细胞生物学理论的基本知识概要

细胞生物学理论的基本知识概要11.11.21.3细胞是有机体生长发育的基础。1.41.5细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。1.6没有细胞就没有完整的生命。微小精致的单细胞生物--硅藻

单细胞原生动物草履虫放射虫细胞生物学理论的基本知识概要1.1细胞是构成有机体的基本结构单位低等多细胞生物Gonium

formosum（盘藻属）高等多细胞生物有数以亿计的细胞构成。（肝的细胞图像）细胞生物学理论的基本知识概要1.2细胞是代谢与功能的基本单位细胞有独立有序的自控代谢系统。除个别类型细胞（衣原体），无论是需氧还是厌氧细胞均有产能代谢体系来维持自身生命活动。多细胞生物不同细胞分工特殊代谢。多细胞生物的生命活动是自身各种细胞协调生命活动的结果。真核细胞中碳水化合物代谢

油料种子萌发时脂肪的代谢途径细胞生物学理论的基本知识概要1.3细胞是有机体生长发育的基础有机体的生长发育依赖细胞的分裂、细胞体积增长、细胞分化、细胞凋亡。体外人胚胎的卵裂：A，受精卵；B，2细胞阶段；C，4细胞阶段；D，6细胞阶段；E，桑椹胚；F，囊胚小鼠胚胎发育过程中趾间的细胞凋亡形态细胞生物学理论的基本知识概要1.5细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。无机分子在原始环境下产生核苷酸（甲醛，氰，氮，氨，氧，氢氰酸）和脂肪酸（一氧化碳，氢）。核苷酸在特殊矿物微粒催化下聚合成核酸进而化学进化为核酶，脂肪酸自发形成双层脂分子膜。两者结合形成原始细胞（protocell），开始生物进化。细胞生物学理论的基本知识概要1.6没有细胞就没有完整的生命细胞结构的损伤将阻碍细胞生命活动进行。尽管试管中可以实现一些生命代谢反应，但完整的生命只有在细胞中才能实现。非细胞生命体病毒也只有在细胞中才能完成完整的生命活动。HIV病毒复制模式—病毒完成生命活动离不开细胞免疫荧光法显示感染了单纯疱疹病毒爱滋病毒出芽模式图细胞生物学理论的基本知识概要1.6细胞的基本共性细胞在化学组成上相似（基本元素－小分子－生物大分子）；生物膜（磷脂－蛋白体系）；遗传与表达体系（DNA-RNA-蛋白质）；分裂方式等。从进化上讲，细胞拥有共同的祖先。在种类繁多的由细胞构成的生命世界中，根据细胞进化地位，细胞结构，遗传装置复杂程度等划分为原核生物（Procaryote

）、古核生物（Archaeon）和真核生物（Eukaryote)，分别由三类细胞构成——原核细胞、古核细胞和真核细胞。细胞生物学理论的基本知识概要以下不属于细胞基本共性的描述是（）A具有脂-蛋白体系的膜系统B有相同的遗传装置C一分为二的细胞分裂方式D都有线粒体原核细胞与真核细胞都具有的细胞器是（）A核糖体B线粒体C中心体D溶酶体下列不属于原核生物的是（）A大肠杆菌B肺炎球菌C支原体D真菌细胞生物学理论的基本知识概要2原核细胞原核细胞特征：遗传信息量小，没有分化出膜类细胞器，原核。原核生物种类：一般认为原核生物都是单细胞生物。原核生物是由原核细胞组成的生物，包括蓝细菌、原绿藻、细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、螺旋体和衣原体等。2.1最小最简单的细胞—支原体（天然的没有细胞壁的细菌）支原体模型

解脲支原体与真核细胞大小比较

细胞生物学理论的基本知识概要部分支原体可以在特殊的培养基上接种生长。由于体积微小，基因组少，生物合成能力有限，需从培养基中取得维生素、核酸前体和氨基酸等比较复杂的营养成分，此外还需胆固醇等特殊物质。除基础营养物质外还需加入10～20%人或动物血清以提供支原体所需的胆固醇。无细胞壁，可通过滤菌器。肺炎支原体支原体是可以人工培养的最小细胞，肺炎支原体在固体培养基上的菌落特征—油煎蛋形状细胞生物学理论的基本知识概要植物支原体—植原体（类菌原体、类菌质体），植原体尚不能人工培养。

