细胞的起源与进化
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进化生物学课后题答案
进化生物学课后习题第一单元进化生物学的由来及现状1、生物进化论：生物进化论是研究生物界进化发展的规律以及如何运用这些规律的科学。
主要研究对象是生物界的系统发展，也包括某一物种2、进化生物学：是研究生物进化的科学，不仅研究进化的过程，更重要的是研究进化的原因、机制、速率和方向。
（研究生物进化的科学，包括进化的过程、证据、原因、规律、演说以及生物工程进化与地球的关系等。
）3、灾变论：认为地球在不同时期，不同地点发生了巨大的“灾难”，毁灭了当时的动植物，以后由其他地方迁来的新的类型，所以不同地层有不同化石的类型。
（多次创造，每次均不同。
认为生物的改变是突然发生的，是整体地消灭和整体地重新被创造的。
反对一个物种从另一个物种演变而来的思想。
）4、中性突变：中性突变是指不影响蛋白质功能的突变，也即既无利也无害的突变，如同工突变和同义突变。
5、进化: 进化指事物由低级的、简单的形式向高级的、复杂的形式转变过程。
广义进化是指事物的变化与发展。
涵盖了天体的消长，生物的进化，以及人类的出现和社会的发展。
6、生物进化: 生物进化就是生物在与其生存环境相互作用的过程中，其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变，并导致相应的表型改变，在大多数情况下这种改变导致生物总体对其生存环境的相对适应。
7、神创论: （物种不变论）地球上的生物，都是上帝按照一定计划和一定目的，一下子创造出来的。
并且当初创造后物种没有实质性的变化，物种数也无增减，各种之间也无亲缘关系。
在18世纪的欧洲占统治地位二、进化生物学研究的对象是什么？进化生物学是研究生物进化的科学，不仅研究进化的过程，更重要的是研究进化的原因、机制、速率和方向，也就是说进化生物学是回答：“为什么”的科学，是追究实物或过程的因果关系的科学。
它不仅要从生物组织不同层次揭示进化的原因，也要从时间上追溯进化的过程。
三、比较拉马克学说和达尔文学说的异同。
不同点：达尔文溯源于共同的祖先。
共同起源是生物进化一元论的观点，而拉马克则是认为最原始的生物源于自然发生，各系统或群体生物并不起源于共同祖先，是典型的生物进化多元论的观点。
第三章 细胞的起源与演化
一、原始细胞的起源
1、无机元素在火山爆发、光照和闪电的作用下形 成了有机小分子； 2、有机小分子形成大量有机大分子； 3、有机大分子演化为具生命形式的多分子体系； 4、约在38亿年前，多分子体系演变成原始生命， 这之前称为生命的化学进化阶段。 5、细胞生命出现之后的进化是生物进化。
（一）超循环组织模式
能量危机
基因型与表型区分
细胞生命
6
信息危机
分隔结构
糖酵解 光合作用
5
适应危机
超循环组织
原始细胞分裂
4
复杂性危机
分子准种
功能组织化
3
组织化危机
多核苷酸
优化（突变+选择）
2
选择
杂聚合物
1 1
聚合作用
小分子
从化学进化到生物学进化的阶梯式过渡模式图解（自张昀2000）
斯图亚特·考夫曼（S.Kauffman）， 宾夕法尼亚大学生物化学名誉教 授，理论生物学家，也是复杂性 科学方面的权威，主要研究生命 起源和分子自组织起源等课题。 其主要科普作品包括《秩序的起 源》、《关于生命本质的研究》 和《宇宙为家——自组织和复杂 性原理探索》。 考夫曼认为，生命起源自自我催 化的一组分子。这些自催化分子 具有自组织的能力，能够自发地 产生秩序。
在上述超循环模式的基础上，逐渐发展出一个 综合的过渡理论。 奥地利学者休斯特等提出一个包括6个阶梯式步 骤的有原始的化学结构过渡到原始细胞的理论。 考夫曼进一步阐明了折椅思想，即原始生命的 起源，是一个由多种原始生物大分子协同驱动的 动力学系统有序的自组织过程，该系统的各主要 阶段都受内部的动力学稳定和对外界环境的适应 等因素的选择。
