第03章细胞的基本概念

第三章 细胞的基本概念Chapter 3 Basic Concept of The Cell本章内容提要本章内容提要第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立第三节第三节 病毒病毒第四节第四节 细胞的形状和大小细胞的形状和大小第五节第五节 细胞的化学组成细胞的化学组成第六节第六节 细胞的能量代谢与生物催化剂细胞的能量代谢与生物催化剂复习思考题第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征定义定义 ： 细胞是有膜包围的能独立进行繁殖的原生质团细胞是有膜包围的能独立进行繁殖的原生质团 。质膜质膜细胞质细胞质 (cytoplasm)核质核质 (nucleoplasm; karyoplasm)核膜核膜 (nuclear envelope)原生质原生质 (protoplasm)：指活细胞的全部活物质，包：指活细胞的全部活物质，包括括 质膜质膜 、 细胞质细胞质 和和 细胞核细胞核 （ 或类核或类核 ）。）。质膜外结构质膜外结构原生质体原生质体 细胞质细胞质质膜质膜细胞核（或类核）细胞核（或类核）细胞器细胞器细胞质溶质细胞质溶质细胞骨架细胞骨架细胞外基质细胞外基质细胞壁细胞壁细胞的结构组成图解：细胞的结构组成图解：第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征(2) 具有一层细胞质膜具有一层细胞质膜(3) 具有一套完整的代谢机构具有一套完整的代谢机构(1) 具有一套基因组具有一套基因组1. 细胞进行生命活动应具有的最基本的要素：细胞进行生命活动应具有的最基本的要素：使细胞能进行独使细胞能进行独立的代谢活动立的代谢活动通过质膜与周围环境通过质膜与周围环境进行物质和信息交流进行物质和信息交流控制细胞的遗传活动控制细胞的遗传活动第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征L 枝原体枝原体 (mycoplast)：最小：最小 0.1m，具备了进行，具备了进行生命活动最基本的三项要素。生命活动最基本的三项要素。L 病毒病毒 ：体积小（多小于：体积小（多小于 0.1m），）， 缺少进行独缺少进行独立代谢的某些基因和机构立代谢的某些基因和机构 （单独存在时不能自（单独存在时不能自我繁殖，必须依赖于宿主细胞）。我繁殖，必须依赖于宿主细胞）。第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征病毒不是细胞病毒不是细胞 ，只是具有部分生命特征的，只是具有部分生命特征的 感染物感染物 ，最多只能被称为最多只能被称为 “半生命半生命 ” 。枝原体枝原体 是细胞是细胞 ！2. 细胞区别于无机界的最主要的特性：细胞区别于无机界的最主要的特性： 在结构上具有在结构上具有 自我装配自我装配 的能力；的能力； 在生理活动中具有在生理活动中具有 自我调节自我调节 的能力；的能力； 在增殖上具有在增殖上具有 自我复制自我复制 的能力。的能力。这些特性也可以说是这些特性也可以说是 生命的特征生命的特征 ，它们的，它们的 丧失即意味丧失即意味着死亡着死亡 。第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征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 ；细胞概念的一些新思考第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立具有细胞壁和叶绿体具有细胞壁和叶绿体对于某些生物来说却遇到了分类上的困难：对于某些生物来说却遇到了分类上的困难：眼虫眼虫 (Euglena)有有 叶绿体叶绿体 却无细胞壁却无细胞壁 ;细菌细菌 和和 真菌真菌 虽有虽有 细胞壁细胞壁 但无叶绿体但无叶绿体 ;枝原体枝原体 既无叶绿体也无细胞壁。既无叶绿体也无细胞壁。400余万种生物：余万种生物：一切生物一切生物动物界动物界植物界植物界没有细胞壁和叶绿体没有细胞壁和叶绿体早早期期营养方式营养方式运动能力运动能力细胞结构细胞结构根据 进化地位、结构的复杂程度、遗传装置的类型与主要生命活动的方式 等H. Ris将细胞分为 原核细胞 （ prokaryotic cell)和真核细胞 (eukaryotic cell)。原核细胞 -原核生物真核细胞 -真核生物第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立枝原体的遗传物质分布于整个细胞中；细菌的遗传枝原体的遗传物质分布于整个细胞中；细菌的遗传物质则集中在物质则集中在 一个无明确界限的低电子密度一个无明确界限的低电子密度 的的 拟核拟核(nucleoid)区中。