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1、细胞基本知识第1页，本讲稿共27页第一节第一节 基本概念基本概念一、生命活动的基本单位一、生命活动的基本单位(the cell is the basic unit of life activity)1、有机体的组成和结构单位、有机体的组成和结构单位2、代谢和功能的单位、代谢和功能的单位3、生长和发育的基础、生长和发育的基础4、具有遗传的全能性、具有遗传的全能性5、没有细胞就没有完整的生命、没有细胞就没有完整的生命第2页，本讲稿共27页二、细胞概念的一些新思考二、细胞概念的一些新思考（the new thinking of cell）1、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
2、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2、细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合、细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体体（1）细胞完成各种化学反应；）细胞完成各种化学反应；（2）细胞需要和利用能量；）细胞需要和利用能量；（3）细胞参与大量机械活动；）细胞参与大量机械活动；（4）细胞对刺激作出反应；）细胞对刺激作出反应；3、细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。、细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。（1）细胞能进行自我调控；）细胞能进行自我调控；（2）繁殖和传留后代；）繁殖和传留后代；第3页，本讲稿共27页三、细胞的基本共性三、细胞
3、的基本共性(the fundamental feature of cell)1、化学组成：、化学组成：基本元素：基本元素：C、H、O、N、P、S、K、Na、Cl、Ca组组 成：无机物（水和无机盐）、有机物（生物大分成：无机物（水和无机盐）、有机物（生物大分子和生物小分子）子和生物小分子）2、结构和功能上的共性：、结构和功能上的共性：a.具有生物膜结构具有生物膜结构b.具有具有DNA和和RNA两种核酸两种核酸c.具有蛋白质合成的机器具有蛋白质合成的机器d.以一分为二的方式进行增殖以一分为二的方式进行增殖第4页，本讲稿共27页第二节第二节 非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体(The life w
4、ith non-cell appearance-relation between virus and the cell)一、病毒的基本知识一、病毒的基本知识(basic knowledge of virus)1、形态和大小：多样、能通过细菌过滤器、形态和大小：多样、能通过细菌过滤器非细胞形态：不能称之为细胞；非细胞形态：不能称之为细胞；与细胞关系密切与细胞关系密切彻底的寄生性彻底的寄生性小：能通过细菌过滤器小：能通过细菌过滤器第5页，本讲稿共27页2、分类：、分类：根据寄主的不同：动物、植物、微生物（噬菌体）根据寄主的不同：动物、植物、微生物（噬菌体）根据核酸的不同：根据核酸的不同：DNA、R
5、NA根据所含大分子的不同：真病毒，或普通病毒；亚病毒（拟根据所含大分子的不同：真病毒，或普通病毒；亚病毒（拟病毒、类病毒和朊病毒）病毒、类病毒和朊病毒）病毒（病毒（virus）：一种核酸分子（）：一种核酸分子（DNA或或RNA）与蛋白质构成）与蛋白质构成的核酸的核酸-蛋白质复合体；根据病毒的核酸类型可以将其分为两蛋白质复合体；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：大类：DNA病毒与病毒与RNA病毒病毒拟病毒（拟病毒（virusoid）又称为类类病毒。仅由不具单独感染性又称为类类病毒。仅由不具单独感染性的的RNA构成的病毒构成的病毒类病毒（类病毒（viroid）:仅由感染性的仅由感染性的RNA构
6、成；构成；朊病毒朊病毒(prion)：朊病毒又称非寻常病毒、慢病毒、传染性大：朊病毒又称非寻常病毒、慢病毒、传染性大脑样变病毒。是一种对各种理化作用具有很强抵抗力，传染脑样变病毒。是一种对各种理化作用具有很强抵抗力，传染性极强，能在人和动物中引起可传染性致死性中枢神经系统性极强，能在人和动物中引起可传染性致死性中枢神经系统的慢性退化性脑病的蛋白质颗粒。的慢性退化性脑病的蛋白质颗粒。第6页，本讲稿共27页常见病毒及其核酸类型常见病毒及其核酸类型核酸核酸常见病毒常见病毒DNARNA蛋白质蛋白质DNADNARNARNARNA（反转录）（反转录）RNA蛋白感染因子蛋白感染因子174T4：天花：天花呼肠
