《细胞基本知识概要》PPT课件.ppt

第二章 细胞的统一性和多样性,第一节 细胞的基本概念 第二节 原核细胞与古核细胞 第三节 真核细胞 第四节 非细胞形态的生命体病毒及其与细胞的关系,第一节 细胞的基本概念,一、细胞是生命活动的基本单位 二、细胞概念的一些新思考 三、细胞的基本共性,一、细胞是生命活动的基本单位,一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是细胞代谢与功能的基本单位 细胞是有机体生长与发育的基础 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命,（一）一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 构成生物体的细胞是高度社会化的细胞，具有分工与协同的关系，同时，保持着形态与结构的独立性，每个细胞具有自己独立的结构体系，构成有机体的基本单位。,一、细胞是生命活动的基本单位,一、细胞是生命活动的基本单位,（二）细胞是有机体代谢与执行功能的基本单位 在细胞内的一切生化过程与试管内的生化过程的根本不同点是细胞有严格自控的代谢体系，并且有保证完成生命过程有序性的独立的结构装置。,一、细胞是生命活动的基本单位,（三）细胞是有机体生长与发育的基础 一切有机体的生长与发育是以细胞的增殖、生长、分化与凋亡来实现的。,一、细胞是生命活动的基本单位,（四）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 每一个细胞，不论是低等生物或高等生物的细胞，都包含着全套的遗传信息，具有遗传的全能性。,首例体细胞克隆哺乳动物多莉,一、细胞是生命活动的基本单位,（五）没有细胞就没有完整的生命 已有许多实验证明，若细胞结构完整性被破坏，就不能实现细胞完整的生命活动。,二、细胞概念的一些新思考,细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系。 细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体。 细胞是高度有序的、具有自组装与自组织能力的体系。,三、细胞的基本共性,组成细胞的基本元素是相同的 所有的细胞表面都有细胞质膜 所有的细胞均有两种核酸：DNA与RNA 所有的细胞均含有合成蛋白质的核糖体 所有的细胞都以分裂的方式进行增殖,第二节 原核细胞与古核细胞,细胞一般分为原核细胞（prokaryotic cell）与真核细胞（eucaryotic cell），由此延伸将生物分为原核生物（prokaryote）与真核生物（eukaryote）。 大量分子进化与细胞进化的研究说明，原核生物极早时期演化为：古细菌（原细菌archeaobacteria）与真细菌（eubacteria）。现将古细菌称为古核生物(archaeon)。因此，有人将生物分为原核生物、古核生物与真核生物，将细胞分为原核细胞、古核细胞与真核细胞。 真细菌包括已知的绝大多数原核生物，古细菌是一些生长在特殊环境的细菌。,一、最小、最简单的细胞支原体 二、原核细胞的两个代表细菌和蓝藻 三、古核细胞（古细菌）,一、支原体最小、最简单的细胞,支原体（mycoplast，霉形体），是目前发现最小、最简单的细胞，具备了细胞的基本形态结构，并具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。 体积很小，一般是0.10.3m。 支原体具有典型的细胞膜，一个环状双螺旋DNA，mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成700多种蛋白。 支原体能在培养基上生长，以一分为二的方式进行繁殖。,一、支原体最小、最简单的细胞,目前没有发现比支原体更小的细胞了。维持细胞基本生命活动细胞直径的最小极限不可能小于100nm，支原体已经接近该极限。,二、细菌与蓝藻,A、B、C 分别是淋病球菌、大肠杆菌、弧形霍乱菌,（一）细菌细胞 细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。根据形状分为三类：球菌、杆菌和螺旋菌。,典型的细菌细胞形态结构,细菌没有典型的细胞核结构，但大多数细菌有明显的核区或称类核(nucleoid)。 主要由一个环状DNA分子盘绕而成，核区周围是细胞质物质，除核糖体外，没有类似与真核细胞的其他细胞器。 细菌细胞膜是典型的生物膜结构，但其具有多功能性。