教学课件医学细胞生物学

1、 郭郭 凯凯 E-mail： 2016-9 郭凯郭凯 博士博士 讲师讲师 基础医学院基础医学院 医学细胞与遗传学教研室医学细胞与遗传学教研室 毕业于厦门大学毕业于厦门大学 生命科学学院生命科学学院 研究方向：微生物药物学研究方向：微生物药物学 化学生物学化学生物学 授课：医学细胞生物学授课：医学细胞生物学 医学遗传学医学遗传学 本课程分为理论和实验两部分，按本课程分为理论和实验两部分，按教学进度表教学进度表的安排的安排进行。课程共进行。课程共54学时，理论学时，理论30学时，实验学时，实验24学时。学时。 成绩评定：期末考试成绩评定：期末考试80%实验成绩实验成绩20%。 实验课：鸿文楼三楼形

2、态学实验室实验课：鸿文楼三楼形态学实验室。（第7周开始,注意单双周。要求课前预习熟悉实验操作步骤，上课携带实验指导、实验报告纸、铅笔、直尺，并穿工作服。）课程要求课程要求 理论教材：陈元晓理论教材：陈元晓. 医学细胞生物学医学细胞生物学.北京：科学出版北京：科学出版社，社，2013 实验教材：龙汉安实验教材：龙汉安,税青林税青林,郭勇郭勇.医学形态学实验分册医学形态学实验分册.北京：人民卫生出版社，北京：人民卫生出版社，2013 医学细胞生物学教学大纲医学细胞生物学教学大纲选用教材选用教材精品课程网站精品课程网站 http:/ http:/ 欢迎同学们登录就学习中遇到的问题与老师进行交流！欢迎

3、同学们登录就学习中遇到的问题与老师进行交流！课程内容1.绪论绪论细胞的基本结构细胞的基本结构6.细胞核细胞核2.细胞的分子基础细胞的分子基础细胞膜的分子结构和特性细胞膜的分子结构和特性7.细胞增殖细胞增殖3.细胞膜与物质转运细胞膜与物质转运细胞质基质细胞质基质8.细胞分化细胞分化4.核糖体核糖体内膜系统内膜系统9.细胞衰老与细胞死亡细胞衰老与细胞死亡5.线粒体线粒体细胞骨架细胞骨架10.干细胞干细胞绪论绪论IntroductionWhat?For why?How to study?What we know How we know.红细胞神经细胞精子精子1925,1925,生物学大师生物学大师E

4、.B.WilsonE.B.Wilson说：说：“许久以来，大家许久以来，大家就明确，一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去就明确，一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找。因为所有生物体都是，或曾经是，一个细胞。寻找。因为所有生物体都是，或曾经是，一个细胞。”恩格斯：恩格斯：在整个有机界里，所看到的最简单的类型，在整个有机界里，所看到的最简单的类型，是细胞，它确实是高级有机体的基础。是细胞，它确实是高级有机体的基础。一、细胞生物学及其研究对象与目的一、细胞生物学及其研究对象与目的 细胞（细胞（cell）是有机体结构与生命活动的基本单位。）是有机体结构与生命活动的基本单位。 细胞生物学细胞生物

5、学(cell biology)是运用近现代物理、化学技是运用近现代物理、化学技术和分子生物学方法，从不同层次研究细胞结构、功术和分子生物学方法，从不同层次研究细胞结构、功能及细胞生命活动规律的学科。（细胞整体能及细胞生命活动规律的学科。（细胞整体亚微亚微结构结构分子水平）分子水平） 以细胞作为生命活动的基本单位的思想为出发点，探以细胞作为生命活动的基本单位的思想为出发点，探索生命活动基本规律的学科，其索生命活动基本规律的学科，其核心问题核心问题是将遗传与是将遗传与发育在分子水平上结合起来。发育在分子水平上结合起来。 阐明细胞生命活动的结构基础阐明细胞生命活动的结构基础 阐明生物生命活动的基本规

6、律阐明生物生命活动的基本规律研究的主要任务研究的主要任务 在不同层次在不同层次(显微、亚显微与分子水平显微、亚显微与分子水平)上研究上研究 细胞的起源与进化细胞的起源与进化 细胞膜和细胞器细胞膜和细胞器 细胞骨架体系细胞骨架体系 细胞核、染色体及基因表达细胞核、染色体及基因表达 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 细胞分化及其调控细胞分化及其调控 细胞衰老与细胞死亡细胞衰老与细胞死亡 细胞工程细胞工程研究内容研究内容 细胞的识别细胞的识别、细胞免疫细胞免疫与与细胞工程细胞工程等是近年细胞生物等是近年细胞生物学中新发展的领域，学中新发展的领域，细胞分子生物学细胞分子生物学是当前细胞生物是当前细胞生

