第三章 细胞3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6细胞及细胞生物学的发展 细胞的基本概念 细胞的类别 细胞的结构 生物膜 细胞成分与结构的分离显微镜的发明与细胞的发现 300多年前 Anton van Leeuwenhoek （荷兰，1632-1723） 世界上最早的显微镜， 能将微小物体放大近300倍, 最早看到细菌的人Leeuwenhoek“Animalcules” in a drop of pond water seen by Leeuwenhoek.1 细胞及细胞生物学的发展Robert Hooke ，1665， （英国，1635-1703） 软木薄片，蜂窝状的小格 子“细胞”Microscope used by Robert Hooke细胞学说的提出与完善：1838年，德国植物学家施莱登（M J Schleiden） 发表了“植物发生论”； 1839年，德国动物学家施旺（T Schwann）发表 了“关于动植物在结构和生长中一致性的显微研 究”，首次提出细胞学这一名称。 确立“细胞学说”。1855年，Virchow完善了细胞学说细胞学说可以归 纳为以下两点： 1. 所有生物都由 细胞和细胞的产 物组成； 2. 新的细胞必须 经过已存在的细 胞分裂而产生。细胞生物学及其发展细胞生物学： 是以研究生命活动基本规律的科学。它是在 细胞、细胞超微结构和分子水平等不同层次上， 以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础科 学。 细胞生物学研究的内容： 细胞的形态与结构、细胞的代谢、细胞的增 殖与分化、细胞的遗传与变异、细胞的衰老与死 亡、细胞的起源与进化、细胞的兴奋与运动、细 胞的信息传递等。 第一阶段：从16世纪末-19世纪30年代，是 细胞发现及细胞知识的积累阶段，以形态描 述为主； 第二阶段：从19世纪到20世纪中期，细胞学 说形成后，主要进行显微形态的研究； 第三阶段：从20世纪30年代-70年代，以细 胞超微结构、核型、带型研究为主要内容； 第四阶段：从20世纪80年代分子克隆技术的 成熟到当前，细胞生物学与分子生物学的结 合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞 分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的 主要研究内容。细胞生物学发展简史从形态学的角度定义细 胞：.2 细胞的基本概念细胞是由膜包围的 原生质团，通过质 膜与周围环境进行 物质和信息交流。被质膜包裹在细胞 内的所有生活物质称为 原生质(protoplasm)， 包括细胞核和细 胞 质 (cell plasma)。细胞具有不同的形态和大小。多种多样，细胞形态和大小的 差异，一般与其所执行的生理功 能以及所处的环境条件有关。细胞大小主要 受核质比和表 面积/体积比 决定细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动 均以细胞为基础，细胞具有独立的、有序的 自控代谢体系 在多细胞生物中，担负着不同生物功能的各 种细胞密切配合，共同完成一系列复杂的生 命过程，这些均是以细胞为单位； 细胞与细胞之间存在着广泛的联系和信号联 络，表现出有条不紊的分工合作关系； 各种组织都是以细胞为基本单位来执行特定 的功能，因为每一个细胞都具有一套完整的 装置以满足自身生命代谢的需要。细胞生命活动： 以物质代谢为 基础； 以能量代谢（ATP）为 动力； 以信息调控为机制。非 常 狭 窄 的 遗 传 桥 梁 ，惟 妙 惟 肖 的 表 型 特 征细胞是生殖和遗传的基础和桥梁，具有相同的遗 传语言人与人之间的基因组差别只有千分之一镰 刀 型 红 细 胞正 常 红 细 胞同种蛋白质中氨基酸顺序的差异导致 细胞表型的不同（镰刀状细胞贫血症）编码 谷氨酸的密码子GAG突变为编码缬 氨酸GUG细胞是生物体生长发育的基础 生物体的生长，部分是通过细胞体积的增 长来实现； 多细胞生物的生长主要是通过细胞分裂， 数目增加并伴随细胞的分化来实现的； 在多细胞生物中，具有不同形态和功能的 细胞都是由一个受精卵分裂和分化而来的。