医学心理学 （三）心理剧技术 心理剧利用多种多样的角色扮演技术，帮助当事人作为演员，把他们自己的问题通过戏剧的方式表现出来，通常是以某种心理冲突情境下的自发表演为主，这种方式有利于增加他们对自身冲突的理解。在表演当中参与者的人格特征、心理冲突、人际互动模式等都会慢慢呈现出来。作为一种咨询技术，角色扮演常常帮助当事人更好地宣泄情绪、去审视自己和其他人。例如，它可以用来实地演练那些对当事人来说存在困难的社交场景。角色扮演甚至可以由指定的工作人员在某个小组场景中加以运用。除了角色扮演以外，心理剧常用的技术还有角色训练、角色交换、替身、独白、镜像法、未来投射、附加现实等。


医学心理学 （四）格式塔小组 格式塔小组治疗方法用于强化和澄清小组成员的意识体验。这类练习的做法之一是引出语言与人格二者之间的联系。例如，告知参与者，个入化的语言是使用“第一人称（我）的陈述＂。治疗师可以帮助参与者意识到他们是怎样使用语言来贬损自己的各种体验的，比如，使用语言来否认他们的能力和责任。使用”但是“这个词，通常把说话者先前的陈述打上折扣。为了增加当事人对语言的这种力量的意识，要求当事人用“不能”代替“不会”（这里的“不会”大致意思是：将不会发生某事或不愿发生某事），用“我需要“代替“我想要“，用“我选择“代替“我必须＂。让参与者注意他们在改变语言模式时各种感受的差异。以团体方式实施某些心理治疗技术时，如松弛训练、生物反馈、催眠疗法等，其方法以各种心理治疗的要求为主。单独的团体心理治疗因其种类较多，方法各异，实施时应根据不同方法的具体要求进行。 （曾勇）第九节正念疗法—、概况 当今西方医学、心理学、脑神经科学、教育学界，正兴起一股研究和应用东方佛道文化与修行技能的潮流。基千正念的疗法已经成为现代心理治疗的一个重要势力。


医学心理学 （一）正念的源流与概念 正念源自根本佛教的八正道即正见，正志，正语，正业，正命，正精进，正念，正定。正念的巴利文称为Sati，本意是全神贯注对目标保待清楚的觉知。此即正念的本质。正念在英语中翻译为"mindfulness"，其意是留心、专注、全神贯注，是一种注意力和觉知力。


医学心理学 （一）正念的源流与概念 自20世纪50年代，日本禅学家铃木大拙(Suzuki)开始在美国各地传播佛学，将禅宗与精神分析理论进行比较，禅宗所蕴含的人本主义精神受到美国的广泛注意。佛教的修行理念与方法，曾以各种机缘影响到心理治疗的发展。许多心理学家和心理治疗师认真阅读禅学著作，并积极参与禅修实践。美国的禅宗热潮是正念思想进入心理学的直接原因。在美国人眼里，佛教不但能满足个人精神需求，也特别强调人与人之间的温情，能填补人心灵上的空虚感。心理学家们对意识活动与心理状态的研究产生了新的兴趣，他们意识到禅(zen)具有满足精神需求，缓解压力与心理治疗的功效。到70年代，禅宗在西方心理学中，尤其是在精神分析与心理动力学派、人本主义与超个人心理学派中已经变得不再陌生。现代社会人们更倾向于自己解决问题，而不是从治疗师那里被动地接受询间、审查以及建议。这是一个自我学习、自由发展，自我保健治疗的热潮兴起的时代。正念状态的自我指导、全面健康思想以及神秘性、简单性，不仅满足了现代社会的需求，也满足了心理治疗系统进一步发展与变革的需求。


医学心理学 （一）正念的源流与概念 美国麻省大学的卡巴金(Kabat-Zinn J)博士，在70年代首先将正念从佛教禅修中引入心理学领域，以正念为理论基础发展出正念减压疗法(mindfulness-based stress reduction, MBSR)，推动了现代心理治疗的新发展。卡巴金将正念定义为：一种觉知力，是通过有目的地将注意力集中于当下，不加评判地觉知一个又一个瞬间所呈现的体验，而涌现出的一种觉知力。正念的核心在于两点：一是将注意力集中于当下；二是对当下所呈现的所有观念均不作评价。即培养一种对此时此地的觉知力，并保待一个开放和接纳的态度。非评判是指不埋怨自己、环境和他人，这是充分意识到当下心身感受或经验的必要条件。在正念的状态中，人是没有任何的目标和欲望的，但在这个过程中，一个人为什么能够保持这种状态？为什么一个人能够进行不断的正念练习？这就说明这个人可能就是渴求这种正念的状态。一个人持续不断地进行正念练习，就是想减轻以至消除痛苦，洞悉事物的本质特征。这就是正念的奇妙之处，在无欲无求中实现训练者的目标。


医学心理学 正念状态的三轴模型： 美国心理治疗师Shapiro等入基千正念的心理状态提出了正念要素的三轴模型（图13-3):图13-3正念要素的三轴模型(IAA模型） 轴I：目的一为什么做正念训练。 轴Il：注意正念训练的核心。即在正念训练的背景下，注意个人当下身心内外的体验。轴皿态度一一以一种没有价值评判、接纳、善意、开放的态度对待内在和外在的体验。从上述模型中可提取出正念状态的主要心理的要素：1.再感知目的、注意、态度是正念的三个基本因素，也是正念练习者获得改变的重要变量。基于这几个因素，我们可以发现正念的机制，即：再感知一—以有意的、开放的、非评判的注意导致信念的根本改变。2.暴露直面痛苦的想法、情绪、身体感觉等，不回避。越是敢千面对，就越不会为这些想法、情绪、身体感觉所控制、困扰。德山禅师用＂棒打＂，临济禅师用＂喝斥＂，以引起学徒的震惊和醒悟，使他们不再默守陈规和陋俗，即熟称的“当头棒喝法”。认知、情绪、行为的弹性：促进个人做出更适宜的、灵活的对环境的反应，而不是由认同于个人当前体验而导致的反射性想法、情绪和行为。


医学心理学 轴I：目的一为什么做正念训练。 3.接纳接纳认知、情绪、思维、感觉等，不试图改变它们。在道法自然，返朴归真的思想指导下，尽力利用自然环境的空旷、宁静、清新的有利因素，以减轻和放松来访者的精神创伤和压力，逐步转换并完善自我意识。4.自我调节有意地培养非评判的注意，将一个人与当下身心内外的真实体验连接，进而引起自我调节，做出合适的反应。5.价值澄清通过观察分离我们的价值观，更客观地反思，发现和选择对我们来说更真实的价值观。


医学心理学 （二）正念治疗的有效因素 正念的状态，要求心理总处于注意眼前发生的事情，同时也体验自身感觉的状态，这并不容易做到。因为人的习性反应所致，对快乐的追求和痛苦的回避，使人总是处千一种焦虑和痛苦当中。使心理处于正念状态，能够把人从痛苦的思维、情绪中抽离出来，减轻症状造成的伤害，称为去中心化过程。这些机制能够使意识从僵化的关于自己和世界的框架中解脱出来。当正念的意识状态能够建立起来时，一个人能对他的环境进行重新的定位，能够产生心理弹性。正念训练可使病人的意识功能变得更强大，如注意稳定、觉知清晰，能接纳和承受痛苦，化解冲突和超越障碍的柔软心态，使思维从冲突和障碍中解脱出来。“注意”是对这种意识的定向关注，＂觉知”是对自身和外部环境的意识，通过定向的觉知个体可以全面了解内外部世界而不是局限于某种心念。在正念训练过程中，最新的正念神经机制研究还揭示了身心相互作用对正念训练和状态保持的重要性，即中枢神经系统与自主神经系统的协调与互动，这种相互作用可以有效促进“身心整合”的优化状态，进而获取更多的大脑资源去有效地注意、觉知、去中心化以及改变固化的自我思维定式。


医学心理学 （二）正念治疗的有效因素 正念可以被看作是一种集中注意力的方法，也可以被看作是一种包含自我意识的对此时此刻的觉知或一系列与自我调节、元认知和接纳相关的心理过程。正念概念从古典向现代发展的过程中，其宗教色彩逐渐淡化。现代意义上的正念已经成为一个不断发展、内涵不断丰富的心理学概念。 二、方法（一）正念减压疗法 卡巴金于1979年创立并开始推广其基于正念的减压疗法(MBSR)。MBSR采取的是连续8~10周，每周1次的团体训练课程形式，每个团体不超过30人，每次2.5~3小时，不仅实际练习正念禅修，也讨论如何以正念和平等心来面对与处理生活中的压力和自身疾病，并在第六周进行一整天约7至8小时的全程禁语的密集型正念禅修。具体练习有45分钟的身体感受扫描以及坐禅（以端坐的方式观察呼吸的感受）、行禅（在日常的走路、站立和吃饭等活动过程中保持正念）等等。MBSR受到病人的欢迎，减压门诊也千1995年扩大为“医疗、保健与社会正念中心”。现在正念中心不仅提供治疗，也为医学院学生及医护人员、心理治疗师、教育工作者等提供相关的师资训练。MBSR也是当前得到应用和研究最多的正念疗法。


医学心理学 正念减压疗法的基本技术：230第十三章心理干预各论 伽的过程中体验运动和拉伸的躯体感觉。（二）正念认知疗法正念认知疗法(mindfulness-based cognitive therap y, MBCT)是在卡巴金的正念减压项目的基础上发展起来的，用于对有不止一次复发经历的抑郁症病人，在康复期减少复发的干预方法。 （三）辩证行为疗法 辩证行为疗法(dialectical behavioral therapy, DBT)，源于20世纪90年代美国华盛顿大学教授Linehan M(1993)最初对有自杀倾向的边缘性人格障碍病人的治疗，后来逐渐扩展到对进食障碍、有治疗阻抗的抑郁症病人，及物质滥用等类型病人行为问题的治疗。 （四）接受承诺疗法 接纳承诺疗法(acceptance and commitment therapy, ACT)是美国临床心理学教授海斯(Hayes SC)及其同事千20世纪80年代末至90年代初创立的一种新的行为治疗。ACT与正念减压(MBSR)、正念认知疗法(MBCT汃辨证行为疗法(DBT)等被认为是认知行为治疗的第三代浪潮。


医学心理学 （四）接受承诺疗法 由海斯发展的接纳承诺疗法(ACT)更强调情景与症状的联结性，用体验性的改变策略补充直接的认知说教性的策略；旨在寻求建立更宽广、灵活、有效的应对方式而不仅针对狭窄的心理问题的具体认知内容进行反驳；治疗中强调所检验问题间的联系性。ACT采取一种功能清境主义的取向，这决定其与传统的行为疗法在问题定义、治疗目标以及治疗策略与具体技术的不同。功能情境主义与机械论相对立，强调理解事物与分析问题必须动态地考虑整个事件及其发生的背景。由于以预测和影响行为为目标，行为分析被置于功能情境主义框架中，其核心命题为，心理事件被看作是“一系列正在发生千有机体整体与历史和环境决定的情景之间的交互作用＂。因此，ACT对那些“负性的”“非理性的“心理事件也保持开放态度，于是冥想接纳，去融合等成为重要的技术。


医学心理学 治疗目标与六大核心概念： ACT治疗的目标在于提高心理灵活性，即更多地与此时此刻联结，在改变与坚持某种行为之间保待灵活，进而实现有价值的结果。ACT治疗的六大核心概念，从不同侧面用千改变原有的语言进程带来的影响：(6)承诺的行动(committed ac tion)：帮助来访者将价值观落实到具体的短期、中期、长期目标并加以实践。接纳、认识去融合、联结此时此刻、情境化自我这四者属千接纳与正念(mindfulness)技术；联结此时此刻、情景化自我、澄清价值观、承诺的行动这四者属于承诺与行为改变技术。 ACT治疗的具体技术： (1)挑战旧思路：由于ACT要挑战来访者日常使用的应对策略，所以治疗师通常在治疗开始就会让来访者反思之前尝试过多少种失败的方法，并询问来访者是相信自己的思维还是相信实际经验，目的在于用来访者的亲身经历去挑战之前的直接消灭问题的思路。


医学心理学 ACT治疗的具体技术： (2)明确＂控制是问题”：试图压制思维与清感反而会使被压制的对象得到重复而增加，为了使来访者明白这个原理，治疗师会指导来访者进行“不要想咖啡＂的实验：先简单描述咖啡的各种性质，然后要求来访者在接下来的时间里唯一要做的就是不要想任何前面提到的咖啡的性质。通过类似实验使来访者明白他们试图控制自动化思维、情感与记忆的过程是在进行一场绝不会获胜的游戏。(3)去融合练习：＂牛奶牛奶”是认知去融合技术的典型练习：治疗师和来访者在短时间内大声地重复“牛奶”一词，一段时间后来访者会发现“牛奶”一词失去了原有的意义，而变成了一个单纯的词汇。这个练习使得来访者体验认知去融合的含义，理解词语仅仅是词语。(4)学习正念技术：为使来访者更好地掌握正念的技术，治疗师将正念技术形象化：要求来访者想象一队小人列队从左耳走出绕过眼前走进右耳，每个小人举着印有图片和词语的牌子，要求来访者保持旁观，让队列自由行进而不使自己陷入其中。这一过程经常作为家庭作业，可以使来访者体验观察自己的思维与依思维观察世界的区别。


医学心理学 ACT治疗的具体技术： (5)情境化自我：为使来访者从概念化自我的视角转换到情境化自我的视角，治疗师会用棋盘比喻：让来访者想象一个无限延伸的棋盘上摆着对阵的白子和黑子，白子是积极体验，黑子是消极体验。来访者努力支持白子赢过黑子，因为黑子占优就意味着来访者的自我概念受到威胁，千是来访者的一部分体验成了自己的敌人。而治疗师会提醒来访者，与其认为自己是白子，不如认识到自己只是棋盘，来访者可以有痛苦的记忆和不好的想法，白子和黑子的战斗也还会继续，但来访者可以让战斗继缕而不必生活在战区。通过这一比喻，来访者对自我的理解，从被各种标签概念化的自我(conceptualized self)，转换成了作为情景化自我。通过这一转化，来访者不再视负性体验为威胁，进而也增强了与此时此地的联结。(6)澄清价值观：以价值观为行动导向是ACT的特色。治疗师会问来访者希望自己的生命彰显了什么，甚至让来访者想象自己的葬礼，希望墓碑或悼词上写些什么，以此澄清来访者在若干主要生活领域的价值观。治疗师会强调价值观是一个不断追求的方向而不是某个具体的可实现的目标，强调价值观的澄清是个人选择而非受限于评估或判断。


医学心理学 ACT治疗的具体技术： (7)行动承诺：最后来访者要承诺做出与价值观相联结的行动，这一部分广泛地采用传统行为疗法的各种技术。此阶段会设定短期与长期的具体目标，使来访者一步一步地实践更加灵活的行为模式。 （傅文青）232第十三章心理干预各论欲记第十节危机干预一、概况（一）危机的概念 危机(crisis)是指超越个体或者群体承受力的事件或境遇，导致个体处千心理失衡状态。换句话说，危机是指个体运用固有应对应激的方式或机制仍不能处理目前所遇到的外界或内部应激时，所表现出一种偏离常态的反应。危机往往是突发的、出乎预料的；对遭遇危机的个体而言，通常危险和机遇并存。 （二）危机的分类根据James和G曲land对危机的分类，可分为四类： 1发展性危机(developmental crisis)是指在正常成长和发展过程中出现的具有重大人生转折意义的事件，导致个体出现的异常反应，如大学毕业面临择业问题，人到中年面临职业的变换，临近老年面临退休问题等。发展性危机一般认为是正常的，个体会从失衡状态中寻找新的自我秩序；如果处理得当，可以成为重新认识自我和学习成长的发展契机。


医学心理学 （二）危机的分类根据James和G曲land对危机的分类，可分为四类： 2.境遇性危机(situationa l crisis)是指对于异乎寻常的事件，个体无法预测和控制其何时出现的危机。境遇性危机常具有突发性、震撼性、强烈性和灾难性等特点，个体可产生强烈的情绪体验。此类危机，通常超出个体的应对能力之外。3.存在性危机(existential crisis)是指对有关人生目的、自由、责任、生命意义及价值等重要哲学及心理问题，所出现的内心冲突和焦虑。这些往往是诸多心理困扰的深层次原因。如果个体能找到真正的自我和生活的意义，他心理将会更健康、内心更富智慧。4.环境性危机(environmental crisis)根据生态系统论的观点，对千一个生态系统而言，所有的子系统之间都是相互关联、相互依赖的。当自然或人为的灾难降临到某人或某一人群时，这些人身陷其中，反过来又影响生活中的其他人。


医学心理学 （三）危机干预的概念 危机于预(crisis interventi on)是对处于困境或遭受挫折的人予以关怀和短程帮助的一种方式。尽管危机干预是在短程心理治疗基础上发展起来的治疗方法，但干预者通常把心理危机视作心理问题处理，而不作为疾病进行处理。通常危机干预主要以解决问题为目的，强调时间紧迫性和效果，不涉及对当事人的人格矫正。 二、方法(—)危机干预的评估 评估是实施危机干预的首要步骤，也是实施危机干预的重要部分。评估时需注意以下几点：1．对危机的评估要全面在千预初期，危机干预者必须对干预对象的情绪、认知、行为和躯体功能活动状况，危机事件的严重程度，当事人自杀或他杀的可能性，可利用的资源，及可供选择的应对方案等，进行全面评估，并与当事人建立良好的工作关系。2.对危机的评估要快速与其他的心理治疗不同，危机干预非常强调时间紧迫性。在实际干预时，危机干预者通常不能像其他心理治疗师有充足的时间进行心理评估。比如当个体遭遇强暴、乱伦虐待意外、堕胎、文化冲突、失业、地震、水灾、空难、疾病爆发、恐怖袭击、战争等，心理处千危机或崩溃状态时，在短时间内尽可能收集有效信息并分析出症结所在，就变得非常重要。


医学心理学 二、方法(—)危机干预的评估 3．对自杀风险的评估确保安全是工作的首要前提，因此如果当事人存在自伤、自杀、伤害他人及破坏公共设施的可能性时，应高度重视其潜在的风险。应从当事人入身安全及心理安全的角度，对当事入的自杀或他杀的可能性、危机事件的严重性和紧迫性、当事入面对危机的调节能力及危险性等方面做出评估。4.危机评估的询问技巧面对处千危机中的当事人，危机干预者也会体验到很复杂的情感，包括绝望、愤怒、焦虑、矛盾、悲伤、拒绝。重要的是危机干预者不能让这样的感受影响到他们对当事人的专业评估和干预。在初始评估中，从共清的、无威胁性的陈述和询问开始，使当事入能够更容易与危机干预者分享他们内心的感受和想法。5.附加信息的佐证作用从与当事人熟悉的人那里获得附加的信息也很关键。对于危机干预者，当事人的家庭成员、朋友、老师、同事都可能是完成评估的重要资源。在与青少年的工作中，常会发现他们很忌讳泄露其私人信息。因此，在工作中要给他们说明，面谈中获得的信息是保密的，但那些属于危害性极大、可能伤害青少年的信息除外。


医学心理学 二、方法(—)危机干预的评估 6.儿童评估的特殊性(1)优先关注儿童：儿童处在身心快速成长发育的关键阶段，其身心的发展更容易受到各种自然与人为灾难的破坏。因此，在危机干预中要优先关注儿童。(2)错误不在儿童：儿童面临灾难的反应有别千成人，他们常常会认为灾难的发生是他们自己的错。因此，需要反复向儿童说明，灾难的发生不是他们的错。(3)鼓励多种表达方式：处于危机中的儿窟，其表达方式也有别于成人。成人要反复向儿童承诺爱他，会照顾他免受伤害，鼓励儿童说出内心的恐惧，允许儿童哭泣和表达悲伤，不要过分强调勇敢或坚强，不要批评儿童暂时出现的一些幼稚行为。当有些孩子不能使用语言来表达他们内心的恐惧时，可以鼓励他们采用玩具、道具、画笔等工具进行表达，也可以就地取材选用石头、沙子等，进行各种游戏活动帮助他们表达。(4)帮助儿童理解灾祸：成人要在恰当的时间，以儿童能够理解的方式，为儿童提供有关灾难的准确信息，鼓励儿童提问，并给予积极的解释和引导。


医学心理学 （二）危机干预的实施步骤 1.明确危机问题进行危机干预的第一步是，需从当事人的角度理解和明确所面临的危机是什么，使用有效的提问技术和积极的倾听技术，设身处地地理解什么样的事件使当事人处于危机当中。在关注言语信息的同时，也需注意当事人的非言语信息。2.确保当事人的安全是指尽可能将当事人在身体上或心理上，对自己或他人造成危险的可能性降到最低，这是进行危机干预最重要的内容。(1)对自杀的干预：如果当事人的自杀风险很高，而且家庭支待系统不良，这时候最紧急的干预就是要收其住院。如果病人自杀是因为精神疾病的发作，首先考虑药物干预。但如果是失恋等心理问题，更多的是要给予共情和陪伴。待当事人度过急性期，不再自杀的时候，可建议转入下一步的心理治疗，处理其内心的丧失感、早年的分离体验等心理间题。(2)对其他危机的干预：告诉当事入，会有更好的方案来替代目前表现出的冲动性和自我毁灭行为，并采取适当的措施确保安全。如将遭遇家庭性创伤或暴力的当事人转移到安全场所，让受灾人群尽可能迅速地撤离灾难现场等。


医学心理学 （二）危机干预的实施步骤 3.提供支持支持意味着危机干预人员，更多的像妈妈一样，给予病人理解和陪伴；支待也意味着在必要的时候，要帮助其寻求法律等援助；支持还意味着要帮助病人寻找其生活中积极资源。危机干预者以一种无条件、积极关注的态度，通过言语和非言语的行为，让当事人感到危机工作者是真正关心他在乎他的入，使当事人相信他的事情就是危机干预者的事情。4.诊察可供选择的方案帮助当事人寻找目前可供利用的各种方案，寻求有效的环境支持、应对机制和积极的思维方式。如对于无家可归的当事人，可建议其联系亲友，或向政府有关部门寻求帮助，以找到临时的居住场所。5.制定计划和当事人商量及讨论，帮助当事人制定出一个切实可行的应急方案，以促使当事人尽快恢复心理的平衡，顺利度过危机状态。6.获取承诺促使当事人对自己做出承诺，保证以实际行动实施所制定的具体方案，并积极行动，从而度过危机时刻，重新恢复正常。＼叩{t}危机干预是一种急救工作，是预防性的，必须在事件发生的短期内完成，其工作的形式可以是小组，也可以是个别。危机干预的技术主要包括以下几类。


医学心理学 （二）危机干预的实施步骤 1.心理急救技术心理急救(psychological first aid, PFA)是指对遭受创伤而需要支援的个体提供人道性质的支持。PFA包括以下的主题：在不侵扰的前提下，提供实际的关怀和支持；评估需求和关注；协助人们满足基本需求；聆听倾诉，但不强迫交谈；安慰求助者，帮助他们感到平静；帮助求助者获得信息、服务和社会支持；保护求助者免受进一步的伤害。2.支持性技术包括建立相互信任、沟通良好的治疗关系，应用倾听、共情、关注、接纳、鼓励、解释、保证等干预手段，使当事人感到被理解、关怀和温暖，减少绝望感，缓解当事人的情绪危机，帮助当事人理性面对危机事件。3.稳定化技术就是通过引导想象练习，帮助当事人在内心世界中构建一个安全的地方，适当远离令入痛苦的情景，并且寻找内心的积极资源，激发内在的生命力，重新解决和面对当前困难的能力，促进对未来生活的希望。常用的稳定化技术主要有放松技术、保险箱技术、遥控器技术、内在智者技术和安全岛技术等5种。


医学心理学 （二）危机干预的实施步骤 4.问题解决技术是指根据当事人的需要及可利用的资源，采用非指导性的、合作性或指导性的方式，让当事入找到应对危机和挫折的方法，帮助其度过危机，增强其适应力。该技术以改变求助者的认知为前提，可以采取以下步骤：O会谈：疏泄被压抑的情绪情感；＠认识和理解危机发展的过程及与诱因的关系；＠学习问题的解决技巧和应对方式；＠帮助求助者建立新的人际交往关系；＠鼓励个体积极面对现实、关注社会支持系统的作用。5.危机事件应激晤谈技术对于灾难的危机干预一种最为有效的方式是危机事件应激晤谈(critical incidence stress debriefing, CISD)。这种疗法主要采取一种结构化的小组讨论的形式，引导灾难幸存者谈论应激性的危机事件。干预通常在危机发生的1~2天内进行，每次需要大概2~3小时的活动时间。整个活动分为介绍阶段、事实阶段、感受阶段、症状阶段、辅导阶段及恢复阶段等6个部分。6.哀伤处理技术哀伤是一种涉及心理、行为和躯体感觉的整体感受。哀伤的处理对于求助者重建心理平衡、恢复自我功能是极其重要的。哀伤处理过程包括接受丧失、经历痛苦、重新适应及重建关系等4部分。


医学心理学 （薛云珍）第十一节其他疗法一、积极心理干预 （一）概况积极心理学(pos山ve psychology)是由美国心理学家Seligman和Csikzentmihaly千2000年创立，积极心理干预(positive psychological interventions, PPI)是一种以积极心理学为指导的心理疗法，被定义为有意识地增加正面状态的认知或行为（如积极情绪，对生活的满意度），而不是减少负面状态（如抑郁，焦虑）的活动，也就是通过有意向的活动培养积极的态度、积极的行为或积极的认知，以增强幸福感而改善抑郁症状。简而言之，PPI是通过积极进程促进积极成果的一种心理干预。PPI旨在促进幸福，间接降低精神痛苦的严重性。PPI不是简单地告诉人们“积极地”或“快乐地”，而是一种具体的策略，允许人们通过一些间接的手段来经常提高他们的幸福——比如通过寻找自己的优势或参与善意的行为。 根据这个定义，PPI通常分为七类形式： 1.品尝式经历指以目标延长或放大该时刻的故意关注为目标，有意识地享受感官体验（如品味或触感），保持目前的时刻（活在当下），或者在生活中重播或分享积极的事件。


医学心理学 根据这个定义，PPI通常分为七类形式： 2学习感恩和表达谢意旨在培养自己对于来源于其他人及生活中积极事物的感激之情。一些感激的活动包括通过信件或访间以表达对他人的感激，其他活动如通过记录自己对生命的祝福等等正性事件。3.练习善意的行为包括故意为他人做好事，无论是花钱还是时间。如花费少量的钱为陌生人购买咖啡或捐赠慈善机构，又如志愿为非营利组织提供自己的时间做义工。4.以追求生命意义为导向的活动即着重千理解自己的价值观和奋斗目标，在某些情况下，规划符合自己价值观或者积极追求目标的方式。这个类别可以涉及诸如设定目标的活动，反映一个人的工作意义，或者反映一个人的整体生活，促进一体化和一致性。5.建立对未来的希望是指通过有意向的乐观活动促使人们培养积极的未来预期。换句话说，人们被要求想象他们的“最好的未来的自己＂，假设一切美好的未来都尽可能的会发生，或者积极预测人生中的具体事件。6.识别和运用自己的优点是要求人们专注于自己的优势（而不是他们的缺陷）。例如，以优势为基础的活动将促使人们以新的方式写出自己的优点或者有意识的使用它们。


医学心理学 根据这个定义，PPI通常分为七类形式： 7．建立对自我和他人的同情心旨在通过培养理解感来理解自己和他人。这些活动包括爱心冥想，宽恕和内省等策略。例如，在慈爱冥想中，个人通过练习冥想技巧培养对自己和他人的积极情绪。


医学心理学 第五周：积极、有建设性地回应。236第十三童心理干预各论 指导参与者在他人与自己分享好消息的时候仔细聆听并练习如何回应，改变自己原本的应对方式，学会以积极的（也就是可见的、热情的）、具有建设性的（也就是正面的）方式回应。第六周：总结人生。参与者想象他们希望传记作家在结束一段漫长而精彩充实的人生结束时如何描述自己。要求参与者写一篇一到两页的文章，描述自己希望如何定义自己的个性和成就，然后反思他们是否在日常生活中追求到这些目标。维持阶段－要求参与者选择一到两个活动，在接下来的几个月内定期进行实践，以此作为维持疗效的一种方式。活动可以根据需要进行适当调整，以适应个人的生活。（三）评价与适应证PPI是一种可行性和耐受性较好的心理治疗病入接受度高，总体疗效明确，但PPI的个体化差异很大，人们需要时间来确定哪些治疗方式以及治疗的频率适合自己。动机水平、活动偏好，对于幸福的信仰以及幸福的基准水平都在不同的程度上影响着PPI在个人应用上的发挥。此外，有些证据表明，刻意追求幸福可能会带来相反的结果。例如，如果入们刻意追求幸福后不能增加幸福感，那么随之的失望可能会带来更大的沮丧。


医学心理学 第五周：积极、有建设性地回应。236第十三童心理干预各论 文化差异也影响PPI的效果，尽管全球各地的人们都希望为自己和孩子带来幸福，但证据表明，不同文化中快乐的意义也有所不同。例如，西方文化中的人们在评估自己的幸福时，倾向于考虑个人的成就和追求的目标，而东方文化的人更倾向于重视社会关系中的和谐。 在临床领域里，PPI被报道适用千以下疾病： 1.抑郁症PPI在临床中最早用于抑郁症的治疗，关于PPI的随机双盲对照研究有许多。大多数研究报道，PPI能小至中等程度的减轻抑郁症状，有项发表于2009年的萎萃分析报道PPI帮助在基线抑郁症状较多的被试中呈现出更高的总体改善程度。2.精神分裂症精神分裂症病人与各种严重症状斗争，如幻觉和妄想，以及社会功能、认知功能的减退，快感的缺失等。传统的心理治疗中，精神分裂症的治疗通常被设计为改善负面症状，PPI直接针对治疗的临床意义和远期康复目标等正面变量，不仅帮助病人建立信心，也有助于通过帮助病人建立与他人和活动有意义的联系来减少复发。此外，通过使用PPI可以开发有意义的应对策略，建立积极的情绪，更好的管理症状。


医学心理学 在临床领域里，PPI被报道适用千以下疾病： 3.戒烟通过使用PPI来聚焦千积极的情绪有助于增加戒烟的成功率。特别在戒烟开始了一段时间难以坚持准备放弃时，负性情绪容易削弱坚持下去的决心。戒烟者在试图戒烟前2周开始记录三件愉快的事件，写感恩信，有意识地品味等措施有助于把戒烟坚持下去。此外，PPI适用于情感障碍（特别是伴有自杀观念和自杀行为者）、慢性疼痛等。它有助于病人的心理康复，并且能有效的稳定消极情绪，减少自杀意念，缓解慢性疼痛症状等。


医学心理学 二、人际心理治疗 （－）概况人际心理治疗(interpersonal psychotherapy, IPT)是一种短期的，可操作性的心理治疗，旨在减轻病人心理上的痛苦并改善病入的人际交往。IPT专注于入际关系，通过引起人际关系变化和帮助症状康复等手段，以帮助病人改善人际关系，并帮助病人更加清楚自身需要怎样的情感和实际支待。此外，IPT还帮助病人改善他们的社会支持，以便更好地管理他们目前的人际关系。IPT最初是在针对抑郁症治疗的研究背景下开发的，并千20世纪70年代由美国哈佛大学医学院精神医学教授Klerman GL等人编级成册。从IPT问世起，随着临床经验和支持IPT的经验证据的积累，其使用范围已扩大到不仅包括对精神疾病诊断和统计手册中描述的各种指定的诊断的病人的治疗，也用于治疗呈现各种人际关系问题的病入和具有广泛概念化心理”痛苦＂的病入。IPT理论不是静态或固定的，而是通过不断进行的临床经验和研究结果继续修改和不断地发展。IPT的改进和灵活的结构促进了其在一扣L般临床环境中的传播和利用，超越了1PT以前在学术研究环境中随机治疗试验中的单一用途。此外，这种灵活的结构允许和鼓励治疗师根据临床判断提供IPT，增加了IPT的有效性，应用于更多样化的病人人群。


