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第一章绪论第一节细胞生物学研究的内容与现状一、细胞生物学是现在生命科学的重要基础学科。1、细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学；2、多细胞动物的生长发育是依靠细胞增殖，细胞分化与细胞凋亡来实现；3、细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学并称生命科学的四大基础学科；4、细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法。二、细胞生物学的主要研究内容1、细胞核是遗传物质DNA储存的场所，也是遗传信息进行转录的场所；2、染色质与染色体是遗传物质的载体；3、核仁是转录rRNA以及组装核糖体亚单位的具体场所；4、核孔复合体是核质之间物质交换与信息交流的结构；5广义的细胞骨架包括细胞质骨架与核骨架两大部分，核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。6、一切动植物的生长与发育都是通过细胞的增殖与分化来实现的；7、细胞分化的本质是细胞内基因选择性表达特异功能蛋白质的过程；8、细胞衰老的研究是研究人与动植物寿命的基础，细胞总体的衰老导致个体的衰老，但细胞的衰老与有机体的衰老又是不同的概念。9、细胞凋亡是由一系列基因控制并受复杂的信号调节的细胞自然死亡现象；10、细胞工程是细胞生物学与遗传学的交叉领域。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域当前细胞生物学研究的课题归纳起来包括3个根本性的问题：1、基因组在细胞内是如何在时间与空间上有序表达的？如果将一些基因放在试管内，只要条件都能满足，它们都可以完成表达。但在细胞内环境中其表达程序都将受到严格的调节与控制。这就是细胞作为结构与生命活动的基本单位的奥妙所在。细胞结构与生命活动的有序性是十分复杂的，是非线性调控过程。这种调控网络可能是迄今任何一台计算机都无法比拟的。2、基因表达的产物，主要是结构蛋白与核酸、脂质、多糖及其复合物，如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么？这又是21世纪极富挑战性的领域。我们认为它应是新兴的结构生物学的重要组成部分，生命活动很多本质问题能在这里找到答案。3、基因表达的产物，主要是大量活性因子与信号分子，是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程的？这些研究工作现在方兴未艾。当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题：1、染色体DNA与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及其调控；3、细胞信号转导的研究；4、细胞结构体系的组装。第二节细胞学与细胞生物学发展简史一、细胞的发现：胡克、列文虎克二、细胞学的建立及其意义：施莱登、施旺、三、细胞学的经典时期：原始质理论的提出、细胞分裂的研究、细胞器的发现四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展：细胞遗传学的发展、细胞生理学的研究、细胞化学\n一、细胞生物学学科的形成与发展目前细胞生物学研究的基本特点和趋势可归纳如下：1.细胞结构功能→细胞生命活动；：2.细胞中单→基因与蛋白→基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用，特别是复合体的相互作用；3.细胞信号转导途径→信号调控网络；4.体外研究→体内研究；5.静态研究→活细胞的动态研究；6.实验室研究为主→计算生物学更多地介入并与之结合；7.细胞生物学与生物学其他学科的渗透→于数、理、化及纳米科学等多学科的交叉。第二章细胞的统一性与多样性第一节细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位（一）一切有机体都由细胞组成，细胞是构成有机体的基本单位（二）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位（三）细胞是有机体生长与发育的基础（四）细胞是遗传的基本单位，细胞是具有遗传的全能性（五）没有细胞就没有完整的生命（六）关于细胞概念的一些新思考：1．细胞是物质（结构）、能量与信号过程精巧结合的综合体；2．细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系3．细胞是高度有序的，具有自组装与自组织能力的体系二、细胞的基本共性1、所有细胞都有相似的化学组成2、有脂—蛋白体系的生物膜3、DNA—RNA的遗传装置4、蛋白质合成的机器——核糖体5、一分为二的分裂方式第二节原核细胞与古核细胞一、最小最简单的细胞——支原体：细胞质膜、细胞质、DNA、核糖体、RNA、内含物二、原核细胞的两个代表——细菌与蓝藻（一）细菌细胞1、细菌细胞的核区与基因组：其具有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，结构简单，为了与真核细胞典型的核有所区别，称为核区或类核。