關于細胞生物學細胞的統一性與多樣性第1頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第一節細胞的基本概念一、細胞是生命活動的基本單位二、細胞的基本共性第2頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日一、細胞是生命活動的基本單位細胞是構成有機體的基本單位細胞是代謝與功能的基本單位細胞是有機體生長與發育的基礎細胞是繁殖的基本單位：細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性沒有細胞就沒有完整的生命第3頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日關于細胞概念的新思考1.細胞是物質、能量與信息過程精巧結合的綜合體2.細胞是多層次、非線性與多層面的復雜結構體系3.細胞是高度有序的，具有自組裝與自組織能力的體系第4頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日二、細胞的基本共性所有細胞都有相似的化學組成脂-蛋白體系的生物膜DNA-RNA遺傳裝置一分為二的分裂方式蛋白質合成機器-核糖體第5頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日(一)所有細胞都有相似的化學組成1.基本元素和無機組成構成細胞的基本元素有：C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg等，其中前四種元素占90%以上；細胞的無機物主要有水和無機鹽；水約占細胞重量的75％-80％，其中游離水約95％，其余為結合水。無機鹽的含量約為1％，主要以離子形式存在。第6頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第7頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.有機組成（蛋白質）細胞的有機物主要有蛋白質、核酸、脂類和糖，約占細胞干重的90%以上。一個細胞中約有104種蛋白質，分子數達1011。蛋白質是細胞的結構成分，也是細胞功能的實現者。生化反應的催化劑——酶也是蛋白質。第8頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第9頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.有機組成（糖類和脂類）細胞中重要的五碳糖為核糖、六碳糖為葡萄糖。細胞中的多糖有：營養儲備多糖，如淀粉、糖原；結構多糖，如纖維素、幾丁質。脂類包括：脂肪酸、中性脂肪、類固醇、蠟、磷酸甘油酯、鞘磷脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類參與組成細胞膜和細胞通信，也是重要的能量儲備物質。第10頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（二）脂-蛋白體系的生物膜所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的生物膜，即細胞膜。真核細胞中，細胞質膜內陷演化為細胞的內膜體系。第11頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（三）DNA-RNA遺傳裝置DNA是遺傳信息復制、傳遞和基因轉錄的模板。基因是編碼蛋白質多肽鏈或RNA的DNA序列。原核生物的基因組大小約600Kb-9.5Mb，真核生物的約為3Mb-140000Mb。RNA參與蛋白質的合成，主要類型有：mRNA、tRNA、rRNA。第12頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第13頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（四）蛋白質合成機器-核糖體核糖體存在于一切細胞內，負責合成各種蛋白質。第14頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（五）一分為二的分裂方式所有細胞的增值均為一分為二的方式。第15頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第二節原核細胞與古核細胞一、原核細胞二、支原體—最小最簡單的細胞三、細菌和藍藻—原核細胞的兩個代表類群四、古核細胞（古細菌）第16頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日生物界的基本類群第17頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日一、原核細胞沒有核膜，DNA為裸露的環狀分子，通常沒有結合蛋白；沒有恒定的內膜系統，核糖體為70S型，通常稱為細菌（bacterium）；細胞體積小、繁殖快；細胞進化比較原始。第18頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日二、最小最簡單的細胞——支原體1.基本特點大小：0.2~0.3μm，可通過濾菌器、無細胞壁。細胞膜中膽固醇含量較多：約占36%，凡能作用于膽固醇的物質（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原體膜的破壞而使支原體死亡。基因組：為環狀雙鏈DNA，分子量小，合成與代謝很有限，肺炎支原體寄生于細胞表面。二分裂繁殖，形態多樣。第19頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.結構支原體（A）及其模式圖（B）第20頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日3.最小最簡單的細胞一個細胞生存與增殖必須具備的結構裝置與機能是：細胞質膜、遺傳信息載體DNA與RNA、進行蛋白質合成的一定數量的核糖體以及催化主要酶促反應所需要的酶，支原體細胞已經具備。從保證一個細胞生命活動運轉所必需的條件看，完成細胞功能至少需要100種酶，進行酶促反應所必須占有的空間直徑約50nm，加上核糖體（直徑約20-30nm），細胞質、核酸等推算，一個細胞體積的最小極限直徑為100nm，而現在發現的最小支原體細胞的直徑已經接近這個極限。第21頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日三、細菌和藍藻—原核細胞的兩個代表類群第22頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（一）細菌1.細菌的基本結構分布最廣、數量最多。