分子生物学：第一章 绪论
分子生物学李玉龙
2020 生物技术专业-分子生物学第一章：绪论1.基因表达的实质是遗传信息的转录和翻译。
2.基因的表达调控主要发生在转录水平和翻译水平上。
3.分子生物学发展过程概括为三个阶段：人类对DNA和遗传信息传递的认识阶段、重组DNA技术的建立和发展阶段、重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段。
第二章：核酸的结构与功能1、判断、填空与选择考点：1.DNA 是主要的遗传物质。
2.核苷酸之间通过3’，5’磷酸二酯键连接形成核酸。
3.核苷酸是核酸的基本结构单位。
4.染色体分为常染色质和异染色质两类。
5.染色质分为组成型异染色质和兼性异染色质两类。
6.核酸是多核苷酸，核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸构成。
核苷酸可以分解为核苷和磷酸，核苷可以分解为含氮碱基和戊糖。
7.稳定双螺旋结构的因素：碱基对之间形成的氢键、碱基堆积力、正负电荷的作用。
8.提出双螺旋模型有三个证据：X射线衍射法、DNA碱基等比例规律、DNA分子密度9.B-DNA是大多数DNA在细胞中的构象。
10.B-型螺旋就是Watson和Crick双螺旋√11.DNA每旋转一周，大约10个碱基对。
√12.染色质由最基本的结构单元核小体组成。
13.所有mRNA的3’端都有poly（A）结构。
×组蛋白mRNA的3’端无poly（A）结构14.检测DNA变性最简单的定性和定量方法是紫外吸收光谱变化。
15.Tm主要和DNA均一性、G-C碱基对含量、介质中离子强度有关。
16.DNA复性的两个必要条件是离子强度和较高的温度。
17.测定复性程度的3种方法：①减色效应②抗S1核酸酶水解DNA的量③羟基磷灰石柱层析。
18.分子杂交的类型与区分：①鉴定 DNA： Southern 印迹法；②鉴定 RNA： Northern 印迹法；③鉴定蛋白质：Western 印迹法。
第三章：基因与基因组的结构与功能1、判断、填空与选择考点：1.基因是遗传的基本单位，突变单位以及控制性状的功能单位。
分子生物学精选全文
可编辑修改精选全文完整版第一章绪论1、分子生物学简史：分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性而相互联系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动的适应自然界到主动的改造和重组自然界的基础科学。
2、分子生物学发展阶段第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段3、分子生物学的主要研究内容DNA重组技术；基因表达调控研究；生物大分子的结构与功能的研究；基因组、功能基因组与生物信息学的研究第二章染色体与DNA1、名词解释：不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。
真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。
中度重复序列：每个基因组中10～104个拷贝。
平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。
可能在基因调控中起重要作用。
常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。
高度重复序列：只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。
卫星DNA（satellite DNA）:又称随体DNA。
卫星DNA是一类高度重复序列DNA。
这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。
微卫星DNA（microsatellite DNA）：又称短串联重复序列，是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分，主要由串联重复单元组成。
重叠基因（overlapping gene,nested gene）:具有部分共同核苷酸序列的基因，及同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
重叠的序列可以是调控基因也可以是结构基因部分。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
分子生物学第一章绪 论
Avery 在1944年更精密的实验设计
• 提取可能的转化因子：DNA、RNA、蛋白质、荚膜进行试 验
• 分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于S型菌细胞抽 提物
• 组分提纯试验结果：DNA组分纯度越高，转化效率越高。
结论：使R型菌变为S型菌的物质是S型菌的DNA
• Avery在1944年的报告中这样写道：当溶 液中酒精的体积达到9/10时，有纤维状物 质析出；如稍加搅动，这种物质便会像棉 线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中的 其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。溶解 纤维状物质并重复沉淀数次，可提高其纯 度。这一物质具有很强的生物学活性，初 步实验证实它很可能就是DNA。
4．假基因 不能合成出功能蛋白质的失活基因 。
