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1页，课件共95页，创作于2023年2月第一节细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位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;2.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;第2页，课件共95页，创作于2023年2月3.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.第3页，课件共95页，创作于2023年2月第4页，课件共95页，创作于2023年2月第5页，课件共95页，创作于2023年2月二、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第6页，课件共95页，创作于2023年2月

2.细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体。第7页，课件共95页，创作于2023年2月细胞完成各种化学反应第8页，课件共95页，创作于2023年2月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第9页，课件共95页，创作于2023年2月细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代；3.

细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。第10页，课件共95页，创作于2023年2月三、细胞的基本共性1.所有的细胞都有相似的化学组成2.脂-蛋白体系的生物膜3.DNA-RNA的遗传装置4.蛋白质合成的机器------核糖体5.

一分为二的分裂方式第11页，课件共95页，创作于2023年2月第二节原核细胞与古核细胞三类不同的细胞:原核细胞(prokaryoticcell)：构成原核生物(prokaryote)。核区(nuclearregion)没有核膜包围，称其为类核(nucleoid)。古细菌(archaeobacteria):

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12页，课件共95页，创作于2023年2月真核细胞(eukaryoticcell)：构成真核生物(eukaryote)。细胞核具有核被膜(nuclearenvelope)和核仁(nucleolus)。第13页，课件共95页，创作于2023年2月一、原核细胞（prokaryoticcell）（一）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。（二）主要代表：

支原体（mycoplast）

细菌（bacteria）

蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）第14页，课件共95页，创作于2023年2月1.Mycoplast

——目前发现的最小最简单的细胞(1)

直径一般0.1~0.3µm

，仅为细菌的1/10。(2)由细胞质膜、细胞质、核糖体、内含物、环状双螺旋DNA（但不形成nuclearregion

）、RNA组成，基因组是迄今为止发现的能独立生活的生物中最小的，由482个基因组成，其中最少必需基因256个。以一分为二的方式分裂繁殖。第15页，课件共95页，创作于2023年2月(3)具备了一个细胞生存与增殖所必须具备的细胞质膜，遗传信息载体，进行蛋白质合成的一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。第16页，课件共95页，创作于2023年2月(4)很多支原体能寄生在其他细胞内繁殖，而且不少是致病的病原体。如：拟胸膜肺炎病原体（PPLO），呼吸道、胸膜肺炎、关节炎与尿道炎等一些慢性病的病原体可能是支原体，现在又发现多种植物支原体。第17页，课件共95页，创作于2023年2月2.Bacteria第18页，课件共95页，创作于2023年2月(1)

细菌细胞的核区与基因组只具有原始形态的核，即核区或类核；DNA量（信息量）少，DNA分子数为1，DNA分子结构为环状；基因组数为1n，基因数为几千。基因的复制与表达在时间与空间上是连续进行的。第19页，课件共95页，创作于2023年2月(2)

细菌的表面结构细胞壁：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。第20页，课件共95页，创作于2023年2月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)。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。第21页，课件共95页，创作于2023年2月细胞膜：厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁。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。拟核：DNA分子裸露，没有内含子，具有重叠基因。第22页，课件共95页，创作于2023年2月核糖体：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。小亚单位对四环素与链霉素敏感，大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。第23页，课件共95页，创作于2023年2月质粒(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。第24页，课件共95页，创作于2023年2月荚膜（capsule）：细菌最外表的一层多糖类物质。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。鞭毛：细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成。第25页，课件共95页，创作于2023年2月菌毛：是菌体表面的蛋白纤细，与细菌运动无关。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。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。第26页，课件共95页，创作于2023年2月3.Cyanobacteria

------最简单的光能自养型生物之一主要特点：(1)中心质或称中央体：DNA所在部位，(2)光合片层：有藻胆蛋白和叶绿素a

光能藻胆蛋白叶绿素a(3)细胞质内含物：多种，如蓝藻淀粉、脂滴等。(4)细胞表面结构：细胞壁和胶质层。(5)繁殖：营养繁殖------直接分裂无性繁殖------产生孢子第27页，课件共95页，创作于2023年2月原核细胞构成的生物称原核生物，均为单细胞生物，大多数原核生物比较小，平均只有1~10µm，如：支原体，立克次体，鹦鹉热菌，蓝细菌（蓝藻）、紫细菌等。也有较大的，如蓝细菌中的颤藻，直径可达60µm。第28页，课件共95页，创作于2023年2月二、古核细胞（古细菌，原细菌）

(archaeobacteria)近20年，大量的分子进化与细胞进化的研究表明，原核生物并不是统一的一大类，在极早的时候就演化为两大类：古细菌与真细菌。古细菌是一些生长在极端特殊环境中的细菌，可能是细胞生存的更为原始的类型。如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌。第29页，课件共95页，创作于2023年2月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第30页，课件共95页，创作于2023年2月a:Aquificialespyrophilus；b:PyrolobusfumariiPyrolobusfumarii可以生活在90-113℃，pH4.0-6.5。其最适生存温度为106℃，低于85℃和高于115℃则不生长，能在121℃的高温中存活1h.

