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CELLBIOLOGY細胞生物學C電話:E-mail:主講:

第一章 緒論第二章 細胞基本知識概要第三章 細胞生物學研究方法第四章 細胞質(zhì)膜與細胞表面第五章 物質(zhì)跨膜運輸與信號傳遞第六章細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)第七章 細胞的能量轉換第八章 細胞核與染色體第九章 核糖體第十章細胞骨架第十一章 細胞增殖及其調(diào)控第十二章 細胞分化與基因表達調(diào)控第十三章 細胞衰老與凋亡第二章細胞基本知識概要第一節(jié)細胞的基本概念一、細胞是生命活動的基本單位(二)細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系,細胞是代謝與功能的基本單位

細胞生命活動:以物質(zhì)代謝為基礎;以能量代謝(ATP)為動力;以信息調(diào)控為機制一、細胞是生命活動的基本單位(三)細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎精子穿卵受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4月胚胎Dolly的標本和伊恩博士Dolly:1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英國愛丁堡大學的伊恩博士研制成功,2003.2.14.由于肺結核而被安樂死,它的標本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。

多莉的出生與三只母羊有關,而多莉與提供細胞核的母羊最相似。遺傳信息來自哪里?一、細胞是生命活動的基本單位(五)沒有細胞就沒有完整的生命(病毒的生命活動 離不開細胞)第二節(jié)非細胞形態(tài)的生命體——病毒一、病毒的發(fā)現(xiàn)及概念病毒的發(fā)現(xiàn):1892年俄國的植物病理學家D.Ivanovsky研究了煙草花葉病的病原,認為它是一種能通過細菌濾器的“細菌毒素”或極小的“細菌”。1898年荷蘭學者M.W.Berijerinck獨立進行了煙草花葉病病原體的研究,首次提出其病原是一種“傳染性的活性液體”或稱“病毒”。從此,許多學者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種植物病毒、動物病毒和細菌病毒——噬菌體。一、病毒的發(fā)現(xiàn)及概念病毒的定義:隨著對病毒研究的不斷深入,原先對病毒的定義不斷地被修改,至今仍無一個科學而嚴謹?shù)亩x。但有一個基本的定義:病毒是一類超顯微的非細胞生物,每一種病毒是有一種核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)構成的核酸-蛋白質(zhì)復合體;它們只能在活細胞內(nèi)營專性寄生,靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助復制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分,然后進行裝配得以繁殖;在離體條件下,以無生命的大分子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性。三、病毒的結構蛋白質(zhì)在病毒中所占比例很大,主要構成病毒的衣殼(capsid)。核衣殼(nucleocapsid):由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白質(zhì)構成。各種病毒所含的遺傳信息量不同,少的只含有3個基因,多的可達300個基因。有的病毒衣殼外面有被膜(envelope),來源于宿主細胞的質(zhì)膜,被膜中含有病毒融合蛋白。組成病毒衣殼的亞單位稱殼微粒(capsomer)。病毒粒子的模式結構及名稱包膜(囊膜,被膜;envelop)衣殼(capsid)核酸核酸結合蛋白}核衣殼(nucleocapsid)刺突(包膜子粒,spike,peplomer)衣殼粒(capsome)間質(zhì)(tegument)三、病毒的結構三、病毒的結構二十面體對稱殼粒排列形成20面體對稱型,有12個頂、20個面和30條棱的立體結構,包裹核酸形成球狀或近似球狀的結構。