湖北科技学院

医学细胞生物学

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课程概述

细胞是生命体的基本结构单位、功能单位、遗传单位,是个体生长发育的基础。人类必须通过彻底认识细胞,才能透彻理解生命过程,彻底认识疾病发生、发展及转归的规律和人体生老病死的机制。

医学细胞生物学medical cell biology是以细胞为研究对象,运用现代物理、化学技术和实验生物学的方法,从细胞的显微结构、亚显微结构、分子结构以及细胞与环境的关系四个层次,动态地、全面系统地研究细胞的形态结构、功能及其生命活动规律,以及细胞与疾病的发生、发展关系和防治规律的学科。它既汇总了生命科学的精髓,同时还是联系医学各学科的纽带和桥梁,是一门从微观水平研究生命的综合性学科。

为了推动医学细胞生物学课程的教学改革,适应网络基础医学教育变革的需要,我们目前隆重推出《医学细胞生物学MOOC课程。本课程适用于临床医学、预防医学、口腔医学、护理学、药学、五官医学等医学专业。

医学细胞生物学课程内容结构包括4个方面,其一是细胞、细胞生物学的概念,发展简史,与医学的关系,细胞的分子基础。其二是细胞的结构与功能。以细胞中的各种结构作为主线,将每一种结构都分解成化学组成、结构和功能等主要内容,通过典型的细胞活动将结构与功能联系起来,同时在结构与功能的介绍中贯穿了三个不同的研究水平。其三是细胞的基本生命活动的学习,包括细胞分裂与细胞周期,细胞分化。其四是目前的研究热点干细胞。课程内容结构合理,既体现了基础知识,又反映了前沿研究。 

授课目标
通过本课程学习,使学生①熟悉或掌握细胞的显微结构、细胞器的超微结构和分子组成与结构及其结构与功能的病变与特定疾病之间的关系;②熟悉或掌握细胞物质运输、生长、增殖、分化、信号转导、衰老死亡等生命活动的本质与规律;③了解细胞生物学研究的新成果与技术及其在临床医学中的应用等。
证书要求

 


预备知识

授课大纲

第一章  绪论

第一节 细胞生物学概述

一、细胞生物学的概念与研究内容

(一)细胞生物学(cell biology)的概念

(二)细胞生物学的研究内容

二、细胞生物学在生命科学中的地位

(一)细胞是生命的基础

(二)细胞生物学是生命科学许多学科之间的纽带

(三)细胞生物学是生命科学的基础学科和前沿学科

第二节 细胞生物学发展的几个主要阶段

一、细胞的发现与细胞学说的创立

二、经典细胞学阶段

三、实验细胞学阶段

四、亚显微结构与分子水平的细胞生物学阶段

第三节 细胞生物学与医学

一、细胞生物学与医学的关系

(一)细胞生物学是基础医学和临床医学的基础学科和前沿学科

(二)细胞生物学在医学中的应用推动了医学的发展

(三)医学不断向细胞生物学等基础研究提出新课题

 

二、细胞生物学的某些研究领域与医学意义

(一)细胞的信号转导

(二)细胞分化与干细胞研究

(三)细胞增殖与细胞周期调控

(四)细胞衰老与死亡

(五)细胞的基因组学、蛋白质组学

 

