細胞基本知識概要1課件

1、細胞生物學(xué)中國藥科大學(xué)藥理教研室 第一章 緒論一、細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學(xué)說的創(chuàng)立Robert Hooke第一個發(fā)現(xiàn)細胞，并稱之為cell（1665）Anton van Leeuwenhoek人類第一次觀察到完整的活細胞（1674）Mathias Schleiden植物是由細胞構(gòu)成，植物的胚是由單個細胞產(chǎn)生的（1838）Theodor Schwann提出cell theory，即地球上的生物都是由細胞構(gòu)成，并且所有的生活細胞在結(jié)構(gòu)上都是相似的（1839）Rudolf Virchow所有的細胞都是來自已有細胞的分裂（1858）二、細胞生物學(xué)發(fā)展歷程細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學(xué)說的創(chuàng)立16651874細胞學(xué)的經(jīng)典

2、時期18751900 原生質(zhì)理論的提出 細胞受精和分裂的研究 一些重要細胞器的發(fā)現(xiàn) 實驗細胞學(xué)時期19001953，又稱為實驗細胞學(xué)時期，該時期有一些重要分支學(xué)科的建立和發(fā)展，如細胞遺傳學(xué)，細胞生理學(xué)，細胞化學(xué)等細胞生物學(xué)的誕生1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標志著分子生物學(xué)的誕生；1965年Derobetis將其編著的普通細胞學(xué)改為細胞生物學(xué)，標志著細胞生物學(xué)的誕生 2、細胞受精和分裂的研究1875年Hertwig發(fā)現(xiàn)受精卵中兩親本核的合并1877年Strasburger發(fā)現(xiàn)動物的受精現(xiàn)象1883年van Beneden、1886年Strasburger在植物中分

3、別發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂18801882年Flemming在蠑螈幼蟲的組織細胞發(fā)現(xiàn)了有絲分裂3、重要細胞器的發(fā)現(xiàn)1883年van Beneden和Boveri在動物細胞中發(fā)現(xiàn)了中心體131888年Waldeyer提出染色體概念1898年Golgi發(fā)現(xiàn)了高爾基體61898年線粒體也被正式命名9細胞學(xué)和生理學(xué)結(jié)合建立了細胞生理學(xué)主要研究內(nèi)容包括細胞從周圍環(huán)境中攝取營養(yǎng)的能力、代謝功能、能量的獲取、生長、發(fā)育與繁殖機制以及細胞受環(huán)境的影響而產(chǎn)生適應(yīng)性和運動性的活動細胞的離體培養(yǎng)技術(shù)對細胞生理學(xué)的研究具有巨大貢獻細胞學(xué)和化學(xué)的結(jié)合產(chǎn)生了細胞化學(xué)主要研究細胞結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成及化學(xué)分子的定位、分布及其生理功能 三、

4、細胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容細胞核、染色體以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(diào)控細胞分化及其調(diào)控細胞的衰老與凋亡細胞的起源與進化細胞工程基因組學(xué)人類基因組計劃目的在于確定人類DNA的總體結(jié)構(gòu)，并弄清其中各種基因的結(jié)構(gòu)、功能、位置、相互關(guān)系，從整體上認識遺傳信息的組成及調(diào)控方式，促進生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展意義數(shù)千種遺傳病包括癌癥、心血管病和其他遺傳易感性多因子疾病可能由此得到預(yù)測、預(yù)防和早期診斷；推動了基因組工業(yè)的崛起；帶動了新學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展發(fā)育進化生物學(xué)領(lǐng)域通過核苷酸序列及基因結(jié)構(gòu)等分析，明確了直系同源組群與并系同源組群基因的觀念，不僅進一步明確了生物的親緣關(guān)系，

