细胞生物学复习大纲学习笔记重点

教学大纲

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一、教学指导思想与课程目的

网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和。它包括两个组成部分：按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境，其中网络教学支撑环境特指支持网络教学的软件工具、教学资源以及在网络教学平台上实施的教学活动。因此，细胞生物学网络课程的教学指导思想就是充分利用支持网络教学的软件工具、教学资源，在网络教学平台上实施细胞生物学的课程教学活动；教学目的就是借助网络工具，在传授细胞生物学知识的过程中，培养学生的科学思想素质，提高学生的抽象思维能力、科学实验能力。特别是要加强培养学生自己获取知识和更新知识的能力。

细胞生物学作为基础课，既有理论教学，又有实验教学，教学内容量大面广，对学生的知识、能力和素质具有直接和长远的影响。教学内容要反映科学的发展，细胞生物学发展日新月异，新内容层出不穷。因此，我们本着"实、宽、新、活"的原则，要求学生牢固掌握细胞的基本结构和功能及各细胞器间的关系的基本知识，并且能够掌握和了解细胞生物学的热点课题的现状和未来的发展趋势，包括生命信息流和细胞信息网络的研究、信号传递与细胞识别、神经活动的细胞及分子基础、蛋白质的加工、折叠与分拣、发育的分子机制及遗传控制、细胞增殖、调控与编程死亡等。使学生对认识细胞的生命活动具有强烈的追求和探索精神、善于从生命现象探求其内在规律、能够运用现有的细胞生物学知识去研究生命科学中与细胞生物学有关的课题的能力。

二、课程特点

细胞生物学是研究细胞生命活动规律的一门科学, 细胞是生命的结构和功能单位，也是遗传和变异的单位。有机体的一切病理现象都是细胞病理反应的结果,所以一切生命现象都可从细胞中得到解答。现代分子生物学理论和技术的发展,科学家们开始在分子水平上逐步揭示细胞生命活动规律,并开始研究组织内和组织间细胞的相互关系和分子关联,这是现代细胞生物学的主要特点。

多细胞生物体中的细胞是生活细胞社会之中，细胞的活动与整个机体的活动密切相关。本课程从细胞社会学的观点讲授细胞生命活动的分子机理。并充分利用网络的优越性，利用网络工具，设置10个不同的栏目，化解知识难点，给学习者展现一个鲜活的细胞世界。让学习者结合理论课程的学习，辅以实验设计、第二课堂等活动加深学生对细胞生物学的理解、提高综合素质。

本课程共14章，总学时为54～72。对于有相当生物学基础知识的学习者，有54学时即可；若基础较差，则需较多的学时。另外，对于细胞生物学课程的学习，其先前知识是不可少的，如动物学、植物学、生物化学、微生物学等，同时要有相应课程的实验训练。

三、课程内容

本课程总共14章内容，涵盖了基础细胞生物学和分子细胞生物学的主要内容，同时注意对发展热点的知识介绍。

1. 细胞概述

本章从七个方面对细胞进行概述, 包括细胞的发现和细胞学说的创立、细胞的类型、细胞的进化等, 使学习者对细胞的研究历史、所涉及的基本概念和发展趋势有一个总体而又基本的了解。学习重点包括以下几个方面:

①基本概念:主要分清细胞、原生质、细胞质、细胞学、细胞生物学等基本概念;

②细胞的发现和细胞学说的创立:了解英国学者胡克发现细胞的起因, 以及发现细胞的基本条件。对于细胞学说, 侧重于学说的基本内容和该学说对细胞科学发展的推动作用。

③细胞的基本功能和特性:重点掌握细胞生命的三个最基本的功能: 自我增殖和遗传、新陈代谢和运动性; 并对细胞结构上的同一性有基本的理解。

④细胞的分子基础:充分认识细胞是由化学物质构成的, 生命是物质的，是一种特殊形式的物质运动，它是物质、能量和信息诸变量在特定时空的"表演"，其运转有赖于生命系统有组织的守时和对空间环境的合拍。

⑤我国细胞生物学的发展战略:了解细胞生物学的主要研究内容和发展方向,及其在理论和应用上的意义, 以及我国在细胞生物学研究领域的现状和相应的策略, 明确努力的方向。

2. 细胞生物学研究方法(计划学时: 3)

生命科学是实验科学，它的很多成果都是通过实验才得以发现和发展的。许多细胞生物学的重要进展以及新概念的形成,往往来自新技术的应用。因此,方法上的突破,对于理论和应用上的发展具有巨大的推动作用。

显微成像包括直接成像和间接成像。显微技术是细胞生物学最基本的研究技术, 包括光学显微技术和电子显微技术。在光学显微技术中要掌握几种常用显微镜成像的基本原理,包括包括普通双筒显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、暗视野显微镜、倒置显微镜。电子显微镜是研究亚显微结构的主要工具, 透射和扫描电镜的是两类主要的电子显微镜, 对其的基本结构、工作原理和样品制备方法则是学习的重点。

