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1、第二章 细胞的统一性与多样性,本章重点内容,1理解细胞是一切生命活动的基本单位的涵义以及细胞的共性,2深刻理解原核细胞与真核细胞的结构特点，植物细胞与动物细胞的结构特点,3了解非细胞形态的生命体病毒的基本结构及其与细胞的关系,第一节 细胞的基本概念,一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位,一、细胞是生命活动的基本单位,细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位,细胞是有机体生长与发育的基础,细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性,没有细胞就没有完整的生命,二、细胞的基本共性,（一）细胞的分子基础,无机化合物,有机化合物,水（占细胞总量70%80% ）,无机盐
2、,核苷酸,氨基酸,脂肪酸,单糖,生物小分子,核酸,蛋白质,脂质,多糖,生物大分子,核蛋白,脂蛋白,糖蛋白,组装成细胞基本结构体系,复合物,细胞中各主要成份的相对含量,（二）细胞的基本共性:,1.所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜,2.所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体,3.都含有核糖体蛋白质合成的机器,4.所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂,非细胞形态的病毒只含有一种核酸,第二节 原核细胞和古核细胞,原核细胞（真细菌）,古核细胞（古细菌）,真核细胞,细胞,许多的单细胞生物,所有的多细胞生物,单细胞生物,原核细胞,真核细胞
3、,结构上与真核细胞最主要的区别： 没有明显可见的细胞核,同时也没有核膜和核仁,只有拟核； 除核糖体外几乎无其它细胞器,原核细胞（Prokaryotic Cells）,遗传信息量少，由一个环状DNA构成遗传信息载体; 内部结构简单,特别是没有分化为以膜为基础的专门结构和功能的细胞器和细胞核膜。,原核细胞的基本特点:,主要代表： 支原体（mycoplast）最小最简单的细胞； 细菌自然界分布最广、与人关系最密切 蓝藻又称蓝细菌最简单的自养植物类型,一、支原体 （Mycoplasma）,是目前发现最小、最简单的细胞，体积为细菌的1/3，直径为0.10.3 m；,具有细胞膜，无细胞核；,环状双螺旋DN
4、A，能指导合成700多种必需蛋白；,唯一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有8001500个；,具有感染性，其中不少是致病的病原体，尤其是一些慢性病的病原体；,肺炎支原体,典型的支原体细胞,二、细菌,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。 绝大多数细菌的直径在0.55m之间。 可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。,细菌大小形态的比较,大肠杆菌,淋病球菌,弧形霍乱菌,细菌的模式图,细胞壁 细胞膜 荚膜 中膜体,表面结构,核外DNA：质粒,鞭毛,中膜体,荚膜,鞭毛,核糖体,细胞膜,细胞壁,核区与DNA,DNA,核糖体,由于没有核膜将核和细胞质分开，DNA的复制、RNA转录与蛋白质的合成可以同时进
5、行,1. 细菌的核区和基因组,没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限核区内，也称为拟核(nucleoid)；,DNA为裸露的环状双螺旋分子，通常没有结合蛋白；DNA的复制可以连续进行，不像真核生物那样仅在细胞分裂间期（S期）进行DNA复制；,2. 细菌的细胞表面结构,细胞膜 细胞壁 特化结构,鞭毛,中膜体,荚膜,1） 细胞膜 多功能性,最重要的功能就是物质运输和信号传递；,还具有真核细胞线粒体的部分功能；,2） 中膜体 间体或质膜体(mesome),由细胞膜内陷产生，每细胞含一到数个；,功能：推测在DNA复制过程中起支点作用；,3） 细胞壁,主要由肽聚糖组成的多层网状分子结构；,功能：机械支
6、撑；调节物质交换；,青霉素通过抑制细胞壁的形成而抑制细菌生长,4） 荚膜 capsule,是细胞壁表面的一层多糖类物质；,功能：抵御不良环境；保护自身不受吞噬等 ；,5） 鞭毛 是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成,3、核糖体： 唯一的细胞器,部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中；,每个细菌含有约500050000个；,沉降系数为70S，由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成；,30S的小亚单位对四环素、链霉素敏感，50S的大亚单位对红霉素、氯霉素敏感（抑菌原因）,4、细菌细胞核外DNA：质粒（plasmid）,裸露环状DNA分子，含2200基因，能自我复制；,在
