动物的细胞和组织动物体结构与功能基本单位细胞

第一章动物的细胞和组织

1. 动物体结构与功能基本单位——细胞

2. 动物细胞周期与细胞分裂

3. 动物细胞的分化

4. 多细胞动物的组织、器官和系统

1 动物体结构与功能基本单位——细胞

细胞的发现及细胞学说的建立

细胞的发现

细小的细胞肉眼是看不见的，必须借助显微镜。

英国Robert Hooke (1665)自行设计制造了显微镜，在观察了软木薄片后，第一次表述了所看到的类似蜂巢的封闭状小室（实际为纤维质的细胞壁），并称之为cell。

荷兰Leeuwenhoek用改进的显微镜观察并发现了许多细菌、原生动物及动植物细胞，在1674年认识到了细胞核，同时还有其他一些科学家对细胞进行过研究。早期这种借助显微镜对细胞的观察持续了170多年，为细胞学说积累了丰富的资料。

细胞学说的建立：

1838——1839年，德国动物学家Schwann、植物学家Schleiden几乎同时分别对动植物研究后，提出了细胞学说：一切植物和动物都是由细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位。

细胞学说提出的意义

人们通常认为：现代生物学的三大基石：细胞学说、进化论、遗传学。其中细胞学说又是生物学其他学科研究的基础。

细胞学说带动了生物科学和医学的发展，对整个生物学的发展起了巨大的促进和指导作用。细胞学的进一步发展需要有先进的研究技术，如：电子显微镜、分子生物学技术等极大地推动了细胞学研究。

细胞的基本感念

1.2.1 原生质

指细胞内所含的生活物质，由细胞膜包围，包括细胞核(nucleus)及其周围的细胞质(cytoplasm)。

1.2.2 细胞的大小和形状

细胞大小一般在10-100微米。最大的10厘米，如鸵鸟蛋；最小的微米，如支原体，衣原体等，必须借助显微镜观察。

细胞形状是多样性，举例说明。

1.2.3细胞的化学组成（自学）

细胞的基本结构

细胞按结构复杂程度可分为原核细胞和真核细胞两大类，如：细菌、蓝藻、支原体、放线菌等，由一个细胞组成，细胞小，为典型真核细胞的1/10，进化上古老（32亿年），胞内没有由膜包被的结构，如细胞核，线粒体等；真核生物是由原核细胞生物进化而来（17亿年），有一个或多个细胞构成，真核细胞结构复杂，又可分为植物细胞和动物细胞。

1.3.1 真核细胞和原核细胞的比较（结构）

原核细胞真核细胞

细胞壁蛋白质、磷脂、脂多糖、粘肽等

细胞膜两个致密层及中间透明区

细胞质核糖核酸和蛋白质，无高尔基体、细胞器的结构：有线粒体、

线粒体和内质网等细胞器（极少例外）叶绿体、内质网、

高尔基体、溶酶体、

微管、微丝等。

细胞核脱氧核糖核酸纤丝组成，无核膜，无核仁有明显的核仁和核膜

1.3.2 动物细胞和植物细胞的比较（结构）

相同点：细胞膜、核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体、内质网与核糖体、微管与微丝等形态结构与成分相同，功能一样。

区别：动物细胞没有细胞壁、液泡与叶绿体等结构，但有中心粒(体)。

连接方式的比较：

多细胞动物体内，一群相同或相似的细胞之间或细胞与非细胞物质之间以一定的形式连接，形成特定的结构，才能行使一定的功能。

植物细胞：胞间连丝（提问）。

动物细胞：细胞连接，连接方式有3种：桥粒、紧密连接、间隙连接（P19）桥粒：在电镜下观察，上皮细胞之间，如皮肤、子宫颈等处的上皮细胞之间的连接方式，呈纽扣状的斑块结构，这种结构就是桥粒。桥粒与细胞质溶胶中的中间纤维连接，间接地连成相邻细胞的细胞骨架。

紧密连接：是指相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，膜之间不留空隙。使细胞层成为一个完整的膜系统，完全封闭了细胞之间的通道，防止物质从细胞之间通过。例如，肠壁的上皮细胞之间就有紧密连接，阻止了肠内与代谢无关的物质从细胞之间通过。

间隙连接：是动物细胞间最多的连接方式。是指两细胞之间存在间隙（很窄，2—4nm之间）。有一系列的通道贯穿在间隙之间，细胞质通过细胞之间存在的间隙相通。只有离子和小分子物质可以通过间隙连接。

