w.01.细胞生物学绪论.ppt

细 胞 生 物 学 胡 征,第一章 绪论,一、细胞生物学概述 细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的学科，是现代生命科学的重要基础学科之一。其前身“细胞学”（cytology）是以描述细胞形态结构和静态生理状况的学科。而今日的细胞生物学（cell biology）则是把显微水平，亚显微水平和分子水平这三个层次的研究有机地结合起来，以动态的观点来考察细胞和细胞器的结构与功能，探讨细胞的各种生命活动规律，细胞是所有生物体（病毒除外）一切生命活动的基本单位。,在生物体内，细胞之间有序协调配合，分化形成许多履行不同生理功能的细胞类群，组成具有一定形态结构和一定机能的组织、器官以至系统，控制着整个生物体的各种各样复杂的生命活动，包括生长发育、繁殖进化、代谢免疫、运动应激、衰老死亡和遗传变异等等，这些生命现象归根结底都是建立在细胞生理活动基础上的。（如果没有细胞，所有的生命体将不存在）,“细胞是生命活动的基本单位”实质上包含有四层含义： 1细胞是生物体的结构基本单位 2细胞是生物体代谢功能基本单位 3细胞是生物体生长发育基本单位 4细胞是生物体遗传基本单位,为什么说生物体一切生命活动的单位是细胞而不是生物大分子（e.g 核酸或者蛋白质）？ 这是从生命属性来判断的。因为只有细胞才是能从生物体中分离出来独立生存、繁殖的最基本的生命实体,它具有自我复制、自我装配、自我调节的能力，同时它有在与外界进行物质交换和信息交流之中，能保持动态平衡的生命特征。细胞为各种分子参与生命活动提供了特定的细胞内部环境，构成有严格程序的，自动控制的代谢体系，才能表现出有生命活性的现象。,而生物大分子对于细胞只是从属关系,若脱离了细胞，大分子的某些生物学性质就会发生了变化，而且在细胞以外的单纯大分子活动，只能算是生物化学反应，并不能称之为生命活动。因此，当我们从分子水平来探讨生命现象时，决不可忽视细胞这一基本单位的整体性（基因表达在细胞内有严格时空限制）。,著名细胞学家Wilson在1925年曾说“每一个生物科学问题的关键都必须在细胞中寻找”。现代生命科学的发展趋势已证实了这是真正的至理名言，细胞生物学中含有许多分支： 细胞形态学（Cytomorphology） 细胞遗传学（Cyto基因tics） 细胞生理学（Cytophysiclogy） 细胞化学（Cytochemistry） 细胞分类学（Cytoaxonorny） 细胞免疫学（Immunocytology） 细胞病理学（Cytoporthology） 细胞动力学（Cytodynamics） 细胞生态学（Cytoecology） 细胞工程学（细胞 engineering）,二十世纪八十年代中期以来，国际学术界已将这门课程发展为细胞分子生物学。 (Cell and Molecular Biology Or： Molecular and Cellular biology)。,二、细胞生物学的发展简史： 1、细胞的发现： 细胞的发现和显微镜的发明是分不开的，因为肉眼直接可见范围100um,而绝大多数细胞的直径30um,所以只有借助放大光学装置才能看到细胞。,英国人虎克（P Hooke）1665年自制40140倍显微镜观察木栓的薄片，其两个科学遗产： “细胞”细胞名称 绘制了“显微图谱”木栓薄片组织结构图像。 荷兰人列文虎克 （Leeuwenhook）1677年自行磨制装配247台显微镜，其放大倍数达270500倍，分辩力达1.4um,观察了池塘水中的原生动物，哺乳动物的精子，鲑鱼的红血细胞以及牙垢中的细菌等等。