细胞生物学第二章课件

彭扣,南昌大学生命科学与食品工程学院,第二章细胞的统一性和多样性,第一节：细胞的基本特征第二节：原核细胞、古核细胞和真核细胞第三节：非细胞形态的生命体病毒,本章内容提要：,相似的化学组成；,基本一致的结构形式,类似的遗传语言；,相似的代谢调控机制。,第一节细胞的基本特征,一、细胞是生命活动的基本单位（一）细胞是构成有机体的基本单位,人体由200种不同的细胞组成,（二）细胞是代谢与功能的基本单位（三）细胞是有机体生长与发育的基础（四）细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁（五）细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点.,细胞概念的一些新思考,（1）细胞是物质（结构）-、能量-与信息过程-精巧结合的综合体,（2）细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组体系,二、细胞的基本共性（1）相似的化学组成（2）脂-蛋白体系的生物膜（3）相同的遗传装置（4）一分为二的分裂方式。,生物界的基本类群,代谢方式,遗传信息传递方式,基因表达调控,信转传导,一、原核细胞,第二节原核细胞,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（mycoplast）最小最简单的细胞；细菌蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）另外还包括：立克次氏体、衣原体、放线菌等。,原核细胞的结构模式图,中间体,DNA,核糖体,质粒,二、最小最简单的细胞-支原体,基本特点：,无细胞壁，形态可随机变化；膜胆固醇多；,有核糖体和环状双螺旋DNA较均匀地散布在细胞内；无核区；,体积小：0.2-0.3微米；仅为细菌1/10；可通过滤菌器,最早发现的支原体为拟胸膜肺炎病原体PPLO尤其是一些慢性病（呼吸道病、胸膜肺炎、关节炎与尿道炎等）的病原体为支原体。,从保证一个细胞生命活动运转所必需的条件看，维持细胞基本生存的基因应在200-300个，这些基因产物进行酶促反应所必须占有的空间直径50nm，加上核糖体（每个核糖体10-20nm），细胞膜和核酸等，可推算，一个细胞体积的最小极限直径为140-200um,支原体正接近这个极限。,自然界最小的细胞：,三、原核细胞的两个代表类群-细菌和蓝藻（1）细菌细胞,1.细菌细胞的表面结构,2.细菌细胞的核区与基因组,3.细菌细胞核外DNA,4.细菌细胞核糖体,5.细菌细胞内生孢子,6.细菌增殖与调控,细菌,基本特征：细胞质膜、细胞壁和特化结构：中膜体、荚膜与鞭毛等。（1）细胞壁：位于细胞质膜外的一层较厚、较坚韧并略具弹性的结构。主要成分：肽聚糖，即由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽。G+壁厚20-80nm,壁酸含量高90%；G-壁薄10nm，壁酸含量仅5%。壁外覆盖由脂多糖、磷脂和蛋白质组成的外膜，可对其有保护作用。,1细菌细胞的表面结构,革兰氏阳性菌（A）与革兰氏阴性菌（B）的细胞壁的比较,G-对青霉素不敏感,（2）细菌细胞质膜选择性交换的半透性膜内侧含有电子传递与氧化磷酸化酶系，可进行有氧呼吸；内侧含有丰富的酶系，可完成内质网、高尔基体和线粒体所承担的大部分工作。外侧含有受体蛋白，对周围环境能应答。,（3）中膜体（又称间体或质膜体），由细胞膜内陷形成的囊泡状，管状或包层状膜结构。常见细菌分裂期的隔或横壁旁边；推测可能起DNA复制的支点作用；,荚膜位于细胞壁表面的一层由葡萄糖与葡萄糖醛酸组成的松散的粘液状聚合物，也含多肽和脂质。保护细胞免受干燥的影响，免受细胞细胞吞噬，可作为细菌营养物质被利用。