1、第二章 細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)胞通訊,生物大都是由細(xì)胞(cell)構(gòu)成的，除了病毒、類病毒等是非細(xì)胞的生命體以外， 其它生命有機(jī)體的結(jié)構(gòu)和功能單位都是細(xì)胞。 細(xì)菌、酵母等微生物是以單細(xì)胞的形式存在，而高等動(dòng)、植物則是由多細(xì)胞構(gòu)成的，如人大約有1013個(gè)細(xì)胞，這些細(xì)胞組成不同的組織和器官。,導(dǎo)言 一、細(xì)胞的大小形態(tài) 二、細(xì)胞的類型和結(jié)構(gòu) 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞 生物膜 三、細(xì)胞連接 四、細(xì)胞通訊,導(dǎo)言,1.細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立,1604年，荷蘭眼鏡商詹森 放大鏡 1665年，英國物理學(xué)家胡克（Robert Hooke） 第一次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞“cell” ，死的細(xì)胞壁。 1674年，荷蘭布商列文虎克(Leeuw

2、en hoek) 磨制透鏡，裝配了高倍顯微鏡(300倍左右) 第一次觀察到完整的活細(xì)胞，血細(xì)胞、池塘水滴中的原生動(dòng)物、人類和哺乳類動(dòng)物的精子 1838年， 德國植物學(xué)家施來登(Mathias Schleiden)提出 盡管植物的不同組織在結(jié)構(gòu)上有著很大的差異，但是植物是由細(xì)胞構(gòu)成的，植物的胚是由單個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的。 1839年， 德國動(dòng)物學(xué)家施萬(Theodor Schwann)提出 細(xì)胞學(xué)說的兩條最重要的基本原理地球上的生物都是由細(xì)胞構(gòu)成的; 所有的生活細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上都是類似的。 1855年，德國醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖(Rudolf Virchow) 補(bǔ)充了細(xì)胞學(xué)說的第三條原理: 所有的細(xì)胞都是來自

3、于已有細(xì)胞的分裂，即細(xì)胞來自于細(xì)胞。,細(xì)胞學(xué)說包括以下要點(diǎn): （1）細(xì)胞是所有動(dòng)植物的基本結(jié)構(gòu)單位 ， （2）每個(gè)細(xì)胞相對獨(dú)立，一個(gè)生物體內(nèi)各細(xì)胞之間協(xié)同配合， （3）新細(xì)胞由老細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。 細(xì)胞學(xué)說的科學(xué)意義 （1）細(xì)胞學(xué)說的建立，使生物世界（動(dòng)、植物）有機(jī)結(jié)構(gòu)多樣性的統(tǒng)一，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論證。 （2）細(xì)胞學(xué)說為進(jìn)化論奠定了生物科學(xué)基礎(chǔ)。 細(xì)胞學(xué)說被公認(rèn)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)之一。,人的眼睛只能識別大小為0.1mm的物體。顯微鏡是精密的放大儀器，是生物學(xué)研究不可缺少的工具。我們用它可以觀察肉眼看不見的微小生物的結(jié)構(gòu)。 最常用的是光學(xué)顯微鏡，必須首先了解顯微鏡的結(jié)構(gòu)和功能。

4、一臺(tái)顯微鏡包括機(jī)械裝置和光學(xué)系統(tǒng)兩大部分。,2.顯微鏡的結(jié)構(gòu)與原理,（一）機(jī)械部分 1鏡筒2轉(zhuǎn)換器3粗準(zhǔn)焦螺旋4細(xì)準(zhǔn)焦螺旋5鏡座6鏡柱7傾斜關(guān)節(jié)8載物臺(tái) （二）光學(xué)部分 1目鏡2物鏡3反光鏡4聚光器5虹彩光圈6遮光器,顯微鏡的成像原理（放大原理） 光線反光鏡遮光器通光孔標(biāo)本（一定要透明）物鏡的透鏡（第一次放大成倒立實(shí)像）鏡筒目鏡（再放大成虛像）眼。,焦距(focal length)是透鏡的中心平面到焦點(diǎn)的距離,角孔徑是光從樣品進(jìn)入透鏡的半角。 角孔徑越大，透過透鏡的信息越多，最好的玻璃透鏡的角孔徑大約是700,(a)小孔徑透鏡;(b)大角孔徑透鏡。,透鏡最重要的性質(zhì)就是它的分辨率(分辨率表示能