,图1-1 A. van Leeuwenhoek 的显微镜,图1-2 Robert Hook 和他的显微镜,2、细胞学说的提出： 18381839年，德国植物学家施莱登（Schleiden）和动物学家施旺（Schwann）分别根据各自的研究提出了细胞 学说（cell theory），明确指出： 一切动物，植物皆由细胞组成，动植物细胞都具有相似的内含活性物质原生质（蛋白质toplasm）,而生物体的代谢发育都是细胞生命活动的结果。,细胞学说理论主要包括三方面： （1）细胞是多细胞生物的最小结构单位，对单细胞生物来说，一个细胞就是一个个体。 （2）多细胞生物的每一个细胞都是一个代谢活动单位，执行其特定的功能。（同源性、统一性） （3）细胞只能通过细胞分裂而成。 恩格斯：“细胞学说，进化论和能量守恒定律是十九世纪自然科学的三大发现”。现代生物科学界公认：“细胞学说，进化论和孟德尔遗传理论是现代生物学三大基石”。,3、细胞学的创立： 十九世纪下半叶是细胞研究的繁荣时期，相继发现细胞质（cytoplasm）、核质（karyoplasm）、中心体、线粒体、高尔基体、染色体、有丝分裂（mitosis）、减数分裂（meiosis）。 细胞学作为一门独立的学科: 德国的赫特维希（Hertwig）1892年出版“细胞”专著 美国的威尔逊wilson亦出版“发育和遗传中的细胞”专著 Wilson绘制第一幅细胞模式图（1925年，显微水平）。,4、细胞生物学的发展： 二十世纪5060年代, 细胞学史又跨入第四个大发展阶段。 新兴技术手段的促进：电镜、超薄切片、超离子、放射性同位素标记。 知识的更新和发展，使人们可以进行各种细胞器的超微结构观察剖析、亚细胞成分和生物大分子的分离、纯化、功能分析和分布、定位分析、细胞生理分子活动的动态规律。,学者布拉舍（Brachet）1961年，绘制第一幅细胞模式图（亚显微水平） 学者 De Robertis，1965年率先将其原著细胞学教科书（第四版）更名为“细胞生物学”。 7080年代超高压电子显微镜应用，促进了细胞骨架体系的深入研究。8090年代扫描隧道显微镜运用，促进了细胞领域的纳米生物学研究。,三、细胞生物学的主要研究内容： 1、膜学与细胞器学： 细胞（质）膜和细胞内膜的总称是生物膜，它是细胞内外之间以及细胞中的功能区域之间进行物质交换，能量转换和信息交流的关键功能部位。膜学主要探讨生物膜的分子结构模型以及各类物质的跨膜运输机理、信号传递途径。,细胞器学是探讨各种细胞器的分子结构和生理功能，在原核细胞之中，除有核糖体外，其它细胞器皆无，而真核细胞之中出现众多的生物膜围成的各种细胞器，这充分体现了细胞内各类细胞生理功能区域专门化的进化特征。,假若把细胞比喻为活的生化工厂，那么原核细胞只能算是简单的手工作坊，而真核细胞才是真正的现代化工厂，因为它已具有了“中心调度室”（细胞核），“动力车间”（线粒体、叶绿体）、“生产装配车间”（内质网、高尔基体）、“仓库”（液泡、微体、圆球体）、“运输流水线”（各种小泡运行）、“保卫部门”（溶酶体、核孔复合体）等等。这是细胞结构和功能进化上的质的飞跃。,2、核学与染色体学： 这是细胞生物学，分子遗传学和发育生物学在细胞水平及分子水平共同攻关的最具活力的研究热点，现代核学课题之一是研究染色体结构动态变化，与基因表达及其调控的关系。,3、细胞骨架体系： 包括细胞质骨架和核骨架两大部分，在维持细胞形态及内部结构合理布局上起支撑框架作用；亦在保障细胞内物质及信息定向运输传递，以及保障细胞内生化反应定点运行起重要网络作用。,4、细胞分裂与细胞分化： 生物个体的成长与发育，分别依赖体内细胞的分裂和细胞的分化，这又分别涉及一系列控制细胞分裂周期功能基因及调节因子，以及一系列控制细胞分化的功能基因及调节因子，这是现代生命科学研究的前沿热点。,5、细胞衰亡： 正常体细胞是有其固有寿命的，关于细胞衰老机理研究是探讨生物个体寿命的基础。 6、细胞工程学： 又称为改造细胞工程，跨越物种界限转移有益基因，将为解决