2018年生命科学导论03-细胞-文档资料

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• 各种组织都是以细胞为基本单位来执行特定 的功能,因为每一个细胞都具有一套完整的 装置以满足自身生命代谢的需要。
细胞生命活动:
•以物质代谢为基础; •以能量代谢(ATP)为 动力; •以信息调控为机制。
细胞是生殖和遗传的基础和桥梁,具有相同的遗 传语言
人与人之间的基因组差别只有千分之一
惟 妙 惟 肖 的 表 型 特 征

2 独立完整的蛋白质合成系 进
统,而且类似原核;

3 线粒体能以分裂发生繁殖 以及内外膜组成和结构差异
大;
步 骤 模 型
4 叶绿体可在异体细胞中生
存。
现代分子生物学的研究
16SrRNA测序,建立系统树,显示真核细胞与原核 细胞(包括古菌)是由共同的祖先平行进化而来。
真核细胞的性质
具有真正的细胞核,其遗传物质DNA包被在双层膜 的特殊结构中; 具有许多由膜包被的各式细胞器,即线粒体、叶 绿体、高尔基体和内质网等; 植物及真菌具有细胞壁,其成分分别是纤维素和 几丁质; DNA结构非常复杂,其中含有许多非编码区,而且 存在多种调控机制; 具有由特异的结构蛋白装配而成的细胞骨架 和细 胞质基质系统;
3.2 细胞的基本概念
从形态学的角度定义细胞:
细胞是由膜包围的 原生质团,通过质 膜与周围环境进行 物质和信息交流。
被质膜包裹在细胞 内的所有生活物质称为 原生质(protoplasm), 包括细胞核和细 胞 质 (cell plasma)。
细胞具有不同的形态和大小。
多种多样,细胞形态和大小的 差异,一般与其所执行的生理功 能以及所处的环境条件有关。
• 在多细胞生物中,具有不同形态和功能的 细胞都是由一个受精卵分裂和分化而来的。
所以,研究生物的生长发育必须以研究 细胞的增值、生长与分化为基础。
细胞是遗传的基本单位,具有遗传的全能性
每一个细胞,不论低
等生物还是高等生物

的细胞,单细胞生物 或多细胞生物的细
植 物 单
胞,结构简单或复杂

的细胞,未分化的细
简单(无细胞器) 无
70S型(30S和50S)
无丝分裂 单细胞生物, 无细胞组织
真核细胞
3-100 m 有 有核膜、核仁和核质 DNA与组蛋白结合 线粒体与叶绿体DNA 复杂,有各种细胞器 有(MT、MF、IF)
80S型(40S和60S)
有丝分裂、减数分裂、 多数为多细胞生物
形成细胞组织
真核细胞与原核细胞的遗传体系及基因表达的比较
Protease Inhibitors
3
6
Reverse Transcription: Converting viral RNA into DNA
4
Integration of Viral DNA
5
Transcription: Back to RNA
Translation: RNA -> Proteins
真核细胞
(eucaryotic cell)
传统观点:由原核 细胞进化而来。
从原核细胞到真核 细胞:约16~13亿年前: 真菌化石
渐进式进化
是渐进、直接 进化过程。
内共生假说

内共生假说的证据:细

胞器DNA与原核细胞DNA相 细
似,16SrRNA测序。

叶绿体与线粒体内共生假说:
可 能
1 独立的基因组;
加以利用; 8. 细胞执行不同的化学反应,如新陈代谢活
动;
9. 细胞参与许多机械活动,如物质的运输; 10.细胞能够对外界的刺激做出反应,如营养、
光照、激素生长因子、逆境因素等。
第一株用于人工培养的人细胞系:Hela cells
All HeLa cells are derived from Henrietta Lacks, a 31 year old woman from Baltimore, USA, who died of cervical cancer in 1951.
细 胞
胞或分化的细胞(除

