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《细胞生物学》一、第一章绪论（一）细胞生物学研究的内容及现状——主要说明细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学。因为细胞是生命体结构与功能的基本单位，一切疾病和发病机制也是以细胞病变为基础，所以细胞的研究即是生命科学的出发点，主要研究内容可归为①生物膜与细胞器（生物膜是细胞重要的结构基础，细胞器是认识细胞结构与功能的重要组成部分）细胞信号传递了解基本生命活动的分子机制和揭示生命的本质有重要的理论意义，转导基础为蛋白质与蛋白质之间的复杂的相互作用，是通过复杂的信号转导网络系统而实现的，呈现高度的非线性关系。细胞骨架体系（包括细胞质骨架与核骨架），维持细胞形态，保持细胞内部结构。④细胞核，染色体及基因表达——细胞核为遗传物质DNA储存和复制的场所和RNA转录与加工的场所；染色质为遗传物质的载体，核仁转录rRNA和组装核糖体亚单位。核孔复合体为核质之间物质交换与信息交流的门控通路，DNA结合蛋白可分为组蛋白和非组蛋白。⑤细胞增殖及调控—是了解生物生长发育的基础，是研究癌变及逆转的重要途径。⑥细胞分化及干细胞生物学—实质在于信号介导下由组合调控引发的组织特异性基因的表达。⑦细胞死亡—为主动过程，主要有细胞凋亡，细胞坏死，自噬性细胞死亡三个方式，以维持生物体正常的生长发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成及肿瘤监控等过程。⑧细胞衰老--是研究人、动植物生命的基础⑨细胞工程—用人工方法使不同细胞基因或基因组重组形成杂交细胞或将基因或基因组由一种细胞转移至另一种细胞中，使之跨越种间障碍，产生新的遗传性状，如动物体细胞杂交实验和哺乳生物体的克隆⑩细胞的起源与进化。（二）细胞学与细胞生物学发展简史—分为三个阶段（生物科学时期、实验生物学时期、现代生物学时期）⑴胡克.英国第一次描述了植物细胞的构造；列文虎克观察了许多动植物的活细胞与原动物，并描述了细胞核结构；M.Malpighi与N.Grew注意到了细胞壁与细胞质的区别；施旺和施莱登共同提出了细胞是一切动植物的基本单位—为著名的“细胞学说”，使生物学科有了重大的促进和知道作用；普金耶和莫尔首次提出原生质理论；Estrasburger在植物细胞中发现有丝分裂，并证实其实质为核内丝状物（染色体）的形成向两个子细胞的平均分配；细胞器的发现：vanBeneden和T.Boveri发现中心体，Altmanna发现线粒体Golegi发现高尔基体。（2）Hatwig采用实验方法研究海胆和蛔虫卵发育中的核质关系，创立了实验细胞学。细胞遗传学核心为染色体基因学说，Hertnig发现了动物的受精现象，Qverton在植物体也发现受精现象并证明生殖细胞染色体数是体细胞的一半，Boveri与Sutton提出了遗传的染色体学说。（3)细胞生理学的研究—细胞对周围环境的反应，生长与繁殖的机制等。（4)细胞化学成分—DNA二、第二章细胞的统一性和多样性（一）细胞的基本特征（1）细胞是生命活动的基本单位（细胞=生命）—细胞是构成有机体的基本单位（病毒是非细胞形态的生命体）细胞是代谢与功能的基本单位，单细胞生物依靠一个细胞完成运动、呼吸、排泄和生殖等一系列生理活动，多细胞生物则更多依靠之间的相互合作。细胞是有机体生长与发育的基础④细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁⑤细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点⑥关于细胞概念的一些新思考：a.细胞是物质、能量与信息过程精巧结合的综合体b.细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组织体系。（2）细胞的基本共性—具有相似的化学成分（C、H、O、N、P、S）脂—蛋白体系的生物膜：细胞能量转换的基地，并形成相对稳定的细胞内环境相同的遗传装置—以DNA储存和传递遗传信息，以RNA为转录物指导蛋白质的合成，蛋白质的合成场所是核糖体。④一分为二的分裂方式—遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分配到两个子细胞内。