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第1章　细胞生物学概述 1

1.1　细胞生物学导读 1

1.1.1　什么是细胞生物学 1

1.1.2　威尔逊的名言——如何学习细胞生物学 1

1.2　细胞生物学发展阶段特征 2

1.3　细胞生物学发展大纪事 3

思考题 7

第2章　细胞生物学研究技术与方法 8

2.1　显微镜技术 8

2.1.1　传统光学显微镜 8

2.1.2　新型荧光显微镜 13

2.1.3　电子显微镜 15

2.1.4　扫描探针显微镜 17

2.2　样品制备与标记技术及其应用 18

2.2.1　样品制备技术 18

2.2.2　样品标记技术 19

2.2.3　荧光标记样品的检测及应用 22

2.3　细胞（器）分离技术 24

2.3.1　流式细胞术 24

2.3.2　离心技术 25

2.4　显微操作技术 25

2.4.1　细胞核移植 25

2.4.2　显微注射 25

2.4.3　显微切割 26

2.4.4　光镊技术 26

2.5　细胞培养与细胞融合 26

2.5.1　细胞培养 26

2.5.2　细胞融合 28

本章小结 28

思考题 28

第3章　细胞的基本结构 30

3.1 细胞的基本形态结构与组成 30

3.1.1　细胞的形态和大小 30

3.1.2　细胞基本的化学组成 31

3.1.3　细胞的基本结构 33

3.2　细胞的分类与进化 35

3.2.1　原核细胞及主要类群举例 35

3.2.2　真核细胞分类及特征 39

3.2.3　真核细胞与原核细胞比较 40

3.2.4　古细菌 41

3.2.5　真核细胞的起源与进化 43

本章小结 44

思考题 45

第4章　细胞质膜与跨膜运输 46

4.1　质膜的化学组成 46

4.1.1　膜脂 47

4.1.2　膜蛋白 51

4.1.3　膜糖 54

4.2　质膜的结构和特性 56

4.2.1　质膜的结构 56

4.2.2　质膜的特性 58

4.3　物质的跨质膜运输 60

4.3.1　被动运输 60

4.3.2　主动运输 62

4.3.3　膜泡运输 64

本章小结 65

思考题 66

第5章　蛋白质定向分选和膜泡运输 67

5.1　蛋白质的分选类型和共翻译转运 67

5.1.1 内膜系统和蛋白质的分选转运类型 67

5.1.2　蛋白质分选信号和信号识别装置 68

5.1.3　信号肽假说与共翻译转运 69

5.1.4 内质网中的蛋白质修饰和质量监控 72

5.1.5　质膜蛋白的分选 74

5.1.6　溶酶体蛋白质的分选 75

5.2　蛋白质分选的翻译后运输 76

5.2.1　线粒体蛋白质的跨膜运输 76

5.2.2　叶绿体蛋白质的跨膜运输 78

5.2.3　过氧化物酶体蛋白质的靶向定位 81

5.3　膜泡的出芽、运输和膜融合 82

5.3.1　膜泡的出芽 82

5.3.2　运输膜泡的类型和分选信号 83

5.3.3　膜泡的细胞融合机制 85

5.4　膜泡的组装和运输机制 87

5.4.1 COP Ⅱ膜泡的组装和运输机制 88

5.4.2 COP Ⅰ膜泡的组装和运输机制 89

5.4.3 网格蛋白膜泡的组装及细胞的分泌与胞吞作用 91

5.4.4 Retromer膜泡将受体返转运至TGN 95

本章小结 96

思考题 97

第6章　线粒体与叶绿体 98

6.1　线粒体 98

6.1.1　线粒体的形态结构 98

6.1.2　线粒体的功能与氧化磷酸化 101

6.1.3　线粒体的增殖 101

6.1.4　线粒体的其他功能 102

6.2　叶绿体 103

6.2.1　质体的发育 103

6.2.2　叶绿体的形态、大小、数量及分布 103

6.2.3　叶绿体的结构和化学组成 103

6.2.4　叶绿体的增殖 105