20面體的每個面都是等邊三角形,由許多殼粒鑲嵌組成,見于多數(shù)球狀病毒。腸道病毒中的脊髓灰質(zhì)炎病毒、柯薩奇病毒都是20面體對稱球形。三、病毒的結構(A)煙草花葉病毒(B)腺病毒(C)流感病毒(D)T-偶數(shù)噬菌體(大腸桿菌)病毒有五種形態(tài):①球形(Sphericity):大多數(shù)人類和動物病毒為球形,如脊髓灰質(zhì)炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等;②絲形(Filament):多見于植物病毒,如煙草花葉病病毒;脊髓灰質(zhì)炎球形病毒(為二十面體對稱)煙草花葉病毒線形病毒(為螺旋對稱)流感冒病毒絲狀有被膜的病毒三、病毒的結構③彈形(Bullet-shape):形似子彈頭,如狂犬病病毒等。④磚形(Brick-shape):如痘病毒、天花病毒等;⑤蝌蚪形(Tadpole-shape):如噬菌體。痘病毒磚形病毒(為復合對稱)狂犬病毒子彈形病毒(為螺旋對稱)T4噬菌體蝌蚪形病毒(為復合對稱)三、病毒的結構三、病毒的結構病毒只有在侵入細胞以后才表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。病毒的生活周期可分為兩個階段:細胞外階段,以成熟的病毒粒子形式存在;細胞內(nèi)階段,即感染階段,在此階段中進行復制和繁殖。根據(jù)寄生的宿主不同,病毒可分為:動物病毒、植物病毒、細菌病毒(即噬菌體)三、病毒的結構根據(jù)病毒所含的核酸的性質(zhì)和狀態(tài)不同,可將病毒分為6類:雙鏈±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì),如天花病毒、T-偶數(shù)噬菌體。單鏈+DNA→±DNA→+RNA→蛋白質(zhì),如細小DNA病毒。雙鏈±RNA→+mRNA→蛋白質(zhì),如呼腸孤病毒。單鏈+RNA→-RNA→+RNA→蛋白質(zhì),如脊髓灰質(zhì)炎病毒。單鏈-RNA→+RNA→+蛋白質(zhì),如流感病毒、狂犬病毒。單鏈+RNA→DNA→±DNA→+mRNA→蛋白質(zhì),即逆轉錄病毒(retrovirus)又稱RNA腫瘤病毒(oncornavirus)。四、類病毒沒有蛋白質(zhì)外殼,僅為一裸露的RNA分子。不能像病毒那樣感染細胞,只有當植物細胞受到損傷,失去了膜屏障,它們才能在供體植株與受體植株間傳染。馬鈴薯錘管類病毒僅由一個含359個核苷酸單鏈環(huán)狀RNA分子組成,鏈內(nèi)有一些互補序列。分子長約40~50nm,不能制造衣殼蛋白。五、朊病毒(蛋白質(zhì)感染因子)僅由感染性的蛋白質(zhì)亞基構成Prusiner1982年發(fā)現(xiàn)于患羊瘙癢?。╯crapie)的倉鼠,命名為prion。Prusiner因此于1997年獲得諾貝爾獎。prion(PrP)由Prnp基因編碼,位于人20號染色體,小鼠2號染色體。這種蛋白質(zhì)存在于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞表面,可能起信號轉導作用。正常Prnp基因產(chǎn)物為PrPc蛋白,對蛋白酶很敏感,具有致病作用的是PrPSc蛋白。PRIONPrPCPrPSCPrPSc與PrPc均由253-4個氨基酸組成,PrPc具有43%的α螺旋,3%的β折疊,而PrPsc具有34%α螺旋,43%的β折疊。動物被感染后,PrPSc蛋白堆積在腦組織中,形成不溶的淀粉樣蛋白沉淀,無法被蛋白酶分解,引起神經(jīng)細胞凋亡(apoptosis)。目前已知的人類PRION疾病主要有:克-雅二氏病(Creutzfeldt–Jakobdisease,CJD):自身PrP蛋白發(fā)生變異引起的。變異型克-雅氏?。╲CJD):PRION感染。GSS綜合征(Gerstmann-StrausslerScheinkerdisease):由Prnp基因缺陷引起??唆敳。↘uru):PRION感染。致死性家族性失眠癥(Fatalfamilialinsomnia,F(xiàn)FI):Prnp基因變異。六、病毒在細胞內(nèi)增殖(復制)1、病毒侵入細胞,病毒核酸的侵染2、病毒核酸的復制、轉錄與蛋白質(zhì)的合成3、病毒的裝配、成熟與釋放

