第二章 细胞的基本知识概要

第一节、真核细胞
一、基本结构
• 具有质膜 ， 由膜围成的各种细胞器 ， 如核膜 、 内质网 、 具有质膜， 由膜围成的各种细胞器， 如核膜、内质网、 高尔基体、 线粒体、 叶绿体、 高尔基体 、 线粒体 、 叶绿体 、 溶酶体等在结构上形成了 一个连续的体系，称为内膜系统。 一个连续的体系，称为内膜系统。 • 内膜系统将细胞质分隔成不同的区域 ， 即所谓的区隔化 内膜系统将细胞质分隔成不同的区域， (compartmentalization)。 (compartmentalization) 。 区隔化使细胞内表面积增加 了数十倍，代谢能力增强。 了数十倍，代谢能力增强。
•
细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。 细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。 1. 细胞是由膜包围的原生质团，通过质膜与周围环境进 细胞是由膜包围的原生质团， 行物质和信息交流； 行物质和信息交流； 2. 是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是 是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力， 有机体生长发育的基础； 有机体生长发育的基础； 3. 是代谢与功能的基本单位，具有完整的代谢和调节体 是代谢与功能的基本单位， 系，不同的细胞执行不同的功能； 不同的细胞执行不同的功能； 4. 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。
ห้องสมุดไป่ตู้
眼
虫
钟形虫
人 类 红 细 胞
巨 噬 细 胞
神 经 元 细 胞
人 类 卵 子 和 精 子 细 胞
•大多数动植物细胞直径在 大多数动植物细胞直径在20~30µm间。一般真核细胞的体积大于原核细 大多数动植物细胞直径在 间 人 卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达5cm；支原体只有 胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达 ；支原体只有0.1µm； ； 卵 人的坐骨神经细胞可长达1m。 人的坐骨神经细胞可长达 。 与 精 •但是， 同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或 但是， 同类型细胞的体积一般是相近的， 但是 子 缩小。如人、 象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。因此， 缩小 。 如人 、 牛 、 马 、 鼠 、 象的肾细胞 、 肝细胞的大小基本相同 。 因此， 器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比 ， 而与细胞的 器官的大小主要决定于细胞的数量 ， 与细胞的数量成正比， 大小 ， 象 "细胞体积的 细胞体积的 定 "。 。
细胞的大小
人卵 µm 120 细胞 75 肝细胞 20 7 细胞 100 70 卵 2.4x0.5 0.2x0.1
细胞 大小
典型的原核、真核、病毒和分子的大小
限制细胞体积大小的因素
• 体积同表面积的关系
– 以球形细胞为例 体内的细胞并 以球形细胞为例(体内的细胞并 非都是球形)， 非都是球形 ，计算体积同表面 积的关系。结果表明， 积的关系。结果表明，球形细 胞增大，其体积增加的比例要 胞增大， 比表面积增加得多。这样， 比表面积增加得多。这样，当 细胞增大到一定程度时， 细胞增大到一定程度时，质膜 的表面积就不适应细胞进行内 外物质的交换， 外物质的交换，细胞为了维持 一个最佳的生存条件， 一个最佳的生存条件，必需维 持最佳的表面积， 持最佳的表面积，从而限制了 体积的无限增大。 体积的无限增大。
典型的细菌细胞形态结构
细菌细胞的基本特点是: 遗传信息量少， 内部结构简单， 特别 细菌细胞的基本特点是 遗传信息量少， 内部结构简单， 是没有分化成以膜为基础的专门结构和功能的细胞器与核膜
大 肠 杆 菌
淋 病 球 菌
肉 毒 梭 菌
弧 形 霍 乱 菌
真 核 细 胞 的 结 构 体 系
生物膜结构体系
真核细胞的结构体系
遗传信息表达体系
中国生物学名人简介
贝时璋
• 贝时璋， 月出生于浙江镇海。 年同济医预科毕业后， 贝时璋，1903年10月出生于浙江镇海。1921年同济医预科毕业后，赴德求学。1928年获德国土 年 月出生于浙江镇海 年同济医预科毕业后 赴德求学。 年获德国土 滨根大学自然科学博士学位，留校任助教。 年秋回国。 年代起一直从事实验生物学的研 滨根大学自然科学博士学位，留校任助教。1929年秋回国。20年代起一直从事实验生物学的研 年秋回国 究工作，在动物个体发育、细胞常数、再生、中间性、性转变、生殖细胞的重建、染色体结构、 究工作，在动物个体发育、细胞常数、再生、中间性、性转变、生殖细胞的重建、染色体结构、 昆虫内分泌腺、甲壳类动物激素等方面进行了研究。 昆虫内分泌腺、甲壳类动物激素等方面进行了研究。 1930年至 年至1949年，这20年一直在浙江大学工作，期间建立了生物系，培养了许多生物学家，做 年一直在浙江大学工作， 年至 年 年一直在浙江大学工作 期间建立了生物系，培养了许多生物学家， 了许多研究工作，包括细胞重建现象的发现和研究。 年代以后 继续从事细胞重建的研究， 年代以后， 了许多研究工作，包括细胞重建现象的发现和研究。70年代以后，继续从事细胞重建的研究， 创建细胞的重建学说。在国内外发表论文60余篇 并主编《细胞重建》论文集。 细胞重建》 余篇， 创建细胞的重建学说。在国内外发表论文 余篇，并主编《细胞重建》论文集。