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第一篇　细胞生物学概论1

第一章　细胞生物学绪论1

第一节　细胞生物学的概念和研究内容1

第二节　细胞生物学的形成与发展4

第三节　细胞生物学与医学科学6

小结9

第二章　细胞的概念和分子基础10

第一节　细胞的基本概念10

一、细胞是生命活动的基本单位10

二、原核细胞是仅由细胞膜包绕的结构相对简单的生命体10

三、真核细胞的细胞质内分布着多种细胞器12

四、病毒是只能在活细胞中生长的核酸-蛋白质复合体15

第二节　细胞的起源与进化15

一、原始细胞由有机分子自发聚集形成15

二、真核细胞由原核细胞演化而来17

三、细胞生命活动的多样性是生命适应环境的结果19

第三节　细胞的分子基础19

一、生物小分子是细胞的构建单元20

二、生物大分子执行细胞的特定功能20

小结31

第三章 细胞生物学的研究方法和策略32

第一节 显微成像技术32

一、光学显微镜技术是研究细胞结构最早的和基本的工具32

二、电子显微镜技术用于研究细胞的亚显微结构35

第二节　细胞及其组分的分离和纯化技术37

一、多种方法可从组织中分离和纯化特定类型的细胞37

二、使用不同的方法分离和纯化细胞组分和活性分子40

第三节　细胞体外培养技术45

一、细胞培养需要无菌条件和营养供应45

二、原代培养是从供体取得组织或细胞后在体外进行的首次培养45

三、细胞传代是将培养的细胞接种到新的培养器皿中46

四、细胞冻存和复苏技术有利于培养细胞的保存和运输46

五、细胞建系可提供大量遗传性质稳定的细胞46

六、经细胞融合产生新细胞47

第四节　细胞化学和细胞内分子示踪技术48

一、细胞化学技术可以显示细胞和组织中的酶类48

二、免疫细胞化学技术是生物大分子定性和定位研究的有效工具49

三、原位杂交技术用以检测组织和细胞中的特异性核酸分子50

四、放射自显影术可以追踪并分析体内大分子代谢的动态过程51

五、绿色荧光蛋白用于示踪细胞内的特定蛋白质52

第五节　细胞功能基因组学技术54

一、PCR技术可以在体外快速扩增特异性DNA片段54

二、Southern印迹技术分析基因组DNA55

三、Northern印迹技术检测特定基因的表达55

四、基因芯片技术能高效和快速检测基因表达56

五、RNA干扰技术是基因功能研究中新的强有力的工具56

第六节　细胞生物学研究的一般策略和工具的使用58

一、细胞生物学研究的一般策略58

二、细胞生物学研究的模式生物59

三、对细胞生物学研究中方法和技术的基本认识60

小结61

第二篇　细胞的基本结构与功能63

第四章　细胞膜与物质穿膜运输63

第一节　细胞膜的化学组成与生物学特性64

一、细胞膜是由脂类和蛋白质构成的生物大分子体系64

二、细胞膜的生物学特性是不对称性和流动性73

三、细胞膜存在多种分子结构模型76

第二节　小分子物质和离子的穿膜运输79

一、物质简单扩散依赖于膜的通透选择性79

二、膜运输蛋白介导物质穿膜运输80

第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输94

一、胞吞是物质入胞作用方式94

二、胞吐是物质出胞作用方式97

第四节　细胞表面特化结构97

一、微绒毛是质膜和细胞质共同形成的指状凸起98

二、纤毛和鞭毛是能摆动的细长凸起98

三、褶皱是细胞表面的扁状凸起98

第五节　细胞膜异常与疾病98

一、胱氨酸尿症是载体蛋白异常性疾病98

二、肾性糖尿是葡萄糖载体蛋白异常性疾病99

三、囊性纤维化是通道蛋白异常性疾病99

四、家族性高胆固醇血症是受体异常性疾病99

小结100

第五章 细胞内膜系统与囊泡转运102

第一节　内质网102

一、内质网是以类脂与蛋白质为主要化学组分的膜性结构细胞器103

二、内质网是可呈现为两种不同形态特征的膜性管网结构系统105

三、内质网的主要功能与蛋白质和脂类的合成及运输相关108

四、新合成肽链在信号肽介导下穿越内质网进行穿膜转移112

第二节 高尔基复合体117

一、高尔基复合体是具有明显极性特征的膜性结构复合体117

二、高尔基复合体具有以脂类为主的基本化学组分和标志性的糖基转移酶119

三、高尔基复合体具有胞内物质合成与蛋白质加工转运功能120

第三节　溶酶体123

一、溶酶体是一类富含多种酸性水解酶的膜性结构细胞器123

二、目前存在两种不同的溶酶体分类体系124

三、溶酶体的形成与成熟是多种细胞器参与的复杂而有序的过程125

