醫(yī)學細胞生物學第一,二,三章

第一篇概述生命細胞細胞生物學以細胞生命現(xiàn)象為中心的多層面、多學科或多領域的整合性研究模式。人體，醫(yī)學當前第1頁\共有63頁\編于星期三\21點第一章細胞生物學與醫(yī)學

細胞生物學是現(xiàn)代生命科學的重要基礎學科

細胞重大生命活動的相互關系細胞生物學的主要學術組織、學術刊物與教科書

學習細胞生物學的注意點當前第2頁\共有63頁\編于星期三\21點細胞生物學是研究細胞基本生命活動規(guī)律的科學，它是在不同層次（顯微、亞顯微與分子水平）上以研究細胞結構與功能、細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調(diào)控、細胞起源與進化等為主要內(nèi)容。核心問題是將遺傳與發(fā)育在細胞水平上結合起來。細胞生物學當前第3頁\共有63頁\編于星期三\21點細胞信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）；細胞凋亡（cellapoptosis）；基因組與后基因組學研究（genomeandpost-genomicanalysis）。SCI（ScienceCitationIndex）論文最集中的三個領域:當前第4頁\共有63頁\編于星期三\21點三種疾?。?/p>

癌癥（cancer）

心血管?。╟ardiovasculardiseases）

愛滋病和肝炎等傳染病

（infectiousdiseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向：

細胞周期調(diào)控（cellcyclecontrol）；

細胞凋亡（cellapoptosis）；

細胞衰老（cellularsenescence）；

信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）；

DNA的損傷與修復（DNAdamageandrepair）目前全球研究最熱門當前第5頁\共有63頁\編于星期三\21點當前第6頁\共有63頁\編于星期三\21點AlbertsBetal.EssentialCellBiology.NewYorkandLondon：Garlandpublishing，Inc.1998AlbertsBetal.

MolecuarBiologyoftheCell,3rded.NewYorkandLondon：GarlandPublishing，Inc.1994BeckerW.M.etal.TheWorldoftheCell.FourthEd.TheBenjamin/CummingsPublishingCompany.2000GeraldKarp.CellandMolecularBiology：conceptsandexperiments，2ndEdition.PublishedbyJohnWiley&Sons,Inc.1999LodishH.etal.MolecularCellBiology.4thEd.ScientificAmericanBooks,Inc.2000.當前第7頁\共有63頁\編于星期三\21點當前第8頁\共有63頁\編于星期三\21點學習醫(yī)學細胞生物學的注意點▲抽象思維與動態(tài)觀點▲結構與功能統(tǒng)一的觀點▲同一性(unity)和多樣性(diversity)的問題▲實驗科學與實驗技術——細胞真知源于實驗室——Whatweknow//Howweknow.當前第9頁\共有63頁\編于星期三\21點顯微鏡之于生物學，猶如望遠鏡之于天文學，細胞生物學的變革無不和顯微技術的改進息息相關。1590年J.和Z.Janssen父子制作第一臺復式顯微鏡，放大倍數(shù)不超過10倍。1610年GalileoGalilei用顯微鏡觀察昆蟲。第一節(jié)細胞學的誕生與發(fā)展一、細胞的發(fā)現(xiàn)當前第10頁\共有63頁\編于星期三\21點RobertHookeandhis“cells”1665當前第11頁\共有63頁\編于星期三\21點當前第12頁\共有63頁\編于星期三\21點MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1674年A.vanLeeuwenhoek在池塘中觀察到原生動物1668年J.Swammerdan觀察到虱子和青蛙的血細胞當前第13頁\共有63頁\編于星期三\21點1777年W.Hewson在無脊椎動物的紅細胞中觀察到了細胞核；1781年F.Fontana在鰻魚的皮膚上皮細胞中發(fā)現(xiàn)細胞核；1805年發(fā)現(xiàn)毛茛科植物花蕾中的相鄰細胞間有膜作為界限；1812年J.Moldenhawer通過細胞分離的方法證實了細胞的個體特性；1829年：植物體是由互不依賴的單個細胞的聚會體；1830年：細胞是一個由膜所包圍的實體．對于細胞學說的誕生具有重要意義當前第14頁\共有63頁\編于星期三\21點CellTheory是19世紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容：１.所有生物體是由細胞構成的；２.細胞是生物體結構和功能的基本單位；３.細胞是生命的基本單位；４.細胞來源于已存在的細胞。二、細胞學說當前第15頁\共有63頁\編于星期三\21點MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann1838年Schleiden認為所有植物體都由細胞及其產(chǎn)物組成；1839年Schwann提出了“所有動物體都是由細胞組成”。當前第16頁\共有63頁\編于星期三\21點1845年A.Braun提出：細胞是生命的基本單位．1885年R.Virchow提出：細胞來源于細胞；糾正了Schleiden的“非細胞形成”的觀點，而且還利用病理學的實驗證據(jù)，強調(diào)細胞學說同樣適合醫(yī)學．

BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak等許多著名科學家。實際上細胞學說是19世紀許多科學家共同努力的結果：當前第17頁\共有63頁\編于星期三\21點細胞學：顯微鏡油鏡,切片,固定和染色技術的發(fā)展細胞器的發(fā)現(xiàn):1887V.Beneden中心體1889C.Golgi內(nèi)網(wǎng)器（高爾基復合體）1897C.Garnier內(nèi)質(zhì)網(wǎng)1898C.Benda線粒體生理活動:1873Schneider細胞分裂細胞核的變化1892W.Flenning精確描述了細胞分裂過程,提出了有絲分裂1883E.Beneden發(fā)表了染色體遺傳連續(xù)性的原理1884W.HertwigandE.Strasburger細胞核是遺傳特征的載體1884J.Carnoy創(chuàng)立《細胞學雜志》1892O.Hertwig出版《細胞與組織》當前第18頁\共有63頁\編于星期三\21點三、多學科的滲透及主要進展１.組織細胞培養(yǎng)技術的建立；

1907,Harrison蛙胚的神經(jīng)管組織1912,Carrel雞的心臟成纖維細胞２.細胞膜理化特性認識的加深：半透性，是由類脂雙層組成；３.整體細胞中核酸和蛋白質(zhì)的分析技術的出現(xiàn)；

DNA只存在細胞核;RNA存在細胞核,核仁和細胞質(zhì)能測定單個細胞的核酸和蛋白質(zhì)含量提出了RNA在蛋白質(zhì)合成中具有中心地位４.電子顯微鏡的出現(xiàn)和應用:1933，細胞結構進入超微結構.當前第19頁\共有63頁\編于星期三\21點第二節(jié)、細胞生物學的興起電子顯微鏡技術細胞化學技術細胞組分分離技術分子生物學顯微水平超微水平分子水平為了認識細胞而研究細胞通過細胞去解讀生命細胞生物學(cellbiology)當前第20頁\共有63頁\編于星期三\21點一、細胞結構知識的深入和整合1.細胞顯微結構從亞微水平的重新認識;

顯微鏡的放大倍數(shù)和分辨率內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基體變更清晰

2.更多細胞結構的發(fā)現(xiàn);

核糖體,溶酶體,過氧化物體,微管,微絲,核孔

3.多層面結構知識的整合

多學科的交叉使人們對細胞結構的認識在顯微水平,亞微水平和分子水平得到統(tǒng)一當前第21頁\共有63頁\編于星期三\21點二、細胞“時空”特性的認識1.細胞質(zhì)中化學物質(zhì)的區(qū)域化:含有酶的細胞器都由膜包圍2.細胞器存在的時空特性:

結構決定功能(細胞核,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體具有位置上的相鄰性)3.細胞器功能活動的時空特性:

線粒體功能,饑餓時肝細胞中溶酶體的數(shù)目增多4.細胞在個體中存在的時空特性:

在個體生長發(fā)育過程中,有些細胞的位置和功能也發(fā)生改變.

