原核细胞与真核细胞

nullnull试验路径 之真核细胞起源篇陈京null 陈京先生简历： 现就读于首都师范大学 生命科学学院02级一班 null细胞 生物真细菌：具有原核生物的构造真菌原核 生物古细菌：真核 生物植物动物结构、能量产生与新陈代谢和真细菌相似 复制、转录和翻译则更类似真核生物原生生物(包括藻类和原生动物)细胞的分类：原核细胞与真核细胞 原核细胞与真核细胞 原核细胞（Prokaryotic cell） 古细菌 （Archaebacteria） 真核细胞（Eukaryotic cell）\null基本特点：  遗传的信息量小，一个环状DNA构成；  细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功 能的细胞器和细胞核膜。 主要代： 支原体（mycoplast）——最小最简单的细胞； 真细菌 蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria） 原 核 细 胞null真核生物直径：10~100μm； 质膜 细胞质 细胞骨架纤维 线粒体 粗面内质网 高尔基复合体 微体 中心粒 细胞核 构造核膜 核质 核仁真核细胞 真核细胞 真核细胞的基本结构体系 细胞的大小及其分析 原核细胞与真核细胞的比较 真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统； 以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。 细胞的大小及其分析 细胞的大小及其分析 各类细胞直径的比较细胞和细胞组分的相对大小原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞与真核细胞基本特征的详细比较 原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的详细比较 植物细胞与动物细胞的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较 原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较 植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较细胞壁 液泡 叶绿体 null古细菌直径：1~10μm ； 构造：与真细菌相似； 场所：常生活在极端环境中；特点代表：甲烷球菌的基因组有1740kb，编码1738种蛋白质。具有独特的生化性质（例如膜脂由醚键连接而非酯键） 直径、结构、能量产生与新陈代谢和真细菌相似复制、转录和翻译则更类似真核生物古细菌 古细菌 古细菌（archaebacteria）与真核细胞曾在进化上有过共同历程 主要证据 系统进化树主要证据主要证据（1）细胞壁成分与真核细胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素， 抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对古细菌与真核细胞无作用。 （2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。多数古核细胞的基因组中存在内含子。 （3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。 （4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（70～84）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。 （5）5S rRNA：根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。 除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。nullnullnull植物细胞和动物细胞nullnullnull两类基本的细胞：原核细胞和真核细胞的区别：   原核细胞和真核细胞区别于它们的大小、内部结构或细胞器，尤其是原核细胞没有核膜而真核细胞有核膜。 A．细菌属于原核细胞，它们起源于35亿年前，原生生物，真菌，　 植物及动物均属于真核细胞。最早的真核细胞起源于15亿年前。 B．原核细胞和真核细胞的不同特性： 　　1.复杂性： 原核细胞的结构和功能都及其简单，而真核细胞　　　　　　　就复杂的多（真核细胞的三种结构系统：遗传系统　　　　　　　膜系统，骨架系统） null2．基因物质：所有的细胞都通过遗传密码（DNA）储存它们的遗传信息。 (1)包被：原核细胞只有类核区；而真核细胞具有由核膜包被的 细胞核。 (2)数量：真核细胞含有的DNA/RNA远比原核细胞多的多。 (3)构成：真核细胞具有大量由DNA及蛋白质组成的染色体；而 原核细胞仅有一个单链，“裸露”的DNA染色体。 3.细胞质：真核细胞具有膜包被的细胞器及细胞骨架蛋白；原核细胞都没有。两者都具有核糖体，但在大小上不同。 4.细胞繁殖：真核细胞是有丝分裂；原核细胞只是简单的（无丝）分裂。 