医学心理学 二、人际心理治疗  三、艺术疗法（一）概况 艺术疗法(art psychotherapy)是以多种艺术形式（包括绘画、音乐、舞蹈、心理剧等）为媒介进行心理咨询与治疗的方法。这些疗法因其实践过程中是通过各种活动而较少用语言来进行的，从而具有传统心理治疗所没有的优势和效果。艺术疗法可以反映出个人的人格发展、人格特质和潜意识，因此在治疗的过程和方式中，联想或想象变得非常重要。由来访者以艺术活动来表达自己的内心世界，比用语言表达更为灵活、生动并具有丰富的内心体验。英国艺术治疗师协会将艺术疗法定义为：使用艺术媒体作为主要交流方式的心理治疗形式。通常由合格的，注册艺术治疗师，与儿童、青少年、成人和老人一起工作。来访者接受艺术不需要有任何以往的艺术经验或专业知识。美国艺术治疗协会将艺术疗法定义为：在专业关系中，经历疾病、创伤或生活中的挑战的人以及寻求个人发展的人可通过艺术活动的体验疗愈心理的疾患。通过创造艺术，体验艺术产品的创作流程，人们可以提高对自我和对其他人的认识，提高应对症状、压力和创伤经历的能力，增强认知能力以及享受制作艺术的生命乐趣。


医学心理学 三、艺术疗法（一）概况 总之，艺术治疗是利用艺术创作过程来改善和增强所有年龄段个人的身心健康，建立在艺术自我表达的创作过程的基础上，帮助人们解决冲突和问题，发展人际关系技巧，管理行为，减轻压力，增加自尊和自我意识，增强接受治疗者的洞察力。（二）方法艺术疗法可以在各种不同的设置中进行，艺术治疗师可以根据治疗的需要，改变艺术疗法的目标和艺术疗法的方式。艺术疗法可能集中在创作艺术作品过程本身，或者通过分析病人和治疗师互动获得的表达来探索病人的内在心理活动。精神分析方法是艺术心理治疗的最早形式之一。这种方法通过治疗师和创作艺术的病人之间的交流，由治疗师解释病人在创作过程中的象征性的自我表达，并最终引出病人自我的解释。艺术治疗的方法多种多样，任何类型的视觉艺术和艺术媒介可以在治疗过程中使用，包括绘画、雕刻、摄影和数字艺术等。除了这些经常使用的艺术形式外，还有大量其他方法，如以人为中心、认知、行为、格式塔、叙事、阿德勒、家庭（系统）疗法等，各种治疗流派都可以引入艺术治疗的形式。艺术治疗原则包含多种疗愈因素，如让来访者体验某些人文思想，焕发自身的创造力，调节内在的清感冲突，促进自我意识和个人潜能的成长。


医学心理学 三、艺术疗法（一）概况 常见的艺术疗法包括绘画疗法、音乐疗法、舞蹈疗法、心理剧疗法等。绘画疗法是以绘画为中介，基于投射、表达、象征、升华、外化等原理的非语言性心理治疗，来访者通过绘画呈现其人格与潜意识中压抑的内容，并在绘画的过程中达到宣泄、改善情绪、修复创伤和人格整合等效果。前美国音乐治疗协会主席Bruscia K将音乐疗法定义为：”一个系统的干预过程，在这个过程中，音乐治疗师利用音乐体验的各种形式，以及在治疗过程中发展起来的，作为治疗的动力的治疗关系来帮助来访者达到健康的目的。”主要形式包括接受式音乐疗法、再创造式音乐疗法、即兴演奏式音乐疗法。美国舞蹈治疗协会(ADTA)对舞蹈疗法定义为：＂一种运用舞蹈或动作过程以促进个体情绪、身体认知和社会整合的心理疗法。”舞蹈疗法运用肢体动作这种非言语的象征方式来表达出潜意识中的内容，对动作的分析使来访者察觉自身的潜在问题，对意识过程产生新的理解，帮助个体建立心身连接和正常行为操作功能，以解决其心理问题。


医学心理学 三、艺术疗法（一）概况 心理剧疗法创始于奥地利精神科医师Moreno JL，这是一种以戏剧的形式，诱发来访者的自发行为，以直接观察其人格、心理冲突、人际互动模式中的问题，通过表演来宣泄的情绪来解决心理问题的方法。 （三）评价和适应证 艺术疗法不同于传统的心理治疗，来访者多通过非言语形式的交流表达自己的情感与内心。常用于以下疾患：1.儿童创伤与传统的心理治疗相比，艺术疗法可以帮助儿童青少年更加信任他们的治疗师，更加开放地表达儿童的内心世界。对儿童青少年而言，用图片或绘画来表达自己的感觉比言语表达更舒适和放松。虽然有报道，艺术疗法并不能减少儿童创伤后应激障碍的症状，但接受了艺术治疗干预的儿童，其急性应激障碍症状有所减少。此外，有研究报道将艺术疗法试用于注意力不集中、痴呆、孤独症和精神分裂症病人，也取得了一定的疗效。（曾勇）


医学心理学 第十二节临床心理会诊服务—、概况（一）定义和背景 “临床心理会诊"(clinical psychological consultation)一方面指各科医师要随时注意观察和评估病人的心理状况，自然地使用相关技巧把心理服务融入医患沟通、医患关系及本专科的日常诊疗流程之中。同时，当病人存在的心理问题较严重、复杂，自己不能解决时，则应邀请精神科医师、心理治疗师等来会诊，进行心理评估和处理。有些条件较好的医院还常规地向某些心理卫生需求服务较多的科室部门，如心血管病科、神经内科、消化内科、I CU、麻醉－疼痛科、老年医学科等，派驻精神科医师、临床心理师，与这些科室的医护常规地合作开展临床工作。心身医学(psychosomatic medicine)是临床心理会诊服务的主要理论技术基础，作为一种临床服务模式的心身医学起源千20世纪前半叶的德国和美国，经过80多年的发展，现在既与医学心理学高度重叠，又是精神医学的一个临床分支，成为联接心理－行为科学与精神病学、躯体医学的重要桥梁。


医学心理学 第十二节临床心理会诊服务—、概况（一）定义和背景 随着社会发展、医学进步，我国对心理健康促进及精神障碍的预防、治疗、康复日渐重视，并通过立法来保障和规范精神卫生工作。于2013年5月1日起实施的《中华人民共和国精神卫生法》，要求医务入员对就诊者进行心理健康指导，及时发现、转诊患有精神障碍的就诊者；要求从事精神障碍诊断治疗的专科机构配备从事心理治疗的人员；要求综合性医疗机构应当开设精神科门诊或者心理治疗门诊，提高精神障碍预防、诊断、治疗能力。我国的精神卫生机构有两大类，一类是精神专科医疗机构，一类是设有精神科的综合性医疗机构。综合医院一般开设精神科或以精神科名目下的二级专科名称一—如“心理咨询科”、“临床心理科”或“心身医学科”—命名的科室，这些科室主要的工作方式之一，就是实践心身医学和“生物－心理社会“医学模式，为所有临床部门提供临床心理会诊服务。近20年来，社会对各种躯体疾病人群心理健康问题的关注越来越多，我国的心身医学也得到了长足发展：涉及综合医院焦虑、抑郁的评估和诊治、应激的评估和生理机制、心身疾病的危险因素和发病机制等相关领域的研究日益增多；培训方面，在过去的10余年中，旨在提高医患沟通技巧、培养医NOTE务人员心身医学概念和整体思维的巴林特小组(Balint group)已在全国多家医院开展了培训及科研合作；与德国、美国等心身医学实践较先进国家的交流和合作也日益紧密和频繁。（二）临床心理会诊服务对临床和管理的意义临床上躯体疾病／症状和心理问题共病的现象非常普遍，多种躯体疾病伴发焦虑／抑郁情绪的比例都较高，如高血压约30%、冠心病40%、卒中后33%、帕金森病40%、糖尿病31%、恶性肿瘤42%等，但这些病人绝大部分求助于神经科、心脏科、消化科等内科、以及中医科，而非精神科或心理科门诊易被临床各科室忽视，常常直接或间接地导致医学、法律、经济和伦理问题。例如：心理行为问题使临床信息复杂化，增加了诊断的难度，导致多余的检查；使治疗复杂化，常在实施躯体治疗方案时出现非预期的治疗后果；容易出现医患间交流、沟通困难，影响治疗关系和依从性。这些因素导致日均费用增加，住院时间延长，容易促发医患矛盾。所以，临床心理会诊实际上是一个筛查和处理心理、行为间题，缓解病人心理痛苦的重要手段，其意义在于：1.通过促进病人症状改善，可以减少过度检查和治疗、缩短平均住院日、降低医疗费用、并提高医疗服务品质。2.提高医务人员医患沟通的能力和技巧，改善医患关系，提高病人满意度，降低医患矛盾和医疗纠纷的风险，可以减轻医务人员心理压力和应激。


医学心理学 第十二节临床心理会诊服务—、概况（一）定义和背景 3.向临床各科室传播和演示实践新医学模式的技巧，帮助其他科室医务人员形成诊治病人过程中的整体思维。以哈佛大学麻省总医院(Massachusetts General Hospital, MGH)为例，其精神科开设约80年以来，长期居于国际领先水平。该科仅有住院病床25张，但有执业精神科医师500多名、临床心理学家100多名。他们的主要临床工作是为精神科门诊病人及各科住院病人服务。在这个平均住院日仅为4.8-6.0天的医院里，有高达10%～13％的住院病人接受了精神科医师的会诊服务。MGH的临床心理会诊服务为医院在提高医疗质量、缩短住院日、提高医院经济效益等方面做出了贡献。


医学心理学 参考文献 1.李心天医学心理学北京：人民卫生出版社，19912.赵耕源，黄铎香医学心理学概论广州：广东高等教育出版社，19913.钱铭怡．心理咨询与心理治疗北京：北京大学出版社，19934龚耀先医学心理学2版北京：人民卫生出版社，19955.徐俊冕医学心理咨询方法上海：上海医科大学出版社，19956.张伯源医学心理学北京：中国科学技术出版社，19967.岳文浩赵耕源现代临床心理学手册济南：山东科学技术出版社，19968.徐俊冕季建林认知心理治疗贵阳：贵州教育出版社，19999.梁宝勇，王栋医学心理学吉林：吉林科学技术出版社，199810.李心天医学心理学北京：北京医科大学中国协和医科大学联合出版社，199811.汪向东，王希林，马弘．心理卫生评定扯表手册北京：中国心理卫生杂志，199912. Best JB．认知心理学黄希庭，译．北京：中国轻工业出版社，200013曾文星，徐静．心理治疗：原则与方法北京：北京医科大学出版社，200014.徐斌，王效道，刘士林心身医学北京：中国科学科技出版社，200015.胡佩诚．医学心理学北京：北京医科大学出版社，200016.石林健康心理学北京：北京师范大学出版社，200117. Judith S. Beck认知疗法：基础与应用翟书涛，译．北京：中国轻工业出版社，200118陈新，严由伟心理咨询与心理治疗南京：南京师范大学出版社，200119.吴均林，林大熙，姜乾金．医学心理学教程北京：高等教育出版社，200120.姜乾金医学心理3版，北京：人民卫生出版社，200221岳文浩，张红静，潘芳医学心理学北京：科学出版社，200222张培信心身疾病与心身治疗济南：山东科学技术出版社，200223. Jongsma AE, Peterson LM成人心理治疗方案傅文青，李茹，译北京：人民卫生出版社，200324.龚耀先．心理评估．北京：高等教育出版社，200325.郑延平，姚树桥，朱熊兆生物反馈的临床实践．北京：高等教育出版社，200326.姜乾金医学心理学4版．北京：人民卫生出版社，200427. Miltenberger R G．行为矫正—原理与方法3版石林，等译．北京：中国轻工业出版社，200428.徐斌，吴爱勤心理生理障碍—心身疾病．北京：中国医药科技出版社，200529.李心天，岳文浩，顾瑜琦当代中国医学心理学北京：科学出版社，200530.姜乾金医学心理学．北京：人民卫生出版社，200631.姜乾金．医学心理学—临床心理问题指南．北京：人民卫生出版社，200632.姜乾金心身医学北京：人民卫生出版社，200733. Weiner IB心理治疗的法则周博林，李悦，等，译．成都：四川入民出版社，200734.姚树桥，孙学礼．医学心理学5版北京：人民卫生出版社，200835.刘新民变态心理学北京：人民卫生出版社，200836.沈渔郫精神病学5版北京：人民卫生出版社，200937. Gelder M, Harrison P, Cowen P．牛津精神病学教科书刘协和，李涛，译．5版．成都，四川大学出版社，201038严由伟心理咨询与治疗流派体系北京：人民卫生出版社，201139. Ronald D. Siegel．正念之道：每天解脱一点点李迎潮，李孟潮，译．北京：中国轻工业出版社，201140.泰勒（美）健康心理学，7版．朱熊兆，唐秋萍，蚁金瑶，译．北京：中国人民大学出版社，201241.姚树桥，杨彦春医学心理学．6版．北京：人民卫生出版社，201342.钱明健康心理学2版北京：人民卫生出版社201343.姚树桥心理评估．2版．北京：人民卫生出版社，201344.理查德·格里格，菲利普·津巴多．心理学与生活王垒，王避，译．北京：人民邮电出版社，201345.黄希庭，郑涌心理学导论．3版．北京：人民教育出版社，201546. Judith SB认知疗法基础与应用．张怡，译．2版北京：中国轻工业出版社，201547. Vingoe FJ. Clinical Psychology and Medicine. Oxford:Oxford Univ Press,198148. Norton JC. Introdu ction to Medical Psychology. NY:Free Press,198249. Kent G. Psychology and Medicine Care. Be illi ere平dull,198650. Worlberg LR. The Technique of Psychotherapy.4th ed. Orlando:Grune and Strattion,198851. Frank JD.A comparative Study of Psychotherapy. The Johns Hopkins University Press,199152. Mc Manus C. Psychology in Medicine. Eng:Buttenvorths,199253. Phares EJ. Clinical Psychology,4t h ed. California:Brooks/Cole Pubishing Co,199254. Nichols KA. Psychological care in physical illness.2nd ed. Chapman&Hall,199355. Livneh H. Psychological Adaptation to Chronic Illness and Disability. Maryland:An Aspen Publication,199756. Tulsky D. WAIS-III and WMS-III:Technical manual. San Antonio:The Psychological Corporation,199757. Bernstein DA, Borkovec TD, Stevens HH. New directions in progression training:a guidebook for helping professionals. Westport, CT:Greenwood Publishing Group,200058. Ogden J. Health Psychology.3rd. Berkshire:Open University Press,2005


医学生物学 综述绪论 生物学(biology)是研究生命现象的本质，探讨生命发生、发展规律的一门生命学科。进入21世纪，生命科学已经成为自然科学中最有活力的主导学科。生命科学的发展，不仅能够迅速提高人类社会的生产力，还可以不断改善人类的生活水平、推动医学的发展、提高人类的生存质量和人口素质。 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 生物学的英文单词“biology”是一个希腊词语，由源于希腊语的“b而＇（意为生命）和后缀”-logy"（意为科学、了解或研究）拼接构成。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 自人类诞生以来，人类祖先对自然界的认识，首先是对那些作为食物和人类天敌生物的认识以及在生存竞争中不断积累的植物栽培、动物养殖等经验。例如，根据对陕西半坡村人类新石器时期遗址中出土的白菜籽的考证，确定我国栽培白菜的历史已有7000多年；公元前5000年，人类已懂得如何栽种水稻；公元前3000年，人类开始驯养家猪；公元前2700年，在长江流域已流传种桑、养蚕、织布的技术；公元前221年，我国人民已经会制酱、酿酒、制作豆腐。在治疗疾病的医学实践中，我们的祖先也积累了许多关于动植物形态、习性和药用等方面的知识。例如，春秋战国时期（公元前520年）的《诗经》一书中已收入药用动植物两百余种；汉朝的《神农百草经》中又将药物增至360种；公元10世纪，我国已发明预防天花的疫苗；明朝末年(1593年）李时珍在其不朽巨著《本草纲目》一书中，对1892种植物、动物及其他天然物质分门别类地进行了详细的形态描述及药性探讨，为人类留下了极其宝贵的医药财富。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 现代生物学的起源通常要追溯到古希腊哲学时期。古希腊医学之祖希波克拉底(Hippocrates)当时已认识到疾病是由环境条件和生活条件不适引起的。希波克拉底最大的贡献是将医学与生物学从宗教和迷信当中解救出来。为了抵制“神赐疾病＂的谬说，希波克拉底提出了体液学说(humorism),他认为复杂的人体是由血液、黏液、黄胆汁和黑胆汁这四种体液组成，四种体液在人体内的比例不同，形成了人的不同气质：性情急躁、动作迅猛的称为胆汁质；性情活跃、动作灵敏的称为多血质；性情沉静、动作迟缓的称为黏液质；性情脆弱、动作迟缓的称为抑郁质。人之所以会生病，就是由于这四种体液不平衡造成的，而体液失调又是外界因素影响的结果。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 哲学家亚里士多德(Aristotle)也是生物学历史上最有影响力的学者之一。他曾经专注于生物成因与生物多样性的研究，通过对动植物习性和属性的细致观察，为植物和动物的分类做了大量工作。到18世纪，亚里士多德及其后的西方学者发现生物界从植物到人类是一个密切相关、有着严格等级排列的系统，即生存链。但亚里士多德相信“灵魂”的存在，并认为上帝是万物的始终，他的观点成为生物学中各种唯心主义学说的根源，加上当时封建制度和宗教的统治，使自然科学的发展在欧洲4~14世纪的漫长历史中受到严重阻碍。1543年，比利时著名医生兼解剖学家维萨里(Vesaliua)用他的人体解剖学论文《人体的构造》开创了西方医学的新时代。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 16世纪以后，随着资本主义工业的逐步发展，人类对与生活密切相关的生物进行了越来越多的研究，积累了许多宝贵的经验。例如，英国医学家哈维(Harvey)对动物生理的研究，特别是对心脏的血液循环研究，奠定了动物生理学的基础；英国生物学家胡克(Hoo ke)应用自制的简陋显微镜，首次发现了植物的细胞，并于1665年出版了《显微图像》，从而揭开了微观世界的神秘面纱，使细胞成为当时研究的热门；1735年，瑞典植物学家林奈(Linnaeus)对植物种类进行了系统分类，整理出版了《自然系统》一书，创立了生物分类的等级和“双名法”，奠定了生物分类学基础，并被生物科学界一直沿用至今。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 到了19世纪，随着数学、物理、化学等学科与生命科学的相互交叉渗透，生命科学取得了巨大进展。例如，德国植物学家施莱登(Schleiden,1838年）和德国动物学家施万(Sc h wann,1839年）根据动物、植物的细胞研究创立了细胞学说，指出动物和植物的基本结构单位都是细胞。从此，“细胞学说“成为生命科学的核心并日益发挥出巨大作用，得到恩格斯的高度评价，称其为19世纪自然科学的三大发现之一。1859年，随着达尔文(Damin)的巨著《物种起源》的出版和进化论(theory of evolution)的提出，许多毋庸置疑的事实均已证明，物种进化的动因是环境变化、生物本身变异和自然选择的作用。在自然选择的作用下，各种生物不仅形成了各种各样的类型，也形成了它们各自的适应性。这些事实从根本上动摇了上帝创造万物和物种不变的唯心主义史观，从而大大推动了生命科学的发展。1865年，奥地利人孟德尔(Mendel)应用豌豆杂交试验结果总结出遗传的基本规律，即孟德尔遗传定律，奠定了现代遗传学的基础。20世纪以来，生物化学、生物物理学等分支学科的建立与发展以及一些新技术的引入，促进了细胞生物学、分子生物学的建立与发展。1944年，美国医生埃弗里(Avery汃麦克劳德(MacLeod)和麦卡蒂(McCarty)发现脱氧核糖核酸(DNA)是染色体的主要成分及构成基因的主要材料，第一次证实了DNA是遗传物质；1953年，美国人沃森(Watson)和英国人克里克(Crick)的研究证明了DNA分子的双螺旋结构和DNA的自我复制，DNA分子遗传信息通过信使核糖核酸(mRNA)表达产生各种有功能的蛋白质，从而确定了生物界中分子运动规律的核心，即中心法则，并揭示了生物的遗传、代谢、发育和进化等过程的内在联系，从而使生命科学的发展进入了一个崭新的迅速发展阶段；据此，1961年，法国生物学家雅各布(Jacob)和莫诺(Monod)提出乳糖操纵子模型用以探讨基因调控原理；1965年，我国科学家在世界上首次人工合成了具有生物活性的牛胰岛素，在人类探索生命奥秘的历程中迈出了重要的一步；1966年，生物界通用的64个遗传密码(genetic code)的破译，使人类在解开生命之谜的征途中取得了更重大突破，并从分子水平上证实了生物界各类型间的发展联系，为基因工程的发展提供了理论基础；20世纪70年代以来，人们相继发现了反转录酶、限制性内切核酸酶和连接酶等；1973年，美国人科恩(Cohen)开创了体外重组DNA技术，并成功用千转化大肠埃希菌；1975年，英国剑桥大学的科勒(Kohler)和米尔斯坦(Milste in)成功地获得了淋巴细胞杂交瘤并生产出单克隆抗体；1977年，日本科学家板仓(Itakura)将人生长激素释放抑制因子基因导入大肠埃希菌并成功表达，在9kg的培养液中获得的激素产量约等于从50万头羊脑中获得的总量。从此，基因工程成为分子生物学的重要研究领域，基因工程药物、转基因动物和转基因植物等都已成为世界各国争相研究的热点；1985年，美国人穆里斯(Mullis)及其同事发明的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)的发展和推广应用已成为现代生物技术历史上的另一个分水岭，其应用大大提高了遗传分析与基因克隆的速度和效率，并打开了全基因组测序的天窗；1997年，英国人威尔默特(Wilm ut)用羊乳腺细胞的细胞核成功克隆出了多利(Dolly)羊，这成为震撼世界的生命科学领域的重大突破，其后的克隆牛、克隆鼠、克隆猴等的诞生以及被称为20世纪三大科学技术工程之一的“人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)＂的启动，为21世纪的生命科学在深度和广度上取得重大进展和突破奠定了坚实基础。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 进入21世纪，随着人类对与自身利益密切相关的粮食、人口、健康、资源、能源和环境等方面投入更多的关注，以及多学科的发展和交叉渗透，生物科学出现了全新的研究领域，包括生物信息学、计算生物学、理论生物学、模式生物学、基因组医学、天体生物学以及合成生物学等，这些前沿学科将进一步促进生命科学的发展，生命科学必将成为带动其他学科发展的主导学科，对入类的生存和发展产生难以估量的深远影响。当今生命科学的主要发展趋势是：t iL1.继续对生命本质进行深入研究，生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科。随着人类基因组计划的完成和后基因组计划——功能基因组研究的启动，人类对自身的研究和认识巳深入到分子水平，预期成果会使人类生活质量不断提高、衰老过程减慢、平均寿命延长。例如，通过基因编辑对受精卵异常基因的定位矫正、靶向药物的研发等，将使一些重大疾病，包括癌症、艾滋病等得到有效防治；在分子水平对脑部结构和功能的深入研究，将对人类思维、记忆、情感行为和智力本质的认识取得创新性突破，从而推动脑科学、心理科学、教育科学和人的认知能力产生重大飞跃；鉴定人类基因组中20000-25000个基因的功能，明确人类基因组DNA变异及其在疾病诊治中的作用，将会实现人类疾病的个体化治疗。2.分子生物学成为生命科学的主导力量，将进一步推动生命科学各分支学科的形成与发展，推动生命的起源和进化、人与自然的关系等领域出现突破性进展。3.生命科学基础研究与应用研究的结合越来越紧密，研究成果向产业化转化的速度也越来越快。


医学生物学 第一节生物学与医学生物学的形成与发展 4.拓展空间生物学研究，将人类生命科学的视野由地球转向宇宙。5.生物科学与计算机科学有机结合产生人工智能，未来将广泛应用千新药研发、疾病的诊断和治疗。6.多个学科和生物科学的密切交叉、相互渗透以及新方法、新技术、新概念的广泛引入和应用，将有力地推动生命科学发生一次次飞跃与革命。回顾生命科学的发展过程，孟德尔应用数学统计的方法发现了遗传的基本定律，沃森和克里克应用物理学手段阐明了DNA双螺旋的空间结构，而基因工程、细胞工程、酶工程等也是生命科学与工程学结合诞生的。如今，随着数学、物理学、化学、工程技术等的发展和渗透，电子学、纳米科学、控制论、信息论等新理论、新概念的应用以及晶体分析技术、电子显微镜、隧道扫描显微镜、电子计算机等新技术、新仪器的应用，使21世纪的生物学充满生机与希望。 第二节生物学与医学一、生物学与医学的关系 医学生物学是涵盖生物学中与医学密切关系的基本理论和基础知识的一门学科。一些医学基础课程，如遗传学、细胞生物学、生理学、生物化学、神经生物学、分子生物学和微生物学等都属千生物学的分支学科。换言之，医学生物学是医学基础课程的基础。


医学生物学 第二节生物学与医学一、生物学与医学的关系 从自然科学的发展历程来看，医学的发展一直是遵循着“生物－医学模式”，随着生命科学的进展而不断发展。生物学理论概念的建立对医学发展起着重要的推动作用。例如，细胞膜受体的研究使人们认识了受体缺乏病；溶酶体的研究使人们认识了溶酶体贮积病；细胞周期的研究和认识，对解决临床医学面临的一些问题，特别是对于肿瘤的防治具有重要实践意义；配子发生和生殖机制的研究，使人类能够有效地进行避孕和治疗不孕症；应用体外受精、植入前基因诊断方法，使某些遗传病家族可以生出正常的后代；对基因突变的分析使我们对遗传病的起源有了正确的认识；分子遗传学的研究使人类找到基因诊断（包括植入前基因诊断）、基因治疗和治愈遗传病的途径；在生物学研究中阐明的一些生命本质，如生长、发育、分化、生殖、遗传与变异等，更是不断地影响和推动着医学的发展。


医学生物学 二、学习《医学生物学》的目的和要求 《医学生物学》是根据医学生的培养目标编写完成的。其目的是通过本课程的学习，使医学生了解、掌握与医学相关的生物学基本理论、基本知识和相关的基本技能，为进一步学好其他基础医学课程和临床各学科课程奠定基础。《医学生物学》从医学科学的角度，介绍生命现象的一般原理和发展趋势；从生命科学的角度，根据生命科学的发展规律介绍与医学相关的发展趋势，使医学生能更宏观、更全面、更辩证地理解、学习和研究医学科学，最终达到服务千医学的目的。\On:本教材共分两篇。上篇：生命过程的一般原理。介绍生命的本质是具有生命特征的生物体，说明生命的物质基础是核酸和蛋白质，细胞是生命结构的基本单位。在此基础上表现的各种生命现象一新陈代谢、生长和发育、生殖、遗传与变异，都是从细菌到人类等各种生物所共有的特征，而地球上的生命则是从非生命物质经过一定的发展过程产生的，使医学生对生命有一个初步的理解。下篇：现代生物医学。阐述随着生命科学和医学的发展、相互交叉和渗透，现代生物学与现代医学已经发展到相辅相成、相互促进的新阶段。本篇通过介绍疾病发生的生物学机制、染色体畸变与疾病、单基因遗传与疾病、线粒体遗传与疾病、多基因遗传与疾病、表观遗传与疾病、肿瘤生物学、基因组医学、模式生物学和生物信息与计算生物学，展示当前生命科学研究中已取得突破性进展的新理论、新思想及医学领域还有待深入探讨的问题，使医学生充分了解现代生物医学的研究成果和发展趋势。


医学生物学 二、学习《医学生物学》的目的和要求  （傅松滨）上篇生命过程的一般原理第一章生命的起源与基本特征 什么是生命(life)？这是一个至今仍无最终答案的千古谜题。生命是一个极其抽象的概念。但是，作为一个个活生生的生命有机体，生命又是十分具体的。一切生命现象，均体现为生命有机体各种各样的生命的基本特征，认识生命现象，把握生命的基本特征，探讨生命的化学组成、生命活动过程的一般规律，揭示生命的本质，是生命科学研究的一贯主题。 第一节组成生命的元素与化合物 除病毒外，地球上的生物都是由细胞构成的，组成细胞的物质称为原生质。不同细胞的原生质在化学成分上虽有差异，但其化学元素基本相同。这些化学元素相互结合成无机化合物（水、无机盐）和有机化合物（糖类、脂类、蛋白质、核酸）存在于细胞中，其中核酸、蛋白质等生物大分子是生命组成和生命活动的重要物质基础。


医学生物学 —、组成生命的元素 组成原生质的化学元素有50多种，包括常量元素和微量元素。其中碳（C汃氢(H)、氧(0汃氮(N)、硫(S)、磷（P)、氯(Cl汃钾（K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)12种元素约占细胞元素总最的99.9％以上，称为常量元素或宏量元素；其中碳（C汃氢(H)、氧（0）、氮(N)四种元素含量最多，约占细胞总量的90%，称为主要元素。常量元素是构成细胞最基本、最重要的化学元素，其中以C最为重要，是生命物质的分子结构中心。碳原子能同H、0、N、S、P等形成稳定的共价键，同时还可以与其他C原子之间能形成链式或环式的结构，因此，碳能构成结构复杂、分子量大的物质，如糖类、脂类、蛋白质和核酸等。此外，细胞中还含有一些数量极少的元素，如铜(Cu)、锌(Zn)、猛(Mn汃铝(Mo)、钻(Co)、铭(Cr汃硒(Se)、锅(Cd)、锥(Li汃碳（I）等，其含量约占细胞元素总量的0.05%，称为微量元素或痕量元素。对人体而言，已知的有益微量元素约16种，如上所述，称为必需微量元素，其作用是参与细胞内化学物质的组成，与许多酶的活性有关。但有些微量元素如钡(Ba)、钏(Rb)、钦(Ti)等对人体无明显有益作用或毒副作用，称为非必需微量元素。


医学生物学 —、组成生命的元素 细胞中以上各种元素并非单独存在，这些元素的原子以不同化学键相互结合形成各种分子。一个细胞中可含有1000多种分子，分为无机化合物和有机化合物两大类。 二、组成生命的化合物（一）无机化合物细胞中的无机化合物主要包括水和无机盐。 1.水水是生命之源，是细胞中含量最多的一种成分，占细胞总量的70%-80%，能够调节体温溶解物质参与细胞内各种代谢反应等。细胞中的水以游离水和结合水两种形式存在。游离水，约占细胞水含量的95％以上，构成细胞内的液体环境，是良好的溶剂，细胞代谢反应都是在水溶液里进行的；结合水，占细胞水含量的4%～5%，结合水通过氢键或其他键同蛋白质分子结合，是构成细胞结构的组成部分。


医学生物学 二、组成生命的化合物（一）无机化合物细胞中的无机化合物主要包括水和无机盐。 2.无机盐细胞中的无机盐的含量很少，约占细胞总量的1%。无机盐在细胞中均以离子状态第一章生命的起源与基本特征存在，含量较多的阳离子有K+,Na•,Ca气Fe2•,M矿等，阴离子有C厂HC03-,HPO广、SO42一等。无机盐虽然在原生质中含量不多，但作用十分重要，有的无机离子游离于水中，维持细胞内外的酸碱度、渗透压和膜电位，以保持细胞正常的生理活动；有的无机离子同蛋白质或脂质结合形成具有特定功能的结合蛋白（如血红蛋白）或类脂（如磷脂）；有的无机离子可作为酶反应的辅助因子。因此无机盐是维持细胞正常生命活动不可缺少的成分。


