細胞生物學概要探索生命的微觀世界了解細胞結構與功能第一章：緒論1課程內容概覽2基礎理論體系3研究方法介紹4前沿進展探討細胞生物學的定義和研究對象定義研究細胞結構、功能及生命活動的科學研究對象各種生物細胞及其亞細胞結構核心目標揭示生命活動的本質和規律細胞生物學的發展歷史11665年羅伯特·胡克發現"細胞"21830年代施萊登和施旺提出細胞學說31880年代細胞分裂過程被描述420世紀電子顯微鏡等技術革命性發展細胞理論的建立第一要點細胞是生物體結構和功能的基本單位第二要點所有生物都由細胞組成第三要點細胞只能由已存在的細胞分裂產生現代細胞生物學的研究方向分子水平研究蛋白質組學、基因組學單細胞技術單細胞測序、單細胞成像細胞工程干細胞、組織工程合成生物學人工細胞、基因編輯第二章：細胞的基本知識基本單位生命的基礎結構和功能單元微觀世界需借助顯微技術觀察多樣性不同生物有各種特化細胞原核細胞和真核細胞的區別特征原核細胞真核細胞核膜無有染色體單環狀DNA多條線性DNA細胞器極少豐富尺寸一般較小一般較大細胞的基本結構細胞膜界定細胞邊界，控制物質進出細胞質包含細胞器和代謝活動場所細胞核存儲遺傳信息，調控基因表達細胞骨架維持形態，參與細胞運動細胞的化學組成水蛋白質脂質核酸碳水化合物無機物第三章：細胞生物學研究方法從微觀到納觀的細胞研究手段顯微鏡技術1超分辨率顯微鏡突破光學極限2電子顯微鏡納米級觀察3共聚焦顯微鏡獲取三維圖像4光學顯微鏡基礎觀察工具細胞分離技術勻漿破碎細胞差速離心初步分離密度梯度離心精細分離流式細胞術單細胞分選細胞培養技術培養基配制提供營養環境1細胞接種啟動培養過程2傳代維持延續細胞生長3凍存保藏長期保存細胞4檢測應用進行各種實驗5分子生物學技術在細胞研究中的應用1基因組編輯CRISPR-Cas9等技術改變基因2蛋白質組學質譜等技術研究蛋白質表達3基因表達分析RNA測序了解轉錄組4基因克隆PCR等技術擴增特定基因第四章：細胞膜流動鑲嵌模型展示膜的動態結構物質轉運控制細胞與環境物質交換膜蛋白執行多種功能的膜組分細胞膜的結構1磷脂雙分子層形成基本骨架2嵌入的膜蛋白執行特定功能3糖脂和糖蛋白細胞識別標記4膽固醇調節膜的流動性細胞膜的功能邊界屏障界定細胞范圍物質轉運控制物質進出信號接收感應外界刺激細胞識別免疫防御與細胞粘附膜脂和膜蛋白膜脂類型磷脂糖脂膽固醇膜蛋白類型整合蛋白周邊蛋白脂錨定蛋白膜蛋白功能運輸功能酶活性信號傳導物質的跨膜運輸被動擴散沿濃度梯度自發移動1促進擴散載體蛋白協助擴散2主動運輸逆濃度梯度消耗能量3內吞和外排大分子和顆粒物質運輸4第五章：細胞質細胞生命活動場所代謝反應主要發生地多種細胞器執行特化功能酶系統豐富催化各種生化反應細胞質基質1組成成分水、蛋白質、離子、小分子物質2胞質溶膠細胞質液體部分3胞質凝膠細胞質半固態部分4包涵體儲存物質的非膜性結構內質網的結構和功能粗面內質網表面附有核糖體合成分泌蛋白膜蛋白合成光面內質網表面無核糖體合成脂類解毒功能鈣離子儲存高爾基體的結構和功能3-8扁平囊泡層數堆疊形成復合體60%蛋白質修飾比例進行糖基化等修飾5主要功能種類包括加工、分類、運輸溶酶體的結構和功能消化功能降解各類大分子防御功能消滅入侵微生物自噬作用降解受損細胞器細胞死亡參與程序性死亡過氧化物酶體的結構和功能脂肪酸氧化分解長鏈脂肪酸解毒功能降解有毒物質代謝H?O?催化分解過氧化氫線粒體的結構和功能外膜與細胞質隔離1內膜形成嵴增加面積2基質含TCA循環酶系3ATP合成產生細胞能量4葉綠體的結構和功能（植物細胞）類囊體含光合色素和光系統基質進行暗反應光合作用將光能轉化為化學能CO?