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　　《细胞生物学》共分为四篇，包括细胞生物学基础知识、细胞结构、细胞生理和细胞生物学相关科学。《细胞生物学》对细胞生物学的知识进行了归类总结，并融入了分子生物学知识及农林研究与应用，内容更加紧凑，条理更加清晰。

目录

前言

**篇 细胞生物学基础知识

**章 绪论 3

**节 细胞生物学的研究内容和现状 3

一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 3

二、细胞生物学研究的主要内容 3

第二节 细胞生物学发展简史 6

一、细胞的发现 6

二、细胞学说 6

三、细胞学的经典时期 7

四、实验细胞学及细胞学的创立 9

五、细胞生物学学科的形成及其分支学科 9

第三节 细胞生物学与农林科学 10

第四节 细胞生物学发展趋势与展望 12

小结 13

思考题 14

第二章 细胞基本知识概要 15

**节 细胞的基本概念 15

一、细胞是生命活动的基本单位 15

二、细胞的基本共性 15

三、细胞的多样性与复杂性 17

第二节 非细胞形态的生命体——病毒 18

一、病毒的形态和结构 18

二、类病毒和朊病毒 20

三、病毒的增殖 20

四、病毒与细胞之间的关系 22

第三节 原核细胞与古核细胞 23

一、*小*简单的细胞——支原体 23

二、原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻 24

三、古核细胞(古细菌) 30

第四节 真核细胞 30

一、真核细胞的基本结构体系 31

二、细胞的大小及其分析 32

三、细胞形态结构与功能的关系 34

四、原核细胞与真核细胞的比较 35

五、植物细胞与动物细胞的比较 36

小结 39

思考题 40

第三章 细胞生物学研究方法 41

**节 显微技术 41

一、影响显微镜性能的主要因素 41

二、显微镜的类型 43

三、显微镜常用样品的制备 50

第二节 细胞化学技术 54

一、细胞组成成分特异显示法 54

二、酶细胞化学技术 55

三、免疫细胞化学技术 56

四、原位杂交 56

五、同位素示踪技术 57

六、放射自显影技术 58

七、显微分光光度计 59

第三节 分离技术 59

一、流式细胞仪 59

二、离心技术 60

第四节 细胞工程技术 62

一、细胞培养技术 62

二、细胞融合技术 65

三、细胞克隆技术 66

四、细胞拆合与细胞重组技术 67

五、染色体工程 67

六、显微操作技术 68

七、生物反应器技术 68

八、基因敲除技术 69

小结 69

思考题 70

第二篇 细胞结构

第四章 细胞膜与细胞表面 73

**节 细胞膜与细胞表面特化结构 73

一、细胞膜的结构模型 73

二、细胞膜的化学性质 77

三、细胞膜的特性 83

四、细胞膜的功能 86

五、细胞表面的分化 87

第二节 细胞连接 91

一、封闭连接 91

二、锚定连接 93

三、通讯连接 96

四、细胞表面的黏着因子 100

第三节 细胞外基质 104

一、糖胺聚糖和蛋白聚糖 105

二、胶原 108

三、弹性蛋白 110

四、层粘连蛋白和纤连蛋白 111

五、植物细胞壁 114

小结 116

思考题 117

第五章 细胞质基质与细胞内膜系统 118

**节 细胞质基质 118

一、细胞质基质的组成 119

二、细胞质基质的功能 120

第二节 内质网 121

一、内质网的形态与结构 121

二、内质网的功能 123

第三节 高尔基体 125

一、高尔基体的形态结构和化学组成 125

二、高尔基体的功能 128

三、高尔基体与细胞内的膜泡运输 130

第四节 溶酶体与过氧化物酶体 135

一、溶酶体的结构类型 135

二、溶酶体的功能 136

三、溶酶体与疾病 138

四、溶酶体的发生 140

五、过氧化物酶体与乙醛酸循环体 141

第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配 143

一、信号假说与蛋白质分选信号 144

二、蛋白质分选的基本途径与类型 146

三、细胞结构体系的装配 147

小结 148

思考题 149

第六章 线粒体与叶绿体 150

