细胞生物学课件：01 绪论

1、1,细胞生物学CELL BIOLOGY,2,3,4,第一章绪论 第二章 细胞的统一性与多样性 第三章 细胞生物学研究方法 第四章 细胞质膜 第五章物质的跨膜的运输 第六章 线粒体和叶绿体 第七章细胞基质与内膜系统 第八章蛋白质分选与膜泡运输 第九章 细胞信号转导 第十章 细胞骨架 第十一章 细胞核与染色体 第十二章核糖体（不讲） 第十三章细胞周期与细胞分裂 第十四章 细胞增殖调控与癌细胞 第十五章 细胞分化与胚胎发育 第十六章细胞死亡与衰老 第十七章细胞的社会联系,内容,5,第一章 绪论,第一节 细胞生物学的发展简史 第二节 细胞生物学的研究内容及研究现状 第三节 细胞生物学与其他学科的关系

2、第四节 细胞生物学的主要学术组织和学术刊物,6,第一节 细胞生物学的发展简史,7,把细胞生物学的发展分为三个主要阶段： 一、19世纪以及更早的时期，是以形态描述为主的细胞生物科学时期。 二、20世纪的前半个世纪，主要是细胞实验生物学时期。 三、20世纪五六十年代以来，由于DNA双螺旋的发现与中心法则的建立，开始进入了精细定性与定量的细胞生物学时期。,8,一、形态描述为主的时期（ 19世纪以及更早的时期）,1、细胞的发现 2、细胞学说的建立 3、细胞学的经典时期,9,细胞的发现,10,1604年hans Janssen制作第一台真正意义上的显微镜，放大倍数超过10-30倍。 1610年Galil

3、eo Galilei用显微镜观察昆虫。,11,In1665 Robert Hooke and his “cells”,12,Robert Hookes microscope,13,In 1665 -,14,Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x. Resolving power is 1.4m,荷兰尤特莱克特大学博物馆,15,1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。 1831年Robert. Brown在兰科植物和其它几种植物表皮细胞中发现了细胞核。 1836年GG.

4、 Valentin在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。,细胞学说的建立,16,通常认为施莱登（MJ. Schleiden）和施旺（T. Schwann）正式提出了细胞学说。 实际上它是19世纪许多科学家共同努力的结果。包括:BC. Dumortier、JB. de Lamark、CB. Milbel、H. Dutrochet、R. Brown、JE. Purkyne、R. Remak、R.Virchow等许多著名科学家。,17,1838年Schleiden发表“植物发生论” ，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以free-cell formatio

5、n理论来解释细胞形成。 Schwann提出了“细胞学说”（Cell Theory) ；1839年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”。指出动植物都是细胞的集合物。 二人共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物体的基本单位著名的细胞学说。 1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞”（omnis cellula e cellula）的著名论断；进一步完善了细胞学说。,18,Matthias Jacob Schleiden,Theodar Schwann,19,细胞学说内容： 有机体是由细胞构成的； 细胞是构成有机体的基本单位； 新细胞来源于已存在细

6、胞的分裂。 细胞学说的科学意义： Cell Theory是19世纪的重大发现之一，细胞学说的提出先于进化论约20年，它、进化论及1866年孟德尔确立的遗传学一起，奠定了现代生物学的基础，同时也孕育细胞学的产生。细胞学说也可以认为是两者的“基石”。,20,细胞学的经典时期,1、原生质理论的提出,19世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。 F. Dujardin（1835）将之称为“sarcode”； JE. Purkinje（1839）和von Mohl（1846）首次将动物、植物细胞的内含物称作原生质“protoplasm” 。 Max Schultze(1861)提出原生质理

7、论，认为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般机体中是相似的。 如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。,21,2、细胞分裂的研究 1841年Remak 发现鸡胚血细胞的直接分裂，其后Flemming 在动物细胞中，Strasburger在植物细胞中发现有丝分裂，并证实有丝分裂的实质是核内丝状体物的形成及其向两个子细胞的平均分配。 Van Beneden （1883）和Strasburger（1886）分别在动物细胞和植物细胞中发现减数分裂 至此发现了细胞中所有的细胞分裂类型. 1880 Flemming首次对细胞的有丝分裂进行了精确的描述。首次观察到了染

8、色体和染色质。并提出了有丝分裂（mitosis）、染色质（chromatin）等一系列科学术语。后来又发现了灯刷染色体，遗憾的是Flemming对染色体和灯刷染色体都没有命名。虽然如此，可以说从Flemming开始人们对细胞才有了实质性的研究进展。细胞学cytology从此在科学史上有了一席之地。,22,3、细胞器的发现 1883年 van Bneneden 和Boveri 发现中心体， 1894年Altmann 发现线粒体 1894年Golgi 发现高尔基体 等等 由于上述的发现，人们对细胞的基本认识大为丰富起来，这一时期的研究方法，主要是显微镜下的形态的描述。,23,二、实验细胞学时期（2

