人卫版医学细胞生物学课件.pptx

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1、分子细胞生物学 韩贻仁 科学出版社 2001年03月医学细胞与分子生物学 陈诗书 上海医科大学出版社 1999年01月细胞生物学 王德耀 上海科学技术出版社 1998年出版细胞生物学 翟中和等编 高等教育出版社 2000年8月出版 细胞生物学(第二版) 汪堃仁 北京师范大学出版社1998年11月出版细胞生物学研究方法与技术(第二版) 刘鼎新 北医、协和医大联合出版社1997年05月出版细胞生物学实验(第二版) 杨汉民 高等教育出版社1997年07月出版Molecular Biology of the Cell 4th Edition, Bruce Alberts et al., 2002Mol

2、ecular Cell Biology 4th Edition, Harvey Lodish et al., 1999Cell and Molecular Biology 3rd Gerald Karp, 2002医学细胞生物学 李继承 浙江大学出版社 2005年8月,附录：细胞生物学参考书：,绪 论,Medical Cell Biology,细胞（cell）是生物体形态和功能活动的基本单位。 形态与功能结合，以整体与动态的观念研究生命活动规律。,第一节 细胞生物学,一、细胞生物学概述,Medical Cell Biology,细胞生物学研究是生命科学研究的基础。研究的任务：从细胞整体、亚显微

3、结构以及分子三个不同的层次上把细胞的结构与功能统一起来进行探讨基本生命活动的规律。,第一节 细胞生物学,Medical Cell Biology,基本研究内容,细胞的形态结构和化学组成细胞和细胞器的功能细胞的增殖与分化细胞的衰老和死亡.等,1.细胞学说的建立英国物理学家Robert Hooke（1663一1703)：显微镜，放大倍数为40一140倍，写显微图谱(发表于1665年，描述了他所见到的木栓是由许多盒状的小室所组成。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,Robert Hooke and his “cells”,Robert Hookes micros

4、cope,Micrographia,Micrographia,真正观察活细胞的是同时代的荷兰科学家Antony von Leeuwenhoek(1632一1723)，同样对细胞生物学基础的建立作出了重要的贡献。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.,19世纪30年代，显微镜制造技术有了明显的改进，分辨率提高到um以内，同时还由于切片机的制造成功，使显微解剖学取得许多新进展。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical

5、Cell Biology,1831年，Robert Brown在兰科植物的表皮细胞中发现了细胞核。 MJSehleiden把他看到的核内的小结构称之为核仁。 1835年，E.Dujundia把低等动物根足虫和多孔虫中细胞内的粘稠物质称为肉样质sarcode. 1839年著名的显微解剖学家Purkinji首先提出细胞的原生质protoplasm概念。 H.von.Mohl和Nageli发现动物细胞中肉样质和植物细胞中的原生质在性质上是一样的。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,德国的植物学家Schleiden论证了所有植物都是由细胞组合而成。德国的动物学家S

6、chwann认为动物体也是由细胞所组成的。Schleiden和Schwann（1838-1839）提出了细胞学说:一切生物从单细胞到高等动、植物都是由细胞组成的;细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。论证了生物界的统一性和共同起源。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,2.细胞学时期一切细胞只能来自原来的细胞精确地描述细胞的有丝分裂（Mitosis）过程，发现了细胞的延续是通过有丝分裂进行的，在分裂过程中有染色体形成。在光镜下相继观察到线粒体、中心体和高尔基复合体等多种细胞器。胚胎发育开始于精卵结合即受精19世纪末又发现了性细胞形成过程中的减数分裂现象，通

7、过减数分裂可以保持各物种染色体数目的恒定。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,3.实验细胞学阶段（20世纪初至20世纪中叶）细胞学与遗传学结合：细胞遗传学细胞学与生理学结合：细胞生理学细胞学与相邻学科互相渗透、融合，并结合多种实验手段，对细胞的结构与功能迸行了大量的研究。对细胞运动、细胞的生长、细胞的分泌及细胞的新陈代谢等生命活动提出了新观点。这一阶段的细胞研究已由纯形态的细胞学阶段发展形成为细胞生物学阶段。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,Cell Biology,4.细胞生物学时期1933试制成功第一台实用电子显