2.核膜的内膜与外膜有不同的起源，内膜源于细胞膜， 核膜的内膜与外膜有不同的起源，内膜源于细胞膜， 核膜的内膜与外膜有不同的起源 而外膜则源于内质网膜 原核细胞的类核被内褶的双层细胞膜包围， 原核细胞的类核被内褶的双层细胞膜包围，继而外膜 被单层的内质网取代。能解释核膜的内外膜之间的差异。 被单层的内质网取代。能解释核膜的内外膜之间的差异。 例如， 例如，核膜的外膜在结构和组成上确实是与内质网膜 相似，而且外膜往往和内质网直接相连， 相似，而且外膜往往和内质网直接相连，还像内质网那样 附有核糖体。 附有核糖体。 但同样存在着核孔如何形成、 但同样存在着核孔如何形成、如何保证刚形成的原始 核与细胞质之间的物质交换的问题。 核与细胞质之间的物质交换的问题。 此外，内质网膜如何取代刚形成的核膜的外膜? 此外，内质网膜如何取代刚形成的核膜的外膜
细胞的起源与进化
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细胞的起源与进化
(Origin and Evolution of the Cell)
1
生命进化里程
比喻： 元月1日宇宙产生； 5月1 日银河系产生；9月9日太阳系 出现； 9月14日地球产生；9 月24日原是生命； 11月12日 绿色植物；12月26日哺乳动物； 31日22：30原始人； 23:46北京猿人； 23:59’56”古罗马(春秋)； 23:59’58”雅马文化(宋代)； 23:59’59”欧洲文艺复兴(1416世纪,元明清)。
16
0.2~0.3μm， 细胞膜中胆固醇含量 较多，占36%，凡能 作用于胆固醇的物质 (如二性霉素B、皂素 等)均可引起支原体膜 破坏而使支原体死亡。
肺炎支原体
肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构(terminal structure)，能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与 致病性有关。
17
细菌模式图
20
大肠杆菌
淋病球细菌
大肠杆菌分裂
弧形霍乱菌
21
(二)真核细胞的基本结构体系
1.真核细胞(eukaryotic cell) 以脂质及蛋白质成分为基础 的生物膜结构系统。 2.以核酸(DNA或RNA) 与蛋白质为主要成 分的遗 传信息表达系统。 3.由特异蛋白分子装配 构成的细胞骨架系统。
三、从原核细胞到真核细胞
(一)原核细胞基本特点
⒈ 原核细胞(prokaryotic cell) 遗传的信息量小，一个环状 DNA构成。 ⒉细胞内没有分化为以膜 为基础的具有专门结构与功 能的细胞器和细胞核膜。 ⒊主要代表：支原体 (last)是；细菌；蓝藻 又称蓝细菌(cyanobacteria)。
厦门大学进化生物学第3章细胞的起源与进化
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阶梯式过度模型：由原始的化学结构过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ到原始细 胞的过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段 都受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的 选择。
能量危机 基因型与表型区分 信息危机 适应危机 复杂性危机 3
多核苷酸 细胞生命
6 糖酵解 光合作用
5
超循环组织
分隔结构
4
分子准种
原始细胞分裂
功能组织分化
19
蓝藻又称蓝细菌，能进行与高等植物类似的光合作用， 与光合细菌的光合作用的机制不一样。蓝藻没有叶绿体， 仅有十分简单的光合作用结构装置(含叶绿素a、藻胆素、 数种叶黄素和胡萝卜素)。蓝藻细胞遗传信息载体与其它 原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很 大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细 胞大得多，直径一般在10μm左右，甚至可达70μm。
emergence of collectively autocatalytic sets of polymers, specifically peptides,
for the origin of molecular reproduction.
