细胞生物学 第一章 绪论

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1、热烈 欢迎 201 2级 新同 学!医学细胞生物学Medical cell biology学时：54 h（讲课 36 h、实验 18h）教材：王培林主编医学细胞生物学 主讲人：李冰、张峰第一节 细胞生物学研究内容与方法第二节 细胞生物学的发展简史第三节 医学细胞生物学在医学教育中的地位第一章 绪 论v细胞（cell）：是生命有机体的形态结构和功能的基本单位。v细胞生物学（cell biology）：是从细胞整体、超微和分子水平上研究细胞的结构和生命活动规律的 科学。v医学细胞生物学（medical cell biology）：是应用细胞生物学的理论和方法，研究人体细胞的形态结 构与功能等生命活

2、动规律和人类疾病发生、发展及 其防治的科学。第一节 细胞生物学研究内容与方法一、一、研究对象：研究对象：细胞细胞生命活动的基本单位生命活动的基本单位细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是构成生物有机体的基本结构单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是代谢与功能的基本单位。细胞是生物有机体生长发育的基本单位。细胞是生物有机体生长发育的基本单位。细胞是遗传的基本单位。细胞是遗传的基本单位。 细胞是构成生物有机体的基本结构单位。一切有机体均由细胞构成（病毒除外）。 细胞是代谢与功能的基本单位。在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很强的独立代谢体系。 细

3、胞是生物有机体生长发育的基本单位。生物有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。细胞是遗传的基本单位。在生物遗传过程中，上下代之间通过生殖细胞来传递遗传信息。细胞具有遗传的全能性。 二、研究任务（一）研究理论问题n形态方面1）显微水平：光镜观察描述细胞的结构。2）超微水平：电镜及扫描探针观察和了解细胞的亚微结构。3）分子水平：细胞结构的分子组成，阐明细胞生命活动的结构基础。n功能方面:研究细胞内各部分的化学组成和新陈代谢活动，探索彼此间的关系及相互作用，以揭示生物有机体的基本生命活动的规律和人类疾病发生发展的机制及其防治的技术与方法。 组织工程学（器官或组织克隆）

4、： 是选择与人体细胞相容性较好的生物材料，按缺损组织或器官的要求设计并制成模型或支架放在体外培养系统中，使干细胞或其定向诱导分化细胞沿着模型或支架不断地生长扩增，构建成新的组织或器官。这种将细胞工程学和生物工程材料学相结合的技术即人们所说的器官或组织克隆。 （二）研究实际问题组织或器官体外生长的细胞来源： 人的干细胞通过定向生长分化有可能成为某特定组织的细胞。 动物实验证明从某一种组织的活体碎片有可能产生完整的供移植器官；制作过程：从狗膀胱活检一小片组织，分别分离尿上皮组织和肌肉组织体外培养扩增，然后 移至生物活性材料制成的模型或支架，外层为肌 肉组织，内层为尿上皮组织。5周内则形成可供移植用

5、的新的膀胱。成功的范例：利用组织工程方法已成功地使膀胱在实验室生长，植入狗后证明可获得正常膀 胱的95%的生理功能，排尿正常，在移植11个月后检查，膀胱完全由尿上皮和肌肉组织覆盖，并 有神经和血管生成。 干细胞 又称为“万能细胞”。 目前科学家能够在体外以干细胞为种子培养人类几乎各种组织和 器官，来代替病变或衰老的组织器官的细胞，彻底 根绝病源。治疗性复制人类胚胎 即治疗性人类克隆胚胎。它是利用成年人的皮肤细胞制造胚胎材料。用 这种胚胎材料移植入人体，代替本人的损坏或是有 病部分，因拥有相同的基因，可降低排斥的风险。 科学家认为，这项技术对于治疗糖尿病、帕金森氏 症和老年痴呆症等疾病具有很好的

6、前景。 生物制药与医用生物学产品 人们现在已有可能应用每种类型（微生物、植物及动物）的活细 胞去生产从简单分子到复杂蛋白质等一系列的生物 药品与医用生物学产品，例如干扰素、白介素和胰 岛素等，其经济效益是巨大的。三、细胞生物学的主要分支学科1、细胞形态学 cytomorphology 2、细胞化学 cytochemistry 3、细胞生理学 cytophysiology4、细胞遗传学 cytogenetics5、分子细胞学 molecular cytology6、细胞社会学 cytosociology细胞形态学（cytomorphology）是研究细胞形态和结构及其在生命活动中动态变化的科学。

7、细胞化学（cytochemistry）是研究细胞结构化学成分的定位、分布及其生理功能。细胞生理学（cytophysiology）是研究细胞的生命活动规律的科学。细胞遗传学（cytogenetics）主要是从细胞学的角度，特别是从染色体结构、功能以及染色体与其他细胞器的关系来研究遗传和变异的规律的学科。 分子细胞学（molecular cytology）是从细胞遗传信息流(DNARNA蛋白质）的角度，研究细胞内基因组的结构及其表达的调控。 细胞社会学（cytosociology）是从系统论的观点出发，研究整体和细胞群中细胞间的社会行为。第二节 细胞生物学的发展简史u 细胞的发现和细胞学说的创立（

