细胞 教学课件

细胞生命活动的基本单位细胞是构成生物体的基本结构和功能单位，是生命活动的基础无论是简单的单细胞生物还是复杂的多细胞生物，细胞都是其生命活动的核心每个细胞都具有自我复制、代谢、响应环境刺激等基本生命特征细胞理论的建立奠定了现代生物学的基础，它揭示了生物体的统一性，表明所有生物都是由细胞构成的这一理论的形成经历了几个世纪的科学探索，从最初的显微镜发明到现代分子生物学技术的发展，人类对细胞的认识不断深入目录细胞的发现与研究史探索细胞学说的建立过程及显微技术的发展细胞基本结构详解原核细胞与真核细胞的结构组成细胞功能与物质交换分析细胞的新陈代谢与物质运输机制细胞分裂与遗传信息理解细胞周期、分裂方式及遗传物质传递细胞技术与前沿应用细胞的发现1年1665英国科学家罗伯特·虎克使用自制显微镜观察软木薄片，首次发现并命名了细胞（Cell）他观察到的实际上是植物死细胞的细胞壁，形似修道院的小房间，因此取名为细胞2年代1670荷兰科学家列文虎克利用自制显微镜首次观察到了活的单细胞生物，包括细菌、原生动物等微小生物，并详细记录了这些小动物的活动3世纪18-19细胞学说的建立施莱登的贡献施旺的拓展1838年，德国植物学家马蒂亚1839年，德国动物学家西奥多·施斯·施莱登通过系统研究，提出了旺将细胞理论拓展到动物领域，提所有植物组织都由细胞组成的观出动物组织同样由细胞构成，从而点，开创了植物细胞学研究的先完善了细胞学说的基本框架河细胞学说三要点•一切生物都由细胞组成•细胞是生物体结构和功能的基本单位显微镜下的细胞光学显微镜电子显微镜利用可见光成像，最高分辨率约为

0.2微米（200纳米）适合观察细胞的基本形态和较大的细胞器，如细胞核、叶绿体等现代光学显微镜已发展出荧光、相差、暗视野等多种技术，大大提高了细胞观察的清晰度和特异性细胞的基本类型原核细胞动物细胞结构简单，无核膜包围的核区，无膜包围真核细胞，有核膜和多种膜包围的细胞器，的细胞器，仅有核糖体主要包括细菌和无细胞壁和叶绿体，细胞形态多样细胞蓝藻等微生物细胞直径通常在

