第二章细胞的统一性与多样性

第二章细胞的统一性与多样性第一页，共六十七页，2022年，8月28日第一节细胞的基本特征一、细胞是生命活动的基本单位二、细胞的基本共性第二页，共六十七页，2022年，8月28日人体由200多种不同的细胞组成,细胞总数量达1014个。一、细胞是生命活动的基本单位Why？1.一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位；第三页，共六十七页，2022年，8月28日2.细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位；第四页，共六十七页，2022年，8月28日3.细胞是有机体生长与发育的基础；Humanfetal（胎的）development.(a)At5weeks,limbbuds,eyes,theheart,theliverandrudimentsofallotherorganshavestartedtodevelopintheembryo,whichisonlyabout1cmlong.(b)Growthanddevelopmentoftheoffspring,nowcalledafetus,continueduringthesecondtrimester.Thisfetusis14weeksoldandabout6cmlong.(c)Thefetusinthisphotographis20weeksold.Nowthefetusgrowstoabout30cminlength.第五页，共六十七页，2022年，8月28日4.细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁；Anespeciallydramaticexampleofanimalcloningwasreportedin1997.Dollythefirstanimaleverclonedfromacellderivedfromanadult.第六页，共六十七页，2022年，8月28日Isthereanypracticalvaluetosuchtechnology?DollyandherdaughterTheprocessofcloningDolly第七页，共六十七页，2022年，8月28日步骤一：从一只6岁芬兰多塞特白面母绵羊（姑且称为A）的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为“供体细胞”；步骤二：从一头苏格兰黑面母绵羊（B）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为“受体细胞”；步骤三：利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最后形成“融合细胞”。电脉冲可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成“胚胎细胞”；步骤四：将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊（C）的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成小绵羊--多莉。Dolly的培育过程

第八页，共六十七页，2022年，8月28日①应用克隆技术，繁殖优良物种。

常规育种周期长还无法保证100%的纯度；用克隆这种无性繁殖，就能从同一个体中复制出大量完全相同的纯正品种，且花时少、选育的品种性状稳定，不再分离。②建造动物药厂，制造药物蛋白。

利用转基因技术将药物蛋白基因转移到动物中并使之在乳腺中表达，产生含有药物蛋白的乳汁，并利用克隆技术繁殖这种转基因动物，大量制造药物蛋白。③建立实验动物模型，探索人类发病规律。克隆技术的实践意义第九页，共六十七页，2022年，8月28日④克隆异种纯系动物，提供移植器官。

采用克隆技术，可先把人体相关基因转移到纯系猪中，再用克隆技术把带有人类基因的特种猪大量繁殖产生大量适用器官，且能同时改变器官的细胞表面携带人体蛋白和糖分特性，当猪的器官植入病人体内时，免疫排异反应减弱，成功率提高，用起来也更加安全。⑤拯救濒危动物，保护生态平衡。克隆技术的应用可望人为地调节自然动物群体的兴衰，使之达到平衡发展。第十页，共六十七页，2022年，8月28日5.细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。（1）任何细胞组分都不能在体外培养持续生存；（2）病毒须在细胞内才能表现基本生命特征。第十一页，共六十七页，2022年，8月28日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结合的综合体

细胞完成各种化学反应；

细胞需要和利用能量；

细胞参与大量机械活动；

细胞对刺激作出反应；细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组织体系。

细胞能进行自我调控；

繁殖和传留后代；第十二页，共六十七页，2022年，8月28日二、细胞的基本共性细胞的基本元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Mg基础的生物小分子：核苷酸，氨基酸，脂肪酸与单糖生物大分子：核酸，蛋白质，脂质与多糖生物大分子的复合分子：核蛋白，脂蛋白，糖蛋白等生物膜系统，遗传系统等功能的细胞基础的生物小分子：核苷酸，氨基酸，脂肪酸与单糖细胞的组成及形成过程第十三页，共六十七页，2022年，8月28日细胞的基本共性1、细胞具有相似的化学组成；最基础的生物小分子：核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖。重要生物大分子：核酸、蛋白质、脂质和多糖。复合分子：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白和糖脂。2、脂-蛋白体系的生物膜；均有磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜─质膜

3、DNA-RNA的遗传装置；4、蛋白质合成的机器-核糖体；5、一分为二的分裂方式。第十四页，共六十七页，2022年，8月28日第二节原核细胞与古核细胞一、原核细胞二、支原体—最小最简单的细胞三、细菌和蓝藻—原核细胞的两个代表类群四、古核细胞（古细菌）第十五页，共六十七页，2022年，8月28日很久以前：细胞世界，分为原核细胞与真核细胞（H.Ris）近二十年：原核生物很早就分化为：古细菌和真细菌所以：原核细胞（真细菌）；古核细胞（古细菌）；真核细胞生物界的基本类群16s和18srRNA的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出称为三域学说。第十六页，共六十七页，2022年，8月28日一、原核细胞(prokaryocyte)