区中。原核细胞中的原核细胞中的 DNA为为 裸露 的直径的直径 2.5nm的的 环状 双螺双螺旋分子（长约几十旋分子（长约几十 nm）。）。一、原核细胞一、原核细胞 (Prokaryotic cells)1. 原核细胞最主要的特征是没有由膜包围的细胞核原核细胞最主要的特征是没有由膜包围的细胞核第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立拟核拟核原核细胞原核细胞 -细菌的电镜照片（示拟核）细菌的电镜照片（示拟核）第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立细菌的三维模式图细菌的三维模式图大多数原核细胞比较小，平均只有大多数原核细胞比较小，平均只有 110m。枝。枝原体、立克次体和鹦鹉热菌最小只有原体、立克次体和鹦鹉热菌最小只有 0.10.3m。大。大的原核细胞如蓝细菌中的颤藻的原核细胞如蓝细菌中的颤藻 (Oscilatolia princeps)，直径可达直径可达 60m。有的物种，细胞分裂后可连成链或丝，也有的形有的物种，细胞分裂后可连成链或丝，也有的形成群体。它们的繁殖方式一般为成群体。它们的繁殖方式一般为 二分裂二分裂 ，也有的，也有的 产产生孢子生孢子 ，少数行，少数行 出芽生殖出芽生殖 。2. 大多数原核细胞比较小、繁殖方式简单大多数原核细胞比较小、繁殖方式简单第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立质膜内为质膜内为 细胞质细胞质 和和 拟核拟核 ， 多数多数 在质膜外还有一层在质膜外还有一层硬的硬的 细胞壁细胞壁 。枝原体枝原体 (mycoplasma)的质膜外面没有细胞壁，为的质膜外面没有细胞壁，为原生质体原生质体 (protoplast)。如人体中的。如人体中的 类胸膜炎球菌类胸膜炎球菌(pleuropneumonia-like organism)和植物细胞中的和植物细胞中的 螺螺原体原体 (spiroplasma, citrii)。3. 原核细胞的形态和结构比较简单原核细胞的形态和结构比较简单第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立螺原体螺原体 (一种枝原体一种枝原体 )类胸膜炎球菌类胸膜炎球菌原核细胞的质膜具有原核细胞的质膜具有 单位膜单位膜 的典型特征，厚约的典型特征，厚约10nm。 某些原核生物的质膜在有的部位发生内褶，某些原核生物的质膜在有的部位发生内褶，形成形成 间体间体 (mesosome) (与细胞呼吸和分裂有关与细胞呼吸和分裂有关 )。大多数原核生物没有恒定的内膜系统大多数原核生物没有恒定的内膜系统 ，没有分区，没有分区化（化（ 原核细胞区别于真核细胞的重要特征之一原核细胞区别于真核细胞的重要特征之一 ）。）。原核生物的核糖体较小原核生物的核糖体较小 (70S)，直径约，直径约 1520nm，其所含的其所含的 RNA和蛋白质亦不同于真核细胞。和蛋白质亦不同于真核细胞。质膜是细胞进行生命活动的一种基本结构，质膜是细胞进行生命活动的一种基本结构， 质膜遭到质膜遭到破坏后任何细胞都不能存活破坏后任何细胞都不能存活 。第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立细菌鞭毛细菌鞭毛细菌荚膜细菌荚膜真核细胞最主要的特点是真核细胞最主要的特点是 ， 细胞内由膜间隔成了许多细胞内由膜间隔成了许多功能区功能区 。二、真核细胞二、真核细胞 (eukaryotic cells)第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立其中，其中， 核膜核膜 、 内质网内质网 、 高尔基体高尔基体 在结构上形成了一个在结构上形成了一个连续的体系，称为连续的体系，称为 内膜系统内膜系统 。内膜系统将细胞质分隔成了一些区间，即所谓的内膜系统将细胞质分隔成了一些区间，即所谓的 分区分区化化 (compartmentalization)。最明显的是含有由膜围成的最明显的是含有由膜围成的 细胞核细胞核 和和 细胞器细胞器 （ 线线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等 ）。）。质膜质膜 、 溶酶体溶酶体 和和 分泌泡分泌泡 均可均可看作是看作是 内膜系统的产物内膜系统的产物 。分区化是细胞进化分区化是细胞进化高等的特征高等的特征 ，它使细胞，它使细胞的的 代谢活动的效率代谢活动的效率 比原比原核细胞大为提高。核细胞大为提高。线粒体和叶绿体则承担了一些特殊功能：线粒体和叶绿体则承担了一些特殊功能： 氧化磷酸化氧化磷酸化作用作用 主要集中在主要集中在 线粒体线粒体 中进行；中进行；第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立植物细胞的植物细胞的 光合作用光合作用 则集则集中在中在 叶绿体叶绿体 中进行。