醫學細胞生物學

Medical

CellBiology

CollegeofLifeScience,SoochowUniversity朱子玉403－33131醫學細胞生物學緒論1緒論2真核細胞的基本結構3細胞的物質運輸4細胞的信號轉導5細胞增殖6細胞分化7細胞衰老和凋亡醫學細胞生物學1醫學細胞生物學緒論Chapter1.緒論細胞生物學的概念和研究內容

細胞生物學的發展簡史

醫學細胞生物學研究細胞的基本特征

1醫學細胞生物學緒論第一節：細胞生物學的概念和研究內容

幾乎所有的生物都是由細胞(cell)構成的。細胞是生命體的結構和功能的基本單位，有了細胞才有完整的生命活動。細胞生物學(cellbiology)是研究細胞的結構、功能及其生活史的的科學，由最初的細胞學(cytology)發展而來。現代細胞生物學將對細胞的研究在細胞整體(顯微)、亞細胞(超微)和分子水平三個層次上有機地結合起來。細胞生物學是生命科學最活躍最有發展前景的分支學科。從細胞角度研究生命的發生與分化、發育與生長、遺傳與變異、疾病與健康、衰老與死亡等基本生物學規律。1醫學細胞生物學緒論細胞生物學主要研究內容：

細胞結構與功能、細胞重要生命活動：

細胞核、染色體及基因表達的研究

生物膜與細胞器的研究

細胞骨架體系的研究

細胞增殖及其調控

細胞分化及其調控

細胞的衰老與凋亡

細胞信號轉導

細胞工程1醫學細胞生物學緒論細胞生物學研究的根本問題基因組在細胞內如何實現時間和空間上的有序表達？基因表達產物如何與其它細胞組分組裝成有功能的結構體系或細胞器？基因表達產物及信號分子如何調節細胞的重要生命活動過程？五大研究方向：細胞周期調控細胞凋亡細胞衰老細胞信號轉導DNA損傷與修復1醫學細胞生物學緒論細胞生物學經歷了四個主要發展階段：1665-1830s，細胞發現，顯微生物學。1830s-1930s，細胞學說，Cytology誕生。1930s-1970s，電鏡技術應用，Cytology發展為cellbiology。1970s~，分子細胞生物學時代。第二節：細胞生物學的發展簡史

1醫學細胞生物學緒論一、細胞的發現Discoverofcell1590年J.和Z.Janssen父子制作第一臺復式顯微鏡，放大倍數不超過10倍。1665年英國人RobertHooke出版《Microgrophia》。觀察了軟木，并首次用cell來描述“細胞”。1680年A.vanLeeuwenhoek當選為英國皇家學會會員。他觀察過植物、原生動物、水、鮭魚的紅細胞、牙垢中的細菌、唾液、血液、精液等等。1醫學細胞生物學緒論RobertHookeandhis“cells”1醫學細胞生物學緒論RobertHooke’smicroscope1醫學細胞生物學緒論MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1醫學細胞生物學緒論1830s消色差顯微鏡出現，人們才對細胞的結構和功能有了新的認識。1831年R.Brown在蘭科植物表皮細胞內發現了細胞核。1836年GG.Valentin在動物神經細胞中發現了細胞核與核仁。這些工作對于細胞學說的誕生具有重要意義。

1醫學細胞生物學緒論二、細胞學說的建立

Establishmentofcelltheory

CellTheory是19世紀的重大發現之一，現代細胞學說包括三方面內容：細胞是多細胞生物的最小結構單位；多細胞生物的每一個細胞為一代謝活動單位，執行特定功能；新細胞來源于已存在細胞的分裂。1醫學細胞生物學緒論通常認為施萊登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了細胞學說，實際上是19世紀許多科學家共同努力的結果。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann1醫學細胞生物學緒論1838-39年Schwann和Schleiden在前人工作基礎上提出：有機體是由細胞構成的；細胞是構成有機體的基本單位。1855年德國人Virchow提出“一切細胞來源于細胞”（omniscellulaecellula）的著名論斷，進一步完善了細胞學說。RudolfVirchow1醫學細胞生物學緒論1830s后發現活細胞并不是空的而是充滿粘稠的液體。JE.Purkinje（1839）和vonMohl（1846）則分別將動植物細胞內的物質稱作原生質“protoplasm”。MaxSchultze（1861）認為動植物細胞中的原生質具有同樣的意義，提出了原生質理論：細胞是由原生質組成的。如今“原生質”一詞已從生物學文獻中消失了，但在當時具有十分重要的意義。