6.2.5　叶绿体的运动 109

6.3　线粒体、叶绿体的遗传进化 110

6.3.1　线粒体、叶绿体的起源 110

6.3.2　线粒体、叶绿体DNA分子特征 112

6.3.3　叶绿体、线粒体的半自主性 113

6.3.4　线粒体、叶绿体基因组与核基因组的交流 113

6.3.5　线粒体、叶绿体的遗传 113

6.3.6 叶绿体基因工程——“生物反应器”的优势 114

本章小结 114

思考题 115

附录 115

第7章　细胞骨架 118

7.1 细胞骨架的结构和组成 118

7.1.1　微丝的基本结构和组成 118

7.1.2　微管的基本结构和组成 119

7.1.3 中间纤维的基本结构和中间纤维蛋白 120

7.2　细胞骨架的组装 121

7.2.1　微丝和微管的聚合 121

7.2.2　中间纤维的聚合 125

7.3　细胞中细胞骨架的排列和组织 125

7.3.1　微丝在细胞中的排列和组织 126

7.3.2　微管在细胞中的排列和组织 128

7.3.3 中间纤维在细胞中的排列和组织 129

7.4　细胞骨架的结合蛋白 130

7.4.1 Actin结合蛋白 131

7.4.2　微管结合蛋白 132

7.4.3 中间纤维结合蛋白 133

7.5　马达蛋白 133

7.5.1　肌球蛋白 134

7.5.2　驱动蛋白 136

7.5.3　动力蛋白 136

7.6　细胞骨架的基本功能 137

7.6.1　细胞骨架与细胞运动 137

7.6.2　细胞骨架与细胞物质运输 141

7.6.3　细胞骨架与细胞形态 141

7.6.4　细胞骨架与细胞分裂 143

7.6.5　细胞骨架与信号转导 143

本章小结 144

思考题 144

第8章　细胞核与染色体 146

8.1　核被膜 146

8.1.1　核被膜的结构 146

8.1.2　核孔复合体 147

8.1.3　核被膜的功能 148

8.1.4　核孔复合体对核质间物质运输的调控作用 149

8.2　核纤层、核骨架及染色体骨架 151

8.2.1　核纤层 151

8.2.2　核骨架 153

8.2.3　染色体骨架 153

8.3　染色质 154

8.3.1　染色质的化学组成 154

8.3.2　染色质的基本结构单位——核小体 157

8.3.3　染色质包装的结构模型 158

8.3.4　异染色质和常染色质 159

8.4　染色体 159

8.4.1 中期染色体的形态结构 159

8.4.2　染色体DNA的三种功能元件 161

8.4.3　核型与染色体分带 162

8.4.4　巨大染色体 163

8.5　核仁和核糖体 165

8.5.1 核仁 165

8.5.2　核糖体 167

本章小结 169

思考题 170

第9章　细胞周期 171

9.1　细胞周期及其基本概念 171

9.2　有丝分裂 172

9.2.1　有丝分裂概述 172

9.2.2　有丝分裂细胞M期的各时期 173

9.3　减数分裂 177

9.3.1　三种减数分裂的简介 177

9.3.2　减数分裂的各时期 178

9.3.3　减数分裂的研究前沿 181

9.3.4　人类减数分裂过程及其异常所导致的疾病：减数分裂染色体不分开与各种综合征 183

9.4　细胞周期调控 183

9.4.1　有丝分裂周期的调控 183

9.4.2　减数分裂周期的调控 192

9.4.3　其他因素对细胞周期的调控 193

本章小结 193

思考题 194

第10章　细胞与其外环境的相互作用 195

10.1　细胞外基质 195

10.1.1　胶原和弹性蛋白 196

10.1.2　蛋白聚糖 197

10.1.3　层粘连蛋白和纤连蛋白 197

10.1.4　基膜 199

10.2　细胞黏着与黏着分子 199

10.2.1　选择素与细胞的黏着 200

10.2.2　整联蛋白与细胞的黏着 201

