第1章 绪论 【知识建构+备课精研】全国高中生物竞赛之《细胞生物学》 精讲课件

高中生物竞赛 细胞生物学第5版1/16，绪论1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学细胞学是研究细胞结构和功能的生物学分支学科。是研究细胞结构和功能的生物学分支学科。细胞生物学是应用现代物理与化学的技术成就和分子生物学的方法与概念，在是应用现代物理与化学的技术成就和分子生物学的方法与概念，在细胞水平上研究生命活动的学科。细胞水平上研究生命活动的学科。细胞生物学的研究内容分三个层次：显微水平，光学显微镜下可见的结构。超微水平，电子显微镜下可见的结构。分子水平，细胞结构的分子组成，及其在生命活动中的作用。细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1665-1830年，细胞发现，显微生物学。1830-1930年，细胞学说，Cytology诞生。1930-1970年，电镜技术应用，Cytology发展为细胞生物学。1970年以来，分子细胞生物学时代。1.1665年 Robert Hooke（英国物理学家）cellulae“当我一看到这些形像时，我就认为这是我的发现。因为这的确是我第一次看到的微当我一看到这些形像时，我就认为这是我的发现。因为这的确是我第一次看到的微小空洞，可能这也是历史上的第一次发现。显然，这使我理解了软木为什么这么轻的小空洞，可能这也是历史上的第一次发现。显然，这使我理解了软木为什么这么轻的原因。原因。”1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.1 细胞的发现胡克（胡克（R.HookeR.Hooke）英国学者英国学者自制显微镜自制显微镜（40-140 40-140 倍）倍）1665 1665 年年显微图谱显微图谱cellarcellar发现细胞发现细胞2.1671年 Leeuwenhoek（荷兰）布店学徒 270-5001/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.1 细胞的发现列文虎克列文虎克A.van LeeuwenhoekA.van Leeuwenhoek设计和研制的设计和研制的显微镜显微镜(300(300倍左右倍左右)真正的活细胞发现者真正的活细胞发现者人类第一次观察到完整的活细胞一、细胞的发现1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.1 细胞的发现u从胡克主观来看，“cellar”一词实际上是指死的植物细胞壁所围成的空腔，没有现代细胞的涵义，Cell中还有无其它内含物？他没给出明确答案。他只是“cell”一词的创用者，而不是真正细胞的发现者。u胡克的重大贡献在于，他出版的显微图谱一书标志着人类对物质世界的认知进入了显微观察的时代。u1858年清代著名学者李善兰在与英国传教士Alexander Williamson合作编译的植物学中将“cell”翻译为中文“细胞”u列文虎克是真正活细胞的发现者。他改进了显微镜，将其放大倍数提升到了约300倍，并且开始将显微镜真正用于科学研究试验。1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.2 细胞学说的建立及意义施莱登（M.J.Schleiden）（1804-1881）德国植物学家施旺（T.Schwann）（1810-1882）德国动物学家魏尔肖（Rudolf Virchow）（1821-1902）德国医生和病理学家尽管植物的不同组织在结尽管植物的不同组织在结构上有个很大的差异，但构上有个很大的差异，但是是植物是由细胞构成的植物是由细胞构成的，植物的胚是由单个细胞产植物的胚是由单个细胞产生的。生的。动物和植物的细胞具类动物和植物的细胞具类似的机构似的机构,提出：提出：一切一切生物体都是由一个或多生物体都是由一个或多个细胞构成的个细胞构成的;细胞是细胞是生命的结构单元生命的结构单元细细胞胞理理论论的的另另一一条条重重要要原原理理：细胞来自细胞细胞来自细胞1.