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2017细胞生物 第二讲


第二讲 、 细胞的结构及功能

? 一、细胞是生命活动的基本单位 ? 二、原核细胞与真核细胞,动物细胞与植 物细胞的比较

?
?

真核细胞的基本结构体系

真核细胞结构比原核细胞复杂,在同一个多细胞 体内,功能不同的细胞,其形态结构也有不同。真核 细胞内由膜间隔形成了许多功能区。最明

显的是细胞 含有由膜围成的细胞核,另外还有由膜围成的细胞器, 如线粒体、叶绿体,内质网、高尔基体、溶酶体等。 其中核膜、内质网、高尔基体、溶酶体等在结构上形 成了一个连续的体系,称为内膜系统。

?

内膜系统将细胞质分隔成了一些区间,即所谓的 分区化。分区化是细胞进化高等的特征,它使细胞的代谢活

动比原核细胞大为提高,如:线粒体则承担了氧化磷酸化作用, 叶绿体则承担了光合作用的特殊功能。

三、 细胞质膜与细胞表面特化结构
细胞质膜(plasma membrane),包在细胞外面,所以又称细胞膜(cell

membrane)、质膜。它不仅是区分细胞内部与周围环境的动态屏障,更是
细胞物质、能量交换和信息传递中起决定性作用。质膜和细胞内膜在起源、 结构和化学组成的等方面具有相似性,故总称为生物膜(biomembrane)。 物质运输、信息传递、细胞运动等活动都与膜的作用有密切的关系。质膜是 细胞通向外界的门户。

生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础,细胞的能量转换、蛋白质合成、

(一)细胞质膜的化学组成
? 蛋白质:20-70% ? 脂 类:30-70% ? 糖 类:10%

7.5nm的膜结构

(二)结构模型

(1)脂双分子层是细胞膜的主要结构支架,具有极性头部和非极 性尾部的磷脂分子以疏水性尾部相对,极性头部朝向水相;(2) 膜蛋白为球蛋白,分布于脂双层表面或镶嵌脂分子中,有的甚至横 跨整个脂双层;(3)在膜的两侧脂分子的分布,蛋白质分子的分 布与性质是不相同的,即具有不对称性;(4)膜结构中蛋白质分 子和脂类分子都能运动,具有流动性。 细胞膜的流动镶嵌模型

(三)膜脂——生物膜的基本组成成分
?磷脂:膜脂的基本成分(50%以上、脂双层的主要脂质)

主要特征: ①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链);

②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成;
③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸);

?糖脂:糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(5%以下),神经细胞糖脂

含量较高;
?胆固醇:胆固醇分子也是极性分子(30%以下), 只存在于动物细胞、酵母 菌、支原体;细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞膜中一般没有胆固醇;助于

增加膜的稳定性,可调节膜的流动性,使膜的流动性不至于在温度降低时而
下降。

(四)膜蛋白基本类型
?外在(外周)膜蛋白

? 水溶性蛋白 , 靠离子键或其它弱键与 膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头 部非共价结合,易分离 , 主要处于水的 介质中,组成这类蛋白质的氨基酸中, 疏水性氨基酸含量与亲水性氨基酸含量 大体相当。
?内在(整合)膜蛋白 ? ?水不溶性蛋白,嵌入脂双层中的蛋白 质或横跨脂双层的蛋白质叫内在性蛋白, 大多是两端都带有极性的,因而形成跨膜 螺旋,与膜结合紧密,有些内在性蛋白疏 水性氨基酸含量显著多于亲水性氨基酸。 (需用去垢剂分离) ?脂质锚定蛋白 ? 通过磷脂或脂肪酸锚定,共价结合。

膜内在蛋白

膜周边蛋白

脂分子或糖脂 连接的膜蛋白

(五)生物膜结构的特征
?膜的流动性:生物膜的基本特征之一,
膜脂的运动方式主要有侧向扩散、旋转运动、左右摆动以及翻转运动等 ;

不饱和脂肪酸越多,脂肪酸链越短,膜脂流动性越大 ;温度下降,膜脂的流动
性减弱;胆固醇含量的增加,可增加膜脂的有序性,降低膜脂的流动性。卵磷 脂与鞘磷脂的比值越高,膜脂的流动性越大 . 膜蛋白质分子的运动分为侧向扩散和旋转运动. 细胞进行生命活动的必要条件。

?膜的不对称性:
膜脂与糖脂的不对称性:

膜脂中的不饱和脂肪酸和固醇在膜的外侧较多
糖脂仅存在于质膜的ES(细胞外表面)面,是完成其生理功能的结构基础 膜蛋白与糖蛋白的不对称性 :

膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性;
糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面;

膜脂的运动方式
?沿膜平面的侧向运动 (基本运动方式)
?脂分子围绕轴心的自旋 运动;
?脂分子尾部的摆动; ?双层脂分子之间的翻转

运动,发生频率还不
到脂分子侧向交换频 率的 10 - 10 。但在内质 网膜上 , 新合成的磷脂 分子翻转运动发生频 率很高。?

各种成分的生理功能
脂质:决定了膜的稳定性和流动性 蛋白质:物质转运、传递信息、催化作用、标志作用 糖类:细胞和蛋白质的“标记”

抗原性 受体的可识别部分

功能

质膜与物质运输

活细胞是一个开放性的结构体系,它要进行各种生命活 动,就必然要同环境发生物质交换关系。质膜是细胞与环境 相互作用的前沿结构,质膜不仅是细胞的一面“墙”,而更 重要的是细胞的“大门”,物质进出细胞都要通过这重大门。 物质经过质膜进出细胞的运输活动有两种方式,一种是大分 子和颗粒物质的膜泡运输;另一种是离子和小分子的穿膜运 吞噬作用:固体颗粒 输。
内吞作用 I. 膜泡 (原生动物、白细胞、巨噬细胞) 胞饮作用:液体 (白细胞、肾细胞、植物细胞)

运输: 外排作用

与内吞作用相反,有些物质通过形成小泡从细胞内部逐步移到细胞表面,与质 膜融合而把物质向外排出。这种运送方式称为外排作用。分泌蛋白颗粒就是通 过这种方式排出体外的。内吞作用和外排作用与其他主动运输一样也需要能量 供应。如果氧化酸化作用被抑制,那么吞噬作用应就会被阻止;如果分泌细胞 中的ATP合成受阻,则外排作用也不能继续进行。

出胞(胞吐)和入胞(胞吞)?









