细胞生物学课件：1-2016-绪论

1、细胞生物学Cell Biology,绪 论,细胞生物学概述 细胞生物学的形成与发展 细胞生物学与医学科学 如何学习细胞生物学？,概述：什么是细胞生物学?,细胞（cell）:The basic structure and functional unit of all organisms; cells may exist as independent units of life (as in monads) or may form colonies or tissues as in higher plants and animals.,细胞cell-生命的基本单位,细胞是由质膜（plasma me

2、mbrane）包围的、相对独立的结构与功能单位，能够自我调节和独立生存；同时，它又是不断与外界进行物质、能量和信息交换的开放体系。 细胞具备生命的各项基本属性。不同的细胞具有若干共性。 生物学（biology）是研究自然界生命体（或生物）生命现象及其规律的一门学科。,细胞生物学（cell biology）以“完整细胞的生命活动（如新陈代谢、生长、发育、分化、遗传、变异运动、信号转导、衰老、死亡等）”为着眼点，从细胞的不同结构层次(分子、亚细胞、细胞) 及细胞间相互关系(细胞的社会性)的角度来观察和研究细胞生命活动的基本规律。,细胞生物学主要关注基因表达后生物大分子的修饰、改造、细胞成分的组装和

3、细胞内外信息的整合、分析和传递等领域，。 细胞周期调控、细胞增殖与分化的规律、染色体的结构和功能、细胞骨架和核基质对核酸代谢的调控、胞内蛋白质的分选和运输、细胞因子和细胞功能的的关系、细胞外基质和细胞间信号联系、细胞结构体系的组装、细胞信号转导、细胞迁移、干细胞特性、细胞社会学、细胞工程、细胞的衰老和死亡、受精与生殖研究,不同角度研究细胞的细胞生物学分支,膜生物学（membrane biology） 细胞动力学（cytodynamics） 细胞能力学（cytoenergetics） 细胞遗传学（cytogenetics） 细胞生理学（cytophysiology） 细胞社会学（cytosoci

4、ology） 细胞生态学（cytoecology） 癌细胞生物学（cancer cell biology） 神经细胞生物学（neural biology） 生殖细胞生物学（reproductive cell biology） 干细胞生物学（stem cell biology） 细胞组学（cytomics） 系统生物学（ssystems biology）。,细胞生物学的形成与发展,1665年Robert Hooke利用显微镜对物质世界进行了显微观察，发现细胞并命名。 荷兰人Avon Leeuwenhoek第一次观察到完整的活细胞。,细胞学说,Brown（1831）发现一切细胞都有细胞核。 183

5、8年M. J. Schleiden提出所有的植物都由细胞构成。 T.Schwann提出所有的动物也都由细胞构成。 所有生物都是由一个或多个细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位，细胞是生命的结构单位。,1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞” ，进一步完善了细胞学说 Purkinje（1839）提出原生质概念。细胞被描述为“是赋有生命特征的一团原生质，其中有一个核”。 Flemming（1880）发现有丝分裂，之后陆续观察到各种细胞器 细胞和组织（1892）标志着细胞学（cytology）已成为一门生物学科。,细胞学与相邻的学科之间的相互渗透，使纯形态研究的细胞学发展为细

6、胞生物学。物理、化学、计算科学的发展也支持了细胞生物学的发展。,分子细胞生物学Molecular cell biology,从分子角度、亚细胞角度研究细胞内生物大分子的结构或功能变化与细胞生命活动的关系，比如等方面，推动了细胞生物学的新发展。 细胞增殖/分化及其调控、细胞运动的分子基础、物质在细胞内转运、细胞信号转导、细胞衰老与死亡机制,系统生物学（systems biology）,以细胞作为一个系统，研究系统内各种因素，获得DNA、RNA及蛋白质相互作用及所构成网络等各方面整合所获得的信息，建立能描述系统结构和行为的数学模型，最后借此模型系统，研究系统的功能、运作、异常及其干预。,1998年

7、:信号分子 1999年:信号肽 2001年: 细胞周期的关键分子调节机制 2002年: 程序性死亡的遗传调节机制 2003年：通道蛋白 2004年：受体 2007年: 干细胞 2009年: 端粒与端粒酶 / 核糖体 2012年: 诱导多能干细胞 2013年：囊泡运输机制 ,细胞生物学与诺贝尔奖,细胞生物学与医学科学,生命从细胞开始，探索疾病发生的分子机制、疾病的诊断与治疗必须在细胞水平上才能得到真正解决。 细胞生物学的发展促进了医学的发展，对细胞各种生命现象的研究都可能直接或间接地应用于医学领域，为医学带来革命性变化。,探索疾病发生的分子机制,蛋白质参与细胞的各种生命活动。,由多个氨基酸残基构

