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1、医学细胞生物学Medical Cell Biology College of Life Science, Soochow University朱子玉 4033313Chap 1. 绪论Chap 2. 真核细胞的基本结构Chap 3. 细胞的物质运输Chap 4. 细胞的信号转导Chap 5. 细胞的增殖Chap 6. 细胞分化Chap 7. 细胞衰老和凋亡Chapter 1. 绪论 细胞生物学的概念和研究内容 细胞生物学的发展简史 医学细胞生物学研究 细胞的基本特征 第一节：细胞生物学的概念和研究内容 几乎所有的生物都是由细胞(cell)构成的。细胞是生命体的结构和功能的基本单位，有了细胞才有
2、完整的生命活动。 细胞生物学(cell biology)是研究细胞的结构、功能及其生活史的的科学，由最初的细胞学(cytology)发展而来。 现代细胞生物学将对细胞的研究在细胞整体(显微)、亚细胞(超微)和分子水平三个层次上有机地结合起来。 细胞生物学是生命科学最活跃最有发展前景的分支学科。从细胞角度研究生命的发生与分化、发育与生长、遗传与变异、疾病与健康、衰老与死亡等基本生物学规律。 细胞生物学主要研究内容： 细胞结构与功能、细胞重要生命活动：细胞核、染色体及基因表达的研究生物膜与细胞器的研究细胞骨架体系的研究细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞的衰老与凋亡细胞信号转导细胞工程细胞生物学经
3、历了四个主要发展阶段：1665-1830s，细胞发现，显微生物学。1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。1930s-1970s，电镜技术应用， Cytology发展为 cell biology。1970s，分子细胞生物学时代。第二节：细胞生物学的发展简史 一、细胞的发现 Discover of cell 1590年J. 和Z. Janssen父子制作第一台复式显微镜，放大倍数不超过10倍。 1665年英国人Robert Hooke出版Microgrophia。观察了软木，并首次用cell来描述“细胞”。 1680年A. van Leeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他
4、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。Robert Hooke and his “cells”Robert Hookes microscopeMade by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。1831年R. Brown在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。1836年GG. Valentin在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。 二、细胞学说的建立 Establishme
5、nt of cell theoryCell Theory是19世纪的重大发现之一，现代细胞学说包括三方面内容： 细胞是多细胞生物的最小结构单位； 多细胞生物的每一个细胞为一代谢活动单位，执行特定功能； 新细胞来源于已存在细胞的分裂。 通常认为施莱登（MJ. Schleiden）和施旺（T. Schwann）正 式提出了细胞学说，实际上是19世纪许多科学家共同努力的结果。Matthias Jacob SchleidenTheodar Schwann1838-39年Schwann和Schleiden在前人工作基础上提出：a.有机体是由细胞构成的；b.细胞是构成有机体的基本单位。1855年德国人Vi
6、rchow 提出“一 切细胞来源于细胞”（omnis cellula e cellula）的著名论断，进一步完善了细胞学说。Rudolf Virchow 1830s后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。F. Dujardin（1835）将低等动物细胞中发现的粘稠物质称为“sarcode”；JE. Purkinje（1839）和von Mohl（1846）则分别将动植物 细胞内的物质称作原生质“protoplasm” 。Max Schultze （1861）认为动植物细胞中的原生质具有同样的意义，提出了原生质理论：细胞是由原生质组成的。如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十
7、分重要的意义。 19世纪下半叶是对细胞研究的繁荣时期，许多重要的细胞器和细胞活动现象被发现，被称为细胞学的经典时期。三、电镜的发展和细胞生物学诞生 Development of electron microscope & emerge of cell biology 1931年德国人E. Ruska 首次发明透射电镜，人类视野进入超微领域 。 1939年Siemens公司生产商品电镜。 1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。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。 也被称为实验细胞学阶段，细胞学分支得到发展。四、分
8、子细胞生物学时代 The era of molecular cell biology 1953年，Watson 和Crick揭示DNA分子双螺旋模型 1958 年Crick 提出分子遗传的“中心法则”。 1961-1964年Nirenberg 等破译遗传密码。 1972年DA. Jackson，RH. Symons和P. Berg实现DNA体外重组。 一系列理论和技术的发展，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密，开始进入分子细胞生物学时代。 1953年，JD. Watson 和FHC. Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962 年诺贝尔生理学或医学奖 。1983年，KB
