第二章细胞知识概要.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,CELL BIOLOGY,细 胞 生 物 学,生命科学院植物学教研室,C,电话：[phone],E-mail：Xiulihu,主讲：,胡秀丽,博士,/,副教授,第一章,绪论,第二章,细胞基本知识概要,第三章,细胞生物学研究方法,第四章,细胞质膜与细胞表面,第五章,物质跨膜运输与信号传递,第六章,细胞质基质与内膜系统,第七章,细胞的能量转换,第八章,细胞核与染色体,第九章,核糖体,第 十 章,细胞骨架,第十一章,细胞增殖及其调控,第十二章,细胞分化与基因表达调控,第十三章,细胞衰老与凋亡,第二章 细胞基本知识概要,第一节 细胞的基本概念,一、,细胞是生命活动的基本单位,（一）,细胞,是构成有机体的基本单位，一切,有机体,都由细胞构成,（除病毒是非细胞形态的生命体外）,一、,细胞是生命活动的基本单位,（二）,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,细胞生命活动：,以物质代谢为基础；,以能量代谢（,ATP,）,为动力；,以信息调控为机制,一、,细胞是生命活动的基本单位,（三）,细胞是有机体生长与发育的基础,精子穿卵,受精卵,6,周胚胎,11,周胚胎,12,周胚胎,4,月胚胎,一、,细胞是生命活动的基本单位,（四）细胞是,遗传的基本单位,，细胞具有遗传的,全能性,Dolly,的标本和,伊恩,博士,Dolly,：,1996.7.5.,世界上第一只克隆羊,Dolly,由英国爱丁堡大学的伊恩博士研制成功，,2003.2.14.,由于肺结核而被安乐死，它的标本于,2003,年,4,月,9,日陈列于苏格兰首都爱丁堡国家博物馆。,多莉的出生与三只母羊有关，而多莉与提供细胞核的母羊最相似。,遗传信息来自哪里？,一、,细胞是生命活动的基本单位,（五）没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动 离不开细胞）,二、,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，具有自组装能力与自组织体系。,细胞能进行自我调控；,繁殖和传留后代；,三、细胞的基本共性,1,、,所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。,2,、,所有的细胞都含有两种核酸：即,DNA,与,RNA,作为遗传信息复制与转录的载体。,3,、,作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。,4,、,所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。,第二节 非细胞形态的生命体病毒,一、,病毒的发现及概念,病毒的发现：,1892,年俄国的植物病理学,家,D.,Ivanovsky,研究了烟草花叶病的病原,认为它是一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的“细菌”。,1898,年荷兰学者,M.W.,Berijerinck,独立进行了烟草花叶病病原体的研究，首次提出其病原是一种“传染性的活性液体”或称“病毒”。从此,许多学者陆续发现了各种植物病毒、动物病毒和细菌病毒,噬菌体。,一、,病毒的发现及概念,病毒的定义：,随着对病毒研究的不断深入，原先对病毒的定义不断地被修改，至今仍无一个科学而严谨的定义。但有一个基本的定义：,病毒是一类超显微的非细胞生物,，每一种病毒是有一种核酸分子（,DNA,或,RNA,）,与蛋白质构成的核酸,-,蛋白质复合体；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助复制核酸、合成蛋白质等组分，然后进行装配得以繁殖；在离体条件下，以无生命的大分子状态长期存在并保持其侵染活性。,二、,病毒的个体特点,形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；,无细胞构造；,主要成分仅为核酸和蛋白质；,每一种病毒只含一种核酸，,DNA,或,RNA,；,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,无产能酶系，也无蛋白质合成系统；,不存在个体的生长；,营细胞内专性寄生；,在离体条件下，以无生命的大分子存在。,三、病毒的结构,蛋白质在病毒中所占比例很大，主要构成病毒的衣壳,(,capsid,),。,核衣壳,(,nucleocapsid,),：,由核酸,(DNA,或,RNA),芯和蛋白质构成。,各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只含有,3,个基因，多的可达,300,个基因。,有的病毒衣壳外面有,被膜,(envelope),，,来源于宿主细胞的质膜，被膜中含有病毒融合蛋白。,组成病毒衣壳的亚单位称,壳微粒,(,capsomer,),。,病毒粒子的模式结构及名称,包膜（囊膜，被膜；,envelop,）,衣壳,(,capsid,),核酸,核酸结合蛋白,核衣壳,(,nucleocapsid,),刺突（包膜子粒，,spike,，,peplomer,）,衣壳粒,(,capsome,),间质,(tegument),三、病毒的结构,三、病毒的结构,螺旋对称形,壳粒沿病毒基因螺旋对称排列，形成杆状的核衣壳，如烟草花叶病毒、狂犬病病毒、正粘和副粘病毒。,烟草花叶病毒为杆状；,狂犬病病毒为弹状；,正粘病毒（流感病毒）和副粘病毒为多形性结构，且有包膜。