细胞生物学课程教学大纲.docx

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细胞生物学课程教学大纲

《细胞生物学》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：

250469

课程名称：

细胞生物学

英文名称：

CellBiology

课程类别：

专业基础课

学时：

90

学　　分：

4.0

适用对象:

生物科学专业本科生

考核方式：

考试，平时成绩占总成绩的30％

先修课程：

生物化学、微生物生物学、有机化学、普通物理学等

二、课程简介

　　细胞生物学是主要基础学科，是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。

细胞生物学将细胞看作是生命活动的基本单位，在三个不同水平上把组成、结构和功能结合起来，以动态的观点来探索细胞的各种生命活动的具体反应过程。

结合分子生物学、生物化学和医学遗传学等学科，通过对细胞生物学的深入研究，可以更加精确地了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象。

BriefintroductiontothecourseofCellBiology

CellBiologyisoneofthemostimportantfundamentaldisciplinesinthefieldoflifesciences,andisadisciplinetoexaminelifeactivitiesofthecellatthemicro,sub-micro,super-microandmolecularlevels.Thediversifiedreactionsduringlifeactivitiesofthecellisinvestigatedconcretelywithadynamicpointofconstituent,structuralandfunctionalviewssimultaneouslyinthecourseofCellBiology.TheCellBiologydisciplineisstudiedintegratedwiththedisciplinesofMolecularBiology,BiochemistryandMedicalGenetics,withtheaimtogetfurtherknowledgeofbasiclifephenomenaaccurately,includinggrowth,development,differentiation,reproduction,movement,heredityandvariation,senescenceanddeathoforganism.

三、课程性质与教学目的

课程性质：

细胞生物学是研究细胞生命活动规律的一门科学,细胞是生命的结构和功能单位，也是遗传和变异的单位。

有机体的一切病理现象都是细胞病理反应的结果,所以一切生命现象都可从细胞中得到解答。

现代分子生物学理论和技术的发展,科学家们开始在分子水平上逐步揭示细胞生命活动规律,并开始研究组织内和组织间细胞的相互关系和分子关联,这是现代细胞生物学的主要特点。

细胞生物学作为基础课，既有理论教学，又有实验教学，教学内容量大面广，对学生的知识、能力和素质具有直接和长远的影响。

教学内容要反映科学的发展，细胞生物学发展日新月异，新内容层出不穷。

因此，我们本着“实、宽、新、活”的原则，要求学生牢固掌握细胞的基本结构和功能及各细胞器间的关系的基本知识，并且能够掌握和了解细胞生物学的热点课题的现状和未来的发展趋势，包括生命信息流和细胞信息网络的研究、信号传递与细胞识别、蛋白质的加工、折叠与分选、发育的分子机制及遗传控制、细胞增殖、调控与编程死亡等。

教学目点：

通过细胞生物学课程的学习，掌握课程的基本原理、内容体系相关的研究手段以及细胞生物学在生命科学中的地位和应用，同时了解相关的参考文献和网站，既具有扎实的细胞生物学基础知识，又具有自己获取知识的能力，重在素质培养。