5、夠區(qū)別兩個(gè)點(diǎn)間最近距離的能力)，分辨率(R)可用以下公式計(jì)算: R = 0.61 /n Sin 其中: n=聚光鏡和物鏡之間介質(zhì)的折射率. 空氣為1. 油為1.5; =樣品對物鏡角孔徑的半角， sin的最大值為1; =照明光源的波長。 0.61是一個(gè)恒定的參數(shù)，表示成像的點(diǎn)雖被重疊但仍能被區(qū)別的程度。 上式中n Sin的量稱為物鏡的數(shù)值孔徑(numeric aperture)，縮寫為NA， 因此顯微鏡的分辨率的表示公式可改為: R=0.61 /NA 角孔徑越大，進(jìn)入物鏡的光越多；介質(zhì)的折射率越大，則數(shù)值孔徑越大，這些都可以使分辨率提高。 從上式可知，R值越小，分辨率越高。從分辨率的表達(dá)式來看，

6、NA越大，分辨率越高，或者波長越短，分辨率越高。,表 電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的基本區(qū)別,細(xì)胞的大小 (計(jì)量單位：m),600 大 變形蟲肉眼或擴(kuò)大鏡 500眼蟲肉眼或擴(kuò)大鏡 200人卵肉眼或擴(kuò)大鏡 100硅藻肉眼或擴(kuò)大鏡 10藍(lán)藻光學(xué)顯微鏡 5人精子頭部光學(xué)顯微鏡 1葡萄球菌光學(xué)顯微鏡 0.1 枝原體電子顯微鏡 0.05（噬菌體T2） 電子顯微鏡 0.01（小病毒和蛋白質(zhì)） 電子顯微鏡,一、細(xì)胞的大小及形態(tài),細(xì)胞的大小,細(xì)胞的大小 細(xì)胞最為典型的特點(diǎn)是在一個(gè)極小的體積中形成極為復(fù)雜而又高度組織化的結(jié)構(gòu)。典型的原核細(xì)胞的平均大小在110m之間，而真核細(xì)胞的直徑平均為330m，一般為10100m

7、P31 圖3.2 細(xì)胞體積的守恒定律 不同細(xì)胞的大小變化很大， 如人的卵細(xì)胞的直徑只有0.1mm， 而鴕鳥的卵細(xì)胞的直徑則有5cm。 但是， 同類型細(xì)胞的體積一般是相近的，不依生物個(gè)體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細(xì)胞、肝細(xì)胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要決定于細(xì)胞的數(shù)量，與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無關(guān)。,細(xì)胞的形態(tài),細(xì)胞具有多種多樣的形態(tài) 有球形、桿狀、星形、多角形、梭形、圓柱形等。多細(xì)胞生物體，依照細(xì)胞在各種組織和器官中所承擔(dān)的不同功能，分化形成了各種不同的形狀。 這些不同的形狀一方面取決于對功能的適應(yīng)， 另一方面亦受細(xì)胞的表面張力、胞質(zhì)的粘滯性、細(xì)胞膜的堅(jiān)韌程