II.

离子、小分子的穿膜运输

(被动运输、主动运输)

1、被动运输:是指物质顺浓度梯度的穿膜运输。不消耗 细胞本身的代谢能,又可因是否有运输蛋白的协助,而分 为自由扩散 和协助扩散 (1)自由扩散指物质顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输的方式。也
叫简单扩散、单纯扩散。既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋白协 助。一般来说,影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身 分子大小(φ小于1.0nm)、物质极性大小、膜两侧物质的浓度差及环 境温度等。 由于膜主要由类脂和蛋白质组成,双层类脂分子构成 质膜的基本骨架,所以物质通过膜的扩散和它的脂溶性程度有直接

关系。大量实验证明,许多物质通过膜的扩散都和它们在脂肪中的
溶解度成正比。 水几乎是不溶于脂的,但它经常能够迅速通过细胞膜。有人推

测膜上有许多小孔(或膜脂运动产生的间隙),膜蛋白的亲水基团
嵌在小孔表面,因此水可通过质膜自由进出细胞。

[定义]
在生物体系中,脂溶性物质由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧

顺浓度差的跨细胞膜的转运称为单纯扩散(Simple Diffusion)。

O2、CO2、 N2、乙醇、

② 促进扩散 :也叫易化扩散,也是一种顺浓度梯度的运动,但扩散是
通过镶嵌在质膜上的蛋白质的协助来进行的。有实验说明,K+不能 通过磷脂双分子层的人工膜,但如在人工膜中加入少量缬氨霉素时, K+便可通过。缬氨霉素是一种多肽,是含有十二个氨基酸的脂溶性 抗生素。缬氨霉素和K+有特异的亲和力,在它的帮助下K+可以透过 膜由高浓度处向低浓度处扩散。缬氨霉素就相当于质膜中起载体作用 的蛋白质。葡萄糖过红细胞膜进入细胞的过程也是以这种促进扩散的 方式进行的。但葡萄糖通过膜进入细胞的过程,特别是在小肠上皮细 胞,往往是以主动运输方式进行的。

协助扩散特征:
?转运速率高 ?存在最大转运速率 ?膜转运蛋白: 1.载体蛋白——通透酶性质;介导被动运输与主动运输. 2.通道蛋白——不需与溶质分子结合,形成亲水通道 允许水及一定大小的带电荷离子通过。 (水通道、离子通道) 特征:1).离子通道具有离子选择性,转运速率高; 2).离子通道是门控的; 3).只介导被动运输. 类型: 电压门通道 配体门通道 压力激活通道

(二)易化扩散? (二)易化扩散
某些非脂溶性或脂溶性较小的物质,在特殊蛋白 的“协助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的 过程,称为易化扩散(Facilitated Diffusion)。

[类型]
载体介导的易化扩散(葡萄糖、氨基酸) 通道介导的易化扩散(K+、Na+、Ca2+、Cl-)

载 体 介 导 的 易 化 扩 散

[特点]? (1)结构特异性? (2)饱和现象 (3)竞争性抑制

X物质的扩散通量

膜两侧X物质的浓度差

载体介导的易化扩散

离子通道和细胞膜的通透性

某种离子的通透性加大,实际就是膜中与该离子有关的通道开 放数目增多的结果。

通道蛋白

通道蛋白质 的三种状态: 关闭(备用) 开放(激活) 失活
电压门控通道: Na+通道
化学门控通道:N2-Ach受体

外表面

细胞膜

内表面

闸 门 分 子

机械门控通道:内耳毛细胞

通道蛋白的闸门控制模式图

河豚毒素 四乙铵 维拉帕米

阻断
阻断

Na+通道 K+通道 Ca2+通道?

阻断

(自由)单纯扩散

(协助)易化扩散

被动转运

(三)主动转运? 概念:
细胞通过本身的耗能过程,在细胞膜上特 殊蛋白质(泵)的协助下,将某些物质分子或 离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过 程,称为主动转运(Active Transport)。?

主动转运的类型?
1、 原发性主动转运(Primary Active Transport) 是指直接利用ATP的能量逆浓度差和电位差对离子 进行的主动转运过程。

原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式,除 钠泵外,还有Ca2+ 泵(或称Ca2+-Mg2+?依赖式ATP酶)、 H+泵(质子泵)和碘泵等。

膜外

膜内

Na+ ↑

K+ ↑

Na+泵的主动转运

Cell membrane

钠泵特点:
2

1.胞内Na+↑
胞外K+↑ 2. Na+泵出和K+ 泵入耦联 3.生电性泵

钠泵活动↑
3

Inside cell

Outside cell

钠泵(Na+-K+-ATP酶)

钠泵活动的生理意义:
①由钠泵形成的细胞内高K+,是许多代谢反应进行的必需条件。 ②维持细胞正常的渗透压与形态。 ③它能够建立起一种势能贮备。这种势能贮备是可兴奋组织具有兴

奋性的基础,这也是一些营养物质(如葡萄糖、氨基酸)逆浓度
差跨膜转运的能量来源。

2、(协同)继发性主动转运(Secondary Active Transport)

