探索生物奥秘：课件引领走进细胞世界

探索生物奥秘课件引领走进细胞世界细单构础拥约胞是生命的基本位，是成所有生物体的基全球有

8.7百万种它们细构个复杂细生物，的共同点就是都由胞成人体是一的胞社会，约亿个细这单协维们含有

37.2万胞，些微小的生命位共同作，持着我的生动命活这个观个细结构它们个在微世界中，每胞都有其独特的和功能，像一微型内课带领进这个工厂，部有着精密的分工和运作机制本程将大家入神奇观细奥质的微世界，揭示胞的秘与生命的本课程概述细胞的发现与研究历史从罗观细现细说历进顾细发探索伯特·胡克首次察到胞，到代胞学形成的史程，回胞科学关键展的里程碑和重大突破细胞基本结构与类型详细绍细态类异细细细介胞的基本形特征、大小和型差，分析原核胞与真核胞、植物胞动细别与物胞的根本区细胞器及其功能讨细内种细结构它们协深入探胞各胞器的特点、生物学功能和工作原理，理解如何同工细动作支持胞生命活细胞科学最新研究动态细胞学历史伟大的发现年1665罗观软时发现英国科学家伯特·胡克在察木切片，首次并描细结构观窝状为述了胞（cell），他将察到的蜂小室命名细这发现记录显图谱胞，一被在他的著作《微》中年1839莱细说称德国科学家施登和施旺正式提出胞学，宣所有植物动细组细结构单和物都由胞成，胞是生物体和功能的基本这论现细础位，一理奠定了代胞生物学的基年1953显微镜技术的革命光学显微镜电子显微镜活细胞成像技术够电能放大400-1000利用子束代替光线实现倍，是最早也是最常，可10万-100细观用的胞察工具万倍的放大，分辨率虽达纳级别够然分辨率受光的波到米，能简观细结长限制，但其操作察胞的超微单样备构为电镜、本制方便，分透射实验扫电镜至今仍是生物学（TEM）和描础设备种类室的基（SEM）两主要型细胞的基本特征大小形态多样性数细径间细态种样大多胞的直在2-100微米之，胞形多多，包括球形、扁平、观细纺锤这种样肉眼无法直接察最小的胞如支原形、立方形等多性反映了仅细鸵细应环体有

0.2微米，而最大的胞如鸟胞的特定功能和适境的能力，例达数细经细轴传导卵可厘米，胞的大小通常与其功如神胞的长突适合信号关能密切相自我调节增殖能力细够内环变胞能感知并对外境的化做出细复过细应维内环这种胞具有自我制的能力，通胞分适当反，持境的稳定自产细个细调节细关键复裂生新胞一典型的人体胞分我能力是胞生存的，涉及约时细条杂传导达调络裂周期24小，而菌在适宜件的信号和基因表控网钟下可每20分分裂一次原核细胞真核细胞vs原核细胞真核细胞细现细类约亿细约亿围细原核胞是地球上最早出的胞型，在35年前就已存真核胞起源于20年前，具有由核膜包的真正胞核，它们结构简单细遗传质内它们积较径间在，无核膜界定的胞核，物直接散布含染色体体大，直通常在10-100微米之，细质内结构复杂在胞中部这类细较径约没复杂细细种细线内质胞通常小，直1-5微米，有的胞器系真核胞包含多膜性胞器，如粒体、网、高尔基体统数结构细类这结构细内谢，只有核糖体等少菌和古菌是两大原核生物，等，些使胞部形成了功能分区，提高了代效率它们谢样应数类细单细属代多，适性强，是地球生物圈中量最大的生物所有多胞生物和部分胞生物（如酵母）都于真核生群物植物细胞与动物细胞的区别植物特有结构动物特有结构细细绿动细植物胞具有胞壁、叶体和大型中物胞含有中心体和脂滴中心体参细护绿细过纺锤央液泡胞壁提供支持和保，叶与胞分裂程中体的形成，脂滴进储质维储为储备热体行光合作用，液泡存物并持存中性脂肪，作能量和隔细压层胞膨细胞间连接能量获取方式细过间连丝连这细过获植物胞通胞相互接，些植物胞主要通光合作用取能量，纤细细质桥过细动细转为动细则的胞穿胞壁；物胞将光能化化学能；而物胞完则种连结构紧连赖氧释形成多接，如密接、粘全依有呼吸，分解有机物放能带间隙连着和接量细胞膜生命的边界功能选择传导细识别性通透、信号、胞结构层纳磷脂双分子，厚度7-8米成分3质质脂（40%）、蛋白（60%）细层围绕细个闭边细内环开为细层屏它仅胞膜是一精密的生物膜，胞形成一封的界，将胞容物与外界境分隔来作胞最外的障，不提供物护还质进负责细理保，控制物的出，并胞与外界的信号交流细动镶这经论细动态结构层质1972年，科学家辛格和尼克尔森提出了胞膜流嵌模型，一典理描述了胞膜的磷脂分子形成双，蛋白像冰样既横动发挥这种动细够环变调质山一漂浮其中，可向移，又能各自特定功能流性使胞膜能随境化整其性和功能细胞膜上的重要结构细种组总质这质质层胞膜上分布着各功能性分子，其中膜蛋白是主要成部分，占膜量的50-70%些蛋白可以完全或部分嵌入脂双为载种类中，根据其功能可分受体蛋白、通道蛋白、体蛋白等多型细线异识别结发细内级联应输膜受体是胞的天，能特性并合外界信号分子，引胞信号反通道蛋白形成跨膜通道，每秒可运高达个证细内质换则细识别应细标识关键⁸10离子，保胞外物交而糖蛋白主要参与胞和免疫答，是胞身份的分子细胞质生命活动的场所50-70%

