細(xì)胞生物學(xué)課件第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性,第一節(jié)細(xì)胞的基本概念第二節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命體第三節(jié)非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命體,第一節(jié)細(xì)胞的基本概念,細(xì)胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位細(xì)胞的基本共性細(xì)胞概念的一些新思考,細(xì)胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位,1、細(xì)胞是是構(gòu)成有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位2、代謝與功能的基本單位，具有完整的代謝和調(diào)節(jié)體系，不同的細(xì)胞執(zhí)行不同的功能；3、具有自我復(fù)制的能力，是生長與發(fā)育的基礎(chǔ)4、細(xì)胞是遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。5、沒有細(xì)胞就沒有完整的生命,細(xì)胞的基本共性,具有相似的化學(xué)組成-元素11+14所有的細(xì)胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜。所有的細(xì)胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。作為蛋白質(zhì)合成的機(jī)器核糖體，毫無例外地存在于一切細(xì)胞內(nèi)。所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)行分裂。,生命,具有新陳代謝功能、具有遺傳和繁殖能力。具有生命的物體稱為生命體，也叫生物。,1、所有細(xì)胞具有細(xì)胞膜,核糖體,細(xì)胞分裂,核酸,細(xì)胞概念的一些新思考,細(xì)胞是多層次非線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系細(xì)胞具有高度復(fù)雜性和組織性細(xì)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(xì)胞完成各種化學(xué)反應(yīng)；細(xì)胞需要和利用能量；細(xì)胞參與大量機(jī)械活動；細(xì)胞對刺激作出反應(yīng)；細(xì)胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。細(xì)胞能進(jìn)行自我調(diào)控；繁殖和傳留后代；,第三節(jié)非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命體,一、病毒1、病毒的發(fā)現(xiàn)2、病毒的基本特征3、病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)4、病毒的分類5、病毒在細(xì)胞內(nèi)的活動,二、類病毒三、病毒的進(jìn)化地位四、蛋白質(zhì)感染因子,是一類非細(xì)胞形態(tài)的微生物，特征：個體微小，可通過濾菌器，大多數(shù)病毒必須用電鏡才能看見，一般在2030nm之間；核酸為DNA或RNA，沒有含兩種核酸的病毒；專營細(xì)胞內(nèi)寄生生活；具有受體連結(jié)蛋白(receptorbindingprotein)，與敏感細(xì)胞表面的病毒受體連結(jié)，進(jìn)而感染細(xì)胞。,2、病毒的基本特征,LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000),3、病毒的結(jié)構(gòu),由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白質(zhì)衣殼(capsid)所構(gòu)成，稱核衣殼(nucleocapsid)。各種病毒所含的遺傳信息量不同，少的只含有3個基因，多的可達(dá)300個基因。,有的病毒衣殼外面尚有一層被膜(envelope)，這層被膜是病毒粒子脫離細(xì)胞時，包被上的宿主細(xì)胞的質(zhì)膜，被膜中含有病毒融合蛋白，如流感病毒。病毒融合蛋白在病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞時起著關(guān)鍵作用。組成病毒衣殼的亞單位稱殼微粒(capsomer)。病毒的形成不需要酶的參加，只要條件具備，便可完成自我裝配。一個成熟有感染性的病毒顆粒稱“病毒體”（virion）。其裝配形式有二十面體對稱、螺旋對稱和復(fù)合對稱三種類型。,Viruses,病毒有五種形態(tài)：球形(Sphericity)：大多數(shù)人類和動物病毒為球形，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等；絲形(Filament)：多見于植物病毒，如煙草花葉病病毒，人類流感病毒有時也可形成絲形；彈形(Bullet-shape)：形似子彈頭，如狂犬病病毒等，其他多為植物病毒。磚形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；蝌蚪形(Tadpole-shape)：由一卵圓形的頭及一條細(xì)長的尾組成，如噬菌體。其中為二十面體對稱;、為螺旋對稱;、復(fù)合對稱。