大学复习资料细胞生物学.docx

1、大学复习资料细胞生物学第一章 绪论一、细胞的概念 （一）细胞1细胞的定义 细胞是生命体结构和生命活动的基本单位。 植物和动物的生长发育是依靠细胞增殖、细胞分化和细胞凋亡实现的。生物的重大生命现象，如遗传、神经、内分泌活动等均以细胞为基础。备注：分子和组织都不是生命活动的基本单位 分子不具备生命活动的特征，不能进行自我更新，不能进行能量和物质代谢。 组织器官具有生命活动的特征，可以进行自我更新，可以进行能量和物质代谢。但它不是最基本的单位。组织器官是由细胞构成的。2 细胞的基本特性 （1）细胞是构成有机体的基本单位 非细胞生物：病毒生物： 细胞生物：根据细胞数量的多少，细胞生物可以分为单细胞生物

2、和多细胞生物；根据细胞核的状态，可以分为原核生物和真核生物。 备注：原核生物与真核生物原核生物：是指由原核细胞组成的生物。原核细胞：是指无典型细胞核的细胞。真核生物：是指由真核细胞组成的生物。真核细胞：是指有典型细胞核的生物。（2）细胞是代谢的基本单位细胞是生物进行物质代谢和能量代谢的基本单位，生物体细胞进行的物质代谢和能量代谢，具有自我组织性和自我调节性，总是向着有利于生物生存的方向发展。（3）细胞是遗传信息传递的基本单位 细胞是遗传信息的基本单位，细胞包含有调控生命活动、支持生物发育的全部遗传信息，具有潜在的全能性。 遗传信息的传递包括两方面的内容：一是遗传信息通过DNA复制在亲代与子代之

3、间传递，二是信息通过DNA转录、翻译在细胞内部与细胞之间传递。备注：细胞发育全能性细胞发育全能性：是指细胞具有独立发育形成一个生命个体的能力，实质是细胞具有支持生物生命活动的全部遗传信息。动物细胞全能性：细胞核移植形成独立的动物体。胚胎切割使少数细胞发育形成克隆胚胎，经过胚胎移植形成克隆动物。（4）细胞是生物生长、发育、繁殖和生产的基本单位 细胞是动物和植物生长发育、繁殖和生产的基本单位，动物产品和植物产品的形成，从根本上来讲，或者是细胞生长的结果（细胞体积增大，数量增多），或者是细胞代谢活动的产物（如乳汁、生物药品胰岛素,等）（5）细胞是进行生命活动的最基本单位 细胞在生命活动过程中，伴随者

4、物质转换，能量动和信息传递。如将细胞核、细胞膜、细胞器分割，细胞物质转化、能量流动与信息传递则无法进行，细胞则不可能进行生命活动。 细胞生命活动：肌肉收缩，机械运动，胞吞、胞吐，物质运输、分泌，体温。（二）细胞生物学的产生与发展 1.细胞学说 阐述细胞结构，细胞是一切生物的生命活动的基本单位。细胞生物学的形成与发展可分为三个阶段：形态描述实验生物精细定性、定量研究。二、细胞生物学的产生与发展（一）细胞生物学1细胞生物学的概念 细胞生物学是以物理学、化学与分子生物学为研究手段，研究细胞基本生命活动规律的一门学科，主要以细胞结构与功能，增殖与分化，衰老与凋亡，基因表达与调控，细胞信号传递与社会联系

5、，细胞起源与进化等为主要研究内容。主要从细胞个体、细胞器和分子水平等三个层次来研究细胞生命活动的基本规律。2.细胞学说的产生与意义（1） 细胞的发现 英国人胡可（Robert hooke) 1665年观察到软木薄片中的小室，称之为细胞（cellar)。荷兰人虎克（leeuwen HoeK)1674年观察许多动物细胞与植物细胞，并对鱼红细胞核进行了描述。（2） 细胞学说的产生 1838年德国植物科学家施莱登（M.J.Schleiden)，1839年德国动物科学家施旺（M.J.Schwann)共同创立。（3）最初细胞学说的内容 一切动物和植物都是由细胞发育而来，并由细胞及其产物而构成；细胞是生命活

