緒論_細胞概述

1、1,醫(yī)學細胞生物學 Medical Cell Biology,首都醫(yī)科大學細胞生物學系,參考教材,醫(yī)學細胞生物學 安威主編 北京大學醫(yī)學出版社2009醫(yī)學細胞生物學 周柔麗主編 北京大學醫(yī)學出版社2006細胞生物學 翟中和主編 高等教育出版社2000Alberts B., et al. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. New York: Published by Garland S

2、cience, a member of the Taylor & Francix Group, 2002Lodich H., et al. Molecular Cell Biology. 5th ed. New York: Published by W.H. Freeman and Company, 2004,,2,Medical Cell Biology,,3,Medical Cell Biology,,4,Medical

3、Cell Biology,緒 論,5,Medical Cell Biology,6,Medical Cell Biology,細胞生物學發(fā)展簡史,細胞生物學發(fā)展過程（四個時期）,,細胞學說的創(chuàng)立細胞學的經(jīng)典時期實驗細胞學的發(fā)展細胞生物學的興起,7,Medical Cell Biology,1665年-英國-物理學家-胡克（Robert Hooke）軟木（櫟樹皮）-細胞（cell）,細胞學說的創(chuàng)立,8,Medical Cell B

4、iology,1675年-列文胡克（A.V.Leewenhook）-放大鏡,1838~1839年德國植物學家 M.J.Schleiden 和 動物學家T.Schwann —— 細胞學說 (cell theory) 細胞學說 (cell theory)：一切生物從單細胞到高等動、植物都是由細胞組成；細胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動的基本單位。,9,Medical Cell Biology,從19世紀中葉——20世紀初葉——顯微鏡下

5、的形態(tài)描述,細胞學的經(jīng)典時期,10,Medical Cell Biology,實驗細胞學的發(fā)展,20世紀初葉—20世紀中葉，細胞學的研究從形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察深入到生理功能、生物化學、遺傳發(fā)育機理的研究。1900年孟德爾遺傳法則重新發(fā)現(xiàn)；1926年摩爾根《基因論》一書出版；1924年 Feulgen 首創(chuàng)核染色反應—Feulgen染色法——DNA,11,Medical Cell Biology,細胞生物學的興起,20世紀50年代開始分子

6、水平上研究細胞的結(jié)構(gòu)和功能1941年Beadle 和 Taun提出：《一個基因一個酶》的理論1953年Watson 和Crick提出: DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1958年Meselson提出: DNA半保留復制1958年克里克提出：中心法則細胞學cytology→細胞生物學cell biology→細胞分子生物學cell and molecular biology,12,Medical Cell Biology,,13,Med

7、ical Cell Biology,什么是醫(yī)學細胞生物學？,概念: 以細胞生物學 [Cell Biology] 和分子生物學［Molecular Biology]為基礎，探索研究人體細胞發(fā)生、發(fā)育、增殖、衰老、死亡的生命活動規(guī)律以及發(fā)病機理和防治的科學。研究對象：人體細胞,14,Medical Cell Biology,細胞生物學 Cell Biology,概念： 利用現(xiàn)代技術(shù)與方法從細胞整體，超微結(jié)構(gòu)，分子等水平上研

8、究細胞基本生命活動規(guī)律的科學。 研究內(nèi)容: 包括細胞結(jié)構(gòu)與功能，細胞增殖，分化，衰老與凋亡，細胞信號傳遞，真核基因表達與調(diào)控，細胞起源與進化。,15,Medical Cell Biology,細胞生物學的主要分支,分支,細胞形態(tài)學 cytomorphology細胞生理學 cytophysiology細胞遺傳學 cytogenetics細胞化學 cytochemistry分子細胞學 molecular cytol

9、ogy細胞病理學 cytopathology,,16,Medical Cell Biology,分子生物學 Molecular Biology,結(jié)構(gòu)分子生物學在分子水平上研究生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。分子遺傳學研究細胞中遺傳信息［DNA，基因］的結(jié)構(gòu)、功能、代謝、傳遞、突變及其調(diào)控,,17,Medical Cell Biology,為什么學習醫(yī)學細胞生物學？,醫(yī)學專業(yè)知識學習的需要現(xiàn)代生物學科學發(fā)展的規(guī)律21世紀生命科學發(fā)展的

