高中生物細胞與生物大分子3細胞的基本結(jié)構(gòu)與功能省公開課一等獎新名師獲獎課件

第三章

細胞基本形態(tài)結(jié)構(gòu)與功效§2·1細胞基本結(jié)構(gòu)與功效§2·2生物膜——流動鑲嵌模型§2·3物質(zhì)跨膜運輸§2·4細胞連接第1頁人眼分辨率為0.1mm，直到17世紀，虎克創(chuàng)造了顯微鏡后，人們才發(fā)覺細胞，光學顯微鏡最大分辨率為200nm第2頁以后，人們又創(chuàng)造了電子顯微鏡，利用加速電子束代替可見光，其分辨率可達0.2nm，人們深入認識了細胞器、蛋白質(zhì)、DNA等大分子結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡透射電子顯微鏡第3頁§2·1細胞基本結(jié)構(gòu)與功效一、細胞大小和形狀細胞形狀各種多樣，大小也各不相同，細胞大小形狀與它們各自功效親密相關(guān)。見圖1

普通說來，大多數(shù)細胞直徑在1～100m之間，生物體體積加大，不是因為細胞體積加大，而是因為細胞數(shù)目標增多——多細胞生物細胞數(shù)目與生物體大小呈正比第4頁鳥類卵細胞，最大可達170mm×135mm神經(jīng)元細胞，長達1米植物纖維細胞，長達10cm直徑約100um可改變形狀衣原體100nm第5頁細胞為何這么小呢？這主要是因為細胞必須經(jīng)過細胞膜從外部不停取得物質(zhì)和能量，同時還要將代謝產(chǎn)生副產(chǎn)物經(jīng)過細胞膜運出細胞外

細胞體積越小，其表面積與體積比值就越大，從而越有利于物質(zhì)進出細胞第6頁第7頁二、細胞類別按照細胞結(jié)構(gòu)復雜程度和進化次序，細胞可分為兩類：

原核細胞和真核細胞原核細胞小（10m左右），無細胞核結(jié)構(gòu)，核區(qū)含一環(huán)狀DNA分子，無膜包被細胞器。第8頁真核細胞可分深入為植物細胞和動物細胞葉綠體線粒體細胞壁細胞膜液泡細胞質(zhì)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞核粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體高爾基體線粒體細胞質(zhì)細胞膜細胞核粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中心體纖毛第9頁植物細胞與動物細胞存在差異：

特征

動物細胞植物細胞質(zhì)體（葉綠體）細胞壁大中央液胞其它無，異養(yǎng)營養(yǎng)有，自養(yǎng)營養(yǎng)無有（纖維素和果膠質(zhì)）無有（代謝調(diào)整作用）溶酶體、中心粒乙醛酸循環(huán)體、胞間連絲分裂時收縮環(huán)分裂時細胞板第10頁§2·1·1細胞膜與細胞壁一、細胞膜又稱質(zhì)膜（plasmamembrane），厚7～8nm，為脂質(zhì)雙分子膜第11頁細胞膜含有三個特點：

