细胞的统一性和多样性有待整理

细胞生物学 Cell Biology,第二章 细胞的统一性与多样性,细胞的基本概念原核细胞与真核细胞非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系,第一节 细胞的基本概念,细胞是生命活动的基本单位细胞概念的一些新思考细胞的基本共性,细胞是生命活动的基本单位,一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基 本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢 与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命,衣藻是一种单细胞生物。,盘藻是由 4、16或32个细胞组成，每个细胞都和衣藻相似。散开也能独立生活。单细胞与多细胞之间的过渡类型。,1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多莉”在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生.英国生物遗传学家维尔穆特,克隆羊多莉,多莉羊的克隆,芬兰白面母绵羊 和 苏格兰黑面母绵羊,芬兰白色母绵羊乳腺细胞（供体）,苏格兰黑面母绵羊未受精的卵细胞（受体）,去核卵细胞,融合细胞,电脉冲法,“胚胎细胞”,另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内,多莉,细胞概念的一些新思考,细胞是多层次非线性的复杂结构体系 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综合体 细胞完成各种化学反应； 细胞需要和利用能量； 细胞参与大量机械活动； 细胞对刺激作出反应；细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。 细胞能进行自我调控； 繁殖和传留后代；,细胞的基本共性,所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 作为遗传信息复制与转录的载体。作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地 存在于一切细胞内。所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。细胞都能进行新陈代谢细胞都具有运动性,结 构,功 能,所有细胞都具有相似的化学组成,第二节 原核细胞与真核细胞,原核细胞（Prokaryotic cell） 原核生物（Prokaryote）真核细胞（Eukaryotic cell） 真核生物（Eukaryote）古核生物（Archeaon）或古细菌（Archaebacteria）,定义：构成原核生物的细胞，没有明显可见的细胞核，也没 有核膜和核仁，只有拟核（类核），进化地位较低。基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成， 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。主要代表： 支原体（mycoplast）目前发现的最小最简单的细胞； 直径 0.1-0.3m 细菌 （Becteria） 大小： 直径在0.55m之间 形态 ：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌） 结构 蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria），最简单的光能自养生物类型 之一。,原核细胞,大肠杆菌,淋病球菌,肉毒梭菌,弧形霍乱菌,1、细胞壁：主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20-80nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，壁酸含量高。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，壁酸含量低，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。作用：保护作用；对物质交换起部分调节作用；细胞壁成分与细菌的抗原性、致病性、对病毒的敏感性有关。,Gram positive bacterial cell wall,图3-10 细胞壁的结构,Gram negative bacterial cell wall,2、细胞膜 厚约810nm,一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为间体,又称为中膜体 （mesosome） 。中膜体可能起DNA复制的支持点作用。细胞分裂时，先形成两个中膜体 ，然后核物质再一分为二。,功能：多功能性选择性物质交换；电子传递与氧化磷酸化的酶系膜内侧酶与核糖体共同执行向外分泌蛋白；细胞色素酶和合成细胞壁的酶。,3、拟核：DNA分子裸露，没有内含子。,大肠杆菌低电子密度区为拟核,质粒：裸露环状的DNA分子，自主复制，有时能够整合到核DNA中。基因重组与基因转移的载体,4、核糖体：约含500050000个。部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。沉降系数为70S。由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成。小亚单位对四环素与链霉素敏感，大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。