第二章细胞基本知识

第二章细胞基本知识教学目的：使学生了解细胞的基本概念，了解细胞与病毒的关系，掌握原核细胞与真核细胞的特点教学重点：原核细胞与真核细胞的区别教学方式：讲述、幻灯、多媒体课件教学过程：§2.1 细胞的基本概念一、细胞在生命活动中的重要性1、细胞是构成生物体最基本的结构单位目前地球上已知生物约有200万种，其中植物150万种，动物30万种，微生物20万种。

有人估计地球上曾经生活过10亿种生物，包括单细胞的细菌、原生动物，多细胞的低等生物和高等动植物，这充分体现了生物的多样性，但是所有生物（不包括病毒）都是由细胞组成的。

据计算1g小白鼠肝脏可含有3 X 108细胞，成年人机体大约含有1014个细胞。

因此，细胞是构成生物机体最基本的结构单位。

2、细胞是生物体进行生命活动的最基本的功能单位细胞是生命活动的单元，它要不断地生长代谢、分裂分化，运动适应。

细胞的这种生理机能，体现了生命活动的过程。

研究表明，细胞是地球上能够独立生活的最小的生命系统。

比如单细胞的细菌，单细胞薄类，原生动物，它们都能与环境合协生活。

作为生命活动的功能单位，细胞还具有全能性。

比如，一个植物细胞可培养长成一棵植株，一个授精卵可以发育为一个新个体，动物的干细胞培养也能全部表现出生命属性。

3、细胞是生物体生长发育的基本单位魏尔啸（Virchow）有一句最著名的话：“一切细胞来自细胞。

”单细胞生物生长表现在细胞分裂，细胞一分为二。

多细胞生物的生长发育也是从细胞分裂开始的，一粒种子可以长成大树，一只蝌蚪可以成为一只青蛙。

当然环境条件对生物的生长发育无疑是有影响的。

生物个体发育通常从受精卵开始，卵细胞一般较大，因卵细胞含有个体发育所需要的物质，卵细胞经授精分化可发育为生物新个体，这一点充分体现了细胞来自于细胞的论点。

4、细胞是生命起源、生物进化的基本单位据推算宇宙起源于150±30亿年前的一次突发性大爆炸，银河系起源至少在130亿年前。

通过放射性同位系方法测定表明，太阳系和地球的形成发生在46亿年前，根据肖伯夫测定细菌微化石得到的证据，生命起源的时间为35亿年前，这一证据包括来自澳大利来和南非两地的两组化石（一组是叠层石的块状绿褐岩石，一组是蓝绿藻细胞印迹化石），通过放射性衰变确定的年龄。

近年来，莫雪斯、莫巴斯又分别通过测定西南格陵兰的亚开里亚岩石及西格陵兰的伊苏亚岩石得出生命起源时间为38亿年前，因此生命早在38亿年前就已经存在，哪时地球上已有蓝绿藻类单细胞生物云集，生物进化就是从那时起，一直延续到人类的出现。

近代研究认为，人类出现约在400万年前。

细胞出现是生命出现的标志。

在生物进化中，生物由简单到复杂，从原核到真核，由单细胞到多细胞，从而不断发展完善，由此构成了现在欣欣向荣，千姿百态的大千世界。

5、没有细胞就没有完整的生命无数实验证明，任何细胞结构的完整性被破坏后，都不能实现完整的生命活动。

二、细胞的基本共性（一）细胞作为生命属性的共同特征生命属性就是生命区别于非生命的基本特征，主要有以下4方面：1、新陈代谢新陈代谢是生命的最基本的特征。

细胞进行生命活动，要不断地与周围环境进行物质交换和能的流动。

一些物质被吸收后，在细胞内发生一系列变化，最后成为代谢产物或废物被排出体外，这就是新陈代谢，吐故纳新。

正如细胞在空间结构上严整有序一样，细胞的新陈代谢也是严格有序的过程，是由一系列酶促反应组成的反应网络，如果某一代谢环节被阻断，全部过程就可能被打乱，生命就会受到威胁，甚至终结。

