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第3章

细胞的基本结构小结

第1节

细胞膜—系统的边界

细胞作为最基本的生命系统，不仅要有物质基础，还要有严整有序的结构基础，例如我们将细胞内含有的各种物质配齐，并按照它们在细胞中的比例放在一个试管中，就能构成一个生命系统吗？显然不行。这章就让我们来学习构成细胞的分子是如何形成严整有序的细胞结构的。

一、细胞膜是细胞这个最基本的生命系统的边界。

思考：为什么我们不说细胞壁是系统的边界？一般认为，植物、真菌和细菌等细胞外面具有的细胞壁是全透性和非生命的，它不具有对物质进出细胞的选择性，不影响细胞的通透性，因而我们认为细胞这个生命系统的边界是细胞膜。在光学显微镜下不能看见细胞膜，但是能够观察到细胞与外界环境之间是有界限的，从而确定有细胞膜的存在。此外，还有一些实验能帮助人们在用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前确定它的存在。如人们发现，进入活细胞的物质要通过一道屏障，并不是所有的物质都能进入细胞；用显微注射器将伊红注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞；在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展；用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破；如果细胞表面结构受损面积过大，细胞会死亡。

二、细胞膜的成分

1、研究制备较纯净的细胞膜的常用材料：人或哺乳动物的成熟的红细胞。

思考：制备较为纯净的细胞膜，首先我们选择植物细胞还是动物细胞？动物细胞没有细胞壁，制备细胞膜更容易。

其次，我们选择什么样的动物细胞？人和其他哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和众多的细胞器，如线粒体。这样我们就避免了细胞膜与核膜、细胞器膜分离的麻烦，经离心即可得到较纯净的细胞膜。而鸟类、两栖类动物的红细胞有细胞核。

发育成熟过程中，哺乳动物红细胞的核逐渐退化，并从细胞中排出，为能携带氧的血红蛋白腾出空间。人的红细胞只能存活120d左右。

2、实验—体验制备细胞膜的方法（纯净的细胞膜又称血影）

（1）、实验原理:利用渗透作用的原理，使红细胞吸水涨破，然后离心获得细胞膜。

（2）、材料用具：人或其他哺乳动物的成熟的红细胞。

（3）、实验步骤：选材—制片—观察—滴水—观察—结果

选材时，为便于观察要将新鲜的血液用适量的生理盐水进行稀释，这时是不能加清水的。

（4）、现象及结论：人正常的红细胞呈两面凹的圆饼状，这样的结构可以增加气体交换面积。红细胞吸水后，凹陷消失，细胞体积增大，很快破裂，内容物流出。

3、细胞膜的成分

（1）脂质：约占50%，在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。其中磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的（极性），脂肪酸“尾部”是疏水的（非极性）。除磷脂外，动物细胞细胞膜还含有胆固醇。

（2）蛋白质：约占40%，蛋白质是生命活动的主要承担者，蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，所以功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多。

★思考：“线粒体内膜是有氧呼吸的场所之一，蛋白质含量较外膜高”这个说法是否正确？正确

（3）糖类：约占2%—10%，糖类以化学键与脂质或蛋白质结合成糖脂或糖蛋白，分布在细胞膜的外表面。其中，糖蛋白（糖被）与细胞识别有密切关系，消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑的作用。

4、癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的改变有关（正常人体组织细胞在细胞培养时会有贴壁生长和细胞的接触抑制的现象，而癌细胞失去接触抑制，没有汇合成单层后停止生长的特点，可以堆积成群），细胞在癌变过程中，细胞膜的成分发生改变，如糖蛋白减少，有的产生甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物质。因此，检查癌症的验血报告单上，有AFP、CEA等检查项目。如果这些指标超过正常值，应进一步检查，以确定体内是否出现了癌细胞。

三、分析膜成分的方法

1、用脂质溶剂处理细胞，发现细胞膜被溶解，脂质分子进入溶剂中，说明膜中含有脂质分子。

2、用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结构，说明细胞膜的化学组成中除了脂质还有蛋白质。

四、膜蛋白的种类和功能总结

1、协助扩散、主动运输中涉及的载体蛋白。

2、激素、突触后膜上神经递质以及免疫调节中识别抗原的受体蛋白。

3、能识别卵细胞外构成透明带的糖蛋白的精子表面的受体。

4、分布于叶绿体类囊体薄膜（基粒片层、基粒囊状结构）、线粒体内膜上的具有催化作用的酶蛋白。

五、细胞膜的功能

1、将细胞与外界环境分隔开：细胞膜的出现使各种生物大分子集中到一个相对稳定的微环境中，保障了细胞内部环境的相对稳定。膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，成为相对独立的生命系统。

2、控制物质进出细胞：涉及物质跨膜运输、外排（胞吐）、胞吞

细胞通过细胞膜与外界环境进行有选择的物质交换，因而细胞膜具有选择透过性，这是它的功能特点。细胞膜的控制作用也具有相对性，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞。

科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。

3、进行细胞间的信息交流（传递）：

多细胞生物体内，细胞之间必须保持功能的协调，这种协调的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。而细胞间信息的交流，大多与细胞膜的结构和功能有关。