细胞化学技术介绍了酶细胞化学技术、免疫细胞化学技术、细胞分选技术, 其中流式细胞分选技术是细胞生物学和现代生物技术中的重要技术, 应重点掌握。

细胞工程技术是细胞生物学与遗传学的交叉领域，主要利用细胞生物学的原理和方法，结合工程学的技术手段，按照人们预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传性的技术。包括体外大量培养和繁殖细胞，或获得细胞产品、或利用细胞体本身。主要内容包括：细胞融合、细胞生物反应器、染色体转移、细胞器移植、基因转移、细胞及组织培养。

分离技术是一大类技术的总称，包括细胞组分的分离和生物大分子的分离, 应掌握各种分离技术的原理和用途。

本章对分子生物学方法作了简要介绍, 为今后的学习打一点基础。

3. 细胞质膜与跨膜运输(计划学时: 5)

细胞质膜(plasma membrane)是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定,并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外, 在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。本章的重点是学习和讨论质膜的结构和运输功能。

成熟的红细胞没有细胞器，质膜是唯一的结构，并且易于提纯和分离，是研究膜结构的最好材料。人们对膜结构的认识，大多来自于对红细胞膜结构的研究。重点学习质膜的脂双层的实验、红细胞的膜骨架组成。

膜的化学组成一节主要介绍构成膜的三大成分:①膜脂的主要类型、特性和功能, 讨论了脂质体的制备和作用。②膜糖的种类、膜糖的存在方式、膜糖的功能, 重点是膜糖的功能。③膜蛋白在膜上的存在方式、膜蛋白的功能和膜蛋白的研究方法。

本章重点之一是膜的分子结构及特点。主要是了解流动镶嵌模型的结构特点, 即不对称性和流动性。在不对称性方面, 重点掌握不对称性的表现、不对称性的意义和研究方法。在膜的流动性方面, 重点是流动性的表现形式、膜流动性的生理意义、膜流动性的研究方法、影响流动性的因素等。

物质的跨膜运输是本章的另一个重点, 理解扩散与渗透、分清被动运输与主动运输的主要特点。对于被动运输, 掌握简单扩、促进扩散及其特点。特别掌握通道蛋白、载体蛋白在被动运输中的作用。对于主动运输, 要掌握主动运输的特点和参与主动运输的运输ATPase, 包括P型离子泵、V型泵、F型泵。并注意主动运输与被动运输的比较、动物细胞和植物细胞主动运输的比较。

4. 细胞环境与互作(计划学时: 3)

多细胞的生命有机体中的细胞组成不同的组织，在这些组织中，细胞相互间以及细胞与细胞外环境维持着良好的关系。细胞相互间以及细胞与细胞环境的相互作用调节着细胞的迁移、生长、以及组织的三维结构。

细胞通过表面发生的作用包括细胞识别、细胞粘着、细胞连接、细胞通讯等。由于细胞通讯的内容较多,将在下一章单独讨论,本章主要集中讨论细胞的表面结构、细胞外基质、细胞识别、细胞粘着和细胞连接等, 重点讨论的是细胞外基质、细胞粘着、细胞连接。

动物是由多种类型的细胞组成的有机体，而且不同类型的细胞通常要组成固定的组织,不过,在多数组织中，细胞要向细胞外分泌一群大分子，这些大分子在细胞间交织连接形成网状结构，将这种结构称为细胞外基质。

细胞外基质的组成可分为三大类∶①蛋白聚糖, 它们能够形成水性的胶状物; ②结构蛋白，如胶原和弹性蛋白，它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性;③粘着蛋白, 如纤粘连蛋白和层粘联蛋白，它们促使细胞同基质结合。

细胞识别, 指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞、以及对自己和异己物质分子的认识和鉴别。细胞粘着(则是指相邻细胞或细胞与细胞外基质以某种方式粘合在一起,组成组织或与其他组织分开,这种粘合的方式比较松散。另外从事件发生的次序来说,细胞识别在先,细胞粘着在后,识别是粘着的基础。重点要掌握各种粘着蛋白的结构和功能。

细胞在识别和粘着的基础上进行细胞连接。细胞连接有三种方式: 紧密连接、斑块连接、通讯连接。比较复杂的是斑块连接,它又可分为四种连接方式:粘着带、粘着斑、桥粒、半桥粒。对它们的区别主要是根据连接蛋白与细胞骨架的关系, 以及是否是细胞与细胞的连接, 还是细胞与细胞外基质基质的连接。

5. 细胞通讯(计划学时: 5)

细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地接收信息的通讯机制, 并通过放大引起快速的细胞生理反应，或者引起基因活动,尔后发生一系列的细胞生理活动来协调各组织活动, 使之成为生命的统一整体对多变的外界环境作出综合反应。本章从五个方面介绍和讨论细胞通讯的特点、方式和一般机制:①细胞通讯的基本特点;②G蛋白偶联受体及信号转导;③酶联受体信号转导; ④其它信号转导途径; ⑤信号的整合、调节与终止。重点是G蛋白偶联受体及信号转导、酶联受体信号转导、信号的整合、调节与终止。

