【王兴国营养特训班】第5期第10课7组虞文施

                    细胞的基本形态和结构

19世纪随着电镜和显微镜的发明,为人类打开了什么的微观世界——细胞的世界,细胞学提出细胞来源于细胞,即认为个体的所有细胞都是由原有细胞分裂产生的,誉为19世纪的三大发现之一。认为,有机体是由细胞构成的;细胞是构成有机体的基本单位。每种类型的细胞具有基本固定的形态,细胞的形态与之功能相适应,环境会影响细胞的形态,细胞的大小因种类不同而相差较大,最小的细胞是支原体,最大的细胞是鸵鸟的卵细胞,动物细胞的直径一般为10~100μm,细胞的大小与它的功能相适应,细胞的大小不依生物体的大小而变化。

细胞的基本结构和类型:一真核细胞(细胞膜、细胞质、细胞核),二原核细胞(只有拟核,没有细胞核及细胞器),三病毒不具有细胞结构(没有膜结构,也没有核结构,没有细胞器)。细胞的成分:一水和无机分子包括 水(占细胞重量75%)、 钾、钠、 钙、 镁、铁、锌、锰、铜、钴、钼。二有机分子(占干重90%)包括 蛋白质、核酸、糖类、 脂类。

一切有机体都由细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位。细胞具有独立的、有序的自控代谢体系,细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是有机体生长与发育的基础。细胞是遗传的基本单位,细胞具有遗传的全能性,没有细胞就没有完整的生命。细胞具有高度复杂性和组织性,细胞完成各种化学反应;细胞需要和利用能量;细胞参与大量机械活动;细胞对刺激作出反应;细胞能进行自我调控;繁殖和传留后代。


细胞内环境和细胞外环境

 细胞表面有细胞被+细胞膜(细胞质膜),比如、细胞被(糖萼)、细菌的表层结构:细胞壁、细胞膜、荚膜,细胞外基质包括细胞外、细胞间。一、细胞外基质的基本组成和功能:蛋白聚糖、氨基聚糖(形成水性胶状物)、结构蛋白(胶原蛋白和弹性蛋白)、黏着蛋白(与细胞表面分子相连)

氨基聚糖:1.透明质酸、2.硫酸软骨素、3.硫酸皮肤素、4.硫酸乙酰肝素、5.肝素、6.硫酸角质素。胶原蛋白:胶原蛋白占人体蛋白质总量的30%以上。遍布各器官和组织,是细胞外最重要的水不溶性纤维状蛋白,与弹性蛋白共同构成细胞外基质框架结构。胶原蛋白由纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。弹性蛋白:弹性纤维(由弹性蛋白组成)的伸展性比同样粗细的橡皮条至少大5倍。

细胞外基质的生物学作用:细胞外基质不只具有连接、支持、保水、抗压及保护等物理学作用,而且对细胞的基本生命活动发挥全方位的生物学作用。1.影响细胞的存活、生长与死亡;2.决定细胞的形状;3.控制细胞的分化;4.参与细胞的迁移。

细胞膜

细胞膜:液态双层脂质膜(镶嵌蛋白质)结构模型。生物膜共性结构—单位膜:电镜下观察所有的生物膜都呈现一致的三层结构,“两暗夹一明”,即内外为电子密度高的暗层,中间夹有电子密度低的亮层,这种结构称单位膜。总厚度7.5nm。细胞膜是多功能的结构,有保护细胞、物质交换、传递信息、能量转换、运动免免疫等生理功能。与细胞的新陈代谢、生长繁殖、分化、衰老死亡以及癌发等有关。

细胞膜的化学组成:生物膜包括:脂质(磷脂、胆固醇、糖脂)、蛋白质(整合蛋白、外周蛋白)、多糖、水、金属离子,其中磷脂是构成生物膜最基本的物质。膜脂(脂类):1.磷脂:卵磷脂(最多)、脑磷脂等5种(双层);2.胆固醇(“强直”);3.糖脂(最外层)。脂质体是一种人工膜。在水中搅动后形成,双层或单层脂分子球体,直径25~1000nm。人工脂质体可用于:1.转基因;2.制备的药物;3.研究生物膜的特性。

膜蛋白:1.整合蛋白(整合到脂质层,4种整合方式),2.外周蛋白(在脂质层表面)。膜蛋白的功能:机械支持、抗原(免疫反应)、酶(催化)、载体(转运)、受体(接受信息)、通道蛋白、泵(提供能量)。膜糖:七种糖类,如半乳糖、葡萄糖等,总是与蛋白质结合(糖蛋白)或与脂质结合(糖脂)。“一致向外”在细胞膜表面形成“包被”。作用:保护作用、识别、物质运输等。

