课程名：细胞生物学(Cell Biology) 学分：3 学时：48
课程类别：专业教育基础必修课
开课学院：水产与生命学院 所属基层教学组织：
曾任课教师：
课程大纲：
一、课程性质与目的
细胞生物学是生物专业基础课，既要有理论教学，又要结合实验教学，教学内容量大面广，联系分子生物学和宏观学科的纽带，也是发育生物学、遗传学的基础，对学生的专业知识、能力和素质具有直接和长远的影响。
细胞生物学发展日新月异，新内容层出不穷。课程的目的是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特别是水生生物中与细胞生物学有关的课题的能力。
二、课程简介（200字左右）
本课程的教学以真核细胞结构和生理功能为主要内容，强调细胞是生命活动的基本单位，突出生物膜，细胞信号转导，细胞增殖调控，细胞分化、衰老与凋亡，肿瘤细胞特性等生物学等热点问题，使学生通过本课程的学习，了解和掌握真核细胞的结构与生理功能，并深入理解细胞内蛋白质分子的相关性和一致性，从显微水平和分子水平等层次认识细胞生命活动的本质和基本规律。
三、教学内容
第一章 绪论 3课时
第一节 细胞生物学研究的内容和现状
第二节 细胞学与细胞生物学发展简史
教学要求：
掌握细胞学与细胞生物学发展的历史，细胞学说的建立及其所起的承前启后的重要作用。 细胞学与细胞生物学发展的历史大致可以划分为以下几个阶段：（1）细胞的发现；（2）细胞学说的建立；（3）细胞学的经典时期；（4）实验细胞学时期；（5）细胞生物学学科的形成与发展。分析了细胞生物学学科形成的基础与条件。当前细胞生物学主要发展方向是细胞分子生物学，它是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的学科。细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的学科，它是现代生命科学的基础学科之一。
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。
第二章 细胞基本知识概要 3课时
第一节 细胞的基本知识概念
第二节 非细胞形态的生命体—病毒及其与细胞的关系
第三节 原核细胞与古核细胞
第四节 真核细胞基本知识概要
教学要求：
掌握真核细胞、原核细胞的结构特征及进化上的关系；病毒与宿主细胞相互作用的分子机制；细胞生命活动的基本含义。原核细胞的两个重要代表：细菌与蓝藻。真核细胞的可能祖先：古细菌的结构和遗传学特征。动植物细胞在结构上的差异。
真核细胞的结构可以概括为三大体系：（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。
第三章 细胞生物学研究方法 3课时
第一节 细胞形态结构的观察方法
第二节 细胞组分的分析方法
第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术
教学要求：
了解和掌握细胞生物学研究领域所使用的实验技术的基本原理和应用。
1．显微镜技术（1）光学显微镜技术：普通复式显微镜技术，荧光显微镜技术与现代图像处理技术，激光共焦点扫描显微镜技术，相差和微分干涉显微镜技术，录像增差显微镜技术。（2）电子显微镜技术：原理与基本知识，样品制备技术，扫描电镜技术，冷冻蚀刻技术。（3）扫描隧道显微镜技术：特点与优越性。
2．细胞组分的分析方法。（1）超速离心技术。（2）细胞内大分子的显示方法。（3）细胞内特异蛋白抗原和核酸序列的定位与定性：免疫荧光技术，免疫电镜技术和原位杂交技术。（4）细胞内生物大分子的合成动态：同位素标记技术结合放射自显影。（5）定量细胞化学分析技术：显微分光光度测定技术，流式细胞仪技术。
3．细胞培养技术，细胞融合与细胞杂交技术，单克隆抗体技术，细胞拆合与显微操作技术。
4．分子生物学技术。
第四章 细胞质膜与细胞表面 3课时
第一节 细胞质膜与细胞表面特化结构
第二节 细胞连接
第三节 细胞外被与细胞外基质
教学要求：
掌握生物膜的结构模型、组成与功能等基本知识。膜蛋白。
细胞膜与细胞表面特化结构：细胞质膜的结构模型，组成成分，生理生化基本特性，膜的主要生物功能，以及膜骨架的结构与功能。
细胞社会学。细胞间连接的基本概念：封闭连接、锚定连接和通讯连接的组织分布、结构特征及其功能机制。细胞表面粘着分子的类型及其细胞间的相互作用。
细胞外被和胞外基质的生化组成及其参与的生命活动。
植物细胞细胞壁的组成与生理功能。
第五章 物质跨膜运输与信号传递 6课时
第一节 物质的跨膜运输
第二节 细胞通讯与信号传递
教学要求：
掌握物质跨膜运输与信号传递的不同方式和生物学意义，以及参与运输活动的蛋白分子之间相互作用的模式。
物质跨膜运输的三种主要方式，及其各自的运输方向、跨膜动力、能量消耗等特征。
（1）被动运输：包括简单扩散和载体介导的协助扩散；负责物质跨膜转运的两类蛋白： 载体蛋白和通道蛋白，各自的结构与功能特点。
（2）主动运输：由ATP直接提供能量（Na+-K+泵，Ca+泵和质子泵），由ATP间接提供能量（协同运输）以及光能驱动三种基本类型；细胞膜电位的产生机理及生物学意义。
（3）胞吞作用与胞吐作用。两类胞吞作用：胞饮作用和吞噬作用的过程及异同；两类胞吐作用：组成型外排与调节型外排的过程及异同；膜融合与膜泡运输的基本过程模式。
