【重点提要】

细胞的发现及细胞学说的建立；细胞生物学发展简史。

细胞的基本共性；细胞是生命活动的基本单位；原核细胞、古核细胞与真核细胞；病毒与细胞的关系。

【基本概念】

1．  细胞生物学（cell biology）：是应用现代物理学与化学的技术，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。它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、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。

2．  细胞学说（cell theory）：是关于生物有机体组成的学说，包括三个基本内容：所有生命体均由单个或多个细胞组成；细胞是生命的结构基础和功能单位；细胞只能由原有细胞分裂产生。

3．  原核细胞（prokaryotic cell）：因没有典型的核结构而得名。主要特征是没有明显可见的细胞核，也没有核膜和核仁，只有类核或拟核，进化地位较低。它包括支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌与蓝藻等多个家族。原核生物几乎都由单个原核细胞构成。

4．  古核细胞（古细菌，archaeobacteria）：具有不同于原核和真核细胞的特征，多生活在极端特殊的环境中，在系统发育上既不属真核生物，也不属原核生物。

5．  真核细胞（eukaryotic cell）：具有典型的细胞结构，有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质；遗传信息量大，细胞质中含有一些膜性细胞器。包括植物细胞、动物细胞、原生生物细胞和真菌细胞等。

6．  病毒（virus）：是由核酸（DNA或RNA）与一种或多种蛋白质构成的非细胞形态的、营寄生生活的生命体，必须在细胞内繁殖才能表现出其生命特征。有些病毒还具有来自于细胞、主要成分为脂质与蛋白质的脂双层囊膜。病毒是迄今发现的最小、最简单的有机体。

【知识点解析】

（一）细胞学与细胞生物学

1.      细胞的发现

1665年，英国学者胡克（Robert Hooke）发现了细胞。胡克发表的著作《显微图谱》中描述了用自制显微镜（放大倍数为40～140倍）观察软木（栎树）的薄片中植物细胞的构造，并首次借用拉丁文cellar（小室）这个词来描述他所看到的类似蜂巢状结构（实际上只是观察到纤维质的细胞壁）。荷兰学者列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）用设计更好的显微镜，观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并于1674年在观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。

2.      细胞学说的建立及其意义

19世纪30年代及之前，是细胞认识阶段。1838-1839年由德国植物学家施莱登和动物学家施旺共同提出了细胞学说，1858年德国医生和病理学家魏尔肖进行了补充。

3.      从经典细胞学到实验细胞学时期

从19世纪30年代到20世纪中期，主要进行细胞形态显微结构的研究。从原生质理论的提出、细胞分裂的研究到各种重要细胞器相继被发现，逐渐丰富了人们对细胞的基本认识。

实验细胞学与细胞学的分支及其发展：O. Hertwig采用实验方法研究海胆和蛔虫卵发育中的核质关系，创立了实验细胞学。此后，实验的手段与分析的方法被广泛应用来研究细胞学中的一些重要问题，为细胞学的研究开辟了一些新的领域，并与生物学其他领域相结合，形成了一些重要的分支学科，如细胞遗传学、细胞生理学以及细胞化学等。

4.      细胞生物学学科的形成与发展

20世纪50年代以来，随着电子显微镜超薄切片技术的发展和细胞超微结构的发现，为细胞生物学学科早期的形成奠定了基础。随着分子生物学学科的问世和分子生物学概念与技术的引入，以及分子生物学、生物化学、遗传学等学科与细胞学之间相互渗透与结合，使人们对细胞结构与功能的研究水平达到了新的高度。20世纪70年代以后，细胞生物学这一学科最后得以形成并确立。20世纪80年代出现的分子细胞生物学代表了细胞生物学的主要发展方向。

（二）细胞是生命活动的基本单位

1.      细胞的基本共性

（1）相似的化学组成。

（2）脂-蛋白体系的细胞质膜。

（3）相同的遗传装置。

（4）一分为二的分裂方式。

2.      细胞的大小

细胞的大小是细胞的重要特征，各类细胞的大小有一定规律。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。细胞的大小主要取决于核糖体的活性，还受到其他多种因素的影响。支原体（mycoplast）是目前发现的最简单、体积最小的细胞。

3.      细胞是生命活动的基本单位

（1）一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的形态结构单位。

（2）细胞是代谢与功能的基本单位。

（3）细胞是有机体生长发育的基础。

（4）细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁。

（5）细胞是生命起源的标志，是生物演化的起点。

（三）细胞的基本类型

1. 细胞的类型与生物界的类群

根据细胞结构上的差异，可以将细胞分为真核细胞（eucaryotic cell）、原核细胞（procaryotic cell）和古核细胞（即古细菌，archaea）三大类。

整个生物界的类群包括3个域：即原核生物、古核生物和真核生物。在此基础上又分为6个界：即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。

