医学细胞生物学

细胞生物

学

基础医学院生物教研室细胞生物学

生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，

而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它

是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。CellBio●

细胞生物学课程是生命科学的四大基础学科之一●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●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●提高英文水平，紧跟世界学科发展学习方法主要内容细胞结构与功能、细胞重要生命活动：

细胞核、染色体以及基因表达的研究

生物膜与细胞器的研究

细胞骨架体系的研究

细胞增殖及其调控

细胞分化及其调控

细胞的衰老与凋亡

细胞的结构和成分

细胞工程CellBio一、基本概念1.生物学及细胞生物学生物学(Biology)：研究生命的科学，又叫生命科学,是研究生命发生、发展本质规律的科学。细胞生物学(cellbiology)：是研究细胞形态结构和功能和起源的科学。第一章绪论细胞水平－光学显微镜术亚细胞水平－电子显微镜术分子水平－生物化学及分子生物学技术二、研究内容－

（三个水平）三、发展简史1、细胞学说的创立（～1900）1665年RobertHook发现软木塞中蜂窝状小室1667年LeeuwenHook观察到真正的活细胞1883～1889年Schleiden和Schwann提出细胞学说：一切生物，从单细胞生物到高等动植物都是由细胞组成的，细胞是生物形态结构功能活动的基本单位。细胞学说的科学意义：细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，不但奠定了生命科学的基础，同时也孕育细胞学的产生。2、细胞生物学经典时期（1800～1900）特点：应用固定、染色技术，在显微镜下观察细胞的形态结构和分裂活动。3、实验细胞学阶段（1900～1950）在第二阶段基础上，采用了大量实验手段进行研究，并与其它学科相互融合形成了一些重要的分支学科。4、细胞生物学和分子生物学形成阶段（1950～至今）主要在分子水平上探索细胞的各种生物活动。细胞学的经典时期1，原生质理论的提出原生质(protoplasm)(普金耶1840，冯－莫尔1846)，原生质理论（舒尔策1861），原生质体(protoplast)(Hanstein1880)2，细胞分裂的研究直接分裂；有丝分裂；减数分裂（1841－1886）3，重要细胞器的发现

中心体（1883）；线粒体，高尔基体（1894）1880Flemming首次对细胞的有丝分裂进行了精确的描述。首次观察到了染色体和染色质。并提出了有丝分裂（mitosis）、染色质（chromatin）等一系列科学术语。后来又发现了灯刷染色体，遗憾的是Flemming对染色体和灯刷染色体都没有命名。虽然如此，可以说从Flemming开始人们对细胞才有了实质性的研究进展。细胞学从此在科学史上有了一席之地。实验细胞学O.Hertwig(1892)实验细胞学1，细胞遗传学的发展遗传的染色体学说:(Borveri,Sutton)，动物受精（1876），卵和精子染色体（1883），双受精（1888），遗传法则（孟德尔34年前，1900），性别与染色体有关（1905）基因学说:(Morgan)2，细胞生理学的研究

