細(xì)胞生物學(xué)(Cell Biology)是在顯微、亞顯微和分子水平三個(gè)層次上，研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和各種生命規(guī)律的一門科學(xué)。

第一章 緒論

　　第一節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)研究 的內(nèi)容與現(xiàn)狀

　　一、細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科

　　細(xì)胞生物學(xué),是在顯微、亞顯微與分子水平等不同層次上研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能及生命 活動規(guī)律的科學(xué)。

　　細(xì)胞生物學(xué)研究的對象是細(xì)胞。

　　細(xì)胞分子生物學(xué)是當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的主要方向。

　　細(xì)胞生物學(xué)研究的主要內(nèi)容是 細(xì)胞的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、

　　代謝與調(diào)控、增殖分化、遺傳變異、衰老與死亡、起源與進(jìn)化、興奮與運(yùn)動以及細(xì)胞的傳遞等。

　　二、細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容大致可分為以下幾 個(gè)方面：

　　(一 )細(xì)胞核、染色體以及基因表達(dá)的研究

　　(二 )生物膜與細(xì)胞器的研究

　　(三 )細(xì)胞骨架體系的研究

　　(四 )細(xì)胞增殖及其調(diào)控

　　（五 )細(xì)胞分化及其調(diào)控

　　(六 )細(xì)胞的衰 老與程序死亡

　　(七 )細(xì)胞的起源進(jìn)化

　　(八 )細(xì)胞工程

　　細(xì)胞生物學(xué)不同于細(xì)胞學(xué)主要表現(xiàn)在：第一，深刻性。它從細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)，超微結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)對細(xì)胞進(jìn)行剖析，并把細(xì)胞生命活動同分子水平和超分子水平聯(lián)系起來。第二，綜合性。這所研究的內(nèi)容廣泛涉及到許多學(xué)科領(lǐng)域，同生理學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)、

　　發(fā)育生物學(xué)等融合到一起。

　　三、當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的總體趨勢與重點(diǎn)領(lǐng)域

　　（一）當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究中的三大基本問題

　　1、細(xì)胞內(nèi)的基因組是如何在時(shí)間與空間上有序表達(dá)的？

　　2、基因表達(dá)的產(chǎn)物如何逐級裝配成基本結(jié)構(gòu)體系及各種細(xì)胞器？

　　3、基因表達(dá)的產(chǎn)物如何調(diào)節(jié)細(xì)胞最重要的生命活動過程的？

　　（二）當(dāng)前細(xì)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(zhì)相互作用關(guān)系 —— 主要是非組蛋白對基因組的作用。

　　2、細(xì)胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互關(guān)系及調(diào)控

　　3、細(xì)胞信號傳導(dǎo)的研究

　　4、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的裝配

　　第二節(jié) 細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史

　　一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

　　英國學(xué)者 胡克 于 1665年制造了第一臺有科研價(jià)值的顯微鏡,第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造,細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是在 1665年。 1677— 1683年，荷蘭人 列文胡克 用自己設(shè)計(jì)好的顯微鏡 第一次觀察到活細(xì)胞 。

　　二、細(xì)胞學(xué)說的建 立及其意義

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

　　細(xì)胞是一切動植物的 基本單位，這就是著名的“細(xì)胞學(xué)說”。

　　2、細(xì)胞學(xué)說的基本內(nèi)容：①一切有機(jī)體都是由細(xì)胞發(fā)育而來的，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；②每個(gè)細(xì)胞是一個(gè)相對獨(dú)立的單位，執(zhí)行特定的功能；③細(xì)胞只能通過細(xì)胞分裂而來。

　　三、細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時(shí)期這一時(shí)期的研究方法，主要是顯微鏡下形態(tài)的描述。

　　1、原生質(zhì)理論的提出； 2、細(xì)胞分裂的研究； 3、重要細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn)。

