2.2.细胞的基本形态结构与功能

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第2节 细胞的基本形态结构与功能
一、细胞的基本结构与功能 二、生物膜—流动镶嵌模型 三、物质的跨膜转运 四、细胞连接
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重点
z 细胞之间的区别:原核细胞与真核细胞、动 物细胞与植物细胞;
z 主要细胞器的结构与功能:细胞核、线粒体、 叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体;
z 生物膜:结构组成与功能、流动镶嵌模型特 点;
z 将人们的认识引入微观世界。
2. 细胞学说
z 1838年,德国植物学家施莱登( M. J. Schleiden)发表 论文“论植物的发生”,指出细胞是一切植物结构的基本单 位。
z 1839年,德国动物学家施旺(T. Schwann)发表论文 “显微研究”,指出动物和植物结构的基本单位都是细胞。
z 1858年,德国生物学家微耳和(R.Virchow) 提出:“细 胞来自细胞”这一名言,即细胞只能来自细胞,而不能从 无生命的物质自然发生。建立了“细胞病理学”
z 1880年,德国动物学家魏斯曼(A.Weissmann)进一步指 出,所有细胞都可以追溯到远古时代的一个共同祖先,即 细胞是连续的、历史进化而来的。提出著名的“种质论”
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z 细胞学说的内涵
① 所有生物都是由细胞和细胞产物所构成; ② 新细胞只能由原来的细胞经分裂而产生; ③ 所有细胞都具有基本相同的化学组成和代谢活
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¾ 动物细胞与植物细胞的比较
高尔基体
叶绿体 线粒体
细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡
线粒体
中心体 高尔基体
纤毛
细胞膜 细胞质 细胞核
细胞核 粗面内质网
光面内质网
粗面内质网 光面内质网
z 细胞壁(cell wall) z 叶绿体(chloroplast) z 大液泡(vacuole) z 胞间连丝(plasmodesmata)
z 连接DNA:各核小体之间由同一DNA分子相连接,该 部分称为连接DNA。一个核小体上的DNA加上一段连 接DNA共有200个碱基对,构成染色质丝的一个单位。
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核小体和染色质
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4
③核仁
z细胞核中圆形或椭圆形的颗粒状结构,没有外膜。 由某一个或几个特定染色体的一定片段构成的,这一 片段称为核仁组织区。 z 形状、大小、和数目因物种和生理状态而异。 z 功能:rRNA合成和加工;核糖体亚基的组装。
性; ④ 生物体总的活性可以看成是组成生物体的各相关
细胞的相互作用和集体活动的总和。
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3. 细胞学说的意义
① 从细胞角度把整个有机体统一起来; ② 证明了动物和植物都是由细胞起源的; ③ 证明了达尔文的生物进化论观点,打击了唯心
论和神创论。 ④ 奠定了生物科学的基础:细胞学说是生命世界有
机结构多样性的统一,从哲学推断走向自然科学 论证。 细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。
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(2)细胞核的基本结构
①核被膜 z 核被膜结构复杂,包括核膜和核纤层两部分。 z 核膜由两层膜组成,厚7-8nm。两膜之间的核周腔宽约10-
50nm。很多种细胞的外膜延伸而与糙面内质网相连,外膜 上附有许多核糖体颗粒,因此外膜实为围核的内质网部分。
3
z 核纤层(Nuclear lamina):核膜内面连接的纤维质部 分,其厚薄因细胞而异,其成分是一种纤维蛋白,称 核纤层蛋白。
无 无
70S 裸露的质粒DNALeabharlann Baidu
真核细胞 较大(10-100微米)
有核膜 DNA与蛋白质结合 有二条以上染色体
有 有
80S 线粒体DNA,叶绿体DNA
沉降系数(S):颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。蛋白质, 核酸等生物大分子的S实际上时常在10-13秒左右,故把沉降系数10 13 秒称为一个Svedberg单位,简写S,量纲为秒。
b) 光面内质网:膜上没有核糖体颗粒,与脂类合成和 代谢有关。
¾ 核糖体 a) 细胞质中无膜包被的颗粒状结构
b) rRNA(50%-60%) 和蛋白质(40%-50%)组成的 复合物
c) 合成蛋白质的机器(细胞质和细胞核内蛋白)
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5
② 高尔基体
z 高尔基体的形态结构: a) 由扁平囊和大小不等囊泡组成 b) 具有极性的细胞器:形成面或顺面(Cis面)、成
植物细胞特有结构