10、需要,18,Medical Cell Biology,醫(yī)學專業(yè)知識學習的需要,醫(yī)學: 以保護和增進人類健康、預防和治療疾病為研究內(nèi)容的科學。醫(yī)學知識人體的正常結(jié)構(gòu)與生理功能疾病的知識,19,Medical Cell Biology,,細胞生物學與醫(yī)學科學的關系,（一）細胞生物學是現(xiàn)代醫(yī)學的重要基礎理論,（二）現(xiàn)代醫(yī)學重要課題的研究將依賴于細胞生物學的更深入發(fā)展,（三）細胞生物學技術(shù)廣泛應用于醫(yī)學實踐,20,Medical

11、 Cell Biology,（一）細胞生物學是現(xiàn)代醫(yī)學的重要基礎理論,首先：基礎醫(yī)學各科都是以細胞為研究基礎，以細胞生物學為理論指導。 其次：細胞生物學也是臨床醫(yī)學有關學科的重要基礎之一。 現(xiàn)代醫(yī)學已發(fā)展到從細胞與分子水平來認識、預防及診治疾病。,21,Medical Cell Biology,傳染病與感染性疾?。?解釋種屬與器官的選擇性－病原體（細胞）感染細胞之間的識別與粘附。遺傳病：

12、 基因及染色體的異常或缺失。,? 認識疾病的病因及發(fā)病機制：,22,Medical Cell Biology,（二）現(xiàn)代醫(yī)學重要課題的研究將依賴于細胞生物學的更深入發(fā)展,腦的奧秘腫瘤防治器官移植,心腦血管疾病的防治艾滋病防治衰老與長壽,重大前沿課題，如：,都離不開細胞生物學的研究,23,Medical Cell Biology,腫瘤： 是細胞?。w細胞的遺傳性疾病。心、腦血管?。?

13、 脈管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞及細胞外基質(zhì)的異 常，以及血小板與內(nèi)皮細胞的粘附異常。 免疫?。?免疫細胞異常及免疫應答紊亂。退行性病變： 細胞變性、衰老或死亡，細胞外基質(zhì)成分異常。創(chuàng)傷修復： 上皮細胞、成纖維細胞及內(nèi)皮細胞的協(xié)同作用。,24,Medical Cell Biology,（三）細胞生物學技術(shù)廣泛應用于醫(yī)學實踐,病理診斷： 細胞病理學、細胞化學、細胞免疫組化

14、等血清診斷： 單克隆抗體（來自于雜交瘤細胞）基因及染色體診斷： 原位雜交(in situ hybrization)、 體外基因擴增技術(shù)或稱聚合酶鏈反應 (polymerase chain reactionPCR)、,? 疾病的診斷：,25,Medical Cell

15、Biology,基因治療： 遺傳病、腫瘤等 細胞移植： 糖尿病、老年性癡呆及腫瘤鎮(zhèn)痛等 組織工程： 體外培養(yǎng)、構(gòu)建含特定細胞的組織塊進行 移植， 如：骨、軟骨、角膜、心肌及肝移植 人工細胞： 人工包封多酶體系－人工肝細胞治療急性肝功能 衰竭以包封的豬肝細胞作為人工肝腫瘤的導向治療：以針對腫瘤細胞表面抗原的抗體與具有對腫

16、 瘤細胞殺傷性的物質(zhì)（核素、毒素、藥物）進行 偶聯(lián)。,? 疾病的治療：,26,Medical Cell Biology,如何學好細胞生物學？,用進化的觀點用動態(tài)的觀點科學研究的態(tài)度分析與綜合的方法,27,Medical Cell Biology,細胞概述,28,Medical Cell Biology,一、細胞是生命活動的最基本單位,二、細

17、胞的形態(tài)和大小,四、細胞的基本知識,三、細胞的類型和結(jié)構(gòu),內(nèi)容,,,,,,29,Medical Cell Biology,一、細胞是生命活動的最基本單位,細胞是構(gòu)成有機體的基本單位。細胞是代謝與功能的基本單位。細胞是有機體生長發(fā)育的基礎。細胞是遺傳的基本單位。細胞是生命起源與進化的基本單位。,30,Medical Cell Biology,細胞是構(gòu)成有機體的基本單位,31,Medical Cell Biology,二、細胞的形態(tài)

