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第一篇 细胞生物学概论 2

第一章 细胞生物学绪论 2

第一节 细胞生物学概述 2

一、细胞分为原核细胞和真核细胞 2

二、细胞生物学是在细胞水平探索生命本质 4

第二节 细胞生物学的形成与发展 5

一、细胞学说是细胞生物学形成的基础 5

二、多学科渗透促进了细胞生物学的形成与发展 6

三、电镜与分子生物学的结合实现了分子、结构、功能的统一 6

四、系统理论进入细胞生物学学科领域 7

第三节 细胞生物学与医学科学 7

一、医学上的许多问题需要用细胞生物学的理论和方法来解决 7

二、细胞生物学的研究促进了医学科学的发展 8

第二章 细胞的概念和分子基础 11

第一节 细胞的基本概念 11

一、细胞是生命活动的基本单位 11

二、原核细胞是仅由细胞膜包绕的结构相对简单的生命体 12

三、真核细胞的细胞质内分布着多种细胞器 14

四、病毒是只能在活细胞中增殖的核酸-蛋白质复合体 17

第二节 细胞的起源与进化 17

一、原始细胞由有机分子自发聚集形成 17

二、真核细胞由原核细胞演化而来 19

三、细胞生命活动的多样性是生命适应环境的结果 21

第三节 细胞的分子基础 21

一、生物小分子是细胞的构建单元 22

二、生物大分子执行细胞的特定功能 22

第三章 细胞生物学研究方法和策略 34

第一节 显微成像技术 34

一、光学显微镜是研究细胞结构最早的和基本的工具 35

二、电子显微镜技术用于研究细胞的亚显微结构 37

第二节 细胞及其组分的分离和纯化技术 39

一、从组织中分离和纯化特定类型的细胞方法 39

二、有多种分离和纯化细胞组分和活性分子的方法 42

第三节 细胞体外培养技术 46

一、细胞培养需要无菌条件和营养供应 46

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 47

三、细胞传代是将培养的细胞接种到新的培养器皿中继续培养 47

四、细胞冻存和复苏技术有利于培养细胞的保存和运输 48

五、细胞建系可提供大量遗传性质稳定的细胞 48

六、细胞融合产生新细胞 49

第四节 细胞化学和细胞内分子示踪技术 50

一、酶细胞化学技术可显示细胞和组织中的酶类 50

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 50

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 51

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 52

五、荧光蛋白用于示踪细胞内的特定蛋白质 53

第五节 细胞功能基因组学技术 55

一、PCR技术可以在体外快速扩增特异性DNA片段 55

二、Southern印迹技术分析基因组DNA 56

三、Northern印迹技术检测特定基因的表达 56

四、基因芯片技术能高效和快速检测基因表达 57

五、RNA干扰技术是基因功能研究中的有效技术 57

第六节 细胞生物学研究的一般策略和工具的使用 59

一、细胞生物学研究的一般策略 59

二、细胞生物学研究中常用的模式生物 60

三、对细胞生物学研究中方法和技术的基本认识 61

第二篇 细胞的结构和功能 64

第四章 细胞膜与物质穿膜运输 64

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 65

二、细胞膜的生物学特性是不对称性和流动性 73

三、细胞膜的多种分子结构模型 77

第二节 小分子物质和离子的穿膜运输 80

一、物质简单扩散依赖于膜的通透选择性 80

二、膜运输蛋白介导物质穿膜运输 81

第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输 95

一、胞吞是物质入胞作用方式 95

二、胞吐是物质出胞作用方式 97

第四节 细胞表面特化结构 99

一、微绒毛是质膜和细胞质共同形成的指状突起 99

二、纤毛和鞭毛是能摆动的细长突起 99

三、褶皱是细胞表面的扁状突起 99

第五节 细胞膜异常与疾病 99

一、胱氨酸尿症是载体蛋白异常性疾病 100

二、糖尿病性白内障与水通道功能异常密切相关 100

三、囊性纤维化是通道蛋白异常性疾病 101

四、家族性高胆固醇血症是受体异常性疾病 101

第五章 细胞内膜系统与囊泡转运 104

第一节 内质网 104

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 105

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 107

