細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)課件

細(xì)胞生物學(xué)2024-01-28目錄contents細(xì)胞概述與基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞器及其功能細(xì)胞核與遺傳信息儲(chǔ)存細(xì)胞周期與分裂方式細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑及功能細(xì)胞生長、分化與凋亡01細(xì)胞概述與基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，所有生物體都由細(xì)胞組成（除病毒外）。細(xì)胞的定義19世紀(jì)由施萊登和施旺提出，揭示了細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，奠定了細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)。細(xì)胞學(xué)說從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞，從單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物的漫長進(jìn)化過程。細(xì)胞的發(fā)展歷程細(xì)胞定義及發(fā)展歷程無核膜包被的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)裸露，細(xì)胞器簡單，只有核糖體一種細(xì)胞器。原核細(xì)胞真核細(xì)胞主要區(qū)別有核膜包被的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，細(xì)胞器豐富多樣。有無核膜包被的細(xì)胞核、細(xì)胞器的種類和數(shù)量、遺傳物質(zhì)的形態(tài)和分布等。030201原核細(xì)胞與真核細(xì)胞區(qū)別主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類組成，其中脂質(zhì)以磷脂為主，磷脂雙分子層構(gòu)成了細(xì)胞膜的基本骨架。細(xì)胞膜的組成分隔細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境，維持細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流。細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜組成與功能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)中除去可分辨的細(xì)胞器之外的膠狀物質(zhì)，是細(xì)胞進(jìn)行新陳代謝的主要場所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由膜連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩種類型。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和加工的重要場所，也是脂質(zhì)合成的場所。此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)還與糖類和脂質(zhì)的代謝、解毒、激素的滅活等過程密切相關(guān)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)02細(xì)胞器及其功能線粒體是細(xì)胞內(nèi)的“動(dòng)力工廠”，通過氧化磷酸化過程產(chǎn)生ATP，為細(xì)胞提供能量。線粒體呼吸作用包括電子傳遞鏈和氧化磷酸化兩個(gè)主要步驟，其中電子傳遞鏈涉及多個(gè)酶復(fù)合物和輔因子，將NADH和FADH2的電子傳遞給氧氣，同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)ATP合成。線粒體呼吸作用受到多種因素的調(diào)控，包括底物供應(yīng)、氧氣濃度、細(xì)胞代謝狀態(tài)等。線粒體呼吸作用機(jī)制葉綠體是植物細(xì)胞中的光合作用器官，通過捕獲太陽能并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)。光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，其中光反應(yīng)在葉綠體類囊體膜上進(jìn)行，涉及水的光解和ATP、NADPH的合成；暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，包括CO2的固定和還原。葉綠體中的色素分子吸收光能后，激發(fā)電子傳遞鏈，最終將能量存儲(chǔ)在ATP和NADPH中，為暗反應(yīng)提供能量和還原力。葉綠體光合作用過程01核糖體是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場所，由rRNA和多種蛋白質(zhì)組成。02蛋白質(zhì)合成包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)主要步驟，其中轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成mRNA的過程，翻譯則是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程。03核糖體在翻譯過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過識(shí)別mRNA上的密碼子并招募相應(yīng)的tRNA攜帶氨基酸，進(jìn)而合成多肽鏈。同時(shí)，核糖體還具有校對(duì)和修飾功能，確保蛋白質(zhì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。核糖體蛋白質(zhì)合成原理

高爾基體在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中作用高爾基體是細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和加工的重要場所之一。高爾基體參與蛋白質(zhì)的加工、分選和轉(zhuǎn)運(yùn)，包括糖基化、磷酸化等修飾過程以及蛋白質(zhì)向不同細(xì)胞器或質(zhì)膜的定向轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，高爾基體還參與細(xì)胞壁的形成、植物激素的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)等過程。在動(dòng)物細(xì)胞中，高爾基體還與細(xì)胞分泌物的形成和轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)。03細(xì)胞核與遺傳信息儲(chǔ)存染色體組成及DNA復(fù)制過程染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，其中DNA是遺傳信息的載體，蛋白質(zhì)則起到保護(hù)和調(diào)控DNA的作用。