奧賽課件細胞的結構與功優選奧賽課件細胞的結構與功一、細胞的基本概念通過自由擴散或協助擴散，使物質順著濃度梯度（或電化學梯度），由高濃度向低濃度運動，運動的動力來自濃度梯度，不需要由細胞提供代謝能量，這種跨膜轉運方式稱被動運輸。可用熒光標記技術檢測膜蛋白的流動性。同時也為細胞器的功能活動提供底物。膽固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流動性。卵磷脂與鞘磷脂的比值越高，膜脂的流動性越大組成成分：主要組成成分為脂類和蛋白質，還含有少量的糖類。1972年Singer和Nicolson根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，提出流動鑲嵌模型。①維持細胞的滲透性，保持細胞的形態；主動運輸(activetransport)（4）線粒體的功能：進行氧化磷酸化，合成ATPTransporters存在生物：真核生物的細胞膜1925年Gorter等人提出質膜由雙層脂分子構成。細胞是生命活動的基本單位一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位。細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位。細胞是有機體生長與發育的基礎。細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性。沒有細胞就沒有完整的生命一、細胞的基本概念細胞必定具備的物質結構1、細胞膜2、遺傳系統所有的細胞都含有兩種核酸：DNA和RNA

3、核糖體4、酶系統各類細胞直徑的比較二、細胞膜與細胞表面1935年Danielli和Davson提出三夾板模型。“蛋白質-脂類-蛋白質”1959年提出了修正模型，認為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質通道，供親水物質通過。(一)細胞膜的結構模型1925年Gorter等人提出質膜由雙層脂分子構成。認為極性分子不能通過。1972年Singer和Nicolson根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，提出流動鑲嵌模型。主要強調：①膜的流動性；②膜蛋白的分布不對稱性。1959年Robertson提出單位膜模型。他用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結構，厚約7.5nm。由厚約3.5nm的雙層脂分子和內外表面各厚約2nm的蛋白質構成。把膜的結構描繪成靜止的、不變的。動物細胞中葡萄糖的跨膜運輸膽固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流動性。錨定連接：廣泛分布于機體的上皮組織、心肌組織中，以皮膚、子宮頸等處的細胞之間含量最豐富，通過錨定連接可使一些相鄰的細胞連成一體，形成一個牢靠有序的細胞群體，防止組織斷裂。8S和5S三種RNA+49種蛋白質）不是由ATP提供能量，而是借其他物質的濃度梯度為動力來進行的。（5）線粒體是半自主性細胞器（3）線粒體的化學組成→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH（造粉體、造蛋白體和造油體）按位置分類：游離核糖體、附著核糖體。①cAMP（環腺苷酸）信號通路→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH(二)細胞膜的基本組成成分通過自由擴散或協助擴散，使物質順著濃度梯度（或電化學梯度），由高濃度向低濃度運動，運動的動力來自濃度梯度，不需要由細胞提供代謝能量，這種跨膜轉運方式稱被動運輸。類型：電壓門通道；流動鑲嵌模型的特點組成成分：主要組成成分為脂類和蛋白質，還含有少量的糖類。不對稱性：蛋白質或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內部，或橫跨整個脂雙層，表現出分布的不對稱性。流動性：膜蛋白和膜脂可作各向運動。1側向擴散運動2旋轉運動3擺動運動4伸縮震蕩運動5翻轉運動6旋轉異構化運動膜脂的運動方式主要有側向擴散、旋轉運動、左右擺動以及翻轉運動等。不飽和脂肪酸越多，脂肪酸鏈越短，膜脂流動性越大；溫度下降，膜脂的流動性減弱；膽固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流動性。卵磷脂與鞘磷脂的比值越高，膜脂的流動性越大