,一个成熟有感染性的病毒颗粒称,“病毒体”（,virion,）,。,其装配形式有,二十面体对称,、,螺旋对称,和,复合对称,三种类型。,三、病毒的结构,二十面体对称,壳粒排列形成,20,面体对称型，有,12,个顶、,20,个面和,30,条棱的立体结构，包裹核酸形成球状或近似球状的结构。,20,面体的每个面都是等边三角形，由许多壳粒镶嵌组成，见于多数球状病毒。,肠道病毒中的脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒都是,20,面体对称球形。,三、病毒的结构,复合对称,病毒体的结构较为复杂，其壳粒排列既有螺旋对称，又有立体对称的形式，如痘病毒和噬菌体。,三、病毒的结构,(A),烟草花叶病毒（,B,）腺病毒（,C,）流感病毒 （,D,）,T-,偶数噬菌体（大肠杆菌）,病毒有五种形态：,球形,(,Sphericity,),：,大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等；,丝形,(Filament),：,多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒；,脊髓灰质炎 球形病毒,（为二十面体对称）,烟草花叶病毒 线形病毒（为螺旋对称）,流感冒病毒 丝状有被膜的病毒,三、病毒的结构,弹形,(Bullet-shape),：,形似子弹头，如狂犬病病毒等。,砖形,(Brick-shape),：,如痘病毒、天花病毒等；,蝌蚪形,(Tadpole-shape),：,如噬菌体。,痘病毒 砖形病毒,（为复合对称）,狂犬病毒 子弹形病毒,（为螺旋对称）,T4,噬菌体 蝌蚪形病毒,（为复合对称）,三、病毒的结构,三、病毒的结构,病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象。病毒的生活周期可分为两个阶段：,细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在；,细胞内阶段，即感染阶段，在此阶段中进行复制和繁殖。,根据寄生的宿主不同，病毒可分为：,动物病毒,、,植物病毒,、,细菌病毒,(,即噬菌体,),三、病毒的结构,根据病毒所含的,核酸的性质和状态,不同，,可将病毒分为,6,类：,双链,DNA+mRNA,蛋白质，如天花病毒、,T-,偶数噬菌体。,单链,+DNADNA+RNA,蛋白质，如细小,DNA,病毒。,双链,RNA+mRNA,蛋白质，如呼肠孤病毒。,单链,+RNA,RNA+RNA,蛋白质，如脊髓灰质炎病毒。,单链,RNA+RNA+,蛋白质，如流感病毒、狂犬病毒。,单链,+,RNADNADNA+mRNA,蛋白质，即逆转录病毒（,retrovirus,）,又称,RNA,肿瘤病毒,(,oncornavirus,),。,四、类病毒,没有蛋白质外壳，仅为一裸露,的,RNA,分子。,不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。,马铃薯锤管类病毒仅由一个含,359,个核苷酸,单链环状,RNA,分子组成，链内有一些互补序列。分子长约,4050nm,，,不能制造衣壳蛋白。,五、朊病毒（蛋白质感染因子）,仅由感染性的蛋白质亚基构成,Prusiner,1982,年发现于患羊瘙痒病（,scrapie,）,的仓鼠，命名为,prion,。,Prusiner,因此于,1997,年获得诺贝尔奖。,prion,(,PrP,),由,Prnp,基因编码，位于人,20,号染色体，小鼠,2,号染色体。这种蛋白质存在于神经元和神经胶质细胞表面，可能起信号转导作用。正常,Prnp,基因产物为,PrP,c,蛋白，对蛋白酶很敏感，具有致病作用的是,PrP,Sc,蛋白。,PRION,PrP,C,PrP,SC,PrP,Sc,与,PrP,c,均由,253-4,个氨基酸组成，,PrP,c,具有,43%,的,螺旋，,3%,的,折叠，而,PrP,sc,具有,34%,螺旋，,43%,的,折叠。动物被感染后，,PrP,Sc,蛋白堆积在脑组织中，形成不溶的淀粉样蛋白沉淀，无法被蛋白酶分解，引起神经细胞凋亡（,apoptosis,）。,目前已知的人类,PRION,疾病主要有：,克,-,雅二氏病（,Creutzfeldt,Jakob,disease,，,CJD,）：自身,PrP,蛋白发生变异引起的。,变异型克,-,雅氏病（,vCJD,）：,PRION,感染。,GSS,综合征（,Gerstmann-Straussler,Scheinker,disease,）：,由,Prnp,基因缺陷引起。,克鲁病（,Kuru,）：,PRION,感染。,致死性家族性失眠症（,Fatal familial insomnia,，,FFI,）：,Prnp,基因变异。,六、,病毒在细胞内,增殖,（,复制,）,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,噬菌体,病毒在细胞内,增殖,七、病毒与细胞在起源与进化中的关系,病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。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,病毒,生物大分子,细胞,生物大分子细胞 病毒,第三节 原核细胞与古核细胞（古细菌）,原核细胞,没有核膜，,DNA,为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白。没有恒定的内膜系统，核糖体为,70S,型。通常称为,细菌,（,bacterium,）。