第二章细胞的统一性与多样性

1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原核细胞与古核细胞第三节真核细胞基本知识概要2【要点综述】在掌握细胞的基本概念和共性的基础上，要重点掌握真核细胞区别于原核细胞的最显著特点。对原核细胞特点的掌握以细菌的结构为例；对照细菌，学习支原体的结构特点。在对真核细胞基本结构体系掌握的前提下，分析细胞大小的制约因素和形态结构与功能的相关性。3第一节细胞的基本概念及涵义一、细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位4二、为什么说细胞是生命活动的基本单位？⒈一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。盘藻5⒉细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是代谢与功能的基本单位。细胞内一切生化过程的进行是严格有序的，是由细胞自动控制的。细胞结构完整性的任何破坏，都会导致细胞代谢有序性与自控性的失调。6⒊细胞是有机体生长与发育的基础。有机体的生长与发育依靠细胞的分裂、细胞体积的增长、细胞的分化与凋亡。研究细胞的增殖、生长、分化与凋亡是研究生物发育的基点。7⒋细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性，少数特化细胞除外。一般情况下，任何一个细胞内都包含全套的基因，即细胞都具有遗传的全能性。每一个细胞都有发育为完整新个体的潜在能力。8⒌没有细胞就没有完整的生命。细胞完整性的任何破坏都会阻碍细胞完整生命活动的实现。从细胞中分离出的任何结构都不能在体外作为生命活动的单位而存在。病毒只有在细胞内才能表现出其基本的生命特征。9⒍细胞是生物体对外界环境反应的基本单位。适应环境是普遍的生命现象。生物体通过细胞活动实现对环境的适应和反应。生物体对环境的适应是其所有组成细胞共同协调反应的结果。生物体对环境的适应只是一定程度上的适应。10

三、细胞的多样性是变异、选择、进化以及细胞结构和功能分化的结果。根本原因是组成细胞组分的蛋白质结构和功能的多样性。体现于细胞种类的繁多，细胞大小、形状、结构与功能等表型的差异以及细胞遗传多样性。11

四、细胞的基本共性12第二节原核细胞与古核细胞上个世纪60年代，H.Ris提出原核细胞（prokaryoticcell)和真核细胞(eukaryoticcell)的概念。生物界由此分成原核生物（prokaryote)和真核生物(eukaryote)两大类群。近30年，通过对生活在极端环境中的古细菌的研究，发现了第三类细胞构成的古核生物（archaeon)。以此，生物界被分为三域（domain）即原核生物，真核生物和古核生物。原核生物，真核生物与古核生物13原核细胞14革兰氏染色：1884年由丹麦人革兰（ChristianGram）发明的。经染色处理后，呈红色的是革兰氏阴性菌，呈紫色的，是革兰氏阳性菌。着色性质的不同是因为细胞壁结构的不同。15革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌革兰氏阳性细菌：细胞壁主要由肽聚糖构成，其间含有磷壁酸和脂磷壁酸。革兰氏染色过程中，肽聚糖阻止结晶紫的流失，细菌呈现紫色。16革兰氏阴性细菌：细胞壁包括薄的肽聚糖层和外膜。革兰氏染色过程中，外膜被有机溶剂溶解，使结晶紫易于流失，故细菌被染成红色。17蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物18含有叶绿素a，藻胆素，光系统II有异形胞的念珠蓝藻，异形胞能够固氮。1920一、原核细胞的最基本特点：遗传信息量小，遗传信息载体仅为一个环状DNA。细胞内没有分化出以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核。21二、最小、最简单的细胞---支原体

典型的支原体细胞肺炎支原体细胞22⒈支原体（mycoplasma）形态结构：大小为0.1～0.3μm，可通过滤菌器。无细胞壁，无固定的形态，呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，对保持细胞膜的完整性是必需的。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。基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢活动有限。肺炎支原体的一端有一特殊的末端结构（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。23⒉

一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置细胞质膜、遗传信息载体、一定数量的核糖体、完成必要的生理代谢反应所需的各种酶

