细胞生物学讲义

细胞生物学讲义

细胞生物学讲义细胞生物学讲义-1-

第一章为绪论

1.1细胞生物学研究的内容与现状

一、 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科

细胞生物学：是在显微、亚显微与分子水平等不同层次上研究细胞结构、功能及生命活动规律的科学。

细胞生物学的研究对象是细胞。

细胞分子生物学是当前细胞生物学发展的主要方向。细胞生物学不同于细胞学主要表现在：

第一，深刻性。它从细胞的整体结构、超微结构和分子结构三个方面进行分析，并将细胞的生命活动与分子水平和超分子水平联系起来。

第二，综合性。这所研究的内容广泛涉及到许多学科领域，同生理学、遗传学、生物化学、发育生物学等融合到一起。

二、 细胞生物学的主要研究内容

细胞核、染色体以及基因表达的研究；生物膜与细胞器的研究；细胞骨架体系的研究；细胞增殖及其调控；细胞分化及其调控；细胞的衰老与程序死亡；细胞的起源进化；细胞工程；

（一） 细胞核、染色体和基因表达的研究

细胞核是遗传物质dna贮存的场所，也是遗传信息转录为mrna、rrna与trna的场所。染色质与染色体是遗传物质的载体．核仁是转录rrna与装配核糖体亚单位的具体场所。核膜与核孔复合体是核质之间物质交换与信息交流的结构。而现代细胞生物学的核心课题之一就是研究染色体结构动态变化与基因表达及其调控的关

在细胞和分子水平上，它是细胞生物学、遗传学和发育生物学中最活跃和最热门的话题。（2） 生物膜与细胞器的研究

生物膜是细胞结构的重要基础，大部分细胞器(包括核膜)都是以生物膜为基础构建的。生物膜的主要功能是进行细胞内外物质与信息的交换，也具有对细胞内外因子识别的功能。生物膜的研究义是研究细胞器结构与功能的基础。细胞器的研究历来是认识细胞结构与功能的重要组成部分。线粒体和叶绿体结构与换能机制的研究已很深入。内质网、高尔基体与溶酶体功能的研究也增添了许多新的知识(三)细胞骨架体系的研究 细胞骨架的广义概念应包括细胞质骨架和核骨架。由于细胞骨架在维持细胞形态和维持细胞内部结构合理布局方面起着重要作用，因此细胞骨架系统的研究越来越受到重视。近年来，人们还发现细胞骨架与一系列重要的生命活动密切相关，如细胞内大分子的运输和细胞器的运动、细胞信息的传递、基因表达和大分子加工。核骨架的研究是近年来发展迅速的领域之一。（4） 细胞增殖及其调控

细胞生物学讲义-2-

所有动植物的生长发育都是通过细胞增殖和分化来实现的。目前，国际上对细胞增殖调控的研究主要从两个方面展开：一是从环境和生物体中寻找控制细胞增殖的因素，阐明其作用机制。二是寻找控制细胞增殖的关键基因，通过调节基因产物控制细胞增殖。例如，癌基因、抑癌基因及其表达产物与细胞增殖有关。

(五)细胞分化及其调控

细胞分化是生物发育的基础。近年来，细胞分化的研究越来越显示出其重要性，也是细胞生物学、发育生物学和遗传学的重要交汇点。细胞“全能性”的揭示使人们认识到，细胞可以控制细胞的分化，可以“去分化”分化细胞，并对其进行分裂和再分化，这在控制生物体的生长发育方面显示了诱人的前景。大多数细胞生物学家认为肿瘤是未分化和去分化的结果。人们正在考虑通过启动分化基因的表达来抑制癌基因的表达。

(六)细胞的衰老与程序死亡

细胞衰老的研究是研究人类、动物和植物寿命的基础。目前，大多数科学家采用细胞体外培养的方法来研究细胞衰老的规律。人们一直希望通过对细胞衰老因子和衰老因子的研究来延长细胞的寿命。近年来，人们一直试图在细胞中发现“衰老”及其信号转导。细胞凋亡是近年来生命科学中一个重要的新兴领域。细胞凋亡是一种自然的细胞死亡现象，由一系列基因控制，并受复杂信号调节。细胞凋亡可能是正常生理发育和病理过程之间的重要平衡因子。（7） 细胞的起源和进化

细胞起源与进化的研究是重要的理论问题，也是难度很大的研究课题。根据古微生物的证据，原始细胞大约在35亿多年前就在地球上出现。生命的物质只有当其以细胞形式出现时才能稳定地在地球上存在下去。目前有关细胞起源学说在很大程度上是推理性的，还需要补充更多的事实细节。(八)细胞工程

