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第二章細胞的統(tǒng)一性與多樣性 第一節(jié)細胞的基本概念一 細胞是生命活動的基本單位細胞區(qū)別于無機界的主要特征 1 在結(jié)構(gòu)上具有自我裝配的能力 2 在生理活動中具有自我調(diào)節(jié)能力 3 在增殖上具有自我復(fù)制的能力 這些特征也可以說是生命的特征 它們的喪失即意味著死亡 如何理解細胞是生命活動基本單位 一 一切有機體都由細胞構(gòu)成 細胞是構(gòu)成有機體的基本單位 二 細胞具有獨立的 有序的自控代謝體系 細胞是代謝與功能的基本單位 三 細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎(chǔ) 四 細胞是遺傳的基本單位 細胞具有遺傳的全能性 五 沒有細胞就沒有完整的生命 二 細胞的共性1細胞的基本功能無論何種來源的細胞 都具有基本相似的功能 細胞能夠進行自我增殖和遺傳細胞能夠以一分為二的分裂方式進行增殖 動植物細胞 細菌細胞都是如此 細胞都能進行新陳代謝細胞內(nèi)有機分子的合成和分解反應(yīng)都是由酶催化的 即細胞的代謝作用是由酶控制的 細胞代謝包括物質(zhì)代謝和能量代謝 這也是細胞的基本特性 細胞都具有運動性所有細胞都具有一定的運動性 包括細胞自身的運動和細胞內(nèi)的物質(zhì)運動 2細胞的基本結(jié)構(gòu) 細胞都具有選擇透性的膜結(jié)構(gòu)細胞都具有一層界膜 將細胞內(nèi)的環(huán)境與外環(huán)境隔開 膜有兩個基本的作用 一是在細胞內(nèi)外起障礙作用 即不允許物質(zhì)隨意進出細胞 二是要在細胞內(nèi)構(gòu)筑區(qū)室 形成各功能特區(qū) 細胞都具有遺傳物質(zhì)和遺傳體系細胞內(nèi)最重要的物質(zhì)就是遺傳物質(zhì)DNA 現(xiàn)有的研究表明 在生命的進化過程中 最早的遺傳物質(zhì)是RNA而不是DNA 也就是說先出現(xiàn)RNA 后逐漸進化形成DNA 證明最早的遺傳物質(zhì)是RNA而不是DNA的證據(jù)是什么 細胞都具有核糖體所有類型的細胞 除紅細胞外 包括最簡單的支原體都含有核糖體 真核細胞和原核細胞的核糖體不僅功能相同 在結(jié)構(gòu)上也十分相似 都是由大小兩個亞基組成的 只不過原核細胞的核糖體比真核細胞的核糖體稍小一些 第二節(jié)原核細胞Prokaryoticcell 沒有核膜 遺傳物質(zhì)集中在一個沒有明確界限的低電子密度區(qū) 稱為擬核 nucleoid DNA為裸露的環(huán)狀雙螺旋分子 通常沒有結(jié)合蛋白 沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng) 核糖體為70S型 原核細胞構(gòu)成的生物稱為原核生物 均為單細胞生物 一般以二分裂的方式繁殖 也有的產(chǎn)生孢子 一 支原體 mycoplasma 支原體是目前發(fā)現(xiàn)的最簡單 體積最小的原核細胞 也是惟一一種沒有細胞壁的原核細胞 支原體具有細胞膜 它有一環(huán)狀雙螺旋DNA 沒有類似細菌的核區(qū) 擬核 能指導(dǎo)合成700多種蛋白質(zhì) 支原體細胞中惟一可見的細胞器是核糖體支原體沒有鞭毛 無活動能力 一個細胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu) 二 細菌 bacteria 細菌是原核細胞的主要類群 是在自然界分布最廣 個體數(shù)量最多的有機體 可分為 球菌 桿菌和螺旋菌 弧形菌 絕大多數(shù)細菌的直徑在0 5 5 m之間 細菌細胞的基本特點 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)和功能的細胞器與核膜 大腸桿菌 淋病球菌 肉毒梭菌 弧形霍亂菌 1 細胞壁主要成分是肽聚糖 肽聚糖是革蘭陽性菌細胞壁的主要成分 2 細胞膜中膜體 mesosome 或間體 中膜體擴大了細胞膜的表面積 提高了代謝效率 其中含有細胞色素和琥珀酸脫氫酶 為細胞提供呼吸酶 有擬線粒體 Chondroid 之稱 此外還可能與DNA的復(fù)制有關(guān) 3 細胞質(zhì)與核質(zhì)體由于沒有核膜 因此DNA的復(fù)制 RNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白的質(zhì)合成可同時進行 4 質(zhì)粒 plasmid 除核區(qū)DNA外 可進行自主復(fù)制的遺傳因子 是裸露的環(huán)狀DNA分子 所含遺傳信息量為2 200個基因 能進行自我復(fù)制 有時能整合到核DNA中去 質(zhì)粒常用作基因重組與基因轉(zhuǎn)移的載體 