7.0体积占比值pH细质个细细质碱碱胞在整胞中的比例胞的酸度，略呈性60%水含量细质胞中水分的比例细质细间细质质悬种细组细胞是胞膜与核膜之的区域，由胞基和浮其中的各胞器成胞质质种复杂动胶状质质类质盐基是一的半流性物，含有大量水分、蛋白、糖、脂和无机这种动细内质够动换等流性使胞物能相对自由地移和交细细质结构统丝间纤维组个动态胞骨架是胞中的重要系，由微管、微和中成，形成一网络它仅维细态还细动细内质输细种不持胞的形，参与胞运、胞物运和胞分裂等多生命动细动态细应环变础活胞骨架的性是胞适境化的基细胞核遗传信息指挥中心遗传信息存储核膜与核孔细遗传储细层围胞核是信息的主要存胞核被双核膜包，核膜场类细内约数个复所，人胞核含有2上分布着千核孔合体压缩储这质质米长的DNA分子，存些核孔控制着核物交这换许质在染色体中些DNA分子，允蛋白、RNA和小带约遗传编码质选择进细携3GB的信息，分子物有地出胞构维证内环着建和持生命所需的全部核，保核外境的相对独指令立核仁功能细内显亚结构这核仁是胞核最明的，是合成核糖体的工厂在里，转录产质结亚输DNA生核糖体RNA，与蛋白合形成核糖体基，然后送细质质过到胞参与蛋白合成程线粒体细胞能量工厂独立遗传系统1拥质统有自己的DNA和蛋白合成系双层膜结构内叠嵴积外膜平滑，膜折形成增加表面能量生产功能过氧产通有呼吸生大量ATP线细内应细数数个线经细数这细发电粒体是胞的主要能量供者，人体胞通常含有百至千粒体，高耗能的肌肉和神胞中量尤其多些胞产约苷为细种动站每天能生65千克的ATP（三磷酸腺），胞各生命活提供能量线个碱环状编码种质种种这内说线粒体具有16,569基对的DNA分子，13蛋白、22tRNA和2rRNA一特点支持共生学，即粒体可能远时细吞线仅过遗传类进种迁起源于古期被真核胞祖先噬的原核生物粒体DNA通母系，可用于追踪人化和群移史叶绿体光合作用的场所赖间赖赖直接依接依不依内质网合成与运输系统粗面内质网光面内质网内质电显镜现内质电显镜现粗面网表面附着着大量核糖体，因此在子微下呈光面网表面无核糖体附着，在子微下呈平滑外观这观它负责质谢类粗糙外些核糖体正在合成分泌蛋白和膜蛋白，新合成主要脂代，包括磷脂、胆固醇和固醇激素的质输内质内进叠饰内质还药过的蛋白被送到网腔行折和初步修合成此外，光面网参与糖原分解和物解毒程细胰细内质别分泌蛋白胞（如腺腺泡胞）中粗面网特丰富，以满质这细内质细质细内质别发达总积达这足大量蛋白合成的需求些胞中网可占据胞肝胞中光面网特，面可11平方米，与肝间络脏关饮细内质的大部分空，形成密集的膜性网强大的解毒功能直接相长期酒者肝胞中的光面显谢网会明增多，以增强对酒精的代能力高尔基体物质加工与分选中心接收顺内质转这带高尔基体的面（cis面）接收来自网的运囊泡，些囊泡携新合成的蛋白质质释内这过和脂，在与高尔基体膜融合后放其容物一程是高尔基体功能的起点加工修饰质过过经历饰链物在穿高尔基体的程中，一系列化学修，如糖基化（添加糖）、这饰质发挥关磷酸化和蛋白酶切割等些修对蛋白功能的正确至重要分类与递送饰质进类在高尔基体的反面（trans面），修完成的物被包装不同型的囊泡，标记细细根据其上的分子被运送到特定目的地，如胞膜、溶酶体或分泌到胞外个积状类叠饼它细别高尔基体由4-8扁平囊泡堆形成，形似堆的烙在分泌旺盛的胞中特发达胰细细时处数种质，如腺胞和黏液腺胞高尔基体每小可理千不同的蛋白，精确地将它们送往正确的目的地溶酶体细胞消化系统形成阶段级内约种溶酶体由高尔基体加工形成，初溶酶体含有50不同的水解够类酶，能分解几乎所有型的生物大分子酸性环境内值维围这溶酶体部pH持在

4.5-