,细菌细胞的结构与功能,细菌细胞的核区与基因组 细菌细胞的表面结构 细菌细胞的核糖体 细菌细胞核外DNA 细菌细胞内生孢子 细菌的增殖,1、细菌细胞的核区与基因组,(1)核区特征： 细菌细胞只有原始形态的核，没有典型的核结构，没有核膜，更没有核仁、只有类核。 细菌的DNA盘绕在核区，称细菌染色体，光镜下，核区经特殊染色可以呈现多种形状，但没有强的Feulgen 正反应，说明它与真核细胞核不一样。,大肠杆菌电镜照片,1、细菌细胞的核区与基因组,(2)基因组特征： 大肠杆菌基因组由4.2106核苷酸对组成，包含2350个基因，目前已有近1000个基因的功能已被弄清楚，并确定了其在基因上的位置。 多数细菌的DNA都呈双螺旋，以双向复制的方式进行复制。细菌DNA的复制不受细胞分裂周期的限制，可以连续进行。 由于细菌没有核膜把核与细胞质绝对分开，DNA复制，RNA转录，蛋白质翻译可以同时进行，这是原核细胞与真核细胞最显著的差异之一。基因的复制与表达在时间与空间上是连续进行的。,2、细菌细胞的表面结构,细胞质膜 中膜体 （mesosome） 由细胞膜内陷形成。与DNA有联系，推测其可能起DNA复制的支点作用。 细胞壁 荚膜 某些细菌表面的特殊结构，细胞壁外一层松散的黏液物质。具有一定程度的保护作用，在营养缺乏时能被细菌所利用。 鞭毛 某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成。,由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成，膜厚约810nm，外侧紧贴细胞壁。 主要功能是选择性进行物质交换。 细菌细胞膜含有丰富的酶系，执行多种代谢功能。细菌细胞脂膜的多功能性是区别于其他细菌质膜的一个十分显著的特点。,细胞质膜,所有细菌共同的成分是肽聚糖，由乙酰氨基葡萄糖(NAG)、乙酰胞壁酸(NAM)与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子结构。 革兰氏阳性菌细胞壁厚2080nm，层次不清，壁酸含量高，革兰氏阴性菌壁厚约10nm，层次分明，壁酸含量5。青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成，从而抑制细胞壁的形成。壁酸含量少，对青霉素不敏感。,细胞壁的结构,细胞壁功能：保持细胞外形；抑制机械和渗透损伤 ；防止大分子入侵；协助细胞运动和分裂 。,细胞壁,每个细菌约含500050000个核糖体，附着在膜内侧（小部分为附着核糖体），或游离于胞质中（大部分为游离核糖体）。小部分为与mRNA形成多聚核糖体。沉降系数为70S，由大亚单位（50S）与小亚单位（30S）组成，详见第九章核糖体。,3、细菌细胞的核糖体,4、细菌细胞核外DNA,细菌除核区DNA外，还存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。质粒是裸露的环状DNA，含2200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。,某些细菌在不利环境时会形成内生孢子，又称芽孢。是不良条件下的休眠体，是单细胞特殊的分化方式。 即细菌细胞内的重要物质。特别是DNA,积聚在细胞的一端，形成一种含水量较丰富的致密体。,5、细菌细胞内生孢子,6、细菌的增殖,以二分裂增殖。,（二）蓝藻细胞（Cyanobacteria）,又称蓝细菌，是原核生物，又是最简单的光能自养型生物之一。能进行类似于植物的光合作用，没有叶绿体，有简单光合作用结构装置。 细胞体积大，直径一般10m左右。 环状DNA分子，遗传信息可与高等植物相比。 属单细胞生物，有些以丝状细胞群体存在，如发菜。,项圈藻 Anabaena Cyanobacteria,中心质 光镜下中央明亮，遗传物质 DNA所在部位，称中心质。 DNA含量比细菌大。 光合作用片层 细胞质中同心环样片层，上面排列着称为藻胆蛋白体的小体。 光能藻胆蛋白叶绿素a 胞质内含物 淀粉、脂滴等 细胞表面结构 外有细胞壁和一层胶质层（称为鞘）。 细胞分裂 分裂时细胞中部向内生长出新的横隔壁，将中心质与原生质分为两半。,原核细胞因没有典型的细胞核，基本特点是： 遗传信息量少，遗传信息载体为环状裸露DNA； 细胞内没有分化出以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核。（无核膜、有核糖体、无其他细胞器） 原核细胞的体积一般很小，直径0.210m不等。