細(xì)胞生物學(xué)第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性和多樣性

第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

第一節(jié)細(xì)胞的基本特征一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位

細(xì)胞是由膜包圍的能獨(dú)立進(jìn)行繁殖的原生質(zhì)團(tuán)，是生命活動(dòng)的基本單位。1、細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位2、細(xì)胞是代謝與功能的基本單位。

細(xì)胞表現(xiàn)為嚴(yán)格有序的、自動(dòng)控制的代謝系統(tǒng)，這是由細(xì)胞自身的裝置及其協(xié)調(diào)性決定的。3、細(xì)胞是有機(jī)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)。4、細(xì)胞是繁殖的基本單位，具有遺傳的全能性。5、沒有細(xì)胞就沒有完整的生命。

任何破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，都不能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞完整的生命活動(dòng)。二、細(xì)胞的基本共性1.所有的細(xì)胞都有相似的化學(xué)組成

基本元素是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等。構(gòu)成

2.脂-蛋白體系的生物膜3.DNA-RNA遺傳裝置4.一分為二的分裂方式核苷酸核酸氨基酸蛋白質(zhì)脂肪酸脂質(zhì)單糖多糖

第二節(jié)原核細(xì)胞與古細(xì)胞細(xì)胞分為：原核細(xì)胞：構(gòu)成原核生物（大多數(shù)由單個(gè)細(xì)胞構(gòu)成）代表生物：細(xì)菌真核細(xì)胞：構(gòu)成真核生物（有多細(xì)胞和單細(xì)胞）原核細(xì)胞基本特點(diǎn)：

遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成；細(xì)胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器和細(xì)胞核膜。無典型的細(xì)胞核，體積小，僅0.2-10um。一、支原體

目前發(fā)現(xiàn)的最小、最簡單的細(xì)胞，直徑一般為0.1—0.3um。DNA以環(huán)狀雙螺旋形式較均勻地分布在細(xì)胞內(nèi)，無核區(qū)。指導(dǎo)合成700多種蛋白質(zhì)。具有一分為二的分裂方式，區(qū)別于病毒。許多支原體能寄生在細(xì)胞內(nèi)繁殖。無細(xì)胞壁,形態(tài)可隨機(jī)變化。自身不能合成長鏈脂肪酸或不飽各脂肪酸，須培養(yǎng)基提供。

支原體(mycoplasma)

：目前發(fā)現(xiàn)的最簡單、體積最小的原核細(xì)胞，也是惟一一種沒有細(xì)胞壁的原核細(xì)胞。二、細(xì)菌和藍(lán)藻（一）細(xì)菌細(xì)胞

1、細(xì)菌特點(diǎn)：（１）細(xì)菌細(xì)胞的核區(qū)與基因擬核：沒有核膜，DNA分子裸露，所含的遺傳信息量可編碼2000~3000種蛋白質(zhì)，空間構(gòu)建十分精簡。細(xì)菌細(xì)胞的基本特點(diǎn)是：遺傳信息量少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，特別是沒有分化成以膜為基礎(chǔ)的專門結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞器與核膜。細(xì)菌DNA復(fù)制時(shí)，不受細(xì)胞分裂周期的限制，可以連續(xù)進(jìn)行。細(xì)菌基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯沒有嚴(yán)格的時(shí)間上的階段性和位置上的區(qū)域性，可同時(shí)進(jìn)行。（2）細(xì)菌細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)a細(xì)胞膜雙層，由磷脂和蛋白質(zhì)組成，具半透性和不對稱性。功能（多功能性）：選擇性地物質(zhì)運(yùn)輸；細(xì)胞膜含有豐富的酶系，執(zhí)行重要的代謝功能。b中膜體又稱間質(zhì)體或質(zhì)膜體，由細(xì)胞膜內(nèi)陷形成，可能起DNA復(fù)制的支點(diǎn)作用。細(xì)胞分裂時(shí)，先形成兩個(gè)中膜體，然后核物質(zhì)一分為二。c細(xì)胞壁主要成分為肽聚糖。革蘭氏陽性菌含壁酸90%，陰性菌含壁酸5%，故革蘭氏陽性菌對青霉素敏感。d莢膜為位于細(xì)胞壁表面的一層粘液物質(zhì)，主要是由葡萄糖和與葡萄糖醛酸組成的聚合物。作用：細(xì)胞免受干燥、保護(hù)病原菌免受細(xì)胞的吞噬和在營養(yǎng)缺乏時(shí)，為細(xì)菌提供營養(yǎng)。e鞭毛由鞭毛蛋白的彈性蛋白構(gòu)成。（3）細(xì)菌細(xì)胞核糖體

