第二章细胞的统一性和多样性

第一节细胞的基本概念重点细胞是生命活动基本单位第二节非细胞形态的生命体——病毒及其与细胞的关系第三节原核细胞与古核细胞第四节真核细胞重点原核细胞与真核细胞的比较第二章细胞的统一性和多样性第一节细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位二、细胞概念的一些新思考三、细胞的基本共性第二节非细胞形态的生命体—病毒及其与细胞的关系一、病毒的基本知识二、病毒在细胞内增殖（复制）三、病毒与细胞在起源与进化中的关系第三节原核细胞与古核细胞一、最小最简单的细胞——支原体二、原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻三、古核细胞（古细菌）细胞的分类原核细胞的基本特点一、细胞是生命活动的基本单位一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。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。细胞是有机体生长与发育的基础。细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性。没有细胞就没有完整的生命。二、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、具有自组装能力与自组织能力的体系。细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代。三、细胞的基本共性（一）细胞的结构共性1.细胞膜——由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜2.DNA与RNA——遗传信息复制与转录的载体3.核糖体——蛋白质合成的场所（二）细胞的功能共性1.一分为二分裂增殖2.新陈代谢3.运动性一、病毒的基本知识（一)病毒（virus）的主要特征1.微小，10～30nm；2.仅有一种核酸（DNA或RNA）；3.细胞内寄生；4.与敏感细胞表面受体连结而感染细胞。（二）病毒的形态结构核衣壳nucleocapsid类型：二十面体对称、螺旋对称、复合对称芯—DNA或RNA,约3～300个基因衣壳（capsid）——蛋白质自我装配selfassembly二、病毒在细胞内增殖（复制）病毒的增殖过程：1.吸附：与宿主细胞表面特异受体结合2.侵入：病毒的核酸侵入宿主。3.复制：病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成。4.成熟：病毒装配为成熟颗粒。5.释放：细胞裂解/分泌三、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→细胞病毒生物大分子细胞生物大分子→细胞→病毒原核细胞（没有核膜）————原核生物细胞的分类古核细胞(古细菌/原细菌)——古核生物细菌(球菌、杆菌、螺旋菌)蓝藻衣原体、立克次体、放线菌支原体真核细胞（典型细胞核）———真核生物（单细胞/多细胞真核生物）生命界细胞古核细胞（古细菌，archaebacteria）多生活在极端的生态环境中。具原核生物某些特征，也有真核生物的特征，还有不同于原核生物和真核生物的特征。与真核细胞曾在进化上有过共同历程——可能是真核细胞的祖先。主要证据进化系统树第四节真核细胞一、真核细胞的基本结构体系二、细胞的大小及其分析三、细胞结构形态与功能的关系四、原核细胞与真核细胞的比较五、植物细胞与动物细胞的比较一、真核细胞的基本结构体系（一）生物膜结构系统——细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体（以脂质及蛋白质成分为基础）（二）遗传信息表达系统——细胞核和核糖体（以核酸DNA或RNA与蛋白质为主要成分）（三）细胞骨架系统——细胞质骨架和细胞核骨架（微管、微丝和中间纤维，由特异蛋白分子装配构成的）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大小（um）最小的病毒支原体细胞细菌细胞动植物细胞原生动物细胞0.020.1～0.31～220～30（10～50）数百至数千原核细胞与真核细胞的异同点四、原核细胞与真核细胞的比较五、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主要证据（1）细胞壁成分与真核细胞相似。（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，与DNA构建成类似核小体结构。（4）有类似真核细胞的核糖体。（5）5SrRNA：根据对5SrRNA的分析，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。（6）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。