《细胞生物学工程》PPT课件.ppt

1、第二章 细胞生物学基础,第二章 细胞生物学基础,前言：细胞与细胞生物学,第一节：细胞的类型、结构和功能,1、细胞的类型 2、细胞的结构 3、各亚细胞结构的结构与功能,第二节: 细胞的胞外基质、细胞与细胞间的联系,1、细胞的胞外基质 2、细胞间连接 3、细胞信号转导,第三节: 细胞的生活史,1、细胞分裂与分化 2、细胞衰老 3、细胞的凋亡 4、细胞的癌变,前言：细胞与细胞生物学,如何学好细胞生物学？ 细胞生物学的三条主线： 1）组成、结构与功能。 2）物质代谢:同化与异化。 3）信息传递。,前言：细胞与细胞生物学,细胞是：生物形态结构和功能的基本单位。 1：构成有机体的基本单位，具有自我复制的能

2、力，是有机体生长发育的基础； 2: 代谢与功能的基本单位，具有完整的代谢和调节体系，不同的细胞执行不同的功能； 3: 遗传的基本单位，具有发育的全能性。,细胞生物学是： 研究细胞的结构、功能和生活史的学科。 分三个层次： 1）显微水平，光学显微镜下可见的结构。 2）超微水平，电子显微镜下可见的结构。 3）分子水平，细胞结构的分子组成，及其在 生命活动中的作用。,前言：细胞与细胞生物学,第一节：细胞的类型、结构和功能,1、细胞的类型,2、细胞的结构,3、各亚细胞结构的结构与功能,1、细胞的类型,一、生物的分类,具备细胞结构的生物分类：,不具备细胞结构的生物还有：病毒，朊病毒。,真核细胞eukar

3、yotic cell：具有核被膜nuclear envelope和核仁nucleolus。 原核细胞prokaryotic cell：核区nuclear region没有核膜，称其为拟核。,二、细胞的种类二分法,三、细胞的形状和大小,细胞骨架对于细胞形态的构建维持具有重要作用。 单细胞生物的形态通常与细胞外沉积物有关。 高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。 高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内呈梭形，而在离体培养时则可成多角形。 动植物细胞在2030m间；一般细菌细胞在0.55m；支 原体和衣原体，在0.20.3m ；,大肠杆菌,淋病球菌,肉

4、毒梭菌,弧形霍乱菌,草 履 虫,眼 虫,钟形虫,植物气孔细胞,木材中的导管,人类红细胞,巨噬细胞,神经元细胞,人类卵细胞与精子细胞,2、细胞的结构,从形态学分为三部分： 质膜（plasma membrane）。 细胞核（nucleus）：具有核被膜和核仁。核仁是形成核糖体的结构域（domain），呈小球状 。 细胞质（cytoplasm）：包括细胞器和细胞质基质（cytoplasmic matrix）/胞质溶胶（cytosol）。,一、真核细胞的结构,细胞器（organelle）：细胞内特定的功能结构域，有两类，一类是膜围成的，构成内膜系统。另一类细胞器是没有膜包围的。 主要细胞器有：内质网、

5、 高尔基体、溶酶体、内涵体、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞骨架、中心粒、 核糖体。,二、真核细胞的细胞器,三、动植物细胞的结构,四、原核细胞的结构,原核细胞没有核膜，DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白。没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型，通常称为细菌（bacterium）。,五、原核细胞的结构,4、细胞壁：主要成分是肽聚糖,1、拟核：DNA分子裸露,2、核糖体：沉降系数，对抗生 素的敏感性,4、质粒(plasmid) ：核区外裸露 的环状DNA,5、荚膜、鞭毛与菌毛,-与真核细胞的区别,3、各亚细胞结构的结构与功能,（1）、质膜的流动镶嵌模型：,1、细胞膜由流动的双脂层和 嵌在其中

