第4讲细胞ppt课件.ppt

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1、第四讲 细胞生物体的基本结构 单位,一、细胞学说的建立 二、细胞的结构与功能 三、细胞分裂和细胞周期 四、细胞分化、衰老与死亡,1、 细胞学说的主要的内容 17世纪中叶，显微镜被用于生物学研究，用显微镜观察来自树皮的木栓，看到一个个“小室”结构，称之谓“Cell”（细胞）。,一、细胞学说的建立,人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。,图一,返回,英国科学家霍克（R.Hook,1635-1703),27岁成为英国皇家 学 会领导成员, 发表对木栓的观察,命名Cell。,荷兰人列文虎克（Antoni von Lee

2、uwenhoek,1623-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。,19世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出： 细胞是植物体和动物体的基本结构单位。,这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：,（1）细胞是所有动、植物的基本结构单位。 （2）每个细胞相对独立，一个生物体内各细胞之间协同配合。 （3）新细胞由老细胞繁殖产生。,2、细胞学说的科学意义,细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，奠定了生物科学的基础。细胞学说使生命世界有机结构多样性的统一，从哲学推断走向自然科学论证。,细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。 值得注意的是

3、，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。,最初提出细胞学说观点的 两篇论文是: 德国植物学家施莱登 1838 年发表的论文 : 论植物发现; 德国动物学家施旺 1839 年发表的论文: 动、植物结构与生长相似性的显微研究。,返回,有没有非细胞生命？,19 世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。 1930s1940s 期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。 看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。,最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面特性。,二、细胞的结构和功能,1、

4、 动物细胞的典型结构 细胞膜和生物膜 磷脂和鞘脂分子具有一个共同的特征一个极性的头两个非极性的尾巴。在水环境中，这类分子会自发形成脂双层微囊。,返回,动物细胞模式图,返回,在水中的脂双层微囊,细胞膜的框架，就是脂双层，还有蛋白质“镶嵌”其中。 1970s 提出的流动镶嵌学说, 强调了生物膜中脂分子和蛋白质分子的运动。这样的膜结构不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，所以, 统称生物膜。,返回,细胞膜结构,内质网 由单层生物膜围成。是蛋白质合成、修饰和分泌；脂类合成的场所。,细胞核 由两层生物膜围成，遗传信息贮藏在核内，是 DNA 复制和 RNA 合成场所。,返回,细胞核结构,返回,内质

5、网结构,溶酶体 由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。,高尔基体 由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。,返回,溶酶体结构,返回,高尔基体结构,细胞质 有多种蛋白质和酶，是糖酶解和糖元合成等反应的场所。,线粒体 由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。,返回,线粒体结构,细胞骨架 由蛋白质亚基组装成，和细胞形状、迁移、信息传导等有关。,核糖体 由 RNA 和蛋白质形成的大颗粒，是 蛋白质合成的场所。,返回,微管,微丝,中间纤维,细胞骨架结构,2、植物细胞的典型结构,与动物细胞相比, 有几点不同:植物细胞 动物细胞 有细胞壁 没有细胞壁 有叶绿体 没有叶绿体 有中央液泡 没有中央液

6、泡,返回,植物细胞结构,3、真核细胞和原核细胞,细菌细胞结构与动、植物细胞不同，要简单的多。最主要的差别是细菌没有细胞核结构，核物质DNA还是有的，形成类核区(又称拟核)。并且细菌细胞也没有其他各种细胞器。,返回,细菌细胞结构,依据有无细胞核，整个生命世界可以区分为两大类： 原核生物 真核生物 细菌 植物 放线菌 动物 蓝藻 真菌（霉菌、酵母) 等等 原生动物 藻类,三、细胞分裂和细胞周期,1、为什么会有细胞分裂？,随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。,活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。,表面积/体积 比值的下降， 意味着代

7、谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。,随着体积增大, 表面积/体积 比值下降,下图,半径增大 4倍 体积增大 64倍 表面积增大 16倍 表面积/体积从 3/1 下降到 0.7/1,表面积/体积 比值 老鼠 大象,返回,老鼠重 25 克,大象重 4 吨 表面积/体积 老鼠是大象的 24 倍 所以, 老鼠的代谢速率大于大象,2、 原核生物的细胞分裂,原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。 细胞生长增大到一定程度，DNA 复制，形成两个 DNA 分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称