　　四、實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞學(xué)的分支及其發(fā)展

　　1876年 O ·Hertwig以細(xì)胞為基礎(chǔ)，對所有生物現(xiàn)象作一般性綜合，他采用實(shí)驗(yàn)的方法研究海膽和蛔蟲 發(fā)育中的核 質(zhì)關(guān)系，實(shí)際上創(chuàng)立了實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)。從此，實(shí)驗(yàn)的方法得到廣泛的應(yīng)用，使細(xì)胞學(xué)得到迅速的發(fā)展。

　　隨著對細(xì)胞 認(rèn)識的深入，開始了對細(xì)胞的遺傳、細(xì)胞器功能、細(xì)胞生化代謝及生理的研究，于是便以細(xì)胞為中心，發(fā)展起來一些新興學(xué)科，如細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞生理學(xué)、細(xì)胞化學(xué)。

　　五、細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的形成與發(fā)展細(xì)胞生物學(xué)的形成的基礎(chǔ)是：①細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究；

　　②細(xì)胞生物化學(xué)的發(fā)展；③ 70年代以來分子生物學(xué)的概念與技術(shù)引入細(xì)胞學(xué)。概括地說，細(xì)胞生物學(xué)是以細(xì)胞作為一切有機(jī)體進(jìn)行生命活動的基本單位，在各個(gè)層次上（顯微、亞顯微、分子水平）研究細(xì)胞生命活動規(guī)律的學(xué)科。

　　其主要發(fā)展方向是細(xì)胞分子生物學(xué)。

　　思考題

　　1、細(xì)胞學(xué)說的基本內(nèi)容是什么？恩格斯對細(xì)胞學(xué)說評價(jià)很高，為什么？ P9

　　2、細(xì)胞生物學(xué)與經(jīng)典細(xì)胞學(xué)有什么區(qū)別？

　　3、當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的熱點(diǎn)課題中你最感受興趣的是哪些？為什么？

第二章 細(xì)胞基本知識概念

　　第一節(jié) 細(xì)胞的基本概念

　　一、細(xì)胞是生命活動的基本單位細(xì)胞是有膜包圍的能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，

　　簡單地說 細(xì)胞是生命活動的基本單位 。可以從以下角度去理解：①細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位；②細(xì)胞是 有是代謝與功能的基本單位，有嚴(yán)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(dú)立的結(jié)構(gòu)裝置 。③

　　有機(jī)體的生長發(fā)育是依靠細(xì)胞增殖、分化與凋亡來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞是有機(jī)體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；④細(xì)胞具有遺傳的全能性（除少數(shù)特化細(xì)胞），是遺傳的基本單位。

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

　　第二節(jié) 非細(xì)胞形態(tài)的生命體 —— 病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系一、病毒的基本知識病毒是由一個(gè)核酸分子 (DNA或 RNA)與蛋白質(zhì)構(gòu)成的非細(xì)胞形態(tài)的生命體 。類病毒僅由一個(gè)有感染性的 RNA構(gòu)成。

　　朊病毒僅由有感染性的蛋白質(zhì)構(gòu)成。病毒是完整的寄生物。

　　根據(jù)核 酸類型不同，病毒 可分為 DNA病毒與 RNA病毒。

　　依據(jù)宿主可分為動物病毒、植物病毒和細(xì)菌病毒（噬菌體）等。

　　二,病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖（復(fù)制）

　　病毒的增殖又稱病毒的復(fù)制,病毒的增殖必須在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行 。

　　病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)分別復(fù)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(jié)構(gòu)。

　　其復(fù)制過程大到可分為：

　　侵染，脫去衣殼，早基因的復(fù)制與表達(dá)，晚基因的復(fù)制、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的合成，裝配、成熟與釋放等過程。

　　三、病毒與細(xì)胞在起源和進(jìn)化中的關(guān)系病毒可能是細(xì)胞在特定條件下“扔出”的一個(gè)基因組，或者是具有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力的 mRNA。這些游離的基因組只有回到它們原來的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中才能進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。

　　第三節(jié) 原核細(xì)胞與古核細(xì)胞

　　種類繁多的細(xì)胞可以分為原核細(xì)胞與真核細(xì)胞兩類大類。

　　近年有些生物學(xué)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(xì)胞相應(yīng)分為三大類型：

