細(xì)胞生物學(xué)(Cell Biology)是在顯微、亞顯微和分子水平三個層次上，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、起源與進化、興奮與運動以及細(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 個方面：

　　(一 )細(xì)胞核、染色體以及基因表達的研究

　　(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間與空間上有序表達的？

　　2、基因表達的產(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每個細(xì)胞是一個相對獨立的單位，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)典時期這一時期的研究方法，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、實驗細(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，他采用實驗的方法研究海膽和蛔蟲 發(fā)育中的核 質(zhì)關(guān)系，實際上創(chuàng)立了實驗細(xì)胞學(xué)。從此，實驗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(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行獨立繁殖的最小原生質(zhì)團，

　　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立的結(jié)構(gòu)裝置 。③

　　有機體的生長發(fā)育是依靠細(xì)胞增殖、分化與凋亡來實現(xiàn)的。細(xì)胞是有機體生長發(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，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：①遺傳物質(zhì)僅由一個裸露的環(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、放線菌及藍藻 (藍細(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)胞的兩個代表 —— 細(xì)菌和藍藻

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

　　在進化上，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)進行,且 DNA復(fù)制、

　　RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯可以同時進行,這是細(xì)菌乃至整個原核細(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）藍藻又稱藍細(xì)菌，是原核生物，又是最簡單的自養(yǎng)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(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方式的比較：核膜使擴增了的遺傳信息與復(fù)雜的遺傳裝置相對獨立,使基因表達的程序有嚴(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？