医学细胞生物学1一章概论16版.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,教学安排,医学细胞生物学,理论课,24,学时,实验课,16,学时,医学细胞生物学,现代医学实验技术,卷面考试,平时成绩,平时成绩,学习态度、课堂提问、,实验报告、实验操作、,实验课考勤,卷面考试,名解、单选、多选、简答,医学细胞生物学,参 考 书,医学细胞生物学宋今丹 人卫,细胞生物学 凌诒萍 人卫,医学细胞生物学胡以平 高教,细胞生物学 杨恬 人卫,第十章 细胞信号转导,第十一章 细胞增殖与细胞周期,第十二章 细胞分化,第十三章 干细胞（自学）,第十四章 细胞衰老与死亡,第一章 细胞的概论,第三章 细胞膜与物质运输,第四章 细胞内膜系统,第五章 线粒体,第六章 细胞骨架,第七章 细胞核,细胞的结构功能,细胞的生命现象,医学细胞生物学,第二节 细胞生物学简史,细胞,是生物体的结构、功能的基本单位，也是生命活动,的基本单位,细胞学,是研究细胞的形态、结构、功能和进化的科学,细胞生物学,对细胞本身的各种生物学现象进行不同学科层面的分别研究或者整合性的系统解释,为各种生物医学问题的认识或深层次研究提供理论体系和技术平台,作为现代生物技术的基本组成部分，对生物体遗传性状的改造及其利用发挥着重要的作用,新发展起来的基因组学和蛋白组学等新兴学科或领域的知识和信息的大量产生，以及基因工程动物等高集成性的实验研究体系的引入，预示着细胞生物学又将进入一个新的快速发展时期,第二节 细胞生物学简史,细胞的发现和显微镜的出现，为细胞生物学的兴起和发展奠定了科学基础,研究内容,显微水平超微水平分子水平,层次,研究时间,四个阶段,研究人员,博学家,专家,第二节 细胞生物学简史,认识细胞,第一阶段,16,世纪,-19,世纪,30,年代,第二阶段,1,9,世纪,30,年代,-20,世纪初,第三阶段,20,世纪,30-70,年代,第四阶段,20,世纪,50,年代,-,至今,细胞超微结构,细胞器发现,遗传学定律,细胞发现,细胞学说建立,分子生物学时代,第二节 细胞生物学简史,细胞发现 细胞学说建立,（,16,世纪,-19,世纪,30,年代）,1665,年英国物理学家 胡克（,Rober Hooke,）,软木（栎树皮）细胞（,crll,）,第二节 细胞生物学简史,1675年 列文虎克（,A.V.Leewenhook,）,发现了原生动物和细菌（完整的活细胞）,第二节 细胞生物学简史,细胞学说（,18381839）（,cell theory,）,Schwann T.,（,1810-1882,）,主要内容,Schleiden MJ.,（,1804-1881,）,细胞学说的三个要点,所有的生命体都是由细胞构成的,细胞是构成生命体的基本单位,所有的细胞都来源于已有的细胞的分裂,德国植物学家,M.J.Schleiden,动物学家,T.Schwann,第二节 细胞生物学简史,细胞学说的建立,1,、将有机体和无机体彻底区分开,2,、纠正了动植物界是毫不相干的两个,生命界的错误看法,3,、证实和揭示了存在于动植物体结构,上的共同起源，遵循着共同规律,第二节 细胞生物学简史,细胞学说是生物学史上,关于,机体结构,的第一个学说,1,、标志着,细胞学,学科的兴起,2,、标志着对生物的认识由大体水平进入到细胞水平,3,、标志着生物学研究方向和学识观点上的转折,4,、动植物结构的统一性，不再是哲学的推论,而是自然科学的事实,第二节 细胞生物学简史,细胞器发现 遗传学定率,19,世纪,30,年代,-20,世纪初,细胞器的发现,细胞核（,1831,年）,中心体（,1883,年）,线粒体（,1894,年）,高尔基体（,1898,年）,染色体（,1888,年）,分裂时细胞的特征性改变,第二节 细胞生物学简史,遗传学定律,遗传因子学说,1865,年,奥地利的僧侣（,Mendel,）,主要内容,遗传性状是由成对的遗传因子决定的,在生殖细胞形成时，不同对的遗传因子可,以自由组合,。