分為：球菌、桿菌和螺旋菌（弧形菌）。直徑0.5~5μm之間。第23頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日大腸桿菌淋球菌肉毒梭菌弧形霍亂菌第24頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.細菌細胞的核區與基因組又稱核質體、原核、擬核或核基因組。位于細胞質內，沒有核膜和核仁，沒有固定形態，結構也很簡單。主要物質是一個大型的反復折疊高度纏繞的環狀雙鏈DNA分子，長度為0.25～3.00mm，另外還含有少量的RNA和蛋白質。功能是存儲、傳遞和調控遺傳信息。正常情況下，每個細胞中只含有1個核，但由于核的分裂常在細胞分裂之前進行，加上細菌生長迅速，分裂不斷進行，故在一個菌體內，經常可以看到已經分裂完成的2個或4個核。基因的復制與表達在時間與空間上是連續進行的。第25頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日細菌的復制、轉錄和翻譯同時進行第26頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日3.細菌細胞的表面結構細胞質膜中膜體細胞壁莢膜鞭毛第27頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（二）藍藻1.概述又稱藍細菌，光合作用類似于高等植物，不同于光合細菌。沒有葉綠體，但有光合片層。DNA分子環狀，遺傳信息可與高等植物相比。體積大，直徑10μm左右，顫藻可達70μm。屬單細胞生物，有些以絲狀細胞群體存在，如：發菜。第28頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.結構特征中心質光合作用片層細胞質內含物細胞表面結構細胞分裂第29頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日藍藻第30頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日1）中心質相當于細菌的核區胞質與中心質之間沒有明確界限。DNA裸露，不與堿性蛋白結合，復制是連續的，不局限于某特定時間。DNA含量大，變動也很大。第31頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2）光合作用片層位于藍藻細胞質部分的同心環樣的膜片層結構，上面規則地排列著直徑35nm左右的小體，稱為藻膽蛋白體，它由幾種藻膽蛋白構成，其作用是將光能傳遞給葉綠素a，即：光能--->藻膽蛋白--->葉綠素a第32頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日3）細胞質內含物藍藻淀粉、脂滴、藍藻顆粒、多磷酸酯體、多角體等。形態與細胞的生理狀態、細胞的發育、年齡和環境因素有關。第33頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日4）細胞表面結構細胞外具主要由肽多糖組成的胞壁，并往往有粘質膠鞘或膠（膠質層）被包裹。細胞壁：纖維素、肽聚糖；氨基酸比例與G-菌類似。膠質層：易被堿性染料著色，可能是酸性粘多糖和果膠。鞘對于保護藍藻抵抗不利環境很重要。第34頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日5）細胞分裂細胞以直接分裂增殖。分裂時，細胞中部的膜和內胞壁向內增生，將細胞一隔為二。①三向分裂,成單細胞群體，如微囊藻屬，或立方形群體，如立方形藻。②兩向分裂，成平板狀群體如平列藻屬，或假薄膜組織狀，如石囊藻屬。③單向分裂，成單細胞個體，或成絲狀的藍藻，如念珠藻目的種類。第35頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日直接分裂第36頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日四、古核細胞（古細菌）1.基本特征無核膜及內膜系統；以甲硫氨酸起始蛋白質合成、核糖體對氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、具有內含子和組蛋白。細胞膜中的脂類不可皂化，細胞壁不含肽聚糖。生活在極端環境中，如：產甲烷菌、極端嗜鹽菌、極端嗜熱菌。第37頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日海底煙筒附近也具有古細菌第38頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日a:Aquificialespyrophilus；b:Pyrolobusfumarii；Pyrolobusfumarii可以生活在90-113℃，pH4.0-6.5。其最適生存溫度為106℃，低于85℃和高于115℃則不生長，能在121℃的高溫中存活1小時。第39頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日各類生物能忍受的上限溫度古細菌113℃細菌90℃真菌60℃藻類55-60℃原生動物56℃維管束植物49℃魚類和其他水生脊椎動物38℃第40頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.與真核細胞曾在進化上有過共同歷程1）主要證據：（1）細胞壁成分與真核細胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖構成，（2）DNA與基因結構：古細菌DNA中有重復序列的存在。多數古核細胞的基因組中存在內含子。（3）有類核小體結構：具有組蛋白，能與DNA構成類似核小體結構。第41頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日（4）有類似真核細胞的核糖體：多數古細菌類的核糖體較真細菌有增大趨勢，抗生素同樣不能抑制古核細胞類的核糖體的蛋白質合成。（5）5SrRNA：古細菌與真核生物同屬一類，5SrRNA二級結構的研究也說明很多古細菌與真核生物相似。

