《細(xì)胞生物學(xué)》課件第02章 細(xì)胞的基本概念

1、第二章 細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性本章內(nèi)容提要第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征第二節(jié) 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞概念的確立第三節(jié) 細(xì)胞的形狀和大小第四節(jié) 病毒復(fù)習(xí)思考題第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征定義：細(xì)胞是有膜包圍的能獨(dú)立進(jìn)行繁殖的原生質(zhì)團(tuán)。 質(zhì)膜 細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm) 核質(zhì)(nucleoplasm; karyoplasm) 核膜(nuclear envelope)原生質(zhì)(protoplasm)：指活細(xì)胞的全部活物質(zhì)，包括質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核（或類核）。質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)原生質(zhì)體細(xì)胞質(zhì)質(zhì)膜細(xì)胞核（或類核）細(xì)胞器細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)細(xì)胞骨架細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞壁細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成圖解：細(xì)胞第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征(2) 具有一層細(xì)胞質(zhì)膜(3)

2、具有一套完整的代謝機(jī)構(gòu)(1) 具有一套基因組1. 細(xì)胞進(jìn)行生命活動應(yīng)具有的最基本的要素：使細(xì)胞能進(jìn)行獨(dú)立的代謝活動通過質(zhì)膜與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和信息交流控制細(xì)胞的遺傳活動第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征枝原體(mycoplast)：最小0.1m，具備了進(jìn)行生命活動最基本的三項要素。病毒：體積小（多小于0.1m），缺少進(jìn)行獨(dú)立代謝的某些基因和機(jī)構(gòu)（單獨(dú)存在時不能自我繁殖，必須依賴于宿主細(xì)胞）。第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征病毒不是細(xì)胞，只是具有部分生命特征的感染物，最多只能被稱為“半生命” 。枝原體是細(xì)胞！2. 細(xì)胞區(qū)別于無機(jī)界的最主要的特性： 在結(jié)構(gòu)上具有自我裝配的能力； 在生理活動中具有自我調(diào)節(jié)的能力； 在增殖

3、上具有自我復(fù)制的能力。這些特性也可以說是生命的特征，它們的喪失即意味著死亡。第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征細(xì)胞是多層次非線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系 細(xì)胞具有高度復(fù)雜性和組織性細(xì)胞是物質(zhì)（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過程精巧結(jié)合的綜合體 細(xì)胞完成各種化學(xué)反應(yīng)； 細(xì)胞需要和利用能量； 細(xì)胞參與大量機(jī)械活動； 細(xì)胞對刺激作出反應(yīng)；細(xì)胞概念的一些新思考第二節(jié) 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞概念的確立具有細(xì)胞壁和葉綠體對于某些生物來說卻遇到了分類上的困難：眼蟲(Euglena)有葉綠體卻無細(xì)胞壁;細(xì)菌和真菌雖有細(xì)胞壁但無葉綠體;400余萬種生物：一切生物動物界植物界沒有細(xì)胞壁和葉綠體早期營養(yǎng)方式運(yùn)動能力細(xì)胞結(jié)構(gòu)根據(jù)進(jìn)化地位、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、

4、遺傳裝置的類型與主要生命活動的方式等H. Ris將細(xì)胞分為原核細(xì)胞（prokaryotic cell)和真核細(xì)胞(eukaryotic cell)。原核細(xì)胞-原核生物真核細(xì)胞-真核生物第二節(jié) 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞概念的確立枝原體的遺傳物質(zhì)分布于整個細(xì)胞中；細(xì)菌的遺傳物質(zhì)則集中在一個無明確界限的低電子密度的擬核(nucleoid)區(qū)中。原核細(xì)胞中的DNA為裸露的直徑2.5nm的環(huán)狀雙螺旋分子（長約幾十nm）。一、原核細(xì)胞 (Prokaryotic cells)1. 原核細(xì)胞最主要的特征是沒有由膜包圍的細(xì)胞核擬核原核細(xì)胞-細(xì)菌的電鏡照片（示擬核）細(xì)菌的三維模式圖大多數(shù)原核細(xì)胞比較小，平均只有110m

5、。枝原體、立克次體和鸚鵡熱菌最小只有0.10.3m。大的原核細(xì)胞如藍(lán)細(xì)菌中的顫藻(Oscilatolia princeps)，直徑可達(dá)60m。有的物種，細(xì)胞分裂后可連成鏈或絲，也有的形成群體。它們的繁殖方式一般為二分裂，也有的產(chǎn)生孢子，少數(shù)行出芽生殖。2. 大多數(shù)原核細(xì)胞比較小、繁殖方式簡單質(zhì)膜內(nèi)為細(xì)胞質(zhì)和擬核，多數(shù)在質(zhì)膜外還有一層硬的細(xì)胞壁。枝原體(mycoplasma)的質(zhì)膜外面沒有細(xì)胞壁，為原生質(zhì)體(protoplast)。如人體中的類胸膜炎球菌(pleuropneumonia-like organism)和植物細(xì)胞中的螺原體(spiroplasma, citrii)。2. 原核細(xì)胞的形

6、態(tài)和結(jié)構(gòu)比較簡單螺原體(一種枝原體)類胸膜炎球菌原核細(xì)胞的質(zhì)膜具有單位膜的典型特征，厚約10nm。某些原核生物的質(zhì)膜在有的部位發(fā)生內(nèi)褶，形成間體(mesosome) (與細(xì)胞呼吸和分裂有關(guān))。大多數(shù)原核生物沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng)，沒有分區(qū)化（原核細(xì)胞區(qū)別于真核細(xì)胞的重要特征之一）。原核生物的核糖體較小(70S)，直徑約1520nm，其所含的RNA和蛋白質(zhì)亦不同于真核細(xì)胞。質(zhì)膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的一種基本結(jié)構(gòu)，質(zhì)膜遭到破壞后任何細(xì)胞都不能存活。細(xì)菌鞭毛細(xì)菌莢膜真核細(xì)胞最主要的特點(diǎn)是，細(xì)胞內(nèi)由膜間隔成了許多功能區(qū)。二、真核細(xì)胞 (eukaryotic cells)其中，核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體在結(jié)構(gòu)上形