,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,根據(jù)寄生的宿主不同，病毒可分為：動物病毒、植物病毒、細(xì)菌病毒(即噬菌體)根據(jù)病毒所含的核酸的性質(zhì)和狀態(tài)不同，可將病毒分為6類：雙鏈DNA+mRNA蛋白質(zhì)，如天花病毒、T-偶數(shù)噬菌體。單鏈+DNADNA+RNA蛋白質(zhì)，如細(xì)小DNA病毒。雙鏈RNA+mRNA蛋白質(zhì)，如呼腸孤病毒。單鏈+RNARNA+RNA蛋白質(zhì)脊髓灰質(zhì)炎病毒。單鏈RNA+RNA+蛋白質(zhì)，如流感病毒、狂犬病毒。單鏈+RNADNADNA+mRNA蛋白質(zhì)，即逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）又稱RNA腫瘤病毒(oncornavirus)。,4、病毒的分類,反轉(zhuǎn)錄病毒的生活史,5、病毒在細(xì)胞內(nèi)的活動,病毒只有在侵入細(xì)胞以后才表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。病毒的生活周期可分為兩個階段：細(xì)胞外階段，以成熟的病毒粒子形式存在；細(xì)胞內(nèi)階段，即感染階段，在此階段中進(jìn)行復(fù)制和繁殖。感染階段開始時，病毒的遺傳物質(zhì)由衣殼中釋放出來，注入宿主細(xì)胞中，然后在病毒核酸信息的指導(dǎo)控制下，形成新的病毒粒子。,二、類病毒,沒有蛋白質(zhì)外殼，僅為一裸露的RNA分子。不能像病毒那樣感染細(xì)胞，只有當(dāng)植物細(xì)胞受到損傷，失去了膜屏障，它們才能在供體植株與受體植株間傳染。馬鈴薯錘管類病毒僅由一個含359個核苷酸單鏈環(huán)狀RNA分子組成，鏈內(nèi)有一些互補序列。分子長約4050nm，不能制造衣殼蛋白。,三、病毒的進(jìn)化地位,病毒是非細(xì)胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)。病毒與細(xì)胞在起源上的關(guān)系，目前存在3種主要觀點：生物大分子病毒細(xì)胞病毒生物大分子細(xì)胞生物大分子細(xì)胞病毒,無論是病毒還是類病毒都不具有獨立進(jìn)行生物合成的能力，它們都是細(xì)胞的寄生物，因此在進(jìn)化上病毒的出現(xiàn)不可能早于細(xì)胞。病毒的前身很可能是在宿主染色體外獨立進(jìn)行復(fù)制的質(zhì)粒(plasmid)。質(zhì)粒既有DNA型的，也有RNA型的。它與病毒一樣具有專一的核苷酸序列作為復(fù)制的起始部位。當(dāng)質(zhì)粒獲得了為衣殼蛋白質(zhì)編碼的基因時，即意味著病毒出現(xiàn)了。,四、蛋白質(zhì)感染因子,S.B.Prusiner1982年發(fā)現(xiàn)于患羊瘙癢病（scrapie）的倉鼠，命名為prion。Prusiner因此于1997年獲得諾貝爾獎。蛋白質(zhì)感染子蛋白(prionprotein，簡稱PrP)，由Prnp基因編碼，該基因位于人20號染色體，小鼠2號染色體。這種蛋白質(zhì)存在于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞表面上，可能其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。正常Prnp基因產(chǎn)物為PrPc蛋白，對蛋白酶很敏感，具有致病作用的是PrPSc蛋白。,PRION,PrPC,PrPSC,PrPsc的增殖,vCJD病人大腦組織切片，左、海綿狀病變及周圍的沉淀斑，右、淀粉樣蛋白沉淀，短線表示50um。引自StanleyB.Prusiner1997,目前已知的人類PRION疾病主要有：,克-雅二氏病（CreutzfeldtJakobdisease，CJD）：自身PrP蛋白發(fā)生變異引起的。變異型克-雅氏?。╲CJD）：PRION感染。GSS綜合征（Gerstmann-StrausslerScheinkerdisease）：由Prnp基因缺陷引起?？唆敳。↘uru）：PRION感染。致死性家族性失眠癥（Fatalfamilialinsomnia，F(xiàn)FI）：Prnp基因變異。,第二節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命體,原核細(xì)胞古核細(xì)胞真核細(xì)胞,原核細(xì)胞,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(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，均為單細(xì)胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有的產(chǎn)生孢子。支原體、衣原體與立克次氏體細(xì)菌藍(lán)藻,支原體mycoplasma,大小通常為0.20.3m，可通過濾菌器。無細(xì)胞壁，不能維持固定的形態(tài)而呈現(xiàn)多形性。細(xì)胞膜中膽固醇含量較多，約占36%，凡能作用于膽固醇的物質(zhì)（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原體膜的破壞而使支原體死亡?；蚪M為環(huán)狀雙鏈DNA，分子量?。▋H有大腸桿菌的五分之一），合成與代謝很有限。肺炎支原體的一端有一種特殊的末端結(jié)構(gòu)（terminalstructure），能使支原體粘附于呼吸道粘膜上皮細(xì)胞表面，與致病性有關(guān)。