第二章  细胞的概念与分子基础

第一节  细胞的基本概念

一、细胞是生命活动的基本单位

(一)细胞是生物体的基本结构单位

(二)细胞是生物体的基本功能单位

(三)细胞是有机体生长与发育的基础

(四)细胞是遗传的基本单位

二、原核细胞

(一)特征

(二)主要类群

三、真核细胞

(一)真核细胞的形态与大小

(二)真核细胞的基本结构

四、非细胞生命形态——病毒

(一)特征

(二)成分

(三)类别

第二节  细胞的分子基础

一、生物小分子

(一)糖类

(二)脂肪酸

(四)氨基酸

(五)核苷酸

二、生物大分子

(一)核酸

(二)蛋白质

第三节  细胞的起源于进化

一、原始细胞的形成

(一)有机小分子

(二)生物大分子

(三)多分子体系

(四)原始生命

(五)原始细胞

二、原核细胞向真核细胞的演化

(一)核膜的起源

(二)内膜系统的起源

(三)线粒体、叶绿体的起源

三、单细胞生物向多细胞生物的进化

(一)单细胞阶段

(二)单细胞群体阶段

(二)多细胞生物阶段


第三章  细胞膜的结构与物质的跨膜运输

    第一节 细胞膜的化学成分与分子结构

一、细胞膜的化学组成

(一)膜脂类

(二)膜蛋白类

(三)膜糖类

二、细胞膜的特性

(一)膜分子分布的不对称性

(二)构成膜的分子的运动性

三、细胞膜的分子结构模型

(一)片层结构模型

(二)单位膜模型

(三)液态镶嵌模型

第二节 小分子物质的跨膜运输

一、膜的选择性通透和简单扩散

(一)膜的选择通透性

(二)简单扩散

二、膜转运蛋白介导的跨膜运输

(一)离子通道介导的易化扩散

(二)载体蛋白介导的易化扩散

(三)载体蛋白介导的主动运输

第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输

一、胞吞作用

(一)吞噬作用

(二)胞饮作用

(三)受体介导的内吞作用

二、胞吐作用

(一)结构性分泌途径

(二)调节性分泌途径

第四节 细胞表面及其特化结构

一、细胞外被和胞质溶胶

二、细胞表面的特化结构

第五节 细胞膜异常与疾病

一、载体蛋白异常与疾病——胱氨酸尿症

二、离子通道异常与疾病——囊性纤维化

三、膜受体异常与疾病——家族性高胆固醇血症

 

第四章  细胞的内膜系统与囊泡运输

第一节 内质网

一、内质网的化学组成

(一)脂类

(二)蛋白质

二、内质网的形态结构

(一)基本形态结构

(二)动态变化

三、内质网的基本类型

(一)粗面内质网

(二)滑面内质网

四、内质网的功能

(一)粗面内质网的功能

(二)滑面内质网的功能

第二节 高尔基复合体

一、高尔基复合体的形态结构

(一)高尔基复合体的形态

(二)高尔基复合体功能分区

(三)高尔基复合体在细胞中的分布形式

二、高尔基复合体的化学组成

(一)脂类

(二)蛋白质

三、高尔基复合体的功能

(一)蛋白质、脂类的糖基化

(二)分泌蛋白的分类、修饰、加工和浓缩

(三)蛋白运输

(四)参与溶酶体的形成,并有浓缩作用

第三节 溶酶体

一、溶酶体的形态结构和化学组成

(一)形态结构特点

(二)化学组成

二、溶酶体的类型

按功能状态分类:

(一)初级溶酶体

(二)次级溶酶体

(三)三级溶酶体

按形成过程分类:

