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医学细胞生物学教学大纲Medical cell biology （供五年制临床医学、影像专业使用） 前 言细胞生物学是生命科学中一门重要的基础理论学科，是当前生命科学中的四大前沿学科之一，它是在60年代末和70年代初才真正发展起来的。由于细胞超微结构研究的进展，从而对细胞的概念与结构功能的理解发生了根本性的变化，为细胞生物学学科的建立奠定了基础基础。而近10余年来，细胞生物学被迅速地推向分子层次，因此，现在的细胞生物学实际是细胞分子生物学与细胞生物生理学（包括超微形态学）的结合，它与经典细胞学具有根本不同的内容和概念。细胞生物学作为一门学科，其范畴又与遗传学、分子生物学、发育生物学、生物化学等学科交叉，没有截然的界限。细胞生物学主要是从细胞的不同结构层次来探讨其生长、发育、增殖、分化、遗传变异和运动等基本活动和规律，如果从生命的结构层次来看，它是介于分子生物学与个体生物学之间的，同它们相互衔接，相互渗透。因而，是一门承上启下的学科，也是衔接宏观和微观生命现象研究的关键。细胞生物学是生命科学中一门重要的分支学科，为医学科学理论与实践的研究开拓出前所未有的广阔前景。很多医学科学（包括临床医学）没有解决的问题，需要从细胞生物学中寻求解决的途径和方法。本课在介绍一般细胞生命活动的基础上，强调与医学的联系。因此，有别于普通细胞生物学而称其为医学细胞生物学。细胞生物学范围广泛，研究课题与研究成果浩如烟海。因此，本课择其主要的基础理论及基本知识，以及与医学紧密联系的内容重点加以介绍，其余内容则为自学。通过本课学习，为今后学习提高和工作需要，具备细胞生物学的必需基础。本大纲适用于医学专业本科生的教学。本课安排讲课36学时。本课程为考试课，考核采用笔答考试方式为主，其成绩可占总成绩的60；平时成绩占40,包括课堂讨论20%、平时测验20%。教学时间分配授课内容理论学时实验学时绪 论3细胞膜和细胞表面5细胞识别和信号转导3内膜系统4细胞的能量转换线粒体3细胞骨架3细胞核和核糖体4细胞周期及其调控4细胞分化与干细胞4细胞衰老和凋亡3教学内容及要求细胞生物学概述目的要求掌握对细胞生物学的新认识；细胞生命活动的基本含义。熟悉细胞生物学目前研究热点问题。了解当前细胞生物学发展的总趋势;细胞生物学与疾病的关系。 教学内容1、当前细胞生物学主要发展方向和总趋势：以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本单位这一概念为出发点，在各层次上（主要在分子水平上）研究细胞生命活动基本规律。2、当前细胞生物学的热点问题：（1）细胞核、染色体以及基因表达的研究；（2）生物膜与细胞器的研究；（3）细胞骨架体系的研究；（4）细胞增殖及其调控；（5）细胞分化及其调控；（6）细胞的衰老与程序性死亡（凋亡）；（7）细胞的起源与进化；（8）细胞工程。重点介绍了当前细胞生物学发展的总趋势和热点领域与方向。3、 细胞概念新认识4、细胞生物学与疾病 细胞的进化及其基本结构目的要求掌握原核细胞、真核细胞的结构；真核细胞、原核细胞的结构特征比较。熟悉细胞的大小和形态；细胞的装配。了解细胞的起源与进化。 教学内容1、细胞生命活动的基本概念：生命活动的基本单位；细胞的基本共性；细胞的大小、形态与功能的关系，细胞的装配。2、原核细胞：最小最简单的细胞支原体；细菌。真核细胞的三大结构体系：（1）生物膜体系以及以生物膜为基础构建的各种独立的细胞器；（2）遗传信息表达的结构体系；（3）细胞骨架体系；细胞的大小；真核细胞与原核细胞的比较；动植物细胞在结构上的差异。3、细胞的起源和进化细胞膜结构及物质转运 教学要求：掌握细胞质膜的结构模型、膜蛋白种类及跨膜方式、膜的流动性和不对称性、膜骨架的概念。物质跨膜运输的方式，以及参与运输活动的蛋白分子之间相互作用的模式。熟悉膜脂的种类、红细胞膜蛋白及膜骨架。细胞外基质的种类。了解细胞外被和胞质溶胶；细胞表面的特化结构。微绒毛、细胞内褶、纤毛和鞭毛；细胞外基质的种类教学内容：1、 细胞质膜的结构模型：（1）生物膜结构模型：单位膜模型、流动镶嵌模型、脂阀模型。（2）磷脂的结构特征和种类，糖脂及其功能，胆固醇及其功能；膜脂的运动方式；脂质体。