医学生物学 （二）有机化合物细胞中有机化合物包括有机小分子和生物大分子。 有机小分子是相对分子质量为lO2~lO3的含碳化合物，如核昔酸(nucleo t ide汃氨基酸(amin o acid)、单糖(monosacch aride)及脂肪酸(fa tty acid)等。生物大分子以有机小分子为基础构成，相对分子质量为104~lO6，如核酸(nucleic ac id)、蛋白质(protein)和多糖(polysaccharide)等。这些生物大分子一般以复合分子的形式存在，如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白与糖脂等。生物大分子结构复杂，在生命活动过程中各自执行其独特的功能。1.核苦酸和核酸核昔酸是核酸的基本组成单位，也称为单核昔酸，由戊糖、含氮碱基及磷酸各一分子脱水缩合而成。1)两种；分别形成核糖核（图1(deoxyribose)）和D-2-脱氧核糖D-核糖(ribose核昔酸中的戊糖有-＼唗。


医学生物学 （二）有机化合物细胞中有机化合物包括有机小分子和生物大分子。 昔酸(ri bo nucleo tid e)和脱氧核糖核昔酸(deoxyribo nu cleo t ide)；因此核昔酸聚合而成的核酸也有两种：核糖核酸(ribo nu cle i c acid, RNA)和脱氧核糖核酸(deoxyribonu cleic acid, D NA)。核背酸中的碱基是含氮的杂环化合物，分为嗦呤H01步几＼严HOIYO＼严(purine, Pu)和密唗(pyrimidin e, Py)两大类。其中嗦呤主哼CI'4'C尸要有腺嗦呤(ad enin e, A)和鸟嗦呤(guani n e, G)两种；瞪H\f f作叭f fIH唗主要有胞啥唗(cytosine, C)、尿啥唗(uracil, U)和胸腺I3'|2cI3'I—c2'啥唗(thymine,T)三种（图1-2)。腺嗦呤、鸟嗦呤和胞瞪OH OH OH H唗并存于DNA和RNA分子中，尿啥唗仅存在于RNA分核糖2'－脱氧核糖子中，而胸腺啥唗仅存在于DNA分子中。除此之外，还图1-1核糖与脱氧核糖有一部分含量很少的稀有碱基，即在上述碱基的某些位置复加或取代某些基团，如5－甲基胞啥唗等。核昔酸的产生过程分为两步：第一步是形成核昔，即戊糖和碱基以糖昔键相连形成核昔，通常是戊糖的C l'的轻基与啥唗的N l或嗦呤的N9上的氢脱水缩合而成；第二步是形成核昔酸，即核甘和磷酸以酷键相连形成核昔酸，通常是核昔戊糖的C5'的轻基与磷酸分子上的氢脱水缩合而成（图1-3)。核昔酸根据碱基和戊糖的不同而命名，如腺嗦呤、核糖、磷酸构成的核昔酸称为腺嗦呤核昔酸，简H 亡 7 广平H<了＼严H H。腺嗓呤(A)鸟嗓呤(G)I I H杉 ｀HC,,,,,~N3H3C'C"'~'胞嘻唗(C)胸腺嘻唗(T)圈1-2含氮碱基图1-3核昔酸的构成称腺昔酸(AMP)。组成DNA的核昔酸有腺噤呤脱氧核昔酸(dAMP)、鸟嗦呤脱氧核昔酸(dGMP汃胞瞪唗脱氧核昔酸(dCMP)和胸腺啼唗脱氧核昔酸(dTMP)四种；组成RNA的核昔酸有腺嗦呤核昔酸(AMP)、鸟嗦呤核昔酸(GMP)胞啥唗核昔酸(CMP)和尿晓唗核昔酸(UMP)四种。根据所含磷酸的个数不同，核昔酸还可分为一磷酸核昔酸、二磷酸核甘酸和三磷酸核昔酸等类型，例如，一磷酸腺昔(AMP)即腺甘酸，二磷酸腺昔(ADP)和三磷酸腺昔(ATP)（图1-4)，它们彼此之间可以通过磷酸化和去磷酸化进行转换。组成DNA和RNA的核背酸均为一磷酸核昔酸，而三磷酸腺甘(ATP)是生物体内通用的能量”货币＂。有时候，磷酸可同时与核昔上的两个胫基形成酷键，连接成环状核昔酸分子，常见的有环腺昔酸(cAMP)和环鸟昔酸(cGMP)，二者均为细胞内重要的信使分子。核酸是存在于细胞内担负着储存和传递遗传信息功能的生物大分子，是由几十个乃至几百万个核昔酸脱水缩合而成的多聚核昔酸链，是含磷酸量最多的生物大分子。在多聚核昔酸链中，前一个核昔酸戊糖C3'上的轻基与后一个核昔酸磷酸上的氢脱水缩合，形成酷键，使得核昔酸上的磷酸既与自身戊糖C5'以酷键相连，又与前一个核昔酸的戊糖C3'以酣键相连，形成了3',5'－磷酸二酷键。每条多聚核昔酸链具有两个不同的末端，戊糖第5'位带有游离磷酸基的叫5'末端，3＇位带有游离经基的叫3'末端，因此核酸分子具有方向性，通常以5'--+3'方向为正向（图1-5)。核酸根据化学组成的差异分为两类，即核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)（表1-1)。从化学组成上看，DNA可视为由脱氧核糖核昔酸线性排列组成，由千各种脱氧核糖和磷酸都是相同的，只有碱基是不同的，因此，可用碱基的排列顺序来代表DNA的脱氧核糖核昔酸的组成顺序。同理，可用碱基的排列顺序来代表RNA的核糖核昔酸的组成顺序。在DNA复制和转录成RNA时，遵循碱基互补配对原则：A和T互补(A=T), G和C互补(G圭C),A和U互补(A=U)。DNA与RNA虽然同为核酸，但两者之间有明显的不同，主要差图1-5核昔酸的聚合别在于：心DNA中的胸腺密唗在RNA中被尿瞪唗取第—章生命的起源与基本特征代。＠DNA由脱氧核糖核昔酸组成；而RNA由核糖核昔酸组成，即二者所含戊糖不同。＠DNA结构为相互平行但方向相反的双链结构；而RNA大多以单链形式存在，但RNA分子的某些区域可形成假双链结构。＠DNA主要存在于细胞核中；而RNA主要存在于细胞质中，细胞核内少量分布。＠DNA分子大、结构复杂，功能为储存、复制和传递遗传信息；而RNA分子通常较小，种类、大小和结构也具多样化，功能多样。核酸是生物遗传的物质基础，参与生物的生长、发育、繁殖、遗传和变异等生命活动。


医学生物学 广平H<了＼严H H。腺嗓呤(A)鸟嗓呤(G)I I H杉 磷酸磷酸磷酸戊糖脱氧核糖核糖碱基嗦呤腺嗦呤(A)鸟嗦呤(G)腺嗦呤(A)鸟嗦呤(G)啼唗胞啥唗(C)胸腺瞪唗(T)胞啥哫(C)尿啥唗(U)2氨基酸与蛋白质氨基酸(amino acid)是蛋白质组成的基本单位，主要由C、H、0、N四种元素组成。天然氨基酸种类不少千300种，能组成蛋白质的有20种（表1-2)。除脯氨酸外，氨基酸的结构特点是：每个氨基酸在其a碳原子上都含有一个酸性的狻基(-COOH)、一个碱性氨基(—NH2)和一个结构不同的R基团（即侧链）（图1-6)。从氨基酸的结构可知，氨基酸为两性电解质。不同的侧链可使各种氨基酸具有不同的带电性和极性，因此可将氨基酸分为4种类型：带电荷的碱性氨基酸，如精氨酸和赖氨酸等；带电荷的酸性氨基酸，如谷氨酸和天冬氨酸；不带电荷的中性极性氨基酸，如丝氨酸和苏氨酸等；不带电荷的中性非极性氨基酸，如甘氨酸和丙氨酸等。根据人体细胞对氨基酸的合成情况，20种氨基酸可分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类。必需氨基酸人体自身不能合成，需由食物提供；非必需氨基酸人体能够合成，不需要食物提供。


医学生物学 中文名称英文名称英文缩写 人体非必需氨基酸丙氨酸alanin e Ala甘氨酸glycine Cly酪氨酸tyrosine Tyr脯氨酸proline Pro半胱氨酸cysteine Cys天冬酰胺asparagine Asn谷氨酰胺glutamine Gin丝氨酸senne Ser天冬氨酸aspartic acid Asp谷氨酸glutamic acid Glu组氨酸histidine His精氨酸argm. m. e Arg人体必需氨基酸缅氨酸valine Val亮氨酸leucine Leu异亮氨酸isoleucine Ile苯丙氨酸phenylalanine Phe色氨酸tryptophan Trp甲硫氨酸methionine Met苏氨酸threonin e Thr赖氨酸lysine Lys注：对于儿童来说除了这8种必需氨基酸外，组氨酸也是他们的必需氨基酸组成蛋白质的各种氨基酸是以一定的化学键一肤键连接氨基端狻基端H2N-[－H COOH一吓－l -H


医学生物学 COOH一吓－l coo-而成。一个氨基酸的狻基与另一个氨基酸的氨基脱水缩合而成|的酰胺键称为肤键(peptide bond)（图1-7)。肤是氨基酸通过肤非离子型离子型K键缩合而成的化合物。两个氨基酸缩合形成二肤(d i peptide);三个氨基酸缩合形成三肤；依次为四肤、五肤、六肤…...一般而图1-6氨基酸的结构式言，20个以内氨基酸相连而成的肤称为寡肤(oligopep tide),20个以上氨基酸相连而成的肤称为多肤(polypeptid e)。许多氨基酸通过肤键连接形成的链称为多肤链(polypeptide c h ain)。肤链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，称为氨基酸残基(res idu e)。多肤链中有游离氨基的一端称为氨基末端(amino terminal)或N末端；有游离狻基的一端称为狻基末端(carboxyl terminal)或C末端。肤的命名从N末端开始指向C末端。 肤键 邸－CH-』＋HN一CH一』－H2N-CH-C-N—CH—C—CH


医学生物学 R1:9旦＿＿＿旦；R2OH Rl HR2 蛋白质(protein)是构成细胞的主要成分，占细胞干重的一半以上，由多肤链组成，一个蛋白质分子可以含有一条或几条多肤链。多肤链上氨基酸的组成是蛋白质的结构基础，但蛋白质不只是其组成氨基酸的简单堆砌，而是以独特的三维构象形式存在。蛋白质的分子结构可分为四级，一级结构是其基本结构，二、三、四级结构是其空间结构。并非所有的蛋白质都有四级结构，由一条多肤链形成的蛋白质只有一级、二级和三级结构，由两条或两条以上多肤链形成的蛋白质才具有四级结构。蛋白质三维构象的形成主要由氨基酸排列顺序决定，是不同氨基酸之间相互作用的结果。氨基酸的排列组合与空间构象决定了蛋白质的功能。蛋白质不仅决定细胞的形态、结构，而且在生物体内具有广泛和重要的生理功能，如：参与细胞生命活动的调节、物质转运、信号转导、运动、催化以及防御等。3.糖类糖类又称为碳水化合物，是含有C、H、0三种元素的化合物，化学分子通式为(CH20)，，。糖在细胞中占有很大比例，细胞中的糖除了以单糖的形式存在以外，还有寡糖和多糖。单糖、寡糖和多糖的分类依据是能否水解及水解程度。


医学生物学 R1:9旦＿＿＿旦；R2OH Rl HR2 单糖是不能再被水解的最小糖单位，可根据分子中所含碳原子的数量进一步命名（例如丙糖、丁糖、戊糖和已糖等）。人体内最典型的单糖是葡萄糖，含6个碳原子（已糖），分子式是C6H1206，是大多数细胞可利用的能源物质，也是构成多糖的主要单体。细胞中重要的单糖还有核糖和脱氧核糖，为5碳糖（戊糖），如前面”核昔酸和核酸”部分所述，它们是组成核糖核昔酸和脱氧核糖核昔酸的主要成分。单糖分子通过糖背键结合形成线形或分支状的糖链称为寡糖或多糖(polysacc harid e)。寡糖(oligosaccharide)又称低聚糖，一般指由10个以下单糖脱水缩合而成的分子结构。最简单的是双糖。双糖由两个单糖分子经脱水形成的糖昔键连接而成。常见的双糖有庶糖、麦芽糖和乳糖。多糖(polysaccharide)是构成生物体的重要成分之一，由许多单糖分子（一般为10个以上）脱水缩合而成。细胞中常见的多糖有糖原、淀粉、纤维素和儿丁质等，它们均由简单而重复的单糖－－－葡萄糖组成。糖原存在于动物细胞中，而淀粉存在于植物细胞中，它们是细胞的能源物质，也称为营养储备多糖。


医学生物学 R1:9旦＿＿＿旦；R2OH Rl HR2 细胞中还有另一大类多糖或寡糖，其糖链序列是由非重复的单糖分子组成，这类复杂的寡糖或多糖通常与蛋白质或脂类连接，称为复合糖；复合糖形成细胞表面的一部分，也称为结构多糖。例如，细胞中的寡糖或多糖与蛋白质共价连接形成糖蛋白(glyco protein)或蛋白聚糖(proteoglycan)，与脂质连接形成糖脂(glycolipid)或脂多糖。近年来在细胞的质膜上还发现了一种新的复合糖类，即糖基磷脂酰肌醇铀定蛋白(glycosylphosphatidylinositol-anchored protein)。糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂和脂多糖等复合糖主要存在千细胞膜表面和细胞间质中，其糖链在构成细胞抗原、细胞识别、细胞黏附以及信息传递过程中发挥着重要作用。


医学生物学 R1:9旦＿＿＿旦；R2OH Rl HR2 4脂肪酸与脂类体内脂肪酸少数以游离形式存在于组织与细胞中，而大部分脂肪酸则存在于脂肪、磷脂等脂类中。脂肪酸分子结构包括疏水的长胫链和亲水的狻基两部分，通式为CH飞(CH2)"COOH。细胞内几乎所有脂肪酸分子都是通过其狻基与其他分子共价连接。各种脂肪酸的经链长度及所含碳－碳双键数目和位置的不同，决定了它们不同的化学特性。按经链中是否含双键，脂肪酸分为不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸两类。亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸均为不饱和脂肪酸。前两者为人体所必需，但人体不能合成，需从膳食中摄取，称为必需脂肪酸。花生四烯酸在体内转变生成的前列腺素、白三烯等属于不饱和脂肪酸衍生物，它们可充当信号分子，参与机体的炎症反应、免疫和凝血功能。


医学生物学 R1:9旦＿＿＿旦；R2OH Rl HR2 脂类是指脂肪酸和醇作用生成的醋及其衍生物，包括甘油三酷和类脂。脂肪，亦称为甘油三酷，是由1分子甘油和3分子脂肪酸所构成的中性脂。人体和动物的脂肪所含脂肪酸都为不含双键的饱和脂肪酸，脂肪是机体重要的储能、供能物质。类脂包括磷脂、糖脂、胆固醇等，是细胞内各种膜结构的主要成分，参与细胞间识别、细胞信号转导等活动，与生物特异性等有关。胆固醇还是细胞重要的前体物质，是性激素、维生素D等的合成原料。 第二节生命的起源 生命是地球历史长期发展的产物。因此，其发生、发展必然和地球的形成、演变密切相关。尽管生命的起源迄今为止仍是一个未能揭晓的宇宙之谜，人们亦无法目睹或重演远古地球上曾发生过的历史过程，但是，自然历史所遗留下来的一些蛛丝马迹，地质学研究所发现的有关科学资料，却为我们去推测、论证生命的起源，探索、研究生命的进化历史，提供了必要的线索。 一、原始生命的化学演化 地球的形成约在45亿年前。原始的地球是炽热的，随着古地球的降温，大约38亿年前，在当时的地表出现了液态水，形成了原始海洋，并成为生命的摇篮。


医学生物学 一、原始生命的化学演化 据推测，原始生命物质的化学演化时期，约在距今35亿～36亿年之间。其过程可划分为4个阶段，即：心从无机小分子物质生成有机小分子物质；＠从有机小分子物质到生命大分子物质；＠从生命大分子物质组成多分子体系；＠从多分子体系演变为原始生命。美国入米勒(Miller)在1953年模拟原始地球条件实验发现：当把原始地球表面的主要化学成分H2、H20、CH4、NH3等混合于一个密闭的循环装置中，并模拟闪电和降雨作用，1周后可生成有机酸、氨基酸与尿素。另一位美国科学家福克斯(Fox)与其合作者亦曾进行有关生命大分子合成的模拟实验，结果显示：将各种氨基酸混合物置千140-180°C下加热一个小时或加入磷酸后，60°C温育较长时间，就能产生具有肤键结构、可被蛋白酶降解，但无一般蛋白质旋光性的类蛋白物质。同时还证明：多核昔酸也大致可按这种方式生成。以上两个颇具代表性的实验，或许可作为我们推测和探讨地球早期有机小分子物质及生命大分子物质产生机制的参考依据。


医学生物学 一、原始生命的化学演化 生命大分子物质并不能独立地表现生命现象。只有当它们在特定条件下，逐渐地积累，并形成多分子体系时，才有可能演化为原始生命。对此，美国的福克斯(Fox)与前苏联的奥裴林(Oparin)曾分别提出过各自的假说。前者认为：有机大分子物质可在水溶液中形成微球体(microsphere)；后者则主张大分子有机物质最初先形成团聚体(coacervate)。两种假说均说明了大分子物质在溶液中具有自动聚集的作用，并形成各自独立的多分子体系。而多分子体系表面可能产生和存在的催化功能，又可反作用于各类单体，促使它们的聚合，产生更高级的原始蛋白和核酸。然后通过漫长、有序地演化，缓慢逐渐地提高，最终产生出原始的生命。而{g}然而，作为原始生命起源主体物质的大分子，是蛋白质还是核酸呢？对此，一直存在着激烈的争辩，并曾一度陷入了“先有鸡，还是先有蛋＂的怪圈。近年来，核酶(ribozyme)的发现，特别是rRNA在多肤链合成过程中具有明显催化作用的事实，明确提示和支待了核酸作为生命起源主体物质的观点。因为，RNA所具有的信息编码和合成催化的双重功能，恰恰是生命的化学演化过程所必需的。


医学生物学 二、原始细胞的产生 毋庸置疑，细胞的产生是全部生命演化历史过程中一个质的飞跃，它标志着早期生命物质化学进化的完成。一般认为，最原始细胞的雏形是：具有可变形的半通透性脂质－蛋白质界膜；含有由核酸、蛋白质整合体系组成的信息系统和蛋白质合成系统；能够通过厌氧呼吸获取能量的异养型原始生命单位。根据地质学的研究推断，原始细胞的形成约在距今34亿～35亿年之间。因为，目前发现的细菌化石，最早出现于约34亿年前的岩石中。至于原始细胞的形成过程，我们却还几乎是一无所知。 三、自养生物的出现 如前所述，最初的原始细胞可能是异养型的，它们以原始海洋中的有机物为营养物质。但是，当原始海洋中有机物因异养生物的消耗而减少时，原始细胞单凭异养方式难以生存。因此，在新的环境条件下，原始细胞开始了从异养型向自养型的分化、发展，最终出现了具有质体的蓝藻一类的原核生物(prokaryote)。从而使早期的生物具备了自养和异养、合成与分解两个物质循环的基本环节。这种彼此依存、互为制约的二极生态系统，奠定了生命向更高层次飞跃、进化的基础。


医学生物学 四、从原核生物到真核生物 蓝藻是已发现可行自养作用最早的原核生物，其化石标本存在千约27亿年前的岩石中。而真核生物(eukaryote)化石则最早出现于约15亿年前的岩石中。因此，一般认为，真核细胞是由原核细胞进化而来的。那么，从原核生物到真核生物的进化途径是什么呢？目前，主要有以下两种假说：其一，分化起源假说。该假说认为，真核生物的出现，是在悠长的自然历史演化过程中，原核生物与自然环境之间相互作用，其内部结构逐渐分化、功能不断完善提高的结果。1974年，亚泽尔(Uzzell)等就此曾提出过一个相关的模型，其要点是：原始的原核细胞，通过一系列DNA的胞内复制和质膜的内陷，形成了细胞核和细胞器；然后，再通过结构的分化，并伴随部分复制功能的消失，最终演化为真核细胞。


医学生物学 四、从原核生物到真核生物 其二，内共生起源假说。与分化起源假说相反，该假说认为真核细胞内的细胞器不是细胞自身结构分化演变的结果，而是来源于外部。不少学者相信：中心粒、鞭毛源自螺旋菌样的内共生体；叶绿体和线粒体则分别是由共生于现代细胞祖先体内的古蓝藻和需氧细菌演化而来的。有人曾提出设想：真核细胞的祖先－前真核生物(proeucaryote)，是一种具吞噬能力的厌氧生物，它们通过对吞入体内的糖类进行酵解获取能量；而线粒体的祖先则是一种好氧的革兰阴性细菌，它们能利用当时在大气中积累的氧气，彻底分解糖的酵解产物丙酮酸，从而获得更多的能量。前真核生物吞噬原线粒体后，两者形成了互利的内共生关系。两种假说，均有一定的理论依据，也各有不完善的地方。不过，就目前看来，内共生起源假说似乎得到了较多证据的支持。 五、从单细胞生物到多细胞生物 生命起源与进化的另一个重要阶段是由单细胞生物进化出现了多细胞生物。早期真核生物均为"单细胞生物，直到若干亿年后出现了多细胞生物，进而分化成各种各样的植物和动物。


医学生物学 第一章生命的起源与基本特征 遗传与变异，既是抽象生命运动的一种具体表现形式，又最终决定和影响着几乎每一种具体的生命现象。因此，生命物质运动体系，是一个以遗传变异规律为枢纽的综合决定体系。八、生命是具有高度时空顺序性的物质运动演化体系生命现象是地球物质运动的特殊形式，表现生命现象的所有生物是生命历史长期演化的结果。依人类目前对生命历史的认知，其发展过程大致可被划分为两个阶段：最初，在原始地球条件下，无机物转化成较为复杂的有机物，进而积聚成生物大分子；当这些生物大分子逐渐形成一个有机的物质体系，并获得复制和传递信息的功能属性时，便出现了原始的生命。其后，则是单一生命形态的总体分化和不同生命形态各自内部功能结构的完善与提高。生命从无到有、从少到多、从简单到复杂、从低级到高级的发展过程就是进化(evolution)，亦即生命活动的全部历史。 第三节生命的基本特征 虽然世界上的生物种类繁多，千姿百态，表现出各自形形色色、互不相同的生命活动现象。但是，所有生物，从最简单的原核生物到最为复杂的人类，都具有一些共同的生命基本特征。—、生命是以核酸与蛋白质为主导的自然物质体系生命是以自然元素为基本组分的物质运动体系。所有生命活动现象，最终都直接地体现为各种生命物质的特殊功能运动和相互作用。而作为生命物质共同的大分子基础核酸和蛋白质，则以其特有的信息编码、信息转换、信息表达与化学反应催化功能，在整体生命活动过程中发挥着重要的主导作用。20世纪生命科学的重大研究成果之一就是阐明了核酸与蛋白质两种生物大分子在生命过程中的相互关系及各自的活动规律。1958年由英国著名科学家克里克(Cri c k)所提出的“中心法则”(central dogma)（图1-8)，不仅是对这一成果的高度概括，而且成为现代分子生物学研究的核心二、生命是以细胞为基本单位的功能结构体系物质是生命运动的前提。但是，生命有机体绝非只是化学物质的简单堆砌。它们只有按照一定的形式和比例，在不同的层次上相互化合，依次组装，形成特定的结构体系——细胞，才能执行各种生理功能，进行和完成各种生命活动过程。即便是以病毒(virus汃类病毒(viroid)和蛋白感染粒(prion)等前细胞形态形式存在的生命类型，也唯有借助于其宿主细胞，才能进行它们的生命活动，完成它们的生活周期。现代生命科学研究证明：细胞是一切生命有机体结构和功能活动的基本单位。


医学生物学 第三节生命的基本特征 三、生命是以新陈代谢为基本运动形式的自我更新体系任何生命有机体，无不时时刻刻地进行着与其周围环境间的物质和能量交换，并因此得以不断地自我更新，这就是所谓的新陈代谢(metabolism)。新陈代谢包括同化作用(assimilation)和异化作用(disassimilation)两个方面。前者系指生命有机体从外界环境摄取营养物质以构建自身的能量储存过程；后者则是伴之以能量释放的自身物质分解叩ii}过程。这不仅是生物有机界高度一致的生命基本运动形式，而且也是其区别千非生命自然界的根本标志。


医学生物学 第三节生命的基本特征 四、生命是以精密的信号转导通路网络维持的自主调节体系各种生命有机体作为一个对外开放的完整功能结构体系，在新陈代谢的基础上，都具有其精密的信息传递与信息转换系统一信号转导通路(s ignal transduction pathway)及信号网络。无论是机体对外界环境及其变化的反应，还是机体内部不同器官、不同组织细胞之间的相互作用与信息交换，都是通过这一途径实现的。信号的转导涉及信号物质与受体之间的相互作用以及信号的转换、放大和效应器反应等一系列生物学过程，这术仅是生命物质自主性运动的表现形势，而且也是维持、调节机体正常生命活动的稳定性、协调性和秩序性的统一机制。五、生命是以生长发育为表现形式的“质”“量”转换体系一切生命有机体，在其新陈代谢过程中的一定阶段，当同化作用大于异化作用时，都会表现出体积的增大和重量的增加，这就是生长。对千多细胞生命有机体来说，生长一方面是细胞本身体积的增大，另一方面则更主要地表现为细胞数晕的增加，亦即多细胞生命有机体体积和数量大小的决定因素是细胞的数量而非单个细胞的体积。细胞的分裂增殖，是实现细胞数量增加的唯一途径。


医学生物学 第三节生命的基本特征 在机体细胞不断地分裂增殖的同时，自始至终地伴随着机体在结构和功能上的一系列变化，即个体发育(ontogenesis)。如果把生长看做一种“量变”的积累，那么，个体发育则可相应地理解成一种“质变”的必然。＂量变”与“质变”的交替、转换，贯穿于生物个体发育过程的始终，是生命物质运动极其重要的基本特征和表现形式之一。六、生命是通过生殖繁衍实现的物质能量守恒体系尽管任何生物个体的寿命总是有限的一当其生长发育到一定时期都会死亡；但是，生命现象的世代延续却是无限的一所有的生物都具有繁衍与其自身相似后代个体的能力。生命有机体通过特定的方式产生子代个体，从而使生命得以延续的这一过程，称之为生殖。生殖是一切生命有机体最重要的属性之一。


医学生物学 第三节生命的基本特征 生殖方式有两种，即无性生殖(asexual reproduction)和有性生殖(sexual reproduction)。无性生殖一般以营养细胞(vegetative cell)或营养组织(vegetative tissue)为生殖单位。其主要特点是在生殖中通常没有遗传物质重组的发生，子代继承的遗传信息与亲代基本相同。经由同一个祖先无性生殖繁衍而来、在遗传上基本相同的后裔个体群，称为无性繁殖系或克隆。有性生殖一般则是通过两个亲体生殖细胞的结合来实现的。在有性生殖过程中，由千生殖细胞的结合及其遗传物质的重组，所产生的后代个体，在遗传上就会有一定的差异C死亡，可被看做是生命物质运动有限性的终结；而生殖则可视为生命物质运动无限性的持续。七、生命是以遗传变异规律为枢纽的综合决定体系遗传(hered ity)是指生命有机体在生殖过程中所表现出来的亲子代之间的相似现象。遗传是高度稳定的，但这种稳定性只是相对的。亲子之间仅仅是相似，而不会完全相同。世界上没有绝对相同的两个个体。这种同种个体之间的差异称为变异(variation)。


医学生物学 第三节生命的基本特征 现代生命科学阐明：DNA是遗传的物质基础；控制生命活动的全部遗传信息，皆储藏于组成DNA分子的碱基对序列之中。一方面，DNA可按照严格的碱基互补原则进行准确的半保留复制，从而保证了遗传信息世代传递的相对稳定，这正是遗传稳定性和遗传连续性的分子基础；另一方面，在一定内、外环境因素的作用下，DNA分子会因其结构、碱基对组成或排列顺序的变化而导致原有遗传信息发生改变，此为变异的主要来源。 九、生命是与自然环境密切联系的协同共存体系 生命的存在不是孤立的。任何生物都占有一定的空间，一切生物的生命活动，都离不开特定的生存环境，并且必然地与构成其生存环境的各种外界条件相联系。生物与生存环境之间通过物质代谢、能量转换和信息传递进行的相互作用和协调统一，是生命自然界的基本法则。对各种生命基本特征的不断认识和深入理解，不仅是人类以往探索自然奥秘的智慧结晶，也是当代生命科学研究的主要内容和未竟课题。


医学生物学 九、生命是与自然环境密切联系的协同共存体系 原生质是构成细胞的生命物质，组成原生质的化学元素有50多种，包括常量元素和微量元素，其中C、H、0和N为主要元素。这些元素的原子构成生命的两大物质：无机化合物和有机化合物。无机化合物主要包括水和无机盐；有机化合物包括有机小分子和生物大分子。有机小分子主要为核芬酸、氨基酸、单糖及脂肪酸等；生物大分子以有机小分子为基础构成，包括核酸、蛋白质和多糖等。生物大分子结构复杂，在生命活动过程中承担着重要功能。生命是地球历史长期发展的产物，起源经历了原始生命的化学演化、原始细胞的产生、从原核生物到真核生物、自养生物的出现以及从单细胞生物到多细胞生物五个阶段。生命基本特征为：以核酸与蛋白质为主导，以细胞为基本单位，新陈代谢，具有精密的信号转导通路网络，生长发育，生殖繁衍，遗传变异，进化，与自然环境的协同共存。1.总结生命起源的曲折研究历史，谈谈各种哲学思想对它的影响。


医学生物学 2.信息传递对于生命活动具有何种重要意义？3.生命现象的延续是怎样实现的？（孙媛）第二章生命的基本单位——细胞 细胞(cell)是一切生命有机体的形态结构和生命活动的基本单位。生物体的一切生理活动、生命的基本特征及各种生命现象都是以细胞为单位体现的。细胞是生命的载体，不理解细胞就不理解生命。随着分子生物学研究的进展，一些新理论、新方法和新技术的不断涌现，对细胞的研究进入了一个新的阶段：即从细胞的整体、超微结构和分子水平研究细胞的结构、功能及其活动的本质，并探讨细胞与细胞之间相互作用的规律，由此形成的独立学科——细胞生物学(cell biology)，成为生命科学领域中的前沿学科。


医学生物学 第一节细胞概述—、细胞的发现及细胞学说的建立(—)细胞的发现 1665年，英国物理学家胡克(Hooke)在用自制的显微镜观察软木组织时，首次发现了植物的组织细胞，实际上他观察到的是一些死亡的栋树皮韧皮部细胞的细胞壁。同年，他发表了《显微图谱》(Micrographia)一书，描述了软木组织是由许多小室组成的，状如蜂窝，称之为“细胞"。1675年，荷兰生物学家列文虎克(Leeuwenhoek)用自制的放大倍数较高的显微镜观察到了生活状态的细胞，如池塘中的纤毛虫、人和哺乳动物的精子、鲤鱼红细胞以及细菌等。在胡克发现细胞后的近200年时间里，由千显微技术发展缓慢，对细胞的研究一直没有取得突破性进展。