5 莢膜 許多細菌的最外表還覆蓋著一層多糖類物質(zhì) 邊界明顯的稱為莢膜 capsule 莢膜對細菌的生存具有重要意義 細菌不僅可利用莢膜抵御不良環(huán)境 保護自身不受白細胞吞噬 而且能有選擇地粘附到特定細胞的表面上 表現(xiàn)出對靶細胞的專一攻擊能力 三 藍藻 又稱藍細菌Cyanobacteria 是最簡單的自養(yǎng)生物 它的光合作用類似于高等植物 而不同于光合細菌 沒有葉綠體 但有質(zhì)膜內(nèi)陷形成的捕光裝置 DNA分子環(huán)狀 但遺傳信息量很大 可與高等植物相比 第三節(jié)真核細胞 具有核膜 由膜圍成的各種細胞器 如核膜 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體 線粒體 葉綠體 溶酶體等在結(jié)構(gòu)上形成了一個連續(xù)的體系 稱為內(nèi)膜系統(tǒng) 內(nèi)膜系統(tǒng)將細胞質(zhì)分隔成不同的區(qū)域 即所謂的區(qū)隔化 compartmentalization 區(qū)隔化使細胞內(nèi)表面積增加了數(shù)十倍 代謝能力增強 一 生物膜體系 基本作用是為細胞提供保護 生物膜體系為細胞提供較多的質(zhì)膜表面 使細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)室化 為細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸提供了特殊的運輸通道 保證了各種功能蛋白及時準確地到位而又互不干擾 2 遺傳信息表達結(jié)構(gòu)系統(tǒng) geneticexpressionsystem 該系統(tǒng)又稱為顆粒纖維結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 包括細胞核和核糖體 以核酸與蛋白質(zhì)為主要成分構(gòu)建而成 3 細胞骨架系統(tǒng) cytoskeletonicsystem 細胞骨架是由蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)搭建起的骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 包括細胞質(zhì)骨架和細胞核骨架 細胞骨架的主要成分是微管 微絲和中間纖維 細胞骨架系統(tǒng)的主要作用是維持細胞的一定形態(tài) 細胞骨架對于細胞內(nèi)物質(zhì)運輸和細胞器的移動來說又起交通動脈的作用 細胞骨架還將細胞內(nèi)基質(zhì)區(qū)域化 此外 細胞骨架還具有幫助細胞移動行走的功能 CytoskeletalFunctions 二 細胞的大小 一般而言 真核細胞大于原核細胞 高等動物的卵細胞大于體細胞 最小的細胞是支原體 直徑只有100納米 最大的細胞是鳥類的卵細胞 2 1細胞下限lowerlimit一個細胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu)裝置與機能是 細胞膜 遺傳信息載體DNA與RNA 進行蛋白質(zhì)合成的一定數(shù)量的核糖體以及催化主要酶促反應(yīng)所需要的酶 這些在支原體細胞內(nèi)已基本具備 支原體是最小最簡單的細胞 2 2細胞上限upperlimit器官的大小主要決定于細胞的數(shù)量 與細胞的數(shù)量成正比 而與細胞的大小無關(guān) 這種關(guān)系有人稱之為 細胞體積的守恒定律 細胞最大體積的極限與什么因素有關(guān) 細胞的體積受什么因素控制 1 細胞的相對表面積與體積的關(guān)系 2 細胞的核與質(zhì)之間有一定的比例關(guān)系 3 細胞內(nèi)物質(zhì)的交流與細胞體積的關(guān)系 數(shù)百微米直徑的細胞應(yīng)被認為是上限 思考題 1雞蛋是一個細胞嗎 2真核細胞的體積一般是原核細胞的1000倍 真核細胞如何解決細胞內(nèi)重要分子的濃度問題 三 細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 草履蟲 眼蟲 鐘形蟲 植物氣孔細胞 植物薄壁細胞 木材中的導(dǎo)管 人類紅細胞 巨噬細胞 神經(jīng)元細胞 舉例說明細胞的形態(tài)與功能相適應(yīng) 細胞及細胞器的計量單位微米 m 和納米 nm 四 真核細胞與原核細胞的比較 功能上的共同點 結(jié)構(gòu)上的共同點 都是生命的基本結(jié)構(gòu)單位 都有細胞膜 都能進行分裂 都有DNA和RNA 都能遺傳 都有核糖體 綜合原核細胞和真核細胞的特點 二者的根本區(qū)別可歸納為下面兩條 第一 細胞膜系統(tǒng)的分化與演變真核細胞以膜分化為基礎(chǔ) 