0.5-5微大小通常在10-30微米之间，具有高度分米之间，是地球上最古老的细胞类型化的特性，构成复杂的多细胞组织真菌细胞植物细胞真核细胞，具有细胞壁、中央大液泡和叶绿体等特征，这些是动物细胞所不具备的植物细胞的形状通常较为规则，呈多边形，细胞大小在20-100微米之间原核细胞结构简述核区1无核膜包围的DNA区域细胞壁主要成分为肽聚糖细胞膜控制物质进出鞭毛和菌毛运动和附着结构原核细胞是地球上最早出现的细胞类型，结构相对简单与真核细胞相比，原核细胞没有真正的细胞核，其DNA直接散布在细胞质中形成核区除了核糖体外，原核细胞不含有其他膜包围的细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网等真核细胞结构总览共同特征动植物细胞区别•具有真正的细胞核，DNA被核膜包围结构动物细胞植物细胞•含有多种膜包围的细胞器，如线粒体、内质网细胞壁无有（纤维素）•具有完善的细胞骨架系统•细胞分裂通过有丝分裂或减数分裂完成叶绿体无有•具有复杂的信号传导和物质运输系统中央液泡无或小大型中央液泡中心体有动物细胞的主要结构细胞膜由脂质双分子层和蛋白质构成，控制物质进出，保持细胞内环境稳定，参与细胞间信号传递和识别细胞膜的流动性使细胞能够应对环境变化和进行吞噬、胞吐等活动细胞核细胞的控制中心，含有大部分遗传物质DNA核膜上有核孔复合体，允许特定物质在核质和细胞质之间运输核仁是合成核糖体RNA的场所，是核内最明显的结构线粒体细胞的能量工厂，通过有氧呼吸产生ATP具有双层膜结构，内膜折叠形成嵴，增大表面积含有自己的DNA和核糖体，能自我复制，可能起源于古代细菌内质网和高尔基体植物细胞的主要结构细胞壁叶绿体中央液泡由纤维素、半纤维素和果胶等多糖构成，为植物特有的细胞器，光合作用的场所双层成熟植物细胞中占据大部分体积的结构，由植物细胞提供保护和支撑细胞壁上的胞间膜结构，内含类囊体系统，其中嵌有叶绿素液泡膜包围液泡内充满细胞液，含有水、连丝允许相邻细胞之间的物质交换和信息传等光合色素叶绿体内的基质含有自身DNA无机盐、糖类、色素和废物等液泡参与细递，保证植物组织的协调功能和核糖体，能独立合成部分蛋白质胞渗透调节、物质储存和细胞伸长等过程细胞膜结构组成磷脂双分子层、蛋白质、糖类和胆固醇选择透性控制物质进出细胞的屏障信号传导接收和传递细胞外信号细胞识别细胞表面标记和免疫识别细胞膜采用流体镶嵌模型来解释其结构，即磷脂分子形成双层，蛋白质镶嵌其中并可在膜平面内自由移动这种流动性使细胞膜能够应对环境变化、参与物质运输和细胞间通讯等多种功能细胞膜上的跨膜蛋白构成了通道和载体，允许特定物质通过膜表面的糖蛋白和糖脂形成糖衣，参与细胞识别、免疫反应和细胞黏附等过程正是这种精妙的结构，使细胞能够维持内环境稳定并与外界环境进行物质和信息交换细胞质与细胞骨架细胞质基质细胞骨架系统细胞质是细胞膜与核膜之间的区域，充满半流动性的复杂混合物，细胞骨架是由蛋白质纤维构成的网络系统，贯穿于整个细胞质它称为细胞质基质它是细胞代谢反应的主要场所，含有多种蛋白质、主要由三种纤维组成微管（直径约25纳米）、微丝（直径约7纳核酸、脂质、糖类以及无机离子等在细胞质中，各种细胞器分布米）和中间纤维（直径约10纳米）这些结构不仅维持细胞形态，其中，相互协作完成细胞功能还参与细胞运动、物质运输和细胞分裂等过程•微管参与细胞分裂和细胞器定位•微丝参与肌肉收缩和细胞皱缩•中间纤维提供机械强度和稳定性细胞核结构组成控制中心功能细胞核由核膜、染色质、核仁细胞核存储和传递遗传信息，和核基质组成核膜是双层膜控制细胞的代谢活动和形态发结构，上有核孔复合体，允许育通过DNA转录产生RNA，物质选择性通过染色质是进而指导蛋白质合成，调控细DNA和蛋白质的复合体，是遗胞的各种生命活动细胞核决传信息的载体核仁是核内最定了细胞的特性和命运，是细明显的结构，是核糖体RNA合胞分化和发育的核心成和核糖体装配的场所染色体与基因染色体是细胞分裂时DNA高度浓缩形成的结构，人类体细胞含有46条染色体基因是DNA上控制性状的片段，是遗传的基本单位通过特定染色技术，可以观察到不同时期染色体的形态变化内质网与高尔基体粗面内质网表面附着核糖体，主要功能是合成分泌蛋白和膜蛋白新合成的蛋白质进入内质网腔，进行初步加工和折叠滑面内质网无核糖体附着，主要负责脂质合成、糖原分解和解毒在肝细胞中特别发达，参与药物代谢运输小泡将内质网中加工的物质包裹运输到高尔基体，是细胞内物质运输的重要方式高尔基体由扁平囊状结构（高尔基槽）堆叠而成，负责蛋白质的进一步加工、分选和包装，将它们运送到细胞内外的目的地线粒体能量转换结构特点线粒体被称为细胞的动力工厂，是有氧呼线粒体是双层膜结构的细胞器，外膜平滑，吸的主要场所通过三羧酸循环和电子传递内膜向内折叠形成嵴，增大表面积内膜上链，将葡萄糖等有机物氧化分解，释放能量分布着呼吸链酶复合体，是ATP合成的关键并合成ATP一个细胞中线粒体的数量取决部位线粒体基质中含有自身的DNA、核糖于其能量需求，肌肉细胞和神经细胞中尤为体和多种酶类丰富与疾病关系半自主性线粒体功能障碍与多种疾病相关，包括神经3线粒体含有自己的DNA和蛋白质合成系统，退行性疾病、心肌病、糖尿病等线粒体能部分独立于细胞核进行自我复制线粒体DNA突变可导致特定的遗传性疾病，这些疾DNA呈环状，主要通过母系遗传这一特性病通常表现为能量代谢紊乱和器官功能障碍支持线粒体起源于古代原核生物的内共生学说叶绿体结构特征光合作用叶绿体是植物和藻类特有的细胞器，叶绿体是光合作用的主要场所，将具有双层膜结构内膜向内延伸形光能转化为化学能光反应在类囊成片状的类囊体，类囊体可堆叠成体膜上进行，吸收光能产生ATP和类囊体片层（基粒）类囊体膜上NADPH；暗反应在基质中进行，嵌有叶绿素等光合色素和电子传递利用ATP和NADPH固定二氧化碳链组分叶绿体基质中含有自身合成葡萄糖这一过程是地球上大DNA、核糖体及光合固碳酶系统多数生命能量的最终来源进化意义与线粒体类似，叶绿体也具有自己的DNA和蛋白质合成系统，支持其来源于古代光合细菌的内共生学说这一进化事件对地球生命的发展产生了革命性影响，使真核生物获得了利用光能的能力，促进了生物多样性的形成溶酶体与液泡溶酶体液泡溶酶体是由单层膜包围的球形细胞器，内含多种水解酶，pH值约液泡是植物细胞中最大的细胞器，由单层膜（液泡膜）包围，内含为

