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第一节 细胞生物学的研究内容1

第二节 细胞生物学与医学1

第三节 细胞生物学的发展简史1

第一章 绪论1

一、细胞学说的创立2

二、细胞学的经典时期2

三、实验细胞学阶段2

四、细胞生物学的形成3

复习思考题3

第二章 细胞的进化4

第一节 从分子到细胞4

一、能进行自我复制的多核苷酸的形成4

二、多核苷酸指导多肽的合成5

三、原始细胞的产生6

一、具有各种生化特性的原核细胞7

第二节 从原核细胞到真核细胞7

二、含有各种细胞器的真核细胞9

第三节 从单细胞到多细胞生物11

一、由单细胞聚焦成群体11

二、多细胞生物的特点是细胞的特化和协作12

复习思考题13

第三章 研究细胞的方法14

第一节 显微镜技术14

一、光学显微镜技术14

(一) 光镜可分辨间隔0.2μm的微细结构14

(二) 细胞的不同成分可被选择性地染色15

(三) 用于显微镜观察的组织须经过固定和切片15

(四) 用细胞化学方法了解细胞和组织中的化学组成及某些细胞活性15

(五) 用荧光显微镜技术探测细胞中的特殊分子15

四、由核膜孔、隔膜和孔环物质构成的核膜孔复合体16

(七) 暗视野显微镜技术是观察活细胞的一种简便方法17

(六) 在相差显微镜下观察活细胞17

(八) 用显微电影摄影术记录细胞活动17

二、电子显微镜技术18

(一) 电子显微镜可分辨细胞的亚显微结构18

(二) 透射电子显微镜及超薄切片技术18

(九) 其它光学显微镜技术18

(三) 不使用超薄切片的透射电镜技术20

(四) 扫描电子显微镜可得到三维图像20

(五) 冷冻割断和冷冻蚀刻复型技术提供组织细胞内部三维图像21

(六) 扫描电镜铸型技术观察腔性器官的微细立体构筑22

(七) 电镜能分辨单个大分子22

三、应用X-射线衍射间接测定生物大分子结构22

(一) 晶体排列的物体结构可从X-射线衍射图来推断22

(二) X-射线衍射显示分子中原子的三维排列23

第二节 探查活细胞内化学状态的技术24

一、核磁共振可对活细胞群进行分析25

二、用细胞内微电极测定离子浓度25

三、用光发射指示剂测定迅速变化的细胞内离子浓度26

四、将不能透过膜的分子导入细胞内27

第三节 细胞的分离和培养27

一、从组织中分离不同类型的细胞27

(一) 制备单个细胞悬液27

(二) 从细胞悬液中分离不同类型的细胞27

二、细胞培养29

(一) 细胞能在培养皿中生长29

(二) 真核细胞系是纯系细胞的方便来源29

一、用超速离心法可分离细胞器和大分子30

(三) 用细胞克隆的方法改进细胞系的均质性30

(四) 可使细胞融合形成杂种细胞30

第四节 细胞组分的分级分离30

(一) 用差速离心法分离大小形状不同的组分31

(二) 密度梯度离心法达到精细分离效果32

二、无细胞系可用以阐明复杂细胞过程的分子细节32

三、利用层析法分析蛋白质33

四、蛋白质的大小和亚单位的组成可以用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳测定34

五、双向聚丙烯酰胺凝胶电泳可在一片凝胶上分析1000种以上的蛋白质35

六、选择性地将蛋白质裂解为特定的多肽片段36

七、用自动分析仪分析多肽中氨基酸顺序36

一、高灵敏地检测组织细胞内的放射性原子37

二、用放射性同位素示踪细胞和机体中的分子37

第五节 利用放射性同位素和抗体示踪细胞中的分子37

三、放射自显影术用于组织细胞切片中的放射性化合物定位38

四、利用抗体检测和分离特殊的分子38

五、用杂交瘤细胞系制备单克隆抗体38

第六节 重组DNA技术39

一、重组DNA技术促进了细胞生物学的变革39

二、限制性核酸内切酶在特异的核苷酸顺序水解DNA40

