生物材料-2 组织和器官.ppt课件.ppt
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1、第二章第二章 组织和器官组织和器官细胞、组织、器官、系统细胞、组织、器官、系统l细胞是人体形态结构和生理功能的基本单位。 l由许多形态和功能近似的细胞与细胞间质共同组成组织。 l由几种不同的组织结合在一起,构成具有一定形态和功能的结构,称器官 。l许多在结构和功能上密切联系的器官结合在一起,共同执行某种特定的生理活动,即构成系统。 生理学研究的三个水平生理学研究的三个水平l1、细胞、分子水平:研究细胞的生理特性及构成细胞的物质的理化特性。l2、器官系统水平:研究各器官、系统生理活动的规律及其影响因子。l3、整体水平:研究各器官、系统的相互关系以及机体与环境之间的相互联系。第一节第一节 细胞细胞
2、(一)细胞的发现1665年英国人胡克年英国人胡克(Robert Hooke)l 用自制的显微镜(放大40倍140倍)观察软木薄片,发现了软木是由许多蜂窝状的小格子(小室)组成,并将其定名为“细胞(Cell) ”。(二)细胞学说的建立(二)细胞学说的建立 1838年德国年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都植物学家施莱登提出所有植物体都是由细胞组合而成,这一结果被德国动物学家是由细胞组合而成,这一结果被德国动物学家施旺(施旺(1839年)在动物中证实。年)在动物中证实。由此提出由此提出“细胞学说细胞学说”细胞学说可以概括为:细胞学说可以概括为:1 1、任何一个细胞都是从其他细胞中产生出来、任何一
3、个细胞都是从其他细胞中产生出来的;的;2 2、细胞是构成有机体的基本单位;、细胞是构成有机体的基本单位;3 3、植物和动物的细胞大致是相似的。、植物和动物的细胞大致是相似的。 一切生命有机体都由细胞构成一切生命有机体都由细胞构成单细胞生物如:细菌、衣藻、酵母菌群体生物如:团藻、多细胞生物如:竹、熊猫(三)细胞的新概念(三)细胞的新概念细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位 1、一切生命有机体都由细胞构成、一切生命有机体都由细胞构成 细胞是构成生命有机体的基本单位细胞是构成生命有机体的基本单位 2、细胞具有独立有序的自控代谢系统、细胞具有独立有序的自控代谢系统 细胞是代谢与功能的基本单
4、位细胞是代谢与功能的基本单位 3、细胞是生命有机体生长发育的基础、细胞是生命有机体生长发育的基础 4、细胞具有遗传信息的全能性、细胞具有遗传信息的全能性 细胞是生命有机体遗传的基本单位细胞是生命有机体遗传的基本单位 5、没有细胞就没有完整的生命、没有细胞就没有完整的生命细胞种类细胞种类优缺点优缺点自体细胞患者自己的细胞,无免疫排斥,可随时取用同种异体细胞细胞来自其他人体,需等待供体,需考虑免疫排斥反应异种细胞来源于不同的种属,不仅需要考虑免疫排斥反应,还需考虑动物病毒的传播构构建任何建任何组织组织或器官,首先要考或器官,首先要考虑虑的是使用何的是使用何种细种细胞。胞。需要有足需要有足够数够数量
5、的量的细细胞胞;保保证没证没有病原体和任何形式的有病原体和任何形式的污污染;染;决决定是使用自体定是使用自体细细胞(胞(autologous),同种异体细胞(),同种异体细胞(allogeneic) 还是异种细胞(还是异种细胞(xenogeneic)表中列出了每一种细胞的优缺点。l细胞是活体组织形成的基础,一定情况下,它们可以单独存活。一些生物体,如细菌、原生动物和一些藻类,由单个细胞组成。但是大多数细胞是多细胞生物体的组成部分,一个典型的动物细胞悬浮在液体中是一个直径约为20微米的球,如图所示。l大多数细胞在悬浮液中的生长不是很好,它们常常贴敷于某一基质进行生长。光面内质网细胞核高尔基复合体
6、核仁微管原生质膜泡囊糙面内质网染色质溶酶体线粒体微纤丝(四)(四) 细胞的结构和功能细胞的结构和功能在光学显微镜下,细胞由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成。l在电子显微镜下,细胞的结构分为膜相结构和非膜相结构。细胞核细胞核l细胞核是细胞的控制中心,在细胞的代谢、生长、分化中起着重要作用,是遗传物质的主要存在部分。l细胞核含有的基因是DNA分子上有遗传效应的片段,基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表着遗传信息,以一定方式反映到蛋白质的分子结构上。lDNA与名为组蛋白的蛋白质结合,高度有序化形成染色质。编码蛋白质基因由RNA聚合酶转录为信使RNA(mRNA)。转录过程开始于转录起始序列,结束于转录终止
7、序列。基因常常被分为多个编码序列(外显子),每个外显子编码一部分成熟的mRNA。外显子之间的DNA序列称为内含子。1.基因表达控制基因表达控制控 制 主 要 表现在:控制转录过程。转录控制取决于DNA的调节序列以及与这些序列相互作用的转录因子蛋白质。基因的启动区是RNA聚合酶连接的转录起始点的上游序列,RNA聚合酶伴随着一系列转录因子,共同作用合成转录复合物。强化因子1 强化因子2启动子内含子 外显子3外显子1内含子 外显子2转录因子DNA转录因子(a)(b)调控区编码区DNA结合转录复合物(a) 典型基因结构图;(b)转录因子运作过程效应区强化因子启动子2.转录因子转录因子l转录因子是调控转
