医学细胞生物学课件：1 医学细胞生物学绪论

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1、第一篇第一篇 医学细胞生物学绪论医学细胞生物学绪论 北京大学医学部北京大学医学部基础医学院细胞生物学系基础医学院细胞生物学系教材：以课件为主教材：以课件为主主要参考书：主要参考书：关关 于于 考考 试试 随堂测试：占随堂测试：占10；闭卷考试：占闭卷考试：占90。考试题型：考试题型：单选题，名词解释（中英文），论述题单选题，名词解释（中英文），论述题 第一章第一章 医学细胞生物学绪论医学细胞生物学绪论第一节第一节 细胞生物学的研究内容细胞生物学的研究内容第二节第二节 细胞生物学细胞生物学的研究方法与技术的研究方法与技术第三节第三节 细胞细胞的基本的基本知识知识第四节第四节 原核细胞与真核细胞原

2、核细胞与真核细胞第五节第五节 细胞生物学的研究热点细胞生物学的研究热点细胞细胞是生物有机体的是生物有机体的基本结构和功能单位基本结构和功能单位，通过通过生长、发育、增殖、分化生长、发育、增殖、分化组建成具有组建成具有高度复杂性高度复杂性和和有序性的组织器官有序性的组织器官系统系统，体，体现现生生、老、病、老、病、死死等高级生命等高级生命活动。活动。一切一切生命现象的奥秘生命现象的奥秘都要都要从从细胞细胞中找寻中找寻答案。答案。第一节第一节 细胞生物学的研究内容细胞生物学的研究内容细胞生物学是从细胞生物学是从细胞水平、亚细胞水平细胞水平、亚细胞水平及及分子水平分子水平研究细胞的研究细胞的形态结构

3、与生命活动形态结构与生命活动的一门科学，与分的一门科学，与分子生物学相互渗透、相辅相成、共同发展。子生物学相互渗透、相辅相成、共同发展。基本特征基本特征：将细胞的：将细胞的细微结构与分子组装和变化结细微结构与分子组装和变化结合合起来研究细胞的生命活动规律及其与整体的关系。起来研究细胞的生命活动规律及其与整体的关系。医学细胞生物学的研究内容医学细胞生物学的研究内容 医学细胞生物学：是从医学细胞生物学：是从医学医学角度研究人体细胞角度研究人体细胞的形态结构与生命活动的规律，并探讨的形态结构与生命活动的规律，并探讨疾病发疾病发生、发展生、发展的细胞与分子机制，为增进健康、预的细胞与分子机制，为增进健

4、康、预防与诊疗疾病奠定基础；防与诊疗疾病奠定基础；医学细胞生物学在阐明疾病的发病机制及发展医学细胞生物学在阐明疾病的发病机制及发展新的诊疗手段中具有非常重要的作用，是新的诊疗手段中具有非常重要的作用，是医学医学的前沿学科之一的前沿学科之一。医学细胞生物学的研究内容：医学细胞生物学的研究内容：一、细胞的结构与功能一、细胞的结构与功能以动态的观点研究整个细胞及其各亚细胞结构以动态的观点研究整个细胞及其各亚细胞结构的结构与功能；的结构与功能；二、细胞的生命活动二、细胞的生命活动 增殖、分化、衰老、死亡、运动、信号转导、增殖、分化、衰老、死亡、运动、信号转导、内吞、外吐和细胞内的运输；内吞、外吐和细胞

5、内的运输；三、细胞的社会性三、细胞的社会性细胞细胞细胞；细胞细胞；细胞微环境；细胞微环境；细胞整个机体整个机体质膜质膜细胞质细胞质内膜系统内膜系统 物质的跨膜运输物质的跨膜运输 线粒体线粒体细胞骨架细胞骨架细胞核细胞核 细胞的基本结构和功能细胞的基本结构和功能 细胞的基本生命活动细胞的基本生命活动细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞分化及其调控细胞衰老细胞衰老细胞死亡及其调控细胞死亡及其调控 细胞的社会性细胞的社会性细胞表面、细胞连接和细胞极性细胞表面、细胞连接和细胞极性细胞外基质及其与细胞的相互连接细胞外基质及其与细胞的相互连接细胞通讯与信号转导、细胞网络系统细胞通讯与信号转