物质逆浓度梯度转运所需的能量不是直接来自 ATP或其他供 能物质分解,而是来自膜外Na+的高势能。

A

葡萄糖的继发性 主动转运

B

C

D

●特点:逆梯度(浓度、电化学)、能量消耗、膜转运 蛋白
●类型:

间接供能

ATP直接供能

光能驱动

小结
自由扩散 浓 度 载 体 能 量 高→低 不需要 不消耗

物质出入细胞的方式
协助扩散 高→低 需要载体协助 不消耗 主动运输 低→高 需要载体协助 消耗

类 例

水、脂溶性 物质

葡萄糖进入红 细胞

无机离子、氨基酸进 入细胞

此外,一些大分子物质或物质团块,还可以通过内吞和外 排的方式进出细胞。

(2008年)62.以下对生物膜“流动镶嵌模型”描述正确的是 ( ) A.脂膜由脂双层构成,内外表面各有一层球状蛋白质分子 B.脂膜由脂双层构成,中间有一层蛋白质分子 C.脂膜由脂双层构成,蛋白质以不连续的颗粒形式嵌入脂层, 脂分子可以移动,蛋白质不能移动 D.脂膜由脂双层构成,蛋白质以不连续的颗粒形式嵌入脂层, 脂分子和蛋白质均呈流动状态

(2009年)69.下列有关物质转运的说法,哪项是不正确的? A.Na+可通过主动运输跨膜 B.骨骼肌舒张时,胞质内Ca2+通过主动转运进入肌质网 C.肾小管上皮细胞通过主动转运吸收葡萄糖 D.葡萄糖通过主动转运进入红细胞

胶原

蛋白聚糖

细胞外基质
?结构组成: 指分布于细胞外空间, 由细胞 分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构 ?主要功能: ?构成支持细胞的框架,负责组 织的构建; ?胞外基质三维结构及成份的变 化,改变细胞微环境从而对细胞 形态、生长、分裂、分化和凋 亡 起重要的调控作用。 ?胞外基质的信号功能

真核细胞的细胞外结构
生物种类 细胞外 结构 动 物 细胞外 细 胞 基质 结构纤维 粘连分子 及基质 组分 胶原 蛋白聚糖 纤粘连蛋白 弹性蛋白 糖胺聚糖 层粘连蛋白

植 细

物 胞

细胞壁

纤维素

半纤维素 伸展蛋白

果胶质

?胶原是胞外基质最基本结构成份之一,动物体内含量最丰 富的蛋白(总量的30%以上)。

(2)细胞膜与细胞连接:
封闭连接、锚定连接、通讯连接(包括间隙连接、神经细胞 间的化学突触、植物细胞中的胞间连丝)

①封闭连接(紧密连接是典型 的代表) (2008年)64.小肠上皮细 胞间的哪种结构能够防止营养 物质从细胞间隙进入血液( ) A.桥粒 B.紧密连接 C.间隙连接 D.胞间连丝

粘着带和粘着斑(肌动蛋白纤维)

细胞联结

四、植物细胞壁
植物细胞壁的组成
?纤维素分子?纤维素微原纤维(microfibril),
?为细胞壁提供了抗张强度

?半纤维素(hemicellulose): 木糖、半乳糖和葡萄糖 等组成的高度分支的多糖
?介导微原纤维彼此连接或介导微原纤维与其 它基质成分(果胶质)连接

?果胶质(pectin):含有大量携带负电荷的糖,结合 Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶,,参与中胶层形成. ?果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。? ?伸展蛋白(extensin):糖蛋白,在初生壁中含量可多达15%, 糖的总量约占65%。 ?木质素(lignin):由酚残基形成的水不溶性多聚体。
?参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增 加了细胞壁的强度与抗降解

?植物细胞壁的功能:
?增加细胞强度,提供支持、保护功能。 ?信息储存库的功能: 产生多种寡糖作为信号物质,当病原体入侵时诱导植

物产生抗毒素杀死病原体 ;或作为细胞生长和发育的信号
物质。

细胞外被(糖被)和细胞壁 动物细胞有细胞外被(糖萼、糖被),是细胞膜外表面的 糖类物质的总称,在细胞识别等方面起重要作用。
(2009年)42.青霉素对人体无毒性是因为: A.细胞膜表面无青霉素受体 B.细胞能产生分解青霉素的酶 C.青霉素不能通过细胞膜 D.细胞无细胞壁结构

植物细胞有细胞壁:胞间层、初生壁、次生壁 ;保护 并支持细胞及整个植物体

五 、细胞内膜系统
?细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细 胞器或细胞结构。主要包括核膜、内质网和高尔基复合体三大部分。溶 酶体和分泌泡均可看作是它的衍生物。而线粒体和叶绿体虽然也是由膜 构成的细胞器,但它们含有自身的 DNA ,其功能活动和装配要受到核 DNA和其自身DNA的共同调控,是一类半自主性的细胞器;而内膜系统 则不含有DNA,其功能活动和装配完全要受到核 DNA控制。此外,各种 内膜之间可通过出芽和融合的方式进行交流,而线粒体和叶绿体不参加 这种方式的交流。因此,线粒体和叶绿体不属于内膜系统。
内膜系统是真核细胞完成各种复杂生命活动所必须的基本结构。也 是不同于原核细胞的重要特征。真核细胞中,内膜系统大体上可把细胞 质分隔为两大区域,即为内膜系统所包围的腔区和细胞质基质区,因而 也使每一层膜的两个面又有腔面和胞质面之分。内膜系统中的各种成分 又分为更加精细的区域,从而使细胞质出现了高度分区化。

?真核细胞细胞内的区域化(compartmentalization):

