搜索
第二章细胞基本知识概要1细胞是生命活动的基本单位2原核细胞3古核细胞—（古细菌）4真核细胞5病毒1细胞是生命活动的基本单位（细胞的定义与内涵）•1.1细胞是构成有机体的基本结构单位。•1.2细胞是代谢与功能的基本单位。•1.3细胞是有机体生长发育的基础。•1.4细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁。•1.5细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。•1.6没有细胞就没有完整的生命。微小精致的单细胞生物--硅藻单细胞原生动物草履虫放射虫1.1细胞是构成有机体的基本结构单位低等多细胞生物Goniumformosum（盘藻属）高等多细胞生物有数以亿计的细胞构成。（肝的细胞图像）1.2细胞是代谢与功能的基本单位•细胞有独立有序的自控代谢系统。•除个别类型细胞（衣原体），无论是需氧还是厌氧细胞均有产能代谢体系来维持自身生命活动。•多细胞生物不同细胞分工特殊代谢。•多细胞生物的生命活动是自身各种细胞协调生命活动的结果。真核细胞中碳水化合物代谢油料种子萌发时脂肪的代谢途径1.3细胞是有机体生长发育的基础•有机体的生长发育依赖细胞的分裂、细胞体积增长、细胞分化、细胞凋亡。体外人胚胎的卵裂：A，受精卵；B，2细胞阶段；C，4细胞阶段；D，6细胞阶段；E，桑椹胚；F，囊胚小鼠胚胎发育过程中趾间的细胞凋亡形态1.4细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁克隆羊等动物诞生说明体细胞核含有生长发育所需的全部遗传物质，细胞核具有遗传的全能性。生物的繁殖通过细胞的分裂或依赖特殊细胞——配子或孢子。繁殖依赖的遗传信息存在于细胞核中，以此指导下一代生命体的构建。1.5细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。•无机分子在原始环境下产生核苷酸（甲醛，氰，氮，氨，氧，氢氰酸）和脂肪酸（一氧化碳，氢）。核苷酸在特殊矿物微粒催化下聚合成核酸进而化学进化为核酶，脂肪酸自发形成双层脂分子膜。两者结合形成原始细胞（protocell），开始生物进化。没有细胞就没有完整的生命•细胞结构的损伤将阻碍细胞生命活动进行。尽管试管中可以实现一些生命代谢反应，但完整的生命只有在细胞中才能实现。非细胞生命体病毒也只有在细胞中才能完成完整的生命活动。HIV病毒复制模式—病毒完成生命活动离不开细胞免疫荧光法显示感染了单纯疱疹病毒爱滋病毒出芽模式图1.6细胞的基本共性•细胞在化学组成上相似（基本元素－小分子－生物大分子）；•生物膜（磷脂－蛋白体系）；•遗传与表达体系（DNA-RNA-蛋白质）；•分裂方式等。•从进化上讲，细胞拥有共同的祖先。•在种类繁多的由细胞构成的生命世界中，根据细胞进化地位，细胞结构，遗传装置复杂程度等划分为原核生物（Procaryote）、古核生物（Archaeon）和真核生物（Eukaryote)，分别由三类细胞构成——原核细胞、古核细胞和真核细胞。•以下不属于细胞基本共性的描述是（）A具有脂-蛋白体系的膜系统B有相同的遗传装置C一分为二的细胞分裂方式D都有线粒体•原核细胞与真核细胞都具有的细胞器是（）A核糖体B线粒体C中心体D溶酶体•下列不属于原核生物的是（）A大肠杆菌B肺炎球菌C支原体D真菌2原核细胞•原核细胞特征：•遗传信息量小，没有分化出膜类细胞器，原核。•原核生物种类：•一般认为原核生物都是单细胞生物。原核生物是由原核细胞组成的生物，包括蓝细菌、原绿藻、细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、螺旋体和衣原体等。2.1最小最简单的细胞—支原体（天然的没有细胞壁的细菌）支原体模型解脲支原体与真核细胞大小比较•部分支原体可以在特殊的培养基上接种生长。由于体积微小，基因组少，生物合成能力有限，需从培养基中取得维生素、核酸前体和氨基酸等比较复杂的营养成分，此外还需胆固醇等特殊物质。