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课程学习：1.细胞概述>>目录1.3.4生物分子的功能分类

1.细胞概述1.3.5细胞结构体系的组装

1.1细胞的发现及细胞学说的1.4细胞的类型和结构体系

创立1.4.1原核细胞

1.1.1细胞的发现1.4.2真核细胞的两种主要

1.1.2细胞学说(cell类型：动物细胞和植物细胞

theory)的创立1.4.3真核细胞的结构体系

1.1.3细胞学理论对细胞学1.4.4真核细胞与原核细胞

发展的推动作用的比较

1.1.4细胞生物学发展简史1.5病毒一非细胞的生命体

1.2细胞的基本功能和特性1.5.1病毒是比细胞更小的

1.2.1细胞的基本功能生命体

1.2.2细胞结构上的相似性1.5.2病毒的生活史

1.2.3细胞的形态1.6细胞生命的进化

1.2.4细胞的大小及体积的1.6.1细胞生命的起源与进

恒定化

1.2.5细胞及细胞器的计量1.6.2真核细胞的起源

单位1.6.3从单细胞向多细胞进

1.3细胞的分子基础化

1.3.1水是细胞中最主要的1.7我国细胞生物学的发展战

物质略

1.3.2无机盐1.7.1细胞生物学的主要研

1.3.3小分子有机小分子究内容和发展方向

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1.7.2我国细胞生物学发展细胞的发现得益于光学显微镜的研

战略制和发展。第一台显微镜是荷兰眼镜

学习指导商詹森(HansJanssen)在1604年发

课程学习：1.细胞概述》1.1.1明的。

细胞的发现■1665年，英国的物理学家胡克用

1.细胞概述自己设计并制造的显微镜观察栋树

所有的生物都是由细胞(cell)构成软木塞切片时发现其中有许多小室，

的。除了病毒、类病毒等是非细胞的状如蜂窝，称为"cella",这是人类

生命体以外，其它生命有机体的结第一次发现细胞，不过，胡克发现的

构和功能单位都是细胞。细菌、酵母只是死的细胞壁(图-1)。胡克的发

等微生物是以单细胞的形式存在，而现对细胞学的建立和发展具有开创

高等动、植物则是由多细胞构成的,性的意义，其后，生物学家就用

如人大约有3X1013个细胞，这些"cel1"一词来描述生物体的基本结

细胞组成不同的组织和器官。构。

研究细胞及其生物学功能的科学称■1674年，荷兰布商列文虎克

为细胞生物学(cellbiology)o(AntonvanLeeuwenhoek)为了检查

1.1细胞的发现及细胞学说的创立布的质量，亲自磨制透镜，装配了高

第一个发现细胞的是英国学者胡克倍显微镜(300倍左右)，并观察到了

(RorbertHooke),相隔170多年后,血细胞、池塘水滴中的原生动物、人

德国植物学家施来登(Mathias类和哺乳类动物的精子，这是人类第

Schleiden)和动物学家施旺一次观察到完整的活细胞。列文虎克

(TheodorSchwann)创立了细胞学把他的观察结果写信报告给了英国

说。皇家学会，得到英国皇家学会的充分

1.1.1细胞的发现肯定，并很快成为世界知名人士。

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胡克和列文虎克发现细胞的动机是生命自然界的认识，有力地促进了

