第二章细胞基本知识概要1

1、第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要细胞的基本概念非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系原核细胞与真核细胞第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念1. 细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位2. 细胞的基本共性细胞的基本共性 1. 病毒的基本知识病毒的基本知识2. 2. 病毒在细胞内增殖（复制）病毒在细胞内增殖（复制）3.3.病毒的进化地位病毒的进化地位 1. 原核细胞（prokaryotic cell）2. 真核细胞（eukaryotic cell）3. 古核细胞（古核细胞（古细菌） （archaebacteria）1.细胞是生命活动的基本单位一切有机体都由细胞构成，

2、细胞是构成有机体的基本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系， 细胞是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命2.细胞的基本共性细胞的基本共性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。1.病毒的基本知识病毒的基本知识病毒（virus）:核酸分子（dna或rna）与蛋白质构 成的核酸-蛋白质复合体； 根据病毒的核酸类型可以将

3、其分为两大类： dna病毒与rna病毒 病毒的多样性）类病毒（viroid）仅由一个有感染性的rna构成；朊病毒（蛋白质感染因子 prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成；病毒（virus） l病毒（virus）是一类非细胞形态的介于生命与非生命形式之间的物质。有以下主要特征：个体微小，可通过除滤菌器，大多数必须用电镜才能看见；仅具有一种类型的核酸，或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。 病毒衣壳的排列方式 病毒的形态和结构（一） l病毒的大小一般在1030n

4、m之间。结构简单，由核酸（dna或rna）芯和蛋白质衣壳（capsid）所构成，称核衣壳（nucleocapsid），衣壳有保护病毒核酸不受酶消化的作用。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个不同的基因。 病毒的多样性l一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（virion）。电镜观察有五种形态；l球形（sphericity）：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、禽流感病毒、疱疹病毒及腺病毒等；l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是丝形；l弹形（bullet-shape）：形似子弹头，如狂犬病毒、疱疹性口炎病毒等，

5、其他多为植物病毒。l砖形（brick-shape）：如天花病毒、牛痘苗病毒等；l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。 禽流感病毒图解 禽流感病毒l 蓝色部分就是h5n1型禽流感病毒， l下面的红色部分则是正在遭受攻击的健康细胞 脊髓灰质炎病毒 烟草花叶病毒 疱疹性口炎病毒 人类天花病毒（图中深染的颗粒） t4噬菌体 丝状有被膜的病毒（流感病毒）类病毒 l 仅由一个有感染性的rna构成，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

6、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。 朊病毒l发现发现：l1982年sbprusiner以叙利亚仓鼠为实验 材料，发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，意即proteinnaceous infection only，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。l 性质性质：l一种结构变异的蛋白质，对高温和蛋白酶均 具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白prpc（cellular prion protein），使prpc发生结构变异，变为具有致病作

7、用的prpsc（scrapie-associated prion protein）。 羊瘙痒病 l一、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（transmissible spongiform encephalopathies，tse）。二、疯牛病，即牛海绵状脑病（bovine spongiform encephalopathy，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（amyloid）蛋白沉淀。l三、与羊瘙痒病相似，同类型的prion也会使鹿、貂及猴

8、子患病，人类也具有类似的疾病。 病羊神经组织的海绵状损伤 病变大脑组织切片（左:海绵状病变及周围的沉淀斑；右:淀粉样蛋白沉淀 ）编码prp蛋白的基因位于人第20号染色体的短臂lprpc的高级结构中具有43%的螺旋，极少的折叠（3%），而prpsc具有34%螺旋，43%的折叠。动物被感染后，发生错误折叠的prpsc蛋白堆积在脑组织中，形成不溶的淀粉样蛋白沉淀，无法被蛋白酶分解，引起神经细胞凋亡 。目前已知的人类prion疾病l1. 克-雅二氏病（cjd）： 1920年发现于六例患者，大多发生于60岁以上的人，是自身prp蛋白发生变异引起的。l2. 变异型克-雅氏病（vcjd）：患者都处于以往cj

9、d未曾出现的年龄段，为十几岁至三十岁的年轻人，是由于取食病牛产品而感染。患者首先出现忧郁症的病状，继而不能行走，并呈现精神障碍等痴呆症状，最后死亡。l3. gss综合征 ：是一种遗传的的慢性脑病，由prnp基因缺陷引起，prp蛋白的102位亮氨酸被脯氨酸取代或117位的缬氨酸被丙氨酸取代。l4. 克鲁病（kuru）：发现于新几内亚一个叫fore的部落，当地人称作kuru，意即颤抖。病人大多数是妇女及小孩，病症有言语含糊及无意识地狂笑，最后不省人事并死亡。一名美国医生d. c. gajdusek到了当地，发现那里的妇女及小孩具有吃死者尸体的习惯，结果受到感染。l5. 致死性家族性失眠症（ ffi

