《細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)》課件第二章

細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)第二章細(xì)胞基本知識(shí)概要

第一節(jié)細(xì)胞的基本概念

一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位

1.細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位有機(jī)體除了最低等的類型（病毒）以外，都是由細(xì)胞構(gòu)成的。單細(xì)胞有機(jī)體的個(gè)體就是一個(gè)細(xì)胞，一切生命活動(dòng)都由這一個(gè)細(xì)胞來承擔(dān)；多細(xì)胞有機(jī)體是由許多形態(tài)和功能不同的細(xì)胞組成，在整體中，各個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分工并各自行使特定的功能，同時(shí)，細(xì)胞間又存在著結(jié)構(gòu)上和功能上的密切聯(lián)系，它們相互依存，彼此協(xié)作，共同保證有機(jī)體進(jìn)行正常的生命活動(dòng)。

第一節(jié)細(xì)胞的基本概念2.細(xì)胞是代謝和功能的基本單位在有機(jī)體的一切代謝活動(dòng)與執(zhí)行功能過程中，細(xì)胞都呈現(xiàn)出一個(gè)獨(dú)立的、有序的、自我調(diào)節(jié)的代謝體系，生物體的一切生命活動(dòng)都是以細(xì)胞為單位來實(shí)現(xiàn)的。3.細(xì)胞是有機(jī)體生長和發(fā)育的基礎(chǔ)有機(jī)體的生長與發(fā)育是依靠細(xì)胞的增殖、分化與凋亡來實(shí)現(xiàn)的，因此不管這些過程如何的復(fù)雜，細(xì)胞仍是生長與發(fā)育的基礎(chǔ)。4.細(xì)胞是遺傳的基本單位，具有遺傳的全能性每一個(gè)細(xì)胞，不論單細(xì)胞生物或多細(xì)胞生物的細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡單或復(fù)雜的細(xì)胞，低等生物或高等生物的細(xì)胞，未分化或分化的細(xì)胞，性細(xì)胞或體細(xì)胞都包含著全套的遺傳信息，這就說明它們具有遺傳的全能性。第一節(jié)細(xì)胞的基本概念二、細(xì)胞的基本共性1.具有細(xì)胞膜所有的細(xì)胞表面均有由一層脂類和蛋白質(zhì)組成的生物膜，稱為細(xì)胞膜（cellmembrane）。細(xì)胞膜的存在，使細(xì)胞與周圍環(huán)境保持相對(duì)的獨(dú)立性，并形成相對(duì)穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境。在細(xì)胞與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信號(hào)傳遞過程中起著決定的作用。2.具有DNA或RNA細(xì)胞內(nèi)最重要的物質(zhì)就是遺傳物質(zhì)DNA。在真核細(xì)胞中，DNA被包裹在細(xì)胞核內(nèi)，而原核細(xì)胞的DNA是裸露的，沒有核膜包裹，稱為擬核。DNA是遺傳信息的載體，能夠被轉(zhuǎn)錄成RNA，進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。第一節(jié)細(xì)胞的基本概念3.具有核糖體一切細(xì)胞內(nèi)均存在著合成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)體——核糖體，包括最簡單的支原體都含有核糖體。核糖體是合成蛋白質(zhì)的機(jī)器，在細(xì)胞遺傳信息的傳遞中起重要的作用。4.以一分為二的方式進(jìn)行分裂所有細(xì)胞均以一分為二的分裂方式進(jìn)行增殖。為保證新產(chǎn)生的子細(xì)胞具有與親代相似的遺傳性，細(xì)胞在分裂前遺傳物質(zhì)都要復(fù)制，并在分裂時(shí)均等分配給每個(gè)子細(xì)胞。第一節(jié)細(xì)胞的基本概念三、細(xì)胞的大小和形態(tài)1.細(xì)胞的大小生物體中各種細(xì)胞的大小相差懸殊。大的如鴕鳥蛋的卵細(xì)胞，直徑可達(dá)5cm，而最小的支原體只有0.1m。但不論動(dòng)物種類的差異多大，同一器官或組織的細(xì)胞大小是在一個(gè)恒定的范圍之內(nèi)。大象與小鼠的體格大小懸殊，但二者同一器官或組織的細(xì)胞大小卻無明顯差異。器官的總體積與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無關(guān)，這種關(guān)系可稱之為“細(xì)胞體積的守恒定律”。2.細(xì)胞的形態(tài)細(xì)胞的形態(tài)有球形、星形、扁平、立方形、長柱形、梭形等。形態(tài)的多樣性與細(xì)胞的功能特點(diǎn)和分布位置有關(guān)。如起支撐作用的網(wǎng)狀細(xì)胞呈星形，在血液中活動(dòng)的白細(xì)胞多呈球形，能收縮的肌細(xì)胞呈長梭形或長圓柱狀，具有接受刺激和傳導(dǎo)沖動(dòng)的神經(jīng)細(xì)胞則多突起。一般規(guī)律是，細(xì)胞的分化程度越高，其形態(tài)與功能的相關(guān)性就越強(qiáng)。第一節(jié)細(xì)胞的基本概念四、細(xì)胞的一般結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分細(xì)胞作為一個(gè)形態(tài)整體，結(jié)構(gòu)緊密，完成了生長、發(fā)育、分化和生理活動(dòng)等一系列過程，它的一般結(jié)構(gòu)分為細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核（或類核）。其中細(xì)胞質(zhì)包括細(xì)胞器、細(xì)胞質(zhì)溶液、細(xì)胞骨架。細(xì)胞是由多種化學(xué)物質(zhì)組成的，這些物質(zhì)可以分為兩大類：無機(jī)物和有機(jī)物。無機(jī)化合物主要是水和無機(jī)鹽。其中水是最主要的成分，約占細(xì)胞物質(zhì)總含量的70～80%。細(xì)胞中的所有反應(yīng)都是在水中進(jìn)行的，所以水是細(xì)胞生命活動(dòng)的介質(zhì)。有機(jī)化合物含有蛋白質(zhì)、糖類、脂類、核酸等。

