1 医学细胞生物学绪论课件

医学细胞生物学

Medical

CellBiology

CollegeofLifeScience,SoochowUniversity朱子玉403－33131医学细胞生物学绪论1绪论2真核细胞的基本结构3细胞的物质运输4细胞的信号转导5细胞增殖6细胞分化7细胞衰老和凋亡医学细胞生物学1医学细胞生物学绪论Chapter1.绪论细胞生物学的概念和研究内容

细胞生物学的发展简史

医学细胞生物学研究细胞的基本特征

1医学细胞生物学绪论第一节：细胞生物学的概念和研究内容

几乎所有的生物都是由细胞(cell)构成的。细胞是生命体的结构和功能的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。细胞生物学(cellbiology)是研究细胞的结构、功能及其生活史的的科学，由最初的细胞学(cytology)发展而来。现代细胞生物学将对细胞的研究在细胞整体(显微)、亚细胞(超微)和分子水平三个层次上有机地结合起来。细胞生物学是生命科学最活跃最有发展前景的分支学科。从细胞角度研究生命的发生与分化、发育与生长、遗传与变异、疾病与健康、衰老与死亡等基本生物学规律。1医学细胞生物学绪论细胞生物学主要研究内容：

细胞结构与功能、细胞重要生命活动：

细胞核、染色体及基因表达的研究

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

细胞信号转导

细胞工程1医学细胞生物学绪论细胞生物学研究的根本问题基因组在细胞内如何实现时间和空间上的有序表达？基因表达产物如何与其它细胞组分组装成有功能的结构体系或细胞器？基因表达产物及信号分子如何调节细胞的重要生命活动过程？五大研究方向：细胞周期调控细胞凋亡细胞衰老细胞信号转导DNA损伤与修复1医学细胞生物学绪论细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1665-1830s，细胞发现，显微生物学。1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。1930s-1970s，电镜技术应用，Cytology发展为cellbiology。1970s~，分子细胞生物学时代。第二节：细胞生物学的发展简史

1医学细胞生物学绪论一、细胞的发现Discoverofcell1590年J.和Z.Janssen父子制作第一台复式显微镜，放大倍数不超过10倍。1665年英国人RobertHooke出版《Microgrophia》。观察了软木，并首次用cell来描述“细胞”。1680年A.vanLeeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。1医学细胞生物学绪论RobertHookeandhis“cells”1医学细胞生物学绪论RobertHooke’smicroscope1医学细胞生物学绪论MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1医学细胞生物学绪论1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。1831年R.Brown在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。1836年GG.Valentin在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。

1医学细胞生物学绪论二、细胞学说的建立

Establishmentofcelltheory

CellTheory是19世纪的重大发现之一，现代细胞学说包括三方面内容：细胞是多细胞生物的最小结构单位；多细胞生物的每一个细胞为一代谢活动单位，执行特定功能；新细胞来源于已存在细胞的分裂。1医学细胞生物学绪论通常认为施莱登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了细胞学说，实际上是19世纪许多科学家共同努力的结果。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann1医学细胞生物学绪论1838-39年Schwann和Schleiden在前人工作基础上提出：有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位。1855年德国人Virchow提出“一切细胞来源于细胞”（omniscellulaecellula）的著名论断，进一步完善了细胞学说。RudolfVirchow1医学细胞生物学绪论1830s后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。JE.Purkinje（1839）和vonMohl（1846）则分别将动植物细胞内的物质称作原生质“protoplasm”。MaxSchultze（1861）认为动植物细胞中的原生质具有同样的意义，提出了原生质理论：细胞是由原生质组成的。如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。

19世纪下半叶是对细胞研究的繁荣时期，许多重要的细胞器和细胞活动现象被发现，被称为细胞学的经典时期。1医学细胞生物学绪论三、电镜的发展和细胞生物学诞生

Developmentofelectronmicroscope&emergeofcellbiology1931年德国人E.Ruska首次发明透射电镜，人类视野进入超微领域。1939年Siemens公司生产商品电镜。1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。Cytology发展为CellBiology。也被称为实验细胞学阶段，细胞学分支得到发展。1医学细胞生物学绪论四、分子细胞生物学时代