5．重叠基因 不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠 的。
1983年，McClintock由于在50年代提出并发 现了可移动遗传因子（jumping gene或称 mobile element）而获得Nobel奖。
Barbra McClintock
• 阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生 物学的主要任务。
一、基因的发展
1. Mendel的遗传因子阶段 2. 摩尔根的基因阶段 3. 顺反子阶段 4. 现代基因阶段
Mendel的遗传因子阶段
• Mendel提出：生物的某种 性状是由遗传因子负责传 递的。是颗粒性的，体细 胞内成双存在，生殖细胞 内成单存在。遗传因子是 决定性状的抽象符号。
T2噬菌体感染试验 （1952年，Hershey & Chase）
病毒重建试验
杂种病毒的感染 特征和蛋白质外 壳的特性是由其 中的RNA决定的， 而不是蛋白质决
定的
结论
第一章 绪论3分子生物学课件
1.3 分子生物学与生物化学之间的关系
分子生物学发展的三大支撑学科： 1、细胞学：研究细胞的结构与功能。细胞的化学组
成，细胞器的结构，细胞骨架，生物大分子在细胞中
的定位及功能。 2、遗传学：研究基因的遗传与变异。基因结构，基 因复制，基因表达，基因重组，基因突变。 3、生物化学：研究活性物质代谢规律。
第一个细菌基因的克隆，开创了基因工程新纪元，标志
着人类认识生命本质并能主动改造生命的新时期开始，
1980年。
5. 1975年，Kohler和Milstein巧妙地创立了
淋巴细胞杂交瘤技术，获得了珍贵的单克隆抗体；
1984年。
6. 1975-1977年，Sanger和Gilbert发明了 DNA序列测定技术；1977年第一个全长5387个核苷 酸的Φ X174基因组序列由Sanger测定完成；1980年， 1958年。
划，2003年4月14日美、英、日、法、德和中国科学家经
过13年努力共同绘制完成了人类基因组序列图）。
3. PCR技术的建立（1983年，Mullis，PCR被喻 为加速分子生物学发展进程的一项“简单而晚熟”的 技术，1993年）。 4. 单克隆抗体及基因工程抗体的发展和应用 （生物制品生产，如酶、细胞因子、干扰素、生长激 素、胰岛素等，疾病的诊断、治疗和研究）。 5. 基因表达调控机理（反义RNA技术、RNAi干扰、 基因芯片）。 6. 细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域（G 蛋白、细胞凋亡、细胞癌变、细胞分化）。 7. 基因组学、蛋白质组学、生物信息学成为新 的前沿领域。
分子结构生物学 分子发育生物学 分子细胞生物学 分子免疫学 分子遗传学 分子数量遗传学
分子神经生物学
分子育种学 分子肿瘤学
《现代分子生物学》朱玉贤第四版 第1章 绪论
关于诺贝尔奖
• 1962年沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学 奖的时候，富兰克林已经在4年前因为卵巢癌而去世。按 照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖项 至多只能由3个人分享，假如富兰克林活着，她会得奖吗？ 性别差异是否会成为公平竞争的障碍？后人为了这个永远 不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。
1.3.4基因组、功能基因组与生物信息学研究
• 后基因组时代生物信息学的作用将更加举足轻重， 要读懂“天书”，仅仅依靠传统的实验观察手段 无济于事，必须借助高性能计算机和高效数据处 理的算法语言。只有如此，“天书”才能发挥它 应有的价值。
• 生命科学的革命性巨变已把生物信息学推到了前 台，生物信息技术已成为后基因时代的核心技术 之一，在蛋白质组学、功能基因组学、药物基因 组学等领域必将更有用武之地，从而对生命科学 (尤其是医学)的发展产生无法估计的巨大影响。
通过DNA连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。a. DNA
的粘性末端; b. DNA的平末端; c. 化学合成的具有EcoRI粘性末 端的DNA片段。
重组DNA操作过程示意图
根 癌 土 壤 农 杆 菌 （ Agrobaoterium ห้องสมุดไป่ตู้umefaciens） 侵 染 植 物 细 胞 后 能 将 其 Ti （tumor inducing）质粒上的一段DNA（TDNA）插入到被侵染细胞的基因组，并能稳定 地遗传给后代，植物的遗传转化(植物基因工 程)技术随之得到迅速发展。
2、基因表达调控研究
蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决 定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主 要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表 达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。
3、结构分子生物学
分子生物学chapter1绪论
定向改造某些生物的基因组结构、使它们所具 有的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提 高。
进行基础研究。
2、基因表达调控研究
蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而 决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸 （主要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以， 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译 过程。
基本定理：
1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物 中都是相同的；
2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循着 各自特定的规则；
3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分 子决定了它的属性。
1、DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将 不同DNA片段（基因或基因的一部分）按照人 们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中 与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细 胞的新的遗传性状。
DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工 程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究 的结晶，而限制性内切酶DNA连接酶及其他工 具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关 键。
通过DNA连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。a. DNA的 粘性末端; b. DNA的平末端; c. 化学合成的具有EcoRI粘性末端的 DNA片段。
1．拥有特定的空间结构（三维结构）；
2．在它发挥生物学功能的过程中必定存在着 结构和构象的变化。
4、基因组、功能基因组与生物信息学研究
2001年2月，Nature 和Science同时发表了人类基因组 全序列。
已有数十种生物基因组被基本破译。
测定基因组序列只是了解基因的第一步，在基因组计 划的基础上提出了蛋白质组计划（又称后基因组计划 或功能基因组计划），旨在快速、高效、大规模鉴定 基因的产物和功能。
分子生物学(1)
第一章（绪论）1.目前临床分子生物学检验最常用的分子靶标是( )（本题1分）A.基因组DNAB.cDNAC.RNAD.蛋白质E.代谢物[解析]正确答案：A2. 某DNA片段与5＇-ATCGT的互补片段是( )（本题1分）A.5＇-TAGCAB.5＇-ACGATC.5＇-ACGAUD.5＇-UAGCAE.5＇-ATCGT[解析]正确答案：B3.真核mRNA的特点不包括( )（本题1分）A.有5＇-m7GpppG帽B.有3＇-polyA尾C.含量多，更新慢D.包含有遗传密码E.为单顺反子结构[解析]正确答案：C4.关于microRNA（miRNA）的特征描述不正确的是( )（本题1分）A.大小长约20~25ntB.主要发挥基因录后水平的调控C.在血清中稳定存在D.不具有组织特异性E.初始产物具有帽子结构和多聚腺苷酸尾巴[解析]正确答案：D5. 下列关于原核生物基因结构的说法错误的是( )（本题1分）A.一般以操纵子形式存在B.由编码区和非编码区组成成C.编码区可能含多种蛋白遗传信息D.编码区通常是不连续的，分外显子和内含子E.启动子、终止子、操纵元件均位于非编码区[解析] 正确答案：D6. 下列关于真核生物基因结构的描述，不正确的是( )（本题1分）A.真核生物的基因大多数是由非编码序列隔开的断裂基因B.编码区能够转录为相应的RNA，经加工参与蛋白质的生物合成C.非编码区对基因的表达起调控作用D.启动子、侧翼序列均位于非编码区E.只有内含子序列是不能编码蛋白质的序列[解析]正确答案：E7. 下列哪种情况不属于表观遗传现象？( )（本题1分）A.DNA插入/缺失突变B.组蛋白乙酰化修饰C.DNA甲基化修饰D.RNA干扰E.miRNA调控[解析] 正确答案：A8. 在人类基因组DNA序列中，DNA甲基化主要发生在( )（本题1分）A.腺嘌呤的N-6位B.胞嘧啶的N-4位C.鸟嘌呤的N-7位D.胞嘧啶的C-5位E.鸟嘌呤的C-5位[解析] 正确答案：D9.下列不属于原核生物基因组结构特点的是( )（本题1分）A.基因组相对较小，基因数目少B.结构基因多以操纵子形式存在，不含内含子C.转录产物为多顺反子D.具有编码同工酶的基因E.基因组序列不可移动[解析]正确答案：E10. 下列哪项不能被列入可移动基因的范畴( )（本题1分）A.插入序列B.质粒C.染色体DNAD.转座子E.可转座噬菌体[解析]正确答案：C11. 病毒的遗传物质是( )（本题1分）A.DNAB.DNA和蛋白质C.RNA和蛋白质D.RNA和DNAE.DNA或RNA[解析] 正确答案：E12. 在人类基因组中指导蛋白质合成的结构基因大多数为( )（本题1分）A.单一序列B.散在重复序列C.串联重复序列D.多基因家族成员E.回文结构[解析] 正确答案：A第二章1. 一种标记核酸与另一种核酸单链进行配对形成异源核酸分子双链，这一过程称为( )（本题1分）A.变性B.复性C.复杂性D.杂交E.探针[解析]正确答案：D2.硝酸纤维素膜的最大优点是( )(本题1分）A.脆性大B.本底低C.共价键结合D.非共价键结合E.吸附核酸能力强[解析]正确答案：B3.