自然科學基礎(chǔ)章第一頁，共82頁。（優(yōu)選）自然科學基礎(chǔ)章第二頁，共82頁。細胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。細胞是由膜包圍的原生質(zhì)團，通過質(zhì)膜與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和信息交流；是構(gòu)成有機體的基本單位，具有自我復(fù)制的能力，是有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；是代謝與功能的基本單位，具有完整的代謝和調(diào)節(jié)體系，不同的細胞執(zhí)行不同的功能；是遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。第三頁，共82頁。第一節(jié)、真核細胞Eukaryoticcell第四頁，共82頁。一、基本結(jié)構(gòu)具有核膜，由膜圍成的各種細胞器，如核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、葉綠體、溶酶體等在結(jié)構(gòu)上形成了一個連續(xù)的體系，稱為內(nèi)膜系統(tǒng)。內(nèi)膜系統(tǒng)將細胞質(zhì)分隔成不同的區(qū)域，即所謂的區(qū)隔化(compartmentalization)。區(qū)隔化使細胞內(nèi)表面積增加了數(shù)十倍，代謝能力增強。第五頁，共82頁。1、原生質(zhì)(protoplasm)：1839Purkinje用原生質(zhì)一詞指細胞的全部活性物質(zhì)，從現(xiàn)代概念來說它包括質(zhì)膜、細胞質(zhì)和細胞核(或擬核)。2、質(zhì)膜（plasmamembrane）：是細胞表面的單位膜。3、細胞核：細胞核（nucleus）是細胞內(nèi)最重要的細胞器，核表面是由雙層膜構(gòu)成的核被膜（nuclearenvelope），核內(nèi)包含有由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的染色體（chromosome）。核內(nèi)1至數(shù)個小球形結(jié)構(gòu)，稱為核仁（nucleolus）。細胞核中的原生質(zhì)稱為核質(zhì)。第六頁，共82頁。4、細胞質(zhì)（cytoplasm）：質(zhì)膜與核被膜之間的原生質(zhì)。5、細胞器(organelle)：具有特定形態(tài)和功能的顯微或亞顯微結(jié)構(gòu)稱為細胞器，如：endoplasmicreticulum、Golgibody、lysosome、mitochondrion、chloroplast、cytoskeleton、centriole、microbody。6、細胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix）細胞質(zhì)中除細胞期以外的部分。又稱為或胞質(zhì)溶膠（cytosol），其體積約占細胞質(zhì)的一半。第七頁，共82頁。細胞質(zhì)基質(zhì)的功能：為細胞內(nèi)各類生化反應(yīng)的正常進行提供了相對穩(wěn)定的離子環(huán)境。許多代謝過程是在細胞基質(zhì)中完成的，如①蛋白質(zhì)的合成；②核苷酸的合成；③脂肪酸合成；④糖酵解；⑤磷酸戊糖途徑；⑥糖原代謝；⑦信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。供給細胞器行使其功能所需要的一切底物。控制基因的表達，與細胞核一起參與細胞的分化。參與蛋白質(zhì)的合成、加工、運輸、選擇性降解。第八頁，共82頁。Animalcell第九頁，共82頁。Plantcell第十頁，共82頁。二、細胞的形狀和大小單細胞生物細胞的形態(tài)通常與細胞外沉積物或細胞骨架有關(guān)，如硅藻呈各種奇異的形態(tài)、草履蟲像鞋底。高等生物細胞的形狀與細胞功能及細胞間的相互作用有關(guān)。如肌肉細胞呈梭形；紅細胞為圓盤狀；植物葉表皮的保衛(wèi)細胞成半月形，2個細胞圍成一個氣孔，以利于呼吸和蒸騰。高等動物的細胞離開有機體分散存在時，形狀往往發(fā)生變化。