细胞生物学教程发展史

细胞生物学教程CELLBIOLOGYCOURSE细胞生物学从显微水平、超微水平和分子水平等不同层次研究细胞结构、功能及生活史。细胞生物学由细胞学Cytology开展而来，Cytology是指对细胞形态〔特别是染色体形态〕的观察。在我国的根底学科开展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经生物学和生态学并列为生命科学的四大根底学科。第一章历史与展望HISTORYANDPERSPECTIVE本章内容提要第一节细胞生物学简史一、显微镜的创造与细胞的发现二、细胞学说三、细胞学的开展第二节细胞生物学学习方法第三节对未来的展望附录细胞生物学参考书：第一节细胞生物学简史细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：第一阶段：细胞的发现，16世纪末-19世纪30年代。第二阶段：细胞学说提出，19世纪30年代-20世纪中期。第三阶段：超微结构研究，20世纪30年代-70年代。第四阶段：分子细胞生物学，20世纪70年代分子克隆技术出现以来。MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.LargeStudentMicroscopemadebyCharlesChevalier18404、1752年，英国人J.Dollond创造消色差显微镜。5、1812年，苏格兰人D.Brewster创造油浸物镜，改进了体视显微镜。6、1886年，德国人ErnstAbbe创造复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术根本成熟。Bausch&LombInvestigatormicroscope–circa1893现代显微镜5、1932年，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。7、1932年，德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska创造电镜，1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。TEM8、1981年，瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验中心〔ZurichResearchCenter〕创造了扫描隧道显微镜而与电镜创造者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。Csatoms(red)ontheGaAssurface(blue).二、细胞学说

Jean-BaptistedeLamark〔1744~1829)，获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆军中尉，50岁成为巴黎动物学教授，1809年他认为只有具有细胞的机体，才有生命。“Ithasbeenrecognizedforalongtimethatthemembraneswhichformtheenvelopesofthebrain，ofthenerves，ofvessels，ofallkindsofglands，ofviscera，ofmusclesandtheirfibers，andeventheskinofthebodyareingeneraltheproductionsofcellulartissue。Butnoone，sofarasIknow，hasyetperceivedthatcellulartissueisthegeneralmatrixofallorganizationandthatwithoutthistissuenolivingbodywouldbeabletoexist，norcouldithavebeenformed。〞CharlesBrisseauMilbel〔1776~1854)，法国植物学家，1802年认为植物的每一局部都有细胞存在，“theplantiswhollyformedofacontinuouscellularmembranoustissue。Plantsaremadeupofcells，allpartsofwhichareincontinuityandformoneandthesamemembranoustissue〞。HenriDutrochet〔1776~1847〕，法国生理学家，1824年进一步描述了细胞的原理，他认为“Allorganictissuesareactuallyglobularcellsofexceedingsmallness，whichappeartobeunitedonlybysimpleadhesiveforces;thusalltissues，allanimal(andplant)organs,areactuallyonlyacellulartissuevariouslymodified。Thisuniformityoffinerstructureprovesthatorgansactuallydifferamongthemselvesmerelyinthenatureofthesubstancescontainedinthevesicularcellsofwhichtheyarecomposed〞。MatthiasJacobSchleiden〔1804~1881)，德国植物学教授，1838年发表“植物发生论〞(BeiträgezurPhytogenesis)，认为无论怎样复杂的植物都有形形色色的细胞构成。TheodorSchwann〔1810~1882)，德国解剖学教授，一开始就研究Schleiden的细胞形成学说，并于1838年提出了“细胞学说〞〔CellTheory)这个术语；1939年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究〞Schwann提出：有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的根本单位。1855德国人R.Virchow提出“一切细胞来源于细胞〞〔omniscellulaecellula〕的著名论断；进一步完善了细胞学说。把细胞作为生命的一般单位，以及作为动植物界生命现象的共同根底的这种概念立即受到了普遍的接受。恩格斯将细胞学说誉为19世纪的三大发现之一。1、1839年，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。2、1879年，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。德国人E.Strasburger(1876~80)在植物细胞中发现有丝分裂。3、1883年，比利时人E.vanBeneden发现马蛔虫Ascarismegalocephala的减数分裂现象。三、细胞学的开展4、1869年，瑞士人F.Miescher从脓细胞中别离出核酸。5、1928年，英国微生物学家F.Griffith于发表了著名的肺炎双球菌转化试验。6、1944年，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、1953年，美国人J.D.Watson和英国人F.H.C.Crick提出DNA双螺旋模型。8、1956年，蒋有兴〔美籍华人〕利用徐道觉创造的低渗处理技术证实了人的2n为46条，而不是48条。9、1961年，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。10、1961~64年，美国人M.W.Nirenberg破译DNA遗传密码。11、1968年，瑞士人WernerArber从细菌中发现DNA限制性内切酶。12、1970年，美国人D.Baltimore、R.Dulbecco和H.Temin由于发现逆转录酶而共享诺贝尔生理医学奖。13、1973年，美国人S.Cohen和H.Boyer将外源基因拼接在质粒中，在大肠杆菌中表达，揭开基因工程的序幕。14、1975年，英国人F.Sanger设计出DNA测序的双脱氧法，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。15、1975年，德国人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein和丹麦科学家N.K.Jerne开展了单克隆抗体技术，荣获1984年度诺贝尔生理医学奖。16、1981年，美国首次发现艾滋病，1983年，法国巴斯德研究所的LucMontagbier发现AIDS病毒。艾滋病的全称为AcquiredImmunoDeficiencySyndrome，由人类免疫缺陷病毒HIV引起。20年来全球共有约5800万人受到艾滋病病毒感染，2200万人死于艾滋病。我国于1985年发现。HIV有以下特点：①嗜T淋巴细胞；②整合宿主细胞终身难以消除；③多变性，基因变异是艾滋病病毒致病能力增强之原因；④广泛存在于感染者的血液、精液、阴道分泌物以及唾液、尿液、脑脊液及有神经病症者的脑组织中；⑤较乙肝病毒对外界的抵抗力低，56℃30分钟就可以使其灭活；⑥感染者潜伏期长、病死率高；⑦基因组比的任何逆转录酶病毒基因都复杂。HIV侵染淋巴细胞PrPCPrPSC18、1983年，美国人K.B.Mullis创造PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。1988年美国Cetus公司获PCR技术专利，1990年其诊断试剂盒和仪器的销售额达2600万美元。19、1990年，美国国会正式批准的“人类基因组方案〞〔HumanGenomeProject〕,方案在15年内投入30亿美元以上的资金进行人类基因组分析。我国于1993年参加该方案，承担其中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。20、1990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。1991年12月，复旦大学遗传所薛京伦主持对一例血友病患者进行了基因治疗试验，并获得成功。DollysheepborninRoslinInstitute,Scottland.22、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。成为世纪末的重大新闻。EMBRYOCOLONINGLelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

