导图社区 细胞结构与细胞通讯
陈阅增普通生物学第四版---细胞结构与细胞通讯，包含细胞的结构、真核细胞的结构、生物膜---流动镶嵌模型等。
陈阅增普通生物学第四版，包含原子和分子、组成细胞的生物大分子、脂质、 糖类、核酸、 蛋白质等。
陈阅增 普通生物学第四版，包含生物的特征、生物界是一个多层次的组构系统、生物界的多级分类系统等。
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细胞结构与细胞通讯
细胞的结构
显微镜揭示了细胞的微观世界
胡克
复式显微镜观察软木切片
将空腔命名为细胞
施莱登
提出细胞是任何植物体组织结构的基本单位
施万
组成动物组织的基本单位也是细胞
细胞学说
所有的动物和植物都是由细胞构成的
细胞只能由已存在的细胞分裂产生
光学显微镜
受照明用光波长限制
电子显微镜
加速电子束代替可见光线
分类
透射电镜---TEM：研究样本内部超微结构
扫描电镜---SEM：观察样本表面细微结构
分离技术可用于研究活的样本
细胞的分级分离
将细胞破碎，将其中的各种细胞器分开，从而可以分别研究它们的功能
仪器：超速离心机
沉降系数（单位：S）
步骤
第一步：匀浆化
将细胞（组织）打碎，在低温下离心，随离心速度增加，越来越小的颗粒就会沉淀下来
细胞溶胶
细胞中除细胞器和细胞骨架以外的液体部分
内涵物质
含有丰富的蛋白质
含有多种酶---细胞中许多代谢活动场所
特点
透明
粘稠
高度有序
处于动态平衡
有各种细胞器和细胞骨架
制备比较大量的各种细胞器制剂
细胞的概貌
细胞的大小与其功能是相适应的
多细胞生物体积的增加是由于细胞数目增多
细胞体积受大自然规律限制
最小的细胞必须能装下维持生命和繁殖所必需的DNA、蛋白质和内部结构
最大的细胞必须有足够的表面积，以便从环境中获得足够的营养物质和排出废物
细胞靠表面接受外界信息和与外界物质交换
单细胞生物
全身只有一个细胞
多细胞生物的细胞数目与体积成正比
根据生物体或某一器官的体积以及组成它们的细胞的体积可以估算出生物体或器官的细胞数目
两类细胞：原核细胞和真核细胞
原核细胞
只有用电子显微镜才能看见其内部结构
没有核膜包被的细胞核，只有拟核
染色体为环状DNA分子
原核细胞至少有一个拟核区
细胞质中有许多核糖体，氨基酸在其中按照DNA指令合成蛋白质
质膜
控制物质进出细胞的转运
外界信号的受体
与代谢有关的蛋白质
细胞壁
保护细胞
有助于维持形状
荚膜
有助于细菌附着在一些物体的表面
短---菌毛
帮助细菌附着在一些物体表面
长---鞭毛
推动细菌在液体环境中前进
真核细胞的结构
细胞核是真核细胞的控制中心
一切真核细胞都有完整的细胞核
哺乳动物血液中的红细胞、维管植物的筛管细胞无细胞核
功能
细胞的控制中心
在细胞的代谢、生长和分化中起着重要作用
组成
核被膜
包在核外面
由两层膜组成
外膜延伸与细胞质中的糙面内质网相连
内面有纤维状蛋白组成的核纤层
核纤层蛋白
内外两层膜之间为核周腔
核孔
核孔复合体
30~50种蛋白质组成，并与核纤层紧密结合
组成核孔复合体的蛋白质统称为核孔蛋白
大分子通过核孔复合体进出细胞核
输入蛋白
将大分子从细胞质运入核内
输出蛋白
将大分子从细胞核中运至核外
不是简单的扩散，有专一性
依据核定位信号和与核孔复合体中专一受体蛋白结合
实现主动转运
染色质
苏木精染色，观察到的许多或粗或细的长丝交织成网，网上的较粗大、染色更深的团块
常染色质
细丝状的部分
DNA长链分子展开的部分
染色较淡
异染色质
DNA长链分子紧缩盘绕的部分
较大的染色更深的团块
蛋白质
