细胞生物学第01章 绪论.ppt

细胞生物学（CellBiology）,第一章绪论,细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学的主要研究内容当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域细胞重大生命活动的相互关系细胞学与细胞生物学发展简史细胞的发现细胞学说的建立其意义细胞学的经典时期实验细胞学时期细胞生物学学科的形成、发展与展望如何学习细胞生物学细胞生物学的学习方法细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书,细胞生物学,生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而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。细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。,细胞生物学研究的内容和现状,主要内容,细胞结构与功能、细胞重要生命活动：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与凋亡细胞的起源与进化细胞工程细胞信号转导等,细胞生物学研究的内容和现状,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。,重点领域,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组装,细胞生物学研究的内容和现状,目前全世界发表的SCI论文，约有一半是与生命科学相关的，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）。,细胞生物学研究的内容和现状,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）,细胞生物学研究的内容和现状,细胞重大生命活动的相互关系,细胞生物学研究的内容和现状,细胞生物学研究的特点和趋势,细胞生物学研究的内容和现状,1.细胞结构功能细胞生命活动,2.细胞中单一基因与蛋白基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用，特别是复合体的相互作用,3.细胞信号转导途径信号调控网络,4.体外（invitro）研究体内（invivo）研究,5.静态研究活细胞的动态研究,7.细胞生物学与生物学其它学科的渗透与数理化及纳米科学等更多学科的交叉,6.实验室研究为主计算生物学更多介入并结合,四个主要发展阶段,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。第二阶段：从19世纪3020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80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。,细胞学与细胞生物学发展简史,1.1590荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。2.1665英国人RobertHook用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40-140倍，观察了软木薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用拉丁文cella来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室。3.1680荷兰人A.vanLeeuwenhoek成为皇家学会会员，一生中制作了200多台显微镜和500多个镜头。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等。4.1752英国望远镜商人J.Dollond发明消色差显微镜。5.1812苏格兰人D.Brewster发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。6.1886德国人ErnstAbbe发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。7.1932德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska描述了一台最初的电子显微镜，1940年美国和德国制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。8.1932荷兰籍德国人F.Zernike成功设计了相差显微镜（phasecontrastmicroscope)，并因此获1953年诺贝尔物理奖。9.1981瑞士人G.Binnig和H.RoherI在BM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。,细胞学与细胞生物学发展简史,一、显微镜的发明与细胞的发现,显微镜的发明及改进,细胞学与细胞生物学发展简史,没有显微镜就不可能有细胞学诞生。,二、“细胞学说”,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。,细胞学与细胞生物学发展简史,细胞学与细胞生物学发展简史,1.1831英国人RobertBrown发现植物细胞核。