固定合成糖類等有機物細胞骨架微絲由肌動蛋白組成，參與細胞運動微管由微管蛋白組成，維持細胞形態中間纖維提供細胞機械支持和抗張力第六章：細胞核遺傳信息中心DNA存儲區域基因表達控制調控細胞活動轉錄場所RNA合成起點細胞核的結構1核膜雙層膜結構2核孔復合體控制物質進出3染色質DNA與蛋白質復合物4核仁核糖體RNA合成場所5核基質支持核內結構染色質和染色體DNA分子遺傳信息載體核小體DNA纏繞組蛋白染色質纖維30nm纖維結構染色體高度濃縮的染色質核仁的結構和功能1核仁纖維中心rDNA存在區域2致密纖維區前體rRNA加工區3顆粒區核糖體亞基組裝區核膜和核孔復合體核膜結構外膜與內質網相連內膜與核纖層相連膜間腔分隔區域核孔復合體直徑約100nm由約30種核孔蛋白組成控制大分子選擇性通過第七章：細胞周期與細胞分裂G1期細胞生長和準備DNA合成1S期DNA復制階段2G2期細胞生長和有絲分裂前準備3M期有絲分裂和細胞質分裂4G0期休眠或分化狀態5細胞周期的各個時期G1期S期G2期M期細胞周期的調控1檢驗點監控周期質量2細胞周期蛋白周期性表達3CDK依賴性蛋白激酶4生長因子外界刺激信號有絲分裂過程1前期染色體濃縮，核膜解體2中期染色體排列赤道板3后期姐妹染色單體分離4末期染色體解螺旋，核膜重建5胞質分裂細胞質分為兩部分減數分裂過程第一次分裂同源染色體分離第二次分裂姐妹染色單體分離最終產物形成四個單倍體配子遺傳多樣性通過基因重組和隨機分離第八章：細胞信號轉導信號分子激素、生長因子等受體識別膜受體、胞內受體信號傳遞第二信使、蛋白激酶細胞響應基因表達、代謝變化信號轉導的基本概念信號分子配體，傳遞特定信息受體蛋白特異性識別信號信號級聯放大和傳遞信號效應因子執行最終響應受體類型離子通道偶聯受體直接控制離子流動響應快速如乙酰膽堿受體G蛋白偶聯受體通過G蛋白傳遞信號如腎上腺素受體酶聯受體具有酶活性如胰島素受體核受體位于細胞質或核內如甲狀腺激素受體G蛋白偶聯受體信號通路配體結合激活受體構象改變1G蛋白活化GDP替換為GTP2效應蛋白激活如腺苷酸環化酶3第二信使產生cAMP或IP3和DAG4下游蛋白激酶如PKA或PKC5酶聯受體信號通路酶聯受體通過磷酸化級聯反應傳遞信號第九章：細胞能量代謝能量轉換從食物到ATP代謝網絡復雜生化反應ATP合成能量存儲分子糖酵解10反應步驟數葡萄糖至丙酮酸過程2ATP凈產量每分子葡萄糖2NADH產量每分子葡萄糖三羧酸循環乙酰CoA進入與草酰乙酸結合1檸檬酸轉變通過多步驟反應2脫羧反應釋放CO?3產能過程產生NADH、FADH?和GTP4循環完成重新生成草酰乙酸5氧化磷酸化電子傳遞鏈NADH和FADH?提供電子質子泵形成質子梯度ATP合酶利用質子流合成ATP氧氣接受電子形成水分子光合作用（植物細胞）光反應捕獲光能分解水分子產生ATP和NADPH釋放氧氣暗反應固定二氧化碳卡爾文循環合成葡萄糖使用ATP和NADPH第十章：細胞分化與發育干細胞具有分化潛能的未特化細胞分化過程從干細胞到特化細胞的轉變組織形成分化細胞組織形成完整組織細胞分化的概念1基因表達改變特定基因激活或抑制2形態結構變化適應特定功能3功能特化執行專門任務4可逆性某些情況下可去分化或重編程干細胞及其特性1全能干細胞可分化為所有細胞類型2多能干細胞可分化為多種細胞類型3少能干細胞分化能力有限4單能干細胞只能分化為一種細胞細胞命運決定1外部信號生長因子和細胞間相互作用2基因調控轉錄因子和表觀遺傳修飾3染色質重塑DNA甲基化和組蛋白修飾4細胞極性不對稱分裂決定子細胞命運組織器官形成細胞分化形成特化細胞細胞遷移移動到特定位置細胞黏附形成細胞間連接形態發生組織形態塑造器官形成不同組織協同組合第十一章：細胞衰老與死亡衰老機制端粒縮短，DNA損傷積累凋亡程序有序細胞死亡過程自噬過程細胞自我消化以維持平衡壞死現象急性損傷導致細胞破裂細胞衰老的特征和機制端粒縮短DNA復制極限1DNA損傷積累修復能力下降2線粒體功能障礙能量產生減少3蛋白質損傷錯誤折疊積累4表觀遺傳變化基因表達改變5細胞程序性死亡（凋亡）1起始階段接收死亡信號2執行階段激活半胱氨酸蛋白酶3降解階段DNA碎片化，細胞皺縮4清除階段凋亡小體