人体组成的结构基础

第一篇 人体组成的结构基础一些形态结构和生理功能相同 细胞 cell 是组成人体的基本结构和功能单位； 或相似的细胞和细胞间质结合在一起，构成了组织 tissue，如上皮组织、肌肉组 组织 ， 织等；几种不同的组织结合在一起，又构成具有一定形态结构和生理功能的器 器 官 organ，如心、肺等；若干个器官组合在一起，再形成具有某些功能的系统 ， 系统 system，如消化系统、呼吸系统等；八个系统（另加感觉器官）最后构成一个复 ， 杂而又协调的人体。

因此，要全面了解人体的形态结构，深入理解生命的活动 规律，须从认识细胞开始。

第一章 细胞和细胞间质【学习目标】 学习目标】 1. 掌握细胞的形态、结构； 2． 掌握细胞质的组成、细胞膜和细胞核的结构； 3． 掌握线粒体的结构； 4． 了解内质网、高尔基复合体、核糖体等细胞器的结构； 5． 了解细胞间质的概念和组成。

第一节 细胞人体最初只是一 个受精卵。

当精子与 卵子融合为受精卵 后，不断分裂、分化， 逐步形成了一个由一 千多万亿个细胞组成 的个体。

人体众多的图 1-1 细胞的各种形态1细胞并不是杂乱无章的堆积，而是有机的结合。

每个细胞在结构和功能上既有 独立性又是相互依赖的，因而产生了多姿多彩的人体结构和生命现象。

一、细胞的形态结构 （一）细胞的形态 细胞的形态多种多样，有扁平形、立方形、柱形、梭形、球形和星形等。

尽管细胞的外形可以变化，但每一种细胞都有相对稳定的外形特征。

一般因其 所处的环境和功能的不同，细胞的形态有所差异，如红细胞为圆盘形，以便于 在血液中流动运输氧气；肌细胞为圆柱形和长梭形，以利于长度变化完成收缩 功能；神经细胞常有许多长短不同的胞突，以易于细胞信息的传递和交流。

(图 1-1) 人体细胞在体积上也有明显的差异。

卵细胞较大，直径可达 200μm；小脑 的颗粒细胞直径只有 4μm；骨骼肌细胞长约 1－40mm，最长可达 15cm；脊髓 运动神经细胞的轴突可长 1m 以上，但是胞突的长度和其直径大小相差很大。

由 于单个细胞非常微小，肉眼难以观察，因而要详细了解其内部结构须在光镜或 电镜下进行。

（二）细胞的结构 细胞的结构分为细胞膜、细胞质和细胞核三部分。

1． 细胞膜 cell membrance ． 是指包围在细胞外面的透明的薄膜，又称质膜 质膜plasma membrance，厚度约为 5~10nm。

这层薄膜不仅能保护细胞的完整性，又 能控制细胞内外物质的进出，感受其周围环境 的变化，使细胞产生应答反应。

在电镜下，细胞膜通常呈现两边有深色的 暗层和中间夹一浅色的明层、 宽度约为 7nm 的 三板层结构（两暗一明的铁轨形状） 。

这种三 板层不仅存在于细胞膜，而且也广泛地分布于 其它细胞器膜，故也称单位膜 membrance 或生物膜 (图 1-2)。

根据生物化学分析，细胞膜主要由脂类和 unit图 1-2 电镜下人红细胞膜2蛋白质组成，并含有 少量的糖类等(图 1-3)。

脂类物质在细 胞膜上排列成双分 子层结构。

单个脂类 分子由一个亲水的图 1－3 细胞膜头部和一个疏水的 尾部构成，亲水性头部相互靠拢，分别朝向膜的内外表面，疏水性尾部相互对立并指向膜的内部。

由于脂类分子以与膜表面垂直的方向相互靠拢并平行排列，故形成了有规律排 列在膜内外的脂类双分子层，这种双分子层构成了膜的骨架，也是最稳定的一 种排列结构，即亲水性头部吸引水，而疏水性尾部避开水，且与其他疏水分子 聚集。

