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1、动物生物学Animal Biology,任课教师：贺同利工作单位：山东大学生命科学学院,1. 动物的细胞和组织,内容分三部分讲述1.1 动物体结构与功能的基本单位细胞1.2 动物细胞的周期与细胞分化1.3 多细胞动物的组织器官和系统,1.1动物体结构与功能的基本单位 细胞,细胞的发现及细胞学说的建立：细胞(cell)的发现：1665年，英国人罗伯特胡克用自己制造的显微镜观察软木薄片，第一次发现了植物细胞的构造。后来，荷兰人列文虎克用自己制造的显微镜观察到不少单细胞动物。从此，细胞开始为人类所发现和熟悉。,胡克显微镜以及观察到的植物细胞壁,细胞学说(cell theory)的建立：1838、18
2、39年，德国植物学家施莱登和动物学家施旺分别提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。细胞学说认为：细胞是有机体，一切动植物均由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞是一个相对独立的单位，既有它本身的生命，又对多细胞体系的生命有所助益；新的细胞可以由老的细胞繁殖产生。,细胞的基本概念原生质(protoplasm) 是细胞内所含的生活物质，包括细胞核及周围的细胞质。按照细胞的结构复杂程度，生物可分为原核细胞生物和真核细胞生物两大类。细胞直径一般在10-100微米之间，形状多样，但每种细胞的形态稳定。,细胞的化学成分：细胞组成元素主要有C、H、O、N、P、S、Ca
3、等，还有多种微量元素。细胞组成分子主要有核酸、蛋白质、脂类、糖类、无机盐和水。蛋白质是细胞的重要成分，占细胞干重的一半。核酸分为DNA和RNA两大类，DNA是遗传信息携带者，RNA在蛋白质合成中起重要作用。,脂类是生物膜的重要成分。糖类是生命活动所需的重要能源。无机盐调节细胞渗透压和p值。水是生物化学反应的理想介质。,细胞的基本结构：原核细胞一般由细胞壁、细胞膜、细胞质以及核区构成。动物的真核细胞主要由细胞膜、细胞质基质及各种细胞器构成。细胞膜是细胞最外层，由双层脂分子构成，其间镶嵌蛋白质分子。细胞质基质是细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，是细胞的重要的结构成分，还担负着多种重要的功能
4、。,细胞器主要包括以下几种：内质网是由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构，为多酶体系提供了大面积的结合位点，是细胞内除核酸外其它重要生物大分子如蛋白质、脂类和糖类合成的基地。核糖体是一种颗粒状的结构，没有被膜包裹，其直径为25nm，主要成分是蛋白质与RNA。核糖体按照mRNA的指令由氨基酸合成多肽链，是合成蛋白质的细胞器。,高尔基体是由多层囊泡构成的细胞器，其结构具有极性，主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器，主要功能是进行细胞内消化，维持细胞正常代谢活动及防御。过氧化物
5、酶体是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器，它与溶酶体相比在成分、功能及发生方面有很大差异。,线粒体是一种颗粒状的结构，它是细胞内的“动力站”。它通过氧化磷酸化作用，进行能量转换，提供细胞进行各种生命活动所需要的能量。线粒体在细胞功能旺盛的需能部位比较集中，在新陈代谢旺盛的细胞中比较多。线粒体存在DNA基因组、核糖体以及与转录和翻译有关的组分。线粒体进行分裂增殖，先经过生长阶段，然后DNA复制，线粒体中部缢缩或产生隔膜一分为二。,细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器，主要由核被膜、染色质、核仁及核骨架组成，是遗传信息的贮存场所，真核细胞几乎所有DNA都被整装在核内。细胞核内还进行基因
