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第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要Chapter 2 Basic knowledge of cell Chapter 2 Basic knowledge of cell 第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位 所所有有有有机机体体都都由由细细胞胞构构成成，，细细胞胞是是构构成成有有机机体体的的基基本本单单位位 ；；细细胞胞具具有有独独立立的、有序的自控代谢体系的、有序的自控代谢体系●●细胞是生物体形态结构的基本单位细胞是生物体形态结构的基本单位●●细胞是生物体代谢的基本单位细胞是生物体代谢的基本单位●●细胞是生物体生理功能的基本单位细胞是生物体生理功能的基本单位●●细细胞胞是是生生物物体体疾疾病病发发生生、、发发展展的的基基本本单单位位 ●●细胞是生长发育的基本单位细胞是生长发育的基本单位细胞分裂细胞分裂——细胞数目增加细胞数目增加细胞生长细胞生长------细胞体积增加细胞体积增加细胞分化细胞分化------细胞种类增加细胞种类增加------发育发育生长生长●●细胞是遗传的基本细胞是遗传的基本单位单位（全能性）（全能性） 生物个体中，每个细生物个体中，每个细胞都包含有全套的胞都包含有全套的遗传信息，都有分遗传信息，都有分化为各类细胞或发化为各类细胞或发育为完整个体的潜育为完整个体的潜能。

能细胞概念的一些新思考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具有高度复杂性和组织性 ★★细细胞胞是是物物质质（（结结构构））、、能能量量与与信信息息过过程程精精巧巧结合的综合体结合的综合体 --------细胞完成各种化学反应细胞完成各种化学反应--------细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量--------细胞参与大量机械活动细胞参与大量机械活动--------细胞对刺激作出反应细胞对刺激作出反应★★细细胞胞是是高高度度有有序序的的，，具具有有自自组组装装能能力力与与自组织体系自组织体系--------细胞能进行自我调控细胞能进行自我调控--------繁殖和传留后代繁殖和传留后代细胞的基本共性细胞的基本共性 ★★所所有有的的细细胞胞表表面面均均有有由由磷磷脂脂双双分分子子层层与与镶镶嵌嵌蛋蛋白白质质构构成成的的生生物物膜膜，，即即细细胞胞膜膜（（cell cell membranemembrane） ★★所有的细胞都含有两种核酸：即所有的细胞都含有两种核酸：即DNADNA与与RNARNA，与蛋白质组成遗传装置。

与蛋白质组成遗传装置 细胞的基本共性细胞的基本共性 ★★所有细胞中都有蛋白质合成的机器所有细胞中都有蛋白质合成的机器──核糖核糖体（体（ribosomeribosome） ★★所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂★★细胞具有相似的化学组成细胞具有相似的化学组成--------元素、生物小元素、生物小分子、生物大分子分子、生物大分子●●被被质质膜膜包包裹裹在在细细胞胞内内的的所所有有生生活活物物质质称称为为原生质原生质(protoplasm)(protoplasm)，，包括包括细胞核和细胞质细胞核和细胞质●●植物细胞质膜的外面还有一层细胞壁植物细胞质膜的外面还有一层细胞壁 在在离离体体条条件件下下细细胞胞壁壁很很容容易易被被酶酶水水解解掉掉，，脱去细胞壁的细胞就称为脱去细胞壁的细胞就称为原生质体原生质体(protoplast)(protoplast) 第二节第二节 原核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞生物界的基本类群生物界的基本类群上上 个个 世世 纪纪 6060年年 代代 ，， H.RisH.Ris提提 出出 原原 核核 细细 胞胞（（prokaryotic prokaryotic cell)cell)真真核核细细胞胞(eukaryotic (eukaryotic cell)cell)的的概概念念。