（二）原核细胞与古核细胞—细胞结构都是由细胞质、细胞膜、细胞核组成，细胞质内有内质网、高尔基体、溶酶体和线粒体等细胞器；细胞核内有染色体。细菌、放线菌和支原体等微生物是肉眼看不到的，它们没有细胞核，也没有内质网等细胞器。由此，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类，所以生物界分为原核生物与真核生物。原核生物由单个原核细胞构成，而真核生物又可分为单细胞真核生物与多细胞真核生物。另一类群是古核细胞，它们的遗传信息表达系统与其他的原核细胞差异很大，而与真核细胞却更为接近，所以从原核细胞中分离出来，称为古核细胞，相应的生物称为古核生物。（1）原核细胞—没有典型的核结构，如细菌。包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌和蓝藻等。原核细胞的基因组很小，主要遗传物质仅为一个环状DNA，没有细胞器、细胞核膜，体积也很小。无法进行复杂的细胞分化，无法形成多细胞生命体。支原体-是能在无生命培基中生长繁殖的最小最简单的细胞，具备细胞的基本形态结构与功能，没有细胞壁，只有细胞膜，没有核区，主要以一分为二的方式进行分裂繁殖。总之，支原体体积小，仅为细菌的1/10，可通过细胞滤器，可寄生在细胞内繁殖。最早发现的支原体是PPLO（拟胸膜肺炎病原体）。一个细胞生存与繁殖必须具备的结构装置与机能是细胞膜、DNA与RNA、核糖体以及酶。细菌和蓝藻-a.细菌是分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体，其细胞表面结构主要有细胞膜（最重要的结构）、细胞壁、中膜体、荚膜与鞭毛。细胞壁较厚、坚韧且有弹性，主要成分是肽聚糖，对细胞有保护作用。青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成，从而抑制细胞壁的合成。阳性菌的壁酸含量极高，故对青霉素敏感，阴性菌则不敏感。细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌的蛋白质构成，为半透性膜。可进行选择性交换物质、代谢、有氧呼吸、分泌蛋白质等，还可参与对周围环境的应答反应。中膜体是由细胞膜内陷形成的囊泡状，常见于分裂期细菌的隔或横壁旁，可能是DNA复制的支点。细菌细胞核区主要是一个环状DNA分子组成，没有核膜与核仁，称为拟核。细菌的基因组为作为有一个复制起点的独立单位而进行复制，遵循半保留复制。细菌细胞内除了核区DNA，还存在可进行自主复制的质粒，是裸露的环状DNA（核外DNA)。每个细胞有5000—50000个核糖体，合成运输到胞外的蛋白质或质膜蛋白。与mRNA形成多核糖体，是翻译肽链的结构。G+细菌处于不利环境或营养耗尽时，形成内生孢子（芽孢)，其折光性很强，不易染色，可过滤恶劣环境。b.蓝藻是自养型原核生物，可进行光合作用，其光合作用系统中有叶绿素a和光系统II。其细胞结构主要有细胞膜、细胞壁（有纤维素层)、类囊体、中心质。其细胞分裂是细胞中部向内生长出新横隔壁，将中心质与原生质分为两半，也可通过出芽、断裂和复分裂增殖。丝状蓝藻在氮源不足时，群体中5%～10%的细胞转化为异性胞。个体大，细胞壁厚，并且丢弃了光系统‖，合成固氮酶。（2）古核细胞（古细菌）有细胞壁，染色为G+或G-，大小为0.1～15，分裂方式为二分裂,出芽等，且能在高温或高盐环境中生存。古细菌的细胞壁没有胞壁酸和D-氨基酸，因此青霉素与万古素对古细菌没有作用。古细菌的质膜由脂质与蛋白质构成，其DNA也是环状。核糖体数为70S。（三）真核细胞—三大基本结构体系为生物膜系统（脂质与蛋白质为基础），遗传信息传递与表达系统（DNA,RNA和蛋白质组成的复合体）和细胞骨架系统（胞质骨架和核骨架，对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用）。细胞的尺寸大小由核糖体的活性，蛋白质与核糖体RNA的量所决定，原生动物细胞＞动植物细胞＞细菌细胞＞支原体细胞＞最小的病毒细胞=10倍，植物细胞大小由中央液泡的膨胀决定。原核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为细胞核与细胞质，再分隔为各种细胞器。真核细胞的基因租大于原核细胞，DNA为线状多倍性，原核细胞为环状多倍性;原核细胞基因表达调控主要以操纵子的形式进行，真核细胞的细胞周期分为细胞间期与分裂期，且在分裂出现纺锤丝，故称有丝分裂或间接分裂，原核细胞则为无丝分裂或直接分裂。