第二章细胞概述.ppt

1、第二章 细胞概述,第一节 细胞的基本生物学意义,一、细胞是生物有机体的基本结构单位 一切生物有机体都由细胞构成（病毒除外），细胞是构成生物有机体的基本单位。 二、细胞是生物有机体代谢与功能的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系。不同形态与功能的细胞组成一个完整的高等多细胞生物体。 三、细胞是生物有机体生长发育的基本单位 生物有机体的生长发育：细胞分裂、细胞体积增长与细胞分化。 四、细胞是遗传的基本单位 细胞具有遗传的全能性：不同细胞都含有相同的全套的遗传信息，都具有分化成各类细胞或发育成完整个体的潜能。不同细胞功能不同是由于基因选择性开放与表达的结果。,细胞概念的一些新思考,细胞是多层

2、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；,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。,非细胞形态的生命体病毒（补充）,病毒（virus）的基本

3、知识 病毒在细胞内的增殖 病毒和细胞在起源和进化中的关系,中华菊头蝠,埃博拉病毒,果蝠,果子狸,SARS病毒,禽流感病毒,病毒可以引起多种疾病： 流感、肝炎、艾滋病、疱疹、口蹄疫、鸡瘟、非典、狂犬病、疯牛病 据统计：在每个人的一生中，平均至少要遭受200次左右的病毒感染。,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 特殊的病毒： 类病毒（viroid）仅由感染性的RNA构成（马铃薯纺锤形块茎类病毒） 朊病毒（prion）仅由感染性的蛋白质亚基构成（疯牛病）,病毒的分布、大小、形态,病

4、毒分布很广：陆地、海洋、天空，各种动植物乃至细菌体内，都能找到。 病毒的大小：病毒个体十分微小，多数病毒在10-300纳米之间，三万个拼接起来才有一个杆菌大小，所以病毒只能用电子显微镜才能看见。 病毒的形态：球状（大蚊病毒）、杆状（烟草花叶病毒）、蝌蚪状（噬菌体）、纤维状（埃博拉病毒）。,病毒的结构-无细胞结构,蛋白质外壳 核酸构成的核心（遗传物质）,蛋白质外壳的作用是保护遗传物质并将遗传物质注入其他生物的细胞中。 病毒包膜：有包膜病毒包裹在蛋白质外壳外的一层脂质膜，其主要功能是帮助病毒进入宿主细胞。,病毒在细胞内的增殖,1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染 决定于病毒表面的识别结构与敏感细胞表面

5、的受体能否发生特异性的吸附。 有主动吞饮方式和细胞膜融合方式。 进入细胞后在脱衣酶的作用下脱去蛋白质外壳，释放核酸。 2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成 DNA病毒：在细胞核复制和转录。 RNA病毒：主要在细胞质内复制和转录。 3、病毒的装配、成熟与释放,朊病毒复制机理的学说,合成朊病毒所需的信息，有可能是存在于寄主细胞之中的，而朊病毒的作用，仅在于激活在寄主细胞中为朊病毒编码的基因，使得朊病毒得以复制繁殖。 另一种学说认为朊病毒的蛋白质能为自己编码遗传信息。与传统的分子生物学中的“中心法则”是相违背的，人们假设朊病毒的复制可能的方法，一是通过逆转译过程产生为朊病毒编码的RNA或DNA（必

6、须存在逆转译酶，甚至还要有逆转录酶）。二为蛋白质指导下的蛋白质合成，即蛋白质本身可作为遗传信息。,为什么病毒病难以治疗？ 繁殖迅速 变异快，容易产生耐药性 结构简单，药物作用靶点少 在细胞内生活，药物难以到达 病毒基因整合到人体基因组中，容易致癌并诱发潜伏性感染 侵犯人体免疫系统,病毒与细胞在起源与进化中的关系,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（进化假说） 病毒 生物大分子 细胞 生物大分子细胞病毒（退化假说）,第二节 细胞的化学组成,细胞具有极其复杂的化学成分，在各个层次上构成极为精密的结构，从

7、而构成生命活动的基本单位细胞。 细胞的化学构成 基本元素（分宏量元素和微量元素两类）：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等50多种。 基础小分子：核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖 生物大分子：核酸、蛋白质、脂类和糖类,第三节 细胞的形态与大小,一、细胞的形态 细胞的形态由于其类型、生理功能、所处的环境条件以及细胞间相互关系的不同有很大差别。 游离细胞呈球形或近于球形； 组织细胞呈椭圆形、立方形、扁平形、梭形、星形和多角形； 具有传导刺激功能的神经细胞呈星芒形； 支持保护作用的上皮细胞为扁平形或柱形； 具有防御功能的白细胞及其他吞噬细胞为不定形。,细胞形态结构与功能的关系,细胞

