细胞生物学导论

• 细胞是生命的基本单位，构成所有已知生物体的结构和功能单位。
• 细胞生物学是生物学的一个分支，研究细胞的结构、功能和行为。

细胞学说的主要原则

• 所有生物都由一个或多个细胞组成。
• 细胞是所有生物体的基本结构和功能单位。
• 所有细胞都来自已存在的细胞。

细胞的类型

• 原核细胞结构简单，没有细胞核或其他由膜包裹的细胞器，例如细菌和古细菌。
• 真核细胞结构复杂，拥有细胞核和其他由膜包裹的细胞器，例如线粒体、内质网和高尔基体，例如植物、动物、真菌和原生生物。

细胞的主要结构

• 细胞膜是由脂质双分子层环绕在细胞周围，具有选择性的通透性，控制物质进出细胞。
• 细胞质是存在于细胞膜以内，细胞核以外的果冻状物质，包含细胞器。
• 细胞核是真核细胞中含有遗传物质（DNA）的细胞器，控制细胞的生长、代谢和繁殖。
• 细胞器是细胞内的专门结构，执行特定的功能，例如能量生成、蛋白质合成和废物处理。

重要的细胞器及其功能

• 线粒体通过细胞呼吸产生能量（ATP）。
• 内质网（ER）参与蛋白质和脂类的合成及运输；粗面内质网上有核糖体，参与蛋白质的合成；滑面内质网参与脂类和类固醇的合成。
• 高尔基体加工、分类和包装蛋白质及脂类，以便运送到细胞内的其他部位或细胞外。
• 核糖体合成蛋白质，存在于细胞质中或附着在内质网上。
• 溶酶体包含消化酶，分解细胞内的废物和碎片。
• 过氧化物酶体参与脂肪酸的氧化和其他代谢反应，并可以分解过氧化氢。
• 中心体在细胞分裂中起作用，组织微管。
• 叶绿体（仅植物细胞）进行光合作用，将光能转化为化学能。
• 液泡（主要存在于植物细胞）储存水、营养物质和废物，维持细胞的膨压。
• 细胞壁，存在于植物、细菌、真菌中，提供细胞支持和保护。

细胞膜的组成和功能

• 细胞膜主要由磷脂双分子层、蛋白质和碳水化合物组成。
• 磷脂分子排列成双层，亲水头部朝向内外两侧的水环境，疏水尾部朝向内部。
• 膜蛋白执行多种功能，如物质运输、信号转导、细胞识别等。
• 膜上的碳水化合物与蛋白质或脂类结合形成糖蛋白和糖脂，参与细胞识别和细胞间的相互作用。

物质进出细胞的运输方式

• 被动运输不需要细胞消耗能量，物质顺浓度梯度或电化学梯度移动。
• 扩散指物质从高浓度区域向低浓度区域移动。
• 渗透指水分子通过半透膜从水势高的地方向水势低的地方移动。
• 协助扩散通过膜蛋白的帮助，物质顺浓度梯度移动。
• 主动运输需要细胞消耗能量（通常是ATP），物质逆浓度梯度或电化学梯度移动。
• 胞吞作用是细胞通过细胞膜内陷吞噬细胞外的物质。
• 吞噬作用指细胞吞噬较大的颗粒或细胞碎片。
• 胞饮作用指细胞吞噬细胞外液体和小分子。
• 受体介导的胞吞作用是细胞通过与特定受体结合来选择性地吞噬特定分子。
• 胞吐作用是细胞通过囊泡与细胞膜融合，将细胞内的物质释放到细胞外。

细胞通讯

• 细胞通过化学信号进行通讯，这些信号可以是蛋白质、肽、氨基酸、核苷酸、类固醇或气体。
• 细胞通讯的方式包括：
  • 直接接触：细胞间的直接物理接触，如细胞连接。
  • 旁分泌信号：细胞释放信号分子影响附近的细胞。
  • 内分泌信号：细胞释放激素，通过血液循环影响远处的细胞。
  • 神经信号：神经细胞释放神经递质，通过突触影响靶细胞。
• 信号转导：细胞接收到信号后，通过一系列分子事件将信号传递到细胞内，最终引起细胞的特定反应。
• 信号通路：信号转导过程中涉及的分子和反应的集合。

细胞周期

• 细胞周期是有规律的细胞生长和分裂的过程，包括间期和分裂期。
• 间期：细胞生长，复制DNA，为细胞分裂做准备，分为G1期、S期和G2期。
  • G1期：细胞生长和代谢活跃。
  • S期：DNA复制。
  • G2期：细胞继续生长，合成细胞分裂所需的蛋白质。
• 分裂期：细胞分裂成两个子细胞，包括有丝分裂和细胞质分裂。
  • 有丝分裂：细胞核分裂成两个相同的细胞核，分为前期、中期、后期和末期。
    • 前期：染色质凝缩成染色体，纺锤体开始形成。
    • 中期：染色体排列在细胞的中央（赤道板）。
    • 后期：姐妹染色单体分离，向细胞的两极移动。
    • 末期：染色体解旋，形成新的细胞核。
  • 细胞质分裂：细胞质分裂成两个独立的细胞。

细胞凋亡

• 细胞凋亡是程序性细胞死亡，是细胞生命周期中正常且受控的过程。
• 细胞凋亡在生物体的发育、组织稳态和免疫反应中起着重要作用。
• 细胞凋亡的特征包括细胞体积缩小、染色质凝缩、DNA断裂和形成凋亡小体。
• 细胞凋亡通过caspases（一类蛋白酶）的激活来执行。

细胞分化

• 细胞分化是指细胞在形态、结构和功能上变得专门化的过程。
• 细胞分化是基因表达调控的结果，不同的细胞表达不同的基因。
• 干细胞是具有自我更新和分化成多种细胞类型能力的细胞。
  • 全能干细胞：可以分化成任何类型的细胞，包括胚胎和胚胎外的组织。
  • 多能干细胞：可以分化成多种细胞类型，但不包括胚胎外的组织。
  • 单能干细胞：只能分化成一种细胞类型。