電子科大細(xì)胞生物學(xué)第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四掌握細(xì)胞基本概念、基本共性掌握原核細(xì)胞與真核細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞比較理解真核細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)體系、細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系掌握病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系本章學(xué)習(xí)要求現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四

細(xì)胞的基本概念原核細(xì)胞、古核細(xì)胞與真核細(xì)胞非細(xì)胞形態(tài)的生命體

——病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系本章主要教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四第一節(jié)細(xì)胞的基本概念細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位細(xì)胞概念的一些新思考細(xì)胞的基本共性現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四一切有機(jī)體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。細(xì)胞具有獨(dú)立、有序的自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功能的基本單位。細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育的基礎(chǔ)。細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性。沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整的生命。一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四細(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)胞是高度有序的，具有自組裝與自組織能力的體系。

細(xì)胞能進(jìn)行自我調(diào)控

繁殖和傳留后代細(xì)胞是物質(zhì)（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過(guò)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(dòng)

細(xì)胞對(duì)刺激作出反應(yīng)二、細(xì)胞概念的一些新思考現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四相似的化學(xué)組成:三、細(xì)胞的基本共性脂-蛋白體系的生物膜DNA-RNA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基本元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等生物小分子：核苷酸、氨基酸、脂肪酸、單糖生物分子：核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖生物大分子：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、糖脂、磷脂等現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四原核細(xì)胞（Prokaryoticcell）真核細(xì)胞（Eukaryoticcell）古細(xì)菌（Archaebacteria）第二節(jié)原核細(xì)胞與古核細(xì)胞現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四一、原核細(xì)胞遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成；細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專(zhuān)門(mén)結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜。1、基本特點(diǎn)：（Prokaryoticcell）現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四支原體（mycoplast）——目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞，直徑，僅為細(xì)菌的1/10。細(xì)菌：直徑1-2um藍(lán)藻，又稱(chēng)藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）

2、主要代表：現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四支原體模式圖直徑現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四直徑1-2um現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四壁酸壁厚度壁層次對(duì)青霉素敏感程度革蘭氏陽(yáng)性菌高厚不清楚敏感革蘭氏陰性菌低薄清楚不敏感細(xì)菌細(xì)胞壁成分：肽聚糖由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸與四、五個(gè)氨基酸短肽聚合而成的多層網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四某些細(xì)菌的表面還有特殊結(jié)構(gòu)——莢膜莢膜：位于細(xì)胞壁表面的一層松散的粘液物質(zhì)。莢膜的成分因不同菌種而異，主要是由葡萄糖與葡萄糖醛酸組成的聚合物，也有含多肽與脂質(zhì)。

現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四質(zhì)粒細(xì)菌染色體大腸桿菌模式圖細(xì)菌細(xì)胞有“染色體”外質(zhì)粒。質(zhì)粒DNA雙鏈現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四藍(lán)藻細(xì)胞壁：除了有與高等植物一樣的纖維素成分外，還有與細(xì)菌相似的肽聚糖?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四

古細(xì)菌一詞出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代：指那些生長(zhǎng)在極端特殊環(huán)境中的細(xì)菌，又稱(chēng)原細(xì)菌。如產(chǎn)甲烷細(xì)菌、嗜熱、鹽細(xì)菌。古細(xì)菌與真核細(xì)胞曾在進(jìn)化上有過(guò)共同歷程。

主要證據(jù)：

進(jìn)化系統(tǒng)樹(shù)：有些生物學(xué)家建議將生物劃分為原核生物、古核生物和真核生物三大界，將細(xì)胞相應(yīng)分為三大類(lèi)型：原核細(xì)胞、古核細(xì)胞和真核細(xì)胞。