,原核细胞的特征结构,三、古核细胞（古细菌）,是一些生长在极端环境中的细菌。最早发现的是产甲烷细菌类，根据对其16S rRNA核苷酸序列分析，发现与其他原核细胞相差甚远，而与真核细胞近似。现已发现100多种古细菌。,1、细胞壁的成分 真细菌细胞壁主要由含壁酸的肽聚糖，古细菌有细胞壁，但其细胞壁与真核细胞一样，不含上述成分。 2、DNA与基因结构 真核细胞DNA有重复序列，真细菌DNA不含重复序列，古细菌DNA 有重复序列。古核细胞基因组有内含子，真细菌不存在内含子。,三、古核细胞（古细菌）,3、核小体结构 古核细胞具有组蛋白，能与DNA结合成类似核小体的结构，但与真核细胞典型核小体有差异。 4、核糖体 真核细胞核糖体为80S，含有7084种蛋白；大部分真细菌核糖体为70S，含有55种蛋白；古细菌核糖体含有60种以上的蛋白，介于真核细胞与真细菌之间。,三、古核细胞（古细菌）,三、古核细胞（古细菌）,5、5S rRNA 古核细胞、真细菌与真核细胞都有5SrRNA，他们仅含有120个核苷酸。对三者的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而与真细菌差距甚远。 因此，近年来，真核细胞起源于古核细胞的观点得到加强。,真细菌、古核生物、真核生物的比较,第三节 真核细胞,真核细胞的主要特点: 以生物膜为基础进一步分化出许多功能区室 一、真核细胞的基本结构体系 二、细胞的大小及其分布 三、细胞形态结构与功能的关系 四、原核细胞与真核细胞的比较 五、植物细胞与动物细胞的比较,一、真核细胞的基本结构体系,生物膜系统 遗传信息表达结构系统 细胞骨架结构系统,（一）生物膜系统,以细胞的生物膜系统为基础形成了细胞以及各种独立的、重要的细胞器。 膜的厚度基本在810微米范围之间。 构成各种细胞器的膜的功能有一定的共同性。,（一）生物膜系统,细胞表面是指细胞质膜及其相关结构，其主要功能是进行选择性的物质交换与跨膜运输，并有能量转换、识别、运动、粘附与对外界信号的接收和放大等作用。 细胞内部由双层核膜将细胞分成两大结构与功能区域细胞质与细胞核，绝大多数细胞的核与质的体积有一定的比例关系。 在细胞质内以膜的分化为基础形成很多重要的细胞器。（线粒体与叶绿体；内质网，脂质、糖类与很多蛋白分子；高尔基体；溶酶体等细胞器都是由生物膜构建成的封闭结构）。,（二）遗传信息表达结构系统,由DNA-蛋白质与RNA-蛋白质复合体形成的遗传信息载体与表达系统。 一般是以颗粒状与纤维状的基础结构（直径在1020微米之间），构建成执行细胞的遗传信息储存与复制、核酸转录与蛋白质翻译的体系。,（二）遗传信息表达结构系统,染色质与染色体、核仁、核糖体 遗传物质和遗传结构装置的增多和复杂化，使遗传信息更加稳定。基因转录和翻译有严格的阶段性和区域性，基因表达调控有多层次性。,（三）细胞骨架结构系统,真核细胞具有庞大复杂的细胞骨架系统，对维持细胞形态和多种生理功能有重要的作用。 细胞的骨架系统是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统。 细胞骨架可分为胞质骨架与核骨架，实际上他们又是相互联系的。胞质骨架主要是由微丝、微管与中等纤维等构成的网络体系。核骨架包括核纤层与核基质。,从上述三种基本结构体系的分析，我们可以在亚显微尺度上找到一个基本共同点：不论是生物膜的厚度，遗传信息表达体系中颗粒与纤维结构的大小，还是骨架纤维的直径都是在5-20nm的尺度范围。 纳米生物学（Nanobiology）在纳米尺度上的生物分子结构与功能的研究，可能为在更深层上揭示3种基本结构体系的大分子复合体在纳米几何尺度上的构建及其与功能的关系提供更有利的证据。,二、细胞的大小及其分布,各类细胞直径的比较 细胞类型 直径大小 m 最小的病毒 0.02 支原体 0.10.3 细菌细胞 13 动植物细胞 2030 原生动物细胞 数百数千,从表上可以看出依次大10倍,特点： 不论物种间的差异有多大，同一器官与组织的细胞，其大小更倾向于在一个恒定的范围内。 器官的大小主要决定于细胞的数量，而与细胞的大小无关，这种关系称为“细胞体积的守恒定律”。,二、细胞的大小及其分布,细胞的体积受什么因素控制？ 细胞的体积与相对表面积成反比关系，细胞体积越大，其相对表面积就越小，细胞与周围环境将缓冲物质的效力就越小。相对较大的表面积有利于物质的交换和保持新陈代谢。（卵细胞除外） 不论细胞体积大小相差多大，但各种细胞核的大小悬殊却不大。 细胞内物质的交流的速率与细胞体积成反比。 