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1、人眼的分辨率为 0.1mm，直到 17 世纪，虎克发明了显微镜后，人们才发现细胞，光学显微镜的最大分辨率为 200nm,后来，人们又发明了电子显微镜，利用加速的电子束代替可见光，其分辨率可达 0.2nm，人们进一步认识了细胞器、蛋白质、DNA 等大分子的结构。,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,21 细胞的基本结构与功能,一、细胞的大小和形状 细胞的形状多种多样，大小也各不相同，细胞的大小形状与它们各自的功能密切相关。见图1 一般说来，大多数细胞的直径在 1100 m 之间，生物体体积的加大，不是由于细胞体积的加大，而是由于细胞数目的增多 多细胞生物的细胞数目与生物体的大小呈正比,细胞为什么这么
2、小呢？这主要是由于细胞必须通过细胞膜从外部不断获得物质和能量，同时还要将代谢产生的副产物通过细胞膜运出细胞外 细胞的体积越小，其表面积与体积的比值就越大，从而越有利于物质进出细胞,二、细胞的类别 按照细胞结构的复杂程度和进化顺序，细胞可分为两类：原核细胞和真核细胞 原核细胞小（10m左右），无细胞核结构，核区含一环状 DNA 分子，无膜包被的细胞器。,真核细胞可分进一步为植物细胞和动物细胞,植物细胞与动物细胞存在的差别：,211 细胞膜与细胞壁,一、细胞膜 又称质膜（plasma membrane），厚 78 nm，为脂质双分子膜,细胞膜具有三个特点：流动性，细胞膜并不是分子所形成的静态的片状
3、结构，构成细胞膜的磷脂和蛋白质能在膜平面中自由地漂移；半透性，又称选择性透性，有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式进出细胞；不对称性，膜内外两侧脂类和蛋白质的分布不均匀，可见膜两侧的功能不同,二、细胞壁 细胞壁是无生命的结构，是细胞分泌的产物，植物细胞有细胞壁的结构功能：支持和保护，防止细胞吸涨而破裂，保持细胞的正常形态分类：初生壁 植物细胞最初生成的细胞壁，由纤维素埋在由多糖和蛋白质构成的基质中形成，初生壁薄而且具有弹性，能随细胞的生长而延伸,次生壁 植物细胞长大后，在初生壁内侧长出的一层细胞壁，由纤维素、木质素以及木栓质等物质构成，其组成、厚薄、硬度和色泽随不同植物、不同组织而不
4、同 胞间层 相邻的初生细胞壁之间，把两个细胞粘在一起的结构，其主要成分为果胶。胞间连丝 相邻细胞的细胞壁上有小孔，细胞质通过小孔而彼此相通，允许水和其它小分子在细胞间移动，以整合组织的活动,212 细胞核的基本结构,细胞核是细胞的控制中心，含有控制细胞生命活动的最主要的遗传物质，直径为 5m 左右，由 核被膜、核基质、染色质 和 核仁 构成,一、核被膜（nuclear envelope）1、核被膜的结构：核被膜包在核外，将细胞核的内含物与细胞质分割开来，结构复杂，包括 核膜 由两层生物膜（78 nm）构成 其中外膜上有核糖体分布，延伸与细胞质中的糙面内质网相连，内膜与外膜间围成一核周腔（105
5、0nm）核纤层 位于核膜内侧，由核纤层蛋白（纤维蛋白）构成，支撑核膜结构，并参与构成 核孔 核孔位于核膜上，直径 50100 nm，数量不等，平均有几千个，构造复杂，由 100 多种蛋白质与核纤层紧密结合构成核孔复合体,2、核被膜的功能 物质的选择性通道 大分子上的核定位信号与核孔复合体上相应的蛋白质受体结合，主动转运，包括：细胞质中合成的蛋白质（组蛋白、与复制、转录相关的蛋白、核糖体亚基蛋白）能通过，进入细胞核 细胞核中的合成的大分子复合物，如成熟的mRNA 和蛋白质的复合物、组合好的核糖体、tRNA等，能通过，进入细胞质 3、核被膜内外的电位差 约15mv，调节控制离子进出细胞核,二、染色
