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第一篇 医学细胞生物学概论 3

第一章 细胞生物学与医学 3

第一节 细胞和细胞生物学 3

一、从发现细胞到创立细胞学说经过了100多年 3

二、细胞学描述细胞形态、结构、活动和化学成分 4

三、细胞生物学从细胞整体、显微、亚显微和分子水平诠释细胞生命活动本质 5

第二节 细胞的起源与进化 6

一、膜包围的原生质团成为原始细胞 6

二、原核细胞进化后出现真核细胞 8

三、真核细胞集合体演变为由不同特化细胞组成的多细胞生物 9

第三节 细胞生物学在医学发展中的作用 10

一、细胞是人体结构与功能的基本单位 10

二、细胞结构功能的异常与疾病的发生发展密切相关 11

三、细胞生物学知识和技术愈来愈多地用于疾病的诊断和治疗 11

第二章 细胞的基本特征 14

第一节 细胞的化学组成 14

一、水提供了细胞内化学反应的基本环境 14

二、主要的有机小分子有单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸 15

三、主要的生物大分子是多糖、脂质、蛋白质和核酸 19

第二节 细胞的结构特征 26

一、质膜是由膜脂、膜蛋白和膜糖组成的细胞界膜 26

二、细胞质由细胞器、细胞骨架和充满各种分子的水凝胶组成 27

三、细胞核是遗传物质储存和遗传信息开始表达的场所 30

第三节 细胞的功能特征 31

一、所有细胞都具有相同的基本功能 31

二、所有细胞都能进行基本的生命活动 32

第三章 细胞的研究方法 35

第一节 观察细胞、细胞器和大分子——显微镜技术 35

一、光学显微镜技术始终是细胞研究的主要手段 37

二、电子显微镜技术用于观察细胞超微结构 39

三、扫描探针显微镜技术提供原子尺度的分辨率 42

第二节 观察和分析大分子——细胞化学技术 43

一、免疫细胞化学技术是研究细胞内外蛋白质定位最简便而强大的手段 44

二、原位杂交技术用于观察特异核酸分子的定位 46

第三节 分析细胞及其大分子——分析细胞学技术 48

一、流式细胞分析技术能测得单个细胞上特异分子的相对含量和特定的细胞亚群 48

二、图像分析技术常用于大分子的定位和半定量分析 51

第四节 分析和操作细胞和细胞器——细胞结构成分的离心分离技术 52

一、离心分离技术根据细胞结构组分的大小和密度将它们分开 52

二、选择合适方法获得相对纯净的细胞结构组分 53

第五节 分析蛋白质——以膜蛋白为例的研究方法以及蛋白组学 55

一、多种方法用于膜蛋白研究 55

二、蛋白组学从整体角度研究在某一特定条件下的细胞内蛋白质特性 59

第六节 操作细胞及其大分子——细胞培养和细胞工程技术 60

一、培养细胞存在一定的生命期和不同的生长方式 60

二、细胞培养技术包括细胞的分离、培养、传代、冻存和复苏 61

三、细胞工程技术可以操作细胞、细胞器、基因和蛋白质 62

第二篇 细胞的基本结构及其功能 67

第四章 细胞核与染色体 67

第一节 核被膜 67

一、核被膜和核孔使细胞核与细胞质之间既有分隔又有沟通 67

二、核被膜使遗传信息的转录和翻译发生在不同的区室 70

三、在细胞有丝分裂时核膜解聚并重新形成 71

第二节 染色质和染色体 72

一、染色质与染色体具有相近的化学组成和不同的形态 72

二、DNA分子上排列着遗传信息表达和遗传物质复制所需要的特殊序列 74

三、染色体蛋白质负责DNA分子的包装和基因表达的调控 77

四、DNA分子经历逐级的有序包装 78

五、DNA分子的包装形式与基因表达调控有关 82

六、染色质与染色体的功能是承载细胞的遗传信息 87

第三节 细胞核的功能 87

一、遗传物质在细胞分裂之前的特定时段发生复制 87

二、DNA损伤修复可以不断进行 92