不同的，你对此有何感想？生命科学的进步。恩格斯对细胞学说

图1-1胡克所用的显微镜及观察的给予极高的评价，把它与进化论和能

标树细胞壁量守恒定律并列为19世纪的三大发

课程学习：1.细胞概述》1.1.2明。

细胞学说(celltheory)的创立为什么恩格斯对细胞学说给予与此

1.1.2细胞学说(celltheory)的创高的评价？

立课程学习：1.细胞概述》1.1.3

■1838年，德国植物学家施来登细胞学理论对细胞学发展的推动作

(MathiasSchleiden)提出：尽管植用

物的不同组织在结构上有着很大的1.1.3细胞学理论对细胞学发展的

差异，但是植物是由细胞构成的，植推动作用

物的胚是由单个细胞产生的。细胞科学是实验科学，而实验科学的

■1839年，德国动物学家施旺发展既依赖于实验观察，又有待于理

(TheodorSchwann)提出了细胞学说论的升华。尽管细胞是1665年发现

的两条最重要的基本原理：①地球的，但在其后的170年的时间里细胞

上的生物都是由细胞构成的；②所学的研究没有什么大的发展，究其原

有的生活细胞在结构上都是类似的。因主要是没有将这一发现上升为理

■1855年，德国医生和病理学家魏论，因而也就没有指导意义。但是,

尔肖(RudolfVirchow)补充了细胞细胞学理论创立之后，在这一理论

学说的第三条原理：所有的细胞都的指导下，细胞学得到了突飞猛进的

是来自于已有细胞的分裂，即细胞来发展。

自于细胞。■原生质理论的提出

细胞学说的创立大大推进了人类对1840年普金耶(Pukinje)在动物、

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1846年冯・莫耳(von.Mohl)在植物尔基复合体；同年，线粒体也被正式

中分别看到了"肉样质"的物质，并将命名。

其命名为"原生质"(protoplasm)。在这短短的25年里，取得如此多的

1861年舒尔策(MaxSchultze)认为成果，除了细胞学说本身的贡献外，

动植物细胞中的原生质具有同样的技术革新起着重要的作用。细胞染色

意义，提出了原生质理论。技术、切片技术、显微技术等的不断

■细胞受精和分裂的研究改进和创新保证了科学研究的进步。

•1875年赫特维希(0.Hertwig)发当然，更重要的是这一时期人才辈

现受精卵中两亲本核的合并；1877出，他们的不断追求和探索的精神才

年施特拉斯布格(Strasburger)发现是细胞学得以发展的原动力。

动物的受精现象；如何理解人才、理论和技术在科技发

■1883年范•贝内登(vanBeneden)展中的作用？

在动物中、1886年施特拉斯布格课程学习：1.细胞概述〉》1.1.4

(Stras-burger)在植物中发现了减细胞生物学发展简史

数分裂现象；1.1.4细胞生物学发展简史

1880-1882年Flemming在蝶嫄幼虫对细胞生物学的发展阶段划分不一，

的组织细胞中发现了有丝分裂。本书分为四个时期：

■一些重要细胞器的发现■细胞的发现及细胞学说的创立

■1883年范•贝内登(VanBeneden)这一时期跨度较大，从1665到1874

和博费里(Boveri)在动、植物细胞中年。

发现了中心体；■细胞学的经典时期即我们上面

■1888年沃尔德耶(Waldeyer)提讨论的从1875年到1900年的25年。

出染色体概念；■实验细胞学时期(experimental

•1898年高尔基(Golgi)发现了高cytology)从1900年到1953年的半

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个世纪里，细胞学的发展主要是采用相似性甚至超过形态上的相似性。

实验的手段研究细胞学的问题，其特1.2.1细胞的基本功能

点是从形态结构的观察深入到生理无论何种来源的细胞，都具有基本相

功能、生物化学、遗传发育机理的研似的功能。

究。由于实验研究不断同相邻学科结•细胞能够进行自我增殖和遗传细

合、相互渗透，导致了一些重要分胞能够以一分为二的分裂方式进行

支学科的建立和发展：增殖，动植物细胞、细菌细胞都是如

■细胞遗传学(cytogenetics)此。

■细胞生理学(cytophysiology)•细胞都能进行新陈代谢细胞内

■细胞化学(cytochemistry)有机分子的合成和分解反应都是由

■细胞生物学的诞生1953年酶催化的，即细胞的代谢作用是由酶

Watson和Crick提出DNA双螺旋结控制的。细胞代谢包括物质代谢和能

构模型，标志着分子生物学的诞生。量代谢，这也是细胞的基本特性。

1965年，D.P.Derobetis将其《普通•细胞都具有运动性所有细胞都具

细胞学》改为《细胞生物学》，标志有一定的运动性，包括细胞自身的运

着细胞生物学的诞生。目前，关于动和细胞内的物质运动。

细胞的研究已进入分子细胞生物学课程学习：1.细胞概述》1.2.2

阶段。细胞结构上的相似性

课程学习：1.细胞概述>>1.2.11.2.2细胞结构上的相似性

细胞的基本功能不同类型的细胞不仅具有功能上的

1.2细胞的基本功能和特性相似性，而且还具有结构上的相似

虽然细胞学说是根据光学显微镜对性。

不同类型的细胞进行形态观察得出■细胞都具有选择透性的膜结构

的结论，但是它们在结构和功能上的细胞都具有一层界膜，将细胞内的

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环境与外环境隔开。膜有两个基本的定，复制更精确，并且易于修复，所

