1、第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要n本章学习要点n了解细胞基本概念、细胞的共性和多样性n原核细胞、真核细胞和古核细胞的概念n支原体是最小、最简单的细胞n原核细胞的代表细菌和蓝藻n真核细胞和原核细胞的比较n古核细胞在细胞进化中的地位细胞的基本概念原核细胞（Prokaryotic cell）古细菌（Archaebacteria）真核细胞（Eukaryotic cell）细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位细胞是多层次非线性的复杂结构体系 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
2、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。以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；各类细胞直径的比较细胞和细胞组分的相对大小特 征原核细胞真核细胞细胞膜核膜染色体核仁线粒体内质网高尔基体溶酶体核糖体光合作用结构核外 DNA细胞壁细胞骨架细胞增殖（分裂）方式有（多功能性）无由一个环状 DNA 分
3、子构成的单个染色体，DNA 不与或很少与蛋白质结合无无无无无70S（包括 50S 与 30S 的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素 a 的膜层结构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒 DNA主要成分是氨基糖与壁酸无无丝分裂（直接分裂）有有2 个染色体以上，染色体由线状 DNA 与蛋白质组成有有有有有80S（包括 60S 与 40S 的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素a 与 b线粒体 DNA，叶绿体DNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶有以有丝分裂（间接分裂）为主n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
4、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。n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。特征原核细胞真核细胞DNA 量（信息量）DNA 分子数DNA 分子结构基因组数基因数大量“多余”的“重复”的DNA 序列基因中插入内含子DNA 与组蛋白结合DNA 与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体DNA 复制的明显周期性基因
5、表达的调控转录与翻译的时空关系转录后与翻译后大分子的加工与修饰细胞复制与分裂（DNA 传递与分配）少1环状1n几千不与或与少量类组蛋白结合主要以操纵子方式转录与翻译同时同地进行无丝分裂多2 个以上线状2n，多 n大于几万，十万十十与 5 种组蛋白结合十十复杂性，多层次性核内转录，细胞质内翻译严格的阶段性与区域性十有丝分裂，减数分裂细胞壁 液泡 叶绿体古细菌（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(su
6、lfolobus)，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？为什么说真核细胞可能起源于古细菌？（为什么说支原体是最小，最简单的细胞为什么说支原体是最小，最简单的细胞?n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
7、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细胞的核区与基因组n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 n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。n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
8、时有多个复制起始点。n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。n物种 基因组大小 平均基因长（bp）基因数目 n大肠杆菌 4.2106bp，1.2Kb 约2 350n酵母 1.3107bp 1.4Kb 约6 100 n果蝇 1.4108bp 11.3Kb 约8 750 n 人 3109bp 16.3Kb 约125 000 细菌细胞核外细菌细胞核外DNA 质粒质粒细菌的细胞膜细菌的细胞膜n由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成，膜厚8-10
9、nm。n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。n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 中膜体中膜体(mesosome)n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。n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细菌的细胞的核糖体n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。n细菌核糖体的数量与细胞生理状态的关系极为切。n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
10、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。细胞壁细胞壁n成分：肽聚糖，壁酸和特殊的脂类化合物。n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。n革兰氏阴性菌：细胞壁较薄，可明显的分为两层。n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。n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。中央质中央质(体体)n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。n中央质DNA的含量较大，如
11、颤藻的平均DNA含量较大肠杆菌重2457倍。n有许多重复序列，具多倍性。可能有大量重复的基因组存在。光合作用片层光合作用片层n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。n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。n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。n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an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
12、的光合作用的效率要低，属于一种原始的光合作用。细胞表面结构细胞表面结构 n蓝藻细胞膜外有细胞壁和一层胶质层n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。n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，降低蒸发，适应不良环境。细胞质内合物细胞质内合物 n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。n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。真核细胞的基因表达程序具有严格的时空关系，
13、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。n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)。n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)。n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。n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。