18、和大小,細胞的形態(tài)：,32,Medical Cell Biology,細胞的大小,33,Medical Cell Biology,細胞的核與質(zhì)之間有一定的比例關系： 核-質(zhì)比值（NP=Vn/(Vc-Vn)）細胞的‘比面值’（相對表面積）:I=S/V,34,Medical Cell Biology,,細胞的數(shù)目,35,Medical Cell Biology,細胞體積的最小極限,一個細胞生存與增殖必須具備的結(jié)構(gòu)裝置與機能：細胞膜

19、、DNA與RNA、核糖體催化酶: 100種酶促反應所需的空間：直徑，50nm每個核糖體的直徑10－20nm.一個細胞體積的最小極限直徑100nm。支原體是最小、最簡單的細胞。,,36,Medical Cell Biology,三、細胞的類型和結(jié)構(gòu),原核細胞基本結(jié)構(gòu)支原體、細菌真核細胞的基本結(jié)構(gòu)生物膜系統(tǒng)遺傳信息表達結(jié)構(gòu)系統(tǒng)細胞骨架系統(tǒng)原核細胞與真核細胞的比較,37,Medical Cell Biology,原核細胞

20、 Prokaryotic Cell,原核細胞：沒有典型的細胞核，即沒有核膜將他的遺傳物質(zhì)與細胞質(zhì)分隔開。特點：遺傳的信息量小，遺傳信息的載體僅有一個環(huán)狀DNA構(gòu)成。細胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細胞器和細胞核膜。,38,Medical Cell Biology,原核細胞,原核細胞的特征：細胞體積較小，直徑0.2-10um。進化地位較低，約在35億年前在地球上出現(xiàn)。在地球上分布及適應性較強。原核細胞的代

21、表:支原體細菌、藍藻,39,Medical Cell Biology,最小的、最簡單的細胞－支原體,支原體：mycoplast.。最小的、最簡單的細胞。分裂方式：一分為二寄生于細胞內(nèi)繁殖。形態(tài)多變。其DNA可指導合成700種蛋白質(zhì)。,,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,細胞質(zhì),細胞膜,DNA,核糖體,RNA,,,,,,內(nèi)含物,40,Medical Cell Biology,原核細胞的代

22、表－細菌,細菌的結(jié)構(gòu)：細胞壁細胞膜中膜體DNA復制的支點莢膜細胞壁表面的粘液物質(zhì)鞭毛DNA核糖體,41,Medical Cell Biology,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,細胞壁,,,,鞭毛,,細胞膜,,核糖體,,DNA,,中膜體,,蛋白質(zhì)顆粒,,細胞質(zhì),,RNA,細菌模式圖,42,Medical Cell Biology,原核細胞的代表－藍藻,藍藻：藍細菌最簡單的植物自養(yǎng)類型能進行

23、類似光合作用無葉綠體,43,Medical Cell Biology,真核細胞 Eukaryotic Cell,真核細胞:具有以核膜、核質(zhì)和核仁等完整結(jié)構(gòu)的細胞。真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系：生物膜系統(tǒng)遺傳信息表達系統(tǒng)細胞骨架系統(tǒng),44,Medical Cell Biology,真核細胞－－動物細胞的結(jié)構(gòu),45,Medical Cell Biology,細胞器,細胞器：真核細胞中具有一定形狀并獨立完成一定功能的精細結(jié)構(gòu)，包括膜相

24、結(jié)構(gòu)與非膜相結(jié)構(gòu)。膜相結(jié)構(gòu)，真核細胞中以生物膜為基礎形成的結(jié)構(gòu)，細胞膜、線粒體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、核膜。非膜相結(jié)構(gòu)，包括核糖體、微管、微絲、中等纖維、細胞核中的染色質(zhì)、核仁等。,46,Medical Cell Biology,原核細胞與真核細胞的區(qū)別,區(qū)別：細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)與職能的分工。核與質(zhì)質(zhì)內(nèi)的細胞器遺傳信息量與遺傳裝置的擴增與復雜化。真核細胞內(nèi)的骨架系統(tǒng)。真核細胞體積的增大。,47,Medical Cell B

25、iology,,48,Medical Cell Biology,四、細胞的基本知識,細胞的基本組成：元素C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、Cl、Mg生物小分子核苷酸、氨基酸、單糖、脂肪酸生物大分子核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖類結(jié)構(gòu)體系生物膜體系、遺傳信息的復制與表達體系、骨架體系,49,Medical Cell Biology,細胞的化學組成,小分子物質(zhì):無機化合物水無機鹽有機化合物碳化合物糖脂肪酸

