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特征第二节原核细胞与古核细胞第三节真核细胞第四节非细胞形态的生命体—病毒第一节细胞的基本特征一、细胞是生命活动的基本单位二、细胞的基本共性人体由200多种不同的细胞组成,细胞总数量达1014个。一、细胞是生命活动的基本单位Why？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；3.细胞是有机体生长与发育的基础；Humanfetal（胎的）development.(a)At5weeks,limbbuds,eyes,theheart,theliverandrudimentsofallotherorganshavestartedtodevelopintheembryo,whichisonlyabout1cmlong.(b)Growthanddevelopmentoftheoffspring,nowcalledafetus,continueduringthesecondtrimester.Thisfetusis14weeksoldandabout6cmlong.(c)Thefetusinthisphotographis20weeksold.Nowthefetusgrowstoabout30cminlength.4.细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁；Anespeciallydramaticexampleofanimalcloningwasreportedin1997.Dollythefirstanimaleverclonedfromacellderivedfromanadult.Isthereanypracticalvaluetosuchtechnology?DollyandherdaughterTheprocessofcloningDolly步骤一：从一只6岁芬兰多塞特白面母绵羊（姑且称为A）的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为“供体细胞”；步骤二：从一头苏格兰黑面母绵羊（B）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为“受体细胞”；步骤三：利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最后形成“融合细胞”。电脉冲可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成“胚胎细胞”；步骤四：将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊（C）的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成小绵羊--多莉。Dolly的培育过程

①应用克隆技术，繁殖优良物种。

常规育种周期长还无法保证100%的纯度；用克隆这种无性繁殖，就能从同一个体中复制出大量完全相同的纯正品种，且花时少、选育的品种性状稳定，不再分离。②建造动物药厂，制造药物蛋白。

利用转基因技术将药物蛋白基因转移到动物中并使之在乳腺中表达，产生含有药物蛋白的乳汁，并利用克隆技术繁殖这种转基因动物，大量制造药物蛋白。③建立实验动物模型，探索人类发病规律。克隆技术的实践意义④克隆异种纯系动物，提供移植器官。

采用克隆技术，可先把人体相关基因转移到纯系猪中，再用克隆技术把带有人类基因的特种猪大量繁殖产生大量适用器官，且能同时改变器官的细胞表面携带人体蛋白和糖分特性，当猪的器官植入病人体内时，免疫排异反应减弱，成功率提高，用起来也更加安全。⑤拯救濒危动物，保护生态平衡。克隆技术的应用可望人为地调节自然动物群体的兴衰，使之达到平衡发展。5.细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。（1）任何细胞组分都不能在体外培养持续生存；（2）病毒须在细胞内才能表现基本生命特征。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，具有自组装能力的自组织体系。

细胞能进行自我调控；

繁殖和传留后代；二、细胞的基本共性细胞的基本元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Mg基础的生物小分子：核苷酸，氨基酸，脂肪酸与单糖生物大分子：核酸，蛋白质，脂质与多糖生物大分子的复合分子：核蛋白，脂蛋白，糖蛋白等生物膜系统，遗传系统等功能的细胞基础的生物小分子：核苷酸，氨基酸，脂肪酸与单糖细胞的组成及形成过程细胞的基本共性1、细胞具有相似的化学组成；最基础的生物小分子：核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖。重要生物大分子：核酸、蛋白质、脂质和多糖。复合分子：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白和糖脂。2、脂-蛋白体系的生物膜；均有磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜─质膜

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。第二节原核细胞与古核细胞一、原核细胞二、支原体—最小最简单的细胞三、细菌和蓝藻—原核细胞的两个代表类群四、古核细胞（古细菌）很久以前：细胞世界，分为原核细胞与真核细胞（H.Ris）近二十年：原核生物很早就分化为：古细菌和真细菌所以：原核细胞（真细菌）；古核细胞（古细菌）；真核细胞生物界的基本类群16s和18srRNA的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出称为三域学说。一、原核细胞(prokaryocyte)

原核细胞大约在35亿年前就出现在地球上，它结构简单，种类较少，体积较小，直径0.2-10

m不等；没有典型的细胞核。

原核细胞基本特点：（1）遗传信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；（2）细胞内没有分化成以膜为基础的细胞器和核膜。