目前生物体的新陈代谢常用耗散结构来说明。

在代谢过程中，生物体内的能总是不断地转化。

热力学第二定律告诉我们，能的每一次转化，总要失去一些可用的自由能，总会导致熵的增加，而熵的增加则意味着有序性的降低。

所以生物必须从外界摄取自由能来保持甚至加强它的有序状态。

或者说，生物从外界摄取以食物形式存在的低熵状态的物质和能，通过新陈代谢，把它的转化为高熵状态后排出体外。

这种不对等的交换消除了生物代谢作用产生的熵，从而使生物系统的总熵不致增加。

由此可见，生物体是通过增加环境中的熵值，使环境的无序性增加来创造并维持自身的有序性的。

生物的这种维持有序的特征，称为耗散结构。

2、遗传与变异生命能繁殖，能复制出新的一代。

但任何一种生命都是不能长存的，它们通过繁殖后代而使生命维持下来，使种族得以延续。

在繁殖中它们把特性体给后代。

广义地说：“种瓜得瓜、种豆得豆”，就是遗传。

遗传虽然是生命的共同特性，种瓜虽然得瓜，但同一个蔓上的瓜彼此总有点不同，种豆虽然得豆，但所得的豆也不会完全一样。

它们不但彼此不同，而且和新代也不会完全一样。

这种不同就是“变异”。

正是由于遗传与变异，才使得生物不断延续，又不断进化。

3、生命是自我组织的系统生命具有自我设计、自我组织、自我调节的特点。

这是非生命系统不具备的。

比如科学家们发现了一个十分有趣的问题，就是构成生物体的蛋白质和核酸都具有分子手性的均一性。

即地球上组成蛋白质的氨基酸和组成核酸的核糖都具有同一手性。

这一点被称为当今生物学界研究生命起源的谜中之谜。

人们发现自然界中氨基酸有L型和D型两种异构体，但组成蛋白质的几乎都是L型的；天然糖有D糖，也有L糖，但构成RNA和DNA 中的核糖全都是D糖。

这一特性称为分子手性的均一性。

在我们生活的周围，留心观察，也会发现一些与手性有关的现象，比如牵牛花的藤总是向右转着往上长，又如，我们人类四肢具有左右对称结构，但是绝大多数人心脏在中央左侧，肝脏在右侧。

在功能上，右手相对于左手的优势是一种普遍现象，与种族和文化无关。

这种左旋、右旋分子特性是生命自我设计、自我组织、自我调节的。

所以生命即分散又收敛，既复杂又简单，人们确信，生物界中哪怕是一个最简单的细胞，也比任何迄今设计出的计算机控制的智能机更为精巧。

（二）细胞必定具备的物质结构1、细胞膜细胞膜的出现是生物最科学，最明智的选择。

20世纪50年代，英国的贝尔纳在莫斯科大学作学术报告，结束时向奥巴林（前苏联研究生命起源的著名学者）提出了一个难以回答的问题：先有蛋白，还是先有核酸，50年来，学者们已研究、争论了半个世纪，至今仍没有一个明确的答案。

事实上，先有核酸，还是先有蛋白并非十分重要，生命存在是因为有这样一层膜，使它与周围环境保持相对的独立性，构成了一种相对稳定的胞内环境，并通过膜与周围环境进行物质与信息的交换。

2、遗传系统所有的细胞都含有两种核酸：DNA和RNA。

DNA是生物的遗传物质。

RNA也可以作为遗传物质，比如流感病毒，蛋白质外壳包裹有RNA，RNA是流感病毒的遗传物质。

20世纪80年代，有不少学者通过试验证明RNA 起源最早，比DNA蛋白质起源均早，推测认为，原始上遗传信息大分子就是RNA，它既能作为转译蛋白质的信使，又能作为传种接代的遗传物质。

但是朊病毒的发现，特别是1996年英国的疯牛病暴发，又使这一问题变得的叵塑迷离。

疯牛病的病原体为朊病毒，它是一种能浸染动物，并在宿各细胞内复制的小分子蛋白质。

3、核糖体核糖体存在于一切细胞之内，研究表明无论是单细胞，还是多细胞都具有核糖体，每个细胞的核糖体数量在105~108。

支原体是目前人类发现的最小的细胞，直径只有0.1μm ，支原体具有核糖体结构，因为核糖体是蛋白质生产的场所，没有它蛋白质将无法合成。

4、酶系统无论原核细胞，还是真核细胞都具有酶系统。

酶是细胞中促进生化反应速度的催化剂。

现已发现的酶约有2000种之多。

它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生化代谢过程中各种不同的化学反应。

没有酶的存在，生命代谢就不能进行。

§2.2 病毒与细胞的关系一、病毒的基本知识1、病毒的概念及主要特征到目前为止，生物界对病毒还没有一个确切公认的定义，一般认为：病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞寄生的大分子生物。