9、. Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。1996年，世界上第一只体细胞克隆羊“Dolly”在英国罗斯林研究所诞生，引起举世瞩目。Leland H. Hartwell Tim Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年，美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、 Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理学或医学奖。2002年，英国人Sydney Brenner、美国人Robert Horvitz和 英国人John E. Sulston，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理学或医学奖。Sydne
10、y BrennerH. Robert HorvitzJohn E. Sulston 2003年，美国人Peter Agre和Roderick MacKinnon，因对细胞膜水通道、离子通道结构和机理研究获诺贝尔化学奖。 Peter AgreRoderick MacKinnon 2004年，美国人Richard Axel和Linda B. Buck获诺贝尔生理学或医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。Richard AxelLinda B. Buck2005年Barry J. Marshall 和J. Robin Warren 获诺贝尔生理学或医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和 胃溃疡发
11、病机理中的作用。Barry J. MarshallJ. Robin Warren2006年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安德鲁法 尔和克雷格梅洛，以表彰他们发现了RNA干扰机制，RNAi 已被广泛用作研究基因功能，并有望成为治疗疾病的新疗法 。Andrew Z. Fire Craig C. Mello2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥-卡 佩奇和奥利弗-史密西斯、英国科学家马丁-埃文斯，以表彰 他们在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列 突破性发现，这些发现使“基因打靶”技术成为可能。Mario R. Capecchi Sir Martin J. Evans
12、Oliver Smithies2008年度诺贝尔生理学或医学奖授予德国科学家哈拉尔德- 楚尔-豪森和两位法国科学家弗朗索瓦丝-巴尔-西诺西和吕 克-蒙塔尼。德国科学家发现人类乳头瘤病毒(HPV)引发子 宫颈癌，两名法国科学家发现人类免疫缺陷病毒(HIV) 。Harald zur Hausen Franoise Barr-Sinoussi Luc Montagnier2009年度诺贝尔生理学或医学奖授予伊丽莎白-布莱克本、 卡罗尔-格雷德和杰克-绍斯塔克。他们发现了端粒和端粒 酶对于染色体的保护作用。端粒和端粒酶研究有助于攻克 医学领域3方面难题，即“癌症、特定遗传病和衰老”。Elizabeth
13、 H. Blackburn Carol W. Greider Jack W. Szostak第三节：医学细胞生物学研究生殖细胞生物学肿瘤细胞生物学细胞分化和干细胞细胞衰老和死亡细胞工程 细胞生物学对基础医学和临床医学的发展意义重大，随着细胞和分子生物学的发展，现代医学正在进入分子医学时代。第四节：细胞的基本特征 细胞的起源与进化 细胞的基本共性 细胞的分子基础一、细胞的起源与进化 Origin and evolution of cells原核生物prokaryote非细胞生命life of non-cell单细胞真 核生物unicellular eukaryote多细胞真 核生物multice
14、llular eukaryote非细胞生命体 病毒（virus）核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒病毒在细胞内增殖（复制） 类病毒（viroid）仅由感染性的RNA构成 朊病毒（prion） 仅由感染性的蛋白质亚基构成原核细胞 Prokaryotic cell基本特点遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状 DNA构成；细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜。主要代表支原体（mycoplast）已发现的最小最简单的细胞细菌（bacteria）蓝藻/蓝细菌（cyanobacteria）真
15、核细胞 Eukaryotic cell真核细胞的基本结构功能体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统以核酸（DNA或RNA）和蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统不同类型细胞及细胞 组分的相对大小Comparison of features of prokaroytic and eukaryotic cells Comparison of structures between animal and plant cells 既不同于原核细胞 也不同于真核细胞 ，属于生命的第三 种形式。在进化上与真核细 胞有共同历程。古细菌archaea /archaebac
16、teria二、细胞的基本共性 Fundamental properties of cells 结构上的复杂性和组织性： 由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜，即细胞膜； 含有两种核酸DNA和RNA，作为遗传信息复制与转录的载 体； 作为蛋白质合成机器的核糖体，存在于一切细胞内； 功能上的自主、协调和有序： 通过细胞分裂实现细胞的增殖； 代谢过程需要和利用能量； 合成蛋白质； 对内外环境刺激的应答； 自我调控 具有一套遗传信息的储存、复制和转录系统； 具有一层细胞膜，通过细胞膜与周围环境相对 隔离并可进行物质、能量交换和信息传递； 具有一套完整的代谢机构（包括蛋白质合成和 转运系统，细胞增殖系统等），以维持基本生 命活动。细胞作
