当前课程知识点：现代生物学导论 > 第三讲 细胞的基本知识 > 3.1 细胞的结构和功能 > 3.1 细胞的结构和功能
很多同学听说过，甚至看过漫画家熊顿的《滚蛋吧肿瘤君》
这部作品以作者本人治疗的过程和内心感触为例
讲述了一个癌症患者笑对生活的感人纪实
那么漫画从始至终贯穿一个让人闻之色变的东西，就是癌症
癌症是什么？癌症是细胞分裂不受控制导致的
要搞清楚导致癌症的机理
我们首先要了解细胞、细胞分裂等概念
细胞是1665年由罗伯特虎克发现的
虎克在观察酒瓶塞子时候发现其中有一个个的小结构
非常像修道院僧侣的小房间
所以给它命名为Cell，也就是细胞的意思
细胞是生物体的基本结构和功能单位
所有的生物体都是由细胞组成的
人体内有超过10的12次方个细胞执行生物的功能
细胞非常小，以至于1万个细胞只有针尖那么大
当你看这段视频的时候
你的眼球的移动是由肌肉细胞收缩导致的
细胞对于生物体的重要性就像是原子对于化学的重要性一样
在这一章中，我们首先学习细胞的基本结构和功能
细胞分为真核细胞和原核细胞
真核细胞中我们会着重介绍细胞核、核糖体等细胞器的功能
然后我们讨论细胞是如何严格控制物质进出的
这涉及到细胞膜的结构和物质的跨膜运输
接着，我们将讨论生物学中一个非常重要的知识：细胞通讯
因为生物体内很多生物学过程的发生
都是通过细胞之间交流来实现的
在此基础上，我们将讨论细胞分裂和调控细胞分裂的机制
也就是细胞周期的调控
细胞分裂的调控是严格进行的
如果出现了异常，将会导致肿瘤、甚至癌症的发生
我们将会结合前面介绍的细胞分裂的调控
来讨论癌症的发生机理和特点
在这一章的最后，我们会介绍癌症治疗的一些新的进展
在这一小节中，我们讨论细胞的结构和功能
我们都知道，细胞非常小
但是为什么这么小呢？
每个细胞每时每刻都要有各种物质进出
如果细胞较大，需要花费大量的时间排出和吸收物质
如果把一个大一些的细胞分割成更小的细胞
总体积保持不变，但表面积增大了
使得物质进出更加有效率
在发明显微镜前，细胞对于人们来说是“隐形”的
如果看自己的手掌，根本看不见任何一个细胞
显微镜的出现使得科学家们更加方便地观察和学习细胞
科学家们主要使用两种显微镜：光学显微镜和电子显微镜
光学显微镜利用光和透镜成像
照片上展示的是，列文虎克发明的显微镜
还有一类是光学荧光显微镜
这类显微镜使用的是活的样品
我们把样品进行荧光标记
在显微镜下就可以观察到正在进行的生物学过程
电子显微镜则是使用电子来展示物件的内部或者表面
常用的有投射电子显微镜和扫描电子显微镜
这是一些电镜拍摄的图片，我们可以观察到更多的细节
我们体内有各种各样的细胞
红细胞、神经细胞、肌肉细胞、淋巴细胞等等
尽管各种类型的细胞差别很大，但他们都有相同的特征
比如说它们都有质膜，把细胞内的物质和细胞外的环境分开
都有细胞质；都有染色体；都有核糖体
细胞总体可分为两大类：原核细胞和真核细胞
细菌和古细菌是由原核细胞组成的
而真菌、动物、植物等是由真核细胞组成的
原核细胞没有细胞核，而真核细胞有细胞核
对于人体而言，每一个细胞都是一个小的功能单位
可以进行如复制、代谢和应激反应等活动
我们今天主要讨论真核细胞
一个真核细胞就像一个城市一样，有政府机构，有警察、有邮局
有回收站，有发电厂，还有公路系统
我们首先来看细胞核，细胞核内有核仁
像图中展示的，图中阴影部分就是核仁
核仁产生核糖体RNA，然后被运送出细胞核，在核糖体上产生蛋白质
然后合成的蛋白质再被运送回来，合成更多的核糖体RNA和一些蛋白
所以核仁是细胞核内核糖体被合成和组装的地方