**节 线粒体与氧化磷酸化 150

一、线粒体的形态结构 150

二、线粒体的化学组成及酶的定位 153

三、线粒体的功能 155

四、线粒体与疾病 167

第二节 叶绿体与光合作用 168

一、叶绿体的形态大小、数量和分布 168

二、叶绿体的结构和化学组成 169

三、叶绿体的功能——光合作用 172

第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 178

一、线粒体和叶绿体的DNA 178

二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成 179

三、线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运 181

四、叶绿体的蛋白质转运 184

第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源 186

一、线粒体和叶绿体的增殖 186

二、线粒体和叶绿体的起源 186

小结 189

思考题 190

第七章 细胞核与染色体 191

**节 核被膜与核孔复合体 191

一、核被膜 191

二、核孔复合体 194

第二节 染色质 200

一、染色质的化学组成 201

二、染色质的基本结构——核小体 204

三、染色质的包装模型 207

四、常染色质和异染色质 209

第三节 染色体 210

一、中期染色体的形态结构 210

二、染色体DNA的三种关键序列 212

三、核型与染色体显带 215

四、巨型染色体 217

第四节 核仁 219

一、核仁的化学组成 219

二、核仁的结构与核仁周期 220

三、核仁的功能 221

第五节 核基质与核体 224

一、核基质 224

二、核体 227

小结 231

思考题 232

第八章 细胞骨架 233

**节 细胞膜骨架 233

一、血影和红细胞膜骨架 234

二、膜骨架的组成 234

第二节 细胞质骨架 236

一、微丝 236

二、微管 246

三、中间纤维 253

第三节 细胞核骨架 258

一、核基质 259

二、染色体支架 261

三、核纤层 262

小结 264

思考题 265

第九章 核糖体 266

**节 核糖体的基本特征 266

一、核糖体的种类和数量 267

二、核糖体的形态大小 267

三、核糖体的化学组成 268

四、核糖体聚合与解离 269

第二节 核糖体的结构与功能 270

一、核糖体的结构 270

二、核糖体的功能 273

第三节 多聚核糖体与蛋白质的合成 274

一、多聚核糖体 274

二、蛋白质的合成 275

三、RNA在生命起源中的地位 278

小结 279

思考题 280

第三篇 细胞生理

第十章 物质的跨膜运输 283

**节 质膜物质运输概述 283

一、被动运输 283

二、主动运输 288

第二节 大分子与颗粒物质的跨膜运输 295

一、胞吞作用 296

二、受体介导的胞吞作用 298

三、胞吐作用 300

小结 302

思考题 304

第十一章 细胞信号转导系统 305

**节 细胞间的通讯方式 305

一、通过细胞间的间隙连接通道的直接联系型 306

二、通过细胞膜表面结合分子的直接接触型 306

三、通过细胞分泌的信号分子的间接联系型 306

第二节 细胞的化学信号分子 307

一、胞外信号分子 308

二、胞内信号分子——第二信使 310

第三节 信号分子受体 314

一、细胞内受体 315

二、细胞表面受体 316

第四节 细胞信号的转导 319

一、信号蛋白的分子开关机制 319

二、细胞信号的转导途径 320

第五节 细胞信号的放大及相互作用 325

一、细胞信号的放大 325

二、胞内信号通路间的相互作用 326

小结 328

思考题 329

第十二章 细胞增殖及其调控 330

**节 细胞周期 330

一、细胞周期概述 330

二、细胞周期的时相 331

三、细胞同步化 333

四、细胞周期时间的测定 335

第二节 细胞分裂 336

一、无丝分裂 336

二、有丝分裂 337

三、减数分裂 346

第三节 细胞周期的调控 352

一、细胞周期调控概述 353

二、细胞周期调控的相关因子 353

三、真核生物细胞周期运转的调控 359

