2022年细胞生物学知识点.docx
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1、2022年细胞生物学知识点 细胞生物学学问点 绪论 一、 细胞生物学探讨的内容和现状 1、 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 什么是细胞生物学? 细胞生物学是探讨细胞基本生命活动规律的科学,它是在不同层次(显微、亚显微与分子水平)上以探讨细胞结构与功能、细胞增殖、分化、苍老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。 二、细胞生物学的主要探讨内容 1、细胞核、染色体以及基因表达的探讨 2、生物膜与细胞器的探讨 3、细胞骨架体系的探讨 4、细胞增殖及其调控 5、细胞分化及其调控 6、细胞的苍老与凋亡 7、细胞的起源与
2、进化 8、细胞工程 三、细胞生物学的发展趋势 从分子水平细胞水平,相互渗透交融 从细胞结构功能探讨为主细胞重大生命活动为主 分析综合 功能基因组学探讨是细胞生物学探讨的基础与归宿 由基因治疗细胞治疗 四、当前细胞生物学探讨的重点领域 染色体DNA与蛋白质相互作用关系 细胞增殖、分化、苍老及凋亡的调控及其相互关系 细胞信号转导 五、最近几年诺贝尔奖与细胞生物学(2000-2022) 2000:神经系统中的信号传递 2001:限制细胞周期的关键物质 2002: 细胞凋亡调整机制 2003:细胞膜水通道及离子通道结构和机理 2004:泛素调整的蛋白质降解系统 2022:幽门螺旋杆菌 2022: RN
3、Ai 2022:基因敲除小鼠 2022:绿色荧光蛋白 2022:端粒和端粒酶爱护染色体的机理 2022:试管受精技术 2001年,美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的探讨而获诺贝尔生理医学奖。 2002年,英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿,因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的探讨获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。 2003年,美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农,分别因对细胞膜水通道,离子通道结构和机理探讨而获诺贝尔化学奖。 2004年,美国人Richard Axel和Linda B. Buc
4、k获诺贝尔生理与医学奖,他们发觉气味受体和嗅觉系统的组成。 2022年Barry J. Marshall 和J. Robin Warren 获诺贝尔生理与医学奖,他们发觉幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。 2022年美国人Andrew Z. Fire和Craig C. Mello因对RNA干扰的探讨而获诺贝尔生理与医学奖。 2022年美国人Elizabeth Blackburn、Carol Greider、Jack Szostak获诺贝尔医学和生理学奖,他们发觉了端粒和端粒酶爱护染色体的机理。 年度诺贝尔生理学或医学奖在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓。被誉为“试管婴儿之父”的英国科学家罗伯特爱德
5、华兹 ,因“在试管受精技术方面的发展”而被授予该奖项。 其次节 细胞学与细胞生物学发展简史 细胞的发觉 细胞学说的建立其意义 细胞生物学的探讨内容分三个层次: 1)显微水平,光学显微镜下可见的结构。 2)超微水平,电子显微镜下可见的结构。 3)分子水平,细胞结构的分子组成,及其在生命活动中的作用。 细胞生物学经验了四个主要发展阶段: 1)1665-1830s,细胞发觉,显微生物学。 2)1830s-1930s,细胞学说,Cytology诞生 3)1930s-1970s,电镜技术应用, Cytology发展为细胞生物学。 4)1970s以来,分子细胞生物学时代。 一、细胞的发觉 显微镜之于生物学
6、,如同望远镜之于天文学,细胞生物学的变革无不和显微技术的改进休戚相关。 1590年J. 和Z. Janssen父子制作第一台复式显微镜,放大倍数不超过10倍。 1665年英国人Robert Hooke出版显微图谱。视察了软木,并首次用cells来描述“细胞” 1680年荷兰学者A. van Leuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他视察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。 1830s消色差显微镜出现,人们才对细胞的结构和功能有了新的相识。 1831年R. Brown在兰科植物表皮细胞内发觉了细胞核。 1836年GG. Valentin在动物神经细胞中发觉
7、了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。 二、 细胞学说的建立及其意义 1838年Schleiden发表“植物发生论” ,认为无论怎样困难的植物都由细胞构成。但他以free-cell formation理论来说明细胞形成。 Schwann提出了“细胞学说”(Cell Theory) ;1939年发表了“关于动植物结构和生长一样性的显微探讨”。 Schwann提出: 有机体是由细胞构成的;细胞是构成有机体的基本单位。但他也采纳了的Schleiden细胞形成理论。 1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞”(omnis cellula e cellula)的闻
