细胞生物学 第一章 绪论.ppt

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1、细胞生物学 第一章 绪论 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 医学细胞生物学医学细胞生物学 Medical cell biology 学时：学时：54 h（讲课（讲课 36 h、实验、实验 18h）教材：王培林主编医学细胞生物学教材：王培林主编医学细胞生物学 主讲人：李冰、张峰主讲人：李冰、张峰 第一节第一节 细胞生物学研究内容与方法细胞生物学研究内容与方法 第二节第二节 细胞生物学的发展简史细胞生物学的发展简史 第三节第三节 医学细胞生物学在医学教育

2、中的地位医学细胞生物学在医学教育中的地位 第一章第一章 绪绪 论论v细胞（细胞（cell）：是生命有机体的形态结构和功能的：是生命有机体的形态结构和功能的基本单位。基本单位。v细胞生物学（细胞生物学（cell biology）：是从细胞整体、超：是从细胞整体、超微和分子水平上研究细胞的结构和生命活动规律的微和分子水平上研究细胞的结构和生命活动规律的科学。科学。v医学细胞生物学（医学细胞生物学（medical cell biology）：是应用：是应用细胞生物学的理论和方法，研究人体细胞的形态结细胞生物学的理论和方法，研究人体细胞的形态结构与功能等生命活动规律和人类疾病发生、发展及构与功能等生命

3、活动规律和人类疾病发生、发展及其防治的科学。其防治的科学。第一节第一节 细胞生物学研究内容与方法细胞生物学研究内容与方法一、一、研究对象：研究对象：细胞细胞生命活动的基本单位生命活动的基本单位生命活动的基本单位生命活动的基本单位 细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是生物有机体生长发育的基本单位。细胞是生物有机体生长发育的基本单位。细胞是生物有机体生长发育的基本单位。细胞是

4、生物有机体生长发育的基本单位。细胞是遗传的基本单位。细胞是遗传的基本单位。细胞是遗传的基本单位。细胞是遗传的基本单位。细胞是构成生物有机体的细胞是构成生物有机体的基本结构单位基本结构单位。一切有机体均由细胞构成（病毒除外）。一切有机体均由细胞构成（病毒除外）。细胞是细胞是代谢与功能的基本单位代谢与功能的基本单位。在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很强的独立代谢体系。强的独立代谢体系。细胞是生物有机体细胞是生物有机体生长发育的基本单位生长发育的基本单位。生物有机体的生长

5、与发育是依靠细胞的分裂、生物有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。细胞是细胞是遗传的基本单位遗传的基本单位。在生物遗传过程中，上下代之间通过生殖细胞在生物遗传过程中，上下代之间通过生殖细胞来传递遗传信息。细胞具有遗传的全能性。来传递遗传信息。细胞具有遗传的全能性。二、研究任务二、研究任务（一）研究理论问题（一）研究理论问题n n形态方面形态方面形态方面形态方面 1 1 1 1）显微水平：光镜观察描述细胞的结构。）显微水平：光镜观察描述细胞的结构。）显微水平：光镜观察描述细胞的结构。）显微水平：光镜观察描述细胞的结构。2 2

6、2 2）超微水平：电镜及扫描探针观察和了解细胞的亚微结构。）超微水平：电镜及扫描探针观察和了解细胞的亚微结构。）超微水平：电镜及扫描探针观察和了解细胞的亚微结构。）超微水平：电镜及扫描探针观察和了解细胞的亚微结构。3 3 3 3）分子水平：细胞结构的分子组成，阐明细胞生命活动的）分子水平：细胞结构的分子组成，阐明细胞生命活动的）分子水平：细胞结构的分子组成，阐明细胞生命活动的）分子水平：细胞结构的分子组成，阐明细胞生命活动的结构基础。结构基础。结构基础。结构基础。n n功能方面功能方面功能方面功能方面:研究细胞内各部分的化学组成和新陈代谢活动，研究细胞内各部分的化学组成和新陈代谢活动，研究细胞

7、内各部分的化学组成和新陈代谢活动，研究细胞内各部分的化学组成和新陈代谢活动，探索彼此间的关系及相互作用，以揭示生物有机体的基本生探索彼此间的关系及相互作用，以揭示生物有机体的基本生探索彼此间的关系及相互作用，以揭示生物有机体的基本生探索彼此间的关系及相互作用，以揭示生物有机体的基本生命活动的规律和人类疾病发生发展的机制及其防治的技术与命活动的规律和人类疾病发生发展的机制及其防治的技术与命活动的规律和人类疾病发生发展的机制及其防治的技术与命活动的规律和人类疾病发生发展的机制及其防治的技术与方法。方法。方法。方法。组织工程学（器官或组织克隆）组织工程学（器官或组织克隆）：是选择与是选择与人体细胞相

