生命基本单位细胞

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,2,第三讲 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,3,一、细胞学说的建立,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）。,4,安东尼,.,范,.,列文虎克的简单显微镜,5,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（,Antonivon Leeuwenhoek, 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。,6,列文虎克在,1684,年 绘制的微生物图,其中,a,，,b,，,f,表示细菌，,c,，,d,表示移动，,e,，,h,表示球菌，,g,表示螺旋菌（,spirochaete,）,7,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,。,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。,8,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,。,9,2,、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，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。,10,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,。,1930s,1940s,期间弄清病毒的化学本质和电镜结构：,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。,11,SARS,病毒为冠状病毒,12,病毒的基本知识,病毒（,virus,）,核酸分子（,DNA,或,RNA,）与蛋白质构 成的核酸,-,蛋白质复合体；,根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：,DNA,病毒与,RNA,病毒,病毒的多样性,类病毒（,viroid,）,仅由感染性的,RNA,构成；,朊病毒（,prion,）,仅由感染性的蛋白质亚基构成；,13,DNA,病毒与,RNA,病毒,DNA,病毒与,RNA,病毒,14,病毒的多样性,15,病毒在细胞内,增殖,（复制）,病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染,病毒核酸的,复制、,转录与蛋白质的合成,病毒的装配、成熟与释放,16,17,18,二、细胞的结构和功能,1,、动物细胞,的典型结构,19,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。,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。,20,由脂肪酸组成的疏水区和由甘油头部组成的磷脂亲水区,21,细胞膜结构,22,动物细胞的典型结构,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。,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。,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。,23,24,细胞骨架结构,25,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。,高尔基体,由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。,溶酶体,由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所,。,线粒体,由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。,核糖体,由,RNA,和蛋白质形成的大颗粒，是蛋白质合成的场所。,26,内质网结构,27,高尔基体结构,28,溶酶体结构,29,线粒体结构,30,2,、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 没有中央液泡,31,32,植物的维管束,导管,年轮,33,3,、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，形成核区,(,又称拟核,),。并且 细菌细胞也没有其他各种细胞器。,34,35,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,古生菌 动物,等等 真菌（霉菌、酵母,),原生动物,藻类,36,三、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。,37,表面积,/,体积,比值的下降， 意味着代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。,38,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,0.7/1,39,表面积,/,体积 比值 老鼠,大象,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,40,2,、,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。这个过程称为,二分分裂。,41,细菌细胞分裂,42,3,、,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。,43,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,44,细胞周期,45,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。,G,1,期,S,期,DNA,合成期,G,2,期,G,1,期，,S,期和,G,2,期又总称为,:,分裂间期。,46,（,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，染色体排列在赤道板上。,47,分裂间期,有丝分裂,前期,中期,48,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,49,中期,后期,末期,细胞质分裂,有丝分裂,50,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。,51,有,丝,分,裂,52,（,3,）染色质和染色体,处于分裂间期的细胞，细胞核内的,DNA,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。,53,核小体和染色质,54,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,。,55,染 色 体,56,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。,57,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,。,58,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。,59,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,32,60,4,、,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,。,61,减数分裂,62,（,2,）、 减数分裂后，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。,63,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。,64,（,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。,65,人的体细胞染色体,66,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。,67,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。,68,同源染色体配对和染色体交叉,造成基因重组,69,染色体交叉的电镜图,70,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,。,71,四、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 约,10,14,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。,72,上皮细胞,脂肪细胞,平滑肌细胞,心肌细胞,73,神经元细胞,74,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。,75,红血球,白血球,血小板,好多种血细胞都由生血干细胞分化而来。,76,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,不同种类细胞，形态、代谢和基因表达都不同,77,2,、 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。,78,早衰症是人体衰老中的一种病症,79,一名男子从,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,44,80,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,。,81,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,14,28,次,（与供体物种,来自乌龟,可传代,90,125,次,特性有关）,82,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,。,83,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。,84,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。,85,H,2,O, H,OH,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,86,3,、,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，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。,87,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。,88,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,89,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。,90,(,Caenorbabditis Elegans),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,91,秀丽隐杆线虫,92,本章要点,1,、细胞学说的内容和意义。,2,、真核和原核细胞的区别。,3,、细胞周期、细胞分化、细胞凋亡的定义。,4,、有丝分裂各期的特点、减数分裂的意义。,93,94,