《细胞生物学》学习指南

《细胞生物学》学习指南一、教学与学习理念本课程率先在教学理念与学习理念进行了改革，创新性提出了“研究性教学”与研究性学习“理念。因此，在学习本课程过程中，必修始终坚持先进的教学理念，尤其是坚持将”研究性教学“与”研究性学习“相结合。1、研究性教学理念教学改革是一个永恒的话题，永无止境。教育的发展随科学的发展而发展，新的课题不断涌现，需要我们不断进行探索和创新。我们提出的“研究性教学”理念强调：教师通过研究性教学引导学生进行研究性学习，将研究性教学与研究性学习有机地结合起来，激活学生自主学习和探究的动机,培养学生的学习兴趣，从而调动学生自身参与知识建构的自觉性和积极性，达到培养学生研究能力，增强学生社会竞争力的目的。我们以“研究性教学”理念为指导，不断探索培养学生创新能力的新方法、新途径，重点是转变教师的思想观念、`提高执教能力和师德素质，同时强调要引导学生进行研究性学习，培养学生的研究能力、提高学生的社会竞争力。2004年“研究性教学的探索与实践”获第五届广东省教学成果一等奖、2005年获第五届国家级教学成果二等奖励。“研究性教学的探索与实践”成果从2003年起向全国推广，至今，已向全国包括北京大学、复旦大学、浙江大学在内的20多个省、市110多所大学辐射。自2004年5月至2012年9月，我们先后举办了十三期全国“研究性教学”研讨班，来自全国几百所大学、600多位教师参加了研讨，研究性教学理念得到研讨班学员的一致肯定和赞赏。、2、研究性学习教育部2005年1号文件指出：“近年来，我国现代化建设快速发展，高等教育规模持续扩大，高等教育体制改革不断深入，高等学校教学工作面临着许多新情况、新问题，任务更加艰巨。因此，必须坚持科学发展观，实现高等教育工作重心的转移，在规模持续发展的同时，把提高质量放在更加突出的位置，培养数以千万计德智体美全面发展的高素质专门人才和一大批拔尖创新人才”。变革教育教学理念，推动研究性教学，改变教学和学习方式，让学生在学习中获得个性解放，培养创新意识和能力，是高等学校教学质量与教学改革工程的主旋律。研究性学习应运而生。（1）研究性学习的历史发展与意义历史地看，自18世纪以来，研究性学习至少被大规模地倡导过三次。第一次是18世纪末到19世纪，研究性学习的主要倡导者是欧洲的卢梭(J．J．Rousseau)、裴斯泰洛齐(J．Pestalozzi)、福禄倍尔(F．Froebel)等人，卢梭认为人天性具有探究的欲望，教师应创设问题情境，为学生提供自主探究的机会，这种观点为今天的研究性学习奠定了思想基础。第二次是19世纪末至20世纪初，美国的杜威(J．Dewey)、克伯屈(W．Kilpatrick)等以“教育即经验的不断改造的教育观点为指导，提出让学生在解决问题的过程中获得真知的“问题教学法”，提倡学生在经验中学习，在做中学习(1earningbydoing)。第三次是20世纪50年代末至70年代的美欧诸国以及亚洲的韩国、日本等国，主要倡导者为美国的布鲁纳(J．Bruner)、施瓦布(J．Schwab)、费尼克斯(P．Phenix)等人，他们在理论上系统论证了“发现学习”、“探究学习”的合理性，推动了旷日持久的课程改革运动——“学科结构运动”。研究性学习在中国可以追溯到孔子，他强调学习者要多问，自主生成自己的问题，而不是只接受教师的传授。孔子还强调学与思的结合，如“学而不思则罔，思而不学则殆”，就是自主学习的典型论断。伟大的人民教育家陶行知先生提出“生活即教育”，“社会即学校”，“教学做合一”主张，形成“生活教育”教育思想体系，强调了生活和社会对学习的重要性。研究性学习课程和学习方式，近年来主要在上海的中学起步。上海一些学校较早就在活动课程板块中增加了学生通过课题研究进行自主学习的内容。教育部从2000年起多次发文，强调要推动研究性学习，但主要是针对中学。如今，研究性学习已成为在全面推进素质教育、深化教育改革中的一个热点，并已超出高中的界限，冲破课程规定，日益广泛地在全国中小学各学科教学中推广。（2）自主学习、探究式学习、研究性学习的涵义从一般意义上说，“学习”是指由经验或练习引起(而非生理成熟引起)的、个体在能力或倾向方面的、能够相对持久地保持(而非短暂保持)的变化。学习活动有三个基本的要素：学习目标、学习过程和学习结果。其中，学习目标引领学习过程，学习过程又影响和决定了学习结果。而学习过程又可分为学习内容与学习方式两大要素。在以上各个要素中，学习内容与学习方式是学习活动的核心要素。“学什么”与“怎么学”是整个教育领域中最核心的两个问题。我们要考察一个学生的学习，主要就是考察学生学的是些什么内容，是通过怎样的方式学习的。学习的方式是多种多样的：接受学习：所要学习的内容是以现成信息的形式存在的，学习者可以直接获取，不需要经历发现的过程。自主学习：对于学习目标的确定、学习内容的选择、学习活动与学习进度的设计、学习结果的评价等学习过程的各个环节，学习者都有较大程度的参与决策甚至自主决策的权力。探究式学习：是指学生围绕一定的问题、文本或材料，在教师的帮助和支持下，自主寻求或自主建构答案、意义、理解或信息的活动或过程。研究性学习：在教师指导下促使学生的个人见解的形成，培养其探索能力、控制能力和协作能力的学习活动过程。（3）研究性学习的三个变革本课程要求教师在教学、学生在学习中实现三个变革：①首先需要教师自身变革教学观念和教学方式，即以研究性教学理念进行课程设计和教学，激发学生的学习兴趣。②第二是需要学生变革学习观念和学习方式，将研究性学习作为一种学习理念和学习方式渗透于所有学科、所有学习活动之中。③第三是教学目标和学习目标的变革，即在掌握知识的基础上培养创新思维、创新意识和创新能力。二、各章节学习要点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

