第一章 绪论（the cell）幻灯片

细胞生物学 主讲人 :王火旭 第一章 绪论 第二章 细胞基本知识概要 第三章 细胞膜与细胞表面 第四章 物质的跨膜运输与信号传递 第五章 细胞质基质与细胞内膜系统 第六章 线粒体和叶绿体 课程内容 第七章 细胞核与染色体 第八章 核糖体 第九章 细胞骨架 第十章 细胞增殖及其调控 第十一章 细胞分化与基因表达调控 第十二章 细胞衰老死亡 课时安排 理论课： 48学时 2学分 每周 3学时 考试 实验课： 24学时 考试 理论课考评方法 平时成绩（ 30%） +考试成绩（ 70%） 第一章 绪论 第一节 细胞生物学研究的内容与现状 一、细胞生物学的定义 二、细胞生物学研究的内容 三、细胞生物学的作用 四、当前细胞生物学研究的总趋势与重 点研究领域 五、细胞生物学与其它学科的关系 第二节 细胞生物学发展简史 一、细胞的发现 二、细胞学说的创立及其意义 三、细胞学的经典时期 四、实验细胞学时期 五、细胞生物学学科的形成与发展 一、细胞生物学的定义 细胞生物学是在 不同层次 （整体水平 、亚显微与分子水平）上研究 细胞的 结构与功能 以及细胞 重大生命活动规 律及其调控机制 的科学。 简而言之，细胞生物学是研究细胞结 构、功能及生活史的一门科学。 第一节 细胞生物学研究的内容与现状 二、细胞生物学研究的内容 包括以下十个方面： 1.细胞核、染色体以及基因表达 2.生物膜与细胞器 3.细胞骨架体系 4.细胞增殖及其调控 5.细胞分化及其调控 6.细胞衰老与凋亡 7.细胞信号传递 8.真核细胞基因表达与调控 9.细胞起源与进化 10.细胞工程 三、细胞生物学的作用 细胞 是生命体的结构与生命活动的基本单 位，有了细胞才有完整的生命活动。一切 生命活动的奥秘都要从细胞中寻求答案。 第一节 细胞生物学研究的内容与现状 细胞的研究是生命科学的基础，也 是现代生命科学发展的重要支柱。 细胞生物学与农业、医学、生物高 技术发展有着密不可分的关系，它 将在解决人类面临的重大问题，促 进经济和社会发展中发挥重要的基 础作用。 在我国的基础学科发展规划中，将 细胞生物学与分子生物学、神经生 物学和生态学 并列为四大基础学科 。 第一节 细胞生物学研究的内容与现状 四、当前细胞生物学研究的总趋势与重 点研究领域 细胞生物学与分子生物学相互渗透与交 融是总的发展趋势。 （一）、当前细胞生物学研究中的三大 基本问题 1、细胞内的基因组是如何在时间与空间 上有序表达的？ 2、基因表达产物是如何逐级装配成 能行使生命活动的基本结构体系及 各种细胞器？ 3、基因表达的产物是如何调节细胞 最重要的生命活动过程的？ （二）当前细胞基本生命活动研究的若 干重大课题 1、染色体 DNA与蛋白质相互作用关系 ，主要是非组蛋白对基因组的作用 2、细胞增殖、分化、凋亡的相互关系 及其调控 3、细胞信号转导的研究 4、细胞结构体系的装配 五、细胞生物学与其它学科的关系 细胞生物学是生物学的一门分支学 科，是一门综合性的科学，与植物 学、动物学、形态学、解剖学、遗 传学、免疫学、生理学、胚胎学、 分子生物学等学科相互渗透和相互 交叉。从生命结构层次看，细胞生 物学介于分子生物学与发育生物学 之间。 一、 细胞的发现 1665年 ，英国物理学家和 数学家 罗伯特 胡克 （ Robert Hook） 首次发现 细胞。不过，胡克看到的 只是死细胞的细胞壁。 Robert Hook 发 明的显微镜 放大倍数： 30倍 第二节 细胞生物学发展简史 第二节 细胞生物学发展简史 1674年，列文 虎克 （ Anton van leeuwenhoek) 观察 到了血细胞、池塘 水滴中的原生动物 、人类和哺乳动物 的精子。这是人类 第一次观察到完整 的活细胞。 列文 虎克发明的显 微镜（ 50-275倍） 二、 细胞学说的创立及其意义 1839年，德国植物学家 施来登 （ Matthias Jacob Schleiden） 、德国动 物学家 施旺 (Theodor Schwann)提出了 细胞学说 的两条最重要的基本原理 第二节 细胞生物学发展简史 地球上的生物都是由细胞构成的 ； 细胞是一切动植物的基本单位。 1855年，德国医生和病理学家 魏 尔肖 (Rudolf Virchow)补充了细胞学 说的第三条原理： 所有的细胞都是来自于已有细胞 的分裂，即细胞来自于细胞。 细胞学说的创立大大推进了人类对生 命自然界的认识，有力地促进了生命 科学的进步。