王金發(fā)《細(xì)胞生物學(xué)》網(wǎng)絡(luò)課件講義全集

1、1細(xì)胞生物學(xué)講義課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述目錄1.細(xì)胞概述1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立1.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)1.1.2細(xì)胞學(xué)說(cellthey)的創(chuàng)立1.1.3細(xì)胞學(xué)理論對(duì)細(xì)胞學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用1.1.4細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史1.2細(xì)胞的基本功能和特性1.2.1細(xì)胞的基本功能1.2.2細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的相似性1.2.3細(xì)胞的形態(tài)1.2.4細(xì)胞的大小及體積的恒定1.2.5細(xì)胞及細(xì)胞器的計(jì)量單位1.3細(xì)胞的分子基礎(chǔ)1.3.1水是細(xì)胞中最主要的物質(zhì)1.3

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

3、我國細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略1.7.1細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容和發(fā)展方向1.7.2我國細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略學(xué)習(xí)指導(dǎo)課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)1.細(xì)胞概述所有的生物都是由細(xì)胞(cell)構(gòu)成的。除了病毒、類病毒等是非細(xì)胞的生命體以外，其它生命有機(jī)體的結(jié)構(gòu)和功能單位都是細(xì)胞。細(xì)菌、酵母等微生物是以單細(xì)胞的形式存在，而高等動(dòng)、植物則是由多細(xì)胞構(gòu)成的，如人大約有31013個(gè)細(xì)胞，這些細(xì)胞組成不同的組織和器官。研究細(xì)胞及其生物學(xué)功能的科

4、學(xué)稱為細(xì)胞生物學(xué)(cellbiology)。1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立第一個(gè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的是英國學(xué)者胡克(RbertHooke)，相隔170多年后，德國植物學(xué)家施來登(MathiasSchleiden)和動(dòng)物學(xué)家施旺(TheodSchwann)創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說。1.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)得益于光學(xué)顯微鏡的研制和發(fā)展。第一臺(tái)顯微鏡是荷蘭眼鏡商詹森(HansJanssen)在1604年發(fā)明的。■1665年，英國的物理學(xué)家胡克用自己設(shè)計(jì)并

5、制造的顯微鏡觀察櫟樹軟木塞切片時(shí)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(xì)胞，不過，胡克發(fā)現(xiàn)的只是死的細(xì)胞壁(圖11)。胡克的發(fā)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞學(xué)的建立和發(fā)展具有開創(chuàng)性的意義，其后，生物學(xué)家就用“cell“一詞來描述生物體的基本結(jié)構(gòu)?！?674年，荷蘭布商列文虎克(AntonvanLeeuwenhoek)為了檢查布的質(zhì)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(xì)胞、池塘水滴中的原生動(dòng)物、人類和哺

6、乳類動(dòng)物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細(xì)胞。列文虎克把他的觀察結(jié)果寫信報(bào)告給了英國皇家學(xué)會(huì)，得到英國皇家學(xué)會(huì)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(xì)胞的動(dòng)機(jī)是不同的，你對(duì)此有何感想圖11胡克所用的顯微鏡及觀察的櫟樹細(xì)胞壁課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.1.2細(xì)胞學(xué)說(cellthey)的創(chuàng)立1.1.2細(xì)胞學(xué)說(cellthey)的創(chuàng)立■1838年，德國植物學(xué)家施來登(MathiasSchleiden)提出:盡管植物的不同

7、組織在結(jié)構(gòu)上有著很大的差異，但是植物是由細(xì)胞構(gòu)成的，植物的胚是由單個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的。■1839年，德國動(dòng)物學(xué)家施旺(TheodSchwann)提出了細(xì)胞學(xué)說的兩條最重要的基本原理∶①地球上的生物都是由細(xì)胞構(gòu)成的②所有的生活細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上都是類似的。■1855年，德國醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖(RudolfVirchow)補(bǔ)充了細(xì)胞學(xué)說的第三條原理:所有的細(xì)胞都是來自于已有細(xì)胞的分裂，即細(xì)胞來自于細(xì)胞。細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立大大推進(jìn)了人類對(duì)生命自然界的認(rèn)識(shí)，

