细胞基本知识概要1课件

1、细胞生物学中国药科大学药理教研室 第一章 绪论一、细胞的发现及细胞学说的创立Robert Hooke第一个发现细胞，并称之为cell（1665）Anton van Leeuwenhoek人类第一次观察到完整的活细胞（1674）Mathias Schleiden植物是由细胞构成，植物的胚是由单个细胞产生的（1838）Theodor Schwann提出cell theory，即地球上的生物都是由细胞构成，并且所有的生活细胞在结构上都是相似的（1839）Rudolf Virchow所有的细胞都是来自已有细胞的分裂（1858）二、细胞生物学发展历程细胞的发现及细胞学说的创立16651874细胞学的经典

2、时期18751900 原生质理论的提出 细胞受精和分裂的研究 一些重要细胞器的发现 实验细胞学时期19001953，又称为实验细胞学时期，该时期有一些重要分支学科的建立和发展，如细胞遗传学，细胞生理学，细胞化学等细胞生物学的诞生1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，标志着分子生物学的诞生；1965年Derobetis将其编著的普通细胞学改为细胞生物学，标志着细胞生物学的诞生 2、细胞受精和分裂的研究1875年Hertwig发现受精卵中两亲本核的合并1877年Strasburger发现动物的受精现象1883年van Beneden、1886年Strasburger在植物中分

3、别发现了减数分裂18801882年Flemming在蝾螈幼虫的组织细胞发现了有丝分裂3、重要细胞器的发现1883年van Beneden和Boveri在动物细胞中发现了中心体131888年Waldeyer提出染色体概念1898年Golgi发现了高尔基体61898年线粒体也被正式命名9细胞学和生理学结合建立了细胞生理学主要研究内容包括细胞从周围环境中摄取营养的能力、代谢功能、能量的获取、生长、发育与繁殖机制以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动细胞的离体培养技术对细胞生理学的研究具有巨大贡献细胞学和化学的结合产生了细胞化学主要研究细胞结构的化学组成及化学分子的定位、分布及其生理功能 三、

4、细胞生物学的主要研究内容细胞核、染色体以及基因表达的研究生物膜与细胞器的研究细胞骨架体系的研究细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞的衰老与凋亡细胞的起源与进化细胞工程基因组学人类基因组计划目的在于确定人类DNA的总体结构，并弄清其中各种基因的结构、功能、位置、相互关系，从整体上认识遗传信息的组成及调控方式，促进生命科学和医学的发展意义数千种遗传病包括癌症、心血管病和其他遗传易感性多因子疾病可能由此得到预测、预防和早期诊断；推动了基因组工业的崛起；带动了新学科的产生和发展发育进化生物学领域通过核苷酸序列及基因结构等分析，明确了直系同源组群与并系同源组群基因的观念，不仅进一步明确了生物的亲缘关系，

5、而且使从低等模式生物获得的细胞增殖、分化、发育及其调控等知识迅速扩展到包括人类的整个生物界目前，不仅对细菌的分类有了新的 标准，而且生命的进化与基本分类也有了新认识，如RNA世界的提出，真细菌、古细菌和真核生物三大域成为了分类基础，而且其进化关系也得到了初步明确，对现代人类自身的起源也有了较明确的新认识动物个体发育的基因调控也得到了初步了解，不少决定动物早期发育的基因从果蝇到脊椎动物均已明确五、细胞生物学的应用分子克隆技术蛋白检测技术转基因技术基因打靶技术干细胞技术克隆生物的出现、分子克隆与克隆生物、转基因技术转基因抗虫烟草培育示意图 转基因食品你敢吃吗？所谓转基因食品，就是利用分子生物学技术

6、，将某些生物的基因转移到其它物种中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变，以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品 从本质上讲，转基因生物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有的基础上对某些性状进行修饰，或增加新性状，或消除原有不利性状。常规育成的品种仅限于种内或近缘种间，而转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物。虽然，目前的科学水平还不能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的相互作用，但从理论上讲，转基因食品是安全的 应尽早立法，对进口的转基因食品进行严格的安全检测，真正确保消费者的利益 、基因打靶技术T

7、he Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001 for their discoveries of key regulators of the cell cycle Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prize USA United Kingdom United Kingdom Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA,

8、USA Imperial Cancer Research Fund London, United Kingdom Imperial Cancer Research Fund London, United Kingdom b. 1939b. 1943b. 1949The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death Sydney Brenner H. Robert

9、 Horvitz John E. Sulston 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prize United Kingdom USA United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1927b. 1947

10、b. 1942The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system Richard AxelLinda B. Buck1/2 of the prize1/2 of the prize USA USAColumbia University New York, NY, USA; Howard HughesFred Hutchinson Cancer Research Center Se

11、attle, WA, USA; Howard Hughes Medical Instituteb. 1946b. 1947The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2005for their discovery of the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer diseaseBarry J. MarshallJ. Robin Warren1/2 of the prize1/2 of the prize Australia AustraliaNH

