生物細(xì)胞研究探索生命的基本單位-從細(xì)胞結(jié)構(gòu)到功能的深入研究目錄1細(xì)胞生物學(xué)概述2細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)3細(xì)胞代謝4細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、周期與分裂第一部分：細(xì)胞生物學(xué)概述1理論基礎(chǔ)研究生命活動(dòng)的最基本結(jié)構(gòu)與功能單位2研究歷史從顯微鏡發(fā)明到現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)3現(xiàn)代方向跨學(xué)科整合，從分子到系統(tǒng)層面研究什么是細(xì)胞生物學(xué)？基本定義研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能及行為的科學(xué)研究范圍從分子水平到細(xì)胞整體的生命活動(dòng)重要意義理解生命本質(zhì)，解決醫(yī)學(xué)和生物學(xué)難題細(xì)胞生物學(xué)的歷史1665年羅伯特·胡克首次觀察到細(xì)胞1830年代施萊登和施旺提出細(xì)胞學(xué)說1880年代細(xì)胞分裂過程被詳細(xì)記錄20世紀(jì)電子顯微鏡發(fā)明，分子生物學(xué)興起細(xì)胞理論的發(fā)展第一階段細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單位第二階段所有細(xì)胞來源于已存在的細(xì)胞第三階段細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本功能單位現(xiàn)代階段結(jié)合分子生物學(xué)的整合研究現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)研究方向12345分子細(xì)胞生物學(xué)研究分子水平的細(xì)胞過程細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞如何感知和響應(yīng)環(huán)境細(xì)胞工程人工操控細(xì)胞功能和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)生物學(xué)整合研究細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)單細(xì)胞分析單個(gè)細(xì)胞水平的精準(zhǔn)研究第二部分：細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)1細(xì)胞核遺傳信息控制中心2細(xì)胞質(zhì)代謝活動(dòng)場(chǎng)所3細(xì)胞器特定功能的結(jié)構(gòu)4細(xì)胞膜邊界和物質(zhì)交換原核細(xì)胞vs真核細(xì)胞原核細(xì)胞無核膜，DNA裸露在細(xì)胞質(zhì)中無膜包圍的細(xì)胞器代表：細(xì)菌和古菌真核細(xì)胞有核膜，DNA位于細(xì)胞核中具有多種膜包圍的細(xì)胞器代表：動(dòng)植物、真菌和原生生物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能屏障功能控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)功能主動(dòng)和被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)信號(hào)識(shí)別接收外界信號(hào)并傳遞細(xì)胞粘附與其他細(xì)胞和基質(zhì)連接細(xì)胞質(zhì)的組成60%水分含量細(xì)胞質(zhì)中的主要成分20%蛋白質(zhì)構(gòu)建細(xì)胞骨架和執(zhí)行功能10%核酸和脂質(zhì)信息和能量?jī)?chǔ)存10%其他物質(zhì)離子、碳水化合物等細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能1核膜雙層膜結(jié)構(gòu)，隔離染色體2染色質(zhì)DNA和蛋白質(zhì)復(fù)合體3核仁核糖體RNA的合成場(chǎng)所4核基質(zhì)支持核內(nèi)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)線粒體：細(xì)胞的能量工廠結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙層膜系統(tǒng)，內(nèi)膜形成嵴主要功能進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生ATP獨(dú)特性質(zhì)有自己的DNA，半自主復(fù)制進(jìn)化起源內(nèi)共生學(xué)說：來源于古細(xì)菌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的加工中心粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面附有核糖體合成分泌蛋白和膜蛋白進(jìn)行初步糖基化修飾滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面無核糖體參與脂質(zhì)合成和代謝解毒作用和鈣離子儲(chǔ)存高爾基體：細(xì)胞的包裝和分揀中心接收從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接收新合成的蛋白質(zhì)1修飾進(jìn)行糖基化等修飾2分類根據(jù)信號(hào)排序不同蛋白質(zhì)3包裝將蛋白質(zhì)裝入囊泡4運(yùn)輸將囊泡運(yùn)往目的地5溶酶體：細(xì)胞的消化系統(tǒng)形成由高爾基體形成，含多種水解酶吞噬作用與吞噬泡融合，消化外源物質(zhì)自噬作用降解受損或多余的細(xì)胞器細(xì)胞死亡在某些情況下觸發(fā)細(xì)胞凋亡葉綠體：植物細(xì)胞的特殊器官1結(jié)構(gòu)特征雙層膜，內(nèi)含類囊體和基質(zhì)2主要功能進(jìn)行光合作用，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能3特殊遺傳含有自己的DNA和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)4其他功能參與氨基酸合成和脂肪酸代謝細(xì)胞骨架：細(xì)胞的支撐系統(tǒng)微管細(xì)胞分裂與細(xì)胞器運(yùn)輸微絲細(xì)胞運(yùn)動(dòng)與形態(tài)維持中間纖維提供機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性第三部分：細(xì)胞代謝物質(zhì)攝取從環(huán)境獲取原料1合成代謝構(gòu)建新的細(xì)胞成分2分解代謝分解物質(zhì)釋放能量3廢物排出將代謝廢物排出細(xì)胞4細(xì)胞呼吸概述1目的釋放食物分子中的能量，產(chǎn)生ATP2過程糖酵解→檸檬酸循環(huán)→電子傳遞鏈3場(chǎng)所從細(xì)胞質(zhì)到線粒體內(nèi)部4能量產(chǎn)出每分子葡萄糖產(chǎn)生約30-32個(gè)ATP糖酵解過程場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行原料一分子葡萄糖和兩分子NAD+產(chǎn)物兩分子丙酮酸、NADH和ATP能量產(chǎn)出凈產(chǎn)生2個(gè)ATP分子檸檬酸循環(huán)場(chǎng)所線粒體基質(zhì)中進(jìn)行1入口乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)2關(guān)鍵酶檸檬酸合成酶等8種主要酶3產(chǎn)物CO2、NADH、FADH2和GTP4電子傳遞鏈和氧化磷酸化1位置線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合體2電子流動(dòng)NADH和FADH2提供電子，最終傳遞給氧3質(zhì)子泵功能形成跨膜質(zhì)子梯度4ATP合成ATP合酶利用質(zhì)子梯度產(chǎn)生ATP光合作用概述基本定義利用光能將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為有機(jī)物總體反應(yīng)6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2兩大階段光反應(yīng)和暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）場(chǎng)所葉綠體的類囊體膜和基質(zhì)光反應(yīng)1場(chǎng)所葉綠體類囊體膜2光系統(tǒng)PSI和PSII協(xié)同工作3電子傳遞經(jīng)細(xì)胞色素復(fù)合體和光系統(tǒng)傳遞4產(chǎn)物ATP、NADPH和釋放O2暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）場(chǎng)所葉綠體基質(zhì)1關(guān)鍵酶核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶2能源供應(yīng)由光反應(yīng)提供的ATP和NADPH3產(chǎn)物最終形成葡萄糖和其他有機(jī)物4第四部分：細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)信號(hào)分子激素、神經(jīng)遞質(zhì)等受體識(shí)別細(xì)胞膜或胞內(nèi)