溶酶体 运输 小泡

早期 内体 晚期 内体

分泌小泡

微体

?细胞内的膜相结构----细胞器(organelles)。

内吞体 过氧化 物酶体

细胞质基质 溶酶体 高尔基复合体 线粒体

糙面内质网
游离多 核糖体 细胞核 质膜

一个动物细胞模式图

(二) 、 在内膜系统中,无论是在结构是还是在功能上,内质网 都占据了中心地位。内质网是由单层单位膜围成的管状成扁平 囊状的封闭管道系统,膜厚约5-6nm,按其胞质面是否结合有 核糖体又分为粗面内质网和滑面内质网。内质网在蛋白质的合 成与修饰、膜的形成等方面具有重要功能。包围核的膜是由内 外两层单位膜构成的膜系统,称为核膜,每层膜厚约7-8nm。 外层核膜的胞质面上也附着有核糖体,且与粗面内质网相连接。 核膜上有核孔。高尔基体是由单层滑面膜围成的扁平囊状和泡 状结构组成的封闭管道系统,膜上无核糖体,因此,不能合成 蛋白质。高尔基体表现为一定的极性,形状犹如一个圆盘,盘 底向着核或内质网一侧凸出,而盘面凹向着细胞膜一侧。凸面 称形成面,凹面称成熟面。形成面的膜较薄,与内质网相似 ( 6nm ),成熟面的膜较厚,与质膜相似( 10nm )。此外, 在膜的化学组成上亦介于内质网与细胞膜之间。 作为内膜系统的产物,溶酶体和微体也是由单层单位膜围 成的封闭的泡状结构。

1、内质网(ER)的形态、结构 内质网是细胞质中由膜围成的管状或扁平囊状的结 构,互相连通成网。内质网向内与核膜的外膜相通, 核周腔实际就是内质网腔的一部分,向外连质膜(细 胞膜),这一结构特点为细胞内物质的运输提供了通 道。 内质网根据不同的形态结构,可分为两种类型: 一种是粗面内质网(rER),其结构特点是由扁平囊 状结构组成,膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实 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。 还有种内质网是滑面内质网(sER),多由小管与小 囊构成不规则的网状结构,膜表面光滑,无核糖体颗 粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。

2、内质网的功能:
*蛋白质的合成与转运(粗面内质网);

*蛋白质的修饰加工(如糖基化);
*脂质的合成(滑面内质网); *解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。

分泌蛋白;整合膜蛋白;内膜系 统各种细胞器内的可溶性蛋白(需要 隔离或修饰)内质网上核糖体合成。 其它的多肽是在细胞质基质中“游 离”核糖体上合成的: 包括细胞质基质中的驻留蛋白、质 膜外周蛋白、核输入 蛋白、转运到线 粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白 注意:细胞中蛋白质都是在核糖体上 合成的,并都是起始于细胞质基质中“ 游离”核糖体。

分泌蛋白合成的模型---信号假说

?信号假说内容 ?指导因子: 蛋白质N-端的信号肽(16-26个氨基酸残基序列) ?信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP) ?信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白docking protein,DP)等

sER的功能
? 类固醇激素的合成(生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质) ? 肝的解毒作用 ? 肝细胞葡萄糖的释放 含有葡萄糖-6-磷酸酶,可使葡萄糖-6-磷酸脱去磷酸, 变成葡萄糖。滑面内质网胞质面上附着许多糖原小颗粒,需 能时,糖原在激素的调节下降解为葡萄糖-1-磷酸,再转化 为葡萄糖-6-磷酸 。 ? 储存钙离子:肌质网膜上(肌细胞内的滑面内质网)的 Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中 ? ER合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇)。 有许多脂类合成有关的酶

(三)核糖体(ribosome)
?核糖体的类型与结构

?多聚核糖体与蛋白质的合成

蛋白质的修饰与加工
修饰加工:糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等

?糖基化发生在ER腔面
?酰基化发生在ER的细胞质基质侧 新生肽的折叠组装:非还原性的内腔,易于二硫键形成; ? 正确折叠涉及驻留蛋白:蛋白二硫键异构酶可以切断二 硫键,帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折 叠的状态。 ? 结合蛋白 :识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单 位,并促进重新折叠与装配。

1、 核糖体的类型与结构
核糖体是合成蛋白质的细胞器,其唯一的功能是按照mRNA 的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。分布:原核细胞、 真核细胞、线粒体、叶绿体内的颗粒状结构,是无膜的细胞器。

?核糖体的基本类型与成分 ?核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) ?基本类型 ?附着核糖体 ?游离核糖体 小亚单位:30S (16SRNA+21种蛋白质) ?70S的核糖体
(原核细胞及叶绿 体和线粒体)

大亚单位:50S (23SRNA+5SRNA+
31种蛋白质)

?80S的核糖体 (真核细胞)

小亚单位:40S (18SRNA+33种蛋白质) 大亚单位:60S
(28S、5.8S和5S RNA+ 49种蛋白质)

?主要成分

?r蛋白质:40%,核糖体表面 ?rRNA: 60%,,核糖体内部

二者靠非共 价键结合

2、核糖体的结构

旋转90°侧面观

3、多聚核糖体
?概念:核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能,而是由多个甚至 几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成, 这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为

多聚核糖体。
?多聚核糖体的生物学意义 ?细胞内各种多肽的合成,不论其分子量的大小或是mRNA的

长短如何,单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。
?以多聚核糖体的形式进行多肽合成,对mRNA的利用及对其浓 度的调控更为经济和有效。

(四)