,原核生物分为：真细菌,（,eubacteria,),和古细菌,(,archaeobacteria,),真细菌主要代表：,支原体（,mycoplast,）,最小最简单的细胞；,细菌,蓝藻又称蓝细菌（,Cyanobacteria,),古细菌又称古核生物,（,archaeon,），,它的细胞在形态上与原核细胞相似，,细胞壁不含肽聚糖。,有些分子进化特征接近真核细胞，因此它们未必是最古老的细胞类型。,一、细菌的基本结构,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。,绝大多数细菌的直径在,0.55m,之间。,大肠杆菌,淋病球菌,一、细菌的基本结构,肉毒梭菌,弧形霍乱菌,细菌有三种形态：杆菌、球菌、螺旋菌,（弧形菌）,一、细菌的基本结构,1,、细胞壁：主要成分是肽聚糖,，由,N-,乙酰氨基葡糖和,N-,乙酰胞壁酸构成双糖单元，以,（,1-4,）,糖苷键连接成大分子。,N-,乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过,肽桥,（革兰氏阳性菌）或,肽键,（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层。,肽桥：,不一样几个氨基酸组成一小段肽链，这段肽链把两个更大的、功能相关的分子（比如蛋白、,多糖）连接起来，这段小肽即称之。,肽键,：一分子氨基酸的,羧基和一分子氨基酸的,氨基脱水缩合形成的酰胺键。,一、细菌的基本结构,Gram positive bacterial cell wall,革兰氏阳性菌细胞壁厚约,20-80nm,，,有,15-50,层肽聚糖片层，每层厚,1nm,，,含,20-40,的胞壁酸（,teichoic,acid,，对青霉素敏感）。,一、细菌的基本结构,Gram positive bacterial cell wall,革兰氏阴性菌细胞壁厚约,10 nm,，,仅,2-3,层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白，胞壁酸含量极微，故对青霉素不敏感。,一、细菌的基本结构,2,、细胞膜：,厚约,810nm,，,外侧紧贴细胞壁。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为,中膜体（或质体,）。,Mesosome,（,间体）,一、细菌的基本结构,3,、荚膜,（,capsule,）：,细菌最外表的一层多糖类物质。主要是由,葡萄糖,和,葡萄糖醛酸,组成的聚合物。,功能：,抵御不良环境；保护自身不受吞噬；选择性的粘附到特定细胞的表面上。,Negative stained bacteria,一、细菌的基本结构,4,、鞭毛：,细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成。,一、细菌的基本结构,5,、菌毛：,是菌体表面极其纤细的蛋白，与细菌运动无关。分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。,一、细菌的基本结构,6,、核糖体：,约含,500050000,个。,部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。,沉降系数为,70S,。,由大亚单位,(50S),与小亚单位,(30S),组成。大亚单位含有,23SrRNA,，,5SrRNA,与,30,多种蛋白质。小亚单位含有,16SrRNA,与,20,多种蛋白质。,小亚单位对,四环素与链霉素,敏感，大亚单位对,红霉素与氯霉素,敏感。,一、细菌的基本结构,7,、拟核,：,DNA,分子裸露，没有内含子，具有重叠基因。,低电子密度区为拟核,大肠杆菌,一、细菌的基本结构,8,、,质粒,(plasmid),：,除核区,DNA,外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状,DNA,分子，所含遗传信息量为,2200,个基因，能进行自我复制，有时能整合到核,DNA,中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,Plasmid,chromosome,一、细菌的基本结构,9,、繁殖：,以二分裂的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,炭疽杆菌的芽孢,二、支原体（,mycoplasma,）,大小,0.20.3m,，,可通过滤菌器、,无细胞壁。,细胞膜中胆固醇含量较多，约占,36%,，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素,B,、,皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。,基因组为环状双链,DNA,，,分子量小，合成与代谢很有限，,肺炎支原体,寄生于细胞表面。,肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的,TEM,照片,三、衣原体和立克次氏体,衣原体（,Chlamydia,）,直径,0.2-0.3m,，,能通过滤菌膜。,砂眼衣原体起初被认为是大型病毒，,1956,年，我国微生物学家汤飞凡等人首次分离到沙眼病原体。,立克次氏体（,Rickettsia,）细胞较大，无滤过性。合成能力较强，且不形成包涵体。有细胞壁，在寄主细胞内生活，有摄能寄生物,(,energe,parasite),之称。,三、衣原体和立克次氏体,附着在内皮细胞表面的立克次氏体和细胞内包含立克次氏体的内吞体,四、蓝藻,又称蓝细菌,。它的光合作用类似于高等植物，而不同于光合细菌。