细胞的统一性与多样性.pptx

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细胞的基本概念细胞的基本概念 细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位 细胞概念的一些新思考细胞概念的一些新思考 细胞的基本共性细胞的基本共性原核细胞与真核细胞原核细胞与真核细胞 原核细胞原核细胞（Prokaryotic cell）古细菌古细菌（Archaebacteria）真核细胞基本知识概要真核细胞基本知识概要非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系病毒及其与细胞的关系 病毒的基本知识病毒的基本知识 病毒在细胞内增殖（复制）病毒在细胞内增殖（复制）病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒与细胞在起源与进化中的关系第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念一一.细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位一一切切有有机机体体都都由由细细胞胞构构成成，细细胞胞是是构构成成有有机机体体的的基基本本单单位位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，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是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是有机体生长与发育的基础细胞是细胞是遗传的基本单位遗传的基本单位，细胞具有遗传的，细胞具有遗传的全能性全能性没有细胞就没有完整的生命没有细胞就没有完整的生命细胞概念的一些新思考细胞概念的一些新思考细胞是多层次非线性的复杂细胞是多层次非线性的复杂结构体系结构体系 细胞具有高度复杂性和组织性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细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体综合体 细胞完成各种化学反应细胞完成各种化学反应；细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量；细胞参与大量机械活动；细胞参与大量机械活动；细胞对刺激作出反应；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；细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代繁殖和传留后代；二二.细胞的基本共性细胞的基本共性所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌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。蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。所有的细胞都含有两种核酸：即所有的细胞都含有两种核酸：即DNADNA与与RNARNA 作为遗传信息复制与转录的载体。作为遗传信息复制与转录的载体。作为蛋白质合成的机器作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地核糖体，毫无例外地 存在于一切细胞内。存在于一切细胞内。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。第二节第二节 原核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞原核细胞原核细胞（Prokaryotic cell）原核细胞与原核细胞与真核细胞真核细胞（Eukaryotic cell）的区别的区别古细菌古细菌（Archaebacteria）1.1.基本特点基本特点：没有核膜，遗传物质集中在一个没明确界限的没有核膜，遗传物质集中在一个没明确界限的 低电子密度区，称为拟核低电子密度区，称为拟核(nucleoid)。遗传的信息量小，由一个环状裸露遗传的信息量小，由一个环状裸露DNADNA构成；构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门 结构与功能的细胞器和细胞核膜。结构与功能的细胞器和细胞核膜。核糖体为核糖体为70S型型一一.原原 核核 细细 胞胞（2.2.主要代表主要代表：（支原体（支原体（mycoplast）最小最简单最小最简单的细胞；的细胞；l细菌细菌l蓝藻又称蓝细菌（蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）（一）支原体mycoplasma是最简单的原核细胞，直径为是最简单的原核细胞，直径为0.10.3 m;具有细胞质膜，但没有细胞壁具有细胞质膜，但没有细胞壁;环状双螺旋环状双螺旋DNA，没有拟核，没有拟核,分子量小（仅有分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。