生生物物界界由由此此分分成成原原核核生生物物（（prokaryote)prokaryote)和和真核生物真核生物(eukaryote)(eukaryote)两大类群两大类群近近年年，，通通过过对对生生活活在在极极端端环环境境中中的的古古细细菌菌的的研研究究，，发发现现了了区区别别上上述述两两类类细细胞胞的的古古核核生生物物（（archaeon)archaeon)这这样样生生物物界界就就可可分分为为三三界界--------原原核生物，真核生物和古核生物核生物，真核生物和古核生物原核生物原核生物--------原核细胞原核细胞古核生物古核生物--------古核细胞古核细胞真核生物真核生物--------真核细胞真核细胞原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell) 基本特点：基本特点： ★★遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状环状DNADNA构成构成 ★★细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门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结构与功能的细胞器和细胞核膜★★核糖体是其唯一的细胞器核糖体是其唯一的细胞器原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell) 主要代表：主要代表： ★★支原体（支原体（mycoplastmycoplast））————目前发现的最小目前发现的最小、、最简单最简单、可独立生活的、可独立生活的细胞细胞★★衣原体、立克次氏体（细胞内寄生）衣原体、立克次氏体（细胞内寄生）★★细菌细菌、放线菌、放线菌 ★★蓝藻又称蓝细菌（蓝藻又称蓝细菌（CyanobacteriaCyanobacteria））原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)支原体支原体可可通通过过滤滤菌菌器器，，无无细细胞胞壁壁，，分分裂裂增增殖殖，，能能在体外生长，也能寄生在细胞内在体外生长，也能寄生在细胞内原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌细菌•可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）•直径直径0.5~5μm0.5~5μm之间之间。

原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)大大肠肠杆杆菌菌淋淋病病球球菌菌肉肉毒毒梭梭菌菌弧弧形形霍霍乱乱菌菌细菌的表面结构细菌的表面结构原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细细胞胞壁壁（（cell cell wallwall））：：机机械械强强度度高高，，对对细细胞起保护作用胞起保护作用 革兰氏阴性菌（革兰氏阴性菌（G G - -）和革兰氏阳性菌）和革兰氏阳性菌（（G G+ +）的主要差别在细胞壁上）的主要差别在细胞壁上原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)革革兰兰氏氏染染色色：：18841884年年由由丹丹麦麦人人革革兰兰（（Christian Christian GramGram））发发明明的的，，经经染染色色处处理理后后，，呈呈红红色色的的是是G G - -，，呈呈紫紫色色的的，，是是G G+ +着着色色性性质质的的不不同同是是因因为为细细胞壁结构的不同胞壁结构的不同G+G-原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)G G+ +的的细细胞胞壁壁中中壁壁酸酸含含量量高高达达90%,G90%,G - -的的细细胞胞壁壁中中壁壁酸酸含含量量只只有有5%5%，，青青霉霉素素的的主主要要作作用用是是抑抑制制壁酸的合成。

壁酸的合成原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的表面结构细菌的表面结构细细胞胞膜膜：：磷磷脂脂双双分分子子层层和和蛋蛋白白质质组组成成膜膜蛋蛋白白有有受受体体、、酶酶等等，，能能完完成成真真核核细细胞胞膜膜性性细细胞胞器器的的大大部分功能部分功能中中膜膜体体（（间间体体））：：细细胞胞膜膜内内折折形形成成，，扩扩大大了了膜膜面积荚膜：保护作用荚膜：保护作用细菌细胞的拟核与基因组细菌细胞的拟核与基因组拟核：拟核：DNADNA分子聚集的区域，不规则，无核膜分子聚集的区域，不规则，无核膜基基因因组组：：一一条条环环状状的的DNADNA分分子子（（线线状状DNADNA、、多条多条DNADNA）），，半保留复制半保留复制复复制制、、转转录录、、翻翻译译没没有有在在空空间间上上分分隔隔，，可可同同时时进行原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)质质粒粒(plasmid) (plasmid) ：：是是细细菌菌核核区区DNADNA外外，，可可进进行行自自主主复复制制的的遗遗传传因因子子，，环环状状的的双双链链DNADNA，，遗遗传传信信息息量量2~2002~200个个基基因因；；常常常常赋赋予予细细胞胞对对抗抗生生素素的抗性。