以等位基因特异的寡核苷酸探针杂交法诊断某常染色体隐性遗传病时，若能与突变探针及正常探针结合，则该样本为( )（本题1分）A.正常人B.杂合体患者C.纯合体患者D.携带者E.不能确定[解析]正确答案：D4.最常用的DNA探针标记方法是( )（本题1分）A.随机引物标记B.DNA缺口平移标记C.全程RNA探针标记D.PCR法标记E.末端标记[解析]正确答案：A5.下列关于Southern印迹杂交的描述正确的是( )（本题1分）A.不仅可以检测DNA样品中是否存在某一特定基因，而且还可以获得基因片段大小及酶切位点的分布信息B.检测目标是RNAC.常用于基因定位分析D.可用于阳性菌落的筛选E.可用于蛋白水平的检测[解析]正确答案：A6.荧光原位杂交可以用于( )（本题1分）A.快速确定是否存在目的基因B.检测目标是RNAC.常用于基因定位分析D.常用于阳性菌落的筛选E.常用于蛋白水平的检测[解析]正确答案：C7.下列关于核酸探针的描述正确的是( )（多选题）A.可以是DNAB.可以是RNAC.可用放射性标记D.可用非放射性标记E.必须是单链核酸[解析]正确答案：A,B,C,D8. 关于RNA探针的优点描述正确的是( )（本题1分）A.制备方法简便B.不易被降解C.标记方法比较成熟D.杂交效率和杂交体的稳定性高E.非特异性杂交较少[解析]正确答案：D,E9. DNA分子中A-T含量越高，Tm值越高。
分子生物学基础第一章绪论 第二节分子生物学发展简史
第二节 分子生物学发展简史
4．生物分类学与分子生物学
分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物 学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态， 并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命 活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进 化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提 取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化 树上的地位。
从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的 基本内容讲，遗传信息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容 又属于生物化学的范畴。
第二节 分子生物学发展简史
2．分子生物学与细胞生物学 细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同 层次上，以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础学科。 分子生物学是细胞生物学的主要发展方向，也就是说，在分 子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能 量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结 构、功能以及遗传信息的传递和调节等过程。 3．遗传学与分子生物学 遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德 尔著名的皱皮豌豆和圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的 遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平上的解释。越来越 多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多 遗传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问 题和无法破译的奥秘，也相继被攻克，分子遗传学已成为人 类了解、阐明和改造自然界的重要武器。
第二节 分子生物学发Hale Waihona Puke 简史三、分子生物学的现状与展望
1．功能基因组学 2．蛋白质组学 3．生物信息学
分子生物学基础
第一章 绪 论
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研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变 化与其生物学功能关系的科学
3个研究 方向
结构的测定 结构运动变化规律的探索 结构与功能相互关系的建立
1.3.2 生物大分子的合成
DNA复制、转录、蛋白质合成均是遗传信 息传递表达过程。
合成过程也是生物大分子相互作用的过程， 这种作用调节着生命过程——生长、发育、 适应环境。
物竞天择 适者生存
1859 Charles Darwin
2.三大支撑学科
17世纪末，制作第 一架光学显微镜
列文虎克
细胞学说（1847）
1838-1847
生物体由细胞组成，动植物细胞的相似性 所有组织的最基本单元----形状相似，高度分化的细 胞 细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律告：
当溶液中酒精的体积达到90％时，有纤维状 物质析出。如稍加搅动，这种物质便会像棉 线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中的其 他成分则以颗粒状沉淀留在下面。溶解纤维 状物质并重复沉淀数次，可提高其纯度。这 种物质具有很强的生物学活性，初步试验证 实它很可能就是DNA。