7、孤病毒呼肠孤病毒SARSHIV禽流感、狂犬病禽流感、狂犬病各种朊病毒（疯牛病、羊瘙痒病、各种朊病毒（疯牛病、羊瘙痒病、震颤性疾病）震颤性疾病）3、结构、结构 （包膜）（包膜）病毒病毒 核壳核壳 子粒子粒 核壳体核壳体 核酸核酸 第7页，本讲稿共27页二、病毒在细胞内的增殖二、病毒在细胞内的增殖(virus reproduction in the cell)1，病毒侵入细胞（，病毒侵入细胞（吞饮或膜融合吞饮或膜融合）2，病毒核酸的复制、转录与蛋白质合成，病毒核酸的复制、转录与蛋白质合成 3，病毒的装配、成熟与释放（，病毒的装配、成熟与释放（膜融合或裂解膜融合或裂解）概念复习：概念复习：编码链（编
8、码链（+DNA）：与）：与mRNA序列完全相同的序列完全相同的DNA链链反义链（反义链（-RNA）：与）：与mRNA序列互补，指导与序列互补，指导与mRNA的合的合成的成的DNA链链+RNA：与编码蛋白的：与编码蛋白的AA序列完全相同的序列完全相同的RNA链链-RNA：与与mRNA序列互补的序列互补的RNA链链第8页，本讲稿共27页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种主要观点，实验种主要观点，实验支持第三种支持第三种 1.生物大分子生物大分子病毒病毒细胞细胞病毒病毒 2.生物大分子生物大分子细胞细胞 3.生物大分子生物大分子细胞细胞病毒病毒三、病毒与细胞在起
9、源和进化中的关系三、病毒与细胞在起源和进化中的关系(the relationship between virus and cells in the origin and evolution)推论：病毒可能是细胞在特定条件下推论：病毒可能是细胞在特定条件下“扔出扔出”的一个基的一个基因组，或者是具有复制与转录能力的因组，或者是具有复制与转录能力的mRNA，只有回到，只有回到它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录。它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录。第9页，本讲稿共27页第三节第三节 原核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞背景知识背景知识:1925年年,Chatton提出原核细胞的概念提出原
10、核细胞的概念(没有核膜没有核膜)20世纪世纪60年代年代,H.Ris提出原核细胞和真核细胞的概念提出原核细胞和真核细胞的概念,产生产生现代生物界分类系统现代生物界分类系统(原核生物和真核生物原核生物和真核生物)分子进化和细胞进化的研究产生了更新的分类方式分子进化和细胞进化的研究产生了更新的分类方式:原核生物界原核生物界(原核细胞原核细胞)、古核生物界（古核细胞）、真核生、古核生物界（古核细胞）、真核生物界（真核细胞）物界（真核细胞）早在早在30多亿年前，地球上就出现了原核细胞，在多亿年前，地球上就出现了原核细胞，在12-16亿年以亿年以前，出现了真核细胞。前，出现了真核细胞。原核细胞原核细胞（
11、Prokaryotic cell）：遗传信息量小，且细胞内没）：遗传信息量小，且细胞内没有核膜将遗传物质与细胞质分开，在细胞中无典型核，进化程有核膜将遗传物质与细胞质分开，在细胞中无典型核，进化程度较低的一类细胞。度较低的一类细胞。真核细胞真核细胞（Eukaryotic cell）：大约在）：大约在1216亿年前在地球亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。复杂，进化程度较高的一类细胞。第10页，本讲稿共27页一、支原体一、支原体(mycoplast)（最小、最简单的细胞）（最小、最简
12、单的细胞）l能在培养基上生长，具典型的细胞膜，遗传物质为一环状能在培养基上生长，具典型的细胞膜，遗传物质为一环状双螺旋双螺旋DNA，mRNA与核糖体结合为多聚合糖体，指导约与核糖体结合为多聚合糖体，指导约700多种蛋白；可能是细胞生存所必需的最低数量的蛋白；多种蛋白；可能是细胞生存所必需的最低数量的蛋白；二分裂方式繁殖，这些特征与病毒根本不同。二分裂方式繁殖，这些特征与病毒根本不同。l大小约细菌的大小约细菌的1/10，(0.1-0.3微米微米)不少是致病的病原体。不少是致病的病原体。l与之相似的是立克次氏体和衣原体，但它们不能在培养机与之相似的是立克次氏体和衣原体，但它们不能在培养机上生长。上
