chapter2细胞基本知识概要

第二章细胞基本知识概要细胞的基本概念细胞的分子基础原核细胞、古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生命是特殊的物质运动形式细胞中的水无机盐有机小分子：糖、脂、核苷酸、氨基酸生物大分子：多糖、DNA和RNA、蛋白质细胞结构体系的组装生命来自于水细胞中的水以两种形式存在：游离水和结合水。游离水是细胞代谢反应的溶剂；结合水则是以氢键和蛋白质分子结合的水分子。氢键的作用氢键能吸收较多的热能，将氢键打断需要较高的温度，因此氢键可以维持细胞温度的相对稳定；相邻水分子间形成的氢键使水分子具有一定的粘性，使水具有较高的表面密度；水分子间的氢键可以提高水的沸点，使它不易从细胞中挥发掉。水在细胞中既是反应剂又是溶剂。水分子是极性分子，主要依靠与各种极性分子和离子间形成氢键使之得以溶解。根据无机离子在细胞内的作用分为四大类：1）大分子的结构成分；2）各种酶反应所需要的离子；3）各种酶活性所需的基础微量元素；4）某些生物需要的特殊微量元素。功能：维持细胞内的pH值和渗透压，以保持细胞的正常生理活动；同蛋白质或脂类结合组成具有特定功能的结合蛋白，参与细胞的生命活动；作为酶反应的辅助因子。细胞结构体系的四级组装构成细胞的小分子有机物的形成，包括碱基、氨基酸、葡萄糖等；由有机小分子组装成生物大分子：DNA、RNA、蛋白质、多糖；由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构：细胞膜、核糖体、染色体、细胞骨架等；由生物大分子组装成具有空间结构和生物功能的细胞器如细胞核、线粒体、叶绿体等，最后再由细胞器组成细胞。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第二节非细胞形态的生命体----病毒及其与细胞的关系病毒的基本知识病毒在细胞内增殖（复制）病毒与细胞在起源与进化中的关系第三节原核细胞、古核细胞与真核细胞原核细胞古核细胞真核细胞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。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，是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；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。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DNA病毒与RNA病毒。常见的病毒类病毒（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。烟草花叶病毒流感病毒T4噬菌体SARSWhatIsSARS?SevereAcuteRespiratorySyndrome，SARS我国称为非典型肺炎,国际称为严重急性呼吸综合征SARS的致病原SARS的传染病学特征SARS的治疗方法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。◆膜蛋白M，M蛋白的作用是出芽和病毒包膜的形成。◆突起蛋白S，S蛋白突起具有多方面的功能，它负责结合敏感细胞受体，诱导病毒包膜和细胞膜以及细胞之间的膜融合，作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应。WHO估计SARS的死亡率在4%,并且死亡的病人具有其他病症,包括糖尿病、心脏病以及免疫功能下降;96%感染SARS病毒的人能够自愈。病毒在从SARS自愈的人的血清中生长缓慢，说明人体可以针对病毒产生抗体;得病人群:青年居多,16岁以下儿童极少,死亡更少;传染:SARS病毒主要是通过飞沫传染,也包括接触传染。病程可分为潜伏期和下呼吸道期。病毒在细胞内增殖（复制）病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒的装配、成熟与释放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→病毒原核细胞（Prokaryoticcell）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）——目前发现的最小最简单的细胞；它不具有细胞壁；遗传物质是核内均匀分布。细菌蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）细胞体积的限制因素：一个细胞生存与增殖所必需具备的装置与机能是：细胞膜、遗传信息载体DNA与RNA、进行蛋白质合成的一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。根据这些条件，一个细胞最小的直径不能小于100nm，而支原体的直径已经接近这个极限。真核细胞（Eukaryoticcell）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。细胞的大小及其分析大多数动植物细直径在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。细胞体积的守恒定律名称人卵口腔上皮细胞肝细胞红细胞变形虫海胆卵伤寒菌肺炎球菌μm12075207100702.4x0.50.2x0.1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）有核膜无有染色体由一个环状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的大小亚单位）80S（60S与40S的大小亚单位）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-+基因中插入内含子-+DNA与组蛋白结合不与可与少量蛋白结合与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-+DNA复制的明显的周期性-+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-+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）古核细胞原核生物在很早的时候就演化成了古核细胞和真核细胞两大类，古核细胞又称为古细菌(archaebacteria)。它在形态和遗传结构装置和原核细胞类似，但有些分子进化特征更接近于真核细胞。古细菌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）细胞壁的成分与真核细胞一样，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真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，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。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。细胞的全能性是指每个分化的细胞都含有该物种全部的遗传信息，每一个细胞都有发育为完整个体的潜能。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。S.B.Prusiner1982年发现于患羊瘙痒病的羊体内，命名为prion。于1997年获得诺贝尔奖。蛋白质感染子蛋白(prionprotein，简称PrP)，由PrP基因编码，该基因位于人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上，其作用不明确。破坏小鼠的PrP基因，小鼠的发育和行为未发现异常变化。正常PrP基因产物为PrPc蛋白，对蛋白酶很敏感。具有致病作用的是PrPSc蛋白。当PrPSc分子积累到一定浓度时，就会损伤神经元而发病。蛋白质感染子的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因翻译量增加，而仅仅是由于正常分子的构象发生转变造成的，所以又称朊病毒。现已查明，羊瘙痒病、疯牛病、Kuru病、老年性痴呆都是有异常的蛋白引起的。蛋白质感染子的增殖方式是通过一个PrPSc分子与一个PrPc分子相结合，前者诱使后者转变成PrPSc，形成了PrPSc二聚体，PrPSc起类似分子伴侣(molecularchaperone)的作用。PrPSc蛋白在构象上与PrPc不同之处在于前者的肽链中α螺旋减少，而β折叠增加。