组织培养技术（1909），细胞器分离（1943）3，细胞化学福尔根染色（1924），紫外分光法(1930-1940)细胞生物学学科的形成与发展20世纪50年代以来，电镜下超微结构的认识；生物化学的渗透，导致对功能的进一步了解。结构－功能20世纪80年代以来，分子生物学的渗透，细胞分子生物学的方向发展。细胞内生命活动的规律和机制1953年DNA双螺旋结构的提出，1958年生物学中心法则的建立明确了细胞最本质问题是自我复制（self-replication），这些科学的发现把当时从细胞形态结构研究而引申出的“细胞学”推向了一个更高的阶段，“细胞生物学”应运而生。几十年来、特别是近些年来，细胞生物学这门相对年轻的学科得到了极大的发展。例如1998诺贝尔奖NO气体信号分子、99年诺贝尔奖蛋白质信号学说、20年诺贝尔奖多巴胺神经系统信号物质、01年诺贝尔奖细胞周期蛋白、02年诺贝尔奖细胞衰老和凋亡机制等连续多年的诺贝尔奖内容几乎都在细胞生物学范围内。四、目前该领域值得关注的一些研究进展（一）、新技术催生“基因改造人”美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心生殖医学科学研究所的科学家，利用一种叫做“卵质转移”的技术，从捐献的卵子中抽出少量细胞质，注入不孕妇女的卵子内，然后进行受精。这样，原本因卵子有缺陷而无法生育的妇女经过这种移植后就怀了孕。采用的技术只不过是把健康妇女捐献的正常卵子中的某些DNA成分添加到不孕妇女的卵子中，并没有对培育出的婴儿基因进行修改，因此他们培育出的这些婴儿称不上是“转基因婴儿”。（二）、“抗癌婴儿”在美国出世美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用“胚胎植入前的基因诊断”（PDG）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一个没有“利弗劳梅尼综合症”的健康男婴。这名婴儿后来被称之为“抗癌婴儿”。利弗劳梅尼综合症是一种家族性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺癌和白血病有遗传倾向。利弗劳梅尼综合症基因携带者通常会把这种基因遗传给孩子，在孩子活到45岁时，将有50％的可能患上与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到60岁时，这种可能性就增加为90％。这种“定制”婴儿技术，实际上就是试管婴儿技术和胚胎植入前的遗传诊断技术的联合应用。先通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，待每个胚胎长到一定重量时，从胚胎中取出1至2个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎中是否存在遗传疾病的基因，再把经过筛查确认为健康的胚胎放回母亲子宫内，孕育成健康的胎儿。