高尔基体

? 高尔基体的形态结构 ? 高尔基体的功能

1、高尔基体复合体的形态结构
?高尔基复合体

? 1898年最初在神经细胞发现这种细胞器,以发明者的名字命名, 称高尔基体或高尔基器。其主要成分是脂类、蛋白质及多糖物 质组成。其标志酶为糖基转移酶。 ? 在电镜下可见高尔基体是一摞封闭的紧密叠置在一起的由滑面 膜围成的扁囊状和泡状结构组成的。膜上无核糖体,因此它不 能合成蛋白质。
反面 顺面

?高尔基体时有极性的细胞器
它的形状犹如一个圆盘,盘底向着 核膜或内质网一侧凸出。
?扁囊弯曲成凸面 又称形成面(forming face)或顺面 (cis face) ?面向质膜的凹面 又称成熟面(mature face)或反面 (trans face) 形成面的膜较薄,与内质网膜似, 成熟面的膜较厚,与质膜相似。 有的细胞中只有一个高尔基体,在原生生 物、无脊椎动物、高等植物的细胞中往 往有多个分散的高尔基体,相互连接成 网状,便是高尔基复合体。
单个高尔基囊泡的电镜照片

2、高尔基体的功能
高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部的运 输系统,它把来自内质网合成并转运来的多种蛋白质加工、 分类、浓缩包装,通过高尔基小泡运到细胞特定部位或分泌 到细胞外。高尔基体对蛋白质的分类,依据的是蛋白质上的 信号肽或信号斑。

与分泌物形成有关。

高尔基体的第二个重要功能是能合成和分泌多种多糖,如植物 细胞含有的半纤维素、果胶质等的细胞壁物质是在高尔基体上进行 加工和包装,这可能与植物细胞壁的形成有关。

高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。
第三个方面就是糖基化作用(最主要的是O-连接糖基化 ), 即 高尔基体中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。

第四将蛋白水解为活性物质,如将蛋白质N端或C端切除,成为 有活性的物质(胰岛素、胰高血糖素、血清蛋白)
关于高尔基体的发生,倾向于认为它是由内质网转变来的。

(五)

溶酶体

溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕

、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器,直接由高尔基体产生
的膜泡以出芽方式形成。其主要功能是进行细胞内的消化作用。

? 溶酶体的结构类型

? 溶酶体的功能

1、溶酶体的特征:
? 富含水解酶(60多种),包括蛋白酶、核酸酶、酯酶、磷酯酶、糖苷酶、 磷酸酶等,可将蛋白质、核酸、糖类和脂类等大分子水解成为性别所能

利用的小分子。这些酶的最适PH为3.5-5.5,因而称为酸性水解酶。
? 溶酶体的标志酶:酸性磷酸酶(acid phosphatase) ? 膜嵌有质子泵,形成和维持溶酶体中酸性的内环境 ? 膜具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运; ? 膜蛋白高度糖基化,可能有利于防止自身膜蛋白的降解。 ? 溶酶体内含有不同的酶组合。

2、 大小与形态:球形、卵圆形,φ 0.2-0.8μm,平均大小在0.5 μm左
右。

3、分布:普遍存在于动物细胞中。植物中没有单独存 在的溶酶体,植物和真
菌细胞中的液泡起着溶酶体的作用。细菌细胞中也没有溶酶体,但 有的细菌细胞在其细胞壁与质膜之间的质周隙中含有水解酶,因而 质周隙起 着类似于溶酶体的作用。

4、类型(生理状态不同划分)
?初级溶酶体,它是由高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结构,因此它本质上
是分泌泡的一种,所含的酶由核糖体合 成转运到高尔基体的,其中的水解酶没有活性,处于潜伏状态。 ?次级溶酶体,是吞噬泡和初级溶酶体融合的产物,是正在进行消化的溶酶体。 ?自噬溶酶体 ? 异噬溶酶体 ?残余小体,又称后溶酶体。次级溶酶 体在消化不掉的物质残留在溶酶体内,就形

成残余小体。
溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小,执行不同生 理功能的一类异质性的细胞器 。

5、溶酶体的功能
?参与细胞内的正常消化作用:单细胞真核生物利用溶酶体的消化食物;
在饥饿状态下,为了保证细胞进行正常的生理活动,溶酶体甚至可以 降解自身的生物大分子。

? 自体吞噬作用。 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,溶酶体可以消化细胞内衰老的细胞器,其降解的产物重 新被细胞利用。自噬现象是真核细胞中进行细胞成分更新和转化的基

本特性,清除多余的细胞器还有利于细胞的代谢和生存。溶酶体还能
清除暂时不需要的酶或某些代谢产物。-----“细胞内的清洁工” ? 防御功能(病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬 病 原 , 并 将其送至溶酶体进行消化降解,杀死有害物,保护机体不受感染或致 病。)

?自溶作用。在一定条件下,溶酶体膜破裂,其内的水解酶释放到细胞质
中,从而使整个细胞被酶水解、消化,甚至死亡,发生细胞自溶。细胞自 溶在个体正常发生过程中有重要作用。如无尾两栖类尾巴的消失等。 注意:溶酶体的活动受到严格的调控,在正常生理条件下,溶酶体不会对

细胞的生存构成威胁,是因为:①构成溶酶体膜的蛋白质高度糖基化,可
抵御水解酶的降解,不会轻易破裂;②溶酶体酶的活性的最适PH为3.5— 5.5,而胞质溶胶的PH为7.2,溶酶体酶一旦离开溶酶体进入细胞质基质,

活性即丧失。

?受精过程中的精子的顶体(acrosome)反应。
在动物精子的头部顶端的质膜内有一个有膜包围的囊状 结构,称为顶体。 顶体实为一特化的溶酶体,它含有多种水解酶,如顶体蛋白、透明质酸 酶、神经氨酸酶、酸性磷酸酶和蛋白酶等。精子的头部顶端一旦接触到