12、MRC Helicobacter pylori Research Laboratory, QEII Medical Centre; University of Western Australia Nedlands, AustraliaPerth, Australiab. 1951b. 1937The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006 “for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNAAndrew Z. Fire Craig C. Me

13、llo 1/2 of the prize1/2 of the prize USAUSAStanford University School of Medicine Stanford, CA, USAUniversity of Massachusetts Medical School Worcester, MA, USA b. 1959b. 1960for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells Th

14、e Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007 Mario R. CapecchiSir Martin J. EvansOliver Smithies1/3 of the prize1/3 of the prize1/3 of the prizeUSAUnited KingdomUSAUniversity of Utah Salt Lake City, UT, USA;Howard Hughes Medical InstituteCardiff University Cardiff, United KingdomUniversity of North

15、Carolina at Chapel Hill Chapel Hill, NC, USAb. 1937(in Italy)b. 1941b. 1925(in United Kingdom)20世纪70年代，加州大学旧金山医学院的Herbert Boyer博士和斯坦福大学著名遗传学家Stanley Cohen博士共同发明了DNA重组技术。这一生命科学史上的重大突破不仅在学术界引起了轰动，也大大激励了一位年仅29岁的资本投资家Robert Swanson先生。于是Swanson致电Boyer，希望能和他见上一面并谈谈他对这项新技术的看法，Boyer博士同意给他10分钟时间。然而在真正会谈时，Swa

16、nson深深打动了技术发明者Boyer博士，使得会谈时间持续了3个多小时，这对繁忙的Boyer博士是破天荒的第一次。正是这次会谈，人类史上第一个生化制药公司诞生了，这就是目前全球最大的生化制药公司基因工程技术公司(Genetech Inc.)公司成立的当初(1976年)，不仅面临资金、场地、人力等各方面的困难，而且当时的学术界、企业界无不抱着怀疑的态度。然而这位生化制药的先驱顶着逆流、义无反顾，同心协力地去追求他们战胜疾病，造福人类的梦想。 如今公司已走过25年的光辉历程，公司的规模由当初的几名员工增加到4400人，拥有全球最大的研究部门，每年在Nature、Science、Cell等杂志上发

17、表200余篇学术论文，对生命科学的研究和人类疾病的治疗发挥了举足轻重的作用SPOT-AXChromo 4Orion 2细胞分子毒理学实验平台FCMConfocol MALDI-TOFIX 70第二章 细胞基本知识概要定义细胞类型细胞的演化细胞的共性 非细胞形态的生命体病毒及其与细胞的关系一、定义细胞由膜包围的能独立进行繁殖的原生质团，是生命活动的基本单位一切有机体都是由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性没有细胞就没有完整的生命1、几个重要的概念原生质（proto

18、plasm）:指活细胞的全部活物质，包括细胞质和细胞核（或类核）细胞质（cytoplasm）：指质膜以内，细胞核以外的原生质核质（nucleoplasm karyoplasm）：指细胞核中的原生质原生质体（protoplast）：脱去细胞壁的细胞叫原生质体，是一生物工程学的概念。如之物细胞细菌（或其他有细胞壁的细胞）通过酶解使细胞壁溶解而得到的具有质膜的原生质球状体。动物细胞就相当于原生质体2、细胞的大小及体积的恒定典型的原核细胞的平均大小在110m之间，而真核细胞的平均直径在330 m之间细胞体积的守恒定律：器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种现象称之

19、为“细胞体积的守恒定律”3、细胞及细胞器的计量单位微米(m)和纳米(nm)1m等于10-6m1nm等于10-9m1埃()=0.1纳米不常用二、细胞的类型原核细胞 真核细胞古核细胞（一）原核细胞是组成原核生物的细胞遗传信息量小，遗传信息载体仅由一个环 状DNA构成；没有明显可见的细胞核，特别是没有分化成以膜为基础的专门结构和功能的细胞器与核膜，只有拟核，进化地位较低大多数原核生物属于真细菌，如支原体、细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体 由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成 绝大多数细菌的直径大小在0.55m之间 可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌 、支原体目前发现的最小、

20、最简单的细胞唯一不具有细胞壁的原核细胞具备细胞的基本形态结构，并作为生命活动基本单位存在形态多变，有圆形、丝状或梨形，光镜下难以看清其结构肺炎支原体、蓝藻又称蓝细菌，能进行与高等植物类似的光合作用（以水为电子供体，放出氧气）；被认为是最简单的植物 蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比 （二）真核细胞是构成真核生物的细胞，具有典型的细胞结构，有明显的细胞核、核膜、核仁和核基质包括大量的单细胞生物和原生生物细胞（如原生动物和一些藻类细胞），包括全部的多细胞生物的细胞、真核细胞基本结构体系生物膜系统遗传信息表达系统细胞骨架系统2、原核细胞与