三、遗传信息以基因为单位进行表达 94

第四节 核仁 98

一、核仁具有独特的化学组成和形态结构 98

二、核仁的功能是合成、加工核糖体rRNA和装配核糖体 99

第五节 细胞核与疾病 102

一、染色体畸变造成染色体病 102

二、许多遗传性疾病是单一基因突变引起的 102

三、核纤层病是核纤层蛋白的基因突变的结果 103

四、细胞核的多种异常与肿瘤有关 103

第五章 细胞质 106

第一节 核糖体 106

一、核糖体由两个大小不同的核糖核蛋白复合体亚基组成 107

二、蛋白质的生物合成在核糖体上进行 108

第二节 蛋白酶体 112

一、泛素-蛋白酶体构成细胞内一个不依赖溶酶体的蛋白质降解系统 113

二、蛋白酶体对靶蛋白的识别降解依赖于靶蛋白的多聚泛素化修饰 113

第三节 内质网 115

一、内质网由互相连续的囊状、管状和泡状膜结构组成 115

二、糙面内质网参与新生肽链合成、修饰、折叠以及膜脂的合成 117

三、糙面内质网对蛋白质进行质量控制 121

四、光面内质网功能复杂繁多 122

第四节 高尔基体 123

一、高尔基体是由扁平膜囊、小泡和大泡组成的复合结构 123

二、高尔基体的主要功能是参与蛋白质的修饰、加工和分选 125

第五节 溶酶体 129

一、溶酶体是富含各种酸性水解酶的囊泡 129

二、溶酶体的主要功能是参与细胞的各种消化作用 132

三、溶酶体功能失调与许多疾病有关 134

第六节 过氧化物酶体 135

一、过氧化物酶体是富含各种氧化酶的囊泡 135

二、过氧化物酶体利用分子氧参与多种物质的氧化代谢 136

三、过氧化物酶体增殖物激活受体可以调控基因表达 137

第七节 线粒体 138

一、线粒体是由两层特化单位膜围成的细胞器 138

二、线粒体是动物细胞进行有氧呼吸产生ATP的主要场所 140

三、线粒体呼吸链副产品活性氧能调控细胞活动 146

四、线粒体在哺乳动物细胞凋亡过程中起着关键的作用 147

五、线粒体是一种半自主性的细胞器 148

六、线粒体相关的遗传性疾病多由线粒体DNA的改变引起 149

第八节 细胞骨架 150

一、微管是由微管蛋白二聚体和相关蛋白质组装而成的管状结构 151

二、微管的主要功能是维持间期细胞形状和细胞器定位，并在分裂期形成纺锤体介导有丝分裂 154

三、微丝是由肌动蛋白和相关蛋白组装而成的细丝状结构 156

四、微丝的主要功能是维持细胞形状和表面结构并介导细胞运动 159

五、中间丝是由中间丝蛋白构成的绳状纤维 161

六、中间丝的主要功能是维持细胞形状和强度 164

第六章 质膜 168

第一节 质膜的化学组成和结构 168

一、脂质双层构成膜的骨架 170

二、膜蛋白穿越或联结于脂双层，承担着多种功能角色 174

三、膜糖类位于膜的非胞质一侧，其功能是识别和保护 179

四、脂筏是质膜上富含鞘磷脂、胆固醇和特定膜蛋白的斑块 182

第二节 质膜的主要功能 182

一、膜运输蛋白介导小分子穿膜运输，而大分子的运输依赖膜泡形成 183

二、膜受体接收和转导细胞外信号 184

三、黏附分子及其表面糖链提供了细胞识别和细胞黏附的基础 185

四、连接蛋白介导细胞连接和组织构建 186

第七章 细胞连接、细胞黏附与细胞外基质 188

第一节 细胞连接 188

一、细胞连接可分为紧密连接、锚定连接和通讯连接三大类 188

二、紧密连接封闭了相邻上皮细胞间隙，并将上皮细胞的质膜分隔为顶部和底侧部 189

三、锚定连接将细胞骨架与相邻细胞的骨架成分或细胞外基质锚定在一起 191

四、通讯连接是在相邻细胞之间形成信号交流的连接装置 193

第二节 细胞黏附 196

一、细胞黏附基于一对细胞黏附分子之间的相互识别和结合 196

二、钙黏素家族是一类依赖Ca2＋的黏附分子，主要介导同型细胞间的黏附 197

