细胞生物学（第4版）

生物学是研究自然界生命体（或生物）生命现象及其规律的一门学科。当今生物学已经成为一门综合性科学，即生命科学或生物科学。由于生命体的复杂性，所以科学家研究生物学的立足点也不同，可以从生物的不同类型出发，也可以从不同的结构功能角度、还可以根据不同的层次（系统生物学、细胞生物学、分子生物学等）。细胞生物学就是从细胞这个层次研究生命的一个学科。本书分为五篇：细胞生物学概论、细胞的结构和功能、细胞的重要生命活动、细胞与环境的相互作用、干细胞与细胞工程来介绍细胞生物学方方面面的知识。细胞的研究将进一步揭示生命的基本特征并广泛用于工业、农业、环境和医学卫生等各领域。

教授、系主任/中南大学生命科学学院细胞生物学系主任。①上海市教学名师奖、上海市模范教师;②《细胞与分子医学》国家级教学团队负责人;③上海市教学成果一等奖（第一完成人）;④《细胞与医学遗传实验》上海市重点课程负责人/从教三十五年，中南大学生命科学学院教授委员会委员；湖南省病媒生物防制专家委员会副会长；中华医学教育学会生物学组委员;中南大学教学名师;精品课程《细胞生物学》负责人

第一篇 细胞生物学概论 第一章 细胞生物学绪论 / 2 第一节 细胞生物学概述 / 2 一、 细胞分为原核细胞和真核细胞/ 2 二、 细胞生物学是在细胞水平探索生命本质 / 3 第二节 细胞生物学的形成与发展 / 5 一、 细胞学说是细胞生物学形成的基础 / 5 二、 多学科渗透促进了细胞生物学的形成与发展 / 6 三、 电子显微镜与分子生物学的结合实现了分子、结构、功能的统一 / 6 四、 系统理论进入细胞生物学学科领域 / 6 五、 单细胞生物学研究不断发展 / 7 第三节 细胞生物学与医学科学 / 7 一、 医学上的许多问题需要用细胞生物学的理论和方法来解决 / 7 二、 细胞生物学的研究促进了医学科学的发展 / 8 第二章 细胞的概念和分子基础 / 11 第一节 细胞概述 / 11 一、 细胞是生命活动的基本单位 / 11 二、 原核细胞是由细胞膜包绕的“原核”生命体 / 12 三、 真核细胞的细胞质内含有多种细胞器 / 13 四、 非细胞生命形态——病毒 / 15 第二节 细胞的分子基础 / 16 一、 生物小分子 / 16 二、 生物大分子 / 16 三、 核酸与蛋白质复合物 / 23 第三节 细胞的起源与进化 / 27 一、 原始细胞的形成 / 28 二、 原核细胞向真核细胞演化 / 29 三、 单细胞生物向多细胞生物进化 / 30 第三章 细胞生物学的研究策略及方法 / 32 第一节 细胞生物学的研究策略 / 32 一、 细胞生物学研究的一般策略 / 32 二、 对细胞生物学研究中方法和技术的基本认识 / 33 第二节 显微成像技术 / 33 一、 光学显微镜技术 / 34 二、 电子显微镜技术 / 35 第三节 细胞及亚细胞组分的分离技术 / 38 一、 细胞和细胞组分的分离 / 38 二、 蛋白质的分离与分析技术 / 42 三、 核酸的分离纯化与分析技术 / 44 第四节 细胞培养技术 / 45 一、 细胞培养的条件 / 45 二、 细胞培养的方法 / 46 第五节 细胞化学和细胞内分子示踪技术 / 47 一、 酶细胞化学技术 / 47 二、 免疫细胞化学技术 / 48 三、 原位杂交技术 / 48 四、 放射自显影技术 / 50 五、 活细胞内分子示踪 / 50 第六节 细胞功能基因组学技术 / 51 一、 基因表达的定量分析 / 51 二、 基因表达的调控研究技术 / 52 三、 蛋白与蛋白、蛋白与核酸间的相互作用 / 54 四、 蛋白质组学技术 / 57 五、 生物芯片 / 58 六、 模式动物个体水平的基因操作/ 59 第七节 单细胞测序技术 / 61 第二篇 细胞的结构和功能 第四章 细胞膜与物质穿膜运输 / 64 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 / 65 一、 细胞膜的化学组成 / 65 二、 细胞膜的生物学特性 / 72 三、 细胞膜的分子结构模型 / 76 第二节 小分子和离子的穿膜运输 / 78 一、 物质简单扩散 / 79 二、 膜运输蛋白介导的穿膜运输 / 79 第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输 / 92 一、 胞吞作用 / 92 二、 胞吐作用 / 