第2章_细胞的基本知识

第2章细胞的基础知识（基本目的和任务：使学生对细胞的化学组成及其特点，对真、原核细胞、动植物细胞模式结构及各结构的功能，对这几类细胞间的根本区别和（或）主要区别，对细胞结构的多样性及其共性以及细胞形态结构与功能间的相关性，有一个概览或了解和掌握。

主要由学生自学。

讲授2小时，主要讲以下问题：第一节细胞的基本概念生物体是由细胞构成的，虽然细胞类型不同，形态不同，功能不同，但它们都有一些共性，是构成生命的基本单位。

细胞种类、大小和形状的多样性细胞种类的多样性可以从三方面理解：⑴每种生物的细胞彼此不同；⑵同一种生物不同个体的细胞一般也不相同；⑶同一个体的多细胞生物体，其所含细胞的种类也是多样的，最复杂的生物体为人类，约有200多种不同类型的细胞，如考虑到分化程度的不同则有600多种不同的细胞。

细胞的形态也是多样的，依种类、所处环境和所执行功能而异，有球形的、多面形的、纤维状的、分支的和星形的等等。

有些形状简直使人难以想象到。

一、细胞是生命活动的基本单位从生命整体讲，它们是生命发育的基础，从细胞个体讲，它们都独自构成一个功能单位。

二、细胞的基本共性1. 细胞的化学组成及构成细胞的元素⑴有人曾指出，凡自然界有的元素在细胞（和有机体）内都存在。

但迄今能检测出的仅60余种（62种？）。

依在活细胞总重量中所占份额的不同，这些元素被分为三类（《细胞生物学》1988）宏量元素：为每种重量占细胞总重量之万分之一以上的。

包括C、H、O、N、P、S、Ca、Na、K、Mg、Fe等12种，它们的总重量占活细胞总重的99%以上。

其中前四种又称重要元素，占96%。

微量元素：为其含量占活细胞总重的十万分之几到千万分之几的。

包括Au(金)、Hg、Sn(锡)、Cs(锶)、U(铀)等近30种。

超微量元素：为含量不到活细胞总重亿万分之一的。

有F(氟)、I、m、n、Cu、Pb(铅)等约20种。

以上成分看来并非绝对与生物种类无关。

例如在李杰芬等编的《植物生物学》（1988）中，Fe、Cl即被视为微量元素，也无超微量元素之分⑵分子①水和无机盐②有机小分子（MW:100—1000Da）主要指：amino acid；(CH2O)n中n为 3-7的糖类；lipids（脂肪酸及其衍生物，为磷脂、糖脂、胆固醇等）③大分子 (MW:10万-100万Da)包括核酸（DNA、RNA）、Protein、大分子多糖。

以上大、小分子的划分只具有相对意义，例如一般都把核酸和蛋白质视为生物大分子，但有些蛋白质（如histones）和RNA显然达不到10万Da以上的分子量。

关于细胞的化学组成，有两点要特别指出：①各种元素和各类小分子的作用和意义，在高中《生物学》和本科《普通生物学》教材（陈阅增等编著，1997）已大体讲过，请复习了解掌握，我们不再讲了。

有的，如左螺旋DNA 问题，待以后有关章节中再介绍。

②细胞并未具有无机自然界所没有的任何元素，这反映了生物界与非生物界的统一性。

但是细胞和生物体在所含各种元素的比例上却有着与非生物界的显著不同，显示相互其独特性；至于分子，尤其象核酸和蛋白质等，至少在目前地球上，则纯粹为细胞和生物体所特有，纯粹它们生命活动的产物。

更显示出其在化学组成上的独特性！细胞在结构和功能上的共性结构上：都具有选择透性的细胞膜结构；都具有遗传物质；都有核糖体。

功能上：能够进行自我增殖和遗传；都能进行新陈代谢；都具有运动性。

细胞大小依种类而异，细胞的大小有很大不同一般的真核细胞其胞体直径约为10-100μ；原核细胞有一般0.5-10μ。

最小的细胞其直径仅0.1μ（支原菌Mycoplasma，又称PPLO）；而最大，其直径可达约5cm（如未受精或刚受精的鸵鸟蛋“蛋黄”），最长的达1米以上（如长颈鹿有的神经细胞）。

