细胞生物学第二章-细胞的统一性和多样性.pptx

第二章第二章细胞的统一性和多样性1、Why are cells the basic units of life?A.The cell is the structural unit of life,All organisms is make up of cells.B.The cell is the functional unit of organisms.All metabolic activity is based on cells.C.The cell is the foundation of reproduce,and the bridge of inheritance.D.The cell is the growing and developing basis of lifeHuman fetal development.(a)At 5 weeks,limb buds,eyes,the heart,the liver and rudiments of all other organs have started to develop in the embryo,which is only about 1cm long.(b)Growth and development of the offspring,now called a fetus,continue during the second trimester.This fetus is 14 weeks old and about 6cm long.(c)The fetus in this photograph is 20 weeks old.Now the fetus grows to about 30cm in length.E.Cell(nucleus)is totipotent,which can create a new organism of the same type As a general rule,the cells of a multicellular organism all contain the same set of genes.For animals,the first evidence that even highly specialized cell carry a full complement of genes was verified by the experiment of tadpole nuclei transplanting into unfertilized egg that had been deprived of its own nucleus.Some can develop swimming tadpoles.This is animal cloning.An especially dramatic example of animal cloning was reported in 1997.Dolly the first animal ever cloned from a cell derived from an adult.2.2.细胞的基本功能和特性细胞的基本功能和特性 虽然细胞学说是根据光学显微镜对不同类型的细胞进行形虽然细胞学说是根据光学显微镜对不同类型的细胞进行形态观察得出的结论，但是它们在结构和功能上的相似性甚至超态观察得出的结论，但是它们在结构和功能上的相似性甚至超过形态上的相似性。过形态上的相似性。2.1 2.1 细胞的基本功能细胞的基本功能 无论何种来源的细胞，都具有基本相似的功能。细胞能够进行自我增殖和遗传细胞能够以一分为二的分裂 方式进行增殖，动植物细胞、细菌细胞都是如此。细胞都能进行新陈代谢 细胞内有机分子的合成和分解反应 都是由酶催化的，即细胞的代谢作用是由酶控制的。细胞代 谢包括物质代谢和能量代谢，这也是细胞的基本特性。细胞都具有运动性,所有细胞都具有一定的运动性，包括细胞自身的运动和细胞内的物质运动。2.2 2.2 细胞结构上的相似性细胞结构上的相似性 不同类型的细胞不仅具有功能上的相似性，而且还具有结构上的相似性。不同类型的细胞不仅具有功能上的相似性，而且还具有结构上的相似性。细胞都具有选择透性的膜结构细胞都具有选择透性的膜结构 细胞都具有一层界膜，将细胞内的环境与外环境隔开。膜有细胞都具有一层界膜，将细胞内的环境与外环境隔开。膜有两个基本的作用，一是在细胞内外起障碍作用，即不允许物两个基本的作用，一是在细胞内外起障碍作用，即不允许物质随意进出细胞，二是要在细胞内构筑区室，形成各功能特质随意进出细胞，二是要在细胞内构筑区室，形成各功能特区。