醫(yī)用材料生物學(xué)基礎(chǔ)－蔡偉第二章醫(yī)用植入材料生物環(huán)境-二細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能課件

工業(yè)大學(xué)二OO六醫(yī)用材料生物學(xué)基礎(chǔ)第二章生物環(huán)境1二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能第二章醫(yī)用植入材料生物環(huán)境一、生命體系結(jié)構(gòu)、人體組織與器官二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能三、人體血液與組織液系統(tǒng)四、人體骨骼系統(tǒng)與骨組織生物力學(xué)五、人體免疫系統(tǒng)與免疫細(xì)胞第二章生物環(huán)境2二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞Cell

是人體結(jié)構(gòu)和功能的最小單位,由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核構(gòu)成。在電子顯微鏡下還可以觀察到細(xì)胞內(nèi)部更細(xì)微的結(jié)構(gòu),即超微結(jié)構(gòu)。細(xì)胞第二章生物環(huán)境3二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能“細(xì)胞學(xué)說(shuō)”的基本內(nèi)容

細(xì)胞是人體結(jié)構(gòu)和功能的最小單位－－如何發(fā)揮功能？細(xì)胞的生化活性由細(xì)胞特殊的亞結(jié)構(gòu)控制－－如何控制？細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、成分？人體有200種細(xì)胞－－尺寸、形狀、功能不同－－其結(jié)構(gòu)是否相同或相似？細(xì)胞第二章生物環(huán)境5二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能人血紅細(xì)胞7.5μm細(xì)胞第二章生物環(huán)境6二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能第二章生物環(huán)境7二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能CellularityPackingDensity:maximumtheoreticalpackingdensityisabout1x109cells/cm3celldensitiesintissuestypicallyvarybetween10–500x106cells/cm3relatestoabout100-500cellspermicroenvironment(100mm)3extremecases,suchascartilagewhichisaccellularandhas~1cellper(100mm)3thusitsmicroenvironmentisessentially1cellplusassociatedECM第二章生物環(huán)境9二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能人體細(xì)胞形狀千差萬(wàn)別，其基本結(jié)構(gòu)類似細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核把細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞外液分割開來(lái)，使細(xì)胞能相對(duì)獨(dú)立于環(huán)境而存在。包圍在細(xì)胞表面的一層薄膜，厚70－100?，電鏡下觀察，為三層結(jié)構(gòu)。細(xì)胞內(nèi)液：半透明膠體物質(zhì)。細(xì)胞器：具有一定形態(tài)和生理功能的結(jié)構(gòu)胞內(nèi)質(zhì)粒：非功能性單位核膜染色質(zhì)核仁核液細(xì)胞第二章生物環(huán)境10二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能中心體核膜核仁染色質(zhì)內(nèi)含物高爾基復(fù)合體線粒體基質(zhì)細(xì)胞膜第二章生物環(huán)境11二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜

PlasmaMembrane細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞內(nèi)液：半透明膠體物質(zhì)。細(xì)胞器：具有一定形態(tài)和生理功能的結(jié)構(gòu)胞內(nèi)質(zhì)粒：非功能性單位核膜染色質(zhì)核仁核液細(xì)胞膜把細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞外液分割開來(lái)，使細(xì)胞能相對(duì)獨(dú)立于環(huán)境而存在。包圍在細(xì)胞表面的一層薄膜，厚70－100?，電鏡下觀察，為三層結(jié)構(gòu)。第二章生物環(huán)境13二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能在電子顯微鏡下細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)“兩暗夾一明”的單位膜結(jié)構(gòu),厚70－100?。細(xì)胞膜第二章生物環(huán)境14二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜糖脂糖蛋白外層脂質(zhì)分子（親水性頭部）表面蛋白質(zhì)疏水性尾部嵌入蛋白質(zhì)內(nèi)層脂質(zhì)分子（親水性頭部）細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)模式圖第二章生物環(huán)境15二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能第二章生物環(huán)境17二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜的功能

1、物質(zhì)輸送：有選擇性，進(jìn)行新陳代謝的同時(shí)，又能保持細(xì)胞內(nèi)成分穩(wěn)定。

水的滲透（細(xì)胞內(nèi)外溶液濃度差異）脂溶性物質(zhì)和小分子物質(zhì)，單純擴(kuò)散作用。胞飲、胞吐作用（大分子）

非脂溶性物質(zhì)與膜蛋白暫時(shí)結(jié)合，異化擴(kuò)散。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)作用（濃度由低至高）