三、内质网的主要功能与蛋白质和脂类的合成及运输相关 110

四、新合成肽链在信号肽介导下穿越内质网进行穿膜转移 113

第二节 高尔基复合体 118

一、高尔基复合体是具有明显极性特征的膜性结构复合体 118

二、高尔基复合体具有标志性的糖基转移酶 121

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 122

第三节 溶酶体 124

一、溶酶体是一类富含多种酸性水解酶的膜性结构细胞器 125

二、目前存在两种不同的溶酶体分类体系 126

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 127

四、溶酶体基于对物质的消化分解作用产生许多生物学功能 128

第四节 过氧化物酶体 130

一、过氧化物酶体是有别于溶酶体的另一类含酶的膜性细胞器 130

二、过氧化物酶体膜具有较高的物质通透性 131

三、过氧化物酶体主要包含三种酶类 131

四、解毒作用是过氧化物酶体的主要生理功能 132

五、过氧化物酶体可能来源于内质网 132

第五节 囊泡与囊泡转运 133

一、囊泡是细胞物质定向运输的主要载体 133

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 137

第六节 细胞内膜系统与医学的关系 139

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 139

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 140

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 140

四、过氧化物酶体异常与疾病 141

第六章 线粒体与细胞的能量转换 145

第一节 线粒体的基本特征 145

一、线粒体的形态、数量及分布与细胞的类型和功能状态有关 145

二、线粒体是由双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构 145

三、线粒体中含有众多参与能量代谢的酶系 147

四、线粒体有自己相对独立的遗传体系 148

五、线粒体靶序列引导核编码蛋白质向线粒体转运 151

六、线粒体如何起源还有待进一步研究 154

七、线粒体的分裂与融合对线粒体功能产生重要影响 154

八、线粒体具有许多重要的功能 155

第二节 细胞呼吸与能量转换 156

一、葡萄糖在细胞质中进行糖酵解 157

二、三羧酸循环在线粒体基质中实现 158

三、氧化磷酸化耦联是能量转换的关键 158

四、电化学梯度所含能量可转换成ATP的化学能 161

第三节 线粒体与人类学和医学研究 162

一、疾病发生发展过程中存在线粒体变化 162

二、线粒体异常导致疾病 163

三、多途径、多手段治疗mtDNA疾病 164

四、mtDNA用于人种起源研究 164

第七章 细胞骨架与细胞运动 166

第一节 微管 166

一、微管是由微管蛋白组成的不分支中空小管 166

二、微管结合蛋白是维持微管结构和功能的重要成分 168

三、微管的组装与去组装是一种高度有序的生命活动 169

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 172

五、微管组成细胞内的特殊结构 174

第二节 微丝 175

一、微丝是由肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构 175

二、微丝结合蛋白维护微丝的结构和功能 176

三、微丝的装配受多种因素调控 178

四、微丝主要参与细胞运动、细胞分裂及信号转导 180

第三节 中间丝 184

一、中间丝蛋白类型、结构复杂 184

二、中间丝的组装是一个多步骤的过程 186

三、中间丝主要具有支撑功能 187

第四节 细胞运动 188

一、细胞运动有多种形式 188

二、细胞运动受多种因素的调节 190

第五节 细胞骨架与疾病 190

一、肿瘤发生发展过程中细胞骨架发生一定的改变 190

二、细胞骨架可能是某些神经系统疾病发生的原因 191

三、编码某些细胞骨架蛋白的基因突变可导致某些遗传性疾病 191

第八章 细胞核与遗传信息储存 193

第一节 核膜 194

一、核膜的主要化学成分是蛋白质和脂类 194

二、核膜是不对称的双层膜结构 194

三、核膜将核质与胞质分隔并控制核质间的物质交换 198

第二节 染色质与染色体 201

一、染色质和染色体的主要成分是DNA及组蛋白 201

二、间期细胞核中存在两种不同状态的染色质 203

三、染色质经有序折叠组装形成染色体 204

四、中期染色体具有比较稳定的形态结构 206

五、染色体稳定遗传的三种主要功能序列 209

