醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)-緒論

醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

MedicalCellBiology第一章緒論問(wèn)題一：細(xì)胞是什么形狀的？答案：多種多樣球形〔紅細(xì)胞〕立方形〔上皮細(xì)胞〕梭形〔骨骼肌〕星形〔膠質(zhì)細(xì)胞〕多角形〔神經(jīng)細(xì)胞〕問(wèn)題二：細(xì)胞有多大？最大的細(xì)胞：鴕鳥(niǎo)卵12－15cm最小的細(xì)胞：支原體0.1－0.3um大多數(shù)細(xì)胞：4－10um問(wèn)題三：我們擁有多少個(gè)細(xì)胞？成年人1.8×1016新生兒：2×1012細(xì)胞數(shù)目的增加是依靠細(xì)胞的繁殖，各種細(xì)胞繁殖能力不同，如紅細(xì)胞120天全部更新一遍，神經(jīng)細(xì)胞，終生不再繁殖，肝、腎細(xì)胞，損傷后可再生，人的細(xì)胞數(shù)經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)平衡之中。一、生物學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)生物學(xué)：研究生命的科學(xué)，又叫生命科學(xué)，是研究生命發(fā)生、開(kāi)展本質(zhì)規(guī)律的科學(xué)。細(xì)胞生物學(xué)什么是細(xì)胞生物學(xué)?我們?yōu)槭裁磳W(xué)習(xí)細(xì)胞生物學(xué)?如何學(xué)習(xí)細(xì)胞生物學(xué)?對(duì)于細(xì)胞,我們知道什么?不知道什么?細(xì)胞生物學(xué)什么是細(xì)胞生物學(xué)?概念:細(xì)胞生物學(xué)是從細(xì)胞的顯微、亞顯微和分子三個(gè)水平對(duì)細(xì)胞的各種生命活動(dòng)開(kāi)展研究的學(xué)科。研究?jī)?nèi)容---三個(gè)水平細(xì)胞水平光學(xué)顯微鏡術(shù)亞細(xì)胞水平電子顯微鏡術(shù)分子水平生物化學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)2.研究?jī)?nèi)容以細(xì)胞為研究對(duì)象⑴概述〔分子根底與研究方法〕⑵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能⑶細(xì)胞的社會(huì)性⑷細(xì)胞的根本生命活動(dòng)二、細(xì)胞生物學(xué)在生命科學(xué)中的地位生命科學(xué)的重要分支學(xué)科和根底學(xué)科現(xiàn)代生命科學(xué)中的前沿學(xué)科之一生命科學(xué)中最為活潑的研究領(lǐng)域之一艾滋病病毒動(dòng)物無(wú)性克隆現(xiàn)代生命科學(xué)的分支分子生物學(xué)微生物學(xué)免疫學(xué)病理學(xué)遺傳學(xué)生物化學(xué)生理學(xué)植物學(xué)動(dòng)物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)研究的常用模式生物病毒與DNA、RNA、蛋白合成有關(guān)的蛋白質(zhì)等細(xì)菌基因調(diào)控、細(xì)胞周期等酵母蛋白質(zhì)分泌和膜的起源線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡的調(diào)控果蠅分化細(xì)胞系的產(chǎn)生斑馬魚(yú)腦和神經(jīng)系統(tǒng)的形成和功能小鼠〔包括培養(yǎng)細(xì)胞〕腫瘤等疾病模型擬南芥器官的發(fā)育和模式二、細(xì)胞生物學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史第一階段:

細(xì)胞生物學(xué)的創(chuàng)立(-1855)1665RobertHookCellulae---小室“我一看到這種形象就認(rèn)為這是我的發(fā)現(xiàn)。因?yàn)樗_是我第一次看到的微小孔洞，也可能是歷史上的第一次發(fā)現(xiàn)。這顯然使我理解了軟木為什么這么輕的原因。〞荷蘭布商列文·虎克AntonievanLeeuwenhoek1632～1723“在一個(gè)人口腔牙垢里的小動(dòng)物比整個(gè)王國(guó)的居民還多〞細(xì)胞學(xué)說(shuō)1838～1839年Schleiden和Schwann一切生物，從單細(xì)胞生物到高等動(dòng)植物都是由細(xì)胞組成的細(xì)胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)功能活動(dòng)的根本單位細(xì)胞只能通過(guò)分裂的方式來(lái)自于已存在的細(xì)胞1855年R.Virchow提出“一切細(xì)胞只能來(lái)自原來(lái)的細(xì)胞〞，進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)創(chuàng)立的意義：推動(dòng)作用19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一第二階段:

