细胞生物学第一章课件.ppt

1,细胞生物学,陈燕飞,2,课程简介,细胞生物学是生物学中最基础的课，位于分子生物学和个体生物学之间，同它们互相衔接，互相渗透。因而细胞生物学是承上启下的学科，和分子生物学一起同是现代生命科学的基础，并广泛渗透到遗传学、发育生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中，和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系，是生命科学的重要支柱之一。,3,细胞生物学与其他学科的关系,细胞质膜是分子生物学的重要内容;细胞核和染色体是遗传学的重要内容；核糖体、线粒体是生物化学的重要内容；细胞周期-是遗传学和分子遗传学的重要内容;叶绿体-植物生理学的重要组成部分;细胞分化-是发育生物学的重要内容;细胞免疫-是免疫学的重要组成部分;,4,细胞生物学课时安排,总学时80学时：其中理论课50学时自学6学时实验24学时,5,课时安排,绪论2学时细胞基本知识2学时细胞生物学研究方法2学时细胞膜与细胞表面6学时物质的跨膜运输与信号传递4学时细胞质基质与细胞内膜系统6学时细胞的能量转换线粒体和叶绿体2学时细胞核与染色体4学时核糖体2学时细胞骨架4学时细胞增殖及其调控6学时细胞分化与基因表达调控4学时细胞衰老与凋亡6学时,6,实验内容,实验1细胞凝集反应、细胞膜通透性（实验22）实验2细胞化学DNA的Feulgen反应和RNA的Brachet反应（实验15、16）实验3巨噬细胞吞噬现象的观察（实验20）实验4线粒体和液泡系的超活染色与观察（实验9）实验5动物骨髓细胞染色体标本的制备及观察摄影（实验32）实验6动物染色体标本的核型分析（实验32）实验7细胞融合（实验61）,7,第一章绪论,一、细胞生物学研究的内容与现状二、细胞生物学的主要研究内容三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域,8,（一）细胞生物学的概念研究细胞基本生命活动规律的科学称为细胞生物学。它是以细胞为研究对象，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点，研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。,一、细胞生物学研究的内容与现状,9,（二）细胞生物学在现代生物学中的地位,细胞生物学、遗传学、进化论是现代生物学的三大基石；著名细胞生物学家E.B.Wilson早在1925年就提出“一切生命的关键问题必须在细胞中寻找”。细胞生物学研究意义认识利用改造,10,二、细胞生物学的主要研究内容,细胞核、染色体以及基因表达的研究生物膜与细胞器的研究细胞骨架体系的研究细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞的衰老及其调控细胞的起源与进化细胞工程,11,生物膜的结构与功能,膜结构是生物体的基本结构之一。生物膜的主要功能是能够有选择性地从外界吸收营养、接受信息，生物膜也具有识别细胞内外因子的作用，生物膜上的受体蛋白在这些功能中起重要作用。,12,细胞质膜的结构,13,细胞骨架,14,15,细胞工程,将一种生物细胞中携带全套遗传信息的基因或染色体全部转入另一种生物细胞，从而改变细胞的遗传性，改造生物的性状和功能。它包括细胞融合、细胞器移植、染色体工程、细胞和组培技术等,16,细胞社会学(cellsociology),从系统论的观点出发，研究细胞群体中细胞相互间的关系(如细胞识别、细胞通讯、细胞连接)整体和细胞群对细胞的生长、分化等活动的调节控制,17,细胞外膜,细胞膜模型,细胞信号转导,物质运输,细胞内膜,各种细胞器以及功能,蛋白质分选,细胞重要生命活动,细胞周期,细胞分化,主要内容,细胞质,细胞质基质,细胞外基质,细胞骨架,细胞衰老与凋亡,18,三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域,细胞生物学研究的总趋势细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势。,19,基因表达的产物如何逐级装配进而行使功能,细胞生物学,细胞内的基因组如何有序表达,基因表达的产物如何调节细胞的重要生命活动,(一)当前细胞生物学研究中的三大基本问题,20,（二）当前细胞基本生命活动研究的若干重点课题,染色体DNA与蛋白质相互作用细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控细胞信号转导的研究细胞结构体系的装配,21,细胞信号传导,细胞与细胞之间的信息传递机制是相当复杂的，细胞因子、激素与受体以及细胞内第二信使共同组成传递信息的网络，并依此对细胞周围环境发生反应。这实际上是一种细胞调节，如果这种调节失常，就会造成疾病。研究重点是信号分子的结构与机能、信号分子与受体相互作用机理、受体与原初反应；受体与信号跨膜转导；细胞内信号传递途径。,22,细胞通讯,23,细胞结构体系的组装,主要研究生物大分子如何逐级组装并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系。细胞是由化学物质组成的。由于细胞的生命活动是高度有序的，所以细胞内的化学物质不可能杂乱无章地堆集在一起，而是有规则地分级组装成复杂的细胞结构，如核糖体、细胞核、高尔基体和细胞骨架等。不仅如此，在多细胞有机体中，细胞要组成不同的组织，再由组织形成器官。,24,细胞结构的组装,25,26,近几年诺贝尔医学/生理学奖,1998年R.F.福尔荷格特、L.J.依格那罗和F.穆莱德发现一氧化一氮在心血管系统中作为信号分子1999年GunterBlobel发现控制细胞运输和定位的内在信号蛋白质2000年阿尔维德卡尔松（瑞典人）、保罗格林加德（美国人）、埃里克坎德尔（奥地利人）在“人类脑神经细胞间信号的相互传递”方面获得的重要发现。,27,LelandH.Hartwell,R.Timothy(Tim)Hunt,SirPaulM.Nurse,2001年，美国人利兰哈特韦尔、英国人保罗纳斯、蒂莫西亨特因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理学或医学奖。,28,2002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生理学或医学奖。,SydneyBrenner,H.RobertHorvitz,JohnE.Sulston,29,2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农获诺贝尔化学奖。阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。