7、物学发展的主要方向。学发展的主要方向。 在我国的基础学科发展规划中，在我国的基础学科发展规划中，细胞生物学细胞生物学与与分子生分子生物学物学、神经生物学神经生物学和和生态学生态学并列为生命科学的四大基并列为生命科学的四大基础学科。础学科。 进化观点进化观点 形态与功能相结合的观点形态与功能相结合的观点 整体和整体和局部局部的观点的观点研究观点研究观点 从细胞的表型特征入手，探索隐藏在其背后的分子机从细胞的表型特征入手，探索隐藏在其背后的分子机制；制； 从基因或蛋白质等生物大分子入手，了解其对细胞功从基因或蛋白质等生物大分子入手，了解其对细胞功能或行为的影响。能或行为的影响。细胞生物学的研究方式

8、细胞生物学的研究方式生命科学领域的三大顶级学术期刊生命科学领域的三大顶级学术期刊二、细胞生物学的发展历史二、细胞生物学的发展历史（ A Brief History of Cell Biology ）（一）细胞的发现（一）细胞的发现 从显微镜的发明到十九世纪初叶，开始了细胞学的从显微镜的发明到十九世纪初叶，开始了细胞学的研究。研究。 1665 Robert HookCell概念概念 1677 Leeuwenhoek观察到纤毛虫、人和哺乳动物观察到纤毛虫、人和哺乳动物的精子、细菌等。的精子、细菌等。In 1665, Robert Hooke saw a network of tiny boxlik

9、e compartments that reminded him of a honeycomb. He called these little compartments “cellulae”, a Latin term meaning little room. It is from this word we get our present-day term, cell. The microscope used by Robert Hooke and the honeycomb-like network of “cell” he drawed in 1665The discovery of ce

10、lls followed from the invention of the microscope 从十九世纪初叶到十九世纪中叶，这一阶段创立了从十九世纪初叶到十九世纪中叶，这一阶段创立了细胞学说。细胞学说。 1838-1839 Schleiden，Schwan细胞学说细胞学说 1855 Virchow细胞只能来自细胞细胞只能来自细胞（二）细胞学说的创立（二）细胞学说的创立Cell theory has three basic tenetsCell theory has three basic tenets1. All organisms are composed of one or more

11、 cells.2.The cell is basic unit of structure and function for all organisms.3.All cells arise only from preexisting cells by division. 从十九世纪中叶到二十世纪初叶，这一阶段细胞学有了从十九世纪中叶到二十世纪初叶，这一阶段细胞学有了蓬勃的发展。蓬勃的发展。 原生质理论的提出原生质理论的提出 1861 Max Schultze原生质原生质 细胞器的发现细胞器的发现 1883 Van Beneden，Boveri中心体中心体 1898 Benda线粒体线粒体 189

12、8 Golgi高尔基复合体高尔基复合体（三）经典细胞学阶段（三）经典细胞学阶段 细胞分裂细胞分裂研究研究 1841 Remark鸡胚血细胞直接分裂鸡胚血细胞直接分裂 1880 Flemming无丝分裂无丝分裂 Strasburger有丝分裂有丝分裂 1883 Van Beneden； 1886 Strasburger减数分裂减数分裂 从二十世纪初叶到二十世纪中叶。从二十世纪初叶到二十世纪中叶。 细胞生理学研究细胞生理学研究 1909 Harrison组织培养组织培养 1943 Cloude高速离心提取细胞器高速离心提取细胞器 细胞遗传学研究细胞遗传学研究 1902 Boveri，Sutton遗

13、传的染色体学说遗传的染色体学说 1909 Johannsen命名命名gene（基因）（基因） 1910 Morgen基因染色体学说基因染色体学说（四）实验细胞学阶段（四）实验细胞学阶段 细胞化学研究细胞化学研究 1924 FeulgenFeulgen染色测定染色测定DNA 1940 BrachetUnna染色测定染色测定RNA 1940 Casperson紫外分光光度法检测紫外分光光度法检测DNA 1944 AveryDNA是遗传物质是遗传物质 1953 Watson，CrickDNA双螺旋模型双螺旋模型 1958 Meselson，Matthaei半保留复制半保留复制 1958 Crick中

14、心法则中心法则 1955 Gamov三联体密码三联体密码 1961 Nirengerg， Matthaei确定密码确定密码现代细胞生物学的形成与发展现代细胞生物学的形成与发展 六十年代六十年代细胞生物学建立细胞生物学建立 九十年代九十年代四大前沿学科（细胞生物学、分子生物学、四大前沿学科（细胞生物学、分子生物学、生态学、神经生物学）生态学、神经生物学）三、细胞生物学与医学（三、细胞生物学与医学（ Cell Biology and Medicine ） 细胞是人体正常结构和功能的基本单位，也是病理发细胞是人体正常结构和功能的基本单位，也是病理发生的基本单位，细胞结构与功能的异常是疾病发生的生的基

