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第一节　细胞生物学的研究内容1

第一章　绪论1

第二节　细胞生物学的发展简史4

第三节　细胞生物学的研究进展5

第四节　细胞生物学与医学科学7

第二章　细胞的起源与进化11

第一节　细胞的分子基础11

一、生物小分子是细胞的构建单元11

二、生物大分子执行细胞的特定功能12

一、原始细胞由有机分子自发聚集形成24

第二节　细胞的起源与进化24

二、真核细胞由原核细胞演化而来26

三、多细胞生物的出现是生命适应环境的结果31

第三节　生物细胞的社会性及其与细胞起源和进化的关系32

一、原核细胞与真核细胞的相互作用机制提示了线粒体的起源32

二、病毒是只能在活细胞中生长的核酸-蛋白质复合体33

第三章　细胞生物学的研究方法36

第一节　显微成像技术36

一、光学显微镜技术是研究细胞结构的最早的和基本的工具37

二、电子显微镜技术用于研究细胞的亚显微结构40

第二节　细胞及其组分的分离和纯化技术43

一、多种方法可从组织中分离和纯化特定类型的细胞43

二、使用不同的方法分离和纯化细胞组分和活性分子47

第三节　细胞体外培养技术52

一、细胞培养需要无菌条件和营养供应52

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54

三、细胞传代是将培养的细胞接种在新的培养器皿中54

四、细胞冻存和复苏技术有利于培养细胞的保存和运输55

五、细胞建系可提供大量遗传性质稳定的细胞55

六、同步化细胞更利于细胞动力学及细胞周期调控的研究56

七、经细胞融合产生新细胞57

第四节　细胞化学技术58

一、酶细胞化学技术可以显示细胞和组织中的酶类58

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59

三、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60

四、原位杂交技术用以检测组织和细胞中的特异性核酸分子61

第五节　生物大分子的分析和鉴定技术63

一、PCR技术可以在体外快速扩增特异性DNA片段63

二、Southern印迹技术分析基因组DNA65

四、基因芯片技术能高效和快速检测基因表达66

三、Northern印迹技术检测特定基因的表达66

五、RNA干扰技术是基因功能研究中新的强有力的工具67

第四章　细胞膜71

第一节　概述71

一、细胞膜主要由脂类和蛋白质组成71

二、细胞膜的功能主要是跨膜物质运输和信号转导72

第二节　膜的化学组成与分子结构72

一、膜脂构成生物膜的基本骨架73

二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合77

三、不对称性和流动性是膜的主要特性83

四、阐述细胞膜分子结构的几种模型87

第三节　小分子物质的跨膜运输91

一、膜具有通透性与简单扩散功能91

二、膜运输蛋白介导某些物质的跨膜运输92

三、细胞内外离子浓度差异产生的膜电位有重要的生理意义101

第四节　大分子与颗粒物质的囊泡运输103

一、胞吞是物质入胞作用方式104

二、胞吐是物质出胞作用方式107

第五节　细胞膜异常与疾病108

一、膜转运系统异常可引起多种疾病108

二、膜受体异常引起多种疾病109

三、癌变过程中细胞膜特性发生改变110

第六节　细胞连接与细胞粘连112

一、细胞连接是维系细胞间相对稳定的装置112

二、细胞粘着因子介导细胞粘连117

第五章　细胞外基质及其与细胞的相互作用123

第一节　细胞外基质的主要组分124

一、氨基聚糖和蛋白聚糖是细胞外基质的主要组分124

二、胶原与弹性蛋白是细胞外基质中两类主要的纤维蛋白组分126

三、非胶原糖蛋白是在动物界最为普遍存在和个体胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分130

一、基底膜是多种组织中细胞外基质的特化结构和存在形式132

第二节　基底膜与整联蛋白132

二、整联蛋白是多种细胞外基质组分的异源二聚体跨膜糖蛋白受体133

第三节　细胞外基质与细胞的相互作用135

一、细胞外基质对细胞的生物学行为具有重要影响135

二、细胞对细胞外基质具有决定性作用137

第六章　细胞的内膜系统140

第一节　内质网140