原核细胞大约在35亿年前就出现在地球上，它结构简单，种类较少，体积较小，直径0.2-10m不等；没有典型的细胞核。

原核细胞基本特点：（1）遗传信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；（2）细胞内没有分化成以膜为基础的细胞器和核膜。

第十七页，共六十七页，2022年，8月28日二、支原体能在培养基上生长；具有典型的细胞膜；DNA，mRNA与核糖体结合成多聚核糖体；指导合成700多种蛋白；繁殖：以一分为二的方式分裂。为什么说它是细胞？为什么是最小的细胞？一个细胞生存与增殖至少需要100种酶，这些分子需要的空间直径是50nm，加上核糖体，细胞膜与核酸等，推算出一个细胞体积的最小极限直径不能小于100nm；而支原体的直径是100–300nm。支原体（mycoplast）是目前发现的最小、最简单的细胞，无细胞壁。第十八页，共六十七页，2022年，8月28日支原体（A）及其模式图（B）第十九页，共六十七页，2022年，8月28日三、细菌和蓝藻（一）细菌球状杆状螺旋状基本形态定义：一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。第二十页，共六十七页，2022年，8月28日细菌的结构第二十一页，共六十七页，2022年，8月28日革兰氏阳性（A）与革兰氏阴性（B）菌的细胞壁G+G-注意比较：厚度肽聚糖/磷壁酸外膜结构第二十二页，共六十七页，2022年，8月28日细菌的复制、转录和翻译同时进行第二十三页，共六十七页，2022年，8月28日1、细菌细胞的核区与基因组（1）细菌细胞只有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，称为核区或类核；（2）E.coli

基因组大小4.639675兆碱基，4146个基因;（3）细菌基因组的复制按照θ模型复制，遵循半保留复制规律；（4）基因复制、基因转录与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。第二十四页，共六十七页，2022年，8月28日2、细菌细胞的表面结构（1）细胞膜：多功能性是区别于其它细胞膜的一个特点；（2）中膜体：与DNA复制，细胞分裂，芽孢形成有关；（3）细胞壁：革兰氏染色的差异，青霉素的作用；（4）荚膜：储藏水分，吸附阳离子；（5）鞭毛：运动器官。第二十五页，共六十七页，2022年，8月28日3、细菌细胞的核糖体细菌核糖体的沉降系数为70S，有大亚基（50S）和小亚基（30S）组成。4、细菌细胞核外DNA质粒：遗传工程的载体。5、细菌细胞内生孢子芽孢：对抗不良环境的休眠体。第二十六页，共六十七页，2022年，8月28日（二）蓝藻（1）中心质：相当于细菌的核区（2）光合片层：位于细胞质部分，上有藻胆蛋白体光能-藻胆蛋白-叶绿体a（3）细胞质内含物：淀粉、脂滴、蓝藻颗粒体等（4）细胞表面结构：细胞壁和胶质层（5）细胞分裂：一类进化历史悠久、G-、无鞭毛、含叶绿素a、能进行产氧性光合作用的大型原核生物。第二十七页，共六十七页，2022年，8月28日四、古核细胞是一类很持殊的细菌，多生活在极端的生态环境中；具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白。

第二十八页，共六十七页，2022年，8月28日极端嗜热菌（themophiles）极端嗜盐菌（extremehalophiles）极端嗜酸菌（acidophiles）极端嗜碱菌（alkaliphiles）产甲烷菌（metnanogens）古核细菌（细胞）类型产甲烷菌是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。

CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量第二十九页，共六十七页，2022年，8月28日（1）细胞壁成分与真核细胞相似。非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸等对古细菌与真核细胞无作用。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在，多数古核细胞的基因组中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。为什么古核细胞可能是真核细胞的祖先？第三十页，共六十七页，2022年，8月28日（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（70～84）与真细菌（55）之间。（5）5SrRNA：根据对5SrRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5SrRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。

