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细胞生物学提纲生科
细胞生物学
第一章绪论
研究对象是细胞----Cell
细胞生物学：
就是从细胞的不同层次来研究生命活动基本规律的学科.
细胞的不同层次是指：
“细胞整体”、“细胞超微结构”和“分子水平”三个层次
绪论分三部分：
一、细胞生物学研究内容；二、细胞生物学发展简史；三、细胞生物学发展现状及发展前景
一、细胞生物学研究内容
首先研究细胞的形态结构,然后是细胞的功能.
显微结构：
在光学显微镜下细胞的结构
细胞的结构包括
亚显微结构：
也叫超微结构,指的是电子显微镜下细胞的结构
细胞的功能：
物质的吸收、合成与分解、增殖与分化、遗传与变异等等
二、细胞生物学发展简史
生物学发展的三个阶段：
1）19世纪以前是以形态描述为主的生物科学时期；
2）20世纪上半叶，主要为实验生物学时期；
3）从本世纪无、六十年代以来，为精细定性与定量生物学时期，这是与DNA双螺旋的发现及中心法则的建立分不开的。
细胞生物学发展的几个重要时期：
（一）细胞的发现
最早发现细胞的是：
胡克（RobertHooke）Cellar（小室）──Cell。
最早的一架显微镜是由Z.Jansen于1604年创造的，放大倍数10~30倍，又称为“跳蚤镜”；
半个多世纪之后，Hooke（胡克）创造了第一架有科研价值的显微镜，放大倍数40~140倍，并从木栓中发现蜂巢状小室──细胞，Hooke于1665年发表《显微图谱》一书。
他在这本书中描绘的“微小孔洞”被认为是细胞学史上第一个细胞模式图。
第一次观察到活细胞的是：
列文虎克（A.V.Leeuwenhoek）。
（二）细胞学说的创立和细胞学的形成
1、细胞学说的创立极其意义：
1831年，布朗（R.Brown）发现了细胞核；
1835年，杜雅丁（E.Dujardin）发现了动物细胞中的粘液质，并称其为“肉样质”（sarcode）;
1839年，蒲肯野（Purkinje）发现了植物细胞中的物质，称为“原生质”（protoplasm）;
1839年，冯.莫尔（Von.Mohl）发现了动物细胞中的“肉样质”和植物细胞中的“原生质”在性质上是一样的。
1838年，德国植物学家施莱登（M.Schleidon）提出：
所有的植物体都是由细胞组合而成的；1839年，德国动物学家施旺（Schwann）认为：
动物体也是由细胞所组成的，并肯定了一切生物体都是由细胞组成的。
二人的观点就是著名的“细胞学说”（celltheory），施莱登和施旺同时成为细胞学说的创始人。
1855年，德国病理学家魏尔肖（R.Virchow）提出：
“细胞来自细胞”。
“细胞学说”包括三个内容：
（1）细胞是多细胞生物的最小结构单位，对单细胞生物来说，一个细胞就是一个个体；
（2）多细胞生物的每一个细胞为一个代谢活动单位，执行特定的功能；
（3）细胞只能通过细胞分裂而来。
2、细胞学的经典时期
1）原生质理论的提出；2）细胞分裂的研究；3）重要细胞器的发现
1883年VonBeneden和Boveri发现了中心体；
1894年Altmann发现了线粒体；
1898年Golgi发现了高尔基体，并用他的名字来命名。
3.细胞学的形成和细胞学的分支
赫特维希（O.Hertwig）于1892年发表了《细胞与组织》的著名著作，这一著作标志着细胞学（Cytology）作为一门独立的生物学科的建立。
[Hertwig兄弟二人（O.Hertwig和R.Hertwig）]
Wilson,E.B.于1896年发表了名为《发育和遗传中的细胞》一书，（TheCellinDevelopmentandHeredity）,成为细胞学史上第一部有系统的细胞学。
1925年，这本书的第二版问世，第二版中发表了Wilson绘制的一幅细胞模式图，这幅图是细胞学史上第二个具有代表意义的细胞模式图。