9
在超循环模式的基础上，逐渐发展出一个综合的 过渡理论：由原始的化学结构过渡到原始细胞的 过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都 受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素 的选择。 • 第一步：从小分子到形成杂聚合物，进化系统面 临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分 子如果不能初步组织起来，就不能进入下一步进 化），克服这个危机是通过聚合作用。 • 第二步：从无序的杂聚合物到多核苷酸，分子之 间的选择作用，有助于度过“复杂性危机”。
Fig: 海底 烟筒附近 有古细菌
阶梯式过度模型：由原始的化学结构过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ到原始细 胞的过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段 都受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的 选择。
能量危机 基因型与表型区分 信息危机 适应危机 复杂性危机 3
多核苷酸 细胞生命
6 糖酵解 光合作用
5
超循环组织
分隔结构
4
分子准种
原始细胞分裂
功能组织分化
19
蓝藻又称蓝细菌，能进行与高等植物类似的光合作用， 与光合细菌的光合作用的机制不一样。蓝藻没有叶绿体， 仅有十分简单的光合作用结构装置(含叶绿素a、藻胆素、 数种叶黄素和胡萝卜素)。蓝藻细胞遗传信息载体与其它 原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很 大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细 胞大得多，直径一般在10μm左右，甚至可达70μm。
emergence of collectively autocatalytic sets of polymers, specifically peptides,
for the origin of molecular reproduction.
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在超循环模式的基础上，逐渐发展出一个综合的 过渡理论：由原始的化学结构过渡到原始细胞的 过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都 受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素 的选择。 • 第一步：从小分子到形成杂聚合物，进化系统面 临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分 子如果不能初步组织起来，就不能进入下一步进 化），克服这个危机是通过聚合作用。 • 第二步：从无序的杂聚合物到多核苷酸，分子之 间的选择作用，有助于度过“复杂性危机”。
Fig: 海底 烟筒附近 有古细菌
细胞的起源和进化
细胞的起源和进化刘百里（湖南教育出版社长沙410007）现代地球上绝大部分的生命都是以单个细胞或多个细胞的形式存在的。
生命起源后细胞基本结构的形成和细胞结构在进化过程中的发展都是一些重大的生物进化事件。
因此对细胞本身的起源和进化的研究是探索生物进化的重要组成部分。
1．最原始的细胞细胞是如何产生的呢？要解决这个问题就必须知道最原始的细胞是什么样子的。
最原始的细胞十分脆弱，留下的地质记录的可能性很少，即使找到有关的化石，也可能只是一些它们活动的痕迹，所以对它们的结构仍然是不清楚的。
在现代各类细胞中，有可能保留了一些原始细胞的遗迹，而且还可能有某些细胞与原始的细胞比较相似。
因此，通过综合分析与比较的途径，我们可以对细胞起源这一重大问题作一些有意义的探索。
现在已有大量的分子生物学和古微生物学方面的事实表明，原核细胞和真核细胞有共同的起源，即有共同的祖先，而且，原核细胞比真核细胞在生物进化史上先出现。
因此，真核细胞是源于远古的原核细胞，从而可以把原核细胞看作是一类比较原始的细胞。
这样，细胞起源问题首先就是原核细胞起源的问题。
不过，原核细胞的毕竟已经是一类结构相当精密的细胞，很难想象它们能一下子在生命起源时形成或一下子从非细胞的生命形式产生。
有没有比典型的原核细胞更原始、更简单的细胞或生物结构呢？病毒无疑是一类更简单的生物结构，它们主要由核酸包以蛋白质外壳而构成，过去一度认为病毒是从非生物到生物的过渡形式，生物大分子首先形成了病毒的结构后，再由此产生原始细胞的结构。
但随着对病毒研究的深入，发现不能用这种观点去解释。
例如，病毒是专性细胞内寄生的，它们只有在细胞内才能表现出生命现象，脱离细胞后就不能繁殖，因此，病毒是不可能在细胞之前起源的。
病毒的基因组与其寄主的基因组在结构特点上十分相似，有些甚至在核苷酸序列上与寄主基因组的某些区域无太大差异；此外，病毒的结构与现代细胞内的核酸和蛋白质的复合体——核蛋白的结构也有相似之处。
细胞的起源与进化-进化生物学-课件-03
原始细胞的起源：
设想，最原始的细胞应该包含三个最基本的要素： ① 有一个生物大分子的自我复制系统； ② 形成了简单的遗传密码体系，能将自身蛋白质的合成纳入 核酸自我复制体系之中； ③ 出现了原始膜，形成了分隔，使生命的内部环境和外部环 境分隔开来。 从细胞的结构上来讲，生物膜（含附在膜上的多核苷 酸）与原始的核糖体（极有可能是原始的rRNA)是细胞起源 的主要条件。
核糖体 起始tRNA 5S A结构 细胞壁成分
蛋白合成抑制剂
RNA聚合酶 核膜 细胞器 DNA
源真核生物是古细菌和真核生物之间的 过渡类型
双滴虫类中的兰氏贾第虫是古细菌和真核 生物之间的过渡类型，它已有成形的核，但核 膜不完整，有大缺口，且分裂中无纺锤体出 现，其基因无内含子，称其为源真核生物。
关键不足：完成生命最基本的生物化学反应所需的一系列酶， 通过随机过程进化产生出来的几率有多大?