,细胞的超微结构,20世纪30-70年代,第二节 细胞生物学简史,40-140倍,三十年代初，德国物理学家Ruska发明了电子显微镜，放大倍数达一万倍,1000倍,分辨率达,0.2nm,透射电镜,淋巴细胞,扫描电镜,葡萄球菌,红细胞,卵子与精子,冰冻蚀刻电镜照片示细胞结构,第二节 细胞生物学简史,线粒体,第二节 细胞生物学简史,扫描隧道电子显微镜,分辨率很高,横向为,0.10.2nm,纵向可达,0.001nm,直接观察生物大分子,放大倍数达,三亿倍,优点,可观察三态物质,固态、液态和气态,病毒、分子、原子和夸克,苯分子,染色体,氨基酸分子,第二节 细胞生物学简史,第二节 细胞生物学简史,分子生物学时代,20,世纪,50,年代,-,至今,DNA,分子双螺旋结构模型的建立,1953,年,重大事件,基因工程,基因组计划,克隆技术,70-80,年代,九十年代初,1997,年,第二节 细胞生物学简史,分子生物学时代,20,世纪,50,年代,-,至今,DNA,分子双螺旋结构模型的建立,1953,年,重大事件,基因工程,基因组计划,克隆技术,70-80,年代,九十年代初,1997,年,第二节 细胞生物学简史,美国科学家,Watson J.D.,英国科学家,Crick,DNA,分子双螺旋结构模型的建立,1953年,Nature.,认识核酸,分子,第二节 细胞生物学简史,主要内容,为重组,DNA,技术（基因工程）提供了理论基础,为基因工程的发展提供了必要的条件,揭示了生物体分子结构,揭示了生物界中分子运动规律的核心,问题（中心法则）：,DNA,分子的复制、,转录、蛋白质的合成,第二节 细胞生物学简史,1965,年，我国科学家第一次实现人工合成具生物学活性的结晶牛胰岛素,1981,年，我国科学家人工合成酵母丙氨酸,tRNA,（,76,个核苷酸）,论证了生物体是从无机物进化演变来的,对生命的认识由细胞水平进入到分子水平,合成核酸分子,第二节 细胞生物学简史,分子生物学时代,20世纪50年代-至今,DNA分子双螺旋结构模型的建立 1953年,人工能干预生命形态,认识,DNA,合成,DNA,改变遗传性状,改造,DNA,表达蛋白,2014,年,5,月,Nature,杂志的一篇文章,5,3,5,3,A,C,T,T,T,G,T,G,A,A,A,C,美国的科学家首次将,人工设计的碱基,（,Unnatural Base Pairs,UBP,）插入到了大肠杆菌基因组中，在不断提供合成“原料”的条件下，这些,人工碱基,能被细胞准确复制了,24,轮,，并,遗传,到子代细胞,意味着,第二节 细胞生物学简史,第三对碱基对的合成，构建出了半人工的生命,A,T,A,T,C,G,C,G,A,T,Y,X,X,Y,G,C,A,T,G,C,A,U,G,C,A,X,Y,G,T,C,2,个碱基对,64,个密码子,216,个密码子,蛋白质可由,20,种氨基酸组成,蛋白质可由,172,种氨基酸组成,更好的疫苗（研究试剂）,诊断工具（微小,RNA,）,药物开发,（新型抗癌药物）,（新型抗生素）,3,个碱基对,A,T,改造核酸分子,第二节 细胞生物学简史,基因工程即指按人类的意愿,定向改变,生物遗传性状的技术,基因工程的发展及广泛应用,70-80,年代,同种生物间的杂交 雌雄配子结合,异种生物间的杂交（远缘杂交）,狮虎兽,薯柿,骡子,杂交水稻 无籽西瓜,第二节 细胞生物学简史,无籽西瓜,（,2n+4n3n,）,第一期：,2000,年,700,公斤,/,亩产第二期：,2004,年,847,公斤,/,亩产,第二次绿色革命,第三期：,2011,年,926.6,公斤,/,亩产,第四期：,2014,年,1026.7,公斤,/,亩产,驴骡（母驴,公马）,马骡（母马,公驴）,染色体,63,条,马铃薯,番茄理想植株,第二节 细胞生物学简史,第二节 细胞生物学简史,狮虎兽,狮子老虎,老虎 狮子虎狮兽,基因工程,B,生物细胞,A,生物的基因片段,表达,A,生物的性状,B,生物的性状,第二节 细胞生物学简史,定向改变遗传性状,传代,昆明鼠,转基因鼠,第二节 