（3）膜蛋白的种类：外在蛋白、整合膜蛋白、脂锚定蛋白；整合膜蛋白与膜脂结合的方式。2、生物膜基本特征与功能（1）膜的流动性：膜脂的流动性、膜蛋白的流动性。（2）膜的不对称性：膜脂的不对称性、膜蛋白的不对称性。（3）细胞质膜的基本功能。3、膜骨架：膜骨架的概念；红细胞膜蛋白及膜骨架。4、物质的跨膜运输（1）被动运输：包括简单扩散、水通道蛋白和水分子运输、离子跨膜转运、载体介导的协助扩散；（2）主动运输：Na+-K+泵（3）协同转运：同向转运和反向转运。5、胞吞作用与胞吐作用。（1）胞饮作用和吞噬作用的过程及异同；（2）受体介导的胞吞作用的过程；LDL的转运。（3）胞吐作用：组成型外排与调节型外排的过程及异同。细胞识别和细胞信号传导目的要求掌握细胞通讯的基本概念和基本作用方式，细胞识别和细胞信号通路的基本概念，细胞信号分子的分类，细胞受体的分类，细胞表面受体三大家族；第二信使与分子开关的概念与生理功能。熟悉细胞内受体的成分、结构组成及作用机理；NO信号通路，离子通道耦联的受体、G-蛋白耦联的受体信号途径一般特征。了解酶联受体参与的信号通路教学内容1、 信号分子（1）细胞通讯的方式：分泌化学信号通讯、细胞接触通讯、细胞间隙连接通讯的特点。（2）细胞间信号分子：激素、局部介质、神经递质、物理信号。（3）第二信使与分子开关的概念与生理功能。2、受体（1）受体的分类：膜表面受体：离子通道偶联的受体、G-蛋白偶联的受体和酶联受体。（2）受体的作用特点（3）细胞内受体：细胞内受体的成分、结构组成及作用机理；NO信号通路。3、信号转导的主要途径（1）概述：信号转导系统的基本组成；膜表面受体介导的信号通路的4个基本步骤。（2）G-蛋白耦联受体介导的信号通路：G-蛋白耦联受体的结构和激活。G-蛋白耦联受体介导的信号通路：cAMP为信使的信号通路。4、受体酪氨酸激酶受体及RTK-Ras蛋白信号通路。5、细胞识别与膜受体细胞膜与疾病目的要求熟悉细胞膜异常与疾病的关系了解膜生物工程与医药学。教学内容1、膜转运系统异常与疾病。2、膜受体与疾病。3、癌变与细胞表面的关系。内膜系统目的要求掌握细胞内膜系统概念；内质网的形态结构与两种基本类型及其功能；高尔基体的结构特征及其主要功能；溶酶体组成成分、膜结构特征、生理功能；信号假说；共转移与后转移。熟悉细胞质基质的组成、特点与主要功能；溶酶体与过氧化物酶体的异同比较；溶酶体发生过程。细胞内膜泡运输和参与的三种小泡类型及结构。细胞内的膜流和转换。教学内容1、细胞内膜系统概念2、内质网：内质网的形态结构与两种基本类型：粗面内质网和光面内质网的成分与结构特征；粗面内质网和光面内质网的功能。3、高尔基复合体：高尔基复合体的结构特征、三个功能区域及其极性；高尔基复合体的主要功能。4、溶酶体：溶酶体的类型、组成成分、膜结构特征、生理功能及发生过程。5、过氧化物酶体的组成成分、生理功能；溶酶体与过氧化物酶体异同比较。6、细胞内蛋白质分选（1）信号假说与蛋白质分选信号：信号假说的内容；蛋白质分选信号信号肽、导肽及其它信号；（2）蛋白质分选的基本途径与类型：基本途径共转移与后转移；基本类型穿膜运输、膜泡运输、门控运输、细胞质基质中转运。（3）膜泡运输。参与膜泡运输的三种小泡类型及各自作用机制。线粒体目的要求掌握线粒体的形态结构和生化特征；线粒体遗传特性（半自主性细胞器）；氧化磷酸化的分子基础；蛋白质的运送。熟悉氧化磷酸化偶联机制（化学渗透假说）和ATP合成酶的作用机制（结合变化机制）。了解线粒体的氧化代谢过程；线粒体相关疾病及其主要功能。教学内容1、线粒体的形体结构和化学组成：外膜、内膜和基质；线粒体的化学组成与功能蛋白质定位。线粒体的分布2、细胞呼吸：细胞呼吸及主要步骤。线粒体的氧化代谢、电子传递、质子转移和质子驱动力的形成、氧化磷酸化。化学渗透假说和ATP合成酶的结合变化机制。3、线粒体半自主性：线粒体DNA；线粒体和叶绿体的蛋白质合成；线粒体蛋白的运输与组装。4、线粒体的增殖与起源：增殖方式；线粒体起源：内共生起源和非内共生起源。5、线粒体与医学。与肿瘤的关系。对代谢变化的反应。对缺血性损伤的反应，药物与毒物对线粒体的作用，线粒体上一些组分的作用。核糖体目的要求掌握核糖体的化学组成；两种基本类型的核糖体；核糖体结构特征；多聚核糖体的概念。熟悉核糖体的功能。