,肺炎支原體,衣原體和立克次氏體,衣原體（Chlamydia）直徑200nm-500nm，能通過濾菌膜。立克次氏體（Rickettsia）略大。細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)類似于革蘭氏陰性菌，酶系統(tǒng)不完全，必須在寄主細(xì)胞內(nèi)生活，有攝能寄生物(energeparasite)之稱。砂眼是衣原體引起的，由于能形成包含體，起初被認(rèn)為是大型病毒，1956年，我國著名微生物學(xué)家湯飛凡及其助手張曉樓等人首次分離到沙眼的病原體。立克次氏體也是專性細(xì)胞內(nèi)寄生的，與衣原體的不同處在于其細(xì)胞較大，無濾過性，合成能力較強(qiáng)，且不形成包涵體。,Chlamydiapneumoniaeassociatedwithmacrophages(RAWcells).A.TypicalpearshapedEBs(arrows)areshownatthemacrophagesurface.B.IntracellularEBs.,藍(lán)藻,又稱藍(lán)細(xì)菌，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(xì)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。體積比其它原核細(xì)胞大得多，直徑約10m左右，甚至可達(dá)70m(顫藻)。屬單細(xì)胞生物，但有些藍(lán)藻經(jīng)常以絲狀的細(xì)胞群體存在，如：屬藍(lán)藻門念珠藻類的發(fā)菜(nostoccommunevar,flagtlliforme)就是藍(lán)藻的絲狀體。,Cyanobacteria,細(xì)菌,是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機(jī)體?？煞譃椋呵蚓U菌和螺旋菌（弧形菌）。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑在0.55m之間。細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和特點：,細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和特點,1、細(xì)胞壁2、細(xì)胞膜3、擬核4、核糖體5、質(zhì)粒,6、莢膜7、鞭毛8、菌毛9、繁殖,大腸桿菌,淋病球菌,1、細(xì)胞壁：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸構(gòu)成雙糖單元，以（1-4）糖苷鍵連接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽側(cè)鏈，相鄰聚糖纖維之間的短肽通過肽橋（革蘭氏陽性菌）或肽鍵（革蘭氏陰性菌）橋接起來，形成了肽聚糖片層，像膠合板一樣，粘合成多層。革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁厚約2080nm，有15-50層肽聚糖片層，每層厚1nm，含20-40的磷壁酸（teichoicacid），有的還具有少量蛋白質(zhì)。革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁厚約10nm，僅2-3層肽聚糖，另外還有脂多糖、細(xì)菌外膜和脂蛋白。,圖3-10細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),Grampositivebacterialcellwallstructurediagram,2、細(xì)胞膜：厚約810nm，外側(cè)緊貼細(xì)胞壁，通常不形成內(nèi)膜系統(tǒng)。一些行光合作用的原核生物，質(zhì)膜具有與捕光反應(yīng)有關(guān)的內(nèi)褶。一些革蘭氏陽性菌質(zhì)膜內(nèi)褶形成小管狀結(jié)構(gòu)，稱為間體(mesosome)，因其與DNA有聯(lián)系，推測可能起DNA復(fù)制的支點作用。,白喉桿菌的間體,3、擬核：沒有核膜，DNA分子裸露，所含的遺傳信息量可編碼20003000種蛋白質(zhì)，空間構(gòu)建十分精簡。,4、核糖體：約含500050000個。部分附著在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，大部分游離于細(xì)胞質(zhì)中。沉降系數(shù)為70S。由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成。30S的小亞單位對四環(huán)素與鏈霉素敏感，50S的大亞單位對紅霉素與氯霉素敏感。,5、質(zhì)粒(plasmid)：除核區(qū)DNA外，可進(jìn)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2200個基因，能進(jìn)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。,6、莢膜：細(xì)菌最外表的一層多糖類物質(zhì)，邊界明顯的稱莢膜（capsule），如肺炎球菌，邊界不明顯的稱粘液層（slimelayer），如葡萄球菌。功能：抵御不良環(huán)境；保護(hù)自身不受吞噬；選擇性的粘附到特定細(xì)胞的表面上。,Negativestainedbacteria,7、鞭毛：是某些細(xì)菌的運動器官，由一種稱為鞭毛蛋白的彈性蛋白構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上不同于真核生物的鞭毛。