细胞生物学第1章 (PPTminimizer).ppt

1 CHAPTER1OverviewofCells 2 1 1DISCOVERYOFCELLSANDFORMULATIONOFTHECELLTHEORY1 2BASICPROPERTIESOFCELLS1 3MOLECULARCOMPOSITIONOFCELLS1 4TYPESOFCELLSANDSTRUCTURESYSTEMS1 5VIRUSES NONCELLULARLIFE1 6EVOLUTIONOFCELLULARLIFE OUTLINE 3 1 1DISCOVERYOFCELLSANDFORMULATIONOFTHECELLTHEORY1 1 1DiscoveryofCells第一个发现细胞的是英国学者胡克 RorbertHooke 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 1674年 荷兰布商列文虎克 AntonvanLeeuwenhoek 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 4 1 1 2FormulationoftheCellTheory 1838年 德国植物学家施来登 MathiasSchleiden 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 TheodorSchwan首次提出细胞学这个名称 并提出了细胞学说的前两条原理 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 1858年 德国医生和病理学家魏尔肖 RudolfVirchow 对细胞学说进行了重要补充并提出 一切细胞产自细胞 5 1 1 3BriefHistoryofCellBiology 细胞的发现及细胞学说的创立 1665 1858 1875 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 6 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 7 重要细胞器的发现 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 8 实验细胞学时期 1900 1953 experimentalcytology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 9 cytogenetics的研究 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 cytochemistry的研究 10 细胞生物学的诞生 MolecularBiology1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结模型标志分子生物学的诞生 CellBiology1965年 D P Derobetis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 MolecularCellBiology80年代开始出现了分子细胞生物学 11 1 2BasicPropertiesofCells 1 2 1CellsHaveMembraneBarriers 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 CellPlasma 是指细胞内除核以外的原生质 即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分 Protoplast 1 2 2CellsPossessaGeneticsProgram GeneticInformationFlow 12 1 2 3CellsHaveRibosomes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 4CellsAreCapableofProducingMoreofThemselves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 13 1 2 5CellsCarryOutaVarietyofChemicalReactions1 2 6MotilityofSomeTypeisaCharacteristicofVirtuallyAllCells 14 1 2 7OtherPropertiesofCells CellsShapesAndCellsSizes CellsShapes细胞的形态与功能相适应 15 细胞维持体积的相对恒定 典型的原核细胞直径平均在1 10 m之间 而真核细胞的直径平均为3 30 m 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5cm 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 16 细胞维持体积相对恒定的两个因素是 RelationshipBetweenCellsVolumeAndCellSurfaceArea ConcentrationofSomeImportantMolecules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 17 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500 1000种不同类型的酶和蛋白质 18 细胞表面积与体积的关系 19 细胞的计量单位细胞大小的计量单位 一般都用微米计算 自使用电子显微镜后又提出埃 Angstrom 为超显微结构计量单位 现在常用的国际单位是纳米 nanometre 1毫米 1000微米 m 1微米 10000埃 1000纳米 nm 1纳米 nm 10埃1埃 0 1纳米 nm 20 1 3MolecularCompositionofCells 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7070无机盐11混合的小分子代谢物33蛋白质1518磷脂23其它脂 2多糖22RNA61 1DNA10 25 21 MolecularBasisofCells 22 1 3 1 SmallBiologicalMolecules 无机物细胞中的无机物主要是水和无机盐 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 ChemicalReactantandSolvent 水在细胞中的作用 23 水的溶剂作用 24 根据无机离子在细胞内的作用分为四大类 大分子的结构成分 主要是C H N O P S等 各种酶反应所需的主要离子 包括Ca2 Cu2 Mg2 K Na Cl 等 各种酶活性所需的基础微量元素 包括Co2 Cu2 Fe3 Mn2 Zn2 等 某些生物特殊需要的微量元素 如碘 铯 溴等 25 无机离子的功能有 维持细胞内外液的pH和渗透压 以保持细胞的正常生理活动 同蛋白质或脂类结合 组成具有特定功能的结合蛋白 参与细胞的生命活动 是酶反应的辅助因子 26 有机化合物 细胞内有四类有机小分子 Sugars单纯的多糖由许多葡萄糖残基组成 在动物细胞内主要是糖原 在植物细胞内主要是淀粉 FattyAcids脂肪酸是脂的主要成分 是细胞膜的组份 Nucleotides核苷酸是组成核酸的基本单位 AminoAcids细胞内主要有20种氨基酸 它们的差别主要是R侧链不同 决定了氨基酸的化学性质 27 1 3 2BiologicalMacromolecules 细胞内有三种类型生物大分子 NucleicAcids Proteins Polysaccharides 细胞内大约有3000种大分子 