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

细胞质膜(plasmamembrane)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

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

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。并注意将叶绿体与线粒体进行结构和功能方面的比较。

9．内膜系统与膜运输

真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统,将细胞内环境分割成许多功能不同的区室。内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器,因为它们的膜是相互流动的,处于动态平衡,在功能上也是相互协同的,其中包括膜运输系统。本章是细胞生物学的重点章,包括六个方面的内容:①细胞质膜系统及其研究方法;②内质网;③高尔基复合体;④溶酶体;⑤细胞的分泌与内吞作用;⑥小泡运输的分子机理。其中内质网及信号肽假说和小泡运输的分子机理是本章的关键内容。

内质网是内膜系统中的主要膜结合细胞器,主要分清光面内质网和粗面内质网在功能上的差异。对于粗面内质网,重点是信号肽假说蛋白质转运的机制。

高尔基复合体是内膜系统中参与蛋白质加工与分选的细胞器,要求了解和掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用,即将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装,然后分门别类地运送到细胞的特定部位或分泌到细胞外。理解高尔基体在细胞内物质运输中所起的交通枢纽作用。

关于溶酶体,要求掌握溶酶体膜的稳定性、溶酶体的类型即特点、溶酶体的功能、溶酶体的生物发生。

运输小泡的类型和分选信号、披网格蛋白小泡形成的机理、COP-被膜小泡形成的机理、小泡的定向运输、停靠和融合机理、以及膜的生物发生,该节是本章的重点。

10.细胞骨架与细胞运动

细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,由主要的三类蛋白纤丝构成，包括微管、肌动蛋白丝、中间纤维。细胞骨架有多种功能,包括作为支架、参与细胞的信号传导、是细胞分裂的机器等。本章主要介绍和讨论细胞骨架的三类主要成分的结构和功能。第一节从总体上介绍细胞骨架的组成和功能,包括细胞骨架的组成、分布和基本功能;同时介绍了细胞骨架的研究方法。

在基本微管一节中,主要学习和掌握微管的结构和微管的基本构件--微管蛋白的特性、微管的动力学特性、微管的组装过程、微管结合蛋白和分子发动机、微管的功能等。重点是微管的动力学和分子发动机的工作原理。

第三节是介绍微丝的结构和功能,包括微丝的组装、微丝结合蛋白、微丝在肌收缩中的作用及肌收缩的滑动丝模型及分子基础、微丝在非肌细胞中的功能等,是本章的重点内容。

最后一节是中间纤维的结构和功能的讨论。由于对中间纤维的研究远没有对微管和微丝的研究清楚,故只作简略介绍,对其结构和功能有基本的了解即可。

11.细胞核与染色体

细胞核是细胞的遗传机构，主要有两个功能：一是通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连续性；二是通过基因的选择性表达，控制细胞的活动。

真核生物的细胞核有双层的核被膜包裹着，核被膜由外核膜、内核膜、膜间隙、核孔复合物和核纤层等五个部分组成。核孔复合物具有选择性运输作用，核蛋白进入细胞核须由入核信号（NLS）引导，并且要有一种小GTP结合蛋白的帮助。