8、为二分分裂。,细菌细胞分裂,返回,3、 真核细胞的有丝分裂,大多数真核生物是多细胞生物。体细胞的分裂称为有丝分裂；生殖细胞形成过程中，则有与之不同的减数分裂。,细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个: 细胞周期。,（1） 细胞分裂周期,细胞周期,返回,通常, 细胞周期可以区分为四个阶段： M 期 分裂期，在这个阶段 可以在显微镜下看到 细胞分裂过程。 G1 期 S 期 DNA 合成期 G2 期 G1 期，S 期和 G2 期又总称为: 分裂间期。,（2）有丝分裂过程,前期 染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体。每条染色体含两条姊妹染色单体。 中期 核膜消失，染色体排列在

9、赤道板上。,返回,分裂间期,有丝分裂,前期,中期,后期 姐妹染色单体分开，被 分别拉向细胞两侧 末期 重新形成核膜，染色体 消失 细胞质分裂 胞质形成间隔，最终分开为两个细胞,返回,中期,后期,末期,细胞质分裂,有丝分裂,现在集中看一下在 M 期发生的有丝分裂过程： 前期:染色质浓缩，折叠，包装，形成光 镜下可见的染色体，每条染色体含两条染色单体。 中期:核膜消失，染色体排列在赤道板上。 后期:姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。 末期:重新形成核膜，染色体消失。 细胞质分裂:胞质形成间隔，最终分开为两个细胞。,返回,有 丝 分 裂,（3）染色质和染色体,处于分裂间期的细胞，细胞核内的 DN

10、A 分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。多个核小体串在一起形成染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。,核小体和染色质,返回,核小体直径 10 nm，光镜下看不到。当细胞进入 M 期时， 染色质折叠包装，大约压缩 8400 倍， 形成光镜下可以看到的染色体。,染 色 体,返回,应记住，在染色体出现时，细胞已经过 S 期完成 DNA 复制， 已由原来的每个 DNA 分子复制出两个 DNA分子。所以，每条染色体由两条姐妹染色单体组成。,通常把体细胞称为双倍体细胞，体细胞的遗传物质的总含量为 2n。在细胞分裂中，在光镜下可以看到染色体时，已经过 DNA 复制，这

11、时遗传物质的总量已经是 4n 了。细胞分裂完成时，出现的两个子细胞又都回复为 2n。,不同物种的细胞，染色体数目不同。所以，染色体数目也是不同物种细胞的特征。因为，对大多数物种来说，体细胞是 2n 的，所以染色体数目通常为偶数。,物种 染色体数目 物种 染色体数目 人 46 豌豆 14 小鼠 40 玉米 20 爪蟾 36 小麦 42 果蝇 8 酵母 32,4、 真核细胞的减数分裂,（1）减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞。它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为 n 细胞。 由 2n 的体细胞产生 n 的生殖细胞，需要经过减数分裂。,返回,减数分裂,（2）、 减数

12、分裂后，细胞中染色体数目减少一半。减数分裂可以分为两个阶段： 第一次减数分裂：DNA复制一次，细胞分裂一次。,第二次减数分裂：DNA不复制,细胞再分裂一次。,结果，子细胞染色体数目减半，遗传物质总量由 2n 变为 n。 总之，减数分裂就是 DNA 复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个 2n 细胞分出 4 个 n 细胞。,（3）、减数分裂丰富基因组合 减数分裂的特点: 一是子细胞染色体数减半; 二是子细胞基因组合大为丰富。 基因组合的丰富由两个原因造成。 首先，体细胞的染色体实际上是由两套同源染色体组成。人的细胞有 4 条染色体，实际上可以看作 2 对同源染色体加上两条性染色体。,返回,人的体