第31页，课件共95页，创作于2023年2月海底烟筒附近也具有古细菌第32页，课件共95页，创作于2023年2月古核生物细胞的形态结构和遗传结构装置与原核细胞相似，但有些分子进化特征更接近真核细胞。与原核细胞相似：没有核膜，基因组结构为一环状DNA，通常含有操纵子结构。第33页，课件共95页，创作于2023年2月有些特征更接近真核细胞：细胞壁不含肽聚糖，细胞膜中的脂类不可皂化。以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体含有60种以上蛋白质，对抑制细菌蛋白质合成的抗生素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA中存在内含子，有重复序列，且和组蛋白构成类似核小体的结构。很多古细菌的5SrRNA二级结构与真核生物相似。第34页，课件共95页，创作于2023年2月第35页，课件共95页，创作于2023年2月第36页，课件共95页，创作于2023年2月第三节真核细胞（Eukaryoticcell）

真核细胞的基本结构体系

细胞的大小及其分析

原核细胞与真核细胞的比较第37页，课件共95页，创作于2023年2月(一)真核细胞的基本结构体系1、生物膜系统2、遗传信息表达结构系统3、细胞骨架系统第38页，课件共95页，创作于2023年2月第39页，课件共95页，创作于2023年2月1、基本结构从形态学分为三部分：(1)质膜（plasmolemma；plasmamembrane）。(2)细胞核（nucleus）：具有核被膜（nuclearenvelope）和核仁（nucleolus）。核仁是形成核糖体的结构域（domain），呈小球状。(3)细胞质（cytoplasm）：包括细胞器和细胞质基质（cytoplasmicmatrix）/胞质溶（cytosol）。第40页，课件共95页，创作于2023年2月肝细胞中细胞质组分所占的体积百分比细胞质成分体积百分比细胞质基质54线粒体22粗面内质网9光面内质网和高尔基体6细胞核6过氧化物酶体1溶酶体1内体1第41页，课件共95页，创作于2023年2月2、细胞器细胞器（organelle）：细胞内特定的功能结构域，有两类，一类是膜围成的，构成内膜系统（endomembranesystem）。另一类细胞器是没有膜包围的。细胞内主要的细胞器有：①endoplasmicreticulum、②Golgibody；Golgiapparatus、③lysosome、④endosome、⑤mitochondrion、⑥chloroplast、⑦peroxisome、⑧centriole、⑨ribosome。第42页，课件共95页，创作于2023年2月3、细胞质基质维持细胞内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。第43页，课件共95页，创作于2023年2月(二)细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较细胞类型直径(µm)

最小的病毒0.02

支原体细胞0.1~0.3

细菌细胞1~2

动植物细胞20~30(10~50)

原生动物细胞数百至数千第44页，课件共95页，创作于2023年2月第45页，课件共95页，创作于2023年2月（三）原核细胞与真核细胞的比较1.原核细胞与真核细胞基本特征的比较

（见教才P36表2-2）2.原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、

基因表达及其调控的比较。

（见教才P37表2-3）第46页，课件共95页，创作于2023年2月原核细胞与真核细胞的差异1.大小:原核细胞------大多数很小(1-10µm)

真核细胞------大多数较大(10-100µm)2.细胞核:原核细胞------无膜包围,称为拟核

真核细胞------有双层膜包围3.染色体:原核细胞------环状DNA分子(形状);一个基因连锁群(数目);DNA裸露或结合少量蛋白质(组成);无或很少重复序列(DNA序列).第47页，课件共95页，创作于2023年2月真核细胞------核中的为线性DNA分子,线粒体和叶绿体中的为环状DNA分子(形状);2个或多个基因连锁群(数目);核DNA同组蛋白结合,线粒体和叶绿体中的DNA裸露(组成);有重复序列(DNA序列).第48页，课件共95页，创作于2023年2月4.基因表达:原核细胞------RNA和蛋白质在同一区间合成.真核细胞------RNA在核中合成和加工;蛋白质在细胞质中合成.5.细胞分裂:原核细胞------二分或出芽.

