细胞生物学第二章细胞的统一性和多样性

第二章细胞的统一性与多样性

第一节细胞的基本特征一、细胞是生命活动的基本单位

细胞是由膜包围的能独立进行繁殖的原生质团，是生命活动的基本单位。1、细胞是构成有机体的基本单位2、细胞是代谢与功能的基本单位。

细胞表现为严格有序的、自动控制的代谢系统，这是由细胞自身的装置及其协调性决定的。3、细胞是有机体生长与发育的基础。4、细胞是繁殖的基本单位，具有遗传的全能性。5、没有细胞就没有完整的生命。

任何破坏细胞结构的完整性，都不能实现细胞完整的生命活动。二、细胞的基本共性1.所有的细胞都有相似的化学组成

基本元素是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等。构成

2.脂-蛋白体系的生物膜3.DNA-RNA遗传装置4.一分为二的分裂方式核苷酸核酸氨基酸蛋白质脂肪酸脂质单糖多糖

第二节原核细胞与古细胞细胞分为：原核细胞：构成原核生物（大多数由单个细胞构成）代表生物：细菌真核细胞：构成真核生物（有多细胞和单细胞）原核细胞基本特点：

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；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。无典型的细胞核，体积小，仅0.2-10um。一、支原体

目前发现的最小、最简单的细胞，直径一般为0.1—0.3um。DNA以环状双螺旋形式较均匀地分布在细胞内，无核区。指导合成700多种蛋白质。具有一分为二的分裂方式，区别于病毒。许多支原体能寄生在细胞内繁殖。无细胞壁,形态可随机变化。自身不能合成长链脂肪酸或不饱各脂肪酸，须培养基提供。

支原体(mycoplasma)

：目前发现的最简单、体积最小的原核细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原核细胞。二、细菌和蓝藻（一）细菌细胞

1、细菌特点：（１）细菌细胞的核区与基因拟核：没有核膜，DNA分子裸露，所含的遗传信息量可编码2000~3000种蛋白质，空间构建十分精简。细菌细胞的基本特点是：遗传信息量少，内部结构简单，特别是没有分化成以膜为基础的专门结构和功能的细胞器与核膜。细菌DNA复制时，不受细胞分裂周期的限制，可以连续进行。细菌基因复制、转录和翻译没有严格的时间上的阶段性和位置上的区域性，可同时进行。（2）细菌细胞表面的结构a细胞膜双层，由磷脂和蛋白质组成，具半透性和不对称性。功能（多功能性）：选择性地物质运输；细胞膜含有丰富的酶系，执行重要的代谢功能。b中膜体又称间质体或质膜体，由细胞膜内陷形成，可能起DNA复制的支点作用。细胞分裂时，先形成两个中膜体，然后核物质一分为二。c细胞壁主要成分为肽聚糖。革兰氏阳性菌含壁酸90%，阴性菌含壁酸5%，故革兰氏阳性菌对青霉素敏感。d荚膜为位于细胞壁表面的一层粘液物质，主要是由葡萄糖和与葡萄糖醛酸组成的聚合物。作用：细胞免受干燥、保护病原菌免受细胞的吞噬和在营养缺乏时，为细菌提供营养。e鞭毛由鞭毛蛋白的弹性蛋白构成。（3）细菌细胞核糖体

部分附在细胞内侧，大部分游离于细胞质中；核糖体与mRNA形成多聚核糖体；核糖体沉降系数为70S，由50S和30S亚基组成；（4）细菌细胞核外DNA

即细菌内部的质粒（plasmid），能自我复制，并可整合到核DNA中。如大肠杆菌性因子（f因子）、大肠杆菌素因子（col因子）、抗药性因子（r因子）等。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。（5）细菌细胞内生孢子