6、导、细胞网络系统第二节第二节 细胞生物学的研究方法与技术细胞生物学的研究方法与技术一、细胞的观察与研究方法一、细胞的观察与研究方法二、细胞及其组分的分离纯化和分析二、细胞及其组分的分离纯化和分析三、细胞培养技术三、细胞培养技术四、基因修饰技术和细胞重编程四、基因修饰技术和细胞重编程（一）光学显微镜（一）光学显微镜（二）激光扫描共焦显微镜（二）激光扫描共焦显微镜（三）电子显微镜（三）电子显微镜一、一、细胞的形态学观察细胞的形态学观察绿色荧光蛋白报告基因技术绿色荧光蛋白报告基因技术细胞骨架微丝细胞骨架微丝细胞骨架微管细胞骨架微管透射电镜：观察细胞内部的超微结构透射电镜：观察细胞内部的超微结构 扫描

7、电镜：观察细胞表面的超微结构扫描电镜：观察细胞表面的超微结构 沿着细胞外基质丝迁移的神经嵴细胞沿着细胞外基质丝迁移的神经嵴细胞电镜下的线粒体电镜下的线粒体扫描电镜图扫描电镜图透射电镜图透射电镜图（一）流式细胞技术（一）流式细胞技术（Flowcytometer,FCM）（二）细胞及其亚组分的分离（二）细胞及其亚组分的分离（三）生物芯片技术（三）生物芯片技术二、细胞及其组分的分离纯化和分析二、细胞及其组分的分离纯化和分析三、细胞培养技术三、细胞培养技术（一（一）原代培养：是从供体取得组织细胞后在体外进行原代培养：是从供体取得组织细胞后在体外进行的首次培养；的首次培养；（二（二）传代培养：）传代培养

8、：细胞由原培养瓶内分离稀释后传到新细胞由原培养瓶内分离稀释后传到新的培养瓶的过程称之为传代；进行一的培养瓶的过程称之为传代；进行一次次分分离离培养培养称之为传一代。称之为传一代。优点：优点：1 1、离体条件观察和研究细胞生命活动的规律，培养、离体条件观察和研究细胞生命活动的规律，培养中的细胞不受体内复杂环境的影响可以人为地改中的细胞不受体内复杂环境的影响可以人为地改变培养条件，如用物理、化学、生物等作为因素变培养条件，如用物理、化学、生物等作为因素变化。变化。观察：细胞在单因素影响下的生理功能变化。观察：细胞在单因素影响下的生理功能变化。2 2、为研究细胞的遗传性状改变提供了可行的实验条、为研

9、究细胞的遗传性状改变提供了可行的实验条件。件。缺缺点：点：1 1、由于细胞长期处在体外培养环境，细胞性状发生、由于细胞长期处在体外培养环境，细胞性状发生改变，不可与体内细胞等同。改变，不可与体内细胞等同。四、基因修饰技术和细胞重编程四、基因修饰技术和细胞重编程（一）转基因技术及转基因动物（一）转基因技术及转基因动物（二）基因敲除技术与基因敲除动物（二）基因敲除技术与基因敲除动物（三）克隆技术（三）克隆技术（四）诱导多能干细胞技术（四）诱导多能干细胞技术for their discoveries of principles for introducing specific gene modifi

10、cations in mice by the use of embryonic stem cells Mario R.Capecchi Martin J.Evans Oliver Smithies The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007克隆技术克隆技术Cell 153,12281238,June 6,2013Science.2008 Feb 1;319(5863):560-3Induced Pluripotent Stem cells iPS cellsOct3/4,Sox2,c-Myc,Klf4ReprogrammingThe Nobel

