第二章 细胞的基本结构与化学组成

第二章细胞的基本结构与化学组成
1. 大纲要求
1.1. 细胞的形态结构
1.1.1. 了解形状、大小和种类的多样性
1.1.
2. 理解细胞是生命活动的基本单位
1.1.3. 掌握动物细胞的一般结构模式
1.1.4. 掌握植物细胞与动物细胞、原核细胞与真核细胞的主要结构差别
1.2. 细胞的化学组成及其意义
1.2.1. 了解元素：主要元素、宏量、微量和痕量元素
1.2.2. 掌握有机小分子：小分子糖类、氨基酸、核苷酸、脂质
1.2.3. 掌握大分子：核酸、蛋白质、大分子多糖
1.2.4. 掌握水、无机盐和离子
2.3. 掌握细胞的共性，细胞形态结构和化学组成与功能的相关性
2.4. 了解关于病毒与细胞的关系
2. 大纲详解
2.1. 细胞的形态结构
2.1.1了解形状、大小和种类的多样性
细胞的形状差异很大，同时，细胞又有明显的差异性即多样性，诸如细胞种类繁多、形态各异、功能多样。

根据其进化地位、结构的复杂程度、遗传装置的类型与主要生命活动的方式等，可以分为原核细胞和真核细胞两大类。

细胞的大小依次为：病毒（最小的生命体，0.02μm）, 支原体细胞（最小的细胞，0.1-0.3μm），细菌细胞（1-2μm）, 动植物细胞（一般为20-30μm，最大可达100μm，如人的卵细胞），原生动物细胞（数百至数千微米）。

植物细胞在分裂以后随着细胞的发育与分化体积逐渐增大。

高等动植物细胞中，不论其种类的差异多大，同一器官与组织的细胞，其大小总是在一个恒定的范围之内。

器官的大小主要取决于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种关系称之为“细胞体积守恒定律”。

原因是：①细胞的体积与相对表面积成反比关系，细胞体积越大，细胞与周围环境交换物质的效力就越小。

②不论细胞的体积大小相差多大，但各种细胞核的大小相差却不大。

③细胞体积越大，细胞内部物质的传递与交流速度相对越小。

2.1.2理解细胞是生命活动的基本单位
⑴一切有机体都是由细胞构成的，细胞是构成有机体的基本单位。

病毒是非细胞形态的生命体，单细胞生物仅由一个细胞构成，多细胞生物由数百乃至万亿计的细胞构成。

在多细胞生物机体内，功能相同的细胞群体构成机体的组织。

应该指出，构成高等生物体的细胞虽然都是高度“社会化”的细胞，具有分工与协同的相互关系，但它们又保持着形态和结构
的独立性，每个细胞具有自己独立的一套“完整”的结构体系，构成有机体的基本结构单位。

⑵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。

这是由细胞的自身结构的装置及其协调性所决定的，是长达数十亿年进化的结果，细胞结构完整性的任何破坏，都会导致细胞代谢的有序性和自控性的失调。

⑶细胞是有机体生长发育的基础。

一切有机体的生长发育都是以细胞的增殖与分化为基础的。

有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长、细胞的分化与凋亡来实现的。

⑷细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性。

遗传全能性，指每一个细胞，不论低等生物或者高等生物的细胞，结构简单或者复杂的细胞，未分化或分化的细胞（除个别终末分化细胞），性细胞或体细胞，都包含全套的遗传信息，即全套的基因。