所以，研究生物的生长发育必须以研究 细胞的增值、生长与分化为基础。从 植 物 单 个 细 胞 到 一 棵 完 整 的 植 株细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性每一个细胞，不论低等生物还是高等生物 的细胞，单细胞生物 或多细胞生物的细 胞，结构简单或复杂 的细胞，未分化的细 胞或分化的细胞（除 极少数终极分化的细 胞外），性细胞或体 细胞都包含着全套的 遗传信息，即全套的 基因，因此，细胞具 有遗传的全能性。“多利羊”的克隆细胞是生命起源的归 宿，是生物进化的起人神经细胞植物纤维细 胞鸡卵人卵和精子变形虫血细胞支原体点；形状与大小各异的 细胞是生物进化的结果。从原始细胞到原核细胞： 约30 35亿年前：球形微 生物和杆状细菌； 从原核细胞到真核细胞： 约1613亿年前：真菌化 石 从单细胞到多细胞机体进 化：约87亿年前。非细胞形态的生命体病毒 病毒已发现3 000余种（含40 000亚种）包括： 真病毒（virus）： DNA或RNA与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体； 类病毒（viroid）： 感染性的RNA构成，发现约 20余种，如马铃薯纺 锤块类 病毒； 朊病毒（prion）： 仅由有感染性的蛋白质构成, 如疯牛病。没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动 离不开细胞）Attachment to the Lymphocyte MembraneEntry of the Viral RNAIntegration of Viral DNABack to RNAViral Protease Protease InhibitorsAssembly and Budding657124 Transcription:Reverse Transcription: Converting viral RNA into DNATranslation: RNA - Proteins83Human Immunodeficiency Virus细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由 细胞组成的； 细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均 以细胞为基础。细胞是一个独立有序的、能够 进行自我调控的结构与功能体系； 细胞是生殖和遗传的基础与桥梁，具有相同的 遗传语 言； 细胞是生物体生长发育的基础； 细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性； 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点； 没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动 离不开细胞）从系统的角度理解细胞的基本概念：(a)普通的细菌(a)、 植物(b)、动物细 胞(c)的结构(c)(b)细胞的共性：1.所有细胞表面均具有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白体构成的细胞膜体系； 2.所有的细胞都有由两种核酸（DNA与RNA）与 蛋白质分子构成的遗传 信息复制与表达体系。 虽然病毒以其中一种核酸作为遗传 信息的载 体，但病毒的复制过程往往离不开两种核酸 的参与； 3.所有的细胞都具有作为蛋白质合成的机器的 核糖体； 4. 细胞具有自我复制的能力，能够产生更多的细 胞；而且所有细胞都以一分为二的方式进行 分裂增殖。遗传物质在分裂前复制加倍，在分 裂时均匀地分配到两个子细胞内；5. 细胞具有遗传 程序和使用遗传 程序的方法； 6. 细胞是高度复杂和有组织的； 7. 细胞获得并利用能量，如植物吸收太阳光， 动物摄取糖，然后再转化成不同形式的能量 加以利用； 8. 细胞执行不同的化学反应，如新陈代谢活 动； 9. 细胞参与许多机械活动，如物质的运输； 10.细胞能够对 外界的刺激做出反应，如营养、 光照、激素生长因子、逆境因素等。