5.0的酸性范，是水解酶活性的最适环质泵泵内维境溶酶体膜上的子不断将H+入腔持酸性消化功能内吞级种溶酶体与囊泡或自噬体融合，形成次溶酶体，在其中消化各质产过转释细质物消化物通特定运蛋白放到胞中再利用疾病关联导过种遗传贮积溶酶体功能障碍可致超50性溶酶体病，如高雪氏病、这严响经统尼曼-匹克病等，些疾病通常重影患者的神系和其他器官功能过氧化物酶体代谢清道夫氧化还原反应过氧内种氧这种氧应时产过氧氢₂₂过氧氢种氧剂细过氧化物酶体含有20多化酶，些酶催化各底物的化反，同生化（H O）化是一强化，对胞有毒性，但随即被内过氧氢为氧化物酶体的化酶迅速分解水和气脂肪酸代谢过氧链链氧过别极链这过链线进氧化物酶体参与长和分支脂肪酸的β化程，特是植物油中常见的长脂肪酸一程将长脂肪酸切割成更短的片段，然后送往粒体一步释化，放能量解毒功能过氧过别脏细它们种氧够药质转为化物酶体在解毒程中扮演重要角色，特是在肝胞中含有多化酶，能分解酒精、物和其他有害物，将其化更容易排出体外的水溶质性物细胞骨架结构支撑系统结构类径组单型直成位主要功能纳细内质输微管25米α和β微管蛋白胞物运、纺锤体形成丝纳动细动微7米肌蛋白胞运、肌肉缩细态收、胞形变化间纤维纳种中10米多蛋白（如角提供机械强度、结构蛋白）核膜支持细个动态络统种类质纤维组个细质胞骨架是一网系，由三主要型的蛋白成，分布于整胞这结构仅为细态还细动质输细种中些不胞提供形支撑，参与胞运、物运和胞分裂等多动生命活细个关键动态纤维组进组细够胞骨架的一特性是其平衡性，分不断行解聚与重，使胞能响应内环变细过时丝络组细迅速外境化例如，当白胞需要穿血管壁，其微网会重，使产伪实现动这种动态细应变环础胞生足，运性是胞适多境的基质粒和核糖体特殊的细胞结构质粒特性核糖体结构质细质组复粒是存在于菌和某些真核微生核糖体是由RNA和蛋白成的环状径约纳个物中的小型DNA分子，独立于合体，直20米由大小两它们够复亚组别为染色体之外能自主制，基成，分30S和50S（原带细个且通常携对胞有利但非必需的核）或40S和60S（真核）每质细数个基因，如抗生素抗性基因粒在胞中可含有百万至千万核糖载数细质跃基因工程中被广泛用作体，将外体，量与胞蛋白合成活度导细源基因入宿主胞成正比蛋白质合成质过译过遗传转为核糖体是蛋白合成的工厂，通翻程将mRNA上的信息化蛋质个约个氨个质约白一核糖体每秒可合成20基酸，一中等大小的蛋白（个氨约300基酸）需要15秒完成合成细胞连接多细胞生物的基础紧密连接粘附连接间隙连接紧连细间紧连过钙间隙连连密接是上皮胞最密粘附接通黏蛋白等分子接由接蛋白形成的通连邻细细连连邻细细质的接方式，形成完全密封的将相胞的胞骨架接起道接相胞的胞，允带状结构细间质许质，阻止胞物自来，提供机械强度和稳定性小分子物和离子直接通动它肠脑屏这种连应组过这种细间桥由流在道、血障接在承受机械力的胞梁在心肌屏组织为织肤别为细和血睾障等中尤重（如皮、心肌）中特丰和平滑肌中尤重要，使胞护组织组织时协调动脏要，保敏感不受有害物富，能防止在拉伸撕能活，如心的同步收质缩侵害裂胞间连丝间连丝细连胞是植物胞特有的为细质过接方式，胞小管穿相邻细连个细细胞壁，接两胞的质这种结构许细胞允植物胞换直接交小分子和信号，对植发环应关物的生长育和境答至重要细胞壁植物的保护屏障

0.1-1070%厚度微米纤维素含量细异细结构组不同植物胞壁厚度差大胞壁中最主要的分200抗压强度MPa钢铁相当于抗拉强度的五分之一细细坚屏纤维纤维胶质组纤维胞壁是植物胞外的固障，由素、半素、果和少量蛋白成链纤丝结构纤维胶则剂素分子彼此平行排列形成微，提供支撑；半素和果充当粘合，将纤维纤丝连络素微接成网细仅够还胞壁不提供机械支持，使植物能抵抗重力和风力，具有防御功能，抵御病原体时细态结构够过积质过入侵同，胞壁也不是静，能通次生壁沉和木化等程不断加强和变质这应环改性，是植物适不同境的重要机制细胞膜运输物质进出的通道被动运输主动运输浓动分子沿度梯度方向移，无需能量消质浓输简单扩载导扩物逆度梯度运，需消耗ATP能量，耗，包括散和体介的易化过种泵实现主要通各膜散胞吐作用胞吞作用细内细内释细内颗胞囊泡与胞膜融合，将容物放胞膜陷，将大分子或粒包裹形成囊细细内到胞外泡运入胞细质进细关选择质进开细氧过简单扩过胞膜是物出胞的主要卡，其性通透性确保只有特定物能入或离胞小分子如水、气可通散穿脂双层数则过转，而离子和大多有机分子需通特殊通道或运蛋白让达