噬菌體病毒在細胞內(nèi)增殖七、病毒與細胞在起源與進化中的關系病毒是非細胞形態(tài)的生命體,它的主要生命活動必須要在細胞內(nèi)實現(xiàn)。病毒與細胞在起源上的關系,目前存在3種主要觀點:生物大分子→病毒→細胞 病毒生物大分子細胞生物大分子→細胞→病毒第三節(jié)原核細胞與古核細胞(古細菌)原核細胞沒有核膜,DNA為裸露的環(huán)狀分子,通常沒有結合蛋白。沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng),核糖體為70S型。通常稱為細菌(bacterium)。原核生物分為:真細菌(eubacteria)和古細菌(archaeobacteria)真細菌主要代表:支原體(mycoplast)——最小最簡單的細胞;細菌藍藻又稱藍細菌(Cyanobacteria)古細菌又稱古核生物(archaeon),它的細胞在形態(tài)上與原核細胞相似,細胞壁不含肽聚糖。有些分子進化特征接近真核細胞,因此它們未必是最古老的細胞類型。一、細菌的基本結構是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機體。絕大多數(shù)細菌的直徑在0.5~5μm之間。大腸桿菌淋病球菌一、細菌的基本結構肉毒梭菌弧形霍亂菌細菌有三種形態(tài):桿菌、球菌、螺旋菌(弧形菌)一、細菌的基本結構1、細胞壁:主要成分是肽聚糖,由N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰胞壁酸構成雙糖單元,以β(1-4)糖苷鍵連接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽側鏈,相鄰聚糖纖維之間的短肽通過肽橋(革蘭氏陽性菌)或肽鍵(革蘭氏陰性菌)橋接起來,形成了肽聚糖片層。肽橋:不一樣幾個氨基酸組成一小段肽鏈,這段肽鏈把兩個更大的、功能相關的分子(比如蛋白、多糖)連接起來,這段小肽即稱之。肽鍵:一分子氨基酸的α-羧基和一分子氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的酰胺鍵。一、細菌的基本結構Grampositivebacterialcellwall革蘭氏陽性菌細胞壁厚約20-80nm,有15-50層肽聚糖片層,每層厚1nm,含20-40%的胞壁酸(teichoicacid,對青霉素敏感)。一、細菌的基本結構Grampositivebacterialcellwall革蘭氏陰性菌細胞壁厚約10nm,僅2-3層肽聚糖,另外還有脂多糖、細菌外膜和脂蛋白,胞壁酸含量極微,故對青霉素不敏感。一、細菌的基本結構2、細胞膜:厚約8~10nm,外側緊貼細胞壁。一些行光合作用的原核生物,質(zhì)膜具有與捕光反應有關的內(nèi)褶。一些革蘭氏陽性菌質(zhì)膜內(nèi)褶形成小管狀結構,稱為中膜體(或質(zhì)體)。Mesosome(間體)一、細菌的基本結構3、莢膜(capsule):細菌最外表的一層多糖類物質(zhì)。主要是由葡萄糖和葡萄糖醛酸組成的聚合物。功能:抵御不良環(huán)境;保護自身不受吞噬;選擇性的粘附到特定細胞的表面上。Negativestainedbacteria一、細菌的基本結構4、鞭毛:細菌的運動器官,由鞭毛蛋白構成。一、細菌的基本結構5、菌毛:是菌體表面極其纖細的蛋白,與細菌運動無關。分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關,后者為中空管子,與傳遞遺傳物質(zhì)有關。一、細菌的基本結構6、核糖體:約含5000~50000個。部分附著在細胞膜內(nèi)側,大部分游離于細胞質(zhì)中。沉降系數(shù)為70S。由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成。大亞單位含有23SrRNA,5SrRNA與30多種蛋白質(zhì)。小亞單位含有16SrRNA與20多種蛋白質(zhì)。小亞單位對四環(huán)素與鏈霉素敏感,大亞單位對紅霉素與氯霉素敏感。一、細菌的基本結構7、擬核:DNA分子裸露,沒有內(nèi)含子,具有重疊基因。低電子密度區(qū)為擬核大腸桿菌一、細菌的基本結構8、質(zhì)粒(plasmid):除核區(qū)DNA外,可進行自主復制的遺傳因子,是裸露的環(huán)狀DNA分子,所含遺傳信息量為2~200個基因,能進行自我復制,有時能整合到核DNA中去。質(zhì)粒常用作基因重組與基因轉移的載體。Plasmidchromosome一、細菌的基本結構9、繁殖:以二分裂的方式繁殖,某些細菌處于不利的環(huán)境,或耗盡營養(yǎng)時,形成內(nèi)生孢子,又稱芽孢,是對不良環(huán)境有強抵抗力的休眠體。分裂中的鏈球菌分裂中的大腸桿菌炭疽桿菌的芽孢二、支原體(mycoplasma)大小0.2~0.3μm,可通過濾菌器、無細胞壁。細胞膜中膽固醇含量較多,約占36%,凡能作用于膽固醇的物質(zhì)(如二性霉素B、皂素等)均可引起支原體膜的破壞而使支原體死亡?;蚪M為環(huán)狀雙鏈DNA,分子量小,合成與代謝很有限,肺炎支原體寄生于細胞表面。肺炎支原體侵染倉鼠氣管組織的TEM照片三、衣原體和立克次氏體衣原體(Chlamydia)直徑0.2-0.3μm,能通過濾菌膜。砂眼衣原體起初被認為是大型病毒,1956年,我國微生物學家湯飛凡等人首次分離到沙眼病原體。立克次氏體(Rickettsia)細胞較大,無濾過性。合成能力較強,且不形成包涵體。有細胞壁,在寄主細胞內(nèi)生活,有攝能寄生物(energeparasite)之稱。三、衣原體和立克次氏體附著在內(nèi)皮細胞表面的立克次氏體和細胞內(nèi)包含立克次氏體的內(nèi)吞體

