医学细胞生物学绪论课件

医学细胞生物学绪论医学细胞生物学绪论医学细胞生物学绪论 全面系统地介绍细胞生物学的基本理论、知识和技能，特别是与医学有关的细胞生命活动规律。2 全面系统地介绍细胞生物学的基本理论、33第一篇概述第1章 细胞生物学与医学第2章 细胞的起源与进化第3章 细胞的基本特征第4章 细胞生物学的研究技术4第一篇 概述第1章 细胞生物学与医学4第第1 1章章 细胞生物学与医细胞生物学与医学学(Cell Biology and Medicine)细胞生物学(Cell Biology)是从分子水平、亚细胞(超微)水平、细胞(显微水平)和个体水平等不同层次探讨细胞细胞生命现象的发生规律及其本质的科学。四大基础学科。5第1章 细胞生物学与医学 细胞生物学(细胞的生命现象是细胞生命特征的表现形式,主要有:细胞的生长、分裂、分化、发育、遗传、变异、运动、兴奋传导、信号转导、癌变、衰老、死亡 四维体系 现代生物学的重叠核心学科 (overlapping core discipline)基因组学(genomics)和蛋白质组学 (proteomics)高集成性的实验研究体系的引入6 细胞的生命现象是细胞生命特征的表现形式细胞生物学的诞生与发展细胞的发现细胞学说的形成其他学科的渗透细胞生物学的兴起细胞结构知识的深入和整合细胞”时空”特性的认识细胞学”单位”概念的深化细胞生物学的发展趋势思想方法细胞本身的认识细胞与个体细胞与社会细胞生物学在医学科学中的地位与作用细胞与个体的生殖发育细胞与人类疾病细胞与医学研究本章内容提要7 细胞生物学的诞生与发展本章内容提要71.Cell biology2.Complex system(多层次、非线性、多侧面)3.Cell proliferation and development,heridity,activity of nervus(brain)4.Cell biology,molecular biology,neurobiology ecology5.Leading role6.Modern physics and chemical,molecular biology.Core:Connection between heridity AND development on the level of the cell Role of cell biology in modern life science81.Cell biologyRole of cell 细胞生物学的主要研究内容细胞核、染色体以及基因表达的研究Karyon,chromosome and gene expression regulation生物膜与细胞器的研究Cell membrane and organelle细胞骨架体系的研究Cell cytoskeleton study细胞增殖及其调控 Cell proliferation and regulation世界首报核型：世界首报核型：46,XY,t(4;9)(q21;p11)9细胞生物学的主要研究内容细胞核、染色体以及基因表达的研究世界1010Cell differentiation and regulation细胞分化及其调控Cell aging and cell PCD(apoptosis)细胞的衰老与凋亡Origin and evolutionof the cell细胞的起源与进化Cell engineering细胞工程Study object of cell biology11Cell differentiation and regul1212 1 1 细胞学的诞生与发展细胞学的诞生与发展 细胞生物学由细胞学(Cytology)发展而来，Cytology是指对细胞形态(特别是染色体形态)的观察。一、细胞的发现 光学显微镜（microscopy）与细胞的发现 Hooke(1665)&Leeuwenhoek(1677)与cell的发现 Leeuwenhoek:细胞核(1700)纤毛虫、精子、细菌等。“巴黎科学院通讯院士”。13 1 细胞学的诞生与发展 二、细胞学说的创立 细胞学说(cell theory)：“一切生物，从单细胞生物到高等动物和植物都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位；细胞来源于已经存在的细胞”Schleiden and Schwann(1839)1845，A.Braun提出“细胞是生命的基本单位”。1885，R.Virchow提出“细胞来源于细胞”。