※流動性，細胞膜并不是分子所形成靜態(tài)片狀結(jié)構(gòu)，組成細胞膜磷脂和蛋白質(zhì)能在膜平面中自由地漂移；

※半透性，又稱選擇性透性，有選擇地允許物質(zhì)經(jīng)過擴散、滲透和主動運輸?shù)确绞竭M出細胞；

※不對稱性，膜內(nèi)外兩側(cè)脂類和蛋白質(zhì)分布不均勻，可見膜兩側(cè)功效不一樣第12頁二、細胞壁

細胞壁是無生命結(jié)構(gòu)，是細胞分泌產(chǎn)物，植物細胞有細胞壁結(jié)構(gòu)功效：

支持和保護，預防細胞吸漲而破裂，保持細胞正常形態(tài)分類：

初生壁——植物細胞最初生成細胞壁，由纖維素埋在由多糖和蛋白質(zhì)組成基質(zhì)中形成，初生壁薄而且含有彈性，能隨細胞生長而延伸第13頁

次生壁——

植物細胞長大后，在初生壁內(nèi)側(cè)長出一層細胞壁，由纖維素、木質(zhì)素以及木栓質(zhì)等物質(zhì)組成，其組成、厚薄、硬度和色澤隨不一樣植物、不一樣組織而不一樣胞間層——相鄰初生細胞壁之間，把兩個細胞粘在一起結(jié)構(gòu)，其主要成份為果膠。胞間連絲——相鄰細胞細胞壁上有小孔，細胞質(zhì)經(jīng)過小孔而彼此相通，允許水和其它小分子在細胞間移動，以整合組織活動第14頁第15頁§2·1·2細胞核基本結(jié)構(gòu)

細胞核是細胞控制中心，含有控制細胞生命活動最主要遺傳物質(zhì)，直徑為5m左右，由核被膜、核基質(zhì)、染色質(zhì)和核仁組成第16頁一、核被膜（nuclearenvelope）

1、核被膜結(jié)構(gòu)：核被膜包在核外，將細胞核內(nèi)含物與細胞質(zhì)分割開來，結(jié)構(gòu)復雜，包含

核膜——

由兩層生物膜（7～8nm）組成其中外膜上有核糖體分布，延伸與細胞質(zhì)中糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，內(nèi)膜與外膜間圍成一核周腔（10～50nm）

核纖層——

位于核膜內(nèi)側(cè)，由核纖層蛋白（纖維蛋白）組成，支撐核膜結(jié)構(gòu)，并參加組成核孔

核孔——位于核膜上，直徑50～100nm，數(shù)量不等，平都有幾千個，結(jié)構(gòu)復雜，由100各種蛋白質(zhì)與核纖層緊密結(jié)合組成核孔復合體第17頁2、核被膜功效物質(zhì)選擇性通道——大分子上核定位信號與核孔復合體上對應蛋白質(zhì)受體結(jié)合，主動轉(zhuǎn)運，包含：

細胞質(zhì)中合成蛋白質(zhì)（組蛋白、與復制、轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白、核糖體亞基蛋白）能經(jīng)過，進入細胞核

細胞核中合成大分子復合物，如成熟mRNA和蛋白質(zhì)復合物、組合好核糖體、tRNA等，能經(jīng)過，進入細胞質(zhì)

3、核被膜內(nèi)外電位差約15mv，調(diào)整控制離子進出細胞核第18頁二、染色質(zhì)（chromatin）1、基本成份：蛋白質(zhì)、DNA、少許RNA

組蛋白

:DNA＝1:1DNA是脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）RNA是核糖核酸（ribonucleicacid）

組蛋白——H1、H2A、H2B、H3、H4

非組蛋白——

與DNA、RNA合成相關(guān)酶蛋白質(zhì)包含第19頁2、基本結(jié)構(gòu)：

串珠狀細絲，包含核小體——直徑10nm

連接DNA——直徑1.5~2.5nm

核小體由組蛋白H2A、H2B、H3、H4各一對組成關(guān)鍵，約200bp

DNA分子纏繞在關(guān)鍵上；

連接DNA由組蛋白H1和DNA鏈組成，其中H1能促進核小體聚攏第20頁串珠狀細絲

6×折疊40×纏繞折疊基本單位1000×10000×第21頁DNA和RNA是由許多次序排列核苷酸組成大分子核苷酸（nucleotide）每個核苷酸分子含一個戊糖（核糖或脫氧核糖）分子，一個磷酸分子和一個含氮有機堿分子（堿基）1`2`3`4`5`1`2`3`4`5`

核糖或脫氧核糖上第一位碳原子與堿基結(jié)合，第五位碳原子與磷酸結(jié)合，就組成了核糖核苷酸或脫氧核糖第22頁堿基核苷酸堿基有兩類：一類是嘌呤，是雙環(huán)分子；一類是嘧啶，為單環(huán)分子嘌呤有兩種：腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G）嘧啶有三種：胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）