三、选择素家族也是一类依赖Ca2＋的黏附分子，主要介导血流中异型细胞间的黏附 199

四、免疫球蛋白超家族黏附分子是一类不依赖Ca2＋的糖蛋白，可介导同型或异型细胞黏附 200

五、整合素家族是最重要的细胞外基质受体，以异二聚体介导细胞与基质或其他细胞的黏附 202

第三节 细胞外基质 204

一、细胞外基质的主要成分是四种纤维蛋白以及多种糖胺聚糖和蛋白聚糖 204

二、基膜是上皮和其他组织的细胞外基质特化结构 211

三、结缔组织中含有特别大量的细胞外基质 212

四、细胞外基质与细胞有着密切的相互关系 212

第四节 细胞连接、细胞黏附、细胞外基质与疾病 215

一、细胞连接蛋白和黏附分子以及细胞外基质异常与多种疾病相关 215

二、黏附分子亚型改变反映细胞的分化表型，并与肿瘤细胞行为相关 216

第三篇 细胞的物质运输、信号转导与基因表达调控 221

第八章 小分子物质的穿膜运输 221

第一节 穿膜运输的原理 221

一、绝大多数小分子物质的穿膜运输由膜运输蛋白介导 221

二、膜运输蛋白分为转运体和通道两类 222

三、膜运输蛋白的活性和数目受到多种因素调控 224

第二节 转运体蛋白介导的运输 224

一、转运体介导运输的特点是与所运物质结合并可进行偶联运输 224

二、单一转运体介导全身细胞对葡萄糖等亲水小分子的被动运输 226

三、偶联转运体通过同时运输一对物质实现葡萄糖等亲水小分子的主动运输 227

四、ATP驱动泵保障了大多数离子的跨膜浓度差 229

五、ABC运输蛋白超家族成员具有共同的特征和多样的功能 233

第三节 通道蛋白介导的运输 234

一、通道介导运输的特点是快速的、被动的、选择性的和门控的 235

二、电压和递质门控的离子通道是神经元和肌细胞生理功能的基础 235

三、水通道介导水的穿膜和跨上皮运输 240

第九章 细胞内蛋白质的分选和运输 243

第一节 蛋白质的分选信号和在细胞内运输的方式 243

一、蛋白质的定向运输是在人工合成分泌蛋白中发现的 244

二、蛋白质的分选信号可以是信号肽、信号斑，也可以是加工修饰形式 244

三、蛋白质根据分选信号以三种方式在亚细胞区室间运输 245

四、蛋白质根据分选信号决定在合成完毕后运输还是在合成过程中运输 247

第二节 蛋白质进出细胞核的门控运输 247

一、进出细胞核的蛋白质分别具有核输入信号和核输出信号作为分选信号 248

二、门控运输需要核输入（出）受体对分选信号的识别和与核孔复合体的结合 248

三、门控运输需要Ran GTP酶提供能量 249

第三节 蛋白质进入细胞器的穿膜运输 250

一、蛋白质穿膜进入线粒体的不同亚区室 251

二、新生肽链以共翻译转运的形式穿膜运输到内质网腔内或内质网膜上 254

第四节 细胞内蛋白质的小泡运输 257

一、运输小泡是高度特异的，因而小泡运输是高度靶向性的 258

二、胞吞途径是从细胞表面经由内体到溶酶体的小泡运输途径 261

三、生物合成-分泌途径是从内质网经由高尔基体到细胞外的小泡运输途径 265

第十章 细胞通讯与信号转导 270

第一节 细胞通讯与信号转导的原理 270

一、细胞信号转导是细胞通讯中一方细胞接收信号并对信号作出应答的过程 270

二、细胞信号转导系统主要由一系列蛋白质及其复合物构成 273

第二节 一些主要的细胞信号转导途径 279

一、G蛋白偶联受体信号转导途径可引起广泛的细胞效应 279

二、受体酪氨酸激酶信号途径主要介导生长因子促进细胞存活和增殖的过程 284

三、酪氨酸激酶偶联受体信号途径主要介导细胞因子调控免疫和造血的过程 290

四、有些信号转导途径依赖潜在基因调节蛋白的降解改变 292

五、细胞内受体作为转录因子直接调控基因表达 295

第三节 细胞信号转导的特点和调节 296

一、细胞信号转导有一些重要特性 296