除基础营养物质外还需加入10～20%人或动物血清以提供支原体所需的胆固醇。无细胞壁，可通过滤菌器。肺炎支原体支原体是可以人工培养的最小细胞，肺炎支原体在固体培养基上的菌落特征—油煎蛋形状•植物支原体—植原体（类菌原体、类菌质体），植原体尚不能人工培养。马铃薯紫染黄萎病：叶片上卷，呈紫色。丛枝病病株：生成许多细枝，叶片为单片小叶，症状奇特。桃丛枝病植原体枣疯病病原也为植原体•支原体是目前发现的最小的细胞：大小0.1－0.3μm，为细菌的1/10，一条环状双螺旋DNA散布在细胞中，基因组是独立生活生物中最小的，如生殖道支原体只有482个基因。没有细菌一样的核区，山羊胸膜肺炎支原体含800－1500个核糖体。•细胞最小空间有多大：维持生存和增殖所需最少的酶及酶反应所需空间+翻译这些酶所需核糖体+DNA、RNA空间+质膜≥100nm。•有限的遗传信息量、有限的遗传表达体系，有限的生命活动所需的酶体系使支原体成为极限大小的最简单的细胞。•支原体细胞体积小，细胞结构极为简单，可作为细胞工程研究的工具。为研究人工生命、生命起源提供便利。美国生物学家克雷格文特尔制造生命的过程：他们人工合成了一种名为蕈状支原体的DNA，并将这种DNA植入另一个内部被掏空的山羊支原体的菌体内。于是世界第一例完全由人造基因控制的单细胞细菌，也就是人造生命就这样诞生了，克雷格·文特尔把这个人造生命取名辛西娅。2.2细菌2.2.1细菌细胞的核区——类核(拟核）原核生物没有明显的细胞核，所含裸露的DNA形成形状不规则的核区（拟核），DNA环状编码2000－3000种蛋白，长1200～1400μm。分裂旺盛的细胞常含有几个DNA分子，形成多个拟核。细菌DNA、θ复制和细胞分裂：其中中膜体（mesosome，间体，质膜体）扮演重要角色。由质膜内陷折叠形成的中膜体不仅在DNA复制中起支架分离作用，还增大了细菌酶系附着的内膜面积。在细菌中，可以看到清晰的转录单位(NascentRNA：初生RNA)，原核细胞基因转录和翻译同时、同空间进行，在DNA上正在转录的mRNA马上结合核糖体进行翻译，不需要进行剪切拼接。翻译以多聚核糖体形式进行。2.2.2细菌细胞的表面结构•2.2.2.1质膜•细菌质膜具有多功能性，除可以选择性交换物质外，还执行多重代谢功能。具有能量转换、合成与分泌、信号识别等功能。细菌细胞膜能量转换功能：Proteorhodopsin（变形菌视紫质）是多种海洋细菌中都拥有的光敏感性蛋白。当环境中氧气不足时，拥有Proteorhodopsin的细菌将改用太阳能完成重要的生命活动。后继实验证明proteorhodopsin是一个光驱动质子泵。Liphardt与其同事利用遗传工程方法，得到能够表达光敏感蛋白的E.coli，图为携带proteorhodopsin的E.coli的跨膜离子流和质子泵。呼吸和光驱动质子泵是质子动力源，可以驱动ATP合成和鞭毛马达旋转。Porter(载体），flagellarmoter（鞭毛马达）。•细菌分泌水解酶和致病蛋白质，在革兰氏阳性菌直接分泌到外环境中；在革兰氏阴性菌则较为复杂，现已有4个分泌系统参与蛋白质的分泌过程，由多种细胞膜蛋白、外膜蛋白和辅助蛋白（信号肽酶和伴侣蛋白等）组成，分别称为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型分泌系统。革兰氏阴性菌Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型分泌系统模式图：Ⅰ型：大肠埃希菌-溶血素的分泌；Ⅱ型：克雷伯菌支链淀粉酶的分泌；Ⅲ型：耶尔森菌外部蛋白质的分泌。经革兰氏阴性菌Ⅱ型和Ⅳ型分泌系统分泌的蛋白质首先以其氨基端带有信号序列（signalsequence）的前体蛋白（preprotein）形式出现，经sec途径运输越过细胞膜进入周浆间隙。大肠埃希菌的sec途径由细胞膜蛋白（SecD～SecF、SecY）、细胞膜结合的ATPase（SecA）和伴侣蛋白（SecB）组成。2.2.2.2细菌细胞壁G+细菌：磷壁酸由甘油磷酸或核糖醇磷酸以磷酸二酯键连接组成，磷壁酸与肽聚糖或膜磷脂共价连接。