二、古細(xì)菌（Archaebacteria）現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四（1）細(xì)胞壁的成分與真核細(xì)胞一樣，而不是由含壁酸的肽聚糖構(gòu)成，因此抑制壁酸合成的鏈霉素，抑制肽聚糖前體合成的環(huán)絲氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素與萬(wàn)古霉素等對(duì)真細(xì)菌類(lèi)有強(qiáng)的抑制生長(zhǎng)作用，而對(duì)古細(xì)菌與真核細(xì)胞卻無(wú)作用。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌DNA中有重復(fù)序列的存在。此外，多數(shù)古核細(xì)胞的基因組中存在內(nèi)含子。主要證據(jù)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四（3）有類(lèi)核小體結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌具有組蛋白，而且能與DNA構(gòu)建成類(lèi)似核小體結(jié)構(gòu)。（4）有類(lèi)似真核細(xì)胞的核糖體：多數(shù)古細(xì)菌類(lèi)的核糖體較真細(xì)菌有增大趨勢(shì)，含有60種以上蛋白，介于真核細(xì)胞（70～84）與真細(xì)菌（55）之間?？股赝瑯硬荒芤种乒藕思?xì)胞類(lèi)的核糖體的蛋白質(zhì)合成?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四（5）5SrRNA：根據(jù)對(duì)5SrRNA的分子進(jìn)化分析，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類(lèi)，而真細(xì)菌卻與之差距甚遠(yuǎn)。5SrRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究也說(shuō)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，起始氨基酰tRNA與肽鏈延長(zhǎng)因子等分析，也提供了以上類(lèi)似依據(jù)，說(shuō)明古細(xì)菌與真核生物在進(jìn)化上的關(guān)系較真細(xì)菌類(lèi)更為密切?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四1、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系

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)。以核酸（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)。由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。第三節(jié)真核細(xì)胞（Eukaryoticcell）現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四細(xì)胞類(lèi)型直徑大小(um)最小的病毒0.02支原體細(xì)胞0.1-0.3細(xì)菌細(xì)胞1-2動(dòng)植物細(xì)胞20-30(10-50)原生動(dòng)物細(xì)胞數(shù)百至數(shù)千2、細(xì)胞的大小及其分析某些不同來(lái)源的同類(lèi)細(xì)胞的大小變化很大，如人的卵細(xì)胞的直徑只有0.2mm，而鴕鳥(niǎo)的卵細(xì)胞的直徑則有5cm?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四但是，來(lái)自不同物種的多數(shù)同類(lèi)型細(xì)胞的體積一般是相近的，不依生物個(gè)體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細(xì)胞、肝細(xì)胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要決定于細(xì)胞的數(shù)量，與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無(wú)關(guān)。細(xì)胞體積守恒定律現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四細(xì)胞的體積與相對(duì)表面積成反比關(guān)系，細(xì)胞體積越大，其相對(duì)表面積就越小，細(xì)胞與周?chē)h(huán)境交換物質(zhì)的效力就越小。不論細(xì)胞體積大小相差多大，但各種細(xì)胞核的大小懸殊卻不大。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流運(yùn)輸與細(xì)胞體積有關(guān)，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)從一端向另一端運(yùn)輸或擴(kuò)散是有時(shí)間與空間關(guān)系的。

