細(xì)胞生物學(xué)-第2章-細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性(翟中和第四版)

1、第2章 細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性 Chapter 2 The Universal Features and Diversity of Cells本章主要內(nèi)容細(xì)胞的基本特征（重點(diǎn)）原核細(xì)胞與古核細(xì)胞真核細(xì)胞（重點(diǎn)、難點(diǎn)）非細(xì)胞形態(tài)的生命體病毒人們喜歡用“生、老、病、死”這四個(gè)字來形容人的生命歷程。這是生命運(yùn)行的基本規(guī)律。 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)The cell theory states: 1. All living things or organisms are made of cells and their products. 2. New cells are created by old cells di

2、viding into two. 3. Cells are the basic building units of life.Cell theory第一節(jié) 細(xì)胞的基本特征一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位（一）細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位人體內(nèi)的細(xì)胞大約分為200 多種不同的類型，成年人大約含有1014 個(gè)細(xì)胞，剛出生的嬰兒約由21012 個(gè)細(xì)胞組成；人的大腦是由1012 個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜體系Cell is the basic unit of life（二）細(xì)胞是代謝與功能的基本單位細(xì)胞的生命活動(dòng)：以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)以能量代謝（ATP）為動(dòng)力以信息調(diào)控為機(jī)制有機(jī)體一切代謝活動(dòng)均以細(xì)胞為基礎(chǔ)（二）細(xì)胞是代

3、謝與功能的基本單位（三）細(xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁?jiǎn)渭?xì)胞生物的繁殖表現(xiàn)為細(xì)胞一分為二多細(xì)胞生物依靠細(xì)胞分裂形成特殊形式的生殖細(xì)胞孢子或配子孢子萌發(fā)或配子結(jié)合為合子，是下一代生命的開始細(xì)胞核中的遺傳信息指導(dǎo)下一代生命的構(gòu)建（三）細(xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁鯨和人SRY基因序列高度相似，其蛋白質(zhì)組成差異很?。ㄈ┘?xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁色素細(xì)胞表面受體Kit突變，導(dǎo)致色素沉積出現(xiàn)紊亂（三）細(xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁（四）細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育的基礎(chǔ)有機(jī)體的生長(zhǎng)與發(fā)育是依靠細(xì)胞的分裂、分化與凋亡來實(shí)現(xiàn)的（五）細(xì)胞具有全能性，可以產(chǎn)生新的同樣的有機(jī)體（五）細(xì)胞具有全能性

4、，可以產(chǎn)生新的同樣的有機(jī)體（六）細(xì)胞是生命起源的歸宿，是生物進(jìn)化的起點(diǎn)生命是經(jīng)過漫長(zhǎng)的進(jìn)化，由非生命的物質(zhì)形成的含有遺傳物質(zhì)的原始細(xì)胞的形成，標(biāo)志著生命的出現(xiàn)（六）細(xì)胞是生命起源的歸宿，是生物進(jìn)化的起點(diǎn)前寒武紀(jì)34億年前：?jiǎn)渭?xì)胞原核生物20億年前：?jiǎn)渭?xì)胞真核藻類8億年前:多細(xì)胞生物迄今在南非發(fā)現(xiàn)的34億年前微體生物化石（行光合作用的藍(lán)細(xì)菌）（六）細(xì)胞是生命起源的歸宿，是生物進(jìn)化的起點(diǎn)（七）關(guān)于細(xì)胞概念的一些新思考細(xì)胞是多層次、非線性與多層面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系細(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)胞是高度有序的，具有自組裝能力的自組織體系二、細(xì)胞的基本共性 相似的化學(xué)組成 脂蛋白體系的

5、生物膜 相同的遺傳裝置 蛋白質(zhì)合成機(jī)器核糖體 一分為二的分裂方式具有細(xì)胞壁和葉綠體對(duì)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;支原體既無葉綠體也無細(xì)胞壁。地球上的200萬余種生物：一切生物動(dòng)物界植物界沒有細(xì)胞壁和葉綠體早期營(yíng)養(yǎng)方式運(yùn)動(dòng)能力細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞的進(jìn)化演變Chatton(1925年)把細(xì)胞中無由膜包圍的細(xì)胞核的生物稱為原核生物(prokaryote) 。自從原核生物概念提出之后，H. Ris則把由含有由核被膜包圍的核的細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為真核生物(eukaryote)。代表性原核生物：支原體(mycoplasma)、細(xì)菌(b

