单细胞过程课件

1、-单细胞过程1第七章第七章 单细胞过程单细胞过程(guchng)(guchng)主要内容 引言 单细胞过程(guchng)的主要内容 细胞黏附 细胞迁移 细胞繁殖 生长因子和生长抑素的调节第一页，共四十一页。-单细胞过程2瑞典皇家科学院瑞典皇家科学院8 8日宣布，包括美籍华裔科学家钱永健在内的日宣布，包括美籍华裔科学家钱永健在内的3 3名科学家获得名科学家获得20082008年度诺贝尔化学奖。帮助他们获奖的是绿色荧光蛋白。这种蛋白为生物年度诺贝尔化学奖。帮助他们获奖的是绿色荧光蛋白。这种蛋白为生物与医学实验带来革命，它发出与医学实验带来革命，它发出(fch)(fch)的荧光像一盏明灯，帮助研究

2、人员照亮生命体的荧光像一盏明灯，帮助研究人员照亮生命体在分子层面和细胞层面的诸多反应。在分子层面和细胞层面的诸多反应。第二页，共四十一页。-单细胞过程3他1962年从生活在美国西海岸近海的一种水母身上分离出了绿色(l s)荧光蛋白。 在上世纪在上世纪9090年代，沙尔菲指出绿色荧光蛋白的年代，沙尔菲指出绿色荧光蛋白的发光特性在生物示踪方面有极高价值，由于绿发光特性在生物示踪方面有极高价值，由于绿色荧光蛋白用紫外线一照就发出鲜艳绿光，研色荧光蛋白用紫外线一照就发出鲜艳绿光，研究人员将绿色荧光蛋白基因插入动物、细菌或究人员将绿色荧光蛋白基因插入动物、细菌或其他细胞的遗传信息之中，让其随着这些其他细

3、胞的遗传信息之中，让其随着这些(zhxi)(zhxi)需要跟踪的细胞复制，可需要跟踪的细胞复制，可“照亮照亮”不断不断长大的癌症肿瘤、跟踪阿尔茨海默氏症对大脑长大的癌症肿瘤、跟踪阿尔茨海默氏症对大脑造成的损害、观察有害细菌的生长，或是探究造成的损害、观察有害细菌的生长，或是探究老鼠胚胎中的胰腺如何产生分泌胰岛素的老鼠胚胎中的胰腺如何产生分泌胰岛素的细细胞。胞。 他改造绿色荧光蛋白，通过改变其氨基酸他改造绿色荧光蛋白，通过改变其氨基酸排序，造出能吸收、发出不同颜色光的荧排序，造出能吸收、发出不同颜色光的荧光蛋白，其中包括蓝色、青色和黄色光蛋白，其中包括蓝色、青色和黄色(hungs)，并，并让它们

4、发光更久、更强烈。让它们发光更久、更强烈。第三页，共四十一页。-单细胞过程4细胞细胞(xbo)是生命活动的基本单位是生命活动的基本单位:生长、信号传导、生长、信号传导、分化、凋亡等生理活动能力分化、凋亡等生理活动能力引言引言(ynyn)(ynyn)在体内正常情况下，细胞与细胞外基质、相邻细胞等生物环境在体内正常情况下，细胞与细胞外基质、相邻细胞等生物环境有一系列相互作用，当细胞与外体材料接触后，一般来说其原有一系列相互作用，当细胞与外体材料接触后，一般来说其原有的生物环境发生了变化，原来的生理活动也会发生变化。有的生物环境发生了变化，原来的生理活动也会发生变化。这种相互作用很复杂，其基本原理就

5、是这种相互作用很复杂，其基本原理就是(jish)单细胞与材料表面发生单细胞与材料表面发生相互作用的过程。相互作用的过程。第四页，共四十一页。-单细胞过程5细胞细胞(xbo)+材料：材料：胞外基质，胞外基质，吸附蛋白吸附蛋白(dnbi)表面表面细胞细胞(xbo)(xbo)反应：反应：分裂分裂合成合成吞噬吞噬分泌分泌 迁移迁移收缩收缩其他单细胞过程其他单细胞过程调节因子A调节因子B产物产物 + + 调节因子调节因子引言引言第五页，共四十一页。-单细胞过程6 在动物体内组织如结蹄组织细胞、血液细胞、在动物体内组织如结蹄组织细胞、血液细胞、肌细胞或神经细胞肌细胞或神经细胞(shn jn x bo)(s

