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1、细胞生物学细胞生物学( Cell Biology)李裕强李裕强8/29/2024参考教材参考教材n教材：教材：细胞生物学，翟中和，高等教育出版社，细胞生物学，翟中和，高等教育出版社，20072007，第三版，第三版n 参考书：参考书：王金发编著王金发编著 细胞生物学细胞生物学， 科学出版社科学出版社 （0303年）年）汪堃仁等主编汪堃仁等主编细胞生物学细胞生物学,3,3版，北师大出版社（版，北师大出版社（0202年）年）韩贻仁编著韩贻仁编著分子细胞生物学分子细胞生物学，2 2版，高教出版社版，高教出版社 （0505年）年）胡以平主编胡以平主编医学细胞生物学医学细胞生物学，高教出版社，高教出版社
2、 （0505年）年）杨杨 恬主编恬主编细胞生物学细胞生物学 ( (八年制八年制) )，人卫出版社（，人卫出版社（0505）王喜忠主译王喜忠主译分子细胞生物学分子细胞生物学，中文版，中文版， 高教出版社（高教出版社（0505）n参考书（英文版）参考书（英文版）Alberts,B.et al. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. NewYork & London, Garland Publishing, Inc, 2002Harvey Lodish et al. Molecular Cell Biology. New York: W. H. Freeman
3、 & Co.; c1999 Gerald Karp. Cell and Molecular Biology- Concepts and Experiments. 3rd ed, New York,John Wiley& Sons,Inc. 2002Bruce Alberts, et al, Essential Cell Biology. 2nd ed, New York & London, Garland Publishing, Inc, 2003内容内容1 1、细胞概论（、细胞概论（1,21,2）2 2、细胞生物学研究方法（细胞生物学研究方法（3 3）3 3、细胞质膜与跨膜运输（、细胞质膜与
4、跨膜运输（4,54,5）4 4、线粒体和叶绿体、线粒体和叶绿体 （6 6）5 5、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 （7 7）6 6、细胞信号转导（、细胞信号转导（8 8）7 7、细胞骨架（、细胞骨架（9 9）8 8、细胞核与染色体（、细胞核与染色体（1010）9 9、核糖体（、核糖体（1111）1010、细胞增殖及其调控（、细胞增殖及其调控（1212）1111、细胞衰老与凋亡（、细胞衰老与凋亡（1313）1212、细胞分化（、细胞分化（1414）1313、细胞社会的联系（、细胞社会的联系（1515）课程内容课程内容第一章第一章 细胞概论细胞概论第
5、一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念第二节第二节 细胞的类型和结构体系细胞的类型和结构体系第三节第三节 细胞生物学研究的内容与现状细胞生物学研究的内容与现状第一节、细胞的基本概念第一节、细胞的基本概念n细胞是生物体（包括动物、植物和微生物）细胞是生物体（包括动物、植物和微生物）的形态结构、生理功能和发育的基本单位。的形态结构、生理功能和发育的基本单位。神经细胞草履虫细菌纤毛虫绿藻红细胞精子植物细胞n细胞是构成生物有机体的基本结构单位细胞是构成生物有机体的基本结构单位一、一、细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位 n细胞是代谢与功能的基本单位细胞是代谢与功能的基本单位细胞具有独立的
6、、有序的自控代谢体系，是代谢与功细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是代谢与功能的基本单位能的基本单位支原体是最小最简单的细胞支原体是最小最简单的细胞细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位n细胞是生物有机体生长发育的基本单位细胞是生物有机体生长发育的基本单位有机体的生长与发育是通过细胞行为实现的有机体的生长与发育是通过细胞行为实现的是系统发育的基本单位：细胞是生命起源和进化的基是系统发育的基本单位：细胞是生命起源和进化的基本单位本单位细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位n细胞是遗传的基本单位细胞是遗传的基本单位遗传性状（和遗传病）的传递通过生殖细胞传遗传性状（和遗传病）的
