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2013年生物奥赛辅导 细胞生物学


细胞的结构及功能
真核生物的亚显微结构

1.细胞膜(质膜)
(1)质膜的化学组成 磷脂 脂肪酸 甘油 兼性 脂类 分子 磷酸 类固醇 蛋白质
功能多而 复杂的生 物膜蛋白 质比例大

外在性蛋白

与膜的内外表面相连 主要处于水的介质中 嵌入双脂质内部,有的甚至 还穿透膜的内外表面 主要

处于油脂介质中(亲水 性氨基酸和疏水性氨基酸)

内在性蛋白

多糖只存在于膜的外侧,表现出不对称性。

(2)细胞膜的流动性 ? 膜的脂和蛋白质分子的运动性。 ? 膜脂的运动方式: 侧向扩散、伸缩运动、旋转运 动、翻转扩散 随即移动、定向移动、局部扩散 ? 膜蛋白的运动方式:
相对分子质量较大,同时受到细胞骨架的影响。

? 影响膜流动性的因素 ?温度 在一定范围内,膜的流动性与温度呈正相关 ?不饱和脂肪酸含 不饱和脂肪酸由于不饱和键的存在,使分 子间排列疏松无序,增强了膜的流动性。 量 ?长链脂肪酸含量 脂肪酸链增长,链尾相互作用的机会增多,
易于凝集,流动性下降。

?胆固醇的含量 相变温度以上,使得磷脂的脂肪酸链的运动性
减弱;相变温度以下,阻止脂肪酸链的相互作 仅动物细胞膜有。 用,缓解低温引起的膜脂流动性剧烈下降。

(3)细胞膜的功能 ? 分隔、屏障、识别、运输等

(4)物质跨膜运输 ? 单纯扩散、易化扩散、主动运输、胞吞和胞吐

狭义:需要在载体并消耗能量的获取或排出物质的方式 广义:消耗能量的获取或排出物质的方式(包含胞吞和胞吐)

真题1(2011年全国联赛)下列哪些物质跨膜运输方式 属于主动运输
A.钠钾跨膜运输 B.胞吞作用 C.协同运输 D.乙醇跨膜运输 协同运输:一种分子的穿 膜运输依赖于另一种分子 同时或先后穿膜,后者存 在着膜两侧离子的电化学 浓度梯度,它从高浓度到 低浓度的运输可为前者逆 浓度梯度的运输提供能量。 维持这种电化学势的是钠钾泵 (动物)或质子泵(植物)。

ABC

2、细胞内膜系统
在细胞生物学中,把核被膜、内质网、高尔基体、 液泡等看成是功能上连续统一的细胞内膜,被称为 内膜系统。 ①内质网 粗面内质网:大量实验证明,各种分泌蛋白质(如血 浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等)都主 要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。

*核糖体附着的支架; *蛋白质的合成与转运(运输管道); *蛋白质的加工;

滑面内质网:主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。 参与脂类代谢与糖原合成(糖类代谢)。 *脂类代谢与糖类代谢; *分泌功能 *解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。

②高尔基体 两种膜结构,即扁平囊膜和大小不等的小泡组成,扁 平囊膜是高尔基体最富特征性的结构组分。
把由粗面内质网合成并转运来的分泌蛋 ?参与细胞的分泌活动: 白质加工浓缩,形成分泌泡运出细胞 (运输过程中继续加工)。 ?糖基化作用: 含有多种糖基转移酶,能进一步加工、修饰蛋 白质和脂类物质。 标志酶 ?能合成和运输多糖: 与植物细胞壁的形成有关 ?参与形成初级溶酶体

功能:

?将蛋白质水解为活性物质: 将蛋白质的N端或者C端切除, 使之成为有活性的物质

③溶酶体: 异质性细胞器

是指在不同生物及不同发育阶段,该细胞器的形态、 大小, 甚至所含有酶的种类都有很大的不同,如溶酶 体、过氧化物酶体
富含酸性水解酶,在生活细胞中高度稳定。 这种稳定性与膜的结构有关: 膜上嵌有质子运输泵,将H+泵入溶酶体内; 膜上有Cl-离子通道蛋白,可向溶酶体中运输Cl两种蛋白质作用下,等于向溶酶体内运输了HCl,因 此可维持酸性环境。

③溶酶体: 初级溶酶体: 高尔基体囊的边缘膨大而出来的泡状结构 类型
各种酶还没有开始消化作用,处于潜伏状态

次级溶酶体: 吞噬泡和初级溶酶体融合的产物
(异体吞噬泡和自体吞噬泡)

功能:?自体吞噬作用:消化衰老的细胞器。
? 异体吞噬作用:吞噬内吞作用提供的营养物质,以 及一些有害物质。

?第三个作用是自溶作用。使整个细胞被酶水解、消 化,甚至死亡,发生细胞自溶。
?注意:植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶,具 有溶酶体同样的作用。