（三）、克隆羊－多利（Dolly）克隆羊制绵备原理已分化的孕细胞仍具蔬有全能性实验表刃明：植阿入的表在皮细胞冤核如同么受精卵迁的核一柱样，具窃有全套赤基因，扁在发育纽奉上是全画能的；舞体细胞咬的分化愈并非是播由于它版们丢失估了基因新或所含蔑的基因建不同，库而是分疗化的细慈胞各自做选择性靠地“打笑开”并嗓表达了鹅不同的脚“奢侈灿”基羞因（四）级、人类丘基因组连计划The绿Huma沈nGe用nome暂Pro拦ject置(H顶GP)Com域ple宣ted桐in从Ap捞ril启20傲031986蛇年由美国勺生物学家底杜伯克首边次提出199史0年1淡0月美独国投资渔30亿逮美元启核动计划预计1晕5年完捞成国际化满研究项导目美国、日芽本、英国商、加拿大习、瑞典199猜9年7车月我国给注册承企担人类芒基因组柳1%测迷序任务2000赵年3月我饭国科学家拼完成3号呢染色体测冠序2000宇年5月人确类基因组残草图完成（五）岁中国屿水稻基让因组锦绣般谎的中国孕云南红锅河哈尼真梯田，幻玉成为2窝002壁年4月懂5日出揭版的美墙国《科蚀学》杂于志的封县面。这临份世界韵权威学雹术期刊待，以封词面文章悉形式和团显著篇棵幅，登精出中国歼科学家芽绘出水赞稻基因甜组工作闹框架图崖的历史勾性论文扔。逗这是洗由中国仇科学家赚独立完责成的一亦项世界档级研究晌成果，拍它标志目着在基岸因组学砌这一生池命科学商前沿领爬域，中励国已部逐分具备群世界领渐先的实醋力。“劫毫无疑磁问，中隐国基因亦组学研骆究已达缺到世界若水平”督，《科厕学》杂渡志总编酬、美国邻国家科捕学院院孔士唐纳鹊德·肯拼尼迪对治新华社蛇记者说姑。（六）料转基因丢技术合（Tr脖ans慰gen戴ic绳tec爬hni诸que元）五、20倍09-2额001年幻玉在生物和溉医学学领祥域获诺贝尔戒医学奖情成况瑞典卡罗唤林斯卡医锈学院20千01年1蕉0月８日烈宣布，将辜本年度诺鞭贝尔生理嫌学、医学葬奖授予美勾国科学家性利兰·哈扑特韦尔与尘英国科学注家蒂莫西哨·亨特和汗保罗·纳风斯，以表泛彰他们发谅现了细胞的周期的关买键分子调论节机制。三名科芳学家所迹作出的绳重大贡键献在于购发现了投具有调苍节所有圆真核有筋机体中惹细胞周贡期的关毙键分子成。其中藏，利兰致·哈特饶韦尔发伪现了大棍量控制离细胞周朋期的基哑因，其霸中一种狂被称为穿“ＳＴ僚ＡＲＴ纷”的基注因（R财点）对炎控制各伪个细胞输周期的普最初阶浙段具有股决定性背的作用央。保罗方·纳斯壁的贡献但是，在呀哈特韦惩尔的基绒础上，亭通过分达子生物听学方法已发现了盘调节细旨胞周期旧的一种取关键物妹质ＣＤ弹Ｋ（细胶胞周期汪蛋白依叛赖激酶割），Ｃ介ＤＫ是绵通过对秤其他蛋艇白质的宏化学作蔑用来驱阵动细胞耕周期的侧。蒂莫凤西·亨鸽特的贡努献是首林次发现运了调节从ＣＤＫ叶功能的馅物质Ｃ烫ＹＣＬ机ＩＮ（严细胞周齐期蛋白崇）。哈支特韦尔辈、纳斯劝和亨特饱三人的炸发现对杠研究细叹胞的发宪育有重沫大的影解响，特谜别是对问开辟治绑疗癌症批新途径漆将具有段极其深留远的意魔义。2001茄年从左至田右分别显为：罗划伯特·户霍维茨翁，悉尼舌·布雷社内，约亮翰·苏秧尔斯顿瑞典卡罗凉林斯卡医沉学院宣布党，把20梢02年诺扮贝尔生理桃学或医学曲奖授予分陡别来自英怪国的悉尼衰·布雷内别、来自美加国的罗伯丛特·霍维躲茨和来自究英国的约梳翰·苏尔慎斯顿，以偿表彰他们嘴发现了在耻器官发育繁和“程序示性细胞死宫亡”过程旧中的基因便规则。今年诺示贝尔生尾理学或染医学奖丢的3位至获奖者付利用线下虫作为昆研究对溜象，先昆后发现铺了“程筋序性细吴胞死亡誉”是由织基因控披制的，威并发现淡了与之书相关的份一些基西因，证蜡实了人塔体内也晴存在相役应的基赖因。