细胞的超微结构细胞的超微结构 及其基本病理过程及其基本病理过程 1细胞超微结构u细胞膜u细胞质和细胞器u细胞核2第一章第一章 细胞膜与疾病细胞膜与疾病F细胞膜的基本结构及功能F细胞膜的病理3第一章第一章 细胞膜与疾病细胞膜与疾病第一节第一节 细胞膜的细胞膜的 基本结构及功能基本结构及功能4细胞膜(cell membrane)膜相结构:不仅细胞表面有膜结构，细胞 内亦有膜结构，如核膜及由膜组成的细胞器， 均为细胞膜。细胞质膜(Plasmic membrane)通常称为细 胞膜，是包于细胞质外、将细胞与周围环境隔 开的弹性薄膜，由脂质和蛋白质构成，故为脂 蛋白膜，对于细胞的生命活动和功能具有十分 重要的意义。5F细胞膜厚约7.510nm，呈现平行的三 层结构，即电子致密的内、外两层（各 厚2.53.0nm）与电子透明的中间夹层 （厚3.5 4.0nm )。 6如切片与膜正切时，可见细胞膜 由三层结构组成，即所谓单位膜(unit membrane)。膜的内外二层电子密度大 ，中间一层电子密度小，厚30埃左右。7TEM x436,740 8细胞膜表面常有一层糖蛋白，呈细 分枝状分布在细胞表面，称细胞外衣 (cell coat)。有的细胞表面有微绒毛 (microvi11i)，是由质膜向外折叠而成的 指状突起。微绒毛成排排列，即光镜下 所见的刷状缘或纹状缘。如小肠上皮细胞。糖萼与微绒毛9有的细胞表面有纤毛(cilia)，纤毛外周是一 层质膜，内有基质及轴丝，轴丝由9组外周微管 及2根中央微管组成，即所谓的9十2结构。有的 细胞表面有伪足突起，具有运动或摄取外物的作 用。输卵管上皮细胞纤毛有的细胞膜局部有微小 凹陷，将细胞表面的异物或 病菌包裹在内，形成吞噬泡 或吞噬体(phagosome)，如吞 饮的是小滴液态物质则称吞 饮体或吞饮泡(pinocytotic vesicle)。10一、细胞膜的化学组成与功能l l脂类脂类l l蛋白质蛋白质l糖类l无机盐l金属离子细胞膜细胞膜中的各种化学组分含量与细胞 的功能密切相关。11F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糖 蛋白。脂类30-80%； 蛋白质20-70%; 糖类2-10%12膜脂：膜脂：主要是磷脂，其次是糖脂和中性脂肪， 胆固醇含量也较高。功能：功能：由于膜脂呈双分子 层排列，亲水极朝向膜 表面，疏 水极朝向膜中 央，使膜成为疏水性 屏障，构成半透膜的 物质基础。13膜蛋白膜蛋白 ：在构形上多为球形蛋白 。功能：功能：l载体l受体l酶类l抗原l能量转换器生物膜的活性主要表现在其中的蛋白质成分，生物膜的活性主要表现在其中的蛋白质成分， 因蛋白质种类而具有不同的功能。因蛋白质种类而具有不同的功能。 14膜糖类膜糖类 ：分布于细胞膜外表面，与膜蛋白的亲水端 结合形成糖蛋白，与糖脂一起构成糖萼，形成 了细胞衣。 15功能：功能：l维持细胞表面稳 定的PH值l对细胞起支持保 护连接作用；l形成各种抗原和 受体，参与细胞 识别、信号转导 、免疫等功能。 16构成抗原或受体的分子主要为糖蛋 白，也有少数为糖脂。糖蛋白分子常为 镶嵌蛋白，其表面有一个或数个分支的 寡糖链。17在细胞的相互识别和相互作用 中有着重要的作用。 p 膜抗原p 受体无论是激素，神经递质或药物分子均 首先与细胞表面的特异性受体相结合 才能引起细胞内部的相应变化。同时 信号分子可与不同类型细胞结合，产 生不同效应，主要依赖受体的不同类 型。1819二、细胞膜的分子结构模型 学说：板层结构模型单位膜模型液态镶嵌模型脂筏模型20根据Fluid-mosaic model（1972 singer和 nicholson提出）：F细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质 组成。F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；F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 。