8、容性较好的生物材料，按缺损组织或人体细胞相容性较好的生物材料，按缺损组织或器官的要求设计并制成模型或支架放在体外培养器官的要求设计并制成模型或支架放在体外培养系统中，使干细胞或其定向诱导分化细胞沿着模系统中，使干细胞或其定向诱导分化细胞沿着模型或支架不断地生长扩增，构建成新的组织或器型或支架不断地生长扩增，构建成新的组织或器官。这种将官。这种将细胞工程学和生物工程材料学细胞工程学和生物工程材料学相结合相结合的技术即人们所说的器官或组织克隆。的技术即人们所说的器官或组织克隆。（二）研究实际问题（二）研究实际问题 组织或器官体外生长的细胞来源：组织或器官体外生长的细胞来源：人的干细胞通过定向生长分

9、化有可能成为某特人的干细胞通过定向生长分化有可能成为某特定组织的细胞。定组织的细胞。动物实验证明从某一种动物实验证明从某一种组织的活体碎片组织的活体碎片有可能有可能产生完整的供移植器官；产生完整的供移植器官；制作过程制作过程：从狗膀胱活检一小片组织，分别：从狗膀胱活检一小片组织，分别分离尿上皮组织和肌肉组织体外培养扩增，然后分离尿上皮组织和肌肉组织体外培养扩增，然后移至生物活性材料制成的模型或支架，外层为肌移至生物活性材料制成的模型或支架，外层为肌肉组织，内层为尿上皮组织。肉组织，内层为尿上皮组织。5周内则形成可供移周内则形成可供移植用的新的膀胱。植用的新的膀胱。成功的范例成功的范例：利用组织

10、工程方法已成功地使：利用组织工程方法已成功地使膀胱膀胱在实验室生长，植入狗后证明可获得正常膀在实验室生长，植入狗后证明可获得正常膀胱的胱的95%的生理功能，排尿正常，在移植的生理功能，排尿正常，在移植11个月个月后检查，膀胱完全由尿上皮和肌肉组织覆盖，并后检查，膀胱完全由尿上皮和肌肉组织覆盖，并有神经和血管生成。有神经和血管生成。干细胞干细胞 又称为又称为“万能细胞万能细胞”。目前科学家目前科学家能够在体外以干细胞为种子培养人类几乎各种组织能够在体外以干细胞为种子培养人类几乎各种组织和器官，来代替病变或衰老的组织器官的细胞，彻和器官，来代替病变或衰老的组织器官的细胞，彻底根绝病源。底根绝病源。

11、治疗性复制人类胚胎治疗性复制人类胚胎 即治疗性人类克隆胚即治疗性人类克隆胚胎。它是利用成年人的皮肤细胞制造胚胎材料。用胎。它是利用成年人的皮肤细胞制造胚胎材料。用这种胚胎材料移植入人体，代替本人的损坏或是有这种胚胎材料移植入人体，代替本人的损坏或是有病部分，因拥有相同的基因，可降低排斥的风险。病部分，因拥有相同的基因，可降低排斥的风险。科学家认为，这项技术对于治疗糖尿病、帕金森氏科学家认为，这项技术对于治疗糖尿病、帕金森氏症和老年痴呆症等疾病具有很好的前景。症和老年痴呆症等疾病具有很好的前景。生物制药与医用生物学产品生物制药与医用生物学产品 人们现在已有人们现在已有可能应用每种类型（微生物、植

12、物及动物）的活细可能应用每种类型（微生物、植物及动物）的活细胞去生产从简单分子到复杂蛋白质等一系列的生物胞去生产从简单分子到复杂蛋白质等一系列的生物药品与医用生物学产品，例如干扰素、白介素和胰药品与医用生物学产品，例如干扰素、白介素和胰岛素等，其经济效益是巨大的。岛素等，其经济效益是巨大的。三、细胞生物学的主要分支学科三、细胞生物学的主要分支学科 1、细胞形态学、细胞形态学 cytomorphology 2、细胞化学、细胞化学 cytochemistry 3、细胞生理学、细胞生理学 cytophysiology 4、细胞遗传学、细胞遗传学 cytogenetics 5、分子细胞学、分子细胞学

13、molecular cytology 6、细胞社会学、细胞社会学 cytosociology细胞形态学（细胞形态学（cytomorphology）是研究细胞是研究细胞形态和结构形态和结构及其在生命活动中动态及其在生命活动中动态变化的科学。变化的科学。细胞化学（细胞化学（cytochemistry）是研究细胞结构是研究细胞结构化学成分化学成分的定位、分布及其生的定位、分布及其生理功能。理功能。细胞生理学（细胞生理学（cytophysiology）是研究细胞的是研究细胞的生命活动规律生命活动规律的科学。的科学。细胞遗传学（细胞遗传学（cytogenetics）主要是从细胞学的角度，特别是从主要是从

