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1、第一章 动物细胞、组织、器官及器官系统,张润锋湖北师范学院,所有动物由细胞组成，细胞是理解动物的基础。细胞是表现生命特征的最简单结构。有些生物由单个细胞组成，有些生物由多个细胞组成。动物由多种特化的细胞组成，细胞间的分工使细胞特化为更高水平的结构（组织、器官和器官系统）。但是归根结底，动物进行的一切活动都体现在细胞水平。,什么是细胞？为什么大多数细胞那么小？细胞结构 细胞膜细胞质、细胞器和细胞组分细胞核组织器官器官系统,一、什么是细胞？,细胞是生命最小的功能单位，所有生命维持和繁衍必需的化学反应都在细胞中发生。从结构划分，细胞分为原核和真核：原核生物（Prokaryote）都是单细胞生物，“原
2、核”指的是DNA位于细胞内的一个区域而不是包裹在膜中。真核生物（Eukaryote）的细胞具有核膜包围DNA形成的细胞核（Nucleus）、行使特殊功能的细胞器（Organelles）和维持细胞形态和细胞内运动的细胞骨架（Cytoskeleton）。,二、为什么细胞那么小？,除了鱼类、两栖类、爬行动物和鸟类的卵和一些长形的神经细胞外，大多数细胞都很小，只有借助显微镜才可见。细胞之所以这么小，主要有两个原因：1.细胞核容积与细胞质容积比不能太小，否则核这个中枢就不能控制细胞质。2.细胞容积限制细胞大小。随着细胞半径增大，细胞容积比细胞表面积增加的快。细胞的营养需要和废物生产速率与容积成比例。而细
3、胞通过其表面来吸收营养和排出废物。如果细胞容积太大，细胞表面与容积的比例太小，不能保证营养和废物的有效交换。,三、细胞结构,1.细胞膜的结构 流体镶嵌模型(Fluid mosaic model)(如图)1972年，S.Jon Singer和Garth Nicolson提出。主要内容：膜是由蛋白质和磷脂组成的双层结构；磷脂双分子层是膜的“构架”，蛋白质分子有的镶在脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入其内，有的横跨整个脂双分子层；膜不是静止的，是流动的结构。,（一）细胞膜(cell membrane)：包围在细胞外面的一层极薄的膜。,有选择的从周围环境吸收养分和排出废物，调节物质从细胞的一部分运输
4、到另一部分；分离细胞内环境与细胞外环境；分离开细胞内各种细胞器；为化学反应的发生提供一个足够大的表面积；分离开细胞；含有细胞特异性识别的受体的位点，便于细胞类型的区分,2.细胞膜的功能,（二）细胞质、细胞器和细胞组分,1.细胞质（Cytoplasm）在细胞中，细胞膜以内、细胞核以外的部分为细胞质；一个细胞的细胞质可以分为2个不同的部分：一个是细胞膜系统，包括界限清晰的结构（细胞器），如内质网、高尔基体、空泡和囊泡等；第二是流体的胶质溶胶，悬浮着细胞膜系统的结构，包含各种融解的分子。,2.细胞器（organelle）和细胞组分（1）核糖体（Ribosome）核糖体是非膜包围的结构，是蛋白质合成位
5、点（蛋白质工作台）；它们包含几乎相同数量的蛋白质和一种特殊的核糖核酸rRNA（核糖体RNA）；一些核糖体连接到内质网上，一些自由漂浮在细胞质中；不管核糖体以何种形式存在，他们通常都被另外一种核糖核酸mRNA（信使RNA）链连接成簇，即多聚核糖体（Polyribosome或Polysome）（见细胞结构图）,（2）内质网（Endoplasm reticulum，ER）内质网是一个复杂的迷宫，是由膜形成的一些小管、小囊和扁平的层状囊组成，呈现分支状，广泛分布于细胞质（从核膜到细胞膜）（见细胞结构图）；内质网是有助于多种物质循环出入细胞质的一系列途径；是酶和其他蛋白质的储存单位，是核糖体的结合点；有