卵子外被,顶体膜便与质膜融合,释放出水解酶,溶解卵细胞的外被及
滤泡细胞,产生孔道,使精子进入卵细胞。

?参与分泌过程的调节:如将甲状腺球蛋白 降解成有活性的甲状腺素。 溶酶体的功能简述:
1. 细胞内消化:如高等动物内吞低密脂蛋白获得胆固醇,单细胞真核 生物利用溶酶体的消化食物。 2. 自体吞噬:清除无用的生物大分子,衰老细胞、细胞器、个体发育 中多余的细胞。许多生物大分子的半衰期只有几小时至几天,肝细 胞中线粒体的平均寿命约10天左右。

3. 防御作用:如巨噬细胞杀死病原体。
4. 参与分泌过程的调节:如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。 5. 形成精子的顶体。

(六)微体
微体(microbody),是由单层膜围绕的内含一种或几
种氧化酶类的异质性细胞器。
它呈圆球状、椭圆形、卵圆形或哑铃形。直径约 0.2—1.5μm,普遍存在于动植物细胞中。根据酶活性的差 别可分为两种类型:过氧化物体和乙醛酸循环体。

尿酸氧化酶 线粒体

叶绿体 过氧化物酶体

植物叶肉细胞 大鼠肝细胞

过氧化物酶体(peroxisome) :是单层膜围绕的内含一种或多种 氧化酶得细胞器。过氧化氢酶(标志酶),能将对细胞有害 的的H2O2转化为H2O和O2。在植物叶肉细胞中,过氧化物酶 体执行光呼吸的功能。(是乙醇酸氧化的场所,是在光照下 与叶绿体联合共同完成的。) 乙醛酸循环体:仅出现在植物细胞中,尤其是在蓖麻籽等 一些含油高的高等植物种子的子叶与胚乳中特别丰富。这 样的种子萌发时,便诱发产生许多乙醛酸循环体,.除含过氧 化物酶体有关的酶系外,还含有乙醛酸循环有关的酶系, 如异柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。乙醛酸循环体除了 具有分解过氧化物的作用,其主要功能是由脂肪通过乙酰 CoA和乙醛酸循环,合成碳水化合物和其他细胞成分。即 参与糖异生作用等过程。与圆球体和线粒体相配合,把储 藏的脂类转化为糖类。

(七)、液泡与液泡系
(1)分布: 在植物细胞中有大小不同的液泡。成熟的植物细胞有一 个很大的中央液泡,可占细胞体积的90%,它是由许多 小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小,差别也不显著。 (2)成分:液泡由一层单位膜围成。其中主要成分是水。还有无 机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。 (3)功能: ?维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。可调节细胞体积,控制膨压。 ?贮藏各种物质,是养料和废物的存储器。例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在 液泡中,而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中浓缩的结果。 ?液泡中含有水解酶,它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。植物细胞有具水 解酶活性的结构,如圆球体。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆球体 具有消化作用及贮存脂肪功能;糊粉粒也具消化作用,并且为蛋白质的贮存 场所。它们也都是液泡的变形。 ?液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。植物有些衰老退化的细胞通过自 溶被消化掉。这时液泡破坏,其中的水解酶被释放出来,导致细胞成分的分解 和细胞的死亡。例如蚕豆子叶中约80%的RNA是在种子萌发的最初30天内逐渐被 分解的。但如果把液泡破坏,其中的核糖核酸酶释放出来的话,可在几小时内 使核糖体RNA分解完。这说明一旦液泡破坏,水解酶释放出来,可以很快使细 胞自溶。

8、内质网内连着核膜,外连质膜的结构特点适于 C A 参与细胞内某些代谢反应 B 提供核糖体附着的支架 C 提供细胞内物质运输的通道 D 扩展细胞内膜面积、有利于酶的附着

9、细胞中有许多具膜的细胞器在化学组成上很相似,其中与高尔基体的化
学组成相似的是 滑面型内质网。 C 11.胰岛素的合成是靠 A 滑面内质网与高尔基复合体 C rER与高尔基复合体

10、人体衰老细胞的清除和蝌蚪尾巴退化的共同原因是 细胞内溶酶体的自清作用。

B 高尔基复合体与溶酶体 D 游离核糖体与高尔基复合体

12.不具有膜结构的细胞器是 B A 染色体与核糖体 B 中心体与核糖体C 中心体与线粒体 D 高尔基体与线粒体 13.与人体内月经周期中黄体退化有关的作用是 B A 异溶作用 B 自溶作用 C 粒溶作用 D 吞噬作用 14.有关多聚核糖体的叙述,错误的是 C A. 由一个mRNA分子与一定数目的核糖体结合而成 B. 多聚核糖体的每个核糖体可独立合成一条多肽链 C .多聚核糖体只能合成一条多肽链 D .多聚核糖体可在一个mRNA分子上同时合成几条多肽链

(01)2.具有大液泡的植物细胞是: √ )C.成熟的导管 A.根尖的分生细胞( ×)B.成熟的叶肉细胞( 分子( × ) D.成熟的筛管分子( × ) × )E.成熟的花粉中的营养细胞( F.胚囊的中央细胞(√ )

(01) 3.高尔基体分类加工的蛋白质的去向是: √ ) D.细胞质膜(√ ) × ) C.溶酶 体( A.细胞核(× ) B.线粒体(

C (03)5.与蛋白质、脂类和糖类的合成都有关的细胞器是: A.核糖体 B.溶酶体 C.内质网 D.中心体 (03) 6.细胞中核糖体存在的部位为:ABC A.细胞质基质 B,粗面内质网 C.细胞核外膜 D.溶酶体 膜 (05)7 .胰岛素原转变成胰岛素是在 C 中进行的: A .线粒体 B .溶酶体 C .高尔基体 D .核糖体

