第2章-细胞基本知识

1、STRUCTURES OF THE CELLSTRUCTURES OF THE CELL 内容提要 第一节 细胞的基本概念及结构 第二节 真核细胞 一、基本结构 二、细胞的形状和大小 第三节 原核与古核细胞 一、细菌 二、支原体 三、衣原体 四、蓝藻 五、古细菌 第四节 病毒 一、病毒的基本特征 二、病毒的形态和结构 三、病毒在细胞内的活动 四、类病毒 第一节 细胞的基本概念及结构 一 细胞定义： 细胞是生命活动的基本组成单位 二 细胞特点： 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 成人有机体细胞1014，刚出生婴儿21012，人大脑细胞1012 2.细胞是代谢与功能的基本

2、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，细胞是有机体生长与发育 的基础 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 三、细胞的基本共性三、细胞的基本共性 1. 所有细胞有相似的化学组成 构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等， 其中前四种元素占90%以上。 水约占细胞重量的75-80，其中游离水约95，其余为结 合水。 细胞的无机物主要有水和无机盐，无机盐的含量约为1，主 要以离子形式存在 。 生命来自于水， 细胞中水的含量最高，通常占细胞总量 75%80%。细胞中的所有反应都是在水中进行的

3、，所以水 是细胞生命的活动介质。 细胞中各主要成份的相 对含量 Na+Na+、K+K+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+ 2%-5% 2 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。 。 3 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA.DNA是 遗传信息复制、传递和基因转录的模板，RNA参与 蛋白质的合成。 4 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。 5 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂 四、细胞的形状和大小 1.单细胞生物的形态通常与细胞外沉积物有关。 2.高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相 互作用有关。 3.细胞骨架对于细胞形态

4、的构建维持具有重要作 用。 4.高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状 往往发生变化。如平滑肌细胞在体内呈梭形， 而在离体培养时则可成多角形。 草草 履履 虫虫 一只草履虫每天大约能吞食一只草履虫每天大约能吞食4320043200个个细菌细菌，它对，它对污水污水有一定的净化作用有一定的净化作用 不同细菌不同细菌 链球菌 棒状杆 菌 葡萄球 菌 。植物叶表皮的保卫细胞植物叶表皮的保卫细胞 五、三类不同的细胞五、三类不同的细胞 真核细胞(eukaryotic cell)：具有核被膜nuclear envelope和核仁nucleolus。 原核细胞(prokaryotic cell)：核区nuc

5、lear region 没有核膜，称其为nucleoid、nuclear body、 nucleoplasm、bacterial nucleus。 古细菌(archaebacteria)，既不同于原核细胞也不 同于真核细胞，属于生命的第三种形式。 第二节、真核细胞 Eukaryotic cell 一、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

6、质(protoplasm)： 1839 Purkinje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（plasma membrane）：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（nuclear envelope），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

7、定形态和功能的显微或亚 显微结构称为细胞器，如：endoplasmic reticulum、 Golgi body、lysosome、mitochondrion、chloroplast、 cytoskeleton、centriole、microbody。 6、细胞质基质（cytoplasmic matrix）细胞质中除细胞 器以外的部分。又称为或胞质溶胶（cytosol），其体积 约占细胞质的一半。 Animal cell Plant cell 植物细胞与动物细胞比较植物细胞与动物细胞比较 细胞壁 液泡 叶绿体 植物薄壁细胞植物薄壁细胞 人类红细胞人类红细胞 巨噬细胞巨噬细胞 神经元细胞神经元

8、细胞 细胞的网络化结构细胞的网络化结构 代谢网络（metabolic network） 运输网络（transport network） 生物膜网络（biomembrane network） 细胞骨架网络（cytoskeleton network） 信号转导网络（signal transduction network） cytoskeleton network 名称名称人卵人卵 口腔上口腔上 皮细胞皮细胞 肝细胞肝细胞红细胞红细胞变形虫变形虫海胆卵海胆卵伤寒菌伤寒菌肺炎球菌肺炎球菌 m12075207100702.4x0.50.2x0.1 大多数动植物细胞直径在大多数动植物细胞直径在 2030m

