第1章 细胞概述

1毫米 =1000微米 (μm) 1微米 =1000纳米(nm）
=10000埃(Å)
1纳米=10埃 1埃 =0.1纳米(nm)
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细 胞 与 细 胞 器 的 大 小
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1.3 细胞的分子基础 (Molecular Composition of Cells) 细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比
物质 水 无机盐 混合的小分子 代谢物 蛋白质 磷脂 其它脂 多糖
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1.2.7 应答与自我调节 (Cells Are Able to Respond to Stimuli and Are Capable of Self-Regulation)
Rube Goldberg machine
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自我调节（海胆发育）
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1.2.8 复杂而有序 (Cells Are Highly Complex and Organized) 1.2.9 进化 (Cells Evolve)： How did cells arise?
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◆重要细胞器的发现 ■1888年Theodor Heinrich Boveri在动、植物细胞中
发现了中心体 （centrosome）; ■1888年Heinrich wilhelm Gottfried von Waldeyer-
Hartz提出染色体 （chromosome）概念; ■1897年Karl Benda命名线粒体 （Mitochondria）; ■1898年Golgi发现了高尔基体 (Golgi) 。
1.2.5 新陈代谢与酶学反应 (Cells Acquire and Utilize Energy by Carrying Out a Variety of Chemical Reactions) 物质与能量代谢，合成与分解反应
1.2.6 运动性(Cells Engage in Mechanical Activities) 细胞运动及细胞内的物质运动
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实验细胞学时期(1900-1953)(experimental cytology)
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。
◆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
■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。
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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, Å)为超显微结构计量 单位。现在常用的国际单位是纳米(nanometre)。
◆Fatty Acids 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。
◆Amino Acids 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。
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1.3.2 Biological Macromolecules Three types of Biological Macromolecules in cells: Nucleic Acids、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。
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■细胞维持体积相对恒定的两个因素是: ●细胞体积与表面积
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细 胞 表 面 积 与 体 积 的 关 系
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■细胞维持体积相对恒定的两个因素是: ●细胞体积与表面积 ●细胞内重要分子的浓度 重要的分子在细胞内的低拷贝数，细胞体积增大，分子浓度稀释， 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?
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核 酸 的 结 构 组 成
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DNA双螺旋结构
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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)∶是指生物大分子中具有特异结构和独 立功能的区域。
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多糖与糖蛋白
糖蛋白的功能有∶ ◆参与细胞代谢的调控，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。 ◆参与细胞粘着，细胞识别和信息的传递：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。
preexisting cell) ★
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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 “protoplasm”; ■ 1861年德国动物学家Shultze提出原生质理论： 有机体的组织单位是一小团protoplasm, 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 (Nuclei) 和 细 胞 膜 (Plasma membrane)的活物质”。
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装配模型 ◆template assembly； ◆enzymatic assembly； ◆self assembly。
■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。
Chemical Reactant and Solvent
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水 的 溶 剂 作 用
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Salt
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Co、Cu、Fe 、Mn 、Zn等； ◆某些生物特殊需要的微量元素，如碘、铯、溴等。
RNA DNA
细菌 70 1
3 15 2 — 2 6 1
哺乳动物 70 1
3 18 3 2 2 1.1 0.25
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1.3.1. Small Biological Molecules 细胞中的无机物主要是water and salt
Water ◆细胞中的水以两种形式存在:
Free and bound ◆水在细胞中的作用及其作用机制：
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细胞其它特性
1.2.10 细胞形态与大小 (Cells Shapes And Cells) ◆细胞的形态与功能相适应
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个体中不同组织的细胞形态
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细胞其它特性
1.2.10 细胞形态与大小 (CΒιβλιοθήκη Baidulls Shapes And Cells)
◆细胞的形态与功能相适应 ◆细胞维持体积的相对恒定
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”。 ■典型的原核细胞直径平均在1～10μm之间，而真核细胞的直径 平均为3～30μm; ■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。 ■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;
Alex Carrel (1873-1944)
D-flask (1923)
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细胞生物学的诞生 ◆Molecular Biology
1953 年 Watson 和 Crick 提 出 DNA 双 螺 旋 结 模 型 标 志 分 子生物学的诞生；
Cell Biology 1965 年 ， Eduardo De Robertis 将 其 《General Cytology》改名为为《Cell biology》，标志着细胞生 物学的诞生；
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1.1 DISCOVERY OF CELLS AND HISTORY OF CELL BIOLOGY 1.1.1 Discovery of Cells
Rorbert Hooke
who discovered the “cell”
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Rorbert Hooke self-made microscope (year 1665) 《Micrographia》: Cella (30x magnification) 4
◆细胞是生命的基本单位 (The cell is the structural unit of life)
1855年,德国医生和病理学家Rudolf Virchow对细胞学说进行了重要补 充并提出第三条原理∶
◆一切细胞产自细胞 (Cells can arise only by division from a
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。
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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。
发表论文指出∶植物是由细胞构成的
1839年,德国动物学家Theodor Schwan首次提出
细胞学说(Cell Theory)，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 (All organisms are composed of one or more cells)
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糖原、淀粉和纤维素的结构
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1.3.3 Assembly of Cell Structure Systems
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。
Molecular Cell Biology
80年代开始出现了分子细胞生物学。
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1.2 Basic Properties of Cells 细胞是生命的基本单位 (CELL IS THE BASIC UNIT OF LIFE)
HeLa Cells：最早离体培养成功的人源细胞 11
细胞结构共性
1.2.1 选择透性的膜 (Cells Have Membrane Barriers) ◆原生质 (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。 ◆细胞质 (Cytoplasm): 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。 ◆原生质 体 (Protoplast): 植物细胞脱去细胞壁后
CHAPTER 1 细胞概述
Overview of Cells
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OUTLINE
1.1 细胞的发现及细胞学说 (DISCOVERY OF CELLS AND THE CELL THEORY) 1.2 细胞的基本特性 (BASIC PROPERTIES OF CELLS) 1.3 细胞的组成、类型和结构体系 (MOLECULAR COMPOSITION AND STRUCTURE OF CELLS) 1.4 细胞生物学的研究进展 (RECENT DEVELOPMENT OF CELL BIOLOGY)
Anton van Leeuwenhoek self-made microscope (Year 1665)
(300x magnification)
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1.1.2 HISTORY OF CELL BIOLOGY
细胞的发现及细胞学说的创立(1665-1858-1875)
1838年,德国植物学家Mathias Schleiden
1.2.2 遗传物质 (Cells Possess a Genetics Program) DNA、RNA
1.2.3 核糖体 (Cells Have Ribosomes) 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。
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细胞功能共性
1.2.4 自我增殖和遗传物质复制 (Cells Are Capable of Producing More of Themselves) 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。