膜蛋白質分子的運動分為側向擴散和旋轉運動可用熒光標記技術檢測膜蛋白的流動性。(1)膜的流動性：（2）膜的不對稱性：膜脂、膜蛋白及糖類的不對稱性占50％以上：磷脂具有一個極性頭和兩個由脂肪酸鏈形成的非極性尾；脂肪酸碳鏈為偶數；既含飽和脂肪酸又含不飽和脂肪酸。膽固醇只存在于動物細胞、酵母菌、支原體；細菌、藍藻等原核細胞和植物細胞膜中一般沒有膽固醇；助于增加膜的穩定性，可調節膜的流動性，使膜的流動性不至于在溫度降低時而下降(二)細胞膜的基本組成成分1.膜脂：磷脂、膽固醇和糖脂2.膜蛋白：外在膜蛋白（或稱外周膜蛋白）和內在膜蛋白（或稱整合膜蛋白）TransportersLinkersReceptorsEnzymes（膜蛋白有多種功能）（運輸）（連接）（受體）（酶）與膜脂、膜蛋白以共價鍵形成的糖脂或糖蛋白，與細胞識別有關3.膜糖類：

為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境;

選擇性的物質運輸,包括代謝底物的輸入與代謝產物的排出,其中伴隨著能量的傳遞;

介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接;

提供細胞識別位點,并完成細胞內外信息跨膜傳遞;

為多種酶提供結合位點,使酶促反應高效而有序地進行；

質膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結構。(三)細胞膜的生物學功能被動運輸(passivetransport)主動運輸(activetransport)穿膜運輸1.細胞膜與物質的跨膜運輸吞噬(phagocytosis)

胞飲(pinocytosis)

胞吞(endocytosis)膜泡運輸胞吐(exocytosis)被動運輸什么是被動運輸：通過自由擴散或協助擴散，使物質順著濃度梯度（或電化學梯度），由高濃度向低濃度運動，運動的動力來自濃度梯度，不需要由細胞提供代謝能量，這種跨膜轉運方式稱被動運輸。

類型：簡單擴散、協助擴散

協助擴散特征：速率高；最大轉運速率；需膜轉運蛋白

膜轉運蛋白：

載體蛋白——通透酶性質；通過構象變化進行物質轉運，

通道蛋白——具有離子選擇性，轉運速率高；通過形成親水通道允許離子通過，又叫離子通道，離子通道是門控的；只介導被動運輸。類型：電壓門通道；配體門通道；壓力激活通道載體蛋白通過構象變化進行物質轉運，介導被動運輸與主動運輸。通道蛋白主動運輸由載體蛋白所介導的、需要消耗能量、逆濃度梯度或電化學梯度的一種跨膜運輸方式稱為主動運輸。根據能量來源不同分為ATP直接提供能量和間接提供能量。

由ATP直接提供能量的主動運輸—

鈉鉀泵（Na+-K+-ATP酶）

鈣泵（Ca2+-ATP酶）

質子泵：P-型質子泵、V-型質子泵、H+-ATP酶

由ATP間接提供能量的主動運輸—協同運輸

由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協同作用，靠間接消耗ATP

所完成的主動運輸方式，如小腸上皮細胞吸收葡萄糖。分為共運輸和對向運輸。根據能量來源不同分為ATP直接提供能量和間接提供能量。（1）線粒體的形態、大小、數目與分布三、細胞質：細胞質基質和細胞器→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH粗面內質網（rER）和光面內質網（sER）兩類。由ATP間接提供能量的主動運輸—協同運輸膽固醇含量的增加，可增加膜脂的有序性，降低膜脂的流動性。胞外信號分子→G-蛋白偶聯受體→G-蛋白→→腺苷酸環化酶胞飲(pinocytosis)動物細胞中葡萄糖的跨膜運輸細胞是生命活動的基本單位所完成的主動運輸方式，如小腸上皮細胞吸收葡萄糖。（2）線粒體的結構：外膜、內膜、膜間隙和基質主要強調：①膜的流動性；①維持細胞的滲透性，保持細胞的形態；②維持低Na+高K+的細胞內環境，維持細胞的靜息電位。每消耗1個ATP分子，可使細胞內減少3個Na+并增加2個K+