7、遗传工程中作为基因重组和基因转移的载体；,5、细菌细胞内生孢子 某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，胞内重要物质形成一种含水量较丰富的致密体，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,细菌繁殖：以以一分为二的方式增殖（无丝分裂）,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,DNA以中膜体为支点复制成两个DNA子环,DNA随中膜体一分为二，形成两个核区,细胞膜在两个核区间凹陷，形成两子细胞，最后形成细胞壁,三、蓝藻,又称蓝细菌，是最简单的自养生物。可进行类似于高等植物的光合作用，没有叶绿体，但有光合片层进行原始的光合作用；与光合细菌的光合作用机制不同；,环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相
8、比；,体积比其它原核细胞大得多，直径约10m左右，甚至可达70m (颤藻)。,属单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：食用的发菜(nostoc commune var,flagtlliforme) 就是蓝藻的丝状体。,蓝藻 Cyanobacteria,蓝藻的基本特征,中心质,光合片层,核糖体,细胞表面结构,细胞壁,胶质层（鞘）,是遗传物质所在部位，无明确界限，相对于核区,膜片层结构，排列着藻胆蛋白体，负责将光能传递给叶绿素a，进行光合作用,沉降系数70S(50S大亚基+30S小亚基),保护作用,细胞分裂,无丝分裂,原核细胞的共同特征：,无核膜，DNA的复制、转录和蛋白质翻译可同时
9、进行； 遗传信息载体仅为一裸露的环状DNA分子； 除核糖体外，几乎不存在其它复杂的细胞器； 无细胞骨架； 细胞以无丝分裂的方式增殖；,四、原核细胞和真核细胞的比较,主要表现为两个基本差异：,一、生物膜系统的分化和演变。真核细胞形成了复杂的内膜系统，构成各种功能独立的细胞器，核膜将细胞分隔为核和质两个基本部分；,二、遗传信息量和遗传装置的扩增与复杂化。,以上两种变化使真核细胞体积增大，内部结构复杂化，生命活动的时间和空间布局更加严格，细胞内部出现精密的网架结构细胞骨架,具体基本特征的比较,特征,原核细胞,真核细胞,细胞膜,有（多功能性）,有,核膜,有,无,染色体,一个裸露的环状DNA；信息量小；
10、无内含子和重复序列,多个染色体，信息量大；具有内含子和重复序列；线状DNA与蛋白质组成高度复杂的染色体和染色质,核仁,有,无,核糖体,70S(50S大亚基+30S小亚基),80S(60S大亚基+40S小亚基),主要细胞器,有,无,核外DNA,质粒DNA,线粒体和叶绿体DNA,细胞壁,主要成份为氨基糖和壁酸,动物细胞无；植物细胞中的主要成份为纤维素和果胶,细胞骨架,有,无,大小,110m,10100m,特征,原核细胞,真核细胞,DNA复制,无周期性，连续进行,有周期性，在间期进行,基因表达的时空关系,转录和翻译同时同地进行,核内转录，细胞质内翻译，有严格的阶段性和区域性,基因表达调控,较简单，主
11、要以操纵子方式,复杂性和多层次性,细胞增殖方式,无丝分裂,以有丝分裂为主,五、古核细胞（古细菌archaebacteria ）,是一些生长在极端特殊环境中的细菌，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。,几种古细菌的形态,在进化上，古细菌虽然具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统，但它与真核细胞可能具有更近的亲缘关系；,进化系统树,真核生物,古核生物,原核生物,第三节 真核细胞,一、真核细胞的基本结构体系,三大基本结构体系,生物膜系统,遗传信息表达系统,细胞骨架系统,包括细胞膜和各种细胞器膜；形成许多结构与功能分区；进行物质运输、信号传递、为生化反应提供表面；,DNA与蛋白质组成复合体，在核
12、内进行复制和转录；mRNA运输到细胞质中指导核糖体翻译蛋白质；核仁在核内主要负责核糖体亚单位的装配；,包括核骨架和胞质骨架，由一些特异蛋白构成的网络体系；主要对细胞形态与内部结构的合理布局起支架作用，也与胞内大分子运输、细胞分裂等相关,二、细胞大小及其分析,表2-1 各类细胞直径的比较(见课本P33),典型的原核细胞的平均大小在110m之间，而高等植物细胞的直径平均为10100m，一般为2030m,鸵鸟的卵黄直径可达5cm；鸡卵细胞34cm;人的坐骨神经细胞可长达1m。,在高等动植物中，不同类型细胞的大小变化虽很大， 但是， 同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小。如人、
