细胞生物学概述课件

1、 细 胞 生 物 学 教 师： 教研室：第一篇 细胞生物学概述 细胞的基本特征 04细胞生物学在医学发展中的作用03细胞生物学的发展简史02细胞生物学的概念 01学 习 内 容 细胞生物学是探讨细胞生命现象及其本质的学科。是从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上对细胞的结构、功能及各种生命活动规律开展研究的科学。一、细胞生物学的概念二、细胞生物学的发展简史(第一、二节内容)细胞学说的创立时期细胞学的经典时期 实验细胞学时期细胞生物学时期1、细胞学说的创立时期 细胞的发现1665年，英国学者胡克(Rorbert Hooke)第一个发现细胞1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Le

2、euwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)观察到池塘水滴中的原生动物、哺乳类动物和人类的精子。此后，陆续又发现了一些主要的细胞结构，如：细胞核，原生质等。 细胞学说的创立 德国植物学家M.J.Schleiden（1838年）和德国动物学家T.Schwan(1839), 提出了细胞学说: 所有的生物都是由一个或多个细胞组成的; 细胞是生命的基本单位 1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow)对细胞学说进行了重要补充并提出: 一切细胞产自细胞2、细胞学的经典时期(19世纪中叶20世纪初 )应用切片、固定和染色技术，在光学显微镜下观察细胞的形态和细胞的分裂活动。发

3、现了细胞的有丝分裂和减数分裂现象。发现了中心体，线粒体，高尔基体细胞器。 采用实验的手段研究细胞学的问题，从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗传发育机理的研究。应用技术：组织细胞培养技术的建立 整体细胞中核酸和蛋白质的分析技术的出现电子显微镜的出现与应用3、实验细胞学时期 (20世纪初中叶) 利用电子显微镜技术和生物化学方法等精细手段，观察和分析细胞内各部分的超微结构和分子结构。在功能方面用现代技术(电子显微镜，细胞化学方法等)，研究细胞内部各部分的化学组成和代谢活动。细胞的形态与功能相结合，探索生命活动具体反应过程，深入了解生命现象，如细胞的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、

4、衰老和死亡等基本生命现象。4、细胞生物学时期1944年O.Avery证实DNA为遗传物质。1953年J.Watson和F.Crick提出DNA双螺旋模型。1953年M.Meselson证明DNA“半保留复制”。1953年F.Crick发表“中心法则”（central dorma）。1955年Gamov报道“三联体”密码学说。1960年F.Tacob 发表蛋白质合成“操纵子”学说。三、细胞生物学在医学发展中的作用在认识疾病的病因和发病机制中的作用 人体的各种表现以及各种生理的维持，都是通过细胞的正常行为来实现；人类的各种疾病的发生，是由于细胞结构或功能行为异常的结果。医学细胞生物学的研究成果应用

5、于人类疾病的诊断和治疗 如细胞诊断（单克隆抗体技术）；细胞治疗（造血干细胞移植） 生物制药：利用基因工程技术生产细胞因子、激素等已作为商品广泛应用于临床 质粒(plasmid) ：是细菌拟核裸露DNA外的遗传物质，大小从1-200kb不等，为双链、闭环的DNA分子，并以超螺旋状态存在于宿主细胞中。质粒主要发现于细菌、放线菌和真菌细胞中，它具有自主复制和转录能力，能在子代细胞中保持恒定的拷贝数，并表达所携带的遗传信息。质粒的复制和转录要依赖于宿主细胞编码的某些酶和蛋白质，如离开宿主细胞则不能存活，而宿主即使没有它们也可以正常存活。质粒的存在使宿主具有一些额外的特性，如对抗生素的抗性等。 pUC1

6、8质粒图谱第二章 细胞的基本特征细胞的分子基础无机盐水：自由水、结合水有机化合物蛋白质脂类蛋白质核酸特异蛋白质细胞骨架细 胞无机化合物有机小分子：单糖、脂肪酸、氨基 酸和核苷酸生物大分子遗传信息生物膜基本知识单糖：通式为(CH2O)n，n为正整数，从37脂肪酸：长链的羧酸。氨基酸：20种核苷酸：戊糖、碱基（嘧啶、嘌呤）蛋白质：一级结构；二级结构；三级结构；四级结构。磷酸化（蛋白激酶）、去磷酸化（蛋白磷酸酶）蛋白质的结构细胞的形状和大小单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关。高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如

7、平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。人类红细胞神经元细胞名称人卵口腔上皮细胞肝细胞红细胞变形虫海胆卵伤寒菌肺炎球菌m12075207100702.4x0.50.2x0.1大多数动植物细胞直径在2030m间。一般真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达12cm；支原体只有0.1m；人的坐骨神经细胞可长达1m。几种细胞的大小人卵与精子细胞的两大基本类型原核细胞：主要代表：细菌、支原体、衣原体真核细胞：原核细胞与真核细胞的主要区别？原核细胞与真核细胞的主要区别特征原核细胞真核细胞细胞大小较小，1-10m较大，10-100m细胞核无核膜、核仁(拟核)有核膜、核仁