四、教学内容及要求

第一章绪论

（一）目的与要求

1．掌握本学科的研究对象及内容；

2．了解本学科的来龙去脉（发展史及发展前景）；

3．掌握与本学科有关的重大事件和名词。

（二）教学内容

第一节　细胞生物学研究内容与现状

1．主要内容

（1）细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。

（2）生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题

（3）细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要性。

（4）细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径。

（5）细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。

（6）细胞衰老、凋亡及寿命问题。

（7）细胞的起源与进化。

（8）细胞工程改造利用细胞的技术。

生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。

目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。

2．基本概念和知识点

（1）细胞学（Cytology）：

是研究细胞的结构、功能和生活史的科学

（2）细胞生物学（CellBiology）：

运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。

3．问题与应用（能力要求）

（1）染色体DNA与蛋白质相互作用关系；

（2）细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控；

（3）细胞信号转导的研究；

（4）细胞结构体系的装配。

第二节　细胞生物学发展简史

1．主要内容

（1）细胞学创立时期19世纪以及更前的时期（1665—1875），是以形态描述为主的生物科学时期；

（2）细胞学经典时期20世纪前半世纪（1875—1900），主要是实验细胞学时期；

（3）实验细胞学时期（1900—1953）；

（4）分子细胞学时期（1953至今）。

总过程概括为：

细胞发现→细胞学说建立→细胞学形成→细胞生物学的发展

2．基本概念和知识点

（1）细胞的发现（discoveryofcell）

（2）细胞学说的建立及其意义（Thecelltheory）

1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文（BeitragezurPhytogenesis）.

1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。

　　1细胞是生物体的基本结构单位（单细胞生物，一个细胞就是一个个体）；

　2细胞是生物体最基本的代谢功能单位（动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；

　　3细胞只能通过细胞分裂而来。

3．问题与应用（能力要求）

（1）细胞学的诞生（细胞学的经典时期和实验细胞学时期）

（2）细胞生物学的兴起

（3）分子细胞生物学

（三）课后练习

细胞生物学的主要研究内容

（四）教学方法与手段

讲授法

第二章细胞基本知识概要

（一）目的与要求

1.掌握有关细胞的几个概念（细胞、原生质、细胞器等）和几个问题；

2.了解细胞的共同特征；各种化学成分在细胞中的造形等；

3.真、原核细胞的一般结构特点。

（二）教学内容

第一节　细胞的基本概念

1.主要内容

（1）细胞是生命活动的基本单位

（2）细胞概念的一些新思考

（3）细胞的基本共性

2.基本概念和知识点

（1）细胞：

细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。

（2）原生质（Protoplasm）：

指细胞内所含有的生活物质（构成细胞的生活物质），真核细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。

（3）（细胞质（Cytoplasm），指质膜以内核以外的原生质。

它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器（Organelle），另一部分是可溶相，称细胞质基质（Cytoplasmicmiatrix）。

（4）细胞器（Organelle）：

指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。

（5）细胞质基质（Gytoplasmicmatrix），是细胞质的可溶相，是作为细胞器的环境而存在的。

（6）细胞核（nucleus）：

遗传物质的集中区域，在原核生物细胞称拟核（nucleoid）或类核区。

3.问题与应用（能力要求）

（1）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。

（2）所有的细胞都有两种核酸：

即DNA与RNA，作为遗传信息复制与转录的载体。

而非细胞形态生命体病毒只有一种核酸，即DNA或RNA作为遗传信息的载体。

（3）作为蛋白质合成的机器——核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内，是任何细胞（除个别非常特化的细胞）不可缺少的基本结构.

（4）所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂，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，这是生命繁衍的基础与保证。

第二节　非细胞形态的生命体——病毒

1.主要内容

（1）病毒的基本知识

（2）病毒在细胞内的增殖（复制）

（3）病毒与细胞在起源和进化中的关系

2.基本概念和知识点

病毒（virus）主要是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸—蛋白质复合体。

还有类似病毒的更简单的生命体。

类病毒（viroid）:

仅由一个有感染性的RNA构成。

沅病毒（prion）:

仅由有感染性的蛋白质构成。

病毒组成:

核酸蛋白质、脂质物质、糖复合物、聚胺类化合物

　　　　　每个病毒仅含有一个核酸分子，即一个DNA分子或一个RNA分子，

DNA病毒：

双链DNA/单链DNA

RNA病毒：

单链RNA/双链RNA

3.问题与应用（能力要求）

目前存在3种主要观点：

·生物大分子——→病毒——→细胞

病毒

·生物大分子———→〈

细胞

·生物大分子细胞——→病毒

第三节原核细胞与真核细胞

1.主要内容

原核细胞（Prokaryoticcell）具有两大特点：

（1）遗传信息量少（仅有一个环状DNA）

（2）无膜围细胞器及核膜

2.基本概念和知识点

（1）最小、最简单的细胞——支原体（mycoplasma）

为何说支原体是最小的细胞？

（2）原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻

细菌（bacteria，bacterium）主要来自对大肠杆菌（E.coli）的研究。

细菌是原核细胞的典型代表，特点是：

无典型的细胞核，有细胞壁，细胞质中除核糖体外无其它细胞器。

3.问题与应用（能力要求）

蓝藻（Blue-greenalgae）又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不一定都是兰色．