（三）电镜下的细胞和细胞生物学的兴起
显微镜的分辨力（resolution）即分辨能力，分辨力取决于入射光的波长，入射光波长越短，显微镜分辨本领越高。
1933年，德国科学家Ruska（鲁斯卡）在西门子公司（Siemens）设计制造出世界上第一台电子显微镜，
Brachet,J（布拉舍）于1961年绘制了一幅细胞模式图，成为细胞学史上第三幅细胞模式图。
[Hooke（1665年）第一幅、Wilson（1925年）第二幅、Brachet（1961年）第三幅]
1953年沃森（Wstson）和克里克（Crick,F.H.）发现了DNA分子双螺旋结构。
细胞生物学（Cellbiology）提出者DeRobertis，于1965年将其原著的《普通细胞学》更名为《细胞生物学》出版，这标志着细胞生物学新学科的诞生。
细胞生物学与细胞学不同之处：
A：
深刻性；B：
综合性。
（四）现代细胞生物学与分子细胞生物学的出现
本世纪50年代，对细胞质基质的结构尚不了解，认为各种细胞器是悬浮在溶液状基质中；
60年代，电镜标本固定技术改进，人们发现基质中有微管、微丝的存在；
70年代，由于使用了高压电镜，人们看到了细胞的立体结构，又发现基质中除了有微管微微丝外，还有网架状的微梁网架，或称微梁系统。
至此，人们发现细胞质基质中具有一定秩序的立体空间结构──“细胞骨架”（cytoskeleton）
Darnell等人于1986年提出了“分子细胞生物学”的概念（molecularcellbiology）
细胞生物学主要经历了四个发展阶段：
1、细胞的发现（1665年R.Hooke;1675年Leeuwenhoke）
2、细胞学说的创立和细胞学的形成（1838年Schleidon;1839年Schwann）
3、细胞生物学的出现（1965年DeRobertis）
4、分子细胞生物学的兴起（1986年Darnell）
cell──cytology──cellbiology──molecularcellbiology
三、细胞生物学的发展现状和发展前景
生物工程一般包括四类：
遗传工程（基因工程），细胞工程，酶工程和发酵工程。
细胞工程（cellengineering）是在细胞水平上的生物工程
细胞工程最早最成功的一个例子就是单克隆抗体技术（McAb），简称单抗。
所谓单抗技术是来自一个杂交瘤细胞的细胞株所产生的抗体。
单抗技术的发明人为英国免疫学家Milstein和当时还是博士后的青年科学家Kohler，他们于1975年完成这项技术，1984年获诺贝尔医学奖。
细胞生物学的另一个重要应用就是现在非常时髦的转基因动物或转基因植物研究，这项技术的根本目的在于改良生物品种性状或利用转基因生物体生产对人类有经济价值的蛋白质产品。
较早较成功的转基因动物为1982年美国四家实验市的共同的研究成果：
“超级小鼠”（supermouse）。
1997年克隆羊多莉诞生。
基础研究方面：
1985年，日本一研究组在高压电镜下观察到了DNA的三维双螺旋结构；
1986年，美国、日本又研制成功了扫描隧道显微镜，能显示出晶体表面的原子布阵。
第二．三章细胞的基本知识概要
一、细胞的基本概念
1、细胞概念
细胞一词是由罗伯特.胡克（R.Hooke）于1665年提出的。
细胞概念：
细胞是有膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，同时细胞是生命活动的基本单位。
病毒只能称为“半生命”。
原生质概念：
原生质是具有生命现象的细胞活物质，指构成细胞的全部生活物质。
原生质体（protoplast）：
由脂双层膜包围着原生质的活细胞。
也有这样说的原生质体是除去全部细胞壁的“细胞”，或是一个为脂膜所包围的裸露“细胞”。
