细胞生物学第二章细胞的统一性与多样性

细胞生物学cellbiology,主讲：时丽冉,第二章细胞的统一性与多样性,第一节细胞的基本概念第二节病毒第三节原核细胞与古核细胞第四节真核细胞基本知识概要,第一节细胞的基本概念,一、如何理解细胞是生命活动的基本单位二、细胞的基本共性,细胞的定义：细胞是生命活动的基本单位,如何理解这一定义？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由1014个细胞构成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、细胞是有机体生长发育的基础细胞的增殖与分化、细胞的凋亡使有机体正常生长发育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,细胞的基本共性,1、共同的化学元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等2、共同的生物小分子核苷酸、氨基酸、脂肪酸、单糖3、共同的生物大分子核酸、蛋白质、脂质、糖类4、结构上的共性,细胞结构上的共性,（1）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜（2）所有的细胞都有两种核酸DNA与RNA，作为遗传信息复制与转录的载体（3）一切细胞（除个别特化细胞）都有蛋白质合成机器核糖体（4）所有细胞增殖都以一分为二的方式进行分裂，遗传物质在分裂前复制，分裂时均匀分配到两个子细胞中去,第二节病毒（virus),一、病毒的基本知识1、病毒的结构,核酸（一个DNA或RNA分子）,壳体（由蛋白质构成的子粒组成）,包膜（脂质与蛋白质组成）,包膜小体（糖蛋白）,HIV病毒,糖蛋白,包膜,RNA,逆转录酶,壳体,一、病毒的基本知识,DNA病毒,RNA病毒,双链DNA病毒,单链DNA病毒,双链RNA病毒,单链RNA病毒,2病毒的分类,根据宿主,根据形态,根据核酸类型,动物病毒,植物病毒,噬菌体,立体对称型病毒,螺旋型病毒,二、病毒的增殖,（一）病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染首先病毒要识别细胞，动植物病毒以主动吞饮或包膜与细胞膜融合的方式进入细胞，壳体被水解裂解，释放出核酸。噬菌体仅将核酸注入细胞。（二）病毒核酸的复制、转录与蛋白质合成1、双链DNA,病毒DNA进入核,翻译早期蛋白,关闭宿主基因调控,以病毒DNA为模板复制DNA,转录病毒mRNA,翻译病毒蛋白质,二、病毒的增殖,以病毒RNA为模板翻译早期蛋白,RNA进入宿主细胞,以病毒RNA为模板复制RNA,转录mRNA,翻译病毒蛋白,3、单链RNA肿瘤病毒,2、单链RNA病毒,病毒RNA进入细胞,反转录酶,反转录病毒DNA,病毒DNA整合入宿主DNA,转录病毒RNA与mRNA,翻译病毒蛋白质,二、病毒的增殖,3、病毒的装配、成熟与释放（1）、无包膜病毒病毒的核酸与蛋白质在宿主细胞内分别合成，两者装配成核壳体，病毒成熟，快速释放，细胞崩解。（2）、有包膜病毒病毒的核酸与蛋白质分别合成后装配成核壳体，穿过细胞膜缓慢释放，外包一层细胞膜成为包膜,三、病毒的起源,三种观点,1、,生物大分子,病毒,细胞,2、,生物大分子,病毒,细胞,3、,生物大分子,细胞,病毒,第三节原核细胞与古核细胞,一、原核细胞（一）最小最简单的细胞支原体（二）细菌（三）蓝藻二、古核细胞,原核细胞简介,1、原核细胞包括：支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻等2、基本特点：（1）遗传信息量小，仅由一个环状DNA构成。（2）无以膜为基础的细胞器和细胞核3、出现时间：35亿年前4、大小：直径在0.210um,（一）最小最简单的细胞支原体,1、结构：10nm膜、环状DNA均匀分散在细胞内、多聚核糖体指导合成约700种蛋白质2、大小：0.10.3um,仅为细菌的十分之一3、寄生，多为病原体,图示,支原体结构模式图,肺炎支原体,支原体荧光图片,（一）最小最简单的细胞支原体,2、为什么说支原体是最小最简单的细胞？