医学细胞生物学绪论 1

第一篇医学细胞生物学绪论,北京大学医学部基础医学院细胞生物学系,医学细胞生物学课程进度表,教材：以课件为主,主要参考书：,关于考试,随堂测试：占10；闭卷考试：占90。考试题型：单选题，名词解释（中英文），论述题,第一章医学细胞生物学绪论,第一节细胞生物学的研究内容第二节细胞生物学的研究方法与技术第三节细胞的基本知识第四节原核细胞与真核细胞第五节细胞生物学的研究热点,细胞是生物有机体的基本结构和功能单位，通过生长、发育、增殖、分化组建成具有高度复杂性和有序性的组织器官系统，体现生、老、病、死等高级生命活动。,一切生命现象的奥秘都要从细胞中找寻答案。,第一节细胞生物学的研究内容,细胞生物学是从细胞水平、亚细胞水平及分子水平研究细胞的形态结构与生命活动的一门科学，与分子生物学相互渗透、相辅相成、共同发展。,基本特征：将细胞的细微结构与分子组装和变化结合起来研究细胞的生命活动规律及其与整体的关系。,医学细胞生物学的研究内容,医学细胞生物学：是从医学角度研究人体细胞的形态结构与生命活动的规律，并探讨疾病发生、发展的细胞与分子机制，为增进健康、预防与诊疗疾病奠定基础；医学细胞生物学在阐明疾病的发病机制及发展新的诊疗手段中具有非常重要的作用，是医学的前沿学科之一。,医学细胞生物学的研究内容：,一、细胞的结构与功能以动态的观点研究整个细胞及其各亚细胞结构的结构与功能；,二、细胞的生命活动增殖、分化、衰老、死亡、运动、信号转导、内吞、外吐和细胞内的运输；,三、细胞的社会性细胞细胞；细胞微环境；细胞整个机体,质膜细胞质内膜系统物质的跨膜运输线粒体细胞骨架细胞核,细胞的基本结构和功能,细胞的基本生命活动,细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞衰老细胞死亡及其调控,细胞的社会性,细胞表面、细胞连接和细胞极性细胞外基质及其与细胞的相互连接细胞通讯与信号转导、细胞网络系统,第二节细胞生物学的研究方法与技术,一、细胞的观察与研究方法二、细胞及其组分的分离纯化和分析三、细胞培养技术四、基因修饰技术和细胞重编程,（一）光学显微镜（二）激光扫描共焦显微镜（三）电子显微镜,一、细胞的形态学观察,绿色荧光蛋白报告基因技术,细胞骨架微丝,细胞骨架微管,透射电镜：观察细胞内部的超微结构,扫描电镜：观察细胞表面的超微结构,沿着细胞外基质丝迁移的神经嵴细胞,电镜下的线粒体,扫描电镜图,透射电镜图,（一）流式细胞技术（Flowcytometer,FCM）（二）细胞及其亚组分的分离（三）生物芯片技术,二、细胞及其组分的分离纯化和分析,流式细胞仪,密度梯度离心,基因芯片技术,三、细胞培养技术,（一）原代培养：是从供体取得组织细胞后在体外进行的首次培养；（二）传代培养：细胞由原培养瓶内分离稀释后传到新的培养瓶的过程称之为传代；进行一次分离培养称之为传一代。,优点：1、离体条件观察和研究细胞生命活动的规律，培养中的细胞不受体内复杂环境的影响可以人为地改变培养条件，如用物理、化学、生物等作为因素变化。观察：细胞在单因素影响下的生理功能变化。2、为研究细胞的遗传性状改变提供了可行的实验条件。缺点：1、由于细胞长期处在体外培养环境，细胞性状发生改变，不可与体内细胞等同。,四、基因修饰技术和细胞重编程,（一）转基因技术及转基因动物（二）基因敲除技术与基因敲除动物（三）克隆技术（四）诱导多能干细胞技术,fortheirdiscoveriesofprinciplesforintroducingspecificgenemodificationsinmicebytheuseofembryonicstemcells,MarioR.Capecchi,MartinJ.Evans,OliverSmithies,TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2007,克隆技术,克隆羊实验,治疗性克隆（therapeuticcloning）利用体细胞核移植（somaticcellnucleartransfer，SCNT）技术，把病人体细胞的核注入到一个去核未受精卵中，重新启动已分化的供体细胞核的原始发育程序，使其发育形成囊胚后，再从中分离胚胎干细胞，进而在体外培育出与病人遗传背景完全吻合的细胞、组织或器官用于移植，从根本上克服异体移植引发的免疫排斥。