作用，一是在细胞内外起障碍作用，以它取代RNA成为遗传信息的主要

即不允许物质随意进出细胞，二是要载体。为了保证遗传信息的准确传

在细胞内构筑区室，形成各功能特递，RNA被保留下来，专司遗传信息

区。的转录和指导蛋白质的合成。所以，

被质膜包裹在细胞内的所有生活物无论是原核生物还是真核生物都具

质称为原生质(protoplasm),包括细有DNA和RNA。不过，少数原始生命

胞核和细胞质(cellplasma)0形式的病毒，仍然保留RNA作为遗

植物细胞与动物细胞的一个重要差传信息的载体。

别是在植物细胞质膜的外面还有一■细胞都具有核糖体

层细胞结构，即细胞壁。在离体条件所有类型的细胞，包括最简单的支原

下细胞壁很容易被酶水解掉，脱去细体都含有核糖体。真核细胞和原核细

胞壁的细胞就称为原生质体胞的核糖体不仅功能相同，在结构上

(protoplast)o也十分相似，都是由大小两个亚基组

■细胞都具有遗传物质和遗传体系成的，只不过原核细胞的核糖体比真

细胞内最重要的物质就是遗传物质核细胞的核糖体稍小一些。

DNAo课程学习：1.细胞概述》1.2.3

现有的研究表明，在生命的进化过程细胞的形态

中，最早的遗传物质是RNA而不是1.2.3细胞的形态

DNA,也就是说先出现RNA,后逐渐细胞具有多种多样的形态(图1-2),

进化形成DNA。有球形、杆状、星形、多角形、梭形、

证明最早的遗传物质是RNA而不是圆柱形等。多细胞生物体，依照细

DNA的证据是什么？胞在各种组织和器官中所承担的不

由于DNA储存遗传信息较之RNA更稳同功能，分化形成了各种不同的形

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状。这些不同的形状一方面取决于对生物个体的大小而增大或缩小。如

功能的适应，另一方面亦受细胞的人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细

表面张力、胞质的粘滞性、细胞膜的胞的大小基本相同。因此，器官的大

坚韧程度，以及微管和微丝骨架等小主要决定于细胞的数量，与细胞的

因素的影响。数量成正比，而与细胞的大小无关，

图1-2不同的细胞形态把这种现象称之为"细胞体积的守恒

举例说明细胞的形态与功能是相关定律"。

的。■限制细胞体积大小的因素

课程学习：1.细胞概述》1.2.4•体积同表面积的关系

细胞的大小及体积的恒定以球形细胞为例（体内的细胞并非都

1.2.4细胞的大小及体积的恒定是球形），计算体积同表面积的关系

细胞最为典型的特点是在一个极小（图1-4）。结果表明，球形细胞增大,

的体积中形成极为复杂而又高度组其体积增加的比例要比表面积增加

织化的结构。典型的原核细胞的平均得多。这样，当细胞增大到一定程度

大小在1〜10Um之间，而真核细胞时，质膜的表面积就不适应细胞进行

的直径平均为3〜30um,一般为内外物质的交换，细胞为了维持一个

10-20um（图1-3）o最佳的生存条件，必需维持最佳的表

图1-3典型的原核、真核、病毒和面积，从而限制了体积的无限增大。

分子的大小图1-4细胞体积与表面积间的关系

■细胞体积的守恒定律・细胞内关键分子的浓度

不同细胞的大小变化很大，如人的一些重要的分子在细胞内的拷贝数

卵细胞的直径只有0.1mm,而鸵鸟是很少的，当细胞体积增大时，这些

的卵细胞的直径则有5cm。但是，同分子的浓度就越来越稀释，一些重要

类型细胞的体积一般是相近的，不依的生化反应需要一定的浓度才能进

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行，所以细胞内分子浓度就成了限制但并不常用。较大的细胞器通常用U

