细胞生物学绪论课件

细胞生物学细胞生物学Cell Biology细胞与遗传医学系细胞与遗传医学系 郭锋郭锋绪绪论论n细胞生物学概述细胞生物学概述n细胞生物学的形成与发展细胞生物学的形成与发展n细胞生物学与医学科学细胞生物学与医学科学n如何学习细胞生物学？如何学习细胞生物学？概述：什么是细胞生物学概述：什么是细胞生物学?n生物学（生物学（biology）是研究自然界生命体（或）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。生物）生命现象及其规律的一门学科。“生命生命体体”之所以有生命，是自然界赋予了生命体各之所以有生命，是自然界赋予了生命体各种基本生命特征，包括新陈代谢、生长、发育、种基本生命特征，包括新陈代谢、生长、发育、分化、遗传、变异运动、衰老、死亡分化、遗传、变异运动、衰老、死亡。n细胞生物学（细胞生物学（cellbiology）就是从细胞这个）就是从细胞这个层次研究生命的一个学科。层次研究生命的一个学科。细胞细胞cell-生命的基本单位生命的基本单位n细胞是由质膜（细胞是由质膜（plasmamembrane）包围）包围的、相对独立的结构与功能单位，能够自我的、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。进行物质、能量和信息交换的开放体系。n细胞具备生命的各项基本属性。不同的细胞细胞具备生命的各项基本属性。不同的细胞具有若干共性。具有若干共性。原核细胞（prokaryotic cell）真核细胞（eukaryotic cell）什么是细胞生物学什么是细胞生物学?n生命进化后出现了高度分工和功能整合的细胞生命进化后出现了高度分工和功能整合的细胞社会，生命活动是子系统（细胞社会，生命活动是子系统（细胞/细胞群）之细胞群）之间的通信和相互作用来实现的，各子系统有其间的通信和相互作用来实现的，各子系统有其相对独立性，同时受制于整体的调控。相对独立性，同时受制于整体的调控。n细胞生物学（细胞生物学（cellbiology）以）以“完整细胞的生命活动完整细胞的生命活动”为着眼点，从分子、亚细胞、细胞和细胞社会的不为着眼点，从分子、亚细胞、细胞和细胞社会的不同水平，用动态的和系统的观点来探索和阐述生命的同水平，用动态的和系统的观点来探索和阐述生命的特性。特性。什么是细胞生物学什么是细胞生物学?n现代细胞生物学主要从细胞的不同结构层次现代细胞生物学主要从细胞的不同结构层次及细胞间相互关系的角度来观察和研究细胞及细胞间相互关系的角度来观察和研究细胞生命活动的基本规律。生命活动的基本规律。n主要关注基因表达后生物大分子的修饰、改主要关注基因表达后生物大分子的修饰、改造、细胞成分的组装和细胞内外信息的整合、造、细胞成分的组装和细胞内外信息的整合、分析和传递等领域，。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、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、干细胞特性、细胞社会学、细胞工程、细胞的衰老和死亡、受精与生殖研究受精与生殖研究不同角度研究细胞的细胞生物学分支不同角度研究细胞的细胞生物学分支n膜生物学（membrane biology）n细胞动力学（cytodynamics）n细胞能力学（cytoenergetics）n细胞遗传学（cytogenetics）n细胞生理学（cytophysiology）n细胞社会学（cytosociology）n细胞生态学（cytoecology）n癌细胞生物学（cancer cell biology）n神经细胞生物学（neural biology）n生殖细胞生物学（reproductive cell biology）n干细胞生物学（stem cell biology）n细胞组学（cytomics）n系统生物学（ssystems biology）。细胞生物学的形成与发展细胞生物学的形成与发展n1665年年Robert Hooke利用显微镜对物质世利用显微镜对物质世界进行了显微观察。界进行了显微观察。n荷兰人荷兰人Avon Leeuwenhoek第一次观察到完第一次观察到完整的活细胞。整的活细胞。细胞学说细胞学说n1838年年M.J.Schleiden提出所有的提出所有的植物都由细胞构成。植物都由细胞构成。nT.Schwann提出所有的动物也都由提出所有的动物也都由细胞构成。细胞构成。所有生物都是由一个或多个细胞组所有生物都是由一个或多个细胞组成成细胞是生命的结构单位细胞是生命的结构单位n1855德国人德国人R.Virchow提出提出“一一切细胞来源于细胞切细胞来源于细胞”，进一步完善了，进一步完善了细胞学说。细胞学说。n细胞和组织细胞和组织标志着细胞学标志着细胞学（cytology）已成为一门生物学科。）已成为一门生物学科。n“各种生命现象都建立在细胞特点的基础各种生命现象都建立在细胞特点的基础上上”。n细胞学与相邻的学科之间的相互渗透，使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胞生物学。纯形态研究的细胞学发展为细胞生物学。物理、化学、计算科学的发展也支持了细物理、化学、计算科学的发展也支持了细胞生物学的发展。胞生物学的发展。分子细胞生物学分子细胞生物学Molecularcellbiologyn从分子角度、亚细胞角度研究细胞内生物大分从分子角度、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，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。