如成體中的造血干細胞

當前第22頁\共有63頁\編于星期三\21點三、細胞“單位”概念的深化1.細胞獨立生存的潛能性任何一個細胞在適當?shù)臈l件都可能具有單獨存活的能力2.細胞中物質(zhì)代謝體系的完整性任何一個細胞都具備各種物質(zhì)代謝和滿足細胞基本生命活動所需要的結構基礎和功能體系3.細胞基本生物學特性的相似性細胞的存活,分裂,運動以及衰老1965年《細胞生物學》(cellbiology)正式出版標志著細胞生物學的興起當前第23頁\共有63頁\編于星期三\21點第三節(jié)、細胞生物學發(fā)展的趨勢1.思想方法:

還原論:生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)沒有本質(zhì)區(qū)別都有自然界化學元素組成活力論:生命的物質(zhì)完全不同于自然界的無機物2.細胞本身的認識

信號通路,轉(zhuǎn)錄因子,離子通道等等.3.細胞與個體

正向遺傳學:從表型或性狀改變找對應的突變基因

反向遺傳學:改變某個特定的基因或蛋白質(zhì)再去尋找的表型變化

4.細胞與社會

人類健康,社會經(jīng)濟,倫理的影響:疾病預防、疾病診斷、藥物研制、器官移植、抗衰老等;干細胞、安樂死、

轉(zhuǎn)基因動植物、

動物克隆當前第24頁\共有63頁\編于星期三\21點第四節(jié)、細胞生物學在醫(yī)學科學中的地位與作用1.細胞與人體的生長發(fā)育:人體的發(fā)育是從受精卵開始的2.

細胞與人類疾病:

細胞是疾病發(fā)生和發(fā)展的基本單位,治病是在直接或間接地解決細胞的問題.如腫瘤的治療.3.細胞與醫(yī)學研究腫瘤,心臟病,HIV,HBV等當前第25頁\共有63頁\編于星期三\21點第二章細胞的起源與進化第一節(jié)細胞的起源一、地球上原始生命的誕生１.由無機小分子演變?yōu)樵加袡C小分子物質(zhì)２.由有機小分子物質(zhì)形成生物大分子物質(zhì)３.從生物大分子到多分子體系４.從多分子體系演變?yōu)樵忌斍暗?6頁\共有63頁\編于星期三\21點二、細胞的發(fā)生１.多聚體的形成多核苷酸的自我復制和控制蛋白質(zhì)的合成，２.膜的出現(xiàn)是細胞形成的關鍵３.原始細胞的誕生約35億年前；異養(yǎng)型；可變形的膜，含有信息和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)；當前第27頁\共有63頁\編于星期三\21點TheBirthofLife當前第28頁\共有63頁\編于星期三\21點第二節(jié)、細胞的進化一、病毒

由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)構成的核酸—蛋白復合體．地球上最小最簡單的非細胞形態(tài)的有機體．二、支原體

目前發(fā)現(xiàn)最小和最簡單的細胞．

具有細胞的基本形態(tài)結構能獨立生存，有代謝過程，能以一分為二方式分裂．衣原體與立克次體與支原體的結構和體積近似，但他們不能在培養(yǎng)基上生長當前第29頁\共有63頁\編于星期三\21點細菌支原體立克次氏體衣原體病毒可見性光學顯微鏡光學顯微鏡勉強可見勉強可見電子顯微鏡過濾性不能過濾能過濾不能過濾能過濾能過濾革蘭氏染色陽性或陰性陰性陰性陰性無細胞壁細胞壁缺與G-菌相似與