4.5-

5.0的酸性环境主要存在于动物细胞和一些原生生物中，细胞液成熟的植物细胞通常有一个占据细胞大部分体积的中央液是细胞的消化系统溶酶体参与细胞内消化、自噬、细胞更新和泡液泡具有多种功能，是植物细胞适应环境的重要结构程序性细胞死亡等过程•储存功能储存水分、离子、糖类、色素和废物等•异相吞噬消化从细胞外吞入的物质•渗透调节维持细胞膨压，支持非木质化组织•自体吞噬降解老化或损伤的细胞器•防御功能储存有毒物质保护植物免受食草动物侵害•自溶在某些情况下释放酶类导致细胞自我消化•水解功能含有多种水解酶，类似动物细胞的溶酶体细胞壁组成成分植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等多糖组成，某些细胞还含有木质素、角质或硅质等强化物质不同植物和不同类型的细胞壁成分有所差异，这与其功能适应性密切相关细胞壁的厚度和组成反映了植物细胞的专一化功能结构层次典型的植物细胞壁分为三层细胞间层（最外层，相邻细胞共享）、初生壁（较薄，可伸展）和次生壁（内层，较厚且坚硬）细胞壁不是完全封闭的屏障，胞间连丝穿过细胞壁，连接相邻细胞的细胞质，允许物质和信息交换生物学功能细胞壁为植物细胞提供机械支持和保护，防止细胞在吸水后因膨胀而破裂它参与确定植物细胞的形态和组织的结构特性，如木质部导管的螺纹加厚和厚角组织的不均匀加厚等细胞壁还参与物质运输控制和病原体防御等过程其他生物的细胞壁除植物外，真菌、藻类和细菌等生物也具有细胞壁，但成分各异真菌细胞壁主要由几丁质组成；细菌细胞壁主要成分是肽聚糖；蓝藻和某些藻类则含有特殊的多糖和蛋白质复合物这些差异是分类学和抗生素作用机制的重要依据细胞的功能概述生命基本单位维持生命活动的基础物质代谢中心2合成与分解并存的动态平衡环境应答系统感知并响应外界刺激自我复制能力通过细胞分裂实现繁殖多细胞协作基础分化形成不同组织和器官细胞作为生命的基本单位，执行着维持生命所必需的全部功能每个细胞都是一个高度组织化的系统，通过各种生化反应和信号传导途径协调完成复杂的生命活动细胞的各种功能相互依存，共同构成了生命活动的完整网络细胞的新陈代谢营养物质摄取合成代谢通过主动或被动运输获取葡萄糖、氨基酸利用能量将简单分子合成复杂分子的过程，等营养物质，为代谢活动提供原料不同包括蛋白质合成、脂质合成、糖原合成等类型的细胞可能利用不同的营养来源，反2这些反应通常需要消耗ATP，是细胞生长映其专一化功能和修复的基础废物排出分解代谢代谢产生的废物如二氧化碳、氨、尿素等将复杂分子分解为简单分子的过程，同时通过扩散或特定转运蛋白排出细胞废物释放能量包括糖酵解、三羧酸循环、脂3的及时清除对维持细胞内环境稳定至关重肪酸氧化等这些过程为细胞活动提供必要要的能量支持物质跨膜运输方式被动运输主动运输不需要消耗细胞能量，物质沿浓度梯度自发移动的过程主要包括需要消耗细胞能量（ATP），物质逆浓度梯度移动的过程包括以下几种形式•原发性主动运输直接利用ATP能量，如钠钾泵•简单扩散小分子直接穿过磷脂双层，如O₂、CO₂和脂溶性分•继发性主动运输利用离子浓度梯度的能量，如葡萄糖-钠协同子转运•易化扩散通过膜蛋白通道或载体蛋白，如葡萄糖和离子的转•胞吞/胞吐大分子或颗粒物通过膜泡进出细胞的过程运•渗透水分子通过特定通道蛋白（水通道蛋白）的移动细胞膜选择透性细胞膜具有选择透性，即允许某些物质通过而阻止其他物质通过的特性这种选择性主要取决于分子的大小、极性和电荷等特征，以及膜上特定转运蛋白的存在小分子如水、氧气和二氧化碳可以相对容易地通过细胞膜，而大分子如蛋白质和多糖则无法自由通过离子和葡萄糖等极性分子需要特定的膜蛋白通道或载体协助通过脂溶性分子如类固醇激素可以直接穿过脂质双层这种选择透性对维持细胞内环境的稳定性至关重要探究细胞膜的渗透实验实验设计准备不同浓度的蔗糖溶液，将红血球或洋葱表皮细胞分别置于这些溶液中，观察细胞形态变化通过这一简单实验，可以直观地观察到细胞膜渗透性质和渗透压对细胞的影响2等渗溶液当细胞处于与细胞内液浓度相等的溶液中时，细胞形态保持正常红血球保持双凹圆盘状，洋葱表皮细胞保持细胞质紧贴细胞壁的状态此时，水分子进出细胞的速率相等，细胞体积稳定3低渗溶液当细胞处于低渗溶液（如清水）中时，水分子大量进入细胞红血球会膨胀并最终破裂（溶血）；而洋葱表皮细胞则因细胞壁的存在而不会破裂，只会变得更加饱满这种状态称为细胞的胀状态4高渗溶液当细胞处于高渗溶液（如高浓度盐溶液）中时，水分子从细胞内向外流出红血球会皱缩（称为齿状红细胞）；洋葱表皮细胞则会出现质壁分离现象，即细胞质收缩并与细胞壁分离这种状态称为细胞的缩状态能量供应与合成ATP3695%产量效率ATP一分子葡萄糖完全氧化可产生约36分子ATP有氧呼吸能量转换效率高达95%2寿命ATPATP分子平均寿命仅为2秒，表明代谢速率之快ATP（三磷酸腺苷）是细胞内最重要的能量载体，被称为细胞的能量货币它由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成，高能磷酸键储存了可供细胞利用的能量当细胞需要能量时，ATP分解为ADP（二磷酸腺苷）和无机磷酸，释放能量供细胞利用线粒体是ATP合成的主要场所在有氧呼吸过程中，葡萄糖等有机物质通过糖酵解、三羧酸循环和电子传递链被完全氧化，释放的能量用于在线粒体内膜上通过氧化磷酸化合成ATP这