8、度， 以及微管和微絲骨架等因素的影響。,二、細(xì)胞的類型和結(jié)構(gòu)體系,細(xì)胞分為兩大類: 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。 原核細(xì)胞 真核細(xì)胞,原核細(xì)胞,原核細(xì)胞(prokaryotic cell)最主要的特征是沒有由膜包圍的細(xì)胞核。,由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物?，F(xiàn)在分類學(xué)家把原核生物劃為一獨(dú)立的界，即原核生物界(Kingdom Monera)，其中包括藍(lán)藻和各類細(xì)菌。原核細(xì)胞有許多方面不同于真核細(xì)胞。,原核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)比較簡單，內(nèi)含有細(xì)胞質(zhì)和類核(nucleoid)，外面包有質(zhì)膜，多數(shù)在質(zhì)膜外還有一層硬的細(xì)胞壁，使細(xì)胞保持了一定形狀。,細(xì)菌(bacteria),細(xì)菌是原核細(xì)胞的主要類群。細(xì)菌細(xì)胞的基本

9、特點(diǎn)是: 遺傳信息量少， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單， 特別是沒有分化成以膜為基礎(chǔ)的專門結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞器與核膜,藍(lán)藻,支原體(mycoplasma),支原體是目前發(fā)現(xiàn)的最簡單、體積最小的原核細(xì)胞，也是唯一一種沒有細(xì)胞壁的原核細(xì)胞 。,真核細(xì)胞,真核細(xì)胞最主要的特點(diǎn)，是細(xì)胞內(nèi)有膜把細(xì)胞區(qū)分成了許多功能區(qū)。最明顯的是含有內(nèi)膜包圍的細(xì)胞核，此外還有由膜圍成的細(xì)胞器，(如線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體等)。,又稱質(zhì)膜，是細(xì)胞表面的膜。具有選擇性透性。 1化學(xué)組成： 磷 脂（50%） 蛋白質(zhì)（40%） 糖和水（210%） 2結(jié)構(gòu)模型： 流動(dòng)鑲嵌模型：磷脂分子構(gòu)成具一定流動(dòng)性的脂質(zhì)雙分子層；蛋白質(zhì)分子以各種方式

10、鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。 3.生理功能： 保持細(xì)胞的完整性并穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境?？刂萍?xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換。接收外界信號，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)新陳代謝。,（一）細(xì)胞膜,生物膜 P46 各類細(xì)胞器的膜（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、內(nèi)囊體膜等）、質(zhì)膜和核膜在分子結(jié)構(gòu)上基本相同，它們統(tǒng)稱為生物膜。,1895年 Overton 膜是由脂組成的 1917年 Langmuir 磷脂單分子層 1925年 Gorter 細(xì)胞骨架還將細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)區(qū)域化；此外，細(xì)胞骨架還具有幫助細(xì)胞移動(dòng)行走的功能。,鞭桿的橫切可見到9(2)+2的圖形，中央一對微管由中央鞘包裹著。外圍環(huán)繞有9對二聯(lián)體(doublets)。,纖毛和鞭毛：橫切,纖毛和鞭毛：橫切立體圖,基

11、粒9(3)+0,8.中心粒：是動(dòng)物細(xì)胞具有的細(xì)胞器，位于細(xì)胞核附近，細(xì)胞中心，故名。,由九根稱為動(dòng)力蛋白的微管排列成園筒狀結(jié)構(gòu)，與鞭毛的基粒結(jié)構(gòu)相似，是同源器官。細(xì)胞分裂時(shí)，中心粒先分裂，并移向兩端產(chǎn)生紡錘絲。,9.液泡 單層膜的泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)為含有復(fù)雜物質(zhì)成份的液體，稱細(xì)胞液（溶于水的糖類、單寧、有機(jī)酸、植物堿、色素、鹽類等） 功能： -調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓與膨壓。細(xì)胞液高濃度，保持高滲透壓。 -參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的積累和移動(dòng)。 -具水解酶，參與大分子物質(zhì)更新和降解。 (動(dòng)物細(xì)胞中也有液泡（空泡），由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)泡或高爾基體囊泡形成的不含內(nèi)含物或含內(nèi)含物的大小不等的泡)。,植物細(xì)胞液泡的發(fā)育,（四）細(xì)胞壁：

