第十四章细胞分化与基因表达的调控——翟中和细胞生物学
细胞生物学翟中和第四版课后习题答案
第四章：细胞膜与细胞表面1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？以极性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面。
生物膜具有两个显著的特征，即膜的不对称性和膜的流动性：1）、生物膜结构的不对称性保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有不同的功能，有的功能只发生在膜外侧，有的则在膜内侧，这是生物膜发生作用所必不可少的。
如调节细胞内外Na+、K+的Na+—K+ATP酶，其运转时所需的ATP是细胞内产生的，该酶的ATP结合点正是处于膜的内侧面；许多激素受体等接受细胞外信号的则处于细胞外侧。
2）、膜的流动性与物质运输、能量转换、细胞识别、药物对细胞的作用密切相关。
可以说，一切膜的基本活动均在生物膜的流动状态下进行。
2、何为内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结合？内在膜蛋白又称整合膜蛋白，这类蛋白部分或全部插入脂双层中，多数为横跨整个膜的跨膜蛋白。
它与膜结合的主要方式有：1)、膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。
2)、跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基，如精氨酸、赖氨酸等与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca+、Mg+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。
3）、某些膜蛋白通过自身在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合的脂肪酸分子，插到膜双层之间，进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合。
3、从生物膜结构模型的演化，谈谈人们对生物膜的认识过程。
生物膜结构模型的演化是人类认识细胞膜的一个循序渐进的过程，是随着实验技术和方法的改进而不断完善的：1）、1925年:质膜是由双层脂分子构成的；2)、1935年：提出“蛋白质—脂质—蛋白质”的三明治式的质膜结构模型，这一模型影响达20年之久；3）、1959年提出单位膜模型，并大胆推测所有的生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的单位膜构成；4）、1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流动镶嵌模型，强调：①膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动；②膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入或横跨脂双层分子。
(2021年整理)细胞生物学翟中和第四版教案
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第一章绪论一．细胞生物学研究的内容和现状1．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研究细胞基本生命活动规律的科学,它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平)上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。
核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。
细胞生物学的主要研究内容一般可分为细胞结构功能与细胞重要生命活动两大基本部分：大致归纳为下面几个领域：1）细胞核、染色体以及基因表达的研究2）生物膜与细胞器的研究3）细胞骨架体系的研究4）细胞增殖及其调控5）细胞分化及其调控6）细胞的衰老与凋亡7)细胞的起源与进化8）细胞工程当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1）细胞生物学与分子生物学（包括分子遗传学与生物化学）相互渗透与交融是总的发展趋势2）当前研究的重点领域：I：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II:细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控III:细胞信号转导的研究IV：细胞结构体系的组装二．细胞学与细胞生物学发展简史1．细胞的发现2．细胞学说的建立其意义1838～1839年，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了“细胞学说”。
3．细胞学的经典时期4．实验细胞学时期5．细胞生物学学科的形成与发展第二章细胞基本知识概要细胞的基本概念1．细胞是生命活动的基本单位.1)一切有机体都由细胞构成,细胞是构成有机体的基本单位2)细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位3）细胞是有机体生长与发育的基础4）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性5）没有细胞就没有完整的生命2．细胞概念的一些新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系:细胞具有高度复杂性和组织性2）细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。
翟中和-细胞生物学学习指导
第一章绪论1细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。