一过程高效精准，是细胞能量代谢的核心环节细胞的生命活动与能量需求细胞的生长与分裂期G1期S细胞分裂后的生长期，细胞体积增大，合DNA合成期，细胞复制全部DNA，染色成RNA和蛋白质，准备DNA复制这一体数量保持不变但DNA含量加倍这一时期占细胞周期的大部分时间，是细胞决过程通常需要6-8小时，是细胞周期中最定是否继续分裂的关键检查点某些细胞1关键也最容易出错的阶段DNA复制过如神经元可能停留在G1期，进入G0期程中存在多重校对机制确保准确性（静止期）期M期G2有丝分裂期，细胞将复制的DNA均等分DNA复制后的第二次生长期，细胞继续配给两个子细胞M期包括核分裂和胞质3合成蛋白质和RNA，为有丝分裂做准备分裂两个过程，是细胞周期中形态变化最这一阶段检查DNA复制是否完成，并合为明显的阶段整个M期通常只占细胞周成分裂所需的蛋白质，如纺锤体蛋白等期的5-10%，但却是最为复杂和精确的过G2期通常比G1期短程有丝分裂及其意义1前期染色质浓缩形成可见的染色体，每条染色体由两条姐妹染色单体组成核膜和核仁逐渐消失，纺锤体开始形成染色体散布于细胞中，准备向赤道板移动2中期染色体排列在细胞赤道板上，形成整齐的单层平面每条染色体的着丝粒通过微管与两极的纺锤体相连这一时期是观察染色体形态最理想的阶段，常用于核型分析3后期姐妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动这一过程确保了遗传物质的均等分配，是有丝分裂的核心环节染色体移动速度很快，整个过程通常只需几分钟4末期染色体到达细胞两极后开始解螺旋，重新形成染色质核膜和核仁重新出现，纺锤体消失随后进行胞质分裂，形成两个完全相同的子细胞，每个子细胞含有与母细胞相同的染色体组有丝分裂的生物学意义在于确保遗传物质的精确复制和均等分配，使子细胞获得与母细胞完全相同的遗传信息这对于多细胞生物的生长发育、组织修复和无性生殖至关重要，也是维持物种遗传稳定性的基础无丝分裂和胞质分裂无丝分裂动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂无丝分裂是一种简单的核分裂方式，主要动物细胞的胞质分裂通过收缩环方式进行由于植物细胞具有坚硬的细胞壁，无法通发生在原核生物中在这种分裂中，DNA在细胞赤道面形成一个由肌动蛋白和肌球过收缩环方式分裂植物细胞采用细胞板复制后直接拉长并分开，没有染色体浓缩蛋白构成的收缩环，像束带一样逐渐收紧，形成的方式进行胞质分裂在分裂中期，和纺锤体形成等复杂过程无丝分裂速度最终将细胞质分为两部分这一过程从外高尔基体衍生的小泡在细胞赤道面聚集，快，过程简单，但精确度不如有丝分裂向内进行，形成细胞表面的凹陷称为分裂融合形成细胞板细胞板向外扩展直至与某些单细胞真核生物如酵母菌也可通过出沟胞质分裂通常在核分裂完成后开始，母细胞壁融合，最终形成两个完整的子细芽等特殊形式的无丝分裂繁殖但两者有一定重叠胞，中间由新形成的细胞壁分隔减数分裂概述减数分裂的基本特点遗传变异的形成与有丝分裂的区别减数分裂是生殖细胞形成过程中的特减数分裂第一次分裂前期，同源染色减数分裂与有丝分裂的主要区别在于殊分裂方式，包括两次连续的核分裂体配对并发生交叉互换，交换部分遗减数分裂包括两次核分裂；同源染色（减数第一次分裂和减数第二次分传物质这一过程加上同源染色体的体配对和交叉互换；最终形成的四个裂），但只有一次DNA复制这一随机分配，极大地增加了配子的遗传子细胞染色体数目是母细胞的一半；过程使染色体数目减半，从而确保受多样性正是这种多样性为生物进化子细胞之间的遗传组成可能不同这精后子代染色体数目与亲代相同，维提供了原材料，也是有性生殖的重要些特点都与减数分裂的特殊功能相适持物种的遗传稳定性意义所在应细胞的分化与专一功能全能干细胞受精卵和早期胚胎细胞具有分化为任何类型细胞的能力这些全能干细胞通过连续分裂和逐渐限制分化潜能，最终形成各种组织和器官全能干细胞是再生医学研究的重要对象组织干细胞成体内存在的多能干细胞，如骨髓干细胞、神经干细胞和皮肤干细胞等它们分化潜能有限，主要负责特定组织的细胞更新和损伤修复这些细胞通常处于静止状态，在需要时被激活分化细胞通过表达特定基因组合而获得专一功能的细胞，如红细胞、神经元、肌肉细胞等这些细胞形态和功能高度特化，通常失去了继续分裂的能力细胞分化是不可逆的过程，但现代技术可以诱导分化细胞重编程为干细胞细胞的衰老与凋亡细胞衰老细胞凋亡细胞衰老是细胞随着分裂次数增加或时间推移而出现的功能退化过细胞凋亡是一种程序性细胞死亡方式，是生物体精确调控的主动过程正常体细胞只能分裂有限次数（人类约为40-60次），这一现程凋亡细胞呈现特征性形态变化细胞皱缩、染色质浓缩、象称为海菲里克极限衰老细胞呈现特征性形态变化，DNA修DNA断裂、膜起泡和最终形成凋亡小体这些凋亡小体被周围细复能力下降，蛋白质合成减少，细胞代谢活动降低胞或巨噬细胞吞噬，避免了细胞内容物释放引起的炎症反应细胞衰老的主要原因包括端粒缩短、DNA损伤积累、自由基损伤细胞凋亡在生物体发育、免疫系统功能和组织稳态维持中发挥重要和表观遗传改变等衰老细胞不会立即死亡，而是处于一种功能受作用凋亡异常与多种疾病相关凋亡不足可能导致癌症和自身免损的状态，可能分泌多种炎症因子影响周围组织，与多种年龄相关疫疾病，凋亡过度则与神经退行性疾病和器官萎缩有关疾病有关细胞核与遗传信