的抗性质粒质粒DNADNA可以整合到核区可以整合到核区DNADNA中中 质粒常用作基因重组与基因转移的载体质粒常用作基因重组与基因转移的载体原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的质粒细菌的质粒约含约含5000~500005000~50000个部部分分附附着着在在细细胞胞膜膜内内侧侧，，大大部部分分游游离离于于细细胞胞质中沉降系数为质中沉降系数为70S70S小小亚亚单单位位(30S)(30S)对对四四环环素素、、链链霉霉素素敏敏感感，，大大亚亚单位单位(50S)(50S)对红霉素、氯霉素敏感对红霉素、氯霉素敏感原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的核糖体细菌的核糖体原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)细菌的内生孢子细菌的内生孢子细菌的增殖细菌的增殖--------直接分裂直接分裂又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体分裂中的链球菌分裂中的链球菌分裂中的大肠杆菌分裂中的大肠杆菌原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物光光合合作作用用：：含含有有叶叶绿绿素素a a，，藻藻胆胆素素等，光系统等，光系统ⅡⅡ以以水水为为电电子子供供体体，，放出放出O O2 2原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell)prokaryotic cell)蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物类类囊囊体体是是光光合合作作用的场所用的场所核核区区含含多多个个拷拷贝贝的环状的环状DNADNA 增殖是直接分裂增殖是直接分裂古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria））古古核核生生物物：：又又称称古古细细菌菌（（archaeobacteria),archaeobacteria),已已经经发发现现几几百百种种。

如如盐盐细细菌菌，，硫硫氧氧化化细细菌菌，，嗜嗜热热细细菌菌，，产甲烷菌类等进化中与真核细胞更为密切产甲烷菌类等进化中与真核细胞更为密切古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria））细细胞胞壁壁成成分分：：与与真真核核细细胞胞相相同同青青霉霉素素等等抗抗菌菌素素不能抑制其生长不能抑制其生长DNADNA与基因结构：具有内含子与重复序列与基因结构：具有内含子与重复序列核小体结构：具有组蛋白和类核小体结构核小体结构：具有组蛋白和类核小体结构核核糖糖体体：：与与真真核核细细胞胞类类似似，，且且蛋蛋白白质质合合成成不不受受抑制原核生物的抗菌素抑制抑制原核生物的抗菌素抑制5s rRNA5s rRNA的分子进化分析：与真核生物类似的分子进化分析：与真核生物类似古古核细胞核细胞（古细菌（古细菌archaeobacteriaarchaeobacteria））目目前前的的研研究究证证据据显显示示：：古古细细菌菌与与真真核核细细胞胞在进化关系上较原核细胞更为密切在进化关系上较原核细胞更为密切古古细细菌菌包包括括3 3类类不不同同的的细细菌菌: :、、极极端端嗜嗜盐盐细细菌，嗜酸嗜热细菌和产甲烷细菌。

菌，嗜酸嗜热细菌和产甲烷细菌 PCRPCR（（多多聚聚酶酶链链反反应应））中中所所使使用用的的TaqTaq酶酶就是从就是从T.aquaticus T.aquaticus 嗜热细菌中分离到的嗜热细菌中分离到的第三节第三节 真核细胞真核细胞真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系生物膜系统生物膜系统细胞骨架系统细胞骨架系统遗传信息表达的结构系统遗传信息表达的结构系统生物膜结构体系生物膜结构体系真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)●●生物膜结构系统（面）生物膜结构系统（面） 成分：脂质、蛋白质成分：脂质、蛋白质★★以生物膜为基本结构基础构建各种相对独以生物膜为基本结构基础构建各种相对独立的细胞器立的细胞器★★完成各种化学反应完成各种化学反应★★完成物质的跨膜运输完成物质的跨膜运输★★信息与能量的传递信息与能量的传递细胞骨架系统细胞骨架系统真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)●●细胞骨架系统（线）细胞骨架系统（线）成分：蛋白质成分：蛋白质结构：由特异的结构蛋白装配成的网架系统结构：由特异的结构蛋白装配成的网架系统★★对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用★★与与细细胞胞内内大大分分子子的的运运输输、、细细胞胞的的运运动动、、细细胞胞器器的的位位移移有有关关★★参参与与细细胞胞信信息息的的传传递递、、基基因因表表达达、、蛋蛋白白质质合合成成、、细细胞胞的的分裂、分化等重要的细胞活动分裂、分化等重要的细胞活动■ 遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统(图1-22)遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统 真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)●●遗传信息表达系统（点）遗传信息表达系统（点） 以以核核酸酸（（DNADNA、、RNARNA））及及蛋蛋白白质质为为主主要要成成分分，，包括细胞核和核糖体。