马铃薯紫染黄萎病：叶片上卷，呈紫色。丛枝病病株：生成许多细枝，叶片为单片小叶，症状奇特。桃丛枝病植原体枣疯病病原也为植原体细胞生物学理论的基本知识概要支原体是目前发现的最小的细胞：大小－μm，为细菌的1/10，一条环状双螺旋DNA散布在细胞中，基因组是独立生活生物中最小的，如生殖道支原体只有482个基因。没有细菌一样的核区，山羊胸膜肺炎支原体含800－1500个核糖体。细胞最小空间有多大：维持生存和增殖所需最少的酶及酶反应所需空间+翻译这些酶所需核糖体+DNA、RNA空间+质膜≥100nm。有限的遗传信息量、有限的遗传表达体系，有限的生命活动所需的酶体系使支原体成为极限大小的最简单的细胞。支原体细胞体积小，细胞结构极为简单，可作为细胞工程研究的工具。为研究人工生命、生命起源提供便利。美国生物学家克雷格文特尔制造生命的过程：他们人工合成了一种名为蕈状支原体的DNA，并将这种DNA植入另一个内部被掏空的山羊支原体的菌体内。于是世界第一例完全由人造基因控制的单细胞细菌，也就是人造生命就这样诞生了，克雷格·文特尔把这个人造生命取名辛西娅。细胞生物学理论的基本知识概要2.2细菌细菌细胞的核区——类核(拟核）原核生物没有明显的细胞核，所含裸露的DNA形成形状不规则的核区（拟核），DNA环状编码2000－3000种蛋白，长1200～1400μm。分裂旺盛的细胞常含有几个DNA分子，形成多个拟核。细菌DNA、θ复制和细胞分裂：其中中膜体（mesosome，间体，质膜体）扮演重要角色。由质膜内陷折叠形成的中膜体不仅在DNA复制中起支架分离作用，还增大了细菌酶系附着的内膜面积。细胞生物学理论的基本知识概要在细菌中，可以看到清晰的转录单位(NascentRNA：初生RNA)，原核细胞基因转录和翻译同时、同空间进行，在DNA上正在转录的mRNA马上结合核糖体进行翻译，不需要进行剪切拼接。翻译以多聚核糖体形式进行。细胞生物学理论的基本知识概要2.2.2细菌细胞的表面结构2.2.2.1质膜细菌质膜具有多功能性，除可以选择性交换物质外，还执行多重代谢功能。具有能量转换、合成与分泌、信号识别等功能。细菌细胞膜能量转换功能：Proteorhodopsin（变形菌视紫质）是多种海洋细菌中都拥有的光敏感性蛋白。当环境中氧气不足时，拥有Proteorhodopsin的细菌将改用太阳能完成重要的生命活动。后继实验证明proteorhodopsin是一个光驱动质子泵。Liphardt与其同事利用遗传工程方法，得到能够表达光敏感蛋白的E.

coli，图为携带proteorhodopsin的的跨膜离子流和质子泵。呼吸和光驱动质子泵是质子动力源，可以驱动ATP合成和鞭毛马达旋转。Porter(载体），flagellarmoter（鞭毛马达）。细胞生物学理论的基本知识概要细菌分泌水解酶和致病蛋白质，在革兰氏阳性菌直接分泌到外环境中；在革兰氏阴性菌则较为复杂，现已有4个分泌系统参与蛋白质的分泌过程，由多种细胞膜蛋白、外膜蛋白和辅助蛋白（信号肽酶和伴侣蛋白等）组成，分别称为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型分泌系统。革兰氏阴性菌Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型分泌系统模式图：Ⅰ型：大肠埃希菌-溶血素的分泌；Ⅱ型：克雷伯菌支链淀粉酶的分泌；Ⅲ型：耶尔森菌外部蛋白质的分泌。经革兰氏阴性菌Ⅱ型和Ⅳ型分泌系统分泌的蛋白质首先以其氨基端带有信号序列（signalsequence）的前体蛋白（preprotein）形式出现，经sec途径运输越过细胞膜进入周浆间隙。大肠埃希菌的sec途径由细胞膜蛋白（SecD～SecF、SecY）、细胞膜结合的ATPase（SecA）和伴侣蛋白（SecB）组成。细胞生物学理论的基本知识概要2.2.2.2细菌细胞壁G+细菌：磷壁酸由甘油磷酸或核糖醇磷酸以磷酸二酯键连接组成，磷壁酸与肽聚糖或膜磷脂共价连接。肽聚糖结构细胞生物学理论的基本知识概要G-细菌：肽聚糖较少，二氨基庚二酸代替赖氨酸与丙氨酸相连。脂质A为糖磷脂，由氨基葡萄糖双糖组成的基本骨架，双糖骨架的游离羟基和氨基可携带多种长链脂肪酸和磷酸基团。细胞生物学理论的基本知识概要中国细胞生物学学报细胞生物学理论的基本知识概要中国细胞生物学学报细胞生物学理论的基本知识概要中国细胞生物学学报细胞生物学理论的基本知识概要革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁的主要区别比较项目G+细菌G-细菌