息染色体1DNA与组蛋白结合形成的高度压缩结构DNA2携带遗传信息的双螺旋分子基因DNA上编码特定蛋白质或RNA的功能片段细胞核是遗传信息的主要存储和表达场所在人类细胞中，约2米长的DNA分子通过与组蛋白的结合和多层次折叠，被高度压缩成几微米大小的染色体，精确地装入细胞核内一个典型的人类细胞核含有23对染色体，携带约20,000-25,000个基因基因是遗传的基本单位，决定了生物体的性状和特征每个基因都有特定的位置（基因座），由特定的DNA序列组成基因通过转录和翻译过程表达为蛋白质，执行各种生物学功能基因组中还包含大量非编码区域，它们参与基因表达调控、DNA复制和染色体结构维持等重要功能的结构与复制DNA双螺旋结构半保留复制复制的高保真性DNA由两条多核苷酸链螺旋缠绕而成，形成DNA复制采用半保留方式，即两条子链各含DNA复制是一个高度精确的过程，错误率约直径约2纳米的双螺旋结构两条链通过碱有一条母链和一条新合成链复制过程中，为每10亿个碱基一个这种高保真性依赖于基配对（A-T，G-C）结合在一起，呈现互DNA解旋酶打开双螺旋，形成复制叉；DNA聚合酶的校对功能、复制后的错配修复补性和反平行排列DNA骨架由磷酸和脱氧DNA聚合酶沿着模板链合成新链，总是从5系统和多重检查点机制即使如此，少量错核糖交替连接而成，碱基朝向分子内部这到3方向进行；一条链可连续合成（前导误仍可能发生，成为遗传变异和进化的源泉种结构保证了遗传信息的稳定存储和精确复链），另一条需分段合成（滞后链）；多种基因组不稳定性与多种疾病如癌症密切相关制酶参与确保复制精确性细胞遗传信息的表达转录转录是将DNA序列信息转换为RNA序列的过程，是基因表达的第一步在细胞核中，RNA聚合酶识别启动子区域，解开DNA双螺旋的一小段，以一条DNA链为模板合成互补的RNA链转录产物称为前体mRNA，还需经过加帽、加尾和剪接等一系列修饰，去除内含子、保留外显子，形成成熟的mRNA转运成熟的mRNA通过核孔复合体从细胞核转运到细胞质这一过程由多种核转运蛋白精确调控，确保只有正确加工的mRNA才能进入细胞质在某些病毒感染或细胞应激条件下，这一过程会受到干扰，影响基因表达mRNA到达细胞质后，与核糖体结合开始翻译过程翻译翻译是将mRNA序列信息转换为蛋白质氨基酸序列的过程在核糖体上，转运RNA（tRNA）按照mRNA上的密码子顺序将氨基酸带到合成位点，由肽基转移酶催化形成肽键，逐步合成多肽链翻译起始于AUG密码子，终止于三种终止密码子（UAA、UAG、UGA）新合成的蛋白质可能还需进一步折叠和修饰才能发挥功能克隆与转基因技术克隆技术转基因技术生物克隆是指创造与原生物体具有完全转基因技术是指将外源基因导入生物体，相同基因组的生物体1996年，英国科使其整合到基因组中并稳定表达的技术学家成功克隆出第一只哺乳动物——克现代转基因方法包括基因枪轰击法、农隆羊多莉多莉是通过体细胞核移植技杆菌介导法、病毒载体法和最新的术获得的将一只成年羊的乳腺细胞核CRISPR-Cas9基因编辑技术等转基因移入已去除细胞核的卵细胞中，经过体技术在农业、医药和基础研究中有广泛外培养后移植到代孕母羊体内发育而应用，如抗虫棉、抗旱小麦和胰岛素生成这一技术为生物医学研究和濒危物产等种保护提供了新思路伦理与安全考量这些技术带来许多伦理和安全问题克隆人的伦理边界；转基因生物对生态系统的潜在影响；基因编辑胚胎的道德争议等各国已建立相关法规和监管体系，平衡科学进步与伦理安全的关系科学家和社会需共同探讨这些技术的适当应用范围和限制细胞间的交流与协作内分泌信号旁分泌信号由特定腺体分泌的激素通过血液循环系统信号分子在局部区域扩散，作用于附近的传递到全身，作用于远距离的靶细胞这细胞，但不进入血液循环许多生长因子、些信号分子如胰岛素、甲状腺素等，调控细胞因子和神经递质属于这类信号旁分1机体的代谢、生长和发育等基本生理过程泌信号在组织修复、免疫反应和神经传递2内分泌系统与神经系统共同构成了多细胞中发挥重要作用，提供了更为精准的局部生物体的主要协调控制网络调控机制接触信号突触信号需要细胞之间直接接触才能传递的信号，神经元之间的专一化信号传递方式，通过4通过膜表面的受体-配体互作或细胞间连神经递质在突触间隙传递信息这种信号接传递这种信号在胚胎发育、免疫识别传递速度快、精确性高，是神经系统功能和组织形成中至关重要缝隙连接是一种的基础突触可塑性（突触连接强度的改特殊的接触信号方式，允许小分子直接在变）被认为是学习和记忆的细胞基础相邻细胞间通过细胞在生物体中的作用在多细胞生物体中，不同类型的细胞执行特定功能，共同维持生物体的生存和发展神经细胞负责信息传递和处理，形成复杂的神经网络；肌肉细胞通过收缩产生力量，实现运动；血细胞参与物质运输和免疫防御；上皮细胞形成组织屏障，保护内环境稳定植物中也存在多种专一化细胞叶肉细胞进行光合作用；导管和筛管细胞运输水分和养料；保卫细胞调节气孔开闭；根毛细胞吸收水分和无机盐这些细胞通过形态和功能的分化，形成了高效的分工协作系统，使生物体表现出远超单个细胞的复杂功能和适应能力单细胞与多细胞生物单细胞生物的特点多细胞生物的优势进化关系单细胞生物以单个细胞为生命单位，多细胞生物由大量细胞组成，细胞间从进化角度看，单细胞生物出现更所有生命活动都在这一个细胞内完分工协作，形成组织、器官和系统早，多细胞生物是在单细胞基础上进成代表性的单细胞生物包