第一章绪论010细胞生物学

第一章绪论INTRODUCTION细胞生物学概念细胞生物学发展简史对未来的展望本章内容提要第一节细胞生物学概念从生命特征理解一、生命的特征克服无序MovementAdaptationMetabolismOrderResponsiveness群体继续协调对环境的变化ReproductionDevelopmentGenesEvolution获得新的生存方式、利用能量方式、生殖方式生命的基本特征？克服无序Order克服无序OrderAdaptation克服无序OrderMetabolismAdaptation克服无序OrderMovementMetabolismAdaptation克服无序OrderResponsivenessMovementMetabolismAdaptation克服无序Order克服无序OrderAdaptation克服无序OrderMetabolismAdaptationOrderMovementMetabolismAdaptationOrderResponsivenessMovementMetabolismAdaptationOrder生命的基本特征思考体现生命基本特征的物质？核酸MetabolismReproduction蛋白质二细胞生物学研究对象生命层次细胞生物学研究对象是谁？分子细胞个体种群群落生态系统生物圈三、细胞生物学概念研究细胞细胞生物学生命活动生命活动基本规律衰老遗传生长增殖分化变异病变死亡物质信息运动4从什么层次研究细胞生物学生命活动超微水平分子水平显微水平（细胞整体水平）5细胞生物学地位生命科学四大基楚学科细胞生物学分子生物学神经生物学生态学国家基础学科发展规划细胞工程基因工程发酵工程酶工程发育生物学神经生物学遗传学免疫学生命活动规律从细胞中寻找细胞生物技术是现代生物技术的基础6分子细胞生物学细胞生物学(生物学)发展方向趋势分子细胞生物学发现细胞细胞器细胞遗传/生理/化学超微细胞分子结构、功能及其机制结构功能生命活动单一基因与蛋白基因组与蛋白质组信号转导途径信号调控网络体外研究体内研究静态研究活细胞动态研究计算生物学介入实验研究为主与数理化及纳米科学大交叉与其他生物学交叉个体细胞分子细胞第二节细胞生物学发展简史四第一阶段

17世纪初显微镜的发明到19世纪30年代。

四个主要的阶段第二阶段

19世纪30年代细胞学说提出到20世纪中期。第三阶段

20世纪30年代电子显微技术出现到20世纪70年代。第四阶段

20世纪70年代分子克隆技术的成熟到当前。第三节对未来的展望人类度过长达数十万年的狩猎采集经济。约在一万年前进入农业经济时代。18世纪60年代，英国率先进入工业经济，20世纪50年代美国最早走完工业经济的历程，进入信息时代。专家估计信息经济形态的“寿命”为75~80年，到本世纪20年代将渐渐失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来。生物经济时代人类将根据经济需要去开发和操纵遗传资源，大量改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”。转基因植物抗虫棉1基因克隆和重组基因污染伦理问题人类将解读自身所有基因的含义，危害人类健康的5000多种遗传病，以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等，都可以得到早期诊断和治疗。基因工程药物将得到广泛应用。2后人类基因组计划克隆技术和干细胞定向分化技术取得突破，人工创建组织和器官将用于医学治疗的目的。3干细胞技术4光合作用5人工智能煤（350年）与石油天然气（30-50年）资源的枯竭指日可待，对光合作用机理的研究，使人工光解水成为可能，解除能源危机。神经生物学、信息生物学等学科的发展为人工智能研究提供了理论基础。基因武器可能成为继核武器以后又一种足以令人类毁灭的武器。6基因武器7生物芯片生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。计算机和网络系统为生物经济的遗传信息管理和交流提供了方便。细胞生物学教学参考书细胞生物学第3版，翟中和等编，高等教育出版社，2007细胞生物学第1版，王金发编著，科学出版社，2003CellandMolecularBiologyConceptsandExperiments3rded.，GeraldKarp，JohnWiley&Sons,Inc.，2002细胞生物学实验教学参考书细胞生物学实验教程，王金发何炎明主编细胞生物学实验第二版，杨汉民主编，高等教育出版社，1997练习与思考题1理解细胞生物学概念。