内壁层:外壁层细胞壁厚度(nm)肽聚糖结构

鞭毛结构肽聚糖成分磷壁酸脂多糖脂蛋白对青霉素、溶菌酶20～80厚层，75%亚单位交联，网格紧密坚固基体上着生两个环占细胞壁干重的40～90%多数含有无无敏感2～3:8薄层，30%亚单位交联，网格较疏松基体上着生四个环5%～10%:无无无:11%～22%有或无:有不够敏感细胞生物学理论的基本知识概要2.2.2.3细菌鞭毛细菌鞭毛丝是由许多直径为的鞭毛蛋白（flagellin）亚基沿着中央孔道（直径为20nm）螺旋状排列而成，每周为8～10个亚基。鞭毛蛋白是一种呈球状或卵圆状蛋白，分子量为3万～6万，它在细胞质内合成，由鞭毛基部通过中央孔道输送到鞭毛游离的顶部进行自装配。因此，鞭毛的生长方式是在其顶部延伸而非基部延伸。真核细胞鞭毛轴纤丝由微管按9+2式排列,即中心有一对由中央鞘包裹着的微管，外围环绕以两两连接在一起的微管A和B组成的二联体,共有9组。革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌鞭毛真核细胞鞭毛细胞生物学理论的基本知识概要2.2.2.4细菌核区外DNA——质粒如：F因子、R因子等，环状双链DNA，编码少量基因，如性撒毛、抗性因子、大肠杆菌素、毒蛋白、植物致瘤因子等。细菌质粒所能控制的性状细菌质粒性状大肠杆菌中的F因子使宿主产生性纤毛，决定细菌的“性别”大肠杆菌中的Col因子产生一种蛋白质类杀菌素—大肠杆菌素大肠杆菌中的Ent因子产生肠毒素大肠杆菌中的Hty因子决定溶血素的产生大肠杆菌中的RYB质粒可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶许多G-细菌中的R因子抗磺胺药与多种抗生素金黄色葡萄球菌中的P1258因子抗Cd++、Hg++等重金属离子金黄色葡萄球菌中的PZA10产生内毒素B假单胞菌中的质粒能降解某些复杂的有机物根癌病农杆菌中的Ti质粒能使感染植株产生根癌病细胞生物学理论的基本知识概要大肠杆菌质粒pBR322

上开环构型

下超螺旋质粒细胞生物学理论的基本知识概要2.2.2.5细菌核糖体沉降系数：70S。细菌的70S核糖体由50S和30S两个亚基组成。50S大亚基由23SrRNA、5SrRNA与30多种r蛋白组成，小亚基由16SrRNA和20多种r蛋白组成。细菌与抗生素细胞生物学理论的基本知识概要2.3蓝细菌—较大的原核生物地皮菜异型胞颤藻细胞生物学理论的基本知识概要蓝藻细胞（）cytoplasm细胞质，thylakoids类囊体，CPG贮藏颗粒细胞生物学理论的基本知识概要2.3.1中心质（centroplasm）——核区蓝藻细胞没有核膜，DNA裸露，含量较细菌大。蓝藻细胞：Typicalcellofcyanobacteria.Mucilaginoussheath粘液鞘（）有些蓝藻中心质有多个环状DNA。呈现多倍性。Indeedcyanobacteriaarehosttoarangeofsmall,circularDNAmoleculescalledplasmids（）球形蓝细菌细胞分裂。（）细胞生物学理论的基本知识概要2.3.2光合片层类囊体

(thylakoid)是蓝细菌细胞中存在的囊状体，由单位膜组成，上面分布有叶绿素（叶绿素a）、藻胆色素、类胡萝卜素等光合色素和有关酶类，是光合作用的场所。不含叶绿素b。蓝细菌的类囊体和藻胆体同心环样排列的类囊体蓝细菌（Synechococcus）光合电子传递链、磷酸化酶在类囊体上的分布细胞生物学理论的基本知识概要类囊体膜穿孔为运输通道：Photosyntheticmembranesoftwodistantlyrelatedcyanobacterialspeciescontainmultipleperforations.Theseperforations,whicharefilledwithparticlesofdifferentsizesincludingribosomes,glycogengranulesandlipidbodies,allowfortrafficthroughoutthecell.Inaddition,differentlayersofthephotosyntheticmembranesarejoinedtogetherbyinternalbridgesformedbybranchingandfusionofthemembranes.Notably,weobservedintracellularmembrane-boundedvesicles,whichwerefrequentlyfusedtothephotosyntheticmembranesandmayplayaroleintransporttothesemembranes.T,thylakoidmembranes;Redarrowheads,perforations穿孔;CW,cellwall;R,ribosomes;G,polysaccharide多糖(glycogen糖原)granules颗粒;C,carboxysomes羧酶体;P,extracellularpolysaccharides.Scalebars,200nm(A);500nm(B).（ReinatNevo，2007，）细胞生物学理论的基本知识概要蓝细菌中类囊体膜可能连为一个整体：Thylakoidmembranesareinterconnected(redarrowheads).Scalebars,100nm.（ReinatNevo，2007，）细胞生物学理论的基本知识概要蓝细菌类囊体结构模型。（ReinatNevo，2007，）细胞生物学理论的基本知识概要细胞内小泡与类囊体融合可能有向类囊体运送物质的能力：VesiclesinMicrocoleusspcells.Vesiclesconnectedtoeachotherandtothethylakoidmembranenetworkbyprotrudinglamella(D).Scalebars,200nm(A);500nm(B);300nm(C,D).蓝细菌内类囊体膜数量随光强减小而减少。