了解rRNA和r蛋白教学内容1、核糖体的化学组成；核糖体的两种基本类型：80s和70s；核糖体的结构：各个活性位点的定位。2、核糖体蛋白质和rRNA的功能。3、多聚核糖体的概念；多聚核糖体与蛋白质合成。细胞骨架目的要求掌握细胞骨架的涵义；微丝的结构成分、装配、功能；微管的结构成分、装配、功能特征；熟悉kinesin和dynein与细胞内运输；微丝和微管的动态结构。中间纤维的组织特异性分布。微丝结合蛋白及其功能；微管相关蛋白及其功能。了解中间纤维的推测功能。教学内容1、微丝（1）微丝的组成：肌动蛋白G-actin和F-actin，actin的类型及分布。微丝组装/去组装，组装的极性与ATP，影响组装的药物。（2）微丝功能：肌动蛋白微丝结合蛋白的相互作用，细胞皮层，应力纤维、细胞伪足的形成与迁移，微绒毛，胞质分裂环。（3）肌肉收缩：肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用。2微管（1）微管的组成：、微管蛋白的结构，微管蛋白二聚体。微管的结构。微管的极性。（2）微管的组装/去组装：体外组装与踏车行为，组装/去组装与GTP，组装/去组装的时空特异性。作用于微管的特异性药物。微管组织中心：中心体与微管蛋白。（3）微管的功能。对组织结构的组织作用；依赖于微管的物质运输：kinesin和dynein功能及其作用机制；纤毛和鞭毛的结构和功能；纺锤体和染色体运动。3、中间纤维（1）中间丝。中间丝的主要类型、组成成分；中间丝分布的组织特异性。（2）中间丝的组装，中间丝的表达与细胞分化。 细胞核的结构目的要求掌握核被膜的结构；蛋白通过核孔复合体的主动运输。组蛋白的分类；核小体的结构特征；常染色质与异染色质、活性染色质与非活性染色质的定义；染色体DNA的三种功能元件的特征和功能。核仁的超微结构及各部分的特征；核仁的主要功能。熟悉核被膜的周期性解体与重建；核孔复合体的结构模型；染色质包装的多级螺旋模型和放射环结构模型；核仁的周期。了解中期染色体的形态分类和各部分主要结构；核基质功能。教学内容1、核被膜（1）核被膜结构组成；周期性解体与重建；（2）核孔复合体的结构模型（核质面与胞质面的不对称性分布）与功能（双向选择性亲水通道）。蛋白通过核孔复合体的主动运输（NLS与NES）和被动运输。（3）核纤层的结构和组成。2、染色质DNA的类型；组蛋白及其分类；非组蛋白的特性及其与DNA的作用；核小体结构；染色质组装：组装的前期过程，多级螺线模型，骨架-放射环结构模型。常染色质与异染色质的定义。活性染色质与非活性染色质的定义。3、染色体（1）中期染色体的形态结构：着丝粒与动粒，次缢痕，核仁组织区，随体，端粒和端粒酶。（2）染色体DNA的三种元件：自助复制序列、着丝粒序列和端粒序列的特征和功能。4、核仁（1）核仁的超微结构：纤维中心（FC）、致密纤维组分（DFC）和颗粒组分（GC）各自的特征。（2）核仁的主要功能：核糖体的生物发生（包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配）。（3）核仁的周期（包括rDNA转录以及细胞周期依赖性）。5、核基质的基本概念。核基质与DNA复制、基因表达和染色体包装与构建。 细胞增殖及其调控目的要求：掌握细胞周期的定义；四个时期（G1期、S期、G2期和M期）的特点及其主要事件；与有丝分裂直接相关的亚细胞结构（中心体、动粒与着丝粒、纺锤体），细胞周期调控系统组成；细胞周期蛋白（cyclin）、周期蛋白依赖性激酶（CDK）、周期蛋白依赖性激酶抑制物（CKI）的功能；细胞周期检验点的定义和功能。熟悉有丝分裂的各个时期中一系列有序的变化；以及染色体运动的动力机制；细胞周期调控系统主要作用；减数分裂的主要特点，过程了解细胞周期长短的测定方法；细胞分裂与细胞分化、细胞衰老的关系。细胞周期与疾病。教学内容1、细胞分裂。有丝分裂过程及其各期有序的变化特点；与有丝分裂直接相关的亚细胞结构：中心体、动粒与着丝粒、纺锤体，染色体运动的动力机制：染色体整列、分离。减数分裂各期特点及相关的特殊结构变化。减数分裂的生物学意义。2、细胞周期概述。细胞周期概念；三种增殖状态的细胞。细胞周期各时相及其主要事件。周期长短的测定。3、细胞周期的调控。（1）细胞周期研究历史：MPF的发现、p34cdc2激酶的发现和MPF的关系、周期蛋白的发现。