13、细胞染色体,在减数分裂的第一次分裂时，每对同源染色体分别分配至两个子细胞。于是父源的同源染色体和母源的同源染色体以不同组合，分配到两个子细胞中去。这样，产生不同染色体组合的配子种型大增。,其次，在第一次减数分裂中，还发生同源染色体配对，配对后还发生同源染色体之间的染色体交叉和基因重组。这使基因组合状况更为复杂化。,同源染色体配对和染色体交叉,造成基因重组,下图,返回,染色体交叉的电镜图,所以，经由减数分裂产生的生殖细胞，其基因组合表现极大的丰富和多样化。结果是, 有性生殖的后代具有更丰富的基因组合，具有更强的适应性和进化潜能。,四、细胞的分化、衰老与死亡,1、 细胞的分化 成年人 全身细胞总数

14、 约 1012个。 细胞种类有 200 多种。这么多种类细胞均来自 一个受精卵细胞。 细胞分化的定义：发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞分化。,上皮细胞,脂肪细胞,平滑肌细胞,心肌细胞,下图,返回,神经元细胞,正在受精的卵细胞,返回,细胞分化不但发生在胚胎阶段和发育过程中，亦发生在成人阶段。如：人体血细胞的产生。 分化以后不同种类的细胞， 形态不同， 功能不同， 基因表达不同， 代谢活动也不同。,红血球,白血球,血小板,返回,好多种血细胞都由生血干细胞分化而来。,返回,胰脏细胞,眼晶体细胞（胚胎）,神经细胞,糖酵解酶基因,晶体蛋白基因,胰岛素基因,血红蛋白基因,不同种

15、类细胞，形态、代谢和基因表达都不同,2、 细胞的衰老,衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷。 人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老。,返回,早衰症是人体衰老中的一种病症,一名男子从 36 岁到 75 岁 味觉丧失 64 肾小球减少 44 肾小球过滤率减少 31 脊神经元减少 37 神经传导速度减慢 10 脑供血量减少 20 肺活量减少 44,返回,身体的衰老是以细胞衰老为基础的。实验证明，细胞有着明显的衰老过程。,体外培养成纤维细胞 来自胎儿 可传代 50 次 （与供体年龄 来自成人 可传代 20 次 有关） 来自小鼠 可传代 1428 次 （与供体物种 来自乌龟 可传代 90125 次 特性

16、有关）,返回,亦有人强调，人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。,衰老的机理，尚不清楚，有各种学说。自由基假说是其中广为人们接受的一种假说。,生物氧化中产生自由基，自由基破坏生物大分子蛋白质、核酸、脂类等。使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。 人体存在着清除自由基机制，这些淬灭自由基机制受遗传控制。,H2O HOH,返回,带有不成对电子的基团称为自由基,自由基的反应活泼性特别强,3、 细胞凋亡,多细胞生物个体的一生中，不断发生构成身体的细胞的死亡。 有两种细胞死亡： 因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理死亡，

17、或细胞坏死。 因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称细胞凋亡。,细胞凋亡是普遍存在的, 变态： 蝌蚪 青蛙 昆虫 、卵 幼虫 成虫, 哺乳类: 皮肤，指（趾）甲, 红细胞： 分化成熟 失去细胞核 凋亡, 淋巴细胞： 95% 以上在成熟之前死去， 不到 5% 成熟后只存活一至几天, T细胞杀伤靶细胞的机制之一， 就是诱使靶细胞凋亡, 癌细胞亦可看作是凋亡失控了的细胞。,细胞凋亡和细胞坏死有明显区别:,细胞凋亡 细胞坏死 Apoptosis Necrosis, 细胞变圆,与周围细胞脱开 细胞外形不规则变化 核染色质凝聚 溶酶体破坏 细胞膜内陷 细胞膜破裂 细胞分为一个个小体 胞浆外溢 被周围细胞吞噬 引起周围炎症反应 ,细胞凋亡受基因控制。线虫是研究细胞凋亡的理想材料。 每条线虫具有1090个细胞，其中131个细胞在发育过程中凋亡。从线虫中找到若干控制细胞凋亡的基因。,(Caenorbabditis Elegans),1031个细胞 ，131个细胞凋亡 找到一系列与细胞凋亡有关的基因 ced-3、ced-4 诱发、启动凋亡 ced-9 抑制凋亡, ced-3、ced-4 基因突变或缺失，使凋亡受阻 移入 ced-9 使凋亡受阻 失去 ced-9 使细胞凋亡,秀丽隐杆线虫,秀丽隐杆线虫,返回,谢谢大家的合作！,再见！,