细胞生物学简史,利与弊,利：,可能含有有毒物质和过敏源可能破坏食物中的营养成分可能引起自然界的基因污染,弊：,时间短，目的性强，易控制，实现远缘杂交,第二节 细胞生物学简史,目前我国获批安全证书的农作物,棉花、番木瓜、水稻、玉米,第二节 细胞生物学简史,批准商业化种植,棉花、番木瓜,批准进口用作加工原料的作物,大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜,2016.4.13.,农业部新闻办,抗虫、抗除草剂、抗逆、抗病、品质改良、营养保健等,是由美国科学家,Renato Dulbecco,在198,5,年首先提出，美国政府 1990年10月正式启动,第二节 细胞生物学简史,人类基因组计划,90,年代初,目的：,阐明人类基因组,310,9,个碱基对的序列,寻找所有人类基因以及基因在染色体上的定位,破译其包含的全部遗传信息,研究工作：,构建人类基因组的高分辨遗传图和更,精细的互补物理图，确定所有基因的位置，手机收集按序排列的,DNA,克隆等,人类基因组计划首席科学家、,美国国家人类基因组研究所所长 弗朗西斯柯林斯,第二节 细胞生物学简史,时间表,英、法、日、德加入，共15个实验室,2000年6月,公布,人类基因组工作框架图,1990年,开始启动，预计耗资30亿美元，,花费15年时间，美国担任54%任务,2000年4月,我国完成1%人类基因组序列工作框架图,2003年,公布了,人类全基因组高精度序列图,表明人类基因的数量仅为2万2.5万个,1993年9月,中国正式加入，担任1%任务，,3p约3000万,bp,测序,2001年,Nature和Science发表人类基因组草图,实际共耗资,47,亿美元,第二节 细胞生物学简史,加入晚、任务少，但是：,如何看待中国的工作,、获得了,100,的,技术,（,SARS,病毒测序）,、获得了可贵的,研究能力,（误差率,6/,百万）,、具有,平等,分享国际基因组计划的全部技,术资源的,资格,、在有关基因研究方面拥有,发言权,（共识）,第二节 细胞生物学简史,人类基因组计划图谱是全人类的财产,共 识,研究成果应该为全人类共享，造福全人类,后基因组计划,第二节 细胞生物学简史,对基因组的结构、表达、修复、功能等进行研究的计划。包括,功能基因组、结构基因组,和,蛋白质组,等研究的国际合作计划,“全球合作，数据共享”,第二节 细胞生物学简史,国际肿瘤基因组计划,国际蛋白组计划,国际千人基因组计划,后基因组计划,后基因组计划,第二节 细胞生物学简史,2003,年,12,月我国牵头的“人类肝脏蛋白质计划”启动，目前已有,16,个国家和地区的八十余个实验室报名参加,这是我国领导的第一项重大国际合作计划，也是第一个人类组织器官的蛋白组计划,人类肝脏蛋白质计划,该计划将在,2012-2017,年，对英国国家,卫生医疗系统下的,10,万名病人进行全基,因测序，以便找出疾病与基因之间的关系,第二节 细胞生物学简史,十万基因组计划,目前已投资,4.71,亿美元,后基因组计划,第二节 细胞生物学简史,认识基因,合成基因,改变遗传性状,改造基因,表达蛋白,（,遗传因子,）,（,PCR,技术）,（人类,基因,组计划,）,（,“,基因剪刀,”,）,“,生命天书,”,阅读,编辑,2016,年,6,月，全球,25,名来自基因研究领域,的科学家联名在,Science,杂志上宣布,第二节 细胞生物学简史,人类基因组编写计划,目标：,10,年内合成一个完整的人类基因组,后基因组计划,基因技术,传统的杂交技术,第一代基因修饰技术,第二代基因编辑技术,（转基因技术）,（基因的修饰）,（,TALENS,技术）,（,CRISPR,技术）,（锌指技术）,如果你想在模式生物中进行,复杂的基因组修饰,，你几乎只能选择小鼠,选择优良的基因,引入小鼠胚胎干细胞,将这些经过基因修饰的细胞注射到小鼠囊胚,接着是孕育、出生、筛选,等待所需的幼崽成长到性成熟，交配和杂交，之后是更多孕育、更多筛选，一直下去。