区。被质膜包裹在细胞内的所有生活物质称为被质膜包裹在细胞内的所有生活物质称为原生质原生质(protoplasm)(protoplasm)，包括细胞核和，包括细胞核和细胞质细胞质(cell plasma)(cell plasma)。植物细胞与动物细胞的一个重要差别是在植物细胞质膜的外面还植物细胞与动物细胞的一个重要差别是在植物细胞质膜的外面还有一层细胞结构，即细胞壁。在离体条件下细胞壁很容易被酶水有一层细胞结构，即细胞壁。在离体条件下细胞壁很容易被酶水解掉，脱去细胞壁的细胞就称为解掉，脱去细胞壁的细胞就称为原生质体原生质体(protoplast)(protoplast)。细胞都具有遗传物质和遗传体系细胞都具有遗传物质和遗传体系 细胞内最重要的物质就是遗传物质细胞内最重要的物质就是遗传物质DNADNA。现有的研究表明，在生命的进化过程中，最早的遗传物现有的研究表明，在生命的进化过程中，最早的遗传物质是质是RNARNA而不是而不是DNADNA，也就是说先出现，也就是说先出现RNARNA，后逐渐进化形，后逐渐进化形成成DNADNA。由于由于DNADNA储存遗传信息较之储存遗传信息较之RNARNA更稳定，复制更精确，并且易于更稳定，复制更精确，并且易于修复，所以它取代修复，所以它取代RNARNA成为遗传信息的主要载体。为了保证遗成为遗传信息的主要载体。为了保证遗传信息的准确传递，传信息的准确传递，RNARNA被保留下来，专司遗传信息的转录和被保留下来，专司遗传信息的转录和指导蛋白质的合成。所以，指导蛋白质的合成。所以，无论是原核生物还是真核生物都无论是原核生物还是真核生物都具有具有DNADNA和和RNARNA。不过，少数原始生命形式的病毒，。不过，少数原始生命形式的病毒，仍然保留仍然保留RNARNA作为遗传信息的载体。作为遗传信息的载体。细胞都具有核糖体细胞都具有核糖体 所有类型的细胞，包括最简单的支原体都含有核糖体。真核所有类型的细胞，包括最简单的支原体都含有核糖体。真核细胞和原核细胞的核糖体不仅功能相同，在结构上也十分相细胞和原核细胞的核糖体不仅功能相同，在结构上也十分相似，都是由大小两个亚基组成的，只不过原核细胞的核糖体似，都是由大小两个亚基组成的，只不过原核细胞的核糖体比真核细胞的核糖体稍小一些。比真核细胞的核糖体稍小一些。Cells are able to respond to stimuli via surface receptors that sense changes in the chemical environment.Cells within plant or animal respond to stimuli less obviously than single-celled protist.But they respond.They posses receptors that interact with substances in the environment in highly specific ways.For example,the receptor on the cell surface can respond to hormones and growth factors.3.3.细胞的形态细胞的形态 细胞具有多种多样的形态细胞具有多种多样的形态(图图1-2)1-2)，有球形、杆状、星形、多角形、梭有球形、杆状、星形、多角形、梭形、圆柱形等。多细胞生物体，形、圆柱形等。多细胞生物体，依依照细胞在各种组织和器官中所承担照细胞在各种组织和器官中所承担的不同功能，的不同功能，分化形成了各种不同分化形成了各种不同的形状。这些不同的形状一方面取决的形状。这些不同的形状一方面取决于对功能的适应，于对功能的适应，另一方面亦受细另一方面亦受细胞的表面张力、胞质的粘滞性、细胞胞的表面张力、胞质的粘滞性、细胞膜的坚韧程度，膜的坚韧程度，以及微管和微丝骨以及微管和微丝骨架等因素的影响。架等因素的影响。图图1-2 1-2 不同的细胞形态不同的细胞形态举例说明细胞的形态与功能是相关的举例说明细胞的形态与功能是相关的。3.1 3.1 细胞的大小及体积的恒定细胞的大小及体积的恒定 细胞最为典型的特点是细胞最为典型的特点是在一个极小的在一个极小的体积中形成极为复杂而又高度组织化体积中形成极为复杂而又高度组织化的结构的结构。典型的原核细胞的平均大小。典型的原核细胞的平均大小在在1 110m10m之间，而真核细胞的直径之间，而真核细胞的直径平均为平均为3 330m30m，一般为，一般为101020m 20m(图图1-3)1-3)。