1、第二章第二章 人体的基本构成人体的基本构成 -细胞和基本组织细胞和基本组织细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的物质转运机能细胞膜的物质转运机能基本组织基本组织第一节 细胞与细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的化学组成和分子结构（1 1）（3 3）（2 2）一一 细胞核细胞核的微细结构模式图的微细结构模式图作用：作用：细胞遗传、代谢、细胞遗传、代谢、生长及繁殖的控制中心生长及繁殖的控制中心特性：特性：一个细胞一个核，一个细胞一个核，间期核是典型的核间期核是典型的核核膜包围核物质核仁蛋白质和核酸染色质脱氧核糖核酸贮藏、复制和传递遗传信息控制细胞内蛋白质的合成二二 细胞质细胞质
2、以及细胞器的超微结构模式图以及细胞器的超微结构模式图细胞质核酸糖小体 微丝 支撑细胞溶酶体 呼吸、供能核蛋白体氨基酸缩合成肽内质网膜性管道系统粗面内质网运送蛋白质滑面内质网合成贮存肝糖原，合成脂类，肌纤维收缩分解丙酮酸产生ATP溶酶体水解蛋白质、糖、脂等多利和邦妮（图片来自http:/www.ri.bbsrc.ac.uk）三、细胞膜的超微结构模式图三、细胞膜的超微结构模式图脂类（磷脂、糖脂、固醇）脂类（磷脂、糖脂、固醇）蛋白质（嵌入蛋白、表在蛋白）蛋白质（嵌入蛋白、表在蛋白）糖类糖类 4 4聚体聚体糖蛋白糖蛋白錨蛋白錨蛋白 聚集物四、细胞膜的化学组成与分子结构（四、细胞膜的化学组成与分子结构（
3、The Chemical The Chemical composition and Molecular Structure of Cell composition and Molecular Structure of Cell MembraneMembrane）细胞膜的基架是细胞膜的基架是脂质双分子层脂质双分子层，主要起屏障作用，主要起屏障作用，而膜上镶嵌、覆盖、贯穿的各种特殊蛋白质负责完成跨而膜上镶嵌、覆盖、贯穿的各种特殊蛋白质负责完成跨膜物质、能量和信息的转运和转换。膜物质、能量和信息的转运和转换。膜结构特点：液态镶嵌模型膜结构特点：液态镶嵌模型流体镶嵌模型流体镶嵌模型(fluid mos
4、aic model)：以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构、因而也具有不同生理功能的蛋白质。1 脂质双分子层：2 细胞膜蛋白质：表面蛋白质表面蛋白质(peripheral protein)；整合蛋白质整合蛋白质(integrated protein)。充当受体、载体、通道及酶的作用，在细白间的识充当受体、载体、通道及酶的作用，在细白间的识别、物质的跨膜转运及跨膜信号转导方面起重要作用。别、物质的跨膜转运及跨膜信号转导方面起重要作用。3 细胞膜糖类：以共价键形成糖脂或糖蛋白，可作为抗原决定簇或膜受体的可识别部位。与细胞识别、信息交换、细胞免疫、细胞粘着、药物与细胞识别、信息交换
5、、细胞免疫、细胞粘着、药物反应、激素反应密切相关。反应、激素反应密切相关。细胞膜的脂质以磷脂类为主，其次为胆固醇，还细胞膜的脂质以磷脂类为主，其次为胆固醇，还有少量鞘磷脂类物质。有少量鞘磷脂类物质。脂质脂质以以双分子层双分子层形式包被在细形式包被在细胞表面。胞表面。脂质双分子层中分散镶嵌着多种蛋白质分子。脂质双分子层中分散镶嵌着多种蛋白质分子。细胞膜还含有少量细胞膜还含有少量糖类糖类，它们以共价键的形式和，它们以共价键的形式和膜的脂质或白质结合，形成糖脂或糖蛋白。膜的脂质或白质结合，形成糖脂或糖蛋白。细胞膜的作用细胞膜的作用 细胞膜是将细胞内容物和周围环境分隔开的一层薄细胞膜是将细胞内容物和周