医学生物学 （二）细胞学说的建立 19世纪30年代随着高分辨率(<lµm)显微镜的问世，人们对细胞的认识也随之不断深入，为细胞学说的形成奠定了基础。从19世纪初叶到19世纪中叶，这一时期最值得称颂的是细胞学说的创立。在此期间，人们发现了细胞核、核仁、细胞分裂现象以及原生质等。例如，1827年贝尔(Bear)在蛙卵和几种无脊椎动物的卵细胞中发现了细胞核；1831年布朗(Brown)在兰科植物的叶片表皮细胞中发现了细胞核；1836年瓦朗丁(Valentin)在结缔组织细胞核内又发现了核仁；1840年捷克解剖学家普金耶(Purkinje)首次提出了原生质(protoplasm)的概念。至此细胞的基本结构都被发现了，人们对细胞的认识也初具系统性。


医学生物学 （二）细胞学说的建立 1838年，德国植物学家施莱登(Schleiden)总结了前人的研究成果和自己所做的工作，出版了《关于植物的发生》一书，指出“植物无论发展到多么高级，都是由个体化的、分离的物体组成的聚合体，这些物体就是细胞"。1839年，德国动物学家施万(Schwann)发表了《关于动植物在结构和生长中的相似性的显微研究》一文，指出“整个动物和植物乃是细胞的集合体，它们依照一定的规律排列在动植物体内＂。施莱登和施万共同指出：＂一切生物，包括单细胞生物、高等动物和植物都是由细胞组成的，细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位”。这就是著名的细胞学说(cell theory)。细胞学说阐明了生物界的同一性和共同起源。1855年，德国病理学家魏尔啸(Virehow)指出：＂一切细胞只能来自原来的细胞”“一切病理现象都是基于细胞的损伤＂。这些观点不仅丰富了细胞学说的内容，而且揭示了疾病发生与细胞的关系。


医学生物学 （二）细胞学说的建立 恩格斯曾高度评价细胞学说：”有了这个发现，有机的有生命的自然产物的研究（比较解剖学、生理学和胚胎学）才获得了巩固的基础＂，并将细胞学说、生物进化论和能量守恒与转化定律并称为19世纪自然科学的三大发现。人们通常将细胞学说、生物进化论（达尔文，1859)和遗传学（孟德尔，1866)称为现代生物学的三大基石，而细胞学说又是后两者的基石。细胞学说的建立不仅推动了细胞学的发展，而且推动了整个生命科学的发展。总之，细胞学说的基本内容可概括为：心一切生物都是由细胞组成的；＠所有细胞都具有共同的基本结构；＠生物体通过细胞活动反映其生命；＠细胞来自原有细胞的分裂。 二、细胞的基本特征（一）细胞的基本定义 细胞是生命活动的基本单位。这一定义可以理解为：心细胞是构成生物有机体的基本结构单位。


医学生物学 二、细胞的基本特征（一）细胞的基本定义 一切有机体均由细胞构成（病毒为非细胞形态的生命体除外）；＠细胞是代谢与功能的基本单位。在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很强的独立代谢体系；＠细胞是生物有机体生长发育的基本单位。生物有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。绝大多数多细胞生物的个体最初都是由一个细胞——受精卵，经过一系列过程发育而来的；＠细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性。人体内各种不同类型的细胞，所含的遗传信息都是相同的，都是由一个受精卵发育来的，它们之所以表现功能不同，是由千基因选择性开放和表达的结果。 （二）细胞的大小、形态和数量 人和动物的细胞直径一般为10-lOOµm。人体内最大的细胞是卵细胞，直径约100µ,m，最小的细胞直径只有4~5µm，如小淋巴细胞等。肝细胞直径在18-20µm之间。驼鸟卵是最大的细胞，其直径达12cm。支原体是最小的细胞，其直径只有0. lµm，约比细菌小10倍，比真核细胞小1000倍。


医学生物学 （二）细胞的大小、形态和数量 细胞的形态多种多样，大小也不一致，这是与细胞功能相适应的。凡是游离的细胞大多呈球形或椭圆形，如血细胞、卯细胞。神经细胞直径约lOOµm，而轴突可长达数厘米到lm，这与神经细胞的传导功能相适应。组织细胞受相邻细胞的制约和功能不同，常呈扁平形、多角形、立方形、圆柱形、长梭形、星形等。多细胞生物的机体根据其复杂程度由数百乃至数万亿计细胞构成。如盘藻仅由4个到几十个细胞组成，高等动植物有机体由无数的功能与形态结构不同的细胞组成。如新生儿约有1012个细胞，成人大约有1014个细胞，他们都是由一个受精卯通过细胞分裂与分化而来。lg哺乳动物的肝或肾组织大约有2.5亿～3亿个细胞。功能相同的细胞群构成机体的组织，再由功能不同的组织按照特定的方式组成器官，几种组织构成器官、系统和个体。各类细胞体积都相当恒定，如哺乳动物的肾细胞、肝细胞，在人、牛、马、小鼠中，细胞大小无明显差别。器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种关系有人称之为“细胞体积守恒定律”。


医学生物学 （三）细胞的主要共性不同类型的细胞在结构和功能上具有极大的类似性。 1细胞都具有选择透性的膜结构细胞都具有一层界膜，将细胞内环境与外环境隔开。为了能够调节物质进出细胞，并使细胞有最适合的内部环境，膜结构有两个基本的作用；一是在细胞内外起屏障作用，即不允许物质随意进出细胞；二是要在细胞内构筑区室，形成各个功能特区。2.细胞都具有遗传物质细胞内最重要的物质就是遗传物质DNA。在真核细胞中，DNA被包裹在膜结构即细胞核中，而原核细胞的DNA是裸露的，没有核膜包裹，所以称为拟核(nucleoid)。DNA是遗传信息的载体，能够被转录成RNA，指导蛋白质的合成，即遗传信息流。3细胞都具有核糖体所有类型的细胞，包括最简单的支原体都含有核糖体。核糖体是蛋白质合成的场所，在细胞遗传信息流的传递中起重要作用。（四）原核细胞与真核细胞在种类繁多的细胞世界中，根据其进化程度与结构的复杂程度，可划分为原核细胞与真核细胞两大类。1.原核细胞原核细胞(prokai-yotic ce ll)因没有典型的核结构而得名。其体积小，结构简单，进化地位原始，具有细胞膜、核物质和少数简单的细胞器，但无内膜系统和核膜。


医学生物学 （三）细胞的主要共性不同类型的细胞在结构和功能上具有极大的类似性。 原核生物包括支原体、细菌和蓝藻等（图2-1)。支原体是目前已知最小的细胞生物。原核细胞结构比真核细胞简单，外部有质膜包被，质膜的结构与化学组成和真核细胞膜差别不大。有些细菌的质膜内折形成中间体或质膜体，这种结构与细胞呼吸和细胞分裂有关。原核细胞（支原体除外）质膜外还有一层由蛋白质和多糖组成的坚固的细胞壁，厚度为10~25nm，具有维持细胞形态和保护的作用。 核糖体固2-1原核细胞（细菌）结构模式图 原核细胞的细胞质中没有膜性细胞器。蓝藻有一种类襄体，可行光合作用，是与质膜不连续的膜成分。其他原核细胞都没有胞内的膜结构。原核细胞最主要的特征是没有膜包被的细胞核，也没有核仁。DNA位千细胞中央的核区，称为拟核，该区可称为拟核区。原核细胞DNA分子比较长且反复折叠，如大肠埃希菌DNA全长1mm左右，为菌体长度的1000倍。由于原核细胞没有组蛋白，所以其DNA与某种非组蛋白组装成染色体，原核细胞只有单条染色体。


医学生物学 核糖体固2-1原核细胞（细菌）结构模式图 很多细菌除了基因组DNA外还有一些小的环形DNA分子，叫做质粒(plasmid)。质粒长度为1000-30000个碱基对(b ase pair, hp)，在胞质中能进行自我复制，有的也可整合到拟核DNA分子中。其编码的蛋白质具有对抗抗生素等作用。2.真核细胞一般认为真核细胞(e u karyotic ce ll)由原核细胞进化而来，所以二者有着共同的特征，如都具有细胞膜、DNA和RNA，都有核糖体参与蛋白质的合成，都能以分裂方式进行繁殖等。但是，真核细胞比原核细胞复杂得多（表2-1)，原核生物向真核生物进化的一个重要变化就是细胞内部结构的复杂化，即出现了许多结构和功能都不同的细胞器。人体内大约有200多种不同类型的细胞，根据其分化程度不同又可分为600多种。虽然它们的形态、大小与功能差异很大，但具有共同的基本结构特点（图2-2)。


医学生物学 核糖体固2-1原核细胞（细菌）结构模式图 在光学显微镜下观察，真核细胞结构可分为3部分，即细胞膜(cell membrane汃细胞质(cytoplasm)和细胞核(nucleus)。在细胞质和细胞核中可以观察到一些比较大的细胞结构，如线粒体、中心体、核仁等。在电子显微镜下可观察到细胞内各种更微细的结构，可将其分为两大类：膜相结构和非膜相吓L结构。特征原核细胞真核细胞细胞大小较小直径1~10µm较大，直径10~100µm细胞壁主要由肤聚糖组成，不含纤维素主要由纤维素组成，不含肤聚糖细胞质除核糖体外无细胞器，无胞质环流有各种细胞器，有胞质环流核糖体70S(50S+30S)80S(60S+40S)细胞骨架无有内膜系统无有细胞核拟核（无核膜、核仁）有核膜、核仁染色体一条，由非组蛋白与单个DNA分子组成多条，由组蛋白及非组蛋白与多个DNA分子组成细胞分裂尤丝分裂有丝分裂、减数分裂真核细胞的膜相结构有细胞膜、线粒体、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、叶绿体和核膜等。真核细胞的非膜相结构有核糖体、中心体、细胞质基质、核仁、染色质（染色体）、核基质和细胞骨架（微管、微丝和中间丝）等。


医学生物学 核糖体固2-1原核细胞（细菌）结构模式图 真核细胞的DNA量远远高于原核细胞。细菌DNA基因组约含4X106hp，高等动植物为其40~1000倍。因此，真核细胞DNA所编码的蛋白质种类要比原核细胞丰富得多，真核细胞核内的DNA分子与组蛋白一起组装成染色体。染色体的大小、数目随物种而异，一般含有两条或多条染色体，如人类有46条染色体。核物质外有核膜包被，核内有一个至数个核仁。 第二节细胞的基本结构一、细胞膜 细胞膜(cell membrane)是包围在细胞质表面的一层菏膜，也称质膜(plasma membrane)。在真核细胞中，除了细胞膜以外，细胞内还有丰富的由膜相结构组成的细胞器。一般将细胞膜和细胞内各种细胞器的膜统称为生物膜(biological membrane)。生物膜是细胞的基本结构，具有基本相同的化学组成和结构，它不仅具有界膜的功能，同时又是膜内外物质进出的通道。生物膜还有细胞区域化、调节运输、功能定位与组织化、信号传导、参与胞间相互作用和能量转换等功能。


医学生物学 第二节细胞的基本结构一、细胞膜 (—)膜的化学组成细胞膜具有各种复杂而重要的功能，其基础在千它的化学组成和结构。在各种不同类型的细胞w冗岔上篇生命过程的—般原理中，细胞膜的化学组成相同，即主要由脂类、蛋白质及糖类组成。三种成分的比例在不同的膜中差异很大，对大多数细胞来说，脂类约占50%，蛋白质占40%-50%，糖类占2%～10%。1膜脂生物膜上的脂类统称膜脂，主要有磷脂、胆固醇和糖脂3种，其中以磷脂含量最多。构成膜的脂类分子均为兼性分子，即它们都是由一个亲水的极性头部和一个疏水的非极性尾部组成。(1)磷脂：磷脂是最重要的脂类，主要的磷脂有甘油磷酷和鞘磷脂。还有磷脂酰肌醇，数量虽少，但其功能也很重要。最简单的甘油磷酷是磷脂酸。它以甘油为骨架，甘油分子1、2位经基与脂肪酸形成酕键，3位轻基与磷酸形成酣键。磷脂酸在膜上含量不多，但它是合成其他磷酸甘油酷的前体，其磷酸基团再与其他分子，如胆碱、乙醇胺、L－丝氨酸等结合可形成多种磷脂，如磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）和磷脂酰丝氨酸等。典型的磷脂分子如磷脂酰胆碱，其亲水的极性头部包括胆碱、磷酸和甘油，而疏水的尾部为两条几乎平行的脂肪酸链。


医学生物学 第二节细胞的基本结构一、细胞膜 细胞膜上除甘油磷脂外，还有鞘磷脂，它的结构和构象与磷脂酰胆碱相似，但是以鞘氨醇代替甘油磷脂中的甘油，其氨基和脂肪酸形成酰胺键结构称为N－酰基鞘氨醇，它的醇基与磷酸胆碱借酣键连接后形成鞘磷脂，只有一条脂肪酸链。在磷脂分子中，脂肪酸链的长短和饱和度不同，可以影响膜的流动性。一般脂肪酸链的碳原子数在l2~24之间，都是偶数，其中以16碳和18碳为多。(2)胆固醇：胆固醇是细胞膜内的中性脂类，包括3部分：轻基基团是它的极性头部，通过肖环与一个非极性的经链连接。胆固醇分子散布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂分子的极性头部，将肖环部分固定在近磷脂头的经链上，对膜的稳定性发挥着重要作用。(3)糖脂：糖脂的极性头部由一个或数个糖基组成，非极性尾部是两条经链。最简单的糖脂是半乳糖脑昔脂，由一个半乳糖作为其极性头部；最复杂的是神经节昔脂，其头部含有一个或多个带负电荷的唾液酸和其他糖基。


医学生物学 第二节细胞的基本结构一、细胞膜 由于膜脂分子具有双极性的特点，因此它们在水溶液中能自发形成脂双分子层，以疏水性尾部相，对，极性头部朝向外侧，由脂分子排列成连续的双分子层组成生物膜的基本骨架（图2-3)。它使膜具有对大多数水溶性物质不能自由通过的屏障作用。 脂质双歼层［｀｀｀``脂质体三三仁二雪［嘉三枣 2.膜蛋白生物膜中的蛋白质叫膜蛋白，主要是球形蛋白，有单体也有聚合体。它们以不同的方式与膜结合，有些仅附着于膜表面，有些部分或全部嵌在膜内。根据膜蛋白与膜脂的关系，将其分为3类（图2-4)。(1)外在蛋白或称外周蛋白：占膜蛋白的20%~30%，主要分布在膜的内表面，为水溶性。它们常通过非共价键与膜脂或膜内在蛋白的亲水部分相互连接，容易被分离和纯化。(2)内在蛋白或称镶嵌蛋白：占膜蛋白的70%~80%，有的部分嵌入膜中，有的贯穿全膜，两端暴露于膜的内外表面，称为跨膜蛋白。内在蛋白与膜结合紧密，只有用去垢剂使膜崩解后才可分离出来。(3)脂铀定膜蛋白：通过共价键与脂分子结合，位于膜的内外两侧，形似外在膜蛋白。


医学生物学 脂质双歼层［｀｀｀``脂质体三三仁二雪［嘉三枣 图2-4膜蛋白与脂双层结合的方式(1)、（2)内在（镶嵌）蛋白；（3）、（4)脂描定膜蛋白；（5）、（6)外在（外周）蛋白膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者，它们有些是运输蛋白，有些是酶，有些是连接蛋白，有些是受体。膜蛋白的含量和种类与细胞膜的功能密切相关。3.膜糖类所有真核细胞表面都有糖类。膜糖类大多数是与蛋白质或脂类分子相结合的低聚糖，主要分布在细胞膜的外表面。组成低聚糖的单糖有9种，其中主要有半乳糖和葡萄糖等。低聚糖一般由I~IO个单糖或单糖衍生物组成，有直链也有分支链。它们与蛋白质或脂类分子共价结合成糖蛋白或糖脂，存在于细胞膜的外表面或生物膜的非胞质面。由于组成寡糖链的单糖的数量、种类、结合方式、排列顺序以及有无分支等不同，可出现于变万化的组合形式，贮存了大量的信息，成为细胞相互识别、黏着、信号接收、通讯联络、免疫应答等活动的分子基础，使这些糖蛋白和糖脂在膜与外界环境相互作用过程中担负着许多重要的功能。


医学生物学 脂质双歼层［｀｀｀``脂质体三三仁二雪［嘉三枣 “细胞外被”或“糖萼“通常指真核细胞表面富含糖类的外围区域，这一区域在大多数细胞宽约200nm，大部分细胞外被由质膜中的糖蛋白和糖脂向外伸出的寡糖链部分组成，但也有一些实际上是细胞分泌出来后又黏附千膜表面的糖蛋白和蛋白多糖，它们属于细胞外基质成分（图2-5)。从这一角度来说，细胞质膜与细胞外基质的分界实际上很难划定。细胞外被除对细胞有保护作用外，还参与细胞间识别，对细胞的接触抑制以及细胞间的黏着性等都起着重要作用。 细胞外吸附千膜外表面的糖蛋白细即卜被I|细胞膜脂质双年』，”“（二）细胞膜的分子结构模型 细胞膜之所以具有种种复杂而重要的生理功能，是与质膜中的蛋白质、脂类、糖类分子之间巧妙的相互作用及特定的结构组成有关。细胞膜中的蛋白质、脂类分子是如何有机地结合在一起构成细胞膜的呢？迄今为止，巳提出了多种不同的膜分子结构模型，这里简介下列几种模型。


医学生物学 细胞外吸附千膜外表面的糖蛋白细即卜被I|细胞膜脂质双年』，”“（二）细胞膜的分子结构模型 1.流动镶嵌模型1972年，桑格(Si nger)和尼克森(Nicolson)总结了当时有关膜结构模型及各种新技术研究的成果，提出了流动镶嵌模型(fluid mos出c mode)（图2-6）。这个模型保留了原单位膜模型中有关脂类双分子层的正确概念，反映了膜结构研究的新进展，解释了许多其他模型所不能解释的现象。该模型认为流动的脂质双分子层构成了细胞膜的连续主体，蛋白质分子无规则地分散在脂质分子中。 糖脂｛（一一—- 依据蛋白质在脂双层中的位置，将其分为胞质溶胶／尸＼～外在蛋白和内在蛋白。构成膜的脂双层亲水的0:\螺旋胆固醇I具有液晶态的特性，它既有晶体分子排列`外周蛋白镶嵌蛋白的有序性，又有液体的流动性。该模型强图2-6流动镶嵌模型示意图调了膜的流动性及不对称性，也对膜功能的复杂性提供了物质基础。流动镶嵌模型可以解释许多膜中所发生的现象，但没有说明具有流动性的细胞膜在变化过程中如何保持膜的相对完整和稳定性。


医学生物学 糖脂｛（一一—- 2.晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型认为，生物膜中的类脂在可逆地进行无序（液态）和有序（晶态）的相变，膜蛋白对类脂分子的运动具有限制作用。镶嵌蛋白和其周围的类脂分子形成膜中晶态部分（晶格），而具有流动性的类脂呈小片的点状分布，因此类脂的流动性是局部的，并非整个类脂双分子层都在流动，这就比较合理地说明了生物膜既具有流动性，又具有相对完整性及稳定性的原因。3板块镶嵌模型板块镶嵌模型认为，在流动的脂双层中存在许多大小不同、刚性较大的能独立移动的类脂板块（有序结构的板块），这些有序结构的板块之间被流动的类脂区（无序结构的板块）分开。这两者之间处于一种连续动态平衡之中，因而生物膜是由同时存在不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。


医学生物学 糖脂｛（一一—- 4.脂筏模型脂筏模型(lipid rafts model)认为在生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相，如同脂筏一样载着各种蛋白。脂筏(l ipid raft)是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，大小约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间（图2-7)。从结构角度分析，脂筏在膜内就像一个蛋白质停泊的平台，它有两个特点：少许多蛋白质聚集在脂筏内，便于相互作用；＠脂筏提供了一个有利千蛋白质变构的环境，形成有效构象。脂筏的功能是参与信号转导、蛋白质分选、受体介导的内吞作用以及胆固醇代谢运输等。脂筏功能的紊乱已涉及艾滋病感染、肿瘤、动脉粥样硬化、疯牛病及肌营养不良等疾病。 昙蛋结厮气矗5尸嘈譬醇凅｀ 膜的分子结构模型是逐步发展、相互补充的，尚不能说某一模型已经很完善。由千膜结构的复杂性和功能的多样性，目前没有一个模型能作为所有生物膜的通用模式。


医学生物学 飞暑·素集凝（三）细胞表面与细胞外基质 1.细胞表面细胞表面(cell surface)是一个具有复杂结构的多功能体系，细胞膜是细胞表面的主体结构，它与质膜外侧的细胞外被和质膜内侧的胞质溶胶共同组成细胞表面。细胞表面在结构上包括细胞被(cell coat)和细胞质膜。动、植物细胞间的连接结构、细菌与植物细胞的细胞壁以及表面的特化结构，如纤毛(ci lium)和鞭毛(flagellum)等都可看成是细胞表面结构的组成部分。在功能上，细胞表面是细胞质膜功能的扩展：心保护细胞，使细胞有一个相对稳定的内环境；＠参与细胞内外的物质交换和能量交换；＠参与细胞识别、信息的接收和传递；＠参与细胞运动；＠维护细胞的各种形态。2细胞外基质在多细胞生物有机体内，除细胞之外还有非细胞性的固有物质成分，即细胞外基质(ex tra ce llular matrix, ECM)。ECM由细胞分泌到细胞外间充质中的蛋白质和多糖类大分子物质，构成复杂的网架，连接组织结构、调节组织的发育和细胞生理活动。


医学生物学 飞暑·素集凝（三）细胞表面与细胞外基质 (1)细胞外基质化学成分：细胞外基质成分的合成、分泌和组装是细胞活动的产物，化学成分为蛋白质和多糖。组成细胞外基质的大分子种类繁多，一般可分为4大类：胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白以及氨基聚糖和蛋白聚糖。(2)细胞外基质的主要功能：细胞与细胞外基质构成了完整的组织，是相互依存的关系。细胞外基质成分可以借助其细胞表面的特异性受体向细胞发出信号，通过细胞骨架或各种信号转导途径将信号传导至细胞质，乃至细胞核，影响基因的表达及细胞的活动。细胞外基质不仅参与组织结构的维持，而且对细胞的存活、形态、功能、代谢、增殖、分化和迁移等基本生命活动具有多方位的影响。 二、细胞内膜系统 细胞内膜系统(endomemhrane system)是指位于细胞质内，在结构、功能以及发生上具有一定联系的膜性结构的总称。内膜系统是真核细胞特有的结构，主要包括内质网、高尔基复合体、核膜、溶质膜..酶体、过氧化物酶体和分泌泡等。线粒体虽然也是膜性结构，但由千它在结构、功能以及发生`3\上均有一定的独立性，故不列入内膜系统。内膜系统的出现，为细胞增加了膜面积，使细胞功能呈现区域化，大大提高了细胞代谢效率。


医学生物学 二、细胞内膜系统 内膜系统的最大特点是动态性质，各种膜结构处于流动状态。正是这种流动状态，将细胞的合成活动、分泌活动和内吞活动连成了一种网络，在各内膜结构之间常常看到一些小泡来回穿梭，这些小泡分别是从内质网、高尔基复合体和细胞质膜上产生的，这就使内膜系统的结构处千一种动态平衡（图2-8)。


医学生物学 （一）内质网 内质网(endoplasmic reticulum, ER)是1945年波特(Poit e r)等在电镜下观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质的内质区分布着一些由小管、小泡吻合形成的网状结构，取名为内质网。现已证实，其分布并非仅限于内质区，可分布在整个细胞质中。它广泛存在于真核细胞中，是细胞内生物大分子合成基地。图2-8内膜系统及动态性质1内质网的基本形态结构内质网是由一层单位膜形成的袭状、泡状和管状结构，并形成一个连续的网膜系统，其内腔是连通的。内质网中还具有大量的酶，其中葡萄糖－6-磷酸酶被视为内质网膜的标志酶。内质网通常占有细胞膜系统的一半左右，为细胞体积的10％以上。由千内质网是一种封闭的襄状、泡状和管状结构，它就有两个面，内质网的外表面称为胞质面(cytosolic surface)，内表面称为腔面(cisternal surface)。


医学生物学 （一）内质网 内质网一般呈连续的网状，但这种连续性和形状不是固定不变的。在细胞周期中，一个时期可能是一些连续的小管或小痰泡，而在另一个时期有可能是不连续的。同时，内质网对细胞的生理变化相当敏感，在不正常或服药的情况下，如饥饿、缺氧、辐射、患肝炎和服用激素等，均可使肝细胞的内质网檄泡化。2内质网的分类根据是否附有核糖体，将内质网分为两类：糙面内质网(rough endoplasmic reticulum, RER)和光面内质网(srnooth endoplasmic reticulum, SER)（图2-9)。 糙面内质网糙面内质网光面内质网面内质网内质网腔 (1)糙面内质网：为有核糖体附着的内质网，多呈大的褒状，少数为小管和小泡。在电镜下观察排列极为整齐。它是核糖体和内质网共同构成的复合结构，普遍存在千合成分泌蛋白的细胞中；越是分泌旺盛的细胞（如浆细胞）RER越多，而未分化和肿瘤细胞中RER较少。其主要功能是合成分泌蛋白、多种膜蛋白和酶蛋白。RER与细胞核的外层膜相连通。


医学生物学 糙面内质网糙面内质网光面内质网面内质网内质网腔 (2)光面内质网：即无核糖体附着的内质网，通常为小的管状和小的泡状，广泛存在千各种类型的细胞中，包括合成胆固醇的内分泌腺细胞、肌细胞、肾细胞等。SER是脂类合成的重要场所，它往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基复合体。SER具有很多重要的功能，如类固醇激素的合成、肝细胞的解毒作用、糖原分解释放葡萄糖、肌肉收缩的调节等。高尔基（二）高尔基复合体复合体高尔基复合体(Golgi complex)是意大利科学家高尔基(Golgi)在1898年发现的，普遍存在千真核细胞中。电子显微镜所观察到的高尔基复合体最富有特征性的结构是由一些（通常是4~8个）排列。较为整齐的扁平膜褒(saccule)堆叠在一起，构成糙面内质网了高尔基复合体的主体结构。扁平膜袭多呈弓。


医学生物学 形，也有的呈半球形或球形，均由光滑的膜围绕 而成，膜表面无核糖体颗粒附着（图2-10)。图2-10高尔基复合体结构示意图高尔基复合体由平行排列的扁平膜森、大襄泡(vacuole)和小泡(vesicle)三种膜状结构所组成。扁平膜襄有两个面：形成面（内侧）和成熟面（外侧），来自内质网的蛋白质和脂从形成面逐渐向成熟面转运。高尔基复合体中含有许多种酶类，不同部位酶的类型和含量各不相同，说明不同区域具有不同的功能特性。糖基转移酶是高尔基复合体中最具特征性的标志酶。高尔基复合体与细胞的分泌和蛋白质分选等功能有关，能够收集和排出内质网所合成的物质，它也是聚集某些酶原颗粒的场所，参与糖蛋白和黏多糖的合成。高尔基复合体与溶酶体的形成有关，并参与细胞的胞吞和胞吐过程。 （三）溶酶体 1949年，迪夫(Duve)等用超离心技术从大鼠肝细胞中分离出一种有膜包被的微小颗粒，经细胞化学鉴定，这种颗粒内含丰富的酸性水解酶，具有分解多种大分子物质的功能，故被命名为溶酶体(lysosome)。现已证实溶酶体是一种广泛存在于真核细胞中专门从事细胞内消化作用的细胞器。


医学生物学 （三）溶酶体 1.溶酶体的形态结构与酶类电镜下，溶酶体是由一层单位膜包围而成的圆形或卯圆形的毅状结构。膜厚约6nm，大小不一，直径常在0.2-0.8µm之间。溶酶体内含有60余种酸性水解酶（标志酶是酸性磷酸酶），这些酶的最适pH为5.0，能将蛋白质、多糖、脂类和核酸等物质水解成能被细胞重新利用的小分子物质，从而为细胞代谢提供原料。不同类型细胞中溶酶体酶的种类和数量是不同的。溶酶体的膜不同千其他膜结构，具有特殊的性质：CD膜上嵌有质子泵，可将W泵入溶酶体内，以维待溶酶体内的酸性环境；＠膜蛋白呈高度糖基化状态，糖链伸向膜内侧，可保护自身膜结构免受内部水解酶的消化；＠膜上具有多种载体蛋白，用千水解产物向外转运。溶酶体膜的这些特性对于维持溶酶体正常功能十分重要。2.溶酶体的分类溶酶体可分为初级溶酶体(primary lysosome)和次级溶酶体(secondary lysosome)两大类，前者是一种刚刚分泌的含有溶酶体酶的分泌小泡；后者含有水解酶和相应的底物，是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。溶酶体的主要功能是吞噬消化作用。


医学生物学 （三）溶酶体 （四）过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)也叫微体，是由一层单位膜包裹而成的袭泡状细胞器，由千内含多种与过氧化氢代谢有关的酶，故称之为过氧化物酶体。过氧化物酶体是由一层单位膜围绕而成的圆形或卯圆形小体，直径为0.6-0.7µm。电镜下，内含极细的颗粒状物质。在哺乳动物中，只有在肝细胞和肾细胞中可见到典型的过氧化物酶体。而大多数细胞中的过氧化物酶体较小，直径仅0.1-0.2µm，有人称之为微过氧化物酶体。已在过氧化物酶体中发现了40余种酶，大体可分为两类：其中一半左右为催化生成过氧化氢的氧化酶，如尿酸氧化酶等；40％是分解过氧化氢的过氧化氢酶。在不同类型的组织细胞中，过氧化物酶体所含的酶类和数量不同，但所有过氧化物酶体中都含有过氧化氢酶，因此后者被视为过氧化物酶体的标志酶。


医学生物学 三、线粒体 线粒体是普遍存在于真核细胞中的一种重要细胞器。1894年由德国生物学家阿尔塔曼(Altmann)首先在动物细胞中发现，1897年贝达(Benda)将它命名为线粒体(mit ochondrium)。由千线粒体是细胞进行氧化磷酸化并产生ATP的主要场所，细胞生命活动所需能量的80％以上是由线粒体提供的，因此被称为细胞的“动力工厂”。 （一）线粒体的形态和分布 在光镜下，线粒体呈粒状、杆状或线状。其直径为0.5-1. Oµm，长短不一。不同类型细胞所含的线粒体数量差别很大，如哺乳动物肝细胞中约有2000个线粒体，肾细胞中约有400个，而精子中仅含约25个。其分布多集中于需能高的部位。一般功能旺盛的细胞所含线粒体丰富。


医学生物学 部部片头柄基（二）线粒体的超微结构 1.线粒体膜与膜间腔电镜下，线粒体是由两层单位膜套叠而成的囊状结构：CD外膜：厚5~7nm，膜上含有排列整齐的筒状圆柱体的孔蛋白，中央有1~3nm的小孔，可以通过相对分子质量10000以下的分子；＠内膜：厚约6nm，通透性很差，仅允许小的不带电荷的分子进入，大的分子和离子通过内膜进入基质，需要特殊的转运蛋白帮助；＠膜间隙：内外膜之间有6~8nm的空隙，称为膜间隙。被内膜所包围的空间称为内室或基质。内膜向内室突起形成峙（图2-11)。线粒体的不同部位有独特的标志酶，外膜的标志酶是单胺氧化酶；内膜的标志酶是细胞色素氧化酶；膜间隙的标志酶是腺昔酸激酶。