核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。
2.“细胞学说”的基本内容1）认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；2）每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；3）新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。
3.生物芯片技术：通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。
按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。
目前，最成功的生物芯片形式是以基因序列为分析对象的“微阵列（microarray）”，也被称为基因芯片4. 主要内容：细胞结构与功能、细胞重要生命活动――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、细胞的衰老与凋亡、细胞的起源与进化、细胞工程第二章细胞基本知识概要1.对细胞的基本理解：A.细胞是生命活动的基本单位1）一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位2）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，3）细胞是代谢与功能的基本单位4）细胞是有机体生长与发育的基础5）细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性6）没有细胞就没有完整的生命B.细胞的基本共性1）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌2）蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。
3）所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 4）作为遗传信息复制与转录的载体。
5）作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地6）存在于一切细胞内。
细胞生物学-(翟中和-第三版)课后练习题及答案
细胞生物学-(翟中和-第三版)课后练习题及答案LT4）所有细胞的增殖都是一分为二的分裂方式3、为什么说病毒不是细胞？蛋白质感染子是病毒吗？1) 病毒是由一个核酸分子（DNA或RNA）芯和蛋白质外壳构成的，是非细胞形态的生命体，是最小、最简单的有机体。
仅由一个有感染性的RNA构成的病毒，称为类病毒；仅由感染性的蛋白质构成的病毒称为朊病毒。
病毒具备了复制与遗传生命活动的最基本的特征，但不具备细胞的形态结构，是不完全的生命体；病毒的主要生命活动必须在细胞内才能表现，在宿主细胞内复制增殖；病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、原料、能量与酶系统进行增殖，是彻底的寄生物。
因此病毒不是细胞，只是具有部分生命特征的感染物。
2) 蛋白质感染子是病毒的类似物，虽不含核酸，其增殖是由于正常分子的构象发生转变造成的，这种构象异常的蛋白质分子成了致病因子，这不同于传统概念上的病毒的复制方式和传染途径，所以蛋白质感染子是病毒的类似物。
4、为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式？1）支原体能在培养基上生长2）具有典型的细胞膜3）一个环状双螺旋DNA是遗传信息量的载体4）mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成蛋白质5）以一分为二的方式分裂繁殖6）体积仅有细菌的十分之一，能寄生在细胞内繁殖5要点原核细胞真核细胞细胞核无膜包围，称为拟核有双层膜包围染色体形状数目组成DNA序列环状DNA分子一个基因连锁群DNA裸露或结合少量蛋白质无或很少重复序列核中的为线性DNA分子; 线粒体和叶绿体中的为环状DNA分子两个或多个基因连锁群核DNA同组蛋白结合，线粒体和叶绿体中的DNA裸露有重复序列基因表达RNA和蛋白质在同一区间合成RNA在核中合成和加工; 蛋白质在细胞质中合成细胞分裂二分或出芽有丝分裂或减数分裂内膜无独立的内膜有, 分化成细胞器细胞骨架无普遍存在呼吸作用和光合作用酶的分部质膜线粒体和叶绿体（植物）核糖体70S（50S＋30S）80S（60S＋40S）第三章：细胞生物学研究方法1. 透射电镜与普通光学显微镜的成像原理有何异同？透射电镜与光学显微镜的成像原理基本一样，不同的是:1) 透射电镜用电子束作光源，用电磁场作透镜，2) 光学显微镜用可见光或紫外光作光源，以光学玻璃为透镜。
翟中和细胞生物学复习资料
第一章绪论1 理解细胞生物学概念2 了解细胞生物学研究内容3 了解细胞生物学发展过程中重要的人物和事件；细胞学和细胞生物学的区别；细胞生物学的发展方向4 思考：①生命的特征有哪些？其中哪些是最主要的，为什么？②构成生命体的物质有哪几类？其中核酸类和蛋白质类的地位如何？为什么？5 cell biology, mRNA, rRNA, tRNA, DNA, R Hooke, A V Leeuwenhoek, M J Schleiden, M J Schwann, cell theory, protoplasm, protoplast, mitosis, miosis第二章细胞的统一性与多样性1 理解：细胞是生命活动的基本单位，“基本”如何理解？2 细胞的四个共性及其作为共性的理由。
3 原核细胞与真核细胞概念；理解支原体作为最简单细胞的理由；原核细胞膜的多功能性；真核细胞三大结构体系。
4 理解细胞体积大小的限制因素。
6 思考：细胞由简单到复杂的进化主要体现在哪些方面？7 virus, prokaryotic cell, eukaryotic cell, prokaryote ，eukaryote, replicon, intron, exon, cell cycle, nanobiology第三章细胞生物学研究方法1 显微镜的分辨力和分辨率。