细胞体积无限增大的另一个因素。m表示，如细胞核的直径大约是5-10

真核细胞的体积一般是原核细胞的Pm,而线粒体的长度大约是2口小。

1000倍,真核细胞如何解决细胞内DNA的宽度为2nm(B1-5)o

重要分子的浓度问题?图1-5几种细胞结构的大小

・酶蛋白质种类的限制课程学习：1.细胞概述》1.3.1

细胞不仅对体积的增大有限制，而且水是细胞中最主要的物质

对体积的减少也有限制。一个生活细1.3细胞的分子基础

胞要维持正常的独立生活功能，最低生命是物质的，所有的细胞都是由

限度需要500~1000种不同类型的水、蛋白质、糖类、脂类、核酸、盐

酶和蛋白质，这是目前在支原体类和各种微量的有机化合物所组成

(mycoplasma)中所发现的酶和蛋白(表1-1)o蛋白质、糖类、核酸和脂

质的量。而支原体是目前所知最小原类等化合物也被称为生物分子

核细胞，很显然，细胞体积最小化受(biomolecules)。

制于维持细胞生命活动所需的酶和表1-1细菌细胞的化学组成

蛋白质种类的最低限度。化学成份占细胞的重量(给每种

课程学习：1.细胞概述〉1.2.5分子的类型数

细胞及细胞器的计量单位水701

1.2.5细胞及细胞器的计量单位无机离子120

有两种计量细胞大小的单位，微米糖及其前体1250

(口m)和纳米(nm)。1口m等于10-6m,氨基酸和前体0.4100

Inm等于10-9m。使用电子显微镜后核昔和前体4100

又提出埃(angstrom,A)为超显微结脂肪酸和前体150

构的计量单位，1埃(A)=0.1纳米,其他的小分子0.2〜300

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大分子（蛋白质、核酸和多糖）26〜的最好溶剂，主要是靠氢键的形成使

