医学细胞生物学Medical Cell Biology,College of Life Science, Soochow University,朱子玉 4033313,1 绪论 2 真核细胞的基本结构 3 细胞的物质运输 4 细胞的信号转导 5 细胞增殖 6 细胞分化 7 细胞衰老和凋亡,医学细胞生物学,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,细胞生物学研究的根本问题,基因组在细胞内如何实现时间和空间上的有序表达？ 基因表达产物如何与其它细胞组分组装成有功能的结构体系或细胞器？ 基因表达产物及信号分子如何调节细胞的重要生命活动过程？,五大研究方向： 细胞周期调控 细胞凋亡 细胞衰老 细胞信号转导 DNA损伤与修复,细胞生物学经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 microscope,Made 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Establishment of cell theory,Cell 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 Schleiden,Theodar Schwann,1838-39年Schwann和Schleiden在前人工作基础上提出： 有机体是由细胞构成的； 细胞是构成有机体的基本单位。,1855年德国人Virchow 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。 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. Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。,Leland H. Hartwell,Tim Hunt,Sir Paul M. Nurse,2001年，美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt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。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John 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 Agre,Roderick 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 Axel,Linda B. Buck,2005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病机理中的作用。,Barry J. Marshall,J. Robin Warren,2006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. Mello,2007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 Oliver Smithies,2008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 Montagnier,2009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 H. Blackburn Carol W. Greider Jack W. Szostak,2010年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特爱德华兹，以表彰他在体外受精技术领域做出的开创性贡献。1978年7月25日，世界上第一个试管婴儿诞生，目前全球已出生400多万试管婴儿，他被誉为“试管婴儿之父” 。,Ralph Marvin Steinman,Bruce A Beutler,Jules A. Hoffmann,2011年诺贝尔生理学或医学奖授予美国布鲁斯博伊特勒、法国朱尔斯霍夫曼及加拿大拉尔夫斯坦曼，其研究成果揭示免疫反应的激活机制，使人们对免疫系统的理解发生“革命性变化”，进而为免疫系统疾病研究提供了新的认识，并为传染病、癌症等疾病的防治开辟了新的道路。,2012年诺贝尔生理学或医学奖颁给英国约翰戈登（John B. Gurdon）和日本山中伸弥两位发现“成熟、特化的细胞能够被重编程为可发育成身体所有组织的非成熟细胞”的科学家。他们的发现革新了我们对细胞和有机生命体发育的理解。,1962年克隆蛙,2006年小鼠iPS,2012年美国科学家罗伯特.勒夫科维兹(Robert J. Lefkowitz)与布莱恩.卡比尔卡(Brian K. Kobilka)因在G蛋白偶联受体方面的研究获得诺贝尔化学奖。,神经递质快速释放的相关分子机制？,现代人工耳蜗的研发？,2013 nobel prize？,肝移植的成就,细胞骨架马达蛋白的研究,AlbertLaskerAward，2012,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 multicellular 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