8、的结构与功能具有相关性和一致性 红细胞：体积小，扁圆形，无细胞核，无细胞器，由细胞膜包裹血红蛋白。 分泌细胞：一端近侧端为吸收表面，与基膜相连，有大量褶皱；一端游离端为分泌表面，有很多微绒毛，内质网和高尔基体很发达，线粒体多，核仁体积大以产生更多的核糖体。 生殖细胞：精子除带一套单倍染色体，就只有鞭毛和顶体；卵细胞胞质内有大量mRNA、蛋白质与养料。,二、细胞的大小 最小细胞的要求：满足机体独立生存，进行最低限度的新陈代谢，至少要有100个酶及底物，还要有相应的DNA、RNA分子贮存与传递遗传信息。细胞直径理论上最小极限值是65nm。现存最小细胞-支原体的直径是100nm。,细胞最大体积受哪些

9、因素控制？ 细胞体积与比表面积成反比，体积大的细胞为增加比表面积形成很多细胞突起。 各种细胞细胞核与细胞质之间要有一定的比例关系，细胞核大小悬殊不大。 细胞内物质运输或扩散受时间和空间制约，细胞内物质的交流运输与细胞体积有关。 “细胞体积的守恒定律”：机体的大小及器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无相关性。,第四节 原核细胞与真核细胞,20世纪60年代 H.Ris 将细胞分为两类原核细胞（procaryotic cell）和真核细胞（eukaryotic cell），原核生物一般都是单细胞生物，而真核生物往往是多细胞生物。 原核细胞基本特点：1）体积小；2)结构简单，细胞内没有分化为

10、以膜为基础的细胞器；3）细胞膜外有细胞壁，但是细胞壁的组成与植物细胞壁不同；4）无细胞核，只有类核或拟核，只有一条DNA链。 原核细胞主要代表 支原体 (mycoplast)，目前发现的最小最简单的细胞 细菌 蓝藻，又称蓝细菌 (cyanobacteria),为什么说支原体是一个细胞？ 虽然极为简单,但具备了细胞的基本形态结构,并具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。 1、能在培养基上生长 2、具有细胞膜（细胞膜） 3、环状双螺旋DNA（核酸） 4、具有核糖体（核糖体） 5、以一分为二的方式分裂,为什么说支原体是最小、最简单的细胞 1、除了作为细胞必需的结构，没有其他结构复杂的装置。 2、依

11、赖外源脂肪酸来合成膜的脂质。 3、核糖体是唯一可见的细胞器。 从支原体的大小来看，它正好可容纳一个细胞的基本结构，推测不可能有更小的细胞。,原核细胞的两个代表细菌和蓝藻,（一）细菌细胞 1、核区与基因组: （1）没有核膜,核区由一个环状DNA分子组成（类核或拟核）。 （2）没有或只有极少的组蛋白与DNA结合。 （3）DNA复制与细胞分裂不同步，一个细胞内可以同时存在几个DNA分子，往往出现几个核区。 （4）基因组是单复制子，双向复制。 （5）DNA复制、RNA转录和蛋白质合成在时空上连续。,复制子,复制子（replicon）：是DNA复制从一个DNA复制起点开始，最终由这个起点起始的复制叉完成

12、的片段。DNA 中发生复制的独立单位称为复制子。复制子中含有复制需要的控制元件。在复制的起始位点具有原点，在复制的终止位点具有终点。 原核生物一般来说只有一个复制起点，整个DNA都由这个起点开始的复制叉完成，所以它们的DNA是“单复制子”的。,2、表面结构 （1）细胞膜 a、选择性地交换物质 b、执行线粒体的功能 c、执行内质网和高尔基体的功能：合成和分泌蛋白质 d、外侧有受体蛋白 （2）中膜体或间体（mesosome) 由细胞膜内陷形成，DNA复制时的支点，此外与酶的合成有关。 （3）细胞壁 所有的细菌细胞壁都含有肽聚糖（由乙酰氨基糖、乙酰胞壁酸和短肽构成），G+胞壁酸含量高，对青霉素敏感。

13、,（4）荚膜：位于细胞壁外的一层黏液状物质，由葡萄糖和葡萄糖醛酸组成。有一定的保护作用。 （5）鞭毛：是细菌的运动器官。 3、核糖体：部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。 70S=50S+30S 30S对四环素和链霉素敏感，50S对氯霉素和红霉素敏感。 4、核外DNA：质粒，裸露的环状DNA分子,能自我复制。 5、内生孢子：可以抵抗不良环境。DNA积聚在细胞的一端，形成含水量丰富的致密体，外被很厚的壁。,（二）蓝藻细胞 最简单的自养植物类型,能进行光合作用,但没有叶绿体，体积比其他原核细胞大得多，含有丰富的色素。结构包括： （1）中心质：DNA所在部位，相当于细菌的核区。DNA裸露，不