第四节真核细胞基本知识概要

1.主要内容

（1）真核细胞的基本结构体系

（2）细胞的大小及其分析

（3）细胞形态结构与功能的关系

（4）细胞的化学成分及在原生质中的造形

2.基本概念和知识点

膜系统：

主要以脂蛋白构成，包括细胞膜、核膜，以及一系列细胞器膜。

颗粒系统：

由蛋白质或核蛋白组成，如存在于线粒体内膜上的基本颗粒（F因子），亦称内膜亚单位（innermembranesubunits）和核糖核蛋白体，分别是氧化磷酸化和合成蛋白质的场所。

纤维系统：

由蛋白质和核酸组成。

3.问题与应用（能力要求）

生物膜系统以脂质及蛋白质成分为基础构建而成。

遗传信息表达结构系统以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。

细胞骨架系统由特异蛋白质分子装配而成。

综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区别可归纳为下面两条：

第一，细胞膜系统的分化与演变

真核细胞以膜分化为基础，分化为结构更精细，功能更专一的单位——各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。

而原核细胞无此情况。

第二，遗传信息量大与遗传装置的复杂化

真核细胞的遗传信息可达上万个基因，并具重复序列，染色体功能具二倍性或多倍性。

原核细胞为单倍性。

仅为一条环状DNA分子，细菌只有几千个基因。

（三）课后练习

1.细胞生物学的发展与理论和技术的关系？

2.细胞生物学在生物学研究中的地位。

（四）教学方法与手段

利用课件结合板书首先介绍细胞的基本概念，然后结合生活、生产中的大量实际案例，介绍细胞学的发展过程，着重说明细胞生物学是在科学和技术的逐渐进步的基础上发展起来的。

在后阶段课程，引导学生讨论：

细胞生物学在生产和医学实践中已经取得了哪些伟大成就？

细胞生物学的发展方向是什么？

在课堂讨论过程中不断引入新的疑念（知识点）。

通过比较的方法使同学掌握不同细胞的特点，以及初步了解细胞结构与功能的关系。

第三章　细胞生物学研究方法

（一）目的与要求

1.了解主要工具和常用方法，侧重掌握基本原理和基本应用

2.认识工具和方法与学科发展的相关性。

（二）教学内容

第一节　细胞形态结构的观察方法

1.主要内容

（1）光学显微镜技术

（2）电子显微镜技术

2.基本概念和知识点

（1）普通复式光学显微镜技术

（2）荧光显微镜（fluorescencemicroscope）

（3）暗视野显微镜（darkfieldmicroscope）

（4）相差显微镜（phasecontrastmicroscope）

（5）激光共焦点扫描显微镜

3.问题与应用（能力要求）

电镜与光镜区别、电镜样品制备技术

第二节细胞组分的分析方法

1.主要内容

（1）超速离心技术分离细胞（组分）及生物大分子

（2）细胞化学技术

（3）细胞内特异核酸序列的定位与定性

（4）电镜放射自显影技术

（5）定量细胞化学分析技术

2.基本概念和知识点

（1）制备离心（preparativecentrifuge）分离和纯化亚细胞成分和大分子，目的是制备样品。

差速离心法：

是最常用的方法，根据不同离心速度所产生的不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。

（2）分析离心（analyticalcentrifuge）分析和测定制剂中纯的大分子的种类和性质，如浮力密度和分子量、生物大分子的构象变化、分析样品的纯度等。

此工作必须是在制备离心的基础上进行。

3.问题与应用（能力要求）

（1）组织化学和细胞化学法

基本原理：

利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而显示出一定的颜色，进行定性和定位研究的方法。

（2）免疫细胞化学法（特异蛋白抗原的定位与定性）

基本原理：

此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。

是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。

抗体的标记：

抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。

（3）核酸分子杂交技术（moleculargbridizationtechnique）

（特异核酸的定性定位）

概念两条具有互补核酸顺序的单链核酸分子片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。

印迹杂交（blothybridization）

用已知的带有标记的特定核酸分子（或抗体、蛋白质分子）作为探针，与通过印迹被转移的核酸分子（或抗原、蛋白质分子）片段杂交的过程。