13、生长。l自身的特点：无细胞壁，具多形态性；膜与动物膜类似，自身的特点：无细胞壁，具多形态性；膜与动物膜类似，但自身不能合成长链脂肪或不饱和脂肪酸，必须依赖生长但自身不能合成长链脂肪或不饱和脂肪酸，必须依赖生长培养基提供外源脂肪酸来合成膜的脂质。培养基提供外源脂肪酸来合成膜的脂质。为什么说支原体是最小、最简单的细胞？为什么说支原体是最小、最简单的细胞？第11页，本讲稿共27页二、细菌和蓝藻（原核细胞的代表）二、细菌和蓝藻（原核细胞的代表）细菌：细菌：环状环状DNA，细胞膜，中膜体，细胞壁，荚膜，鞭毛，细胞膜，中膜体，细胞壁，荚膜，鞭毛，核外核外DNA，内生孢子，内生孢子是在自然界分布最广、个体数
14、量最多的有机体。是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。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）。绝大多数细菌的直径在绝大多数细菌的直径在0.55m之间。之间。1.细菌细胞的核区与基因组细菌细胞的核区与基因组l细菌核区主要由一环状细菌核区主要由一环状DNA分子组成，习惯称细菌染色体。但结构简单，分子组成，习惯称细菌染色体。但结构简单，无或只有极少的组蛋白与无或只有极少的组蛋白与DNA结合。结合。l当处于增殖状态时由于当处于增殖状态时由于DNA分子复制次数与细胞分裂次数不同步，一分子复制次数与细胞分裂次数不同步，一细胞内可同时存在几个细胞内可同时存在几个DNA
15、分子，往往出现几个核区。分子，往往出现几个核区。2.细菌的结构细菌的结构第12页，本讲稿共27页三、原核细胞与真核细胞比较三、原核细胞与真核细胞比较蓝藻：蓝藻：环状环状DNA，中心质，光合片层，内含物，细胞分裂，中心质，光合片层，内含物，细胞分裂1）细胞壁：）细胞壁：主要成分是肽聚糖主要成分是肽聚糖 2）细胞膜：）细胞膜：3）拟核：）拟核：4）核糖体：）核糖体：沉降系数为沉降系数为70S。由大亚单位。由大亚单位(50S)与小亚单位与小亚单位(30S)组成。组成。5）质粒）质粒(plasmid)：除核区除核区DNA外，可进行自主复制的遗传外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状因子，是裸露的环
16、状DNA分子，所含遗传信息量为分子，所含遗传信息量为2200个个基因，能进行自我复制，有时能整合到核基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒常中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。用作基因重组与基因转移的载体。6）荚膜：）荚膜：细菌最外表的一层多糖类物质细菌最外表的一层多糖类物质 7）鞭毛：）鞭毛：细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白的弹性蛋白构成构成 9）繁殖：以二分裂的方式繁殖，）繁殖：以二分裂的方式繁殖，8）菌毛：）菌毛：是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察 第13页，本讲稿共27页特特 征
17、征原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞膜细胞膜核膜核膜染色体染色体核仁核仁线粒体线粒体内质网内质网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体核糖体核糖体光合作用结构光合作用结构核外核外DNA细胞壁细胞壁细胞骨架细胞骨架细胞增殖（分细胞增殖（分裂）方式裂）方式有（多功能性）有（多功能性）无无由一个环状由一个环状DNA分子构成分子构成的单个染色体，的单个染色体，DNA不与不与或很少与蛋白质结合或很少与蛋白质结合无无无无无无无无无无70S（包括（包括50S与与30S的大的大小亚单位）小亚单位）蓝藻含有叶绿素蓝藻含有叶绿素a的膜层结的膜层结构，细菌具有菌色素构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒细菌具有裸露的质粒DN
18、A主要成分是氨基糖与壁酸主要成分是氨基糖与壁酸无无无丝分裂（直接分裂）无丝分裂（直接分裂）有有有有2个染色体以上，染色体由线状个染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质组成与蛋白质组成有有有有有有有有有有80S（包括（包括60S与与40S的大小亚单位）的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素植物叶绿体具有叶绿素a与与b线粒体线粒体DNA，叶绿体，叶绿体DNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶要成分为纤维素与果胶有有以有丝分裂（间接分裂）为主以有丝分裂（间接分裂）为主1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基本特征的比较第14页，本讲稿共27