　　原核細(xì)胞、古核細(xì)胞與真核細(xì)胞。

　　原核細(xì)胞無典型的細(xì)胞核，其基本特點(diǎn)：①遺傳物質(zhì)僅由一個(gè)裸露的環(huán)狀 DNA構(gòu)成；②細(xì)胞內(nèi)沒有分化出以膜為基礎(chǔ)的細(xì)胞器與細(xì)胞核膜。

　　原核細(xì)胞大約出現(xiàn)在 35億年前,包括支原體、衣原體、立克次體、細(xì)菌、放線菌及藍(lán)藻 (藍(lán)細(xì)菌 )等 6類。

　　一、支原體支原體是目前發(fā)現(xiàn)的最小、最簡單的細(xì)胞,直徑只有 0.1~0.3μm,能在體外生長，也能寄生在細(xì)胞內(nèi)。

　　二、原核細(xì)胞的兩個(gè)代表 —— 細(xì)菌和藍(lán)藻

　　（一）細(xì)菌細(xì)菌有 3種形態(tài)：球菌、桿菌、螺旋菌。

　　在進(jìn)化上，細(xì)菌又可分為原細(xì)菌（古細(xì)菌）與真細(xì)菌兩類大類。

　　1,細(xì)菌細(xì)胞的核 區(qū)與基因：

　　一個(gè)環(huán)狀的 DNA分子盤繞在核區(qū)，沒有或有極少的組蛋白，無明顯的 Feulgen正反應(yīng)。 DNA復(fù)制不受細(xì)胞分裂周期的限制，可以連續(xù)進(jìn)行,且 DNA復(fù)制、

　　RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯可以同時(shí)進(jìn)行,這是細(xì)菌乃至整個(gè)原核細(xì)胞器與真核細(xì)胞最顯著的差異之一。

　　2、細(xì)菌細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu)：

　　主要指細(xì)胞膜、細(xì)胞壁及其特化結(jié)構(gòu) (中膜體、莢膜、鞭毛等 )。細(xì)胞膜是細(xì)胞表面的重要結(jié)構(gòu)。

　　細(xì)胞膜 的功能包括：①選擇性地物質(zhì)運(yùn)輸；②細(xì)菌細(xì)胞膜含有豐富的酶系，執(zhí)行重要的代謝功能。

　　中膜體 由細(xì)胞膜內(nèi)陷形成，可能起 DNA復(fù)制的支點(diǎn)作用。

　　細(xì)胞壁 的 共同成分是肽聚糖,革蘭氏陽性菌與陰性菌細(xì)胞壁成分與結(jié)構(gòu)差異明顯。

　　莢 膜 是某些細(xì)菌表面的特殊結(jié)構(gòu)，是位于細(xì)胞壁表面的一層粘液物質(zhì)。

　　鞭 毛 是某些細(xì)菌的運(yùn)動器官，結(jié)構(gòu)簡單

　　3、細(xì)菌細(xì)胞的核糖體

　　核糖體的沉降系數(shù)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(zhì)，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(zhì)，對四環(huán)素與鏈霉素敏感。

　　4、細(xì)菌細(xì)胞核外 DNA

　　核外 DNA：質(zhì)粒。 裸露的環(huán)狀 DNA，能自我復(fù)制，

　　并可整合到核 DNA中。

　　5、細(xì)菌細(xì)胞的內(nèi)生孢子

　　又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強(qiáng)抵抗力的休眠體。

　　內(nèi)生孢子：細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的重要物質(zhì) (特別是 DNA)，

　　積聚在細(xì)胞的一端，形成致密體，可度過惡劣環(huán)境。

　　細(xì)菌的增殖為直接分裂。

　　（二）藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌，是原核生物，又是最簡單的自養(yǎng)植物類型之一。

　　藍(lán)藻含有豐富的色素，可進(jìn)行類似高等植物的光合作用。

　　其中央相當(dāng)于細(xì)菌的核區(qū)；光合作用片層由藻膽蛋白構(gòu)成，作用是將光能傳遞給葉綠素 a；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物有的是儲存的養(yǎng)料，有的功能不詳；細(xì)胞膜外有細(xì)胞壁和膠質(zhì)層 (鞘 )。

