細胞生物學課件1

一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找！

EBWilson

給我一個活的細胞，我可以創(chuàng)造一個生物世界！

F-V

Raspail什么是細胞？

1.一切植物和動物都是由細胞組成。

2.細胞是生命活動的基本單位。什么是細胞生物學？

研究細胞基本生命活動規(guī)律的科學研究內容：細胞結構與功能、細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調控、細胞起源與進化等核心問題：將遺傳與發(fā)育在細胞水平上結合起來。

細胞生物學分子生物學神經生物學生態(tài)學生命科學的四大基礎學科總趨勢

細胞生物學與分子生物學(包括分子遺傳學與生物化學)相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢。在斯坦福大學，由諾貝爾物理獎獲得者朱棣文教授領導啟動了“生物學－交叉學科研究計劃(Bio－XProgram)”B:BiologyX:物理工程等其它學科以生物為中心，進行多學科交叉、融合重點領域染色體DNA與蛋白質相互作用關系

—主要是非組蛋白對基因組的作用細胞增殖、分化、凋亡的相互關系及其調控細胞信號轉導的研究細胞結構體系的組裝

美國科學情報研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學研究中論文發(fā)表最集中的三個領域分別是：細胞信號轉導（signaltransduction）細胞凋亡（cellapoptosis）基因組與后基因組學研究（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《什么是當今科研領域的熱門話題？》的調查報告中指出，目前全球研究最熱門的是：

三種疾?。?/p>

癌癥（cancer）

心血管病（cardiovasculardiseases）

愛滋病和肝炎等傳染病

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

細胞周期調控（cellcyclecontrol）

細胞凋亡（cellapoptosis）

細胞衰老（cellularsenescence）

信號轉導（signaltransduction）

DNA的損傷與修復（DNAdamageandrepair）細胞重大生命活動

第一章歷史與展望本章內容提要第一節(jié)：細胞生物學歷史一、細胞的發(fā)現二、細胞學說三、細胞超微結構研究四、分子細胞生物學第二節(jié)：細胞生物學學習方法第三節(jié)：對未來的展望附錄細胞生物學參考書第一節(jié)細胞生物學歷史細胞生物學研究細胞的結構、功能和生活史。分三個層次：1）顯微水平，光學顯微鏡下可見的結構。2）超微水平，電子顯微鏡下可見的結構。3）分子水平，細胞結構的分子組成，及其在生命活動中的作用。光學顯微鏡下的細胞電子顯微鏡下的細胞

細胞生物學經歷了四個主要發(fā)展階段1）1665-1830s，細胞發(fā)現，顯微生物學。2）1830s-1930s，細胞學說，Cytology誕生。3）1930s-1970s，電鏡技術應用，Cytology發(fā)展為細胞生物學。4）1970s以來，分子細胞生物學時代。一、細胞的發(fā)現細胞生物學的變革和顯微技術的改進息息相關。1590年J.和Z.Janssen制作第一臺復式顯微鏡。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“細胞”。RobertHookeandhis“cells”RobertHooke1665RobertHooke’smicroscope《顯微圖譜》16651680年A.vanLeeuwenhoek當選為英國皇家學會會員。他是第一個描述活細胞的科學家。觀察過植物、原生動物、水、鮭魚的紅細胞、牙垢中的細菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，對細胞的研究沒有實質進展。直到1830s消色差顯微鏡出現，人們才對細胞的結構和功能有了新的認識。A.vanLeeuwenhoek的顯微鏡1828年R.Brown在蘭科植物表皮細胞內發(fā)現了細胞核。1836年GG.Valentin在動物神經細胞中發(fā)現了細胞核與核仁。二、細胞學說（celltheory）基本內容有三條：細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發(fā)育而來,并由細胞和細胞產物所構成；每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它“自己的”生命,又對與其它細胞共同組成的整體的生命有所助益；新的細胞可以通過老的細胞繁殖產生。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannM.J.SchleidenT.Schwann通常認為施萊登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了細胞學說。實際上它是19世紀許多科學家共同努力的結果。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等許多著名科學家。1838年Schleiden發(fā)表《植物發(fā)生論》，認為無論怎樣復雜的植物都由細胞構成。但他以free-cellformation理論來解釋細胞形成。Schwann1839年發(fā)表《關于動植物結構和生長一致性的顯微研究》，指出動植物體是細胞集合體。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學說Schwann提出：有機體是由細胞構成的；細胞是構成有機體的基本單位。但他也采用了的Schleiden細胞形成理論。1858德國人R.Virchow提出omniscellulaecellula的著名論斷；進一步完善了細胞學說。細胞學說重要補充RudolfLudwigKarlVirchow細胞只能來自細胞有機體的一切病理表現都是基于細胞的損傷19世紀30年代后發(fā)現活細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“protoplasm”。1861M.Schultze提出原生質理論：Hanstein（1880）提出“原生質體”protoplast概念；組成有機體的基本單位是一小團原生質，這種物質在各種有機體中是相似的。三、細胞超微結構研究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研究這些結構的功能。Cytology發(fā)展為CellBiology。四、分子細胞生物學時代1869年瑞士人F.Miescher從膿細胞中分離出核酸，但未引起重視。1944年O.Avery等通過細菌轉化試驗，1952年M.Chase等通過噬菌體標記感染實驗肯定了核酸與遺傳的關系。核酸的發(fā)現DNA為遺傳物質的確立肺炎球菌轉化實驗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年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎。1962年諾貝爾生理?醫(yī)學獎——DNA的三維結構羅莎琳德·富蘭克林DNA晶體衍射圖片“照片51號”1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。補充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粒中，并在大腸桿菌中表達。一系列技術和理論的提出，使細胞生物學與分子生物學的結合越來越緊密。TheNobelPrizeinChemistry1993KaryB.Mullis人類基因組計劃TheHumanGenomeProject(HGP)CompletedinApril20031986年由美國生物學家杜伯克首次提出1990年10月美國投資30億美元啟動計劃預計15年完成國際化研究項目美國、日本、英國、加拿大、瑞典1999年7月我國承擔人類基因組1%測序任務2000年3月我國科學家完成3號染色體測序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(誘導多能干細胞)

