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本章内容
考点一:细胞学与细胞生物学
考点二:细胞的同一性与多样性
考点一:细胞学与细胞生物学细胞学与细胞生物学:细胞的发现、细胞学说、学科发展
一、细胞的发现★人物
⭐经常考小题,几个关键词要记住★
细胞的发现主要是两位科学家,他们做的贡献考点总结如下:
| 总结类别 | 关键人物 | 核心贡献 | 重要细节与补充 |
|---|---|---|---|
| 细胞的发现 | 胡克 | 1. 用自制显微镜(放大40~140倍)观察软木薄片,首次描述植物细胞构造;2. 借用拉丁文“cellar”命名,后英文为“cell”,中文译为“细胞”;3. 1665年在《显微图谱》中发表细胞的首次描述。 | 1. 观察到的是死亡组织中的细胞壁,非活细胞;2. 人们通常认为胡克是细胞的发现者。 |
| 活细胞的发现 | 列文虎克 | 1. 发明显微镜,首次观察到动植物活细胞、原生动物及细菌;2. 将显微镜用于科学研究试验;3. 1674年观察鱼的红细胞时,描述了细胞核结构。 | 1. 是真正的活细胞发现者;2. 拓展了显微镜在科学研究中的应用范围。 |
二、细胞学说的建立及其意义★★必背
⭐经常考问答题,必背内容★★
| 阶段 | 核心内容/观点 | |
|---|---|---|
| 内容 | 提出:施莱登、施旺 | 一切植物、动物都是由细胞组成的,细胞是生物体的基本结构单位 |
| 补充:魏尔肖 | ①细胞只能来自细胞;②有机体的一切病理表现都是基于细胞的损伤。 | |
| 意义 | 细胞学说提供了生物同一性的细胞学基础,推进了人类对自然界的认识,促进了自然科学和哲学的进步。 | |
| 小编留言 | ①关于细胞学说的内容与意义,第4版与第5版书有一些差异,此总结是按照最新第5版书总结的②如果考选择题,还应该记一下两位科学家的著作名字,施莱登发表的叫《植物发生论》,施万发表的叫《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》③注意如下这两个描述不是细胞学说提出时候的观点,仅仅是后人的补充:原生动物也是由细胞组成的,它是仅含一个细胞的动物,能独立进行全部生命活动;生物个体发育的过程,是细胞不断繁殖和分化的连续过程 |
三、从经典细胞学到实验细胞学时期
各种细胞器和细胞分裂活动相继被发现的时期称为细胞学的经典时期,人们对细胞的探索从好奇或消遣性地观察进入了主动地科学实验时期称为实验细胞学时期
(一)经典细胞学时期主要进展
(1)原生质相关:命名动植物细胞内胶状物质为“原生质”,提出原生质理论(有机体基本单位,各类有机体中相似),明确“原生质体”(有生命活性的原生质,去壁植物细胞或动物细胞)。
(2)细胞分裂:命名“有丝分裂”(核心为染色体形成与平均分配),在动植物细胞中发现减数分裂,明确细胞分裂基本类型。
(3)细胞器:陆续发现中心体、线粒体、高尔基体。
(二)实验细胞学研究内容
(1)细胞化学:研究细胞内化学成分、生化反应(侧重核酸与蛋白质代谢),含定性/定位/定量及动态变化,核心技术为细胞组分分离、放射自显影、超微量分析。
(2)细胞遗传学:从细胞学角度(侧重染色体结构功能及与其他细胞器关系)研究遗传现象,阐明遗传变异机制,核心为染色体-基因学说。
(3)细胞生理学:研究细胞对环境的反应、生长繁殖、营养摄取、兴奋性等特性,及生物膜主动运输、能量传递、生物电等。
四、细胞生物学学科的形成与发展
(一)细胞生物学名词解释
1、定义:细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就,以及分子生物学的概念与方法,侧重从细胞作为生命活动的基本单位的思维为出发点,研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学。名词解释
2、研究水平:细胞生物学从显微、亚显微与分子水平
3、研究内容:研究细胞结构与功能,细胞的增殖、分化、衰老、死亡,以及细胞信号转导和基因表达调控,细胞起源与进化等重大生命过程。
(二)细胞生物学学科发展
| 时间阶段 | 发展特点 |
|---|---|
| 20世纪50~60年代 | 1. 生物化学与细胞学相互渗透结合 |
| 2.细胞结构与功能结合的研究水平大幅提升 | |
| 3.细胞生物学学科正式出现,研究内容拓展至新高度 | |
| 20世纪70年代 | 1. 分子生物学的概念与技术被引入细胞学 |
| 2. 为细胞生物学的最终形成与建立奠定基础 | |
| 20世纪80年代 | 1. 学科发展方向聚焦“细胞的分子生物学” |
| 2. 开始从分子水平探索细胞基本生命活动规律 |
考点二:细胞的同一性与多样性细胞的同一性与多样性
一、细胞是生命活动的基本单位
地球上只存在一种生命形式,就是以细胞为基本形态结构的生命体(病毒也是以细胞为宿主才能存活)
(一)细胞的基本共性
1、相似的化学组成:细胞利用约20种元素构建自身,以碳为骨架形成氨基酸、核苷酸等基本构件,组成材料相似,为生物生存演化提供物质基础。基本共性
2、脂-蛋白体系的细胞质膜:细胞表面的细胞质膜由磷脂双分子层和蛋白质构成,它使细胞与外界分隔,维持稳定内环境,还能进行物质交换和信号传递。基本共性