个过种输吞则细够处⁶离子通道是特化的膜蛋白，形成跨膜水通道，每秒可高10特定离子通各膜泡运机制（如胞和胞吐）使胞能理大质跃细过这种处积质分子物，活的胞每天可通方式理相当于自身体1-3倍的物细胞呼吸能量释放过程糖酵解发细质为酮产生在胞中，将一分子葡萄糖分解两分子丙酸，生少量ATP和NADH三羧酸循环线质进氧酮产₂电载在粒体基中行，完全化丙酸，生CO和大量子体电子传递链线内过电传递质产位于粒体膜，通子和子梯度生大量ATP合成ATP质驱动结利用子梯度ATP合酶，将ADP与磷酸合生成ATP细获径过释储胞呼吸是生物体取能量的主要途，通分解葡萄糖等有机物放能量，并将其存在ATP分子氧获为酮氧羧环电传递链中有呼吸是最完整和高效的能量取方式，分糖酵解、丙酸化、三酸循和子个阶四主要段条过氧产约实际约在理想件下，一分子葡萄糖通有呼吸可生30-32分子ATP，但效率通常只有40%，约个线这过关键场叠内为电传递链即得到20ATP粒体是一程的所，其高度折的膜子提供了巨大的表积转换面，大大增强了能量效率光合作用捕获太阳能蛋白质合成生命的建筑过程转录DNA1转录为约苷DNA信息被mRNA，速度40核酸/秒加工mRNA经饰前体mRNA剪接、加帽和加尾修成熟翻译3读质约氨核糖体取mRNA信息合成蛋白，速度15基酸/秒蛋白质折叠与修饰肽链叠维结构进饰新合成的多折成特定三并行修质过过这细编码遗传转为质这过蛋白合成是生命最基本也最重要的程之一，通一精密机制，胞将DNA中的信息化具有生物学功能的蛋白分子一程遵循中心则质转录译个阶法DNA→RNA→蛋白，包括和翻两主要段约个质这惊们种个质约个氨从开人体每秒合成2000万蛋白分子，一人的合成速率支持着我身体的各功能一平均大小的蛋白（300-400基酸）始合成到完成所续饰钟质极错误约为这有后修通常需要2-3分蛋白合成的精确性高，率1/10,000，得益于多重校对机制的存在细胞周期生命的轮回期期G1S细阶细积复条胞生长段，胞体增大，合成必DNA合成期，染色体DNA制，每质为复条单要蛋白和RNA，DNA制做准染色体形成两相同的姐妹染色体，备时时续约时，通常耗8-10小持6-8小期期M G2丝备细继续有分裂期，染色体凝聚，核膜解体，分裂前准期，胞生长，合成分细质个质检查复染色体分离，胞分裂，形成两子裂所需蛋白，DNA制是否完细仅约时约时胞，需1小成，需4-6小细细从经历过间个细胞周期是胞一次分裂到下一次分裂所的完整程，包括期（G

1、S、G2）和分裂期（M期）一典型的人体胞完个约时类细异从经细终肠细约成一周期大需要24小，但不同型胞周期长短差很大，神胞的生不分裂到上皮胞的快速更新（36小时）有丝分裂细胞分裂的主要方式1前期中期变变渐细细条丝连染色体凝聚短粗，核膜逐解体消失，中心体移向胞两染色体排列在胞赤道板上，每染色体的着粒接到来自极开纺锤这阶标细开极纺锤丝这种续，始形成体一段志着胞分裂的正式始，相对的上精确的排列确保了后染色体的准确为备丝阶染色体的有序分离做准分离，是有分裂最具特征的段后期末期单纺锤丝牵细极动细达细极渐变变细姐妹染色体分离，在的引下向胞两移胞染色体到胞两，逐解螺旋长，核膜重新形成，质开现沟为细质备标遗传质产个遗传质细细质始出分裂，胞分裂做准，志着物的生两物完全相同的子胞核随后胞完成分个细物理分离完成裂，形成两独立的子胞减数分裂生殖细胞的特殊分裂减数分裂目的减数分裂特点减数细减数复进连续细分裂是生殖胞特有的分裂方式，其主要目的是将染色体分裂的最大特点是一次DNA制后行两次的胞分数减从减单为备减数目半（二倍体2n至倍体n），受精做准如果裂第一次分裂（分裂I）中，同源染色体配对并分离到没这种减数终导细减数单有半机制，受精后染色体目将会翻倍，最致物不同子胞；第二次分裂（分裂II）中，姐妹染色体分种数类丝染色体目的无限增加离，似于有分裂这种关维减数间发换特殊分裂方式对有性生殖生物的繁衍至重要，是持物在分裂I的前期，同源染色体之生交叉互种数关键时减数还过换遗传质这过染色体目稳定的机制同，分裂通同源染（crossing