组蛋白
富含赖氨酸、精氨酸
碱性蛋白质
能与带负电荷的DNA结合
H1
H2A
H2B
H3
H4
由不同的基因编码
非组蛋白
有关DNA复制和转录
核小体
电子显微镜下染色质是串珠状的细丝样
核心部分
8个或4对组蛋白分子构成（H2A、H2B、H3和H4各两个分子）
外围
DNA分子的长链围绕在核心的外围
H1在核小体核心部分外侧与DNA结合，起稳定核小体作用
连接核小体的DNA为连接DNA
染色质丝一个单位
DNA加上一段连接DNA共146个碱基对
进一步可浓缩成染色体
核仁
细胞核中球形或椭球形结构
富含蛋白质和RNA分子
产生核糖体的细胞器
编码rRNA的DNA成为rDNA
含rDNA的区域即为核仁组织者
核基质
不溶的纤维网架结构
作为骨架维持细胞核形态
固定许多与细胞核活动有关的装置
核质
细胞核中的透明物质
内质网与核糖体
内膜系统
与许多细胞器相关联
直接连在一起
通过形成小的囊泡相关
膜的厚度、分子组成和代谢功能不是固定不变的
包括
内质网
高尔基体
溶酶体
液泡
由膜组成的网，由膜形成的小管与小囊状的潴泡
内质网膜把这些潴泡与细胞溶胶分隔开
光面内质网
在各种不同的细胞中起着各种各样的作用
光面内质网合成的脂质包括脂肪、磷脂和固醇类
肝细胞的光面内质网中的一种酶，可将磷酸酯中的磷酸根去掉
肌肉细胞内质网膜将钙离子从细胞溶胶泵入潴泡中，引发肌肉细胞收缩
解毒：使药物带上羟基，增加其水溶性，易于从体内排出
糙面内质网
合成分泌蛋白并产生膜
大多分泌蛋白是糖蛋白：与糖类共价连接的蛋白质
一般是寡糖
转运小泡：从细胞一处向另一处转移的小泡
核糖体
rRNA和蛋白质组成的颗粒
进行蛋白质合成的细胞器
由大小两个亚基组成
蛋白质合成速率高的细胞中
核糖体多
核仁特别大
二者作用可以相互转换
游离核糖体
悬浮于细胞溶胶中
合成的蛋白质在细胞溶胶中起作用
结合核糖体
运到指定的地点起作用
细胞中蛋白质的加工、贮存、分拣、和转运的中心
起分泌作用的细胞中高尔基体发达
由扁平的小囊和小泡组成
顺面（“接受测”）
靠近细胞核一侧的潴泡弯曲成凸面
转运泡将物质从内质网运到高尔基体
反面（“外运测”）
面向质膜的一侧常为凹面
暂时贮存，由外运测形成分泌跑，分送到细胞的质膜上
合成多糖
植物的果胶物质
其他非纤维素的多糖
一类由单层膜包被的小泡
含有多种在酸性条件下起作用的水解酶类
由高尔基体外运侧出芽形成
最适pH在5左右
消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的废弃成分
分解细胞中失去功能的细胞结构碎片，使组成这些碎片的物质被重新利用
如果发育不完全，可能引起疾病
单层膜包被的充满稀溶液的囊泡
数量
年幼的细胞只有很少的、分散的小液泡
成长的植物细胞中，小液泡逐渐合并发展一个大液泡
细胞液
液泡中的液体
溶有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素（特别是花青素苷）
色素与花、叶、果实颜色有关
高浓度使植物细胞经常处于充分膨胀状态
植物贮存代谢废物场所，有时以晶体状态存在于液泡中
线粒体和质体等进行能量交换
不是内质网膜系统的一部分，不是由连在ER上的核糖体制造的，而是由游离的核糖体制造的
其中不仅有游离的核糖体，而且还有环状DNA
线粒体
”动力工厂“
将糖类等分子中贮藏的化学能转变为细胞可直接利用的ATP中能量
分泌细胞中线粒体多
是由内外两层膜包被的囊状细胞器
囊内充有液态的基质
嵴
内膜向内折叠而形成的突出于基质中
使內膜表面积增大，有利于生化反应的进行