5、而且使從低等模式生物獲得的細胞增殖、分化、發(fā)育及其調(diào)控等知識迅速擴展到包括人類的整個生物界目前，不僅對細菌的分類有了新的 標準，而且生命的進化與基本分類也有了新認識，如RNA世界的提出，真細菌、古細菌和真核生物三大域成為了分類基礎(chǔ)，而且其進化關(guān)系也得到了初步明確，對現(xiàn)代人類自身的起源也有了較明確的新認識動物個體發(fā)育的基因調(diào)控也得到了初步了解，不少決定動物早期發(fā)育的基因從果蠅到脊椎動物均已明確五、細胞生物學(xué)的應(yīng)用分子克隆技術(shù)蛋白檢測技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)基因打靶技術(shù)干細胞技術(shù)克隆生物的出現(xiàn)、分子克隆與克隆生物、轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因抗蟲煙草培育示意圖 轉(zhuǎn)基因食品你敢吃嗎？所謂轉(zhuǎn)基因食品，就是利用分子生物學(xué)技術(shù)

6、，將某些生物的基因轉(zhuǎn)移到其它物種中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在性狀、營養(yǎng)品質(zhì)、消費品質(zhì)方面向人類所需要的目標轉(zhuǎn)變，以轉(zhuǎn)基因生物為直接食品或為原料加工生產(chǎn)的食品就是轉(zhuǎn)基因食品 從本質(zhì)上講，轉(zhuǎn)基因生物和常規(guī)育成的品種是一樣的，兩者都是在原有的基礎(chǔ)上對某些性狀進行修飾，或增加新性狀，或消除原有不利性狀。常規(guī)育成的品種僅限于種內(nèi)或近緣種間，而轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因可來自植物、動物、微生物。雖然，目前的科學(xué)水平還不能完全精確地預(yù)測一個外源基因在新的遺傳背景中會產(chǎn)生什么樣的相互作用，但從理論上講，轉(zhuǎn)基因食品是安全的 應(yīng)盡早立法，對進口的轉(zhuǎn)基因食品進行嚴格的安全檢測，真正確保消費者的利益 、基因打靶技術(shù)T

7、he Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001 for their discoveries of key regulators of the cell cycle Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prize USA United Kingdom United Kingdom Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA,

8、USA Imperial Cancer Research Fund London, United Kingdom Imperial Cancer Research Fund London, United Kingdom b. 1939b. 1943b. 1949The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death Sydney Brenner H. Robert

9、 Horvitz John E. Sulston 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prize United Kingdom USA United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1927b. 1947

10、b. 1942The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system Richard AxelLinda B. Buck1/2 of the prize1/2 of the prize USA USAColumbia University New York, NY, USA; Howard HughesFred Hutchinson Cancer Research Center Se

11、attle, WA, USA; Howard Hughes Medical Instituteb. 1946b. 1947The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2005for their discovery of the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer diseaseBarry J. MarshallJ. Robin Warren1/2 of the prize1/2 of the prize Australia AustraliaNH

12、MRC Helicobacter pylori Research Laboratory, QEII Medical Centre; University of Western Australia Nedlands, AustraliaPerth, Australiab. 1951b. 1937The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006 “for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNAAndrew Z. Fire Craig C. Me

13、llo 1/2 of the prize1/2 of the prize USAUSAStanford University School of Medicine Stanford, CA, USAUniversity of Massachusetts Medical School Worcester, MA, USA b. 1959b. 1960for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells Th

14、e Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007 Mario R. CapecchiSir Martin J. EvansOliver Smithies1/3 of the prize1/3 of the prize1/3 of the prizeUSAUnited KingdomUSAUniversity of Utah Salt Lake City, UT, USA;Howard Hughes Medical InstituteCardiff University Cardiff, United KingdomUniversity of North

15、Carolina at Chapel Hill Chapel Hill, NC, USAb. 1937(in Italy)b. 1941b. 1925(in United Kingdom)20世紀70年代，加州大學(xué)舊金山醫(yī)學(xué)院的Herbert Boyer博士和斯坦福大學(xué)著名遺傳學(xué)家Stanley Cohen博士共同發(fā)明了DNA重組技術(shù)。這一生命科學(xué)史上的重大突破不僅在學(xué)術(shù)界引起了轟動，也大大激勵了一位年僅29歲的資本投資家Robert Swanson先生。于是Swanson致電Boyer，希望能和他見上一面并談?wù)勊麑@項新技術(shù)的看法，Boyer博士同意給他10分鐘時間。然而在真正會談時，Swa