第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞一、原核細(xì)胞原核細(xì)胞（prokaryoticcell）主要特征是沒有明顯可見的細(xì)胞核，同時(shí)也沒有核膜和核仁。這類細(xì)胞最基本的特點(diǎn)可以概括為兩點(diǎn)：（1）遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅為一個(gè)環(huán)狀DNA；（2）細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器與細(xì)胞核膜。原核細(xì)胞的體積一般很小，直徑由0.2至10m不等。原核細(xì)胞也有質(zhì)膜，其結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成與真核相似，但其脂膜外側(cè)有一層堅(jiān)固的細(xì)胞壁，主要由蛋白質(zhì)和多糖組成，具有維持細(xì)胞形態(tài)和保護(hù)的作用。自然界中由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物（prokaryotes）。原核生物中常見的有支原體、衣原體、細(xì)菌和藍(lán)藻等。第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞1.最小、最簡單的細(xì)胞——支原體支原體（mycoplasma）是目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細(xì)胞，直徑一般是0.1～0.3m，是介于病毒和細(xì)菌之間的單細(xì)胞生物，營寄生生活。支原體沒有細(xì)胞壁，有磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成的細(xì)胞膜，形態(tài)多樣。胞質(zhì)內(nèi)有分散的環(huán)狀DNA分子，無蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，更無核膜包圍。核糖體是胞內(nèi)唯一可見的細(xì)胞器（圖2-1）。支原體沒有鞭毛，無活動(dòng)能力，可以通過分裂法繁殖，也有進(jìn)行出芽增殖的。第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞圖2-1支原體模式圖（引自翟中和，2000）

第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞2.細(xì)菌和藍(lán)藻（1）細(xì)菌細(xì)胞

細(xì)菌（bacteria）是原核生物的主要代表，細(xì)菌根據(jù)外形分為3種形態(tài)：球狀或橢圓形稱為球菌，桿狀或圓柱形稱為桿菌，螺旋形或弧形稱為螺旋菌。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.5～5.0m之間，當(dāng)然還有極少的巨型細(xì)菌。圖2-2細(xì)菌模式圖（引自翟中和，2000）第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞（2）藍(lán)藻細(xì)胞

