细胞生物学概述

1,医学细胞生物学MedicalCellBiology,MedicalCellBiology,2,19世纪自然科学的三大发明,细胞学说达尔文进化论能量转化与守恒定律,细胞生物学发展简史,MedicalCellBiology,3,细胞生物学发展简史,细胞生物学发展过程（四个时期）,细胞学说的创立细胞学的经典时期实验细胞学的发展细胞生物学的兴起,MedicalCellBiology,4,1665年-英国-物理学家-胡克（RobertHooke）软木（栎树皮）-细胞（cell）,细胞学说的创立,MedicalCellBiology,5,1675年-列文胡克（A.V.Leewenhook）-放大镜,18381839年德国植物学家M.J.Schleiden和动物学家T.Schwann细胞学说(celltheory)细胞学说(celltheory)：一切生物从单细胞到高等动、植物都是由细胞组成；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。,MedicalCellBiology,6,从19世纪中叶20世纪初叶显微镜下的形态描述,细胞学的经典时期,MedicalCellBiology,7,实验细胞学的发展,20世纪初叶20世纪中叶，细胞学的研究从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究。1900年孟德尔遗传法则重新发现；1926年摩尔根基因论一书出版；1924年Feulgen首创核染色反应Feulgen染色法DNA,MedicalCellBiology,8,细胞生物学的兴起,20世纪50年代开始分子水平上研究细胞的结构和功能1941年Beadle和Taun提出：一个基因一个酶的理论1953年Watson和Crick提出:DNA双螺旋结构模型1958年Meselson提出:DNA半保留复制1958年克里克提出：中心法则细胞学cytology细胞生物学cellbiology细胞分子生物学cellandmolecularbiology,MedicalCellBiology,9,MedicalCellBiology,10,什么是医学细胞生物学？,概念:以细胞生物学CellBiology和分子生物学MolecularBiology为基础，探索研究人体细胞发生、发育、增殖、衰老、死亡的生命活动规律以及发病机理和防治的科学。研究对象：人体细胞,MedicalCellBiology,11,细胞生物学CellBiology,概念：利用现代技术与方法从细胞整体，超微结构，分子等水平上研究细胞基本生命活动规律的科学。研究内容:包括细胞结构与功能，细胞增殖，分化，衰老与凋亡，细胞信号传递，真核基因表达与调控，细胞起源与进化。,MedicalCellBiology,12,细胞生物学的主要分支,分支,细胞形态学cytomorphology细胞生理学cytophysiology细胞遗传学cytogenetics细胞化学cytochemistry分子细胞学molecularcytology细胞病理学cytopathology,MedicalCellBiology,13,分子生物学MolecularBiology,结构分子生物学在分子水平上研究生命物质的结构和功能。分子遗传学研究细胞中遗传信息DNA，基因的结构、功能、代谢、传递、突变及其调控,MedicalCellBiology,14,为什么学习医学细胞生物学？,医学专业知识学习的需要现代生物学科学发展的规律21世纪生命科学发展的需要,MedicalCellBiology,15,医学专业知识学习的需要,医学:以保护和增进人类健康、预防和治疗疾病为研究内容的科学。医学知识人体的正常结构与生理功能疾病的知识,MedicalCellBiology,16,细胞生物学与医学科学的关系,（一）细胞生物学是现代医学的重要基础理论,（二）现代医学重要课题的研究将依赖于细胞生物学的更深入发展,（三）细胞生物学技术广泛应用于医学实践,MedicalCellBiology,17,（一）细胞生物学是现代医学的重要基础理论,首先：基础医学各科都是以细胞为研究基础，以细胞生物学为理论指导。其次：细胞生物学也是临床医学有关学科的重要基础之一。现代医学已发展到从细胞与分子水平来认识、预防及诊治疾病。,MedicalCellBiology,18,传染病与感染性疾病：解释种属与器官的选择性病原体（细胞）感染细胞之间的识别与粘附。遗传病：基因及染色体的异常或缺失。,认识疾病的病因及发病机制：,MedicalCellBiology,19,（二）现代医学重要课题的研究将依赖于细胞生物学的更深入发展,脑的奥秘肿瘤防治器官移植,心脑血管疾病的防治艾滋病防治衰老与长寿,重大前沿课题，如：,都离不开细胞生物学的研究,肿瘤：是细胞病体细胞的遗传性疾病。心、脑血管病：脉管内皮细胞、平滑肌细胞及细胞外基质的异常，以及血小板与内皮细胞的粘附异常。免疫病：免疫细胞异常及免疫应答紊乱。退行性病变：细胞变性、衰老或死亡，细胞外基质成分异常。创伤修复：上皮细胞、成纤维细胞及内皮细胞的协同作用。