1、 細(xì)胞生物學(xué)講稿推薦使用教材沈振國崔德才主編主要參考教材細(xì)胞生物學(xué)中國農(nóng)業(yè)出版社 2003年鄭國倡主編翟中和主編韓貽仁主編細(xì)胞生物學(xué)高等教育出版社第二版細(xì)胞生物學(xué)高等教育出版社 2000年版分子細(xì)胞生物學(xué)科學(xué)出版社 2000年版第一章緒論關(guān)于細(xì)胞生物學(xué)一、細(xì)胞生物學(xué)研究的對象、目的和主要內(nèi)容細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)中的一個(gè)重要分支學(xué)科，它所研究的主要對象就是生活的細(xì)胞。主要目的是用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)從研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能入手，通過對細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的研究來探索細(xì)胞各種生命活動(dòng)的過程、本質(zhì)及相互之間的聯(lián)系，揭示生命的奧秘，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)、控制和利用這些生命活動(dòng)為人們的生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)，為人類造福的目的。細(xì)胞生物學(xué)

2、是當(dāng)代生物學(xué)教育的主體課程之一進(jìn)入 20世紀(jì) 70年代以來，特別是 90年代以來，人們在生物各個(gè)研究領(lǐng)域中獲得成果的速度不斷加快（5年一個(gè)周期），積累的知識迅速增加，已經(jīng)不再滿足于只是孤立的去認(rèn)識和了解個(gè)別生命活動(dòng)的現(xiàn)象，而是希望通過這些現(xiàn)象去認(rèn)識整個(gè)生命過程，揭開生命活動(dòng)的奧秘。比如，人們不再滿足于只是看到細(xì)胞的一種結(jié)構(gòu)，找到或分離到一個(gè)基因，而是希望知道這種結(jié)構(gòu)是怎么來的，怎樣變化的？這個(gè)基因在生物體內(nèi)是怎樣存在的？又是怎樣工作的？在尋求這些問題的答案中，細(xì)胞是一個(gè)主攻目標(biāo)，所以細(xì)胞生物學(xué)便顯得空前的重要，被公認(rèn)為是當(dāng)代生物學(xué)教育的主體課程之一。因?yàn)?，它是從?xì)胞水平、亞細(xì)胞水平和分子水平三

3、個(gè)層次上對細(xì)胞生長、分裂與分化、個(gè)體發(fā)育、遺傳與變異、運(yùn)動(dòng)和興奮傳導(dǎo)、衰老與死亡等過程進(jìn)行全方位的研究，這正是揭示生命奧秘的關(guān)鍵所在。分子生物學(xué)離不開細(xì)胞生物學(xué)EMBO，等）上所發(fā)表的文章看動(dòng)向二、細(xì)胞生物學(xué)的主要內(nèi)容從幾個(gè)權(quán)威性的雜志（PNAS，Cell，Nature，Science，Plant Cell，第一部分細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及各部分的主要功能1、細(xì)胞結(jié)構(gòu)概觀2、細(xì)胞表面與細(xì)胞連接3、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)膜系統(tǒng)4、線粒體5、質(zhì)體（主要是葉綠體）6、核糖體與蛋白質(zhì)合成7、細(xì)胞骨架（微梁系統(tǒng)）8、細(xì)胞核第二部分細(xì)胞的繁殖、分化、衰老與凋亡；細(xì)胞通訊；生物進(jìn)化 三、細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史及與其它學(xué)科的關(guān)系講授這一

4、部分的目的有二：1、生物科學(xué)研究成果的取得和進(jìn)步與研究所用儀器和手段的發(fā)展有直接聯(lián)系。2、生物科學(xué)的發(fā)展使學(xué)科愈分愈細(xì)，但又互相聯(lián)系、互相滲透，不可分割。細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史可歸納為如下幾個(gè)階段-細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)（1665年）-細(xì)胞學(xué)說的建立（1838-1840年）-細(xì)胞學(xué)的興起（1870-1930年）-細(xì)胞生物學(xué)（1940年）-細(xì)胞與分子生物學(xué)（1953）由上可以看出，細(xì)胞生物學(xué)是在細(xì)胞學(xué)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的?，F(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)可算做孿生兄弟。1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)與顯微鏡的發(fā)明緊密相連1604年，荷蘭眼鏡商詹森（Jansen）研制出了世界上第一臺顯微鏡，第一次使人們看到了原先肉眼看不到的東西。1

5、665年英國物理學(xué)家羅伯特.胡克（Robert Hook）用自制的顯微鏡觀察軟木時(shí)，發(fā)現(xiàn)它是由一個(gè)個(gè)蜂窩狀的小室組成的，小室的英文名叫“ cell”，我們譯為“細(xì)胞”。胡克在觀察蕪菁和蘿卜等植物的不同部分時(shí)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)。1677年荷蘭生物學(xué)家列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）在動(dòng)物方面進(jìn)行了觀察和研究，證明了動(dòng)物也具有細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。但是，由于顯微鏡性能在很長一段時(shí)間內(nèi)沒有多大改進(jìn)，致使在此后的近 200年內(nèi)，對細(xì)胞的認(rèn)識基本上沒有突破性的進(jìn)展。直到十九世紀(jì) 30年代，顯微鏡的制作技術(shù)有了明顯改進(jìn)，使其分辨力提高到 1um以內(nèi)，同時(shí)也由于切片機(jī)的制作成功，使得對于細(xì)胞

6、的研究有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。1831年，英國植物學(xué)家 Robert Brown在蘭科植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核；法國學(xué)者 Valentin在動(dòng)物結(jié)蒂組織細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了核仁；1835年，法國的 E。Dujardin對低等動(dòng)物根足蟲和有孔蟲進(jìn)行活體觀察，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)的膠狀物質(zhì)（肉樣汁）即原生質(zhì)的存在。從此，人們對細(xì)胞的概念有了新的認(rèn)識，為細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立打下了基礎(chǔ)。由此可以看出實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)對細(xì)胞研究的進(jìn)展起了決定性的作用。2、細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立和細(xì)胞學(xué)的興起在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，德國植物學(xué)家施萊登（M. Schleiden）于 1838年證明了所有植物體都是由細(xì)胞構(gòu)成的，提出了“細(xì)胞是任何一個(gè)植物體的基

7、本單位，最簡單的植物是由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的，而大多數(shù)植物是由細(xì)胞和細(xì)胞變態(tài)構(gòu)成的”。動(dòng)物學(xué)家施旺（T. Schwan）從動(dòng)物材料上不僅證實(shí)了 Schleiden的論點(diǎn)，而且有所發(fā)展，首次提出“細(xì)胞學(xué)說”這一名詞，指出“細(xì)胞結(jié)構(gòu)是幾乎一切生物體共有的特征，所有動(dòng)植物的組織都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是動(dòng)、植物有機(jī)體結(jié)構(gòu)和發(fā)育的基礎(chǔ)。一切多細(xì)胞有機(jī)體都遵循細(xì)胞分裂和分化的規(guī)律。”從而創(chuàng)立 了細(xì)胞學(xué)說?，F(xiàn)代細(xì)胞學(xué)說包括三個(gè)方面的內(nèi)容：（1）細(xì)胞是多細(xì)胞生物的最小結(jié)構(gòu)單位，對單細(xì)胞生物來說，一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)個(gè)體。（2）多細(xì)胞生物的每一個(gè)細(xì)胞為一代謝活動(dòng)單位，執(zhí)行特定的功能。（3）細(xì)胞來自于細(xì)胞（其中第三點(diǎn)為 R