提高显微镜分辨力的措施2 荧光、暗场、倒置、相差显微镜的基本特点、用途3 扫描电子显微镜和透射电子显微镜基本特点、用途4 细胞组分分析的基本步骤5 免疫学技术、分子杂交技术分析细胞组分的方法、应用6 细胞培养：原代细胞、传代细胞、细胞株、细胞系、接触抑制；由动物组织、植物组织获得单个细胞的方法7 单克隆抗体技术8 light microscopy, fluorescence microscopy, phase-contrast microscopy，electron microscopy, scanning electron microscopy, cell line, cell engineering, monoclonal antibody9 要求：根据拟研究内容正确选择研究方法第六章细胞的能量转换－－线粒体和叶绿体1 线粒体结构特点，线粒体酶的定位。
细胞生物学翟中和
细胞生物学翟中和细胞生物学是现代生物学的一个重要分支，研究生物体的最基本单位——细胞的结构、功能和生理活动，以及细胞与细胞之间的相互作用和调控。
细胞科学的发展为我们深入了解生命奥秘提供了重要的支持和理论指导。
细胞生物学的起源可以追溯到17世纪，当时发现了显微镜，使得人们能够观察到之前无法察觉的微小结构和物质。
随着科学技术的不断进步，细胞的研究也逐渐深入，开始揭示细胞的基本组成和功能。
细胞是生物体的最基本的单位，也是生命的基础。
它们具有自主性、遗传性和变异性。
细胞由细胞质、细胞核和细胞器等组成，其中细胞质是细胞的基本物质，细胞核则是负责遗传信息传递的重要部分。
细胞器是细胞内的各种功能结构，如线粒体、内质网、高尔基体等，它们分工合作，共同维持细胞的生存和功能。
细胞的功能主要体现在代谢、增殖和分化等方面。
细胞代谢是指细胞内的化学反应过程，包括物质合成、分解和能量转化等，这些过程是维持生命活动所必需的。
细胞增殖是指细胞的数量增加，可以通过细胞分裂或有丝分裂实现。
细胞分裂是细胞生物学的重要研究内容之一，对于生物体的生长和发育、组织的修复和再生具有重要意义。
细胞分化是指细胞根据特定的遗传程序和外界环境的影响，发生形态和功能上的差异化，进而形成各种不同类型的细胞，如肌肉细胞、神经细胞等。
细胞与细胞之间的相互作用和调控是细胞生物学的另一个关键问题。
细胞通过细胞间连接的形成和信号分子的传递实现相互信息交流和协调。
细胞内的信号转导通路是细胞内信息传递的重要途径，它通过一系列分子信号的传递、转导和放大，调控细胞的生长、分化和凋亡等进程。
细胞间的相互作用和调控是细胞组织形成、器官发育和生物体功能协调的基础。
细胞生物学的研究方法主要包括观察、实验和分析。
观察是最早期的研究方法之一，通过显微镜观察细胞的形态和结构特征，如细胞膜、细胞器和细胞核等。
实验是细胞生物学研究的重要手段，通过设计和进行各种实验来揭示细胞的功能和调控机制。
翟中和细胞生物学知识概要课件
02
利用电子束成像，能够观察细胞的超微结构，如透射电子显微
镜和扫描电子显微镜。
激光共聚焦显微镜
03
结合激光扫描和共聚焦技术，实现三维、高分辨率的细胞成像
。
细胞培养技术在细胞生物学中的应用
原代细胞培养
直接从组织或器官中分离出细胞进行培养，用于研究 细胞的正常生理功能。
细胞系培养
通过连续传代培养建立的永生化细胞系，用于研究细 胞的异常生理功能及疾病发生机制。
细胞核中的染色质与染色体
遗传信息的载体，在细胞分裂时呈现高度凝集状态。
细胞器的结构与功能
线粒体
细胞内的“动力工厂”，通过氧化磷酸化产 生ATP，为细胞提供能量。
叶绿体
植物细胞中的光合作用器官，将光能转化为化 学能储存于有机物中。
核糖体
蛋白质合成的场所，由rRNA和蛋白质组成，参 与蛋白质的生物合成。
运用生物信息学方法对细胞内基因、 蛋白质等数据进行挖掘和分析，揭示 细胞生命活动的规律。
THANKS
感谢观看
自噬体的形成
双层膜结构包裹待降解的细胞质成分，形成 自噬体。
自噬的生理意义
参与细胞质的更新、细胞器的质量控制以及 应对营养缺乏等压力条件。
06
细胞生物学的研究方法与 技术
显微镜技术在细胞生物学中的应用
光学显微镜
01
利用可见光和特殊光学技术观察细胞结构和功能，如相差显微
镜、荧光显微镜等。
电子显微镜
细胞的分化过程与机制
基因选择性表达
细胞分化的根本原因是基因的选择性表达， 使得同一来源的细胞产生形态、结构和生理 功能上的差异。
表观遗传学调控
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学手段对 基因表达进行调控，影响细胞分化。
细胞生物学(第4版)翟中和 名词解释
癌基因（oncogene）：通常表示原癌基因（proto oncogene）的突变体，这些基因编码的蛋白使细胞的生长失去控制，并转变成癌细胞，故称癌基因。
氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl tRNA synthetase）：将氨基酸和对应的tRNA的3′端进行共价连接形成氨酰-tRNA的酶。
不同的氨基酸被不同的氨酰－tRNA合成酶所识别。
暗反应（light independent reaction）：光合作用中的另外一种反应，又称碳同化反应（carbon assimilation reaction)。
该反应利用光反应生成的ATP和NADPH中的能量，固定CO2生成糖类。
白介素-1β转换酶（interleukin-1β converting enzyme，ICE）：Caspase-1，Caspase家族成员之一，线虫Ced3在哺乳动物细胞中的同源蛋白，催化白介素-1β前体的剪切成熟过程。
半桥粒（hemidesmosome）：位于上皮细胞基底面的一种特化的黏着结构，将细胞黏附到基膜上。
胞间连丝（plasmodesma plasmodesma）：相邻植物细胞之间的联系通道，直接穿过两相邻细胞的细胞壁。
胞内体（endosome）：动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是转运由胞吞作用新摄取的物质到溶酶体被降解。
胞内体被认为是胞吞物质的主要分选站。