在细胞核上还有很多核孔，供各种物质进出细胞核
细胞核中含有DNA，里面编码了大量合成蛋白的基因
指导细胞的一系列活动
细胞核就像城市中的政府部门，制定法律法规
核糖体
核糖体主要由两部分组成，一个小亚基和一个大亚基
核糖体是把氨基酸合成多肽链的地方
原核细胞和真核细胞的核糖体是不同的
这也是有的抗生素作用的靶点
这些抗生素通过抑制细菌的核糖体工作来杀死细菌
而人类的核糖体则不受影响
内质网，是在真核细胞中由膜围成的隧道系统
内质网联系了细胞核、细胞质和细胞膜
它在内与细胞核核膜外膜相连，在外与细胞膜相连
内质网分为平滑型内质网和粗糙型内质网
平滑型内质网，里面没有核糖体附着
主要用于产生脂类，还起着分解有毒物质的功能
平滑型内质网存储了合成脂类所需的酶和分解毒素的酶以及一些离子
粗糙型内质网有核糖体附着，合成好的多肽在内质网中折叠成蛋白
然后被运送到高尔基体内
高尔基体专门收集并包裹各种物质
大多数离开内质网的运输囊泡首先来到高尔基体
在这里被修饰、分开和运送到它们的最终的目的地
所以，高尔基体就像城市中的邮局
囊泡，囊泡是一个统称，指一类细胞内囊状的构造
这些囊泡外周由至少一层的脂质双分子膜构成
用來存放、消化或传送物质，比如细胞产物或废物
细胞骨架，一般是细胞内由蛋白质构成的纤维的网络结构
细胞骨架在维持细胞形态，承受外力
保持细胞内部的结构的有序性方面起着重要的作用
微管和微丝是两种重要的细胞骨架蛋白
而且，细胞的流动性也经常需要细胞骨架和动力蛋白的相互作用
细胞骨架就像城市内的基础设施
线粒体，线粒体是细胞内产生能量的地方
它的内膜形成很多褶皱
线粒体看上去像细菌细胞
内共生理论认为真核细胞内的线粒体和叶绿体
都是细菌细胞被内吞进入真核细胞，和真核细胞共存
经过长期演化后形成细胞器
线粒体有自己的DNA，编码线粒体蛋白
线粒体就像城市中的发电厂
想象一下我们现代的城市如果没有电力是一件多可怕的事情
在植物细胞中的叶绿体也是由内吞细菌的演化而来的
主要功能是进行光合作用合成有机物
溶酶体内有多种水解酶
对老旧、损坏的细胞器和膜蛋白进行分解
产生的小分子随后可再次被细胞利用
溶酶体帮助细胞进行细胞凋亡，释放出水解酶，导致细胞被分解
所以溶酶体像一个城市中的废物处理和回收中心
中心粒与细胞分裂、动物的鞭毛和纤毛形成有关
液泡是植物细胞特有的
在液泡内有大量的水，负责调控渗透压和存储营养
细胞质基质，细胞质基质是细胞质中除去细胞器和内容物以外的
较为均质、半透明的液态胶状物质
多数中间代谢过程都在细胞质基质中进行
细胞膜是一种黏糊糊的，容易改变形状的结构
把细胞和外部环境隔离，而且严格控制物质的进出
就像警察的作用
细胞还有细胞外结构，包括：植物细胞壁、细胞外基质、细胞连接
细胞外基质的主要成分是糖蛋白和其他细胞分泌的含糖分子
细胞外基质通过信号传递来调节细胞行为
介导基因表达、细胞分化以及细胞粘连
细胞间连接是多细胞生物组织中常见结构
组织中的细胞要形成组织、器官，甚至器官系统
需要细胞和细胞之间粘连，相互作用和相互交流
有的细胞像细菌、酵母还有植物都有细胞壁
细胞壁对于物质进出有选择性，可保护细胞
植物细胞壁的主要成分是纤维素
酵母细胞壁的主要成分是几丁质
细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖
有些抗生素的作用原理就是破坏肽聚糖的合成来杀死细菌
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
