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文檔簡介
1、第一篇 醫(yī)學細胞生物學,第一章 醫(yī)學細胞生物學概述第二章 生命的基本單位-細胞第三章 細胞膜第四章 細胞質第五章 細胞核第六章 細胞增值第七章 干細胞與細胞工程,第一章 醫(yī)學細胞生物學概述,重點難點,重點:(1)細胞生物學的概念 (2)細胞生物學的研究內容 (3)細胞生物學學的發(fā)展歷程 (4)醫(yī)學細胞生物學與細胞生物學的關系 難點:醫(yī)學細胞生物學的研究方法,細胞
2、生物學(cell biology) :從細胞的顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個水平對細胞的各種生命活動開展研究,探討細胞的基本生命活動規(guī)律的科學。醫(yī)學細胞生物學(medical):運用細胞生物學的理論和方法,研究人體細胞的形態(tài)結構與功能等生命活動規(guī)律和人類疾病、發(fā)生發(fā)展和防治的科學。,第一節(jié) 醫(yī)學細胞生物學及其研究內容,細胞的形態(tài)和結構 代謝 增殖和分化 遺傳和變異 衰老和死亡
3、 起源與進化 興奮與運動 信息傳遞,細胞生物學研究內容,細胞生物學發(fā)展的幾個主要階段,1.細胞的發(fā)現和細胞學說創(chuàng)立時期: 1665—19世紀中葉——以形態(tài)描述為主的生物科學時期——顯微鏡、細胞學說2.經典細胞學時期: 19世紀中葉到20世紀初期——在顯微鏡下的細胞形態(tài)和分裂活動的描述——原生質、細胞分裂、細胞器3. 實驗細胞學時期: 20世紀初到20世紀中葉——采用多種實驗手段對細胞
4、的生理生化功能進行研究;細胞學與各門學科的交融與匯合;4. 亞顯微結構與分子細胞學時期: 20世紀中葉至今——電子顯微鏡、分子生物學的研究,細胞生物學與醫(yī)學,細胞生物學是醫(yī)學的重要基礎,生物和醫(yī)學:兩者關系密切,現代共同發(fā)展。,顯微鏡技術,,光學顯微鏡,電子顯微鏡,R=0.2µm ×500 顯微結構,R=0.1nm ×1,000,000 亞顯微結構,組成:(1)光學放大系統(2
5、)照明系統(3)機械和支架系統組織切片制備過程:固定、包埋、切片、染色,1、光學顯微鏡,第二節(jié) 醫(yī)學細胞生物學的研究方法,利用光學原理,把人眼所不能分辨的微小物體放大成像,以供人們提取微細結構信息的光學儀器。,結構:(1)電子束照明系統(2)成像系統(3)真空系統(4)觀察記錄系統(5)電源系統電鏡標本制備技術:固定、脫水、包埋、切片、染色分辨率是指能夠區(qū)分相近兩點的最小距離(R),分辨率由光源的波長、物鏡的鏡口角、介質折射
6、率三種因素決定。R = 0.61 λ/n Sinα= 0.61 λ/NA 放大率:最終成像的大小與原物體大小的比值。,2、電子顯微鏡,根據電子光學原理,用電子束作為光源,電磁透鏡代替光學透鏡,使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀器。,細胞的分離和培養(yǎng),1、制備單個細胞懸液 將組織制備成游離的細胞懸液——通過破壞細胞外基質和細胞間連接來獲得。 經典方法是:蛋白水解酶(胰蛋白酶酶或膠原酶):消化細胞間結合物
7、質金屬離子螯合物(如乙二銨四乙酸(EDTA)):除去細胞互相黏著所依賴的Ca2+,2、分離不同類型細胞(一)差速離心或密度梯度離心差速離心 原理:根據細胞的大小不同進行細胞的分離 方法:從低速到高速逐級沉降 分離對象:體積、質量差別較大的顆粒密度梯度離心 原理:分離的細胞組分放在已形成密度梯度的物質(如蔗糖)溶液的表面,在這種條件下進行離心,不同組分以不同的沉降速度沉降,形成不同的沉降帶。(