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，第二信使与分子开关的概念与生理功能。
细胞受体的分类：细胞内受体和细胞表面受体。
细胞内受体的成分、结构组成及作用机理；细胞表面受体三大家族：离子通道偶联的受体、 G-蛋白偶联的受体和与酶连接的受体各自参与的信号通路一般特征。
第六章 细胞质基质与细胞内膜系统 3课时
第一节 细胞质基质
第二节 内质网
第三节 高尔基复合体
第四节 溶酶体与过氧化物酶体
第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
教学要求：
掌握细胞质基质的组成、特点与主要功能，细胞内膜系统的组成、动态结构特征与功能。
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，分别参与的重大生命活动。
高尔基体的标志反应、结构特征及其主要功能，有关高尔基体发生的几个问题。
溶酶体与过氧化物酶体的异同比较：组成成分、膜结构特征、生理功能及发生过程。
分泌蛋白合成的模型：信号假说。
细胞内蛋白质分选的基本途径（共转移与后转移）与四种基本类型。
参与膜泡运输的三种小泡类型：(1)网格蛋白有被小泡，(2)COPⅡ有被小泡和(3)COPⅡ有被小泡，及各自作用机制。
细胞结构体系的不同装配方式及装配的生物学意义。
细胞结构和生物大分子分布的不对称性。
第七章 细胞能量转换—线粒体和叶绿体 6课时
第一节 线粒体与氧化磷酸化
第二节 叶绿体与光合作用
第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源
教学要求：
掌握真核细胞内两种重要的产能细胞器——线粒体和叶绿体的基本结构特征与功能机制。线粒体的形态结构，生化特征，相关疾病及其主要功能：氧化磷酸化的分子基础、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）。 叶绿体的形态结构，化学组成及其主要功能：光合作用的反应过程（光反应和暗反应）。
线粒体和叶绿体遗传特性（半自主性细胞器），蛋白质的合成、运送和装配，增殖方式，线粒体及叶绿体的起源。
第八章 细胞核与染色体 4课时
第一节 核被膜与核孔复合体
第二节 染色质
第三节 染色体
第四节 核仁
第五节 染色体结构与基因活化
第六节 核基质
教学要求：
掌握细胞核的结构组成及其生理功能。
核被膜的组成，周期性解体与重建。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）。
染色质的概念；染色质蛋白质——组蛋白与非组蛋白的分类、功能和结构模式；染色质基本结构单位——核小体的结构特征；染色质包装的两种结构模型：多级螺旋模型和放射环结构模型；常染色质与异染色质的定义与划分。
染色体的概念；中期染色体的形态分类和各部分主要结构；染色体DNA的三种功能元件：DNA复制起点、着丝粒和端粒的特征和功能；核型的涵义与染色体显带技术；特殊发育阶段的两类巨大染色体：多线染色体和灯刷染色体的超微结构与基因转录活性。
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；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）；核仁的周期（包括rDNA转录以及细胞周期依赖性）。
活性染色质与非活性染色质的结构与基因转录特征。
核基质与核体的基本概念。核基质与DNA复制、基因表达和染色体包装与构建相关；而在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的分子货仓。
第九章 核糖体 3课时
教学要求：
核糖体的结构特征和功能。蛋白质的生物合成和多聚核糖体的概念。
两种基本类型的核糖体：70S的核糖体，主要存在于原核细胞中；80S核糖体，存在于所有真核细胞中（线粒体和叶绿体除外）。
核糖体的组装是一个自我装配的过程。研究表明，不同细胞中的核糖体可能来源于一个共同的祖先，在进化上是非常保守的。
生命是自我复制的体系，在生命起源的早期演化阶段，早期的生命分子应是既具有信息载体功能又具有酶的催化功能，因此， RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。
第十章 细胞骨架
第一节 微丝
第二节 微管
第三节 中间丝
教学要求：
掌握各种细胞骨架的动态结构和功能特征。
细胞骨架的广义涵义（包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架和细胞外基质）和狭义涵义（仅指细胞质骨架）。
细胞质骨架三大成分：微丝，微管与中间纤维。微丝的结构成分（G-actin），装配（极性），结合蛋白（myosin，Tm，Tn等），微丝性细胞骨架的功能（参与肌肉收缩、变形运动、胞质分裂等活动）。微管的结构成分（α和微管蛋白），装配（微管组织中心）。微管相关蛋白（MAP，tau等）与细胞内微管网络结构。kinesin和dynein与细胞内膜泡运输，蛋白质分选。微管功能（参与细胞形态的维持、细胞运输、运动和细胞分裂）。中间纤维的成分（组织特异性分布），装配特性，中间纤维结合蛋白（IFAP），中间纤维的推测功能。
