細(xì)胞生物學(xué)

CellBiology復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與遺傳醫(yī)學(xué)系郭鋒第1頁(yè)緒論細(xì)胞生物學(xué)概述細(xì)胞生物學(xué)形成與發(fā)展細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)科學(xué)怎樣學(xué)習(xí)細(xì)胞生物學(xué)？第2頁(yè)概述：什么是細(xì)胞生物學(xué)?生物學(xué)（biology）是研究自然界生命體（或生物）生命現(xiàn)象及其規(guī)律一門(mén)學(xué)科?！吧w”之所以有生命，是自然界賦予了生命體各種基本生命特征，包含新陳代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、遺傳、變異運(yùn)動(dòng)、衰老、死亡……。細(xì)胞生物學(xué)（cellbiology）就是從細(xì)胞這個(gè)層次碩士命一個(gè)學(xué)科。第3頁(yè)細(xì)胞cell--生命基本單位細(xì)胞是由質(zhì)膜（plasmamembrane）包圍、相對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu)與功效單位，能夠自我調(diào)整和獨(dú)立生存；同時(shí)，它又是不停與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換開(kāi)放體系。細(xì)胞具備生命各項(xiàng)基本屬性。不一樣細(xì)胞含有若干共性。第4頁(yè)原核細(xì)胞（prokaryoticcell）真核細(xì)胞（eukaryoticcell）第5頁(yè)什么是細(xì)胞生物學(xué)?生命進(jìn)化后出現(xiàn)了高度分工和功效整合細(xì)胞社會(huì)，生命活動(dòng)是子系統(tǒng)（細(xì)胞/細(xì)胞群）之間通信和相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，各子系統(tǒng)有其相對(duì)獨(dú)立性，同時(shí)受制于整體調(diào)控。細(xì)胞生物學(xué)（cellbiology）以“完整細(xì)胞生命活動(dòng)”為著眼點(diǎn)，從分子、亞細(xì)胞、細(xì)胞和細(xì)胞社會(huì)不一樣水平，用動(dòng)態(tài)和系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)探索和闡述生命特征。第6頁(yè)什么是細(xì)胞生物學(xué)?當(dāng)代細(xì)胞生物學(xué)主要從細(xì)胞不一樣結(jié)構(gòu)層次及細(xì)胞間相互關(guān)系角度來(lái)觀察和研究細(xì)胞生命活動(dòng)基本規(guī)律。主要關(guān)注基因表示后生物大分子修飾、改造、細(xì)胞成份組裝和細(xì)胞內(nèi)外信息整合、分析和傳遞等領(lǐng)域，。細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞增殖與分化規(guī)律、染色體結(jié)構(gòu)和功效、細(xì)胞骨架和核基質(zhì)對(duì)核酸代謝調(diào)控、胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選和運(yùn)輸、細(xì)胞因子和細(xì)胞功效關(guān)系、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞間信號(hào)聯(lián)絡(luò)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系組裝、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞遷移、干細(xì)胞特征、細(xì)胞社會(huì)學(xué)、細(xì)胞工程、細(xì)胞衰老和死亡、受精與生殖研究……第7頁(yè)不一樣角度研究細(xì)胞細(xì)胞生物學(xué)分支膜生物學(xué)（membranebiology）細(xì)胞動(dòng)力學(xué)（cytodynamics）細(xì)胞能力學(xué)（cytoenergetics）細(xì)胞遺傳學(xué)（cytogenetics）細(xì)胞生理學(xué)（cytophysiology）細(xì)胞社會(huì)學(xué)（cytosociology）細(xì)胞生態(tài)學(xué)（cytoecology）癌細(xì)胞生物學(xué)（cancercellbiology）神經(jīng)細(xì)胞生物學(xué)（neuralbiology）生殖細(xì)胞生物學(xué)（reproductivecellbiology）干細(xì)胞生物學(xué)（stemcellbiology）細(xì)胞組學(xué)（cytomics）系統(tǒng)生物學(xué)（ssystemsbiology）。。。。第8頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)形成與發(fā)展1665年RobertHooke利用顯微鏡對(duì)物質(zhì)世界進(jìn)行了顯微觀察。荷蘭人AvonLeeuwenhoek第一次觀察到完整活細(xì)胞。第9頁(yè)細(xì)胞學(xué)說(shuō)1838年M.J.Schleiden提出全部植物都由細(xì)胞組成。T.Schwann提出全部動(dòng)物也都由細(xì)胞組成。全部生物都是由一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞組成細(xì)胞是生命結(jié)構(gòu)單位1855德國(guó)人R.Virchow提出“一切細(xì)胞起源于細(xì)胞”，深入完善了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。