如平滑肌細胞在體內(nèi)成梭形，而在離體培養(yǎng)時則可成多角形。第十一頁，共82頁。草履蟲第十二頁，共82頁。眼蟲鐘形蟲第十三頁，共82頁。植物氣孔細胞第十四頁，共82頁。植物薄壁細胞第十五頁，共82頁。木材中的導(dǎo)管第十六頁，共82頁。人類紅細胞第十七頁，共82頁。巨噬細胞第十八頁，共82頁。神經(jīng)元細胞第十九頁，共82頁。名稱人卵口腔上皮細胞肝細胞紅細胞變形蟲海膽卵傷寒菌肺炎球菌μm12075207100702.4x0.50.2x0.1大多數(shù)動植物細胞直徑在20~30μm間。一般真核細胞的體積大于原核細胞，卵細胞大于體細胞。鴕鳥的卵黃直徑可達5cm；支原體只有0.1μm；人的坐骨神經(jīng)細胞可長達1m。幾種細胞的大小人卵與精子第二十頁，共82頁。第二節(jié)原核細胞

Prokaryoticcell第二十一頁，共82頁。沒有核膜，遺傳物質(zhì)集中在一個沒有明確界限的低電子密度區(qū)，稱為擬核(nucleoid)。DNA為裸露的環(huán)狀雙螺旋分子，通常沒有結(jié)合蛋白，沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng)，核糖體為70S型。原核細胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，均為單細胞生物。一般以二分裂的方式繁殖，也有的產(chǎn)生孢子。TEMimage,Escherichiacoli第二十二頁，共82頁。一、細菌是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機體?？煞譃椋呵蚓U菌和螺旋菌（弧形菌）。絕大多數(shù)細菌的直徑在0.5~5μm之間。第二十三頁，共82頁。大腸桿菌第二十四頁，共82頁。淋病球菌第二十五頁，共82頁。肉毒梭菌第二十六頁，共82頁?；⌒位魜y菌第二十七頁，共82頁。1、細胞壁：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸構(gòu)成雙糖單元，以β（1-4）糖苷鍵連接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽側(cè)鏈，相鄰聚糖纖維之間的短肽通過肽橋（革蘭氏陽性菌）或肽鍵（革蘭氏陰性菌）橋接起來，形成了肽聚糖片層，像膠合板一樣，粘合成多層。革蘭氏陽性菌細胞壁厚約20～80nm，有15-50層肽聚糖片層，每層厚1nm，含20-40％的磷壁酸（teichoicacid），有的還具有少量蛋白質(zhì)。革蘭氏陰性菌細胞壁厚約10nm，僅2-3層肽聚糖，另外還有脂多糖、細菌外膜和脂蛋白。第二十八頁，共82頁。圖3-10細胞壁的結(jié)構(gòu)

Grampositivebacterialcellwallstructurediagram

第二十九頁，共82頁。2、細胞膜：厚約8~10nm，外側(cè)緊貼細胞壁，通常不形成內(nèi)膜系統(tǒng)。一些行光合作用的原核生物，質(zhì)膜具有與捕光反應(yīng)有關(guān)的內(nèi)褶。一些革蘭氏陽性菌質(zhì)膜內(nèi)褶形成小管狀結(jié)構(gòu)，稱為間體(mesosome)，因其與DNA有聯(lián)系，推測可能起DNA復(fù)制的支點作用。3、擬核：沒有核膜，DNA分子裸露，所含的遺傳信息量可編碼2000~3000種蛋白質(zhì)，空間構(gòu)建十分精簡。白喉桿菌的間體第三十頁，共82頁。4、核糖體：約含5000~50000個。部分附著在細胞膜內(nèi)側(cè)，大部分游離于細胞質(zhì)中。沉降系數(shù)為70S。。由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成。30S的小亞單位對四環(huán)素與鏈霉素敏感，50S的大亞單位對紅霉素與氯霉素敏感。第三十一頁，共82頁。5、質(zhì)粒(plasmid)