8、。Virchow（微爾和）的貢獻(xiàn)）。細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立使人們由原來神創(chuàng)論的認(rèn)識中解放出來，開始向進(jìn)化論轉(zhuǎn)變，于是對細(xì)胞的研究空前高漲，很多生物學(xué)家的注意力被吸引到細(xì)胞上來?！凹?xì)胞學(xué)”在 1892年由德國胚胎學(xué)和解剖學(xué)家赫特維格發(fā)表的“細(xì)胞與組織”論文而宣告確立，并逐漸進(jìn)入了興旺時(shí)期。十九世紀(jì)下半葉是對細(xì)胞研究與收獲的黃金時(shí)代，1866年 Mendel提出了基因?qū)W說；1898年高爾基體被發(fā)現(xiàn)；1899年發(fā)現(xiàn)了植物的雙受精作用；還有細(xì)胞的無絲分裂（amitosis）、有絲分裂（mitosis）與染色體、減數(shù)分裂（meiosis）、中心粒、線粒體等都是在這一時(shí)期看到的。德國胚胎和解剖學(xué)家 O。Hertw

9、ig“細(xì)胞和組織”一書的出版（1892）標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科的建立。在細(xì)胞學(xué)獲得一系列成就的基礎(chǔ)上，一些有關(guān)的學(xué)科也應(yīng)運(yùn)而生，胚胎學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞生理學(xué)、細(xì)胞化學(xué)、組織學(xué)等相繼建立起來。直至 20世紀(jì) 30-40年代，由于電子顯微鏡的問世和其它一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展（如 x-ray ），使人們對細(xì)胞的認(rèn)識大大突破了原有細(xì)胞學(xué)的范圍，從單純描述性向動(dòng)態(tài)性研究發(fā)展，于是便誕生了以動(dòng)態(tài)研究為主的細(xì)胞生物學(xué)。實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展為細(xì)胞學(xué)說的建立與完善奠定了基礎(chǔ)，也為相關(guān)學(xué)科的建立與聯(lián)系創(chuàng)造了條件。3、細(xì)胞生物學(xué)的建立與興起電子顯微鏡的問世為細(xì)胞生物學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì) 30年代，德

10、國科學(xué)家 Ruska在 Siemens公司設(shè)計(jì)制造了世界上第一架電子顯微鏡，使人們的視野一下子提高到了納米水平（毫微米）。人們發(fā)現(xiàn)了許多在光鏡下無法看到的東西，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體膜層、葉綠體膜層、線粒體膜層、核糖體、溶酶體等。使人們對細(xì)胞的認(rèn)識進(jìn)入了一個(gè)更深的層次，糾正或重新確立了一些概念。與此同時(shí)，遺傳學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、胚胎學(xué)也相繼有了許多新的發(fā)現(xiàn)。把各個(gè)方面的知識拼接在一起，使人們幾乎看到了一個(gè)活生生的細(xì)胞，看到了生命的活動(dòng)不再是一個(gè)個(gè)細(xì)胞零件，而是一部完整的生命機(jī)器,于是以描述細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)與功能的動(dòng)態(tài)變化為主體的科學(xué)細(xì)胞生物學(xué)便取代了原來的細(xì)胞學(xué)。從 30年代至今，細(xì)胞生物學(xué)蓬勃發(fā)展

11、，內(nèi)容更加豐富和完善，作用也越來越大，與分子生物學(xué)一起被視為當(dāng)今生物學(xué)中的主干。4、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)1953年，Watson和 Crick總結(jié)了前人在細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)等領(lǐng)域的成就，根據(jù) X-ray衍射的結(jié)果，提出了 DNA雙螺旋模型（1962 年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理獎(jiǎng)），為人類認(rèn)識生命的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與組成帶來了新的觀念，把生物學(xué)研究推向了一個(gè)新的高度，于是誕生了分子生物學(xué)（也可叫做細(xì)胞分子生物學(xué)）。三、與細(xì)胞生物學(xué)有關(guān)的生物學(xué)研究的重要成就1、生物大分子方面DNA a、結(jié)構(gòu)類型：至少有 3種類型（族）DNA的被發(fā)現(xiàn)：B型、A型和 Z型。b、核苷酸的順序分析：應(yīng)用限制性

12、內(nèi)切酶、凝膠電泳和快速測序的方法，已經(jīng)確定了 SV40病毒、許多種質(zhì)粒、 細(xì)菌乃至高等動(dòng)（線蟲）植物（擬南芥）基因組的全部核苷酸順序，建立了基因圖譜、基因文庫，人類基因組物理圖譜的完成更是為二十世紀(jì)的結(jié)束畫上了一個(gè)完美的句號。通過核苷酸序列分析發(fā)現(xiàn)，真核細(xì)胞生物的 DNA至少有 2個(gè)區(qū)域組成，一是為蛋白質(zhì)編碼的外顯子區(qū)；另一個(gè)是不為蛋白質(zhì)編碼但影響和調(diào)控基因表達(dá)的內(nèi)含子區(qū)；由此表明 DNA上的基因是不連續(xù)的。 c、分子雜交與基因轉(zhuǎn)化：利用限制性內(nèi)切酶和 DNA連接酶可以把 DNA長鏈切割成不同長短、大小的片段，然后把兩種不同來源的 DNA（一為目的 DNA，一為載體 DNA）連接在一起，通過轉(zhuǎn)

13、化細(xì)胞（細(xì)菌）把目的基因轉(zhuǎn)移到受體（動(dòng)植物）細(xì)胞當(dāng)中去，這就是所謂的基因轉(zhuǎn)化技術(shù)。用目的基因的互補(bǔ) DNA片段進(jìn)行放射性標(biāo)記，然后再用這種已標(biāo)記的 DNA做探針對轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞進(jìn)行檢測，以確定目的基因是否已經(jīng)進(jìn)入受體 DNA中去，這就是分子雜交。這種技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)完善的程度，且為社會(huì)做出了巨大貢獻(xiàn)，如抗菌素的工廠化生產(chǎn)、抗病蟲害或特異優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物（煙草、棉花等）的培育成功、特異生態(tài)類型（巨型小鼠）出現(xiàn)、特種功能的生物問世。d、新的 DNA分析技術(shù)不斷出現(xiàn)，如 FLP、RFLP、RAPD、PCR、Rt-PCR等為揭示生命活動(dòng)的奧秘提供了有效手段。RNA 生物的 RNA不經(jīng)加工即可直接工作

