王金发《细胞生物学》笔记和考研真题详解

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内容简介
目录
第1章　细胞概述
　1.1　复习笔记
　1.2　名校考研真题详解
第2章　细胞生物学研究方法
　2.1　复习笔记
　2.2　名校考研真题详解
第3章　细胞质膜与跨膜运输
　3.1　复习笔记
　3.2　名校考研真题详解
第4章　细胞环境与互作
　4.1　复习笔记
　4.2　名校考研真题详解
第5章　细胞通讯
　5.1　复习笔记
　5.2　名校考研真题详解
第6章　核糖体与核酶
　6.1　复习笔记
　6.2　名校考研真题详解
第7章　线粒体与过氧化物酶体
　7.1　复习笔记
　7.2　名校考研真题详解
第8章　叶绿体与光合作用
　8.1　复习笔记
　8.2　名校考研真题详解
第9章　内膜系统与蛋白质分选和膜运输
　9.1　复习笔记
　9.2　名校考研真题详解
第10章　细胞骨架与细胞运动
　10.1　复习笔记
　10.2　名校考研真题详解
第11章　细胞核与染色体
　11.1　复习笔记
　11.2　名校考研真题详解
第12章　细胞周期与细胞分裂
　12.1　复习笔记
　12.2　名校考研真题详解
第13章　胚胎发育与细胞分化
　13.1　复习笔记
　13.2　名校考研真题详解
第14章　细胞衰老、死亡与癌变
　14.1　复习笔记
　14.2　名校考研真题详解
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内容预览
第1章　细胞概述
1.1　复习笔记
细胞生物学（cell biology）是以细胞为研究对象，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点研究细胞和细胞器结构和功能、细胞生活史和各种生命活动规律的学科。
一、细胞的发现及细胞学说的创立
1．细胞的发现
（1）1604年Jaqssen：发明第一台显微镜，但未观察到细胞；
（2）1665年，英国物理学家和数学家胡克：用显微镜第一次观察到细胞；
（3）1674年，荷兰布商列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）：发明高倍显微镜（300倍左右），第一次观察到完整的活细胞；
（4）意大利的M．Malpighi与英国的N．Grew：注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。
2．细胞学说的创立
（1）细胞学说的创立
①第一阶段
1838～1039年，德国植物学家施莱登（Mathias Schleiden）和动物学家施旺（Theodor Schwann）创立了细胞学说，基本内容：
第一，地球上的生物都是由细胞构成的；
第二，所有的生活细胞在结构上都是类似的。
②第二阶段
1858年德国医生和病理学家魏尔肖（Rudolf Virchow）补充：
所有的细胞都是来自于已有细胞的分裂，即细胞来自于细胞。
（2）细胞学说创立的意义
①大大推进了人类对生命自然界的认识，有力地促进了生命科学的进步；
②论证了生物界的统一性和生命的共同起源。
3．细胞学理论对细胞学发展的推动作用
19世纪的最后25年，即1875~1900年，是细胞学的经典时期，在细胞学说的推动下，取得了极为丰硕的成果，代表性的成就有如下几点：
（1）原生质理论的提出；
（2）细胞受精和分裂的研究；
（3）一些重要细胞器的发现。
4．细胞生物学发展简史
（1）细胞的发现及细胞学说的创立
从1665年到1874年。
（2）细胞学的经典时期
从1875年到1900年的25年。
（3）实验细胞学时期
从1900年到1953年的半个世纪里，细胞学的发展主要是采用实验的手段研究细胞学的问题，其特点是从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机制的研究。
产生的分支学科：：
①细胞遗传学（cytogenetics）
细胞遗传学是指遗传学和细胞学结合建立的主要从细胞学的角度，特别是从染色体的结构和功能以及染色体和其他细胞器关系来研究遗传现象，阐明遗传和变异的机制的学科。
②细胞生理学（cytophysioIogy）
细胞生理学是指细胞学同生理学结合建立的主要研究细胞从周围环境中摄取营养能力、代谢功能、能量获取、生长、发育与繁殖机制以及细胞受环境影响而产生适应性和运动性活动的学科，细胞的离体培养技术对细胞生理学的研究具有巨大贡献。
③细胞化学（cytochemistry）
细胞化学是指细胞学和化学的结合主要研究细胞结构的化学组成及化学分子的定位、分布及其生理功能的学科。
（4）细胞生物学的诞生
一般的看法是1965年，Derobetis将其编著的《普通细胞学》改为《细胞生物学》，标志着细胞生物学的诞生，20世纪80年代开始出现的分子细胞生物学（molecular cell biology），是细胞生物学的主要发展方向。
二、细胞的共性
1．细胞结构的共性
（1）细胞都具有选择透性的膜结构；
（2）细胞都具有遗传物质；
（3）细胞都具有核糖体。
2．细胞功能的共性
（1）细胞都具有一分为二的分裂方式；
（2）细胞都能进行新陈代谢；
（3）细胞都具有运动性。
3．细胞的形态
（1）细胞具有多种多样的形态，有球形、杆状、星形、多角形、梭形、圆柱形等。
（2）细胞形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点
4．细胞的大小及体积的恒定
细胞最为典型的特点是在一个极小的体积中形成极为复杂而又高度组织化的结构。

