细胞生物学教材

第一章绪论细胞：(cell)是生物体形态结构和生命活动的基本单位。

细胞学(cytology)：是研究细胞生命现象的科学，其研究范围包括：细胞的形态结构和功能、分裂和分化、遗传和变异以及衰老和死亡等。

★★细胞生物学(cell biology)：是从细胞、亚细胞和分子水平研究细胞生命活动的学科。

医学细胞生物学（medical cell biology)：是以细胞生物学和分子生物学为基础，研究和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机理与防治的科学。

细胞生物学研究的主要任务：将细胞作为生命活动的基本单位，从细胞、亚细胞及分子水平上把细胞的结构和功能统一起来，以动态观点来探索细胞的各种生命活动。

★细胞生物学的分支学科:细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学、细胞社会学、细胞形态学、分子细胞学★★第二节细胞生物学的发展简史一、细胞的发现和细胞学说的创立阶段时间跨度：显微镜的发明→19世纪中叶突出成就：发现了细胞并创立了细胞学说主要事件：①Janssen兄弟试制成第一台复式显微镜；★②Robert Hooke发现并命名了细胞；★③Leeuwenhoek首次观察到活细胞；★④Schleiden和Schwann提出了细胞学说。

二、经典细胞学阶段时间跨度：19世纪中叶→20世纪初叶突出成就：采用固定和染色方法观察细胞的形态结构，使细胞学得到蓬勃的发展主要事件：★①Flemming发现细胞的有丝分裂现象；★②Hertwig发现受精现象和减数分裂现象。

不足之处：对细胞的研究仍停留在形态结构的观察上三、实验细胞学阶段时间跨度：20世纪初叶→20世纪中叶主要特点：①应用实验方法，不再只偏重形态研究；②相邻学科渗透，众多分支学科逐渐形成；③电子显微镜发明并应用，对细胞形态的研究深入到亚显微水平并逐步将结构与功能统一起来。

主要事件：★Ruska设计制造了第一台电子显微镜四、分子细胞生物学阶段起始时间：20世纪40年代主要特点：对细胞的研究真正从显微水平深入到亚显微水平直至分子水平。

主要事件：★①Avery证实DNA为遗传物质；★②Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型；★③Crick创立中心法则。

★第四节细胞生物学研究动态与医学的进展★当今细胞生物学研究热点：①细胞通讯和细胞信号转导；②细胞增殖与细胞周期的调控；③细胞的生长和分化；④细胞的衰老和死亡；⑤干细胞及其应用；⑥细胞工程第三章细胞的分子基础和基本概念第一节、细胞的化学与分子组成细胞的组成元素：（原生质）C、H、O、N、S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe和微量元素★★细胞的分子组成：生物小分子：无机小分子（水、无机盐）；有机小分子（单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸）生物大分子：多糖、脂肪、蛋白质、核酸生物小分子：水：功能：①良好溶剂②提供反应环境性质：★极性分子→极性化合物易溶于水存在形式：结合水、游离水无机盐：功能：①维持细胞内外的渗透压和pH值；②与蛋白质或脂类结合，构成功能性结合蛋白或类脂。

存在形式：离子状态：阳离子：Na+,K+,Ca2+,Fe2+,Mg2+等阴离子：Cl-,SO42-,PO43-,HCO3-等单糖：通式：(ＣＨ2Ｏ)ｎｎ=３—７的正整数代表：(ＣＨ2Ｏ)6 ——★葡萄糖(G)功能：细胞主要的营养物质贮存：动物-------糖原；植物-------淀粉脂肪酸：通式：CH3(CH2)nCOOH n=10—20的偶数★①碳氢链长度②碳-碳双键的数目→③碳-碳双键的位置；２．分解产生能量。

氨基酸：★结构通式：功能：蛋白质的基本结构单位。

核苷酸：★★化学组成：磷酸戊糖：核糖、脱氧核糖碱基：嘧啶（T、C、U）嘌呤（A、G）功能：核酸的基本结构单位。

★★3‘5‘磷酸二酯键核酸：功能：核酸→生物遗传物质→生命的生长、发育、遗传、变异★★分类：DNA、RNA★★DNA双螺旋结构模型（1953，Watson and Crick)1.DNA分子由两条平行且方向相反、呈右手螺旋的多核苷酸链组成，两条链有一共同的螺旋轴。

2.两条链中脱氧核糖和磷酸排列在外侧，碱基在内侧按互补配对原则（A=T，G三C）以氢键相连。

3.相邻碱基对旋转36°，间距0.34nm，螺旋一周为10个碱基对，螺距为3.4nm。

螺旋直径2.0nm。

★DNA的功能：DNA作为遗传物质，其主要功能在于储存，复制和传递遗传信息。

DNA的复制：半保留复制RNA的结构、功能和分类★结构：单链，可自身回折形成局部假双链。

功能：mRNA：从DNA分子上转录遗传信息，是合成蛋白质的模板；tRNA：专一性地输送活化的氨基酸到核糖体的特定位点上；rRNA：与蛋白质一起构成核糖体。

★分类：mRNA、tRNA、rRNA★★DNA和RNA的区别蛋白质：组成：基本单位：氨基酸，20种氨基酸结构通式相同分子结构：相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键相连，从而构成蛋白质的结构基础——多肽链。

一级结构：概念：★多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。

化学键：★主键------肽键；副键-------二硫键二级结构：概念：★在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘绕或折叠的结构。

化学键：★氢键分类：★a-螺旋：多肽链内部借助氢键联系以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象。