胞吐作用（exocytosis）：携带有内容物的膜泡与质膜融合，将内容物释放到胞外的过程。
胞吞作用（endocytosis）：通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（胞饮和吞噬作用）。
胞外基质（extracellular matrix）：分布于细胞外空间、由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构，如胶原和蛋白聚糖等，在决定细胞形状和活性的过程中起着一种整合作用。
胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein）：由多条肽链组成的巨型马达蛋白，利用ATP水解释放的能量将膜泡或膜性细胞器等沿微管朝负极转运。
细胞生物学 翟中和完美版 考研笔记
细胞生物学教案第一章绪论第一节细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科1.细胞学（Cytology）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。
二、细胞生物学的主要研究内容1.细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。
2.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。
3.细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。
4.细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径（“再教育细胞”）。
5.细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。
（细胞全能性）6.细胞衰老、凋亡及寿命问题。
7.细胞的起源与进化。
8.细胞工程改造利用细胞的技术。
生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。
目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。
三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1.染色体DNA与蛋白质相互作用关系；2.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控；3.细胞信号转导的研究；4.细胞结构体系的装配。
第二节细胞生物学发展简史一细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期19世纪以及更前的时期（1665—1875），是以形态描述为主的生物科学时期；2.细胞学经典时期20世纪前半世纪（1875—1900），主要是实验细胞学时期；3.实验细胞学时期（1900—1953）；4.分子细胞学时期（1953至今）。
总过程概括为：细胞发现→细胞学说建立→细胞学形成→细胞生物学的发展（1665）（1838—1839）（1892）（1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、细胞的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1.1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。
2024版年度翟中和细胞生物学课件
定义
细胞生物学是研究细胞结构、功能、 生长、分裂、分化、代谢、运动、 衰老和死亡等生命活动规律的科学。
研究对象
包括原核细胞、真核细胞（如动物、 植物和真菌细胞）以及古菌细胞等。 同时，也研究病毒等非细胞形态的 生命体。
4
细胞生物学的发展历史
2024/2/3
早期研究
17世纪，科学家们开始使用显微镜观察细胞，开启了细胞 生物学的研究历程。
2024/2/3
6
02 细胞的基本结构 与功能
2024/2/3
7
细胞膜的结构与功能
细胞膜的化学组成
主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成，其中脂质以磷脂为主，蛋白质则以各种形式嵌入或附 着于脂质双层中。
细胞膜的结构特点
具有流动性，即膜中的脂质和蛋白质分子可以在一定范围内移动；同时具有选择透过性，能 够控制物质进出细胞。
界，将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞，包括细胞需要的营养物质 和氧气以及细胞产生的废物和二氧化碳等；进行细胞间的信息交流，如通过信号分子传递信 息等。
8
细胞质的结构与功能
细胞质的组成
包括细胞质基质和其中的细胞器， 如线粒体、叶绿体、内质网、高 尔基体、核糖体等。
治疗和组织工程等。
细胞工程在医学领域的应用
疾病治疗
利用细胞工程技术生产药物、制备疫苗、开 展基因治疗等。
免疫调节
通过细胞工程技术调节机体免疫功能，治疗 自身免疫性疾病和移植排斥反应等。
2024/2/3
组织修复与再生
利用干细胞或组织工程技术修复受损组织或 器官，实现其功能再生。
药物筛选与评价
利用细胞工程技术建立药物筛选模型，评估 药物疗效和毒性。
细胞生物学翟中和-2024鲜版
02
线粒体是细胞进行氧化磷酸化 的主要场所，通过电子传递链 和氧化磷酸化偶联产生ATP。
03
细胞还通过无氧呼吸产生ATP ，但效率较低。
2024/3/28
13
细胞的物质代谢与酶的作用
2024/3/28
01
细胞内的物质代谢包括合成代谢和分解代谢，涉及多种酶的 参与。
02
酶通过降低化学反应的活化能，加速细胞内各种生物化学反 应的进行。
2024/3/28
细胞核内的染色质主要由DNA和蛋白 质组成，携带遗传信息并指导蛋白质 的合成。
10
细胞器的结构与功能
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所 ，通过氧化磷酸化作用合成ATP，为细 胞提供能量。