8、(真核)染色体单个，DNA裸露于细胞质中若干个，DNA与组蛋白结合细胞壁不含纤维素，主要由肽聚糖组成不含肽聚糖，主要由纤维素组成细胞器无(除核糖体外)有核糖体70S(50S+30S)80S(60S+40S)内膜系统无有细胞骨架无有转录与翻译转录与翻译同时同地进行转录在细胞核内，翻译在细胞质细胞分裂无丝分裂有丝分裂，减数分裂小 结掌握：原核细胞与真核细胞的不同特点熟悉：细胞生物学发展简史 细胞的基本结构特征了解：细胞的起源与进化 细胞生物学的研究技术真核细胞第二篇 细胞的结构及其功能 第五章 细胞膜及其表面细胞表面特化结构03细胞膜与物质的跨膜转运02细胞膜的分子结构和特性 01学 习 内 容细

9、胞膜结构的电镜照片细胞膜(cell membrane) 或细胞质膜(plasma membrane)生物膜(biomembrane)：围绕在细胞最外层主要由脂质和蛋白质组成的薄膜。细胞质膜和细胞内各种膜相结构的膜统称为生物膜，在电镜下呈“两暗一明”的形态。细胞的生物膜体系细胞膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。细胞膜的分子结构和特性一、膜的化学组成 质膜主要由

10、脂质和蛋白质组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。 膜脂是膜的基本骨架 膜蛋白是膜功能的主要体现者。膜脂主要包括三种类型：磷脂：构成细胞膜的基本成分胆固醇：调节膜流动性和稳定膜的作用糖脂：与细胞识别和信息转导有关(一)、膜脂脂肪酸脂 肪 酸脂 肪 酸极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）CH2 CHCH2OOPOOOOX COCO甘油磷 酸磷酸化醇POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2HCCOOHNH2OCOCH2 CHCH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰丝氨酸OCH2 CHCH2OC磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪

11、酸OCH3磷脂酰胆碱（卵磷脂）POCH2CH2NCH2 CHCH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3O极性头部平面甾环结构非极性尾部糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖(Gal)半乳糖苷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖 脂 分 子糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)膜脂分子结构的共同特点是：都具有亲水和疏水两部分。这种一头亲水一头疏水的分子，称为兼性分子或双亲媒性分子。 (a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜

12、； (d）用于疾病治疗的脂质体的示意图(二)、膜蛋白生物膜的特定功能主要是由蛋白质完成的;膜蛋白约占膜的40%50%, 有50余种膜蛋白; 在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异。有的含量不到25%, 有的达到75%;一般来说,功能越复杂的膜, 其上的蛋白质含量越多。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：膜外在蛋白（extrinsic protein）或称膜周边蛋白：不直接与脂双层疏水部分相互连接，常通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质分子相结合。膜内在蛋白（intrinsic proteins）或称膜整合蛋白：全部或部分插入细胞膜内，直接与脂双层疏水区域相互作用。脂锚定蛋白（lipi

13、d-linked protein）Peripheral ProteinsIntegral Proteins-+蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白细胞内膜中含有的糖类称为膜糖类或膜碳水化合物。膜糖类糖类+膜脂共价键糖 脂糖类+膜蛋白糖蛋白共价键脂双层膜蛋白细胞外被(三) 膜糖二、细胞膜的理化特性（书p67）生物膜具有两个显著的特性：膜的流动性 脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的膜的不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同 1.侧向扩散2.旋转3.摆动4.翻转（一）细胞膜分子的流动性膜脂的运动5.伸缩振荡运动1.脂肪酸链的饱和程度与长

14、度2.胆固醇的影响3.卵磷脂/鞘磷脂的比例5.其它因素：如环境温度、离子强度等影响脂膜流动的因素4.膜蛋白的影响膜蛋白的运动1.侧向运动2.旋转运动小鼠细胞标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B抗人膜蛋白抗体+荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）人细胞孵育（370C,40分钟）诱导融合（二）细胞膜分子分布的不对称性第一：脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。细胞膜非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱.鞘磷脂）。胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。第二：糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂质分子中。膜脂分布的不对称性膜分

15、子结构的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性膜蛋白分布的不对称性 第一. 跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。 第二. 糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。 第三. 膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。 第四.膜外在蛋白在质膜内外两侧的分布不对称人红细胞膜中几种膜脂的不对称分布SM：鞘磷脂PC：磷脂酰胆碱PS：磷脂酰丝氨酸PE：磷脂酰乙醇胺PI：磷脂酰肌醇CL：二磷脂酰甘油三、细胞膜分子结构模型（书p65）E. Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E. Gorter & F. Gr

16、endel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。3、J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。提出了第一个分子结构模型：片层结构模型外侧脂类内侧蛋白质：单层肽链 折叠脂双层4、J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，这种两暗一明的结构称为单位膜。单位膜膜型脂质双分子层极性头部疏水尾部外周蛋白镶嵌蛋白1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。5.1972年Singer 和Nilson提出了液态镶嵌模型液态镶嵌模型 总之：生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体。晶格镶嵌模型板块镶嵌模型脂筏模型 脂质双分子层不是一个完全均一的二维流体，膜中有富含胆固