細胞生物學(Cell Biology)是在顯微、亞顯微和分子水平三個層次上，研究細胞的結構、功能和各種生命規律的一門科學。

第一章 緒論

　　第一節 細胞生物學研究 的內容與現狀

　　一、細胞生物學是現代生命科學的重要基礎學科

　　細胞生物學,是在顯微、亞顯微與分子水平等不同層次上研究細胞結構、功能及生命 活動規律的科學。

　　細胞生物學研究的對象是細胞。

　　細胞分子生物學是當前細胞生物學發展的主要方向。

　　細胞生物學研究的主要內容是 細胞的形態與結構、

　　代謝與調控、增殖分化、遺傳變異、衰老與死亡、起源與進化、興奮與運動以及細胞的傳遞等。

　　二、細胞生物學的主要研究內容大致可分為以下幾 個方面：

　　(一 )細胞核、染色體以及基因表達的研究

　　(二 )生物膜與細胞器的研究

　　(三 )細胞骨架體系的研究

　　(四 )細胞增殖及其調控

　　（五 )細胞分化及其調控

　　(六 )細胞的衰 老與程序死亡

　　(七 )細胞的起源進化

　　(八 )細胞工程

　　細胞生物學不同于細胞學主要表現在：第一，深刻性。它從細胞整體結構，超微結構和分子結構對細胞進行剖析，并把細胞生命活動同分子水平和超分子水平聯系起來。第二，綜合性。這所研究的內容廣泛涉及到許多學科領域，同生理學、遺傳學、生物化學、

　　發育生物學等融合到一起。

　　三、當前細胞生物學研究的總體趨勢與重點領域

　　（一）當前細胞生物學研究中的三大基本問題

　　1、細胞內的基因組是如何在時間與空間上有序表達的？

　　2、基因表達的產物如何逐級裝配成基本結構體系及各種細胞器？

　　3、基因表達的產物如何調節細胞最重要的生命活動過程的？

　　（二）當前細胞基本生命活動研究的若干重大課題

　　1、染色體 DNA與蛋白質相互作用關系 —— 主要是非組蛋白對基因組的作用。

　　2、細胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互關系及調控

　　3、細胞信號傳導的研究

　　4、細胞結構體系的裝配

　　第二節 細胞學與細胞生物學發展簡史

　　一、細胞的發現

　　英國學者 胡克 于 1665年制造了第一臺有科研價值的顯微鏡,第一次描述了植物細胞的構造,細胞的發現是在 1665年。 1677— 1683年，荷蘭人 列文胡克 用自己設計好的顯微鏡 第一次觀察到活細胞 。

　　二、細胞學說的建 立及其意義

　　1、建立,1838— 1839年德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出,一切植物、動物都是由細胞組成的，

　　細胞是一切動植物的 基本單位，這就是著名的“細胞學說”。

　　2、細胞學說的基本內容：①一切有機體都是由細胞發育而來的，并由細胞和細胞產物所構成；②每個細胞是一個相對獨立的單位，執行特定的功能；③細胞只能通過細胞分裂而來。

　　三、細胞學的經典時期這一時期的研究方法，主要是顯微鏡下形態的描述。

　　1、原生質理論的提出； 2、細胞分裂的研究； 3、重要細胞器的發現。

　　四、實驗細胞學與細胞學的分支及其發展

　　1876年 O ·Hertwig以細胞為基礎，對所有生物現象作一般性綜合，他采用實驗的方法研究海膽和蛔蟲 發育中的核 質關系，實際上創立了實驗細胞學。從此，實驗的方法得到廣泛的應用，使細胞學得到迅速的發展。

　　隨著對細胞 認識的深入，開始了對細胞的遺傳、細胞器功能、細胞生化代謝及生理的研究，于是便以細胞為中心，發展起來一些新興學科，如細胞遺傳學、細胞生理學、細胞化學。

　　五、細胞生物學學科的形成與發展細胞生物學的形成的基礎是：①細胞超微結構的研究；

　　②細胞生物化學的發展；③ 70年代以來分子生物學的概念與技術引入細胞學。概括地說，細胞生物學是以細胞作為一切有機體進行生命活動的基本單位，在各個層次上（顯微、亞顯微、分子水平）研究細胞生命活動規律的學科。