括细菌、这种结构使生物体能够发展出更为复化而来的这一转变可能始于细胞集蓝藻、酵母菌、草履虫和变形虫等杂的功能和行为模式，适应更多样化群化并逐渐发展出细胞间通讯和功能这些生物结构相对简单，但功能齐的环境多细胞生物通常具有特化的分化一些生物如粘菌和沃尔沃克斯全，具有惊人的适应性和进化潜力生殖系统，通过有性生殖增加遗传多藻球展示了单细胞向多细胞过渡的中单细胞生物通常通过二分裂等简单方样性细胞分化和组织形成是多细胞间状态，在不同生活阶段表现出不同式快速繁殖，世代更替迅速生物发育的核心过程的组织形式细胞技术实验示例细胞培养技术细胞成像技术干细胞研究细胞培养是在体外条件下维持细胞生长的技现代细胞成像技术包括荧光显微镜、共聚焦干细胞研究是现代生物医学的前沿领域科术培养基需提供必要的营养物质、生长因显微镜、超分辨率显微镜等，能够在活细胞学家可在体外培养和操控多种干细胞，包括子和适宜的环境条件（温度、pH值和气体中观察特定结构和分子的动态变化荧光蛋胚胎干细胞、诱导多能干细胞（iPSCs）和成分等）原代培养是直接从组织分离培养白标记和荧光探针技术使研究者能够追踪特组织特异性干细胞通过添加特定因子，可细胞；细胞系则是已适应体外生长的细胞群定蛋白质的表达和定位这些技术极大地提诱导干细胞定向分化为特定类型的组织细胞，体，可连续传代培养培养细胞广泛应用于高了细胞生物学研究的时空分辨率，揭示了为再生医学和疾病模型建立提供了重要工具药物筛选、毒理学测试和细胞生物学研究许多复杂的细胞过程细胞治疗与未来医学个体化精准治疗基于患者自身细胞的定制化疗法1增强免疫系统利用改造细胞对抗疾病组织再生能力3修复或替代受损组织最小副作用4降低系统性毒性反应CAR-T细胞疗法是细胞治疗领域的重大突破，特别是在血液肿瘤治疗方面这一技术从患者体内提取T淋巴细胞，通过基因工程技术在其表面表达嵌合抗原受体（CAR），然后将这些改造过的T细胞回输到患者体内这些CAR-T细胞能特异性识别并杀伤肿瘤细胞，在治疗某些难治性白血病和淋巴瘤方面取得了显著成效未来细胞治疗的发展方向包括拓展适用范围至实体肿瘤；开发通用型（即不需要每位患者定制）细胞产品；结合基因编辑技术提高治疗精确性；应用于更广泛的疾病领域，如自身免疫疾病、神经退行性疾病和心血管疾病等这些进展有望彻底改变医学治疗模式，实现活细胞药物的临床应用细胞的检测方法显微镜技术细胞染色技术流式细胞技术传统光学显微镜可观察细胞基本各种染色方法可选择性显示细胞流式细胞仪可同时分析数千个细形态；荧光显微镜利用荧光标记的不同结构HE染色显示细胞胞的多种参数，如大小、颗粒度观察特定结构；电子显微镜可观核和细胞质；瑞氏染色区分白细和荧光标记等细胞分选仪还能察超微结构；共聚焦显微镜可获胞类型；PAS染色检测多糖；免根据这些特性分离特定细胞群得三维图像；超分辨率显微镜突疫组织化学染色特异性标记特定体这项技术在免疫学、肿瘤学破衍射极限，分辨更微小结构蛋白质；FISH技术可定位特定和干细胞研究中应用广泛，能快显微技术是细胞学研究最基础也DNA或RNA序列染色技术为速分析复杂细胞群体的组成和特最强大的工具细胞结构和功能研究提供了直观性变化的可视化手段分子生物学方法PCR技术检测特定基因；测序技术分析细胞基因组；RNA-Seq研究基因表达谱；蛋白质组学分析细胞蛋白质组成；单细胞测序技术可分析单个细胞的基因表达情况这些方法提供了细胞分子水平的详细信息，对理解细胞功能和疾病机制至关重要细胞中的疾病癌症遗传性疾病癌症是一类由细胞异常增殖引起的疾病癌细胞特征包括无限增遗传性疾病由基因突变或染色体异常引起，可以是单基因疾病（如殖能力、逃避凋亡、基因组不稳定、侵袭和转移能力、诱导血管生镰状细胞贫血、囊性纤维化）、多基因疾病或染色体疾病（如唐氏成等癌变过程通常涉及多个基因突变的积累，包括原癌基因的激综合征）这些疾病在细胞水平表现为特定蛋白质功能异常或缺失，活和抑癌基因的失活不同类型的癌症有不同的细胞起源和分子特进而影响细胞正常功能征，导致临床表现和治疗策略的差异基因治疗是一种有前景的治疗策略，通过导入正常基因或修复突变现代癌症研究强调个体化治疗，基于每位患者的分子特征选择最适基因来纠正遗传缺陷CRISPR-Cas9等基因编辑技术为遗传性疾合的治疗方法靶向治疗和免疫治疗等新策略已显著改善了某些癌病治疗带来了新希望，但仍面临技术和伦理挑战症的预后病毒与细胞的关系1吸附与侵入病毒通过特异性识别细胞表面受体吸附到宿主细胞上病毒可通过多种机制进入细胞，如胞吞作用、膜融合或直接穿透细胞膜不同病毒具有不同的宿主特异性和组织嗜性，这决定了它们能感染的细胞类型2脱壳与基因组释放进入细胞后，病毒外壳蛋白被降解（脱壳），释放出病毒基因组（DNA或RNA）某些病毒如逆转录病毒需要额外步骤将其RNA基因组转换为DNA病毒基因组释放位置取决于病毒类型，可能在细胞质或直接进入细胞核3利用宿主合成病毒组分病毒劫持宿主细胞的生物合成机器，包括核糖体、tRNA和各种酶系统，用于合成病毒蛋白质和复制病毒基因组病毒可能抑制宿主细胞的正常蛋白质合成，优先合成病毒组分这一阶段是许多抗病毒药物的作用靶点4组装与释放新合成的病毒基因组和结构蛋白在细胞内特定位置组装成完整病毒粒子成熟的病毒粒子通过多种方式释放细胞裂解（裂解性病毒）、出芽（包膜病毒）或通过细胞连接释放（某些植物病毒）释放后的病毒可感染新的细胞，形成感染循环细胞环境与稳态°

