细胞分子生物学精选课件.ppt

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1、关于细胞分子生物学第一页，本课件共有59页THE CYTOSKELETON第二页，本课件共有59页成分成分3.3.中间纤维（中间纤维（intemediate intemediate filamentfilament）使细胞具有张力和抗剪切力。使细胞具有张力和抗剪切力。1.1.微丝（微丝（microfilamentmicrofilament）确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。2.2.微管（微管（microtubulemicrotubule）确定膜性细胞器的位置和确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。作为膜泡运输的导轨。细胞质骨架细胞质骨架4.4.核基质核基质5.5.染色体支架染色体支架

2、6.6.核纤层核纤层细胞核骨架细胞核骨架第三页，本课件共有59页肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维中间纤维中间纤维微管微管马达蛋白马达蛋白马达蛋白马达蛋白上皮细胞上皮细胞中间纤维中间纤维微管微管神经细胞神经细胞马达蛋白马达蛋白分裂细胞分裂细胞微管微管肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维结构和支撑结构和支撑细胞内运输细胞内运输收缩和运动收缩和运动空间组织结构空间组织结构肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维（A A）（B B）（C C）细胞骨架的基本类型与主要功能示意图细胞骨架的基本类型与主要功能示意图 第四页，本课件共有59页一一.微丝微丝 二二.微管微管 三三.中间纤维中间纤维第五页，本课件共有59页又称肌动蛋白纤维（acti

3、n filament）或纤维形肌动蛋白（Factin），是由球形肌动蛋白（G-actin）单体形成的多聚体，直径约7nm的骨架纤维。第六页，本课件共有59页传统模型：微丝是由两条肌动蛋白单链螺旋盘绕形成的纤维传统模型：微丝是由两条肌动蛋白单链螺旋盘绕形成的纤维新兴模型：微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的螺旋，新兴模型：微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的螺旋，每个肌动蛋白单体周围都有每个肌动蛋白单体周围都有4 4个亚单位，呈上下及两侧排列个亚单位，呈上下及两侧排列第七页，本课件共有59页(一一)、分子结构、分子结构1.1.肌动蛋白的分类肌动蛋白的分类：肌肌动动蛋蛋白白：有有4 4种种，分分别别为为横

4、横纹纹肌肌、心心肌肌、血血管管平平滑肌和肠道平滑肌所特有；滑肌和肠道平滑肌所特有；肌肌动动蛋蛋白白和和肌肌动动蛋蛋白白：见见于于所所有有肌肌肉肉细细胞胞和和非非肌肉细胞胞质中。肌肉细胞胞质中。2.2.形形状状：actinactin单单体体外外观观呈呈哑哑铃铃形形，称称球球形形肌肌动动蛋蛋白白G-actinG-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actinF-actin。3.3.变变异异：actinactin在在进进化化上上高高度度保保守守，酵酵母母和和兔兔子子肌肌肉肉的肌动蛋白有的肌动蛋白有88%88%的同源性。的同源性。第八页，本课件共有59页条件：条件：ATP

5、ATP、适宜的温度、存在、适宜的温度、存在CaCa2+2+、K K+和和MgMg2+2+离子。离子。解解聚聚：在在含含有有ATPATP和和CaCa2+2+以以及及低低浓浓度度的的NaNa+、K K+等等阳阳离离子子溶液中，趋于解离成溶液中，趋于解离成G-actionG-action。聚聚合合：在在MgMg2+2+和和高高浓浓度度的的NaNa+、K K+溶溶液液诱诱导导下下，G-G-actionaction装装配配为为纤纤维维状状肌肌动动蛋蛋白白，新新的的G Gactionaction加加到到微丝末端，使微丝延伸。微丝末端，使微丝延伸。(二二)、微丝的装配、微丝的装配第九页，本课件共有59页过过

6、程程：2-32-3个个actinactin聚聚集集成成一一个个核核心心（核核化化）；ATP-actinATP-actin分分子子向向核核心心两两端端加加合合。微微丝丝具具有有极极性性，ATP-actinATP-actin加加到到(+)(+)极的速度要比加到极的速度要比加到(-)(-)极的速度快极的速度快5-105-10倍。倍。溶溶液液中中ATP-ATP-肌肌动动蛋蛋白白的的浓浓度度处处于于临临界界浓浓度度时时，ATP-ATP-肌肌动动蛋蛋白白在在(+)(+)端端添添加加，而而从从(-)(-)端端分分离离，表表现现出出 “踏踏车车”现象现象 （Tread milling)。(二二)、微丝的装配、

