细胞的基本结构与功能 中国医科大学细胞生物学教研室 张惠丹

第一节 细胞膜与细胞核

一、细胞膜的结构

（一）细胞膜的化学组成 1. 形成生物膜基本骨架的膜脂 极性头 双亲性分子 疏水尾

（1）磷脂—构成细胞膜的基本成分

（2）胆固醇—调节膜流动性和膜稳定性

（3）糖脂 糖脂均位于膜的非胞质面 在质膜上位于细胞外侧 在各种细胞器的细胞内膜上，位于腔面 细胞核

2.以多种方式与脂双层结合的膜蛋白 （1）膜内在蛋白（整合膜蛋白） （2）膜外在蛋白（周边膜蛋白）

●膜外在蛋白 与膜连接较松散，只需较轻柔方法（置于高、低渗或极端pH溶液中）即可破坏蛋白之间的连接而不损伤脂双层。 ●膜内在蛋白 与膜共价连接，只有用“去垢剂”使膜甭解，才能破坏脂双层把蛋白提取出来。

3.存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白 形式连接在膜蛋白和膜脂分子上。 ●结构：真核细胞表面均有糖类，它们以各种 ●部位：位于膜的非胞质侧。 ●功能：在细胞周围形成糖萼，机械性保护。

（二）细胞膜的特性 1.膜脂的流动性 ⑴侧向扩散 ⑵翻转运动 ⑶旋转运动 ⑷弯曲运动 ⑸伸缩振荡运动

2.膜蛋白在膜中的运动 ⑴侧向扩散 ⑵旋转运动

3.细胞膜的不对称性 √脂双层 ⑴脂双层所含磷脂种类有极大不同 √膜蛋白 ⑵糖脂均分布于生物膜的非胞质侧 ⑴整合膜蛋白跨越脂双层有一定方向 ⑵外周膜蛋白在膜内外的分布不对称 ⑶糖蛋白的糖残基均位于膜的非胞质侧

（三）细胞膜的分子结构模型 液态镶嵌模型

二、物质的跨膜运输

（一）小分子的跨膜运输 1.被动运输 （1）简单扩散 分子量↓ 脂溶性↑ 特点： ①沿浓度梯度扩散 ②不需要提供能量 ③不需要膜蛋白协助

被动转运 主动运输 载体蛋白 通道蛋白 （2）易化扩散 ：被动转运

载体蛋白介导的易化扩散 ①比简单扩散转运速率高 ②结合溶质分子具有饱和性 达到饱和状态时转运速率最大 ③结合溶质分子具有特异性 ④结合可被竞争性或非竞争性抑制剂阻断

①转运速度非常迅速 通道蛋白介导的易化扩散 ②通道蛋白具有高度选择性 ③多数通道并非持续开放，受“闸门”控制， 特定的刺激引起短时间开放。 ④全部是被动运输，不需能量

2.主动运输 特点： 逆浓度或电化学梯度的跨膜转运。 需要利用能量。 需要膜上特异性载体介导。

⑴Na+-k+泵 水解ATP供能 — Na+-k+ ATP酶 将3Na+逆电化学梯度运出细胞 将2k+逆电化学梯度运入细胞

⑵ Ca2＋泵 水解ATP供能 — Ca2＋ATP酶 将2Ca2＋逆电化学梯度转运 部位：肌浆网膜 ⑶ H＋泵（质子泵） 水解ATP供能 — H＋ATP酶 部位：溶酶体膜、胃壁细胞膜

⑷ 协同运输 单向运输 协同运输

同向协同 — 摄取营养物质

对向协同 — 调节细胞内pH值 例如：Na+-H+交换载体 Cl--HCO3-交换载体

（二）大分子的跨膜运输 共同特点：摄入或排出的大分子物质，局限在囊泡中，不与细胞质内其它大分子或细胞器直接接触、混合，囊泡只与特定的膜融合。

1.胞吞作用 （1）吞噬：由专门的吞噬细胞完成,大的颗粒, 直径>250nm。 （2）吞饮：摄入液体和小溶质分子进行消化， 直径<150nm，普遍存在于各种细胞。 吞 噬 过 程 吞 饮 过 程

特点： （3）受体介导的内吞作用 ①所摄入的大分子在质膜上有特异受体 ②内吞由大分子配体与其受体的识别、结合而激发 ③受体配体复合物聚集于质膜的有被小凹内， 由有被小泡送至内体。

举例：摄入低密度脂蛋白

分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。 2.胞吐作用 ⑴结构性途径（固有途径） 分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。 ⑵调节性途径 细胞分泌的蛋白，储存于特定的分泌囊泡中，只有当接受细胞外信号（如激素）时，分泌囊泡才移至细胞膜处，与其融合将分泌物排出。