三、用DNA克隆技术大量生产DNA片段40

六、快速测定DNA的核苷酸顺序41

四、用凝胶电泳快速分离不同大小的分子41

五、用放射性同位素标记纯化的DNA分子41

八、印迹法便于对电泳分离的核酸分子进行杂交43

七、核酸杂交反应是检测特殊核苷酸序列的灵敏方法43

九、利用合成的DNA分子对遗传病进行产前诊断44

十、原位杂交技术用于染色体和细胞的特殊核苷酸序列定位45

复习思考题45

(一) 水是细胞生物化学反应的良好溶剂46

二、有机化合物46

(二) 无机盐是细胞的重要成分和维持生存环境的重要物质46

一、无机化合物46

第一节 生物小分子46

第四章 细胞的分子基础46

(一) 细胞化学以碳化合物为基础47

(二) 糖是细胞的营养分子47

(三) 脂肪酸是细胞膜的组份47

(四) 氨基酸是蛋白质的基本组成单位48

(五) 核苷酸是核酸的基本组成单位48

第二节 生物大分子49

一、核酸49

(一) DNA双螺旋结构模型49

(二) DNA分子中核苷酸序列携带遗传信息50

(三) DNA的半保留复制50

(五) 真核细胞的RNA分子剪接去除内含子序列51

(四) 部分DNA序列转录合成RNA以制造蛋白质51

(六) mRNA核苷酸序列的三联体密码转译成氨基酸52

(七) tRNA转运活化的氨基酸、使之与核苷酸相匹配52

(八) 核糖体从mRNA的5′端至3′端阅读mRNA携带的信息52

二、 蛋白质53

(一) 氨基酸序列决定蛋白质的结构53

(二) 蛋白质的三维结构：α螺旋和β片层结构53

(三) 蛋白质亚单位在细胞内能自我组装成大的超分子结构55

复习思考题56

(五) 酶蛋白的催化作用56

(四) 蛋白质的构象确定蛋白质的化学性质56

第五章 细胞膜的分子生物学57

第一节 细胞膜的化学组成57

一、膜脂58

(一) 膜脂的兼性分子，能自动形成双分子层58

(二) 脂双层是一个二维的流体59

(三) 脂双层的流动性依赖于其组成成分59

(四) 脂双层是膜蛋白的溶剂60

(五) 糖脂位于所有细胞膜表面61

(二) 膜内在蛋白可被去垢剂溶解和纯化62

(一) 蛋白质以不同的方式结合于膜上：膜内在蛋白与膜周边蛋白62

二、膜蛋白62

(三) 红细胞血影是研究膜蛋白的良好材料63

三、膜糖类65

(一) 生物膜的糖类只限于非细胞质侧65

(二) 细胞表面糖类与细胞表面的识别65

第二节 膜的分子结构模型66

一、片层结构模型66

二、单位膜模型66

三、液态镶嵌模型67

第三节 膜的特性67

一、所有膜蛋白不对称地结合于脂双层68

二、脂双层内外两层有不同的脂质分子68

三、膜蛋白和膜脂在膜内的侧向移动68

一、小分子物质的跨膜转运69

第四节 细胞膜与细胞内外物质转运69

四、细胞骨架对表面膜蛋白结构及其运动的影响69

(一) 脂双层对离子是不通透的，但对水却可自由通透70

(二) 膜转运蛋白可作为载体或通道70

(四) 载体蛋白的作用类似于膜结合酶71

(三) 载体蛋白介导的主动运输消耗能量71

(五) 细胞膜的Na+-K+泵是一种ATP酶73

(六) 某些Ca2+泵也是膜结合的ATP酶74

(七) 离子梯度驱动的主动转运74

(八) 细胞膜的对向运输调节细胞内pH75

(九) 跨膜通道蛋白转运的调节76

(十) 离子载体可增加生物膜对离子的通透性77

二、大分子和颗粒物质的膜泡转运，胞吐与胞吞78

(一) 细胞胞吐的两种途径：结构性途径和调节性途径78

(三) 细胞胞吞作用的两种形式：吞饮和吞噬79

(二) 调节性胞吐作用是细胞膜的一种局部反应79

(四) 吞饮小泡由细胞膜的有被小窝形成80

(五) 细胞通过受体介导的胞吞作用：摄入低密度脂蛋白以吸收胆固醇82

第五节 信息的跨膜转导82

一、膜受体的类型83

