细胞生物学课件第二章细胞的统一性与多样性

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细胞结构的生命体第三节非细胞结构的生命体,第一节细胞的基本概念,细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位细胞的基本共性细胞概念的一些新思考,细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位,1、细胞是是构成有机体的基本结构单位2、代谢与功能的基本单位，具有完整的代谢和调节体系，不同的细胞执行不同的功能；3、具有自我复制的能力，是生长与发育的基础4、细胞是遗传的基本单位，具有发育的全能性。5、没有细胞就没有完整的生命,细胞的基本共性,具有相似的化学组成-元素11+14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式进行分裂。,生命,具有新陈代谢功能、具有遗传和繁殖能力。具有生命的物体称为生命体，也叫生物。,1、所有细胞具有细胞膜,核糖体,细胞分裂,核酸,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；,第三节非细胞结构的生命体,一、病毒1、病毒的发现2、病毒的基本特征3、病毒的形态和结构4、病毒的分类5、病毒在细胞内的活动,二、类病毒三、病毒的进化地位四、蛋白质感染因子,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(receptorbindingprotein)，与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。,2、病毒的基本特征,LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000),3、病毒的结构,由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白质衣壳(capsid)所构成，称核衣壳(nucleocapsid)。各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只含有3个基因，多的可达300个基因。,有的病毒衣壳外面尚有一层被膜(envelope)，这层被膜是病毒粒子脱离细胞时，包被上的宿主细胞的质膜，被膜中含有病毒融合蛋白，如流感病毒。病毒融合蛋白在病毒进入宿主细胞时起着关键作用。组成病毒衣壳的亚单位称壳微粒(capsomer)。病毒的形成不需要酶的参加，只要条件具备，便可完成自我装配。一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（virion）。其装配形式有二十面体对称、螺旋对称和复合对称三种类型。,Viruses,病毒有五种形态：球形(Sphericity)：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等；丝形(Filament)：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒，人类流感病毒有时也可形成丝形；弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物病毒。砖形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；蝌蚪形(Tadpole-shape)：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。其中为二十面体对称;、为螺旋对称;、复合对称。,脊髓灰质炎病毒球形病毒,烟草花叶病毒线形病毒,痘病毒砖形病毒,狂犬病毒子弹形病毒,有被膜,T4噬菌体蝌蚪形病毒,流感冒病毒丝状有被膜的病毒,根据寄生的宿主不同，病毒可分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒(即噬菌体)根据病毒所含的核酸的性质和状态不同，可将病毒分为6类：双链DNA+mRNA蛋白质，如天花病毒、T-偶数噬菌体。单链+DNADNA+RNA蛋白质，如细小DNA病毒。双链RNA+mRNA蛋白质，如呼肠孤病毒。单链+RNARNA+RNA蛋白质脊髓灰质炎病毒。单链RNA+RNA+蛋白质，如流感病毒、狂犬病毒。单链+RNADNADNA+mRNA蛋白质，即逆转录病毒（retrovirus）又称RNA肿瘤病毒(oncornavirus)。,4、病毒的分类,反转录病毒的生活史,5、病毒在细胞内的活动,病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象。病毒的生活周期可分为两个阶段：细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在；细胞内阶段，即感染阶段，在此阶段中进行复制和繁殖。感染阶段开始时，病毒的遗传物质由衣壳中释放出来，注入宿主细胞中，然后在病毒核酸信息的指导控制下，形成新的病毒粒子。,二、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个核苷酸单链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约4050nm，不能制造衣壳蛋白。,三、病毒的进化地位,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：生物大分子病毒细胞病毒生物大分子细胞生物大分子细胞病毒,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、蛋白质感染因子,S.B.Prusiner1982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。蛋白质感染子蛋白(prionprotein，简称PrP)，由Prnp基因编码，该基因位于人20号染色体，小鼠2号染色体。这种蛋白质存在于神经元和神经胶质细胞表面上，可能其信号转导作用。正常Prnp基因产物为PrPc蛋白，对蛋白酶很敏感，具有致病作用的是PrPSc蛋白。,PRION,PrPC,PrPSC,PrPsc的增殖,vCJD病人大脑组织切片，左、海绵状病变及周围的沉淀斑，右、淀粉样蛋白沉淀，短线表示50um。引自StanleyB.Prusiner1997,目前已知的人类PRION疾病主要有：,克-雅二氏病（CreutzfeldtJakobdisease，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-StrausslerScheinkerdisease）：由Prnp基因缺陷引起。克鲁病（Kuru）：PRION感染。致死性家族性失眠症（Fatalfamilialinsomnia，FFI）：Prnp基因变异。,第二节细胞结构的生命体,原核细胞古核细胞真核细胞,原核细胞,没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，称为拟核(nucleoid)。DNA为裸露的环状双螺旋分子，通常没有结合蛋白，没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有的产生孢子。支原体、衣原体与立克次氏体细菌蓝藻,支原体mycoplasma,大小通常为0.20.3m，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。