26、氨基酸核苷酸,生物大分子：核酸DNARNA蛋白質(zhì)酶,50,Medical Cell Biology,單糖(sugar),葡萄糖分子,C6H12O2 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量 (ATP),,51,Medical Cell Biology,脂(lipids),脂肪酸的結(jié)構(gòu):直鏈脂族烴有機酸一般含一個羧基CH3(CH2)n COOH疏水碳氫鏈，親水羧基基團功能：構(gòu)成膜的脂質(zhì)雙分子層,5

27、2,Medical Cell Biology,氨基酸(amino acid),氨基酸分子結(jié)構(gòu)式：,概述：自然界有300種組成蛋白質(zhì)的20種 L-氨基酸，無種屬差別分類：酸性氨基酸堿性氨基酸中性、極性氨基酸非極性氨基酸,53,Medical Cell Biology,核苷酸 (nucleotide),核酸的基本單位組成:戊糖+含膽堿基 核苷+H2O核苷＋磷酸 核苷

28、酸＋H2O戊糖核糖，脫氧核糖含氮堿基胞嘧啶（C）；胸腺嘧啶（T）； 尿嘧啶(U)；腺嘌呤(A)；鳥嘌呤(G),,,54,Medical Cell Biology,蛋白質(zhì)（protein),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能,55,Medical Cell Biology,蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：多肽鏈中氨基酸的排列順序。若蛋白質(zhì)分子中有二硫鍵存在，以及結(jié)構(gòu)也包括二硫鍵在分子中的數(shù)目與定位。,56,Medical Cell

29、 Biology,蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu),又稱立體結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)（3D）或構(gòu)象。與蛋白質(zhì)分子的功能密切相關。包括蛋白質(zhì)的二、三、四級結(jié)構(gòu),57,Medical Cell Biology,α-螺旋（α-helix)右手螺旋存在于球形蛋白分子β-折疊(β-pleated sheet) 免疫球蛋白輕鏈 富含纈氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸 易形成,α - helix,蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),58,Medical Cell Biol

30、ogy,蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：,在二級結(jié)構(gòu)的基礎上由氨基酸殘基側(cè)鏈相互作用而使多肽鏈進一步盤旋折疊形成特定的三維構(gòu)象。參與維系結(jié)構(gòu)的有氫鍵、離子鍵、疏水鍵等。,59,Medical Cell Biology,蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),由兩條或兩條以上多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，每個獨立肽鏈的三級結(jié)構(gòu)稱為亞單位，幾個亞單位之間通過氫鍵等化學鍵引力相互作用形成更為復雜的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)。,60,Medical Cell Biology,蛋白質(zhì)的功能,生命

31、的物質(zhì)基礎細胞、組織的結(jié)構(gòu)成分。參與機體的一切生理活動。催化功能、運輸功能、肌肉收縮、激素調(diào)節(jié)、防御功能、生長控制等。,61,Medical Cell Biology,核酸 Nucleic Acid,核酸的化學組成及分子結(jié)構(gòu)核酸的種類,62,Medical Cell Biology,核酸的化學組成,核酸的基本單位:核苷酸：磷酸、戊糖、含氮堿基戊糖：核糖、脫氧核糖堿基：A、T、G、C核酸的種類DNARNA,63,Me

32、dical Cell Biology,64,Medical Cell Biology,DNA (Deoxyribonucleic Acid),DNA的結(jié)構(gòu) 磷酸二酯鍵α雙螺旋，華生－克里克模型 :磷酸戊糖骨架向外核苷向內(nèi)A－T 氫鍵聯(lián)接 G－C 氫鍵聯(lián)接DNA的功能：攜帶細胞生命活動的全部信息 復制：半保留,65,Medical Cell Biology,Watson & Crick 1

33、953年,66,Medical Cell Biology,RNA ［Ribonucleic Acid］,基本結(jié)構(gòu)：4種核苷酸3’5’磷酸二酯鍵核糖在2’位有羥基大部分為直線結(jié)構(gòu)，部分區(qū)域有折疊。,功能：遺傳信息的傳遞體、貯存體。具有酶的功能。啟動DNA 復制的引物。參與調(diào)節(jié)基因的表達。與蛋白質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生特別功能。,67,Medical Cell Biology,68,Medical Cell Biology,69,Med

