第二章、细胞的统一性与多样性_new

(共78张PPT)
STRUCTURES OF THE CELL
STRUCTURES AND ORIGIN OF THE CELL
内容提要
第一节 细胞的形态与共性
第二节 原核细胞与古核细胞
第三节 真核细胞
第四节 病毒及其与细胞的关系
细胞是生命活动的基本单位：
构成有机体的基本单位；
代谢与功能的基本单位；
有机体生长与发育的基础；
遗传的基本单位，具有发育的全能性；
没有细胞就没有完整的生命。
第一节 细胞的形态与共性
一、细胞的形态及大小
1、细胞的形态：
球形、杆状、星形、多角形、梭形、圆柱形等等。
草 履 虫
眼 虫
钟形虫
植物气孔细胞
人类血细胞
神经元细胞
巨噬细胞
细胞形状的决定因素
单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物有关，如硅藻呈各种奇异的形态。
高等生物细胞的形状与细胞功能或细胞骨架及细胞间的相互作用有关。
高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。
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
μm 120 75 20 7 100 70 2.4x0.5
0.2x0.1
真核细胞>原核细胞>细菌>支原体
动植物细胞在20~30μm间；
几种细胞的大小
人卵与精子
2、细胞的大小
细胞体积的守恒定律
器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，把这种现象称之为"细胞体积的守恒定律"。
3、制约细胞体积的因素
细胞体积与表面积的关系
b）细胞体积的上限受核质比的影响
c）细胞体积与细胞内物质交换、关键分子的浓度有关
真核细胞的体积一般比原核细胞大的多，如何解决细胞内重要分子的浓度问题
细胞核内的遗传物质有限，能控制的细胞质的
活动也有限， 细胞体积不可能无限制的增大。
体积过大，影响物质传递与交流（受时空限制）的速度，
细胞内部的生命活动不能灵敏的调控；
重要生化反应需要一定的关键分子浓度。
二、细胞的共性 Basic properties of cells
细胞结构的共性: All cells
share similar structure, composition and metabolic features
都具有选择透性的膜结构；
都具有遗传物质(DNA；RNA)
都具有核糖体
细胞功能的共性：生命区别于非生命的基本特征
都能进行新陈代谢；
都能进行自我增殖和遗传：一分为二的分裂方式；
细胞都具有运动性。
构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等，其中前四种元素占90%以上。
细胞的无机物主要有水和无机盐。
细胞的化学组成相似
水约占细胞重量的75％-80％，其中游离
水约95％，其余为结合水。
偶极子
氢键可维持细胞温度的相对稳定；
水分子间的氢键可以提高水的沸 点，这样使它不易从细胞中挥发掉。
离子的浓度除具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外。
主要的阴离子有Cl－、PO4－和HCO3－，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要：
①在细胞的能量代谢中起着关键作用；
②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；
③调节酸碱平衡。
无机盐的含量约为1％，主要以离子形式存在 。
阳离子有：Na+、K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等
细胞的有机物主要有蛋白质、核酸、脂类和糖，约占细胞干重的90%以上。
一个细胞中约有104种蛋白质，分子的数达1011。
蛋白质是细胞的结构成分，也是细胞功
能的实现者。生化反应的催化剂——酶是蛋白质。
核酸包括DNA和RNA，DNA是遗传信息复制、
传递和基因转录的模板，RNA参与蛋白质的合成。
重要的五碳糖为核糖，重要的六碳糖为葡萄糖。
多糖有：营养储备多糖，如淀粉、糖原；结构多糖，如纤维素、几丁质。
细胞中的糖类有单糖和多糖。
营养贮备多糖
——淀粉、糖元
由α—1，4-糖苷键和支链连接处
的α—1，6-糖苷键连接而成。
结构多糖——纤维素
脂类包括：
脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、
鞘磷脂、糖脂、类胡萝卜素等。
脂类参与组成细胞膜和细胞通信，也是重要的
能量储备物质。
第二节 原核细胞与古核细胞
基本特点：
遗传的信息量小，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
具备细胞的基本形态，有作为生命活动基本单位存在的特点：
能在培养基上生长
具典型的细胞膜，环状双螺旋DNA，多聚核糖体
分裂式繁殖
一、支原体 mycoplasma
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，合成与代谢很有限。
肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的TEM照片
从保证一个细胞生命活动运转必须的条件看
完成酶促反应，至少需要100种酶；
酶促反应需要的空间：约50nm；
加上核糖体（直径10-20nm）、细胞膜、核酸等，细胞体积的极限不可能小于100nm，支原体已接近这一极限。
结论：
比支原体更小、更简单，又要维持细胞生命活动的基本要求的细胞根本不可能存在。