2细胞生物学分哪几个发展阶段？各与什么技术进步的发明或发展有关？

3胡克、列文虎克、施莱登、施旺各有何贡献？

4细胞学（说）和细胞生物学的区别？

5细胞生物学的发展方向是什么？6生命分哪几个层次？请列出你所知道的研究各个层次的学科。7细胞生物学研究有哪几个研究层次？8DNA双螺旋模型的提出对现代生物学的影响是什么？9思考：①生命的特征有哪些？其中哪些是最主要的，为什么？②构成生命体的物质有哪几类？其中核酸类和蛋白质类的地位如何？10cellbiology,mRNA,rRNA,tRNA,DNA,RHooke,AVLeeuwenhoek,MJSchleiden,MJSchwann,celltheory,protoplasm,protoplast,mitosis,miosisTHEENDTHANKYOU现代生命科学发展方向举例解剖学报1995第3期分子水平妊娠女性盆部的断面解剖学研究跖骨的动脉分布成人海马结构微血管密度的形态计量学研究我国11种野鸭胰叶及胰管的比较解剖网织红细胞中提取的VRIRQTIK序列巨噬细胞条件培养基神经营养活性成分的分离、纯化和鉴定缺损运动神经元的大鼠脊髓内胚胎脊髓移植物的存活与生长大鼠……前-原脑啡肽mRNA、……和亮氨酸-脑啡肽……分布大鼠背海马内生长抑素mRNA神经元的老年变化刀豆球蛋白A处理异种移植神经对神经再生的影响解剖学报1995第3期人参皂甙对培养的运动神经元和胶质细胞生长的影响大鼠下丘脑细胞培养中GnRH神经元的免疫细胞化学研究缺锌大鼠海马生长抑素神经元释放能力的变化……动脉和静脉各级分支中NPY免疫反应神经纤维密度的相关分析滑膜细胞中波形蛋白的形态学研究大鼠……垂体远侧部TSH细胞的形态计量及图像分析研究血清诱导NIH3T3成纤维细胞增殖过程中核仁蛋白B23含量的变化成骨细胞参与白细胞介素-1调节破骨细胞功能的实验研究吗啡对备用根大鼠脊髓后角组织提取液促进神经突起生长的影响解剖学报1995第3期大鼠……胰岛淀粉样多肽与胰岛素共存的形态计量学研究大鼠……血浆蛋白C、纤溶活性变化及人参皂甙作用的研究镉对金黄地鼠甲状旁腺主细胞内质网形态的影响大鼠缺血性脑栓塞的形态学观察大鼠抗小鼠胸腺基质细胞单克隆抗体的鉴定小鼠胸腺上皮细胞株MTEC_B与胸腺细胞结合的形态学观察人未成熟卵母细胞的体外培养和体外受精解剖学报2005第3期大鼠星形胶质细胞在突触形成中的作用及机制冈田酸诱导大鼠海马神经元Tau蛋白过度磷酸化大鼠……延髓内脏带中Fos蛋白及OX_(42)的免疫组织化学观察……大鼠海马N-甲基天冬氨酸受体和丝裂酶原激活蛋白激酶的表达实验性铅中毒对大鼠海马神经生长因子基因表达的影响变形期非洲爪蛙嗅觉系统胶质原纤维酸性蛋白和波形蛋白的时空表达……仓鼠睾丸生精异常及对生精细胞表达bcl-2、p53和cadherin的影响人胎儿脑室区神经前体细胞的分离纯化、培养及鉴定解剖学报2005第3期抗体-白细胞介素2融合蛋白183B2scFv-Interleukin2的表达及活性检测成人毛囊隆起细胞生长特性的初步观察左肺肺段和亚肺段支气管和血管的矢状断层解剖学研究腺嘌呤致大鼠雄性不育发病机理的实验研究人胚胎生殖细胞在人胚胎成纤维细胞饲养层上的生长大鼠松果体的神经支配——免疫组织化学及光镜体视学研究超声激活血卟啉对腹水型艾氏腹水瘤超微结构的影响KM小鼠胚胎干细胞大鼠纹状体内移植诱导分化的在体研究PeroxiredoxinⅡ在小鼠早胚发育中的作用及机理卵泡刺激素及其受体在大鼠胰腺的共定位观察子宫内膜基质细胞作为饲养层培养人胚原始生殖细胞5-氮杂胞苷诱导……干细胞向心肌分化……肌钙蛋白T的表达变化重组骨脱细胞细外基复合Wistar大鼠成骨细胞体外培养的形态学观察小鼠肾血管球滤过膜发育的电镜研究一种用于微阵列分析的通用引物U_2联合标记方法(英文)应用微流路芯片高压凝胶电泳检测精子RNA解剖学报2005第3期解剖学报2015第3期孕期亚硝酸盐暴露对仔鼠海马的影响硫化氢对蛛网膜下腔出血大鼠额顶叶脑区神经损伤的保护作用LRRK2基因G2019S突变帕金森病相关基因的生物信息学分析……促进局灶性脑缺血再灌注大鼠皮质区热休克蛋白70的表达别孕烯醇酮对APPswe/PSEN1小鼠黑质多巴胺能神经元的影响卡铂诱导的听神经病模型大鼠脑干蜗神经核细胞凋亡因子的表达变化胰岛素样生长因子-1……下调转录因子基本转录元件结合蛋白表达……解剖学报2015第3期体外心肌细胞共培养诱导骨髓间充质干细胞向心肌样细胞的分化筋骨……对白细胞介素-1β诱导的兔软骨细胞凋亡的保护作用神经生长因子在食管鳞癌细胞中的表达及分泌成纤维细胞生长因子受体1阳性肺鳞状细胞癌临床病理特征二氢杨梅素对肺癌A549细胞凋亡的作用增龄过程中咽食管管腔宽度的变化人参皂苷Rg1对大鼠胸腺结构与功能的影响……香猪睾丸与附睾雌激素受体和一氧化氮合酶表达和分布的影响解剖学报2015第3期当归(粗)多糖对麻黄素肝组织损伤的保护作用山丹黄参多糖对四氯化碳诱导的慢性肝损伤的保护作用小鼠肠系膜边缘血管弓通过供血代偿减轻肠缺血再灌注损伤细胞色素P450ⅡE1在肠道血吸虫病并结直肠癌患者肠黏膜中的表达神经纤维丝蛋白、神经烯醇化酶和突触素在人胚胎舌组织中的表达回族大学生骨密度和体成分的变化特点不同冷冻保护剂在羊卵巢整体冻存中的效果比较8/24分子水平2005第3期解剖学报解剖学报1995第3期分子水平3/268/22分子水平2015第3期解剖学报2008年改全英文版《JOURNALOFMOLECULARCELLBIOLOGY》《中国实验生物学杂志》1936年创刊《实验生物学报》1954年更名《分子细胞生物学报》2006年更名第一阶段160416651680荷兰人ZacchariasJanssenHansJanssen复式显微镜英国人罗伯特·胡克RobertHooke发现细胞荷兰人列文虎克AnthonyVanLeeuwenhoek活细胞1665~1838170多年细胞发现，描述，积累资料第二阶段1838德国人MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann1839德国人细胞学说19世纪后25年经典Cytology原生质细胞器分裂实验细胞学细胞遗传学细胞生理学细胞化学

