第二章细胞基本概念1

STRUCTURESOFTHECELLSUMMARYOFTHECELLKNOWLEDGE内容提要掌握细胞的基本概念、生命体的三大基本类型（病毒、原核生物和真核生物）以及它们的基本结构和基本生命活动等基础知识。第一节细胞的基本概念一、细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。由于已经证实：细胞是构成有机体的基本单位；细胞是代谢与功能的基本单位；细胞是有机体生长和发育的基础；细胞是遗传的基本单位。为什么这样说呢?特化的细胞分工合作，共同完成复杂的生命活动二、细胞概念的各种提法•细胞是有机体形态结构的基本单位;•细胞是有机体形态与生理的基本单位;•细胞是组成有机体结构和功能的基本单位;•细胞是由细胞膜包围的一原生质团。三、细胞的基本共性1、具有相似的化学组成；2、都具有脂-蛋白体系的选择透性膜;3、都具有遗传物质(DNA和RNA);4、都具有核糖体；5、一分为二的分裂方式高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛第三节原核细胞与古核细胞ProkaryoticcellandArchaeon•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。原核细胞的特征：一、支原体mycoplasma•支原体是最小,最简单的细胞.•大小通常为0.1~0.3μm，可通过滤菌器;•具有细胞膜和核糖体;•能在培养基上生长;•有700多种蛋白质(细胞生存所必须的最低数量的蛋白;•DNA均匀分布于细胞内;肺炎支原体二、原核细胞的两个代表----细菌和蓝藻•1细菌Bacteria•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。大肠杆菌淋病球菌弧形霍乱菌肉毒梭菌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。图3-10细胞壁的结构Grampositivebacterialcellwallstructurediagram•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。•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。白喉杆菌的间体•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。•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。•6、荚膜：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。Negativestainedbacteria•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。•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。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2.蓝藻Cyanobacteria•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70bμm(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。Cyanobacteria五、古细菌（archaebacteria）•具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，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。•此外，细胞膜中的脂类是不可皂化的，细胞壁不含肽聚糖。•生活在极端环境中(厌氧高盐,高热)，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。第四节、真核细胞Eukaryoticcell叶绿体线粒体细胞壁细胞膜液泡细胞质光面内质网细胞核粗面内质网高尔基体高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛一、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。•1、原生质体(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（plasmmembrane）：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。•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。•6、细胞质基质（cytoplasmicmatrix）细胞质中除细胞器以外的部分。又称为胞质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一半。真核细胞的三大结构体系•1、生物膜体系以及以生物膜为基础构建的各种独立的细胞器。•2、遗传信息表达的结构体系。•3、细胞骨架体系。植物细胞与动物细胞的比较细胞器动物细胞植物细胞细胞壁无有叶绿体无有液泡无有溶酶体有无圆球体无有乙醛酸循环体无有通讯连接方式间隙连接胞间连丝中心体有无胞质分裂方式收缩环细胞板Prokaryoticandeukatypticcells原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的主要区别：•原核细胞真核细胞•大小细胞大小＜5m１０－１００m•细胞核无核膜、核仁有核膜、核仁•DNA一条、环状、裸露多条、线状、与蛋白质结合•核糖体７０S(30\50)８０S(40\60)•内膜结构简单复杂（有内质网、线粒•体、高尔基体等）•细胞骨架无有•细胞增殖无丝分裂有丝分裂•DNA复制无周期性有周期性•转录和翻译在同一时间和地点在不同时间和地点主要有两个基本差异•1、真核细胞形成了复杂的内膜系统。•2、遗传结构装置的扩增与基因表达方式的相应变化。各类细胞及病毒直径的比较细胞类型直径大小/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千二、细胞的大小及其分析肉眼可见的特殊细胞鸡蛋(未受精的卵细胞)大变形虫名称人卵口腔上皮细胞肝细胞红细胞变形虫海胆卵伤寒菌肺炎球菌μm12075207100702.4x0.50.2x0.1大多数动植物细胞直径在20~30μm间。一般真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达5cm；支原体只有0.1μm；人的坐骨神经细胞可长达1m。几种细胞的大小人卵与精子想一想１cm的位置可容纳多少细胞？1滴血中可能有多少细胞？•1cm=10mm•1mm=1000m•1m=1000nm•1nm=10A10000m10000m/50=200个细胞•细胞体积的控制因素:•1.细胞体积与相对表面积成反比关系;•2.细胞内关键分子的浓度;•3.细胞内物质交流与细胞体积的关系;•4.细胞体积的最小化受制于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质种类的最低量.三、细胞的形态结构与功能的关系•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。神经细胞卵细胞血细胞上皮细胞肌细胞视杆细胞动物不同功能的细胞形态不同眼虫钟形虫草履虫植物薄壁细胞木材中的导管植物气孔细胞神经元细胞人类红细胞巨噬细胞第二节非细胞形态的生命体--病毒Virus蝌蚪形•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。一、病毒的基本特征LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000)二、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。脊髓灰质炎病毒球形病毒烟草花叶病毒线形病毒痘病毒砖形病毒狂犬病毒子弹形病毒有被膜T4噬菌体蝌蚪形病毒流感冒病毒丝状有被膜的病毒三、类病毒和朊病毒ViroidandPrion•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。•朊病毒•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，可能起信号转导作用。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。PrPSCPrPC四、病毒的进化地位•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。习题•一填空•1细胞生物学一词是年代出现的,细胞生物学的形成主要得益于如下三个方面,分别是,,.•2真核细胞与原核细胞最根本区别可归纳为•,.•3构成细胞最基本要素是,,.•4迄今发现最小原核细胞是,它的结构很简单,是其细胞内唯一的一种细胞器.•5病毒是的生命体.•6是一种结构最复杂的原核生物.而又是最简单的自养植物类型.•7在进化上,细菌又可分为与两大类.•作业•1细胞学说的核心内容是什么?•2为什么说支原体可能是最小最简单的生命体?•3请归纳出细胞的共同特性?•4真核细胞结构可概括为哪三大体系?•5、P16之4。