14、细胞学的角度，特别是从染色体染色体结构、结构、功能以及染色体与其他细胞器的关系来研究遗传和功能以及染色体与其他细胞器的关系来研究遗传和变异的规律的学科。变异的规律的学科。分子细胞学（分子细胞学（molecular cytology）是从细胞遗传信息流是从细胞遗传信息流(DNARNA(DNARNA蛋白质）的蛋白质）的角度，研究细胞内角度，研究细胞内基因组基因组的结构及其表达的调控。的结构及其表达的调控。细胞社会学（细胞社会学（cytosociology）是从系统论的观点出发，研究是从系统论的观点出发，研究整体和细胞群中整体和细胞群中细胞间的社会行为细胞间的社会行为。第二节第二节 细胞生物学的发展

15、简史细胞生物学的发展简史u 细细 胞胞 的的 发发 现现 和和 细细 胞胞 学学 说说 的的 创创 立立（16651875）u 经典细胞学发展时期（经典细胞学发展时期（18751898）u 实验细胞学发展时期（实验细胞学发展时期（l900 1943）u 分子生物学发展时期分子生物学发展时期(1944年年今今)一一、细细 胞胞 的的 发发 现现 和和 细细 胞胞 学学 说说 的的 创创 立立(16651875)1 1、15901590年年,荷荷兰兰JanssenJanssen兄兄弟弟试试制制成成功功第第一一架架复复式式显显微微镜镜，为为人人类类发发现现细细胞胞打打开开了了大大门门，放放大大倍倍数

16、数不不超超过过10 10 倍倍2 2、16651665年年,英国人英国人Robert HookeRobert Hooke第一个发现了细胞，第一个发现了细胞，他利用自制放大他利用自制放大200200倍显微镜在软木薄片中看到了倍显微镜在软木薄片中看到了蜂窝状的小室，称之为蜂窝状的小室，称之为cellscells（细胞）（细胞）n nRobert Hooke and his“cells”Robert Hookes microscope3 3、16671667年年A.van LeeuwenhoekA.van Leeuwenhoek当选为英国皇家学会会员当选为英国皇家学会会员。他观察过植物、原生动物、水

17、、鲑鱼的红细胞、。他观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。Made by A.van Leeuwenhoek(1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.4 4、18381838年年,SchleidenSchleiden和和 Schwann Schwann 分别论证植物和动分别论证植物和动物都是由细胞组成，首次提出物都是由细胞组成，首次提出细胞学说细胞学说(cell(cell theory)theory)，证明了生物界的统一性，证明了生物界的统一性 。Cell Cell Theo

18、ryTheory是是是是1919世世世世纪纪纪纪的的的的重重重重大大大大发发发发现现现现之之之之一一一一，其其其其基基基基本本本本内容有三条：内容有三条：内容有三条：内容有三条：有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；新细胞来源于已存在细胞的分裂。新细胞来源于已存在细胞的分裂。新细胞来源于已存在细胞的分裂。新细胞来源于已存在细胞的分裂。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannRudolfVirchowJe

19、an-BaptistedeLamark 经经经经典典典典细细细细胞胞胞胞学学学学研研研研究究究究的的的的主主主主要要要要是是是是细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态与与与与生生生生理理理理。1875 1875 1875 1875年，年，年，年，HertwigHertwigHertwigHertwig发现受精卵中两个亲本核的融合。发现受精卵中两个亲本核的融合。发现受精卵中两个亲本核的融合。发现受精卵中两个亲本核的融合。1880 1880 1880 1880年，年，年，年，FlemmingFlemmingFlemmingFlemming发现了动物细胞间接分裂。发现了动物细胞间接分裂。发现了动物

20、细胞间接分裂。发现了动物细胞间接分裂。随后，随后，随后，随后，电镜电镜电镜电镜的发明和应用把细胞学带入到超微的发明和应用把细胞学带入到超微的发明和应用把细胞学带入到超微的发明和应用把细胞学带入到超微结构发展时期。结构发展时期。结构发展时期。结构发展时期。二、经典细胞学发展时期（二、经典细胞学发展时期（18751898）n n1932193219321932年德国人年德国人年德国人年德国人E.RuskaE.RuskaE.RuskaE.Ruska和和和和M.KnollM.KnollM.KnollM.Knoll发明透射电镜，人发明透射电镜，人发明透射电镜，人发明透射电镜，人类视野进入超微领域类视野进