2、識(shí)別、傳遞信號(hào)：膜蛋白與外界特定的化學(xué)信號(hào)進(jìn)行特異性結(jié)合，引起細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的變化。3、膜蛋白間結(jié)合產(chǎn)生細(xì)胞間結(jié)合。4、將細(xì)胞內(nèi)外液分開，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)不會(huì)流散。細(xì)胞膜第二章生物環(huán)境18二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞內(nèi)液：半透明膠體物質(zhì)。細(xì)胞器：具有一定形態(tài)和生理功能的結(jié)構(gòu)胞內(nèi)質(zhì)粒：非功能性單位核膜染色質(zhì)核仁核液細(xì)胞質(zhì)cytoplasm細(xì)胞質(zhì)第二章生物環(huán)境19二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞內(nèi)液/細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

：

半透明膠體物質(zhì)，含有豐富的蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、糖、金屬離子和電解質(zhì)等。細(xì)胞器：細(xì)胞質(zhì)內(nèi)具有一定形態(tài)和生理功能的結(jié)構(gòu)。（物質(zhì)代謝、能量代謝、蛋白質(zhì)合成）有：線粒體、核蛋白體、

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體、中心體、微絲和微管等。胞內(nèi)質(zhì)粒：非功能性單位，糖類、脂類。

細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)cytoplasm細(xì)胞質(zhì)第二章生物環(huán)境21二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（胞質(zhì)溶膠）成分：小分子：水、無(wú)機(jī)離子（K+、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等）中等分子：脂類、糖類（葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸、核苷酸及其衍生物大分子：多糖、蛋白質(zhì)、脂蛋白、酶、

RNA細(xì)胞質(zhì)第二章生物環(huán)境22二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能功能：①為各種細(xì)胞器維持其正常結(jié)構(gòu)提供所需要的離子環(huán)境②為各類細(xì)胞器完成其功能活動(dòng)供給所必需的一切底物③某些生物化學(xué)活動(dòng)的場(chǎng)所

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（胞質(zhì)溶膠）細(xì)胞質(zhì)第二章生物環(huán)境23二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能線粒體細(xì)胞器第二章生物環(huán)境25二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)EndoplasmicReticulum

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膜狀的管道或囊狀物，與細(xì)胞膜相連。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：外膜表面附著大量核糖體。物資運(yùn)輸通道；合成蛋白質(zhì)?；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)：物資運(yùn)輸通道；參與糖類、脂肪

的合成與分解。細(xì)胞器第二章生物環(huán)境26二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第二章生物環(huán)境29二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能溶酶體Lysosome細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器，由一層單位膜構(gòu)成的圓形或卵圓形小體；內(nèi)有多種酸性水解酶，如水解蛋白酶、過(guò)氧化氫酶、糖原與脂類的水解酶等，能分解蛋白質(zhì)、糖類、脂類等；能分解細(xì)胞本身?yè)p傷及衰老的結(jié)構(gòu)及外來(lái)物質(zhì)，可視為細(xì)胞本身的“消化系統(tǒng)”在某種情況下，如溶酶體膜破裂，導(dǎo)致酶逸出，細(xì)胞則被消化自溶而死亡。細(xì)胞器第二章生物環(huán)境30二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能溶酶體Lysosome溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的自身產(chǎn)物或由細(xì)胞攝入的外來(lái)物質(zhì)相互融合時(shí)，便形成吞噬性溶酶體，根據(jù)作用底物來(lái)源不同，分為自噬性溶酶體和異噬性溶酶體。細(xì)胞器第二章生物環(huán)境31二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能溶酶體第二章生物環(huán)境32二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能吞噬性溶酶體自噬性溶酶體：

分解來(lái)自細(xì)胞內(nèi)部的衰老和損傷的細(xì)胞器或局部細(xì)胞質(zhì)等，常包含有未分解的線粒體、

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體或脂類、糖原等。消化、分解、自然更替一些細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在病變、損傷細(xì)胞（藥物作用、射線照射、機(jī)械損傷）中明顯增多。異噬性溶酶體：

細(xì)胞器第二章生物環(huán)境33二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能吞噬性溶酶體自噬性溶酶體：

異噬性溶酶體的作用底物是經(jīng)由細(xì)胞吞飲或吞噬而被攝入細(xì)胞內(nèi)的外源性物質(zhì)，其中包括細(xì)胞和大分子物質(zhì)，如細(xì)菌、紅細(xì)胞、血紅蛋白、鐵蛋白、酶和糖原等。常見于單核吞噬細(xì)胞：白細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞中。細(xì)胞器第二章生物環(huán)境34二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能溶酶體的作用消化、分解、自然更替一些細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)。大分子分解為可溶性小分子物質(zhì)，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，重新參與物質(zhì)代謝。蛋白質(zhì)分解為二肽或氨基酸、核酸分解為核苷和磷酸、糖類分解為寡糖類或單糖、脂類分解為甘油和脂肪酸等。——被分解而生成的可溶性小分子物質(zhì)，能透過(guò)溶酶體體膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，重新參與細(xì)胞的物質(zhì)代謝；一些未被消化的物質(zhì)殘留下來(lái)，形成殘余小體。