,MedicalCellBiology,21,（三）细胞生物学技术广泛应用于医学实践,病理诊断：细胞病理学、细胞化学、细胞免疫组化等血清诊断：单克隆抗体（来自于杂交瘤细胞）基因及染色体诊断：原位杂交(insituhybrization)、体外基因扩增技术或称聚合酶链反应(polymerasechainreactionPCR)、,疾病的诊断：,MedicalCellBiology,22,基因治疗：遗传病、肿瘤等细胞移植：糖尿病、老年性痴呆及肿瘤镇痛等组织工程：体外培养、构建含特定细胞的组织块进行移植，如：骨、软骨、角膜、心肌及肝移植人工细胞：人工包封多酶体系人工肝细胞治疗急性肝功能衰竭以包封的猪肝细胞作为人工肝肿瘤的导向治疗：以针对肿瘤细胞表面抗原的抗体与具有对肿瘤细胞杀伤性的物质（核素、毒素、药物）进行偶联。,疾病的治疗：,MedicalCellBiology,23,如何学好细胞生物学？,用进化的观点用动态的观点科学研究的态度分析与综合的方法,MedicalCellBiology,24,细胞概述,MedicalCellBiology,25,一、细胞是生命活动的最基本单位,二、细胞的形态和大小,四、细胞的基本知识,三、细胞的类型和结构,内容,MedicalCellBiology,26,一、细胞是生命活动的最基本单位,细胞是构成有机体的基本单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是有机体生长发育的基础。细胞是遗传的基本单位。细胞是生命起源与进化的基本单位。,MedicalCellBiology,27,二、细胞的形态和大小,细胞的形态：,MedicalCellBiology,28,细胞的大小,MedicalCellBiology,29,细胞的核与质之间有一定的比例关系：核-质比值（NP=Vn/(Vc-Vn)）细胞的比面值（相对表面积）:I=S/V,MedicalCellBiology,30,细胞的数目,MedicalCellBiology,31,细胞体积的最小极限,一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能：细胞膜、DNA与RNA、核糖体催化酶:100种酶促反应所需的空间：直径，50nm每个核糖体的直径1020nm.一个细胞体积的最小极限直径100nm。支原体是最小、最简单的细胞。,MedicalCellBiology,32,三、细胞的类型和结构,原核细胞基本结构支原体、细菌真核细胞的基本结构生物膜系统遗传信息表达结构系统细胞骨架系统原核细胞与真核细胞的比较,MedicalCellBiology,33,原核细胞ProkaryoticCell,原核细胞：没有典型的细胞核，即没有核膜将他的遗传物质与细胞质分隔开。特点：遗传的信息量小，遗传信息的载体仅有一个环状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。,MedicalCellBiology,34,原核细胞,原核细胞的特征：细胞体积较小，直径0.2-10um。进化地位较低，约在35亿年前在地球上出现。在地球上分布及适应性较强。原核细胞的代表:支原体细菌、蓝藻,MedicalCellBiology,35,最小的、最简单的细胞支原体,支原体：mycoplast.。最小的、最简单的细胞。分裂方式：一分为二寄生于细胞内繁殖。形态多变。其DNA可指导合成700种蛋白质。,.,细胞质,细胞膜,DNA,核糖体,RNA,内含物,MedicalCellBiology,36,原核细胞的代表细菌,细菌的结构：细胞壁细胞膜中膜体DNA复制的支点荚膜细胞壁表面的粘液物质鞭毛DNA核糖体,MedicalCellBiology,37,细胞壁,鞭毛,细胞膜,核糖体,DNA,中膜体,蛋白质颗粒,细胞质,RNA,细菌模式图,MedicalCellBiology,38,原核细胞的代表蓝藻,蓝藻：蓝细菌最简单的植物自养类型能进行类似光合作用无叶绿体,MedicalCellBiology,39,真核细胞EukaryoticCell,真核细胞:具有以核膜、核质和核仁等完整结构的细胞。真核细胞的基本结构体系：生物膜系统遗传信息表达系统细胞骨架系统,MedicalCellBiology,40,真核细胞动物细胞的结构,MedicalCellBiology,41,细胞器,细胞器：真核细胞中具有一定形状并独立完成一定功能的精细结构，包括膜相结构与非膜相结构。膜相结构，真核细胞中以生物膜为基础形成的结构，细胞膜、线粒体、高尔基体、内质网、溶酶体、核膜。非膜相结构，包括核糖体、微管、微丝、中等纤维、细胞核中的染色质、核仁等。,MedicalCellBiology,42,原核细胞与真核细胞的区别,区别：细胞内部结构与职能的分工。核与质质内的细胞器遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。真核细胞内的骨架系统。真核细胞体积的增大。