图图1-3 1-3 典型的原核、真核、病毒和分子的大小典型的原核、真核、病毒和分子的大小 细胞体积的守恒定律细胞体积的守恒定律 不同细胞的大小变化很大，不同细胞的大小变化很大，如人的卵细胞的直径只有如人的卵细胞的直径只有0.1mm0.1mm，而鸵鸟的而鸵鸟的卵细胞的直径则有卵细胞的直径则有5cm5cm。但是，。但是，同类型细胞的体积一般是相近的，不依生同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小。如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的物个体的大小而增大或缩小。如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量大小基本相同。因此，器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，把这种现象称之为成正比，而与细胞的大小无关，把这种现象称之为 细胞体积的守恒定律细胞体积的守恒定律。限制细胞体积大小的因素限制细胞体积大小的因素 体积同表面积的关系体积同表面积的关系 以球形细胞为例以球形细胞为例(体内的细胞并非都是球形体内的细胞并非都是球形)，计算体积同表面，计算体积同表面积的关系积的关系(图图1-4)1-4)。图图1-4 1-4 细胞体积与表面积间的关系细胞体积与表面积间的关系结果表明，球形细胞增大，其体积结果表明，球形细胞增大，其体积增加的比例要比表面积增加得多。增加的比例要比表面积增加得多。这样，当细胞增大到一定程度时，这样，当细胞增大到一定程度时，质膜的表面积就不适应细胞进行内质膜的表面积就不适应细胞进行内外物质的交换，细胞为了维持一个外物质的交换，细胞为了维持一个最佳的生存条件，必需维持最佳的最佳的生存条件，必需维持最佳的表面积，从而限制了体积的无限增大。表面积，从而限制了体积的无限增大。细胞内关键分子的浓度细胞内关键分子的浓度 一些重要的分子在细胞内的拷贝数是很少的，当细胞体积增一些重要的分子在细胞内的拷贝数是很少的，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了限制需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成了限制细胞体积无限增大的另一个因素。细胞体积无限增大的另一个因素。真核细胞的体积一般是原核细胞的真核细胞的体积一般是原核细胞的10001000倍，真核细胞如何解决倍，真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题细胞内重要分子的浓度问题?酶蛋白质种类的限制酶蛋白质种类的限制 细胞不仅对体积的增大有限制，而且对体积的减少也有限细胞不仅对体积的增大有限制，而且对体积的减少也有限制。一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度制。一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度需要需要50050010001000种不同类型的酶和蛋白质，这是目前在种不同类型的酶和蛋白质，这是目前在支支原体原体(mycoplasma)(mycoplasma)中所发现的酶和蛋白质的量。而支原体中所发现的酶和蛋白质的量。而支原体是目前所知最小原核细胞，很显然，细胞体积最小化受制是目前所知最小原核细胞，很显然，细胞体积最小化受制于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质种类的最低限度。于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质种类的最低限度。3.2 3.2 细胞及细胞器的计量单位细胞及细胞器的计量单位 有两种计量细胞大小的单位，微米有两种计量细胞大小的单位，微米(m)(m)和和纳米纳米(nm)(nm)。使用电子显微镜后又提出埃。使用电子显微镜后又提出埃(angstrom(angstrom，)为超显微结构的计量单位，为超显微结构的计量单位，1 1埃埃()=0.1()=0.1纳米，但并不常用。较大的细纳米，但并不常用。较大的细胞器通常用胞器通常用mm表示，如细胞核的直径大约表示，如细胞核的直径大约是是5-10m5-10m，而线粒体的长度大约是，而线粒体的长度大约是2m2m。DNADNA的宽度为的宽度为2 nm(2 nm(图图1-5)1-5)。图图1-5 1-5 几种细胞结构的大小几种细胞结构的大小4.4.