細(xì)胞生物學(xué)課件1

一切生命的關(guān)鍵問題都要到細(xì)胞中去尋找！

EBWilson

給我一個(gè)活的細(xì)胞，我可以創(chuàng)造一個(gè)生物世界！

F-V

Raspail什么是細(xì)胞？

1.一切植物和動(dòng)物都是由細(xì)胞組成。

2.細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。什么是細(xì)胞生物學(xué)？

研究細(xì)胞基本生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)研究?jī)?nèi)容：細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞增殖、分化、衰老與凋亡、細(xì)胞信號(hào)傳遞、真核細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞起源與進(jìn)化等核心問題：將遺傳與發(fā)育在細(xì)胞水平上結(jié)合起來。

細(xì)胞生物學(xué)分子生物學(xué)神經(jīng)生物學(xué)生態(tài)學(xué)生命科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科總趨勢(shì)

細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)(包括分子遺傳學(xué)與生物化學(xué))相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢(shì)。在斯坦福大學(xué)，由諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者朱棣文教授領(lǐng)導(dǎo)啟動(dòng)了“生物學(xué)－交叉學(xué)科研究計(jì)劃(Bio－XProgram)”B:BiologyX:物理工程等其它學(xué)科以生物為中心，進(jìn)行多學(xué)科交叉、融合重點(diǎn)領(lǐng)域染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系

—主要是非組蛋白對(duì)基因組的作用細(xì)胞增殖、分化、凋亡的相互關(guān)系及其調(diào)控細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝

美國科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學(xué)研究中論文發(fā)表最集中的三個(gè)領(lǐng)域分別是：細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）基因組與后基因組學(xué)研究（genomeandpost-genomicanalysis）

美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）在1988年底發(fā)表的一份題為《什么是當(dāng)今科研領(lǐng)域的熱門話題？》的調(diào)查報(bào)告中指出，目前全球研究最熱門的是：

三種疾病：

癌癥（cancer）

心血管?。╟ardiovasculardiseases）

愛滋病和肝炎等傳染病

（infectiousdiseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向：

細(xì)胞周期調(diào)控（cellcyclecontrol）

細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）

細(xì)胞衰老（cellularsenescence）

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）

DNA的損傷與修復(fù)（DNAdamageandrepair）細(xì)胞重大生命活動(dòng)

第一章歷史與展望本章內(nèi)容提要第一節(jié)：細(xì)胞生物學(xué)歷史一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)二、細(xì)胞學(xué)說三、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究四、分子細(xì)胞生物學(xué)第二節(jié)：細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法第三節(jié)：對(duì)未來的展望附錄細(xì)胞生物學(xué)參考書第一節(jié)細(xì)胞生物學(xué)歷史細(xì)胞生物學(xué)研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史。分三個(gè)層次：1）顯微水平，光學(xué)顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。2）超微水平，電子顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。3）分子水平，細(xì)胞結(jié)構(gòu)的分子組成，及其在生命活動(dòng)中的作用。光學(xué)顯微鏡下的細(xì)胞電子顯微鏡下的細(xì)胞

