细胞绪论-统一性与多样性

医学细胞生物学MedicalCellBiology,生命科学技术学院刘瑞E-mail:liurui0127电话2,河南省省级精品课程（2008年）河南省精品资源共享课程（2013年）新乡医学院网络示范课程（2010年）河南省“十二五”规划教材（2013年）,3,第一章绪论,细胞生物学(CellBiology)是从分子水平、亚细胞(超微)水平、细胞(显微水平)和细胞社会的不同水平探讨细胞生命现象的发生规律及其本质的科学。生命科学四大基础学科之一。,重点,4,细胞的生命现象是细胞生命特征的表现形式，主要有：细胞的生长、分裂、分化、发育、遗传、变异、运动、兴奋传导、信号转导、癌变、衰老、死亡。四维体系：细胞“时空”特性的认识现代生物学的重叠核心学科(overlappingcorediscipline)基因组学和蛋白质组学(proteomics)细胞与个体的生殖发育与医学研究。,引言,第一节细胞生物学概述,重点,一、细胞生物学及其研究内容,（一）细胞生物学的主要分支学科,细胞形态学细胞生理学细胞化学细胞遗传学分子细胞学细胞社会学分子细胞生物学,一、细胞生物学及其研究内容,（二）细胞生物学的研究内容,细胞形态学方面：光镜/电镜功能方面：生命过程研究水平上：三个水平研究方法上：动态,重点,7,1.细胞生物学:多层次;非线性;多侧面的复杂的系统2.细胞的增殖、分化、发育、遗传、神经冲动;3.细胞生物学,分子生物学,神经生物学、生态学4.与分子生物学关系密切，核心问题:在细胞水平上将遗传和发育连接起来。5.它是现代生物医学中的领头学科。,细胞生物学在现代生命科学中的作用,8,二、细胞生物学发展简史,(一)细胞发现与细胞学说的建立时期,光学显微镜（microscopy）与细胞的发现Hooke(1665)Garnieroveri(1897)发现内质网;Golgi(1889)发现内网器(高尔基复合体);Benda(1898)发现线粒体;Schneider(1873)发现细胞分裂Beneden(1883)染色体遗传,单倍体与二倍体;Hertwig,Strasburger(1884)细胞核是遗传特征载体;细胞学(cytology)产生贝时璋(1932)细胞重建(cellreformation),(二)经典细胞学阶段,11,1948年遴选的中央研究院第一批院士，也是最年长的中国科学院院士,贝时璋(1903-2009)生物学家,资深院士、104岁高龄的贝时璋先生(2007),12,（三）实验细胞学阶段,1.细胞培养技术的建立R.G.Harrison(1907)蛙胚的神经管组织体外培养。2.细胞膜理化特性认识的加深E.Gorter和F.Grendel(1925)细胞膜是由类脂双层组成。3.整体细胞中核酸和蛋白质的分析技术的出现。4.电子显微镜的出现和使用。,12,（四）分子生物学的兴起和细胞生物学的诞生,细胞生物学的兴起于20世纪50年代,电镜/生化/细胞组分分离技术引用。,1944,AveryOT,etalDNA,AveryOT,MacLeodCM,McCartyM,1953,WatsonJD9)(q21;p11),42,细胞增殖及其调控(肿瘤)Cellproliferationandregulation细胞分化及其调控(先天畸形)Celldifferentiationandregulation细胞的衰老与凋亡(早老症)CellagingandcellPCD(apoptosis),医学细胞生物学研究热点,43,44,细胞的起源与进化(多毛症)Originandevolutionofthecell信号转导Cellsignaling细胞工程(克隆动物，试管婴儿)Cellengineering,医学细胞生物学研究热点,45,基因与疾病膜受体与疾病;溶酶体与疾病;线粒体与疾病;细胞表面与肿瘤细胞外基质与疾病细胞周期与肿瘤、衰老细胞调控与疾病的发生基因转移等。,细胞与人类疾病,马方综合征,46,46,细胞是人体结构和功能的基本单位，也是人体疾病的基本单位。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。如肿瘤、衰老等。细胞生物学技术已广泛应用于医学实践：如生物制药单抗，疫苗、基因治疗,诊断疾病等。基础医学课程，与临床及基础医学其他学科关系。