第三章 生命的结构基础,主要内容,一、细胞概述 （分类、大小、体积、形态） 二、细胞的结构 三、细胞的分裂与分化,一、 细胞概述,生物体有一定的结构层次。 细胞是生命的基础； 生命的基本形态； 细胞是生物体结构和功能的基本单位； 生命信息复制、加工、表达的场所 细胞的分裂、分化和生长是细胞重要的生理活动。细胞经过分裂和分化形成生物体的各种组织，由功能不同的组织形成器官，完成特定的生理功能。多细胞生物体依靠细胞、组织、器官之间的协调活动，表现出生物体的生命现象。,细 胞,根据细胞的结构分： 原核细胞细菌，蓝藻 真核细胞 根据细胞数目划分： 单细胞生物 多细胞生物,1、细 胞 类 别,原 核 生 物,主要特点：,1.遗传物质仅一个环状DNA,2.无核膜,3.无细胞器,无细胞骨架,4.以无丝分裂或出芽繁殖,代表生物:,支原体,细菌,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质 食物新来源),细菌模式图,三大结构体系：,真 核 生 物,膜系统: 质膜、 内膜系统、 细胞器,细胞核系统: 遗传信息表达系统,骨架系统: 细胞质、细胞核等骨架系统,原核细胞和真核细胞比较,细胞大小,染色体,细胞核,细胞器,内膜系统,微梁系统,细胞分裂,转录和转译,较小 (1-10m),较大 (10-100m),一条DNA。不与蛋白质联结。,几条染色体。与蛋白质联结在一起。,核区,无核膜核仁,有核膜和核仁,无,有,简单,复杂,无,微管和微丝,二分体,出芽分裂,有丝分裂,同一时间和地点,不同时间和地点,细胞与病毒在起源上的关系,生物大分子 病毒 细胞 生物大分子 病毒 细胞 生物大分子 细胞 病毒,2、细胞大小（um）与数目,最小的细胞 支原体：直径100 nm 最大的细胞是鸟类的卵细胞 鸵鸟蛋：直径150mm 最长的细胞 神经细胞：神经纤维长度 1 m 棉花、麻纤维（单个细胞）：10 cm,细胞的观察,1000变形虫肉眼或扩大镜 500眼虫肉眼或扩大镜 200人卵肉眼或扩大镜 100硅藻肉眼或扩大镜 10蓝藻光学显微镜 5人精子头部光学显微镜 1葡萄球菌光学显微镜 0.1 支原体电子显微镜 0.05噬菌体T2电子显微镜 0.01小病毒和蛋白质电子显微镜,单位（微米）,肉眼可见的范围100微米以上。 细胞的直径一般小于30微米。 1604年，荷兰的眼睛商制造了10倍的放大镜（跳蚤）； 1654年，英国物理学家罗伯特.胡克 40140倍（死亡的植物细胞） cell,1664年，荷兰科学家列文.虎克，观察到活的细胞（池塘中的原生动物，人牙垢中的细菌）； 1938年，德国的施莱登 植物体系由细胞组成； 1939年，德国的施旺 动物体系由细胞组成； 现在，80万倍的电镜，0.14nm的分辨率； 扫描电镜：可观察标本表面细微的形态结构。,显微镜的基本结构图,3、细胞体积与面积,动植物细胞直径：10 100 m 细胞核直径： 8 30 m 要求： 体积 容纳自身生存和繁殖所必需的核酸、蛋白质等。 面积 保证能够从环境中获得充分的营养和水分 。,a、细胞的大小和机能是相适应的 神经细胞长 神经信号传导 卵细胞体积大 存放营养物质（共胚胎发育） b、有机体的体积与细胞的数目有关 新生儿约有21012 成年人约有61013,4、细胞的形态,血红细胞的形态,正常细胞与癌细胞的形态,1、大肠杆菌 2、念珠藻 3、小球藻 4、酵母菌 5、火丝菌 6、眼虫 7、分生组织细胞 8、栅栏组织薄壁细胞 9、驴蹄草叶表皮细胞和保卫细胞 10、大鼠肝细胞 11、肾近曲小管上皮细胞 12、成纤维细胞 13、人红细胞 14、人精子 15、哺乳动物的横纹肌细胞 16、平滑肌细胞 17、神经细胞体,二、 细胞结构,1、细胞膜（Cell Membranes） 2、细胞壁（Cell Wall） 3、细胞质（Cytoplasm） 4、细胞核 （Nucleus） 动物细胞 植物细胞,细胞壁（Cell Wall) 叶绿体（Chloroplast) 大液泡（Vacuole) 胞间连丝（Plasmodesmata),植物细胞特有的细胞结构,植物细胞模式图,动物细胞模式图,1、细胞膜,细胞膜功能,保护细胞 结构、形状 物质交换 转运物质 信息传递 如神经信号传导 能量交换 如化学能生物能 运动 促进运动 免疫 专一性抗原受体,（1）类脂（Lipid):质膜结构的分子骨架，主要是磷脂,质膜的分子结构,流动镶嵌模型,（1）流动,分子双层内外层的脂与蛋白质不尽相同； 糖链均在外表面（识别，免疫）。