胞吐作用的两种途径

三、细胞核

间期细胞核的特点: ●双层膜 ●位置:通常位于细胞的中央 ●大小:5-10 μm ●形状:多与细胞的形状相一致 ●数量:一个或多个 ●结构:核膜与核纤层、染色质、核基质、核仁

（一）核膜与核纤层 1.核膜 外核膜 内核膜 膜间腔 核孔

（1）外核膜 a. 与内质网膜相连 b. 有核糖体结合 c. 外有细胞骨架固定核的位置 （2）内核膜 内有核纤层 （3）膜间腔 与内质网腔相连

（4）核孔复合体 细胞核内外物质转运的通道 （蛋白颗粒八聚体） 分子量< 5000 分子：自由扩散 大分子：主动运输

2. 核纤层 （1）结构 纤维蛋白网状结构 外面: 结合于内核膜 内面: 与染色质的特定部位相连接 （2）分子组成：核纤层蛋白

（3）功能 间期 ： 维持 核孔的位置 核膜的形态 提供染色质的锚定位点 有丝分裂期：控制核膜的组装与去组装 磷酸化：崩解 去磷酸化：重建

（二）染色质及其向染色体的包装 染色质: (间期) 二者：相同物质的不同状态 直径10-30nm 纤维, 分布于细胞核中。 染色体: (有丝分裂期) 由染色质包装而成的 二者：相同物质的不同状态

1.染色体（质）的化学组成 （1）染色体（质）DNA 一条染色体：一条DNA分子 人类：46条染色体--46条DNA分子

（“功能性”染色体 的三种序列）

特点：富含带正电荷的碱性氨基酸，与DNA （2）蛋白质 a. 组蛋白 特点：富含带正电荷的碱性氨基酸，与DNA 中带负电荷的磷酸基团相作用。 种类：核小体组蛋白：H2A、H2B、H3、H4 H1组蛋白：有种属和组织特异性 b. 非组蛋白

（3）异染色质和常染色质 常染色质：疏松，有转录活性，均匀分布于核内 异染色质：高度凝集，无转录活性，位于核膜内侧 异染色质 常染色质

异染色质 常染色质 核仁

一条染色体 ：一条DNA 分子，5cm 人类细胞： 23 3×109 bp 2n 6×109 bp 5μm nucleus 2.染色体的包装 (Nearly 10000-fold)

螺线管模型 ① 一级结构 – 11nm 核小体 ② 二级结构 - 30 nm 螺线管 146bp 200bp 10-50bp 2(H2A H2B H3 H4) ② 二级结构 - 30 nm 螺线管 H1组蛋白 146bp 10-50bp 200bp ③ 三级结构 - 超螺线管 ④ 四级结构–染色单体

袢环结构模型 DNA –11nm 核小体 – 30nm fiber – 300nm Loop – 染色单体 关键点: 非组蛋白为染色质袢环提供了一个支架

3.染色体的结构特点 ①染色单体 ②着丝粒和主缢痕 ③次缢痕和随体 ④核仁组织区 ⑤端粒

基因组：真核细胞单倍染色体组中所含有 的全部遗传信息称为1个基因组。 人类: 22 常染色体 2 性染色体 核型：一个物种所特有的染色体数目和每一 条染色体所特有的形态特征。

（三）核基质 1. 结构：除外染色质、核仁、核膜 2. 成分：非组蛋白纤维样蛋白 3. 功能： a.DNA包装和染色质构建 b.DNA复制：DNA 聚合酶结合位点 c.DNA转录：RNA聚合酶结合位点 d.hnRNA 加工

（四）核仁 1.化学组成 Protein：80％ RNA： 11％（rRNA） DNA： 8％（rDNA） 2.结构

浅染的纤维中心 成分：rDNA 核仁组织者：每个rDNA袢环 核仁组织区(NOR) (2)致密纤维组分 成分：正在转录的rRNA分子 (3)颗粒成分 成分：成熟的核糖体亚单位

3.功能 （1）合成和加工 rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA 45S rRNA （2）装配核糖体 5S rRNA(核基质中合成)

4.核仁周期 有丝分裂：染色体浓缩，含rDNA的DNA袢环缩回至相 应染色体，此时RNA合成停止，纤维成分和颗粒 成分呈分散状，整个核仁变小直至消失。 细胞分裂末期：染色体分散为染色质，rDNA的袢环 也呈松散状态，RNA合成重新开始，并生成纤维 成分和颗粒成分，此时，可见在DNA袢环周围重 新出现核仁 。

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