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1、第二章 细胞的基本结构,内容提要,第一节 细胞的基本概念及结构 第二节 真核细胞 一、基本结构 二、细胞的形状和大小 第三节 原核与古核细胞 一、细菌 二、支原体 三、衣原体与立克次氏体 四、蓝藻 五、古细菌,第四节 病毒 一、病毒的基本特征 二、病毒的形态和结构 三、病毒在细胞内的活动 四、类病毒,第一节 细胞的基本概念及结构,一 细胞定义： 细胞是生命活动的基本组成单位 二 细胞特点： 1. 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 成人有机体细胞1014，刚出生婴儿21012，人大脑细胞1012 2.细胞是代谢与功能的基本单位，具有完整的代谢和调节体系，不同的细胞执行不同的功能
2、,3.具有自我复制的能力，细胞是有机体生长与发育的基础 4.细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 5. 没有细胞就没有完整的生命,三、细胞的基本共性 1. 所有细胞有相似的化学组成,构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等，其中前四种元素占90%以上。 水约占细胞重量的75-80，其中游离水约95，其余为结合水。 细胞的无机物主要有水和无机盐，无机盐的含量约为1，主要以离子形式存在 。,生命来自于水， 细胞中水的含量最高，通常占细胞总量75%80%。细胞中的所有反应都是在水中进行的，所以水是细胞生命的活动介质。,细胞中各主要成份的相对含量,2 所有的细胞表面均有由磷
3、脂双分子层与镶嵌 蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。 。,3 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA.DNA是遗传信息复制、传递和基因转录的模板，RNA参与蛋白质的合成。,4 作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。,5 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂,四、细胞的形状和大小,1.单细胞生物的形态通常与细胞外沉积物有关。 2.高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。 3.细胞骨架对于细胞形态的构建维持具有重要作用。 4.高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内呈梭形，而在离体培养时则可成多角形。,草 履 虫,一只草履虫每天大约
4、能吞食43200个细菌，它对污水有一定的净化作用,不同细菌,链球菌,棒状杆菌,葡萄球菌,五、三类不同的细胞,真核细胞(eukaryotic cell)：具有核被膜nuclear envelope和核仁nucleolus。 原核细胞(prokaryotic cell)：核区nuclear region没有核膜，称其为nucleoid、nuclear body、nucleoplasm、bacterial nucleus。 古细菌(archaebacteria)，既不同于原核细胞也不同于真核细胞，属于生命的第三种形式。,第二节、真核细胞 Eukaryotic cell,一、基本结构,具有核膜，由膜围
5、成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等在结构上形成了一个连续的体系，称为内膜系统。 内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化(compartmentalization)。区隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。,1、原生质(protoplasm)： 1839 Purkinje用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。 2、质膜（plasma membrane）：是细胞表面的单位膜。 3、细胞核：细胞核（nucleus） 是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被膜（nuclear envelope）
6、，核内包含有由DNA和蛋白质构成的染色体（chromosome）。核内1至数个小球形结构，称为核仁（nucleolus）。细胞核中的原生质称为核质。,4、细胞质（cytoplasm）：质膜与核被膜之间的原生质。 5、细胞器(organelle)：具有特定形态和功能的显微或亚显微结构称为细胞器，如：endoplasmic reticulum、Golgi body、lysosome、mitochondrion、chloroplast、cytoskeleton、centriole、microbody。 6、细胞质基质（cytoplasmic matrix）细胞质中除细胞器以外的部分。又称为或胞质溶胶
7、（cytosol），其体积约占细胞质的一半。,Animal cell,Plant cell,植物细胞与动物细胞比较,细胞壁 液泡 叶绿体,植物薄壁细胞,人类红细胞,巨噬细胞,神经元细胞,细胞的网络化结构,代谢网络（metabolic network） 运输网络（transport network） 生物膜网络（biomembrane network） 细胞骨架网络（cytoskeleton network） 信号转导网络（signal transduction network）,大多数动植物细胞直径在2030m间。一般真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达5cm；支原