3、相同的遗传装置:细胞以双链DNA为遗传信息载体,RNA指导蛋白质合成,合成场所为核糖体,且多数细胞遗传密码通用,表明起源于共同祖先。基本共性
4、一分为二的分裂方式:细胞增殖主要以一分为二的方式进行,分裂时核内遗传物质均匀分配到子细胞,保障了生命繁殖,反映出细胞演化上的同源性。基本共性
(二)细胞的大小及其影响因素
1、细胞大小的特征
(1)生物类群的细胞体积不同:原生动物(多为单细胞)>动植物>细菌>支原体>病毒排序
(2)高等动植物细胞体积特点:对于高等动植物,不论物种的差异多大,同一器官与组织的细胞,其大小总是在一个恒定的范围之内,器官大小与细胞数量成正比,与细胞大小无关。
(3)细胞核体积特点:各种正常细胞的体积有大小不同,但它们细胞核的大小通常差距不大。某些特殊细胞的细胞核可以很大,如恶性肿瘤细胞。
2、细胞大小的影响因素:
(1)核糖体活性限制:细胞的大小取决于核糖体的活性,因为蛋白质的量由核糖体来决定。影响因素
(2)信号网络调控:多细胞生物可通过IGF/PI3K/Akt/mTOR等信号途径调控细胞体积影响因素
(3)细胞核与细胞质比例限制:细胞核的体积通常占细胞总体积的约10%,如果细胞体积过大,可能会导致细胞核与细胞质的比例失调,影响细胞的遗传和代谢活动。(这一点会在后面的细胞核章节介绍到)影响因素
(4)其他多种因素的影响:例如植物细胞分裂期的大小取决于有机物(主要是蛋白质)积累;但在完成分裂后,细胞大小取决于中央液泡的膨胀。影响因素
3、IGF/PI3K/Akt/mTOR信号途径调控细胞大小流程
注意:该细胞通路在教材中仅仅以图形式出现,没有展开。虽然去年有个学校考到了它(应该无人能写出来),但它仍然属于非重点知识,建议一轮二轮都不必学,考前临时看一下即可非重点
(1)胞外的胰岛素或胰岛素样生长因子(IGF)与细胞表面的胰岛素/IGF受体结合,激活3-磷脂酰肌醇激酶(PI3K);
(2)活化的PI3K将4,5-二磷酸磷脂酰肌醇PI(4,5)P₂转化为3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇PI(3,4,5)P₃;
(3)PI(3,4,5)P₃进一步激活蛋白激酶B(Akt);
(4)Akt激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR);
(5)mTOR促进蛋白质合成增加与脂类合成,最终推动细胞体积增大。
(三)细胞是生命活动的基本单位★★★大题必背
⭐经常考大题,本章最重要的背诵点★★★
1、一切有机体都由细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位。尽管地球上生命的形态和代谢方式大相径庭,但无一例外均由细胞构成(除病毒以外)。有些生物仅由一个细胞构成,另一些生物则由数百乃至万亿计细胞构成。★★★大题必背
2、细胞是代谢与功能的基本单位。有机体一切代谢活动最终要靠各种细胞来完成。单细胞生物依靠一个细胞完成运动、呼吸、排泄和生殖等一系列生理活动;多细胞生物则更多地依靠细胞之间的相互协同作用,通过不同形态结构的细胞有机地组织起来,形成执行特定功能的器官,完成其复杂的生理功能。★★★大题必背
3、细胞是有机体生长发育的基础。有机体的发育与生长是依靠细胞的分裂、分化、迁移与凋亡来实现的。★★★大题必背
4、细胞是繁殖的基本单位,是遗传的桥梁。单细胞生物的繁殖表现为细胞一分为二,多细胞生物依靠细胞分裂形成特殊形式的生殖细胞——孢子或配子,上一代的遗传信息存在于生殖细胞的核中。就连病毒都必须依赖细胞内繁殖才能体现生命特征。★★★大题必背
5、细胞是生命起源的标志,是生物演化的起点。生命是经过长期的化学演化,由非生命的物质形成的。含有遗传物质的原始细胞的形成,标志着生命的出现,此后便进入生物演化阶段。★★★大题必背
二、细胞的三种基本类型
(一)细胞的基本类型与生物界的类群
1、细胞的基本类型:依据细胞结构差异,将细胞分为真核细胞、原核细胞两大类分类
2、三域:在原核细胞中发现了遗传信息表达系统更接近真核细胞的古核细胞。故生物类群可分为三域:原核生物,古核生物和真核生物分类
3、六界:由原核生物组成的原核生物界、由古核生物组成的古核生物界以及由真核生物组成的原生生物界、真菌界、植物界和动物界分类
4、共祖:所有生物起源于共同的祖先,最终演化出3种基本的细胞类型和构成生物类群的六个界。分类
(二)原核生物相关知识
1、原核生物特点
(1)基本概况:原核细胞大约出现在30~35亿年前,代表一种原始的细胞类群。原核生物特点
(2)细胞体积:原核生物一般体积小,直径0.2~10μm原核生物特点
(3)生态适应性:在地球上分布的广度与对生态环境的适应性比真核生物大得多。原核生物特点
(4)遗传信息:原核细胞无典型的细胞核,遗传信息量小,遗传物质仅由一个裸露的环状DNA构成;原核生物特点
(5)细胞器:原核细胞细胞内没有分化出以膜为基础的细胞器与细胞核膜;有唯一的细胞器:核糖体(无膜细胞器);原核生物特点
(6)举例:常见的原核细胞有支原体、细菌、蓝藻等,注意念珠菌、衣藻、霉菌、黑藻、酵母菌是属于真核生物。原核生物特点易错
2、原核生物代表——支原体(mycoplast)
| 类别 | 特点 |
