第二章 细胞的统一性与多样性一、几个重要的名词概念n细胞(cell) = 细胞膜cell membrane (或称质膜 plasma membrane) + 细胞质 cytoplasm+ 细胞核nucleus (或拟核 nuleoid)n原生质 protoplasm ，现泛指细胞的基本组成物质n原生质体protoplast，是“细胞”的同义词，现常 用来专指消除了细胞壁的植物细胞或细菌。n内膜系统endomembrane system，细胞内部的膜 相结构，包括许多细胞器的膜及核膜。n外质 ectoplasm 细胞内靠近质膜的细胞质部分n内质 endoplasm 细胞内靠近核膜的细胞质部分n细胞器 cell organelle ，细胞质中具有一定形态、固定化学组成和特定生理功能的结构物。n细胞质基质 cytoplasm matrix or Cytomatrix(又称“胞质溶胶”Cytosol)，是指细胞质中除去细胞器以外的胶体液态部分。相对而言，人 为划分n细胞细胞膜细胞质细胞核细胞器细胞质基质二、细胞的化学组成 n C、H、O、N四元素占细胞组成元素的90% ，其次K 、Na 、Ca 、Mg、Cl、P、S、Fe等含量虽较少，但也是细胞生命活动所必需的。n 水占活细胞重量的85%，以游离水和结合水两种状态存在于细胞中。是细胞中无机盐和生物分子的溶剂，也是原生质胶体结构的组分，还是代谢反应的介质。 n活细胞去除水分的干物质中， 约90%是蛋白质、核酸、脂类和多糖类这四类生物大分子， 它们分别由氨基酸 、核苷酸 、脂肪酸和单糖等生物小分子所构成，这四类生物大分子还常常相互组成核蛋白、脂蛋白、糖蛋白和糖脂等复合大分子，成为细胞结构的基础物质。 n蛋白质作用：结构组分，生化催化剂（酶）、抗体、激素，调节遗传信息表达和代谢生理。n核酸作用：遗传信息的载体、贮存和传递。n脂类作用：生物膜的主要组分，细胞代谢能量的主要贮存形式。n多糖类作用：细胞壁的主要组分，重要贮存物质，细胞表面的抗原。n无机盐类作用：维持细胞内外的渗透压平衡以及细胞生理过程中的离子浓度条件。三、细胞的大小和形状研究层层次 界 限观观 察 工 具常 用 计计 量 单单 位单单 位 换换 算解剖学水 平0.1mm以 上肉眼、扩扩大 镜镜 毫米mm 10-3米 显显微水平 （细细胞水 平）0.2 100m光学显显微镜镜 微米m 106米 亚亚微（超 微）水平1 200nm电电子显显微 镜镜 纳纳米nm 埃 10-9米 10-10 米 分子水平1nm以下 高分辨的电电 镜镜、扫扫描隧 道显显微镜镜 n一般细胞皆是显微水平观察的对象，但细胞内精细结构都必须在电镜下才能看清楚。n最大细胞：未受精的鸵鸟蛋的卵黄部分 （=5cm） 特大的卵细胞n最小细胞：拟胸膜肺炎支原体PPLO（=0.1m），与某些大中型病毒的体积相当。n鸟蛋中的卵细胞之所以显著偏大， 鸟是“卵生”的，其卵细胞中必须贮藏大量的mRNA和营养物质（卵黄质），才能保证其胚胎的正常发育。n一般细胞的体积小，其实并非缺点而是优点：有相对较大的表面积，有利于与周围环境进行物 质交换，可保持细胞内旺盛的新陈代谢；有利于细胞核内的遗传指令可对细胞质中各种生 理活动进行有效地控制；有利于细胞中各类物质的迅速运输传递。n但是，细胞体积也不能无限度地偏小，据研究推算 细胞要维持独立生存繁殖，其直径必须达0.1微米以 上。质膜 752 = 150 最起码的DNA.RNA = 200 + 必要的核糖体、酶和底物 = 650 1000 =0.1mn因此可见, 直径为0.1m的支原体应该是目前所发现 的最小最简单的细胞。n注意！ 细胞的大小与生物体的大小并无直接关系。生物体的生长主要是由细胞数量的增多，而不是靠细胞体积的增大。n细胞的形状呈多样性，并往往是与其功能密切相关的，这是长期进化的结果。例：肌肉细胞长梭形收缩、伸展运动； 血红细胞扁圆盘形气体交换，快速运行。神经细胞细长纤维状轴突传导神经冲动； （植物叶表皮的）保卫细胞半月形迅速开 启和关闭气孔，有利叶面呼吸和蒸腾四、原核细胞与真核细胞的比较 n原核细胞prokaryotic cell， 原核生物prokaryote： 细菌、蓝藻、衣原体、 支原体、立克茨体、螺旋体等；n真核细胞eukaryotic cell， 真核生物eukaryote： 真菌、藻类、原生生物 、高等植物、高等动物。