6、hn jn x bo)通常与细胞外基质通常与细胞外基质接触，并受接触，并受到生理环境下其他功能蛋白的调节，从而产生细到生理环境下其他功能蛋白的调节，从而产生细胞反应。胞反应。 所有所有(suyu)(suyu)细胞都是通过母细胞的分裂而成为两个子细胞都是通过母细胞的分裂而成为两个子细胞得到的，显然这对于组织修复是需要的。细胞得到的，显然这对于组织修复是需要的。细胞(xbo)反应细胞增殖7.1 7.1 单细胞过程的主要内容单细胞过程的主要内容第六页，共四十一页。-单细胞过程7合成(hchng)功能分子 如细胞外基质结构蛋白和酶。功能分子可以如细胞外基质结构蛋白和酶。功能分子可以(ky)(ky)是蛋

7、白质、酶、糖、磷脂和黏多糖等。这些功是蛋白质、酶、糖、磷脂和黏多糖等。这些功能分子即可存在于细胞内液，也可分泌出细胞能分子即可存在于细胞内液，也可分泌出细胞膜外。膜外。吞噬(tnsh) 这是指材料或分子颗粒太大，因而不能跨过细胞膜这是指材料或分子颗粒太大，因而不能跨过细胞膜扩散。扩散。7.1 7.1 单细胞过程的主要内容单细胞过程的主要内容第七页，共四十一页。-单细胞过程87.1 7.1 单细胞过程单细胞过程(guchng)(guchng)的主要内容的主要内容 材料上多个细胞材料上多个细胞(xbo)发生的单细胞发生的单细胞(xbo)过程的组合，过程的组合，也就形成了组织对材料的反应。也就形成了

8、组织对材料的反应。 单细胞过程中作用于初始细胞上的调节因子单细胞过程中作用于初始细胞上的调节因子可以是生物环境中或附着在材料上的可溶功能可以是生物环境中或附着在材料上的可溶功能蛋白或细胞外信号分子等。蛋白或细胞外信号分子等。第八页，共四十一页。-单细胞过程9 在生物体内，细胞通常是与邻近细胞黏附(ninf)，或黏附(ninf)在细胞外基质上。对研究生物材料与细胞的相互作用而言，了解细胞与胞外基质的黏附(ninf)行为是很有启发的。7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附第九页，共四十一页。-单细胞过程107.2.17.2.1细胞膜细胞膜细胞膜不同的部位对应细胞膜不同的部位对应(du

9、yng)着着不同的功能，例如黏附、不同的功能，例如黏附、分泌液体输送、与其他细分泌液体输送、与其他细胞和细胞外基质的信号交流。胞和细胞外基质的信号交流。细胞膜是一个动态结构，含双层磷脂，并镶细胞膜是一个动态结构，含双层磷脂，并镶嵌着蛋白质、脂蛋白、糖蛋白等。嵌着蛋白质、脂蛋白、糖蛋白等。 物质交换有主动转运、被动转运和运输蛋白物质交换有主动转运、被动转运和运输蛋白(dnbi)(dnbi)质通道。质通道。受体作用：有抗原受体作用：有抗原- -抗体黏附抗体黏附(ninf)(ninf)、有特异性受、有特异性受体介导，如整合蛋白受体与黏附蛋白作用等。体介导，如整合蛋白受体与黏附蛋白作用等。7.2 7.

10、2 细胞粘附细胞粘附第十页，共四十一页。-单细胞过程117.2.27.2.2细胞外基质细胞外基质（EXTRACELLULAR MATRIX， ECM）7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附第十一页，共四十一页。-单细胞过程12 ECM,由细胞分泌到细胞外间质中的大分子物质，构成复杂的网架结构，支持并连接(linji)组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.27.2.2细胞外基质细胞外基质第十二页，共四十一页。-单细胞过程137.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.27.2.2细胞外基质细胞外基质第十

11、三页，共四十一页。-单细胞过程147.2.3 细胞外基质的生物学作用细胞外基质的生物学作用(zuyng)7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附物理学作用物理学作用(zuyng)：连接、支持、保水、抗压及保护。：连接、支持、保水、抗压及保护。基本生命活动：全方位的作用，影响细胞的存活、生长与死亡。基本生命活动：全方位的作用，影响细胞的存活、生长与死亡。定着依赖性：正常真核细胞，除红细胞外，大多需粘附于特定定着依赖性：正常真核细胞，除红细胞外，大多需粘附于特定 的细胞外基质上，才能抑制凋亡而存活。的细胞外基质上，才能抑制凋亡而存活。例如：上皮细胞及内皮细胞一旦离开细胞外基质，则会发生

