医学细胞生物学绪论

第一章 绪论,第一节 细胞与细胞生物学 第二节 发展简史 第三节 与医学科学 第四节 研究动态与医学进展,第一节 细胞与细胞生物学,内容: 1.主要的研究任务 2.具体的研究方向 3.分支学科,细胞（Cell)是1665年，由英国皇家学会会员物理学家Robert Hook（列文虎克）发现并命名的。 细胞学(cytology)是研究细胞结构形态、生理功能及生活史的科学，对细胞的认识有局限性。 细胞生物学(Cell Biology)是从细胞整体、亚显微结构以及分三个不同层次上，把细胞结构、功能有机结合起来，并与生命科学其他学科相互渗透，探索生命活动基本规律的科学。,1.主要的研究任务, 形态结构-显微、亚显微、分子水平 阐明生命活动的结构基础 功能动态-分析、比较、综合的方法 描述细胞内各部分的化学组成以及新陈代谢过程 阐明细胞内各部分结构间的相互关系与相互作用 生命活动规律 生长、发育、遗传、变异、衰老、死亡、分化等。,2.具体的研究方向,1 生物膜与膜性细胞器的研究 2 染色体及基因表达 3 细胞骨架体系的研究 4 细胞增殖与细胞周期的调控 5 细胞生长和分化 6 细胞衰老与死亡 7 细胞通讯和信号转导 8 细胞的起源与进化 9 细胞工程,结构、功能,生命活动,手段,3.分支学科,(1)细胞遗传学(cytogenetics) (2)细胞生理学(cytophysiology) (3)细胞化学(cytochemistry) (4)细胞社会学(cytosociology) (5)细胞形态学(cytomorphology) (6)分子细胞学(molecular cytology),Robert Hooke and his “cells”,Figure 1-1 Hooke and his cell.,图1.1 英国物理学家Robert Hook，创造的第一架有科学研究价值的显微镜。 1665年， 显微图谱描绘了他所见到的木栓是由许多蜂巢状小室排成，是 细胞学史上第一个细胞模式图。,Leeuwenhoek and his “animalcules”,Figure 1-3 Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) (1)used his own ( single lens) monocular microscopes (2) and was the first person to observe(3) bacteria and protozoa. He look at everything from rain water to tears. He saw moving objects that he termed “animalcules”(4, 5). The tiny creatures appeared to be swimming.,1 2 3 4 5,He studied primarily cells in plants. He observed that all plants seemed to be composed of cells, and is thus considered the co-founder of cell theory together with Schwann.,Matthias Jakob, Schleiden, (1804-1881),He identified stated that all animals are made of cells. In 1839, together with Matthias Schleiden he formulated the cell theory of life.,Theodor Schwann (1810-1882), German physiologist and histologist,A. The discovery of cells B. Establish cell theory,Figure 1-4,ONION CELLS,1、细胞是生物体的形态和功能的单位； 2、生物体的特性决定于构成它们的各个细胞 3、细胞只能通过细胞分裂而来，并保证遗传物质的连续性。 4、细胞是生命的最小单位。 -赫特维希细胞和组织,现代完整的细胞学说的内容,2.细胞学的经典时期,19世纪最后的25年 （1875-1900）是细胞研究的繁盛时期，相继发现了许多重要的细胞结构和细胞活动现象。 （1）原生质理论的提出 （2）关于细胞分裂的研究 （3）重要细胞器的发现 （4）遗传方面的成就,（1） 原生质理论的提出 Mohl（莫尔）和Nageli（纳哲里）提出了原生质理论： 有机体的组织单位是一小团原生质。 后人又精确地 把围在核周围的原生质称为细胞质（cytoplasm） 把核内的原生质称为核质（karyoplasm）。,（2） 关于细胞分裂的研究 1880年弗来明（W. Flemming）提出了有丝分裂的概念（mitosis）。 1883年Van Beneden在动物，1886年Straburger在植物发现减数分裂（meiosis）。 1905年.J.R.Famer和J.E.Moore明确了核在两代个体间的连续性。,（3） 重要细胞器的发现 19世纪中叶随着显微镜技术的提高，发明了固定法，开始利用石蜡切片技术。经固定的材料，进行一系列处理，染色后在显微镜下观察，相继发现了细胞内的一系列结构。 1883年，V.Beneden、1888年R.Brown和 Boveri相继发现中心体（Centrosome）； 1894年Altmann、 1898年C.Benda先后发现线粒体（mitochondrium）； 1898年Golgi发现Golgi body。,（4） 遗传学方面的成就 在这期间，实验细胞学和细胞遗传学迅速发展。 1866年，Mendel的工作遗传因子； 1871年F.Miescher提取“核素”(Nuclein)； 1889年R.Altmann改名为核酸(nucleic acid)； 1902年W.A.Cannon提出遗传染色体学说，认为基因就在染色体上。,1896年，德国另一胚胎学家魏尔逊(Wilson)发表“The Cell in Development & Heredity”，细胞在发育和遗传中被认为是第一部系统的细胞学。书中 的细胞模式图，反映了光镜时代对细胞结构的认识水平，作为细胞学史上第二个具有代表意义的模型，一直沿用到本世纪50年代。,-多学科渗透与细胞生物学（19001953） 生命科学的相邻学科互相渗透，并结合多种实验手段，对细胞的结构、功能进行大量研究。 1938年德国科学家Ruska，在西门子电子公司设计制造了世界上第一架电子显微镜，才把细胞学引向新的发展时期。对细胞的认识更加精细，主要工作有：,3.实验细胞学时期,细胞化学方面成绩卓著：,1924年，孚尔根（Feulgen）创立了定性DNA的特异方法。 1940年，希拉舍（Brachet）创立了定性RNA的方法。（Unna法）。 