肽聚糖结构G-细菌：肽聚糖较少，二氨基庚二酸代替赖氨酸与丙氨酸相连。脂质A为糖磷脂，由氨基葡萄糖双糖组成的基本骨架，双糖骨架的游离羟基和氨基可携带多种长链脂肪酸和磷酸基团。中国细胞生物学学报ChineseJournalofCellBiology2014,36(10):1409–1412DOI:10.11844/cjcb.2014.10.0123中国细胞生物学学报ChineseJournalofCellBiology2014,36(10):1409–1412DOI:10.11844/cjcb.2014.10.0123中国细胞生物学学报ChineseJournalofCellBiology2014,36(10):1409–1412DOI:10.11844/cjcb.2014.10.0123革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁的主要区别比较项目G+细菌G-细菌内壁层:外壁层细胞壁厚度(nm)肽聚糖结构鞭毛结构肽聚糖成分磷壁酸脂多糖脂蛋白对青霉素、溶菌酶20～80厚层，75%亚单位交联，网格紧密坚固基体上着生两个环占细胞壁干重的40～90%多数含有无无敏感2～3:8薄层，30%亚单位交联，网格较疏松基体上着生四个环5%～10%:无无无:11%～22%有或无:有不够敏感2.2.2.3细菌鞭毛•细菌鞭毛丝是由许多直径为4.5nm的鞭毛蛋白（flagellin）亚基沿着中央孔道（直径为20nm）螺旋状排列而成，每周为8～10个亚基。鞭毛蛋白是一种呈球状或卵圆状蛋白，分子量为3万～6万，它在细胞质内合成，由鞭毛基部通过中央孔道输送到鞭毛游离的顶部进行自装配。因此，鞭毛的生长方式是在其顶部延伸而非基部延伸。•真核细胞鞭毛轴纤丝由微管按9+2式排列,即中心有一对由中央鞘包裹着的微管，外围环绕以两两连接在一起的微管A和B组成的二联体,共有9组。革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌鞭毛真核细胞鞭毛2.2.2.4细菌核区外DNA——质粒•如：F因子、R因子等，环状双链DNA，编码少量基因，如性撒毛、抗性因子、大肠杆菌素、毒蛋白、植物致瘤因子等。细菌质粒所能控制的性状细菌质粒性状大肠杆菌中的F因子使宿主产生性纤毛，决定细菌的“性别”大肠杆菌中的Col因子产生一种蛋白质类杀菌素—大肠杆菌素大肠杆菌中的Ent因子产生肠毒素大肠杆菌中的Hty因子决定溶血素的产生大肠杆菌中的RYB质粒可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶许多G-细菌中的R因子抗磺胺药与多种抗生素金黄色葡萄球菌中的P1258因子抗Cd++、Hg++等重金属离子金黄色葡萄球菌中的PZA10产生内毒素B假单胞菌中的质粒能降解某些复杂的有机物根癌病农杆菌中的Ti质粒能使感染植株产生根癌病大肠杆菌质粒pBR322上开环构型下超螺旋质粒2.2.2.5细菌核糖体•沉降系数：70S。细菌的70S核糖体由50S和30S两个亚基组成。50S大亚基由23SrRNA、5SrRNA与30多种r蛋白组成，小亚基由16SrRNA和20多种r蛋白组成。细菌与抗生素2.3蓝细菌—较大的原核生物地皮菜异型胞颤藻蓝藻细胞（）cytoplasm细胞质，thylakoids类囊体，CPG贮藏颗粒2.3.1中心质（centroplasm）——核区•蓝藻细胞没有核膜，DNA裸露，含量较细菌大。蓝藻细胞：Typicalcellofcyanobacteria.Mucilaginoussheath粘液鞘（）有些蓝藻中心质有多个环状DNA。呈现多倍性。Indeedcyanobacteriaarehosttoarangeofsmall,circularDNAmoleculescalledplasmids（）球形蓝细菌细胞分裂。（）2.3.2光合片层•类囊体(thylakoid)是蓝细菌细胞中存在的囊状体，由单位膜组成，上面分布有叶绿素（叶绿素a）、藻胆色素、类胡萝卜素等光合色素和有关酶类，是光合作用的场所。不含叶绿素b。蓝细菌的类囊体和藻胆体同心