细胞生物学--第一章 细胞概述.ppt

细 胞 生 物 学 Cell Biology 1 -、课程内容 第一章 细胞概述 第二章 细胞生物学研究方法 第三章 细胞质膜与跨膜运输 第四章 细胞环境与互作 第五章 细胞通讯 第六章 核糖体 第七章 线粒体 第八章 叶绿体 第九章 内膜系统与蛋白质分选 第十章 细胞骨架与细胞运动 第十一章 细胞核与染色体 第十二章 细胞周期与分裂 第十三章 胚胎发育、分化与调控 第十四章 细胞衰老、死亡与癌变 部分自学 全部自学 一 二 三 四 五 全部自学 2 教 材 3 参 考 书 4 参 考 书 5 参 考 书 6 参 考 书 7 Chapter 1 细 胞 概 述 8 1.1 细胞的发现及细胞学说的创立 1.2 细胞的共性 1.3 细胞的分子基础 1.4 细胞的类型和结构体系 1.5 病毒非细胞的生命体 1.6 细胞生命的进化 纲 要 9 细胞（cell） 细胞是由膜包围着含有细胞核（或拟核）的原生 质所组成，是生物体结构和功能的基本单位，也是生 命活动的基本单体。细胞能够通过分裂而增殖，是生 物体个体发育和系统发育的基础。 非细胞生命体： 病毒 类病毒 朊病毒 10 第一个发现细胞的是英国学者胡克(Robert Hooke) 。 1665年，胡克发表了Micrographia一书, 报道用自制的显微镜(30倍)观察栎树软木塞切 片时发现“cella”。 1.1 细胞的发现及细胞学说的创立 1.1.1 细胞的发现 (死细胞细胞壁) 11 胡 克 自 制 的 显 微 镜 30 12 1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)观 察到池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动 物的精子。 (活细胞) 13 1676年，列文虎 克，荷兰人首次观 察到了细菌。他没 有上过大学，是一 个只会荷兰语的小 商人，但却在1680 年被选为英国皇家 学会的会员。 14 1.1.2 细胞学说的创立 1838年, 德国植物学家施来登(Mathias Schleiden)发表论文指出植物是由细胞构成的; 1839年,德国动物学家施旺(Theodor Schwan) 首次提出细胞学这个名称, 并提出了细胞学说的 15 前两条原理 所有的生物都是由一个或多个细胞组成的； 细胞是生命的基本单位; 细胞学说 (Cell Theory) 1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow)对细胞学说进行了重要补充并提出 一切细胞来自于细胞。 16 1.1.3 细胞生物学发展简史 （1）细胞的发现及细胞学说的创立 (1665 18391858 1874) 这个时期的主要事件就是上面所述的 细胞的发现、细胞学说的提出等。 17 （2）细胞学的经典时期(1875-1900) 原生质(protoplasm)理论的提出 在动物、植物中发现“肉样质”的物质,并 命名为“原生质”; 1861年舒尔策提出原生质理论:有机体的 组织单位是一小团原生质, 这种物质在一般有 机体中是相似的。并把细胞明确地定义为: “ 细胞是具有细胞核和细胞膜的活物质”。 18 1883年范.贝内登和博费里在动、植物细胞中发 现了中心体; 1888年沃尔德耶提出染色体概念; 1894年范.阿尔特曼发现了线粒体; 1898年高尔基(Golgi)发现了高尔基体。 重要细胞器的发现 19 （3）实验细胞学时期(1900-1953) experimental cytology 是指采用实验的手段研究细胞学的问 题，即从形态结构的观察深入到生理功能 、生物化学及遗传发育机理的研究。 20 细胞生理学（cytophysiology）的研究 1912年, Carrel研制成Carrel培养瓶,采用 严格的组织培养技术,成功地培养了鸡胚胎成 纤维细胞持续了34年之久(1912-1946); 细胞化学（cytochemistry）的研究 细胞遗传学（cytogenetics）的研究 21 分子生物学（Molecular Biology） 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结模型标志 分子生物学的诞生； （4）细胞生物学的诞生 细胞生物学（Cell Biology） 1965年，DPDerobetis将其普通细胞学改为 细胞生物学，标志着细胞生物学的诞生； 分子细胞生物学（Molecular Cell Biology ） 80年代开始出现了分子细胞生物学。 