图中显示一些细胞、细胞器和一些分子的相对大小和观察方法（解释图）。

但高等动植物细胞在大小上也存在一种被称“细胞体积守恒定律”的规律性现象，及不论物种差异多大，同一器官组织的同种种类细胞，其大小都处于一个恒定的范围内，如大象和小鼠的肝细胞大小无明显差异。

第二节非细胞形态的生命体——病毒及其与细胞的关系一、病毒的基本知识病毒是迄今为止发现的最小、最简单的非细胞形态的生命体。

主要是由一个核酸分子(DNA 或RNA)与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。

一般由两个部分组成；蛋白质外壳——壳体(capsid)和核酸 (nucleic acid)。

类病毒：仅有一个有感染性的RNA构成。

几个病毒的模式图腺病毒：20面体；烟草花叶病毒：长圆柱形，有囊膜，双DNA。

右边图为用苯酚抽提出部分蛋白质后，露出线性DNA分子的一部分。

二、病毒的分类可以从以下几个方面进行：1. 病毒的形态：形狀、大小、有无外膜蛋白体的存在2. 核酸化学：核酸类别、分子量3. 其它：物理化学的感受性、免疫学特性、病理学特性、生态学流、行病学、临床症状病毒划分举例：腺病毒为环状DNA分子，球形二十面体，在寄主核内组装外壳，无囊膜。

三、病毒在细胞中的复制以T4噬菌体侵染大肠杆菌E.coli为例，主要有以下几个步骤：吸附——侵入——复制——成熟——释放细节内容将在微生物和微生物遗传学里有详尽的介绍。

四、菌斑实验: 测定活性病毒的数量在正常的宿主菌落里倒入一定量的被稀释的病毒悬浮液，在被病毒感染后观察平板培养基，每一个斑快就表示被病毒感染的区域，这就表明该病毒感染邻近细胞。

五、冠状病毒与SARS2003年春天在我国和世界20多个国家发生了一种传染性病毒病，导致严重急性呼吸道综合症（severe acute respiratory syndrome，SARS），即我国所说的非典型肺炎。

该病由一种新型的冠状病毒引起。

冠状病毒粒子呈球状，形似冠状而得名。

仅感染脊椎动物，可以引起人和动物呼吸道、消化道、肝脏和神经系统产生疾病。

SARS是一种新型的冠状病毒，目前已发现有几十个变种。

这种病毒潜伏期2～7天，患者伴有高热、寒战等症状，但是95％的被感染者能够被治愈，现在已有疫苗进入试验阶段。

冠状病毒的形态结构：M蛋白，是糖蛋白，横穿包膜。

S蛋白，构成长的杆状包膜突起，负责结合敏感细胞受体，诱导病毒包膜和细胞膜之间的膜融合。

作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应。

E蛋白属于包膜蛋白，是一种小的与包膜形成相关的蛋白。

核衣壳蛋白N是一种碱性磷蛋白，具有3个结构域。

HE蛋白即血凝素－脂酶，与病毒早期吸附有关。

冠状病毒基因组为（+）ssRNA，长约27－31kb，在5端有帽子结构，3端有poly（A）尾，紧接帽子结构之后是60－80个碱基的先导RNA序列和200－500个碱基的非编码区。

第三节原核细胞 (prokaryotic cell) 和真核细胞 (eukaryotic cell)一、原核细胞世间的所有细胞被分为真核细胞（eukaryocyte）和原核细胞（prokaryocyte）两大类。

与此相应，生物体系分为两大类：真核生物和原核生物。

动物、植物和真菌就是真核生物，而放线菌、细菌、蓝藻、立克茨氏体、支原体和衣原体等则是原核生物。

从进化上讲，原核细胞和原核生物出现在前，真核细胞和真核生物由原核细胞和原核生物演化而成。

两类最重要的区别是，真核细胞有细胞核，原核细胞没有明显的细胞核，无核膜和核仁，只有拟核。

原核细胞中也是生命界最小、最简单的细胞是支原体，而自然界分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体也是原核生物的细菌。