7、成了一個連續(xù)的體系，稱為內(nèi)膜系統(tǒng)。內(nèi)膜系統(tǒng)將細(xì)胞質(zhì)分隔成了一些區(qū)間，即所謂的分區(qū)化(compartmentalization)。最明顯的是含有由膜圍成的細(xì)胞核和細(xì)胞器（線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體等）。質(zhì)膜、溶酶體和分泌泡均可看作是內(nèi)膜系統(tǒng)的產(chǎn)物。分區(qū)化是細(xì)胞進(jìn)化高等的特征，它使細(xì)胞的代謝活動的效率比原核細(xì)胞大為提高。線粒體和葉綠體則承擔(dān)了一些特殊功能：氧化磷酸化作用主要集中在線粒體中進(jìn)行；植物細(xì)胞的光合作用則集中在葉綠體中進(jìn)行。細(xì)胞表面的一層單位膜，特稱為質(zhì)膜真核細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)有如下幾種：1. 質(zhì)膜 (plasma membrane)：核表面是由雙層膜構(gòu)成的核被膜(nuclear

8、 envelope)，核內(nèi)包含有由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的染色質(zhì)(chromatin)。分裂期染色質(zhì)凝縮成短棒狀，稱為染色體(chromosome) 。2. 細(xì)胞核核仁 核孔 染色質(zhì) 內(nèi)膜 外膜(nucleus)存在于質(zhì)膜與核被膜之間的原生質(zhì)稱為細(xì)胞質(zhì)，各種細(xì)胞器與細(xì)胞骨架均存在于細(xì)胞質(zhì)中。除膜圍細(xì)胞器和細(xì)胞骨架外，細(xì)胞質(zhì)的其余部分稱為細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)(cytosol)或胞質(zhì)溶膠（過去曾稱為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，cytoplasmic matrix)。3. 細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的主要區(qū)別兩類細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、代謝和遺傳活動上有很大的差異要 點(diǎn)原 核 細(xì) 胞真 核 細(xì) 胞大 小大多數(shù)很小(110

9、m)大多數(shù)較大(10100m)細(xì)胞核無膜包圍的細(xì)胞核, 為擬核有雙層膜包圍的細(xì)胞核染色體形狀環(huán)狀DNA分子核DNA為線性分子；線粒體和葉綠體DNA為環(huán)狀分子數(shù)目1個基因連鎖群2個或多個基因連鎖群組成DNA裸露或結(jié)合少量蛋白質(zhì)核DNA同組蛋白結(jié)合; 線粒體和葉綠體中的DNA裸露DNA序列無或很少重復(fù)序列有重復(fù)序列內(nèi) 膜無獨(dú)立的內(nèi)膜有, 分化成細(xì)胞器細(xì)胞骨架無普遍存在運(yùn)動細(xì)胞器由鞭毛蛋白絲構(gòu)成簡單鞭毛由微管構(gòu)成纖毛和鞭毛光合酶的分布質(zhì) 膜線粒體和葉綠體（植物）核糖體70S（50S30S）80S（60S40S）細(xì)胞壁肽聚糖, 蛋白質(zhì), 脂多糖, 脂蛋白植物細(xì)胞具有纖維素壁基因表達(dá)RNA和蛋白質(zhì)在同一

10、區(qū)間合成RNA在核中合成和加工; 蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中合成營養(yǎng)方式吸收, 有的行光合作用吸收, 光合作用, 內(nèi)吞細(xì)胞分裂二分裂或出芽增殖有絲分裂或減數(shù)分裂古核細(xì)胞（古細(xì)菌） （archaebacteria）原核生物在極早世代演化為兩大類，古細(xì)菌與真細(xì)菌。真細(xì)菌包括目前已知的絕大多數(shù)原核生物，而古細(xì)菌則是一些在地球上特殊環(huán)境中的細(xì)菌，代表了原始地球環(huán)境中生命存在與繁衍的特定形式。最早發(fā)現(xiàn)的古細(xì)菌有甲烷細(xì)菌類，16S rRNA序列分析發(fā)現(xiàn)其與原核細(xì)胞相差甚遠(yuǎn)；其它的古細(xì)菌有：鹽細(xì)菌（halobacteria)、熱原質(zhì)體（thermoplasma)、硫氧化菌（sulfolobus)等幾百種與真核細(xì)胞曾在進(jìn)化上有過共同歷程:（1）細(xì)胞壁的成分:與真核細(xì)胞一樣，對抑制壁酸合成的抗生素不敏感。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌DNA中有重復(fù)序列的存在。存在內(nèi)含子。（3）有類核小體結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌具有組蛋白,有類似核小體結(jié)構(gòu)。（4）核糖體：介于真核細(xì)胞核糖體80S（70-84種蛋白）與真細(xì)菌70S（55種蛋白）之間，有60種以上蛋白。（5）5S rRNA：古細(xì)菌與真核生物同屬一類，而真細(xì)菌卻與之差距甚遠(yuǎn)。5S rRNA二級結(jié)構(gòu)的研究也說明很多古細(xì)菌與真核生物相似。 除上述各點(diǎn)外，根據(jù)DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基