细胞与分子生物学：细胞的统一性和多样性

细胞与分子生物学研究方向：卵子成熟和胚胎发育当前课题：1.卵子成熟的不均等分裂机制

2.环境毒性对卵子/胚胎质量的影响

3.肥胖症对卵子/胚胎质量的影响细胞生物学：翟中和第4版

汪堃仁

第2版分子生物学：朱玉贤第3版基因VIII第二章细胞的统一性和多样性第一节细胞的基本概念第二节原核细胞与古核细胞第三节真核细胞第四节非细胞形态的生命体

—病毒及其与细胞的关系1.1、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都有细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位（三）细胞是有机体生长与发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性（五）没有细胞就没有完整的生命第一节细胞的基本概念1.2、细胞概念的一些新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系细胞具有高度复杂性和组织性细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体细胞完成各种化学反应；细胞需要和利用能量；细胞参与大量机械活动；细胞对刺激作出反应；细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代；1.3、细胞的基本共性

1.3.1细胞结构共性1、所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。2、所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA

作为遗传信息复制与转录的载体。3、作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。4、所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。1.3.2组成共性1.3.2.1、SmallBiologicalMolecules

细胞中的无机物主要是水和无机盐。

◆细胞中的水以两种形式存在:

游离水和结合水

◆水的作用机制：

ChemicalReactantandSolvent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Co2+、Cu2+、Fe3+、Mn2+

、Zn2+等；◆某些生物特殊需要的微量元素，如碘、铯、溴等。

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

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。◆FattyAcids

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。◆AminoAcids

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。1.3.2.2、细胞内有三种类型生物大分子:

NucleicAcids、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。原核细胞基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。第二节原核细胞与古核细胞2.1、最小、最简单的细胞—支原体◆是最简单的原核细胞，直径为0.1～0.3μm;◆具有细胞质膜，但没有细胞壁;◆环状双螺旋DNA，没有拟核,能指导合成750多种蛋白质;◆惟一的细胞器是核糖体，每个细胞中约有800～1500个;◆具感染性,可在培养基上培养;◆培养细胞很容易被支原体污染,污染源主要是血清。ATypicalMycoplasmaCell2.2、原核细胞的两个代表—细菌和蓝藻2.2.1细菌细胞1、细菌细胞的核区与基因组1）一个细菌细胞内只有一个核区，折叠着1200—1400μm的环状DNA,可编码2000—3000中蛋白。2）大多数细菌DNA都呈双螺旋，遵循环状DNA分子双向复制的方式复制。3）遵循半保留复制，4）DNA复制，RNA转录与蛋白质翻译可同时进行。2.细菌细胞的表面结构（1）细胞膜：组成：由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的半透膜。功能：选择性物质交换。（2）中膜体■中膜体又称间体或质膜体,每个细胞有一个或数个;■含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶,为细胞提供呼吸酶;■具有类似线粒体的作用,故称为拟线粒体。（3）细胞壁组成：肽聚糖；由乙酰氨基葡萄糖，乙酰胞壁酸与4—5个氨基酸短肽聚合而成的多层网状结构，G+:90%壁酸G-:5%壁酸功能：保护作用，机械强度高，交换作用，抗原性，致病性，敏感性。（4）荚膜组成：葡萄糖，葡萄糖醛酸功能：保护—免干燥，免吞噬；本身可作为营养物质被利用。（5）鞭毛组成：鞭毛蛋白功能：运动ATypicalBacteriaCell3、细菌细胞的核糖体1）含有5000—50000个，附着在细胞膜内侧，与mRNA形成多聚核糖体，是翻译肽连的结构。2）70s50s，（23rRNA+5srRNA+30pro）对红霉素，氯霉素敏感，30s,(16srRNA+20pro)对四环素，链霉素敏感4、细菌细胞核外DNA质粒DNA，环状2—200基因，能自我复制，但依赖宿主细胞，有时能整合到核DNA中，（f因子,col因子,r因子）作用：基因工程5、细菌细胞内生孢子某些细菌处于不利环境，或耗尽营养时，就容易形成内生孢子。又称芽孢，（休眠体）。折光性强，不易染色，2.3、原核细胞与真核细胞的比较根本区别：1、细胞膜系统的分化和演变2、遗传信息与遗传装置的的扩增和复杂化。

功能上的共同点∶结构上的共同点:

都是生命的基本结构单位；都有细胞膜；都能进行分裂；都有DNA和RNA；都能遗传。都有核糖体1、原核细胞与真核细胞结构与功能的比较

原核细胞真核细胞

代表生物细菌、蓝藻和支原体原生生物、真菌、植物和动物细胞大小较小(1-10μm)较大(一般5～100μm)

细胞膜有(多功能性)有 核糖体70S(由50S和30S两个80S(由60S和40S两个大小大小亚基组成)亚基组成)

细胞器极少有细胞核、线粒体、叶绿体,内质网,溶酶体等细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁 染色体一个细胞只有一条一个细胞有两条以上的染色 双链DNA,DNA不与或DNA与蛋白质联结在一起很少与组蛋白结合

DNA环状，存在于细胞质很长的线状分子，含有很多非编码区，并被核膜所包裹。3.1、真核细胞的基本结构体系

3.1.1生物膜结构和功能◆MembranesDefineBoundariesandServeasPermeabilityBarriers◆MembraneAreSitesofSpecificFunctions◆MembraneRegulatetheTransportofSolutes◆MembraneDetectandTransmitElectricalandChemicalSignals第三节真核细胞ATypicalAnimalCell纤维结构颗粒结构3.1.2GeneExpressionSystem

该系统又称为颗粒纤维结构系统，该系统包括细胞核和核糖体。3.1.3细胞骨架CytoskeletalSystem细胞骨架是蛋白与蛋白搭建起的网络结构,包括细胞质骨架和细胞核骨架。

细胞骨架系统首要作用是维持细胞的一定形态；

细胞内物质运输的动脉；

细胞内基质区域化；

帮助细胞移动或行走；

主要成分:微管、微丝和中间纤维。3.2、细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较个体中不同组织的细胞形态◆细胞维持体积的相对恒定

■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;

■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;

■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、肝细胞的大小基本相同;

■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”。

■细胞维持体积相对恒定的两个因素是:●RelationshipBetweenCellsVolumeAndCellSurfaceArea

●ConcentrationofSomeImportantMolecules

一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子的浓度就越来越稀释，一些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。细胞表面积与体积的关系1、红细胞：呈扁圆形，体积小，无核，只含有血红蛋白。2、分泌细胞：有极性，吸收面形成皱褶，褶叠内有线立体。游离面形成很多绒毛。提高分泌效率。3、生殖细胞：精细胞体积小，仅含单倍基因组，后段有鞭毛，卵细胞体积大，含有早期胚胎发育的物质3.3、细胞形态结构与功能4.1、病毒的基本知识

病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒病毒的多样性类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成；