1、醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)Medical Cell Biology,生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 楊保勝 教授 E-mail: Tel:3029960(O) 2015.03,2,河南省精品資源共享課程（2013年） 河南省“十二五”規(guī)劃教材（2013年） 河南省省級精品課程（2008年） 全國多媒體課件大賽二等獎，最佳優(yōu)秀設(shè)計獎（2012年） 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)示范課程（2010年）,3,第一章 緒論,細胞生物學(xué)(Cell Biology)是從分子水平、亞細胞水平、細胞水平和細胞社會水平等不同層次，探討細胞生命現(xiàn)象的發(fā)生規(guī)律及其本質(zhì)的科學(xué)。為生命科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科之一。,醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)(Medical Cell

2、 Biology)是從醫(yī)學(xué)角度，在分子、亞細胞、細胞和細胞社會水平上研究細胞結(jié)構(gòu)和功能與疾病關(guān)系的學(xué)科。,4,細胞的生命現(xiàn)象是細胞生命特征的表現(xiàn)形式，主要有：細胞的生長、分裂、分化、發(fā)育、遺傳、變異、運動、興奮傳導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、癌變、衰老、死亡。 四維體系：細胞”時空”特性的認識 現(xiàn)代生物學(xué)的重疊核心學(xué)科 (overlapping core discipline),一、細胞生物學(xué)及其研究內(nèi)容,1 細胞生物學(xué)概述,5,1. Complex system(多層次,非線性,多側(cè)面) 2. Cell proliferation and development, heridity, activity of

3、 nervus(brain); 3. Cell biology, molecular biology, neurobiology ecology 4. Modern physics and chemical, molecular biology. Core: Connection between heridity AND development on the level of the cell . Leading role 5.分子生物學(xué);分子細胞生物學(xué); 細胞形態(tài)學(xué);細胞化學(xué);細胞生理學(xué);細胞遺傳學(xué);細胞生態(tài)學(xué);細胞能力學(xué);細胞動力學(xué);細胞膜的分子生物學(xué);腫瘤細胞生物學(xué),Role of ce

4、ll biology in modern life science,6,二、細胞生物學(xué)發(fā)展簡史,細胞生物學(xué)由細胞學(xué)(Cytology)發(fā)展而來，Cytology是指對細胞形態(tài)(特別是染色體形態(tài))的觀察。,(一)細胞的發(fā)現(xiàn),光學(xué)顯微鏡（microscopy）與細胞的發(fā)現(xiàn) Hooke (1665) C.Garnieroveri(1897)發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng); C.Golgi(1889)發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)器(高爾基復(fù)合體); C.Benda(1898)發(fā)現(xiàn)線粒體; F.A.Schneider(1873)和W.Flemming(1892)發(fā)現(xiàn)細胞分裂,后者提出mitosis; E.Beneden(1883)染色體遺傳,

5、單倍體與二倍體; W.Hertwig,E.Strasburger(1884)細胞核是遺傳特征載體; 細胞學(xué)(cytology)產(chǎn)生 貝時璋(1932)細胞重建(cell reformation),(三)經(jīng)典細胞學(xué)階段,9,1948年遴選的中央研究院第一批院士，也是最年長的中國科學(xué)院院士,貝時璋(1903- 2009)生物學(xué)家,資深院士、104歲高齡的貝時璋先生(2007),10,（四）實驗細胞學(xué)階段,1. 細胞培養(yǎng)技術(shù)的建立 R.G.Harrison(1907)蛙胚的神經(jīng)管組織體外培養(yǎng)。 2. 細胞膜理化特性認識的加深 E.Gorter和F.Grendel(1925) 細胞膜是由類脂雙層組成

6、3. 整體細胞中核酸和蛋白質(zhì)的分析技術(shù)的出現(xiàn) 4. 電子顯微鏡的出現(xiàn)和使用,10,11,1)細胞顯微結(jié)構(gòu)從亞微水平的重新認識 0.2m 1nm、膜相結(jié)構(gòu)(m. structure)、單位膜(unit m.)。 2)更多細胞結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 核糖體、溶酶體、細胞骨架。 3)多層面結(jié)構(gòu)知識的整合 光鏡、電鏡、生化、細胞組分分離,從顯微/亞顯微/分子水平上達到統(tǒng)一。DNA、組蛋白、核小體，動態(tài)關(guān)系。,（五）細胞生物學(xué)的興起,細胞生物學(xué)的興起于20世紀50年代，電鏡/生化/細胞組分分離技術(shù)引用。,1.細胞結(jié)構(gòu)知識的深入和整合,12,2.細胞“時空”特性的認識,1)細胞質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)的區(qū)域化：細胞器(organ