细胞的分子基础细胞的分子基础 生命是物质的，所有的细胞都是由水、蛋白质、糖类、脂类、生命是物质的，所有的细胞都是由水、蛋白质、糖类、脂类、核酸、盐类和各种微量的有机化合物所组成核酸、盐类和各种微量的有机化合物所组成(表表1-1)1-1)。蛋白质。蛋白质、糖类、核酸和脂类等化合物也被称为生物分子、糖类、核酸和脂类等化合物也被称为生物分子(biomolecules)(biomolecules)。表表1-1 1-1 细菌细胞的化学组成细菌细胞的化学组成 化学成份占细胞的重量(%)每种分子的类型数水701无机离子120糖及其前体1250氨基酸和前体0.44.1 4.1 水是细胞中最主要的成份水是细胞中最主要的成份生命来自于水，生命来自于水，细胞中水的含量最高，通常占细胞总量细胞中水的含量最高，通常占细胞总量70%70%80%80%(图图1-6)1-6)。细胞中的所有反应都是在水中进行的，所以水是细胞生。细胞中的所有反应都是在水中进行的，所以水是细胞生命的活动介质。命的活动介质。图图1-6 1-6 细胞中各主要成份的相对含量细胞中各主要成份的相对含量相邻水分子间的关系是靠相邻水分子间的关系是靠氢键氢键维系的（图维系的（图1-7）。）。相邻水分子间的关系是靠氢键维系的相邻水分子间的关系是靠氢键维系的(图图1-7)，这种氢键赋予水分子哪些独特的性质，这种氢键赋予水分子哪些独特的性质，对对于生活细胞有什么重要性于生活细胞有什么重要性?图1-7 水分子中的氢键 水的功能水的功能 水在细胞中水在细胞中既是既是反应物反应物也是也是溶剂溶剂。水分子参与了生命活动的一些重要水分子参与了生命活动的一些重要反应，在大分子的合成过程中水是反应，在大分子的合成过程中水是产物，而在分解反应中水是反应剂。产物，而在分解反应中水是反应剂。除了作为反应剂外，由于水是极性除了作为反应剂外，由于水是极性分子，所以是各种极性有机分子和分子，所以是各种极性有机分子和离子的最好溶剂，主要是靠氢键的离子的最好溶剂，主要是靠氢键的形成使这些分子和离子得以溶解形成使这些分子和离子得以溶解(图图1-8)1-8)。图1-8 水的溶剂作用 水的存在方式水的存在方式 细胞中的水以两种形式存在细胞中的水以两种形式存在:游离水和结合游离水和结合水水。游离水是细胞代谢反应的溶剂。游离水是细胞代谢反应的溶剂;结合水结合水则是以氢键和蛋白质结合的水分子，则是以氢键和蛋白质结合的水分子，占细占细胞内全部水的胞内全部水的4.5%4.5%，是原生质结构的一部分。，是原生质结构的一部分。4.2 4.2 无机盐无机盐 无机盐的作用分类无机盐的作用分类 主要分为四大类主要分为四大类 大分子的结构成分大分子的结构成分主要是主要是C C、H H、N N、O O、P P、S S等；等；各种酶反应所需的主要离子，包括各种酶反应所需的主要离子，包括CaCa2+2+、CuCu2+2+、MgMg2+2+、K K+、NaNa+、ClCl-等；等；各种酶活性所需的基础微量元素，包括各种酶活性所需的基础微量元素，包括CoCo2+2+、CuCu2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等；等；某些生物需要的特殊微量元素，如碘、铯、溴等某些生物需要的特殊微量元素，如碘、铯、溴等 无机离子的功能有无机离子的功能有:维持细胞内的维持细胞内的pHpH和渗透压，以保持细和渗透压，以保持细胞的正常生理活动胞的正常生理活动;同蛋白质或脂类结合组成具有特定功能的同蛋白质或脂类结合组成具有特定功能的结合蛋白，参与细胞的生命活动结合蛋白，参与细胞的生命活动；作为酶反应的辅助因子作为酶反应的辅助因子。4.3 4.3 小分子有机小分子小分子有机小分子 细胞内有四类有机小分子细胞内有四类有机小分子:单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。细胞内的有机小分子约占细胞总有机物的十分之一，细胞内的有机小分子约占细胞总有机物的十分之一，但却有但却有许多不同的种类。许多不同的种类。糖类糖类 糖是细胞的营养物，包括糖是细胞的营养物，包括单糖、二糖、低聚糖单糖、二糖、低聚糖(2(26 6个糖个糖)和和多糖多糖(由几百到几千个单糖分子组成由几百到几千个单糖分子组成)，其中多糖属于生物大，其中多糖属于生物大分子分子 单纯的多糖由许多葡萄糖残基组成，在单纯的多糖由许多葡萄糖残基组成，在动物细胞内主要是糖动物细胞内主要是糖原，在植物细胞内主要是淀粉原，在植物细胞内主要是淀粉。它们是细胞内贮存的营养物。它们是细胞内贮存的营养物质，提供细胞代谢所需的能源质，提供细胞代谢所需的能源(图图1-9)1-9)。