染色體組成DNA復(fù)制是一個(gè)半保留復(fù)制的過程，包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。在起始階段，DNA雙鏈在復(fù)制起點(diǎn)處解開，形成復(fù)制叉；在延伸階段，DNA聚合酶以一條鏈為模板，合成新的互補(bǔ)鏈；在終止階段，復(fù)制叉相遇并連接，形成完整的雙鏈DNA。DNA復(fù)制過程基因表達(dá)調(diào)控的意義基因表達(dá)調(diào)控是細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境變化、維持正常生理功能的關(guān)鍵機(jī)制之一。通過調(diào)控基因表達(dá)的時(shí)空特異性，細(xì)胞可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生理需求的精確響應(yīng)。基因表達(dá)調(diào)控的層次基因表達(dá)調(diào)控可以在多個(gè)層次上進(jìn)行，包括轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等。這些層次的調(diào)控機(jī)制相互作用，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的精細(xì)控制?；虮磉_(dá)調(diào)控機(jī)制簡介轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過程。在轉(zhuǎn)錄過程中，RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合到DNA模板鏈上，以堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式合成RNA鏈。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通常是mRNA，它是編碼蛋白質(zhì)的模板。轉(zhuǎn)錄過程翻譯是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程。在翻譯過程中，核糖體識(shí)別并結(jié)合到mRNA上，通過tRNA攜帶氨基酸并合成多肽鏈。多肽鏈經(jīng)過折疊和加工后形成具有生物活性的蛋白質(zhì)。翻譯過程轉(zhuǎn)錄和翻譯過程剖析表觀遺傳學(xué)的概念表觀遺傳學(xué)是研究基因表達(dá)變化如何在不改變DNA序列的情況下影響細(xì)胞表型和功能的學(xué)科。它涉及到DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等多種調(diào)控機(jī)制。表觀遺傳學(xué)在細(xì)胞核中的體現(xiàn)細(xì)胞核是表觀遺傳學(xué)調(diào)控的重要場所。在細(xì)胞核中，表觀遺傳學(xué)機(jī)制可以通過影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)控基因表達(dá)。例如，DNA甲基化和組蛋白修飾可以影響染色質(zhì)的可及性和轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄水平。此外，非編碼RNA也可以在細(xì)胞核中發(fā)揮作用，通過與DNA或RNA結(jié)合來調(diào)控基因表達(dá)。表觀遺傳學(xué)在細(xì)胞核中體現(xiàn)04細(xì)胞周期與分裂方式末期核膜核仁重新出現(xiàn)，染色體變成染色質(zhì)，紡錘絲消失，細(xì)胞一分為二。后期著絲粒分裂，姐妹染色單體分開成為染色體，在紡錘絲牽引下向細(xì)胞兩極移動(dòng)。中期染色體形態(tài)固定、數(shù)目清晰，著絲粒排列在赤道板上。間期細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞適度生長。前期核膜核仁逐漸消失，出現(xiàn)紡錘絲和染色體。有絲分裂各階段特點(diǎn)描述保證有性生殖生物個(gè)體世代之間保持相對(duì)穩(wěn)定的染色體數(shù)目。通過非同源染色體的隨機(jī)組合，增加配子的多樣性，增強(qiáng)后代的適應(yīng)性。通過同源染色體的聯(lián)會(huì)和交換，增加配子的變異和多樣性。減數(shù)分裂在生殖過程中作用無絲分裂是一種簡單的細(xì)胞分裂方式，主要見于低等生物和高等生物體內(nèi)衰老或病態(tài)的細(xì)胞中。在無絲分裂過程中，細(xì)胞核先延長，核的中部向內(nèi)凹進(jìn)，縊裂成為兩個(gè)細(xì)胞核；接著，整個(gè)細(xì)胞從中部縊裂成兩部分，形成兩個(gè)子細(xì)胞。無絲分裂過程中不出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化。無絲分裂現(xiàn)象解釋細(xì)胞周期蛋白（Cyclins）：一類隨著細(xì)胞周期的進(jìn)行而表達(dá)量發(fā)生周期性變化的蛋白質(zhì)，通過與特定的蛋白激酶結(jié)合并激活其活性，從而推動(dòng)細(xì)胞周期的進(jìn)程。細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）：一類與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合并受其調(diào)控的蛋白激酶，在細(xì)胞周期的各個(gè)時(shí)期中發(fā)揮關(guān)鍵作用。細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（CellCycleCheckpoints）：在細(xì)胞周期中的某些關(guān)鍵時(shí)期，存在一系列檢查機(jī)制，用于監(jiān)控細(xì)胞的生理狀態(tài)和DNA損傷情況，確保細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)入下一個(gè)時(shí)期。這些檢查點(diǎn)受到多種調(diào)控因子的共同控制，包括p53、ATM、ATR等。細(xì)胞周期調(diào)控因子介紹05細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑及功能G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和功能G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）是一類膜受體，通過與G蛋白結(jié)合傳遞信號(hào)。它們具有七次跨膜結(jié)構(gòu)域，能夠識(shí)別并結(jié)合多種配體，如激素、神經(jīng)遞質(zhì)等。配體結(jié)合與G蛋白激活當(dāng)配體與GPCRs結(jié)合時(shí)，受體會(huì)發(fā)生構(gòu)象變化，激活與之結(jié)合的G蛋白。G蛋白由α、β、γ三個(gè)亞基組成，其中α亞基具有GTP酶活性，能夠?qū)⒔Y(jié)合的GDP替換為GTP，從而激活下游效應(yīng)器。