生物化学与分子生物学进展：细胞分化的分子机制
生物化学与分子生物学的主要内容
生物化学与分子生物学的主要内容生物化学与分子生物学是研究生物体内分子结构、功能和相互作用的学科。
以下是该学科的主要内容：1. 生物分子的结构与功能：生物化学与分子生物学涉及研究生物体内各种分子的结构和功能，如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类等。
通过研究这些分子的结构，可以了解它们在生物体内的功能和相互作用。
2. 酶与代谢：生物化学与分子生物学研究酶的结构、功能和调节机制。
酶是生物体内催化化学反应的蛋白质，对维持生物体的代谢过程至关重要。
通过研究酶的特性，可以深入了解代谢途径和能量转化过程。
3. 基因表达与调控：生物化学与分子生物学研究基因的表达和调控机制。
基因表达过程包括转录和翻译，通过研究这些过程可以了解基因如何转化为蛋白质，并探究基因调控对生物体发育、功能和适应性的影响。
4. 分子信号传导：生物化学与分子生物学研究细胞内外分子信号传导的机制。
细胞通过化学信号相互作用，调节各种生物学过程，如细胞增殖、分化和凋亡等。
研究分子信号传导可以揭示细胞内各种信号通路的调控机制。
5. 分子遗传学：生物化学与分子生物学研究基因的结构和功能，以及基因在遗传传递中的作用。
通过研究基因的结构和功能，可以了解基因突变对个体遗传特征的影响，并揭示基因与表型之间的关系。
6. 分子进化：生物化学与分子生物学研究生物体进化过程中分子的变化和演化。
通过比较不同物种间的分子结构和序列，可以推断它们的进化关系和演化历史，从而深入了解生物体的起源和多样性。
这些是生物化学与分子生物学的主要内容，通过研究这些领域，可以更好地理解生物体内分子的结构与功能，以及它们在生命过程中的重要作用。
细胞生物学名词解释
• 细胞凋亡过程中，信号分子与受体结合，产生信号转导蛋白的激活和信号分子的磷酸化等
过程
• 细胞凋亡的结果是调节细胞内的基因表达、细胞代谢等过程，实现细胞自我降解
细胞凋亡的生物学意义
• 细胞凋亡是生物体正常发育和生理平衡的重要保障，清除损伤、衰老和异常细胞
• 细胞凋亡异常可能导致疾病的发生发展，如肿瘤、神经退行性疾病等
Docs
• 高尔基体由多层膜构成，内部存在高尔基体腔和囊泡
• 高尔基体腔中的蛋白质和脂质通过囊泡运输到细胞膜或其他细胞器
线粒体的结构与功能
• 线粒体是细胞内的能量工厂，负责合成ATP，为细胞的生命活动提供
能量
• 线粒体由双层膜构成，内部存在线粒体基质和线粒体内膜
• 线粒体基质中含有酶和底物，参与ATP的合成过程
D O C S S M A RT C R E AT E
细胞生物学名词解释
CREATE TOGETHER
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01
细胞生物学的基本概念与原理
细胞生物学的起源与发展历程
• 细胞生物学的起源
• 细胞生物学是研究细胞的结构、功能、生命周期、生长、分化、信号传导等方面的科学
• 细胞生物学起源于19世纪末，细胞学的发展为细胞生物学奠定了基础
内质网的结构与功能
• 内质网是细胞内的膜系统，负责蛋白质的合成和脂质的代谢
• 内质网由单层膜构成，分为粗面内质网（含有核糖体）和光滑内质网
• 粗面内质网负责蛋白质的合成，光滑内质网负责脂质的代谢和储存
细胞核的结构与功能
细胞核的结构
• 细胞核是细胞内的遗传中心，负责遗传物质的复制、转录和翻译
• 细胞核由有助于疾病治疗方法的改进和优化，如细胞
生物化学及分子生物学常考名词解释总结!!!