10.2.3　免疫球蛋白超家族与细胞的黏着 202

10.2.4　钙黏着蛋白与细胞的黏着 202

10.3　细胞连接 203

10.3.1 紧密连接 203

10.3.2　锚定连接 203

10.3.3　通讯连接 205

10.4　细胞壁 207

10.4.1　植物细胞壁的化学组成和结构 208

10.4.2　纤维素微纤丝的装配 208

10.4.3　细胞壁在细胞生长发育中的变化 208

10.4.4　细菌细胞壁的特点 209

10.4.5　真菌细胞壁的特点 209

本章小结 210

思考题 210

第11章　细胞通讯与信号转导 211

11.1　细胞通讯与细胞识别 211

11.1.1　细胞通讯的类型 211

11.1.2　细胞通讯的基本特点 212

11.1.3　细胞识别与信号通路 213

11.1.4　细胞信号分子的类型及特性 213

11.1.5　受体与信号接收 215

11.1.6　第二信使与分子开关 218

11.2 G蛋白与细胞信号转导 218

11.2.1 G蛋白的结构与功能 218

11.2.2 cAMP信号通路 219

11.2.3　磷脂酰肌醇信号通路 223

11.2.4　胞内钙信号途径 226

11.2.5　小G蛋白 227

11.3　酶联受体与细胞信号转导 227

11.3.1　受体酪氨酸激酶 227

11.3.2　受体丝氨酸／苏氨酸激酶 230

11.3.3　受体酪氨酸磷酯酶 231

11.3.4　受体鸟苷酸环化酶 231

11.3.5　细胞因子受体超家族 231

11.4　蛋白质的可逆磷酸化与细胞信号转导 232

11.4.1　蛋白激酶与蛋白磷酸酶 232

11.4.2　蛋白质可逆磷酸化对细胞信号转导的调节方式 233

11.4.3　蛋白质可逆磷酸化对基因表达的调控 233

11.4.4　蛋白质可逆磷酸化在信号转导中的意义 234

11.5　细胞信号转导途径的复杂多样性与整合 235

11.5.1　细胞信号转导途径的复杂多样性 235

11.5.2　细胞信号转导途径的汇集、发散与“交谈” 237

本章小结 239

思考题 240

第12章　细胞分化 242

12.1　细胞分化的基本概念 242

12.1.1 细胞内含有完整基因组是“全能性”的基础 242

12.1.2　特异性基因表达的精确调控是“分化”的基础 243

12.2　细胞分化的机制 244

12.2.1　管家基因和奢侈基因 244

12.2.2　真核基因表达调控与细胞分化 244

12.2.3　胚胎发育过程中的基因表达与细胞分化 252

12.2.4　细胞相互作用与细胞分化 254

12.2.5　位置效应与细胞分化 256

12.2.6　细胞记忆与细胞分化 257

12.2.7　胞外基质影响细胞的分化 258

12.2.8　激素影响多细胞生物的个体发育及细胞分化 258

12.2.9　环境对个体发育及细胞分化的影响 258

12.3　干细胞与细胞分化 259

12.3.1　干细胞的分类 259

12.3.2　干细胞的生物学特征 261

12.3.3　胚胎干细胞的自我更新与体外培养 262

12.3.4　成体干细胞的可塑性 262

12.3.5　胚胎干细胞和成体干细胞的比较 263

12.3.6　干细胞重新编程技术 263

12.3.7　干细胞的应用 264

本章小结 265

思考题 265

第13章　细胞衰老与凋亡 267

13.1　细胞衰老 267

13.1.1　细胞衰老概述 267

13.1.2　衰老细胞的结构及生理生化改变 268

13.1.3　细胞衰老的诱导信号 270

13.1.4 细胞衰老的分子机制：细胞衰老信号通路的激活 272

13.2　细胞凋亡 274

13.2.1　细胞死亡 274

13.2.2　细胞凋亡概述 275