图图1-9 相同的单糖构成不同的多糖相同的单糖构成不同的多糖 脂脂 脂肪酸脂肪酸是脂的主要成分。细胞内几乎所有的是脂的主要成分。细胞内几乎所有的脂肪酸分子都是通脂肪酸分子都是通过它们的羧酸基团与其它分子共价连接过它们的羧酸基团与其它分子共价连接。各种脂肪酸的碳氢链。各种脂肪酸的碳氢链长度及所含碳长度及所含碳碳双键的数目和位置的不同，决定了它们不同碳双键的数目和位置的不同，决定了它们不同的化学特性。的化学特性。脂肪酸是营养价值较高的营养物，按重量比计算，脂肪酸是营养价值较高的营养物，按重量比计算，脂肪酸分脂肪酸分解产生的能量，相当于葡萄糖所产生能量的两倍。解产生的能量，相当于葡萄糖所产生能量的两倍。脂肪酸在细脂肪酸在细胞内最重要的功能是构成细胞结构胞内最重要的功能是构成细胞结构 除了脂肪酸外，细胞内还有其他一些脂类（图除了脂肪酸外，细胞内还有其他一些脂类（图1-101-10）。）。图图1-10 细胞内六类不同的脂细胞内六类不同的脂 核苷酸核苷酸 核苷酸是组成核酸的基本单位核苷酸是组成核酸的基本单位，每个核苷酸分子由一个戊糖，每个核苷酸分子由一个戊糖(核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖)、一个含氮碱基、一个含氮碱基(嘧啶或嘌呤嘧啶或嘌呤)和一个磷酸和一个磷酸脱水缩合而成脱水缩合而成(图图1-10)1-10)。图1-11 核苷酸的核苷酸的组成成单位位 氨基酸氨基酸 细胞内主要有细胞内主要有2020种氨基酸，种氨基酸，它们的差别主要是它们的差别主要是R R侧链不同侧链不同，决，决定了氨基酸不同的化学性质。氨基酸是组成蛋白质的基本单位定了氨基酸不同的化学性质。氨基酸是组成蛋白质的基本单位，蛋白质是长的线性的氨基酸多聚体，这些氨基酸通过一个氨，蛋白质是长的线性的氨基酸多聚体，这些氨基酸通过一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间形成的肽键而首尾相连基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间形成的肽键而首尾相连，构成多肽链，构成多肽链(图图1-12)1-12)。图图1-12 1-12 两个氨基酸之间通过脱水形成肽键两个氨基酸之间通过脱水形成肽键4.4 4.4 生物分子的功能分类生物分子的功能分类 细胞中的有机分子，根据它们在细胞代谢活动中的作用可分为细胞中的有机分子，根据它们在细胞代谢活动中的作用可分为四种不同类型。四种不同类型。生物大分子生物大分子 构成细胞的基本结构，并且执行细胞基本功能的巨大的、高构成细胞的基本结构，并且执行细胞基本功能的巨大的、高度组织起来的生物分子称为度组织起来的生物分子称为生物大分子生物大分子。细胞内有四种类型细胞内有四种类型的生物大分子的生物大分子:核酸、蛋白质、多糖，以及某些类型的脂类，核酸、蛋白质、多糖，以及某些类型的脂类，前三种是由单体构成的多聚体。细胞内大约有前三种是由单体构成的多聚体。细胞内大约有30003000种大分子。种大分子。生物大分子的功能取决于构成它们亚单位的种类和排列顺序。生物大分子的功能取决于构成它们亚单位的种类和排列顺序。多糖多糖(polysaccharides)(polysaccharides)多糖是细胞的重要支持材料，是细胞壁的主要结构成分。多糖是细胞的重要支持材料，是细胞壁的主要结构成分。糖同蛋白质结合形成糖蛋白。糖同蛋白质结合形成糖蛋白。蛋白质的糖基化不仅对蛋白分子的理化性质有很大影晌蛋白质的糖基化不仅对蛋白分子的理化性质有很大影晌，而且对蛋白质的生物功能也有很大影响而且对蛋白质的生物功能也有很大影响。在迄今已知的。在迄今已知的上千种蛋白质中，上千种蛋白质中，5050以上是糖基化的。许多糖蛋白具有以上是糖基化的。许多糖蛋白具有酶、激素、抑制剂等各不相同的生物活性，相当一部分糖酶、激素、抑制剂等各不相同的生物活性，相当一部分糖蛋白，其分子中糖链是实现生物功能所必需的，去除或破蛋白，其分子中糖链是实现生物功能所必需的，去除或破坏糖链会使它们失去生物功能。坏糖链会使它们失去生物功能。蛋白质的糖基化对蛋白质的理化性质有哪些影晌？蛋白质的糖基化对蛋白质的理化性质有哪些影晌？核糖核酸与脱氧核糖核酸核糖核酸与脱氧核糖核酸 脱氧核糖核酸即是脱氧核糖核酸即是DNADNA分子，是遗传物质，分子，是遗传物质，只有一种类型，只有一种类型，其结构是双螺旋的其结构是双螺旋的(图图1-13)1-13)。