14、。b、某些 RNA還具有酶（核酶）的功能。a、對蛋白質(zhì)氨基酸序列分析方法的改變：20世紀(jì) 5060年代采用直接分析的方法，即將a、真核生物之中 RNA經(jīng)轉(zhuǎn)錄后需先進(jìn)行加工（剪切）才能成為功能 RNA（見圖）。原核蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的氨基酸一次一個(gè)的切下來進(jìn)行分析鑒定，慢而且有限，并且很容易出錯(cuò)。70-80年代，由于解決了 DNA核苷酸序列分析的方法，從對 DNA序列的分析結(jié)果來推斷蛋白質(zhì)的氨基酸序快而且準(zhǔn)確，所以進(jìn)展很快，已搞清的多肽鏈達(dá)數(shù)萬個(gè)。b、結(jié)構(gòu)域-蛋白質(zhì)的核心# 、70年代后期，丹麥奧胡斯大學(xué)的 Staffan Magmisson 和他的同事們測定了抗凝血酶 III（Antithrombi

15、n III）（脊椎動(dòng)物血漿中的一種蛋白質(zhì)）的順序。#、大約與此同時(shí)，另一研究小組發(fā)表了血漿中另一種蛋白酶抑制劑-1抗胰蛋白酶的順序。#、70-80年代初，喬治敦大學(xué)全國生物化學(xué)研究基金會(huì)的工作者們分析了雞蛋中富含的卵清蛋白的順序。這三種蛋白有 30%的順序相同性。#、1983年，日本一個(gè)研究小組發(fā)表了血管緊張素原的順序（雖然這個(gè)激素本身只有 10幾個(gè)氨基酸，但它的前體大約有 4000個(gè)氨基酸長）。#、1985年，丹麥另一個(gè)研究小組在這個(gè)出乎意料的親緣蛋白譜系上加上了第五個(gè)分支，它就是存在于大麥種子中功能不明的 Z蛋白。雖然其大小只有其它蛋白質(zhì)的一半（-2000個(gè)氨基酸），但它卻與其它蛋白質(zhì)有明

16、顯的親緣關(guān)系（在 Z蛋白家族中的蛋白都有兩個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域。）后兩者與前三者有 20%的相似臨界值。從以上的分析中發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)域（domain），即這五種蛋白中都有一些相同的區(qū)段。這五種既不相同而又互相聯(lián)系的蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)域的發(fā)現(xiàn)給了我們兩點(diǎn)啟示：第一，不管目前所知的 4000多種氨基酸順序是否代表所有蛋白質(zhì)的絕大部分，但是已足以使任何新測出的順序都有相當(dāng)大的機(jī)會(huì)在這些順序中找出與其相似的順序。第二，某些大規(guī)模的氨基酸的排列在生物化學(xué)中非常有用，它已被頻繁地應(yīng)用在許多方面，這些功能單位往往可從結(jié)構(gòu)研究中看到的結(jié)構(gòu)域來鑒定。結(jié)論：古老的蛋白質(zhì)只有幾個(gè)類型，他們都是由幾個(gè)起功能作用的結(jié)構(gòu)域組成，以后的蛋

17、白質(zhì)是在幾 種古老蛋白質(zhì)類型的基礎(chǔ)上形成的。在新的組合中這些結(jié)構(gòu)域不斷地重新組裝，導(dǎo)致各種新的碰巧有用的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。2、胞間通訊與胞內(nèi)通訊胞間通訊的化學(xué)信使是長距離激素通訊和神經(jīng)細(xì)胞間短距離通訊的中間體。絕大多數(shù)高等生物有兩種主要的胞間通訊方式：激素系統(tǒng)和神經(jīng)元系統(tǒng)。最近知道這兩種通訊方式間有著密切的聯(lián)系：在一個(gè)系統(tǒng)中起作用的信息分子，有很多也在另一個(gè)系統(tǒng)中起作用，如去甲腎上腺素，既是一種激素又是一種神經(jīng)遞質(zhì)。起激素作用的分子一般可分為兩大類：肽類，水溶性，如胰島素等和甾類，脂溶性，如人體內(nèi)的皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮等。充當(dāng)神經(jīng)遞質(zhì)的胺或氨基酸總共不超過 10種：如乙酰膽堿、鄰苯二酚多巴胺、去甲腎上腺

18、素、腎上腺素、Y-氨基丁酸、谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸等。胞內(nèi)通訊已知的作為細(xì)胞內(nèi)信使的物質(zhì)為數(shù)極少，每一種這樣的“次級信使”都對細(xì)胞反應(yīng)起著決定性的指導(dǎo)作用，幫助細(xì)胞決定如何根據(jù)機(jī)體的需要做出反應(yīng)。由次級信使的種類極少這一點(diǎn)可以斷定細(xì)胞內(nèi)的信號通路是普遍通用的，在不同的生物和不同的細(xì)胞中可用同樣的信使或同一條通路，但同一種信使可調(diào)節(jié)多種生物生化過程或引起多種細(xì)胞反應(yīng)?，F(xiàn)在已知有兩條主要的信號通路：一條是用環(huán)腺磷（cAMP）作為次級信使；另一條則用一組次級信使，其中包括鈣離子（ Ca）、三磷酸肌醇（IP3）和二脂酰甘油（DG）幾種物質(zhì)，后兩種物質(zhì)（IP3，DG）由質(zhì)膜本身的磷脂分解而來。新的研究

19、發(fā)現(xiàn)，鈣調(diào)蛋白可以作為胞間通訊的信使，由此推斷胞間胞內(nèi)通訊可能有一條完整連續(xù)的途徑。3、細(xì)胞周期及其人工調(diào)控延緩生命進(jìn)程4、細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育在種類繁多的生物中已發(fā)現(xiàn)了一小段稱為同源框（homebox）的 DNA，這個(gè)小片段可能就是揭示細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育機(jī)理的關(guān)鍵所在。5、克隆技術(shù)與生物復(fù)制克隆人第二章細(xì)胞生物學(xué)的研究方法細(xì)胞生物學(xué)的研究方法很多，在此先介紹一些大體輪廓，每種方法的具體過程將結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)敘述。i. 一、形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察：（一）光學(xué)顯微鏡（以普通可見光或紫外光做光源的）1 、亮視野顯微鏡即經(jīng)常廣泛應(yīng)用的一種顯微鏡，視野是明亮的，被檢物體由于染色等原因而呈現(xiàn)各種顏色，用于觀察細(xì)胞

20、與組織的基本結(jié)構(gòu)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主）。（圖）2 、暗視野顯微鏡照明光線被阻斷，視野是黑暗的，而被檢物體是明亮的，可以看到其形態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但看不到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（圖）3 、相差顯微鏡與微分干涉差顯微鏡形態(tài)觀察，主要是活細(xì)胞的形態(tài)。（圖）4、紫外光顯微鏡與熒光顯微鏡提高分辨率，做某些化學(xué)成分的定位、定性與定量分析。（二）電子顯微鏡細(xì)胞亞微結(jié)構(gòu)及形態(tài)觀察。（圖）1、透射電子顯微鏡主要用于細(xì)胞亞微結(jié)構(gòu)及成分的分析 2、掃描電子顯微鏡主要用于觀察表面形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡分辨率大大超過光鏡，因此可看到更細(xì)微的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)部的許多結(jié)構(gòu)都是在使用電鏡之后才發(fā)現(xiàn)的。二、X-射線衍射技術(shù) 其原理是當(dāng)一束單波長的 X-射線通過某