能指导合成能指导合成750多种蛋白质多种蛋白质;唯一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有唯一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有8001500个个;具感染性具感染性,可在培养基上培养可在培养基上培养;培养细胞很容易被支原体污染培养细胞很容易被支原体污染,污染源主要是污染源主要是血清。血清。A Typical Mycoplasma Cell肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（terminal structure），能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细），能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与致病性有关。胞表面，与致病性有关。（二）细菌（二）细菌（三）蓝藻（三）蓝藻三、古细菌（三、古细菌（archaebacteriaarchaebacteria）具有原核生物的某些特征，无核膜及内膜具有原核生物的某些特征，无核膜及内膜系统；系统；也有真核生物的特征，甲硫氨酸起始蛋白也有真核生物的特征，甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、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、聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含具有内含子并结合组蛋白。子并结合组蛋白。此外，细胞膜中的脂类是不可皂化的，细此外，细胞膜中的脂类是不可皂化的，细胞壁不含肽聚糖。胞壁不含肽聚糖。生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。古细菌在细胞起源中的地位古细菌在细胞起源中的地位 古细菌与真核细胞曾在进化上有过共同历程古细菌与真核细胞曾在进化上有过共同历程 主要证据一些学者认为真核细胞起源于古细菌一些学者认为真核细胞起源于古细菌主要证据主要证据（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（7084）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）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。5S 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。第三节第三节 真核细胞基本知识概要真核细胞基本知识概要l真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系l细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析l细胞形态结构与功能的关系细胞形态结构与功能的关系 l植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较一一.真核细胞的真核细胞的基本结构体系基本结构体系（一）（一）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 核膜核膜 双层膜双层膜 叶绿体叶绿体 线粒体线粒体 细胞膜细胞膜 液泡液泡 单层膜单层膜 内质网内质网 高尔基体高尔基体 溶酶体溶酶体 （二）以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统遗传信息表达系统l染色体染色体l核糖体核糖体l核仁核仁（三）由特异蛋白分子装配构成的细（三）由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统胞骨架系统 微丝微丝 胞质骨架胞质骨架 微管微管 中间丝中间丝 微梁微梁 核纤层核纤层 核骨架核骨架 核基质核基质 二二.细胞的大小及其分析细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较各类细胞直径的比较1.细胞大小和生物体大小细胞大小和生物体大小的关系的关系 同类型细胞的体积一般是相近的同类型细胞的体积一般是相近的,不依不依生物个体的大小而增大或缩小。如人、牛、生物个体的大小而增大或缩小。如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。相同。