DNA堿基：A、T、G、CRNA堿基：A、U、G、C第23頁第24頁

核苷酸分子間經(jīng)過縮水作用，形成磷酸二酯鍵，次序相連形成長鏈多聚物，即多核苷酸分子，是核酸基本結(jié)構(gòu)第25頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長鏈互以堿基配對相連而成螺旋狀雙鏈分子第26頁三、核仁（nucleolus）細胞核中橢圓或圓形顆粒狀結(jié)構(gòu)，無膜，數(shù)目普通為1～2個，蛋白質(zhì)合成旺盛細胞，核仁多或大

基本成份：與轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白質(zhì)、核糖體RNA(rRNA)、核糖體亞基蛋白和特定染色體上rDNA區(qū)（又稱核仁組織區(qū)）

功效：合成rRNA，組裝核糖體第27頁四、核基質(zhì)（nuclearmatrix）成纖維狀網(wǎng)，充滿整個細胞核，網(wǎng)孔中充滿液體

基本成份：纖維蛋白、水溶液

功效：是核支架，維持細胞核形狀為染色質(zhì)代謝活動提供附著場所第28頁§2·1·3細胞質(zhì)和細胞器

細胞質(zhì)（cytoplasm）——細胞中除細胞核外其余部分，包含胞質(zhì)溶膠和浴于其中細胞器一、胞質(zhì)溶膠（cytosol）——

細胞質(zhì)中除細胞器外液體部分，透明、粘稠，并時刻流動著基本組成：

水——生命溶劑，是酶促化學反應介質(zhì)蛋白質(zhì)——占細胞總蛋白25～50％其它成份——儲存營養(yǎng)物質(zhì)、代謝產(chǎn)生廢物功效：是細胞代謝活動場所是營養(yǎng)物質(zhì)，如糖原、脂肪，儲存場所第29頁二、核糖體（ribosome）細胞蛋白質(zhì)合成工廠，每個細胞有幾百萬個核糖體基本組成：蛋白質(zhì)（大亞基和小亞基）和rRNA分子分布：

附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上——

合成輸出細胞和位于其它細胞器中蛋白質(zhì)游離在細胞質(zhì)中——

合成留在胞質(zhì)溶膠內(nèi)蛋白質(zhì)第30頁第31頁三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum,ER）以生物膜為基礎形成囊狀、泡狀和管狀結(jié)構(gòu)，彼此相通連。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核膜、高爾基體和溶酶體等在發(fā)生上或功效上相互聯(lián)絡，組成了細胞內(nèi)膜系統(tǒng)第32頁1、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothER）——為小囊和分支管狀，無核糖體附著，含有各種多樣酶功效：

脂質(zhì)合成和代謝——包含磷脂、類固醇、脂肪、膽固醇等——脂肪細胞、產(chǎn)生類固醇激素細胞

藥品和其它毒素解毒——肝臟細胞

將合成蛋白質(zhì)和脂類轉(zhuǎn)運到高爾基體2、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughER）——內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上附有大量核糖體顆粒，是核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)共同組成復合結(jié)構(gòu)，通常為平行排列扁平囊狀，與核膜相連功效：合成和運輸?shù)鞍踪|(zhì)第33頁信號假說（signalhypothesis）出發(fā)點：全部蛋白質(zhì)都是在游離核糖體上開始合成分泌蛋白有十幾個疏水氨基酸組成信號肽內(nèi)容：信號肽先合成出來

信號肽帶著核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上

蛋白質(zhì)合成繼續(xù)，而且進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽水解，蛋白質(zhì)被轉(zhuǎn)運第34頁

兩種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞中是相互通連，其管腔中新合成蛋白質(zhì)和脂類相遇，可能形成脂蛋白糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔中合成物質(zhì)會逐步送到光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔中，然后形成由光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜包裹成轉(zhuǎn)運小泡，脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，移向高爾基體。第35頁四、高爾基體（Golgiapparatus）意大利人CamilloGolgi于1898年在神經(jīng)細胞中首先發(fā)覺，是細胞精加工車間、倉庫和運輸中心結(jié)構(gòu)：由一系列生物膜圍成小囊小泡組成第36頁分布：除了成熟紅細胞外，幾乎全部細胞都有——在植物細胞中分散分布；動物細胞中定位在細胞一側(cè)功效：

a、細胞合成份子最終加工和包裝場所

從光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上斷裂下來轉(zhuǎn)運小泡，移至高爾基體，與高爾基體膜融合