六、核型分析在人类染色体疾病诊断中发挥作用 211

第三节 核仁 211

一、核仁的主要成分是核酸和蛋白质 212

二、核仁是裸露无膜的球形致密结构 212

三、核仁呈现周期性动态变化 213

四、核仁是rRNA合成和核糖体亚基装配的场所 213

第四节 核基质 215

一、核基质是充满整个核内空间的纤维蛋白网 216

二、核基质的功能涉及遗传信息的复制和表达 216

第五节 细胞核的功能 217

一、遗传信息的贮存和复制 217

二、遗传信息的转录是从DNA传递给RNA分子的过程 219

三、损伤的DNA分子通过DNA修复系统进行修复 219

第六节 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 222

二、遗传物质异常可导致遗传病发生 222

三、端粒的异常与一些常见疾病的病因相关 222

第九章 细胞内遗传信息的传递及其调控 224

第一节 基因的结构 224

一、基因是具有特定遗传信息的DNA分子片段 224

二、细胞内遗传信息流动遵从分子生物学“中心法则” 225

第二节 基因转录和转录后加工 225

一、转录过程需要诸多因素参与 225

二、基因转录过程是一个复杂的酶控过程 227

三、初级转录产物经过转录后加工具有活性 229

第三节 蛋白质的生物合成 232

一、翻译是在mRNA指导下的蛋白质合成过程 232

二、蛋白质合成过程包括五个阶段 235

三、肽链合成后进行加工和输送 238

第四节 基因表达信息的调控及应用 240

一、基因表达受严密而精确的调控 240

二、基因表达在转录水平受到调控 241

三、基因表达在翻译水平受到调控 244

四、其他几种重要的调控机制 245

五、基因信息表达调控在医学应用中的重要意义 247

第三篇 细胞的重要生命活动 252

第十章 细胞分裂与细胞周期 252

第一节 细胞分裂 252

一、无丝分裂是最早被发现的一种细胞分裂方式 252

二、有丝分裂是高等真核生物细胞分裂的主要方式 253

三、减数分裂是一种特殊的有丝分裂 261

第二节 细胞周期及其进程 265

一、细胞周期的过程包括分裂期及分裂间期两个阶段 265

二、细胞周期中各期主要动态变化围绕DNA复制或细胞分裂展开 266

第三节 细胞周期的调控 267

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 267

二、细胞周期检测点监控细胞周期的活动 273

三、多种因子与细胞周期调控相关 276

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 278

五、减数分裂的细胞周期调控有其自身特点 279

第四节 细胞周期与医学的关系 280

一、细胞周期与组织再生关系密切 280

二、细胞周期异常可导致肿瘤的发生 280

三、细胞周期与其他医学问题相关 281

第十一章 细胞分化 283

第一节 细胞分化的基本概念 283

一、多细胞生物个体发育过程与细胞分化的潜能 283

二、细胞决定与细胞分化 285

三、细胞分化的可塑性 287

四、细胞分化的时空性 288

五、细胞分裂与细胞分化 288

第二节 细胞分化的分子基础 289

一、胞质中的细胞分化决定因子与传递方式 289

二、细胞分化过程中基因表达的特点 290

三、基因选择性表达的转录水平调控 293

四、非编码RNA在细胞分化中的作用 304

第三节 细胞分化的影响因素 306

一、细胞间相互作用对细胞分化的影响 306

二、激素对细胞分化的调节 312

三、环境因素对细胞分化的影响 312

第四节 细胞分化与医学 313

一、细胞分化与肿瘤 313

二、细胞分化与再生医学 315

第十二章 细胞衰老与细胞死亡 320

第一节 细胞衰老 320

一、细胞衰老与机体衰老是有一定联系的两个概念 320

二、二倍体细胞在体外的增殖能力和寿命是有限的 321

三、体内条件下细胞衰老及其增殖能力与分化程度有关 322

四、细胞衰老最终反映在细胞形态结构和代谢功能的改变 323

五、细胞衰老机制涉及内在和外在的多种因素 324

六、细胞衰老会引起器官老化和老年性疾病 328

第二节 细胞死亡 329

一、细胞坏死是以细胞裂解为特点的死亡方式 329

二、细胞凋亡是通过编程调控的死亡方式 330

三、以细胞自噬为特征的自噬性细胞死亡 338

第四篇 细胞与环境的相互作用 344

第十三章 细胞连接与细胞黏附 344

第一节 细胞连接 344

一、封闭连接以紧密连接为特征 344

二、细胞骨架参与锚定连接结构的形成 346

三、通信连接介导细胞间通信 350

第二节 细胞黏附 351

一、钙黏蛋白为钙依赖性细胞黏着蛋白 352