8、二)流式細胞技術 利用流式細胞儀從多細胞懸液中分離目的細胞。 樣品處理:用帶有熒光的特異抗體標記待分離的細胞 分離速度:2萬個細胞/S 分離純度:>95%,3、細胞培養(yǎng) 細胞在體外的培養(yǎng)技術,即無菌條件下,從活體組織分離出特定細胞,模擬機體內正常生理狀態(tài)下生存的基本條件,使之能夠繼續(xù)生存、生長以至增殖的方法。(原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)、細胞系)原代培養(yǎng):直接從體內獲取的組織或細胞進行的首
9、次培養(yǎng)。傳代培養(yǎng):當原代細胞經增殖達到一定密度后,將細胞分散,從一個培養(yǎng)器以一定比例移到另一個或幾個容器中的擴大培養(yǎng)。細胞系:將無休止進行繁殖并帶有癌變特點,在培養(yǎng)條件中可無限地傳代的細胞。4、細胞融合 真核細胞通過介導和培養(yǎng),兩個或多個細胞合并成一個雙核或多核細胞的過程,細胞組分的分級分離將細胞進行裂解,獲得各種有功能的細胞器和生物大分子技術,叫分級分離。(方法同細胞的分離),,第二章 生命的基本單位-細胞,重點難點,
10、重點:(1)掌握細胞的化學組成 (2)核酸、DNA、RNA、蛋白質的結構功能難點:(1)DNA與RNA的區(qū)別 (2)原核細胞與真核細胞結構和功能的異同,元素組成主要元素:C.H.O.N 4種少量元素:S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe 8種微量元素:Cu.Zn.Mn.Co.I.Br.F.Si.Sr.Ba 10種分子組成無機化合物:水、無機鹽有機化合物:糖、脂、
11、維生素、蛋白質(酶)、核酸。,第一節(jié) 細胞的化學組成,細胞的小分子物質一、水水是細胞內最重要的無機小分子,占細胞總重量的70%。大多數代謝過程都需要水參與。二、無機鹽占細胞總重量的19%左右,以離子形式存在。維持細胞內的滲透壓和酸堿平衡。作為酶的輔助因子。三、有機小分子是細胞代謝過程中的中間產物,也是構成生物大分子的基本單位。主要包括:單糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸。,細胞的大分子物質一、核酸(一)核酸的化學組成
12、種類:脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)基本結構單位:核苷酸 堿基DNA 核苷 核苷酸 戊糖RNA 磷酸1、堿基堿基組成:A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(
13、胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)、U(尿嘧啶)(圖1所示) DNA是A、T、C、G(不含U);RNA是A、U、C、G(不含T)互補配對原則必須是:A和T(或U)配對, C和G配對,2、戊糖(五碳糖) RNA中的戊糖是D-核糖(即在2號位上連接的是一個羥基); DNA中的戊糖是D-2-脫氧核糖(即在2號位上只連一個H)。,3、核苷 核苷是戊糖與堿基之間以糖苷鍵(glycosidic bond)相連接而成。戊糖中C
14、-1'與嘧啶堿的N-1或者與嘌吟堿的N9相連接,戊糖與堿基間的連接鍵是N-C鍵,一般稱為N-糖苷鍵。,4、核苷酸 核苷中的戊糖5‘碳原子上羥基被磷酸酯化形成核苷酸。核苷酸分為核糖核苷酸與脫氧核糖核苷酸兩大類。依據磷酸基團的多少,有一磷酸核苷、二磷酸核苷、三磷酸核苷。,(二)DNA的結構與功能1953年Watson和Crick提出B-DNA分子的雙螺旋結構模型。DNA的基本單位是脫氧核苷酸,脫氧核苷酸是由一分子磷酸,脫氧