over），交物，一程大大增加了基换遗传样组遗传样终色体的交叉互和随机分配，增加后代的多性因重的可能性，是生物多性的重要来源最形成4个遗传质单细物各不相同的倍体子胞细胞分化从万能到专职终末分化细胞专职高度化，功能固定祖细胞尚分化方向已确定但未完全分化组织特异性干细胞为组织细多能性，可分化特定胞胚胎干细胞发类细全能性，可育成所有型胞细细发础过过这组细发态专职细虽约个胞分化是多胞生物育的基程，通一机制，具有相同基因的胞逐步展成不同形和功能的胞人体只有20,000基因，却产种类细从经细从细肤细能生200多不同型的胞，神元到肌肉胞，血胞到皮胞，各具特色质达选择虽个细组过达这种选择达观遗分化的本是基因表的性激活与抑制然每胞含有完整的基因，但在分化程中，只有特定基因被激活表性表受到表传饰调组饰这标记开启关闭状态导细发修的精确控，如DNA甲基化和蛋白修，些机制基因的或，指胞走向特定的展方向细胞通讯协调生命活动直接接触通讯邻细过间隙连细连间连丝这种讯为许质细间动实现传递谢相胞通接、胞接或胞直接交流通方式最直接，允小分子、离子甚至部分蛋白在胞自由流，快速信号和代组织协调关同步，对功能的至重要旁分泌和内分泌细释细间响围细远处组织内这种讯赖种细胞放信号分子到胞外空，影周胞（旁分泌）或（分泌）通方式依各信号分子如生长因子、激素和胞因子，可在不同尺度协调细动从环个上胞活，局部微境到整机体神经传递经细过电传递细讯经动轴传导达过个经应传递实现神胞通化学信号信息，是最快的胞通方式神冲沿突，速度可120米/秒，然后通突触向下一神元或效器信息，处为应精确的信息理和快速的行反细胞凋亡程序性死亡清除过程执行阶段细酰丝氨这凋亡启动凋亡胞表面暴露磷脂酸，是吃我的信论过哪条径启动终应细识别吞细残这种无通途，凋亡信号最激活效半号，吸引巨噬胞并噬凋亡胞骸细过内径线导氨级联应这细内释应胞可通源性途（粒体介）或外源性途胱酸蛋白酶（caspases）反些蛋白有序清除避免了胞容物放引起的炎症反，径导启动内径响应关键细导质组织环（死亡受体介）凋亡源途主要酶切割胞蛋白，致染色凝聚、DNA断裂保持境的稳定损伤氧应细内径细皱缩细现DNA、化激等胞部信号；而外源途和胞，胞表面出特征性凸起（膜泡）则细由胞外配体如TNF和Fas配体激活细种细发组织关约亿个细过这细细胞凋亡是一受控的胞死亡方式，对育、平衡和疾病防御至重要人体每天有500-700胞通凋亡死亡，些胞被新生胞所替代，维组织结构还异损伤细它们发为持功能和的稳定凋亡能清除常或的胞，防止展癌症细胞自噬细胞自我清理自噬体形成细质这渐围细内终层结构自噬起始于胞中隔离膜的形成，些膜逐延伸并包待降解的胞容物，最形成双膜的自噬体自噬体溶酶体融合-内环成熟的自噬体与溶酶体融合，形成自噬溶酶体，将自噬体容物暴露在溶酶体酸性水解酶境中内容物降解与回收内损伤质细彻为氨输细质被包裹的容物（如的蛋白、胞器）被底降解基本成分，如基酸、脂肪酸等，然后回到胞再利用年诺贝尔医学奖2016发现关键调获诺奖日本科学家大隅良典因自噬机制的基因和控通路得贝尔生理学或医学干细胞再生医学的希望癌细胞失控的生命无限增殖能力逃避凋亡细数极约细细损异时细发正常胞通常只能分裂有限次（Hayflick限50-70次），而癌当胞DNA受或功能常，正常胞会触凋亡机制自我消除这获这过维细过种过达规胞突破了一限制，得了生物学不死性主要通持端粒长癌胞通多机制（如表抗凋亡蛋白Bcl-

2、失活p53等）避规细检查实现细这护严异继续度（激活端粒酶）和避胞周期点，使癌胞能无限分裂一保机制，即使存在重常也能生存和分裂诱导血管生成基因突变积累肿细种个骤过个细个驱动变华随着瘤长大，癌胞分泌多促血管生成因子（如VEGF），刺激周癌症是一多步程，平均每癌胞含有4-5突根据围组织络这仅为肿氧营养莱细转变为细线形成新血管网些新生血管不瘤提供气和，士原理，胞癌胞需突破7-8道防，包括生长信号、抑制还细转肿扩关键条个这释发概是癌胞移的通道，是瘤生长和散的件因子、凋亡、血管生成等多方面，也解了癌症生的低率和龄关年相性细胞免疫生物防御系统细胞细胞T