,6、荚膜（capsule） 细菌最外表的一层多糖类 物质。葡萄糖和葡萄糖醛酸 功能： 抵御不良环境； 保护自身不受吞噬； 营养缺乏时，作为细胞 营养被利用； 选择性的粘附到特定 细胞的表面上。,Negative stained bacteria,7、鞭毛：细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成。,8、菌毛：是菌体表面极细的蛋白纤维，与细菌运动无关。分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。,The spore of Bacillus anthracis,9、内生孢子某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,10、繁殖：以二分裂的方式繁殖。 以膜为支点， 按双向复制方式复制，中膜体一分为二，遗传物质随之一分为二，质膜内陷形成两个子细胞，新细胞壁形成。,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,第三节 非细胞形态的生命体 病毒及其与细胞的关系,病毒的基本知识病毒在细胞内增殖（复制）冠状病毒与SARS禽流感病毒水痘病毒与细胞在起源与进化中的关系,水痘：按临床表现，属于水疱型；按病毒特点，属 DNA病毒-小疱疹病毒-水痘-带状疱疹 病毒所致。 水痘是一种儿童常见传染病，多见于14岁的孩子，婴幼儿常无症状或症状轻微，年长的儿童或成人可出现发热。如果未出现并发症，患者经过2周左右一般可以自愈。水痘的平均潜伏期为1421天，多为1517天。病初症状较轻，可出现微热，全身不适。发热的同时或12日后，躯干皮肤、粘膜分批出现和迅速发展为斑疹、丘疹、疱疹与结痂。 水痘传染期为出疹前25天，出疹后的56天。,出水痘并非是儿童的“专利”，未患过水痘的1825岁成人和部分免疫功能低下者也容易感染水痘。成人患水痘后常常高烧不退，头痛、呕吐等。 水痘带状疱疹病毒只能在人体细胞核内生存和繁殖，患者是唯一的传染源。水痘的传染性很强，可以经过呼吸道飞沫或直接接触疱液而传染。90没有得过水痘的人在接触水痘后可以被感染，接触带状疱疹病人后也能发生水痘。 防治：教室要经常开窗通风，保持环境整洁，空气流通 ；养成 良好的卫生习惯，做到勤洗手 ；加强锻炼。,病毒的基本知识,病毒（virus）由一个核酸分子（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 病毒的大小 10100nm 病毒的形态结构类病毒（viroid）仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成；,疱疹病毒,腺病毒,辛德毕斯病毒,A: 负染色； B：超薄切片C:冷冻蚀刻; D：扫描电镜,RNA,人类天花病毒,骨髓灰质炎病毒,病毒衣壳的排列,正20面体,病毒在细胞内增殖（复制）,病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒的装配、成熟与释放,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,真核细胞,真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其分析细胞形态结构与功能的关系原核细胞与真核细胞的比较,真核细胞：构成真核生物的细胞，具有典型的细胞结构，有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质，遗传信息量大，具有特化的膜结构。,真核细胞的基本结构体系,以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统； 以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。 亚显微水平上的一个共同特点：520nm,细胞的大小及其分析,各类细胞直径的比较,细胞和细胞组分的相对大小,原核细胞与真核细胞的比较,原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较植物细胞与动物细胞的比较,膜结构系统包括细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体和叶绿体等。 生物膜体系基本作用是为细胞提供保护。共同特征：物质交换、信息和能量传递和化学反应生物膜体系为细胞提供较多的质膜表面,使细胞内部结构区室化在膜表面进行的生化反应的有了相应的隔离，效率更高。生物膜体系为细胞内的物质运输提供了特殊的运输通道，保证了各种功能蛋白及时准确地到位而又互不干扰。,遗传信息表达体系又称为颗粒纤维结构体系，包括细胞核和核糖体。细胞核中的染色质是纤维结构，由DNA和组蛋白构成。遗传信息存储、复制、核酸转录。核糖体是由RNA和蛋白质构成的颗粒结构，直径为1525nm，由大小两个亚基组成，它是细胞内合成蛋白质的场所。,细胞骨架的主要成分是微 管、微丝和中间纤维 作用： 对细胞形态和内部合理分布起支架作用；细胞运动、细胞器位移、细胞信息的传递、基因表达、染色体构建与排布、蛋白质合成、细胞分裂与细胞分化等密切相关。,生物膜系统（biomembrane system）,细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体、叶绿体等。保护作用生化反应物质、能量、信息交换,原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,植物细胞与动物细胞的比较,细胞壁 液泡 叶绿体,植物细胞壁,细胞壁是在细胞分裂过程中形成的，先在分裂细胞之间形成胞间层，其主要成分是果胶质，再在胞间层与质膜之间形成有弹性的初生壁(13pm)，有些细胞还形成坚硬的次生壁。