王金發(fā)《細胞生物學》網絡課件講義全集

1、1細胞生物學講義課程學習：1.細胞概述目錄1.細胞概述1.1細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立1.1.1細胞的發(fā)現(xiàn)1.1.2細胞學說(cellthey)的創(chuàng)立1.1.3細胞學理論對細胞學發(fā)展的推動作用1.1.4細胞生物學發(fā)展簡史1.2細胞的基本功能和特性1.2.1細胞的基本功能1.2.2細胞結構上的相似性1.2.3細胞的形態(tài)1.2.4細胞的大小及體積的恒定1.2.5細胞及細胞器的計量單位1.3細胞的分子基礎1.3.1水是細胞中最主要的物質1.3

2、.2無機鹽1.3.3小分子有機小分子1.3.4生物分子的功能分類1.3.5細胞結構體系的組裝1.4細胞的類型和結構體系1.4.1原核細胞1.4.2真核細胞的兩種主要類型:動物細胞和植物細胞1.4.3真核細胞的結構體系1.4.4真核細胞與原核細胞的比較1.5病毒非細胞的生命體1.5.1病毒是比細胞更小的生命體1.5.2病毒的生活史1.6細胞生命的進化1.6.1細胞生命的起源與進化1.6.2真核細胞的起源1.6.3從單細胞向多細胞進化1.7

3、我國細胞生物學的發(fā)展戰(zhàn)略1.7.1細胞生物學的主要研究內容和發(fā)展方向1.7.2我國細胞生物學發(fā)展戰(zhàn)略學習指導課程學習：1.細胞概述1.1.1細胞的發(fā)現(xiàn)1.細胞概述所有的生物都是由細胞(cell)構成的。除了病毒、類病毒等是非細胞的生命體以外，其它生命有機體的結構和功能單位都是細胞。細菌、酵母等微生物是以單細胞的形式存在，而高等動、植物則是由多細胞構成的，如人大約有31013個細胞，這些細胞組成不同的組織和器官。研究細胞及其生物學功能的科

4、學稱為細胞生物學(cellbiology)。1.1細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立第一個發(fā)現(xiàn)細胞的是英國學者胡克(RbertHooke)，相隔170多年后，德國植物學家施來登(MathiasSchleiden)和動物學家施旺(TheodSchwann)創(chuàng)立了細胞學說。1.1.1細胞的發(fā)現(xiàn)細胞的發(fā)現(xiàn)得益于光學顯微鏡的研制和發(fā)展。第一臺顯微鏡是荷蘭眼鏡商詹森(HansJanssen)在1604年發(fā)明的?！?665年，英國的物理學家胡克用自己設計并

5、制造的顯微鏡觀察櫟樹軟木塞切片時發(fā)現(xiàn)其中有許多小室，狀如蜂窩，稱為“cella“，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)細胞，不過，胡克發(fā)現(xiàn)的只是死的細胞壁(圖11)。胡克的發(fā)現(xiàn)對細胞學的建立和發(fā)展具有開創(chuàng)性的意義，其后，生物學家就用“cell“一詞來描述生物體的基本結構?！?674年，荷蘭布商列文虎克(AntonvanLeeuwenhoek)為了檢查布的質量，親自磨制透鏡，裝配了高倍顯微鏡(300倍左右)，并觀察到了血細胞、池塘水滴中的原生動物、人類和哺

6、乳類動物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細胞。列文虎克把他的觀察結果寫信報告給了英國皇家學會，得到英國皇家學會的充分肯定，并很快成為世界知名人士。胡克和列文虎克發(fā)現(xiàn)細胞的動機是不同的，你對此有何感想圖11胡克所用的顯微鏡及觀察的櫟樹細胞壁課程學習：1.細胞概述1.1.2細胞學說(cellthey)的創(chuàng)立1.1.2細胞學說(cellthey)的創(chuàng)立■1838年，德國植物學家施來登(MathiasSchleiden)提出:盡管植物的不同

7、組織在結構上有著很大的差異，但是植物是由細胞構成的，植物的胚是由單個細胞產生的?！?839年，德國動物學家施旺(TheodSchwann)提出了細胞學說的兩條最重要的基本原理∶①地球上的生物都是由細胞構成的②所有的生活細胞在結構上都是類似的?！?855年，德國醫(yī)生和病理學家魏爾肖(RudolfVirchow)補充了細胞學說的第三條原理:所有的細胞都是來自于已有細胞的分裂，即細胞來自于細胞。細胞學說的創(chuàng)立大大推進了人類對生命自然界的認識，

8、有力地促進了生命科學的進步。恩格斯對細胞學說給予極高的評價，把它與進化論和能量守恒定律并列為19世紀的三大發(fā)明。為什么恩格斯對細胞學說給予與此高的評價課程學習：1.細胞概述1.1.3細胞學理論對細胞學發(fā)展的推動作用1.1.3細胞學理論對細胞學發(fā)展的推動作用細胞科學是實驗科學，而實驗科學的發(fā)展既依賴于實3主要載體。為了保證遺傳信息的準確傳遞，RNA被保留下來，專司遺傳信息的轉錄和指導蛋白質的合成。所以，無論是原核生物還是真核生物都具有DN