分化為結(jié)構(gòu)更精細 功能更專一的單位 各種膜圍細胞器 使細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)與職能分工 而原核細胞無此情況 第二 遺傳信息量大與遺傳裝置的復(fù)雜化真核細胞的遺傳信息可達上萬個基因 并具重復(fù)序列 染色體功能具二倍性或多倍性 原核細胞為單倍性 僅為一條環(huán)狀DNA分子 細菌只有幾千個基因 第四節(jié)非細胞形態(tài)的生命體 病毒及其與細胞的關(guān)系 1病毒是比細胞更小的生命體 個體微小 可通除濾菌器 大多數(shù)必須用電鏡才能看見 僅具有一種類型的核酸 或DNA或RNA 沒有含兩種核酸的病毒 專營細胞內(nèi)寄生生活 具有受體連結(jié)蛋白 receptorbindingprotein 與敏感細胞表面的病毒受體連結(jié) 進而感染細胞 脊髓灰質(zhì)炎病毒球形病毒 煙草花葉病毒線形病毒 痘病毒磚形病毒 狂犬病毒子彈形病毒 有被膜 T4噬菌體蝌蚪形病毒 流感冒病毒絲狀有被膜的病毒 流感病毒粒子 2病毒的生活史病毒不僅沒有細胞結(jié)構(gòu) 而且也不能獨立生存 只能在活細胞中進行增殖 復(fù)制 病毒的生活史包括五個基本過程 吸附 absorption 病毒對細胞的感染起始于病毒蛋白外殼同宿主細胞表面特殊的受體結(jié)合 受體分子是宿主細胞膜或細胞壁的正常成分 因此 病毒的感染具有特異性 侵入 penetration 病毒吸附到宿主細胞表面之后 將它的核酸注入到宿主細胞內(nèi) 病毒感染細菌時 用酶將細菌的細胞壁穿孔后注入病毒核酸 對動物細胞的感染 則是通過胞吞作用 病毒完全被吞入 復(fù)制 replication 病毒核酸進入細胞后有兩種去向 一是病毒的遺傳物質(zhì)整合到宿主的基因組中 形成溶原性病毒 第二種情況是病毒DNA 或RNA 利用宿主的酶系進行復(fù)制和表達 成熟 maturation 一旦病毒的基因進行表達就可合成病毒裝配所需的外殼蛋白 并將病毒的遺傳物質(zhì)包裹起來 形成成熟的病毒顆粒 釋放 release 病毒顆粒裝配之后 它們就可從被感染的細胞中釋放出來進入細胞外 并感染新的細胞 有些病毒釋放時要將被感染的細胞裂解 有些則是通過分泌的方式進入到細胞外 動物病毒進入細胞主要的三種方式 流感病毒的吞入式侵入 冠狀病毒的出芽釋放 電子顯微鏡觀察的患者SARS病毒 冠狀病毒進入細胞 SARS的新涵義 Smileandremainsmile 同舟共濟 戰(zhàn)勝非典 作業(yè) 一 填空題1 所有細胞的表面均有由磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成的細胞膜 所有的細胞都含有2種核酸 所有細胞都以二分裂方式增殖 所有細胞內(nèi)均存在蛋白質(zhì)生物合成的機器核糖體 2 病毒是迄今發(fā)現(xiàn)的最的 最的專性內(nèi)寄生的生物 3 病毒核酸是病毒的唯一的貯存場所 是病毒的單位 病毒蛋白質(zhì)構(gòu)成病毒的 具有作用 4 病毒的增殖一般可分為 和三個階段 5 原核細胞的遺傳信息量 遺傳信息載體僅由一個狀的構(gòu)成 細胞內(nèi)沒有專門的和 其細胞膜具有性 6 一個細胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu)為 和催化酶促反應(yīng)所需要的酶 7 病毒的抗原性是由來決定的 8 原核細胞和真核細胞核糖體的沉降系數(shù)分別為和 9 細菌細胞表面主要是指和及其特化結(jié)構(gòu) 和等 10 真核細胞亞顯微水平的三大基本結(jié)構(gòu)體系是 和 11 目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細胞是 直徑只有 12 細胞的與的相關(guān)性和一致性是很多細胞的共同特點 二 選擇題1在病毒與細胞起源的關(guān)系上 下面的 觀戰(zhàn)越來越有說服力 A 生物大分子 病毒 細胞B 生物大分子 細胞和病毒C 生物大分子 細胞 病毒D 都不對2 SARS病毒是 A DNA病毒B RNA病毒C 類病毒D 朊病毒3 原核細胞的呼吸酶定位在 A 細胞質(zhì)中B 質(zhì)膜上C 線粒體內(nèi)膜上D 類核區(qū)內(nèi)4 在英國引起瘋牛病的病原體是 A 朊病毒 prion B 病毒 Virus C 立克次體D 支原體5 逆轉(zhuǎn)錄病毒是一種 A 雙鏈DNA病毒B 單鏈DNA病毒C 雙鏈RNA病毒D 單鏈RNA病毒 三 判斷題1 病毒是僅由一種核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體 2 細胞的體積有大小不同 但各種細胞核的大小常懸殊不大 3 所有細胞的表面均有由磷酯