9、间。一般真核细胞间。一般真核细胞 的体积大于原核细胞，卵细的体积大于原核细胞，卵细 胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄 直径可达直径可达5cm；支原体只有；支原体只有 0.1m；人的坐骨神经细胞；人的坐骨神经细胞 可长达可长达1m。 几种细胞的大小几种细胞的大小 人卵与精子 二二、 细胞的大小细胞的大小 三 、细胞形态结构与功能的关系 体积小，有 利于血管中 快速运行。 体积小表面 积大，有利 于细胞交换 O2 和CO2 。 吸收端 分泌端 分泌细胞的 共同点：细 胞呈极性。 第三节 原核细胞 Prokaryotic cell 没有核膜，遗传物质集中在一个没没有核膜，遗传物质集中

10、在一个没 有明确界限的低电子密度区，称为有明确界限的低电子密度区，称为 拟核拟核(nucleoid)。 DNA为裸露的环状双螺旋分子，为裸露的环状双螺旋分子， 通常没有结合蛋白，没有恒定的内通常没有结合蛋白，没有恒定的内 膜系统，核糖体为膜系统，核糖体为70S型。型。 原核细胞构成的生物称为原核生物，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。方式繁殖，也有的产生孢子。 TEM image,Escherichia coli 一、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）

11、。 绝大多数细菌的直径在 0.55m之间。 大肠杆菌大肠杆菌 淋病球菌淋病球菌 肉毒梭菌肉毒梭菌 弧形霍乱菌弧形霍乱菌 1、细胞壁细胞壁：厚度一般厚度一般15-30nm。主要成分是。主要成分是 肽聚糖，由肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺和和N-乙酰胞壁乙酰胞壁酸构酸构 成双糖单元，以成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分）糖苷键连接成大分 子。子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻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，形菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形 成了肽聚糖片层，像胶

12、合板一样，粘合成多成了肽聚糖片层，像胶合板一样，粘合成多 层。层。 革兰氏阳性菌细胞壁厚约革兰氏阳性菌细胞壁厚约2080nm，有，有15-50 层肽聚糖片层，每层厚层肽聚糖片层，每层厚1nm，含，含20-40的磷的磷 壁酸（壁酸（teichoic acid），有的还具有少量蛋白），有的还具有少量蛋白 质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅，仅2-3层层 肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋 白。白。 Gram negative bacterial cell wall Gram positive bacterial cell wa

13、ll 2、细胞膜、细胞膜：厚约厚约810nm，外侧紧贴细胞壁，通常不形成，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，称为间体结构，称为间体(mesosome) ，因其与，因其与DNA有联系，推测有联系，推测 可能起可能起DNA复制的支点作用。复制的支点作用。 3、拟核：没有核膜，、拟核：没有核膜，DNA分子裸露，所含的遗传信息量分子裸露，所含的遗传信息量 可编码可编码20003000种蛋白质，空间构建

14、十分精简。种蛋白质，空间构建十分精简。 白喉杆菌的间体白喉杆菌的间体 4、核糖体核糖体： 约含500050000个。 部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。 细菌核糖体数量与细菌生理状态关系密切。 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，遗传信息量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。 克隆载体克隆载体 表达载体表达载体 6

15、、荚膜：荚膜：细菌最外表的一层多细菌最外表的一层多 糖类物质，边界明显的称糖类物质，边界明显的称荚膜荚膜 （capsule），如肺炎球菌，边界），如肺炎球菌，边界 不 明 显 的 称 粘 液 层 （不 明 显 的 称 粘 液 层 （ s l i m e layer），如葡萄球菌。），如葡萄球菌。 功能：抵御不良环境；保护自身功能：抵御不良环境；保护自身 不受吞噬；选择性的粘附到特定不受吞噬；选择性的粘附到特定 细胞的表面上。细胞的表面上。 Negative stained bacteria 7、鞭毛鞭毛：是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白：是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白 的弹性

16、蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。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。、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。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、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，形成内生处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内

17、生 孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力 的休眠体。的休眠体。 分裂中的链球菌分裂中的链球菌分裂中的大肠杆菌分裂中的大肠杆菌 10. 细菌内生芽孢：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。 芽孢芽孢 二、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

