医学细胞生物学

YuHong(余红)E-mail：[e-mail]toMyMedicalBiologyClass本课程分为理论和实验两部分，按教学进度表的安排进行。课程共70学时，理论42学时，实验28学时。理论每周3学时，实验每周4学时，间周一次（分单、双周）。实验课：鸿文楼三楼形态学实验室。要求课前预习熟悉实验操作步骤，上课携带实验指导、实验报告纸、铅笔、直尺，并穿工作服。课程要求理论教材：杨抚华.医学细胞生物学（第六版）.北京：科学出版社，2011实验教材：龙汉安,税青林.医学形态学实验分册.北京：人民卫生出版社，2008医学细胞生物学教学大纲选用教材陈誉华.医学细胞生物学（第四版）.人民卫生出版社,2008翟中和.细胞生物学（第三版）.北京：高等教育出版社,2007GeraldKarp.CellandMolecularBiology:conceptsandexperiments,3rdEdition.PublishedbyJohnWiley&Sons,Inc.2002杨抚华.医学细胞生物学学习指导.北京：科学出版社，2006参考书精品课程网站欢迎同学们登录就学习中遇到的问题与老师进行交流！目录§1细胞生物学概述§5细胞膜的分子结构和特性§2研究技术和方法§7细胞膜与物质转运§3细胞的分子基础§12内膜系统§4细胞的基本结构§1细胞生物学概述IntroductionWhat?↓Forwhy?↓Howtostudy?Whatweknow→Howweknow.1925,生物学大师E.B.Wilson：“许久以来，大家就明确，一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找。因为所有生物体都是，或曾经是，一个细胞。”恩格斯：在整个有机界里，所看到的最简单的类型，是细胞，它确实是高级有机体的基础。一、细胞生物学及其研究对象与目的一、细胞生物学及其研究对象与目的细胞（cell）是有机体形态、结构和功能的基本单位。细胞生物学（cellbiology）是运用近代物理、化学技术和分子生物学方法，从不同层次研究细胞生命活动规律的学科。（细胞整体——亚微结构——分子水平）以细胞作为生命活动的基本单位为出发点探索生命活动基本规律•阐明细胞生命活动的结构基础•阐明生物生命活动的基本规律研究的主要任务在不同层次(显微、亚显微与分子水平)上研究细胞结构与功能•细胞核、染色体以及基因表达•细胞骨架体系•细胞增殖、分化、衰老与凋亡•细胞信号传递•真核细胞基因表达与调控•细胞起源与进化研究内容研究总趋势细胞生物学与分子生物学（包括分子遗传学与生物化学）相互渗透与交融是总的发展趋势。二、细胞生物学的发展历史（ABriefHistoryofCellBiology）（一）细胞生物学发展的萌芽阶段从显微镜的发明到十九世纪初叶，开始了细胞学的研究。1665RobertHook——Cell概念1677Leeuwenhoek——观察到纤毛虫、人和哺乳动物的精子、细菌等。从十九世纪初叶到十九世纪中叶，这一阶段创立了细胞学说。1838-1839Schleiden，Schwan——细胞学说1855Virchow——细胞只能来自细胞（二）细胞学说的创立阶段Celltheoryhasthreebasictenets1.Allorganismsarecomposedofoneormorecells.2.Thecellisbasicunitofstructureandfunctionforallorganisms.3.Allcellsariseonlyfrompreexistingcellsbydivision.从十九世纪中叶到二十世纪初叶，这一阶段细胞学有了蓬勃的发展。1841Remark——鸡胚血细胞直接分裂1861Schultze——原生质1880Flemming——无丝分裂1883VanBeneden；1886Strasburger——减数分裂1883VanBeneden，Boveri——中心体1898Benda——线粒体1898Golgi——高尔基复合体（三）经典细胞学阶段从二十世纪初叶到二十世纪中叶。1902Boveri，Sutton——染色体遗传理论1909Harrison——组织培养1910Morgen——基因－染色体学说1924Feulgen——Feulgen染色测定DNA1933Ruska——电子显微镜1940Brachet——Unna染色测定RNA1943Cloude——高速离心提取细胞器（四）实验细胞学阶段始自二十世纪中叶60年代～1953Watson，Crick——DNA双螺旋模型1958Meselson，Matthaei——半保留复制1958Crick——中心法则1961Nirengerg，Matthaei——确定遗传密码1972Jackson，Symons——DNA体外重组1996英国苏格兰卢斯林研究所——“多利羊”诞生。1987——人类基因组计划2003——后基因组计划（五）细胞生物学阶段三、细胞生物学与医学（CellBiologyandMedicine）细胞是人体正常结构和功能的基本单位，也是病理发生的基本单位，细胞结构与功能的异常是疾病发生的基本原因或结构基础。细胞生物学与多门基础医学课程密切相关，也是临床医学有关学科的重要基础之一。细胞生物学实验技术运用到医学研究中，引起广大学者的普遍关注。“Whatispopularinresearchtoday？”