CellTheory第三阶段1938电子显微镜超微形态学大量超微结构与功能发现生物化学细胞生物化学第四阶段20世纪70年代分子克隆技术20世纪50年代分子生物学1973第一个基因工程1953DNA双螺旋结构模型分子细胞生物学附Ⅰ细胞与细胞生物学历程一、显微镜的发明与细胞的发现11604荷兰眼镜制造商ZacchariasJanssen

和HansJanssen父子制作了第一台复式显微镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。没有显微镜就不可能有细胞学诞生。

大约在16世纪末，詹森父子把几块镜片放进了一个圆筒中，结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。

詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍，另一个能放大20倍，那么整个镜片组合的的放大倍数就是10×20=200倍。21665英国人罗伯特·胡克(RobertHooke,1635～1703)在其《显微图谱》一书中，第一次描述了植物细胞的构造，并首次采用拉丁文cella（小室)这个词来称呼他所看到的蜂巢状的封闭状小室。其后，生物学家就用“cell”来描述生物体的基本结构。显微图谱：MircographiaRobertHooke

英国物理学家和数学家。用自己设计并制造的显微镜观察栎树软木塞切片，以研究为什么软木塞吸水后能够膨胀，并且能够堵塞住瓶中的气体溢出。结果成就人类的第一次细胞发现。对细胞学的建立和发展具有开创性的意义。MadebyR.HookeMagnificationrangesat30x.

31680荷兰人列文虎克(AnthonyVanLeeuwenhoek

，1632-1723)，提高了显微镜放大倍数，使复合式显微镜真正显示出它的威力；用自制显微镜显微镜观察了许多动物、植物的活细胞。MadebyA.vanLeeuwenhoekMagnificationrangesat50-275x.荷兰布商，为了检查布的质量，1674年，亲自磨制透镜，装配了高倍显微镜。他一生中制作了200多台显微镜。由布商转而致力于微观世界探索，发表论文402篇，其中《列文·虎克发现的自然界的秘密》是人类关于微生物研究的最早专著。AVLeeuwenhoek用自制的显微镜观察到了血细胞、池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物精子，这是人类第一次观察到完整的活细胞。列文虎克把他的观察结果写信报告给了英国皇家学会，得到英国皇家学会的充分肯定，并很快成为世界知名人士，终而成为皇家学会会员。MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.LargeStudentMicroscopebyCharlesChevalier184041752英国望远镜商人J.Dollond发明消色差显微镜。

51812苏格兰人D.Brewster发明油浸物镜，改进了体视显微镜。PatentedbyBausch&Lombin1876,andproducedintothe1890’s61886德国人ErnstAbbe发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。现代显微镜

71932荷兰籍德国人F.Zernike成功设计了相差显微镜phasecontrastmicroscope，并因此而获得1953年诺贝尔物理奖。

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1932德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska描述了一台最初的电子显微镜，1940年美国和德国制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。