(一)内体性溶酶体

(二)吞噬性溶酶体

三、溶酶体形成与成熟过程

(一)通过内质网和高尔基复合体形成

(二)在细胞质中与底物运输泡融合后逐步成熟

四、溶酶体的功能

(一)消化细胞内物质

(二)参与甲状腺素的生成

(三)参与骨质更新

(四)协助精子与卵受精

(五)参与某些动物机体器官组织的变态与退化

第四节 过氧化物酶体

一、过氧化物酶体的形态结构

(一)一般形态

(二)特殊结构

二、过氧化物酶体的酶类组成

(一)氧化酶类

(二)过氧化氢酶类

三、过氧化物酶体的功能

(一)清除过氧化氢和其他有毒物质

(二)调节细胞氧含量

(三)分解胞内脂肪酸

四、过氧化物酶体的发生

(一)内质网高尔基体过氧化物酶体途径

(二)过氧化物酶体自分裂途径

第五节 囊泡与囊泡转运

一、囊泡的来源与类型

(一)囊泡的形成

(二)包被蛋白的作用

(三)囊泡的类型

二、囊泡转运

第六节 细胞内膜系统与医学的关系

一、内质网的病理变化

(一)肿胀,囊泡化

(二)肝细胞内质网肥大

(三)核糖体脱落

二、高尔基复合体的病理形态变化

(一)细胞分化程度与高尔基体

(二)中毒、损伤、衰老细胞的高尔基体改变

三、溶酶体与疾病

(一)溶酶体缺乏或缺陷疾病

(二)溶酶体酶外泄致组织损伤性疾病

四、过氧化物酶体与疾病

(一)原发性过氧化物酶体缺陷所致的疾病

(二)疾病过程中过氧化物酶体的病理改变

 

第五章 线粒体与细胞的能量转换

  第一节 线粒体的基本特征

一、线粒体的形态、数量和结构

(一)线粒体的形态、数量

(二)线粒体的超微结构

二、线粒体的化学组成

(一)蛋白质

(二)脂类

(三)DNA及遗传系统

三、线粒体的遗传体系

(一)线粒体基因组特征

(二)线粒体基因表达

(三)线粒体DNA的复制

四、核编码蛋白向线粒体的转运

(一)前体蛋白在线粒体外去折叠

(二)多肽链穿越线粒体膜

(三)多肽链在线粒体基质内重新折叠

五、线粒体的起源与发生

(一)线粒体的起源:内共生

(二)线粒体的发生:二分裂

第二节 细胞呼吸与能量转换

一、细胞呼吸

二、细胞能量的转换分子——ATP

第三节细胞的能量转换

一、糖酵解

(一)糖酵解的场所

(二)糖酵解的步骤

二、三羧酸循环

(一)三羧酸循环的场所

(二)三羧酸循环的步骤

三、氧化磷酸化与ATP形成

(一)呼吸链和ATP酶复合体

(二)氧化磷酸化的作用机理

第四节 线粒体与细胞死亡

一、与细胞死亡有关的线粒体机制

二、线粒体控制细胞死亡的假说

第五节 线粒体与医学

一、疾病过程中的线粒体变化

(一)线粒体的氧化功能随个体年龄增加而降低

(二)疾病过程中线粒体的变化主要是mtDNA的损伤和线粒体功能受损

二、线粒体DNA突变与疾病

(一)线粒体病的特征

(三)线粒体病举例

 

第六章  细胞骨架与细胞的运动

  第一节  微管

一、微管的成分、结构及类型

(一)化学组成

(二)分子结构

(三)微管的类型与特性

二、微管结合蛋白与马达蛋白

(一)微管结合蛋白

(二)微管马达蛋白

三、微管的装配与动力学

(一)微管组织中心

(二)微管的组装

(三)影响微管聚合和解聚的因素

四、微管的功能

(一)维持细胞形态和细胞器的位置、分布

(二)参与细胞运动和细胞内物质运输

(三)参与染色体的分裂与位移

第二节 微丝

一、肌动蛋白与微丝的结构

(一)肌动蛋白的结构

(二)微丝的结构

二、微丝结合蛋白及其功能

(一)单体隔离蛋白

(二)交联蛋白

(三)末端阻断蛋白

(四)纤维切割蛋白

(五)肌动蛋白纤维解聚蛋白

(六)膜结合蛋白

(七)肌球蛋白

三、微丝的装配机制

(一)组装过程

(二)微丝组装的动态调节因素(内因)

(三)影响组装的因素(外因)