7、微丝的装配第十页，本课件共有59页“踏车踏车”现象现象 （Treadmilling)第十一页，本课件共有59页细胞中大多数微丝结构处于细胞中大多数微丝结构处于动态动态的组装和去组装过程中，的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。并通过这种方式实现其功能。细胞松弛素细胞松弛素（cytochalasincytochalasin）可切断微丝纤维，并结合）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功能。制微丝功能。鬼笔环肽鬼笔环肽（phalloidinphalloidin）与微丝能够特异性的结合，）与微丝能够

8、特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其解聚。荧光标记的鬼笔环肽使微丝纤维稳定而抑制其解聚。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。可特异性的显示微丝。第十二页，本课件共有59页（三）、微丝结合蛋白（三）、微丝结合蛋白v1 1肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin)：约占肌肉总蛋白：约占肌肉总蛋白50%50%，含有，含有4 4条多肽链（条多肽链（2 2条重链，条重链，2 2条轻链），两股重链盘绕成条轻链），两股重链盘绕成双股双股螺旋。肌球蛋白头部具螺旋。肌球蛋白头部具ATPATP酶活力，构成粗酶活力，构成粗丝的横桥，是与肌动蛋白分子结合的位

9、置。丝的横桥，是与肌动蛋白分子结合的位置。第十三页，本课件共有59页头部头部颈部颈部尾部尾部调节轻链调节轻链基本轻链基本轻链肌球蛋白肌球蛋白II第十四页，本课件共有59页（三）、微丝结合蛋白（三）、微丝结合蛋白v1 1肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌肉收缩系统中的有关蛋白：原肌球蛋白原肌球蛋白（tropomyosintropomyosin，TmTm）：在肌肉中占蛋白的）：在肌肉中占蛋白的5-5-10%10%，由两条平行的多肽链形成，由两条平行的多肽链形成螺旋构型螺旋构型,位于肌动蛋白螺位于肌动蛋白螺旋沟内。原肌球蛋白结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球蛋旋沟内。原肌球蛋白结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌

10、球蛋白头部结合。白头部结合。肌钙蛋白肌钙蛋白（troponintroponin，TnTn）：含）：含3 3个亚基，肌钙蛋白个亚基，肌钙蛋白C C（Tn-CTn-C）特异与）特异与CaCa2+2+结合；肌钙蛋白结合；肌钙蛋白T T（Tn-TTn-T）与原肌球）与原肌球蛋白有高度亲和力；肌钙蛋白蛋白有高度亲和力；肌钙蛋白I I（Tn-ITn-I）抑制肌球蛋白）抑制肌球蛋白ATPaseATPase的活性。的活性。第十五页，本课件共有59页 肌球蛋白，肌动蛋白和肌钙蛋白肌球蛋白，肌动蛋白和肌钙蛋白（Tropomyosin,actin and troponin）肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白CaC

11、a2+2+结合位点结合位点肌钙蛋白复合体肌钙蛋白复合体肌球蛋白结合位点肌球蛋白结合位点第十六页，本课件共有59页v2 2非肌肉细胞中的微丝结合蛋白非肌肉细胞中的微丝结合蛋白：没有肌钙蛋白，但存有肌球蛋白、原肌球蛋白、没有肌钙蛋白，但存有肌球蛋白、原肌球蛋白、辅肌动辅肌动蛋白蛋白微丝结合蛋白：与微丝装配及其功能有密切关系微丝结合蛋白：与微丝装配及其功能有密切关系（三）、微丝结合蛋白（三）、微丝结合蛋白第十七页，本课件共有59页见见 p323第十八页，本课件共有59页（四）、（四）、微丝性细胞骨架的功能微丝性细胞骨架的功能1.1.肌肉收缩肌肉收缩2.2.微绒毛微绒毛3.3.应力纤维应力纤维4.4.