医学生物学 基质颗粒峙与基粒外膜核糖体 2.基粒电镜下用磷鸽酸负染法观察线粒体时，可见在内膜啃上有许多排列规则、带柄的球状小体，称为基本颗粒，简称基粒。估计每个线粒体约有104~105个基粒。基粒由3部分组成：心头部：又称F1因子。纯化的F1因子可以催化ATP水解。它由a、p、丫、8、e五种亚基按气化裕e的比例组成，相对分子质量约371000。头部只有通过柄部与镶嵌在内膜上的基片相连时才表现催化ATP合成的作用。＠柄部：是一种被称为寡霉素敏感授予蛋白的蛋白质。它能与寡霉素特异结合并使寡霉素的解偶联作用得以发挥，从而抑制ATP合成。＠基片：又称凡因子，是由至少4种多肤组成的疏水蛋白，它镶嵌千内膜脂质双层中。基片具有质子通道的作用，被呼吸链传递到膜间隙的大量质子(W)通过这个质子通道到达E因子时，便驱动ATP酶催化ADP磷酸化成为ATP。


医学生物学 基质颗粒峙与基粒外膜核糖体 现已确定每一个基粒就是一个ATP酶复合体，有时称为复合体V，是将呼吸链电子传递过程中释放的能盘用千使ADP磷酸化形成ATP的结构，是偶联磷酸化的关键结构。3线粒体基质为无定形物质，由于内膜通透性较低，使基质具有一定的pH和渗透压。基质中含有酶、脂类、DNA、RNA和核糖体以及较大的致密颗粒。基质的标志酶是苹果酸脱氢酶。 四、细胞骨架系统 在20世纪初，细胞被看成是由悬浮在胞质溶胶中的各种独立的细胞器的集合体。电子显微镜和各种染色技术的发展，揭示细胞除了含有各种细胞器外，在细胞质中还有一个三维的网络结构系统（图2-12)这个系统被称为细胞骨架(cytoskeleton)。细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，主要包括微管、微丝和中间丝三类。


医学生物学 （一）微管 微管(microtubule)是细胞骨架纤维中最粗的一种，具有保持细胞特定形态，参与细胞运动等功能。微管是一种动态结构，在细胞骨架中起支架（骨骼）的作用，它能很快地组装和去组装，因而在细胞中呈现各种形态和排列方式，以适应变动的细胞质状态和完成它们的各种功能。秋水仙素可抑制微管的聚合。微管还与其他蛋白共同组装成中心粒、基体、鞭毛、纤毛等特定结构。电镜下，微管是一种中空的管状结构，长短不细胞质膜一。微管由13条原纤维纵行螺旋排列而成，每条细胞被原纤维是由a、B微管蛋白相间排列而成的长链。微管结合蛋白参与微管的组成，调节微管的特异内质网性，将微管与有关细胞器相连。 细胞中微管存在方式有三种，即单管、二联管 和三联管。单管微管在细胞中呈网状或成束分布，不稳定，可随细胞周期发生变化。二联管、三联管只存在于某些特定的细胞器中，如中心粒（三联管）和鞭毛、纤毛（二联管）中的微管。


医学生物学 （二）微丝 图2-12细胞骨架立体结构示意图微丝(microfilament)是普遍存在于真核细胞中的一种实心骨架纤维，直径约为7nm，可成束、成网或弥散分布于细胞质中，是一种可变的结构，它与微管共同构成细胞的支架。微丝的基本成分是肌动蛋白，由它组成的纤维与细胞内各种微丝结合蛋白相互作用。目前已发现40多种微丝结合蛋白，它们多数以简单的方式与肌动蛋白相结合，形成多种不同的亚细胞结构并具有多种功能。肌动蛋白是微丝结构和功能的基础蛋白。肌动蛋白单体（G－肌动蛋白）先自体组装成长链后，两条长链相互缠绕成双螺旋形的肌动蛋白丝（F－肌动蛋白），即微丝。细胞松弛素B能特异性地破坏微丝的组装，鬼笔环肤(p halloidin)可以促进微丝的聚合，并稳定微丝的结构。 （三）中间丝 中间丝(intermediate filament, IF)又称中间纤维，因其直径介千粗肌丝和细肌丝之间而得名。它的化学成分、种类复杂，结构独特，对解聚微管（如秋水仙素）和抑制微丝（如细胞松弛素B)的药物均不敏感，是广泛存在千真核细胞中的第三种骨架成分。


医学生物学 （三）中间丝 电镜下，中间丝是中空管状结构，单根或成束地分布在细胞质内。已发现哺乳动物有5种不同蛋白成分的中间丝，其分布具有严格的组织特异性。例如，I、II型酸性角蛋白主要存在千上皮组织，V型核纤层蛋白存在千所有细胞内。目前发现大约有15种IF结合蛋白，其本身并非中间丝组分，但能与中间丝交联成束、成网，并把中间丝交联到质膜或其他骨架成分上。它们具有中间丝类型特异性，并与组织状态、细胞的功能和发育状态有关。尽管构成中间丝的成分复杂，但它们具有相似的基本结构，即在中间丝蛋白分子肤链中部都有一个约310个氨基酸残基的0'.螺旋杆状区，其长度和氨基酸组成非常保守。杆状区的两端是非螺旋的头部和尾部，其氨基酸组成和化学性质是高度可变的，中间丝蛋白的差异，几乎完全在于其端部的多样化。 五、细胞核 细胞核由核膜、核仁、染色质（染色体）和核基质组成。它在细胞生命活动过程中处于极为重要的地位，是细胞内遗传信息贮存、复制和转录的场所，也是细胞功能及代谢、生长、增殖、分化、衰老的控制中心。


医学生物学 五、细胞核 细胞核通常是球形，但也有长形、扁平和不规则的形态。细胞核在细胞中的位置也是多变的，并不都是位于细胞的中央。一般来说，一个细胞只有一个细胞核，有些特殊的细胞含有多个细胞核，例如脊椎动物的骨骼肌细胞，其中含有几十甚至几百个独立的细胞核。但是在成熟的红细胞中没有细胞核。（一）核膜'核膜又称核被膜，是细胞内膜系统的重要组成部分，它作为界膜将细胞内区分为核与质两个相对独立又相互联系的功能区，同时，由核被膜进一步构建成核孔复合体，控制着核质间的物质和信息的交流。1核被膜电镜下，核被膜由内外两层平行的单位膜组成，每层单位膜厚约7.5nm。靠向细胞质的一层为外核膜，靠向核质的一层为内核膜，两层膜是同心排列的。两层膜之间的空隙称为核周隙，宽20-40nm，内部充满着液态物质。外核膜表面附有核糖体，可与内质网相连。内核膜表面光滑，无核糖体附着，内侧有一层致密的纤维蛋白层，称为核纤层，内核膜上有特异蛋白与其相连，起稳定细胞核外形作用。在核膜表面，由于核膜内外层彼此融合，形成许多核膜孔，孔径一般在50~70nm，它们是核质间的重要通道。


医学生物学 五、细胞核 2.核孔复合体核膜孔并非是单纯的孔洞，而是复杂的环状结构，它由孔环颗粒、周边颗粒、中央颗粒和无定形物质组成，与核孔一起统称为核孔复合体（图2-13)。3核纤层是内层核膜下的一层由纤维蛋白组成的纤维网络结构，一般厚10-20nm。构成胞质环中央颗粒核纤层网络的蛋白称核纤层蛋白，有A、B、C三种，都是酸性蛋白。核纤层与核膜、核孔复合体以轮及染色质在结构上关系密切，为它们提供了结构.核膜｀了一支架，并介导核膜与染色质之间的相互作用。核纤层是一种高度动态结构，在细胞分裂期间，核纤层发生去组装和重新组装的周期性变化，影响着核膜的解体和重建。（二）核仁核仁是真核细胞间期核中最显著的结构。它中央颗粒是细胞内rRNA合成、加工和核糖体亚单位装配的图2-13核孔复合体的结构模型场所。在细胞增殖周期中，核仁又是一个高度动态的结构，表现出周期性消失与重建，其功能状态与细胞内蛋白质合成密切相关。1.核仁的化学组成生化分析表明，核仁主要成分为蛋白质(80%）、RNA(10%-11%）、DNA(8%）和少量的脂类。2.核仁的形态结构光镜下，核仁为均质折光性很强的球形小体。电镜下的核仁为一种无膜包被的海绵状网络结构，它由4部分组成：(1)纤维成分：由紧密排列、直径为5~8nm的纤维丝组成，其主要成分是RNA和蛋白质，它们构成了核仁的海绵状网架。(2)颗粒成分：电镜下表现为高电子密度的颗粒，直径15-20nm，是由rRNA和蛋白质组成的核糖体亚单位前体物，多位于纤维结构的周围。(3)核仁区染色质：包括，心核仁周边染色质：是围绕核仁周边的染色质，主要是异染色质；＠核仁内染含有rRNA基因的色质：为深入到核仁内的染色质，是具有功能活性的常间期10条染色质以拌环形式进入染色质部分，上面载有大最rRNA基因（又称rDNA),核仁此段DNA称为核仁组织区(nucleolus organizer region, NOR)，是组织形成核仁的部位。人类NOR位于5对核仁有随体的染色体(13、14、15、21、22号）的短臂端部。在外层核膜分裂末期这5对染色体端部（含有rRNA基因的10条染色质拌环延伸进入核仁）先形成10个小的核仁，然后长大、融合成1个大的核仁（图2-14)。(4)核仁基质：为无定形的蛋白质性液体物质，与图2-14含有rRNA基因的10条染色质拌核基质沟通，是上述其他三种结构的存在环境。环延伸进入核仁3.核仁周期核仁是一种动态结构，在分裂间期，由千需要合成大量蛋白质，核仁组织区上的rDNA快速进行rRNA转录，在其周围装配核糖体亚单位，从而形成典型的核仁结构。在分裂前期，染色质形成染色体，核仁组织区上的rDNA停止了rRNA转录，其周围的核糖体亚单位散去，因此核仁消失。分裂末期，染色体解旋，rRNA重新转录，核仁又重现。由千核仁的功能是合成rRNA和装配核糖体亚单位。因此，核仁的大小可直接反映细胞内蛋白质合成状况，蛋白质合成旺盛的细胞，核仁大而明显，如分泌细胞、肿瘤细胞。


医学生物学 五、细胞核 （三）核基质核液中存在着一个主要由非组蛋白纤维组成的网络状结构，称为核基质。由于它的形态与胞质骨架很相似，相互之间又有一定的联系，所以也被称为核骨架。 （四）染色质与染色体 染色体是遗传信息的载体，由DNA、RNA和蛋白质构成，其形态和数目具有种系的特性。在细胞间期核中，以染色质丝形式存在。在细胞分裂时，染色质丝经过螺旋化、折叠、包装成为染色体，为显微镜下可见的具不同形状的小体。1.染色质的化学组成主要成分包括DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA。(3)非组蛋白：是一类富含天冬氨酸和谷氨酸的酸性蛋白。这类蛋白质含量少，种类繁多(500多种），功能各异，主要是与DNA复制、染色质化学修饰有关的酶类，参与染色体构建的结构蛋白及少量组织特异性的调节蛋白等。2染色质的超微结构与组装1974年，科恩伯格(Kornberg)等根据染色质的酶切降解和电镜观察，明确提出核小体是构成染色质的基本结构单位。


医学生物学 （四）染色质与染色体 (1)核小体：核小体(nucleosome)由5种组蛋白和200bp左右的DNA组成。其中4种组蛋白(H2A、H2B、H3、比）各两个分子，组成八聚体的核小体核心颗粒。146-147bpDNA缠绕在其外围1.75圈，形成直径为11nm的核小体。相邻核小体之间由60个左右碱基的DNA形成连接DNA。凡位千DNA进出核心颗粒的结合处，是最大的一种组蛋白分子，比凡或H4大一倍，其功能是保持染色质纤维的高级结构和保护核心颗粒上的DNA碱基对不被核酸酶消化（图2-15)。从DNA到染色体经过四级包装共压缩了8000-10000倍（图2-16)。人类的每条染色体DNA分子平均长5cm而分裂期的染色体只有几微米，压缩率与该模型大致吻合。


医学生物学 DNA双螺旋贰5cm>t2nm核小体串呱2cm声tllnm员冒330nm的染色质呱1.2cm>nm?伸展形式的拌环呱·:,, t300nm紧缩形式的拌环?（早中期染色体）I700nm中期染色体重<5µm>t1400nm 目前，关千染色质的包装，在一级和二级结构上已基本取得一致的看法，但从直径30nm的螺线管如何进一步包装成染色体尚有不同看法，提出了一些新的说法。由莱姆勒(Laemmli)等提出染色体＂拌环模型”引起人们的重视，该模型认为在染色体中，有一个由非组蛋白构成的纤维网架，称为染色体支架。两条染色体的非组蛋白支架在着丝粒区相连接。直径30nm的螺线管一端与支架结合，另一端向周围呈环状迂回后再回到结合处。这样的环状结构称为拌环。拌环沿染色体纵轴由中央向四周伸出，构成放射环，每个拌环包含315个核小体，约含63kb，每18个拌环呈放射平面排列形成微带，再沿纵轴构建成染色单体。


医学生物学 六、核糖核蛋白复合体 核糖核蛋白复合体(ribonucleoprotein complex)是由RNA和蛋白质组成的复合体，简称核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。大的核糖核蛋白复合体如核糖体，小的核糖核蛋白复合体有信号识别颗粒、端粒酶、剪接体等。 （一）核糖体 核糖体(ribosome)是罗宾逊(R加nson)等(1953年）在电镜下发现的一种颗粒状小体，后被证实它们普遍存在于真核细胞和原核细胞中，是专门用来合成蛋白质的细胞器，这种颗粒小体由rRNA和蛋白质组成。1.核糖体的形态结构电镜下，核糖体为直径15-25nm的致密小颗粒，没有被膜包裹，由两个亚单位组成。大亚单位略呈圆锥形，其一侧伸出3个突起，中央为一凹陷。小亚单位为长条形(23nmx l2nm),1/3处有一细的缢痕。大小亚单位结合时，凹部彼此对应，形成一个隧道，在蛋白质合成过程中，mRNA穿行在隧道中。在大亚单位中，还有一垂直于隧道的通道，新合成的多肤链，由此释出（图2-17)。


医学生物学 2.核糖体的重要活性部位用免疫电镜技术，已核糖体大亚基确定了核糖体上的几个重要的功能活性部位。 (1)mRNA结合部位：该位点位千小亚基上，能与mRNA分子起始密码子前一段富含噤呤的序列结合，并使其保持单链构象。(2)A、P位：A位(ami noacyl site, A si te)也称氨酰位或受位，主要位于大亚基上，是接受氨酰基－tRNA的部位。P位(peptidyl site, P s i te)又称肤酰位或供位，主要位于小亚基上，是肤酰基-tRNA移交肤链后，tRNA释放的部位。图2-17核糖体的形态结构模式图(3)肤基转移酶部位：具有肤基转移酶的活性，位于大亚基上，其作用是在肤链合成过程中催化氨基酸与氨基酸之间形成肤链。


医学生物学 2.核糖体的重要活性部位用免疫电镜技术，已核糖体大亚基确定了核糖体上的几个重要的功能活性部位。 (4)GTP酶部位：具有GTP酶活性，能分解GTP并将肤酰基－tRNA由A位移到P位。(5)E部位：即新生多肤链的出口位，它是大亚基上长约30个氨基酸的孔道，能容纳生长中经过的肤链。（二）小的核糖核蛋白复合体1.信号识别颗粒信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP)是由6个蛋白质亚基结合在1个7S RNA分子上组成的核糖核酸蛋白复合体。SRP能够识别并结合刚从游离核糖体上合成出来的分泌蛋白（膜蛋白及内质网、高尔基复合体和溶酶体基质中的蛋白）肤链中的信号肤，暂时中止新生肤的合成，又能与其在内质网上的受体（即停靠蛋白质）结合而将新生肤转移入内质网腔，防止蛋白水解酶对其损害。2端粒酶端粒酶(telomerase)为一种反转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成核糖核蛋白复合体，其中RNA是一段模板序列，而其蛋白质组分具有反转录酶活性，指导合成端粒DNA的重复序列片段，以维持端粒长度及功能。


医学生物学 2.核糖体的重要活性部位用免疫电镜技术，已核糖体大亚基确定了核糖体上的几个重要的功能活性部位。 3.剪接体剪接体(spliceosome)是由核小RNA(s nRNA, Ul、U2、U4、U5、U6等）和蛋白质因子（约100多种）动态组成、识别真核生物RNA前体的剪接位点并催化剪接反应（切除内含子，连接外显子）的核糖核蛋白复合体。 第三节细胞的基本功能 细胞的基本功能主要有物质运输、能量代谢、信号转导、细胞运动、遗传信息传递及其调控等。如生物膜的功能见图2-18。 一、细胞的物质运输 细胞的物质运输包括离子和小分子物质的跨膜运输、生物大分子和颗粒性物质的膜泡运输、细胞内蛋白质的运输与分选细胞核与细胞质间的物质交换等。 32上篇生命过程的一般原理••N a+•(—)离子和小分子物质的跨膜运输...I..物质穿越质膜的运输可分为被动运输和主动运输两类。 1.被动运输物质穿膜的被动扩散不消耗细胞的代谢能量，而是利用物质在膜两侧的浓度差势能，顺浓度梯度扩散。被动运输又依据是否有载体协助而分为简单扩散和易化扩散两种。


医学生物学 32上篇生命过程的一般原理••N a+•(—)离子和小分子物质的跨膜运输...I..物质穿越质膜的运输可分为被动运输和主动运输两类。 宁(1)简单扩散(s i mple d i ffusio n)：又称Na••0单纯扩散或自由扩散(free d i ffus i on)。是••1/．气邸(5)细胞间/小分子由高浓度区向低浓度区的自行穿膜运输。属于最简单的一种物质运输方O养分oO(4)信号转导式，不需要消耗细胞的代谢能量，也不需图2-18生物膜的功能示意图要专一的载体。(2)易化扩散(faci lit ated diffusion):又称协助扩散，溶质的穿膜转运需要一个或多个膜转运蛋白(membrane transpor t pro tein)参与。它达到的膜两侧平衡分布与单纯扩散一样，但在特异性转运蛋白作用下溶质的穿膜移位不需消耗代谢能量。


医学生物学 32上篇生命过程的一般原理••N a+•(—)离子和小分子物质的跨膜运输...I..物质穿越质膜的运输可分为被动运输和主动运输两类。 l)膜转运蛋白：是指细胞膜上负责转运不能通过简单扩散穿膜的物质的蛋白质。可分为：心载体蛋白(carrier pro t e in)：载体蛋白与特定溶质分子结合，通过构象改变进行物质转运，允许该物质穿过膜而进入膜的另一侧，既介导被动运输又介导主动运输。＠通道蛋白(channel protein)：通道蛋白能形成贯穿膜脂双层的孔道，介导特定离子或水分子从膜的一侧进入另一侧；如离子通道(i on channel)是细胞膜上能调节和转运特异离子穿膜的通道，由穿膜的整合蛋白质构成，供离子顺电化学梯度穿过脂双层。一般可分为配体闸门通道与电压闸门通道两类。细胞膜上由水孔蛋白(aquaporin, AQP)形成专一性转运水分子的通道。2)易化扩散的特点：心具有选择性、特异性；＠转运速率高于简单扩散；具有饱和性；＠存在最大转运速度。离子通道不持续开放，受＂闸门＂控制，高效转运各种离子。


医学生物学 32上篇生命过程的一般原理••N a+•(—)离子和小分子物质的跨膜运输...I..物质穿越质膜的运输可分为被动运输和主动运输两类。 2主动运输主动运输是逆浓度梯度运输，需要细胞提供代谢能，并要求有载体蛋白参加，将物质由低浓度一侧向高浓度一侧进行的穿膜转运方式。如Na•和K十的穿膜运输即为主动运输。Na•-K•ATP酶(Na•-K+泵）利用水解ATP提供的能量将N旷运出细胞，将K十运进细胞。由于泵的活动，造成离子在膜两侧的浓度不同，使膜两侧保持一定的电位差，即膜电位。细胞内约有1/3的ATP是给Na•K泵主动运输提供能量的，这种细胞内外Na\K浓度差的维持对于膜电位的产生、渗透压的调节以及在神经和肌肉细胞的冲动传导等方面具有重要生理意义。N旷在膜两侧的浓度差可被用来进行某些物质（如葡萄糖）的偶联穿膜运输。主动运输是细胞膜最主要的物质转运方式。进行主动运输的物质有离子、葡萄糖、氨基酸和核背酸等极性分子等。细胞内约有1/3的能量是被主动运输消耗的，可见主动运输在细胞中的重要地位。


医学生物学 （二）生物大分子和颗粒性物质的膜泡运输 大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜，物质进出是由膜包围，形成袭泡，通过一系列膜襄泡的形成和融合来完成转运过程，称为膜泡运输(ves i cu l ar tra n spor t)，包括胞吞作用和胞吐作用。1胞吞作用胞吞作用(e n docytos i s)是指通过细胞膜的变形运动，将大分子和颗粒物质先包裹，然后形成小泡，最后脱离细胞膜进入细胞内的转运过程。根据吞入物质的状态、大小及特异程度的不同，可分为吞噬作用胞饮作用和受体介导的胞吞作用三种方式。(I)吞噬作用(p h agocytos i s)：是吞噬细胞摄入颗粒性物质的过程。细胞膜凹陷或形成伪足，摄入直径大于250nm的颗粒物质（如细菌、细胞碎片等）的过程，形成的小襄泡称吞噬体。具有吞噬功能的细胞主要有中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞等。吞噬作用在机体防御系统中发挥重要作用。


医学生物学 （二）生物大分子和颗粒性物质的膜泡运输 2胞吐作用胞吐作用(exocytos is)是一种与胞吞作用相反的过程，也称外排作用。细胞内某些物质由膜包围形成小泡，从细胞内部逐渐移到细胞下方，小泡与质膜融合，最后把物质排出细胞外。这是细胞将分泌产生的激素、抗体、神经递质和酶类以及未被消化的残渣等物质排出细胞的重要方式。胞吐作用能将细胞内产生的各种物质排到细胞外或整合到细胞膜中，细胞膜也可以通过胞吞作用再回到细胞质中，还可以再整合到新的分泌襄泡中，胞吞和胞吐作用使胞内膜和细胞膜不断地得到交换和更新，形成细胞的膜循环系统。 （三）细胞内蛋白质的运输与分选 内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所以能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合决定膜的表面识别特征。


医学生物学 1.细胞内的膜泡运输途径 (1)内质网附着核糖体上合成的蛋白质的运输：在ER的特定区域以出芽方式形成有被小泡，将所合成的正确折叠和正确组装的蛋白质运往高尔基复合体进行加工、分拣和包装；对蛋白质进行加工和分拣后，将其包装成分泌小泡，一部分借助千有被小泡运往细胞膜并分泌到胞外，一部分以有被小泡的形式运往溶酶体，其余分泌小泡暂时储存在细胞质中。(2)内吞体在胞内的运输：在受体介导的内吞运输中，外源物质以有被小泡的形式被吞入细胞，形成内吞体。在把所吞入的外源物质送交溶酶体进行消化处理的同时，也会将部分受体运回细胞膜，参与有被小泡的再运输。(3)膜的转化：ER在以有被小泡的方式将合成物运送到高尔基复合体，小泡膜被整合到高尔基复合体的形成面囊泡上的同时，在高尔基复合体向ER方向的膜泡运输过程中，还可将部分小泡膜转化为ER膜，在高尔基复合体向ER之间也可进行膜的转化。


医学生物学 1.细胞内的膜泡运输途径 2胞内膜泡运输机制大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被(c o a t)。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：心选择性地将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；＠如同模具一样决定运输小泡的外部特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积与衣被蛋白的组成有关。衣被小泡携带被运输的物质定向抵达靶标并且与靶膜融合。二者的融合具有高度特异性，膜泡与靶膜的识别是二者融合的前提。细胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白，在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的区域。（四）细胞核与细胞质间的物质交换一般来说，水分子和一些离子及相对分子质量小于5000的单糖、氨基酸、核昔和核昔酸，可通过跨膜运输（被动或主动运输）通过核膜。核孔复合体既可以作为被动扩散的亲水通道，也可以对绝大多数大分子物质（如RNA、核糖体、蛋白质等）进行主动运输。核孔复合体主动运输的特点主要有：具有选择性、直径大小可调节、信号识别与载体介导、消耗能量和双向性。


医学生物学 二、细胞的能量代谢 一切生物体都需要依靠能量维持其生存。生物合成、肌肉收缩、神经传导、维持体温、物质运输、细胞分裂等一系列生命活动都需要能量。 （一）细胞能量的获得与转换 1.细胞呼吸在细胞内特定的细胞器（主要是线粒体）内，在02的参与下，分解各种大分子物质，产生CO2；与此同时，分解代谢所释放出的能量储存于ATP中，这一过程称为细胞呼吸(cellular respiration)，也称为生物氧化。细胞呼吸是细胞内提供生物能源的主要途径，细胞呼吸有以下特点：心细胞呼吸本质上是在线粒体中进行的一系列由酶系所催化的氧化还原反应；＠所产生的能量储存千ATP的高能磷酸键中；＠整个反应过程是分步进行的，能蜇也是逐步释放的；＠反应是在恒温(37°C)和恒压条件下进行的；＠反应过程中需要H20的参与。


医学生物学 （一）细胞能量的获得与转换 2.细胞能量转换分子一ATP细胞呼吸所产生的能量并不像燃烧所产生的热能那样散发出来而是储存于细胞能量转换分子ATP中。ATP是一种高能磷酸化合物，细胞呼吸时，释放的能量可通过ADP的磷酸化而及时储存于ATP的高能磷酸键中作为备用；反之，当细胞进行各种活动需要能量时，又可去磷酸化，断裂一个高能磷酸键以释放能量来满足机体需要。因为ATP是细胞内能量转换的中间携带者，所以被形象地称为“能量货币"。ATP是细胞生命活动的直接供能者，也是细胞内能量获得、转换、储存和利用等环节的联系纽带。


医学生物学 （二）细胞能量转换的机制 “能量货币“ATP中所携带的能量来源于糖、氨基酸和脂肪酸等的氧化，这些物质的氧化是能量转换的前提。线粒体的主要功能是通过氧化磷酸化反应合成ATP，为细胞提供能量（图2-丙酮酸脂肪酸19)。糖和脂肪等营养物质在细胞质中经过酵解作用产生丙酮酸和脂肪酸，进入线粒体基质丙酮酸脂肪酸外膜后，经过一系列分解代谢形成乙酰辅酶A（乙乙酰CoA酰CoA)，再进一步参加三狻酸循环，脱下的氢经线粒体内膜上的电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，生成水。在此过程中释放出的能I02量，通过ADP的磷酸化，生成含高能磷酸键的NADH ATP储存于体内，供机体各种活动的需要。+声以葡萄糖为例，该过程大致可分为4个阶段：心葡萄糖在细胞质中进行糖酵解；＠丙酮酸在线粒体基质中氧化脱狻生成乙酰CoA;图2-19线粒体中主要代谢反应简图＠乙酰CoA在线粒体基质中进行三狻酸循环；＠电子传递偶联氧化磷酸化：氧化磷酸化偶联与ATP形成是能量转换的关键；氧化磷酸化是释放代谢能的主要环节，在这个过程中，NADH和FADH2分子把它们从食物氧化得来的电子转移到氧分子。这一反应相当于氢原子在空气中燃烧最终形成水的过程，释放出的能量绝大部分用千生成ATP，少部分以热的形式释放。


医学生物学 （二）细胞能量转换的机制  蛋白质和脂肪的彻底氧化只在第一步中与糖的氧化有所区别。三、细胞的信号转导 细胞信号转导(signal transduction)是指细胞通过细胞膜或胞内受体感受胞外信息分子的刺激，将信号转换后传递给相应的胞内系统，使细胞对外界信号做出适当的反应的过程。信号转导是多细胞动物调节机体各部分细胞活动的重要组成部分。细胞信号转导的相关分子包括细胞外信号分子、受体和胞内信号转导分子。 （一）细胞信号分子与受体 1.细胞外信号细胞外信号也称为配体(li gand)，指能与受体蛋白质分子专一部位结合，引起细胞反应的分子。是由细胞分泌的、能够调节机体功能的一大类生物活性物质，是细胞间通讯的信号，被称为“第一信使＂。胞外信号包括物理信号和化学信号，根据胞外信号的特点及作用方式，化学信号分子可分激素、神经递质、局部化学介质三种类型。2受体受体(receptor)是能与细胞外专一信号分子（配体）结合引起细胞反应的蛋白质。受体与配体结合即发生分子构象变化，从而引起细胞反应，如介导细胞间信号转导、细胞间黏合、细胞的胞吞作用等。


医学生物学 （一）细胞信号分子与受体 根据受体所在细胞内部位的不同，将受体分为细胞膜受体和胞内受体2类。其中细胞膜受体又包括3类：即离子通道受体，G蛋白偶联受体和酶联受体。膜受体多为膜上的糖蛋白。3.胞内信号转导分子细胞外的信号经过受体转换进入细胞内，通过细胞内一些蛋白质和小分子活性物质进行传递，这些能够在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为胞内信号转导分子(signal transducer)或细胞内信息分子。胞内信号转导分子一般可分为2大类：心信号转导蛋白：如G蛋白、蛋白激酶A等；＠第二信使(second messenger)：如环腺昔酸(cyclic adenylic acid, cAMP)、肌醇三磷酸(inositol triphosp hate, IP3)、二酰甘油(diacyl glycerol, DAG)等。


医学生物学 （二）细胞信号转导途径概述 1细胞信号转导途径的组成主要包括信号接收装置、信号转导装置及第二信使系统。通过细胞表面受体介导的信号途径包括以下4个步骤：心胞外信号分子与靶细胞膜上的特异性受体结合并激活受体；＠胞外信号分子通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生胞内第二信使或活化的胞内信号转导分子；＠信号在靶细胞内经一系列信号转导分子进行传递，引发胞内信号放大的级联反应，并激活特定的靶蛋白如基因调节蛋白、参与代谢反应的酶、细胞骨架蛋白等，由此引起基因表达的变化、代谢活性的变化、细胞形状的变化或细胞运动等多种反应；＠细胞反应由千受体的脱敏或受体下调启动反馈机制，从而终止或减低细胞反应。a、B、'Y三个亚基组成当a亚基与GDP结合时处千关闭状态，与GTP结合时处千开启状态，a亚基具师4ti有GTP酶活性，能催化所结合的GTP水解，恢复无活性的三聚体状态。各种信号转导分子的特定组合及有序的相互作用，构成了不同的信号转导途径。信号转导分子通过引起下游分子的数量、分布或活性状态变化而传递信号。小分子信号以浓度和分布的迅速变化为主蛋白质信号转导分子依赖蛋白质的相互作用为主而传递信号。


医学生物学 四、细胞的运动 细胞运动(cell motility)是生命进化的最重要的成果之一。细胞运动不仅使细胞内的代谢产物、生物大分子和细胞器在细胞内合理分布，而且使细胞能转移到更适合生长的地点。（一）细胞运动的形式细胞运动的表现形式多种多样，从染色体分离到纤毛、鞭毛的摆动，从细胞性状的改变到位置的迁移（如白细胞等的变形运动）以及平滑肌和横纹肌的收缩等。所有细胞运动和细胞内的细胞骨架体系（尤其是微管和微丝）有关，同时需要ATP提供能鼠，所释放的能量通过动力蛋白(mo tor protein)驱使细胞运动。