2.1835法国人F.Dujardin观察动物活细胞时发现“肉样质”（Sarcode)。3.1839捷克人J.E.Pukinye用protoplasm这一术语描述细胞物质，“Protoplast”为神学用语，指人类始祖亚当。4.1841波兰人R.Remak发现鸡胚血细胞的直接分裂（无丝分裂）。5.1846德国人H.vonMohl研究了植物原生质，发表了“identifiesprotoplasmasthesubstanceofcells”。6.1848德国人W.Hofmeister描绘了鸭跖草Tradescantia的花粉母细胞，明确的体现出染色体，但他没有认识到这一重要性，40年后德国人H.vonWaldeyer因这一结构可被碱性染料着色而定名为Chromosome。7.1864德国人MaxSchultze观察了植物的胞间连丝。8.1865德国人J.vonSuchs发现叶绿体。9.1866奥地利人G.Mendel发表了对豌豆的杂交试验结果，提出遗传的分离规律和自由组合规律。10.1868英国人T.H.Huxley在爱丁堡作题为“生命的物质基础”（thephysicalbasisoflife）的演讲报告时首次把原生质的概念介绍给了英国公众。11.1871瑞士年轻医生F.Miescher从脓细胞中分离出核酸。,细胞学与细胞生物学发展简史,三、细胞生物学的发展,12.1876德国人O.Hertwig发现海胆的受精现象，论文题目为“observethefertilizationofaseaurchinegg”。13.1879德国人W.Flemming观察了蝾螈细胞的有丝分裂，于1882年提出了mitosis这一术语。后来德国人E.Strasburger(187680)在植物细胞中发现有丝分裂，并于1984提出了Prophase和Metaphase的概念。14.1882德国人E.Strasburger提出细胞质（cytoplasm）和核质（nucleoplasm）的概念。15.1883比利时人E.vanBeneden证明马蛔虫Ascarismegalocephala配子的染色体数目是体细胞的一半，并且在受精过程中卵子和精子贡献给合子的染色体数目相等。16.1883比利时人E.vanBeneden和德国人T.Boveri发现中心体。17.1884德国人O.Hertwig和E.Strasburger提出细胞核控制遗传的论断。18.1886德国人A.Weismann提出种质论。19.1890德国人RichardAltmann描述了线粒体的染色方法，他推测线粒体就像细胞的内共生物，并认为线粒体与能量代谢有关。他还于1889年提出了核酸的概念。20.1892德国人T.Boveri和O.Hertwig研究了减数分裂的本质，并描述了染色体联会现象。21.1898意大利人C.Golgi用银染法观察高尔基体。22.1900孟德尔在34年前发表的遗传法则被重新发现。,细胞学与细胞生物学发展简史,1.1908美国人T.H.Morgan以Drosophilamelanogaster为材料开始著名的遗传学实验，1910年提出遗传的染色体理论，1919年发表“遗传的本质”（PhysicalBasisofHeredity）。1926年发表“基因学说”（TheTheoryoftheGene）2.1910德国人A.Kossel获得诺贝尔生理医学奖，他首先分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。3.1935美国人W.M.Stanley首次得到烟草花叶病毒的结晶体。4.1940德国人G.A.Kausche和H.Ruska发表了世界第一张叶绿体的电镜照片。5.1941美国人G.W.Beadle和E.L.Tatum提出一个基因一个酶的概念。6.1944美国人O.Avery，C.Macleod和M.McCarthy等人通过微生物转化试验证明DNA是遗传物质。7.1945美国的K.R.Porter、A.Claude和E.F.Fullam发现小鼠成纤维细胞中的内质网。8.1949加拿大人M.Bar发现巴氏小体。9.1951美国人JamesBonner发现线粒体与细胞呼吸有关。10.1955比利时人C.deDuve发现溶酶体和过氧化物酶体。,细胞学与细胞生物学发展简史,1.1953美国人J.D.Watson和英国人F.H.C.Crick提出DNA双螺旋模型。2.1955美国人VincentDuVigneaud因人工合成多肽而获诺贝尔奖3.1956年，蒋有兴（美籍华人）利用徐道觉发明的低渗处理技术证实了人的2n为46条，而不是48条。4.1957J.D.Robertson用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构。5.1961英国人P.Mitchell提出线粒体氧化磷酸化偶联的化学渗透学说，获1978年诺贝尔化学奖。6.1961-64美国人M.W.Nirenberg破译DNA遗传密码。7.1968瑞士人WernerArber从细菌中发现DNA限制性内切酶。8.1970美国人D.Baltimore、R.Dulbecco和H.Temin由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶而获1975共享诺贝尔生理医学奖。9.1971美国人DanielNathans和HamiltonSmith发展了核酸酶切技术。10.1973美国人S.Cohen和H.Boyer将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达，从而揭开基因工程的序幕。11.1975英国人F.Sanger设计出DNA测序的双脱氧法。