其他：氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA，肽鏈延長因子等分析，說明古細菌與真核生物在進化上的關系較真細菌類更密切。第42頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2）進化系統樹第43頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日古細菌的細胞膜脂第44頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第三節真核細胞一、真核細胞的基本結構體系二、細胞的大小及其影響因素三、原核細胞與真核細胞的比較四、植物細胞與動物細胞的比較第45頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日一、真核細胞的結構體系真核細胞的基本結構體系細胞器細胞質基質細胞的網絡化結構第46頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日1.真核細胞的基本結構體系以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構系統；（細胞膜和內膜）以核酸（DNA或RNA）與蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系統；（細胞核）由特異蛋白分子裝配構成的細胞骨架系統。（細胞質）：細胞質骨架和核骨架體系。第47頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第48頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.細胞器細胞器：細胞內特定的功能結構域，有兩類，一類是膜圍成的，構成內膜系統；另一類細胞器是沒有膜包圍的。細胞內主要的細胞器有：①內質網②高爾基體③溶酶體④胞內體⑤線粒體⑥葉綠體⑦超氧化物酶體⑧細胞骨架⑨中心體⑩核糖體第49頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日3.細胞質基質

維持細胞內相對穩定的離子環境。許多代謝過程是在細胞基質中完成的，如①蛋白質的合成；②核苷酸的合成；③脂肪酸合成；④糖酵解；⑤磷酸戊糖途徑；⑥糖原代謝；⑦信號轉導。供給細胞器行使其功能所需要的一切底物。控制基因的表達，與細胞核一起參與細胞的分化。參與蛋白質的合成、加工、運輸、選擇性降解。第50頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日4.細胞的網絡化結構代謝網絡（metabolicnetwork）運輸網絡（transportnetwork）生物膜網絡（biomembranenetwork）細胞骨架網絡（cytoskeletonnetwork）信號轉導網絡（signaltransductionnetwork）第51頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日二、細胞的大小及其影響因素細胞大小細胞形態細胞體積守恒定律第52頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日1.細胞的大小大多數動植物細胞在20-30μm間；一般真核細胞的體積大于原核細胞；卵細胞大于體細胞。第53頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日細胞的大小及其調控第54頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日2.細胞形態單細胞生物的形態通常與細胞外沉積物有關。高等生物細胞的形狀與細胞功能及細胞間的相互作用有關。細胞骨架對于維持細胞形態具有重要作用。高等動物的細胞離開有機體分散存在時，形狀往往發生變化。如平滑肌細胞在體內成梭形，而在離體培養時則可成多角形。第55頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日草履蟲眼蟲鐘形蟲植物氣孔細胞第56頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日細胞形態結構與功能的關系細胞形態結構與功能的相關性是很多細胞的共同特點；紅細胞分泌細胞雄性生殖細胞與雌性生殖細胞第57頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日木材中的導管人類紅細胞植物薄壁細胞巨噬細胞第58頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日神經元細胞人卵與精子第59頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日3.細胞體積守恒定律器官的大小主要決定于細胞的數量，與細胞數量成正比，而與細胞的大小無關，這就是所謂的“細胞體積的守恒定律”。細胞體積之守恒，主要受三個因素的影響：細胞體積與相對表面積成反比；細胞的核與質之間有一定的比例關系；細胞內物質的交流運輸與細胞體積有關。第60頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日四、原核細胞與真核細胞的比較細胞基本特征的比較 遺傳結構裝置、基因表達及其調控的比較第61頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日原核細胞與真核細胞基本特征的比較第62頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日遺傳結構裝置、基因表達及其調控的比較特征原核細胞真核細胞DNA量（信息量）DNA分子數DNA分子結構基因組數基因數“多余”/“重復”DNA序列基因中插入內含子DNA與組蛋白結合核小體-染色質-染色體DNA復制的明顯周期性基因表達的調控轉錄與翻譯的時空關系轉錄/翻譯后大分子的加工與修飾細胞復制與分裂（DNA傳遞/分配）少1環狀1n幾千——不與/少量類組蛋白結合——主要以操縱子方式轉錄與翻譯同時同地—無絲分裂多2個以上線狀2n，多n幾萬十十與5種組蛋白結合十十復雜性，多層次性核內轉錄，細胞質內翻譯嚴格的階段性與區域性十有絲分裂，減數分裂第63頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日定殖于小鼠回腸末端的分節絲狀菌第64頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日四、植物細胞與動物細胞的比較第65頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日細胞壁液泡葉綠體第66頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日第四節病毒—非細胞形態的生命體一、病毒的基本知識二、病毒在細胞內增三、病毒與細胞在起源于進化中的關系第67頁，共82頁，星期日，2025年，2月5日一、病毒的基本知識病毒很小，結構簡單；病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構成的核酸-蛋白質復合體；遺傳載體多樣性：DNA病毒/RNA病毒；單鏈/雙鏈病毒；徹底寄