6、质（chromatin）1、基本成分：蛋白质、DNA、少量RNA Protein:DNA 1:1,DNA是脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）RNA是核糖核酸（ribonucleic acid）,核小体由组蛋白 H2A、H2B、H3、H4 各一对构成核心，约 200bp 的 DNA 分子缠绕在核心上；连接 DNA 由组蛋白 H1 和 DNA 链构成，其中 H1 能促进核小体聚拢,DNA和RNA是由许多顺序排列的核苷酸组成大分子核苷酸（nucleotide）每个核苷酸分子含一个戊糖（核糖或脱氧核糖）分子，一个磷酸分子和一个含氮有机碱分子（碱基）,核糖或脱氧核糖上的第一位碳原
7、子与碱基结合，第五位碳原子与磷酸结合，就构成了核糖核苷酸或脱氧核糖,碱基 核苷酸的碱基有两类：一类是嘌呤，是双环分子；一类是嘧啶，为单环分子 嘌呤有两种：腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）嘧啶有三种：胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）DNA 的碱基：A、T、G、C RNA的碱基：A、U、G、C,核苷酸分子间通过缩水作用，形成磷酸二酯键，顺序相连形成长链多聚物，即多核苷酸分子，是核酸的基本结构,DNA双螺旋结构 DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成的螺旋状双链分子,三、核仁（nucleolus）细胞核中椭圆或圆形颗粒状结构，无膜，数目一般为 12 个，蛋白质合成旺盛的细胞，核仁
8、多或大 基本成分：与转录相关的蛋白质、核糖体 RNA(rRNA)、核糖体亚基蛋白和特定染色体上的 rDNA 区（又称核仁组织区）功能：合成 rRNA，组装核糖体,四、核基质（nuclear matrix）成纤维状的网，布满整个细胞核，网孔中充满液体 基本成分：纤维蛋白、水溶液 功能：是核的支架，维持细胞核的形状 为染色质的代谢活动提供附着场所,213 细胞质和细胞器,细胞质（cytoplasm）细胞中除细胞核外的其余部分，包括 胞质溶胶 和浴于其中的 细胞器一、胞质溶胶（cytosol）细胞质中除细胞器外的液体部分，透明、粘稠，并时刻流动着,二、核糖体（ribosome）细胞的蛋白质合成工厂，
9、每个细胞有几百万个核糖体基本组成：蛋白质（大亚基和小亚基）和 rRNA 分子分布：附着在内质网膜上 合成 输出细胞和位于其它细胞器中的蛋白质 游离在细胞质中 合成 留在胞质溶胶内 的蛋白质,三、内质网（endoplasmic reticulum,ER）以生物膜为基础形成的囊状、泡状和管状结构，彼此相通连。内质网与核膜、高尔基体和溶酶体等在发生上或功能上相互联系，构成了细胞的内膜系统,1、光面内质网（smooth ER）为小囊和分支管状，无核糖体附着，含有多种多样的酶功能：脂质合成和代谢 包括磷脂、类固醇、脂肪、胆固醇等 脂肪细胞、产生类固醇激素的细胞 药物和其它毒素的解毒 肝脏细胞 将合成的蛋