④液泡: ?形态: 幼小的植物细胞(分生组织细胞),具有许 多小而分散的液泡;细胞生长过程,小液泡 合并,成熟时在细胞中形成一个大的中央液 泡(成熟的植物生活细胞的显著特征) ?内含物: 糖、蛋白质、磷脂、单宁、有机酸、植物碱、 色素和盐类等 ?功能:调节细胞渗透压; 维持细胞内水分平衡;

积累和储存养料及多种代谢产物;

3、线粒体
外膜:为一个单位膜,膜中蛋白质与脂类含 量几乎均等,标记酶—单胺氧化酶 ①结构 内膜: 单位膜,膜蛋白质占膜的80%,有嵴 和基粒,标记酶—细胞色素氧化酶 膜间隙: 无定形物:可溶性酶、反应底物、 辅助因子 ,标记酶—腺苷酸激酶 基质: 含有脂类、蛋白质、核糖体、RNA 及DNA ,标记酶—苹果酸脱氢酶 的丙酮酸,进一步氧化产生能量,并将能量 储藏在ATP的高能磷酸键中。ATP供细胞其 他生理活动时能量的需要。

②功能: 细胞呼吸的中心。能将细胞质中糖酵解产生

③线粒体DNA
线粒体中的DNA通常与内膜结合存在,呈环状,和细 菌DNA相似。线粒体内有DNA聚合酶,按半保留方式 进行复制的,时间与核DNA不同,一般是在核DNA进 行复制后,在核分裂前(G2)期,线粒体DNA进行 复制,随后线粒体分裂。 线粒体的起源:
内共生假说:来源于细菌,是被原始的前真核生物吞噬的细 菌。吞噬后两者共生,经长期的演化变成了线粒体。 分化假说:线粒体的发生是由于质膜的内陷,再经过分化 后形成的。

三羧酸循环和呼吸链

4、质体 包括叶绿体、有色体、白色体,植物体特有。
植物细胞中由双层膜包围的具有光合作用和贮藏功能的细胞器

白色体:存 在于贮藏组 织细胞,积 累淀粉或蛋 白质。 光照下可变成 叶绿体。

有色体:含有叶黄素和胡萝卜素,存在于花瓣和 果实中,主要积累淀粉和脂类。

叶绿体 ?蓝藻的类囊体是分布在细胞内, 特别是分散在细胞的周边部位。 ?光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进 行的。这种内膜呈小泡状或扁囊状,分布于细胞周围, 称为载色体。 ?叶绿体中的DNA含量比线粒体多。

? 其DNA也是呈双链环状,不与组蛋白结合,能以半保留 方式进行复制。有自己完整的蛋白质合成系统。

?叶绿体同线粒体一样,其生长与增殖受核基因及其自 身基因两套遗传系统控制,称为半自主性细胞器。

5、核糖体 主要成分:蛋白质(40%)与rRNA(60%) 由大小两个亚基组成。 活性部位: A部位(氨基酸部位或受位):主要在大亚基上,是接 受氨酰基-tRNA的部位。

P部位(肽基部位或供位):主要在小亚基上,是释放 tRNA的部位。 肽基转移酶部位:在大亚基上,催化氨基酸间形成肽键, 使肽链延长。
GTP酶部位(G因子):催化肽键从供体转移到受体。

5、核糖体 种类: 70S型:小亚单位为30S,大亚单位为50S 沉降 (原核细胞及叶绿体、线粒体基质中) 系数 80S型: 小亚单位为40S,大亚单位60S
(真核细胞质)

存在部位: 细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体 附着形式: 游离核糖体、附着核糖体 形成: 真核生物核糖体的大小亚基是在细胞核内合成的。 功能:核糖体是蛋白质合成的场所。因此核糖体是细胞 不可缺少的基本结构,存在于所有细胞中。 游离核糖体:胞内蛋白 附着核糖体:胞外蛋白

6、过氧化物酶体 又称微体 ?过氧化物酶体是由一层单位膜包裹的囊泡。 ?不属于内膜系统的细胞器。 标志酶 ?特点: 含有丰富的氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶

?功能:
*使毒性物质失活:过氧化氢酶利用过氧化氢氧化各 种底物,如酚、甲醛、乙醇等,使这些有毒的物质变 成无毒性的物质,同时也使H2O2进一步转变成无毒的 H2O。 *含氮物质的代谢

7.细胞核
真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质。 (1)核膜:离子、小分子可以通过核膜。球蛋白、清蛋白
等高分子则不能通过核膜,要由核孔通过。