97 第四节 细胞表面特化结构 / 98 一、 微绒毛 / 98 二、 纤毛和鞭毛 / 98 三、 褶皱 / 99 第五节 细胞膜物质转运异常与疾病 / 99 一、 胱氨酸尿症 / 99 二、 糖尿病性白内障 / 100 三、 囊性纤维化 / 100 四、 家族性高胆固醇血症 / 101 第五章 细胞内膜系统与囊泡转运/ 103 第一节 内质网 / 103 一、 内质网的化学组成 / 104 二、 内质网的形态结构 / 106 三、 内质网的功能 / 106 四、 内质网参与分泌蛋白、膜蛋白等的合成与转运机制 / 111 第二节 高尔基复合体 / 115 一、 高尔基复合体的化学组成 / 115 二、 高尔基复合体的形态结构 / 116 三、 高尔基复合体的功能 / 118 第三节 溶酶体 / 120 一、 溶酶体的化学组成与形态结构/ 121 二、 溶酶体的类型 / 122 三、 溶酶体的形成与成熟过程 / 123 四、 溶酶体的生物学功能 / 123 第四节 过氧化物酶体 / 125 一、 过氧化物酶体的形态结构 / 125 二、 过氧化物酶体的组成成分 / 125 三、 过氧化物酶体的生理功能 / 126 四、 过氧化物酶体的起源 / 127 第五节 囊泡与囊泡转运 / 127 一、 囊泡的类型与来源 / 127 二、 囊泡转运过程 / 131 三、 外泌体的结构与功能 / 132 第六节 细胞内膜系统与医学的关系 / 134 一、 内质网异常与病理改变 / 134 二、 高尔基复合体异常与病理改变/ 134 三、 溶酶体异常与人类疾病 / 135 四、 过氧化物酶体异常与疾病 / 136 第六章 线粒体与细胞的能量转换/ 138 第一节 线粒体的基本特征 / 138 一、 线粒体的化学组成 / 138 二、 线粒体的形态、数量及分布 / 138 三、 线粒体的结构 / 139 四、 线粒体的半自主性 / 140 五、 核编码蛋白质向线粒体的转运/ 143 六、 线粒体的起源 / 146 七、 线粒体的功能 / 147 第二节 细胞的能量转换 / 147 一、 细胞呼吸 / 147 二、 糖酵解 / 148 三、 线粒体基质中的三羧酸循环 / 149 四、 氧化磷酸化耦联与ATP 生成 / 149 第三节 线粒体与疾病 / 153 一、 疾病发生发展过程中线粒体的变化 / 153 二、 线粒体异常导致的疾病 / 153 三、 多途径、多手段治疗线粒体病 / 154 第七章 细胞骨架与细胞运动 / 156 第一节 微管 / 156 一、 微管的形态结构和化学组成 / 157 二、 微管结合蛋白 / 158 三、 微管的装配 / 158 四、 微管的功能 / 161 五、 微管组成的特殊结构 / 163 第二节 微丝 / 164 一、 微丝的形态结构和化学组成 / 164 二、 微丝结合蛋白及其功能 / 165 三、 微丝的装配 / 167 四、 微丝的功能 / 169 第三节 中间丝 / 172 一、 中间丝的类型和结构 / 173 二、 中间丝的装配 / 174 三、 中间丝的功能 / 175 第四节 细胞运动 / 176 一、 细胞运动的类型 / 176 二、 细胞运动的调节 / 178 第五节 细胞骨架与疾病 / 179 一、 细胞骨架与肿瘤 / 179 二、 细胞骨架与神经系统疾病 / 179 三、 细胞骨架与遗传病 / 180 第八章 细胞核与遗传物质的储存/ 182 第一节 核膜 / 183 一、 核膜的化学组成 / 183 二、 核膜的结构 / 184 三、 核膜的功能 / 185 第二节 染色质与染色体 / 187 一、 染色质的组成成分 / 188 二、 染色质的种类 / 189 三、 染色质经组装形成染色体 / 190 四、 染色体的形态结构 / 192 五、 核型与带型 / 194 第三节 核仁 / 195 一、 核仁的主要成分 / 195 二、 核仁的结构 / 195 三、 核仁的功能 / 196 四、 核仁周期 / 198 第四节 核纤层与核基质 / 198 一、 核纤层 / 198 二、 核基质 / 200 第五节 细胞核的功能 / 201 一、 遗传信息的储存和复制 / 202 二、 遗传信息的转录 / 204 第六节 细胞核与疾病 / 204 一、 遗传物质异常与遗传病 / 204 二、 核 - 质转运异常与疾病 / 205 三、 细胞核异常与衰老 / 