16、nson深深打動了技術(shù)發(fā)明者Boyer博士，使得會談時間持續(xù)了3個多小時，這對繁忙的Boyer博士是破天荒的第一次。正是這次會談，人類史上第一個生化制藥公司誕生了，這就是目前全球最大的生化制藥公司基因工程技術(shù)公司(Genetech Inc.)公司成立的當初(1976年)，不僅面臨資金、場地、人力等各方面的困難，而且當時的學(xué)術(shù)界、企業(yè)界無不抱著懷疑的態(tài)度。然而這位生化制藥的先驅(qū)頂著逆流、義無反顧，同心協(xié)力地去追求他們戰(zhàn)勝疾病，造福人類的夢想。 如今公司已走過25年的光輝歷程，公司的規(guī)模由當初的幾名員工增加到4400人，擁有全球最大的研究部門，每年在Nature、Science、Cell等雜志上發(fā)

17、表200余篇學(xué)術(shù)論文，對生命科學(xué)的研究和人類疾病的治療發(fā)揮了舉足輕重的作用SPOT-AXChromo 4Orion 2細胞分子毒理學(xué)實驗平臺FCMConfocol MALDI-TOFIX 70第二章 細胞基本知識概要定義細胞類型細胞的演化細胞的共性 非細胞形態(tài)的生命體病毒及其與細胞的關(guān)系一、定義細胞由膜包圍的能獨立進行繁殖的原生質(zhì)團，是生命活動的基本單位一切有機體都是由細胞構(gòu)成，細胞是構(gòu)成有機體的基本單位細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性沒有細胞就沒有完整的生命1、幾個重要的概念原生質(zhì)（proto

18、plasm）:指活細胞的全部活物質(zhì)，包括細胞質(zhì)和細胞核（或類核）細胞質(zhì)（cytoplasm）：指質(zhì)膜以內(nèi)，細胞核以外的原生質(zhì)核質(zhì)（nucleoplasm karyoplasm）：指細胞核中的原生質(zhì)原生質(zhì)體（protoplast）：脫去細胞壁的細胞叫原生質(zhì)體，是一生物工程學(xué)的概念。如之物細胞細菌（或其他有細胞壁的細胞）通過酶解使細胞壁溶解而得到的具有質(zhì)膜的原生質(zhì)球狀體。動物細胞就相當于原生質(zhì)體2、細胞的大小及體積的恒定典型的原核細胞的平均大小在110m之間，而真核細胞的平均直徑在330 m之間細胞體積的守恒定律：器官的大小主要決定于細胞的數(shù)量，與細胞的數(shù)量成正比，而與細胞的大小無關(guān)，這種現(xiàn)象稱之

19、為“細胞體積的守恒定律”3、細胞及細胞器的計量單位微米(m)和納米(nm)1m等于10-6m1nm等于10-9m1埃()=0.1納米不常用二、細胞的類型原核細胞 真核細胞古核細胞（一）原核細胞是組成原核生物的細胞遺傳信息量小，遺傳信息載體僅由一個環(huán) 狀DNA構(gòu)成；沒有明顯可見的細胞核，特別是沒有分化成以膜為基礎(chǔ)的專門結(jié)構(gòu)和功能的細胞器與核膜，只有擬核，進化地位較低大多數(shù)原核生物屬于真細菌，如支原體、細菌是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機體 由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構(gòu)成 絕大多數(shù)細菌的直徑大小在0.55m之間 可根據(jù)形狀分為三類，即：球菌、桿菌和螺旋菌 、支原體目前發(fā)現(xiàn)的最小、