21、一物質(zhì)的晶體時(shí)，該物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)就會(huì)衍射投放到其后面的照相底片上，形成衍射圖，從圖上可測定分子的方位，測量分子之間的距離，以及它們的原子結(jié)構(gòu)。（圖）三、放射自顯影技術(shù)當(dāng)細(xì)胞中的某種化學(xué)成分被放射性物質(zhì)，如 P32、H3、S35等標(biāo)記后，把樣品與乳膠片放在一起，就會(huì)使膠片感光，用顯微鏡或電子顯微鏡觀察感光后的膠片，便可看到該化學(xué)成分在細(xì)胞中分布的位置及含量。四、細(xì)胞流式測定技術(shù)主要用于測定細(xì)胞中的染色體數(shù)目，DNA含量，培養(yǎng)細(xì)胞的密度等。五、生化與生理測定技術(shù)（略）六、分子生物學(xué)方法包括細(xì)胞組分的分離與純化，生物大分子的分離與純化，分子雜交，基因轉(zhuǎn)移等。七、細(xì)胞與組織培養(yǎng)技術(shù)八、克隆與復(fù)制技術(shù)第

22、二篇細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能第三章細(xì)胞基本知識概述一、細(xì)胞的基本概念細(xì)胞是由膜包圍的、能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，是單細(xì)胞和多細(xì)胞有機(jī)體結(jié)構(gòu)的基本單位，是生命活動(dòng)的基本單位，是一切有機(jī)體生長發(fā)育的基礎(chǔ)。這里特別強(qiáng)調(diào)能進(jìn)行獨(dú)立繁殖，不能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的則不能算是細(xì)胞。如病毒雖然比支原體大，但它不能進(jìn)行獨(dú)立繁殖，所以不能算作細(xì)胞，可稱之為“半生命”。支原體雖然其直徑只有 0.1um，但它能進(jìn)行獨(dú)立繁殖，因此可看作生物界中最小的細(xì)胞。由于細(xì)胞是生物體最基本的結(jié)構(gòu)與功能單位，所以它要有進(jìn)行生命活動(dòng)所必須的基本條件，這些條件是：a）具有一套遺傳信息的儲存、復(fù)制與轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)；b）具有一層細(xì)胞膜，通過細(xì)胞膜與周圍環(huán)境相

23、對隔離并可進(jìn)行物質(zhì)、能量交換和信息傳遞；c）具有一套完整的代謝機(jī)構(gòu)（包括蛋白質(zhì)合成和運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)、細(xì)胞增殖與繁衍系統(tǒng)等），以維持基本的生命活動(dòng)有了這些要素，細(xì)胞便能獨(dú)立生活，表現(xiàn)出各種生命現(xiàn)象。細(xì)胞大小下限可能決定于能安置最低數(shù)目和大小的必要細(xì)胞組分，使細(xì)胞獨(dú)立存活的最小體積，上限決定于細(xì)胞核能控制細(xì)胞質(zhì)的程度。二、細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)經(jīng)典分類法把生物劃分為動(dòng)物界和植物界兩大類，這種方法對大部分生物來說是合適的，但有一些生物則很難歸類，比如：動(dòng)物和植物的最大區(qū)別是有或無細(xì)胞壁，可是眼蟲（Euglena）是一種單細(xì)胞生物，含有葉綠體，卻沒有細(xì)胞壁；細(xì)菌和真菌則有壁而無葉綠體；支原體既無壁也無葉綠體。對

24、細(xì)胞的認(rèn) 識也就隨著這些問題的提出和研究的深入而使一些觀念發(fā)生了改變。在 60年代，Hans Ris提出了原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的概念，指出：一類只有核的物質(zhì)而無核膜包圍的細(xì)胞稱為原核細(xì)胞，比如細(xì)菌和蘭綠藻等；有核膜包圍同時(shí)又具有核物質(zhì)的稱為真核細(xì)胞。這一概念已被大家所普遍接受，于是對生物界的分類也由經(jīng)典的分類法提出了新的分類法。Dodson 1971年提出將生物界分為原生生物（原核生物）界、植物界和動(dòng)物界三大類，這一分類系統(tǒng)已被廣泛接受。究竟原核生物和真核生物有哪些主要差別呢？一、原核細(xì)胞（原核生物）主要由 7部分組成（下面蘭字所示）（圖）原核細(xì)胞主要的特征之一是沒有由膜包圍的細(xì)胞核，其遺傳物質(zhì)

25、分散于細(xì)胞質(zhì)中（如支原體）或相對集中于中央的區(qū)域，稱為核區(qū)，在其中可見有一些盤繞的細(xì)絲，這就是 DNA雙螺旋分子，多呈環(huán)狀，直徑約為 25Å，長約幾百 Å，DNA分子不結(jié)合或結(jié)合少量蛋白質(zhì)。細(xì)胞外包有質(zhì)膜，也是單位膜，厚約100Å。在質(zhì)膜外還可有細(xì)胞壁，壁的成分主要是肽聚糖、蛋白質(zhì)，多糖垣酸或脂多糖等組分。壁外還可有一層纖絲狀物質(zhì)，稱為莢膜，是一種多糖構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。莢膜的作用一是防御不良環(huán)境的危害，二是攻擊宿主細(xì)胞，與細(xì)菌毒性有關(guān)。細(xì)胞內(nèi)無恒定的膜系統(tǒng)把細(xì)胞質(zhì)分隔開，但質(zhì)膜在一定的部位可以內(nèi)折（中體），內(nèi)折的質(zhì)膜上也常結(jié)合有色素和酶。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有高濃度的核糖體顆粒，

26、一般為 150200Å，略小于真核細(xì)胞內(nèi)的核糖體（200250A），核糖體內(nèi)有三種 RNA和幾十種蛋白質(zhì)。原核生物常以單細(xì)胞形式存在，也可連接成鏈狀或絲狀。其他結(jié)構(gòu)。細(xì)胞一般通過二分裂方式繁殖，少數(shù)可產(chǎn)生孢子，亦可通過出芽生殖。二、真核細(xì)胞有人提出真核細(xì)胞大約是十億年前由兩種或兩種以上的細(xì)菌細(xì)胞融合而成的，分子樹分析的結(jié)果支持這一學(xué)說。真核細(xì)胞內(nèi)含有 DNA的部位是細(xì)胞核、線粒體和葉綠體。各部位基因組都有一套編碼 RNA分子結(jié)構(gòu)的極保守的基因，這些 RNA分子分別存在于該部位的核糖體中。順序比較研究證明，細(xì)胞核中的核糖體 RNA基因起源于細(xì)菌樹四條大分支中的一支，而葉綠體和線粒體中的

27、 RNA基因則起源于其中之另一支。有關(guān)這一問題的詳情，將在進(jìn)化一部分中敘述。真核細(xì)胞最主要的特點(diǎn)是細(xì)胞內(nèi)有膜，把細(xì)胞區(qū)分成了許多功能區(qū)核和各種細(xì)胞器等，這是細(xì)胞進(jìn)化的表現(xiàn)。把細(xì)胞質(zhì)分隔成區(qū)的內(nèi)膜具有一定的連續(xù)性，形成了細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane system）。內(nèi)膜系統(tǒng)主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、圓球體、液泡和高爾基復(fù)合體等。真核細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)是（圖）：1.細(xì)胞（質(zhì)）膜（Plasma memberane）在電鏡下呈暗明暗式的三層結(jié)構(gòu)，1959年 Robertson把這種形式稱為單位膜（unite membrane）。2.細(xì)胞核（nucleus）又由四部分組成，核被膜（nuclear e