7、传递通过生殖细胞传给下一代给下一代细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位n没有细胞就没有完整的生命没有细胞就没有完整的生命病毒不是细胞病毒不是细胞细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位二、细胞的基本共性二、细胞的基本共性n所有细胞都有相似的化学组成所有细胞都有相似的化学组成n脂蛋白体系的生物膜脂蛋白体系的生物膜nDNA-RNADNA-RNA的遗传装置的遗传装置n蛋白质合成的机器核糖体蛋白质合成的机器核糖体n一分为二的分裂方式一分为二的分裂方式第二节第二节 细胞的类型和结构体系细胞的类型和结构体系一一 原核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞n原核细胞（原核细胞（prokaryo
8、tic prokaryotic cellcell）遗传信息量小，仅有一个环状遗传信息量小，仅有一个环状DNADNA构成构成细胞内无分化为以膜为基础的具细胞内无分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器与细有专门结构与功能的细胞器与细胞核膜。胞核膜。出现于出现于3030亿年前亿年前包括：支原体、衣原体、立克次包括：支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻氏体、细菌、放线菌、蓝藻细胞独立生活必需的基本要素细胞独立生活必需的基本要素（1 1）遗传信息载体）遗传信息载体(DNA(DNA、RNA)RNA)（2 2）细胞膜）细胞膜 2020nmnm（3 3）核糖体核糖体 2020nmnm（4 4）
9、酶系统（酶系统（100100种）种）5050nmnm细胞最小体积细胞最小体积的极限直径不的极限直径不能小于能小于100100nmnm原核细胞原核细胞n支原体是最小最简单的细胞支原体是最小最简单的细胞0.10.30.10.3mm肺炎支原体肺炎支原体n细细菌菌是是在在自自然然界界分分布布最最广广、个个体体数数量量最最多多的有机体。的有机体。可可分分为为：球球菌菌、杆杆菌菌和螺旋菌（弧形菌）。和螺旋菌（弧形菌）。绝绝大大多多数数细细菌菌的的直直径径在在0.55m0.55m之间。之间。原核细胞原核细胞大大肠肠杆杆菌菌淋淋病病球球菌菌肉肉毒毒梭梭菌菌弧弧形形霍霍乱乱菌菌n蓝藻（蓝藻（Cyanobacte
10、riaCyanobacteria）：光能自养型原核生物）：光能自养型原核生物原核细胞原核细胞古核细胞（古细菌）古核细胞（古细菌） n古细菌（古细菌（archaebacteriaarchaebacteria）2020世纪世纪8080年代出现的名称年代出现的名称生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。 具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统；环状具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统；环状DNADNA，常含操纵子，常含操纵子也有真核生物的特征：细胞壁不含肽聚糖；也有真核生物的特征：细胞壁不含肽聚糖；DNADNA含内含子和重
11、复序列；含内含子和重复序列；具有组蛋白；核糖体对氯霉素不敏感；具有组蛋白；核糖体对氯霉素不敏感；RNARNA聚合酶和真核细胞的相似；聚合酶和真核细胞的相似；细胞膜中的脂类是不可皂化的。细胞膜中的脂类是不可皂化的。更可能是真核细胞的祖先更可能是真核细胞的祖先二二 真核细胞真核细胞n真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统n细胞膜系统的分化与演变细胞膜系统的分化与演
12、变结构与功能的区域化与专一化结构与功能的区域化与专一化真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系n遗传信息量与遗传装置的扩增与基因表达遗传信息量与遗传装置的扩增与基因表达方式复杂化方式复杂化编码结构与功能蛋白质的基因种类、数量增加编码结构与功能蛋白质的基因种类、数量增加遗传装置复杂化遗传装置复杂化基因表达方式复杂化基因表达方式复杂化真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构体系n细胞骨架系统出现细胞骨架系统出现植植物物气气孔孔细细胞胞人人类类红红细细胞胞巨巨噬噬细细胞胞神神经经元元细细胞胞原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比
