细胞生物学-细胞基本知识

1、第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要Chapter 2 Basic knowledge of cell Chapter 2 Basic knowledge of cell 第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位 所所有有有机有机体都由细胞构体都由细胞构成，细胞是构成有机体的成，细胞是构成有机体的基本单位基本单位 ；细胞具有独立细胞具有独立的、有序的自控代谢体系的、有序的自控代谢体系细胞是生物体形态结构的基本单位细胞是生物体形态结构的基本单位细胞是生物体代谢的基本单位细胞是生物体代谢的基本单位细胞是生物体生理功能的基本单位细胞是生物体

2、生理功能的基本单位细胞是生物体疾病发生、发展的基本单细胞是生物体疾病发生、发展的基本单位位 细胞是生长发育的基本单位细胞是生长发育的基本单位细胞分裂细胞分裂细胞数目增加细胞数目增加细胞生长细胞生长-细胞体积增加细胞体积增加细胞分化细胞分化-细胞种类增加细胞种类增加-发育发育生长生长细胞是遗传的基本细胞是遗传的基本单位单位（全能性）（全能性） 生物个体中，每个细生物个体中，每个细胞都包含有全套的胞都包含有全套的遗传信息，都有分遗传信息，都有分化为各类细胞或发化为各类细胞或发育为完整个体的潜育为完整个体的潜能。能。细胞概念的一些新思考细胞概念的一些新思考 细胞是多层次非线性的复杂结构体系细胞是多层

3、次非线性的复杂结构体系 -细胞具有高度复杂性和组织性细胞具有高度复杂性和组织性 细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体结合的综合体 -细胞完成各种化学反应细胞完成各种化学反应-细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量-细胞参与大量机械活动细胞参与大量机械活动-细胞对刺激作出反应细胞对刺激作出反应细胞是高度有序的，具有自组装能力与细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系自组织体系-细胞能进行自我调控细胞能进行自我调控-繁殖和传留后代繁殖和传留后代细胞的基本共性细胞的基本共性 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶

4、嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜（嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜（cell cell membranemembrane）。）。 所有的细胞都含有两种核酸：即所有的细胞都含有两种核酸：即DNADNA与与RNARNA，与蛋白质组成遗传装置。，与蛋白质组成遗传装置。 细胞的基本共性细胞的基本共性 所有细胞中都有蛋白质合成的机器所有细胞中都有蛋白质合成的机器核糖核糖体（体（ribosomeribosome）。）。 所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。分裂。细胞具有相似的化学组成细胞具有相似的化学组成-元素、生物小元素、生物小分子、生物大分子分子、生物大分子被质膜

5、包裹在细胞内的所有生活物质称为被质膜包裹在细胞内的所有生活物质称为原生质原生质(protoplasm)(protoplasm)，包括包括细胞核和细胞质细胞核和细胞质。植物细胞质膜的外面还有一层细胞壁。植物细胞质膜的外面还有一层细胞壁。 在离体条件下细胞壁很容易被酶水解掉，在离体条件下细胞壁很容易被酶水解掉，脱去细胞壁的细胞就称为脱去细胞壁的细胞就称为原生质体原生质体(protoplast)(protoplast)。 第二节第二节 原核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞生物界的基本类群生物界的基本类群上个世纪上个世纪6060年代，年代，H.RisH.Ris提出原核细胞提出原核细胞（prokaryo

6、tic cell)prokaryotic cell)真核细胞真核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)的概的概念。生物界由此分成原核生物（念。生物界由此分成原核生物（prokaryote)prokaryote)和和真核生物真核生物(eukaryote)(eukaryote)两大类群。两大类群。近年，通过对生活在极端环境中的古细菌的近年，通过对生活在极端环境中的古细菌的研究，发现了区别上述研究，发现了区别上述两两类细胞的古核生物类细胞的古核生物（archaeon)archaeon)。这样生物界就可分为三。这样生物界就可分为三界界-原原核生物，真核生物和古核生物。

7、核生物，真核生物和古核生物。原核生物原核生物-原核细胞原核细胞古核生物古核生物-古核细胞古核细胞真核生物真核生物-真核细胞真核细胞原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)基本特点：基本特点： 遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状环状DNADNA构成构成 细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜结构与功能的细胞器和细胞核膜核糖体是其唯一的细胞器核糖体是其唯一的细胞器原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell

8、)主要代表：主要代表： 支原体（支原体（mycoplastmycoplast）目前发现的最小目前发现的最小、最简单最简单、可独立生活的、可独立生活的细胞细胞衣原体、立克次氏体（细胞内寄生）衣原体、立克次氏体（细胞内寄生）细菌细菌、放线菌、放线菌 蓝藻又称蓝细菌（蓝藻又称蓝细菌（CyanobacteriaCyanobacteria）原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)支原体支原体可通过滤菌器，无细胞壁，分裂增殖，能可通过滤菌器，无细胞壁，分裂增殖，能在体外生长，也能寄生在细胞内在体外生长，也能寄生在细胞内原核细胞（原核细胞（prokaryoti

9、c cell)prokaryotic cell)细菌细菌 可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌） 直径直径0.55m0.55m之间之间。原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)大大肠肠杆杆菌菌淋淋病病球球菌菌肉肉毒毒梭梭菌菌弧弧形形霍霍乱乱菌菌细菌的表面结构细菌的表面结构原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细胞壁（细胞壁（cell wallcell wall）：机械强度高，对细）：机械强度高，对细胞起保护作用胞起保护作用 革兰氏阴性菌（革兰氏阴性菌（G G -

10、-）和革兰氏阳性菌）和革兰氏阳性菌（G G+ +）的主要差别在细胞壁上）的主要差别在细胞壁上原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)革兰氏染色：革兰氏染色：18841884年由丹麦人革兰（年由丹麦人革兰（Christian Christian GramGram）发明的，经染色处理后，呈红色的是）发明的，经染色处理后，呈红色的是G G - -，呈紫色的，是，呈紫色的，是G G+ +。着色性质的不同是因为细。着色性质的不同是因为细胞壁结构的不同。胞壁结构的不同。G+G-原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic ce

11、ll)G G+ +的细胞壁中壁酸含量高达的细胞壁中壁酸含量高达90%,G90%,G - -的细胞壁的细胞壁中壁酸含量只有中壁酸含量只有5%5%，青霉素的主要作用是抑制，青霉素的主要作用是抑制壁酸的合成。壁酸的合成。原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的表面结构细菌的表面结构细胞膜：磷脂双分子层和蛋白质组成。膜蛋白细胞膜：磷脂双分子层和蛋白质组成。膜蛋白有受体、酶等，能完成真核细胞膜性细胞器的大有受体、酶等，能完成真核细胞膜性细胞器的大部分功能。部分功能。中膜体（间体）：细胞膜内折形成，扩大了膜中膜体（间体）：细胞膜内折形成，扩大了膜面积。

12、面积。荚膜：保护作用荚膜：保护作用细菌细胞的拟核与基因组细菌细胞的拟核与基因组拟核：拟核：DNADNA分子聚集的区域，不规则，无核膜分子聚集的区域，不规则，无核膜基因组：一条环状的基因组：一条环状的DNADNA分子分子（线状（线状DNADNA、多条多条DNADNA），半保留复制半保留复制复制、转录、翻译没有在空间上分隔，可同时复制、转录、翻译没有在空间上分隔，可同时进行。进行。原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)质粒质粒(plasmid) (plasmid) ：是：是细菌细菌核区核区DNADNA外，可进行外，可进行自主复制的遗传因子，环状的双

13、链自主复制的遗传因子，环状的双链DNADNA，遗，遗传信息量传信息量22002200个基因；常常赋予细胞对抗生个基因；常常赋予细胞对抗生素的抗性。素的抗性。质粒质粒DNADNA可以整合到核区可以整合到核区DNADNA中中 质粒常用作基因重组与基因转移的载体。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的质粒细菌的质粒约含约含500050000500050000个。个。部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。沉降系数为质中。沉降系数为70S70S。小亚单位小亚单位(30S

14、)(30S)对四环素、链霉素敏感，大亚对四环素、链霉素敏感，大亚单位单位(50S)(50S)对红霉素、氯霉素敏感。对红霉素、氯霉素敏感。原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的核糖体细菌的核糖体原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的内生孢子细菌的内生孢子细菌的增殖细菌的增殖-直接分裂直接分裂又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体分裂中的链球菌分裂中的链球菌分裂中的大肠杆菌分裂中的大肠杆菌原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)pr

15、okaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物光合作用：含有光合作用：含有叶绿素叶绿素a a，藻胆素，藻胆素等，光系统等，光系统以水为电子供体，以水为电子供体，放出放出O O2 2原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物类囊体是光合作类囊体是光合作用的