经典细胞学时期的主要进展（1）原生质理论的提出原生质原生质(protoplasm)(protoplasm)(普金耶普金耶18401840，冯，冯莫尔莫尔1846)1846)；原生质理论；原生质理论(舒尔策舒尔策1861)1861)；原生质体；原生质体(protoplast)(Hanstein 1880)(protoplast)(Hanstein 1880)（2）细胞分裂的研究细胞核分裂；有丝分裂；减数分裂细胞核分裂；有丝分裂；减数分裂(1841(18411886)1886)（3）细胞器的发现中心体中心体(1883)(1883)；线粒体；线粒体(1894)(1894)；高尔基体；高尔基体(1898)(1898)1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.3 从经典细胞学到实验细胞学时期 德国胚胎学家、解剖学家O.Hertwig于1892年发表了Zelle und Gewebe（细胞与组织），认为：“生物变化过程是细胞变化过程的反映”，标志着细胞学（Cytology）作为一门独立的生物学科的建立；美国生物学家Wilson E.B.于1896年发表了The Cell in Development and Heredity（发育和遗传中的细胞）一书，把细胞学、遗传学和胚胎发育结合起来，成为细胞学史上第一部系统的细胞学。1925年，这本书的第二版问世，第二版中发表了Wilson绘制的一幅细胞模式图，是细胞学史上第一个具有代表意义的细胞模式图。三、细胞学的经典时期1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.3 从经典细胞学到实验细胞学时期1.经典细胞学时期的主要进展2.实验细胞学的主要内容（1）细胞遗传学动物受精动物受精(1876)(1876)；卵和精子染色体只有体细胞一半；卵和精子染色体只有体细胞一半(1883)(1883)；植物双受精；植物双受精(1888(1888，1893)1893)，遗传法则，遗传法则(孟德尔孟德尔3434年前，年前，1900)1900)，性别与染色体有关，性别与染色体有关(1905)(1905)；基因学说；基因学说(1910(1910，Morgan)Morgan)（2）细胞生理学的研究组织培养技术组织培养技术(1909(1909，R.Harrison R.Harrison 和和A.Carrel)A.Carrel)；细胞器分离细胞器分离(1943(1943，A.Claude)A.Claude)（3）细胞化学 福尔根反应福尔根反应(1924(1924，R.Feulgen)R.Feulgen)；紫外显微分光光度法；细胞组分分离技；紫外显微分光光度法；细胞组分分离技术、放射自显影技术和超微量分析等术、放射自显影技术和超微量分析等1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.3 从经典细胞学到实验细胞学时期n20世纪50年代，电子显微镜超薄切片技术发展，观察细胞超微结构，为细胞生物学学科早期的形成奠定了基础n50年代中期到60年代末，分子生物学、生物化学遗传学等学科与细胞学相互渗透与结合，对细胞结构与功能的研究水平达到了新的高度n20世纪70年代以后，细胞生物学学科最后得以形成并确立n80年代以来，细胞生物学主流为“分子细胞生物学”或“细胞分子生物学”n细胞的结构与功能、细胞重大生命活动及其分子机制的研究日趋深入，已经成为21 世纪生命科学研究的重要领域，并以空前的广度和深度，直接和强有力地影响和改变人类的生活1/16.绪论1.1.细胞学与细胞生物学1.1.4 细胞生物学学科的形成与发展脂-蛋白体系的细胞质膜1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.1 细胞是生命活动的基本单位相似的化学组成相同的遗传装置共性细胞由细胞由2020多种元素构成自身，所有的细胞是多种元素构成自身，所有的细胞是由几乎同样的材料建成的由几乎同样的材料建成的细胞表面均有主要由磷脂双分子层与蛋白质细胞表面均有主要由磷脂双分子层与蛋白质构成的细胞质膜构成的细胞质膜所有的细胞都以双链所有的细胞都以双链DNADNA作为遗传信息的载作为遗传信息的载体，以体，以RNARNA作为转录物指导蛋白质的合成，作为转录物指导蛋白质的合成，蛋白质的合成场所都是核糖体。除一些原生蛋白质的合成场所都是核糖体。除一些原生生物外，所有的细胞都使用几乎相同的一套生物外，所有的细胞都使用几乎相同的一套遗传密码。提示所有的细胞都起源于共同的遗传密码。