5.细胞运动：真核细胞具有细胞质运动及纤毛和鞭毛运动；原核细胞虽具有鞭毛，但其蛋白组成、运动形式及机制与真核的鞭毛不同nullnull贾第鞭毛虫贾第鞭毛虫nullnull真细菌直径：1~10μm； 构造：细胞壁(cell wall)、质膜(plasma membrane) 、细 胞质、质粒、核糖体(ribosomes)和环状染色体 (nuclecid) 组成的单细胞或多细胞，其表面可能带有纤 毛(pill)和鞭毛(flagella)；场所：存在于从动物内脏到酸性温 泉等各种适宜环境中； 代表：大肠杆菌。大肠杆菌有一 个4600kb的基因组，携带 足以编码约3000种蛋白质 的遗传信息。nullnull我们已经知道细胞可以分为两种类型：原核细胞和真核细胞。自从这种有细胞结构的生物的分类方式被提出来以后，生物学家就已经被“真核细胞究竟是如何起源的”这一问题所困扰。null 近二十年来，有越来越多的迹象表明： （1）原核细胞出现于真核细胞之前 （2）真核细胞是由原核细胞进化而来 的。null最直接的证据来源于早期的化石记录。这些化石记录显示：最早的原核细胞大约在35亿年前出现，比真核细胞的出现早10~20亿年。 另一个显著的证据是：两种类型的细胞彼此间有许多共性（例如 ：非常相似的遗传密码、代谢所需的酶系、某些生化反应途径以及膜系统等），使得二者在结构、功能的进化上有较为紧密的联系。 null1970年以前，人们曾普遍认为由原核生物到真核生物的进化是一个渐进的过程。在此过程中，真核细胞的细胞器逐渐复杂化。 null但是，自从Lynn Margulis的研究结果发表以后，这一理论被戏剧性的驳回了，Lynn Margulis指出：真核细胞中的某些细胞器（尤其是线粒体和叶绿体）是从体积更加微小的原核细胞通过寄生在体积较大的宿主细胞质中进化而来的。这一假说被称为内共生学说，它向人们解释了许多单个的、独立的原核细胞进化成具有共生关系的新的体系—真核细胞的详细过程。 null根据科学家的推测，最早的原核细胞是一种异养厌氧型细胞，之所以是异养，是因为它们不能以无机物（如H2O、CO2）为原料合成有机物，而只能以环境中现成的有机物作为其能量来源；之所以是厌氧，是因为它们在从食物中获取能量时并不需要氧气的帮助。由于这些细胞是当今所有生物的共同祖先，故它们必须拥有许多与现今的生物细胞相同或相近的特征。null根据内共生学说的描述，一个体积较小、好氧的原核细胞被另一个巨大的异养厌氧的原核细胞所吞噬，但它并未在细胞质中被保留下来，作为永久的“定居者”。随着宿主细胞分裂，这些好氧的原核细胞也开始繁殖。 null于是，这一内共生体细胞——原始的真核细胞也就逐渐形成了大的群体，并被选择下来。在若干世代以后，这种好氧的细胞便渐渐丧失了某些能够维持自身生存的功能，但其有氧呼吸的特性却被一直保留至今，形成了今天我们经常提到的线粒体(mitochondrion)。null线粒体 null这种由一系列内共生事件所形成的真核细胞构成了一部由基本的细胞器所主导的进化历程。但诸如膜系统的进化则被认为是一个渐进的进化过程的产物，而非某一单一的内共生现象的结果。 null例如，根据科学家的推测，核被膜和内质网就是由一部分细胞质膜内陷并被修饰而形成的不同类型的膜。这些拥有不同区室的细胞很可能是异养真核生物（如真菌和单细胞原生动物）的祖先，时间可以追溯到18亿年前。 null由早期的异养的真核细胞转变为可进行光合作用的真核细胞的过程涉及到另外一种内共生体的获得这种内共生体以光合细菌为代表。绿藻及一切绿色植物都是由这一过程进化而来的。 先进的叶绿体正是某些原始光合细菌的后裔。由于叶绿体只出现在绿藻及绿色植物细胞中，而不出现于其他细胞，故叶绿体(chloroplast)的获得一定是在一系列内共生事件中发生得最晚的一件。 null叶绿体：A plant specific organelle （类囊体）（基粒）Photosynthesis, the light-dependent assimilation of CO2 and H2O to form carbohydrates and O2 null通过比较可知，现今的所有真核细胞可以分为两大类：一类是具有线粒体而无叶绿体的细胞，它们并未发生过光合细菌内共生的现象；另一类则是既具有线粒体又具有叶绿体的细胞，它们比第一类细胞多经历了一次内共生的过程。 null生物学家把有细胞结构的生物分为原核和真核两大类，其依据是二者的细胞结构的基本差别。而那些反映了进化关系的系统发生的差别，则不能仅仅通过这种分类原则而截然分开。 目前，普遍认为那些现代的真核细胞（除去线粒体和叶绿体成分）是从一组特定的原核细胞祖先进化而来，而大多数现代的原核细胞则是从另一组原核细胞祖先进化而来的。null通过这一结论，我们不难想象，如果某些特定类型的原核细胞是目前真核细胞的祖先，那么这种细胞与真核细胞的亲缘关系将比其与其他类型原核细胞的关系要紧密得多。 null问题来了：如何鉴别在几十亿年前就有所分歧的不同生物（如原核生物和真核生物）之间的进化关系呢？ null在以前，分类学家们通常都是利用不同物种间在解剖及生理上的差别来确定二者在进化上的相关性。 但在1965年，Euckerkand和Linus Pauling提出了一种新的鉴别方法：通过对某些物种生物大分子（蛋白质及核酸）的序列的比较来确定它们之间的亲缘性。 