细胞生物学2-1课件

1、细 胞 生 物 学第一章 绪 论一、生物学及细胞生物学 生物学： 研究生命的科学，又叫生命科学， 是研究生命发生、发展本质规律 的科学。 细胞生物学： 是研究细胞形态结构和功能起源 的科学。医学模式： 又叫医学观，是人们研究处理健 康疾病问题的观点、方法。 分为：生物模式 心理模式 社会模式 二、研究内容（三个水平）细胞 水平 光学显微镜技术 亚细胞水平 电子显微镜技术分子 水平 生物化学及分子生物学技术三、细胞生物学的分支细胞遗传学（cytogenetics）： 从细胞的角度，特别是从染色体的结 构、功能和其它细胞器的关系来研究 遗传及其变异的规律细胞生理学（cytophysiology）：

2、 研究细胞如何摄取营养、获得能量， 并研究细胞对环境因素的刺激所作出 的反应细胞形态学（cytomorphology）： 研究细胞形态及亚微结构的科学，着 重研究细胞亚微结构或细胞器的起源、 形成机制及发展过程分子细胞学（molecular cytology）： 从细胞遗传信息流的角度研究细胞内 遗传物质的结构和表达的调控四、发展简史1、细胞的发现和细胞学说的创立（ 1900） 1665年 Robert Hook 发现软木塞中蜂窝状小室 1667年 Leeuwen Hook 观察到真正的活细胞 18831889年Schleiden和Schwann提出细胞学说： 一切生物，从单细胞生物到高等动植

3、物都是由细胞 组成的，细胞是生物形态、结构、功能活动的基本 单位。2、细胞生物学经典时期（18001900） 应用固定、染色技术，在显微镜下观察 细胞的形态结构和分裂活动。3、实验细胞学阶段（19001950） 在第二阶段基础上，采用了大量实验手 段进行研究，并与其它学科相互融合形 成了一些重要的分支学科。4、细胞生物学和分子生物学形成阶段 （1950至今） 主要在分子水平上探索细胞的各种生物 活动。五、目前该领域值得关注的一些研究进展 在电脑芯片上孕育生命 美国伊利诺伊大学的两位胚胎学家戴维毕比和马休惠勒研制一种模仿动物受精和胚胎发育过程的芯片，其目标是使受精和胚胎发育的早期过程在一个容器内

4、完成，直到胚胎发育到适合进行移植的阶段。或许在未来50年到100年内，这将彻底改变人类婴儿的出生模式。届时，部分或全部的怀孕过程完全可由机器设备来完成，也就是说婴儿们将从一条条生产线中诞生！ 美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用“胚胎植入前的基因诊断”（PDG）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一个没有“利弗劳梅尼综合症”的健康男婴。这名婴儿后来被称之为“抗癌婴儿”。 利弗劳梅尼综合症是一种家族性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺癌和白血病有遗传倾向。利弗劳梅尼综合症基因携带者通常会把这种基因遗传给孩子，在孩子活到45岁时，将有50的可能患上与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到60岁

5、时，这种可能性就增加为90。 这种“定制”婴儿技术，实际上就是试管婴儿技术和胚胎植入前的遗传诊断技术的联合应用。先通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，待每个胚胎长到一定重量时，从胚胎中取出1至2个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎中是否存在遗传疾病的基因，再把经过筛查确认为健康的胚胎放回母亲子宫内孕育成健康的胎儿。如何防止这种情况的发生呢？ “持之以恒”在这时是一种好的态度。坚持每天都要有一定的运动量，保证每天都有让脂肪燃烧的机会，非常重要。 另外，在一些生活的习惯上，我们也要对自己严格起来，保证自己每天至少喝1500毫升的水，加强自身的新陈代谢，减少身体内废物的堆积。 25

