第二章細胞的統一性與多樣性

第一節細胞的基本特征一、細胞是生命活動的基本單位

細胞是由膜包圍的能獨立進行繁殖的原生質團，是生命活動的基本單位。1、細胞是構成有機體的基本單位2、細胞是代謝與功能的基本單位。

細胞表現為嚴格有序的、自動控制的代謝系統，這是由細胞自身的裝置及其協調性決定的。3、細胞是有機體生長與發育的基礎。4、細胞是繁殖的基本單位，具有遺傳的全能性。5、沒有細胞就沒有完整的生命。

任何破壞細胞結構的完整性，都不能實現細胞完整的生命活動。二、細胞的基本共性1.所有的細胞都有相似的化學組成

基本元素是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等。構成

2.脂-蛋白體系的生物膜3.DNA-RNA遺傳裝置4.一分為二的分裂方式核苷酸核酸氨基酸蛋白質脂肪酸脂質單糖多糖

第二節原核細胞與古細胞細胞分為：原核細胞：構成原核生物（大多數由單個細胞構成）代表生物：細菌真核細胞：構成真核生物（有多細胞和單細胞）原核細胞基本特點：

遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環狀DNA構成；細胞內沒有分化為以膜為基礎的具有專門結構與功能的細胞器和細胞核膜。無典型的細胞核，體積小，僅0.2-10um。一、支原體

目前發現的最小、最簡單的細胞，直徑一般為0.1—0.3um。DNA以環狀雙螺旋形式較均勻地分布在細胞內，無核區。指導合成700多種蛋白質。具有一分為二的分裂方式，區別于病毒。許多支原體能寄生在細胞內繁殖。無細胞壁,形態可隨機變化。自身不能合成長鏈脂肪酸或不飽各脂肪酸，須培養基提供。

支原體(mycoplasma)

：目前發現的最簡單、體積最小的原核細胞，也是惟一一種沒有細胞壁的原核細胞。二、細菌和藍藻（一）細菌細胞

1、細菌特點：（１）細菌細胞的核區與基因擬核：沒有核膜，DNA分子裸露，所含的遺傳信息量可編碼2000~3000種蛋白質，空間構建十分精簡。細菌細胞的基本特點是：遺傳信息量少，內部結構簡單，特別是沒有分化成以膜為基礎的專門結構和功能的細胞器與核膜。細菌DNA復制時，不受細胞分裂周期的限制，可以連續進行。細菌基因復制、轉錄和翻譯沒有嚴格的時間上的階段性和位置上的區域性，可同時進行。（2）細菌細胞表面的結構a細胞膜雙層，由磷脂和蛋白質組成，具半透性和不對稱性。功能（多功能性）：選擇性地物質運輸；細胞膜含有豐富的酶系，執行重要的代謝功能。b中膜體又稱間質體或質膜體，由細胞膜內陷形成，可能起DNA復制的支點作用。細胞分裂時，先形成兩個中膜體，然后核物質一分為二。c細胞壁主要成分為肽聚糖。革蘭氏陽性菌含壁酸90%，陰性菌含壁酸5%，故革蘭氏陽性菌對青霉素敏感。d莢膜為位于細胞壁表面的一層粘液物質，主要是由葡萄糖和與葡萄糖醛酸組成的聚合物。作用：細胞免受干燥、保護病原菌免受細胞的吞噬和在營養缺乏時，為細菌提供營養。e鞭毛由鞭毛蛋白的彈性蛋白構成。（3）細菌細胞核糖體

部分附在細胞內側，大部分游離于細胞質中；核糖體與mRNA形成多聚核糖體；核糖體沉降系數為70S，由50S和30S亞基組成；（4）細菌細胞核外DNA

即細菌內部的質粒（plasmid），能自我復制，并可整合到核DNA中。如大腸桿菌性因子（f因子）、大腸桿菌素因子（col因子）、抗藥性因子（r因子）等。質粒常用作基因重組與基因轉移的載體。（5）細菌細胞內生孢子