（a）Southernblotting（DNA印迹法）将分离的DNA片段通过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上，用DNA探针与之杂交的过程。

是以发明此项技术的人名命名的（E?

M?

Southern）。

是体外分析特异DNA序列的方法。

（b）RNA印迹术（Northernblotting）

（c）蛋白质印迹术（Westernblotting）

（d）Easternblotting（Westernblotting的变形）当用凝胶进行抗原抗体反应，再进行印迹的方法）。

（e）DNA与蛋白质的体外吸附技术（Southwesternblotting）结合了Western印迹与southern印迹两种实验方法的特点而设计的一种检测序列特异性DNA结合蛋白的实验方法（翟P51）。

（f）原位杂交（Insituhybridization）用已知的带有标记的特定核酸分子作为探针，来测定与之成互补关系的染色体DNA区段的位置。

第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术

1.主要内容

（1）细胞培养

（2）细胞工程

2.基本概念和知识点

（1）“全能性”—指生物体的每一生活细胞，处于适当条件下，都具有进行独立生长发育，并形成一个完整生物个体的能力。

（2）细胞工程概念应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术，按人们的预定设计蓝图有计划的保存、改变和创造细胞遗传物质，以产生新的物种和品系，或大规模培养组织细胞以获得生物产品。

该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了基因重组的新途径，不需分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将遗传物质直接转入受体细胞，就可形成杂交细胞。

3.问题与应用（能力要求）

（1）动物细胞培养

（2）植物细胞的培养包括单倍体细胞的培养和原生质体培养

（a）单倍体细胞的培养

（b）原生质体培养

（c）植物细胞杂交（融合）

（3）主要技术领域：

细胞（组织、器官）培养：

invivo在体、活体、生物体内

invitro离体、生物体外

细胞融合（体细胞杂交、细胞并合）

细胞拆合（细胞质工程、细胞器移植）

染色体（组）工程

繁殖生物学技术（胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体）

组分移植技术将细胞的组分（核、质、染色体、甚至基因）直接移植到另一个细胞中去的技术

（三）课后练习

1.显微镜的放大倍数是否是无限的？

2.电子显微镜为何能观察细微的结构？

（四）教学方法与手段

对学生显示不同的观察结果（照片）来引入不同显微镜的概念，随后介绍电子显微镜。

注意引导学生在细胞生物学研究中，仅靠观察是不够的，还要结合细胞器分离、生化手段、培养技术、分子生物学技术等。

第四章细胞膜与细胞表面

（一）目的与要求

1.掌握质膜的分子模型

2.了解流动镶嵌模型的主要特点

3.掌握细胞连接的方式和特点

（二）教学内容

第一节　细胞膜与细胞表面的特化结构

1.主要内容

（1）细胞膜的结构模型

（2）质膜的化学组成

（3）质膜的功能

（4）骨架与细胞表面的特化结构

2.基本概念和知识点

（1）细胞膜（Cellmembrane）指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。

是所有细胞共有的包被（原生质，细胞质）的一层膜。

又有原生质膜（Plasmalemma）之称，通常简称质膜（Plasmamembrane）。

（2）膜骨架（membraneassociatedcytoskeleton）

指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理机能。

早期有人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。

3.问题与应用（能力要求）

质膜与外界环境隔离开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种重要功能，概括为：

物质运输，能量转换，信息传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。

第二节细胞连接

1.主要内容

（1）封闭连接

（2）锚定连接

（3）通讯连接

2.基本概念和知识点

（1）紧密连接（tightjunction）为典型的封闭连接，又称结合小带或封闭小带（zonulaoceludens），是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连接方式，中间无空隙，并且两质膜外表面互相融合，所以电镜下观察呈三暗夹两明的五层结构。