19世紀下半葉是對細胞研究的繁榮時期，許多重要的細胞器和細胞活動現象被發現，被稱為細胞學的經典時期。1醫學細胞生物學緒論三、電鏡的發展和細胞生物學誕生

Developmentofelectronmicroscope&emergeofcellbiology1931年德國人E.Ruska首次發明透射電鏡，人類視野進入超微領域。1939年Siemens公司生產商品電鏡。1940-50s用電鏡觀察了各類細胞超微結構。并結合超速離心、電泳、無細胞體系等分析技術研究這些結構的功能。Cytology發展為CellBiology。也被稱為實驗細胞學階段，細胞學分支得到發展。1醫學細胞生物學緒論四、分子細胞生物學時代

Theeraofmolecularcellbiology1953年，Watson和Crick揭示DNA分子雙螺旋模型1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。1961-1964年Nirenberg等破譯遺傳密碼。1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg實現DNA體外重組。一系列理論和技術的發展，使細胞生物學與分子生物學的結合越來越緊密，開始進入分子細胞生物學時代。1醫學細胞生物學緒論

1953年，JD.Watson和FHC.Crick提出DNA雙螺旋模型。與Wilkins分享1962年諾貝爾生理學或醫學獎。1醫學細胞生物學緒論1983年，KB.Mullis發明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學獎。1醫學細胞生物學緒論LelandH.Hartwell

TimHunt

SirPaulM.Nurse

2001年，美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理學或醫學獎。1醫學細胞生物學緒論2002年，英國人SydneyBrenner、美國人RobertHorvitz和英國人JohnE.Sulston，因在器官發育的遺傳調控和細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾生理學或醫學獎。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

1醫學細胞生物學緒論2003年，美國人PeterAgre和RoderickMacKinnon，因對細胞膜水通道、離子通道結構和機理研究獲諾貝爾化學獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

1醫學細胞生物學緒論

2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理學或醫學獎，他們發現氣味受體和嗅覺系統的組成。RichardAxelLindaB.Buck1醫學細胞生物學緒論

2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren獲諾貝爾生理學或醫學獎，他們發現幽門螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍發病機理中的作用。BarryJ.MarshallJ.RobinWarren1醫學細胞生物學緒論2006年度諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛，以表彰他們發現了RNA干擾機制，RNAi已被廣泛用作研究基因功能，并有望成為治療疾病的新療法。AndrewZ.FireCraigC.Mello1醫學細胞生物學緒論2007年度諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家馬里奧-卡佩奇和奧利弗-史密西斯、英國科學家馬丁-埃文斯，以表彰他們在涉及胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發現，這些發現使“基因打靶”技術成為可能。MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies1醫學細胞生物學緒論2008年度諾貝爾生理學或醫學獎授予德國科學家哈拉爾德-楚爾-豪森和兩位法國科學家弗朗索瓦絲-巴爾-西諾西和呂克-蒙塔尼。德國科學家發現人類乳頭瘤病毒(HPV)引發子宮頸癌，兩名法國科學家發現人類免疫缺陷病毒(HIV)。HaraldzurHausenFran?oiseBarré-SinoussiLucMontagnier1醫學細胞生物學緒論2009年度諾貝爾生理學或醫學獎授予伊麗莎白-布萊克本、卡羅爾-格雷德和杰克-紹斯塔克。他們發現了端粒和端粒酶對于染色體的保護作用。端粒和端粒酶研究有助于攻克醫學領域3方面難題，即“癌癥、特定遺傳病和衰老”。ElizabethH.BlackburnCarolW.GreiderJackW.Szostak1醫學細胞生物學緒論2010年諾貝爾生理學或醫學獎授予英國生理學家羅伯特·愛德華茲，以表彰他在體外受精技術領域做出的開創性貢獻。1978年7月25日，世界上第一個試管嬰兒誕生，目前全球已出生400多萬試管嬰兒，他被譽為“試管嬰兒之父”。1醫學細胞生物學緒論RalphMarvinSteinmanBruceABeutlerJulesA.Hoffmann2011年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國布魯斯·博伊特勒、法國朱爾斯·霍夫曼及加拿大拉爾夫·斯坦曼，其研究成果揭示免疫反應的激活機制，使人們對免疫系統的理解發生“革命性變化”，進而為免疫系統疾病研究提供了新的認識，并為傳染病、癌癥等疾病的防治開辟了新的道路。1醫學細胞生物學緒論2012年諾貝爾生理學或醫學獎頒給英國約翰·戈登（JohnB.Gurdon）和日本山中伸彌兩位發現“成熟、特化的細胞能夠被重編程為可發育成身體所有組織的非成熟細胞”的科學家。他們的發現革新了我們對細胞和有機生命體發育的理解。1962年克隆蛙2006年小鼠iPS1醫學細胞生物學緒論2012年美國科學家羅伯特.勒夫科維茲(RobertJ.Lefkowitz)與布萊恩.卡比爾卡(BrianK.Kobilka)因在G蛋白偶聯受體方面的研究獲得諾貝爾化學獎。