細(xì)胞生物學(xué)經(jīng)歷了四個(gè)主要發(fā)展階段1）1665-1830s，細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，顯微生物學(xué)。2）1830s-1930s，細(xì)胞學(xué)說，Cytology誕生。3）1930s-1970s，電鏡技術(shù)應(yīng)用，Cytology發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。4）1970s以來，分子細(xì)胞生物學(xué)時(shí)代。一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生物學(xué)的變革和顯微技術(shù)的改進(jìn)息息相關(guān)。1590年J.和Z.Janssen制作第一臺(tái)復(fù)式顯微鏡。1610年GalileoGalilei用顯微鏡觀察昆蟲。1665年英國人RobertHooke出版《顯微圖譜》。觀察了軟木，并首次用cell來描述“細(xì)胞”。RobertHookeandhis“cells”RobertHooke1665RobertHooke’smicroscope《顯微圖譜》16651680年A.vanLeeuwenhoek當(dāng)選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他是第一個(gè)描述活細(xì)胞的科學(xué)家。觀察過植物、原生動(dòng)物、水、鮭魚的紅細(xì)胞、牙垢中的細(xì)菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，對(duì)細(xì)胞的研究沒有實(shí)質(zhì)進(jìn)展。直到1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認(rèn)識(shí)。A.vanLeeuwenhoek的顯微鏡1828年R.Brown在蘭科植物表皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核。1836年GG.Valentin在動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核與核仁。二、細(xì)胞學(xué)說（celltheory）基本內(nèi)容有三條：細(xì)胞是有機(jī)體，一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來,并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，既有它“自己的”生命,又對(duì)與其它細(xì)胞共同組成的整體的生命有所助益；新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannM.J.SchleidenT.Schwann通常認(rèn)為施萊登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了細(xì)胞學(xué)說。實(shí)際上它是19世紀(jì)許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等許多著名科學(xué)家。1838年Schleiden發(fā)表《植物發(fā)生論》，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都由細(xì)胞構(gòu)成。但他以free-cellformation理論來解釋細(xì)胞形成。Schwann1839年發(fā)表《關(guān)于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)一致性的顯微研究》，指出動(dòng)植物體是細(xì)胞集合體。共同提出：一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物體的基本單位細(xì)胞學(xué)說Schwann提出：有機(jī)體是由細(xì)胞構(gòu)成的；細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。但他也采用了的Schleiden細(xì)胞形成理論。1858德國人R.Virchow提出omniscellulaecellula的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。細(xì)胞學(xué)說重要補(bǔ)充RudolfLudwigKarlVirchow細(xì)胞只能來自細(xì)胞有機(jī)體的一切病理表現(xiàn)都是基于細(xì)胞的損傷19世紀(jì)30年代后發(fā)現(xiàn)活細(xì)胞并不是空的而是充滿粘稠的液體。F.Dujardin（1835）將之稱為“sarcode”；JE.Purkinje（1840）和vonMohl（1846）則將之稱作原生質(zhì)“protoplasm”。1861M.Schultze提出原生質(zhì)理論：Hanstein（1880）提出“原生質(zhì)體”protoplast概念；組成有機(jī)體的基本單位是一小團(tuán)原生質(zhì)，這種物質(zhì)在各種有機(jī)體中是相似的。三、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究1932年德國人E.Ruska和M.Knoll發(fā)明透射電鏡，人類視野進(jìn)入超微領(lǐng)域。1939年Siemens公司生產(chǎn)商品電鏡。1940-50s用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心、電泳、無細(xì)胞體系等分析技術(shù)研究這些結(jié)構(gòu)的功能。Cytology發(fā)展為CellBiology。四、分子細(xì)胞生物學(xué)時(shí)代1869年瑞士人F.Miescher從膿細(xì)胞中分離出核酸，但未引起重視。1944年O.Avery等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，1952年M.Chase等通過噬菌體標(biāo)記感染實(shí)驗(yàn)肯定了核酸與遺傳的關(guān)系。核酸的發(fā)現(xiàn)DNA為遺傳物質(zhì)的確立肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)OswaldTheodoreAvery奧斯瓦爾德·埃弗里(1877-1955)1953年，Watson和Crick提出DNA雙螺旋模型。與Wilkins分享1962年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1962年諾貝爾生理?醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)——DNA的三維結(jié)構(gòu)羅莎琳德·富蘭克林DNA晶體衍射圖片“照片51號(hào)”1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。補(bǔ)充1961-1964年Nirenberg等破譯遺傳密碼。1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg創(chuàng)建DNA體外重組。1973年SN.Cohen和HW.Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，并在大腸桿菌中表達(dá)。一系列技術(shù)和理論的提出，使細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合越來越緊密。TheNobelPrizeinChemistry1993KaryB.Mullis人類基因組計(jì)劃TheHumanGenomeProject(HGP)CompletedinApril20031986年由美國生物學(xué)家杜伯克首次提出1990年10月美國投資30億美元啟動(dòng)計(jì)劃預(yù)計(jì)15年完成國際化研究項(xiàng)目美國、日本、英國、加拿大、瑞典1999年7月我國承擔(dān)人類基因組1%測(cè)序任務(wù)2000年3月我國科學(xué)家完成3號(hào)染色體測(cè)序2000年5月人類基因組草圖完成Dollywithherfirstbornlamb克隆羊－多利