20、最簡單的細胞唯一不具有細胞壁的原核細胞具備細胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)，并作為生命活動基本單位存在形態(tài)多變，有圓形、絲狀或梨形，光鏡下難以看清其結(jié)構(gòu)肺炎支原體、藍藻又稱藍細菌，能進行與高等植物類似的光合作用（以水為電子供體，放出氧氣）；被認為是最簡單的植物 藍藻細胞遺傳信息載體與其它原核細胞一樣，是一個環(huán)狀DNA分子，但遺傳信息量很大，可與高等植物相比 （二）真核細胞是構(gòu)成真核生物的細胞，具有典型的細胞結(jié)構(gòu)，有明顯的細胞核、核膜、核仁和核基質(zhì)包括大量的單細胞生物和原生生物細胞（如原生動物和一些藻類細胞），包括全部的多細胞生物的細胞、真核細胞基本結(jié)構(gòu)體系生物膜系統(tǒng)遺傳信息表達系統(tǒng)細胞骨架系統(tǒng)2、原核細胞與

21、真核細胞基本特征的比較特征原核細胞真核細胞細胞膜有（多功能性）有核膜無有染色體由一個環(huán)狀DNA分子構(gòu)成的單個染色體，DNA不與或很少與蛋白質(zhì)結(jié)合2個染色體以上，染色體有現(xiàn)狀DNA與蛋白質(zhì)組成核仁無有線粒體無有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無有高爾基體無有溶酶體無有核糖體70s（包括50s和30s的大小亞單位）80s（包括60s和40s的大小亞單位）光合作用結(jié)構(gòu)藍藻含有葉綠素a的膜層結(jié)構(gòu)，細菌具有植物葉綠體具有葉綠素a和b核外DNA細菌具有裸露的質(zhì)粒DNA線粒體DNA，葉綠體DNA細胞壁主要成分是氨基糖與壁酸動物細胞無細胞壁，植物細胞壁的主要成分為纖維素與果膠細胞骨架無有細胞增殖方式無絲分裂（直接分裂）有絲分裂為主（三

22、）古核細胞是一類很持殊的細菌，多生活在極端的生態(tài)環(huán)境中 具有原核生物的某些特征，如無核膜及內(nèi)膜系統(tǒng)；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白質(zhì)的合成、核糖體對氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內(nèi)含子并結(jié)合組蛋白 還具有既不同于原核細胞也不同于真核細胞的特征，如：細胞膜中的脂類是不可皂化的；細胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白質(zhì)為主，有的含雜多糖，有的類似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸 海底油井中發(fā)現(xiàn)的熱液細菌, 能在100左右的高溫下生活 三、細胞的演化 原核藻 葉綠體 真原核細胞 原核菌 線粒體 原始 原核細胞 ？ 古原核細胞 古細胞古細菌原始真核細胞后生真核

23、細胞植物細胞動物細胞菌物細胞四、細胞結(jié)構(gòu)的共性具有選擇透性的膜結(jié)構(gòu)：屏障作用；構(gòu)筑 區(qū)室具有遺傳物質(zhì)：DNA具有核糖體五、細胞功能的共性自我增殖和遺傳：一分為二的分裂方式新陳代謝：包括物質(zhì)代謝和能量代謝具有運動性：細胞自身運動和細胞內(nèi)物質(zhì)運動六、病毒非細胞的生命體無細胞結(jié)構(gòu)，基本成分為蛋白質(zhì)殼和一種核酸（RNA或DNA）電子顯微鏡下觀察到病毒顆粒的體積大約在10100nm之間；形態(tài)各異，有正二十面體、柱形、絲狀等無獨立生命特征，但對易感細胞有感染性并可借助宿主細胞的成分（如酶）復(fù)制新個體每個病毒僅含有一個核酸分子，即一個DNA分子或一個RNA分子，在一種病毒內(nèi)兩種核酸不能兼得，這是病毒得最基本