8、有力地促進(jìn)了生命科學(xué)的進(jìn)步。恩格斯對(duì)細(xì)胞學(xué)說給予極高的評(píng)價(jià)，把它與進(jìn)化論和能量守恒定律并列為19世紀(jì)的三大發(fā)明。為什么恩格斯對(duì)細(xì)胞學(xué)說給予與此高的評(píng)價(jià)課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.1.3細(xì)胞學(xué)理論對(duì)細(xì)胞學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用1.1.3細(xì)胞學(xué)理論對(duì)細(xì)胞學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用細(xì)胞科學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展既依賴于實(shí)3主要載體。為了保證遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞，RNA被保留下來，專司遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和指導(dǎo)蛋白質(zhì)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?！黾?xì)胞都具有核糖體所有類型的細(xì)胞，包括最簡單的支原體都含有核糖體。真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的核糖體不僅功能相同，在結(jié)構(gòu)上也十分相似，都是由大小兩個(gè)亞基組成的，只不過原核細(xì)胞的核糖體比真核細(xì)胞的核糖體稍小一些。課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.2.3細(xì)胞的形態(tài)1.2.3細(xì)胞的形態(tài)細(xì)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(xì)胞生物體，依照細(xì)胞

10、在各種組織和器官中所承擔(dān)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(duì)功能的適應(yīng)，另一方面亦受細(xì)胞的表面張力、胞質(zhì)的粘滯性、細(xì)胞膜的堅(jiān)韌程度，以及微管和微絲骨架等因素的影響。圖12不同的細(xì)胞形態(tài)舉例說明細(xì)胞的形態(tài)與功能是相關(guān)的。課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.2.4細(xì)胞的大小及體積的恒定1.2.4細(xì)胞的大小及體積的恒定細(xì)胞最為典型的特點(diǎn)是在一個(gè)極小的體積中形成極為復(fù)雜而又高度組織化的結(jié)構(gòu)。典型的原核細(xì)胞的平均大小在1～10

11、μm之間，而真核細(xì)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(xì)胞體積的守恒定律不同細(xì)胞的大小變化很大，如人的卵細(xì)胞的直徑只有0.1mm，而鴕鳥的卵細(xì)胞的直徑則有5cm。但是，同類型細(xì)胞的體積一般是相近的，不依生物個(gè)體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細(xì)胞、肝細(xì)胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要決定于細(xì)胞的數(shù)量，與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無關(guān)，把這種現(xiàn)象稱之

12、為“細(xì)胞體積的守恒定律“?！鱿拗萍?xì)胞體積大小的因素●體積同表面積的關(guān)系以球形細(xì)胞為例(體內(nèi)的細(xì)胞并非都是球形)，計(jì)算體積同表面積的關(guān)系(圖14)。結(jié)果表明，球形細(xì)胞增大，其體積增加的比例要比表面積增加得多。這樣，當(dāng)細(xì)胞增大到一定程度時(shí)，質(zhì)膜的表面積就不適應(yīng)細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)外物質(zhì)的交換，細(xì)胞為了維持一個(gè)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(xì)胞體積與表面積間的關(guān)系●細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵分子的濃度一些重要的分子在細(xì)胞內(nèi)的拷貝

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

14、a)中所發(fā)現(xiàn)的酶和蛋白質(zhì)的量。而支原體是目前所知最小原核細(xì)胞，很顯然，細(xì)胞體積最小化受制于維持細(xì)胞生命活動(dòng)所需的酶和蛋白質(zhì)種類的最低限度。課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.2.5細(xì)胞及細(xì)胞器的計(jì)量單位1.2.5細(xì)胞及細(xì)胞器的計(jì)量單位有兩種計(jì)量細(xì)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(jié)構(gòu)的計(jì)量單位，1埃()=0.1納米，但并不常用。較大的細(xì)胞器通常用

15、μm表示，如細(xì)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(xì)胞結(jié)構(gòu)的大小課程學(xué)習(xí)：1.細(xì)胞概述1.3.1水是細(xì)胞中最主要的物質(zhì)1.3細(xì)胞的分子基礎(chǔ)生命是物質(zhì)的，所有的細(xì)胞都是由水、蛋白質(zhì)、糖類、脂類、核酸、鹽類和各種微量的有機(jī)化合物所組成(表11)。蛋白質(zhì)、糖類、核酸和脂類等化合物也被稱為生物分子(biomolecules)。表11細(xì)菌細(xì)胞的化學(xué)組成化學(xué)成份占細(xì)胞的重量(%)每種分子

16、的類型數(shù)水701無機(jī)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(zhì)、核酸和多糖)26～30001.3.1水是細(xì)胞中最主要的成份生命來自于水，細(xì)胞中水的含量最高，通常占細(xì)胞總量70%～80%(圖16)。細(xì)胞中的所有反應(yīng)都是在水中進(jìn)行的，所以水是細(xì)胞生命的活動(dòng)介質(zhì)。圖16細(xì)胞中各主要成份的相對(duì)含量相鄰水分子間的關(guān)系是靠氫鍵維系的（圖17）。相鄰水分子間的關(guān)系是