细胞生物学第二章细胞的统一性和多样性.ppt

第二章 细胞的统一性与多样性 一、几个重要的名词概念 n细胞(cell) = 细胞膜cell membrane (或称质膜 plasma membrane) + 细胞质 cytoplasm + 细胞核nucleus (或拟核 nuleoid) n原生质 protoplasm ，现泛指细胞的基本组成物质 n原生质体protoplast，是“细胞”的同义词，现常 用来专指消除了细胞壁的植物细胞或细菌。 n内膜系统endomembrane system，细胞内部的膜 相结构，包括许多细胞器的膜及核膜。 n外质 ectoplasm 细胞内靠近质膜的细胞质部分 n内质 endoplasm 细胞内靠近核膜的细胞质部分 n细胞器 cell organelle ，细胞质中具有一定形态、 固定化学组成和特定生理功能的结构物。 n细胞质基质 cytoplasm matrix or Cytomatrix(又 称“胞质溶胶”Cytosol)，是指细胞质中除去细胞 器以外的胶体液态部分。 相对而言，人 为划分 n细胞 细胞膜 细胞质 细胞核 细胞器 细胞质基质 二、细胞的化学组成 n C、H、O、N四元素占细胞组成元素的 90% ，其次K 、Na 、Ca 、Mg、Cl、P、 S、Fe等含量虽较少，但也是细胞生命活动 所必需的。 n 水占活细胞重量的85%，以游离水和结 合水两种状态存在于细胞中。是细胞中无机 盐和生物分子的溶剂，也是原生质胶体结构 的组分，还是代谢反应的介质。 n活细胞去除水分的干物质中， 约90%是 蛋白质、核酸、脂类和多糖类这四类生物 大分子， 它们分别由氨基酸 、核苷酸 、 脂肪酸和单糖等生物小分子所构成，这四 类生物大分子还常常相互组成核蛋白、脂 蛋白、糖蛋白和糖脂等复合大分子，成为 细胞结构的基础物质。 n蛋白质作用：结构组分，生化催化剂（酶）、 抗体、激素，调节遗传信息表达和代谢生理。 n核酸作用：遗传信息的载体、贮存和传递。 n脂类作用：生物膜的主要组分，细胞代谢能量 的主要贮存形式。 n多糖类作用：细胞壁的主要组分，重要贮存物 质，细胞表面的抗原。 n无机盐类作用：维持细胞内外的渗透压平衡以 及细胞生理过程中的离子浓度条件。 三、细胞的大小和形状 研究层层次 界 限观观 察 工 具常 用 计计 量 单单 位 单单 位 换换 算 解剖学水 平 0.1mm以 上 肉眼、扩扩大 镜镜 毫米mm 10-3米 显显微水平 （细细胞水 平） 0.2 100m 光学显显微镜镜 微米m 106米 亚亚微（超 微）水平 1 200nm 电电子显显微 镜镜 纳纳米nm 埃 10-9米 10-10 米 分子水平1nm以下 高分辨的电电 镜镜、扫扫描隧 道显显微镜镜 n一般细胞皆是显微水平观察的对象，但细胞内精细 结构都必须在电镜下才能看清楚。 n最大细胞：未受精的鸵鸟蛋的卵黄部分 （ =5cm） 特大的卵细胞 n最小细胞：拟胸膜肺炎支原体PPLO（=0.1m） ，与某些大中型病毒的体积相当。 n鸟蛋中的卵细胞之所以显著偏大， 鸟是“卵生” 的，其卵细胞中必须贮藏大量的mRNA和营养物质 （卵黄质），才能保证其胚胎的正常发育。 n一般细胞的体积小，其实并非缺点而是优点： 有相对较大的表面积，有利于与周围环境进行物 质交换，可保持细胞内旺盛的新陈代谢； 有利于细胞核内的遗传指令可对细胞质中各种生 理活动进行有效地控制； 有利于细胞中各类物质的迅速运输传递。 n但是，细胞体积也不能无限度地偏小，据研究推算 细胞要维持独立生存繁殖，其直径必须达0.1微米以 上。 质膜 752 = 150 最起码的DNA.RNA = 200 + 必要的核糖体、酶和底物 = 650 1000 =0.1m n因此可见, 直径为0.1m的支原体应该是目前所发现 的最小最简单的细胞。 n注意！ 细胞的大小与生物体的大小并无直接 关系。生物体的生长主要是由细胞数量的增多，而 不是靠细胞体积的增大。 n细胞的形状呈多样性，并往往是与其功能密切相关 的，这是长期进化的结果。 例：肌肉细胞长梭形收缩、伸展运动； 血红细胞扁圆盘形气体交换，快速运行。 