6、动的基本单位，既具有自己的独立生命，又对细胞共同组成的生物体产生有益的影响；细胞是由细胞而来的（细胞是通过细胞分裂而产生的）。（4）细胞学说的意义 揭示了生物之间的普遍联系，生物之间存在的共同点细胞。恩格斯讲，细胞学说、能量转换与守恒定律以及达尔文的进化论称为19世纪自然科学的三大发现。3.经典细胞学(1) 经典细胞学的概念：主要研究细胞的基本结构与功能。研究对象是已死亡细胞，主要进行静态研究，研究细胞膜、细胞核、细胞质结构与功能的关系。提出原生质理论，对细胞分裂进行研究，发现一些重要的细胞器。（2）原生质理论 原生质：细胞的内含物，也就是细胞膜之内的一团物质，即现代细胞概念中的细胞质和细胞核

7、。 原生质理论：有机体的组成单位是原生质，原生质在一般有机体中是相似的。 对原生质理论的认识：是人们早期对细胞的一种模糊认识，已被现代细胞的概念所取代，原生质就是细胞质和细胞核，其中包含许多细胞器。（3）细胞分裂的研究 无丝分裂；有丝分裂；减数分裂（4）细胞器的研究 高尔基体；线粒体；叶绿体；溶酶体；染色体4.实验细胞学的发展（1）细胞遗传学 从细胞水平研究和揭示生物遗传变异的规律，着重研究细胞遗传物质变异的基本规律，包括染色体组成与结构，遗传性状的决定单位，基因在染色体的分布与组织形式，细胞核遗传物质与细胞质遗传物质的关系。（2）细胞生理学 主要研究细胞对其周围环境的反应，细胞的分裂与增殖，

8、生物的跨膜运输与细胞电位。（3）细胞化学 研究细胞膜、细胞质、细胞核及其细胞器的化学组成，研究细胞内化学物质变化对细胞结构与功能的影响。5.细胞生物学的发展（1）细胞生物学的产生 细胞生物学名词最初出现于20世纪60年代，是在现代细胞学基础上形成的一门崭新学科，以细胞作为生命活动的基本单位为出发点，在各个层次研究生命活动的基本规律。（2）细胞生物学的主要特点 主要进行动态研究，以活的细胞为研究对象，研究细胞结构与细胞生命活动的关系，研究细胞结构及其生命活动调控机制，研究细胞分裂、生长、分化、凋亡的基本规律 。 从整体研究细胞分裂增殖与分化的基本规律，研究细胞对环境的反应；研究基因表达的基本规律

9、。 研究手段复杂多样：包括化学、物理、免疫、分子生物学手段。备注：细胞生物学研究的手段光学显微水平：光学显微镜，主要观察细胞壁，细胞膜，细胞核结构。电子超显微水平：电子显微镜，主要观察细胞器结构。原子显微水平：原子显微镜，主要观察细胞代谢活动过程中生物大分子结构发生的变化。细胞培养技术细胞免疫技术细胞分子生物学技术细胞化学技术三、细胞生物学研究的主要内容1.细胞核、染色体、基因组及其基因的表达的研究。2.生物膜与细胞器的研究：与人类健康密切相关，许多疾病的发生都是由于细胞膜和细胞器发生异常而产生，生物膜与细胞识别和物质跨膜运输、信息传递密切相关。3.细胞骨架体系的研究：细胞骨架与细胞物质运输、

10、信息传递、细胞运动、基因表达以及大分子物质的加工密切相关。4.细胞分裂增殖及调控研究：细胞增殖与生物生长、生物生产以及健康密切相关，例如，生物产品是细胞增殖形成的，疾病是细胞增殖不足或调节失控造成的。对各种细胞分裂增殖及调控进行研究，有助于发现促进生产，减少疾病发生的新途径、新技术及新方法。5.细胞分化及调控：体外培养细胞，定向诱导分化细胞，为工厂化生产动植物组织，形成新产品提供新技术、新方法。体内研究细胞分化的规律，对于揭示生物繁殖以及生物发育的基本规律，具有重要作用。6.细胞衰老与凋亡的研究：揭示细胞新陈代谢的基本规律以及动植物发生疾病的内在因素。7.细胞起源与细胞进化：探索生命的起源，生