3000这些分子和离子得以溶解（图1-8）o

1.3.1水是细胞中最主要的成份图1-8水的溶剂作用

生命来自于水，细胞中水的含量最・水的存在方式

高，通常占细胞总量70%〜80%（图细胞中的水以两种形式存在：游离

1-6）。细胞中的所有反应都是在水中水和结合水。游离水是细胞代谢反应

进行的，所以水是细胞生命的活动介的溶剂；结合水则是以氢键和蛋白

质。质结合的水分子，占细胞内全部水

图1-6细胞中各主要成份的相对含的4.5%,是原生质结构的一部分。

量课程学习：1.细胞概述》1.3.2

相邻水分子间的关系是靠氢键维系无机盐

的（图l-7）o1.3.2无机盐

相邻水分子间的关系是靠氢键维系■无机盐的作用分类

的（图1-7）,这种氢键赋予水分子主要分为四大类

哪些独特的性质，对于生活细胞有•大分子的结构成分：主要是C、

什么重要性？H、N、0、P、S等；

•水的功能・各种酶反应所需的主要离子，包

水在细胞中既是反应物也是溶剂。水括Ca2+、Cu2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-

分子参与了生命活动的一些重要反等；

应，在大分子的合成过程中水是产・各种酶活性所需的基础微量元

物，而在分解反应中水是反应剂。素，包括Co2+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、

图1-7水分子中的氢键Zn2+等；

除了作为反应剂外，由于水是极性分•某些生物需要的特殊微量元素，

子，所以是各种极性有机分子和离子如碘、钝、澳等。

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■无机离子的功能有：维持细胞内■脂

的pH和渗透压，以保持细胞的正常脂肪酸是脂的主要成分。细胞内几乎

生理活动；同蛋白质或脂类结合组所有的脂肪酸分子都是通过它们的

成具有特定功能的结合蛋白，参与细峻酸基团与其它分子共价连接。各种

胞的生命活动；作为酶反应的辅助因脂肪酸的碳氢链长度及所含碳一碳

子。双键的数目和位置的不同，决定了它

课程学习：1.细胞概述》1.3.3们不同的化学特性。

小分子有机小分子脂肪酸是营养价值较高的营养物，按

1.3.3小分子有机小分子重量比计算，脂肪酸分解产生的能

细胞内有四类有机小分子：单糖、脂量，相当于葡萄糖所产生能量的两

肪酸、氨基酸和核甘酸。细胞内的有倍。脂肪酸在细胞内最重要的功能是

机小分子约占细胞总有机物的十分构成细胞结构。

之一，但却有许多不同的种类。除了脂肪酸外，细胞内还有其他一些

■糖类脂类（图170）。

糖是细胞的营养物，包括单糖、二糖、图1-10细胞内六类不同的脂

低聚糖（2〜6个糖）和多糖（由几百■核甘酸

到几千个单糖分子组成），其中多糖核昔酸是组成核酸的基本单位，每个

属于生物大分子。核昔酸分子由一个戊糖（核糖或脱氧

单纯的多糖由许多葡萄糖残基组成，核糖）、一个含氮碱基（喀咤或喋吟）

在动物细胞内主要是糖原，在植物细和一个磷酸脱水缩合而成（图

胞内主要是淀粉。它们是细胞内贮存1-10）O

的营养物质，提供细胞代谢所需的能图1-11核昔酸的组成单位

源（图1-9）o■氨基酸

图1-9相同的单糖构成不同的多糖细胞内主要有20种氨基酸，它们的

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差别主要是R侧链不同，决定了氨基类和排列顺序。

酸不同的化学性质。氨基酸是组成蛋•大分子的构件

白质的基本单位，蛋白质是长的线性细胞内大多数生物大分子的半寿期

的氨基酸多聚体，这些氨基酸通过一都很短，它们不断地被降解，并被新

个氨基酸的竣基与另一个氨基酸的的生物大分子所取代。所以细胞内有

氨基之间形成的肽键而首尾相连，构许多构成大分子的构件，如单糖、氨

成多肽链（图1-12）o基酸、核甘、脂肪酸等。

图1-12两个氨基酸之间通过脱水•代谢物细胞内的分子具有十分

形成肽键复杂的结构，通常要一步一步地合

课程学习：1.细胞概述»1.3.4.成。细胞中有许多不同的代谢途径，

生物分子的功能分类发生不同的化学反应。在不同的代谢

1.3.4,生物分子的功能分类途径中，通常先合成的物质是后合成

细胞中的有机分子，根据它们在细胞物质的前体。

代谢活动中的作用可分为四种不同•非细胞功能的分子这是非常广

类型。泛的一类分子，但是量并非很大。这

■生物大分子类分子包括各种维生素、蛋白类激

构成细胞的基本结构，并且执行细胞素、能量储存分子（如ATP）、某些磷

基本功能的巨大的、高度组织起来的酸化的物质，以及代谢废物等。

生物分子称为生物大分子。细胞内有■多糖（polysaccharides）

四种类型的生物大分子：核酸、蛋白多糖是细胞的重要支持材料，是细胞

质、多糖，以及某些类型的脂类，前壁的主要结构成分。

三种是由单体构成的多聚体。细胞内糖同蛋白质结合形成糖蛋白。

大约有3000种大分子。生物大分子蛋白质的糖基化不仅对蛋白分子的

的功能取决于构成它们亚单位的种理化性质有很大影晌，而且对蛋白

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质的生物功能也有很大影响。在迄今表1-2细胞内蛋白质的某些功能

已知的上千种蛋白质中，50%以上是功能举例功能举例

糖基化的。许多糖蛋白具有酶、激素、结构材料胶原、角蛋白激素胰

抑制剂等各不相同的生物活性，相当岛素、生长激素

一部分糖蛋白，其分子中糖链是实现运动肌动蛋白、肌球蛋白物质运

生物功能所必需的，去除或破坏糖链输Na+-K+泵

会使它们失去生物功能。营养储存酪蛋白、铁蛋白信号

蛋白质的糖基化对蛋白质的理化性转导乙酰胆碱受体

质有哪些影晌？基因调控Lac操纵子渗透压调节

■核糖核酸与脱氧核糖核酸血清白蛋白

脱氧核糖核酸即是DNA分子，是遗传免疫作用抗体毒素白喉和霍乱

物质，只有一种类型，其结构是双毒素

螺旋的（图1-13）o电子转移细胞色素酶（催化作

图1-13DNA的结构用）氧化还原酶、连接酶等

RNA即是核糖核酸，种类较多，有组成蛋白质的基本构件只是20种氨

tRNA、rRNA、mRNA,还有一些存在于基酸。为什么蛋白质却具有如此广泛

细胞核和细胞质中的小分子RNA,它的功能？

们具有在不同的功能，在某些病毒近年来的研究发现，很多大的蛋白质

中也是遗传物质。分子都是由两个或两个以上结合紧

■蛋白质密的功能区域构成的，这种区域称为

蛋白质是细胞内行使各种生物功能结构域（domain）,结构域在功能上具

的生物大分子，估计在一个典型哺乳有半独立性，它可与不同的因子结

动物细胞中有10,000种不同的蛋白合。图114显示了从马肌细胞中分

质执行着不同的功能（表1-2）o离的磷酸甘油酸激酶

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(phosphoglyceratekinase)结晶的子，包括DNA、RNA、蛋白质、多糖;