13、较特特 征征原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞膜细胞膜核膜核膜染色体染色体核仁核仁线粒体线粒体内质网内质网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体核糖体核糖体光合作用结构光合作用结构核外核外 DNADNA细胞壁细胞壁细胞骨架细胞骨架细胞增殖细胞增殖（分裂）方式（分裂）方式有有（多功能性多功能性）无无由一个环状由一个环状 DNADNA 分子构成的单个染色分子构成的单个染色体，体，DNADNA 不与或很少与蛋白质结合不与或很少与蛋白质结合无无无无无无无无无无7070S S（包括（包括 5050S S 与与 30S30S 的大小亚单位）的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素蓝藻含有叶绿素 a a 的膜层结构，细菌的膜层
14、结构，细菌具有菌色素具有菌色素细菌具有裸露的质粒细菌具有裸露的质粒 DNADNA主要成分是氨基糖与壁酸主要成分是氨基糖与壁酸无无无丝分裂无丝分裂（直接分裂）（直接分裂）有有有有2 2 个染色体以上，染色体由线状个染色体以上，染色体由线状 DNADNA 与蛋白质组成与蛋白质组成有有有有有有有有有有8080S S（包括（包括 6060S S 与与 40S40S 的大小亚单位）的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素植物叶绿体具有叶绿素 a a 与与 b b线粒体线粒体 DNADNA，叶绿体叶绿体DNADNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果
15、胶果胶有有以有丝分裂以有丝分裂（间接分裂）为主（间接分裂）为主细胞类型细胞类型直径直径 (m )(m )比例比例最小的病毒最小的病毒支原体支原体细菌细菌动、植物细胞动、植物细胞原生动物细胞原生动物细胞 0.02 0.02 0.1 0.3 0.1 0.3 1 21 210 3010 30数百数百 数千数千 1 11010100100100010001000010000三三 细胞的大小细胞的大小n细胞大小的一般规律细胞大小的一般规律n细胞体积守恒定律细胞体积守恒定律不同细胞的大小变化很大不同细胞的大小变化很大人的卵细胞直径人的卵细胞直径0.1mm0.1mm， 而鸵鸟的则有而鸵鸟的则有5cm5cm。
16、同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小。这种现象称之为小而增大或缩小。这种现象称之为“细胞体积的守恒细胞体积的守恒定律定律”。 如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。细胞的大小细胞的大小n细胞最大体积的极限细胞最大体积的极限细胞相对表面积与体积成反比关系细胞相对表面积与体积成反比关系进行内外物质的交换，必需维持最佳的表面积，从而限制了进行内外物质的交换，必需维持最佳的表面积，从而限制了体积的无限增大。体积的无限增大。细胞核与细胞质之间有一定的比例关系：细胞核与细
17、胞质之间有一定的比例关系：1/31/3细胞内物质交流与细胞体积的关系细胞内物质交流与细胞体积的关系浓度；距离浓度；距离细胞的大小细胞的大小动物细胞与植物细胞的区别动物细胞与植物细胞的区别细胞壁、液泡、叶绿体细胞壁、液泡、叶绿体n细胞生物学：细胞生物学：是利用现代技术和方法，从细胞的整体、超微结构和分子是利用现代技术和方法，从细胞的整体、超微结构和分子水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学。水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学。特点：是从微观水平研究生命的综合性学科特点：是从微观水平研究生命的综合性学科微观性、广泛性、交叉性微观性、广泛性、交叉性n研究内容：研究内容：细胞的结构
18、与功能细胞的结构与功能细胞的重要生命活动细胞的重要生命活动细胞工程细胞工程第三节第三节 细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学研究的内容和现状n细胞生物学的现状细胞生物学的现状: :现代细胞生物学的三大特点现代细胞生物学的三大特点2121世纪细胞生物学面临的三大基本问题世纪细胞生物学面临的三大基本问题细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学研究的内容和现状n思考题：思考题：概念：概念：细胞、细胞、细胞生物学细胞生物学 简述细胞生物学主要研究内容。简述细胞生物学主要研究内容。2121世纪细胞生物学面临的三大基本问题是什么？世纪细胞生物学面临的三大基本问题是什么？细胞大小的一般规律细胞大小的一般规律细胞
