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第一章细胞概述 第一节细胞的基本构造 一 细胞是生命活动的基本单位二 细胞的形状 大小和数量三 细胞的基本共性 一 细胞是生命活动的基本单位 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 2 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 3 细胞是有机体生长与发育的基础 Humanfetaldevelopment a At5weeks limbbuds eyes theheart theliverandrudimentsofallotherorganshavestartedtodevelopintheembryo whichisonlyabout1cmlong b Growthanddevelopmentoftheoffspring nowcalledafetus continueduringthesecondtrimester Thisfetusis14weeksoldandabout6cmlong c Thefetusinthisphotographis20weeksold Nowthefetusgrowstoabout30cminlength 4 细胞是繁殖的基本单位 是遗传的桥梁 6 关于细胞概念的一些新思考 细胞是多层次 非线性与多层面的复杂结构体系 5 细胞是生命起源的归宿 是生物进化的起点 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 具有自组装能力的自组织体系 细胞能进行自我调控 繁殖和传留后代 1 细胞的形状 细胞的形态有球形 星形 扁平 立方形 长柱形 梭形等 细胞形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点 在分化程度较高的细胞中更为明显 这是生物漫长进化过程的产物 二 细胞的形状 大小和数量 Thesize shapeofacellrelatestoitsfunction 2 细胞的大小 细胞最为典型的特点是在一个极小的体积中形成极为复杂而又高度组织化的结构 a 细胞的大小典型的原核细胞直径平均大小在1 10 m之间 真核细胞的直径平均为3 30 m 一般为10 20 m 大多数动植物细胞在20 30 m 各类细胞直径的比较 b 测量单位micrometers 1um 10 6meternanometers 1nm 10 9meter 细胞和细胞组分的相对大小 几种细胞的大小 人卵与精子 细胞的体积受什么因素控制 Whyarecellssmall 可以从3个方面进行探讨 Cellaremicroscopicinsizeforanumberofreasons 不论细胞体积相差多大 各种细胞核的大小相差不大 Theirnucleipossesalimitednumberofcopiesofeachgene 细胞体积比表面积增大速度快Ascellsizeincreasesthevolumeincreasesmuchfasterthanthesurfacearea 细胞体积相对细胞表面积呈反比关系 体积越大 表面积就越小Surfacearearelativetothevolumedecreasesassizeofcellincreases 细胞的表面积限制了细胞的大小Thesurfaceareabecomeslimitingasacellincreasesinsize Acelldependstoalargedegreeontherandommovementofmolecules diffusion Thetimerequiredfordiffusionisproportionaltothesquareofthedistancetobetraversed 细胞内物质的交流运输与细胞体积有关 细胞内的物质从一端向另一端运输或扩散是有时间与空间关系的 Thedistancebetweenthecellsurfaceandinteriorbecomestoogreatforthecell sneedtobemetbysimplediffusion 三 细胞的基本共性Basicpropertiesofcells 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 所有的细胞都有两种核酸 即DNA与RNA 3 蛋白质的合成场所都是核糖体存在于一切细胞内 4 所有细胞的增殖都是以一分为二的分裂方式进行分裂 第二节原核细胞与真核细胞 原核细胞 Prokaryoticcell 古核细胞 Archaebacteria 真核细胞 Eukaryoticcell TwoFundamentallyDifferentClassesofCells 原核细胞 真核细胞 20世纪60年代 H Ris根据细胞进化地位 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 分为原核细胞 procaryoticcell 与真核细胞 eukaryoticcell 两大类 Thereweretwobasicclassesofcells prokaryoticandeukaryotic distinguishedbytheirsizeandthetypesofinternalstructure ororganelles theycontain FigureThestructureofcells Schematicdiagramsofa generalized bacterial a plant b andanimal c cell 整个生物界最基本的类群包括3个域 原核生物 古核生物和真核生物 基本特点 遗传的信息量小 