。Na+-K+泵的作用鈣泵即Ca2+泵，分布在動、植物細胞質膜、線粒體內膜、內質網樣囊膜、動物肌肉細胞肌質網膜上，是由1000個氨基酸的多肽鏈形成的跨膜蛋白。它是Ca2+激活的ATP酶，每水解一個ATP轉運兩個Ca2+到細胞外，形成鈣離子梯度。通常細胞質游離Ca2+濃度很低，約10-7～10-8摩爾/升，細胞間液Ca2+濃度較高，約5×10-3摩爾/升。胞外的Ca2+即使很少量涌入胞內都會引起胞質游離Ca2+濃度顯著變化，導致一系列生理反應。鈣流能迅速地將細胞外信號傳入細胞內，因此Ca2+是一種十分重要的信號物質。線粒體內腔、肌質網、內質網樣囊腔中含高濃度的Ca2+，濃度大于10-5摩爾/升，名為“鈣庫”。在一定的信號作用下Ca2+從鈣庫釋放到細胞質，調節細胞運動、肌肉收縮、生長、分化等諸多生理功能。鈣泵質子泵P型質子泵：V型質子泵存在生物：真核生物的細胞膜特點：轉運H+過程涉及磷酸化和去磷酸化存在生物：動物細胞溶酶體膜和植物細胞液胞膜特點：轉運H+過程不形成磷酸化中間體功能：保持細胞質基質內中性PH和細胞器內的酸性PH是由許多亞基構成的管狀結構，H+沿濃度梯度運動，所釋放的能量與ATP合成耦聯起來，所以也叫ATP合酶

H+-ATP酶不是由ATP提供能量，而是借其他物質的濃度梯度為動力來進行的。分類：同向協同運輸反向協同運輸由ATP間接提供能量的主動運輸—協同運輸(耗能與協助擴散對比)動物細胞中葡萄糖的跨膜運輸小腸上皮細胞吸收葡萄糖是Na+的協同運輸，具體情況是，順濃度梯度每進入細胞膜2個Na+就可以逆濃度梯度帶進1個葡萄糖分子。即是通過Na+通道實現的。細胞連接（celljunction)：是細胞相互連接處局部質膜所形成的特化結構。緊密連接橋粒連接間隙連接閉鎖小帶

:將相鄰細胞的質膜密切地連接在一起，而阻止溶液中的分子沿細胞間隙滲入。錨定連接:通過骨架系統將細胞與相鄰細胞或基質之間連接起來。通訊連接:動物細胞最常見的連接方式。

2.細胞膜與細胞連接植物細胞連接——胞間連絲動物細胞緊密連接由跨膜蛋白構成的焊接點連在一起形成焊接線——嵴線緊密連接普遍存在于脊柱動物體表及體內各種腔道和腺體上皮細胞，如小腸、食道的上皮細胞。功能：①連接相鄰的細胞②封閉細胞間隙的通道③阻隔功能橋粒連接錨定連接功能：它們似鉚釘將相鄰細胞或細胞與基質牢牢連接起來,起支持，附著，抵抗外界壓力與張力的作用。錨定連接：廣泛分布于機體的上皮組織、心肌組織中，以皮膚、子宮頸等處的細胞之間含量最豐富，通過錨定連接可使一些相鄰的細胞連成一體，形成一個牢靠有序的細胞群體，防止組織斷裂。半橋粒通訊連接間隙連接（動物細胞）突觸連接通訊連接植物細胞的胞間連絲各類連接的比較3.細胞膜與細胞通訊細胞通訊是指一個細胞發出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發生和組織的構建，協調細胞的功能，控制細胞的生長、分裂、分化和凋亡是必須的。細胞通訊方式：1）.分泌化學信號進行通訊內分泌旁分泌自分泌化學突觸2）.細胞間直接接觸