⑸没有细胞就没有完整的生命。

对细胞结构完整性的的任何破坏，都会阻碍细胞完整生命活动的实现。

病毒是非细胞形态的生命体，它们必须在细胞内才能表现出其基本的生命特征（繁殖与遗传）。

⑹关于细胞概念的一些新思考。

①细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体。

②细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系。

③细胞是高度有序的，具有自组装与自组织能力的体系。

2.1.3掌握动物细胞的一般结构模式
构成动物体与植物体的细胞均有基本相同的结构体系与功能体系。

很多重要的细胞器与细胞结构，如细胞质膜、核膜、染色质、核仁、线粒体、高尔基体、内质网与核糖体、微管于微丝等，在不同的细胞中不仅形态结构与成分相同，功能也一样。

动物细胞的结构模式为：溶酶体、核糖体、糙面内质网、核纤层、核孔、核膜、微丝、细胞质膜、吞噬泡、微管、线粒体、高尔基体、中心体、光面内质网、核仁和染色质。

(参照课本p38图2-4 动物细胞模式图。

)
2.1.4掌握植物细胞与动物细胞、原核细胞与真核细胞的主要结构差别
植物细胞特有结构：①细胞壁主要成分是纤维素、果胶及半纤维素等，在细胞分裂过程中形成（胞间质→初生壁→次生壁）细胞壁的某些间隙处可形成胞间连丝，沟通原生质。

②液泡液泡是脂蛋白膜包围的封闭系统，内部是盐糖等水溶液，是植物细胞的代谢库，起调节细胞内环境的作用，它可增大并合并。

③叶绿体是光合作用的细胞器，是植物细胞最重要的、最普遍的质体。

④植物细胞的圆球体与糊粉粒具有类似溶酶体的功能。

真核细胞的基本结构体系。

在亚显微水平上，真核细胞可分为三大结构体系：①以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系。

②以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系。

③由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。

这些结构体系的尺度均在5-20nm 的范围内。

原核细胞与真核细胞的比较：①真核细胞的遗传信息量更大、遗传装置得以扩增、基
因表达调控方式更为复杂；基因组出现了DNA重复序列、染色体呈多倍性。

②以生物膜系统的分化与演变为基础，首先形成核膜将细胞核与细胞质分开，其次内膜系统房室化形成
2.2.细胞的化学组成及其意义
本部分基本为生物化学要求掌握的内容，近二十年的真题涉及的考点很少，几
乎没有，因此，此部分不做具体解析，仅罗列相关内容。

考生可参考生物化学课本，一般来说只要看过生化课本就不会有什么问题。

2.2.1.了解元素：主要元素、宏量、微量和痕量元素
组成细胞的基本元素是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg等。

这些化学元素构成细胞结构与功能所需要的许多无机化合物和有机化合物。

2.2.2.掌握有机小分子：小分子糖类、氨基酸、核苷酸、脂质
最基础的生物小分子是核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖，它们构成了核酸、蛋白质、脂质与多糖等最重要的生物大分子。

2.2.
3.掌握大分子：核酸、蛋白质、大分子多糖
生物大分子一般复合分子的形式如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白与糖脂组成细胞的基本结构体系。

由脂质构成的磷脂双分子层并镶嵌蛋白质的生物膜体系，由核酸和蛋白质分子构成的遗传信息的复制与表达体系，是构建任何类型细胞所必需的两大基本结构体系。

在真核细胞中还有骨架体系。

2.2.4.掌握水、无机盐和离子
2.3. 掌握细胞的共性，细胞形态结构和化学组成与功能的相关性
细胞的共性：①所有细胞都有相同的化学组成。

基本元素→生物小分子→大分子复合物→两大基本结构体系（生物膜结构体系与遗传信息的复制与表达体系）→细胞。

②脂-蛋白体系的生物膜。

所有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，即细胞质膜。

生物膜也是细胞能量转换的基地。

③DNA-RNA的遗传装置。

所有细胞都含有两种核酸，即DNA和RNA 作为遗传信息复制与转录的载体，但非细胞形态的生命体病毒只有一种核酸，DNA或RNA。

④蛋白质的合成机器------核糖体。

核糖体存在于一切细胞内。

⑤一分为二的分裂方式。

所有细胞的增殖都是以一分为二的方式进行分裂，遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀的分配到两个子细胞内，这是生命繁衍的基础与保证。

细胞的形态结构和化学组成与功能的相关性：细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点，在分化程度较高的细胞中更为明显。

