南方医科大学细胞生物学 第一章 绪论

1、第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Chapter 1 IntroductionIntroduction第一节第一节 细胞生物学发展的几个主要阶段细胞生物学发展的几个主要阶段1604s-1830s1604s-1830s，显微镜发明与，显微镜发明与细胞发现细胞发现. .1830s-1930s1830s-1930s，高分辨光学显微镜的发，高分辨光学显微镜的发展与展与细胞学细胞学说诞生。说诞生。1970s1970s以来，分子生物学技术的应用与以来，分子生物学技术的应用与细胞分子结构与和功能的研究，细胞分子结构与和功能的研究，分子细分子细胞生物学胞生物学时代。时代。1930s-1970s193

2、0s-1970s，电镜的发明与超微结构，电镜的发明与超微结构研究，研究， 细胞学发展为细胞学发展为细胞生物学细胞生物学。一一. .显微镜的发明和细胞的发现显微镜的发明和细胞的发现 科学的发展水平具有时代的特征，科学的发展水平具有时代的特征，总是和总是和工具工具的改进分不开的。的改进分不开的。因此，细胞的发现必须依靠因此，细胞的发现必须依靠放大工具放大工具！1. 1. 第一台显微镜是荷兰眼镜商詹森第一台显微镜是荷兰眼镜商詹森父子父子(H & Z. Janssen)(H & Z. Janssen)在在16041604年发年发明的明的. . 由由2 2个透镜个透镜组成，光学性能不理想，组成，光学性能

3、不理想，放大倍数放大倍数1030 倍，但具有划时代的倍，但具有划时代的意义。意义。1.16041.1604年年, Janssen, Janssen父子设计的放大镜父子设计的放大镜1030 只能用来观察跳蚤等一些小的昆虫只能用来观察跳蚤等一些小的昆虫镜筒长约镜筒长约 46cm46cm双凸透镜双凸透镜自然光光源自然光光源“跳蚤镜跳蚤镜”2.16652.1665年：年：Robert HookeRobert Hooke( (英国物理学家英国物理学家) )显微镜显微镜(microscope)4014040140 他以极其兴奋的心情写道：他以极其兴奋的心情写道：“当我一看当我一看到这些形像时，我就到这些形

4、像时，我就认为这是我的发现。认为这是我的发现。因为这的确是我第一因为这的确是我第一次看到的微小空洞，次看到的微小空洞，可能这也是历史上的可能这也是历史上的第一次发现。显然，第一次发现。显然，这使我理解了软木为这使我理解了软木为什么这么轻的原因。什么这么轻的原因。”HookeHooke用自制显微镜对矿物、动物和用自制显微镜对矿物、动物和植物标本等进行了广泛观察，并将其观植物标本等进行了广泛观察，并将其观察结果整理成察结果整理成“”(”(显微图显微图谱谱),),并首次用并首次用cellscells来描述来描述“细胞细胞”在在HookeHooke开始使用开始使用“cellcell”一词后的一百多年中

5、，学者一词后的一百多年中，学者们一直把注意力集中到们一直把注意力集中到细胞细胞壁壁上，而对完整细胞内部的上，而对完整细胞内部的观察没有任何进展。观察没有任何进展。显微图集显微图集其中收集的就有其中收集的就有著名的软木切片著名的软木切片细胞图。细胞图。 3.16713.1671年年 A.V. Leeuwenhoek（荷兰（荷兰):制作了制作了200200多台显微镜和多台显微镜和400400多个镜头多个镜头观察到了池塘水中的原生动物观察到了池塘水中的原生动物-270500 观察到了人和哺乳动物的观察到了人和哺乳动物的精子，也看到，也看到了鲑鱼红细胞的了鲑鱼红细胞的核。鉴于鉴于Leeuwenhoek

6、Leeuwenhoek在生物学上的卓越贡在生物学上的卓越贡献，献，16801680年他当选为年他当选为英国皇家学会外籍会英国皇家学会外籍会员员!他把自己的观察结果告诉他把自己的观察结果告诉英国皇家学会英国皇家学会的的R. HookeR. Hooke，得到了肯定和鼓励。，得到了肯定和鼓励。英国皇家学会英国皇家学会 是英国资助科学发展的是英国资助科学发展的组织。成立于组织。成立于 1660年年 。并于。并于 1662年年 、 1663年年 、 1669年年 领到皇家的各种特许领到皇家的各种特许证。女王是学会的保护人。全称证。女王是学会的保护人。全称“ 伦伦敦皇家自然知识促进学会敦皇家自然知识促进学

