生物材料-2组织和器官

1、第二章 组织和器官,细胞、组织、器官、系统,细胞是人体形态结构和生理功能的基本单位。 由许多形态和功能近似的细胞与细胞间质共同组成组织。 由几种不同的组织结合在一起，构成具有一定形态和功能的结构，称器官 。 许多在结构和功能上密切联系的器官结合在一起，共同执行某种特定的生理活动，即构成系统。,生理学研究的三个水平,1、细胞、分子水平：研究细胞的生理特性及构成细胞的物质的理化特性。 2、器官系统水平：研究各器官、系统生理活动的规律及其影响因子。 3、整体水平：研究各器官、系统的相互关系以及机体与环境之间的相互联系。,第一节 细胞,（一）细胞的发现 1665年英国人胡克（Robert Hooke)

2、 用自制的显微镜（放大40倍140倍）观察软木薄片，发现了软木是由许多蜂窝状的小格子（小室）组成，并将其定名为“细胞(Cell) ”。,（二）细胞学说的建立,1838年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都 是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家 施旺（1839年）在动物中证实。 由此提出“细胞学说” 细胞学说可以概括为： 1、任何一个细胞都是从其他细胞中产生出来的； 2、细胞是构成有机体的基本单位； 3、植物和动物的细胞大致是相似的。,一切生命有机体都由细胞构成,单细胞生物如：细菌、衣藻、酵母菌 群体生物如：团藻、 多细胞生物如：竹、熊猫,（三）细胞的新概念细胞是生命活动的基本单位,1、一切

3、生命有机体都由细胞构成 细胞是构成生命有机体的基本单位 2、细胞具有独立有序的自控代谢系统 细胞是代谢与功能的基本单位 3、细胞是生命有机体生长发育的基础 4、细胞具有遗传信息的全能性 细胞是生命有机体遗传的基本单位 5、没有细胞就没有完整的生命,构建任何组织或器官，首先要考虑的是使用何种细胞。 需要有足够数量的细胞； 保证没有病原体和任何形式的污染； 决定是使用自体细胞（autologous），同种异体细胞（allogeneic） 还是异种细胞（xenogeneic） 表中列出了每一种细胞的优缺点。,细胞是活体组织形成的基础，一定情况下，它们可以单独存活。一些生物体，如细菌、原生动物和一些藻

4、类，由单个细胞组成。但是大多数细胞是多细胞生物体的组成部分，一个典型的动物细胞悬浮在液体中是一个直径约为20微米的球，如图所示。 大多数细胞在悬浮液中的生长不是很好，它们常常贴敷于某一基质进行生长。,（四） 细胞的结构和功能,在光学显微镜下，细胞由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成。 在电子显微镜下，细胞的结构分为膜相结构和非膜相结构。,细胞核,细胞核是细胞的控制中心，在细胞的代谢、生长、分化中起着重要作用，是遗传物质的主要存在部分。 细胞核含有的基因是DNA分子上有遗传效应的片段，基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表着遗传信息，以一定方式反映到蛋白质的分子结构上。 DNA与名为组蛋白的蛋白质结合，

5、高度有序化形成染色质。编码蛋白质基因由RNA聚合酶转录为信使RNA（mRNA）。转录过程开始于转录起始序列，结束于转录终止序列。基因常常被分为多个编码序列（外显子），每个外显子编码一部分成熟的mRNA。外显子之间的DNA序列称为内含子。,1.基因表达控制,控制主要表现在：控制转录过程。 转录控制取决于DNA的调节序列以及与这些序列相互作用的转录因子蛋白质。 基因的启动区是RNA聚合酶连接的转录起始点的上游序列，RNA聚合酶伴随着一系列转录因子，共同作用合成转录复合物。,2.转录因子,转录因子是调控转录的蛋白质，常常含有DNA结合域和调节域。 存在多个转录因子家族，可以由其所含的DNA结合域进行

6、分类，如同源盒和锌指结构域。 大多数是核内蛋白，虽然有些存在于细胞质中，激活后便会进入细胞核内。 激活过程开始于对核内信号的反应，核受体家族的转录因子直接由脂溶性信号分子激活，如维甲酸和糖皮质激素。 转录因子的激活域一般含有许多的脂肪族氨基酸，构成的酸滴可以促进主要转录复合物的形成。,3.其他基因活度控制,基因控制在某些方面比正转录因子和负转录因子的结合更稳定和长久，某种程度上取决于染色质结构的重新塑造。 在大部分的基因组中，核小体在一定程度上是可以运动的，使得转录因子可以与DNA相接近。这种染色质称为常染色质。在其他一些区域，染色质高度浓缩，活度很低，被称为异染色质。 染色质结构由蛋白复合体

