第二章生命的基本單位——細胞細胞發展史：1665年英國人胡克（Hooke,1635—1703）用他自制的顯微鏡觀察切片的軟木，看到組成軟木的蜂窩狀小室緊密地排列在一起，他稱這些小室為“cell”（小室、細胞）。1838年德國人施萊登發表了一篇題為《植物發生論》的論文，在文中他提出了自己對細胞的全面認識。1839年德國人施旺在《關于動植物的結構和生長一致性的顯微研究》一文中，提出了他從動物科學的角度得出的細胞學說：細胞是構成動物的基本單位。細胞學說1、所有生物都是由一個或多個細胞組成。2、細胞是生命的基本單位。3、新細胞是從原有細胞（分裂）而來。第一節參與細胞組成的生物元素、

生物小分子和生物大分子第二節細胞的形態結構第三節細胞的生命活動過程第四節細胞的分裂、分化、衰老與死亡第五節細胞工程一、自然界中的元素三、生物小分子（一）水（二）氨基酸（三）單糖（四）核苷酸（五）脂類（六）維生素第一節參與細胞組成的生物元素、生物小分子和生物大分子二、生物體的元素組成（一）大量元素（二）微量元素四、生物大分子（一）蛋白質（二）核酸（三）多糖一、自然界中的元素自然界中的萬物都是由基本的粒子——原子組成。原子總共有100多種就是元素周期表中的100多種元素。=原子序數相對原子質量＝質子相對質量＋中子相對質量有些原子，它們的原子核內質子數相同，但中子數不同，這些原子顯然有不同的質量，但是化學性質相同，所以，仍然屬于同一種元素，在元素周期表中占一個位置，稱為同位素。氫氘氚14C、13C、12C

小分子大分子復合大分子

單糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白質糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂類生物小分子和生物大分子的關系（由小分子到大分子）三、生物小分子水占生物體的60％以上的重量地球上生命起源于水中，陸生生物體內細胞也生活在水環境中水的性質影響生命活動，如：溶解性質，酸堿度，pH

（一）水水對生物體非常重要！黑藻細胞質流動（二）氨基酸1、氨基酸的通式氨基酸是同時具有α－氨基和α－羧基的小分子a碳原子a羧基a氨基2、20種主要的天然氨基酸的結構與性質

20種氨基酸的差別就體現在R—側鏈基團的不同上。因R側鏈基團的不同，氨基酸的溶解性質、在水溶液中的解離性質亦不同，由此將20種氨基酸分為若干類型：直鏈氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸環狀氨基酸：脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸疏水氨基酸非級性側鏈含硫氨基酸：半胱氨酸、蛋氨酸含羥基氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸衍生物：天冬酰胺、谷氨酰胺酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸：組氨酸、賴氨酸、精氨酸親水氨基酸極性側鏈可解離側鏈4、必需氨基酸必需氨基酸非必需氨基酸

纈氨酸甘氨酸天冬氨酸亮氨酸丙氨酸天冬酰胺異亮氨酸絲氨酸谷氨酸蘇氨酸半胱氨酸谷氨酰胺苯丙氨酸酪氨酸脯氨酸蛋氨酸組氨酸精氨酸色氨酸賴氨酸人體必需氨基酸和非必需氨基酸5、氨基酸功能（1）作為組建蛋白質的元件（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調節、信號傳遞等）2、六碳醛糖有16種同分異構體3、葡萄糖的環狀結構式4、幾個重要的單糖5、單糖的功能在生物體內，單糖除了作為原材料用以合成寡糖與多糖外，還是重要的能源物質。工業上從水解淀粉提取葡萄糖，用于食品工業、醫藥工業等方面。2、有特殊生物功能的核苷酸cAMP（環腺苷酸）,cGMP參與細胞信號傳遞