B细应过细识别细负责过细识别细T胞是适性免疫的核心，通T胞受体（TCR）抗原根据功能可分B胞体液免疫，通B胞受体（BCR）抗原被激活后，B胞分为细细杀伤靶细辅细协调为浆细约个过补统胞毒性T胞（CD8+，直接胞）和助T胞（CD4+，免疫化胞，每秒可分泌2000抗体分子抗体通中和、激活体系和应细经历严选择既识别进吞种细为记忆细反）成熟T胞需在胸腺格，确保能外来抗原，又不会攻促噬作用等多机制清除病原体部分B胞分化B胞，可在再次击组织时响应自身遇到同一抗原迅速巨噬细胞免疫记忆细应细过吞细记忆应关键时巨噬胞是先天免疫的主要效胞，通噬作用清除病原体、死亡胞和免疫是适性免疫的特征，使机体在再次遇到同一病原体能更快更异个细内吞达亿个颗响应记忆细记忆细数护这物一巨噬胞在其生命周期可噬高100微生物粒此外，巨强地B胞和T胞可存活十年，提供长期保一机制是细还种细调节应组织复连础过诱导记忆预噬胞分泌多胞因子，炎症反和修，在接先天免疫和适疫苗有效性的基，通安全接触病原体成分免疫，防未来感染应性免疫中扮演重要角色微生物细胞生命的多样性样应细单细类细微生物是地球上最古老、最多、适性最强的生命形式，包括菌、古菌和胞真核生物三大群菌是最常见的微生物，占总它们谢极样从从氧厌氧发地球生物量的15-20%，通常只有几微米大小，但代能力其多，光合作用到化能合成，有呼吸到酵，几乎涵获盖所有能量取方式内亿个总数过细数这构组它们肤人体含有10-100万微生物，超人体胞量，些微生物共同成人体微生物主要分布在消化道、皮和黏膜，营养质谢维种组认识类参与物代、持免疫平衡和抵抗病原体入侵等多生理功能随着微生物研究的深入，科学家越来越到微生物与人关健康的密切系神经细胞信息处理单元信号接收树经传个输个经拥突接收其他神元来的信号，整合多突触入的信息一神元可数个树复杂线统有千突分支，形成的接收天系信号处理细内个输处决产动电这种计在胞体，多入信号被整合理，定是否生作位算间时间基于突触信号的空和分布信号传导动电轴传达轴过跃传导作位沿突播，速度可1-120米/秒有髓鞘的突通跳式大传导大提高速度突触传递轴释经递质过间隙个经讯个经突末梢放神，跨突触与下一神元通一神元可与个经连1000-10000其他神元形成突触接经细为细类专负责处传递脑约亿个神胞是人体最特化的胞型之一，门信息理和人含有860神经数亿个连构类维识础个经元，形成万突触接，成了人思和意的生物学基每神元具有高度特态树处细传导轴化的形，包括接收信号的突、理信号的胞体和信号的突肌肉细胞运动的执行者肌动蛋白与肌球蛋白缩础动这种质纤维动纤维肌肉收的分子基是肌蛋白与肌球蛋白两蛋白的相互滑肌中纤维个纤维许节联节错排列着成千上万的肌原，每肌原由多肌串而成，而肌中含有交动细丝丝排列的肌蛋白和肌球蛋白粗收缩机制经动达时发钙释头动结当神冲到肌肉，引离子放，使肌球蛋白部与肌蛋白合，形桥头发构变牵动细丝节成交叉肌球蛋白部随后生象化，引肌蛋白向肌中心滑动导节缩终实现个缩，致肌短，最整肌肉的收适应性与可塑性细极应过训练训练线肌肉胞具有强的适性，可通增大40-60%长期耐力增加数细氧谢训练则纤维数粒体量和毛血管分布，提高有代能力；而力量增加肌原横积缩这种应种动量和截面，增强收力量可塑性使肌肉能适各运需求细细类达为细数个细这骨骼肌胞是人体最长的胞型，长10厘米，且多核胞，含有百胞核种结构单个纤维够协调缩动满动组特殊使肌能控制长距离的收活，足身体运的需要肌肉织转为热帮维温能量消耗巨大，占体能量消耗的20-30%，其中大部分化能，助持体红血细胞氧气运输专家万500每立方毫米数量红细浓正常成人血液中的胞度120寿命天红细环时间成熟胞在血液中的循亿

2.7血红蛋白分子数个红细红数每胞中含有的血蛋白量亿2000日产量产红细数人体每天生的新胞量红细动内细类细数细专氧输这种结构简红细血胞是哺乳物体最特化的胞型之一，失去胞核和大多胞器，注于气运功能化使胞具有独特的双凹圆盘状积积换时够灵顺过细细形，增大了表面与体比，有利于气体交，同保持足的活性，能利通最小的毛血管红细约质红这种铁质氧结氧环结氧组织氧环释氧成熟胞中95%的蛋白是血蛋白，含蛋白能可逆地与合，在肺部高境下合气，在低境中放气一个红细约氧载载红细脏细吞铁红细胞每天可完成75,000次气的装和卸老化的胞主要在脾被巨噬胞噬分解，元素被回收再利用于新胞的生成表皮细胞保护性屏障基底层棘层层细产细开质表皮最底，含有干胞，不断分裂生胞始角化，合成角蛋白，形成特有细动层细细间桥连新胞，推上胞更新的胞接角质层颗粒层质细组护屏细内满质颗为质由死亡角胞成，提供保障，最胞充角粒，完全角化做准终脱备落细从层产终脱个约这种续肤应环变复损伤表皮胞基底生到最落，完成一完整的更新周期需28天持更新确保皮能不断适外界境化并修正况肤约个细约脱肤细常情下，每平方厘米皮含有10万胞，而人体一生大会落40公斤的皮胞细种这