細菌在不利環境或營養耗盡時，易生成內生孢子，又稱芽孢，它為細菌的休眠體，具有較強的抵抗力。（二）藍藻細胞又稱藍細菌（cyanobacteria），為原核生物，具有光合作用（僅含葉綠素a，不含葉綠素b）。為單細胞生物，遺傳物質為環狀DNA，但遺傳信息量大。體積比其它原核細胞大得多，體積較大直徑約10μm左右，甚至可達60μm(顫藻)。藍藻細胞的重要作用能進行光合作用，以水為電子供體，放出氧氣。放出的氧氣改變了原始地球的大氣組成成分，使得地球上的氣體逐漸適合生物生存。六、古核細胞（古細菌）古細菌（又稱原細菌）是一些生長在極端特殊環境中（高溫或高鹽）的細菌。最早發現的是產甲烷細菌類。如：產甲烷菌（最早發現）、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌。古細菌、真細菌和真核生物主要特征的比較古細菌真細菌真核生物核膜無無有細胞器無無有核糖體70S（30S、50S）70S（30S、50S）80S（40S、60S）DNA環狀，不與蛋白質結合環狀，不與蛋白質結合線狀，與蛋白質結合細胞分裂無絲分裂無絲分裂有絲分裂起始tRNA甲硫氨酰tRNA甲酰甲硫氨酰tRNA甲硫氨酰tRNA5SrRNA有5個螺旋區有4個螺旋區有5個螺旋區細胞壁無胞壁酸有胞壁酸纖維素和果膠光合色素鹽細菌含細菌視紫紅質光合細菌含細菌葉綠素高等植物含葉綠素a、b能量代謝化能無機營養（如甲烷等）通過厭氧或有氧呼吸獲能通過氧化磷酸化產能古核細胞的形態結構、遺傳裝置雖與原核細胞相似，但一些基本分子生物學特點又與真核細胞接近。現已有更多的論據說明真核生物可能起源于古核生物，論據如下：（1）古細菌的細胞壁成分與真核細胞一樣；（2）古核細胞DNA中有重復序列的存在；（3）具有組蛋白；（4）古核細胞的核糖體與真細菌的差異很大，從對抗生素的反應看，應更類似真核細胞的核糖體；（5）根據對5SrRNA的分子進化分析和二級結構的研究，認為古細菌與真核生物同屬一類。而真細菌卻與之差別甚遠。第三節真核細胞主要特點：以生物膜為基礎進一步分化，使細胞內部產生許多功能區室，它們各自分工負責又相互協調和協作。兩種主要類型：動物細胞和植物細胞。一、真核細胞基本結構體系

真核細胞是三大基本結構體系：以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構系統；以核酸DNA、RNA和蛋白質為主的遺傳信息表達系統；由特異蛋白分子裝配構成的細胞骨架系統。（一）生物膜系統細胞內具有膜包被結構的總稱，主要是各種獨立的細胞器。有細胞膜、線粒體、葉綠體、高爾基體、內質網、溶酶體等。功能：為細胞提供保護、使細胞內部結構區室化、為細胞內的物質運輸提供了特殊的運輸通道（二）遺傳信息表達系統

包括DNA復制、轉錄、核糖體的裝配和蛋白質的合成該系統又稱為顆粒纖維結構系統，包括細胞核和核糖體。細胞核中的染色質是由DNA和組蛋白構成。染色體的一級結構是由核小體組成的串珠結構。核糖體是由RNA和蛋白質構成的顆粒結構，由大小兩個亞基組成，它是細胞內合成蛋白質的場所。（三）細胞骨架系統

細胞骨架系統是由一系列特異的蛋白裝配而成的網架系統。主要由微管、微絲和中間絲組成。包括細胞質骨架和細胞核骨架。二、細胞的大小及其分析1、細胞體積的守恒定律：同一器官與組織的細胞，其大小在一個恒定的范圍之內，器官的大小細胞的數量成正比。2、決定細胞體積的一些因素：（1）表面積與體積：細胞體積與相對表面積成反比。（2）核質比：（3）物質運輸：細胞內物質從一端向另一端運輸或擴散是有時間與空間的關系。真核細胞的細胞器真核生物由于進化等級更高，細胞承擔的功能也逐漸增多，所以其結構也產生了很大的變化，出現了許多區室化的結構，稱之為細胞器。包括葉綠體、線粒體、內質網、高爾基體、核糖體、溶酶體、中心體、液泡等。內質網：由一層單位膜形成的囊狀、泡狀和管狀結構，由于靠近細胞的內側，所以稱為內質網。根據內質網上是否有核糖體，將它分為光面內質網和糙面內質網。①

rER：合成蛋白質的場所②

sER：合成脂肪的場所高爾基體分為順面和反面。主要功能是將內質網上合成的蛋白質進行加工、分類與包裝，然后分門別類地運送到細胞特定部位或分泌到細胞外。核仁：體積一般較大，因為要保證生產足夠的核糖體精細胞:除了攜帶一套完整的單倍基因組，其他結構裝置主要保證其運動與進入卵內。即鞭毛和頂體(類似大溶酶體)。卵細胞:

預先儲存大量的mRNA、蛋白質與養料，致使細胞體積驟增。3．生殖細胞：四、原核細胞和真核細胞的比較

相同點：1.都具有類似的細胞質膜結構；2.都以DNA作為遺傳物質，并使用相同的遺傳密碼；3.都以一分為二的方式進行細胞分裂；4.具有相同的遺傳信息轉錄和翻譯機制，有類似的核糖體結構；5.代謝機制相同（如糖酵解和TCA循環）；6.具有相同的化學能貯能機制，如ATP合成酶（原核位于細胞質膜上，真核位于線粒體膜）；7.光合作用機制相同（藍細菌與植物相比較）；8.膜蛋白的合成和插入機制相同；9.都是通過蛋白酶體（蛋白質降解結構）降解蛋白質（古細菌與真核細胞相比較）。原核細胞與真核細胞的根本區別：①生物膜系統的分化演變；②遺傳信息量與遺傳裝置的擴增與復雜化（遺傳信息重復序列與染色體的多倍性出現，真核細胞內遺傳信息的轉錄與翻譯有嚴格的階段性與區域性）。由于上述的根本差異，真核細胞的體積也相應擴增，細胞內部出現精密的網架結構——細胞骨架。（原核細胞更能適應環境）原核細胞和真核細胞的比較五、植物細胞與動物細胞結構的比較植物細胞特有結構（1）細胞壁