二、膜受体的分子结构与特性83

三、膜受体信息转导的机制84

(一) 环磷酸腺苷信使途径84

(二) 环磷酸鸟苷信使途径87

(三) 磷脂酰肌醇信使途径87

(四) Ca2+的信使机制88

四、膜受体异常引起的疾病89

第六节 细胞表面90

一、细胞外被是细胞表面重要的组成部分90

二、细胞表面与细胞识别90

三、细胞表面抗原具免疫功能91

四、细胞表面粘附分子介导细胞相互粘着92

五、细胞表面接触抑制92

六、膜下溶胶层能进行“越膜控制”92

七、细胞表面的改变与肿瘤93

复习思考题94

第一节 细胞连接95

第六章 细胞连接与细胞外基质95

一、紧密连接是一种封闭连接96

二、抛锚连接由细胞骨架纤维介导起作用96

(一) 肌动蛋白微丝束介导细胞间或细胞与外基质间的粘着连接96

(二) 桥粒连接把细胞固着在一起97

三、通讯连接介导细胞间通讯98

(一) 间隙连接是通讯连接的主要类型98

一、氨基聚糖和蛋白聚糖100

(一) 氨基聚糖是一种高度水合的凝胶100

(二) 化学突触是神经细胞之间的一种通讯连接装置100

第二节 细胞外基质100

(二) 蛋白聚糖是一种含糖量极高的糖蛋白101

二、胶原和弹性蛋白的结构与功能102

(一) 胶原的化学组分、结构和功能102

(二) 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分104

三、纤连蛋白104

(一) 纤连蛋白有三种类型104

四、细胞骨架与细胞外基质之间的跨膜连接105

(二) 纤连蛋白是一种多功能分子105

复习思考题106

第七章 细胞的内膜系统107

第一节 内质网107

一、内质网是由单位膜构成的连续网状膜系统107

二、内质网分为糙面内质网和光面内质网两种类型109

(一) 附有核糖体的糙面内质网109

(二) 表面光滑的光面内质网109

三、内质网膜由脂类和蛋白质组成110

四、内质网的蛋白质合成、脂类合成、糖代谢和解毒作用111

(一) 糙面内质网的蛋白质合成111

(二) 脂类在内质网的合成115

(四) 内质网的解毒作用116

五、内质网的病理改变116

(三) 糖原在内质网的合成与分解116

第二节 高尔基体117

一、高尔基体由小泡、 扁平囊泡和大泡组成117

(一) 平行排列的扁平囊泡组成高尔基体的主体部分118

(二) 小泡由糙面内质网芽生而来119

(三) 内含分泌物的大泡由扁平囊泡的反面膨大而成119

二、高尔基体的化学组成介于细胞膜和内质网之间119

(三) 高尔基体能形成溶酶体121

(一) 高尔基体在细胞的分泌活动中起重要的运输作用121

(二) 高尔基体具有糖蛋白合成和修饰的功能121

三、高尔基体的功能121

(四) 高尔基体参与膜的转变122

(三) 癌细胞内的高尔基体的改变123

第三节 溶酶体123

(一) 高尔基体的肥大和萎缩123

(二) 高尔基体内容物的变化123

四、高尔基体的异常变化123

一、溶酶体是细胞内消化的主要场所124

二、溶酶体是异型性细胞器124

三、内体性溶酶体由运输小泡和内体合并而成124

四、吞噬性溶酶体由内体性溶酶体与来自细胞内外的作用底物相互融合而成126

(一) 作用底物来自细胞内的自噬性溶酶体126

(二) 作用底物来自细胞外的异噬性溶酶体127

(三) 末期阶段的吞噬性溶酶体形成残余小体127

五 、溶酶体具备多种生理功能128

(三) 参与机体的器官组织变态和退化128

(二) 在激素生成中发挥重要作用128

(一) 对细胞的内源性和外源性物质的消化128

(四) 协助精子与卵细胞受精129

(五) 在骨骼发生中能吸收和消除陈旧的骨基质129

六、溶酶体与某些人类疾病的关系129

(一) 溶酶体的破裂是形成矽肺的原因129

