細胞生物學：01 緒論

1、1 2 3 4 第一章緒論第一章緒論 第二章第二章 細胞的統(tǒng)一性與多樣性細胞的統(tǒng)一性與多樣性 第三章第三章 細胞生物學研究方法細胞生物學研究方法 第四章 細胞質膜 第五章第五章 物質的跨膜的運輸物質的跨膜的運輸 第六章第六章 線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體 第七章第七章 細胞基質與內膜系統(tǒng)細胞基質與內膜系統(tǒng) 第八章蛋白質分選與膜泡運輸第八章蛋白質分選與膜泡運輸 第九章第九章 細胞信號轉導細胞信號轉導 第十章第十章 細胞骨架細胞骨架 第十一章第十一章 細胞核與染色體細胞核與染色體 第十二章第十二章 核糖體（不講）核糖體（不講） 第十三章細胞周期與細胞分裂第十三章細胞周期與細胞分裂 第十四章第十四章

2、 細胞增殖調控與癌細胞細胞增殖調控與癌細胞 第十五章第十五章 細胞分化與胚胎發(fā)育細胞分化與胚胎發(fā)育 第十六章細胞死亡與衰老第十六章細胞死亡與衰老 第十七章細胞的社會聯(lián)系第十七章細胞的社會聯(lián)系 內容內容 5 第一節(jié)第一節(jié) 細胞生物學的發(fā)展簡史細胞生物學的發(fā)展簡史 第二節(jié)第二節(jié) 細胞生物學的研究內容及研究現(xiàn)狀細胞生物學的研究內容及研究現(xiàn)狀 第三節(jié)第三節(jié) 細胞生物學與其他學科的關系細胞生物學與其他學科的關系 第四節(jié)第四節(jié) 細胞生物學的主要學術組織和學術刊物細胞生物學的主要學術組織和學術刊物 6 7 把細胞生物學的發(fā)展分為三個主要階段：把細胞生物學的發(fā)展分為三個主要階段： 一、一、19世紀以及更早的時

3、期，是以形態(tài)描述為世紀以及更早的時期，是以形態(tài)描述為 主的主的細胞生物科學時期細胞生物科學時期。 二、二、20世紀的前半個世紀，主要是世紀的前半個世紀，主要是細胞實驗生細胞實驗生 物學時期物學時期。 三、三、20世紀五六十年代以來，由于世紀五六十年代以來，由于DNA雙螺旋雙螺旋 的發(fā)現(xiàn)與中心法則的建立，開始進入了精細定的發(fā)現(xiàn)與中心法則的建立，開始進入了精細定 性與定量的性與定量的細胞生物學時期細胞生物學時期。 8 1、細胞的發(fā)現(xiàn)、細胞的發(fā)現(xiàn) 2、細胞學說的建立、細胞學說的建立 3、細胞學的經典時期、細胞學的經典時期 9 10 1604年年hans Janssen制作第一臺真正意義上制作第一臺真

4、正意義上 的顯微鏡，放大倍數超過的顯微鏡，放大倍數超過10-30倍。倍。 1610年年Galileo Galilei用顯微鏡觀察昆蟲。用顯微鏡觀察昆蟲。 11 In1665 Robert Hooke and his “cells” 12 Robert Hookes microscope 13 In 1665 - 14 Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x. Resolving power is 1.4m 荷蘭尤特萊克特大學博物館 15 1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對細胞的結構消色差顯微

5、鏡出現(xiàn)，人們才對細胞的結構 和功能有了新的認識。和功能有了新的認識。 1831年年Robert. Brown在蘭科植物和其它幾在蘭科植物和其它幾 種植物表皮細胞中發(fā)現(xiàn)了種植物表皮細胞中發(fā)現(xiàn)了細胞核細胞核。 1836年年GG. Valentin在動物神經細胞中發(fā)現(xiàn)在動物神經細胞中發(fā)現(xiàn) 了細胞核與核仁。這些工作對于細胞學說的誕生了細胞核與核仁。這些工作對于細胞學說的誕生 具有重要意義。具有重要意義。 16 通常認為施萊登（通常認為施萊登（MJ. Schleiden）和施旺（）和施旺（T. Schwann）正式提出了細胞學說。）正式提出了細胞學說。 實際上它是實際上它是19世紀許多科學家共同努力的結