：除核區(qū)DNA外，可進行自主復(fù)制的遺傳因子，是裸露的環(huán)狀DNA分子，所含遺傳信息量為2~200個基因，能進行自我復(fù)制，有時能整合到核DNA中去。質(zhì)粒常用作基因重組與基因轉(zhuǎn)移的載體。第三十二頁，共82頁。6、莢膜：細菌最外表的一層多糖類物質(zhì)，邊界明顯的稱莢膜（capsule），如肺炎球菌，邊界不明顯的稱粘液層（slimelayer），如葡萄球菌。功能：抵御不良環(huán)境；保護自身不受吞噬；選擇性的粘附到特定細胞的表面上。Negativestainedbacteria第三十三頁，共82頁。7、鞭毛：是某些細菌的運動器官，由一種稱為鞭毛蛋白的彈性蛋白構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上不同于真核生物的鞭毛。第三十四頁，共82頁。8、菌毛：是菌體表面極其的蛋白纖細，須用電鏡觀察。與細菌運動無關(guān)，根據(jù)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關(guān)，后者為中空管子，與傳遞遺傳物質(zhì)有關(guān)。第三十五頁，共82頁。9、繁殖：以二分裂的方式繁殖，某些細菌處于不利的環(huán)境，或耗盡營養(yǎng)時，形成內(nèi)生孢子，又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強抵抗力的休眠體。。分裂中的鏈球菌分裂中的大腸桿菌第三十六頁，共82頁。ThesporeofBacillusanthracis

第三十七頁，共82頁。二、支原體mycoplasma大小通常為0.2~0.3μm，可通過濾菌器。無細胞壁，不能維持固定的形態(tài)而呈現(xiàn)多形性。細胞膜中膽固醇含量較多，約占36%，凡能作用于膽固醇的物質(zhì)（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原體膜的破壞而使支原體死亡。基因組為環(huán)狀雙鏈DNA，分子量?。▋H有大腸桿菌的五分之一），合成與代謝很有限。肺炎支原體的一端有一種特殊的末端結(jié)構(gòu)（terminalstructure），能使支原體粘附于呼吸道粘膜上皮細胞表面，與致病性有關(guān)。第三十八頁，共82頁。肺炎支原體

第三十九頁，共82頁。三、衣原體和立克次氏體衣原體（Chlamydia）直徑200nm-500nm，能通過濾菌膜。立克次氏體（Rickettsia）略大。細胞壁結(jié)構(gòu)類似于革蘭氏陰性菌，酶系統(tǒng)不完全，必須在寄主細胞內(nèi)生活，有攝能寄生物(energeparasite)之稱。砂眼是衣原體引起的，由于能形成包含體，起初被認為是大型病毒，1956年，我國著名微生物學家湯飛凡及其助手張曉樓等人首次分離到沙眼的病原體。立克次氏體也是專性細胞內(nèi)寄生的，與衣原體的不同處在于其細胞較大，無濾過性，合成能力較強，且不形成包涵體。第四十頁，共82頁。Chlamydiapneumoniaeassociatedwithmacrophages(RAWcells).A.TypicalpearshapedEBs(arrows)areshownatthemacrophagesurface.B.IntracellularEBs.第四十一頁，共82頁。四、藍藻又稱藍細菌，是最簡單的自養(yǎng)生物。它的光合作用類似于高等植物，而不同于光合細菌。沒有葉綠體，但有質(zhì)膜內(nèi)陷形成的捕光裝置。DNA分子環(huán)狀，但遺傳信息量很大，可與高等植物相比。體積比其它原核細胞大得多，直徑約10μm左右，甚至可達70bμm(顫藻)。屬單細胞生物，但有些藍藻經(jīng)常以絲狀的細胞群體存在，如：屬藍藻門念珠藻類的發(fā)菜(nostoccommunevar,flagtlliforme)就是藍藻的絲狀體。第四十二頁，共82頁。Cyanobacteria第四十三頁，共82頁。五、古細菌（archaebacteria）

