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第1章　细胞生物学研究手段 1

显微镜技术：细胞生物学家最早期的工具之一 5

荧光显微镜技术 7

免疫标记技术 9

基因标签技术 14

电子显微镜技术 15

透射电镜技术 15

扫描电镜技术 18

原子力显微镜技术 18

细胞生物学其他手段 19

细胞培养 19

流式细胞仪技术 22

亚细胞组分离心分离 23

蛋白组学和基因组学讨论见后续章节 25

小结 25

第2章　细胞膜 27

膜脂 29

人类和动物生物膜的脂质成分包括磷脂、胆固醇和糖脂 29

膜脂不断更新 30

膜脂持续发生运动 33

膜蛋白与膜脂的相互作用是膜功能的重要介导者 36

固有膜蛋白和周围膜蛋白在结构和功能上都不同 36

膜蛋白的构架 38

显微镜和流式细胞仪之类的光学技术给膜研究带来革命性变化 38

镰刀型细胞病中膜磷脂发生了重要变化 41

细胞膜是选择性的通透屏障，维持了细胞内外环境的差异 43

水根据渗透压发生跨膜移动 44

多南氏效应及其与水流的关系 46

易化运输 47

主动运输 48

次级主动运输 48

离子通道与膜电位 49

膜电位是由质膜两侧电荷差异引起的 52

动作电位在轴丘处向外播散 54

小结 56

第3章　细胞骨架 59

微丝 59

基于肌动蛋白的骨架结构先是在肌肉组织中得到描述 59

骨骼肌是由肌纤维束构成的 60

骨骼肌的功能单位是肌节 60

细肌丝是由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白和原肌球调节蛋白等蛋白质构成的 60

粗肌丝是由肌球蛋白组成的 64

附属蛋白负责维持肌原纤维的构造 64

肌肉收缩涉及肌节内粗、细肌丝的相向滑动 66

ATP水解是细肌丝互相桥接所必需 67

钙对骨骼肌收缩的调控是由肌钙蛋白和原肌球蛋白介导的 68

骨骼肌中的细胞内钙是由特化的膜区室肌质网调控的 69

存在三种肌肉组织 70

平滑肌的收缩装置含有肌动蛋白和肌球蛋白 73

平滑肌收缩是通过基于肌球蛋白的钙离子调控机制发生的 74

平滑肌收缩受到多个层次的影响 75

肌动蛋白-肌球蛋白收缩结构也见于非肌肉细胞 75

肌球蛋白超基因家族负责细胞质内膜泡和其他装载物沿着肌动蛋白轨道的移动 77

纤维型肌动蛋白束形成上皮细胞微绒毛的结构支撑 78

肌动蛋白的动态变化控制了细胞质皮层区呈凝胶或是溶液状态 78

细胞移动需要肌动蛋白动态的协调变化 79

肌动蛋白相关功能的抑制物 81

肌动蛋白的结合蛋白 81

ERM家族介导了肌动蛋白末端与质膜胞质面的联接 81

血影蛋白的膜骨架 82

红细胞上血影蛋白膜骨架的结构与功能已得到透彻的了解 82

血影蛋白在非红细胞也普遍存在 85

血影蛋白Ⅰ和Ⅱ、α-辅肌动蛋白和肌营养不良蛋白形成了血影蛋白超基因家族 86

肌动蛋白动力学的调控 88

中间丝 89

一组异质的蛋白质在不同细胞里形成了中间丝 89

如此异质的蛋白质为何都能够形成中间丝？ 90

微管 91

微管是微管蛋白的多聚物 91

微管经受快速的组装和去组装 91

中心体是微管组织中心，为微管的负端戴帽 92

胞质微管的行为可被调控 94

微管涉及细胞内膜泡和细胞器的运输 95

纤毛和鞭毛是微管组成的特化细胞器 95

轴突微管很稳定 97

微管滑动造成轴突移动 97

微管和马达蛋白负责有丝分裂纺锤体的功能 98

小结 100

第4章　细胞器的结构与功能 101

核 103

内质网 104

滑面内质网 104

糙面内质网 107

离开内质网：膜泡运输的天地 118

膜泡出芽、定向运输和融合概览 118

内质网到高尔基体的膜泡运输与COPII衣被小泡 121

高尔基体 121

蛋白质在高尔基体中的糖基化和共价修饰 122

经高尔基体的逆向运输 123

经高尔基体的前向运输 125

离开高尔基体 125

固有分泌和受调分泌 125

溶酶体酶通过甘露糖-6-磷酸（M6P）信号而定向运输 126

胞吞、内体和溶酶体 128

网格蛋白依赖性胞吞 128

受体介导的低密度脂蛋白和转铁蛋白的胞吞 129

多泡内体 131

溶酶体 132

泛素-蛋白酶体系统负责非溶酶体的蛋白降解 132

线粒体 134

ATP通过氧化磷酸化产生 134

线粒体遗传体系 140

线粒体功能缺陷可以致病 140

线粒体蛋白质大多数从胞质溶胶输入 143

过氧化物酶体 145

小结 147

第5章　基因表达调控 149

细胞核 149

核结构 149

核功能 155

DNA的复制和修复是核的关键功能 156

DNA复制发生于细胞周期的S期 156

DNA修复是保障细胞存活的关键活动 159

基因表达调控 165

基因组学和蛋白组学 165

限制性核酸内切酶是在特异的核苷酸序列剪切DNA的酶 165

基因克隆可以大量产生任何DNA序列 167

基因的一级结构可以用DNA测序快速鉴定 167

基因组的特异区段可以用多聚酶链式反应（PCR）得到扩增 168

生物信息学：基因组学和蛋白组学为个体化医学提供潜在可能 170

转基因小鼠提供了遗传性疾病的特异模型 172

基因表达：从DNA到蛋白质的信息传递 174

基因治疗 189

开发有效的基因治疗尚有许多障碍 189