11、 Prize in Physiology or Medicine 2012Oct3/4,Sox2,c-Myc,Klf4Reprogramming 一、细胞是生命的基本单位一、细胞是生命的基本单位 二、细胞在形态与功能上具有多样性二、细胞在形态与功能上具有多样性 三、细胞的结构复杂而精密三、细胞的结构复杂而精密 四、细胞可以增殖并具有遗传性四、细胞可以增殖并具有遗传性 五、细胞可以分化以实现结构和功能的特化五、细胞可以分化以实现结构和功能的特化 六、细胞的形状可以改变、细胞的位置可以移动六、细胞的形状可以改变、细胞的位置可以移动 七、细胞会衰老和死亡七、细胞会衰老和死亡第三节第三节 细胞的基本知

12、识细胞的基本知识 八、细胞可以对刺激发生反应八、细胞可以对刺激发生反应 九、细胞活动需要自供能量九、细胞活动需要自供能量 十、细胞可以自我调节十、细胞可以自我调节 十一、多细胞生物的细胞整合为组织十一、多细胞生物的细胞整合为组织 十二、细胞具有极性十二、细胞具有极性 十三、细胞具有社会性十三、细胞具有社会性细胞的基本知识细胞的基本知识一、细胞是生命的基本单位一、细胞是生命的基本单位 1、一切生命体都由细胞构成、一切生命体都由细胞构成生命体的基本结构与功能单位；生命体的基本结构与功能单位；2、生命活动都是以细胞为基本单位进行的：、生命活动都是以细胞为基本单位进行的：单细胞生物和多细胞生物；单细胞

13、生物和多细胞生物；新生儿：新生儿：1012 细胞、成人：细胞、成人：1014 细胞细胞 3、细胞可以在体外适宜的条件下生存、生长和增殖；、细胞可以在体外适宜的条件下生存、生长和增殖；4、细胞的任何一个组成部分在体外分离的条件下不能、细胞的任何一个组成部分在体外分离的条件下不能 体现生命活动。体现生命活动。二、细胞在形态与功能上具有多样性二、细胞在形态与功能上具有多样性 人体共有人体共有252种细胞：种细胞：1 1、细胞的形状各种各样：、细胞的形状各种各样：人红细胞：盘形；白细胞：球形人红细胞：盘形；白细胞：球形平滑肌细胞：梭形；成纤维细胞：平滑肌细胞：梭形；成纤维细胞：星形星形2 2、细胞的形

14、状与其功能相适应：、细胞的形状与其功能相适应：人红细胞：携带氧；神经细胞：突起人红细胞：携带氧；神经细胞：突起 电镜下人的血细胞电镜下人的血细胞 红色红色显示红血球显示红血球 绿色绿色显示淋巴细胞显示淋巴细胞 黄色黄色显示血小板显示血小板三、细胞的结构复杂而精密三、细胞的结构复杂而精密（一）、动物细胞的基本结构：（一）、动物细胞的基本结构：1 1、质膜：、质膜：plasma membraneplasma membrane2 2、细胞质：、细胞质：cytoplasmcytoplasm3 3、细胞核：、细胞核：nucleusnucleus（二）、细胞的分子组成：（二）、细胞的分子组成：1 1、核酸

15、：、核酸：2 2、蛋白质：、蛋白质：3 3、脂类中的甘油三脂、脂类中的甘油三脂4 4、糖缀合物、糖缀合物5 5、小分子有机物、小分子有机物6 6、小分子无机物、小分子无机物四、细胞可以增殖并具有遗传性四、细胞可以增殖并具有遗传性1 1、细胞增殖的方式：分裂、细胞增殖的方式：分裂有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)：体细胞：体细胞减数分裂减数分裂(meiosis)meiosis):生殖细胞生殖细胞2 2、细胞分裂之前遗传物质进行忠实的复制：、细胞分裂之前遗传物质进行忠实的复制：体细胞体细胞:一次复制一次复制一次分裂一次分裂生殖细胞生殖细胞:一次复制两次分裂一次复制两次分裂五、细胞