具有原核生物的某些特征，無核膜及內(nèi)膜系統(tǒng)；也有真核生物的特征，甲硫氨酸起始蛋白質(zhì)的合成、核糖體對氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內(nèi)含子并結(jié)合組蛋白。此外，細胞膜中的脂類是不可皂化的，細胞壁不含肽聚糖。生活在極端環(huán)境中，如：產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌。第四十四頁，共82頁。原核與真核細胞的區(qū)別第四十五頁，共82頁。第三節(jié)病毒Virus第四十六頁，共82頁。是一類非細胞形態(tài)的微生物，特征：①個體微小，可通過濾菌器，大多數(shù)病毒必須用電鏡才能看見，一般在20~30nm之間；②核酸為DNA或RNA，沒有含兩種核酸的病毒；③專營細胞內(nèi)寄生生活；④具有受體連結(jié)蛋白(receptorbindingprotein)，與敏感細胞表面的病毒受體連結(jié)，進而感染細胞。一、病毒的基本特征第四十七頁，共82頁。LambdaBacteriophageDNA(TEMx153,000)二、病毒的結(jié)構(gòu)由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白質(zhì)衣殼(capsid)所構(gòu)成，稱核衣殼(nucleocapsid)。各種病毒所含的遺傳信息量不同，少的只含有3個基因，多的可達300個基因。第四十八頁，共82頁。有的病毒衣殼外面尚有一層被膜(envelope)，這層被膜是病毒粒子脫離細胞時，包被上的宿主細胞的質(zhì)膜，被膜中含有病毒融合蛋白，如流感病毒。病毒融合蛋白在病毒進入宿主細胞時起著關(guān)鍵作用。組成病毒衣殼的亞單位稱殼微粒(capsomer)。病毒的形成不需要酶的參加，只要條件具備，便可完成自我裝配。一個成熟有感染性的病毒顆粒稱“病毒體”（virion）。其裝配形式有二十面體對稱、螺旋對稱和復(fù)合對稱三種類型。第四十九頁，共82頁。Viruses第五十頁，共82頁。病毒有五種形態(tài)：①球形(Sphericity)：大多數(shù)人類和動物病毒為球形，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等；②絲形(Filament)：多見于植物病毒，如煙草花葉病病毒，人類流感病毒有時也可形成絲形；③彈形(Bullet-shape)：形似子彈頭，如狂犬病病毒等，其他多為植物病毒。④磚形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；⑤蝌蚪形(Tadpole-shape)：由一卵圓形的頭及一條細長的尾組成，如噬菌體。其中①為二十面體對稱;②、③為螺旋對稱;④、⑤復(fù)合對稱。第五十一頁，共82頁。脊髓灰質(zhì)炎病毒球形病毒第五十二頁，共82頁。煙草花葉病毒線形病毒第五十三頁，共82頁。痘病毒磚形病毒第五十四頁，共82頁?？袢《咀訌椥尾《居斜荒さ谖迨屙摚?2頁。T4噬菌體蝌蚪形病毒第五十六頁，共82頁。流感冒病毒絲狀有被膜的病毒第五十七頁，共82頁。病毒只有在侵入細胞以后才表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。病毒的生活周期可分為兩個階段：細胞外階段，以成熟的病毒粒子形式存在；細胞內(nèi)階段，即感染階段，在此階段中進行復(fù)制和繁殖。感染階段開始時，病毒的遺傳物質(zhì)由衣殼中釋放出來，注入宿主細胞中，然后在病毒核酸信息的指導(dǎo)控制下，形成新的病毒粒子。根據(jù)寄生的宿主不同，病毒可分為：動物病毒、植物病毒、細菌病毒(即噬菌體)第五十八頁，共82頁。根據(jù)病毒所含的核酸的性質(zhì)和狀態(tài)不同，可將病毒分為6類：雙鏈±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì)，如天花病毒、T-偶數(shù)噬菌體。單鏈+DNA→±DNA→+RNA→蛋白質(zhì)，如細小DNA病毒。雙鏈±RNA→+mRNA→蛋白質(zhì)，如呼腸孤病毒。單鏈+RNA→－RNA→+RNA→蛋白質(zhì)脊髓灰質(zhì)炎病毒。單鏈－RNA→+RNA→+蛋白質(zhì)，如流感病毒、狂犬病毒。單鏈+RNA→DNA→±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì)，即逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）又稱RNA腫瘤病毒(oncornavirus)。第五十九頁，共82頁。反轉(zhuǎn)錄病毒的生活史第六十頁，共82頁。三、類病毒沒有蛋白質(zhì)外殼，僅為一裸露的RNA分子。不能像病毒那樣感染細胞，只有當植物細胞受到損傷，失去了膜屏障，它們才能在供體植株與受體植株間傳染。