《细胞生物学概要》课件

细胞生物学概要探索生命的微观世界了解细胞结构与功能第一章：绪论1课程内容概览2基础理论体系3研究方法介绍4前沿进展探讨细胞生物学的定义和研究对象定义研究细胞结构、功能及生命活动的科学研究对象各种生物细胞及其亚细胞结构核心目标揭示生命活动的本质和规律细胞生物学的发展历史11665年罗伯特·胡克发现"细胞"21830年代施莱登和施旺提出细胞学说31880年代细胞分裂过程被描述420世纪电子显微镜等技术革命性发展细胞理论的建立第一要点细胞是生物体结构和功能的基本单位第二要点所有生物都由细胞组成第三要点细胞只能由已存在的细胞分裂产生现代细胞生物学的研究方向分子水平研究蛋白质组学、基因组学单细胞技术单细胞测序、单细胞成像细胞工程干细胞、组织工程合成生物学人工细胞、基因编辑第二章：细胞的基本知识基本单位生命的基础结构和功能单元微观世界需借助显微技术观察多样性不同生物有各种特化细胞原核细胞和真核细胞的区别特征原核细胞真核细胞核膜无有染色体单环状DNA多条线性DNA细胞器极少丰富尺寸一般较小一般较大细胞的基本结构细胞膜界定细胞边界，控制物质进出细胞质包含细胞器和代谢活动场所细胞核存储遗传信息，调控基因表达细胞骨架维持形态，参与细胞运动细胞的化学组成水蛋白质脂质核酸碳水化合物无机物第三章：细胞生物学研究方法从微观到纳观的细胞研究手段显微镜技术1超分辨率显微镜突破光学极限2电子显微镜纳米级观察3共聚焦显微镜获取三维图像4光学显微镜基础观察工具细胞分离技术匀浆破碎细胞差速离心初步分离密度梯度离心精细分离流式细胞术单细胞分选细胞培养技术培养基配制提供营养环境1细胞接种启动培养过程2传代维持延续细胞生长3冻存保藏长期保存细胞4检测应用进行各种实验5分子生物学技术在细胞研究中的应用1基因组编辑CRISPR-Cas9等技术改变基因2蛋白质组学质谱等技术研究蛋白质表达3基因表达分析RNA测序了解转录组4基因克隆PCR等技术扩增特定基因第四章：细胞膜流动镶嵌模型展示膜的动态结构物质转运控制细胞与环境物质交换膜蛋白执行多种功能的膜组分细胞膜的结构1磷脂双分子层形成基本骨架2嵌入的膜蛋白执行特定功能3糖脂和糖蛋白细胞识别标记4胆固醇调节膜的流动性细胞膜的功能边界屏障界定细胞范围物质转运控制物质进出信号接收感应外界刺激细胞识别免疫防御与细胞粘附膜脂和膜蛋白膜脂类型磷脂糖脂胆固醇膜蛋白类型整合蛋白周边蛋白脂锚定蛋白膜蛋白功能运输功能酶活性信号传导物质的跨膜运输被动扩散沿浓度梯度自发移动1促进扩散载体蛋白协助扩散2主动运输逆浓度梯度消耗能量3内吞和外排大分子和颗粒物质运输4第五章：细胞质细胞生命活动场所代谢反应主要发生地多种细胞器执行特化功能酶系统丰富催化各种生化反应细胞质基质1组成成分水、蛋白质、离子、小分子物质2胞质溶胶细胞质液体部分3胞质凝胶细胞质半固态部分4包涵体储存物质的非膜性结构内质网的结构和功能粗面内质网表面附有核糖体合成分泌蛋白膜蛋白合成光面内质网表面无核糖体合成脂类解毒功能钙离子储存高尔基体的结构和功能3-8扁平囊泡层数堆叠形成复合体60%蛋白质修饰比例进行糖基化等修饰5主要功能种类包括加工、分类、运输溶酶体的结构和功能消化功能降解各类大分子防御功能消灭入侵微生物自噬作用降解受损细胞器细胞死亡参与程序性死亡过氧化物酶体的结构和功能脂肪酸氧化分解长链脂肪酸解毒功能降解有毒物质代谢H₂O₂催化分解过氧化氢线粒体的结构和功能外膜与细胞质隔离1内膜形成嵴增加面积2基质含TCA循环酶系3ATP合成产生细胞能量4叶绿体的结构和功能（植物细胞）类囊体含光合色素和光系统基质进行暗反应光合作用将光能转化为化学能CO₂固定合成糖类等有机物细胞骨架微丝由肌动蛋白组成，参与细胞运动微管由微管蛋白组成，维持细胞形态中间纤维提供细胞机械支持和抗张力第六章：细胞核遗传信息中心DNA存储区域基因表达控制调控细胞活动转录场所RNA合成起点细胞核的结构