,二、医学细胞生物学在现代医学教育中的地位,47,显微镜技术细胞化学技术和分析细胞学技术细胞培养与显微操作技术分子细胞遗传学技术（具体内容将分散的各个章节介绍）,第三节细胞生物学的主要研究技术与方法,本章小结,细胞生物学；医学细胞生物学是从医学角度，在分子、亚细胞、细胞、细胞社会水平上，以人体或医学为对象，研究细胞结构和功能与疾病关系的学科细胞生物学研究的核心问题是在细胞水平上深入探索生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象细胞是组成生物体的结构、功能的基本单位。细胞学说的建立对生命科学的发展具有重大意义，掀起了对多种细胞广泛的观察和研究的热潮。,第二章细胞的统一性与多样性,第一节细胞的分子基础,一、细胞的小分子物质,无机：水、无机盐有机：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸,二、细胞的大分子物质,蛋白质：功能(结构、运输与传导、运动、免疫保护、酶、激素)核酸：DNA和RNA（核酶，小RNA）结构、分布、功能。,细胞结构体系的多级组装：化学元素小分子；小分子生物大分子；生物的分子亚细胞结构（生物膜、核小体、微管等）；亚细胞结构细胞器（高尔基体等）；多种不同细胞器细胞。,51,第二节细胞的起源,比喻：元月1日宇宙产生；5月1日银河系产生；9月9日太阳系出现；9月14日地球产生；9月24日原始生命；11月12日绿色植物；12月26日哺乳动物；31日22:30原始人；23:46北京猿人；23:5956”古罗马(春秋)；23:5958”雅马文化(宋代)；23:5959”欧洲文艺复兴(14-16世纪,元明清)。,52,由无机小分子演变为原始有机小分子物质由有机小分子物质形成生物大分子物质从生物大分子到多分子体系团聚体从多分子体系演变为原始生命,目前认为，生命是非生命物质化学进化的结果。,53,细胞的发生,多聚体的形成膜的出现是细胞形成的关键原始细胞的诞生,无机物,有机物,多聚体,生物大分子,原始细胞,原核细胞,真核细胞,单细胞生物,多细胞生物,球形原胞,团聚体,54,第三节细胞的基本概念,一、细胞是生命活动的基本单位,细胞是生物的基本结构单位细胞是代谢与功能的基本单位细胞是生物体生长、发育的基础细胞是遗传的基本单位没有细胞就没有完整的生命,细胞的生命特征主要有新陈代谢、生长、发育、繁殖、遗传与变异、进化等。,细胞是生命活动的基本单位，有以下几方面的含义：,重点,（一）细胞是生物的基本结构单位,除病毒外，所有生物都是由细胞组成的。人体内又200多种不同类型的细胞，它们在形态结构、生化组成、生理功能等方面差异很大。细胞之间在结构和功能上密切联系，每一个细胞有自己相对独立的形态和结构。,56,（二）细胞是代谢与功能的基本单位,生物体的一切生命活动和生命现象都是细胞的生命活动的集成。每一个细胞都有一套完整的结构和功能体系。有一定的代谢和功能独立性,有序的，严格自控的。,57,（三）细胞是生物体生长、发育的基础,生长是指有机体及其组织、器官体积和质量的增大。侧重于量的变化，通过细胞增殖和细胞生长（细胞数目、体积的增加）而实现。发育是指机体从单细胞受精卵到成体所经历的一系列有序的发展变化过程，是机体的构造和机能从简单直至成熟的过程。侧重于质的变化，通过细胞增殖、生长、分化和凋亡实现。3.程序性细胞死亡：细胞在一定发育期出现的正常死亡。,遗传的全能性(totipotency)和体细胞克隆(somaticclone)。每一个细胞的细胞核里都含有全套的遗传信息。,（四）细胞是遗传的基本单位,59,（五）没有细胞就没有完整的生命,体外培养的单个细胞可以表现出生长、增殖等独立的生命活动。从细胞中分离的任何结构，无法在体外培养生存。细胞核，线粒体非细胞形态的病毒，离开侵染细胞不能增殖和长期生存。,60,二、细胞的基本共性,细胞都具有细胞膜。细胞都具有DNA-RNA遗传体系：即由DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。细胞都具有核糖体，作为蛋白质合成的机器。细胞都以生物催化剂催化各种代谢反应。酶和核酶细胞都以ATP作为能量流通形式。细胞都以一分为二的分裂方式自我增殖。,重点,61,第四节原核细胞、古核细胞和真核细胞,1.