,Cell153,12281238,June6,2013,Science.2008Feb1;319(5863):560-3,InducedPluripotentStemcellsiPScells,Oct3/4,Sox2,c-Myc,Klf4,Reprogramming,TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2012,一、细胞是生命的基本单位二、细胞在形态与功能上具有多样性三、细胞的结构复杂而精密四、细胞可以增殖并具有遗传性五、细胞可以分化以实现结构和功能的特化六、细胞的形状可以改变、细胞的位置可以移动七、细胞会衰老和死亡,第三节细胞的基本知识,八、细胞可以对刺激发生反应九、细胞活动需要自供能量十、细胞可以自我调节十一、多细胞生物的细胞整合为组织十二、细胞具有极性十三、细胞具有社会性,细胞的基本知识,一、细胞是生命的基本单位,1、一切生命体都由细胞构成生命体的基本结构与功能单位；2、生命活动都是以细胞为基本单位进行的：单细胞生物和多细胞生物；新生儿：1012细胞、成人：1014细胞3、细胞可以在体外适宜的条件下生存、生长和增殖；4、细胞的任何一个组成部分在体外分离的条件下不能体现生命活动。,二、细胞在形态与功能上具有多样性,人体共有252种细胞：1、细胞的形状各种各样：人红细胞：盘形；白细胞：球形平滑肌细胞：梭形；成纤维细胞：星形2、细胞的形状与其功能相适应：人红细胞：携带氧；神经细胞：突起,电镜下人的血细胞红色显示红血球绿色显示淋巴细胞黄色显示血小板,三、细胞的结构复杂而精密,（一）、动物细胞的基本结构：1、质膜：plasmamembrane2、细胞质：cytoplasm3、细胞核：nucleus（二）、细胞的分子组成：1、核酸：2、蛋白质：3、脂类中的甘油三脂4、糖缀合物5、小分子有机物6、小分子无机物,四、细胞可以增殖并具有遗传性,1、细胞增殖的方式：分裂有丝分裂(mitosis)：体细胞减数分裂(meiosis):生殖细胞2、细胞分裂之前遗传物质进行忠实的复制：体细胞:一次复制一次分裂生殖细胞:一次复制两次分裂,五、细胞可以分化以实现结构和功能的特化,1、机体的发育过程：细胞的增殖与分化过程2、成体中组织的更新：干细胞的增殖与分化,机体发育示意图,干细胞的不对称分裂,六、细胞的形状可以改变、位置可以移动,1、大多数细胞在体内与周围细胞或支持物相互作用而具有不同的形状；2、细胞形状的改变是由细胞内部骨架系统的改变而引起的。,七、细胞会衰老和死亡,1、衰老与死亡：小肠上皮细胞：几天；皮肤细胞：24周；心肌细胞和神经细胞：与机体寿命相同。2、细胞凋亡（apoptosis）（程序性细胞死亡，programmedcelldeath,PCD），存活信号和死亡信号。,八、细胞可以对刺激发生反应,1、某些细胞对刺激的反应显而易见：肌细胞：受到刺激收缩白细胞：被趋化因子吸引而移动2、某些细胞对刺激的反应需借助一定的方法检测：受体：细胞表面、细胞质和细胞核中受体,九、细胞活动需要自供能量,细胞活动：营养物的吸收、分泌物的分泌、物质的合成代谢、信号的传导、细胞骨架的组装与去组装、细胞分裂增殖等活动能量来源：大多直接来自于ATP的高能磷酸键，少数来自于GTP的高能磷酸键。