细胞生物学课件第一章绪论

1、细胞生物学细胞生物学讲讲 授：郭燕华授：郭燕华资环学院资环学院生物工程教研室生物工程教研室Cell biology 翟中和翟中和 科学院院士科学院院士 w 研究领域研究领域：细胞超微结构、放射生物学、细胞超微结构、放射生物学、 病毒与细胞生物学等。病毒与细胞生物学等。w 成成 就就：较早建立细胞超微结构技术，首次研较早建立细胞超微结构技术，首次研制成鸭瘟细胞疫苗，动物病毒复制与细胞结构关制成鸭瘟细胞疫苗，动物病毒复制与细胞结构关系的研究。系的研究。w 近十多年来，主要进行近十多年来，主要进行核骨架核骨架核纤层核纤层中间纤维中间纤维体系、非细胞体系核重建、细胞凋亡体系、非细胞体系核重建、细胞凋亡

2、等方面的研等方面的研究。究。Cell biology目目 录（录（3 3版版） 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 细胞基本知识概要细胞基本知识概要 ：统一和多样性：统一和多样性 第三章第三章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法 第四章第四章 细胞质膜细胞质膜 第五章第五章 物质跨膜运输物质跨膜运输 第六章第六章 细胞能量转换：线粒体和叶绿体细胞能量转换：线粒体和叶绿体 第七章第七章 细胞质内膜系统和蛋白质分选细胞质内膜系统和蛋白质分选 第八章第八章 信号传递信号传递 第九章第九章 细胞骨架细胞骨架 第第 十十 章章 细胞核与染色体细胞核与染色体 第十一章第十一章 核糖体核糖体 第十二章第

3、十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 第十三章第十三章 细胞衰老与凋亡细胞衰老与凋亡 第十四章第十四章 细胞分化与基因表达调控细胞分化与基因表达调控 第十五章第十五章 细胞联系：细胞连接黏着和细胞外基质细胞联系：细胞连接黏着和细胞外基质Cell biology目目录录（4 4版版）第第一一章章绪绪论论第第二二章章细细胞胞基基本本知知识识概概要要 ：统统一一和和多多样样性性第第三三章章细细胞胞生生物物学学研研究究方方法法第第四四章章细细胞胞质质膜膜第第五五章章物物质质跨跨膜膜运运输输第第六六章章细细胞胞能能量量转转换换：线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体第第七七章章细细胞胞质质内内膜膜系系统统和和

4、第第八八章章蛋蛋白白质质分分选选与与泡泡膜膜运运输输第第九九章章信信号号传传递递第第 十十 章章细细胞胞骨骨架架第第十十一一章章细细胞胞核核与与染染色色体体第第十十二二章章核核糖糖体体第第十十三三章章细细胞胞周周期期与与胚胚胎胎发发育育第第十十四四章章细细胞胞增增殖殖及及其其调调控控第第十十五五章章细细胞胞分分化化与与基基因因表表达达调调控控第第十十六六章章细细胞胞衰衰老老与与凋凋亡亡第第十十七七章章细细胞胞联联系系：细细胞胞连连接接黏黏着着和和细细胞胞外外基基质质第一章第一章 绪绪 论论Cell biology第一节第一节 细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学研究的内容和现状生命体是生命体是

5、多层次、非线性、多侧面多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系。的复杂结构体系。而细胞是生命体的结构与生命活动的而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位基本单位。 细胞生物学：细胞生物学：研究细胞基本生命活动规律研究细胞基本生命活动规律的科学，的科学，在不同层次（显微、亚显微与分在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上研究细胞结构与功能、细胞增子水平）上研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等内容。化等内容。 核心问题：核心问题：将遗传与发育在细胞水平上结将遗传与发育

