細胞生物學(xué)第一章發(fā)展史.ppt

1、細胞生物學(xué),CELL BIOLOGY COURSE,主講：謝浩 Instructor: Dr XIE Hao E-mail： Cell PhoneLearning Objectives,About Cell Biology Look briefly at the history of cell theory; Consider the basic properties of cells; Compare some characteristics of two different classes of cells: prokaryotes and eukaryotes;

2、 Comprehend a special life: viruses,About “Cell Biology”,What? Forwhy? How to study?,The NIH of USA(1988): “What is popular in research today？” 3 kinds of diseases ： cancer cardiovascular diseases infectious diseases：AIDS，hepatitis 5 research fields ： cell cycle control ； cell apoptosis； cellular se

3、nescence； signal transduction； DNA damage and repair.,What we know/How we know.,ISI, USA(1997) : SCI（Science Citation Index）Papers: Three tops of research fields: No1: Signal transduction； No2: Cell apoptosis； No3: Genome and post-genomic analysis。,細胞生物學(xué)(Cell Biology)從顯微水平、超微水平和分子水平等不同層次研究細胞結(jié)構(gòu)、功能及生活

4、史。 細胞生物學(xué)由細胞學(xué)(Cytology)發(fā)展而來，Cytology是指對細胞形態(tài)（特別是染色體形態(tài)）的觀察。 在我國的基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展規(guī)劃中，細胞生物學(xué)與分子生物學(xué)(Molecular Biology)，神經(jīng)生物學(xué)(Neurobiology)和生態(tài)學(xué)(Ecology)并列為生命科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科。,第一章 歷史與展望,HISTORY AND PERSPECTIVE,In 1665, Robert Hooke saw a network of tiny boxlike compartments that reminded him of a honeycomb. He called these l

5、ittle compartments “cellulae”, a Latin term meaning little room. It is from this word we get our present-day term, cell.,The microscope used by Robert Hooke and the honeycomb-like network of “cell” he drawed in 1665,The discovery of cells followed from the invention of the microscope,本章內(nèi)容提要 Outline,

6、第一節(jié) 細胞生物學(xué)簡史 History of Cell Biology 一、顯微鏡的發(fā)明與細胞的發(fā)現(xiàn) Invention of Microscope and Discovery of Cell 二、細胞學(xué)說 Cell Theory 三、細胞學(xué)的發(fā)展 Development of Cytology 第二節(jié) 細胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法 Studying Cell Biology 第三節(jié) 對未來的展望 The Future,第一節(jié) 細胞生物學(xué)簡史 History,細胞生物學(xué)的歷史大致可以劃分為四個主要的階段(Four Main Stages)： 第一階段：Discovery of Cell 細胞的發(fā)現(xiàn)，16

7、世紀末-19世紀30年代。 第二階段：Cell Theory 細胞學(xué)說提出，19世紀30年代-20世紀中期。 第三階段：Ultrastructure 超微結(jié)構(gòu)研究，20世紀30年代-70年代。 第四階段：Molecular Cell Biology 分子細胞生物學(xué)，20世紀70年代分子克隆技術(shù)出現(xiàn)以來。,一、顯微鏡的發(fā)明與細胞的發(fā)現(xiàn)Invention of Microscopy and Discovery of Cell,沒有顯微鏡就不可能有細胞學(xué)誕生。 1、1590年，荷蘭眼鏡制造商J和Z.Janssen父子制作了第一臺復(fù)式顯微鏡。 2、1665年，英國人Robert Hook首次描述了植物

8、細胞(木栓)，命名為cella。 3、1680年，荷蘭人A.van Leeuwenhoek成為皇家學(xué)會會員，他一生中制作了200多臺顯微鏡和400多個鏡頭，用設(shè)計較好的顯微鏡觀察了許多動植物的活細胞與原生動物。,Robert Hooke,Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x.,Large Student Microscope made by Charles Chevalier 1840,4、1752年，英國人J. Dollond 發(fā)明消色差顯微鏡。 5、1812年，蘇格蘭人D. Brewst