（1996-2003）EMBRYOCOLONING克隆羊制備原理我們是“多利四羊組”1998年7月

克隆牛（日本）2000年1月

克隆猴（英國）"forthediscoverythatmaturecellscanbereprogrammedtobecomepluripotent"iPS(誘導(dǎo)多能干細(xì)胞)

InducedPluripotentStemCells通過采用導(dǎo)入外源基因的方法使體細(xì)胞去分化為多能干細(xì)胞，對(duì)于這類干細(xì)胞我們稱之為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。2010年來自美國，日本的三個(gè)研究小組分別實(shí)現(xiàn)了將人體血細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞的重要研究突破。我科學(xué)家在世界上首次利用iPS細(xì)胞培育出健康小鼠（2009年）STAPcells2001年，美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

2002年，英國人布雷諾爾、美國人霍維茨和英國人蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

2003年，美國科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。PeterAgreRoderickMacKinnon

2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，他們發(fā)現(xiàn)氣味受體和嗅覺系統(tǒng)的組成。RichardAxelLindaB.Buck2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，他們發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。BarryJ.MarshallJ.RobinWarren2006年美國人AndrewZ.Fire和CraigC.Mello因?qū)NA干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。AndrewZ.Fire CraigC.Mello2007年美國的馬里奧·卡佩奇、奧利弗·史密斯和英國的馬丁·伊文思因發(fā)現(xiàn)利用胚胎干細(xì)胞在小鼠中進(jìn)行特意的基因修飾而獲諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies2008年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予德國科學(xué)家哈拉爾德·楚爾·豪森（發(fā)現(xiàn)了人乳頭狀瘤病毒（HPV））及兩名法國科學(xué)家弗朗索瓦絲·巴爾—西諾西和呂克·蒙塔尼（發(fā)現(xiàn)了艾滋病病毒（HIV））。2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國加利福尼亞舊金山大學(xué)的伊麗莎白·布萊克本(ElizabethBlackburn)、美國巴爾的摩約翰·霍普金醫(yī)學(xué)院的卡羅爾-格雷德(CarolGreider)、美國哈佛醫(yī)學(xué)院的杰克·紹斯塔克(JackSzostak)以及霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機(jī)理。2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，英國科學(xué)家羅伯特·愛德華茲（RobertEdwards）因發(fā)展體外受精技術(shù)和試管嬰兒技術(shù)獲獎(jiǎng)。2011年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)由三人分享：布魯斯·巴特勒（BruceA.Beutler）、朱爾斯·霍夫曼（JulesA.Hoffmann），表彰他們?cè)谙忍烀庖叻矫娴陌l(fā)現(xiàn)；拉爾夫·斯坦曼（RalphM.Steinman），表彰他對(duì)獲得性免疫中樹突細(xì)胞及其功能的發(fā)現(xiàn)。第二節(jié)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法一、認(rèn)識(shí)細(xì)胞生物學(xué)課程的重要性細(xì)胞是生命的基本單位。細(xì)胞生物學(xué)是生物技術(shù)的重要支撐學(xué)科，人類所面臨的人口、食品、能源、環(huán)境、健康等一系列問題都有待生命科學(xué)回答。諾貝爾獎(jiǎng)?lì)l繁授予細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域。二、了解生物科學(xué)與哲學(xué)和其它自然科學(xué)的關(guān)系人類對(duì)于生命的認(rèn)識(shí)論主要有：活力論（vitalism）機(jī)械論、還原論（reductionism），機(jī)械唯物論整體論（holism），即辯證唯物論現(xiàn)代生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，與其它自然科學(xué)具有密切的關(guān)系。DNA雙螺旋模型的提出就是理科知識(shí)綜合應(yīng)用的典范。三、掌握學(xué)科的基本邏輯掌握學(xué)科的思維邏輯對(duì)于學(xué)習(xí)和預(yù)見一個(gè)有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)很有幫助。1．結(jié)構(gòu)與功能2．基因與表型3．