6、果。世紀許多科學家共同努力的結果。 包括包括:BC. Dumortier、JB. de Lamark、 CB. Milbel、H. Dutrochet、R. Brown、 JE. Purkyne、R. Remak、R.Virchow等許等許 多著名科學家。多著名科學家。 17 1838年年Schleiden發(fā)表發(fā)表“植物發(fā)生論植物發(fā)生論” ，認為無，認為無 論怎樣復雜的植物都由細胞構成。但他以論怎樣復雜的植物都由細胞構成。但他以free-cell formation理論來解釋細胞形成。理論來解釋細胞形成。 Schwann提出了提出了“細胞學說細胞學說”（Cell Theory) ； 1839年

7、發(fā)表了年發(fā)表了“關于動植物結構和生長一致性的顯關于動植物結構和生長一致性的顯 微研究微研究”。指出動植物都是細胞的集合物。指出動植物都是細胞的集合物。 二人共同提出：一切植物、動物都是由細胞組成的，二人共同提出：一切植物、動物都是由細胞組成的， 細胞是一切動植物體的基本單位細胞是一切動植物體的基本單位著名的細胞學著名的細胞學 說。說。 1855 德國人德國人R. Virchow 提出提出“一切細胞來源于一切細胞來源于 細胞細胞”（omnis cellula e cellula）的著名論斷；）的著名論斷； 進一步完善了細胞學說。進一步完善了細胞學說。 18 Matthias Jacob Schl

8、eidenTheodar Schwann 19 細胞學說內容：細胞學說內容： 有機體是由細胞構成的；有機體是由細胞構成的； 細胞是構成有機體的基本單位；細胞是構成有機體的基本單位； 新細胞來源于已存在細胞的分裂。新細胞來源于已存在細胞的分裂。 細胞學說的科學意義：細胞學說的科學意義： Cell Theory是是19世世 紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，細胞學說的提出先于進化紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，細胞學說的提出先于進化 論約論約20年，它、進化論及年，它、進化論及1866年孟德爾確立年孟德爾確立 的遺傳學一起，奠定了現(xiàn)代生物學的基礎，同的遺傳學一起，奠定了現(xiàn)代生物學的基礎，同 時也孕育細胞學的產生。細胞學說也可以

9、認為時也孕育細胞學的產生。細胞學說也可以認為 是兩者的是兩者的“基石基石”。 20 1、原生質理論的提出、原生質理論的提出 19世紀世紀30年代后發(fā)現(xiàn)活細胞并不是空的而是年代后發(fā)現(xiàn)活細胞并不是空的而是 充滿粘稠的液體。充滿粘稠的液體。 F. Dujardin（1835）將之稱為）將之稱為 “sarcode”； JE. Purkinje（1839）和）和von Mohl （1846）首次將動物、植物細胞的內含物稱）首次將動物、植物細胞的內含物稱 作原生質作原生質“protoplasm” 。 Max Schultze(1861)提出原生質理論，認提出原生質理論，認 為有機體的組織單位是一小團原生質

10、，這種物為有機體的組織單位是一小團原生質，這種物 質在一般機體中是相似的。質在一般機體中是相似的。 如今如今“原生質原生質”一詞已從生物學文獻中消失了，一詞已從生物學文獻中消失了， 但在當時具有十分重要的意義。但在當時具有十分重要的意義。 21 2、細胞分裂的研究、細胞分裂的研究 1841年年Remak 發(fā)現(xiàn)雞胚血細胞的直接分裂，其后發(fā)現(xiàn)雞胚血細胞的直接分裂，其后 Flemming 在動物細胞中，在動物細胞中，Strasburger在植物細胞在植物細胞 中發(fā)現(xiàn)有絲分裂，并證實有絲分裂的實質是核內絲狀體物中發(fā)現(xiàn)有絲分裂，并證實有絲分裂的實質是核內絲狀體物 的形成及其向兩個子細胞的平均分配。的形成