包括细胞核和核糖体①①通通过过遗遗传传物物质质的的复复制制，，使使细细胞胞分分裂裂时时保保持持遗遗传物质的连续传递传物质的连续传递②②通过基因的选择性表达，控制细胞的活动通过基因的选择性表达，控制细胞的活动细胞的网络化结构细胞的网络化结构①①代谢网络（代谢网络（metabolic networkmetabolic network））②②运输网络（运输网络（transport networktransport network））③③生物膜网络（生物膜网络（biomembrane networkbiomembrane network））④④细胞骨架网络（细胞骨架网络（cytoskeleton networkcytoskeleton network））⑤⑤信号转导网络（信号转导网络（signal transduction signal transduction networknetwork）） 真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真真核细胞核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较细胞大小与结构特征：细胞大小与结构特征：细胞核，细胞器，细胞细胞核，细胞器，细胞 骨架，细胞壁，核糖体，细胞大小骨架，细胞壁，核糖体，细胞大小遗传装置：遗传装置：DNADNA形状与大小形状与大小, ,核小体，核小体， DNA DNA重重 复序列，内含子复序列，内含子真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较基因及其表达调控：基因及其表达调控：调控方式，时空关系，加工调控方式，时空关系，加工 与修饰与修饰细胞周期与分裂方式：细胞周期与分裂方式：无丝分裂、有丝分裂无丝分裂、有丝分裂进化中的地位：进化中的地位：出现年代出现年代植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较★★细胞壁细胞壁★★液泡液泡★★叶绿体叶绿体★★其他其他第四节第四节 非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体--------病毒病毒病病 毒毒 （（ virusvirus）） ————核核 酸酸 分分 子子 （（ DNADNA或或RNARNA））与与蛋蛋白白质质构构成成 的的核核酸酸- -蛋蛋白白质质复复合合体体------------非细胞的生命体非细胞的生命体引起鼻咽癌的引起鼻咽癌的ebeb病毒病毒①①个个体体微微小小，，20~20~200200nmnm之之间间，，可可通通过过滤滤菌菌器器，，大多数病毒必须用电镜才能看见；大多数病毒必须用电镜才能看见；②②结构简单：核酸结构简单：核酸+ +蛋白质衣壳蛋白质衣壳③③含含DNADNA或或RNARNA，没有含两种核酸的病毒；，没有含两种核酸的病毒；专营细胞内寄生生活专营细胞内寄生生活--------分子水平的寄生分子水平的寄生；；★★病毒的结构病毒的结构--------由由核核酸酸(DNA(DNA或或RNA)RNA)芯芯和和蛋蛋白白质质衣衣壳壳(capsid)(capsid)构成，称核衣壳构成，称核衣壳(nucleocapsid)(nucleocapsid)。

基基因因组组小小，，少少的的只只含含有有3 3个个基基因因，，多多可可达达300300个衣衣壳壳：：蛋蛋白白质质外外壳壳，，保保护护核核酸酸，，决决定定抗抗原原性性某某些些种种类类的的病病毒毒衣衣壳壳内内含含有有少少数数几几种种酶分子，主要与病毒核酸的复制有关酶分子，主要与病毒核酸的复制有关囊囊膜膜：：主主要要成成分分为为脂脂类类与与蛋蛋白白质质脂脂类类通通常常来来自自于于宿宿主主细细胞胞的的核核膜膜或或质质膜膜包包膜膜蛋蛋白白通通常常由由病病毒毒基基因因编编码码，，帮帮助助病病毒毒识识别别宿宿主细胞★★病病毒毒只只有有在在侵侵入入细细胞胞以以后后才才表表现现出出生生命命现现象，生活周期可分为两个阶段：象，生活周期可分为两个阶段：--------细胞外阶段细胞外阶段，以成以成熟的病毒粒子熟的病毒粒子形式存在形式存在--------细细胞胞内内阶阶段段，即感感染染阶阶段段，进进行行复复制制和和组组装装★★病毒在细胞内增殖（复制）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、成熟与释放病毒的装配、成熟与释放★★病毒的基本类型病毒的基本类型: :真病毒（真病毒（euvirus)-euvirus)--- --核酸与蛋白组成核酸与蛋白组成亚病毒（亚病毒（subvirus)subvirus)-- --仅由核酸或蛋白组成仅由核酸或蛋白组成 类病毒（类病毒（viroidviroid））-- --小分子环状小分子环状RNARNA 朊病毒（朊病毒（prion) prion) ––感染性蛋白质感染性蛋白质真真病毒的分类：病毒的分类：根据寄生的宿主不同，病毒可分为：根据寄生的宿主不同，病毒可分为： 动物病毒、植物病毒、细菌病毒动物病毒、植物病毒、细菌病毒( (即噬菌体即噬菌体) )。

