2017/9/12 第二章细胞的统一性与 多样性 大研变 第一节细胞的基本特征 细胞和原生质的概念 细胞一由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生 命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单 位 原生质(Protoplasm)一指细胞内所含有的生活物质。 √原生质是由水的胶体溶液和各种微细结构组成的、能够自我更 新的动态体系，是细胞生命活动的物质基础。 √原生质是原核生物和真核生物的结构和功能的基本单位。 原生质体(protoplast)一脱去细胞壁的细胞叫原生质体， 是生物工程学的概念。 2 1
2017/9/12 1 第二章 细胞的统一性与 多样性 1 西北农林科技大学生命科学学院-细胞生物学教研室 第一节 细胞的基本特征 细胞和原生质的概念： 细胞——由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生 命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单 位。 原生质（Protoplasm）——指细胞内所含有的生活物质。 原生质是由水的胶体溶液和各种微细结构组成的、能够自我更 新的动态体系，是细胞生命活动的物质基础。 原生质是原核生物和真核生物的结构和功能的基本单位。 2 原生质体（protoplast）——脱去细胞壁的细胞叫原生质体， 是生物工程学的概念。 原生质指组成细胞的有生命物质的总称，是物质的概念；原生质体是组成 细胞的一个形态结构单位
2017/9/12 显微镜下的植物原生质体 一、细胞是生命活动的基本单位（细胞的定义与内涵） 乙热集位。廉表 是有机体生长发育的基 遗传的桥梁 1.5细胞是生命 是生物进化的起点。 ·1.6没有细胞就没有完整的生 7 原生动物草 单细胞原生动物射虫 2
2017/9/12 2 显微镜下的植物原生质体 3 一、细胞是生命活动的基本单位（细胞的定义与内涵） • 1.1 细胞是构成有机体的基本结构单位。（病毒除外） • 1.2 细胞是代谢与功能的基本单位。 • 1.3 细胞是有机体生长发育的基础。 • 1.4 细胞是繁殖的基本单位 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁。 • 1.5 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。 • 1.6 没有细胞就没有完整的生命。 4 微小精致的单细胞生物--硅藻 单细胞原生动物草履虫 单细胞原生动物放射虫
2017/9/12 生命体的细胞 生殖细胞：产生 后代 资 1.1细胞是构成有机体的基本结构单位 ● 年和原生果的摄念保由眼用的能打鞋产装的小生团，是生 括细胞膜、细孢质和细胞核 有的生活物质构成细跑的生活物质），真核细胞包 3
2017/9/12 3 5 1.1 细胞是构成有机体的基本结构单位 低等多细胞生物Gonium formosum 美丽盘藻。 6 高等多细胞生物有数以亿计的细胞构成，例 如人体由200多种不同的细胞组成。 细胞和原生质的概念：细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生 命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。原生质 （Protoplasm）指细胞内所含有的生活物质（构成细胞的生活物质），真核细胞包 括细胞膜、细胞质和细胞核
2017/9/12 1.2细胞是代谢与功能的基本单位 除个别类型细 生 多购物的 1.3细胞是有机体生长发育的基础 有体柏结茶皇使鹤贺窗的梁单程胞体积嘴长、细跑分化、细胞 技人金老全 尘能炎真过程中同的 4
2017/9/12 4 1.2 细胞是代谢与功能的基本单位 • 细胞有独立有序 的自控代谢系统。 真核细胞 中 • 除个别类型细胞 （衣原体），无 论是需氧还是厌 氧细胞均有产能 代谢体系来维持 自身生命活动。 • 多细胞生物不同 细胞分工特殊代 谢 中碳水化合物代谢 油 7 。 • 多细胞生物的生 命活动是自身各 种细胞协调生命 活动的结果。 油料种子萌发时脂肪的代谢途径 1.3 细胞是有机体生长发育的基础 • 有机体的生长发育依赖细胞的分裂、细胞体积增长、细胞分化、细胞 凋亡，但细胞是生长与发育的基本单位。 8 体外人胚胎的卵裂：A，受精卵；B，2细胞阶段；C，4细胞 阶段； D，6细胞阶段；E，桑椹胚；F，囊胚 小鼠胚胎发育过程中趾间的 细胞凋亡形态
2017/9/12 1.4细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁 38月 1.5细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。 无机分子在原始环境下产生核苷酸（甲醛，氰，氯，氨，氧，氢氰 化学化秀量 者结合形成原始细胞(prot。 原始 凝成雨水 10亿年左右 原 高温外线 大 地球降温水蒸 流入江河 有机物形成 洋 5
