第1章细胞生物学概论 ppt课件

细胞生物学 ( Cell Biology) 李裕强 2018/8/25 参考教材 n 教材： 细胞生物学，翟中和，高等教育出版社， 2007，第三版 n 参考书： 王金发编著 细胞生物学 ， 科学出版社 （ 03年） 汪堃仁等主编 细胞生物学 ,3版，北师大出版社（ 02年） 韩贻仁编著 分子细胞生物学 ， 2版，高教出版社 （ 05年） 胡以平主编 医学细胞生物学 ，高教出版社 （ 05年） 杨 恬主编 细胞生物学 (八年制 )，人卫出版社（ 05） 王喜忠主译 分子细胞生物学 ，中文版， 高教出版社（ 05 ） n 参考书（英文版） Alberts,B.et al. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. NewYork c1999 Gerald Karp. Cell and Molecular Biology- Concepts and Experiments. 3rd ed, New York,John Wiley& Sons,Inc. 2002 Bruce Alberts, et al, Essential Cell Biology. 2nd ed, New York & London, Garland Publishing, Inc, 2003 内容 1、细胞概论（ 1,2） 2、 细胞生物学研究方法（ 3） 3、细胞质膜与跨膜运输（ 4,5） 4、线粒体和叶绿体 （ 6） 5、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 （ 7） 6、细胞信号转导（ 8） 7、细胞骨架（ 9） 8、细胞核与染色体（ 10） 9、核糖体（ 11） 10、细胞增殖及其调控（ 12） 11、细胞衰老与凋亡（ 13） 12、细胞分化（ 14） 13、细胞社会的联系（ 15） 课程内容 第一章 细胞概论 第一节 细胞的基本概念 第二节 细胞的类型和结构体系 第三节 细胞生物学研究的内容与现 状 第一节、细胞的基本概念 n细胞是生物体（包括动物、植物和微生 物）的形态结构、生理功能和发育的基 本单位。 神经细胞 草履虫 细菌纤毛虫 绿藻 红细胞 精子 植物细胞 n 细胞是构成生物有机体的基本结构单位 一、 细胞是生命活动的基本单位 n 细胞是代谢与功能的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是代谢与 功能的基本单位 支原体是最小最简单的细胞 细胞是生命活动的基本单位 n 细胞是生物有机体生长发育的基本单位 有机体的生长与发育是通过细胞行为实现的 是系统发育的基本单位：细胞是生命起源和进化的 基本单位 细胞是生命活动的基本单位 n细胞是遗传的基本单位 遗传性状（和遗传病）的传递通过生殖细胞 传给下一代 细胞是生命活动的基本单位 n没有细胞就没有完整的生命 病毒不是细胞 细胞是生命活动的基本单位 二、细胞的基本共性 n所有细胞都有相似的化学组成 n脂蛋白体系的生物膜 nDNA-RNA的遗传装置 n蛋白质合成的机器核糖体 n一分为二的分裂方式 第二节 细胞的类型和结构体系 一 原核细胞与古核细胞 n 原核细胞（ prokaryotic cell） 遗传信息量小，仅有一个环状 DNA构成 细胞内无分化为以膜为基础的 具有专门结构与功能的细胞器 与细胞核膜。 出现于 30亿年前 包括：支原体、衣原体、立克 次氏体、细菌、放线菌、蓝藻 细胞独立生活必需的基本要素 （ 1）遗传信息载体 (DNA、 RNA) （ 2）细胞膜 20nm （ 3） 核糖体 20nm （ 4） 酶系统（ 100种） 50nm 细胞最小体积 的极限直径不 能小于 100nm 原核细胞 n 支原体是最小最简单的细胞 0.10.3m 肺炎支原体 n 细菌是在自然界分 布最广、个体数量 最多的有机体。 可分为：球菌、杆菌 和螺旋菌（弧形菌） 。 绝大多数细菌的直径 在 0.55m 之间。 