图1-1　典型的原核细胞、真核细胞、细胞器、病毒和分子的大小
（1）来自不同物种的多数同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小，器官的大小主要决定于细胞的数量，而与细胞的大小无关。
（2）细胞本身的大小并非是随意改变的，细胞体积要维持相对恒定。
（3）哺乳动物细胞的体积大小受几个因素的限制，
①体积与表面积的关系；
②细胞内关键分子的浓度。
（4）细胞不仅对其体积的增大有限制，而且对体积减小也有限制，细胞体积的最小化受制于维持细胞生命活动所需的酶和蛋白质种类的最低量。
5．细胞及细胞器的计量单位
有两种计量细胞大小的单位，微米（μm）和纳米（nm），使用电子显微镜后又提出埃

为超显微结构的计量单位，1埃

等于0.1nm，但并不常用。

图1-2　几种细胞结构的大小
三、细胞的分子基础
蛋白质、糖类、核酸和脂类等化合物也被称为生物分子（biomolecule）。
1．细胞中的水
（1）含量
生命来自于水，细胞中水的含量最高，通常占细胞总质量的70％~80％（图1-6）。
（2）功能
①反应剂：参与重要反应；
②溶剂：极性有机分子跟离子的良好溶剂。
（3）存在形式
①游离水：是细胞代谢反应的溶剂；
②结合水：是以氢键和蛋白质结合的水分子，占细胞内全部水的4.5％，是原生质结构的一部分。
2．无机盐
无机盐是细胞的重要成分，并且是维持细胞生存环境的重要物质。
（1）分类
①大分子的结构成分：主要是C、H、N、O、P、S等；
②各种酶反应所需的离子：主要是Ca2+、Cu2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-等；
③各种酶活性所需的基础微量元素：包括Co、 Cu、Fe、Mn、Zn等；
④某些生物需要的特殊微量元素：如I、Cs、Br等。
（2）功能
①维持细胞内的pH和渗透压，以保持细胞的正常生理活动；
②同蛋白质结合组成具有特定功能的结合蛋白，参与细胞的生命活动；
③作为酶反应的辅助因子。
3．有机小分子
细胞内有4类有机小分子：单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。
（1）糖类
糖是细胞的营养物，是细胞内贮存的营养物质，提供细胞代谢所需的能源。
（2）脂
脂肪酸是脂的主要成分，是细胞膜的组分。
（3）核苷酸
①组成脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
②参与细胞内化学反应间能量传递：例如三磷酸腺苷（ATP）是细胞内化学能的载体。
③作为细胞内通讯的信号分子：如环腺苷酸（cAMP）作为第二信使参与信号转导途径。
（4）氨基酸
氨基酸决定了所组成蛋白质的特性，是蛋白质多种复杂功能的基础。
4．生物分子及其功能
（1）分类
①生物大分子
细胞内有4种类型的生物大分子：核酸、蛋白质、多糖以及某些类型的脂类。
②大分子的构件
单糖、氨基酸、核苷、脂肪酸等。
③代谢物
不同的代谢途径中，通常先合成的物质是后合成物质的前体。
④非细胞功能分子
包括各种维生素、蛋白类激素、能量储存分子（如ATP）、某些磷酸化的物质以及代谢废物等。
（2）生物大分子及其功能
①多糖（polysaccharide）
a．多糖
多糖是细胞的重要支持材料，是细胞壁的主要结构成分，青霉素之所以能够抑制革兰氏阳性菌的生长，就是阻止了细胞壁中特殊糖链的形成。
b．糖蛋白功能
第一，作为机体内外表面的保护剂及润滑剂，；
第二，作为载体与维生素、激素、离子等结合，有助于这些物质在体内转移和分配；
第三，参与细胞识别，是细胞识别的重要分子。
c．蛋白质的糖基化对蛋白质的影响
第一，糖基化往往使蛋白质在水中的溶解度增大。
第二，糖基化可能使蛋白质增加许多负电荷。
第三，糖基化对蛋白质的生物功能有很大影响，如糖蛋白的功能需要糖基维持。
第四，糖基化对蛋白质合成后加工和运输的影响很大的，糖基形成不同转运加工信号。
②核糖核酸与脱氧核糖核酸
a．脱氧核糖核酸即是DNA分子，是遗传物质，其结构是双螺旋的。