2017/9/12 5 1.4 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁 克隆羊等动 物 核具有遗传 生长发育所 生物的繁殖通过细胞的分裂或依赖特殊细胞——配子或孢子。繁殖依赖 的遗传信息存在于细胞核中，以此指导下一代生命体的构建。 物诞生说明体细胞核含有 需的全部遗传物质，细胞 的全能性 。 9 1.5 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点。 • 无机分子在原始环境下产生核苷酸（甲醛，氰，氮，氨，氧，氢氰 酸）和脂肪酸（一氧化碳，氢）。核苷酸在特殊矿物微粒催化下聚 合成核酸进而化学进化为核酶，脂肪酸自发形成双层脂分子膜。两 者结合形成原始细胞（prot ll oce ），开始生物进化。 10
2017/9/12 1.6关于细胞概念的一些新思考 (1)细胞是物质、能量与值惠 过程精巧结合的综合体。 (2)细胞是多层次、非线性与 多层面的复杂结构体系 (3)细胞是高度有序的，具有 自组装能力的自组织体系。 细胞结构的损伤将阻碍细胞 生命活动进行，尽管试管中 可以实现一些生命代谢反应 但完整的生命只有在细胞中 才能实现。非细胞生命体病 也只有在细胞中才能完成 完整的生命活动。 1V病毒复制横式一病毒完戒生命活动滴不开细胞1 二、细胞的大小和形状 大小：原核(1~10um:古核(0.1~15um;真核(10~100um) 用 9 6
2017/9/12 6 1.6 关于细胞概念的一些新思考 • （1）细胞是物质、能量与信息 过程精巧结合的综合体。 • （2）细胞是多层次、非线性与 多层面的复杂结构体系 • 细胞结构的损伤将阻碍细胞 生命活动进行。尽管试管中 实 些生命代谢 应 多层面的复杂结构体系。 • （3）细胞是高度有序的，具有 自组装能力的自组织体系。 11 可以实现一些生命代谢反应， 但完整的生命只有在细胞中 才能实现。非细胞生命体病 毒也只有在细胞中才能完成 完整的生命活动。 HIV病毒复制模式—病毒完成生命活动离不开细胞 二、细胞的大小和形状 大小：原核(1～10um); 古核(0.1~15um); 真核(10～100um). 12
2017/9/12 大小及其影响因素 各类细胞直径比较 细胞类型 直径/um 物组片 原生动物 数百一数干 细胞体积守恒定律：在高等动植物中，同一器官、组织细胞的 被提的如都奇量定的范国之内。器官、组织体积的差别門 13 细胞最大体积（直径）的极限受什么因素控制？ 1)细胞表面积与体积比 细胞与外界物质交换能力。 2)细胞核质比 细胞核是细胞代谢调控的中心， 是转积的自度体积相害不大。作为调控中心，伦所能控的地国 3)物质运输效率 与细胞体积比 细体积大使得物质在细胞内运达的时间延长，不利于代谢的精密 7
2017/9/12 7 大小及其影响因素 细胞类型 直径/μm 各类细胞直径比较 最小的病毒 0.02 支原体细胞 0.1－0.3 细菌 1－2 高等动植物细胞 20－30 原生动物 数百－数千 13 细胞体积守恒定律：在高等动植物中，同一器官、组织细胞的 大小相似，都在一个恒定的范围之内。器官、组织体积的差别与 构成其的细胞数量有关。 合适的细胞体积可保证细胞与周围环境正常的物质和信息交换， 保证胞内物质运输和信号传递的正常进行。 • 细胞最大体积（直径）的极限受什么因素控制？ • 1）细胞表面积与体积比——细胞与外界物质交换能力。 • 2）细胞核质比——细胞核是细胞代谢调控的中心。 • 各种细胞细胞核体积相差不大。作为调控中心，他所能控制的范围 是有限的。 • 3）物质运输效率与细胞体积比。 • 细胞体积大使得物质在细胞内运达的时间延长，不利于代谢的精密 调控。 14 肌细胞由成肌细胞融合形成多 核结构适应狭长体积和大量物 质合成 原生动物细胞很大，细胞出现大小核分工 来适应细胞大体积。 人工试管受精：卵细胞储存有 mRNA、功能蛋白和大量营养物质， 与外部环境物质交换少
2017/9/12 晓岛素GF 细胞的体积具体是号 P14,5P P13,4.5 主要由细脆 内 质和rRM量入E,即 细胞核糖体活性和数 量或蛋白质的合成能 力决定的。 GF受体 ·除此之外还和DNM含 量有关，植物细胞大 IE-B 小与液泡膨胀有关 能被需帕素抑制的蛋白教 蛋白质合成增加 细胞体积增大 ICIAL LIFE 体活生物4 样韩炎支原棒含0村 为何说支原体是最小的细胞？ 有限的传、有限的遗传表 使支原体成为极限大小的最简单的细 +m 体积小细 工具 8