6、acterium)和藍(lán)細(xì)菌(cyanobacterium)等原核細(xì)胞與真核細(xì)胞概念的確立 生物界兩類分類系統(tǒng)的比較傳統(tǒng)分類系統(tǒng)植物界細(xì)菌藍(lán)藻金藻綠藻紅藻褐藻粘菌真正真菌苔蘚維管植物動(dòng)物界原生動(dòng)物后生動(dòng)物按細(xì)胞結(jié)構(gòu)的分類系統(tǒng)類型原核生物真核生物 Whittaker(1969)原核生物界(monera)細(xì)菌藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)原生生物界(protista)金藻原生動(dòng)物真菌界粘菌真正真菌植物界綠藻紅藻褐藻苔蘚維管植物動(dòng)物界后生動(dòng)物Dodson(1971)原核生物界 細(xì)菌 藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)植物界金藻綠藻紅藻褐藻粘菌真正真菌苔蘚維管植物動(dòng)物界原生動(dòng)物后生動(dòng)物第二節(jié) 原核細(xì)胞與古核細(xì)胞一、原核細(xì)胞沒有典型核結(jié)構(gòu)包

7、括支原體、衣原體、立克次氏體、細(xì)菌、放線菌與藍(lán)藻等大部分原核細(xì)胞主要遺傳物質(zhì)僅為一個(gè)環(huán)狀DNA細(xì)胞內(nèi)沒有以膜為基礎(chǔ)的各種細(xì)胞器，也沒有細(xì)胞核膜細(xì)胞體積一般很小，直徑由0.2 至 10 m 不等二、最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞支原體最簡(jiǎn)單的原核細(xì)胞，直徑為0.10.3 m具有細(xì)胞質(zhì)膜，但沒有細(xì)胞壁唯一的細(xì)胞器是核糖體具感染性，可在培養(yǎng)基上培養(yǎng)培養(yǎng)細(xì)胞很容易被支原體污染，污染源主要是血清三、原核細(xì)胞的兩個(gè)代表類群細(xì)菌與藍(lán)藻大腸桿菌淋病球菌肉毒梭菌霍亂弧菌三、原核細(xì)胞的兩個(gè)代表類群（一）細(xì)菌細(xì)胞絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.55.0 m 之間絕大多數(shù)細(xì)菌有明顯的核區(qū)稱類核（nucleoid），主要由一個(gè)環(huán)狀DNA

8、 分子盤繞而成除了核糖體外，沒有類似真核細(xì)胞的細(xì)胞器。（二）藍(lán)藻大多數(shù)原核細(xì)胞比較小，平均只有110m。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。大多數(shù)原核細(xì)胞比較小、繁殖方式簡(jiǎn)單原核細(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

9、的重要特征之一）。間體質(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。原核細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單細(xì)菌鞭毛細(xì)菌莢膜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。有些細(xì)菌表面有莢膜、類似莢膜物質(zhì)或其他表面物質(zhì)等；有些還帶有鞭毛。細(xì)菌的莢膜具有抵抗吞噬及體液中殺菌物質(zhì)的作用細(xì)菌的鞭毛極為纖細(xì)(1020m)；其著生位置和數(shù)目是種的特征，對(duì)細(xì)菌分類具有重要意義；鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)“器官”。原核細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單細(xì)菌的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行四、古核細(xì)胞（古細(xì)菌）古細(xì)菌又稱為古核生物（archaeon），常發(fā)現(xiàn)于極端特殊環(huán)境中古細(xì)菌形態(tài)多樣，具有細(xì)

10、胞壁，染色為G或G ；細(xì)胞大小在0.115 m 不等，分裂方式有二分分裂、 出芽等多種古核生物細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)與遺傳結(jié)構(gòu)裝置和原核細(xì)胞相似，但有些分子進(jìn)化特征更接近真核細(xì)胞第三節(jié) 真核細(xì)胞一、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系1. 以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)一、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系2. 以核酸與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息傳遞與表達(dá)系統(tǒng)一、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系3. 由特異蛋白質(zhì)裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)二、細(xì)胞的大小及其影響因素細(xì)胞的體積受哪些因素影響？細(xì)胞的體積與相對(duì)表面積成反比核質(zhì)比細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流運(yùn)輸核糖體的活性數(shù)百微米是上限卵細(xì)胞的體積為什么那么大？不同細(xì)胞的形態(tài)千差萬別：呈圓形、橢圓形