细胞周期调控系统的主控因子：周期蛋白、（cyclin）、周期蛋白依赖性激酶（CDK）、周期蛋白依赖性激酶抑制物（CKI）的结构特点、相互作用及功能。（2）细胞周期运转调控：G1/S期转换与G1期cyclin-CDK；G2/M期转换与cyclin-CDK1的关键作用；M期cyclin与中期向后期转换。细胞周期检测点的定义、功能和运作。4、细胞周期与疾病细胞分化 目的要求掌握细胞分化的基本概念，管家基因和组织特异性基因，组织特异性基因差异表达与细胞分化；细胞的全能性。细胞决定的概念。熟悉细胞分化的影响和调节因素，肿瘤的发生机制：癌基因、抑癌基因与分化。干细胞的生物学特性。了解肿瘤干细胞假说；癌细胞的基本特征；胚胎干细胞和成体干细胞。教学内容1、细胞分化（1）细胞分化的概念，细胞的全能性（2）去分化和转分化的概念（3）细胞分化的机制：管家基因和组织特异性基因，组合调控引发组织特异性基因的表达。2、影响细胞分化的因素：，胞外信号分子对细胞分化的影响，细胞记忆与决定，受精卵细胞质不均一性对细胞分化的影响，细胞间的相互作用与位置效应。3、干细胞：干细胞的生物学特性；胚胎干细胞和成体干细胞。4、细胞分化和肿瘤：癌细胞的基本特征，癌基因与抑癌基因，肿瘤是基因突变积累的结果，肿瘤干细胞假说。细胞衰老与凋亡目的要求：掌握细胞凋亡的概念，细胞凋亡的生物学意义，凋亡过程中细胞形态结构的变化；细胞凋亡与细胞坏死的比较；细胞凋亡调控的主要分子。细胞衰老的Hayflick界限。熟悉诱导细胞凋亡的因子（物理性因子，化学及生物因子）；细胞凋亡分子机制的初步研究。细胞衰老生物学特征和自由基假说。了解检测细胞凋亡的方法，细胞衰老分子机制的多种理论；细胞衰老与凋亡的相互关系研究进展。教学内容1、细胞衰老（1）细胞衰老的概念。细胞衰老的特征：细胞核、内质网、线粒体、膜系统的变化，致密体的生成。Hayflick界限（2）细胞衰老的分子机制：自由基假说；复制衰老的机制，胁迫诱导的早熟性衰老，单细胞生物的衰老。2、细胞凋亡。（1）细胞凋亡的概念，细胞凋亡的特征、过程；细胞凋亡的检测方法。细胞坏死及其特征。细胞自噬。细胞凋亡与细胞坏死、细胞自噬的比较。（2）细胞凋亡的生物学意义。（3）细胞凋亡的分子机制：Caspase家族和bcl2的活化及作用机制。细胞凋亡的调控。（4）细胞凋亡与疾病常用专业英文词汇表A癌基因 oncogeneB半桥粒 hemidesmosome胞吞作用 endoeytosis胞间连丝 plasmodesma胞外基质 extracellular matrix胞内体 endosome胞质分裂 cytokinesis胞吐作用 exoeytosls表观遗传 epigeneticsC糙面内质网 rough endoplasmic reticulum，RER程序性细胞死亡 programmed cell death常染色质 euchromatin粗肌丝 thick filamentD单克隆抗体 monoclonal antibody凋亡 apoptosis胆固醇 cholesterol凋亡复合体 apoptosome蛋白激酶 protein kinase凋亡小体 apoptotic body蛋白聚糖 proteoglycan动粒 kinetochore蛋白酶体 proteasome动作电位 action potential蛋白质分选 protem somng动力蛋白 dynein第二信使 second messenger端粒 telomere 电化学梯度 electrochemical gradient端粒酶 telomerase电子传递链 electron transport chain多聚核糖体 polyribosome，polysomeF反面高尔基体管网状结构 trans-Golgi network，TGN分泌途径 secretory pathway反转录转座子 retrotransposons分子伴侣 molecular chaperon泛素 ubiquitin分子开关 molecular switch放射自显影技术 autoradiography封闭连接 occluding junction G钙泵 calcium pump高尔基复合体 Golgi complex钙黏蛋白 cadherin共聚焦扫描显微镜 