15、本单位，细胞结构与功能的异常是疾病发生的基本原因或结构基础。基本原因或结构基础。 细胞生物学与多门基础医学课程密切相关，也是临床细胞生物学与多门基础医学课程密切相关，也是临床医学有关学科的重要基础之一。医学有关学科的重要基础之一。 细胞生物学实验技术运用到医学研究中，引起广大学细胞生物学实验技术运用到医学研究中，引起广大学者的普遍关注。者的普遍关注。细胞生物学的主要热点领域细胞生物学的主要热点领域在医学中的意义在医学中的意义 细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis） 细胞分化（细胞分化（differentiation） 细胞信号转导（细胞信号转导（signal transduction） 肿瘤

16、发生（肿瘤发生（tumorigenesis）（细胞增殖）（细胞增殖-mTORC1-雷雷帕霉素）帕霉素） 干细胞研究（干细胞研究（stem cell）复活节岛神药复活节岛神药-雷帕霉素雷帕霉素抗真菌抗真菌-免疫抑制剂免疫抑制剂-抗肿瘤细胞增殖抗肿瘤细胞增殖-延缓衰老延缓衰老Nobel Prize in Physiology or Medicine Winners20012015for their discoveries of key regulators of the cell cyclefor their discoveries concerning genetic regulation of

17、 organ development and programmed cell death20032003年年，美国科学家保罗，美国科学家保罗劳特布尔和英国科学家劳特布尔和英国科学家彼得彼得曼斯菲尔德。他们在核磁共振成像技术上获曼斯菲尔德。他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。仪的出现。20042004年年，美国科学家理查德，美国科学家理查德阿克塞尔和琳达阿克塞尔和琳达巴克。巴克。他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出贡献，揭示了人类嗅觉系统的奥秘。贡献，揭示了人类嗅觉

18、系统的奥秘。 for their discovery of the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer diseasefor their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNAfor their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embry

19、onic stem cells“ for his discovery of human papilloma viruses causing cervical cancer”“ for their discovery of human immunodeficiency virus”for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerasefor the development of in vitro fertilizationfor the development of in

20、vitro fertilizationfor their discoveries concerning the activation of innate immunity“ for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunityfor the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotentfor their discoveries of machinery regulating vesicle traffic,

21、a major transport system in our cellsfor their discoveries of cells that constitute a positioning system in the brain for their discoveries concerning a novel therapy against infections caused by roundworm parasitesfor her discoveries concerning a novel therapy against Malaria 威廉威廉坎贝尔和大村智发明了一种新药阿维菌坎

22、贝尔和大村智发明了一种新药阿维菌素素(Avermectin)，这种药物的衍生品已经极大地，这种药物的衍生品已经极大地帮助降低了盘尾丝虫病以及淋巴丝虫病的发生率，帮助降低了盘尾丝虫病以及淋巴丝虫病的发生率，并且已经显示出对其他类型寄生虫感染的有效性。并且已经显示出对其他类型寄生虫感染的有效性。 屠呦呦制成了青蒿素，这种药物显著降低了疟屠呦呦制成了青蒿素，这种药物显著降低了疟疾患者的死亡率。疾患者的死亡率。for mechanistic studies of DNA repair汪德耀先生汪德耀先生1903.02.08 - 2000.10.12贝时璋先生贝时璋先生1903.10.10-2009.1

23、0.29郑集先生郑集先生1900.5.6-2010.7.29我国细胞生物学的先驱我国细胞生物学的先驱Pharmacological targeting of kinases MST1 and MST2augments tissue repair and regenerationHigh-throughput screening identifies small molecules thatinhibit kinases MST1 and MST2Cocrystal structure and SAR reveal that XMU-MP-1 ison-target to MST2XMU-MP-

24、1 displayed excellent in vitro cell lines and in vivopharmacokinetics inboth acute and chronic liver injury mouse models邓贤明课题组邓贤明课题组云彩红课题组云彩红课题组周大旺课题组周大旺课题组癌症免疫疗法：癌症免疫疗法：CAR-T（chimeric antigen receptor T-cell immunothrapy）和）和immune checkpoint （免疫检验点）（免疫检验点） 基因编辑技术：基因编辑技术：CRISPR/Cas9和和NgAgo-g张锋老师张锋老师

25、韩春雨老师韩春雨老师细胞生物学学习方法细胞生物学学习方法 从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。 将分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课程知识与细将分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课程知识与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来。胞生物学课程中讲到的内容关联起来。 坚持知识的真知来源于实验室。坚持知识的真知来源于实验室。 时刻注意培养自主学习能力、利用各种学习资源的能力、提时刻注意培养自主学习能力、利用各种学习资源的能力、提高学习效率和利用时间的能力。高学习效率和利用时间的能力。 提高英文水平，紧跟世界学科发展。提高英文水平，紧