3）.細胞間形成間隙連接通過與質膜結合的信號分子影響其他細胞使細胞質相互溝通，通過交換小分子來調節細胞的代謝反應。1）.分泌化學信號進行通訊3）.細胞間形成間隙連接間隙連接（動物細胞）胞間連絲（植物細胞）4.信號分子與受體信號分子信號分子與受體類型細胞表面的受體類型G蛋白偶聯受體（7次跨膜的表面蛋白，又稱蛇形受體）G-蛋白偶聯的受體介導的信號傳遞介導無數胞外信號分子的細胞應答G-蛋白偶聯的受體介導的信號傳遞①cAMP（環腺苷酸）信號通路激素→G-蛋白偶聯受體→G-蛋白→腺苷酸環化酶→cAMP→cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調控蛋白→基因轉錄G-蛋白偶聯的受體介導的信號傳遞②磷脂酰肌醇信號通路→IP3→胞內Ca2+濃度升高→Ca2+結合蛋白(CaM)→細胞反應→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內pH

磷脂酶C(PLC)→胞外信號分子→G-蛋白偶聯受體→G-蛋白→G-蛋白偶聯的受體介導的信號傳遞細胞外被（糖被）和細胞壁動物細胞有細胞外被（糖萼、糖被），是細胞膜外表面的糖類物質的總稱,在細胞識別等方面起重要作用。植物細胞壁：胞間層、初生壁、次生壁；保護并支持細胞及整個植物體。三、細胞質：細胞質基質和細胞器1、細胞質基質（透明質）與內膜系統

細胞質基質：

中間代謝過程如糖酵解途徑、脂肪酸合成等都是在細胞質基質中完成；細胞質基質作為細胞器的微環境，為維護細胞器正常結構和生理活動提供所需要的生理環境；同時也為細胞器的功能活動提供底物。

內膜系統：

細胞內膜系統是指細胞內在結構、功能及發生上相關的由膜包繞形成的細胞器或細胞結構。2、線粒體（1）線粒體的形態、大小、數目與分布卵圓形顆粒或短線狀；橫徑約0.2um~1um，長約2um~8um，相當于一個細菌的大小；需要能量較多的細胞，線粒體數目也較多，植物細胞的線粒體數量比動物細胞的要少；多數細胞中線粒體均勻分布于細胞質，但也常常聚集在需能較多的部位。（2）線粒體的結構：外膜、內膜、膜間隙和基質

（3）線粒體的化學組成線粒體外膜的標記酶為單胺氧化酶，內膜為細胞色素氧化酶，間隙為腺苷酸激酶、線粒體基質的標記酶為蘋果酸脫氫酶。外膜上含有14種蛋白質而內膜上含有21種，外膜上主要含卵磷脂而內膜主要含心磷脂；再如，線粒體內、外膜上脂類與蛋白質的比值不同，內膜為0.3：1而外膜為1：1。（4）線粒體的功能：進行氧化磷酸化，合成ATP（5）線粒體是半自主性細胞器內共生假說：被原始的前真核生物吞噬的好氧性細菌，這種細菌與前真核生物共生，在長期的共生過程中通過演化變成了線粒體。分化假說：線粒體是由于質膜的內陷，再經過分化后形成的。

（6）線粒體的起源：3、質體

（1）前質體（或稱原質體）

（2）白色體（造粉體、造蛋白體和造油體）（3）有色體（4）葉綠體

A、葉綠體的形態、大小和數目B、葉綠體的結構：葉綠體膜、類囊體（基粒類囊體、基質類囊體）和基質

C、葉綠體功能：光合作用，光反應類囊體上進行，而暗反應在基質中完成。D、半自主性細胞器E、葉綠體的起源：按內共生假說，葉綠體的祖先是藍藻或光合細菌。4、內質網（ER）：粗面內質網（rER）和光面內質網（sER