confocalscanning microscope钙调蛋白 calmoduli光反应 1ight-dependent reaction)甘露糖-6-磷酸 mannose-6-phosphate光面内质网 smooth endoplasmic reticulum，SER干细胞 stem cell过氧化物酶体 peroxisomeH核被膜 nuclear envelope核糖体 ribosome核基质 nuclear matrix核小体 nucleosome核孔复合体 nuclearpore complex，NPC核型 karyotype核酶 ribozyme后期 anaphase小核糖核蛋白颗粒 snRNPs后期促进复合体 anaphase promoting complex，APC核仁 nueleolus化学渗透学说 chemiosmosisJ肌动蛋白结合蛋白 actin binding protein减数分裂 meiosis肌质网 sarcoplasmic retieulum胶原 collagen基粒 grana酵母人工染色体 yeast artificial chromosome，YAC基因组 genome结构异染色质 constitutive heterchromatin间期 interphase结合变构模型 binding change model间隙连接 gap junction紧密连接 tight junction兼性异染色质 facultative heterochromatin静息电位 resting potential检验点 checkpointK抗体 antibody抗原 antigenL 冷冻蚀刻技术 freeze-etch technique联会复合体 synaptonemal complex，SC离子通道 ion channel磷脂酶C phospholipase C连接子 connexon磷脂转移蛋白 phospholipid transfer protein联会 synapsis流动镶嵌模型 fluid mosaic model M马达蛋白 motorprotein免疫球蛋白超家族 immunoglobulin superfamily，IgSF锚定连接 anchoring junction膜泡运输 vesicular transport门控通道 gated channelN内共生学说 endosymbiont theory拟核 nucleoid内膜系统 endomembrane system黏合斑 focal adhesion内质网 endoplasmic reticulum，ERP胚胎干细胞 embryonic stem cellQ前期 prophase驱动蛋白 kinesin桥粒 desmosomesR 染色单体 chromatid溶酶体 1ysosome染色体 chromosome溶酶体贮积症 1ysosomal storage disorder染色质 chromatin朊病毒 PrionS 扫描电子显微镜 scanning electron microscope，SEM受体介导的胞吞作用 receptor mediated endocytosis 神经递质 neurotransmitter受体酪氨酸激酶 receptor tyrosme kinase，RTK神经生长因子 nerves growth factor，NGF水孔蛋白 aquaporin受体 receptorT糖萼 glycocalyx，cell coat通讯连接 communication junction调节型分泌 regulated secretion同源染色体 homologous chromosomeW外周膜蛋白 peripheral protein微管结合蛋白 microtubule-associated protem，MAP网格蛋白 clathrin微管组织中心 microtubule organize centers，MTOC微管 microtubule微粒体 microsomes微管蛋白 tubulin微丝 microfilamentX细胞板 cell plate细胞通讯 cell communication 细胞壁 cell wall细胞系 cell line