四、微丝的功能

(一)维持细胞形态,在胞间连接中参与粘合带的形成

(二)参与细胞运动、胞质流动和细胞内物质运输

(三)参与细胞分裂和细胞内信号传导

(四)作为肌纤维的成分,承担肌肉收缩功能

第三节 中间纤维

一、中间纤维的结构和类型

(一)中间纤维蛋白的结构特征

(二)中间纤维蛋白的类型

二、中间纤维的装配和调节

(一)中间纤维的装配

(二)中间纤维组装与去组装的调节

三、中间纤维的功能

(一)形成完整的网络骨架系统,细胞提供机械强度支持,有助于细胞器的定位分布

(二)角蛋白纤维参与桥粒和半桥粒的结构组成

(三)神经原纤维在神经细胞轴突运输和信息传递中起作用

(四)核纤层维持细胞核膜稳定

(五)参与细胞分化(有组织特异性)

第五节 细胞骨架与疾病

一、细胞骨架与肿瘤

二、细胞骨架蛋白与神经系统疾病

三、细胞骨架与遗传性疾病


第七章 细胞核

第一节 核膜

一、核膜的化学组成

(一)蛋白质

(二)脂类

二、核膜的结构与区域化作用

(一)核膜的结构

(二)核膜的功能

三、核孔复合体与核-质间的物质运输

(一)核孔复合体的结构

(二)核孔复合体的物质运输功能

四、核纤层的结构与功能

(一)核纤层的结构

(二)核纤层的功能

第二节 染色质与染色体

一、染色质的组成成分

(一)DNARNA

(二)组蛋白与非组蛋白

二、常染色质与异染色质

(一)常染色质的特征

(二)异染色质的特征

(三)异染色质的类别

三、染色质组装成染色体

(一)多级螺旋结构模型

(二)染色体骨架-放射环模型

四、染色体的形态结构

(一)染色单体与姐妹染色单体

(二)主缢痕与染色体臂

(三)着丝粒与染色体的类型

(四)动粒与染色体移动

(五)次缢痕与核仁组织区

(六)随体与端粒

(六)特殊类型的染色体

五、核型与染色体带型

(一)核型(karyotype)

(二)带型(band pattern)

第三节 核仁

一、核仁的形态结构与化学组成

二、核仁的功能

三、核仁周期

第四节  核骨架

一、核骨架的形态结构与化学组成

二、核骨架的功能

第五节 细胞核的功能

一、贮存遗传信息

二、复制遗传信息

三、转录遗传信息

第六节 细胞核与疾病

一、细胞核形态异常与肿瘤

二、      染色体异常与疾病

 

第八章 细胞连接与细胞粘连

第一节 细胞连接

一、紧密连接

(一)组织分布

(二)构成成分与结构特点

(三)主要功能

二、锚定连接

(一)锚定连接的类别

(二)组织分布

(三)构成成分与结构特点

(四)主要功能

三、通讯连接

(一)通讯连接的类别

(二)组织分布

(三)构成成分与结构特点

(四)主要功能

第二节 细胞粘附分子与细胞粘连

一、钙粘素家族

(一)钙粘素的分子结构

(二)钙粘素的功能

(三)钙粘素与疾病

二、选择素

(一)选择素的分子结构

(二)选择素的功能

三、免疫球蛋白超家族

(一)免疫球蛋白超家族的功能

(二)免疫球蛋白超家族与医学

四、整联蛋白家族

(一)膜整联蛋白的结构与细胞定位

(二)膜整联蛋白的功能与活性特征

 

第九章 细胞外基质及其与细胞的相互作用

第一节 细胞外基质的主要组成成分

一、氨基聚糖与蛋白聚糖

(一)氨基聚糖的分子结构

(二)蛋白聚糖的分子结构

(三)氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性及生物学功能

二、胶原与弹性蛋白

(一)胶原(分子结构、类型、装配与降解、功能)

(二)弹性蛋白(结构特征、理化特性、组织分布、功能)

三、纤粘连蛋白与层粘连蛋白

(一)纤粘连蛋白(分子结构、功能、与疾病的关系)