9、A和RNA。不過，少數(shù)原始生命形式的病毒，仍然保留RNA作為遺傳信息的載體。■細胞都具有核糖體所有類型的細胞，包括最簡單的支原體都含有核糖體。真核細胞和原核細胞的核糖體不僅功能相同，在結構上也十分相似，都是由大小兩個亞基組成的，只不過原核細胞的核糖體比真核細胞的核糖體稍小一些。課程學習：1.細胞概述1.2.3細胞的形態(tài)1.2.3細胞的形態(tài)細胞具有多種多樣的形態(tài)(圖12)，有球形、桿狀、星形、多角形、梭形、圓柱形等。多細胞生物體，依照細胞

10、在各種組織和器官中所承擔的不同功能，分化形成了各種不同的形狀。這些不同的形狀一方面取決于對功能的適應，另一方面亦受細胞的表面張力、胞質的粘滯性、細胞膜的堅韌程度，以及微管和微絲骨架等因素的影響。圖12不同的細胞形態(tài)舉例說明細胞的形態(tài)與功能是相關的。課程學習：1.細胞概述1.2.4細胞的大小及體積的恒定1.2.4細胞的大小及體積的恒定細胞最為典型的特點是在一個極小的體積中形成極為復雜而又高度組織化的結構。典型的原核細胞的平均大小在1～10

11、μm之間，而真核細胞的直徑平均為3～30μm，一般為10～20μm(圖13)。圖13典型的原核、真核、病毒和分子的大小■細胞體積的守恒定律不同細胞的大小變化很大，如人的卵細胞的直徑只有0.1mm，而鴕鳥的卵細胞的直徑則有5cm。但是，同類型細胞的體積一般是相近的，不依生物個體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細胞、肝細胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要決定于細胞的數(shù)量，與細胞的數(shù)量成正比，而與細胞的大小無關，把這種現(xiàn)象稱之

12、為“細胞體積的守恒定律“?！鱿拗萍毎w積大小的因素●體積同表面積的關系以球形細胞為例(體內的細胞并非都是球形)，計算體積同表面積的關系(圖14)。結果表明，球形細胞增大，其體積增加的比例要比表面積增加得多。這樣，當細胞增大到一定程度時，質膜的表面積就不適應細胞進行內外物質的交換，細胞為了維持一個最佳的生存條件，必需維持最佳的表面積，從而限制了體積的無限增大。圖14細胞體積與表面積間的關系●細胞內關鍵分子的濃度一些重要的分子在細胞內的拷貝

13、數(shù)是很少的，當細胞體積增大時，這些分子的濃度就越來越稀釋，一些重要的生化反應需要一定的濃度才能進行，所以細胞內分子濃度就成了限制細胞體積無限增大的另一個因素。真核細胞的體積一般是原核細胞的1000倍，真核細胞如何解決細胞內重要分子的濃度問題●酶蛋白質種類的限制細胞不僅對體積的增大有限制，而且對體積的減少也有限制。一個生活細胞要維持正常的獨立生活功能，最低限度需要500～1000種不同類型的酶和蛋白質，這是目前在支原體(mycoplasm

14、a)中所發(fā)現(xiàn)的酶和蛋白質的量。而支原體是目前所知最小原核細胞，很顯然，細胞體積最小化受制于維持細胞生命活動所需的酶和蛋白質種類的最低限度。課程學習：1.細胞概述1.2.5細胞及細胞器的計量單位1.2.5細胞及細胞器的計量單位有兩種計量細胞大小的單位，微米(μm)和納米(nm)。1μm等于106m，1nm等于109m。使用電子顯微鏡后又提出埃(angstrom，)為超顯微結構的計量單位，1埃()=0.1納米，但并不常用。較大的細胞器通常用

15、μm表示，如細胞核的直徑大約是510μm，而線粒體的長度大約是2μm。DNA的寬度為2nm(圖15)。圖15幾種細胞結構的大小課程學習：1.細胞概述1.3.1水是細胞中最主要的物質1.3細胞的分子基礎生命是物質的，所有的細胞都是由水、蛋白質、糖類、脂類、核酸、鹽類和各種微量的有機化合物所組成(表11)。蛋白質、糖類、核酸和脂類等化合物也被稱為生物分子(biomolecules)。表11細菌細胞的化學組成化學成份占細胞的重量(%)每種分子

16、的類型數(shù)水701無機離子120糖及其前體1250氨基酸和前體0.4100核苷和前體4100脂肪酸和前體150其他的小分子0.2～300大分子(蛋白質、核酸和多糖)26～30001.3.1水是細胞中最主要的成份生命來自于水，細胞中水的含量最高，通常占細胞總量70%～80%(圖16)。細胞中的所有反應都是在水中進行的，所以水是細胞生命的活動介質。圖16細胞中各主要成份的相對含量相鄰水分子間的關系是靠氫鍵維系的（圖17）。相鄰水分子間的關系是