12、溶胶层和阿米巴运动溶胶层和阿米巴运动5.5.胞质分裂环胞质分裂环第十九页，本课件共有59页v1.1.肌细胞的组成肌细胞的组成：由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。v2.2.肌肉收缩肌肉收缩：由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致。由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致。v3.3.肌肉收缩的基本单位：肌肉收缩的基本单位：肌小节（肌小节（sarcomeresarcomere）。肌小节是相）。肌小节

13、是相邻两邻两Z Z线间的单位。主要结构有：线间的单位。主要结构有：A A带（暗带）：为粗肌丝所在。带（暗带）：为粗肌丝所在。H H区：区：A A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。I I带（明带）：只含细肌丝部分。带（明带）：只含细肌丝部分。Z Z线：细肌丝一端游离，一端附于线：细肌丝一端游离，一端附于Z Z线线 。第二十页，本课件共有59页第二十一页，本课件共有59页肌小节肌小节第二十二页，本课件共有59页v4.4.肌肉收缩的过程：肌肉收缩的过程：动作电位的产生，肌肉细胞膜去极化；动作电位的产生，肌肉细胞膜去极化；钙离子释放；钙离子释放；原肌球蛋白位移；原肌球蛋白

14、位移；肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动。肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动。第二十三页，本课件共有59页肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白CaCa2+2+结合位点结合位点肌钙蛋白复合体肌钙蛋白复合体肌球蛋白结合位点肌球蛋白结合位点动作电位的动作电位的产生，肌肉细产生，肌肉细胞膜去极化；胞膜去极化；钙离子释放；钙离子释放；原肌球蛋白原肌球蛋白位移；位移；第二十四页，本课件共有59页肌球蛋白头部肌球蛋白头部肌动蛋白肌动蛋白肌球蛋白纤维肌球蛋白纤维肌球蛋白头部解离肌球蛋白头部解离（1）结合）结合ATP（2）ATP水解水解头部弯曲，结合头部弯曲，结合新的肌动蛋白亚新的肌动蛋白亚单位单位肌动蛋白丝与肌球

15、蛋白丝的肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动。相对滑动。（1 1）肌球蛋白结）肌球蛋白结合合ATPATP，引起头部，引起头部与肌动蛋白纤维分与肌动蛋白纤维分离；离；（2 2）ATPATP水解，水解，引起头部与肌动引起头部与肌动蛋白弱结合；蛋白弱结合；第二十五页，本课件共有59页（2）ATP水解水解头部弯曲，头部弯曲，结合新的肌结合新的肌动蛋白亚单动蛋白亚单位位（3）Pi释放释放头部弯曲，头部弯曲，扭向纤维扭向纤维（4）ADP释放释放(3)Pi(3)Pi释放，头部释放，头部与肌动蛋白强结合，与肌动蛋白强结合，头部向头部向M M线方向弯线方向弯曲，引起细肌丝向曲，引起细肌丝向M M线移动；线移动；(4

16、)ADP(4)ADP释放释放ATPATP结结合上去，头部与肌合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。动蛋白纤维分离。如此循环如此循环 第二十六页，本课件共有59页v1.1.代表：肠上皮细胞微绒毛的轴心微丝是非肌肉细代表：肠上皮细胞微绒毛的轴心微丝是非肌肉细胞中高度有序微丝束的代表。胞中高度有序微丝束的代表。v2.2.成分：不含肌球蛋白、原肌球蛋白和成分：不含肌球蛋白、原肌球蛋白和辅肌动蛋辅肌动蛋白；含有微丝结合蛋白等。白；含有微丝结合蛋白等。v3.3.功能：起维持微绒毛形状的作用，无收缩功能。功能：起维持微绒毛形状的作用，无收缩功能。第二十七页，本课件共有59页v1.1.代表：是真核细胞中广泛存在的微

17、丝束结构。代表：是真核细胞中广泛存在的微丝束结构。v2.2.成分：含肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和成分：含肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和辅辅肌动蛋白等。肌动蛋白等。v3.3.功能：功能：结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力；结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力；在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用。重要作用。第二十八页，本课件共有59页培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）第二十九页，本课件共有59页v1.1.溶胶层：细胞膜下的一层富含肌动蛋白纤维的区域。这些溶胶层：细