7、控制结构，影响大部分的基因表达，但不影响它自身的转录因子。 染色质重新塑性的一个重要因素：对组蛋白N端暴露在外的赖氨酸乙酰化的控制，这可部分抑制组蛋白与带负电的DNA磷酸二酯链的结合，从而打开染色质结构，使得转录复合物聚集在DNA上。,三.细胞质,定义：细胞质(cytoplasm)是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。包含胞质溶胶及除细胞核外的细胞器。 作用：用作“分子液”，使各种细胞器能在其中悬浮及透过脂肪膜聚集一起。 细胞质内的各物质： 大分聚集体酶：执行主要的新陈代谢过程，尤其是糖酵解过程可以将葡萄糖降解为丙酮酸盐。 细胞器：大多数细胞器由两层膜组成，该膜由两个磷

8、脂分子片构成，疏水面相连。线粒体有细胞“动力工厂”之称，一种半自主性的细胞器。,三.细胞质,内质网：细胞内的一个精细的膜系统，是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。内质网分两类：一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网；另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫光滑型内质网。 核糖体：1）连续不断合成新的蛋白质分子；2）存在旧蛋白质以蛋白体结构形式的降解，需要大量的三磷酸腺苷（ATP）。,四、细胞膜 细胞与周围环境之间的边界 单向扩散膜： 小分子量的疏水性分子自由通过（维生素、类固醇和甲状腺激素等）； 无机离子通过细胞膜的扩散是受到严格控制的（Na-K离子交换）； 大多数信号分子是蛋白质，此类蛋

9、白质不可以通过细胞膜进行扩散只能与细胞表面的受体结合（酶联受体、G蛋白偶联受体和离子通道受体）； 脂溶性分子，如甾类激素，可以通过单向扩散进入细胞内。 细胞膜蛋白质：高度疏水的分子，完全包含在脂质体中，但是通常它们也具有亲水性区伸出到细胞外或伸进细胞质内部，抑或两者皆有。 有助于细胞与基体或其他细胞的锚定； 用来辅助分子通过细胞膜的传输，包括离子和营养物质载体； 细胞外信号分子受体，对控制细胞的性能和行为非常关键，包括激素、神经传递素和生长因子。,五.细胞的成长与死亡,典型的动物细胞周期如图所示： 细胞周期分为间期与分裂期（M期）两个阶段。 间期又分为三期： DNA合成前期（G1期） DNA合

10、成期（S期） DNA合成后期（G2期）,一些特殊的细胞分裂类型： 组织培养过程中，细胞常常具有指数增长能力。 尽管一些分化的细胞类型可以继续分裂，但主要趋势是减缓分化或停止分裂。 在胚胎后期，大多数细胞分裂为干细胞，而且它们直接的后代是短暂扩充细胞。干细胞可以被自身复制形成具有特定组织形态的分化后代。,五.细胞骨架,1.微管,微管是由微管蛋白组成的空心管，如图所示。 微管可在所有哺乳类动物细胞中存在，直径大于12nm，除了红细胞(红血球)外，所有微管均由约55kD的及微管蛋白组成。,2.微丝,微丝是一个实心状的纤维 普遍存在于所有真核细胞中 直径为4nm-7nm 形状如图所示。,3.中等纤维或

11、中间纤维（IF）,中空的骨状结构 直径介于微管和微丝之间（8nm-10nm) 其化学组成比较复杂。构成它的蛋白质多达5种，常见的有波形蛋白、角蛋白。在不同细胞中，成分变化较大。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 中间纤维有共同的基本结构，即构建成一个中央螺旋杆状区，两侧则是大小和化学组成不同的端区。,六.细胞粘附分子,细胞粘附分子：是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触和结合分子的统称。 粘附分子以受体-配体结合的形式发挥作用，使细胞和细胞间、细胞和基质间或细胞-基质-细胞间发生粘附，参与细胞的识别，细胞的活化和信号转导，细胞的增殖与分化，细胞的伸展与移动等过程。 分类：整合素家族、选

12、择素家族、免疫球蛋白超家族、钙黏蛋白家族及一些尚未归类的粘附分子。,七.细胞外基质（ECM）,定义：由细胞分泌到细胞外间质中的大分子物质，构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。 细胞外基质的组成可分为三大类： 糖胺聚糖、蛋白聚糖, 它们能够形成水性的胶状物，在这种胶状物中包埋有许多其它的基质成分； 结构蛋白，如胶原和弹性蛋白，它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性； 粘着蛋白：如纤粘连蛋白和层粘联蛋白，它们促使细胞同基质结合。 构成细胞外基质的大分子种类：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、以及弹性蛋白。,细胞外基质的作用： 具有连接、支持、保水、抗压及保护等

13、物理学作用； 对细胞的基本生命活动发挥全方位的生物学作用； 为细胞提供支持和固定、提供组织间的分离方法、调节细胞间的沟通； 调节细胞的动态行为； 吸收了多种细胞生长因子和蛋白酶。,从形态学角度看，所有的细胞可以分为上皮细胞和间叶细胞，如图所示。 上皮细胞：分布在基膜上的细胞层，表现出完全不同的上-下极性，是组织的功能部分。 间叶细胞：嵌入松散细胞外基质中分散的星状细胞。填充了胚胎的大部分，然后形成成纤维细胞、脂肪组织、光滑肌肉和骨骼组织。 供给力学支撑、生长因子和肌肉运动过程中的生理反应。,八、组织内细胞,第二节 基本组织,上皮组织 结缔组织 肌肉组织 神经组织,一、上皮组织,（一）特点： 1