Theeraofmolecularcellbiology1953年，Watson和Crick揭示DNA分子双螺旋模型1958年Crick提出分子遗传的“中心法则”。1961-1964年Nirenberg等破译遗传密码。1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg实现DNA体外重组。一系列理论和技术的发展，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密，开始进入分子细胞生物学时代。1医学细胞生物学绪论

1953年，JD.Watson和FHC.Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962年诺贝尔生理学或医学奖。1医学细胞生物学绪论1983年，KB.Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。1医学细胞生物学绪论LelandH.Hartwell

TimHunt

SirPaulM.Nurse

2001年，美国人Leland

Hartwell、英国人PaulNurse、Timothy

Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理学或医学奖。1医学细胞生物学绪论2002年，英国人SydneyBrenner、美国人RobertHorvitz和英国人JohnE.Sulston，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理学或医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

1医学细胞生物学绪论2003年，美国人PeterAgre和RoderickMacKinnon，因对细胞膜水通道、离子通道结构和机理研究获诺贝尔化学奖。PeterAgreRoderickMacKinnon

1医学细胞生物学绪论

2004年，美国人RichardAxel和LindaB.Buck获诺贝尔生理学或医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。RichardAxelLindaB.Buck1医学细胞生物学绪论

2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren获诺贝尔生理学或医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡发病机理中的作用。BarryJ.MarshallJ.RobinWarren1医学细胞生物学绪论2006年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了RNA干扰机制，RNAi已被广泛用作研究基因功能，并有望成为治疗疾病的新疗法。AndrewZ.FireCraigC.Mello1医学细胞生物学绪论2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥-卡佩奇和奥利弗-史密西斯、英国科学家马丁-埃文斯，以表彰他们在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现，这些发现使“基因打靶”技术成为可能。MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies1医学细胞生物学绪论2008年度诺贝尔生理学或医学奖授予德国科学家哈拉尔德-楚尔-豪森和两位法国科学家弗朗索瓦丝-巴尔-西诺西和吕克-蒙塔尼。德国科学家发现人类乳头瘤病毒(HPV)引发子宫颈癌，两名法国科学家发现人类免疫缺陷病毒(HIV)。HaraldzurHausenFrançoiseBarré-SinoussiLucMontagnier1医学细胞生物学绪论2009年度诺贝尔生理学或医学奖授予伊丽莎白-布莱克本、卡罗尔-格雷德和杰克-绍斯塔克。他们发现了端粒和端粒酶对于染色体的保护作用。端粒和端粒酶研究有助于攻克医学领域3方面难题，即“癌症、特定遗传病和衰老”。ElizabethH.BlackburnCarolW.GreiderJackW.Szostak1医学细胞生物学绪论2010年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特·爱德华兹，以表彰他在体外受精技术领域做出的开创性贡献。1978年7月25日，世界上第一个试管婴儿诞生，目前全球已出生400多万试管婴儿，他被誉为“试管婴儿之父”。1医学细胞生物学绪论RalphMarvinSteinmanBruceABeutlerJulesA.Hoffmann2011年诺贝尔生理学或医学奖授予美国布鲁斯·博伊特勒、法国朱尔斯·霍夫曼及加拿大拉尔夫·斯坦曼，其研究成果揭示免疫反应的激活机制，使人们对免疫系统的理解发生“革命性变化”，进而为免疫系统疾病研究提供了新的认识，并为传染病、癌症等疾病的防治开辟了新的道路。1医学细胞生物学绪论2012年诺贝尔生理学或医学奖颁给英国约翰·戈登（JohnB.Gurdon）和日本山中伸弥两位发现“成熟、特化的细胞能够被重编程为可发育成身体所有组织的非成熟细胞”的科学家。他们的发现革新了我们对细胞和有机生命体发育的理解。1962年克隆蛙2006年小鼠iPS1医学细胞生物学绪论2012年美国科学家罗伯特.勒夫科维兹(RobertJ.Lefkowitz)与布莱恩.卡比尔卡(BrianK.Kobilka)因在G蛋白偶联受体方面的研究获得诺贝尔化学奖。