生命活动的进行和调节，如体液调节、神经调节、免疫调节、受精作用、输血时要严格配血等都与细胞识别和细胞间的信息交流密不可分。

细胞间信息交流的方式

（1）体液调节—细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞；

信号分子：我们将能被受体识别的环境中的特异性化学物质叫信号或配体。

靶细胞：配体作用的细胞叫做那个配体的靶细胞。

受体的化学本质：蛋白质。

（2）相邻两个细胞的细胞膜直接接触发生信息交流。例如，同种生物的精子和卵细胞之间的识别和结合、细胞免疫中效应T细胞与靶细胞的识别以及特异性免疫中抗原的呈递。

※补充说明：卵细胞外有一层透明的糖蛋白外衣（糖被）称透明带，由三种糖蛋白组成，糖链能被精子表面的受体识别，精卵识别引发精子头部释放蛋白酶和透明质酸酶，使透明带水解，精子和卵细胞的细胞膜融合，精子核进入卵细胞内。

（3）相邻细胞形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞，完成信息交流。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。

※补充说明：①细胞膜受体是镶嵌在磷脂双分子层中的蛋白质（糖蛋白、脂蛋白、糖脂蛋白）。受体一般由两个亚单位组成：裸露于细胞膜外表面的部分—调节亚单位，即一般所说的受体，它能“识别”环境中的特异性化学物质（激素、神经递质、抗原、药物等）并与之结合；裸露于细胞膜内表面的部分叫催化亚单位，常见的是无活性的腺苷酸环化酶（AC）。一般来讲，受体与配体的结合有高度特异性（专一性）。当某一配体与其靶细胞膜上的特异性受体结合时，调节亚单位构型变化，随即激活膜上的AC，在Mg2+存在条件下，AC催化细胞内一系列生物化学反应，进而引起靶细胞生理功能的改变。也有的膜受体与配体结合后并不激发细胞内一系列生化反应，而是通过改变细胞对离子的通透性而产生生理效应（如突触的化学传递过程）。一种细胞膜可以含有几种不同的受体，同一受体在不同细胞膜上的数目也不同。

★思考：（1）蔗糖溶液使洋葱表皮细胞发生质壁分离未体现生物膜信息传递的功能（√）

（2）变形虫和草履虫的细胞膜基本组成成分不同（×）

（3）细胞膜不含有糖脂和糖蛋白（×）

（4）构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇（×）

（5）生物膜的特定功能主要由磷脂分子决定（×）

六、植物细胞的细胞壁(全透性) 1、细胞壁的主要化学成分：纤维素和果胶

植物体细胞杂交技术中去除细胞壁获得有活力的原生质体的方法：利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

2、细胞壁的主要功能：

（1）对植物细胞有支持和保护的作用；（2）在质壁分离的复原过程中可以防止植物细胞吸水涨破。

第2节细胞器—系统内的分工合作

引言：19世纪对于细胞的描述仅限于其外有膜包被，内部有细胞核，核周围是细胞质，除此之外人们知之甚少。后来染色技术的改进和发展乃至电子显微镜在20世纪30年代的出现，使得人们逐步探明了各种亚细胞结构和精细的膜结构。细胞整体的功能是由各种特殊的结构共同实现的，如同人的各种器官共同实现整个人体的机能。因此，细胞质内的各种特殊结构被称作细胞器。一般来说，细胞器是细胞内膜结构形成的有机体系，具有不同的形状，细胞器的形状与其功能相关。这种结构与功能的密切相关在整个生物界普遍适用，可见于各个水平，如单细胞、多细胞，乃至生态系统中。神经细胞特别适于用来说明结构和功能的关系。神经细胞相互交联成网状遍布全身，向肌肉和腺体传递电脉冲，以及将电信号传达到大脑和脊髓。电信号在体内的传输最好是由常而细的载体完成，而神经细胞恰恰就具有这种长形结构，这一点与电话和电力系统中的电线网络相似。

知识点一

细胞质：在细胞膜以内，细胞核以外的原生质，叫做细胞质。细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。

细胞质基质：在细胞质内呈胶质状态的部分，又称细胞溶胶。包含水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶，进行着多种化学反应。如有氧呼吸的第一阶段；无氧呼吸；氨基酸、嘌呤和嘧啶、脂肪酸的合成。所以说，细胞质基质为细胞代谢提供物质和环境条件。

※相关信息：细胞质基质与胞质溶胶的内涵是基本相同的，或者说它们无本质区别。在真核细胞的胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，称为细胞质基质。细胞质基质成分可通过生物化学的方法测得。通常用差速离心法分离出细胞匀浆中的各种细胞组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞膜等细胞器或细胞结构，留存在上清液中的主要为细胞质基质成分。细胞质基质概念的提出主要是从细胞学的角度来认识除去各种细胞

器以外的胞质成分，认为它们是细胞重要的结构成分，各种细胞器行使它们的功能时，必须依赖细胞质基质。胞质溶胶主要是从生物化学的角度来认识相关成分，因为细胞质基质中存在着大量的生物大分子，其中包括数以千计的酶、各种反应底物和产物。大量的生化反应在其中进行。在对细胞的结构和功能进行研究时，还是选择细胞质基质这个概念较为合适。

细胞器：细胞质中具有特定功能的各种亚细胞结构的总称。细胞器的数量和种类能够代表一个细胞的特殊功能。利用差速离心法可以分离多种细胞器。先将细胞膜破坏，形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆；将匀浆放入离心管中，用高速离心机在不同的转速下进行离心，利用不同的离心速度所产生的不同离心力，将各种细胞器分离开。离心力相对较低时，可使大部分的核、未被破碎的细胞及其它较大且致密的残片沉淀下来。更高一些的离心速度可分离出线粒体和溶酶体，在非常高的速度下形成的沉淀中富含核糖体和内质网。在组织匀浆的溶液中还保留有各种可溶性分子及混杂的其它低密度物质。