　　三、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的根本區(qū)別：①細(xì)胞膜系統(tǒng)的分化演變；②遺傳信息量與遺傳裝置的擴(kuò)增與復(fù)雜化。由于上述的根本差異，真核細(xì)胞的體積也相應(yīng)擴(kuò)增，細(xì)胞內(nèi)部出現(xiàn)精密的網(wǎng)架結(jié)構(gòu) —— 細(xì)胞骨架。

　　二者的區(qū)別可分為兩部分進(jìn)行比較：

　　①結(jié)構(gòu)與功能比較：真核細(xì)胞的生物膜將細(xì)胞分化為核與質(zhì)兩部分，細(xì)胞質(zhì)又分化出各種細(xì)胞器，細(xì)胞骨架又保證了細(xì)胞形態(tài)的合理排布與執(zhí)行功能的有序性

　　(P36 表 2-2)。

　　②細(xì)胞遺傳裝置與基因表達(dá)方式的比較：核膜使擴(kuò)增了的遺傳信息與復(fù)雜的遺傳裝置相對獨(dú)立,使基因表達(dá)的程序有嚴(yán)格的階段性與區(qū)域性 (P36表 2-3 )。

　　四、古核細(xì)胞（古細(xì)菌）

　　古細(xì)菌（又稱原細(xì)菌）是一些生長在極端特殊環(huán)境中（高溫或高鹽）的細(xì)菌。最早發(fā)現(xiàn)的是產(chǎn)甲烷細(xì)菌類。

　　古核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、遺傳裝置雖與原核細(xì)胞相似，但一些 基本分子生物學(xué)特點(diǎn)又與真核細(xì)胞接近。

　　現(xiàn)已有更多的論據(jù)說明真核生物可能起源于古核生物，

　　論據(jù)如下：

　　（ 1）古細(xì)菌的細(xì)胞壁成分與真核細(xì)胞一樣；

　　（ 2）古核細(xì)胞 DNA中有重復(fù)序列的存在；

　　（ 3）具有組蛋白；

　　（ 4）古核細(xì)胞的核糖體與真細(xì)菌的差異很大，從對抗生素的反應(yīng)看，應(yīng)更類似真核細(xì)胞的核糖體；

　　（ 5）根據(jù)對 5SrRNA的分子進(jìn)化分析和二級結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類。而真細(xì)菌卻與之差別甚遠(yuǎn)。

　　第四節(jié) 真核細(xì)胞的基本知識概要

　　一、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系

　　1、生物膜系統(tǒng)

　　細(xì)胞表面是一種多功能結(jié)構(gòu)；核膜又把細(xì)胞分為細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核。

　　以生物膜系統(tǒng)為基礎(chǔ)形成了各種細(xì)胞器。線粒體、

　　葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及溶酶體等。

　　2、遺傳信息表達(dá)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

　　由 DNA— 蛋白質(zhì)與 RNA— 蛋白質(zhì)復(fù)合體形成的遺傳信息載體與表達(dá)系統(tǒng)，一般以顆粒或纖維狀的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在。包括染色質(zhì)，核 仁、核糖體等。

　　3、細(xì)胞骨架系統(tǒng)

　　細(xì)胞骨架由特異的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)構(gòu)成網(wǎng)架系統(tǒng)，可分為胞質(zhì)骨架與核骨架。

　　二、細(xì)胞大水及其分析

　　細(xì)胞體積的守恒規(guī)律。

　　三、細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

　　細(xì)胞的形態(tài)與功能具有相關(guān)性與一致性。

　　四、植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的比較

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

　　思考題

　　1、如何理解細(xì)胞是生命活動的基本單位？ P17

　　2、細(xì)胞有那些基本共性？ P19

　　3、比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的主要差異？ P35

　　4、比較植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的主要差異？ P45

　　5、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性觀點(diǎn)是學(xué)習(xí)細(xì)胞生物學(xué)的重要原則之一，你是否能提出一些更有說服力的論據(jù)來說明這一問題？