11、及其向兩個子細胞的平均分配。 Van Beneden （1883）和）和Strasburger（1886）分）分 別在動物細胞和植物細胞中發(fā)現(xiàn)減數分裂別在動物細胞和植物細胞中發(fā)現(xiàn)減數分裂 至此發(fā)現(xiàn)了細胞中所有的細胞分裂類型至此發(fā)現(xiàn)了細胞中所有的細胞分裂類型. 1880 Flemming 1880 Flemming首次對細胞的有絲分裂進行了精確的描述。首次對細胞的有絲分裂進行了精確的描述。 首次觀察到了染色體和染色質。并提出了有絲分裂首次觀察到了染色體和染色質。并提出了有絲分裂 （mitosismitosis）、染色質（）、染色質（chromatinchromatin）等一系列科學術語。）等一系

12、列科學術語。 后來又發(fā)現(xiàn)了燈刷染色體，遺憾的是后來又發(fā)現(xiàn)了燈刷染色體，遺憾的是FlemmingFlemming對染色體對染色體 和燈刷染色體都沒有命名。雖然如此，可以說從和燈刷染色體都沒有命名。雖然如此，可以說從 FlemmingFlemming開始人們對細胞才有了實質性的研究進展。細開始人們對細胞才有了實質性的研究進展。細 胞學胞學cytologycytology從此在科學史上有了一席之地。從此在科學史上有了一席之地。 22 3、細胞器的發(fā)現(xiàn)、細胞器的發(fā)現(xiàn) 1883年年 van Bneneden 和和Boveri 發(fā)現(xiàn)中心發(fā)現(xiàn)中心 體，體， 1894年年Altmann 發(fā)現(xiàn)線粒體發(fā)現(xiàn)線粒體

13、1894年年Golgi 發(fā)現(xiàn)高爾基體發(fā)現(xiàn)高爾基體 等等等等 由于上述的發(fā)現(xiàn)，人們對細胞的基本認識大由于上述的發(fā)現(xiàn)，人們對細胞的基本認識大 為豐富起來，這一時期的研究方法，主要是顯微為豐富起來，這一時期的研究方法，主要是顯微 鏡下的形態(tài)的描述。鏡下的形態(tài)的描述。 23 24 1、細胞遺傳學、細胞遺傳學 1876年年O.Hertwig 發(fā)現(xiàn)了動物的受精現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了動物的受精現(xiàn)象 1883年年Van Beneden發(fā)現(xiàn)了蛔蟲的卵和精子的染色體只發(fā)現(xiàn)了蛔蟲的卵和精子的染色體只 有體細胞的一半有體細胞的一半 1888年年Strasburger，1893年年Overton等在植物體中等在植物體中 也發(fā)現(xiàn)受精

14、現(xiàn)象，并證明生殖細胞的染色體比體細胞少一半。也發(fā)現(xiàn)受精現(xiàn)象，并證明生殖細胞的染色體比體細胞少一半。 1900年孟德爾年孟德爾34年前發(fā)表的遺傳法則被重新發(fā)現(xiàn)年前發(fā)表的遺傳法則被重新發(fā)現(xiàn) 1905年年Wilson發(fā)現(xiàn)性別與染色體的關系；發(fā)現(xiàn)性別與染色體的關系；Weissman 推測遺傳單位有序的排列在染色體上。推測遺傳單位有序的排列在染色體上。 在以上研究的基礎上，德國在以上研究的基礎上，德國Borveri和美國和美國Sutton同時提同時提 出遺傳的染色體學說，把染色體的行為同孟德爾的遺傳因子出遺傳的染色體學說，把染色體的行為同孟德爾的遺傳因子 聯(lián)系起來。聯(lián)系起來。 1910年摩爾根年摩爾根M