有一套自己的遗传系统
质体
植物细胞的细胞器
白色体
分布
分生组织细胞
不见光的细胞
成分
淀粉
油脂
有色体
含有各种色素
最主要：叶绿体
进行光合作用的细胞器
分布与光照有关
光照下：分布在细胞照光一侧
黑暗时：叶绿体移向内部
内部是悬浮在基质之中的复杂的膜系统
膜系统由一摞扁平的囊组成---类囊体
大部分类囊体有规律叠在一起---基粒
光合作用的色素和电子传递体位于类囊体膜中---光合膜
叶绿体中也有环状DNA和核糖体
微体是与过氧化氢代谢有关的细胞器
单层膜包被的细胞器
过氧化物酶体
存在于动物、植物细胞中
内有氧化酶类
乙醛酸循环体
只存在于植物细胞中
将细胞中的脂肪转化为糖
细胞骨架维持细胞形状并控制其运动
细胞骨架
作用
维持细胞形状
控制细胞运动
固定许多细胞器的位置
固定细胞溶胶中某些酶分子位置
细胞活动
整个细胞位置的移动
细胞某些部分的有限运动
马达分子
沿微管运动：驱动蛋白类、动力蛋白类
沿微丝运动：肌球蛋白
食物泡形成、胞质环流
微管
存在于所有真核细胞细胞质
中空棒状
由微管蛋白组成
是一个二聚体
由两种亚基组成
长度由于新加入一个二聚体而增加
可以解组装，又可在其他处重新组装
维持并改变着细胞的形状，是细胞器移动轨道
微丝
又称肌动蛋白丝，由肌动蛋白组成
与其他蛋白质一起，在质膜内形成三维的网以支持细胞形状
很容易解聚成肌动蛋白单体
有运动的功能
胞质环流
加速物质在细胞中分配
细胞松弛素B使肌动蛋白丝解聚
鬼笔环肽防止肌动蛋白丝
中间丝
产生张力
常见
有角蛋白
波形蛋白
比较固定的结构
用化学处理可以除去微管和微丝，留下的是中间丝
固定细胞位置
核纤层中主要是中间丝，使核被膜稳定
鞭毛、纤毛、中心粒与运动有关
鞭毛
以波浪式向前推进
前进的方向与鞭毛主轴相一致
纤毛
像桨一样来回摆动
前进方向与纤毛的轴垂直
基本结构成分是微管
每束由两根微管组成---二连体微管
每束由三根微管组成---三连体微管
结构
9（2）+2排列--二连体，中间两个单体微管
9（3）+0排列--三连体，中间没有单体微管
中心粒
微管组织中心
由微管构成的细胞器
存在于大部分真核细胞中，种子植物和某些原生动物没有中心粒
由排列成圆筒状的9束三联体微观组成的，中央没有微管
与鞭毛是同源器官
细胞壁包被着植物细胞
区别植物细胞和动物细胞的显著特点
保护植物细胞
维持其形状
使细胞不能吸收过量水分
特化细胞的坚固的壁使植物能抵抗重力，使植株在空中挺立
化学成分
因物种而异
同一株因细胞类型而异
纤维素组成的微元纤维埋藏在由其他多糖和蛋白质组成的基质中
分泌初生壁，相邻细胞间有一层胞间层（一层富含黏性多糖即果胶质的物质）
向初生壁中分泌加固物质
在质膜和初生壁间形成次生壁
通常叠加几层，强化加固基质，起保护支持作用
胞间连丝
细胞质通过小孔彼此相通
植物细胞间特有联系方式
木材
死细胞遗留的细胞壁所组成的
纤维素的间隙中充满一种芳香醇类的多聚化合物---木质素
老树根和老树干
含有一种成为木栓质的脂质
许多遗留下来的细胞壁
软木富有弹性
细胞壁比较薄
空隙较大
动物细胞有胞外基质和细胞连接
胞外基质ECM
主要成分：胶原；在细胞外形成粗壮的丝
胶原纤维埋藏在蛋白聚糖形成的网中
纤连蛋白使细胞与ECM相连，纤连蛋白与整合在内膜内的整联蛋白相连
ECM能影响细胞核活动
细胞连接
在相邻细胞间形成特定连接
类型
桥粒
在皮肤、子宫颈等处的上皮细胞之间有一种非常牢固的细胞连接
纽扣状的斑块结构
与细胞溶胶中的中间丝连接，使相邻细胞的细胞骨架间接的连成网
功能是机械的
紧密连接