9、er 發(fā)明油浸物鏡，改進了體視顯微鏡。 6、1886年，德國人Ernst Abbe 發(fā)明復(fù)消差顯微鏡，并改進了油浸物鏡，至此普通光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。,Bausch 電子顯微鏡 Electron Microscope, EM；掃描電子顯微鏡 Scanning Electron Microscope, SEM；透射電子顯微鏡 Transmission Electron Microscope, TEM 原子力顯微鏡 Atomic Force Microscope, AFM；掃描隧道顯微鏡 Scanning Tunneling Microscope,STM,二、細胞學(xué)說 Cell Theory,J

10、ean-Baptiste de Lamark （17441829)，獲得性遺傳理論的創(chuàng)始人，法國退伍陸軍中尉，50歲成為巴黎動物學(xué)教授，1809年他認為只有具有細胞的機體，才有生命?！癐t has been recognized for a long time that the membranes which form the envelopes of the brain，of the nerves，of vessels，of all kinds of glands，of viscera，of muscles and their fibers，and even the skin of the

11、body are in general the productions of cellular tissue。 But no one，so far as I know， has yet perceived that cellular tissue is the general matrix of all organization and that without this tissue no living body would be able to exist，nor could it have been formed。”,Charles Brisseau Milbel（17761854)，法

12、國植物學(xué)家，1802年認為植物的每一部分都有細胞存在，“the plant is wholly formed of a continuous cellular membranous tissue。Plants are made up of cells，all parts of which are in continuity and form one and the same membranous tissue”。 Henri Dutrochet （17761847），法國生理學(xué)家，1824年進一步描述了細胞的原理，他認為 “All organic tissues are actually gl

13、obular cells of exceeding smallness，which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues， all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified。This uniformity of finer structure proves that organs actually differ among themselves merely in the n

14、ature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed” 。,Matthias Jacob Schleiden（18041881)，德國植物學(xué)教授，1838年發(fā)表“植物發(fā)生論”(Beitrge zur Phytogenesis)，認為無論怎樣復(fù)雜的植物都有形形色色的細胞構(gòu)成。 Theodor Schwann（18101882)，德國解剖學(xué)教授，一開始就研究Schleiden的細胞形成學(xué)說，并于1838年提出了“細胞學(xué)說”（Cell Theory)這個術(shù)語；1939年發(fā)表了“關(guān)于動植物

15、結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究”,Schwann提出： 有機體是由細胞構(gòu)成的； 細胞是構(gòu)成有機體的基本單位。 1855 德國人R. Virchow 提出“一切細胞來源于細胞”（omnis cellula e cellula）的著名論斷；進一步完善了細胞學(xué)說。 把細胞作為生命的一般單位，以及作為動植物界生命現(xiàn)象的共同基礎(chǔ)的這種概念立即受到了普遍的接受。 恩格斯將細胞學(xué)說譽為19世紀的三大發(fā)現(xiàn)之一。,Cell theory has three basic tenets:,1. All organisms are composed of one or more cells.,2.The cell is

16、basic unit of structure and function for all organisms.,3.All cells arise only from preexisting cells by division.,Why are cells the basic units of life?,A. The cell is the structural unit of life, All organisms is make up of cells.,B.The cell is the functional unit of organisms. All metabolic activ

17、ity is based on cells.,C. The cell is the foundation of reproduce, and the bridge of inheritance.,D. The cell is the growing and developing basis of life,Human fetal development. (a)At 5 weeks, limb buds, eyes, the heart, the liver and rudiments of all other organs have started to develop in the emb

18、ryo, which is only about 1cm long. (b)Growth and development of the offspring, now called a fetus, continue during the second trimester. This fetus is 14 weeks old and about 6cm long. (c)The fetus in this photograph is 20 weeks old. Now the fetus grows to about 30cm in length.,E. Cell (nucleus) is t

19、otipotent, which can create a new organism of the same type,As a general rule, the cells of a multicellular organism all contain the same set of genes. For animals, the first evidence that even highly specialized cell carry a full complement of genes was verified by the experiment of tadpole nuclei

20、transplanting into unfertilized egg that had been deprived of its own nucleus. Some can develop swimming tadpoles. This is animal cloning. An especially dramatic example of animal cloning was reported in 1997. Dolly the first animal ever cloned from a cell derived from an adult.,Dolly and her daught