图图1-13 DNA的结构的结构RNARNA即是核糖核酸，即是核糖核酸，种类较多，种类较多，有有tRNAtRNA、rRNArRNA、mRNAmRNA，还有，还有一些存在于细胞核和细胞质中的小分子一些存在于细胞核和细胞质中的小分子RNARNA，它们具有在不同，它们具有在不同的功能，的功能，在某些病毒中也是遗传物质在某些病毒中也是遗传物质 蛋白质蛋白质 蛋白质是细胞内行使各种生物功能的生物大分子，估计在一蛋白质是细胞内行使各种生物功能的生物大分子，估计在一个典型哺乳动物细胞中有个典型哺乳动物细胞中有10,00010,000种不同的蛋白质执行着不同种不同的蛋白质执行着不同的功能的功能(表表1-2)1-2)。表表1-2 细胞内蛋白质的某些功能细胞内蛋白质的某些功能 功能功能举例例功能功能举例例结构材料构材料胶原、角蛋白胶原、角蛋白激素激素胰胰岛素、生素、生长激素激素 运运动肌肌动蛋白、肌球蛋白蛋白、肌球蛋白物物质运运输Na+-K+泵营养养储存存酪蛋白、酪蛋白、铁蛋白蛋白信号信号转导乙乙酰胆碱受体胆碱受体基因基因调控控Lac操操纵子子 渗透渗透压调节血清白蛋白血清白蛋白免疫作用免疫作用抗体抗体毒素毒素白喉和霍乱毒素白喉和霍乱毒素电子子转移移细胞色素胞色素酶(催化作用催化作用)氧化氧化还原原酶、连接接酶等等组成蛋白质的基本构件只是组成蛋白质的基本构件只是2020种氨基酸。为什么蛋白质却具有种氨基酸。为什么蛋白质却具有如此广泛的功能如此广泛的功能?近年来的研究发现，很多大的蛋白质分子都是由两个或两个以近年来的研究发现，很多大的蛋白质分子都是由两个或两个以上结合紧密的功能区域构成的，这种区域称为上结合紧密的功能区域构成的，这种区域称为结构域结构域(domain)(domain)，结构域在功能上具有半独立性，它可与不同的因子结合。图结构域在功能上具有半独立性，它可与不同的因子结合。图1-1-1414显示了从马肌细胞中分离的磷酸甘油酸激酶显示了从马肌细胞中分离的磷酸甘油酸激酶(phosphoglycer(phosphoglycerate kinase)ate kinase)结晶的结构域，这两个结构域通过一个铰链连接起结晶的结构域，这两个结构域通过一个铰链连接起来。来。图图1-14 1-14 蛋白质的结构域蛋白质的结构域5 5、细胞的类型和结构体系细胞的类型和结构体系 细胞分为两大类细胞分为两大类:原核细胞和真核细胞。原核细胞和真核细胞。6.1 6.1 原核细胞原核细胞原核细胞原核细胞(prokaryotic cell)(prokaryotic cell)是组成原核生物的细胞。是组成原核生物的细胞。原核生物分为两大系原核生物分为两大系:古细菌古细菌(archaebacteria)(archaebacteria)和和真真细菌细菌(bacteria(bacteria，或或eubacteria)eubacteria)。细菌细菌(bacteria)细菌是原核细胞的主要类群。细菌细菌是原核细胞的主要类群。细菌细胞的基本特点是细胞的基本特点是:遗传信息量少遗传信息量少，内部结构简单，内部结构简单，特别是没有分特别是没有分化成以膜为基础的专门结构和功能化成以膜为基础的专门结构和功能的细胞器与核膜的细胞器与核膜(图图1-16)1-16)。图图1-16 1-16 典型的细菌细胞形态结构典型的细菌细胞形态结构 细菌的细胞通常很小，细菌的细胞通常很小，只有几个微米。细菌细胞的界膜，只有几个微米。细菌细胞的界膜，即细胞质膜的外侧都是即细胞质膜的外侧都是被一层坚硬的细胞壁包裹起来被一层坚硬的细胞壁包裹起来。细胞。细胞壁的厚度有壁的厚度有1515100 nm 100 nm，或更厚，有些细菌的表面还有，或更厚，有些细菌的表面还有一层一层荚膜荚膜。原核细胞的细胞质膜是多功能的，其最重要的功能就是原核细胞的细胞质膜是多功能的，其最重要的功能就是运运输作用输作用，包括营养物质的吸收、废物的排除、能量代谢等。包括营养物质的吸收、废物的排除、能量代谢等。细菌的细胞质膜往往会内陷折皱形成细菌的细胞质膜往往会内陷折皱形成中膜体中膜体(mesosome)(mesosome)，具具有类似线粒体的作用，有类似线粒体的作用，故称为故称为拟线粒体拟线粒体。细菌质膜还参与遗传物质的复制细菌质膜还参与遗传物质的复制和分配和分配，因为细菌没有细胞核，因为细菌没有细胞核，所以细菌的所以细菌的DNADNA在复制时只能结在复制时只能结合在质膜上，然后进行细胞的分合在质膜上，然后进行细胞的分裂裂(图图1-17)1-17)。图图1-17 细菌质膜参与细菌质膜参与DNA的复制与分配的复制与分配 细菌没有细胞核结构，细菌没有细胞核结构，仅为仅为DNADNA与少量与少量RNARNA或蛋白质结合或蛋白质结合 物，物，也没有核仁和有丝分裂器。也没有核仁和有丝分裂器。E.coliE.coli的的DNADNA是环状的，是环状的，长为长为4.2106kb4.2106kb，约，约40004000个基因。