7.437C值温度pH人体细胞最适pH值范围人体细胞最适生长温度280渗透压正常细胞外液渗透压mOsm/L细胞需要维持相对稳定的内环境才能正常运作，这种状态称为细胞稳态渗透压是影响细胞形态和功能的关键因素，细胞通过调节离子泵、水通道蛋白和有机溶质的转运来适应外部环境变化在高渗环境中，细胞会积累有机溶质以防止脱水；在低渗环境中，细胞会通过排出离子和水分来防止肿胀pH值对细胞内酶活性和蛋白质功能有显著影响细胞通过缓冲系统、膜转运蛋白和代谢调节来维持适宜的pH值温度对细胞代谢速率和蛋白质构象有直接影响，不同物种的细胞有不同的最适温度范围某些微生物如嗜热菌和嗜冷菌能在极端温度下生存，展示了细胞适应环境的惊人能力生命活动的统一性遗传信息系统能量转换机制从细菌到人类，所有生物都使用DNA作为遗ATP是几乎所有生物的通用能量载体核心代传信息载体，采用相同的遗传密码，通过相似谢途径如糖酵解、三羧酸循环在从单细胞生物1的机制进行基因表达这种统一性表明所有现到复杂多细胞生物中高度保守这些基本能量存生物可能起源于共同祖先，经过几十亿年的获取和转换机制构成了生命活动的能量基础进化形成了现今的多样性膜结构与功能生物大分子组成磷脂双分子层是所有细胞膜的基本结构，确保所有生物都由蛋白质、核酸、脂质和糖类等相了细胞的边界和内环境的稳定性膜蛋白介导同类型的生物大分子构成这些分子的基本结43的信号传导和物质转运机制在不同生物中也具构和功能原理在不同物种间保持一致，反映了有相似的基本原理，反映了细胞对外界刺激响生物化学过程的基本统一性应的共同特征知识应用与前沿案例细胞工程生物芯片细胞工程技术已实现在体外构建功生物芯片（微流控芯片）是一种微能性组织和器官组织工程皮肤已型化的实验平台，能在极小空间内用于治疗严重烧伤患者；生物人工进行复杂的生物学分析器官芯片肝脏系统可临时支持肝衰竭患者；模拟人体器官功能，用于药物毒性3D生物打印技术能制造复杂的组织筛选；单细胞分析芯片可研究细胞结构，包含多种细胞类型和血管网异质性；基因芯片可同时检测数千络这些技术为解决器官移植短缺个基因的表达这些技术大大提高问题提供了新思路了生物学研究的通量和精确度药物筛选基于细胞的高通量药物筛选技术已成为新药开发的重要工具通过自动化设备和计算机辅助分析，研究人员可同时测试数千种化合物对特定细胞过程的影响患者来源的原代细胞培养系统可用于个体化药物筛选，预测特定患者对治疗的响应，推动精准医疗发展课堂巩固练习选择题填空题