205 四、 细胞核异常与肿瘤 / 205 第九章 细胞内遗传信息的表达及其调控 / 207 第一节 基因的结构 / 207 一、 基因是具有特定遗传信息的DNA 分子片段 / 207 二、 细胞内遗传信息流动遵循分子生物学“中心法则” / 208 第二节 基因转录和转录后加工 / 209 一、 转录过程需要诸多因素参与 / 209 二、 基因转录过程是一个复杂的酶控过程 / 210 三、 初级转录物经过转录后加工具有活性 / 212 第三节 蛋白质的生物合成 / 214 一、 翻译是在mRNA 指导下的蛋白质合成过程 / 215 二、 蛋白质合成过程包括五个阶段/ 217 三、 肽链合成后进行加工和输送 / 220 第四节 基因表达信息的调控及应用 / 222 一、 基因表达受严密而精确的调控/ 222 二、 基因表达在转录水平受到调控/ 223 三、 基因表达在翻译水平受到调控/ 226 四、 其他几种重要的调控机制 / 227 五、 基因信息表达调控在医学应用中的重要意义 / 227 第三篇 细胞的重要生命活动 第十章 细胞周期与细胞分裂 / 232 第一节 细胞周期及其进程 / 232 一、 细胞周期的进程 / 232 二、 细胞周期各时期的主要变化 / 234 第二节 细胞分裂 / 235 一、 有丝分裂 / 235 二、 减数分裂 / 242 三、 无丝分裂 / 245 第三节 细胞周期的调控 / 246 一、 细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖性激酶构成细胞周期调控系统的核心 / 246 二、 细胞周期检查点监控细胞周期的活动 / 252 三、 多种因子与细胞周期调控相关/ 253 四、 细胞周期调控的遗传基础涉及多种编码调节蛋白和酶的基因 / 254 五、 减数分裂的细胞周期调控有其自身特点 / 255 第四节 细胞周期与医学的关系 / 255 一、 细胞周期与组织再生 / 255 二、 细胞周期异常与肿瘤发生 / 256 第十一章 细胞分化 / 258 第一节 细胞分化的基本概念 / 258 一、 多细胞生物个体发育过程与细胞分化的潜能 / 258 二、 细胞决定与细胞分化 / 260 三、 细胞分化的可塑性 / 262 四、 细胞分化的时空性 / 263 五、 细胞分裂与细胞分化 / 263 第二节 细胞分化的分子基础 / 264 一、 细胞分化的基因组活动模式 / 264 二、 胞质中的细胞分化决定因子与传递方式 / 265 三、 基因选择性表达的转录水平调控 / 267 四、 非编码RNA 在细胞分化中的作用 / 276 第三节 细胞分化的影响因素 / 278 一、 细胞间相互作用对细胞分化的影响 / 278 二、 激素对细胞分化的调节 / 282 三、 环境因素对细胞分化的影响 / 283 第四节 细胞分化与疾病 / 283 一、 细胞分化与肿瘤 / 283 二、 分化异常相关性疾病 / 285 三、 细胞分化与再生医学 / 286 第十二章 细胞衰老与细胞死亡 / 290 第节 细胞衰老 / 290 一、 细胞衰老与机体衰老是有一定联系的两个概念 / 290 二、 二倍体细胞在体外的增殖能力和寿命是有限的 / 291 三、 体内条件下细胞衰老及其增殖能力与分化程度有关 / 292 四、 细胞衰老最终反映在细胞形态结构和代谢功能的改变 / 293 五、 细胞衰老机制涉及内在和外在的多种因素 / 294 六、 细胞衰老会引起器官老化和老年性疾病 / 298 第二节 细胞死亡 / 299 一、 内源性 / 外源性细胞凋亡 / 299 二、 自噬依赖性细胞死亡 / 307 三、 其他调节性细胞死亡方式 / 309 第四篇 细胞与环境的相互作用 第十三章 细胞连接与细胞黏附 / 314 第一节 细胞连接 / 314 一、 封闭连接 / 315 二、 锚定连接 / 317 三、 通讯连接 / 319 第二节 细胞黏附 / 321 一、 钙黏着蛋白家族 / 322 二、 选择素 / 324 三、 免疫球蛋白超家族 / 325 四、 整联蛋白家族 / 327 第三节 细胞连接与疾病 / 329 一、 细胞连接与神经系统疾病 / 330 二、 细胞连接与心脏相关疾病 / 330 第十四章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 / 332 