细胞的统一性与多样性

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1、第二章第二章 细胞的统细胞的统一性与多样性一性与多样性内容提要内容提要第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征 一、细胞是生命活动的基本单一、细胞是生命活动的基本单位位 二、细胞的基本共性二、细胞的基本共性第二节第二节 原核细胞与古核细原核细胞与古核细胞胞 一、支原体一、支原体 二、细菌和蓝藻二、细菌和蓝藻 三、古核细胞三、古核细胞第三节第三节 真核细胞真核细胞 一、真核细胞的基本结构体系一、真核细胞的基本结构体系 二、细胞的大小二、细胞的大小 三、细胞形态结构与功能的关系三、细胞形态结构与功能的关系 四、原核细胞与真核细胞的比较四、原核细胞与真核细胞的比较 五、植物细胞与动物细胞的比较五、

2、植物细胞与动物细胞的比较第四节第四节 非细胞形态的生命非细胞形态的生命体体病毒及其与细胞的病毒及其与细胞的关系关系 一、病毒的基本知识一、病毒的基本知识 二、病毒在细胞内增殖二、病毒在细胞内增殖 三、病毒与细胞在起源于进化上三、病毒与细胞在起源于进化上的关系的关系第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位细胞的基本共性细胞的基本共性一、细胞是生命活动的基本单位一、细胞是生命活动的基本单位一切一切有机体有机体都由细胞构成，都由细胞构成，细胞细胞是是构成有构成有机体机体的基本单位的基本单位细胞是细胞是代谢与功能代谢与功能的基本单位的基本单位细胞是有机

3、体细胞是有机体生长与发育生长与发育的基础的基础细胞是细胞是繁殖繁殖的基本单位，是遗传的桥梁的基本单位，是遗传的桥梁细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点点关于细胞概念的一些关于细胞概念的一些新思考新思考植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞的全能性的全能性的全能性的全能性受精卵的受精卵的受精卵的受精卵的全能性全能性全能性全能性动物体细胞的全能性动物体细胞的全能性动物体细胞的全能性动物体细胞的全能性克隆羊克隆羊克隆羊克隆羊“ “DollyDollyDollyDolly” ”细胞概念的一些新思考细胞概念的一些新思考 细胞是多层次非线性的复杂细胞是多层次非线性的复杂结构

4、体系结构体系 细胞具有高度复杂性和组织性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细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体综合体 细胞完成各种化学反应细胞完成各种化学反应； 细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量； 细胞参与大量机械活动；细胞参与大量机械活动； 细胞对刺激作出反应；细胞对刺激作出反应； 细胞是高度有序的、具有自组装能力的自组织体系。细胞是高度有序的、具有自组装能力的自组织体系。 细胞能进行自我调控；细胞能进行自我调控； 繁殖和传留后代繁殖和传留后代。代谢分子代谢分子二、细胞的基本共性二、细胞的基本共性所有的细胞都有相似的化学组成所有的细胞都

5、有相似的化学组成脂脂蛋白体系的生物膜蛋白体系的生物膜DNARNA的遗传装置的遗传装置蛋白质合成的机器蛋白质合成的机器核糖体核糖体一分为二的分裂方式一分为二的分裂方式原核细胞原核细胞原核细胞原核细胞（没有核膜）（没有核膜）（没有核膜）（没有核膜） 原核生物原核生物原核生物原核生物 细胞的分类细胞的分类古核细胞古核细胞古核细胞古核细胞( ( ( (古细菌古细菌古细菌古细菌/ / / /原细菌原细菌原细菌原细菌) ) ) ) 古核生物古核生物古核生物古核生物细菌细菌细菌细菌( ( ( (球菌、杆菌、螺旋菌球菌、杆菌、螺旋菌球菌、杆菌、螺旋菌球菌、杆菌、螺旋菌) ) ) )蓝藻蓝藻蓝藻蓝藻衣原体、立克

6、次体、放线菌衣原体、立克次体、放线菌衣原体、立克次体、放线菌衣原体、立克次体、放线菌支原体支原体支原体支原体真核细胞真核细胞真核细胞真核细胞（典型细胞核）（典型细胞核）（典型细胞核）（典型细胞核） 真核生物真核生物真核生物真核生物（单细胞（单细胞（单细胞（单细胞/ / / /多细胞真核生物）多细胞真核生物）多细胞真核生物）多细胞真核生物）生生物物界界细细胞胞第二节第二节 原核细胞原核细胞与古核细胞与古核细胞古核细胞（古细菌）原核原核细胞：胞：uu原核细胞的基本特点原核细胞的基本特点uu原核细胞的主要类型：原核细胞的主要类型：支原体支原体、细菌细菌、蓝藻蓝藻 遗传的信息量小，一个环状DNA构成；

