1、医学细胞生物学第一章 绪论细胞生物学发展的几个阶段中的重要事件第一阶段：细胞的发现和细胞学说的创立 英国，罗伯特胡克Robert Hook，1665年首次观察到死细胞“木栓”荷兰，列文虎克A.V.Leeuwenhoek，1674年首次观察到活细胞Schleiden MJ.（德）施莱登和Schwann T.（德）施旺，1838-1839年提出细胞学说（德）魏尔啸R. C. Virchow ，1855年完善细胞学说第二阶段：光学显微镜下的细胞学研究 (细胞学的经典时期）第三阶段：实验细胞学阶段第四阶段：亚显微结构与分子水平的细胞生物学细胞的发现、细胞学说细胞学说：一切生物都是由细胞组成的。所有细胞
2、都具有共同的基本结构。生物体通过细胞活动反映其生命特征。细胞来自原有细胞的分裂。细胞生物学的研究对象、研究水平、研究内容1、概念：从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的科学。2、研究对象：细胞（人体细胞）3、研究手段：显微水平-光学显微镜技术亚显微水平-电子显微镜技术分子水平-生物物理学方法及分子生物学技术注：光镜下可观察到的细胞器：线粒体、中心体、高尔基复合体核：染色体、核仁第二章 细胞生物学的研究方法如何提高显微镜的分辨率熟悉各类光学显微镜的特点1、荧光显微镜（可见光）:暗背景，强反差，彩色图像 定性、定位和定量的研究组织内的荧光标记物质。 对活细胞内分子的动态变
3、化进行实时观察。 2、相差显微镜通常用于观察活细胞：利用光的衍射和干涉把光程差变成振幅差。（光的波长决定可见光的色彩，振幅决定亮度）3、暗视野显微镜通过散射光成像（活细胞）4、显微电影摄影技术记录细胞或细胞器的运动过程 5、共聚焦激光扫描显微境可以提供高清晰的彩色三维影像 （活细胞）：结构单色光源共聚焦逐点扫描光镜与电镜的区别细胞分离和细胞培养的相关概念细胞分离操作的原则：等渗低温（抑制溶酶体酶活性）无菌操作 细胞分离方法：离心方法（细胞的密度特性）流式细胞术（用带有荧光的特异性抗体标记分离的细胞）免疫磁珠法激光捕获显微切割技术 3、细胞培养：细胞培养(cell culture)：从机体中取出
4、组织或细胞，模拟体内的生理环境，使之能够继续生存、生长和增殖的一种方法。条件 营养条件：培养基：RPMI-1640、DMEM。 血清。 5%CO2 无菌环境细胞培养的主要方式是原代培养和传代培养原代培养（primary culture）：直接从体内获取的组织和细胞进行的首次培养。传代培养（secondary culture）：原代培养的细胞经过增殖达到一定密度后，将细胞分散，从一个培养器以一定比例移到另一个或几个容器中的扩大培养。来源于体内的细胞可在体外建系（细胞系）细胞系（cell line）：来源于恶性肿瘤组织的细胞或在培养过程中发生转化的变异细胞，这种细胞可以无限繁殖、传代。细胞株（ce
5、ll strain）：用细胞克隆化的方法进一步改善细胞系的均一性，即分离出单个细胞使之增殖形成的细胞群。差速离心分离细胞组分，各组分的沉降顺序方法：从低速到高速逐级沉降。分离对象：体积、质量差别较大的颗粒 。（颗粒沉降速度与其直径成正比）沉降顺序：细胞核线粒体（混有少量溶酶体与过氧化物酶体）微粒体（主要是内质网，少量高尔基体）核糖体。第三章 细胞的概念与分子基础细胞概念的理解1. 细胞是构成有机体的基本单位。2. 细胞具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基本单位。3. 细胞是有机体生长与发育的基础。4. 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性。5. 没有细胞就没有完整的生命。真核细胞膜相
6、结构与非膜相结构常见细胞的体积，细胞体积守恒定律细胞大小变异范围：v 人与动物10100m, 大多数细胞直径在1020m v 人体最大的细胞：卵细胞，直径100mv 人体最小的细胞；小淋巴细胞，直径45m v 生物界最大的细胞：鸵鸟卵细胞，直径达12cm v 生物界最小的细胞：支原体细胞，直径0.lm细胞体积的守恒定律 ：各类细胞体积都相当恒定，生物体器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关。原核细胞与真核细胞的异同点共同点：1.都有细胞膜2.都有DNA和RNA3.都有核糖体参与蛋白质合成4.都能以分裂方式进行繁殖注：核糖体在合成蛋白质前后分为大亚基、小亚基RNA主要的三大类型及其功能
7、注：1、 组成细胞的物质称为原生质2、 生物有机小分子:单糖、核苷酸、脂肪酸、氨基酸3、 生物大分子：核酸、蛋白质、多糖4、 DNA的主要功能是储存、复制和传递遗传信息。5、 蛋白质的四级分子结构：多肽链中氨基酸的种类，数目和排列顺序。在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基之间连接，形成局部规则结构，使多肽链成为a-螺旋、-折叠片层的结构。在二级结构的基础上再行折叠,形成复杂的空间结构，有氢键、离子键和疏水键等。具有三级结构的蛋白即表现出生物学活性。四级结构中，多肽链亚单位之间通过氢键等非共价键的相互作用，形成更复杂的空间结构。一级结构是蛋白质功能的基础。结构域是大分子蛋白质的结构组成单元。蛋
8、白质功能的发挥与其构象的改变密切相关，如磷酸化与去磷酸化使蛋白质构象改变,影响功能发挥。分类：调节蛋白、转运蛋白、收缩蛋白、抗体蛋白、催化蛋白6、 原始细胞的产生：无机小分子-有机小分子物质-生物大分子物质-多分子体系-原始生命第四章 细胞膜、物质跨膜运输与信号转导掌握单位膜概念单位膜：指任何生物膜在电镜下都呈现“两暗一明”三层结构，这三层结构称为单位膜。掌握细胞膜的化学成分及各自类型与特点、膜的两大特性（具体）、液态镶嵌模型的观点一、 细胞膜的化学组成脂类、蛋白质、糖类一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类大； 功能少而简单的膜，蛋白质/脂类小。膜脂：糖脂（位于细胞非胞质面）、胆固醇（双向
9、调节膜的流动性，增强膜的稳定性）、磷脂（主要成分）磷脂的分子结构特点：双亲性分子（兼性分子）1个亲水头部（磷脂酰碱基）、2条疏水尾（脂肪酸链）膜蛋白执行细胞膜的多种功能外在膜蛋白、内在膜蛋白、脂锚定蛋白膜糖类覆盖细胞膜表面，结合存在，分布于非胞质面细胞表面（cell surface）：是以质膜为主体，包括质膜和质膜外侧的细胞外被和质膜内侧的胞质溶胶层共同组成的一个多功能复合结构体系。注：线粒体内膜最复杂、神经细胞髓鞘膜最简单二、 膜的两大特性：流动性和不对称性（一） 不对称性1、 膜脂分布的不对称性：种类、数量有明显不同。2、 膜蛋白分布的不对称性：分布位置、数量、穿膜方向、活性位点内外不对称
10、（细胞膜内层多于外层）3、 膜糖类分布的不对称性：非胞质面4、 细胞膜内侧面分布有微管、微丝不对称性的生物学意义：决定了膜内外表面功能的不对称性。（二） 流动性：指膜脂和膜蛋白的流动性1、膜脂双分子层是二维流体正常温度下生物膜：液晶态2、 膜脂分子的运动方式侧向扩散、翻转运动、旋转运动、弯曲运动、伸缩和振荡运动3、 影响膜脂流动性的因素脂肪酸链的饱和程度：饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大脂肪酸链的长度：链长，流动性小；链短，流动性大胆固醇的影响：双向调节膜的流动性。浓度越高，膜流动性越趋于稳定卵磷脂/鞘磷脂的比例：此比例小，流动性小；此比例大，流动性大膜蛋白的影响：越多，流动性越小其
11、他因素：环境温度，PH、离子强度等4、 膜蛋白分子的运动方式：侧向扩散、旋转运动三、 液态镶嵌模型1. 生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。（扩展脂类特点） 2. 膜蛋白以各种形式与脂质双分子层结合。（扩展膜蛋白结合形式）3. 细胞膜具有不对称性4. 细胞膜具有流动性，膜上各成分处于动态平衡之中掌握物质的跨膜运输和膜泡运输的各种方式、特点及代表分子一、 小分子物质的跨膜运输简单扩散：1、物质的转运是从高浓度向低浓度方向2、不耗能3、溶质能直接透过膜代表分子：脂溶性物质如苯、醇、甾类激素以及O2、N2等；某些极性分子(如水、尿素、甘油、CO2等)，不带电荷，分子小；易化扩散：通道蛋白（
12、无机离子）、载体蛋白（氨基酸、葡萄糖、核苷酸）1、物质的转运是从高浓度（电化学梯度）向低浓度（电化学梯度）方向2、不耗能能量，属于被动运输3、被转运物质为非脂溶性（或亲水性）的小分子，需要膜转运蛋白（载体蛋白或通道蛋白）协助门控通道的类型：配体门控通道：乙酰胆碱受体电压门控通道：存在于可兴奋细胞，如神经元细胞、肌细胞应力激活通道：内耳听觉毛细胞感受声波震荡载体介导的易化扩散特点：被转运物质与载体暂时、可逆结合借助构象变化完成运输选择性和特异性可饱和性，存在最大转运速度主动运输：ATP驱动泵、协同运输ATP驱动泵：P-型离子泵（钠钾泵、钙泵）Ca2泵：分布位置：肌细胞的肌浆网、所有真核细胞的细胞
13、膜作用：维持细胞内较低的钙离子浓度 （细胞内Ca2+浓度10-7 M，细胞外10-3 M）工作原理：与Na+-K+泵相似，通过磷酸化和去磷酸化过程使构象改变，结合与释放Ca2+特性：泵出2个Ca2+ /每分子ATP 。协同运输：间接消耗ATP，动力来自膜两侧Na+（或H+）电化学梯度协同运输过程由特异的载体蛋白完成共运输（同向运输)与对向运输共运输：小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收对向运输：动物细胞Na+/H+交换载体二、 膜泡运输1、 胞吞作用（一） 吞噬作用是吞噬细胞摄入颗粒物质的过程（二） 胞饮作用是细胞吞入液体和可溶性物质的过程（三） 受体介导的内吞作用提高摄取特定物
14、质的效率2、 胞吐作用适用对象：激素、酶类、抗体、未消化的食物残渣连续性分泌、受调分泌掌握LDL（低密度脂蛋白）受体介导的内吞作用的过程受体向有被小窝集中与LDL结合，有被小窝凹陷、缢缩形成有被小泡进入细胞；有被小泡迅速脱去外被形成无被小泡；无被小泡与内体融合，在内体酸性环境下LDL与受体解离；受体经转运囊泡返回质膜，被重新利用；含LDL的内体与溶酶体融合，LDL被分解释放出游离胆固醇。被：网格蛋白、衔接蛋白掌握钠钾泵的工作原理Na+浓度胞外是胞内13倍K+浓度胞内是胞外30倍第一步：膜内侧钠钾泵与Na+结合，ATP水解，钠钾泵被磷酸化，钠钾泵构象改变，与Na+结合力下降，释放Na+于胞外第二
15、步：膜外侧K+结合钠钾泵，去磷酸化，钠钾泵构象改变，与K+结合力下降，K+释放到胞内工作效率:A、1个ATP酶分子每秒钟水解1000个ATP分子B、每水解1分子ATP所释放的能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+生理意义：A、维持渗透压，维持恒定的细胞体积B、产生和维持膜电位C、为某些物质的吸收提供驱动力D、为蛋白质的合成及代谢活动提供必要的离子浓度熟悉细胞膜相关疾病一、 载体蛋白异常与疾病胱氨酸尿症：病人肾小管上皮细胞转运胱氨酸的载体蛋白缺陷肾性糖尿：病人肾小管上皮细胞转运葡萄糖的载体功能缺陷，葡萄糖重吸收障碍二、 离子通道异常与疾病囊性纤维化：白种人常见，致死性常染色体隐性遗传病，氯离子通
16、道遗传性缺失三、 膜受体异常与疾病家族性高胆固醇血症：遗传病，发病原因多为LDL受体遗传性缺乏（受体数目缺少）或受体结构缺陷非胰岛素依赖性糖尿病：胰岛素受体的数量减少或功能异常重症肌无力：病人产生抗乙酰胆碱受体的抗体四、 G蛋白异常与疾病霍乱：霍乱弧菌毒素使G蛋白a亚基丧失GTP酶活性，而一直处于激活状态，cAMP浓度显著增加。掌握G蛋白的作用机制1）静息状态(受体未与配体结合）:G蛋白与受体分离G蛋白呈异三聚体形式 (/)，亚基结合GDP ，无活性2）配体与受体结合，受体激活:受体分子构象改变，与G蛋白亚基结合力增强，受体结合G蛋白亚基亚基构象改变，与GDP结合力变弱，与GTP结合力变强，进
17、而与GTP结合，G蛋白被激活3）G蛋白激活:亚基结合GTP G蛋白异三聚体解离，变为和亚基两部分，并沿着细胞膜扩散，作用于下游效应蛋白，完成信号从胞外传递到胞内4）配体与受体分离，G蛋白复原失活:亚基水解其结合的GTP变为GDPG蛋白亚基重新与亚基结合构成三聚体，G蛋白回复静息状态掌握受体、配体、信号转导的概念，掌握膜受体的类型、结构及功能，掌握第二信使的种类受体：是一类存在于胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异性识别并结合胞外信号分子，进而激活胞内一系列生化反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应。配体：与受体结合的生物活性物质统称为配体。信号转导：信号分子(配体)通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合，将信号转换后传给相应的胞内系统，使细胞对外界信号做出适当的反应，这一过程称为信号转导。受体类型：膜受体：结构：细胞外域、跨膜域、胞内域类型：离子通道型受体、蛋白偶联受体、酪氨酸蛋白激酶型受体（酶偶联受体）胞内受体：胞浆受体、核受体第二信使种类：cAMP、cGMP、甘油二脂（DG)、三磷酸肌醇(Ip3)、Ca2+、NO