小结 364

思考题 365

第十三章 细胞分化 366

**节 细胞分化 367

一、细胞分化的基本概念 367

二、细胞分化的影响因素 373

三、细胞分化与胚胎发育 381

第二节 细胞分化与肿瘤细胞 382

一、肿瘤细胞的基本特性 383

二、癌的起因 385

三、肿瘤抑制基因与癌基因 386

四、肿瘤与基因突变 390

第三节 细胞分化与基因的表达调控 391

一、转录水平的调控 391

二、加工水平的调控 397

三、翻译水平的调控 397

小结 400

思考题 401

第十四章 细胞的衰老与凋亡 402

**节 细胞衰老 402

一、早期的细胞衰老研究 402

二、细胞的寿限 402

三、细胞衰老的特征 404

四、细胞衰老的机理 406

第二节 细胞凋亡 411

一、细胞凋亡的概念 411

二、细胞凋亡与细胞坏死的区别 412

三、细胞凋亡的分子机理 414

四、细胞凋亡的检测 422

五、细胞凋亡的生物学意义 424

六、植物细胞凋亡 425

小结 426

思考题 426

第四篇 细胞生物学相关科学

第十五章 细胞工程 431

**节 植物细胞工程 431

一、植物细胞工程的理论基础 431

二、植物细胞工程技术原理 433

三、植物细胞工程的分类 437

四、植物细胞工程的应用 443

第二节 动物细胞工程 448

一、动物细胞培养 448

二、细胞融合与单克隆抗体技术 454

三、胚胎工程 457

四、转基因动物 459

五、动物克隆技术 462

小结 464

思考题 465

第十六章 干细胞生物学 466

一、干细胞生物学发展简史 466

二、干细胞概述 467

三、胚胎干细胞与成体干细胞的生物学特性 468

四、干细胞增殖及分化调控 470

五、干细胞的重要应用 472

六、干细胞研究中存在的问题与展望 474

小结 475

思考题 476

主要参考文献 477

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**篇 细胞生物学基础知识

　　**章 绪论

　　**节 细胞生物学的研究内容和现状

　　一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科

　　细胞(cell）是生物体结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。细胞是一个能同外界进行物质、能量、信息交换的独立生存、自我调节的开放体系，生命的实质就是细胞属性的外在体现。生物体的生长、发育、繁殖、遗传、分化以及代谢等所有的生命活动都是细胞生命活动的体现。细胞是生命现象的物质结构基础，生命是细胞的运动方式。细胞是一切生命体的基础，细胞生物学又是以细胞为研究对象，所以细胞生物学自然而然成为现代生命科学的基础学科。

　　研究细胞及其基本生命活动规律的科学称为细胞生物学(cellbiology）。它是迅猛发展的生命科学的重要基础学科，在显微、亚显微及分子水平上研究细胞结构与功能、细胞增殖与分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等方面的内容。分子细胞生物学及细胞工程等理论与技术的发展更成为当今细胞生物学研究的重点与热点，因此，深入研究细胞的结构与基本生命活动显得尤为重要。

　　细胞生物学是一门新兴学科，是当前生命科学中四大前沿学科之一。它的内容处处体现着现代生物学各分支学科的交叉与整合，是生命科学的核心学科。特别是在分子生物学概念和方法引进之后，细胞生物学由光学显微镜下结构和功能的简单描述进入了细胞分子生物学水平。目前，人们已经把细胞整体水平、超微水平和分子水平三方面的研究有机结合起来，以动态的观点研究细胞和细胞器的结构和功能，探索细胞基本生命活动的规律。

　　二、细胞生物学研究的主要内容

　　细胞生物学的研究内容十分广泛，各个不同时期都有它的研究重点，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，但二者又不能截然分开。前期由于显微技术的发展，人们对细胞超微结构的深入研究使得细胞结构和功能成为细胞生物学研究的主要内容。现在，由于分子生物学的迅猛发展，细胞结构和功能的研究进一步深入，细胞重大生命活动规律及其调控机理更是取得了巨大发展，在研究中的比重也越来越大。

