細胞生物學課件第二章細胞的統(tǒng)一性與多樣性

第二章細胞的統(tǒng)一性與多樣性,第一節(jié)細胞的基本概念第二節(jié)細胞結構的生命體第三節(jié)非細胞結構的生命體,第一節(jié)細胞的基本概念,細胞是一切生命活動的基本結構和功能單位細胞的基本共性細胞概念的一些新思考,細胞是一切生命活動的基本結構和功能單位,1、細胞是是構成有機體的基本結構單位2、代謝與功能的基本單位，具有完整的代謝和調節(jié)體系，不同的細胞執(zhí)行不同的功能；3、具有自我復制的能力，是生長與發(fā)育的基礎4、細胞是遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。5、沒有細胞就沒有完整的生命,細胞的基本共性,具有相似的化學組成-元素11+14所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的生物膜，即細胞膜。所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復制與轉錄的載體。作為蛋白質合成的機器核糖體，毫無例外地存在于一切細胞內。所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。,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、所有細胞具有細胞膜,核糖體,細胞分裂,核酸,細胞概念的一些新思考,細胞是多層次非線性的復雜結構體系細胞具有高度復雜性和組織性細胞是物質（結構）、能量與信息過程精巧結合的綜合體細胞完成各種化學反應；細胞需要和利用能量；細胞參與大量機械活動；細胞對刺激作出反應；細胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。細胞能進行自我調控；繁殖和傳留后代；,第三節(jié)非細胞結構的生命體,一、病毒1、病毒的發(fā)現2、病毒的基本特征3、病毒的形態(tài)和結構4、病毒的分類5、病毒在細胞內的活動,二、類病毒三、病毒的進化地位四、蛋白質感染因子,是一類非細胞形態(tài)的微生物，特征：個體微小，可通過濾菌器，大多數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；專營細胞內寄生生活；具有受體連結蛋白(receptorbindingprotein)，與敏感細胞表面的病毒受體連結，進而感染細胞。,2、病毒的基本特征,LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000),3、病毒的結構,由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白質衣殼(capsid)所構成，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胞時，包被上的宿主細胞的質膜，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入宿主細胞時起著關鍵作用。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、螺旋對稱和復合對稱三種類型。,Viruses,病毒有五種形態(tài)：球形(Sphericity)：大多數人類和動物病毒為球形，如脊髓灰質炎病毒、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長的尾組成，如噬菌體。其中為二十面體對稱;、為螺旋對稱;、復合對稱。,脊髓灰質炎病毒球形病毒,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,根據寄生的宿主不同，病毒可分為：動物病毒、植物病毒、細菌病毒(即噬菌體)根據病毒所含的核酸的性質和狀態(tài)不同，可將病毒分為6類：雙鏈DNA+mRNA蛋白質，如天花病毒、T-偶數噬菌體。單鏈+DNADNA+RNA蛋白質，如細小DNA病毒。雙鏈RNA+mRNA蛋白質，如呼腸孤病毒。單鏈+RNARNA+RNA蛋白質脊髓灰質炎病毒。單鏈RNA+RNA+蛋白質，如流感病毒、狂犬病毒。單鏈+RNADNADNA+mRNA蛋白質，即逆轉錄病毒（retrovirus）又稱RNA腫瘤病毒(oncornavirus)。,4、病毒的分類,反轉錄病毒的生活史,5、病毒在細胞內的活動,病毒只有在侵入細胞以后才表現出生命現象。病毒的生活周期可分為兩個階段：細胞外階段，以成熟的病毒粒子形式存在；細胞內階段，即感染階段，在此階段中進行復制和繁殖。感染階段開始時，病毒的遺傳物質由衣殼中釋放出來，注入宿主細胞中，然后在病毒核酸信息的指導控制下，形成新的病毒粒子。,二、類病毒,沒有蛋白質外殼，僅為一裸露的RNA分子。