破骨細(xì)胞的溶酶體，有利于骨生長(zhǎng)和重建過(guò)程

細(xì)胞器第二章生物環(huán)境35二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核核膜染色質(zhì)核仁核液細(xì)胞核

nucleus細(xì)胞核位于細(xì)胞中央，呈球形，被有孔的膜所包圍。多數(shù)細(xì)胞一個(gè)核，成熟紅細(xì)胞無(wú)核，骨骼肌細(xì)胞有多個(gè)核。（100－200）是遺傳基因庫(kù)，存放遺傳信息，提供各類蛋白質(zhì)模板。由核糖核酸（RNA）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后，進(jìn)入高爾基復(fù)合體合成、得到維持生命運(yùn)動(dòng)所需的蛋白質(zhì)。第二章生物環(huán)境36二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能人血紅細(xì)胞7.5μm細(xì)胞第二章生物環(huán)境37二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能骨骼肌細(xì)胞第二章生物環(huán)境38二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞質(zhì)微絨毛微絲溶酶體線粒體核周隙滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖原顆粒分泌顆粒脂肪顆粒高爾基復(fù)合體中心體核膜核仁核孔基質(zhì)第二章生物環(huán)境39二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能核膜第二章生物環(huán)境40二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能第二章生物環(huán)境41二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能核膜：雙層磷脂膜，表面附有核糖體，有核孔。染色質(zhì)：脫氧核糖核酸(DNA)和蛋白質(zhì)。

攜帶遺傳信息，與細(xì)胞分化、機(jī)

體發(fā)育生長(zhǎng)有密切關(guān)系。核仁：核糖核酸(RNA)和蛋白質(zhì)組成，無(wú)膜。核液：無(wú)結(jié)構(gòu)膠狀物。細(xì)胞核細(xì)胞核第二章生物環(huán)境42二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）機(jī)體發(fā)育過(guò)程中，由細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的各種大分子，在細(xì)胞周圍構(gòu)成高度水合的凝膠或纖維性網(wǎng)絡(luò)，對(duì)細(xì)胞之間的支持、功能的發(fā)揮起著重要作用。

基本概念細(xì)胞外基質(zhì)第二章生物環(huán)境43二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞外基質(zhì)的成分

膠原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、層連蛋白和彈性蛋白等組成的物理和化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò).硬組織細(xì)胞外基質(zhì)則為細(xì)胞生物礦化形成的30nm～50nm的羥基磷灰石和300nm的膠原纖維取向構(gòu)建而成.基本概念細(xì)胞外基質(zhì)第二章生物環(huán)境44二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞外基質(zhì)的作用細(xì)胞分泌ECMs,ECMs則提供細(xì)胞信息,包括生物化學(xué)信息(細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子)和生物力學(xué)信號(hào)甚至場(chǎng)信息.細(xì)胞—ECMs之間存在著動(dòng)態(tài)相互作用,這種作用和細(xì)胞—細(xì)胞間相互作用共同調(diào)控細(xì)胞的新陳代謝.

基本概念細(xì)胞外基質(zhì)第二章生物環(huán)境45二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞外基質(zhì)的作用

ECM分子的功能在于使細(xì)胞集團(tuán)化或調(diào)控組織結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)細(xì)胞的特異基因表達(dá),它作為生長(zhǎng)因子存儲(chǔ)器,可通過(guò)控制方式將這些因子提供給ECM相鄰細(xì)胞.進(jìn)行組織重建的生物材料必須具有仿細(xì)胞外基質(zhì)的功能.基本概念細(xì)胞外基質(zhì)第二章生物環(huán)境46二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能CellularityCellularCommunication:Cellscommunicateinthreeprincipalways:secretionofsolublesignalscell-to-cellcontactcell-ECMinteractionsCellularcommunicationcanaffectall“cellularfate”processes(migration,replication,differentiation,apoptosis)andthemethodofcommunication(s)useddepends,inpart,onhowthecellsarepackedwithinthetissue.第二章生物環(huán)境47二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能CellularCommunicationsSolubleSignals:smallproteins(15-20kDa)whicharechemicallystablewithlonghalf-lives(unlessspecificallydegraded)growthfactors,steroids,hormones,cytokines,chemokinesbindtomembranereceptorsusuallywithhighaffinity(lowbindingconstants:10-100pM)candiffusionlongdistances第二章生物環(huán)境48二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能CellularCommunications第二章生物環(huán)境49二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能CellularCommunicationsCell-to-CellContact:somemembranereceptorsareadhesivemoleculesadherentjunctionsanddesmosomesotherservetocreatejunctionsbetweenadjacentcellsal