6、的复制、转录和转录初产物的加工过程，从而控制着细胞的遗传与代谢活动。它是细胞遗传与代谢的调控中心。,动物细胞的亚显微结构模式图,12 动物细胞的周期与细胞分化,动物细胞的周期细胞数目的增多一般是靠有丝分裂来实现的。有丝分裂延续时间为0.5-2小时，母细胞分裂为两个相等的子细胞。细胞从一次分裂开始（或者结束）到第二次分裂开始（或者结束）所经历的全过程称为一个细胞周期（cell cycle）。包括有丝分裂期和分裂间期两部分。,有丝分裂期(mitosis)分为前期、前中期、中期、后期和末期1前期核内染色质丝螺旋缠绕成染色体。每个染色体含有两个染色单体，各染色单体均有一个由特殊DNA序列构成的着丝粒。
7、核仁解体，逐渐消失。细胞核外两个中心体被推向相反的两极，和间期的微管共同形成纺锤体。,有丝分裂期：前期,前中期核膜破碎，细胞核消失。纺锤体移至细胞中央。染色体动粒（着丝点）与动粒微管相连。微管从染色体的两侧向相反方向延伸而达到细胞两极。,有丝分裂期：前中期,3中期染色体浓缩变短。染色体的动粒微管继续向细胞两极延伸而达到中心体。由于染色体上相反方向动粒微管的牵引和平衡作用，各染色体都排列到纺锤体中央，着丝点位于细胞中央赤道板上。,有丝分裂期：中期,4后期在动粒微管牵引下，各对染色单体的着丝点彼此分开，形成两个独立的染色体。分开的染色体以相同速度分别向两极移动。极微管延长使得纺锤体两极的距离加长。
8、,有丝分裂期：后期,5末期两组染色体分别抵达两极，极微管不断延伸使两组染色体距离进一步加大。在两组染色体的外围，核膜重新形成，染色体伸展延长成为染色质。核仁出现，细胞核恢复原来的形态。,有丝分裂期：末期,6细胞质分裂 在后期或末期，细胞质开始分裂。细胞膜在两极之间赤道板上形成一个由肌微丝和肌球蛋白构成的环带。微丝收缩使细胞膜垂直于纺锤体轴内陷，形成环沟，将细胞分割成两个子细胞。环沟常位于赤道板上，子细胞大小相等。有些细胞分裂时，环沟偏向一侧，产生大小不等的子细胞。,有丝分裂期：胞质分裂期,分裂间期(interphase)分裂间期占据整个细胞周期时间的绝大部分，细胞形态却没有显著变化，但是间期细
9、胞并非处于休止状态。习惯上将细胞间期分为3个时期。1Gl期有丝分裂期后细胞进入G1期。由于Gl期细胞合成大量RNA和蛋白质，细胞体积增大，核仁增大。多数细胞G1期较长，但Gl期在细胞周期中时间范围变动最大。,2S期细胞在S期完成DNA的复制和部分蛋白质的合成。到S期末期，每一个染色体复制成两个染色单体。S期持续时间较恒定。3G2期G2期是为有丝分裂做准备。在这个时期DNA合成终止，但仍进行着RNA和蛋白质的合成。这个时期合成的蛋白质和RNA是细胞进入有丝分裂所必须的。有丝分裂所需的能源也主要在此期准备。,动物细胞的分化多细胞动物每一种细胞在形态结构、功能以及生化特性方面都是各不相同的。多细胞动
10、物不同类型的细胞都是由受精卵发育成的。由受精卵通过细胞分裂产生的子细胞，大多数适应于特殊功能，合成了特异的蛋白质，细胞形态结构也发生了改变，产生了各种细胞。这种不同细胞之间产生稳定差异的过程就叫细胞分化(cell differentiation)。,动物细胞分化的特点是分化状态的稳定性。即：细胞分化是稳定的，一般是不可逆的。多细胞生物细胞分化贯穿整个生活史，但胚胎期是最重要的细胞分化期。形态特征发生明显差异之前，细胞分化方向即已确定，并可持续若干细胞代。细胞从分化方向确定开始，到出现特异形态特征之前的这一时期，称为决定期。细胞生理状态随分化水平提高而变化。,13 多细胞动物的组织、器官和系统,
11、多细胞动物体细胞有了分化，一群相同或相似的细胞及相关的非细胞物质彼此以一定的形式连接，形成一定的结构，担负一定的功能，称为组织(tissue)。动物细胞的细胞膜在相邻细胞之间分化而形成的特定连接，称为细胞连接(cell junction)。,脊椎动物的细胞连接主要有三种类型。桥粒(desmosome)在电镜下观察，上皮细胞之间有一种很牢固的呈纽扣状的斑块结构，这种结构就是桥粒。桥粒与细胞质溶胶中的中间纤维连接，间接地连成相邻细胞的细胞骨架，使之相互连接成骨架网。从结构上分析桥粒的功能是机械性的，很像建筑结构上的铆钉或焊接点。动物皮肤上皮细胞之间有桥粒广泛存在。,桥粒,紧密连接(tight ju