于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。,细胞学与细胞生物学发展简史,12.1982美国人S.B.Prusiner发现蛋白质因子Prion，更新了医学感染的概念，于1997年获诺贝尔生理医学奖。13.1983美国人K.B.Mullis发明PCR仪，1987年发表了“SpecificsynthesisofDNAinvitroviaapolymerase-catalyzedchainreaction”，于1993年获诺贝尔化学奖。14.1984德国人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein3和丹麦科学家N.K.Jerne由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔生理医学奖。15.1989美国人S.Altman和T.R.Cech由于发现某些RNA具有酶的功能（称为核酶)而共享诺贝尔化学奖。Bishop和Varmus由于发现正常细胞同样带有原癌基因而分享当年的诺贝尔生理医学奖。16.1997多利羊在卢斯林研究所诞生，成为世纪末的重大新闻。多利是IanWilmut领导的研究小组克隆的。17.1998美国人T.Wakayama和R.Yanagimachi成功地用冻干精子繁殖出小鼠。18.2000世界首例克隆猪在苏格兰诞生，是由AlanColeman领导的研究小组克隆的。19.2001美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。20.2002英国人SydneyBrenner、美国人H.RobertHorvitz和英国人JohnE.Sulston，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诺贝尔生理学或医学奖。21.2003美国科学家PeterAgre和RoderickMacKinnon，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。,细胞学与细胞生物学发展简史,生物经济时代,生物经济的资源为基因，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。特点如下：1、推动产业革命，创造新的经济生长点。生物芯片2、推动医学革命，延长人类寿命。基因治疗3、推动绿色革命，解决食品危机。杂交育种转基因技术4.创造生物新品种，改善生态环境。基因工程5.发展绿色能源，解决能源危机。生物能源6.生物安全关系到国家安全。生物武器7.冲击传统伦理观念。生物伦理,细胞学与细胞生物学发展简史,生物芯片,细胞学与细胞生物学发展简史,让献血成为历史！,2008年世界十大科技进展之首细胞重编程,细胞学与细胞生物学发展简史,体细胞重编程为（类）胚胎干细胞，并将其定向分化为血细胞的造血程序在体外实现。美国和日本两个科学小组2008年8月同时宣布成功实现，结果发表于blood.将皮肤细胞在4个转录因子或更多转录因子作用下，诱导生成多能干细胞（iPS细胞），需逆转录酶病毒作为载体。,人造生命,2008年8月13日，英国雷丁大学科学家展示了他们研制的全球首个受活脑组织控制的生物机器人米特戈登，其原始大脑灰质由人工培育的30个老鼠神经元聚合而成。通过多电极矩阵和蓝牙无线联结细胞与机器人。,细胞学与细胞生物学发展简史,2008年1月24日，美国科学家克雷格文特尔合成生殖支原体细菌JCVI-1.0中的58，297万个碱基对，成功制造出生殖支原体的完整基因组，创造了目前世界最大的人工合成DNA组织。2010年5月，克雷格文特尔研制出全球首个能生长繁殖的人造生命。,细胞学与细胞生物学发展简史,细胞学与细胞生物学发展简史,意大利变性公鸡詹尼被运往实验室研究,“鸡先还是蛋先”？,2010年04月22日,狐狸袭击养鸡场吃光母鸡公鸡变性生蛋,细胞生物学的未来,细胞生物学在如下领域内的发现将为生物技术带来新的发展动力:对干细胞生长和分化的控制机制的认识或许会带来治疗应用方面的重大突破；对遗传基因和生化途径调控机制的认识将催生更先进的遗传修饰方法；理解细胞感知环境的机理会有助于研发具有广泛应用前景的生物传感器；了解细胞骨架和分子马达的协同工作机制将很可能在下半个世纪中引领纳米技术的生物应用。,如何学习细胞生物学？,1、认识细胞生物学课程的重要性2、明确细胞生物学的内容，即结构、功能、生活史3、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能4、将所学过的知识关联起来，多问自己几个为什么5、紧跟学科前沿；学一点科技史，尤其是生物学史6、实验科学与实验技术细胞真知源于实验室Whatweknow/Howweknow.,如何学习细胞生物学,考试,期末考试占60%。作业占30%总结每章讲授内容的知识点，如重点概念和机理等。最后根据本章内容提出一个问题（不能是课后习题和书本上很容易就能找到答案的问题）。报告占10%。每个同学查最新文献做一次presentationORapaper，内容与课本内容相关。,细胞学与细胞生物学发展简史,参考资料,AlbertsBetal.EssentialCellBiology.NewYorkandLondon：Garlandpublishing，Inc.1998AlbertsBetal.MolecuarBiologyoftheCell,3rded.NewYorkandLondon：GarlandPublishing，Inc.1994BeckerW.M.etal.TheWorldoftheCell.FourthEd.TheBe