电镜--细胞的超微结构及功能

光学显微镜和电子显微镜的比较
光学显微镜 1. 可用以研究活的和无生命 的物质，对研究组织和完 整的细胞特别有用 2. 放大倍数：1000倍 3. 测量限度：大约0.2μm 4. 通常将细胞杀死，用染料 染色，以便于清楚地观察 特殊的成分 5. 光线穿过物体（或从物体 反射），经玻璃透镜放大 和聚焦，在眼睛的视网膜 上或在照相底片上产生影 象 电子显微镜 1. 用于研究死的、干的切成 非常薄片的细胞，利于研 究细胞器 2. 放大倍数：数10万倍 3. 测量限度：大约1nm 4. 细胞常用电子致密的重金 属盐染色，使细胞成分易 于看到和照相 5. 电子束通过物体，经磁透 镜放大和聚焦到荧光屏或 照相底片上，由于电子不 易穿透物质，因此，物体 必须非常薄（大约100 nm 以下）
质膜不对称性的生理意义
使膜的两层流动性有所不同，有助于维持 蛋白质的极性； 生物膜结构上的不对称性，保证了膜功能 的方向性；
– 有的功能只能发生在膜的外侧，如许多激素受 体是接受细胞外信号的结构； – 有的功能只能发生在膜的内侧，如调节细胞内 外Na+、K+浓度的Na+-K+ATP酶，其运转时所 需的ATP是细胞内产生的。
TEM
x436,740
二、质膜的化学组成
化学组成主要是脂类、 蛋白质和糖类。
–脂类常排列成双分子层， 蛋白质通过非共价键与 其结合，构成膜的主体， 糖类通过共价键与膜的 某些脂类或蛋白质组成 糖脂或脂蛋白。 –脂类30-80%；
–蛋白质20-70%
–糖类2-10%
质膜的化学组成（续）
膜脂以磷脂和胆固醇为主，并含糖脂。
细胞学术语
细胞质（cytoplasm）：质膜与核被膜之间 的原生质。 细胞器(organelle)：具有特定形态和功能 的显微或亚显微结构称为细胞器。 细胞质基质（cytoplasmic matrix）：细 胞质中除细胞器以外的部分。又称为或胞 质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一 半。
小肠上皮细胞微绒毛
小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛，冰冻蚀刻
（二）、皱褶（ruffle）
细胞表面的扁形突 起，也称为片足 （lamellipodia ）。
在巨噬细胞的表面 上，普遍存在着皱 褶结构，与吞噬颗 粒物质有关。
扫描电镜图：吸附着E. coli.的肺泡巨噬细胞
（三）、内褶（infolding）
染色体
细胞器 核糖体
内膜系统
细胞骨架 转录与翻译 细胞分裂
简单
无 出现在同一时间与地点 无丝分裂
复杂
微管、微丝、中间纤维等 时空上是分开的 有丝分裂和减数分裂
第二章
质膜及其表面结构
质膜（plasma membrane）
包在细胞外面的质膜又称细胞膜，围绕 各种细胞器的膜称为细胞内膜。
细胞膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方 面具的重要物质基础。
动物细胞
植物细胞
Structure of an animal cell
Liver Cell
(TEM x9,400)
原核细胞
基本结构特点
Prokaryotic cell
没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界 限的低电子密度区，称为拟核(nucleoid)。 DNA为裸露的环状双螺旋分子，通常没有结合 蛋白，没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。 原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单 细胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有 的产生孢子。
真核细胞
基本结构特点
Eukaryotic cell
具有核膜，由膜围成的各种细胞器，如核膜、 内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶 体等在结构上形成了一个连续的体系，称为 内膜系统。 内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所 谓的区隔化(compartmentalization)。区隔化使细 胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。