21、er,The process of cloning Dolly,Is there any practical value to such technology?,1、1839年，捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm這一術(shù)語描述細胞物質(zhì)，“Protoplast”為神學(xué)用語，指人類始祖亞當(dāng)。 2、1879年，德國人W. Flemming觀察了蠑螈細胞的有絲分裂，于1882年提出了mitosis 這一術(shù)語。德國人E. Strasburger (187680)在植物細胞中發(fā)現(xiàn)有絲分裂。 3、1883年，比利時人E. van Beneden 發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲Ascaris megaloce

22、phala的減數(shù)分裂(Meiosis)現(xiàn)象。,三、細胞學(xué)的發(fā)展Development of Cytology,4、1869年，瑞士人F. Miescher 從膿細胞中分離出核酸 Nucleic Acid 。 5、1928年，英國微生物學(xué)家F. Griffith于發(fā)表了著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗。 6、1944年，美國人O. Avery，C. Macleod 和M. McCarthy等人通過微生物轉(zhuǎn)化試驗證明DNA是遺傳物質(zhì) 。,7、1953年，美國人J. D. Watson 和英國人F. H. C. Crick提出DNA雙螺旋模型 DEOXYRIBONUCLEIC ACID。,8、1956年，蔣

23、有興（美籍華人）利用徐道覺發(fā)明的低滲處理技術(shù)證實了人的2n為46條，而不是48條Chromosome 。 9、1961年，英國人P. Mitchell 提出線粒體氧化磷酸化偶聯(lián)的化學(xué)滲透學(xué)說(Chemiosmotic Theory)，獲1978年諾貝爾化學(xué)獎。 10、196164年，美國人M. W. Nirenberg破譯DNA遺傳密碼(Genetic Code)。 11、1968年，瑞士人Werner Arber從細菌中發(fā)現(xiàn)DNA限制性內(nèi)切酶 (Restriction Enzyme)。 12、1970年，美國人D.Baltimore、R.Dulbecco和H.Temin由于發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶而共享

24、諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,13、1973年，美國人S. Cohen和H. Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，在大腸桿菌中表達，揭開基因工程的序幕。 14、1975年，英國人F.Sanger設(shè)計出DNA測序的雙脫氧法，1980年獲諾貝爾化學(xué)獎。此外Sanger還由于1953年測定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)而獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎。 15、1975年，德國人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein和丹麥科學(xué)家N.K.Jerne發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)，榮獲1984年度諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,16、1981年，美國首次發(fā)現(xiàn)艾滋病，1983年，法國巴斯德研究所的Luc Montagbier 發(fā)現(xiàn)AIDS

25、病毒。艾滋病的全稱為Acquired ImmunoDeficiency Syndrome ，由人類免疫缺陷病毒HIV引起。20年來全球共有約5800萬人受到艾滋病病毒感染，2200萬人死于艾滋病。我國于1985年發(fā)現(xiàn)。 HIV有以下特點： 嗜T淋巴細胞；整合宿主細胞終身難以消除；多變性，基因變異是艾滋病病毒致病能力增強之原因；廣泛存在于感染者的血液、精液、陰道分泌物以及唾液、尿液、腦脊液及有神經(jīng)癥狀者的腦組織中；較乙肝病毒對外界的抵抗力低，5630分鐘就可以使其滅活；感染者潛伏期長、病死率高；基因組比已知的任何逆轉(zhuǎn)錄酶病毒基因都復(fù)雜。,HIV侵染淋巴細胞,17、1982年，美國人S.B.Pru

26、siner 在患羊瘙癢病的羊體內(nèi)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)感染因子（prion）。更新了醫(yī)學(xué)感染的概念，獲1997年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,PrPC,PrPSC,18、1983年，美國人K.B.Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎。1988年美國Cetus公司獲PCR技術(shù)專利，1990年其診斷試劑盒和儀器的銷售額達2600萬美元。,19、1990年，美國國會正式批準(zhǔn)的“人類基因組計劃” （Human Genome Project）,計劃在15年內(nèi)投入30億美元以上的資金進行人類基因組分析。 我國于1993年加入該計劃，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號染色體短臂上約30Mb的測序任務(wù)。 2000年6月

