細胞生物學

CellBiology復旦大學基礎醫學院細胞與遺傳醫學系郭鋒第1頁緒論細胞生物學概述細胞生物學形成與發展細胞生物學與醫學科學怎樣學習細胞生物學？第2頁概述：什么是細胞生物學?生物學（biology）是研究自然界生命體（或生物）生命現象及其規律一門學科。“生命體”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、發育、分化、遺傳、變異運動、衰老、死亡……。細胞生物學（cellbiology）就是從細胞這個層次碩士命一個學科。第3頁細胞cell--生命基本單位細胞是由質膜（plasmamembrane）包圍、相對獨立結構與功效單位，能夠自我調整和獨立生存；同時，它又是不停與外界進行物質、能量和信息交換開放體系。細胞具備生命各項基本屬性。不一樣細胞含有若干共性。第4頁原核細胞（prokaryoticcell）真核細胞（eukaryoticcell）第5頁什么是細胞生物學?生命進化后出現了高度分工和功效整合細胞社會，生命活動是子系統（細胞/細胞群）之間通信和相互作用來實現，各子系統有其相對獨立性，同時受制于整體調控。細胞生物學（cellbiology）以“完整細胞生命活動”為著眼點，從分子、亞細胞、細胞和細胞社會不一樣水平，用動態和系統觀點來探索和闡述生命特征。第6頁什么是細胞生物學?當代細胞生物學主要從細胞不一樣結構層次及細胞間相互關系角度來觀察和研究細胞生命活動基本規律。主要關注基因表示后生物大分子修飾、改造、細胞成份組裝和細胞內外信息整合、分析和傳遞等領域，。細胞周期調控、細胞增殖與分化規律、染色體結構和功效、細胞骨架和核基質對核酸代謝調控、胞內蛋白質分選和運輸、細胞因子和細胞功效關系、細胞外基質和細胞間信號聯絡、細胞結構體系組裝、細胞信號轉導、細胞遷移、干細胞特征、細胞社會學、細胞工程、細胞衰老和死亡、受精與生殖研究……第7頁不一樣角度研究細胞細胞生物學分支膜生物學（membranebiology）細胞動力學（cytodynamics）細胞能力學（cytoenergetics）細胞遺傳學（cytogenetics）細胞生理學（cytophysiology）細胞社會學（cytosociology）細胞生態學（cytoecology）癌細胞生物學（cancercellbiology）神經細胞生物學（neuralbiology）生殖細胞生物學（reproductivecellbiology）干細胞生物學（stemcellbiology）細胞組學（cytomics）系統生物學（ssystemsbiology）。。。。第8頁細胞生物學形成與發展1665年RobertHooke利用顯微鏡對物質世界進行了顯微觀察。荷蘭人AvonLeeuwenhoek第一次觀察到完整活細胞。第9頁細胞學說1838年M.J.Schleiden提出全部植物都由細胞組成。T.Schwann提出全部動物也都由細胞組成。全部生物都是由一個或多個細胞組成細胞是生命結構單位1855德國人R.Virchow提出“一切細胞起源于細胞”，深入完善了細胞學說。

第10頁《細胞和組織》標志著細胞學（cytology）已成為一門生物學科。“各種生命現象都建立在細胞特點基礎上”。第11頁細胞學與相鄰學科之間相互滲透，使純形態研究細胞學發展為細胞生物學。物理、化學、計算科學發展也支持了細胞生物學發展。第12頁第13頁分子細胞生物學

Molecularcellbiology從分子角度、亞細胞角度研究細胞內生物大分子結構或功效改變與細胞生命活動關系，比如等方面，推進了細胞生物學新發展。細胞增殖/分化及其調控、細胞運動分子基礎、物質在細胞內轉運、細胞信號轉導、細胞衰老與死亡機制……第14頁系統生物學（systemsbiology）以細胞作為一個系統，研究系統內各種原因，取得DNA、RNA及蛋白質相互作用及所組成網絡等各方面整合所取得信息，建立能描述系統結構和行為數學模型，最終借此模型系統，研究系統功效、運作、異常及其干預。第15頁1998年:

信號分子1999年:

信號肽年:細胞周期關鍵分子調整機制年:程序性死亡遺傳調整機制年：通道蛋白年：受體年:干細胞年:端粒與端粒酶/核糖體年:誘導多能干細胞年：囊泡運輸機制

…

…細胞生物學與諾貝爾獎第16頁細胞生物學與醫學科學生命從細胞開始，探索疾病發生分子機制、疾病診療與治療必須在細胞水平上才能得到真正處理。細胞生物學發展促進了醫學發展，對細胞各種生命現象研究都可能直接或間接地應用于醫學領域，為醫學帶來革命性改變。第17頁蛋白質蛋白質參加細胞各種生命活動。第18頁由多個氨基酸殘基組成多肽鏈（polypeptidechain），普通經多個層次組裝折疊后形成成熟有活性蛋白質分子。有高度特異性第19頁第20頁蛋白質構象決定了蛋白質功效，經過改變理化環境能夠使蛋白質空間構象產生去折疊改變，即蛋白質變性。第21頁蛋白質功效發揮也和構象改變相關第22頁蛋白質可逆磷酸化引發構象改變（正常）第23頁蛋白質異常錯誤折疊影響Creutzfeld-JakobDisease(CJD)是一個罕見致命性疾病，可造成行動失調和記憶衰退。第24頁HumanPrionDiseases

Creutzfeld-JakobDisease(CJD)

Gerstmann-Straussler-ScheinkerSyndrome

FatalFamilialInsomnia

KuruAnimalPrionDiseases

BovineSpongiformEncephalopathy

Scrapie第25頁Thistissueslideshowssponge-likelesionsinthebraintissueofaclassicCJDpatient.Thislesionistypicalofmanypriondiseases.第26頁1982年Prusiner發覺CJD病原體是一個蛋白質，后將之命名為prion，即蛋白質感染因子或朊病毒。第27頁朊病毒（Prion）是一個結構變異蛋白質，它增殖既不是因為基因過分表示，也不是因為翻譯量增加，而是因為正常分子構象發生轉變造成。第28頁prionItiscomposedofscrapieformoftheprionprotein(PrPSc)whichwasconvertedbythemisfoldingofcellularformofprionprotein(PrPC).第29頁Prion第30頁朊病毒(PrPSc)含有極強生命力和感染力。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，并對化學療法有抗藥性。不溶于鹽溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚合體。朊病毒能轉變細胞內正常蛋白，使之發生結構變異，含有致病作用。第31頁1997年Prusiner取得諾貝爾生理與醫學獎。－forhisdiscoveryofprions--anewbiologicalprincipleofinfection.第32頁細胞衰老（cellaging）經過衰老機制研究，最終將揭示人類衰老本質，進而控制細胞及人衰老，到達延年益壽目標。第33頁細胞衰老機制當前多集中于分子水平上研究，如衰老相關基因（senescence-associatedgene，

SAG）、染色體端粒（telomere）、一些與疾病相關物質（如Alzheimer病中類淀粉前體蛋白）在衰老中作用等等。第34頁第35頁Werner綜合癥是一個罕見疾病，患者會在青春期之后出現老化外貌。病人皮膚、骨骼肌、心血管系統功效退化加速，取自病人身上培養細胞，其端粒比正常個體短，端粒DNA修復能力降低。有研究表明是因為人類染色體8短臂Werner綜合癥基因（WRN）發生突變所致。

第36頁細胞生物學研究是疾病診療基礎

疾病診療除了必要病原學檢驗外，更主要是有賴于疾病所帶來異常特征，整體水平、生化水平、細胞水平或分子水平改變，都可能是疾病診療依據

細胞或分子水平改變來進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頁細胞生物學研究有利于疾病治療和干預，促進了醫學發展疾病治療有賴于對疾病機制深入了解基因治療是建立在分子生物學尤其是細胞生物學基礎上當代醫學治療，填補患者細胞缺點，恢復細胞內已紊亂新陳代謝。基因編輯技術為定點治療基因缺點疾病指明了方向。第38頁生殖（reproduction）

在本質上是精子細胞與卵細胞結合

干預（生育控制、治療不孕不育）

第39頁世界上第一個試管嬰兒路易絲·布朗第40頁分化（differentiation）受精卵產生同源細胞，在形態、功效和蛋白質合成等方面發生穩定性差異過程。第41頁干細胞（stemcell）分化過程中，許多組織都保留一些分化程度較低干細胞（stemcell）處于暫時靜止狀態，必要時干細胞可經過細胞分裂，分化為更高分化程度細胞。第42頁裸鼠身上成功地移植了人造耳第43頁第44頁細胞信號傳導(signaltransduction)

細胞作為生命基本單位，作為一個相對獨立系統，對于外界輸入信號，怎樣接收信號、傳遞和處理信號，乃至作出反應，有一套本身規律；疾病機制研究（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開展。