细胞生物学第一章绪论.ppt

第一章 绪 论 本课程学习须知 1、上课时须带教科书，因为书上有些图表需要对书讲解及 订正，并可在书上划重点或利用书上宽边做简要笔记； 2、课上以听课为主，记笔记为辅。记笔记只记重点，不必 全版皆抄； 3、课后要切实抓好复习，务必认真阅读教科书； 4、课后要认真做作业。每位同学都必须备有此课程的作业 本，对每章布置的复习思考题应及时答题。期终将检查 作业本完成情况（拒收复印件及电子文本），以作为平 时的主要成绩。注意！期末考试的试题内容将一定全部 来自于这些复习题之中。 细 胞 生 物 学 Molecular Cell Biology 第一 章：绪论 一、细胞生物学概述 p细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的学科 ，是现代生命科学的重要基础学科之一。 p其前身 “细胞学”(cytology)是以描述细胞形 态结构和静态生理状况的学科。而今日的细胞生 物学(cell biology)则是把显微水平、亚显微水平 和分子水平三个层次的研究有机地结合起来，以 动态的观点来考察细胞和细胞器的结构与功能， 探讨细胞的各种生命活动规律。 p细胞是所有生物体(病毒除外)一切生命活动的基 本单位。在生物体内，细胞之间有序协调配合， 分化形成许多履行不同生理功能的细胞类群，组 成具有一定形态结构和一定机能的组织、器官以 至系统，控制着整个生物体的各种各样复杂的生 命活动，包括： 生长发育 、繁殖进化 、 代谢 免疫 、运动应激 、衰老死亡和遗传变异 等等， 这些生命现象归根结柢都是建立在细胞生理活动 基础上的。 p为什么说生物体一切生命活动的单位是细胞， 而不是生物大分子（譬如核酸或蛋白质）呢?这 是从生命属性来判断的，因为只有细胞才是能 从生物体中分离出来独立生存繁殖的 、 最基 本的生命实体。它具有自我复制、自我装配和 自我调控的能力，同时它在与外界进行物质交 换和信息交流之中，能保持动态平衡的生命特 征。而生物大分子对于细胞来讲，实质上只是 从属关系，细胞为各种分子参与生命活动提供 了 特定的细微内部环境，构成有严格程序的 、 自动控制的代谢体系，才能表现出有生命活性 的现象 。 若脱离了细胞，大分子的某些生物 学性质就会发生变化， 而且在细胞以外的单 纯大分子活动，只能算是生物化学反应，并不 能称之为生命活动。因此，当我们从分子水平 来探讨生命现象之时 ， 决不可忽视细胞这一 基本单位的整体性。 p著名细胞学家Wilson在1925年曾说：“ 每一 个生物科学问题的关键都必须在细胞中寻找”， 现代生命科学的发展趋势已证实了这是真正的至 理名言。 p细胞生物学中包含有许多分支，例如： 细胞形态学(cytomorphology) 细胞遗传学(Cytogenetics)、 细胞生理学(Cytophysiology)、 细胞化学(Cytochemistry)、 细胞分类学(Cytotaxonomy)、 细胞免疫学(lmmunocytology)、 细胞病理学(Cytopathology)。 p细胞动力学(Cytodynamics). 细胞生态学(Cytoecology). 细胞工程学(Cell engineering) 等等。 p二十世纪八十年代中期以来，国际学术界已将 这门课程发展为 细胞分子生物学 Cell and Molecular Biology 或 Molecular and Cellular Biology. 二、细胞生物学的发展简史 1、细胞的发现： 细胞的发现和显微镜的发明是分 不开的。因为，肉眼直接可见范围 100微米 m，而绝大多数细胞的直径 30m，所以只 有借助光学放大装置才能看到细胞。 p英国人虎克P.Hooke,1665年，自制40-140 倍显微镜观察木栓薄片，其两个科学遗产 ： “cell”细胞名称；绘制了“显微图谱 ”即木栓薄片的组织结构图像。 