四、溶酶体具有对物质消化分解作用基础上的多种生物学功能127

第四节　过氧化物酶体129

一、过氧化物酶体是有别于溶酶体的另一类含酶的球状膜性细胞器129

二、过氧化物酶体膜具有较高的物质通透性129

三、过氧化物酶体主要包含三种酶类130

四、解毒作用是过氧化物酶体的主要生理功能130

五、原有过氧化物酶体的分裂增殖是新生过氧化物酶体形成的可能途径131

第五节　囊泡与囊泡转运131

一、囊泡是细胞物质定向运输的主要载体131

二、囊泡转运是一个受到精密调控而高度有序的物质转运过程136

第六节　细胞内膜系统与医学的关系138

一、内质网的肿胀与肥大及囊池塌陷是其病理性形态改变的不同表现形式138

二、病理状态下高尔基复合体可表现出多种形态结构和生理功能异常138

三、溶酶体结构与功能异常可导致多种先天性人类疾病的发生139

四、过氧化物酶体异常与疾病140

小结140

第六章　细胞骨架与细胞运动143

第一节　微管143

一、微管是由微管蛋白组成的不分支的中空小管144

二、微管相关蛋白是维持微管结构与功能的重要成分145

三、微管的组装和去组装是一种高度有序的生命活动过程147

四、微管的主要功能是细胞形态维持、细胞运动和胞内物质运输151

第二节　微丝154

一、微丝是肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构154

二、微丝的组织与行为由肌动蛋白结合蛋白严格调控155

三、微丝的装配和调控受多种因素调节157

四、微丝的主要功能是参与细胞运动、分裂和信号转导159

第三节　中间丝163

一、中间丝由不同类型的中间丝蛋白组成164

二、中间丝蛋白具有相似的分子结构165

三、中间丝结合蛋白与中间丝关系密切但并非中间丝组分165

四、中间丝的组装与调节是复杂过程166

五、中间丝具有多种功能，发挥具有时空特异性167

第四节　细胞骨架的结构和功能异常与许多疾病发生有关168

一、肿瘤细胞中细胞骨架结构与功能发生异常168

二、骨架蛋白的异常表达可导致神经系统疾病169

三、细胞骨架蛋白基因突变可导致遗传性疾病169

小结169

第七章　线粒体与细胞的能量转换171

第一节　线粒体的基本特征171

一、线粒体中含有众多参与能量代谢的酶系171

二、线粒体形态、数量及分布与线粒体的类型和功能状态有关171

三、线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构172

四、线粒体有自己相对独立的遗传体系173

五、线粒体靶序列引导核编码蛋白质向线粒体转运176

六、线粒体介导了某些类型的细胞死亡180

七、线粒体的起源与发生尚有争论181

第二节　细胞呼吸与能量转换182

一、细胞呼吸是细胞氧化分解物质获取能量的过程182

二、ATP是细胞能量的转换分子182

第三节　细胞的能量转换183

一、葡萄糖在细胞质中进行糖酵解183

二、三羧酸循环在线粒体基质中实现184

三、氧化磷酸化偶联是能量转换的关键185

四、电化学梯度所含能量可转换成ATP的化学能187

第四节　线粒体与人类学和医学研究189

一、疾病发生发展过程中存在线粒体变化189

二、mtDNA突变导致疾病189

三、mtDNA用于人种起源研究190

小结190

第八章　细胞核与遗传信息储存192

第一节　核膜193

一、蛋白质与脂类是核膜重要组成成分193

二、核膜是不对称的双层膜结构193

三、核膜将核质与胞质分隔并控制核质间的物质交换197

第二节　染色质200

一、DNA及组蛋白是组成染色质的主要成分200

二、间期细胞核中存在两种不同状态的染色质201

三、染色质经有序折叠包装形成染色体202

第三节　染色体204

一、中期染色体具有比较稳定的形态结构204

二、染色体稳定遗传必须具有三种主要功能序列206

三、核型分析在人类染色体疾病的诊断中发挥作用208

四、巨型染色体是一类形态特殊、体积很大的染色体208

第四节　核仁211

一、核仁的主要成分是核酸和蛋白质211

二、核仁是裸露无膜的纤维网状结构211

三、核仁结构呈现周期性动态变化212

四、核仁是rRNA合成和核糖体亚基装配的场所212

第五节　核基质214

一、核基质是充满整个核内空间的纤维蛋白网架214

二、核基质的功能涉及遗传信息的复制和表达215

第六节　细胞核的功能216

一、遗传信息的贮存和复制在细胞核中进行217

二、遗传信息的转录过程是从DNA传递给RNA218

三、损伤的DNA分子通过DNA修复系统进行修复219