二、支原体能在培养基上生长；具有典型的细胞膜；DNA，mRNA与核糖体结合成多聚核糖体；指导合成700多种蛋白；繁殖：以一分为二的方式分裂。为什么说它是细胞？为什么是最小的细胞？一个细胞生存与增殖至少需要100种酶，这些分子需要的空间直径是50nm，加上核糖体，细胞膜与核酸等，推算出一个细胞体积的最小极限直径不能小于100nm；而支原体的直径是100–300nm。支原体（mycoplast）是目前发现的最小、最简单的细胞，无细胞壁。支原体（A）及其模式图（B）三、细菌和蓝藻（一）细菌球状杆状螺旋状基本形态定义：一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。细菌的结构革兰氏阳性（A）与革兰氏阴性（B）菌的细胞壁G+G-注意比较：厚度肽聚糖/磷壁酸外膜结构细菌的复制、转录和翻译同时进行1、细菌细胞的核区与基因组（1）细菌细胞只有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，称为核区或类核；（2）E.coli

基因组大小4.639675兆碱基，4146个基因;（3）细菌基因组的复制按照θ模型复制，遵循半保留复制规律；（4）基因复制、基因转录与蛋白质翻译可以同时进行，这是原核细胞与真核细胞最显著的差异之一。2、细菌细胞的表面结构（1）细胞膜：多功能性是区别于其它细胞膜的一个特点；（2）中膜体：与DNA复制，细胞分裂，芽孢形成有关；（3）细胞壁：革兰氏染色的差异，青霉素的作用；（4）荚膜：储藏水分，吸附阳离子；（5）鞭毛：运动器官。3、细菌细胞的核糖体细菌核糖体的沉降系数为70S，有大亚基（50S）和小亚基（30S）组成。4、细菌细胞核外DNA质粒：遗传工程的载体。5、细菌细胞内生孢子芽孢：对抗不良环境的休眠体。（二）蓝藻（1）中心质：相当于细菌的核区（2）光合片层：位于细胞质部分，上有藻胆蛋白体光能-藻胆蛋白-叶绿体a（3）细胞质内含物：淀粉、脂滴、蓝藻颗粒体等（4）细胞表面结构：细胞壁和胶质层（5）细胞分裂：一类进化历史悠久、G-、无鞭毛、含叶绿素a、能进行产氧性光合作用的大型原核生物。四、古核细胞是一类很持殊的细菌，多生活在极端的生态环境中；具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、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。

极端嗜热菌（themophiles）极端嗜盐菌（extremehalophiles）极端嗜酸菌（acidophiles）极端嗜碱菌（alkaliphiles）产甲烷菌（metnanogens）古核细菌（细胞）类型产甲烷菌是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。

CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量（1）细胞壁成分与真核细胞相似。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。为什么古核细胞可能是真核细胞的祖先？（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。（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。古细菌的细胞膜脂第三节真核细胞一、真核细胞的基本结构体系二、细胞的大小及其影响因素三、原核细胞与真核细胞的比较四、植物细胞与动物细胞的比较一、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统;由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。在亚显微结构水平真核细胞结构图二、细胞的大小及其影响因素细胞体积的守恒定律：器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞数量成正比，而与细胞的大小无关。细胞最大体积的极限与什么因素有关？细胞的相对表面积与体积成反比关系；细胞的核与质之间有一定的比例关系；细胞内物质的交换与细胞体积的关系。因素：蛋白质和核糖体RNA的量。水分：80%------不直接决定细胞的大小；调控细胞的信号网络……几乎完全相同；哺乳动物的mTOR（mamaliantargetofrapamycin)蛋白激酶。影响细胞体积的控制因素细胞形态结构与功能的关系形态结构与功能的关系：相关性与一致性。特点：红细胞体积小，圆形，无内核，细胞膜包裹着血红蛋白特点：分泌细胞呈极性，吸收表面形成大量的褶皱，大量的线粒体特点：精子有完整的单倍体基因组，和运动装置；卵子有大量的mRNA和蛋白质与养料三、原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较最根本的区别：第一、是细胞膜系统的分化与演变。真核细胞以膜系统的分化为基础首先分化—核与质，细胞质再分化为各种功能的细胞器。第二、是遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。定殖于小鼠回肠末端的分节丝状菌原核细胞与真核细胞共存