8、微镜。超薄切片机的问世和电镜生物制样技术快速发展细胞内多种细胞器的发现。1965年扫描电镜问世。细胞生物学的研究进入到一个新的阶段。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,5.细胞分子生物学的形成1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型。Meselson和Stahl证明DNA复制是半保留复制Crick创立了中心法则(central dogma)。1955年，Gamov提出了三联体密码假说。Nirenberg和Mathaei1961年确立了每一种氨基酸的”密码”。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,基因的结

9、构、表达与调控；基因产物如何控制细胞的活动。细胞内信号转导、物质运输、细胞增殖的调控以及细胞衰老死亡机制的研究。分子生物学研究生物大分子，RNA, DNA,蛋白质的结构与功能。蛋白质参与构建细胞的结构，并行使细胞的功能。分子生物学的研究从多方面向细胞生物学渗透，使细胞生物学在原有的基础上发展为细胞分子生物学 (cell molecular biology)。,第二节 细胞生物学的发展简史,Medical Cell Biology,细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1）1665-1830s，细胞发现，显微生物学。2）1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。3）1930s-1970

10、s，电镜技术应用， Cytology发展为细胞生物学。4）1970s以来，分子细胞生物学时代。,现代细胞生物学的重要事件,1952年RE. Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。,1953年，JD. Watson 和FHC. Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962 年诺贝尔生理学与医学奖 。,1983年，KB. Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。,1990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划” （Human Genome Project）。 我国于1993年加入该计划，承担其中1%的任

11、务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28日人类基因组工作草图完成。同年，美国国立卫生研究院给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（ADA）基因变异引起。,1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。,Dolly with her first born lamb,EMBRYO COLONING,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,2001年，美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse

12、、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。,2002年，英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，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。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. Sulston,2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,2004年，美国人Richard Axel和Linda B. Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体

13、和嗅觉系统的组成。,Richard Axel,Linda B. Buck,2005年Barry J. Marshall 和J. Robin Warren 获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。,Barry J. Marshall,J. Robin Warren,2006年美国人Andrew Z. Fire和Craig C. Mello因对RNA干扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。,Andrew Z. Fire,Craig C. Mello,2007年诺贝尔生理学或医学奖授予（从左至右）英国人马丁埃文斯、美国人马里奥卡佩基和奥利弗史密斯，因为他们在改造活体内特定基因

14、的“基因靶向”技术等方面做出了奠基性贡献。,2008年度诺贝尔生理学或医学奖授予了德国癌症研究中心的Harald zur Hausen，巴斯德研究所病毒学系逆转录病毒感染调控小组的Franoise Barr-Sinoussi和巴黎世界艾滋病研究与预防基金会的Luc Montagnier，前者由于其在人类乳头状淋瘤病毒（HPV）研究方面的成就获奖，后两者则因发现人类免疫缺陷病毒（HIV）而获奖。,2009年诺贝尔生理学或医学奖：美国加利福尼亚旧金山大学的Elizabeth Blackburn、美国巴尔的摩约翰霍普金斯医学院的Carol Greider、美国哈佛医学院的Jack Szostak，以

15、表彰他们发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。,第三节医学细胞生物学与医学,是医学的基础理论是医学发展的动力应用于医学实践,细胞凋亡(apoptosis): 凋亡基因启动合成酶和相关物质核酸内切割酶切割DNA凋亡蛋白酶(caspases)细胞结构破坏吞噬细胞吞噬,Medical Cell Molecular Biology,举列,Normal,Apoptotic,Medical Cell Molecular Biology,Medical Cell Molecular Biology,lovo细胞经不同浓度SFPS诱导12h后的流式细胞图,12h，对照,12h，5mg/L,12h，50mg/L,

16、12h，300mg/L,12h,500mg/L,细胞自噬 autophagy,自噬：细胞分解细胞质等自身构成成分自噬意义：加速细胞内的新陈代谢；在细胞处于饥饿状态时从分解产物中获得能量。自噬体：自噬过程中，细胞需要一个特殊的“口袋”将有待分解的物质包围并隔离起来，由双层脂质膜构成，其形成机制一直是个谜。,entosis,entosis的细胞死亡新形式，即有些细胞会进入到其他细胞中死亡,有可能成为一种抑制肿瘤的新方法。 被卷入到别的细胞的乳腺分离细胞中，有70%死亡，9%进行了分裂，18%最后被完好无损地释放出来。entosis具有独特的作用机制。在多种细胞类型中，包括乳腺、卵巢、脐带、肾癌细胞