6、核糖体附着的ER叫粗面ER（rough ER），在其附着的核糖体上进行蛋白质合成，而且也参与蛋白质的修饰、加工和运输；没有核糖体附着的叫滑面ER（smooth ER），滑面ER 参与脂类的合成、糖原和其他糖类代谢、多种有机分子解毒和肌肉细胞钙离子储存。大多数细胞包含这两种ER，但是不同细胞含有的比例不同。,（3）高尔基复合体（Golgi apparatus or complex）高尔基复合体是在形态和功能上与ER相关的膜结构，由一些表面光滑的网内池构成；高尔基复合体参与蛋白质和脂类的分类、包装和分泌；核糖体分泌的蛋白质以转运小泡从内质网到达高尔基复合体，并与之融合。在高尔基复合体内，蛋白质被浓
7、缩和化学修饰，化学修饰的功能之一就是依据不同目的对蛋白质进行标记和分类。最后，蛋白质包装成分泌小泡，释放到细胞质中，靠近细胞膜。当分泌小泡到达细胞膜，与细胞膜融合，将内容物通过胞吐作用排出细胞外。高尔基复合体广泛存在于分泌细胞，如胰腺细胞和神经细胞，高尔基复合体同时分泌溶酶体。,（4）溶酶体（Lysosome）溶酶体是膜包围的颗粒状结构，包含酸性水解酶，能够在酸性环境消化有机分子（脂类、蛋白质、核酸和多糖）；酸性水解酶在ER中合成，转运到高尔基复合体进行加工，再以溶酶体或溶酶体融合的液泡形式分泌。溶酶体与吞噬小泡融合，溶酶体的酶与液泡的内容物混合发生作用。,（5）线粒体（Mitochondri
8、a）线粒体是由两层膜构成的囊状结构，膜间隙将内膜与外膜隔开，内膜向线粒体腔内突出皱褶形成嵴（Crista），使内膜表面积显著扩增；嵴之间的空隙为基质，包含核糖体、环状DNA和其他物质；线粒体是细胞的动力工厂，通过氧化磷酸化进行能量转换，为细胞的各项活动提供能量；线粒体在不同细胞类型中分布不同，主要分布在能量需要较多的区域；当一个细胞需要较多能量时，线粒体通常会加倍。,（6）细胞骨架（Cytoskeleton）在大多数细胞中，微管（Microtubule，MT）、中等纤维（Intermediate filament，IF）和微丝（Microfilament，MF）组成细胞骨架；细胞骨架延伸整个细
9、胞质，连接各种细胞器和细胞组分；,微管（MT）：动物细胞中，MT是中空的、纤细的圆柱状结构，由球蛋白的螺旋状亚基即微管蛋白亚基组成；MT功能：细胞器的运动，如分泌小泡运动；细胞核分裂过程染色体运动；细胞转运系统的一部分，如神经细胞神经传导过程的物质运输；细胞骨架的重要组成部分，涉及特化期间细胞经历的总体形状改变。,中等纤维（IF）：IF是一类化学组成有明显差异的蛋白纤维，特异蛋白因细胞类型而异；IF功能：有助于维持细胞形态和细胞器空间组成；促进细胞质内的机械运动。,微丝（MF）：MF由肌动蛋白（actin）组成的纤维；MF功能：在肌肉细胞中高度发达的肌动蛋白微丝组成肌原纤维，有助于肌肉细胞收缩
10、；非肌肉细胞中，肌动蛋白微丝为各种细胞器提供机械支持和有助于形成负责一些细胞运动的收缩系统。,（7）纤毛（Cilia）和鞭毛（Flagella）纤毛和鞭毛是十分纤细的丝状物，是一些细胞表面延伸的附属丝，有助于一些细胞（包括单细胞生物）的推进运动；纤毛和鞭毛具有相似的结构：由膜包围成的圆柱体，中间为基质；基质中是一条轴丝（Axoneme），是纤毛和鞭毛的中轴的基本的微管结构，也是主要的运动单位；轴丝的92型微管：9对微管围绕2根中央微管；每一对微管就是一个双联体（doublet），具有数对凸向临近的双联体的动力蛋白臂（dynein arm）和伸向中央微管的辐条；纤毛和鞭毛的运动就是微管双联体相互