8、录的蛋白质,常常含有DNA结合域和调节域。l存在多个转录因子家族,可以由其所含的DNA结合域进行分类,如同源盒和锌指结构域。l大多数是核内蛋白,虽然有些存在于细胞质中,激活后便会进入细胞核内。l激活过程开始于对核内信号的反应,核受体家族的转录因子直接由脂溶性信号分子激活,如维甲酸和糖皮质激素。l转录因子的激活域一般含有许多的脂肪族氨基酸,构成的酸滴可以促进主要转录复合物的形成。3.其他基因活度控制其他基因活度控制l基因控制在某些方面比正转录因子和负转录因子的结合更稳定和长久,某种程度上取决于染色质结构的重新塑造。l在大部分的基因组中,核小体在一定程度上是可以运动的,使得转录因子可以与DNA相接
9、近。这种染色质称为常染色质。在其他一些区域,染色质高度浓缩,活度很低,被称为异染色质。l染色质结构由蛋白复合体控制结构,影响大部分的基因表达,但不影响它自身的转录因子。l染色质重新塑性的一个重要因素:对组蛋白N端暴露在外的赖氨酸乙酰化的控制,这可部分抑制组蛋白与带负电的DNA磷酸二酯链的结合,从而打开染色质结构,使得转录复合物聚集在DNA上。三三.细胞质细胞质l定义:细胞质(cytoplasm)是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。包含胞质溶胶及除细胞核外的细胞器。l作用:用作“分子液”,使各种细胞器能在其中悬浮及透过脂肪膜聚集一起。l细胞质内的各物质:大分聚集体酶:执
10、行主要的新陈代谢过程,尤其是糖酵解过程可以将葡萄糖降解为丙酮酸盐。细胞器:大多数细胞器由两层膜组成,该膜由两个磷脂分子片构成,疏水面相连。线粒体有细胞“动力工厂”之称,一种半自主性的细胞器。三三.细胞质细胞质l内质网:细胞内的一个精细的膜系统,是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。内质网分两类:一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网;另一类是膜上光滑的,没有核糖体附在上面,叫光滑型内质网。l核糖体:1)连续不断合成新的蛋白质分子;2)存在旧蛋白质以蛋白体结构形式的降解,需要大量的三磷酸腺苷(ATP)。四、细胞膜四、细胞膜 细胞与周围环境之间的边界单向扩散膜:小分子量的疏水性分子自由通过(维生素
11、、类固醇和甲状腺激素等);无机离子通过细胞膜的扩散是受到严格控制的(Na-K离子交换);大多数信号分子是蛋白质,此类蛋白质不可以通过细胞膜进行扩散只能与细胞表面的受体结合(酶联受体、G蛋白偶联受体和离子通道受体);脂溶性分子,如甾类激素,可以通过单向扩散进入细胞内。细胞膜蛋白质:高度疏水的分子,完全包含在脂质体中,但是通常它们也具有亲水性区伸出到细胞外或伸进细胞质内部,抑或两者皆有。有助于细胞与基体或其他细胞的锚定;用来辅助分子通过细胞膜的传输,包括离子和营养物质载体;细胞外信号分子受体,对控制细胞的性能和行为非常关键,包括激素、神经传递素和生长因子。五五.细胞的成长与死亡细胞的成长与死亡G2
12、细胞周期调节蛋白/CdkRbRbG1 期生长G0M 期有丝分裂生长G2期G2细胞周期调节蛋白/CdkDNA合成S期典型的动物细胞周期如图所示:细胞周期分为间期与分裂期(M期)两个阶段。间期又分为三期:DNA合成前期(G1期)DNA合成期(S期)DNA合成后期(G2期)l一些特殊的细胞分裂类型:组织培养过程中,细胞常常具有指数增长能力。尽管一些分化的细胞类型可以继续分裂,但主要趋势是减缓分化或停止分裂。在胚胎后期,大多数细胞分裂为干细胞,而且它们直接的后代是短暂扩充细胞。干细胞可以被自身复制形成具有特定组织形态的分化后代。(b)不对称分裂(a)卵裂区(d)干细胞(c)指数生长五五.细胞骨架细胞骨
13、架定义:在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架、核纤层与中间纤维在结构上相互连接,贯穿于细胞核和细胞质的网架体系。维持细胞形态;维持细胞形态;承受外力、保持细胞内部结构的有序性;承受外力、保持细胞内部结构的有序性;参与许多重要的生命活动,如:在细胞分裂中细参与许多重要的生命活动,如:在细胞分裂中细胞骨胞骨 架牵引染色体分离架牵引染色体分离; 在植物细胞中,指导细胞壁的合成。在植物细胞中,指导细胞壁的合成。作用:细胞骨架由三种纤维结构构成:微管、微丝、中等纤维或中间纤维(IF)。1.1.微管微管l微管是由微管蛋白组成的空心管,如图所示。l微管可在所有哺乳类动物细胞中存在,直径大于12nm,除了
14、红细胞(红血球)外,所有微管均由约55kD的及微管蛋白组成。(b) GTP+微管束细胞核中心体(a) 细胞内微管GDPGTP+-驱动蛋白动力蛋白(b) GTP盖(c) 微管运动蛋白着丝点染色体星状体着丝点微管极间微管(d) 有丝分裂纺锤体作用:1)确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨;2)细胞骨架的架构主干,并也是某些胞器的主体,例如中心粒就是由9组3联微管组成的构造。微管形成的有些结构是比较稳定的,是由于微管微管形成的有些结构是比较稳定的,是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如神经细胞轴结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如神经细胞轴突、纤毛和鞭毛中的微管纤维。突、纤毛和鞭毛中的微管纤维。
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