细胞内无膜性细胞器，无细胞骨架，无核膜。2.遗传的信息量小，一个裸露环状DNA分子构成。转录和翻译同时进行，转录来的mRNA无需加工。原核生物主要代表：支原体；细菌；蓝藻。,一、原核细胞,细菌模式图,大肠杆菌,弧形霍乱菌,支原体是最小最简单的细胞。,(prokaryoticcell),很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中；原核生物的某些特征，如有细胞壁、无核膜及内膜系统；真核生物的特征，如DNA中含重复序列、内含子并结合组蛋白，核糖体介于真核细胞和真细菌之间，RNA聚合酶和真核的相似，5SrRNA与真核同属一类；古核细胞与真核细胞在进化上的关系较与原核细胞更为密切。,二、古核细胞(archaebacteria),63,三、真核细胞,1.以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜系统。2.由DNA-蛋白质和RNA-蛋白质复合物构成的执行遗传信息储存、复制、转录和翻译的遗传信息表达系统。3.由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,(eukaryoticcell),主要特征是核物质被核膜包围起来，形成了典型的细胞核。真核生物主要包括：单细胞生物、原生生物、动植物及人类。,在亚显微结构水平上分为三个基本结构体系：,64,真核细胞的基本结构,光镜下结构,细胞膜,细胞质,细胞核,电镜下结构,膜相结构,非膜相结构,细胞膜,内质网,高尔基复合体,线粒体,溶酶体,过氧化氢体,核膜,核糖体,中心粒,微管,微丝,中等纤维,细胞质基质,核仁,染色质,核基质,65,原核细胞与真核细胞的比较,原核细胞,真核细胞,细胞大小,较小(110m),较大(10100m),细胞核,无核仁和核膜,有核仁和核膜,细胞器,有各种细胞器,核糖体,70S(50S+30S),80S(60S+40S),染色体,只有一条DNA，DNA裸露不与组蛋白和酸性蛋白结合，染色体为单数。,有几条DNA，DNA与组蛋白和酸性蛋白结合，有若干对染色体。,内膜系统,简单,复杂,细胞骨架,无,有微管，微丝,细胞壁,主要组分为肽聚糖,主要组分为纤维素,转录和翻译,出现在同一时间和地点(细胞质中),出现在不同时间和地点(转录在核内，翻译在细胞质中),细胞分裂,无丝分裂,有丝分裂和减数分裂,特征,无(除核糖体外),重点,1.名词解释:细胞生物学、医学细胞生物学、细胞学说。2.简述细胞生物学的分科及发展简史。3.简述细胞生物学研究的内容和任务，举例说明细胞生物学在现代医学中的地位。4.简述真核细胞的基本结构体系，在结构和功能上比较原核细胞与真核细胞的异同点。5.概述细胞的基本概念及共性。,作业与思考,67,一、学习细胞生物学的注意点,抽象思维与动态观点结构与功能统一的观点同一性(unity)和多样性(diversity)的问题细胞生物学的主要内容：基本概念与实验证据；细胞器的动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等。实验科学与实验技术细胞真知源于实验室Whatweknow/Howweknow.,细胞生物学学习方法及文献资源利用,68,二、主要参考书韩贻仁主编.分子细胞生物学(第4版),高等教育出版社,2013KarpG.CellandMolecularBiology,3rded(2002),高等教育出版社,2002（美）B.Alberts等著(张新跃，钱万强等译)细胞的分子生物学M北京：科学出版社，2008（美）B.卢因，L.卡西门里斯，V.R.林加，等(桑建利，连慕兰译).细胞M北京：科学出版社，2009陈誉华医学细胞生物学M北京：人民卫生出版社，2013WatsonJD,BakerTA,BellSP,etal.MolecularBiologyoftheGene,6thedM.PearsonEducation,2008杨保胜，田中伟，石如玲.分子医学-基础与临床.郑州大学出版社,2010,69,细胞生物学杂志；实验生物学报；遗传学报；解剖学报；动物学报；微生物学报；科学通报；中国科学Cell；Science；Nature；EMBO.J；Gene；PNAS(Proceedin