细胞生物学理论的基本知识概要2.3.3细胞壁蓝细菌的细胞壁结构与G-细菌十分相似,分为内外两层，外层为脂多糖，内层为肽聚糖,另外蓝细菌的细胞壁也含有纤维素。在细胞内含有与细菌相同的70S核糖体。蓝细菌胶质鞘细胞生物学理论的基本知识概要2.3.4内含物蓝藻淀粉、脂滴、多角体（羧化酶体）、多聚磷酸盐颗粒、蓝藻颗粒体（藻青素颗粒）、气泡等。蓝藻淀粉与糖原类似，不产生碘蓝反应。多角体是一种类似病毒的等径多面体蛋白颗粒，外层是一层蛋白衣壳，内部含有排列整齐的Rubp羧化酶，是CO2固定场所。蓝藻颗粒体是天冬氨酸、精氨酸的聚合物，是细胞储存的氮源。许多浮游蓝藻含有气泡。蓝藻颗粒体：CyanophycinparticlesinthecyanobacteriumOscillatoria(darkbluetoviolet);centroplasmlightblue;stainingbyLoeffler'smethyleneblue,1000xbrightfield.()多角体（羧化酶体）细胞生物学理论的基本知识概要多角体（羧化酶体）结构和在菌体内分布：Carboxysomesunderthemicroscopeincellsthatwerestillalive，Carboxysomesinlivecellsarealllinedup,evenlyspaced,downthecentralaxisoftherod-shapedbacteria.Itseemsthatallbacteriahavea"skeleton,"ameshofproteinsthatmaintainstheirshape,helpsthemdivide,andcanholdchromosomesandothercellularpartsinplace.Whenoneofthesemeshproteinswasdeletedoutofthegenomeofthephotosyntheticbacteria,thecellswouldbecomerounder,notabletoholdtheirshapeaswell,andthatthecarboxysomesweren'tevenlyspacedanymore(figureB).Whenadifferentskeleton-associatedprotein,parA,wasknockedoutitseemedtoexertspecialcontroloverthecarboxysomes.Deletingthisgeneallowedthecellstostayrod-shaped,butthecarboxysomesweren'tlinedupanymore(figureC).(DaveandBruno,)细胞生物学理论的基本知识概要3古核细胞——（古细菌）古细菌(archaeobacteria)（古生菌、原细菌）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；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸，有的无细胞壁。由于古细菌所栖息的环境和地球生命起源的早期有相似之处，如：高温、缺氧，而且由于古细菌在结构和代谢上的特殊性，它们可能代表最古老的细菌。它们保持了古老的形态，很早就和其它细菌分手了。所以人们提出将古细菌从原核生物中分出，成为与原核生物、真核生物并列的一类。一些人认为真核生物起源于一个古菌和细菌的融合。生命的三界划分和系统发生关系：真核生物、细菌、古细菌细胞生物学理论的基本知识概要生活在黄铁矿酸性排水中的化能自养生物：Ferroplasmaacidophilum嗜酸铁原质体古菌，可利用氧氧化亚铁获取能量。詹氏甲烷球菌（Methanococcusjannaschii，UCBerkeleyElectronMicroscopeLab）：Methanococcusjannaschiiisfoundata“whitesmoker”,2600mhydrothermalvent热泉口（WoodsHoleOceanographicInstitution）（）古细菌膜脂成分十分特殊，磷脂甘油以醚键而不是酯键与长链烷醇相连，不可皂化，与生活环境相适应。此种磷脂在其他细胞中含量很少。Membranestructures.Top:anarchaealphospholipid,1isoprenesidechain,2etherlinkage,3L-glycerol,4phosphatemoieties.Middle:abacterialandeukaryoticphospholipid:5fattyacid,6esterlinkage,7D-glycerol,8phosphatemoieties.Bottom:9lipidbilayerofbacteriaandeukaryotes,10lipidmonolayerofsomearchaea.Etherbondsarechemicallymoreresistantthanesterbonds.Thisstabilitymighthelparchaeatosurviveextremetemperaturesandveryacidicoralkalineenvironments.Bacteriaandeukaryotesdocontainsomeetherlipids,butincontrasttoarchaeatheselipidsarenotamajorpartoftheirmembranes.()细胞生物学理论的基本知识概要3.1古细菌的细胞壁和表面

古细菌细胞壁的物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖（假胞壁质），到多糖、蛋白质和糖蛋白等。有的古细菌细胞壁含假肽聚糖（假胞壁质），而有的古细菌则是由两个双向的、不完全结晶的蛋白质或糖蛋白在细胞表面排列而成的表层，有些古细菌在原生质膜外有厚的多糖的细胞壁。个别古细菌没有细胞壁（热原质体）。Ferroplasmaacidiphilum

无细胞壁（左图）：Ultrastructureofvegetativecells.(a)Longitudinalultrathinsectionshowingahomogeneouscytoplasmicmatrix;buddingprocessesareindicatedbyarrows.(b)Detailedviewsofbuddingprocessasinitialtip-formation(opendoublearrows)andalmost-completeseparationofvesicularoffspring(filleddoublearrows);asterisksindicatethecondensedbacterialchromosome.(c)High-magnificationviewofthecytoplasmicmembrane,asindicatedbyopposingarrows.右图：古细菌的蛋白质细胞壁（表层）Electronmicrographofafreeze-etchedpreparationshowingawholecellwithahexagonallyorderedS-layerlattice.Bar,100