二、细胞的进化
1. 原核细胞
一般认为原始的原核细胞是 地球上最早的生命实体。根据生 物化石研究推断，原核细胞很可 能起源于35亿年前的几亿年中。 厌氧性的光合自养 化能自养 异养 丝状蓝绿藻微化石
厌氧性光合自养原核生物对地球环境的改变产生巨大的 作用，对以后生物的进化有着深远的意义。通过光合作用， 不但将太阳的辐射能（光能）转化为丰富的化学能，同时也 放出了分子氧，改变了原始大气的成分。
冠状病毒结构模型 （SARS）
噬菌体
细菌
蓝藻
真核细胞亚显微结构
一、原始细胞的起源
1. 超循环组织模式
病毒不存在个体的生长 过程，只有核酸和蛋白 质的合成与装配
大分子的自动聚合作用解释了细胞基本结构的起源与进化
20世纪40年代奥地利生物学家贝塔朗菲（Beretalanffy） 提出生命是具有整体性、动态性和开放性的有序系统，开创一 种以系统论的方法研究生命的新观点。 1971年，艾根（Eigen）提出了另一种可能的过渡形式， 即超循环组织（hypercyclic organization）。在化学演化 与生物学进化间存在一个分子自我组织阶段，通过生物大分 子的自我组织，建立起超循环组织并过渡到原始的有细胞结 构的生命。
0细胞概述.3
人类的起源和发展
宇宙的起源和演化 地球的起源和演化（距今45亿年）
一、地球上原始生命的诞生
(从无机物到有机物)
（一）由无机小分子演变为原始有机小分
子物
无机元素在光照和闪电,以及火山爆发释放
能量的触发下自发形成了有机小分子（氨基
酸、核苷酸、糖类和脂类 ) ，形成地球早期 的“原汤”。磷脂可自发装配成简单的膜结 构是细胞发生的关键结构。
复杂 有微管，微丝 主要组分为纤维素 出现在不同时间和地点（转 录在核内，翻译在细胞质中） 有丝分裂和减数分裂
四、从原核细胞演变到真核细胞
真核细胞的起源
已知最古老的真核生物化石标本（acritarchs） 采自于我国，距今18-19亿年 。 真核细胞与原核细胞和古细胞最最本质的区别 在于真核细胞具有复杂的内膜系统，形成细胞
Na+-K+泵
乙酰胆碱受体
基因调控
免疫作用
Hale Waihona Puke LAC操纵子 渗透压调节抗体 毒素
血清白蛋白
白喉和霍乱毒素
电子转移 细胞色素
酶催化作用 氧化还原酶等
（四）酶
酶： 是具有高度催化活性的蛋白质。 酶 高度的专一性 的 高效的催化能力 特 高度不稳定性 性 酶 的 分 类 单纯蛋白酶类 结合蛋白酶类： 酶蛋白+辅基（非蛋白质）=全酶
地球和原始大气层的形成既形成无机小分子物质
(二)由有机小分子物质自发形成生物大分子物质 (细胞发生的 多聚体形成阶段）假想中38亿年前的在地 球早期“原汤”中通过聚合作用或缩合作用，形成原始 的多肽、核酸、多糖和脂类，再经过若干亿年的进化形 成核酸和蛋白质。碳原子起聚合作用
（三）从生物大分子到多分子体系 将蛋白质——核酸，蛋白质——糖包于膜结构中称 “原泡”。生命的初级聚合体团聚体形成。 （四）从多分子体系演变原始细胞 再经过几万年进化，约距今35亿年前“微滴”能从 海洋中摄取化学分子和能量。当出现原始新陈代谢 和遗传特征（形成多核苷酸）时就标志着原始生命 的诞生（证据如岩层中的细菌化石）。
细胞的起源与进化
通过在基因和基因组层次上的深 入研究，人们发现，在原核细胞 中有一类群，它们的遗传信息表 达系统与其他的原核细胞差异相 当大，反而与真核细胞更为接近。 于是人们把这类细胞从原核细胞 中独立出来，另立一个类群，称 为古核细胞，由古核细胞所构成 的生物称古核生物
这样，整个生物界的类群包括3 个域：原核生物、古核生物和真 核生物
细胞的起源与进化
XXX：xxx
XXX：xxx
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目录
01 原核细胞 02 古核细胞 03 真核细胞 04 三类细胞之间的区别
0 细胞的起源与进化
根据细胞结构上的的差异，可以 把细胞分为真核细胞与原核细胞 两大类。这一概念最早是在20世 纪60年代由著名细胞生物学家 H.Ris提出来的，随着研究的深 入人们发现，原核细胞与真核细 胞的区别，远不只有无细胞核， 它们在代谢方式、遗传信息传递 方式、基因表达调控、信号转导 等各个方面都存在显著差异
真核生物进行有性繁殖，并进行有 丝分裂