6、围环境分隔开的一层薄膜，起屏障作用。膜，起屏障作用。细胞生命活动所需的氧气和营养物质，及二氧化碳细胞生命活动所需的氧气和营养物质，及二氧化碳和代谢废物，均须通过细胞膜进出细胞。因此，细胞和代谢废物，均须通过细胞膜进出细胞。因此，细胞膜必须有选择地通透不同物质。膜必须有选择地通透不同物质。胞外信息要被细胞感知，也须要特定的结构参与。胞外信息要被细胞感知，也须要特定的结构参与。依据功能的膜蛋白分类依据功能的膜蛋白分类 识别蛋白质 酶 受体蛋白质 转运蛋白质 离子通道 细胞骨架蛋白 细胞膜所具有的各种功能，在很大程度上决定于膜上细胞膜所具有的各种功能，在很大程度上决定于膜上的蛋白质的功能；细胞和周围
7、环境间进行的物质、能量和的蛋白质的功能；细胞和周围环境间进行的物质、能量和信息交换，也大都与膜上的蛋白质分子有关。信息交换，也大都与膜上的蛋白质分子有关。膜蛋白二二 细胞膜的物质转运机能细胞膜的物质转运机能 Transport Across Cell Membrane 1 被动转运被动转运 Passive transport 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 2 主动转运主动转运 Active transport 3 出胞和入胞出胞和入胞 Exocytosis and endocytosis 被动转运被动转运 Passive transport单纯扩散单纯扩散：在生物体系中，细胞外液和细胞内
8、液都是在生物体系中，细胞外液和细胞内液都是水溶液，溶于其中的各种溶质分子，只要它们是水溶液，溶于其中的各种溶质分子，只要它们是脂溶脂溶性性的，就可能根据的，就可能根据扩散原理扩散原理作跨膜运动或转运，这称作跨膜运动或转运，这称为单纯扩散。为单纯扩散。单纯扩散的物质：单纯扩散的物质：O2、CO2、NH3、N2、尿素、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。单纯扩散特点单纯扩散特点：扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠不依靠特殊膜蛋白质的特殊膜蛋白质的“帮助帮助”不需另外消耗能量不需另外消耗能量 渗透渗透(Osmosis)渗透是渗透是单纯扩散单纯扩散
9、的一种的一种特例特例，是指，是指水分子水分子的跨膜转的跨膜转运。在选择性通透水而不通透溶质的半透膜处，水将从运。在选择性通透水而不通透溶质的半透膜处，水将从低溶质浓度（水分子浓度高，低溶质浓度（水分子浓度高，渗透压低渗透压低）的溶液一侧向）的溶液一侧向高溶质浓度（水分子浓度低，高溶质浓度（水分子浓度低，渗透压高渗透压高）的溶液一侧转）的溶液一侧转运。运。易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)非脂溶性或脂溶性非脂溶性或脂溶性较小的物质在较小的物质在膜上特殊蛋白质膜上特殊蛋白质帮助下，帮助下，顺着浓度差顺着浓度差或电位差跨膜转运的过程。或电位差跨膜转运的过程。特点特点：1.