质膜的特性:流动性。膜脂分子运动方式:①侧向扩散运动;②旋转运动;③摆动运动;④伸缩震荡运动;⑤翻转运动;⑥旋转异构化运动。膜蛋白分子运动方式:侧向扩散、旋转。质膜的特性:不对称性。膜脂的不对称性:不同细胞的膜脂,同一细胞不同部位的膜脂,同一部位膜脂的内外两层都不完全相同。膜蛋白的不对称性:蛋白质在质膜上有特定位置,其分布不对称。

跨膜运输

小分子物质的穿膜运输:如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、氧气、水、酒精、矿物质、维生素。

一、被动运输:物质顺电位或化学梯度的转运过程,不耗能。

1.简单扩散(自由扩散)又称“自由扩散”。不耗能,无需协助。分子量越小,脂溶性越大,通过脂质双层的速度越快。

2.协助扩散(易化扩散) 载体蛋白 通道蛋白(水通道、门控通道)。又称“易化扩散”,不耗能,但依赖膜蛋白协助,速度更快。主要转运各种带电小分子。协助膜蛋白有两大类:载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白的协助扩散:如葡萄糖、氨基酸的穿膜运输,其工作原理是自身构象改变。通道蛋白的协助扩散:如各种带电离子的穿膜运输,其工作原理是形成贯穿膜脂双层的“通道”。门控通道(离子通道)蛋白的特点:1.转运速度快;2.没有饱和值;3.非连续开放而是门控的。有电压门控通道、配体门控通道、机械门控通道。主要通过三个渠道:1.水通道;2.电压门控通道;3.配体门控通道;多“门”合一,顺序开放。

二、主动运输:物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。消耗能量,且需要特殊膜蛋白(泵)帮助。

1.钾钠泵,又称Na+-K+-ATP酶,简称钠泵。当Na+↑[K+↑时,都可被激活,ATP分解产生能量,将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。钠-钾泵还为其它物质转运提供动力(如葡萄糖、氨基酸的吸收:Na+-载体-葡萄糖、Na+-载体-氨基酸的复合体形式进行的联合转运)。

2.伴随运输(糖、氨基酸在小肠粘膜细胞主要的吸收方式),伴随运输也称协同运输,逆浓度或逆电位梯度转运时,能量非直接来自ATP的分解,是来自膜两侧[Na+]差,而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。

大分子物质的膜泡运输:如蛋白质、核酸、多糖、细菌.

运输方式:1.胞吞作用: ①胞饮作用(营养物质) ②吞噬作用(细菌戒死细胞) ③受体介导的胞吞作用(胆固醇、抗体等);2.胞吐作用: (分泌激素、酶、细胞因子等)。胞吞作用:质膜的变形—物质进入细胞内。受体介导的胞吞作用——低密度脂蛋白(内含胆固醇酯)。膜受体异常与疾病:1.家族性高胆固醇血症 (LDL受体异常);2.重症肌无力;3.胰岛素抵抗。

内膜系统

内质网展开后面积很大,由一层单位膜形成的囊状、泡状和管状结构,形成一个连续的、封闭的网膜系统,内腔是连通的。2种内质网:粗面内质网(有核糖体)和滑面内质网(无核糖体)。滑面内质网功能:1.糖原分解;2.脂类合成的重要场所;3.类固醇激素合成;4.肝细胞的解毒作用;5.肌肉收缩(肌质网)。粗面内质网帮助蛋白质(核糖体合成的)转运至目的地,蛋白质加工、修饰和折叠。粗面内质网的功能:蛋白质合成始于细胞质基质中的核糖体,但部分核糖体(及其合成的蛋白质)很快转至内质网膜上。 在内质网上继续合成的蛋白质包括:1.向细胞外分泌的蛋白质;2.膜整合蛋白;3.构成细胞器中的可溶性驻留蛋白;4.需要进行修饰的蛋白质。

内质网与细胞内其它细胞器的关系:1.与细胞膜相连:甚至有管道相通;2与外层核膜相接:内质网腔与核周隙相通;3.与高尔基体在结构、功能与发生上关系密切;4.粗面内质网与线粒体紧密相依;5.内质网的分布与微管走向一致。

核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。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。

高尔基体的功能:1.蛋白质的糖基化和糖基修饰;2.蛋白原的水解;3.蛋白质分选。负责蛋白质和脂类的运输(分泌)。

溶酶体:细胞内的消化器官,溶酶体是来自高尔基体的小球状的由一层单位膜构成的酸性细胞器,含有多种水解酶,起消化和保护作用。直径约0.25~0.8um。溶酶体的功能:溶酶体的主要作用就是消化作用,是细胞内的消化器官。1.对吞入物质(如衰老的人体细胞、细菌)进行消化分解。2.清除细胞内无用的生物大分子和衰老的细胞器等。3.细胞自溶(如蝌蚪尾巳退化)。4.其它功能:如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。

