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细胞
“细胞学说”的基本内容
认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞
发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；
每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”
生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；
新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。
一、细胞的发现（discoveryofcell）
1665年，胡克（RobertHook，英国物理学家，英国皇家学会会员）创造了第一架有科学研究价值的显微镜。
放大倍数可达40—140倍并用其做了大量观察，将结果整理成书《显微图谱》（Micrographia）发表于1665年。
在书中描绘了他所见到的木栓是由许多蜂巢状小室排成，并称之为细胞（Cell源于拉丁文Cella，原意为空隙、小室、小房子）,是细胞学史上第一个细胞模式图。
Hooke作为世界上细胞的第一个发现和命名者。
历史上第一个观察到活细胞有机体的是谁呢？
1677年，列文虎克（AntonyVanLeeuwenhoek，1632—1723，荷兰布商，科学家）用自制显微镜看到了活细胞。
列文虎克奋斗一生，从一个布店学徒成为一名著名的学者。
他一生磨制透镜550块，组装了247架显微镜，至今世界上还保留9架，据保存在荷兰尤特莱克特大学博物馆（UniversityMuseumofUtrechet）的一架考查，放大倍数270倍，分辨力1.4μm。
他先是观察了池塘中的原生动物，又观察了人和哺乳动物的精子以及细菌等。
1677年，他将结果寄给RobertHooke，给予肯定和各方面支持。
鉴于他的卓越贡献，1680年，当选为英国皇家学会会员，1699年，授予巴黎科学院通讯院士的荣誉称号。
二、细胞学说的建立及其意义（Thecelltheory）
这一学说的创立，对当时生物学的发展起了巨大的促进和指导作用，明确了整个自然界在结构上的统一性，推进了人类对整个自然界的认识，有力促进了自然科学和哲学的进步。
恩格斯给予高度评价，把它与进化论和能量守恒定律并列为十九世纪自然科学的三大发现。
还有人将其与达尔文的进化论（1859）和孟德尔的遗传学（1865）称作现代生物学的三大基石。
实际上，可以说细胞学说又是后两者的基石。
●第二章细胞基本知识概要
●第一节细胞的基本概念
●一、细胞是生命活动的基本单位
（一）细胞是构成有机体的基本单位，一切有机体都由细胞构成（除病毒是非细胞形态的生命体外）
（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，细胞具有遗传的全能性
（五）没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开细胞）
●细胞的基本共性
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、所有的细胞都含有两种核酸：
即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。
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。
4、所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
第二节非细胞形态的生命体——病毒
一、病毒的基本知识
二、病毒在细胞内增殖（复制）
三、病毒与细胞在起源与进化中的关系
一、病毒的基本知识
病毒类病毒朊病毒
●病毒基本定义：
病毒是一类超显微的非细胞生物，
每一种病毒是有一种核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体；
它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助复制核酸、合成蛋白质等组分，然后进行装配得以繁殖；
在离体条件下，以无生命的大分子状态长期存在并保持其侵染活性。
●病毒的个体特点
●形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；
●无细胞构造；
●主要成分仅为核酸和蛋白质；
●每一种病毒只含一种核酸，DNA或RNA；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：
DNA病毒与RNA病毒
●无产能酶系，也无蛋白质合成系统；
●不存在个体的生长；
●营细胞内专性寄生；
●在离体条件下，以无生命的大分子存在。
●病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象。
病毒的生活周期可分为两个阶段：
Ø细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在；
Ø细胞内阶段，即感染阶段，在此阶段中进行复制和繁殖。
●根据寄生的宿主不同，病毒可分为：
动物病毒、植物病毒、细菌病毒（即噬菌体）
●类病毒
●没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNA分子。
●不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。
●朊病毒（蛋白质感染因子）
●仅由感染性的蛋白质亚基构成
●第三节原核细胞与古核细胞（古细菌）
●原核细胞没有核膜，DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白。
没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。
通常称为细菌（bacterium）。
●原核生物分为：
真细菌（eubacteria）和古细菌（archaeobacteria）
真细菌主要代表：
●支原体（mycoplast）——最小最简单的细胞；
●细菌
●蓝藻（蓝细菌）（Cyanobacteria）
古细菌（古核生物）（archaeon）:
它的细胞在形态上与原核细胞相似，但并不意味着它们是最古老的细胞类型。
有些分子进化特征接近真核细胞。
三、原核细胞与真核细胞的比较
结构与功能的比较
遗传结构装置和基因表达方式的比较
●原核细胞与真核细胞基本特征的比较
●原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较
第三节真核细胞（Eukaryoticcell）
三）细胞骨架系统
1、细胞骨架系统：
是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统。
分为胞质骨架和核骨架。
2、胞质骨架：
由微丝、微管与中等纤维等构成的网络体系。
3、核骨架：
包括核纤层和核基质。