12、細(xì)胞膜外具有一定硬度和彈性的固體結(jié)構(gòu)。 (1)細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)： * 胞間層 細(xì)胞壁的最外層，位于相鄰兩細(xì)胞之間。 化學(xué)成分為果膠質(zhì)。 具粘性和可塑性，使細(xì)胞相互粘連。 * 初生壁 胞間層的內(nèi)側(cè)。 化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。 壁薄，有彈性，透性好，能隨細(xì)胞生長而生長。 * 次生壁 初生壁內(nèi)側(cè)；細(xì)胞停止生長后形成的細(xì)胞壁層。 化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。 不斷增厚并硬化，成熟時(shí)細(xì)胞原生質(zhì)體消失。,細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)體系,生物膜結(jié)構(gòu)體系 遺傳信息表達(dá)結(jié)構(gòu)體系 細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)體系,動(dòng)物細(xì)胞模式圖,動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞,原核細(xì)胞和真核細(xì)胞比較,細(xì)胞大小,染色體,細(xì)胞核,細(xì)胞器,內(nèi)膜

13、系統(tǒng),細(xì)胞骨架,細(xì)胞分裂,轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯,較小 (1-10m),較大 (10-100m),一條DNA。不與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)。,幾條染色體。與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起。,核區(qū),有核膜和核仁,少,多而結(jié)構(gòu)復(fù)雜,簡單,復(fù)雜,無,微管和微絲,二分體,出芽分裂,有絲分裂,同一時(shí)間和地點(diǎn),不同時(shí)間和地點(diǎn),三、細(xì)胞連接 (cell junction),動(dòng)物細(xì)胞連接： 是指相鄰的動(dòng)物細(xì)胞，在質(zhì)膜上分化出的特殊結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同，細(xì)胞連接可分為緊密連接(tight junction)、橋粒(desmosome)和間隙連接(gap junction)3種。,植物細(xì)胞連接： 稱胞間連絲(plasmodesmata)。是植物細(xì)

14、胞間的獨(dú)特的連接結(jié)構(gòu),橋粒(desmosome),細(xì)胞通過中間纖維錨定到細(xì)胞骨架上， 連接處的質(zhì)膜下方細(xì)胞質(zhì)形成紐扣狀圓盤形斑。 存在于承受強(qiáng)拉力的組織中，如皮膚、口腔、食管、子宮頸等處。,緊密連接(tight junction),相鄰細(xì)胞膜緊密接觸，互相融合，中間沒有空隙。 相鄰細(xì)胞質(zhì)膜中的整合蛋白顆粒對應(yīng)結(jié)合，沿質(zhì)膜排列成脊線。 存在于有腔臟器的腔面上皮細(xì)胞游離緣的相鄰細(xì)胞膜間。主要起封閉作用，防止大分子在細(xì)胞間隙中自由穿行，保證了機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定性。,間隙連接(gap junction),是最多的一種細(xì)胞連接。連接處兩細(xì)胞的并列質(zhì)膜間有23nm的間隙。 在間隙與兩層質(zhì)膜中有大量蛋白質(zhì)

15、顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子（connexon）。 在細(xì)胞間具有重要的通訊功能。,胞間連絲(plasmodesmata)。,胞間連絲是相鄰細(xì)胞穿通細(xì)胞壁的細(xì)胞質(zhì)通路，不是質(zhì)膜結(jié)構(gòu)。 胞間連絲使細(xì)胞的代謝產(chǎn)物能在相鄰細(xì)胞間更迅速地交換。,四、細(xì)胞通訊,細(xì)胞通訊（cell communication）：指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)的過程。 細(xì)胞通訊主要有三種方式： 1 細(xì)胞間隙連接 2 膜表面分子接觸通訊 3 化學(xué)通訊,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）： 指外界信號（如光、電、化學(xué)分子）與細(xì)胞細(xì)胞表面受體作用，通過影響細(xì)胞內(nèi)信使的水平變化，進(jìn)而引起細(xì)胞應(yīng)答