6、岁前，你在上床睡觉前的3个小时内不要吃东西，25岁后，这个时间要加长至45个小时。 另外，不要认为饥饿是最好的减肥手段。事实上，如果大饿了一次，你就会大吃一次，这样的暴饮暴食，最不利于减肥。 克隆羊多利（Dolly）克隆羊制备原理 已分化的细胞仍具有全能性实验表明：植入的表皮细胞核如同受精卵的核一样，具有全套基因，在发育上是全能的；体细胞的分化并非是由于它们丢失了基因或所含的基因不同，而是分化的细胞各自选择性地“打开”并表达了不同的“奢侈” 基因 世界上第一只成功克隆的哺乳动物绵羊多利，因患进行性肺病医治无效，被其主人罗斯林研究所于日前（2003年）执行了“安乐死”。早在1999年刚刚三岁的多

7、利就已经出现了“早衰”症状。由于复制多利的DNA来自一只六岁成年绵羊，结果造成刚刚出生的多利“基因年龄”已经不小。克隆羊多利的死引起人们对克隆技术是否安全的再次怀疑。不过，多利其他方面似乎正常，并生下了六只小羊羔。 癌细胞能克隆出正常胚胎 美国科学家利用小白鼠大脑癌细胞基因克隆出了正常的鼠胚胎。这是世界上首次用癌细胞进行克隆研究。试验由美国犹他州儿童研究医院的生物学家汤姆 .卡兰完成，他在克隆鼠胚胎时所采用的基本操作方法同克隆多莉羊的方法没什么两样，但克隆对象不再是小羊，而是小白鼠；注入鼠卵细胞中的不是健康的细胞核，而是从肿瘤细胞中取出的带有受损DNA的细胞核。试验结果是小白鼠的卵细胞通过某种

8、形式纠正了遗传错误，活化某些基因同时关闭另外某些基因的信号，调节了胚胎形成和发育，发育成了一个正常的胚胎。 锦绣般的中国云南红河哈尼梯田，成为2002年4月5日出版的美国科学杂志的封面。这份世界权威学术期刊，以封面文章形式和显著篇幅，登出中国科学家绘出水稻基因组工作框架图的历史性论文。 这是由中国科学家独立完成的一项世界级研究成果，它标志着在基因组学这一生命科学前沿领域，中国已部分具备世界领先的实力。“毫无疑问，中国基因组学研究已达到世界水平”，科学杂志总编、美国国家科学院院士唐纳德肯尼迪对新华社记者说。 后基因组研究的兴起 随着“人类基因组计划的完成，结构基因测序的突破，由此延伸的“后基因组

9、计划”即以功能基因鉴定为中心的“功能基因组学”应运而生。后基因组计划利用结构基因组计划所提供的信息和产物，发展和应用新的技术手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学的研究从单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，为在整体水平上探讨生命活动规律奠定了基础。目前国际基因组研究开发的总体趋势已发生了新的变化。 围绕生物资源保护与利用和功能基因知识产权的国际竞争日趋势激烈 这一竞争，主要是生物技术与生物资源的上游开发权利之争，实质上是在未来生物产品市场的占有份额之争，是世界科学大国生物产业源头创新实力上的又一次较量。人类遗传资源是研究人类疾病基因的宝贵材料，近

10、年来国际上在遗传性结肠癌、乳腺癌和糖尿病基因定位与克隆方面的重大进展以及我国1998年克隆的高频耳聋疾病基因、2001年发现的遗传性乳光牙本质致病基因和短指基因都是利用疾病家系或特殊人群遗传资源。这些成就，特别是我国在致病基因研究中的突破，充分表明病人、家系和基因资源在疾病基因研究中的重要性。 以功能基因开发为基础的“基因产业”正在形成 基因是新兴生物制药业的源头生长点，以基因组为对象的新技术新方法的拓展、基因结构及其功能的阐明，将是21世纪生物高技术企业开发新产品的基础，发现和鉴定具有重要功能蛋白的基因，可为新药的开发带来决定性的影响。在某种程度上说，“一个基因可以造就一家生物企业”，结构和