结构域，这两个结构域通过一个较链・第三级由生物大分子进一步组装

连接起来。成细胞的高级结构，如细胞膜、核

图1-14蛋白质的结构域糖体、染色体、微管、微丝等；

课程学习：1.细胞概述》1.3.5・第四级由生物大分子组装成具有

细胞结构体系的组装空间结构和生物功能的细胞器，如细

1.3.5细胞结构体系的组装胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高

细胞是由化学物质物质组成的。由于尔基复合体、溶酶体、微体等。

细胞的生命活动是高度有序的，所以最后再由细胞器组成细胞。

细胞内的化学物质不可能杂乱无章■组装的机制

地堆集在一起，而是有规则地分级各种生物大分子到底如何组装成有

组装成复杂的细胞结构，如核糖体、功能的细胞结构和组织是当前细胞

细胞核、高尔基体和细胞骨架等。不生物学所要研究的基本问题。曾经对

仅如此，在多细胞有机体中，细胞要组装的机制提出过一些假说：

组成不同的组织，再由组织形成器官・模板组装(templateassembly)

(图1-15)o・酶效应组装(enzymatic

图1-15构成细胞的原子及其组织assembly)

■分级组装・自体组装(selfassembly)

由生物分子组装成细胞，可以粗略地■反应复合物的组装

分成四级：随着分子生物学研究的深入，人们更

・第一级是构成细胞的小分子有机多地注意反应复合物的组装及其在

物的形成，包括碱基、氨基酸、葡萄生命活动中的作用。如DNA复制的引

糖、软脂酸，这些构成了细胞的基石;发体(primosome)、RNA加工时形成

•第二级由基石组装成生物大分的剪接体(splicesome)等都是蛋白

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质组装成的反应复合物。包裹起来。细胞壁的厚度有15~100

为什么解决生命科学的问题不能仅nm,或更厚，有些细菌的表面还有

靠分子生物学而要靠细胞生物学？一层荚膜。

课程学习：1.细胞概述》1.4.1・原核细胞的细胞质膜是多功能

原核细胞的，其最重要的功能就是运输作用，

1.4细胞的类型和结构体系包括营养物质的吸收、废物的排除、

细胞分为两大类：原核细胞和真核能量代谢等。细菌的细胞质膜往往会

细胞。内陷折皱形成中膜体(mesosome),

1.4.1原核细胞具有类似线粒体的作用，故称为拟

原核细胞(prokaryoticcell)是组线粒体。

成原核生物的细胞。原核生物分为两细菌质膜还参与遗传物质的复制和

大系：古细菌(archaebacteria)和分配，因为细菌没有细胞核，所以细

真细菌(bacteria,或菌的DNA在复制时只能结合在质膜

eubacteria)。上，然后进行细胞的分裂(图1-17)o

■细菌(bacteria)图1-17细菌质膜参与DNA的复制与

细菌是原核细胞的主要类群。细菌细分配

胞的基本特点是：遗传信息量少，・细菌没有细胞核结构，仅为DNA

内部结构简单，特别是没有分化成与少量RNA或蛋白质结合物，也没

以膜为基础的专门结构和功能的细有核仁和有丝分裂器。E.coli的DNA

胞器与核膜(图1-16)o是环状的，长为4.2X106kb,约4000

图1-16典型的细菌细胞形态结构个基因。由于细菌没有核膜，DNA的

•细菌的细胞通常很小，只有几个转录与蛋白质合成没有空间的隔离,

微米。细菌细胞的界膜，即细胞质所以细菌的RNA转录与蛋白质翻译

膜的外侧都是被一层坚硬的细胞壁几乎是同步进行的，这是原核与真核

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生物的最主要的差别。细菌除了具有又相互协调和协作。动物细胞是真核