現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四3、細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系如：紅細(xì)胞與其功能：細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性和一致性是很多細(xì)胞的共同特點(diǎn)，在分化程度較高的細(xì)胞中更為明顯。各類(lèi)分泌細(xì)胞與其功能：精子、卵細(xì)胞與其功能：現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基本特征的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達(dá)的比較植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較4、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四特征真核細(xì)胞原核細(xì)胞細(xì)胞膜有有（多功能）核膜有無(wú)染色體兩個(gè)以上染色體，染色體由線狀DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合組成由一個(gè)環(huán)狀的DNA分子構(gòu)成的單個(gè)“染色體”，DNA很少與蛋白質(zhì)結(jié)合核仁有無(wú)線粒體有無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有無(wú)高爾基體有無(wú)溶酶體有無(wú)核糖體80S（包括60S和40S的大小亞單位）70S（包括50S和30S的大小亞單位）光合作用結(jié)構(gòu)植物葉綠體具有葉綠素a和b(動(dòng)物細(xì)胞無(wú)葉綠體,不能進(jìn)行光合作用)藍(lán)藻含有葉綠素a的膜層結(jié)構(gòu)，細(xì)菌具有菌色素核外DNA線粒體DNA，葉綠體DNA細(xì)菌具有裸露的質(zhì)粒DNA細(xì)胞壁動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁，植物有細(xì)胞壁（主要成分為纖維素和果膠），真菌為幾丁質(zhì)主要成分為氨基糖與壁酸細(xì)胞骨架有無(wú)細(xì)胞增殖方式以有絲分裂（間接分裂）為主，減數(shù)分裂無(wú)絲分裂（直接分裂）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基本特征的比較現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四特征真核生物原核生物DNA量（信息量）多少DNA分子數(shù)2個(gè)以上1個(gè)DNA分子結(jié)構(gòu)線狀環(huán)狀基因組數(shù)2n，多n1n基因數(shù)目幾萬(wàn)幾千大量“多余”的重復(fù)DNA序列有-基因組結(jié)構(gòu)緊密性較松散更緊密，有些基因間甚至無(wú)間隔基因中插入內(nèi)含子+-DNA與組蛋白結(jié)合與5種組蛋白結(jié)合不與或與少量類(lèi)組蛋白結(jié)合核小體-染色質(zhì)-染色體+-DNA復(fù)制的明顯周期性+-基因表達(dá)調(diào)控復(fù)雜性，多層次性主要以操縱子方式轉(zhuǎn)錄與翻譯的時(shí)空關(guān)系核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，質(zhì)內(nèi)翻譯，具有嚴(yán)格的階段性與區(qū)域性轉(zhuǎn)錄與翻譯同時(shí)同地進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后與翻譯后大分子的加工與修飾+-原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達(dá)的比較現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞有細(xì)胞壁、液泡、葉綠體；動(dòng)物細(xì)胞無(wú)?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四病毒的基本知識(shí)病毒在細(xì)胞內(nèi)增殖（復(fù)制）病毒與細(xì)胞在起源與進(jìn)化中的關(guān)系第四節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系病毒既有DNA，也有RNA嗎？討論現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體；根據(jù)病毒的核酸類(lèi)型可以將其分為兩大類(lèi)：

DNA病毒與RNA病毒病毒的多樣性類(lèi)病毒（viroid）——僅由感染性的RNA構(gòu)成朊病毒（prion）——僅由感染性的蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成一、病毒的基本知識(shí)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四RetrovirusesareinfectiousparticlesconsistingofanRNAgenomepackagedinaproteincapsid,surroundedbyalipidenvelope.Thislipidenvelopecontainspolypeptidechainsincludingreceptorbindingproteinswhichlinktothemembranereceptorsofthehostcell,initiatingtheprocessofinfection.RetrovirusescontainRNAasthehereditarymaterialinplaceofthemorecommonDNA.InadditiontoRNA,retrovirusparticlesalsocontaintheenzymereversetranscriptase(orRNAse),whichcausessynthesisofacomplementaryDNAmolecule(cDNA)usingvirusRNAasatemplate.

Whenaretrovirusinfectsacell,itinjectsitsRNAintothecytoplasmofthatcellalongwiththereversetranscriptaseenzyme.ThecDNAproducedfromtheRNAtemplatecontainsthevirallyderivedgeneticinstructionsandallowsinfectionofthehostcelltoproceed.

現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四Adenovirus現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四HIV-(HumanImmunodeficiencyVirus)現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四二、病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖（復(fù)制）病毒能在細(xì)胞外增殖嗎？討論現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四病毒侵入細(xì)胞病毒核酸在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、合成病毒蛋白質(zhì)病毒裝配、成熟與釋放病毒增殖（復(fù)制）過(guò)程分三步：現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四