(1)细胞膜和细胞壁 z 细胞膜(质膜) ①厚度通常为7-8nm ②半透性或选择性透性,即有选择地允许物质
通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞。 ③大多质膜上存在激素受体、抗原结合点以及
其他有关细胞识别的位点,在激素作用、免 疫反应和细胞通讯等过程中起重要作用。
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z 细胞壁 ① 植物细胞膜之外的无生命结构,主要由纤维素组成,
9 功能:选择性的主动转运;转录产物(RNA) 的输出;核质交换的双向亲水通道;亲核蛋白 入核。
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核被膜的功能 a) 构成细胞核、细胞质之间的天然选择性屏
障,避免生命活动的彼此干扰,保护DNA不 受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤; b) 细胞核与细胞质之间的物质交换与信息交 流。
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② 染色质
z 染色质的组成:主要是DNA和蛋白质(组蛋白与非 组蛋白),也含有少量RNA。
都是细胞分泌的产物。 ② 功能:支持和保护,同时还能防止细胞吸涨而破裂,
保持细胞正常形态。 ③ 初生细胞壁簿而有弹性,能随细胞的生长而延伸。待
到细胞长大,在初生细胞壁内侧长出另一层细胞壁, 即次生细胞壁,或厚或簿,其硬度与色泽因植物、组 织而不同。 ④ 相邻细胞细胞壁上有小孔,细胞质通过小孔而彼此相 通,这种细胞质的连接称胞间连丝。
成年人约有1014 个
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¾ 细胞大小
人眼分辨率
0.1mm
光学显微镜分辨率 0.2µm.
扫描电镜分辨率 nm
各类细胞直径的比较
细胞类型
直径大小(µm)
¾ 细胞形态
最小病毒 支原体细胞 细菌细胞 动植物细胞 原生生物细胞
0.02 0.1-0.3
1-2 10-50 数百到数千
9
10
细胞
细 胞
器官及其 他结构
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叶脉 叶绿体 叶肉
气孔
膜间隙
基粒
基质 类囊体
叶绿体的结构
外膜 内膜
类囊体腔
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⑥ 微体
z 单层膜围成的一类泡状结构,内含的酶不 同于溶酶体,外部形态与溶酶体相似。
z 过氧化物酶体:动植物细胞均含有,氧化 分解脂肪酸、酒精等。
z 乙醛酸循环体:植物细胞中的一种微体, 能够将脂类转化成糖类,种子萌发过程中 很活跃。
z 物质运输:主动运输的特点、Na+-K+泵。
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一、细胞的基本结构与功能
1. 细胞的发现
z 1665 年 , 英 国 人 罗 伯 特 虎 克 ( Robert Hooke)利用自制的显微镜发现软木塞是 由密排的蜂窝状小室组成(死细胞壁), 命名细胞(Cell)。
z 1674 年 , 荷 兰 学 者 列 文 虎 克 ( A. V. Leeuwenhoek ) 利 用 自 制 显 微 镜 观 察 污 水、牙垢时发现了细菌及一些小动物(原 生动物)(活细胞)。
z细胞的基本结构是由细胞膜、细胞质和细胞核三部 分组成。
z真核细胞:有细胞核,含有以核酸(DNA或RNA)与 蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统:染色质、核 仁、核糖体。
z以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统:细 胞膜、核膜、线粒体、叶绿体、溶酶体、内质网、高 尔基体等。
z由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统:微管、 微丝、中间纤维、细胞核骨架。
z 核孔(Nuclear pore) :核膜上分布的小孔,直径 50-100nm,数目不定,一般均有几千个。在大的细 胞,如两栖类卵母细胞,核孔可达百万。核孔构造 复杂,含100种以上蛋白质,并与核纤层紧密结合, 成为核孔复合体。
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9 核孔复合体的组成:100多种多肽,1000多个 蛋白质分子
初级溶酶体 次级溶酶体
残体
溶酶体参与的细胞消化
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④ 线粒体
z由内膜和外膜包裹的囊状结构,囊内是液态的基质。 z外膜平整,内膜向内折入形成一些嵴,内膜面上有ATP 酶复合体。 z线粒体基质中还含有DNA分子和核糖体。 z细胞呼吸并产生ATP的重要场所。
⑤ 质体
植物细胞的细胞器 z白色体:主要存在于分生组织以及不见光的细胞 中。 z有色体:含有各种色素,如叶绿素、类胡萝卜素。 •叶绿体:两层膜、内部是一个复杂的膜系统,由 一系列排列整齐的扁平囊组成,即类囊体。有些类 囊体有规律地重叠在一起称为基粒。光合作用的色 素和电子传递系统都位于类囊体膜上。在各基粒之 间还有埋藏于基质中的基质类囊体,与基粒类囊体 相连,从而使各类囊体的腔彼此相通。