★ß-折叠：一条多肽链回折而形成的折叠片层结构。

也发生在相邻两条多肽链之间。

三级结构：概念：★在二级结构的基础上按一定方式再行盘绕折叠而形成的空间结构。

化学键：★[氢键，离子键，疏水键]四级结构：概念：★两条或两条以上具有三级结构的肽链之间借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。

即四级结构中每条具有三级结构的多肽链→亚基→四级结构化学键：★氢键等★注意：①不是所有的蛋白质都有四级结构；②只有一条多肽链的蛋白质，在三级结构上就表现出生物活性；而两条或两条以上条肽链构成的蛋白质，必须在四级结构上才能表现出生物活性。

功能：a.蛋白质是细胞和组织的主要成分；b.作为酶催化生物体内各种化学反应；c.蛋白质具有运输，收缩，调节和防御功能。

酶：由活细胞产生的、具有催化作用的物质，又称生物催化剂。

★特性：高度专一性、高效催化性、高度不稳定性第二节、细胞的形成与进化三个阶段：1、从分子到细胞：无机分子→有机分子→多聚体→大分子2、从原核细胞到真核细胞：原始细胞→储存遗传信息的DNA、指导蛋白质合成的RNA、制造蛋白质的核糖体→原核细胞3、从单细胞生物到多细胞生物：单细胞→群体→多细胞生物如：衣藻→团藻→盘藻★多细胞生物的两个基本特点：①细胞产生了特化；②细胞之间协同合作。

第三节、原核细胞与真核细胞根据细胞的进化程度，可将生物细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。

原核细胞：支原体、细菌真核细胞：真菌等★★真核细胞与原核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞大小较小(1-10um) 较大(10-100um)代谢厌氧或需氧需氧细胞质无细胞骨架、胞质流动、有细胞骨架、胞质流动、内吞和外吐作用内吞和外吐作用细胞器无(除70S核糖体外) 有内质网、高尔基复合体、线粒体等细胞核无核膜和核仁（类核）有核膜和核仁（真核）呈环状，位于细胞质内，位于细胞核内，含有许多非编码区，DNA 不与组蛋白结合与组蛋白结合构成染色体在同一区室内合成RNA和核内合成和加工RNA，细胞质内合成RNA和蛋白质蛋白质（同时同地）蛋白质（异时异地）细胞分裂无丝分裂，无纺缍丝有丝分裂或减数分裂,形成纺缍丝分布细菌，支原体，立克次氏体原虫，真菌，植物，动物，人类运动简单原纤维及鞭毛纤毛或鞭毛细胞壁由胞壁质组成（细菌等）由纤维素组成（植物细胞）第四章细胞膜及物质的跨膜运输细胞膜（cell membrane)：概念：位于细胞表面的一层膜性结构，又称质膜（plasma membrane).功能：①使细胞具有相对独立和稳定的内环境；②是细胞内外物质、信息、能量交换的―门户‖。

★细胞内膜（endomembrane）:除细胞膜外，真核细胞内还有许多膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体等，称为细胞内膜。

它们共同构成真核细胞的内膜系统。

★单位膜(unit membrane)：任何生物膜在电镜下都呈现―暗—明—暗‖三层结构，故称为单位膜。

★生物膜(biomembrane)：细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。

组成：主要组成-------脂类、蛋白质、糖类；少量组成-------水、无机盐、金属离子★蛋白质/脂类: 在不同种类生物膜中有所不同功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类大；功能少而简单的膜，蛋白质/脂类小。

★膜脂：磷脂、胆固醇、糖脂→★★双亲性分子★磷脂：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂胆固醇：糖脂：脑苷脂、神经节苷脂★膜蛋白：内在膜蛋白（70%～80%）、外在膜蛋白（20% ～30%）★★1、内在膜蛋白：※膜功能的承担者；※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层中。

（1）跨膜蛋白——贯穿脂双层，两端露出膜内外①单次穿膜②多次穿膜（2）半嵌入蛋白——一端嵌入膜层内，另一端露出膜外★2、外在膜蛋白：※非双亲性分子；※附在膜的胞质面，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的极性区域非共价地结合。

膜：非胞质面胞质面12螺旋几次折返穿越脂质双层。

跨膜蛋白一段螺旋贯穿脂质双层。

膜糖类：糖脂、糖蛋白，分布于非胞质面细胞外衣（糖萼）：细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织成一层多糖物质，称细胞外衣或糖萼。

生物膜的特性：流动性、不对称性、（镶嵌性）1、膜脂的流动性：★★膜脂的特性——液晶态★膜脂分子的运动方式：（1）侧向移动；（2）旋转运动；（3）左右摆动；（4）翻转运动影响膜脂流动性的因素：★1.脂肪酸链的饱和程度：饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大。

★2.脂肪酸链的长度：链长，流动性小；链短，流动性大。

3.胆固醇的影响：调节膜的流动性。

4.卵磷脂/鞘磷脂的比例：此比例小，流动性小；此比例大，流动性大。

5.其它因素：环境温度，内在膜蛋白的含量2、膜蛋白的流动性运动方式：★（1）侧向移动；（2）旋转运动（二）生物膜的不对称性★1、膜脂分布的不对称性第一：磷脂磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）；磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）∵磷脂酰丝氨酸带有负电荷(No.10) ∴细胞膜内层负电荷多于外层。

第二：胆固醇因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。

（非胞质面）第三：糖脂全部分布在细胞膜的外层。

（非胞质面）2、膜蛋白分布的不对称性第一：膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。

（包括内在及外在膜蛋白）第二：膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。