7、elle)，區(qū)域化(compartmentation)。 2)細胞器存在的時空特性：高爾基體的分布。 3)細胞器功能活動的時空特性：饑餓與溶酶體。 4)細胞在個體中存在的時空特性：皮膚細胞與肝細胞等。時空特征的、四維的知識體系。,1)細胞獨立生存的潛能性：體外細胞培養(yǎng)及生存。 2)細胞中物質(zhì)代謝體系的完整性。 基因-RNA-蛋白質(zhì)-表型,例外的如紅細胞。 3)細胞基本生物學(xué)特性的相似性。 人體細胞類型有200多種，但都具有基本的生物學(xué)特征：存活、分裂、運動、衰老。,3.細胞“單位”概念的深化,從1962年首次給細胞分子生物學(xué)方面的科研成果（DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）頒獎到2011年頒發(fā)的50次獎中，細

8、胞生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科成果獲醫(yī)學(xué)獎的43次（占86%），化學(xué)獎8次，物理學(xué)獎1次。 2012，核基因重編程(醫(yī)學(xué)獎)，G蛋白偶聯(lián)受體(化學(xué)獎)；2013年膜泡運輸；2014年諾貝爾獎得主發(fā)現(xiàn)大腦GPS細胞，探索大腦定位的秘密(記憶、思維、計劃)。 從獲獎次數(shù)看，這是任何生物醫(yī)學(xué)學(xué)科所屬單一學(xué)科不能比擬的。這一事實充分反映了細胞生物學(xué)在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的地位是十分重要的。,授于諾貝爾獎的細胞生物學(xué)研究者,14,1933 T.H.Morgan 發(fā)現(xiàn)連鎖定律，基因本質(zhì)的研究 1962 J.D.Watson, F.H.C rick, 建立DNA的雙螺旋模型 1965 F.Jacob, J.Monod,

9、提出乳糖操縱子模型 1982 A.Klug 核小體結(jié)構(gòu)的研究 1984 G.Kohler,N.K.Jerne,C .Milstein 單克隆抗體的雜交瘤技術(shù) 1987 S.Tonegawa(日，利根川進) 免疫球蛋白基因結(jié)構(gòu),授于諾貝爾獎的細胞生物學(xué)研究者,1992 E.H.Fischer,E.G.Krebs 蛋白質(zhì)的磷酸化發(fā)現(xiàn) 1993 R.J.Roberts,P.A.Sharp 割裂基因的發(fā)現(xiàn) 1993 K.B.Mullis, M.Smith PCR技術(shù)與寡核苷酸定向誘變法 1994 A.Gilman,M.Rodbell G蛋白與細胞信息轉(zhuǎn)換作用 1995 E.B.Lewis,C.Nuss

10、lein-Volhand, E.F.Wieschaus 控制果蠅早期胚胎發(fā)育的各種基因 1997 S.B.Prusiner 朊蛋白構(gòu)象的研究 1999 C.Blobel 蛋白質(zhì)內(nèi)部信號決定其在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移與定位,15,1944, Avery OT, et al DNA,Avery OT,MacLeod CM,McCarty M,16,16,1953, Watson JD 9)(q21;p11),33,Cell differentiation and regulation 細胞分化及其調(diào)控(先天畸形) Cell aging and apoptosis 細胞的衰老與凋亡(早老癥) Origin an

11、d evolution of the cell 細胞的起源與進化(多乳房) Cell engineering 細胞工程(克隆動物，試管嬰兒),Study object of cell biology,34,35,基因與疾病 膜受體與疾病 溶酶體與疾病 線粒體與疾病 細胞表面與腫瘤 細胞外基質(zhì)與疾病 細胞周期與腫瘤、衰老 細胞調(diào)控與疾病的發(fā)生 基因轉(zhuǎn)移（治療）等,細胞與人類疾病,發(fā)育畸形:近婚60%，導(dǎo)致68%后代畸形。,37,37,細胞是人體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，也是人體疾病的基本單位?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要課題的研究將依賴于細胞生物學(xué)的更深入發(fā)展。如腫瘤、衰老等。 細胞生物學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實踐：如