也有些真核生物的细胞也能进行无 丝分裂，如蛙的红细胞，人的肝脏 细胞
0 细胞的起源与进化
三类细胞之 间的区别
1.细胞膜系统的演化 2.遗传信息量与遗传 装置的扩增与复杂化
--
感谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
XXXX
XXXXX
BRILLIANT JOURNEY ABOUT NATURE
0 细胞的起源与进化
在细胞质内膜系统很发达，存在着 内质网、高尔基体、线粒体和溶酶 体等细胞器，分别行使特异的功能
真核生物包括我们熟悉的动植物以 及微小的原生动物、单细胞海藻、
真菌、苔藓等
真核细胞具有一个或多个由双膜包 裹的细胞核，遗传物质包含于核含 精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质构成
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§1 细胞的起源
所有生物体的各种生命现象都是通过细胞的功能 来实现的。关于细胞的起源和进化的知识对认识这些 现象和利用是必要的。
目前的观点一致认为：地球上所有生物的细 胞是来源于同一个祖先细胞。
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三、从原核细胞到真核细胞
(一)原核细胞基本特点
⒈ 原核细胞(prokaryotic cell) 遗传的信息量小，一个环状 DNA构成。
⒉细胞内没有分化为以膜 为基础的具有专门结构与功 能的细胞器和细胞核膜。
⒊主要代表：支原体 (mycoplast)是；细菌；蓝藻 又称蓝细菌(cyanobacteria)。
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二、支原体是最小最简单的细胞
⒈最小最简单的 独立生存的细胞
细菌模式图
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大肠杆菌
淋病球细菌
大肠杆菌分裂
弧形霍乱菌
杨保胜 细胞生Cell Biology
(二)真核细胞的基本结构体系
1.真核细胞(eukaryotic cell) 以脂质及蛋白质成分为基础 的生物膜结构系统。
一、地球上原始生命的诞生
⒈由无机小分子演变为原始有机小分子物质 ⒉由有机小分子物质形成生物大分子物质 ⒊从生物大分子到多分子体系 团聚体 ⒋从多分子体系演变为原始生命
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T4噬菌体
病毒衣壳的排列方式
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作业与思考
1.名词解释:原核细胞(prokaryotic cell) ；真核细胞 (eukaryotic cell) ；细胞内共生假说(endosymbiosis hypothesis)，
2.比较原核细胞与真核细胞的差异。
3.简述真核细胞的基本结构体系。
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四、从原核生物演化为真核生物
⒈原核生物(prokaryotes) 和真核生物(eukaryotes) ⒉分化起源说 逐步分化出内膜系统、胞核系 统和能量转化系统，形成真核细胞。 ⒊内共生起源说(endosymbiosis hypothesis) 认为 真核细胞内的细胞器不是进化产物，而是突然地由 内共生结果产生的。认为线粒体与叶绿体分别由现 代细胞的祖先体内过共生生活的古蓝藻和好氧细菌 演化来。中心体和鞭毛则源自螺旋菌样的内共生体。
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第2章 细胞的起源与进化
(Origin and Evolution of the Cell)
杨保胜 教授 Tel:3029960(O) 2008.3
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生命进化里程 Medical Cell Biology