14二、细胞学说的创立 细胞学说(cell the 细胞学说被广泛接受和应用，将当时的生物学研究从宏观水平和大体水平引入到了微观水平(19世纪下半叶,油镜,显微切片,固定,染色技术)T.Boveri,V.Beneden(1887)发现中心体;C.Garnieroveri(1897)发现内质网;C.Golgi(1889)发现内网器(高尔基复合体);C.Benda(1898)发现线粒体;F.A.Schneider(1873)和W.Flemming(1892)发现细胞分裂,后者提出mitosis;E.Beneden(1883)染色体遗传,单倍体与二倍体;W.Hertwig,E.Strasburger(1884)细胞核是遗传特征载体;细胞学(cytology)产生贝时璋(1932)细胞重建(cell reformation)15 细胞学说被广泛接受和应用，将当时的生物学研究 1865,1865,Mendel G16 1865,Mendel G16 1948年遴选的中央研究院第一批院士，也是最年长的中国科学院院士 贝时璋贝时璋(1903-)生物学家 资深院士、104岁高龄的贝时璋先生(2007)17 1948年遴选的中央研究院第一批院士，也是最三、其他学科的渗透1.细胞培养技术的建立 R.G.Harrison(1907)蛙胚的神经管组织体外培养,A.Carrel(1912)鸡的心脏成纤维细胞培养(培养了34年?)2.细胞膜理化特性认识的加深 C.E.Overton(1895)发现细胞膜具有半透性,细胞膜具有脂质特性(1900),E.Gorter和F.Grendel(1925)细胞膜是由类脂双层组成3.整体细胞中核酸和蛋白质的分析技术的出现 R.Feulgen和H.Rossenbeck(1924)”福尔根染色”,1936年,T.Caspersson 4.电子显微镜的出现和使用18三、其他学科的渗透1.细胞培养技术的建立 R.G.Ha1919 1.细胞显微结构从亚微水平的重新认识 0.2m 1nm,膜相结构(m.structure),单位膜(unit m.)2.更多细胞结构的发现 核糖体,溶酶体,细胞骨架 3.多层面结构知识的整合 光镜,电镜,生化,细胞组分分离,从显微/亚显微/分子水平上达到统一。DNA、组蛋白、核小体，动态关系。2 2 细胞生物学的兴起细胞生物学的兴起 细胞生物学的兴起于20世纪50年代,电镜/生化/细胞组分分离技术引用一、细胞结构知识的深入和整合一、细胞结构知识的深入和整合20 1.细胞显微结构从亚微水平的重新认识 2121二、细胞“时空”特性的认识 1.细胞质中化学物质的区域化 细胞器(organelle)，区域化(compartmentation)2.细胞器存在的时空特性 高尔基体的分布 3.细胞器功能活动的时空特性 饥饿与溶酶体 4.细胞在个体中存在的时空特性 皮肤细胞与肝细胞等。时空特征的、四维的知识体系。22 二、细胞“时空”特性的认识 1.细 1.细胞独立生存的潜能性 体外细胞培养及生存 2.细胞中物质代谢体系的完整性 基因-RNA-蛋白质-表型,例外的如红细胞 3.细胞基本生物学特性的相似性 人体细胞类型有200多种,但都具有基本的生物学特征:存活、分裂、运动、衰老 由细胞生物学与分子生物学和遗传学的交叉重叠形成的学科群被称为现代生物学中的重叠核心学科(overlapping core discipline),也称为统一生命科学(unified science of life)三、细胞“单位”概念的深化23 1.细胞独立生存的潜能性 体外细胞培养及24241933 T.H.Morgan 发现连锁定律，基因本质的研究1962 J.D.Watson,F.H.C rick,建立DNA的双螺旋模型1965 F.Jacob,J.Monod,提出乳糖操纵子模型1982 A.Klug 核小体结构的研究1984 G.Kohler,N.K.Jerne,C.Milstein 产生单克隆抗体的杂交瘤技术1987 S.Tonegawa(日，利根川进)免疫球蛋白基因结构四、授于诺贝尔奖的细胞生物学研究者四、授于诺贝尔奖的细胞生物学研究者251933 T.H.Morgan 发现连1944,1944,1944,1944,Avery OT,et al DNA DNA DNA DNAAvery OTMacLeod CM McCarty M 261944,Avery OT,et al DNAAv271953,1953,Watson JD&Crick FHC DNA double helix structure1944,1944,1944,1944,Avery OT,et al DNA27271953,Watson JD&Crick FHC The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965 for their discoveries concerning genetic control of enzyme and virus synthesisJacob FMonod J28The Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968 for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesisHolley RWKhorana