细胞的基本构成
纤毛、鞭毛
质膜外结构
细胞细胞壁
细胞膜细胞器
原生质（体）细胞质
细胞核细胞质基质
细胞质概念：
细胞质是指细胞核与细胞膜之间的原生质。
细胞器（organelle）：
凡是在光学和电子显微镜下能够分辨出的，具有一定形态特点，执行特定功能的结构，称为细胞器。
如线粒体和叶绿体。
细胞质中除了细胞器以外的物质称为基质（cytoplasmicmatrix）。
2.细胞的基本共性
细胞进行生命活动的最基本要素：
（结构共性）
（1）一套基因组；
（2）一层细胞膜；（3）一套完整的代谢系统。
细胞中的四大类有机化合物：
（化学成分共性）
（1）糖类：
单糖：
主要作用是提供能源；
多糖：
主要作用有二：
一是作为食物贮存方式，二是参加结构组成。
（2）脂类：
细胞中脂类化合物种类较多，如脂肪、脂肪酸、磷脂、糖脂、鞘脂等，磷脂又称双性脂类。
（3）蛋白质：
氨基酸多肽链蛋白质
（4）核酸：
分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）
除了上述这四种有机物以外，细胞中还有大量的无机分子──水和无机盐等。
细胞中的水分子有两种存在形式游离水
结合水
组成细胞的最基本元素为C、H、O；其余的元素还有：
N、S、P、Ca、N、K、Fe等；
任何生物分子都离不开C、H、O；N、S等元素是组成蛋白质的主要成分；P元素在脂类分子中经常存在。
二、细胞的分类
1、细胞分类：
经典分类学动物界
植物界
1925年，Chatton把细菌、蓝藻等细胞核没有膜包围的生物称为原核生物；
60年代HansRis（H.Ris）将细胞划分为原核细胞（procaryoticcell）
真核细胞（eucaryoticcell）
原核生物：
由原核细胞构成的生物称为原核生物；
生物划分
真核生物：
由真核细胞构成的生物称为真核生物。
2.原核细胞与真核细胞的区别（书中26页有表）
原核细胞与真核细胞的差异主要有两方面结构与功能上的差异
遗传装置及基因表达方式的差异。
（１）结构上的差异
Ａ：
原核细胞没有膜包围的细胞核，而真核细胞的细胞核是有膜包围的;
Ｂ：
真核细胞有内膜系统、及内膜系统演变的细胞器，原核生物没有内膜系统；
Ｃ：
真核细胞有细胞骨架，原核细胞没有。
（２）遗传装置及基因表达调控方式的差异：
Ａ基因结构：
原核细胞ＤＮＡ环状，一个，ＤＮＡ裸露或与少量蛋白质结合；
真核细胞ＤＮＡ线状，多个，DNA与多种蛋白质结合成核小体结构。
真核细胞：
ＤＮＡ＋组蛋白核小体染色质染色体
Ｂ基因表达调控：
原核细胞：
DNA没有无用序列，均为编码序列；
真核细胞：
DNA常有无用序列，内含子（intron）与外显子（exon）相间排列
内含子为DNA中不编码蛋白质的序列
外显子为DNA中编码蛋白质的序列
基因exonintron（DNA）
转录切掉切掉（mRNA）
翻译（蛋白质）
三、原核生物（procaryoticcell）
最主要特征是没有由膜包围的细胞核，遗传物质通常集中于细胞的一个或几个区域中，这些区域与细胞质之间没有核膜隔开，所以一般把这种区域称为类核（nucleoid）又称拟核。
原核细胞主要形态特征：
1、细胞膜：
单位膜，约10nm厚，暗─亮─暗形式,没有内膜系统。
2、类核：
遗传物质集中区域，为一裸露环状DNA分子。
3、细胞质：
没有内膜系统、细胞器（核糖体除外）。
4、细胞壁：
肽聚糖等成分构成
四、真核细胞（eucaryoticcell）
（一）电镜下真核细胞结构：
1、质膜：
即细胞膜,为暗─明─暗三层结构的单位膜。
2、细胞核：
a.核膜：
双层核膜
b.遗传物质：
ＤＮＡ＋组蛋白核小体染色质染色体
c.核仁：
一或多个核仁
d.核质：
核基质，内有核骨架。
3、细胞质：
有各种细胞器
4、细胞壁：
由纤维素组成。