11、物的进化。8.细胞工程：在细胞培养基础上对细胞进行各种操作以获取新产品的过程，最富有生命活力与发展前景，应用最为广泛。四、细胞生物学的主要分枝学科1.细胞遗传学 染色体结构与功能方面阐述遗传与变异的基本规律。不同种类动物细胞遗传学的比较研究可以揭示生物起源、进化、演化以及品种形成等重大问题；不同民族细胞遗传学的比较研究可以揭示民族起源、进化、演化以及品种形成等重大问题；不同生态环境条件下动物（人类）生产和健康的细胞遗传学比较研究可以揭示某些疾病、生产性能与环境的关系，为进一步阐述环境与健康、环境与生产的关系奠定基础。 2.细胞生理学 主要研究环境物质对细胞能量代谢、物质代谢以及细胞的分裂，生长

12、，增殖和分化影响的基本规律。细胞生理学的研究，为从细胞水平阐述营养物质、毒物对生物生长、发育、繁殖以及健康的基本规律，提供了新思路和新方法。3.细胞化学细胞化学是以化学方法研究细胞化学组成以及化学成分在细胞内的分布状况。运用光学显微镜、原子显微镜和电子显微镜观察、定位观察活的细胞化学成分如蛋白质（酶）、脂肪和核酸在细胞内的分布以及变化情况，用来进一步说明各种物质对细胞功能和结构的作用。细胞化学在营养学、发育学、遗传学研究过程中，发挥着重要作用。 4.细胞社会学 从系统论角度出发，研究细胞与细胞之间的联系，研究细胞与细胞群的联系方式，研究细胞与细胞之间的相互作用及细胞识别、细胞通讯、细胞生长与增

13、殖、分裂与分化、凋亡与死亡等一系列行为变化。5.细胞形态学 是研究细胞形态以及亚微结构的分支学科，主要研究细胞亚微结构以及细胞器的起源、形成机制以及发展过程。 6.分子细胞学 从细胞内遗传物质DNA开始，按照中心法则的规律，研究DNA在细胞内的复制，转录，DNA的翻译等过程，阐述从遗传物质到RNA，由RNA到蛋白质的生物合成规律，进一步阐明基因的复制、转录、翻译、表达和调控的规律。分子细胞学为揭示动植物主要经济性状基因结构与功能，表达与调控的规律提供技术和方法五、学习细胞生物学的意义 1. 技术是21世纪最有发展前途，前景非常广阔的一个新兴产业，它在农业、林业、畜牧业、水产业、人类医学和制药业

14、以及环境保护中，具有极为广泛的用途。因此，有人讲，21世纪，是生物科学的世纪，这一点也不过分。2. 生物工程是生物技术的核心环节，细胞生物学则是细胞生物工程的理论基础，因此，学习细胞生物学，对于掌握现代生物科学技术知识，造福于人类社会，具有十分重要的意义。生物工程技术体系基因工程 细胞工程：胚胎，组织 蛋白质（酶）工程：医药、食品 发酵工程：生物制药，食品，饮料 环境保护 生物技术产业链基因工程-细胞工程-胚胎工程（种子工程）-转基因动物（克隆动物） 3.细胞生物技术在动植物生产中的作用（1）创造新产品,新物种（2）提高动植物产品质量（3）增加动植物产品数量（4）降低产品成本-抗逆性强动物品种

15、 （5）利用转基因动物进行药品生产-生物制药（6）环境保护：生物环境工程，利用改良的生物降解废弃物。4.有利于个人深造和提高 考取研究生：动物遗传育种与繁殖；生物学细胞生物学方向，人类基础医学专业组织胚胎工程方向，动物医学专业组织胚胎工程方向，动物学专业，遗传学专业等。5.有利于扩大就业门路 增加新知识和新技术，利用现代生物技术改造传统产业（专业），增强个人发展的后劲，为谋求更好的职业奠定基础。6.有利于相关课程学习生物化学、分子生物学、生理学、遗传学、组织胚胎学、动物繁殖学、兽医产科学第二章 细胞基本知识概要一、细胞基本共性 1.具有相同的元素与物质组成 （1）基本元素 C、H、N、O、P、