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活的G蛋白可以作用于多種效應(yīng)器，如腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C等，產(chǎn)生第二信使如cAMP、DAG等，進(jìn)一步激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)010203酶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和功能酶聯(lián)受體（Enzyme-LinkedReceptors）是一類具有酶活性的膜受體，能夠?qū)⒓?xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)信號(hào)。它們通常包括受體酪氨酸激酶、受體絲氨酸/蘇氨酸激酶等。配體結(jié)合與受體激活當(dāng)配體與酶聯(lián)受體結(jié)合時(shí)，受體會(huì)發(fā)生二聚化或寡聚化，形成具有酶活性的復(fù)合物。同時(shí)，受體的構(gòu)象發(fā)生變化，暴露出酶活性位點(diǎn)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活的酶聯(lián)受體可以催化底物磷酸化或去磷酸化，產(chǎn)生第二信使如磷酸化酪氨酸、磷酸化絲氨酸/蘇氨酸等。這些第二信使可以進(jìn)一步激活下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，如MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)、PI3K/Akt信號(hào)通路等。酶聯(lián)受體介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)要點(diǎn)三離子通道型受體的結(jié)構(gòu)和功能離子通道型受體（IonChannelReceptors）是一類具有離子通道活性的膜受體，能夠直接調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子的流動(dòng)。它們包括配體門控離子通道和電壓門控離子通道等。要點(diǎn)一要點(diǎn)二配體結(jié)合與離子通道開放當(dāng)配體與離子通道型受體結(jié)合時(shí)，受體會(huì)發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致離子通道的開放或關(guān)閉。這種變化可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子的濃度和電位差。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑離子通道型受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子的濃度和電位差來影響細(xì)胞的生理功能。例如，鈣離子內(nèi)流可以激活鈣調(diào)蛋白激酶等下游信號(hào)分子，進(jìn)一步調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝、增殖和分化等過程。要點(diǎn)三離子通道型受體介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)分子的相互作用細(xì)胞內(nèi)存在多種信號(hào)分子，它們之間通過相互作用形成一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。這些信號(hào)分子包括激酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)錄因子等，它們可以通過磷酸化、去磷酸化、乙?；刃揎梺碚{(diào)節(jié)彼此的活性。信號(hào)通路的交叉調(diào)控不同的信號(hào)通路之間也存在交叉調(diào)控作用。例如，某些激酶可以同時(shí)激活多條信號(hào)通路，而某些磷酸酶則可以同時(shí)抑制多條信號(hào)通路。這種交叉調(diào)控作用使得細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)具有高度的復(fù)雜性和靈活性。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的時(shí)空特異性細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還具有時(shí)空特異性。不同細(xì)胞類型或同一細(xì)胞在不同生理狀態(tài)下，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和調(diào)控機(jī)制可能存在差異。此外，同一信號(hào)分子在不同時(shí)間和空間的表達(dá)也可能有所不同，進(jìn)一步增加了細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性。細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控06細(xì)胞生長、分化與凋亡生長因子激素細(xì)胞周期調(diào)控因子作用機(jī)制細(xì)胞生長調(diào)控因子及作用機(jī)制促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂的蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)，如胰島素、表皮生長因子等。控制細(xì)胞周期進(jìn)程的蛋白質(zhì)，如細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）和細(xì)胞周期蛋白（cyclins）等。通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)代謝過程來影響細(xì)胞生長的化學(xué)物質(zhì)，如甲狀腺激素、性激素等。生長因子等通過與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路，最終影響基因表達(dá)和細(xì)胞生長。細(xì)胞逐漸產(chǎn)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上的特化，形成不同類型的細(xì)胞。分化過程基因表達(dá)變化轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控表觀遺傳學(xué)調(diào)控分化過程中，細(xì)胞的基因表達(dá)模式發(fā)生改變，特定基因被激活或抑制，導(dǎo)致細(xì)胞表型的改變。轉(zhuǎn)錄因子通過與DNA結(jié)合，調(diào)控特定基因的轉(zhuǎn)錄過程，從而影響細(xì)胞分化。不涉及DNA序列改變的遺傳信息調(diào)控方式，如DNA甲基化、組蛋白修飾等，也參與細(xì)胞分化過程。細(xì)胞分化過程和基因表達(dá)變化干細(xì)胞定義干細(xì)胞分類干細(xì)胞分化機(jī)制干細(xì)胞治療應(yīng)用干細(xì)胞在分化中角色探討01020304具有自我更新能力和多向分化潛能的細(xì)胞，可分化為多種類型的成熟細(xì)胞。根據(jù)來源和分化潛能不同，干細(xì)胞可分為胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞等。干細(xì)胞通過內(nèi)在基因表達(dá)和外在微環(huán)境信號(hào)共同作用，逐步分化為特