医学生物学 四、细胞的运动 1.细胞的位置移动细胞迁移(cell migration)也称为细胞爬行或细胞运动，是指细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的梯度后而产生的移动。细胞迁移为细胞头部伪足的延伸、新的黏附建立、细胞体尾部收缩在时空上的交替过程。包括：鞭毛和纤毛摆动、阿米巴样运动和褶皱运动。细胞迁移是正常细胞的基本功能之一，是机体正常生长发育的生理过程，也是活细胞普遍存在的一种运动形式。胚胎发育、血管生成、伤口愈合、免疫反应、炎症反应、动脉粥样硬化、癌症转移等过程中都涉及细胞迁移。如哺乳类的输卵管内摆动的纤毛能将卵细胞推向子宫方向；高等动物的巨噬细胞和部分白细胞通过阿米巴样运动，主动搜寻病原微生物，保护宿主抵御感染；肿瘤扩散也是由于癌细胞的运动功能失去控制造成的。2.细胞的形态改变细胞骨架能维持细胞的性状，通过细胞骨架的不断组装（聚合）和去组装（解聚），使细胞能适应其功能状态发生形状改变及其运动方式，如肌纤维收缩、神经元突触生长、细胞表面突起（微绒毛、伪足等）的形成及消退等。


医学生物学 四、细胞的运动 3细胞内运动细胞运动中最复杂微妙的方式当属那些发生在细胞内的运动。主要有细胞质流动、膜泡运输、突触运输和染色体分离四种形式。(1)细胞质流动：细胞代谢物主要通过胞质环流来实现在细胞内的扩散。(2)膜泡运输：膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白，在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的区域（详见本节细胞的物质运输部分）。(3)突触运输：在神经元胞体合成的蛋白质、神经递质、小分子物质以及线粒体等膜性结构都必须沿轴突运输到神经末梢；同理，一些物质也要运回胞体，在胞体内被分解或重新组装；有些病毒或毒素进入神经细胞后，也可沿轴突到达胞体。轴突运输时沿着微管提供的轨道进行。(4)染色体分离：细胞分裂中期时染色体排列组装在赤道板上，后期姐妹染色体分离移向细胞的两极，都是通过微管的组装和去组装完成的。染色体的这种运动对千其正确分离，保证遗传物质稳定性具有重要意义。


医学生物学 （二）细胞运动的机制及其调节 细胞运动机制及调节涉及：CD需要一类特殊的蛋白质（酶）参与，这些蛋白质即动力蛋白，能水解ATP获得能量，沿着微管或微丝移动；＠由于微管蛋白或肌动蛋白聚合，组装成束状或网格而引起细胞运动。此外，有些细胞运动方式由上述两种机制共同参与。 五、细胞的遗传信息传递及其调控 1细胞的遗传信息传递作为基因的DNA序列不但能储存遗传信息，复制遗传信息，还能将遗传信息先转录到mRNA，然后按照mRNA上的遗传密码翻译成蛋白质和酶，从而实现基因决定性状的功能。


医学生物学 五、细胞的遗传信息传递及其调控 2.遗传信息传递的调控基因表达是根据体内的需要进行严格调控的，基因的表达主要有如下几个层面的调控：叩DNA水平调控：DNA分子的甲基化、组蛋白与DNA的结合都能抑制基因转录；＠转录水平调控：基因内和基因外有一些特定的DNA序列，如启动子、增强子等，对基因转录的启动、转录的效率起调控作用怼）转录后水平调控：转录后的mRNA，要进行戴帽、加尾和剪接，如选择性剪接与细胞分化有关；＠翻译水平调控：细胞质中有许多因子对基因的翻译过程起调节作用，如含铁蛋白元件可使阻遏蛋白从mRNA上解离，使翻译速度大大提高；＠翻译后水平调控：翻译后加工过程对基因的表达起调控作用。翻译后修饰包括多肤切割和某些氨基酸的化学修饰，化学修饰包括胫化、磷酸化、糖基化等以及添加不同类型碳水化合物或脂类基团。 第四节细胞的生命活动 细胞的生命活动是一个复杂的调控过程，每一个细胞都是独立的个体，都具备潜在的各种生命活动（增殖、发育、分化、衰老与死亡等）的能力，即全能性。但它们组成一个多细胞整体时，在某种协调因素如激素的运作下，又各司其职，具有协同性和统一性。


医学生物学 一，一、细胞增殖（一）细胞增殖及其作用 细胞增殖有精确的调控机制，表现出严格的时间和空间的顺序性，如果异常就会产生疾病。如造血细胞生成的速率小千血液中细胞死亡的速率时就会造成贫血；机体局部细胞无休止的分裂时就会产生肿瘤。所以探讨细胞增殖的机制对于医学有十分重要的意义。2)蛋白质的合成：S期所需的DNA复制相关的酶系如DNA聚合酶，及与G期向S期转变相关蛋白质如触发蛋白(t rigger pro t e i n汃钙调蛋白(calmodulin, CaM)、细胞周期蛋白等均在此期合成。只有当触发蛋白含量积累到临界值，细胞周期才能朝DNA合成方向进行。钙调蛋白的含量在G1晚期可达到峰值，用抗钙调蛋白药物处理细胞，可延缓其从G1期到S期的进程。蛋白质的磷酸化作用在G1期也较为突出。组蛋白、非组蛋白和一些蛋白激酶在G1期也可发生磷酸化。


医学生物学 一，一、细胞增殖（一）细胞增殖及其作用 1980年，有人观察到DNA/RNA、RNA/染色质代谢在细胞周期中紧密相关的事实，而提出细胞周期室(cell cycle compartment)概念，认为在以RNA含晕周期性变化为基础的同时，还应考虑DNA含最的变化，从而将细胞周期划分为更多的阶段。无论在细胞周期的哪个阶段，只有RNA含量和染色质凝集程度达到一定阙量才能进入具有增殖活性的状态。


医学生物学 一，一、细胞增殖（一）细胞增殖及其作用 按增殖状态可将机体细胞或体外培养细胞分为3种类型：心持续增殖细胞：始终保持旺盛的增殖活性，连续进行增殖，也称周期细胞(cycling cell)。这类细胞分化程度低，能量代谢和物质代谢水平高，对外界信号极为敏感。它们不断地补充那些分化、衰老、死亡的细胞，如上皮基底细胞、胚胎细胞、恶性肿瘤细胞。＠暂不增殖细胞：较长时间地停留在G1期，合成大量特异性的RNA和蛋白质，随后处于细胞增殖的静止状态，也称G。期细胞。在适宜的条件下可被激活成为增殖状态，如肝实质细胞。＠终末分化细胞(terminal differentiated ce ll)：丧失增殖能力，始终停留在G1状态，结构和功能发生高度分化，直至衰老死亡，如角化上皮细胞、肌细胞和神经元等。


医学生物学 一，一、细胞增殖（一）细胞增殖及其作用 (2)S期(DNA合成期）：S期是细胞进行大量DNA复制的阶段，组蛋白及非组蛋白也在此期大量的合成，最后完成染色体的复制。组蛋白与复制后的DNA迅速结合，组装成核小体，进而形成具有两条单体的染色体。如在S期细胞中加入抑制DNA合成药，如阿糖胞昔等，则组蛋白的合成立即终止。可见，DNA和组蛋白在染色质复制过程中互为条件、相互制约，形成联动装置，以保证新合成的组蛋白在数量上适应DNA复制的需要。中心粒的复制也在S期完成，形成的两对中心粒在以后的细胞周期进程中，将发挥微管组织中心的作用。纺锤体微管、星体微管的形成均与此相关。 （二）细胞增殖一一有丝分裂 有丝分裂(mitosis)是真核细胞的染色质凝集成染色体、复制的姐妹染色单体在纺锤丝的牵拉下分向两极，从而产生两个染色体数和遗传性相同的子细胞核的一种细胞分裂类型。通常划分为前期、中期、后期和末期五个阶段。1.前期前期(prophase)为有丝分裂或减数分裂的第一个阶段。指染色质开始凝集到核膜破裂为止的时期。在该期中染色质凝集，纺锤体开始在核外组装，至前期末，核仁消失，核被膜破裂。


医学生物学 （二）细胞增殖一一有丝分裂 (I)前期开始，核内细丝状的染色质开始凝集，逐渐缩短变粗，最终成为染色体(c hromosome)。因为在间期已经复制，所以每条染色体由两条姐妹染色单体(sister chromatid)组成。随着前期的进展，染色体缩短变粗，含有着丝粒(centromere)的主缢痕(primary constriction)变得清晰可见。(2)在动物细胞中，中心粒(centrio l e)向两极移动，确定分裂极，有丝分裂器开始形成。有丝分裂器是由中心粒、纺锤体及染色体形成的一个临时性的细胞结构。每对中心粒周围出现放射状的星体微管(astral microtubule)，由此构成两个星体(aster)并排于核膜附近。而中心粒之间也有微管形成，因这些微管由纺锤体的一极通向另一极，故称为极间微管(polar microtubule)，绝大多数极间微管不是连续的，而是由来自两极的微管在纺锤体赤道面彼此重叠、侧面相连构成。由微管和微管蛋白构成纺锤体(spindle)，其与染色体的排列、移动和移向两极有关。前期末，由纺锤体一极发出的一些微管的一端附着于染色体的动粒上，这些微管为动粒微管(kinetochore microtubule)。纺锤体是在前期末出现的一种纺锤样的细胞器，由星体微管、极间微管、动粒微管纵向排列组成（图2-20)。晚前期，随着染色质凝集成染色体，构成核仁关键部分的核仁组织区组装到染色体上，RNA合成停止，结果导致核仁的自然消失。(3)核膜破裂发生于前期末，核纤层蛋白磷酸化致使核纤层解聚，核膜因此破裂，形成许多断片及小泡，散布千胞质中。


医学生物学 （二）细胞增殖一一有丝分裂 2.中期中期(metaphase)是从细胞核膜消失到有丝分裂器形成的全过程。该期染色体最大程度地压缩，并排列在细胞中部赤道面上形成赤道板(equatorial plate)，呈现出典型的中期染色体形态特征。中期染色体是由一对姐妹染色单体组成的，姐妹染色单体仅在若丝粒部位相连接。着丝粒的主要作用是使复制的染色体在有丝分裂和减数分裂中可均等地分配到子细胞中，也是姐妹染色单体在分开前相互联结的位置。中期细胞中出现的由染色体、星体、中心粒及纺锤体所组成的暂时性结构称为有丝分裂器(mitotic apparatus)。此结构为有丝分裂所特有，在以后的分裂过程中，染色体分离、向两极的移动及平均分配到子细胞中均与此密切相关（图2-21)。


医学生物学 动粒微管星体微管极间微管 图2-20纺锤体微管的组成图2-21动粒微管附着千中期染色体着丝粒区及有丝分裂器模式图染色体在着丝粒两侧有一个特化部位，是由多种蛋白质形成的复合体结构，称为动粒(ki n e t o chore)，也称着丝点（图2-22)。动粒的主要功能是外侧用于纺锤体微管附着，内侧与着丝粒相互交织。染色体依靠动粒捕捉由纺锤体极体发出的微管，没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生有机联系，也不能和其他染色体一起向两极运动。用咖啡因处理细胞，可使动粒与染色体脱离，可见在分裂期动粒单独向两极移动。3.后期后期(anaphase)是从着丝粒分离至染色单体分别染色单体到达两极。染色单体的分离是从着丝粒开始的，染色单体在动粒微管的牵引下逐渐移向两极。染色体极部运动可能涉及两种机制（图2-23)：中微管聚散学说：动粒微管在两端解聚缩短，致使姐妹染色单体向两极运动；＠微管滑动学说：通过星体微管牵拉和极微管重叠区滑动，使纺锤体两极和染色体进一步分开。


医学生物学 动粒微管星体微管极间微管 4.末期末期(telophase)是从染色体到达两极开始，至形成两个子细胞的时期。末期特点是子细胞核的形成和细胞质的分裂。在后期末，随着染色体移动到两极，染色体可因其组蛋臼凡的去磷酸化而发生解螺旋，伸长、松散为细丝状染色质纤维；分散在胞质中的核膜小泡相互融合，其周围也有内质网成分。由内质网及原来崩解的核膜片段再愈合，形成两个子细胞核的完整核膜。核孔重新组装，去磷酸化的核纤层蛋白又聚合形成图2-22染色体的动粒核纤层，并连接千核膜上；RNA合成恢复，核仁重新出现，两个子．/二三三三，．《二/1．产--二~//\·《图2-23细胞分裂后期染色体极部运动示意图后期A．微管聚散学说；后期B微管滑动学说细胞核形成。在后期末或末期开始，赤道部位的细胞膜内侧有大量肌动蛋白和肌球蛋白聚合的微丝形成收缩环(contractile ring)，随着收缩环的收缩，赤道部位细胞膜内陷，形成分裂沟(cleavage furrow)，随着分裂沟的逐渐加深，最终将细胞质分割为两部分。在有丝分裂过程中，蛋白质的磷酸化与去磷酸化是细胞许多形态变化产生的分子基础，如染色质凝集与去凝集、核膜的解聚与重建等。


医学生物学 二、细胞分化 从受精卵发育成多细胞的个体是通过细胞增殖和分化而实现的，细胞分化依赖于细胞增殖，而细胞增殖孕育了细胞分化。细胞分化是发育生物学的核心问题，与医学实践密切相关。(—)细胞分化的概念与分化特点1.细胞分化的概念多细胞生物体的所有不同类型的细胞，如神经细胞伸出长的突触，具有传导神经冲动和储存信息的功能；肌细胞呈长条状，具有收缩功能等。可见在多细胞生物的个体发育过程中，不仅有细胞增殖使细胞数目增加，同时有细胞形态、功能的变化和分工。通常，把这种受精卵产生的同源细胞，在形态、结构和功能方面形成稳定性差异的过程称为细胞分化(cell differentiation)。细胞中有些蛋白质在分化和未分化的细胞中都存在，它们是维持细胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的，如细胞膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等，将这些蛋白质称为管家蛋白(house keepin g protein)。4.细胞分化的特点(1)稳定性：在正常生理状态下，细胞分化的状态一旦确定，将终生不变，既不能逆转也不能互变。如神经细胞终生为神经细胞。细胞分化一旦被某种因素诱导“决定“其分化途径后，即使诱因不再存在，分化仍按原方向继续进行下去。


医学生物学 二、细胞分化 (2)时空性：一个细胞在不同发育阶段上有不同的形态与功能，这是在时间上的分化，而多细胞生物的细胞不仅有时间上的分化，且由于同一体内的各个细胞所处的位置不同，因而产生不同的结构和功能上的分工，这是空间上的分化。(3)一次性和持续性：细胞分化可以出现在整个生命进程中，但胚胎期是最重要的细胞分化期。哺乳动物神经细胞的分化是在发育的早期一次发生的，婴儿期之后就不会再进一步的分化。但也有一些类型的细胞，分化可以在一生中不断进行。如红细胞、淋巴细胞和上皮细胞等，可在一生中连续更新。(4)可逆性：细胞分化在一般情况下具有稳定性，但在某些特殊条件下，具有增殖能力的组织中，已经分化的细胞仍有可能重新获得分化潜能，并回到未分化状态，这种现象称去分化(dedifferen tiation)，也称细胞分化的可逆性。在一定条件下哺乳动物的分化细胞可以去分化或转化成另一种细胞。例如，正常分化的细胞在射线、药物、毒物等因素的作用下可转化为癌细胞。


医学生物学 5.细胞分化的潜能 (1)全能性：单个细胞经分裂和分化后仍具有发育成完整个体的能力，称为细胞全能性(totipo tency)。具有这种潜能的细胞称为全能性细胞，如哺乳动物的受精卵和桑甚期“8细胞前＂的细胞。动物受精卵子代细胞的全能性随其发育过程逐渐受到限制而变窄，即由全能性细胞转化为多能和单能于细胞。但是对细胞核而言可称之为全能性细胞核(totipote n t n u cleu s)。如20世纪60年代的蛙核移植发育为蜊料和90年代克隆羊“多利”都证明了细胞核具有发育成为一个有机体的潜能。(2)多能性：高等动物细胞随着胚胎发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型的潜能，这种潜能称为细胞的多能性(pluri potency)，此类细胞称为多能性细胞，如胚胎的外胚层、中胚层和内胚层细胞。三胚层的分化潜能虽有局限性，但仍具有发育成多种类型的能力。(3)单能性：经过器官发生、各种组织细胞的发育方向最终确定，呈单能性(unipotency)，形成在形态上特化、功能上专一化的终末分化细胞。


医学生物学 5.细胞分化的潜能 在细胞发育过程中，这种逐渐由“全能“变为“多能”，最后趋向于“专能“稳定型的分化趋势是细胞分化过程中的一个普遍规律。它们具有发育的多能性。多能干细胞可进一步分化产生成体干细胞。(2)成体干细胞：成体的许多组织中都保留一些具有增殖和分化能力的细胞，这类细胞称为成体干细胞(adult stem cell)。当机体需要时，成体干细胞便可按发育的途径增殖分化为特定的细胞，它们通过增殖、分化补充机体各种组织器官中衰老死亡的细胞。如造血干细胞、间充质干细胞、神经干细胞等。目前发现成体干细胞具有横向分化的潜能，如骨髓细胞除了是血细胞来源之外，在一定条件下，还可诱导分化为肝细胞、肌细胞和神经元等。


医学生物学 5.细胞分化的潜能 干细胞研究在医药方面的应用价值受到广泛重视，如表皮干细胞的激活可加强表皮的再生，治疗皮肤烧伤，有望用作基因治疗的靶细胞等。w飞i}（二）细胞分化的分子基础及影响细胞分化的因素1.细胞分化的分子基础机体的所有细胞都是由受精卵增殖而来，具有相同的基因结构，细胞内基因按其与细胞分化关系可分为两类：心管家基因(house-keeping gene)，是维持细胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的，与细胞分化关系不大，对细胞分化只起协助作用的基因。这类基因的产物对千维持细胞的基因结构和代谢功能是必不可少的；＠奢侈基因(luxm-y gene)，它控制决定细胞性状的特异蛋白，这类基因对细胞生存并无直接影响，但决定细胞分化的物质基础。细胞分化是奢侈基因按一定顺序，有选择性地相继活化表达。这一现象称基因差异表达(differential gene expression)。


医学生物学 2.细胞分化的影响因素 (1)卵细胞质对细胞分化的影响：细胞质分布的不均质性对胚胎早期发育有很大影响，在一定程度上决定了细胞的早期分化。1997年，英国爱丁堡罗斯林研究所成功地将一绵羊乳腺细胞核移植入去核的绵羊卵细胞中，培育出克隆羊“多利＂。表明已高度分化的细胞核在卵细胞质的作用下能发育成一个完整的个体。这一事实说明了卵细胞质中的某些物质能决定细胞分化的方向。(2)细胞核的作用：在细胞分化中，细胞核起着至关重要或是决定性的作用。这可从两方面看出：心生物任何性状的出现都是由遗传物质决定的，遗传物质位于细胞核内；＠从胚胎全能细胞到多能细胞再到单能细胞是细胞核内基因组选择性表达的结果。细胞核对细胞分化的影响归根到底是由于基因的选择表达。(3)核质的相互作用：在细胞分化中，细胞质对细胞核有作用，细胞核对细胞质也有反作用，这种相互作用因不同种类、不同区域、不同时期的细胞而异。一方面，细胞核中的基因对细胞质的代谢起调节作用；另一方面细胞质对核内基因的活性有控制作用。即细胞是一个整体，细胞核与细胞质有非常密切的协调关系，在任何的细胞活动中都不能将它们孤立来对待。


医学生物学 2.细胞分化的影响因素 (4)细胞相互作用可诱导分化：在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近的另一襄胚腔部分细胞产生影响，并决定其分化方向的作用称为胚胎诱导(embryoni c induction)。胚孔背唇移植实验是证明胚胎诱导现象的典型实验。将蛛蟋的胚孔背唇细胞移供体胚胎植到另一个蛛蠓的腹部外胚层下面，结果发育出具有两个神经系统的双头畸胎（图2-24)。这一结果说明脊索中胚层诱导外胚层分化为神经组织。(5)激素对细胞分化的影响：激素对神经胚双头幼体细胞分化的作用则是在胚胎发育晚期或岔2-24背唇移至受体腹部形成双头幼体胚后发育中，是远距离细胞之间相互作用的调节因素。例如，甲状腺素可引起蜊斜变态；性激素刺激第二性征的出现等。(6)环境因素可影响细胞分化：环境中的物理、化学、生物因子常常以提供信号的方式影响机体细胞分化。例如，畸胎瘤的产生就是环境影响早期胚胎细胞的决定和分化。各种途径所产生的畸胎瘤相似，都是异常环境干扰的结果。由此可见环境在细胞有序分化中的重要性。


医学生物学 三、细胞衰老与细胞死亡 细胞衰老与机体的衰老一样，表现为一定的寿命。各种细胞都有其各自的寿命。多细胞动物体的细胞寿命与有机体的寿命虽然有着密切的关系，但两者有本质的区别，机体的衰老并不等于所有细胞的衰老。因为在有机体发育的不同阶段，机体内总是有细胞在不断衰老与死亡，这些衰老细胞通常被免疫细胞所吞噬；同时机体内又有细胞不断增殖，形成新的细胞。细胞衰老、死亡与有机体的衰老、死亡是两个含义。 (—)细胞衰老 通过研究细胞衰老可了解衰老的某些规律，对延长人类的寿命，解决心血管病、脑血管病、癌症、关节炎等老年性疾病发病率上升的问题都有重要意义。1.细胞衰老的特征细胞衰老(cell senescence)是指细胞在正常环境条件下发生的细胞生理功能和增殖能力减弱以及细胞形态发生改变，并趋向于死亡的现象。细胞衰老时其形态结构、化学成分和生理功能有一系列变化，明显的变化特征有以下几个方面：(1)细胞内原生质水分减少：水分减少致使原生质脱水与变性，细胞体积显著变小。


医学生物学 (—)细胞衰老 (2)细胞结构和功能的老化：表现为心细胞膜脂质过氧化；＠细胞膜受体－配体复合物形成效能降低；＠色素积累；＠高尔基复合体发生崩解；＠细胞核结构发生破坏；＠染色质的转录活性下降；©酶的分子性质也随衰老而出现变化等。2.细胞衰老的机制目前较为广泛流行的有以下两种学说。(1)衰老因子积累假说：该假说认为随着细胞年龄的增长，基因转录或翻译差错及代谢废物积累引起细胞衰老。(2)细胞内衰老时钟的程序表达假说：认为生物体内有＂衰老相关基因“，这些基因将在细胞生活到一定程度时开启并表达，而导致衰老。 （二）细胞的死亡 细胞死亡(cell death)是细胞衰老的结果，是细胞生命现象不可逆的终止。多细胞生物个体死亡时，并非机体的所有细胞都立即停止生命现象，细胞的死亡是逐渐进行的。细胞死亡与疾病的发生、发展以及有效的治疗密切相关。细胞死亡的原因多种多样，死亡的现象也错综复杂，根据死亡的特点不同，细胞死亡可分为主动死亡和被动死亡。


医学生物学 （二）细胞的死亡 1.细胞坏死细胞坏死(cell necrosis)也称细胞被动死亡，主要是指受到环境因素，如温度、射线、渗透压、化学试剂、微生物和病毒感染等影响，导致细胞死亡的病理过程。细胞坏死常涉及组织中多个细胞。坏死的细胞其细胞膜通透性增加，细胞外形变得不规则，细胞质、细胞核及线粒体肿胀，内质网扩张，溶酶体破裂，最终细胞膜破裂，细胞解体，胞质外溢，引起炎症反应。所以坏死是病理性、炎症性死亡。2细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)是细胞主动死亡，又称程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)，是指体细胞发生主动的有基因控制的自我消亡方式。与细胞坏死不同，细胞凋亡过程中涉及一系列基因的激活、表达以及调控作用，是细胞为适应生存环境而主动采取的死亡现象。(1)细胞凋亡的形态结构改变：细胞凋亡的形态改变主要有细胞皱缩、染色质凝集、凋亡小体形成等，主要是细胞核的变化。


医学生物学 （二）细胞的死亡 凋亡往往只涉及组织中单个细胞。凋亡的细胞首先变圆，与邻近细胞脱离，细胞质浓缩，染色质固缩并常聚集于核膜附近形成块状或新月形小体，DNA在核小体连接区被降解为180bp或其倍数的片段，细胞膜突出形成质膜小泡（即细胞”出泡“现象）脱落后形成凋亡小体，其内可保留完整的细胞器和致密的染色质。凋亡小体被周围细胞吞噬，无细胞内容物外泄，故无炎症反应（图2-25)。可见，细胞凋亡自始至终没有细胞膜的破裂，细胞是浓缩干枯形成凋亡小体，故名＂凋亡＂。凋亡是生理性、非炎症性死亡。(2)细胞凋亡的生物化学变化：凋亡细胞中有RNA和蛋白质的合成增加，如内源性核酸内切酶的激活，使DNA规则性地被切为180bp或其倍数的片段，琼脂糖凝胶电泳时出现特征梯状DNA条带(DNA ladder)。所以，凋亡细胞有基因的激活及表达，是自主性的死亡。细胞凋亡涉及多种蛋白酶参与。如胱夭蛋白酶(caspase)家族、拓扑异构酶等；细胞凋亡时线粒体膜通透性改变，导致能量代谢途.


医学生物学 凋亡小体凋亡细胞附近的吞噬细胞凋亡小体被吞噬清除沉8。`｀占°(细胞结构崩解 细胞坏死与细胞凋亡是两种不同的生物学过程和现象，二者在形态、生化代谢、细胞死亡的结局和意义等方面都有明显差异（表2-2)。 凋亡细胞坏死细胞胞体变小变大胞膜皱缩、出泡肿胀、破裂 胞核染色质固缩形成块状小体，位于膜下染色质裂解为颗粒状，散在分布只影响散在单个细胞涉及周边大量细胞组织结构不被破坏组织结构被破坏3.细胞凋亡的生物学意义主要表现在两个方面：中在个体发育过程中，通过细胞凋亡途径可以清除多余或发育不正常的细胞，如机体对癌细胞的免疫杀伤作用；＠依靠细胞凋亡，机体能清除那些功能已丧失并逐渐退化或有害的细胞等，保证机体新陈代谢的顺利进行。


医学生物学 凋亡细胞坏死细胞胞体变小变大胞膜皱缩、出泡肿胀、破裂 细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位，可划分为原核细胞与真核细胞两大类。细胞的主要共性是都具有膜结构、遗传物质和核糖体。流动镶嵌模型是较公认的生物膜结构模型。细胞膜、核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体等均是以生物膜为基础形成的。细胞有DNA－蛋白质与RNA－蛋白质复合体形成的遗传信息载体与表达系统。朵色质由DNA、组蛋白和非组妇七蛋白组成。染色体是由朵色质高度螺旋盘曲而形成的。核仁是转录rRNA和装配核糖体亚单位的场所。细胞骨架主要是由微管、微丝与中间丝等构成。细胞的基本功能主要有物质运输、能量代谢、信号转导、细胞运动、遗传信息传递及其调控等。细胞周期的间期分为GI期、S期和G2期，丝裂期分前、中、后和末期。细胞增殖周期的调控是由不同的基因严格按照时间顺序活化和表达、基因与环境相互作用的结果。细胞分化是通过严格而精密调控的基因表达而实现的。干细胞是分化程度相对较低、具有不断自我更新和分化潜能的细胞。细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。


医学生物学 凋亡细胞坏死细胞胞体变小变大胞膜皱缩、出泡肿胀、破裂 l如何理解“细胞是生命活动的基本单位”？不同种类的细胞有哪些基本共性？2.概述生物膜系统、遗传信息表达系统和细胞骨架系统的结构与功能。3.概述细胞信号转导途径的组成及主要类型。4.细胞凋亡与细胞坏死有什么区别？概述细胞增殖与细胞凋亡的意义。5.概述细胞分化的特点及影响细胞分化的因素。 （左彶杨保胜）第三章生命的延续 生殖是生命的特征之一，通过生殖，生命才得以延续、繁衍并完成进化过程。在结构简单的生物，如原核生物或单细胞真核生物，常常进行无性生殖；结构复杂的动、植物一般进行有性生殖。无性生殖和有性生殖都是以细胞分裂为基础的。


医学生物学 第一节无性生殖与有性生殖 无性生殖(asexual reproduction)是不经过生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式。进行无性生殖的生物细胞分裂过程很简单，主要是无丝分裂(amitosis)又称直接分裂。例如，细菌的遗传信息全部贮存在一个环形双链的DNA分子中，借一点附着于细胞膜的内表面，这就是其基因组(genome)。以这个环形双链的DNA分子上的某一点为复制起始点，由此点沿两个方向进行DNA的复制当两个移动的复制点在远端相遇时DNA复制就完成了。此后，在两个子代DNA基因组附着点之间的区域处，细胞膜内陷，细胞壁也随之向内生长，细胞逐渐一分为二，结果每个新细胞都含有一个相同的基因组，这个过程称为二分裂(binary fission)（图3-1)。有性生殖(sexual reproduction)是高等动、植物普


医学生物学 第一节无性生殖与有性生殖 遍存在的生殖方式，是经过两性生殖细胞（卵细胞和精子）的结合，形成合子的方式。在有性生殖过程中，国三厂三三—复制叉(2)必须有两个亲本参加，它们先产生配子(gamete)，雄配子也叫精子(sperm)，雌配子也叫卵子(ovum)。精子与卵子结合后，形成合子(zygote)或称受精卵，(,.由受精卵发育成下一代新个体。精子和卵子的细胞已门口口核中贮存有双亲的遗传物质，由于双亲遗传物质中所携带的遗传信息不同，所以受精后就会表现出复(4)(5) 杂的遗传现象，增加了变异性，并扩大了适应的范厮。 图3-1细菌细胞DNA的复制和细胞分裂因此，与无性生殖相比，有性生殖是一种高级的(1)细菌细胞DNA;(2)DNA复制开始；（3)DNA复生殖方式。虽然有性生殖在繁殖的速度上略逊一制完成，形成2个子DNA环，中间部位质膜内陷，形成隔；（4）子染色体分开，形成新的子细胞；（5）子染筹，但是无性生殖不能取代有性生殖，它们的共存是色体分开，形成新的子细胞生态系统中一种最稳定的结果。


医学生物学 第二节配子发生 配子发生(gametogenesis)是有性生殖过程中精子和卵子的形成过程。其共同特点是除有丝分裂(mitosis)外，在成熟期中都要进行减数分裂(meiosis)，后者又称为成熟分裂。 —、精子发生 精子的发生是一个连续的过程，从精原细胞(spermatogonium)发育为精子的过程称为精子发生(spermatogenesis)，人类精子需64~72天。精子发生在睾丸精曲小管内进行（图3-2)，在睾丸精曲小第三章生命的延续管上有规律地分布着各期生精细胞，可分为增殖期、生长期、成熟期和变形期等4个时期。（一）增殖期精原细胞位于精曲小管基膜上，呈圆形，分化较低，可分为A、B两型。A型是精原细胞的干细胞，经有丝分裂增殖，部分A型精原细胞保留干细胞功能，部分A型精原细胞分化为B型精原细胞。精原细胞细胞核中的染色体数目是二倍体(2n)，以人的为例，精原细胞具有46条染色体(23对）。


医学生物学 -－—～一，＿＿___＿，一（二）生长期 图3-2精子发生模式图B型精原细胞经数次分裂后，体积增大，形成初级精母细胞(primary spennatocyte)，其染色体数目仍为2n，如人的初级精母细胞中染色体数目仍为46条。初级精母细胞是各期生精细胞中体积最大的细胞。 （三）成熟期 初级精母细胞形成后，迅速进行减数分裂I，形成两个次级精母细胞(secondary spermatocyte)。每个次级精母细胞再经减数分裂II，结果共形成4个精细胞(spennatid)。染色体数目减少一半，由2n变为n。以人为例，精细胞中只有23条染色体。因此，这两次连续的分裂合称为减数分裂。次级精母细胞存在的时间很短。（四）变形期在变形期，精细胞完成分化过程形成精子。精子位于生精细管的管腔中，精子聚集成束，一般头部朝向管壁或深埋在支持细胞的细胞质中。典型的成熟精子一般为蜊斜状，由头部、颈部、和尾部构成。1.头部主要由细胞核和顶体组成，呈圆球形、长柱形、螺旋形、梨形和斧形等，这些形状都是由核和顶体的形状决定的。


