细胞生物学第1章绪论.ppt

CELLBIOLOGY 细胞生物学 WelcometoStudyonCellBiology 为什么要研究细胞 Thekeytoeverybiologicalproblemmustfinallybesoughtinthecell foreverylivingorganismis oratsometimehasbeen acell E B Wilson 1925 TheCellinDevelopmentandHeredity 许久以来 大家就明确 一切生物学问题的答案 最终都要到细胞中去寻找 因为所有的生物都是 或曾经是 一个细胞 全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域是 细胞信号传导 cellsignaltransduction 细胞凋亡 cellapoptosis 基因组与后基因组学研究 genomeandpost genomicanalysis 目前全球研究最热门的三种疾病 癌症 cancer 心血管病 cardiovascu lar 艾滋病和肝炎等传染病 infectionsdiseases AIDS hepatitis 和5大研究方向 细胞周期调控 cellcyclecontrol 细胞凋亡 cellapoptosis 细胞衰老 cellsenescence 信号转导 sigaltransduction DNA的损伤与修复 DNAdamageandrepair 细胞生物学 CellBiology 第一章绪论Chapter Introduction 第一节细胞生物学研究内容与现状 Introductiontothestudyofcellbiology 一 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞学 Cytology 研究细胞的结构 功能和生活史的科学 细胞生物学 CellBiology 研究细胞基本生命活动规律的科学 运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法 在显微水平 亚显微水平和分子水平三个层次上 研究细胞的结构与功能 细胞的增殖分化 衰老与凋亡 细胞信号传递 真核细胞基因表达与调控 细胞起源与进化及各种生命活动规律 生命科学的四大基础学科 细胞生物学 分子生物学 生态学 神经生物学 细胞生物学与农业 医学 生物高新技术发展等有着密切关系 它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 二 细胞生物学的主要研究内容1细胞核 染色体及基因表达与调控 目前细胞生物学 遗传学和发育生物学在细胞和分子水平相结合的最活跃领域 2生物膜与细胞器的研究 膜及细胞器的结构与功能问题 膜学 近年来 在膜的识别与受体效应 蛋白质分子跨膜运动等方面取得了巨大进展 3细胞骨架体系的研究 胞质骨架 核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要性 近来发现细胞骨架与一系列重要生命活动 诸如细胞内大分子的运输与细胞器的运动 细胞信息的传递 基因表达与大分子加工等均有密切关系 4细胞增殖及调控 控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要途径 目前国际上研究细胞增殖的调控主要从两方面进行 一是从环境中与有机体中寻找控制细胞增殖的因子 以及阐明它们的作用机制 二是寻找控制细胞增殖的关键性基因 并通过调节基因产物来控制细胞的增殖 5细胞分化及调控 一个受精卵如何发育为完整个体的问题 细胞全能性 近代生物科学的发展 尤其是分子生物学技术的建立已为细胞分化机理的研究准备了良好的基础 也是近年发育生物学蓬勃发展的重要原因 6细胞衰老 凋亡 细胞的衰老是必然规律 细胞凋亡是近年来生命科学中发展起来的新兴领域之一 细胞凋亡是由一系列基因控制并受复杂信号调节的细胞自然死亡现象 在机体的生理与病理过程中发挥重要作用 7细胞的起源与进化 原始细胞大约在35亿年前就在地球上出现 目前有关细胞的起源与进化大多是推测 有待于进一步的研究 8细胞工程 用人工方法使不同种细胞的基因或基因组重组到杂交细胞中使越过种的障碍的基因转移成为可能 单克隆抗体 植物组织培养 试管动物 婴儿 干细胞的研究和应用 克隆动物 三 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 Researchdirection maindomain 总趋势 细胞生物学与分子生物学的相互交融与渗透 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 