8、名论断;进一步完善了细胞学说。 细胞学说是19世纪的重大发觉之一,其基本内容有三条: 1.认为细胞是有机体,一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成; 2.每个细胞作为一个相对独立的单位,既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益; 3. 新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。 三、 细胞学发展的经典时期 19世纪30年头至20世纪初,细胞学得到了蓬勃的发展。其探讨方法主要是显微镜下细胞形态的描述。探讨的主要特点是应用生物固定和染色技术,在光学显微镜下视察细胞的形态和细胞的分裂活动。 原生质理论的提出、细胞分裂活动的探讨以及重要细胞器的发觉等,构成了细胞学发展的
9、经典时期。 四、试验细胞学与细胞学的分支及其发展 从20世纪初到中叶,为试验细胞学的发展时期。这一时期细胞学探讨的特点是由对细胞形态结构的视察,深化到对其生理功能、生物化学、遗传发育机理的探讨。 1932年德国人E. Ruska和M. Knoll独创透射电镜,人类视野进入超微领域 。 1939年Siemens公司生产商品电镜。 1940-50s用电镜视察了各类细胞超微结构。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术探讨这些结构的功能。Cytology发展为Cell Biology。 五、细胞生物学学科的形成和发展 从20世纪60年头起,细胞学发展成为细胞生物学。细胞生物学是随着分子生物学的发展
10、而兴起的。 1869年瑞士人F. Miescher 从脓细胞中分别出核酸,但未引起重视。 1941年Beatle和Tatum提出了“一个基因一个酶”的理论。 1944年O. Avery等通过细菌转化试验,1952年M. Chase等通过噬菌体标记感染试验确定了核酸与遗传的关系。 1952年RE. Franklin拍摄到清楚的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构,可能是螺旋。 1953年,JD. Watson 和FHC. Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins共享1962 年诺贝尔生理学与医学奖 。 1958 年Crick 提出分子遗传的“中心法则”。 196
11、1-1964年Nirenberg 等破译遗传密码。 1972年DA. Jackson,RH. Symons和P. Berg创建DNA体外重组。 1973年SN. Cohen和HW. Boyer将外源基因拼接在质粒中,并在大肠杆菌中表达。 一系列技术和理论的提出,使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。 20世纪80年头以来,细胞生物学的主要发展方向是细胞的分子生物学,即在分子水平上探究细胞的基本生命规律,把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合,并在分子水平上深化探究其生命活动的规律,深刻性与综合性是细胞生物学进一步发展的特点。 1983年,KB. Mullis独创PCR仪,于1993年获诺贝
12、尔化学奖。 1990年,美国国会正式批准的“人类基因组安排” (Human Genome Project)。 我国于1993年加入该安排,担当其中1%的任务,即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。 2000年6月27日科学家公布完成人类基因组草图。 2001年2月12日联合公布人类基因组图谱及分析结果。初步分析表明,人类基因组由31.647108bp组成,共有3万4万个基因。 同年,美国国立卫生探讨院给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶(ADA)基因变异引起。 1996年7月5日,世界上第一只克隆羊“多利”在英国苏格兰卢斯林探讨所的试验基地
13、诞生。 目前细胞生物学探讨的基本特点和趋势可归纳如下: 细胞结构功能 细胞生命活动。 细胞中单一基因与蛋白 基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用。 细胞信号转导途径 信号调控网络。 体外探讨 体内探讨。 静态已经 活细胞的动态探讨。 探讨为主 计算生物学更多地介入并与之结合。 细胞生物学与生物学其他学科的渗透 与数、理、化及纳米科学等多学科的交叉。 总的特点是从静态的分析到活细胞的动态综合,这在很大程度也反映了生命科学探讨的趋势。 其次章 细胞的统一性与多样性 第一节 细胞的基本概念 一、细胞是生命活动的基本单位 二、细胞的基本共性 一、细胞是生命活动的基本单位 1、一切有机体都由细
14、胞构成,细胞是构成有机体的基本单位. 2、细胞具有独立的、有序的自控代谢体系,细胞是代谢 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 6. 细胞概念的一些新思索 (1)细胞是多层次非线性的困难结构体系 细胞具有高度困难性和组织性 (2)细胞是物质(结构)、能量与信息过程精致结合的综合体 1、细胞完成各种化学反应; 2、细胞须要和利用能量; 3、细胞参加大量机械活动; 4、细胞对刺激作出反应; (3)细胞是高度有序的,具有自组装实力与自组织体系。 1、细胞能进行自我调控; 2、繁殖和传留后代; 二、细胞的基本共