1.3.3 动物细胞的基本结构

1.3.3.1 细胞膜（cell membrane）

膜的流动性。膜蛋白和膜脂均可侧向运动；

膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入和横跨磷脂双分子层。

具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本构成成分。

蛋白分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子中或结合在其表面。

生物膜可以看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。

1.3.3.2 细胞质（cytoplasmic matrix）

包括细胞质基质和细胞器。

细胞质基质：

细胞质中除细胞器以外的胶状物质。主要成分有数千种酶和细胞质骨架。

功能：

酶，许多中间代谢过程在这里进行，如：糖酵解过程，磷酸戊糖途径、糖醛酸、糖原的合成与分解、蛋白质的合成、修饰与降解等等。

细胞质骨架（微丝和微管）不仅维持细胞的形态（如红细胞的微管成束平行排列于盘形细胞的周缘，红细胞成双凹型）、细胞的运动（如有丝分裂的纺锤体，纤毛与鞭毛的微管）、而且在物质的运输、能量与信息的传递中起着作用，同时还为细胞质基质中其他物质提供了锚定位点。

细胞器：

植物细胞中特有的细胞壁、液泡与叶绿体等结构考照P15页相关介绍（自学）。

2 动物细胞周期与细胞分裂

细胞周期（cell cycle）：

多细胞生物从一个细胞（即受精卵或合子）经过连续的有丝分裂才能成为一个多细胞动物。

细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束为止，称为细胞周期，一个细胞周期是一个细胞的整个生命过程，即由1个老的细胞变成了2个新的细胞。

人们最初从细胞形态变化考虑，将一个细胞周期简单地分为一个有丝分裂期（mitosis）和一个分裂间期（interphase），这两个时期是相互延续的。分裂间期又根据DNA的复制分为3个时期。在分裂间期的特定时期，DNA合成复制，称为合成期即S期（synthesis），主要完成DNA的复制和部分蛋白质的合成。在S期之前和S期之后分别称为合成前期即G1期（presynthetic phase）和合成后期即G2期（postsynthetic phase）。

一般认为在G1期合成DNA复制所需要的酶和底物、RNA等，而G2期为有丝分裂做准备，主要是合成纺锤体和星体的蛋白质，准备分裂期所需的能量。

细胞分裂间期所需要的时间远较分裂期为长。

细胞已经分化执行特殊的机能时，常不再进行分裂，但在某些刺激下，如创伤愈合中，又重新开始生过分裂。把细胞已经分化但不处于生长分裂期的这个阶段称为G0期。

动物细胞有丝分裂（mitosis）

整个有丝分裂过程（分裂期）是连续的，一般把它分为前期、中期、后期和末期。

（1）前期（prophase）

①染色质细丝螺旋缠绕成染色体，每条染色体是由两条染色单体（chromatid）所组成。

②随着前期继续进行，染色体进一步螺旋化变短变粗，随机散布于核中。两个染色单体上各有一个着丝粒，因着丝粒外侧有一动粒（蛋白质复合体），所以又称为着丝点，以后和纺锤丝相连。

③核仁逐渐崩解、消失。但核膜依然存在。

④中心体（间期复制成两对）开始向细胞的两极移动。

中心体是微管的生成中心，这时在中心体的周围出现星芒状微管（星丝），星丝与中心体合称星体，至晚前期，慢慢地在两星体之间出现一些呈纺锤状的微管（由中心体发出并不断延伸）称为纺锤丝（Spindle fiber）。星体与纺锤丝形成纺锤体。

（2）前中期（prometaphase）

①核膜开始破碎成核膜小泡，形态很像内质网，核膜小泡散布于纺锤体周围，在整个有丝分裂过程都可见。

②纺锤体逐渐向细胞的中央移动。

③这个时期，星体的微管向“细胞核”内侵入，有的星体微管与动粒相联结，形成动粒微管，另一极星体发出的微管则与染色体另一侧的动粒相联结。一些星体微管的游离端也侵入核内，形成极性微管。

（2）中期（metaphase）

动物细胞的染色体处于赤道面上，排列在纺锤体的中央。中期时，纺锤体已达到最大的程度，染色体高度螺旋化，呈浓缩状，因此中期是观察染色体形态、计算染色体数目最合适的时期。这个时期纺锤体呈典型的纺锤样，染色体两侧动粒微管长度相等，极性微管在赤道区域相互搭桥，貌似呈连续微观结构。