第10頁(yè)《細(xì)胞和組織》標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)（cytology）已成為一門(mén)生物學(xué)科?！案鞣N生命現(xiàn)象都建立在細(xì)胞特點(diǎn)基礎(chǔ)上”。第11頁(yè)細(xì)胞學(xué)與相鄰學(xué)科之間相互滲透，使純形態(tài)研究細(xì)胞學(xué)發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。物理、化學(xué)、計(jì)算科學(xué)發(fā)展也支持了細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展。第12頁(yè)第13頁(yè)分子細(xì)胞生物學(xué)

Molecularcellbiology從分子角度、亞細(xì)胞角度研究細(xì)胞內(nèi)生物大分子結(jié)構(gòu)或功效改變與細(xì)胞生命活動(dòng)關(guān)系，比如等方面，推進(jìn)了細(xì)胞生物學(xué)新發(fā)展。細(xì)胞增殖/分化及其調(diào)控、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)分子基礎(chǔ)、物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞衰老與死亡機(jī)制……第14頁(yè)系統(tǒng)生物學(xué)（systemsbiology）以細(xì)胞作為一個(gè)系統(tǒng)，研究系統(tǒng)內(nèi)各種原因，取得DNA、RNA及蛋白質(zhì)相互作用及所組成網(wǎng)絡(luò)等各方面整合所取得信息，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為數(shù)學(xué)模型，最終借此模型系統(tǒng)，研究系統(tǒng)功效、運(yùn)作、異常及其干預(yù)。第15頁(yè)1998年:

信號(hào)分子1999年:

信號(hào)肽年:細(xì)胞周期關(guān)鍵分子調(diào)整機(jī)制年:程序性死亡遺傳調(diào)整機(jī)制年：通道蛋白年：受體年:干細(xì)胞年:端粒與端粒酶/核糖體年:誘導(dǎo)多能干細(xì)胞年：囊泡運(yùn)輸機(jī)制

…

…細(xì)胞生物學(xué)與諾貝爾獎(jiǎng)第16頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)科學(xué)生命從細(xì)胞開(kāi)始，探索疾病發(fā)生分子機(jī)制、疾病診療與治療必須在細(xì)胞水平上才能得到真正處理。細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展促進(jìn)了醫(yī)學(xué)發(fā)展，對(duì)細(xì)胞各種生命現(xiàn)象研究都可能直接或間接地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為醫(yī)學(xué)帶來(lái)革命性改變。第17頁(yè)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)參加細(xì)胞各種生命活動(dòng)。第18頁(yè)由多個(gè)氨基酸殘基組成多肽鏈（polypeptidechain），普通經(jīng)多個(gè)層次組裝折疊后形成成熟有活性蛋白質(zhì)分子。有高度特異性第19頁(yè)第20頁(yè)蛋白質(zhì)構(gòu)象決定了蛋白質(zhì)功效，經(jīng)過(guò)改變理化環(huán)境能夠使蛋白質(zhì)空間構(gòu)象產(chǎn)生去折疊改變，即蛋白質(zhì)變性。第21頁(yè)蛋白質(zhì)功效發(fā)揮也和構(gòu)象改變相關(guān)第22頁(yè)蛋白質(zhì)可逆磷酸化引發(fā)構(gòu)象改變（正常）第23頁(yè)蛋白質(zhì)異常錯(cuò)誤折疊影響Creutzfeld-JakobDisease(CJD)是一個(gè)罕見(jiàn)致命性疾病，可造成行動(dòng)失調(diào)和記憶衰退。第24頁(yè)HumanPrionDiseases

Creutzfeld-JakobDisease(CJD)