（1）一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能：细胞膜、DNA与RNA、核糖体，以及催化主要酶促反应的酶，这些支原体都具备（2）推算一个细胞要完成生命活动运转所需最小体积为100nm，最小的支原体已接近这个极限,（二）细菌,1、细菌细胞的表面结构（1）细胞膜810nm，多功能（2）中膜体（间体、质膜体）细胞膜内陷而成，一个或数个，为DNA复制时的支撑点（3）细胞壁（4）荚膜（5）鞭毛2、核区与基因组：称为拟核、类核，无核膜、核仁，DNA很少或没有与组蛋白结合，半保留双向复制，DNA复制可连续进行，与细胞分裂不同步，复制、转录、翻译同时进行，无空间隔离和时间的阶段性,图,（二）细菌,3、细菌细胞的核糖体：500050000个，沉降系数70S4、质粒plasmid：核外DNA，可自主复制，如性因子f质粒、抗药质粒，常用做基因转移的载体5、内生孢子（芽孢）：休眠体，渡过不良环境6、增殖方式：直接分裂,大肠杆菌,淋病球菌,霍乱弧菌,细菌的细胞壁,细菌的鞭毛,细菌的荚膜,（三）蓝藻,最简单的自养植物类型，体积大，10um左右，环状DNA1、中心质：相当于细菌的核区，遗传信息量大2、光合片层：同心环排列，其上有藻胆蛋白，只有叶绿素a3、细胞内含物：蓝藻淀粉、脂滴、多磷酸质体等4、细胞表面结构：细胞壁、鞘5、分裂方式：无丝分裂,图,各种形态的蓝藻,二、古核细胞（古细菌）,1990年由Woese提出三域学说。在漫长的进化过程中，每种生物细胞内的信息分子序列都在不断突变，这种突变在时间上是随机的，进化速率相对恒定，即具时钟性。因此物种间的亲缘关系可用它们共有的某个具时钟性的基因或其产物蛋白质在序列上的差别进行描述。Woese选择了一种名为小亚基核糖体核酸的分子5SrRNA，发现甲烷球菌是一种不同于真核生物也不同于原核生物细菌的生物。,古细菌,古核细胞简介,1、产甲烷球菌：生活在富有机质但完全无氧的环境。如沼泽、水稻田、反刍动物的胃。参与地球的碳素循环。2、极端嗜盐菌：盐湖、盐田、腌制品表面，盐10%3、极端嗜热菌：分布于含硫或硫化物的陆相或水相地质热点。如含硫的热泉、泥潭、海底热溢口。热网菌能在113度环境中生长。古细菌在结构、产能、代谢、分裂等方面类似于细菌，但在复制、转录、翻译方面接近于真核生物。,古细菌与真细菌的比较,第四节真核细胞基本知识,一、真核细胞的基本结构二、细胞的大小及分析三、细胞形态结构与功能的关系四、植物细胞与动物细胞的比较五、真核细胞与原核细胞的比较,一、真核细胞的基本结构,1、生物膜系统：细胞膜及细胞内膜系统绝大多数酶定位在膜上，绝大多数生化反应在膜上进行。膜包围细胞器、区室化是与原核细胞最根本的区别。2、遗传信息表达系统：（1）染色体，遗传信息的载体（2）核仁,转录rRNA,合成核糖体亚单位（3）核糖体，80S，遗传的表达系统3、细胞骨架系统：由特异的结构蛋白装配成的网架系统,二、细胞的大小及分析,1、各类细胞大小差异较大，特殊大小的细胞:卵细胞2、细胞体积守恒定律：动植物细胞不论种的差异多大，同一器官与组织的细胞大小倾向于在一个恒定的范围之内。器官的大小主要决定于细胞的数量而与细胞的大小无关,二、细胞的大小与分析,3、决定细胞体积的因素（1）细胞的体积与相对表面积成反比，所以体积越大，相对表面积越小，细胞进行内外物质交换的效率越低（2）细胞的最小体积不能小于100nm（3）核质关系，细胞所含遗传信息量有一定限度，因此一个核所能控制的细胞质的量也有一定限度。NP=1/9（4）细胞内物质的交流运输与细胞体积的关系，如体积过大，会影响物质传递与交流速度,三、细胞形态与功能的关系,细胞的形态由以下因素决定：1、细胞内部结构（细胞骨架支撑）2、自身的表面张力3、机械压力形态多样，与功能相联系，例如：1、红细胞，扁圆形，运输氧气2、动物的分泌细胞，具极性3、植物的传递细胞，膜内陷，表面积增大4、生殖细胞，精子，卵5、神经细胞，很长,人类红细胞,巨噬细胞,神经元细胞,人类精子,植物气