21、入超微领域类视野进入超微领域类视野进入超微领域 。n n1939193919391939年年年年SiemensSiemensSiemensSiemens公司生产商品电镜。公司生产商品电镜。公司生产商品电镜。公司生产商品电镜。n n1940-50s1940-50s1940-50s1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。染色体用电镜观察了各类细胞超微结构。染色体用电镜观察了各类细胞超微结构。染色体用电镜观察了各类细胞超微结构。染色体(Waldyer,1888)(Waldyer,1888)(Waldyer,1888)(Waldyer,1888)、中心体、中心体、中心体、中心体(Boveri,1

22、888)(Boveri,1888)(Boveri,1888)(Boveri,1888)、线粒体、线粒体、线粒体、线粒体(Altmann,1894)(Altmann,1894)(Altmann,1894)(Altmann,1894)和高尔基体和高尔基体和高尔基体和高尔基体(Golgi,1898)(Golgi,1898)(Golgi,1898)(Golgi,1898)相继被发相继被发相继被发相继被发现。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析现。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析现。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析现。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。技术研究这

23、些结构的功能。技术研究这些结构的功能。技术研究这些结构的功能。CytologyCytologyCytologyCytology发展为发展为发展为发展为Cell Cell Cell Cell BiologyBiologyBiologyBiology。1887 1887年，年，HertwigHertwig兄弟用实验方法研究海胆兄弟用实验方法研究海胆(sea-(sea-urchin)urchin)卵的受精作用，发展了实验细胞学。卵的受精作用，发展了实验细胞学。1866 1866年，年，Gregor MendelGregor Mendel 通过通过植物的杂交实验植物的杂交实验，发，发现了现了分离律和自

24、由组合律分离律和自由组合律。三、实验细胞学发展时期（三、实验细胞学发展时期（l900 1943）1902 1902年美国年美国MorganMorgan通过通过果蝇果蝇(Drosophila)(Drosophila)杂交试验杂交试验，确立了确立了染色体遗传理论染色体遗传理论。四、分子生物学发展时期四、分子生物学发展时期(1944(1944年年今今)1944 1944年，年，AveryAvery等证明肺炎球菌转化因子是等证明肺炎球菌转化因子是DNADNA分子。分子。1952 1952年，年，HersheyHershey等在噬菌体中证明遗传物质是等在噬菌体中证明遗传物质是DNADNA。1953 19

25、53年，年，WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型。并提出并提出:DNA:DNA分子的半保留复制，信息流的分子的半保留复制，信息流的”中心法则中心法则”。70 70年代后年代后，随着，随着DNADNA限制性内切酶等工具酶的发现，限制性内切酶等工具酶的发现，DNADNA重组技术的问世、基因克隆、重组技术的问世、基因克隆、DNADNA核苷酸序列测定等实核苷酸序列测定等实验使分子生物学成为生命科学的领先学科。验使分子生物学成为生命科学的领先学科。19831983年年聚合酶链反应（聚合酶链反应（PCRPCR）技术问世，使）技术问世，使D

26、NADNA片段可片段可在体外快速扩增。在体外快速扩增。19951995年其发明者年其发明者MulisMulis获得获得 Nobel PrizeNobel Prize 1990 1990 1990 1990年，年，年，年，美国遗传学界提出美国遗传学界提出美国遗传学界提出美国遗传学界提出人类基因组计划人类基因组计划人类基因组计划人类基因组计划（Human Genome Project,HGPHuman Genome Project,HGPHuman Genome Project,HGPHuman Genome Project,HGP）。）。）。）。我国于我国于我国于我国于1993199319931

27、993年加入该计划，承担其中年加入该计划，承担其中年加入该计划，承担其中年加入该计划，承担其中1%1%1%1%的任的任的任的任务，即人类务，即人类务，即人类务，即人类3 3 3 3号染色体短臂上约号染色体短臂上约号染色体短臂上约号染色体短臂上约30Mb30Mb30Mb30Mb的测序任务。的测序任务。的测序任务。的测序任务。2000 2000 2000 2000年年年年6 6 6 6月月月月28282828日人类基因组工作草图完成。日人类基因组工作草图完成。日人类基因组工作草图完成。日人类基因组工作草图完成。2001 2001 2001 2001年年年年2 2 2 2月月月月12121212日，

28、日，日，日，人类基因组全序列测序基本人类基因组全序列测序基本人类基因组全序列测序基本人类基因组全序列测序基本完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后基因组时期。基因组时期。基因组时期。基因组时期。1996 1996年年7 7月月5 5日日，世界上第一只，世界上第一只克隆羊克隆羊“多利多利”在英在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。细胞进一步分化和发育，最后细胞进一步分化和发育，最后Dolly羊羊诞生诞生芬兰多塞特母绵羊芬兰多塞特母

