细胞生物学概论(20150914).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,目录,1,2,3,细胞概论,细胞生物学的形成与发展,细胞生物学与医学学科,第一节：细胞概论,宇宙是由不同结构层次的物体组成，细胞是宇宙有机界中一个非常重要的层次，生命从细胞开始。除了病毒和类病毒之外，所有的生命都是从细胞开始的。,生命的起源和细胞的形成,45亿年前 地球形成,44亿年前 海洋形成,38亿年前 生命出现（原始生命体，原始细胞）,35亿年前 原核细胞形成（蓝细菌、需氧）,15亿年前 多细胞生物形成,12亿年前 真核细胞形成,生命由细胞开始,概念,1、细胞：生物的基本结构和功能单位,2、细胞学：研究细胞的形态、结构和生理功能和生活史的学科,3、细胞生物学：从细胞、亚细胞和分子三个水平研究细胞生命活动及规律的学科,。,共性,1.所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质及糖被构成的生物膜（注意：癌细胞无糖被，容易游走扩散），即细胞膜。,2.所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA。,3.作为遗传信息复制与转录的载体。,4.作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。核糖体，是蛋白质合成的必须机器，在细胞遗传信息流的传递中起着必不可少的作用,5.基本上所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。（少数不是，如蓝藻的有些种类从老细胞内产生新细胞）,6.部分细胞能进行自我增殖和遗传（高度分化的细胞无法自我增殖。）,7.新陈代谢,8.细胞都具有运动性，包括细胞自身的运动和细胞内部的物质运动。,注：病毒不具有细胞结构,。,关于细胞,已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成，但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说，细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成，即单细胞生物；高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为两类：原核细胞、真核细胞。,世界上现存最大的细胞为鸵鸟的卵子。,细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。细胞生物学已经成为当代生物科学中发展最快的一门尖端学科，是生物、农学、医学、畜牧、水产和许多生物相关专业的一门必修课程。50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。,关于细胞,按照常规的组织学分类方法，脊椎动物和人体细胞类型约有200余种。,这些细胞在人体中呈现有序的空间分布。,细胞是人体的结构和功能单位。共约有40万-60万亿个，细胞的平均直径在10-20微米之间。,除成熟的红血球外，所有细胞都有一个细胞核，是调节细胞作用的中心。,最大的是成熟的卵细胞，直径在0.1毫米以上；最小的是血小板，直径只有约2微米。,而175000个精子细胞才抵得上一个卵细胞的重量,肠粘膜细胞的寿命为3天，肝细胞寿命为500天，而脑与骨髓里的神经细胞的寿命有几十年，同人体寿命几乎相等。血液中的白细胞有的只能活几小时。,细胞周期,细胞周期是可再生细胞从准备时期到分裂为两个细胞的一个循环阶段。,细胞周期分为细胞间期和细胞分裂期，细胞间期较长，而细胞分裂期较短。,细胞间期是为细胞分裂的准备时期，表现为细胞增大，营养物质增多。细胞分裂期则是由一个细胞分解为两个细胞的过程。,细胞是生命活动的基本单位,神经细胞,纤毛虫,绿藻,细菌,精子,植物细胞,草履虫,红细胞,细胞是构成生物有机体的基本结构单位,细胞结构,在光学显微镜下观察植物的细胞，可以看到它的结构分为下列四个部分,细胞结构,1.细胞壁（Cell Wall）,位于植物细胞的最外层，是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素和果胶组成的，孔隙较大，物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。,在光学显微镜下观察植物的细胞，可以看到它的结构分为下列四个部分,细胞是生命活动的基本单位,2.细胞膜（Cell Membrane),细胞的结构细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和磷脂双分子层组成的薄膜，水和氧气等小分子物质能够自由通过，而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此，它除了起着保护细胞内部的作用以外，还具有控制物质进出细胞的作用：既不让有用物质任意地渗出细胞，也不让有害物质轻易地进入细胞,细胞结构,3.