8、体只有0.1m；人的坐骨神经细胞可长达1m。,几种细胞的大小,人卵与精子,二、 细胞的大小,cytoskeleton network,三 、细胞形态结构与功能的关系,体积小，有利于血管中快速运行。体积小表面积大，有利于细胞交换O2 和CO2。,吸收端,分泌端,分泌细胞的共同点：细胞呈极性。,第三节 原核细胞 Prokaryotic cell,没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，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，没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。 原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有的产
9、生孢子。,TEM image,Escherichia coli,一、细菌,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。 可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。 绝大多数细菌的直径在0.55m之间。,大肠杆菌,淋病球菌,肉毒梭菌,弧形霍乱菌,1、细胞壁：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层，像胶合板一样，粘合成多层。 革兰氏阳性菌细胞壁厚约2080nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm
10、，含20-40的磷壁酸（teichoic acid），有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。,Gram negative bacterial cell wall,Gram positive bacterial cell wall,2、细胞膜：厚约810nm，外侧紧贴细胞壁，通常不形成内膜系统。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为间体(mesosome) ，因其与DNA有联系，推测可能起DNA复制的支点作用。 3、拟核：没有核膜，DNA分子裸露，所含的遗传信息量可编
11、码20003000种蛋白质，空间构建十分精简。,白喉杆菌的间体,4、核糖体： 约含500050000个。 部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。 细菌核糖体数量与细菌生理状态关系密切。 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与链霉素敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。,5、质粒(plasmid) ： 除核区DNA外，可进行自主复制的遗传因子； 是裸露的环状DNA，遗传信息量2200个基因； 能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去； 质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,克隆载体,表达载体,6、荚膜：细菌最外表的一层多糖类物质
12、，边界明显的称荚膜（capsule），如肺炎球菌，边界不明显的称粘液层（slime layer），如葡萄球菌。 功能：抵御不良环境；保护自身不受吞噬；选择性的粘附到特定细胞的表面上。,Negative stained bacteria,7、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，结构上不同于真核生物的鞭毛。,8、菌毛：是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察。与细菌运动无关，根据形态、结构和功能，分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。,9、繁殖：以二分裂的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称
13、芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,10. 细菌内生芽孢：某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,芽孢,二、支原体 mycoplasma,大小通常为0.20.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。 基因组为环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（terminal structure），能使支原
14、体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与致病性有关。,肺炎支原体,肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的TEM照片,三、衣原体和立克次氏体,衣原体（Chlamydia）直径200nm-500nm，能通过滤菌膜。 砂眼是衣原体引起的，由于能形成包含体，起初被认为是大型病毒，1956年，我国著名微生物学家汤飞凡及其助手张晓楼等人首次分离到沙眼的病原体。 立克次氏体（Rickettsia）略大。细胞壁结构类似于革兰氏阴性菌，酶系统不完全，合成能力较强，且不形成包涵体。 必须在寄主细胞内生活，有摄能寄生物(energe parasite)之称。 立克次氏体也是专性细胞内寄生的，大多数不能用人工培养基培养，须用鸡胚、敏
15、感动物及动物组织细胞来培养立克次氏体,衣原体（原体和始体）,立克次氏体,原体(感染性)吸附吞噬体(空泡)在吞噬体内形成始体（无感染性）二分裂繁殖形成包涵体在包涵体内成熟为原体释放。,四、蓝藻,又称蓝细菌，是最简单的自养生物。它的光合作用类似于高等植物 ，而不同于光合细菌。没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕光装置。 DNA分子环状，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。 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：属蓝藻门念珠藻类的发菜(nostoc commune var,flagtlliforme) 就是蓝藻的丝状