22 1.2 细胞的共性 1.2.1 细胞都有选择透性的膜结构 原生质（Protoplasm）：被质膜包裹在细胞内的所有 的生活物质，包括细胞核和细胞质。 细胞质（Cell Plasma or cytoplasm)：细胞中细胞核以 外和细胞膜以内的原生质部分,包括胞质溶胶和细胞器 。 原生质体（Protoplast）：植物细胞和细菌等在酶的作 用下脱去细胞壁后剩余部分称为原生质体，原生质体是 一个工程学概念。 23 1.2.3 细胞都具有核糖体 细胞功能的体现者是蛋白质(包括酶)，蛋白 质是在核糖体上合成的。 1.2.2 细胞都具有遗传物质 都有DNA和RNA 遗传信息流 24 细胞能够用一分为二的分裂方式进行增殖 ，动、植物细胞、细菌细胞都是如此。 1.2.5 细胞都能进行新陈代谢 1.2.6 细胞都具有运动性 1.2.4 细胞能够进行自我增殖和遗传 25 1.2.7 细胞的其它特性 细胞的形态 细胞的形态与 功能相适应 个体中不同组织的细胞形态 26 Red Cell27 Neuron 28 Human egg and sperm 29 典型的原核细胞直径平均在110m之间，而 真核细胞的直径平均为330m; 某些不同来源的细胞大小变化很大,如人的卵细 胞直径只有0.1mm,而鸵鸟的卵细胞的直径则有 0.5cm; 细胞的大小及体积相对恒定 30 同类型细胞的体积一般是相近的,不依生物个体 的大小而增大或缩小。如人、牛、马、鼠、象的 肾细胞、肝细胞的大小基本相同; 器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数 量成正比,而与细胞的大小无关，把这种现象为“ 细胞体积的守恒定律”。 31 细胞维持体积相对恒定的两个因素是: 细胞体积与表面积的关系 细胞 表面 积与 体积 的关 系 32 细胞内关键分子的浓度 一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积 增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些重要的生化 反应需要一定的浓度才能进行，所以细胞内分子浓度就成 了细胞体积无限增大的一个限制因素。 真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题? 33 细胞不仅对其体积的增大有限制，而 且对细胞变小也有限制。为什么？ 一个生活细胞要维持正常的独立生活功 能，最低限度需要5001000种不同类型 的酶和蛋白质。 34 微米(m) 纳米(nm) 埃 () 细胞的计量单位 =10 6 m =10 9 m =10 10 m 35 1.3 细胞的分子基础 细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比 物质 细菌 哺乳动物 水 70 70 无机盐 1 1 代谢物 3 3 蛋白质 15 18 磷脂 2 3 其它脂 2 多糖 2 2 RNA 6 1.1 DNA 1 0.25 36 细胞中的水以两种形式存在: 游离水 和 结合水 水的作用机制： 反应剂 和 溶剂 水在细胞中的作用: 1.3.1 细胞中的水 37 水 的 溶 剂 作 用 38 1.3.2 无机盐 无机离子在细胞内的功能和作用 39 有机化合物:细胞内有四类有机小分子: 糖类（Sugars） 脂肪酸（Fatty Acids） 核苷酸（Nucleotides） 氨基酸（Amino Acids） 1.3.3 有机小分子 40 细胞内有4种类型生物大分子: 核酸 （Nucleic Acids） 蛋白质（Proteins） 多糖（Polysaccharides） 某些类型的脂类 1.3.4 生物大分子 41 核 酸 的 结 构 组 成 42 糖原、淀粉和纤维素的结构 糖原 淀粉 纤维素 43 1.3.5 细胞结构体系组装 四级装配 第一级:小分子有机物的形成; 第二级:小分子有机物组装成生物大分子； 第三级:由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构 ； 第四级:由生物大分子组装成具有空间结构和生物功 能的细胞器。 