蛋白质的二级构造是指多肽链的主链骨架中假设干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键为次级键而形成有规那么的构象，如α螺旋β折叠β转角等。
肽单位：肽键是构成在分子的根本化学键，肽键与相邻的原子所组成的基团，成为肽单位或肽平面。
构造域是位于超二级构造和三级构造间的一个层次。
构造域是在蛋白质的三级构造内的独立折叠单元，其通常都是几个超二级构造单元的组合。
在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级构造严密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体，即构造域。
超二级构造又称模块或膜序是指在多肽内顺序上相邻的二级构造常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规那么的二级构造聚集体。
三级构造具有二级构造、超二级构造或构造域的一条多肽链，由于其序列上相隔较远的氨基酸残基侧链的相互作用，而进展X围更广泛的盘曲与折叠，形成包括主、测链在内的空间排列，这种在一条多肽链中所有原子和基团在三维空间的整体排布称为三级构造。
一级构造蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。
四级构造多亚基蛋白质分子中各个具有三级构造的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维构造。
增色效应增色效应或高色效应。
由于DNA变性引起的光吸收增加称增色效应,也就是变性后 DNA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。
固定化酶不溶于水的酶。
是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。
脂肪酸的β氧化饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，C链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰CoA和较原来少两个C单位的脂肪酸，这个不断重复进展的脂肪酸氧化过程称为脂肪酸的β氧化。
脂肪酸的β-氧化根本过程：丁酰CoA经最后一次β氧化：生成2分子乙酰CoA 。
故每次β氧化1分子脂酰CoA生成1分子FADH２，1分子NADH+H+，1分子乙酰CoA，通过呼吸链氧化前者生成2分子ATP，后者生成3分子ATP。
中科大生物化学与分子生物学实验原理
中科大生物化学与分子生物学实验原理
中科大生物化学与分子生物学实验原理主要涉及以下内容：
1. 分子生物学实验原理：主要介绍DNA、RNA和蛋白质的合成、复制、转录和翻译等基本过程，以及基因表达调控的机制。
2. 生物化学实验原理：主要介绍生物大分子的合成、分解、代谢等过程，以及生物体内的物质代谢和能量代谢等过程。
3. 细胞生物学实验原理：主要介绍细胞的基本结构、功能和生长、增殖、分化等过程，以及细胞信号转导的机制。
4. 微生物学实验原理：主要介绍微生物的分类、形态、生长、繁殖等基本特征，以及微生物的分离、纯化、鉴定等技术。
5. 生物技术实验原理：主要介绍基因工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术的原理和技术，以及其在医药、农业、工业等领域的应用。
总的来说，中科大生物化学与分子生物学实验原理是一个广泛的领域，涉及多个学科的实验原理和技术，对于深入了解生命科学领域的基础知识和应用具有重要意义。
生物化学、化学生物学、分子生物学,三者联系与区别
一、生物化学、化学生物学、分子生物学，三者联系与区别欧洲化学生物学的一个专门刊名为ChemBioChem刊物，这部刊物在我所阅读的文献中被反复提及，我查到该文献的两位主编分别是Jean-Marie Lehn教授和Alan R. Fersht教授，他们在诠释刊物的宗旨[1]时指出：ChemBioChem意指化学生物学和生物化学，其使命是涵盖从复杂的碳水化合物、多肽蛋白质到DNA/RNA，从组合化学、组合生物学到信号传导，从催化抗体到蛋白质折叠，从生物信息学和结构生物学到药物设计，这一范围宽广而欣欣向荣的学科领域。
既然化学生物学涵盖面这么广泛，它到底和其它学科之间怎么区分呢？想到拿这个题目出来介绍是因为这是我在第一节课课堂讨论中的内容，我们小组所参考的文献主要是关于对化学生物学这门学科的认识，化学生物学的分析手段以及一些新的研究进展，比如药物开发和寻找药物靶点。