除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。第三十一页，共六十七页，2022年，8月28日古细菌的细胞膜脂第三十二页，共六十七页，2022年，8月28日第三节真核细胞一、真核细胞的基本结构体系二、细胞的大小及其影响因素三、原核细胞与真核细胞的比较四、植物细胞与动物细胞的比较第三十三页，共六十七页，2022年，8月28日一、真核细胞的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或RNA）与蛋白质为主要成分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。在亚显微结构水平第三十四页，共六十七页，2022年，8月28日真核细胞结构图第三十五页，共六十七页，2022年，8月28日二、细胞的大小及其影响因素第三十六页，共六十七页，2022年，8月28日细胞体积的守恒定律：器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞数量成正比，而与细胞的大小无关。细胞最大体积的极限与什么因素有关？细胞的相对表面积与体积成反比关系；细胞的核与质之间有一定的比例关系；细胞内物质的交换与细胞体积的关系。第三十七页，共六十七页，2022年，8月28日因素：蛋白质和核糖体RNA的量。水分：80%------不直接决定细胞的大小；调控细胞的信号网络……几乎完全相同；哺乳动物的mTOR（mamaliantargetofrapamycin)蛋白激酶。影响细胞体积的控制因素第三十八页，共六十七页，2022年，8月28日细胞形态结构与功能的关系形态结构与功能的关系：相关性与一致性。特点：红细胞体积小，圆形，无内核，细胞膜包裹着血红蛋白特点：分泌细胞呈极性，吸收表面形成大量的褶皱，大量的线粒体特点：精子有完整的单倍体基因组，和运动装置；卵子有大量的mRNA和蛋白质与养料第三十九页，共六十七页，2022年，8月28日三、原核细胞与真核细胞的比较第四十页，共六十七页，2022年，8月28日原核细胞与真核细胞的比较最根本的区别：第一、是细胞膜系统的分化与演变。真核细胞以膜系统的分化为基础首先分化—核与质，细胞质再分化为各种功能的细胞器。第二、是遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。第四十一页，共六十七页，2022年，8月28日定殖于小鼠回肠末端的分节丝状菌原核细胞与真核细胞共存第四十二页，共六十七页，2022年，8月28日四、植物细胞与动物细胞的比较植物细胞特有的细胞结构：细胞壁液泡叶绿体其它质体动物细胞特有的细胞结构：中心粒第四十三页，共六十七页，2022年，8月28日动物细胞（A）和植物细胞（B）模式图第四十四页，共六十七页，2022年，8月28日第四节病毒—非细胞形态的生命体一、病毒的基本知识二、病毒在细胞内增三、病毒与细胞在起源于进化中的关系第四十五页，共六十七页，2022年，8月28日病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；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。

病毒的多样性类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion）

——仅由感染性的蛋白质亚基构成；病毒的基本知识病毒：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；所有病毒必须在细胞内才能表现出它们的基本生命活动。第四十六页，共六十七页，2022年，8月28日病毒的特性1、很小，结构极为简单。20-200nm，可通过细菌滤器。2、遗传载体的多样性。DNA(单、双链）或RNA（单双链）病毒。3、彻底的寄生性。分子水平寄生。4、以复制和装配的方式进行增殖。第四十七页，共六十七页，2022年，8月28日病毒的形态特征病毒的对称体制

（1）螺旋对称；（2）二十面体对称；（3）复合对称。第四十八页，共六十七页，2022年，8月28日病毒的形态特征第四十九页，共六十七页，2022年，8月28日脊髓灰质炎病毒烟草花叶病毒疱疹性口炎病毒人类天花病毒T4噬菌体流感病毒第五十页，共六十七页，2022年，8月28日牛传染性鼻气管炎病毒的超微结构第五十一页，共六十七页，2022年，8月28日类病毒的电镜照片仅由感染性的RNA构成第五十二页，共六十七页，2022年，8月28日病毒结构的示意图第五十三页，共六十七页，2022年，8月28日戊型肝炎病毒的冷冻电镜图片第五十四页，共六十七页，2022年，8月28日病毒虽然具备了生命活动的最基本特征（复制和遗传），但它不是完全的生命体，它的人生不完整？病毒的生命活动必须在细胞内才能表现，在宿主细胞内复制增殖；病毒自身没有独立的代谢和能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、原料、能量与酶系统进行增殖，因此病毒是彻底的寄生物。第五十五页，共六十七页，2022年，8月28日病毒在细胞内的增殖1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染；2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成；3、病毒的装配、成熟与释放。

第五十六页，共六十七页，2022年，8月28日病毒在细胞中的增殖过程第五十七页，共六十七页，2022年，8月28日在细胞核内增殖的腺病毒第五十八页，共六十七页，2022年，8月28日电镜超微切片下的山羊痘病毒第五十九页，共六十七页，2022年，8月28日1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染流程：病毒表面的识别结构与敏感细胞表面的受体能否互补结合，即特异性吸附；主动吞饮或者囊膜与细胞膜融合方式进入细胞；衣壳在细胞蛋白酶的作用下裂解，释放出核酸；第六十页，共六十七页，2022年，8月28日2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成（1）双链DNA病毒（噬菌体）第六十一页，共六十七页，2022年，8月28日（2）单链RNA病毒—正义单链RNA（SARS，流感病毒）RNA复制酶的作用下,形成dsRNA链，以新合成的RNA链为模板第六十二页，共六十七页，2022年，