提示所有的细胞都起源于共同的原始祖先。原始祖先。1.细胞的基本共性一分为二的分裂方式1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.1 细胞是生命活动的基本单位2.细胞的大小（1 1）一般认为，细胞的大小取决于核一般认为，细胞的大小取决于核糖体的活性，因为蛋白质的量是核糖糖体的活性，因为蛋白质的量是核糖体决定的。体决定的。（2 2）细胞的大小的决定受到多种因素）细胞的大小的决定受到多种因素的影响，如：植物细胞与液泡的膨胀的影响，如：植物细胞与液泡的膨胀有关。有关。最小的细胞：单细胞生物最小的细胞：单细胞生物-支原体支原体最简单的原核细胞，直径为0.1-0.3 m具有细胞质膜，但没有细胞壁唯一的细胞器是核糖体具感染性，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1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.1 细胞是生命活动的基本单位2.细胞的大小最小最简单的细胞支原体（mycoplast）1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.1 细胞是生命活动的基本单位3.细胞是生命活动的基本单位n一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位n细胞是代谢与功能的基本单位 n细胞是有机体生长发育的基础n细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁n细胞是生命起源的标志，是生物演化的起点1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.2 细胞的基本类型1.细胞的类型与生物界的类群细胞的基本类型：原核细胞，古核细胞和真核细胞生物界的类群包括3个域：原核生物，古核生物和真核生物6个界：由原核生物组成的原核生物界、由古核生物组成的古核生物界以及由真核生物组成的原生生物界、真菌界、植物界和动物界图1-3 生物界的基本类群所有生物起源于共同的祖先，最终演化出3 种基本的的细胞类型和构成生物类群的六个界。古核细胞与真核细胞在进化上的亲缘关系更近些1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.2 细胞的基本类型2.两类代表性的原核细胞：细菌与蓝藻图1-4 细菌的结构A.猪丹毒杆菌（G+）的电镜照片。B.细菌结构的模式图（1）细菌细菌细胞的基本结构包括细胞壁，细胞膜，核糖体和核区等基本结构。有时还可以观察到中膜体、荚膜与鞭毛等特化结构共同成分是肽聚糖，革兰氏阳性菌（共同成分是肽聚糖，革兰氏阳性菌（G+G+）因细胞壁的肽聚糖含量极高，故对）因细胞壁的肽聚糖含量极高，故对青霉素很敏感；革兰氏阴性菌（青霉素很敏感；革兰氏阴性菌（G-G-）由于肽聚糖含量很少，对青霉素不敏感）由于肽聚糖含量很少，对青霉素不敏感图 革兰氏阳性菌（）与革兰氏阴性菌（）的细胞壁1/16.绪论（1）细菌细菌细胞的基本结构细胞壁：细菌的细胞质膜除了具有选择性交换物质等功能外，膜上丰富的酶系，执行许多重要的代谢功能：如有氧呼吸；蛋白的合成与分泌；及细胞壁合成等某些细菌具有鞭毛，但其结构和运动机理与真核生物的鞭毛完全不同核糖体的沉降系数为70S。除了核糖体外，没有类似真核细胞的细胞器没有核膜围绕的典型的细胞核结构，但绝大多数细菌有明显的核区或称类核（nucleoid）细菌的环状DNA在拟核蛋白（不同于组蛋白）的协助下进行了高效包装，但它没有真正的染色体结构1/16.绪论（1）细菌细菌细胞的基本结构1/16.绪论1.2.细胞的同一性与多样性1.2.2 细胞的基本类型（1）细菌细菌基因组与遗传信息表达体系细菌基因组很小，为环状细菌基因组很小，为环状DNADNA，一般有一个复制起始点；，一般有一个复制起始点；细菌的细菌的DNADNA复制、转录与蛋白质合成的结构装置在空间上没有分隔，可以同时进行；复制、转录与蛋白质合成的结构装置在空间上没有分隔，可以同时进行；细菌细胞内还存在可进行自主复制的更小的环状细菌细胞内还存在可进行自主复制的更小的环状DNA DNA 分子，称质粒分子，称质粒。细菌以无丝分裂方式进行增殖，其速细菌以无丝分裂方式进行增