比如等方面，推动了细胞生物学的新发展。细胞增殖细胞增殖/分化及其调控、细胞运动的分子基础、物质分化及其调控、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（系统生物学（systemsbiology）n以细胞作为一个系统，研究系统内各种因素，以细胞作为一个系统，研究系统内各种因素，获得获得DNA、RNA及蛋白质相互作用及所构成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。统，研究系统的功能、运作、异常及其干预。n19981998年年:信号分子信号分子n19991999年年:信号肽信号肽n20012001年年:细胞周期的关键分子调节机制细胞周期的关键分子调节机制n20022002年年:程序性死亡的遗传调节机制程序性死亡的遗传调节机制n20032003年：通道蛋白年：通道蛋白n20042004年：受体年：受体n20072007年年:干细胞干细胞n20092009年年:端粒与端粒酶端粒与端粒酶 /核糖体核糖体n20122012年年:诱导多能干细胞诱导多能干细胞n20132013年：囊泡运输机制年：囊泡运输机制 细胞生物学与诺贝尔奖细胞生物学与诺贝尔奖细胞生物学与医学科学细胞生物学与医学科学n生命从细胞开始，生命从细胞开始，探索疾病发生的分子机制、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疾病的诊断与治疗必须在细胞水平上才能得到真正解决。真正解决。n细胞生物学的发展促进了医学的发展，细胞生物学的发展促进了医学的发展，对细胞对细胞各种生命现象的研究都可能直接或间接地应用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。于医学领域，为医学带来革命性变化。蛋白质蛋白质n蛋白质参与细胞的各种生命活动蛋白质参与细胞的各种生命活动。n由多个氨基酸残基构成的多肽链由多个氨基酸残基构成的多肽链（polypeptidechain），一般经多个层），一般经多个层次的组装折叠后形成成熟有活性的蛋白质次的组装折叠后形成成熟有活性的蛋白质分子。分子。n有高度的特异性有高度的特异性n蛋白质的构象决定了蛋白质的功能，通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。象产生去折叠改变，即蛋白质的变性。n蛋白质功能发挥也和构象变化有关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（正蛋白质可逆磷酸化引起构象改变（正常）常）蛋白质异常错误折叠的影响蛋白质异常错误折叠的影响nCreutzfeld-JakobDisease(CJD)是一是一种罕见的致命性疾病，可造成行动失调种罕见的致命性疾病，可造成行动失调和记忆衰退。和记忆衰退。nHumanPrionDiseasesCreutzfeld-JakobDisease(CJD)Gerstmann-Straussler-ScheinkerSyndromeFatalFamilialInsomniaKurunAnimalPrionDiseasesBovineSpongiformEncephalopathyScrapieThistissueslideshowssponge-likelesionsinthebraintissueofaclassicCJDpatient.Thislesionistypicalofmanypriondiseases.n1982年年Prusiner发现发现CJD的病原体是一种的病原体是一种蛋白质，后将之命名为蛋白质，后将之命名为prion，即蛋白质感，即蛋白质感染因子或朊病毒。染因子或朊病毒。n朊病毒（朊病毒（Prion）是一种结构变异的蛋白质，它的）是一种结构变异的蛋白质，它的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因为翻译增殖既不是由于基因过分表达，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量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造成的。的。prionnIt is composed of scrapie form of the prion protein(PrPSc)which was converted by the misfolding of cellular form of prion protein(PrPC).Prionn朊病毒朊病毒(PrPSc)具有极强的生命力和感染力。具有极强的生命力和感染力。n不畏甲醛，耐热，在高温加热后仍具有一定的不畏甲醛，耐热，在高温加热后仍具有一定的感染力。感染力。n耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有抗药性。抗药性。n不溶于盐溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚不溶于盐溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚合体。合体。