1医学细胞生物学绪论神经递质快速释放的相关分子机制？现代人工耳蜗的研发？2013nobelprize？1医学细胞生物学绪论肝移植的成就细胞骨架马达蛋白的研究Albert

Lasker

Award，20121医学细胞生物学绪论1医学细胞生物学绪论第三节：医学细胞生物学研究生殖细胞生物学肿瘤细胞生物学细胞分化和干细胞细胞衰老和死亡细胞工程……细胞生物学对基础医学和临床医学的发展意义重大，随着细胞和分子生物学的发展，现代医学正在进入分子医学时代。1医学细胞生物学绪论第四节：细胞的基本特征

细胞的起源与进化细胞的基本共性细胞的分子基础1医学细胞生物学绪论一、细胞的起源与进化

Originandevolutionofcells原核生物prokaryote非细胞生命lifeofnon-cell单细胞真核生物unicellulareukaryote多细胞真核生物multicellulareukaryote1医学细胞生物学绪论非细胞生命体病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体

根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：

DNA病毒与RNA病毒

病毒在细胞内增殖（复制）类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成1医学细胞生物学绪论原核细胞Prokaryoticcell基本特点

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。主要代表

支原体（mycoplast）—已发现的最小最简单的细胞

细菌（bacteria）

蓝藻/蓝细菌（cyanobacteria）1医学细胞生物学绪论真核细胞Eukaryoticcell真核细胞的基本结构功能体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以核酸（DNA或RNA）和蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统1医学细胞生物学绪论不同类型细胞及细胞组分的相对大小1医学细胞生物学绪论Comparisonoffeaturesofprokaroyticandeukaryoticcells

1医学细胞生物学绪论1医学细胞生物学绪论Comparisonofstructuresbetweenanimalandplantcells1医学细胞生物学绪论1医学细胞生物学绪论既不同于原核细胞也不同于真核细胞，属于生命的第三种形式。在进化上与真核细胞有共同历程。古细菌archaea/archaebacteria1医学细胞生物学绪论二、细胞的基本共性

Fundamentalpropertiesofcells结构上的复杂性和组织性：由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜，即细胞膜；含有两种核酸DNA和RNA，作为遗传信息复制与转录的载体；作为蛋白质合成机器的核糖体，存在于一切细胞内；功能上的自主、协调和有序：通过细胞分裂实现细胞的增殖；代谢过程需要和利用能量；合成蛋白质；对内外环境刺激的应答；自我调控……1医学细胞生物学绪论具有一套遗传信息的储存、复制和转录系统；具有一层细胞膜，通过细胞膜与周围环境相对隔离并可进行物质、能量交换和信息传递；具有一套完整的代谢机构（包括蛋白质合成和转运系统，细胞增殖系统等），以维持基本生命活动。细胞作为生物体最基本的结构和功能单位，必须具备三个基本条件：1医学细胞生物学绪论三、细胞的分子基础

Molecularbasisofcells构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、Na、K、Ca、P、Mg等，其中O、C、H、N四种元素占90%以上。细胞的组分包括无机小分子、有机小分子和生物大分子。细胞的无机物主要有水和无机盐。水是细胞生命活动的物质基础，约占细胞重量的75-80％，其中游离水约95％，其余为结合水。无机盐的含量约为1％，主要以离子形式存在。1医学细胞生物学绪论细胞的有机小分子游离于细胞质，是细胞代谢的中间产物和构成生物大分子的原料。包括：单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸单糖是构成多糖的基本单位，重要的戊糖——核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分，重要的己糖——葡萄糖是能源物质脂肪酸是合成脂肪的原料，其重要功能是构成细胞膜氨基酸是构成蛋白质的基本单位，常见20种核苷酸是组成核酸的基本单位1医学细胞生物学绪论Ribose&deoxyriboseGlucoseAminoAcidFattyacidNucleotide1医学细胞生物学绪论细胞的大分子有机物主要有蛋白质、核酸、脂类和糖，约占细胞干重的90%以上。一个细胞中约有104种蛋白质，分子总数达1011。蛋白质不仅是细胞的结构成分，也是细胞功能的实现者。生化反应的催化剂——酶是蛋白质。1医学细胞生物学绪论Proteinsaremadeof20differentaminoacids