原核细胞 大肠杆菌 淋病球菌 肉毒梭菌 弧形霍乱菌 n 蓝藻（ Cyanobacteria）：光能自养型原核生 物 原核细胞 古核细胞（古细菌） n 古细菌（ archaebacteria） 20世纪 80年代出现的名称 生活在极端环境中，如：产甲烷菌、极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌。 具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统；环状 DNA，常含操纵 子 也有真核生物的特征：细胞壁不含肽聚糖； DNA含内含子和重复序列 ；具有组蛋白；核糖体对氯霉素不敏感； RNA聚合酶和真核细胞的相 似；细胞膜中的脂类是不可皂化的。 更可能是真核细胞的祖先 二 真核细胞 n真核细胞的基本结构体系 以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统 n 细胞膜系统的分化与演变 结构与功能的区域化与专一化 真核细胞的基本结构体系 n遗传信息量与遗传装置的扩增与基因表 达方式复杂化 编码结构与功能蛋白质的基因种类、数量增 加 遗传装置复杂化 基因表达方式复杂化 真核细胞的基本结构体系 真核细胞的基本结构体系 n细胞骨架系统出现 植物气孔细胞 人类红细胞 巨噬细胞 神经元细胞 原核细胞与真核细胞基本特征的比较 特 征 原核细胞 真核细胞 细胞膜 核膜 染色体 核仁 线粒体 内质网 高尔基体 溶酶体 核糖体 光合作用结构 核外 DNA 细胞壁 细胞骨架 细胞增殖 （分裂）方式 有 （ 多功能性 ） 无 由一个环状 DNA 分子构成的单个染色 体， DNA 不与或很少与蛋白质结合 无 无 无 无 无 70S（包括 50S 与 30S 的大小亚单位） 蓝藻含有叶绿素 a 的膜层结构，细菌 具有菌色素 细菌具有裸露的质粒 DNA 主要成分是氨基糖与壁酸 无 无丝分裂 （直接分裂） 有 有 2 个染色体以上，染色体由线状 DNA 与蛋白质组成 有 有 有 有 有 80S（包括 60S 与 40S 的大小亚单位） 植物叶绿体具有叶绿素 a 与 b 线粒体 DNA， 叶绿体 DNA 动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与 果胶 有 以有丝分裂 （间接分裂）为主 细胞类型 直径 (m ) 比例 最小的病毒 支原体 细菌 动、植物细胞 原生动物细胞 0.02 0.1 0.3 1 2 10 30 数百 数千 1 10 100 1000 10000 三 细胞的大小 n 细胞大小的一般规律 n 细胞体积守恒定律 不同细胞的大小变化很大 人的卵细胞直径 0.1mm， 而鸵鸟的则有 5cm。 同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的 大小而增大或缩小。这种现象称之为 “ 细胞体积的 守恒定律 ” 。 如人、牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同。 细胞的大小 n 细胞最大体积的极限 细胞相对表面积与体积成反比关系 进行内外物质的交换，必需维持最佳的表面积，从而限制了 体积的无限增大。 细胞核与细胞质之间有一定的比例关系： 1/3 细胞内物质交流与细胞体积的关系 浓度；距离 细胞的大小 动物细胞与植物细胞的区别 细胞壁、液泡、叶绿体 n 细胞生物学： 是利用现代技术和方法，从细胞的整体、超微结构和分 子水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学 。 特点：是从微观水平研究生命的综合性学科 微观性、广泛性、交叉性 n 研究内容： 细胞的结构与功能 细胞的重要生命活动 细胞工程 第三节 细胞生物学研究的内容和现状 n细胞生物学的现状 : 现代细胞生物学的三大特点 21世纪细胞生物学面临的三大基本问题 细胞生物学研究的内容和现状 n 思考题： 概念： 细胞、 细胞生物学 简述细胞生物学主要研究内容。 21世纪细胞生物学面临的三大基本问题是什么？ 