二、选择素是能与特定糖基结合的细胞黏着蛋白 354

三、介导细胞黏着的免疫球蛋白超家族 355

四、整联蛋白为异源二聚体穿膜黏着蛋白 357

第十四章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 362

第一节 细胞外基质的主要组分 363

一、氨基聚糖和蛋白聚糖是细胞外基质的主要组分 363

二、结构（纤维）蛋白构成了细胞外基质的基本成分 365

三、非胶原糖蛋白（黏着蛋白）是动物界最为普遍存在和个体发育中出现最早的细胞外基质成分 371

第二节 基膜与整联蛋白 373

一、基膜是多种组织中细胞外基质的特化结构和存在形式 373

二、整联蛋白是异源二聚体穿膜糖蛋白受体 375

第三节 细胞外基质的生物学作用 376

一、细胞外基质对细胞的生物学行为具有重要影响 376

二、细胞对细胞外基质具有决定性作用 378

三、细胞外基质与疾病的关系 379

第十五章 细胞信号转导 384

第一节 信号转导过程中的关键分子 384

一、胞外信号分子是物理、化学性质的 384

二、受体在信号转导过程中起特异性中转作用 385

第二节 细胞内主要的信号转导通路 389

一、G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号通路 389

二、酶联受体介导信号转导 397

三、蛋白水解相关的信号通路 402

四、细胞内受体介导的信号转导 405

第三节 信号通路的整合与调控 406

一、信号转导途径的共同特点 407

二、信号通路网络的整合 407

三、细胞对外界信号的反应 408

第四节 信号转导与人类疾病 409

一、信号转导的异常是疾病发生的重要因素 409

二、信号通路是药物作用的靶点 410

第五篇 干细胞与细胞工程 414

第十六章 干细胞与组织的维持和再生 414

第一节 干细胞生物学 414

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 415

二、干细胞具有区别于其他类型细胞的重要生物学特征 416

三、根据其生物学特征不同，干细胞可分为不同类型 416

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 417

五、组织干细胞具有分化的可塑性 418

六、干细胞的来源、定位和功能 419

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条件 420

八、干细胞生物学研究具有广阔的应用前景 424

第二节 胚胎干细胞、组织干细胞和生殖干细胞 424

一、胚胎干细胞具有“无限”的增殖能力和多向分化潜能 424

二、组织干细胞的分化受到精密而复杂的调控 426

三、生殖干细胞维持了生物种代间的延续性 432

第三节 干细胞“干性”的调控机制 433

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” 434

二、干细胞“干性”维持有赖于细胞内复杂的协同反馈调控网络 435

三、细胞外信号分子参与调控干细胞的自我更新与分化潜能 436

四、表观遗传修饰参与调控干细胞的正常分化与发育 439

第四节 干细胞与疾病的关系 440

一、传统的肿瘤发生假说不能圆满解释肿瘤的发生机制 440

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 441

三、干细胞的衰老与老年疾病、退行性疾病的发生相关 444

第五节 细胞重编程及诱导多能干细胞 444

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 444

二、细胞重编程的新技术具有重大的理论意义和实用价值 445

第六节 干细胞的治疗应用与前景展望 447

一、干细胞是组织工程较为理想的种子细胞 447

二、自体来源干细胞治疗是干细胞治疗的重要发展方向 447

三、干细胞在组织工程中的应用和发展 447

第十七章 细胞工程 450

第一节 细胞工程概述 450

第二节 动物细胞工程涉及的主要技术 451

一、大规模细胞培养是生产生物产品的基本技术 451

二、细胞核移植是获得各种克隆动物的关键技术 456

三、基因转移是定向改造细胞表型的基本技术 459

四、细胞重编程技术可将一种类型细胞转变为另一类型细胞 460

第三节 动物细胞工程的应用 461

一、利用细胞工程生产医用蛋白质 461

二、基因工程动物有非常广阔的应用前景 461

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 462

四、细胞治疗是植入正常细胞以替代病变细胞的治疗方法 463

中英文名词对照索引 467

致谢 474