部分附在細(xì)胞內(nèi)側(cè)，大部分游離于細(xì)胞質(zhì)中；核糖體與mRNA形成多聚核糖體；核糖體沉降系數(shù)為70S，由50S和30S亞基組成；（4）細(xì)菌細(xì)胞核外DNA

即細(xì)菌內(nèi)部的質(zhì)粒（plasmid），能自我復(fù)制，并可整合到核DNA中。如大腸桿菌性因子（f因子）、大腸桿菌素因子（col因子）、抗藥性因子（r因子）等。質(zhì)粒常用作基因重組與基因轉(zhuǎn)移的載體。（5）細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)生孢子

細(xì)菌在不利環(huán)境或營養(yǎng)耗盡時(shí)，易生成內(nèi)生孢子，又稱芽孢，它為細(xì)菌的休眠體，具有較強(qiáng)的抵抗力。（二）藍(lán)藻細(xì)胞又稱藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteria），為原核生物，具有光合作用（僅含葉綠素a，不含葉綠素b）。為單細(xì)胞生物，遺傳物質(zhì)為環(huán)狀DNA，但遺傳信息量大。體積比其它原核細(xì)胞大得多，體積較大直徑約10μm左右，甚至可達(dá)60μm(顫藻)。藍(lán)藻細(xì)胞的重要作用能進(jìn)行光合作用，以水為電子供體，放出氧氣。放出的氧氣改變了原始地球的大氣組成成分，使得地球上的氣體逐漸適合生物生存。六、古核細(xì)胞（古細(xì)菌）古細(xì)菌（又稱原細(xì)菌）是一些生長在極端特殊環(huán)境中（高溫或高鹽）的細(xì)菌。最早發(fā)現(xiàn)的是產(chǎn)甲烷細(xì)菌類。如：產(chǎn)甲烷菌（最早發(fā)現(xiàn)）、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌。古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物主要特征的比較古細(xì)菌真細(xì)菌真核生物核膜無無有細(xì)胞器無無有核糖體70S（30S、50S）70S（30S、50S）80S（40S、60S）DNA環(huán)狀，不與蛋白質(zhì)結(jié)合環(huán)狀，不與蛋白質(zhì)結(jié)合線狀，與蛋白質(zhì)結(jié)合細(xì)胞分裂無絲分裂無絲分裂有絲分裂起始tRNA甲硫氨酰tRNA甲酰甲硫氨酰tRNA甲硫氨酰tRNA5SrRNA有5個(gè)螺旋區(qū)有4個(gè)螺旋區(qū)有5個(gè)螺旋區(qū)細(xì)胞壁無胞壁酸有胞壁酸纖維素和果膠光合色素鹽細(xì)菌含細(xì)菌視紫紅質(zhì)光合細(xì)菌含細(xì)菌葉綠素高等植物含葉綠素a、b能量代謝化能無機(jī)營養(yǎng)（如甲烷等）通過厭氧或有氧呼吸獲能通過氧化磷酸化產(chǎn)能古核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、遺傳裝置雖與原核細(xì)胞相似，但一些基本分子生物學(xué)特點(diǎn)又與真核細(xì)胞接近?，F(xiàn)已有更多的論據(jù)說明真核生物可能起源于古核生物，論據(jù)如下：（1）古細(xì)菌的細(xì)胞壁成分與真核細(xì)胞一樣；（2）古核細(xì)胞DNA中有重復(fù)序列的存在；（3）具有組蛋白；（4）古核細(xì)胞的核糖體與真細(xì)菌的差異很大，從對抗生素的反應(yīng)看，應(yīng)更類似真核細(xì)胞的核糖體；（5）根據(jù)對5SrRNA的分子進(jìn)化分析和二級結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類。而真細(xì)菌卻與之差別甚遠(yuǎn)。第三節(jié)真核細(xì)胞主要特點(diǎn)：以生物膜為基礎(chǔ)進(jìn)一步分化，使細(xì)胞內(nèi)部產(chǎn)生許多功能區(qū)室，它們各自分工負(fù)責(zé)又相互協(xié)調(diào)和協(xié)作。兩種主要類型：動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。一、真核細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)體系

真核細(xì)胞是三大基本結(jié)構(gòu)體系：以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；以核酸DNA、RNA和蛋白質(zhì)為主的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)；由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。（一）生物膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)具有膜包被結(jié)構(gòu)的總稱，主要是各種獨(dú)立的細(xì)胞器。有細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體等。功能：為細(xì)胞提供保護(hù)、使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)室化、為細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸提供了特殊的運(yùn)輸通道（二）遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)

包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、核糖體的裝配和蛋白質(zhì)的合成該系統(tǒng)又稱為顆粒纖維結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括細(xì)胞核和核糖體。細(xì)胞核中的染色質(zhì)是由DNA和組蛋白構(gòu)成。染色體的一級結(jié)構(gòu)是由核小體組成的串珠結(jié)構(gòu)。核糖體是由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的顆粒結(jié)構(gòu)，由大小兩個(gè)亞基組成，它是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所。（三）細(xì)胞骨架系統(tǒng)