,在过去,基因技术,传统的杂交技术,第一代基因修饰技术,第二代基因编辑技术,（转基因技术）,（基因的修饰）,（,TALENS,技术）,（,CRISPR,技术）,（锌指技术）,能够在活细胞中通过对特定DNA片段的敲除、加入等修饰，最有效、最便捷地“编辑”任何基因，然后由细胞直接进行修复,现在,锌指核酸酶（ZFN）,转录激活因子样效应物核酸酶（,TALEN,）,Cas,9,核酸酶（CRISPR/Cas系统）,能够应用在几乎任何物种,实现核苷酸水平的精确修饰,有着令人难以置信的速度,优点：,定位切割修复,第二节 细胞生物学简史,CRISPR,基因编辑技术,CRISPR工具,Cas9,核酸内切酶,结合,向导,RNA,（与目标,DNA,序列互补）,向导,RNA,锁定作用位点，,Cas9,对该位点的,DNA,剪切,当细胞对,DNA,双链剪切位点修复时，就会在该位点插入或删除几个碱基，造成阅读框移位，而导致基因发生突变，,DNA,即被改造。,2013年1月份，美国两个实验室在Science杂志上发表一项新的基因编辑技术,第二节 细胞生物学简史,通过无性繁殖方式，由单个细胞产生的、和亲代相同的一群细胞或生物体,克隆羊“多莉”的诞生，打破了千古不变的自然规律和传统的生育模式,克隆技术,1997,年,不同性别,的单亲个,体可独自,繁殖后代,体细胞可以,直接发育成,一个个体,克隆羊诞生的意义,打破了传统的有性生殖的模式,第二节 细胞生物学简史,法律,道德,进化,为什么禁止克隆人？,克隆人与供体之间的亲缘关系如何界定,克隆人应受到尊重,克隆人会导致人类 基因库单一性,第二节 细胞生物学简史,第,59,届联大法律委员会声明,坚决反对生殖性克隆,支持治疗性克隆研究,第二节 细胞生物学简史,禁止有违人类尊严的任何形式的克隆人类活动，其中包括为了医学研究而进行的胚胎细胞克隆（,2005.3.8.,）,克隆技术对人类的好处,1,、治疗疾病,2,、器官移植,第二节 细胞生物学简史,1997,年初,，克隆羊“多莉”诞生,1997,年,，克隆羊“莫莉”诞生，同时含有,人的凝血因子,基因,1999,年,，通过体细胞核移植技术获得了,3,只转人抗胰蛋白酶（,hAT,）基因的奶山羊,应用克隆技术将来可为临床提供各种宝贵的药用蛋白用以治疗各种疾病,第二节 细胞生物学简史,韩国科学家克隆出的荧光猫,在紫外线灯光照射下，“荧光猫”呈现出红色,东北农业大学克隆的“荧光猪崽”,在紫外光源激发下发出绿色荧光,美国克隆出的人类早期胚胎,2001.12.25.,四细胞期,六细胞期,第二节 细胞生物学简史,美国科学家克隆的人体胚胎,两名男性的皮肤细胞克隆出,5,个人体胚胎,2008.1.18.,2015.9.15.报,2012出生的转基因克隆牛“妞妞”,脂肪性脂肪连接蛋白基因,表明我国应用体细胞克隆技术，培育自主品牌的肉牛新品种，迈出关键一步,雌性克二代转基因牛,克隆技术的前景,用患者体细胞核作为供体，在体外克隆,特定的组织，器官，以替换患者受损或丧失功能的组织或器官,治疗糖尿病、癌症、老年性痴呆、帕金森病、肾衰竭以及其他神经、骨骼、肌肉、皮肤等损伤和疾病,第二节 细胞生物学简史,第三节 细胞的基本知识,组成,细胞质,细胞膜,细胞原生质,细胞器胞浆,膜相结构,非膜相结构,细胞原生质,细胞核,第三节 细胞的基本知识,元素,基本结构,成分,结构,氨基酸脂肪酸核苷酸,单糖,蛋白质核酸,脂类多糖,膜状,线（纤维）状,颗粒状,基本结构,元素,第三节 细胞的基本知识,大小,人体内最小的淋巴细胞,仅,4-5m,人体内最大的是成熟的卵细胞,120m,变形虫,300m,枝原体最小,0.2,m,第三节 细胞的基本知识,大小,细胞大小、干重、蛋白质及核酸含量增加,人心肌细胞：,出生时直径,7,m,成年时直径,14,m,Pr/DNA,含量比,骨骼肌细胞,肝细胞,肾脏细胞,细胞体积守恒定律：,器官的大小决定于细胞的数量，与细胞大小无关,206,73,29,120,23,60,第三节 