（3）后期（anaphase）

着丝粒一分为二，两个染色单体分开向两极移动。这分开的染色体称为子染色体（daughter chromosome），子染色体移向两极的整个过程，都属于后期。这个时期染色体的数目是加倍的。

着丝粒的分离一般认为是由于动粒微管向两极移动，牵引的结果。在这个过程动粒微管缩短，极微管却延长了。

（4）末期（telophase）

①两组子染色体已移至细胞的两极，动粒微管完成使命而消失，染色体移动停止。

②核膜、核仁重新出现。染色体的浓缩状态逐渐减低（解螺旋），直到恢复成间期时的细丝状（染色质）。细胞恢复到原来的状态。

③在核重建的同时，细胞质发生分裂，在动物细胞首先在细胞的赤道区域发生缢缩，缢缩逐渐加强，直到分裂成大小相等的2个子细胞，有些细胞如胚胎发育早期的细胞有丝分裂时常进行不等分裂，细胞质分配的不均匀决定了细胞分化

的方向。

3 动物细胞的分化

人体发育过程是从受精卵开始的，受精卵通过细胞分裂产生了大量的子细胞，例如人体从受精卵到儿童可产生×1012个细胞。而这些子细胞大多数为了适应于特殊化的功能，合成了特异的蛋白质，且细胞形态结构也相应地发生了改变，因而产生了各种各样不同的细胞，人体有600多种类型的细胞。

细胞分化：一种类型的细胞在形态结构、生理功能和生物化学特性方面稳定地转变成另一类型细胞的过程。（细胞之间产生稳定差异的过程）

细胞分化的显着特点：

分化状态的稳定性，特别是在高等生物中，分化一旦确立，则其分化状态将是十分稳定的，并能传递许多细胞世代。

对于多细胞动物，胚胎期是最重要的细胞分化期。很多类型的细胞分化是在发育早期一次发生的。如神经细胞在婴儿期之后可能就不会再进一步分化，但也有在一生中连续不断分化的细胞类型，如多能造血肝细胞可在人的一生中不断分化成红细胞细胞。

分化方向的确定往往早于形态差异的出现。细胞形态差异出现以前，细胞分化方向即已确定，并可持续若干代。例如，血细胞是由多能干细胞先分为多能造血干细胞，多能造血干细胞与其他干细胞形态几无差异，但进一步分裂不可逆地发育为单能干细胞，以后发育为红细胞。

决定期概念：细胞从分化方向的确定到出现特异形态特征以前这一时期。

随着分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降。高度分化的细胞往往不再发生分裂，如红细胞，神经细胞等。细胞有丝分裂指数往往与细胞分化程度成反比。

4 多细胞动物的组织、器官和系统

动物的组织

根据构造和功能将动物组织分为四大组织：上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。

4.1.1 上皮组织（epithelial tissue）：

上皮组织细胞间紧密连接，细胞间质很少。有单层上皮和复层上皮之分。上皮组织的基部分泌一层很薄的基膜，是细胞和结缔组织之间的界膜，能阻止结缔组织的某些细胞与上皮细胞接触，但不妨碍神经纤维穿过。根据上皮组织机能不同，可分为：

被覆上皮：它主要在动物体表和消化管，以及各种管、腔、囊等的内表面上。主要功能是保护、感觉、分泌、和吸收。多数上皮细胞表面有纤毛、鞭毛等结构（如扁形动物的上皮、河蚌外套膜上皮和鳃上皮、蛙的咽部上皮、脊椎动物的气管上皮），能有规律的摆动。有的上皮表面分泌角质膜，有的形成角质层。

腺上皮：由具有分泌功能的上皮细胞（腺细胞）所组成。有的是单个腺细胞担负分泌功能称作单胞腺；有的是多个细胞构成腺体，管状、囊状和复泡状，埋入结缔（di）组织中。

感觉上皮：是一些特化的上皮细胞，如视网膜、鼻腔上皮，舌上的味蕾等。

4.1.2 结缔组织（connective tissue）

特点是具有发达的细胞间质，间质由液态、胶体状或固体的基质和纤维组成，细胞分散于细胞间质中。结缔组织种类多，一般分为疏松结缔组织、致密结缔组织、弹性结缔组织、网状结缔组织、血组织、脂肪组织、骨骼组织。