没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕光装置（光合作用片层）。,DNA,分子环状、裸露，连续复制。遗传信息可与高等植物相比。,体积大，直径,约,10m,左右，甚至可达,70bm(,颤藻,),。,属单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：发菜。,Cyanobacteria,五、古细菌（,archaebacterium,）,无核膜及内膜系统；,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、具有内含子和组蛋白。,细胞膜中的脂类不可皂化，,细胞壁不含肽聚糖,。,生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌。,五、古细菌（,archaebacterium,）,a:,Aquificiales,pyrophilus,；,b:,Pyrolobus,fumarii,；,Pyrolobus,fumarii,可以生活在,90-113,，,pH 4.0-6.5,。,其最适生存温度为,106,，低于,85,和高于,115,则不生长，能在,121,的高温中存活,1,小时,延胡索酸火叶菌,第三节,真核细胞,（,Eukaryotic cell,）,一、真核细胞的,基本结构体系,（一）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统,质膜（,plasmolemma,；,plasma membrane,）。,细胞核（,nucleus,）：,具有核被膜（,nuclear envelope,）,和核仁（,nucleolus,）。,核仁是形成核糖体的结构域（,domain,），,呈小球状。,细胞质（,cytoplasm,）：,包括细胞器和细胞质基质（,cytoplasmic,matrix,）,/,胞质溶胶（,cytosol,）。,一、真核细胞的,基本结构体系,（二）遗传信息表达系统,1,、,DNA-,蛋白质与,RNA-,蛋白质复合体形成遗传信息载体与表达,系统；,2,、,DNA,与组蛋白构成了染色质与染色体的基本结构,核小体,（,nucleosome,）。,3,、,核仁：主要由,DNA-,蛋白质与,RNA-,蛋白质组成，主要功能是,rRNA,的转录与核糖体亚单位的装配。,核仁,DNA,主要是,rDNA,，,是转录,rRNA,的摸板。,一、真核细胞的,基本结构体系,（三）,细胞骨架系统,1,、细胞骨架系统：,是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统。分为,胞质骨架,和,核骨架,。,2,、胞质骨架,：由微丝、微管与中等纤维等构成的网络体系。,3,、核骨架,：包括核纤层和核基质。,二、细胞器,细胞器（,organelle,）：,细胞内特定的功能结构域，有两类，一类是膜围成的，构成内膜系统（,endomembrane,system,）。,另一类细胞器是没有膜包围的。,细胞内主要的细胞器有：,endoplasmic reticulum,、,Golgi body,；,Golgi apparatus,、,lysosome,、,endosome,、,mitochondrion,、,chloroplast,、,peroxisome,、,cytoskeleton,、,centriole,、,ribosome,。,三、细胞质基质的功能,维持细胞内相对稳定的离子环境。,许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如,蛋白质的合成；,核苷酸的合成；,脂肪酸合成；,糖酵解；,磷酸戊糖途径；,糖原代谢；,信号转导。,供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。,控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化。,参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。,四、细胞的大小及其分析,各类细胞直径的比较,细胞和细胞组分的相对大小,五、植物细胞与动物细胞的区别,主要证据,（,1,）细胞壁成分与真核细胞相似,，,而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，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素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。,（,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。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。,（,5,）,5,S,rRNA,：,根据对,5,S,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。,六、古细菌与真核细胞曾在进化上有过共同历程,古细菌,113,细菌,90,藻类,55-60,原生动物,56,维管束植物,49,鱼类和其他水生脊椎动物,38,七、各类生物能忍受的上限温度：,八、原核细胞与真核细胞基本特征的比较,九、原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,进化树,阐述,病毒的个体特点,。,为何说,细胞是生命活动的基本单位,。,The End！,