美国国立卫生研究院（NIH），USA(1988)3kindsofdiseases：cancercardiovasculardiseasesinfectiousdiseases：AIDS，hepatitis5researchfields：cellcyclecontrolcellapoptosiscellularsenescencesignaltransductionDNAdamageandrepair美国科学情报研究所（ISI），USA(1997)SCI（ScienceCitationIndex）Papers:Threetopsofresearchfields:No1:Signaltransduction；No2:Cellapoptosis；No3:Genomeandpost-genomicanalysisNobelPrizeinPhysiologyorMedicineWinners2001－2010罗伯特·霍维茨（美）悉尼·布雷内（英）约翰·苏尔斯顿（英）发现了在器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。利用线虫作为研究对象，先后发现了“程序性细胞死亡”是由基因控制的，并发现了与之相关的一些基因，证实了人体内也存在相应的基因。对这些基因的研究，有助于研究针对癌症、艾滋病和老年痴呆症等疾病的新疗法。2002年巴里·马歇尔罗宾·沃伦（澳大利亚）发现了导致胃炎和胃溃疡的细菌-幽门螺杆菌2005年“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”而获得这一殊荣的。奥利弗·史密斯（美）马丁·埃文斯（英）马里奥·卡佩奇（美）2007年因发现“端粒和端粒酶保护染色体的机理”获此殊荣。杰克·绍斯塔克（美）卡萝尔·格雷德（美）伊丽莎白·布莱克本（美）2009年因在体外受精技术领域做出的开创性贡献获此殊荣。爱德华兹创立的体外受精技术解决了一个重要的医学难题，即通过体外受精治疗多种不育症。罗伯特·爱德华兹（英）2010年细胞生物学学习方法一、认识细胞生物学课程的重要性。二、明确细胞生物学的研究内容。三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。四、注重课堂听课质量，每次课后及时复习、整理、理解知识点。五、将所学过的知识关联起来，多问几个为什么。六、紧跟学科前沿，当前热点主要有信号转导、细胞周期调控、细胞凋亡、肿瘤细胞等。小结一、细胞生物学及其研究的对象及目的二、细胞生物学的发展历史三、细胞生物学与医学重点：细胞、细胞生物学的概念及细胞学说。复习思考题什么是细胞生物学？它与医学科学的关系如何？细胞生物学的历史发展对我们有什么启示？§2研究技术和方法TechniquesandMethodinCellBiology第一节细胞形态结构研究技术Sec1Cellmorphologyresearchtechnology一、细胞的显微结构观察显微镜与分辨率microscopeandresolution分辨率，即极限分辨率，指能够区分相近两点的最小距离。分辨率的公式一、细胞的显微结构观察显微镜与分辨率microscopeandresolution分辨率，即极限分辨率，指能够区分相近两点的最小距离。R光镜=0.2μmR人眼=0.07mm（70μm）R电镜=0.2nm普通动物细胞d=10～20μm最大的人类细胞人卵d=0.2mm最小的细胞支原体d=0.1μm显微结构（microscopestructure）:是指通过光学显微镜（lightmicroscope）所观察到的细胞结构。光学显微镜是利用光线照明，将微小物体形成放大影像的仪器。细胞内的结构，如线粒体、中心体、核仁、高尔基复合体、染色体等，只要用染料分别对细胞的不同组分进行选择性染色，就能在光学显微镜下观察到。（一）普通光学显微镜（Generallightmicroscope）1、构成：①照明系统②光学放大系统③机械装置2、基本原理利用颜色（光的波长）和亮度（光波的振幅）的差别，达到观察被检物的目的。3、基本应用主要用于染色标本的观察。细胞内的许多结构选择性染色后都可被观察。根据标本的不同及需观察目的物的不同常选用不同的显色方法。（二）相差显微镜（phasecontrastmicroscope，PCM)（1953年诺贝尔物理奖）1、原理：通过致密部分(如细胞核),速度慢通过疏松部位(如细胞质),速度快相位差(光程差)振幅差(明暗差)相差显微镜物镜里增加相板，聚光镜上增加环形光阑，相位差转变为振幅差。用途：观察未经染色的标本和活细胞。细胞的有丝分裂为了增加其工作距离，方便细胞培养瓶的放置，通常将光源和聚光镜装在载物台的上方，而相差物镜则在载物台的下方，这种方位与一般的光学显微镜相反，故习惯上将其称之为倒置相差显微镜。倒置相差显微镜倒置相差显微镜（四）荧光显微镜（FluorescenceMicroscopy）1、荧光和荧光染料（1）荧光荧光分子可以在吸收特定波长的光后，发射出更长波长的可见光，称为荧光。（2）荧光染料由于荧光分子可以使被检样品呈现出不同的染色，因此也称荧光染料。激发光发射光2、荧光显微镜的工作原理结构特点•以高压汞灯作为光源•两组滤光片发光原理:蓝色光GFP绿色荧光3、应用成像反差强、检测灵敏度高•定性、定位和定量的研究组织内荧光标记物质•对活细胞内分子的动态变化进行实时观察微管呈绿色、微丝红色、核蓝色21三体综合症FISH诊断（红色代表21号染色体片段基因；绿色代表22号染色体片段基因）二、细胞的亚微结构观察细胞中直径小于0.2µm的结构统称为亚微结构（submicroscopicstructure）。亚微结构需用电子显微镜（electronmicroscope）进行观察。电子显微镜分辨率一般为0.2nm，最高达0.08nm。（一）电子显微镜（electronmicroscope）1.透射电镜（transmissionelectronmicroscope,TEM）总体设计与光镜相似，但要大得多，且上下颠倒。不同的是：①电镜用电子流（电子枪发射的高速电子束）代替照明的光线；②用特殊的电极或磁极（静电透镜和磁透镜）代替聚光镜、目镜和物镜的作用，达到聚焦和放大的作用。原理：当电子束透射样品时，根据标本各部位密度的不同，部分电子发生散射