液态镶嵌模型21质膜的流动性F由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。F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。22质膜的不对称性F质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不 对称性。23小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻24F使膜的两层流动性有所不同，有助于维 持蛋白质的极性；F生物膜结构上的不对称性，保证了膜功 能的方向性；质膜不对称性的生理意义251975年和1977年分别提出晶格镶嵌模 型和板块镶嵌模型。26三、细胞膜的物质运输（一）小分子物质的跨膜转运小分子物质的跨膜转运*简单扩散：少部分低分子物质从高浓度 区流向低浓度区。*易化扩散：一些非脂溶性物质或亲水性 物质是借助于细胞膜上的膜转运蛋白通过膜。 膜转运蛋白有载体蛋白和管道蛋白。*主动转运：是需要载体和能量逆浓度梯 度而进行的一种的转运方式。27（二）大分子和颗粒的膜泡运输大分子和颗粒的膜泡运输：*胞吞作用：细胞摄入大分子和颗粒物质 ，包括胞饮和吞噬。*胞吐作用：细胞向外分泌各种物质（如 细胞膜成分、激素、神经递质、消化酶等）。综上述可知，细胞膜是维持细胞完整性及 胞内微环境相对恒定性的重要成分，它有物质 运输、能量交换、信息传递、细胞识别、细胞 免疫、代谢调控等多种功能。28四、上皮组织细胞的特化结构（一）微绒毛 29（二）皱褶（ruffle）F细胞表面的扁形 突起，也称为片 足（lamellipodia ）。F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30（三）内褶（infolding）F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。F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 31（四）纤毛和鞭毛F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 而长的叫鞭毛；短而多的叫纤毛。F结构：u由基体和鞭杆两部分构成。u中轴是由多束平行的微管形成的轴丝。u鞭杆中的微管为9+2结构。u基体的微管组成为9+0。32Cilia from an epithelial cell in cross section (TEM x199,500) 33五、上皮细胞侧面的特化结构细胞连接细胞间更重要的连接结构是细胞相邻面形成 的细胞连接(cell junction)。细胞连接结构只有在 电镜下才能观察到，其主要功能是增强细胞间的 机械连接，对于维持组织结构的完整性，协调细 胞功能有重要意义。根据其结构和 功能特点，可分为 紧密连接、中间连 接、桥粒、缝隙连 接和镶嵌连接等。 它们可分别存在， 或几种结构同时存 在于一种上皮中。34多细胞生物体的细胞丧失某些独立性，而是作 为一个紧密联系的整体进行生命活动。为达到各细胞的统一和促进细胞间所必须的相 互联系，相邻细胞密切接触的区域特化形成一定的 连接结构，称为细胞连接。35F简单地说，细胞连接就是细胞与细胞间或 细胞与细胞外基质间的联结结构。F动物体内，除血细胞和结缔组织细胞外， 其它的细胞都是相互连接而有一定的排列 的。F作用： 加强细胞间的机械联系； 维持组织结构的完整性； 维持和协调细胞功能。36细胞连接的种类封闭连接锚定连接通讯连接紧密连接 tight junction粘合带与粘合斑 adhesion belt and adhesion plaque桥粒与半桥粒 desmosome and hemidesmosome间隙连接 gap junction化学突触 synapse37（一）紧密连接F又称闭锁小带，多见于体内管腔及腺体上 皮细胞靠腔面的一端相邻面。