11、、柱形、方形、多角形、扁形、梭形，甚至不定形。一、細(xì)胞的形狀各類細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和所處環(huán)境不同形狀和大小千差萬別細(xì)胞的形態(tài) 單細(xì)胞原核生物往往是單個(gè)細(xì)胞獨(dú)立生活（即使成群體存在，細(xì)胞間的關(guān)系也不密切），每種生物的細(xì)胞往往有自己特有的形狀：如桿菌桿狀 球菌球狀 弧菌圓弧狀； 螺旋體螺旋狀細(xì)胞的形態(tài) 單細(xì)胞動(dòng)物或植物的細(xì)胞形狀更復(fù)雜：如草履蟲鞋底狀；眼蟲梭形且有長(zhǎng)鞭毛；游撲蟲和鐘形蟲袋狀；阿米巴不定形等細(xì)胞的形態(tài)高等生物是多細(xì)胞有機(jī)體，其細(xì)胞多構(gòu)成了組織，各種細(xì)胞發(fā)生了結(jié)構(gòu)和功能上的分化：細(xì)胞的形狀往往與細(xì)胞執(zhí)行的功能及存在的位置有一定的關(guān)系。高等動(dòng)物：肌肉細(xì)胞：長(zhǎng)條形或長(zhǎng)梭形紅細(xì)胞：雙面凹圓盤狀有

12、利于O2和CO2氣體的交換利于收縮功能細(xì)胞的形態(tài)高等植物：篩管細(xì)胞：條形葉表皮保衛(wèi)細(xì)胞：半月形.以利于呼吸和蒸騰2個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞圍成一個(gè)氣孔于植物莖部起支持和輸導(dǎo)作用細(xì)胞的形態(tài)細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系骨細(xì)胞成纖維細(xì)胞軟骨細(xì)胞脂肪細(xì)胞平滑肌細(xì)胞結(jié)締組織中的幾種細(xì)胞類型活細(xì)胞的形狀并不是固定不變的 形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一是生物體細(xì)胞的一個(gè)重要特征!上述細(xì)胞形狀是指活細(xì)胞在體內(nèi)時(shí)的形態(tài)，一旦細(xì)胞離開了有機(jī)體分散存在，形狀就要發(fā)生很大的變化。如平滑肌細(xì)胞：離體培養(yǎng)在體內(nèi)呈梭形離體培養(yǎng)時(shí)則呈多角形細(xì)胞的形態(tài)HbS細(xì)胞發(fā)生病變后，會(huì)發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化：三、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的共存定殖于

13、小鼠回腸末端的分節(jié)絲狀菌與腸上皮細(xì)胞的相互作用，維持宿主的免疫功能四、植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞細(xì)胞壁液泡葉綠體動(dòng)物細(xì)胞溶酶體中心體四、植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較 盡管病毒不是細(xì)胞，然而 1. 病毒的某些屬性與細(xì)胞又有一定的共同性（共同的遺傳基礎(chǔ)），研究病毒活動(dòng)有助于對(duì)細(xì)胞活動(dòng)機(jī)制的理解 2. 病毒是寄生性感染物，其宿主是細(xì)胞，病毒的活動(dòng)與細(xì)胞有密切的關(guān)系第四節(jié) 非細(xì)胞形態(tài)的生命體病毒第四節(jié) 非細(xì)胞形態(tài)的生命體病毒類病毒的電鏡圖片牛傳染性鼻氣管炎病毒的超微結(jié)構(gòu)一、病毒的基本知識(shí)病毒很小，結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單。絕大部分病毒的大小只有20200 nm，可以通過細(xì)菌濾器。因此必須在電子顯微鏡下才能清楚地

14、看到不同種類的病毒遺傳載體多樣性：不僅有DNA 病毒，還有RNA 病毒。這兩種病毒均有雙鏈和單鏈之分。但每一種病毒粒子中只含有 DNA 或RNA，而非二者兼有徹底的寄生性。必須要在細(xì)胞內(nèi)才能進(jìn)行繁殖并表現(xiàn)出它們的基本生命活動(dòng)病毒是以復(fù)制和裝配的方式進(jìn)行增殖動(dòng)物病毒植物病毒細(xì)菌病毒噬菌體雙鏈DNA病毒單鏈DNA病毒雙鏈RNA病毒單鏈RNA病毒單鏈RNA病毒據(jù)宿主分據(jù)結(jié)構(gòu)分據(jù)遺傳物質(zhì)分病毒的分類真病毒類病毒蛋白質(zhì)感染子蛋白外殼核酸芯子(核酸)(蛋白)病毒的基本類型病毒結(jié)構(gòu)示意圖 腺病毒呈20 面體立體對(duì)稱，由DNA 核心和衣殼組成皰疹病毒的衣殼呈20 面體對(duì)稱，衣殼外包被一層脂雙層囊膜煙草花葉病毒