28、nvelope），為雙層單位膜（膜上有核孔復(fù)合體，nuclear pore complex）；染色（質(zhì)）體（chromosomes），為由DNA和蛋白質(zhì)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；核仁（nucleoli），1個(gè)細(xì)胞中有 1至數(shù)個(gè)，折光率很強(qiáng)，與染色體的某些特定區(qū)域相連，與核糖體的組裝有關(guān)；核內(nèi)的無定形成分稱為核基質(zhì)（nucleoplasm）。3.細(xì)胞質(zhì)（Cytoplasm ）早期的研究認(rèn)為細(xì)胞質(zhì)為細(xì)胞內(nèi)無定型結(jié)構(gòu)的膠體部分，現(xiàn)代的研究表明它又分化產(chǎn)生膜系統(tǒng)、細(xì)胞器和胞基質(zhì)等組分。膜系統(tǒng)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng) endoplasmic reticulum 由單位膜圍成的細(xì)胞內(nèi)縱橫交錯(cuò)的管道或分支系統(tǒng)，可分為粗糙型 （rou

29、gh）和光滑型（smoth）兩種。高爾基體（Golgicomplex）被認(rèn)為是平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的特化區(qū)域，其作用之一是對外排放的蛋白質(zhì)進(jìn)行處理和包裝。有一些包裝好的膜泡仍留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，這些膜泡稱為溶酶體（Lysosome），內(nèi)含有消化酶。線粒體（mitochondrion）除了一些厭氧原生物外，真核細(xì)胞都含有雙層膜的線粒體，能制造 ATP，是細(xì)胞的動(dòng)力站，含有自己的 DNA（環(huán)狀）、RNA、核糖體等。微梁（骨架）系統(tǒng)（microtubule and microfilament）5、在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)運(yùn)輸、細(xì)胞形狀的維持及細(xì)胞分裂中起作用，主要有三種形式（微管、微絲和中間纖維），總稱為細(xì)胞骨架或微梁系統(tǒng)

30、。中心體（粒）（centriole ）位于動(dòng)物細(xì)胞近核處兩相對的極點(diǎn)，由兩個(gè)互相垂直的微管組成，稱為中心粒，與細(xì)胞分裂活動(dòng)和纖毛形成有關(guān)。葉綠體（Chloroplast ）為綠色植物細(xì)胞所特有，光合作用的主要場所。液泡（Vaculus ）為成熟的生活植物細(xì)胞所具有，往往把它歸為細(xì)胞質(zhì)的組分；早時(shí)認(rèn)為動(dòng)物細(xì)胞無液泡，現(xiàn)在確定動(dòng)物細(xì)胞也存在液泡，但形式與植物不同。4.細(xì)胞壁（Cell Wall ）植物細(xì)胞和菌類有。植物細(xì)胞的壁和細(xì)菌細(xì)胞的壁在化學(xué)組成上是不一樣的，植物的主要由纖維素、半纖維素、果膠等組成，細(xì)菌的是由單糖和三、四種氨基酸組成。三、病毒與類病毒（Viruse & Viroids

31、）（圖）病毒在性質(zhì)上不算是細(xì)胞，可是病毒的某些特性和細(xì)胞有一定的共同性，如有共同的遺傳基礎(chǔ)，從病毒研究中所獲得的資料對于理解細(xì)胞的活動(dòng)規(guī)律很有幫助，同時(shí)病毒的活動(dòng)與細(xì)胞有著密切的關(guān)系。病毒專營細(xì)胞內(nèi)寄生生活，單獨(dú)存在時(shí)不能進(jìn)行繁殖，根據(jù)寄生的對象不同可分為動(dòng)物病毒、植物病毒和細(xì)菌病毒（噬菌體 Phage）。病毒的大小一般在 0.1 30nm之間，形狀多種多樣，單個(gè)成熟的病毒稱為病毒粒子（Virion）。每一病毒粒子由一分子核酸（芯子）和蛋白質(zhì)外殼所組成，蛋白質(zhì)外殼稱為衣殼（capsid）。有的只有核酸芯子而無蛋白質(zhì)外殼，如馬鈴薯和番茄紡錘管形病毒，僅由裸露的 RNA所構(gòu)成，RNA分子長 400

32、 500A，只能為 70 80個(gè)氨基酸編碼，不能制造衣殼蛋白，這種病毒稱為類病毒（Viroid），它雖無 capsid但卻有感染細(xì)胞的能力。病毒的遺傳物質(zhì)為 RNA或 DNA，可以是雙鏈 DNA、單鏈 DNA或雙鏈 RNA、單鏈 RNA，但尚未發(fā)現(xiàn)有兩種核酸的病毒。1980年還發(fā)現(xiàn)一種僅僅由具有感染能力的蛋白質(zhì)組成的病毒，稱為朊病毒。遺傳信息的編碼規(guī)則與細(xì)胞一致（天花病毒、多瘤病毒和 T偶數(shù)噬菌體都含 DNA雙螺旋，煙草花葉病毒等含單鏈 RNA），各種病毒所含的遺傳信息量是不同的，有的只有幾個(gè)基因，如猿猴 SV40病毒只有 5個(gè)基因，5423個(gè)堿基對，有的則可多達(dá) 500個(gè)不同的基因。病毒所含

33、基因越少，其對宿主的依賴就越多。衣殼（capsid）是由許多蛋白質(zhì)亞單位組成的，這些亞單位又稱為殼微粒（capsomer）。決定衣殼形狀的信息是由亞單位自己所攜帶。亞單位之蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)及其與相鄰蛋白質(zhì)分子結(jié)合排列的方式?jīng)Q定了衣殼的外形。病毒的主要抗原性也是由衣殼蛋白決定的。病毒粒子的形成不需要酶的參加，只要條件具備，便可通過自我裝配（self-assembly）的過程組裝完畢，例如煙草花葉病毒殼微粒及病毒粒子的分散與組裝。同種蛋白質(zhì)組成衣殼的好處：不需很多的蛋白質(zhì)編碼；可以最經(jīng)濟(jì)的利用病毒所攜帶的信息； 有的病毒的衣殼是由幾種蛋白質(zhì)組成，因此不同的衣殼微粒對同一種抗血清反應(yīng)不同。病毒只有在

34、侵入到宿主細(xì)胞以后，才表現(xiàn)出生命力，單獨(dú)存在時(shí)沒有代謝活動(dòng)，亦不繁殖。病毒的生活周期可分為兩個(gè)階段：一是細(xì)胞外階段，以成熟的病毒粒子的形式存在；一是細(xì)胞內(nèi)階段，即感染階段，在此階段中進(jìn)行繁殖。四、細(xì)胞的化學(xué)組成（選擇性介紹）主要有碳水化合物，脂類、蛋白質(zhì)、核酸,水和無機(jī)鹽信息儲存功能與物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。核酸和蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不是單一成分的重復(fù)，而是多種核苷酸、氨基酸的有機(jī)排列，所以能儲存大量不同的信息；碳水化合物、脂肪等只是單一成分的重復(fù)，所以不能儲存不同的信息。正如英語中詞與句子的含義包含在字母順序排列中那樣， DNA攜帶的蛋白質(zhì)信息也包含在堿基的排列順序中，而一切生命活動(dòng)過程中信息

