《細胞生物學(xué)》課件第02章 細胞的基本概念

1、第二章 細胞的統(tǒng)一性與多樣性本章內(nèi)容提要第一節(jié) 細胞的基本特征第二節(jié) 原核細胞與真核細胞概念的確立第三節(jié) 細胞的形狀和大小第四節(jié) 病毒復(fù)習(xí)思考題第一節(jié) 細胞的基本特征定義：細胞是有膜包圍的能獨立進行繁殖的原生質(zhì)團。 質(zhì)膜 細胞質(zhì)(cytoplasm) 核質(zhì)(nucleoplasm; karyoplasm) 核膜(nuclear envelope)原生質(zhì)(protoplasm)：指活細胞的全部活物質(zhì)，包括質(zhì)膜、細胞質(zhì)和細胞核（或類核）。質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)原生質(zhì)體細胞質(zhì)質(zhì)膜細胞核（或類核）細胞器細胞質(zhì)溶質(zhì)細胞骨架細胞外基質(zhì)細胞壁細胞的結(jié)構(gòu)組成圖解：細胞第一節(jié) 細胞的基本特征(2) 具有一層細胞質(zhì)膜(3)

2、具有一套完整的代謝機構(gòu)(1) 具有一套基因組1. 細胞進行生命活動應(yīng)具有的最基本的要素：使細胞能進行獨立的代謝活動通過質(zhì)膜與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和信息交流控制細胞的遺傳活動第一節(jié) 細胞的基本特征枝原體(mycoplast)：最小0.1m，具備了進行生命活動最基本的三項要素。病毒：體積小（多小于0.1m），缺少進行獨立代謝的某些基因和機構(gòu)（單獨存在時不能自我繁殖，必須依賴于宿主細胞）。第一節(jié) 細胞的基本特征病毒不是細胞，只是具有部分生命特征的感染物，最多只能被稱為“半生命” 。枝原體是細胞！2. 細胞區(qū)別于無機界的最主要的特性： 在結(jié)構(gòu)上具有自我裝配的能力； 在生理活動中具有自我調(diào)節(jié)的能力； 在增殖

3、上具有自我復(fù)制的能力。這些特性也可以說是生命的特征，它們的喪失即意味著死亡。第一節(jié) 細胞的基本特征細胞是多層次非線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系 細胞具有高度復(fù)雜性和組織性細胞是物質(zhì)（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過程精巧結(jié)合的綜合體 細胞完成各種化學(xué)反應(yīng)； 細胞需要和利用能量； 細胞參與大量機械活動； 細胞對刺激作出反應(yīng)；細胞概念的一些新思考第二節(jié) 原核細胞與真核細胞概念的確立具有細胞壁和葉綠體對于某些生物來說卻遇到了分類上的困難：眼蟲(Euglena)有葉綠體卻無細胞壁;細菌和真菌雖有細胞壁但無葉綠體;400余萬種生物：一切生物動物界植物界沒有細胞壁和葉綠體早期營養(yǎng)方式運動能力細胞結(jié)構(gòu)根據(jù)進化地位、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、

4、遺傳裝置的類型與主要生命活動的方式等H. Ris將細胞分為原核細胞（prokaryotic cell)和真核細胞(eukaryotic cell)。原核細胞-原核生物真核細胞-真核生物第二節(jié) 原核細胞與真核細胞概念的確立枝原體的遺傳物質(zhì)分布于整個細胞中；細菌的遺傳物質(zhì)則集中在一個無明確界限的低電子密度的擬核(nucleoid)區(qū)中。原核細胞中的DNA為裸露的直徑2.5nm的環(huán)狀雙螺旋分子（長約幾十nm）。一、原核細胞 (Prokaryotic cells)1. 原核細胞最主要的特征是沒有由膜包圍的細胞核擬核原核細胞-細菌的電鏡照片（示擬核）細菌的三維模式圖大多數(shù)原核細胞比較小，平均只有110m

5、。枝原體、立克次體和鸚鵡熱菌最小只有0.10.3m。大的原核細胞如藍細菌中的顫藻(Oscilatolia princeps)，直徑可達60m。有的物種，細胞分裂后可連成鏈或絲，也有的形成群體。它們的繁殖方式一般為二分裂，也有的產(chǎn)生孢子，少數(shù)行出芽生殖。2. 大多數(shù)原核細胞比較小、繁殖方式簡單質(zhì)膜內(nèi)為細胞質(zhì)和擬核，多數(shù)在質(zhì)膜外還有一層硬的細胞壁。枝原體(mycoplasma)的質(zhì)膜外面沒有細胞壁，為原生質(zhì)體(protoplast)。如人體中的類胸膜炎球菌(pleuropneumonia-like organism)和植物細胞中的螺原體(spiroplasma, citrii)。2. 原核細胞的形