其中蛋白質(zhì)在高爾基體中各種酶作用下，完成修飾加工

圍以高爾基體外膜，形成份泌小泡，從高爾基體上脫落下來

分泌小泡向其它細胞器或細胞膜移動，把加工完成分子分發(fā)給其它細胞器或分泌到細胞外第37頁b、合成多糖

直接作為細胞產(chǎn)物，如粘液、各種胞外多糖等合成多糖與分泌蛋白形成糖蛋白c、與細胞分裂相關(guān)

在植物細胞中，與細胞板、新細胞壁、細胞膜形成相關(guān)在動物細胞中，與橫縊、新細胞膜產(chǎn)生相關(guān)第38頁

五、溶酶體（lysosome）結(jié)構(gòu)：由高爾基體斷裂產(chǎn)生，是單層膜包裹小泡，內(nèi)含60種以上水解酶功效：能催化蛋白質(zhì)、多糖、脂類、DNA、RNA等大分子物質(zhì)降解，消化細胞從外界吞入顆粒，或細胞本身產(chǎn)生碎渣特點：是酸性，其膜上質(zhì)子泵將細胞質(zhì)中H+泵入溶酶體內(nèi)，使其pH值保持在4.8左右，溶酶體中酶只在酸性環(huán)境下才有活性第39頁六、線粒體（mitochondrion）形狀：顆粒狀或短桿狀，長約2～3m，橫徑約0.5～1m，大小與細菌類似第40頁分布：各細胞中都有，其數(shù)目與細胞種類、代謝活性不一樣而不一樣，從1個～上千個結(jié)構(gòu)：復雜，雙層生物膜包被囊狀細胞器，包含

外膜——平整，含有孔蛋白組成親水通道

膜間腔——6～8nm，其中液體含有各種酶、底物和輔助因子，其中最主要是腺苷酸激酶

內(nèi)膜——向內(nèi)折，形成一些嵴（cristae），增大了內(nèi)膜面積，膜上帶有電子傳遞鏈，另外內(nèi)膜上有許多帶柄小球，直徑約10nm，它們是ATP合成酶復合體，能合成ATP第41頁第42頁

基質(zhì)——充盈于囊內(nèi)液體，內(nèi)含環(huán)狀DNA和核糖體，負責合成線粒體中10％蛋白質(zhì)；含有催化三羧酸循環(huán)各種酶功效：細胞呼吸和能量代謝中心，搜集糖和其它食物分子中能量，并將其轉(zhuǎn)化成另一個形式化學能，即ATP中能量第43頁發(fā)生于線粒體基質(zhì)中三羧酸循環(huán)第44頁七、質(zhì)體（plastid）植物細胞特有細胞器，按照其內(nèi)含物分類：

白色質(zhì)體——

存在于分生組織以及不見光組織，如根、莖，各種白色體可能含淀粉、油類或蛋白質(zhì)

有色質(zhì)體——

存在于見光組織，含各種色素，如類胡蘿卜素、葉綠素、葉黃素、番茄紅素等葉綠體（chloroplast），屬有色質(zhì)體，含有大量葉綠素功效：細胞進行光合作用場所第45頁外觀：透鏡狀，大小為2～5m，其形狀、大小隨不一樣植物、不一樣細胞而不一樣第46頁分布：在葉片上分布與光照相關(guān)——光照時，分布在細胞外周；黑暗時，流向細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)：由雙層膜包被囊狀結(jié)構(gòu)

外膜——平整

內(nèi)膜——為一系列排列整齊扁平囊（又稱類囊體）組成復雜膜系統(tǒng)，光合作用色素和電子傳遞鏈均位于類囊體膜上

10～50個類囊體有規(guī)律地摞疊在一起形成基粒，基粒間有埋藏在基質(zhì)中基質(zhì)類囊體，各類囊體腔相通聯(lián)

