王金发细胞生物学课件 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，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；MolecularCellBiology80年代开始出现了分子细胞生物学。,11,1.2BasicPropertiesofCells,1.2.1CellsHaveMembraneBarriersProtoplasm：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：1.2.2CellsPossessaGeneticsProgramGeneticInformationFlow,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,CellsShapesAndCellsSizesCellsShapes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:RelationshipBetweenCellsVolumeAndCellSurfaceAreaConcentrationofSomeImportantMolecules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5001000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0.10.3m;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8001500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,45,1.4.2EukaryoticCellsandTheirStructuralSystemsBiologicalMembraneStructureandFunctionMembranesDefineBoundariesandServeasPermeabilityBarriersMembraneAreSitesofSpecificFunctionsMembraneRegulatetheTransportofSolutesMembraneDetectandTransmitElectricalandChemicalSignals,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(1-10m)较大(一般5100m)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,VirusesAreInfectiousAgentsThatAreSmallerThanCellsVirusesReproduceinsideLivingCellsadsorptionpenetrationreplicationmaturationrelease,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60220nm，有包膜。包膜上有23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2731kb，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(occasionalmostlyininfants12months)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