烟草花叶病毒烟草花叶病毒根根据据病病毒毒的的核核酸酸类类型型可可以以将将其其分分为为两两大大类类：： DNADNA病毒与病毒与RNARNA病毒病毒（反转录病毒）（反转录病毒）类病毒类病毒--------仅为一裸露的仅为一裸露的RNARNA分子，无衣壳蛋白分子，无衣壳蛋白不不能能像像病病毒毒那那样样感感染染细细胞胞，，只只有有当当植植物物细细胞胞受受到到损损伤伤，，失失去去膜膜屏屏障障，，才才能能在在供供体体植植株与受体植株间传染株与受体植株间传染蛋白质感染因子蛋白质感染因子--------仅由感染性的蛋白质亚基构成仅由感染性的蛋白质亚基构成 Prusiner Prusiner 19821982年年 发发 现现 于于 患患 羊羊 瘙瘙 痒痒 病病（（scrapiescrapie））的的仓仓鼠鼠，，命命名名为为prionprion因因此此获获19971997年诺贝尔奖年诺贝尔奖 prion prion (PrP)(PrP)由由PrnpPrnp基基因因编编码码，，位位于于人人2020号号、、小小鼠鼠2 2号号染染色色体体。

这这种种蛋蛋白白质质存存在在于于神神经经元元和和神神经经胶胶质质细细胞胞表表面面，，可可能能起起信信号号转转导导作作用用正正常常PrnpPrnp基基因因产产物物为为PrPPrPc c蛋蛋白白，，对对蛋蛋白白酶很敏感，具有致病作用的是酶很敏感，具有致病作用的是PrPPrPScSc蛋白•PRIONPrPCPrPSC PrPPrPScSc与与PrPPrPc c一一级级结结构构相相同同，，PrPPrPc c具具有有43%43%的的α α螺螺旋旋，，3%3%的的β β折折叠叠，，而而PrPPrPsc sc具具有有34%α34%α螺螺旋旋，，43%43%的的β β折折叠叠动动物物被被感感染染后后，，PrPPrPScSc蛋蛋白白堆堆积积在在脑脑组组织织中中，，形形成成不不溶溶的的淀淀粉粉样样蛋蛋白白沉沉淀淀，，无无法法被被蛋蛋白白酶酶分分解解，，引引起起神神经经细细胞胞凋亡（凋亡（apoptosisapoptosis） 目前已知的人类目前已知的人类PRIONPRION疾病主要有：疾病主要有：•克克- -雅二氏病（雅二氏病（CJDCJD）：自身）：自身PrPPrP变异；变异；•变异型克变异型克- -雅氏病（雅氏病（vCJDvCJD）：）：PRIONPRION感染；感染；•GSSGSS综合征：由综合征：由PrnpPrnp基因缺陷；基因缺陷；•克鲁病（克鲁病（KuruKuru）：）：PRIONPRION感染；感染；•致死性家族性失眠症（致死性家族性失眠症（FFIFFI）：）：PrnpPrnp基因变异。

基因变异★★病毒与细胞在起源上的关系，目前存在病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3 3种主要观点种主要观点：：生物大分子生物大分子→→病毒病毒→→细胞细胞生物大分子生物大分子→ → 生物大分子生物大分子→→细胞细胞→→病毒病毒病毒病毒细胞细胞。