細(xì)胞骨架系統(tǒng)是由一系列特異的蛋白裝配而成的網(wǎng)架系統(tǒng)。主要由微管、微絲和中間絲組成。包括細(xì)胞質(zhì)骨架和細(xì)胞核骨架。二、細(xì)胞的大小及其分析1、細(xì)胞體積的守恒定律：同一器官與組織的細(xì)胞，其大小在一個(gè)恒定的范圍之內(nèi)，器官的大小細(xì)胞的數(shù)量成正比。2、決定細(xì)胞體積的一些因素：（1）表面積與體積：細(xì)胞體積與相對表面積成反比。（2）核質(zhì)比：（3）物質(zhì)運(yùn)輸：細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)從一端向另一端運(yùn)輸或擴(kuò)散是有時(shí)間與空間的關(guān)系。真核細(xì)胞的細(xì)胞器真核生物由于進(jìn)化等級更高，細(xì)胞承擔(dān)的功能也逐漸增多，所以其結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了很大的變化，出現(xiàn)了許多區(qū)室化的結(jié)構(gòu)，稱之為細(xì)胞器。包括葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體、溶酶體、中心體、液泡等。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：由一層單位膜形成的囊狀、泡狀和管狀結(jié)構(gòu)，由于靠近細(xì)胞的內(nèi)側(cè)，所以稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。根據(jù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上是否有核糖體，將它分為光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。①

rER：合成蛋白質(zhì)的場所②

sER：合成脂肪的場所高爾基體分為順面和反面。主要功能是將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分類與包裝，然后分門別類地運(yùn)送到細(xì)胞特定部位或分泌到細(xì)胞外。核仁：體積一般較大，因?yàn)橐ＷC生產(chǎn)足夠的核糖體精細(xì)胞:除了攜帶一套完整的單倍基因組，其他結(jié)構(gòu)裝置主要保證其運(yùn)動(dòng)與進(jìn)入卵內(nèi)。即鞭毛和頂體(類似大溶酶體)。卵細(xì)胞:

預(yù)先儲(chǔ)存大量的mRNA、蛋白質(zhì)與養(yǎng)料，致使細(xì)胞體積驟增。3．生殖細(xì)胞：四、原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較

相同點(diǎn)：1.都具有類似的細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)；2.都以DNA作為遺傳物質(zhì)，并使用相同的遺傳密碼；3.都以一分為二的方式進(jìn)行細(xì)胞分裂；4.具有相同的遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯機(jī)制，有類似的核糖體結(jié)構(gòu)；5.代謝機(jī)制相同（如糖酵解和TCA循環(huán)）；6.具有相同的化學(xué)能貯能機(jī)制，如ATP合成酶（原核位于細(xì)胞質(zhì)膜上，真核位于線粒體膜）；7.光合作用機(jī)制相同（藍(lán)細(xì)菌與植物相比較）；8.膜蛋白的合成和插入機(jī)制相同；9.都是通過蛋白酶體（蛋白質(zhì)降解結(jié)構(gòu)）降解蛋白質(zhì)（古細(xì)菌與真核細(xì)胞相比較）。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的根本區(qū)別：①生物膜系統(tǒng)的分化演變；②遺傳信息量與遺傳裝置的擴(kuò)增與復(fù)雜化（遺傳信息重復(fù)序列與染色體的多倍性出現(xiàn)，真核細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯有嚴(yán)格的階段性與區(qū)域性）。由于上述的根本差異，真核細(xì)胞的體積也相應(yīng)擴(kuò)增，細(xì)胞內(nèi)部出現(xiàn)精密的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)——細(xì)胞骨架。（原核細(xì)胞更能適應(yīng)環(huán)境）原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較五、植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的比較植物細(xì)胞特有結(jié)構(gòu)（1）細(xì)胞壁

主要由纖維素、果膠質(zhì)、半纖維素、木質(zhì)素等組成。細(xì)胞壁某些部位有間隙，原生質(zhì)由此通過，形成胞間連絲。（2）液泡

由脂蛋白膜包圍的封閉系統(tǒng)，內(nèi)部是水溶液，溶有鹽、糖、色素等物質(zhì)，隨著細(xì)胞生長，可由小液泡合并成大液泡。作用：（1）調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境；（2）壓力滲透計(jì)作用。（3）葉綠體具有光合作用，為半自主性細(xì)胞器。液泡