,特点：DNA聚集的核区，无核膜，无核仁；一个环状DNA分子，可折叠，但无蛋白质结合半保留复制，在一个特定的起始点首先形成一个复制泡，沿环双向复制的模型。复制不受细胞分裂周期的限制，可连续进行；DNA复制、RNA转录、蛋白合成的结构装置没有在空间隔开，且可同时进行。,2细菌细胞的核区与基因组,细菌的复制、转录和翻译同时进行,3.细菌细胞核外DNA自主复制的质粒大肠杆菌性因子（f因子）、大肠感觉素因子（col因子），抗药因子（r因子）4.细菌细胞的核糖体核糖体与mRNA形成多核糖体；沉降系数70S,由大（50S）与小（30S）单位组成。细菌核糖体数量与细胞生理状态的关系密切；饥饿，核糖体数剧减。,5.细菌细胞内生孢子很多G+细菌处于不利的环境或耗尽营养时，形成内生孢子，称芽孢。6.细菌细胞的增殖及其调控细菌细胞的增殖：二分裂方式增殖快，如大肠杆菌每20min一代，而其DNA复制则需要40min,是细胞周期长度的两倍。原因是在迅速增殖的细菌中，上一次DNA复制尚未完成时，下一次复制就已经开始了。,基本特征：自养型原核生物，能进行与高等植物类似光合作用。单细胞生物，“发菜”是蓝藻的丝状体。与光合细菌区别：蓝藻光合系统中具有叶绿素a和光系统，以水为电子供体，产O2，光合细菌不产O2.（1）细胞结构细胞壁和胶质的鞘。肽聚糖层类似G-，但含有纤维素。细胞质部分含有同心环样的膜片层结构的类囊体。类囊体上含有藻胆蛋白，将光能传递叶绿素a.,蓝藻细胞(蓝细菌),蓝藻,含有多个拷贝的环状DNA，有许多是多倍体,(2)细胞分裂二分裂，出芽，断裂和复分裂等方式增殖。(3)异形胞N源不足，5%-10%的细胞转化形成含有固氮酶，丢失光系统，仅光系统制造的ATP为能量，将N2还原NH3。,第三节真核细胞,特征：遗传信息量大、结构更加复杂,主要内容：,一、真核细胞的基本结构体系,二、细胞的大小及其影响因素,三、真核细胞与原核细胞的比较,四、植物细胞与动物细胞的比较,A生物膜系统,B遗传信息传递与表达系统,C细胞骨架系统,一、真核细胞的基本结构体系（一）生物膜系统厚度8-10nm组分：脂质和蛋白质细胞内部由双层核膜将细胞分为细胞质和细胞核细胞质内部有许多以膜围成的细胞器：线粒体、叶绿体、高尔基体、溶酶体、内质网,细胞膜内质网高尔基复合体核膜线粒体溶酶体过氧化氢体小泡等,核糖体中心体微管微丝中间纤维染色质核仁基质,膜相结构,非膜相结构,具有膜成份的细胞结构,不具有膜成份的细胞结构。,（二）遗传信息传递与表达系统组分：核酸和蛋白质核小体：由DNA与组蛋白构成染色质基本结构，核小体进一步盘绕折叠成紧密程度不同的常染色质和异染色质核仁：转录rRNA与装配核糖体亚单位场所（三）细胞骨架系统组分：由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统胞质骨架：主要由微丝、微管与中等纤维构成。核骨架：包括核纤层和核基质,细胞膜系统的分化与演变1、细胞核与细胞质2、细胞骨架遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化1、DNA由环状单倍性到线状多倍性、基因数量加；2、基因表达多层次调控；3、含非编码序列（内含子或间隔序列）；4、酶和调控蛋白组成的复杂体系调控细胞周期；5、细胞周期分细胞间期和分裂期，DNA复制限制于S期，分裂期出现纺锤丝，有染色体和染色质的交替，属间接分裂。,二、原核细胞与真核细胞的比较,原核细胞与真核细胞基本特征比较,原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,植物细胞特有的结构1、细胞壁植物细胞壁如何形成的？2、液泡调节细胞内环境作用。