1、第二章 细胞(xbo)的形态结构与新陈代谢,一、细胞学说的建立二、细胞的结构(jigu)与功能三、细胞的新陈代谢,第一页，共一百二十五页。,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(gunch)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(x bo xu shu)的建立,第二页，共一百二十五页。,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(xbo)结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。,第三页，共一百二十五页。,英国科学家霍克（R.Hook,1635-1703),27岁成为英国皇
2、家 学 会领导成员,发表(fbio)对木栓的观察,命名Cell。,荷兰人列文虎克（Antoni von Leeuwenhoek,1623-1723）用自磨镜片(jngpin)做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。,第四页，共一百二十五页。,19 世纪(shj)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。,第五页，共一百二十五页。,最初提出细胞学说观点的2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(fxin);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。,第六页，共一百二十五页。,细胞学说被认为是
3、19 世纪自然科学的重大发现之一。值得注意的是，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系(gun x)到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。,第七页，共一百二十五页。,这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认(gngrn)的细胞学说：,（1）细胞是所有(suyu)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。,第八页，共一百二十五页。,2、细胞学说(x bo xu shu)的科学意义,细胞学说的提出(t ch)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
4、科学论证。,第九页，共一百二十五页。,有没有非细胞(xbo)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(jigu)。看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。,第十页，共一百二十五页。,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(shngmng)的各方面特性。,第十一页，共一百二十五页。,各种细胞(xbo)和病毒的大小尺寸,二、细胞的结构(jigu)和功能,第十二页，共一百二十五页。,一）两类细胞(xbo)-原核细胞和真核细胞,原核细胞：没有细胞核结构，只有
5、(zhyu)拟核区(有核物质DNA）；没有细胞器。真核细胞：有核膜包着的细胞核，还有多种细胞器。,第十三页，共一百二十五页。,依据有无细胞核，整个生命世界可以区分(qfn)为两大类（五界系统）：原核生物：细菌、蓝细菌、放线菌等真核生物：原生动物、真菌、动物、植物,第十四页，共一百二十五页。,图3-1 五界分类(fn li)系统,第十五页，共一百二十五页。,细胞(xbo)结构：1、细胞壁2、细胞膜3、细胞核4、细胞质（细胞器）,第十六页，共一百二十五页。,原核细胞（A）和真核细胞（B，C）结构(jigu)模式图,第十七页，共一百二十五页。,返回(fnhu),细菌细胞(xbo)结构,第十八页，共一
6、百二十五页。,图2-1 动、植物(zhw)细胞,第十九页，共一百二十五页。,动、植物细胞的区别(qbi):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,第二十页，共一百二十五页。,二）真核细胞的形态结构 1、细胞膜和生物膜无论是原核细胞还是真核细胞，外面都有细胞膜（又称原生质膜）包着。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。磷脂和鞘脂分子具有一个(y)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。生物膜：包括细胞膜和细胞器膜。,第二十
7、一页，共一百二十五页。,细胞膜结构(jigu),第二十二页，共一百二十五页。,返回(fnhu),在水中的脂双层微囊,第二十三页，共一百二十五页。,3、内质网 由单层生物膜围成，是蛋白质合成、修饰和分泌以及(yj)脂类合成的场所。,2、细胞核 由两层生物膜围成，遗传信息贮藏(zhcng)在核内，是 DNA 复制和 RNA 合成场所。,第二十四页，共一百二十五页。,返回(fnhu),第二十五页，共一百二十五页。,返回(fnhu),核糖体,第二十六页，共一百二十五页。,5、溶酶体 由单层生物(shngw)膜围成，是生物(shngw)大分子分解的场所，起着食物消化吸收和垃圾处理的作用。,4、高尔基体
8、由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌(fnm)有关。,第二十七页，共一百二十五页。,返回(fnhu),溶酶体结构(jigu),第二十八页，共一百二十五页。,返回(fnhu),高尔基体结构(jigu),第二十九页，共一百二十五页。,图2-3 内质网、高尔基体和溶酶体,第三十页，共一百二十五页。,6、线粒体 与能量代谢有关 由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所(chn su)动力工厂。线粒体有自身的DNA和遗传体系，是一种半自主性的细胞器,第三十一页，共一百二十五页。,图2-4 线粒体,第三十二页，共一百二十五页。,线粒体,肝细胞中有500-1000个，精子细胞中较少,鱼精子(jngz),