18、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（terminal structure），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。 肺炎支原体肺炎支原体 肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的TEM照片 三、衣原体 衣原体（衣原体（Chlamydia）直径）直径0.20.5 m，能通过滤菌膜。，能通过滤菌膜。 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，病毒，1956年，我国著名微生物学家汤飞凡及其助手张晓楼年，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。等人首次分离到沙眼的病原

19、体。 衣原体（原体 和始体） 原体原体(感染性感染性)吸附吸附吞噬体吞噬体(空泡空泡)在在 吞噬体内形成始体（无感染性）吞噬体内形成始体（无感染性）二分二分 裂繁殖裂繁殖形成包涵体形成包涵体在包涵体内成熟在包涵体内成熟 为原体为原体释放。释放。 原体原体:1小而致密有胞壁小而致密有胞壁;2在宿主细胞外稳定在宿主细胞外稳定,无繁殖无繁殖 能力能力;3具高度感染性具高度感染性;4Giemsa染色呈紫色。染色呈紫色。 始体始体:1大而疏松大而疏松,无胞壁无胞壁;2在宿主细胞内以二分裂方在宿主细胞内以二分裂方 式增殖式增殖;3无感染性无感染性;4Giemsa染色呈深蓝色。染色呈深蓝色。 四、蓝藻 又称

20、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(nostoc commune var,flagtlliforme) 就是蓝藻的丝状体。 Cyanobacteria 五、古细菌（archaebacteria） 具有原核生物的某些特征，无核膜及内膜系统； 也有真核生物的特征，甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖 体对氯霉素不敏

21、感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA 具有内含子并结合组蛋白。 细胞壁不含肽聚糖。 生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜 酸菌。 极端温度、酸碱度和盐度下生存的菌种。 而且这是一种独立与其他物种的古菌种， 历史久远，甚至可以在地壳深处找到他的 踪迹 神 奇 的 古 细 菌 各类生物能忍受的上限温度： 古细菌113 细菌90 真菌60 藻类55-60 原生动物56 维管束植物49 鱼类和其他水生脊椎动物38 原核与真核细胞的区别原核与真核细胞的区别 第四节 病 毒 Virus 是一类非细胞形态的有机体，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203

22、0nm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 (receptor binding protein)，与敏感 细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。 一、病毒的基本特征 Lambda Bacteriophage DNA (TEM x153,000) 二、病毒的结构二、病毒的结构 l由核酸由核酸(DNA或或RNA)分子和分子和蛋白质衣壳蛋白质衣壳(capsid)所构成，所构成， 称称核衣壳核衣壳(nucleocapsid)。 l各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只含有各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只含有3个基因，个基因， 多的可达多的可达3

23、00个基因。个基因。 有的病毒衣壳外面有被膜被膜(envelope)，来源于宿 主细胞的质膜，被膜中含有病毒融合蛋白。 组成病毒衣壳的亚单位称壳微粒壳微粒(capsomer)。 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、螺旋二十面体对称、螺旋 对称对称和复合对称复合对称三种类型。 Viruses 病毒有五种形态：病毒有五种形态： 球形球形 (Sphericity)：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病：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；毒、疱疹病毒及腺病毒等； 丝形丝形 (Filament) ：多见于植物病毒，如

24、烟草花叶病病毒，人类流感病：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；毒有时也可形成丝形； 弹形弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物：形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物 病毒。病毒。 砖形砖形 (Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；：如痘病毒、天花病毒等； 蝌蚪形蝌蚪形(Tadpole-shape)：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如 噬菌体。噬菌体。 其中为二十面体对称其中为二十面体对称; 、 为螺旋对称为螺旋对称; 、 复合对称。复合对称。 病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象，生 活周期可分为两个阶段： 细胞外阶段细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在； 细胞内阶段细胞内阶段，即感染阶段感染阶段，进行复制和繁殖； 根据寄生的宿主不同，病毒可分为：动物病毒、动物病毒、 植物病毒、细菌病毒植物病毒、细菌病毒(即噬菌体即噬菌体)。 脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒 球形病毒球形病毒 腺腺 病病 毒毒 球球 状状 病病 毒毒 烟草花叶病毒烟草花叶病毒 线形病毒线形病毒 痘病毒痘病毒 砖形病