由于细菌没有核膜，个基因。由于细菌没有核膜，DNADNA的转录与蛋白质合成没有空间的隔离，所以的转录与蛋白质合成没有空间的隔离，所以细菌的细菌的 RNARNA转录与蛋白质翻译几乎是同步进行的转录与蛋白质翻译几乎是同步进行的，这是原核与真，这是原核与真 核生物的最主要的差别。细菌除了具有染色体核生物的最主要的差别。细菌除了具有染色体DNADNA外，还外，还 有核外有核外DNADNA，即质粒，即质粒DNADNA。质粒是比染色体小的遗传物质，。质粒是比染色体小的遗传物质，为环状的双链为环状的双链DNADNA，常常赋予细胞对抗生素的抗性。常常赋予细胞对抗生素的抗性。细菌体表还有菌毛和鞭毛。菌毛有两种，一种短而细，具细菌体表还有菌毛和鞭毛。菌毛有两种，一种短而细，具 有呼吸作用；另一种是数量少但细长的性纤毛，为雄性菌有呼吸作用；另一种是数量少但细长的性纤毛，为雄性菌 所特有。鞭毛是细菌的运动器官，所特有。鞭毛是细菌的运动器官，鞭毛蛋白的氨基酸组成鞭毛蛋白的氨基酸组成 与横纹肌中的肌动蛋白相似。与横纹肌中的肌动蛋白相似。蓝藻蓝藻遗传物质的所在部位为中心质，遗传物质的所在部位为中心质，DNA含量比原核生物大。含量比原核生物大。最简单的光能自养生物之一，仅有十分简单的光合作用装置。最简单的光能自养生物之一，仅有十分简单的光合作用装置。光合作用片层上附有藻胆蛋白体，将光能传递给叶绿素。仅光合作用片层上附有藻胆蛋白体，将光能传递给叶绿素。仅含叶绿素含叶绿素a，属于原始低效的光合作用，可放出氧气，不同，属于原始低效的光合作用，可放出氧气，不同于光合细菌。于光合细菌。细胞内有丰富的内含物。细胞内有丰富的内含物。细胞脂膜外有细胞壁和一层角胶质层，胶质层也称鞽。细胞脂膜外有细胞壁和一层角胶质层，胶质层也称鞽。细胞体积较其他原核细胞大，常以单细胞，群体，丝状体等细胞体积较其他原核细胞大，常以单细胞，群体，丝状体等形式存在。依靠分裂进行繁殖。形式存在。依靠分裂进行繁殖。支原体支原体(mycoplasma)(mycoplasma)支原体是目前发现的最简单、体积支原体是目前发现的最简单、体积 最小的原核细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原核细胞最小的原核细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原核细胞(图图1-18)1-18)图图1-18.支原体的形态结构支原体的形态结构是目前发现的最小，最简单的细是目前发现的最小，最简单的细胞，具备了细胞的基本形态结构，胞，具备了细胞的基本形态结构，并具有作为生命活动基本单位存并具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。在的主要特征。具有细胞生存所需要的最低数量具有细胞生存所需要的最低数量的蛋白，约的蛋白，约700多种。多种。以一分为二的方式进行繁殖。以一分为二的方式进行繁殖。维持细胞基本生命活动细胞直径维持细胞基本生命活动细胞直径最小的极限不能小于最小的极限不能小于100纳米，支纳米，支原体已经接近该极限原体已经接近该极限 5.2 5.2 真核细胞的两种主要类型真核细胞的两种主要类型:动物细胞和植物细胞动物细胞和植物细胞 真核细胞真核细胞的主要特点的主要特点是以生物膜为基础进一步分化，是以生物膜为基础进一步分化，使细使细胞内部产生许多功能区室，胞内部产生许多功能区室，它们各自分工负责又相互协调它们各自分工负责又相互协调和协作和协作。动物细胞是真核细胞的主要类型之一动物细胞是真核细胞的主要类型之一(图图1-19)1-19)。图图1-19 动物细胞模式图动物细胞模式图 真核细胞中另一主要类型是植物细胞真核细胞中另一主要类型是植物细胞(图图1-20)1-20)。图图1-20 植物细胞模式图植物细胞模式图 动物细胞具有的结构，植物细胞基本都有，动物细胞具有的结构，植物细胞基本都有，但是植物细胞还但是植物细胞还有一些独特的结构，有一些独特的结构，包括细胞壁、质体、中央液泡等（表包括细胞壁、质体、中央液泡等（表1-1-3 3）表表1-3 动物细胞与植物细胞的比较动物细胞与植物细胞的比较 细胞器胞器动物物细胞胞植物植物细胞胞细胞壁胞壁无无有有叶叶绿体体无无有有液泡液泡无无有有溶溶酶体体有有无无圆球体球体无无有有乙乙醛酸循酸循环体体无无有有通通讯连接方式接方式间隙隙连接接胞胞间连丝中心体中心体有有无无胞胞质分裂方式分裂方式收收缩环细胞板胞板5.3 5.3 真核细胞的结构体系真核细胞的结构体系 将真核细胞内的结构体系归纳起来可分为三大系统将真核细胞内的结构体系归纳起来可分为三大系统:生物膜生物膜结构体系、遗传信息表达结构体系、结构体系、遗传信息表达结构体系、细胞骨架结构体系细胞骨架结构体系。