7、 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。 原核细胞基本特点一、最小、最简单的细胞一、最小、最简单的细胞支原体支原体（MycoplasmaMycoplasma, the simplest & smallest cell, the simplest & smallest cell ）大小介于细菌与病毒之间，一般直径为大小介于细菌与病毒之间，一般直径为0 01 10 03m3m，不能用滤器。，不能用滤器。 无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。二、细二、细 菌菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体是在自然界分布最广、个体数

8、量最多的有机体可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）绝大多数细菌的直径在绝大多数细菌的直径在0.55m之间之间细菌细菌1.细菌细胞的表面结构细菌细胞的表面结构主要指细胞膜、细胞壁及其特化结构主要指细胞膜、细胞壁及其特化结构(中膜体、荚膜、鞭毛中膜体、荚膜、鞭毛等等)。细胞膜是细胞表面的重要结构。细胞膜是细胞表面的重要结构。 细胞膜细胞膜的功能包括：的功能包括：选择性地物质运输；选择性地物质运输；细菌细细菌细胞膜含有丰富的酶系，执行重要的代谢功能。胞膜含有丰富的酶系，执行重要的代谢功能。 中膜体中膜体由细胞膜内陷形成，可能起由细胞膜内陷形成，可能起DNA复制的支

9、点作复制的支点作用。用。 细胞壁细胞壁的的共同成分是肽聚糖共同成分是肽聚糖 ，革兰氏阳性菌与阴性，革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁成分与结构差异明显。菌细胞壁成分与结构差异明显。 荚荚 膜膜是某些细菌表面的特殊结构，是位于细胞壁表面是某些细菌表面的特殊结构，是位于细胞壁表面的一层粘液物质。的一层粘液物质。 鞭鞭 毛毛是某些细菌的运动器官，结构简单是某些细菌的运动器官，结构简单2.细菌细胞的核区与基因细菌细胞的核区与基因一个环状的DNA分子盘绕在核区，没有或有极少的组蛋白，无明显的Feulgen正反应。DNA复制不受细胞分裂周期的限制，可以连续进行，且DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译可以同时进行,这

10、是细菌乃至整个原核细胞器与真核细胞最显著的差异之一。3、细菌细胞的核糖体、细菌细胞的核糖体 核糖体的沉降系数为核糖体的沉降系数为70S，由由50S大亚单位和大亚单位和30S亚单位亚单位组成。大亚单位含有组成。大亚单位含有23S rRNA, 5S rRNA和和30多种蛋白质，多种蛋白质，对红霉素与氯霉素敏感；小亚单位含有对红霉素与氯霉素敏感；小亚单位含有16S RNA与与20多种多种蛋白质，对四环素与链霉素敏感。蛋白质，对四环素与链霉素敏感。4、细菌细胞核外、细菌细胞核外DNA 核外核外DNA：质粒。裸露的环状质粒。裸露的环状DNA，能自我复制，并可整能自我复制，并可整合到核合到核DNA中。中。

11、5、细菌细胞的内生孢子、细菌细胞的内生孢子 又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。 内生孢子：细菌细胞内的重要物质内生孢子：细菌细胞内的重要物质(特别是特别是DNA)，积聚在，积聚在细胞的一端，形成致密体，可度过恶劣环境。细胞的一端，形成致密体，可度过恶劣环境。6、细菌细胞的增殖、细菌细胞的增殖 细菌的增殖为直接分裂细菌的增殖为直接分裂大大肠肠杆杆菌菌淋淋病病球球菌菌肉肉毒毒梭梭菌菌弧弧形形霍霍乱乱菌菌三、蓝三、蓝 藻藻原核细胞蓝藻细胞颤藻、蓝球藻、项圈藻、念珠藻（发菜）等属于蓝藻颤藻、蓝球藻、项圈藻、念珠藻（发菜）等属于蓝藻古古 核核 细细 胞胞

