第二章：生物学基础

1. 第二章：生物学基础 • 主讲教师： 钱 骏 副教授 • Email: qianjun@zju.edu.cn • Tel: 0571-88206516-215/13505815872/636278 • Homepage： http://mypage.zju.edu.cn/qianjun

2. 提纲： • 概述 • 细胞结构及类型 • 化学成分 • 决定生物大分子三维结构的因素 • 其他重要细胞组分 • 细胞过程 • 组织中的细胞 • 组织的类型及功能 • 肿瘤和癌

3. 概述： Amino acids Nucleic acids Water Lipids Ions Small molecules DNA, RNA, Protein Virus 20~200nm Prokaryotic Cell bacterium 1~10μm Eukaryotic Cell 10~100μm

4. 细胞的结构与类型： Prokaryotic Cell： The smallest self-replicating cells

5. Eukaryotic Cell：

6. J. Qian, et al, ACS Nano, 5(5), 3744-3757, (2011). (IF=10.774)

7. J. Qian, et al, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 10570-5. (IF=13.455)

8. 大部分的真核细胞，通过有序组织构成了复杂的有生命的生物体。大部分的真核细胞，通过有序组织构成了复杂的有生命的生物体。 Cells Cell differentiation and association Tissues Organization to perform a function Organs Integration of various functions Organism

9. Various types of cells: • Epithelial Cells: • form the lining on the inner surfaces of the body • Blood Cells: • erythrocytes, leucocytes, thrombocytes • Muscle Cells: form muscle tissues • Nerve Cells: responsible for communication • Sensory Cells: detect sound and light • Germ Cells: responsible for cell reproduction • Stem Cells: “blank cells” 诱导多能干细胞 (induced pluripotent stem cell, iPS cells), 2012年诺贝尔生理学或医学奖

10. 化学成分： • Nucleic acids (DNA, RNA) • Proteins • Sugars: (CH2O)n • Lipids: fat and lipids

11. Nucleic acids: DNA, RNA 嘌呤或嘧啶 磷酸基 （五碳）糖 RNA (核糖核酸)： DNA (脱氧核糖核酸)：

13. DNA结合的结构：

14. DNA 传感: Zhang C Y, Yeh H C, Kurok M and Wang T H 2005 Nat. Mater. 4 826.

15. Probe DNA X. Li, J. Qian, L. Jiang, and S. L. He, Applied Physics Letters. 94, 063111 (2009). 已被他引40多次

16. Chen. C et al, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, 19(3), 4600707 (2013).

17. 蛋白质(Proteins)： 23种氨基酸构成绝大多数蛋白质 Amino acid Polymerization process 缩聚反应 Protein 继续缩聚反应 Peptide bond

18. 蛋白质的分类与功能： 酶：它是某种特定生化反应的催化剂。 结构蛋白：如胶原蛋白，是构成结缔组织和骨头的主要成分 收缩蛋白：如肌动蛋白和肌凝蛋白，主要在肌肉组织中，实现伸缩功能。 运输蛋白：如血红蛋白，能在血液中携带氧气等小分子。其它的运输蛋白还能传送脂和离子。 蛋白质激素：它们是由内分泌腺分泌的用于调节化学反应的物质。如控制糖分解的胰岛素。 储存蛋白：它用于贮存重要的化学物质。比如铁蛋白，能为制造血红蛋白存储铁离子。 免疫蛋白：它用于为各种细胞和组织提供防护。抗体是一种球蛋白，它能抵御外来蛋白（抗原）的入侵。其它如血液凝固中的纤维蛋白原和凝血蛋白。干扰素是一种能抵御病毒感染的小蛋白分子。

19. Sugars (CH2O)n ： • 单糖 • 六碳糖-葡萄糖 • 五碳糖-核糖、脱氧核糖 • 二糖 • 多糖-糖原、淀粉

20. 脂类： 生物体系中的一大类化合物 R-COOH 长链烷烃基 大部分非极性的脂类都属于三酰甘油结构，可被归入脂肪一类。它们以油脂的形式存储在体内，是新陈代谢所需能量的贮存体。

21. 决定生物大分子三维结构的因素： Hydrogen bond Ionic interactions Van der Waals interactions 不均匀的电偶的相互作用 在不能形成氢键的非极性液体和固体中起主要作用。 Hydrophobic Interactions

22. 其他重要细胞组分： AMP, ADP, ATP NADH，NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化态）NAD+ 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（还原态）NADH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（还原态） NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（氧化态） NADP+ NAD+ + H+ + 2e- = NADH NADP+ + H+ + 2e- = NADPH 辅酶，用来实现电子传递 基本上涉及到氧化还原的反应都用得到，比如呼吸作用，光合作用等

23. 细胞过程：

24. （自学）

25. 组织中的细胞： 动物组织 细胞粘附分子 细胞 细胞外基质 细胞连接 通常被组织成 严谨的结构 各种内嵌膜蛋白，像细胞表面的胶水把各个细胞结合在一起 蛋白质组成的复杂网络和填充在细胞间空隙的糖类大分子。基质协助细胞的结合，是控制细胞生长和分化的荷尔蒙的贮藏地；提供了细胞迁移的环境。 一类细胞粘合分子，能保障细胞间的交互，有助于相邻细胞间的通讯

26. 组织的类型和功能： • 上皮组织：分界面，隔离，保护其下组织 • 肌肉组织：实现运动，分布于胃肠道、血管、心肌中 • 结缔组织：用作支持，大部分器官的封装和结合材料 • 神经组织：传输神经脉冲信号

27. 肿瘤和癌： 肿瘤由正常细胞蜕化后出现了结构性变化的细胞构成 良性肿瘤：与正常细胞有着类似的功能，对身体不会造成太大的威胁，能被摘除且不会影响正常的组织功能。 恶性肿瘤（癌）：呈现出快速生长的特性，在细胞结构上，核质比显著高于正常细胞。不会局限在某个部位，而能侵入周围的组织中。癌细胞能通过身体的循环系统扩散，然后在第二地生长。 前哨淋巴结

28. “enhanced permeability and retention” (EPR) effect 皮下肿瘤模型 D. Wang, J. Qian, et al, Biomaterials, 32, 5880-5888, 2011. (IF=7.404)

29. 原位胰腺肿瘤模型：胰腺被膜

31. End