12、程序性死亡。第十四页，共四十一页。-单细胞过程15 不同(b tn)的细胞外基质对细胞的增殖影响不同(b tn)成纤维细胞 上皮细胞纤粘连蛋白 快慢层粘连蛋白 慢快肿瘤(zhngli)细胞的增殖丧失了定着依赖性7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞外基质的生物学作用细胞外基质的生物学作用第十五页，共四十一页。-单细胞过程167.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞外基质的生物学作用细胞外基质的生物学作用(zuyng)决定细胞的形状：决定细胞的形状： 单个细胞脱离了细胞外基质，呈球形；同一种细胞在不同的胞外单个细胞脱离了细胞外基质，呈球形

13、；同一种细胞在不同的胞外 基质基质(j zh)上黏附，可表现出不同的形状；上皮细胞黏附于基膜上后，上黏附，可表现出不同的形状；上皮细胞黏附于基膜上后， 才表现出极性。才表现出极性。 确定细胞形状的机制：确定细胞形状的机制： 通过受体影响细胞骨架的组装而实现。通过受体影响细胞骨架的组装而实现。第十六页，共四十一页。-单细胞过程17参与细胞的迁移：参与细胞的迁移： 可以控制迁移的方向可以控制迁移的方向(fngxing)与速度，为迁移提供脚手架。与速度，为迁移提供脚手架。 细胞的迁移依赖于细胞的黏附与细胞骨架的组装。细胞的迁移依赖于细胞的黏附与细胞骨架的组装。控制细胞的分化：控制细胞的分化： 细胞通

14、过与特定的胞外基质成分作用而发生分化。细胞通过与特定的胞外基质成分作用而发生分化。 例如：成肌细胞在纤粘连蛋白上，表现例如：成肌细胞在纤粘连蛋白上，表现(bioxin)为增殖但不为增殖但不 分化；在层粘连蛋白上，表现为停止增殖进行分化。分化；在层粘连蛋白上，表现为停止增殖进行分化。7.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞外基质的生物学作用细胞外基质的生物学作用第十七页，共四十一页。-单细胞过程187.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞细胞(xbo)在材料上的黏附在材料上的黏附 当细胞在材料表面黏附时，黏附面上当细胞在材料表面黏附时，黏附

15、面上(min shn)按间隙距离可按间隙距离可分为三种区域：分为三种区域：焦点黏附：焦点黏附：1020nm缝隙，在细胞铺展的边界可观察到缝隙，在细胞铺展的边界可观察到 细胞伪足与材料的锚接，这是一种非常强的黏附；细胞伪足与材料的锚接，这是一种非常强的黏附；紧密接触：紧密接触：3050nm缝隙，围绕在焦点黏附周围；缝隙，围绕在焦点黏附周围；间接接触：缝隙间接接触：缝隙100nm，细胞外基质、液体夹在膜和材料中间。，细胞外基质、液体夹在膜和材料中间。第十八页，共四十一页。-单细胞过程19第十九页，共四十一页。-单细胞过程20第二十页，共四十一页。-单细胞过程21第二十一页，共四十一页。-单细胞过程

16、22第二十二页，共四十一页。-单细胞过程237.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞细胞(xbo)在材料上的黏附在材料上的黏附焦点黏附焦点黏附(ninf):是细胞的伪足（突起的蒜状或片状）与材料是细胞的伪足（突起的蒜状或片状）与材料表面上黏附表面上黏附(ninf)紧密地蛋白分子形成化学结合。紧密地蛋白分子形成化学结合。 细胞伪足上有跨膜蛋白（整连蛋白），蛋白通过纤维细胞伪足上有跨膜蛋白（整连蛋白），蛋白通过纤维黏连蛋白锚接。黏连蛋白锚接。由于焦点黏附是关键，研究也最深入。第二十三页，共四十一页。-单细胞过程247.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.