44 细 胞 的 结 构 水 平 45 取拇指的一块皮肤组织，进行逐级10倍放大，最后显示的构成组织的原子 构成细胞的原子及其组织 46 模板组装（template assembly）； 酶效应组装（enzymatic assembly）； 自组装（self assembly）。 DNA转录起始复合物(primosome) mRNA拼接复合物(splicesome) 装配模型 47 DNA转录起始复合物(primosome) 48 mRNA拼接复合物(splicesome) 49 1.4 细胞的类型和结构体系 1.4.1 原核细胞 （prokaryotic cell） 没有明显可见的细胞核，同时也没有 核膜和核仁只有拟核。 最复杂的原核细胞是 ： 最简单的原核细胞是 ： 蓝细菌 支原体 真细菌(eubacteria) 古细菌(archaebacteria) 50 细菌细胞质膜的多功能性 中膜体（mesosome） 中膜体又称间体或质膜体, 是细菌细胞质膜向细 胞质内陷折皱形成的 每个细胞有一个或数个; 其中含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶,为细胞提供 呼吸酶; 具有类似线粒体的作用,故称为拟线粒体 。 细菌（Bacteria） 51 细 菌 的 模 式 图 52 A Typical Bacteria Cell 53 细菌质膜参与DNA的复制与分配 衣帽钩 54 是最简单的原核细胞，直径为0.10.3 m; 具有细胞质膜，但没有细胞壁; 环状双螺旋DNA，并均匀地分布在细胞内，没有 拟核 惟一的细胞器是核糖体 具感染性,可在培养基上培养。 支原体（mycoplasma） 55 A Typical Mycoplasma Cell 56 1.4.2 真核细胞(eucaryotic cell) 有明显可见的细胞核、核膜和核仁和核基质。 动物细胞 植物细胞 单细胞生物和原生生物 （酵母） 57 A Typical Animal Cell 58 A Typical Plant Cell 59 动物细胞与植物细胞比较 细胞器 动物细胞 植物细胞 细胞壁 质体（叶绿体、有色体、白色体） 乙醛酸循环体 中央液泡 圆球体 糊粉粒 溶酶体 中心体 通讯连接方式 胞质分裂方式 无有 无有 无有 无有 无 有 有 无 有无 间隙连接胞间连丝 收缩环细胞板 无有 60 生物膜体系 1.4.3 真核细胞的结构体系 遗传信息表达体系 该系统包括细胞核和核糖体。 61 纤 维 结 构 62 细胞骨架体系 63 原核细胞与真核细胞比较(相同点) 功能上的共同点 结构上的共同点: 都是生命的基本结构单位； 都有细胞膜； 都能进行分裂； 都有DNA和RNA； 都能遗传。 都有核糖体 1.4.4 真核与原核细胞比较 64 原核细胞与真核细胞比较(不同点) 原核细胞 真核细胞 代表生物 细胞大小 细胞膜 核糖体 细胞器 细胞核 染色体 DNA 细菌、蓝藻和支原体植物、动物、原生生物、真菌 较小(1-10m)较大(10100m) 有(多功能性) 有 70S(50S+30S)80S(60S+40S) 极少有线粒体、叶绿体、内质网、溶酶体等 无核膜和核仁有核膜和核仁 一个细胞只有一条双链DNA, DNA不与或很少与组蛋白结合 一个细胞有两条以上的染色体 DNA,DNA与蛋白质联结在一起 环状，存在于细胞质很长的线状分子，含有很多非 编码区，并被核膜所包裹。 65 1.5 病毒 病毒(virus)主要是由一个核酸分子(DNA或RNA) 与蛋白质构成的核酸蛋白质复合体，较特殊 的情况有类病毒和朊病毒。 类病毒（viroid），仅有一个有感染性的RNA构成。 朊病毒 (prion)，仅有感染性的蛋白质构成。 没有细胞结构，比细胞更小 不能独立生存，只能在活细胞中增殖 66 67 流感病毒粒子 68 SARS 69 抗击SARS的攻坚战 寻找病源与病原 快速诊断 研制疫苗 70 果子狸,人类SARS毒源? 71 习 题 一、名词解释 细胞（cell） 原生质（protoplasm ） 细胞质（cytoplasm) 原生质体（protoplast ） 细胞学说（cell theory） 中膜体（mesosome） 72 二、填空 1. 1665年，英国学者 首次发现细胞，他看到是 细胞