细胞质（Cytoplasm）,细胞膜包着的黏稠透明的物质，叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒，这些颗粒多数具有一定的结构和功能，类似生物体的各种器官，因此叫做细胞器。例如，在绿色植物的叶肉细胞中，能看到许多绿色的颗粒，这就是一种细胞器，叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中，往往还能看到一个或几个液泡，其中充满着液体，叫做细胞液。,在光学显微镜下观察植物的细胞，可以看到它的结构分为下列四个部分,细胞结构,4.细胞核,细胞质里含有一个近似球形的细胞核（Nucleus），是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央，成熟的植物细胞的细胞核，往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质，易被洋红、苏木精、甲基绿、龙胆紫溶液等碱性染料染成深色，叫做染色质（Chromatin）。生物体用于传种接代的物质即遗传物质，就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时，染色质在分裂间期螺旋缠绕成染色体。,多数细胞只有一个细胞核，有些细胞含有两个或多个细胞核，如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。,在光学显微镜下观察植物的细胞，可以看到它的结构分为下列四个部分,细胞是生命活动的基本单位,细胞是代谢与功能的基本单位,细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是代谢与功能的基本单位,细胞是生命活动的基本单位,支原体是最小最简单的细胞,细胞是生命活动的基本单位,EB Wilson说：“所有生物学的答案都要到细胞中去寻找。因为所有的生物体都是一个细胞，或者曾经是一个细胞。”,细胞是生命活动的基本单位,细胞是遗传的基本单位,遗传性状（和遗传病）的传递通过生殖细胞传给下一代,细胞是生命活动的基本单位,细胞具有遗传的全能性,细胞全能性：有机体内，绝大多数细胞都包含有同样的或基本相同的全套遗传信息，都有分化为各类细胞或发育为完整个体的潜能。,。,第二节 细胞生物学的形成与发展,细胞（Cells）是由英国科学家罗伯特胡克（Robert Hooke，16351703）于1665年发现的。当时他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片，放大后发现一格一格的小空间，就以英文的cell命名之，而这个英文单字的意义本身就有小房间一格一格的用法，所以并非另创的字汇。而这样观察到的细胞早已死亡，仅能看到残存的植物细胞壁，虽然他并非真的看见一个生命的单位（因为无生命迹象），后世的科学家仍认为其功不可没，一般而言还是将他当作发现细胞的第一人。而事实上真正首先发现活细胞的，还是荷兰生物学家雷文霍克（列文虎克）。,一、细胞的发现,第二节 细胞生物学的形成与发展,原核细胞（,prokaryotic cell）,遗传信息量小，仅有一个环状,DNA构成,细胞内无分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器与细胞核膜,出现于30亿年前,包括：支原体、衣原体、立克次氏体、细菌、放线菌、蓝藻,原核细胞,细胞的类型和结构体系,支原体是最小最简单的细胞,0.10.3m,细胞最小体积的极限直径不能小于100nm,细胞独立生活必需的基本要素,（1）遗传信息载体(DNA、RNA),（2）细胞膜 20nm,（3）核糖体 20nm,（4）酶系统（100种）50nm,原核细胞,肺炎支原体,细胞的类型和结构体系,细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。,可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。,绝大多数细菌的直径在0.55m之间。,原核细胞,细胞的类型和结构体系,大肠杆菌,淋病球菌,肉毒梭菌,霍乱弧菌,细胞的类型和结构体系,蓝藻（,Cyanobacteria）：光能自养型原核生物,原核细胞,细胞的类型和结构体系,真核细胞的基本结构体系,以生物膜与蛋白质成分为基础的生物膜结构系统,以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统,由特异蛋白装配构成的细胞骨架系统,真核细胞,第二节 