23、2001年，美国人Leland

Hartwell、英国人PaulNurse、Timothy

Hunt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，英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，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诺贝尔生理学或医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，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。PeterAgreRoderickMacKinnon

2006年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了控制基因信息流动的根本机制，RNA干扰的发现。2021年，美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白•布莱克本(ElizabethH.Blackburn)、美国巴尔的摩约翰•霍普金斯医学院的卡罗尔•格雷德(CarolW.Greider)、美国哈佛医学院的杰克•绍斯塔克(JackW.Szostak)因发现端粒和端粒酶保护染色体的机理而获此殊荣。伊丽莎白•布兰克波恩来自美国加利福尼亚旧金山大学，于1948年出生于澳大利亚。来自巴尔的摩约翰-霍普金斯医学院的卡罗尔•格雷德出生于1961年。另外，杰克•绍斯塔克来自霍华德休斯医学研究所，他于1952年出生于英国伦敦。第二节细胞生物学学习方法第一、认识细胞生物学课程的重要性。第二、明确细胞生物学的研究内容。第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。第四、将所学过的知识关联起来，多问几个为什么。第五、紧跟学科前沿，当前的热点主要有“信号转导〞、“细胞周期调控〞、“细胞凋亡〞、“肿瘤细胞〞等。第六、学一点科技史，尤其是生物学史。第三节对未来的展望人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年前进入农业经济时代，18世纪60年代，英国率先进入工业经济，20世纪50年代美国最早走完工业经济的历程，进入信息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命〞为75~80年，到本世纪20年代将渐渐失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来。基因克隆和重组技术日趋成熟，在商业目的的驱使下，人类将大量的改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪〞。人类基因组方案完成，进入以基因功能为主要研究内容的后人类基因组方案。人类将解读自身大约10万个基因的含义，到时危害人类健康的5000多种遗传病，以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等，都可以得到早期诊断和治疗。基因工程药物将得到广泛的应用，目前人工干扰素售价高达440亿美元/Kg。克隆技术和干细胞定向分化技术取得突破，人工创立的组织，器官将