知识目标
1.掌握细胞的基本特征
质膜、遗传物质、核糖体、细胞分裂
2.熟悉原核细胞和真核细胞的异同
3.熟悉非细胞生命形态的种类和特点：病毒和类病毒。
预习思考题
第一节 细胞的基本概念
知识内容
细胞 (cell)是生物的基本结构和功能单位，构成各种生物有机体的细胞种类繁多，大小、形态和功能等方面各不相同。
但总的来说，它们都具有一些共同的特征：① 细胞表面都具有磷脂双分子层构成的细胞膜 即质膜(cytoplasmic membrane)，其上镶嵌有各种类型的膜蛋白；② 都以脱氧核糖核 酸 (DNA)作为遗传物质；③ 都具有核糖体 (ribosome)，通过信使 RNA和密码子合 成蛋白质；④ 都以细胞分裂 (cell division)的形式进行增殖。根据细胞核 的 有 无，可 以 将 细 胞 分 为 原 核 细 胞 (prokaryotic cell) 和 真 核 细 胞 (eukaryotic cell)两大类
一、 原核细胞
一般体积较小，具细胞膜，有核糖体，没有细胞核、膜性细胞器或细胞骨架，是相对比较原始的细胞。由原核细胞所组成的生物称为原核生物 (prokaryotes)，属于单细胞生物。
原核生物被认为是最早出现的生物，现存的原核生物主要包括细菌 (bacteria)和古菌 (archaea)。
细菌在地球上各种环境下广泛分布，也是人体微生物群的主要组成部分。绝大多数细菌呈球状、杆状或螺旋状，直径为0.5~5μm。原核生物一般通过细胞分裂以无性生殖方式进行增殖，细菌的基因组脱氧核糖核酸 (DNA)大小从60万~500万个碱基对，编码500~5000种不同的蛋白质，如大肠杆菌 (图1)。
图1 大肠杆菌扫描电镜图
古菌与细菌都属于原核生物，同样有磷脂双分子层细胞膜，无细胞核。早期的研 究认为古菌生活在极端环境中。这种极端环境在今天的地球上已经不常见，但是可能在原始地球时却很普遍。例如，嗜热嗜酸菌 (thermoacidophiles)生活在炎热的硫磺泉中，环境温度高达80°C，pH 值低至2.0但后来在包括土壤、海洋和沼泽地在内的多种 生境中都发现存在古菌。此外，它们也是人体微生物群的一部分，存在于结肠、口腔 和皮肤中，起初古菌被认为是细菌的一类,称为古细菌 (archaebacteria)，但目前认为 与细菌比较古细菌有其独特性，两者在进化的早期就已经分化了。古菌的部分基因和 代谢途径更接近于 真 核 生 物，而 非 细 菌。20世 纪 70 年 代，Woese等 通 过 对 核 糖 体 RNA 序列的分析,在原有的原核生物和真核生物分类的基础上，将原核生物进一步分为细菌和古菌两类，提出了生物三域系统 (three domain system)理论。
二、 真核细胞
真核细胞与原核细胞同样被磷脂双分子层细胞膜所包围，并在细胞质中含有核糖体。但相对于后者来说，真核细胞更为复杂，具有细胞核，以及线粒体、叶绿体等各 种细胞器、内膜系统 (endomembrane system)和细胞骨架 (cytoskeleton)。真核细胞也因此体积较大，典型的直径为10~100μm，体积一般相当于原核细胞的1000倍。并 且真核细胞的大小、形状与其功能相关，所以同一物种的不同分化的细胞其大小、形状会有较大差异。人体有2000多种不同类型的细胞，形体与功能相互适应。
内膜系统将细胞分隔成许多互不干扰的空间，让各种反应能在 独立的部位顺利进行，同时也增加了反应的表面积，能有效提升细胞的代谢速率，帮助合成的蛋白质和脂类等物质的运输。
真核细胞的基因组也比原核细胞大，通常要比后者大2~3个数量级，含1.5× 107~5×109 个碱基对，结构也更加复杂，存在大量的非编码序列。
真核细胞的基因组 所包含的基因数量也更多，人有23000多个基因。但真核细胞的基因数量与物种的复杂程度无必然关系，玉米的基因达到玉米的基因达到5.9万个，是人类基因数的两倍多。真核细胞的 基因组由多个 DNA 组成，位于细胞核中，DNA 为线性分子，与蛋白质结合，形成致 密的染色质，在细胞分裂中期成为更加致密的染色体。
真核细胞一般通过有丝分裂的形式进行无性增殖，通过减数分裂和配子融合进行 有性生殖。在减数分裂过程中由于基因重组的发生，增加了子代的遗传多样性。 真核细胞所构成的生物称为真核生物 (eukaryotes)，主要包括动物、植物、真菌 和原生生物。不同于原核生物均为单细胞生物，真核生物既有单细胞生物，也有由不 同类型分化的细胞构成组织或器官而组成的多细胞生物。对多细胞生物而言，细胞的 大小与其生物体的大小并无相关性，决定其生物体大小的主要因素是细胞数量的多少。人从婴儿到成人，改变的主要是细胞的数量，而不是细胞的大小。
原核细胞与真核细胞的比较，见表1。
表1 原核细胞与真核细胞的比较
三、 非细胞生命形态
除了细胞以外，自然界存在非细胞生命形态 (non-cellular life)，是指在生命周期 中至少有一部分时间没有细胞结构的生物，是介于生命体及非生命体之间的物种。有学者认为它可能是细胞产生之前古老生命形态的一种遗存。主要是指病毒 (virus)，也包括类病毒 (viroid)，是重要的微生物类型。但这些已知的非细胞生命形态不能独立 进行生命活动，必须依赖细胞来进行复制。
病毒是由 一 个 核 酸 分 子 (DNA 或 RNA) 和 一 个 蛋 白 质 组 成 的 保 护 性 衣 壳 (Capsid)所构成。病毒营寄生生活，无法独立生长和复制，必须依赖于宿主的细胞系统进行自我复制。
病毒可以感染几乎所有具有细胞结构的生命体。最早被发现的病毒 是烟草花叶病毒，由荷兰人 MartinusWillem Beijerinck于1899年发现并命名。迄今已 有超过5000种类型的病毒得到鉴定。
类病毒是1971年由美国植物理学家 Diener及其同事在研究马铃薯纺锤块茎病 (potatospindletuberdisease)病原时被发现的。类病毒是已知的最小的感染性病原体，仅由短链的环状单链 RNA 组成，没有蛋白质外壳。主要为植物病原体，有些是动物病原体。类病毒基因组非常小，仅有几百个碱基，不编码任何蛋白质，但类病毒会引起植物基因序列的甲基化，或诱导 RNA 沉默，引起细胞基因转录的失败。与病毒相似， 类病毒营寄生生活，不能独立生长和复制，必须依赖于宿主的细胞系统进行自我复制。
现代的非细胞生命形态 (如病毒和类病毒)与宿主细胞之间存在密切联系。它们 对宿主细胞的感染能力具有物种特异性，这依赖于其与宿主细胞蛋白的相互作用。
章节测验
