細胞基本知識概要

1、第二章 細胞的統(tǒng)一性與多樣性,本章重點內容,1．理解‘細胞是一切生命活動的基本單位’的涵義以及細胞的共性,2．深刻理解原核細胞與真核細胞的結構特點，植物細胞與動物細胞的結構特點,3．了解非細胞形態(tài)的生命體－－病毒的基本結構及其與細胞的關系,第一節(jié) 細胞的基本概念,一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位,一、細胞是生命活動的基本單位,細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位,細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎

2、,細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性,沒有細胞就沒有完整的生命,二、細胞的基本共性,（一）細胞的分子基礎,無機化合物,有機化合物,,水（占細胞總量70%～80% ）,無機鹽,,核苷酸,氨基酸,脂肪酸,單糖,,生物小分子,,核酸,蛋白質,脂質,多糖,,,,,,生物大分子,核蛋白,脂蛋白,糖蛋白,,組裝成細胞基本結構體系,,,,,,,復合物,,細胞中各主要成份的相對含量,（二）細胞的基本共性:,1.所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與

3、鑲嵌蛋白質構成的生物膜，即細胞膜,2.所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復制與轉錄的載體,3.都含有核糖體－－蛋白質合成的機器,4.所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂,非細胞形態(tài)的病毒只含有一種核酸,第二節(jié) 原核細胞和古核細胞,原核細胞（真細菌）,古核細胞（古細菌）,真核細胞,,細胞,許多的單細胞生物,所有的多細胞生物,,,單細胞生物,原核細胞,真核細胞,結構上與真核細胞最主要的區(qū)別：沒有明顯可見的細胞核,同

4、時也沒有核膜和核仁,只有擬核；除核糖體外幾乎無其它細胞器,原核細胞（Prokaryotic Cells）,遺傳信息量少，由一個環(huán)狀DNA構成遺傳信息載體;內部結構簡單,特別是沒有分化為以膜為基礎的專門結構和功能的細胞器和細胞核膜。,原核細胞的基本特點:,主要代表：支原體（mycoplast）－－最小最簡單的細胞；細菌－－自然界分布最廣、與人關系最密切藍藻又稱藍細菌－－最簡單的自養(yǎng)植物類型,一、支原體 （Mycoplasma）,

5、是目前發(fā)現(xiàn)最小、最簡單的細胞，體積為細菌的1/3，直徑為0.1～0.3 μm；,具有細胞膜，無細胞核；,環(huán)狀雙螺旋DNA，能指導合成700多種必需蛋白；,唯一的細胞器是核糖體，每個細胞中約有800～1500個；,具有感染性，其中不少是致病的病原體，尤其是一些慢性病的病原體；,肺炎支原體,典型的支原體細胞,二、細菌,是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體。絕大多數細菌的直徑在0.5~5μm之間?？煞譃椋呵蚓?、桿菌和螺旋菌（弧形菌）。

6、,細菌大小形態(tài)的比較,大腸桿菌,淋病球菌,弧形霍亂菌,細菌的模式圖,細胞壁細胞膜莢膜中膜體,,表面結構,核外DNA：質粒,鞭毛,中膜體,莢膜,鞭毛,核糖體,細胞膜,細胞壁,核區(qū)與DNA,DNA,核糖體,由于沒有核膜將核和細胞質分開，DNA的復制、RNA轉錄與蛋白質的合成可以同時進行,1. 細菌的核區(qū)和基因組,沒有核膜，遺傳物質集中在一個沒有明確界限核區(qū)內，也稱為擬核(nucleoid)；,DNA為裸露的環(huán)狀雙螺旋分子，通常沒有結合

7、蛋白；DNA的復制可以連續(xù)進行，不像真核生物那樣僅在細胞分裂間期（S期）進行DNA復制；,2. 細菌的細胞表面結構,細胞膜細胞壁特化結構,鞭毛,中膜體,,莢膜,,1） 細胞膜　　　多功能性,最重要的功能就是物質運輸和信號傳遞；,還具有真核細胞線粒體的部分功能；,2） 中膜體　　　間體或質膜體(mesome),由細胞膜內陷產生，每細胞含一到數個；,功能：推測在DNA復制過程中起支點作用；,3） 細胞壁,主要由肽聚糖組成的多層網狀分子

