清华大学普通生物学课件总结1细胞与环境

第一部分1.生命的基本特征u细胞是生物体结构与功能的基本单位；v新陈代谢是生命的基本功能；w生命过程具有自组装的能力；x生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质；y生物对外界环境具有应激和适应性z生物体的自我调节机制，确保生命系统的稳态{生物具有个体发育和系统演化的历史。

一、细胞学说核心点：所有生物都是由细胞及其细胞产物组成的现代“细胞理论”1.细胞是生命的最小单位2.细胞是所有生物的最基本的结构和功能单位3.所有的细胞在化学组成上非常相似4.细胞所需的能量和组成成分是在细胞内产生的5.细胞是由先前存在的细胞经细胞分裂而产生6.细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传信息7.细胞是生物体生长发育的基础二、细胞的基本共性1所有细胞表面均具有脂蛋白体系构成的细胞膜；2所有的细胞都有两种核酸（DNA与RNA）作为遗传信息复制与转录的载体；3所有的细胞都具有作为蛋白质合成的机器；4所有的细胞都是一个处理、加工、合成生物大分子和进行能量代谢的生化工厂；5所有生物体的细胞可以进行分裂增殖。

三、原核细胞1原核细胞的特征细胞内没有核膜和具有专门结构与功能分化的细胞器遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成2古细菌与真细菌古细菌在形态结构、代谢和能量转换同原核细胞相似，但在遗传信息加工，分子进化特征更接近真核细胞最小最简单的细胞—支原体四、真核细胞1原核和真核生物的区别大小组织形式代谢细胞器2真核细胞的组成特征与结构真菌、植物与很多原生生物都有细胞壁不同生物的细胞壁组分不同：纤维素、几丁质等及其他辅助成分保护作用和支持作用（1）细胞膜真核细胞内的区域化区域化的结果就是细胞器的形成（2）细胞器由膜包裹的细胞结构。

也被接受的是：亚细胞水平上的结构功能单位（3）细胞核遗传、代谢与细胞功能的控制中心组成核被膜与核孔复合体核纤层染色质核小体染色体核仁核基质核小体是染色质的基本单位组蛋白和DNA组成核小体真核细胞与原核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较特征原核细胞真核细胞遗传信息量小大基因组n 2nDNA 环状、裸露DNA 线形、染色体重复序列罕见大量存在内含子无有RNA聚合酶一种复合体三种：polⅠ、Ⅱ、ⅢDNA复制无明显周期性有明显周期性（S期）转录与翻译同时、同地先转录（核）后翻译（质）加工与修饰无有复杂的加工过程表达调控操纵子形式多层次、多环节3真核基因表达在不同层次上的调控（1）光面内质网sER 脂类合成与转运粗面内质网rER 蛋白质合成与转运粗面内质网中合成的多数蛋白都被糖基化 1 寡聚糖整合到蛋白质上 2 包括可溶性分泌蛋白和膜蛋白3位点在天冬酰胺酸的NH2基团(N-linked)膜脂是在ER形成的脂肪酸经过多种酶促反应在膜上的形成脂类磷脂转移因子在磷脂双层形成中的作用(加入新的脂分子加入新的膜组分)（2）游离的和膜附着的核糖体游离核糖体合成细胞内所需蛋白，主要为可溶性蛋白，也包括一些细胞器的膜蛋白膜附着合成可溶性分泌蛋白和细胞膜膜蛋白进入到内质网The signal hypothesis (信号假说）背景：在游离核糖体中的合成的蛋白不进入内质网；而由内质网上的核糖体形成的蛋白进入到内质网为什么？在ER上合成的蛋白质，起始合成的数个氨基酸（称为信号多肽）被ER识别而转运到ER内部，信号多肽再被蛋白酶切掉。