19、能独立生活最基本要素细胞能独立生活最基本要素原核细胞与真核细胞的主要区别原核细胞与真核细胞的主要区别动物细胞与植物细胞的主要区别动物细胞与植物细胞的主要区别细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究n细胞的基本结构体系：细胞的基本结构体系：以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统n1 1、生物膜与细胞器的研究、生物膜与细胞器的研究1 1）质膜：细胞膜的结构与功能（细胞连接、细胞外基）质膜：细胞膜的结构与功能
20、（细胞连接、细胞外基质）质）细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究n1 1、生物膜与细胞器的研究、生物膜与细胞器的研究2 2）内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物）内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、核膜酶体、核膜细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究n1 1、生物膜与细胞器的研究、生物膜与细胞器的研究研究研究重点：细胞信号转导、物质定向运输重点：细胞信号转导、物质定向运输细胞信号转导细胞信号转导物质定向运输物质定向运输细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究n2 2、细胞核、染色体及基因表达的研究、细胞核、染色体及基因表达的研究核膜、核孔复合体：物质运输、信息传递核
21、膜、核孔复合体：物质运输、信息传递染色质与染色体：遗传信息的载体染色质与染色体：遗传信息的载体转录、核糖体亚单位装配转录、核糖体亚单位装配核基质：核骨架核基质：核骨架研究重点：基因表达调控、染色体结构动态变化研究重点：基因表达调控、染色体结构动态变化细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究核基质(核骨架)核仁核膜染色质与染色体n3 3、细胞骨架体系的研究、细胞骨架体系的研究由蛋白纤维组成的网状结构：微管、微丝、中间纤维由蛋白纤维组成的网状结构：微管、微丝、中间纤维功能：细胞形态维持、运动、物质运输、信息传递功能：细胞形态维持、运动、物质运输、信息传递研究重点：相关调节蛋白研究重点：相关调节蛋白
22、细胞的结构与功能研究细胞的结构与功能研究细胞重大生命活动规律研究细胞重大生命活动规律研究n1 1、细胞增殖与调控、细胞增殖与调控: : 增殖规律与调控机制增殖规律与调控机制研究重点：研究重点：环境中调节因子：环境中调节因子：GFGF、GFRGFR、信号分子、信号分子调节增殖基因：调节增殖基因：cdccdc gene gene、oncogenenoncogenen、suppression -suppression -oncogenenoncogenenn2 2、细胞分化及其调控、细胞分化及其调控分化：受精卵产生的同源分化：受精卵产生的同源细胞，在形态、功能和蛋细胞，在形态、功能和蛋白质合成方面发
23、生稳定性白质合成方面发生稳定性差异的过程。差异的过程。研究重点：研究重点：细胞的全能性细胞的全能性分化调节分化调节干细胞研究干细胞研究肿瘤细胞肿瘤细胞细胞重大生命活动规律研究细胞重大生命活动规律研究n3 3、细胞衰老与死亡、细胞衰老与死亡细胞衰老的分子机制：衰老基因、端粒酶细胞衰老的分子机制：衰老基因、端粒酶细胞凋亡：由基因控制的死亡细胞凋亡：由基因控制的死亡研究重点：凋亡信号通路、研究重点：凋亡信号通路、 细胞周期、凋亡与癌的关系细胞周期、凋亡与癌的关系细胞重大生命活动规律研究细胞重大生命活动规律研究细胞工程细胞工程n细胞工程细胞工程用细胞和分子生物学方法，有计划地改变细胞的结构用细胞和分子
24、生物学方法，有计划地改变细胞的结构或遗传物质，以产生特定的生物产品、性状或新的物或遗传物质，以产生特定的生物产品、性状或新的物种。种。分为：基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞分为：基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞质工程、细胞融合工程、干细胞工程质工程、细胞融合工程、干细胞工程研究热点：研究热点：单克隆抗体单克隆抗体 、转基因生物、基因治疗、克隆生物、组、转基因生物、基因治疗、克隆生物、组织工程织工程单克隆抗体单克隆抗体转基因生物转基因生物克隆生物克隆生物组织工程组织工程现代细胞生物学的三大特点现代细胞生物学的三大特点n1 1、新兴学科、新兴学科现代细胞生物学是近现代细胞生物学是近