40年代后期，在电镜下相继发现了某些细胞器的超微结构： 内质网（Porter1945）、叶绿体(Porter1947)、高尔基体(Dalton 1950)、 核膜(Callan 1950)、溶酶体(de Duve 1952)、线粒体(Palade 50年代)、 核糖体(Palade 1953)、单位膜(Robertson 1958)。,1961年，J.Brachet集40、50之大成绘制了细胞的超微结构，反映了电镜时代对细胞的认识水平，成为细胞学史上第3个有代表意义的细胞模式图。,1944年Avery等在微生物转化实验中肯定了DNA是遗传物质。 1953年美国分子遗传学家沃森(J.D.Watson)和英国分子生物学家、物理学家克利克(F.H.C.Crick) 提出了DNA分子结构的双螺旋模型，标志着分子生物学的诞生。 1956年，Kornberg 从E.Coli 中获得DNA聚合酶，并体外合成DNA成功； 1958年，Crick提出了遗传的“中心法则”；,Figure 1-8The DNA-double helix model and the discoverers Watson (left) and Crick (right) and Wilkins who be awarded the 1962 Nobel Prize in Physiology or Medicine “for their discoveries in1953.,Figure 1-7 The first practical TEM and the builder Ernst Ruska who won the Nobel Prize in Physics in 1986 for his work in electron optics, including the design of the first electron microscope in 1931.,从细胞生物学的发展史看出，这门学科从叙述到实验，从分析到综合，从定性到定量，从局部到整体，从静止的形态描述发展到细胞结构与功能动态多方面研究； 研究对象不再是单个细胞，而要考虑到由细胞组成的整个生物体，以及组成细胞的各种生物大分子，把细胞作为物质、能量、信息过程的综合体，深入到分子水平来探寻生命活动的规律，有目的地影响和改造细胞，以达到造福人类的目的。,4.细胞分子生物学,Figure 1-9 Kary Mullis and the principle of PCR which is used to amplify specific regions of a DNA strand Developed in 1984 . In 1993 Mullis was awarded the Nobel Prize in Chemistry.,Figure 1-10 The Human Genome Project was an international scientific research project with a primary goal to determine the sequence of chemical base pairs , identify and map the approximately genes of the human genome,2.4 Molecular cell biology,Dolly (July 5, 1996 February 14, 2003), with her first born lamb,Dollys remains are exhibited at the Royal Museum of Scotland.,Figure 1-11 Dolly (July 5, 1996 February 14, 2003), was a female domestic sheep remarkable in being the first mammal to be cloned from an adult somatic cell,. She was born on July 5, 1996 and she lived until the age of six, at the Roslin Institute in Edinburgh, Scotland . And it was dubbed “the worlds most famous sheep“ by Scientific American.,Dolly with her father Ian Wilmut,第三节 细胞生物学与医学,是基础医学各学科的研究基础 临床医学的研究基础 基础或临床的新课题需从细胞生物学角度进行研究,*生命科学中重要地位,（1）是揭开生命奥秘的关键学科历史见证 （2）是21世纪初生命科学研究的重要领域 （3）与农业、医学、生物高科技密不可分 *解决人类面临的重大问题-人口、食品、能源、环境、健康； *是生物、农学、医学等专业的一门必修课程 （4）是现代生命科学的重要基础学科 与分子生物学、神经生物学、生态学并列为生命科学的四大学科,（1）历史见证,1925年，世界著名生物学家Wilson（德国人）曾说过：“一切生物学问题的答案最终要到细胞中去寻找”。 细胞是生命有机体最基本的结构和功能单位，生命寓于细胞之中，只有把各种生命活动同细胞结构相联系，才能在细胞水平上阐明各种生命现象。当今的细胞生物学恰如其分地体现了这一名言的正确性。,（2）21世纪初生命科学研究的重要领域,证据： 1997年美国科学情报所年SCI收录文献三大领域 细胞信号转导/细胞凋亡/基因组与后基因组学的研究 1988美国国立卫生研究院what is popular in research today ? 周期调控/凋亡/衰老/信号转导/ DNA损伤与修复 当前细胞生物学研究 三大基本问题/ 重大课题/ 总趋势 细胞重大生命活动体现生命的 多样性、统一性、复杂性,三大基本问题,1、细胞内的基因组是如何在时间上和空间上有序表达的。 2、基因的表达产物-蛋白质、脂质、核酸、多糖 及其复合物 是如何逐级装配成能够行使生命活动的基本结构体系？ 这种自组装过程的调控程序及调控机制 3、基因的表达产物-大量活性因子与信号分子 是如何调节细胞最重要的生命活动过程的？,重大课题,1.染色体DNA与蛋白质相互作用 主要是非组蛋白对基因组的作用 2.细胞增殖、分化、调亡、衰老及其调控 3.细胞信号转导 4.细胞结构体系的装配,总趋势,细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学) 相互渗透与交融是总的发展趋势。,第四节 研究动态与医学进展,细胞通讯和细胞信号转导 细胞增殖与细胞周期的调控 细胞的生长和分化 细胞的衰老和死亡 干细胞及其应用 细胞工程,细胞工程,是指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞的培养等方法，按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新物种，以获得有经济价值的生物产品，造福人类。,细胞生物