膜上的蛋白质分子是嵌入或附着在脂类双分子层上的。

部分嵌入或全部 嵌入或穿越脂双分子层的蛋白质，称为嵌入蛋白；附着在脂类双分子层内外表 面的蛋白质分子，称为表在蛋白。

膜上还有糖类分子，多位于膜的外表面或细 胞器膜的腔面，有的与蛋白质分子结合，组成糖蛋白；有的与脂类分子结合， 组成糖脂。

这些糖蛋白或糖脂，具有物质识别、物质交换和接触抑制（即细胞 互相挤压后，会抑制细胞的分裂）等功能。

【学习与应用】 学习与应用】 膜蛋白质的含量和种类，与膜功能的复杂性相关。

人体内多数细胞的膜内 蛋白质和脂类的含量相同，各约 50%。

但一些功能特殊的生物膜上的蛋白质含 量就较高，如：线粒体的内膜，其膜上蛋白质的含量高达 75%，这是因为线粒 体有复杂的能量代谢功能；而神经髓鞘的功能简单，仅起绝缘作用，其膜上蛋 白质含量就较少、脂类的含量（75%）相对较高。

另外，那些穿越脂类双分子层 的嵌入蛋白可能是细胞膜上的通道，在细胞的物质运输等方面起着重要的作用。

3生物膜的研究己成为生物和体育科学、药学领域中一道亮丽的风景线，倍 受专家学者关注。

膜生物学已成为一门新兴学科，包括生物膜形态学、膜细胞 生物学、膜分子生物学、膜受体学等。

目前国际上该领域进展迅速，在膜的合 成与分选、膜受体与信号转导、膜脂第二信使、膜功能筏与膜穴系统、膜蛋白 结构的晶体学与膜拓扑学等方面取得重大进展，有些内容己获得国际诺贝尔医 学与生理学奖。

2． ． 细胞质 cytoplasm 细胞膜和 细胞核之间的透明胶状物质称 为细胞质 细胞质，细胞质由基质、细胞 细胞质 (图 器和内含物三部分组成。

1-4) （1）基质 hyaloplasm 是细胞 ） 质的液态部分， 为均匀透明的胶 状物质，又称细胞液。

其化学成 分较复杂，含有蛋白质、脂类、 糖类、RNA、水和无机盐等。

其 中有许多蛋白质为生物代谢中 的重要酶类，如：糖酵解的酶、 RNA 合成酶等。

基质中悬浮着细胞器和内含物。

（2）细胞器 organelle 是悬浮在基质中具有特定功能的细微结构，各种细胞器 ） 都处于不断运动和更新的动态中。

细胞器包括线粒体、内质网、核蛋白体、高 尔基复合体、溶酶体、微体等。

① 线粒体 mitochondria 体育科研中研究最多的细胞器是线粒体。

线粒体是图 1－4 细胞电镜结构细胞内氧化、 产能的场所， 分子葡萄糖在线粒体内经过有氧氧化 1 （三羧酸循环） 可产生 30 个分子 ATP，而 1 分子葡萄糖在细胞质内（糖酵解）只能产生 2 个分 子 ATP，故线粒体又被称之为细胞的“供能站”“动力工厂” 、 。

4线粒体在光镜下为颗粒状或细棒状，直线为 0.5 ―4m。

在电镜下，线粒体 由内、外两层膜包围而成，外膜 outer membrane 平滑，内膜 inner membrane 外膜 内膜 高度折曲，并有许多与呼吸（链） 、产能（氧化磷酸化）有关的酶。

其膜向内折 叠而形成许多突起，称为线粒体嵴。

在线粒体内膜的内表面上还附有许多排列 规则的颗粒，这些颗粒的球形头部以短柄连结于内膜上，其球形头部就是 ATP 合酶，能催化 ADP 磷酸化生成 ATP(图 1-5)。

值得一提的是：线粒体的内膜折叠 形成线粒体嵴，可大大增加内膜的表面积，提高线粒体的氧化产能功能。

在需 能多的细胞内这种现象较明显，如在肝细胞中所有线粒体的内膜约为细胞全部 膜的三分之一。

线粒体内、外膜之间的腔隙称外腔 outer chamber，线粒体嵴之 外腔 间的腔隙称内腔 inner chamber， 内腔 内腔内充满液态的线粒体基质， 基质内有 DNA、 RNA、核糖体和许多酶等。

