1、1 CHAPTER 1 Overview of Cells21.1 DISCOVERY OF CELLS AND FORMULATION OF THE CELL THEORY1.1.1 Discovery of Cells 第一個發現細胞的是英國學者胡克(Rorbert Hooke)。1665年，胡克發表了 Micrographia一書, 報道用自制的顯微鏡(30倍)觀察櫟樹軟木塞切片時發現“cella”。1674年，荷蘭布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍顯微鏡(300倍左右)觀察到池塘水滴中的原生動物、人類和哺乳類動物的精子。31.1.2 Formulati

2、on of the Cell Theory 1838年, 德國植物學家施來登(MathiasSchleiden)發表論文指出植物是由細胞構成的; 1839年,德國動物學家施旺(Theodor Schwan首次提出細胞學這個名稱, 并提出了細胞學說的前兩條原理所有的生物都是由一個或多個細胞組成的；細胞是生命的基本單位; 1858年,德國醫生和病理學家魏爾肖(Rudolf Virchow)對細胞學說進行了重要補充并提出一切細胞產自細胞。41.1.3 Brief History of Cell Biology 細胞的發現及細胞學說的創立 (1665-1858-1875) 這個時期的主要事件就是上面所

3、述的細胞的發現、細胞學說的提出等。5 細胞學的經典時期(1875-1900)原生質(protoplasm)理論的提出 在動物、植物中發現“肉樣質”的物質,并命名為“原生質”; 1861年舒爾策提出原生質理論:有機體的組織單位是一小團原生質, 這種物質在一般有機體中是相似的。 并把細胞明確地定義為: “細胞是具有細胞核和細胞膜的活物質”。6 重要細胞器的發現1883年范.貝內登和博費里在動、植物細胞中發現了中心體;1888年沃爾德耶提出染色體概念;1894年范.阿爾特曼發現了線粒體;1898年高爾基(Golgi)發現了高爾基體。7 實驗細胞學時期(1900-1953)experimental c

4、ytology是指采用實驗的手段研究細胞學的問題,即從形態結構的觀察深入到生理功能、生物化學及遺傳發育機理的研究。8 cytogenetics的研究 cytophysiology的研究 1912年, Carrel研制成Carrel培養瓶,采用嚴格的組織培養技術,成功地培養了雞胚胎成纖維細胞持續了34年之久(1912-1946); cytochemistry的研究9 細胞生物學的誕生 Molecular Biology 1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結模型標志分子生物學的誕生；Cell Biology 1965年，DPDerobetis將其普通細胞學改為細胞生物學，標志著細胞

5、生物學的誕生；Molecular Cell Biology 80年代開始出現了分子細胞生物學。101.2 Basic Properties of Cells1.2.1 Cells Have Membrane Barriers Protoplasm： 被質膜包裹在細胞內的所有的生活物質，包括細胞 核和細胞質。 Cell Plasma: 是指細胞內除核以外的原生質, 即細胞中細胞核以 外和細胞膜以內的原生質部分, Protoplast： 1.2.2 Cells Possess a Genetics Program Genetic Information Flow 111.2.3 Cells Hav

6、e Ribosomes 細胞功能的體現者是蛋白質(包括酶)，蛋白質是在核糖體上合成的。1.2.4 Cells Are Capable of Producing More of Themselves 細胞能夠用一分為二的分裂方式進行增殖，動、植物細胞、細菌細胞都是如此。121.2.5 Cells Carry Out a Variety of Chemical Reactions1.2.6 Motility of Some Type is a Characteristic of Virtually All Cells131.2.7 Other Properties of Cells Cells S

7、hapes And Cells Sizes Cells Shapes 細胞的形態與功能相適應 14細胞維持體積的相對恒定 典型的原核細胞直徑平均在110m之間，而真核細胞的直徑平均為330m; 某些不同來源的細胞大小變化很大,如人的卵細胞直徑只有0.1mm,而鴕鳥的卵細胞的直徑則有5cm; 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; 器官的大小主要決定于細胞的數量,與細胞的數量成正比,而與細胞的大小無關,把這種現象為“細胞體積的守恒定律”。15 細胞維持體積相對恒定的兩個因素是: Relationship Between