nullDNA突变导致了核酸中核苷酸的顺序的改变，进而引起蛋白质中氨基酸顺序的改变，这些改变造成了不同生物之间的差异性的产生，这种差异性是可以遗传给后代的。 对于一个给定的基因，其突变速率可以在很长一段时期内保持恒定。因此，通过对蛋白质及核酸序列的测定和比较，就可以了解两个不同物种之间亲缘关系的远近。 null例如，倘若两个物种间的亲缘关系很近，也就是说，它们在不久之前有一个共同的祖先，那么，它们之间蛋白质及核酸序列的差别就理应小于亲缘关系较远的两个物种。 null 于是，研究人员就把蛋白质及核酸当作“分子钟”(molecule clock)用来构建能够反映一系列物种进化谱系的“系统发育树(phylogenetic tree)”。 null上个世纪70年代中期，Carl Woese和他的同事开始着手针对位于不同物种核糖体小亚基上的RNA分子序列进行比较学研究，这种RNA被称为rRNA(其沉降系数在原核细胞中为16s在真核细胞中为18s)。null之所以选用rRNA作为分子钟，主要基于以下原因： 1.在所有类型细胞中普遍存在。 2.易被纯化。 3.在漫长的进化历程中，它的突变速率似乎很低且很稳定。 null这意味着它很适合被用来研究物种的亲缘关系，但这种方法的一个主要的不足之处在于费时费力，尤其是在RNA测序时更是如此。 nullWoese的试验程序如下： 1.从某种特定的原核细胞中提取并纯化1bsrRNA 。 2.用TlrRNA酶把rRNA消化成较短的RNA片段（寡聚核苷酸）。 3.将由这些片段构成的混合物进行双向电泳，以使不同的片段得以分离。 4.回收某特定的片段进行RNA测序。 5.从不同物种体内获取相对应的片段，进行序列比较。 null在Woese和他的同事们的研究过程中，他们首先分析了Euglena（一种光合单细胞生物）的叶绿体中存在的16SrRNA。他们发现叶绿体rRNA的序列同光合细菌核糖体的16SrRNA更为接近，而与真核细胞的细胞质中的核糖体18SrRNA相差甚远，这一发现进一步支持了叶绿体内共生起源学说。 null1977年，Woese和George Fox发表了他们在分子进化领域里的划时代的研究成果，他们分析了总共13种不同的原核即真核生物的rRNA的核苷酸序列，每两个物种间的序列比较结果如表所示： null该表的最上边一行与最右边一列分别给出了13个物种间的学名。表中的数字表示相对应的两个不同物种间rRNA序列的相关系数：数值越低，两物种间rRNA序列相似程度越小。 他们发现这13种生物可以分为三组，很明显，同一组内（1—3号，4—9号，10—13号）的物种间rRNA序列的相似程度大于不同组间的相似程度。 null表中所示的第一组只包括真核生物；第二组则包括典型的细菌（革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性细菌及光合细菌）；第三则包括若干类古生菌（如产甲烷菌）null于是Woese和Fox得出结论：古生菌与真核生物在进化上似乎更为接近，而与真细菌的关系较为疏远。null真细菌、古细菌和真核生物的关系Phylogenetic tree determined by rRNA sequence comparisons (rRNA序列比较得到的系统发育树）null真核生物源起新发现 UCLA的Jim Lake和Maria Rivera的研究显示，如人体内的复杂真核细胞，可能是由远古的细菌和古细菌间基因组合而成。 此发现对真核细胞来自于结合较简单生物进行共生的起源提供了强力的证据。 null细菌和古细菌为原核生物，细胞内不同于真核生物，不具分隔的细胞核与胞器。Lake说：“真核生物的来源是生物学上一大疑问。现在我们了解其来自两个祖先。 研究结果显示，至少在二百万年前，此两类不同的原核生物，基因组融合形成第一个真核生物。” null此研究由美国国家科学委员会所资助，以探讨地球生命演进的历史过程。DNA技术能更精确的检测遗传物质，而能提供各生物间更详细的遗传关系。 Lake和Rivera分析和比较了30种包括真核生物、细菌、和古细菌等的基因组。研究人员利用计算机产生基因组合，以显示现真核生物最可能的祖先。null研究人员也发现基因能够“水平”传递，而非透过亲代遗传给后代，在生物间基因交换的过程中具有重要角色。 null中国生物信息： http://www.biosino.org/ 分子生物学信息网 ：http://www.37c.com.cn 生命科学商务网： http://www.e800b2b.com 生物软件网 http://www.bio-soft.net/ www.google.com 中华基因网：http://www.chinagenenet.com/ Celera Genomics Education (赛莱拉）: http://www.celera.com/genomics/geneed/c/c/geneed/geneed.cfm Biology Animation Library （冷泉港）: http://vector.cshl.org/resources/BiologyAnimationLibrary.htm参考网站null谢谢大家能 坚持到现在！null