医学生物学 （三）成熟期 (1)顶体形成：精子细胞的高尔基复合体经过变化形成一个大的袭泡称为顶体泡。顶体泡与核膜相贴并增大，形成双层膜帽覆盖千核的前2/3，即顶体。顶体中含有多种水解酶，如透明质酸酶、酸性磷酸酶、顶体蛋白酶等。受精时顶体酶释放，有助于精子穿过卵的透明带。3.尾部分为3部分：中间段、主段和末段。主要结构是贯串千中央的轴丝。精子细胞的两个中心粒移向核的尾侧微管形成轴丝伸向细胞尾部，随细胞变长相应伸长，部分线粒体聚集在轴丝近侧段形成线粒体鞘，细胞质向尾部汇集并脱落。精子轴丝的结构与动物的鞭毛（或纤毛）相似，基本组成上都是“9+2”型，即位于中央的两条是单根的微管，四周是9条成双的微管（二联体）。经过上述变化，精子细胞从圆形转变为蜊抖状的精子（图3-3)。


医学生物学 二、卵子发生 从卵原细胞(oogonium)发育为卵子的过程称为卵子发生(oogenesis)，经历增殖期、生长期和成熟期3个发育阶段，形成卵子都要经过减数分裂。但是在初级卵母细胞完成减数分裂I后，只形成一个大的次级卵母细胞并排出第一极体(first polar body)。\I\TE次级卵母细胞即为生理上成熟的卵子，因为次ta级卵母细胞的细胞核是处千减数分裂II的中期，必须在精子入卵后卵子才完成减数分裂II，并排出第二极体，极体在随后的发育中被丢弃掉。 （一）增殖期 女性胚胎发育至第6周时，生殖峭约有l000~2000个原始生殖细胞，它们以克隆方式增殖为卵原细胞。至第20周时，生殖细胞约为700万个，其中约200万个为卵原细胞，约500万个已发育成初级卵母细胞。卵原细胞的增殖可延续至胚胎发育至第6个月时。卵原细胞中，有二倍数染色体(2n),所以，也是二倍体，以人为例，它也有46条染色体。


医学生物学 （二）生长期 卵原细胞体积增大成初级卵母细胞(primary oocyte)，细胞内积累了大量卵黄、RNA和蛋白质等物质，为受精后的发育提供信息、物质和能量准备。其染色体数仍为二倍体(2n)。在减数分裂诱导物质的诱导下，初级卵母细胞进入减数分裂I并停止在前期I的双线期。女性生殖细胞在卵巢内的卵泡(follicle)中发育，卵泡的发育过程分为4个阶段（图3-4)。


医学生物学 卵泡膜外层 图3-4卵泡发育示意图(l)原始卵泡；（2）初级卵泡；（3）初级卵泡；（4）次级卵泡；（5）次级卵泡晚期或成熟卵泡；（6）排卵；（7）黄体；（8）白体随着垂体促性腺激素的大量分泌，黄体生成素(luteinizing hormone, LH)渗入卵泡液，促使初级卵母细胞恢复并完成减数分裂I，形成两个细胞：一个是次级卵母细胞(secondary oocyte)；另一个体积很小，称为第一极体(first polar body)。减数分裂II后，次级卵母细胞形成1个卵细胞(ootid)和1个小的细胞即第二极体(second polar body)；第一极体则形成两个第二极体。极体以后不能继续发育而退化、消失。卵细胞即成为卵子，它们都具有单倍数染色体(n)，在人即为23条染色体。这样，1个初级卵母细胞经过减数分裂形成1个卵细胞和3个极体。排卵后，在黄体生成素作用下，颗粒细胞和卵泡膜内层细胞分裂增生，细胞成多边形，胞质内有黄色颗粒和脂滴，呈黄色，故名黄体。若卵子未受精，黄体仅维持2周即萎缩，被结缔组织结疤所代替，即白体；若卵子受精成功并开始妊娠，黄体继续增长，至妊娠6个月甚至更长时间后慢慢萎缩（图3-5)。


医学生物学 卵泡膜外层 胎儿自第5个月起至出生后，卵巢中的卵母细胞逐渐退变。新生儿两侧卵巢共约有70万～200万个原始卵泡，青春期已减少到约为4万个。卵泡生长速度较慢，1个原始卵泡发育至成熟排卵，并非在1个月放射冠经周期内完成，而是跨几个周期才能完成。在1个周期内，卵巢虽然有若干不同发育状况的卵泡，但其中只有透明带1个卵泡发育至一定大小时才可在垂体促性腺激素的作用下，于月经周期增生期内迅速生长成熟并排卵。排卵时，次级卵母细胞停留在减数分裂I1中期，受精后，它卵细胞膜才完成减数分裂II，形成卵细胞（图3-6)。如果未受卵细胞质精，次级卵母细胞在24小时内死亡。每位女性一生中约有400个成熟卵泡排放，其余的卵泡则在其发育到一定阶段而闭锁，主要是因为这些不同发育阶段的卵泡受到促性腺激素比例失调或不足的图3-6成熟卵细胞影响。现在用外源性促性腺激素处理排卵障碍，就是刺激了一些即将发生闭锁的卵泡，使它们达到成熟与排卵。


医学生物学 第三节减数分裂减数分裂是配子发生成熟期中进行的两次连续的分裂。—、减数分裂I 减数分裂I的过程比较复杂，包括以下各期。（一）前期I联会时，同源染色体之间形成一种蛋白质的复合结构，称为联会复合体(synaptonemal complex)。联会复合体是在同源染色体之间沿纵轴方向形成的。在电镜下，每个联会复合体呈3条纵带状结构，总宽度约为150-200nm，两侧的电子密度高的纵带为侧体，是同源染色体的染色单体一部分；中央区较明亮，正中有一色暗的纵线为中央成分，是蛋白质构成的。中央成分和侧体之间经梯形排列的横纤维相连接。此时，在二价体的某些区域上，两条非姐妹染色单体之间存在交叉(chiasma)，这表明它们之间发生了片段的交换(crossing-over)。联会复合体的中央区有一些圆形、椭圆形或棒形的、直径约90nm的蛋白质集合体，称为重组节(recombination nodules)（图3-7)。


医学生物学 第三节减数分裂减数分裂是配子发生成熟期中进行的两次连续的分裂。—、减数分裂I 3.粗线期(pachytene)染色体进一步螺旋化，变得短粗。在光镜下可以看到每个二价体都是由两条同源染色体组成，每条染色体有两条姐妹染色单体连千1个着丝粒。这样，每个二价体含4条染色单体，称为四分体(tetrad)。同源染色体的染色单体之间互称为非姐妹染色单体(non-sister chromatid)（图3-8)。重组节中含有大量与DNA重组有关的酶，是一个多酶集合体。重组节的数目与交叉的数目大致相等，重组节在联会复合体的分布与交换的分布基本一致。因此，一般认为重组节是与交换有关的结构。粗线期的过程较长，人的粗线期约为16天。4.双线期(diplotene)随着二价体进一步螺旋化、缩短，联会复合体解体，联会的同源染色体相互排斥而发生分离，交叉点逐渐向两端移动，称为交叉端化(terminalization）。人的生殖细胞，每个二价体平均有2.36个交叉。此期中，初级卵母细胞内有rRNA基因的扩增，形成大量核糖体，贮备起来供早期胚胎发育应用。


医学生物学 第三节减数分裂减数分裂是配子发生成熟期中进行的两次连续的分裂。—、减数分裂I 5.终变期(diakinesis)二价体高度螺旋化，变得很粗短并移至核的周边区。交叉数目减少，往往只有二价体的端部保留交叉。核仁、核膜消失。（二）中期I各二价体排列在赤道面上，纺锤体形成，纺锤丝的微管与着丝粒区的动原粒相连。一对同源染色体的动原粒朝向两极。这时，二价体仍有交叉联系着。（三）后期I二价体中的同源染色体彼此分开，分别被纺锤丝拉向两极，每一极只获得同源染色体的1条，即二分体(dyad)。由于粗线期中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交换，所以，每条染色体的染色单体上DNA的组成并不相同。（四）末期I各二分体移至两极后，解旋、伸展，核膜重新形成。结果减数分裂I中，成对的同源染色体分离进入了不同的细胞。以人来说，分裂后所形成的细胞中，只有23个二分体，而且发生了重组（交换）。


医学生物学 二、减数分裂II 减数分裂Il的间期很短，并无DNA的复制。（一）前期Il每个二分体凝缩，核膜消失。（二）中期Il各二分体排列于赤道面上形成赤道板，着丝粒纵裂而形成两条染色体，其着丝粒区的动原粒连于纺锤丝的微管。（三）后期Il各染色体被纺锤丝拉向两极。（四）末期Il各染色体移至两极后，解旋伸展，分别形成细胞核。结果，分裂后所形成的细胞中只含单倍数染色体，以人来说只含23条染色体。在上述过程中，染色体复制了一次，细胞分裂了两次，所形成的4个细胞中，染色体数目减少了一半，由二倍数(2n)变成单倍数(n)，故称为减数分裂（图3-9)。由于减数分裂，使每种生物代代都能够保持二倍体的染色体数目。在减数分裂过程中非同源染叩细线期偶线期粗线期双线期终变期 ＄昙 | 前期 v 中期后期末期 l色体重新组合，同源染色体间发生部分交换，结果使配子的遗传基础多样化，使后代对环境条件的变化有更大的适应性。在精子与卵子经过受精而形成受精卵过程中，其结合也是随机的。


医学生物学 第四节受精 精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程称为受精(fertilization）。人类卵细胞与精子结合的部位是在输卵管壶腹部，精子一旦进入女性生殖道即经历成熟变化并存活2天左右。成群的精子在运行过程中经过子宫、输卵管肌肉的收缩运动，大批精子失去活力而衰亡，最后只有20~200个左右的精子到达卵细胞的周围，最终只能有一个精子与一个卵子结合形成受精卵。在子宫内发育，通过胎盘从母体获得营养，这使发育中的胚胎得到充分营养与保护，增高了受精的成功率和胚胎的存活率。 一、配子的成熟与运行（一）精子的成熟与运行 哺乳类睾丸中的精子并不具备受精能力，它们要在附睾中停留l2~21天才能获得主动运动与受精的能力。附睾为精子成熟提供合适的环境，附睾上皮能分泌唾液酸糖蛋白、甘油磷酸胆碱、肉毒碱等物质，它们与精子的运动和成熟有关。精子通过时，附睾上皮分泌多种糖蛋白覆盖千精子表面，其中唾液酸糖蛋白的作用较重要，它能防止精子在附睾内贮存时凝集成团，并避免精子在成熟与运行过程中发生自身免疫反应和顶体反应。


医学生物学 一、配子的成熟与运行（一）精子的成熟与运行 射精后，精液注入阴道穹隆，射出的精液立即凝固，几分钟后开始液化。液化后的精子具有充分的运动力，借助于阴道、子宫与输卵管肌层的收缩和生殖道纤毛细胞的纤毛摆动作用，到达输卯管壶腹部，在那里与卵受精。 （二）卵的成熟与运行 卵的成熟包括细胞核的成熟和细胞质的成熟。核的成熟主要表现为初级卵母细胞恢复并完成减数分裂I，形成次级卵母细胞与第一极体。次级卯母细胞停留在减数分裂II的中期。胞质的成熟表现为在胞质内可见皮质颗粒形成，并沿次级卵母细胞膜分布，颗粒外周有膜包被，内含酶。卵排出后附着在卵巢表面，由伞部上皮纤毛的摆动与肌肉收缩将其扫拂入输卵管并在壶腹部停江留。若遇精子，即在此受精。 二、受精（一）精子获能 哺乳动物（包括人类）刚射出的精子是不能与卵子受精的，它需要在雌（女）性生殖道中孵育一段时间，才获得受精能力，这种现象称为获能(capacitation)。获能所需的时间在不同物种、不同个体间差异很大，即使同一次射出的精子，其中一些精子也比另一些精子获能要快些。人类精子获能约需5~6小时，但并非固定不变，它取决于女性生理状况（如激素水平等）。


医学生物学 二、受精（一）精子获能 在射精过程中，来自附睾的成熟精子的表面被精浆物质覆盖。精浆中含有某些抗受精因子，称为去能因子(decapacitation factor, DF)，系精襄腺产生的糖蛋白，它们使精子暂时失去受精能力。一般认为，获能的本质是：精子在子宫或输卵管中，覆盖精子表面特别是顶体区的精浆物质和去能因子逐渐被去除，暴露出精子受体部位而使精子特异地与卵的受体或者卵释放的物质相作用，并在与卵的外围屏障（如放射冠、透明带）接触中发生顶体反应。虽然正常情况下获能在雌（女）性生殖道中发生，但也可用各种实验条件离体诱发，这是临床上进行人工体外受精得以成功的基础。


医学生物学 （二）顶体反应 在输卵管壶腹，获能精子靠近或与卵的外围屏障接触时，覆盖在顶体表面的细胞膜与顶体外膜多处发生融合并释放出多种酶系，这一过程称为顶体反应(acrosome reaction)。顶体酶协助精子穿透卵子外面的各层屏障。如透明质酸酶使精子穿过卵丘细胞层；在顶体素(acrosin)的作用下，精子能够穿破透明带而达卵黄膜。精子若发生了顶体反应表明它们已经获能，所以顶体反应通常可以作为精子成功获能的可靠指征。不过在离体条件下，某些特定因素或特殊试剂有可能越过获能阶段而直接诱发精子顶体反应。 （三）精卵融合 精子穿过卵透明带后，进入卵黄周间隙(perivitelline space)，其头部与卵膜接触，头部赤道段的细胞膜首先与卵膜发生融合，精子细胞膜通过融合成为卵膜的一部分，整个精子也就进入卵中，这个过程称为精卵融合(sperm-egg fusion)。精子头部进入卵的细胞质以后，迅速膨大，并且出现核仁，形成核膜。精子和卵的细胞核相互靠近，但两个核不融合，而是相互并列，核膜消失，仅染色体组合在一起，形成受精卵的染色体组，这样就完成了受精作用（图3-10)。


医学生物学 （三）精卵融合 获能、顶体反应、与卵融合是精子具备受精能力的3个要素。三者之一缺如则该精子不能进入卵内，因此在离体检测时，如果一个精子进入了卵内，就可认为该精子具备了受精能力。 （四）皮质反应与透明带反应 精卵融合时，诱导卵膜特征发生改变，产生膜电荷变化，卵膜立即阻挡第二个精子以及其他的精子进入卵内，这一机制称为卵膜封闭(plasma membrane block)。同时，激活后的卵胞质，发生细胞外排作用，排出皮质颗粒。皮质颗粒与透明带发生作用并修饰透明带，使透明带拒绝其他精子穿过，称为透明带反应(zona reaction)。皮质反应慢或不完全是多精受精最常见原因，而不受精则可能与皮质颗粒过早排出或不排出有关。


医学生物学 （四）皮质反应与透明带反应 （五）雌、雄原核形成与融合精卵开始融合时，次级卵母细胞被激活，完成减数分裂II，形成卵细胞和第二极体。卵细胞单倍染色体向细胞中央移动，核膜形成，染色体解螺旋成为染色质，雌原核形成。精子核进入卵内后，核膜崩溃。在被激活的卵胞质中某些因子的刺激下，高度浓缩的精子核染色质解凝聚，核内精蛋白被组蛋白替换，新形成的核膜包在染色质外周，形成雄原核。伴随精、卵原核的发育，精、卵原核的DNA合成和染色体复制同步进行。细胞骨架系统被激活与重排，并将发育中的精、卵原核带到卵的中心，精、卵原核的核膜消失，两原核染色体组互相混合，配对排列千赤道板，纺锤体出现进行第一次卵裂，新的生命开始。人受精卵和卵裂所形成的细胞中，又恢图3-10受精过程(1)精卵结合：穿过放射冠；（2）精卵结合：精子穿过透明带；（3）雄原核和雌原核形成；（4）二核融合开始分裂；（5）分裂后期复了二倍体的染色体数(2n)。卵裂所形成的细胞团被称为卵裂球，不同卵裂球在不同发育阶段基因的表达出现差异，最终导致胚胎发育的分化。


医学生物学 （四）皮质反应与透明带反应 生殖是生命的基本特征之一，生殖方式多种多样，一般随着生物的进化而发展，表现出由简单到复杂，由低级到高级的发展趋势，无性生殖与有性生殖共存，且有性生殖是更高级的生殖方式。人类的生殖能力由男性精液质量和女性受孕比率决定，因此配子的发生及环境的影响对人类的生命延续起着至关重要的作用。1.简述精子和卵子在发生上的差异。2.简述卵母细胞减数分裂的调控机制。3.什么是荻能，荻能的本质是什么？4.任何两个个体在遗传上不可能完全相同的原因是什么？（王玉） 第四章生命的个体发育 对于肌细胞的发育，在原肠胚形成时，整个胚胎各细胞都能合成肌球蛋白，但在原肠胚以后，随着细胞分化形成组织、器官，肌球蛋白的合成便发生变化，仅在心脏区的细胞表达，而其他部位的细胞则沉默。在较晚期，随着肌肉收缩纤维的形成，肌细胞便增强了肌球蛋白的合成。事实上，分化细胞基因组中90％以上的基因被抑制，只有少部分基因选择性地表达。


医学生物学 第四章生命的个体发育 细胞分化是基因差异表达的结果。由于基因差异表达，使细胞出现特异的蛋白质，表现出特殊的形态结构，执行不同的生理功能，例如，红细胞中编码血红蛋白的基因表达，使细胞中具有血红蛋白，细胞呈圆的双凹形，执行运输氧和二氧化碳的功能。人和许多动物的血红蛋白为四聚体，在不同发育时期的组成均不相同。人胚胎血红蛋白由2个{链和2个e链组成；妊娠第2个月员链和e链的合成停止，而a链和丫链的合成量增加，故胎儿的血红蛋白分子为a母；从妊娠第三个月开始B和8基因开始表达，其产物B链和8链缓慢增加，B链到出生前后迅速增加到最高水平并一直保持终身，同时丫链的基因表达则迅速下降并停止，而8则维持较低的表达水平；在出生后及成入血红蛋白由胎儿的<X2'Y2迅速转换为成体型伍队。


医学生物学 第四章生命的个体发育 2.基因差异表达决定形态发生对果蝇、脊椎动物等研究表明，在细胞核中存在着控制胚胎发育、细胞分化的多层次基因群，它们形成网络，控制胚胎发育过程。受精后主要涉及母源效应基因(maternal effect gene)、分节基因群(segmentation genes)、同源异形基因(homeotic gene)，这三组基因的”级联式“激活，导致胚胎前后轴、背腹面、体节及附肢的形成（图4-5)。(1)母源效应基因：决定卵和未来胚胎的前后轴和背腹面的一组基因，这些基因的产物(mRNA五已I基因表达区域定位．『；555丿厂blCOld(bcd)和蛋白质）在卵细胞质中按一定的时空图式分布，使细胞核中的基因被选择性激活，决定未来胚胎外、中、内三个胚层的命运和分节。如果母源基因突变，将导致增加或丢失头、尾、背、腹部的结构。


医学生物学 第四章生命的个体发育 例如，果蝇的母源效应基因bicoid编码转录因子，其mRNA分布在卵的前端，受精后被翻译为蛋白质并在合胞体中扩散形成从前到后的浓度梯度（图4-6)，前端高浓度的BICOID蛋白启动了头部发育的特异性基因的表达，而低浓度的BICOID蛋白则与形成胸部的特异性基因表达有关。母源效应基因又依次激活了分节基因群。 第一节胚胎发育过程概述 脊椎动物的胚胎发育过程都要经过几个基本的发育阶段，即受精、卵裂、襄胚、原肠胚、神经胚以及器官发生等阶段。受精是雌雄生殖细胞结合的过程，详见第三章第四节。


医学生物学 一、卵裂 受精卵的分裂称为卵裂。受精卵在获得新的遗传物质和进行了细胞质的重排之后，便开始了快速的细胞有丝分裂过程，形成多细胞体。卵裂产生的子细胞称为卵裂球。卵裂具有严格的模式，不同动物的卵裂方式不完全相同，这主要由于细胞质中存在的影响纺锤体方位、角度和形成时间有关的一上筒生命过程的—般原理一圆形的空腔，称为摸胚腔(blastocoele)。在人类，此腔又称为胚泡腔(blastocyst cavity)。这种囊状的胚胎称为襄胚(blastula)。囊胚的形成标志着卵裂期的结束。在哺乳类，因为卵中所含的卵黄少，外部细胞构成囊胚壁，由单层细胞构成，称为滋养层(trophoblast)，将发育为绒毛膜，参与胎盘(placenta)形成，滋养层能分泌蛋白酶，将母体子宫内膜溶解，利于胚胎植入母体子宫壁获取营养，保证胎儿正常发育。同时还可分泌激素，使母体子宫接纳胎儿。而内部细胞逐渐排列于胚泡腔的一端，称为内细胞团(inner cell mass, ICM)（图4-2)，后者将分化为由内、中、外三个胚层构成的胚盘。内细胞团与滋养层细胞无论在形态上还是在细胞质内蛋白质合成上都不相同，这代表哺乳动物细胞进行了早期细胞分化。有实验证明，哺乳动物胚胎2细胞、4细胞、8细胞期的单个卵裂球具有发育成滋养层和内细胞团，进而发育为完整个体的潜能，这说明是全能的。因此，哺乳动物的襄胚与其他动物襄胚不同。


医学生物学 一、卵裂  文昌鱼两栖类哺乳类三、原肠胚 原肠胚(gastrula)是胚胎发生中一个极其重要的时期，是胚胎进入到分化为三个胚层的时期。在这过程中，细胞发生重排。胚胎发育到襄胚期以后，细胞继续分裂，但细胞分裂速度减缓，并开始剧烈运动。空球状的襄胚因为植物极细胞逐渐向囊胚内部凹陷，囊胚腔逐渐缩小或消失，动物极细胞向植物极方向迁移，并外包植物极半球。这时胚胎成为具两层细胞的胚体，陷入的细胞所包围的腔称为原肠腔，它以胚孔(blastopore)与外界相通。此时期的胚胎称为原肠胚。胚孔、原肠腔的形成以及胚层的出现，是原肠胚期的主要形态特征。各种动物原肠胚形成期差别很大，但基本过程和发生机制都一致。


医学生物学 （一）蛙原肠胚的形成过程 蛙原肠胚出现的最初标志是在受精卵的灰色新月区上部，植物极细胞在此内陷形成一弧形的沟，称为新月沟。沟的上方为背唇(dorsal lip)。分裂速度快的动物极细胞迁移并外包植物极半球，同时背唇细胞从新月沟处卷入胚体内。卷入以及内陷的细胞继续增多，原肠腔逐渐扩大，随后卷入活动由背唇向两侧扩展，形成左右两侧的侧唇(lateral lip)。外包和卷入区域继续扩大，又形成了腹唇(ventral lip)，最后由背唇、侧唇、腹唇围绕成一环形的胚孔。在胚孔中央尚有未完全陷入的含较多卵黄的植物极细胞，称为卵黄栓(yolk plug)。随着内陷、外包和卷入过程的进行，原肠腔由小变大逐渐将襄胚腔挤向侧面。原肠胚形成结束时，卵黄栓全部包进胚胎内部，胚孔缩成一条狭缝，以后胚孔处将形成肛门。至此，经过外包、卷入、内陷等复杂的细胞迁移活动，终千形成具有胚孔，原肠腔，内、外两层的原肠胚（图归）。这时的原肠腔并未全部由内胚层(endoderm)包围，在原肠腔背面顶壁和侧壁只有中胚层(mesoderm)，在继后的神经胚时期，内胚层从两侧向背部靠拢，最后完全包围原肠腔，所以原肠胚的形成过程也是三个胚层的形成过程。


医学生物学 （二）哺乳动物原肠胚的形成 哺乳动物的卵很小，为均黄卵，胚胎发育的主要营养来自母体。在要胚期，胚泡植入母体子宫壁。胚胎在发育时形成一些特殊的结构，如尿栗、胚盘等。随着内细胞团细胞不断分裂、增殖，靠近胚泡腔一侧的细胞演变成为一层细胞，称为下胚层(hypoblast)或初级内胚层，其余内细胞团贴近滋养层一侧，形成上胚层(epiblast)，又称为初级外胚层。构成胚泡壁的滋养层细胞在许多动物逐渐消失。由内细胞团分化发育的胚盘(placenta)直接发育成为原肠胚。高等哺乳类动物，如灵长类，滋养层细胞增殖发育成绒毛膜，后者参与胎盘的形成，从子宫内膜获取营养，内细胞团分化成由内、中、外三个胚层构成的胚盘。内、外胚层周缘的细胞分别向四周延伸，围成卵黄痪及羊膜腔。中胚层在内、外胚层之后出现。此后，三个胚层开始分化，进入神经胚期。


医学生物学 （二）哺乳动物原肠胚的形成 从以上可以看出，从原肠胚开始形成到原肠胚形成是一个复杂的细胞迁移、重排的过程，是动物发育过程中的一个重要的阶段。襄胚期以前，胚胎的结构和生理活动都很简单，痰胚基本上是一些结构相似的细胞集合在一起。原肠胚及其以后就有明显的变化，出现了胚层的分化，特别是中胚层的出现，为以后复杂的组织和器官的形成打下基础。 四、神经胚 原肠胚期结束后，胚体开始伸长，并具备了内、中、外三个胚层，它们是动物所有组织器官形成的基础。胚层开始分化，在胚体背部产生中轴器官一一脊索(notochord)和神经管，这时期的胚胎称为神经胚(neurula)。所有的脊椎动物都有相同的器官发生模式。神经管是由外胚层细胞分化而来，它将来形成脑和脊髓。神经管的形成大致分为三个阶段：在胚体背部位于脊索原基上方的外胚层细胞增厚，形成神经板(neural plate)；神经板的两侧向上隆起，形成神经褶(neural fold)；神经板的中部凹陷形成神经沟(neural groove)；神经褶继续向背方延伸并相互靠拢、融合，形成神经管(neural tube)。最后神经管自外胚层脱离，陷入胚体内，其上方的外胚层愈合（图4-4)。


医学生物学 四、神经胚 脊索是由背正中区的中胚层细胞分化形成的一条纵贯胚体的圆柱形中轴结构；脊索的下方为内胚层，两侧为中胚层，将发育成体节(somite)。神经胚是脊椎动物特有的胚胎发育阶段。 五、器官发生 器官发生(organogenesis)是指由内、平外三个胚层分化发育成胚体各个器官系统的发生过程。＼I．平所i内胚层胚神经板期神经沟期神经管期当发育到原肠胚，胚层逐渐形成，细胞开始分化，并开始分离成为初级器官原基(primary organ rud卜men t)。以后这些细胞进一步集聚和分化，形成固定的次级器官原基(seconda1--y organ rudiment)。各种组织开始明显地分化出来。有的细胞层局部加厚（如神经板），有的细胞集聚成团，排列成节（如生骨节、生肌节），有的细胞层折叠，卷成管状（如神经管、消化管等），有的胚层细胞分散成间叶细胞，千是各器官逐渐分化定型。胚胎的形态也随之发生变化，首先躯体变长，然后形成头与尾，颈和躯干也逐渐形成，出现肢芽，动物雏形显现。在形态发生时期，胚胎对环境的影响特别敏感，在某些因素（药物、理化因素、病毒等）作用下，易发生先天畸形。


医学生物学 五、器官发生 脊椎动物的三个胚层分化发育成的主要组织和器官如表4-1所示。 胚晟发育的组织器官 外胚层皮肤的表皮、毛发、爪甲、汗腺；神经系统（脑、脊髓、神经节），神经感官的接收器细胞；眼的晶体；口、鼻腔及肛门上皮、牙的釉质（神经系统、感官器官）中胚层肌肉：平滑肌、骨骼肌及心肌；皮肤的真皮；结缔组织，硬骨及软骨；牙的牙质；血液及血管；肠系膜；肾脏；睾丸和卵巢（骨骼、肌肉、心血管系统、泌尿生殖系统）内胚层肠上皮、气管、支气管、肺上皮，肝脏、胰腺；胆襄上皮；甲状腺、甲状旁腺及胸腺；膀胱、尿道上皮（消化道上皮、呼吸道上皮和泌尿系统上皮，消化腺等） 第二节胚胎发育机制 有性生殖的个体从受精卵开始发育为新个体，经历了复杂演变过程，严格按照时间、空间顺序进行一系列核质之间，细胞之间，细胞与环境之间的相互作用。经历了由细胞一组织一器官一系统一个体各层次的胚胎发育过程。胚胎发育的机制一直是发育生物学重点研究的领域。


医学生物学 —、胚胎发育的遗传学机制 整个发育过程是由遗传控制的、程序化的、精确有序的发育过程。从基因型到表型是通过发育实现的。发育是遗传特性的表达和展现，是基因组遗传信息按照特定时间和空间表达的结果，是生物体基因型与内外环境之间相互作用，并逐步转化为表型的过程。（一）基因差异表达决定分化和形态发生1.基因差异表达决定分化高等生物的基因表达具有组织特异性和发育阶段特异性，动物的胚胎发育过程中，不同基因随时间、空间而有选择性地表达，这种基因的差异表达决定了生命的所有过程。 母源bicoidmRNA BICOID蛋白 (2)分节基因群：是决定体节的分节和极性，奠定胚胎形体的大格局的基因群。上述基因仅使早期胚胎沿整个头尾轴分割为限定的体节，指导体节进一步发育为一定表型特征的是同源异型基因。(3)同源异型基因：在分节基因群作用的基础上，进一步决定各体节的形态特征，控制胚胎空间构型的发育，如头、胸、腹、肠、附肢等。


