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 RobertHook 首次发现细胞 不过 胡克看到的只是死细胞的细胞壁 RobertHook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 Antonvanleeuwenhoek 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 MatthiasJacobSchleiden 德国动物学家施旺 TheodorSchwann 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 RudolfVirchow 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 vanBeneden 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 VanBeneden 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50 60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Lelandhartwel PaulNurse TimothyHunt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 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 RolfM ZinkernagelPeterC Doherty 1996 Na K ATPaseATP合成的机制 化学 JenseC SkouPaulBoyerJohnWalkerStanleyB 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 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 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 Rus