基于基因的治疗可以采用多种策略 189

小结 190

第6章　细胞黏附和细胞外基质 191

细胞黏附 192

大多数细胞黏附分子属于四个基因家族之一 192

钙黏素是依赖钙的细胞-细胞黏附分子 192

免疫球蛋白家族含有许多重要的细胞黏附分子 193

选择素是糖结合的黏附受体 194

整合素是细胞-细胞以及细胞-基质黏附的二聚体受体 195

细胞间连接 195

紧密连接调控细胞周围的通透性和细胞极性 196

黏附连接对细胞-细胞黏附很重要 198

桥粒维持组织完整性 200

间隙连接是细胞之间通讯的渠道 203

半桥粒维持细胞-基质黏附 203

点状接触是培养细胞与培养基表面形成的黏附 206

细胞黏附对于组织的功能有多种重要作用 207

细胞连接维持了上皮的屏障功能和极性 207

白细胞必须黏附和迁移才能迎战感染和损伤 209

血小板要黏附才能形成血栓 210

胚胎发育涉及许多依赖黏附的事件 212

细胞黏附受体转导调控细胞行为的信号 213

细胞生长和存活是依赖黏附的 214

细胞黏附调控细胞分化 215

细胞外基质 215

胶原是细胞外基质中含量最丰富的蛋白质 216

糖胺聚糖和蛋白聚糖吸收水分和抵抗挤压 218

弹力蛋白和原纤蛋白为组织提供弹性 220

纤黏连蛋白对细胞黏附很重要 220

层黏连蛋白是基底膜的关键成分 220

基底膜是为细胞贴附而特化的基质薄层 221

血纤蛋白形成血凝块的基质，在针刺后迅速组装 222

正常和异常凝血中的von Willebrand因子 223

小结 224

第7章　细胞间信号转导 227

细胞间信号转导的一般模式 227

细胞间信号分子作为配体发挥作用 227

细胞对信号分子作出不同应答 227

细胞间信号分子通过多种机制发挥作用 228

激素 228

亲脂性激素激活细胞质受体 228

亲脂性激素的受体是核受体超家族成员 231

肽类激素激活膜结合受体 231

下丘脑-垂体轴 233

生长因子 234

神经生长因子 235

生长因子家族 235

生长因子的合成和释放 236

生长因子受体是酶连接受体 236

生长因子是旁分泌和自分泌的信号 236

有些生长因子可以远程作用 237

有些生长因子可以与细胞外基质成分相互作用 237

组胺 237

组胺受体亚型 238

肥大细胞组胺释放与过敏反应 238

气体：氧化氮和一氧化碳 238

Eicosanoid 239

神经递质 241

电化学突触 241

特化的神经突触：神经肌接头 243

神经递质的特性、合成和代谢 245

神经递质受体 246

神经递质功能的多样性和转化性 246

时空综合效应 246

小结 247

第8章　细胞信号转导事件 249

信号转导经常由细胞表面受体介导 249

受体酪氨酸激酶与RAS依赖的信号转导 250

成纤维细胞生长因子 250

神经调节蛋白 250

催化性受体-丝氨酸／酪氨酸激酶的信号转导 253

骨形成蛋白 254

结节蛋白（Nodal） 255

非激酶受体的信号转导 256

Wnt 257

Hedgehog 257

Notch 260

类固醇激素受体的信号转导需要与配体在细胞质或核内发生相互作用 262

G蛋白耦联受体的信号转导涉及GTP剪切成为GDP 265

肾素-血管紧张素-醛固酮系统的信号转导 266

Jak/STAT途径的信号转导 267

钙／钙调蛋白的信号转导 267

Calcineurin/NFAT的信号转导 268

离子受体的信号转导 268

心肌萎缩中的信号转导 270

小结 270

第9章　细胞周期和癌症 273

细胞周期：历史 273

细胞周期受到周期蛋白和相关蛋白的调控 275

周期蛋白 275

周期蛋白依赖性激酶 275

周期蛋白依赖性激酶的抑制物 276

Cdc25磷酸酶 276

p53 276

pRb 276

有丝分裂 278

什么是有丝分裂？ 278

间期和有丝分裂期 278

有丝分裂阶段 278

细胞周期检查点 279

DNA损伤检查点的分子组成 280

减数分裂 280

损伤感受分子能识别DNA损伤的位点 282

ATM与ATR 282

中介物同时联接损伤感受分子和信号转导分子 283

信号转导分子CHEK1和CHEK2是调控细胞周期的激酶 284

效应分子p53和Cdc25磷酸酶是调控细胞周期的重要效应蛋白 284

G1/S检查点 285

S期内检查点 285

G2/M检查点 286

细胞周期改变与癌症 286

癌症中调控G1-S转变的异常 286

癌症中的pRb途径 287

癌症中的ATM 287

癌症中的p53 288

检查点激酶和癌症 288

CHEK1与癌症 288

CHEK2与癌症 289

小结 289

第10章　程序性细胞死亡 291

程序性细胞死亡的独特形式 292

自然发生的坏死性死亡是由其他细胞提供的因子调控的 292

神经营养因子受体 295

凋亡受细胞内基因程序的调控 296

胱冬肽酶 296

胱冬肽酶抑制物 299

Bcl-2蛋白 300

凋亡细胞被吞噬 302

促进细胞存活的信号通路 302

磷脂酰肌醇3激酶／AKT信号途径 302

Raf/MEK/ERK信号途径 303

凋亡与人类疾病 305

小结 306

索引 309