当时课堂上对于题目中三者展开过热烈讨论，作为新兴学科的化学生物学，研究的是小分子作为工具解决生物学问题的学科，它如何从生物化学和分子生物学中分别出来，这也是我自己最开始产生过矛盾的问题，这里我结合所查阅的文献谈一下自己的理解。
1.1 生物化学(Biological Chemistry)生物化学是研究生命物质的化学组成、结构、化学现象及生命过程中各种化学变化的生物学分支学科[1]。
根据一些生物化学的书我归纳了一下，其研究的基本内容包括对生物体的化学组成的鉴定，对新陈代谢与代谢调节控制，生物大分子的结构与功能测定，以及研究酶催化，生物膜和生物力学，激素与维生素，生命的起源与进化。
生物化学对其他各门生物学科的深刻影响首先反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。
通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。
细胞生物化学第25章 细胞分化
第二节 细胞分化的分子基础
一、基因组的活动模式
1. 基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
细胞分化过程中一般并不伴有基因组的改变。 多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，其基因组DNA并
不全部表达，而呈现选择性表达，它们按照一定的时-空 顺序，在不同细胞和同一细胞的不同发育阶段发生差异表 达（differential expression）。
Cell Differentiation
经过器官发生，各种组织细胞的命运最终确定， 呈单能化。
细胞分化的一般规律：在胚胎发育过程中，细胞 逐渐由“全能”到“多能”，最后向“单能”的趋向。
Cell Differentiation
终末分化细胞的细胞核具有全能性 全能性细胞核（totipotent nucleus）：终末分化 细胞的细胞核仍然具有全能性。 证明细胞核全能性的实验 ——核移植实验。 ⑴ 爪蟾核移植实验
Cell Differentiation
四、细胞分化的时-空性
在个体发育过程中，多细胞生物细胞既有时间上的 分化，也有空间上的分化。 一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态结构和功能， 即时间上的分化； 同一种细胞的后代，由于每种细胞所处的空间位置不同， 其环境也不一样，可以有不同的形态和功能，即空间上的 分化。
Cell Differentiation
一、多细胞生物个体发育过程 与细胞分化潜能
多细胞生物的个体发育过程： 一般包括胚胎发育和胚后发育两个阶段，前者包
括卵裂、囊胚、原肠胚等几个基本的发育阶段，脊椎 动物还要经过神经轴胚期以及器官发生等阶段。细胞 分化开始于原肠胚形成之后。
Cell Differentiation
生物化学与分子生物学 课程简介
生物化学与分子生物学课程简介生物化学与分子生物学是生物学的重要分支，研究生物体内分子的结构、功能和相互作用。
本课程简介将介绍生物化学与分子生物学的基本概念、研究内容和应用领域。
一、生物化学与分子生物学的基本概念生物化学是研究生物体内分子组成、结构和生物化学反应的科学。
它关注生物体内各种生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖和脂类）的合成、降解、调控以及与环境的相互作用。
分子生物学是研究生物体内分子结构、功能和相互作用的科学。
它关注生物体内分子的遗传信息传递、转录、翻译和调控等过程。
二、生物化学与分子生物学的研究内容1. 生物大分子的结构与功能：生物化学与分子生物学研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构与功能关系，通过研究它们的三维结构、功能域和激活机制等，揭示生命活动的分子基础。
2. 代谢途径与调控：生物体内的代谢途径是生物化学与分子生物学研究的重要内容。
研究代谢途径的调控机制，可以了解细胞内各种代谢物的合成、转化和调节，为疾病的诊断和治疗提供理论依据。
3. 基因表达与调控：生物化学与分子生物学研究基因的表达与调控机制，包括DNA转录为mRNA、mRNA翻译为蛋白质等过程。
研究基因表达与调控对于理解细胞分化、发育和疾病的发生机制具有重要意义。
4. 分子信号传导与细胞通讯：生物化学与分子生物学研究细胞内外的信号传导与细胞通讯机制。
研究细胞内信号传递的分子机制，可以揭示细胞的生长、分裂、凋亡等生理过程，为药物研发和治疗疾病提供新的思路。
5. 分子遗传学与基因工程：生物化学与分子生物学研究遗传物质的结构、功能和遗传规律。
通过基因工程技术，可以对生物体内基因进行修饰和转移，为农业、医学等领域的应用提供新的方法和手段。