nm.（GolyshinaOV，）细胞生物学理论的基本知识概要3.2古细菌的DNA与真细菌的遗传物质相似由不含核膜的单个环状DNA分子构成，但大小通常小于大肠杆菌的DNA，多数古细菌基因组与真核细胞一样有内含子，基因组编码组蛋白，可与DNA结合形成核小体，但与真核生物核小体有差别。古细菌tDNA转录物中的内含子：Examplesofsplicingmotifspresentinarchaealpre-tRNAsbearingintronsatpositions37/38andothers.(A,B,C)ThecloverleafsequencesofthreecharacteristictDNAsharboringanintronbetweennt37and38.(D,E)Intronslocatedatunconventionalpositions.Smallarrowsshowtheintronsplicingposition,alwayslocatedtwobasesdownstreamoftheH1andH2strandsofthecentralHhelix.细胞生物学理论的基本知识概要3.3古细菌的核糖体古细菌核糖体和真细菌的核糖体同样大小，但在某些特性上，它们与真核生物的核糖体相似，如核糖体30S亚单位的形状，对抗生素链霉素和氯霉素的抗性及对白喉毒素的敏感性等。古细菌的16SrRNA和5SrRNA序列更类似于真核生物而与原核生物相差较大。生命三域的16SrRNA、18SrRNA的特征核苷酸序列特征核苷酸序列序列位置在三域的

16SrRNA、

18SrRNA中的出现概率（

%）细菌域古菌域真核生物域CACYYG315>9500CYAAYUNYG510>9500AAACUCAAA91010030AAACUUAAAG9100100100NUUAAUUCG960>9500YUYAAUUG960<1100100CAACCYYCR1110>9500UUCCCG1380>9500UCCCUG13800>95100CUCCUUG13900>950UACACACCG1400>990100CACACACCG140001000Y：任一嘧啶，

R：任一嘌呤，

N：任一嘌呤或嘧啶（

引自

MadiganM.T.etal.:Brock'sBiologyofMicroorganisms.9thedition.PrenticeHallInternational,Inc.2000）细胞生物学理论的基本知识概要3.4转录和翻译体系古细菌的RNA聚合酶在亚基组成和亚基序列上类同于真核生物的RNA聚合酶II和III,而不同于细菌的RNA聚合酶。不受利福平等抗生素抑制。相应的启动子结构也类同于真核生物，TATA-box序列都位于转录起始位点上游25-30核苷酸处，与细菌启动子的典型结构（-10和-35）不一样。古菌的翻译延长因子是EF-Ia和EF-2，而细菌中分别为EF-Tu和EF-G，氨酰tRNA合成酶基因，翻译起始因子等均与真核生物相似。tRNA结构、蛋白质合成的起始氨基酸等都不同于细菌而类似于真核生物。细胞生物学理论的基本知识概要古核细胞RNA聚合酶与真核细胞RNA聚合酶II结构相似。Structureandfunctionofmulti-subunitRNAPs：TheoverallstructureofRNAPresemblingacrabclawisconservedinEukarya(A),Archaea(B)andBacteria(C).RNAPsubunitscanbedividedintothreegroupsconcernedwithcatalysis(D),assemblyofthecatalyticsubunits催化亚基组装平台(F)andauxiliaryfunctions辅助功能(G).TheinsetgivesanoverviewoftheRNAPsubunitcompositioninthethreedomainsoflife(columnsforthebacterialandarchaealRNAPandeukaryoticRNAPII)accordingtosequence,structuralandfunctionalhomology(rows)withthecolourcodeof(D)–(G)indicated.(DinaGrohmann,)细胞生物学理论的基本知识概要4真核细胞真核细胞生物膜进一步分化，在细胞内构建许多更为精细地具有专门功能的结构单位，这些结构单位可划分为三个体系。4.1真核细胞三大结构体系4.1.1生物膜结构体系细胞内大多数的酶定位在生物膜上，绝大多数生化反应在膜上进行。在进化过程中可能由细胞膜和膜内陷分化成的细胞器：质膜、内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、原球体、运输泡、分泌泡、胞吞泡、细胞核等。细胞膜结构模式图真核细胞膜系统——膜类细胞器在功能上的联系细胞生物学理论的基本知识概要在植物、真菌等高等生物细胞内的液泡具有类似动物细胞内溶酶体的功能。细胞核结构，核膜常与内质网相连，外层膜外表面象内质网外表面一样附着核糖体。细胞生物学理论的基本知识概要在进化过程中可能由吞噬其他细胞演化形成的细胞器。有质体（包括叶绿体）、线粒体、过氧化物酶体等。叶绿体结构线粒体结构烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有催化嘌呤代谢产物尿酸的尿酸氧化酶形成的晶体状核心）：它与叶绿体、线粒体一起参与光呼吸。细胞生物学理论的基本知识概要4.1.2遗传信息表达结构系统真核生物遗传信息载体在细胞核中与组蛋白结合逐级组装成染色质或染色体。真核生物DNA组装细胞生物学理论的基本知识概要核仁是rRNA转录、核糖体亚基组装的区域。真核生物转录发生在细胞核中。核仁：NE，核膜；NO，核仁组织区（纤维中心）；PF，纤维组分（致密纤维组分）；PG，颗粒组分。（）核仁中rDNA转录：OnecanstudysynthesisofribosomalRNAwiththeelectronmicroscope.Apreparationofnucleoli（核仁）isdissociated（解离）andspreadonaliquidsurface(inamannersimilartothespreadingofchromatin).Then,thesynthesisofribosomalRNAisstimulatedandafteraperiodoftime,theDNAfromthenucleolarorganizingregion（核仁组织区）beginstolooklikeaChristmastree.Thetopofthetreeisthestartsite.Asyoumovedownthe"tree",thebranchesappearlonger.EachbranchisagrowingstrandofribosomalRNA.TheDNAcodeisbeingtranscribedandthenucleotidesaddedtothegrowingRNAstrand.细胞生物学理论的基本知识概要真核生物蛋白质翻译是在细胞质中进行。真核生物核糖体沉降系数为80S，由60S大亚基和40S小亚基组成。核糖体附着在粗面内质网上翻译蛋白质，翻译的蛋白质进入内质网腔成凝絮状。多聚核糖体翻译蛋白质。细胞生物学理论的基本知识概要4.1.3细胞骨架系统由蛋白质构成的网架系统。在维持细胞形态，胞内物质运输和细胞器位移，细胞运动，信息传递，核酸蛋白合成，细胞分裂和分化，细胞连接等有重要作用。微管：支架，鞭毛，细胞分裂，运输等。微丝：支架，连接，运动，细胞分裂，信息传递等。中间丝：支架，连接等。微管，微丝，中间纤维。）细胞生物学理论的基本知识概要微丝功能。（）核纤层结构：核纤层蛋白在细胞分裂时磷酸化使核纤层解体。细胞骨架。微丝与细胞黏合带相连，通过细胞间锚定连接稳定细胞内结构。微管在细胞器移位、物质运输中起轨道作用。（）细胞生物学理论的基本知识概要4.2真核细胞大小及其影响因素细胞类型直径/μm最小的病毒0.02支原体细胞0.1－0.3细菌1－2高等动植物细胞20－30原生动物数百－数千各类细胞直径比较

