第一章 細(xì)胞生物學(xué)歷史與展望

細(xì)胞生物學(xué)CELLBIOLOGYCOURSE史雨紅E-mail：shiyuhong0517@163.com短號(hào)：670300長號(hào)公室地點(diǎn)：曹光彪科技樓421室第一章緒論HISTORYANDPERSPECTIVE本章內(nèi)容提要第一節(jié)一小段歷史一、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)參考書細(xì)胞生物學(xué)研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史。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。分三個(gè)層次：第一節(jié)一小段歷史細(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)。以形態(tài)描述為主。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)。是細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時(shí)期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父子制作第一臺(tái)復(fù)式顯微鏡。1610年GalileoGalilei用顯微鏡觀察昆蟲。RobertHookeandhis“cells”1665年英國人RobertHooke出版《顯微圖譜》。觀察了軟木，并首次用cells來描述“細(xì)胞”。RobertHooke’smicroscopeMicrographia《顯微圖譜》Micrographia

《顯微圖譜》

1680年列文虎克是第一個(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)。MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1831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。這些工作對(duì)于細(xì)胞學(xué)說的誕生具有重要意義。二、細(xì)胞學(xué)說CellTheory是19世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容有三條：①細(xì)胞是有機(jī)體，一切動(dòng)植物都是有細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成。②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)于其他細(xì)胞共同組成的整體的生命有助益；③新細(xì)胞可以通過已存在的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。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。Jean-BaptistedeLamark1838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。Schwann提出了“細(xì)胞學(xué)說”（CellTheory)；1839年發(fā)表了“關(guān)于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究”。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannSchwann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。1855年，德國人R.Virchow提出omniscellulaecellula（細(xì)胞只能來自細(xì)胞）的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。RudolfVirchow

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（1839）和vonMohl（1846）則將之稱作原生質(zhì)“protoplasm”

。如今“原生質(zhì)”一詞已從生物學(xué)文獻(xiàn)中消失了，但在當(dāng)時(shí)具有十分重要的意義。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。微生物轉(zhuǎn)化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可以在培養(yǎng)基上自我生長和繁殖HeLacellsare

culturedtumorcellsisolatedfromacancerpatientnamedHenriettaLacksin1951.Itisthefirsthumancelltobekeptincultureforlongperiodsoftimeandisstillusedtoday.JohnsHopkinsunivesity,in19511952年Franklin拍攝到清晰的DNA晶體X-衍射照片。1953年她認(rèn)為DNA是一種對(duì)稱結(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)。1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。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。1983年，Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1990年，美國國會(huì)正式批準(zhǔn)的“人類基因組計(jì)劃”（HumanGenomeProject）。我國于1993年加入該計(jì)劃，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號(hào)染色體短臂上約30Mb的測序任務(wù)。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(shí)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。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(yàn)基地誕生。EMBRYOCOLONING2001年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)理LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)HuntSirPaulM.Nurse美國英國2002年諾貝爾諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

英國美國英國布雷諾爾霍維茨蘇爾斯頓2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

細(xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理PeterAgreRoderickMacKinnon

美國彼得·阿格雷羅德里克·麥金農(nóng)2004年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)氣味受體和嗅覺系統(tǒng)的組成RichardAxelLindaB.Buck美國2005年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)幽門螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。BarryJ.Ma