高中生物競賽課件細(xì)胞生物學(xué)-第2章-細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

第2章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

Chapter2

TheUniversalFeaturesandDiversityofCells第一節(jié)細(xì)胞的基本特征一、細(xì)胞是生命活動的基本單位（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

個細(xì)胞，剛出生的嬰兒約由2×1012個細(xì)胞組成；人的大腦是由1012個細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜體系Cellisthebasicunitoflife（二）細(xì)胞是代謝與功能的基本單位細(xì)胞的生命活動：以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)以能量代謝（ATP）為動力以信息調(diào)控為機(jī)制有機(jī)體一切代謝活動均以細(xì)胞為基礎(chǔ)（二）細(xì)胞是代謝與功能的基本單位（三）細(xì)胞是繁殖的基本單位，是遺傳的橋梁單細(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)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)有機(jī)體的生長與發(fā)育是依靠細(xì)胞的分裂、分化與凋亡來實現(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，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：單細(xì)胞原核生物20億年前：單細(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)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(bacterium)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物界原生動物后生動物按細(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物界后生動物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物界原生動物后生動物第二節(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10μm不等二、最小最簡單的細(xì)胞——支原體最簡單的原核細(xì)胞，直徑為0.1～0.3μm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，污染源主要是血清衣原體（革蘭氏陰性）直徑0.2-0.3μm，能通過濾菌膜。有細(xì)胞壁，在寄主細(xì)胞內(nèi)生活，有攝能寄生物(energeparasite)之稱。砂眼衣原體起初被認(rèn)為是大型病毒，1956年，我國微生物學(xué)家湯飛凡等人首次分離到沙眼病原體。立克次氏體（革蘭氏陰性）的細(xì)胞較大，有細(xì)胞壁，無濾過性，合成能力較強(qiáng)，且不形成包涵體三、原核細(xì)胞的兩個代表類群細(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0.5～5.0μm之間絕大多數(shù)細(xì)菌有明顯的核區(qū)稱類核（nucleoid），主要由一個環(huán)狀DNA分子盤繞而成（DNA分子裸露，沒有內(nèi)含子，具有重疊基因。除了核糖體外，沒有類似真核細(xì)胞的細(xì)胞器。細(xì)胞壁主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸構(gòu)成雙糖單元，以β（1-4）糖苷鍵連接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽側(cè)鏈，相鄰聚糖纖維之間的短肽通過肽橋（革蘭氏陽性菌）或肽鍵（革蘭氏陰性菌）橋接起來，形成了肽聚糖片層。革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁厚約20-80nm，有15-50層肽聚糖片層，每層厚1nm，含20-40％的磷壁酸。革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁厚約10nm，僅2-3層肽聚糖，另外還有脂多糖、細(xì)菌外膜和脂蛋白。青霉素通過抑制肽聚糖合成來抑菌，革蘭氏陽性菌對其敏感原核細(xì)胞的質(zhì)膜具有單位膜的典型特征，厚約8~10nm。能進(jìn)行物質(zhì)交換并含有豐富的酶系來執(zhí)行多種功能。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)(革蘭氏陽性菌更明顯與細(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）。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)比較簡單細(xì)菌的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進(jìn)行核糖體約含5000~50000個。部分附著在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，大部分游離于細(xì)胞質(zhì)中。沉降系數(shù)為70S。由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成。小亞單位對四環(huán)素與鏈霉素敏感，大亞單位對紅霉素與氯霉素敏感。細(xì)菌鞭毛細(xì)菌莢膜有些細(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。夾膜由蛋白質(zhì)與葡萄糖醛酸構(gòu)成，也可能還有多肽和脂質(zhì)。鞭毛由鞭毛蛋白構(gòu)成，與真核細(xì)胞不完全一樣細(xì)菌的莢膜具有保護(hù)作用（抵抗吞噬及體液中殺菌物質(zhì)）和營養(yǎng)作用細(xì)菌的鞭毛極為纖細(xì)(Φ10~20μm)；其著生位置和數(shù)目是種的特征，對細(xì)菌分類具有重要意義；鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動“器官”。原核細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)比較簡單質(zhì)粒(plasmid)：除核區(qū)DNA外，可進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳因子，是裸露的環(huán)狀DNA分子，所含遺傳信息量為2~200個基因，能進(jìn)行自我復(fù)制，有時能整合到核DNA中去。質(zhì)粒常用作基因重組與基因轉(zhuǎn)移的載體。菌毛：是菌體表面極其的蛋白纖細(xì)，與細(xì)菌運(yùn)動無關(guān)。分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細(xì)菌吸附和侵染宿主有關(guān)，后者為中空管子，與傳遞遺傳物質(zhì)有關(guān)。大多數(shù)原核細(xì)胞比較小，平均只有1~10m。枝原體、立克次體和鸚鵡熱菌最小只有0.1~0.3m。大的原核細(xì)胞如藍(lán)細(xì)菌中的顫藻(Oscilatoliaprinceps)，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、繁殖方式簡單（二）藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌。它的光合作用類似于高等植物，而不同于光合細(xì)菌。含有葉綠素和藻藍(lán)素和類囊體薄膜，沒有葉綠體。DNA裸露，分子環(huán)狀，遺傳信息可與高等植物相比。體積大，直徑約10μm左右，甚至可達(dá)60μm(顫藻)。分裂方式多樣，一般通過內(nèi)生隔膜分開，也有出芽、斷裂和復(fù)分裂等。絲狀藍(lán)藻氮源不足時，可產(chǎn)生異形胞，含有固氮酶屬單細(xì)胞生物，但有些藍(lán)藻經(jīng)常以絲狀的細(xì)胞群體存在，如：發(fā)菜。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)胞壁，染色為G＋或G－；細(xì)胞大小在0.1～15μm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、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。高等動物：肌肉細(xì)胞：長條形或長梭形紅細(xì)胞：雙面凹圓盤狀有利于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個保衛(wèi)細(xì)胞圍成一個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)胞的一個重要特征!上述細(xì)胞形狀是指活細(xì)胞在體內(nèi)時的形態(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)時則呈多角形細(xì)胞的形態(tài)HbS細(xì)胞發(fā)生病變后，會發(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)胞與動物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞細(xì)胞壁液泡葉綠體動物細(xì)胞溶酶體中心體四、植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的比較第四節(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)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)），研究病毒活動有助于對細(xì)胞活動機(jī)制的理解

2.病毒是寄生性感染物，其宿主是細(xì)胞，病毒的活動與細(xì)胞有密切的關(guān)系一、病毒的基本知識病毒很小，結(jié)構(gòu)極其簡單。絕大部分病毒的大小只有20～200nm，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病毒是以復(fù)制和裝配的方式進(jìn)行增殖動物病毒植物病毒細(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面體立體對稱，由DNA核心和衣殼組成皰疹病毒的衣殼呈20面體對稱，衣殼外包被一層脂雙層囊膜煙草花葉病毒的衣殼蛋白與內(nèi)部的基因組RNA相結(jié)合，病毒呈螺旋對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！2.蛋白質(zhì)感染子蛋白蛋白質(zhì)感染子蛋白(prionprotein，PrP)由prp基因編碼（人：第20號染色體，小鼠：第2號染色體）。這種蛋白存在于神經(jīng)元和神經(jīng)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。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，對蛋白酶很敏感。一旦基因突變，有一個氨基酸發(fā)生改變，PrPC蛋白發(fā)生了構(gòu)象變化，就變成