（2）锚定连接：

通过这种连接方式将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚挺、有序的细胞群体。

3.问题与应用（能力要求）

○1桥粒（desmosme，maculaeadherens）指相邻细胞间形成的“钮扣”样结构，联结处约有30nm的间隙，间隙充满丝状的粘多糖性物质，其中有一层电子密度较高的接触层，或称中央层（桥粒蛋白）将间隙等分为二。

○2半桥粒：

位于表皮基细胞与基膜接触的一面，由于相对应的为基膜而不是细胞，因而称半桥粒（hemidesmosome）。

○3粘着带介于紧密连接与桥粒之间，亦称为中间连接。

是相邻细胞间有较宽（15~20nm）间隙的一种联结方式。

○4粘着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。

如贴壁细胞的贴壁行为，通过粘着斑贴在瓶壁上。

第三节　细胞外被与细胞外基质

1.主要内容

（1）细胞外被（Cellcoat）

（2）细胞外基质（extracellularmatrix）

2.基本概念和知识点

（1）细胞外被（Cellcoat）又称糖萼（glgcocalyx），指由细胞产生的、与细胞膜外表面联系密切的粘多糖类物质。

由于它林立在细胞表面，与质膜中蛋白质和脂类结合，故可认为它是质膜的组成部分，但有其独立性。

有人将细胞外被与质膜比喻成“毛”与“皮”的关系。

（2）细胞外基质（extracellularmatrix）分布于细胞外空间（如细胞之间或细胞表面），由细胞分泌的蛋白和多糖构成的网络结构。

3.问题与应用（能力要求）

细胞外基质与膜关系不密切，功能在于：

○1细胞间粘着；○2保护作用；○3维持细胞外环境（调节细胞周围的物质浓度）；○4过滤作用等等。

在形态发生中作用重大，包括：

细胞迁移、增殖、形态变化、分化、保护、组建等。

（三）实践环节与课后练习

1.膜为何有流动性？

2.物质是如何穿透细胞膜的？

3.细胞如何控制物质的进出？

（四）教学方法与手段

　首先介绍人工膜的特点----对带电分子和极性大分子的不透性，然后引入细胞膜上一些特殊蛋白的作用---可以转运这些物质，从而认识细胞膜的结构、特点和功能。

教学方法为PPT结合动画、实况电影等来教学。

第五章物质的跨膜运输与信号传递

（一）目的与要求

1.了解细胞信号转导的特点和过程

2.理解G蛋白偶联受体和信号转导

3.理解酶联受体信号转导

4.了解其他信号转导途径的特点和过程

（二）教学内容

第一节　物质的跨膜运输

1.主要内容

被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用

2.基本概念和知识点

被动运输（简单扩散、协助扩散）、主动运输、胞饮作用与吞噬作用、胞吐作用、受体介导的胞吞作用

3.问题与应用（能力要求）

（1）ATP直接提供能量的主动运输—离子泵

（2）间接利用ATP的主动运输——伴随运输

　　　（3）基团转移

（4）物质的跨膜转运与膜电位

第二节细胞通讯与信号传递

1.主要内容

（1）细胞通讯与细胞识别

（2）通过细胞内受体介导的信号传递

（3）通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

2.基本概念和知识点

细胞通讯、细胞识别、信号通路、信号分子、受体、

3.问题与应用（能力要求）

　　　　第二信使与分子开关

（三）课后练