8、成的多肽链（polypeptide chain），一般经多个层次的组装折叠后形成成熟有活性的蛋白质分子。 有高度的特异性,蛋白质的构象决定了蛋白质的功能，通过改变理化环境可以使蛋白质的空间构象产生去折叠改变，即蛋白质的变性。,蛋白质功能发挥也和构象变化有关,蛋白质可逆磷酸化引起构象改变（正常）,蛋白质异常错误折叠的影响,Human Prion Diseases Creutzfeld-Jakob Disease (CJD) Gerstmann-Straussler-Scheinker Syndrome Fatal Familial Insomnia Kuru Animal Prion Disea

9、ses Bovine Spongiform Encephalopathy Scrapie,CJD病人大脑组织切片，左：海绵状病变及周围的沉淀斑，右：淀粉样蛋白沉淀,1982年Prusiner发现CJD的病原体是一种蛋白质，后将之命名为prion ，即蛋白质感染因子或朊病毒。,朊病毒(PrPSc)具有极强的生命力和感染力。 不畏甲醛，耐热，在高温加热后仍具有一定的感染力。 耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有抗药性。 不溶于盐溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚合体。 朊病毒能转变细胞内的正常蛋白，使之发生结构变异，具有致病作用。,朊病毒（Prion）是一种结构变异的蛋白质，它的增殖既不是由于基

10、因过分表达，也不是因为翻译量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造成的。,Prion,1997年Prusiner获得诺贝尔生理与医学奖。,for his discovery of prions-a new biological principle of infection.,细胞生物学研究是疾病诊断的基础,疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更主要的是有赖于疾病所带来的异常特征，整体水平、生化水平、细胞水平或分子水平的变化，都可能是疾病诊断的依据 细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的早期治疗,细胞生物学研究有助于疾病的治疗和干预，促进了医学发展,疾病的治疗有赖

11、于对疾病机制的深入了解 基因治疗是建立在分子生物学特别是细胞生物学的基础上的现代医学治疗，弥补患者的细胞缺陷，恢复细胞内已紊乱的新陈代谢。 基因编辑技术为定点治疗基因缺陷疾病指明了方向。,生殖（reproduction）,在本质上是精子细胞与卵细胞的结合 干预（生育控制、 治疗不孕不育）,分化（differentiation）,受精卵产生的同源细胞，在形态、功能和蛋白质合成等方面发生稳定性差异的过程。,干细胞（stem cell）,分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度较低的干细胞（stem cell）处于暂时静止状态，必要时干细胞可通过细胞分裂，分化为更高分化程度的细胞。,干细胞生物学的研

12、究将为这类疾病的治疗带来不可限量的前景，它是现代再生医学（regenerative medicine）的基础。,细胞工程 (cell engineering),应用细胞生物学技术和分子生物学技术，改造细胞，使之有利于医学实践，造福人类,裸鼠身上成功地移植了人造耳,一名7岁男孩因车祸造 成颅骨66厘米缺损 采用组织工程技术修 复,经4个月随访,生长 良好,细胞衰老 （cell aging）,通过衰老机制的研究，最终将揭示人类衰老的本质，进而控制细胞及人的衰老，达到延年益寿的目的。 细胞衰老的机制当前多集中于分子水平上的研究，如衰老相关基因（senescence-associated gene，

13、SAG）、染色体端粒（telomere）、一些与疾病有关的物质（如Alzheimer病中类淀粉前体蛋白）在衰老中的作用等等。,Werner综合症是一种罕见的疾病，患者会在青春期之后出现老化的外貌。病人皮肤、骨骼肌、心血管系统功能退化加速，取自病人身上的培养细胞，其端粒比正常个体短，端粒DNA修复能力降低。有研究表明是由于人类染色体8短臂的Werner综合症基因（WRN）发生突变所致。,细胞信号传导(signal transduction),细胞作为生命的基本单位，作为一个相对独立的系统，对于外界输入的信号，如何接受信号、传递和处理信号，乃至作出反应，有一套自身的规律；疾病机制的研究（如肿瘤、药物中毒）、药物的筛选及毒副作用