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1、第二章 细胞基本知识概要,细胞的基本概念原核细胞与真核细胞,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的多样性,第二节 原核细胞与真核细胞,原核细胞（Prokaryotic cell）古细菌（Archaebacteria）真核细胞（Eukaryotic cell）,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,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
2、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。,原核细胞,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
3、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胞细菌蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）,真核细胞,真核细胞的基本结构体系细胞的大小及其分析原核细胞与真核细胞的比较,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（DNA或RNA）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。,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,原核
4、细胞与真核细胞基本特征的比较,结构上看，真核细胞在长期进化的过程中，在细胞内分化演变出一个生物膜系统，包括核膜及细胞质内的一系列膜性结构，核膜将细胞分隔为核和质两部分，遗传物质的贮存、复制与转录在核中进行、细胞质又进一步以膜系统为基础分隔为结构更精细，功能更专一的单位各种重要的细胞器，执行蛋白质合成，能量代谢与供应，以及其它一系例代谢过程，此外和原核细胞不同的是，其核细胞内还分化出一个精密的支架系统细胞骨架系统，使细胞内部空间上的合理布局。因此：细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。,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
5、 叶绿体,古细菌,古细菌（archaebacteria）是一些生长在极端特殊环境中的细菌(类似地球早期生命环境),由古细菌构成的生物称为古核生物.盐细菌(halobacteria)，生长在浓度大的盐水中热原质体(thermoplasma)，生长在煤堆中硫氧化菌(sulfolobus)，生长在硫磺温泉中。现在己发现100多种古细菌，并将它们分类为目、科、属、种.古细菌的形态特征和遗传装置和原核细胞相似,但16SrRNA序列分析和其他一些分子生物学特征却与真核细胞更为近似。现在己有更多的论据说明真核生物可能起源于古核生物。,为什么说真核细胞可能起源于古细菌？,（1）古细菌细胞壁的成分类似于真核细胞
6、。抑制壁酸或肽聚糖合成的抗生素对真细菌有抑制生长作用，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。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。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。（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
7、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，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。,为什么说支原体是最小，最简单的细胞?,支原体具备一个细胞生存与增殖的基本结构装置 细胞遗传信息的载体DNA与RNA、核糖体（进行蛋白质的合成），催化主要酶促反应所需要的酶。从保证一个细胞生命活动运转所必需的条件看完成细胞功能至少需要100种酶，这些分子进行酶促反应所必须占有的空间直径为50nm，再加上核糖体(每个核糖体直径约10-20nm)，细胞膜与核酸等，我
8、们可以推算出来，一个细胞体积的最小极限直径不可能小于100nm，而现在发现的最小支原体细胞的直径已接近这个极限。,细菌细胞的核区与基因组,细菌DNA分子的长度约为1200-1400m，所含的遗传信息量大约编码20003000种蛋白质 细菌DNA的复制不受细胞份裂周期的限制，可以连续进行，不象真核细胞DNA复制仅局限在细胞周期的特定阶段S期进行。细菌DNA复制时只有一个复制起始点，其复制模式为模型，因此它可以被看做为一个复制子。而真核细胞染色体在复制时有多个复制起始点。细菌DNA复制，RNA转录与蛋白质译制可以同时进行，没有严格的时间和空间上的限制，而真核生物具核膜把核和细胞质隔开，DNA在核内