馬鈴薯錘管類病毒僅由一個含359個核苷酸單鏈環(huán)狀RNA分子組成，鏈內(nèi)有一些互補序列。分子長約40~50nm，不能制造衣殼蛋白。第六十一頁，共82頁。四、病毒的進化地位無論是病毒還是類病毒都不具有獨立進行生物合成的能力，它們都是細胞的寄生物，因此在進化上病毒的出現(xiàn)不可能早于細胞。病毒的前身很可能是在宿主染色體外獨立進行復(fù)制的質(zhì)粒(plasmid)。質(zhì)粒既有DNA型的，也有RNA型的。它與病毒一樣具有專一的核苷酸序列作為復(fù)制的起始部位。當質(zhì)粒獲得了為衣殼蛋白質(zhì)編碼的基因時，即意味著病毒出現(xiàn)了。第六十二頁，共82頁。五、蛋白質(zhì)感染因子S.B.Prusiner1982年發(fā)現(xiàn)于患羊瘙癢?。╯crapie）的倉鼠，命名為prion。Prusiner因此于1997年獲得諾貝爾獎。蛋白質(zhì)感染子蛋白(prionprotein，簡稱PrP)，由Prnp基因編碼，該基因位于人20號染色體，小鼠2號染色體。這種蛋白質(zhì)存在于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞表面上，可能其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。正常Prnp基因產(chǎn)物為PrPc蛋白，對蛋白酶很敏感，具有致病作用的是PrPSc蛋白。第六十三頁，共82頁。第六十四頁，共82頁。PRIONPrPCPrPSC第六十五頁，共82頁。PrPsc的增殖第六十六頁，共82頁。vCJD病人大腦組織切片，左、海綿狀病變及周圍的沉淀斑，右、淀粉樣蛋白沉淀，短線表示50um。引自StanleyB.Prusiner1997第六十七頁，共82頁。目前已知的人類PRION疾病主要有：克-雅二氏?。–reutzfeldt–Jakobdisease，CJD）：自身PrP蛋白發(fā)生變異引起的。變異型克-雅氏病（vCJD）：PRION感染。GSS綜合征（Gerstmann-StrausslerScheinkerdisease））：由Prnp基因缺陷引起。克魯?。↘uru）：PRION感染。致死性家族性失眠癥（Fatalfamilialinsomnia，F(xiàn)FI）：Prnp基因變異。第六十八頁，共82頁。第四節(jié)細胞的化學成分基本元素：O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg。其中O、C、H、N四種元素占90%以上。細胞化學物質(zhì)可分為兩大類：無機物和有機物。在無機物中水是最主要的成分，約占細胞物質(zhì)總含量的75％-80％。第六十九頁，共82頁。一、水與無機鹽（一）．水是原生質(zhì)最基本的物質(zhì)存在方式：游離水95％；結(jié)合水5％。隨著細胞的衰老，細胞的含水量逐漸下降，活細胞的含水量不低于75％。作用:溶解無機物、調(diào)節(jié)溫度、參加酶反應(yīng)、參與物質(zhì)代謝和形成細胞有序結(jié)構(gòu)。水之所以具有這么多的重要功能是和水的特有屬性分不開的：水分子是偶極子水分子間可形成氫鍵水分子可解離為離子第七十頁，共82頁。（二）．無機鹽含量很少，約占1％。鹽在細胞中解離為離子，離子的濃度除具有調(diào)節(jié)滲透壓和維持酸堿平衡的作用外，還有許多重要的作用。主要的陰離子有Cl－、PO4－和HCO3－，其中磷酸根離子在細胞代謝活動中最為重要：①在細胞的能量代謝中起著關(guān)鍵作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；③調(diào)節(jié)酸堿平衡。主要的陽離子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。第七十一頁，共82頁。陽離子在細胞中的作用離子種類在細胞中的作用Fe2+或Fe3+血紅蛋白、細胞色素、過氧化物酶和鐵蛋白的成分Na+維持膜電位K+維持膜電位、參與蛋白質(zhì)合成和某些酶促合成Mg2+葉綠素、磷酸酶、Na+-K+泵Mn2+肽酶Cu2+酪氨酸酶、抗壞血酸氧化酶Co2+肽酶Mo2+硝酸還原酶、黃嘌呤氧化酶Ca2+鈣調(diào)素、肌動球蛋白、ATP酶第七十二頁，共82頁。