第47頁第48頁

基質(zhì)——為電子密度較低液體，內(nèi)含環(huán)狀DNA和核糖體；Calvin(卡爾文)循環(huán)所需各種酶第49頁八、微體（microbodies）結(jié)構(gòu)：與溶酶體類似，單層膜包裹小泡特點：含酶蛋白，pH中性分類：過氧化物微體——含氧化酶、過氧化酶乙醛酸循環(huán)微體——植物特有，含脂肪酶功效：過氧化物微體能將脂肪酸氧化分解，降解H2O2，或是利用H2O2使有毒物質(zhì)氧化，起解毒作用乙醛酸循環(huán)微體能將脂肪轉(zhuǎn)化成糖，為乙醛酸循環(huán)中一步第50頁九、液泡（vacuole）植物細胞特有單層膜包裹充滿水液囊泡特點：水液為細胞液，溶有沒有機鹽、氨基酸、糖、各種色素等等分布：普遍存在植物細胞中，占細胞體積5％～95％不等功效：

細胞液為高滲，確保細胞處于吸滿飽脹狀態(tài)

細胞液中含色素與花、葉、果顏色相關(guān)

細胞代謝廢物囤積處，普通以晶體形式囤積第51頁十、細胞骨架（cytoskeleton）組成：由三種蛋白質(zhì)纖維組成細胞支架第52頁1、微管（microtubules）結(jié)構(gòu)：直徑為24nm中空長管狀纖維組成：、亞基按螺旋排列，盤繞成一層分子微管壁分布：除成熟紅細胞外全部真核細胞中，成束存在時，形成紡錘絲、鞭毛、纖毛；散布在細胞質(zhì)中特點：為保守蛋白，無組織特異性功效：

給細胞機械支持，保持其正常形態(tài)

固定細胞核、細胞器位置或讓細胞器沿著微管組成架子移動

在細胞分裂時，引導染色體移動

運輸神經(jīng)遞質(zhì)

第53頁第54頁2、肌動蛋白絲（actinfilament），又稱微絲結(jié)構(gòu)：直徑為4～7nm實心纖維絲組成：由肌動蛋白單體連成串，兩串以右手螺旋形式紐纏成束分布：存在于全部真核細胞中功效：運動——包含胞質(zhì)溶膠流動和細胞變形運動特點：

保守，無組織特異性

易解聚成單體，也易重新聚合成纖維，與其運動功效相對應。第55頁3、中間纖維（intermediatefilament）結(jié)構(gòu)：直徑為8～10nm實心纖維組成：在不一樣組織細胞中，其成份不一樣，如在上皮細胞中，為角蛋白；在成纖維細胞中為波形蛋白分布：存在于全部真核細胞中，散布于細胞質(zhì)和核基質(zhì)中功效：支持、運動特點：組織特異性強第56頁十一、鞭毛、纖毛、中心粒均是由微管組成結(jié)構(gòu)1、鞭毛（flagellum）結(jié)構(gòu)：由9束二體微管圍成圓筒，中央有兩個單體微管，即【9（2）＋2】模式分布：細胞外特點：長，數(shù)量少，每個細胞僅有1～幾根功效：運動第57頁2、纖毛（cilium）結(jié)構(gòu)、分布、功效同鞭毛特點：多，覆蓋于細胞表面第58頁3、基粒（basalgranule）結(jié)構(gòu)：由9束三體微管圍成圓筒，中無單體微管，即【9（3）＋0】模式分布：細胞內(nèi)，與胞外鞭毛、纖毛相連4、中心粒（centrosome）結(jié)構(gòu)：同基粒，為【9（3）＋0】模式分布：真核細胞內(nèi)，普通每個細胞有兩個，呈直角排列，埋藏于特殊胞質(zhì)溶膠中功效：是微管組織中心，許多微管從這放射狀伸向細胞質(zhì)第59頁§2·2生物膜——流動鑲嵌模型