1.下列结构中，只存在于植物细胞而不存在于动物细胞的是A.

1.细胞学说的三个要点是

（1）一切生物都由________组成；线粒体B.核糖体C.叶绿体D.内质网

（2）细胞是生物体结构和功能的________；

（3）细胞只能由________产生

2.细胞中的DNA主要分布在A.细胞质B.细胞核C.线粒体D.B和C都正确

2.有丝分裂的主要阶段依次为________、________、________、________

3.下列关于细胞膜的描述，错误的是A.由脂质双层构成B.具有选择透性C.完全阻止大分子物质通过D.含有各种功能蛋白

3.ATP被称为细胞内的________，主要在________中合成案例分析与小组讨论案例一渗透现象将新鲜的黄瓜片分别放入清水、10%盐水和30%盐水中，观察一段时间后的变化讨论

（1）三种情况下黄瓜片形态变化的原因；

（2）植物细胞和动物细胞在高渗环境中反应的差异；

（3）生活中利用渗透原理的实例案例二癌症与细胞分裂分析正常细胞和癌细胞显微照片，比较两者在形态、排列和分裂特征上的差异讨论

（1）癌细胞的基本特征；

（2）癌症发生的细胞学基础；

（3）针对细胞分裂的抗癌策略原理案例三细胞工程应用探讨干细胞培养和定向分化技术在组织修复中的应用讨论

（1）诱导多能干细胞的原理；

（2）细胞治疗的优势和局限性；

（3）细胞治疗面临的伦理和安全问题总结与提升掌握基础概念1理解细胞学说的基本原理和意义认识细胞结构熟悉细胞组分的形态和功能理解细胞功能掌握细胞生命活动的基本规律关注实际应用了解细胞科学的前沿技术和应用本课程系统介绍了细胞的基本结构、功能和生命活动规律，帮助同学们建立了以细胞为基础的生命科学观念通过学习，我们认识到细胞是如何通过精密的结构和协调的功能活动维持生命的，也了解了现代细胞科学的研究方法和前沿进展为进一步提升学习效果，建议同学们结合显微观察实践巩固所学知识；关注细胞生物学研究新进展；思考细胞学知识与其他生物学分支的联系；探索细胞科学在医学、农业等领域的应用价值记住，理解细胞是理解生命的基础，也是探索生命奥秘的起点展望与致谢细胞科学的未来方向细胞科学的社会影响致谢与互动细胞科学正朝着更精细、更系统、更细胞科学的发展正对医学、农业、环感谢同学们在本课程中的积极参与和综合的方向发展单细胞测序技术揭境和工业产生深远影响精准医疗、思考细胞生物学是一个不断发展的示了细胞异质性的全貌；多组学整合再生医学、生物制造等领域的突破将领域，希望本课程能激发大家对生命分析方法提供了细胞功能的系统视为人类健康和可持续发展提供新解决科学的兴趣和探索精神欢迎随时提角；人工智能和大数据分析正帮助科方案同时，这些技术的发展也带来出问题，分享见解，让我们共同探索学家从海量细胞数据中挖掘新规律了伦理、安全和社会公平等问题，需细胞世界的奥秘，理解生命的本质这些进展将深刻改变我们对生命本质要科学家与全社会共同面对的理解。