一、内质网的主要组分是类脂、蛋白质和多种酶类140

二、内质网是胞质中两类形态上可区分的膜性管网结构系统142

三、内质网的主要功能与蛋白质和脂类的合成及运输有关143

四、新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网进行转移146

第二节　高尔基复合体149

一、高尔基复合体是具有明显极性的膜性结构复合体149

二、高尔基复合体具有脂类为主的基本组分和特征性的糖基转移酶150

三、高尔基复合体具有胞内物质合成与蛋白质的加工、转运功能151

第三节　溶酶体153

一、溶酶体是富含酸性水解酶类的膜性结构细胞器153

二、目前存在两种不同的溶酶体分类体系154

三、溶酶体的形成与成熟是多个细胞器参与的复杂而有序的过程156

四、溶酶体具有基于对物质消化分解作用基础上的多种生物学功能157

第四节　过氧化物酶体158

一、过氧化物酶体是不同于溶酶体的另一种含酶的膜性细胞器158

二、过氧化物酶体主要包含三种酶类158

三、过氧化物酶体的主要生理功能是解毒作用159

四、过氧化物酶体可能由原有的过氧化物酶体分裂而形成159

第五节　囊泡与囊泡转运160

一、囊泡是细胞内物质定向运输的载体160

二、囊泡转运是一个高度有序并受到精密调控的过程162

一、内质网的病理形态变化包括肿胀、肥大、囊池塌陷和包涵物形成164

第六节　细胞内膜系统与医学的关系164

二、病理状态下高尔基复合体出现多种异常改变165

三、一些先天性人类疾病与溶酶体有关165

四、过氧化物酶体异常可导致疾病166

第七章　线粒体与细胞的能量转换169

第一节　线粒体的基本特征169

一、线粒体的主要化学成分是蛋白质169

二、线粒体的形态、数量和分布与细胞的类型和功能状态有关169

三、线粒体是双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构170

四、线粒体具有自己相对独立的遗传体系172

五、核编码蛋白质的线粒体转运是需要分子伴侣协助的复杂过程175

六、线粒体介导了某些类型的细胞死亡179

七、线粒体的起源与发生尚有争论180

第二节　细胞呼吸与能量转换182

一、细胞呼吸是细胞内生物能源生成的主要途径182

二、ATP是细胞能量的转换分子182

第三节　细胞的能量转换182

一、葡萄糖在细胞质中进行糖酵解183

二、三羧酸循环在线粒体基质中实现184

三、氧化磷酸化偶联是能量转换的关键185

四、电化学梯度所包含的能量转换成ATP的化学能188

第四节　线粒体与医学189

一、疾病过程中的线粒体发生变化189

二、mtDNA突变可导致多种疾病189

第八章　细胞骨架与细胞的运动192

第一节　细胞骨架概述193

一、细胞骨架是以蛋白纤维为主要成分的网络结构193

二、细胞骨架在细胞的形态维持、运动和信息传递中具有重要功能193

三、细胞骨架的研究方法要能反映细胞骨架的完整性和动态性的特点194

第二节　微管194

一、微管是以微管蛋白和微管结合蛋白为组分的中空小管状系统195

二、微管的自我装配是一种高度有序的生命活动过程197

三、微管组装的动态调节有两个理论模型200

四、微管的功能主要是细胞形态的维持、细胞的运动及胞内物质的运输201

五、微管的结构与功能异常与某些疾病密切相关203

第三节　微丝204

一、微丝是肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构204

二、微丝在多种因素调节下组装和去组装205

三、微丝结合蛋白与肌动蛋白结合形成具有不同功能的亚细胞结构207

四、微丝的主要功能是参与细胞的运动、分裂和信号转导209

第四节　中间纤维213

一、中间纤维蛋白的类型和分布较为复杂214

二、中间纤维是丝状蛋白多聚体215

三、中间纤维的组装及其调节是复杂的过程215

四、中间纤维结合蛋白与中间纤维关系密切但非中间纤维组分216

五、中间纤维的功能217

六、中间纤维异常与某些疾病发生有关218

第九章　细胞核221

一、蛋白质与脂类是核膜重要组成成分222

二、电镜下的核膜是一种不对称的双层膜结构222

第一节　核膜222

三、核膜将核质与胞质限定在各自的区域并控制着核质间的物质交换225

第二节　染色质227

一、DNA及组蛋白是组成染色体的主要成分228