16、场所用的场所核区含多个拷贝核区含多个拷贝的环状的环状DNADNA增殖是直接分裂增殖是直接分裂古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria）古核生物：又称古细菌（古核生物：又称古细菌（archaeobacteria),archaeobacteria),已经发已经发现几百种。如盐细菌，硫氧化细菌，嗜热细菌，现几百种。如盐细菌，硫氧化细菌，嗜热细菌，产甲烷菌类等。进化中与真核细胞更为密切产甲烷菌类等。进化中与真核细胞更为密切古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria）细胞壁成分：细胞壁成分：与真核细胞相

17、同。与真核细胞相同。青霉素等抗菌青霉素等抗菌素素不能抑制其生长不能抑制其生长。DNADNA与基因结构：具有内含子与重复序列与基因结构：具有内含子与重复序列核小体结构：具有组蛋白和类核小体结构核小体结构：具有组蛋白和类核小体结构核糖体：核糖体：与真核细胞类似，且与真核细胞类似，且蛋白蛋白质质合成不受合成不受抑制原核生物的抗菌素抑制抑制原核生物的抗菌素抑制5s rRNA5s rRNA的分子进化分析：与真核生物类似的分子进化分析：与真核生物类似古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria）目前的研究证据显示：古细菌与真核细胞目前的研究证据显示：古细菌与

18、真核细胞在进化关系上较原核细胞更为密切。在进化关系上较原核细胞更为密切。古细菌包括古细菌包括3 3类不同的细菌类不同的细菌: :、极端嗜盐细、极端嗜盐细菌，嗜酸嗜热细菌和产甲烷细菌。菌，嗜酸嗜热细菌和产甲烷细菌。 PCR PCR（多聚酶链反应）中所使用的（多聚酶链反应）中所使用的TaqTaq酶酶就是从就是从T.aquaticus T.aquaticus 嗜热细菌中分离到的。嗜热细菌中分离到的。第三节第三节 真核细胞真核细胞真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系生物膜系统生物膜系统细胞骨架系统细胞骨架系统遗传信息表达的结构系统遗传信息表达的结构系统生物膜结构体系生物膜结构体系真真核细胞核细

19、胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)生物膜结构系统（面）生物膜结构系统（面） 成分：脂质、蛋白质成分：脂质、蛋白质以生物膜为基本结构基础构建各种相对独以生物膜为基本结构基础构建各种相对独立的细胞器立的细胞器完成各种化学反应完成各种化学反应完成物质的跨膜运输完成物质的跨膜运输信息与能量的传递信息与能量的传递细胞骨架系统细胞骨架系统真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)细胞骨架系统（线）细胞骨架系统（线）成分：蛋白质成分：蛋白质结构：由特异的结构蛋白装配成的网架系统结构：由特异的结构蛋白装配成的网架系统对细胞形态与内部

20、结构的合理排布起支架作用对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用与细胞内大分子的运输、细胞的运动、细胞器的位移有与细胞内大分子的运输、细胞的运动、细胞器的位移有关关参与细胞信息的传递、基因表达、蛋白质合成、细胞的参与细胞信息的传递、基因表达、蛋白质合成、细胞的分裂、分化等重要的细胞活动分裂、分化等重要的细胞活动 遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统(图1-22)遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统 真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)遗传信息表达系统（点）遗传信息表达系统（点） 以核酸（以核酸（DNADNA、RNARNA）及蛋白质为主要成

21、分，）及蛋白质为主要成分，包括细胞核和核糖体。包括细胞核和核糖体。通过遗传物质的复制，使细胞分裂时保持遗通过遗传物质的复制，使细胞分裂时保持遗传物质的连续传递传物质的连续传递通过基因的选择性表达，控制细胞的活动通过基因的选择性表达，控制细胞的活动细胞的网络化结构细胞的网络化结构代谢网络（代谢网络（metabolic networkmetabolic network）运输网络（运输网络（transport networktransport network）生物膜网络（生物膜网络（biomembrane networkbiomembrane network）细胞骨架网络（细胞骨架网络（cytosk

22、eleton networkcytoskeleton network）信号转导网络（信号转导网络（signal transduction networksignal transduction network） 真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(e