,生物膜特性,( 2 )不对称性,2、细胞壁,植物细胞质膜外围 初生壁 次生壁 功能： 机械支撑 生长、分化 细胞识别 抗病,细胞壁图示,3、细胞质,细胞液（ Cytosol ） 细胞器 （Organelle） 细胞溶质（胞液） - 细胞之内处于各个细胞器官之外的区域。 胞液占细胞体积的 55% 左右。包含上千种酶，用于糖酵解（glycolysis）和糖质新生（ gluconeogenesis）过程的催化及糖、脂肪酸、氨基酸的生物合成. 胞液同样含有结构骨架细胞骨架（cytoskeleton）：保持细胞的形状，组织生化反应， 帮助细胞运动。,细胞液,植物胞液电子显微镜照片,各种细胞器,线粒体 （功能：能量转换，细胞复制，生存） 叶绿体 （功能：光合作用） 内质网（功能：细胞复制，生存） 高尔基体 溶酶体 细胞骨架 核糖体,线 粒 体,形态结构,功能,半自主性,能量转换器，细胞动力工厂,电镜下的线粒体照片,线粒体的形态结构,外膜（outer membrane) 内膜（inner membrane) 嵴（crista) 基质（ matrix) 膜间隙（intermembrane space),线粒体主要功能,线粒体进行氧化磷酸化，产生ATP，是 细胞的“动力工厂”。,叶 绿 体,形态结构,功能：光合作用,能量转换器,线粒体和叶绿体的半自主性,1.腔内都有成环状DNA,70S 核糖体。,2.它们都能自行分化。,3.但部分蛋白质还要在 胞质内合成 。,基本类型,功能,内 质 网,单层膜形成的囊状、泡状和管状结构,粗面内质网（rER)（内质网与核糖体形成的复合细胞器，合成分泌性蛋白和膜蛋白）,光面内质网（sER),内质网基本类型,蛋白质的合成,脂类的合成（主要由光面内质网合成）,蛋白质的修饰,新生多肽的折叠与组装,内质网功能,形态结构,功能,高 尔 基 体,电镜下的高尔基体,是细胞内物质运输的交通枢纽,高尔基体的形态结构,动物：位于细胞核一侧 植物：分散与整个细胞之中,扁平小囊、 小泡或大泡,蛋白质修饰与加工（糖基化等） 蛋白质的分拣 蛋白质和脂的运输 蛋白质分泌等 多糖合成（如粘液）,高尔基体功能,溶 酶 体,结构 单层膜包围的球体 由高尔基体断裂产生 含有大量的酶 消化生物大分子,溶酶体的标志酶是酸性水解酶,溶酶体和高尔基体,结 构 类 型,根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为： 初级溶酶体（primary lysosome) 次级溶酶体（secondary lysosome) 残余小体（residual body),溶酶体的各种代谢类型,溶酶体功能,与食物泡融合，将细胞吞噬进的食物或致病菌等大颗粒消化成生物大分子，将残渣排除细胞； 自噬：清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞，为新细胞的产生创造条件。 防御功能,例如：1.两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化； 2. 哺乳动物断奶后乳腺的退化性的变化等过程,都与溶酶体有关。,细胞骨架 Cytoskeleton,胞质骨架：微丝,核骨架： 核纤层 核基质,微管,中间纤维,细胞骨架功能,形态构建 细胞运动 物质运输 能量交换 信息传递 细胞分化,细胞质中各种细胞器、酶和蛋白质都固定在细胞骨架上,细胞骨架蛋白质,微管蛋白 - 鞭毛、纤毛,肌动蛋白 微丝 与细胞质流动相关,中间纤丝 -支撑和运动功能,细 胞 质 骨 架,微丝,微管,中间纤维,微 丝,微丝（肌动蛋白纤维） 是指真核细胞中由 肌动蛋白组成的骨架纤维。