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第二章细胞的统一性与多样性各式各样的细胞神经细胞草履虫植物茎细胞蛭弧菌草履虫眼虫钟形虫植物保卫细胞植物薄壁细胞木材中的导管细胞人类红细胞巨噬细胞神经元细胞细胞的基本概念原核细胞与真核细胞非细胞形态的生命体——病毒及其与细胞的关系第一节细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位细胞概念的一些新思考细胞的基本共性1.细胞是生命活动的基本单位一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位（除了病毒）。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有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命•成人的有机体大约含有1014个细胞；•刚出生的婴儿机体约有2×1012个细胞；•1g哺乳动物的肝或肾组织大约含有2.5~3亿个细胞。丙酮酸D.ThecellisthegrowinganddevelopingbasisoflifeHumanfetaldevelopment.(a)At5weeks,limbbuds,eyes,theheart,theliverandrudimentsofallotherorganshavestartedtodevelopintheembryo,whichisonlyabout1cmlong.(b)Growthanddevelopmentoftheoffspring,nowcalledafetus,continueduringthesecondtrimester.Thisfetusis14weeksoldandabout6cmlong.(c)Thefetusinthisphotographis20weeksold.Nowthefetusgrowstoabout30cminlength.“玉扇”诱导培养“玉扇”分化培养“玉扇”继代培养“玉扇”壮苗与生根•动物细胞未受精的卵皮肤细胞2.细胞概念的新观点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，具有自组装与自组织能力的体系ThecellOrganellesSuper-molecularstructureMacromoleculesSmallorganicmolecules高分子有机小分子超分子结构细胞器细胞3细胞的基本共性所有细胞都有相似的化学组成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。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。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。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。第二节原核细胞与古核细胞基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；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。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）原核细胞•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。古核细胞（古细菌）海底烟筒附近也具有古细菌a:Aquificialespyrophilus；b:Pyrolobusfumarii；Pyrolobusfumarii可以生活在90-113℃，pH4.0-6.5。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小时古细菌古细菌（archaebacteria）与真核细胞曾在进化上有过共同历程主要证据进化系统树主要证据（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）5SrRNA：根据对5SrRNA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。5SrRNA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。第三节真核细胞真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其分析原核细胞与真核细胞的比较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。细胞膜核膜溶酶体高尔基体光滑型内质网粗面型内质网过氧物酶体核糖体细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较细胞体积的守恒定律大多数动植物细胞直径在20~30μm。一般真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟蛋的卵黄，直径可达5cm；支原体只有0.1μm；人的坐骨神经细胞可长达1m。细胞类型直径/μm最小的病毒0.02支原体细胞0.1～0.3细菌细胞1～2高等动植物细胞20～30原生动物细胞数百至数千原核细胞与真核细胞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植物细胞与动物细胞的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜有（多功能性）有核膜无有染色体环状DNA分子构成的单个染色体，DNA很少或不与蛋白质结合2个染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质结合而成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70S（50S与30S的大小亚基）80S（60S与40S的大小亚基）光合作用结构蓝藻含叶绿素a的膜层结构，细菌有菌色素植物叶绿体具有叶绿素a与b核外DNA细菌具裸露的质粒DNA线粒体DNA、叶绿体DNA细胞壁主要成分是氨基糖与壁酸植物细胞壁为纤维素和果胶细胞骨架无有细胞增殖方式无丝分裂有丝分裂原核细胞与真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量少多DNA分子数12个以上DNA分子结构环状线状基因组数1n2n，多n基因数几千大于几万大量多余的重复的DNA序列无有基因中插入内含子无有DNA与组蛋白结合不与或与少量蛋白结合与5种蛋白结合与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体无有DNA复制的明显的周期性无有基因表达的调控主要以操纵子方式复杂、多层次性转录与翻译的时空关系转录翻译同时进行核内转录，细胞质内翻译，严格的阶段性与区域性转录后与翻译后大分子的加工与修饰无有细胞复制与分裂（DNA传递与分配）无丝分裂有丝、减数植物细胞与动物细胞的比较•植物细胞特有的细胞器细胞壁液泡叶绿体•动物细胞特有的细胞器中心体（由一对中心粒和中心粒周围物质构成）:动物细胞中一种重要的细胞器，它是细胞分裂时内部活动的中心，与细胞的有丝分裂有关。丙酮酸乙醛酸循环体核区胞质溶胶荚膜类核核糖体质膜一、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。•可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。•绝大多数细菌的直径在0.5~5μm之间。大肠杆菌淋病球菌肉毒杆菌弧形霍乱菌1、细胞壁：主要成分是肽聚糖，由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合而成的网状大分子结构。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，壁酸含量高达90%。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，壁酸含量仅占5%，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。2、细胞质膜（细胞膜）：厚约8~10nm，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，称为间体。mesosome中膜体3、拟核：DNA分子裸露，没有内含子。大肠杆菌低电子密度区为拟核4、核糖体：•约含5000~50000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。•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。5、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2~200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。6、荚膜（capsule）：细菌最外表的一层多糖类物质。•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。Negativestainedbacteria7、鞭毛：细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成。8、菌毛：是菌体表面极细的蛋白纤细，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。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支原体线粒体溶酶体高尔基体内质网最小最简单的细胞——支原体最小最简单的细胞——支原体•大小0.2~0.3μm，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，由482个基因组成，其中最少必须基因256个，合成与代谢很有限。它不具有细胞壁；遗传物质是核内均匀分布。肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的透射电镜照片蓝藻•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。•DNA分子环状，遗传信息可与高等植物相比。•体积大，直径约10μm左右，甚至可达70bμm(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。ThediversityofcyanobacteriaCrococcusSpirulinaGleotrichiaa:Aquificialespyrophilus；b:Pyrolobusfumarii；Pyrolobusfumarii可以生活在90-113℃，pH4.0-6.5。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小时真核细胞的主要结构细胞质膜细胞核内质网高尔基体溶酶体过氧物酶体线粒体细胞骨架细胞体积的守恒定律高等的动、植物，无论其种的差异有多大，同一器官与组织的细胞大小是在一个恒定的范围之内，器官的大小主要取决于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞体积无关。第四节非细胞形态的生命体——病毒及其与细胞的关系一、病毒的基本知识二、病毒在细胞内增殖（复制）三、病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒的基本知识•病毒是非细胞形态的生命体，是已发现的最小最简单的有机体。•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；信息由蛋白直接到蛋白。T4噬菌体烟草花叶病毒流感病毒HIV病毒H5N1型攻击人健康细胞（扫描电镜图）禽流感病毒（AIV）SARS的致病原•SARS经诊断是由冠形病毒引起的病毒病。冠状病毒粒子呈球状，形似冠状而得名。其直径为60～220nm，有包膜。包膜上有2～3种糖蛋白。•WHO