不能像病毒那樣感染細胞，只有當植物細胞受到損傷，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、病毒的進化地位,病毒是非細胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細胞內實現。病毒與細胞在起源上的關系，目前存在3種主要觀點：生物大分子病毒細胞病毒生物大分子細胞生物大分子細胞病毒,無論是病毒還是類病毒都不具有獨立進行生物合成的能力，它們都是細胞的寄生物，因此在進化上病毒的出現不可能早于細胞。病毒的前身很可能是在宿主染色體外獨立進行復制的質粒(plasmid)。質粒既有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制的起始部位。當質粒獲得了為衣殼蛋白質編碼的基因時，即意味著病毒出現了。,四、蛋白質感染因子,S.B.Prusiner1982年發(fā)現于患羊瘙癢病（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。這種蛋白質存在于神經元和神經膠質細胞表面上，可能其信號轉導作用。正常Prnp基因產物為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?。–reutzfeldtJakobdisease，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。克魯?。↘uru）：PRION感染。致死性家族性失眠癥（Fatalfamilialinsomnia，FFI）：Prnp基因變異。,第二節(jié)細胞結構的生命體,原核細胞古核細胞真核細胞,原核細胞,沒有核膜，遺傳物質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，通常沒有結合蛋白，沒有恒定的內膜系統(tǒng)，核糖體為70S型。原核細胞構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，也有的產生孢子。支原體、衣原體與立克次氏體細菌藍藻,支原體mycoplasma,大小通常為0.20.3m，可通過濾菌器。無細胞壁，不能維持固定的形態(tài)而呈現多形性。細胞膜中膽固醇含量較多，約占36%，凡能作用于膽固醇的物質（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構（terminalstructure），能使支原體粘附于呼吸道粘膜上皮細胞表面，與致病性有關。,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。細胞壁結構類似于革蘭氏陰性菌，酶系統(tǒng)不完全，必須在寄主細胞內生活，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，起初被認為是大型病毒，1956年，我國著名微生物學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胞內寄生的，與衣原體的不同處在于其細胞較大，無濾過性，合成能力較強，且不形成包涵體。,Chlamydiapneumoniaeassociatedwithmacrophages(RAWcells).A.TypicalpearshapedEBs(arrows)areshownatthemacrophagesurface.B.IntracellularEBs.,藍藻,又稱藍細菌，是最簡單的自養(yǎng)生物。它的光合作用類似于高等植物，而不同于光合細菌。沒有葉綠體，但有質膜內陷形成的捕光裝置。DNA分子環(huán)狀，但遺傳信息量很大，可與高等植物相比。體積比其它原核細胞大得多，直徑約10m左右，甚至可達70m(顫藻)。屬單細胞生物，但有些藍藻經常以絲狀的細胞群體存在，如：屬藍藻門念珠藻類的發(fā)菜(nostoccommunevar,flagtlliforme)就是藍藻的絲狀體。,Cyanobacteria,細菌,是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體?？煞譃椋呵蚓?、桿菌和螺旋菌（弧形菌）。絕大多數細菌的直徑在0.55m之間。細菌的結構和特點：,細菌的結構和特點,1、細胞壁2、細胞膜3、擬核4、核糖體5、質粒,6、莢膜7、鞭毛8、菌毛9、繁殖,大腸桿菌,淋病球菌,1、細胞壁：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。革蘭氏陰性菌細胞壁厚約10nm，僅2-3層肽聚糖，另外還有脂多糖、細菌外膜和脂蛋白。,圖3-10細胞壁的結構,Grampositivebacterialcellwallstructurediagram,2、細胞膜：厚約810nm，外側緊貼細胞壁，通常不形成內膜系統(tǒng)。一些行光合作用的原核生物，質膜具有與捕光反應有關的內褶。