G-菌相似無細胞結構繁殖方式二等分裂二等分裂二等分裂二等分裂復制培養(yǎng)方法人工培養(yǎng)基人工培養(yǎng)基宿主細胞宿主細胞宿主細胞核酸種類DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNA核糖體有有有有無大分子合成有有進行進行只利用宿主機體當前第30頁\共有63頁\編于星期三\21點Viruses當前第31頁\共有63頁\編于星期三\21點HBV流感病毒HIVSARS流感病毒當前第32頁\共有63頁\編于星期三\21點三、原核細胞細胞壁：胞壁質(zhì)蛋白多糖細胞核：沒有核膜包圍，擬核DNA裸露，沒有組蛋白結合細胞質(zhì)中含有核糖體和間體，沒有其他細胞器真核細胞細胞核有核膜包被細胞質(zhì)中含有結構精細，功能專一的細胞器當前第33頁\共有63頁\編于星期三\21點原核細胞的特點當前第34頁\共有63頁\編于星期三\21點真核細胞的基本結構123456當前第35頁\共有63頁\編于星期三\21點當前第36頁\共有63頁\編于星期三\21點原核細胞和真核細胞的比較特征原核細胞真核細胞細胞膜有（多功能性）有核膜無有染色體由一個環(huán)狀DNA分子構成的單個染色體，DNA不與或很少與蛋白質(zhì)結合2個染色體以上，染色體由線狀DNA與蛋白質(zhì)組成核仁無有線粒體無有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無有高爾基體無有溶酶體無有核糖體70S（包括50S與30S的大小亞單位）80S（包括60S與40S的大小亞單位）光合作用結構藍藻含有葉綠素a的膜層結構，細菌具有菌色素植物葉綠體具有葉綠素a與b核外DNA細菌具有裸露的質(zhì)粒DNA線粒體DNA，葉綠體DNA細胞壁主要成分是氨基糖與壁酸動物細胞無細胞壁，植物細壁的主要成分為纖維素與果膠細胞骨架無有細胞增殖（分裂）方式無絲分裂（直接分裂）以有絲分裂（間接分裂）為主當前第37頁\共有63頁\編于星期三\21點四、原核生物演化為真核生物內(nèi)共生起源說：真核細胞內(nèi)的許多細胞器不是進化產(chǎn)物，而是突然地由內(nèi)共生結果產(chǎn)生．分化起源說：在漫長的進化過程中，通過內(nèi)在矛盾和自然選擇分化出網(wǎng)膜系統(tǒng)，胞核系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并由此形成真核生物．當前第38頁\共有63頁\編于星期三\21點第三章細胞的基本特征第一節(jié)細胞的分子基礎一、細胞的小分子物質(zhì)

構成細胞的基本元素有：C、O、H、N、S、P６種元素構成其干重物質(zhì)的占99%以上;細胞的無機物主要有水和無機鹽;4類有機小分子：

單糖，脂肪酸，氨基酸，核苷酸當前第39頁\共有63頁\編于星期三\21點單糖通式:(CH2O)n;n為3-7葡萄糖是許多細胞的主要營養(yǎng)化合物;葡萄糖構成簡單多糖,動物細胞為糖原,植物細胞是淀粉.脂肪酸兩個區(qū)域碳氫鏈疏水羧酸基團親水分解產(chǎn)生ATP主要作用構成細胞膜.磷脂:脂肪酸和甘油組成,甘油與兩個脂肪酸鏈相連,其余與磷酸基團連接當前第40頁\共有63頁\編于星期三\21點氨基酸蛋白質(zhì)合成的亞基,一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基形成肽鍵。常見氨基酸有20種，每個氨基酸主要取決于C源側鏈HCH3H3NCCOO-核苷酸核苷酸磷酸戊糖雜環(huán)化合物核糖脫氧核糖嘌呤嘧呤腺嘌呤A鳥嘌呤G胸腺嘧啶T胞嘧啶C尿嘧啶U核苷酸可作化學能的載體,其衍生物可作傳遞特定化學基團的載體;構成核酸的基本單位,儲存生物信息當前第41頁\共有63頁\編于星期三\21點二、細胞的大分子物質(zhì)蛋白質(zhì)分子結構是以氨基酸殘基而連接成的線性順序為基礎，分為四級一級結構:以肽鍵為主鍵或有少量二硫鍵為副鍵的多肽鏈作用:決定蛋白質(zhì)的三維構象從而影響其作用;含有遺傳指令信息二級結構:在一級結構的基礎上,借氫鍵在氨基酸殘基之間的對應點連接,三種類型:α螺旋結構:肽鏈以右手螺旋盤繞而成的空心筒狀構象β折疊片層:是一條肽鏈回折而成的平行排列構象三股螺旋:膠原獨有的構象,由原膠原的3條多肽鏈共同絞接而成.一級結構:以肽鍵為主鍵或有少量二硫鍵為副鍵的多肽鏈作用:決定蛋白質(zhì)的三維構象從而影響其作用;含有遺傳指令信息當前第42頁\共有63頁\編于星期三\21點三級結構:

在二級結構的基礎上再行折疊α螺旋或β折疊,隨機卷曲,靠氫鍵,脂鍵,離子鍵和疏水鍵維持.四級結構:

由兩條或多條獨立的三級結構的肽鏈構成靠氫鍵等化學鍵維持,單個亞基沒有活性.蛋白質(zhì)的功能:1.細胞的結構成分;2.運輸和傳導;3.收縮運動;4.免疫保護;5.作為生物催化劑的酶.當前第43頁\共有63頁\編于星期三\21點三級結構當前第44頁\共有63頁\編于星期三\21點核酸一種遺傳物質(zhì),能將上代的特征傳遞給下代的生物大分子功能:攜帶和傳遞遺傳信息DNA的結構由兩條平行而方向相反的互補核苷酸鏈構成,以右手螺旋盤旋成雙螺旋結構;主要特點:DNA分子全部堿基處于雙螺旋內(nèi)側,由氫鍵連接.按堿基互補的原則配對當前第45頁\共有63頁\編于星期三\21點當前第46頁\共有63頁\編于星期三\21點RNA結構:由線性的核苷酸序列組成與DNA相比有兩點不同:糖-磷酸主鏈是核糖;TURNA:mRNA,tRNA,rRNA.mRNA:前身是核內(nèi)不均一核RNA(hnRNA);在細胞核內(nèi)合成,經(jīng)過剪接,加工成為成熟的mRNA并移出核外,成為蛋白質(zhì)合成的模板指導蛋白質(zhì)的合成tRNA:細胞內(nèi)相對分子質(zhì)量最小的一類核酸,70-80個核苷酸組成;在蛋白質(zhì)合成時辨認mRNA而轉(zhuǎn)運氨基酸.rRNA:細胞內(nèi)相對分子質(zhì)量最大,含量最多;5S,5.8S,18S,28S;構成核糖體亞基,形成蛋白質(zhì)合成的場所.當前第47頁\共有63頁\編于星期三\21點第二節(jié)、細胞的結構特征原生質(zhì):細胞內(nèi)的生命物質(zhì),分化為細胞質(zhì),核和膜.一個動物細胞就是原生質(zhì).三種形態(tài):1.顆粒狀.線粒體的基粒,核糖體2.線狀.微絲,微管的原纖維3.膜狀.核膜有孔,多數(shù)膜結構無孔原生質(zhì)體:植物細胞去掉細胞壁剩余的細胞稱為原生質(zhì)體,實際就是植物細胞的原生質(zhì).當前第48頁\共有63頁\編于星期三\21點一、細胞的大小不同種類的細胞大小變異范圍很大:cm-nm,100萬倍

細胞的大小和細胞的功能相適應(神經(jīng)細胞)

細胞的大小和生物體的大小沒有相關性(大樹和新生樹苗)

細胞生長時,細胞體積的增加大于細胞面積的增加.(為什么細胞生長到一定階段后要發(fā)生分裂?)二、細胞的數(shù)目單細胞生物只有一個細胞,而多細胞生物細胞數(shù)目很多:成人約2×1014個細胞.細胞數(shù)目的增加靠細胞繁殖;各種細胞的繁殖的能力和速度不一樣有機體細胞數(shù)目不是固定不變的,處于動態(tài)平衡中當前第49頁\共有63頁\編于星期三\21點動植物細胞在20~30μm間；真核細胞體積大于原核細胞；卵細胞大于體細胞。名稱人卵口腔上皮細胞肝細胞紅細胞變形蟲海膽卵傷寒菌肺炎球菌μm12075207100702.4x0.50.2x0.1當前第50頁\共有63頁\編于星期三\21點三、細胞的形態(tài)當前第51頁\共有63頁\編于星期三\21點人類紅細胞當前第52頁\共有63頁\編于星期三\21點巨噬細胞當前第53頁\共有63頁\編于星期三\21點神經(jīng)元細胞當前第54頁\共有63頁\編于星期三\21點四、細胞的結構當前第55頁\共有63頁\編于星期三\21點第三節(jié)、細胞的生命特征一、新成代謝是細胞的基本生命特征物質(zhì)