10、白质和脂类转运到高尔基体2、糙面内质网（rough ER）内质网膜上附有大量核糖体颗粒，是核糖体与内质网共同组成的复合结构，通常为平行排列的扁平囊状，与核膜相连 功能：合成和运输蛋白质,信号假说（signal hypothesis）出发点：所有的蛋白质都是在游离核糖体上开始合成的 分泌蛋白有十几个疏水氨基酸构成的信号肽内容：,信号肽先合成出来,两种内质网在细胞中是相互通连的，其管腔中的新合成的蛋白质和脂类相遇，可能形成脂蛋白 糙面内质网管腔中的合成物质会逐步送到 光面内质网 的管腔中，然后形成由光面内质网膜包裹成转运小泡，脱离内质网，移向高尔基体。,四、高尔基体（Golgi apparatus
11、）意大利人Camillo Golgi于1898年在神经细胞中首先发现，是细胞的精加工车间、仓库和运输中心结构：由一系列生物膜围成的小囊小泡组成,分布：除了成熟的红细胞外，几乎所有的细胞都有 在植物细胞中分散分布；动物细胞中定位在细胞一侧功能：a、细胞合成分子的最后加工和包装的场所,从光面内质网上断裂下来的转运小泡，移至高尔基体，与高尔基体膜融合,b、合成多糖 直接作为细胞的产物，如粘液、各种胞外多糖等 合成的多糖与分泌蛋白形成糖蛋白c、与细胞分裂有关 在植物细胞中，与细胞板、新的细胞壁、细胞膜的形成有关 在动物细胞中，与横缢、新细胞膜的产生有关,五、溶酶体（lysosome）结构：由高尔基体断
12、裂产生，是单层膜包裹的小泡，内含 60 种以上的水解酶功能：能催化蛋白质、多糖、脂类、DNA、RNA 等大分子物质的降解，消化细胞从外界吞入的颗粒，或细胞本身产生的碎渣特点：是酸性的，其膜上的质子泵将细胞质中的 H+泵入溶酶体内，使其 pH 值保持在 4.8 左右，溶酶体中的酶只在酸性环境下才有活性,六、线粒体（mitochondrion）形状：颗粒状或短杆状，长约 23 m，横径约 0.51 m，大小与细菌类似,分布：各细胞中均有，其数目与细胞的种类、代谢活性的不同而不同，从 1 个上千个结构：复杂，双层生物膜包被的囊状细胞器，包括 外膜 平整，具有孔蛋白构成的亲水通道 膜间腔 68 nm，
13、其中的液体含有多种酶、底物和辅助因子，其中最主要的是腺苷酸激酶 内膜 向内折，形成一些嵴（cristae），增大了内膜面积，膜上带有电子传递链，另外内膜上有许多带柄的小球，直径约 10nm，它们是 ATP 合成酶复合体，能合成 ATP,基质 充盈于囊内的液体，内含环状的 DNA 和核糖体，负责合成线粒体中 10 的蛋白质；含有催化三羧酸循环的多种酶功能：细胞呼吸和能量代谢中心，收集糖和其它食物分子中的能量，并将其转化成另一种形式的化学能，即ATP 中的能量,发生于线粒体基质中的三羧酸循环,七、质体（plastid）植物细胞特有的细胞器，按照其内含物分类：白色质体 存在于分生组织以及不见光的组织
14、，如根、茎，各种白色体可能含淀粉、油类或蛋白质 有色质体 存在于见光的组织，含各种色素，如类胡萝卜素、叶绿素、叶黄素、番茄红素等 叶绿体（chloroplast），属有色质体，含有大量的叶绿素功能：细胞进行光合作用的场所,外观：透镜状，大小为 25 m，其形状、大小随不同的植物、不同的细胞而不同,分布：在叶片上的分布与光照有关 光照时，分布在细胞外周；黑暗时，流向细胞内部结构：由双层膜包被的囊状结构 外膜 平整 内膜 为一系列排列整齐的扁平囊（又称类囊体）组成的复杂的膜系统，光合作用的色素和电子传递链均位于类囊体膜上 1050 个类囊体有规律地摞叠在一起形成基粒，基粒间有埋藏在基质中的基质类囊