细胞的基本知识,数量,单细胞生物,有核单细胞生物,无核单细胞生物,多细胞生物,蓝藻,细菌,原生生物,藻类,真菌（酵母菌）,（草履虫、变形虫）,是指由多个、分化的细胞组成的生物体，其分化的细胞各有不同的形态和专门的功能,婴儿,10,12,个细胞,成年人,10,14,个细胞,形态,游离态,:,球形,组织中,:,椭圆形立方形扁平形 梭形,多角形,与细胞所处的环境有关,与细胞自身的功能有关,第三节 细胞的基本知识,基本共性,1,、选择性的膜结构,结构上,在细胞内外起屏障作用,在细胞内构筑区室,2,、具有遗传物质,3,、具有核糖体,第三节 细胞的基本知识,基本共性,功能上,拥有独特的遗传密码及使用方式,自我复制,需要能量供应,新陈代谢（加工厂）,运动,应激反应,自我调节,第四节 原核细胞,种类,支原体,细菌,蓝绿藻,(,prokaryotic cell),一类无明显细胞核结构的单细胞生物,第四节 原核细胞,支原体 (,Mycoplasma),DNA,只能指导大约,400,种,Pr,合成，核糖体是唯一的细胞器，无细胞壁,形态、结构介于细菌与病毒之间，遗传物质均匀分布于胞质，形状多样,第四节 原核细胞,细菌,(,bacteria),数量庞大，分布广泛，体积小，结构简单，大多数呈球状、杆状、螺旋状,间体,质膜,拟核,细胞质,荚膜,细胞壁,核糖体,鞭毛,第四节 原核细胞,质粒,独立于核以外的裸露环状,DNA,自我复制,常作为基因工程中,DNA,片断,的载体,第四节 原核细胞,原核细胞的基本结构,支原体,细菌,拟核、,核糖体、质粒、鞭毛,原核细胞的基本特点,无核膜,无特定分化的复杂结构及内膜系统,遗传信息量较小，环状裸露,DNA,分子,细胞膜、细胞质、核酸、核糖体,细胞壁、细胞膜、细胞质、荚膜、,第四节 原核细胞,细菌分裂方式？,无丝分裂：,二分裂：,细胞的分裂方式,细菌增殖的方式,第五节 真核细胞,光,镜,下,结,构,细胞膜,细胞质,细胞核,真核细胞,(,eukaryotic cell,),电镜下结构,膜相结构,非膜相结构,细胞膜,内质网,高尔基复合体,线粒体,溶酶体,过氧化氢体,核膜,核糖体,中心粒,微管,微丝,中等纤维,细胞质基质,核仁,染色质,核基质,第五节 真核细胞,区别原核细胞的三个特点,生物膜系统,遗传信息表达系统,细胞骨架系统,第五节 真核细胞,生物膜,细胞内的膜系统,细胞质的内膜系统,细胞质膜,细胞内的膜系统,细胞质内的所有的膜结构,除线粒体膜以外的细胞质内,的所有的膜结构,第五节 真核细胞,细胞骨架,核纤层、核基质,微管、微丝、中间丝,细胞质骨架,核骨架,第六节 细胞生物学与医学,细胞生物学,是研究生命活动基本规律的学科,医学科学,主要是研究人类疾病的发生发展机制，并对疾病诊断、治疗和预防,基础医学,研究人的生命和疾病现象的本质及其规律,临床医学,正常细胞结构和功能损伤，导致人体组织器官的结构功能的紊乱，由此引起疾病,第六节 细胞生物学与医学,所有生物学的答案最终都要到细胞中去寻找。因为所有生命体都是，或曾经是，一个细胞。,所有疾病的发生都是机体紊乱所致,是细胞与分子紊乱所致,生长发育、疾病、医学研究,第六节 细胞生物学与医学,再生医学与干细胞,细胞增殖失控与肿瘤,基因与遗传病、感染性疾病,细胞信号传递与疾病,细胞凋亡与疾病,现代医学的热点问题,基因诊断与基因治疗,第一章 细胞的概论,预习题,1,、简述细胞的基本共性（结构、功能）,2,、简述原核细胞的三个最基本特点,3,、简述真核细胞的三个最基本特点,4,、比较原核细胞和真核细胞的基本特征,5,、什么是生物膜、,细胞内的膜系统、,细胞质的内膜系统？,第一章 细胞的概论,复习题,1,、简述细胞的基本共性（结构、功能）,2,、简述原核细胞的三个最基本特点,3,、简述真核细胞的三个最基本特点,4,、比较原核细胞和真核细胞的基本特征,5,、什么是生物膜、,细胞内的膜系统、,细胞质的内膜系统？,第一章 细胞的概论,课外学习题,1,、病毒的起源,2,、蛋白质的分子结构（蛋白质分子结构的分级；,什么是结构域）,3,、动物细胞内含有的主要RNA种类及功能,4,、细胞生物学研究的方法、策略和工具的使用,