对滚这些基亿因的研夏究，有狠助于研奇究针对漂癌症、手艾滋病尝和老年伙痴呆症奇等疾病叠的新疗敌法。200艘2年２００突３年，匙美国科忍学家保口罗·劳括特布尔龟和英国担科学家浴彼得·蒸曼斯菲此尔德。届他们在骂核磁共各振成像炒技术上郑获得关胁键性发决现，这疤些发现柄最终导稍致核磁候共振成根像仪的射出现。２００４猫年，美国只科学家理偿查德·阿贪克塞尔和袭琳达·巴桐克。他们亡在气味受鲁体和嗅觉参系统组织科方式研究腐中作出贡漠献，揭示朽了人类嗅僚觉系统的劫奥秘。将２０某０５年鸡诺贝尔孤生理学乐或医学拾奖授予雄澳大利锡亚科学少家巴里出·马歇请尔和罗燃宾·沃仔伦，以毁表彰他肺们发现游了导致膝胃炎和够胃溃疡初的细菌至-幽门堤螺杆菌2005陪年2006旱年诺贝尔伸生理学或全医学奖授可予美国科猴学家安德元鲁·法尔暑和克雷格锡·梅洛因返发现RN句A(核糖舞核酸)干听扰机制而劣获得诺贝刷尔生理学欧或医学奖安德鲁·宴法尔克雷格高·梅洛2006拳年２００扒７年诺浇贝尔生岔理学或启医学奖掘授予来辱自美国雨的马里叙奥·卡制佩奇、春奥利弗理·史密届斯和来颜自英国链的马丁摇·埃文证斯是因湾为“在烟涉及胚休胎干细忧胞和哺杀乳动物告DNA数重组方萄面的一项系列突趟破性发勿现”而番获得这嘱一殊荣嗽的。奥利弗·邀史密斯马丁·偷埃文斯马里奥叨·卡佩星奇2007跑年200猜8年:德国科学唉家哈拉尔蹄德·楚尔陶·豪森因排发现人乳趣突淋瘤病爹毒引发子怨宫颈癌，啄两位法国候科学家弗税朗索瓦丝奔·巴尔－秘西诺西、悼吕克·蒙辅塔尼因发裕现人类免午疫缺陷病扮毒，共同浇获得20影08年诺贴贝尔生理侍学或医学午奖。200墨9年诺饱贝尔生叼理学或丢医学奖丘授予美配国加利刑福尼亚唤旧金山座大学的蛇伊丽莎储白·布乞莱克本社(El饶iza新bet杯hB城lac任kbu抖rn)竟、美国着巴尔的毛摩约翰霞·霍普条金斯医见学院的针卡罗尔吵-格雷尿德(C蛛aro众lG句rei毯der匹)、美续国哈佛燥医学院赚的杰克竿·绍斯死塔克(蜂Jac鞋kS碧zos资tak至)以及拢霍华德顿休斯医怪学研究模所，以自表彰他宾们发现亿了端粒狡和端粒善酶保护闻染色体拨的机理屠。新华网斯龟德哥尔摩当10月4腔日电（报污道员孙灶锲）瑞典解卡罗林斯描卡医学院斩4日宣布备，将20鸭10年诺艺贝尔生理巾学或医学切奖授予英每国生理学蒜家罗伯特隆·爱德华育兹，以表拨彰他在体台外受精技肢术领域做苹出的开创络性贡献。七、参考班书Albe稀rts身Bet司al.Ess挂ent静ial捉Ce猪ll隶Bio捕log琴y.New苏York锐and坐Lon耗don：瓦Garl窑and崖publ半ishi谣ng，I锹nc.眨1998Albe排rts量Beta丧l.Mole凭cuar睛Bio路logy吗of休the辰Cell,3rd拍ed.Ne拢wYo谢rka捡ndL梨ondo脊n：Ga锤rlan积dPu饰blis可hing草，Inc军.19遇94Bec装ker板W.维M.eta浪l.The奖Wo舌rld怒of开th概eC烦ell.Four粗thE渴d.T龟heB忠enja跪min/蚂Cumm克ings倒Pub嘉lish乒ing比Comp哨any.奋200辆0Gera孕ldK视arp.Cell抢and追Mol蒙ecul通arB范iolo蓝gy：co击nce谅pts扒an景de遥xpe乓rim耀ent铁s，2耍nd以Ed愁iti杂on.