细胞壁的主要成分是纤维素，还有果胶质、半纤维素与木质素等。植物细胞壁产生了地球上最多的天然聚合物：木材、纸与布的纤维。细胞壁的某些部位有间隙，原生质可以由此沟通，形成胞间连丝。,植物细胞壁,它是由脂蛋白膜包围的封闭系统，内部是水溶液，溶有盐、糖与色素等物质，溶液的浓度可达到很高的浓度。液泡是植物的代谢库，起调节细胞内环境的作用。有压力计的作用，使细胞保持膨胀状态。,植物液泡,古细菌,古细菌（archaebacteria）与真核细胞曾在进化上有过共同历程 主要证据 进化系统树,主要证据,（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细胞的基因组中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。,（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（7084）与真细菌（55）之间。（5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。 除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据。,Level 1Small organicmolecules,Level 2Macro-molecules,Level 3Supra-moleculesstructures,Level 4organellesstructures,Level 5The cell,细胞体积守恒定律： 高等动植物细胞的大小10100um，同一器官与组织的细胞，其大小更倾向于在一个恒定的范围之内。因此器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种关系有人称之为“细胞体积的守恒定律”。,细胞的体积受什么因素控制？,细胞的体积与相对表面积成反比关系，细胞体积越大，其相对表面积就越小，细胞与周围环境交换物质的效力就越小。有些细胞为了增加表面积就形成很多细胞突起。,有一种较为普遍的现象，无论细胞体积大小相差多大，但各种细胞核的大小悬殊却不大。一个细胞核内所含的遗传信息量是有一定限度的，因此一个核能控制细胞质的量也必有一定限度细胞质的体积不能无限增大。在体积较大的原生动物细胞中出现大核与小核的分工，以及动物细胞的多核现象是否与缓冲核质比例有关呢?,细胞的体积受什么因素控制？,细胞内物质的交流运输与细胞体积的关系。细胞内的物质从一端向另一端运输或扩散是有时间与空间关系的，假如细胞的体积很大，势必影响物质传递与交流的速度，细胞内部的生命活动就不能灵敏地调控与缓冲。,细胞的体积受什么因素控制？,单链RNA :烟草花叶病毒，噬菌体R17，脑灰质双链RNA: 呼肠孤病毒单链DNA: 细小病毒单链环状DNA: M13174双链环状DNA: SV40 ,多瘤病毒双链DNA: T4噬菌体 疱疹病毒末端共价密封双链DNA: 痘病毒末端蛋白共价连接双链DNA: 腺病毒,双链DNA病毒 单链RNA病毒 脱衣酶 释放DNA 宿主细胞核 宿主细胞质 早期蛋白 关闭宿主细胞的基因调控， 抑制复制、转录和翻译； 病毒核酸和蛋白特异的聚合酶 新的病毒DNA分子 新的病毒RNA分子 mRNA mRNA 病毒结构蛋白,流感病毒有三型： A型病毒，是在野鸟以及家禽、猪、鲸、马和海豹体内发现的最危险和最普遍的病毒。A型病毒的子型根据病毒表面的H和N两种蛋白质确定； B型病毒，此病毒也可能引起流行病。但是只在人中间传播； C型病毒，此型病毒危害性最小，会引起轻微的呼吸道疾病，但不会引起流行病。,禽流感是禽流感病毒传染性禽类疾病。在鸟类中传播的流感主要是A型。所有禽类都容易感染这种病毒。 禽流感病毒按其表面血细胞凝集素的不同被划分为H1到H15等15种亚型，其中H5和H7两种亚型对家禽最有致命性，发病率和死亡率可达100。这两个亚型也传染给人。 A型流感病毒一般是为具有八个基因区段的RNA病毒，其外套膜上的神经胺酸酶（neuraminidase）与血球凝集素（hemagglutinin）做为分类与命名的依据 。 我国主要为H5N1型病毒感染,禽流感病毒侵染健康人的体细胞,冠状病毒基因组为(+)ssRNA，长约2731kb。,冠状病毒电镜下成日冕状或冠状。动物的冠状病毒的来源主要有三类:：1、来自牛类；2、来自猪、老鼠等；3、来自鸡等禽类。人类冠状病毒种类比较多，多属1、2类。这类病毒通常只引起人类轻微到中等程度以上的呼吸道疾病，并导致呼吸系统、肝脏、神经系统、胃肠疾病。,M蛋白(membrane protein)，是糖蛋白,M蛋白的作用是出芽和病毒包膜的形成。S蛋白(spike protein)，构成长的杆状包膜突起，S蛋白突起具有多方面的功能，它负责结合敏感细胞受体，诱导病毒包膜和细胞膜以及细胞之间的膜融合，作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应。E蛋白属包膜蛋白，是一种小的与包膜形成相关的蛋白。核衣壳蛋白N是一种碱性磷蛋白，有两个方面的功能：一方面与病毒RNA复制有关，另一方面通过与M糖蛋白c端相互作用，可引起病毒出芽。HE蛋白即血凝素酯酶，HE蛋白构成包膜的短突起。现在认为其可能与冠状病毒早期吸附有关。,SARS（severe acute respiratory syndome, 严重急性呼吸道综合症非典型肺炎,新型的冠状病毒，十几个变种。这种病毒潜伏期27天。患者通常有高于38的发热，并会伴有寒战，或者其他如头痛、倦怠和肌痛。潜伏期后进入下呼吸道期，患者伴有包括发热、干咳无痰、呼吸困难，、血压升高、严重时出现心动过缓、血压下降，甚至休克等综合征，严重用者通常都需要气管插管或者呼吸机维持。 95感染SARS病毒的