质细内坚韧细丝络肤损细还表皮胞含有三主要角蛋白，些蛋白形成胞的网，提供机械强度，使皮能抵抗日常磨此外，表皮胞能合质细间质层这肤屏关键组发质成表皮脂，形成胞脂，是皮防水障的成部分，阻止水分蒸和有害物渗入细胞研究技术现代视野超分辨率显微技术基因编辑单细胞测序CRISPR显术传统显镜术种单细测术单个细超分辨率微技突破了光学微CRISPR-Cas9技是一革命性的基因胞序技能分析胞的全部基约纳极够观编辑细统达谱细异质细亚200米的分辨率限，能清晰察工具，利用菌免疫系原理，能精因表，揭示胞性和稀有胞纳级细结构该术达术时个米胞STED、PALM和确修改DNA序列技精确度群最新技可同分析10,000多基术荧简单达结间术细STORM等技利用光分子的特殊光学99%，操作相对且成本低廉，已广泛因的表，并合空信息技保留胞质实现纳应础疗农业组织为复杂组织性，20-50米的超高分辨率，使用于基研究、疾病治和改良在中的位置信息，理解的够观单个质复亚异脱靶细构科学家能察到蛋白合物和科学家正致力于提高其特性和降低胞成和功能提供了强大工具细结构应胞效细胞培养体外研究平台历史里程碑现细养时从丝内细这代胞培始于1951年，当科学家癌症患者海拉·拉克体分离出HeLa胞，为个类细细贡献过成首成功建立的人永生胞系HeLa胞至今仍广泛用于研究，了超11万篇论项发现质类组测科学文和多重大，包括脊髓灰炎疫苗和人基因序传统培养2D传统细养养单层细这种简单显观胞培是在平面培皿上生长胞方法可靠，便于微察和操细维环内维结构细间难作，但胞生长在非生理性的二境中，失去了体的三和胞相互作用，实内环结转应以真反映体境，限制了研究果的化用培养与类器官3D维养术让细类内环态类三培技胞在似体的境中生长，保持更自然的形和功能器官种级养从细发组织类（organoid）是一高3D培物，干胞育而来，能自形成似器官的微型结构种细类单为发药筛选，包含多胞型和功能元，研究器官育、疾病机制和物提供了更接状态近生理的模型应用前景细养术药开发测试个疗应胞培技在物、毒理学、再生医学和体化治中有广泛用科学家可养细测试药应开发为细疗产类以培患者自身胞，物反，或胞治品此外，体外肉和皮革等术产赖进细养术续发生物技品也依先的胞培技，代表了可持展的新方向荧光技术点亮细胞世界荧光蛋白革命高级荧光技术荧从发现发产荧荧转术测间变光蛋白是水母和珊瑚等海洋生物中的能自生光光共振能量移（FRET）技能量分子距离化，精质从维亚绿荧达纳质构变这的蛋白1962年，科学家多利水母分离出色光度可1-10米，常用于研究蛋白相互作用和象化这发现终获诺奖种术种荧团间转它们时蛋白（GFP），一最得2008年贝尔化学技基于两光之的能量移原理，当靠近，荧团转给产测荧变过术荧标供体光的能量可移受体，生可量的光化通基因工程技，科学家可以将光蛋白基因与目蛋白基细实时观质动因融合，在活胞中察蛋白的定位、移和相互作现开发蓝红内种荧遗传发术结用在已出包括色、青色、黄色和色在的多光学是近年展的革命性技，合了光敏蛋白和基因工变时标记个质细动经领光蛋白体，可同多不同蛋白程，使科学家能用光控制特定胞的活在神科学域，这术许级经一技允研究者以毫秒精度激活或抑制特定神元，揭经环为脑示神路功能，理解大工作原理提供了强大工具细胞疗法医疗新前沿人工细胞合成生物学挑战合成基因组创设计遗传蓝图1建完全人工的生命人工细胞器设计细内结构具有特定功能的合成胞人工细胞膜3构拟结构边建模生物膜和功能的界细领终极从头设计构统实现个人工胞研究是合成生物学域的挑战，旨在和建具有生命特征的系2016年，美国科学家了一重要突破，合成了组细创个组这组仅个维531kb的人工基因并成功植入菌中，造出首由人工基因控制的生命体一最小基因含473基因，代表了持生命所需的遗传基本要素质术细发显进够创选择响应结构这结构药脂体技在人工胞膜研中取得了著展，科学家能建具有性通透性和外部刺激能力的人工膜些已用于物递统药释细关键过线绿细设计细送系，可精确控制物放速率和位置胞器工程是另一方向，通改造粒体、叶体等天然胞器或全新的合成胞器，细这带发关义险伦边讨论增强或拓展胞功能些研究除来科学突破，也引了于合成生命定、安全风和理界的深刻单细胞组学精细解析生命单细胞基因组学单细胞转录组学单细胞蛋白质组学单个细变测单个细检测单个细质分析胞的DNA序列量胞中所有基因的胞中的蛋白表异