由于上述各种因素的影响，细胞作为生命活动的基本单位，其体积必然要适应其代谢活动的要求，应有一定的限度，因此，数百微米直径的细胞应被认为是上限了。,二、细胞的大小及其分布,三、细胞形态结构与功能的关系,细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点。 哺乳动物红细胞无核，无细胞器，主要由细胞膜包着血红蛋白，这些都与红细胞交换O2与CO2的功能密切相关。 雄性生殖细胞与雌性生殖细胞经过分化与发育，形成非常特化的细胞，他们的结构装置几乎简化到仅仅有利于完成受精过程与保证卵裂。,四、原核细胞与真核细胞的比较,真核细胞与原核细胞的最根本的区别有两点： 细胞膜系统的分化与演变 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化 原核生物比真核生物更能适应不利环境，早在30亿年前，地球上就出现了原核细胞，而真核细胞在1216亿年前出现。,原核细胞与真核细胞基本差异: 1. 原核细胞与真核细胞结构与功能比较 2. 原核细胞与真核细胞遗传装置与基因表达方式的比较,四、原核细胞与真核细胞的比较,真核细胞与原核细胞结构基本特征的比较,具体区别： 原核细胞基因结构简洁、有效、无多余序列。 真核细胞形成了各种特殊的结构，如内含子、重复序列、无序序列与假基因等。 真核细胞能在转录前水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平多层次调控。 原核细胞主要以操纵子模型进行基因表达调控。 真核细胞增殖过程表现明显的周期性，出现有丝分裂器。 原核细胞增殖没有严格的周期性，无有丝分裂器的出现。,原核细胞与真核细胞 遗传装置与基因表达方式的比较,原核细胞与真核细胞的遗传结构装置、基因表达及其调控的比较,五、植物细胞与动物细胞的比较,细胞壁 细胞壁在细胞分裂过程中形成，先在分裂细胞之间形成胞间层，其主要成分是果胶质，再在胞间层与质膜之间形成有弹性的初生壁，有些细胞形成坚硬的次生壁。细胞壁的主要成分是纤维素，还有果胶质、半纤维素、木胶素等。 液泡 液泡是植物细胞的代谢库，起调节细胞内环境的作用。 叶绿体 叶绿体是植物细胞内最重要、最普遍的质体，它是进行光合作用的细胞器 。,植物细胞,动物细胞,第四节 非细胞形态的生命体病毒及其与细胞的关系,病毒是非细胞形态的生命体，是迄今发现的最小、最简单的有机体，但所有的病毒要在活细胞内才能表现出它们的基本生命活动。 一、病毒的基本知识 二、病毒在细胞内的增殖（复制） 三、病毒与细胞在进化上的关系（未解决）,一、病毒的基本知识,病毒的特征 病毒的类型 病毒的形态、结构,主要特征,个体微小，可通过滤菌器，大多数必须用电镜才能看见； 病毒没有质膜； 仅具有一种类型的核酸，或DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒； 病毒不分裂，靠宿主细胞复制、增殖； 没有核糖体蛋白合成体系，具有受体连结蛋白（receptor binding protein），与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。,病毒的类型,根据病毒的成分与结构组成，分为真病毒、类病毒、阮病毒 根据病毒的宿主范围，可分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体） 病毒根据形态可分为二十面体对称、螺旋对称和复合对称 根据核酸类型的不同，分为 DNA病毒 双链DNA病毒 单链DNA病毒 RNA病毒 双链RNA病毒 单链RNA病毒 侵染性单链RNA病毒 非侵染性单链RNA病毒 反转录病毒单链RNA病毒,真病毒（Virus)：主要是由核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸蛋白质复合体的病毒。 类病毒（Viroid）：仅由一个有感染性的RNA构成，是一类称为亚病毒的更简单的生命体。 朊病毒（Prion）：朊病毒结构更为简单仅由感染性的蛋白质构成，不含核酸。,螺旋对称 具有螺旋对称结构的病毒多数是单链RNA病毒，如大肠杆菌噬菌体f1、烟草花叶病毒、马铃薯X病毒。 立体对称型 （二十面体对称） 它们的核壳是由不同数量的壳粒按一定方式排列而成的立方对称体。腺病毒的壳体是这类结构的典型代表。 复合对称 这类病毒的壳体是由两种结构组成的，既有螺旋对称部分，又有立方体对称部分，故称复合对称，如大肠杆菌T4噬菌