分布最广、数量最多。
分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。
直径0.5~5μm之间。
二、细菌的基本结构
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N-乙酰葡糖胺、N-乙酰胞壁酸与氨基酸短肽聚合而成的多层网状结构。
革兰氏阳性菌细胞壁厚约20-80nm，含90％的磷壁酸。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅含5％的磷壁酸，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。
2、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，称为中膜体 。
mesosome
3、拟核：没有核膜，DNA分子裸露。
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。
小亚单位(30S)对四环素、链霉素敏感，大亚单位(50S)对红霉素、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，遗传信息量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。
Negative stained bacteria
7、鞭毛：细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成。
8、菌毛：菌体表面极细的蛋白纤细，与运动无关。分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与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：以一分为二的方式繁殖。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。
分裂中的链球菌
分裂中的大肠杆菌
三、蓝藻
又称蓝细菌，光合作用类似于高等植物 。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10μm左右，颤藻可达70μm 。
属单细胞生物，有些以丝状细胞群体存在，如：发菜。
Cyanobacteria
四、古核细胞（archaebacterium）
古核生物或称古细菌
生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌。
海底烟筒附近
也具有古细菌
a: Aquificiales pyrophilus；b: Pyrolobus fumarii；
Pyrolobus fumarii 可以生活在 90 -113℃，pH 4.0-6.5。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。
烟孔火叶菌
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）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 真核细胞
一、真核细胞的结构体系
二、原核细胞和真核细胞的比较
生物膜系统：8-10nm， 蛋白质-脂。
遗传信息表达系统： 10-20nm， DNA-蛋白质，RNA-蛋白质，遗传信息存储、复制、转录与蛋白质翻译。
细胞骨架系统： 10-20nm，特异蛋白组成网架系统，细胞形态，胞内物质运输和细胞器移动，基质区域化，帮助细胞移动。
一、真核生物的结构体系
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相同点
真核细胞特有的特点
第四节
病毒及其与细胞的关系
一、病毒的基本特征
①个体微小，20~30nm之间，可通过滤菌器，大多数病毒必须用电镜才能看见；
②含DNA或RNA，很少有含两种核酸的病毒；
③专营细胞内寄生生活；
二、病毒的结构
病毒有五种形态：①球形 ：大多数人类和动物病毒，如脊髓灰质炎病毒；②丝形 ：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒；③弹形：形似子弹头，如狂犬病病毒。④砖形 ：如痘病毒；⑤蝌蚪形：如噬菌体。
脊髓灰质炎病毒 球形病毒
烟草花叶病毒 线形病毒
痘病毒 砖形病毒
狂犬病毒 子弹形病毒
有被膜
T4噬菌体 蝌蚪形病毒
流感病毒 丝状有被膜的病毒
三、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
四、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
THANKS!
双链±DNA→+mRNA→蛋白，如天花病毒。
单链+DNA→±DNA→+RNA→蛋白，如细小DNA病毒。
双链±RNA→+mRNA→蛋白，如呼肠孤病毒。
单链+RNA→±RNA→+RNA→蛋白，如脊髓灰质炎病毒。
单链-RNA→+RNA→蛋白质，如流感病毒。
单链+RNA→DNA→±DNA→+mRNA→蛋白，即逆转录病毒（retrovirus）。
可将病毒分为6类：
病毒DNA
早期mRNA
早期蛋白（酶等）
子代病毒DNA
晚期mRNA
病毒结构蛋白
子代病毒子
双链DNA病毒
复制
宿主细胞转录酶
逆转录病毒
病毒RNA
逆转录酶
双股DNA
整合至宿主细胞（前病毒）
mRNA
病毒RNA
结构蛋白
装配子代病毒
RNA:DNA
转录酶
聚合酶