主要由纖維素、果膠質、半纖維素、木質素等組成。細胞壁某些部位有間隙，原生質由此通過，形成胞間連絲。（2）液泡

由脂蛋白膜包圍的封閉系統，內部是水溶液，溶有鹽、糖、色素等物質，隨著細胞生長，可由小液泡合并成大液泡。作用：（1）調節細胞內環境；（2）壓力滲透計作用。（3）葉綠體具有光合作用，為半自主性細胞器。液泡

滲透調節；貯藏；消化作用

植物細胞和動物細胞的異同點相同點：很多重要的細胞器和細胞結構，如細胞膜，核膜、染色質、核仁、線粒體、高爾基體等，具有一分為二的分裂方式。不同點：植物有細胞壁、液泡、葉綠體；動物細胞里有中心粒構成的中心體等。第三節非細胞形態的生命體-病毒一、病毒的基本知識病毒（virus）一個核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構成的復合體。病毒是寄生物：沒有獨立的能量代謝與能量轉化系統，必須利用宿主細胞結構、原料，能量與酶系統進行增殖。類病毒（viroid）由一個感染性RNA組成朊病毒（prion）又稱蛋白質感染因子,僅有感染性蛋白質組成

注：同一種病毒內兩種核酸不可同時存在。病毒分類：1、根據宿主范圍分

動物病毒、植物病毒、細菌病毒2、按病毒核酸的類型、形態、大小、有無包膜等特征分類

根據核酸類型分：DNA病毒（單、雙鏈）

RNA病毒（單、雙鏈）根據病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：

DNA病毒與RNA病毒二、病毒的類型(6類）DNA病毒

雙鏈±DNA→+mRNA→蛋白質單鏈+DNA→±DNA→+RNA→蛋白質+RNA:指與指導合成的蛋白質在序列上完全一致的mRNA.RNA病毒

1.雙鏈±RNA→+mRNA→蛋白質2.單鏈+RNA→-RNA→+RNA→蛋白質3.單鏈-RNA→+RNA→蛋白質4.單鏈+RNA→-DNA→±DNA→+mRNA→蛋白質(含反轉錄酶)

三、病毒的結構蛋白質殼體(保護作用,抗原性)

核殼體核酸包膜(包膜小體)四、病毒在細胞內的增殖病毒的復制：病毒在宿主細胞內分別復制病毒核酸與翻譯病毒蛋白，然后將核酸與蛋白裝配成病毒的基本結構。病毒的增殖分為5個基本過程:吸附-注入-合成-組裝-釋放1、病毒侵入細胞，病毒核酸的感染

病毒對細胞的感染決定于病毒蛋白外殼同宿主細胞表面的受體能否特異結合，受體分子是宿主細胞膜或細胞壁的正常成分。因此，病毒的感染具有特異性。多數動物病毒主要以細胞吞飲作用的方式進入，但有些有包膜的病毒，以其包膜與細胞融合的方式進入，噬菌體僅將核酸注入細胞中。病毒進入細胞后，殼體被裂解。注：RNA病毒的核酸是在胞質內復制和轉錄。

DNA病毒的核酸是在細胞核內復制和轉錄。2、病毒核酸的復制、轉錄與蛋白質的合成根據核酸類型分：DNA病毒（單、雙鏈）

RNA病毒（單、雙鏈）單鏈DNA病毒分：侵染性RNA病毒非侵染性RNA病毒具逆轉錄酶的單鏈RNA病毒下面以雙鏈DNA病毒、單鏈RNA病毒與單鏈RNA腫瘤病毒為例，敘述復制、轉錄和蛋白質的合成：（1）DNA病毒的復制、轉錄和蛋白質的合成

DNA病毒進入細胞后，在蛋白水解酶的作用下，殼體裂解，釋放出DNA。

在病毒DNA指導下，首先翻譯出“早期蛋白”。“早期蛋白”作用：①關閉宿主細胞基因調控，抑制宿主細胞本身的核酸復制與轉錄，及蛋白質的合成。②起病毒特異性聚合酶的作用，以病毒DNA為模板復制新的DNA，并轉錄成mRNA，與宿主核糖體結合，翻譯病毒結構蛋白。（2）RNA病毒的復制、轉錄和蛋白質的合成

RNA病毒進入細胞后，在脫衣酶的作用下，殼體裂解，釋放出RNA。在病毒RNA指導下，首先翻譯出“早期蛋白”。“早期蛋白”作用：①關閉宿主細胞基因調控，抑制宿主細胞本身的核酸復制與轉錄，及蛋白質的合成。②起病毒特異性聚合酶的作用，以病毒DNA為模板復制新的DNA，并轉錄成mRNA，與宿主核糖體結合，翻譯病毒結構蛋白。（3）RNA腫瘤病毒的復制、轉錄和蛋白質的合成

RNA病毒進入細胞后，在酶的作