邵阳光新书绪论

1、 分子细胞生物学教研室 邵阳光 2015年11月细胞生物学Cell Biology内容提要一、什么是细胞生物学（概念与研究内容）？二、前人做了哪些工作（发展简史及研究进展 ）？三、医学生为什么要学习细胞生物学？第一章 绪 论 第一节 细胞生物学概述一、细胞生物学的概念与研究内容概念 细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。研究内容分三个层次： 显微（细胞）水平 光学显微镜技术 亚显微（亚细胞）水平 电子显微镜技术 分子水平 分子生物学技术 生物物理学方法研究对象：细胞 结构和功能结合 关注细胞间的相互关系 了解生物体的生长、发育分化、繁殖 运动遗传、变

2、异衰老和死亡2. 研究内容分支学科细胞遗传学细胞生理学细胞社会学膜生物学染色体生物学干细胞生物学新兴领域基因组学 （genomics）蛋白质组学（proteomics）细胞组学（cytomics）细胞生物学研究的常用模式生物病毒 与DNA、RNA、蛋白合成有关的蛋白质等细菌 基因调控、细胞周期等酵母 蛋白质分泌和膜的起源线虫 细胞凋亡的调控果蝇 分化细胞系的产生斑马鱼 脑和神经系统的形成和功能小鼠（包括培养细胞）肿瘤等疾病模型拟南芥 器官的发育和模式二、细胞生物学在生命科学中的地位生命科学的重要分支学科生命科学的基础学科现代生命科学中的前沿学科之一生命科学中最为活跃的研究领域之一艾滋病病毒动物

3、无性克隆无性繁殖(借腹生子) 肿瘤的迁移许多癌细胞具有变形运动能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，使它向其它组织迁移。 外渗肝转移毛细血管壁细胞生物学的两种重要研究方式：表型特征 分子机制生物大分子 其对细胞功能或行为的影响 因此，细胞生物学也被称为细胞分子生物学或分子细胞生物学第二节 细胞生物学发展的几个主要阶段一、细胞的发现与细胞学说的创立1665年英国物理学家Robert Hooke观察到了软木塞中的蜂窝状小室，并将其命名为cell（细胞）。自1677年开始，荷兰科学家A. Van Leeuwenhoek用自制的高倍放大镜和显微镜观察到了包括精子、细菌在内的活细胞。1. 细

4、胞的发现Robert Hooke 及他观察到的细胞Robert Hooke自制的简陋显微镜2.细胞学说的创立1838-1839年施莱登和施旺提出了细胞学说（Cell Theory）。基本内容：一切生物，从单细胞生物到高等动、植物都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。 1855年R. Virchow提出“一切细胞只能来自原来的细胞”，完善了细胞学说。细胞学说创立的意义：推动作用19世纪自然科学的三大发现之一二、光学显微镜下的细胞学研究技术：固定和染色发现： 无丝分裂 有丝分裂 减数分裂中心体线粒体高尔基体19世纪中叶到20世纪初期三、实验细胞学阶段20世纪初期到20世纪中叶主

5、要特点：采用多种实验手段研究细胞的生化代谢和生理功能主要工作：“基因学说” Morgan 基因是遗传性状的基本单位组织培养技术检测细胞中核酸的方法从活细胞中分离出细胞核和各种细胞器1933年发明透射电镜，人类视野进入超微领域 。1965年制造观察标本表面三维形态的扫描电镜1940-50s用电镜观察了细胞超微结构，由于生物学其他学科的渗透，结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。Cytology发展为Cell Biology。四、亚显微结构与分子水平的细胞生物学1952年RE. Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是

6、螺旋。1953年， Watson和Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962 年诺贝尔生理学与医学奖 。DNA双螺旋模型提出之后,又提出了一系列技术和理论，使细胞生物学与分子生物学紧密结合。使人们能够在分子水平上探索细胞的各种生命活动。从此细胞生物学的研究进入分子细胞生物学时代。1983年，KB. Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。1990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划” （Human Genome Project）。 我国于1993年加入该计划，承担1%的任务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28日人类基因组工作草图完成