一个环状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 主要代表 支原体 Mycoplasma 细菌 Bacteria 蓝藻又称蓝细菌 Cyanobacteria 一 原核细胞 1 最小最简单的细胞 支原体 Mycoplasma 最小最简单的细胞 直径一般是0 1 0 3 m 是介于病毒和细菌之间的单细胞生物 营寄生生活 可通过滤菌器 无细胞壁 以一分为二的方式分裂繁殖 支原体 A 及其模式图 B 肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的TEM照片 1 细菌细胞 Bacteria 原核生物的主要代表 分布最广 个体数量最多 与人类关系极为密切的有机体 根据外形可分为3种形态 球菌 杆菌和螺旋菌 弧形菌 绝大多数细菌的直径在0 5 5 m之间 没有典型的核结构 有明显的核区或称类核 主要由一个环状DNA分子盘绕而成 核区四周是较浓密的胞质物质 除了核糖体 没有类似真核细胞的细胞器 细菌增殖方式极为简单 迅速 一分为二 2 原核细胞的两个代表 细菌和蓝藻 Figure1 10Bacterialshapesandsizes Drawingshowingtypicalspherical rodlike andspiral shapedbacteriadrawntoscale 细菌有不同的形状和大小 图中画的分别是典型的球状 杆状和螺旋状细菌 其中螺旋状的细胞是一种能引起梅毒的细菌 链球菌 大肠杆菌 沙门氏菌 梅毒密螺旋体 大肠杆菌 淋病球菌 肉毒梭菌 弧形霍乱菌 2 蓝藻细胞 Cyanobacteria 又称蓝细菌 是最简单的光能自养型生物之一 直径一般在1 10 m 蓝藻细胞仅有十分简单的光合作用结构装置 遗传信息载体与其他原核细胞一样 是一个或数个环状DNA分子 但遗传信息量很大 蓝藻 FigureCyanobacteria Electronmicrographofacyanobacteriumshowingthecytoplasmicmembranesthatcarryoutphotosynthesis 二 古核细胞 古细菌archaeobacteria 原核生物在极早时候演化为两大类 古细菌 archaeobacteria 与真细菌 eubacteria 古细菌可能是细胞生存的更为原始的类型 古细菌称为古核生物 古核生物细胞的形态结构与遗传结构装置与原核细胞相似 但有些分子进化特征更接近真核细胞 古细菌是一些生长在极端特殊环境中的细菌 它们可能代表了原始地球环境中生命存在与繁衍的特定形式 extremophiles 嗜极菌 includingmethanogens 产烷生物 halophiles 嗜盐生物 acidophiles 嗜酸细菌 thermophiles 嗜热生物 hyperthermophiles 超嗜热菌 古细菌形态多样 具有细胞壁 细胞大小在0 1 15 m不等 分裂方式有二分分裂 出芽等 古核细胞与真核细胞曾在进化上有过共同历程主要证据进化系统树 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 2 DNA与基因结构 古细菌DNA中有重复序列的存在 基因组中存在内含子 3 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 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 5 5SrRNA 根据对5SrRNA的分子进化分析 认为古细菌与真核生物同属一类 5SrRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似 古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切 进化系统树 真核细胞都含有核糖体并有质膜包裹 比原核细胞复杂的多 有一个由核膜包围的典型的细胞核 这样在细胞内部就分为细胞核和细胞质两大部分 细胞核直径约5 m DNA分子呈线状 包含着细胞的遗传信息 三 真核细胞 1 真核细胞的基本结构体系 以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 主要功能是使细胞功能区域化 以核酸 DNA或RNA 与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 主要功能是控制遗传信息的表达 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统 主要功能是支持细胞的有形结构 为细胞提供运输轨道 ThreestructuralsystemsinEukaryotes 2 植物细胞和动物细胞的比较 Plantcellandanimalcell 3 原核细胞与真核细胞的比较 细胞膜系统的分化与演变细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志 真核细胞出现了核被膜真核细胞具有精细的网络状的细胞骨架系统遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化 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 思考题 1 生命 可以很容易被识别 但它很难被定义 字典上生命的定义是 生命是区分活着的物体或有机体与死亡物体和无机物的状态或质量 生命的特性主要是代谢 生长和繁殖能力以及对刺激的反应 生物学的教科书上通常这样解释 例如参考目前流行的教材 活的生物是 1 对比于自然界无生命物体具有高度的组织性 2 显示出动态平衡 维持一个相对稳定的内部环境 3 能自我繁殖 4 从简单的起点开始生长和发育 5 能从