(2)染色质:核小体是构成染色质的基本单位,核小体是
DNA与组蛋白结合形成的。

染色质的成分还包括少量的RNA和非组蛋白。 非组蛋白主要包括各种酶(连接酶、转录酶)以及少 量结构蛋白,它们能帮助DNA分子折叠。

(3)核仁:rRNA合成及核糖体亚单位前体组装的场
所,与核糖体的生物发生密切相关。

(4)核基质

①成分: 植物细胞:主要是纤维素和果胶 细菌:主要是肽聚糖(合成肽聚糖是原核生物特有的能力) 真菌:主要是几丁质 注意:次生壁只在植物体的部分细 ②结构(植物细胞):胞有。如纤维细胞和石细胞。 胞间层: 细胞分裂产生新细胞时形成,是相邻两个 细胞间共有的薄膜,主要成分是果胶质。 初生壁: 分裂末期胞间层形成后,原生质体分泌纤 维素、半纤维素和少量果胶质形成。 次生壁: 细胞停止生长后,原生质体继续分泌纤维 素和其他物质,增添于初生壁内侧,使壁 加厚。

8.细胞壁

9.细胞骨架系统
(1)细胞膜骨架

蛋白质纤维构成的网架体系

既与膜蛋白结合,又能与细胞质 骨架相连,主要维持细胞质膜的 形态,并协助细胞膜完成某些生 理功能。

(2)细胞核骨架
核骨架包括了核基质、核纤层和核孔复合体等。核基质为 DNA复制提供空间支架,对DNA超螺旋化的稳定起重要 作用。核纤层为核膜及染色质提供结构支架。

(3)细胞质骨架 微管、微丝、中间纤维组成 微管: 构成微管的主要成分是微管蛋白。这种蛋白既 具有运动功能又具有ATP酶的作用,使ATP水解, 获得运动所需的能量。微管起细胞骨架的作用。 纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管聚集 而成,细胞分裂时出现的纺锤丝也是由微管组成。

微丝: 微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白,这是肌纤 维的运动蛋白。 细胞质的流动、变形运动等都和微丝的活动有关。 动物细胞分裂时中央发生横缢,也由微丝收缩而 产生。有的微丝主要起支架作用,与维持细胞的 形状有关。

(3)细胞质骨架

中间纤维: 粗细介于微管和微丝之间,由蛋白质组成
中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系, 细胞起支撑作用。

中间纤维外连细胞膜,内与核内的核纤层相通,它在 细胞内信息传递过程中可能起重要作用。

(4)鞭毛和纤毛 ?鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特 化结构,具有运动功能。 ?纤毛与鞭毛结构基本相同,包括 两部分:鞭杆、基体。
鞭杆轴心是由“9+2”排列的一束微管 构成(一对平行中央微管及9个二联体 微管)。
基体则无中央微管,外周由9个三联体 微管组成,呈“9+0”结构。这与中心 粒的相同。

10、细胞增殖 ①有丝分裂 ?分裂间期(包括G1、S、G2三个时期)
G1期:生长期,进行着一些物质的合成,合成DNA的前身 物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系,以 及储备能量。 S期:细胞增殖的关键时刻,最主要的特征是DNA的合成。 通常只要DNA的合成一开始,细胞增殖活动就会进行下去, 直到分成两个子细胞。 G2期: “有丝分裂准备期”,主要为后面的分裂期作准 备。DNA的合成终止,但还有RNA和蛋白质的合成,为分 裂期纺锤体微管的组装提供原料。 ?分裂期(M期) 包括前、中、后、末四个时期(连续)。

②减数分裂 包括减数分裂前间期和两次分裂 ?减数分裂前间期: 包括G1、S、G2,但S期较长 ?第一次分裂:(重要过程主要在减Ⅰ,特别是前期Ⅰ)

?前期Ⅰ: 细线期 染色体虽已复制,但一般看不出两条染色单体。
偶线期 同源染色体配对的时期 粗线期 染色体缩短变粗,联会的同源染色体紧密结合,
同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换。

双线期 联会的两条同源染色体开始分离,但在交叉点上
保持连在一起,所以两条染色体并不完全分开。

终变期 一般核仁开始消失、核膜开始解体。

?中期Ⅰ ?后期Ⅰ ?末期Ⅰ ?减数第二次分裂间期:很短,且并不进行DNA合成。 因而也不进行染色体的复制。在有些生物甚至没有这 个间期,而由末期Ⅰ直接转为前期Ⅱ。 ?第二次分裂 第二次减数分裂基本上与普通有丝分裂相同。前期Ⅱ 时间较短。

③无丝分裂 在无丝分裂中,核膜和核仁都不消失,没有染色体的 出现,当然也就看不到染色体的规律性变化。 但是,这并不说明染色质没有变化,实际上染色质也 要进行复制,并且细胞要增大。当细胞核体积增大一 倍时,细胞核就发生分裂,核中的遗传物质就分配到 子细胞中去。至于核中的遗传物质DNA是如何分配的, 还待进一步研究。


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