溶酶体含有多种水解酶，能分解衰老、 损伤的细胞器以及吞噬并杀死侵入细胞 的病毒或病菌。
高尔基体在蛋白质的加工、分选和运输 中发挥着重要作用，同时还参与植物细 胞的壁合成和动物细胞的分泌活动。
应内外环境的变化。
2024/3/28
15
细胞的信号传导与通讯机制
2024/3/28
01 细胞通过信号分子与受体结合，引发一系列信号 传导事件，最终影响细胞的行为和功能。
02 信号传导途径包括G蛋白偶联受体途径、酶联受 体途径和核受体途径等。
03 细胞间通讯通过直接接触、旁分泌和内分泌等方 式进行，涉及多种信号分子的参与。
细胞生物学是研究细胞结构、功 能、生长、分裂、分化、凋亡以 及细胞间相互作用的科学。
研究对象
包括原核细胞、真核细胞、病毒 等所有生物细胞以及细胞器。
4
细胞生物学的发展历程与现状
发展历程
从细胞学说的建立到现代细胞生物学的形成，经历了显微镜观察、细胞化学分 析、细胞遗传学、分子细胞生物学等发展阶段。
细胞生物学(翟中和完美版)考研笔记
细胞生物学教案第一章绪论第一节细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科1.细胞学（Cytology）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。
二、细胞生物学的主要研究内容1.细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是目前细胞生物学、遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域。
2.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。
3.细胞骨架体系的研究胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.性。
4.细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径（“再教育细胞”）。
5.细胞分化及调控一个受精卵如何发育为完整个体的问题。
（细胞全能性）6.细胞衰老、凋亡及寿命问题。
7.细胞的起源与进化。
8.细胞工程改造利用细胞的技术。
生物技术是信息社会的四大技术之一，而细胞工程又是生物技术的一大领域。
目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。
三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1.染色体DNA与蛋白质相互作用关系；2.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控；3.细胞信号转导的研究；4.细胞结构体系的装配。
第二节细胞生物学发展简史一细胞生物学研究简史1.细胞学创立时期19世纪以及更前的时期（1665—1875），是以形态描述为主的生物科学时期；2.细胞学经典时期20世纪前半世纪（1875—1900），主要是实验细胞学时期；3.实验细胞学时期（1900—1953）；4.分子细胞学时期（1953至今）。
总过程概括为：细胞发现→细胞学说建立→细胞学形成→细胞生物学的发展（1665）（1838—1839）（1892）（1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、细胞的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1.1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了《植物发生论》一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文，论证了所有动物体也是由细胞组成的，并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。
瞿中和《细胞生物学》教案
细胞生物学（翟中和）第一章绪论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。
细胞生物学研究的对象是细胞。
细胞分子生物学是当前细胞生物学发展的主要方向。
细胞生物学研究的主要内容是细胞的形态与结构、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、起源与进化、兴奋与运动以及细胞的传递等。
细胞生物学不同于细胞学主要表现在：第一，深刻性。
它从细胞整体结构，超微结构和分子结构对细胞进行剖析，并把细胞生命活动同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大致可分为以下几个方面：(一)细胞核、染色体以及基因表达的研究(二)生物膜与细胞器的研究(三)细胞骨架体系的研究(四)细胞增殖及其调控（五)细胞分化及其调控(六)细胞的衰老与程序死亡(七)细胞的起源进化(八)细胞工程三、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中的三大基本问题1、细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？2、基因表达的产物如何逐级装配成基本结构体系及各种细胞器？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？（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与蛋白质相互作用关系——主要是非组蛋白对基因组的作用。
2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及调控3、细胞信号传导的研究4、细胞结构体系的装配第二节细胞学与细胞生物学发展简史一、细胞的发现英国学者胡克于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。
1677—1683年，荷兰人列文胡克用自己设计好的显微镜第一次观察到活细胞。