基因组为环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（terminalstructure），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。,肺炎支原体,衣原体和立克次氏体,衣原体（Chlamydia）直径200nm-500nm，能通过滤菌膜。立克次氏体（Rickettsia）略大。细胞壁结构类似于革兰氏阴性菌，酶系统不完全，必须在寄主细胞内生活，有摄能寄生物(energeparasite)之称。砂眼是衣原体引起的，由于能形成包含体，起初被认为是大型病毒，1956年，我国著名微生物学家汤飞凡及其助手张晓楼等人首次分离到沙眼的病原体。立克次氏体也是专性细胞内寄生的，与衣原体的不同处在于其细胞较大，无滤过性，合成能力较强，且不形成包涵体。,Chlamydiapneumoniaeassociatedwithmacrophages(RAWcells).A.TypicalpearshapedEBs(arrows)areshownatthemacrophagesurface.B.IntracellularEBs.,蓝藻,又称蓝细菌，是最简单的自养生物。它的光合作用类似于高等植物，而不同于光合细菌。没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕光装置。DNA分子环状，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。体积比其它原核细胞大得多，直径约10m左右，甚至可达70m(颤藻)。属单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：属蓝藻门念珠藻类的发菜(nostoccommunevar,flagtlliforme)就是蓝藻的丝状体。,Cyanobacteria,细菌,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。绝大多数细菌的直径在0.55m之间。细菌的结构和特点：,细菌的结构和特点,1、细胞壁2、细胞膜3、拟核4、核糖体5、质粒,6、荚膜7、鞭毛8、菌毛9、繁殖,大肠杆菌,淋病球菌,1、细胞壁：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层，像胶合板一样，粘合成多层。革兰氏阳性菌细胞壁厚约2080nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含20-40的磷壁酸（teichoicacid），有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。,图3-10细胞壁的结构,Grampositivebacterialcellwallstructurediagram,2、细胞膜：厚约810nm，外侧紧贴细胞壁，通常不形成内膜系统。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为间体(mesosome)，因其与DNA有联系，推测可能起DNA复制的支点作用。,白喉杆菌的间体,3、拟核：没有核膜，DNA分子裸露，所含的遗传信息量可编码20003000种蛋白质，空间构建十分精简。,4、核糖体：约含500050000个。部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。沉降系数为70S。由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成。30S的小亚单位对四环素与链霉素敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。,5、质粒(plasmid)：除核区DNA外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状DNA分子，所含遗传信息量为2200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,6、荚膜：细菌最外表的一层多糖类物质，边界明显的称荚膜（capsule），如肺炎球菌，边界不明显的称粘液层（slimelayer），如葡萄球菌。功能：抵御不良环境；保护自身不受吞噬；选择性的粘附到特定细胞的表面上。,Negativestainedbacteria,7、鞭毛：是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。,8、菌毛：是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察。与细菌运动无关，根据形态、结构和功能，分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。,9、繁殖：以二分裂的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,ThesporeofBacillusanthracis,真核细胞,真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其形状原核细胞与真核细胞的比较古核细胞与真核细胞的比较三种类型细胞异同,古核细胞与真核细胞的比较,（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）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，而真细菌却与之差距甚远。5SrRNA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。,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；以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,基本结构,具有核膜，由膜围成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等在结构上形成了一个连续的体系，称为内膜系统。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化(compartmentalization)。区隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。,1、原生质(protoplasm)：1839Purkinje用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。2、质膜（plasmamembrane）：是细胞表面的单位膜。3、细胞核：细胞核（nucleus）是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被膜（nuclearenvelope），核内包含有由DNA和蛋白质构成的染色体（chromosome）。核内1至数个小球形结构，称为核仁（nucleolus）。细胞核中的原生质称为核质。,4、细胞质（cytoplasm）：质膜与核被膜之间的原生质。5、细胞器(organelle)：具有特定形态和功能的显微或亚显微结构称为细胞器，如：endoplasmicreticulum、Golgibody、lysosome、mitochondrion、chloroplast、cytoskeleton、centriole、microbody。6、细胞质基质（cytoplasmicmatrix）细胞质中除细胞器以外的部分。