细胞生物学第2章细胞的统一性和多样性

第二章细胞的统一性和多样性,Chapter2UniformityandDiversityofthecell,有机体多样性,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。目前地球上已知生物约有200万种，其中植物150万种，动物30万种，微生物20万种。除病毒外，一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。（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）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性（五）细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。,细胞是有机体基本单位,细胞是遗传的基本单位,（六）细胞概念的一些新思考,1、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2、细胞是物质、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；3、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；,细胞是多层次非线性的复杂结构体系,细胞完成各种化学反应,细胞需要和利用能量,二、细胞的基本共性,相似的化学组成。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。,第二节原核细胞与古核细胞,古核细胞，就是古细菌，从进化上看，原核生物细菌可分为真细菌和原细菌二大类，真细菌即一般的细菌，原细菌即古细菌。古核细胞（古细菌）的形态、遗传结构与原核生物相似，但有些分子进化特征接近真核生物。所以有些生物学家建议将生物分为原核生物、古核生物、真核生物三大类，将其细胞相应分为原核细胞、古核细胞、真核细胞。,原核生物,真核生物,生命的六角大厦,一、支原体（如引起关节炎、尿道炎、呼吸道病的病原体）1、特征：最小、最简单的细胞；具细胞膜无细胞壁；环状双螺旋DNA；二分分裂；能人工培养。2、基本结构与功能已简单到极限（1）只具备一个细胞生存与增殖必须具备的结构与机能。（2）生命细胞的极限体积为100nm,支原体,二、原核生物的代表：细菌和蓝藻（一）细菌1、细菌细胞的核区与基因组核区、基因组、细菌DNA复制（一个复制起点双向复制-一个复制子；特例：模型）2、细菌细胞表面结构：细胞膜、中膜体（DNA复制的支点）、荚膜与鞭毛。3、核糖体70S50S23SRNA,5SRNA,30Pr30S16SRNA,20Pr4、核外DNA5、细菌细胞内生孢子（芽孢）,细菌结构,球菌,大肠杆菌,弧形霍乱菌,细菌的鞭毛,大肠杆菌的分裂,细菌性疾病,1空气传播的细菌病：白喉；军团菌热；脑膜炎；百日咳；丹毒；链球菌肺炎；结核病;猩红热；2节肢动物媒介的病毒病：斑疹伤寒；鼠疫3直接接触传播的病毒病：炭疽；淋病；麻风病；梅毒；破伤风；砂眼；4食物和水传播的病毒病：肉毒中毒；霍乱；伤寒；脓毒性休克；5其它细菌病：牙菌斑；龋齿;幽门螺旋杆菌；,与A类链球菌感染有关的病症,（二）蓝藻细胞（蓝细菌）1、蓝细菌的特点：（1）能进行光合作用（没有叶绿体）；（2）含环状DNA分子（遗传信息量很大）；（3）细胞的体积比其它原核细胞大得多（直径一般在10um，有的可达70m）。蓝细菌举例：“发菜”是蓝藻的菌丝体，绿肥红萍是一种固氮蓝藻与水生蕨类满江红的共生体。科研：（H酶）,2、蓝细菌的结构中心质：DNA所在部位光合作用片层：细胞质部位呈同心环样的膜片层结构，上有藻胆蛋白体（作用是将光能传给叶绿素a，进行光合作用，放出氧气）。内含物：蓝藻淀粉、蓝藻颗粒体、脂滴细胞表面结构：细胞壁、胶质鞘（抵抗不良环境）细胞分裂：二分分裂,三、古核细胞（古细菌）古核细胞，就是古细菌，从进化上看，原核生物细菌可分为真细菌和原细菌二大类，真细菌即一般的细菌，原细菌即古细菌。古核细胞（古细菌）的形态、遗传结构与原核生物相似，但有些分子进化特征接近真核生物。所以有些生物学家建议将生物分为原核生物、古核生物、真核生物三大类，将其细胞相应分为原核细胞、古核细胞、真核细胞。,最早发现的古细菌是甲烷菌，后又发现了盐细菌、亲热酸菌、热支原体等100多种。这些细菌往往生活在一些特殊的极端环境下。