例外：某些不同来源的细胞大小变化例外：某些不同来源的细胞大小变化很大很大,如人的卵细胞直径只有如人的卵细胞直径只有0.1mm,而鸵而鸵鸟的卵细胞的直径则有鸟的卵细胞的直径则有5cm.l 2.细胞体积守恒定律细胞体积守恒定律器官的大小主要决定于细胞的数量器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量与细胞的数量成正比成正比,而与细胞的大小无关而与细胞的大小无关,把这种现象为把这种现象为“细胞体积的守恒定律细胞体积的守恒定律”。l细胞维持体积相对恒定的因素细胞维持体积相对恒定的因素lA.细胞体积与群体器官的表面积成反比细胞体积与群体器官的表面积成反比l细胞越小细胞越小,它的表面积与体积的比越大它的表面积与体积的比越大，又称为比表面积。又称为比表面积。B.细胞体积的大小受核质比的制约细胞体积的大小受核质比的制约 Vn Np=-Vc-Vn细细细细胞胞胞胞表表表表面面面面积积积积与与与与体体体体积积积积的的的的关关关关系系系系c.细胞体积与细胞内物质交流运输细胞体积与细胞内物质交流运输的关系的关系一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了细胞才能进行，所以细胞内分子浓度就成了细胞体积无限增大的一个限制因素。体积无限增大的一个限制因素。细胞不仅对其体积的增大有限制，而且对细胞不仅对其体积的增大有限制，而且对细胞变小也有限制。细胞变小也有限制。为什么？为什么？一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度需要需要5001000种不同类型的酶和蛋白质。种不同类型的酶和蛋白质。三.细胞形态结构与功能的关系l哺乳动物的红细胞哺乳动物的红细胞l腺细胞腺细胞l细胞体积大小与生命活动的关系细胞体积大小与生命活动的关系四四.原核细胞与真核细胞原核细胞与真核细胞的的比较比较 功能上的共同点功能上的共同点 结构上的共同点结构上的共同点:l都是生命的基本结构单位都是生命的基本结构单位 都有细胞膜都有细胞膜l 都能进行分裂都能进行分裂 都有都有DNA和和RNAl 都能遗传都能遗传 都有核糖体都有核糖体 若是从进化上进行比较，你能说些什么？若是从进化上进行比较，你能说些什么？原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较原核细胞与真核细胞的根本区别原核细胞与真核细胞的根本区别l细胞膜系统的分化、演变。细胞膜系统的分化、演变。l遗传信息量与遗传装置的扩增遗传信息量与遗传装置的扩增 与复杂化的区别。与复杂化的区别。l真核细胞的体积比原核细胞大，真核细胞的体积比原核细胞大，并有复杂的骨架系统。并有复杂的骨架系统。五五.植物细胞与动物细胞植物细胞与动物细胞的的比较比较细胞壁细胞壁 液泡液泡 叶绿体叶绿体 第四节第四节 非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系病毒及其与细胞的关系病毒的基本知识病毒的基本知识病毒在细胞内增殖（复制）病毒在细胞内增殖（复制）病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒与细胞在起源与进化中的关系一一.病毒的基本知识病毒的基本知识病毒（病毒（virusvirus）核酸分子（核酸分子（DNADNA或或RNARNA）与蛋）与蛋白质构成的核酸白质构成的核酸-蛋白质复合体；蛋白质复合体；类病毒（类病毒（viroidviroid）仅由感染性的仅由感染性的RNARNA构成；构成；朊病毒（朊病毒（prionprion）仅由感染性的蛋白质亚基仅由感染性的蛋白质亚基构成；构成；l1.病毒的基本特征病毒的基本特征l是一类非细胞形态的微生物，特征：是一类非细胞形态的微生物，特征：l 个体微小，可通过滤菌器，大多数病毒必个体微小，可通过滤菌器，大多数病毒必须用电镜才能看见，一般在须用电镜才能看见，一般在2030nm之间；之间；l 核酸为核酸为DNA或或RNA，没有含两种核酸的病，没有含两种核酸的病毒；毒；l 专营细胞内寄生生活；专营细胞内寄生生活；l 具有受体连结蛋白具有受体连结蛋白(receptor binding protein)，与敏感细胞表面的病毒受体连结，与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。进而感染细胞。2.病毒的结构病毒的结构 l由核酸由核酸(DNA或或RNA)芯和蛋白质衣壳芯和蛋白质衣壳(capsid)所构成，称所构成，称核衣核衣(nucleocapsid)。l包膜包膜：由包膜小体形成，成分为脂类与：由包膜小体形成，成分为脂类与糖类，对有机溶剂敏感。糖类，对有机溶剂敏感。l 各种病毒所含的遗传信息量不同，少各种病毒所含的遗传信息量不同，少 的只含有的只含有3个基因，多的可达个基因，多的可达300个基因。个基因。3.病毒的形态病毒的形态l4.病毒的类型病毒的类型l根据寄生的宿主不同分根据寄生的宿主不同分 动物病毒 植物病毒 细菌病毒根据核酸类型的不同分根据核酸类型的不同分 单链DNA病毒 双链DNA病毒 单链RNA病毒 双链RNA病毒二二.