16、可以分化以实现结构和功能的特化五、细胞可以分化以实现结构和功能的特化1 1、机体的发育过程：细胞的增殖与分化过程、机体的发育过程：细胞的增殖与分化过程2 2、成体中组织的更新：干细胞的增殖与分化、成体中组织的更新：干细胞的增殖与分化机体发育示意图机体发育示意图干细胞的不对称分裂干细胞的不对称分裂干细胞干细胞有丝分裂有丝分裂终末分化细胞终末分化细胞分化分化子细胞子细胞六、细胞的形状可以改变、位置可以移动六、细胞的形状可以改变、位置可以移动1 1、大多数细胞在体内与周围细胞或支持物相互作用而、大多数细胞在体内与周围细胞或支持物相互作用而具有不同的形状；具有不同的形状；2 2、细胞形状的改变是由细胞

17、内部骨架系统的改变而引、细胞形状的改变是由细胞内部骨架系统的改变而引起的。起的。七、细胞会衰老和死亡七、细胞会衰老和死亡1 1、衰老与死亡：、衰老与死亡：小肠上皮细胞：几天；皮肤细胞：小肠上皮细胞：几天；皮肤细胞：2424周；心肌细胞周；心肌细胞和神经细胞：与机体寿命相同。和神经细胞：与机体寿命相同。2 2、细胞凋亡（、细胞凋亡（apoptosisapoptosis）（程序性细胞死亡，程序性细胞死亡，programmed cell death,PCDprogrammed cell death,PCD），），存活信号和死亡信号。存活信号和死亡信号。八、细胞可以对刺激发生反应八、细胞可以对刺激发生

18、反应1 1、某些细胞对刺激的反应显而易见：、某些细胞对刺激的反应显而易见：肌细胞：受到刺激收缩肌细胞：受到刺激收缩白细胞：被趋化因子吸引而移动白细胞：被趋化因子吸引而移动2 2、某些细胞对刺激的反应需借助一定的方法检测：、某些细胞对刺激的反应需借助一定的方法检测：受体：细胞表面、细胞质和细胞核中受体受体：细胞表面、细胞质和细胞核中受体九、细胞活动需要自供能量九、细胞活动需要自供能量细胞活动：营养物的吸收、分泌物的分泌、物质的合成细胞活动：营养物的吸收、分泌物的分泌、物质的合成 代谢、信号的传导、细胞骨架的组装与去组代谢、信号的传导、细胞骨架的组装与去组 装、细胞分裂增殖等活动装、细胞分裂增殖等

19、活动能量来源：大多直接来自于能量来源：大多直接来自于ATPATP的高能磷酸键，少数来的高能磷酸键，少数来 自于自于GTPGTP的高能磷酸键。的高能磷酸键。产能细胞器：线粒体产能细胞器：线粒体十、细胞可以自我调节十、细胞可以自我调节细胞具有严密、有序的调控机制来保持生命活动细胞具有严密、有序的调控机制来保持生命活动的正常进行。的正常进行。修复修复基因组：基因组：损伤时损伤时死亡死亡增殖与凋亡：增殖与凋亡：失控失控肿瘤肿瘤十一、多细胞生物的细胞整合为组织十一、多细胞生物的细胞整合为组织1 1、多细胞生物体的各种细胞具有固有的组合与排列方式、多细胞生物体的各种细胞具有固有的组合与排列方式并有细胞外基

20、质参与构成精细的组织、器官和附属器；并有细胞外基质参与构成精细的组织、器官和附属器；2 2、相邻细胞间存在细胞连接，并通过细胞外基质整合为、相邻细胞间存在细胞连接，并通过细胞外基质整合为组织。组织。鸡胚角膜基膜的扫描电镜图鸡胚角膜基膜的扫描电镜图E E：上皮细胞：上皮细胞 BLBL：基膜：基膜 C C：胶原：胶原BLEC十二、细胞具有极性十二、细胞具有极性1 1、极性：多数细胞在形态结构、物质代谢和生理功能上、极性：多数细胞在形态结构、物质代谢和生理功能上 都具有空间上的方向性和不对称性；都具有空间上的方向性和不对称性；2 2、细胞极性在发育、分化过程中具有决定意义；、细胞极性在发育、分化过程