HGNirenberg MW29The Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978Arber WNathans DSmith H for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics 30The Nobel Prize in Physiology 1992E.H.Fischer,E.G.Krebs蛋白质的磷酸化发现1993R.J.Roberts,P.A.Sharp割裂基因的发现1993 K.B.Mullis,M.Smith PCR技术与寡核苷酸定向诱变法1994 A.Gilman,M.Rodbell G蛋白与细胞信息转换作用1995 E.B.Lewis,C.Nusslein-Volhand,E.F.Wieschaus 控制果蝇早期胚胎发育的各种基因1997 S.B.Prusiner 朊蛋白构象的研究1999 C.Blobel 蛋白质内部信号决定其在细胞内转移与定位311992 E.H.Fischer,E.G.Krebs The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975Baltimore DTemin HM for their discoveries concerning the interaction between tumour viruses and the genetic material of the cell32The Nobel Prize in Physiology 1977,1977,1977,1977,Sanger F dideoxy sequencingThe Nobel Prize in Chemistry 1980Sanger F for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids331977,Sanger F dideoxy sequ1985,Mullis K polymerase chain reactionThe Nobel Prize in Chemistry 1993Mullis F for his invention of the polymerase chain reaction(PCR)method 341985,Mullis K polymerase c逆转录酶；限制性内切酶、DNA连接酶断裂基因；DNA序列测定核酶；体细胞重组调控序列：顺式作用元件和反式作用因子显微注射与转基因动物 基因治疗HGP及其意义35逆转录酶；限制性内切酶、DNA连接酶352000 A.Carlsson,P.Greengard,E.R.Kandel 神经系统信号传递2001 L.H.Hartwell,R.T.Hunt,S.P.M.Narse 调节细胞周期的一类特异基因2002 H.R.Horviz,J.E.Sulston,S.Brenner 器官发育及细胞调亡的基因调节2003 P.Agre,R.MacKinnon 细胞膜水通道，钾通道的立体结构2004 R.Axel,B.Buck 编码决定气味的一个基因大家族 A.Ciechanover,A.Hershko,I.Rose 遍在蛋白(ubiquitin)调节蛋白质降解的机制2006 A.Z.Fire,C.C.Mello RNAi机制362000 A.Carlsson,P.Greengard,E 2006年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安德鲁法尔和克雷格梅洛，以表彰他们发现了(核糖核酸)干扰机制。37 2006年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学 斯坦福大学教授罗杰科恩伯格和他的父亲阿瑟科恩伯格(1959年的诺贝尔医学奖得主)2006年诺贝尔化学奖授予美国科学家罗杰科恩伯格，以奖励他在“真核转录的分子基础”研究领域作出的贡献。38 斯坦福大学教授罗杰科恩伯格和他的父亲阿瑟 2007年诺贝尔生理学或医学奖分别授予两名美国人马里奥卡佩基、奥利弗史密斯和一名英国人马丁埃文斯，以表彰他们在“基因靶向”技术方面的突出贡献。39 2007年诺贝尔生理学或医学奖分别授予两名美 复旦大学科研人员将一种源于飞蛾的PB转座因子(夸蛾因子)用于小鼠和人类细胞的基因功能研究，在世界上首次创立了一个高效实用的哺乳动物转座因子系统，为大规模研究哺乳动物基因功能提供了崭新途径。该成果被国际一流的生命科学杂志细胞作为封面文章发表。许田吴晓晖40 复旦大学科研人员将一种源于飞蛾的PB转座因子夏家辉教授长期从事人类与医学细胞遗传学研究，获全国科学大会奖1次，4次获国家科技进步二等奖。