①红细胞呈中央凹陷的圆饼形，体积很小，红细胞内无细胞核，亦无其他重要的细胞器，只要是由细胞质膜包裹着血红蛋白。

这些特点都与其交换O2与CO2的功能密切相关。

细胞体积小，利于在血管内快速运行。

体积小则相对表面积大，有利于提高气体交换效率。

细胞内主要是血红蛋白，有利于结合更多的O2与CO2。

②分泌细胞细胞一定呈极性，一端是近侧端，为吸收表面，与基膜连接，有大量褶皱并有大量线粒体，这有利于增加物质跨膜运输的效率及能量供应；另一端是游离端，是分泌表面，有很多微绒毛，增加表面积以提高分泌效率。

③生殖细胞精子出了携带一套完整的单倍体基因组外，其他结构装置主要保证其运动与进入卵内，即后端具有鞭毛，前段具有顶体。

卵细胞为了保证受精后卵裂与早期胚胎发育，它必须在胞质内预先存大量的mRNA、蛋白质与养料，致使体积骤增，但细胞核体积没有明显变化。

2.4. 了解关于病毒与细胞的关系
2.4.1. 病毒的基本知识
病毒是由核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。

病毒作为非细胞形态的生命体，是最小的、最简单的有机体（与支原体区别）。

类病毒（viroid）：仅由一个感染性的RNA构成，是类似病毒的更简单的生命体。

阮病毒（prion）：仅由感染性的蛋白质构成，如疯牛病阮病毒。

病毒是自身不具有独立的代谢与能量转换系统，它是彻底的寄生生物。

病毒按照核酸类型的不同可分为DNA病毒和RNA病毒两类。

除少数病毒之外（人类巨细胞病毒），每个病毒仅含有一种核酸分子，即DNA或RNA。

病毒的结构：核酸+蛋白壳体+包膜（可无）。

核酸是最重要的成分，所占比例较小；蛋白所占比例较大，主要构成病毒壳体；核算和壳体即为核壳体。

有些病毒在核壳体外还有包膜，具有抗原性。

无包膜的病毒称为裸露病毒。

病毒通常在电子显微镜下才能看到，其形态多样，可呈立体对称或螺旋对称型。

2.4.2. 病毒在细胞内的增殖（复制）过程
⑴病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒识别并粘附于宿主细胞，病毒核酸进入宿主细胞后，RNA病毒的核酸是在宿主细胞质内复制与转录的，而大多数DNA病毒的核酸转移进入细胞核内进行复制与转录。

⑵病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成病毒根据核酸类型可分为：双链DNA病毒、单链DNA病毒、双链RNA病毒、侵染性RNA病毒、非侵染性RNA病毒以及逆转录单链RNA病毒六种。

部分病毒进入宿主细胞后，在宿主细胞的酶体系的催化下转录翻译“早期蛋白”，其功能是：①关闭宿主细胞的基因调控，抑制宿主细胞本身的核酸的复制、转录与翻译，导致宿主细胞裂解。

②聚合酶的催化作用，催化合成新的核酸物质和病毒蛋白。

逆转录病毒RNA进入宿主细胞后，以自身的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成DNA，合成的DNA再与宿主DNA连接，该过程称为整合、最终导致两种结果：①子代病毒核酸与蛋白质合成并装配成最新的病毒颗粒。

②导致宿主细胞发生转型，转化为肿瘤细胞。

⑶病毒的装配、成熟与释放两种方式：①新合成的核酸与蛋白质装配成核壳体，宿主细胞裂解，释放病毒。

②核壳体外包上宿主细胞膜，以出芽方式释放。

补充：2.5. 原核细胞的特点及其代表类型的结构特征
2.5.1. 原核细胞的基本特征
原核细胞没有典型的细胞核，无核膜；遗传信息量小，主要的遗传信息仅由一个环状DNA构成；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；体积小，直径0.2-10μm；范畴较广，包括支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌和蓝藻。