15、organ證明基因是決定遺傳性狀的基本單證明基因是決定遺傳性狀的基本單 位，而且直線排在染色體上，建立了基因學說。位，而且直線排在染色體上，建立了基因學說。 上述工作把細胞學與遺傳學結合起來，奠定了細胞遺傳學的上述工作把細胞學與遺傳學結合起來，奠定了細胞遺傳學的 基礎?；A。 25 2、細胞生理學、細胞生理學 1909 年，年，Harrison和和Carrel創(chuàng)立了組織培養(yǎng)創(chuàng)立了組織培養(yǎng) 技術，為研究細胞生理學開辟了一條重要途徑技術，為研究細胞生理學開辟了一條重要途徑 1943年，年，Claude用高速離心機從活細胞內把用高速離心機從活細胞內把 核和各種細胞器，如線粒體、葉綠體分離出來，核和各

16、種細胞器，如線粒體、葉綠體分離出來， 分別研究他們的生理活性。分別研究他們的生理活性。 26 3、細胞化學、細胞化學 1924年福爾根（年福爾根（Feulgen）等首先將）等首先將Fulgen 反應法作為脫氧核糖核酸特異性的定性研究方法。反應法作為脫氧核糖核酸特異性的定性研究方法。 1940年年Brachet用甲基綠用甲基綠-派洛寧染色方法來派洛寧染色方法來 測定細胞中的測定細胞中的DNA與與RNA。 1936年和年和1940年，年，Casperson用紫外顯微分用紫外顯微分 光光光度法測定光光光度法測定DNA在細胞中的含量，并認為蛋在細胞中的含量，并認為蛋 白質的合成可能與白質的合成可能與R

17、NA有關。有關。 細胞組分分離技術、放射自顯影技術、超微量分細胞組分分離技術、放射自顯影技術、超微量分 析、流式細胞分析技術、分子原位雜交等等使細析、流式細胞分析技術、分子原位雜交等等使細 胞成分，特別是核酸和蛋白質的定性、定位、定胞成分，特別是核酸和蛋白質的定性、定位、定 量的研究達到了前所未有的精確性和專一性。量的研究達到了前所未有的精確性和專一性。 27 28 1932年德國人E. Ruska和M. Knoll發(fā)明透射電鏡， 人類視野進入超微領域 。 1939年Siemens公司生產商品電鏡。 1940-50s人們用電鏡觀察了各類細胞超微結構。 并結合超速離心、電泳、無細胞體系等分析技術

18、研 究這些結構的功能結構的功能。 由于DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)與中心法則的建立，是細胞 學進入了細胞生物學時期。 29 1952年RE. Franklin拍攝到清晰的DNA晶體的X-衍射照片。 1953年她認為DNA是一種對稱結構，可能是螺旋。 30 60十年代出現(xiàn)“細胞生物學”概念 細胞生物學：概括地說，是以細胞作為一切有機 體進行生命活動的基本單位，在各個層次上（主 要是在分子水平上）研究細胞生命活動的基本規(guī) 律的學科，它是生命科學的基本學科。 31 1958 年年Crick 提出分子遺傳的提出分子遺傳的“中心法則中心法則”。 1961-1964年年Nirenberg 等破譯遺傳密碼。等破譯遺傳

19、密碼。 1972年年DA. Jackson，RH. Symons和和P. Berg創(chuàng)建創(chuàng)建DNA體外重組。體外重組。 1973年年SN. Cohen和和HW. Boyer將外源基因將外源基因 拼接在質粒中，并在大腸桿菌中表達。拼接在質粒中，并在大腸桿菌中表達。 一系列技術和理論的提出，一系列技術和理論的提出，使細胞生物學與分子生使細胞生物學與分子生 物學的結合越來越緊密。物學的結合越來越緊密。 32 80年代以來，年代以來，細胞生物學的發(fā)展方向是細胞的分細胞生物學的發(fā)展方向是細胞的分 子生物學子生物學（也叫作分子細胞生物學），在分子水（也叫作分子細胞生物學），在分子水 平上探索細胞的基本生命規(guī)