7、。同年，美国国立卫生研究院给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（ADA）基因变异引起。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。Dolly with her first born lamb Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年，美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。2002年，英国人布雷诺尔、美国人霍维茨和英国人苏尔斯

8、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。Sydney BrennerH. Robert HorvitzJohn E. Sulston 2003年，2个美国科学家，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。 Peter AgreRoderick MacKinnon 2004年诺贝尔化学奖获得者他们发现了泛素调节的蛋白质降解，其实他们的成果就是发现了一种蛋白质“死亡”的重要机理。2005年Marshall 和Warren 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。Barry J. MarshallJ. Robin

9、Warren2006年美国人Fire和Mello因对RNA干扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。i是研究基因功能的一种强大工具，这种技术也许能直接从源头上使致病基因“沉默”，以治疗癌症甚至艾滋病。Andrew Z. FireCraig C. Mello2007年诺贝尔生理学或医学奖获得者 创造了一套完整的“基因敲除小鼠”方式，把任意改变小鼠基因变为现实，不仅可以研究单个基因在动物体内的功能，而且为人类攻克某些遗传因素引发的疾病，提供药物试验的动物模型。2008年度诺贝尔生理学或医学奖获得者德国科学家哈拉尔德楚尔豪森发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌，两位法国科学家弗朗索瓦丝巴尔西诺西、吕克蒙塔尼因发现

10、人类免疫缺陷病毒而获此殊荣。2009年诺贝尔生理学或医学奖由3位美国科学家获得，他们发现了端粒和端粒酶是如何保护染色体的。卡萝尔格雷德伊丽莎白布莱克本杰克绍斯塔克2010年10月4日，现年85岁的英国科学家爱德华兹（Robert Edwards）因为在试管婴儿方面的研究而荣获2010年诺贝尔医学奖。 Jules Hoffmann BruceBeutler Ralph Steinman 法国 美国 加拿大2011年，获得诺贝尔医学生理学奖理由：发现了免疫系统活性作用的关键性因素。美国科学家和卢森堡科学家：“先天性免疫系统的活性作用方面的发现”，加拿大科学家：“树状细胞及其在适应性免疫系统方面作用

11、的发现”。日本科学家山中伸弥与英国科学家约翰-格登因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获得2012年诺贝尔生理学或医学奖山中伸弥：诱导多功能干细胞(iPScell)创始人之一。诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征。诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血管绝症提供巨大助力，免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。约翰-格登：用细胞核重编程复制出新动物。2013年，获奖理由：发现细胞内部囊泡运输调控机制。兰迪- W. 谢克曼发现了囊泡运输所需的一组基因；詹姆斯- E. 罗斯曼阐明了囊泡是如何与目标融合并传递的蛋白质机器；托马斯- C. 苏德霍夫则揭示了信号是如何引导囊

12、泡精确释放被运输物的。2014年诺贝尔生理学或医学奖发现了大脑中形成定位系统的细胞，一种大脑中内置的“GPS”，它让我们能够在空间中实现定位，揭示了高等认知能力的细胞层面机制。2015年诺贝尔生理学或医学奖的一半授予中国科学家屠呦呦,以表彰“有关疟疾新疗法的发现”。另一半授予美国科学家WilliamC.Campbell和日本科学家Satoshimura,以表彰“有关蛔虫寄生虫感染新疗法的发现”。青蒿素五、细胞生物学的发展趋势单个细胞显微、亚显微、分子水平的研究生物个体水平研究细胞功能的分子基础，研究细胞间相互作用、分工协作的社会关系。第三节 细胞生物学与医学一、细胞生物学与医学的关系转化医学强调将基础研究与解决患者实际问题相结合，实现从“实验室到床边”的转化。（一）信号转导二、细胞生物学的某些主要研究领域与医学意义（二）细胞分化与干细胞研究1.对干细胞生物学特性的研究有助于对发育和细胞分化机制的认识；2.彻底修复和再生人体病变器官。（三