(二)层粘连蛋白(分子结构、功能、与疾病的关系)

第二节 细胞外基质的特化结构——基底膜

一、基底膜的分布

(一)分布于上皮和内皮基底部

(二)分布在肌细胞、脂肪细胞、雪旺氏细胞外周

二、基底膜的组成成分

(一)型胶原

(二)层粘连蛋白

(三)内联蛋白

(四)渗滤素

三、基底膜的生物学功能

(一)连接上皮组织与结缔组织

(二)细胞通行屏障

(三)物质通透屏障

(四)与细胞多种生命活动相关

第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用

一、细胞外基质对细胞生物学行为的影响

(一)影响细胞的形态结构

(二)影响细胞的生存与死亡

(三)影响细胞的增殖与分化

(四)影响细胞迁移

二、细胞对细胞外基质的影响

(一)细胞外基质由相应组织的细胞合成与分泌,细胞决定细胞外基质的成分

(二)细胞控制细胞外基质的降解

 

第十章 细胞分裂和细胞周期

 第一节 细胞分裂

一、无丝分裂

(一)无丝分裂的过程

(二)无丝分裂的特点

(三)进行无丝分裂的真核细胞类型

二、有丝分裂

(一)细胞有丝分裂的总体特征

(二)细胞有丝分裂的过程及各时期的形态学特征

三、减数分裂

(一)减数分裂的总体特征

(二)减数分裂的过程及各时期的形态学特征

(三)减数分裂特有的特征及其意义

第二节 细胞周期及其调控

一、细胞周期的基本概念

(一)细胞周期的时相划分

(二)细胞周期时间

(三)研究细胞周期的方法

二、细胞周期各时相的动态变化与生物大分子的合成

(一)G1

(二)S 期(DNA synthesis)

(三)G2

(四)M

三、细胞周期的调控

(一)细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖激酶

(二)细胞周期检测点在周期调控中的作用

(三)生长因子对细胞周期的调控作用

(四)癌基因和抑癌基因在细胞周期调控中的作用

(五)其它因素对细胞周期的调控作用

四、卵母细胞减数分裂及其调控

(一)卵母细胞减数分裂进程的特殊性

(二)卵母细胞减数分裂的调控

第三节 细胞周期与医学的关系

一、细胞周期与再生的关系

(一)生理性再生

(二)修复性再生

二、细胞周期与肿瘤发生

(一)肿瘤相关基因突变是肿瘤发生的遗传学基础

(二)细胞增殖失控是肿瘤发生的细胞生物学基础

(三)细胞癌基因调控细胞增殖的机制

(四)肿瘤细胞的周期特征

三、细胞周期与肿瘤治疗

(一)根据细胞周期理论研发抗肿瘤药物和制订肿瘤治疗方案

(二)根据处于细胞周期不同时间点的肿瘤细胞对不同因素有不同的敏感性的特征,指导肿瘤治疗

(三)利用生长因子诱导G0肿瘤细胞进入增殖期后用化疗药物杀伤

 