,8、菌毛：是菌體表面極其的蛋白纖細(xì)，須用電鏡觀察。與細(xì)菌運動無關(guān)，根據(jù)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細(xì)菌吸附和侵染宿主有關(guān)，后者為中空管子，與傳遞遺傳物質(zhì)有關(guān)。,9、繁殖：以二分裂的方式繁殖，某些細(xì)菌處于不利的環(huán)境，或耗盡營養(yǎng)時，形成內(nèi)生孢子，又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強(qiáng)抵抗力的休眠體。,分裂中的鏈球菌,分裂中的大腸桿菌,ThesporeofBacillusanthracis,真核細(xì)胞,真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系細(xì)胞的大小及其形狀原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較古核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較三種類型細(xì)胞異同,古核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較,（1）細(xì)胞壁成分與真核細(xì)胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖構(gòu)成，因此抑制壁酸合成的鏈霉素，抑制肽聚糖前體合成的環(huán)絲氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素與萬古霉素等對古細(xì)菌與真核細(xì)胞無作用。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌DNA中有重復(fù)序列的存在。多數(shù)古核細(xì)胞的基因組中存在內(nèi)含子。（3）有類核小體結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌具有組蛋白，而且能與DNA構(gòu)建成類似核小體結(jié)構(gòu)。（4）有類似真核細(xì)胞的核糖體：多數(shù)古細(xì)菌類的核糖體較真細(xì)菌有增大趨勢，含有60種以上蛋白，介于真核細(xì)胞（7084）與真細(xì)菌（55）之間?？股赝瑯硬荒芤种乒藕思?xì)胞類的核糖體的蛋白質(zhì)合成。（5）5SrRNA：根據(jù)對5SrRNA的分子進(jìn)化分析，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類，而真細(xì)菌卻與之差距甚遠(yuǎn)。5SrRNA二級結(jié)構(gòu)的研究也說明很多古細(xì)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，起始氨基酰tRNA與肽鏈延長因子等分析，也提供了以上類似依據(jù)，說明古細(xì)菌與真核生物在進(jìn)化上的關(guān)系較真細(xì)菌類更為密切。,真核細(xì)胞的基本結(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或RNA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。,基本結(jié)構(gòu),具有核膜，由膜圍成的各種細(xì)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(xì)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(xì)胞內(nèi)表面積增加了數(shù)十倍，代謝能力增強(qiáng)。,1、原生質(zhì)(protoplasm)：1839Purkinje用原生質(zhì)一詞指細(xì)胞的全部活性物質(zhì)，從現(xiàn)代概念來說它包括質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核(或擬核)。2、質(zhì)膜（plasmamembrane）：是細(xì)胞表面的單位膜。3、細(xì)胞核：細(xì)胞核（nucleus）是細(xì)胞內(nèi)最重要的細(xì)胞器，核表面是由雙層膜構(gòu)成的核被膜（nuclearenvelope），核內(nèi)包含有由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的染色體（chromosome）。核內(nèi)1至數(shù)個小球形結(jié)構(gòu)，稱為核仁（nucleolus）。細(xì)胞核中的原生質(zhì)稱為核質(zhì)。,4、細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：質(zhì)膜與核被膜之間的原生質(zhì)。5、細(xì)胞器(organelle)：具有特定形態(tài)和功能的顯微或亞顯微結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞器，如：endoplasmicreticulum、Golgibody、lysosome、mitochondrion、chloroplast、cytoskeleton、centriole、microbody。6、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix）細(xì)胞質(zhì)中除細(xì)胞器以外的部分。