病毒在细胞内病毒在细胞内增殖增殖（复制）（复制）1.病毒侵入细胞，病毒核酸病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染的侵染 吸吸附附（细细胞胞识识别别）主主动吞饮进入动吞饮进入壳体裂解壳体裂解 释放核酸释放核酸 2.2.病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成复制、转录、蛋白合成主要类型复制、转录、蛋白合成主要类型（1）含）含DNA分子的病毒分子的病毒病毒病毒 宿主宿主 病毒病毒DNA进入细胞核进入细胞核 早期蛋白早期蛋白 抑制宿主细胞复制抑制宿主细胞复制 病毒病毒DNA复制复制 DNA mRNA Pr 装配成新病毒粒子装配成新病毒粒子（2）RNA病毒增殖过程 病毒病毒 宿主宿主 病毒病毒RNA进入细胞核进入细胞核 早期蛋白早期蛋白 抑制宿主细胞复制抑制宿主细胞复制 病毒病毒RNA复制复制 RNA mRNA Pr 装配成新病毒粒子装配成新病毒粒子(3)引起细胞转型的引起细胞转型的RNA逆转录病毒逆转录病毒病毒病毒 宿主宿主 病毒病毒RNA DNA (cDNA)RNA 装配成新病毒粒子装配成新病毒粒子 mRNA 病毒结构病毒结构 Pr 细胞癌变细胞癌变 转型蛋白转型蛋白 3.病毒的装配、成熟与释放l核酸核酸+蛋白蛋白 核壳体核壳体 囊膜囊膜l无囊膜的立体对成型病毒，释放速快。无囊膜的立体对成型病毒，释放速快。l 有囊膜的病毒，以出芽的方式外包细胞有囊膜的病毒，以出芽的方式外包细胞膜膜 ，逐步释放。，逐步释放。病毒的装配类型：病毒的装配类型：二十面体对称、二十面体对称、球形对称、球形对称、螺旋对称螺旋对称三三.病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒与细胞在起源与进化中的关系 病病毒毒是是非非细细胞胞形形态态的的生生命命体体，它它的的主主要要生生命命活活动动必必须须要要在在细细胞胞内内实实现现，病病毒毒与与细细胞胞在在起起源源上上的的关关系系，目目前前存存在在3 3种主要观点：种主要观点：生物大分子生物大分子病毒病毒细胞细胞 病毒病毒 生物大分子生物大分子 细胞细胞 生物大分子生物大分子细胞细胞 病毒病毒l病毒的进化地位病毒的进化地位l 无论是病毒还是类病毒都不具有独立进行生物合无论是病毒还是类病毒都不具有独立进行生物合成的能力，它们都是细胞的寄生物，因此在进化上病成的能力，它们都是细胞的寄生物，因此在进化上病毒的出现不可能早于细胞。毒的出现不可能早于细胞。l 病毒的前身很可能是在宿主染色体外独立进行复病毒的前身很可能是在宿主染色体外独立进行复制的质粒制的质粒(plasmid)。质粒既有。质粒既有DNA型的，也有型的，也有RNA型型的。它与病毒一样具有专一的核苷酸序列作为复制的的。它与病毒一样具有专一的核苷酸序列作为复制的起始部位。当质粒获得了为衣壳蛋白质编码的基因时，起始部位。当质粒获得了为衣壳蛋白质编码的基因时，即意味着病毒出现了。即意味着病毒出现了。l四、类病毒四、类病毒l 没有蛋白质外壳，仅为一裸露的没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNARNA分分子。子。l 不能像病毒那样感染细胞，只有当植物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。能在供体植株与受体植株间传染。l 马铃薯锤管类病毒仅由一个含马铃薯锤管类病毒仅由一个含359359个核个核苷酸单链环状苷酸单链环状RNARNA分子组成，链内有一些分子组成，链内有一些互补序列。分子长约互补序列。分子长约40-50nm40-50nm，不能制造，不能制造衣壳蛋白。衣壳蛋白。l五、朊病毒五、朊病毒l S.B.Prusiner 1982年发现于患羊瘙痒病年发现于患羊瘙痒病（scrapie）的仓鼠，命名为）的仓鼠，命名为prion。Prusiner因此于因此于1997年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。目前已知的人类目前已知的人类PRIONPRION疾病主要有：疾病主要有：克克-雅二氏病（雅二氏病（CreutzfeldtCreutzfeldtJakob Jakob diseasedisease，CJDCJD）：自身）：自身PrPPrP蛋白发生变异引起蛋白发生变异引起的。的。变异型克变异型克-雅氏病（雅氏病（vCJDvCJD）：）：PRIONPRION感染。感染。GSS GSS综合征（综合征（Gerstmann-Straussler Gerstmann-Straussler Scheinker diseaseScheinker disease）：由）：由PrnpPrnp基因缺陷起。基因缺陷起。克鲁病（克鲁病（KuruKuru）：）：PRIONPRION感染。感染。致死性家族性失眠症（致死性家族性失眠症（Fatal familial Fatal familial insomniainsomnia，FFIFFI）：）：PrnpPrnp基因变异。基因变异。