原核细胞与真核细胞的共同点：相似的遗传系统， 都具有DNA和RNA， 遗传 密码基本相同，而且DNA的复制、转录及转译 皆类似； 都具有质膜，均由脂质双分子层与镶嵌蛋白质 （ 即所有细胞必须具有的基本特征 ） 构成的 生物膜（电镜下呈“单位膜”）； 相似的生物合成代谢体系， 其核糖体的基本 结构和功能皆相同； 均以一分为二的方式分裂增殖。 n因此 ， 直径仅0.1m的支原体被称为细胞, 而与其体积相近的大中型病毒却不被认为是细胞。n 1、病毒无质膜；2、每个病毒仅有一种核酸；3、病毒中无核糖体等代谢合成体系；4、病毒增殖不靠分裂，而是在宿主细胞中复制、组装及释放。n病毒是非细胞形态的生命体，必须完全寄生在宿主细胞之中才能生存。n古核生物（古核细胞、古细菌）： 产甲烷球 菌、嗜盐细菌、热原质体、硫氧化菌等。曾被 归属于原核生物，是因其也无核膜，仅具环状 DNA，并含有操纵子。但目前认为应归并为有 别于原核生物、真核生物的第三界，并认为其 更可能是真核细胞的祖先。理由是：其细胞 壁成分与真核细胞的相似；DNA中有重复序 列，基因中有内含子；有组蛋白与DNA组成 类似于核小体结构；其核糖体对抗生素的反 应类似于真核细胞；其5s rRNA二级结构与 真核细胞的相似。 原核细胞与真核细胞基本特征 的比较特 征 原 核 细细 胞 真 核 细细 胞细细胞大小 较较小（110m）较较大（10 100m）细细胞核 无核膜、核仁 （ 被称为为“拟拟核”）有核膜和核仁染色体 一条环环形DNA分 子，极少或不结结合 组组蛋白多条线线状， DNA与组组蛋白 结结合成染色质质 纤维纤维基因组组数 1n 2n或多nDNA序列没有或极少重 复序列，基因 中无内含子有重复序列， 基因中有内含 子 核外DNA细细菌中具有质质 粒DNA具线线粒体、叶 绿绿体DNA线线粒体 无 有叶绿绿体无，但兰兰藻的 光合膜层层含叶 绿绿素a有、含叶绿绿素a 和b高尔基体 无 有内质质网 无 有溶酶体 无 有中心体 无 有纺锤纺锤 体 无 有细细胞骨架 无 有核糖体 70s 80s细细胞分裂无丝丝分裂有丝丝分裂DNA复制连续进连续进 行仅仅在s期进进行复制转录转录 与转译转译基因表达调调控原生质环质环 流细细胞壁鞭毛结结构 在同一空间间和时时 间间 操纵纵子方式调调控无由肽肽聚糖、壁酸 构成简单简单 ，单丝单丝 ，由 鞭毛蛋白构成 转录转录 在核内，转转 译译在细细胞质质中 复杂杂的多层层次调调 控 有由纤维纤维 素、果胶 质质构成（植物细细 胞） （9+2）结结构， 由微管蛋白构成 n从进化上看，真核细胞比原核细胞更高级，主要体 现于三个方面：（1）生物膜的分化使细胞内部结构和功能的复杂高级 化。内膜系统的出现 ，使核和质形成两大区域 ，并 形成由内膜包围构成的多种细胞器 ，从而保证了细 胞中各种物质代谢过程之间的互不干扰，有秩序地 进行。 因此各个区域分工明确精细，职能专一化。（2）遗传物质和遗传结构装置的增多和复杂化。从而 使得遗传信息传递更稳定 ，基因转录与转译有严格 的阶段性与区域性，基因表达调控有多层次性。（3）具有了庞大复杂的细胞骨架系统，对维持细胞形态结构和细胞内多种生理功能有十分重要的作用。但在原核细胞中尚未发现有细胞骨架系统。 n当然，尽管真核细胞从进化上比原核细胞高级，但对不利环境的适应性反倒不如原核细胞，这是为什么呢？其实，大有大的优势，而小也有小的好处，俗话说：“小船好转舵”。 原核细胞小而简单， 特别是它的基因表达调控方式简单，就有利于在极端不利环境下快速调整和应变，这正是自然界中原核生物数量多于真核生物的根本原因。五、真核细胞亚微结构基本构型n亚细胞水平的三大基本结构体系（1）蛋白质与核酸构建的遗传信息结构体系 （染色体、 核仁、核糖体）（2）蛋白质与脂质构建的膜相结构体系 （细胞膜、核膜、各种细胞器膜）（3）蛋白质与蛋白质构建的细胞骨架结构体系 双膜：核、线粒体、叶绿体单膜：内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、圆球体、微体 等 膜相结构： 质膜、内膜颗粒结构：核糖体、中心体、基体线状结构：染色质纤维、核仁纤丝、微管、微丝、中间纤维n膜相结构占真核细胞干重的7080%，是细 胞亚微结构的基本形态和基础。 n 非膜相结构六、植物细胞与动物细胞的比较n 植物细胞的特有细胞器：n 细胞壁、液泡、叶绿体