14、、细胞排列紧密，细胞间质少 2、上皮细胞有明显极性，分游离面和基底面 3、上皮组织没有血管，其营养来自深层结缔组织 4、再生能力强 5、有些上皮组织能接受刺激 功能：保护（体表）、分泌（腺上皮）、吸收（小肠上皮）、排泄。,（二）各类上皮组织的结构和功能,1、被覆上皮： 单层扁平上皮：保持表面湿润光滑 单层立方上皮：分泌、吸收 单层柱状上皮：分泌、吸收 假复层纤毛柱状上皮：保护、分泌 复层扁平上皮：耐磨擦，防止异物侵入，修复受伤部位 变移上皮：使上皮面积扩大和缩小,（1）单层扁平上皮,由一层扁平细胞组成。表面观细胞形态不规则，边缘呈锯齿状，细胞边界染成黑色，核位于中央，为淡色圆形区域（硝酸银染色

15、）。 侧面观细胞扁薄，细胞核扁椭圆形,核周有少量细胞质，呈一条红色细线（HE染色） 。,单层扁平上皮正面观（镀银法）,（2）单层立方上皮,由一层立方形细胞组成，表面观细胞呈六角形；侧面观细胞呈立方形，细胞界限清楚，核圆形位于中央（HE染色）。,单层立方上皮,（3）单层柱状上皮,为一层棱柱状细胞组成，表面观，细胞呈六角形；侧面观，细胞高柱状，紧密地排成一层，胞质呈红色，细胞界限较清楚，核椭圆形靠近基底部 （HE染色）。单层柱状上皮中可夹有杯状细胞（HE染色）。,单层柱状上皮,单层柱状上皮切片,单层柱状纤毛上皮,（4）假复层纤毛柱状上皮,由柱状细胞、棱形细胞、锥体形细胞、杯状细胞组成。细胞高矮不等

16、，但所有细胞基部均附着于基膜，故实际上是单层上皮。由于细胞排列紧密，界限不清，细胞核不在同一水平，锥体形细胞核的位置最低，紧靠基膜，棱形细胞核位于中间，杯状细胞核也靠基底部，切片观好像复层，且柱状细胞游离面有纤毛，故称假复层纤毛柱状上皮（HE染色）。,假复层纤毛柱状上皮,假复层纤毛柱状上皮切片,（5）复层扁平上皮,由多层细胞组成，但各层细胞形态不同（模式图）。表面数层细胞为扁平形，核扁椭圆形；中间数层为多边形细胞，核圆居中； 基底部一层矮柱状或立方形细胞，排列紧密，界限不清，核圆染色深。复层扁平上皮可分为角化复层扁平上皮（HE染色）和未角化复层扁平上皮（HE染色）。,复层扁平上皮,复层扁平上皮

17、,（6）变移上皮,多层细胞组成，细胞形态和层数随器官功能状态不同而异， 如： 收缩期膀胱：细胞层次多，可达5-6层，表层细胞体积较大，称盖细胞，中层细胞多为多边形，基底部细胞为立方或矮柱状（HE染色）； 舒张期膀胱：细胞层次减少，表层细胞扁平（HE染色）。,变移上皮（膀胱）（空虚时）,变移上皮（膀胱）（扩张时）,2、腺上皮,专门行使分泌功能 （1）外分泌腺，有管，如汗腺、唾液腺、胰腺等 （2）内分泌腺，无管，如甲状腺、肾上腺等。,（三）细胞间连接,1、紧密连接 2、中间连接和桥粒 3、缝隙连接,疏松结缔组织,二、结缔组织,致密结缔组织,脂肪结缔组织,肌原纤维和肌小节,骨骼肌超微结构示意图,每个

18、肌细胞含有数百至数千条与肌纤维长轴平行排列的肌原纤维。直径约1-2微米，纵贯肌细胞全长。 肌小节：两条Z线之间的结构。,三、肌肉组织,肌原纤维的结构示意图,肌管系统,横小管系统:肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部的膜小管系统。 纵小管系统:肌质网系统 。 终池:肌质网在接近横小管处形成特殊的膨大。 三联管结构:每一个横小管和来自两侧的终末池构成复合体。,肌管系统结构示意图,心肌切片,神经细胞分离装片,四、神经组织,小脑潘金奇细胞,胃壁的结构： 上皮组织 结缔组织 肌肉组织 神经组织,器官：人体的不同组织有机地结合在一起，按一定顺序排列，分工合作，构成具有一定形态特征的结构，已完成一些复杂的生理功能。,第三节 人体器官,人体的各种器官及其功能,颅腔,脑,心