細(xì)胞生物學(xué)經(jīng)典開(kāi)展時(shí)期〔1855～1900〕細(xì)胞的固定和染色技術(shù)，顯微鏡的進(jìn)一步改善，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和分裂活動(dòng)以及各種細(xì)胞器。1841，Remark，雞胚血細(xì)胞的直接分裂1880，F(xiàn)lemming,動(dòng)物細(xì)胞的間接分裂1883，VanBeneden，動(dòng)物細(xì)胞的減數(shù)分裂中心體、線粒體、高爾基體等發(fā)現(xiàn)第三階段:

實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)階段〔1900～1950〕主要特點(diǎn)：采用多種實(shí)驗(yàn)手段對(duì)細(xì)胞的生化代謝和生理功能進(jìn)行研究主要工作：“基因?qū)W說(shuō)〞組織培養(yǎng)技術(shù)Morgan第三階段:

實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)階段〔1900～1950〕檢測(cè)細(xì)胞中核酸的方法從活細(xì)胞中別離出細(xì)胞核和各種細(xì)胞器此階段主要特點(diǎn)是不只著重于結(jié)構(gòu)，形態(tài)學(xué)的描述，而是借助于實(shí)驗(yàn)手段的不斷更新，增加研究的深度和廣度。第四階段:

分子生物學(xué)階段(1950-)1944年，O.Avery---DNA為遺傳物質(zhì)1952年RE.Franklin拍攝到清晰的DNA晶體的X-衍射照片。1953年，J.Watson和F.Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1955年，Gamov報(bào)道三聯(lián)體密碼假說(shuō)1958年，M.Meselson和F.Stahl--DNA半保存復(fù)制1958年，F(xiàn).Crick發(fā)表中心法那么1960年，F(xiàn).Jacob和J.Monod提出蛋白質(zhì)合成操縱子學(xué)說(shuō)1961年，M.Nirenberg和Mathaei從核糖核酸實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果,確定了每一種氨基酸的“密碼〞

1952年RE.Franklin拍攝到清晰的DNA晶體的X-

衍射照片。

1953年她認(rèn)為DNA是一種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，可能是螺旋。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)。三、細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)是醫(yī)學(xué)科學(xué)的重要理論根底之一細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞雜交染色體技術(shù)基因治療細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的開(kāi)展相互影響，相互促進(jìn)。細(xì)胞生物學(xué)的熱點(diǎn)二十世紀(jì)后期生命科學(xué)的三大突破基因工程人類(lèi)基因組計(jì)劃克隆生命科學(xué)的三大突破那么預(yù)示出二十一世紀(jì)生物學(xué)革命的來(lái)臨，預(yù)示生命科學(xué)世紀(jì)的到來(lái)?；蛑亟M1972年，諾貝爾獎(jiǎng)得主美國(guó)斯坦福大學(xué)教授PaulBerg將猿猴病毒SV40DNA與大腸桿菌質(zhì)粒DNA通過(guò)剪切后拼接在一起，人工構(gòu)成了第一個(gè)重組DNA雜交分子。SV40DNAE.coliplasmid人類(lèi)基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出于1987年啟動(dòng)的美國(guó)英國(guó)德國(guó)法國(guó)日本中國(guó)旨在為30多億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類(lèi)基因組精確測(cè)序，發(fā)現(xiàn)所有人類(lèi)基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類(lèi)全部遺傳信息。人類(lèi)是在“進(jìn)化”歷程上最高級(jí)的生物，對(duì)它的研究有助于認(rèn)識(shí)自身、掌握生老病死規(guī)律、疾病的診斷和治療、了解生命的起源。2000年6月26日，參加人類(lèi)基因組工程項(xiàng)目的美國(guó)、英國(guó)、法蘭西共和國(guó)、德意志聯(lián)邦共和國(guó)、日本和中國(guó)的6國(guó)科學(xué)家共同宣布，人類(lèi)基因組草圖的繪制工作已經(jīng)完成。最終完成圖要求測(cè)序所用的克隆能忠實(shí)地代表常染色體的基因組結(jié)構(gòu)，序列錯(cuò)誤率低于萬(wàn)分之一。95%常染色質(zhì)區(qū)域被測(cè)序，每個(gè)Gap小于150kb。美國(guó)和英國(guó)科學(xué)家2006年5月18日在英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了人類(lèi)最后一個(gè)染色體——1號(hào)染色體的基因測(cè)序。

“人類(lèi)基因組方案〞已經(jīng)點(diǎn)上了句號(hào)，人類(lèi)基因組的全部數(shù)據(jù)都已上網(wǎng)供免費(fèi)使用。這是人類(lèi)文明史上的一個(gè)偉大的里程碑。這樣一個(gè)偉大的“科學(xué)方案〞，資助者與執(zhí)行者居然放棄了最上游、最值錢(qián)的“知識(shí)產(chǎn)權(quán)〞，而與全世界免費(fèi)分享成果。人類(lèi)基因組測(cè)序機(jī)器

克隆無(wú)性繁殖(借腹生子)

