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1、细胞生物学细胞生物学生物奥赛辅导授课人：杨化涛l细胞学部分比值：细胞学部分比值：20%l主要内容：细胞的化学成分主要内容：细胞的化学成分l细胞的结构与功能细胞的结构与功能l细胞代谢细胞代谢l细胞分裂。细胞分裂。l学习方法：掌握运用必修学习方法：掌握运用必修1内容内容l掌握理解奥赛教材内容掌握理解奥赛教材内容细胞部分内容介绍1 1细胞的发现细胞的发现 16651665年年英国物理学家英国物理学家罗伯特罗伯特虎克虎克用他自用他自制的显微镜观察制的显微镜观察栓皮栓皮栎的软木切片时，看到栎的软木切片时，看到了一个个蜂窝状的小室。他把这样的了一个个蜂窝状的小室。他把这样的“小室小室”称为细胞（称为细胞（
2、死细胞）死细胞）。2 2细胞学说的建立细胞学说的建立l德国植物学家德国植物学家施莱登施莱登于于18381838年提出了细胞学年提出了细胞学说的主要论点，次年又经德国动物学家说的主要论点，次年又经德国动物学家施旺施旺加以充实，最终创立了细胞学说。加以充实，最终创立了细胞学说。l细胞学说的主要内容是：细胞是动、植物有细胞学说的主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位单位（一）细胞生物学的发展（三）细胞的形态与大小1.细胞概念：细胞概念：细胞是由膜包围的，能进行细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活独立繁殖的最小原
3、生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。态结构和功能活动单位。2细胞的大小：细胞的大小：mm（显微结构和亚显（显微结构和亚显微结构）微结构）l在显微技术和电镜技术中常用的单位在显微技术和电镜技术中常用的单位有：微米（有：微米（mm或或）、纳米（）、纳米（nmnm）和）和埃三种。埃三种。1m1m10102 2cmcm10106 6mm10109 9 nm nm 101010 10 l影响细胞大小的因素：影响细胞大小的因素：l1.细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限；细胞上限；l2.细胞的相对表面积与
4、细胞大小有关；细胞的相对表面积与细胞大小有关；l3.细胞内物质的交流与细胞大小有关。细胞内物质的交流与细胞大小有关。l3.原生质原生质：细胞内所含有的生活物质，真核细胞包括细胞质和细胞核。（注意与原生质层的区别）l57细细 胞胞 膜膜(cell membrane)又又 称称 质质 膜膜（plasmamembrane），是是指指围围绕绕在在细细胞胞最最外外层层，由由脂脂质质和和蛋蛋白白质质组组成成的的生生物物膜膜。细细胞胞膜膜只只是是真真核核细细胞胞生生物物膜膜的的一一部部分分，真真核核细细胞胞的的生生物物膜膜（biomembrane）包包括括细细胞胞的的内内膜膜系系统统（细细 胞胞 器器 膜膜
5、 和和 核核 膜膜）和和 细细 胞胞 膜膜（cellmembrane）。）。1 1细胞膜细胞膜/生物膜生物膜（1 1）质膜的化学组成）质膜的化学组成l细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，l蛋白质约占膜干重的20%70%，l脂类约占30%80%，l此外还有少量的糖类。l比例的不同与其功能相适应。（四）真核细胞的亚显微结构（2 2）质膜的分子结构模型）质膜的分子结构模型三明治模型三明治模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型 脂质体脂质体脂脂质质体体（liposome）是是根根据据磷磷脂脂分分子子在在水水相相中中形形成成稳稳定定的的脂脂双双层层膜膜的的趋趋势势而而制制备备的的一一种种人人工工膜膜。脂脂质质体体可可用
6、用于于细细胞胞膜膜的研究；转基因；疾病的诊断及治疗。的研究；转基因；疾病的诊断及治疗。二、二、膜蛋白膜蛋白膜膜蛋蛋白白是是膜膜功功能能的的主主要要体体现现者者。核核基基因因组组编编码码的的蛋蛋白白质质中中30%左左右右的的为为膜膜蛋蛋白白。根根据据与与膜膜脂脂的的结结合合方方式式以以及及在在膜膜中中的的位位置置的的不不同同，膜膜蛋蛋白白分分为为内内在在（integralprotein）、外外周周蛋蛋白白（peripheral protein）和和 脂脂 锚锚 定定 蛋蛋 白白（lipid-anchoredprotein）。）。（一）内在蛋白（一）内在蛋白（integralproteins）内在
7、蛋白又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部，内在蛋白又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部，有的为全跨膜蛋白（有的为全跨膜蛋白（tansmembraneproteins）。）。它与膜结合它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（非常紧密，只有用去垢剂（detergent）才能从膜上洗涤下来，才能从膜上洗涤下来，常用常用SDS和和Triton-X100。内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多个个螺旋组成亲水通道；而是由螺旋组成亲水通道；而是由折叠组成亲水通道折叠组成亲水通道。细胞膜的结构模型及特点细胞膜的结构模型及特点一、细胞膜结