动物体细胞的全能性——克隆羊“Dolly”噬菌体在组装细菌细胞的结构高级电子显微镜和X射线衍射（小于1nm）——超微结构：分子结构扫描隧道显微镜（原子级）——原子、电子细胞大小的分析光学显微镜(100－0.2um)—显微结构：组织、细胞肉眼（0.1um）——器官、系统电子显微镜（0.2um）——亚显微结构：细胞内部结构蛙卵支原体生命界——生命分三界真细菌真核生物古细菌古菌真核生物植物细胞的全能性受精卵的全能性病毒分类遗传的信息量小，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。原核细胞基本特点蓝藻（蓝细菌，cyanobacterium）进行与高等植物类似的光合作用（以水为电子供体，放出O2）——最简单的植物。没有叶绿体，仅有简单的光合作用结构装置。遗传物质是一个环状DNA分子，遗传信息量大体积比其它原核细胞大得多，直径一般在10um属单细胞生物，有些以丝状细胞群体存在，如：发菜——属蓝藻门念珠藻类（nostoccommunevar.flagtlliforme）的丝状体；红萍——固氮蓝藻与水生蕨类满江红的共生体。相同点1.有类似的细胞质膜结构；2.以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码；3.以一分为二的方式进行细胞分裂增殖；4.有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构；5.代谢机制相同（如糖酵解和TCA循环）；6.有相同的化学能贮能机制，如ATP合成酶（原核位于细胞质膜上，真核位于线粒体膜）；7.光合作用机制相同（蓝细菌与植物相比较）；8.膜蛋白的合成和插入机制相同；9.通过蛋白酶体（蛋白质降解结构）降解蛋白质。真核细胞与原核细胞最根本区别：1.细胞膜系统的分化与演变；2.遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。不同点原核细胞真核细胞细胞大小1～10μm10～100μm染色体形状环状DNA分子线性DNA分子基因连锁群数目1个2个以上DNA分子裸露或结合少量Pr.与组Pr.和非组Pr.结合DNA重复序列无或很少有基因表达RNA和Pr.在同一RNA在核中合成和加工区间合成Pr.在细胞质中合成细胞增殖（分裂）无丝分裂有丝分裂、减数分裂内膜无独立的内膜有，分化成各种细胞器鞭毛构成鞭毛蛋白微管蛋白核糖体70S（50S+30S）80S（60S+40S）光合与呼吸酶分布质膜线粒体和叶绿体核外DNA细菌有质粒DNA线粒体DNA、叶绿体DNA细胞壁肽聚糖纤维素、果胶(植物细胞)营养方式吸收，有的行光合作用吸收/光合作用/内吞SARS病毒有庞大的基因组和4种结构蛋白，科学家分别以N、S、E、M为它们代号。这些具有功能性的蛋白在病毒侵染人体细胞和完成自身复制起重要作用。果子狸是人SARS的动物宿主之一。SARS是新型冠状病毒（coronavirus)，电镜下呈不规则状，直径约60～220nm,有包膜，表面梅花形的膜粒状如日冕，故称为冠状病毒。禽流感病毒（AIV）属于RNA病毒，其基因组由8股RNA节段构成，分别编码不同蛋白。由于分节段核酸的特性，AIV易发生基因重组，当细胞感染两种不同流感病毒时，不同来源的基因节段包被在一起即可能形成新的毒粒。基于AIV囊膜表面有血凝素(HA）和神经氨酸酶(NA)表面抗原，将其分成不同的血清亚型，多数亚型对鸡是低致病力的，H5和H7亚型因可引致高致病性禽流感而被高度重视。H5N1病毒与人类流感病毒的4500个氨基酸只有19个不同，一旦差异性降到10个氨基酸，禽流感病毒就会突变。H5N1攻击人健康细胞（扫描电镜图）禽流感基因组模拟图（基因特征：节段性负链RNA）世界卫生组织指出，目前的H5N1型病毒株仅能通过禽类传染给人体，但是这种病毒很容易变种，必须防范它与人类的流行性感冒病毒株接触进行基因重组，突变出“人传人”的禽流感病毒。禽流感一旦在人际传播，数亿人生命将受到威胁。禽流感传播途径人感染禽流感后的临床症状预防禽流感羊骚痒病、疯牛病与克一雅氏病羊瘙痒病是一种在绵羊和山羊发生的自然感染性神经变性病。动物发病是以经常刮擦栅栏的瘙痒动作开始，故名羊瘙痒病。病羊逐渐出现震颤和运动失调，多在发病6周至6个月内死亡。疯牛病是由于健康牛食入含有致病性朊粒的人工蛋白质饲料所致，这种人工蛋白质饲料含有病牛、病羊的脑和脊髓等脏器成分。克一雅氏病则是由于人吃了患疯牛病的牛肉及其制品以及牛脑、脊髓、扁桃体、胸腺、脾脏和小肠而传染发病，它是致命的海绵状脑病的一种，使患者脑组织的某些部位出现空洞。（三）其它病毒形式：1.类病毒(viroid)——仅由感染性的RNA构成。2.朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成，引发正常分子的构象发生转变。（羊搔痒病、疯牛病与克—雅氏病）Addition:SARS（非典）、H5N1（禽流感)生命的特征在结构上具有自我装配的能力；在生理活动中具有自我调节的能力；在增殖上具有自我复制的能力。一、最小、最简单的细胞——支原体（Mycoplasma,thesimplest&smallestcell）支原体的大小介于细菌与病毒之间，一般直径为0．1～0．3μm，不能用滤器。有一环状双螺旋DNA并且均匀地分布在细胞内，没有类似细菌的核区（拟核），能指导合成750多种蛋白质。支原体没有鞭毛，无活动能力，可以通过分裂法繁殖，也有进行出芽增殖的。支原体是动物细胞培养的大敌，由于支原体寄生在细胞中，所以培养细胞很容易被支原体污染，污染源主要是血清。HIV的增殖过程