10、物质由高浓度一侧向低浓度一侧运动物质由高浓度一侧向低浓度一侧运动2.扩散通量不是固定不变的扩散通量不是固定不变的3.选择性选择性-结构特异性结构特异性4.饱和现象饱和现象5.竞争性抑制竞争性抑制 通道转运物质:各种带电离子 化学门控通道：只有在它所在膜两侧（主要是外侧）出现某种化学信号时才开放。电压门控通道：由所在膜两侧电位差的改变决定其开闭以载体为中介的易化扩散载体转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 Na+通道：葡萄糖载体：Na+-K+-ATP酶（主动转运）=1107：1104：5102 主动转运（主动转运（active transport）细胞通过本身的某种耗能过程将某物质的分子或
11、离细胞通过本身的某种耗能过程将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。（1）原发主动转运原发主动转运(primary active transport)由膜上具有由膜上具有ATP酶活性的特殊泵蛋白直接水解酶活性的特殊泵蛋白直接水解ATP提提供能量而将一种或多种物质逆着浓度梯度或电化学梯度供能量而将一种或多种物质逆着浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运。进行跨膜转运。钠钠-钾泵（钾泵（sodium-potassium pump）钠泵活动的生理意义钠泵活动的生理意义：钠泵活动造成的细胞内高钾，是许多代谢反应进行钠泵活动造成的细胞内高钾，是许多代谢
12、反应进行的必要条件的必要条件 防止细胞内水肿的发生防止细胞内水肿的发生 建立一种势能贮备建立一种势能贮备 在消耗代谢能的情况下逆着浓度差把细胞内的Na+移出膜外，同时把细胞外的K+移入膜内，形成和保持膜内高K+膜外高Na+的不均衡离子分布状态。钠泵是镶嵌在细胞膜上的一种特殊蛋白质分子，本身具有ATP酶的活性，使之释放能量进行Na+和K+的转运，因此钠泵又称为Na+-K+依赖式ATP酶的蛋白质。钠泵活动时，Na+和K+是耦联在一起进行的，每分解一个ATP分子，可以使3个Na+移出膜外，同时有2个K+移入膜内。（2）继发性主动转运（）继发性主动转运（secondary active transpo
13、rt)（渗透作用）（渗透作用）某种物质能够某种物质能够逆浓度差或电位差逆浓度差或电位差跨膜转运，但其跨膜转运，但其所需能量所需能量不是直接由不是直接由ATP分解分解提供，而是由提供，而是由钠泵钠泵主主动转运其他物质时所造成的高势能提供。动转运其他物质时所造成的高势能提供。特点（特点（1）Na泵建立的泵建立的Na+浓度浓度差为基础；（差为基础；（2）被转运物质逆）被转运物质逆浓度梯度的转运与浓度梯度的转运与Na+顺浓度梯顺浓度梯度的转运耦联进行；（度的转运耦联进行；（3）ATP间接供能。间接供能。典型：小肠粘膜吸收典型：小肠粘膜吸收G和和AA,肾肾小管重吸收小管重吸收G和和AA；细胞内的；细胞内
14、的Na+-H+交换和交换和Na+-Ca+交换交换同向转运葡萄糖同向转运葡萄糖入胞与出胞式物质转运入胞与出胞式物质转运 出胞（出胞（exocytosis)：大分子物质或固态、液态的物大分子物质或固态、液态的物质团块通过细胞膜移向细胞外的过程质团块通过细胞膜移向细胞外的过程。入胞（入胞（endocytosis)：大分子物质或固态、液态的物：大分子物质或固态、液态的物质团块通过细胞膜移向细胞内的过程质团块通过细胞膜移向细胞内的过程。一些特殊物质的进入细胞，是通过被转运物质与膜表一些特殊物质的进入细胞，是通过被转运物质与膜表面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的，称为面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的，称
15、为受体介导受体介导式入胞式入胞。受体介导式入胞的过程：细胞膜上的受体对物质的“辨认”发生特异性结合，形成复合物 复合物向膜表面的“有被小窝”移动 “有被小窝”处的膜凹陷 凹陷膜与细胞膜断离，形成吞食泡 吞食泡与胞内体的膜性结构相融合 物质与受体分离，物质转运到能利用他们的细胞器，受体再循环 细胞膜物质转运的形式及其特点被动过程 主动过程*单纯扩散易化扩散原发性主动转运继发性主动转运载体中介通道中介转运方向高浓度低浓度低浓度高浓度需否转运蛋白 否是是是是有无饱和现象 无有无有有化学特异性 无有有有有需否代谢能量及来源否否否是ATP是离子梯度（Na+泵活动形成）转运的物质O2，CO2，脂肪酸葡萄糖