第七节　细胞核与疾病221

一、细胞核异常与肿瘤的发生发展关系密切221

二、细胞核遗传物质异常可导致遗传病发生222

三、端粒异常与一些常见疾病的病因相关222

小结223

第九章　细胞内遗传信息的传递及其调控224

第一节　基因及其功能224

一、基因是负载有特定遗传信息的DNA片段224

二、“中心法则”阐明了细胞内遗传信息流225

第二节　基因转录和转录后加工226

一、转录过程需要诸多因素参与226

二、基因转录过程包括三个阶段229

三、初级转录产物经过转录后加工具有活性230

第三节　蛋白质的生物合成233

一、翻译是在mRNA指导下的蛋白质合成过程233

二、蛋白质合成过程包括五个阶段236

三、肽链合成后进行加工和输送239

第四节　基因表达信息的调控及应用242

一、基因信息表达受到严密和精确的调控242

二、转录水平的调控在基因表达中发挥重要作用243

三、翻译水平调控在基因表达中不可缺少249

四、其他几种重要的调控机制在基因表达中不容忽视250

五、基因信息表达调控在医学应用中具有重要意义252

小结254

第三篇　细胞的重要生命活动255

第十章　细胞分裂与细胞周期255

第一节　细胞分裂255

一、有丝分裂是高等真核生物细胞分裂的主要方式256

二 减数分裂是一种特殊的有丝分裂263

第二节　细胞周期及其进程267

一、细胞周期的过程包括分裂期及分裂间期两个阶段267

二、胞周期中各期主要动态变化围绕DNA复制或细胞分裂展开268

第三节　细胞周期的调控269

一、细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖激酶构成细胞周期调控系统的核心270

二、细胞周期检测点监控细胞周期的活动276

三、多种因子与细胞周期调控相关279

四、细胞周期调控的遗传基础涉及多种编码调节蛋白及酶的基因280

五、减数分裂的细胞周期调控有其自身特点281

第四节　细胞周期与医学的关系281

一、细胞周期与组织再生关系密切281

二、细胞周期异常可导致肿瘤的发生282

三、细胞周期与其他医学问题相关283

小结283

第十一章　细胞分化285

第一节　细胞分化的基本概念285

一、细胞分化贯穿于多细胞生物个体发育的全过程285

二、细胞分化具有高度的稳定性286

三、细胞分化方向由细胞决定来选择287

四、已分化的细胞在特定条件下可发生转分化和去分化288

五、细胞分化具有时空性288

六、细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应289

第二节　细胞分化的分子基础289

一、细胞分化的本质是基因组中不同基因的选择性表达289

二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录水平293

三、小RNA通过调控蛋白质基因的表达谱来决定细胞分化300

第三节　细胞分化的影响因素302

一、胞质中的细胞分化决定因子与传递方式影响细胞分化的命运302

二、胚胎细胞间相互作用协调细胞分化的方向303

三、激素是不相邻的远距离的细胞间相互作用的分化调节因子308

四、细胞分化的方向可因环境因素的影响而改变309

第四节　细胞分化的医学意义309

一、细胞分化与肿瘤发生密切相关309

二、细胞分化与再生过程密切相关311

小结313

第十二章　细胞的衰老与死亡315

第一节　细胞衰老315

一、细胞衰老与机体衰老是有一定联系的两个概念315

二、二倍体细胞在体外的增殖能力和寿命是有限的316

三、体内条件下细胞的衰老及其增殖能力与分化程度有关317

四、细胞衰老最终反映在细胞形态结构和代谢功能的改变318

五、细胞衰老机制涉及环境因素和体内因素319

六、细胞衰老会引起器官老化和老年性疾病323

第二节　细胞的死亡324

一、细胞凋亡具有重要的生物学意义324

二、细胞凋亡具有独特的形态学和生物化学特征326

三、细胞凋亡的分子机制涉及细胞外和细胞内的多种因素328

四、细胞凋亡失常会导致疾病发生332

小结333

第四篇 细胞与环境的相互作用335

第十三章　细胞连接与细胞黏附335

第一节　细胞连接335

一、封闭连接以紧密连接为结构特征335

二、锚定连接由细胞骨架参与构成337

三、间隙连接介导细胞间通讯341

第二节　细胞黏附342

一、钙黏着蛋白为钙依赖性细胞黏着蛋白344

二、选择素是能与特定糖基结合的细胞黏着蛋白345