15、的衣殼蛋白與內(nèi)部的基因組RNA 相結(jié)合，病毒呈螺旋對(duì)稱戊型肝炎病毒的冷凍電鏡圖片 A. 病毒表面的衣殼蛋白 B. 病毒的內(nèi)剖圖病毒結(jié)構(gòu)示例1982年S.B. Prusiner在患羊搔癢病(scrapie)的羊體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)因子，是羊搔癢病的致病因子，它將其命名為prion(pr, protein; i, infectious; on, 基本單位,蛋白質(zhì)感染因子)，也有人譯為朊病毒。蛋白質(zhì)感染因子1. 發(fā)現(xiàn):Prusiner因此獲得1997年諾貝爾獎(jiǎng)！蛋白質(zhì)感染子蛋白(prion protein，PrP)由prp基因編碼（人：第20號(hào)染色體，小鼠：第2號(hào)染色體）。這種蛋白存在于神經(jīng)元和神經(jīng)

16、膠質(zhì)細(xì)胞表面上，其作用尚未查清，破壞小鼠的prp基因，小鼠的發(fā)育和行為未發(fā)現(xiàn)異常變化。2. 蛋白質(zhì)感染子蛋白prp基因正常的表達(dá)產(chǎn)物并無致病作用，這種正常蛋白稱為PrPC蛋白，對(duì)蛋白酶很敏感。一旦基因突變，有一個(gè)氨基酸發(fā)生改變，PrPC蛋白發(fā)生了構(gòu)象變化，就變成了具有致病作用的PrPSc蛋白。基因突變產(chǎn)生PrPSc所引起的疾病是可以遺傳的。PrPSc蛋白在構(gòu)象上與正常蛋白PrPC不同：PrPC向PrPSc轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是螺旋向折疊的遷移轉(zhuǎn)變PrPSc的肽鏈中螺旋減少，而折疊增加！現(xiàn)已查明，羊搔癢病、瘋牛病、人的紋狀體脊髓變性病和腦軟化病都是由這種PrPSc蛋白引起的。PrPSc蛋白對(duì)蛋白質(zhì)水解酶具

17、有很強(qiáng)的抗性和高熱穩(wěn)定性，且紫外線和電離輻射不能使其喪失活性。增殖方式一個(gè)PrPSc分子一個(gè)PrPC分子+四個(gè)PrPSc分子如此倍增不已PrPSc誘導(dǎo)一個(gè)模板分子伴侶(molecular chaperone)當(dāng)PrPSc分子積累到一定濃度時(shí)，就會(huì)損傷神經(jīng)元而發(fā)病3. 蛋白質(zhì)感染因子的復(fù)制和繁殖機(jī)制PrPSc二聚體蛋白質(zhì)感染子本身不能復(fù)制二、病毒在細(xì)胞內(nèi)增殖病毒識(shí)別和侵入細(xì)胞病毒核酸的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的合成病毒的裝配、成熟與釋放在細(xì)胞核內(nèi)增殖的腺病毒病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖過程電鏡超薄切片下的山羊痘病毒病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖三、病毒與細(xì)胞在起源與進(jìn)化中的關(guān)系本章小結(jié)細(xì)胞是一切生命活動(dòng)的基本單位（涵義）細(xì)

18、胞的基本共性細(xì)胞膜，兩種核酸（DNA與RNA），蛋白質(zhì)合成機(jī)器核糖體與一分為二的增殖方式細(xì)胞分為原核細(xì)胞、古核細(xì)胞與真核細(xì)胞三大類支原體是迄今發(fā)現(xiàn)的最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞細(xì)菌與藍(lán)藻是原核細(xì)胞的兩個(gè)重要代表真核細(xì)胞的三大結(jié)構(gòu)體系病毒是非細(xì)胞形態(tài)的生命體 1. 為什么說支原體可能是最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞存在形式？ 2. Your next-door neighbor has donated $100 in support of cancer research and is horrified to learn that her money is being spent on studying brewers yeast.How