●第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术
细胞培养是当前细胞生物学乃至整个生命科学研究与生物工程中最基本的实验技术。
●一、细胞培养
●
（一）动物细胞培养
●群体培养（massculture）：
将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（confluence）后形成均匀的单细胞层；
●克隆培养（clonalculture）：
培养高度稀释的细胞悬液，细胞贴壁生长，每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆。
●原代培养（primaryculture）：
即：
培养来自动物机体的细胞群。
将细胞转移到新的容器中培养称为传代或传代培养（passage），每代细胞分裂约3-6次。
●细胞株（cellstrain）：
从培养细胞中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。
保持原来染色体的二倍体数量及接触抑制行为。
●细胞系（cellline）：
原代培养细胞成功传代即为细胞系。
染色体明显改变，呈亚二倍体或非整倍体，失去接触抑制行为。
●克隆（clone）：
亦称无性系。
指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。
●细胞传代特点
●传代次数与特点：
1代10代少数50代少数、遗传突变无限
（一次危机）（二次危机）
原代细胞细胞株细胞系
保持原来染色体的二倍体数量染色体明显改变
及接触抑制行为失去接触抑制行为
容易传代培养
带有癌细胞特点
传代细胞
体外培养的细胞无论是原代培养还是传代培养一般不保持体内原有细胞的形态
大体可分两种基本形态：
成纤维样细胞
上皮样细胞
此外还有一些游走细胞（可移动）
本章内容提要
●第一节细胞形态的观察方法——显微技术
一、光学显微镜
二、电子显微镜
三、显微操作技术
●第二节生物化学与分子生物学技术
●第三节细胞分离技术
●第四节细胞培养与细胞杂交
第一节细胞形态的观察方法——显微技术
●光学显微镜：
以可见光（或紫外线）为光源。
●电子显微镜：
以电子束为光源。
光镜样本制作
样品→固定→包埋→切片→染色（如伊红和美蓝能与蛋白质结合；品红能与DNA结合
第二节细胞组分的分析方法
一、离心技术
●是分离细胞器及各种大分子基本手段。
●转速为10~25kr/min的离心机称为高速离心机。
●转速>25kr/min，离心力>89Kｇ者称为超速离心机。
●超速离心机的最高转速可达100000r/min，离心力超过500Kg。
差速离心：
分离密度不同的细胞组分
密度梯度离心：
精细组分或生物大分子的分离
（一）差速离心Differentialcentrifugation
●特点：
（1）介质密度均一；
（2）速度由低向高，逐级离心。
●用途：
分离大小相差悬殊的细胞和细胞器。
●沉降顺序：
核—线粒体——溶酶体与过氧化物酶体——内质网与高基体——核蛋白体。
●可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。
（二）密度梯度离心
●用介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过离心力场的作用使细胞和细胞成分分层、分离。
●类型：
速度沉降、等密度沉降。
●常用介质：
氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。
●分离活细胞的介质要求：
1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；2）PH中性或易调为中性；
3）浓度大时渗透压不大；4）对细胞无毒。
1、速度沉降velocitysedimentation
●用途：
分离密度相近而大小不等的细胞或细胞器。
●特点：
介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。
●原理：
介质密度梯度平缓，分离物按各自的沉降系数以不同的速度沉降而达到分离。
2.等密度沉降isopycnicsedimentation
●用途：
分离密度不等的颗粒。
●特点：
介质密度高，陡度大，介质最高密度大于被分离组分的最大密度。
力场比速率沉降法大10~100倍，需要高速或超速离心。
●原理：
样品各成分在连续梯度的介质中经过一定时间的离心则沉降到与自身密度相等的介质处，并停留在那里达到平衡，从而将不同密度的成分分离。
第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术
一、细胞培养
（一）动物细胞培养
●群体培养（massculture）：
将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（confluence）后形成均匀的单细胞层；
●克隆培养（clonalculture）：
培养高度稀释的细胞悬液，细胞贴壁生长，每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆。
●原代培养（primaryculture）：
即：
培养来自动物机体的细胞群。
将细胞转移到新的容器中培养称为传代或传代培养（passage），每代细胞分裂约3-6次。
●细胞株（cellstrain）：
从培养细胞中筛选出的具有特定性质或标志的细胞群。
保持原来染色体的二倍体数量及接触抑制行为。
●细胞系（cellline）：
原代培养细胞成功传代即为细胞系。
染色体明显改变，呈亚二倍体或非整倍体，失去接触抑制行为。
●克隆（clone）：
亦称无性系。
指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。
●传代次数与特点：
1代10代少数50代少数、遗传突变无限
（一次危机）（二次危机）
原代细胞细胞株细胞系
保持原来染色体的二倍体数量染色体明显改变
及接触抑制行为失去接触抑制行为
容易传代培养
带有癌细胞特点
传代细胞
体外培养的细胞无论是原代培养还是传代培养一般不保持体内原有细胞的形态
大体可分两种基本形态：
成纤维样细胞、上皮样细胞
此外还有一些游走细胞（可移动）
第四章细胞质膜与细胞表面
细胞质膜与细胞表面特化结构
细胞连接
细胞外被与细胞外基质
细胞膜（cellmembrane）又称质膜（plasmamembrane），是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。
细胞膜只是真核细胞生物膜的一部分，真核细胞的生物膜（biomembrane）包括细胞的内膜系统（细胞器膜和核膜）和细胞膜（cellmembrane）。
第一节细胞膜与细胞表面的特化结构
1、细胞膜的结构模型及特点
2、细胞膜的化学组成
3、骨架与细胞表面的特化结构
一、
（二）质膜的流动镶嵌模型的特点
组成成分：
主要组成成分为脂类和蛋白质，还含有少量的糖类。
不对称性：
蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。