|---|---|
| 支原体(最小最简单的细胞) | 1. 定位:最小最简单的细胞、最简单的原核细胞; |
| 2. 直径:0.1-0.3μm; | |
| 3. 结构:具有细胞质膜,没有细胞壁; | |
| 4. DNA分布:环状双螺旋DNA较均匀地散布在细胞内,无细菌那样的核区; | |
| 5. 繁殖方式:以一分为二的方式分裂繁殖; | |
| 6. 细胞体积:维持基本生存的细胞体积最小极限直径为140~200 nm,支原体已接近这个极限; |
常考问答题:为什么支原体是体积最小、最简单的细胞?答案就在上述几点,更多总结见求臻冲刺背诵手册★★问答题
3、原核生物代表——细菌
| 内容 | 细化内容 | 具体内容 |
|---|---|---|
| 概述 | 概述 | 1、细菌是自然界分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体 2、多数细菌的直径大小在0.5~5.0μm之间。 |
| 结构 | 结构概述 | 1.基本结构:细胞壁、细胞膜、核糖体、核区; |
| 内容 | 细化内容 | 具体内容 |
|---|---|---|
| 结构 | 结构概述 | 2.特化结构:中膜体、荚膜、鞭毛等 |
| 结构 | 细胞壁 | 1. 共同成分:肽聚糖; |
| 结构 | 细胞壁 | 2. 革兰氏阳性菌(G+):肽聚糖含量极高,对青霉素敏感; |
| 结构 | 细胞壁 | 3. 革兰氏阴性菌(G-):肽聚糖含量很少,对青霉素不敏感 |
| 结构 | 细胞质膜 | 1. 基本功能:选择性交换物质; |
| 结构 | 细胞质膜 | 2. 代谢功能:膜上酶系执行有氧呼吸、蛋白的合成与分泌、细胞壁合成等重要代谢功能 |
| 结构 | 鞭毛 | 1. 结构:仅由一种鞭毛蛋白构成; |
| 结构 | 鞭毛 | 2. 运动机理:与真核生物鞭毛完全不同 |
| 结构 | 核糖体 | 1. 沉降系数:70S; |
| 结构 | 核糖体 | 2. 说明:除核糖体外,无类似真核细胞的细胞器 |
| 结构 | 其他特化结构 | 1. 中膜体:可能起 DNA 复制的支点作用,也可能与线粒体功能类似 |
| 结构 | 其他特化结构 | 2. 荚膜:具有一定保护作用;可作为细胞营养物质; |
| 结构 | 其他特化结构 | 3. 内生孢子:很多 G+细菌处于不利环境或耗尽营养时形成; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 遗传物质 | 1. 核区(类核):无核膜围绕的典型细胞核,形态不规则,无核膜与核仁,四周是较致密的胞质物质; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 遗传物质 | 2.DNA 包装:无真正染色体结构,DNA 在拟核蛋白(不同于组蛋白)协助下高效包装; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 基因表达 | 1.DNA 复制:环附在质膜上作为支持点,复制不受细胞分裂周期限制,可连续进行; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 基因表达 | 2. 复制、转录与翻译:可同时进行,在时间与空间上连续,是与真核细胞最显著差异之一 |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 质粒 DNA | 1. 形态:裸露的环状 DNA 分子; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 质粒 DNA | 2. 复制能力:有自我复制能力,可传递给后代; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 质粒 DNA | 3. 功能:基因可赋予细菌新性状; |
| 基因组与遗传信息表达体系 | 质粒 DNA | 4. 应用:常用作实验室基因重组与基因转移的载体 |
| 细菌的增殖 | 特点 | 1、增殖方式为二分裂 2、增殖快速,上一次 DNA 复制未完成时,下一次复制可能已开始 |
4、原核生物代表——蓝藻
| 类别 | 分点 | 具体内容 |
|---|---|---|
| 概述 | 基本定位 | 别称蓝细菌,自养型原核生物,能进行产氧型光合作用(类似高等植物) |
| 形态与分布 | 分布 | 分布广,耐贫瘠;含色素,颜色不局限蓝绿色 |
| 形态与分布 | 大小 | 体积大于一般原核细胞(直径 1~10 μm,部分达 60 μm,如颤藻) |
| 形态与分布 | 形态 | 常呈丝状/片状/中空球状群体(如发菜,可固沙) |
| 细胞结构 | 细胞膜外 | 细胞壁(类似革兰氏阴性菌,含肽聚糖+外膜,内层特有纤维素)+胶质鞘 |
| 细胞结构 | 细胞质 | 类囊体(光合色素、电子传递链分布,藻胆体传光能给叶绿素 a) |
| 细胞结构 | 遗传区 | 中心质(核区),含多拷贝裸露 DNA |
| 细胞结构 | 内含物 | 脂滴、羧酶体(固 CO₂ 酶)、气泡(调节水中位置) |
| 分裂与分化 | 分裂 | 细胞中部横隔分裂,子细胞共胶质鞘,形成多细胞群体 |