产能细胞器：线粒体,十、细胞可以自我调节,细胞具有严密、有序的调控机制来保持生命活动的正常进行。,十一、多细胞生物的细胞整合为组织,1、多细胞生物体的各种细胞具有固有的组合与排列方式并有细胞外基质参与构成精细的组织、器官和附属器；2、相邻细胞间存在细胞连接，并通过细胞外基质整合为组织。,鸡胚角膜基膜的扫描电镜图E：上皮细胞BL：基膜C：胶原,十二、细胞具有极性,1、极性：多数细胞在形态结构、物质代谢和生理功能上都具有空间上的方向性和不对称性；2、细胞极性在发育、分化过程中具有决定意义；3、细胞极性的紊乱与细胞周期的失控、基因组不稳定相关。,十三、细胞具有社会性,单细胞生物体或多细胞生物体、在个体的发生、发育或成体的生命活动中，任何细胞都不断从其环境中接受信号、发生反应，并可释放信号分子或通过不同方式对其他远、近细胞施以影响。细胞对其他细胞及环境的紧密依存、互动关系可谓细胞的社会性。,第四节原核细胞与真核细胞,一、原核细胞与真核细胞概念的确立二、原核细胞的特点及其代表三、真核细胞的特点及其代表四、原核细胞与真核细胞的比较,一、原核细胞与真核细胞概念的确立,这一分类法高度而准确的概括了细胞在结构、功能上的特点以及细胞在进化中的位置，对于细胞生物学和整个生命科学的发展具有划时代的意义。,根据细胞结构的复杂程度和遗传物质的存在形式,原核细胞的特点：,原核细胞都不具有核膜包裹的细胞核，只有细胞外膜而没有内膜系统和细胞骨架系统,原核细胞的代表：,二、原核细胞,1、支原体(mycoplasma):是最小、最简单的细胞,2、细菌:从形态上可分为球菌、杆菌及螺旋菌,3、蓝绿藻：又称青菌(Cyanobacteria),原核细胞的模式结构-细菌,真核细胞的特点：,真核细胞的结构特点可概括为细胞核、内膜系统构成的细胞器及细胞骨架。,真核细胞的代表：,三、真核细胞,1、酵母细胞（yeast）:是结构最简单的真核细胞。,2、植物细胞,3、动物细胞,真核细胞模式图,四、原核细胞与真核细胞的比较,（一）原核细胞与真核细胞共有的特性,1在DNA分子中用相同的密码编写遗传信息；2相似的遗传信息转录与翻译机制，相似的核糖核蛋白体；3相似构造的质膜；4共同的能量代谢途径（糖酵解及三羧酸循环）；5以ATP形式保存和利用化学能；6相似构造的蛋白酶体（消化蛋白质的结构）。原核细胞与真核细胞的共同特性证明它们具有共同的祖先，真核细胞是由原核细胞进化而来。,（二）原核细胞与真核细胞不同的特性,_原核细胞真核细胞_细胞大小110m10100m核无核或有拟核，无核被膜有真核：核被膜、核膜孔、核仁、染色质、核骨架基因组拷贝数不恒定，单或多拷贝拷贝数恒定，双拷贝（二倍体）或更多拷贝DNA含量低，呈环形，含量高，呈线形，在核内长度仅0.253mm长度4.6mm数米（人类DNA总长2米）不构成核小体与蛋白质相结合，构成结构复杂的核小体内含子无有细胞器没有膜性细胞器和区室化有膜性细胞器（内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、过氧化酶体等），细胞内区室化胞内运输直接扩散除直接扩散外还借助于细胞骨架、膜管网及囊泡运输骨架系统原始、无细胞骨架系统有发达的骨架系统（细胞质骨架与核骨架）分裂方式出芽或无丝分裂体细胞为有丝分裂，生殖细胞为减数分裂基因表达转录、翻译同时同处进行先在核中转录,后在细胞质中翻译调控机制简单多层次调控，包括：操纵子转录前：基因重排、扩增、甲基化启动子转录水平：多种转录因子转录后水平：RNA拼接翻译水平翻译后：磷酸化、糖基化、硫酸化、酯酰化_,第五节细胞生物学的研究热点,一、再生医学与干细胞二、细胞癌变、转移及恶性肿瘤防治三、神经生物学及脑功能四、细胞的衰老与死亡,造血干细胞,造血干细胞分化示意图,神经干细胞分化示意图,胚胎干细胞定向诱导分化,MarinaB