2.5.2. 支原体、细菌和蓝藻的结构特征
2.5.2.1. 支原体、细胞直径的最小极限。

支原体（mycoplasma）是最小、最简单的细胞。

一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能是：①细胞膜。

②遗传信息载体DNA 或RNA。

③进行蛋白质合成的一定数量的核糖体。

④催化主要酶促反应的酶。

从而推测细胞直径的最小极限是100nm 左右。

2.5.2.2. 细菌细胞
原核细胞无细胞核，但有明显的核区或类核（nucleoid）；除核糖体外，没有类似真核细胞的细胞器；细胞膜具有多功能性。

其具体特征如下：
⑴类核与基因组特点细菌一般只有一个环状DNA分子，存在于一个核区，基因组仅由一个复制起点，因此可以看做是一个复制子（replicon）；复制方式是半保留双向复制；DNA 复制、RNA转录与蛋白质的翻译可以同时进行，无严格的时间上的阶段性与位置上的区域性。

⑵细菌细胞表面①细胞质膜：由磷脂双分子层+镶嵌蛋白构成，具有多功能性。

包括选择性物质交换；还有丰富的酶系，具有相当于真核细胞器（线粒体、高尔基体与内质网等）的代谢功能，以弥补功能上的缺陷。

②中膜体（mesosome）：又称间体或质膜体，由细胞内陷形成，每个细胞膜内有一个或数个中膜体，其形状差异很大，革兰氏阳性菌中常见，可能起DNA复制支点作用。

③细胞壁：肽聚糖是所有细菌细胞比的成分，革兰氏阳性菌相比革兰氏阴性菌壁厚、壁酸含量高，青霉素通过抑制壁酸的合成，从而抑制细胞壁的形成，故阳性菌对青霉素敏感。

细胞壁主要其保护、物质交换等作用。

细胞壁的成分与抗原性、致病性及对病毒的敏感性相关。

④荚膜：位于细胞壁表面的一层松散的黏液物质，是由葡萄糖或葡萄糖醛酸组成的聚合物，起营养和保护作用，是细菌免受干燥的影响。

⑤鞭毛：是运动器官，仅由鞭毛蛋白组成，与真核细胞鞭毛迥异。

⑶细菌细胞的核糖体沉降系数为70S，由大亚基（50S）和小亚基（30S）组成，大亚基含23S、5S rRNA，小亚基含16S rRNA；大小亚基还含有数十种蛋白质。

⑷细菌核外DNA 除核区DNA外，还存在可自主复制的遗传因子。

如细菌质粒：它是独立于细菌染色体外的裸露的双链环状DNA分子，可进行单独复制的辅助遗传单位。

一般情况下，质粒对宿主的生存不是必须的，但智力的某些基因编码产物，可以弥补细菌本身功能的不足，如产生抗药性、编码代谢酶等，从而有利于细菌的生存。

质粒DNA能整合到核DNA分子上，可以在细胞间穿梭。

质粒是基因工程的重要载体。

⑸细菌细胞内生孢子内生孢子（芽孢）：当细菌处于不利环境或营养缺陷时，细胞内的重要物质，特别是DNA，集聚在细胞的一端，形成一种含水量较丰富、外被厚壁、具有很强遮光性、不易染色的致密体，能在恶劣的条件下依然存活，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。

⑹细菌细胞增殖方式------直接分裂①核区DNA分子与中膜体接触。

②环状DNA 分子以膜为支点，以θ模型的方式双向复制。

③遗传物质随中膜体一分为二，形成两个核区。

④细胞膜在两个核区之间凹陷，两个子细胞分开，两个新的细胞壁形成。

2.5.2.2. 蓝藻
蓝藻细胞又称蓝细菌，质最简单的自养原核生物。

没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕获装置。

它的光合作用类似于高等植物，而不同于光合细菌。

其特征为：①中心质：在光镜下观察到的蓝藻细胞中央部位较周围原生质明亮，是遗传物质DNA所在部位，它相当于细菌的核区，中心质形态差异较大。

②光合片层：细胞质的同心环样的膜片层结构，上面规则地排列着藻胆蛋白体，其作用是将光能传递给叶绿素a。

蓝藻在光合作用时放出氧气，而光合细菌不能放出氧气。

③蓝藻的繁殖主要靠细胞分裂。