他是世界上最早将人类显带染色体技术应用于肿瘤病因学研究的学者之一，创建“中国医学遗传学国家重点实验室”，自1996年以来，该室以“基因治疗新载体”的研究为核心，直接引进国外资助经费288万美元，1998年11月在世界上最先克隆了神经性高频听力下降的耳聋疾病基因，实现了在我国本土上克隆遗传病疾病基因零的突破。1999年当选为中国工程院院士。41夏家辉教授长期从事人类与医学细胞遗传学研究，获全国科学大 1985年赵双民对郑老汉家族6代200多名成员逐一调查发现，有30多人都出现乳牙脱落后长不出恒牙现象。贺林等首先揭开了困扰人类几乎整整一个世纪的第一例AD病A-1型短指(趾)症基因之谜，相关研究发表在Am J.Hum.Genet和Nature Genetics杂志上。发现了得到国际公认的世界上第一例以中国人姓氏“贺-赵缺陷”命名的罕见的恒齿缺失遗传病并成功地定位了该致病基因。被OMIM收录。42 1985年赵双民对郑老汉家族6代200多名成 对生命及生命现象的解释,可能有赖于新的思想方法的产生,以及相关研究体系的应用。还原论(reductionism)生物也是由化学元素组成的，同样遵循自然界无机物质运动的基本规律 活力论(vitalism)认为构成生命的物质完全不同于自然界的无机物质，它们受一种非自然的，也许是不可知的“生命力”所支配。薛定谔(E.Schrodinger):细胞是什么?活细胞的物理学观 基于细胞的时空特征、非线形关系，以及其网络特征而发展起来的高层次的整合性研究体系，如系统生物学(systems biaology),有望推进对活力本质的认识。3 3 细胞生物学的发展趋势细胞生物学的发展趋势一、思想方法一、思想方法43 对生命及生命现象的解释,可能有赖于薛定谔(E.Schrodinger):细胞是什么?活细胞的物理学观薛定谔薛定谔（18871961）奥地利理论物理学 生命是什么薛定谔薛定谔著湖南科学技术出版社 44薛定谔(E.Schrodinger):细胞是什么?活细胞的 为了认识组成细胞的分子的功能形式，蛋白质的生物化学和生物物理学可能会重新活跃起来，并与结构生物学(structure biology)一齐产生大量关于生物大分子装配方面的信息。具有实时(real time)观察功能的显微镜和生物物理学技术的应用，将有助于细胞内各种大分子参与细胞结构和功能活动的动态过程。相同的信号分子为何能够产生不同的反应？需要更多具有定量特性的研究手段。如数学方面的思路、方法或模型的应用。化学生物学也可能与遗传学互补，以设计出一些可以人为控制细胞生命活动，并具有高度特异性的抑制物、激活物或修饰物。二、细胞本身的认识二、细胞本身的认识45 为了认识组成细胞的分子的功能形式，structure biology46structure biology46 了解在个体中，细胞之间是如何协调的？基因工程动物可能是最好的研究体系，其四维体系可以做到对某一特定基因的定点修饰，甚至可以做到对同一个体中某些特定类型细胞中的基因组的定点或定时的修饰，进而分析在一个完整的个体中，某些特定类型细胞中的基因活动，或其相应蛋白质的功能。正向遗传学(forward genetics)与反向遗传学(reverse g.)RNA干涉和反义技术 出现一些更为有效，探讨大分子在活体中的作用的新技术和新方法。三、细胞与个体三、细胞与个体47 了解在个体中，细胞之间是如何协调的？4848细胞生物学可能通过对医学科学发展的推动而比较直接地影响人类的健康。如基因治疗，干细胞技术目前，细胞生物学已经有了一定的人为干预生命起始、生命质量的改善，以及生命延长等人类健康方面问题的技术，并不断发展和提高，引发的伦理问题。如胚胎组织、克隆和转基因食物。(如转基因动物的伦理学方面的争议，现已慢慢消失了)生命科学中基因组学与计算机生物学对社会的影响。四、细胞与社会四、细胞与社会49细胞生物学可能通过对医学科学发展的推动而比较直接地影响人类的4 4 细胞生物学在医学科学细胞生物学在医学科学 中的地位与作用中的地位与作用R.Virchow(德)(1859)：“病理改变是由于细胞异常”。一、细胞与人体的生殖发育一、细胞与人体的生殖发育人体发育：配子受精卵胎儿新生儿青少年成人老年人先天畸形细胞分化504 细胞生物学在医学科学R.Virchow(德)(18551515252基因与疾病 膜受体与疾病;溶酶体与疾病;线粒体与疾病;细胞表面与肿瘤细胞外基质与疾病细胞周期与肿瘤、衰老细胞调控与疾病的发生基因转移等。二、细胞与人类疾病二、细胞与人类疾病53基因与疾病 二、细胞与人类疾病5354细胞是人体结构和功能的基本单位，也是人体疾病的基本单位。现代医学重要课题的研究将依赖于细胞生物学的更 深入发展。如肿瘤、衰老等。它是在不同层次(显微、亚显微与分子水平)上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。细胞生物学技术广泛应用于医学实践：如生物制药 单抗，疫苗、基因治疗,诊断疾病等。与基础及临床其他学科关系。