細(xì)胞生物學(xué)與諾貝爾獎(jiǎng)金穆利斯(KaryMullis1944～)美國(guó)化學(xué)家，1985年創(chuàng)造了聚合酶鏈?zhǔn)椒错?PCR)技術(shù)，1993年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院2001年10月８日宣布，將本年度諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家利蘭·哈特韋爾與英國(guó)科學(xué)家蒂莫西·亨特和保羅·納斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期的關(guān)鍵分子調(diào)節(jié)機(jī)制。三名科學(xué)家所作出的重大奉獻(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了具有調(diào)節(jié)所有真核有機(jī)體中細(xì)胞周期的關(guān)鍵分子。ＳＴＡＲＴ〞的基因〔R點(diǎn)〕對(duì)控制各個(gè)細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用。調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的一種關(guān)鍵物質(zhì)ＣＤＫ〔細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)激酶〕，ＣＤＫ是通過(guò)對(duì)其他蛋白質(zhì)的化學(xué)作用來(lái)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期的。調(diào)節(jié)ＣＤＫ功能的物質(zhì)ＣＹＣＬＩＮ〔細(xì)胞周期蛋白〕。哈特韋爾、納斯和亨特三人的發(fā)現(xiàn)對(duì)研究細(xì)胞的發(fā)育有重大的影響，特別是對(duì)開(kāi)辟治療癌癥新途徑將具有極其深遠(yuǎn)的意義。從左至右分別為：羅伯特·霍維茨，悉尼·布雷內(nèi)，約翰·蘇爾斯頓瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布，把2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予分別來(lái)自英國(guó)的悉尼·布雷內(nèi)、來(lái)自美國(guó)的羅伯特·霍維茨和來(lái)自英國(guó)的約翰·蘇爾斯頓，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了在器官發(fā)育和“程序性細(xì)胞死亡〞過(guò)程中的基因規(guī)那么。

2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的3位獲獎(jiǎng)?wù)呃镁€蟲(chóng)作為研究對(duì)象，先后發(fā)現(xiàn)了“程序性細(xì)胞死亡〞是由基因控制的，并發(fā)現(xiàn)了與之相關(guān)的一些基因，證實(shí)了人體內(nèi)也存在相應(yīng)的基因。對(duì)這些基因的研究，有助于研究針對(duì)癌癥、艾滋病和老年癡呆癥等疾病的新療法。2003年，美國(guó)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年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解，其實(shí)他們的成果就是發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)“死亡〞的重要機(jī)理。2006年10月2日,瑞典卡羅琳斯卡研究院宣布,2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給2位美國(guó)科學(xué)家:AndrewZ.Fire和CraigC.Mello,以表彰其在RNA干擾雙鏈RNA引發(fā)的基因沉默領(lǐng)域所做出的杰出奉獻(xiàn).此前，ＲＮＡ分子只是被當(dāng)作從ＤＮＡ〔脫氧核糖核酸〕到蛋白質(zhì)的“中間人〞、將遺傳信息從“藍(lán)圖〞傳到“工人〞手中的“信使〞。但法爾和梅洛的研究讓人們認(rèn)識(shí)到，ＲＮＡ作用不可小視，它可以使特定基因開(kāi)啟、關(guān)閉、更活潑或更不活潑，從而影響生物的體型和發(fā)育等。諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)主席戈蘭·漢松說(shuō)：“我們?yōu)橐环N根本機(jī)制的發(fā)現(xiàn)頒獎(jiǎng)。這種機(jī)制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的，是給它發(fā)個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候了。〞瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)宣布將2007年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家馬里奧-卡佩奇和奧利弗-史密西斯、英國(guó)科學(xué)家馬丁-埃文斯。他們創(chuàng)造了一套完整的“基因敲除小鼠〞方式，把任意改變小鼠基因變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，不僅可以研究單個(gè)基因在動(dòng)物體內(nèi)的功能，而且為人類(lèi)攻克某些遺傳因素引發(fā)的疾病，提供了藥物試驗(yàn)的動(dòng)物模型。這三位科學(xué)家是因?yàn)椤霸谏婕芭咛ジ杉?xì)胞和哺乳動(dòng)物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)〞而獲得這一殊榮的。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一種通常被人們稱(chēng)為“基因打靶〞的強(qiáng)大技術(shù)。這一國(guó)際小組通過(guò)利用胚胎干細(xì)胞在老鼠身上引入特定基因修飾。北京時(shí)間2021年10月4日下午5時(shí)30分，被譽(yù)為“試管嬰兒之父〞的英國(guó)科學(xué)家羅伯特·愛(ài)德華茲獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。圖為1998年7月20日，愛(ài)德華茲與兩名試管嬰兒合影。圖為2021年7月12日，愛(ài)德華茲與世界第一個(gè)試管嬰兒路易斯合影TheNobelPrizein