藍(lán)藻（blue-greenalgae）又稱藍(lán)細(xì)菌，是一類含有葉綠素a、具有放氧性光合作用的原核生物。大多生于淡水，少數(shù)生于海洋中，藍(lán)藻能適應(yīng)多種環(huán)境，在腐爛物質(zhì)、污水中常有很多藍(lán)藻。藍(lán)藻有單細(xì)胞的，也有多細(xì)胞長絲狀的（如頭發(fā)菜），其體積比其它原核細(xì)胞大得多，直徑一般在10m左右。和細(xì)菌一樣，藍(lán)藻細(xì)胞沒有核，只有一個(gè)環(huán)狀雙鏈DNA分子，藍(lán)藻細(xì)胞表面都有膠質(zhì)外鞘，易被堿性染料著色，鞘對(duì)于藍(lán)藻抵抗不利環(huán)境很重要。由于藍(lán)藻能進(jìn)行光合作用，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)分布大量的光合片層和光合色素，如藍(lán)色體（圖2-3）。第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞圖2-3藍(lán)藻細(xì)胞模式圖（引自翟中和，2000）第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞二、真核細(xì)胞與原核細(xì)胞一樣，所有的真核細(xì)胞(eukaryoticcell)都含有核糖體并有質(zhì)膜包裹。但真核細(xì)胞比原核細(xì)胞復(fù)雜得多，它有一個(gè)由核膜包圍的典型的細(xì)胞核，這樣在細(xì)胞內(nèi)部就分為細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)兩大部分。核內(nèi)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的染色質(zhì)（chromatin）和核仁（nucleolus）；在細(xì)胞質(zhì)中除核糖體外，還具有許多細(xì)胞器，像內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、線粒體和葉綠體等。真核細(xì)胞中最大最重要的細(xì)胞器是細(xì)胞核，直徑約5m，DNA分子呈線狀而不是環(huán)狀，包含著細(xì)胞的遺傳信息。

第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞

1.真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞是以生物膜的進(jìn)一步分化為基礎(chǔ)，使細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)建成許多更為精細(xì)的具有專門功能的結(jié)構(gòu)單位。（1）細(xì)胞膜細(xì)胞表面的一層膜，為一層單位膜，又稱為質(zhì)膜。（2）細(xì)胞核

細(xì)胞中由膜圍成的主要細(xì)胞器是細(xì)胞核。核表面有雙層構(gòu)成的核被膜，核內(nèi)含有由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的染色體，染色體的數(shù)目因物種不同而不同，但各物種都有自己固定的染色體數(shù)。核內(nèi)還含有一個(gè)至數(shù)個(gè)小球結(jié)構(gòu)，稱為核仁。第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞（3）細(xì)胞質(zhì)

在質(zhì)膜與核被膜之間的原生質(zhì)為細(xì)胞質(zhì)，各種細(xì)胞器均存在于細(xì)胞質(zhì)中。細(xì)胞質(zhì)中主要的細(xì)胞器有：①線粒體除一些厭氧原生動(dòng)物外，真核細(xì)胞均含有由雙層膜圍成的與能量代謝有關(guān)的線粒體。線粒體的主要作用是合成ATP。②葉綠體

植物細(xì)胞中與光合作用有關(guān)的雙層膜小體，稱為葉綠體。其主要作用是將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，它和線粒體均稱為能量轉(zhuǎn)化細(xì)胞器。③高爾基體由成摞的扁囊和小泡組成，與細(xì)胞的分泌活動(dòng)和溶酶體的形成有關(guān)。④內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成互相溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分為糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩種類型。⑤溶酶體動(dòng)物細(xì)胞中含有多種酸性水解酶的囊泡狀細(xì)胞器，主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。

第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞2.植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較構(gòu)成動(dòng)物與植物有機(jī)體的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)基本相似，最明顯的是細(xì)胞含有由膜圍成的細(xì)胞核，另外含有由膜圍成的細(xì)胞器，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體等（如圖2-4）。其中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體等在結(jié)構(gòu)上形成了一個(gè)連續(xù)的體系，稱為內(nèi)膜系統(tǒng)。動(dòng)物細(xì)胞的表面沒有細(xì)胞壁，僅是一層單位膜。細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)明顯可見的細(xì)胞核，被兩層膜包裹著。動(dòng)物細(xì)胞具有的結(jié)構(gòu)，植物細(xì)胞基本都有，但是植物細(xì)胞還含有一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞壁、液泡與葉綠體及其它質(zhì)體（表2-1）。液泡是由膜包圍的封閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是水溶液，溶有鹽、糖與色素等物質(zhì)，溶液的濃度可以達(dá)到很高的程度。液泡是植物細(xì)胞的代謝庫，起調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的作用；液泡的另一個(gè)作用可作為滲透壓計(jì)，使細(xì)胞保持膨脹的狀態(tài)。