生物膜结构体系 (图图1-21)1-21)图图1-21 生物膜结构体系生物膜结构体系 遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统(图1-22)图图 1-22 1-22 遗传信息表达体系遗传信息表达体系 细胞骨架结构体系细胞骨架结构体系 细胞骨架是由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构，细胞骨架是由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构，包括细胞质骨架和细胞核骨架。细胞骨架系统的主要作包括细胞质骨架和细胞核骨架。细胞骨架系统的主要作用是维持细胞的一定形态，使细胞得以安居乐业。细胞用是维持细胞的一定形态，使细胞得以安居乐业。细胞骨架对于细胞内物质运输和细胞器的移动来说又起交通骨架对于细胞内物质运输和细胞器的移动来说又起交通动脉的作用动脉的作用;细胞骨架还将细胞内基质区域化；此外，细胞骨架还将细胞内基质区域化；此外，细胞骨架还具有帮助细胞移动行走的功能。细胞骨架的细胞骨架还具有帮助细胞移动行走的功能。细胞骨架的主要成分是微管、微丝和中间纤维。主要成分是微管、微丝和中间纤维。5.4 5.4 真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较 表表1-4 原核细胞与真核细胞的相同点原核细胞与真核细胞的相同点 都具有类似的细胞质膜结构都具有类似的细胞质膜结构 都以都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码作为遗传物质，并使用相同的遗传密码 都是以一分为二的方式进行细胞分裂都是以一分为二的方式进行细胞分裂 具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构 代谢机制相同代谢机制相同(如糖酵解和如糖酵解和TCA循环循环)具有相同的化学能贮能机制，如具有相同的化学能贮能机制，如ATP合成酶合成酶(原核位于细胞质膜，原核位于细胞质膜，真核位于线粒体膜上真核位于线粒体膜上)光合作用机制相同光合作用机制相同(蓝细菌与植物相比较蓝细菌与植物相比较 膜蛋白的合成和插入机制相同膜蛋白的合成和插入机制相同 都是通过蛋白酶体都是通过蛋白酶体(蛋白质降解结构蛋白质降解结构)降解蛋白质降解蛋白质(古细菌与真核细古细菌与真核细胞相比较胞相比较)表表1-5 1-5 真核细胞特有的特点真核细胞特有的特点 细胞分裂分为核分裂和细胞质分裂，并且分开进行细胞分裂分为核分裂和细胞质分裂，并且分开进行 DNA和蛋白质结合压缩成染色体结构，形成有丝分裂的结构和蛋白质结合压缩成染色体结构，形成有丝分裂的结构 具有复杂的内膜系统和细胞内的膜结构具有复杂的内膜系统和细胞内的膜结构(如内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶如内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、乙醛酸循环体、胞内体等体、乙醛酸循环体、胞内体等)具有特异的进行有氧呼吸的细胞器具有特异的进行有氧呼吸的细胞器(线粒体线粒体)和光合作用的细胞器和光合作用的细胞器(叶绿体叶绿体)具有复杂的骨架系统具有复杂的骨架系统(包括微丝、中间纤维和微管包括微丝、中间纤维和微管)有复杂的鞭毛和纤毛有复杂的鞭毛和纤毛 具有小泡运输系统具有小泡运输系统(胞吞作用和胞吐作用胞吞作用和胞吐作用)含有纤维素的细胞壁含有纤维素的细胞壁(如植物细胞如植物细胞)利用微管形成的纺锤体进行细胞分裂和染色体分离利用微管形成的纺锤体进行细胞分裂和染色体分离 每个细胞中的遗传物质成双存在，二倍体分别来自于两个亲本每个细胞中的遗传物质成双存在，二倍体分别来自于两个亲本 通过减数分裂和受精作用进行有性生殖通过减数分裂和受精作用进行有性生殖 6 6 病毒病毒非细胞的生命体非细胞的生命体 细胞虽然是地球上主要的生命形式，但并非是惟一的生命细胞虽然是地球上主要的生命形式，但并非是惟一的生命形式，病毒也是生命体，但它却不具有细胞结构。形式，病毒也是生命体，但它却不具有细胞结构。6.1 6.1 病毒是比细胞更小的生命体病毒是比细胞更小的生命体 病毒是病毒是1919世纪末通过对疾病的研究发现的，无法用光学显微镜世纪末通过对疾病的研究发现的，无法用光