12、（古细菌，（古细菌，archaebacteriaarchaebacteria）多生活在极端的生态环境中。具原核生物某些特征，也有真核生物的特征，还有不同于原核生物和真核生物的特征。与真核细胞曾在进化上有过共同历程可能是真核细胞的祖先。 主要特征 主要证据 进化系统树古细菌（古细菌（archaebacterium） 无核膜及内膜系统；无核膜及内膜系统；以甲硫氨酸起始蛋白质的合成，核糖体对氯霉素以甲硫氨酸起始蛋白质的合成，核糖体对氯霉素不敏感、不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、具有内聚合酶和真核细胞的相似、具有内含子和组蛋白。含子和组蛋白。细胞膜中的脂类不可皂化，细胞壁不含肽聚糖。细胞膜中的脂

13、类不可皂化，细胞壁不含肽聚糖。生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌。极端嗜热菌。 各类生物能忍受的上限温度：各类生物能忍受的上限温度：古细菌古细菌113细菌细菌90真菌真菌60藻类藻类55-60原生动物原生动物56维管束植物维管束植物49鱼类和其他水生脊椎动物鱼类和其他水生脊椎动物38 主要证据主要证据（1 1）细胞壁细胞壁成分与真核细胞相似。成分与真核细胞相似。（2 2）DNADNA与基因结构：古细菌与基因结构：古细菌DNADNA中有中有重复序列重复序列的存在。的存在。多数古核细胞的基因组中存在多数古核细胞的基因组中存在内含子内含

14、子。 （3 3）有有类核小体类核小体结构：古细菌具有组蛋白，与结构：古细菌具有组蛋白，与DNADNA构构建成类似核小体结构。建成类似核小体结构。 （4 4）有类似真核细胞的）有类似真核细胞的核糖体核糖体。 （5 5）5 5S S rRNArRNA：根据根据对对5 5S S rRNArRNA的分析，的分析，认为认为古古细细菌与菌与真核生物同属一真核生物同属一类类，而真，而真细细菌却与之差距甚菌却与之差距甚远远。（6 6）根据）根据DNADNA聚合酶聚合酶分析、分析、氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶的作用、的作用、起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA与肽链与肽链延长因子延长因子等分析，也说

15、明古细等分析，也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。菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。生命界生命界生命分三界生命分三界真细菌真细菌真细菌真细菌真核生物真核生物真核生物真核生物古细菌古细菌古细菌古细菌第三节第三节 真真 核核 细细 胞胞一、真核细胞的基本结构体系二、细胞的大小及其分析三、原核细胞与真核细胞的比较四、植物细胞与动物细胞的比较一、真核细胞的一、真核细胞的基本结构体系基本结构体系（一）生物膜结构系统细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体（以脂质及蛋白质成分为基础）（二）遗传信息表达系统细胞核和核糖体（以核酸DNA或RNA与蛋白质为主要成分

16、）（三）细胞骨架系统细胞质骨架和细胞核骨架（微管、微丝和中间纤维，由特异蛋白分子装配构成的）二、细胞的大小及其二、细胞的大小及其分析分析各类细胞直径的比较细细胞胞类类型型直径大小（直径大小（um）最小的病毒最小的病毒支原体支原体细细胞胞细细菌菌细细胞胞动动植物植物细细胞胞原生原生动动物物细细胞胞0.020.10.3122030（1050）数百至数千数百至数千高级电子显微镜和高级电子显微镜和高级电子显微镜和高级电子显微镜和X X X X射射射射线衍射线衍射线衍射线衍射（小于（小于（小于（小于1nm1nm1nm1nm）超微结构：分子结构超微结构：分子结构超微结构：分子结构超微结构：分子结构扫描隧道

17、显微镜扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜（原子（原子（原子（原子级）级）级）级）原子、电子原子、电子原子、电子原子、电子细细细细胞胞胞胞大大大大小小小小的的的的分分分分析析析析光学显微镜光学显微镜光学显微镜光学显微镜(100(100(100(1000.2um)0.2um)0.2um)0.2um)显微结构：组织、细胞显微结构：组织、细胞显微结构：组织、细胞显微结构：组织、细胞肉眼肉眼肉眼肉眼（0.1mm0.1mm0.1mm0.1mm）器官、系统器官、系统器官、系统器官、系统电子显微镜电子显微镜电子显微镜电子显微镜（0.20.20.20.2umum）亚显微结构：细胞内亚显微结构：细胞内亚显

18、微结构：细胞内亚显微结构：细胞内部结构部结构部结构部结构真核细胞和原核细胞真核细胞和原核细胞植植物物真真核核细细胞胞亚亚显显微微结结构构动动物物真真核核细细胞胞亚亚显显微微结结构构细细菌菌原原核核细细胞胞模模式式图图蓝蓝藻藻原原核核细细胞胞模模式式图图真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较类别真核细胞原核细胞细胞大小细胞核细胞器生物类群较大较大较小较小有核膜、核仁，有有核膜、核仁，有真正细胞核真正细胞核无核膜、核仁，有无核膜、核仁，有拟核拟核只有核糖体只有核糖体有核糖体、线粒体有核糖体、线粒体内质网、高尔基体内质网、高尔基体叶绿体、液泡等叶绿体、液泡等真菌、动物、植物真菌、动物、植物