8、結構；,功能：機械支撐；調節(jié)物質交換；,青霉素通過抑制細胞壁的形成而抑制細菌生長,4） 莢膜　 capsule,是細胞壁表面的一層多糖類物質；,功能：抵御不良環(huán)境；保護自身不受吞噬等 ；,5） 鞭毛　　是某些細菌的運動器官，由一種稱為鞭毛蛋白的彈性蛋白構成,3、核糖體：　　唯一的細胞器,部分附著在細胞膜內側，大部分游離于細胞質中；,每個細菌含有約5000~50000個；,沉降系數為70S，由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成；,

9、30S的小亞單位對四環(huán)素、鏈霉素敏感，50S的大亞單位對紅霉素、氯霉素敏感（抑菌原因）,4、細菌細胞核外DNA：質粒（plasmid）,裸露環(huán)狀DNA分子，含2～200基因，能自我復制；,在遺傳工程中作為基因重組和基因轉移的載體；,5、細菌細胞內生孢子　某些細菌處于不利的環(huán)境，或耗盡營養(yǎng)時，胞內重要物質形成一種含水量較豐富的致密體，又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強抵抗力的休眠體。,細菌繁殖：以以一分為二的方式增殖（無絲分裂）,分裂中的鏈球菌,

10、分裂中的大腸桿菌,DNA以中膜體為支點復制成兩個DNA子環(huán),DNA隨中膜體一分為二，形成兩個核區(qū),細胞膜在兩個核區(qū)間凹陷，形成兩子細胞，最后形成細胞壁,,,三、藍藻,又稱藍細菌，是最簡單的自養(yǎng)生物?？蛇M行類似于高等植物的光合作用，沒有葉綠體，但有光合片層進行原始的光合作用；與光合細菌的光合作用機制不同；,環(huán)狀DNA分子，但遺傳信息量很大，可與高等植物相比；,體積比其它原核細胞大得多，直徑約10μm左右，甚至可達70μm (顫藻)。,屬單

11、細胞生物，但有些藍藻經常以絲狀的細胞群體存在，如：食用的‘發(fā)菜’(nostoc commune var,flagtlliforme) 就是藍藻的絲狀體。,藍藻　Cyanobacteria,藍藻的基本特征,中心質,光合片層,核糖體,細胞表面結構,細胞壁,膠質層（鞘）,,,是遺傳物質所在部位，無明確界限，相對于核區(qū),膜片層結構，排列著藻膽蛋白體，負責將光能傳遞給葉綠素a，進行光合作用,沉降系數70S(50S大亞基+30S小亞基),,保護作用

12、,細胞分裂,無絲分裂,原核細胞的共同特征：,無核膜，DNA的復制、轉錄和蛋白質翻譯可同時進行；遺傳信息載體僅為一裸露的環(huán)狀DNA分子；除核糖體外，幾乎不存在其它復雜的細胞器；無細胞骨架；細胞以無絲分裂的方式增殖；,四、原核細胞和真核細胞的比較,主要表現(xiàn)為兩個基本差異：,一、生物膜系統(tǒng)的分化和演變。真核細胞形成了復雜的內膜系統(tǒng)，構成各種功能獨立的細胞器，核膜將細胞分隔為核和質兩個基本部分；,二、遺傳信息量和遺傳裝置的擴增與

13、復雜化。,以上兩種變化使真核細胞體積增大，內部結構復雜化，生命活動的時間和空間布局更加嚴格，細胞內部出現(xiàn)精密的網架結構－－細胞骨架,具體基本特征的比較,特征,原核細胞,真核細胞,,細胞膜,有（多功能性）,有,核膜,有,無,染色體,一個裸露的環(huán)狀DNA；信息量?。粺o內含子和重復序列,多個染色體，信息量大；具有內含子和重復序列；線狀DNA與蛋白質組成高度復雜的染色體和染色質,核仁,有,無,核糖體,70S(50S大亞基+30S小亞基),80S