(二) 由于溶酶体酶缺陷而引起的先天性溶酶体病129

(三) 溶酶体在类风湿性关节炎中的作用130

(四) 溶酶体与癌症130

第四节 过氧化物酶体130

一、过氧化物酶体为含有多种氧化酶的圆形小体131

二、过氧化物酶体利用氧进行代谢反应132

三、过氧化物酶体由内质网出芽形成132

复习思考题133

第一节 线粒体是由外膜和内膜围成的封闭膜性囊134

第八章 能量转换器--线粒体134

二、内表面不光滑的内膜135

一、包围着线粒体的单位膜--外膜135

三、线粒体嵴间的间隙--基质136

第二节 线粒体的物质基础137

一、蛋白质和脂类是线粒体的主要大分子137

(一) 水是线粒体含量最多的物质137

(二) 线粒体主要组成成分为蛋白质137

(三) 线粒体的脂类组成与其它膜结构的脂类组成不同137

(四) 线粒体的其它组成成分137

二、线粒体是含酶最多的细胞器137

第三节 能量转换是线粒体的主要功能138

一、最终促成ATP合成的三羧酸循环138

二、同时传递氢和电子的电子传递呼吸链138

三、能量的释放与ATP的形成是紧密偶联的139

第四节 线粒体是动物细胞中的半自主性细胞器140

二、线粒体中的转录和翻译依赖核的遗传装置141

一、线粒体是动物细胞中除核之外唯一含有DNA的细胞器141

三、线粒体半自主性的其它表现143

第五节 线粒体生物发生的内共生学说及非共生学说143

第六节 线粒体可作为疾病诊断和环境因素测定的指标145

一、线粒体减少与肿瘤细胞呼吸的减弱145

二、细胞异常与线粒体的关系145

三、线粒体超微结构的异常是功能改变的结构基础145

四、组织器官缺血对线粒体的结构和功能的影响145

五、药物和毒物对线粒体的作用146

六、线粒体的一些组分可用于某些疾病的治疗146

复习思考题146

第九章 细胞骨架147

第一节 微管147

一、由微管蛋白构成的原纤维丝组成微管147

二、微管与微管结合蛋白质相结合148

三、微管蛋白是微管组装的分子基础148

(一) 构成细胞支架及参与细胞运动和物质运输是微管的主要功能149

(二) 微管功能与其它细胞器的联系149

五、微管与肿瘤、病毒感染及遗传性疾病的关系149

第二节 微丝149

四、微管的功能及其与其它细胞结构的关系149

一、肌动蛋白是微丝的基础蛋白质150

二、具备控制肌动蛋白构型和行为的肌动蛋白--结合蛋白质150

三、微丝的组装151

四、张力丝、肌丝和神经微丝存在于不同细胞中151

五、微丝与细胞的结合和功能的关系151

第三节 中等纤维152

一、性质不同的五种中等纤维152

二、杆状中心区域是中等纤维的基本结构152

三、中等纤维的组装153

一、中心粒主要是由微管蛋白和鸟苷酸构成的圆柱形小体154

四、中等纤维的多种重要功能154

第四节 中心粒154

五、中等纤维与医学154

二、中心粒的功能155

第五节 纤毛和鞭毛及其运动155

一、由微管组成的纤毛和鞭毛155

二、纤毛和鞭毛主要含动力蛋白和微管蛋白157

三、鞭毛的均匀波动和纤毛的双相搏动158

复习思考题159

第十章 细胞核160

第一节 核膜及核孔复合体160

(三) 位于核膜孔周缘的孔环物质161

(二) 隔膜为核膜孔中的一层不定形物质161

(一) 核膜孔由内外核膜融合而成161

二、位于内外核膜之间的核间隙161

一、面向细胞质的外核膜161

三、包围核质的内核膜161

五、位于内核膜下的核纤层163

第二节 核基质163

一、核基质为核内的网架体系163

二、核基质的功能163

(一) 参与染色体DNA包装与染色体构建164

(二) 核基质与DNA复制的关系164

(三) 核基质与基因表达调控164

(四) 核基质与hnRNA的加工164

(五) 核基质与病毒复制164