信號(hào)與效應(yīng)4．趨同于分異5．同源與同工四、將學(xué)過的知識(shí)關(guān)聯(lián)起來學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆。將學(xué)過的知識(shí)關(guān)聯(lián)起來，多問幾個(gè)為什么？盡可能形成對(duì)細(xì)胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。善于靈活應(yīng)用學(xué)過的知識(shí)解釋生命現(xiàn)象。五、了解學(xué)科的過去、現(xiàn)在和未來了解學(xué)科的發(fā)展，把握時(shí)代的脈搏，才能作出有價(jià)值的工作，當(dāng)前的熱點(diǎn)主要有“膜生物學(xué)”、“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細(xì)胞周期調(diào)控”、“細(xì)胞凋亡”、“細(xì)胞分化”、“腫瘤生物學(xué)”、“干細(xì)胞”等。讀一點(diǎn)科技史，了解科學(xué)家的成功之路。讀一些新的文獻(xiàn)。以下提供一些免費(fèi)文獻(xiàn)入口。Pubmed，大名鼎鼎的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫，屬于美國國立醫(yī)學(xué)圖書館，可查閱生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的文摘。免費(fèi)的數(shù)據(jù)庫，提供918種期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)優(yōu)秀期刊，提供1955年以來的全文。生物化學(xué)方面的優(yōu)秀期刊，提供1905年以來的全文。美國科學(xué)院學(xué)報(bào)，提供1915年以來的全文，一些經(jīng)典細(xì)胞生物學(xué)論文發(fā)表于該刊。我校具有以下數(shù)據(jù)庫，初步能夠滿足學(xué)習(xí)需要。中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫中國期刊網(wǎng)鏡像萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)鏡像國家科技圖書文獻(xiàn)中心EBSCOhost外文全文數(shù)據(jù)庫ElsevierSpringer外文電子期刊第三節(jié)對(duì)未來的展望人類在一萬年前進(jìn)入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，18世紀(jì)60進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)，20世紀(jì)50年代迎來信息時(shí)代。據(jù)估計(jì)這一經(jīng)濟(jì)形態(tài)的“壽命”為75~80年，到本世紀(jì)20年代人類將迎接下一個(gè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，即生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來。它有以下特點(diǎn)：一、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)革命，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)生物產(chǎn)業(yè)的比重將逐步提高。目前藥品中有15%基于生物技術(shù)，這一數(shù)字據(jù)估計(jì)到2010年會(huì)增加到40%。生物芯片已廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)、司法鑒定等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的市場(chǎng)前景廣闊，2004年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已經(jīng)達(dá)到8100萬公頃。GeneChip二、推動(dòng)醫(yī)學(xué)革命，延長(zhǎng)人類壽命20世紀(jì)抗生素和疫苗的應(yīng)用、醫(yī)療技術(shù)的提高使人類平均壽命從20世紀(jì)初的40幾歲在世紀(jì)末達(dá)到70多歲。但是心血管病、癌癥和各類遺傳病或遺傳相關(guān)的疾病仍然是威脅人類健康的主兇。21世紀(jì)生物技術(shù)將推動(dòng)新一輪醫(yī)學(xué)革命，從疾病預(yù)防、疾病診斷、藥物研制、基因治療、組織工程、器官移植、抗衰老等方面，延長(zhǎng)人類壽命。三、推動(dòng)綠色革命，解決食品危機(jī)。20世紀(jì)60年代以來，雜交高產(chǎn)作物的廣泛應(yīng)用，引起第一次綠色革命。二十一世紀(jì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、組織培養(yǎng)、胚胎移植、動(dòng)物克隆等一系列新技術(shù)將再一次改變農(nóng)業(yè)的面貌，創(chuàng)造新品種、生產(chǎn)人類所急需的糧食、藥物和工業(yè)用品，推動(dòng)第二次綠色革命。四、創(chuàng)造新品種，改善生態(tài)環(huán)境植物抗旱、抗寒、抗鹽基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有可能徹底改變10億畝干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使5億畝不毛之地、鹽堿地變?yōu)榱继铩?/p>