12、nction)紧密连接是指相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，膜之间不留空隙。这样细胞外的物质就不能通过。在上皮组织中，细胞间的紧密连接环绕各个细胞一周成为腰带状。在这个腰带区中很多紧密连接组合成网状，使细胞层成为一个完整的膜系统，相当于完全封闭了细胞之间的通道，防止了物质从细胞之间通过。动物肠壁的上皮细胞之间就有紧密连接。,紧密连接,间隙连接（gap junction）这种细胞连接是指两细胞之间存在间隙，但是很窄，其宽度在24nm之间。有一系列的通道贯穿在间隙之间，细胞质通过细胞之间存在的间隙相通。这些通道的宽度在1.5nm左右，只有离子和一些小分子物质能通过间隙连接。动物细胞间最多的胞间连接方式
13、是间隙连接。,间隙连接,动物细胞的各种细胞连接方式,动物的组织一般可以根据构造和功能分为四大类：1 上皮组织（epithelial tissue）上皮组织细胞排列紧密，特点是细胞之间是紧密连接，细胞间质很少。上皮细胞的排列方式有单层和多层之分。上皮细胞覆盖在动物体表和体内消化管以及各种管、腔、囊的内表面，简称上皮。主要功能是保护、感觉、分泌和吸收。,单层扁平上皮,单层柱状上皮,复层扁平上皮,2 结缔组织(connective tissue)结缔组织的特点是有发达的细胞间质，细胞分散于细胞间质中。细胞间质由液态、胶体状或固体的基质和纤维组成。下面简单介绍结缔组织的各种类型：疏松结缔组织是由排列疏
14、松的纤维与分散在纤维间的多种细胞构成的，纤维和细胞埋在基质中，充满在器官内部的间隙中。疏松结缔组织的主要作用是连结身体各种组织和器官、保护和支撑身体、提供营养并具有修复功能。,疏松结缔组织,致密结缔组织的基质和细胞少，而纤维多且致密，主要是由大量的胶原纤维或弹性纤维组成，组织坚韧有力，弹性不如疏松结缔组织，肌肉与骨骼间的肌腱和骨膜都属致密结缔组织。弹性结缔组织由平行排列的弹性纤维组成，特点是有很强的膨胀和收缩的能力，例如韧带、大动脉、肺壁等处均有弹性结缔组织。,致密结缔组织,网状结缔组织的特点是主要的纤维互相交织成网状，例如肝脏、脾脏等器官的基质网架就是由网状结缔组织构成的。脂肪组织的细胞中聚
15、集了大量脂肪。脂肪组织中的网状纤维很发达，动物的皮下、肠系膜上都富含脂肪组织。,脂肪组织,血组织包括血液和淋巴液，由血细胞和血浆组成，是一种比较特殊的结缔组织。血液中存在纤维蛋白原，在空气中会形成蛋白纤维，使血液凝结。,血组织,软骨是特化的致密结缔组织，特点是细胞间质坚固而有弹性。软骨间质中有发达的胶原纤维。软骨中只有一种细胞。,软骨,硬骨的细胞间质十分坚硬，主要成分是硫酸钙、磷酸钙等，重量占骨骼全重的65。细胞也只有一种。根据骨细胞和基质的区别，分为疏质骨和密质骨两种。骨骼的里面是疏质骨，有很多大的空隙，称骨髓腔。骨骼的外面是密质骨，主要由很多排列紧密的骨板和哈佛氏管组成的哈佛氏系统构成。,
16、硬骨,3 肌肉组织(muscular tissue)肌肉组织由肌肉细胞组成。肌肉细胞又称为肌纤维，根据肌纤维的结构和机能特点，肌肉组织可以分为三种。平滑肌分布在各内脏器官如胃壁、肠壁等处，细胞梭形，单核。收缩不受意志支配，缓慢而持久。,平滑肌,横纹肌固着在骨骼上，细胞多核，收缩受意志支配，迅速而有力，但持久性差。心肌分布在心脏，负责心脏的收缩。,横纹肌,心肌,4 神经组织(nervous tissue)神经组织是由神经细胞(又称神经元)和神经胶质细胞所组成的。神经细胞是由细胞体和接受刺激的树突和输出冲动的轴突所组成。树突可有很多个，作用是传入刺激。轴突细长而且只有一个，作用是传出刺激。神经细胞具有感受刺激和传导兴奋的能力。神经胶质细胞有支持、保护和营养功能。,神经组织,动物的基本组织,动物的器官和系统器官(organ)不同的组织共同形成具有一定形态结构、完成一定生理功能的单位称为器官，如动物的眼、耳、鼻、胃、肠、心脏等。系统(system)若干器官共同完成生命的一项功能即构成系统。如消化系统、循环系统、神经系统、呼吸系统、排泄系统、肌肉系统、骨骼系统、生殖系统等。,思考题：P 21， No. 4-7,