（二）真核细胞的三大结构体系：
1、生物膜系统：
以磷脂和镶嵌蛋白质构成的膜系统
2、遗传信息表达结构系统：
DNA─prRNA─pr；
信息表达包括DNA复制、转录与蛋白质翻译
3、细胞骨架体系：
（celluarskeletonsystem）
微管、微丝及微梁系统等构成的网架系统，细胞骨架又分为胞质骨架与核骨架。
（三）动、植物细胞比较
植物细胞中的叶绿体、液泡及细胞壁是动物细胞所没有的
五、细胞的形状和大小
1、细胞的形状
红血细胞为双面凹的圆盘状，表面积大，有利于O2和CO2交换；
神经细胞具有传导作用，有很长的突起；
保卫细胞，呈半圆形，两个半月形细胞围城一个气孔。
2、细胞的大小
A生物体各种细胞体积差别很大
B细胞的大小与生物体体积无关，即“细胞体积的守恒定律”
C细胞体积的极限问题：
细胞不可以无限制的小或者无限制的大
六、病毒
1、病毒分类：
按宿主分为：
动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）
按核酸类型分为：
DNA病毒和RNA病毒
病毒大多由核酸芯子外包以蛋白质外壳组成。
有的病毒只由核酸构成，没有蛋白质外壳，称为类病毒（viroid），
只由蛋白质构成的病毒，这种蛋白质具感染能力，被命名为朊病毒（prion）。
据此，病毒又分为：
真病毒、类病毒和朊病毒三大类。
2、病毒生活周期
病毒的增殖又称复制，必须利用宿主代谢系统进行
第四章质膜和细胞表面
第一节质膜的分子结构
（一）质膜的结构模型：
1、双分子片层模型（Bimolecularleafletmodel），2、单位膜模型（Unitmembranemodel），3、流动镶嵌模型。
（液晶模型和板块模型）
（二）膜流动性的控制因素：
1、膜脂类的流动性（Fluidity）:
对分子本身而言：
A构象变化，B侧向移动，C分子旋转，D尾部摆动，E倒翻（Flip-flop）。
对整个膜而言：
A脂肪酸链的饱和程度，B脂肪酸链的长度，C胆固醇/磷脂，D卵磷脂/鞘磷脂，E蛋白含量。
2、蛋白的运动性（proteinmobility）
第二节细胞连接（CellJunction）
（一）紧密连接（TightJunction）
（二）黏和连接（中间连接）（Adherensjunction）
（三）隔状连接（Septatejunction）
（四）桥粒（desmosome）
（五）缝隙连接Gapjunction）：
1、功能：
（1）细胞分化；
（2）协调代谢，例证：
缺陷型细胞-不能利用次黄嘌呤合成核酸，野生型则能，两者混合培养后均能。
（3）传递电兴奋，实验：
脑发育中，神经细胞未产生时靠此连接传递电兴奋。
（六）胞间连丝（Plasmodesmata），（图4-44），连丝小管（内质网衍生物），中央棒（电子密度深的线）
第三节质膜的特化结构
（一）微绒毛（Microvilli），结构：
（图4-47），功能：
扩大表面积，其类似结构：
微刺和丝足
（二）褶皱（Ruffle）-细胞表面的扁形突起，与吞饮有关
（三）圆泡（Bleb）——细胞表面泡状突起，多出现在M和G1期，微绒毛、圆泡在细胞周期中的变化：
M晚期、G1期——S期————G2——M期
圆泡多表面平滑微绒毛逐渐增多
（四）内褶（Infolding）：
向内扩大表面积。
（五）纤毛和鞭毛（Cilia,Flagella）（细胞骨架一章中讲）
第五章质膜与物质运输
一．膜泡运输（Transportbyvesicleformation）：
内吞作用（Endocytosis），外排作用（Exocytosis），两者总称为吞排作用（Cytosis）。
（一）膜泡运输的类型：
吞噬作用（Phagocytosis）。
胞饮作用（Pinocytosis）。
穿胞运输。