极少数终极分化的细
一 棵
胞外),性细胞或体

细胞都包含着全套的 遗传信息,即全套的
整 的 植
基因,因此,细胞具

有遗传的全能性。
“多利羊”的克隆
人神经细胞 植物纤维细胞
鸡卵
人卵和精子
变形虫 血细胞
支原体
细胞是生命起源的归 宿,是生物进化的起
点;形状与大小各异的 细胞是生物进化的结果。
3.所有的细胞都具有作为蛋白质合成的机器的 核糖体;
4. 细胞具有自我复制的能力,能够产生更多的细
胞;而且所有细胞都以一分为二的方式进行 分裂增殖。遗传物质在分裂前复制加倍,在分 裂时均匀地分配到两个子细胞内;
5. 细胞具有遗传程序和使用遗传程序的方法;
6. 细胞是高度复杂和有组织的;
7. 细胞获得并利用能量,如植物吸收太阳光, 动物摄取糖,然后再转化成不同形式的能量
Robert Hooke ,1665, (英国,1635-1703)
软木薄片,蜂窝状的小格 子“细胞”
Microscope used by Robert Hooke
细胞学说的提出与完善:
1838年,德国植物学家施莱登(M J Schleiden) 发表了“植物发生论”; 1839年,德国动物学家施旺(T Schwann)发表 了“关于动植物在结构和生长中一致性的显微研 究”,首次提出细胞学这一名称。 确立“细胞学说”。
非 常 狭 窄 的 遗 传 桥 梁 ,
同种蛋白质中氨基酸顺序的差异导致 细胞表型的不同(镰刀状细胞贫血症)
正 常 红 细 胞
镰 刀 型 红 细 胞
编码谷氨酸的密码子GAG突变为编码缬氨酸GUG
细胞是生物体生长发育的基础
• 生物体的生长,部分是通过细胞体积的增 长来实现;
• 多细胞生物的生长主要是通过细胞分裂, 数目增加并伴随细胞的分化来实现的;
1855年,Virchow完善了细胞学说
细胞学说可以归 纳为以下两点: 1. 所有生物都由 细胞和细胞的产 物组成; 2. 新的细胞必须 经过已存在的细 胞分裂而产生。
细胞生物学及其发展
细胞生物学: 是以研究生命活动基本规律的科学。它是在 细胞、细胞超微结构和分子水平等不同层次上, 以研研究的内容: 细胞的形态与结构、细胞的代谢、细胞的增 殖与分化、细胞的遗传与变异、细胞的衰老与死 亡、细胞的起源与进化、细胞的兴奋与运动、细 胞的信息传递等。
特征
原核细胞真核细胞
遗传信息量 基因组
重复序列 内含子
RNA聚合酶 DNA复制
转录与翻译 加工与修饰 表达调控
小大
n2n 罕见大量存在 无有 一种复合体三种:polⅠ、Ⅱ、Ⅲ 无明显周期性有明显周期性(S期) 同时、同地先转录(核)后翻译(质) 无有复杂的加工过程 操纵子形式多层次、多环节
植物细胞与动物细胞的比较
从系统的角度理解细胞的基本概念:
细胞是生命的基本结构单位,所有生物都是由 细胞组成的;
细胞是生命活动的功能单位,一切代谢活动均 以细胞为基础。细胞是一个独立有序的、能够 进行自我调控的结构与功能体系; 细胞是生殖和遗传的基础与桥梁,具有相同的 遗传语言; 细胞是生物体生长发育的基础;
细胞是遗传的基本单位,具有遗传的全能性; 细胞是生命起源的归宿,是生物进化的起点; 没有细胞就没有完整的生命(病毒的生命活动 离不开细胞)
细胞大小主要
受核质比和表
面积/体积比 决定
细胞是生命活动的功能单位,一切代谢活动 均以细胞为基础,细胞具有独立的、有序的 自控代谢体系
• 在多细胞生物中,担负着不同生物功能的各 种细胞密切配合,共同完成一系列复杂的生 命过程,这些均是以细胞为单位;
• 细胞与细胞之间存在着广泛的联系和信号联 络,表现出有条不紊的分工合作关系;
线粒体 由内膜和外膜包裹的囊状结构,囊内是液
从原始细胞到原核细胞: 约30 ~35亿年前:球形微 生物和杆状细菌; 从原核细胞到真核细胞: 约16~13亿年前:真菌化 石 从单细胞到多细胞机体进 化:约8~7亿年前。
没有细胞就没有完整的生命(病毒的生命活动 离不开细胞)
非细胞形态的生命体—病毒 病毒已发现3 000余种(含40 000亚种)包括: 真病毒(virus): DNA或RNA与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体; 类病毒(viroid): 感染性的RNA构成,发现约20余种,如马铃薯纺
特征
动物细胞植物细胞
有无质体(叶绿体) 有无细胞壁
有无大的中央液胞 细胞膜离子泵 营养吸收
无,异养营养有,自养营养 无有(纤维素和果胶质) 无有(代谢调节作用) 钠-钾ATP酶质子ATP酶