细间组达绘细类图达谱状态质谱，揭示胞基因差表水平，制胞型，揭示功能异该术肿异质谱术时术时种技对研究瘤最新技可同分析上流式技可同分析40多细样个细过个质转录组性、免疫胞多性和早期万胞中超10,000基蛋白，提供比更直发关检测达从识别别胚胎育至重要，能因的表模式，而新接的功能信息，特适用于传统样发现细亚发现细肿混合本分析无法的胞型和罕见胞免疫学和瘤学研究变异的罕见群体空间转录组学细组织间保留胞在中的空位时获达置信息，同取基因表数这术结组织据一技合了为学和分子生物学方法，理细环为解胞在自然境中的行细间关键和胞相互作用提供信息细胞与疾病从机理到治疗癌症神经退行性疾病质细调经癌症本上是胞增殖和死亡平衡失，基阿尔茨海默病、帕金森病等疾病与特定神变导细统监进关质因突致胞无限分裂、逃避免疫系元群体的行性死亡有，往往伴随蛋白视袭围组织约错误叠这复杂并侵周全球每年有1900万折和聚集些疾病病因，涉及发遗传环新病例、1000万死亡病例和境因素相互作用精准医学自身免疫病细个疗统错误识别击组织类基于胞和分子特征的体化治方法，如免疫系并攻自身，如风靶药针变细湿关节统红疮这类癌症向物对特定基因突，CAR-T炎、系性斑狼等疾病通疗针肿标调节细异产胞法对特定瘤表面志物，代表医学常涉及T胞功能常和自身抗体从预转变响约一刀切到精确干的生，影全球5-7%的人口细胞衰老寿命的时钟标衰老志分子机制生物学后果缩损个碱达极细端粒短每次分裂失50-200基Hayflick限后胞停止对分裂质变异质达变细染色化染色区域形成，DNA甲基因表改，胞功能下变基化模式改降线氧损伤积电产减氧应粒体功能障碍化累，膜位下降能量生少，化激增加质态质叠统错误叠积细蛋白稳失衡蛋白降解和折系效率折蛋白累，胞功损下降能受细种滞状态复杂内调缩认为胞衰老是一不可逆的生长停，受到的外因素控其中，端粒短被是衰老的时钟护结构复组细时缩主要机制端粒是染色体末端的保性，由重DNA序列成，每次胞分裂都会短临值细进滞这现称为极类细约为当端粒长度降至界，胞入永久生长停，一象被Hayflick限，对人胞50-70次分裂个细标损质变观遗传变线科学家已确定9胞衰老的主要志，包括端粒磨、染色化、表改、粒体功能障员证过过观遗传编术转这为碍等2020年，研究人首次明部分衰老程可以通表重程技逆，一突破抗衰开预细过仅还预疗种老研究辟了新方向理解并干胞衰老程，不有助于延长健康寿命，可能防或治多龄关与年相的疾病前沿研究与展望脑器官体细胞重编程四维细胞图谱脑从细养维细编术细转为维细图谱项创时动态细器官体是干胞培得到的三微型胞重程技能将分化胞逆干四胞目旨在建空的脑种经胶质细细状态转变为种细类图仅记录细类还大模型，包含多神元和胞，胞，或直接另一胞型胞地，不胞型和位置，追组织类脑结构这发术个它们时间变这种图能自形成似大的区域些2006年山中伸弥明的iPS技只需几踪随的化和相互作用你脑为类经发转录细编为谱结单细测间转录组实体外迷大研究人神育、精因子即可将普通体胞重程多能合了胞序、空学和经细彻变细领时术为发过进神疾病和神退行性疾病提供了前所未有干胞，底改了干胞研究域最成像技，将理解育程、疾病动脑异编术则经过细组织复视视为继的研究平台，克服了物模型与人差新的直接重程技能在不干胞展和修提供全面角，被人阶况种细转变为类组计划个大的局限性段的情下，将一胞直接另基因后的下一生物学grand种细一功能胞challenge细胞科学未来展望细胞计算细络构计统利用基因回路和胞信号网建生物算系活体成像实时观内细动术进察体胞活和相互作用的技步智能细胞疗法细药环响应定制化胞物，能感知境并智能人类细胞图谱绘亿细蓝图制全身37万胞的完整细处个创时动层发细计领尝试细为计单构逻辑胞科学正于一前所未有的新代，多学科交叉融合推着研究向更深次展胞算域正利用胞作生物算元，建基于DNA门和基计统这统处执简单决发为内检测疗因回路的生物算系，些系能理信息并行策，未来可能展体疾病和治平台术进够观内细动结显镜纳针术员单个细动活体成像技的步正使科学家能以前所未有的清晰度察生物体胞活合光声成像、双光子微和米探等技，研究人可追踪胞在物内迁过类细图谱计划则项伟业绘亿细详细图种细类状态关这体的移、分裂和死亡程人胞是一宏事，旨在制人体所有37万胞的地，包括每胞的型、位置、和相互系，彻变们为诊疗开径将底改我对人体的理解，疾病断和治辟新途。