《细胞生物学概要》课件

细胞生物学概要探索生命的微观世界了解细胞结构与功能第一章绪论课程内容概览1基础理论体系2研究方法介绍3前沿进展探讨4细胞生物学的定义和研究对象定义研究对象核心目标研究细胞结构、功能及生命活动的科各种生物细胞及其亚细胞结构揭示生命活动的本质和规律学细胞生物学的发展历史年11665罗伯特胡克发现细胞·年代21830施莱登和施旺提出细胞学说年代31880细胞分裂过程被描述世纪420电子显微镜等技术革命性发展细胞理论的建立第一要点第二要点细胞是生物体结构和功能的基所有生物都由细胞组成本单位第三要点细胞只能由已存在的细胞分裂产生现代细胞生物学的研究方向分子水平研究蛋白质组学、基因组学单细胞技术单细胞测序、单细胞成像细胞工程干细胞、组织工程合成生物学人工细胞、基因编辑第二章细胞的基本知识基本单位微观世界多样性生命的基础结构和功需借助显微技术观察不同生物有各种特化能单元细胞原核细胞和真核细胞的区别特征原核细胞真核细胞核膜无有染色体单环状多条线性DNA DNA细胞器极少丰富尺寸一般较小一般较大细胞的基本结构细胞膜界定细胞边界，控制物质进出细胞质包含细胞器和代谢活动场所细胞核存储遗传信息，调控基因表达细胞骨架维持形态，参与细胞运动细胞的化学组成水蛋白质脂质核酸碳水化合物无机物第三章细胞生物学研究方法从微观到纳观的细胞研究手段显微镜技术超分辨率显微镜1突破光学极限电子显微镜2纳米级观察共聚焦显微镜3获取三维图像光学显微镜4基础观察工具细胞分离技术匀浆破碎细胞差速离心初步分离密度梯度离心精细分离流式细胞术单细胞分选细胞培养技术细胞接种培养基配制启动培养过程21提供营养环境传代维持延续细胞生长35检测应用冻存保藏进行各种实验4长期保存细胞分子生物学技术在细胞研究中的应用基因组编辑1等技术改变基因CRISPR-Cas9蛋白质组学2质谱等技术研究蛋白质表达基因表达分析3测序了解转录组RNA基因克隆4等技术扩增特定基因PCR第四章细胞膜流动镶嵌模型物质转运膜蛋白展示膜的动态结构控制细胞与环境物质交换执行多种功能的膜组分细胞膜的结构磷脂双分子层1形成基本骨架嵌入的膜蛋白2执行特定功能糖脂和糖蛋白3细胞识别标记胆固醇4调节膜的流动性细胞膜的功能边界屏障界定细胞范围物质转运控制物质进出信号接收感应外界刺激细胞识别免疫防御与细胞粘附膜脂和膜蛋白膜脂类型膜蛋白类型膜蛋白功能磷脂整合蛋白运输功能•••糖脂周边蛋白酶活性•••胆固醇脂锚定蛋白信号传导•••物质的跨膜运输被动扩散促进扩散12沿浓度梯度自发移动载体蛋白协助扩散内吞和外排主动运输大分子和颗粒物质运输逆浓度梯度消耗能量43第五章细胞质细胞生命活动场所多种细胞器酶系统丰富执行特化功能催化各种生化反应代谢反应主要发生地细胞质基质组成成分1水、蛋白质、离子、小分子物质胞质溶胶2细胞质液体部分胞质凝胶3细胞质半固态部分包涵体4储存物质的非膜性结构内质网的结构和功能粗面内质网光面内质网表面附有核糖体表面无核糖体••合成分泌蛋白合成脂类••膜蛋白合成解毒功能••钙离子储存•高尔基体的结构和功能3-860%扁平囊泡层数蛋白质修饰比例堆叠形成复合体进行糖基化等修饰5主要功能种类包括加工、分类、运输溶酶体的结构和功能消化功能降解各类大分子防御功能消灭入侵微生物自噬作用降解受损细胞器细胞死亡参与程序性死亡过氧化物酶体的结构和功能脂肪酸氧化解毒功能代谢H₂O₂分解长链脂肪酸降解有毒物质催化分解过氧化氢线粒体的结构和功能外膜内膜1与细胞质隔离形成嵴增加面积2合成基质ATP43产生细胞能量含循环酶系TCA叶绿体的结构和功能（植物细胞）类囊体含光合色素和光系统基质进行暗反应光合作用将光能转化为化学能固定CO₂合成糖类等有机物细胞骨架微丝微管中间纤维由肌动蛋白组成，参与细胞运动由微管蛋白组成，维持细胞形态提供细胞机械支持和抗张力第六章细胞核遗传信息中心基因表达控制转录场所存储区域调控细胞活动合成起点DNA RNA细胞核的结构核膜核孔复合体染色质123双层膜结构控制物质进出与蛋白质复合物DNA核仁核基质45核糖体合成场所支持核内结构RNA染色质和染色体分子DNA遗传信息载体核小体缠绕组蛋白DNA染色质纤维纤维结构30nm染色体高度浓缩的染色质核仁的结构和功能核仁纤维中心1存在区域rDNA致密纤维区2前体加工区rRNA颗粒区3核糖体亚基组装区核膜和核孔复合体核膜结构核孔复合体外膜与内质网相连直径约••100nm内膜与核纤层相连由约种核孔蛋白组成••30膜间腔分隔区域控制大分子选择性通过••第七章细胞周期与细胞分裂期S期G12复制阶段DNA细胞生长和准备合成DNA1期G23细胞生长和有丝分裂前准备期G05期M休眠或分化状态4有丝分裂和细胞质分裂细胞周期的各个时期期期期期G1S G2M细胞周期的调控检验点1监控周期质量细胞周期蛋白2周期性表达CDK3依赖性蛋白激酶生长因子4外界刺激信号有丝分裂过程前期1染色体浓缩，核膜解体中期2染色体排列赤道板后期3姐妹染色单体分离末期4染色体解螺旋，核膜重建胞质分裂5细胞质分为两部分减数分裂过程遗传多样性最终产物通过基因重组和随机分离第二次分裂形成四个单倍体配子第一次分裂姐妹染色单体分离同源染色体分离第八章细胞信号转导信号分子受体识别信号传递细胞响应激素、生长因子等膜受体、胞内受体第二信使、蛋白激酶基因表达、代谢变化信号转导的基本概念信号分子配体，传递特定信息受体蛋白特异性识别信号信号级联放大和传递信号效应因子执行最终响应受体类型离子通道偶联受体蛋白偶联受体酶联受体核受体G直接控制离子流动通过蛋白传递信号具有酶活性位于细胞质或核内••G••响应快速如肾上腺素受体如胰岛素受体如甲状腺激素受体••••如乙酰胆碱受体•蛋白偶联受体信号通路G蛋白活化G配体结合替换为2GDP GTP1激活受体构象改变效应蛋白激活如腺苷酸环化酶35下游蛋白激酶第二信使产生如或PKA PKC4或和cAMP IP3DAG酶联受体信号通路酶联受体通过磷酸化级联反应传递信号第九章细胞能量代谢能量转换代谢网络合成ATP从食物到复杂生化反应能量存储分子ATP糖酵解102反应步骤数净产量ATP葡萄糖至丙酮酸过程每分子葡萄糖2产量NADH每分子葡萄糖三羧酸循环柠檬酸转变乙酰进入CoA2通过多步骤反应与草酰乙酸结合1脱羧反应3释放₂CO循环完成5产能过程重新生成草酰乙酸4产生、₂和NADH FADHGTP氧化磷酸化电子传递链质子泵合酶氧气接受电子ATP和₂提供电子形成质子梯度利用质子流合成形成水分子NADH FADHATP光合作用（植物细胞）光反应暗反应捕获光能固定二氧化碳••分解水分子卡尔文循环••产生和合成葡萄糖•ATP NADPH•释放氧气使用和••ATP NADPH第十章细胞分化与发育干细胞分化过程组织形成具有分化潜能的未特化细胞从干细胞到特化细胞的转变分化细胞组织形成完整组织细胞分化的概念基因表达改变1特定基因激活或抑制形态结构变化2适应特定功能功能特化3执行专门任务可逆性4某些情况下可去分化或重编程干细胞及其特性全能干细胞1可分化为所有细胞类型多能干细胞2可分化为多种细胞类型少能干细胞3分化能力有限单能干细胞4只能分化为一种细胞细胞命运决定外部信号1生长因子和细胞间相互作用基因调控2转录因子和表观遗传修饰染色质重塑3甲基化和组蛋白修饰DNA细胞极性4不对称分裂决定子细胞命运组织器官形成细胞分化形成特化细胞细胞迁移移动到特定位置细胞黏附形成细胞间连接形态发生组织形态塑造器官形成不同组织协同组合第十一章细胞衰老与死亡衰老机制端粒缩短，损伤积累DNA凋亡程序有序细胞死亡过程自噬过程细胞自我消化以维持平衡坏死现象急性损伤导致细胞破裂细胞衰老的特征和机制损伤积累DNA端粒缩短修复能力下降2复制极限1DNA线粒体功能障碍能量产生减少35表观遗传变化蛋白质损伤基因表达改变4错误折叠积累细胞程序性死亡（凋亡）起始阶段1接收死亡信号执行阶段2激活半胱氨酸蛋白酶降解阶段3碎片化，细胞皱缩DNA清除阶段4凋亡小体被吞噬细胞自噬诱导期形成自噬前体吞噬体形成包裹待降解物质与溶酶体融合形成自噬溶酶体内容物降解回收利用分子组分细胞坏死膜完整性丧失1细胞内容物泄漏钙离子平衡失调2激活降解酶能量耗竭3水平急剧下降ATP炎症反应4引发周围组织炎症总结与展望基础理论研究进展应用前景未来方向细胞是生命基本单位分子水平深入了解医学、生物技术领域单细胞分析、合成生物学。