15、核糖和含氮堿基來組成。如圖:,(1)堿基互補配對原則 堿基只有4種:A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶) 互補配對原則必須是:A和T配對, C和G配對。 C+T+A+G=1,C=G,A=T。(2)DNA的自我復制 DNA分子的自我復制指的是以親代DNA分子為模板合成子代DNA的過程。 DNA分子通過
16、自我復制,使遺傳信息從親代傳給了子代,從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。,(三)RNA的結構、功能與分類堿基的組成:A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)、U(尿嘧啶)堿基互補原則:A和U互補, C和G互補。RNA的分類:信使RNA (mRNA):指導特定蛋白質合成過程。轉運RNA (tRNA):轉運氨基酸,參與蛋白質的合成。核糖體RNA (rRNA):是核糖體組成成分。,二、蛋白質功能:構成細胞的主要成分,是各種生命物質的
17、主要結構基礎?;窘Y構單位:氨基酸基本化學鍵:肽鍵氨基酸:參與組成蛋白質的氨基酸有20種,主要以側鏈(R)區(qū)別----蛋白質特異性和多樣性。氨基酸通過肽鍵相連形成多肽鏈。,(1)蛋白質的化學組成蛋白質是由C,H,O,N,P,S等元素組成。(2)蛋白質的化學組成一級結構:肽鍵,少量二硫鍵二級結構:a螺旋和β-折疊。三級結構:三維空間結構。四級結構:多肽鏈間通過次級鍵相互形成空間結構。其中,每個具有獨立三級結構
18、的多肽鏈單位稱亞基。,(3)蛋白質的結構和功能的關系多肽鏈合成,形成一定的空間構象是其功能活性基礎,被破壞則活性喪失,復性后,構象復原,活性也能再恢復。(4)酶具有催化作用的蛋白質。酶的特點:具有高效性,專一性和多樣性。,三、脂類組成:1、三酰甘油(脂肪、甘油三酯)2、類脂功能:1、構成細胞膜的主要成分; 2、能量。四、糖類 細胞中主要的能源物質。糖類有單糖、寡糖和多糖等。1、糖蛋白2、糖脂,(一)
19、細胞的基本共性所有細胞表面都有脂質雙分子層與鑲嵌蛋白構成的生物膜。所有細胞都具有DNA和RNA兩種核酸,作為遺傳信息儲存、復制與轉錄的載體。所有細胞都有核糖體。所有細胞都是以一分為二的方式進行分裂增殖的。(二)細胞的大小、形態(tài)和數目(自學),第二節(jié) 細胞的大小和形態(tài),原核細胞原核細胞的基本特點:(1)遺傳的信息量小,遺傳信息載體僅由一個裸露的環(huán)狀DNA構成;(2)細胞內沒有分化具有專門結構與功能的細胞器和細胞核支原
20、體(mycoplasma)是目前發(fā)現最小、最簡單的細胞,直徑只有0.1-0.3μm。它具有的唯一細胞器是核糖體。細菌是原核細胞的典型代表細菌的形態(tài)結構 基本結構:核區(qū)、細胞膜、細胞壁、細胞質、核糖體 特殊結構:莢膜、鞭毛、菌毛,第三節(jié) 原核細胞與真核細胞,真核細胞生物膜系統:質膜、各種獨立、重要的內膜系統。遺傳信息表達結構系統:染色質、核仁、核糖體。細胞骨架系統:胞質骨架(微絲、微管、中間纖維)與核骨架(核基
21、質、核纖層)核糖體與胞質溶膠,原核細胞與真核細胞的比較,特征,原核細胞,真核細胞,,細胞大小細胞核細胞器核糖體染色體內膜系統細胞骨架細胞壁轉錄和翻譯細胞分裂,較?。?~10µm)無核仁和核膜無(除核糖體外)70S(50S+30S)只有一條DNA,DNA裸露不與組蛋白和酸性蛋白結合,染色體為單數。無無主要組分為肽聚糖出現在同一時間和地點(細胞質中)無絲分裂,較大(10~100 µ