　　其主要發展方向是細胞分子生物學。

　　思考題

　　1、細胞學說的基本內容是什么？恩格斯對細胞學說評價很高，為什么？ P9

　　2、細胞生物學與經典細胞學有什么區別？

　　3、當前細胞生物學研究的熱點課題中你最感受興趣的是哪些？為什么？

第二章 細胞基本知識概念

　　第一節 細胞的基本概念

　　一、細胞是生命活動的基本單位細胞是有膜包圍的能進行獨立繁殖的最小原生質團，

　　簡單地說 細胞是生命活動的基本單位 。可以從以下角度去理解：①細胞是構成有機體的基本單位；②細胞是 有是代謝與功能的基本單位，有嚴格自動控制的代謝體系，

　　并且 有保證完成生命過程有序性的獨立的結構裝置 。③

　　有機體的生長發育是依靠細胞增殖、分化與凋亡來實現的。細胞是有機體生長發育的基礎；④細胞具有遺傳的全能性（除少數特化細胞），是遺傳的基本單位。

　　二、細胞的基本共性細胞的基本共性有：①所有細胞都有細胞膜；②所有細胞都有 DNA與 RNA；③細胞都有核糖體；④細胞都以一分為二的方式分裂增殖。這些是細胞結構與生存不可缺少的基礎。

　　第二節 非細胞形態的生命體 —— 病毒及其與細胞的關系一、病毒的基本知識病毒是由一個核酸分子 (DNA或 RNA)與蛋白質構成的非細胞形態的生命體 。類病毒僅由一個有感染性的 RNA構成。

　　朊病毒僅由有感染性的蛋白質構成。病毒是完整的寄生物。

　　根據核 酸類型不同，病毒 可分為 DNA病毒與 RNA病毒。

　　依據宿主可分為動物病毒、植物病毒和細菌病毒（噬菌體）等。

　　二,病毒在細胞內的增殖（復制）

　　病毒的增殖又稱病毒的復制,病毒的增殖必須在細胞內進行 。

　　病毒在宿主細胞內分別復制病毒核酸與翻譯病毒蛋白，然后將核酸與蛋白裝配成病毒的基本結構。

　　其復制過程大到可分為：

　　侵染，脫去衣殼，早基因的復制與表達，晚基因的復制、結構蛋白質的合成，裝配、成熟與釋放等過程。

　　三、病毒與細胞在起源和進化中的關系病毒可能是細胞在特定條件下“扔出”的一個基因組，或者是具有復制與轉錄能力的 mRNA。這些游離的基因組只有回到它們原來的細胞內環境中才能進行復制與轉錄。