,微丝的功能,肌肉收缩 微绒毛 应力纤维 胞质分裂环,肌肉收缩过程,微管的成分,微管由、两种类型的微管蛋白亚基组成，两种蛋白形成微管蛋白二聚体,是微管装配的基本单位。,微管的形态,微管是由微管蛋 白二聚体组成的长管状细胞器结构，微管壁由13根原纤维排列组成，微管可装配成单管、二连管（纤毛和鞭毛中）、三连管（中心粒和基体中）,微管的功能,维持细胞形态,细胞内运输,鞭毛运动与纤毛运动,纺锤体和染色体运动,基粒与中心粒,核 糖 体,核糖体是合成蛋白质的细胞器,它的主要成分是蛋白与 RNA,其唯一的功能是按照mRNA的指令用氨基酸合成多肽链。,核糖体显微照片,4、细胞核,真核细胞中的细胞控制中心 包含遗传信息（染色质） 与细胞质中的其它细胞器通讯,遗传信息表达系统,核被膜,染色质和染色体,核仁,核糖体,核被膜,核被膜可分为三个区域： 核外膜（outer nuclear membrane）：面向胞质，附有 核糖体颗粒，与内质网相连。 核内膜（inner nuclear membrane）：面向核质，表面 无核糖体颗粒，膜上有特异蛋白，为核纤层提 供结合位点。 核孔（nuclear pore）：在内外膜的融合处形成环状开 口。又称核孔复合体，是选择性双向亲水通道.,核 被 膜 结 构,染 色 体,短臂,着丝粒,长臂,DNA,染色单体,染色质与染色体,染色质(chromatin)是指间期细胞内由DNA、组蛋白、 非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是 间期细胞遗传物质存在的形式。 染色体（chomosome）是指细胞在有丝分裂或减数分 裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。,染色质的基本结构单位,多级螺线管模型,染色体分类图示,核仁的结构与功能,（）纤维中心 （）致密纤维组分 （）颗粒组分,核仁是rRNA基因储存、rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所.,三、 细胞的分裂、分化,DNA复制,增 殖 与 分 化,有丝分裂 减数分裂 有丝分裂与减数分裂的关系 有丝分裂一次，2个二倍体 减数分裂两次，4个单倍体,细 胞 分 裂,有丝分裂 单细胞生物繁殖 多细胞生物生长,减数分裂,有丝分裂,有 丝 分 裂（M期）,早中期,后中期,早后期,后后期,末期,前期,有丝分裂周期,G1期：DNA合成前期 S期：DNA合成期 G2期:DNA合成后期 M期：细胞有丝分裂期,减数分裂（1）,细线期,偶线期,粗线期,终变期,双线期,第一次减数分裂中期,有性生殖 两个性细胞，即配子（精子或卵子）融合为一，成为合子（受精卵），形成下一代,减数分裂（2）,第一次减数分裂后期,第一次减数分裂末期,第二次减数分裂前期,第二次减数分裂中期,第二次减数分裂后期,第二次减数分裂末期,细胞的增殖与分化,细胞繁殖（cell reproduction）： 细胞生命的一个基 本特征，单细胞生物以此繁殖后代，而多细胞生物是依赖它来完成个体发育，它是细胞分化的基础，即组织、器官、系统形成的基础。,细胞分化（cell differentiation）： 胚胎细胞分裂后的未定型细胞或简单可塑性细胞，在形态和化学组成上向专一性或特异性方向转化，演变为特定细胞类型的过程。,细胞增殖、分化、死亡是多细胞生物的个体发育过程中三项基本的生命活动。,细 胞 分 化,细胞分化表现为细胞间产生稳定差异,分化方向的确定往往早于形态差异的出现,细胞生理状态随分化水平提高而变化,细胞分化的本质 - 基因选择性表达的结果,思考题,真核细胞和原核细胞有哪些主要差别？ 染色质和染色体有哪些区别？ 简述核糖体的功能。 什么是细胞周期？简述有丝分裂和