第二章-细胞的统一性与多样性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 细胞的统一性与多样性,第一节 细胞的基本特征,第二节 原核细胞与古核细胞,第三节 真核细胞,第四节 非细胞形态的生命体病毒,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,人体由200多种不同的细胞组成,细胞总数量达,10,14,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,；,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,；,3.,细胞是有机体生长与发育的基础；,Human fetal,（,胎的,）,development.,(a)At 5 weeks,limb buds,eyes,the heart,the liver and,rudiments,of all other organs have started to develop in the embryo,which is only about 1cm long.(b)Growth and development of the offspring,now called a,fetus,continue during the second trimester.This fetus is 14 weeks old and about 6cm long.(c)The fetus in this photograph is 20 weeks old.Now the fetus grows to about 30 cm in length.,4.,细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁；,An especially dramatic example of animal cloning was reported in 1997.Dolly the first animal ever cloned from a cell derived from an adult.,Is there any practical value to such technology?,Dolly and her daughter,The process of cloning Dolly,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,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。,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；,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,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）,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,。,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,0.2-10,m,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,。,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,50 nm,，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,100,nm,；而支原体的直径是,100 300,nm,。,支原体（,mycoplast,）,是,目前发现的最小、最简单的细胞，无细胞壁。,支原体（A）及其模式图（B）,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。,细菌的结构,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,细菌的复制、转录和翻译同时进行,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,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,。,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。,3,、细菌细胞的核糖体,细菌核糖体的沉降系数为,70 S,，有大亚基（,50 S,）和小亚基（,30 S,）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。,（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,。,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。,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,CO,2,使,H,2,氧化，生成甲烷，同时释放能量。,CO,2,4H,2,CH,4,2H,2,O,能量,（,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？,（,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,）,5S rRNA,：,根据对,5S rRNA,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。,5,S,rRNA,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。,古细菌的细胞膜脂,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,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,真核细胞结构图,二、细胞的大小及其影响因素,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。,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,（,mamalian,target of,rapamycin,),蛋白激酶。,影响细胞体积的控制因素,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,三、,原核细胞与真核细胞的比较,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。,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,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,动物细胞（A）和植物细胞（B）模式图,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,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。,病毒的特性,1,、很小，结构极为简单。,20-200 nm,，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。,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。,病毒的形态特征,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,牛传染性鼻气管炎病毒的超微结构,类病毒的电镜照片,仅由感染性的,RNA,构成,病毒结构的示意图,戊型肝炎病毒的冷冻电镜图片,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。,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。,病毒在细胞中的增殖过程,在细胞核内增殖的腺病毒,电镜超微切片下的山羊痘病毒,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；,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）,（,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,（,3,）带有逆转录酶的单链,RNA,病毒,（,肿瘤病毒，,HIV,）,这种类型病毒的发现有何意义？,修正了中心法则,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,逆转录,Crick,背后的故事,博士研究生,-,蒂明,相信自己，坚持,1975,年的诺贝尔奖,尽管在每次学术会议上，蒂明都坚持自己的观点，但却屡遭冷遇和指责。蒂明知道，他的“前病毒理论”的关键是,RNA,反转录为,DNA,，因此最有说服力的证据是在,RSV,中找到以,RNA,为模板的,DNA,聚合酶。,1969,年，日本学者里子水谷来到他的实验室，按照蒂明的设想。他们开始寻找,RSV,中存在依赖,RNA,的,DNA,聚合酶的证据。,实验的设计是简单而又巧妙的。他们将合成,DNA,的四种脱氧核苷酸,(,其中一种标记上同位素,),与破坏了外壳的,RSV,一起在,40,温育，结果在试管中获得了一种带,同位素标记的大分子，它不能被,RNA,酶破坏，但却可以被,DNA,酶水解；如果用,RNA,酶预处理,RSV,以破坏其,RNA,，再重复上述实验，则不能得到这种高分子化合物,。这个实验有力地证明了在,RSV,颗粒中存在着一种依赖,RNA,的,DNA,聚合酶。,科研故事,3,、,病毒的装配、成熟与释放,无包膜的病毒,，当其核酸与蛋白质装配成核壳体时，就是完整病毒粒子；,有包膜的病毒,，核壳体要穿过细胞膜而释放，穿过的同时会包裹一层,细胞膜，而成包膜,；,复制周期,：从病毒侵入细胞到子代病毒的成熟释放称为一个增殖周期；,病毒与细胞在起源和进化中的关系,病毒与细胞在起源上的关系，目前存在,3,种主要观点：,生物大分子,病毒,细胞,生物大分子,细胞,病毒,生物大分子,病毒,细胞,观点,1,观点,2,观点,3,Why,？,病毒与细胞在起源和进化中的关系,认为病毒是细胞的演化产物的观点，其主要依据：,1,、,病毒的彻底寄生性,，所有病毒都必须在细胞内复制与繁殖，才能表现其基本生命现象，没有细胞的存在也就没有病毒繁殖。,2,、,实验证明，有些病毒的核酸与哺乳动物细胞,DNA,某些碱基序列十分相似。,细胞癌基因与病毒癌基因具有相似的同源序列。,3,、,病毒可以看做是,DNA,与蛋白质或者,RNA,与蛋白质的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。,病毒可能是细胞在特定条件下扔出的一个基因组，或者是具有复制与转录功能的,mRNA,。,病毒的核酸类型及其代表科,The end!,