21、真核细胞基本特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜有（多功能性）有核膜无有染色体由一个环状DNA分子构成的单个染色体，DNA不与或很少与蛋白质结合2个染色体以上，染色体有现状DNA与蛋白质组成核仁无有线粒体无有内质网无有高尔基体无有溶酶体无有核糖体70s（包括50s和30s的大小亚单位）80s（包括60s和40s的大小亚单位）光合作用结构蓝藻含有叶绿素a的膜层结构，细菌具有植物叶绿体具有叶绿素a和b核外DNA细菌具有裸露的质粒DNA线粒体DNA，叶绿体DNA细胞壁主要成分是氨基糖与壁酸动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶细胞骨架无有细胞增殖方式无丝分裂（直接分裂）有丝分裂为主（三

22、）古核细胞是一类很持殊的细菌，多生活在极端的生态环境中 具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白 还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸 海底油井中发现的热液细菌, 能在100左右的高温下生活 三、细胞的演化 原核藻 叶绿体 真原核细胞 原核菌 线粒体 原始 原核细胞 ？ 古原核细胞 古细胞古细菌原始真核细胞后生真核

23、细胞植物细胞动物细胞菌物细胞四、细胞结构的共性具有选择透性的膜结构：屏障作用；构筑 区室具有遗传物质：DNA具有核糖体五、细胞功能的共性自我增殖和遗传：一分为二的分裂方式新陈代谢：包括物质代谢和能量代谢具有运动性：细胞自身运动和细胞内物质运动六、病毒非细胞的生命体无细胞结构，基本成分为蛋白质壳和一种核酸（RNA或DNA）电子显微镜下观察到病毒颗粒的体积大约在10100nm之间；形态各异，有正二十面体、柱形、丝状等无独立生命特征，但对易感细胞有感染性并可借助宿主细胞的成分（如酶）复制新个体每个病毒仅含有一个核酸分子，即一个DNA分子或一个RNA分子，在一种病毒内两种核酸不能兼得，这是病毒得最基本

24、特点之一，也是和细胞得最根本区别之一非细胞生命载体的类型基本组成成分寄生或感染的宿主主要生物学意义朊病毒蛋白质易感动物细胞海绵状脑病的病原类病毒RNA易感植物细胞病原拟病毒RNA和非自身编码的辅助蛋白质壳易感原核或真核细胞帮凶病原RNA病毒RNA和自身编码的病毒蛋白质壳（可有外膜）易感原核或真核细胞病原DNA病毒DNA和自身编码的病毒蛋白质壳（可有外膜）易感原核或真核细胞病原反转录病毒含反转录酶的特殊RNA或DNA病毒易感真核细胞病原（一）病毒的基因组病毒基因组形式多样：可能是DNA，也可能是RNA；可能是单链的，也可能是双链的；可能是线性的，也可能是闭环分子病毒基因组结构与宿主细胞基因结构有

25、关：有部分序列类同于宿主基因，以适应在对应宿主内寄生病毒基因组不编码部分：有称间隔区，通常包含控制基因表达的顺序可有特殊基因组织结构1.1 双股DNA病毒：在人和动物细胞内寄生的DNA病毒基因组绝大多数 为双股DNA1、DNA病毒传染性软疣病毒有130300双股环状痘病毒科HHV-1(单纯疱疹病毒)HHV-2(单纯疱疹病毒)HHV-3(水痘带状疱疹病毒)HHV-4(E-B 病毒)HHV-5(巨细胞病毒)有120200双股环状疱疹病毒科腺病毒无3638双股环状腺病毒科多瘤病毒，乳头状病毒无58双股环状乳多空病毒科大小（kb）核酸链重要人类病原举例包膜基因组重要种类常见双股DNA动物病毒的基因组及

26、有关情况1.2 单股DNA病毒：是基因组较小的病毒，一般仅严格利用宿主细胞的酶类进行复制和表达，有些甚至需其他病毒复合感染常见单股DNA病毒的基因组及有关情况M13无6.5单股环状小DNA噬菌体B19无5单股线状微小DNA病毒科大小（kb）核酸链重要种类包膜基因组重要代表2、RNA病毒2.1 单股RNA病毒：单股的基因组可能是正意义链（直接翻译产生病毒多肽，乳微小RNA病毒、冠状病毒），可能是负意义 链（必须经转录为mRNA，如黏病毒和弹状病毒）甚至可能是两性链（如布尼雅病毒科）重要科基因组包膜重要人类病原种类节段大小小RNA病毒科无7.28.4无脊髓灰质炎病毒，柯萨奇病毒，埃克病毒，甲肝病毒，鼻病毒星状病毒科无7.8无星状病毒杯状病毒科无8.0无杯状病毒黄病毒科无10有丙型肝炎病毒批膜病毒科无12有风疹病毒冠状病毒科无1631有SARS病毒弹状病毒科无1316有狂犬病病毒沙粒病毒科有1414有拉撒热病毒布尼雅病毒科有13.521有汉坦病毒正黏病毒科有1620有流感病毒副黏病毒科无1620有麻疹病毒丝状病毒科无12.7有埃波拉病毒常见单股RNA病毒的基因组及有关情况2.2 双股RNA病毒：双股RNA病毒种类较少，通常基因组呈双股线状分子3、反转录病毒：复制必须通过反转录过程的一类病毒，反转录酶均为病毒自身