二、常染色质与异染色质是两类形态及转录活性不同的染色质229

三、染色质高度有序的折叠并包装构成染色体230

第三节　染色体234

一、中期染色体形态清晰及结构特征明显234

二、核型是中期染色体形态特征的总合237

第四节　核仁237

一、核仁是一种由rRNA与蛋白质组成的RNP237

二、核仁超微结构的形成与rRNA基因的功能状态密切相关238

四、合成rRNA和装配核糖体是核仁的主要功能239

三、核仁结构呈现周期性动态变化239

第五节　核骨架240

一、核骨架为充满整个核空间的三维蛋白网架241

二、核骨架的功能涉及DNA复制、基因表达及细胞核结构的变化241

第六节　细胞核的功能242

一、遗传信息储存于胞核染色质的DNA分子上242

二、DNA复制对于维持细胞遗传稳定性有重要意义243

一、细胞核与肿瘤的发生发展关系密切247

三、遗传信息的转录是以DNA为模板合成RNA的过程247

第七节　细胞核与疾病247

二、生殖细胞的核遗传物质异常可导致遗传病发生248

三、细胞核的异常也与一些常见疾病的病因相关249

第十章　基因信息的传递及其调控251

第一节　基因转录和转录后加工252

一、转录过程涉及许多因素252

二、转录过程分为三个阶段255

三、初级转录产物需经过转录后加工才具有活性257

一、翻译是mRNA指导的蛋白质的合成过程261

第二节　蛋白质生物合成及多肽链形成后的加工261

二、蛋白质生物合成的过程包括五个阶段265

三、肽链合成后进行加工和输送269

第三节　基因信息表达调控及应用271

一、基因信息表达受到严密和精确的调控272

二、遗传信息表达的调控主要发生在转录水平273

三、遗传信息表达的调控也发生在翻译水平279

四、基因信息表达调控的医学应用279

第一节　胞外信号283

第十一章　细胞的信号转导283

第二节　受体284

一、受体是一种蛋白质284

二、受体可分为膜受体与胞内受体285

第三节　G蛋白289

一、在人体各组织中存在有多种多样的G蛋白290

二、G蛋白的作用是通过其亚单位的聚合和解聚实现的290

第四节　G蛋白偶联受体介导的下游信号体系291

一、G蛋白偶联受体激活或抑制腺苷酸环化酶291

二、G蛋白偶联受体调控离子通道294

三、G蛋白偶联受体激活蛋白激酶C295

四、G蛋白偶联受体激活基因转录299

一、胞外信号分子可引起细胞的运动301

二、胞外信号能刺激增殖细胞合成新的蛋白质301

三、信号转导可参与细胞物质代谢的调节301

第五节　信号转导引起的细胞生物学效应301

四、信号转导的途径可决定细胞分化的方向302

五、细胞内信号转导激发细胞凋亡302

第六节　信号转导途径的共同特点303

一、蛋白质的磷酸化和去磷酸化是信号转导分子激活的共同机制303

二、信号转导过程中的各个反应相关衔接而形成级联式反应303

第七节　细胞信号转导联盟及其任务304

三、信号转导途径具有通用性与特异性304

四、胞内信号转导途径相互交叉304

第八节　信号转导与医学305

一、重症肌无力是由于乙酰胆碱受体的功能异常所致305

二、G蛋白功能异常是某些疾病发生的基础305

三、蛋白激酶功能异常导致肿瘤形成305

第十二章　细胞分裂与细胞周期307

第一节　细胞分裂307

一、无丝分裂的过程较简单307

二、有丝分裂是高等真核生物细胞分裂的主要方式308

三、减数分裂是一种特殊的有丝分裂313

第二节　细胞周期及其进程318

一、细胞周期的过程包括有丝分裂期及分裂间期两个阶段318

二、细胞周期各期主要的动态变化围绕DNA复制或细胞分裂展开319

第三节　细胞周期的调控320

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321

二、细胞周期检测点监控细胞周期活动的正确性327

三、多种其他因子与细胞周期调控相关329

四、细胞周期调控的遗传基础涉及编码多种调节蛋白质及酶的基因331

二、细胞周期的异常可导致肿瘤的产生335

第四节　细胞周期与医学的关系335

一、细胞周期与组织的再生关系密切335

三、细胞周期也与其他医学问题相关337

第十三章　细胞分化340

第一节　细胞分化的基本概念340

一、细胞分化的方向和潜能随细胞决定而逐渐受到限制340

二、已分化的细胞在特定条件下可发生转分化和去分化342

三、细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应343