病毒表面識(shí)別結(jié)構(gòu)與敏感細(xì)胞表面受體發(fā)生特異吸附，之后以如下方式侵入細(xì)胞：主動(dòng)吞飲：多數(shù)病毒用此方式，需能量。病毒包膜與敏感細(xì)胞的細(xì)胞膜發(fā)生融合。病毒僅將核酸注入被感染的細(xì)胞內(nèi)，殼體不進(jìn)入細(xì)胞：如噬菌體。1、病毒侵入細(xì)胞現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四核酸復(fù)制類(lèi)型病毒所帶的酶病毒舉例DNA病毒雙鏈DNA皰疹病毒、腺病毒、痘病毒、多瘤病毒、虹病毒單鏈DNA細(xì)小DNA病毒RNA病毒雙鏈RNA轉(zhuǎn)錄酶呼腸孤病毒侵染性單鏈RNA（+）小RNA病毒非侵染性單鏈RNA（-）轉(zhuǎn)錄酶粘液病毒、副粘液病毒、彈狀病毒等逆轉(zhuǎn)錄病毒單鏈RNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄病毒2、病毒核酸復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)合成（1）病毒核酸復(fù)制類(lèi)型現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四病毒進(jìn)入細(xì)胞后，在宿主細(xì)胞蛋白水解酶（脫衣酶）作用下，病毒殼體裂解，釋放DNA。DNA進(jìn)入細(xì)胞核，由病毒DNA指導(dǎo)合成“早期蛋白”。早期蛋白關(guān)閉宿主細(xì)胞的基因調(diào)控，抑制宿主細(xì)胞本身的核酸復(fù)制與轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)合成。另一種“早期蛋白”具有病毒特異聚合酶活性，可催化DNA復(fù)制新的病毒DNA，并轉(zhuǎn)錄出病毒mRNA，病毒mRNA與宿主細(xì)胞核糖體結(jié)合翻譯出子代病毒結(jié)構(gòu)蛋白。（2）病毒核酸復(fù)制過(guò)程（舉例）1）雙鏈DNA病毒復(fù)制：現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四在病毒自身攜帶的逆轉(zhuǎn)錄酶作用下，逆轉(zhuǎn)錄合成DNA，之后整合到宿主細(xì)胞染色體DNA上→病毒mRNA→病毒蛋白質(zhì)。2）單鏈RNA病毒復(fù)制：以病毒RNA作模板先合成“早期蛋白”，后者一方面抑制宿主細(xì)胞DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，另一方面催化病毒RNA復(fù)制出新的病毒RNA，同時(shí)又轉(zhuǎn)錄出病毒mRNA，進(jìn)而合成子代病毒結(jié)構(gòu)蛋白。3）逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制：現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四皰疹病毒是一種典型的有包膜的立體對(duì)稱(chēng)型DNA病毒：A：經(jīng)負(fù)染色的病毒粒子，可見(jiàn)核殼體之外包被著包膜；B：經(jīng)超薄切片的病毒粒子，結(jié)構(gòu)層次清晰，中央為DNA核心，電子密度很大，中間層為蛋白殼體，外層為脂蛋白的包膜；C：用冷凍蝕刻技術(shù)制備的病毒粒子，由于包膜的磷脂雙分子層被揭開(kāi)，可以見(jiàn)到鑲嵌在包膜上的糖蛋白分子基團(tuán)；D：掃描電鏡下可以觀察到大量釋放到細(xì)胞表面的成熟的病毒粒子?，F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四

腺病毒是典型的無(wú)包膜的立體對(duì)稱(chēng)型DNA病毒，它們是在細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制與裝配的。圖中顯示已裝配好的腺病毒在核內(nèi)呈晶格樣排列?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四辛德畢斯病毒（SbV）是典型的有包膜病毒，由正20面體對(duì)稱(chēng)的核殼和脂蛋白包膜兩部分組成。圖示SbV出芽成熟和釋放的各個(gè)階段?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期四ProcessbywhichretrovirusesuseahostcelltoreplicateRetrovirusescontainviralRNAandseveralcopiesofreversetranscriptase(DNApolymerase).Afterinfectingacell,thereversetranscriptaseisusedtomaketheinitialcopiesofviralDNAfromviralRNA.OnceaDNAstrandh