一些革蘭氏陽性菌質膜內褶形成小管狀結構，稱為間體(mesosome)，因其與DNA有聯系，推測可能起DNA復制的支點作用。,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，空間構建十分精簡。,4、核糖體：約含500050000個。部分附著在細胞膜內側，大部分游離于細胞質中。沉降系數為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、質粒(plasmid)：除核區(qū)DNA外，可進行自主復制的遺傳因子，是裸露的環(huán)狀DNA分子，所含遺傳信息量為2200個基因，能進行自我復制，有時能整合到核DNA中去。質粒常用作基因重組與基因轉移的載體。,6、莢膜：細菌最外表的一層多糖類物質，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；保護自身不受吞噬；選擇性的粘附到特定細胞的表面上。,Negativestainedbacteria,7、鞭毛：是某些細菌的運動器官，由一種稱為鞭毛蛋白的彈性蛋白構成，結構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，須用電鏡觀察。與細菌運動無關，根據形態(tài)、結構和功能，分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關，后者為中空管子，與傳遞遺傳物質有關。,9、繁殖：以二分裂的方式繁殖，某些細菌處于不利的環(huán)境，或耗盡營養(yǎng)時，形成內生孢子，又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強抵抗力的休眠體。,分裂中的鏈球菌,分裂中的大腸桿菌,ThesporeofBacillusanthracis,真核細胞,真核細胞的基本結構體系細胞的大小及其形狀原核細胞與真核細胞的比較古核細胞與真核細胞的比較三種類型細胞異同,古核細胞與真核細胞的比較,（1）細胞壁成分與真核細胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖構成，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菌與真核細胞無作用。（2）DNA與基因結構：古細菌DNA中有重復序列的存在。多數古核細胞的基因組中存在內含子。（3）有類核小體結構：古細菌具有組蛋白，而且能與DNA構建成類似核小體結構。（4）有類似真核細胞的核糖體：多數古細菌類的核糖體較真細菌有增大趨勢，含有60種以上蛋白，介于真核細胞（7084）與真細菌（55）之間?？股赝瑯硬荒芤种乒藕思毎惖暮颂求w的蛋白質合成。（5）5SrRNA：根據對5SrRNA的分子進化分析，認為古細菌與真核生物同屬一類，而真細菌卻與之差距甚遠。5SrRNA二級結構的研究也說明很多古細菌與真核生物相似。除上述各點外，根據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，說明古細菌與真核生物在進化上的關系較真細菌類更為密切。,真核細胞的基本結構體系,以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構系統(tǒng)；以核酸（DNA或RNA）與蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系由特異蛋白分子裝配構成的細胞骨架系統(tǒng)。,基本結構,具有核膜，由膜圍成的各種細胞器，如核膜、內質網、高爾基體、線粒體、葉綠體、溶酶體等在結構上形成了一個連續(xù)的體系，稱為內膜系統(tǒng)。內膜系統(tǒng)將細胞質分隔成不同的區(qū)域，即所謂的區(qū)隔化(compartmentalization)。區(qū)隔化使細胞內表面積增加了數十倍，代謝能力增強。,1、原生質(protoplasm)：1839Purkinje用原生質一詞指細胞的全部活性物質，從現代概念來說它包括質膜、細胞質和細胞核(或擬核)。2、質膜（plasmamembrane）：是細胞表面的單位膜。3、細胞核：細胞核（nucleus）是細胞內最重要的細胞器，核表面是由雙層膜構成的核被膜（nuclearenvelope），核內包含有由DNA和蛋白質構成的染色體（chromosome）。核內1至數個小球形結構，稱為核仁（nucleolus）。細胞核中的原生質稱為核質。,4、細胞質（cytoplasm）：質膜與核被膜之間的原生質。5、細胞器(organelle)：具有特定形態(tài)和功能的顯微或亞顯微結構稱為細胞器，如：endoplasmicreticulum、Golgibody、lysosome、mitochondrion、chloroplast、cytoskeleton、centriole、microbody。6、細胞質基質（cytoplasmicmatrix）細胞質中除細胞器以外的部分。