15、体，各类囊体腔相通联,基质 为电子密度较低的液体，内含环状 DNA 和核糖体；Calvin 循环所需的各种酶,八、微体（microbodies）结构：与溶酶体类似，单层膜包裹的小泡特点：含酶蛋白，pH 中性分类：过氧化物微体 含氧化酶、过氧化酶 乙醛酸循环微体 植物特有，含脂肪酶功能：过氧化物微体能将脂肪酸氧化分解，降解 H2O2，或是利用 H2O2 使有毒物质氧化，起解毒作用 乙醛酸循环微体能将脂肪转化成糖，为乙醛酸循环中的一步,九、液泡（vacuole）植物细胞特有的单层膜包裹的充满水液的囊泡特点：水液为细胞液，溶有无机盐、氨基酸、糖、各种色素等等分布：普遍存在植物细胞中，占细胞体积的 5
16、95 不等功能：细胞液为高渗的，保证细胞处于吸满饱胀状态 细胞液中含的色素与花、叶、果的颜色有关 细胞代谢废物的囤积处，一般以晶体的形式囤积,十、细胞骨架（cytoskeleton）构成：由三种蛋白质纤维构成的细胞支架,1、微管（microtubules）结构：直径为 24nm 的中空长管状纤维组成：、亚基按螺旋排列，盘绕成一层分子的微管壁分布：除成熟红细胞外的所有真核细胞中，成束存在时，形成纺锤丝、鞭毛、纤毛；散布在细胞质中特点：为保守蛋白，无组织特异性功能：给细胞机械支持，保持其正常形态 固定细胞核、细胞器的位置或让细胞器沿着微管组成的架子移动 在细胞分裂时，引导染色体的移动 运输神经递质
17、,2、肌动蛋白丝（actin filament），又称微丝结构：直径为 47 nm 的实心纤维丝组成：由肌动蛋白单体连成串，两串以右手螺旋的形式纽缠成束分布：存在于所有真核细胞中功能：运动 包括胞质溶胶的流动和细胞的变形运动特点：保守，无组织特异性 易解聚成单体，也易重新聚合成纤维，与其运动功能相对应。,3、中间纤维（intermediate filament）结构：直径为 810 nm 的实心纤维组成：在不同组织细胞中，其成分不同，如在上皮细胞中，为角蛋白；在成纤维细胞中为波形蛋白分布：存在于所有真核细胞中，散布于细胞质和核基质中功能：支持、运动特点：组织特异性强,十一、鞭毛、纤毛、中心粒
18、均是由微管构成的结构1、鞭毛（flagellum）结构：由9束二体微管围成圆筒，中央有两个单体微管，即【9（2）2】模式 分布：细胞外 特点：长，数量少，每个细胞仅有1几根 功能：运动,2、纤毛（cilium）结构、分布、功能同鞭毛 特点：多，覆盖于细胞表面,3、基粒（basal granule）结构：由 9 束三体微管围成圆筒，中无单体微管，即【9（3）0】模式 分布：细胞内，与胞外的鞭毛、纤毛相连4、中心粒（centrosome）结构：同基粒，为【9（3）0】模式 分布：真核细胞内，一般每个细胞有两个，呈直角排列，埋藏于特殊的胞质溶胶中 功能：是微管的组织中心，许多微管从这放射状伸向细胞质
19、,22 生物膜 流动镶嵌模型,生物膜（biological membrane）由脂类和蛋白质分子通过非共价键 组合装配而成的膜，厚 78 nm，包括质膜、核膜和各种细胞器的膜，占细胞干重的 7080特点：流动（fluid）构成膜的脂质分子可以自由地移动，蛋白质分子也可以在脂双层中横向移动 镶嵌（mosaic）蛋白质象冰山一样在磷脂的海洋中漂浮,一、脂双层 磷脂类的双分子层，是膜的骨架，有屏障作用，使膜两侧的水溶性物质不能自由通过,1、磷脂 结构：极性的头部，由胆碱、磷酸、甘油构成 非极性的尾，由两条脂肪酸链构成特点：两条脂肪酸链一条为饱和脂肪酸，是直的，另一条起码有一个双键，是折的，这样可以保
20、证两条脂肪酸无法组合在一起，保持膜的流动性 结果：磷脂分子形成脂双层，亲水头在外侧，疏水尾在内侧 保证膜在两侧都是极性液体的环境中的稳定性 起到内外隔离，提供相对稳定的内环境的作用,脂肪酸的碳链越短、其上的双键越多，其熔点就越低，流动性就越大,磷脂与脂肪不同之处 甘油的一个羟基与磷酸及其衍生物（磷酸胆碱）结合，形成卵磷脂,2、胆固醇，为亲水的极性分子，仅在动物细胞中存在，可防止磷脂的碳氢键相互接触而结晶 保证膜的流动性,二、膜蛋白 在不同的生物膜中，蛋白质的含量和种类是各不相同的，它们作为载体、受体、酶、细胞识别信号存在细胞膜上,1、固有蛋白，又称内在蛋白（intergral protein）