2017/9/12 8 • 细胞的体积具体是受 细胞的什么因素控制 呢？ • 主要由细胞所含蛋白 质和rRNA量决定，即 细胞核糖体活性和数 量或蛋白质的合成能 力决定的。 • 除此之外还和DNA含 量有关，植物细胞大 小与液泡膨胀有关。 15 能被雷帕霉素抑制的蛋白激酶mTOR 在细胞生长调控中处于中心位置： mTOR、S6K、rpS6基因缺陷可导致 细胞体积变小。 • 支原体是目前发现的最小的细胞：大 小0.1－0.3μm，为细菌的1/10，一条 环状双螺旋DNA散布在细胞中，基因组 是独立生活生物中最小的，如生殖道 支原体只有482个基因。没有细菌一样 的核区，山羊胸膜肺炎支原体含800－ 个核糖体 解码感染山羊的蕈 状支原体完整DNA 研究者从定购商处 购买DNA片段，每 个试剂瓶中仅有完 整编码的一部分 DNA。 1500个核糖体。 • 为何说支原体是最小的细胞？ • 细胞最小空间有多大：维持生存和增 值所需最少的酶及酶反应所需空间+翻 译这些酶所需核糖体+DNA、RNA空间+ 质膜≥100nm 。 • 有限的遗传信息量、有限的遗传表达 体系 有限的生命活动所需的酶体系 这些片段转入酵母中 进行拼接，逐渐建成 完整的人工合成的原 初DNA拷贝。 此人工DNA拷贝转入细菌受 体（另一种支原体），受体 分裂为两个子细胞，一个含 有人工合成的DNA，另一个 含原有天然DNA。 培养皿中抗生素杀死含原 有天然DNA的子细胞，而 含有人工合成的DNA的子 细胞不受影响并增值 。 几小时后 含原有 16 体系，有限的生命活动所需的酶体系 使支原体成为极限大小的最简单的细 胞。 • 支原体细胞体积小，细胞结构极为简 单，可作为细胞工程研究的工具。为 研究人工生命、生命起源提供便利。 美国生物学家克雷格文特尔制造生命的过程： 他们人工合成了一种名为蕈状支原体的DNA，并 将这种DNA植入另一个山羊支原体的菌体内。于 是世界第一例完全由人造基因控制的单细胞细 菌，也就是人造生命诞生了，克雷格·文特尔把 这个人造生命取名辛西娅。 几小时后，含原有 天然DNA的菌体和 性状消失，而含有 人工合成的DNA的 菌体存活生长，新 生命被创造出来 。 这种人工菌体可用于 生产清洁燃料、吸收 大气二氧化碳，清除 油污及生产包括疫苗 在内的药物等
2017/9/12 三、细胞的基本共性 ·相似的化学组成（基本元素一生物小分子一生物大分子）； ·脂一蛋白体系的生物膜； ·相同的透传装置(DNA-RNA-蛋白质)： ·蛋白质合成的机器一核糖体： ·分裂方式（一分为二）； ·完整的代谢机构： ·从进化上讲，细胞拥有共同的祖先。 在种类繁多的由细胞构成的生命世界中，根据细胞进化地位，细胞结构， 遗传装置复杂程度等划分为原核生物(Pro©aryote。),古核生物 (Archa●on)和真核生物(Eukaryoto),分别由三类细胞构成一原核 细胞、古核细胞和真核细胞。 17 第二节 原核细胞与古核细胞 真生物 版核生物 生物界的基本类群 9
2017/9/12 9 三、细胞的基本共性 • 相似的化学组成（基本元素－生物小分子－生物大分子）； • 脂－蛋白体系的生物膜； • 相同的遗传装置（DNA-RNA-蛋白质）； • 蛋白质合成的机器－核糖体； • 分裂方式（一分为二）； • 完整的代谢机构； • 从进化上讲，细胞拥有共同的祖先。 • 在种类繁多的由细胞构成的生命世界中，根据细胞进化地位，细胞结构， 17 遗传装置复杂程度等划分为原核生物（Procaryote ）、古核生物 （Archaeon）和真核生物（Eukaryote)，分别由三类细胞构成——原核 细胞、古核细胞和真核细胞。 第二节 原核细胞与古核细胞 生物界的基本类群 18
2017/9/12 一、原核细胞 基本特点 ◆遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状N构成： ◆细胞内没有形成以膜包裹的具有专门结构与功能的细能器和细胞核。 主要代表 last) 一目前发现的最小最简单的细泡 ◆蓝藻又称蓝细菌(Cyanobacteria) 19 >最小最简单的细胞一支原体(mycoplast) (天然的没有细胞壁的细菌) ◆是最小的原核细胞，直径为0.1~0.3μ■ ◆唯一一种没有细胞睡的原核生物 肺炎支原体 支原体模式图(a)和人工合成的支原体基因组（化 一般认为256个基因就足以维持细跑的基本生命活动 10
2017/9/12 10 一、原核细胞 基本特点： 遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成； 细胞内没有形成以膜包裹的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核。 主要代表： 支原体（mycoplast）——目前发现的最小最简单的细胞； 细菌(bacteria) 蓝藻 称蓝细菌 19 蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria） ◆是最小的原核细胞，直径为0.1～0.3μm ◆唯一一种没有细胞壁的原核生物 最小最简单的细胞—支原体（mycoplast） （天然的没有细胞壁的细菌） 肺炎支原体 一般认为256 个基因就足以维持细胞的基本生命活动 支原体模式图（a）和人工合成的支原体基因组（b）