20、律，把細胞看成是物平上探索細胞的基本生命規(guī)律，把細胞看成是物 質、能量、信息過程的結合，并在分子水平上深質、能量、信息過程的結合，并在分子水平上深 入探索其生命規(guī)律，入探索其生命規(guī)律，深刻性與綜合性是細胞生物深刻性與綜合性是細胞生物 學進一步發(fā)展的特點。學進一步發(fā)展的特點。 33 綜觀與分析40多年來諾貝爾獎醫(yī)學和生理 學獎與化學獎的課題和內容，很多都是與 深刻揭示細胞生命活動的規(guī)律有關的。 34 1953年，年，JD. Watson 和和FHC. Crick提出提出DNA雙雙 螺旋模型螺旋模型。與。與Wilkins分享分享1962 年諾貝爾生理學與年諾貝爾生理學與 醫(yī)學獎醫(yī)學獎 。 35 1

21、983年，年，KB. Mullis發(fā)發(fā) 明明PCR儀儀，于，于1993年獲年獲 諾貝爾化學獎。諾貝爾化學獎。 36 Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年，美國人年，美國人Leland Hartwell、英國人、英國人Paul Nurse、 Timothy Hunt因對因對細胞周期調控機理的研究細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾而獲諾貝爾 生理醫(yī)學獎。生理醫(yī)學獎。 37 Sydney Brenner H. Robert HorvitzJohn E. Sulston 38 Peter AgreRoderick

22、 MacKinnon 39 2004年，美國人年，美國人Richard Axel和和Linda B. Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)氣味受氣味受 體和嗅覺系統(tǒng)體和嗅覺系統(tǒng)的組成。的組成。 Richard AxelLinda B. Buck 40 2006年美國人年美國人Andrew Z. Fire和和Craig C. Mello因因對對RNA干擾的研究干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)而獲諾貝爾生理與醫(yī) 學獎。學獎。 Andrew Z. FireCraig C. Mello 41 2005年年Barry J. Marshall 和和J. Robin Warren

23、 獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)幽門幽門 螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。 Barry J. MarshallJ. Robin Warren 42 1990年，美國國會正式批準的“人類基因組計劃” （Human Genome Project）。 我國于1993年加入該計劃，承擔其中1%的任務，即人 類3號染色體短臂上約30Mb的測序任務。 2000年6月28日人類基因組工作草圖完成。 同年，美國國立衛(wèi)生研究院給一名患有先天性重度 聯(lián)合免疫缺陷病的4歲女孩實施了首例基因治療。 這種疾病因腺苷脫氨酶（腺苷脫氨酶（ADA）基因變異

24、引起。 43 1996年7月5日，世界上 第一只克隆羊“多利” 在英國蘇格蘭盧斯林研 究所的試驗基地誕生。 Dolly with her first born lamb 44 Cell Under the Microscope The Invention of Light Microscope Led to the Discovery of Cells Cells, Organelles,and Even Molecules Can Be Seen Under the Microscope 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 1、細胞核、染色體以及基因表達的研究 2、生物膜與細胞器的研究 3、細胞骨架體系的研究 4、細胞增殖及其調控 5、細胞分化及其調控 6、細胞的衰老與凋亡 7、細胞的起源與進化 8、細胞工程 61 總趨勢總趨勢 細胞生物學與分子生物學相互滲透細胞生物學與分子生物學相互滲透 與交融與交融 3大基本問題大基本問題 基因組在細胞內是如何在時間和空間上有序表達的？基因組在細胞內是如何在時間和空間上有序表達的？ 基因表達的產物，主要是結構蛋白和核酸基因表達的產物，主要是結構蛋白和核酸 、脂質、脂質、 多糖及其復合物，如何逐級組裝成能行使