Gerstmann-Straussler-ScheinkerSyndrome

FatalFamilialInsomnia

KuruAnimalPrionDiseases

BovineSpongiformEncephalopathy

Scrapie第25頁(yè)Thistissueslideshowssponge-likelesionsinthebraintissueofaclassicCJDpatient.Thislesionistypicalofmanypriondiseases.第26頁(yè)1982年P(guān)rusiner發(fā)覺(jué)CJD病原體是一個(gè)蛋白質(zhì)，后將之命名為prion，即蛋白質(zhì)感染因子或朊病毒。第27頁(yè)朊病毒（Prion）是一個(gè)結(jié)構(gòu)變異蛋白質(zhì)，它增殖既不是因?yàn)榛蜻^(guò)分表示，也不是因?yàn)榉g量增加，而是因?yàn)檎７肿訕?gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變?cè)斐?。?8頁(yè)prionItiscomposedofscrapieformoftheprionprotein(PrPSc)whichwasconvertedbythemisfoldingofcellularformofprionprotein(PrPC).第29頁(yè)P(yáng)rion第30頁(yè)朊病毒(PrPSc)含有極強(qiáng)生命力和感染力。不畏甲醛，耐熱，在高溫加熱后仍含有一定感染力。耐受放射線和紫外線照射，并對(duì)化學(xué)療法有抗藥性。不溶于鹽溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚合體。朊病毒能轉(zhuǎn)變細(xì)胞內(nèi)正常蛋白，使之發(fā)生結(jié)構(gòu)變異，含有致病作用。第31頁(yè)1997年P(guān)rusiner取得諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。－forhisdiscoveryofprions--anewbiologicalprincipleofinfection.第32頁(yè)細(xì)胞衰老（cellaging）經(jīng)過(guò)衰老機(jī)制研究，最終將揭示人類衰老本質(zhì)，進(jìn)而控制細(xì)胞及人衰老，到達(dá)延年益壽目標(biāo)。第33頁(yè)細(xì)胞衰老機(jī)制當(dāng)前多集中于分子水平上研究，如衰老相關(guān)基因（senescence-associatedgene，

SAG）、染色體端粒（telomere）、一些與疾病相關(guān)物質(zhì)（如Alzheimer病中類淀粉前體蛋白）在衰老中作用等等。第34頁(yè)第35頁(yè)Werner綜合癥是一個(gè)罕見(jiàn)疾病，患者會(huì)在青春期之后出現(xiàn)老化外貌。病人皮膚、骨骼肌、心血管系統(tǒng)功效退化加速，取自病人身上培養(yǎng)細(xì)胞，其端粒比正常個(gè)體短，端粒DNA修復(fù)能力降低。有研究表明是因?yàn)槿祟惾旧w8短臂Werner綜合癥基因（WRN）發(fā)生突變所致。

第36頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)研究是疾病診療基礎(chǔ)

疾病診療除了必要病原學(xué)檢驗(yàn)外，更主要是有賴于疾病所帶來(lái)異常特征，整體水平、生化水平、細(xì)胞水平或分子水平改變，都可能是疾病診療依據(jù)

細(xì)胞或分子水平改變來(lái)進(jìn)行診療就很輕易取得早期診療，也就十分有利于疾病早期治療

第37頁(yè)細(xì)胞生物學(xué)研究有利于疾病治療和干預(yù)，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)發(fā)展疾病治療有賴于對(duì)疾病機(jī)制深入了解基因治療是建立在分子生物學(xué)尤其是細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)上當(dāng)代醫(yī)學(xué)治療，填補(bǔ)患者細(xì)胞缺點(diǎn)，恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)已紊亂新陳代謝?；蚓庉嫾夹g(shù)為定點(diǎn)治療基因缺點(diǎn)疾病指明了方向。第38頁(yè)生殖（reproduction）

在本質(zhì)上是精子細(xì)胞與卵細(xì)胞結(jié)合

干預(yù)（生育控制、治療不孕不育）

第39頁(yè)世界上第一個(gè)試管嬰兒路易絲·布朗第40頁(yè)分化（differentiation）受精卵產(chǎn)生同源細(xì)胞，在形態(tài)、功效和蛋白質(zhì)合成等方面發(fā)生穩(wěn)定性差異過(guò)程。第41頁(yè)干細(xì)胞（stemcell）分化過(guò)程中，許多組織都保留一些分化程度較低干細(xì)胞（stemcell）處于暫時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)，必要時(shí)干細(xì)胞可經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂，分化為更高分化程度細(xì)胞。第42頁(yè)裸鼠身上成功地移植了人造耳第43頁(yè)第44頁(yè)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)(signaltransduction)

細(xì)胞作為生命基本單位，作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)，對(duì)于外界輸入信號(hào)，怎樣接收信號(hào)、傳遞和處理信號(hào)，乃至作出反應(yīng)，有一套本身規(guī)律；疾病機(jī)制研究（如腫瘤、藥品中毒）、藥品篩選及毒副作用研究都是以此作為基礎(chǔ)開(kāi)展。