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1981瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验中心（ZurichResearchCenter）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。Csatoms(red)ontheGaAssurface(blue).二、细胞学说1随着显微镜技术的提高，人们对细胞的研究愈来愈广泛深入,大量研究事实说明生物是由细胞组成，一些学者已经提出或有了这样的思想。著名的博物学家、获得性遗传理论创始人拉马克（Jean-BaptistedeLamarck,1744～1829）1809年就说过，物体若其组成部分不是细胞性组织，或不由细胞组织所形成者，不可能有生命。2施莱登认为，无论怎样复杂的植物都由形形色色的细胞，即细胞是构成植物的基本单位。MatthiasJacobSchleiden（1804~1881)，德国植物学教授。他还认识到了Brown发现细胞核的重要意义，这一点Brown本人并未做到，他试图重建细胞发育的过程，为此他聪明地选择了胚胎细胞作为他研究的起点，他还在细胞中发现了核仁。

Schleiden于1838年发表著名的“植物发生论”（BeiträgezurPhytogenesis）一文。施莱登的著作PrinciplesofScientificBotany中的插图

施莱登将著名的《植物发生论》一文刊登在1838年出版的《米勒氏解剖学和生理学文集》上。施旺将其中概念扩展到动物界，从而形成了所有植物和动物均由细胞构成这一科学概念，即“细胞学说”（CellTheory），并首次载于1839年发表的施旺所著的“关于动物和植物的结构与生长的一致性的显微研究”一文中。

MikroskopischeUntersuchungenüberdieÜbereinstimmunginderStrukturunddemWachstumderTiereundPflanzen3TheodarSchwann（1810~1882)，德国解剖学教授.

一开始就研究Schleiden的细胞形成学说，并于1838年提出了细胞学说

CellTheory

这个术语.1939年发表了关于动植物结构和生长一致性的显微研究。Schwann以下列方式完善了这一学说A有机体是由细胞构成的，细胞是构成有机体的基本单位。B多细胞有机体的每一个细胞都要完成特定的功能。C新的细胞来源于细胞分裂。细胞学说意义A恩格斯将其誉为19世纪自然科学三大发现之一（细胞学说，能量转化与守恒，进化论）B生物学三大基石之一（1838-1839细胞学说，1859进化论，1866遗传学）三、细胞学的发展11839捷克人J.E.Pukinye用prtoplasm这一术语描述细胞物质，“Protoplast”为神学用语，指人类始祖亚当。

21879德国人W.Flemming观察了蝾螈细胞的有丝分裂，于1882年提出了mitosis

这一术语。德国人E.Strasburger(1876~80)在植物细胞中发现有丝分裂。

31883比利时人E.vanBeneden发现马蛔虫Ascarismegalocephala的减数分裂现象。41871德国人F.Miescher从脓细胞中分离出核酸。51928英国微生物学家F.Griffith于发表了著名的肺炎球菌转化试验。

61944美国人O.Avery，C.Macleod和M.McCarthy等人通过微生物转化试验证明DNA是遗传物质。

71953美国人J.D.Watson和英国人F.H.C.Crick提出DNA双螺旋模型。81959年，蒋有兴（美籍华人）利用徐道觉发明的低渗处理技术证实了人的2n为46条，而不是48条。

91961英国人P.Mitchell提出线粒体氧化磷酸化偶联的化学渗透学说，获1978年诺贝尔化学奖。101961~196464美国人M.W.Nirenberg破译DNA遗传密码。111968瑞士人WernerArber从细菌中发现DNA限制性内切酶。121973美国人S.Cohen和H.Boyer将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达，从而揭开基因工程的序幕。

Cohen的实验之后，仅隔十年第一个人工重组药品胰岛素在美国批准使用，目前已经商品化的还有人工干扰素、生长素、生长素释放抑制素、乙肝疫苗等等。131975美国人D.Baltimore、R.Dulbecco和H.Temin由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶而1975共享诺贝尔生理医学奖。141975英国人F.Sanger设计出DNA测序的双脱氧法。于1980年获诺贝尔化学奖。此外Sanger还由于1953年测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。151975德国人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein和丹麦科学家N.K.Jerne发展了单克隆抗体技术，荣获1984年度诺贝尔生理医学奖。161981年美国首次发现艾滋病.1983年，法国巴斯德研究所的蒙特尼尔LucMontagbier发现AIDS病毒.目前有3610多万人感染者。20年来全球共有约5800万人受到艾滋病病毒感染，2200万人死于艾滋病。我国于1985年发现。HIV侵染淋巴细胞AcquiredImmunityDeficiencySyndrome

171982美国人S.B.Prusiner在患羊瘙痒病的羊体内发现一种蛋白质，证明是羊瘙痒病的致病因子，他将其命