第一节 细胞外基质的主要组分 / 333 一、 氨基聚糖与蛋白聚糖 / 333 二、 胶原与弹性蛋白 / 335 三、 非胶原糖蛋白 / 338 第二节 基膜 / 340 一、 基膜的组成成分 / 340 二、 基膜的生物学功能 / 341 第三节 细胞外基质与细胞的相互作用 / 341 一、 细胞外基质对细胞生物学行为的影响 / 342 二、 细胞对细胞外基质的影响 / 343 三、 细胞外基质与疾病的关系 / 344 第十五章 细胞信号转导 / 347 第一节 信号转导过程中的关键分子 / 347 一、 配体 / 347 二、 受体 / 349 三、 分子开关 / 349 四、 衔接体蛋白 / 351 五、 第二信使 / 351 第二节 G 蛋白偶联受体介导的信号通路 / 352 一、 G 蛋白偶联受体激活或抑制腺苷酸环化酶 / 352 二、 G 蛋白偶联受体激活离子通道 / 354 三、 G 蛋白偶联受体激活磷脂酶C / 355 第三节 酶联受体介导的信号通路 / 356 一、 受体酪氨酸激酶信号通路 / 357 二、 细胞因子受体信号通路 / 358 三、 TGF-β信号通路 / 359 第四节 其他细胞信号通路 / 360 一、 蛋白水解相关的信号通路 / 360 二、 细胞内受体介导的信号通路 / 364 第五节 细胞信号通路的调控 / 365 一、 细胞信号通路的共同特点 / 365 二、 信号通路网络的整合 / 366 三、 细胞对外界信号的适应 / 366 第六节 信号转导与疾病 / 368 一、 信号转导与疾病发生 / 368 二、 信号转导与疾病治疗 / 368 第五篇 干细胞与细胞工程 第十六章 干细胞与组织的维持和再生 / 372 第一节 干细胞生物学 / 373 一、 干细胞是具有自我更新与分化潜能的未分化或低分化细胞 / 373 二、 干细胞具有区别于其他类型细胞的重要生物学特征 / 374 三、 干细胞的分类 / 374 四、 干细胞的来源和组织类型不同决定其独特的生物学特征 / 375 五、 组织干细胞具有分化的可塑性/ 376 六、 干细胞的来源、定位和功能 / 377 七、 干细胞微环境是干细胞维持自我更新和分化潜能的重要条件 / 378 八、 干细胞生物学研究具有广阔的应用前景 / 380 第二节 胚胎干细胞、组织干细胞和生殖干细胞 / 380 一、 胚胎干细胞具有“无限”的增殖能力和多向分化潜能 / 380 二、 组织干细胞的分化受到精密而复杂的调控 / 381 三、 生殖干细胞维持了生物种代间的延续性 / 388 第三节 干细胞“干性”的调控机制/ 389 一、 细胞外信号分子通过调控细胞内一些重要转录因子来维持干细胞“干性” / 389 二、 干细胞“干性”维持有赖于细胞内复杂的协同反馈调控网络 / 391 三、 细胞外信号分子参与调控干细胞的自我更新与分化潜能 / 391 四、 表观遗传修饰参与调控干细胞的正常分化与发育 / 394 五、 干细胞分泌的外泌体 / 395 第四节 干细胞与疾病的关系 / 395 一、 传统的肿瘤发生假说不能圆满解释肿瘤的发生机制 / 395 二、 肿瘤干细胞假说为肿瘤发生机制的认识提供了新的思路 / 396 三、 干细胞的衰老与老年疾病、退行性疾病的发生相关 / 399 第五节 细胞重编程及诱导多能干细胞 / 399 一、 体细胞重编程为干细胞和再生医学的研究开辟了全新的领域 / 399 二、 细胞重编程的新技术具有重大的理论意义和实用价值 / 400 第十七章 细胞工程 / 404 第一节 细胞工程概述 / 404 第二节 动物细胞工程涉及的主要技术 / 405 一、 细胞核移植是获得各种克隆动物的关键技术 / 405 二、 染色体工程是定向改造细胞表型的基本技术 / 408 三、 细胞重编程技术可将一种类型细胞转变为另一种类型 / 409 第三节 动物细胞工程的应用 / 409 一、 利用细胞工程生产不同需求的蛋白质 / 409 二、 基因工程动物有非常广阔的应用前景 / 410 三、 组织工程通过生物和工程学手段在体外构建组织和器官 / 411 四、 细胞治疗是植入正常细胞以替代病变细胞的治疗方法 / 412 第四节 类器官及其应用 / 413 一、 根据类器官来源可以将其分为三类 / 413 二、 类器官在研究中和临床上都具有广阔的应用前景 / 414 推荐阅读 / 417 中英文名词对照索引 / 418