12、生物制藥 單抗，疫苗、基因治療,診斷疾病等。 與基礎(chǔ)及臨床其他學(xué)科關(guān)系。,二、醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中的地位,是醫(yī)學(xué)院校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)及相關(guān)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的重要的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程之一。它既是臨床醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)，也與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的其他學(xué)科，特別是人體胚胎學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、病理學(xué)、病理生理學(xué)、免疫學(xué)、藥理學(xué)和分子生物學(xué)等課程的關(guān)系非常密切。,39,顯微鏡技術(shù) 細胞化學(xué)技術(shù)和分析細胞學(xué)技術(shù) 細胞培養(yǎng)與顯微操作技術(shù) 分子細胞遺傳學(xué)技術(shù) （具體內(nèi)容將分散的各個章節(jié)介紹）,3 細胞生物學(xué)的主要研究 技術(shù)與方法,40,學(xué)習細胞生物學(xué)的注意點,抽象思維與動態(tài)觀點 結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的觀點 同一性(unity

13、)和多樣性(diversity)的問題 細胞生物學(xué)的主要內(nèi)容： 基本概念與實驗證據(jù)；細胞器的動態(tài)特征； 化學(xué)能的產(chǎn)生與利用；細胞的活動及其調(diào)控等 實驗科學(xué)與實驗技術(shù)細胞真知源于實驗室 What we know/How we know.,細胞生物學(xué)學(xué)習方法及文獻資源利用,第二章 細胞的統(tǒng)一性與多樣性,第一節(jié) 細胞的分子基礎(chǔ),一、細胞的小分子物質(zhì),無機，有機：單糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸,二、細胞的大分子物質(zhì),蛋白質(zhì)：功能(結(jié)構(gòu)、運輸與傳導(dǎo)、運動、免疫保護、酶、激素) 核酸 ：DNA和RNA（核酶，小RNA）結(jié)構(gòu)、分布、功能,細胞結(jié)構(gòu)體系的多級組裝：化學(xué)元素小分子；小分子生物大分子；生物的分子亞細

14、胞結(jié)構(gòu)（生物膜、核小體、微管等）；亞細胞結(jié)構(gòu)細胞器（高爾基體等）；多種不同細胞器細胞。 細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝方式：酶效應(yīng)組裝；模板組裝、自我組裝。,43,第二節(jié) 細胞的起源,比喻： 元月1日宇宙產(chǎn)生； 5月1日銀河系產(chǎn)生；9月9日太陽系出現(xiàn)； 9月14日地球產(chǎn)生；9月24日原始生命； 11月12日綠色植物；12月26日哺乳動物； 31日22：30原始人； 23:46北京猿人；23:5956”古羅馬(春秋)；23:5958”雅馬文化(宋代)； 23:5959”歐洲文藝復(fù)興(14-16世紀,元明清)。,44,由無機小分子演變?yōu)樵加袡C小分子物質(zhì) 由有機小分子物質(zhì)形成生物大分子物質(zhì) 從生物大分子到多分

15、子體系 團聚體 從多分子體系演變?yōu)樵忌?45,46,細胞的發(fā)生,多聚體的形成 膜的出現(xiàn)是細胞形成的關(guān)鍵 原始細胞的誕生,無機物,有機物,生物大分子,多聚體,原始細胞,原核細胞,真核細胞,單細胞生物,多細胞生物,團聚體,球形原胞,47,第三節(jié) 細胞的基本概念,一、細胞是生命活動的基本單位,朊病毒（prion）,細胞的生命特征主要有新陳代謝、生長、發(fā)育、繁殖、遺傳與變異、進化等。,（一）細胞是生物的基本結(jié)構(gòu)單位,48,（二）新陳代謝是細胞的基本生命特征,細胞首要的生命特征是新陳代謝(metabolism)，組成細胞的各種物質(zhì)無時無刻地與其周圍環(huán)境進行著物質(zhì)的交換、及能量和信息的交流，使細胞不斷

16、得以自我更新的過程，稱為新陳代謝。 同化作用又稱合成代謝。 異化作用又稱分解代謝。 伴隨能量代謝(energy metabolism)和信息交流。,49,（三）細胞是生命生長、發(fā)育和繁殖的基礎(chǔ),在新陳代謝(同化大于異化)過程中,細胞都表現(xiàn)其體積的增大和質(zhì)量的增加,稱為細胞的生長(growth)。 細胞在生長過程種要逐漸分化,形成生物體的不同結(jié)構(gòu)和執(zhí)行不同的生理功能,這一系列結(jié)構(gòu)上和功能上的變化過程,稱為發(fā)育(development)。 動物的大量細胞在一定發(fā)育期出現(xiàn)的正常死亡稱為程序性細胞死亡(programmed cell death),也稱細胞凋亡(appotosis)。 細胞具有繁衍與其