11、功能明确的基因本身可直接产生巨大的经济效益；因此，世界上各大制药公司都在积极地进行组合、或与新兴的生物技术公司建立新的联盟，投入巨资开展人类基因组功能研究及其开发，抢占新药的筛选和研制阵地。 基因组研究带动了生物信息和生物芯片等新型学科和产业的发展 美国HGP自1990年10月正式启动以来，基因组研究产生了大量的信息，海量信息的分析、加工和利用，促进了生物信息学的诞生和发展。生物信息学不但集中了许多国家政府的投入，而且吸引了全世界不同学科的精英，包括数学、物理、化学、计算机、材料等，同时也推动了生物芯片技术的研究和开发。 2002年最重要的科学发现之一RNAi 在多种生物中，外源或内源性的双链

12、RNA(doublestranded RNA dsRNA)导入细胞中，与dsRNA 同源的mRNA则受到降解，因而其相应的基因受到抑制，由于这是一种在RNA水平的基因表达抑制，故也称为RNA干扰(RNA interference RNAi)。RNAi可能是生物普遍存在的RNA水平上调节基因表达的方式，对于细胞防御病毒的感染、以及调节正常基因的功能具有重要作用。 SARS研究进展 2002-2003年冬春之交，严重急性呼吸综合症（Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS, 或传染性非典型肺炎）肆虐全球。SARS的流行，不仅威胁着人类的健康与生命，也使社会经济

13、生活受到巨大的影响。面临与SARS不期而遇的遭遇战，全世界的医务和科技工作者在几乎毫无准备的情况下迎难而上，经11个国家和地区的13个实验室的科学家通力合作，不到一个月时间就确定了导致SARS的元凶一种前所未知的新型冠状病毒（SARS Coronavirus SARSCov）。 冠状病毒基本结构 SARS冠状病毒其核心为螺旋状排列的RNA及衣壳（N蛋白）组成的核壳体，其外为包膜。N蛋白是SARS病毒重要结构蛋白，在病毒转录、复制和成熟中起作用。病毒核酸除编码RNA聚合酶外，编码的主要结构蛋白是N、S、M、E等蛋白。病毒包膜有E蛋白，表面有两种糖蛋白，即S蛋白和M蛋白。S蛋白其功能是与细胞受体结

14、合，使细胞发生融合，是SARS冠状病毒侵染细胞的关键蛋白。M蛋白为跨膜蛋白，参与包膜形成。 新型冠状病毒基因片段在基因组中的定位 NS 非结构蛋白；S 针刺糖蛋白；HE 血凝集素脂酶糖 蛋白；M 膜糖蛋白；N 核衣壳蛋白 该病毒含有完整的5末端序列、编码序列和3末端序列，基因组全长29 727核苷酸，基因编码区的组成结构与其他冠状病毒类似，包括多个开放阅读框架（ORFs），分别编码病毒的多聚合酶蛋白（polymerase 1a, 1b）、刺突蛋白（spike protein, S）、小膜蛋白（small membrane protein， E）、膜蛋白（membrane protein, M）

15、和核衣壳蛋白（nucleocapsid protein, N）。 不同实验室的基因测序结果显示SARS冠状病毒的基因序列基本一致，这不仅说明世界各地SARS病原体流行病学的一致性，而且还提示此病毒基因是相当稳定的，后者对于防治疫苗的研制具有重要的意义。近两年在细胞生物学领域获诺贝尔医学奖情况 瑞典卡罗林斯卡医学院2001年10月日宣布，将本年度诺贝尔生理学、医学奖授予美国科学家利兰哈特韦尔与英国科学家蒂莫西亨特和保罗纳斯，以表彰他们发现了细胞周期的关键分子调节机制。三名科学家所作出的重大贡献在于发现了具有调节所有真核有机体中细胞周期的关键分子。其中，利兰哈特韦尔发现了大量控制细胞周期的基因，其中一种被称为“”的基因（R点）对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗纳斯的贡献是，在哈特韦尔的基础上，通过分子生物学方法发现了调节细胞周期的一种关键物质（细胞周期蛋白依赖激酶），是通过对其他蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蒂莫西亨特的贡献是首次发现了调节功能的物质（细胞周期蛋白）。哈特韦尔、纳斯和亨特三人的发现对研究细胞的发育有重大的影响，特别是对开辟治疗癌症新途径将具有极其深远的意义。