细胞生物学细胞的统一性与多样性

Ch2 细胞的统一性与多样性

第一节细胞的基本特征

一、细胞是生命活动的基本单位

（一）一切有机体都是由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位

（二）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

（三）细胞是有机体生长与发育的基础

（四）细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁

（五）细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点

二、细胞的基本共性

1．具有相似的化学组成

2．具有脂—蛋白体系的生物膜

3．具有相同的遗传装置，以DNA储存遗传信息，以RNA转录遗传信息，以核糖体翻译遗传信息。

4．采取一分为二的分裂方式

第二节原核细胞与古核细胞

原核细胞→原核生物（原核生物界）

细胞古核细胞→古核生物（古核生物界）

真核细胞→真核生物（原生生物界、真菌界、植物界、动物界）

整个生物界有3类细胞，3类生物，6个生物界。

一、原核细胞

原核细胞的基本特点

（1）没有细胞核，基因组小，为一“裸露”的环状DNA，基因表达调控简单，无细胞分化，为单细胞生物。

（2）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。

（3）没有细胞骨架体系。

主要代表：

支原体（mycoplast）——最小最简单的细胞；

细菌

蓝藻/蓝细菌（Cyanobacteria）

（一）支原体（mycoplast，霉形体）

无细胞壁，细胞形态可变。

支原体是目前发现的最小最简单的细胞。

（二）细菌

细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成。

有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。

1．细胞壁

共同成分是肽聚糖。

2．细胞质膜/细胞膜

是典型的单位膜结构，某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。

通常不形成内膜系统。

3．细胞质与核质体

细菌和其它原核生物一样，没有核膜，DNA集中在细胞质中的低电子密度区，称为核区或核质体（nuclear body），与真核细胞典型的细胞核相区分，又称为拟核或类核。

核质体是环状的双链DNA分子，所含的遗传信息量可编码2000～3000种蛋白质，空间构建十分精简，没有内含子。

由于没有核膜，因此，DNA的复制、RNA的转录与蛋白的质合成可同时进行，而不像真核细胞那样这些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。

每个细菌细胞质中约含核糖体。

30S的小亚单位对四环素与链霉素很敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素很敏感。

这些抗生素通过干扰多肽翻译起抑菌作用。

有的细菌核区DNA以外的细胞质中，存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。如F因子、R质粒。4．其他结构

荚膜和粘液层：

鞭毛：

是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白（flagellin）的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向（顺和逆时针）来改变运动状态。

菌毛：

可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。

（三）蓝藻

蓝藻又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用，因此被认为是最简单的植物。

二、古细菌（archaebacteria）

是一类很持殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。

产甲烷菌（metnanogens）：是最早发现的古细菌。

具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统，DNA为环状，有操纵子结构；

也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶为复杂多聚体、DNA 具有内含子并结合组蛋白形成类似核小体结构；

此外，还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的。

现在已有更多的证据说明，真核细胞与古核细胞亲缘关系更近，可能起源于古核细胞，或者说古核生物与真核生物曾在进化上有过共同历程。

第三节真核细胞

一、真核细胞的基本结构体系

1．生物膜系统

2．遗传信息传递与表达系统

3．细胞骨架系统

二、细胞的大小及其影响因素

细胞体积守恒定律：高等动植物，不论其种的差异多大，同一器官与组织的细胞，其大小总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。

蛋白质和核糖体的量是决定细胞大小的主要因素

植物成熟细胞大小主要由中央液泡的膨胀程度决定。

三、细胞的形态结构与功能的关系

总之，细胞的形态结构与其机能相适应。

四、原核细胞与真核细胞的比较

真核细胞与原核细胞最根本的区别有三：

1．细胞膜系统的分化与演变

真核细胞以内膜系统的特化为基础，首先分化出2个独立的部分——细胞核和细胞质，细胞质内又以内膜系统为基础分隔为结构更精细、功能更专一的单位——各种细胞器。

2．遗传信息量与遗传信息装置的扩增与复杂化

3．真核细胞内有骨架系统。

膜系统的分化→核和质的区分，各种细胞器→遗传信息量与遗传信息装置的扩增与复杂化→细胞体积增大、细胞内部结构和代谢复杂化→需要合理的空间布局←细胞骨架系统

原核细胞与真核细胞遗传信息和遗传装置与基因表达方式的比较

（1）与原核细胞相比，真核细胞遗传信息量扩增

遗传信息载体DNA分子数量增加，由单倍性变为多倍性，基因数由数百到数千增加到数万，真核细胞基因组中出现了内含子和大量重复序列。

遗传信息量的扩增，为性状表现的多样化和复杂化提供了物质基础，为细胞进行复杂的生命活动奠定了物质基础。（2）与原核细胞相比，真核细胞遗传装置复杂化

遗传物质DNA分子的组织结构变得复杂化，由环状变成线状，基因组中出现内含子和大量重复序列，与组蛋白结合，形成核小体，并以核小体为基本单位进一步与非组蛋白组织成为染色质和染色体，存在于细胞核中，在细胞周期中发生有规律的组织结构状态的变化。

真核细胞遗传装置的复杂化为遗传物质的传递、为基因表达的多层次调控提供了结构基础。

（3）与原核细胞相比，真核细胞基因表达调控多层次化

原核细胞遗传信息量少，遗传物质组织结构简单，其基因表达调控也比较简单，主要为操纵子调控模式，这种简单的基因内表达调控模式与原核细胞对环境条件变化作出快速反应是适应的，但难以完成复杂的细胞分化等生命活动。

真核细胞遗传信息扩增和遗传装置复杂化，使基因表达具有严格的阶段性与区域性（时空性），基因表达调控的方式更加丰富，具有多层次性。

真核细胞基因表达调控可以发生在转录前水平（如DNA重排，基因扩增，DNA修饰和染色质结构重建等）、转录水平（如增强子、沉默子的调控等）、转录后水平（如mRNA选择性拼接等）、翻译水平以翻译后水平等。

真核细胞基因表达的复杂性和多层次性与遗传信息传递的准确性和稳定性相适应，与完成细胞分化等复杂的生命活动相适应。

五、植物细胞与动物细胞的比较

植物和动物细胞有共同细胞器和细胞结构。

动物细胞有植物细胞不具有的细胞结构：中心体（植物细胞不常见）。

植物细胞有动物细胞不具有的结构：细胞壁、液泡、叶绿体和其它质体

第四节非细胞形态的生命体——病毒

一、病毒的基本知识

病毒（Virus）是一类非细胞形态的介于生命与非生命形式之间的核酸——蛋白质复合体。

与细胞相比，有以下主要特点：

①个体微小，结构简单

②遗传载体具多样性

仅具有一种类型的核酸，或DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒，有单链DNA、双链DNA、部分双链DNA、双链RNA、正链RNA、负链RNA、反转录正链RNA7种类型的病毒。

③彻底的寄生性

只有在寄主细胞内才能表现增殖与遗传的生命特征。

④以复制和装配的方式增殖

病毒感染寄主细胞后，利用寄主细胞的代谢机器复制遗传物质、合成病毒蛋白，最后装配出子代病毒颗粒。

而细胞以分裂方式增殖。