35、的傳遞與表達(dá)都是通過核酸及蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)順序的改變來實(shí)現(xiàn)的。（一）碳水化合物單糖和多糖，多糖在細(xì)胞中的用途更為廣泛些，一是食物儲存，二是參于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成。食物儲存多糖在植物中為淀粉（a white、tasteless、solid carbohydrate found in the seeds，tubers，and other partsof plants。有直鏈 amyloses和支鏈 amylopectin之分）；在動(dòng)物中為糖元 glycogen(an orderless、white powder constituting the principal carbohydrate stored

36、in animal cells)。糖元的分子結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉相似，1，4糖苷鍵相連成單元，1，6糖苷鍵成分支，但鏈比支鏈淀粉短,820個(gè)葡萄糖單元，因而具有更多分支。結(jié)構(gòu)多糖：真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)多糖主要有纖維素和幾丁質(zhì)。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分。高等動(dòng)物的細(xì)胞表面存在著由多糖類物質(zhì)構(gòu)成的一層細(xì)胞外被（cell coat），與識別和黏著等有關(guān)，動(dòng)物細(xì)胞表面的抗原（antigen）、血型（blood group）的特異性、病原體受體部位和細(xì)胞的黏附等都是糖類的功能。幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁以及昆蟲和甲殼類無脊椎動(dòng)物外骨骼的重要成分，由 N乙酰葡萄糖胺殘基以 1.4糖苷鍵連接而成，不分枝。細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)

37、構(gòu)多糖叫胞壁質(zhì)（murein），是由雙糖單元組成的，雙糖由兩種糖衍生物構(gòu)成，即 N乙酰葡萄糖胺（Nacetylglucosamine）和 N乙酰胞壁酸（Nacetylmuramic acid）、雙糖單元以 1.4糖苷鍵連接。果膠質(zhì)（pectin）和動(dòng)物組織中的粘多糖亦屬結(jié)構(gòu)多糖。粘多糖（mucopolysaccharide）又叫蛋白多糖（proteoglycan）。糖蛋白（glycoprotein）是另外一類由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成的復(fù)合大分子。在生物體內(nèi)普遍存在（甚至在原核細(xì)胞及病毒中也有發(fā)現(xiàn)）（見鄭國昌 33頁）。（二）脂類（Lipids）細(xì)胞內(nèi)脂類化合物包括脂肪酸、脂肪、磷酸甘油脂、糖脂

38、和鞘脂以及蠟。脂肪酸在細(xì)胞中和組織中的含量極微，但它是若干種脂類的基本成分。甘油脂是動(dòng)、植物體內(nèi)脂肪的主要儲存形式，當(dāng)體內(nèi)碳水化合物、蛋白質(zhì)或脂類發(fā)生過剩時(shí)，即可形成甘油脂儲存。磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜系統(tǒng)的主要成分（它是由兩個(gè)脂肪酸分子通過酯橋分別連接在甘油的兩個(gè)羥基上，甘油的第三個(gè)羥基酯化成磷酸形成的）。膜中磷脂的存在對于親水性和疏水性物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸有著重要作用，因?yàn)樗且环N兩性脂（amphipathic Lipid），所以決定了穿過它的分子層的物質(zhì)必須經(jīng)過一個(gè)復(fù)雜的變化過程。動(dòng)物細(xì)胞膜 的主要磷脂為腦磷脂（cephalin）和卵磷脂（lecithin）any of a group of yell

39、ow-brown fatty substances，occuring in animal and plant tissues and egg yolk，used in foods，cosmetics，etc.。在細(xì)菌細(xì)胞膜、葉綠體和線粒體膜中還有一種心磷脂（cardion lipin）。鞘脂和糖脂也是構(gòu)成細(xì)胞膜的成分，其性質(zhì)與磷脂相似具有親水頭部和疏水尾部，鞘脂分子中沒有甘油成分，而且其尾部有一條脂肪酸鏈為鞘氨醇（sphingosine）所代替。鞘脂在神經(jīng)組織中的髓鞘中特別豐富，其中以鞘磷脂（sphingomyelin）最為多見。糖脂的頭部結(jié)合有帶極性的親水碳水化合物，如 D葡萄糖和 D半乳糖

40、等。 甾類中膽固醇（cholesterol）是構(gòu)成質(zhì)膜的成分，另一些甾類化合物是雌性或雄性激素，膽酸和腎上腺皮質(zhì)激素。脂類在生物體內(nèi)的功能：（1）儲存能量；（2）構(gòu)成膜的組分；（3）有些酶系的組分；（4）激素（甾類化合物）的組分。（三）蛋白質(zhì)（Protein） 1965年，我國首先用人工方法合成了牛胰島素，它是由一條 21個(gè)氨基酸組成的多肽鏈（A）鏈，和另一條 30個(gè)氨基酸組成的多肽鏈（B鏈）結(jié)合而成的。1969年又有人合成了由124個(gè)氨基酸組成的一種叫做核糖核酸酶的單鏈蛋白質(zhì)。近年來，人工合成的蛋白質(zhì)還有由 158個(gè)氨基酸組成的煙草花葉病病毒亞基，由 104個(gè)氨基酸組成的細(xì)胞色素 C，由 3

41、74個(gè)氨基酸組成的人血紅蛋白，由1021個(gè)氨基酸組成的半乳糖苷酶等近 1000種的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)。人工合成蛋白質(zhì)的成功是人類認(rèn)識生命本質(zhì)，探索生命起源，揭開生命奧妙的一次極其偉大的工作。蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是氨基酸 R-C（NH2）OOH ，總共有 20種氨基酸，根據(jù)側(cè)鏈 R的性質(zhì)可分為5類：Small polar Large polar Intermediate potarity Small nonpolar Larg nonpolar 蛋白質(zhì)的酸堿性與氨基酸的酸堿性有關(guān)。通常把蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分為四級一級指多肽鏈的氨基酸順序。此級結(jié)構(gòu)的重要性是決定了蛋白質(zhì)的三維構(gòu)象，從而影響著分子在細(xì)胞中的作用

42、；多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)與 DNA（或 RNA）的核苷酸順序有著線性對應(yīng)翻譯（Colinear translation）關(guān)系，因此帶有關(guān)于蛋白質(zhì)合成遺傳指令的重要信息。有的蛋白質(zhì)對一級結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，如血紅蛋白（4個(gè)多肽鏈，2個(gè)鏈，2個(gè)鏈）-鏈中的 146個(gè)氨基酸只在第 6號位上的谷氨酸為纈氨酸所代替，即造成鐮刀細(xì)胞貧血病。但有的不嚴(yán)格，如酵母與人的細(xì)胞色素C，在呼吸鏈中都是具有呼吸活性的蛋白質(zhì)，但二者的一級結(jié)構(gòu)差別很大，104個(gè)氨基酸中有 40個(gè)不同。二級多肽鏈由線性變成-折迭型或-螺旋型，如纖維蛋白有-角蛋白型和-角蛋白型。-折迭型：相鄰的鏈連接成折迭片（ pleated sheet stru

