第三章内容提要

内容提要•细胞概述•第一节真核细胞•一、基本结构•二、细胞的形状和大小•第二节原核与古核细胞•一、细菌•二、支原体•三、衣原体与立克次氏体•四、蓝藻•五、古细菌•第三节病毒与PRION•一、病毒的基本特征•二、病毒的形态和结构•三、病毒在细胞内的活动•四、类病毒•五、蛋白质感染因•第四节细胞的化学成分细胞的发现¡ª¡ª显微镜的发明300多年前Leeuwenhoek世界上最早的显微镜RobertHooke软木蜂窝状的小格子“细胞”1838年Schleiden1839年Schwann细胞是组成生物体的基本单位细胞的基本概念1855年，Virchow细胞学说可以归纳为以下两点：1所有生物都由细胞和细胞的产物组成；2新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。（定义）细胞是生命活动和结构的基本单位。包括真核，缘何，古核细胞。细胞学说(celltheory）•1838-1839年Schleden和Schwann创立•1)所有的生物包括动物和植物都是由细胞构成的；•2)一切细胞来源于细胞；•3)细胞是生物体的功能和结构单位，细胞通过分裂形成组织。19世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：细胞是植物体和动物体的基本结构单位。这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：细胞学说的科学意义形状与大小各异的细胞是生物进化的结果。也是细胞执行相应功能的需要。表面积/体积比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。二、细胞的大小和数目各类细胞直径的比较•细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。•细胞是由膜包围的原生质团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交流；•是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础；•是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；•是遗传的基本单位，具有发育的全能性。细细胞胞化化学学成成分分第一节、真核细胞Eukaryoticcell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(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。•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）细胞质中除细胞期以外的部分。又称为或胞质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一半。•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。真核细胞的结构真真核核细细胞胞动动物物细细胞胞模模式式图图Plantcell植植物物细细胞胞模模式式图图植植物物细细胞胞特特有有的的结结构构二、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个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。•高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。第二节原核细胞Prokaryoticcell•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。一、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。细细菌菌模模式式图图原原核核细细胞胞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。•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，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。•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。二、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。肺炎支原体三、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。四、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。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，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。第三节病毒Virus一、病毒的基本特征•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。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。•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。•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。•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。•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)。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。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