29、绵羊乳腺细胞乳腺细胞（供体细胞）（供体细胞）苏格兰黑面母绵羊苏格兰黑面母绵羊去核成熟卵细胞去核成熟卵细胞（受体细胞）（受体细胞）电脉冲电脉冲融合细胞融合细胞细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞转移至转移至另一只苏格兰黑面母绵羊另一只苏格兰黑面母绵羊的的子宫子宫内内DollywithherfirstbornlambGene Chip第三节第三节 医学细胞生物学在医学教育中的地位医学细胞生物学在医学教育中的地位人体的结构基础是人体的结构基础是细胞细胞。即细胞。即细胞/组织组织/器官器官/系统系统/机体机体 人体 系统 器官 组 织 细 胞1858 1858 Vichow

30、“一切病理现象都在于细胞的损伤一切病理现象都在于细胞的损伤”。（一）医学细胞生物学是医学各学科的基础理论（一）医学细胞生物学是医学各学科的基础理论 1、医学细胞生物学作为医学基础课与基础医学学科有着密、医学细胞生物学作为医学基础课与基础医学学科有着密切的关系。切的关系。2、医学细胞生物学与临床各学科联系也很密切。、医学细胞生物学与临床各学科联系也很密切。一、医学细胞生物学与医学一、医学细胞生物学与医学（二）医学细胞生物学的发展推动了现代医学的发展（二）医学细胞生物学的发展推动了现代医学的发展 如癌基因理论、细胞分裂、分化、衰老、死亡等方面的研如癌基因理论、细胞分裂、分化、衰老、死亡等方面的研究

31、进展，不仅揭示了细胞生物学的重大理论问题，同时阐明了究进展，不仅揭示了细胞生物学的重大理论问题，同时阐明了多种疾病的发病机制。多种疾病的发病机制。（三）医学细胞生物学的研究成果应用于人类疾病（三）医学细胞生物学的研究成果应用于人类疾病的诊断和治疗的诊断和治疗 1细胞诊断细胞诊断 应用单克隆抗体技术应用单克隆抗体技术 2细胞治疗细胞治疗 体细胞治疗体细胞治疗和干细胞治疗和干细胞治疗 干细胞治疗疾病的最显著特点干细胞治疗疾病的最显著特点：它可以治疗它可以治疗许多疾病，例如制造脑部神经元来治疗帕金森氏许多疾病，例如制造脑部神经元来治疗帕金森氏症，制造胰岛细胞来根绝糖尿病，制造心肌细胞症，制造胰岛细胞

32、来根绝糖尿病，制造心肌细胞来修补心脏。来修补心脏。（一）生殖（一）生殖 （二）恶性肿瘤（二）恶性肿瘤（三）细胞分化（三）细胞分化 （四）细胞衰老（四）细胞衰老（五）细胞死亡（五）细胞死亡 （六）细胞信号转导（六）细胞信号转导 （七）细胞工程（七）细胞工程二、医学细胞生物学与相关的研究领域二、医学细胞生物学与相关的研究领域 第一节第一节 细胞的化学及分子组成（了解）细胞的化学及分子组成（了解）第二节第二节 细胞的形成（自学）细胞的形成（自学）第三节第三节 原核细胞与真核细胞（掌握）原核细胞与真核细胞（掌握）第四节第四节 细胞的形态、大小和数目（了解）细胞的形态、大小和数目（了解）第二章第二章 细

33、胞的分子基础及基本概念细胞的分子基础及基本概念第一节第一节 细胞的化学及分子组成细胞的化学及分子组成 组成细胞的化学元素有组成细胞的化学元素有50多种。多种。主要的是主要的是：C、H、O、N 四种元素，约占四种元素，约占96%；其次为其次为：S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe。大量元素大量元素:占细胞总重的占细胞总重的99.9%以上以上。微量元素微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Cr、F、Br、I 这些元素的原子以不同的化学键相互结合，以这些元素的原子以不同的化学键相互结合，以无无 机化合物机化合物和和有机化合物有机化合物的形式存在于细胞中。的形式存在于细胞中。蛋白质、核酸、酶、糖类、脂