图1-3　DNA的结构
b．RNA即是核糖核酸，种类较多，有tRNA、rRNA、mRNA，还有一些存在于细胞核和细胞质中的小分子RNA，它们具有不同的功能，在某些病毒中RNA是遗传物质。
③蛋白质
蛋白质是细胞内行使各种生物功能的生物大分子。
表1-1　细胞内蛋白质的某些功能

功能	举例	功能	举例
结构材料   运动   营养储存   基因调控   免疫作用   电子转移	胶原、角蛋白   肌动蛋白、肌球蛋白   酪蛋白、铁蛋白   lac操纵子   抗体   细胞色素	激素   物质运输   信号转导   渗透压调节   毒素   酶（催化作用）	胰岛索、生长激素   Na+-K+泵   乙酰胆碱受体   血清白蛋白   白喉和霍乱毒素   氧化还原酶、连接酶等

5．细胞结构体系的组装
（1）组装步骤
①第一级是构成细胞的小分子有机物的形成，包括碱基、氨基酸、葡萄糖、软脂酸，这些构成了细胞的基石；
②第二级由基石组装成生物大分子，包括DNA、RNA、蛋白质、多糖；
③第三级由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构，如细胞膜、核糖体、染色体、微管、微丝等；
④第四级由生物大分子组装成具有空间结构和生物功能的细胞器，如细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、微体等，最后再由细胞器组成细胞。
（2）生物大分子的组装假说
①模板组装（template assembly）
a．模板组装是指由模板指导，在一系列酶的催化下，合成新的、与模板完全相同的分子。
b．代表：DNA。
②酶效应组装（enzymatic assembly）
a．酶效应组装是指相同的单体分子在不同的酶系作用下，生成不同的产物。
b．代表：葡萄糖组装形成淀粉、纤维素等多糖的不同途径。
③自组装（self-assembly）
a．自组装是指生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构，即不需要模板和酶系的催化。
b．代表：核小体的组装。
这些假说还远远不能解释组装的真正机制。
四、细胞的类型和结构体系
两大类：原核细胞和真核细胞。
1．原核细胞
（1）定义（prokaryotic cell）
原核细胞指细胞内没有典型的核结构，而只存在裸露的DNA拟核结构并且不存在除核糖体外其他复杂细胞器的细胞。
（2）特点
①基因组很小；
②细胞内无复杂细胞器和细胞核结构；
③细胞体积小，繁殖快；
④进化地位低；
⑤无法进行复杂的细胞分化。
（3）分类
①古细菌（archaebacteria）
包括产甲烷菌、嗜热菌、嗜盐菌等极端环境下生存菌群。
②真细菌（eubacteria）
真细菌包括支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌与蓝藻等多个庞大的家族。
（4）细菌表面结构
①细菌表面结构包括细胞质膜、细胞壁及其特化结构：中膜体、荚膜与鞭毛等。
②中膜体：即间体，是指细胞膜向内折皱形成的含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶，为细胞提供呼吸酶的结构。

图1-4　典型的细菌细胞形态结构
（5）代表：支原体
①支原体是目前发现的最简单、体积最小的原核细胞，也是惟一一种没有细胞壁的原核细胞。
②支原体没有鞭毛，无活动能力，可以通过分裂法繁殖，也有进行出芽增殖的。
2．真核细胞
（1）定义
真核细胞（eucaryotic cell）是指具有典型的细胞结构有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质的细胞，既包括大量的单细胞生物和原生生物细胞（如原生动物和一些藻类细胞），又包括全部的多细胞生物（一切动植物）的细胞。
（2）主要特点
以生物膜为基础进一步分化，使细胞内部产生许多功能区室，它们各自分工负责又相互协调和协作。
（3）两种主要类型：动物细胞和植物细胞

图1-5　动物细胞（A）和植物细胞（B）模式图
表1-2　动物细胞与植物细胞的比较

细胞器	动物细胞	植物细胞
细胞壁   叶绿体   液泡   溶酶体   圆球体   乙醛酸循环体   通讯连接方式   中心体   胞质分裂方式	无   无   无   有   无   无   间隙连接   有   收缩环	有   有   有   无   有   有   胞间连丝   无   细胞板