甩Pu兽bli刷she前db革yJ洽ohn献Wi顿ley劲&局Son早s,I著nc.至19倚99Lod替ish浮H.eta殃l.Mol味ecu傻lar袜Ce辨ll据Bio擦log练y.4t瞎hEd晓.Sc蛮ient吐ific蹦Ame欺rica练nBo恳oks,网Inc.分2000霜.第二章节基本知识挨概要第一节盲基本怀概念一、生付命活动计的基本田单位1，有僚机体的备组成和诉结构单骑位2，代谢驰和功能的盟单位3，生长杆和发育的被基础4，具有讯遗传的全染能性二、细胞仿概念的一鸦些新思考多层次非躁线性的复东杂结构体奴系；物质畏（结构）济、能量与刮信息过程瓜精巧结合涛的综合体浸；高度有浇序的，具往有自装配蕉与自组织绍能力的体世系。三、细芝胞的基赴本共性1，具妥有生物晴膜结构2，具漂有DN品A和R淹NA两坚种核酸3，具有趋蛋白质合坐成的机器4，以释一分为男二的方卡式进行骡增殖第二节锈非细胞吨形态的生益命体一、病是毒的基樱本知识二、病矩毒在细抽胞内的劈燕增殖1，病毒学侵入细胞伞（呑饮或膜册融合）2，病毒薪核酸的复贯制、转录咸与蛋白质忌合成3，病毒串的装配、确成熟与释改放（膜融合或安裂解）三、病哗毒与细寺胞在起烧源和进后化中的重关系核酸－谈蛋白质提复合体呈。病毒汪（vi好rus摔），类话病毒（搏vir福oid需），盶锅病毒（蹦pri稀on）动物病毒宿，植物病槐毒，细菌安病毒DNA杜病毒（纸单、双速链），断RNA朴（单、溉双链）生物大分粒子－病毒药－细胞疱疹病毒腺病毒人类天芳花病毒骨髓灰质粒炎病毒病毒衣壳美的排列第三节尺原核细产胞与古核蜂细胞一、支原敬体(my晒cop判las长t)（最小烤、最简林单的细坚胞）二、细侮菌和蓝页藻（原熔核细胞房诚的代表羞）三、原裁核细胞此与真核西细胞比叼较膜，环协状双螺谎旋DN饮A，多积聚合糖托体，7闻00多暮种蛋白钻；细菌的1溪/10，渡在培养基弹上生长。细菌：环状DN调A，细胞惕膜，中膜普体，细胞贡壁，荚膜林，鞭毛，塘核外测DNA，罩内生孢子蓝藻：环状DN提A，中心巾质，光合体片层，内勿含物，细狱胞分裂肺炎支原源体衣原体立克次巡寿氏体大肠杆菌弧形霍即乱菌淋病球析菌四、古抱核细胞芝（古细伴菌）古核生物（arc密haeo偏n），古细菌(ar户cha堡eba萌cte葱ria服)，或原细菌产甲烷细糖菌、盐细缘瑞菌、硫氧疫化菌等1粒00余种文。生于极甲端环境。古核生物榨介于原核术生物与真粪核生物之按间，更近军于真核生碑物细胞壁免组成和符结构DNA与的基因结构核小体结搭构核糖体其（60暖种蛋白正质）5Sr咬RNA轧和16途SrR咳NA序申列第四节椒真核细炕胞基本知辈识概要一、基搜本结构挤体系1，生物汽膜系统2，遗传木信息表达被结构体系3，细掠胞骨架狮体系二、细才胞大小三、细胞傅形态结构宾与功能的锐关系四、植建物细胞居与动物渐细胞比绣较病毒、支戒原体、细呈菌、动植滴物细胞、换原生动物房诚细胞中心体、馋细胞壁、村液泡、色仓素体、胞徒间连系动物细芹胞植物细胞一、显赖微技术显微镜是借观察细胞聪的主要工摄具。根据爱光源不同蜘，可分为系光学显微桐镜和电子津显微镜两唤大类。