　　当今细胞生物学研究的主要内容大致可以归纳为以下八大研究领域。

　　(一）细胞增殖、分化及其调控

　　细胞的增殖与分化是生物生长发育的基础，研究细胞增殖及分化的基本规律及其调控机理是控制生物生长与发育的基础。近年来，随着分子生物学的发展，细胞的增殖分化及其分子调控机理的研究越来越受到人们的重视，细胞生物学、发育生物学和遗传学等学科的综合渗透，更加快了这方面研究的进展。

　　(二）细胞核、染色体及其基因表达

　　细胞核与染色体的研究历来是经典细胞学的重点，因为细胞核是遗传物质DNA 储存的场所，是遗传信息传递转化的场所，染色质与染色体是遗传物质的载体。现代细胞生物学的核心课题之一就是研究染色体结构动态变化与基因表达及其调控的关系，它是目前细胞生物学、遗传学与发育生物学在细胞水平与分子水平上相结合的*活跃的热门课题。

　　(三）生物膜与细胞器的研究

　　生物膜的研究已成为目前研究的一个热点，生物膜不仅是细胞及细胞器的结构边界，维持细胞及细胞器相对稳定的生存环境，更在细胞及各种细胞器与外界进行的物质、能量交换及信息传递中起着决定性的作用。对于生物膜结构的研究已经较为成熟，当前的研究也已经证明生物膜与一系列的生命活动有着密切的关系，所以，研究生物膜在生命活动中的具体功能成为细胞生物学研究中的重要课题。

　　从*初光学显微镜下对细胞的研究开始，细胞器的研究便成为研究细胞结构与功能的重要组成部分，随着分子生物学新研究方法、技术的出现，在分子水平上研究各种细胞器的结构与功能成为细胞生物学研究的必然趋势。从研究较为成熟的叶绿体、线粒体新功能的新认识到溶酶体、高尔基体、核糖体功能新的研究进展，新技术方法的创新带来了人们对细胞器研究的新进步。

　　(四）细胞骨架体系的研究

　　细胞骨架的研究是当前细胞生物学研究中*为活跃的领域之一。细胞骨架(cytoskeleton）分为细胞质骨架和细胞核骨架(karyoskeleton）。细胞质骨架包括微丝(microfilament）、微管(microtubule）和中间丝(intermediatefilament）三种纤维状结构，细胞核骨架包括核基质、核纤层、染色体骨架等。

　　细胞骨架不仅在维持细胞形态与保持细胞内部结构的合理空间布局中起重要作用，而且还参与细胞内物质运输、能量转换、信号传递及细胞分裂和细胞周期的调节，并与细胞分化和衰老有着密切的关系，因此，细胞骨架体系的研究越来越受到人们的重视，对这方面的研究也必然带来人们对细胞结构和功能的新认识。

　　(五）细胞的衰老与凋亡

　　细胞的衰老(cellaging或cellsenescence）与凋亡(apoptosis）是细胞的一种重要的生命活动，细胞总体的衰老导致个体的衰老，是人们研究动植物寿命的基础。当前对细胞衰老与凋亡的研究主要集中在其调控的分子机制及其信号转导方面，如衰老基因、端粒、线粒体DNA 与衰老，胱天蛋白酶、p53与细胞凋亡的关系等。通过细胞衰老与凋亡的研究，可以了解衰老及细胞死亡的规律，对认识衰老及延长寿命等都有重要的意义。

　　(六）干细胞及其应用

　　干细胞(stemcell）是一种尚未充分分化，尚不成熟的细胞，是机体内*原始的细胞，具有很强的再生能力，在一定条件下可以分化成各类细胞，在医学界被称为“**细胞”。干细胞的这一特性引起了科学家的极大关注。目前，干细胞的分离和培养技术已获得了重大的进展，研究对象主要集中在造血干细胞、胚胎干细胞和神经干细胞。干细胞的研究对人类或者动物的疾病研究与治疗具有重要的意义。

　　(七）细胞工程

　　细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作，属于细胞生物学与遗传学的交叉领域，是生物工程技术的重要组成部分。它是认识细胞生命活动规律的一种重要途径与手段，对于工农业生产及医学等更具有重要的实践意义。细胞工程使不同种细胞的基因或基因组用人工方法重组到杂交细胞中，或者使基因与基因组由一种细胞转移到另一种细胞中，无需经过分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，提高了转基因效率，跨越了种的障碍。