19、蓝藻、细菌蓝藻、细菌真核细胞与原核细胞最根本区别：真核细胞与原核细胞最根本区别：1. 1. 细胞膜系统的分化与演变；细胞膜系统的分化与演变；2. 2. 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。四、四、植物细胞与动物细胞植物细胞与动物细胞的的比较比较细胞器细胞器细胞器细胞器 动物细胞动物细胞动物细胞动物细胞 植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁 无无无无 有有有有叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体 无无无无 有有有有液泡液泡液泡液泡 无无无无 有有有有溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体 有有有有 无无无无圆球体圆球体圆球体圆球体 无无无无 有有有有乙醛酸循环体乙醛

20、酸循环体乙醛酸循环体乙醛酸循环体 无无无无 有有有有通讯连接方式通讯连接方式通讯连接方式通讯连接方式 间隙连接间隙连接间隙连接间隙连接 胞间连丝胞间连丝胞间连丝胞间连丝中心体中心体中心体中心体 有有有有 无无无无胞质分裂方式胞质分裂方式胞质分裂方式胞质分裂方式 收缩环收缩环收缩环收缩环 细胞板细胞板细胞板细胞板真核细胞：真核细胞：植物细胞和动物细胞植物细胞和动物细胞叶绿体叶绿体线粒体线粒体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜液泡液泡细胞质细胞质光面内质网光面内质网细胞核细胞核粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体高尔基体高尔基体线粒体线粒体细胞质细胞质细胞膜细胞膜细胞核细胞核粗面内质网粗面内质网光面内质网光

21、面内质网中心体中心体纤毛纤毛第四节第四节 病毒及其与细胞的关系病毒及其与细胞的关系一、病毒的基本知识一、病毒的基本知识二、病毒在细胞内的增殖二、病毒在细胞内的增殖三、病毒与细胞在起源与进化中的关系三、病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒是一种比较原始的、有生命特征的、病毒是一种比较原始的、有生命特征的、能自我复制和专性寄生细胞内的非细胞能自我复制和专性寄生细胞内的非细胞生物。生物。一、病毒的基本知识一、病毒的基本知识病毒（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两大类： DNA病毒与RNA病毒病毒的多样性： 类病毒（viroid）仅

22、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；Viruses腺病毒腺病毒 壳微粒壳微粒“非典型肺炎”元凶冠状病毒SARS病毒的化学组成和结构病毒的化学组成和结构（1）病毒的化学组成 大多数病毒由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等。（2）病毒的结构病毒体分两个部分：蛋白质衣壳和核酸内芯蛋白质衣壳和核酸内芯。病毒粒子有两类：一种是不具被膜（囊膜）的裸露病毒粒子；另一种有被膜包围的病毒粒子。最简单的病毒只有核酸，不具蛋白质，如寄生在植物体内的类病毒和拟病毒，只有RNA。大肠杆菌大肠杆菌T系列噬菌体系列噬菌体二、病毒的增殖 （一）、病毒的增殖过程各类病毒的增殖过程基本

23、相似，以E.coli T系列噬菌体为例，可分成以下五步：1. 吸附： 敏感细菌细胞表面的特定部位（受体）2. 侵入： DNA进入3. 复制： 借助于细菌的合成机构4. 装配（聚集）：装配成完整的大肠杆菌噬菌体5.宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子的释放： 101000个（平均为300个 释放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主细胞。大大肠肠杆杆菌菌T T系系列列噬噬菌菌体体的的繁繁殖殖过过程程H H H HI I I IV V V V的的的的增增增增殖殖殖殖过过过过程程程程类病毒类病毒类病毒是一类寄生于高等生物细胞中最小的病原体，与病毒类似，遗传物质是一小段RNA。 拟病毒拟病毒拟病毒又称类类病毒、壳内类病毒、卫星病毒等，是一类包裹在病毒体中的有缺陷的类病毒（RNA）。 朊病毒朊病毒是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具感染性的因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。能引起羊搔痒症和牛海绵状脑病（也叫“疯牛病”）。 三、病毒与细胞在起源与进化中的关系三、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