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)放大信號(hào)細(xì)胞響應(yīng)轉(zhuǎn)錄、代謝或結(jié)構(gòu)變化信號(hào)傳導(dǎo)的基本概念1細(xì)胞響應(yīng)基因表達(dá)或功能改變2信號(hào)級(jí)聯(lián)蛋白質(zhì)相互作用鏈條3信號(hào)接收特異性受體識(shí)別信號(hào)分子4信號(hào)來源內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌信號(hào)受體類型膜受體跨膜蛋白，結(jié)合細(xì)胞外信號(hào)離子通道受體信號(hào)導(dǎo)致通道開放或關(guān)閉酶聯(lián)受體胞內(nèi)區(qū)域具有酶活性胞內(nèi)受體位于細(xì)胞質(zhì)或核內(nèi)的受體G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)傳導(dǎo)1結(jié)構(gòu)七次跨膜蛋白，與G蛋白相連2激活配體結(jié)合導(dǎo)致構(gòu)象變化，激活G蛋白3分離Gα與Gβγ亞基分離4效應(yīng)調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶或磷脂酶C酶聯(lián)受體信號(hào)傳導(dǎo)受體二聚化配體結(jié)合導(dǎo)致受體聚集自磷酸化受體蛋白激酶區(qū)域相互磷酸化接頭蛋白識(shí)別磷酸化位點(diǎn)，招募下游因子信號(hào)級(jí)聯(lián)激活MAP激酶等信號(hào)途徑第二信使系統(tǒng)環(huán)腺苷酸激活蛋白激酶A鈣離子激活鈣調(diào)蛋白系統(tǒng)肌醇三磷酸促進(jìn)內(nèi)部鈣儲(chǔ)存釋放二酰甘油激活蛋白激酶C信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)控適應(yīng)性長(zhǎng)期刺激后受體脫敏化負(fù)反饋信號(hào)通路的自我限制交叉通訊不同信號(hào)通路間的相互作用空間調(diào)控信號(hào)分子在細(xì)胞內(nèi)的局部化第五部分：細(xì)胞周期與分裂G1期細(xì)胞生長(zhǎng)，合成蛋白質(zhì)1S期DNA復(fù)制2G2期細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)，準(zhǔn)備分裂3M期有絲分裂，形成子細(xì)胞4細(xì)胞周期概述G1期S期G2期M期G0期G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)與準(zhǔn)備1主要活動(dòng)細(xì)胞體積增大，合成蛋白質(zhì)和細(xì)胞器2關(guān)鍵檢查點(diǎn)限制點(diǎn)決定細(xì)胞是否繼續(xù)周期3G0期選擇細(xì)胞可進(jìn)入暫時(shí)或永久性休眠狀態(tài)4生長(zhǎng)因子外部信號(hào)影響細(xì)胞是否通過G1期S期：DNA復(fù)制復(fù)制起點(diǎn)多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)同時(shí)啟動(dòng)解旋和穩(wěn)定解旋酶和單鏈結(jié)合蛋白作用前導(dǎo)鏈合成連續(xù)合成新DNA鏈滯后鏈合成以岡崎片段方式合成G2期：分裂前的最后準(zhǔn)備細(xì)胞生長(zhǎng)繼續(xù)合成蛋白和細(xì)胞器DNA檢查確保DNA完整無誤復(fù)制有絲分裂準(zhǔn)備合成分裂所需蛋白質(zhì)G2檢查點(diǎn)確保細(xì)胞可以安全進(jìn)入分裂M期：有絲分裂前期染色體凝縮，核膜開始解體中期染色體排列在赤道板上后期姐妹染色單體分離移向兩極末期與胞質(zhì)分裂形成兩個(gè)新細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)分裂細(xì)胞周期的調(diào)控周期蛋白濃度周期性變化1細(xì)胞周期激酶與周期蛋白結(jié)合形成復(fù)合體2檢查點(diǎn)控制在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)細(xì)胞狀態(tài)3蛋白降解泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解關(guān)鍵因子4癌癥與細(xì)胞周期失調(diào)癌變機(jī)制細(xì)胞周期檢查點(diǎn)失效原癌基因激活或抑癌基因失活無限增殖潛能獲得特征表現(xiàn)生長(zhǎng)信號(hào)自主性對(duì)抑制信號(hào)不敏感逃避細(xì)胞凋亡無限復(fù)制能力第六部分：細(xì)胞分化與干細(xì)胞全能干細(xì)胞可分化為任何類型細(xì)胞多能干細(xì)胞可分化為多種類型細(xì)胞少能干細(xì)胞分化能力有限終末分化細(xì)胞高度專一化，不再分裂細(xì)胞分化的概念1調(diào)控機(jī)制表觀遺傳變化和轉(zhuǎn)錄調(diào)控2功能獲得獲得特定的功能和特性3基因表達(dá)特定基因組被激活和關(guān)閉4形態(tài)變化細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生特化干細(xì)胞的特性自我更新保持不分化狀態(tài)進(jìn)行分裂分化潛能能分化為特定類型細(xì)胞微環(huán)境依賴受特定微環(huán)境因子調(diào)控長(zhǎng)期存活具有長(zhǎng)期的復(fù)制能力胚胎干細(xì)胞來源早期胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)特性全能性，可分化為三個(gè)胚層細(xì)胞研究?jī)r(jià)值發(fā)育生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)研究倫理問題獲取和使用存在爭(zhēng)議成體干細(xì)胞造血干細(xì)胞位于骨髓，形成所有血細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞腦部特定區(qū)域，可形成神經(jīng)元間充質(zhì)干細(xì)胞骨髓和脂肪，可形成骨、軟骨和脂肪干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1組織工程構(gòu)建人工組織和器官2細(xì)胞療法移植干細(xì)胞治療疾病3藥物篩選測(cè)試新藥在特定細(xì)胞類型上的效果4疾病模型創(chuàng)建疾病模型進(jìn)行研究第七部分：細(xì)胞凋亡與衰老細(xì)胞凋亡程序性細(xì)胞死亡過程胚胎發(fā)育和組織平衡內(nèi)部和外部途徑細(xì)胞衰老增殖能力喪失端粒縮短和DNA損傷與整體衰老相關(guān)細(xì)胞凋亡的概念定義特征受調(diào)控的細(xì)胞自殺過程形態(tài)變化細(xì)胞皺縮，染色質(zhì)凝聚，DNA斷裂生理意義發(fā)育塑形，組織平衡，清除有害細(xì)胞區(qū)別于壞死無炎癥反應(yīng)，有序進(jìn)行凋亡的分子機(jī)制外源途徑死亡受體結(jié)合配體激活內(nèi)源途徑線粒體釋放細(xì)胞色素c執(zhí)行途徑激活caspase蛋白酶級(jí)聯(lián)細(xì)胞清除磷脂酰絲氨酸暴露，吞噬清除細(xì)胞衰老的特征增殖停止不再進(jìn)入細(xì)胞周期形態(tài)改變細(xì)胞變大，形態(tài)不規(guī)則分泌表型釋放促炎因子和蛋白酶DNA損傷DNA損傷響應(yīng)持續(xù)激活端粒與細(xì)胞衰老1端粒結(jié)構(gòu)染色體末端的重復(fù)DNA序列2端粒酶能延長(zhǎng)端粒的特殊RNA依賴性DNA聚合酶3端粒縮短每次細(xì)胞分裂端粒長(zhǎng)度減少4衰老啟動(dòng)端粒過短觸發(fā)DNA損傷反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞衰老第八部分：細(xì)胞研究技術(shù)從顯微技術(shù)到分子分析，現(xiàn)代細(xì)胞研究技術(shù)不斷發(fā)展顯微鏡技術(shù)光學(xué)顯微鏡基本細(xì)胞形態(tài)觀察，分辨率有限共聚焦顯微鏡三維成像，觀察特定標(biāo)記的結(jié)構(gòu)電子顯微鏡超高分辨率，觀察細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)超分辨率顯微鏡突破衍射極限，納米尺度觀察細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)二維培養(yǎng)傳統(tǒng)平面培養(yǎng)皿或燒瓶三維培養(yǎng)類器官或球狀體培養(yǎng)系統(tǒng)無血清培養(yǎng)定義成分，消除血清變異單細(xì)胞培養(yǎng)分離單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行克隆培養(yǎng)細(xì)胞分離技術(shù)流式細(xì)胞術(shù)根據(jù)細(xì)胞表面標(biāo)記分選密度梯度離心根據(jù)細(xì)胞密度分離免疫磁珠分選利用抗體結(jié)合磁珠分離激光捕獲顯微切割從組織切片中精確分離單個(gè)細(xì)胞基因工程技術(shù)在細(xì)胞研究中的應(yīng)用CRISPR-Cas9精確編輯基因組RNA干擾沉默特定基因表達(dá)報(bào)告基因可視化基因表達(dá)和蛋白定位轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)建表達(dá)外源基因的細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)樣品制備細(xì)胞裂解和蛋白質(zhì)提取蛋白質(zhì)分離二維電泳或色譜分離質(zhì)譜分析