细胞的最小极限直径的推算——100nm为什么说支原体是最小最简单的细胞？

24三、古核生物——古细菌（archaebacteria）已经发现几百种，多生活在极端的生态环境中。如盐细菌，硫氧化细菌，嗜热细菌，产甲烷菌类等。一类很持殊的细菌，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——核糖体对氯霉素不敏感，RNA聚合酶和真核细胞的相似，DNA具有内含子并结合组蛋白等；具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征——细胞壁不含肽聚糖。25现有研究证据表明，在进化中，古细菌与真核细胞更为密切:细胞壁成分：不受青霉素等抗菌素的抑制。DNA与基因结构：具有内含子与重复序列核小体结构：具有组蛋白和类核小体结构核糖体：蛋白合成不受抑制原核生物的抗菌素抑制5srRNA的分子进化分析：与真核生物类似26古细菌包括3类不同的细菌:极端嗜盐细菌，嗜酸嗜热细菌和产甲烷细菌。PCR（多聚酶链反应）中所使用的Taq酶就是从T.aquaticus嗜热细菌中分离到的。27极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K.

Stetter）研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J.

A.

Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。

28极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。产甲烷菌（metnanogens）：是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。

CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量由于古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，而且由于古细菌在结构和代谢上的特殊性，它们可能代表最古老的细菌。它们保持了古老的形态，很早就和其它细菌分手了。所以有人提出将古细菌从原核生物中分出，成为与原核生物（即真细菌eubacteria）、真核生物并列的一类。29第三节真核细胞基本知识概要一、真核细胞的基本结构体系和功能系统

◆生物膜结构体系◆遗传信息表达体系◆细胞骨架体系

30生物膜结构体系31细胞骨架结构体系32纤

维

结

构遗传信息表达体系

颗粒结构33动物细胞34免疫荧光技术显示体外培养细胞表面的纤毛35植物细胞36电镜下的植物细胞37二、细胞的大小

■不同来源的细胞大小变化很大；■高等动植物细胞大小的规律：不论物种的差异有多大，同一种器官与组织的细胞，其大小趋向于同一个恒定的范围之内。■同种类型细胞的体积一般是相近的,不依生物个体的大小而增大或缩小，器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无关——“细胞体积的守恒定律”。38■细胞体积最大极限的受控因素:

●细胞体积与其相对表面积的反比关系●细胞内最高效的核质比●细胞内物质交流运输的时空性

●细胞中重要分子的浓度限制细胞内重要的生化反应需要一定浓度的原料物质才能进行，一些重要的分子在细胞内的数量很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就会降低。因此细胞内重要分子浓度是限制细胞体积无限增大的一个重要因素。39细胞比表面积与体积的关系40细胞大小的计量单位——微米细胞的显微结构计量单位——微米细胞的亚显微结构计量单位——纳米

1毫米=1000微米(μm)1微米=1000纳米(nm）

=10000埃(Å)1纳米(nm)=10埃(Å)

41个体中不同组织的细胞形态三、细胞的形态结构与功能的关系●细胞的形态结构与功能相适应，二者具有相关性和一致性。42四、真核细胞与原核细胞的比较

真核细胞与原核细胞的最根本区别：

◆细胞膜系统的分化与演变

◆遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化

真核细胞区别于原核细胞的重要标志：

◆细胞内部结构与职能的分工

◆遗传信息重复序列与染色体多倍性的出现

◆真核细胞内遗传信息的复制、转录与翻译有严格的阶段性与区域性◆真核细胞内有一个复杂的骨架系统细胞大小与结构特征：细胞核，细胞器，细胞骨架，

细胞壁，核糖体，细胞大小遗传装置：DNA形状与大小,核小体，DNA重复序列，内含子基因及其表达调控：调控方式，时空关系，

加工与修饰细胞周期与分裂方式：进化中的地位：43原核细胞与真核细胞的比较44五、植物细胞和动物细胞的比较45思考题：1、如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一重要概念？2.