细胞大小的一般规律 细胞能独立生活最基本要素 原核细胞与真核细胞的主要区别 动物细胞与植物细胞的主要区别 细胞的结构与功能研究 n细胞的基本结构体系： 以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统 以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统 n 1、生物膜与细胞器的研究 1）质膜：细胞膜的结构与功能（细胞连接、细胞外 基质） 细胞的结构与功能研究 n 1、生物膜与细胞器的研究 2）内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化 物酶体、核膜 细胞的结构与功能研究 n 1、生物膜与细胞器的研究 研究 重点：细胞信号转导、物质定向运输 细胞信号转导 物质定向运输 细胞的结构与功能研究 n 2、细胞核、染色体及基因表达的研究 核膜、核孔复合体：物质运输、信息传递 染色质与染色体：遗传信息的载体 转录、核糖体亚单位装配 核基质：核骨架 研究重点：基因表达调控、染色体结构动态变化 细胞的结构与功能研究 核基质 (核骨架 ) 核仁 核膜 染色质与染色体 n 3、细胞骨架体系的研究 由蛋白纤维组成的网状结构：微管、微丝、中间纤 维 功能：细胞形态维持、运动、物质运输、信息传递 研究重点：相关调节蛋白 细胞的结构与功能研究 细胞重大生命活动规律研究 n 1、细胞增殖与调控 : 增殖规律与调控机制 研究重点： 环境中调节因子： GF、 GFR、信号分子 调节增殖基因： cdc gene、 oncogenen、 suppression -oncogenen n 2、细胞分化及其调 控 分化：受精卵产生的同 源细胞，在形态、功能 和蛋白质合成方面发生 稳定性差异的过程。 研究重点： 细胞的全能性 分化调节 干细胞研究 肿瘤细胞 细胞重大生命活动规律研究 n 3、细胞衰老与死亡 细胞衰老的分子机制：衰老基因、端粒酶 细胞凋亡：由基因控制的死亡 研究重点：凋亡信号通路、 细胞周期、凋亡与癌的关系 细胞重大生命活动规律研究 细胞工程 n细胞工程 用细胞和分子生物学方法，有计划地改变细胞的结 构或遗传物质，以产生特定的生物产品、性状或新 的物种。 分为：基因工程、染色体工程、染色体组工程、细 胞质工程、细胞融合工程、干细胞工程 研究热点： 单克隆抗体 、转基因生物、基因治疗、克隆生物、组 织工程 单克隆抗体 转基因生物 克隆生物 组织工程 现代细胞生物学的三大特点 n1、新兴学科 现代细胞生物学是近 40年来在细胞学和分子 生物学基础上发展起来的新学科 n2、核心学科 是现代生物学重要分支，既汇总了生命科学 的精髓，又是联系生命科学和医学各学科的 纽带和桥梁 生物大分子 细胞器 细胞 组织 器官 系统 个体 种群 群落 生态系 生物圈 是四大基础学科之一 分子生物学、 细胞生物学 、神经生物学、生态学 是生命科学二级学科 现代细胞生物学的三大特点 n3、前沿学科 是四大前沿学科之一 分子生物学、细胞生物学、神经生物学、免疫学 是生命科学带头学科和生长点 细胞凋亡、干细 胞、 克隆技术 现代细胞生物学的三大特点 n 3、前沿学科 是 SCI论文最集中的领域 美国科学情报研究所（ ISI） 1997年 SCI（ Science Citation Index， SCI）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中 论文发表最集中的三个领域分别是： 细胞信号转导（ signal transduction）； 细胞凋亡（ cell apoptosis）； 基因组与后基因组学研究（ genome and post-genomic analysis） 。 现代细胞生物学的三大特点 n 3、前沿学科 NIH 热门话题 五大方向： 美国国立卫生研究院（ NIH）在 1988年底发表的一份题为 什麽是当今科研领域 的热门话题？ （ “ What is popular in research today？ ” ）的调查报告中 指出，目前全球研究最热门的是 三种疾病： 癌症（ cancer） 心血管病（ cardiovascular diseases） 爱滋病和肝炎等传染病（ infectious diseases： AIDS， hepatitis） 五大研究方向： 细胞周期调控（ cell cycle contro