43、cture），如纖維蛋白、蠶絲的絲心蛋白。-螺旋型（ -helix structure）：分子內(nèi)部相鄰螺旋間建立有氫鍵，如-角蛋白。三級形成更緊密的三維結(jié)構(gòu)，即在-型和-型的基礎(chǔ)上，多肽鏈的螺旋線或折迭片進(jìn)一步卷曲，使分子內(nèi)部如在球蛋白中，通過一定的連接方式為疏水氨基酸，極性基伸向表面。四級一、二、三級結(jié)構(gòu)都是單條多肽鏈的變化，四級結(jié)構(gòu)則涉及到兩條或多條多肽鏈，如血紅蛋白的兩條-鏈和兩條-鏈可自然發(fā)生分離和結(jié)合，用尿素可使之分成兩個(gè)“半分子”即兩條-與兩條-，去掉尿素后又可裝配成完整分子。蛋白質(zhì)的分子量從幾千到數(shù)萬道爾頓，按功能可分為兩大類結(jié)構(gòu)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白主要類型是纖維蛋白，如肌動(dòng)

44、蛋白，構(gòu)成結(jié)蒂組織纖維成分的膠原蛋白，構(gòu)成體表覆蓋的如毛發(fā)、爪、角、羽毛、皮膚的角蛋白。白。調(diào)節(jié)蛋白有酶、抗體蛋白、激素等，這類蛋白多呈球形，血紅蛋白和多種酶是典型球蛋（四）核酸核酸是細(xì)胞中攜帶遺傳信息的分子，對蛋白質(zhì)分子合成具有指導(dǎo)作用，共分兩類即 DNA 和 RNA。每一類都是由四種核苷酸通過磷酸二酯鍵聚合成的大分子。每一種核苷酸都含有一種堿基、一個(gè)戌糖分子和一個(gè)磷酸殘基。戌糖+P+堿基稱核苷酸（nucleotide）；戌糖+堿基稱核苷（nucleoside），RNA中含 D-核糖，DNA中含-脫氧-D-核糖。RNA中四種堿基為A 腺嘌呤（adenine）C 胞嘧啶（cytosine）DN

45、A中四種堿基為A 腺嘌呤（adenine）C胞嘧啶（Cytosine）G 鳥嘌呤（guanine）U 尿嘧啶（Uracil）為胸腺嘧啶的脫甲基衍生物。G 鳥嘌呤（guanine）T 胸腺嘧啶（thymine）RNA通常是單鏈存在，DNA則含有兩條互補(bǔ)的多核苷酸鏈?；パa(bǔ)鏈在堿基間形成氫鍵而結(jié)合在一起，其配對嚴(yán)格按 A-T、G-C，形成氫鍵的對應(yīng)堿基之間的距離和角度是一定的，而且相鄰的核苷酸之間尚有36°的夾角，因此兩條互補(bǔ)鏈不是呈直線平行構(gòu)型。1953年 Watson和 Crick合作在 Wilkins等人工作的基礎(chǔ)上提出了 DNA donble helix結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為 DNA分子的

46、二級結(jié)構(gòu)為雙螺旋，兩條鏈均繞一假想中心軸呈右手螺旋。雙螺旋上每隔 3.4埃有一核苷酸球，每旋一周有 10個(gè)核苷酸對，故螺距為 34埃，雙螺旋直徑為 20A。DNA雙螺旋分子有三點(diǎn)規(guī)律性的現(xiàn)象核苷酸彼此之間是由戌糖的 3位碳和另一核苷酸 5位的磷酸相連構(gòu)成了主干鏈，從單個(gè)核苷酸鏈來看是 3-5走向，但互補(bǔ)鏈卻是 5-3；通過氫鍵相互配對的堿基間的特定關(guān)系是由分子的空間構(gòu)型決定的；配對堿基間形成的氫鍵數(shù)不同，CG間為三個(gè) H鍵，而 AT間為 2個(gè) H鍵。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠堿基對的氫鍵和迭置的堿基間的疏水作用力來維持的。通過加熱或改變 PH值，可引起氫鍵打開，使兩股脫離，這一分離過程稱為 DNA變

47、性（denaturation）或熔解（melting），變性時(shí)的溫度稱 melting temperature用 Tm表示。G.C多者（即三 H）Tm高，A-T多者 Tm低，AT/GC之比值與 Tm成反比。當(dāng)溫度緩緩下降冷卻時(shí)，互補(bǔ)的單鏈又可通過堿基配對重新形成 DNA donble helix，這一過程稱為復(fù)性（renaturation）或退火（annealing）。利用復(fù)性技術(shù)可以測定某一中生物基因組（genome）的大小，復(fù)性所需時(shí)間長的，該基因組就大。也可用于測定 DNA的重復(fù)順序，重復(fù)順序（多）的復(fù)性速度要比單一順序快。單鏈的 DNA在 renaturation時(shí)也可同互補(bǔ)的 RNA

48、結(jié)合，形成 DNARNA雙鏈結(jié)構(gòu)，此即分子雜交技術(shù)（molecular hybridization techniques），用這種方法可對轉(zhuǎn)錄 RNA的對應(yīng)基因進(jìn)行研究。重鏈 H（A G多者）與輕鏈 L（A T多者）在 DNA復(fù)制和遺傳信息儲量方面表現(xiàn)出不同的特性。（五）水水在細(xì)胞中的含量特別大，但又具有許多獨(dú)特屬性，因而它在生命活動(dòng)中占有重要的地位，無論在生命起源中還是在細(xì)胞生存中，都不能沒有水。細(xì)胞內(nèi)的水分子存在有兩種形式即游離水和結(jié)合水。細(xì)胞內(nèi)所含水分子數(shù)量與所含各種生化成分間有一定的相對比例關(guān)系。我們?nèi)?DNA的分子量為 10 ，RNA為 4.0×10·蛋白質(zhì)為 3

49、.6×10·，經(jīng)計(jì)算每有 1個(gè) DNA分子就有 1千多萬水分子，每有 1個(gè)蛋白質(zhì)分子就有 18，000個(gè)水分子。水分子是顯示極性的偶極子（電子偏向 O H-O-H），在正常生理?xiàng)l件下，電離成 H·和 OH的水分 子極少，相鄰的水分子在氫原子與氧原子之間形成了很強(qiáng)的氫鍵，氫鍵伸向四個(gè)方向，故一個(gè)水分子可同四個(gè)相鄰的水分子結(jié)合（冰）。水對任何帶有電荷或具有極性基的分子，特別是偶極子，都可有一定程度的溶解。溶質(zhì)在水中溶解度的大小，決定于能打開多少水水鍵。而代之以溶質(zhì)水鍵。因?yàn)樗I通常比溶質(zhì)水鍵在能量上更處于有利狀態(tài)（即低能狀態(tài)），因此大多數(shù)化合物在水中的溶解度是有一定