除细胞核外，线粒体也有自己的 DNA，也能以一分 为二的方式增殖。

【学习与应用】 学习与应用】 线粒体的数 量、 形态、 大小和 分布等， 与细胞的 需能状况有关。

如 生理功 能强的肌 细胞、 脊髓前角运 动神经细胞、 精子 的尾部（鞭毛周围） 、心肌细胞的肌原纤维周围线粒体分布多。

耐力训练可引起 骨骼肌细胞和脊髓前角运动神经细胞线粒体数量增多、体积增大；而过度训练 则引起线粒体变性，如固缩、肿胀和崩解。

由于线粒体是一个较敏感的细胞器， 在细胞内、外环境改变时，线粒体比其他细胞器要出现反应早、变化快，故体 育科研中常以线粒体作为甄别细胞功能的一项指标。

5线粒体有合成 ATP、调节氧化还原电势、转导氧化还原信号、调控细胞凋亡 和基因表达等生理功能。

另外，线粒体在生长发育、衰老、疾病、死亡、生物 进化和运动能力等方面也有重要的作用。

如由于线粒体基因组变异而导致的人 类线粒体疾病可达 130 多种。

线粒体呼吸过程产生了生物体内 95%以上的氧自由 基（活性氧） ，也参与多种重要的细胞病理过程，如：线粒体肌病、肿瘤、艾滋 病、老年性痴呆、衰老及运动性微损伤等。

所以，线粒体与活性氧、活性氧的 信号转导、线粒体与疾病的研究己成为当今医学和体育科研中的几大热点。

② 内质网 endoplasmic reticulum 最初发现的这种网状结构主要集中在细胞核 附近的内质区域，故称内质网。

后来发现这些网状结构并不局限在细胞核附近， 也延伸到细胞的边缘，分布于细胞的大部分区域。

内质网是膜性结构，有的呈 小管状，有的呈小泡状，有的呈扁囊状，它们彼此相连，交织成三维网状膜系 统(图 1－6)。

这种膜性结构占细胞整个膜成分的 50％以上，可见其在细胞的内 膜系统中占有的重要地位。

内质网的主要功能是合成蛋白质和脂类（包括合成 新膜） 。

6根据内质网表面有无核糖体附着，可分为粗面内质网和滑面内质网。

粗面 内质网表面有许多小颗粒附着，称为核糖体，其主要功能是合成蛋白质。

合成 蛋白质旺 盛的细胞 内，粗面内 质网特别 丰富，如在 大量合成 抗体的浆 细胞中，细 胞质内几 乎充满了 内质网。

滑 面内质网表面无核糖体附着，其功能较复杂而多样，如骨骼肌和心肌细胞中有 大量的滑面内质网称为肌质网， 有摄取和释放 Ca2+ 的功能， 与肌纤维收缩有关。

也有的滑面内质网有合成脂肪、磷脂和胆固醇等功能。

粗面内质网与滑面内质 网相互连通，联系密切。

③ 核糖体 ribosome 亦称核蛋白体或核糖核蛋白体，是由大小不同的两个亚单 位结合而成的颗粒状结构，直径为 20~30nm。

核糖体有两种存在形式：一种是 游离于细胞质基质内的，称游离核糖体；另一种是附着于内质网表面的，称结 合核糖体。

多个核糖体由一条信使 RNA（mRNA）串连形成多聚核糖体，而且 只有被 mRNA 串连的多聚核糖体 ployribosome 才具有合成蛋白质的活性 ( 图 1 多聚核糖体 －7 )。

④ 高尔基复合体 Golgi complex 以意大利细胞学家 Camillo Gogli 命名的，由扁平膜囊、小泡和大泡三部分组成。

其主体部分是由扁平膜囊组成， 3~10 层扁 平膜囊平行排成在一起形成一叠膜囊结构，这叠膜囊结构可为弓形或半球形， 膜囊凸出的一面称为生成面或未成熟面，生成面周围有许多小泡，一般认为这 些小泡是由附近的内质网出芽脱落而来，能将内质网中合成的蛋白质通过小泡7运到高尔基体。

膜囊凹入的一面称为分泌面或成熟面，分泌面周围也有数量不 等的球形大泡，这些大泡有的与扁平膜囊相连，有的与扁平膜囊分离，一般认 为大泡是由扁平膜囊周围膨大而成的，是高尔基体分泌出去的产物 (图 1-8A,B) 。