n朊病毒能转变细胞内的正常蛋白，使之发生结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。构变异，具有致病作用。n1997年年Prusiner获得诺贝尔生理与医学奖。获得诺贝尔生理与医学奖。forhisdiscoveryofprions-anewbiologicalprincipleofinfection.细胞衰老细胞衰老（cellaging）n通过衰老机制的研究，最终将揭示人类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，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。达到延年益寿的目的。n细胞衰老的机制当前多集中于分子水平上的研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（究，如衰老相关基因（senescence-associatedgene，SAG）、染色体端粒）、染色体端粒（telomere）、一些与疾病有关的物质（如）、一些与疾病有关的物质（如Alzheimer病中类淀粉前体蛋白）在衰老中的病中类淀粉前体蛋白）在衰老中的作用等等。作用等等。nWerner综合症是一种罕见的疾病，患者会在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修复能力降低。有研究表明是由于人类染色体8短臂的短臂的Werner综合症基因（综合症基因（WRN）发生突）发生突变所致。变所致。细胞生物学研究是细胞生物学研究是疾病诊断的基础疾病诊断的基础 n疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更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，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平的变化，都可能是疾病诊断的依据n细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容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易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的早期治疗早期治疗细胞生物学研究有助于细胞生物学研究有助于疾病的治疗疾病的治疗和干预，促进了医学发展和干预，促进了医学发展n疾病的治疗有赖于对疾病机制的深入了解疾病的治疗有赖于对疾病机制的深入了解n基因治疗是建立在分子生物学特别是细胞生物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。缺陷，恢复细胞内已紊乱的新陈代谢。n基因编辑技术为定点治疗基因缺陷疾病指明了基因编辑技术为定点治疗基因缺陷疾病指明了方向。方向。生殖生殖（reproduction）n在本质上是精子细胞与卵细胞的结合在本质上是精子细胞与卵细胞的结合干预（生育控制、干预（生育控制、治疗不孕不育）治疗不孕不育）世界上第一个试管婴儿路易丝世界上第一个试管婴儿路易丝布朗布朗分化分化（differentiation）n受精卵产生的同源细胞，在形态、功能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和蛋白质合成等方面发生稳定性差异的过程。过程。干细胞干细胞（stem cell）n分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度较低的干细胞（较低的干细胞（stem cellstem cell）处于暂时静止状态，）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。化程度的细胞。n裸鼠身上成功地移植了人造耳裸鼠身上成功地移植了人造耳细胞信号传导细胞信号传导(signal transduction)n细胞作为生命的基本单位，作为一个相对独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、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的研究药物中毒）、药物的筛选及毒副作用的研究都是以此作为基础开展的。都是以此作为基础开展的。肿瘤发生（肿瘤发生（tumorigenesis）n肿瘤发生的机制是医学细肿瘤发生的机制是医学细胞生物学研究的又一个重胞生物学研究的又一个重要领域。恶性肿瘤细胞的要领域。恶性肿瘤细胞的许多生物学行为，包括分许多生物学行为，包括分化水平、增殖过程、迁移化水平、增殖过程、迁移特性、代谢规律、形态学特性、代谢规律、形态学特点等与正常体细胞相比特点等与正常体细胞相比都有非常明显的变化，这都有非常明显的变化，这些差异可以在细胞水平遗些差异可以在细胞水平遗传传。如何学习细胞生物学如何学习细胞生物学结构结构功能功能n结构结构化学化学/分子组成，分子结构，特点分子组成，分子结构，特点/特性，特性，组装，影响因素，变化组装，影响因素，变化n功能功能作用，机制，调控因素作用，机制，调控因素写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits51 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日