第一篇 细胞学
细胞生物学是研究细胞的结构、功能、生活史以及生命活动本质和规律的科学，是生物科学的主要分支之一，也是生命科学和分子生物学研究的基础。本章包括细胞的化学成分，细胞器，细胞代谢，DNA、RNA和蛋白质的生物合成，有丝分裂和减数分裂，细胞工程等部分。
第二章 细胞的结构和功能
细胞生物学是现代生物学的重要组成部分，这部分知识在国际IBO竞赛纲要中占据了比较大的比例。现行的中学生物学教材对纲要中提及的很多概念都没有涉及到。因此，有必要根据纲要的内容进行补充和深化。同时也应当注意，还是要以基础知识为主，不可片面地拔高。
第一节 细胞膜
任何细胞的表面都有一层极薄的膜包围，借此把细胞内的原生质和外界环境分隔开来，这层膜叫做细胞膜或质膜。
1．细胞膜的基本组成成分
细胞膜主要是由脂类和蛋白质组成，此外含有少量的糖类，形成糖脂和糖蛋白。
(1)膜脂 细胞膜所包含的脂类主要有三种：磷脂、胆固醇和糖脂。所有三种脂类均具有亲水脂性质。它们包括一个亲水的极性头和一个疏水的非极性末端，这种一头亲水一头疏水的分子称为双型性分子或称双亲媒性分子。磷脂在脂类中含量最为丰富，占脂类的50％以上。它具有一个极性头和两个由脂肪酸链形成的非极性尾。
(2)膜蛋白 细胞膜中膜蛋白的种类相当多，可分为两大基本类型：外在膜蛋白(或称外周膜蛋白)和内在膜蛋白(或称整合膜蛋白)。
(3)膜糖类 膜结构中的糖类主要是与膜脂、膜蛋白以共价键形成的糖脂、糖蛋白。膜糖只存在于质膜的外层，它们与细胞识别有关。
2．细胞膜的流动镶嵌模型
膜结构模型迄今为止已提出了几十种，在已知的模型中，流动镶嵌模型(图1-1-19)得到较广泛的认可。它是由Singer和Nicolson于1972年通过对已有的模型进行修正而提出的。要点为：①脂双分子层是细胞膜的主要结构支架，磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相；②膜蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或镶嵌脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；③膜结构中蛋白质分子和脂类分子都能运动，具有流动性。
膜的流动性与质膜的许多重要功能相关，如：物质运输、细胞融合、细胞识别、细胞表面受体功能与调节等。
质膜中的蛋白质也是能够运动的。人们常提到的一个实验证据是1970年Frye.L.D和Eddidin．M的工作（见下图）。他们用不同的荧光染料标记的抗体分别与小鼠细胞和人细胞的膜抗原相结合，它们能分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合后形成一个杂交细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色，说明它们的抗原（蛋白质）是在融合细胞膜中互相分开存在的。但在37℃下保温40分钟后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。这说明抗原蛋白质可以在细胞膜中移动而重新分布。这一过程基本上不需能量，因为它不因缺乏ATP而受抑制。
3．细胞膜的生物学功能
(1)细胞膜与物质的跨膜运输
(2)细胞膜与细胞连接
细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞通过细胞质膜相互联系，协同作用的重要组织方式。根据行使功能的不同，细胞连接可分为封闭连接、锚定连接、通讯连接。
①封闭连接 紧密连接是封闭连接的主要形式，一般存在于上皮细胞之间，紧密连接可阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧扩散到另一侧，因此起到重要的封闭作用。
②锚定连接 锚定连接在机体组织内分布很广泛。通过锚定连接可将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连，形成一个坚挺、有序的细胞群。锚定连接具有两种不同形式：与中间纤维相连接的锚定连接主要包括桥粒和半桥粒；与肌动蛋白纤维相连接的锚定连接主要包括粘着带与粘着斑。两个细胞之间形成的钮扣式的连接结构称为桥粒，它将相邻的细胞铆接在一起，同时它也是细胞内中间纤维的锚定位点。半桥粒在形态上与桥粒类似，但功能和化学组成不同。粘着带一般位于上皮细胞紧密连接下方，相邻上皮细胞间形成的一种连续的带状结构。粘着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的一种连接方式。粘着斑与粘着带均起着附着和支持功能。
③通讯连接 通讯连接包括间隙连接、植物细胞中的胞间连丝、神经细胞间的化学突触。
间隙连接是两个细胞的质膜之间有2—3 nm的间隙的一种连接方式。构成间隙连接的基本单位称连接小体。一些小分子物质可通过连接小体中的中央孔道自由进出相邻细胞。间隙连接主要分布于上皮、平滑肌及心肌等组织细胞间。
胞间连丝是植物细胞间特有的连接方式。如图1—1—20所示，在胞间连丝连接处的细胞壁不连续，相邻细胞的细胞膜共同形成20～40nm的管状结构，是物质从一个植物细胞进入到另一个植物细胞的通路，它在植物细胞间的物质运输和信息传递中具有重要作用。
化学突触是存在于可兴奋细胞之间的连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。化学突触是相对于电突触而言的，它们共同完成可兴奋细胞之间的通讯。
(3)细胞膜与细胞的识别
细胞识别一般是指细胞通过其表面的特殊受体与胞外的信号分子或配基选择性地发生相互作用，从而引起胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。如开花植物的雌蕊能否接受花粉进行受精，高等动物和人类的免疫功能都要靠细胞的识别能力。一般认为细胞识别与细胞表面的糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖有关。
(3)细胞膜与信息的传递
体内激素、神经递质和药物对细胞代谢的调节作用都与细胞膜密切相关。各种含氮激素、神经递质和某些药物在影响它们靶细胞的机能活动时，并不直接进入这些细胞内，而只作用于细胞膜上的相应受体(是一种复杂的膜蛋白)，使受体发生构象的改变，从而激活了另一个膜蛋白(腺苷酸环化酶)的活性。腺苷酸环化酶被激活后，可催化细胞内的腺苷三磷酸(ATP)变为环腺苷酸(cAMP)，cAMP作为第二信使进一步催化细胞内一系列连锁反应，以调节细胞的代谢，产生一定的生理作用或药理作用。
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