《细胞重建》 科教片获第五届优秀科教片《金鸡奖》 获第23届国际科技进步奖 届国际科技进步奖， 科教片获第五届优秀科教片《金鸡奖》，获第 届国际科技进步奖，获意大利巴马国际医学科 学电影节荣誉金质奖。 年被德国土滨根大学再次授予博士学位（ 金博士”），1988年又 学电影节荣誉金质奖。1978年被德国土滨根大学再次授予博士学位（“金博士”）， 年被德国土滨根大学再次授予博士学位 年又 一次被授予博士学位。 一次被授予博士学位。 1955年当选为中国科学院生物学部学部委员，是我国生物物理学的奠基者，也是杰出的教育家， 年当选为中国科学院生物学部学部委员，是我国生物物理学的奠基者，也是杰出的教育家， 年当选为中国科学院生物学部学部委员 开创了我国放射生物学和宇宙生物学的研究，对中国科学院的成立与制定全国12年科技发展远 开创了我国放射生物学和宇宙生物学的研究，对中国科学院的成立与制定全国 年科技发展远 景规划作出了重要贡献，曾代表我国政府和科学院多次出国访问，并培养了大批科技人才。 景规划作出了重要贡献，曾代表我国政府和科学院多次出国访问，并培养了大批科技人才。
TEM image,Escherichia coli
• 原核细胞构成的生物称为原核生物， 均为单细胞生物。一般以二分裂的 方式繁殖，也有的产生孢子。 原核生物分为两大系: 古细菌和真细菌
一、细菌
• 原核细胞的主要类群
• 是在自然界分布最广、个 体数量最多的有机体。 • 可分为：球菌、杆菌和螺 旋菌（弧形菌）。 • 绝大多数细菌的直径在 0.5~5µm之间。
c. d. e.
供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化。 控制基因的表达，与细胞核一起参与细胞的分化。 参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。 参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。
二、细胞的形状和大小
• 单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有 单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有 细胞外沉积物 关，如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底。 如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底。 • 高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。 高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。 细胞功能 有关 如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫 如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状； 细胞成半月形， 个细胞围成一个气孔 个细胞围成一个气孔， 细胞成半月形 ， 2个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸 腾。 • 高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变 高等动物的细胞离开有机体分散存在时， 如平滑肌细胞在体内成梭形， 化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成 多角形。 多角形。
– 细胞不仅对体积的增大有限制，而且 细胞不仅对体积的增大有限制， 对体积的减少也有限制。 对体积的减少也有限制。一个生活细 胞要维持正常的独立生活功能，最低 胞要维持正常的独立生活功能， 限度需要500～1000种不同类型的酶和 ～ 限度需要 种不同类型的酶和 蛋白质，这是目前在支原体 蛋白质，这是目前在支原体 (mycoplasma)中所发现的酶和蛋白质 中所发现的酶和蛋白质 的量。 的量。而支原体是目前所知最小原核 细胞，很显然， 细胞，很显然，细胞体积最小化受制 于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白 质种类的最低限度。 质种类的最低限度。
• a.
细胞质基质的功能： 细胞质基质的功能： 为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离 子环境。 子环境。
b.
许多代谢过程是在细胞基质中完成的， 许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合 核苷酸的合成； 脂肪酸合成； 糖酵解； 成；②核苷酸的合成；③脂肪酸合成；④糖酵解；⑤磷 酸戊糖途径； 糖原代谢； 信号转导。 酸戊糖途径；⑥糖原代谢；⑦信号转导。
限制细胞体积大小的因素
• 细胞内关键分子的浓度
– 一些重要的分子在细胞内的 拷贝数是很少的， 拷贝数是很少的，当细胞体 积增大时， 积增大时，这些分子的浓度 就越来越稀释， 就越来越稀释，一些重要的 生化反应需要一定的浓度才 能进行， 能进行，所以细胞内分子浓 度就成了限制细胞体积无限 增大的另一个因素。 增大的另一个因素。 • 酶蛋白质种类的限制
• 4、细胞质（cytoplasm）： 、细胞质（ ） • 质膜与核被膜之间的原生质。 质膜与核被膜之间的原生质。 • 5、细胞器(organelle)： 、细胞器 ： • 具有特定形态和功能的显微或亚显微结构称为细胞器， 如 ： 具有特定形态和功能的显微或亚显微结构称为细胞器， 6、细胞质基质 、 • 细胞质中除细胞器以外的部分。又称为胞质溶胶 （cytosol），其体积约占细胞质的一半。 ） 其体积约占细胞质的一半。