16、S、Cl、K、Ca、K、Fe、Mg、Cu、Zn等；（2）小分子物质 氨基酸，核苷酸，脂肪酸和单糖；（3）大分子物质 核酸（DNA、RNA），蛋白质（多肽）、脂质（类固醇）、多糖；（4）大分子复合物 核蛋白、脂蛋白、糖蛋白，糖脂。2.细胞都有细胞膜（1）细胞膜的组成 细胞膜由磷脂双分子层和镶嵌其中的蛋白质构成。（2）细胞膜的作用 使细胞与周围环境保持相对独立，形成相对稳定的细胞内环境；与周围环境进行物质交换和信息转导。 备注：真核细胞的细胞器由细胞膜演化而来。3.细胞都有两种核酸 细胞都有两种核酸，即DNA和RNA。其中，DNA是遗传物质的载体，RNA是遗传信息转录和翻译的工具。4.细胞都含有核

17、糖体 所有细胞都含有核糖体，核糖体是细胞内蛋白质合成的场所，也是遗传信息翻译的场所。5.细胞具有分裂增殖的特性 无丝分裂、有丝分裂、减数分裂二、原核细胞与真核细胞（一） 原核细胞1.概念 原核细胞是指无典型细胞核的细胞。 细胞遗传物质DNA散在分布于细胞内，无细胞核膜将DNA和细胞质分开。如支原体、细菌等。2.特点（1）遗传物质分子量小，遗传信息量小，遗传信息的载体仅为一个环状DNA；（2）无有膜细胞器，无核膜；（3）细胞体积较小；（4）一个细胞构成一个生物，一个原核生物由一个原核细胞构成。3.几种主要的原核细胞（1）支原体（mycoplast）： 支原体是目前发现最小的和最简单的原核细胞，细

18、胞直径0.1-0.3微米，分布于动物、植物体内，大多数为病原体。具备细胞的基本特性。（2）细菌（Bacteria） 细菌的遗传物质 无典型细胞核，但有原始形态的核，有核区，无核仁，DNA集中分布在细胞核区。DNA复制与细胞分裂不同步，一个细胞内含有多个DNA分子，这是细菌细胞与真核细胞的区别之一。细菌细胞内DNA分子为双螺旋结构，DNA复制，RNA转录和protein翻译可同时进行。 细菌的表面结构A. 细胞壁（cell wall） 细胞壁位于细胞膜之外，由肽聚糖、壁酸等组成（乙酰氨基葡萄糖，乙酰基胞壁酸，氨基酸肽聚合而成），具有弹性，韧性，对细胞具有保护作用。青霉素作用革蓝氏阳性细菌（破坏细

19、胞肽聚糖合成，杀灭细菌）B.细胞膜（cell membrane）由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成，富有弹性，是一种半透膜，对物质具有选择性的吸收和排出的功能，是物质运输和信息传递的通道。C.中膜体（mesosome） 中膜体是细胞膜凹陷形成的一种结构，是DNA复制的支点。D.荚膜（legumen membrane） 荚膜是细菌细胞特有的结构，是位于细胞壁表面的一层黏液，主要由葡萄糖和葡萄糖醛酸组成，对细菌具有保护作用。E.鞭毛（flagellum） 鞭毛是一种运动器官，由鞭毛蛋白组成。细菌的核糖体(ribosome)：是蛋白质翻译的场所。多聚核糖体：核糖体（70s）+ mRNA 大亚单位（50s）

20、：23s rRNA+5s rRNA+30种proteins 核糖体 小亚单位（30s）：16s rRNA+20种protein细菌的质粒（plasmid）位于细菌细胞核区之外，能够进行复制的遗传物质，结构为一种环状DNA，质粒DNA进入到细胞内，可以整合的寄主细胞DNA之中。因此，质粒是携带外源基因的最佳载体。细菌的芽孢（spore）芽孢是细菌在不良环境中形成的一种特殊结构，水分、DNA和其它营养物质聚集在细胞一侧，细胞外被一层细胞壁。对细菌有保护作用。（3）蓝藻蓝藻是一种单细胞植物，无叶绿体，有光合作用装置。 细胞表面结构：细胞壁含有纤维素，肽聚糖，细胞壁外有胶质层，胶质层由酸性粘多糖和果胶