二、细胞学说的建立及其意义建立：1838—1839年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位，这就是著名的“细胞学说”。
细胞生物学笔记-翟中和(全)
翟中和细胞生物学笔记细胞的基本共性所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。
所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。
作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。
所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
细胞连接的功能分类封闭连接◆紧密连接 通讯连接◆间隙连接◆神经细胞间的化学突触◆植物细胞中的胞间连丝 锚定连接◆与中间丝相关的锚定连接：✧桥粒✧半桥粒◆与肌动蛋白丝相关的锚定连接：✧粘合带✧粘合斑紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间◆形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；◆隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；◆支持功能锚定连接连接名称跨膜粘连蛋白胞外配体结合细胞骨架类型胞内錨蛋白桥粒钙黏蛋白相邻细胞钙黏蛋白中间丝桥粒斑珠蛋白、桥粒斑蛋白半桥粒整连蛋白基膜的层粘连蛋白中间丝桥粒斑样蛋白黏合带钙黏蛋白相邻细胞钙黏蛋白微丝连环蛋白、纽蛋白、α—辅肌动蛋白黏合斑整连蛋白基膜的纤粘连蛋白微丝踝蛋白、纽蛋白、filamin和α—辅肌动蛋白通讯连接间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。
神经细胞间的化学突触◆存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式它通过释放神经递质来传导神经冲动。
胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络。
间隙连接✧连接子是间隙连接的基本单位。
每个连接子由6个跨膜连接蛋白呈环状排列，连接子中心形成一个直径约1.5nm 的孔道。
✧连接单位由两个连接子对接构成。
细胞表面的黏着分子 钙粘蛋白 选择素 免疫球蛋白超家族（IgSF） 整联蛋白家族。
钙粘蛋白：属同亲型结合，依赖Ca2+的细胞粘着糖蛋白，介导依赖Ca2+的细胞粘着和从ECM到细胞质传递信号。
对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。
（30多个成员的糖蛋白家族）选择素: 属异亲型结合，依赖Ca2+的细胞粘着分子，能与特异糖基识别并结合。
细胞生物学(翟中和,高教四版)
细胞生物学（翟中和，高教四版）第一章绪论 (3)第二章细胞的统一性和多样性 (5)第三章细胞生物学研究方法 (9)第四章细胞质膜 (11)第五章物质的跨膜运输 (13)第六章线粒体和叶绿体 (15)第七章细胞质基质与内膜系统 (17)第八章蛋白质分选与膜泡运输 (20)第九章细胞信号转导 (21)第十章细胞骨架 (25)第十一章细胞核与染色质 (27)第十二章核糖体 (34)第十三章细胞周期与细胞分裂 (35)第十四章细胞增殖调控与癌细胞 (36)第十五章细胞分化与胚胎发育 (37)第十六章细胞死亡与细胞衰老 (39)第十七章细胞的社会联系 (40)第一章绪论第一节细胞生物学研究的内容与现状一、现代生命科学的一门重要的基础前沿学科当前细胞生物学研究的课题归纳起来包括3个根本性问题：（1）基因组是如何在时间与空间上有序表达的？（2）基因表达产物是如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？（3）基因及其表达的产物，特别是各种信号分子与活性因子，是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老、与凋亡等细胞最重要的生命活动过程的？二、细胞生物学得主要研究内容10个方面：（一）生物膜与细胞器（二）细胞信号转导基本研究内容3个方面：①细胞间信号传递：信号分子-受体作用②受体与信号跨膜转导：G蛋白与一系列受体③细胞内信号传递途径与网络调控-生物学效应（三）细胞骨架体系（四）细胞核、染色体及基因表达（五）细胞增殖及其调控增殖调控研究从两方面进行：①找控制增殖的因子②研究控制增殖的主要检验点相关的周期蛋白与依赖于周期蛋白的激酶的调控机理（六）细胞分化及干细胞生物学（七）细胞死亡（八）细胞衰老（九）细胞工程（十）细胞的起源于进化目前全球最热门的研究方向是：①细胞周期调控②细胞凋亡③细胞衰老④信号转导⑤DNA的损伤修复第二节细胞学与细胞生物学发展简史生物科学发展的3个阶段：①＞19世纪形态描述为主-生物科学②20世纪前半个世纪（1950年前）-实验生物学③20世纪50年代后-现代生物学一、细胞的发现二、细胞学说的建立及其意义当时“细胞学说”的基本内容：①细胞是有机体，一切动植物都是有细胞发育而来，并有细胞产物所构成②每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对其他细胞共同组成的整体的生命有所助益③新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生三、细胞学的经典时期（一）原生质理论的提出（二）细胞分裂的研究（三）细胞器的发现四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展（一）细胞遗传学（二）细胞生理学（三）细胞化学五、细胞生物学学科的形成与发展这个新阶段的基本特点可归纳如下：（1）研究对象：细胞（及社会），尤其活细胞（2）研究内容：细胞重大生命活动（3）研究重点：细胞信号调控网络，作为揭示生命活动分子机制方面（4）研究目标：多层次上特别是纳米层次揭示生命活动本质（5）研究特征：多领域、多学科交叉结构&流程示意图1.细胞重大生命活动及其相互关系示意图思考题1.根据细胞生物学研究的内容与你所掌握的生命科学知识，恰当地评价细胞生物学在生命科学中所处的地位及它与其它学科的关系。