第十一章 细胞增殖及其调控 4课时
第一节 细胞周期与细胞分裂
第二节 细胞周期的调控
教学要求：
掌握细胞周期的动态过程及其调控的分子机制。细胞分裂与细胞分化、细胞衰老的关系。
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。了解细胞周期长短的测定方法和细胞周期同步化的方法。
有丝分裂的过程，6个时期（人为地划分为前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂等几个时期）中一系列有序的变化，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），以及染色体运动的动力机制。
减数分裂的主要特点，过程，以及减数分裂相关的特殊结构变化情况。
细胞周期调控系统及其主要作用。细胞周期蛋白（cyclin）、周期蛋白依赖性激酶（CDK）的结构特点、相互作用及功能，细胞周期检验点的定义。
细胞周期的调控（运转与阻遏）机理与过程。细胞周期运行过程中蛋白质与蛋白质之间的相互作用，蛋白质网络调控。
第十二章 细胞分化与基因表达调控 3课时
第一节 细胞分化
第二节 癌细胞
第三节 真核细胞基因表达的调控
教学要求：
掌握基因差异表达与细胞分化，肿瘤的发生机制，以及真核细胞基因表达的调控过程。
细胞分化的基本概念（管家基因，组织特异性基因）和实质，影响和调节因素，及与发育过程的关系。
癌细胞的基本特征，癌基因与抑癌基因，肿瘤发生的起因与过程。
真核细胞基因表达的三个彼此相对独立的调控水平：转录水平的调控；加工水平的调控；翻译水平的调控。各调控系统的特征及生物学作用。
第十三章 细胞衰老与凋亡 4课时
第一节 细胞衰老
第二节 细胞凋亡
教学要求：
了解和掌握细胞衰老和凋亡过程的基本概念，生物学特征和可能分子机制。
细胞衰老的认识（Hayflick界限），细胞衰老的表征和细胞结构变化，以及细胞衰老分子机制的多种理论。
细胞凋亡的生物学意义，凋亡过程中细胞形态结构的变化和检测细胞凋亡的方法。
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，以及细胞衰老与凋亡的相互关系研究进展。
四、教学基本要求
授课教师在课堂上应对细胞生物学的基本概念、规律、原理和方法进行必要的讲授。按照教学内容进行详细讲授每章的重点、难点内容；讲授中应注意联系当前生物学发展的前沿问题展开讨论，启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解，弥补教材落后于科学发展的一些问题。并应采用多媒体辅助教学，注重课堂授课的重点，结合水产科学的实际内容和需要，适当突出学科特色。
除课堂教学外，教师还要做好课程论文的工作，使学生具备一定的科技论文写作和阅读外文的能力。另外，教师还要充分利用网络交流的功能，发挥学校幻幻学苑和E-class的平台，和学生做更多的交流。
五、教学方法
本课程作为大班授课，主要以教师讲述为主。
本课程采用的教学媒体主要有：文字教材（主要是翟中和和王金发的教材）、课件（包括老师对全书的系统讲授，结合国内外优秀教材的动画、模式图、PPT和网络课程）以及网上辅导（主要采用幻幻学苑、E-MAIL和QQ交流等形式）。
考试主要采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授及自学的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。
总评成绩：课程论文（课外作业）占20%、课程小实验（5次）占20%、期末闭卷考试占60%。
六、参考教材和阅读书目
1 细胞生物学 欧阳五庆 高教出版社 2007年（农林水产院校）
2 细胞生物学(第二版) 汪堃仁 北京师范大学出版社1998年11月出版
3 Molecular Biology of the Cell 4th Edition, Bruce Alberts et al., 2002
4 Molecular Cell Biology 4th Edition, Harvey Lodish et al., 1999
5 Cell and Molecular Biology 3rd Gerald Karp, 2002
七、本课程与其它课程的联系与分工
联系：细胞生物学作为现代生物学的四大学科之一，是联系分子水平和个体、群体的纽带。它建立在分子生物学和生物化学的基础上，作为发育生物学和遗传学的基础学科。现代细胞生物学的主要任务是用分子生物学的理论和方法研究细胞结构和功能。
分工：由于广泛的学科交叉，细胞生物学虽然范围广阔，却不能像有些学科那样再划分一些分支学科。如果要把它的内容再适当地划分，可以首先分为两个方面：
一是研究细胞的各种组分的结构和功能，这应是进一步研究的基础，例如基因组和基因表达、染色质和染色体、各种细胞器、细胞的表面膜和膜系、细胞骨架、细胞外间质等等；
另一方面是根据研究细胞的哪些生命活动划分，例如细胞分裂、生长、运动、兴奋性、分化、衰老与病变等，研究细胞在这些过程中的变化，产生这些过程的机制等。
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