从1892年俄国的伊万诺夫斯基首次发现病毒开始，仅仅100多年的时间，人类已发现了1000多种病毒，通过对这些病毒的观察研究，分离提纯，测定分析，学者们一致认为病毒具有以下4个主要特征。

1）个体极小能通过细菌滤器，大多数病毒都较细菌小，细菌的大小用μm表示，病毒用nm表示，因此要观察细菌必须借助于显微镜，细菌中最常见的是杆菌，杆菌的平均长度为2х0.5μm，一个杆菌，在普通光学显微镜下放大1600倍，看到的不过逗点大小。

病毒比细菌小十至几十倍。

因此观察病毒需要借助于电子显微镜。

2）专性寄生大部分病毒没有酶或酶系统极不完全，不能独立进行代谢活动，它们不能脱离寄主细胞而生存，只有在活体细胞中，才能生长繁殖，一旦离开寄主细胞，就会失去生命特征。

3）没有细胞结构没有细胞结构是病毒的一个重要形态特征。

大多数病毒是由蛋白质与核酸组成的大分子复合体，没有细胞结构，是非细胞生物。

4）仅含一种类型的核酸——DNA或RNA一种病毒不是含有DNA，就是含有RNA，到目前为止，尚未发现同时含有二类核酸的病毒。

2、病毒的基本形态通过电子显微镜观察，可以发现病毒粒子（指成熟的具有侵袭力的病毒颗粒）主要有这样几种基本形态：球状、砖状、弹状（一般人、动物病毒）；柱状、丝状（一般植物病毒）蝌蚪状（细菌病毒）此外，在宿小细胞内，有些病毒还可以形成一种能在普通光学显微镜下看到的小体——包涵体。

包涵体——指寄生细胞经病毒感染形成的一种蛋白质结晶体。

一般为园形、卵园形、多角形，其内含有1－几个病毒粒子，具有感染性。

由于包涵体的大小、形状、存在部位各有不同，因此利用这一点可进行病毒的快速鉴别和辅助性诊断。

据此一些包涵体还给予了特殊的名称，如天花病毒的包涵体，叫顾氏小体；狂犬病毒的包涵体，叫内基氏小体。

3、病毒的化学组成经测定发现，大多数病毒是由蛋白质及核酸组成的。

蛋白质主要是构成病毒粒子外壳，或作为病毒侵染和增殖过程中的酶类，蛋白质是病毒的主要组成成分，一般含量在40~90%。

病毒的核酸分为两种，DNA或RNA。

一种病毒只含有一种核酸，含DNA的病毒称为DNA病毒，含RNA的病毒称为RNA病毒。

在结构上DNA或RNA病毒，又分别包括单链（ss-）和双链（ds-）。

从浸染性看，病毒核酸又可分为正链(+)和负链(-) ，正链核酸具有侵染性。

一些较复杂的病毒，如痘类病毒、流感病毒、疱疹病毒的被膜中还含有脂类和多糖。

4、病毒的基本结构根据结构不同，可将病毒分为二大类：裸露病毒及被膜病毒分析表明，病毒的最小形态单位为衣壳粒，每个衣壳粒是由1－6条同种多肽分子折叠而成的蛋白质亚单位。

许多衣壳粒以对称形式有规律地排列成球状、杆状或蝌蚪状，可构成了病毒的蛋白质外壳，称为衣壳。

衣壳中的包含着病毒的核酸，衣壳与核酸合称为核衣壳。

有些病毒的衣壳是裸露的，这种病毒称为裸露病毒，而有些病毒的核衣壳体外还包有一层被膜（囊膜、包膜、封套），这层被膜是由脂类和多糖组成的，这种病毒称为被膜病毒。