ATP參與能量代謝來自釋能反應的能量HADP+PiATPATP和ADP之間的互變就是能量暫存與釋放的過程能量用于需能過程（五）脂類

脂類包括的范圍很廣，在化學組成和化學結構上也有很大差異，但是它們都有一個共同的特性：即不溶于水，而易溶于乙醚、氯仿苯等非極性溶劑中。所以與上面幾類不同，脂類不是因為分子結構相似，而是因為溶解性質相似而被歸類。脂類是指生物體內不溶于水而溶于有機溶劑的各種小分子。1、油和脂油：在常溫下呈液體狀，如豆油、花生油。脂：在常溫下呈固體狀，如豬油、牛油。

OHO—C—R甘油脂肪酸甘油三酯分子結構磷脂分子結構2、磷脂和鞘脂CH3(CH2)12CH=CH—CHOHNH2—CHCH2OH鞘氨醇非極性的尾巴——羥氫鏈

OHO—C—R1

脂肪酸

OHO—P—HOO-

磷酸CH2OHCH2+N（CH3）3

磷脂酰膽堿鞘脂分子結構鞘磷脂尾部頭部鞘脂分子結構（1）

磷脂分子可以看成是一個極性頭，兩條非極性尾巴。（2）

鞘脂分子和磷脂不同。但總體看來，也可看成一個極性頭，兩條非極性尾巴。（1）

固醇類的內核由4個環組成（2）

一些人體重要維生素和激素是固醇（3）膽固醇是細胞的必要成份（4）血清中的膽固醇太多會促使形成動脈硬化和心腦血管疾病3、固醇類（六）維生素

維生素這一類小分子的歸類，既不是按照分子化學結構的相似性，也不是按照溶解性質，而是按照它們的生物學功能。維生素是維持生物正常生命過程所必需有機物，人體不能合成，必須從食物中取得，雖然需要量很少，但對維持健康十分重要。維生素不能供給機體熱能，也不能作為構成機體組織的物質，其主要功能是通過作為輔酶的成分調節機體代謝。四、生物大分子

蛋白質、核酸和多糖是三類主要的生物大分子。它們可以在酶的作用下，分別水解為各自的單體，即氨基酸、核苷酸和單糖。三種大分子在分子結構相差很大，然而又有共同之處，例如：1、肽鏈（即蛋白質鏈）、核酸鏈和糖鏈都有各自的方向性。2、蛋白質、核酸和多糖都有各自的高級結構，保持正確的高級結構是生物大分子執行其生理功能的重要前提。3、在執行生物功能時候，三種生物大分子常常是密切配合的，甚至很多情況下，形成大分子的復合物，如糖蛋白、核蛋白。氨基酸→蛋白質結構、酶、調節物

核苷酸→核酸遺傳信息

單糖→多糖結構、能源、信息

脂類結構、能源、信息生物大分子與小分子的關系及功能（一）蛋白質1、蛋白質是生物體的重要組成成分蛋白質在重量上占細胞干重的一半以上。肌肉、皮膚、血液和毛發等的重要成分是蛋白質。血管中的免疫蛋白毛發、皮膚角蛋白牙齒、骨骼鈣+膠原蛋白功能：1、生物體的組成成分：細胞內外結構蛋白。2、酶：有機體新陳代謝的催化劑。3、運輸：脊椎動物紅細胞里的血紅蛋白和無脊椎動物中的血藍蛋白在呼吸過程中起著輸送氧氣的作用。4、抗體：高等動物的免疫反應是有機體的一種防御機能。免疫反應主要也是通過蛋白質來實現的。5、激素的功能：對生物體內的新陳代謝起調節作用。6、遺傳信息的控制：染色體的組成部分。7、細胞膜的通透性：有些膜蛋白是細胞間物質的通道。8、高等動物的記憶、識別機構：如膜表面的糖蛋白可起識別功能。2、氨基酸通過肽鍵連成多肽寡肽：含有10左右氨基酸殘基（如二肽、五肽、八肽）多肽：含10－20個氨基酸殘基蛋白質：含幾十個氨基酸殘基

注意：肽鏈有方向性，氨基端（N端），羧基端（C端）α－螺旋β－折疊蛋白質的一級結構是指肽鏈中氨基酸的排列順序蛋白質的二級結構是指鄰近幾個氨基酸形成的一定的結構形狀。