17、等，均发现了它存在的证据。Overholtzer认为，entosis可能的一个功能是抑制肿瘤。因为当在乳腺癌细胞系中用化学制剂抑制entosis后，细胞群落形成(试管中肿瘤生长的指示剂)增长了10倍。entosis可能被癌细胞用作存活的工具，癌细胞利用它来逃脱化学药物和免疫系统的识别。,entosis,第三章,细胞的起源与进化,Medical Cell Molecular Biology,细胞是生物结构和功能的基本单位单细胞生物、多细胞生物。除病毒外，一切生物都由细胞构成。细胞起源：1）真核细胞起源；2）原核细胞起源；3）古核细胞起源。,引言,Medical Cell Biology,生命的功

18、能源于化学水平 1. 生命的生物学功能和生物大分子结构密切相关 2. 25种元素构成了生命必需的元素 3. 生物体中氧、碳、氢、氮4种元素就占据了元素总量的96%以上 4. 细胞化学物质:无机物和有机物,第一节 从分子到细胞,细胞的两大基本结构体系：1.生物膜体系：脂蛋白构成的磷脂双层分子，镶嵌蛋白质。2.复制与表达系统：核酸和蛋白质分子构成的遗传信息。生命活动物质基础：核酸和蛋白质生物的遗传：核酸生命活动体现：蛋白质功能的,1.简单有机小分子的形成Miller实验证明：氢气、甲烷、氨气的混合物+电离火花产生有机分子和氨基酸（丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸）。有机分子可自发产生是生物起源的基

19、本物质。2.生物大分子的产生氨基酸混合物加热产生多肽，证明小分子单体可自发聚合成大分子。生命大分子特征：自我复制能力，能繁殖、进化。RNA, DNA自我复制3.细胞的出现: 磷脂双层脂质细胞膜，细胞内外环境分离。细胞膜包RNA编码蛋白质，最早的细胞。,有机小分子的形成到细胞的出现,细胞：独立的生命单位， 分为原核细胞、真核细胞。 1. 遗传信息保存与复制体系 2. 遗传信息表达体系 3. 新陈代谢体系 4. 细胞结构体系,第二节 从原核细胞到真核细胞,Medical Cell Biology,一、原核细胞,无典型的核结构 原核细胞构成的生命形式称为原核生物 ，原核生物都由单细胞组成 。,原核细

20、胞的基本特点,1. 遗传信息量小，由一个环状的DNA构成2. 细胞内没有以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜3. 原核细胞的代谢有厌氧和需氧两种形式4. 原核细胞没有完整的细胞骨架5. 原核细胞DNA中用于表达的基因比例，比真核细胞高。,二、真核细胞,1. 生物膜结构系统：生物膜是由脂质及蛋白质成分为基础的；2. 遗传信息表达系统：是以两种核酸与蛋白质为主要成分构成的；3. 细胞骨架系统：有特异的蛋白质分子装配而成,1.细胞的生物膜系统,物质交换和跨膜运输、信息传递、能量传递及一些化学反应的进行绝大多数的酶定位在生物膜上，所以绝大部分的生化反应都在膜的表面进行选择性物质交换和跨膜运

21、输能量转换、识别、运动、黏附、对外界信号的接收和放大等作用生物膜分隔成细胞核和细胞质细胞质内又由生物膜分隔出很多重要的细胞器,生物膜分隔出很多重要的细胞器,线粒体：供应细胞生命活动所需要的能量，故称为产能细胞器；内质网：生物分子合成的基地；高尔基体：合成物加工、包装、运输的场所溶酶体：细胞的消化器等。,2.细胞遗传信息系统,染色质由DNA和蛋白质构成，DNA的复制与RNA的转录都在染色质上进行的。核仁主要是由RNA-蛋白质与DNA-蛋白质组成，执行rRNA的转录和核糖体亚单位的装配。核糖体是由rRNA与蛋白质构成，其功能是将氨基酸根据mRNA的信息按一定序列合成肽链。,3.细胞的骨架系统,结构