6、在细胞水平上结合起来合起来。Cell biology1. 1 细胞生物学定义细胞生物学定义w 从生命结构层次来看，从生命结构层次来看，细胞生物学位于分子生细胞生物学位于分子生物学和个体生物学之间，同它们互相衔接、互物学和个体生物学之间，同它们互相衔接、互相渗透。相渗透。w 因此，从这一意义上来说，细胞生物学是一门因此，从这一意义上来说，细胞生物学是一门承上启下的学科，和分子生物学一起同是现代承上启下的学科，和分子生物学一起同是现代生命科学的基础，并广泛渗透到遗传学、发育生命科学的基础，并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的

7、研究中，和农业、医学、生物高新技术学等的研究中，和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系，是生命科学的重要支柱的发展有密切的关系，是生命科学的重要支柱之一。之一。Cell biology 高等学校生物科学中细胞生物学的地位：高等学校生物科学中细胞生物学的地位：生命科学的四大基础学科：生命科学的四大基础学科： 细胞生物学是一门承上启下的学科，且和农业、细胞生物学是一门承上启下的学科，且和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系，是生医学、生物高新技术的发展有密切的关系，是生命科学的重要支柱之一。命科学的重要支柱之一。细胞生物学细胞生物学分子生物学分子生物学神经生物学神经生物学生态学生态学C

8、ell biology细胞生物学细胞生物学 分子生物学分子生物学 生物化学生物化学 物理学物理学 结构生物学结构生物学 化学化学 数学数学 计算机科学计算机科学细胞生物学与其他相关学科关系细胞生物学与其他相关学科关系Cell biology2.2 主要研究内容主要研究内容 细胞结构与功能、细胞重要生命活动细胞结构与功能、细胞重要生命活动 细胞核、染色体以及基因表达的研究细胞核、染色体以及基因表达的研究 生物膜与细胞器的研究生物膜与细胞器的研究 细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 细胞分化及其调控细胞分化及其调控 细胞的衰老与凋亡细胞的衰老与凋亡 细胞的起源与

9、进化细胞的起源与进化细胞工程细胞工程Cell biologyCell biology细胞生物学研究的范畴细胞生物学研究的范畴Cell biology2.3 研究总趋势研究总趋势细胞生物学与分子生物学细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融是总的发相互渗透与交融是总的发展趋势。展趋势。 ( (包括分子遗传学与生物化学包括分子遗传学与生物化学) )基因组如何在时间和空间上基因组如何在时间和空间上有序表达有序表达？基因产物如何基因产物如何装配装配成基本体系和细胞器？成基本体系和细胞器？基因产物如何基因产物如何调节调节生命活动过程？生命活动过程？Cell biology2.4. 重点领域重点领域染色体染色

10、体DNADNA与蛋白质相互作用关系与蛋白质相互作用关系 非组蛋白对基因组的作用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信号转导的研究细胞结构体系的组装细胞结构体系的组装Cell biologyw 近近10年年 SCI检索，自然科学研究中论文发表最集检索，自然科学研究中论文发表最集中的三个领域：中的三个领域： 细胞信号转导细胞信号转导（signal transductionsignal transduction）细胞凋亡细胞凋亡（cell apoptosiscell apoptosis）基因组与后基因组学研究基因

11、组与后基因组学研究 ( (genome and post-genomic analysis)genome and post-genomic analysis)Cell biology美国美国NIH 什么是当今科研领域的热门话题？什么是当今科研领域的热门话题？指出，目前研究热门集中在：指出，目前研究热门集中在：三种疾病：三种疾病： 癌症（癌症（cancer） 心血管病（心血管病（cardiovascular diseases） 爱滋病和肝炎等传染病爱滋病和肝炎等传染病 （infectious diseases：AIDS，hepatitis） 五大研究方向：五大研究方向： 细胞周期调控（细胞周期调

