细胞生物学第一章绪论

1、细胞生物学细胞生物学 Cell Biology主讲：魏主讲：魏 玲玲生命科学学院生命科学学院学习要求课前预习课前预习认真听讲，记好笔记认真听讲，记好笔记注意注意“三基三基”基本概念基本概念基本理论：基本理论：学说、假说、机制、模型、程序学说、假说、机制、模型、程序基本实验基本实验第一章第一章 绪论绪论细胞生物学的研究内容与现状细胞生物学的研究内容与现状细胞学与细胞生物学的发展简史细胞学与细胞生物学的发展简史细胞生物学的实践意义细胞生物学的实践意义第一节第一节 细胞生物学的研究内容与现状细胞生物学的研究内容与现状细胞生物学是细胞生物学是现代生命科学现代生命科学的重要的重要基础前沿基础前沿学科学科

2、细胞生物学的主要研究内容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当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础前沿学科 生命体是生命体是多层次多层次、非线非线性性、多侧面的复杂结构、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基的结构与生命活动的基本单位，有细胞才有完本单位，有细胞才有完整的生命活动。整的生命活动。 细胞生物学是研究和揭示细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律细胞基本生命活动规律的科的科学，它是从学，它是从不同层次（显微、亚显微与分子水平）不同层次（显微、亚显微与分子水平）上上研究细胞结构与功能、

3、细胞增殖、分化、代谢、运动、研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡、以及细胞信号转导、细胞基因表达与调衰老、死亡、以及细胞信号转导、细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等重大生命过程。控、细胞起源与进化等重大生命过程。核心问题核心问题是是将将遗传与发育在细胞水平上结合起来遗传与发育在细胞水平上结合起来。在形态方面在形态方面在在光镜下光镜下观察描述细胞的结构观察描述细胞的结构电镜电镜及扫描探针等观察了解细胞的亚微结构和分子结构，来及扫描探针等观察了解细胞的亚微结构和分子结构，来阐明细胞生命活动的结构基础。阐明细胞生命活动的结构基础。功能方面功能方面研究细胞内各部分的化学组成和新

4、陈代谢活动，研究它们间研究细胞内各部分的化学组成和新陈代谢活动，研究它们间的关系及相互作用的关系及相互作用阐明生物有机体的生长、分化、运动、遗传、变异、衰老、阐明生物有机体的生长、分化、运动、遗传、变异、衰老、死亡等基本生命活动的规律。死亡等基本生命活动的规律。 二、细胞生物学的主要研究内容二、细胞生物学的主要研究内容 生物膜与细胞器生物膜与细胞器 细胞信号转导细胞信号转导 细胞骨架体系细胞骨架体系 细胞核、染色体及基因表达细胞核、染色体及基因表达 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 细胞分化及干细胞生物学细胞分化及干细胞生物学 细胞死亡细胞死亡 细胞的衰老细胞的衰老 细胞工程细胞工程 细胞的起

5、源与进化细胞的起源与进化三、当前细胞生物学发展的趋势与重点领域 细胞生物学与分子生细胞生物学与分子生物学物学( (包括分子遗传包括分子遗传学与生物化学学与生物化学) ) 相互相互渗透与交融是总的发渗透与交融是总的发展趋势。展趋势。总趋势总趋势l发展趋势发展趋势(Trends in Cell Biology)从分子生物学从分子生物学细胞生物学细胞生物学从细胞结构功能研究为主从细胞结构功能研究为主细胞重大生命活动为主细胞重大生命活动为主从研究细胞生物活性从研究细胞生物活性细胞生命活动本质为主细胞生命活动本质为主分析分析综合综合In vitro In vivo单一基因及其产物 功能基因组学信号通道

6、信息网络生命科学多学科交叉系统生物学:系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合的生物系统研究，系统遗传学研究基因组的稳态与进化、功能基因组和生物性状等复杂系统的结构、动态与发生演变等。功能基因组学研究是细胞生物学研究的基础与归宿功能基因组学研究是细胞生物学研究的基础与归宿(应用应用)由基因治疗由基因治疗细胞治疗细胞治疗 重点领域重点领域染色体染色体DNA与蛋白质相互作用关系与蛋白质相互作用关系 主要是非组蛋白对基因组的作用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信号转导的研究细胞结构体系的组装细胞结构