细胞体积守恒定律：在高等动植物中，同一器官、组织细胞的大小相似，都在一个恒定的范围之内。器官、组织体积的差别与构成其的细胞数量有关。合适的细胞体积可保证细胞与周围环境正常的物质和信息交换，保证胞内物质运输和信号传递的正常进行。细胞生物学理论的基本知识概要细胞最大体积（直径）的极限受什么因素控制？1）细胞表面积与体积比——细胞与外界物质交换能力。2）细胞核质比——细胞核是细胞代谢调控的中心。各种细胞细胞核体积相差不大。作为调控中心，他所能控制的范围是有限的。3）物质运输效率与细胞体积比。细胞体积大使得物质在细胞内运达的时间延长，不利于代谢的精密调控。肌细胞由成肌细胞融合形成多核结构适应狭长体积和大量物质合成原生动物细胞很大，细胞出现大小核分工来适应细胞大体积。人工试管受精：卵细胞储存有mRNA、功能蛋白和大量营养物质，与外部环境物质交换少细胞生物学理论的基本知识概要能被雷帕霉素抑制的蛋白激酶mTOR在细胞生长调控中处于中心位置：mTOR、S6K、rpS6基因缺陷可导致细胞体积变小。细胞的体积具体是受细胞的什么因素控制呢？主要由细胞所含蛋白质和rRNA量决定，即细胞核糖体活性和数量或蛋白质的合成能力决定的。除此之外还和DNA含量有关，植物细胞大小与液泡膨胀有关。细胞生物学理论的基本知识概要4.3原核细胞和真核细胞比较原核细胞与真核细胞两大根本区别：（1）真核细胞膜系统分化和演变。核与细胞质分隔，各种细胞器出现，细胞区域分工更细。进而产生细胞骨架系统以合理布局细胞区域或细胞器。（2）遗传信息量与遗传装置扩增与复杂化。细胞区域分隔使细胞体积增大，代谢复杂，导致遗传信息量增加，如遗传物质出现重复序列、内含子、多倍性等。基因表达装置复杂化，基因表达呈现阶段性和区域性。光合细菌（Rhodopseudomonas）的膜内陷形成光合膜片层:(A)

SectionofR.sphaeroidesaftersemi-aerobic（半需氧）cultureinthedark.

Notetheabsence

ofdistinguishablechromatophores（载色体）andpresenceofnumerouspoly-beta-hydroxybutyrategranules（多聚β羟基丁酸颗粒）.

(B)SectionofR.sphaeroidesgrownaerobically（需氧）atmoderatelightintensity.