滲透調(diào)節(jié)；貯藏；消化作用

植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：很多重要的細(xì)胞器和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜，核膜、染色質(zhì)、核仁、線粒體、高爾基體等，具有一分為二的分裂方式。不同點(diǎn)：植物有細(xì)胞壁、液泡、葉綠體；動(dòng)物細(xì)胞里有中心粒構(gòu)成的中心體等。第三節(jié)非細(xì)胞形態(tài)的生命體-病毒一、病毒的基本知識病毒（virus）一個(gè)核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體。病毒是寄生物：沒有獨(dú)立的能量代謝與能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，必須利用宿主細(xì)胞結(jié)構(gòu)、原料，能量與酶系統(tǒng)進(jìn)行增殖。類病毒（viroid）由一個(gè)感染性RNA組成朊病毒（prion）又稱蛋白質(zhì)感染因子,僅有感染性蛋白質(zhì)組成

注：同一種病毒內(nèi)兩種核酸不可同時(shí)存在。病毒分類：1、根據(jù)宿主范圍分

動(dòng)物病毒、植物病毒、細(xì)菌病毒2、按病毒核酸的類型、形態(tài)、大小、有無包膜等特征分類

根據(jù)核酸類型分：DNA病毒（單、雙鏈）

RNA病毒（單、雙鏈）根據(jù)病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：

DNA病毒與RNA病毒二、病毒的類型(6類）DNA病毒

雙鏈±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì)單鏈+DNA→±DNA→+RNA→蛋白質(zhì)+RNA:指與指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)在序列上完全一致的mRNA.RNA病毒

1.雙鏈±RNA→+mRNA→蛋白質(zhì)2.單鏈+RNA→-RNA→+RNA→蛋白質(zhì)3.單鏈-RNA→+RNA→蛋白質(zhì)4.單鏈+RNA→-DNA→±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì)(含反轉(zhuǎn)錄酶)

三、病毒的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)殼體(保護(hù)作用,抗原性)

核殼體核酸包膜(包膜小體)四、病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖病毒的復(fù)制：病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)分別復(fù)制病毒核酸與翻譯病毒蛋白，然后將核酸與蛋白裝配成病毒的基本結(jié)構(gòu)。病毒的增殖分為5個(gè)基本過程:吸附-注入-合成-組裝-釋放1、病毒侵入細(xì)胞，病毒核酸的感染

病毒對細(xì)胞的感染決定于病毒蛋白外殼同宿主細(xì)胞表面的受體能否特異結(jié)合，受體分子是宿主細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特異性。多數(shù)動(dòng)物病毒主要以細(xì)胞吞飲作用的方式進(jìn)入，但有些有包膜的病毒，以其包膜與細(xì)胞融合的方式進(jìn)入，噬菌體僅將核酸注入細(xì)胞中。病毒進(jìn)入細(xì)胞后，殼體被裂解。注：RNA病毒的核酸是在胞質(zhì)內(nèi)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。

DNA病毒的核酸是在細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。2、病毒核酸的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的合成根據(jù)核酸類型分：DNA病毒（單、雙鏈）

RNA病毒（單、雙鏈）單鏈DNA病毒分：侵染性RNA病毒非侵染性RNA病毒具逆轉(zhuǎn)錄酶的單鏈RNA病毒下面以雙鏈DNA病毒、單鏈RNA病毒與單鏈RNA腫瘤病毒為例，敘述復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成：（1）DNA病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成

DNA病毒進(jìn)入細(xì)胞后，在蛋白水解酶的作用下，殼體裂解，釋放出DNA。

在病毒DNA指導(dǎo)下，首先翻譯出“早期蛋白”?！霸缙诘鞍住弊饔茫孩訇P(guān)閉宿主細(xì)胞基因調(diào)控，抑制宿主細(xì)胞本身的核酸復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，及蛋白質(zhì)的合成。②起病毒特異性聚合酶的作用，以病毒DNA為模板復(fù)制新的DNA，并轉(zhuǎn)錄成mRNA，與宿主核糖體結(jié)合，翻譯病毒結(jié)構(gòu)蛋白。（2）RNA病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成

RNA病毒進(jìn)入細(xì)胞后，在脫衣酶的作用下，殼體裂解，釋放出RNA。在病毒RNA指導(dǎo)下，首先翻譯出“早期蛋白”?！霸缙诘鞍住弊饔茫孩訇P(guān)閉宿主細(xì)胞基因調(diào)控，抑制宿主細(xì)胞本身的核酸復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，及蛋白質(zhì)的合成。②起病毒特異性聚合酶的作用，以病毒DNA為模板復(fù)制新的DNA，并轉(zhuǎn)錄成mRNA，與宿主核糖體結(jié)合，翻譯病毒結(jié)構(gòu)蛋白。（3）RNA腫瘤病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成

RNA病毒進(jìn)入細(xì)胞后，在酶的作