22、蛋白装配而成的网架系统，起支架的作用细胞内大分子运输、细胞运动和细胞器运动、细胞内信息传递、基因表达、蛋白合成、细胞分裂和分化细胞骨架可分为胞质骨架和核骨架胞质骨架：微丝、微管与中等纤维微丝的主要成分是肌动蛋白，主要功能可能是信号传递和细胞运动；微管的主要成分是微管蛋白和微管结合蛋白，主要功能是支架和运输作用；中等纤维功能还不清晰。核骨架包括核纤层和核基质,三、原核细胞和真核细胞的比较,细胞内部结构与功能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志 另一个重要标志是遗传装置和基因表达的复杂化和多层次化。,原核细胞无核仁；无细胞器；无细胞骨架；基因组简单；单条染色体真核细胞有核仁；有细胞器；有细胞骨

23、架；基因组复杂；多条染色体 但生命活动的分子调控机理与起源相同。,Medical Cell Biology,1.单细胞真核生物 由单个可复制的细胞组成，yeast.2.多细胞生物的发育1）多细胞生物的出现进化，单细胞到多细胞，特化和分裂，种类繁多的动植物细胞。2）植物细胞：基本组织、表皮组织、导管组织3）动物细胞：上皮组织、结缔组织、血液、神经组织、肌肉组织,第三节 从单细胞生物到多细胞生物,Medical Cell Biology,3.细胞的分化：生殖细胞（精子与卵子）、 体细胞 4.免疫系统、神经系统的分化,正常菌群（normal flora）:人类的生存和生长发育需要许多微生物的共生关系

24、.病原微生物（pathogen）: 微生物能导致人类或动植物的疾病发生.条件致病菌: 一些细菌在机体健康时不致病，而在人体抵抗力低下时才导致疾病.,第四节 进化中的微生物与人类疾病的关系,感染（infection）,感染（infection）: 微生物在宿主体内生活中与宿主相互作用并导致不同程度的病理变化。感染是微生物与宿主在个体、细胞核分子的多层面相互作用的生物学现象。,一、细菌性感染,细菌的致病原因：.病原菌突破上述屏障进入机体定居、繁殖并扩散，病原菌的这种能力(细菌的侵袭力)。 2.细菌产生的毒素损害了机体的组织、器官并引起生理功能的紊乱和病理性改变(毒力)。,细菌侵袭力：病原菌突破机体

25、屏障进入机体, 定居、繁殖并扩散1.细菌的黏附2.定植能力3.侵入4.繁殖与扩散毒力：细菌产生的毒素损害了机体的组织、器官并引起生理功能的紊乱和病理性的改变,二、病毒性感染,人类传染病中有约75%是由病毒引起 病毒感染：1.水平传播：病毒在人群中的不同个体之间的传播2.垂直传播：宿主亲代向子代传播病毒感染的途径:：呼吸道、消化道、创口感染、接触感染、血液传播、性传播、动物媒介等途径。,病毒感染后对机体及细胞的损害,1. 杀细胞效应2. 稳定状态感染 3. 细胞转化 4. 细胞凋亡（apoptosis） 5. 包涵体形成 6. 病毒感染导致的细胞免疫和体液免疫的失常,三、正常菌群,正常成人的细胞

26、数约为1013个，而正常菌群的数量约为1014个,正常菌群的作用,1. 对致病微生物的生物拮抗作用2. 参与机体物质代谢和消化过程及营养物质的转化和合成3. 作为抗原促进机体免疫器官的发育和刺激免疫系统的免疫应答4. 抗衰老作用和抗肿瘤作用,细胞的分子基础,第四章,Medical Cell Biology,概述,细胞是生命的基本结构和功能单位。化学组成: 无机和有机化合物组成的。无机化合物包括水和无机盐；有机化合物包括糖类、脂类、蛋白质和核酸。,第一节 组成细胞的化学元素,最基本元素: 碳、氢、氧、氮、磷、硫。宏量元素：钙、镁、钾、钠、硫、磷、氯人体总量的60%80%。微量元素：其他元素在体内

27、的含量极少，低于体重的0.01%。必需微量元素：碘、铁、铜、锌、锰、钴、钼、锡、铬、镍、硒、硅、氟、钒等14种元素是机体生命活动所必需的，在体内不能产生与合成，需由食物提供。,第二节 组成细胞的化学分子,原生质（protoplasm）：有机化合物和无机化合物。生物大分子：蛋白质、核酸和酶。生物小分子：其他的物质，如水、无机盐、单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸等。,一、水,水约占人体体重的60%70%在细胞中作为溶剂。作为物质分散的介质。调节体温，维持细胞正常的代谢活动。细胞外液的主要成分，如血液、淋巴液、消化液。氢键或引力与蛋白质分子结合成为结合水，构成细胞结构的组成部分。,二、无机盐,1. 原生