6、態(tài)和結(jié)構(gòu)比較簡單螺原體(一種枝原體)類胸膜炎球菌原核細胞的質(zhì)膜具有單位膜的典型特征，厚約10nm。某些原核生物的質(zhì)膜在有的部位發(fā)生內(nèi)褶，形成間體(mesosome) (與細胞呼吸和分裂有關(guān))。大多數(shù)原核生物沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng)，沒有分區(qū)化（原核細胞區(qū)別于真核細胞的重要特征之一）。原核生物的核糖體較小(70S)，直徑約1520nm，其所含的RNA和蛋白質(zhì)亦不同于真核細胞。質(zhì)膜是細胞進行生命活動的一種基本結(jié)構(gòu)，質(zhì)膜遭到破壞后任何細胞都不能存活。細菌鞭毛細菌莢膜真核細胞最主要的特點是，細胞內(nèi)由膜間隔成了許多功能區(qū)。二、真核細胞 (eukaryotic cells)其中，核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體在結(jié)構(gòu)上形

7、成了一個連續(xù)的體系，稱為內(nèi)膜系統(tǒng)。內(nèi)膜系統(tǒng)將細胞質(zhì)分隔成了一些區(qū)間，即所謂的分區(qū)化(compartmentalization)。最明顯的是含有由膜圍成的細胞核和細胞器（線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體等）。質(zhì)膜、溶酶體和分泌泡均可看作是內(nèi)膜系統(tǒng)的產(chǎn)物。分區(qū)化是細胞進化高等的特征，它使細胞的代謝活動的效率比原核細胞大為提高。線粒體和葉綠體則承擔(dān)了一些特殊功能：氧化磷酸化作用主要集中在線粒體中進行；植物細胞的光合作用則集中在葉綠體中進行。細胞表面的一層單位膜，特稱為質(zhì)膜真核細胞的主要結(jié)構(gòu)有如下幾種：1. 質(zhì)膜 (plasma membrane)：核表面是由雙層膜構(gòu)成的核被膜(nuclear

8、 envelope)，核內(nèi)包含有由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的染色質(zhì)(chromatin)。分裂期染色質(zhì)凝縮成短棒狀，稱為染色體(chromosome) 。2. 細胞核核仁 核孔 染色質(zhì) 內(nèi)膜 外膜(nucleus)存在于質(zhì)膜與核被膜之間的原生質(zhì)稱為細胞質(zhì)，各種細胞器與細胞骨架均存在于細胞質(zhì)中。除膜圍細胞器和細胞骨架外，細胞質(zhì)的其余部分稱為細胞質(zhì)溶質(zhì)(cytosol)或胞質(zhì)溶膠（過去曾稱為細胞質(zhì)基質(zhì)，cytoplasmic matrix)。3. 細胞質(zhì)(cytoplasm)原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別兩類細胞在結(jié)構(gòu)、代謝和遺傳活動上有很大的差異要 點原 核 細 胞真 核 細 胞大 小大多數(shù)很小(110

9、m)大多數(shù)較大(10100m)細胞核無膜包圍的細胞核, 為擬核有雙層膜包圍的細胞核染色體形狀環(huán)狀DNA分子核DNA為線性分子；線粒體和葉綠體DNA為環(huán)狀分子數(shù)目1個基因連鎖群2個或多個基因連鎖群組成DNA裸露或結(jié)合少量蛋白質(zhì)核DNA同組蛋白結(jié)合; 線粒體和葉綠體中的DNA裸露DNA序列無或很少重復(fù)序列有重復(fù)序列內(nèi) 膜無獨立的內(nèi)膜有, 分化成細胞器細胞骨架無普遍存在運動細胞器由鞭毛蛋白絲構(gòu)成簡單鞭毛由微管構(gòu)成纖毛和鞭毛光合酶的分布質(zhì) 膜線粒體和葉綠體（植物）核糖體70S（50S30S）80S（60S40S）細胞壁肽聚糖, 蛋白質(zhì), 脂多糖, 脂蛋白植物細胞具有纖維素壁基因表達RNA和蛋白質(zhì)在同一

10、區(qū)間合成RNA在核中合成和加工; 蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)中合成營養(yǎng)方式吸收, 有的行光合作用吸收, 光合作用, 內(nèi)吞細胞分裂二分裂或出芽增殖有絲分裂或減數(shù)分裂古核細胞（古細菌） （archaebacteria）原核生物在極早世代演化為兩大類，古細菌與真細菌。真細菌包括目前已知的絕大多數(shù)原核生物，而古細菌則是一些在地球上特殊環(huán)境中的細菌，代表了原始地球環(huán)境中生命存在與繁衍的特定形式。最早發(fā)現(xiàn)的古細菌有甲烷細菌類，16S rRNA序列分析發(fā)現(xiàn)其與原核細胞相差甚遠；其它的古細菌有：鹽細菌（halobacteria)、熱原質(zhì)體（thermoplasma)、硫氧化菌（sulfolobus)等幾百種與真核細胞曾在進化上有過共同歷程:（1）細胞壁的成分:與真核細胞一樣，對抑制壁酸合成的抗生素不敏感。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細菌DNA中有重復(fù)序列的存在。存在內(nèi)含子。（3）有類核小體結(jié)構(gòu)：古細菌具有組蛋白,有類似核小體結(jié)構(gòu)。（4）核糖體：介于真核細胞核糖體80S（70-84種蛋白）與真細菌70S（55種蛋白）之間，有60種以上蛋白。（5）5S rRNA：古細菌與真核生物同屬一類，而真細菌卻與之差距甚遠。5S rRNA二級結(jié)構(gòu)的研究也說明很多古細菌與真核生物相似。 除上述各點外，根據(jù)DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基