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

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。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)育的遺傳調控和細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

2003年，美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農，分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲諾貝爾化學獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現氣味受體和嗅覺系統的組成。RichardAxelLindaB.Buck2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現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因對RNA干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎。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)現利用胚胎干細胞在小鼠中進行特意的基因修飾而獲諾貝爾生理學醫(yī)學獎。MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies2008年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予德國科學家哈拉爾德·楚爾·豪森（發(fā)現了人乳頭狀瘤病毒（HPV））及兩名法國科學家弗朗索瓦絲·巴爾—西諾西和呂克·蒙塔尼（發(fā)現了艾滋病病毒（HIV））。2009年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國加利福尼亞舊金山大學的伊麗莎白·布萊克本(ElizabethBlackburn)、美國巴爾的摩約翰·霍普金醫(yī)學院的卡羅爾-格雷德(CarolGreider)、美國哈佛醫(yī)學院的杰克·紹斯塔克(JackSzostak)以及霍華德休斯醫(yī)學研究所，以表彰他們發(fā)現了端粒和端粒酶保護染色體的機理。2010年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎揭曉，英國科學家羅伯特·愛德華茲（RobertEdwards）因發(fā)展體外受精技術和試管嬰兒技術獲獎。2011年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎由三人分享：布魯斯·巴特勒（BruceA.Beutler）、朱爾斯·霍夫曼（JulesA.Hoffmann），表彰他們在先天免疫方面的發(fā)現；拉爾夫·斯坦曼（RalphM.Steinman），表彰他對獲得性免疫中樹突細胞及其功能的發(fā)現。第二節(jié)細胞生物學學習方法一、認識細胞生物學課程的重要性細胞是生命的基本單位。細胞生物學是生物技術的重要支撐學科，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回答。諾貝爾獎頻繁授予細胞生物學領域。二、了解生物科學與哲學和其它自然科學的關系人類對于生命的認識論主要有：活力論（vitalism）機械論、還原論（reductionism），機械唯物論整體論（holism），即辯證唯物論現代生物學是一門實驗科學，與其它自然科學具有密切的關系。DNA雙螺旋模型的提出就是理科知識綜合應用的典范。三、掌握學科的基本邏輯掌握學科的思維邏輯對于學習和預見一個有價值的發(fā)現很有幫助。1．結構與功能2．基因與表型3．信號與效應4．趨同于分異5．同源與同工四、將學過的知識關聯起來學而不思則罔，思而不學則殆。將學過的知識關聯起來，多問幾個為什么？盡可能形成對細胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。善于靈活應用學過的知識解釋生命現象。五、了解學科的過去、現在和未來了解學科的發(fā)展，把握時代的脈搏，才能作出有價值的工作，當前的熱點主要有“膜生物學”、“信號轉導”、“細胞周期調控”、“細胞凋亡”、“細胞分化”、“腫瘤生物學”、“干細胞”等。讀一點科技史，了解科學家的成功之路。讀一些新的文獻。以下提供一些免費文獻入口。Pubmed，大名鼎鼎的免費數據庫，屬于美國國立醫(yī)學圖書館，可查閱生物醫(yī)學領域的文摘。免費的數據庫，提供918種期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等細胞生物學專業(yè)優(yōu)秀期刊，提供1955年以來的全文。生物化學方面的優(yōu)秀期刊，提供1905年以來的全文。美國科學院學報，提供1915年以來的全文，一些經典細胞生物學論文發(fā)表于該刊。我校具有以下數據庫，初步能夠滿足學習需要。中文科技期刊全文數據庫中國期刊網鏡像萬方數據資源系統鏡像國家科技圖書文獻中心EBSCOhost外文全文數據庫ElsevierSpringer外文電子期刊第三節(jié)對未來的展望人類在一萬年前進入農業(yè)經濟，18世紀60進入工業(yè)經濟，20世紀50年代迎來信息時代。據估計這一經濟形態(tài)的“壽命”為75~80年，到本世紀20年代人類將迎接下一個經濟時代，即生物經濟時代的到來。它有以下特點：一、推動產業(yè)革命，創(chuàng)造新的經濟生長點生物產業(yè)的比重將逐步提高。目前藥品中有15%基于生物技術，這一數字據估計到2010年會增加到40%。生物芯片已廣泛應用于科研、醫(yī)療、農業(yè)、食品、環(huán)境保護、司法鑒定等領域。轉基因動植物的市場前景廣闊，2004年全球轉基因作物的種植面積已經達到8100萬公頃。GeneChip二、推動醫(yī)學革命，延長人類壽命20世紀抗生素和疫苗的應用、醫(yī)療技術的提高使人類平均壽命從20世紀初的40幾歲在世紀末達到70多歲。但是心血管病、癌癥和各類遺傳病或遺傳相關的疾病仍然是威脅人類健康的主兇。21世紀生物技術將推動新一輪醫(yī)學革命，從疾病預防、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，延長人類壽命。三、推動綠色革命，解決食品危機。20世紀60年代以來，雜交高產作物的廣泛應用，引起第一次綠色革命。二十一世紀轉基因動植物、組織培養(yǎng)、胚胎移植、動物克隆等一系列新技術將再一次改變農業(yè)的面貌，創(chuàng)造新品種、生產人類所急需的糧食、藥物和工業(yè)用品，推動第二次綠色革命。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)現與應用，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>