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第一节 细胞分化
●细胞分化的基本概念
●影响细胞分化的因素
●细胞分化与胚胎发育—同源异型基 因
一、细胞分化的基本概念
●细胞分化是基因选择性表达的结果 ●组织特异性基因与管家基因 ●组合调控引发组织特异性基因的表达 ●单细胞有机体的细胞分化 ●转分化与再生
细胞分化是基因选择性表达的结果
现代分子生物学证据表明，细胞分化是由于细胞选择性 地表达各自特有的专一性蛋白质，而导致细胞形态、结构与 功能的差异。
细胞的全能性(totipotency)
·如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪
·Dolly羊的诞生说明高度分化的哺 乳动物体细胞核也具有发育全能性
影响细胞分化的因素
◆胞外信号分子对细胞分化的影响： 在研究早期胚胎发育过程中发现，一部分会影响周围细胞使其
向一定方向分化，这种作用称近端组织的相互作用，也称为胚胎诱 导。（如眼的发生：如果把早期的视泡移植在头部的其他部位，也 可诱导与之接触的外胚体发育成晶状体） ◆细胞记忆与决定
转录因子与真核生物的基因转录
典型的转录因子至少包括两个结构域： 1. DNA 结合结构域:结合特异DNA序列 2. 激活结构域：激活转录
此外，许多转录因子还含有一个促进核蛋 白形成二聚体的表面，二聚体的形成是许多 不同类型转录因子的共同特征，在基因表达 调控中起重要作用。
转录因子与真核生物的基因转录
●基本生物学特征
●体外培养的恶性转化细胞的特征
基本生物学特征
◆细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为“永生”细 胞。
◆具有扩散性 ·癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散性，这是癌 细胞的基本特征。 ·在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组 织细胞的结构和功能。
◆细胞间相互作用改变（识别改变；表达水解酶类；产生新的表面 抗原）
●加工水平的调控
一．转录水平的调控
●转录因子与真核生物的基因转录 ●DNA的甲基化对真核生物基因转录的调控 ●核小体与真核生物基因转录的调控
转录因子与真核生物的基因转录
◆基因转录水平的控制错综复杂，受多种因素影响 ◆TATA盒：位于基因转录起始位点上游-30bp附近。
CAAT盒和GC盒：位于TATA盒上游。 TATA 盒 决 定 转 录 起 始 的 位 点 ， CAAT 盒 和 GC 盒 决 定
第十四章 细胞分化与基因表达调控
●概述 ●细胞分化 ●癌细胞 ●真核细胞基因表达的调控
概述
◆细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一 种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和 功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的 过程。
◆细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心； 细胞分化的关键在于不同类型细胞中特异性蛋白质 的合成，而合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基 因在时间和空间上的差异性表达； 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
单细胞有机体的细胞分化
●与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过 细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
●多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显 得更为复杂。
转分化与再生
●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象 称转分化（transdifferentiation）。
RNA聚合酶转录基因的效率。这三种普遍的启动子元件的 位置见图第1行。 ◆一般情况下，真核生物基因转录，除了需要转录因子 和RNA聚合酶，还需要其他蛋白质因子的参与，以帮助通 用转录因子和RNA聚合酶在染色质上组装。这些辅助因子 在DNA上的结合元件，通常称为增强子，它们的存在能够 显著加强目的基因的转录。
肿瘤发生频率低的原因：
1、绝大多数基因突变位点不会致癌。 2、癌症的发生一般不是单一基因的突变，而至少在一
个细胞中发生5-6个基因突变，才能赋予细胞所有的 特征，即癌细胞不仅增殖速度快，而且其子代细胞 能够逃脱细胞衰老的命运，取代相邻正常细胞的位 置，不断从血液中获取营养，进而穿越基膜与血管 壁，在新的组织部位定着、存活与生长。
例如：小鼠早期发育中，编码类胰岛素生长因子2 的基因只在由父亲传递下来的染色体上有活性，编 码这种蛋白受体的基因，只在母亲传递下来的染色 体上有活性。
二．加工水平的调控
大部分基因的主要调控过程发生在转录水平 上，但也有相当一部分基因表达的调控，不 但发生在转录水平上，转录后调控也起到了 非常重要的作用。转录后水平的调控或称加 工水平的调控，包括以下几个方面：
组织特异性基因与管家基因
分化细胞基因组中所表达的基因大致可分为两种基本 类型：
◆管家基因(house-keeping genes)： 是指所有细胞中均 要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所 必需的；
◆组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基 因(luxury genes)：是指不同类型细胞中特异性表达的基 因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能； ◆调节基因产物用于调节组织特异性基因的表达，起 激活或阻遏作用。