生物大分子的功能由构成它们的亚单位的种类和排列顺序决定 28 核酸的结构组成 29 多糖与糖蛋白糖蛋白的功能有 参与细胞粘着 细胞信息的传递 细胞代谢的调控 发育和分化 机体的防御 以及作为机体内外表面的保护及润滑剂 参与细胞识别 是细胞识别机理的必要组分 几乎所有动物细胞表面都有少量糖 它的作用好比是细胞联络的文字或语言 糖基化对蛋白质合成后的加工和运输的影响也是很大的 30 糖原 淀粉和纤维素的结构 31 DNA双螺旋结构 32 Protein细胞内蛋白质的某些功能功能举例功能举例结构材料胶原 角蛋白激素胰岛素 运动肌动蛋白 肌球蛋白物质运输Na K 泵营养储存酪蛋白 信号转导乙酰胆铁蛋白碱受体基因调控Lac操纵子渗透压调节血清白蛋白免疫作用抗体毒素白喉和霍乱毒素电子转移细胞色素酶 催化作用 氧化还原酶 连接酶等 33 组成蛋白质的基本构件只是20种氨基酸 为什么蛋白质却具有如此广泛的功能 结构域 domain 结构域是指生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域 34 蛋白质的结构域 35 1 3 3AssemblyofCellStructureSystems 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 36 细胞的结构水平 37 装配模型 templateassembly enzymaticassembly selfassembly 反应复合物的组装及其在生命活动中的作用 如DNA转录起始复合物 primosome mRNA拼接复合物 splicesome 的装配 38 转录起始复合物的组装 39 剪接体的组装 40 mycoplasma 是最简单的原核细胞 直径为0 1 0 3 m 具有细胞质膜 但没有细胞壁 环状双螺旋DNA 没有拟核 能指导合成750多种蛋白质 惟一的细胞器是核糖体 每个细胞中约有800 1500个 具感染性 可在培养基上培养 培养细胞很容易被支原体污染 污染源主要是血清 41 ATypicalMycoplasmaCell 42 Bacteria 细菌细胞质膜的多功能性 mesosome 中膜体又称间体或质膜体 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 43 细菌的模式图 44 ATypicalBacteriaCell 45 1 4 2EukaryoticCellsandTheirStructuralSystems BiologicalMembraneStructureandFunction MembranesDefineBoundariesandServeasPermeabilityBarriers MembraneAreSitesofSpecificFunctions MembraneRegulatetheTransportofSolutes MembraneDetectandTransmitElectricalandChemicalSignals 46 ATypicalAnimalCell 47 ATypicalPlantCell 48 GeneExpressionSystem该系统又称为颗粒纤维结构系统 该系统包括细胞核和核糖体 49 纤维结构 50 颗粒结构 51 CytoskeletalSystem 细胞骨架是蛋白与蛋白搭建起的网络结构 包括细胞质骨架和细胞核骨架 细胞骨架系统首要作用是维持细胞的一定形态 细胞内物质运输的动脉 细胞内基质区域化 帮助细胞移动或行走 主要成分 微管 微丝和中间纤维 52 CytoskeletalFunctions 53 1 4 3真核与原核 植物与动物细胞比较 ComparisonofSomePropertiesofProkaryoticandEukaryoticCells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 都有核糖体若是从进化上进行比较 你能说些什么 54 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菌 蓝藻和支原体原生生物 真菌 植物和动物细胞大小较小 1 10 m 较大 一般5 100 m 细胞膜有 多功能性 有核糖体70S 由50S和30S两个80S 由60S和40S两个大小大小亚基组成 亚基组成 细胞器极少有细胞核 线粒体 叶绿体 内质网 溶酶体等细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁染色体一个细胞只有一条一个细胞有两条以上的染色双链DNA DNA不与或DNA与蛋白质联结在一起很少与组蛋白结合DNA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 55 ComparisonofSomePropertiesofAnimalandPlantCellsOrganellesAnimalCellsPlantCellS细胞壁无有叶绿体无有液泡无有溶酶体有无圆球体无有乙醛酸循环体无有通讯连接方式间隙连接胞间连丝中心体有无胞质分裂方式收缩环细胞板 56 1 4 4WhatAreVirus VirusesAreInfectiousAgentsThatAreSmallerThanCellsVirusesReproduceinsideLivingCells adsorption penetration replication maturation release 57 VirusesStructures 58 病毒生活史 59 非典 WhatIsSARS SevereAcuteRespiratorySyndrome 重型急性呼吸综合征 经诊断是由冠形病毒引起的病毒病 60 动物病毒进入细胞主要的三种方式 61 流感病毒的吞入式侵入 62 病毒的成熟释放 高尔基体途径 63 病毒感染周期 64 冠状病毒粒子的形态与结构 冠状病毒粒子呈球状 形似冠状而得名 其直径为60 220nm 有包膜 包膜上有2 3种糖蛋白 65 冠状病毒的形态结构 66 冠形病毒的形态结构 67 膜蛋白M membraneprotein M M糖蛋白横穿包膜 它共有三个结构域 一是暴露于包膜外的短N末端区 二是跨膜域 三是位于包膜内的长C末端区 M蛋白在N末端的丝氨酸或苏氨酸残基上可以产生糖基化 M蛋白的作用是出芽和病毒包膜的形成 突起蛋白S spikeprotein S 以前称为E2 S蛋白突起具有多方面的功能 它负责结合敏感细胞受体 诱导病毒包膜和细胞膜以及细胞之间的膜融合 作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应 68 冠状病毒基因组的结构 冠状病毒基因组为 ssRNA 长约27 31kb 在所有的RNA病毒中 冠状病毒的基因组最大 其基因组5 端有帽子结构 3 端有poly A 尾 紧接帽子结构之后是60 80个碱基的先导RNA序列和200 500个碱基的非编码区 病毒基因组包含数目不等的ORFs 在各个ORF之间有基因重叠区或基因间隔序列 intergenicsequence 69 冠状病毒的复制和成熟 70 冠状病毒感染的病理 Respiratoryinfections common includingSevereAcuteRespiratorySyndrome SARS Entericinfections occasional mostlyininfants 12months Neurologicalsyndromes rare 71 冠状病毒 SARS的起因 SARS临床症状SARS 我国称为非典型肺炎 国际称为严重急性呼吸综合征 SevereAcuteRespiratorySyndrome 潜伏期 2 7天 患者通常有高于38度的发热并会伴有寒颤 或者其他如 头痛 倦怠和肌痛 典型的病例通常不会有皮疹 神经系统症状和肠胃系统的症状 少数