第二节　细胞分化的分子基础343

一、细胞分化过程中是否伴随基因组改变是细胞生物学家关注的焦点343

二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录水平348

第三节　细胞分化的影响因素355

一、细胞质在胚胎早期细胞命运的决定和细胞分化方向上起重要作用355

二、胚胎细胞间相互作用协调细胞分化的方向357

三、激素是远距离细胞间相互作用的分化调节因子364

四、细胞分化的方向可因环境影响而改变364

第四节　细胞分化与肿瘤细胞365

一、肿瘤是细胞分化的异常表现365

二、肿瘤可能起源于一些未分化或微分化的干细胞366

三、肿瘤细胞经诱导分化后可以“改邪归正”366

第五节　细胞分化与再生367

一、多潜能未分化细胞的再发育是再生的一般规律368

二、从对再生机制的认识到再生医学370

第十四章　细胞的衰老与死亡373

第一节　细胞衰老373

一、细胞衰老与机体衰老是有一定联系的两个概念373

二、体外培养的细胞的增殖能力和寿命是有限的374

三、体内条件下细胞的衰老与其增殖能力和分化程度有关375

四、细胞衰老最终反映在细胞形态结构和代谢功能的改变376

五、细胞衰老的机制涉及环境因素和体内因素378

一、细胞凋亡具有重要的生物学意义380

第二节　细胞凋亡380

二、细胞凋亡具有独特的形态学和生物化学特征381

三、细胞凋亡的分子机制涉及细胞外和细胞内的多种因素383

四、细胞凋亡失常会导致疾病发生386

五、通过特征性的形态学和生物化学标志的检测来研究凋亡细胞387

第十五章　干细胞393

第一节　干细胞的存在与分类393

一、干细胞的有序分化是个体发育的基础393

第二节　干细胞的基本生物学特性394

三、干细胞具有不同的分类方式394

二、干细胞维持了组织器官结构和功能的动态平衡394

一、干细胞具有特殊的形态学和生物化学特征395

二、独特的增殖方式是干细胞的特征之一395

三、具有多向分化能力是干细胞的本质性特点396

四、干细胞的增殖与分化受到干细胞微环境的影响398

五、干细胞的分化过程受到精密而复杂的调控399

第三节　胚胎干细胞402

一、可通过不同的途径获得人胚胎干细胞402

二、胚胎干细胞具有若干特征404

三、诱导胚胎干细胞分化产生目的细胞405

四、胚胎干细胞研究面对伦理学挑战406

第四节　精原干细胞407

一、精原干细胞具有独特的增殖过程407

二、精原干细胞的分化是一个受到精密调控的进程408

三、塞尔托利细胞与精原干细胞的增殖分化密切相关409

四、细胞凋亡在调控精原干细胞数量方面发挥作用409

一、癌干细胞是形成癌症组织的原始细胞410

二、癌干细胞可能起源于正常的组织干细胞410

第五节　癌干细胞410

三、癌干细胞概念带来的启示411

第六节　成体干细胞411

一、造血干细胞是血液发生的源泉412

二、间充质干细胞具有分化为间质细胞的潜能412

三、神经干细胞的存在推翻了神经元无法再生的传统观点413

四、皮肤的干细胞维系了机体体表屏障的动态更新414

五、小肠干细胞位于小肠内腔面隐窝深处415

六、角膜干细胞维持了角膜上皮的更新和再生415

七、肝干细胞具有分化为肝细胞和胆管上皮细胞的潜能417

一、干细胞可作为细胞治疗的种子细胞418

第七节　干细胞与医学418

二、干细胞应用于研制组织工程器官419

三、干细胞的研究用于评价药物的毒性和疗效419

第十六章　细胞工程422

第一节　概述422

第二节　细胞工程的主要相关技术423

一、大规模细胞培养需要一些特殊的设备和技术423

二、细胞核移植是获得各种克隆动物的关键技术428

三、基因转移是实现细胞表型定向改造的基本技术432

一、利用细胞工程生产医用蛋白质433

第三节　动物细胞工程的应用433

二、基因工程动物及其技术有非常广阔的应用前景434

三、组织工程是通过生物学和工程学手段在体外构建组织和器官的技术体系435

四、细胞治疗是植入正常细胞以替代病变细胞的治疗方法436

附录一　细胞生物学的主要学术组织439

附录二　主要英文参考书籍440

附录三　SCI收录的细胞生物学相关期刊及影响因子（2003年）441

附录四 国内出版的细胞生物学相关期刊443

附录五　细胞生物学相关的主要网站444

中文索引446

英文索引457