22、;m),有核仁和核膜,有各種細胞器,80S(60S+40S),有幾條DNA,DNA與組蛋白和酸性蛋白結合,有若干對染色體。,復雜,有微管,微絲等,主要組分為纖維素,,,出現在不同時間和地點(轉錄在核內,翻譯在細胞質中),有絲分裂和減數分裂,,,,,第三章 細胞膜與物質的跨膜運輸,膜脂生物膜基本骨架膜蛋白多種方式與脂雙層結合膜糖共價結合與質膜表面,,,,,磷脂膽固醇糖脂,,內在膜蛋白(跨膜蛋白)外在膜蛋白
23、(外周蛋白)脂錨定蛋白(脂連接蛋白),,與脂類結合- 糖脂與蛋白結合- 糖蛋白,細胞膜的基本骨架,細胞膜的特征:細胞膜具有不對稱性、流動性細胞膜的分子結構模型:流動鑲嵌模型——生物膜是由流動的脂質雙分子層構成膜的連續(xù)主體。球形的膜蛋白以各種形式鑲嵌在脂質雙分子層中。,主動運輸,,小分子物質的跨膜運輸,載體蛋白和通道蛋白的異同?通道蛋白(離子通道、門控通道)的種類?主動運輸和被動運輸的特點?,,離子泵直接驅動的主動運輸,離子濃
24、度驅動的協同運輸,胞吞作用的形式: 吞噬作用 胞飲作用 受體介導的內吞作用,大分子和顆粒物質的跨膜運輸,,,,第五章 細胞內膜系統與囊泡運輸,,核糖體附著的支架新生多肽的折疊裝配蛋白質的糖基化蛋白質的胞內運輸,,脂類合成和轉運解毒作用糖原代謝貯積鈣離子胃酸、膽汁的合成,內質網,葡萄糖-6-磷酸酶,普遍存在于內質
25、網,被認為是標志酶,蛋白質轉入內質網合成的過程:信號肽與SRP結合→肽鏈延伸暫?!鶶RP與受體結合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內質網上繼續(xù)合成,同時信號肽引導新生肽鏈進入內質網腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止→ 核糖體大小亞基解聚,結構:扁平囊泡、小囊泡、大囊泡極性:順面高爾基網狀結構、高爾基中間膜囊、 反面高爾基網狀結構功能: 高爾基復合體是細胞內蛋白質運輸分泌的中轉站 高爾基復合體是胞內物質加工合
26、成的重要場所(糖蛋白的 加工與合成、蛋白質的水解加工) 高爾基復合體是胞內蛋白質的分選和膜泡定向運輸的樞紐,高爾基復合體,高爾基體的標志酶為糖基轉移酶,溶酶體以其功能狀態(tài)的不同可區(qū)分為初級溶酶體、次級(自噬、異噬)溶酶體、三級溶酶體溶酶體以其形成過程的不同可區(qū)分為兩大類型:內體性溶酶體、吞噬性溶酶體,溶酶體,功能:分解胞內的外來物質及清除衰老、殘損的細胞器;具有物質消化和營養(yǎng)功能;是機體防御保護功能的組成部分;參與某些
27、腺體組織細胞分泌過程的調節(jié);在生物個體發(fā)育過程中起重要作用,酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶,酶類組成:氧化酶類、過氧化氫酶類、過氧化物酶類功能: 清除細胞代謝過程中產生的過氧化氫及其他毒性物質 有效調節(jié)細胞氧張力 參與細胞內脂肪酸等分子物質的分解轉化,過氧化物酶體,過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志性酶,囊泡與囊泡轉運,第六章 線粒體,超微結構:外膜、內膜、內外膜轉位接觸點、基質、基粒,線粒體的遺傳體系,核編碼蛋白質向線粒體的轉運,細
28、胞骨架(cytoskeleton):是指真核細胞質中的蛋白質纖維網架體系。包括微管、微絲、中間纖維(一)微管結構:,第七章 細胞骨架,微管的裝配主要表現為動態(tài)不穩(wěn)定性(dynamic instability),即增長的微管末端有微管蛋白-GTP帽,在微管組裝期間或組裝后GTP被水解成GDP,從而使GDP-微管蛋白成為微管的主要成分。微管蛋白-GDP帽及短小的微管原纖維從微管末端脫落則使微管解聚。,裝配動力學:,微管的功能:支持和