21、质组成。遗传物质：蓝藻遗传物质为一个环状DNA，蓝藻细胞体积大，直径10m左右。中心质（中心体）：蓝藻遗传物质存在的场所，不一定位于细胞中央。光合作用层：呈环状分布，含有藻胆蛋白，可以接受光能刺激，并将光能传送给叶绿素。细胞内含物：淀粉、脂滴、颗粒体、多角体 备忘录：原核细胞基因表达调控-操纵子学说基本概念1.调节基因：转录阻遏蛋白的mRNA；2.阻遏蛋白:是调节基因转录、翻译的产物，与操纵子基因结合，阻止结构基因转录；3.操纵基因：控制结构基因是否转录，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，抑制结构基因转录；4.诱导物：与阻遏蛋白结合，阻止阻遏蛋白与操纵基因结合，启动结构基因的表达；5.启动子：启动结

22、构基因转录。操纵子学说基本内容（1）当培养基中无乳糖 时，调节基因转录（产物为i-mRNA)、翻译产生阻遏蛋白，阻遏蛋白与操纵基因结合，阻止结构基因表达。（2）当培养基中有乳糖 时，乳糖（诱导物）与阻遏蛋白结合，阻止阻遏蛋白与操纵基因结合，启动结构基因表达。 （二）古核细胞（古细菌）古核细胞（古细菌）是生长在极端环境（非常冷、非常热、盐度非常高的海水中），在进化上位于原核细胞与真核细胞之间的生物。 （三）真核细胞 1.概念：具有典型细胞核的细胞。2. 结构体系： （1）细胞膜系统：由脂质和蛋白质构成，包含细胞膜，核膜，细胞器膜；主要作用为选择性吸收和排出物质，物质的跨膜运输，信息与能量传递，化

23、学反应，细胞识别，细胞运动，细胞黏附，分化形成细胞器。（2）遗传物质表达与调控的结构系统由DNA、RNA和protein 构成的基因表达与调控系统，主要包括 DNARNAprotein三个环节物质代谢。 A、染色体（ DNA的载体，DNA复制的场所） DNA与组蛋白-核小体（nuclesome）盘绕，折叠，螺旋化-染色质-染色体 B、核仁（是转录的场所） DNA-protein：DNA主要为rDNA,是DNA转录为RNA的场所 RNA-protein：RNA主要为rRNA C、核糖体 rRNA-protein：是合成肽链的场所（3） 细胞骨架系统 概念：由一系列特异结构蛋白构成的网络系统。 细

24、胞骨架系统 细胞质骨架： 微丝：肌动蛋白，功能为运动和传递信息 微管：管蛋白+微管结合蛋白，对细胞起支持作用，运输大分子物质 中等纤维：纤维蛋白与细胞分化关系密切 细胞核骨架： 核纤层（nuclear lamina）：核纤层蛋白 核基质（nuclear matrix） ：核基质蛋白 （四）真核细胞与原核细胞的区别 1.结构与功能的区别细胞器原核细胞真核细胞细胞膜有有核膜无有染色体1个，由1个环状DNA+少量蛋白质或无pr.2个，线状DNA+蛋白质核仁无有内质网无有线粒体无有细胞器原核细胞真核细胞高尔基体 溶酶体 核糖体核外遗传物质细胞壁 细胞骨架 细胞增殖细胞体积 无无70S裸露质粒DNA氨基

25、糖+壁酸无无丝分裂小 有有80S线粒体DNA，叶绿体DNA动物（无）植物（纤维素+果胶）有有丝分裂大 2.遗传物质表达系统的比较 项目原核细胞 真核细胞 DNA量（信息量） DNA分子数DNA分子结构 基因组数 基因数 重复序列 基因中插入内含子少1个环状1n几千无无多2个以上线状2n，多n大于几万，十万有有项目原核细胞 真核细胞 DNA与组蛋白结合 染色质或染色体 DNA复制的周期性 细胞周期基因的表达调控 转录与翻译的时空性转录物和翻译物的加工与修饰 无，少量结合无无无操纵子学说同时进行无 与5种组蛋白结合有有有复杂，多层次核内转录，细胞质内翻译，具有严格的阶段性和区域性真核细胞与原核细胞