6、的蛋白质组成。,2、磷脂分子以疏水性尾部相 对，极性头部朝向水相组 成生物膜骨架,3、蛋白质分布的不对称性。 integral protein； peripheral protein； lipid-anchored protein ；,一、质膜,保护细胞； 介导细胞连接； 物质运输； 信息传导；,一、质膜,（2）、质膜的功能：,二、 内质网,1、RER：呈扁平囊状，排列整齐， 有核糖体附着。,2、SER：呈分支管状或小泡状，无 核糖体附着。,3、细胞不含纯粹的RER或SER，它 们分别是ER连续结构的一部分。,（1）、内质网的结构,（2）、内质网的功能,1、粗糙型内质网：主要与蛋白质合成和初步

7、修饰、加工（如蛋白质糖基化等）和转运及与膜之生成有关；,2、光滑型内质网：主要与糖原分解、脂类（包括磷脂和类固醇等） 合成、细胞解毒作用及参与横纹肌收缩活动等有关。,二、 内质网,三、高尔基体,1、由扁平囊泡堆积而成， 有极性。,2、分布于内质网与细胞膜 间， 呈弓形或半球形。,3、凸出的一面对着ER称 为顺面（cis face）， 凹进的一面对着质膜 称为反面（trans face）,（1）、高尔基体的结构,（2）、高尔基体的主要功能,主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。比如：1、蛋白质的糖基化，2、将蛋白水解为活性物质，3、进行

8、膜的转化功能，4、参与形成溶酶体，5、植物细胞壁的形成等。,三、高尔基体,四、 溶酶体,1、由高尔基体分泌形成。,2、含有60多种能够水解多糖， 磷脂，核酸和蛋白质的酸 性酶，其中，以酸性磷酸 酶是标志酶。,（1）、溶酶体的结构,（2）、溶酶体的功能：,细胞内消化：如从低密度脂蛋白（LDL）释放胆固醇，单细胞真核生物籍其消化食物。 自体吞噬：清除无用生物大分子，衰老细胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。 防御作用：如巨噬细胞。 参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。 形成精子的顶体：使精子能够穿透卵母细胞膜， 进入卵母细胞。,四、 溶酶体,五、过氧化物酶体,1、不是来自内质

9、网和高尔基体。,2、具有异质性的细胞器，在不同 生物及不同发育阶段有所不同。,3、共含有40多种氧化酶，其中以 过氧化氢酶为标志酶。,（1）、过氧化物酶体的结构,在动物中： 参与脂肪酸的-氧化； 具有解毒作用，过氧化氢酶氧化有害物质，饮入的酒精1/4是在微体中氧化为乙醛。 在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化。,（2）、过氧化物酶体的功能,五、过氧化物酶体,六、线粒体,1、粒状或杆状，分为外膜、内 膜、膜间隙和基质四部分。,2、外膜标志酶为单胺氧化酶；内 膜标志酶为细胞色素C氧化酶,3、基质中含环形DNA，及一套完 整的转录和翻

10、译体系。具有半 自主性。,（1）、线粒体的结构,细胞“动力工厂”，动物细胞80%的ATP来源于线粒体。,通过三羧酸循环降解和脂肪酸氧化途径产能,（1）、线粒体的功能,六、线粒体,七、 叶绿体,1、由外被、类囊 体和基质3部 分组成。,2、外膜、内膜、 类囊体膜,3、膜间隙、基质 和类囊体腔。,4、为半自主性细 胞器。,（1）、叶绿体的结构：,1光合色素,2集光复合体,3光系统 ：P680,4细胞色素b6/f复合体,5光系统：P700,Glucose,ATP,光能,光反应,暗反应,七、 叶绿体,-光合作用,（2）、叶绿体的作用：,成分：微丝、微管、中间纤维。单体非共价结合，构成纤维型多聚体。 微