| 分裂与分化 | 分化 | 丝状蓝藻缺氮时,5%~10%细胞分化为异形胞,利用光系统 I 的 ATP 固氮(N₂→NH₃) |
(三)古核生物相关考点知识
| 类别 | 分点 | 具体内容 |
|---|---|---|
| 概述 | 定义 | 古细菌又称为古核生物,曾归为原核生物(形态、DNA 结构、生命活动方式与原核细胞类似),但现在认为古核生物与真核生物亲缘关系更近 |
| 类别 | 分点 | 具体内容 |
|---|---|---|
| 概述 | 分类与分布 | 分布广泛,常存在于极端环境(如产甲烷菌、盐细菌、热原体等),深海热泉的嗜热菌可能代表原始生命形式 |
| 形态大小 | 形态大小 | 形态多样,细胞大小 0.1~15 μm; |
| 增殖方式 | 增殖方式 | 以分裂或出芽的方式增殖 |
| 细胞结构 | 细胞壁 | 有(染色呈 G⁺ 或 G⁻),无胞壁酸和肽聚糖,不受溶菌酶、青霉素等抗生素抑制 |
| 细胞结构 | 细胞质膜 | 由脂类+蛋白质构成;独特性:醚键连接脂肪酸与甘油;含鲨烯衍生物;极端耐热菌为四乙醚“单层膜” |
| 细胞结构 | DNA 及基因结构 | → 类似细菌:环状 DNA、操纵子结构、多顺反子 mRNA、大部分基因无内含子 |
| 细胞结构 | DNA 及基因结构 | → 类似真核:与组蛋白形成类核小体、少部分基因有内含子、RNA 聚合酶复杂、翻译起始氨基酸为 Met(细菌是 fMet) |
| 细胞结构 | 核糖体 | 70S,但含 60+种蛋白(数量介于真核与真细菌之间),rRNA /蛋白质性质接近真核,不受细菌核糖体类抗生素抑制 |
(四)真核细胞相关考点知识
1、三大结构系统
真核细胞内部有这三大基本结构系统:①以脂质和蛋白质成分为基础的生物膜结构系统;②以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息传递与表达系统;③由特异蛋白质分子装配构成的细胞骨架系统。真核细胞三大结构系统
| 结构体系 | 组成/结构要点 | 核心功能 |
|---|---|---|
| 生物膜系统 | 1. 以脂质+蛋白质为基础,厚度 8~10nm 2. 包含:质膜、双层核膜、细胞器膜(线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等) | 1. 质膜:选择性物质运输、信号转导 2. 核膜:分隔细胞质与细胞核,调控基因表达 3. 细胞器膜:支撑各细胞器功能(如内质网合成生物分子、高尔基体加工运输、溶酶体“消化”) 4. 为生化反应提供酶附着位点 |
| 遗传信息传递与表达系统 | 1. 由 DNA、RNA、蛋白质组成 2. 结构:核小体(DNA+组蛋白,直径 10nm)→染色质/染色体;核仁;核糖体(rRNA+数十种蛋白) | 1. 储存、传递遗传信息 2. 核小体/染色质:调控基因转录 3. 核仁:转录 rRNA、装配核糖体亚基 4. 核糖体:按 mRNA 指令翻译肽链 |
| 细胞骨架系统 | 1. 分胞质骨架(微丝、微管、中间纤维)+核骨架(核纤层、核基质) 2. 由特异结构蛋白装配而成 | 1. 胞质骨架:提供物质运输轨道(微管)、参与细胞运动/信号传递(微丝),支撑细胞形态(中间纤维) 2. 核骨架:参与基因表达、染色质构建与排布 |
| 联系:三大体系的结构尺度多在 5~20nm 范围内。这些结构系统均由生物大分子组装形成,它们共同构成了细胞内结构精密、分工明确、职能专一的各类细胞器,并以此为基础,保证了细胞生命活动具有高度程序化与高度自控性。 | ||
2、生物大分子组装
(1)组装方式:
①自我装配:可视为从头发生,装配的相关信息存在于参与装配的分子本身,中间纤维的自组装就属于这类。生物大分子组装
②协助装配:协助装配方式是指,在组成大分子复合物装配过程中,除需要形成最终结构的亚基外,还需要其他组分的介入,但这些组分不参加最终的产物,像核糖体的组装需要 200 多种蛋白质的介入。生物大分子组装
③直接装配:指某些亚基直接装配到预先形成的基础结构上,如细胞质膜扩展过程中,新的膜脂和膜蛋白加入到已存在的膜上。生物大分子组装
(2)意义:生物大分子组装
①以蛋白质复合体取代超大蛋白质,可以加快转录和翻译的速度,减少基因突变和转录、翻译过程中发生错误的概率;生物大分子组装
②通过装配与去装配,更容易调节与控制多种生物学过程,如在细胞有丝分裂中发生的复杂变化及其精准的调控生物大分子组装
3、植物细胞与动物细胞
动植物细胞有着基本相同的结构与功能体系,大部分细胞器与细胞结构,其形态结构与成分相近,功能也很类似。但某些方面植物细胞与动物细胞也表现出明显的区别:动植物细胞
| 细胞器 | 特有细胞 | 结构 | 主要功能 |
|---|---|---|---|
| 中心体 | 动物及低等植物特有 | 由两个互相垂直的中心粒及周围物质组成,无膜结构 | 与细胞有丝分裂有关(发出星射线,形成纺锤体) |
| 细胞壁 | 植物特有 | 以纤维素为核心,含果胶、半纤维素、木质素等 | 支持植物“定植生存”,适配自养代谢需求;利于胞间连丝的形成 |
| 液泡 | 植物特有 | 单层脂蛋白膜包裹的封闭系统,内部含无机盐、糖类、氨基酸、蛋白质、生物碱、色素等 | 1. 中性液泡:储存蛋白质,调节细胞内环境; |