++
Na驱动共运转H驱动共运转
植物细胞和动物细胞
高尔基体
细胞核 粗面内质网
光面内质网
叶绿体 线粒体
细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡
细胞的共性:
(a)
(b)
(c)
普通的细菌(a)、 植物(b)、动物细 胞(c)的结构
1.所有细胞表面均具有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白体构成的细胞膜体系;
2.所有的细胞都有由两种核酸(DNA与RNA)与 蛋白质分子构成的遗传信息复制与表达体系。 虽然病毒以其中一种核酸作为遗传信息的载 体,但病毒的复制过程往往离不开两种核酸 的参与;
植物细胞的细胞膜外还 有细胞壁,具有支持和保护 植物细胞的功能。
细胞核
核被膜是包在核外的双层膜,外 膜可延伸与细胞质中的内质网相 连。一些蛋白质和RNA分子可通过 核被膜或核被膜上的核孔进入或 输出细胞核。
染色质是核中由DNA和蛋白质组成 并可被苏木精等染料染色的物 质,染色质DNA含有大量基因片 段,是生命的遗传物质。
细胞生物学发展简史
• 第一阶段:从16世纪末-19世纪30年代,是 细胞发现及细胞知识的积累阶段,以形态描 述为主;
• 第二阶段:从19世纪到20世纪中期,细胞学 说形成后,主要进行显微形态的研究;
• 第三阶段:从20世纪30年代-70年代,以细 胞超微结构、核型、带型研究为主要内容;
• 第四阶段:从20世纪80年代分子克隆技术的 成熟到当前,细胞生物学与分子生物学的结 合愈来愈紧密,基因调控、信号转导、细胞 分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的 主要研究内容。
锤块类病毒; 朊病毒(prion): 仅由有感染性的蛋白质构成, 如疯牛病。
Human Immunodeficiency Virus
1
Attachment to the
8
Lymphocyte Membrane
Assembly and Budding
2
Entry of the
7
Viral RNA
Viral Protease
真核细胞的种类繁多,从单细胞的原生生物到多 细胞的动植物以及特殊的真菌类等都含有各种真 核细胞。
真核细胞与原核细胞基本结构特征的比较
特征 细胞大小 细胞膜 细胞核 染色体DNA 核外DNA 胞质区域化 细胞骨架 核糖体 细胞增殖 细胞组织
原核细胞
1-10 m 有(行使多种功能) 没有真正的细胞核 裸露DNA,无组蛋白 有的细胞含有质粒DNA
核仁是核中颗粒状结构,富含蛋 白质和RNA,核糖体的装配场所。
染色质和核仁都被液态的核基质 所包围。
细胞器
细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质
基质,细胞器分布在细胞质基质中。
细胞器主要包括: 内质网、核糖体、 高尔基体、溶酶体、 线粒体、质体、微 体、液泡、微管、 微丝等。有的细胞 表面还有鞭毛或纤 毛。
线粒体
中心体 高尔基体
• 细胞壁(cell wall) • 叶绿体(chloroplast) • 大液泡(vacuole) • 胞间连丝(plasmodesmata)
植物特有的结构
纤毛 细胞膜 细胞质 细胞核
粗面内质网 光面内质网
3.4 细胞的结构
细胞膜和细胞壁
细胞膜又称质膜,具有 半透性,可选择地让物质通 过;它还有一些细胞识别位 点如激素的受体、抗原结合 点等,具有接受外界信息、 与外界通讯等功能。
3.3 细胞的类别
原核细胞(procaryotic cell)
原核细胞是地球上 起源最早、结构最简单 的生命形式
从原始细胞到原核 细胞:约30 ~35亿年前: 球形微生物和杆状细 菌;
细菌细胞的透射 电子显微镜照片 (右)及模式图(左)
原核细胞的特性
遗传的信息量小,遗传信息载体仅由一个 环状DNA构成。很多细菌在核区外还含有染 色体外遗传物质,即环状质粒DNA; 细胞内只有核糖体细胞器,但没有核膜和 具有专门结构与功能分化的其它细胞器, 而其核物质有趋于集中在一起的现象,所 以,有时称为类核或拟核; 细胞壁的主要成分是含乙酰的肽聚糖; 从生命活动过程来看,原核细胞DNA的大部 分是用来编码蛋白质,只有非常小的一部 分不转录。
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