人们通常称 细胞学 、 进 化论 和 遗传学 为现代生物学的 三大基 石。 恩格斯对细胞学说给予极高的评价， 把它与 进化论 和 能量守恒定律 并列为 19世纪的三大发明。 三、 细胞学的经典时期 这一时期的研究方法主要是显微镜下 的形态描述，主要成就： 原生质理论的提出 细胞受精和分裂的研究 一些重要细胞器的发现 第二节 细胞生物学发展简史 原生质理论的提出 1880年 Hanstein 提出 “原生质体 ”（ Protoplast)的概念： 原生质体 是由细胞膜包围着的原生质。 原生质分化为 细胞核与细胞质 。 细胞受精和分裂的研究 1877年施特拉斯布格 （ E.Strasburger ）在植物细胞中、 1880-1882年 Flemming在动物（蝾螈幼虫的组织）细 胞中发现了 有丝分裂 ； 1883年范 贝内登 (van Beneden)在动 物中、 1886年施特拉斯布格 (Strasburger) 在植物中发现了 减数分裂现象 ； 1888年沃尔德耶 (Waldeyer)提出染色 体概念。 第二节 细胞生物学发展简史 一些重要细胞器的发现 1883年范 贝内登 (Van Beneden)和 博费里 (Boveri)在动细胞中发现了 中 心体 ; 1894 年 高尔基 (Golgi)发现了 高尔基 复合体 ;同年， 线粒体 也被正式命名。 四、实验细胞学时期 1892年， 赫特维希 (O.Hertwig)创立了实 验细胞学。 此后，人们广泛应用实验的手段与分析的 方法来研究细胞学中的一些根本问题，开 辟了一些新的方向与领域，形成一些重要 的分支，包括： 细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学、细 胞生物化学、细胞病理学、微生物细胞学 与原生动物细胞学等。 第二节 细胞生物学发展简史 五、 细胞生物学 学科的形成与发展 20世纪 5060年代，细胞 超微结构学 、 细胞生物化学 的快速发展，使人们 对细胞结构与功能相结合的研究水平 达到了前所未有的高度，逐渐认识到 细胞的知识是生物学科的共同基础知 识。 1953年 Watson和 Crick提出 DNA 双螺旋结构模型 ，标志着 分子生物 学 的诞生。科学家将分子生物学的 概念与技术引进细胞学，为细胞生 物学这门学科的形成与建立创立了 全新局面。 1965年， D.P.Derobetis将其 普 通细胞学 改为 细胞生物学 ， 标志着 细胞生物学 的诞生。 80年代以来，细胞生物学的主要发 展方向是细胞的分子生物学，深刻 性与综合性是细胞生物学进一步发 展的特点。 诺贝尔医学生理学奖与化学奖能集 中地反映当代生物科学的巨大成就 。 近 10年来细胞和分子生物学的诺贝 尔奖获奖情况： 将 2006年诺贝尔生理学或医学奖授予两名 美国科学家安德鲁 菲尔和克雷格 梅洛，以 表彰他们发现了 RNA干扰现象。 安德鲁 菲尔 克雷格 梅洛 2004年度诺贝尔生理学或医学奖获奖人选 ：美国科学家理查德 -阿克塞尔和琳达 -巴克 ，以表彰两人在气味受体和嗅觉系统组织 方式研究中作出的贡献。 理查德 -阿克塞尔 琳达 -巴克 2003年 ,美国科学家彼德 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。 第二节 细胞生物学发展简史 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 究获诺贝尔医学 /生理学奖。 第二节 细胞生物学发展简史 2001年，美国人 Leland hartwel 、 Paul Nurse、 Timothy Hunt 因对细胞周期调控 机理的研究而获诺贝尔生理学 /医学奖。 第二节 细胞生物学发展简史 年代 获奖者 奖项 研究领域 2000 Arivid Carlsson 医学 /生理学 突触传递 及信号传导（signal transduction） 1999 Gunter Blobel 医学 /生 理学 蛋白质运输 1998 Robert Furchgott 医学 /生 理学 NO为细胞间的信使 第二节 细胞生物学发展简史 免疫系统对受病毒感染细 胞的识别 医学 /生 理学 Rolf M.Zinkernagel Peter C. Doherty 1996 Na+/K+ ATPase ATP 合成的机制 化学Jense C.Skou Paul Boyer John Walker Stanley B. Lewis 1997 第二节 细胞生物学发展简史 其他重要事件： 2003年 4月 14日 ，由美、英、日、法、德和 中国科学家经过 13年努力共同绘制完成了 人 类基因 組 序列图。