细胞生物学 第一章

细胞生物学

第一章绪论

讲师：朱理

第一节细胞生物学研究的内容与现状一细胞生物学简介1.基本概念：细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它在不同层次（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，细胞起源与进化等主要内容。2.研究细胞生物学的重要性A.生命体时都层次、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，有了细胞才有完善的生命活动。一切生命现象的奥妙都要从细胞中寻求答案，细胞的研究是生命科学的基础，也是现代生命科学发展的重要支柱。第一节细胞生物学研究的内容与现状B.细胞生物学与农业、医学、生物高技术发展有着密不可分的关系，它将在解决人类面临的重大问题，促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。3.细胞生物学研究的目的概括地说：细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法，以细胞作为生命活动的基本单位的思想为出发点，探索生命活动规律，其核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。第一节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1.细胞核、染色体以及基因表达的研究细胞核是遗传物质DNA贮存的场所，也是遗传信息转录为mRNA，rRNA与tRNA的场所，染色质与染色体是遗传物质的载体，核仁是转录rRNA与装配核糖体亚单位的具体场所。核膜与核孔复合体是核质之间物质交换与信息交流的结构细胞核与染色体的研究历来都是经典细胞学的重点，也是细胞遗传学的核心部分。第一节细胞生物学研究的内容与现状2.生物膜与细胞器的研究生物膜是细胞结构的重要依据，大部分细胞器（包括核膜）都是以生物膜为基础构建的。生物膜的主要功能时进行细胞内外物质与信息的交换，也具有对细胞内外因子识别的功能。生物膜的研究又是研究细胞器结构与功能的基础。细胞器的研究历来是认识细胞与功能的重要组成部分。第一节细胞生物学研究的内容与现状3.细胞骨架体系的研究细胞骨架在维持细胞形态与保持细胞内部结构的合理布局中起着主要作用。近年来细胞核骨架的研究是进展很快的领域之一，核骨架包括基质、核纤层和核孔复合体，不仅参与核染色体的构建，而且与基因表达关系密切4.细胞增殖及其调控一切动植物的生长与发育都是通过细胞的增值与分化来实现的。研究细胞增殖的基本规律及其调控机制不仅是控制生物生长与发育的基础，而且是研究癌变发生及逆转的重要途径。第一节细胞生物学研究的内容与现状5.细胞分化及其调控细胞分化是生物发育的基础，也是细胞生物学、发育生物学与遗传学的重要汇合点。6.细胞衰老及凋零7.细胞的起源与进化8.细胞工程第一节细胞生物学研究的内容与现状三当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域1.当前细胞生物学研究中的三大基本问题A.细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？B.基因表达的产物（主要是结构蛋白与核酸、脂质、多糖及其复合物）他们如何逐级装配成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？C.基因表达的产物（主要是大量活性因子与信号分子）它们是如何调节细胞最重要的生命活动过程的？第一节细胞生物学研究的内容与现状2.当前细胞基本活动研究的若干重大课题A.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B.细胞增殖、分化、凋亡（编程性死亡）的相互关系及其调控。C.细胞信号转导的研究。D.细胞结构体系的装配。第一节细胞生物学研究的内容与现状有关细胞的重大问题图示细胞信号转导染色体结构动态变化与基因表达细胞增殖细胞凋亡细胞衰老细胞分化生殖、发育、疾病与衰老细胞重大生命活动第二节细胞学与细胞生物学发展简史总体来说，可以将生物科学的发展画分为三个阶段：a.19世纪以及更前的时期，是以形态描述为主的生物科学时期；b.20世纪的前半个世纪，主要是实验生物学时期；c.20世纪50~60年代以来，由于DNA双螺旋的发现与中心法则的建立，开始进入了精细定性与定量的生物学时期。细胞学的发展史和细胞生物学学科的建立与发展，大致是符合这一历史进程的。第二节细胞学与细胞生物学发展简史1.细胞的发现1665年，英国学者胡克（RoberHooke）用自制的显微镜（放大倍数为40~140倍）观察了软木的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次借用拉丁文cellar（小室）这个词来称呼他看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到了纤维质的细胞壁）。后来英文用cell这个词，中文翻译为细胞。此后不久，荷兰学者列文虎克（A.V.LeeuwenHoek）用设计好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并于1674年在观察鱼的红细胞时描述了细胞的结构。第二节细胞学与细胞生物学发展简史1.细胞的发现软木纤维质的细胞壁第二节细胞学与细胞生物学发展简史2.细胞学说的建立及其意义1838年，德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）发表了《植物发生论》，指出细胞是构成植物的基本单位。1839年，德国动物学家施旺（M.J.Schwann）发表了他的《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》论文，指出动植物都是细胞的集合体。施旺和施莱登两人共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位，这就是著名的“细胞学说”（celltheory）。细胞学说是最初的一般生物学概括之一。使细胞及其功能有了一个较为明确的定义，宣告了著名“细胞学说”基本原则的建立。第二节细胞学与细胞生物学发展简史3.细胞学说的经典时期a.原生质理论的提出1840年普金耶（Pukinje）和1846年冯。莫尔（VonMohl）首次将动物、植物细胞的内含物质称为“原生质”（protoplasm）。1861年舒而策（MaxSchultze）提出了原生质理论，认为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般有机体中是相似的。1880年Hanstein提出“原生质体”（protoplast）的概念，因此，细胞的最后概念就变成由细胞膜包围的一团原生质，分化为细胞核与细胞质。第二节细胞学与细胞生物学发展简史b.细胞分裂的研究1841年Renak发现鸡胚细胞的直接分裂，其后Flemming在动物细胞中，Strasburger在植物细胞中发现有丝分裂（mitosis），并正式有丝分裂的实质是核内丝状物（染色体）的形成及其向两个子细胞的平均分配。VanBeneden(1883年)和Strasburger(1886年)分别在动物和植物细胞中发现减数分裂，至此发现了细胞分裂的主要类型。第二节细胞学与细胞生物学发展简史C.重要细胞器的发现随着显微镜原理和装置的重大发现，显微镜分辨能力大为提高，1883年VanBeneden和Boveri发现中心体，1894年Almann发现线粒体，Golgi发现高尔基体。第二节细胞学与细胞生物学发展简史四实验细胞学与细胞学的分支及其发展a.细胞遗传学的发展：1876年O.Hertwig发现了动物的受精现象。1883年VanBeneden发现了蛔虫的卵和精子的染色体只有体细胞的一半。b.细胞生理学的研究：19世纪末以来，对活细胞的细胞质流动、变形运动、纤毛与鞭毛运动和肌肉收缩等方面进行了研究。其后随着生理学技术的发展，在细胞膜及其通透性、细胞的应急性与神经传导等方面开展了大量研究。C.细胞化学：1924年福尔摩（Feulgen）首先用Feulgen反应法专门作为脱氧核糖核酸（DNA）的定性方法。第二节细胞学与细胞生物学发展简史五细胞生物学学科的形成及发展20世纪50年代以来，电子显微镜与超薄切片技术相结合，产生了细胞超微结构学这一新兴领域。从50年代中期到60年代末细胞超微结构研究所积累的资料，使细胞结构的知识在很大程度上得到了更新，大大加深与拓展了对细胞