第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞圖2-4植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞比較的模式圖第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞表2-1動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞的比較第二節(jié)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞三、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別表2-2原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒

一、病毒的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和類型1.病毒的形態(tài)人們?cè)陔婄R下觀察到許多病毒的形態(tài)，把病毒分為五種形態(tài)：①球形：大多數(shù)人類和動(dòng)物病毒為球形，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等；②絲形：多見于植物病毒，如煙草花葉病病毒，人類流感病毒有時(shí)也可形成絲形；③彈形：形似子彈頭，如狂犬病病毒等，其他多為植物病毒。④磚形：如痘病毒、天花病毒等；⑤蝌蚪形：由一卵圓形的頭及一條細(xì)長的尾組成，如噬菌體（圖2-5）。第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒圖2-5病毒的各種結(jié)構(gòu)第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒

2.病毒的結(jié)構(gòu)病毒的大小一般在10～30nm之間，沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，卻有其自身特有的結(jié)構(gòu)，整個(gè)病毒體分兩部分：蛋白質(zhì)衣殼和核酸內(nèi)芯，兩者構(gòu)成核衣殼。核酸內(nèi)芯只含一個(gè)DNA分子或一個(gè)RNA分子。從來沒有兩種核酸同時(shí)存在于一種病毒的情況。這是病毒不同于所有其他生物的一個(gè)突出特征。完整的具有感染力的病毒體叫病毒粒子。病毒粒子有兩種：一種是不具被膜的裸露病毒粒子；另一種是在核衣殼外面有被膜包圍所構(gòu)成的包膜病毒粒子。寄生在植物體內(nèi)的類病毒和擬病毒結(jié)構(gòu)更簡單，只具RNA，沒有蛋白質(zhì)。3.病毒的類型病毒種類繁多，依其寄生的宿主不同，大體分為細(xì)菌病毒（又稱為噬菌體）、植物病毒和動(dòng)物病毒三大類。病毒各有一定的宿主范圍，對(duì)感染的宿主具有專一性，每種病毒只能感染一種或少數(shù)親緣較接近的生物種類，例如煙草鑲嵌病毒只能寄生于煙草；狂犬病毒僅能感染哺乳動(dòng)物。

第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒二、病毒的增殖過程1.病毒對(duì)細(xì)胞的侵染病毒能否侵染細(xì)胞決定于病毒表面的識(shí)別結(jié)構(gòu)與特異性的敏感細(xì)胞接觸時(shí)，能否發(fā)生互補(bǔ)結(jié)合，這是病毒增殖的第一步。但有一種病毒比較特殊，就是痘病毒，它能吸附在任何細(xì)胞的任何部位，而不需要特殊的受體。多數(shù)動(dòng)物病毒主要是被細(xì)胞以“主動(dòng)吞引”的方式“吞”入細(xì)胞的。噬菌體侵染細(xì)胞時(shí)，僅將核酸注入細(xì)胞，衣殼不進(jìn)入細(xì)胞。病毒進(jìn)入細(xì)胞后，在細(xì)胞蛋白水解酶的作用下，衣殼被裂解，釋放出核酸，多數(shù)DNA病毒的核酸轉(zhuǎn)移到核內(nèi)進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，RNA病毒的核酸則是在胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的。

第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒2.病毒核酸的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，衣殼裂解釋放出核酸物質(zhì)。病毒核酸能夠以自身為模板，利用宿主細(xì)胞的代謝系統(tǒng)進(jìn)行一系列的復(fù)制或反轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄出病毒mRNA，帶有遺傳信息的mRNA與宿主細(xì)胞的核糖體相結(jié)合，按病毒的遺傳信息，譯制病毒的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，這些結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和復(fù)制的病毒核酸為子代病毒的裝配提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在上述過程中，病毒核酸還能夠以自身為模板，譯制出“早期蛋白質(zhì)”，它能夠關(guān)閉宿主細(xì)胞的基因調(diào)控，抑制宿主細(xì)胞本身的核酸的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及翻譯，使宿主細(xì)胞不能按自身的遺傳特性進(jìn)行代謝，而是由病毒核酸所攜帶的遺傳信息所控制。第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒3.病毒的裝配、成熟和釋放大多數(shù)的DNA病毒的核酸是在細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制的，蛋白質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)中合