流动性：
膜蛋白和膜脂可作各向运动。
二、细胞膜的化学组成
（一）成分
一、膜脂
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
1、磷脂是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。
磷脂为双型性分子（amphipathicmolecules）或双亲媒性分子或兼性分子。
三、膜蛋白
膜蛋白是膜功能的主要体现者。
核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。
根据与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分为：
（一）基本类型
外在（外周）膜蛋白（extrinsic/peripheralmembraneproteins）：
水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。
内在（整合）膜蛋白（intrinsic/integralmembraneproteins）。
水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂（detergent）使膜崩解后才可分离。
脂质锚定蛋白（lipid-anchoredproteins）通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。
●四、膜的流动性
●
（一）膜脂的流动性
利用细胞融合技术观察蛋白质运动
●三）光脱色恢复技术
●研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。
●用荧光素标记膜蛋白或脂膜然后用激光束照射细胞表面某一区域，使被照射区域的荧光淬灭变暗。
根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度
用光脱色恢复技术观察蛋白质运动
五、膜的不对称性
质膜的内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性。
膜脂、膜蛋白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两层的流动性不同。
（二）膜脂与糖脂的不对称性
（三）膜蛋白与糖蛋白的不对称性
六、细胞膜的功能
为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;
选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排除,其中伴随着能量的传递;
提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;
为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;
介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;
质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
七、膜骨架与细胞表面的特化结构
细胞表面的特化结构是为适应某种环境而形成的特殊表面结构，如：
膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等，分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。
（一）膜骨架
膜骨架指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构（meshwork），它参与维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。
它的特点是粘质性高，有较强的抗拉能力。
（二）红细胞的生物学特性
哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜系统，细胞膜既有良好的弹性又有较高的强度，并且细胞膜和膜骨架的蛋白比较容易纯化、分析。
红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物释放，留下一个保持原形的壳，称为血影。
因此，是研究膜骨架的理想材料。
第五章跨膜运输与信号传递
第一节物质的跨膜运输
一、被动运输二、主动运输
三、胞吞作用与胞吐作用
细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：
载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白。
载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter），有的需要能量驱动，如：
各类APT驱动的离子泵；有的则不需要能量，如：
缬氨酶素。
通道蛋白能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。
一、被动运输
特点：
1、顺浓度梯度2、动力来自物质的浓度梯度,不消耗ATP
3、根据需不需要膜蛋白的帮助,被动运输又可分为:
简单扩散协助扩散
（一）简单扩散
•也叫自由扩散（freediffusion）特点：
①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；
2不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。
•人工膜对各类物质的通透率：
•脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；
•非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂层，但速度较慢；
•小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；
•人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。
水分子不溶于脂,并具有极性,理应不能自由通过质膜,但实际却是很容易通过膜。
原因可能是:
水分子非常小，可通过由于膜脂运动而产生的间隙
（二）协助扩散也称促进扩散（facilitateddiffusion）。
⏹特点：
①比自由扩散转运速率高；②运输速率同物质浓度成非线性关系；③特异性；饱和性。
④运输作用受抑制剂的抑制。
载体：
离子载体和通道蛋白两种类型。
二、主动运输
主动运输的特点是：
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③都有载体蛋白。
•主动运输所需的能量来源主要有：
①协同运输中的离子梯度动力；
②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；③光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。