由 30亿 碱基对组成的人类 基因组，蕴藏著生命的 奧 秘。 我国于 1999年加入该计划，承担其中的 1% 的任务，即人类 3号 染色体短臂上约 30Mb的 测序任务。 科学家发现 人类基因数目约为 3.4万 至 3.5万 个 ，仅比果蝇多 2万个。 2002年 12月 18日，国际水 稻测序计划完成。该项计划 始于 1998年，由中国、日本 、美国等 10个国家和地区参 加，测序对象为日本粳米， 92的碱基对解析完毕。解 析结果表明，粳米有 4亿碱基 对，基因为 4万至 6万个 ，日 本承担了的任务，中 国承担了 10的任务。中国 科学家率先圆满完成第 4号染 色体精确测序图。 我国科学家探索水稻产量之谜首次发现 “基因 钥匙 ” 来源 :上海科技 发布者 : 亦云 类别 :新闻扫描 日期 : 2006-08-18 复旦大学与中国农大专家合作，在国际上首 次发现决定水稻产量的 “基因钥匙 ” 一组含 连续 8个基因的区段，位于野生稻 2号染色体 短臂末端。据悉，相关论文近日发表在国际 权威学术刊物 基因研究 上。 相关新闻 全球农业历经矮化、杂交两次 “ 绿色革命 ” 后，水稻、玉米等农作物亩产量已获得很大 提升。在我国，杂交所得的超级稻亩产量已 突破 750公斤，一般水稻产量平均在 300公斤 至 400公斤。我国于 2001年确立 973项目 “ 农 作物杂种优势分子生物学机理及应用研究 ” ，由复旦大学和中国农业大学携手，希望从 基因研究层面深入了解水稻等农作物产量提 升的机制。 水稻共有 12个染色体、约 5万个基因，分别 控制着产量、口味、熟期等性状。其中由 LRK1-LRK8等 8个基因组成的 “基因家族 “，对 水稻产量有很大影响， 而 LRK1、 LRK4、 LRK6 这三个基因的作用尤其关键。 专家指出，目前研究尚处基础理论阶段，今 后将为我国水稻杂交提供一双 “分子眼睛 “。例 如，凭借这一技术，我们可在丰产基因的杂 交转移过程中，快速准确地鉴别高产种系， 大大缩短育种过程。此外，产量基因的克隆 具有广阔应用前景，可为农作物特别是谷类 作物的产量性状改良提供重要技术储备。 2000年 12月 14日拟南芥基 因组测序完成。美国有 7个实 验室、欧洲有 17个实验室、 日本有一个实验室参加了此 项工作。拟南芥含有 1.25亿 个碱基对 , 25,498个 基因。 拟南芥的五条染色体模式植物拟南芥 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，成为 20世 纪末的重大新 闻。 第二节 细胞生物学发展简史 1983年 ，美国人 K.B.Mullis 发明 PCR仪 ，于 1993年获诺贝尔化学奖。 1975年 ，英国人 F.Sanger设计出 DNA 测序的双脱氧法 ， 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。 1961年 ，美国人尼伦堡（ M. W. Nirenberg）破译 DNA遗传密码 。 第二节 细胞生物学发展简史 1958年 克里克 证明 DNA复制是 “半保留 复制 ”，中心法则 创立 。 1956年 科恩伯格（ Kornberg,1956) 从大 肠杆菌提取液中获得了 DNA聚合酶，并 以该菌的 DNA单链片断为模板，在离体 条件下，第一个成功 合成 DNA互补链 。 1953年 ，美国人 J.D.Watson 和英国人 F.H.C.Crick 提出 DNA双螺旋模型 。 1962 年为此而获得诺贝尔医学和生理学奖。 1940年 ，美、德制造出分辨力为 0.2nm 的商品电镜。 1981年，瑞士人 G.Binnig 和 H.RoherI在 IBM苏黎世实验中心（ Zurich Research Center）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。 3年后， 美国科学家用这种显微镜直接观察到 DNA的双螺旋结构。 第二节 细胞生物学发展简史 1932年 ，德国人 M.Knoll和 E.A.F.Ruska发明电镜 。 1932年，荷兰籍德