7、会 ”。学会宗。学会宗旨是促进自然科学的发展。旨是促进自然科学的发展。它是世界它是世界上历史最长而又从未中断过的科学学上历史最长而又从未中断过的科学学会。会。它在英国起着全国科学院的作用。它在英国起着全国科学院的作用。1919世纪世纪3030年代，显微镜制作技术有了明年代，显微镜制作技术有了明显的进步显的进步, , 分辨率分辨率提高到提高到1 1 m m以内以内。此外，此外，还还发明了发明了切片机切片机，使观察手使观察手段大为改进。段大为改进。从从1818世纪末至世纪末至1919世纪初，学者们开始注世纪初，学者们开始注意到植物组织小室中的内部结构意到植物组织小室中的内部结构，并，并也把它称为也

8、把它称为cellcell。至此至此 cellcell 一词才具有一词才具有了了现代现代“细胞细胞”的真正意义的真正意义。二、显微镜的发展与细胞学说诞生二、显微镜的发展与细胞学说诞生德国植物学教授，德国植物学教授，施莱登施莱登( (Matthias Jacob Schleiden, ,18041881) )，18381838年年发表发表“植物发生论植物发生论”，认为无论怎样复，认为无论怎样复杂的植物都由形形色色的杂的植物都由形形色色的细胞细胞构成构成。他。他试图重建细胞发育的过程，为此他聪明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，地选择了胚胎细胞作为他研究的起点，他还

9、在细胞中发现了他还在细胞中发现了核仁核仁。 1838 1838年，德国人年，德国人施莱登提出了：细施莱登提出了：细胞是构成植物体的胞是构成植物体的基本单位基本单位. .施莱登著作中的插图施莱登著作中的插图德国解剖学教授，德国解剖学教授，施旺施旺( (Theodar Schwann, , 18101882) )，一开始就研究，一开始就研究施莱登施莱登（Schleiden）的细胞形成学说，他完全接）的细胞形成学说，他完全接受了这个学说，并把它扩展为所有生命现受了这个学说，并把它扩展为所有生命现象 的 起 源 和 基 础 的 一 般 理 论 。象 的 起 源 和 基 础 的 一 般 理 论 。 他

10、把他 把Schleiden在植物中在植物中的发现应用到的发现应用到动物动物中去中去。 德国人施旺德国人施旺18391839年发表了年发表了关于动植关于动植物在构造与生长上的物在构造与生长上的一致性的显微研究一致性的显微研究。 提出：细胞结构提出：细胞结构是一切动物体共有的是一切动物体共有的结构特征结构特征，并进一步并进一步指出了动物和植物在指出了动物和植物在结构上的统一性结构上的统一性。 在在1919世纪世纪3030年代年代施莱登施莱登和和施旺施旺提出：提出：一切一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。切动植物的基本单位。这一学说即这一学

11、说即“细胞细胞学说学说”（Cell Theory) )”。1855 1855 德国医生和病理学德国医生和病理学家魏尔肖（家魏尔肖（VirchowVirchow） 提出提出“一切细胞来源于一切细胞来源于细胞细胞” 的著名论断，通的著名论断，通常被认为是对常被认为是对细胞学说细胞学说的一个重要补充。的一个重要补充。显微镜的发明和显微镜的发明和细胞学说的提出，细胞学说的提出， 将生物学研究从将生物学研究从宏观水平和大体水宏观水平和大体水平引入到微观水平平引入到微观水平显微镜发展历程显微镜发展历程17521752年，发明消色差显微镜。年，发明消色差显微镜。18121812年，发明油浸物镜，改进了体视显

12、年，发明油浸物镜，改进了体视显微镜。微镜。18861886年，发明复消差显微镜，至此普通年，发明复消差显微镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。光学显微镜技术基本成熟。19321932年，荷兰籍德国人年，荷兰籍德国人F. ZernikeF. Zernike成功成功设计了相差显微镜，设计了相差显微镜，并因此获并因此获19531953年诺年诺贝尔物理奖。贝尔物理奖。细胞学的经典时期细胞学的经典时期（ 1875-1898年）1.1.原生质理论的提出原生质理论的提出 2.2.受精现象受精现象3.3.细胞分裂活动的发现（无丝、有丝细胞分裂活动的发现（无丝、有丝和减数分裂）和减数分裂）4.4.主要细胞器的发