7、体系的组装 三种疾病：三种疾病： Cancer Cardiovascular diseases Infectious diseases：AIDS，hepatitis 五大研究方向：五大研究方向： Cell cycle control Cell apoptosis Cellular senescence Signal transduction DNA damage and repair What is popular in research today？三、细胞重大生命活动的相互关系三、细胞重大生命活动的相互关系第二节第二节 细胞生物学的发展简史细胞生物学的发展简史二、细胞学说的创立和形成二、细

8、胞学说的创立和形成一、细胞的发现一、细胞的发现三、细胞学学科的建立三、细胞学学科的建立四、细胞生物学的建立四、细胞生物学的建立1 1、细胞的发现与光学镜片的研制、细胞的发现与光学镜片的研制一、细胞的发现一、细胞的发现最早的显微镜：最早的显微镜：1604年年 Hans Janssen 放大倍数放大倍数1030倍，倍，“跳蚤镜跳蚤镜”2 2、最早发现的细胞、最早发现的细胞 1665年，英国人年，英国人Robert Hook首次描述了植物细胞首次描述了植物细胞（木栓），命名为（木栓），命名为cellar。放大倍数为40-140倍Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723

9、).Magnification ranges at 50-275x.3 3、真正观察到活细胞、真正观察到活细胞l荷兰人荷兰人A.van Leeuwen hoek观察到了活细胞观察到了活细胞l1680年，他成为皇家学会会员，一生中制作了年，他成为皇家学会会员，一生中制作了200多台显微镜和多台显微镜和400多个镜头，用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞多个镜头，用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物。与原生动物。 为什么人类看到细胞以前没有细胞存在的假说，为什么人类看到细胞以前没有细胞存在的假说，而在此后而在此后100100多年仍未形成细胞学的理论？多年仍未形成细胞学的理论？

10、 二、细胞学说的创立及其意义二、细胞学说的创立及其意义 细胞核：细胞核：1831，Robert Brown 核核 仁：仁：M. J. Sehleiden 原生质：原生质：1835，E. Dujundin，低等动物细胞，低等动物细胞 Matthias Jacob Schleiden（18041881)，德国植物学教授，德国植物学教授， 1838 年发表年发表 植物发生论植物发生论 (Beitrge zur Phytogenesis)，认为无论，认为无论怎样复杂的植物都有形形色色的细胞构成。怎样复杂的植物都有形形色色的细胞构成。 Theodor Schwann（18101882)，德国解剖学教授，

11、一开始就研，德国解剖学教授，一开始就研究究Schleiden的细胞形成学说，并于的细胞形成学说，并于1838年提出了年提出了“细胞学说细胞学说”（Cell Theory)这个术语；这个术语；1939年发表了年发表了关于动植物结构和生关于动植物结构和生长一致性的显微研究长一致性的显微研究生物都是由细胞和细胞的产物组成；生物都是由细胞和细胞的产物组成；所有的细胞在主要的组成和结构上相似；所有的细胞在主要的组成和结构上相似； 生物体通过其细胞活动反映其功能；生物体通过其细胞活动反映其功能； VirchowVirchow提出提出“一切细胞来自细胞一切细胞来自细胞” 细胞学说（细胞学说（cell the

12、orycell theory）1、原生质理论的提出、原生质理论的提出三、细胞学的经典时期三、细胞学的经典时期 1840年年Pukinje和和 1846年年Von Mohl将动物、植物细胞内的将动物、植物细胞内的胶状物质称为胶状物质称为“原生质原生质”（protoplasm）。）。 1861年年 Max Schultze 原生质理论原生质理论：有机体的组织单位是：有机体的组织单位是一小团原生质。一小团原生质。 1880年年 Hanstein “原生质体原生质体”（protoplast）概念）概念2、细胞分裂的研究、细胞分裂的研究3、重要细胞器的发现、重要细胞器的发现直接分裂（直接分裂（1841，