1醫學細胞生物學緒論神經遞質快速釋放的相關分子機制？現代人工耳蝸的研發？2013nobelprize？1醫學細胞生物學緒論肝移植的成就細胞骨架馬達蛋白的研究Albert

Lasker

Award，20121醫學細胞生物學緒論1醫學細胞生物學緒論第三節：醫學細胞生物學研究生殖細胞生物學腫瘤細胞生物學細胞分化和干細胞細胞衰老和死亡細胞工程……細胞生物學對基礎醫學和臨床醫學的發展意義重大，隨著細胞和分子生物學的發展，現代醫學正在進入分子醫學時代。1醫學細胞生物學緒論第四節：細胞的基本特征

細胞的起源與進化細胞的基本共性細胞的分子基礎1醫學細胞生物學緒論一、細胞的起源與進化

Originandevolutionofcells原核生物prokaryote非細胞生命lifeofnon-cell單細胞真核生物unicellulareukaryote多細胞真核生物multicellulareukaryote1醫學細胞生物學緒論非細胞生命體病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構成的核酸-蛋白質復合體

根據病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：

DNA病毒與RNA病毒

病毒在細胞內增殖（復制）類病毒（viroid）——僅由感染性的RNA構成朊病毒（prion）——僅由感染性的蛋白質亞基構成1醫學細胞生物學緒論原核細胞Prokaryoticcell基本特點

遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環狀DNA構成；細胞內沒有分化為以膜為基礎的具有專門結構與功能的細胞器和細胞核膜。主要代表

支原體（mycoplast）—已發現的最小最簡單的細胞

細菌（bacteria）

藍藻/藍細菌（cyanobacteria）1醫學細胞生物學緒論真核細胞Eukaryoticcell真核細胞的基本結構功能體系以脂質及蛋白質成分為基礎的生物膜結構系統以核酸（DNA或RNA）和蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系統由特異蛋白分子裝配構成的細胞骨架系統1醫學細胞生物學緒論不同類型細胞及細胞組分的相對大小1醫學細胞生物學緒論Comparisonoffeaturesofprokaroyticandeukaryoticcells

1醫學細胞生物學緒論1醫學細胞生物學緒論Comparisonofstructuresbetweenanimalandplantcells1醫學細胞生物學緒論1醫學細胞生物學緒論既不同于原核細胞也不同于真核細胞，屬于生命的第三種形式。在進化上與真核細胞有共同歷程。古細菌archaea/archaebacteria1醫學細胞生物學緒論二、細胞的基本共性

Fundamentalpropertiesofcells結構上的復雜性和組織性：由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白構成的生物膜，即細胞膜；含有兩種核酸DNA和RNA，作為遺傳信息復制與轉錄的載體；作為蛋白質合成機器的核糖體，存在于一切細胞內；功能上的自主、協調和有序：通過細胞分裂實現細胞的增殖；代謝過程需要和利用能量；合成蛋白質；對內外環境刺激的應答；自我調控……1醫學細胞生物學緒論具有一套遺傳信息的儲存、復制和轉錄系統；具有一層細胞膜，通過細胞膜與周圍環境相對隔離并可進行物質、能量交換和信息傳遞；具有一套完整的代謝機構（包括蛋白質合成和轉運系統，細胞增殖系統等），以維持基本生命活動。細胞作為生物體最基本的結構和功能單位，必須具備三個基本條件：1醫學細胞生物學緒論三、細胞的分子基礎

Molecularbasisofcells構成細胞的基本元素有：O、C、H、N、Na、K、Ca、P、Mg等，其中O、C、H、N四種元素占90%以上。細胞的組分包括無機小分子、有機小分子和生物大分子。細胞的無機物主要有水和無機鹽。水是細胞生命活動的物質基礎，約占細胞重量的75-80％，其中游離水約95％，其余為結合水。無機鹽的含量約為1％，主要以離子形式存在。1醫學細胞生物學緒論細胞的有機小分子游離于細胞質，是細胞代謝的中間產物和構成生物大分子的原料。包括：單糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸單糖是構成多糖的基本單位，重要的戊糖——核糖和脫氧核糖是核酸的組成成分，重要的己糖——葡萄糖是能源物質脂肪酸是合成脂肪的原料，其重要功能是構成細胞膜氨基酸是構成蛋白質的基本單位，常見20種核苷酸是組成核酸的基本單位1醫學細胞生物學緒論Ribose&deoxyriboseGlucoseAminoAcidFattyacidNucleotide1醫學細胞生物學緒論細胞的大分子有機物主要有蛋白質、核酸、脂類和糖，約占細胞干重的90%以上。一個細胞中約有104種蛋白質，分子總數達1011。蛋白質不僅是細胞的結構成分，也是細胞功能的實現者。生化反應的催化劑——酶是蛋白質。1醫學細胞生物學緒論Proteinsaremadeof20differentaminoacids