第02章细胞的统一性与多样性.ppt

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1、第二章细胞的统一性与多样性,细胞的基本概念 细胞是生命活动的基本单位 细胞概念的一些新思考 细胞的基本共性 原核细胞与真核细胞 原核细胞（Prokaryotic cell） 古细菌 （Archaebacteria） 真核细胞基本知识概要非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系 病毒的基本知识 病毒在细胞内增殖（复制） 病毒与细胞在起源与进化中的关系,第一节 细胞的基本概念,一. 细胞是生命活动的基本单位 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 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

2、没有细胞就没有完整的生命,细胞概念的一些新思考,细胞是多层次非线性的复杂结构体系 细胞具有高度复杂性和组织性 细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体 细胞完成各种化学反应； 细胞需要和利用能量； 细胞参与大量机械活动； 细胞对刺激作出反应； 细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。 细胞能进行自我调控； 繁殖和传留后代；,二.细胞的基本共性,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。 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。 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。 所有细胞的增殖都以一分为二的方

3、式进行分裂。,第二节 原核细胞与古核细胞,原核细胞（Prokaryotic cell） 原核细胞与真核细胞（Eukaryotic cell）的区别 古细菌 （Archaebacteria）,1.基本特点： 没有核膜，遗传物质集中在一个没明确界限的 低电子密度区，称为拟核(nucleoid)。 遗传的信息量小，由一个环状裸露DNA构成； 细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门 结构与功能的细胞器和细胞核膜。 核糖体为70S型,一.原 核 细 胞,2.主要代表： 支原体（mycoplast）最小最简单的细胞； 细菌 蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）,（一）支原体mycoplasma,是最

4、简单的原核细胞，直径为0.10.3 m; 具有细胞质膜，但没有细胞壁; 环状双螺旋DNA，没有拟核,分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。能指导合成750多种蛋白质; 唯一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有8001500个; 具感染性,可在培养基上培养; 培养细胞很容易被支原体污染,污染源主要是血清。,A Typical Mycoplasma Cell,肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（terminal structure），能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与致病性有关。,（二）细菌,（三）蓝藻,三、古细菌（archaebacteria） 具有原核生物的某些特征，无核

5、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。 此外，细胞膜中的脂类是不可皂化的，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。,古细菌在细胞起源中的地位,古细菌与真核细胞曾在进化上有过共同历程 主要证据 一些学者认为真核细胞起源于古细菌,主要证据,（1）细胞壁成分与真核细胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素， 抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对古细菌与真核细胞无作用。 （2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复

6、序列的存在。多数古核细胞的基因组中存在内含子。 （3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。 （4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（7084）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。 （5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。 除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供

7、了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。,第三节 真核细胞基本知识概要,真核细胞的基本结构体系 细胞的大小及其分析 细胞形态结构与功能的关系 植物细胞与动物细胞的比较,一.真核细胞的基本结构体系,（一）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 核膜 双层膜 叶绿体 线粒体 细胞膜 液泡 单层膜 内质网 高尔基体 溶酶体 ,（二）以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统,染色体 核糖体 核仁,（三）由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统,微丝 胞质骨架 微管 中间丝 微梁 核纤层 核骨架 核基质,二.细胞的大小及其分析,各类细胞直径的比较,1.细胞

8、大小和生物体大小的关系,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、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。 例外：某些不同来源的细胞大小变化很大,如人的卵细胞直径只有0.1mm,而鸵鸟的卵细胞的直径则有5cm.,2.细胞体积守恒定律 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”。 细胞维持体积相对恒定的因素 A.细胞体积与群体器官的表面积成反比 细胞越小, 它的表面积与体积的比越大 ，又称为比表面积。 B.细胞体积的大小受核质比的制约,Vn Np = - Vc - Vn,细胞表面积与体积的关系,c.

9、细胞体积与细胞内物质交流运输的关系,一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了细胞体积无限增大的一个限制因素。,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？,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。,三.细胞形态结构与功能的关系,哺乳动物的红细胞 腺细胞 细胞体积大小与生命活动的关系,四.原核细胞与真核细胞的比较,功能上的共同点 结构上的共同点: 都是生命的基本结构单位 都有细胞膜 都能进行分裂 都有DNA和RNA 都能遗传

10、 都有核糖体 若是从进化上进行比较，你能说些什么？,原核细胞与真核细胞基本特征的比较,原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,原核细胞与真核细胞的根本区别,细胞膜系统的分化、演变。 遗传信息量与遗传装置的扩增 与复杂化的区别。 真核细胞的体积比原核细胞大， 并有复杂的骨架系统。,五. 植物细胞与动物细胞的比较,细胞壁 液泡 叶绿体,第四节 非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系,病毒的基本知识 病毒在细胞内增殖（复制） 病毒与细胞在起源与进化中的关系,一.病毒的基本知识,病毒（virus）核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体； 类病毒（viroid）仅由感染性

11、的RNA构成； 朊病毒（prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成；,1.病毒的基本特征 是一类非细胞形态的微生物，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。,2.病毒的结构,由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白质衣壳(capsid)所构成，称核衣(nucleocapsid)。 包膜：由包膜小体形成，成分为脂类与糖类，对有机溶剂敏感。 各种病毒所含的遗传信息量不同，少 的只含

12、有3个基因，多的可达300个基因。,3.病毒的形态,4.病毒的类型 根据寄生的宿主不同分 动物病毒 植物病毒 细菌病毒 根据核酸类型的不同分 单链DNA病毒 双链DNA病毒 单链RNA病毒 双链RNA病毒,二.病毒在细胞内增殖（复制）,1.病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染 吸附（细胞识别） 主动吞饮进入 壳体裂解 释放核酸,2.病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成,复制、转录、蛋白合成主要类型 （1）含DNA分子的病毒 病毒 宿主 病毒DNA进入细胞核 早期蛋白 抑制宿主细胞复制 病毒DNA复制 DNA mRNA Pr 装配成新病毒粒子,（2）RNA病毒增殖过程,病毒 宿主 病毒RNA进入细胞核 早

13、期蛋白 抑制宿主细胞复制 病毒RNA复制 RNA mRNA Pr 装配成新病毒粒子,(3)引起细胞转型的RNA逆转录病毒,病毒 宿主 病毒RNA DNA ( cDNA ) RNA 装配成新病毒粒子 mRNA 病毒结构 Pr 细胞癌变 转型蛋白,3.病毒的装配、成熟与释放,核酸+蛋白 核壳体 囊膜 无囊膜的立体对成型病毒，释放速快。 有囊膜的病毒，以出芽的方式外包细胞膜 ，逐步释放。,病毒的装配类型： 二十面体对称、 球形对称、 螺旋对称,三.病毒与细胞在起源与进化中的关系,病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现，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

14、病毒细胞 病毒 生物大分子 细胞 生物大分子细胞 病毒,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。,四、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

15、链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约40-50nm，不能制造衣壳蛋白。,五、朊病毒 S. B. Prusiner 1982年发现于患羊瘙痒病（scrapie）的仓鼠，命名为prion。Prusiner因此于1997年获得诺贝尔奖。,目前已知的人类PRION疾病主要有： 克-雅二氏病（CreutzfeldtJakob disease，CJD）：自身PrP蛋白发生变异引起的。 变异型克-雅氏病（vCJD）：PRION感染。 GSS综合征（Gerstmann-Straussler Scheinker disease）：由Prnp基因缺陷起。 克鲁病（Kuru）：PRION感染。 致死性家族性失眠症（Fatal familial insomnia，FFI）：Prnp基因变异。,