细胞生物学绪论

《细胞和组织》标志着细胞学（ cytology）已成为一门生物学科。 “各种生命现象都建立在细胞特点的基 础上”。

细胞学与相邻的学科之间的相互渗透，使 纯形态研究的细胞学发展为细胞生物学。 物理、化学、计算科学的发展也支持了细 胞生物学的发展。
分子细胞生物学 Molecular cell biology

裸鼠身上成功地移植了人造耳
细胞信号传导(signal transduction)

细胞作为生命的基本单位，作为一个相对独 立的系统，对于外界输入的信号，如何接受 信号、传递和处理信号，乃至作出反应，有 一套自身的规律；疾病机制的研究（如肿瘤、 药物中毒）、药物的筛选及毒副作用的研究 都是以此作为基础开展的。
肿瘤发生（tumorigenesis）

肿瘤发生的机制是医学细 胞生物学研究的又一个重 要领域。恶性肿瘤细胞的 许多生物学行为，包括分 化水平、增殖过程、迁移 特性、代谢规律、形态学 特点等与正常体细胞相比 都有非常明显的变化，这 些差异可以在细胞水平遗 传。
如何学习细胞生物学
结构←→功能

不同角度研究细胞的细胞生物学分支

膜生物学（membrane biology） 细胞动力学（cytodynamics） 细胞能力学（cytoenergetics） 细胞遗传学（cytogenetics） 细胞生理学（cytophysiology）

细胞社会学（cytosociology） 细胞生态学（cytoecology）
细胞生物学与诺贝尔奖

1998年: 信号分子 1999年: 信号肽 2001年: 细胞周期的关键分子调节机制 2002年: 程序性死亡的遗传调节机制 2003年：通道蛋白 2004年：受体 2007年: 干细胞 2009年: 端粒与端粒酶 / 核糖体 2012年: 诱导多能干细胞 2013年：囊泡运输机制 … …
细胞生物学
Cell Biology
复旦大学基础医学院 细胞与遗传医学系 郭锋
绪 论

细胞生物学概述 细胞生物学的形成与发展
来自百度文库

细胞生物学与医学科学
如何学习细胞生物学？

概述：什么是细胞生物学?


生物学（biology）是研究自然界生命体（或 生物）生命现象及其规律的一门学科。“生命 体”之所以有生命，是自然界赋予了生命体各 种基本生命特征，包括新陈代谢、生长、发育 、分化、遗传、变异运动、衰老、死亡……。 细胞生物学（cell biology）就是从细胞这个 层次研究生命的一个学科。
Prion




朊病毒(PrPSc)具有极强的生命力和感染力。 不畏甲醛，耐热，在高温加热后仍具有一定的 感染力。 耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有 抗药性。 不溶于盐溶液，抗蛋白酶水解，能相互形成聚 合体。 朊病毒能转变细胞内的正常蛋白，使之发生结 构变异，具有致病作用。

1997年Prusiner获得诺贝尔生理与医学奖。
疾病的治疗有赖于对疾病机制的深入了解 基因治疗是建立在分子生物学特别是细胞生物 学的基础上的现代医学治疗，弥补患者的细胞 缺陷，恢复细胞内已紊乱的新陈代谢。 基因编辑技术为定点治疗基因缺陷疾病指明了 方向。
生殖（reproduction）

在本质上是精子细胞与卵细胞的结合 干预（生育控制、 治疗不孕不育）

Werner综合症是一种罕见的疾病，患者会在 青春期之后出现老化的外貌。病人皮肤、骨骼 肌、心血管系统功能退化加速，取自病人身上 的培养细胞，其端粒比正常个体短，端粒DNA 修复能力降低。有研究表明是由于人类染色体 8短臂的Werner综合症基因（WRN）发生突 变所致。
细胞生物学研究是疾病诊断的基础
细胞生物学与医学科学


生命从细胞开始，探索疾病发生的分子机制、 疾病的诊断与治疗必须在细胞水平上才能得到 真正解决。 细胞生物学的发展促进了医学的发展，对细胞 各种生命现象的研究都可能直接或间接地应用 于医学领域，为医学带来革命性变化。
蛋白质

蛋白质参与细胞的各种生命活动。


由多个氨基酸残基构成的多肽链 （polypeptide chain），一般经多个层 次的组装折叠后形成成熟有活性的蛋白质 分子。 有高度的特异性

结构－－化学/分子组成，分子结构，特点/特性， 组装，影响因素，变化… 功能－－作用，机制，调控因素…
The end

朊病毒（Prion）是一种结构变异的蛋白质，它 的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因为翻 译量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造 成的。
prion

It is composed of scrapie form of the prion protein (PrPSc) which was converted by the misfolding of cellular form of prion protein (PrPC).
癌细胞生物学（cancer cell biology） 神经细胞生物学（neural biology） 生殖细胞生物学（reproductive cell biology） 干细胞生物学（stem cell biology） 细胞组学（cytomics） 系统生物学（ssystems biology）。。。。



细胞生物学的形成与发展


1665年Robert Hooke利用显微镜对物质世 界进行了显微观察。 荷兰人Avon Leeuwenhoek第一次观察到完 整的活细胞。
细胞学说



1838年M. J. Schleiden提出所有的 植物都由细胞构成。 T.Schwann提出所有的动物也都由 细胞构成。 所有生物都是由一个或多个细胞组 成 细胞是生命的结构单位 1855 德国人R. Virchow 提出“一 切细胞来源于细胞” ，进一步完善了 细胞学说。
细胞cell--生命的基本单位


细胞是由质膜（plasma membrane）包围 的、相对独立的结构与功能单位，能够自我 调节和独立生存；同时，它又是不断与外界 进行物质、能量和信息交换的开放体系。 细胞具备生命的各项基本属性。不同的细胞 具有若干共性。
原核细胞（prokaryotic cell） 真核细胞（eukaryotic cell）
什么是细胞生物学?

生命进化后出现了高度分工和功能整合的细胞 社会，生命活动是子系统（细胞/细胞群）之 间的通信和相互作用来实现的，各子系统有其 相对独立性，同时受制于整体的调控。
细胞生物学（cell biology）以“完整细胞的生命活 动”为着眼点，从分子、亚细胞、细胞和细胞社会的 不同水平，用动态的和系统的观点来探索和阐述生命 的特性。


疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更 主要的是有赖于疾病所带来的异常特征， 整体水平、生化水平、细胞水平或分子水 平的变化，都可能是疾病诊断的依据 细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容 易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的 早期治疗
细胞生物学研究有助于疾病的治疗 和干预，促进了医学发展




Human Prion Diseases Creutzfeld-Jakob Disease (CJD) Gerstmann-Straussler-Scheinker Syndrome Fatal Familial Insomnia Kuru Animal Prion Diseases Bovine Spongiform Encephalopathy Scrapie
－for his discovery of prions--a new biological principle of infection.
细胞衰老（cell aging）

通过衰老机制的研究，最终将揭示人类 衰老的本质，进而控制细胞及人的衰老， 达到延年益寿的目的。

细胞衰老的机制当前多集中于分子水平上的研 究，如衰老相关基因（senescenceassociated gene， SAG）、染色体端粒 （telomere）、一些与疾病有关的物质（如 Alzheimer病中类淀粉前体蛋白）在衰老中的 作用等等。

什么是细胞生物学?


现代细胞生物学主要从细胞的不同结构层次 及细胞间相互关系的角度来观察和研究细胞 生命活动的基本规律。 主要关注基因表达后生物大分子的修饰、改 造、细胞成分的组装和细胞内外信息的整合 、分析和传递等领域，。
细胞周期调控、细胞增殖与分化的规律、染色体的结构和功能 、细胞骨架和核基质对核酸代谢的调控、胞内蛋白质的分选 和运输、细胞因子和细胞功能的的关系、细胞外基质和细胞 间信号联系、细胞结构体系的组装、细胞信号转导、细胞迁 移、干细胞特性、细胞社会学、细胞工程、细胞的衰老和死 亡、受精与生殖研究……
世界上第一个试管婴儿路易丝· 布朗
分化（differentiation）

受精卵产生的同源细胞，在形态、功能 和蛋白质合成等方面发生稳定性差异的 过程。
干细胞（stem cell）

分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度 较低的干细胞（stem cell）处于暂时静止状态， 必要时干细胞可通过细胞分裂，分化为更高分 化程度的细胞。

从分子角度、亚细胞角度研究细胞内生物大分 子的结构或功能变化与细胞生命活动的关系， 比如等方面，推动了细胞生物学的新发展。
细胞增殖/分化及其调控、细胞运动的分子基础、物质 在细胞内转运、细胞信号转导、细胞衰老与死亡机 制……
系统生物学（systems biology）

以细胞作为一个系统，研究系统内各种因素， 获得DNA、RNA及蛋白质相互作用及所构成 网络等各方面整合所获得的信息，建立能描述 系统结构和行为的数学模型，最后借此模型系 统，研究系统的功能、运作、异常及其干预。
This tissue slide shows sponge-like lesions in the brain tissue of a classic CJD patient. This lesion is typical of many prion diseases.

1982年Prusiner发现CJD的病原体是一种 蛋白质，后将之命名为prion ，即蛋白质感 染因子或朊病毒。

蛋白质的构象决定了蛋白质的功能，通 过改变理化环境可以使蛋白质的空间构 象产生去折叠改变，即蛋白质的变性。

蛋白质功能发挥也和构象变化有关
蛋白质可逆磷酸化引起构象改变（正 常）
蛋白质异常错误折叠的影响

Creutzfeld-Jakob Disease (CJD)是 一种罕见的致命性疾病，可造成行动失 调和记忆衰退。