6
1
4. 细胞的基本概念
z 细胞是生命活动的基本单位 z 细胞是物质、能量和信息过程结合的综
合体 z 细胞是生物形态结构、生理功能和生长
发育、遗传的基本单位
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5. 细胞的数量、大小和形态
¾ 细胞数量 ① 单细胞生物仅一个细胞,大小与细胞体积
成正比。 ② 多细胞生物的细胞数量一般与生物体个体
大小有关,个体越大细胞数目越多。 如:新生儿约有2×1012 个
Ö 蛋白纤维: Ó 微管 Ó 微丝 Ó中间纤维
这部分内 容自学
微丝
中间纤维
微管
小结:细胞的基本共性 z 所有细胞表面均具有由磷脂双分子层与镶嵌


的 超分子

结构

大分子
小分子
6. 细胞的基本形态结构
¾ 原核细胞
z原核细胞:不含细胞核 (nucleus),遗传信息量 小,仅由一个环状DNA构成信息载体。
z没有分化出以膜为基础的具有专门结构与功能的细 胞器和细胞核膜。
z原核细胞所形成的生物称为原核生物,包括所有的 细菌。
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2
¾ 真核细胞
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④ 核基质
z传统上认为核基质是富含蛋白质的透明液体,染 色质和核仁等都浸浮其中。 z现已证实,核基质是成纤维状的网,布满于细胞 核中,网孔中充满液体。网的成分是蛋白质。核基 质是核的支架,并为染色质提供附着的场所。
人的食道癌 细胞核基质
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小结
z核膜是双层膜,核膜使细胞的核质分开;核 孔使细胞的核质之间能进行物质交换。 z核仁折光性较强,在细胞有丝分裂过程中呈 现周期性的消失和重建。核仁是匀质的球形 小体。 z染色质主要指细胞核内易被碱性染料染成深 色的物质。其主要成分是DNA和蛋白质。 z核基质主要成分是蛋白质,是核的骨架,为 染色质的代谢提供附着场所。
z真核细胞构成的生物称为真核生物,包括动物、植 物、真菌以及介于动植物之间的原生生物。
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¾ 原核细胞与真核细胞的区别
z 细胞大小 z 细胞核 z 遗传系统
z
z 细胞器 z 细胞骨架 z 核糖体 z 核外DNA
原核细胞 很小(1-10微米) 无核膜(称“类核”) DNA不与蛋白质结合 只有一条DNA染色质
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过氧化物酶体
动物细胞
晶状核心
植物细胞
线粒体
⑦ 液泡
¾ 细胞生长发育过程中来自 内质网的小液泡结合成中 央液泡
¾ 功能: Õ有机物、无机离子 贮藏库 Õ植物的溶酶体,含 水解酶 Õ代谢副产品丢弃场 Õ色素,如 花青素 Õ增加细胞体积与表 面积,有利于物质 吸收
⑧ 细胞骨架
Ö 分布与真核细胞内的蛋白质纤维组成网状结构,与细 胞器的空间分布、功能活动、物质运输、能量转换及 信息传递等有关,在细胞中起到“骨骼和肌肉”作用。 支架、运输、运动系统
z 染色质分类:常染色质是DNA长链分子展开的部 分,非常纤细,染色也较淡。异染色质是DNA长链 分子紧缩盘绕的部分,成较大的、深染团块。
z 核小体(nucleosome):染色质的基本结构,念珠 状细纤维(10nm)。其核心部分由4对组蛋白分子构 成(H2A、H2B、H3和H4各2个),DNA分子链缠绕在核 小体核心的外周。
熟面或反面(Trans面) z 高尔基体的功能:蛋白质修饰与加工、蛋白质分类、
包装、运输,多糖合成。 反面
顺面
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③ 溶酶体
z动物、真菌和一些植物细胞中有一些单层膜包裹的 小泡,数目不等,大小也颇多变异,这就是溶酶体。
z由高尔基体断裂产生,内含40种以上水解酶,可催 化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子,消化 细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。 z根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体 (primary lysosome)、次级溶酶体(secondary lysosome)和残体(residual body)。
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(3)细胞器
z 细胞内在结构、功能及发生相关的、由膜 包围形成的细胞器或细胞结构。
内吞小泡
溶酶体
高尔基体 分泌小泡
过氧化物酶体 28
① 内质网和核糖体
¾ 内质网:细胞质内有一系列囊腔和细管,彼此相 通,形成一个隔离于细胞溶质的管道系统 。
a) 粗 面 内 质 网 : 膜 上 附 有 核 糖 体 颗 粒 ( 糙 面 内 质 网),功能是合成并运输蛋白质。
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