　　第三節 原核細胞與古核細胞

　　種類繁多的細胞可以分為原核細胞與真核細胞兩類大類。

　　近年有些生物學家建議將生物劃分原核生物、古核生物和真核生物三大界，將細胞相應分為三大類型：

　　原核細胞、古核細胞與真核細胞。

　　原核細胞無典型的細胞核，其基本特點：①遺傳物質僅由一個裸露的環狀 DNA構成；②細胞內沒有分化出以膜為基礎的細胞器與細胞核膜。

　　原核細胞大約出現在 35億年前,包括支原體、衣原體、立克次體、細菌、放線菌及藍藻 (藍細菌 )等 6類。

　　一、支原體支原體是目前發現的最小、最簡單的細胞,直徑只有 0.1~0.3μm,能在體外生長，也能寄生在細胞內。

　　二、原核細胞的兩個代表 —— 細菌和藍藻

　　（一）細菌細菌有 3種形態：球菌、桿菌、螺旋菌。

　　在進化上，細菌又可分為原細菌（古細菌）與真細菌兩類大類。

　　1,細菌細胞的核 區與基因：

　　一個環狀的 DNA分子盤繞在核區，沒有或有極少的組蛋白，無明顯的 Feulgen正反應。 DNA復制不受細胞分裂周期的限制，可以連續進行,且 DNA復制、

　　RNA轉錄、蛋白質翻譯可以同時進行,這是細菌乃至整個原核細胞器與真核細胞最顯著的差異之一。

　　2、細菌細胞的表面結構：

　　主要指細胞膜、細胞壁及其特化結構 (中膜體、莢膜、鞭毛等 )。細胞膜是細胞表面的重要結構。

　　細胞膜 的功能包括：①選擇性地物質運輸；②細菌細胞膜含有豐富的酶系，執行重要的代謝功能。

　　中膜體 由細胞膜內陷形成，可能起 DNA復制的支點作用。

　　細胞壁 的 共同成分是肽聚糖,革蘭氏陽性菌與陰性菌細胞壁成分與結構差異明顯。

　　莢 膜 是某些細菌表面的特殊結構，是位于細胞壁表面的一層粘液物質。

　　鞭 毛 是某些細菌的運動器官，結構簡單

　　3、細菌細胞的核糖體

　　核糖體的沉降系數為 70S，由 50S大亞單位和 30S

　　亞單位組成。大亞單位含有 23S rRNA,5S rRNA和 30

　　多種蛋白質，對紅霉素與氯霉素敏感；小亞單位含有

　　16S RNA與 20多種蛋白質，對四環素與鏈霉素敏感。

　　4、細菌細胞核外 DNA

　　核外 DNA：質粒。 裸露的環狀 DNA，能自我復制，

　　并可整合到核 DNA中。

　　5、細菌細胞的內生孢子

　　又稱芽孢，是對不良環境有強抵抗力的休眠體。

　　內生孢子：細菌細胞內的重要物質 (特別是 DNA)，

　　積聚在細胞的一端，形成致密體，可度過惡劣環境。

　　細菌的增殖為直接分裂。

　　（二）藍藻又稱藍細菌，是原核生物，又是最簡單的自養植物類型之一。

　　藍藻含有豐富的色素，可進行類似高等植物的光合作用。

　　其中央相當于細菌的核區；光合作用片層由藻膽蛋白構成，作用是將光能傳遞給葉綠素 a；細胞質內含物有的是儲存的養料，有的功能不詳；細胞膜外有細胞壁和膠質層 (鞘 )。

　　三、原核細胞與真核細胞的比較原核細胞與真核細胞的根本區別：①細胞膜系統的分化演變；②遺傳信息量與遺傳裝置的擴增與復雜化。由于上述的根本差異，真核細胞的體積也相應擴增，細胞內部出現精密的網架結構 —— 細胞骨架。

　　二者的區別可分為兩部分進行比較：

　　①結構與功能比較：真核細胞的生物膜將細胞分化為核與質兩部分，細胞質又分化出各種細胞器，細胞骨架又保證了細胞形態的合理排布與執行功能的有序性

　　(P36 表 2-2)。

　　②細胞遺傳裝置與基因表達方式的比較：核膜使擴增了的遺傳信息與復雜的遺傳裝置相對獨立,使基因表達的程序有嚴格的階段性與區域性 (P36表 2-3 )。

　　四、古核細胞（古細菌）

　　古細菌（又稱原細菌）是一些生長在極端特殊環境中（高溫或高鹽）的細菌。最早發現的是產甲烷細菌類。

　　古核細胞的形態結構、遺傳裝置雖與原核細胞相似，但一些 基本分子生物學特點又與真核細胞接近。

　　現已有更多的論據說明真核生物可能起源于古核生物，

　　論據如下：

　　（ 1）古細菌的細胞壁成分與真核細胞一樣；

　　（ 2）古核細胞 DNA中有重復序列的存在；

　　（ 3）具有組蛋白；

　　（ 4）古核細胞的核糖體與真細菌的差異很大，從對抗生素的反應看，應更類似真核細胞的核糖體；

　　（ 5）根據對 5SrRNA的分子進化分析和二級結構的研究，認為古細菌與真核生物同屬一類。而真細菌卻與之差別甚遠。

　　第四節 真核細胞的基本知識概要

　　一、真核細胞的基本結構體系

　　1、生物膜系統

　　細胞表面是一種多功能結構；核膜又把細胞分為細胞質與細胞核。

　　以生物膜系統為基礎形成了各種細胞器。線粒體、

　　葉綠體、內質網、高爾基體及溶酶體等。

　　2、遺傳信息表達結構系統

　　由 DNA— 蛋白質與 RNA— 蛋白質復合體形成的遺傳信息載體與表達系統，一般以顆粒或纖維狀的基礎結構存在。包括染色質，核 仁、核糖體等。

　　3、細胞骨架系統

　　細胞骨架由特異的結構蛋白質構成網架系統，可分為胞質骨架與核骨架。

　　二、細胞大水及其分析

　　細胞體積的守恒規律。

　　三、細胞形態結構與功能的關系

　　細胞的形態與功能具有相關性與一致性。

　　四、植物細胞與動物細胞的比較

　　植物細胞特有的細胞器：細胞壁（ 主要成分是纖維素 ）、液泡、葉綠體等； 而動物細胞的中心粒在植物細胞中不常見到。

　　思考題

　　1、如何理解細胞是生命活動的基本單位？ P17

　　2、細胞有那些基本共性？ P19

　　3、比較原核細胞與真核細胞的主要差異？ P35

　　4、比較植物細胞與動物細胞的主要差異？ P45

　　5、細胞的結構與功能的相關性觀點是學習細胞生物學的重要原則之一，你是否能提出一些更有說服力的論據來說明這一問題？