34、类等蛋白质、核酸、酶、糖类、脂类等生物大分子生物大分子（biomacromolecule）:细胞中的蛋细胞中的蛋白质、核酸和酶的相对分子质量巨大，结构复杂，白质、核酸和酶的相对分子质量巨大，结构复杂，在生命活动中起重要作用，被称为生物大分子。在生命活动中起重要作用，被称为生物大分子。有机化合物：有机化合物：无机化合物无机化合物水水 7580%无机盐无机盐 1%第三节第三节 原核细胞与真核细胞原核细胞与真核细胞 20世纪世纪60年代细胞生物学家年代细胞生物学家H.Ris根据根据细胞的细胞的进化地位进化地位、结构功能结构功能的复杂程度的复杂程度、遗传装置的类遗传装置的类型型与与主要的生命活动方式主

35、要的生命活动方式将细胞分为：将细胞分为：原核细胞原核细胞（prokaryotic cell）真核细胞（真核细胞（eukaryotic cell）真核细胞是由原核细胞进化而来的，但原核细真核细胞是由原核细胞进化而来的，但原核细胞今天依然存在。胞今天依然存在。v 定义定义：原核细胞是指体积较小，结构简单，没：原核细胞是指体积较小，结构简单，没有典型的核结构的原始细胞形态。有典型的核结构的原始细胞形态。v 最基本的特点最基本的特点：(1)细胞内没有以膜包裹的具有专门结构与功能细胞内没有以膜包裹的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。的细胞器和细胞核膜。(2)遗传信息量少，遗传信息的载体仅由一个环遗传

36、信息量少，遗传信息的载体仅由一个环状状DNA分子构成。分子构成。一、原核细胞（一、原核细胞（prokaryotic cell）（1）一般）一般体积较小体积较小，直径只有，直径只有1 m10 m。（2）细胞外被）细胞外被质膜质膜。（3）质膜外有一层）质膜外有一层细胞壁细胞壁，其化学组成为肽聚糖和，其化学组成为肽聚糖和 磷壁酸。磷壁酸。（4）遗传物质遗传物质DNA为一条不与组蛋白结合的裸露的为一条不与组蛋白结合的裸露的 环状双螺旋分子，遗传物质所在的区域由于没有核环状双螺旋分子，遗传物质所在的区域由于没有核 膜的包裹，将这个区域称为膜的包裹，将这个区域称为拟核拟核(nucleoid)。原核细胞的结

37、构特点原核细胞的结构特点（5 5）细胞质内）细胞质内没有膜性细胞器没有膜性细胞器，有大量核糖体及，有大量核糖体及 一些由细胞膜内陷形成的特化结构，如中间体一些由细胞膜内陷形成的特化结构，如中间体 (mesosome)等。等。（6 6）有的原核细胞还有）有的原核细胞还有鞭毛鞭毛等运动器。等运动器。由由原核细胞原核细胞构成的构成的原核生物原核生物主要有三大类主要有三大类：支原体支原体 蓝藻蓝藻 细菌细菌（一）支原体（一）支原体(mycoplasma)原生质已分化为细胞膜和细胞质两部分。电镜下观察膜为原生质已分化为细胞膜和细胞质两部分。电镜下观察膜为三层结构，三层结构，核糖体核糖体为细胞质中唯一可见

38、的细胞器。为细胞质中唯一可见的细胞器。细胞内有一细胞内有一环状双链环状双链DNA分子，散布于细胞质中，无细胞分子，散布于细胞质中，无细胞核及核区。核及核区。又称又称霉形体霉形体，是目前已知，是目前已知能独立能独立生活的最小生命单位生活的最小生命单位。直径直径0.1 m0.3 m。细胞呈多形性，多为球形或丝状，细胞呈多形性，多为球形或丝状，无细胞壁无细胞壁，已具备细胞的基本结，已具备细胞的基本结构，可独立生活并繁殖。构，可独立生活并繁殖。（二）（二）细菌（细菌（bacterium）定义定义：为典型的原核细胞，是指单细胞、个体微小、：为典型的原核细胞，是指单细胞、个体微小、结构简单，用细菌学方法可

39、以分离培养的原核结构简单，用细菌学方法可以分离培养的原核生物。生物。致病菌致病菌：许多细菌能使人致病，如：肺炎球菌：许多细菌能使人致病，如：肺炎球菌（pneumococcus）；结核杆菌；结核杆菌（tubercle bacillus）；伤寒杆；伤寒杆菌菌（typhoid bacillus）；）；霍乱弧菌霍乱弧菌（cholera vibrio）。形态形态：多为无分枝单细胞，呈杆状、球状、螺旋状，：多为无分枝单细胞，呈杆状、球状、螺旋状，其直径约其直径约1 m（比真核细胞小（比真核细胞小10倍）。倍）。细菌细胞显微结构细菌细胞显微结构大大肠肠杆杆菌菌沙沙门门氏氏菌菌淋淋病病球球菌菌肉肉毒毒梭梭菌菌