　　动植物体细胞的杂交试验一直是细胞工程中*活跃的领域。通过动物体细胞杂交而获得单克隆抗体技术的建立，是细胞工程中*富成果性的工作范例。近年在世界范围兴起的用哺乳动物体细胞克隆而获得无性繁殖胚胎与个体，是细胞工程**有创新的进展之一。

　　(八）细胞信号转导

　　近年来的研究发现细胞内存在着多种信号转导方式和途径，其间又有多个层次的交叉调控，是一个复杂的网络系统。当前细胞信号转导的研究主要包括：细胞间信号传递，受体与信号跨膜转导，细胞内信号传递途径等方面。

　　细胞信号转导的研究对于了解外界自然条件对生物体的影响、生物疾病机制、生命本质与细胞生命活动等都有着重要的意义。

　　第二节 细胞生物学发展简史

　　细胞生物学的发展大致可以划分为以下几个主要的历史阶段。

　　一、细胞的发现

　　绝大多数细胞的直径在30μm 以下，远远超出了肉眼的直观范围(200μm），只有靠放大装置才能看到，所以，细胞是随着显微镜的发展而逐步被发现的，可以说没有显微镜就没有细胞学的创立。1604年，荷兰眼镜制造商Zaccharias Janssen (1580~1638）和他的儿子制作了**台复式显微镜，尽管其放大倍数仅10~30倍，也没有用它发现细胞，但却具有划时代的意义。1665年，英国人Robert Hooke (1635~1703）用自己设计制造的显微镜(放大倍为40~140倍）观察了软木(栎树皮）的薄片，**次描述了植物细胞的构造，并首次用cellar (小室）这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室(实际上只是观察到纤维质的细胞壁）。这是人类首次发现细胞，Hooke将此发表在《显微图谱》 (Micrographia）一书中。Hooke的发现对细胞学的建立和发展具有开创性的意义，其后，生物学家就用“cell”一词来描述生物体的基本结构，中文翻译为“细胞”。

　　此后不久，荷兰布商Anton van Leeuwenhoek (1632~1723）为了检查布的质量，亲自磨制透镜，装配了高倍显微镜(300倍左右），观察到了血细胞、池塘水滴中的原生动物、牙垢中的细菌、人类和其他哺乳类动物的精子等，并于1674年在观察鲑鱼的红细胞时描述了细胞核的结构，这是人类**次观察到完整的活细胞。同时，意大利生理学家Marcello Malpighi (1628~1694）和英国医师Nehemiah Grew (1641~1712）注意到了植物细胞壁质的区别。但在19世纪以前，许多学者的工作都仅着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对各种有机体中出现细胞的意义一直没有做出理论的概括。

　　二、细胞学说

　　1838年，德国植物学家Matthias Jakob Schleiden (1804~1881）发表了一篇题为《植物发生论》的论文，指出任何植物，无论是高等的还是低等的，无论是简单的还是复杂的，都是由细胞组成的。1839年德国动物学家Theodor Schwann (1810~1882）在《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》一文中，从动物科学的角度指出：细胞是构成动物的基本单位，动物细胞的基本构成大体相同，虽然不同动物细胞的作用不见得相同，但各种细胞的发生是相似的。动物和植物一样，也是由细胞组成的。Schwann正式提出了“细胞学说” (cell theory）：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。细胞学说的提出论证了生物界的统一性和生命的共同起源，对细胞及其功能有了较为明确的定义，在现代生物学的发展中具有重要的意义。恩

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书籍介绍

《细胞生物学》可供综合性大学、农林院校、理工院校的生物科学专业、细胞生物学等相关专业的本科生、研究生使用，也可供教师与相关科研工作人员参考。全书共分为四篇，包括细胞生物学基础知识、细胞结构、细胞生理和细胞生物学相关科学。《细胞生物学》对细胞生物学的知识进行了归类总结，并融入了分子生物学知识及农林研究与应用，内容更加紧凑，条理更加清晰。