16、体。,Cyanobacteria,五、古细菌（archaebacteria）,具有原核生物的某些特征，无核膜及内膜系统； 也有真核生物的特征，甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白。 细胞壁不含肽聚糖。 生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。,极端温度、酸碱度和盐度下生存的菌种。而且这是一种独立与其他物种的古菌种，历史久远，甚至可以在地壳深处找到他的踪迹,神奇的古细菌,各类生物能忍受的上限温度： 古细菌113 细菌90 真菌60 藻类55-60 原生动物56 维管束植物49 鱼类和其他水生脊椎动物38,原核与
17、真核细胞的区别,第四节 病 毒 Virus,是一类非细胞形态的有机体，特征： 个体微小，可通过滤菌器，大多数病毒必须用电镜才能看见，一般在2030nm之间； 核酸为DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒； 专营细胞内寄生生活； 具有受体连结蛋白 (receptor binding protein)，与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。,一、病毒的基本特征,Lambda Bacteriophage DNA (TEM x153,000),二、病毒的结构,由核酸(DNA或RNA)分子和蛋白质衣壳(capsid)所构成，称核衣壳(nucleocapsid)。 各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只
18、含有3个基因，多的可达300个基因。,有的病毒衣壳外面有被膜(envelope)，来源于宿主细胞的质膜，被膜中含有病毒融合蛋白。 组成病毒衣壳的亚单位称壳微粒(capsomer)。 一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（virion）。其装配形式有二十面体对称、螺旋对称和复合对称三种类型。,Viruses,病毒有五种形态： 球形 (Sphericity)：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等； 丝形 (Filament) ：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒，人类流感病毒有时也可形成丝形； 弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物病
19、毒。 砖形 (Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等； 蝌蚪形(Tadpole-shape)：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。 其中为二十面体对称; 、 为螺旋对称; 、 复合对称。,病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象，生活周期可分为两个阶段： 细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在； 细胞内阶段，即感染阶段，进行复制和繁殖； 根据寄生的宿主不同，病毒可分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒(即噬菌体)。,脊髓灰质炎病毒 球形病毒,腺病毒 球状病毒,烟草花叶病毒 线形病毒,痘病毒 砖形病毒,狂犬病毒 子弹形病毒,有被膜,T4噬菌体 蝌蚪形病毒,流感病毒 丝状有被膜的病毒,埃博
20、拉病毒 丝状负链RNA病毒,中国公布的非典冠状病毒,三 病毒的增殖过程 1.病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染 大多动物病毒进入细胞的主要方式“主动吞饮”，有些有包膜的，以其包膜与细胞质融合的方式进入细胞。在蛋白水解酶的作用下，壳体被裂解。释放核酸。RNA病毒在细胞质内转录复制，DNA病毒进入细胞核复制转录。 2.病毒核酸的复制，转录与蛋白质合成 DNA病毒细胞DNA细胞核早期蛋白子代病毒DNA病毒mRNA病毒结构蛋白子代病毒 RNA病毒细胞病毒RNA,侵染,蛋白水解酶,释放,翻译,复制,转录,组装,翻译,+RNA,-RNA,可将病毒分为6类： 双链DNA+mRNA蛋白，如天花病毒。 单链+DNAD
21、NA+mRNA蛋白，如细小DNA病毒。 双链RNA+mRNA蛋白，如呼肠孤病毒。 单链+RNA+mRNA蛋白，如脊髓灰质炎病毒。 单链-RNA+RNAmRNA 蛋白质，如流感病毒。 单链+RNADNADNA+mRNA蛋白，即逆转录病毒（retrovirus）。,反转录病毒细胞病毒RNA病毒DNA宿主DNA子代病毒RNA和病毒蛋白子代病毒（肿瘤） 病毒的组装、成熟和释放 病毒核酸和蛋白质在宿主细胞中合成组装成核壳，无包膜组装就是成熟的病毒；有包膜的病毒组装成核壳后需要穿过细胞膜释放，此时外包一层细胞质膜。,侵染,脱衣酶,反转录,整合,转录,翻译,组装,三、类病毒,没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNA分子。 不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。 马铃薯锤管类病毒仅由一个含359个核苷酸单链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约4050nm，不能制造衣壳蛋白。,四、病毒的进化地位,无论是病毒还是类病毒都不具有独立进行生物合成的能力，它们都是细胞的寄生物，因此在进化上病毒的出现不可能早于细胞。 病毒的前身很可能是在宿主染色体外独立进行复制的质粒(plasmid)。 质粒既有DNA型的，也有RNA型的。它与病毒一样具有专一的核苷酸序列作为复制的起始部位。当质粒获得了为衣壳蛋白质编码的基因时，即意味着病毒出现了。,