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依据1970年 L. Margulis提出 细胞内共生假说 (endosymbiosis hypothesis)，认 为真核细胞是来 自原核细胞纳入 另一个细菌后的 产物。
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0.2~0.3μm， 细胞膜中胆固醇含量 较多，占36%，凡能 作用于胆固醇的物质 (如二性霉素B、皂素 等)均可引起支原体膜 破坏而使支原体死亡。
肺炎支原体
肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构(terminal structure)，能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与 致病性有关。
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无丝分裂
较大(10~100 µm) 有核仁和核膜 有各种细胞器
80S(60S+40S)
有几条DNA，DNA与组蛋白 和酸性蛋白结合，有若干对 染色体。
复杂 有微管，微丝 主要组分为纤维素
出现在不同时间和地点(转录 在核内，翻译在细胞质中)
有丝分裂和减数分裂
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⒉直径0.1-0.3μm
⒊很多支原体能 寄生在细胞内繁殖
⒋ 衣原体和立克 次氏体不能在简单的 培养基上生长
一个细胞体积应为直径不小于100nm的球体(至
少需要100种酶及其底物,以及DNA和RAN,再加上核
糖体及膜)。
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⒉根据病毒的核酸类型可以将其分 为DNA病毒与RNA病毒两大类。
⒊类病毒(viroid):仅由感染性的RNA 构成。
⒋朊病毒(prion):仅由感染性的蛋白 质亚基构成。
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2.以核酸(DNA或RNA) 与蛋白质为主要成 分的遗 传信息表达系统。
3.由特异蛋白分子装配 构成的细胞骨架系统。
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原核细胞与真核细胞的比M较edical Cell Biology
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二、细胞的发生
⒈多聚体的形成 ⒉膜的出现是细胞形成的关键 ⒊原始细胞的诞生
无 机 物
有多 机聚 物体
生 物 大 分
子
原 始
原核细胞
细 胞
真核细胞
单细胞生物
比喻：
元月1日宇宙产生； 5月1 日银河系产生；9月9日太阳系 出现； 9月14日地球产生；9 月24日原是生命； 11月12日 绿色植物；12月26日哺乳动物； 31日22：30原始人；
23:46北京猿人； 23:59’56”古罗马(春秋)； 23:59’58”雅马文化(宋代)； 23:59’59”欧洲文艺复兴(1416世纪,元明清)。
特征 原核细胞
真核细胞
细胞大小 细胞核 细胞器 核糖体 染色体
内膜系统 细胞骨架 细胞壁
转录和翻译
细胞分裂
较小(1~10µm) 无核仁和核膜 无(除核糖体外) 70S(50S+30S)
只有一条DNA，DNA裸露 不与组蛋白和酸性蛋白结 合，染色体为单数。
简单 无 主要组分为肽聚糖
出现在同一时间和地点 (细胞质中)
多细胞生物
团 球形原胞 聚 体
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§2 细胞的进化
原始细胞，原核细胞，真核细胞
一、病毒是非细胞形态的有机体
⒈病毒(virus):由核酸分子(DNA或RNA, 只有一种)与蛋白质构成的核酸-蛋白 质复合体。
4.概述 Prion与疾病的关系。
5. P19-20 思考题。
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