| 液泡 | 植物特有 | 单层脂蛋白膜包裹的封闭系统,内部含无机盐、糖类、氨基酸、蛋白质、生物碱、色素等 | 2. 酸性液泡:含水解酶,降解衰老细胞器; |
| 液泡 | 植物特有 | 单层脂蛋白膜包裹的封闭系统,内部含无机盐、糖类、氨基酸、蛋白质、生物碱、色素等 | 3. 中央大液泡:扩大细胞体积(提升光合面积),维持细胞膨压(保障组织刚性) |
| 叶绿体 | 植物特有 | 双层膜包裹的质体,含叶绿素 | 植物光合作用的关键细胞器 |
植物细胞与动物细胞在细胞的增殖、分化、衰老和死亡等生命活动中,以及细胞的能量与物质代谢、信息传递和物质转运方面,也存在明显的差异。动植物细胞
(五)原核细胞、古核细胞与真核细胞的比较
| 特征 | 原核细胞 | 古核细胞 | 真核细胞 |
|---|---|---|---|
| 细胞质膜 | 有(多功能性) | 有(多功能性) | 有 |
| 核膜 | 无 | 无 | 有 |
| 染色体 | 由一个(少数多个)环状 DNA 分子构成的单个染色体,DNA 不与或很少与蛋白质结合 | 由环状 DNA 分子构成的单个染色体,DNA 与组蛋白结合 | 2 个染色体以上,染色体由线状 DNA 与蛋白质组成 |
| 核仁 | 无 | 无 | 有 |
| 核糖体 | 70S(包括 50S 与 30S 的大小亚基),对氯霉素敏感 | 70S(包括 50S 与 30S 的大小亚单位),对氯霉素不敏感 | 80S(包括 60S 与 40S 的大小亚基),但对氯霉素不敏感 |
| 翻译起始 | fMet | Met | Met |
| 膜质细胞器 | 无 | 无 | 有 |
| 核外 DNA | 细菌具有裸露的质粒 DNA | 有裸露的质粒 DNA | 线粒体 DNA,叶绿体 DNA |
| 细胞壁 | 主要由肽聚糖形成 | 由蛋白质形成,不含肽聚糖 | 如有,成分为纤维素与果胶(植物)或几丁质(真菌) |
| 细胞骨架 | 无 | 无 | 有 |
| 增殖方式 | 二分裂 | 二分裂(此处老版本教材写的是无丝分裂,请大家以新教材为准) | 有丝分裂为主 |
1、真核细胞相比于原核细胞的优势(重要不同)
(1)细胞膜系统的演化:真核细胞以膜系统为基础,分化出细胞核、细胞质,细胞质内再通过膜系统分隔出功能专一的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核与原核的重要标志真核细胞原核细胞重要不同
(2)细胞骨架系统的重要作用:细胞骨架保证了细胞内部空间的合理布局,使得细胞能够适应细胞体积的增大与细胞内部结构的复杂化真核细胞细胞骨架
(3)遗传信息量与遗传装置的扩增、复杂化:真核细胞基因组
真核基因组远大于原核,DNA 从原核的“环状单倍性”变为“线状多倍性”,基因数量从原核的几千个增至 2 万~3 万个。真核细胞基因组
基因表达方面真核有内含子、可变剪接机制,少量基因可编码多种蛋白质,基因表达调控更精细复杂。真核细胞基因表达
细胞增殖方面:真核发展出复杂的细胞周期调控体系,原核无有丝分裂器,也无明确的细胞周期。真核细胞细胞增殖
2、原核与真核生物的相互关系
原核生物和真核生物在地球上已经共同生存了 20 多亿年,长期的共存,使两者之间形成了复杂的相互关系。有些原核生物是真核生物的病原体,有些相互依存。例如人的消化道中存在由 1000 多种微生物组成的肠道菌群,总数达 10 万亿。原核生物真核生物
三、病毒
(一)病毒的属性
病毒是迄今发现的最小、最简单的有机体。病毒
病毒只是一种生物大分子复合体,本身不表现任何生命特征,但其起源、增殖全过程均与细胞密不可分。病毒
(二)病毒与细胞的区别(也即病毒特征)
①病毒很小,结构极其简单,无核糖体等任何细胞结构,因此,不可能独自进行任何代谢活动。绝大部分病毒的大小只有 20~200 nm,必须在电子显微镜下才能清楚地看到。病毒病毒特征
②遗传物质载体为 DNA 或 RNA。细胞含有 DNA 与 RNA,但只以 DNA 作为遗传物质;有些病毒的遗传物质为 DNA,有些为 RNA;病毒的基因组复制与基因表达,也必须在细胞内进行。病毒病毒特征
③以复制和装配的方式进行增殖。病毒的增殖过程,如同生产汽车,在细胞这个生产病毒的工厂中,首先合成大量的病毒核酸以及各种病毒蛋白,然后由这些“部件”装配成新的子代病毒。病毒病毒特征
④彻底的寄生性。病毒虽然具备了生命活动的最基本特征(增殖与遗传),但只是一类不“完全”的生命体,必须利用宿主细胞结构、“原料”、能量与酶系统进行繁殖。病毒病毒特征
(三)病毒在细胞内增殖过程(要背,考试可能考)
(1)病毒识别:不同的病毒可通过其表面的蛋白质,识别细胞表面特异的受体(蛋白质或糖蛋白),因而感染特定的细胞病毒增殖过程要背
(2)病毒进入宿主细胞:病毒可以通过不同途径(胞饮、囊膜融合等)进入宿主细胞。例如细胞可以主动“胞饮”的方式使腺病毒、流感病毒、HIV 等病毒进入细胞。病毒增殖过程要背
(3)病毒的装配:病毒“篡夺”了细胞对代谢过程的“指导”作用,利用宿主细胞的全套代谢机构,以病毒核酸为模板,进行病毒核酸的复制与转录,并翻译病毒蛋白质,进而装配成新一代的病毒颗粒。病毒增殖过程要背
(4)病毒的释放:病毒从细胞中释放出来,再感染其他的细胞,开始下一轮的增殖周期。病毒增殖过程要背