14、与碱性蛋白质结合，复制也连续，具有多倍染色体的性质。 （2）光合作用片层：其上含有藻胆蛋白体，由几种藻胆蛋白构成。藻胆蛋白包括藻蓝蛋白、异（别）藻蓝蛋白和藻红蛋白。 光能藻胆蛋白叶绿素a 蓝藻在进行光合作用时可放出氧气。,（3）细胞质内含物：蓝藻淀粉、脂滴、蓝藻颗粒体、多磷酸酯体、多角体等。 （4）细胞表面结构 细胞壁纤维素、肽聚糖（类似于G-，说明蓝藻与细菌关系密切） 胶质层主要成分是酸性粘多糖和果胶质，抵抗不利环境 （5）细胞分裂：以一分为二的方式分裂，多个子细胞在胶质的包围下保持在一起，形成多细胞的群体。,二、真核细胞的结构特点,真核细胞包括植物细胞和动物细胞两大类。 植物细胞与动物细胞

15、的区别： 1.动物细胞所具有的溶酶体植物细胞具有其类似物：圆球体和糊粉粒 2.植物细胞具有动物细胞所不具有的细胞器：液泡、叶绿体和质体、细胞壁 3.动物细胞具有中心粒，而大多数植物细胞则没有。,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系统； 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息存储和表达系统； 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,1、生物膜系统：构成了细胞质、细胞核与细胞器。 生物膜的作用： （1）物质的交换与跨膜运输 （2）为生命的化学反应提供了表面（酶附着在生物膜上） （3）信息与能量的传递 （4）细胞识别、运动,2、遗传信息存储和表达系统 由DNA-蛋

16、白质或RNA-蛋白质形成的颗粒状与纤维状复合的超微结构。主要包括： 染色质：由DNA-蛋白质构成核小体常染色质和异染色质染色体 核仁：由RNA-蛋白质与DNA-蛋白质构成，负责rRNA的转录和核糖体的装配 核糖体：由rRNA-蛋白质构成，负责翻译蛋白质。,3、细胞骨架系统 细胞骨架（cytoskeleton）系统：由一系列特异性的结构蛋白分子装配而成的网架系统，包括细胞质骨架、细胞核骨架和细胞膜骨架。 细胞质骨架微丝、微管和中间纤维 微丝：肌动蛋白构成，负责信号传递与运动 微管：微管蛋白与微管结合蛋白，对细胞结构起支架作用，对大分子与颗粒结构起运输作用 中间纤维：成分复杂，蛋白成分的表达与细胞

17、分化关系密切。 细胞核骨架核纤层与核基质，与基因表达、染色质构建与排布有关。 细胞膜骨架细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构，一方面直接与膜蛋白结合，另一方面能与细胞质骨架相连，主要参与维持细胞质膜的形态，并协助细胞膜完成某些功能。,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的遗传结构装置和基因表达的比较,第五节 细胞与药物作用靶标,一、药物作用靶标的概念 药物靶标（drug target）：细胞内与药物相互作用，并赋予药物效应的特定分子。98%以上的药物靶标属于蛋白质。 以靶标作为筛选药物的流程： 细胞水平有活性疾病动物病理模型中有效人体内有效 寻找新的有效的药物靶标成为开发新药的源

18、头。,细胞的药物作用靶标,（一）信号传递系统 作用于信号传递系统中的某一个分子可能干预该信号传导，产生药效。 例如： 治疗肺癌的易瑞沙是表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂。 治疗慢性粒细胞白血病的格列卫是血小板源性生长因子受体蛋白激酶抑制剂。,（二）细胞内蛋白质-蛋白质相互作用 细胞内配体和受体的结合如果被药物干预，则药物会阻断某一信号通路，产生药效。例如Herceptin作用于表皮生长因子受体2,达到抗肿瘤作用。 此外，蛋白质-DNA、蛋白质-脂质等的相互作用也是重要的药物靶标。 （三）线粒体新关注的细胞内药物作用靶标 线粒体与细胞凋亡、自由基生成、脂质代谢等多种重要过程密切相关，是多类药物的细胞内作用靶标。,靶标药物在抗肿瘤研究中的应用现状,传统的抗肿瘤药物：特异性差，副作用大。多为直接攻击DNA或抑制其合成及功能的细胞毒类小分子药物。 靶向治疗：特异性好，毒性低，作用于肿瘤病因和病理过程中起作用的特异的分子生物靶标。目前集中于信号转导抑制剂和血管新生抑制剂方面（单克隆抗体药物，2013年全球前10大药物中，抗体药物占6项）；另一类是针对肿瘤细胞的基因突变或基因表达异常进行治疗。,1. 按核酸类型病毒分为 和 。 2. 目前发现最小、