9、复制和转录，蛋白质则是在细胞质中译制。这是原核细胞和真核细胞最显著的差异之一。,物种 基因组大小 平均基因长（bp）基因数目 大肠杆菌 4.2106bp，1.2Kb 约2 350酵母 1.3107bp 1.4Kb 约6 100 果蝇 1.4108bp 11.3Kb 约8 750 人 3109bp 16.3Kb 约125 000,细菌细胞核外DNA 质粒,细菌的细胞膜,由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成，膜厚8-10nm。主要功能是选择性地交换物质：吸收营养物质，排出代谢废物。细菌细胞膜含有丰富的酶系，其蛋白质含量较真核细胞高出40%以上。细菌细胞膜的特点是具有多功能性,中膜体(mesosome),
10、中膜体又称间体或质膜体，由细胞膜内陷形成，主要存在于革兰氏阳性菌中。功能：推测中膜体可能与DNA复制及向子细胞的分配有关。,细菌的细胞的核糖体,每个细菌细胞约含5千5万个核糖体，部分附着在细膜膜内侧，大部分游离于细胞质中。细菌核糖体的数量与细胞生理状态的关系极为切。细菌核糖体的沉降系数为70s，由50s和30s两个亚基组成，30s的亚基对四环素，链霉素敏感，使mRNA不能与30s相结合，从而使蛋白质不能合成，而红霉素与氯霉素是破坏50s亚基，使氨基酸装配成肽链的过程受阻。,细胞壁,成分：肽聚糖，壁酸和特殊的脂类化合物。结构：革兰氏阳性菌，壁较厚，约20-80nm，主要成分是壁酸，高达90%，壁
11、酸是由很多甘油或核糖醇经磷酸二酯键与丙氨酸和葡萄糖相连成的长链。革兰氏阴性菌：细胞壁较薄，可明显的分为两层。内层：厚约2-3nm，其成分为肽聚糖，形成细胞壁的坚固层包围细胞质。外层：厚约8-10nm，是类似于膜的结构，又称外膜，其化学成分是磷脂，脂多糖及脂蛋白。,中央质(体),是遗传物质的所在地，由一条裸露的环状双链DNA分子所组成。中央质DNA的含量较大，如颤藻的平均DNA含量较大肠杆菌重2457倍。有许多重复序列，具多倍性。可能有大量重复的基因组存在。,光合作用片层,是蓝藻的光合装置。由一系列的片层结构构成，分布在周质中，呈同心环状。光合色素可分为叶绿素类，类胡萝卜素及藻胆蛋白三大类。在片
12、层上规则排列着直径约25nm左右的小体叫藻胆体，是由藻胆色素和几种藻胆蛋白构成。藻胆蛋白包括藻兰蛋白、异藻蓝蛋白(内含藻蓝素)、藻红蛋白(内含藻红素)3类。藻蛋白分子均由、两个亚基构成，其上各带14个色素团、藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素a，即光能藻胆蛋白叶绿素a兰藻仅含有叶绿素a，而高等植物细胞含有叶绿素a、b两种，因此兰藻比高等植物的光合作用的效率要低，属于一种原始的光合作用。,细胞表面结构,蓝藻细胞膜外有细胞壁和一层胶质层细胞壁的成分中既有高等植物细胞壁中的纤维素，又含有细菌胞壁中独有的肽聚糖。胞壁外的胶质层又叫做鞘，成分是酸性粘多糖和果胶质，围在一个或一团细胞外面。功能为保持水分，
13、降低蒸发，适应不良环境。,细胞质内合物,核糖体：分散在整个细胞质，在核质周围区域密度最大，此外有些附着在细胞内膜上，其沉降系数为70s，分30s和50s亚单位，对抗菌素的敏感性与细菌相似。在蓝藻细胞质中还有多种内含物，如淀粉粒、脂滴、蓝藻颗粒体，多磷酸酯体，多角体等等。,遗传装置与基因表达方式的比较,遗传装置：原核细胞的遗传信息载体是一条裸露的DNA分子，环状不与组蛋白相结合，是单倍性，基因数量几百到几千个。真核细胞的DNA为线状，与多种组蛋白结合，形成直径为10nm的核小体结构，再以核小体为基本结构螺旋盘绕形成高度复杂的染色质与染色体，基因数量为几万，并且由原核细胞的单倍性变为多倍性。原核细
14、胞的基因结构无多余序列，不含多余、重复的DNA序列，基因中也不含内含子结构。真核细胞则形成了各种特殊的基因结构，如内含子，重复序列，无用序列与假基因等，为复杂而多层次的基因表达调控提供了基础。,基因表达方式,真核细胞的基因表达程序具有严格的时空关系，具有多层次性的调控.可在转录前水平(如基因重排，基因扩增，DNA甲基化等)，转录水平(如增强子的促转录作用)，转录后水平(mRNA的拼接)以及翻译水平，翻译后水平(蛋白质分子修饰)等多种层次进行调控。原核细胞基因表达的调控比较简单，往往是几个相关结构基因与操纵基因、启动基因与cap结合位点等协调合作，共同控制基因的表达(操纵子模型)。从DNA的复制与传递方式上看，原核细胞为直接分裂，DNA复制后分配给子细胞。而真核细胞的增殖过程出现明显的周期性，DNA在S期复制在分裂期出现有丝分裂器(纺锤丝)，染色体均等分配给子细胞(有丝分裂)。真核细胞内遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性与区域性，而原核细胞内转录与翻译可同时进行。,习复题,基本概念：原核细胞、真核细胞、古核细胞、细菌、支原体、蓝藻、光合片层1.为什么说支原体是最小、最简单的生体。2.如何理解细胞是生命活动的基本单位。3.比较原核和真核细胞的基本结构和基本生 命活动的特点。4.说明古核细胞在细胞进化过程中的意义。,