,PeterAgre,RoderickMacKinnon,30,2004年，美国人理查德阿克塞尔和琳达巴克获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。,RichardAxel,LindaB.Buck,31,2004年诺贝尔化学奖,授予以色列科学家阿龙-西查诺瓦、阿弗拉姆-赫尔什科和美国科学家伊尔温-罗斯。他们突破性地发现了人类细胞如何控制某种蛋白质的过程，具体地说，就是人类细胞对无用蛋白质的“废物处理”过程。泛素(ubiquitin)由76个氨基酸组成的多肽，泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会发生降解。,32,2005年巴里马歇尔和罗宾沃伦获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。,BarryJ.Marshall,J.RobinWarren,33,2006年美国人安德鲁法尔和克雷格梅洛因对RNA干扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。RNA干扰，形象的比喻，就是给某个基因“贴上封条”，使该段基因编码的蛋白质不能表达。,AndrewZ.Fire,CraigC.Mello,34,2007年诺贝尔生理学或医学奖,2007年诺贝尔生理学或医学奖分别授予两名美国人马里奥卡佩基、奥利弗史密斯和一名英国人马丁埃文斯，以表彰他们在“基因靶向”技术方面的突出贡献。三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面有着一系列突破性发现”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。,35,美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收录及引用论文检索，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（signaltransduction）；细胞凋亡（cellapoptosis）；基因组与后基因组学研究（genomeandpost-genomicanalysis）。,36,美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为什麽是当今科研领域的热门话题？（“Whatispopularinresearchtoday？”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是：三种疾病：癌症（cancer）心血管病（cardiovasculardiseases）爱滋病和肝炎等传染病（infectiousdiseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向：细胞周期调控（cellcyclecontrol）；细胞凋亡（cellapoptosis）；细胞衰老（cellularsenescence）；信号转导（signaltransduction）；DNA的损伤与修复（DNAdamageandrepair）,37,38,第二节细胞学与细胞生物学发展简史,一、细胞的发现和细胞学说的建立二、细胞学的经典时期（1875年到1900年）三、实验细胞学时期(19001953)四、分子生物学的兴起和细胞生物学的诞生,39,第一个发现细胞的是英国学者胡克(RorbertHooke)相隔170多年后，德国植物学家施来登(MathiasSchleiden)和动物学家施旺(TheodorSchwann)创立了细胞学说。,一、细胞的发现和细胞学说的建立,40,“细胞学说”的基本内容,认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命，又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。,41,细胞学说的创立大大推进了人类对生命自然界的认识，使生命世界有机结构多样性得到统一，有力地促进了生命科学的进步。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。,42,二、细胞学的经典时期（1875年到1900年）,细胞科学是实验科学，而实验科学的发展既依赖于实验观察，又有待于理论的升华1、原生质理论的提出2、细胞受精和分裂的研究3、一些重要细胞器的发现,43,1、原生质理论的提出：,1840年普金耶在动物、1846年冯.莫尔在植物中分别看到了“肉样质”，并将其命名为“原生质”。1861年舒尔策提出原生质理论：有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般的有机体中是相似的。把细胞定义为：细胞是具有细胞核和细胞膜的活物质。1880年Hanstain提出“原生质体”：细胞是由细胞膜包围的原生质，分化为细胞核和细胞质。,44,2、细胞受精和分裂的研究,1875年赫特维希(O.Hertwig)发现受精卵中两亲本核的合并;1877年施特拉斯布格(Strasburger)发现动物的受精现象;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;1880-1882年Flemming在蝾螈幼虫的组织细胞中发现了有丝分裂。,45,3、一些重要细胞器的发现,1883年范.贝内登和博费里在动、植物细胞中发现了中心体;1888年沃尔德耶提出染色体概念;1894年范.阿尔特曼发现了线粒体;1898年高尔基(Golgi)发现了高尔基体。,46,三、实验细胞学时期(19001953),是指采用实验的手段研究细胞学的问题，是从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究。由于实验研究不断同相邻学科结合、相互渗透，导致了一些重要分支学科的建立和发展：细胞遗传学(cytogenetics)细胞生理学(cytophysiology)细胞化学(cytochemistry),47,四、分子生物学的兴起和细胞生物学的诞生,分子生物学1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型标志分子生物学的诞生；细胞生物学1965年，DPDerobetis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；分子细胞生物学80年代开始出现了分子细胞生物学。细胞生物学的主要发展方向,48,附录：细胞生物学参考书：,分子细胞生物学韩贻仁科学出版社2001年03月医学细胞与分子生物学陈诗书上海医科大学出版社1999年01月细胞生物学王德耀上海科学技术出版社1998年出版细胞生物学翟中和等编高等教育出版社20