27、28日人類基因組工作草圖完成。 20、1990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（ADA）基因變異引起。 1991年12月，復(fù)旦大學(xué)遺傳所薛京倫主持對一例血友病患者進行了基因治療試驗，并獲得成功。,Dolly sheep born in Roslin Institute, Scottland.,22、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。成為世紀末的重大新聞。,EMBRYO COLONING,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,

28、Sir Paul M. Nurse,23、2001年，美國人LelandHartwell、英國人Paul Nurse、TimothyHunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,2002年，英國人悉尼布雷諾爾、美國人羅伯特霍維茨和英國人約翰蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細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。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. 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)毎にǖ?，離子通道結(jié)構(gòu)和機理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。,Peter Agre,Roderick Mac

29、Kinnon,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012 was awarded jointly to Sir John B. Gurdon and Shinya Yamanaka for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2011 was divided, one half jointly to Bruce A. Beutler and Jules

30、 A. Hoffmann for their discoveries concerning the activation of innate immunity and the other half to Ralph M. Steinman for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunity.,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2010 was awarded to Robert G. Edwards for the development of in

31、 vitro fertilization.,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 was awarded jointly to Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider and Jack W. Szostak for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase.,第二節(jié) 細胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法,第一、認識細胞生物學(xué)課程的重要性 Importance。 第二、明確細胞生物學(xué)的研究

32、內(nèi)容 Content。 第三、從顯微、超微和分子三個層次來認識細胞的結(jié)構(gòu)與功能 Three Levels。 第四、將所學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問幾個為什么 Link Knowledge and Ask Why。 第五、Concern Hot Area 緊跟學(xué)科前沿，當(dāng)前的熱點主要有“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細胞周期調(diào)控”、 “細胞凋亡”、“腫瘤細胞”等。 第六、學(xué)一點科技史，尤其是生物學(xué)史 History。,細胞生物學(xué)的學(xué)習(xí)方法 第一、認識細胞生物學(xué)課程的重要性，正如原子是物理性質(zhì)的最小單位，分子是化學(xué)性質(zhì)的最小單位，細胞是生命的基本單位。50年代以來諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎大都授予了從事細胞生物學(xué)研究的科學(xué)家

33、，可見細胞生物學(xué)的重要性。如果你將來打算從事生物學(xué)相關(guān)的工作，學(xué)好細胞生物學(xué)能加深你對生命的理解。 第二、明確細胞生物學(xué)的研究內(nèi)容，即：結(jié)構(gòu)、功能、生活史。生物的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的，每一種結(jié)構(gòu)都有特定的功能，每一種功能的實現(xiàn)都需要特定的物質(zhì)基礎(chǔ)。如肌肉可以收縮、那么動力是誰提供的、能量從何而來的？ 第三、從顯微、超微和分子三個層次來認識細胞的結(jié)構(gòu)與功能。一方面每一個層次的結(jié)構(gòu)都有特定的功能，另一方面各層次之間是有機地聯(lián)系在一起的。 第四、將所學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問自己幾個為什么。細胞生物學(xué)涉及分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等幾乎所有生物系學(xué)生學(xué)過的課程，將學(xué)過的知識與細胞生物學(xué)課程中

34、講到的內(nèi)容關(guān)聯(lián)起來，比較一下有什么不同，有什么相同，為什么？盡可能對細胞和生命形成完整的印象，不要只見樹木不見森林。另一方面細胞生物學(xué)各章節(jié)之間的內(nèi)容也是相互關(guān)聯(lián)的，如我們在學(xué)習(xí)線粒體與葉綠體的時候，要聯(lián)想起細胞物質(zhì)運輸章節(jié)中學(xué)過的DNP、FCCP等質(zhì)子載體對線粒體會有什么影響，學(xué)習(xí)微管結(jié)構(gòu)時要問問為什么微管蛋白是一種G蛋白，而微管蛋白不是，學(xué)習(xí)細胞分裂時要想想細胞骨架在細胞分裂中起什么作用，諸如此類的例子很多。,細胞生物學(xué)的學(xué)習(xí)方法 第五、緊跟學(xué)科前沿，當(dāng)前的熱點主要有“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細胞周期調(diào)控”、 “細胞凋亡”、“腫瘤生物學(xué)”、“蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運”等。細胞生物學(xué)是當(dāng)今發(fā)展最快的學(xué)科之一，知