All HeLa cells are derived from Henrietta Lacks, a 31 year old woman from Baltimore, USA, who died of cervical cancer in 1951.第一株用于人工培养的人细胞系：Hela cells.3细胞的类别原核细胞(procaryotic cell)原核细胞是地球上 起源最早、结构最简单 的生命形式 从原始细胞到原核 细胞：约30 35亿年前： 球形微生物和杆状细 菌；细菌细胞的透射 电子显微镜照片 (右)及模式图(左)遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个 环状DNA构成。很多细菌在核区外还含有染 色体外遗传物质，即环状质粒DNA； 细胞内只有核糖体细胞器，但没有核膜和 具有专门结 构与功能分化的其它细胞器， 而其核物质有趋于集中在一起的现象，所 以，有时称为类核或拟核； 细胞壁的主要成分是含乙酰的肽聚糖； 从生命活动过程来看，原核细胞DNA的大部 分是用来编码蛋白质，只有非常小的一部 分不转录。原核细胞的特性真核细胞 (eucaryotic cell)传统观 点：由原核 细胞进化而来。 从原核细胞到真核 细胞：约1613亿年前： 真菌化石渐进式进化 是渐进、直接 进化过程。真 核 细 胞 可 能 的 进 化 步 骤 模 型内共生假说 内共生假说的证据：细 胞器DNA与原核细胞DNA相 似，16SrRNA测序。叶绿体与线粒体内共生假说： 1 独立的基因组； 2 独立完整的蛋白质合成系 统，而且类似原核； 3 线粒体能以分裂发生繁殖 以及内外膜组成和结构差异 大； 4 叶绿体可在异体细胞中生 存。现代分子生物学的研究16SrRNA测序，建立系统树，显示真核细胞与原核 细胞（包括古菌）是由共同的祖先平行进化而来。具有真正的细胞核，其遗传物质DNA包被在双层膜 的特殊结构中； 具有许多由膜包被的各式细胞器，即线粒体、叶 绿体、高尔基体和内质网等； 植物及真菌具有细胞壁，其成分分别是纤维素和 几丁质； DNA结构非常复杂，其中含有许多非编码区，而且 存在多种调控机制； 具有由特异的结构蛋白装配而成的细胞骨架 和细 胞质基质系统； 真核细胞的种类繁多，从单细胞的原生生物到多 细胞的动植物以及特殊的真菌类等都含有各种真 核细胞。真核细胞的性质真核细胞与原核细胞基本结构特征的比较特征原核细胞真核细胞 细胞大小 细胞膜 细胞核 染色体DNA 核外DNA 胞质区域化 细胞骨架 核糖体 细胞增殖 细胞组织1-10m3-100m 有（行使多种功能）有 没有真正的细胞核有核膜、核仁和核质 裸露DNA，无组蛋白DNA与组蛋白结合 有的细胞含有质粒DNA线粒体与叶绿体DNA 简单（无细胞器）复杂，有各种细胞器 无有（MT、MF、IF） 70S型（30S和50S）80S型（40S和60S） 无丝分裂有丝分裂、减数分裂、 单细胞生物，多数为多细胞生物 无细胞组织形成细胞组织特征原核细胞真核细胞遗传信息量 基因组 重复序列 内含子 RNA聚合酶 DNA复制 转录与翻译 加工与修饰 表达调控小大 n2n 罕见大量存在 无有 一种复合体三种：pol、 无明显周期性有明显周期性（S期） 同时、同地先转录（核）后翻译（质） 无有复杂的加工过程 操纵子形式多层次、多环节真核细胞与原核细胞的遗传体系及基因表达的比较特征动物细胞植物细胞有无质体（叶绿体） 有无细胞壁 有无大的中央液胞 细胞膜离子泵 营养吸收无，异养营养有，自养营养 无有（纤维素和果胶质） 无有（代谢调节 作用） 钠-钾ATP酶质子ATP酶 + Na驱动共运转H驱动共运转植物细胞与动物细胞的比较叶绿体 线粒体细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡光面内质网细胞核 粗面内质网高尔基体 细胞膜 细胞质 细胞核粗面内质网 光面内质网线粒体 中心体 高尔基体植物细胞和动物细胞纤毛细胞壁（cell wall) 叶绿体（chloroplast) 大液泡（vacuole)胞间连丝 （plasmodesmata)植物特有的结构3.4 细胞的结构细胞膜和细胞壁细胞膜又称质膜，具有 半透性，可选择地让物质通 过；它还有一些细胞识别位 点如激素的受体