9、第三十三页，共一百二十五页。,7、细胞质 细胞内除了(ch le)细胞核和各种细胞器外的空间，统称细胞质。细胞质基质里，基本上是蛋白质溶液，又称胞质溶胶。胞质溶胶中的众多蛋白质成分里，相当一部分是酶蛋白，是糖酶解和糖元合成等反应的场所。胞质溶胶中还有核糖体（ribosome）颗粒，在 蛋白质合成中有重要作用。,第三十四页，共一百二十五页。,8、细胞骨架(p36)定义：真核细胞中的蛋白纤维网架体系。组成：包括细胞质中的微管、微丝、中间纤维和细胞核中的核骨架、核纤层等，功能：细胞骨架和细胞形态、细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、基因(jyn)表达和生长分化等有关。,第三十五页，共一百二十五页
10、。,返回(fnhu),微管(wi un),微丝,中间(zhngjin)纤维,细胞骨架结构,第三十六页，共一百二十五页。,图2-5 叶绿体,9、质体(zh t),第三十七页，共一百二十五页。,图2-7 细胞(xbo)连接,三）细胞(xbo)连接（p36）,第三十八页，共一百二十五页。,三、生物(shngw)的新陈代谢,一）酶是生物催化剂二）生命世界的能量源泉是太阳能三）生物体主要从有机分子的氧化 取得(qd)能量 四）生物体内有一个复杂的代谢网络,第三十九页，共一百二十五页。,生命活动的原动力在于生物体内一刻不停的新陈代谢。通过新陈代谢不断把太阳能或食物(shw)中贮存的能量，转化为可供生命活动
11、利用的能量，不断制造出各种大、小分子以供生命活动所需要。体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂-酶的催化下进行的。,第四十页，共一百二十五页。,这一讲先介绍酶的性质，然后着重介绍生命活动所需的能量，从何而来。至于新陈代谢中产生的大、小生物分子(fnz)，种类甚多，这里仅介绍蛋白质大分子 是如何合成的。,返回(fnhu),第四十一页，共一百二十五页。,一)酶是生物(shngw)催化剂,1、酶的催化特点(tdin)催化剂可以加快化学反应的速度，酶是生物催化剂，它的突出优点是：催化效率高、专一性质、可以调节。,第四十二页，共一百二十五页。,2、酶的化学(huxu)本质是蛋白质,有的酶仅仅由蛋白质组成，
12、如：核糖核酸酶有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些金属离子(lz)或小分子参与。这些金属离子或小分子是酶活性所必须的，称为辅酶/辅基或辅助因子。,第四十三页，共一百二十五页。,牛胰核糖核酸(h tn h sun)酶（RNase）,返回(fnhu),第四十四页，共一百二十五页。,如：羧基(su j)肽酶以二价锌离子（Zn2+）为辅助因子,又如：过氧化氢(u yn hu qn)酶以铁卟啉环为辅助因子,第四十五页，共一百二十五页。,返回(fnhu),（黄色(hungs)圆球是Zn2+）,羧基(su j)肽酶,第四十六页，共一百二十五页。,下图,铁卟啉辅基,第四十七页，共一百二十五页。,下图,肌红蛋
13、白,第四十八页，共一百二十五页。,返回(fnhu),血红蛋白(xuhng dnbi),第四十九页，共一百二十五页。,3、酶催化作用的机理(j l)是降低活化能,催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快其反应速度。即使对可以进行的反应来说，反应物分子应越过一个活化能才能发生反应。酶作为催化剂的作用(zuyng)是降低活化能。,第五十页，共一百二十五页。,返回(fnhu),酶的催化(cu hu)机制是降低活化能,第五十一页，共一百二十五页。,酶是如何(rh)降低活化能的呢?,首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有底物结合中心/活性中心。然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底物分子，使底物分子活化起来
14、。酶与底物的专一结合，又是酶促反应(fnyng)专一性的体现。,第五十二页，共一百二十五页。,返回(fnhu),底物分子结合在酶的底物结合中心,酶的活性中心（P38）：就是酶蛋白(dnbi)的三维空间构象中，形状独特并适合与特异的底物分子相结合并进行催化的部位。,第五十三页，共一百二十五页。,返回(fnhu),使底物(d w)靠拢,使底物分子(fnz)产生应力,使底物分子电荷变化,第五十四页，共一百二十五页。,4、酶活性的调节(tioji),细胞内的酶促反应，常常是一环扣一环的，几个(j)酶或十几个(j)酶前后配合，完成一系列代谢反应，形成一条代谢途径。在一条代谢途径中，常常是前一个酶促反应的
15、底物，便是下一个酶促反应的底物。,第五十五页，共一百二十五页。,一条代谢途径的终产物，有时可与该代谢途径的第一步反应的酶相结合，结合的结果使这个酶活性下降，从而使整条代谢途径的反应速度慢起来。这种情况称为“反馈(fnku)抑制”。,值得注意的是，发生(fshng)反馈抑制时，代谢终产物与酶结合时，是非共价结合，是可逆的。,第五十六页，共一百二十五页。,返回(fnhu),第五十七页，共一百二十五页。,（1）共价调节（p38）酶蛋白的某个氨基酸残基上，加上或取下一个共价结合基团，例如磷酸基团加到络氨酸残基上去，或把络氨酸残基上结合的磷酸基团脱下，从而影响整个酶蛋白立体(lt)构象的改变，尤其是活性
16、中心的改变，使得酶活性增高或下降，称为酶活性的共价调节。,第五十八页，共一百二十五页。,返回(fnhu),图2-9 酶活性共价调节的几个例子,A.最常见的是酶蛋白氨基酸侧链上，加上或脱下磷酸根，调节酶的活性；B.青霉素与酶蛋白结合，使该酶失去活性，细胞壁合成受阻，从而抑制细菌生长；C.非活性酶原成为有活性的胰凝乳蛋白酶，需经历一系列的酶蛋白分子内部共价(n ji)链断裂步骤。,第五十九页，共一百二十五页。,非共价调节 调节因子与酶蛋白分子并无共价结合，而只是形成非共价结合，也能够使酶蛋白立体构象发生变化，影响(yngxing)酶的活性，称为酶活性的非共价调节。非共价调节又分为两种情况：竞争性抑制：调节物分子在外形上和底物相似，因此能与底物竞争和酶活性中心的结合，导致酶的活性下降。变构调节：调节物分子与底物并不相似，调节物结合在酶蛋白分子上另一个部位（调节中心），结合之后导致酶蛋白构象改变，从而使酶活性下降或增高。,第六十页，共一百二十五页。,返回(fnhu),下图,竞争性抑制剂在结构上与底物(d w)相似，抑制物浓度较高时，酶活性被抑制；底物浓度较高时，酶活性恢复。,第六十一页，共一百