真核细胞------有丝分裂或减数分裂.第49页，课件共95页，创作于2023年2月6.内膜:原核细胞------无独立的核膜

真核细胞------有,分化成细胞器7.细胞骨架:原核细胞------无

真核细胞------普遍存在8.运动细胞器:

原核细胞------由鞭毛蛋白丝构成简单鞭毛

真核细胞------由微管构成纤毛和鞭毛第50页，课件共95页，创作于2023年2月9.呼吸作用和光合作用酶的分布:原核细胞------质膜真核细胞------线粒体和叶绿体(植物)10.核糖体:原核细胞------70S(50S+30S)真核细胞------80S(60S+40S)11.营养方式:原核细胞------吸收,有的行光合作用真核细胞------吸收,光合作用,内吞第51页，课件共95页，创作于2023年2月12.细胞壁:原核细胞------肽聚糖,蛋白质,脂多糖,脂蛋白.真核细胞------植物细胞具有纤维素壁第52页，课件共95页，创作于2023年2月（四）植物细胞与动物细胞的比较

细胞壁

液泡

叶绿体第53页，课件共95页，创作于2023年2月第54页，课件共95页，创作于2023年2月第55页，课件共95页，创作于2023年2月第四节非细胞形态的生命体

——病毒及其与细胞的关系

病毒的基本知识

病毒在细胞内增殖（复制）

病毒与细胞在起源与进化中的关系第56页，课件共95页，创作于2023年2月一、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）——仅由感染性的RNA构成；

朊病毒（prion）

——仅由感染性的蛋白质亚基构成；第57页，课件共95页，创作于2023年2月第58页，课件共95页，创作于2023年2月人类免疫缺陷病毒---HIV第59页，课件共95页，创作于2023年2月（1）嗜T淋巴细胞；（2）整合宿主细胞终身难以消除；（3）多变性，基因变异是爱滋病病毒致病能力增强之原因；（4）感染者潜伏期长、病死率高；（5）56度30分钟就可以将其灭活；（6）基因组比已知的任何逆转录病毒基因都复杂。HIV有以下特点：第60页，课件共95页，创作于2023年2月（一）病毒的基本特征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含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)。

第61页，课件共95页，创作于2023年2月

（二）病毒的结构由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白质衣壳(capsid)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。LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000)第62页，课件共95页，创作于2023年2月有的病毒衣壳外面有被膜(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(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、螺旋对称和复合对称三种类型。第63页，课件共95页，创作于2023年2月第64页，课件共95页，创作于2023年2月病毒有五种形态：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；③弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等。第65页，课件共95页，创作于2023年2月④砖形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；⑤蝌蚪形(Tadpole-shape)：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。第66页，课件共95页，创作于2023年2月脊髓灰质炎病毒（球形病毒）第67页，课件共95页，创作于2023年2月烟草花叶病毒（线形病毒）第68页，课件共95页，创作于2023年2月痘病毒（砖形病毒）第69页，课件共95页，创作于2023年2月狂犬病毒（子弹形病毒）第70页，课件共95页，创作于2023年2月T4噬菌体（蝌蚪形病毒）第71页，课件共95页，创作于2023年2月流感冒病毒（丝状有被膜的病毒）第72页，课件共95页，创作于2023年2月三、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。第73页，课件共95页，创作于2023年2月蛋白质感染因子

------prion(朊病毒)史坦利·布鲁希纳（StanleyB.Prusiner，美国）1982年发现于患羊瘙痒病（scrapie）的仓鼠，命名为prion(朊病毒)。Prusiner因此于1997年获得诺贝尔奖。第74页，课件共95页，创作于2023年2月prionprotein(简称PrP)由PrP基因编码，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，可能起信号转导作用。正常PrP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。第75页，课件共95页，创作于2023年2月prion第76页，课件共95页，创作于2023年2月

PrPSc与PrPc均由253-4个氨基酸组成，PrPc具有43%的α螺旋，3%的β折叠，而PrPSc具有34%α螺旋，43%的β折叠。PrPc

向PrPSc转变实质上是α螺旋向β折叠的迁移转变.PRIONPrPSCPrPC第77页，课件共95页，创作于2023年2月PrPSc蛋白水解酶具有很强的抗性和高热稳定性,而且紫外线和电离辐射不能使用权其丧失活性.第78页，课件共95页，创作于2023年2月现已查明,羊瘙痒病,疯牛病,人的纹状体脊髓变性病和脑软化病都是由这种PrPSc蛋白引起.动物被感染后，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（apoptosis）。第79页，课件共95页，创作于2023年2月朊病毒(蛋白病毒)的复制和繁殖机制研究表明,朊病毒本身不能复制,其增殖方式是通过一个PrPSc分子与一个PrPC分子相结合,前者诱使后者转变成PrPSc,从而形成了PrPSc二聚体,于是一个PrPSc分子就变成了2个PrPSc分子.2个PrPSc分子再以同样的方式变为4个,如此倍增不已.第80页，课件共95页，创作于2023年2月病羊神经组织的海绵状损伤第81页，课件共95页，创作于2023年2月

变异型克-雅氏病(vCJD)病人大脑组织切片

(引自StanleyB.Prusiner1997)海绵状病变及周围的沉淀斑淀粉样蛋白沉淀，短线表示50um。第82页，课件共95页，创作于2023年2月目前已知的人类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。第83页，课件共95页，创作于2023年2月克鲁病（Kuru）：PRION感染。致死性家族性失眠症（Fatalfamilial