13、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。,因此，器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无关,把这种现象为“细胞体积的守恒定律”, 细胞的计量单位,细胞大小的计量单位，一般都用微米计算。 自使用电子显微镜后又提出埃(Angstrom, )为超显微结构计量单位。现在常用的国际单位是纳米(nanometre)。 1毫米=1000微米 (m) 1微米=1000纳米(nm） =10000埃() 1纳米(nm)=10埃,三、细胞形态结构与功能的关系,千变万化的细胞形态,草履虫,眼 虫,钟形虫,植物气孔细胞,植物薄壁细胞,人类红细胞,人卵细胞与精细胞,巨噬细胞,神经元细胞,
14、细胞的形态是漫长进化的产物，它与细胞的功能是密切相关的：遵循结构与功能相一致的规律,红细胞扁圆形、体积小，有利于在血管内快速运行和气体交换；,神经细胞细长，有利于信息传递；,精细胞具有能运动的鞭毛、体积小，有利于受精；,卵细胞储藏了大量养分供胚胎发育，因此体积大、圆形；,四、植物细胞与动物细胞的比较,具有基本相同的结构体系和功能体系：,很多重要的细胞器，如：细胞膜、核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体、内质网、核糖体、微管、微丝等，形态结构和功能都一样；,动物细胞模式图,核膜 核质 核仁,细 胞 核,糙面内质网,过氧化 物酶体,高尔基复合体,微管 (细胞骨架),中心粒,核糖体,线粒体,溶酶体,
15、光面内质网,细胞膜,细胞质,微丝,高尔基复合体,叶绿体,光面内质网,液泡,微管 (细胞骨架),细胞质,核糖体,核膜 核质 核仁,细 胞 核,糙面内质网,细胞膜,线粒体,细胞壁,过氧化物酶体,胞间连丝,膜泡,植物细胞模式图,不同之处：分别具有各自特有的细胞结构和细胞器,高等动物细胞所特有的结构：,中心体,溶酶体,高等植物细胞所特有的结构：,细胞壁,叶绿体,液泡,在有丝分裂时形成星射线,细胞内的消化作用,纤维素和果胶质,进行光合作用的能量加工厂,调节细胞内环境和保持细胞的渗透压,本章小结,1细胞是一切生命活动的基本单位（5方面的涵义）；,3介绍了支原体、细菌和蓝藻三种典型的原核生物；,2介绍非细胞
16、形态的生命体病毒；,4原核细胞和真核细胞的比较；,5真核细胞的三大基本结构体系以及动植物细胞的比较；,思考题,为什么说支原体可能是最小最简单的细胞？,细胞维持体积相对恒定的因素,体积同相对表面积的关系,细胞内关键分子的浓度,体积最大，细胞相对表面积减小，从而降低了细胞与外界物质交换的效率,一些重要的分子随细胞体积增大而越来越稀释，影响生化反应，所以限制细胞体积无限增大,第四节 病 毒 Virus,非细胞形态的生命体, 是最小最简单的有机体 必须寄生于生物细胞内才能繁殖，是不完全的生命体,核酸 (nucleic acid),噬菌体(细菌病毒),蛋白质外壳 - 壳体(capsid),核壳体,Vir
17、uses Structures,所占比例大，可保护核酸，也决定病毒的抗原性,所占比例小，是病毒的最主要的成份：感染单位,包膜 (envelope)：脂质与蛋白,存在于有些病毒的核壳之外,每个病毒仅含一个核酸分子，即一个DNA或一个RNA分子（与细胞的根本区别之一）；,个体微小，大多数病毒必须用电镜才能看见，一般在2030nm之间；,一、病毒的基本知识,病毒的增殖称复制，不同于细胞一分为二的增殖方式；,类病毒(viroid)：仅由一个有感染性的RNA分子构成,朊病毒Prion: 仅由有感染性的蛋白质构成(如：疯牛病),类似病毒的生命体：,病毒类型： DNA病毒和RNA病毒,形态：立体对称型和螺旋
18、对称型,二、病毒的生活史,从病毒入侵细胞到子代病毒的成熟释放称为一个复制周期，它包含以下几个过程：,. 吸附(absorption): 病毒是否能特异性吸附于细胞表面，决定于病毒蛋白外壳是否能特异识别宿主细胞表面的受体。,2. 侵入(penetration): 病毒吸附到宿主细胞表面之后，将它的核酸注入到宿主细胞内。其中病毒感染细菌时，只将核酸注入细胞，壳体不进入；而病毒对动物细胞的感染，则是通过胞吞作用，将病毒完全吞入细胞内,4. 成熟(maturation): 一旦病毒的基因进行表达就可合成病毒装配所需的外壳蛋白，并将病毒的遗传物质包裹起来，形成成熟的病毒颗粒。,5. 释放(release
19、): 病毒的核酸和外壳蛋白装配成病毒颗粒后，它们就可从被感染的细胞中释放出来进入细胞外，并感染新的细胞。有些病毒释放时要将被感染的细胞裂解，有些则是通过分泌的方式进入到细胞外。,.复制(replication): 病毒核酸进入细胞后利用宿主的酶系统进行核酸的复制和外壳蛋白的表达；,吸附 侵入 复制 成熟 释放,T4噬菌体侵染大肠杆菌E.coli,三、病毒与细胞在起源和进化中的关系,病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点： 生物大分子病毒细胞 病毒 生物大分子 细胞 生物大分子细胞 病毒,有说服力,课后作业：有何依据？,一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度需要5001000种不同类型的酶和蛋白质。, 细胞不仅对其体积的增大有限制，而且对细胞变小也有限制。为什么？,