神经细胞细长纤维状轴突传导神经冲动； （植物叶表皮的）保卫细胞半月形迅速开 启和关闭气孔，有利叶面呼吸和蒸腾 四、原核细胞与真核细胞的比较 n原核细胞prokaryotic cell， 原核生物prokaryote： 细菌、蓝藻、衣原体、 支原体、立克茨体、螺旋体等； n真核细胞eukaryotic cell， 真核生物eukaryote： 真菌、藻类、原生生物 、高等植物、高等动物。 原核细胞与真核细胞的共同点： 相似的遗传系统， 都具有DNA和RNA， 遗传 密码基本相同，而且DNA的复制、转录及转译 皆类似； 都具有质膜，均由脂质双分子层与镶嵌蛋白质 （ 即所有细胞必须具有的基本特征 ） 构成的 生物膜（电镜下呈“单位膜”）； 相似的生物合成代谢体系， 其核糖体的基本 结构和功能皆相同； 均以一分为二的方式分裂增殖。 n因此 ， 直径仅0.1m的支原体被称为细 胞, 而与其体积相近的大中型病毒却不被 认为是细胞。 n 1、病毒无质膜；2、每个病毒仅有一 种核酸；3、病毒中无核糖体等代谢合成 体系；4、病毒增殖不靠分裂，而是在宿 主细胞中复制、组装及释放。 n病毒是非细胞形态的生命体，必须完全 寄生在宿主细胞之中才能生存。 n古核生物（古核细胞、古细菌）： 产甲烷球 菌、嗜盐细菌、热原质体、硫氧化菌等。曾被 归属于原核生物，是因其也无核膜，仅具环状 DNA，并含有操纵子。但目前认为应归并为有 别于原核生物、真核生物的第三界，并认为其 更可能是真核细胞的祖先。理由是：其细胞 壁成分与真核细胞的相似；DNA中有重复序 列，基因中有内含子；有组蛋白与DNA组成 类似于核小体结构；其核糖体对抗生素的反 应类似于真核细胞；其5s rRNA二级结构与 真核细胞的相似。 原核细胞与真核细胞基本特征 的比较 特 征 原 核 细细 胞 真 核 细细 胞 细细胞大小 较较小（110m）较较大（10 100m） 细细胞核 无核膜、核仁 （ 被称为为“拟拟核”） 有核膜和核仁 染色体 一条环环形DNA分 子，极少或不结结合 组组蛋白 多条线线状， DNA与组组蛋白 结结合成染色质质 纤维纤维 基因组组数 1n 2n或多n DNA序列没有或极少重 复序列，基因 中无内含子 有重复序列， 基因中有内含 子 核外DNA细细菌中具有质质 粒DNA 具线线粒体、叶 绿绿体DNA 线线粒体 无 有 叶绿绿体无，但兰兰藻的 光合膜层层含叶 绿绿素a 有、含叶绿绿素a 和b 高尔基体 无 有 内质质网 无 有 溶酶体 无 有 中心体 无 有 纺锤纺锤 体 无 有 细细胞骨架 无 有 核糖体 70s 80s 细细胞分裂无丝丝分裂有丝丝分裂 DNA复制连续进连续进 行仅仅在s期进进行复制 转录转录 与转译转译 基因表达调调控 原生质环质环 流 细细胞壁 鞭毛结结构 在同一空间间和时时 间间 操纵纵子方式调调控 无 由肽肽聚糖、壁酸 构成 简单简单 ，单丝单丝 ，由 鞭毛蛋白构成 转录转录 在核内，转转 译译在细细胞质质中 复杂杂的多层层次调调 控 有 由纤维纤维 素、果胶 质质构成（植物细细 胞） （9+2）结结构， 由微管蛋白构成 n从进化上看，真核细胞比原核细胞更高级，主要体 现于三个方面： （1）生物膜的分化使细胞内部结构和功能的复杂高级 化。内膜系统的出现 ，使核和质形成两大区域 ，并 形成由内膜包围构成的多种细胞器 ，从而保证了细 胞中各种物质代谢过程之间的互不干扰，有秩序地 进行。 因此各个区域分工明确精细，职能专一化。 （2）遗传物质和遗传结构装置的增多和复杂化。从而 使得遗传信息传递更稳定 ，基因转录与转译有严格 的阶段性与区域性，基因表达调控有多层次性。 （3）具有了庞大复杂的细胞骨架系统，对 维持细胞形态结构和细胞内多种生理功能 有十分重要的作用。但在原核细胞中尚未 发现有细胞骨架系统。 n当然，尽管真核细胞从进化上比原核细胞 高级，但对不利环境的适应性反倒不如原 核细胞，这是为什么呢？其实，大有大的 优势，而小也有小的好处，俗话说：“小 船好转舵”。 原核细胞小而简单， 特 别是它的基因表达调控方式简单，就有利 于在极端不利环境下快速调整和应变，这 正是自然界中原核生物数量多于真核生物 的根本原因。 五、真核细胞亚微结构基本构型 n亚细胞水平的三大基本结构体系 （1）蛋白质与核酸构建的遗传信息结构体系 （染色体、 核仁、核糖体） （2）蛋白质与脂质构建的膜相结构体系 （细胞膜、核膜、各种细胞器膜） （3）蛋白质与蛋白质构建的细胞骨架结构