1核膜双层膜结构2核孔复合体控制物质进出3染色质DNA与蛋白质复合物4核仁核糖体RNA合成场所5核基质支持核内结构染色质和染色体DNA分子遗传信息载体核小体DNA缠绕组蛋白染色质纤维30nm纤维结构染色体高度浓缩的染色质核仁的结构和功能1核仁纤维中心rDNA存在区域2致密纤维区前体rRNA加工区3颗粒区核糖体亚基组装区核膜和核孔复合体核膜结构外膜与内质网相连内膜与核纤层相连膜间腔分隔区域核孔复合体直径约100nm由约30种核孔蛋白组成控制大分子选择性通过第七章：细胞周期与细胞分裂G1期细胞生长和准备DNA合成1S期DNA复制阶段2G2期细胞生长和有丝分裂前准备3M期有丝分裂和细胞质分裂4G0期休眠或分化状态5细胞周期的各个时期G1期S期G2期M期细胞周期的调控1检验点监控周期质量2细胞周期蛋白周期性表达3CDK依赖性蛋白激酶4生长因子外界刺激信号有丝分裂过程1前期染色体浓缩，核膜解体2中期染色体排列赤道板3后期姐妹染色单体分离4末期染色体解螺旋，核膜重建5胞质分裂细胞质分为两部分减数分裂过程第一次分裂同源染色体分离第二次分裂姐妹染色单体分离最终产物形成四个单倍体配子遗传多样性通过基因重组和随机分离第八章：细胞信号转导信号分子激素、生长因子等受体识别膜受体、胞内受体信号传递第二信使、蛋白激酶细胞响应基因表达、代谢变化信号转导的基本概念信号分子配体，传递特定信息受体蛋白特异性识别信号信号级联放大和传递信号效应因子执行最终响应受体类型离子通道偶联受体直接控制离子流动响应快速如乙酰胆碱受体G蛋白偶联受体通过G蛋白传递信号如肾上腺素受体酶联受体具有酶活性如胰岛素受体核受体位于细胞质或核内如甲状腺激素受体G蛋白偶联受体信号通路配体结合激活受体构象改变1G蛋白活化GDP替换为GTP2效应蛋白激活如腺苷酸环化酶3第二信使产生cAMP或IP3和DAG4下游蛋白激酶如PKA或PKC5酶联受体信号通路酶联受体通过磷酸化级联反应传递信号第九章：细胞能量代谢能量转换从食物到ATP代谢网络复杂生化反应ATP合成能量存储分子糖酵解10反应步骤数葡萄糖至丙酮酸过程2ATP净产量每分子葡萄糖2NADH产量每分子葡萄糖三羧酸循环乙酰CoA进入与草酰乙酸结合1柠檬酸转变通过多步骤反应2脱羧反应释放CO₂3产能过程产生NADH、FADH₂和GTP4循环完成重新生成草酰乙酸5氧化磷酸化电子传递链NADH和FADH₂提供电子质子泵形成质子梯度ATP合酶利用质子流合成ATP氧气接受电子形成水分子光合作用（植物细胞）光反应捕获光能分解水分子产生ATP和NADPH释放氧气暗反应固定二氧化碳卡尔文循环合成葡萄糖使用ATP和NADPH第十章：细胞分化与发育干细胞具有分化潜能的未特化细胞分化过程从干细胞到特化细胞的转变组织形成分化细胞组织形成完整组织细胞分化的概念1基因表达改变特定基因激活或抑制2形态结构变化适应特定功能3功能特化执行专门任务4可逆性某些情况下可去分化或重编程干细胞及其特性1全能干细胞可分化为所有细胞类型2多能干细胞可分化为多种细胞类型3少能干细胞分化能力有限4单能干细胞只能分化为一种细胞细胞命运决定1外部信号生长因子和细胞间相互作用2基因调控转录因子和表观遗传修饰3染色质重塑DNA甲基化和组蛋白修饰4细胞极性不对称分裂决定子细胞命运组织器官形成细胞分化形成特化细胞细胞迁移移动到特定位置细胞黏附形成细胞间连接形态发生组织形态塑造器官形成不同组织协同组合第十一章：细胞衰老与死亡衰老机制端粒缩短，DNA损伤积累凋亡程序有序细胞死亡过程自噬过程细胞自我消化以维持平衡坏死现象急性损伤导致细胞破裂细胞衰老的特征和机制端粒缩短DNA复制极限1DNA损伤积累修复能力下降2线粒体功能障碍能量产生减少3蛋白质损伤错误折叠积累4表观遗传变化基因表达改变5细胞程序性死亡（凋亡）1起始阶段接收死亡信号2执行阶段激活半胱氨酸蛋白酶3降解阶段DNA碎片化，细胞皱缩4清除阶段凋亡小体