三、生物化学与分子生物学的应用领域1. 医药领域：生物化学与分子生物学的研究为新药的研发提供了理论基础和实验方法。
通过研究生物大分子的结构与功能，可以设计和合成具有特定生物活性的药物，为疾病的治疗提供新的途径。
不同细胞类型的分化机制
不同细胞类型的分化机制细胞分化（cell differentiation）是生物发育过程中最为基本和关键的过程之一，能使一个全能性细胞（totipotent cell）通过该过程变为不同特定类型的细胞，从而在组成多细胞生物体中发挥各自不同的生理和功能作用。
在细胞分化过程中，细胞几乎完全丧失了其原有的全能性，而成为某种特定类型的细胞。
这种从全能性细胞到分化细胞的转变要依靠基因调控和信号传导等多个机制的协同作用。
因此，对于不同细胞类型的分化机制研究，为深入了解生命发育规律，构建相关医学应用基础奠定了坚实基础。
细胞分化早于胚胎发育过程开始，即不同全能性细胞在孕期即已经开始复杂的分化发展过程。
发育过程中，细胞分化的基本过程大致可分为三个阶段，即：前体细胞（细胞命运尚未确定的全能性初期），中期细胞（细胞命运特化程度已经加强），并最终发展成为成熟的细胞（高度特化细胞）。
不同的细胞类型分化过程具有诸多不同特征，但其基本分化机制可概括为：信号接受、基因调控、蛋白合成和细胞结构调整等方面。
信号接受是细胞分化的前导阶段，也是分化信号传导过程中最为重要的阶段。
生长因子、激素、转录因子、外界环境信号等因素既可以单独作用于细胞，也可以互相作用，通过细胞膜蛋白、肽、糖蛋白等方式传送到细胞内，启动细胞活动并引发细胞分化。
细胞分化信号的传递过程主要依靠生物学效应，通过不断的生物学反应而实现，如离子可逆嵌合等现象会触发相关的信号分子释放，从而在细胞内部引发连锁反应。
细胞分化过程中，基因调控是最重要的过程之一，也是最复杂的基因生物学调控过程之一。
当信号分子进入细胞内部后，由于多种因素导致细胞内环境发生变化，特定的基因组或区域被开启，从而启动特定基因的表达过程。
基因调控是整个过程中高度绝对的环节，而基因的发挥作用也必须以染色体为基本的单位。
蛋白合成是细胞分化过程中的必要过程，也是分化细胞功能特化的基础。
在分化细胞中，随着基因调控的逐渐升级和分化程度的加深，蛋白质分泌途径、氧化还原代谢等过程也发生了不同程度的改变，导致分化细胞合成的蛋白质种类和含量变化，这些蛋白质负责分化细胞特定的生理功能。
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细胞分化的分子机制
显微手术和基因组学揭开了发育控制之迷… … 基因克隆和测序展现出其分子机理… …
本章内容：
• 细胞分化的基本概念 • 细胞分化与干细胞、肿瘤细胞 • 参与细胞分化的信号转导通路 • 基因表达与组织形成 • 特异性蛋白基因表达的发育阶段性 • 基因表达的调控机制（非编码小RNA分子调控） • 影响细胞分化的因素 • 细胞分化异常与疾病
本期事件： 活跃的RNA和蛋白质合成 有丝分裂所需蛋白，微管蛋白合成 线粒体复制
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M期：有丝分裂期
持续时间一般为1h
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G0期
——指分裂后相对稳定的一段时期,也称静止期(resting or quiescent phase).
所谓G0期不包括在细胞周期之内。细胞在适宜刺激 下能被触发从静止状态进人增殖周期，G1期细胞在 一定条件下也可退入G0期。
终端分化细胞：细胞永远脱离细胞周期丧失分裂能 力。如神经细胞、心肌细胞等。
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细胞周期的特点
单向性：细胞周期只沿 G1 → S → G2 → M 方向推 进，不能逆行。
阶段性：细胞可因某种原因在某时相停滞，当条件 适宜时，细胞又可重新活跃到下一时期。
检查点：增殖细胞在分裂过程中，为了保证 DNA 复 制和染色体分配质量，细胞内存在监控机制 — 检测 点。各时相交叉处存在检查点（ check point ）， 只有通过检查点的检查，细胞才能进入下一个时相。
研究进展
转分化技术（Transdifferentiation）
转分化技术源自于iPS技术，同样是通过转录因子的导入，成体终末细胞可以转化为其 他类型的细胞。如将成纤维细胞转分化为功能性的神经元、心肌细胞、胰岛细胞等。该技 术的优势在于，可以直接将细胞转分化为目标细胞或目标细胞的干细胞，避免先经过iPS再 进行分化的复杂阶段。是目前干细胞研究的热点。