50、限度的。非極性的疏水分子如果結(jié)合有一個(gè)荷電基團(tuán)如磷酸殘基等，那么這種物質(zhì)便比較容易溶于水。生物膜的形成和分子結(jié)構(gòu)方式也與水的存在分不開。（六）無機(jī)鹽Ca+主要為胞內(nèi)通訊的次級信使，以及維持許多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性。 Mg+、Mn+等是許多由酶所控制的反應(yīng)中的輔助因子（cofactor）或激活劑（activator）。Mg+還是葉綠素分子中形成吡咯環(huán)的主要連接物。Fe是過氧化物酶催化酶和細(xì)胞色素 C的主要成分，也是血紅蛋白中吡咯環(huán)內(nèi)的連接物。Cu是酪氨酸酶（tyrosinase）和 Cytochrome oxidase的組分之一。 Zn出現(xiàn)在 Carbonnic anhydrase（碳酸酐酶），la

51、ctic dehydrogenase（乳酸脫氫酶）和 glutamate dehydrogenase（谷氨酸脫氫酶）中。 K+比 Na+多，K+含量保持穩(wěn)定，而 Na+則變化很大。第四章細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面細(xì)胞質(zhì)膜及其兩側(cè)，主要是外側(cè)的附屬物合起來稱為細(xì)胞表面。過去認(rèn)為細(xì)胞表面，特別是細(xì)胞質(zhì)膜以外的部分只是一層細(xì)胞與外環(huán)境的物理屏障，現(xiàn)在的研究表明它是一種是具有許多生命功能的界面面，與細(xì)胞的許多生命活動(dòng)有關(guān)，比如對外環(huán)境信號的反應(yīng)、物質(zhì)運(yùn)輸、神經(jīng)傳導(dǎo)、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、細(xì)胞識別、免疫等等都有直接關(guān)系，因此成為生物學(xué)研究中的一個(gè)熱門領(lǐng)域。一、細(xì)胞質(zhì)膜（質(zhì)膜 Cytoplasma membrane

52、）（圖）1、細(xì)胞質(zhì)膜的性質(zhì)選擇性透性膜。表現(xiàn)在：a 對水有很高的透性，可使水分子自由進(jìn)出，對溶于水的物質(zhì)則有選擇性，這種選擇性主要是通過膜上的特殊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，如離子通道、離子泵等。 b 對脂溶性物質(zhì)有優(yōu)先的透性。 c 對蛋白質(zhì)、碳水化合物等有機(jī)物分子一般是不能透過的，但單個(gè)氨基酸分子和一些小分子有機(jī)物可以通過，如激素、尿素、農(nóng)藥等。膜為什么具有這些特性，這與其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。2、細(xì)胞質(zhì)膜的化學(xué)組成膜的主要成分是脂類和蛋白質(zhì)，另外還有糖等。脂類：生物膜中的脂類約有 100多種，其中以磷脂、膽固醇和糖脂為主。 PA：磷脂酸；PC：卵磷脂；PE：磷脂酰乙醇胺。脂類在膜中以雙分子層的形式構(gòu)成膜的

53、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中親水性的甘油頭伸向外面，疏水性（非極性）的脂肪酸尾伸向膜內(nèi)，脂雙分子層是生物膜的共性。蛋白：約有 50余種蛋白在膜上發(fā)現(xiàn)，這些蛋白的存在決定了膜的特異性（特殊性），每種生物和每種細(xì)胞的膜上都有一些區(qū)別于其他生物的特異蛋白，特別是一些特殊的酶類。蛋白質(zhì)在膜上的分布有三種形式：a 外在性蛋白，即整個(gè)蛋白質(zhì)分子附著于膜的外表面。其中，有一種外周蛋白，由一個(gè)共價(jià)鍵附著在脂肪酸鏈上，插入到靠細(xì)胞質(zhì)的單分層中；另一種邊周蛋白，由一個(gè)共價(jià)低聚糖附著在磷脂和磷脂酰肌醇鏈上，插入到質(zhì)膜外面非細(xì)胞質(zhì)的單分子層中；蛋白質(zhì)不深入到脂分子層中，而是通過與其它膜蛋白的非共價(jià)結(jié)合（空間效應(yīng)）而附著在膜的表面。

54、 b 跨膜蛋白。c 內(nèi)在性蛋白：存在于脂雙分子層的疏水區(qū)域。糖類：與血型抗原有關(guān)，與細(xì)胞識別和分子通訊有關(guān)，位于外表面。水和一些金屬離子。 3、細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)主要介紹流動(dòng)鑲嵌模型（圖）要點(diǎn)構(gòu)成膜的質(zhì)類、蛋白質(zhì)和糖類按一定規(guī)律排列組合在一起，構(gòu)成一個(gè)有序的界面，脂類以雙分子層形式整齊排列，構(gòu)成膜的基本網(wǎng)架，蛋白質(zhì)以覆蓋、附著、插入等方式分散在脂雙分子層的內(nèi)外表面或脂雙分子層內(nèi)，糖與脂類結(jié)合在一起形成糖脂，與蛋白結(jié)合在一起形成糖蛋白。水大部分以結(jié)合水的形式存在，金屬離子則主要作為鹽橋起作用，整個(gè)膜呈液膠狀。流動(dòng)鑲嵌模型對膜特征的描述可歸納為四點(diǎn)：膜具有鑲嵌性組成膜的各種成分相互交連在一起，構(gòu)成一種

55、有序的界面。流動(dòng)性膜中脂類分子的頭可左右移動(dòng)，尾可左右擺動(dòng)，也可旋轉(zhuǎn)；蛋白分子亦可左右移動(dòng)，但內(nèi)外層進(jìn)行翻轉(zhuǎn)交換的機(jī)率極小，一旦發(fā)生，膜的局部性質(zhì)就要發(fā)生改變。不對稱性主要指膜內(nèi)層（向細(xì)胞質(zhì)的一面）和外層（向環(huán)境的一面）上的蛋白質(zhì)種類和數(shù)量分布，脂的種類不相同，糖分子或寡糖鏈只分布于向環(huán)境的一側(cè)，而近細(xì)胞質(zhì)的一側(cè)沒有?？筛滦再|(zhì)膜可以局部的脫落和再生，如胞飲和胞吞作用，胞質(zhì)分泌作用等，路線是：質(zhì)膜溶酶體高爾基體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體質(zhì)膜胞外。4.細(xì)胞質(zhì)膜的主要功能（圖）物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸a 協(xié)助擴(kuò)散：非脂溶性物質(zhì)在由高濃度向低濃度過膜運(yùn)輸時(shí)，要借助于膜上的特殊蛋白質(zhì)傳遞蛋白的協(xié)助才能完成，這種運(yùn)輸叫協(xié)助擴(kuò)散，該過程不需要細(xì)胞提供能量，也可以稱為被動(dòng)運(yùn)輸。如鉀離子通道、鈣離子通道、葡萄糖通道。作為特殊載體的傳遞蛋白具有專一性，因此協(xié)助擴(kuò)散具有限制性，但轉(zhuǎn)運(yùn)速率比簡單擴(kuò)散要高。參與協(xié)助擴(kuò)