,MedicalCellBiology,43,MedicalCellBiology,44,四、细胞的基本知识,细胞的基本组成：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、单糖、脂肪酸生物大分子核酸、蛋白质、脂质、多糖类结构体系生物膜体系、遗传信息的复制与表达体系、骨架体系,MedicalCellBiology,45,细胞的化学组成,小分子物质:无机化合物水无机盐有机化合物碳化合物糖脂肪酸氨基酸核苷酸,生物大分子：核酸DNARNA蛋白质酶,MedicalCellBiology,46,糖(sugar),葡萄糖分子,C6H12O2+6O26CO2+6H2O+能量(ATP),MedicalCellBiology,47,脂(lipids),脂肪酸的结构:直链脂族烃有机酸一般含一个羧基CH3(CH2)nCOOH疏水碳氢链，亲水羧基基团功能：构成膜的脂质双分子层,MedicalCellBiology,48,氨基酸(aminoacid),氨基酸分子结构式：,概述：自然界有300种组成蛋白质的20种L-氨基酸，无种属差别分类：酸性氨基酸碱性氨基酸中性、极性氨基酸非极性氨基酸,MedicalCellBiology,49,核苷酸(nucleotide),核酸的基本单位组成:戊糖+含胆碱基核苷+H2O核苷磷酸核苷酸H2O戊糖核糖，脱氧核糖含氮碱基胞嘧啶（C）；胸腺嘧啶（T）；尿嘧啶(U)；腺嘌呤(A)；鸟嘌呤(G),MedicalCellBiology,50,蛋白质（protein),蛋白质的结构蛋白质的功能,MedicalCellBiology,51,蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构：多肽链中氨基酸的排列顺序。若蛋白质分子中有二硫键存在，以及结构也包括二硫键在分子中的数目与定位。,MedicalCellBiology,52,蛋白质分子的空间结构,又称立体结构、三维结构（3D）或构象。与蛋白质分子的功能密切相关。包括蛋白质的二、三、四级结构,MedicalCellBiology,53,-螺旋（-helix)右手螺旋存在于球形蛋白分子-折叠(-pleatedsheet)免疫球蛋白轻链富含缬氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸易形成,-helix,蛋白质的二级结构,MedicalCellBiology,54,蛋白质的三级结构：,在二级结构的基础上由氨基酸残基侧链相互作用而使多肽链进一步盘旋折叠形成特定的三维构象。参与维系结构的有氢键、离子键、疏水键等。,MedicalCellBiology,55,蛋白质的四级结构,由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质，每个独立肽链的三级结构称为亚单位，几个亚单位之间通过氢键等化学键引力相互作用形成更为复杂的空间结构，称为四级结构。,MedicalCellBiology,56,蛋白质的功能,生命的物质基础细胞、组织的结构成分。参与机体的一切生理活动。催化功能、运输功能、肌肉收缩、激素调节、防御功能、生长控制等。,MedicalCellBiology,57,核酸NucleicAcid,核酸的化学组成及分子结构核酸的种类,MedicalCellBiology,58,核酸的化学组成,核酸的基本单位:核苷酸：磷酸、戊糖、含氮碱基戊糖：核糖、脱氧核糖碱基：A、T、G、C核酸的种类DNARNA,MedicalCellBiology,59,MedicalCellBiology,60,DNA(DeoxyribonucleicAcid),DNA的结构磷酸二酯键双螺旋，华生克里克模型:磷酸戊糖骨架向外核苷向内AT氢键联接GC氢键联接DNA的功能：携带细胞生命活动的全部信息复制：半保留,MedicalCellBiology,61,Watson&Crick1953年,MedicalCellBiology,62,RNARibonucleicAcid,基本结构：4种核苷酸35磷酸二酯键核糖在2位有羟基大部分为直线结构，部分区域有折叠。,功能：遗传信息的传递体、贮存体。具有酶的功能。启动DNA复制的引物。参与调节基因的表达。与蛋白质结合产生特别功能。,MedicalCellBiology,63,MedicalCellBiology,64,MedicalCellBiology,65,RNA的分类,mRNA（信使核糖核酸）tRNA（转运核糖核酸）rRNA（核糖体核糖核酸),MedicalCellBiology,66,mRNA,MedicalCellBiology,67,tRNA,MedicalCellBiology,68,rRNA,MedicalCellBiology,69,DNAProtein,MedicalCellBiology,70,细胞生物学研究方法,MedicalCellBiology,71,细胞生物学研究方法,细胞的观察方法：显微镜技术细胞化学、细胞及其组分的分离技术活细胞研究方法：细胞培养技术、绿色荧光蛋白技术细胞工程：细胞融合与单克隆抗体技术，杂交细胞的筛选与培养，杂交细胞遗传表现型的控制，淋巴细胞杂交瘤技术,以动态的结构与功能统一的观点研究细胞的生命活动及其物质基础。,MedicalCellBiology,72,细胞形态结构的观察方法,光学显微镜技术LightMicroscopy普通光学显微镜荧光显微镜FluorescenceMicroscopy激光扫描共聚焦显微镜,MedicalCellBiology,73,MedicalCellBiology,74,人宫颈癌磷状上皮细胞743,MedicalCellBiology,75,细胞形态结构的观察方法,电子显微镜ElectronMicroscopy透射电子显微镜TransmissionElectronMicroscopy扫描电子显微镜ScanningElectronMicroscopy,MedicalCellBiology,76,