9、0世纪的前半个世纪）,24,1、细胞遗传学 1876年O.Hertwig 发现了动物的受精现象 1883年Van Beneden发现了蛔虫的卵和精子的染色体只有体细胞的一半 1888年Strasburger，1893年Overton等在植物体中也发现受精现象，并证明生殖细胞的染色体比体细胞少一半。 1900年孟德尔34年前发表的遗传法则被重新发现 1905年Wilson发现性别与染色体的关系；Weissman推测遗传单位有序的排列在染色体上。 在以上研究的基础上，德国Borveri和美国Sutton同时提出遗传的染色体学说，把染色体的行为同孟德尔的遗传因子联系起来。 1910年摩尔根Morga

10、n证明基因是决定遗传性状的基本单位，而且直线排在染色体上，建立了基因学说。 上述工作把细胞学与遗传学结合起来，奠定了细胞遗传学的基础。,25,2、细胞生理学 1909 年，Harrison和Carrel创立了组织培养技术，为研究细胞生理学开辟了一条重要途径 1943年，Claude用高速离心机从活细胞内把核和各种细胞器，如线粒体、叶绿体分离出来，分别研究他们的生理活性。,26,3、细胞化学 1924年福尔根（Feulgen）等首先将Fulgen反应法作为脱氧核糖核酸特异性的定性研究方法。 1940年Brachet用甲基绿-派洛宁染色方法来测定细胞中的DNA与RNA。 1936年和1940年，C

11、asperson用紫外显微分光光光度法测定DNA在细胞中的含量，并认为蛋白质的合成可能与RNA有关。 细胞组分分离技术、放射自显影技术、超微量分析、流式细胞分析技术、分子原位杂交等等使细胞成分，特别是核酸和蛋白质的定性、定位、定量的研究达到了前所未有的精确性和专一性。,27,三、细胞生物学学科的形成（20世纪五六十年代以来）,28,1932年德国人E. Ruska和M. Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域 。 1939年Siemens公司生产商品电镜。 1940-50s人们用电镜观察了各类细胞超微结构。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。 由于DNA双螺旋的

12、发现与中心法则的建立，是细胞学进入了细胞生物学时期。,29,1952年RE. Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。,30,Cytology发展为Cell Biology,60十年代出现“细胞生物学”概念 细胞生物学：概括地说，是以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本单位，在各个层次上（主要是在分子水平上）研究细胞生命活动的基本规律的学科，它是生命科学的基本学科。,31,1958 年Crick 提出分子遗传的“中心法则”。 1961-1964年Nirenberg 等破译遗传密码。 1972年DA. Jackson，RH. Sym

13、ons和P. Berg创建DNA体外重组。 1973年SN. Cohen和HW. Boyer将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。 一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。,32,80年代以来，细胞生物学的发展方向是细胞的分子生物学（也叫作分子细胞生物学），在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合，并在分子水平上深入探索其生命规律，深刻性与综合性是细胞生物学进一步发展的特点。,33,巨大成就,综观与分析40多年来诺贝尔奖医学和生理学奖与化学奖的课题和内容，很多都是与深刻揭示细胞生命活动的规律有关的。,34,1953年，JD. W

14、atson 和FHC. Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962 年诺贝尔生理学与医学奖 。,35,1983年，KB. Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。,36,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,2001年，美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。,37,2002年，英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝

15、尔诺贝尔生理学或医学奖。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. Sulston,38,2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,39,2004年，美国人Richard Axel和Linda B. Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。,Richard Axel,Linda B. Buck,40,2006年美国人Andrew Z. Fire和Craig C. Mello因对RNA干扰的研究而获诺贝

16、尔生理与医学奖。,Andrew Z. Fire,Craig C. Mello,41,2005年Barry J. Marshall 和J. Robin Warren 获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。,Barry J. Marshall,J. Robin Warren,42,1990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划” （Human Genome Project）。 我国于1993年加入该计划，承担其中1%的任务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。 2000年6月28日人类基因组工作草图完成。 同年，美国国立卫生研究院给一名患有先天性重度联合免疫

17、缺陷病的4岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（ADA）基因变异引起。,43,1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。,Dolly with her first born lamb,44,Cell Under the Microscope The Invention of Light Microscope Led to the Discovery of Cells Cells, Organelles,and Even Molecules Can Be Seen Under the Microscope,45,46,47,48,49,50,

18、51,52,53,54,55,56,57,58,59,第二节 细胞生物学的研究内容及研究现状,60,当前细胞生物学研究内容,1、细胞核、染色体以及基因表达的研究 2、生物膜与细胞器的研究 3、细胞骨架体系的研究 4、细胞增殖及其调控 5、细胞分化及其调控 6、细胞的衰老与凋亡 7、细胞的起源与进化 8、细胞工程,61,当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域,总趋势 细胞生物学与分子生物学相互渗透 与交融 3大基本问题 基因组在细胞内是如何在时间和空间上有序表达的？ 基因表达的产物，主要是结构蛋白和核酸 、脂质、多糖及其复合物，如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么？ 基因表达的产物，主要是大量活性因子与信号分子，是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程？,62,染色体与蛋白质相互作用的关系主要是非组蛋白对基因组的作用 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 细胞信号转导的研究 细胞结构体系的组装,当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题,63,64,第三节 细胞生物学与其他学科的关系,65,细胞遗传学 细胞学与遗传学 细胞生理学 细胞学与生理学 细胞化学 细胞学与生物化学 超微结构与