四、藍藻又稱藍細菌。它的光合作用類似于高等植物,而不同于光合細菌。沒有葉綠體,但有質(zhì)膜內(nèi)陷形成的捕光裝置(光合作用片層)。DNA分子環(huán)狀、裸露,連續(xù)復制。遺傳信息可與高等植物相比。體積大,直徑約10μm左右,甚至可達70bμm(顫藻)。屬單細胞生物,但有些藍藻經(jīng)常以絲狀的細胞群體存在,如:發(fā)菜。Cyanobacteria五、古細菌(archaebacterium)無核膜及內(nèi)膜系統(tǒng);以甲硫氨酸起始蛋白質(zhì)的合成、核糖體對氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、具有內(nèi)含子和組蛋白。細胞膜中的脂類不可皂化,細胞壁不含肽聚糖。生活在極端環(huán)境中,如:產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、極端嗜熱菌。五、古細菌(archaebacterium)a:Aquificialespyrophilus;b:Pyrolobusfumarii;Pyrolobusfumarii可以生活在90-113℃,pH4.0-6.5。其最適生存溫度為106℃,低于85℃和高于115℃則不生長,能在121℃的高溫中存活1小時延胡索酸火葉菌第三節(jié)真核細胞(Eukaryoticcell)一、真核細胞的基本結構體系(一)以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎的生物膜結構系統(tǒng)質(zhì)膜(plasmolemma;plasmamembrane)。細胞核(nucleus):具有核被膜(nuclearenvelope)和核仁(nucleolus)。核仁是形成核糖體的結構域(domain),呈小球狀。細胞質(zhì)(cytoplasm):包括細胞器和細胞質(zhì)基質(zhì)(cytoplasmicmatrix)/胞質(zhì)溶膠(cytosol)。一、真核細胞的基本結構體系(二)遺傳信息表達系統(tǒng)1、DNA-蛋白質(zhì)與RNA-蛋白質(zhì)復合體形成遺傳信息載體與表達系統(tǒng);2、DNA與組蛋白構成了染色質(zhì)與染色體的基本結構—核小體(nucleosome)。3、核仁:主要由DNA-蛋白質(zhì)與RNA-蛋白質(zhì)組成,主要功能是rRNA的轉錄與核糖體亞單位的裝配。核仁DNA主要是rDNA,是轉錄rRNA的摸板。一、真核細胞的基本結構體系(三)細胞骨架系統(tǒng)1、細胞骨架系統(tǒng):是由一系列特異的結構蛋白裝配而成的網(wǎng)架系統(tǒng)。分為胞質(zhì)骨架和核骨架。2、胞質(zhì)骨架:由微絲、微管與中等纖維等構成的網(wǎng)絡體系。3、核骨架:包括核纖層和核基質(zhì)。二、細胞器細胞器(organelle):細胞內(nèi)特定的功能結構域,有兩類,一類是膜圍成的,構成內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)。另一類細胞器是沒有膜包圍的。細胞內(nèi)主要的細胞器有:①endoplasmicreticulum、②Golgibody;Golgiapparatus、③lysosome、

④endosome、⑤mitochondrion、⑥chloroplast、⑦peroxisome、⑧cytoskeleton、⑨centriole、⑩ribosome。三、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能維持細胞內(nèi)相對穩(wěn)定的離子環(huán)境。許多代謝過程是在細胞基質(zhì)中完成的,如①蛋白質(zhì)的合成;②核苷酸的合成;③脂肪酸合成;④糖酵解;⑤磷酸戊糖途徑;⑥糖原代謝;⑦信號轉導。供給細胞器行使其功能所需要的一切

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