陷穴小泡胞饮（Caveolae）—（有被小泡）表面覆盖陷穴蛋白（Caveolin），功能是钙运输和信号转导。
胞内膜泡运输—过度性小泡（图4-53），沿微管进行（后述）。
（二）受体介导内吞（Receptor-mediatedendocytosis）：
1、定义：
2、内吞过程（图4-57），参与此过程的两种蛋白：
成笼蛋白（Clathrin）和衔接蛋白（Adaptin）。
3、例据：
胆固醇的吸收（图4-58），低密度脂蛋白（Low-densitylipoprotein）
二．跨膜（穿膜）运输（Transmembranetransport）
（一）、物质穿膜的特点：
1、通透性和通透系数，2、影响物质通透性的因素。
（二）、物质穿膜运输的类型（图4-62）：
被动运输（Passivetransport）和主动运输（activetransport）；参与物质穿膜运输的蛋白：
载体蛋白（Carrierprotein）和通道蛋白（Channelprotein）。
1、简单扩散（Simplediffusion）；2、协助扩散；3、主动运输（图4-63）。
（三）、离子泵：
Na+-K+泵;（图4-64），钙泵
第五章细胞外基质（Extracellularmatrix）
*定义：
细胞外基质
*与细胞外被的不同之处
第一节细胞外基质的组分
凝胶样基质：
成分-多糖：
糖胺聚糖、蛋白聚糖
细胞外基质结构作用：
胶原、弹性蛋白
纤维网架：
成分—纤维蛋白
粘合作用：
纤连蛋白、层黏连蛋白
一．多糖的结构与功能
（一）、糖胺聚糖：
透明质酸、硫酸软骨素和硫酸皮肤素、硫酸类肝素和肝素、硫酸角质素。
（透明质酸的作用：
抵御压力、填充物的作用、润滑作用、伤口愈合等）
（二）、蛋白聚糖—除透明质酸外的糖胺聚糖与蛋白共价结合形成的高分子复合物。
（图5-4）。
蛋白聚糖功能：
1、渗滤作用；
2、细胞间化学信号传递
3、调节分泌蛋白的活性
4、细胞表面的辅助受体
二．纤维蛋白
（一）、胶原（Collagen）（图5-19）
（二）、弹性蛋白（图5-9）：
作用—使组织具有弹性。
（三）、起粘合作用的纤维蛋白
1、纤连蛋白（Fibronectin（图5-12）——糖蛋白。
与细胞结合的RGD序列。
其功能：
（1）介导细胞与其它细胞外基质结合。
（2）对细胞迁移具有导向作用。
2、层粘连蛋白（Laminin）（5-18）—为基膜的主要成分。
3、基膜（BasalLaminae）的分子结构和功能：
（1）结构见图5-19）；
（2）功能——A：
上皮与结缔组织之间的结构连接。
B：
分子筛滤作用。
C细胞筛选作用。
D：
组织再生。
E细胞导游
三．细胞外基质与膜整联（连）蛋白的相互作用
（一）、膜整联（连）蛋白（Integrin）的分子结构（5-24和25）
（二）、膜整联（连）蛋白的功能：
1、细胞外基质与细胞骨架连接的桥梁
2、激活细胞反应
3、激活细胞内的信号转导途径
第二节植物细胞壁
主要成分：
纤维素。
图5-29
第三节细菌的细胞壁
主要成分：
N-乙酰胞壁酸（NAM）；N-乙酰葡糖胺（NAG）
第六章内质网和核糖体
*概念：
1、胞质溶质；2、内膜系统（Endomembranesystem）；3、半自主性细胞器。
第一节细胞质溶质
一．成分—四大类物质
二．功能—四方面：
1．中间代谢反应的进行。
2．大分子的定位。
3．蛋白的修饰和选择性降解。
4．维持细胞内环境（PH、离子环境）的稳定性。
第二节内质网（EndoplasmicReticulum）
一．内质网的结构（见图3-3和6-8）
粗面内质网（RoughEndoplasmicReticulum）—RER，滑面内质网（SmothEndoplasmicReticulum）—SER。
二、化学成分：
磷脂+蛋白质
1、NADH—cytC，2、NADH—cytb5（两种电子传递系统），SER有cytP450