染色质是细胞间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，由DNA和蛋白质组成。染色体是由染色质压缩包装而成的棒状结构，是中期染色质的表现形式。组蛋白是真核生物染色体的基本结构，有H1、H2A、H2B、H3、H4等五种类型。它们带正电荷，能与DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。其中H2A、H2B、H3、H4为核小体组蛋白；H1不参与核小体的组建，在构成核小体时起连接作用。组蛋白的某些氨基酸侧链常会被磷酸化、乙酰化或甲基化以及ADP的核糖化等修饰，这些修饰对保护、稳定和调节遗传物质起到重要作用。

非组蛋白是指细胞核中不参与核小体形成的一类蛋白，它们的功能有：参与染色体的构间。

核小体又称核体、核粒。146个碱基对的DNA在八聚体的组蛋白外绕了1又3/4圈，H1封锁住了核小体DNA的进出口。两相邻核小体之间以连接DNA相连。在DNA复制时，核小体不会解体，可能是通过"DNA成环机制"，使RNA聚合酶通过核小体。

DNA经过了四步包装，形成染色体：从DNA到到染色体共压缩了8400倍。

着丝粒又称主缢痕，动粒是着丝粒外侧的三层蛋白质结构，细胞分裂时提供了与纺锤体微管结合的位点。而次缢痕是核仁组织区。

某些生物在发育的某些阶段可出现巨大染色体，包括多线染色体和灯刷染色体。

核仁由纤维区、颗粒区、核仁染色质、基质等四部分组成。它是一种动态结构。核仁的主要功能是合成核糖体，也在一定程度上控制着蛋白质合成的速度。

12.细胞周期与细胞分裂

本章从四个方面讨论了细胞周期和细胞分裂的机制。

将细胞周期分为两个主要的时期:有丝分裂期（M期）和分裂间期。M期包括细胞的有丝分裂和胞质分裂两个过程。在有丝分裂的过程中,复制的染色体被分配到两个子细胞的核中,胞质分裂则是将整个细胞一分为二,形成两个子细胞。M期所持续的时间较短,一般为30～60分钟,分裂间期的时间跨度较长,根据细胞的类型和所处的条件不同而不同,有几小时、几天、几周或更长。

根据新细胞从开始生长到分裂前止的分裂间隔期中的生理和生化变化,可将分裂间期分为:G1期、S期、G2期。

细胞周期受到严格的控制。细胞周期的控制有两个主要事件，一个是对DNA复制起始的控制，发生在G1期和S期之间。第二个事件是对有丝分裂起始的控制，发生在G2期和M期之间。

细胞周期的调控机制最早是从酵母中获得突破，发现了细胞周期蛋白和周期蛋白依赖性蛋白激酶，它们控制着细胞周期的进程。

有丝分裂是细胞周期的丝裂期(M期)进行的分裂活动。在这个时期，通过纺锤丝的形成和运动以及染色体的形成，把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。

减数分裂是生殖细胞产生配子的分裂，包括两次连续的有丝分裂，形成4个单倍体的子细胞。相继的两次分裂分别称为减数分裂I和减数分裂Ⅱ。由于细胞核分裂了两次，而染色体只是在第一次减数分裂前的间期复制了一次，所以细胞经过减数分裂导致染色体数目减少一半。

13.胚胎发育、分化与调控

动物和植物的雌配子通常称为卵,而将雄配子称为精子。配子形成的过程称为配子发生。

精子与卵子的融合，即受精作用，重新形成一个二倍体的细胞，即受精卵。受精作用涉及的反应包括：顶体反应、皮层反应、原核融合等。

受精发生之后，受精卵要进行一系列的分裂、分化和相互作用，最后发育成一个新的个体。

细胞分化是胚胎细胞分裂后，未定形的细胞在形态和生化组成上向专一性或特异性方向发展，或由原来较简单具有可塑性的状态向异样化稳定状态发展的过程。细胞分化时的主要特征是细胞出现不同的形态结构和合成组织特异性蛋白质，演变成特定表型的细胞类型。其结果是在空间上，细胞之间出现差异；在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同，从本质上说，细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。

细胞质不仅在细胞分化中具有重要作用，在成熟个体的组织中，细胞质对细胞核仍然具有影响。

从分子水平看，分化细胞间的主要差别是合成的蛋白质的种类不同，即表达的基因不同，细胞分化的分子基础在于基因表达的控制。基因表达的调控发生在各种水平，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译水平等，受多种因素的影响。如果蝇的发育就是在母体基因、合子基因和同源异形选择基因等的调节控制下进行的。

干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础，成体干细胞的进一步分化则是成年动物体内组织和器官修复再生的基础。干细胞在细胞工程和组织工程中有许多重要的应用。