细胞表面
质膜表面寡糖链形成细胞 外被或糖萼（glycocalyx）。 质膜下的表层溶胶中具有 细胞骨架成分组成的网络 结构，除对质膜有支持作 用外，还与维持质膜的功 能有关，所以这部分细胞 骨架又称为膜骨架。 细胞外被、质膜和表层胞 质溶胶构成细胞表面。
一、质膜超微结构概要
厚约7.5～10nm，呈现平行的三层结构，即电子 致密的内、外两层（各厚2.5～3.0nm）与电子透 明的中间夹层（厚3.5 ～ 4.0nm )。
七、质膜的特化结构
质膜常带有许多特化的附属结构，如：微 绒毛、褶皱、纤毛、鞭毛等等。 这些特化结构在细胞执行特定功能方面具 有重要作用。由于其结构细微，多数只能 在电镜下观察到。
质膜的特化结构
A
B
C
D
E
F
G
A 由糖蛋白组成的糖萼； B 微绒毛； C 胞饮作用的通道及小泡； D 皱褶； E 尖形变形虫； F 圆形变形虫； G 内褶
电子显微镜教程
细胞的超微结构及功能
2005.3
细胞的超微结构及研究方法
显微结构：光学显微镜可以分辨的结构。
–一般光镜的最大分辨力约为0.2μ m； –细胞内结构，如线粒体、中心体、核仁、高尔基 复合体、染色体等都大于0.2μ m； –用染料分别对细胞的不同组分进行选择染色，就 能在光镜下看到。
超微结构：细胞内小于0.2μ m的一些细微结构。 目前用于超微结构研究的工具有电子显微镜、 X光衍射仪、扫描隧道显微镜等。
细胞的超微结构及研究方法
透射式电镜主要用于观察和研究细胞内部细 微结构；扫描式电镜主要用于观察标本表面 精细的三维形态结构。 X光衍射仪可以用来研究分子中的原子排列 方式。医学领域最大的研究成果即是DNA双 螺旋结构的发现，我国科学家应用X光衍射 仪在世界上首次测定了胰岛素的空间结构。 扫描隧道显微镜将人们的视野延伸到了原子 水平。
鞭毛；短而多的叫纤毛。
结构：
由基体和鞭杆两部分构成。 中轴是由多束平行的微管形成的轴丝。 鞭杆中的微管为9+2结构。 基体的微管组成为9+0。
Cilia from an epithelial cell in cross section (TEM x199,500)
鞭毛和纤毛的超微结构示意图
三、质膜的流动镶嵌模型
根据Fluid-mosaic model（1972）：
细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相 组成生物膜骨架； 蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横 跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。
四、质膜的流动性
由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。 膜流动性的生理意义： 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当 膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨 膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜 的溶解。
–兼性分子，包括一个亲水极的头部和一个疏水极的尾 部。 –疏水的尾部埋藏在里面，即膜的中央，亲水的头部露 在外面。
膜蛋白为球形蛋白质
–70～80％以不同深度镶嵌于双层类脂中,称为内在蛋白， 又称为跨膜蛋白。
–2O～30％的膜蛋白附着在细胞膜内、外表面，称外在 蛋白或外周蛋白。
质膜的化学组成（续）
糖类只分布子细胞质膜的外表面,以寡糖 链的形式分别与膜脂和膜蛋白结合,形成 糖蛋白或糖脂。
光镜下和电镜下动物细胞结构分类
光镜下 细胞膜 质膜
线粒体 高尔基复合体 中心体 细胞基质
电镜下
细胞膜（质膜） 线粒体 高尔基复合体 内质网 溶酶体 微体（过氧化物酶体） 核膜 核糖体 中心体 微管 微丝 中间纤维 细胞基质 核仁 染色质（染色体） 核基质
细 胞 质
膜 相 结 构
细 胞 核
核膜 核仁 染色质（染色体 ） 核基质