第三节 染色质和染色体164

(二) 组蛋白是最保守的蛋白质之一165

(三) 数量少而种类多的非组蛋白165

(一) DNA为染色质的主要成分之一165

一、染色质的主要成分为核蛋白165

(四) RNA主要有mRNA、rRNA和tRNA167

(五) 其他167

二、染色质的超微结构及组装167

(一) 核小体由组蛋白与DNA结合而成167

(二) 染色体的四级结构模型168

(三) 每条染色体可能含有结构 “袢环”的很长的DNA分子169

三、常染色质与异染色质170

(一) 常染色质处于功能活跃状态170

(二) 异染色质是呈现凝集状态的DNA与组蛋白的复合物170

四、染色体的结构和特征171

(一) 染色体的形态171

(二) 核型173

(三) 染色体显带技术174

一、核仁的形态、位置及数量176

第四节 核仁为无包膜的海绵状微器官176

二、核仁的主要成分为蛋白质和RNA177

三、核仁的微细结构177

(一) 核仁相随染色质177

(二) 由原纤维丝组成的纤维区177

(三) 由较大颗粒构成的颗粒区178

(四) 核仁基质为无定形的液体物质178

第五节 细胞核的功能178

复习思考题179

第十一章 基因的表达与蛋白质的生物合成181

第一节 基因的分子性质与功能181

一、原核细胞的基因结构181

(二) 真核细胞的结构基因大多为间隔基因182

二、真核细胞的基因结构182

(一) 真核细胞的DNA含有不同程度的碱基重复序列182

第二节 基因的转录187

一、原核细胞的基因转录187

(一) 原核细胞的RNA聚合酶是由5个亚基构成的复合酶187

(二) 原核细胞的基因转录是在ρ因子等作用下终止的187

(三) 原核细胞的转录与翻译过程几乎同时进行188

二、真核细胞的基因转录189

(一) 不同的RNA聚合酶催化不同的基因转录189

(二) 转录是以DNA为模板合成RNA的化学过程190

(三) 结构基因转录的初级产物为hnRNA190

(四) rDNA转录的初级产物是45S rDNA191

(五) 5S rDNA和tRNA的转录都是由RNA聚合酶Ⅱ催化的193

一、hnRNA的加工194

(一) RNA的5′端和3′端的化学修饰194

第三节 转录后的加工194

(二) hnRNA分子在酶的作用下切去部分序列196

二、45S rRNA的加工197

三、前体tRNA的加工198

第四节 核蛋白颗粒198

第五节 翻译200

一、与翻译有关的生物大分子201

(一) 核糖体是由rRNA和蛋白质组成的，为蛋白质合成提供场所201

(二) mRNA通过密码子来决定蛋白质的合成201

(三) 在酶的作用下tRNA携带特特定的氨基酸203

(四) 许多蛋白质因子参与蛋白质的合成205

二、蛋白质的生物合成过程206

(一) 起始复合物的形成是蛋白质合成的首要条件206

(二) 肽链的延伸是由许多循环组成的重复过程206

一、肽链合成后的加工和修饰209

(三) 肽链合成过程在释放因子的作用下终止209

第六节 多肽链形成后的加工209

二、亚单位的聚合210

第七节 遗传信息表达过程及其调控210

复习思考题210

第十二章 细胞的生长和增殖211

第一节 细胞生长与增殖周期211

一、细胞生长和增殖的全过程叫细胞增殖周期211

(一) 分裂期和分裂间期细胞的区分212

(二) DNA合成只在间期特定阶段进行212

(三) 增殖周期包含四个连续的阶段212

二、细胞质周期和中心粒周期213

三、新的细胞周期室概念214

(二) 细胞周期时间和细胞体积相关216

(一) 细胞周期时间主要由G1期长短决定216

一、DNA合成前期(G1期)216

第二节 细胞周期主要的生化活动216

(三) 通过G1期调整核质比值217

(四) “限制点”调节细胞增殖217