第一章 绪论
近半个多世纪以来
生理学、医学，化学中重大突破与成就者
Nobel medal
Half a pound of 23-karat gold 2.5 inches across One million US dollars
1.3.3 基因的表达调控
主要发生在转录水平和翻译水平
➢ 原核生物：转录和翻译在同一时间和空间发生， 基因表达调控主要发生在转录水平
➢ 真核生物：转录和翻译在时间和空间上都被分隔 开，在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程， 基因表达调控发生在各个不同水平；主要表现在 信号转导研究、转录因子研究和 RNA剪接。
高级结构
生物大分子之间的互作
第一章 绪论
一 引言 二 分子生物学的定义 三 分子生物学主要研究内容 四 分子生物学的发展简史 五 分子生物学现状和展望
四、 分子生物学发展简史
● 孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗 传产生了理性认识 ● Morgan的基因学说成为现代遗传学的奠 基石 ● Watson和Crick的脱氧核糖核酸的双螺旋 模型
分子生物学
Molecular Biology
漫谈分子生物学
第一章 绪论
一 引言 二 分子生物学的定义 三 分子生物学主要研究内容 四 分子生物学的发展简史 五 分子生物学现状和展望
一 引言
1.创世说与进化论
达尔文于1859年发表《物种起 源》，确立了进化论的概念
从根基上动摇 了上帝创造万 物的“创世说”
进化论 Cytology
Molecular Biology Biochemistry
Genetics
研究细胞的结构与功能的 细胞学 研究基因的遗传与变异的 遗传学 研究活性物质代谢规律的 生物化学
3.DNA是遗传物质（肺炎双球菌转化实验）
Griffith，1928
Avery O.T.，1944
DNA到底是什么呢？
13
第一章 绪论
一 引言 二 分子生物学的定义 三 分子生物学主要研究内容 四 分子生物学的发展简史 五 分子生物学现状和展望
三 、分子生物学研究内容
结构分子生物学 生物大分子的合成 基因的表达调控 基因组学
生物信息学 表观遗传学 分子育种学 生物技术理论与应用
1.3.1 结构分子生物学
breeding
1.3.8 生物技术理论与应用
基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程 蛋白质工程
23
● DNA重组技术：将不同的
DNA片断按照人们的设计定 向连接起来，在特定的受体 细胞中与载体同时复制并得 到表达，产生影响受体细胞
的新的遗传性状。
（1）大量生产某些在正常细胞代谢中产量低的多肽 （2）定向改造某些生物的基因组结构 ; （3）进行基础研究
1.3.5 生物信息学（Bioinformatics）
生物大分子的结 构与功能信息
计算机语言
➢对海量数据的收集、整理与服务 ➢从数据中发现新的规律
1.3.6 表观遗传学（Epigenetics）
1.3.7 分子育种学 (Molecular Breeding)
➢ 单倍型作图, haplotype mapping ➢ 转基因育种, transgenic breeding ➢ 分子标记辅助育种, marker-assisted
分子生物学研究领域共同遵循的三大基本原则:
➢ 构成生物大分子的 单体 是相同的 共同的核酸语言(Nt), 共同的蛋白质语言(aa)
➢ 生物遗传信息的表达的 中心法则 相同
DNA
RNA
polpyrpoetpeitnides
metabolite
protein
character
➢ 生物大分子 单体的排列（核苷酸，氨基酸） 个性
一 引言 二 分子生物学的定义 三 分子生物学主要研究内容 四 分子生物学的发展简史 五 分子生物学现状和展望
二、分子生物学的定义
从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而 阐明生命现象本质的科学 ，主要指遗传信息的传 递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达 （转录和翻译）与调控。
分子生物学所关心的主要是核酸在细胞 生命过程 中的作用，包括核酸本身的复 制、保存以及基因 的表达与调控规律。 有学者把这门学科称为核酸 生物学
1.3.4 基因组学（Genomics）
Structural genomics
Functional genomics
基因组的全序列 高密度的分子标记图谱 高精度的物理图谱 转录水平上的表达图谱 大规模的蛋白质构型模拟
利用结构基因组提供的信息和 产物
大规模地分析基因的功能 不仅提供基因功能的简单列表 最终要阐释基因如何工作 细胞 组织 个体
经典遗传学
总结出生物遗传的
1865年发表植物杂交试验 两条基本规律
孟 德 尔 Gregor Mendel (1822-1884), 奥 地 利 科 学家。
生物化学
研究内容： 分析细胞的组成成分（静态生化） 研究物质的代谢规律（动态生化） 成就： 证明蛋白质是所有化学反应的执行者和催化剂 组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现 Fisher论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成 细胞的其他部分如脂类、糖类和核酸等相继发现 无法解析细胞内最重要的生命活动