基因表达的产物 主要是结构蛋白 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的 3 基因表达的产物 主要是活性蛋白 如何调节细胞最重要的生命活动过程的 机体结构 细胞增殖 细胞分化 细胞凋亡 细胞信号转导 染色体 衰老 细胞重大生命活动及其相互关系示意图 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 细胞信号传导的研究4 细胞结构体系的装配 此外 当前细胞生命活动研究还包括很多方面 诸如蛋白质合成 分选与跨膜定向运输 真核细胞起源与进化等等 近年均有迅速的进展 根据美国科学情报研究所 ISI 1997年SCI ScienceCitationIndex 收录及引用论文检索说明 目前全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是 细胞信号转导 细胞凋亡和基因组与后基因组学研究 第二节细胞学和细胞生物学发展简史 Historyofcytologyandcellbiology 从时间纵轴来看细胞生物学的发展可以划分为四个主要的阶段 第一阶段 从16世纪末 19世纪30年代 是细胞发现和细胞知识的积累阶段 关于细胞方面的进展不大 原因是没有形成理论 第二阶段 从19世纪30年代 20世纪中期 细胞学说形成后 主要进行细胞显微形态的研究 第三阶段 从20世纪30年代 70年代 以细胞超微结构 核型 带型研究为主要内容 第四阶段 从20世纪70年代分子克隆技术的成熟到当前 细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密 基因调控 信号转导 细胞分化和凋亡 肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容 一 细胞的发现 discoveryofcell 显微镜的发明和使用 肉眼的分辨率限制了细胞的发现 1604年 荷兰眼镜商Janson父子第一台显微镜 10 30倍 1665年 英国RobertHooke栎木塞 小室 结构1674年 荷兰LeeuwenHooke池塘水中微生物评价 1 Janson父子 跳蚤镜 玩物 科技史上重要的一笔2 RobertHooke 1635 1703 第一个看到死细胞 人类显微时代的开始观察了蜜蜂的刺 苍蝇的脚 鸟的羽毛 鱼的鳞片 跳蚤 蜘蛛 寻麻 绘成 显微图谱 胡克 RobertHooke 其人 英国皇家协会的双手和双眼 牛津大学 文学硕士 专长 物理 天文 生物 机械 自学成材 物理上的成就 胡克定律人无完人 与牛顿的万有引力定律的优先权之争 6年之久 促进了光学的发展 较之牛顿缺乏数学功底牛顿发誓 胡克在皇家协会一天 就一天不给协会投稿 1703年 胡克死 牛顿任会长 牛顿 1642 1727 道法自然 久藏玄冥 天降牛顿 万物生明 毕业于剑桥 掌 卢卡斯 讲座二十余年 3 LeeuwenHooke 1632 1723 第一个看到活细胞 池塘中的原生动物 鲑鱼的红细胞 3 LeeuwenHooke 1632 1723 第一个看到活细胞 池塘中的原生动物 鲑鱼的红细胞 列文虎克其人 优点 自学成才 只上过中学 大器晚成 39岁开始科研 兴趣的重要缺点 保守 单透镜 不外传 基础知识薄弱 未升华为理论 二 细胞学说的建立及其意义 Thecelltheory 理论的重大指导作用1 细胞学说的提出 三个重要人物 1838年 德国植物学家施莱登 J Schleiden 发表了 植物发生论 一文1839年 德国动物学家施旺 T Shwann 发表了 关于动植物的结构和生长一致性的显微研究 一文 论证了所有动物体也是由细胞组成的 并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说 1858年 德国病理学家魏尔肖 R Virchow 提出细胞只能通过细胞分裂而来 细胞来自细胞 完善细胞学说 2 细胞学说 celltheory 1 细胞是生物体的基本结构单位 单细胞生物 一个细胞就是一个个体 生物由细胞构成 2 细胞是生物体最基本的代谢功能单位 动 植物的各种细胞具有共同的基本构造 基本特性 按共同规律发育 有共同的生命过程 活细胞结构类似 3 细胞只能通过细胞分裂而来 魏尔肖R Virchow 细胞来自细胞 3 关于细胞学说 学说建立前提 切片机 制镜技术三个关键人物 施莱登 施旺 魏尔肖 细胞学说的重要性 重大理论指导作用 两大美誉 关于细胞学说的两大美誉 19世纪自然科学的三大发现之一 进化论 能量转化与守恒定律 细胞学说 现代生物学的三大基石之一 遗传学 进化论 细胞学说 三 细胞学的经典时期 