两个相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，两膜之间不留空隙，胞外物质不能通过
又称封闭链接
间隙连接
普遍存在的一种细胞连接
能够通过的物质主要是离子和相对分子质量不大于1000的小分子
cAMP（第二信使）
可通过间隙连接而迅速从一个细胞进入周围的多个细胞
多种激素信息的传递分子
极少量的激素就能引起许多细胞发生反应
生物膜---流动镶嵌模型
质膜是活细胞的边界，把细胞内的生命世界与其周围的非生物环境分隔开
质膜和所有的生物膜都有选择透性
流动镶嵌模型
辛格和尼科尔森
生物膜主要成分
脂质
磷脂
两性分子
亲脂部分
亲水部分
易形成脂双层
糖类
膜是流动的
膜基本是由磷脂的疏水的脂肪酸链相互作用联系在一起的
膜蛋白移动
好像受到某种指令
马达分子指导它沿着细胞骨架的纤丝移动
在细胞骨架上的膜蛋白不能移动
温度降低，膜的流动性减小，最后磷脂处于紧密排列状态，膜于是固化
膜固化温度取决于脂质类型
动物细胞膜
含有胆固醇
不同温度下胆固醇对膜流动性影响不同
较温和温度下胆固醇由于限制了磷脂分子的移动而降低了膜的流动性
降低膜的固化温度
膜必须保持液态才能发挥作用
膜固化，透性会发生变化，其中的酶也失去活性
膜是镶嵌的
膜中许多种不同的蛋白质浸埋在脂双层中
脂双层是膜结构的基础，蛋白质决定着膜的大多数特定功能
膜蛋白种类
膜内在蛋白
穿过脂双层的疏水核心
许多都是整个穿过
疏水区由一连串或数连串非极性氨基酸组成（通常α螺旋）
亲水区暴露在膜外边两侧水溶液中
膜周边蛋白
不完全埋在脂双层中
贴附在膜内在蛋白暴露在膜外的部分上
胞质侧---膜蛋白与细胞骨架连接而固定
胞外侧---膜蛋白有连接在胞外基质的纤丝上
脂双层的两层化学组成可能不同，膜中蛋白质分子取向可能不同
质膜中蛋白质功能
转运
酶活性
信号转导
胞间连结
细胞-细胞识别
将细胞骨架与胞外基质ECM连接起来
膜上的糖类为细胞识别所必需
膜表面的糖
以共价键与膜蛋白相结合
与膜脂相结合
糖只存在于质膜的外层
主要成分
半乳糖
甘露糖
唾液酸
糖链一般是短有分支的寡糖链
寡糖链和蛋白质共同构成细胞表面糖萼
含带负电的唾液酸，细胞表面的静电荷是负的
细胞识别细胞的关键在于识别细胞表面的糖分子
质膜外面的寡糖因物种、个体而异，在同一个体中因细胞类型而异
细胞通讯
细胞通讯维持整体性，可向其他细胞发送信号
信号主要是化学信号
信号接受
信号分子为一个配体，即一个能与某种大分子专一结合的较小分子
与受体结合后会使受体分子形状改变
与G蛋白偶联受体：一类能与GTP结合的蛋白质
松散的连接在质膜胞质侧，起开关作用
与GTP结合---有活性
与GDP结合---活性丧失
G蛋白活动过程
接收信号分子，G蛋白被活化
G蛋白在质膜上移动，并与有关的酶分子结合
活化的酶分子引起反应
有一些信号受体在细胞内
如性激素睾酮、甲状腺激素
信号转导途径
作用是把信号从受体上传递到细胞内发生的专一的响应
原来的信号分子不必参加信号传导途径
只是某种信息的传递
传递步骤中大多传递的都是蛋白构象
由磷酸化作用引起
使蛋白质磷酸化的酶--蛋白激酶
使ATP中的一个磷酸根转移到蛋白质上
从蛋白质上移去磷酸根的酶--蛋白磷酸酶
胞外信号分子---第一信使
cAMP、钙离子---第二信使
水溶性小分子或离子
钙离子与钙调蛋白结合，改变其构象
钙调蛋白调节的酶有蛋白激酶、磷酸酶
细胞对信号的响应
信号传导的最终结果使细胞对信号的响应
酶活性的改变
酶的合成
细胞核内的变化
信号传导途径步骤多是为了将信号放大---方式：酶的级联
信号传导有专一性
