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

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

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

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

Eukaryotic Cell：

Q. Q. Zhan+, J. Qian+, et al, ACS Nano, 5(5), 3744-3757, (2011). (IF=13.334)

J. Qian, et al, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 10570-5. (IF=11.709)

Cell differentiation and association 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

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

原代神经元 鼠脑小胶质 J. Qian et al. Biomed. Opt. Express, 2015, 6(4), 1477-1486.

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

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

DNA结合的结构：

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

Probe DNA X. Li, J. Qian, L. Jiang, and S. L. He, Applied Physics Letters. 94, 063111 (2009). 已被他引60多次

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

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 继续缩聚反应 Protein Peptide bond

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。

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

脂类： 生物体系中的一大类化合物 长链烷烃基 R-COOH 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。

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

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+ 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

细胞过程：

组织中的细胞： 动物组织 细胞 细胞粘附分子 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

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

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

“enhanced permeability and retention” (EPR) effect 皮下肿瘤模型 D. Wang+, J. Qian+, et al, Biomaterials, 32, 5880-5888, 2011. (IF=8.387)

原位胰腺肿瘤模型：胰腺被膜

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