24、特點之一，也是和細胞得最根本區(qū)別之一非細胞生命載體的類型基本組成成分寄生或感染的宿主主要生物學(xué)意義朊病毒蛋白質(zhì)易感動物細胞海綿狀腦病的病原類病毒RNA易感植物細胞病原擬病毒RNA和非自身編碼的輔助蛋白質(zhì)殼易感原核或真核細胞幫兇病原RNA病毒RNA和自身編碼的病毒蛋白質(zhì)殼（可有外膜）易感原核或真核細胞病原DNA病毒DNA和自身編碼的病毒蛋白質(zhì)殼（可有外膜）易感原核或真核細胞病原反轉(zhuǎn)錄病毒含反轉(zhuǎn)錄酶的特殊RNA或DNA病毒易感真核細胞病原（一）病毒的基因組病毒基因組形式多樣：可能是DNA，也可能是RNA；可能是單鏈的，也可能是雙鏈的；可能是線性的，也可能是閉環(huán)分子病毒基因組結(jié)構(gòu)與宿主細胞基因結(jié)構(gòu)有

25、關(guān)：有部分序列類同于宿主基因，以適應(yīng)在對應(yīng)宿主內(nèi)寄生病毒基因組不編碼部分：有稱間隔區(qū)，通常包含控制基因表達的順序可有特殊基因組織結(jié)構(gòu)1.1 雙股DNA病毒：在人和動物細胞內(nèi)寄生的DNA病毒基因組絕大多數(shù) 為雙股DNA1、DNA病毒傳染性軟疣病毒有130300雙股環(huán)狀痘病毒科HHV-1(單純皰疹病毒)HHV-2(單純皰疹病毒)HHV-3(水痘帶狀皰疹病毒)HHV-4(E-B 病毒)HHV-5(巨細胞病毒)有120200雙股環(huán)狀皰疹病毒科腺病毒無3638雙股環(huán)狀腺病毒科多瘤病毒，乳頭狀病毒無58雙股環(huán)狀乳多空病毒科大?。╧b）核酸鏈重要人類病原舉例包膜基因組重要種類常見雙股DNA動物病毒的基因組及

26、有關(guān)情況1.2 單股DNA病毒：是基因組較小的病毒，一般僅嚴格利用宿主細胞的酶類進行復(fù)制和表達，有些甚至需其他病毒復(fù)合感染常見單股DNA病毒的基因組及有關(guān)情況M13無6.5單股環(huán)狀小DNA噬菌體B19無5單股線狀微小DNA病毒科大小（kb）核酸鏈重要種類包膜基因組重要代表2、RNA病毒2.1 單股RNA病毒：單股的基因組可能是正意義鏈（直接翻譯產(chǎn)生病毒多肽，乳微小RNA病毒、冠狀病毒），可能是負意義 鏈（必須經(jīng)轉(zhuǎn)錄為mRNA，如黏病毒和彈狀病毒）甚至可能是兩性鏈（如布尼雅病毒科）重要科基因組包膜重要人類病原種類節(jié)段大小小RNA病毒科無7.28.4無脊髓灰質(zhì)炎病毒，柯薩奇病毒，?？瞬《?，甲肝病毒，鼻病毒星狀病毒科無7.8無星狀病毒杯狀病毒科無8.0無杯狀病毒黃病毒科無10有丙型肝炎病毒批膜病毒科無12有風疹病毒冠狀病毒科無1631有SARS病毒彈狀病毒科無1316有狂犬病病毒沙粒病毒科有1414有拉撒熱病毒布尼雅病毒科有13.521有漢坦病毒正黏病毒科有1620有流感病毒副黏病毒科無1620有麻疹病毒絲狀病毒科無12.7有埃波拉病毒常見單股RNA病毒的基因組及有關(guān)情況2.2 雙股RNA病毒：雙股RNA病毒種類較少，通?；蚪M呈雙股線狀分子3、反轉(zhuǎn)錄病毒：復(fù)制必須通過反轉(zhuǎn)錄過程的一類病毒，反轉(zhuǎn)錄酶均為病毒自身