15、性 1. 全部的细胞都有相像的化学组成 2. 脂-蛋白体系的生物膜 全部的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜,即细胞膜。 3. DNA-RNA的遗传装置 全部的细胞都有两种核酸,即DNA-与RNA,作为遗传信息复制与转录的载体。 4. 蛋白质合成的机器核糖体 一切细胞均存在合成蛋白质的基本结构体核糖体。 5. 一分为二的分裂方式。 原核细胞与真核细胞基本特征的比较 原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较 细胞的体积受什么因素限制? 可以从3个方面进行探讨: 1、不论细胞体积相差多大,各种细胞核的大小相差不大。 2、细胞的表面积限制了细胞的大小 (1)细胞体积相对细胞表
16、面积呈反比关系,体积越大,表面积就越小 (2)细胞体积比表面积增大速度快 3、细胞内物质的沟通运输与细胞体积有关,细胞内的物质从一端向另一端运输或扩散是有时间与空间关系的。 4. 细胞形态结构与功能的关系 细胞的形态有球形、星形、扁平、立方形、长柱形、梭形等。 细胞形态结构与功能的相关性与一样性是许多细胞的共同特点,在分化程度较高的细胞中更为明显,这是生物漫进步化过程的产物。 5. 植物细胞和动物细胞的比较 第四章 细胞质膜 Plasm membrane 细胞质膜(plasm membrane)曾称细胞膜,是指围绕在细胞最外层,由脂质和蛋白质组成的生物膜。 质膜不仅是细胞结构的边界,使细胞具有
17、一个相对稳定的内环境,同时在细胞与环境之间的物质运输、能量转换及信息传递过程中也起着重要作用。 细胞内的膜与细胞质膜统称为生物膜(biomembrane)。 它是围绕细胞的爱护层,一层薄而透亮的油层,允许食物,氧气和水份进入细胞,废物排出细胞。 第一节 细胞质膜的结构模型 生物膜的结构模型 膜脂 膜蛋白 一、生物膜的结构模型 单位膜模型 用超薄切片技术获得了清楚的细胞膜照片,显示暗-明-暗三层结构,它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成,总厚约7.5nm。 “生物膜的流淌镶嵌模型” 这种模型认为细胞膜是由流淌的脂双分层子和嵌在其中的蛋白质构成的。 该模型主要强调:1)
18、膜的流淌性,膜蛋白和膜脂均可侧向运动;2)膜蛋白分布的不对称性,有的镶在膜表面 ,有的嵌入或横跨脂双分子层。 K.Simons et al: lipid rafts model(脂筏模型) 生物膜结构的特征 具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质。磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,尚未发觉膜结构中起组织作用的蛋白; u 蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是给予生物膜功能的主要确定者; 生物膜可看成是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。 二、膜的化学组成 Membrane Lipid(膜脂 ) Phospholipids Glyco
19、lipid (糖脂类) Cholesterol(胆固醇) Membrane Protein Integral proteins (膜内在蛋白) Channel Proteins (通道蛋白) Carrier Proteins (载体蛋白) Peripheral proteins(膜外周蛋白) Lipid anchored proteins(脂锚定蛋白) Membrane Carbohydrates 1. 膜脂 : 膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型 磷脂( phospholipids ):膜脂的基本成分(50以上) 分为二类: 甘油磷脂和鞘磷脂( sphingolipids) 主要特征:
20、具有一个极性头部和两个非极性的尾部(心磷脂除外); 脂肪酸碳链碳原子为偶数,大多数由16,18或20个组成; 饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸; 糖脂(glycolipids) : 糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(5以下),神经细胞膜上糖脂含量较高; 胆固醇(Cholesterol)和中性脂质: 存在于真核细胞膜上,其含量不超过膜脂的1/3。细菌质膜不含有胆固醇,但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂。 Features : Found in animals , Smaller, Less amphipathic Functions : 维持膜的流淌性,增加膜的稳定性 如没有胆固醇,膜很简单分开
21、small hydrophilic (亲水性)hydroxyl group (羟基)toward the membrane surface 亲水的羟基对着膜表面 the remainder of the molecule embedded in the lipid bilayer其余的部分埋在脂双层间 The Nature of the Lipid 膜脂的基本性质是两性物质, 能够自我装配成双层结构或自我封闭成球状。 膜脂的功能 构成膜的基本骨架,去除膜脂,则使膜解体; 是膜蛋白的溶剂,一些蛋白通过疏水端同膜脂作用,使蛋白镶嵌在膜上,得以执行特别的功能; 膜脂为某些膜蛋白维持构象、表现活性供应
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