蛋白质分选:从内质网分泌出来的蛋白质经高尔基体的不同区室进行加工、逐步转移到高尔基体外层网络,经分选,形成不同的分泌小泡、运送到不同目的地(胞外、内质网、溶酶体等)。

线粒体

线粒体是细胞内“动力工厂”,细胞内氧化供能(ATP)的主要场所。外膜包围在线粒体外表面的一层单位膜。厚6-7nm,平整、伸展、光滑。内膜厚约6~8nm。内膜褶皱向内突起形成—嵴。嵴和内膜上有许多颗粒——基粒。基粒就是ATP合成酶(分子马达)。线粒体嵴的数目,与细胞本身的生理活动有关。运动细胞好的人线粒体的嵴越多,比如说刘翔。

线粒体的化学结构:成分:蛋白质、脂类、水、DNA、多种辅酶、维生素和各种无机离子。酶的定位分布,呼吸链(电子传逑链):ATP生成。线粒体的功能:氧化磷酸化,合成ATP,为细胞生命活动提供直接能量是线粒体的主要功能。与氧自由基生成、程序性死亡、信号转导、离子跨膜转运以及电解质稳态平衡的调控等有关。

细胞氧化:依靠酶的催化,利用氧将细胞中的供能物质氧化、分解、释放能量,并排出CO2呾H2O的过程。由于这一过程在细胞内进行,所以又称为细胞呼吸。细胞氧化的主要步骤:酵解后乙酰辅酶A形成,经过三羧酸循环,然后电子传递偶联氧化磷酸化。电子传递偶联氧化磷酸化:将物质氧化过程中脱下的氢原子,通过线粒体内膜上一系列呼吸链酶系的逐级传递,最后与氧结合成水。电子传递过程中释放的能量用于ADP磷酸化为ATP。

线粒体的半自主性:线粒体有自己的遗传系统和蛋白质合成体系。但线粒体DNA只编码少量线粒体蛋白质,大多数蛋白质是由核DNA编码,线粒体基因的复制与表达所需的许多酶,又是由核DNA所提供,所以线粒体是一个半自主性的细胞器。线粒体与疾病:Leber遗传性视神经病、帕金森病、衰老、克山病。

过氧化酶体(微体):具有解毒作用,过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化,饮入的酒精1/4是在微体中氧化为乙醛。调节氧浓度,参与脂肪酸的β-氧化。参与脂类合成。在大小上很难与溶酶体相区别,只是所含酶类不同。

细胞核

核膜的功能:它将DNA与细胞质分隔开,形成核内特殊的微环境,保护DNA分子免受损伤;使 DNA的复制和RNA的翻译表达在时空上分隔开来;此外染色体定位于核膜上,有利于解旋、复制、凝缩、平均分配到子核,核膜还是核质物质交换的通道。核纤层位于核膜下方,起支架作用,核孔复合体中间是中央运输蛋白,像个篮子。

染色质指间期细胞核内由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。染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构。染色质与染色体具有基本相同的化学组成,但包装程度不同,构象不同。染色质组成成分:染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成,比例为1:1:(1-1.5):0.05。可见DNA与组蛋白的含量比较恒定,非组蛋白的含量变化较大,RNA含量最少。

端粒:端粒序列(telomere DNA sequence,TEL) ,不同生物的端粒序列都很相似,由长5-10bp的重复单位个联而成,人的重复序列为TTAGGG。端粒起到细胞分裂计时器的作用,端粒核苷酸复制和基因DNA不同,每复制一次减少50-100bp,其复制要靠具有反转弽酶性质的端粒酶来完成,正常体细胞缺乏此酶,故随细胞分裂而变短,细胞随之衰老。

染色质组装成染色体:1.从DNA到核小体;2.从核小体到螺线管;3.从螺线管到超螺线管;4.从超螺线管到染色体。DNA经四级包装形成染色体 一共压缩了8400倍。核型是细胞分裂中期染色体特征的总和,包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。染色体分带,是经物理、化学因素处理后,再用染料对染色体进行分化染色,使其呈现特定的深浅不同带纹的方法。

核仁(nucleolus)见于间期的细胞核内,呈圆球形,一般1-2个,也有多达3-5个的。核仁的位置不固定,或位于核中央,或靠近内核膜,核仁的数量和大小因细胞种类和功能而异。一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁,反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失,分裂末期又重新出现。核仁的主要功能是转录rRNA。

核基质(nuclear matrix )或称核骨架:细胞核内的网络结构,是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系。由于核基质与DNA复制,RNA转录和加工,染色体组装及病毒复制等生命活动密切相关,故日益受到重视。

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