11、丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。 微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 其它骨架：核骨架、核纤层、膜骨架、细胞外基质。,八、细胞骨架,Nucleus structure,结构：核被膜、核仁、核基质、染色质、核纤层、核孔。 功能：遗传、发育。,九、细胞核,1、染色体,-染色体的结构,初隘痕,次隘痕,染色体的结构单位 -核小体,-异染色质和常染色质,常染色质：处于伸展状态，是具有转录活性的染色质。 异染色质：凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。 分为两类： 结构异染色质：着丝粒区、端粒区 功能异染色质：一定发育阶段凝集,1、染色体,2、核仁,在细胞

12、间期可见，细胞核内呈圆球形的结构 功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。-核糖体工厂 核仁在细胞内的存在是动态的：蛋白合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和较多的核仁，反之核仁很小或缺失；在细胞分裂前期消失，末期又重新出现。,3、核糖体,细胞内蛋白质合成的场所-蛋白质工场,第二节，细胞的胞外基质、 细胞与细胞间的联系,1、细胞的胞外基质,2、细胞间连接,3、细胞信号转导,1、细胞的胞外基质,胶原蛋白 Collagen,纤粘连蛋白 Fibronectin,层粘连蛋白 laminin,蛋白聚糖 Proteoglycan,弹性蛋白 elastin,细胞的胞外基质,（1）、主要成分是蛋白质和多糖,1、决

13、定细胞的形状： 细胞骨架组装 细胞形状。 2、影响细胞的存活与增值：如上皮细胞脱离胞外基质则 发生失巢凋亡（anoikis），称定着依赖性。 3、控制细胞的分化：如，成肌细胞在纤粘连蛋白上与在层 粘连蛋白上的表型不一样。 4、参与细胞的迁移：细胞的迁移依赖于细胞的粘附与细胞 骨架的组装。,（2）、细胞外基质的生物学作用：,细胞的胞外基质,2、细胞间连接,一、细胞连接方式,是相邻细胞之间通过细胞膜相互联系、协同作用的重要组织方式 。,紧密（封闭）连接,粘着（锚定）连接,间隙（通讯）连接,二、各类连接,3、细胞信号转导,signal,cell,change,增殖分化代谢功能应激凋亡,一、细胞信号转

14、导, or or lostdisease,第一信使,膜受体,转导分子,第二信使,核受体,二、细胞信号转导基本过程,第一信使：细胞外小分子信息物质，将信息传递给“第二信使”，进而调节细胞的生理活动和新陈代谢。水溶性信号分子，诸如激素、神经递质、细胞因子及生长因子等 。 第二信使：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使，如cAMP、cGMP、IP3、Ca2+。,三、细胞信号分子,四、受体（receptor）,能够识别和选择性结合某种配体（信号分子），多为糖蛋白，分子上具有配体结合区域和产生效应的区域。 特点：特异性；饱和性；高度的亲和力。 类别：细胞内受体和细胞表面受体。,

15、G蛋白介导 酪氨酸蛋白激酶介导 鸟苷酸环化酶介导 核受体介导,五、细胞信号转导的主要途径,蛋白激酶,蛋白激酶/蛋白酶,第二信使,蛋白激酶/蛋白酶,第三节，细胞的生活史,1、细胞分裂与分化,2、细胞衰老,3、细胞的凋亡,4、细胞的癌变,1、细胞分裂与分化,一、什么是细胞周期,细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。分为： G1期(gap1)，分裂完成到DNA复制之前。 S期(synthesis phase)，DNA复制阶段。 G2期(gap2)，DNA复制完成到分裂之前。 M期，又称D期，分裂开始到结束。,二、细胞分化的特点,1. 时空性：细胞分化的实质是在细胞质和细胞核共同作用下，选择性