11、滑动的结果。基体（basal body）的90型：基体位于细胞质中纤毛和鞭毛基部，呈短的、圆柱形；控制纤毛和鞭毛中微管的生长；结构与中心粒一致：每三根微管组成一套，共9套，中间没有微管。,（8）微管组织中心（Microtubule-organizing center，MTOC）和中心粒（centriole）MTOC是靠近细胞核的特殊化的非膜区域，微管从该处生长；在所有动物细胞中，中心体（centrosome）是主要微管组织中心，主要结构是一对互相垂直的中心粒；每个中心粒包含9组三联体微管，成辐射状排列；在细胞分裂中，中心粒加倍，涉及染色体移动，有助于细胞骨架的组织。,（9）液泡（Vacuole
12、）液泡是膜质的囊泡，是细胞质膜的组成部分；液泡形状各异，具有多种功能，如，单细胞生物和海绵具有收缩液泡能够吸入和泵出水以维持生物内环境；其他的原生动物和海绵具有储存食物的液泡。,（三）细胞核,细胞核包含DNA，是真核细胞控制和信息中心；细胞核具有两个功能：一是通过遗传信息的转录和翻译（DNARNA蛋白质）来指导细胞的化学反应；二是储存遗传信息，并将遗传信息代代相传（从一代细胞传递给下一代，从一代生物传递到下一代）,1.核膜（Nuclear envelope）：细胞核的大门核膜由双层膜构成，内外膜大致平行，将核与细胞质分开；外层与ER相连；大约有3000个左右的核孔（Nuclear pore）穿
13、透核膜表面，核孔允许物质出入细胞核并允许与ER的直接接触；核孔不是核膜上简单的孔洞，每一个核孔都是由整齐排列的球状和纤丝状颗粒组成核孔复合体，控制分子进出核的转运；核孔的大小阻止DNA从核内到核外，但允许RNA从核内到核外。,2.染色体（Chromosome）：遗传信息载体核质（Nucleoplasm）是核的内部物质；在一个未分裂细胞中包含的遗传物质叫染色质（Chromatin），它是由DNA和蛋白质联合组成，是未盘卷缠结的染色体（包含以DNA片断即基因的形式存在的遗传信息）；在细胞分裂过程，每一条染色体紧密盘卷，使用光学显微镜可以看到染色体。,3.核仁（Nucleolus）：核糖体的预装配点
14、核仁是未分裂细胞的核质中的一种非膜包围的结构；大多数细胞可见2-3个核仁，但一些细胞有成千个，如两栖动物的卵；核仁是核糖体预装配点，通常在合成和装配的许多过程包含蛋白质和RNA；核糖体装配完成后，核糖体就通过核膜上的核孔离开细胞核。,四、组织（Tissue）,在发育过程中，动物细胞为完成特殊功能分化而形成的聚集体就是组织，一个组织就是具有相同功能的一群特化的细胞。动物组织分为上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。,（一）上皮组织（Epithelial tissue）上皮组织以多种结构形式存在，细胞密集排列呈膜状，覆盖在体表和体内各种器官、管道、囊、腔的内表面及内脏器官的表面；典型的上皮组织是
15、由可更新的细胞层组成，发生表面特化以适应其特殊的作用；上皮组织具有游离面，基膜将上皮组织与下层的临近组织分开；上皮组织的作用：吸收（小肠上皮），转运（肾小管），分泌（汗腺），保护（皮肤），包含神经细胞以便感觉接受（味蕾）；,单个上皮细胞可以是扁平的（鳞状上皮）、立方形（立方上皮）、柱状（柱状上皮）；,根据细胞层数和形状的不同，可以分为单层上皮和复层上皮，又再分为扁平、立方、柱状上皮等；,假复层纤毛柱状上皮的细胞表面形成纤毛，但是并非复层；之所以看上去表现复层是因为细胞核处于两个或更多水平；,（二）结缔组织（Connective tissue）结缔组织具有支持和连接作用，分散在细胞外基质中；基质