（3）高尔基复合体由一系列的嵴和小泡组成，细胞中数目不等功能：多糖合成, 糖基化，糖基剪切，蛋白质、脂类分选与运输(1)高尔基体参与的蛋白质运输分选系统内质网—高尔基体—分泌泡—细胞外侧(2)高尔基体参与的多糖的代谢合成与寡聚糖的加工——多糖的主要合成位点糖基化, 在丝氨酸、苏氨酸或羟基赖氨酸的羟基上加一个寡聚糖寡聚糖的加工（4）溶酶体大小形状各异单层膜内呈酸性，含多种酸性水解酶酸性水解酶消化细胞碎片或生物大分子及及体外摄入颗粒,消化的分子被细胞利用,残余排除植物与真菌的液泡是一种溶酶体进入溶酶体降解的途径主要有三种：吞噬、内吞、及自噬（5）线粒体组成外膜内膜膜间腔嵴基质具有环状DNA, 核糖体，DNA复制及蛋白质合成功能: 线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量（6）叶绿体外膜内膜膜间腔基质类囊体基粒具有环状DNA,核糖体，DNA复制及蛋白质合成功能: 光合作用, 储存营养；并且核苷酸碱基，大部分氨基酸和所有脂肪酸的合成（在动物细胞，这些在细胞质中合成）（7）过氧化物酶体组成: 单层膜含高浓度氧化酶功能: 进行氧化作用, 脂肪酸的降解：每次产生两碳的乙酰辅酶A特殊的过氧化酶体—乙醛酸循环体仅存在于植物中通过乙醛酸循环可将脂肪酸转为碳水化合物（8）细胞骨架(1)三种细胞骨架类型（根据蛋白质的组成成份）细胞微管: 微管蛋白肌动蛋白丝: 肌动蛋白中间纤维丝:多种多样，依纤维丝不同而不同(1) 肌动蛋白丝直径5-9nm 细胞形态、细胞迁移、肌肉收缩(2) 细胞微管直径25nm 细胞器定位、细胞内运输、细胞分裂、细胞运动(3) 中间纤维丝直径10nm 机械支撑、抗压力胁迫（9）中心粒和中心体9个三联体细胞微管排列的桶状结构通常成对以直角排列存在于动物细胞中，在高等植物及某些原生动物中不存在与周围的蛋白质一起形成中心体中心体是细胞微管的组织中心,参于纺锤体的形成，调控细胞分裂.参与纤毛的形成（10）真核细胞鞭毛或纤毛细胞表面突出的由细胞微管形成的细胞结构两种类型：不动和运动的在中心粒上组装形成功能细胞运动、细胞分裂、信号传导、动物发育第二部分一、细胞膜1.生物膜的功能与结构组成功能-分界与通透性屏障功能的组织区域化运输细胞间的通讯信号传导结构组成-脂双层跨膜蛋白内部蛋白网络外部蛋白和糖脂膜脂主要组份：磷脂胆固醇糖脂其他（只有动物细胞含胆固醇）脂双层的形成:形状、双亲特性( Shape, Amphipathic nature:a polar end and a non-polar end)糖脂和糖蛋白:糖仅存在于细胞膜的外侧糖链与细胞识别有关膜上碳水化合物富集的区域，称糖萼膜蛋白的特点、功能及其与膜的结合方式:特点-糖基化，漂移性，大的蛋白质复合体功能-运输酶细胞表面受体细胞识别细胞粘连附着于细胞骨架结合的形式: 直接与膜相连脂类介导的蛋白质介导的2.生物膜的特点(1)生物膜的流动性-流动镶嵌模型:生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体膜脂的流动性(脂双层的流动性取决于它的组成成分，特别是脂肪酸链长度和不饱和性大小)、膜蛋白的运动性(膜蛋白的侧向运动受4种方式的限制)(2)生物膜两侧不对称性-糖脂只在外侧；磷脂：内外层种类和数量不同(3)流动不均一性－－膜的分区现象脂筏富含鞘磷脂、胆固醇和某些膜蛋白，形成微区，参与信号传导及运输作用冰冻蚀刻技术–研究细胞膜结构的技术3.物质的跨膜运输主要形式-扩散膜蛋白协助的运输(载体蛋白、通道蛋白) 胞吞作用和胞吐作用(1).扩散作用扩散速度取决于浓度差，分子特性（大小，疏水性）细胞的渗透作用–水的扩散作用高渗等渗低渗超低渗（指外界浓度高低）细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀:动物泵出离子，植物有刚性细胞壁，原生动物定期排出水分(2).膜蛋白协助的运输-主动运输与被动运输蛋白质介导的需要能量的运输，浓度从低到高–主动运输蛋白质介导的不需要能量，而靠浓度梯度驱动的运输–被动运输1'通道蛋白介导的运输-被动运输多数通道蛋白只让无机离子通过，故称离子通道离子通道的特点：选择性；门控的；速度快离子通道的门控方式-电压化学机械2'载体蛋白介导的运输1"被动运输-和运输物结合，通过载体蛋白的构象变化转运2"主动运输又有三种-偶联运输ATP驱动的运输光驱动的运输偶联运输：Na+和葡萄糖的结合是协作性的，即一方的结合促进另一方的结合ATP驱动的运输：Na+梯度的作用-营养运输到细胞调控pH 渗透平衡，保持细胞体积钙泵真核细胞质膜或内质网膜；使细胞内Ca保持低浓度质子泵植物、真菌、细菌细胞质膜，利用质子梯度驱动膜转运光驱动的运输(3)大分子大颗粒物质的跨膜运输1'内吞:胞饮作用，吞噬作用，受体介导的内吞作用胞饮作用：内吞液体或溶质，形成较小的内吞小泡（100纳米左右)吞噬作用：吞噬较大的颗粒、或微生物或死细胞，形成较大的内吞泡（大于0.25微米)-LDL（低密度脂蛋白）的受体介导的内吞作用2'胞吐作用:逆过程与恒持性分泌、调节性分泌有关二、细胞连接-细胞间或细胞-基质间的接触部位形成特殊的连接结构, 称之细胞连接依功能分为三种类型：屏蔽连接锚定连接通讯连接1.屏闭连接：将相邻的质膜紧密连接在一起阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入细胞的另一侧。