8、16651875）u 经典细胞学发展时期（18751898）u 实验细胞学发展时期（l900 1943）u 分子生物学发展时期(1944年今)一、细胞的发现和细胞学说的创立(16651875)1、1590年, 荷兰Janssen兄弟试制成功第一架复式显微 镜，为人类发现细胞打开了大门，放大倍数不超过10 倍2、1665年, 英国人Robert Hooke第一个发现了细胞，他利用自制放大200倍显微镜在软木薄片中看到了蜂窝状的小室，称之为cells（细胞）nRobert Hooke and his “cells”Robert Hookes microscope3、1667年A. van Leeu

9、wenhoek当选为英国皇家学会会员。他观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.4、1838年, Schleiden和 Schwann 分别论证植物和动物都是由细胞组成，首次提出细胞学说(cell theory)，证明了生物界的统一性 。Cell Theory是19世纪的重大发现之一，其基本内容有三条：有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位；新细胞来源于已存在细胞的分裂。 Matthias Jacob Schl

10、eidenTheodar SchwannRudolf Virchow Jean-Baptiste de Lamark 经典细胞学研究的主要是经典细胞学研究的主要是细胞的形态与生理细胞的形态与生理。18751875年，年，HertwigHertwig发现受精卵中两个亲本核的融合发现受精卵中两个亲本核的融合。18801880年，年，FlemmingFlemming发现了动物细胞间接分裂。发现了动物细胞间接分裂。随后，随后，电镜电镜的发明和应用把细胞学带入到超微的发明和应用把细胞学带入到超微结构发展时期。结构发展时期。二、经典细胞学发展时期（18751898）n1932年德国人E. Ruska和M.

11、 Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域 。n1939年Siemens公司生产商品电镜。n1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。染色体(Waldyer, 1888)、中心体(Boveri, 1888)、线粒体(Altmann, 1894)和高尔基体(Golgi, 1898)相继被发现。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术 研究这些结构的功能。Cytology发展为Cell Biology。1887年，Hertwig兄弟用实验方法研究海胆(sea-urchin)卵的受精作用，发展了实验细胞学。 1866年，Gregor Mendel 通过植物的杂交实验，发现了分离律和自由组合

12、律。三、实验细胞学发展时期（l900 1943）1902年美国Morgan通过果蝇(Drosophila)杂交试验，确立了染色体遗传理论。四、分子生物学发展时期(1944年今)1944年，Avery等证明肺炎球菌转化因子是DNA分子。1952年，Hershey等在噬菌体中证明遗传物质是DNA。1953年，Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型。并提出: DNA分子的半保留复制，信息流的”中心法则” 。70年代后，随着DNA限制性内切酶等工具酶的发现， DNA重组技术的问世、基因克隆、DNA核苷酸序列测定等 实验使分子生物学成为生命科学的领先学科。1983年聚合酶链反应（PCR）技

13、术问世，使DNA片段可在 体外快速扩增。1995年其发明者Mulis获得 Nobel Prize19901990年，年，美国遗传学界提出美国遗传学界提出人类基因组计划（人类基因组计划（Human Genome Project, HGPHuman Genome Project, HGP）。）。我国于我国于19931993年加入该计划，承担其中年加入该计划，承担其中1%1%的任的任务，即人类务，即人类3 3号染色体短臂上约号染色体短臂上约30Mb30Mb的测序任务的测序任务。20002000年年6 6月月2828日人类基因组工作草图完成。日人类基因组工作草图完成。20012001年年2 2月月12

14、12日，日，人类基因组全序列测序基本人类基因组全序列测序基本完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后完成，从而进入功能基因组学和蛋白质组学的后基因组时期。基因组时期。1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利” 在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。细胞进一步分化和发育，最后Dolly羊诞生芬兰多塞特母绵羊乳腺细胞（供体细胞）苏格兰黑面母绵羊去核成熟卵细胞（受体细胞）电脉冲 融合细胞细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞转移至另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内Dolly with her first born lamb Gene Chip第三节 医学细胞生物学在医学教育中的地位人体的结构基础是细胞

15、。即细胞/组织/器官/系统/机体人体系统器官组 织细 胞1858 Vichow “一切病理现象都在于细胞的损伤”。（一）医学细胞生物学是医学各学科的基础理论1、医学细胞生物学作为医学基础课与基础医学学科有着密切的关系。2、医学细胞生物学与临床各学科联系也很密切。一、医学细胞生物学与医学（二）医学细胞生物学的发展推动了现代医学的发展如癌基因理论、细胞分裂、分化、衰老、死亡等方面的研究进展，不仅揭示了细胞生物学的重大理论问题，同时阐明了 多种疾病的发病机制。 （三）医学细胞生物学的研究成果应用于人类疾病 的诊断和治疗 1细胞诊断 应用单克隆抗体技术 2细胞治疗 体细胞治疗和干细胞治疗干细胞治疗疾病

16、的最显著特点：它可以治疗许多疾病，例如制造脑部神经元来治疗帕金森氏 症，制造胰岛细胞来根绝糖尿病，制造心肌细胞 来修补心脏。（一）生殖 （二）恶性肿瘤（三）细胞分化 （四）细胞衰老（五）细胞死亡 （六）细胞信号转导 （七）细胞工程二、医学细胞生物学与相关的研究领域第一节 细胞的化学及分子组成（了解）第二节 细胞的形成（自学）第三节 原核细胞与真核细胞（掌握）第四节 细胞的形态、大小和数目（了解） 第二章 细胞的分子基础及基本概念第一节 细胞的化学及分子组成组成细胞的化学元素有50多种。主要的是：C、H、O、N 四种元素，约占96%；其次为：S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe。大量元素: 占细胞总重的99.9%以上。微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Cr、F、Br、I这些元素的原