18、胞膜下的一层富含肌动蛋白纤维的区域。这些肌动蛋白纤维平行于质膜排列，并与膜连接，形成纤维网格。肌动蛋白纤维平行于质膜排列，并与膜连接，形成纤维网格。v2.2.功能：功能：为细胞提供强度和韧性，维持细胞形状为细胞提供强度和韧性，维持细胞形状。细胞的多。细胞的多种运动，如胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动及吞噬都与肌种运动，如胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动及吞噬都与肌动蛋白的溶胶与凝胶及其相互转化有关。动蛋白的溶胶与凝胶及其相互转化有关。v3.3.抑制剂：细胞松弛素抑制剂：细胞松弛素第三十页，本课件共有59页v1.1.定义：有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生定义：有丝分裂末期，两个即将分裂

19、的子细胞之间产生的一个收缩环。的一个收缩环。v2.2.成分：由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的成分：由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的肌动蛋白装配而成。收缩环是非肌肉细胞中具有收缩功能的肌动蛋白装配而成。收缩环是非肌肉细胞中具有收缩功能的微丝束的典型代表。微丝束的典型代表。v3.3.功能：功能：使两子细胞被分开使两子细胞被分开。第三十一页，本课件共有59页第三十二页，本课件共有59页微微管管在在胞胞质质中中形形成成网网络络结结构构，作作为为运运输输路路轨轨并并起起支支撑撑作作用用。微微管管是是由由微微管管蛋蛋白白组组成成的的管管状状结结构构，对对低低温、高压和秋水仙素敏感。

20、温、高压和秋水仙素敏感。第三十三页，本课件共有59页上皮细胞中的上皮细胞中的微管（红色）微管（红色）和细胞核（黄和细胞核（黄色）色）第三十四页，本课件共有59页原纤维原纤维微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体第三十五页，本课件共有59页（一）、分子结构（一）、分子结构1.1.形形态态：微微管管是是由由1313条条原原纤纤维维构构成成的的中中空空管管状状结结构构，外外径径24 nm24 nm，内径，内径15 nm15 nm。2.2.成成分分：每每一一条条原原纤纤维维由由微微管管蛋蛋白白二二聚聚体体线线性性排排列列而成。而成。微管蛋白二聚体由结构相似的微管蛋白二聚体由结构相似的和和球蛋白构成。球蛋白构成。

21、第三十六页，本课件共有59页第三十七页，本课件共有59页3.3.装配：装配：微管具有极性，微管具有极性，(+)(+)极生长速度快，极生长速度快，(-)(-)极生长速度慢。极生长速度慢。(+)(+)极的最外端是极的最外端是球蛋白，球蛋白，(-)(-)极的最外端是极的最外端是球蛋白。球蛋白。微管和微丝一样具有踏车行为。微管和微丝一样具有踏车行为。微微管管形形成成的的有有些些结结构构是是比比较较稳稳定定，是是由由于于微微管管结结合合蛋蛋白白的的作作用用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。大多数微管处于动态组装和去组装

22、状态（如纺锤体）。秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。紫紫杉杉酚酚和和重重水水（D D2 2O)O)能能促促进进微微管管的的装装配配,并并使使已已形形成成的的微微管管稳稳定。定。第三十八页，本课件共有59页微管两端具有微管两端具有GTP帽，将持帽，将持续装配。续装配。第三十九页，本课件共有59页微管两端具有微管两端具有GDP帽，则解聚。帽，则解聚。第四十页，本课件共有59页（二）、（二）、微管结合蛋白（微管结合蛋白（microtubule associated proteins MAPs）MAPMAP分分子子至至少少包包含含一一个个结结合合微微管管的的结结构构域域和

23、和一一个个向向外外突突出出的的结结构构域域。突突出出部部位位伸伸到到微微管管外外与与其其它它细细胞胞组组分分（如如微微管管束束、中中间纤维、质膜）结合。间纤维、质膜）结合。主主要要功功能能：促促进进微微管管组组装装。增增加加微微管管稳稳定定性性。促促进进微微管管聚聚集集成成束束。第四十一页，本课件共有59页（三）、（三）、微管组织中心微管组织中心（microtubule organizing center,MTOCs）是是微微管管进进行行组组装装的的区区域域，都都具具有有微微管管球球蛋蛋白白 ，如如：中中心心体体、鞭鞭毛毛基基体。体。第四十二页，本课件共有59页中心体由两个相互垂直的中心粒构成