13、Remark，鸡胚血细胞），鸡胚血细胞）有丝分裂有丝分裂mitosis（Flemming； Strasburgar ）减数分裂减数分裂meiosis（1883，Beneden；1886，Strasburgar）l质质 体（体（1875，Mayer）l线粒体（线粒体（1894，Altman）l中心体（中心体（1883，Boveri和和Beneden）l高尔基体（高尔基体（1898，Golgi） 1892年，年，O.Hertwig在在细胞与组织细胞与组织一书中提出，生物学一书中提出，生物学的基础在于的基础在于研究细胞的特性、结构和机能研究细胞的特性、结构和机能，以细胞为基础，以细胞为基础，对所有生

14、物学现象进行归纳与综合。对所有生物学现象进行归纳与综合。标志细胞学成为生物标志细胞学成为生物学的一个分支学的一个分支。 1925年，胚胎学家、细胞学家威尔逊发表了年，胚胎学家、细胞学家威尔逊发表了发育和遗传发育和遗传中的细胞中的细胞，书中绘制了细胞模式图。，书中绘制了细胞模式图。四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展电镜和其它相电镜和其它相关技术的应用关技术的应用分子生物分子生物学的诞生学的诞生细胞学发展到细胞学发展到细胞生物学细胞生物学五、细胞生物学学科的形成与发展五、细胞生物学学科的形成与发展电镜和其它相关技术的应用电镜和其它相关技术的应用1932 德国人

15、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。 分子生物学的诞生分子生物学的诞生 1900 孟德尔在34年前发表的遗传法则被重新发现。 1908 美国人T. H. Morgan以Drosophila melanogaster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”（Physical Basis of Heredity）。1926年发表“基因学说”（The Theory of the Gene） 1944 美国人O. Avery，C. Macleod 和M. McC

16、arthy等人通过微生物转化试验证明DNA是遗传物质。 1953 美国人J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick提出DNA双螺旋模型细胞生物学与细胞学的比较细胞生物学与细胞学的比较 深刻性深刻性细胞生物学从细胞生物学从三个水平三个水平对细胞进行研究对细胞进行研究细胞学则从细胞学则从两个水平两个水平对细胞进行研究对细胞进行研究 综合性综合性研究内容更广泛，涉及许多学科领域研究内容更广泛，涉及许多学科领域综观细胞生物学发综观细胞生物学发展史，该学科近百展史，该学科近百年来快速发展的主年来快速发展的主要原因是什么？要原因是什么？ 仪器设备的改进和仪器设备的改进和技术方法的进步技

17、术方法的进步 学科间的相互渗透学科间的相互渗透与促进与促进第三节第三节 细胞生物学的实践意义细胞生物学的实践意义医药方面医药方面农业方面农业方面医药方面的应用医药方面的应用其基础研究对了解其基础研究对了解细胞衰细胞衰老老、癌变及激素作用癌变及激素作用、免免疫疫和和病毒感染机制病毒感染机制有意义有意义应用于应用于疾病的诊断疾病的诊断、治疗治疗和和医用药物医用药物的生产的生产体外培养至胚泡体外培养至胚泡克隆胚胎缺少引导细胞分裂的蛋白质克隆胚胎缺少引导细胞分裂的蛋白质 在科学杂志上，一个研究小组报告说，对恒河猴的研究发现克隆使胚胎失去了一些关键的蛋白质。而这些蛋白质对细胞中染色体的分配与细胞的正常分

18、裂都至关重要。同样的问题可能也阻碍了克隆人的研究。 The procedure used in the formation of monoclonal antibodied. The HAT medium is so-named because it contains hypoxanthine, aminopterin, and thymidine. His medium allows cells with a functional hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase (HGPRT) to grow, but it does not support the growth of cells lacking this enzyme, such as the unfused myeloma cells used in this procedure.农业方面的应用农业方面的应用在农作物方面的应用在农作物方面的应用在畜牧业方面的应用在畜牧业方面的应用Alberts B et al. Essential Cell Biology. New York a