21、与脂双层的结合方式：由蛋白质的疏水部分和磷脂的疏水部分非共价结合 分布：蛋白质两端为极性，贯穿于膜外，中间疏水，插入膜中，大多 为多次穿膜 2、外在蛋白（extrinsic protein），以非共价键结合于固有蛋白或磷脂的亲水端,三、糖和糖萼 一般为多分支的寡聚糖，由半乳糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖胺、葡萄糖胺及唾液酸构成，一般唾液酸（带负电荷）位于糖链末端 大部分的糖与膜蛋白共价结合成糖蛋白，少数与脂类共价结合成糖脂，一般仅存在细胞质膜外侧，与细胞识别有关，一些细胞器的膜上无糖链 糖萼（glycocalys）细胞表面的寡糖链和蛋白质共同构成的结构，带负电荷，形成细胞表面特化的结构，各种细胞的
22、糖萼具有组织特异性,23 物质的跨膜运输,物质的穿膜运输可归纳为三种形式：被动运输、主动运输、胞吞胞吐一、被动运输（passive transport）特点：不需消耗化学能，顺着浓度梯度运输1、单纯扩散（simple diffusion）针对的物质：分子量小，脂溶性强的物质，如 O2、CO2、烃类、乙醇等 水的单纯扩散又称渗透（osmosis）,2、易化扩散（facilitated diffusion）特点：需要跨膜蛋白的协助、速度远大于单纯扩散 载体蛋白 又称透性酶，它与特定的分子结合后，蛋白分子构象发生改变，完成物质的转运，具特异性 通道蛋白 与转运物质的结合力弱，不改变其构象，能在脂双层
23、的疏水部分形成一条亲水通道，打开时，允许特定的溶质通过针对物质：非脂溶性的小分子物质，如氨基酸、葡萄糖、金属离子,二、主动运输（active transport）特点：需要耗能（约细胞静止时耗能的1/3），需要膜蛋白的协助，逆浓度梯度运输 如动物细胞膜上的钠钾泵，每消耗 1 个 ATP，泵出 3 个 Na+,泵入 2 个K+见图 植物、微生物细胞膜上的质子泵 直接消耗ATP，泵出质子 见图 协同运输 间接消耗ATP 见图,三、胞吞和胞吐（endocytosis&exocytosis）针对物质：生物大分子或颗粒状物质,24 细胞连接,细胞连接（cell junction）是指在细胞紧密靠拢的组织
24、，细胞膜在相邻的细胞间分化而成特定的连接一、桥粒 在电镜下呈斑块结构，以中间纤维相连，使相邻细胞的细胞骨架间接地连成骨架网 功能：机械性的，如同焊接点 特点：连接牢固 分布：皮肤、子宫颈上皮,二、紧密连接 又称封闭连接，两个相邻细胞间紧密靠拢，两膜间不留空隙，使胞外物质不能通过 功能：封闭细胞间隙 特点：环绕各个细胞一周成腰带状，完全封闭细胞间的通道，使得物质只能穿过细胞而不能从细胞间隙通过 分布：脑血管的内壁、肠壁上皮,三、间隙连接 两细胞间有一23nm的间隙，贯穿于间隙中有一系列通道（宽1.5nm），使两细胞的细胞质相通 功能：通道能使分子量小于1000的小分子物质通过，如葡萄糖、ATP、cAMP等 特点：这些小分子物质能迅速从一个细胞进入周围多个细胞，完成细胞信号的传导，使组织中的细胞相互协同 分布：普遍存在于动物各组织细胞间,四、胞间连丝 植物细胞特有的，在相邻的细胞壁上有孔，使得相邻的细胞膜和光面内质网彼此相通连，所形成的结构，水和一些小分子物质能通行,