40、弧弧形形霍霍乱乱菌菌细菌细胞超微结构细菌细胞超微结构 结构特点结构特点（1）细胞壁细胞壁：厚：厚15100nm，主要成分为肽聚糖。有的细，主要成分为肽聚糖。有的细菌外壁还有一层荚膜，有的还有鞭毛和菌毛等附属结构。菌外壁还有一层荚膜，有的还有鞭毛和菌毛等附属结构。（2）细胞膜细胞膜：厚：厚510nm，由脂双分子层和蛋白质构成，由脂双分子层和蛋白质构成，其功能多样，包括物质运输及能量代谢等功能。其功能多样，包括物质运输及能量代谢等功能。（3）细胞质细胞质：无膜性细胞器，有核糖体，其构成与真核细无膜性细胞器，有核糖体，其构成与真核细胞的核糖体不同。胞的核糖体不同。（4）遗传物质遗传物质：无细胞核结构

41、，无核膜、核仁，其染色体：无细胞核结构，无核膜、核仁，其染色体DNA为双链环状结构，不与组蛋白结合，不形成真核细胞为双链环状结构，不与组蛋白结合，不形成真核细胞的染色体状结构。的染色体状结构。细菌细胞模式图细菌细胞模式图质粒能自我复制，有的也可以整合到拟核质粒能自我复制，有的也可以整合到拟核DNA分子中分子中去。但质粒并非细菌代谢所必需，失去质粒的细菌仍可去。但质粒并非细菌代谢所必需，失去质粒的细菌仍可照样存活。照样存活。由于由于DNA位于细胞质中，它的复制、转录和蛋白质的位于细胞质中，它的复制、转录和蛋白质的翻译在同时同地进行，无时间和空间上的分隔。翻译在同时同地进行，无时间和空间上的分隔。

42、有的细菌细胞质中还有一些分散存在的小形双链闭合有的细菌细胞质中还有一些分散存在的小形双链闭合环状环状DNA分子，赋予细菌各种抗性等遗传特性，称为分子，赋予细菌各种抗性等遗传特性，称为质粒（质粒（plasmid）。遗传物质特点遗传物质特点Joining二、真核细胞二、真核细胞（eukaryotic cell）真核细胞的体积比原核细胞要大，直径有真核细胞的体积比原核细胞要大，直径有10 m100 m，具有典型的细胞结构。，具有典型的细胞结构。显微结构显微结构：在在光学显微镜光学显微镜下观察到的细胞结构称为下观察到的细胞结构称为显微结构显微结构，将其结构分为三个部分：将其结构分为三个部分：细胞膜（细

43、胞膜（cell membrane）细胞质（细胞质（cytoplasm）细胞核（细胞核（nucleus）植物细胞还具有由纤维素组成的植物细胞还具有由纤维素组成的细胞壁细胞壁。真核细胞模式图真核细胞模式图 超微结构超微结构：在在电子显微镜电子显微镜下观察到的细胞结构称为下观察到的细胞结构称为超微结构超微结构。通常将真核细胞的超微结构划分为三大结构体系：通常将真核细胞的超微结构划分为三大结构体系：生物膜系统生物膜系统 细胞骨架系统细胞骨架系统 遗传信息表达结构系统遗传信息表达结构系统（一）生物膜系统（一）生物膜系统 生物膜系统生物膜系统（biomembrane system）是指以生物膜为基础而形成

44、的各种膜性结构或细胞是指以生物膜为基础而形成的各种膜性结构或细胞器，包括细胞膜、细胞核膜、内质网、高尔基体、溶酶器，包括细胞膜、细胞核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体、叶绿体等。体、过氧化物酶体、线粒体、叶绿体等。细胞内膜与生物膜细胞内膜与生物膜 在真核细胞中，除了质膜以外，细胞内还有构成各种细在真核细胞中，除了质膜以外，细胞内还有构成各种细胞器的膜，如线粒体膜、内质网膜、高尔基复合体膜、溶胞器的膜，如线粒体膜、内质网膜、高尔基复合体膜、溶酶体膜以及核膜等，组成酶体膜以及核膜等，组成细胞内膜细胞内膜。相对于内膜，细胞膜。相对于内膜，细胞膜也称为外周膜，外周膜和细胞内膜统称为也

45、称为外周膜，外周膜和细胞内膜统称为生物膜生物膜。单位膜单位膜（unit membrane）生物膜的厚度在生物膜的厚度在8nm10nm之间，在电子显微镜下观之间，在电子显微镜下观察，都呈现两层电子致密度大的深色带夹一层电子致密度察，都呈现两层电子致密度大的深色带夹一层电子致密度小的浅色带的小的浅色带的“两暗一明两暗一明”的三层结构，称为单位膜。的三层结构，称为单位膜。生物膜的组成结构生物膜的组成结构 生物膜由脂类双分子层构成基本骨架，蛋白质生物膜由脂类双分子层构成基本骨架，蛋白质以各种不同方式与其结合，这些蛋白质赋予膜各种以各种不同方式与其结合，这些蛋白质赋予膜各种特殊的功能。特殊的功能。生物膜