在细胞通讯的基本特点一节中, 主要掌握三个问题:信号分子(包括第二信使)及其性质和特点、受体的类型和研究方法、信号分子与受体的相互作用。

在G蛋白偶联受体及信号转导一节中, 主要掌握PKA和PKC两个系统进行信号传导的机理, 包括系统的组成、第二信使的产生、信号的级联放大、信号的解除等。另外, 对三体G蛋白的结构、循环机制应有较深地理解和认识。

对于酶联受体信号转导系统, 主要是学习和掌握该系统的转导机制, 以及各种不同的信号因子受体被激活和作用的特点。重点理解受体酪氨酸激酶/Ras途径及引起的反应, 特别是Ras蛋白的激活及所涉及的相关因子。

在信号的汇集、趋异与窜扰一节中, 介绍了信号转导途径的汇集、信号趋异、信号转导途径间的窜扰等现象, 通过本节的学习,理解细胞的信号传导是一个综合性的反应,不应孤立地看待一个个的信号反应。

6．核糖体与核酶

核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒, 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA),但具有酶的催化功能。由于核酶是在研究rRNA加工过程中被发现的, 所以将核酶与核糖体并为一章介绍。

本章有四节内容, 首先介绍核糖体的形态结构, 包括核糖体的类型和化学组成、细菌核糖体的结构模型。

第二节是核糖体的生物发生, 是本章的重点之一。内容包括核糖体rRNA基因的转录与加工、核糖体的装配。

第三节是核糖体的功能-蛋白质的合成, 仅作一般介绍。但与细胞生物学关系密切的两个内容应特别注意:多聚核糖体在细胞生命活动中的意义、通过嘌呤霉素的抑制实验揭示A位点和P位点是两个独立的位点。

第四节是讨论反义RNA与核酶, 内容分两个部分, 先介绍小分子RNA与反义RNA, 然后介绍核酶, 由于核酶的发现在分子生物学中具有重要的意义, 需要重点掌握。特别是核酶的发现过程及证实、核酶与内含子剪接的关系、核酶的应用,尤为重要。此节还简要讨论了RNA编辑, 这也是分子生物学中的一个重要研究课题。

7. 线粒体与过氧化物酶体

线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞"动力工厂"之称。另外, 线粒体有自身的DNA和遗传体系,但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。

过氧化物酶体是细胞内另一个需要氧的细胞器,不过过氧化物酶体需要氧不是用于ATP的合成而是用于有毒物质的氧化,对线粒体具有氧调节作用。

本章共分六节,第一节是有关线粒体的形态结构的讨论, 包括线粒体的发现与功能研究、线粒体的形态与分布等。

第二节是线粒体的结构与化学组成,包括线粒体膜的通透性、线粒体各组分的分离、线粒体的化学组成和线粒体内膜的主动运输系统等。

第三节是关于线粒体蛋白定位的研究, 是本章的重点内容之一。要求学习者掌握导肽的性质、线粒体蛋白定位的机理、以及线粒体蛋白转运的实验证明等。

第四节是讨论线粒体的功能----氧化磷酸化作用, 主本章的核心内容。重点掌握呼吸链的组成、电子载体、电子传递机理、氧化磷酸化机理等。

第五节是线粒体的遗传、增殖和起源, 主要掌握线粒体的遗传体制、密码的特殊性、线粒体的分裂, 及线粒体起源的学说。

对于过氧化物酶体, 重点了解过氧化物酶体所含酶类、过氧化物酶体的功能(特别是对氧浓度的调节作用)、过氧化物酶体生物发生等。

8. 叶绿体与光合作用

植物通过光合作用将光能转变成化学能的过程主要是在植物细胞的叶绿体中进行的, 叶绿体是植物细胞所特有的能量转换细胞器, 其功能是进行光合作用,即利用光能同化二氧化碳和水, 合成糖, 同时产生分子氧, 本章从五个方面讨论叶绿体的结构、光合作用机理、叶绿体遗传等, 重点是光合作用中的光反应。

在叶绿体的来源与分布一节中, 学习的重点是叶绿体的发育, 即叶绿体与前质体的关系, 弄清叶绿体、白色体、有色体等几个概念的差异。

第二节是讨论叶绿体的结构与化学组成。从结构上看, 叶绿体的结构比较特殊, 它含有3种不同的膜(外膜、内膜和类囊体膜)以及3种彼此分隔的区室(膜间隙、叶绿体基质和类囊体腔), 区分不同膜的结构特点和不同区室中化学组成的差异是学习该节的重点。

第三节是关于光合作用的光反应过程的讨论, 是本章的重点, 要求掌握光合作用色素的结构和特点、光合作用单位和反应中心的组成、光能吸收、传递与转变的过程、以及电子传递的途径。特别是掌握两个光系统的结构和作用, 以及电子传递与光合磷酸化的机理。

二氧化碳的固定和碳水化合物的合成是光合作用的暗反应过程,学习的要点是掌握卡尔文循环中三个阶段的特点: 羧化、还原和RuBP的再生的机制。

最后一节是叶绿体遗传的讨论,要点包括叶绿体基因组结构特点、叶绿体的半自主性、叶绿体的发生和起源。并注