如：α－螺旋和β－折疊蛋白質的三級結構是指整條肽鏈盤繞折疊形成一定的空間結構形狀。如纖維蛋白和球狀蛋白。蛋白質的四級結構是指各條肽鏈之間的位置和結構。所以，四級結構只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質。3、蛋白質因高級結構而具有不同形狀一級結構二級結構三級結構四級結構4、蛋白質的高級結構既有穩定性又有可變性穩定性一級結構——共價鍵——牢固高級——非共價鍵——不牢固非共價鍵的鍵強度很小，所以A、需要多個非共價鍵才足以維持高級結構的穩定；B、高級結構不很穩定。生物大分子可變性就是因為高級結構破壞，大分子性質改變，生物活性喪失。但是一級結構尚未破壞。

（二）核酸1、核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連成多核苷酸鏈（1）核酸鏈也有方向性（2）DNA和RNA在組成成份上有差別DNA

RNA

脫氧核糖

核糖磷酸磷酸腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胞嘧啶

胸腺嘧啶

尿嘧啶2、DNA的分子結構和功能1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分子的雙螺旋結構模型，揭示了遺傳信息是如何儲存在DNA分子中，以及遺傳性狀何以在世代間得以保持。這是生物學發展的重大里程碑。1953年2004年7月28日英國科學家弗朗西斯·克里克在美國病逝，享年88歲。A、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成雙螺旋，

糖－磷酸－糖構成螺旋主鏈；B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直；C、兩條鏈對應堿基呈配對關系

A＝TG≡CD、螺旋直徑20A，螺距34A，每一螺距中含10bpDNA雙螺旋模型的要點：DNA的功能：細胞內的DNA起著遺傳信息載體的作用。遺傳信息記錄在DNA分子的堿基序列中，通過DNA分子復制，準確地由上代傳遞至下代。在生活細胞中，貯存在DNA分子中的遺傳信息在

RNA幫助下，表達成為一個個蛋白質。3、RNA的分子結構和功能RNA不同于DNA通常只有一條多核苷酸鏈，因此，不可能是雙螺旋。但是單鏈的局部區域可能形成配對結構。如tRNA（t是轉運的意思，tRNA在蛋白質合成中起著搬運單個核苷酸的作用）分子中出現三個主要的配對區段，稱為三葉草形。這個三葉草形仍是二級結構，事實上，在局部配對基礎上，tRNA分子還再進一步扭轉折疊，形成tRNA的三級結構，像個類似大寫倒L字母的樣子。4、核酸在分子高級結構的穩定性和可變性穩定性：與蛋白質相似，核酸大分子的高級結構也是由非共價鍵加以穩定。DNA雙螺旋中，A—T配對堿基之間可以形成2個氫鍵，G—C配對堿基之間形成3個氫鍵。可變性：在加熱等不利的物理或化學條件作用下，穩定核酸大分子高級結構的非共價鍵也會被破壞，隨之高級結構瓦解。例如：DNA雙螺旋會被拆開，成為兩條單鏈，相應地DNA大分子的許多物理化學性質發生改變，生物活性喪失，這就是核酸分子的變性。（三）多糖1、雙糖：兩個單糖結合在一起，稱為雙糖。麥芽糖的結構麥芽糖[葡萄糖—a（1，4）—葡萄糖苷]雙糖乳糖[葡萄糖—β（1，4）—半乳糖苷]雙糖雙糖蔗糖[葡萄糖—α，β（1，2）—果糖苷]2、多糖多個單糖通過糖苷鍵連成寡糖（含二、三、四、五到十來個單糖殘基）和多糖（含幾十個、幾百個甚至更多單糖殘基）。淀粉和纖維素都由葡萄糖組成，它們之間主要區別在于α－糖苷鍵和β－糖苷鍵的區別。多糖鏈也有方向性，有還原端和非還原端3、多糖的功能能量儲備支持骨架植物——淀粉