19、页2原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达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特征原核细胞真核细胞DNA量（信息量）DNA分子数DNA分子结构基因组数基因数大量“多余”的“重复”的DNA序列基因中插入内含子DNA与组蛋白结合DNA与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体DNA复制的明显周期性基因表达的调控转录与翻译的时空关系转录后与翻译后大分子的加工与修饰细胞复制与分裂（DNA传递与分配）少1环状1n几千不与或与少量类组蛋白结合主要以操纵子方式转录与翻译同时同地进行无丝分裂多2个以上线状2n，多n大于几万，十万十十与5种组蛋白结合十十复杂性，多层次性核内转录，细胞
20、质内翻译严格的阶段性与区域性十有丝分裂，减数分裂第15页，本讲稿共27页四、古核细胞（古细菌）四、古核细胞（古细菌）古核生物古核生物（archaeon），古细菌古细菌(archaebacteria)，或，或原细菌原细菌产甲烷细菌、盐细菌、硫氧化菌等产甲烷细菌、盐细菌、硫氧化菌等100余种。生于极端环境。余种。生于极端环境。古核生物介于原核生物与真核生物之间，更近于真核生物古核生物介于原核生物与真核生物之间，更近于真核生物细胞壁组成和结构细胞壁组成和结构DNA与基因结构与基因结构核小体结构核小体结构核糖体（核糖体（60种蛋白质）种蛋白质）5S rRNA序列序列第16页，本讲稿共27页第四节第四节
21、 真核细胞基本知识概要真核细胞基本知识概要一、基本结构体系一、基本结构体系 1以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；具有核膜，由膜围成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒具有核膜，由膜围成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等在结构上形成了一个连续的体系，称为内膜系统。体、叶绿体、溶酶体等在结构上形成了一个连续的体系，称为内膜系统。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化(compartmentalization)。区。区隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能
22、力增强。隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。2以核酸（以核酸（DNA或或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 3由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。第17页，本讲稿共27页二、细胞大小及其分析二、细胞大小及其分析病毒、支原体、细菌、动植物细胞、原生动物细胞病毒、支原体、细菌、动植物细胞、原生动物细胞各类细胞直径的比较（相差大概各类细胞直径的比较（相差大概10倍）倍）细细胞胞类类型型直径大小（直径大小（um）最小的病毒0.02支原体细胞0.1-0.3细菌细胞1-2动植物细胞20-30原生动素细胞数百至数
23、千第18页，本讲稿共27页三、细胞形态结构与功能的关系三、细胞形态结构与功能的关系四、植物细胞与动物细胞比较四、植物细胞与动物细胞比较中心体、细胞壁、液泡、色素体、胞间连系中心体、细胞壁、液泡、色素体、胞间连系 单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底 高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫细胞成半月形如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状；植物叶
24、表皮的保卫细胞成半月形 ，2个细胞围个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形 第19页，本讲稿共27页动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞第20页，本讲稿共27页疱疹病毒疱疹病毒腺腺病病毒毒第21页，本讲稿共27页人类天花病毒人类天花病毒骨髓灰质炎病毒骨髓灰质炎病毒第22页，本讲稿共27页病毒衣壳的排列病毒衣壳的排列第23页，本讲稿共27页肺炎支原体肺炎支原体衣原体衣原体立克次氏体立克次氏体第24页，本讲稿共27页大肠杆菌大肠杆菌第25页，本讲稿共27页弧形霍乱菌弧形霍乱菌淋病球菌淋病球菌第26页，本讲稿共27页第27页，本讲稿共27页