24、。周围是一些无定中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是一些无定形物质，叫做外中心粒物质（形物质，叫做外中心粒物质（PCMPCM）。）。中心粒由中心粒由9 9组组3 3联微管构成，具有召集联微管构成，具有召集PCMPCM的作用。的作用。MTOCMTOC处微管蛋白以环状的处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、球蛋白复合体为模板核化、先组装出（先组装出（-）极，然后开始生长。）极，然后开始生长。提纯的微管，在微酸性环境，适宜的温度，存在提纯的微管，在微酸性环境，适宜的温度，存在GTPGTP、MgMg2+2+和去除和去除CaCa2+2+的条件下能自发的组装成的条件下能自发的组装成1111条原纤维

25、的条原纤维的微管。微管。第四十三页，本课件共有59页微管在细胞的定位 第四十四页，本课件共有59页（四）、（四）、微管的功能微管的功能1 1、支架作用、支架作用,维持细胞形态维持细胞形态第四十五页，本课件共有59页2 2、细胞内运输、细胞内运输是胞内物质运输的路轨。是胞内物质运输的路轨。涉及两大类马达蛋白：驱动涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白蛋白kinesinkinesin，动力蛋白，动力蛋白dyenindyenin，均需，均需ATPATP供能。供能。KinesinKinesin发现于发现于19851985年，是年，是由两条轻链和两条重链构成由两条轻链和两条重链构成的四聚体的四聚体 ，能向着微管（

26、，能向着微管（+）极运输小泡）极运输小泡 。第四十六页，本课件共有59页3 3、鞭毛和纤毛的运动、鞭毛和纤毛的运动纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物，前者较短。结构：由基体和鞭杆两部分构成。纤毛中的微管为9+2结构。二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成。A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向纤毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0。鞭毛运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相邻的二联微管相互滑动。第四十七页，本课件共有59页第四十八页，本课件共有59页第四十九页，本课件共有59页第五十页，本课件共有59页4 4、形成纺锤体、形成纺锤体 在细胞分裂中牵引染色体到达

27、分裂极。在细胞分裂中牵引染色体到达分裂极。第五十一页，本课件共有59页直径直径10nm10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。左右，介于微丝和微管之间，故名。IFIF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。IFIF在在细细胞胞中中围围绕绕着着细细胞胞核核分分布布，成成束束成成网网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。第五十二页，本课件共有59页分分为为5 5类类：角角蛋蛋白白、结结蛋蛋白白、胶胶质质原原纤纤维维酸酸性性蛋蛋白白、波波形形纤纤维蛋白、神经纤丝蛋白。维蛋白、神经纤丝蛋白。具有组织特异性，不同类型细胞含有不同具有组织

28、特异性，不同类型细胞含有不同IFIF。通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有2 2种以上。种以上。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IFIF。（一）、类（一）、类 型型第五十三页，本课件共有59页(二二)、结构与装配、结构与装配1.结构结构由螺旋化杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾（C端）部构成。杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分为A、B两个亚区。第五十四页，本课件共有59页intemediate filaments，IF角蛋白纤维角蛋白纤维波形纤维波形纤维 神经元纤维神经元纤维 神经胶质纤维神经胶质纤维第五

29、十五页，本课件共有59页过程：过程：两个单体形成超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）；两个二聚体反向平行组装成四聚体；四聚体组成原纤维；4根原纤维组成中间纤维。特点：特点：IFIF没有极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋没有极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要白浓度无关；不需要ATPATP、GTPGTP或结合蛋白的辅助。或结合蛋白的辅助。2.IF2.IF的装配的装配(二二)、结构与装配、结构与装配第五十六页，本课件共有59页功能：功能：使中间纤维交联成束、成网，使中间纤维交联成束、成网，把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上已已知知的的IFAPsIFAPs约约1515种种左左右右，分分别别与与特特定定的的中中间间纤纤维维结结合，如：合，如：flanggrinflanggrin、PlectinPlectin、AnkyrinAnkyrin特点：具有细胞特异性特点：具有细胞特异性（三）、（三）、IFIF的结合蛋白的结合蛋白 IFAPIFAP第五十七页，本课件共有59页胞质骨架三种组分的比较胞质骨架三种组分的比较第五十八页，本课件共有59页感谢大家观看第五十九页，本课件共有59页