14、(60S大亞基+40S小亞基),主要細胞器,有,無,核外DNA,質粒DNA,線粒體和葉綠體DNA,細胞壁,主要成份為氨基糖和壁酸,動物細胞無；植物細胞中的主要成份為纖維素和果膠,細胞骨架,有,無,,大小,1～10μm,10～100μm,,特征,原核細胞,真核細胞,,DNA復制,無周期性，連續(xù)進行,有周期性，在間期進行,基因表達的時空關系,轉錄和翻譯同時同地進行,核內轉錄，細胞質內翻譯，有嚴格的階段性和區(qū)域性,基因表達調控,較簡單，主要以

15、操縱子方式,復雜性和多層次性,,,細胞增殖方式,無絲分裂,以有絲分裂為主,五、古核細胞（古細菌archaebacteria ）,是一些生長在極端特殊環(huán)境中的細菌，如：產甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌。,幾種古細菌的形態(tài),在進化上，古細菌雖然具有原核生物的某些特征，如無核膜及內膜系統(tǒng)，但它與真核細胞可能具有更近的親緣關系；,進化系統(tǒng)樹,真核生物,古核生物,原核生物,第三節(jié) 真核細胞,一、真核細胞的基本結構體系,三大基本結構體系,生物膜系統(tǒng)

16、,遺傳信息表達系統(tǒng),細胞骨架系統(tǒng),,,,包括細胞膜和各種細胞器膜；形成許多結構與功能分區(qū)；進行物質運輸、信號傳遞、為生化反應提供表面；,DNA與蛋白質組成復合體，在核內進行復制和轉錄；mRNA運輸到細胞質中指導核糖體翻譯蛋白質；核仁在核內主要負責核糖體亞單位的裝配；,包括核骨架和胞質骨架，由一些特異蛋白構成的網絡體系；主要對細胞形態(tài)與內部結構的合理布局起支架作用，也與胞內大分子運輸、細胞分裂等相關,二、細胞大小及其分析,表2-1 各

17、類細胞直徑的比較(見課本P33),典型的原核細胞的平均大小在1～10μm之間，而高等植物細胞的直徑平均為10～100μm，一般為20～30μm,鴕鳥的卵黃直徑可達5cm；雞卵細胞3～4cm;人的坐骨神經細胞可長達1m。,在高等動植物中，不同類型細胞的大小變化雖很大， 但是， 同類型細胞的體積一般是相近的，不依生物個體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細胞、肝細胞的大小基本相同。,因此，器官的大小主要決定于細胞的數量,與細胞的數

18、量成正比,而與細胞的大小無關,把這種現(xiàn)象為“細胞體積的守恒定律”,? 細胞的計量單位,細胞大小的計量單位，一般都用微米計算。自使用電子顯微鏡后又提出埃(Angstrom, Å)為超顯微結構計量單位。現(xiàn)在常用的國際單位是納米(nanometre)。 1毫米=1000微米 (μm) 1微米=1000納米(nm） =10000埃(Å)

19、1納米(nm)=10埃,三、細胞形態(tài)結構與功能的關系,千變萬化的細胞形態(tài),草履蟲,眼 蟲,鐘形蟲,植物氣孔細胞,植物薄壁細胞,人類紅細胞,人卵細胞與精細胞,巨噬細胞,神經元細胞,細胞的形態(tài)是漫長進化的產物，它與細胞的功能是密切相關的：遵循結構與功能相一致的規(guī)律,紅細胞扁圓形、體積小，有利于在血管內快速運行和氣體交換；,神經細胞細長，有利于信息傳遞；,精細胞具有能運動的鞭毛、體積小，有利于受精；,卵細胞儲藏了大量養(yǎng)分供胚胎發(fā)育，因此體積

20、大、圓形；,四、植物細胞與動物細胞的比較,具有基本相同的結構體系和功能體系：,很多重要的細胞器，如：細胞膜、核膜、染色質、核仁、線粒體、高爾基體、內質網、核糖體、微管、微絲等，形態(tài)結構和功能都一樣；,動物細胞模式圖,核膜核質核仁,細胞核,,糙面內質網,過氧化物酶體,高爾基復合體,微管(細胞骨架),中心粒,核糖體,線粒體,溶酶體,光面內質網,細胞膜,細胞質,微絲,高爾基復合體,葉綠體,光面內質網,液泡,微管(細胞骨架),細

