞分裂是生物生长、发育、分化、繁殖的基础。如高等动、植物，不管多复杂，它们的身体都是由一个细胞（受精卵）经过细胞分裂、生长、分化而来。据报道，小孩出生时大约有20000亿个细胞，由一个受精卵经过42代的分裂就可达到这个数目，再增加5个细胞分裂代，就能达到600000亿个细胞，即重77公斤的成年人。注意:不是所有的细胞分裂速度和代数都是一样的，有的出生时就停止了分裂，如神经细胞，细胞的寿命也不一样，如红细胞约活120天，神经细胞可活几十年。2.2组织和器官系统的基本概念2.2.1组织定义：由一些形态相似、机能相同的细胞群构成的结构。高等动物具有很多不同形态和机能的组织，归纳起来可分为上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织等四大类。2.2.1.1上皮组织（epithelialtissue）

是密集的细胞和少量的细胞间质所组成的膜状组织，覆盖在体表和内脏器官的表面以及各种管、囊、腔、窦等的内壁。具有保护、吸收、排泄、分泌和呼吸等作用。根据上皮组织机能的不同，又分为被覆上皮、腺上皮和感觉上皮。1、被覆上皮

动物体内外表面上的上皮组织。据细胞层数和形态分为单层上皮和复层上皮。两类上皮又可分为扁平、立方、柱状上皮等。无脊椎动物的体表上皮为单层；高等动物的体表上皮多为复层。有的上皮细胞可形成纤毛或微绒毛等。2、腺上皮

由具有分泌机能的腺细胞组成，多数为单层立方上皮。以腺上皮为主构成的腺体，类型较多，如管状腺、囊状腺、管泡状腺等。腺细胞的分泌物通过导管排到腺体腔或体外的称为外分泌腺。不经过导管直接分泌到血液中的称为内分泌腺。3、感觉上皮

是由上皮细胞特化而成，具有感觉机能，如嗅觉上皮、味觉上皮、听觉上皮、视觉上皮等。2.2.1.2结缔组织由多种细胞和大量的细胞间质构成。具有支持、保护、营养、修复和物质运输等功能。如疏松结缔组织、致密结缔组织、脂肪、软骨、骨和血液等。1、疏松结缔组织是由排列疏松的纤维与分散在纤维间的多种细胞构成。疏松结缔组织的细胞种类较多，主要的如组织细胞或巨噬细胞，具有吞噬机能，能吞噬侵入机体的异物，具保护作用。又如成纤维细胞，能产生纤维和基质，并能愈合伤口。纤维主要有两种，即胶原纤维和弹力纤维。胶原纤维有韧性，常集合成束，由胶原蛋白组成，于沸水中溶解成为胶水称动物胶。弹力纤维有弹性，由弹性蛋白组成，能耐受沸水及弱酸而保持原形。2、致密结缔组织

主要由大量的胶原纤维或弹力纤维组成，基质和细胞较少。如肌腱由大量平行排列的胶原纤维束组成。皮肤的真皮层的胶原纤维交织成网。韧带及大动脉管壁的弹性膜，是由大量弹性纤维平行排列呈束状或膜状所组成。

3、脂肪组织

由大量脂肪细胞聚集而成，疏松结缔组织存在于成群的脂肪细胞之间，将其分隔成许多脂肪小叶。脂肪组织储有大量脂肪，分布在许多器官和皮肤之下。具有保护、维持体温和参与能量代谢等作用。4、软骨组织由软骨细胞、纤维和基质组成。根据基质中纤维的性质不同可分为透明软骨、纤维软骨和弹性软骨。透明软骨的基质是透明凝胶状的固体。透明软骨分布最广，主要如：关节软骨、肋软骨、气管软骨等。纤维软骨的基质内有大量成束的胶原纤维，软骨细胞分布在纤维束间，如椎间盘、关节盂等。弹性软骨的基质内含有大量的弹力纤维，如外耳骨和会厌软骨等。

5、骨组织由骨细胞、纤维和基质组成的坚硬的结缔组织。纤维为骨胶纤维，基质内含有大量的固体无机盐。骨分密质骨与松质骨。松质骨存在于长骨的骺端、短骨和不规则骨的内部。骨组织是构成骨骼系统的主要成分。骨骼是机体的支架，保护柔软器官，其上附有肌肉，是运动器官的杠杆。6、血液

由各种血细胞和血浆组成的结缔组织。血浆就是液体的细胞间质。除去纤维蛋白原的血浆为血清，血清相当于结缔组织的基质。血细胞有红血细胞和多种白血细胞以及血小板等。红细胞中的血红蛋白能与氧结合，携带氧至身体各部。白细胞有许多种，其中嗜中性白血细胞和单核细胞，能吞噬细菌、异物和坏死组织，淋巴细胞能产生抗体和免疫物质，参与机体防御机能。血小板存在于哺乳动物的血液中，相当于其他脊椎动物的血栓细胞。对血液凝固起一定作用。2.2.1.3肌肉组织主要由收缩性强的肌细胞组成，肌细胞一般细长呈纤维状，故称肌纤维。其主要机能是将化学能转变为机械能，使肌肉收缩而产生各种运动。根据肌细胞的形态结构分为横纹肌、心肌、斜纹肌和平滑肌。

1、横纹肌

主要附于骨骼上，也称骨骼肌。肌细胞呈长圆柱状，为多核细胞，一个肌细胞内可有100多个核。横纹肌的伸缩受意志支配，故又称随意肌。2、心肌

由心肌细胞组成，为心脏所特有的肌肉组织。心肌除有收缩性、兴奋性和传导性外，还有自动的节律性