8、Cells Volume And Cell Surface Area Concentration of Some Important Molecules 一些重要的分子在細胞內的拷貝數很少，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細胞體積無限增大的一個限制因素。 真核細胞如何解決細胞內重要分子的濃度問題?16 細胞不僅對其體積的增大有限制，而且對細胞變小也有限制。為什么？ 一個生活細胞要維持正常的獨立生活功能，最低限度需要5001000種不同類型的酶和蛋白質。17細胞的計量單位 細胞大小的計量單位，一般都用微米計算。自使用

9、電子顯微鏡后又提出埃(Angstrom, )為超顯微結構計量單位。現在常用的國際單位是納米(nanometre)。 1毫米=1000微米 (m) 1微米=10000埃() =1000納米(nm） 1納米(nm)=10埃 1埃=0.1納米（nm)181.3 Molecular Composition of Cells 細菌和哺乳動物細胞的化學組成百分比 物質 細菌 哺乳動物 水 70 70 無機鹽 1 1 混合的小分子 代謝物 3 3 蛋白質 15 18 磷脂 2 3 其它脂 2 多糖 2 2 RNA 6 1.1 DNA 1 0.2519 1.3.1. Small Biological Mole

10、cules 無機物 細胞中的無機物主要是水和無機鹽。 細胞中的水以兩種形式存在: 游離水和結合水 水的作用機制： Chemical Reactant and Solvent 水在細胞中的作用:20 水的溶劑作用 21 根據無機離子在細胞內的作用分為四 大類大分子的結構成分主要是C、H、N、O、P、S 等；各種酶反應所需的主要離子，包括Ca2+、 Cu2+、Mg2+、K+、Na+、 Cl-等；各種酶活性所需的基礎微量元素，包括 Co2+、Cu2+、Fe3+ 、Mn2+ 、Zn2+等；某些生物特殊需要的微量元素，如碘、 銫、溴等。22 無機離子的功能有: 維持細胞內外液的pH和滲透壓, 以保 持細

11、胞的正常生理活動; 同蛋白質或脂類結合, 組成具有特定 功能的結合蛋白; 參與細胞的生命活動, 是酶反應的輔 助因子。23有機化合物:細胞內有四類有機小分子: Sugars 單純的多糖由許多葡萄糖殘基組成，在動物細胞內主要是糖原，在植物細胞內主要是淀粉。Fatty Acids 脂肪酸是脂的主要成分，是細胞膜的組份。Nucleotides 核苷酸是組成核酸的基本單位。Amino Acids 細胞內主要有20種氨基酸，它們的差別主要是 R側鏈不同，決定了氨基酸的化學性質。241.3.2 Biological Macromolecules細胞內有三種類型生物大分子: Nucleic Acids、Pr

12、oteins、Polysaccharides。 細胞內大約有3000種大分子。生物大分子的功能由構成它們的亞單位的種類和排列順序決定。25核酸的結構組成26 多糖與糖蛋白 糖蛋白的功能有 參與細胞粘著，細胞信息的傳遞，細胞代謝的調控，發育和分化，機體的防御，以及作為機體內外表面的保護及潤滑劑。 參與細胞識別:是細胞識別機理的必要組分。幾乎所有動物細胞表面都有少量糖, 它的作用好比是細胞聯絡的文字或語言。 糖基化對蛋白質合成后的加工和運輸的影響也是很大的。27糖原、淀粉和纖維素的結構28DNA雙螺旋結構29Protein 細胞內蛋白質的某些功能功能 舉例 功能 舉例結構材料 膠原、角蛋白 激素

13、胰島素、 運動 肌動蛋白、肌球蛋白 物質運輸 Na+-K+泵營養儲存 酪蛋白、 信號轉導 乙酰膽 鐵蛋白 堿受體基因調控 Lac操縱子 滲透壓調節 血清白蛋白免疫作用 抗體 毒素 白喉和霍 亂毒素電子轉移 細胞色素 酶(催化作用) 氧化還原酶、 連接酶等30 組成蛋白質的基本構件只是20種氨基酸, 為什么蛋白質卻具有如此廣泛的功能? 結構域(domain) 結構域是指生物大分子中具有特異結構和獨立功能的區域。31蛋白質的結構域321.3.3 Assembly of Cell Structure Systems 四級裝配 第一級:小分子有機物的形成; 第二級:小分子有機物組裝成生物大分子； 第三級:由