21、胞質,核糖體,核膜核質核仁,,細胞核,糙面內質網,細胞膜,線粒體,細胞壁,過氧化物酶體,胞間連絲,膜泡,植物細胞模式圖,不同之處：分別具有各自特有的細胞結構和細胞器,高等動物細胞所特有的結構：,中心體,溶酶體,高等植物細胞所特有的結構：,細胞壁,葉綠體,液泡,,,在有絲分裂時形成星射線,細胞內的消化作用,纖維素和果膠質,進行光合作用的能量加工廠,調節(jié)細胞內環(huán)境和保持細胞的滲透壓,本章小結,1．細胞是一切生命活動的基本單位（5方面

22、的涵義）；,3．介紹了支原體、細菌和藍藻三種典型的原核生物；,2．介紹非細胞形態(tài)的生命體－－病毒；,4．原核細胞和真核細胞的比較；,5．真核細胞的三大基本結構體系以及動植物細胞的比較；,思考題,為什么說支原體可能是最小最簡單的細胞？,?細胞維持體積相對恒定的因素,體積同相對表面積的關系,細胞內關鍵分子的濃度,,體積最大，細胞相對表面積減小，從而降低了細胞與外界物質交換的效率,一些重要的分子隨細胞體積增大而越來越稀釋，影響生化反應，所以限

23、制細胞體積無限增大,第四節(jié) 病 毒 Virus,?非細胞形態(tài)的生命體,　是最小最簡單的有機體必須寄生于生物細胞內才能繁殖，是不完全的生命體,核酸 (nucleic acid),噬菌體(細菌病毒),蛋白質外殼 -- 殼體(capsid),核殼體,Viruses Structures,,,,所占比例大，可保護核酸，也決定病毒的抗原性,所占比例小，是病毒的最主要的成份：感染單位,包膜 (envelope)：脂質與蛋白,存在于有些病毒的核殼

24、之外,每個病毒僅含一個核酸分子，即一個DNA或一個RNA分子（與細胞的根本區(qū)別之一）；,個體微小，大多數病毒必須用電鏡才能看見，一般在20～30nm之間；,一、病毒的基本知識,病毒的增殖稱復制，不同于細胞一分為二的增殖方式；,類病毒(viroid)：僅由一個有感染性的RNA分子構成,朊病毒Prion: 僅由有感染性的蛋白質構成(如：瘋牛病),,類似病毒的生命體：,病毒類型： DNA病毒和RNA病毒,形態(tài)：立體對稱型和螺旋對稱型,二、病毒

25、的生活史,從病毒入侵細胞到子代病毒的成熟釋放稱為一個復制周期，它包含以下幾個過程：,１. 吸附(absorption): 病毒是否能特異性吸附于細胞表面，決定于病毒蛋白外殼是否能特異識別宿主細胞表面的受體。,2. 侵入(penetration): 病毒吸附到宿主細胞表面之后，將它的核酸注入到宿主細胞內。其中病毒感染細菌時，只將核酸注入細胞，殼體不進入；而病毒對動物細胞的感染，則是通過胞吞作用，將病毒完全吞入細胞內,4. 成熟(matur

26、ation): 一旦病毒的基因進行表達就可合成病毒裝配所需的外殼蛋白，并將病毒的遺傳物質包裹起來，形成成熟的病毒顆粒。,5. 釋放(release): 病毒的核酸和外殼蛋白裝配成病毒顆粒后，它們就可從被感染的細胞中釋放出來進入細胞外，并感染新的細胞。有些病毒釋放時要將被感染的細胞裂解，有些則是通過分泌的方式進入到細胞外。,３.復制(replication): 病毒核酸進入細胞后利用宿主的酶系統(tǒng)進行核酸的復制和外殼蛋白的表達；,吸附侵入

27、復制成熟釋放,T4噬菌體侵染大腸桿菌E.coli,,三、病毒與細胞在起源和進化中的關系,病毒與細胞在起源上的關系，目前存在3種主要觀點：?生物大分子→病毒→細胞　　　　　病毒?生物大分子 細胞?生物大分子→細胞 → 病毒,,有說服力,課后作業(yè)：有何依據？,一個生活細胞要維持正常的獨立生活功能，最低限度需要500～1000種不同類型的酶和蛋白質。,■ 細胞不僅對其體積的增大有限