二、细胞信号转导需要负性调节 298

第十一章 细胞的基因表达调控 302

第一节 基因表达概述 302

一、相同DNA在不同类型细胞中产生不同蛋白质组 302

二、从DNA到RNA再到蛋白质过程中基因表达存在多步调控 303

第二节 转录调控 304

一、转录调控蛋白通过结合到调节性DNA序列而控制转录 304

二、原核和真核细胞都使用阻抑蛋白和激活蛋白调控基因转录 305

三、真核生物中染色质结构参与调控转录的开启与关闭 308

第三节 RNA加工、运输、定位、降解调控 309

一、RNA的构象、加工和运输可以成为调控因素 309

二、RNA降解和RNA干扰可以影响mRNA水平 311

第四节 翻译和翻译后调控 313

一、翻译起始受到蛋白因子调控和非翻译区的影响 313

二、微小RNA与mRNA结合是真核细胞抑制翻译的重要机制 314

三、翻译后的修饰以及折叠和降解可以对蛋白质水平、活性和功能进行调控 314

第五节 产生特异细胞类型的分子机制 316

一、真核细胞对基因表达进行组合调控 316

二、基因表达的稳定模式能够被传递到子代细胞 317

第四篇 细胞增殖、分化与死亡 323

第十二章 细胞增殖 323

第一节 细胞周期 323

一、细胞周期由四个阶段组成 324

二、细胞分裂包含细胞核分裂和细胞质分裂两个核心事件 325

第二节 细胞周期的运转和调控 332

一、细胞周期的驱动力是周期蛋白-周期蛋白依赖性激酶复合物 332

二、细胞周期运转依靠几种cyclin-Cdk复合物依次活化和失活推动 334

三、细胞周期检查点通过监控细胞状态阻止细胞周期进程 339

第三节 细胞周期与医学 341

一、促进细胞增殖有利于组织再生 341

二、抑制细胞增殖可以治疗肿瘤 342

第十三章 细胞分化 345

第一节 细胞的分化能力 345

一、细胞分化的潜能随分化进程逐渐受限 345

二、成体中已分化细胞的分化状态仍可以改变 346

第二节 细胞分化与个体发育和组织更新 347

一、胚胎发育是受精卵细胞连续分化的结果 347

二、成体干细胞的分化是组织更新的基础 348

第三节 哺乳动物干细胞和祖细胞的特征 354

一、干细胞具有形态和增殖方面的特征 354

二、干细胞的标记和分化细胞的抗原标记可用于检测和分析 354

三、体内的祖细胞与干细胞相似而又不同 356

第四节 细胞分化的调控 356

一、细胞分化是基因差异性表达的结果 356

二、细胞质成分可影响细胞分化过程中基因组的选择性表达 358

三、细胞外的环境因素可调节核内特定基因的表达 359

第五节 细胞分化与疾病及其治疗 362

一、细胞分化与肿瘤发生和治疗相关 362

二、干细胞及其分化细胞可被用于治疗 364

第十四章 细胞死亡 369

第一节 细胞死亡的类型 369

一、非程序性细胞死亡是一种被动的细胞死亡形式 370

二、程序性细胞死亡是细胞主动结束其生命活动的过程 370

第二节 细胞凋亡 373

一、细胞凋亡的概念突显了细胞死亡方式的主动性和可控性 373

二、细胞凋亡是进化上的普遍现象 374

三、细胞凋亡的生物学意义体现在个体发育、组织更新、损伤修复等过程中 375

四、细胞凋亡具有独特的形态学和生物化学特征 378

第三节 细胞凋亡的调控信号 381

一、死亡受体介导的细胞凋亡受细胞外信号调控 382

二、线粒体介导的凋亡通路被看作细胞内信号途径，却可被细胞内外多种因素激活 382

三、内质网也可以介导细胞凋亡 384

四、溶酶体与细胞凋亡关系复杂 385

第四节 细胞凋亡与疾病 386

一、细胞凋亡的抑制与肿瘤发生和肿瘤发展有关，诱导凋亡可用于肿瘤治疗 386

二、细胞凋亡过度可能导致免疫性疾病 387

三、细胞凋亡发生于缺血性心血管病变、神经退行性病变等疾病 387

索引 390