三、介导细胞黏着的免疫球蛋白超家族346

四、整联蛋白为异源二聚体穿膜黏着蛋白348

小结351

第十四章　细胞外基质及其与细胞的相互作用353

第一节　细胞外基质的主要组分354

一、氨基聚糖和蛋白聚糖是细胞外基质的主要组分354

二、胶原与弹性蛋白是细胞外基质中两类主要的纤维蛋白组分356

三、非胶原糖蛋白是在动物界最为普遍存在和个体胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分360

第二节　基膜与整联蛋白362

一、基膜是多种组织中细胞外基质的特化结构和存在形式362

二、整联蛋白是多种细胞外基质组分的异源二聚体穿膜糖蛋白受体363

第三节　细胞外基质与细胞的相互作用364

一、细胞外基质对细胞的生物学行为具有重要影响365

二、细胞对细胞外基质具有决定性作用366

小结368

第十五章　细胞信号转导370

第一节　胞外信号370

第二节　受体371

一、受体的化学本质是蛋白质371

二、受体可分为膜受体与胞内受体371

第三节 信号转导中的蛋白质376

一、蛋白磷酸化是最常见的蛋白质翻译后修饰过程377

二、GTP结合蛋白在本质上都是GTP酶380

三、衔接体蛋白在信号转导中具有分子识别作用383

第四节　第二信使383

一、环核苷酸是最早阐明的第二信使分子383

二、甘油磷脂是第二信使的重要来源385

三、Ca2＋参与了多条信号转导通路387

四、NO以自由基形式参与信号转导388

第五节　信号的整合389

一、信号转导途径有其共同特点389

二、嗅感受器介导了对嗅觉的感知390

三、光感受器介导了视网膜对光的感知390

四、β-肾上腺素信号参与细胞的代谢调节391

五、一些信号通路直接影响基因的表达393

六、G蛋白偶联受体介导多重效应393

第六节　信号转导与医学397

一、信号转导的异常是疾病发生的重要因素397

二、信号通路是药物作用的靶点397

小结398

第五篇 干细胞与细胞工程399

第十六章 干细胞与组织的维持和再生399

第一节 干细胞基础生物学400

一、干细胞是具有自我更新与分化潜能的未分化或低分化细胞400

二、干细胞具有区别于其他类型细胞的重要生物学特征400

三、干细胞具有不同的分类方法401

四、干细胞的来源和组织类型不同决定其独特的生物学特征402

五、组织干细胞具有分化的可塑性403

六、干细胞的来源、定位和功能404

七、干细胞微环境是干细胞维持自我更新和分化潜能的重要场所405

八、干细胞生物学研究具有广阔的应用前景408

第二节　胚胎干细胞、组织干细胞和生殖干细胞409

一、胚胎干细胞具有“无限”的增殖能力和多向分化潜能409

二、组织干细胞的分化受到精密而复杂的调控410

三、生殖干细胞维持了生物种代间的延续性416

第三节 干细胞“干性”的调控机制417

一、细胞外信号分子通过调控细胞内一些重要转录因子来维持干细胞“干性”417

二、干细胞“干性”的维持有赖于细胞内复杂的协同反馈调控网络419

三、细胞外信号分子通过胞内重要的信号途径参与调控干细胞的自我更新与分化潜能419

四、表观遗传修饰参与调控干细胞的正常分化与发育422

第四节 干细胞与疾病的关系423

一、传统的肿瘤发生假说不能圆满解释肿瘤的发生机制423

二、肿瘤干细胞假说为肿瘤发生机制的认识提供了新的思路423

三、干细胞的衰老与老年疾病和退行性疾病的发生相关427

第五节　细胞重编程及诱导多能干细胞427

一、体细胞重编程为干细胞和再生医学的研究开辟了全新的领域427

二、细胞重编程的新技术具有重大的理论意义和实用价值427

第六节 干细胞的治疗应用与前景展望429

一、干细胞是组织工程较为理想的种子细胞429

二、自体来源干细胞治疗是干细胞治疗的重要发展方向430

三、干细胞在组织工程中的应用和发展430

小结430

第十七章　细胞工程432

第一节　概述432

第二节 动物细胞工程涉及的主要技术433

一、大规模细胞培养是生产生物产品的基本技术433

二、细胞核移植是获得各种克隆动物的关键技术438

三、基因转移是定向改造细胞表型的基本技术441

第三节　动物细胞工程的应用442

一、利用细胞工程生产医用蛋白质442

二、基因工程动物有非常广阔的应用前景443

三、组织工程是通过生物和工程学手段在体外构建组织和器官的技术体系443

四、细胞治疗是植入正常细胞以替代病变细胞的治疗方法445

小结446

附录　细胞生物学的主要学术组织、学术期刊、教材和网站448

汉英索引453

英汉索引465