例如，嗜盐细菌生活在死海、盐湖中，其含盐量达2530%；亲热酸菌如硫化叶菌生活在高温酸性环境，可在pH13，85的含硫温泉中将元素硫转变成硫酸，而甲烷菌（沼气产生菌），必须生活在严格厌氧条件下。20世纪70年代有人在太平洋深海热泉的高温海水中还发现了耐高温高压细菌，这种细菌可在300400正常生存。古细菌是人类宝贵的资源，例如Taq聚合酶（最适温度）,研究表明古细菌没有核膜，DNA也为一环状结构，因此长期以来人们把它们归属于原核生物，但是这些年来的研究发现它们与真细菌有着显著不同，与真核细胞相似。（1）首先它们的细胞壁不含肽聚糖，真细菌都含有肽聚糖。（2）DNA中含有重复序列及内含子，真细菌不含重复序列及内含子。（3）核小体结构，具组蛋白真细菌裸露（4）核糖体蛋白质种类介于真核细胞与真细菌之间。真细菌核糖体蛋白质种，真核细胞糖体蛋白质-种，古细菌糖体蛋白质种左右。（）根据对核糖体5SrRNA序列的分析（1986年霍斯曼等人）认为古细菌与真核生物同属一类，而与真细菌差距甚远。说明古细菌比真细菌更可能是真核细胞的祖先。,原核生物，古核生物，真核生物的比较,第三节真核细胞,一、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统由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,真核细胞的基本结构体系,二、细胞形态与结构的关系1、红细胞：体积小，呈圆形，利于快速运行；表面积大利于气体交换；含血红蛋白有助于结合更多的氧和二氧化碳。2、腺细胞：吸收表面：细胞膜形成大量皱褶，内含大量线粒体，有助于物质吸收，能量供应。游离端：有很多微绒毛，增加分泌表面积，内质网、高尔基体发达，保证物质的高速合成与加工，核仁体积大，保证足够核糖体以合成蛋白质,三、真核细胞与原核细胞基本特征的比较,真核细胞与原核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,四、植物细胞与动物细胞的比较,植物细胞结构模式图,酵母细胞结构图,动物细胞结构模式图,动物细胞结构,植物细胞结构,第四节病毒及其与细胞的关系,病毒(virus)的基本知识病毒的概念：病毒没有细胞结构的、专性活细胞寄生的大分子生物。病毒的特征：没有独立的代谢与能量转化系统，是彻底的寄生物，病毒的增殖称为复制。病毒的种类分类依据：寄主（动物病毒、植物病毒、细菌病毒-噬菌体）、核酸种类：单（双）链DNA病毒；单（双）链RNA病毒,病毒的结构：由包膜（主要成分：脂质和蛋白质，对有机溶剂敏感，有些病毒无包膜）、核壳（由蛋白质构成，保护病毒核酸，决定病毒的主要抗原性）和核酸组成。动物病毒的形态主要可分为立体对称型（如疱疹病毒）和螺旋对称型（如白血病病毒）,烟草花叶病毒(tobaccomosaicvirus,TMV),正常烟草叶,烟草“花叶”,1892年，俄国生物学家DimitriIwanovsky发现患病烟草叶片汁经细菌滤器过滤后仍有致病性。,1935年，美国科学家WendellStanley结晶了这种感染性的粒子，命名为tobacomosaicvirus,TMV，烟草花叶病毒。不久FredcrickC.Banden和NormanW.Pirie成功地将TMV毒粒分解为蛋白质和核酸，确立了病毒的概念,(1)病毒的发现与分类,(2).病毒的基本特征,小，结构简单滤过性病毒DNA或RNADNA病毒和RNA病毒彻底的寄生性繁殖方式：复制与装配,病毒是非细胞结构的生命体，是迄今发现的最小，最简单的生命体,(3).病毒的物种及其分类,4，000种，30，000亚种，血清型？物种的定义与命名是否还适用于病毒？（估计13万种）分类：宿主(动物，植物，微生物）核酸型（DNAorRNA)繁殖方式命名(宿主，病症，发现地等）,(4).病毒的基本类型,真病毒(euvirus)核酸蛋白衣壳亚病毒（subvirus):类病毒（viroid）核酸（RNA)拟病毒（virusoid）核酸（RNA)(寄生在病毒中）朊病毒（prion)仅由感染性的蛋白质亚基构成,类病毒（viroid）类病毒在结构上比病毒还要简单，没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNA分子。由于它们具有感染作用，类似于病毒，故称为类病毒（viroid）。它们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。