细菌在不利环境或营养耗尽时，易生成内生孢子，又称芽孢，它为细菌的休眠体，具有较强的抵抗力。（二）蓝藻细胞又称蓝细菌（cyanobacteria），为原核生物，具有光合作用（仅含叶绿素a，不含叶绿素b）。为单细胞生物，遗传物质为环状DNA，但遗传信息量大。体积比其它原核细胞大得多，体积较大直径约10μm左右，甚至可达60μm(颤藻)。蓝藻细胞的重要作用能进行光合作用，以水为电子供体，放出氧气。放出的氧气改变了原始地球的大气组成成分，使得地球上的气体逐渐适合生物生存。六、古核细胞（古细菌）古细菌（又称原细菌）是一些生长在极端特殊环境中（高温或高盐）的细菌。最早发现的是产甲烷细菌类。如：产甲烷菌（最早发现）、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。古细菌、真细菌和真核生物主要特征的比较古细菌真细菌真核生物核膜无无有细胞器无无有核糖体70S（30S、50S）70S（30S、50S）80S（40S、60S）DNA环状，不与蛋白质结合环状，不与蛋白质结合线状，与蛋白质结合细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂起始tRNA甲硫氨酰tRNA甲酰甲硫氨酰tRNA甲硫氨酰tRNA5SrRNA有5个螺旋区有4个螺旋区有5个螺旋区细胞壁无胞壁酸有胞壁酸纤维素和果胶光合色素盐细菌含细菌视紫红质光合细菌含细菌叶绿素高等植物含叶绿素a、b能量代谢化能无机营养（如甲烷等）通过厌氧或有氧呼吸获能通过氧化磷酸化产能古核细胞的形态结构、遗传装置虽与原核细胞相似，但一些基本分子生物学特点又与真核细胞接近。现已有更多的论据说明真核生物可能起源于古核生物，论据如下：（1）古细菌的细胞壁成分与真核细胞一样；（2）古核细胞DNA中有重复序列的存在；（3）具有组蛋白；（4）古核细胞的核糖体与真细菌的差异很大，从对抗生素的反应看，应更类似真核细胞的核糖体；（5）根据对5SrRNA的分子进化分析和二级结构的研究，认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差别甚远。第三节真核细胞主要特点：以生物膜为基础进一步分化，使细胞内部产生许多功能区室，它们各自分工负责又相互协调和协作。两种主要类型：动物细胞和植物细胞。一、真核细胞基本结构体系

真核细胞是三大基本结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；以核酸DNA、RNA和蛋白质为主的遗传信息表达系统；由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。（一）生物膜系统细胞内具有膜包被结构的总称，主要是各种独立的细胞器。有细胞膜、线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网、溶酶体等。功能：为细胞提供保护、使细胞内部结构区室化、为细胞内的物质运输提供了特殊的运输通道（二）遗传信息表达系统

包括DNA复制、转录、核糖体的装配和蛋白质的合成该系统又称为颗粒纤维结构系统，包括细胞核和核糖体。细胞核中的染色质是由DNA和组蛋白构成。染色体的一级结构是由核小体组成的串珠结构。核糖体是由RNA和蛋白质构成的颗粒结构，由大小两个亚基组成，它是细胞内合成蛋白质的场所。（三）细胞骨架系统

细胞骨架系统是由一系列特异的蛋白装配而成的网架系统。主要由微管、微丝和中间丝组成。包括细胞质骨架和细胞核骨架。二、细胞的大小及其分析1、细胞体积的守恒定律：同一器官与组织的细胞，其大小在一个恒定的范围之内，器官的大小细胞的数量成正比。2、决定细胞体积的一些因素：（1）表面积与体积：细胞体积与相对表面积成反比。（2）核质比：（3）物质运输：细胞内物质从一端向另一端运输或扩散是有时间与空间的关系。真核细胞的细胞器真核生物由于进化等级更高，细胞承担的功能也逐渐增多，所以其结构也产生了很大的变化，出现了许多区室化的结构，称之为细胞器。包括叶绿体、线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体、中心体、液泡等。内质网：由一层单位膜形成的囊状、泡状和管状结构，由于靠近细胞的内侧，所以称为内质网。根据内质网上是否有核糖体，将它分为光面内质网和糙面内质网。①

rER：合成蛋白质的场所②

sER：合成脂肪的场所高尔基体分为顺面和反面。主要功能是将内质网上合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定部位或分泌到细胞外。核仁：体积一般较大，因为要保证生产足够的核糖体精细胞:除了携带一套完整的单倍基因组，其他结构装置主要保证其运动与进入卵内。即鞭毛和顶体(类似大溶酶体)。卵细胞:

预先储存大量的mRNA、蛋白质与养料，致使细胞体积骤增。3．生殖细胞：四、原核细胞和真核细胞的比较

相同点：1.都具有类似的细胞质膜结构；2.都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码；3.都以一分为二的方式进行细胞分裂；4.具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构；5.代谢机制相同（如糖酵解和TCA循环）；6.具有相同的化学能贮能机制，如ATP合成酶（原核位于细胞质膜上，真核位于线粒体膜）；7.光合作用机制相同（蓝细菌与植物相比较）；8.膜蛋白的合成和插入机制相同；9.都是通过蛋白酶体（蛋白质降解结构）降解蛋白质（古细菌与真核细胞相比较）。原核细胞与真核细胞的根本区别：①生物膜系统的分化演变；②遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化（遗传信息重复序列与染色体的多倍性出现，真核细胞内遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性与区域性）。由于上述的根本差异，真核细胞的体积也相应扩增，细胞内部出现精密的网架结构——细胞骨架。（原核细胞更能适应环境）原核细胞和真核细胞的比较五、植物细胞与动物细胞结构的比较植物细胞特有结构（1）细胞壁

