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本文档共102页；当前第1页；编辑于星期二\5点33分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本文档共102页；当前第2页；编辑于星期二\5点33分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本文档共102页；当前第3页；编辑于星期二\5点33分细胞的基本共性

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。本文档共102页；当前第4页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第5页；编辑于星期二\5点33分

本文档共102页；当前第6页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第7页；编辑于星期二\5点33分1、所有细胞具有细胞膜本文档共102页；当前第8页；编辑于星期二\5点33分核糖体本文档共102页；当前第9页；编辑于星期二\5点33分细胞分裂

本文档共102页；当前第10页；编辑于星期二\5点33分核酸本文档共102页；当前第11页；编辑于星期二\5点33分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；本文档共102页；当前第12页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第13页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第14页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第15页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第16页；编辑于星期二\5点33分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、蛋白质感染因子本文档共102页；当前第17页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第18页；编辑于星期二\5点33分是一类非细胞形态的微生物，特征：①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20~30nm之间；②核酸为DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒；③专营细胞内寄生生活；④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、病毒的基本特征本文档共102页；当前第19页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第20页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第21页；编辑于星期二\5点33分Viruses本文档共102页；当前第22页；编辑于星期二\5点33分病毒有五种形态：①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；②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；③弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等，其他多为植物病毒。④砖形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；⑤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①为二十面体对称;②、③为螺旋对称;④、⑤复合对称。本文档共102页；当前第23页；编辑于星期二\5点33分脊髓灰质炎病毒球形病毒本文档共102页；当前第24页；编辑于星期二\5点33分烟草花叶病毒线形病毒本文档共102页；当前第25页；编辑于星期二\5点33分痘病毒砖形病毒本文档共102页；当前第26页；编辑于星期二\5点33分狂犬病毒子弹形病毒有被膜本文档共102页；当前第27页；编辑于星期二\5点33分T4噬菌体蝌蚪形病毒本文档共102页；当前第28页；编辑于星期二\5点33分流感冒病毒丝状有被膜的病毒本文档共102页；当前第29页；编辑于星期二\5点33分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+DNA→±DNA→+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+RNA→－RNA→+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+RNA→DNA→±DNA→+mRNA→蛋白质，即逆转录病毒（retrovirus）又称RNA肿瘤病毒(oncornavirus)。4、病毒的分类本文档共102页；当前第30页；编辑于星期二\5点33分反转录病毒的生活史本文档共102页；当前第31页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第32页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第33页；编辑于星期二\5点33分二、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40~50nm，不能制造衣壳蛋白。本文档共102页；当前第34页；编辑于星期二\5点33分三、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→病毒本文档共102页；当前第35页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第36页；编辑于星期二\5点33分四、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。本文档共102页；当前第37页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第38页；编辑于星期二\5点33分PRIONPrPCPrPSC本文档共102页；当前第39页；编辑于星期二\5点33分PrPsc的增殖本文档共102页；当前第40页；编辑于星期二\5点33分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本文档共102页；当前第41页；编辑于星期二\5点33分目前已知的人类PRION疾病主要有：克-雅二氏病（Creutzfeldt–Jakobdisease，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。本文档共102页；当前第42页；编辑于星期二\5点33分第二节细胞结构的生命体本文档共102页；当前第43页；编辑于星期二\5点33分原核细胞古核细胞真核细胞本文档共102页；当前第44页；编辑于星期二\5点33分原核细胞没有核膜，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

本文档共102页；当前第45页；编辑于星期二\5点33分支原体mycoplasma大小通常为0.2~0.3μm，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。本文档共102页；当前第46页；编辑于星期二\5点33分肺炎支原体

本文档共102页；当前第47页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第48页；编辑于星期二\5点33分Chlamydiapneumoniaeassociatedwithmacrophages(RAWcells).A.TypicalpearshapedEBs(arrows)areshownatthemacrophagesurface.B.IntracellularEBs.本文档共102页；当前第49页；编辑于星期二\5点33分蓝藻又称蓝细菌，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10μm左右，甚至可达70μm(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。本文档共102页；当前第50页；编辑于星期二\5点33分Cyanobacteria本文档共102页；当前第51页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第52页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第53页；编辑于星期二\5点33分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0.5~5μm之间。细菌的结构和特点：本文档共102页；当前第54页；编辑于星期二\5点33分细菌的结构和特点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、繁殖本文档共102页；当前第55页；编辑于星期二\5点33分大肠杆菌本文档共102页；当前第56页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第57页；编辑于星期二\5点33分淋病球菌本文档共102页；当前第58页；编辑于星期二\5点33分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β（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20～80nm，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。本文档共102页；当前第59页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第60页；编辑于星期二\5点33分图3-10细胞壁的结构

Grampositivebacterialcellwallstructurediagram

本文档共102页；当前第61页；编辑于星期二\5点33分2、细胞膜：厚约8~10nm，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。白喉杆菌的间体本文档共102页；当前第62页；编辑于星期二\5点33分3、拟核：没有核膜，DNA分子裸露，所含的遗传信息量可编码2000~3000种蛋白质，空间构建十分精简。本文档共102页；当前第63页；编辑于星期二\5点33分4、核糖体：约含5000~50000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。本文档共102页；当前第64页；编辑于星期二\5点33分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2~200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。本文档共102页；当前第65页；编辑于星期二\5点33分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本文档共102页；当前第66页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第67页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第68页；编辑于星期二\5点33分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本文档共102页；当前第69页；编辑于星期二\5点33分ThesporeofBacillusanthracis

本文档共102页；当前第70页；编辑于星期二\5点33分真核细胞

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本文档共102页；当前第71页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第72页；编辑于星期二\5点33分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（70～84）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。本文档共102页；当前第73页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第74页；编辑于星期二\5点33分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。

本文档共102页；当前第75页；编辑于星期二\5点33分基本结构具有核膜，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。本文档共102页；当前第76页；编辑于星期二\5点33分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。本文档共102页；当前第77页；编辑于星期二\5点33分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。又称为或胞质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一半。本文档共102页；当前第78页；编辑于星期二\5点33分细胞质基质的功能：为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境。许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成；②核苷酸的合成；③脂肪酸合成；④糖酵解；⑤磷酸戊糖途径；⑥糖原代谢；⑦信号转导。供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化。参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。本文档共102页；当前第79页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第80页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第81页；编辑于星期二\5点33分本文档共102页；当前第82页；编辑于星期二\5点33分细胞的形状和大小单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底。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。如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫细胞成半月形，2个细胞围成