细胞的类型和结构体系,细胞膜系统的分化与演变,结构与功能的区域化与专一化,真核细胞的基本结构体系,细胞的类型和结构体系,遗传信息量与遗传装置的扩增与基因表达方式复杂化,编码结构与功能蛋白质的基因种类、数量增加,遗传装置复杂化,基因表达方式复杂化,真核细胞的基本结构体系,细胞的类型和结构体系,细胞骨架系统出现,真核细胞的基本结构体系,原核细胞与真核细胞基本特征的比较,特,征,原核细胞,真核细胞,细胞膜,核膜,染色体,核仁,线粒体,内质网,高尔基体,溶酶体,核糖体,光合作用结构,核外,DNA,细胞壁,细胞骨架,细胞增殖,（分裂）方式,有,（,多功能性,）,无,由一个环状,DNA,分子构成的单个染色,体，,DNA,不与或很少与蛋白质结合,无,无,无,无,无,70,S,（包括,50,S,与,30S,的大小亚单位）,蓝藻含有叶绿素,a,的膜层结构，细菌,具有菌色素,细菌具有裸露的质粒,DNA,主要成分是氨基糖与壁酸,无,无丝分裂,（直接分裂）,有,有,2,个染色体以上，染色体由线状,DNA,与蛋白质组成,有,有,有,有,有,80,S,（包括,60,S,与,40S,的大小亚单位）,植物叶绿体具有叶绿素,a,与,b,线粒体,DNA,，,叶绿体,DNA,动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与,果胶,有,以有丝分裂,（间接分裂）为主,细胞的大小,细胞类型,直径,(m),比例,最小的病毒,支原体,细菌,动、植物细胞,原生动物细胞,0.02,0.1 0.3,1 2,10 30,数百 数千,1,10,100,1000,10000,细胞的大小,原核细胞直径平均：,110m；,真核细胞直径平均：,330m；,某些不同来源的细胞大小变化很大：,人卵细胞：直径,0.1mm；鸵鸟卵细胞：直径5cm;,同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小；,器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种现象被称为,“,细胞体积的守恒定律,”,。,细胞体积守恒定律,19,世纪中叶，德国科学家,Shleiden,和,Schwannn,总结并提出了,“,一切植物和动物都是由细胞组成的,”,的著名的,“,细胞学说,”,。完整的细胞学说的三个要点是：所有生物都是由细胞构成的；所有的生活细胞的结构都是类似的；所有的细胞都是来源于已有的细胞的分裂。,二、细胞学说,第二节 细胞生物学的形成与发展,第二节 细胞生物学的形成与发展,是利用现代技术和方法，从细胞的整体、超微结构和分子水平研究细胞的结构、功能及其生命活动规律的科学。,特点：是从微观水平研究生命的综合性学科,微观性、广泛性、交叉性,研究内容：,细胞的结构与功能,细胞的重要生命活动,细胞工程,细胞生物学,第二节 细胞生物学的形成与发展,二十世纪,30,年代，以电子显微镜的发明和细胞的超微结构,（,ultrastructure,）,研究为契机，大量的现代理化新技术被应用到细胞的研究中。,使用高分辨率的电镜先后观察了各种细胞及其细胞器，收集了细胞的微细结构许多新资料，发现了细胞质中存在重要的细胞骨架,（,cytoskeleton,）,，又通过超离心和,X,-,衍射等新方法将亚细胞组分和大分子分离出来进行分析，这样，将结构的形态和相应功能更紧密地联系起来并从更微观的水平开展了对细胞的探索,细胞生物学,第二节 细胞生物学的形成与发展,DNA,双螺旋结构模型和遗传信息传递的“中心法则（,central dogma,1953,）”是细胞生物学向分子细胞生物学方向发展的一个标志。,人们逐渐认识到，细胞的各种生命活动与细胞内的大分子结构及分子间的相互作用关系非常密切，细胞的研究必然要从细胞的微细结构深入到生物大分子的结构与功能水平，这样形成了细胞生物学的一个重要分支,分子细胞生物学。,分子细胞生物学集中于细胞的生命活动与亚细胞成分的生物分子的变化的关系，代表了细胞生物学新的发展重点和方向。,分子生物学阶段,第三节 细胞生物学与医学科学,细胞生物学与医学实践紧密地结合，不断地开辟新的研究领域，提出新的研究课题，努力地探索人类生老病死的机制，研究疾病的发生、发展和转归的规律，力图为疾病的预防、诊断、治疗提供新的理论、思路和方案，为最终战胜疾病、保障人类健康做出贡献。,第三节 细胞生物学与医学科学,2000,年美、英、日、法、德、中,6,国学者共同完成了基因组“工作框架图”的绘制，至此，人类基因组计划（,Human Genome Project,，,HGP,）的测序任务提前完成，这是各国科学家通力合作的辉煌的研究成果，是人类自然科学史上一个划时代的伟大的成就。,人类基因组计划,第三节 细胞生物学与医学科学,人类基因组计划,第三节 细胞生物学与医学科学,2007,年美日分别将表皮细胞成功地转为类胚胎干细胞。,二、,真核细胞,第三节 细胞生物学与医学科学,干细胞是一类特殊的细胞。它们可以自我更新，并且可以分化成特定类型的功能细胞。根据来源的不同，干细胞一般分为胚胎干细胞,(embryonic stem cells)和成体干细胞(adult stem cells)。胚胎干细胞可以分化成体内所有类型的细胞，而成体干细胞可以分化成相应器官的所有类型的细胞（如造血干细胞可以分化成造血系统所有类型的细胞）。因此，可以先将干细胞分化成特定类型的功能细胞（如心肌细胞、胰岛细胞、神经细胞等），再将这些细胞移植到病人体内，替代损伤的组织，这就是再生医学的基本原理。与传统的药物治疗相比，细胞治疗具有以下优势：药物治疗往往通过干预某些信号通路来发挥作用，而细胞治疗则是用健康的细胞替代损伤的组织，更能从根本上治愈疾病；某些疾病尤其是退行性疾病，传统的药物治疗很难发挥作用，只能依赖与细胞治疗。干细胞研究和再生医学给治疗退行性疾病带来全新的手段和希望，引起各国政府的重视和大众的关注，在全球掀起干细胞研究及应用的热潮。随着全球老龄化的问题日益严重，细胞治疗必将成为未来医学的主流。,干细胞研究及再生医学,谢谢聆听,