17、2.3 细胞在材料细胞在材料(cilio)上的黏附上的黏附1、影响细胞、影响细胞(xbo)黏附的材料性质黏附的材料性质表面拓扑表面拓扑 材料表面的粗糙度对细胞黏附有显著影响。材料表面的粗糙度对细胞黏附有显著影响。特别光滑或特别粗糙的表面都不利于细胞黏附；根据特别光滑或特别粗糙的表面都不利于细胞黏附；根据细胞类型选择适当的粗糙表面利于细胞黏附。细胞类型选择适当的粗糙表面利于细胞黏附。亲水性亲水性 亲水性材料表面利于细胞黏附亲水性材料表面利于细胞黏附第二十四页，共四十一页。-单细胞过程257.2 7.2 细胞细胞(xbo)(xbo)粘附粘附7.2.3 细胞细胞(xbo)在材料上的黏附在材料上的黏附

18、2、表面、表面(biomin)修饰修饰 细胞膜上受体，通过与纤维黏连蛋白结合到基质上；细胞膜上受体，通过与纤维黏连蛋白结合到基质上；受体整连蛋白与黏连蛋白结合于不同位点，结合位是受体整连蛋白与黏连蛋白结合于不同位点，结合位是相对小的区域，通过人工模拟可合成线形或环状的寡相对小的区域，通过人工模拟可合成线形或环状的寡肽。肽。由由3个氨基酸个氨基酸Arg-Glu-Asp组成的寡肽与受体亲和力与蛋白相似，将其组成的寡肽与受体亲和力与蛋白相似，将其固定在材料表面，制备成受体专用材料，就可促进受体介导的细胞在材固定在材料表面，制备成受体专用材料，就可促进受体介导的细胞在材料表面上的黏附并提高其功能。料表

19、面上的黏附并提高其功能。第二十五页，共四十一页。-单细胞过程267.3 7.3 细胞细胞(xbo)(xbo)迁移迁移 根据根据(gnj)分子细胞生物学，知道肌动蛋白是分子细胞生物学，知道肌动蛋白是细胞内爬行动作的主要物质。细胞内爬行动作的主要物质。第二十六页，共四十一页。-单细胞过程27肌动蛋白聚合肌动蛋白聚合(jh)使细使细胞胞前沿伸出突起；前沿伸出突起；当伪足接触当伪足接触(jich)到一片合适到一片合适的材料表面，可以锚着的材料表面，可以锚着黏附，跨膜的整连蛋白黏附，跨膜的整连蛋白就与胞外基质中的分子就与胞外基质中的分子结合。结合。细胞后端回缩，锚着推开；细胞后端回缩，锚着推开；如此循环

20、如此循环(xnhun)，完成细胞爬，完成细胞爬行。行。第二十七页，共四十一页。-单细胞过程287.3 7.3 细胞细胞(xbo)(xbo)迁移迁移关于细胞爬行的方向，体外实验观察关于细胞爬行的方向，体外实验观察(gunch)到的几个因素：到的几个因素：化学成分趋向性化学成分趋向性：细胞朝某些物质浓度高的方向(fngxing)爬行，这些物质称为化学趋向引物。如炎症反应中补体固定释放的某些蛋白、神经纤维中的神经生长因子、平滑肌细胞的血小板源性生长因子等。黏附趋向性黏附趋向性：在容易黏附处形成焦点黏附，进而发生爬行。第二十八页，共四十一页。-单细胞过程297.3 7.3 细胞细胞(xbo)(xbo)

21、迁移迁移趋电性趋电性：细胞在直流电场作用下有运动趋向。已经观察(gunch)到成纤维细胞、肌细胞、神经细胞对外加电场有响应。有些细胞向阴极移动，如神经生长锥；有些向阳极爬行，如吞噬细胞。 实验表明，施加电场，对神经组织的修复是有作用的。第二十九页，共四十一页。-单细胞过程307.4 7.4 细胞细胞(xbo)(xbo)繁殖繁殖细胞在材料上黏附后，就会按其自身细胞在材料上黏附后，就会按其自身(zshn)固固有的周期发生演变。如果细胞受到周围材有的周期发生演变。如果细胞受到周围材料中生长因子的刺激，这种自身的周期演料中生长因子的刺激，这种自身的周期演变会发生变化。变会发生变化。第三十页，共四十一页