染色体DNA外，还有核外DNA,即质细胞的主要类型之一（图1-19）o

粒DNA。质粒是比染色体小的遗传物图1-19动物细胞模式图

质，为环状的双链DNA,常常赋予真核细胞中另一主要类型是植物细

细胞对抗生素的抗性。胞（图1-20）o

•细菌体表还有菌毛和鞭毛。菌毛图1-20植物细胞模式图

有两种，一种短而细，具有呼吸作用；动物细胞具有的结构，植物细胞基本

另一种是数量少但细长的性纤毛，为都有，但是植物细胞还有一些独特

雄性菌所特有。鞭毛是细菌的运动器的结构，包括细胞壁、质体、中央

官，鞭毛蛋白的氨基酸组成与横纹

液泡等（表l-3）o

肌中的肌动蛋白相似。表1-3动物细胞与植物细胞的比较

■支原体（mycoplasma）支原体是细胞器动物细胞植物细胞

目前发现的最简单、体积最小的原核细胞壁无有

细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原叶绿体无有

核细胞（图1-18）液泡无有

图1-18.支原体的形态结构溶酶体有无

课程学习：1.细胞概述》1.4.2圆球体无有

真核细胞的两种主要类型：动物细胞乙醛酸循环体无有

和植物细胞通讯连接方式间隙连接胞间连

1.4.2真核细胞的两种主要类型：动丝

物细胞和植物细胞中心体有无

真核细胞的主要特点是以生物膜为胞质分裂方式收缩环细胞板

基础进一步分化，使细胞内部产生课程学习：1.细胞概述》1.4.3

许多功能区室，它们各自分工负责真核细胞的结构体系

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1.4.3真核细胞的结构体系分裂

将真核细胞内的结构体系归纳起来4.具有相同的遗传信息转录和翻译

可分为三大系统：生物膜结构体系、机制，有类似的核糖体结构

遗传信息表达结构体系、细胞骨架结5.代谢机制相同（如糖酵解和TCA

构体系。循环）

■生物膜结构体系（图121）6.具有相同的化学能贮能机制，如

图1-21生物膜结构体系ATP合成酶（原核位于细胞质膜，真

■遗传信息表达结构系统（图核位于线粒体膜上）

1-22）7.光合作用机制相同（蓝细菌与植

图1-22遗传信息表达体系物相比较）

课程学习：1.细胞概述》〉1.4.48.膜蛋白的合成和插入机制相同

真核细胞与原核细胞的比较9,都是通过蛋白酶体（蛋白质降解

1.4.4真核细胞与原核细胞的比较结构）降解蛋白质（古细菌与真核细

原核细胞和真核细胞无论在结构上胞相比较）

还是在功能上都有许多相同之处（表表1-5真核细胞特有的特点

1-4）,但真核细胞具有许多原核细胞序号内容

所没有的特点（表1-5）o1.细胞分裂分为核分裂和细胞质分

表1-4原核细胞与真核细胞的相同裂，并且分开进行

点2.DNA和蛋白质结合压缩成染色体

序号内容结构，形成有丝分裂的结构

1.都具有类似的细胞质膜结构3.具有复杂的内膜系统和细胞内的

2.都以DNA作为遗传物质，并使用膜结构（如内质网、高尔基体、溶酶

相同的遗传密码体、过氧化物酶体、乙醛酸循环体、

3.都是以一分为二的方式进行细胞胞内体等）

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4.具有特异的进行有氧呼吸的细胞发现的，无法用光学显微镜观察。病