16、，氨基酸Na+，K+，Ca2+Na+，K+，Ca2+，H+葡萄糖，氨基酸（一）（一）细胞周期概念细胞周期概念 细胞周期细胞周期（cell cycle）：是指细胞从上一次分）：是指细胞从上一次分裂结束开始生长到下一次细胞分裂结束所经历的裂结束开始生长到下一次细胞分裂结束所经历的过程，又称细胞增殖周期。过程，又称细胞增殖周期。细胞周期时间细胞周期时间（TC）绝大多数真核生物的细胞周期时绝大多数真核生物的细胞周期时间较长，通常在细胞周期中间期所占时间较分裂期长，例间较长，通常在细胞周期中间期所占时间较分裂期长，例如人的组织培养细胞在如人的组织培养细胞在37条件下，条件下，一个细胞周期为一个细胞周期为
17、1822h，其中分裂期为，其中分裂期为45min，而分裂间期，而分裂间期17h以上以上。五、细胞的增殖五、细胞的增殖细胞周期划分细胞周期划分终端分化细胞终端分化细胞 G G0 0周期性细胞周期性细胞G1(gap1)细胞有丝细胞有丝分裂完成分裂完成DNA复制前复制前S(synthesis phase)DNA复制复制 2c-4cM期期(mitosis,division）分裂开始到结束分裂开始到结束G2(gap2)：DNA复制复制完成到有丝分裂开始完成到有丝分裂开始终端分化细胞终端分化细胞 周期性细胞：始终保持旺盛的增殖活性。G0期细胞：一般不分裂，暂不增殖细胞。终端分化细胞（无增殖能力细胞）结构和
18、功能高度特化G0是指分裂后相对稳定的一段时期，也称静止期(resting or quiescent phase)。G0期不包括在细胞周期之内。细胞在适宜刺激下能被触发从静止状态进人增殖周期，G1期细胞在一定条件下也可退入G0期。近年来的研究表明，G0期细胞并不静止，而是进行着极为复杂的生化反应。细胞周期的特点细胞周期的特点 单向性单向性 即细胞只能沿即细胞只能沿G1SG2M方向推进而不能方向推进而不能逆行逆行 阶段性阶段性 在在4个连续的时相中，细胞的形态与代谢特点个连续的时相中，细胞的形态与代谢特点有较明显的差异，细胞可因某种原因在某时相停滞有较明显的差异，细胞可因某种原因在某时相停滞(ar
19、rest)下来，待生长条件好转后，细胞可重新活跃下来，待生长条件好转后，细胞可重新活跃起来过渡到下一时相。起来过渡到下一时相。G1早期早期：细胞生长、生物合成、：细胞生长、生物合成、形成形成细胞器细胞器 体积、表面积、核体积、表面积、核/质比增加质比增加G1晚期晚期：为：为DNA合成准备合成准备 信号分子调控信号分子调控 G0 G1晚晚S期期 start point（DNA合成相关酶，合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）细胞周期运行的蛋白）（二）（二）细胞周期各时相的细胞形态和分子事件细胞周期各时相的细胞形态和分子事件1.DNA复制复制 2.蛋白质合成蛋白质合成（组蛋白、非组蛋白）组装核小体。（组
20、蛋白、非组蛋白）组装核小体。1.促有丝分裂因子促有丝分裂因子(MPF)合成合成2.微管蛋白（微管蛋白（tubulin)合成合成3.0.3%DNA复制复制 G2期期 check point：是否完成是否完成DNA复制复制？是否有是否有DNA错误复制？错误复制？主要事件主要事件 1.核膜的解体和重建核膜的解体和重建2.染色质凝集和重新形成染色质凝集和重新形成3.纺锤体形成和染色体运动纺锤体形成和染色体运动4.细胞质分裂（细胞质分裂（收缩环收缩环；细胞板）；细胞板）细胞分裂用时细胞分裂用时 0.52hrSynthesis phasegap phase lgap phase 2mitotic phas
21、eG1期是指从上一次有丝分裂完成到本次DNA复制之前的过程，持续时间一般为6l2h。在G1期有mRNA和蛋白的合成，G1期细胞的主要任务是积累能量和原料，为DNA的复制作准备，故又称DNA合成前期。S期即DNA合成期，持续时间一般为68h。S期末DNA含量增加1倍，细胞由二倍体变为四倍体。S期DNA的复制极其准确，每一段DNA只复制一次，从而可保证分裂后子细胞的遗传物质平均分配。S期DNA复制的起始存在“开启”和“关闭”机制(“on-of”switch)。DNA合成前设“检查点”(check point)。G2期是指从DNA复制完成到有丝分裂开始的时间区间，持续时间一般为34h。只有完成了所有