22、。-单细胞过程317.4 7.4 细胞细胞(xbo)(xbo)繁殖繁殖人体人体(rnt)组织细胞分为三类：组织细胞分为三类：不稳定不稳定(wndng)细胞：不停地进行增殖的细胞，如表皮细胞、细胞：不停地进行增殖的细胞，如表皮细胞、 淋巴及造血细胞、干细胞等；淋巴及造血细胞、干细胞等；稳定细胞：在生理环境下，细胞稳定与稳定细胞：在生理环境下，细胞稳定与G0期。但在期。但在 组织受到刺激时，则进入组织受到刺激时，则进入G1后期，准备后期，准备 DNA分裂。例如骨折愈合时，间叶细胞分裂。例如骨折愈合时，间叶细胞 增长，并向软管母细胞及骨母细胞分化；增长，并向软管母细胞及骨母细胞分化；永久性细胞：不再

23、分裂、增长，如神经细胞、骨骼永久性细胞：不再分裂、增长，如神经细胞、骨骼 肌细胞、心肌细胞等。肌细胞、心肌细胞等。第三十一页，共四十一页。-单细胞过程327.4 7.4 细胞细胞(xbo)(xbo)繁殖繁殖 干细胞既能增殖又能产生分化的后代，干细胞既能增殖又能产生分化的后代，因而能够维持组织的生长、修复以及正常因而能够维持组织的生长、修复以及正常活动。与通过骨髓移植治疗人类白血病的活动。与通过骨髓移植治疗人类白血病的原理相同，在组织工程中，干细胞已成为原理相同，在组织工程中，干细胞已成为在框架材料上培养各种在框架材料上培养各种( zhn)组织的新希望。组织的新希望。第三十二页，共四十一页。-单

24、细胞过程337.5 7.5 生长因子和生长抑素的调节生长因子和生长抑素的调节(tioji)(tioji) 已经分离出许多蛋白或多肽，能特异性地与已经分离出许多蛋白或多肽，能特异性地与某些细胞膜上的受体结合，激活某些细胞膜上的受体结合，激活(j hu)细胞内某些细胞内某些酶，引起胞内一系列反应，从而调节细胞生酶，引起胞内一系列反应，从而调节细胞生长、分化、运动。长、分化、运动。 这些能刺激细胞增殖的蛋白或多肽，简称这些能刺激细胞增殖的蛋白或多肽，简称生长因子生长因子；而能抑制细胞增殖的则称为；而能抑制细胞增殖的则称为抑素抑素。在材料上接枝这些因子在材料上接枝这些因子(ynz)就对单细胞过程进行调

25、节。就对单细胞过程进行调节。第三十三页，共四十一页。-单细胞过程34动物细胞增殖(zngzh)刺激性化学(huxu)信号（生长因子）克服胞内限制细胞生长(shngzhng)和阻断细胞周期的分子制动机制生长因子与细胞膜上的受体结合激发胞内信号传导通路细胞生长和分裂7.5 7.5 生长因子和生长抑素的调节生长因子和生长抑素的调节第三十四页，共四十一页。-单细胞过程357.5 7.5 生长因子和生长抑素的调节生长因子和生长抑素的调节(tioji)(tioji)细胞因子细胞因子：白介素、肿瘤坏死因子、成纤：白介素、肿瘤坏死因子、成纤 维细胞生长因子、转化生长因子等；维细胞生长因子、转化生长因子等；二十

26、碳衍生物二十碳衍生物：前列腺素、白细胞三烯；：前列腺素、白细胞三烯；分化分化(fnhu)因子因子：骨形态发生蛋白（：骨形态发生蛋白（BMP）。）。第三十五页，共四十一页。-单细胞过程36首先是间充质细胞发生化学趋化、聚集、分化形成软骨和骨，最后形成骨髓，故认为BMP的靶细胞是一类未分化的、在一定刺激(cj)下有成骨潜能的间充质细胞。 7.5 7.5 生长因子和生长抑素的调节生长因子和生长抑素的调节(tioji)(tioji)BMP研究较多，并有产品。研究较多，并有产品。BMP分子有分子有16种种; 诱导成骨作用诱导成骨作用(zuyng)可分为可分为4个时期：个时期：趋化期、分化期、趋化期、分化期、 骨质形成期和重塑期骨质形成期和重塑期;第三十六页，共四十一页。-单细胞过程377.5 7.5 生长因子和生长抑素的调节生长因子和生长抑素的调节(tioji)(tioji)实验实验(shyn)证明：不论是胚胎期还