例如，马铃薯锤管类病毒仅由一个含359个核苷酸的单链环状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。,蛋白质感染因子（Prion）-朊病毒1982年SBPrusiner以叙利亚仓鼠为实验材料，发现羊瘙痒病的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，意即proteinnaceousInfection，译为蛋白质感染因子或朊病毒，Prusiner因此项发现更新了医学感染的概念，获1997年的诺贝尔生理与医学奖。羊瘙痒病发现已有200年的历史，羊得了这种病就会浑身发痒，不断在坚硬物质上搓擦身体，最后死亡。它是一类传染性海绵状脑病。疯牛病，即牛海绵状脑病（bovinespongiformencephalopathy，BSE）也属于此类疾病，发现于1986年，是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的饲料而被感染，病牛脑内灰质及神经元都有典型的海绵状退化，出现淀粉样蛋白沉淀，与羊瘙痒病相似。同类型的prion也会使鹿、貂及猴子患病，人类也具有类似的疾病。,蛋白质感染因子（prion）是一种变异的蛋白质，可引起同类蛋白质发生构象改变，从而使变异蛋白数量增多，在细胞中积累，引起细胞病变，所以也叫朊病毒。羊瘙痒病、疯牛病都是由蛋白质感染因子引起的。,病毒的形态（螺旋对称、立方体对称、复合对称）,烟草花叶病毒,疱疹性口炎（vesicularstomatitis）病毒，子弹形,人类天花病毒（图中深染的颗粒）,T4噬菌体,病毒核酸,(5).病毒繁殖的过程,吸附：病毒通过表面的蛋白与细胞表面的特异的受体分子结合；,侵染：病毒基因组进入宿主细胞，方式各有不同（胞吞，膜融合，核酸注入）；,复制：利用宿主细胞提供的整套装置复制其基因组，合成蛋白；,装配：基因组和核衣壳蛋白自发地组装成病毒粒子；,释放：细胞会被裂解，释放出子代病毒，继续新的感染周期。,病毒复制过程,病毒的装配、成熟与释放（无包膜病毒-裸病毒、有包膜病毒）,(6)病毒与细胞在起源与进化中的关系Viraloriginsandevolution,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,认为病毒是细胞的演化产物的观点主要论点如下：1.由于病毒的彻底寄生性。2.基因序列同源性。已经证明，有些病毒如腺病毒的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似。另外，细胞癌基因（cellularoncogene）与病毒癌基因(viraloncogene)具有相似的同源序列，从而普遍认为病毒癌基因起源于细胞癌基因。3.蛋白质相似性。（朊病毒）病毒可以看作是DNA与蛋白质或RNA与蛋白质形成的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。4.脊椎动物转座子两端长末端重复序列与反转录病毒的基因组序列相似由此可见，病毒可能是细胞在特定的条件下“扔出”的一个基因组，或者是具有复制与转录能力的mRNA。这些游离的基因组，只有回到它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录。,(7).病毒与人类疾病-共有400多种病毒可以感染人类。,SARS,禽流感,麻疹,艾滋病,天花,疣,流行性腮腺炎,唇疱疹,传染病再度威胁人类,AIDS,SARS,Ebola,Prion,冠状病毒与SARS：2003年春在我国和世界20多个国家发生了一种传染性病毒病，导致严重急性呼吸道综合症（severacuterespiratorysyndrome，SARS），即我国所说的非典型肺炎。同年4月16日，WHO正式确认SARS病毒是SARS的病因，这是一种新型的冠状病毒。,冠状病毒科（Coronaviridae）的病毒成员仅感染脊椎动物，可引起人和动物呼吸道、消化道、肝脏和神经系统产生疾病。冠状病毒最早于1937年从鸡中分离，1965年Tyrrell和Bynoe首次用有纤毛的胚状气管在体外培养了人的冠状病毒，约有15个种，不仅感染人，也感染牛、猪、猫、狗等。,SARS病毒是一种新型的冠状病毒，目前已发现有十几个变种。这种病毒潜伏期27天。患者通常有高于38的发热，并会伴有寒战，或者