（一）由ATP直接提供能量的主动运输------钠钾泵
•构成：
由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。
•又称Na+泵、Na+/K+交换泵、Na+-K+ATP酶；
工作原理
Na+-K+ATP酶磷酸化和去磷酸化→构象改变→→→与Na+、K+的亲和力发生变化。
工作原理：
•Na++酶（膜内侧）-----磷酸化（对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高）
-----构象改变----与Na+结合的部位转向膜外侧（膜外侧释放Na+、而与K+结合）
•K++磷酸化酶（膜外侧）-----去磷酸化（Na+的亲和力高，对K+的亲和力低）
----构象恢复原状对----与K+结合的部位转向膜内侧（使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。
）
结果:
每一循环：
消耗1个ATP、运出3个Na+、转进2个K+
•钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象变化），所以这类离子泵叫做P-type。
•Na+-K+泵的作用：
①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境；
•③维持细胞的静息电位。
•地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。
第二节细胞通讯与信号传递
本节主要内容
•一、细胞通讯与细胞识别
•二、胞内受体介导的信号传导
•三、膜表面受体介导的信号转导
•四、由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
•五、细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息
一、细胞通讯与细胞识别
（一）细胞通讯（cellcommunication）
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。
细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长和分裂是必须的。
1、胞间通信的主要类型
三种主要方式：
细胞间隙连接、膜表面分子接触通讯、化学通讯
•① 细胞间隙连接
•两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。
连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。
允许小分子物质如Ca2+、cAMP（环腺苷酸）通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联现象（电紧张突触）。
② 膜表面分子接触通讯
即细胞识别（cellrecognition）。
如：
精子和卵子之间的识别，T与B淋巴细胞间的识别。
③ 化学通讯
细胞分泌一些化学物质（如激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能，可分为4类。
•内分泌（endocrine）：
内分泌激素随血液循环输至全身，作用于靶细胞。
特点：
①低浓度10-8-10-12M，②全身性，③长时效。
•旁分泌（paracrine）：
信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。
包括：
①各类细胞因子（如表皮生长因子）；②气体信号分子（如：
NO）。
•突触信号发放：
神经递质经突触作用于特定的靶细胞。
•自分泌（autocrine）：
信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。
（二）细胞识别（cellrecognition）
●细胞识别：
膜表面分子接触通讯
细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用的过程。
其可引起胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。
●信号通路（signalingpathway）
是指细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞应答反应的系列过程。
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。
（三）细胞的信号分子与受体
1、细胞信号分子
•概念:
在细胞间或细胞内传递信息的化学分子
•其共同特点是：
①特异性：
只能与特定的受体结合；
②高效性：
几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统；
③可被灭活：
完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。
•信号分子种类：
（1）脂溶性信号分子:
（如甾类激素和甲状腺素）可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
（2）水溶性信号分子:
（如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递，所以这类信号分子又称为第一信使（primarymessenger）。
（3）气体性信号分子:
NO（nitricoxide）andCO（carbonmonoxide）
补充内容
v第一信使是指各种细胞外信息分子，又称细胞间信号分子即细胞因子，诸如内分泌激素，神经递质和神经肽，局部化学介导因子（神经生长因子，旁分泌激素如前列腺素、组胺与嗜伊红趋化因子等），气体信号分子（ＮＯ、ＣＯ），以及免疫细胞产生的抗体、补体与免疫细胞因子。
这些生物活性分子由体内各种不同的细胞产生后，能够通过血液、淋巴液、各种体液及神经分泌等不同途径，作用到细胞膜表面或细胞内的特异受体，引起细胞内的特定反映。
v第二信使是指细胞外第一信使与其特异受体结合后，通过信息跨膜传递机制激活的受体，刺激膜内特定的效应酶或离子道，而在胞浆内产生的信使物质。
这种胞内信息分子起到将胞外信息传导、放大、变为细胞内信息的作用。
从分子学意义上讲，细胞内信息传递过程是以细胞内蛋白质磷酸化与脱磷酸化为基础，依次引起构型的变化和功能的改变，以实现信息的传递。
主要有：
cAMP（环腺苷酸）、cGMP（环鸟苷酸）、IP3（肌醇三磷酸）、DG（DAG、二酰甘油）、Ca2+。
v第三信使又称ＤＮＡ结合蛋白，是指负责核内外信息传递的物质，为一类可与靶基因特异序列相结合的核蛋白，能调节基因的转录水平，发挥转录因子或转录调节因子的作用。
这些蛋白质是在胞质内合成后进入胞核内，发挥信使作用，因而称这类核蛋白为“核内第三信使”，以区
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