28、质或构成生物体某些结构的重要成分。2. 酶、激素或维生素的重要成分。3.维持细胞内外渗透压平衡、pH平衡、离子平衡。4参与物质的运输和信号转导。 对维持心肌、骨骼肌的兴奋性和应激性，神经的传导具有重要的作用。 对细胞的黏附、运动、增殖、分化和凋亡等也有一定的影响。,三、糖类,糖类主要分为单糖、双糖、低聚糖和多糖。重要的单糖为五碳糖（戊糖)和六碳糖(己糖)双糖: 两个单糖分子以糖苷键连接而成，如蔗糖、麦芽糖和乳糖。 低聚糖又称寡糖，是由3个以上的单糖分子通过糖苷键连接而成的分支或不分支的链状结构。 多糖是由单糖分子构成的高分子化合物，主要有淀粉(植物多糖)和糖原(动物多糖)。,单糖：能量；多糖：

29、糖储存，细胞结构寡糖和多糖:细胞信号转导细胞表面标志物能量储存和细胞结构组分,四、脂类,脂肪、磷脂、类固醇和糖脂。 脂肪（fat）：三脂酰甘油也称甘油三酯（triglyceride），其主要成分是脂肪酸 。类脂（lipoid）：脂肪的衍生物，主要包括磷脂、糖脂和类固醇（steroid）。,脂类：细胞膜组分能量储存细胞信号转导信使分子,五、核酸,核酸的基本组成单位是核苷酸，每个核苷酸分子由一个戊糖(核糖或脱氧核糖)、一个含氮碱基(嘧啶或嘌呤)和一个磷酸脱水缩合而成。 由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸通过脱水缩合可形成脱氧核糖核酸（DNA） 由AMP、GMP、CMP、UM

30、P等核糖核苷酸通过脱水缩合可形成核糖核酸（RNA）。,1.携带细胞遗传信息的核酸：DNA、RNADNA、RNA是核苷酸的多聚物，核苷酸由嘌呤和嘧啶连接到磷酸化的糖分子上形成。 DNA: A、G和T、C；2-脱氧核糖 RNA: A、G和U、C；核糖DNA、RNA的信息由多聚核苷酸链中的碱基排列顺序表达。核酸能自身复制，指导蛋白质合成。,2.表达遗传信息的蛋白质核酸携带遗传信息，由蛋白质予以表达蛋白质指导细胞内的几乎所有活动：细胞结构成分储存和运输小分子细胞信息抗体酶,五、核酸 -DNA分子的稳定性,DNA分子的变性(denature) ：高温，强酸强碱，有机溶剂等。 DNA的复性(renatur

31、e)DNA分子的主要功能：具有自我复制的能力，遗传信息可以从亲代细胞传递给子代细胞。DNA具有转录合成mRNA的能力，并通过mRNA指导蛋白质的生物合成，实现遗传信息的表达。,RNA分子的结构与功能,信使核糖核酸(messenger RNA，mRNA)：转录DNA分子中的遗传信息，并带到核糖体上，作为合成蛋白质的模板。转运核糖核酸(transfer RNA，tRNA)：运输活化的特异性氨基酸到核糖体上的特定位置缩合成肽链。核糖体核糖核酸(ribosomal RNA，rRNA)：构成核糖体的重要成分。,六、蛋白质,1.蛋白质组成：20种AA构成的聚合物a.10种AA有不与水相互作用的非极性侧链b

32、.5种AA有不带电荷的极性侧链c.赖氨酸、精氨酸和组氨酸的侧链有带电基团d.天冬氨酸、谷氨酸有酸性侧链蛋白质的主要特征：是特定AA顺序的多肽,2.蛋白质结构 蛋白质的形状由其AA的顺序决定：蛋白质加热变性降温回复一级结构：多肽链中的AA顺序二级结构：多肽链局部区域AA规则 排列，螺旋、折叠三级结构：肽链折叠，domain四级结构：不同多肽链间形成的 空间结构,第二节 生物大分子的结构,Medical Cell Biology,七、酶,生物催化剂，其化学本质是蛋白质。酶所作用的物质称为底物，在酶的作用下，底物转化为产物。酶具有极高的催化效率和底物特异性。 1高度专一性2高效性3高度不稳定性,谢 谢！,