12、控（cell cycle control）；）； 细胞凋亡（细胞凋亡（ cell apoptosis）；）； 细胞衰老（细胞衰老（cellular senescence）；）； 信号转导（信号转导（signal transduction）；）； DNA的损伤与修复（的损伤与修复（DNA damage and repair）Cell biologyCell biology细胞基本的生命过程细胞基本的生命过程Cell biology第二节第二节 细胞学及其发展历史与展望细胞学及其发展历史与展望HISTORY AND PERSPECTIVECell biologyw 第一阶段：第一阶段：创立时期创立

13、时期 从从16世纪末至世纪末至19世纪世纪30年代，是细胞发现和年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。细胞知识的积累阶段。w 第二阶段：第二阶段：经典时期经典时期 从从19世纪世纪30至至20世纪中期，细胞学说形成世纪中期，细胞学说形成后，主要进行细胞显微形态的研究。后，主要进行细胞显微形态的研究。w 第三阶段：第三阶段：实验细胞学时期实验细胞学时期 从从20世纪世纪30年代到年代到70年代，以细胞年代，以细胞超微结构、核型、带型研究为主要内容。超微结构、核型、带型研究为主要内容。w 第四阶段：第四阶段：分子细胞学时期分子细胞学时期 从从20世纪世纪80年代分子克隆技术的成年代分子克隆技术的成

14、熟到当前，细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、熟到当前，细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。究内容。2.1 细胞生物学发展简史细胞生物学发展简史Cell biologyLeeuwen hoek的显微镜 Robert Hook和他的显微镜 Cell biology现代完整的现代完整的细胞学说细胞学说的内容包括：的内容包括： 1、细胞是生物体的细胞是生物体的基本结构单位基本结构单位（单细胞生物，（单细胞生物，一个细胞就是一个个体）；一个细胞就是一个

15、个体）； 2、细胞是生物体最细胞是生物体最基本的代谢功能单位基本的代谢功能单位（动、（动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；按共同规律发育，有共同的生命过程）； 3、细胞只能通过细胞只能通过细胞分裂细胞分裂而来。而来。Cell biology 时期三：实验细胞学时期时期三：实验细胞学时期(experimental cytology) 从从1900年到年到1953年的半个世纪里，细胞学的发展年的半个世纪里，细胞学的发展主要是采用实验的手段研究细胞学的问题，其特点主要是采用实验的手段研究细胞学的问题，其特点是

16、是从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究。遗传发育机理的研究。由于实验研究不断同相邻学由于实验研究不断同相邻学科结合、相互渗透，科结合、相互渗透， 导致了一些导致了一些重要分支学科重要分支学科的建的建立和发展：立和发展：w 细胞遗传学细胞遗传学(cytogenetics)w 细胞生理学细胞生理学(cytophysiology) w 细胞化学细胞化学(cytochemistry)Cell biology2.2 2.2 我国细胞生物学的发展我国细胞生物学的发展w 上世纪上世纪90年代中期，国家自然科学基金委员会组年代中期，国家自然科学

17、基金委员会组织一批细胞生物学方面的专家就我国的细胞生物织一批细胞生物学方面的专家就我国的细胞生物学发展的学发展的13个方面的研究制定了战略规划。个方面的研究制定了战略规划。w 2l世纪人类将面临严重的挑战，细胞生物学作为世纪人类将面临严重的挑战，细胞生物学作为生命科学中的重要基础学科，是连接整体与分子生命科学中的重要基础学科，是连接整体与分子的重要一环，将会在新的生命科学世纪中发挥其的重要一环，将会在新的生命科学世纪中发挥其重要的作用。重要的作用。Cell biology2.3 2.3 细胞生物学学习方法细胞生物学学习方法第一、认识细胞生物学课程的第一、认识细胞生物学课程的重要性重要性，细胞是

18、生，细胞是生命的基本单位。命的基本单位。50年代以来诺贝尔生理与医学奖年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，可见大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，可见细胞生物学的重要性。学好细胞生物学能加深对细胞生物学的重要性。学好细胞生物学能加深对生命的理解。生命的理解。第二、明确细胞生物学的研究内容，即：结构、第二、明确细胞生物学的研究内容，即：结构、功能、生活史。功能、生活史。生物的结构与功能是相适应的生物的结构与功能是相适应的，每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现都需要特定的物质基础。都需要特定的物质基础。 Cell bio