14.细胞衰老、死亡与癌变

细胞衰老过程是细胞生理与生化反应发生变化的过程，主要表现是细胞对环境变化适应能力和维持细胞内环境恒定能力的降低。细胞衰老反映在细胞形态结构和功能上有很多变化，包括：①细胞内水分减少；②色素生成和色素颗粒沉积；③细胞质膜的流动性降低，磷脂含量降低；④线数粒体数量减少；⑤核膜内折；⑥蛋白质合成发生变化等。

有关衰老的学说很多，包括遗传程序说、体细胞突变论、自由基理论等。

细胞死亡有两种形式，一种为坏死性死亡，是由外部的化学、物理或生物因素的侵袭而造成的细胞崩溃裂解；另一种为程序性死亡，是细胞在一定的生理或病理条件下按照自身的程序结束其生存。

编程死亡与细胞坏死有三个根本的区别：①引起死亡的原因不同：②死亡的过程不同；③坏死的细胞裂解要释放出内含物，并常引起炎症反应；而编程死亡的细胞没有被完全裂解，所以不会引起炎症。

通过对秀丽隐杆线虫程序性细胞死亡的研究揭示程序性细胞死亡是由一系列的基因控制的，并发现所有的动物细胞中蛋白酶解级联系统介导了程序性细胞死亡。

程序性细胞死亡具有重要的生物学意义：参与形态建成、调节细胞的数量和质量。

癌细胞是一种突变的体细胞，这种突变体脱离了细胞社会关于增殖和存活的控制，因此可以无限制的增殖产生肿瘤。引起细胞癌变的原因很多，包括化学因素、辐射、病毒和遗传等。三、细胞生物学研究对象、目的和任务1.研究对象细胞生物学的发展经历了三个不同的阶段:细胞学、细胞生物学、分子细胞生物学。它们的研究对象都是细胞,但是层次和深度是不同的。①细胞学(cytology):以细胞为对象,以静态的观点研究细胞的结构、功能和生活史的一门生物学的分支学科。其任务主要是阐明细胞和细胞器的结构和功能,探索细胞的生长、分裂、分化、运动、遗传、变异、以及病变与衰老等基本的生命活动规律。②细胞生物学(cellbiology)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,研究细胞和细胞器的结构和功能,研究细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。③分子细胞生物学(cellmolecularbiology)以细胞为对象,在分子水平上研究细胞生命活动的分子机制,即研究细胞器、生物大分子与生命活动现象之间的变化发展过程,研究它们之间的相互关系,以及它们与环境之间的相互关系。2、目的和任务:①目的:学习和研究细胞生物学的目的是认识生命体、利用生命体、改造生命体。具体的说就是通过研究细胞及细胞的超微结构，探索细胞生命活动的的基本规律,进而控制和利用这些规律，为人类的需要服务。每一个细胞相当于一个王国,具有健全的体制和运行规律。对于多细胞的生物来说,细胞又是生活在细胞社会群体之中。在长期的生命进化中,细胞形成了十分巧妙的生长、繁殖和生活的机制。例如精子和卵子的结合是在自然条件下发生的细胞融合工程,人类至今只能是望而兴叹。因为精卵结合进行的是全套染色体的转移,细胞工程师们迄今做到的仅是个别基因的转移或是单个染色体的转移,还不能确保外来客的长久安家落户。②任务自然科学的任务主要是两方面:理论研究和应用研究,二者不可偏费。A.基础理论研究细胞生物学的基础理论研究涉及的面很广,本人认为主要是四个方面的内容:a.细胞器的结构和功能:包括细胞的整体结构和亚显微结构,分三个层次:整体、亚显微结构和分子结构,这是研究细胞生物学的基础。b.细胞代谢的分子机理:主要是研究细胞生命活动的分子机理,也就是生化反应机理。c.细胞遗传的分子基础:细胞不仅是生命活动的结构单位、生命活动的生理生化反应的功能单位,也是遗传和变异的基本单位,因此,研究细胞的遗传和变异则是十分重要的。d.细胞的社会交往:就单细胞的生物来说,一个细胞就是生命有机体。但是,对于多细胞的有机体来说,是由不同的细胞和组织组成的,每个细胞除了执行本身的功能外,还要参与社会活动,进行社会交往,这对于维持生命的正常活动是必不可少的。B.应用研究人类认识自然的目的是为了改造自然,为人类自身服务。细胞生物学的应用研究的内容也是十分广泛的:a.癌症的防治:广东主要是鼻咽癌;b.AIDS的防治:b.其他疾病的防治:如心血管疾病;d.生物药品:如各种细胞因子;e.品种改良:通过细胞融合改良品