4）稳定性：一般情况，分化一旦确立，分化状态稳定 5）可逆性：特殊情况，已分化细胞逆转到未分化状态或转分化
相关概念：
细胞增殖（cell proliferation ）
指细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖， 使遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。
增殖与分化紧密相连
分化必然伴随着分裂，但分裂的细胞不一定就分化； 分化程度越高，分裂能力也就越差
全能细胞
胚囊细胞
In vivo
胚囊内层细胞
胚胎是早期生命吗？ 人类胚胎从何时起
享有人的尊严？
原胚细胞 多能干细胞
In vitro
一、细胞分化
（cell differentiation ）
同一来源的细胞逐渐产生出形态结构、功能特征 各不相同的细胞类群的过程。
(人体约有200种不同的分化细胞)
结果：在空间上细胞产生差异，在时间上同一细胞 与其从前的状态有所不同。
本质：基因组选择性表达（时间、空间），通过不同 基因表达的开或关，产生标志性蛋白质
细胞分化特点
1 ）全能性：分化潜能随个体发育进程逐渐“缩窄”： 全能 多能 单能 功能，是细胞分化的一般规律
2 ）选择性：基因选择性表达，出现不同的表型时空性
①时间上：细胞在不同的发育阶段有不同的形态和功能变化 如骨髓内造血干细胞的发生过程
②空间上：子细胞因所处位置不同，其形态和功能也不一样 如外胚层来源细胞可发育成表皮细胞或神经细胞
3 ）适应性：分化与分裂状态和速度相适应
分化建立在分裂基础上：分化必然伴随着分裂，但分裂不一定分化； 分化程度越高，分裂能力越差
再分化：去分化的细胞在适当条件下重新进入有序生长和分 化状态的过程。再分化是再生的基础。
转分化（transdifferentiation）
一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞的现象。如：
水母横纹肌细胞可形成神经细胞、平滑肌细胞、上皮细胞，甚至可形成刺细胞； 人的成纤维细胞或上皮细胞诱导分化成神经元细胞； 分化程度低的神经干细胞也可形成骨髓细胞和淋巴样细胞。
间期
M 期：mitotic phase, 有丝分裂期
间期(interphase)：指上一次有丝分 裂的终了到本次有丝分裂的开始的时间 间隔
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间期之一：G1期- DNA 合成前期
——从上一次有丝分裂完成到本次DNA复制之前的过程。 持续时间一般为6-l2h。
本期事件： 有mRNA和蛋白的合成 积累能量和原料，为DNA复制作准备 DNA复制所需酶和蛋白的基因开始表达
微环境影响：细胞外信号、条件也能决定细胞化的常见方式
倍增：未分化的干细胞产生新的未分化干细胞
重构（reprogramming）：不改变基因序列的情况下， 通过表观遗传修饰如DNA甲基化来改变细胞命运的过程
➢ 去分化：分化的细胞逆转恢复到全能性状态（未分化状态）的过程。 （dedifferentiation ） ➢ 转分化：从一种分化细胞转化为另一种分化细胞的过程。 （Transdifferentiation）
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间期之二： S期-DNA 合成期
持续时间一般为6-8h 本期事件： DNA含量增加一倍（ S期DNA的复制极其准确，每
一段DNA只复制一次） 细胞由二倍体变为四倍体 染色质拓扑结构改变 组蛋白合成
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间期之三： G2期-DNA 合成后期
——从DNA复制完成到有丝分裂开始的时间区间。 持续时间一般为3-4h
细胞增殖分化异常从本质上讲是基因的调控 异常。
相关概念：
细胞周期（cell cycle）
-细胞从一次分裂结束到下一次分裂终了的过程或间隔时间。
G1 期：first gap phase, DNA 合成前期
S 期：synthetic phase, DNA 合成期 G2 期：second gap phase, DNA 合成后期
近年来的研究表明，G0期细胞并不“静止”，而是 进行着极为复杂的生化反应.
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人体细胞分类 （根据细胞增殖状态）
周期性细胞：能连续按 G1 → S → G2 → M 四个阶 段循环进行分裂，如表皮细胞、骨髓干细胞、生殖 细胞。
G0 细胞：这种细胞暂时脱离细胞周期，不进行增殖， 但在适当刺激后可返回细胞周期，进行细胞增殖。 如肝细胞、肾细胞。