17、自身相似后代的能力,稱為繁(生)殖(reproduction)。,50,（四）細胞是遺傳的基本單位,遺傳的全能性(totipotency)和體細胞克隆(somatic clone)。,（五）沒有細胞就沒有完整的生命,51,哈布斯堡下頜（唇突） Hapsburg jaw(lip) 哈布斯堡皇室包括奧地利皇室12781918，西班牙皇室15041700，神圣羅馬帝國皇室14381806.,52,二、細胞的基本共性,所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細胞膜。 所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。 作為蛋白質(zhì)合成的機器核糖體，毫無例外地存在

18、于一切細胞內(nèi)。 所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。,細胞的基本共性還包括：生物催化劑（酶與核酶）、ATP為能量流通形式。,53,第四節(jié) 原核細胞、古核細胞和真核細胞, 原核細胞(prokaryotic cell)遺傳的信息量小，一個環(huán)狀DNA構(gòu)成。 細胞內(nèi)沒有分化為以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細胞器和細胞核膜。 主要代表：支原體；細菌。,一、原核細胞,細菌模式圖,大腸桿菌,弧形霍亂菌,支原體是最小最簡單的細胞。,54,二、真核細胞,1.真核細胞(eukaryotic cell)以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 2.以核酸(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)為主要成 分的遺傳信息表達

19、系統(tǒng)。 3.由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細胞骨架系統(tǒng)。,55,真核細胞的基本結(jié)構(gòu),光鏡下結(jié)構(gòu),細胞膜,細胞質(zhì),細胞核,電鏡下結(jié)構(gòu),膜相結(jié)構(gòu),非膜相結(jié)構(gòu),細胞膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基復(fù)合體,線粒體,溶酶體,過氧化氫體,核膜,核糖體,中心粒,微管,微絲,中等纖維,細胞質(zhì)基質(zhì),核仁,染色質(zhì),核基質(zhì),56,原核細胞與真核細胞的比較,原核細胞,真核細胞,細胞大小,較小(110m),較大(10100 m),細胞核,無核仁和核膜,有核仁和核膜,細胞器,有各種細胞器,核糖體,70S(50S+30S),80S(60S+40S),染色體,只有一條DNA，DNA裸露不與組蛋白和酸性蛋白結(jié)合，染色體為單數(shù)。,有幾條DNA，DN

20、A與組蛋白和酸性蛋白結(jié)合，有若干對染色體。,內(nèi)膜系統(tǒng),簡單,復(fù)雜,細胞骨架,無,有微管，微絲,細胞壁,主要組分為肽聚糖,主要組分為纖維素,轉(zhuǎn)錄和翻譯,出現(xiàn)在同一時間和地點 (細胞質(zhì)中),出現(xiàn)在不同時間和地點(轉(zhuǎn)錄在核內(nèi)，翻譯在細胞質(zhì)中),細胞分裂,無絲分裂,有絲分裂和減數(shù)分裂,特征,無(除核糖體外),57,57,Structure and Complexity of Eukaryotic Cells,58,二、主要參考書 韓貽仁主編. 分子細胞生物學(xué)(第4版),高等教育出版社,2013 Karp G. Cell and Molecular Biology,3rd ed(2002), 高等教育出

21、版社,2002 （美）B.Alberts等著(張新躍，錢萬強等譯) 細胞的分子生物學(xué)M北京：科學(xué)出版社，2008 （美）B.盧因，L.卡西門里斯，V.R.林加，等(桑建利，連慕蘭譯).細胞M北京：科學(xué)出版社，2009 陳譽華醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)M北京：人民衛(wèi)生出版社，2013 Watson JD, Baker TA, Bell SP,et al. Molecular Biology of the Gene ,6th edM. Pearson Education, 2008 楊保勝，田中偉，石如玲.分子醫(yī)學(xué)-基礎(chǔ)與臨床.鄭州大學(xué)出版社,2010,楊保勝.遺傳病分子生物學(xué).科學(xué)出版社,2012 楊保勝，

22、李剛.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)，高等教育出版社，2013 胡以平.醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué),3版，高等教育出版社，2013 安威.醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué),3版，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2013 楊保勝.輕松學(xué)習醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2015 楊保勝，孫銀平.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概要（四），2版，人民衛(wèi)生出版社，2012,60,61,細胞生物學(xué)雜志；實驗生物學(xué)報；遺傳學(xué)報 ；解剖學(xué)報；動物學(xué)報；微生物學(xué)報 ；科學(xué)通報；中國科學(xué) 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 ；Cell Struct. Funct；Cell Biology Int. Reports；Protoplasma and so on.,三、有關(guān)細胞生物