植物细胞有细胞壁（主要成分是纤维素，在细胞分裂过程中形成），液泡（调节细胞内环境）,叶绿体（进行光合作用）（四）病毒—为非细胞形态的生命体，体积很小，结构极其简单，可通过细菌虑器;遗传载体具有多样性，含DNA与RNA，为彻底的寄生性，没有独立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。真病毒是核酸—蛋白质复合体，亚病毒则仅有一个有感染性的环状DNA分子构成，只感染植物（如类病毒）。1982年从羊瘙痒病的羊体中分离出的阮病毒不是入侵者，仅仅是机体自身某一种蛋白质的构想改变所致。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），含DNA与RNA，为彻底的寄生性，没有独立的代谢与能量转化系统，以复制与装配的方式进行增殖。真病毒是核酸—蛋白质复合体，亚病毒则仅有一个有感染性的环状DNA分子构成，只感染植物（如类病毒）。1982年从羊瘙痒病的羊体中分离出的阮病毒不是入侵者，仅仅是机体自身某一种蛋白质的构想改变所致。病毒的基本结构是核酸和蛋白质组成，根据病毒感染的宿主范围，可分为动物病毒,植物病毒与细菌病毒（噬菌体），根据核酸类型不同可分为DNA病毒与RNA病毒（2003年的SARS病毒属于正链RNA病毒），根据核壳体形态分为立体对称与螺旋对称两种类型。病毒可以引起人类和动物的许多严重疾病，如HPV可引起妇女的宫颈癌。病毒是在宿主细胞内增殖，以病毒核酸为模板进行病毒核酸的复制与转录，并翻译病毒蛋白质，最后从细胞中释放出来。DNA病毒侵染细胞后，利用宿主细胞代谢系统先后转录和翻译病毒的“早期蛋白”，“晚期蛋白”并进行DNA复制。RNA病毒其本身就可以作为模板，利用宿主细胞代谢系统，翻译出病毒的早期蛋白。反转录病毒则以病毒RNA分子为模板，在反转录酶作用下合成DNA分子。病毒的装配过程就是成熟过程，当核酸与蛋白质装配成核壳体后，就成为具有感染性的完整病毒粒子。而有囊膜的病毒，还需要以出芽的方式包上囊膜而发育为成熟的子代病毒。有囊膜的病毒以出芽方式释放而一般病毒是逐步向细胞外释放。第三章细胞生物学的研究方法（一）细胞形态结构的观察方法这一节主要是介绍了观察细胞形态结构所使用的仪器和方法，主要有光镜，电镜,STM及不同种类的显微镜的成像原理，仪器构造和使用方法。光镜的使用使人们第一次看见了细胞，进而建立了细胞学说，它可以直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。相差显微镜可看到活细胞显微结构的细节，微分干涉显微镜更试用于研究活细胞，能观察并记录活细胞中的颗粒及细胞器的运动，荧光显微镜可以对细胞内特异的蛋白质，核酸,糖类，脂质及某些离子等进行定性定位研究，激光扫描共焦显微镜以激光为光源，极大的提高了图像的分辨率。电镜可以观察到细胞内部的精细结构，扫描隧道显微镜STM可以探测微观世界物质表面形貌。（二）细胞及其组分的分析方法当代细胞生物学研究常采用的实验方法是形态观察与细胞组分分析相结合，主要分为（1）用超离心技术分离细胞组分—用低渗匀浆，超声破碎或研磨方法使细胞质膜破碎，形成细胞器和细胞组分组成的混合匀浆，再通过差速离心，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。密度剃度离心分为速度沉降（用于分离相近但大小不一的细胞组分）和等密度沉降（分离不同密度的细胞组分）。（2）细胞成分的细胞化学显示方法—显色剂与一些特殊基因特异性结合，通过其在细胞中的定位及颜色的深浅可以判断某种物质在细胞中的分布及含量。如福尔根反应可特异显示呈紫红色的DNA的分布；四氧化锇与不饱和脂肪酸反应呈黑色，氮汞试剂与蛋白质侧链上的酪氨酸残基反应，成红色沉淀。（3）特异蛋白抗原的定位与定性—免疫荧光技术（将免疫学方法和荧光标记技术相结合研究特异蛋白抗原在细胞内的分布）和免疫电镜技术（在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位）（4）细胞内特异核酸的定位与定性研究，通常用原位杂交技术。(5）定量细胞化学分析与细胞分选技术—流式细胞术可定量测定细胞中DNA,RNA或特异标记的蛋白含量。（三）细胞培养与细胞工程（1）细胞培养是最基本