3、叶绿体进行光合作用的细胞器,三、植物细胞与动物细胞的比较,动物细胞与植物细胞的比较,四、细胞的大小及其影响因素,各类细胞直径的比较,蛋白质、核糖体RNA的含量决定，其他的一些有机分子：如DNA、糖类、脂质、mRNA以及tRNA所占权重较小。,影响因素：,一种核糖体蛋白：mTOR,常发现于极端特殊环境中的一类微生物，如产甲烷细菌、盐细菌、硫氧化菌、热原质体等。其形态结构类似原核生物，但其分子进化更接近真核生物。（一）古细菌的细胞壁不含胞壁酸和D-氨基酸，因此青霉素和万古霉素不敏感。（二）古细菌的质膜脂质由带分支的C-H链末端以醚键,鲨烯衍生物,古核生物,与细菌相似点：DNA为环状、有操纵子结构、大部分基因无内含子、有多基因mRNA存在。与真核细胞相似点：DNA和组蛋白结合成类似核小体结构；tRNA和rRNA，甚至部分编码蛋白质的基因中有内含子；RNA聚合酶为复杂多聚体；翻译起始的Met(细菌是fMet);tRNA的TC臂上无胸腺嘧啶。（四）核糖体核糖体沉降系统虽70S，但含有60种以上蛋白质，介于真核和真细菌之间。RNA与蛋白质的性质更接近真核生物，如5SrRNA分子进化分析其亲缘关系更接近真核生物。,（三）DNA与基因结构,一、病毒的基本知识结构：由核酸和蛋白质外壳组成。病毒与细胞的区别：（1）病毒很小，结构极其简单。（2）遗传载体的多样性。（3）彻底的寄生性。（4）病毒是以复制和装配的方式进行增殖,第四节非细胞形态的生命体-病毒,(a)腺病毒；(b)HIV病毒；(c)噬菌体,a,b,c,牛传染性鼻气管炎病毒的超微结构,（1）真病毒由核酸和蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体（2）亚病毒如类病毒，仅由一个有感染性的环状RNA分子构成。（3）朊病毒具有感染性的蛋白质，其一级结构同正常蛋白相同，但其构象发生了改变，并可改变其正常蛋白的构象。如羊瘙痒病、疯牛病等,病毒种类,类病毒的电镜图片,A类病毒仅由环状的RNA分子构成，因为分子间部分碱基相互配对，其形态呈棒状。,B经变性处理后，可观察到环形的类病毒分子。,根据病毒感染的宿主范围分类：（1）动物病毒（2）植物病毒（3）细菌病毒（噬菌体）根据核酸类型的不同分类（七种）（1）DNA病毒（双链和单链）（2）RNA病毒（双链和单链）单链RNA病毒又分正链RNA病毒和负链RNA病毒。根据核壳体形态：立体对称型和螺旋对称,病毒的基本类型,病毒的基本结构和常见的病毒,核壳体：衣壳和核酸构成；衣壳（capsid)、衣粒(capsomer)、囊膜(envelope)；病毒的免疫原性主要由其囊膜蛋白或衣壳蛋白所决定；常见病毒：腺病毒、疱疹病毒、烟草花叶病毒；常见病毒性疾病：H1N1型流感、SARS、HIV；,要点：,病毒结构的示意图,A腺病毒呈20面体立体对称,B疱疹病毒的衣壳呈20面体对称，衣壳外包被一层脂双层囊膜。,C烟草花叶病毒的衣壳蛋白与内部的基因组RNA相结合，病毒呈螺旋对称。,戊型肝炎病毒的冷冻电镜切片,A病毒表面的衣壳蛋白,B病毒的内剖图,二、病毒在细胞内的增殖,病毒识别并侵入宿主细胞，病毒“篡夺”细胞DNA对代谢过程的“指导”作用，利用宿主细胞的全套代谢机构，以病毒核酸为模板，进行病毒核酸的复制和转录，并翻译病毒蛋白质，进而装配成新一代病毒颗粒，最后从细胞中释放出来，再感染其他细胞。,在细胞核内增殖的腺病毒,已装配好的腺病毒在核内呈晶格样排列。一个细胞内可繁殖数万个病毒。,（一）病毒识别和侵入细胞主动“胞饮”方式进入；有囊膜的，则通过其囊膜与细胞质膜融合方式进入；噬菌体是将其核酸注入。（二）病毒核酸复制、转录与蛋白质合成DNA病毒RNA病毒反转录病毒（三）病毒的装配、成熟和释放,病毒在细胞中的增殖过程,病毒在细胞中的增殖过程图解,结构完整的，并具有感染性的病毒称为病毒粒子或成熟病毒,早期蛋白：病毒DNA复制之前所表达的蛋白质为早期