三、内质网的功能：
1．RER的功能：
（1）进行蛋白合成；
（2）膜生成；（3）物质运输—与膜结合为膜蛋白（图6-14），运到膜外的为分泌蛋白。
（4）改造蛋白—糖基化（图6-12）；蛋白的羟基化；（5）贮积钙离子
2．SER的功能：
（1）合成脂类；
（2）解毒；（3）利用肝糖原（图6-15）
四、内质网的特化类型—髓样小体，环孔片层，肌质网。
五、内质网的来源：
细胞分裂时ER大体上平分为二，然后进行扩增。
第二节核糖体（Ribosome）
一、结构：
直径一般为15-20nm（图6-19、6-21、6-22）
二、化学组分（图6-23）
三、功能（蛋白合成一章中讲）
第七章高尔基复合体（GolgiComplexorApparatus）
高尔基复合体的形态结构：
具有极性，靠细胞核的面—形成面（FormingFace,cis顺面），远离核的面—成熟面（MaturingFace,trans反面），每一个扁囊称为高尔基潴泡（池）。
一、高尔基复合体的成分：
1、组成：
60%左右的蛋白（酶），40%的脂类（磷脂和胆固醇），菲律宾素专一性与胆固醇结合，可研究其在膜上的分布。
2、高尔基复合体的分区化：
顺面潴泡（CisCisternae），中间潴泡（MedialCisternae），反面潴泡（TransCisternae）。
各区在成分、厚度上具有极性，此极性与高尔基复合体的功能有关。
3、四种标志性细胞化学反应区：
（1）嗜锇区—顺面1-2潴泡；
（2）NADP酶—中间潴泡；（3）胞嘧啶单核苷酸酶—靠近反面；（4）硫胺素焦磷酸酶（TPP）—反面1-2潴泡
二、高尔基复合体的功能
1．形成和包装分泌物
2．糖基化（glycosidation）
3．改造蛋白质胰岛素（Insulin）加工
4．胞内膜泡运输
5．膜转化（膜成熟）
三、高尔基复合体的来源：
来自内质网或核膜.
第八章溶酶体和微体（LysosomeandMicrobody）
一．溶酶体的特性
大小—0.5微米左右，小泡状，含60多种酶，多为水解酶，最适PH3.5-5.5。
溶酶体定义—由单层膜包围的含有多种酸性水解酶的异质性囊泡状细胞器。
二．溶酶体与内吞作用
1．动物细胞中的溶酶体：
普遍存在。
初级溶酶体—最初形成的含没膜小泡（Primarylysosome）。
内吞小泡+初级溶酶体次级溶酶体（Secondarylysosome）；根据内含物的不同将次级溶酶体分三类或三级：
（1）异噬小体；
（2）自噬小体；（3）残余小体
2．植物细胞中的溶酶体：
功能不专一，名称不同，如液泡，造粉体。
3．细菌中无溶酶体，酸性水解酶存在于质周隙（Periplasmicspace），细菌感染宿主时先放出水解酶破坏宿主细胞。
三．内体与膜的再循环（Endosome）
1．膜循环的过程：
典型例子是LDL的内吞与膜循环。
2．内体的作用：
内体—PH在5.0左右的酸性膜小泡，与内吞小泡融合后使其PH降至6左右，有利于受体与配体的脱离。
四．溶酶体的功能：
归纳为6方面
1．细胞内消化
2．
消除衰老的细胞器
3．在发育中的作用
4．在受精中的作用顶体
5．防御：
白血球中的颗粒
6．种子发芽
五．溶酶体与疾病的关系：
肺结核；矽肺；贮积病；类风湿病。
六．溶酶体的来源：
来自高尔基复合体，并能分拣各种不同类型的膜小泡。
七．微体—由单层膜包围的含有氧化酶、过氧化物酶、或过氧化氢酶的细胞器。
（微粒体—内质网破碎时的小泡）。
1．过氧化物酶体，动物、植物细胞中均有。
2．乙醛酸循环体，仅存在于植物细胞中。
3．微体的发生：
来自内质网。
溶酶体与微体的区别：
溶酶体微体
1、含有酸性水解酶不含有酸性水解酶
2
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