（4）真核细胞的结构体系
①生物膜体系（biomembrane system）
a．组分
包括细胞质膜、核膜以及各种细胞器的膜。
b．功能
第一，生物膜为细胞提供保护；
第二，生物膜使细胞内部结构区室化，使得各类反应进行得更加高效；
第三，细胞表面的细胞质膜进行选择性的物质跨膜运输与信号转导；
第四，双层核膜将细胞分成细胞质与细胞核，使得基因表达得以精密调控；
第五，生物膜为大量酶提供了附着位点，催化各类反应的发生。
②遗传信息表达体系（genetic expression system）
a．组分
由DNA和组蛋白构成。
b．功能
第一，储存遗传物质；
第二，调控基因表达。
③细胞骨架体系（cytoskeleton system）
a．组分
第一，胞质骨架：微丝、微管与中等丝等；
第二，核骨架：核纤层、核基质。
b．功能
第一，胞质骨架协助细胞信号传递与细胞运动，为细胞内物质的运输提供通道，形成有丝分裂的纺锤丝，对细胞起支撑作用，使细胞质基质更加区域化；
第二，核骨架与基因表达、染色质构建与排布有关系。
3．真核细胞与原核细胞的比较
表1-3　原核细胞与真核细胞的相同点

序号	内容
1   2   3   4   5   6   7   8   9	都具有类似的细胞质膜结构   都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码   都以一分为二的方式进行细胞分裂   具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构   代谢机制相同（如糖酵解和TCA循环）   具有相同的化学能贮能机制，如ATP合成酶（原核位于细胞质膜上，真核位于线粒体膜上）   光合作用机制相同（蓝细菌与植物相比较）   膜蛋白的合成和插入机制相同   都是通过蛋白酶体（蛋白质降解结构）降解蛋白质（古细菌与真核细胞相比较）

表1-4　真核细胞特有的特点

序号	内容
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11	细胞分裂分为核分裂和细胞质分裂，并且分开进行   DNA和蛋白质结合压缩成染色体结构，形成有丝分裂的结构   具有复杂的内膜系统和细胞内的膜结构（如内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、乙醛酸循环体、内体等）   具有特异的进行有氧呼吸的细胞器（线粒体）和光合作用的细胞器（叶绿体）   具有复杂的骨架系统（包括微丝、中间纤维和微管）   有复杂的鞭毛和纤毛   具有小泡运输系统（胞吞作用和胞吐作用）   含有纤维索的细胞壁（如植物细胞）   利用微管形成的纺锤体进行细胞分裂和染色体分离   每个细胞中的遗传物质成双存在，二倍体分别来自于两个亲本   通过减数分裂和受精作用进行有性生殖

五、病毒——非细胞的生命体
1．病毒是比细胞更小的生命体
（1）组分
蛋白质外壳和遗传物质的核。
（2）分类
①按病毒成分分类
a．真病毒（euvims）；
b．亚病毒（subvims）
仅含有核酸或者蛋白质的具有侵染性的颗粒，包括：类病毒；拟病毒；卫星病毒和卫星RNA；阮病毒等。
②按侵染宿主分类
a．动物病毒；
b．植物病毒；
c．细菌病毒（噬菌体）。
③按遗传物质分类
a．DNA病毒（单双链）；
b．RNA病毒（单双链）。

图1-6　常见病毒的形态和结构
（3）病毒只能在细胞中增殖
病毒的增殖过程：
①吸附；
②侵入；
③复制；
④成熟；
⑤释放。
六、细胞生命的进化
1．细胞生命的起源
（1）地球和原始大气层的形成；
（2）有机分子的自发形成；
（3）分子聚合体的形成；
（4）生命初级聚合体的形成；
（5）原始细胞的形成。
2．真核细胞的起源
（1）真核细胞是由原核细胞进化而来；
（2）原核细胞向真核细胞进化的主要事件是呼吸代谢的发展和内膜系统的形成；
（3）能量转换有关的细胞器线粒体和叶绿体的起源主要是通过内共生机制；
（4）内膜系统是通过质膜的内陷形成的。

图1-7　质膜内陷形成核膜和内质网的假定方式


图1-8　真核细胞进化的主要过程
3．从单细胞向多细胞进化
（1）细胞在向多细胞机体进化过程中，最重要的特点是出现细胞的分化；
（2）在多细胞的机体内，有一部分细胞高度特化，成为下一代机体的起源，即生殖细胞（germ cell）。
七、我国细胞生物学的发展战略
1．细胞生物学的主要研究内容和发展方向

图1-9　细胞生物学研究的范畴
2．我国细胞生物学发展战略
我国重点研究方向
（1）细胞的结构与机能；
（2）染色体的结构及其基因表达调控；
（3）细胞骨架及核骨架系统；
（4）胞外基质；
（5）细胞周期调控；
（6）细胞分化、衰老、死亡及相关基因的研究；
（7）细胞信号传导；
（8）细胞社会学；
（9）细胞结构体系的组装及细胞工程；
（10）生殖有关的细胞生物学问题；
（11）肿瘤的细胞生物学；
（12）进化细胞生物学；
（13）植物细胞工程。

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