普通光板学显微世镜荧光显搬微镜细胞中有做些物质，赠如叶绿素及等，受紫目外线照射梁后可发荧淹光；另有校一些物质负本身虽不毯能发荧光耗，但如果斥用荧光染唯料或荧光妥抗体染色过后，经紫岸外线照射皂亦可发荧般光荧光显微花镜照片（微管呈胞绿色、微视丝红色、眨核蓝色）激光共楚聚焦扫数描显微蛛镜蓝色为钓细胞核绿色为微潜管激光共聚讯焦扫描显设微镜用激尘光作扫描初光源，由因于激光束宜的波长较禾短，光束泳很细，所耕以共焦激舒光扫描显韵微镜有较东高的分辨剪力，大约固是普通光锋学显微镜命的3倍。调焦深仍度不一逼样时，案就可以御获得样伸品不同杨深度层调次的图捡像，这祸些图像魔信息都释储于计扫算机内准，通过浑计算机杏分析和弯模拟，交就能显土示细胞贞样品的肯立体结刮构。微分干失涉差显穷微镜优点是能刮显示结构没的三维立应体投影影旷像，使细苹胞的结构抵，特别是剧一些较大虹的细胞器衫，如核、黎线粒体等杂，立体感房诚特别强，虽适合于显咬微操作。目前像祝基因注达入、核遥移植、果转基因鹅等的显禁微操作悟常在这巨种显微泼镜下进宗行。倒置显微饼镜用于观燥察培养般的活细嘴胞透射电子缩慧显微镜193要2年R恐usk倦a发明摘了以电沫子束为植光源，用电磁场搁作透镜的电子显公微镜。电子显微滔镜的放大浆倍数最高觉可达近百庭万倍透射电子赌显微镜扫描电煤子显微骄镜RER氧的形态显微操作拦/注射仪免疫细胞左化学根据免疫腐学原理，拐利用抗体炎同特定抗饿原专一结吼合，对抗辟原进行定浑位测定的靠技术。如果将雹抗体结丘合上标邮记物，坟再与组塔织中的抽抗原发猾生反应服，即可裙在光镜纱或电镜板下显示对出该抗袄原存在袖于组织筛中的部杨位。常用的祖标记物大有荧光控素和酶堤。荧光素标公记的称为往免疫荧光的法酶标记赞的称为胳酶标免朋疫法显微光杀谱分析获技术细胞中映有一些称成分具晨有特定伯的吸收师光谱，区核酸、赛蛋白质来、细胞械色素、职维生素责等都有分自己特移征性的神吸收曲逗线。例改如，核绝酸的吸掉收波长劝为26倚0nm雷，而蛋卫白质的锅则为2鲜80n咽m。根抹据细胞找成分所尖具有的视这种特湿性，可介利用显半微分光与光度计违对某些界成分进化行定位膝、定性肝，甚至蜂定量测榨定放射自显铺影术用于研翻究标记材化合物容在机体区、组织匠和细胞版中的分浊布、定穷位、排厘出以及谨合成、俭更新、甩作用机醉理、作惩用部位幼等等。原理是将惑放射性同迎位素（如14C和3H）标深记的化循合物导捏入生物贷体内，恩将标本丝式制成切咽片或涂亏片，涂欧上卤化娃银乳胶捎，组织纲中的放汇射性即碧可使乳启胶感光爱。显示妄还原的说黑色银欧颗粒，贝即可得境知标本金中标记锯物的准难确位置快和数量舟。分子杂交青技术具有互睬补核苷赏酸序列察的两条来单链核躬苷酸分呜子片段利，在适援当条件沫下，通们过氢键器结合，敞形成D悦NA-驻DNA阵，DN矛A-R分NA或道RNA杯-RN始A杂交丧的双链裂分子。这种技由术可用浊来测定漠单链分这子核苷迎酸序列塌间是否挣具有互枯补关系肉。人类染色庭体端粒D膀NA的荧光原位迁杂交最初是贩使用带抖放射性援的DN探A探针参，通过处放射自助显影来演显示位阻置。后掀来又发升明了免留疫探针帜法，将浪探针核夕苷酸的槐侧链加步以改造私，探针那杂交后填，其侧蔽链可被席带有荧兵光标记快的抗体绪所识别锤，从而冶显示出坑位置。PCR就技术聚合酶阀链式反峡应（p解oly睁mer储ase抢ch偿ain宵re切act誓ion膜，PC帜R）用垂于在体荡外将微年量的目午标DN狱A大量那扩增，浅以便进扭行分析炕。三、细胞浮分离技术离心技术流式细效胞术细胞电泳离心技术