34、ical Cell Biology,RNA的分類,mRNA（信使核糖核酸） tRNA（轉(zhuǎn)運核糖核酸） rRNA（核糖體核糖核酸,70,Medical Cell Biology,mRNA,71,Medical Cell Biology,tRNA,72,Medical Cell Biology,rRNA,73,Medical Cell Biology,DNA Protein,,,74,Medi

35、cal Cell Biology,細胞生物學研究方法,75,Medical Cell Biology,細胞生物學研究方法,細胞的觀察方法：顯微鏡技術(shù)細胞化學、細胞及其組分的分離技術(shù)活細胞研究方法：細胞培養(yǎng)技術(shù)、綠色熒光蛋白技術(shù)細胞工程：細胞融合與單克隆抗體技術(shù)，雜交細胞的篩選與培養(yǎng)，雜交細胞遺傳表現(xiàn)型的控制，淋巴細胞雜交瘤技術(shù),以動態(tài)的結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的觀點研究細胞的生命活動及其物質(zhì)基礎。,76,Medical Cell Biolo

36、gy,細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法,光學顯微鏡技術(shù)［Light Microscopy］普通光學顯微鏡熒光顯微鏡［Fluorescence Microscopy］激光掃描共聚焦顯微鏡,77,Medical Cell Biology,78,Medical Cell Biology,人宮頸癌磷狀上皮細胞743,79,Medical Cell Biology,細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法,電子顯微鏡［Electron Microscopy］透射電子

37、顯微鏡［Transmission Electron Microscopy］掃描電子顯微鏡［Scanning Electron Microscopy］,80,Medical Cell Biology,,光鏡與電鏡的區(qū)別,81,Medical Cell Biology,82,Medical Cell Biology,,,,,,,,電鏡下的細胞結(jié)構(gòu),質(zhì)膜,核被膜,核仁,微絨毛,膜皺襞,線粒體,小泡,肝細胞的透射電鏡圖,神經(jīng)母細胞瘤的體外培養(yǎng)

38、細胞的掃描電鏡圖,83,Medical Cell Biology,電鏡下的線粒體,透射電鏡圖,掃描電鏡圖,84,Medical Cell Biology,電 鏡 下 細 胞 核 和 核 仁,85,Medical Cell Biology,細胞凋亡小體,86,Medical Cell Biology,電鏡下的高爾基體,,87,Medical Cell Biology,細胞組分的分析方法,超速離心技術(shù)細胞內(nèi)不同生物大分子的顯色特異蛋白抗

39、原的定位,88,Medical Cell Biology,從機體取出的細胞立即培養(yǎng)稱為原代細胞(primary culture cell)。 將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，以1:2或1:2以上比例擴大培養(yǎng),此培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)(Subculture) 。,細胞培養(yǎng),將從活體中取出的細胞或其它建系細胞在體外進行培養(yǎng)。,89,Medical Cell Biology,,第一個成功地進行體外長期培養(yǎng)的人類細胞——Hela 細胞，來自于子宮頸

40、癌，并延用至今,細胞培養(yǎng),90,Medical Cell Biology,離體條件下觀察和研究細胞生命活動的規(guī)律。培養(yǎng)中的細胞不受體內(nèi)復雜環(huán)境的影響可以人為地改變培養(yǎng)條件，如用物理、化學、生物等作為因素變化。觀察細胞在單因素影響下的生理功能變化。為研究細胞的遺傳性狀改變提供了可行的實驗條件。,細胞培養(yǎng),91,Medical Cell Biology,細胞培養(yǎng),由于細胞長期處在體外培養(yǎng)環(huán)境，生態(tài)變化 產(chǎn)生

41、差異 性狀發(fā)生改變,,,,不可與體內(nèi)細胞性狀等同,92,Medical Cell Biology,思考題,為什么說細胞是一切生命活動的基本單位？最簡單、最小的生命形式是什么？為什么？原核細胞的重要代表是什么？繪圖并標出細菌的各部分名稱。請比較原核細胞與真核細胞差異。,93,Medical Cell Biology,思考題,蛋白質(zhì)的生理功能.DNA的分子結(jié)構(gòu)與功能特點.RNA的種類、結(jié)構(gòu)與