(2009年)101.溶酶体的功能是进行细胞内的消化作用,和 溶酶体酶发生有关的细胞器是: A.内质网 B.高尔基体 C.过氧化物酶体 D.线粒体 E.胞内体
(2010)3.构成溶酶体的各种酶完成合成最终是在那一个 部位 (1分) A.在游离核糖体上 B.在粗面内质网的核糖体上 C.同时在游离和粗面内质网核糖体上 D.在这两种核糖体上轮流进行

六、线粒体

(一)线粒体的形态结构

1.线粒体的形态、大小、数量与分布
◆在大多数情况下,线粒体呈圆形、近似圆形、棒状或线状。

◆线粒体的大小与细胞类型有关,一般长度为2-8μm,体积与细菌近似。
◆线粒体的数量因细胞类型不同有很大差别。哺乳动物的红细胞无线粒体。一般

动物细胞含量多于植物细胞(人体肝细胞内线粒体约2000个)
◆线粒体的分布一般为随机均匀分布,也受代谢和能量需求的影响,线粒体的分

布和迁移与微管有关,故常排列成长链形。

2.线粒体的超微结构?
◆外膜:含孔蛋白(porin), 通透性较高。 ◆内膜:高度不通透性, ·执行氧化反应 向内 折叠形成嵴 的电子传递链 (cristae)。含有与能量 ·ATP合成酶 转换相关的蛋白 ·线粒体内膜转
运蛋白

◆膜间隙:含许多可溶性 酶、底物及辅助因子。
◆基质:含三羧酸循环酶 系、线粒体基因表达酶系 等以及线粒体DNA, RNA, 核糖体。

线粒体的结构:外膜、内膜、膜间隙和基质

3.线粒体的化学组成
线粒体主要由蛋白质和脂类组成,

◆蛋白质(线粒体干重的65~70%)
◆脂类(线粒体干重的25~30%):

·磷脂占3/4以上,外膜主要是卵磷脂, 内膜主要是心磷脂。
·线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1(内膜);1:1(外膜) ◆此外还有少量的DNA、RNA、辅酶等。 线粒体含有许多种酶类,其中有的酶是线粒体某一结构特 有的(标记酶),比如线粒体外膜的标记酶为单胺氧化酶,内 膜为细胞色素氧化酶,膜间隙为腺苷酸激酶,线粒体基质的为 苹果酸脱氢酶。

4. 线粒体的功能:
进行氧化磷酸化,合成ATP 5.线粒体的起源: 内共生假说:被原始的前真核生物吞噬的好氧性 细菌,这种细菌与前真核生物共生,在长期的 共生过程中通过演化变成了线粒体。 分化假说:线粒体是由于质膜的内陷,再经过分 化后形成的

八、质体
1、质体的类型 :质体是一类与碳水化合物的合成与贮藏密切相关的细胞器,
是植物细胞所特有的结构。它可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色 体。

2、叶绿体的形态、大小
高等植物的叶绿体电镜下为扁平的椭圆形或卵圆形。平均直径为4--10μm ,厚24 μm。一个细胞中一般有50-200个。

3、叶绿体的结构:

叶绿体膜(内膜外 膜)、
类囊体(基粒类囊 体、基质类囊体,随叶 位置上升而达到最大, 旗叶到达高峰)和 基质

4、叶绿体功能:叶绿体的功能是由叶绿体内的色素和酶的种类 决 定。完成光合作用,光反应类囊体上进行,而暗反应在基质中完成。

5、半自主性细胞器(含环状DNA,受核基因自身基因组双重控制)

6、叶绿体的起源:内共生说和分化说;按内共生假说,叶绿体的 祖先是蓝藻或光合细菌。

? 支持线粒体和叶绿体内共生起源的主要证 据有:
1.都具有环状的DNA,就像一个原核细胞。

叶绿体的DNA序列与蓝藻相似,而线粒体的DNA序 列与现存的α-变形菌相似;
2.线粒体和叶绿体有自己完整的蛋白质合成系统,能独 立合成蛋白质。 核糖体为70S型,对细菌蛋白质合成抑制剂氯霉 素敏感,蛋白质合成的起始氨酰基tRNA是N-甲酰甲硫 氨酰tRNA; RNA聚合酶可被利福平(rifampin)、链霉素 (Streptomycin)等抗生素所抑制;

3.线粒体和叶绿体的两层被膜有不同的进化来源,外膜与 内膜的结构成分差异很大。
外膜与细胞的内膜系统相似,可与内质网和高尔基 体膜沟通;内膜与细菌质膜相似。 4.线粒体和叶绿体能以分裂的方式进行繁殖。

5.线粒体和叶绿体能在异源细胞内长期生存。
把鸡胚细胞的线粒体引人小鼠体外培养的成纤维细 胞,30 min后可观察到鸡的线粒体进入小鼠细胞,小 鼠的第4代细胞中仍可见到鸡的线粒体。叶绿体在特殊 软体动物细胞中能自然长期生存。这些都说明线粒体和 叶绿体的自主性与共生性的特征。

(00)1、造成动植物营养类型不同的主要原因是动物细胞 A.无细胞壁. B.无中央大液泡 C.无质体 D.无中心体

答( C)

2、苹果和番茄果实成熟都会变红,从细胞学来看,苹果变红和番茄变红分 别是由于细胞内的什么物质在起作用? 答(D ) A.叶黄素和细胞液 B.有色体和细胞液 B.细胞质和细胞液 D.花青素和有色体

(01)3.植物细胞中具有半自主性的细胞器是: √ )C.溶酶体( A.高尔基体(× )B.线粒体( )D.叶绿体( √ ) × 4.线粒体与叶绿体所具有的共同特征是: A.双层膜围绕的细胞器(√ )B.可行氧化磷酸化反应合成ATP(× ) C.含有DNA(√ ) D.可进行三羧酸循环反应( ×) (02)5.下列哪组细胞器具有遗传物质DNA C A.细胞核、高尔基体 B.细胞核、内质网 C.叶绿体、线粒体 D.高尔基体、线粒体