F相邻细胞膜外层呈网格状融合，细胞间隙 消失。未融合处，有1015nm宽的间隙。F连接区域具有蛋白质焊接线，也称嵴线， 由跨膜细胞粘附分子构成。F主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，防止 溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，构成 血脑屏障和血睾屏障等。38紧密连接示意图冰 冻 蚀 刻兔上皮细胞紧密连接39（二）粘合带（中间连接）n位于紧密连接下方。n呈带状环绕细胞顶端，相邻细胞膜未融合，间隙宽约1520nm，其中充以丝状物。n 质膜内侧有多种附着蛋白形成的致密斑，形成围绕细胞的连续带。连接的细胞骨架成分为肌动蛋白 （actin ） 。40粘合带位于紧密连接下方 41（三）桥粒与半桥粒F桥粒是相邻细胞间形成的纽扣状结构。桥粒直接将两个细 胞铆在一起。 通过质膜下的致密 斑连接中间纤维， 连接处的细胞间隙 约2030nm。 桥粒中间为钙粘素 。 分布：承受强拉力 的组织中，如皮肤 、口腔、食管、心 肌中。42桥粒43F 半桥粒：u位于上皮细胞基面与基膜之间，连接蛋 白为整合素。u因其结构为桥粒的一半 而得名。只在质膜内侧形 成桥粒斑结构，其另一侧 为基膜。u作用：桥粒与半桥粒作 为坚韧的细胞连接点，与 张力丝形成表皮细胞的大 梁支架结构，限制细胞的 膨胀性，提高组织的抗张 及抗拉能力。44（四）化学突触F存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通 过释放神经递质来传导兴奋。F由突触前膜、突触后膜、突触间隙三部分组成。F突触前神经元的突起末梢膨大呈球形，称突触小体 。F突触小体内有突触小泡，内含神经递质。45化学突触的结构模型46（五）间隙连接 F通讯连接的主要方式，是动物细胞间最 普遍的一种细胞连接。F分布于广泛，连接处的相邻细胞膜紧密 相贴，仅留有23nm的间隙。47F 连接区域比紧密连接大得多，最大直 径可达0.3m。在间隙与两层质膜中有 大量蛋白质颗粒，是构成间隙连接的基 本单位，称连接子（connexon），中心 形成一个直径约1.5nm的孔道，允许分 子量小于1.5KD的分子通过。这表明细 胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨 基酸、核苷酸和维生素等有可能通过间 隙连接的孔隙。 48通讯连接的功能包括：F参与细胞分化：胚胎发育的早期，细胞间通 过间隙连接相互协调发育和分化。诱导细胞 按其在胚胎中所处的局部位置向着一定方向 分化。F协调代谢。F构成电紧张突触：平滑肌、心肌、神经末梢 间均存在的这种间隙连接，称为电紧张突触 （electrotonic synapses）。电紧张突触无须 依赖神经递质或信息物质即可将一些细胞的 电兴奋活动传递到相邻的细胞。 49间隙连接50不同的细胞连接紧密连接粘合带半桥粒桥粒间隙连接51六、上皮细胞的基底面基膜基膜（basement menbrane）是上皮 基底面与深部结缔 组织间的一层薄膜 。不同部位的基膜 厚度不同，一般染 色光镜下难以辨认 ，PAS染色及镀银 染色可以显示。PAS染色显示肾小球基膜 52电镜下基膜可分三层：靠近上皮基底 面依次为透明板，是一电子密度低的薄层 ；其下面是电子密度高的均质层，称基板 ，由上皮细胞分泌的细丝状物质和无定形 基质组成；基板的外面还有纤细的网状纤 维和基质组成的网板，由结缔组织的成纤 维细胞产生，厚薄不定，有的基膜不含此 层。53功能：1、基膜使上皮与结缔组织牢固连接。2、成为上皮细胞进行物质交换的半透 膜。3、基膜对组织的生长、分化和再生有 相当的作用。54第一章第一章 细胞膜与疾病细胞膜与疾病