2、细菌细胞的表面结构（1）细胞质膜（细胞膜）：是包围细菌原生质的典型生物膜，是由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的富有弹性的半透性膜。选择透过性（2）中膜体（间体或质膜体）：由细胞质膜内陷形成。（3）细胞壁：所有细胞壁都具有的共同成分是肽聚糖，是由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子结构。（4）荚膜：是位于细胞壁表面的一层松散的黏液物质。成分因不同菌种而异，主要是由葡萄糖与葡萄糖醛酸组成的聚合物，也有的含多肽与脂质。（5）鞭毛：是由一种称为鞭毛蛋白的蛋白质组成的运动器官。3、细菌细胞的核糖体：部分位于细胞质膜内侧，大部分游离于细胞中。\n1、细菌细胞核外DNA：除核区有DNA，还存在可进行自主复制的遗传因子，称为质粒，是裸露的环状DNA分子。2、细菌细胞内生孢子3、细菌的增殖：直接分裂（二）蓝藻细胞蓝藻又称蓝细胞，是原始生物，又是最简单的光能自养型生物之一。（1）中心质：在光镜下可以观察到蓝藻细胞中央部位较周围原生质明亮，是遗传物质DNA所在部位，它相当于细菌的核区，称为中心质或中心体。（2）光合片层：是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构。（3）细胞质内含物：如蓝藻淀粉、脂滴、蓝藻颗粒体、多磷酸酯体、多角体等。（4）细胞表面结构：蓝藻细胞质膜外有细胞壁和一层角质层。（5）细胞分裂：蓝藻的藻体有单细胞体、群体和丝状体。它们的繁殖主要靠细胞分裂，分裂时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。一、古核细胞（古细胞）下面我们列举一些古核细胞与真核细胞相似性的资料，说明古细胞比真核细胞更有可能是真核细胞的祖先，或者可以说明古核细胞与真核细胞曾在进化上有过共同历程：（1）细胞壁的成分：真细菌的细胞壁主要由含壁酸的肽聚糖构成，古细菌也有细胞壁，但其成分却与真核细胞一样完全不含上述成分，因此抑制壁酸合成的链霉素、抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸、抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。（2）DNA与基因结构：真核细胞的DNA含有大量的重复序列，真细菌类的细胞DNA不含重复序列，而古核细胞DNA中却有重复序列存在。此外，多数古核细胞的基因组中像真核细胞一样存在内含子，而真细菌中是不存在的内含子的。（3）核小体结构：古核细胞具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体的结构，但与真核细胞典型核小体有差异。（4）核糖体：真核细胞的核糖体为80S，含有70~84种蛋白质，大部分真细菌的核糖体为70S，含有55种蛋白质，而多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白质，介于真核细胞与真细菌之间。（5）5SrRNA：古核细胞、原核细胞与真核细胞都有5SrRNA，它们仅含约120个核苷酸。分析得古细菌与真核细胞同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5SrRNA二级结构的研究说明很多古细菌与真核生物相似。第二节真核细胞一、真核细胞的基本结构体系在亚纤维结构水平上划分为3大基本结构体系：（1）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构体系。（2）以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系。（3）由蛋白质分子组装构成的细胞骨架体系。原核细胞与真核细胞的基本差异分两部分叙述：\n1、原核细胞与真核细胞结构与功能的比较特征原核细胞真核细胞细胞质膜有（多功能性）有核膜无有染色体由一个环状DNA分子构成的单个染色体,DNA不与或很少与蛋白质结合2条染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质组成核仁无有线粒体无有内质网无有高尔基体无有溶酶体无有核糖体70S（包括50S与30S的大小亚单位）80S（包括60S与40S的大小亚单位）光合作用结构蓝藻含有叶绿素a的膜片层结构，细菌具有菌色素植物叶绿体具有叶绿素a与b核外DNA细菌具有裸露的质粒DNA线粒体DNA，叶绿素DNA细胞膜主要是氨基酸与壁酸植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶，动物细胞无细胞壁，真菌为几丁质细胞骨架无有细胞增殖(分裂)方式无丝分裂（直接分裂）以有丝分裂（间接分裂）为主2、原核细胞与真核细胞遗传装置与基因表达方式的比较特征原核细胞真核细胞DNA量（信息量）少多DNA分子数12个以上DNA分子结构环状线状基因组数1n2n，多n基因数几千几万大量“多余”的“重复”的DNA序列无有基因中的内含子无有DNA与组蛋白结合不与或与少量类组蛋白结合与5种组蛋白结合核小体—染色质—染色体无有DNA复制的明显周期性无有基因表达的调控主要以操纵子方式复杂性，多层次性转录与翻译的时空关系转录与翻译同时同地进行细胞核内转录，细胞质内翻译，严格的阶段性与区域性无有\n转录后与翻译后大分子的加工与修饰