29、維持細胞的形態(tài);參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成;參與細胞內物質運輸;維持細胞器胞內定位;參與染色體運動,調節(jié)細胞分裂;參與胞內信號轉導。,,微管組織中心,(二)微絲:肌動蛋白絲裝配模型踏車模型:微絲裝配時,肌動蛋白添加的速率等于解離的速率時,微絲凈長度不變非穩(wěn)態(tài)動力學模型:ATP是調節(jié)微絲組裝的動力學不穩(wěn)定性的主要因素。,肌動蛋白、ATP、 Na+、K+離子細胞松弛素B:破壞微絲組裝。鬼筆環(huán)肽:抑制微絲解聚。,微絲的功能:構成
30、細胞的支架、支持細胞的形態(tài);參與細胞運動;參與細胞分裂;參與肌肉收縮;參與胞內物質運輸;參與胞內信號傳遞,中間纖維的功能:在細胞內形成完整的網狀骨架系統;為細胞提供機械強度支持;參與細胞連接;參與胞內信息傳遞及物質運輸;維持細胞核膜穩(wěn)定;參與細胞分化,中間纖維單體,,?-螺旋桿狀區(qū),非螺旋區(qū),頭部(N-端)、尾部(C-端),310個氨基酸殘基組成的a螺旋桿部,(三)中間纖維,胞質骨架三種組分的比較,胞質環(huán)、核質環(huán)輻(柱狀亞單位、
31、 腔內亞單位、環(huán)帶亞單位)中央栓,一、核膜,結構 :①外核膜 ②內核膜 ③核周間隙 ④核孔,第八章 細胞核,核孔復合體的捕魚籠式結構模型:,,核定位信號介導親核蛋白入核,二、染色質與染色體組成:DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA常染色質和異染色質染色質組裝成染色體染色體結構: 著絲粒、主縊痕、 次縊痕、端粒、隨體,核小體結構,三、核仁結構組分:纖維中心、致密纖維組分、顆粒成分功能:r
32、RNA轉錄加工、核糖體大小亞基的組裝,第十、十一章 細胞連接與胞外基質,,無絲分裂:又稱直接分裂,由Remark(1841)發(fā)現于雞胚血細胞,不涉及紡錘體形成及染色體變化 。有絲分裂又稱為間接分裂,由Fleming(1882)年首次發(fā)現于動物,Strasburger(1880)發(fā)現于植物。減數分裂(meiosis):染色體復制一次,細胞連續(xù)分裂兩次。,第十三章 細胞分裂與細胞周期,根據細胞形態(tài)結構的變化,有絲分裂期被人為劃分為四個時
33、期: 前期(prophase);中期(metaphase); 后期(anaphase); 末期(telophase)。 核分裂及胞質分裂,特點:① 染色質凝縮;② 分裂極確立與紡錘體開始形成;③ 核仁解體;④ 核膜消失。,所有染色體排列到赤道面上。有絲分裂器形成,減數分裂由連續(xù)兩次核分裂,所以將該過程劃分為減數分裂Ⅰ和減數分裂Ⅱ。減數分裂Ⅰ過程中分離的是同源染色體,所以稱為異型分裂(heterotypic
34、division)或減數分裂(reductional division)。減數分裂Ⅱ過程中分離的是姊妹染色體,類似于有絲分裂,所以稱為同型分裂(homotypic division)或均等分裂(equational division)。,細線期(leptotene),偶線期(zygotene),粗線期(pachytene),雙線期(diplotene),終變期(diakinesis),減數分裂前期Ⅰ各個時期,,,概念:由單個受精卵產生
35、的細胞,在形態(tài)結構、生化組成和功能等方面均有明顯的差異,形成這種穩(wěn)定的差異的過程稱為細胞分化。細胞決定細胞去分化與轉分化細胞分化的時空特異性,第十四章 細胞分化,細胞衰老的概念:細胞在正常條件下發(fā)生的細胞生理功能衰退和增殖能力的減弱,以及細胞形態(tài)發(fā)生改變并趨向死亡的現象。形態(tài)學改變 生物大分子的改變,第十五章 細胞衰老與細胞死亡,細胞死亡,,,1 名詞
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