25、4040年来在细胞学和分子生年来在细胞学和分子生物学基础上发展起来的新学科物学基础上发展起来的新学科n2 2、核心学科、核心学科是现代生物学重要分支，既汇总了生命科学的是现代生物学重要分支，既汇总了生命科学的精髓，又是联系生命科学和医学各学科的纽带精髓，又是联系生命科学和医学各学科的纽带和桥梁和桥梁 生物大分子生物大分子细胞器细胞器细胞细胞组织组织器官器官系统系统个体个体种群种群群落群落生态系生态系生物圈生物圈是四大基础学科之一是四大基础学科之一分子生物学、分子生物学、细胞生物学细胞生物学、神经生物学、生态学、神经生物学、生态学是生命科学二级学科是生命科学二级学科现代细胞生物学的三大特点现代细
26、胞生物学的三大特点n3 3、前沿学科、前沿学科是四大前沿学科之一是四大前沿学科之一分子生物学、细胞生物学、神经生物学、免疫学分子生物学、细胞生物学、神经生物学、免疫学是生命科学带头学科和生长点是生命科学带头学科和生长点细胞凋亡、干细细胞凋亡、干细 胞、胞、 克隆技术克隆技术现代细胞生物学的三大特点现代细胞生物学的三大特点n3 3、前沿学科、前沿学科是是SCISCI论文最集中的领域论文最集中的领域美国科学情报研究所（美国科学情报研究所（ISIISI）19971997年年SCISCI（Science Citation Science Citation IndexIndex，SCISCI）收录及引用
27、论文检索，全世界自然科学研究中）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导（细胞信号转导（signal transductionsignal transduction）；）；细胞凋亡（细胞凋亡（cell apoptosiscell apoptosis）；）；基因组与后基因组学研究（基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic genome and post-genomic analysisanalysis）。现代细胞生物学的三大特点现代细胞生物学的三大特点n3 3、前沿学科、前沿学科NIHNIH
28、热门话题热门话题五大方向：五大方向：美国国立卫生研究院（美国国立卫生研究院（NIHNIH）在）在19881988年底发表的一份题为年底发表的一份题为什麽是当今科研领域的什麽是当今科研领域的热门话题？热门话题？（“What is popular in research todayWhat is popular in research today？”）的调查报告中指出，）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是目前全球研究最热门的是三种疾病：三种疾病：癌症（癌症（cancercancer）心血管病（心血管病（cardiovascular diseasescardiovascular disease
29、s）爱滋病和肝炎等传染病（爱滋病和肝炎等传染病（infectious diseasesinfectious diseases：AIDSAIDS，hepatitishepatitis）五大研究方向：五大研究方向：细胞周期调控（细胞周期调控（cell cycle controlcell cycle control）；）；细胞凋亡（细胞凋亡（ cell apoptosiscell apoptosis）；）；细胞衰老（细胞衰老（cellular senescencecellular senescence）；）；信号转导（信号转导（signal transductionsignal transducti
30、on）；）；DNADNA的损伤与修复（的损伤与修复（DNA damage and repairDNA damage and repair）现代细胞生物学的三大特点现代细胞生物学的三大特点2121世纪细胞生物学面临的三大基本问题世纪细胞生物学面临的三大基本问题n后基因组时代后基因组时代n基本问题：基本问题：细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达？达？基因表达产物是如何逐级装配成行使细胞生命基因表达产物是如何逐级装配成行使细胞生命活动的结构体系及各种细胞器的？活动的结构体系及各种细胞器的？基因表达产物基因表达产物细胞活性因子与信号分子是细胞活性因子与信号分子是如何调节细胞重要生命活动过程的？如何调节细胞重要生命活动过程的？