19、logy 第三、第三、从显微、超微和分子三个层次来认识从显微、超微和分子三个层次来认识细胞细胞的结构与功能。每一个层次的结构都有特定的功的结构与功能。每一个层次的结构都有特定的功能，另外各层次之间是有机地联系在一起的。能，另外各层次之间是有机地联系在一起的。第四、第四、将所学过的知识关联起来将所学过的知识关联起来。细胞生物学涉。细胞生物学涉及分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课及分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课程，将学过的知识与细胞生物学课程中的内容关程，将学过的知识与细胞生物学课程中的内容关联起来，比较异同。尽可能形成对细胞和生命的联起来，比较异同。尽可能形成对细胞和生命的完整印

20、象，不能只见树木不见森林。另一方面细完整印象，不能只见树木不见森林。另一方面细胞生物学胞生物学各章节之间的内容是相互关联的，各章节之间的内容是相互关联的，如细如细胞分裂和细胞骨架的联系。胞分裂和细胞骨架的联系。Cell biology第五、第五、跟踪学科前沿跟踪学科前沿，当前的热点主要有，当前的热点主要有“信号信号转导转导”、“细胞周期调控细胞周期调控”、 “细胞凋亡细胞凋亡”等。等。细胞生物学是当今发展最快的学科之一，知识的细胞生物学是当今发展最快的学科之一，知识的半衰期很短，国内教科书由于编撰周期较长，一半衰期很短，国内教科书由于编撰周期较长，一般滞后于学科实际水平般滞后于学科实际水平数年

21、数年。综合如下：综合如下：w 结构与功能统一的观点结构与功能统一的观点w 抽象思维与动态观点抽象思维与动态观点w 同一性和多样性的问题同一性和多样性的问题Cell biology2.4 2.4 展望未来展望未来：-细胞生物学的前景无限广阔。细胞生物学的前景无限广阔。w 生物经济时代的资源为生物经济时代的资源为基因基因，其核心技术为建立在细胞与，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。分子生物学理论基础上的各类生物技术。 1. 1.开发和操纵遗传资源开发和操纵遗传资源 基因克隆和重组技术日趋成熟，基因克隆和重组技术日趋成熟，如转基因方法生产人类生长素、干扰素等昂贵的药物；培如

22、转基因方法生产人类生长素、干扰素等昂贵的药物；培育特殊功能的转基因动植物，如抗虫棉。但产生的基因污育特殊功能的转基因动植物，如抗虫棉。但产生的基因污染和伦理问题将越来越突出。染和伦理问题将越来越突出。 2. 2.后基因组计划后基因组计划 人类基因组约人类基因组约1010万基因的作图和测序完万基因的作图和测序完成，后期以揭示基因功能为主，遗传病的基因治疗将成为成，后期以揭示基因功能为主，遗传病的基因治疗将成为可能。可能。Cell biology 3. 3. 动物克隆技术和人类干细胞定向分化技术动物克隆技术和人类干细胞定向分化技术 人工创建的人工创建的组织、器官将用于医学治疗。组织、器官将用于医学

23、治疗。 4. 4. 神经生物学、信息生物学、细胞生物学等学科的发展，神经生物学、信息生物学、细胞生物学等学科的发展，为为人工智能人工智能奠定了理论基础。奠定了理论基础。 5. 5. 基因武器基因武器 比肩核武器。比肩核武器。 6. 6. 生物芯片生物芯片技术技术 广泛应用于科研、医疗、农业、食品、广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。将成为与晶体管芯片一样重要环境保护、司法鉴定等领域。将成为与晶体管芯片一样重要的产业。的产业。 7. 7. 植物植物光合作用机理光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气成为及化石燃料之后主要的能源。的氢气成为及化石燃料之后主要的能源