疏松结缔组织：主要作用是连结身体各种组织和器官、保护和支撑身体、提供营养并具有修复功能。

由排列疏松的纤维与分散在纤维间的多种细胞构成的，纤维和细胞埋在基质中，充满在器官内部的间隙中。细胞种类多，如：①成纤维细胞；②巨噬细胞；

③外膜细胞；④肥大细胞；⑤浆细胞；⑥多种白细胞和淋巴细胞。

致密结缔组织：致密结缔组织的基质和细胞少，而纤维多且致密，主要是由大量的胶原纤维或弹性纤维组成，组织坚韧有力，弹性不如疏松结缔组织。分布在肌肉和骨骼间的肌健和骨膜都属致密结缔组织。

弹性结缔组织：由平行排列的弹性纤维组成的结缔组织称为弹性结缔组织，特点是有很强的膨胀和缩小的能力，例如韧带、大动脉、肺壁等均有弹性结缔组织。

网状结缔组织：特点是主要的纤维互相交织成网状纤维，例如肝脏、脾脏、淋巴结等器官的基质网架就是由网状结缔组织构成的。

脂肪组织：脂肪组织的细胞中聚集了大量脂肪，故细胞核和细胞器都被脂肪挤到了细胞一侧。脂肪组织中的网状纤维很发达，动物的皮下、肠系膜上都富含脂肪组织

血组织：包括血液和淋巴液，由血细胞和血浆组成。血液中由于纤维蛋白原的存在，在空气中会形成蛋白纤维，使血液凝结。红细胞可携带氧至身体各部分。白细胞可吞噬细菌和其它侵入体内的异物，起防御作用。血浆作用是运输营养和内分泌物等到身体各部分，并在排泄、输送内分泌等物中起作用。

软骨：特化的致密结缔组织，细胞间质坚固而有弹性。软骨间质中有发达的胶原纤维。软骨中只有一种细胞，位于基质的小室中。软骨中没有血管和神经，细胞营养物通过在基质中的扩散作用到达软骨细胞。

硬骨：细胞间质主要是硫酸钙、磷酸钙，坚硬。细胞间质之中只有一种细胞。

根据骨细胞和基质的区别，分为疏质骨和密质骨。疏质骨：在骨骼内，有很多大的空隙，称骨髓腔。密质骨：在骨骼的外面，由排列紧密的骨板和哈佛氏管组成的哈佛氏系统构成，内有血管和神经。环绕哈佛氏管的是由无机盐钙化物组成的同心圆骨板，以及排列其间的一环一环的骨细胞组成。

4.1.3 肌肉组织（muscular tissue）：

由肌肉细胞组成。肌肉细胞又称肌纤维，根据肌纤维的结构和机能特点，肌肉组织可分为平滑肌、横纹肌和心肌。

平滑肌：细胞梭形，只一个核。反应较慢，能持久收缩，一般不由意志所支配，又称不随意肌。如消化道肌肉的蠕动。分布在各内脏器官如胃壁、肠壁、血管壁、子宫壁等处。

横纹肌：有多个核，核附在细胞膜的下面，而细胞质的部分主要为肌原纤维所占据。横纹肌收缩迅速、有力，持久性差。其收缩一般可由意志指挥，又称随意肌。如支配四肢的运动等。主要固着在骨骼上。

心肌：心肌纤维具有分支，分支相连成网；核椭圆形，有时可见双核。心肌也有横纹，但不明显。心肌分布在心脏。心肌细胞之间有凹凸相接的闰盘，对兴奋传导有重要作用。闰盘是心肌细胞能够同步收缩的结构基础。

对于无脊椎动物，除节肢动物外主要肌肉是平滑肌，但昆虫等节肢动物则有大量的横纹肌，而心肌是脊椎动物所持有的。

4.1.4 神经组织（nervous tissue）：

由细胞本体、接受刺激的树突、输出冲动的轴突组成神经细胞（神经元neuron）和神经胶质细胞组成。神经细胞有感受刺激和传导兴奋的能力。神经胶质细胞有支持、保护和营养功能。树突可有多个，传入刺激。轴突细而长只有一个，传出

刺激。

动物的器官和系统

器官（organs）：不同的组织共同完成一定的生理功能，并在一起形成了一定形态特征和结构的功能单位（如眼、耳、胃、肠、心脏等）。

系统（system）：当若干种器官一起共同完成生命的一项功能时，即构成了动物的系统。动物的个体具有多个执行不同功能的系统，如消化系统、循环系统、神经系统、呼吸系统、排泄系统、肌肉系统、骨骼系统、生殖系统等。动物不同系统的协调活动，实现了动物的全部生命活动。

作业：

1. 细胞周期、组织、器官、系统的基本概念

2. 原核细胞与真核细胞的区别。

3. 四大基本组织的主要结构特征极其最主要的机能是什么