46、系统的功能生物膜系统的功能 (1)生物膜构成细胞与外界的屏障；生物膜构成细胞与外界的屏障；(2)是细胞内外物质运输和信号传递的通道；是细胞内外物质运输和信号传递的通道；(3)为细胞提供了巨大的表面；为细胞提供了巨大的表面；(4)各种膜性细胞器的形成，使细胞内的各种生各种膜性细胞器的形成，使细胞内的各种生理生化反应能互不干扰地进行。如：理生化反应能互不干扰地进行。如：内质网内质网是蛋白质和脂类等大分子物质的合成场所；是蛋白质和脂类等大分子物质的合成场所；高尔基体高尔基体是蛋白质等细胞内合成的物质加工、分选的是蛋白质等细胞内合成的物质加工、分选的场所；场所；溶酶体溶酶体是细胞内的消化器官；是细胞内

47、的消化器官；过氧化物酶体过氧化物酶体能分解过氧化物，对机体有保护作用；能分解过氧化物，对机体有保护作用；线粒体线粒体则是细胞内的能源物质氧化分解并产能的器官。则是细胞内的能源物质氧化分解并产能的器官。包括包括细胞质骨架细胞质骨架和和细胞核骨架细胞核骨架，是由一系列纤，是由一系列纤维状蛋白质所组成的网状结构系统。维状蛋白质所组成的网状结构系统。细胞质骨架细胞质骨架：主要由微管、微丝、中间纤维、主要由微管、微丝、中间纤维、微梁网格等组成，对维持细胞的形态结构、细胞内微梁网格等组成，对维持细胞的形态结构、细胞内物质运输、细胞分裂等多种生理活动起重要作用。物质运输、细胞分裂等多种生理活动起重要作用。细

48、胞核骨架细胞核骨架：由核纤层蛋白和核基质组成，它由核纤层蛋白和核基质组成，它们与基因的表达、染色体的组装等有关。们与基因的表达、染色体的组装等有关。（二）细胞骨架系统（二）细胞骨架系统cytoskeletonnetwork 真核细胞具有完整成形的细胞核，细胞核由双真核细胞具有完整成形的细胞核，细胞核由双层核膜包裹，核内有染色质、核仁和核基质。层核膜包裹，核内有染色质、核仁和核基质。真核细胞的遗传物质主要位于细胞核内，遗传真核细胞的遗传物质主要位于细胞核内，遗传物质的量大，物质的量大，DNA与蛋白质与蛋白质结合并逐级装配成染色结合并逐级装配成染色质结构。质结构。（三）遗传信息表达结构系统（三）遗

49、传信息表达结构系统动物细胞模式图动物细胞模式图植物细胞模式图植物细胞模式图动物细胞模式图动物细胞模式图三、原核细胞与真核细胞特征的比较三、原核细胞与真核细胞特征的比较（一）不同点（一）不同点原核细胞和真核细胞的的主要区别原核细胞和真核细胞的的主要区别 要点要点 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞 细胞大小细胞大小 较小，较小，lm10m 较大，较大，10m100m 细胞壁细胞壁 有，成分为肽聚糖、磷壁酸有，成分为肽聚糖、磷壁酸 植物细胞有，成分为纤维素植物细胞有，成分为纤维素细细胞质胞质 除核糖体外无细胞器，除核糖体外无细胞器，有各种细胞器及胞质环流有各种细胞器及胞质环流 无胞质环流无胞质环流

50、内膜系统内膜系统 无无 复杂，分化成各种膜性细胞器复杂，分化成各种膜性细胞器 核糖体核糖体 70S（50S+30S）80S（60S+40S）细胞骨架细胞骨架 无无 有微管、微丝、中间纤维等有微管、微丝、中间纤维等中心粒中心粒 无无 有有细胞核细胞核 拟核（无核膜核仁）拟核（无核膜核仁）有核膜、核仁有核膜、核仁染色体染色体 一条环状闭合裸露一条环状闭合裸露 DNA分子分子 多个，多个，DNA与组蛋白结合与组蛋白结合 位于细胞质位于细胞质 位于细胞核位于细胞核细胞分裂细胞分裂 无丝分裂无丝分裂 有丝分裂、减数分裂有丝分裂、减数分裂基因表达基因表达 转录和翻译在同时同地进行转录和翻译在同时同地进行