(四)病毒与细胞在起源与演化中的关系
1、观点一:
观点 1:生物大分子→病毒→细胞病毒起源
缺陷:因病毒具有彻底寄生性,无细胞则病毒无法生存增殖,故病毒不可能先于细胞出现,该观点合理性不足;病毒起源
2、观点二:
观点 2:生物大分子分别演化出病毒、细胞病毒起源
缺陷:由于尚不能发现病毒的化石,第二种观点缺乏充足的证据;病毒起源
3、观点三:
观点 3:生物大分子→细胞→病毒病毒起源
第三种观点得到了更多的实验结果的支持如(下面几点新版教材已删除,不必背,了解即可):病毒起源
①原核细胞环形 DNA 附加体(质粒):可自主复制或整合细菌染色体,行为与 λ 噬菌体类似病毒起源
②真核生物反转录转座子(带 LTR):结构与整合型反转录病毒相似,疑似同源病毒起源
③序列相似性:腺病毒核酸与哺乳动物细胞 DNA 片段相近;细胞原癌基因与病毒癌基因序列相似,后者源于前者病毒起源
(五)几种考研常涉及的病毒
下面这些病毒是考题中常出现的,但是主要是 2020~2022 年疫情那几年喜欢考,有时候直接以小题直接问的形式考,有时候出实验设计题那么就需要知道结构。现在考研的话,考的概率不是很大,但是建议记一记病毒考情
SARS 病毒:正链 RNA 病毒病毒常考病毒
新冠病毒 SARS-CoV-2:正链 RNA 病毒病毒常考病毒
流感病毒:单股负链 RNA病毒常考病毒
HIV 病毒:两条单链正链 RNA 病毒病毒常考病毒
T4 噬菌体:双链 DNA 病毒;病毒常考病毒
烟草花叶病毒:单链 RNA 病毒病毒常考病毒
章节题库 · A组+B组 共 88 题(C组、D组按你的要求未收录)
AA 组题(一轮复习,注意按照发给你的学习计划刷题)
考点一:细胞学与细胞生物学混合
考点二:细胞的同一性与多样性混合
BB 组题(二轮复习,经典题、经典真题合集)
一、 填空题填空题
二、 判断题判断题
三、 选择题选择题
四、 问答题(如下这些题只是为了提醒你本章常考重点,背诵请背高分笔记,冲刺阶段背诵手册还有更多题)问答题
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We can now see that all living things are made of cells: small, membrane-enclosed units filled with a concentrated aqueous solution of chemicals and endowed with the extraordinary ability to create copies of themselves by growing and then dividing in two. Because cells are the fundamental units of life, it is to cell biology—the study of the structure, function, and behavior of cells—that we must look for answers to the questions of what life is and how it works.
我们现在能够看到,一切生物都由细胞构成:细胞是被膜包围的小单位,内部充满浓缩的化学物质水溶液,并被赋予了一种非凡的能力——通过生长而后一分为二来复制自己。正因为细胞是生命的基本单位,我们必须求助于细胞生物学——即研究细胞的结构、功能与行为的学科——来回答生命是什么、生命如何运作这些问题。
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The individual cell is the minimal self-reproducing unit of life. A cell consists of a self-replicating collection of catalysts, enclosed in a plasma membrane. All cells operate as biochemical factories, driven by the free energy released in a complicated network of chemical reactions. Central to a cell’s ability to reproduce is the transmission of its genetic information to its progeny cells when it divides.
单个细胞是能够自我复制的最小生命单位。一个细胞由一套能自我复制的催化剂组成,并被一层质膜包围。所有细胞都作为生化工厂运转,由一个复杂化学反应网络所释放的自由能驱动。细胞之所以能够繁殖,其核心在于分裂时把自身的遗传信息传递给子代细胞。