细胞工程是细胞生物学和遗传学的交叉领域。这种细胞转化技术是生物工程技术的重要组成部分。对工农业生产和医疗实践具有重要意义。植物组织培养和快速繁殖技术。通过动物体细胞杂交建立单克隆抗体技术是细胞工程中最富有成效的工作实例。近年来，利用哺乳动物体细胞克隆获得无性胚胎和个体是细胞工程领域最具创新性的进展之一。

三、当前细胞生物学研究的总体趋势与重点领域

（一） 当前细胞生物学研究的三个基本问题 1、细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？

2.基因表达产物如何逐步组装成基本结构系统和各种细胞器？3.基因表达产物如何调节细胞最重要的生命活动？1.细胞中的基因组是如何在时间和空间上有序表达的？

假如我们将一些基因放在试管内，只要条件都能满足，它们都可以完成表达。在细胞内环境中，它们能否表达及其表达程序都将受到严格的调节与控制。这就是细胞作为结构与生命活动的基本单位的奥妙所在。这种调控网络可能是迄今任何一台计算机无法比拟的。

细胞生物学讲义-3-

2、基因表达的产物如何逐级装配成基本结构体系及各种细胞器？

结构蛋白和核酸、脂类、多糖及其复合物。如何将它们组装成基本的结构系统和各种细胞器，以发挥生命的功能？这种自组装过程的调节程序和机制是什么？这也是21世纪一个具有挑战性的领域。

3、基因表达的产物如何调节细胞最重要的生命活动过程的？

大量的活性因子和信号分子。它们如何调节细胞最重要的生命活动过程？如细胞增殖、分化、衰老和凋亡。

（二）当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题

1.染色体DNA和蛋白质之间的相互作用——主要是非组蛋白对基因组的影响。2.细胞增殖、分化和凋亡（程序性死亡）的关系和调节3。细胞信号转导研究4。细胞结构系统的组装

1、染色体dna与蛋白质相互作用关系――主要是非组蛋白对基因组的作用。

可以认为，染色体是由巨大的DNA分子和结合蛋白形成的动态复杂结构。可分为细胞间染色体和有丝分裂染色体。DNA和蛋白质在细胞周期中的交替和相互转化主要取决于DNA和蛋白质之间的动态结合关系。DNA是遗传密码的分子结构，蛋白质是调节DNA复制和转录活性并参与染色体构建的元素。

2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及调控

细胞增殖、分化、凋亡和衰老是细胞最重要的生命活动。它们不仅相互关联，而且受到一系列基因的制约。所有动植物的生长发育都依赖于细胞的增殖、分化和凋亡。细胞凋亡是一种由外部环境的各种信号刺激并受基因调控的“主动自然”死亡。它在细胞增殖、分化和各种病理过程中起着重要的补充作用。3.细胞信号转导的研究

当前细胞信号传递的基本内容是：①细胞间信号传递：重点是信号分子的结构与功能、信号分子与受体相互作用机制；②受体与信号跨膜转导：g蛋白的发现与较深人的研究使受体转换器的概念与结构功能更具体化； ③ 细胞内信号转导途径：蛋白质磷酸化和去磷酸化可能是信号转导的关键，直到转录因子被磷酸化以调节基因转录。4.单元结构体系的组装

在亚细胞水平我们可以将细胞结构大致归纳为三大某个结构体系：由蛋白与核酸构建的遗传信息结构体系(包括染色体、核仁、核糖体)；由蛋白与脂质构建的膜的结构体系(包括细胞膜、核膜与各种细胞器膜)；由蛋白与蛋白构成的细胞骨架结构体系。最后必须指出，上述诸领域与课题还不能概括细胞基本生命活动的所有重大问题。还有很多方面，诸如蛋白质合成、分选与跨膜定向运输，真核细胞起源与进化等等，不仅对细胞基本生命活动规律的认识很重要，而量近年也有迅速的进展。

1.2细胞学和细胞生物学简史

一、细胞的发现

细胞生物学讲义-4-

英国学者胡克于1665年制造了第一台有科研价值的显微镜，第一次描述了植物细胞的构造，细胞的发现是在1665年。

1674年，荷兰学者A.V.Leeuwenhoek用设计精良的显微镜观察了许多动植物的活细胞和原生动物，并在观察红细胞时描述了细胞核的结构。

二、细胞学说的建立及其意义

成立：1838年至1839年，德国植物学家施莱登和动物学家施万提出，所有动植物都是由细胞组成的，细胞是所有动植物的基本单位，这就是著名的“细胞理论”。细胞理论的提出对生物科学的发展具有重要意义。人们通常称之为1838年至1839年由施万和施莱登建立的细胞理论。1859年达利创立的进化论和1866年云德尔创立的遗传学是现代生物学的三大基石

1.2.3细胞学的经典时期

1.原生质体理论的提出2。细胞分裂研究3。重要校正器的发现

1.2.4实验细胞学与细胞学的分支及其发展

（一） 细胞遗传学进展（Ⅱ）细胞生理学研究（Ⅲ）细胞化学