细胞形态的广泛观察和描述 1原生质理论的提出 细胞 小室 1840年普金耶 pukinje 1846年冯 莫尔 vonMohl 首次将动植物细胞的内含物称为原生质 1861年舒尔策 MaxSchultze 提出原生质理论 认为细胞是质膜包围着一小团原生质组成 原生质是生活在细胞中的所有物质 这种物质在一般有机体中是相似的 1880年提出原生质体的概念 2关于细胞分裂的研究1841 雷马克Remark发现无丝分裂 1873 Flemming在动物细胞 Strasburger在植物细胞发现有丝分裂 1883年 VanBeneden在动物细胞 1886年Strasburger在植物细胞发现减数分裂3重要细胞器的发现1898 Golgi高尔基体 1883 VanBeneden中心体 1894 Altmann线粒体 四 实验细胞学时期 细胞功能的研究 1 成就19世纪末 Hertiwig创立 海胆和蛔虫卵发育中的核质关系 产生细胞遗传学 细胞生理学和细胞化学等分支科学 2 评价 光镜下细胞的研究已经达到了颠峰细胞学 cytology 建立的标志 1892年 O Hertwig发表了 细胞与组织 1896年 E B Wilson发表了 发育与遗传中的细胞 Thecellindevelopmentandheredity光镜下能见到的细胞结构 细胞核 核仁 质体 中心粒 染色丝 高尔基体 线粒体 液泡 油滴 五 细胞生物学的兴起 cytology cellbiology质的飞跃 整体水平的形态的生理变化 超微 分子水平的研究诞生前提 电镜 1931 德国 生化 分子 1953 DNA双螺旋 1961年 J Brachet livingcell 第一张细胞电镜模式诞生标志 1965年 D Robetis将他原著的 普通细胞学 更名为 细胞生物学 第四版 率先提出这一概念 小结 细胞生物学史大事1604年 Z Jansen创造世界上第一台显微镜 1665年 Hooke首次发现死细胞1667年 Leeuwenhoek首次发现活细胞1838年 Schleidon证实植物体是由细胞所组成的1839年 Schwann证实动物体是由细胞组成的1840年 Purkinje提出细胞的原生质概念1855年 Virchow提出细胞只能由细胞分裂而来的观点 1866年 Mendel总结出两大遗传定律 1873 1887年 发现有丝分裂和减数分裂 1888 1898年 中心粒 线粒体 高尔基体相继被发现 1931年 发明电子显微镜 1935年 发明相差显微镜 1953年 Crick和Watson提出DNA双螺旋模型 1958年 提出膜结构的三层式单位膜模型 1958年 Crick提出中心法则 1960年 JacobandMonod提出操纵子学说 1961年 Michell提出线粒体的渗透偶联假说 1968年 Nirenberg阐明遗传密码在蛋白质合成中的作用 1969年 徐道觉发明染色体分带技术 1969年 创立癌基因学说 1970年 提出原核生物与真核生物新的分类概念 1970年 Margulis创立了真核生物进化的内共生学说 1970年 Baltimore发现反转录酶 1972年 SingerandNicolson创立了生物膜的流动镶嵌模型 1972年 发现蛋白质的感染因子 1974年 将染色体的基本单位命名为核小体 1975年 Sanger发明DNA序列分析技术 1975年 MilsteinandKohler发明单克隆抗体技术 1976年 发现细胞骨架中的中间纤维 1976年 Neher发现质膜上的离子通道 1978 1988年 阐明同源异型基因在控制个体发育中的作用 1997年 克隆羊诞生 1999年 Blobel创立胞内蛋白质运输信号学说 2000年 人类基因组草图绘制完成 2001年 Hatweiletc因发现细胞周期的关键分子调节机制获当年诺贝尔奖 2002年 细胞凋亡的基因调控的基础性发现获当年诺贝尔奖 小结 细胞生物学发展史中划时代的事件 光镜的问世和使用 细胞学说的建立 电镜的问世和使用 分子生物学的建立和发展 西游记 中的细胞生物学思想中国的细胞学名人 吴承恩 大约1500 1580 1 关于生命的起源 见第一回 灵根孕育源流出 心性修持大道生东胜神州 傲来国 花果山 山顶仙石 内育仙胞 一日迸裂 产一石卵 因见风化做一个石猴 五官俱备 四肢皆全 2 关于 克隆 的思想 1 体细胞克隆的设想 猴毛 一口仙气 变小猴 2 指出了克隆的优缺点 优点 威力无比 最好的扩军方式缺点 见 三调芭蕉扇 成也萧何 败也萧何 3 关于细胞衰老 长生不老肉 第三节对未来的展望1 基因克隆和重组技术日趋成熟 人类将根据经济需要去开发和操纵遗传资源如通过转基因生产人类生长素 干扰素 每千克价值440亿美元 等昂贵的药物 培育具有特殊功能