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Proteins are polymers of amino acid subunits and are the catalysts for almost all the cell’s chemical reactions. They are also responsible for the selective import and export of molecules across the plasma membrane that surrounds each cell. The specific shape and function of each protein depend on its amino acid sequence, which is specified by the nucleotide sequence of a corresponding segment of the DNA—the gene that codes for that protein. In this way, the DNA of the cell determines the cell’s chemistry, which is fundamentally similar in all cells, reflecting their ultimate origin from a common ancestor cell that existed on Earth more than 3.5 billion years ago.
蛋白质是氨基酸亚基的聚合物,是细胞几乎全部化学反应的催化剂。它们还负责分子跨越包围每个细胞的质膜的选择性输入与输出。每种蛋白质的特定形状与功能取决于它的氨基酸序列,而后者由 DNA 上相应片段——即编码该蛋白质的基因——的核苷酸序列所规定。就这样,细胞的 DNA 决定了细胞的化学,而这种化学在所有细胞中都基本相同,反映出它们最终都源自 35 亿年前存在于地球上的一个共同祖先细胞。
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What limits the dimensions of a cell? The lower limit is probably set by the minimum number of each type of biomolecule required by the cell. The smallest cells, certain bacteria known as mycoplasmas, are 300 nm in diameter and have a volume of about 10−14 mL. A single bacterial ribosome is about 20 nm in its longest dimension, so a few ribosomes take up a substantial fraction of the volume in a mycoplasmal cell. The upper limit of cell size is probably set by the rate of transport of nutrients into the cell and waste products out. As the size of a cell increases, its surface-to-volume ratio decreases.
是什么限制了细胞的尺寸?下限大概是由细胞所需的每一类生物分子的最少数目决定的。最小的细胞——某些被称为支原体的细菌——直径为 300 nm,体积约 10⁻¹⁴ mL。一个细菌核糖体最长的一维约为 20 nm,因此在支原体细胞中,仅仅几个核糖体就占去了相当可观的一部分体积。细胞尺寸的上限,大概由养分进入细胞、废物排出细胞的转运速率决定。随着细胞体积增大,它的表面积/体积比会下降。
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Like bacteria, the archaea we know most about are small and lack the internal, membrane-bound organelles that distinguish the eukaryotes. But they differ from bacteria in many ways, including the chemistry of their cell walls, the kinds of lipids that make up their membrane, and the range of biochemical reactions that they can carry out. Another surprising conclusion came from genome comparisons: although archaea resemble bacteria in their outward appearances, their genomes are much more closely related to eukaryotes than to bacteria (see Figure 1–9).