21、中具有决定意义；3 3、细胞极性的紊乱与细胞周期的失控、基因组不稳定相、细胞极性的紊乱与细胞周期的失控、基因组不稳定相关。关。十三十三、细胞具有社会性、细胞具有社会性单细胞生物体或多细胞生物体、在个体的发生、发育单细胞生物体或多细胞生物体、在个体的发生、发育或成体的生命活动中，任何细胞都不断从其环境中接受信或成体的生命活动中，任何细胞都不断从其环境中接受信号、发生反应，并可释放信号分子或通过不同方式对其他号、发生反应，并可释放信号分子或通过不同方式对其他远、近细胞施以影响。细胞对其他细胞及环境的紧密依存、远、近细胞施以影响。细胞对其他细胞及环境的紧密依存、互动关系可谓细胞的社会性。互动关系可谓

22、细胞的社会性。第四节第四节 原核细胞与真核细胞原核细胞与真核细胞一、原核细胞与真核细胞概念的确立一、原核细胞与真核细胞概念的确立二、原核细胞的特点及其代表二、原核细胞的特点及其代表三、真核细胞的特点及其代表三、真核细胞的特点及其代表四、原核细胞与真核细胞的比较四、原核细胞与真核细胞的比较一、一、原核细胞与真核细胞概念的确立原核细胞与真核细胞概念的确立这一分类法高度而准确的概括了细胞在结构、功这一分类法高度而准确的概括了细胞在结构、功能上的特点以及细胞在进化中的位置，对于细胞能上的特点以及细胞在进化中的位置，对于细胞生物学和整个生命科学的发展具有划时代的意义。生物学和整个生命科学的发展具有划时代

23、的意义。根据细胞结构的复杂程度和遗传物质的存在形式根据细胞结构的复杂程度和遗传物质的存在形式原核细胞原核细胞(prokaryotic cell)真核细胞真核细胞(eukaryotic cell)将细胞分为将细胞分为:原核细胞的特点：原核细胞的特点：原核细胞都不具有核膜包裹的细胞核，只有细胞外膜而没原核细胞都不具有核膜包裹的细胞核，只有细胞外膜而没有内膜系统和细胞骨架系统有内膜系统和细胞骨架系统 原核细胞的代表：原核细胞的代表：二、原核细胞二、原核细胞1、支原体、支原体(mycoplasma):是最小、最简单的细胞是最小、最简单的细胞 2 2、细菌、细菌:从形态上可分为球菌、杆菌及螺旋菌从形态上

24、可分为球菌、杆菌及螺旋菌 3、蓝绿藻：又称青菌、蓝绿藻：又称青菌(Cyanobacteria)原核细胞的模式结构原核细胞的模式结构-细菌细菌真核细胞的特点：真核细胞的特点：真核细胞的结构特点可概括为细胞核、内膜系统构成的细真核细胞的结构特点可概括为细胞核、内膜系统构成的细胞器及细胞骨架。胞器及细胞骨架。真核细胞的代表：真核细胞的代表：三、真核细胞三、真核细胞1 1、酵母细胞（、酵母细胞（yeastyeast）:是结构最简单的真核细胞是结构最简单的真核细胞 。2 2、植物细胞、植物细胞 3 3、动物细胞、动物细胞 真核细胞模式图真核细胞模式图 四、原核细胞与真核细胞的比较四、原核细胞与真核细胞的

25、比较 （一）原核细胞与真核细胞共有的特性（一）原核细胞与真核细胞共有的特性1 1在在DNADNA分子中用相同的密码编写遗传信息；分子中用相同的密码编写遗传信息；2 2相似的遗传信息转录与翻译机制，相似的核糖核蛋白体；相似的遗传信息转录与翻译机制，相似的核糖核蛋白体；3 3相似构造的质膜；相似构造的质膜；4 4共同的能量代谢途径共同的能量代谢途径 （糖酵解及三羧酸循环）；（糖酵解及三羧酸循环）；5 5以以ATPATP形式保存和利用化学能；形式保存和利用化学能；6 6相似构造的蛋白酶体相似构造的蛋白酶体 （消化蛋白质的结构）。（消化蛋白质的结构）。原核细胞与真核细胞的共同特性证明它们具有共同的祖先