8、构的研究历史一、细胞膜结构的研究历史1.E.Overton1895推测细胞膜由连续的脂类物质组成。推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E.Gorter&F.Grendel1925推测细胞膜由双推测细胞膜由双层脂分子组成。层脂分子组成。3.J.Danielli&H.Davson1935提出了提出了”蛋白质蛋白质-脂类脂类-蛋蛋白白质质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。面附着的蛋白质构成的。1959年提出了修正模型，认为膜年提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。上还具有贯穿脂双层的蛋白
9、质通道，供亲水物质通过。4.J.D.Robertson1959用超薄切片技术获得了清晰的细用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示胞膜照片，显示暗暗-明明-暗暗三层结构，厚约三层结构，厚约7.5nm。这就是所这就是所谓的谓的“单位膜单位膜”模型。它由厚约模型。它由厚约3.5nm的双层脂分子的双层脂分子和内外和内外表面各厚约表面各厚约2nm的蛋白质的蛋白质构成。构成。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根据免疫荧根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜单位膜”模模型的基础上提出型的基础上提出”流动镶嵌模型流动镶嵌模型”。二、质膜的
10、流动镶嵌模型的特点二、质膜的流动镶嵌模型的特点组成成分组成成分：主要组成成分为：主要组成成分为脂类脂类和和蛋白质蛋白质，还含有少量的糖类。，还含有少量的糖类。不对称性不对称性：蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨：蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。整个脂双层，表现出分布的不对称性。流动性流动性：膜蛋白和膜脂可作各向运动。：膜蛋白和膜脂可作各向运动。膜脂的分子运动膜脂的分子运动1侧向扩散运动侧向扩散运动2旋转运动旋转运动3摆动运动摆动运动4伸缩震荡运动伸缩震荡运动5翻转运动翻转运动6旋转异构化运动旋转异构化运动2.影响膜流动的因素影响膜流动的因
11、素规律点拨主要有主要有侧向扩散侧向扩散和和旋转扩散旋转扩散两种运动方式。两种运动方式。旋转扩散旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动。膜蛋指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。可用能促进膜蛋白的侧向运动。可用荧光标记荧光标记技术技术检测膜蛋白的流动性。检测膜蛋白的流动性。3膜蛋白的流动膜蛋白的流动细胞融合技术观察蛋白质运动细胞融合技术观察蛋白质运动质质膜膜的的流流动动性性是是保保证证其其正正常常功功能能的的必必要要条条件件。例例如如跨跨膜膜
12、物物质质运运输输、细细胞胞信信息息传传递递、细细胞胞识识别别、细细胞胞免免疫疫、细细胞胞分分化化以以及及激激素素的的作作用用等等等等都都与与膜膜的的流流动动性性密密切切相相关关。当当膜膜的的流流动动性性低低于于一一定定的的阈阈值值时时，许许多多酶酶的的活活动动和和跨跨膜膜运运输输将将停停止止，反反之之如如果果流流动动性性过过高高，又又会会造造成成膜的溶解。膜的溶解。4膜流动性的意义膜流动性的意义膜的不对称性膜的不对称性冰冻蚀刻冰冻蚀刻研究不对称型l亦称冰冻断裂。标本置于干冰或液氮中冰冻。然后断开，升温后，冰升华，暴露出了断面结构。向断裂面上喷涂一层蒸汽碳和铂。然后将组织溶掉，把碳和铂的膜剥下来
13、，此膜即为复膜（replica）。A Yeast Cell（三）、细胞膜的（三）、细胞膜的功能功能 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;选择性的物质运输选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除产物的排除,其中伴随着能量的传递其中伴随着能量的传递;提供细胞识别位点提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递并完成细胞内外信息跨膜传递;为多种酶提供结合位点为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行；使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;质膜参与形成具有不