(五) 为DNA复制进行准备218

二、DAN合成期(S期)218

(一) DNA复制是细胞增殖的关键218

(二) 由“S期激活因子”启动DNA复制219

(三) 每一增殖周期全部基因组都复制一次219

(四) S期需要合成新的蛋白质219

三、DNA合成后期(G2期)219

(一) S期结束“S期激活因子”消失220

(二) 合成有丝分裂因子为M期作准备220

四、有丝分裂期(M期)220

(一) “有丝分裂因子”触发有丝分裂220

(二) M期的细胞核发生急剧变化221

(三) M期变化与蛋白质的磷酸化密切相关224

(四) M末期出现有丝分裂抑制因子224

五、周期各阶段之间相互连锁和制约224

(一) 周期各阶段有严格的时间和空间顺序224

(二) 周期各阶段之间存在着相互依存关系225

第三节 细胞周期的调控225

一、细胞增殖受到精确控制225

二、基因的调节225

(一) 细胞周期基因225

(二) 正常周期受原癌基因调节225

三 、生长因子的调节226

(一) 不同细胞需要不同的生长因子226

(二) 邻近细胞对生长因子的竞争226

(二) cGMP和cAMP相互拮抗227

(一) 环核苷酸是多种环境信号的胞内信使227

(三) 生长因子之间的协同作用227

四、环核苷酸的调节227

五、Ca2+和钙调素的调节228

(一) Ca2+是信号传递的三级信使228

(二) Ca2+通过钙调素发挥作用228

六、细胞增殖的负调节228

(一) 细胞内的增殖抑制因子229

(二) 肿瘤细胞的增殖抑制因子229

第四节 细胞增殖与医学229

一、细胞增殖是组织再生的基础229

(一) 更新型229

(二) 稳定型229

(三) 恒定型229

三、细胞增殖与肿瘤230

(一) 肿瘤的恶性程度取决于细胞增殖230

二、细胞增殖理论是疾病诊治的基础230

(二) 细胞增殖与肿瘤治疗231

第五节 减数分裂232

一、减数分裂是产生性细胞的特有方式232

二、减数分裂前间期232

三、细胞分裂两次使染色体数目减半232

(一) 第一次减数分裂232

(二) 减数分裂间期233

(三) 第二次减数分裂233

复习思考题235

第十三章 细胞分化236

第一节 细胞的决定和分化236

一、细胞分化与细胞决定236

二、胚胎细胞分化的潜能与决定236

三、细胞移植是研究细胞决定和分化最常用的一种实验手段236

(一) 外界环境影响细胞决定238

四、卵细胞质在早期胚胎细胞决定中的作用238

五、影响细胞分化的外在因素238

(二) 畸胎瘤细胞证实环境对胚胎发育的重要性240

(三) 细胞间相互作用对细胞分化的影响240

(四) 激素对细胞分化的影响243

六、细胞分化的分子性质244

(一) 细胞表型特化的分子基础是特异蛋白的合成244

(二) 已分化的细胞仍具有全能性244

(三) 分子杂交表明细胞分化是基因选择性表达的结果245

(四) 基因选择性表达的调节245

第二节 细胞分化与癌变247

一、癌细胞的增殖失去控制247

二、癌细胞缺乏成熟的形态和完整的功能，表现为去分化247

三、癌是单个异常细胞的克隆248

四、癌基因与细胞癌变248

复习思考题249

五、肿瘤抑制基因与致癌性的阻扼249

第十四章 细胞的衰老与死亡250

第一节 细胞的衰老250

一、多细胞动物体的细胞寿命与动物寿命成比例250

二、细胞的衰老变化250

(一) 细胞内水份减少250

(二) 老年色素积累251

(三) 细胞核的衰老变化251

(四) 细胞膜的衰老变化251

三、细胞衰老学说251

(一) 衰老因子的积累引起细胞衰老251

(二) 细胞内衰老钟的程序表达251

第二节 细胞的死亡252

复习思考题253

主要参考文献254