16、中包含一些液体、胶状物和纤维，正是这种细胞外物质决定了各种结缔组织的功能特性；根据纤维包装的疏松与紧密，结缔组织一般分为疏松结缔组织（Loose connective tissue）和致密结缔组织或纤维结缔组织（Dense connective tissue or Fibrous connective tissue）；,在疏松结缔组织中，由胶原蛋白组成的胶原纤维与弹性纤维相互交织，使疏松结缔组织具有良好的弹性粘度和连接能力（如将皮肤与下面的肌肉组织相连）；,在致密结缔组织中，胶原纤维紧密包裹，平行排列，产生强有力的索（cord），如键（tendon）连接肌肉与骨或肌肉，韧带（ligament）
17、连接骨与骨；,脂肪组织（Adipose tissue）脂肪组织是一种由脂肪细胞组成的疏松结缔组织，其中储存大量的脂肪，分布在器官和皮肤下面，具有支持、保护、维持体温，并参与能量代谢；,软骨（Cartilage）软骨是一种坚硬而柔韧的组织，支持如外耳这样的组织，形成如鲨鱼这样动物的整个骨骼；由软骨细胞（chondrocyte）、纤维和基质组成，软骨细胞埋在胶状基质包围的胞窝（Lacunae），基质和胶原纤维一起使得软骨具有强度和弹性；根据基质中纤维的性质，软骨分为透明软骨（Hyaline cartilage）、纤维软骨（Fibrocartilage）和弹性软骨（Elastic cartilage
18、）；,透明软骨：机体支架的一部分，如关节软骨、气管软骨和肋软骨等；软骨细胞位于被基质包围的胞窝中，基质含有胶原纤维；,弹性软骨：基质中包含胶原纤维和大量的弹性纤维，如外耳（External ear）和会厌（Epiglottis）；,纤维软骨：基质内含有大量的胶原纤维，软骨细胞分布在纤维束间，如椎间盘（Intervertebral disk）、关节盂（Disk of knee joint）、耻骨联合(Pubic symphysis)；,骨组织（Osseous tissue）骨细胞（Osteocyte）位于胞窝中，基质包裹胞窝，基质发生钙质化，使骨组织变得坚硬和适于支持和保护作用；骨组织分为密质骨
19、和松质骨；,血液（Blood）血液是一种结缔组织，其中细胞间质血浆中悬浮红细胞、白细胞和血小板（Platelets）；血液转运各种物质通过动物全身；,（三）肌肉组织（Muscular tissue）主要由肌细胞组成，主要机能是运动；根据肌细胞结构形态分为：横纹肌（Striated muscle，也胶骨骼肌（Skeletal muscle）、平滑肌（Smooth muscle）、斜纹肌（Obliquely striated muscle）和心肌（Cardiac muscle）；,（四）神经组织（Nervous tissue）神经组织由神经细胞（或叫神经元Neuron）、神经胶质细胞（Neurog
20、lia）组成；神经细胞感受刺激和传导兴奋，神经胶质细胞具有支持、保护、营养和修复等作用；,四、器官（Organ）和系统,器官就是由不同类型组织组成的，具有一定的形态特征和生理功能的结构；如小肠由上皮组织、疏松结缔组织、平滑肌、神经、血管等组成；各个组织功能的有机综合才能使器官完成整体功能；器官系统由在机能上密切联系的、联合完成一定生理机能的组织组成的，如消化系统由口、食管、胃、肠和消化腺组成；高等动物具有皮肤系统、骨骼系统、肌肉系统、神经系统、内分泌系统、淋巴系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统和生殖系统。,课后复习思考题,1.掌握和理解本章出现的名词。2.为什么线粒体是细胞的动力工厂？3.现代生物学一个大的方面就是膜生物学，各种不同的膜具有什么共同点？4.什么是流体镶嵌模型？流体指的是什么？在什么情况是流体？什么组成了镶嵌物？,