主要由纤维素、果胶质、半纤维素、木质素等组成。细胞壁某些部位有间隙，原生质由此通过，形成胞间连丝。（2）液泡

由脂蛋白膜包围的封闭系统，内部是水溶液，溶有盐、糖、色素等物质，随着细胞生长，可由小液泡合并成大液泡。作用：（1）调节细胞内环境；（2）压力渗透计作用。（3）叶绿体具有光合作用，为半自主性细胞器。液泡

渗透调节；贮藏；消化作用

植物细胞和动物细胞的异同点相同点：很多重要的细胞器和细胞结构，如细胞膜，核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体等，具有一分为二的分裂方式。不同点：植物有细胞壁、液泡、叶绿体；动物细胞里有中心粒构成的中心体等。第三节非细胞形态的生命体-病毒一、病毒的基本知识病毒（virus）一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的复合体。病毒是寄生物：没有独立的能量代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、原料，能量与酶系统进行增殖。类病毒（viroid）由一个感染性RNA组成朊病毒（prion）又称蛋白质感染因子,仅有感染性蛋白质组成

注：同一种病毒内两种核酸不可同时存在。病毒分类：1、根据宿主范围分

动物病毒、植物病毒、细菌病毒2、按病毒核酸的类型、形态、大小、有无包膜等特征分类

根据核酸类型分：DNA病毒（单、双链）

RNA病毒（单、双链）根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：

DNA病毒与RNA病毒二、病毒的类型(6类）DNA病毒

双链±DNA→+mRNA→蛋白质单链+DNA→±DNA→+RNA→蛋白质+RNA:指与指导合成的蛋白质在序列上完全一致的mRNA.RNA病毒

1.双链±RNA→+mRNA→蛋白质2.单链+RNA→-RNA→+RNA→蛋白质3.单链-RNA→+RNA→蛋白质4.单链+RNA→-DNA→±DNA→+mRNA→蛋白质(含反转录酶)

三、病毒的结构蛋白质壳体(保护作用,抗原性)

核壳体核酸包膜(包膜小体)四、病毒在细胞内的增殖病毒的复制：病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与翻译病毒蛋白，然后将核酸与蛋白装配成病毒的基本结构。病毒的增殖分为5个基本过程:吸附-注入-合成-组装-释放1、病毒侵入细胞，病毒核酸的感染

病毒对细胞的感染决定于病毒蛋白外壳同宿主细胞表面的受体能否特异结合，受体分子是宿主细胞膜或细胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特异性。多数动物病毒主要以细胞吞饮作用的方式进入，但有些有包膜的病毒，以其包膜与细胞融合的方式进入，噬菌体仅将核酸注入细胞中。病毒进入细胞后，壳体被裂解。注：RNA病毒的核酸是在胞质内复制和转录。

DNA病毒的核酸是在细胞核内复制和转录。2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成根据核酸类型分：DNA病毒（单、双链）

RNA病毒（单、双链）单链DNA病毒分：侵染性RNA病毒非侵染性RNA病毒具逆转录酶的单链RNA病毒下面以双链DNA病毒、单链RNA病毒与单链RNA肿瘤病毒为例，叙述复制、转录和蛋白质的合成：（1）DNA病毒的复制、转录和蛋白质的合成

DNA病毒进入细胞后，在蛋白水解酶的作用下，壳体裂解，释放出DNA。

在病毒DNA指导下，首先翻译出“早期蛋白”。“早期蛋白”作用：①关闭宿主细胞基因调控，抑制宿主细胞本身的核酸复制与转录，及蛋白质的合成。②起病毒特异性聚合酶的作用，以病毒DNA为模板复制新的DNA，并转录成mRNA，与宿主核糖体结合，翻译病毒结构蛋白。（2）RNA病毒的复制、转录和蛋白质的合成

RNA病毒进入细胞后，在脱衣酶的作用下，壳体裂解，释放出RNA。在病毒RNA指导下，首先翻译出“早期蛋白”。“早期蛋白”作用：①关闭宿主细胞基因调控，抑制宿主细胞本身的核酸复制与转录，及蛋白质的合成。②起病毒特异性聚合酶的作用，以病毒DNA为模板复制新的DNA，并转录成mRNA，与宿主核糖体结合，翻译病毒结构蛋白。（3）RNA肿瘤病毒的复制、转录和蛋白质的合成

RNA病毒进入细胞后，在酶的作