医学生物学 母源bicoidmRNA BICOID蛋白 同源异型基因是指导体节进一步发育成一定表型，决定各体节的形态特征的一大群基因。这类基因均含有共同的180bp的DNA片段的同源盒结构，这个共同的片段称为同源盒(homeo box)。含有同源盒的基因称为同源盒基因(homeobox gene)。这180多个核节酸组成的高度保守的开放读码框架，编码61~68个氨基酸组成的肤链片段，称为同源结构域(homeodomain, HD)。同源结构域形成一种拐弯的螺旋－回折－螺旋(HLH)立体结构，这种结构是转录调节因子中DNA结合区的重要结构形式之一，因此，含HD结构的蛋白质是一大类DNA序列特异的结合蛋白，组成了HD超家族。其在进化上高度保守，从无脊椎动物（果蝇、线虫）到脊椎动物（爪赡、斑马鱼、鼠和入）都存在这种结构。它们在发育过程中沿胚胎前后轴依顺序表达，即这些基因激活的时间顺序表现为越靠近前部的基因表达越早，而靠近后部的基因表达较迟；这些基因表达的空间顺序表现为头区的最前叶只表达该基因簇的第一个基因，而身体最后部则表达基因簇的最后一个基因。这种排列与表达模式在从果蝇到哺乳动物的各个门类中是高度保守的（图4-7)。控制中枢神经系统和中轴器官前后轴的区域。例如，果蝇同源异形基因称为HOM基因，而与HOM基因相对应的动物和人类的同源盒基因称为Hox基因。在进化过程中，果蝇HOM基因在哺乳动物中出现了4次：HoxA、HoxB、HoxC、HoxD，分别定位于人的7、17、12和2号染色体；在小鼠则分别定位千6、11、15和2号染色体上。（二）细胞分化与个体发育的表观遗传学机制生物发育过程中的细胞分化不仅受到基因转录调控、mRNA的选择性加工和剪接、翻译调控等，在多层次上还受到表观遗传修饰的影响。表观遗传修饰参与生命过程几乎所有阶段，包括胚胎发育、果蝇HOM3'一十曰H H l--lll-llf-111--L曰I I5'复合体哺乳动物,,,,,HOX复合体Al A2A3A4A5A6A7A9AlO All A13Bl B2B3B4B5B6B7B8B9B13HOXB3'5'DI D3D4D8D9DlO Dll D12D13HOXD3'---l5'图4-7同源异形基因在果蝇和小鼠染色体上的排列顺序及基因表达的解剖顺序增殖分化、衰老、凋亡、疾病发生以及药物治疗，等等（详见第十二章）。1. DNA甲基化DNA甲基化在真核生物基因组中呈不均匀分布并广泛存在。脊椎动物一些基因的活性与基因调控区域或其周围特定胞啼唗的甲基化有关。DNA甲基化不仅导致染色质或染色体的异染色质化，使其大范围区段上的基因失去转录能力或导致整条染色体的失活（例如，雌性哺乳动物的X染色体失活），也可以作用千某个基因的启动子使其沉默。在动物受精后，无论是来自于父系基因组还是母系基因组均会发生大规模的脱甲基化（印记基因除外），然后再重新建立新的甲基化模式。从搅胚期内细胞开始甲基化并逐渐扩大到整个胚胎。在细胞分化过程中需要维持这种甲基化模式，当基因特异表达时还会发生特异性的去甲基化。例如，在人类红细胞发育中，与珠蛋白合成有关的DNA几乎无甲基化，而在其他不合成珠蛋白的细胞中，相应的DNA部位则高度甲基化。在胚胎卵黄痰，e珠蛋白基因的启动子未发生甲基化，而丫珠蛋白基因的启动子则甲基化，因此在该时期e珠蛋白基因表达，而丫珠蛋白的基因关闭（图4-8)。在胎儿期，在胎儿肝细胞中，平珠蛋白基因没有甲基化，但在成体肝细胞中这一基因则被甲基化。2.组蛋白的修饰组蛋白修饰主要以共价键形式发生，包括组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、ADP核糖基化，等等，这些修饰都会影响基因的转录活性。(1)组蛋白甲基化：甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生未甲基化启动子5'E－珠蛋白基因I I16周V活化失活5'e－珠蛋白V活化甲基化启动子y－珠蛋白单、双三甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化修饰可使染色体的结构发生变化，也可以通过其他转录因子来调控基因的表达。研究表明，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关而儿和比精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。而赖氨酸甲基化是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，凡第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。甲基化数与基因沉默和激活的程度相关。组蛋白甲基化对DNA甲基化有指导作用。(2)组蛋白乙酰化：组蛋白的乙酰化通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。高乙酰化与激活基因表达有关，低乙酰化与抑制基因表达有关。通过组蛋白的乙酰化与去乙酰化，会使与组蛋白结合的基因表达受到精确的调控。(3)组蛋白的磷酸化与泛素化：组蛋白的磷酸化则通过改变组蛋白的电荷、修饰组蛋白的结合表面，在基因转录过程中起调控作用。组蛋白的泛素化主要通过对被降解组蛋白连接上泛素进行标记，使部分蛋白启动基因表达来实现。H2B组蛋白的泛素化可以影响H了凡和H3-K79的甲基化，各种修饰间也存在着相互的关联。（三）miRNA与细胞分化及个体发育miRNA是近年发现的长度约在22个左右核昔酸的非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。越来越多的研究资料表明，miRNA广泛地存在千哺乳动物，具有高度的保守性，miRNA主要通过调控细胞的增殖、分化与凋亡而参与了胚胎早期发育、神经发育、肌肉发育和淋巴细胞发育等动物发育的各个方面，是动物发育过程中的重要调控因子，而且与很多人类疾病相关。piRNA在转录水平调控哺乳动物配子发生、生殖干细胞分化、调控胚胎的发育、维持DNA的完整性、参与性别的决定等方面发挥重要作用。在心脏的发育过程中过表达miRNA-1能抑制细胞增殖，控制心室壁的厚薄。神经元特异表达的miRNA-124，使神经细胞的特性得以获得并维持。miRNA-145参与了调控平滑肌细胞的分化。miRNA-150特异表达千成熟的淋巴细胞，影响淋巴细胞的发育与应答反应；miRNA-223特异表达于骨髓，对祖细胞的增殖和粒细胞的分化及活化进行负调控。迄今，在线虫、果蝇、小鼠和人类等物种中，已经发现的数百个miRNA中的多数具有和其他参与调控基因表达的分子一样的特征，在不同组织、不同发育阶段中，miRNA的水平有显著差异。miRNA作为参与调控基因表达的分子在细胞分化中起重要作用。在哺乳动物发育过程中，各种miRNA并不是孤立发挥功能，而是相互协作，各自行使功能来确保发育正常地进行。它们是细胞调控网络中不可缺少的极其重要的一部分，它们的表达异常如缺失、表达过量和过低都会引起发育异常。 （四）长链非编码RNA与细胞分化和个体发育 哺乳动物基因组中有4%～9％的序列产生的转录产物是长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。lncRNA可通过一系列机制在表观遗传水平、转录水平及转录后水平对基因表达进行调控。已有的研究表明，lncRNA参与了X染色体失活，基因组印记以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核导，在移植物上方的受体细胞发育成第二个神经板并进一步发育成神经管，这是初级诱导。神经管的前端膨大形成原脑，原脑两侧突出的视杯(optic cup)诱导其上方的外胚层形成晶状体，此为次级诱导。晶状体诱导其表面的外胚层形成角膜，这是三级诱导。经过进行性诱导，最后发育为具双头的畸胎。胚胎诱导具有严格的组织特异性和发育时空限制。2.抑制抑制(inh伽tion)是在胚胎发育中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。例如，把发育中的蛙胚置千含蛙心组织碎片的培养液中，胚胎受到抑制不能产生正常的心脏。这说明已分化的细胞可产生某种物质，抑制邻近细胞向其相同方向分化，这种物质称为抑素。正是由千有诱导分化和抑制分化，才使胚胎发育有序地进行，使发育的器官间相互区别，避免重复。3.细胞识别和黏着在胚胎形态发生中细胞识别和黏着起着重要作用。由千胚胎细胞的广泛迁移，当到达最终位置时，同类细胞只有通过识别和黏着，才能进一步分化，构成组织器官和系统，形成机体形态结构。 三、形态发生 形态发生(morphogenesis)是胚胎发育过程中，组织器官和机体形态结构的形成过程。它是通过细胞增殖和凋亡、细胞差异生长(differential growth汃细胞迁移和形态变化以及细胞识别和黏着而实现，整个过程都是受基因控制，也受环境因素影响。只是各生物体的发育环境相对固定。而这一固定环境是生物长期进化形成的，生物的发生要重演祖先进化过程。1.细胞增殖和程序性细胞死亡胚胎的生长是有丝分裂的结果，大型动物和小型动物的区别，不在于细胞大小的不同，而是由细胞数量多少决定的。在生长过程中出现差异生长。差异生长指细胞增长的数量和增长率，在身体的不同部位是不同的。由于细胞差异生长，出现各组织器官形态结构各不相同。在形态发生过程中细胞按一定时期、一定部位有序地进行增殖和死亡，它既受基因控制，也受环境因素的影响。例如，胚胎发育中80％以上的神经元细胞死亡，人胚的尾芽和鲤的定期消失，两栖类尾和鲤的退化受甲状腺素的影响，若切除蜊斛的甲状腺，其尾和鲤则不退化。肢体的发生中，早期的手和足形似浆板，当手指（趾）之间细胞死亡后，才能形成正常的指（趾）。若生殖腺分化为卵巢，由千无雄激素的作用，中肾管退化；若生殖腺分化为睾丸，中肾管则在雄激素的作用下发育，分化为附睾管、输精管和射精管。胚胎形态发生是受多个基因形成的多层次控制，这些基因通过对细胞运动、细胞间识别和黏着、细胞增殖和凋亡的控制，使一系列发育事件按基因组既定的遗传程序进行。 第三节胚后发育 从卵膜孵出或从母体分挽出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为胚后发育。在胚后发育过程中，仍有一些细胞继续分化，如牙的发生、神经系统的继续发育、生殖细胞的分化成熟。有些动物从幼体发育为成体的过程中，在形态结构，生理机能及生活习性等方面发生显，L记著的改变，称为变态(metamorphosis)。例如，蛙的幼体一—蜊斛生活在水中，以植物为食，用鲤呼吸，运动器官是尾，经变态成为能适应陆地生活的蛙。 —、生长 生长是由幼体生长到成体，体积增大的阶段，机体生长通过细胞数量增加，这是生长的主要原因；细胞体积增大，是个体发育中某些细胞的生长方式；此外，大量细胞外基质细胞分泌完成的细胞外空间容量的增加，如软骨和骨的生长。例如，人的新生儿细胞数量约为2x1012个，到成年可增加约50倍，为1014个。生物个体的生长期通常分为以下几个时期：生长停滞期(lag growth period)，无实质性生长，但为其以后的生长做准备；指数生长期(exponential growth period)，此期先慢后快，体积成倍增加，新生儿体重倍增时间约5~6个月；生长减速期(decelerate growth period)，个体生长开始减慢。在达到一定体积后便完全停止生长，到晚年甚至出现负生长。机体各部分的生长速度有差异，如，人的婴儿期，头部占身高的1/4，到成年期只占l/8~l/7，显然在生长期间，躯体的生长比头部快。 二、再生 再生(regeneration)是指生物体在其身体某部分受到损伤或丧失后的修复过程。如壁虎的尾、蛛螺的肢、镑蟹的足，在失去后又可重新形成，海参可以形成全部内脏，水螅、座丘躬卜涡虫等低等动物的每一段都可以形成一个完整的个体，等等。但是从广义的角度来看再生，这是生命的普遍现象，从分子、细胞到组织器官都具有再生。(—)再生的形式1．生理性再生即细胞更新，如人体内每秒钟约有600万个新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞。2.修复性再生许多无脊椎动物用这种方式来形成失去的器官，如上述提到的壁虎的尾和镑蟹的足。3.重建是人工实验条件下的特殊现象。如入为将水螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。 （二）动物再生的过程 动物有些组织或器官，长成之后即保持一定的形态，一般细胞不再分裂，但若受到损伤或失去一部分，余下的邻近组织的细胞进行分裂、增殖；组织干细胞增殖、分化，便开始再生并恢复。例如，人的肝脏若受到损伤，其邻近组织处于G。期细胞开始分裂增殖；肝干细胞增殖和分化；门脉周围干细胞的过度增生(hypertrophy)而完成肝再生。在再生的过程中，完成再生需要3个条件：心必须具有再生能力的细胞；＠局部环境条件能引导这些细胞进入再生途径；＠去除阻碍再生进行的因素及因子。脊椎动物再生主要由两类细胞参与：心干细胞或祖细胞，最常见的再生机制是干细胞和祖细胞进行再生，如表皮干细胞参与皮肤的再生，造血干细胞参与血液组织的更新和重建。干细胞参与组织再生过程中，一般通过中间类型细胞及定向祖细胞(committed progenitor)分化为终末分化细胞；＠已分化细胞的去分化或转分化，然后再分化，形成失去的组织或器官。例如，蛛螺的前肢被切除后，伤口处细胞间的黏合性减弱，细胞通过变形运动移向伤口，形成单细胞层封闭伤口，这层细胞称为顶帽(apical cap)或顶外胚层帽(apical ectodermal cap)。顶帽下方的细胞，如骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞、肌细胞、神经胶质细胞均去分化，并彼此分离，形成了一团无差异的细胞，这群细胞和顶帽共同组成的结构称为肢芽。因肢芽内部缺氧，pH降低(6.7-6.9)，提高了溶酶体酶的活性，促进受伤组织的清除。胚芽细胞加快分裂和生长，细胞开始分化，形成相应的骨、肌肉、软骨等组织，最后完成肢的再生过程。动物种类不同，同一个体组织器官不同，再生能力也各不相同。低等动物的再生能力比高等动物强。扁形动物，如涡虫，自身一小片组织，可以再生成完整的个体。蚳蛹在切成两段后，每段都能再生w时i}t66上篇生命过程的一般原理成整体。哺乳动物再生能力相对较差，但并不是没有再生能力。有些组织器官，如皮肤、血液、骨、肝脏、外周神经等有较强的再生能力。再生能力与年龄也有关，幼年有一定能再生能力，随着年龄的增长，再生能力逐渐减弱。 三、衰老（一）衰老的概念与特征 衰老(aging)是绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程。是一个受发育程序、环境因子等多种因素控制的不可逆的生物学现象。各类动物衰老过程的差异较大，因而动物的寿命可由数日至数百年。哺乳动物进入衰老期，机体结构和功能出现衰老特征，例如，老年人出现皮肤松弛、皱缩、老年斑，毛发稀少变白，牙齿松动、脱落，骨质变脆，性腺及肌肉萎缩，脊柱弯曲，代谢降低以及细胞结构改变等；在功能上表现为行动迟缓，视力与听力下降，记忆力减退适应性降低，心肺功能低下，免疫力及性功能减弱，易于发生各种老年病如老年性痴呆症等。衰老可以表现在组织、器官、细胞及分子等不同层次上。不同物种、同一物种不同个体及同一个体不同部位各层次上的衰老变化都不完全相同。衰老是时间依赖性的缓慢过程。衰老的形态和功能特征有显著的个体差异，很难找到适当的定量参数作为衰老的指标。例如，年龄大的人可能比年龄小的人精力更充沛，健康状况更好，因此，不能单纯以年龄作为衡量衰老的指标。衰老过程主要是机体内部结构的衰变，是构成机体的所有细胞的功能不全，是随着生存时间推移而发生的细胞改变的总和，机体的衰老首先表现于中枢神经系统与心血管系统，因而维护中枢神经系统和心血管系统的正常功能是抗衰老的主要措施。 （二）衰老机制 衰老的表现多种多样，引起衰老的原因十分复杂，其学说不下几十种。人类的衰老还受社会、环境、情绪等因素的影响。基因调控学说、DNA损伤修复学说、自由基学说、线粒体损伤学说、端粒区缩短假说、干细胞衰老学说等已成为国际研究热点。1．基因调控学说许多资料表明，子代的寿命与双亲的寿命有关，各种生物的寿命相对恒定，主要受遗传物质的控制。个体发育本身就是一个严格的遗传程序控制的过程。机体细胞中存在着“长寿基因“和衰老基因。目前发现，人1、4、6、7、11、18及X染色体上都含有与衰老相关基因。三个研究小组分别是UNC、Michigan大学和哈佛大学医学院以及我国童坦君、张宗玉夫妇研究发现p16基因与衰老有关，p16基因及衰老基因突变，可使生物体寿命延长。Werner早老综合征是因位千8号染色体短臂的一个称为WRN基因（编码核膜蛋白的基因）突变而引起的。该基因与DNA的解旋有关，提示老化与DNA损伤积累的相关性。由于衰老与遗传有关，故有人提出＂衰老的遗传学说”。很多学者，特别是发育生物学者待此观点。在正常情况下，控制生长发育的基因在各个发育时期有序地开启和关闭。机体发育到生命的后期阶段才开启的基因控制机体的衰老过程，正是由于这些基因的改变而引起机体一系列结构、功能的改变。2.端粒、端粒酶与衰老在染色体末端普遍存在端粒结构，一般而言，端粒是决定细胞增殖能力的计时器，端粒长，细胞的增殖能力强，反之则短。端粒由端粒酶合成，以保持染色体的稳定性。但是端粒酶仅在生殖细胞、一些干细胞及部分肿瘤细胞中才有活性。Harley与Allsopp等(1991年）发现人成纤维细胞端粒每代缩短14~18bp；外周血淋巴细胞缩短33bp／代；人胚肺二倍体成纤维细胞每增加一代，端粒长度减少49bp。这种随着年龄的增长，细胞分裂次数增加，端粒长度随之缩短的现象，称为端粒消减(telomere attri ti on)，当端粒减至临界长度（如人二倍体成纤维细胞降至2kb)，细胞出现传代极限(Hayflick限度），不再分裂，细胞衰老。3.自由基与衰老自由基是指那些在外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团，它们都带心L有未配对的自由电子，这些自由电子使这些物质具有高反应活性。当这些自由基与其他物质发生反应时，引起一些极重要的生物分子失活而对细胞和组织产生十分有害的生物效应。自由基种类很多，主要有3类：超氧阴离子自由基(.02-)、轻离子自由基(·OH)及过氧化氢自由基(. H202)。其中超氧阴离子和游离胫基极不稳定，而过氧化氢相对稳定，容易渗透。自由基可以是生物氧化和酶促反应的副产品，也可以是外界因素，如，电离辐射、氧化性环境、污染等诱发细胞生成。机体中也存在清除这些自由基的机制，即超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肤过氧化物酶等。随着年龄的增加，细胞内这些酶活性降低，清除力下降，使自由基积聚，对细胞质膜、内膜系统以及核膜的损害增强，生物膜脆性增加，对离子尤其是K十离子的通透性发生改变，使细胞内依赖DNA的RNA聚合酶活性受到抑制，导致细胞衰老。用清除自由基的酶及维生素E都具有延缓衰老的作用。4.线粒体与衰老20世纪80年代，Cummings等提出，mtDNA突变积累与细胞衰老有关。在线粒体氧化磷酸化生成ATP的过程中，大约有1%～4％氧转化为活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)，因此线粒体是自由基浓度最高的细胞器。mtDNA裸露千基质，缺乏结合蛋白的保护，最易受自由基伤害，而催化mtDNA复制的DNA聚合酶1不具有校正功能，复制错误频率高，同时缺乏有效的修复酶，故mtDNA最容易发生突变。mtDNA突变使呼吸链功能受损，进一步引起自由基堆积，恶性循环，导致衰老。许多研究认为mtDNA缺失与衰老及伴随的老年衰退性疾病有密切关系。5.神经内分泌－免疫调节与衰老下丘脑是人体的衰老生物钟，下丘脑的衰老是导致神经内分泌器官衰老的中心环节。由于下丘脑－垂体内分泌腺轴系的机能衰退，使机体内分泌机能下降。随着下丘脑的＂衰老”，免疫功能减退，尤其是胸腺随着年龄增长而体积缩小，重量减轻。例如，新生儿的胸腺重15-20g,13岁时30-40g，青春期后胸腺开始萎缩，25岁以后明显缩小，到40岁胸腺实体组织逐渐被脂肪所取代。到老年，腺体组织完全被脂肪组织取代，导致功能丧失。因此，老年人免疫功能降低，易患多种疾病，包括肿瘤。6.其他学说还包括干细胞衰老学说、体细胞突变学说、差错灾难学说、交联学说、代谢学说等。总之，影响衰老的因素很多，是多种因素综合作用的结果。 四、死亡 机体的死亡即个体生命的终结。医学上判定死亡的标志是心跳、呼吸停止，心、脑电图平波，瞳孔反射消失等。但是，机体的死亡并非全部细胞同时停止生命活动，只有当脑细胞死亡后，脑功能完全丧失，才被视为死亡个体。不同动物，寿命差异很大，但是同一物种的最大寿命相对恒定。例如，龟的最大平均寿命是175岁，小鼠是3.5岁，人是120岁左右。根据对哺乳动物寿命的调查分析，动物的寿命为性成熟年龄的8~10倍，为生长期的5~7倍。人的性成熟年龄为ll~15岁，生长期为20~25岁，因而认为人类的自然寿命不低于120-150岁。但绝大多数人都未达到这个寿限。人类既是生物进化的产物，又生活于现实社会中，人的寿命必然会受到自身条件和社会条件这两方面的影响。例如，100多年以前，人类的平均寿命为30岁，到20世纪末，各国入口的寿命迅速增加。如发达国家的人均寿命稳定在70~75岁，我国人均寿命从20世纪50年代初约33岁已增至男性74岁，女性77岁。这些表明，人均寿命的增长，与社会经济条件（包括医疗卫生条件）的改善和人口死亡率降低有直接关系。有的调查显示，人的寿命还与性别有关，女性的平均寿限较男性高。良好的自然生活环境，有规律的饮食起居生活，开朗乐观的性格，长期的劳动习惯以及遗传因素等都与寿命有关。 第四节发育异常—、发育异常的因素 胚胎发育是细胞增殖、分化、胚层形成、组织器官发生、胚体整合等一系列发育事件组成的一个复杂的程序性过程。是基因和稳定的环境相互作用的结果。任何影响这一过程的因素都会导致发育异画{t}常而引起出生缺陷。出生缺陷包括形态结构、生理功能、精神、行为异常或代谢缺陷所致的异常。形态结构异常表现为先天畸形，如无脑儿、脊柱裂、兔唇、四肢异常等。生理功能和代谢缺陷常导致先天性智力低下，聋、哑、致盲等异常。多种因素均可引起发育异常，但不外乎两大类：内因和外因。内因主要是遗传因素，外因则指环境条件，哺乳动物还包括母体子宫环境。Wi l son综合了五次国际出生缺陷讨论会的资料，指出人类出生缺陷中遗传因素引起的占25%，环境因素占10%，遗传因素和环境因素相互作用和原因不明的占65%，总体遗传因素占引起发育异常的90%。可见大多数出生缺陷是遗传因素和环境因素相互作用的结果。 （一）环境因素 长期以来人们认为，哺乳类的胚胎在母体子宫内发育受到胎膜的保护，不易受外界环境因素的影响。但大量研究证明，众多环境因素有明显的致畸作用。例如，生物因素（病毒、细菌、弓形体、支原体、立克次体等）、物理因素（电离辐射、机械压迫和损伤等）、化学因素（药物、化学试剂、化学物质污染物、食品添加剂和防腐剂等）以及父母年龄过高、母亲妊娠期间酗酒、大量吸烟、严重营养不良、维生素和微量元素缺乏等均可导致先天畸形。此外，胚胎发育期，细胞增殖速度快；胎儿期，胚体生长快，都需要大量的热釐。如果母体摄入热量不足、蛋白质缺乏、维生素缺乏，或者孕妇患妊娠高血压，使孕妇子宫－胎盘血流量减少，母体运送到胚胎的营养减少，或者服用影响代谢的药物等，均可引起胎儿严重生长发育迟缓或畸形。（二）遗传因素染色体畸变所引起的疾病中绝大部分有发育异常的表现，如唐氏综合征、18三体综合征、13三体综合征、Turner综合征、猫叫综合征等，除神经系统发育迟缓外，还伴随多发畸形。单基因遗传病中也有一些是以致畸为主，如短指、并指、多指、软骨发育不全、指甲骸骨综合征等，属千常染色体显性遗传病；白化病、小头畸形、垂体性侁儒症等，为常染色体隐性遗传病。多基因遗传引起的疾病多伴发各种畸形，如无脑儿、脊柱裂、脑积水、脑脊膜膨出、唇裂腾裂、先天性心脏病、先天性幽门狭窄、先天性巨结肠、畸形足等。（三）环境因素和遗传因素的相互作用单纯由遗传因素或环境因素引起的发育异常是少数，多数是两者相互作用的结果。这种作用包括两个方面，一是环境因素改变胚胎的遗传构成引起发育异常，另一方面则是胚胎的遗传构成决定胚胎对致畸因子的易感性。例如，在一次风疹流行中几个孕妇同时都受到感染，但有的胎儿出现较重畸形，有的轻度畸形，有的发育正常。这是由于每个孕妇所怀胎儿对风疹病毒易感程度（即每个胎儿的遗传构成）不同所致。又如纯种A系小鼠及C57小鼠腮裂的自然发生率不同，前者为10%，后者小于1%。若给两种早期孕鼠注射同一剂量的可的松后，A系小鼠100％出现腾裂，C57仅19％出现。说明不同类型的生物对致畸物的敏感性不同。


医学生物学 （一）环境因素  （四）发育异常易感期 发育中的胚胎受到致畸因子作用以后，是否会发生畸形，发生何种畸形，这不仅取决千致畸因子的性质和胚胎的遗传组成，还与胚胎发育的阶段有关。一般而言，胚胎发育的各个阶段均可发生畸形，但易发程度有很大差别。以人类发育为例，配子形成和受精阶段对射线比较敏感，易导致染色体异常引起胚胎畸形。受孕后两周内，主要是卵裂和胚泡形成以及植入时期，性激素和孕激素对胚胎的影响特别大，易导致流产。受孕后3~8周（末次月经的第5~10周）。此期是人胚胎发育的最重要时期，胚胎外表和内部结构在此时开始发育。许多重要器官及系统，如中枢神经系统、心脏、眼、四肢、五官、外阴等都在此期陆续萌芽分化（脑在受孕后的15~27天，眼在24~29天，心脏在20~29天，四肢在24~36天，生殖器在26~62天），极易受到内外环境因素的影响与损害，导致严重的形体与内脏的畸形。故此期称为胚胎敏感期(sensitive period)或临界期(critical period)。受孕后9周至出生前，是巳分化的器官体积增大、进一步分化的阶段，大多数器官功能成熟的时期，此期称胎儿期，这一时期对致畸剂的敏感性相对较低。


医学生物学 二、发育异常的产前诊断 凡是孕妇在妊娠期间接触过致畸因子，或有遗传家族史的都提倡对胎儿实施产前诊断，主要方法有：心羊膜腔穿刺羊水检查：可测定羊水中的甲胎蛋白的含量，若过高可能为无脑儿、脊柱裂、脑膨出等畸形；电泳法检测羊水中乙酰胆碱酷酶同工酶，此酶仅出现千开放性神经管畸形中；胎儿染色体核型分析可诊断染色体疾病。＠母体血液检测：母体血中可能有胎儿细胞（淋巴细胞及有核红细胞），故可从孕妇血液标本中检测出胎儿细胞的异常标记。＠绒毛膜检查：绒毛和胎儿均由受精卵分化而来，故绒毛可反映胎儿的遗传特征。＠胎儿超声波检查：B型扫描仪可在胎龄为5~16周对畸形作早期诊断。＠胎儿镜的宫内诊断：可直接观察胎儿外形或直接摄取胎儿少量组织、血液作进一步检查。多细胞生物多通过有性生殖繁殖后代。精子和卵子融合成受精卵，受精卵经过卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚以及器官发生等胚胎发育阶段，发育为新的个体。从母体分挽出或卵膜孵出的新生个体，经过幼年、成年、老年等时期完成胚后发育，最后以死亡结束个体发育过程。


医学生物学 二、发育异常的产前诊断 胚胎发育受细胞内部的基因编程和细胞外的环境双重调节。细胞根据其在胚胎中所处的位置信息增殖、分化，形成不同的组织、器官。生物发育过程中的细胞分化不仅受到基因转录调控、mRNA的选择性加工和剪接、翻译调控等，在多层次上还受到表观遗传修饰的影响。表观遗传修饰参与生命过程几乎所有阶段，包括胚胎发育、增殖分化、衰老凋亡、疾病发生以及药物治疗，等等。生长和衰老是胚后发育的主要事件，衰老机制的假说目前有基因调控学说、DNA损伤修复学说、自由基学说、线粒体损伤学说、端粒区缩短假说等，自然寿命是物种的特征。胚胎发育是一个复杂的程序性过程，任何影响这一过程的因素都会导致发育异常而引起出生缺陷。 1.个体发育有哪些基本阶段？各阶段主要特征是什么？2.由内、中、外三个胚层发育形成哪些主要的器官？ 3.简述衰老的概念，目前有哪些学说对衰老机制进行了解释？（杨春蕾）


医学生物学 第五章生命的遗传 生命的基本特征是个体发育和种群进化的世代递进，而维系这一特征的纽带就是遗传。当生物生长发育到一定阶段，能够产生与自己相似的子代个体，称为生殖。通过生殖过程，性状可以由亲代向子代传递，这一现象称为遗传。遗传现象的存在，保证了物种的延续和稳定性。生命的遗传是一个复杂的过程，主要涵盖了遗传信息的贮存、传递和表达；遗传学三大定律揭示了遗传信息传递的基本规律。 第一节遗传的分子基础 生命的遗传是通过遗传信息的传递和表达来完成的。遗传信息蕴藏在DNA分子的核昔酸顺序中，DNA是遗传信息的贮存者。DNA分子进行准确复制，将遗传信息传递给下一代；遗传信息通过指导蛋白质的合成，控制细胞的代谢、生长、增殖和分化，决定了生物个体的表型。 (-)DNA是遗传物质 20世纪初人们就发现从个体发育、生长、衰老直至死亡的整个生命过程中，细胞内最稳定的物质是DNA，而且每个细胞中DNA的量基本恒定。科学家们还注意到有丝分裂和减数分裂过程中遗传物质量的变化和DNA量的变化相平行，而且DNA的改变可以导致个体出现异常表型，从而考虑到DNA可能是遗传物质。然而直到20世纪40年代，人们才证明DNA就是遗传物质。


医学生物学 (-)DNA是遗传物质 1928年，格里菲斯(G1iffith)等观察到细菌转化现象，即引起肺炎的有毒性光滑型肺炎双球菌，经加热杀死后与活的无毒性粗糙型肺炎双球菌混合后注射于小鼠，能使小鼠患肺炎致死亡，并在小鼠尸体中分离到活的光滑型肺炎双球菌。1944年艾弗里(Ave1-y)等证明了上述能使细菌表型及致病性转化的物质就是DNA。20世纪50年代，赫尔歇(Hershey)等通过噬菌体繁殖实验进一步证明了DNA就是遗传物质。他们采用不同的放射性同位素分别标记噬菌体DNA和蛋白质，发现进入大肠埃希菌并繁殖成新噬菌体颗粒的是DNA，而不是蛋白质。


医学生物学 (-)DNA是遗传物质 1953年，沃森(Watson)和克里克(Crick)基千DNA分子的X射线衍射实验结果和对DNA水解样品的碱基组成分析结果，提出DNA双螺旋结构模型，揭示了DNA分子的空间结构。DNA双螺旋的发现开启了分子生物学时代，是生物学发展史上的一座里程碑。沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构主要内容包括：DNA分子是由两条反向平行的多核昔酸单链组成，一条是5'->3'方向，另一条是3'一5'方向，两条链之间通过A和T,C和G之间的氢键结合（即A=T,G=C)，形成双螺旋结构。四种碱基(A、T、G、C)的不同排列顺序中蕴含着生物个体的遗传信息，DNA长链中包含的碱基数目很多，所以碱基排列的组合方式儿乎是无限的（例如一个DNA分子含有100个碱基对，就可能有4100种不同排列顺序），因而可以储存大扯的遗传信息。目前已经明确，除少数几种只含有RNA的病毒以外，所有的已知生物都是以DNA为遗传物质。DNA分子的碱基互补特性和双螺旋结构是遗传信息储存、传递和修复的基础。


医学生物学 （二）DNA复制 遗传物质应该具备两个基本功能：一是将遗传信息在世代间传递，确保物种的延续和遗传的稳定性；二是保证遗传信息在个体生长发育过程中正确表达，从而表现出与亲代相似的性状。DNA通过复制，即以原来的DNA分子为模板合成出相同的分子，将遗传信息从亲代传递给子代。DNA分子复制是以DNA双链中的一条为模板，指导合成子代DNA分子的互补链，这种复制方式被称为半保留复制(semiconservative replication)。1半保留复制DNA复制过程中，DNA解旋，互补碱基之间的氢键被打开，DNA双链分开成两条单链，然后每一条单链都作为模板，按照碱基互补原则合成互补的新链。新合成的DNA分子的两条链中，一条是来自亲代的旧链，另一条是新合成的链，所以是半保留复制。因为复制过程遵循碱基互补原则，所以两个子代DNA分子是完全相同的（图5-1)。