14、同功能的细胞表面特化结构。质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。Fig.cAMPFig.cAMP信号通路对基因信号通路对基因转录的激活转录的激活信号分子与受体结合通过信号分子与受体结合通过G G蛋蛋白活化腺苷酸环化酶，导致白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内细胞内cAMPcAMP浓度增高激活蛋浓度增高激活蛋白激酶白激酶A A，被活化的蛋白激酶，被活化的蛋白激酶A A（催化亚基）转为进入细胞（催化亚基）转为进入细胞核，使基因调控蛋白（核，使基因调控蛋白（cAMPcAMP应答结合蛋白，应答结合蛋白，CREBCREB）磷酸）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增
15、与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。强靶基因的表达。细胞表面的特化结构细胞表面的特化结构是为适应某种环境而形成的特殊表是为适应某种环境而形成的特殊表面结构，如：膜骨架、鞭毛、纤毛及微绒毛等，分别与面结构，如：膜骨架、鞭毛、纤毛及微绒毛等，分别与细胞形态细胞形态的维持、的维持、细胞运动细胞运动、细胞的、细胞的物质交换物质交换等功能有等功能有关。关。骨架与细胞表面的特化结构骨架与细胞表面的特化结构膜膜骨骨架架指指细细胞胞膜膜下下与与膜膜蛋蛋白白相相连连的的由由纤纤维维蛋蛋白白组组成成的的网网架架结结构构(meshwork)，它它参参与与维维持持质质膜膜的的形形状状并并协协助助质质膜膜完完成成多
16、多种种生生理理功功能能。它它的的特特点点是是粘粘质质性性高高，有较强的抗拉能力。有较强的抗拉能力。一、膜骨架一、膜骨架二、红细胞二、红细胞（一）红细胞的生物学特性（一）红细胞的生物学特性哺乳动物成熟的红细胞没有哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核细胞核和和内膜系统内膜系统，细胞膜既有，细胞膜既有良好的弹性又有较高的强度，并且细胞膜和膜骨架的蛋白比较良好的弹性又有较高的强度，并且细胞膜和膜骨架的蛋白比较容易纯化、分析。红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物容易纯化、分析。红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物释放，留下一个保持原形的壳，称为释放，留下一个保持原形的壳，称为血影血影。因此，是研究膜骨。因此，
17、是研究膜骨架的理想材料。架的理想材料。（二）红细胞质膜蛋白及膜骨架（二）红细胞质膜蛋白及膜骨架血影血影SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析聚丙烯酰胺凝胶电泳分析：血影蛋白主要成分包括：血影蛋白、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白和血型糖蛋白。改变处理的离子强度改变处理的离子强度：血影蛋白和肌动蛋白条带消失，血影的形状改变，膜的流动性增强。用用Triton100处理处理：带3蛋白和一些血型糖蛋白消失，血影的形状基本不变。用非离子去垢剂处理用非离子去垢剂处理：所有的脂质和血型糖蛋白及大部分带3蛋白消失，血影的形状基本不变。膜骨架蛋白膜骨架蛋白主要成分包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和主
18、要成分包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和带带4.1蛋白等。蛋白等。植物细胞壁（植物细胞壁（cellwall）植物细胞壁的植物细胞壁的组成组成植物细胞壁的功能植物细胞壁的功能 增加细胞强度，提供支持功能；增加细胞强度，提供支持功能；信息储存库的功能：产生多种寡糖信息储存库的功能：产生多种寡糖素作为信号物质，或抵抗病、虫害，素作为信号物质，或抵抗病、虫害，或作为细胞生长和发育的信号物质。或作为细胞生长和发育的信号物质。纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril）,为细胞壁提供了抗张强度半纤维素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖 介导微原纤维连接彼此连接
19、或介导微原纤维与其它基质成分（果胶质）连接果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15，糖的总量约占65。木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增加了细胞壁的强度与抗降解植物细胞壁的组成植物细胞壁的组成谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH