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1、Medical Cell Biology,YuHong(余红) E-mail：,start,Welcome Each of You to My Medical Biology Class,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
2、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 Gerald Karp. Cell and Molecular Biology: concepts and experiments,3rd Edition. Published by John Wiley & 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,http:/ http:/ 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
3、述,Introduction,What? For why? How to study? What we know How we know.,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（cell biology）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
4、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 （ A Brief History of Cell Biology ）,（一）细胞生物学发展的萌芽阶段 从显
5、微镜的发明到十九世纪初叶，开始了细胞学的研究。 1665 Robert HookCell概念 1677 Leeuwenhoek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。 1838-1839 Schleiden，Schwan细胞学说 1855 Virchow细胞只能来自细胞,（二）细胞学说的创立阶段,Cell theory has three basic tenets,1. All organisms are composed of one or more cells.,2.The cell is basic unit of structu
6、re and function for all organisms.,3.All cells arise only from preexisting cells by division.,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。 1841 Remark鸡胚血细胞直接分裂 1861 Schultze原生质 1880 Flemming无丝分裂 1883 Van Beneden； 1886 Strasburger减数分裂 1883 Van Beneden，Boveri中心体 1898 Benda线粒体 1898 Golgi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
7、纪中叶。 1902 Boveri，Sutton染色体遗传理论 1909 Harrison组织培养 1910 Morgen基因染色体学说 1924 FeulgenFeulgen染色测定DNA 1933 Ruska电子显微镜 1940 BrachetUnna染色测定RNA 1943 Cloude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 1953 Watson，CrickDNA双螺旋模型 1958 Meselson，Matthaei半保留复制 1958 Crick中心法则 1961 Nirengerg， Matthaei确定遗传密码 1972 Jackson，SymonsD
8、NA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 （ Cell Biology and Medicine ）,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。,“What is popular in research today？”,美国国立卫生研究院（NIH） ，USA(1988),3 ki
9、nds of diseases： cancer cardiovascular diseases infectious diseases：AIDS，hepatitis,5 research fields： cell cycle control cell apoptosis cellular senescence signal transduction DNA damage and repair,美国科学情报研究所（ISI）， USA(1997) SCI（Science Citation Index）Papers: Three tops of research fields: No1: Signa
10、l transduction； No2: Cell apoptosis； No3: Genome and post-genomic analysis,Nobel Prize in Physiology or Medicine Winners 20012010,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
11、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,Harald zur Hausen因发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌获此殊荣， Franoise Barr-Sinoussi和Luc Montagnier因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。,吕克蒙塔尼 （法）,弗朗索瓦丝巴尔 西诺西（法）,哈拉尔德楚尔豪森 （德）,2008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
12、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、
13、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,Techniques and Method in Cell Biology,第一节 细胞形态结构研究技术,Sec 1 Cell morphology research technology,一、细胞的显微结构观察,显微镜与分辨率 microscope and resolution,分辨率，即极限分辨率，指能够区分相近两点的最小距离。,一、细胞的显微结构观察,显微镜与分辨率 microscope and resolutio
14、n,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=0.2m R人眼=0.07mm （70 m） R电镜=0.2nm 普通动物细胞 d=1020m 最大的人类细胞 人卵 d=0.2mm 最小的细胞 支原体 d=0.1m,显微结构（microscope structure）:是指通过光学显微镜（light microscope）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 （ General
15、light microscope）,1、构成： 照明系统 光学放大系统 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 （phase contrast microscope，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
16、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 （Fluorescence Microscopy）,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
17、,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0.2m的结构统称为亚微结构（submicroscopic structure）。 亚微结构需用电子显微镜（electron microscope）进行观察。 电子显微镜分辨率一般为0.2 nm，最高达0.08 nm。,（一）电子显微镜（electron microscope）,1
18、. 透射电镜（transmission electron microscope, TEM）,总体设计与光镜相似，但要大得多，且上下颠倒。 不同的是： 电镜用电子流（电子枪发射的高速电子束）代替照明的光线； 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，只有剩余电子成像，经物镜和投射镜等放大后投射到照相底片上或荧光屏上。散射的电子不参加成像，故标本中密度大的部分成像后形成电子流量减少的暗区，相反，标本密度小的部位散射的电子少而形成明区。 由于透射电镜的电子穿透力较弱，所以观察样品
19、需特殊制备成超薄切片（其厚度一般为50-100nm）。,2. 扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）,分辨力一般在3nm，观察细胞等生物标本可得到富有真实立体感的三维结构图像。,通过电子束照射在标本后产生的二次电子成像，二次电子产生的多少与电子束在标本表面的投射角有关，即与样品的表面结构有关。经标本表面所发射的二次电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出 与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。,原理：,应用：可直接观察标本表面的三维形态。,3. 高压电子显微
20、镜（high-voltage electron microcope）,加速电压大于120kV的电镜称为高压电镜。 加速电压超过500kV的高压电镜称为超高压电镜,1、穿透力强，分辨力高，可观察10m厚的样品。不需进行超薄切片。 2、景深大，厚样品在不同高度上的细节都能同时清楚成像在同一平面上。 3、若加上特殊信号处理系统，可以得到细胞内部的三维精细结构图像。,小 结,一、细胞的显微结构观察 掌握：分辨率、显微结构的概念；普通光镜的主要用途；熟悉：相差（倒置）显微镜、荧光显微镜的主要用途。 二、细胞的亚微结构观察 掌握：亚微结构概念；熟悉：透射电镜与扫描电镜的主要用途。,复习思考题,光学显微镜技术有哪些新发展、它们各有哪些突出优点？ 为什么电子显微镜不能完全代替光学显微镜？,谢谢！,点击留言,