10、）：也是一种遗传性疾病，prnp基因变异，prp蛋白178位的天冬酰胺被天冬氨酸取代。患者的主要症状是失眠，并有cjd的症状。l对于蛋白质感染因子引起的疾病，目前尚没有有效的治疗措施。这类蛋白具有很强的抵抗力，对抗生素和消毒剂不敏感，134-138持续1h的病牛脑组织匀浆，以及10%福尔马林固定过的病羊脑组织，仍有感染性。l据报道，自1996年以来，共有106人得了疯牛病，其中仅有七人还活着。病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒的装配、成熟与释放l来源来源：质粒？l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

11、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。它与病毒相似之处主要在于，它具有专一的核苷酸序列作为复制的起始部位。但它又不同于病毒，不能制造蛋白质外壳，不能像病毒一样从一个细胞传递到另一个细胞。当dna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。l对生物进化的影响对生物进化的影响：病毒能在种间传递核酸序列，因而它在生物进化上起着重要作用。由于病毒核酸往往可同宿主染色体重组，所以病毒核酸就有可能连接上一小段宿主染色体，一同传递到另一种细胞或有机体中。更有甚者，病毒dna整合到宿主染色体中，变成了宿主基因组的一部分

12、，这部分dna称为前病毒（provirus）。通过病毒在宿主细胞基因组间传递dna序列的过程称为dna转导（dna transduction）。在生物工程和分子生物学研究中常通过这种途径来转导目的基因。 1.原核细胞原核细胞基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状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）目前发现的最小最简单的细胞； 衣原体和立克次氏体 细菌 蓝藻 支原体l支原体的大小通常为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 ，其基因组为一环状双链dna，分子量小（仅有

13、大肠杆菌的五分之一）。衣原体和立克次氏体 l衣原体衣原体（chlamydia）很小，直径200nm-500nm，能通过细菌滤膜。l立克次氏体立克次氏体（rickettsia）略大，大多不能通过滤菌膜。l它们都有dna和rna，有革兰氏阴性细菌特征的含肽聚糖的细胞壁，但酶系统不完全，必须在寄主细胞内生活，有摄能寄生物(energe parasite)之称。 衣原体 左：吸附在巨噬细胞表面；右：进入细胞内部的衣原体， 立克次氏体l附着在内皮细胞表面的立克次氏体和细胞内包含立克次氏体的内吞体 2.真核细胞真核细胞2.1 真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系2.2 细胞的大小及其分析细胞的大小

14、及其分析2.3 原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较2.1 真核细胞的真核细胞的基本结构体系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。 2.2 细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较细胞类型直径大小（m）最小的病毒支原体细胞细菌细胞动植物细胞原生动物细胞0.020.10.3122030（1050）数百至数千细胞和细胞组分的相对大小2.3 2.3 原核细胞与真核细胞的原核细胞与真核细胞的比较比较2.3.1 原核细胞与真核细胞基本特征的比较2.3.2 原核细

15、胞与真核细胞的遗传结构装置和基因 表达的比较2.3.3 植物细胞与动物细胞的比较2.3.1 原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较特 征原核细胞真核细胞细胞膜核膜染色体核仁线粒体内质网高尔基体溶酶体核糖体光合作用结构核外 dna细胞壁细胞骨架细胞增殖（分裂）方式有（多功能性）无由一个环状 dna 分子构成的单个染色体，dna 不与或很少与蛋白质结合无无无无无70s（包括 50s 与 30s 的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素 a 的膜层结构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒 dna主要成分是氨基糖与壁酸无无丝分裂（直接分裂）有有2 个染色体以上，染色体由线状 dna 与蛋白

16、质组成有有有有有80s（包括 60s 与 40s 的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素a 与 b线粒体 dna，叶绿体dna动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶有以有丝分裂（间接分裂）为主特征原核细胞真核细胞dna 量（信息量）dna 分子数dna 分子结构基因组数基因数大量“多余”的“重复”的dna 序列基因中插入内含子dna 与组蛋白结合dna 与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体dna 复制的明显周期性基因表达的调控转录与翻译的时空关系转录后与翻译后大分子的加工与修饰细胞复制与分裂（dna 传递与分配）少1环状1n几千不与或与少量类组蛋白结合主要以操纵子方式转录

17、与翻译同时同地进行无丝分裂多2 个以上线状2n，多 n大于几万，十万十十与 5 种组蛋白结合十十复杂性，多层次性核内转录，细胞质内翻译严格的阶段性与区域性十有丝分裂，减数分裂2.3.3 植物细胞与动物细胞植物细胞与动物细胞的比较的比较细胞壁 液泡 叶绿体 3. 古细菌古细菌古细菌古细菌（archaebacteria）:一些生长在极端特殊环境中的细菌 ，如盐细菌，产甲烷细菌等。所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧等，以前把它们归属于原核细胞，现认为其很可能是真核细胞的祖先。 主要证据 进化系统树主要证据主要证据（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制

18、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真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。（2）dna与基因结构：古细菌dna中有重复序列的存在。此外，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）5s rrna：根据对5s rrna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。5s rrna二级结构