细胞的超微结构及研究方法细胞的超微结构及研究方法光学显微镜和电子显微镜的比较光学显微镜和电子显微镜的比较光学显微镜电子显微镜可用以研究活的和无生命的物质对研究组织和完整的细胞特别有用通常将细胞杀死用染料染色以便于清楚地观察特殊的成分光线穿过物体或从物体反射经玻璃透镜放大和聚焦在眼睛的视网膜上或在照相底片上产生影用于研究死的干的切成非常薄片的细胞利于研究细胞器细胞常用电子致密的重金属盐染色使细胞成分易于看到和照相电子束通过物体经磁透镜放大和聚焦到荧光屏或照相底片上由于电子不易穿透物质因此物体必须非常薄大约100nm以下电镜下细胞膜质膜细胞膜质膜线粒体高尔基复合体内质网溶酶体微体过氧化物酶体核膜线粒体高尔基复合体中心体细胞基质核膜核仁染色质染色体核糖体中心体微管中间纤维细胞基质核仁染色质染色体核基质光镜下和电镜下动物细胞结构分类光镜下和电镜下动物细胞结构分类第一章第一章细胞概述细胞概述细胞是一切生物体形态结构和生理功能的细胞是一切生物体形态结构和生理功能的基本单位
小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
六、细胞膜的功能
1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； 2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代 谢产物的排出； 3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨 膜传递； 4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有 序地进行； 5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接； 6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
（一）、微绒毛 （microvilli）
是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于 动物细胞表面。 直径约为0.1μ m，长约0.2-1.0μ m，内芯 由肌动蛋白丝束（微丝，4-6nm）组成。 作用：扩大了细胞的表面积，有利于细胞 同外环境的物质交换。如小肠上微绒毛， 使细胞表面积扩大了30倍。
– 另外，微绒毛还是可游走细胞的运动工具： 巨噬细胞、淋巴细胞等。
非 膜 相 结 构
第一章 细胞概述
了解细胞
细胞是一切生物体形态结构和生理功能的 基本单位。 是构成有机体的基本单位，具有自我复制 的能力，是有机体生长发育的基础； 是代谢与功能的基本单位，具有完整的代 谢和调节体系，不同的细胞执行不同的功 能； 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。
细胞学术语
质膜（plasma membrane）：是细胞表面的 单位膜。 细胞核（nucleus）： 是细胞内最重要的细 胞器，核表面是由双层膜构成的核被膜 （nuclear envelope），核内包含有由DNA和蛋白 质构成的染色体（chromosome）。核内1至数个 小球形结构，称为核仁（nucleolus）。细胞核 中的原生质称为核质。
五、质膜的不对称性
质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对 称性。
样品经冰冻断裂处理后，细胞 膜可从脂双层中央断开，各断面 命名为：
ES ， 细胞外表面 （ extrocytoplasmic surface ） EF ， 细胞外小页断面 （ extrocytoplasmic face ） PF，原生质小页断面 （protoplasmic face） PS，原生质表面 （ protoplasmic surface）
是质膜由细胞表面 内陷形成的结构， 以相反的方式扩大 了细胞的表面积。
这种结构常见于液 体和离子交换活动 比较旺盛的细胞。
肾小管上皮细胞基部的细胞内褶
（四）、纤毛和鞭毛
纤毛（cilia）和鞭毛（flagella）是细胞表 面伸出的条状运动装置。二者在发生和结 构上并没有什么差别。——通常将少而长的叫
细菌结构模式图
大肠杆菌
原核细胞与真核细胞的比较
特征 细胞大小 细胞核 原核细胞 较小（1-10nm） 无核膜和核仁（拟核） 一个细胞只有一条 DNA，DNA裸露于细 胞质中，不与组蛋白 及酸性蛋白质结合， 染色体为单数 无（核糖体除外） 70S(50S+30S) 真核细胞 较大（10-100μm） 有核膜和核仁 一个细胞有几条DNA， DNA与组蛋白及酸性蛋白 质结合，同源染色体成对， 常有若干对染色体 多种 80S(60S+40S)