第十一章 细胞分化

第一节 细胞分化的基本概念

一、多细胞生物个体发育的一般过程与细胞分化潜能

(一)三胚层的分化方向

(二)细胞分化的一般规律

(三)分化细胞的全能性

二、细胞决定与细胞分化

(一)细胞决定制约细胞分化方向

(二)细胞决定具有严格的程序性和高度的遗传稳定性

三、细胞的去分化与转分化

(一)去分化

(二)转分化

四、细胞分化的时空性

(一)细胞分化的时间性

(二)细胞分化的空间性

五、细胞分裂与细胞分化

(一)在增殖的基础上分化

(二)快速增殖的细胞不发生分化或分化不明显

(三)高度分化的细胞增殖缓慢或丧失增殖能力

第二节 细胞分化的分子基础

一、基因组的活动模式

(一)基因选择性表达

(二)基因组改变

二、细胞质中的细胞分化决定因子的不均匀分布和不均等分配

(一)卵细胞中效应基因产物的极性分布是细胞分化的决定性因素

(二)卵细胞中效应基因产物的不均等分配是决定细胞分化的重要机制

三、基因选择性表达的调控

(一)特定基因的表达是特异性转录因子与活性染色质相互作用的结果

(二)主控基因效应

(三)染色质成分的修饰与基因转录

(四)同源盒基因对基因表达的调控

第三节 细胞分化的调节因素

一、细胞间相互作用对细胞分化的影响

(一)胚胎诱导

(二)分化抑制

二、激素对细胞分化的作用

(一)激素调节的特点

(二)激素调节举例

三、环境因素对细胞分化的影响

(一)环境因素对细胞分化的影响普遍存在于不同类群的生物

(二)环境因素对细胞分化的影响有多种不同表现形式

第四节 细胞分化与肿瘤发生

一、肿瘤细胞的分化特征

二、肿瘤细胞的分化起源

三、肿瘤细胞向正常细胞的诱导分化

 

第十二章 干细胞

第一节 干细胞概述

一、干细胞的类型

(一)全能干细胞

(二)多能干细胞(胚胎干细胞)

(三)专能干细胞(组织特异性干细胞)

(四)成体干细胞(专能性)

二、干细胞的形态与生化特征

(一)干细胞的形态特征

(二)干细胞的生化特征

三、干细胞的增殖特性与分化特性

(一)干细胞增殖缓慢

(二)干细胞有很强的增殖稳定性

(三)干细胞具有分化成多种细胞的潜能

(四)干细胞分化具有一定的可塑性

四、干细胞生理活动的微环境

(一)干细胞巢中的分化调控因子

(二)细胞间的相互作用是干细胞增殖分化的一种调控因素

(三)整联蛋白和细胞外基质对干细胞增殖与分化的影响

第二节 胚胎干细胞

一、胚胎干细胞的分布

胚胎干细胞分布于囊胚期的内细胞团

二、胚胎干细胞的生物学特性

(一)具有原始细胞的形态和生化特征

(二)具有向三个胚层组织细胞分化的潜能

三、胚胎干细胞的体外分化

(一)胚胎干细胞定向分化的培养条件

(二)胚胎干细胞向三个胚层分化的条件差异

第三节 成体干细胞

一、造血干细胞

(一)自然分化方向

(二)形态学特点

(三)胚胎发育过程中造血干细胞的迁移

二、间充质干细胞

(一)组织分布

(二)分化方向

(三)表面抗原

三、神经干细胞

(一)特征性生化标志以及在中枢神经系统中的定位

(二)分化方向

(三)干细胞维持和分化的因素

四、皮肤干细胞

(一)类别

(二)分化方向

(三)生化标志

五、肠干细胞

(一)定位

(二)分化方向

六、肝干细胞

(一)定位

(二)生化标志

(三)增殖分化机制

第四节 特殊类型的干细胞

一、精原干细胞

(一)精原干细胞是精子发生的细胞基础

(二)精原干细胞分化具有复杂的调控机制

二、癌干细胞

(一)癌干细胞表达的特异分子标记

(二)癌干细胞的起源

(三)癌干细胞是肿瘤防治的全新靶标

第五节 干细胞与医学

一、细胞治疗

二、组织工程

三、药物的毒性和疗效评价


参考资料

1.      左伋. 医学细胞生物学. 4. 上海: 复旦大学出版社, 2008

2.      杨抚华. 医学细胞生物学. 5. 北京: 科学出版社, 2007

3.      杨恬. 医学细胞生物学. 2. 北京: 人民卫生出版社, 2010

4.      胡以平. 医学细胞生物学. 3. 北京: 高等教育出版社, 2014

5.      刘佳, 周天华. 医学细胞生物学. 1. 北京: 高等教育出版社, 2014

 


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