26、比较之总结：细胞膜系统的分化与演化：细胞核细胞器遗传物表达系统的变化：遗传信息量增大，基因结构复杂，除结构基因之外，出现调控基因，重复序列遗传物质表达与调控的复杂性（转录前、转录、转录后，翻译，翻译后多层次表达调控）表达的阶段性和区域性真核细胞细胞骨架复杂细胞体积:原核细胞小，真核细胞大 三、细胞的大小 1.最小体积细胞：支原体 2.最大体积细胞：原生动物细胞 3.最大的动物细胞：卵母细胞 4.不同种类的动物或植物，同种组织器官，细胞体积大小相似 5.影响细胞体积的因素：物质交换能力大的细胞，要求细胞体积小；细胞内容物需要细胞有最大的体积四、动物细胞与植物细胞之比较项目动物细胞植物细胞细胞壁液

27、泡叶绿体 无无无 木质素，纤维素，半纤维素果胶质脂蛋白膜构成的封闭包围系统，内部为水溶液，含有糖，盐，色素，调节渗透压光合作用，叶绿素 备忘录：病毒-与细胞的比较支原体病毒能在培养基上生长具有环状双螺旋DNA具有RNA具有核糖体能独立合成蛋白质脂肪在细胞内寄生具有单链DNA或双链DNA或单链RNA或双链DNA无线粒体，无核糖体以病毒DNA为模板，复制DNA，转录形成病毒mRNA，再翻译形成病毒蛋白质，在这个过程中，以细胞核酸和氨基酸为原料，关闭细胞的DNA复制、转录和翻译过程（不能独立合成蛋白质）病毒-DNA病毒增殖特点1.在细胞脂酶、蛋白酶作用下，壳体破裂，释放DNA。2.在病毒DNA指导下

28、，利用宿主细胞代谢系统，复制DNA，合成早期蛋白。3.早期蛋白关闭细胞RNA转录和protein翻译过程。4.在病毒聚合酶作用下，以病毒DNA为模板，转录和翻译病毒蛋白质。病毒- RNA病毒增殖特点1.在细胞脂酶、蛋白酶作用下，壳体破裂，释放RNA。2.在病毒RNA指导下，利用宿主细胞质代谢系统，合成早期蛋白。3.早期蛋白关闭细胞RNA转录和protein翻译过程。4.在病毒聚合酶作用下，以病毒RNA为模板，转录mRNA，翻译病毒蛋白质。 第三章 细胞膜与细胞表面一、细胞膜的基本组成1.细胞膜（cell membrane） 又称质膜（plasma membrane），围绕在细胞最外层，由脂质双

29、分子层和镶嵌蛋白质组成的生物膜。2.基本构成1) Davson和Danielli提出“蛋白质-脂质-蛋白质”三明制式膜结构模型；2) Singer和Nicolson提出“液态镶嵌模型”；3) Karp提出“脂筏模型”。3.细胞膜的基本成分（1）膜脂 磷脂，约占50%，包括甘油磷脂、鞘磷脂； 糖脂，少于5%，目前已发现40余种； 胆固醇，约占30%。（2）膜蛋白 根据膜蛋白的位置及与脂分子的结合方式分为： 膜周边蛋白（periphereal proteins） 膜内在蛋白（integral proteins） 锚定蛋白（mosaic proteins） 脂质体（liposome）：由磷脂双分子层

30、形成的人工膜，膜内可以包裹药物，DNA等，脂质体可以镶嵌在膜蛋白内，也可以穿透细胞膜和核膜，进入到细胞质和细胞核内，因此，脂质体是运送物质入细胞的很好材料。脂质体直径为25-1000nm，可以透过膜小孔。去垢剂（detergent）：是一类去除脂类和蛋白质类的小分子化合物，包括离子型（如，十二烷基黄酸钠，SDS）和非离子型（如，Triton X-100）两类。SDS对蛋白质和脂类都有破坏作用，使膜崩解，特别是引起蛋白变性；Triton X-100也可使膜崩解，但对蛋白质作用较温和。去垢剂常用于除去细胞膜系统。 二、细胞膜的特性 1.细胞膜的不对称性（1）细胞膜各表面的名称 细胞外表面（extrocytoplasmic surface，ES） 细胞原生质面（protoplasmic surface，PS） 细胞外小页断面（extrocytoplasmic face，EF）