13.2.3　细胞凋亡的形态学和生物化学特征 276

13.2.4　细胞凋亡的诱发因素及其调控基因 277

13.2.5　细胞凋亡的信号转导通路及其调控 279

13.3　细胞衰老与细胞凋亡的生物学意义 283

13.3.1　细胞凋亡与动物的个体发育及免疫系统 283

13.3.2　细胞衰老凋亡与植物的逆境应答 284

13.3.3　微生物的逆境和群体的应急反应 284

13.4　细胞衰老与凋亡的研究方法 285

13.4.1　形态学观察 285

13.4.2　生理生化、分子生物学检测 286

本章小结 288

思考题 289

第14章　肿瘤细胞 290

14.1　癌细胞的主要特征 290

14.1.1　肿瘤细胞对生长因子的依赖性降低 291

14.1.2　肿瘤细胞缺乏接触性生长抑制 291

14.1.3　肿瘤细胞的增殖具有锚定非依赖性 291

14.1.4　端粒再生的机制促使肿瘤细胞永生 292

14.1.5　肿瘤细胞不正常的细胞周期调控机制 292

14.1.6 DNA损伤修复在肿瘤细胞中是缺陷的 293

14.1.7　肿瘤细胞能逃避凋亡的调控 294

14.1.8　癌细胞能逃避免疫系统的识别和攻击 295

14.1.9　癌细胞能浸润和转移 296

14.2　肿瘤的形成 296

14.2.1　癌基因和抑癌基因 296

14.2.2　化学致癌因子 297

14.2.3　物理致癌因子 297

14.2.4　生物致癌因子 298

14.2.5　遗传与肿瘤 299

14.2.6　癌六特征模型 300

14.3　肿瘤的预防、诊断和治疗 302

14.3.1　肿瘤的预防 302

14.3.2　肿瘤诊断 302

14.3.3　肿瘤的治疗 303

本章小结 304

思考题 304

附录 305

第15章　细胞生物学模式生物简介 311

15.1　大肠埃希菌 311

15.1.1　形态特征 311

15.1.2　培养条件 311

15.1.3　大肠埃希菌的基因组 311

15.1.4　遗传操作 312

15.1.5 国际共享资源简介 313

15.2　蓝细菌 313

15.2.1　蓝细菌形态特征 313

15.2.2　生长条件 314

15.2.3　无菌培养条件 314

15.2.4　作为模式材料的优点 315

15.2.5　蓝细菌转化 315

15.2.6　国际共享资源简介 316

15.3　酵母 316

15.3.1　形态特征、生长条件、无菌培养条件、作为模式材料的优点等 317

15.3.2　遗传学操作以及酵母双杂交 317

15.3.3　细胞分裂机制简介 318

15.3.4 国际共享资源简介 318

15.4　小立碗藓 318

15.4.1　小立碗藓生物学概述 318

15.4.2　小立碗藓的遗传操作 319

15.4.3　小立碗藓生物信息学 320

15.5　拟南芥 321

15.5.1　拟南芥形态概述 321

15.5.2　培养条件 322

15.5.3　遗传操作 322

15.5.4　国际共享资源简介 322

15.6　线虫 323

15.6.1　线虫的形态结构特征 323

15.6.2　线虫的生活史和发育模式 324

15.6.3　线虫作为模式生物的研究 324

15.6.4　国际共享资源简介 325

15.7　果蝇 326

15.7.1　果蝇的形态特征 326

15.7.2　果蝇的生活史 326

15.7.3　果蝇作为经典的模式生物 326

15.7.4 以果蝇为模型的一些研究进展 327

15.7.5　国际共享资源简介 328

15.8　斑马鱼 328

15.8.1　斑马鱼的形态特征 328

15.8.2　斑马鱼作为模式生物的优势 329

15.8.3　斑马鱼作为模式生物的一些研究进展 329

15.8.4　国际共享资源简介 331

参考文献 332

索引 338