二、 影响细胞分化的因素
●细胞的全能性(totipotency) ●影响细胞分化的因素
细胞的全能性(totipotency)
◆概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后 仍具有产生完整有机体的潜能或特性。
◆植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培 育成正常的植株
◆动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细 胞核具有发育全能性
真核细胞基因表达的调控，主要发生在四个彼 此相对独立的水平上：
1. 转录水平调控：决定某个基因是否会被转录，什么时
候转录、并决定转录的频率。
2. 加工水平调控：决定初始的RNA转录产物如何剪接和
加工为成熟的mRNA。
3. 翻译水平调控：决定某种mRNA是否会真正得到翻译，
分子杂交技术检测基因及其表达
细 胞 总DNA
细 胞 总RNA
输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞 胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
+
+
+Leabharlann --β -珠 蛋 白 基 因 +
+
+
-
+
-
胰 岛 素 基 因
+
+
+
-
-
+
实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
四、癌症能治疗吗？
●传统思路是手术、放疗、化疗
●癌症治疗新方案
◆免疫治疗(Immunotherapy) ◆基因治疗(Gene therapy) ◆抑制癌症促进蛋白的活性 ◆抑制肿瘤血管形成
第三节 真核细胞基因表达的调控
◆真核细胞基因表达的调控是多级调控系统， 主要发生在四个彼此相对独立的水平上
●转录水平的调控
◆培养时对血清依赖性降低
◆当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤
二、癌基因与抑癌基因
癌症主要是由携带遗传信息的DNA的病理变化而引 起的疾病。与遗传病不同，癌症主要是体细胞DNA突变， 而不是生殖细胞DNA突变。然而由于癌症涉及多个基因 位点的突变，因此生殖细胞某些位点的突变无疑也会加 大致癌的可能性。
除了激活转录的转录因子之外，还有一些 转录因子起抑制基因转录的作用。
转录抑制因子也是有两部分组成：
1. DNA结合结构域 2. 抑制结构域
DNA的甲基化对真核生物基因转录的调控
◆DNA甲基化（DNA methylation）与基因表达阻 遏有关
◆基因组印记（genomic imprinting）是说明甲基 化作用在基因表达中具有重要意义的最好例证，也 是哺乳动物所特有的现象。
癌基因：控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突 变形式，能引起正常细胞癌变。
抑癌基因实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因 子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周 期进程的作用。（p53）
促进细胞增殖相关基因和抑制细胞增殖相关基因的 协同作用，共同调控细胞的正常增殖进程。
三、癌症的发生是基因突变积累和自然选择的结果
因此，细胞分化的实质是组织特异性基因在时间与空 间上的差异表达。
组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控（combinational control）概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化
的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调 节完成的。 生物学作用：
借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它 调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的 细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至 可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。 分化启动机制：
◆蛋白表达谱系或蛋白活性改变（胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高 ）
◆ mRNA转录谱系的改变（少数基因表达不同；突变位点不同，表 型多变）
◆染色体非整倍性
体外培养的恶性转化细胞的特征
◆恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能
◆在体外培养时贴壁性下降
◆失去接触抑制：
正常细胞生长到彼此相互接触时，其运动和分裂活动 将会停止，即所谓接触抑制。
●加工水平的调控
1.初始的RNA转录产物的加工 2.翻译水平的调控
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信号分子的有效作用时间 是短暂的，然而细胞可以 将这种短暂的作用储存起 来并形成长时间的记忆， 逐渐向特定方向分化。
果蝇的成虫盘是一些初级 分化的细胞群，在幼虫变 态过程中，不同的成虫盘 发育为成虫不同的器官， 如腿、翅和触角等。
果蝇成虫盘(imaginal disc) ◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 ◆细胞间的相互作用与位置效应 ◆环境对性别决定的影响 ◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响