Theproliferatingvesicles

（增生囊泡）withinandalongthecytoplasmicmembraneindicateareasofchromatophorecontinuity.（）细胞生物学理论的基本知识概要原核细胞、真核细胞基本结构特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞核无有细胞质膜有（多功能性）有核膜无有染色体单条、环状、裸露DNA有，DNA线型，与组蛋白结合，通常二倍性。核仁无有线粒体无有内质网无有高尔基体无有溶酶体无有核糖体有，70S，包括50S和30S亚基有，80S，包括60S和40S亚基光合作用结构蓝藻有疏松的光合膜片层结构，含藻胆素，叶绿素b；细菌膜内陷形成片状、泡状、管状等结构，含菌绿素叶绿体，含有叶绿素a,b中心粒无动物细胞有细胞骨架无有核外DNA质粒线粒体、叶绿体DNA细胞壁氨基糖组成的肽聚糖，胞壁酸动物细胞无壁，植物细胞壁为纤维素、果胶等组成，真菌为几丁质细胞连接无有通讯连接方式无间隙连接细胞分裂方式直接分裂有丝分裂，有细胞间期和分裂期之分细胞生物学理论的基本知识概要真核细胞和原核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较特征原核细胞真核细胞DNA含量（遗传信息量）少多DNA分子数12个以上DNA分子结构环状线型基因组数单倍二至多倍基因数少，几千个多，几万个重复序列，多余DNA序列罕见大量存在内含子无有DNA与组蛋白结合不与或与少量类组蛋白结合与5种组蛋白结合核小体－染色质－染色体无有DNA复制明显的周期性无有基因表达调控主要为操纵子复杂性，多层次转录与翻译时空关系同时同地进行核内转录核外翻译，时序性和区域性转录及翻译后加工修饰无有细胞生物学理论的基本知识概要真核细胞这些结构上的特点，促成真核细胞能在转录前水平、转录水平、转录后水平、翻译水平及翻译后水平对基因的表达进行多种层次上的调控。原核细胞的调控方式比较简单，使其能适应多种不利环境，进行快速调节。而真核细胞基因表达的复杂性及多层次性能够保证遗传信息传递的准确性和稳定性。原核生物与真核生物基因表达原核生物色氨酸操纵子多顺贩子结构与真核生物基因结构细胞生物学理论的基本知识概要4.4真核细胞的两种主要类型——动物细胞和植物细胞动物细胞模式图植物细胞模式图细胞生物学理论的基本知识概要动物细胞与植物细胞的比较

细胞器动物细胞植物细胞细胞壁无有内质网有有线粒体有有中心粒有无高尔基体有有细胞核有有叶绿体无有质体无有核糖体有有液泡无有溶酶体有无圆球体无有乙醛酸循环体无有过氧化物酶体有有细胞连接有有细胞骨架有有居间纤维有无通讯连接方式间隙连接胞间连丝胞质分裂方式收缩环细胞板细胞生物学理论的基本知识概要Assessmentafterclass细胞生物学理论的基本知识概要选择：关于古细菌的描述，不正确的观点是（）A古细菌常常发现于极端的特殊环境中B古细菌的细胞质膜是由脂质和蛋白质构成，类似于真核细胞C古细菌的遗传装置结构介于原核细胞和真核细胞之间D古细菌细胞壁没有胞壁酸判断：细菌DNA复制受细胞分裂周期的限制，只能在S期进行复制。原核细胞中只含有一个环装DNA分子。所有能进行光合作用的原核生物都能放出氧气。细胞生物学理论的基本知识概要5非细胞生命体——病毒病毒是迄今发现的最小的生命体，只有在活细胞中才能表现其生命活性。5.1病毒的种类病毒的种类。（田波）细胞生物学理论的基本知识概要真病毒——有蛋白质外壳和核酸，绝大多数病毒属于此类。类病毒——仅由一条感染性的RNA组成。RNA单链环状，部分区域配对成双螺旋结构。比真病毒小的多。仅在植物中发现，马铃薯纺锤形块茎类病毒(PSTV)，椰子死亡病等。无蛋白外壳，不能主动识别攻击。在植物受到机械外伤时侵入，花粉和种子可能传毒。类病毒在细胞内的复制酶为依赖DNA的RNA聚合酶，以类病毒RNA为模板复制，可能是RNA聚合酶II。类病毒RNA不编码蛋白质。治病原因可能是激活宿主细胞中依赖RNA的蛋白激酶（PKR，可磷酸化蛋白合成中的起始因子2，抑制蛋白合成。），导致蛋白合成能力下降。朊病毒——仅由感染性蛋白质组成，是一种疏水性糖蛋白。危害神经，特别是脑组织，引起羊瘙痒病、疯牛病、人克雅氏症、库鲁症。通过食物链等传染。卫星病毒（拟病毒）——依赖于病毒的病毒。卫星病毒一般包裹在植物病毒粒子中。它是一些必须依赖辅助病毒才能复制的小分子单链环状RNA片段,大小与类病毒相似。复制方式与类病毒相似。细胞生物学理论的基本知识概要5.2亚病毒类病毒马铃薯纺锤形块茎类病毒（田波）电子显微镜下的苹果锈果类病毒（田波）苹果锈果类病毒危害的苹果果实（田波）类病毒感染的番茄表现矮化细胞生物学理论的基本知识概要

类病毒的复制植物类病毒（A类复制：滚环复制，如桃潜隐花叶类病毒peachlatentmosaicviroid）和卫星病毒的复制与自我剪切。B类类病毒如马铃薯纺锤形块茎类病毒potatospindletuberviroid复制（右图）可能先由正链滚环复制多聚负链，再由多聚负链合成多聚正链，由核酸内切酶切为单体正链，再由连接酶连接成环。细胞生物学理论的基本知识概要卫星病毒（拟病毒）：本身对于辅助病毒的复制不是必需的,而且它与辅助病毒的基因组无明显的同源性。卫星病毒利用辅助病毒的复制酶进行复制，犹如病毒利用宿主细胞的能量、原料及酶进行复制一样。卫星病毒的存在可以影响辅助病毒的产量和改变辅助病毒在宿主上的症状及反应的程度。细胞生物学理论的基本知识概要朊病毒前体（PrPc）和朊病毒（PrPsc）：prion的两种形式，正常（左）和变异（右）。动物、人存在朊病毒前体蛋白基因表达正常的蛋白，如感染了变异的朊病毒后该病毒可催化正常的朊病毒前体蛋白转化为朊病毒。朊病毒在脑中积累结晶引起病变。疯牛病源侵染人类的几种途径