二、细胞与医学研究二、细胞与医学研究5454 细胞是人体结构和功能的基本单位，Molecular GeneticsDolly55Molecular GeneticsDolly55一、学习细胞生物学的注意点抽象思维与动态观点结构与功能统一的观点同一性(unity)和多样性(diversity)的问题细胞生物学的主要内容：基本概念与实验证据；细胞器的动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等实验科学与实验技术细胞真知源于实验室 What we know/How we know.5 5 学习方法及文献资源利用学习方法及文献资源利用56一、学习细胞生物学的注意点抽象思维与动态观点5 学习方法细胞生物学杂志 实验生物学报 遗传学报 解剖学报 动物学报 微生物学报 科学通报 中国科学 国外医学（遗传学分册，分子生物学分册等）Cell,Science,Nature,EMBO.J,Gene,PNAS(Proceedings of National Academy of Science),J.Cell Biol.,J.Mol.Biol,J.Histochem.Cytochem.,Exp.Cell Res.,Life Science,J.Cell Science,Histochemistry,Cell Tissue Res.,Histochem.J.,Cell Struct.Funct.,Acta Histochem.Cytochem.,Cell Biology Int.Reports,Protoplasma and so on.二、有关细胞生物学的主要刊物57细胞生物学杂志 实验生物学报 遗传学报 三、主要参考书汪堃仁等.细胞生物学,第二版,北京师范大学出版社，1998翟中和等主编.细胞生物学，高等教育出版社，2000韩贻仁主编.分子细胞生物学(第3版),高等教育出版社,2007艾伯茨等著，赵寿元等译.基础细胞生物学，上海科学技术出版社，2002王金发.细胞生物学,科学出版社，2004王金发主编.英汉细胞生物学词典，科学出版社，2005Karp G.Cell and Molecular Biology,3rd ed(2002),高等教育出版社,2002Alberts B.et al.Molecular Biology of the Cell.Garland Pub.Inc.1994Lodish H et al.Molecular Cell Biology.4th ed.W H Freeman and Company,200058 三、主要参考书5859596060四、细胞生物学主要网站新乡医学院精品课程 http:/ http:/ http:/ http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIMNCBI http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/细胞生物学在线 http:/ http:/202.116.64.20/wjf/index.htm(中山大学)细胞生物学专业信息网 http:/www.xa- http:/221.10.254.145/204/show.asp?id=49(川大)中国医科大学精品课程 细胞生物学 http:/ 细胞生物学与遗传学教研室 68免费的数据库，提供918中期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等68杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 69细胞生物学专业优秀期刊，提供1955年以来的全文。69杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 70生物化学方面的优秀期刊，提供1905年以来的全文。70杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 71美国科学院学报，提供1915年以来的全文，一些经典细胞生物学论文发表于该刊。71杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 72Pubmed，大名鼎鼎的免费数据库，属于美国国立医学图书馆，可查阅生物医学领域的文摘。72杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 73OMIM，在线人类孟德尔遗传，可查阅人类遗传病研究领域的文摘，医学生必须浏览的网站。73杨保胜 细胞生物学与遗传学教研室 ybsxxmu.e 1.见教材14页。2.简述细胞生物学的分科及发展简史。3.简述细胞生物学研究的内容和任务，举例说明细胞生物学在现代医学中的地位。4.根据你在图书馆所查阅的一定量的细胞生物学期刊，举出最常被引用的3种国内和3种国外遗传学期刊。思考与练习思考与练习74 1.见教材14页。2.简述细胞生物