35、識的半衰期很短（可能不足5年），國內(nèi)教科書由于編撰周期較長，一般滯后于學(xué)科實際水平5-10年左右，課本中的很多知識都已是陳舊知識。有很多辦法可以使你緊跟學(xué)科前沿：一是選擇國外的最新教材，中國圖書進出口公司讀者服務(wù)部那里可以買到很多價廉物美的正宗原版教材（一般200-400元，只相當(dāng)于國外價格的1/5）；二是經(jīng)常讀一些最新的期刊資料，如果條件所限查不到國外資料，可以到中國期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫中查一些綜述文章。如在中國期刊網(wǎng)的檢索欄輸入關(guān)鍵詞“細胞凋亡”，二次檢索輸入關(guān)鍵詞“進展”，你會發(fā)現(xiàn)一大堆這樣的文章，都是漢字寫的，比讀英文省事。 第六、學(xué)一點科技史，尤其是生物學(xué)史，看看科學(xué)家如何開展創(chuàng)

36、造發(fā)明，學(xué)習(xí)他們驚人的毅力、銳敏的眼光和獨特的思維。牛頓說過：“我之所以比別人看得更遠，是因為站在巨人的肩膀上?！?第七、書是可以從任何一頁翻開的東西?，F(xiàn)在的教科書越編越厚，不要從頭讀到尾，一字不漏，必須想想辦法，提高效率。,第三節(jié) 對未來的展望The Future,人類經(jīng)歷了漫長的采獵文明后，約在一萬年前進入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟時代，18世紀60年代，英國率先進入工業(yè)經(jīng)濟，20世紀50年代美國最早走完工業(yè)經(jīng)濟的歷程，進入信息時代。據(jù)專家估計這一經(jīng)濟形態(tài)的“壽命”為7580年，到本世紀20年代將漸漸失去活力，屆時人類迎接下一個經(jīng)濟時代，即生物經(jīng)濟時代的到來。,Gene clone and recombin

37、ant technology 基因克隆和重組技術(shù)日趨成熟，在商業(yè)目的的驅(qū)使下，人類將大量的改造物種，開始了偏離自然進化規(guī)律的二次“創(chuàng)世紀” 。 Human genome project 人類基因組計劃完成，進入以基因功能為主要研究內(nèi)容的后人類基因組計劃。人類將解讀自身大約10萬個基因的含義，到時危害人類健康的5000多種遺傳病，以及與遺傳密切相關(guān)的癌癥、心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、糖尿病、高血壓、精神病等，都可以得到早期診斷和治療?；蚬こ趟幬飳⒌玫綇V泛的應(yīng)用，目前人工干擾素售價高達440億美元/Kg。,克隆技術(shù)和干細胞定向分化技術(shù)取得突破，人工創(chuàng)建的組織，器官將用于醫(yī)學(xué)治療的目的。 Energy 煤

38、（350年）與石油天然氣（30-50年）資源的枯竭指日可待，對光合作用機理的研究，使人工光解水成為可能。 Gene weapon 基因武器可能成為又一種足以令人類毀滅的武器。 生物芯片技術(shù)廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護、司法鑒定等領(lǐng)域。計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為生物經(jīng)濟的遺傳信息管理和交流提供了方便。,Gene Chip,分子細胞生物學(xué) 韓貽仁 科學(xué)出版社 2001年03月 醫(yī)學(xué)細胞與分子生物學(xué) 陳詩書 上海醫(yī)科大學(xué)出版社 1999年01月 細胞生物學(xué) 王德耀 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1998年出版 細胞生物學(xué) 翟中和等編 高等教育出版社 2000年8月出版 細胞生物學(xué)(第二版) 汪堃仁 北京師范大學(xué)出版社1998年11月出版 細胞生物學(xué)研究方法與技術(shù)(第二版) 劉鼎新 北醫(yī)、協(xié)和醫(yī)大聯(lián)合出版社1997年05月出版 細胞生物學(xué)實驗(第二版) 楊漢民 高等教育出版社1997