细胞生物学理论的基本知识概要5.3真病毒真病毒由蛋白和核酸组成，有的病毒有囊膜（囊膜）。蛋白主要是衣壳蛋白，有的病毒衣壳内有酶蛋白。有的病毒核酸和蛋白共同组装成核衣壳（如TMV）。病毒只含有一种核酸，RNA或DNA。有的病毒核酸分子在衣壳内不止一个（如HIV）。囊膜是在病毒从宿主细胞内出芽被宿主细胞膜系统包裹形成，囊膜由质膜、核膜、内质网、高尔基体膜等形成。脂质成分与宿主细胞膜成分相似，但带有病毒的宿主细胞识别蛋白等。细胞生物学理论的基本知识概要动物病毒（）烟花叶病毒（TMV）核衣壳中的RNA和蛋白亚基（田波）细胞生物学理论的基本知识概要植物病毒（TMV，左；CMV，右）噬菌体（）细胞生物学理论的基本知识概要若干代表性病毒的核酸类型核酸类型病毒种类动物病毒植物病毒微生物病毒DNAss

DNA

线

状细小DNA病毒(如鼠细小病毒,腺联病毒,大蜡螟浓核症病毒)双生病毒(如玉米条纹病毒,木薯潜隐病毒,菜豆夏枯病毒)

环

状

E.coli的ΦX174、M13、fd和fl噬菌体等ds

DNA线

状各种腺病毒、疱疹病毒、虹彩病毒和痘病毒（天花病毒）

E.coli的T系、P1、P2和Mu,枯草杆菌的PBSX、SP01,沙门氏菌的P22噬菌体等环

状乳多孔病毒(如猴、SV40病毒,鼠多瘤病毒等)花椰菜花叶病毒组(如大丽菊花叶病毒,香石竹蚀环病毒等12种)E.coli的λ、铜绿假单胞菌的PM2噬菌体等RNAssRNA线状细小RNA病毒(如脊髓灰质炎病毒,牛口蹄疫病毒),披盖病毒(黄热病毒,登革热病毒),弹状病毒(如狂犬病毒,水疱性口膜炎病毒),副粘病毒(如麻疹病毒,腮腺炎病毒,新城疫病毒),正粘病毒(如流感病毒、H5N1禽流感病毒),逆转录病毒(如劳氏肉瘤病毒、艾滋病毒)，冠状病毒(SARS病毒)烟草花叶病毒,烟草脆裂病毒,马铃薯X(Y、S)病毒;雀麦花叶病毒,豇豆斑驳病毒,黄瓜花叶病毒,大麦黄化病毒,烟草环斑病毒,番茄丛矮病毒,芜菁黄花叶病毒;马铃薯黄矮病毒;苜蓿花叶病毒;甜菜黄花病毒;球叶莴苣坏死黄化病毒各种RNA噬菌体(如E.coli的MS2、Qβ、f2、R17)dsRNA

线状呼肠孤病毒,质型多角体病毒伤瘤病毒(如玉米矮缩病毒,水稻矮化病毒)各种真菌病毒,假单胞菌的Φ6噬菌体由上表可知,病毒的核酸类型极其多样。总的说来,动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多,[dsDNA、ssDNA中ds表示双链(doublestrand),ss表示单链(singlestrand)]植物病毒以ssRNA为主,噬菌体以线状的dsDNA居多,而至今发现的真菌病毒都是dsRNA,藻类病毒则都是dsDNA。（）细胞生物学理论的基本知识概要SARS病毒：冠病毒科(Coronaviridae)，属于单链+RNA病毒[(+)sense,ssRNAVirus]。非典病毒细胞内出芽：UltrastructuralanalysisofVerocellsinfectedwithsevereacuterespiratorysyndrome–associatedcoronavirus(SARS-CoV)strainHSR1.A,intracellularbuddingofSARS-CoVinlargevesiclescontainingCoVvirions(病毒粒子);B,clustersofextracellularvirionsadjacent（靠近）totheplasmamembrane;CandD,intracellularbuddingofSARS-CoVvirions.（）细胞生物学理论的基本知识概要禽流感病毒逆转录病毒HIV结构（+ssRNA）细胞生物学理论的基本知识概要病毒侵入细胞：注射式侵入、细胞内吞、膜融合、直接侵入（伤口侵入、胞间连丝侵入）。病毒侵入具有物种和组织特异性。囊膜病毒和非囊膜病毒不同侵入方式：1直接侵入；2注射式侵入；3，4受体介导的胞吞侵入；5膜融合侵入。（）艾滋病毒通过受体介导的膜融合侵入具有CD4抗原的T淋巴细胞、单核细胞等免疫细胞（）