26、，原核细胞与真核细胞的共同特性证明它们具有共同的祖先，真核细胞是由原核细胞进化而来。真核细胞是由原核细胞进化而来。（二）（二）原核细胞与真核细胞不同的特性原核细胞与真核细胞不同的特性_原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞_细胞大小细胞大小 1 10 m 1 10 100 m核核 无核或有拟核无核或有拟核，无核被膜，无核被膜 有真核：有真核：核被膜、核膜孔、核仁、染色质、核骨架核被膜、核膜孔、核仁、染色质、核骨架基因组基因组 拷贝数不恒定，单或多拷贝拷贝数不恒定，单或多拷贝 拷贝数恒定，双拷贝（二倍体）或更多拷贝拷贝数恒定，双拷贝（二倍体）或更多拷贝 DNA DNA 含量低，呈环形，含量低，呈环形

27、，含量高，呈线形，在核内含量高，呈线形，在核内 长度仅长度仅0.250.25 3mm 长度长度4.6mm4.6mm 数米（人类数米（人类DNADNA总长总长2 2米）米）不构成核小体不构成核小体 与蛋白质相结合，构成结构复杂的核小体与蛋白质相结合，构成结构复杂的核小体内含子内含子 无无 有有细胞器细胞器 没有膜性细胞器没有膜性细胞器和区室化和区室化 有膜性细胞器有膜性细胞器（内质网、高尔基体、溶酶体、（内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、过氧化酶体等），细胞内区室化胞内体、过氧化酶体等），细胞内区室化胞内运输胞内运输 直接扩散直接扩散 除直接扩散外还借助于细胞骨架、膜管网及囊泡运输除直接扩散外还

28、借助于细胞骨架、膜管网及囊泡运输骨架系统骨架系统 原始、原始、无细胞骨架系统无细胞骨架系统 有发达的骨架系统有发达的骨架系统（细胞质骨架与核骨架）（细胞质骨架与核骨架）分裂方式分裂方式 出芽或无丝分裂出芽或无丝分裂 体细胞为有丝分裂，生殖细胞为减数分裂体细胞为有丝分裂，生殖细胞为减数分裂基因表达基因表达 转录、翻译同时同处进行转录、翻译同时同处进行 先在核中转录先在核中转录,后在细胞质中翻译后在细胞质中翻译 调控机制简单调控机制简单 多层次调控，包括：多层次调控，包括：操纵子操纵子 转录前：基因重排、扩增、甲基化转录前：基因重排、扩增、甲基化 启动子启动子 转录水平：多种转录因子转录水平：多种

29、转录因子 转录后水平：转录后水平：RNARNA拼接拼接 翻译水平翻译水平 翻译后：磷酸化、糖基化、硫酸化、酯酰化翻译后：磷酸化、糖基化、硫酸化、酯酰化_第五节第五节 细胞生物学的研究热点细胞生物学的研究热点一、再生医学与干细胞一、再生医学与干细胞二、细胞癌变、转移及恶性肿瘤防治二、细胞癌变、转移及恶性肿瘤防治三、神经生物学及脑功能三、神经生物学及脑功能四、细胞的衰老与死亡四、细胞的衰老与死亡造血干细胞造血干细胞神经干细胞分化示意图神经干细胞分化示意图Marina Bershteyn and Arnold R.Kriegstein.Cell(2013)Organoids generated from human iPSa sheet of retinal tissue from stem cells created from a womans skin cellsMacular degeneration of the retinaCancer Stem Cells重点掌握内容1、细胞的基本特性；、细胞的基本特性；2、原核细胞与真核细胞的异同点；、原核细胞与真核细胞的异同点；3、原核细胞与真核细胞的代表；、原核细胞与真核细胞的代表；4、细胞生物学的主要研究方法与技术。、细胞生物学的主要研究方法与技术。