16、地表达特定的基因，称为差别基因表达。 2.定向性：随着细胞的分裂和分化，发育方向逐渐被限定。 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持稳定，通常是不可逆的。 4. 条件可逆性：在特定条件下，分化细胞的基因活动模式可发生可逆的变化，又回到未分化状态，称为去分化。 5. 普遍性：个体一生中都进行着细胞分化。干细胞是细胞更新和组织修复的基础。,三、细胞分化和增殖的关系,增殖信号和分化信号同时作用于干细胞，表现为边分化边增殖; 增殖和分化分别独立进行，一些干细胞只增殖不分化，另一些同类干细胞进入终末分化； 细胞分化与分裂平行进行，干细胞进行不对称分裂，产生的子细胞一个保持原有干细胞特性，一个

17、则进入终末分化。,2、细胞衰老,一、细胞衰老,Aging ，Senescence，指细胞随着年龄增加，机能和结构退行性变化，趋向死亡的不可逆现象。 衰老是生命的普遍现象，发生在生态系统、群落、种群、个体、细胞以及分子等不同层次。,1、代谢废物积累：如：脑细胞内的-淀粉样蛋白的积累导致 老年性痴呆（AD）。 2、线粒体DNA突变：线粒体自由基浓度高，mtDNA是裸露分子， 容易发生突变。 3、自由基的作用：引起DNA、蛋白质、脂类氧化、变性和交联。 4、程序性衰老:生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序 控制的，衰老是某些基因依次开启或关闭的结果。 5、复制性衰老:细胞的增殖次数是有限的，DN

18、A每复制一次端粒 就缩短一段，到一定程度，染色体变不稳定，启动 细胞凋亡。,二、细胞衰老的原因,A 37 years old patient， Adoue DFP 1997,三、不正常的衰老,成 年 性 早 衰 症,衰老基因过于活跃表达,儿 童 性 早 衰 症,三、不正常的衰老,3、细胞的凋亡,一、细胞死亡的方式,细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞 死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。,1、细胞被动死亡 ：也就是细胞坏死，细胞受到环境因素 伤害，引起细胞死亡的现象。,2、细胞主动死亡：细胞凋亡(apposis)或程序化细胞死亡 (programmed cell death，P

19、CD)，是指机体为调控机体发 育，维护内环境稳定,由基因控制的细胞主动性死亡过程。,二、细胞凋亡与程序性死亡,1、PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念,2、细胞程序性死亡（PCD）是一种基因指导的细胞 自我消亡方式。,3、细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体，导致细 胞自发性死亡 ；,4、PCD的最终结果是凋亡，但凋亡并非都是程序化的。,三、细胞凋亡的意义,1. 生长发育：组织与器官的塑造 。 2. 防御：清除衰老细胞、DNA损伤的细胞、和被病原体感染的细胞。 （1）细胞凋亡不足 -肿瘤，自身免疫疾病； （2）细胞凋亡过度 -神经退行性疾病（AD，帕金森症）、心肌梗塞、 再生障碍性贫血、骨组织坏

20、死。,4、细胞的癌变,肿瘤是细胞在基因水平上失去对生长的调控，导致异常增生。 良性肿瘤：生长缓慢，边界明显。 恶性肿瘤：即癌症，生长快、具有迁移性。,一、细胞的癌变,二、原癌基因与抑癌基因,三、 肿瘤形成的内因,恶性肿瘤的形成涉及多个基因的改变。 一、原癌基因的异常激活 原癌基因的结构或调控区发生变异，产物活性增强或增多时，使细胞过度增殖，形成肿瘤。 二、抑癌基因的失活 通常是一对等位基因均告缺失或都因突变而失去活性时，细胞发生癌变。,1、原癌基因产物： 、生长因子 、生长因子受体 、信号转导组分 、细胞周期蛋白 、细胞凋亡调节蛋白 、转录因子,2、抑癌基因的产物主要包括： 、转录调节因子 、负调控转录因子 、周期蛋白依赖性激酶抑制因子 、ras GTP酶活化蛋白 、DNA修复因子 、磷脂酶 、细胞粘附分子,3、原癌基因的激活,1、点突变 2、基因扩增