器（线粒体）和光合作用的细胞器（叶毒没有细胞结构，不能在体外独立生

绿体）活。在电子显微镜下可观察到病毒颗

5.具有复杂的骨架系统（包括微丝、粒的体积大约在10〜100nm之间，

中间纤维和微管）比细胞小得多。病毒的结构简单，主

6.有复杂的鞭毛和纤毛要由两部分组成：蛋白质外壳和遗

7.具有小泡运输系统（胞吞作用和传物质的核。病毒的遗传物质可以是

胞吐作用）DNA,也可是RNA,前者称为DNA病

8.含有纤维素的细胞壁（如植物细毒,后者称为RNA病毒。病毒的形态

胞）各异，有正二十面体的、有柱形的、

9.利用微管形成的纺锤体进行细胞也有丝状的（图1-23）o

分裂和染色体分离图1-23常见病毒的形态和结构

10.每个细胞中的遗传物质成双课程学习：1.细胞概述》1.5.2

存在，二倍体分别来自于两个亲本病毒的生活史

11.通过减数分裂和受精作用进1.5.2病毒的生活史

行有性生殖病毒不仅没有细胞结构，而且也不能

课程学习：1.细胞概述》1.5.1独立生存，只能在活细胞中进行增

病毒是比细胞更小的生命体殖。病毒的生活史包括五个基本过程

1.5病毒——非细胞的生命体（图1-24）：

细胞虽然是地球上主要的生命形式，图1-24病毒的生活史

但并非是惟一的生命形式，病毒也是请简述病毒的生活史。

生命体，但它却不具有细胞结构。课程学习：1.细胞概述》1.6.1

1.5.1病毒是比细胞更小的生命体细胞生命的起源与进化

病毒是19世纪末通过对疾病的研究1.6细胞生命的进化

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人们对细胞的认识是在实验室里将球的。

细胞打开，然后分离各种细胞器和生俄罗斯的生化学家Aleksander

物分子，分别研究它们的功能，但Oparin提出地球上的有机分子是在

是我们能够打开的细胞只是当今生合适的化学和物理条件下自然形成

活的细胞，是进化到十分高级的细的。1953年，这一假说得到了实验

胞而无法获得远古时期的活细胞。在的支持。实验的设计者是Stanley

进化的过程中细胞生命活动的分子Miller,当时是一位研究生，他设

是如何形成的？最早的细胞是如何计了一个实验装置，证明在合适的

产生的？真核细胞又是如何起源的？物理化学条件下可以自动合成有机

1.6.1细胞生命的起源与进化分子。

导致细胞生命形成的关键因素是地Miller如何证明在合适的物理化学

球的形成及地球大气层条件的变化。条件中可以自动合成有机分子？

一般将细胞生命的起源分为五个阶课程学习：1.细胞概述〉》1.6.2

段：①地球和原始大气层的形成；②真核细胞的起源

有机分子的自发形成；③分子聚合体1.6.2真核细胞的起源

的形成；④生命初级聚合体的形成；真核细胞是由原核细胞进化而来，这

⑤原始细胞的形成。是生物学家的基本共识。原核细胞向

图1-25细胞生命的起源与进化真核细胞进化的主要事件是呼吸代

根据化石资料分析，地球上最早的细谢的发展和内膜系统的形成。细胞内

胞出现在35亿年前。两个与能量转换有关的细胞器线粒

关于地球上细胞生命起源有两种假体和叶绿体的起源主要是通过内共

说，一种假说认为细胞是由已存在于生机制，而内膜系统则是通过质膜的

地球上的分子产生的，另一种假说则内陷形成的（图1-26）o

认为细胞是从别的宇宙空间来到地图1-26质膜内陷形成核膜和内质

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网的假定方式于分子生物学和个体生物学之间，同

课程学习：1.细胞概述》〉1.6.3它们互相衔接、互相渗透。因此，从

从单细胞向多细胞进化这一意义上来说，细胞生物学是一门

1.6.3从单细胞向多细胞进化承上启下的学科，和分子生物学一起

细胞在向多细胞机体进化过程中，最同是现代生命科学的基础，并广泛渗

重要的特点是出现细胞的分化，即在透到遗传学、发育生物学、生殖生物

多细胞的机体内，各种细胞向不同方学、神经生物学和免疫生物学等的研

向发展，形成结构和功能各异的不同究中，和农业、医学、生物高新技术

组织，但又互相协调成为一个有机的的发展有密切的关系，是生命科学的

整体。重要支柱之一。

在多细胞的机体内，有一部分细胞细胞生物学研究的内容十分广泛，

高度特化，成为下一代机体的起源,图1-28显示了当今细胞生物学研究

这些细胞称为生殖细胞(germ的主要内容。

cell),以别于机体内的其它细胞，图1-28细胞生物学研究的范畴

即体细胞(somaticcell)0课程学习：1.细胞概述》1.7.2

细胞进化的主要事件示于图1-27O我国细胞生物学发展战略

图1-27真核细胞进化的主要过程1.7.2我国细胞生物学发展战略

课程学习：1.细胞概述》1.7.190年代中期，国家自然科学基金委

细胞生物学的主要研究内容和发展员会组织一批细胞生物学方面的专

方向家就我国的细胞生物学发展的13个

1.7我国细胞生物学的发展战略方面的研究制定了战略规划。

1.7.1细胞生物学的主要研究内容21世纪人类将面临严重的挑战，细

和发展方向胞生物学作为生命科学中的重要基

从生命结构层次来看，细胞生物学位础学科，是连接整体与分子