2. 两类代表性的原核细胞：细菌和蓝藻

细菌（bacteria）：基本结构包括细胞壁、细胞膜、核糖体和核区等。所有细菌的细胞壁具有的共同成分是肽聚糖。细菌的细胞质膜除了具有选择性交换物质等功能外，膜上丰富的酶系，执行许多重要的代谢功能。细菌细胞没有核膜围绕的典型的细胞核结构，但绝大多数细菌有明显的核区或称类核（nucleoid）。细菌基因组很小，为环状DNA，一般有一个复制起始点。细菌细胞内还存在可进行自主复制的更小的环状DNA 分子，称质粒（plasmid）。细菌以无丝分裂方式进行增殖。

蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria），是自养型原核生物，能进行与高等植物类似的光合作用并放出O₂。蓝藻细胞膜外有细胞壁和一层胶质的鞘。蓝藻的细胞质部分有很多同心环样的膜片层结构，称为类囊体（thylakoid），光合色素和电子传递链均位于此。蓝藻细胞中央部位是遗传物质DNA 所在部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。蓝藻细胞分裂时，细胞中部向内生长出新横隔壁，将中心质与原生质分为两半。

3. 古核细胞（古细菌）

古细菌（archaebacteria）又称为古核生物（archaeon），常常发现于极端特殊环境中。古细菌也有细胞壁，但没有胞壁酸和肽聚糖。古细菌的质膜也由脂类与蛋白质构成，但却具有其独自的特征。古细菌DNA 为环状，有操纵子结构，大部分基因无内含子，有多顺反子mRNA 存在，但一些特征却与真核细胞类似，如DNA 和组蛋白结合成类似核小体结构。多数古细菌类的核糖体虽然也是70S，但其结构和生物学特性更接近于真核生物。

4. 真核细胞

（1）真核细胞的基本结构体系及其组装

在亚显微结构水平上，真核细胞可以划分为三大基本结构系统： ①以脂质及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由特异蛋白质装配构成的细胞骨架系统。

蛋白质，核酸和脂类等生物分子如何逐级组装并最终形成细胞赖以进行生命活动的细胞结构体系，是当前生命科学研究中所面临的基本问题之一。现在已知的生物大分子组装方式，大体可分为自我装配（self-assembly）、协助装配（aided-assembly）和直接装配（direct-assembly）三种。

（2）植物细胞与动物细胞

植物细胞与动物细胞有着基本相同的结构与功能体系。大部分重要的细胞器与细胞结构在动植物细胞中不仅形态结构与成分相同，功能也一样。但是以自养和根植为特征的植物的细胞，在某些方面与动物细胞也表现出明显的区别，如：细胞壁、液泡和叶绿体。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。

5. 原核细胞、古核细胞与真核细胞的比较

原核细胞、古核细胞与真核细胞是三个最基本的细胞类群，它们最根本的区别：（1）细胞膜系统的演化。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。（2）遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。真核细胞的基因组一般远远大于原核细胞的，作为遗传信息载体的DNA 也由原核细胞的环状单倍性变为线状多倍性；基因数量大大增加；细胞核的存在，使真核细胞基因表达实现了多层次调控，远比原核生物精细与复杂，为完成复杂的生命活动提供了基础。真核生物除了编码基因外，还有不编码任何蛋白质或RNA 的基因间隔序列和内含子。很多真核生物成为多细胞生物，细胞出现了显著而复杂的分化。（3）真核细胞发展出一整套复杂精密的体系，严格调控细胞周期的进程，完成细胞增殖。原核细胞的增殖没有严格周期，更无有丝分裂器的出现。

（四）病毒及其与细胞的关系

1.        病毒与细胞的区别

病毒作为非细胞形态的生命体，与细胞的区别主要表现在：（1）病毒很小，结构极其简单，没有核糖体等任何细胞结构，不可能独自进行任何代谢活动，必须在电子显微镜下才能清楚地看到。（2）遗传物载体为DNA 或RNA。每一种病毒粒子中只含有 DNA 或RNA，病毒基因组复制与基因表达必须在细胞内进行，但所有细胞中都含有DNA 和RNA，并以双链DNA 分子作为遗传物质的载体。（3）病毒是以复制和装配的方式进行增殖，而细胞只能以分裂的方式增殖。（4）彻底的寄生性。病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、“原料”、能量与酶系统进行繁殖。

2.        病毒及其在细胞内的增殖

病毒是由病毒的核酸和一种或多种蛋白质组成的。包裹病毒核酸的衣壳（capsid）由蛋白质形成，衣壳与核酸构成病毒的核壳体（nucleocapsid），病毒的衣壳有保护核酸的作用。有些病毒在核壳体之外，还围有脂双层的囊膜（envelope），其主要成分为脂质与蛋白质。脂双层来自于细胞膜，而蛋白质由病毒基因编码。

病毒在宿主细胞内的增殖是病毒生命活动与遗传性的具体表现。病毒增殖的第一步是识别并进入细胞。病毒可以通过不同途径进入宿主细胞，如胞饮。病毒在细胞内的增殖过程是病毒与细胞相互作用的极为复杂的过程，多种病毒感染可诱发细胞凋亡。对病毒与细胞相互关系的研究，极大地推动了细胞生物学研究的进步。

3.        病毒与细胞在起源与演化中的关系

病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点，其中病毒是由细胞或细胞组分演化来的假说，得到了很多实验结果的支持。