26、跟世界学科发展。一、认识细胞生物学课程的重要性一、认识细胞生物学课程的重要性( (思想上重视思想上重视）。）。二、预习和复习相结合（二、预习和复习相结合（行动上重视行动上重视）。）。三、将所学过的知识关联起来，多问几个三、将所学过的知识关联起来，多问几个为什么。为什么。（方法上要正确方法上要正确）。）。 小小 结结一、细胞生物学的概念及研究内容一、细胞生物学的概念及研究内容 1、细胞生物学的概念、细胞生物学的概念 2、细胞生物学研究的主要内容、细胞生物学研究的主要内容 3、细胞生物学的分支学科、细胞生物学的分支学科二、细胞生物学的发展简史五阶段二、细胞生物学的发展简史五阶段三、细胞生物学与医学

27、的关系密切三、细胞生物学与医学的关系密切重点：细胞生物学的概念和主要研究内容。重点：细胞生物学的概念和主要研究内容。 复习思考题复习思考题什么是细胞生物学？它与医学科学的关系如何？什么是细胞生物学？它与医学科学的关系如何？细胞生物学的历史发展对我们有什么启示？细胞生物学的历史发展对我们有什么启示？打开下面网址或链接，了解最近十年诺贝尔奖生打开下面网址或链接，了解最近十年诺贝尔奖生理学与医学奖，并针对其中一项给予你的评价。理学与医学奖，并针对其中一项给予你的评价。/nobel_prizes/medicine/细胞的基本结构细胞的基本结构Basic

28、Structure of CellWhy are cells the basic units of life?The cell is the structural unit of life, All organisms is make up of cells.The cell is the functional unit of organisms. All metabolic activity is based on cells. The cell is the foundation of reproduce, and the bridge of inheritance. The cell i

29、s the growing and developing basis of life.Cell (nucleus) is totipotent, which can create a new organism of the same type.Is there any practical value to such technology?细胞结构的一般特征细胞结构的一般特征General Feature of Cell Structure一、细胞的基本共性（一、细胞的基本共性（The basic common cell） 所有细胞表面都有脂质双分子所有细胞表面都有脂质双分子层与镶嵌蛋白构成的生

30、物膜。层与镶嵌蛋白构成的生物膜。 所有细胞都具有所有细胞都具有DNA和和RNA两两种核酸，作为遗传信息储存、种核酸，作为遗传信息储存、复制与转录的载体。复制与转录的载体。 所有细胞都有核糖体。所有细胞都有核糖体。 所有细胞都是以一分为二的方所有细胞都是以一分为二的方式进行分裂增殖的。式进行分裂增殖的。二、细胞的大小和形态二、细胞的大小和形态（Cell size and shape）（一）细胞的大小（一）细胞的大小（The Size of Cells）A. Diameter B. Measured in units of micrometers:1um=10-6 meternanometers:

31、1nm=10-9 meterC. Cell size is limited: nucleus/cytoplasm ratio; surface area/volume ratio; substances can efficiently travel through the cytoplasm via diffusion.（二）细胞的形态（二）细胞的形态（The shape of cells）神经元细胞神经元细胞红细胞红细胞植物气孔细胞植物气孔细胞卵细胞和精子卵细胞和精子平滑肌细胞平滑肌细胞三、细胞的数目（三、细胞的数目（ Cell Quantity） 生物体或某一器官的细胞数目是根据细胞的体积

32、和生生物体或某一器官的细胞数目是根据细胞的体积和生物体的体积或某一器官的体积估计得到的。物体的体积或某一器官的体积估计得到的。 有机体细胞的数目不是固定不变的，而是处于动态平有机体细胞的数目不是固定不变的，而是处于动态平衡之中的。衡之中的。 细胞体积守恒定律细胞体积守恒定律：各类细胞体积恒定，器官的大小：各类细胞体积恒定，器官的大小与细胞的数量成正比，与细胞体积的大小无关。与细胞的数量成正比，与细胞体积的大小无关。四、细胞的一般结构（四、细胞的一般结构（The general structure of the cell） 显微结构（光镜）显微结构（光镜）：核、质、膜三部分。：核、质、膜三部分。亚微结构（电镜）亚微结构（电镜）： 膜相结构膜相结构 非膜相结构非膜相结构 膜相结构（膜相结构（membranous structure）：由单位膜参加形成的所有结构。包括：由单位膜参加形成的所有结构。包括：一网两膜四体一网两膜四体 意义：区域化作用意义：区域化作用 非膜相结构非膜相结构原核细胞和真核细胞原核细胞和真核细胞