中进行。细胞表面的一层细胞表面的一层 单位膜单位膜 ，特称为，特称为 质膜质膜真核细胞的主要结构有如下几种：真核细胞的主要结构有如下几种：1. 质膜质膜 (plasma membrane)：第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立核表面是由双层膜构成的核表面是由双层膜构成的 核被膜核被膜 (nuclear envelope)， 核内包含有由核内包含有由 DNA和蛋白质构成的和蛋白质构成的 染色质染色质(chromatin)。分裂期染色质凝缩成短棒状，称为。分裂期染色质凝缩成短棒状，称为 染色染色体体 (chromosome) 。2. 细胞核细胞核核仁核仁 核孔核孔染色质染色质内膜内膜外膜外膜第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立(nucleus)存在于质膜与核被膜之间的原生质称为存在于质膜与核被膜之间的原生质称为 细胞质，细胞质，各种各种 细胞器细胞器 与与 细胞骨架细胞骨架 均存在于细胞质中。均存在于细胞质中。除除 膜围细胞器膜围细胞器 和和 细胞骨架细胞骨架 外，细胞质的其余部分外，细胞质的其余部分称为称为 细胞质溶质细胞质溶质 (cytosol)或或 胞质溶胶胞质溶胶 （过去曾称为（过去曾称为 细细胞质基质胞质基质 ， cytoplasmic matrix)。3. 细胞质细胞质第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立(cytoplasm)原核细胞与真核细胞的主要区别原核细胞与真核细胞的主要区别两类细胞在结构、代谢和遗传活动上有很大的差异两类细胞在结构、代谢和遗传活动上有很大的差异第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立要 点 原 核 细 胞 真 核 细 胞大 小 大多数很小 (110m) 大多数较大 (10100m)细胞核 无膜包围的细胞核 , 为拟核 有双层膜包围的细胞核染色体形状 环状 DNA分子 核 DNA为线性分子；线粒体和叶绿体DNA为环状分子数目 1个基因连锁群 2个或多个基因连锁群组成 DNA裸露或结合少量蛋白质 核 DNA同组蛋白结合 ; 线粒体和叶绿体中的 DNA裸露DNA序列 无或很少重复序列 有重复序列内 膜 无独立的内膜 有 , 分化成细胞器细胞骨架 无 普遍存在运动细胞器 由鞭毛蛋白丝构成简单鞭毛 由微管构成纤毛和鞭毛光合酶的分布 质 膜 线粒体和叶绿体（植物）核糖体 70S（ 50S 30S） 80S（ 60S 40S）细胞壁 肽聚糖 , 蛋白质 , 脂多糖 , 脂蛋白 植物细胞具有纤维素壁基因表达 RNA和蛋白质在同一区间合成 RNA在核中合成和加工 ; 蛋白质在细胞质中合成营养方式 吸收 , 有的行光合作用 吸收 , 光合作用 , 内吞细胞分裂 二分裂或出芽增殖 有丝分裂或减数分裂古细菌古细菌（ archaebacteria） 与真核细胞曾在进化上有过共同历程 :（ 1）细胞壁的成分 :与真核细胞一样。（ 2） DNA与基因结构：古细菌 DNA中有重复序列的存在。存在内含子。（ 3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白 ,有类似核小体结构。（ 4）核糖体：介于真核细胞（ 70-84）与真细菌（ 55）之间。（ 5） 5S rRNA：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。因此近年来，真核细胞起源于 古细菌 的观点得到了加强。三、植物细胞与动物细胞三、植物细胞与动物细胞动物细胞的模式图动物细胞的模式图 植物细胞的模式图植物细胞的模式图第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立植物细胞与动物细胞的主要区别植物细胞与动物细胞的主要区别第二节第二节 原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立要要 点点 植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞溶酶体溶酶体 圆球体与糊粉粒圆球体与糊粉粒 溶酶体溶酶体叶绿体叶绿体 有有 无无液液 泡泡 有有 无无细胞壁细胞壁 有有 无无第三节第三节 细胞的形状和大小细胞的形状和大小不同细胞的形态千差万别：呈不同细胞的形态千差万别：呈 圆形圆形 、 椭圆形椭圆形 、 柱柱形形 、 方形方形 、 多角形多角形 、 扁形扁形 、 梭形梭形 ，甚至，甚至 不定形不定形 。一、细胞的形状一、