以细菌为例来了解原核细胞及原核生物。

1. 细菌细胞的核区只有原始形态的核，没有核膜，核仁，结构简单，称为核区和拟核。

2. 细菌细胞的表面结构细胞膜、中膜体、细胞壁、荚膜和鞭毛。

3.细菌细胞的核糖体每个细菌细胞约含有5000－50000个核糖体，少部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质。

4. 细菌细胞核外DNA在细菌细胞中，除核区DNA外，还存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。

5. 细菌细胞内生孢子某些细菌处于不良环境或者耗尽营养时，就会生成内生孢子，有称芽孢，用以对抗不良环境。

细菌大小、形态的比较。

真核细胞包括植物细胞和动物细胞二、（真核细胞）动物细胞的模式结构及各结构功能概览⑴质膜。

处于结构上的边界外，还有以下功能：①物质的跨膜运输（简称物质运输）（及响应的细胞的渗透压和ph——酸碱度调节）；②冲动的产生和传导；③细胞识别和胞间通讯；④参与胞间连接和细胞附着。

⑵细胞核（包括核被膜、染色质、核仁、核骨架、核液）。

主要功能为：①核DNA复制及其损伤修复；②核基因的转炉及其调控和转录物修饰；③核糖体大小亚基的组装。

⑶内质网。

主要功能有：①蛋白质的合成、转运、修饰、折叠和组装；②磷脂的合成；③糖原的代谢；④解毒作用；⑤Ca2+的贮存和胞质溶液Ca2+水平调节。

⑷高尔基体。

主要功能：①蛋白质修饰加工和组装；②磷脂糖基化；③透明质酸等氨基聚糖的合成；④修饰加工与组装产物的分拣、包装和转运。

⑸溶菌体。

主要功能是进行异体消化和自体消化。

⑹微体的一种——过氧化酶体。

主要功能是进行产H2O2同时又消除H2O2氧化还原反应，因而具解毒和保护功能。

⑺转运小泡。

功能是转运物质。

⑻核糖体。

功能是进行蛋白质合成。

⑼线粒体。

主要功能是：①三羧酸循环和电子传递及ATP合成；②丙酮酸脱羧氧化；③脂肪酸β氧化；④自身DNA合成和所含基因的表达。

⑽中心体和中心粒。

功能为：①微管组织中心；②衍生为生毛粒。

⑾微管。

主要功能是：①支架作用；②胞内物质运输；③构成中心粒、鞭毛、纤毛和纺锤体。

⑿微丝。

主要功能是：①支架作用；②胞内物质运输；③肌肉收缩的收缩作用和细胞运动；④参与细胞连接与附着。

⒀中间纤维。

主要功能是：①支架作用；②赋予细胞抗剪切力；③参与细胞连接与附着；④推测也有传递信息作用。

⒁微梁网络。

是否真实存在此结构尚有争议。

主张存在者，认为起支架和有序地固着有关酶系，从而参与糖酵解和蛋白质合成等代谢的中间代谢作用。

否定其存在者，主张是下述胞质溶液固定产生的人工产物。

⒂胞质溶液（胞液、细胞质基质、透明质或基本细胞质）。

为充满在以上各种结构或细胞器之间的液体部分。

主要功能是：①供给各种细胞器维持其完整性和提供使其功能所必须的环境条件（包括离子和其他物质）；②糖酵解和磷酸戊糖途径的中间代谢；③脂肪酸合成；④糖原合成和部分分解；⑤核苷酸及其衍生物辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ等的合成；⑥氨基酸的合成及其活化（氨酰tRNA合成）；⑦蛋白质的修饰、选择性降解、寿命控制和错误折叠的纠正。

⒃质膜骨架。

参与维持和增强质膜的弹性和韧性，并协助质膜完成某些生理功能⒄纤毛和鞭毛。

功能就是运动。

⒅微绒毛。

功能就是扩大吸收面积。

⒆变形足。

功能就是运动和参与细胞吞噬。

动物细胞除哺乳类的成熟红血球外，通常被划分为细胞膜（质膜）、细胞核和细胞质三大结构部分。