和细菌一样,我们了解最多的那些古菌也很小,并且缺少把真核生物区别开来的内部膜结合细胞器。但它们在许多方面与细菌不同,包括细胞壁的化学组成、构成其膜的脂类种类,以及它们所能进行的生化反应的范围。另一个令人意外的结论来自基因组比较:尽管古菌在外观上像细菌,它们的基因组却与真核生物的亲缘关系远比与细菌的近(见图 1-9)。
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Although not themselves living cells, viruses often serve as vectors for gene transfer between cells. A virus will replicate in one cell, emerge from it with a protective wrapping, and then enter and infect another cell, which may be of the same or different species. Often, the infected host cell is killed by the massive proliferation of virus particles inside it, but sometimes the viral DNA, instead of directly generating new virus particles, may persist in its host for many cell generations as a relatively innocuous passenger—either as a separate intracellular fragment of DNA, known as a plasmid, or as a DNA sequence inserted into the cell’s own genome.
病毒本身虽然不是活细胞,却常常充当细胞之间基因转移的载体。一种病毒会在一个细胞中复制,带着保护性外壳从中出来,然后进入并感染另一个细胞——后者可能是同一物种的,也可能是不同物种的。被感染的宿主细胞常常因体内病毒颗粒的大量增殖而被杀死;但有时病毒 DNA 并不直接产生新的病毒颗粒,而是作为一个相对无害的“搭客”在宿主中存留许多个细胞世代——或作为一段独立的胞内 DNA 片段(即质粒),或作为一段插入细胞自身基因组的 DNA 序列。
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A species that has one of the smallest known genomes is the bacterium Mycoplasma genitalium, which causes a common, sexually transmitted, human disease (Figure 1–8). This organism lives as a parasite in mammals, where the environment provides it with many of the small molecules it needs ready-made. Nevertheless, it still has to make all the large molecules—DNA, RNAs, and proteins. It has 525 genes, most of which are essential.
已知基因组最小的物种之一,是引起一种常见性传播人类疾病的细菌——生殖支原体(图 1-8)。这种生物以寄生方式生活在哺乳动物体内,那里的环境为它现成地提供了所需的许多小分子。尽管如此,它仍然必须自己合成全部大分子——DNA、各种 RNA 和蛋白质。它有 525 个基因,其中大多数是必需基因。
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Most living organisms are single cells. Others, such as us, are like vast multicellular cities in which groups of cells perform specialized functions that are linked by intricate systems of intercellular communication. But even for the aggregate of more than 1013 cells that makes up a human body, the whole organism has been generated by cell divisions from a single cell. The single cell therefore contains all of the hereditary information that defines a species (Figure 1–1).
大多数生物就是单个细胞。另一些,比如我们,则像一座座庞大的多细胞城市,其中成群的细胞执行各自专门的功能,并由精巧的细胞间通讯系统联系起来。但即便是构成人体的那 10^13 个以上细胞的集合体,整个个体也是由一个细胞经细胞分裂产生的。因此,单个细胞就含有界定一个物种所需的全部遗传信息(图 1-1)。
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Chloroplasts (Figure 1–28) perform photosynthesis in plant cells and algae, using the energy of sunlight to synthesize their own “food” (in the form of carbohydrates) from atmospheric CO2 and water. Like mitochondria, they are enclosed in double membranes, have their own “circular” genomes, and reproduce by dividing. They almost certainly evolved from a symbiotic photosynthetic bacterium that was captured by an ancient eukaryotic cell that already possessed mitochondria.
叶绿体(图 1-28)在植物细胞和藻类中进行光合作用,利用日光的能量,由大气中的 CO2 和水合成它们自己的“食物”(以碳水化合物的形式)。和线粒体一样,叶绿体由双层膜包被,拥有自己的“环状”基因组,并通过分裂来增殖。它们几乎肯定是由一种共生的光合细菌演化而来——这种细菌被一个已经拥有线粒体的古真核细胞所捕获。
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Viruses are small packets of genetic material that have evolved as parasites that depend on the reproductive and biosynthetic machinery of the host cells they infect. Viruses are not strictly alive, because they depend on the machinery of their host cells for their reproduction. Although we now know that viruses are the most abundant—in terms of sheer numbers—of all the biological entities on this planet, they are too small to be seen in the light microscope.
病毒是一小包遗传物质,它们作为寄生物演化而来,依赖于所感染宿主细胞的复制与生物合成机器。病毒并非严格意义上的活物,因为它们的繁殖依赖宿主细胞的机器。虽然我们现在知道,就绝对数量而言病毒是这个星球上最多的生物实体,但它们太小,在光学显微镜下看不到。