22、DNA复制后，细胞才进入G2期，故G2期又称DNA合成后期或丝裂前期。在G2期RNA和蛋白质合成活跃，有丝分裂所需的蛋白质、微管蛋白是在G2期合成的。此外，还进行线粒体的复制。M期即有丝分裂期，细胞进行分裂，一般持续时间为lh。M期是很复杂的过程，根据光镜所见，可顺序分成6个阶段，即前期(Prophase)、前中期(early metaphase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)、末期(telophase)和胞质分裂期(cytokinesis)。（三）有丝分裂期（三）有丝分裂期（mitosis)主要事件主要事件 1.核膜的解体和重建核膜的解体和重建 2.染色质凝集和重新形
23、成染色质凝集和重新形成 3.纺锤体形成和染色体运动纺锤体形成和染色体运动 4.细胞质分裂（细胞质分裂（收缩环收缩环；细胞板）；细胞板）细胞分裂用时细胞分裂用时 0.52hr M期即有丝分裂期，细胞进行分裂，一般持续时间为lh。M期是很复杂的过程，根据光镜所见，可顺序分成6个阶段，即前期(Prophase)、前中期(early metaphase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)、末期(telophase)和胞质分裂期(cytokinesis)。1.前期（前期（prophase）染色质凝集染色质凝集 (组蛋白组蛋白-P 核小体核小体染色体袢环染色体袢环染色单体染色单体)核膜
24、破裂和核仁解体核膜破裂和核仁解体 (lamin-P为可溶性为可溶性,核膜断裂成小泡核膜断裂成小泡)核仁核仁DNA加入各自染色体中，核仁成分分散加入各自染色体中，核仁成分分散 确立分裂极和确立分裂极和 纺锤体形成纺锤体形成中心体中心体centrosome移动移动 微管组织中心微管组织中心(MTOC):-中心体中心体 星体周围微管星体周围微管 三种三种 中心粒中心粒 无定形基质无定形基质 中心体中心体 星体星体 （astar)星体微管星体微管 动粒微管动粒微管 极间微管极间微管 星体微管星体微管 星星 体体 染色体染色体 有丝分裂器有丝分裂器（mitotic apparatus）纺锤体纺锤体(sp
25、indle):星体周围微管星体周围微管染色体两侧动粒染色体两侧动粒动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附着动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附着于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝粒结合，外侧与动粒微于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝粒结合，外侧与动粒微管结合。每一个中期染色体含有两个动粒管结合。每一个中期染色体含有两个动粒,位于着丝粒的两侧。位于着丝粒的两侧。2.中期（中期（metaphase）标志标志 染色体排列在赤道面上。染色体排列在赤道面上。细胞侧面观细胞侧面观 “线状线状”细胞极面观细胞极面观 “单星单星”纺锤体拉长纺锤体拉长3.后期（后期（ana
26、phase）姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离、向细胞两极运动、向细胞两极运动 二分体二分体-单体（子代染色体）单体（子代染色体）动粒微管缩短动粒微管缩短 极间微管延长极间微管延长 染色体被拉向两极染色体被拉向两极双星双星 细胞质分裂细胞质分裂（cytokinesis)分裂沟分裂沟，中间小体中间小体（残余微管和致密细胞基质）（残余微管和致密细胞基质）加深、完全断开加深、完全断开 细胞器大致分配细胞器大致分配分裂沟分裂沟4.末期（末期（telophase）标志标志 子细胞核形成子细胞核形成;细胞质、器分裂细胞质、器分裂 染色体解聚、染色体解聚、核膜形成核膜形成、核仁形成、核仁形成 前期 前中期 中期 后期 末期和胞质分裂期 纺锤体是染色体分离、移动的主要装置纺锤体是染色体分离、移动的主要装置 推力、拉力、固着力、粘着力推力、拉力、固着力、粘着力 姐妹染色单体（着丝粒）分开姐妹染色单体（着丝粒）分开 促后期蛋白复合体促后期蛋白复合体APC 染色体动粒与微管连接处是作用点染色体动粒与微管连接处是作用点 微管动力蛋白是染色体运动的动力微管动力蛋白是染色体运动的动力 动力蛋白（动力蛋白（dyneindynein）；纺锤体微管组装）；纺锤体微管组装/去组装规律去组装规律 染色体运动方向是综合力作用的结果染色体运动方向是综合力作用的结果有丝分裂保障机制有丝分裂保障机制