p荷兰人列文虎克Leeuwenhook,1677年，自 行磨制装配247台显微镜，其放大倍数达 270-500倍，分辨力达1.4m。 观察了池塘 水中的原生动物、 哺乳动物的精子、 鲑鱼的 红血细胞以及牙垢中的细菌 等等。 2、细胞学说的提出：18381839年， 德国植物 学家施莱登 (Schleiden)和动物学家施旺(Schwann) 分别根据各自的研究提出了 细胞学说 （Cell theory）。明确指出：一切动物 、植物皆由细 胞组成， 动植物细胞都具有相似的内含活性物 质原生质(protoplasm),而生物体的代谢发 育都是细胞生命活动的结果。 p细胞学说的理论主要包括三方面：1.细胞是多 细胞生物的最小结构单位，对单细胞生物来说 ，一个细胞就是一个个体。2.多细胞生物的每 一个细胞都是一个代谢生理活动单位 ， 能执行 其特定的功能。3.细胞只能来自细胞分裂所繁 殖产生。 p恩格斯： 细胞学说 、进化论和能量守恒定律 是十九世纪自然科学的三大发现。 p现代生物科学界：细胞学说、进化论和孟德尔 遗传理论是现代生物学的三大基石。 3、细胞学的创立：19世纪下半叶是细胞研究的 繁荣时期，相继发现了： p细胞质(cytoplasm)、核质(karyoplasm)、中 心体、线粒体、高尔基体、染色体、有丝分裂 (mitosis)、减数分裂(meiosis)。 p德国赫特维希Hertwig，1892年出版“细胞与 组织”专著 p美国的威尔逊Wilson，亦出版“发育和遗传 中的细胞”专著 pWilson绘制第一幅细胞模式图（1925年） 4、细胞生物学的发展：二十世纪5060年代 ， 细胞学史又跨入第四个大发展阶段 p新兴技术手段的促进： 电镜、超薄切片、超 离心、放射性同位素标记。 p知识的更新和发展：各种细胞器的超微结构观 察剖析，亚细胞成分和生物大分子的分离、纯 化、功能分析和分布定位分析，细胞生理分子 活动的动态规律研究。 p学者布拉舍(Brachet)，1961年，绘制第二幅 细胞模式图 p学者De Robertis, 1965年，率先将其原著的 细胞学教科书(第四版)更名为“细胞生物学” p7080年代 ，超高压电子显微镜的应用，促 进了对细胞骨架体系的深入研究 p8090年代 ，扫描隧道显微镜的运用，促进 了细胞领域的纳米生物学研究 三、细胞生物学的主要研究内容 1、膜学与细胞器学 p细胞(质)膜和细胞内膜的总称是生物膜 ，它是 细胞内外之间以及细胞中的功能区域之间进行 物质交换、能量转换和信息交流的关键功能部 位。膜学主要探讨生物膜的分子结构模型以及 各类物质的跨膜运输机理、信号传递途径。 p细胞器学是探讨各种细胞器的分子结构和生理 功能。在原核细胞之中，除有核糖体之外，其 它细胞器皆无，而真核细胞之中出现众多由生 物膜围成的各种细胞器，这充分体现了细胞内 各类细胞生理功能区域专门化的进化特征。 p假若把细胞比喻为活的生化工厂 ，那么原核 细胞只能算是简陋的手工作坊 ，而真核细胞 才是真正的现代化工厂。因为它已具有了 “ 中心调度室”(细胞核)，“动力车间”(线粒 体 、叶绿体) ， “生产装配车间” ( 内质网 、高尔基体) ，“仓库”(液泡 、微体 、圆球 体) ，“运输流水线”(各种小泡运行)，“保 卫部门”( 溶酶体 、核孔复合体) 等等 ，这 是细胞结构和功能进化上的质的飞跃。 2、核学与染色体学 p这是细胞生物学、分子遗传学和发育生物学在 细胞水平及分子水平共同攻关的最具活力的研 究热点。现代核学课题之一是研究染色体结构 动态变化与基因表达及其调控的关系。 3、细胞骨架体系 p包括细胞质骨架和核骨架两大部分。在维持细 胞形态及内部结构合理布局上起支撑框架作用 ；亦在保障细胞内物质及信息的定向运输传递 ，以及保障细胞内生化反应的定点运行方面起 重要网络作用。 4、细胞分裂与细胞分化 p生物个体的成长和发育，分别依赖体内细胞的 分裂增殖和细胞分化。这又分别涉及了一系列 控制细胞分裂周期的功能基因及调节因子，以 及一系列控制细胞分化的