6.下列细胞组成成分与其主要功能的关系,哪个是正确的? B A.线粒体---合成多肽链 B.叶绿体---形成ATP C.核糖体---光合作用 D,光滑内质网---多肽及脂类合成 (05)7.线粒体的功能是: D A .水解蛋白质 B .自我复制 C .合成脂类 D .产生 ATP 8.下面哪项不是叶绿体内共生起源学说的证据: B A.叶绿体靠裂殖方式分裂 B.叶绿体DNA大小在100kb-200kb之间 C.有的叶绿体含有藻胆体 D.有的原核光合生物含有叶绿素b 9.具有独立遗传系统的细胞器是 A A 叶绿体 B 溶酶体 C 核糖体

D 内质网

九、 细胞骨架结构体系

? 1、组成: ? 微丝(microfilament)、微管(microtubule)和中 间纤维(intemediate filament)构成。均由单体蛋白 以较弱的非共价键结合在一起,构成纤维型多聚体。

? 微丝:确定细胞表面特征,使细胞能够运动和收缩。
? 微管:确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。

? 中间纤维:使细胞具有张力和抗剪切力。
? 其它骨架成分:核骨架、核纤层、细胞外基质。

细胞骨架(细胞质骨架):微管、微丝、中间纤维和微梁系统 (1)微管(MT)微管在胞质中形成网络结构,作为运输路轨并 起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构,对低温、高压 和秋水仙素敏感。

A 、 微管的化学组成和 结构:微管蛋白二聚体 组装成的长管状结构, 外径为 24~26 nm ,中间 腔直径为 15nrn ,外周壁 厚 5nm , 由 13 条 原 纤 丝 螺旋排列而成; 可装配成单管、二联管、 三联管三种形式 ;

? 微管蛋白二聚体由α球蛋白与β球蛋白组成,其上有

一个秋水仙素结合点有一个长春花碱结合点
? 微管具有极性,(+)极生长速度快,(-)极生长速度慢。

? (+)极的最外端是β球蛋白,(-)极的最外端是α球蛋 白。 ? 自我装配,组装和去组装是相互动态平衡,在低温 或Ca2+存在时,微管趋于去组装 ; ? 微管组织中(MTOC) ;秋水仙素和长春花碱能阻断 微管组装,而紫杉酚则促进微管组装并使微管稳定 存在 ? 微管形成的有些结构是比较稳定,是由于微管结合 蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。 ?

微管结合蛋白

MAPs

? MAP分子至少包含一个结合微管 的结构域和一个向外突出的结构

域。突出部位伸到微管外与其它
细胞组分(如微管束、中间纤维、 质膜)结合。 ? 主要功能:①促进微管组装。② 增加微管稳定性。③促进微管聚 集成束。

B、微管的功能 ? 1 、支架作用 ; 维持细胞的不对称性。秋水仙素处 理破坏微管导致细胞变圆。

(05年全国联赛)秋水仙素对细胞的作用是: A .促进细胞分裂 B .抑制细胞分裂 C .促进细胞融合 D .破坏微管结构

?
?

2、细胞内运输
是胞内物质运输的路轨。

?

涉及两大类马达蛋白:驱动
蛋白kinesin,动力蛋白

dyenin,均需ATP供能。
?

驱动蛋白Kinesin发现于 1985年,是由两条轻链和两 条重链构成的四聚体 ,能向 着微管(+)极运输小泡 。
? Kinesin walk along microtubule towards plus end

? 动力蛋白Dynein发现于 1963年,因与鞭毛和纤毛 的运动有关而得名。 ? 由两条相同的重链和一些

种类繁多的轻链以及结合
蛋白构成。 ? 作用:在细胞分裂中推动

染色体的分离、驱动鞭毛
的运动、向着微管(-)极 运输小泡。

? (07年全国联赛)和微管结合,在细胞内物质 运输中起作用的马达蛋白有: ? A.肌球蛋白 B.驱动蛋白 ? C.胞质动力蛋白 D.肌钙蛋白

?3、形成纺锤体 在细胞分裂中牵引染色体到达分裂极。
细胞分裂期染色体的运动:染色体微管 、 连续微管 、中间微管 、星体 微管 ;动力平衡说:认为染色体的运动与微管组装和去组装有关,滑行学说: 认为染色体的运动与微管间的滑动有 关

? (00年全国联赛)植物细胞有丝分裂中纺锤体 由什么组成 ? A.微纤丝 B.微管 C.微丝 D.中间纤维

4、中心体由两个相互垂直的中心粒构成。
周围是一些无定形物质,叫做外中心粒物质 (PCM),是微管进行组装的区域,都具有γ微管 球蛋白 ,如:中心体、鞭毛基体。 中心粒由9组3联微管构成,9(3)+0结构具有召集 PCM的作用。提纯的微管,在微酸性环境,适宜的 温度,存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发 的组装成11条原纤维的微管。

微管(—)指向中心体(微管组织中心)MTOC (+)背向(微管组织中心)

? 5、纤毛与鞭毛是相似的
两种细胞外长物,前者较短。
? 由基体和鞭杆两部分构成。
鞭毛中的微管为9+2结构。

二联微管A管由13条原纤维组成,B管由10条原纤维组成。
A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂,并向鞭毛中央发出一条辐。 基体的微管组成为9+0。

? 鞭毛运动原理:鞭毛和纤毛运动是由动力蛋白臂的dynein水解ATP
作功,外围相邻二联体间滑动所致 。


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