具有封闭（阻止可溶性物质的扩散）、隔离（将上表皮细胞的游离端与基底面细胞膜上的膜蛋白相互隔离）和支持功能。

紧密联结是屏蔽连接的主要形式，存在于脊椎动物的上皮细胞。

2.锚定连接：通过细胞骨架系统将相邻细胞或细胞与基质相连的结构，连接形成一个坚挺、有序的细胞群体。

1'中间纤维有关的：桥粒（细胞间）半桥粒（细胞与基质）桥粒:铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。

相邻细胞间形成的。

主要分布在承受拉力的组织中，如皮肤、口腔、心肌中2'肌动蛋白有关的：粘着带（细胞间）粘着斑（细胞与基质）粘着带: 呈带状环绕细胞，位于紧密连接下侧粘着斑: 位于细胞与基质之间3.通讯连接类型:间隙连接胞间连丝间隙连接:通过小分子转运，实现代谢物共享、信号传递。

存在于大多数动物组织,缝隙直径为2-4纳米。

基本单位为连接子，有6个相同或相似蛋白组成一个通道。

分子量小于1000的分子可通过，如蔗糖, cAMP等胞间连丝:植物细胞间，形成共质体；通讯作用。

通道直径为20-40纳米，中间有一个胞间管，允许分子量小于800的分子进出，但运输是受到调控的。

第三部分1.线粒体和叶绿体是两个能量转换器官光能——有机物中的化学能——ATP——生命的基本活动2.ATP是细胞中的能量通货3.生物氧化——细胞主要的获能方式（1）生物氧化是指糖、脂类、蛋白质等有机化合物在细胞内氧化分解为CO2和H2O，并释放能量的过程。

（2）生物氧化的特点：(1)发生在生物个体中，有多种酶的参与和调控；(2)在温和条件下进行（体温、生理pH）；(3)是一个复杂的氧化还原过程，包括电子转移和质子的转移；(4)能量的释放是逐步的，并以ATP的形式储存和传送。

（3）动物细胞生物氧化可分为三个阶段：1. 生物大分子转变为小分子，胞外进行2. 小分子转变为乙酰辅酶A, 大部分是在细胞质中进行的3. 乙酰辅酶A 参与柠檬酸循环, 被氧化成水和二氧化碳,产生能量（糖、脂肪及部分氨基酸都在线粒体中降解为乙酰辅酶A）（4）生物氧化以糖为代表的过程1'糖酵解一分子葡萄糖降解为两分子丙酮酸,净产生2个分子的ATP和两个分子的NADH,在细胞质基质中进行，不需要O2,维持细胞基本能源供应的形式，也是生物进化中古老的代谢途径2'柠檬酸循环(或克氏循环或三羧酸循环) 在有氧的条件下，丙酮酸转化为乙酰辅酶A进入柠檬酸循环在细胞线粒体基质中进行,细胞内物质代谢的最后共同途径3'电子传递与氧化磷酸化高能电子经过一系列的传递最终导致发生氧化磷酸化(1)线粒体内膜的三种蛋白复合物起着电子传递和质子泵的作用(2)电子能量逐步降低,电子传递复合物的还原势逐步升高，易得到电子(3)电子传递链与氧化磷酸化均发生在线粒体内膜上质子驱动力：跨内膜的电位梯度和质子浓度梯度氧化磷酸化的一般机制——细胞产能的化学渗透偶联学说：电子传递时释放的能量使传递链中的蛋白质复合体将质子由内膜的内测通过主动运输到达外侧，造成膜两侧的质子浓度梯度，外高内低，但质子不能自由通过内膜，只有通过ATP合酶的质子通道才能进入膜内。