13、现（细胞核、中心主要细胞器的发现（细胞核、中心体、线粒体和高尔基体）体、线粒体和高尔基体）5.5.从脓细胞中分离出核酸从脓细胞中分离出核酸 特点：应用特点：应用固定固定、染色技术染色技术，在显微，在显微镜下观察细胞的镜下观察细胞的形态结构形态结构和和分裂活动分裂活动实验细胞学阶段（ 1900-1943年年） 1.1.细胞遗传学发展起来（细胞遗传学发展起来（19001900年孟德尔年孟德尔的遗传法则重新发现，的遗传法则重新发现，19101910年摩尔根提年摩尔根提出基因学说）出基因学说）2.2.细胞生理学发展起来（细胞生理学发展起来（19091909年细胞培年细胞培养技术创立、养技术创立、194

14、31943年细胞器的分离）年细胞器的分离）3.3.细胞化学发展起来（孚尔根染色）细胞化学发展起来（孚尔根染色）三、三、电镜的发明与电镜的发明与细胞超微结构研究细胞超微结构研究19321932年德国人年德国人E. RuskaE. Ruska和和M. KnollM. Knoll发明发明透射电镜，人类视野进入超微领域透射电镜，人类视野进入超微领域 。19391939年年SiemensSiemens公司生产公司生产商品电镜商品电镜。1940-50s1940-50s用电镜观察了各类细胞超微用电镜观察了各类细胞超微结构。并结合结构。并结合超速离心超速离心、电泳电泳等技术等技术研究这些结构的功能。研究这些结

15、构的功能。19651965年年E.D.P.Derobetis E.D.P.Derobetis 将原著将原著“普普通生物学通生物学”更名为更名为“细胞生物学细胞生物学”(透射电镜）透射电镜）分辨率：分辨率：2nm1932年：年：Rushia制造第一台透射电镜制造第一台透射电镜电子显微镜：电子显微镜：使我们看到细使我们看到细胞亚微结构胞亚微结构( ( 扫描电镜）扫描电镜）分辨率：分辨率：2nm2nm5050年代，电镜技术和年代，电镜技术和 生物化学和生物化学和 超薄切片技术结合超薄切片技术结合 细胞学结合细胞学结合 细胞的超微结构细胞的超微结构 细胞生物化学细胞生物化学 细胞生物学细胞生物学 19

16、651965年年E.D.P.Derobetis 将原著将原著“普通普通生物学生物学”更名为更名为“细胞生物学细胞生物学”四、分子细胞生物学时代 19441944年年O. AveryO. Avery等通过细菌等通过细菌转化转化试验，试验，19521952年年M. ChaseM. Chase等通过等通过噬菌体噬菌体标记感染实标记感染实验肯定了验肯定了核酸与遗传核酸与遗传的关系。的关系。18691869年瑞士人年瑞士人F. Miescher F. Miescher 从脓细胞中分从脓细胞中分离出核酸，但未引起重视。离出核酸，但未引起重视。 19521952年年FranklinFranklin拍摄到清晰

17、的拍摄到清晰的DNADNA晶晶体体X-X-衍射照片衍射照片。19531953年她认为年她认为DNADNA是是一种一种对称结构对称结构，可能是，可能是螺旋螺旋。 1953年，Watson 和 Crick提出DNADNA双螺旋模型双螺旋模型。与Wilkins分享1962 年诺贝尔生理学与医学奖 。研究内容（三个水平）研究内容（三个水平）细胞水平：细胞水平：光学显微镜技术光学显微镜技术亚细胞水平：亚细胞水平：电子显微镜技术电子显微镜技术分子水平分子水平：生物化学及分子生物学技术：生物化学及分子生物学技术细胞生物学（细胞生物学（cell biology)cell biology)：是从细胞的显微、亚显微和分子水平是从细胞的显微、亚显微和分子水平三个层面研究细胞的结构、功能和各三个层面研究细胞的结构、功能和各种生命活动规律的科学。种生命活动规律的科学。第二节第二节 细胞生物学与医学细胞生物学与医学一一. .细胞生物学是医学基础理论学科细胞生物学是医学基础理论学科系统：呼吸系统呼吸