23、ukaryotic cell)真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较细胞大小与结构特征：细胞大小与结构特征：细胞核，细胞器，细胞细胞核，细胞器，细胞 骨架，细胞壁，核糖体，细胞大小骨架，细胞壁，核糖体，细胞大小遗传装置：遗传装置：DNADNA形状与大小形状与大小, ,核小体，核小体， DNA DNA重重 复序列，内含子复序列，内含子真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较基因及其表达调控：基因及其表达调控：调控方式，时空关系，加工调控方式，时空关系，加工 与修饰与修饰细胞周期与分裂方式：细胞周期与分裂方式：无丝分裂、有丝分裂无丝

24、分裂、有丝分裂进化中的地位：进化中的地位：出现年代出现年代植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较细胞壁细胞壁液泡液泡叶绿体叶绿体其他其他第四节第四节 非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体-病毒病毒病毒（病毒（virusvirus）核酸分子（核酸分子（DNADNA或或RNARNA）与蛋白质构成与蛋白质构成 的核酸的核酸- -蛋白质复合体蛋白质复合体-非细胞的生命体非细胞的生命体引起鼻咽癌的引起鼻咽癌的ebeb病毒病毒个体微小，个体微小，2020200200nmnm之间，可通过滤菌之间，可通过

25、滤菌器，大多数病毒必须用电镜才能看见；器，大多数病毒必须用电镜才能看见；结构简单：核酸结构简单：核酸+ +蛋白质衣壳蛋白质衣壳含含DNADNA或或RNARNA，没有含两种核酸的病毒；，没有含两种核酸的病毒；专营细胞内寄生生活专营细胞内寄生生活-分子水平的寄生分子水平的寄生；病毒的结构病毒的结构-由核酸由核酸(DNA(DNA或或RNA)RNA)芯和蛋白质衣壳芯和蛋白质衣壳(capsid)(capsid)构成，称核衣壳构成，称核衣壳(nucleocapsid)(nucleocapsid)。-基因组小，少的只含有基因组小，少的只含有3 3个基因，多可达个基因，多可达300300个。个。衣壳：衣壳：蛋

26、白质蛋白质外壳，保护核酸，决定抗原外壳，保护核酸，决定抗原性。某些种类的病毒衣壳内含有少数几种性。某些种类的病毒衣壳内含有少数几种酶分子，主要与病毒核酸的复制有关。酶分子，主要与病毒核酸的复制有关。囊膜：主要成分为囊膜：主要成分为脂类与蛋白脂类与蛋白质质。脂类通。脂类通常来自于宿主细胞的核膜或质膜。包膜蛋常来自于宿主细胞的核膜或质膜。包膜蛋白通常由病毒基因编码，帮助病毒识别宿白通常由病毒基因编码，帮助病毒识别宿主细胞。主细胞。病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象，生活周期可分为两个阶段：象，生活周期可分为两个阶段：-细胞外阶段细胞外阶段，以成以成熟的病毒粒

27、子熟的病毒粒子形式存在形式存在-细胞内阶段细胞内阶段，即感染阶段感染阶段，进行进行复制和复制和组组装装病毒在细胞内增殖（复制）病毒在细胞内增殖（复制） -病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染 -病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成 -病毒的装配、成熟与释放病毒的装配、成熟与释放病毒的基本类型病毒的基本类型: :真病毒（真病毒（euvirus)-euvirus)- -核酸与蛋白组成核酸与蛋白组成亚病毒（亚病毒（subvirus)subvirus)- -仅由核酸或蛋白组成仅由核酸或蛋白组成 类病毒（类病毒（viroidviroid）- -小分子环

28、状小分子环状RNARNA 朊病毒（朊病毒（prion) prion) 感染性蛋白质感染性蛋白质真真病毒的分类：病毒的分类：根据寄生的宿主不同，病毒可分为：根据寄生的宿主不同，病毒可分为： 动物病毒、植物病毒、细菌病毒动物病毒、植物病毒、细菌病毒( (即噬菌体即噬菌体) )。烟草花叶病毒烟草花叶病毒根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类： DNADNA病毒与病毒与RNARNA病毒病毒（反转录病毒）（反转录病毒）类病毒类病毒-仅为一裸露的仅为一裸露的RNARNA分子，无衣壳蛋白。分子，无衣壳蛋白。-不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去膜屏障，才能在供体植胞受到损伤，失去膜屏障，才能在供体植株与受体植株间传染。株与受体植株间传染。蛋白质感染因子蛋白质感染因子-仅由感染性的蛋白质亚基构成仅由感染性的蛋白质亚基构成 Pru