生物膜（biologicalmembrane）——由脂類和蛋白質(zhì)分子經(jīng)過非共價鍵組合裝配而成膜，厚7～8nm，包含質(zhì)膜、核膜和各種細胞器膜，占細胞干重70～80％特點：流動（fluid）——組成膜脂質(zhì)分子能夠自由地移動，蛋白質(zhì)分子也能夠在脂雙層中橫向移動鑲嵌（mosaic）——蛋白質(zhì)象冰山一樣在磷脂海洋中漂浮第60頁一、脂雙層

磷脂類雙分子層，是膜骨架，有屏障作用，使膜兩側(cè)水溶性物質(zhì)不能自由經(jīng)過第61頁1、磷脂

結(jié)構(gòu)：極性頭部，由膽堿、磷酸、甘油組成非極性尾，由兩條脂肪酸鏈組成特點：兩條脂肪酸鏈一條為飽和脂肪酸，是直，另一條起碼有一個雙鍵，是折，這么能夠確保兩條脂肪酸無法組合在一起，保持膜流動性

結(jié)果：磷脂分子形成脂雙層，親水頭在外側(cè)，疏水尾在內(nèi)側(cè)——

確保膜在兩側(cè)都是極性液體環(huán)境中穩(wěn)定性

起到內(nèi)外隔離，提供相對穩(wěn)定內(nèi)環(huán)境作用第62頁

脂肪酸碳鏈越短、其上雙鍵越多，其熔點就越低，流動性就越大

磷脂與脂肪不一樣之處——

甘油一個羥基與磷酸及其衍生物（磷酸膽堿）結(jié)合，形成卵磷脂第63頁2、膽固醇，為親水極性分子，僅在動物細胞中存在，可預防磷脂碳氫鍵相互接觸而結(jié)晶——

確保膜流動性第64頁二、膜蛋白在不一樣生物膜中，蛋白質(zhì)含量和種類是各不相同，它們作為載體、受體、酶、細胞識別信號存在細胞膜上固有蛋白外在蛋白第65頁1、固有蛋白，又稱內(nèi)在蛋白（intergralprotein）與脂雙層結(jié)合方式：由蛋白質(zhì)疏水部分和磷脂疏水部分非共價結(jié)合分布：蛋白質(zhì)兩端為極性，貫通于膜外，中間疏水，插入膜中，大多為屢次穿膜

2、外在蛋白（extrinsicprotein），以非共價鍵結(jié)合于固有蛋白或磷脂親水端第66頁三、糖和糖萼

普通為多分支寡聚糖，由半乳糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖胺、葡萄糖胺及唾液酸組成，普通唾液酸（帶負電荷）位于糖鏈末端大部分糖與膜蛋白共價結(jié)合成糖蛋白，少數(shù)與脂類共價結(jié)合成糖脂，普通僅存在細胞質(zhì)膜外側(cè)，與細胞識別相關(guān)，一些細胞器膜上無糖鏈糖萼（glycocalys）——細胞表面寡糖鏈和蛋白質(zhì)共同組成結(jié)構(gòu)，帶負電荷，形成細胞表面特化結(jié)構(gòu)，各種細胞糖萼含有組織特異性第67頁§2·3物質(zhì)跨膜運輸

物質(zhì)穿膜運輸可歸納為三種形式：被動運輸、主動運輸、胞吞胞吐一、被動運輸（passivetransport）特點：不需消耗化學能，順著濃度梯度運輸1、單純擴散（simplediffusion）針正確物質(zhì)：分子量小，脂溶性強物質(zhì)，如O2、CO2、烴類、乙醇等水單純擴散又稱滲透（osmosis）第68頁第69頁低滲溶液低滲溶液第70頁2、易化擴散（facilitateddiffusion）

特點：需要跨膜蛋白幫助、速度遠大于單純擴散

載體蛋白——又稱透性酶，它與特定分子結(jié)合后，蛋白分子構(gòu)象發(fā)生改變，完成物質(zhì)