细胞生物学 01　绪论学习资料

细胞生物学

CELLBIOLOGYEmail:

brwang@华中农业大学植物科技学院主讲：王炳锐1.上课期间不要使用手机，注意课堂纪律;

要求：2.认真听课,做好笔记；3.课前预习、课后及时复习；5.独立完成作业及考卷,诚信做人；6.不迟到,不早退,特殊情况要请假;7.欢迎大家对教学方法提出宝贵意见！

4.积极参加课堂讨论，不理解随时提问；

王金发科学出版社2003教学用书

翟中和高等教育出版社2000参考书汪堃仁等主编北京师范大学出版社1998韩贻仁主编科学出版社2001郑国锠主编高等教出版社1992上海科学出版社2002科学出版社2003学术期刊

cellhttp:///PubMed细胞生物学的网络在线教程/wljc/xbswx/1/course/c1index.htm中山大学，王金发

第一章绪论第二章细胞概述

第三章细胞生物学研究方法第四章细胞质膜与细胞表面第五章物质的跨膜运输与信号传递第六章细胞质基质与细胞内膜系统第七章线粒体、叶绿体学时分配（共40学时）第八章细胞核与染色体第九章核糖体第十章细胞骨架第十一章细胞增殖及其调控第十二章细胞分化与基因表达调控第十三章细胞衰老与凋亡

2学时2学时3学时3学时5学时5学时4学时4学时1学时4学时3学时2学时2学时考核方式及成绩评定考核方式：平时考查、实验成绩和期末考试课程成绩评定：平时成绩和实验成绩：40％期末考试成绩：60％第一章绪论

本章主要内容﹡细胞生物学研究的内容、现状和前景﹡细胞生物学的发展简史第一节细胞生物学研究的内容与现状◆

什么是细胞生物学(Cellbiology)？

细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞和细胞器的结构和功能,

研究细胞的生活史（细胞增殖、分化、衰老与凋亡）和各种生命活动规律（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）的学科。显微亚显微分子细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科

细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，一切生命现象的奥秘都要从细胞中寻找答案，由此它是生命科学中的一个核心部分；如：人的大脑由1011个脑细胞组成，通过研究单个脑细胞以及脑细胞间的协作来了解大脑思想活动的奥秘；

1925年，生物学家E.B.Wilson说：“一切生命的关键问题最终都要到细胞中找寻。因为所有生物体都是或曾经是一个细胞”；在我国的基础学科发展规划中，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基础学科。

细胞生物学与其它学科的关系：细胞生物学遗传学生物化学发育学生理学分子生物学免疫学细胞质膜和细胞周期细胞核和染色体核糖体和线粒体叶绿体细胞免疫细胞分化细胞生物学的主要研究内容细胞的结构与功能：细胞的重要生命活动：增殖、分化、衰老与凋亡等细胞膜、染色体、细胞器等20世纪60年代细胞超微结构的研究20世纪70年代分子生物学（一）细胞核﹑染色体以及基因表达的研究细胞生物学研究的八大领域核心：研究染色体结构动态变化与基因表达及调控的关系，是目前细胞生物学﹑遗传学与发育生物学在细胞水平与分子水平上相结合的最活跃的热门课题。（二）生物膜与细胞器的研究生物膜是细胞结构的重要基础：创建功能各异的胞内区室主要功能是进行细胞或细胞器内外物质和信息的交换大部分细胞器是以生物膜为基础构建的（三）细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究是一个比较新的﹑发展中的研究领域。存在于真核细胞内，包括细胞质骨架和细胞核骨架两大部分在电子显微镜下，细胞骨架是由细长的蛋白质纤维纵横交错形成的网架结构细胞骨架的功能：维持细胞形态保持细胞内部的合理布局与重要生命活动密切相关

细胞分裂、物质运输、信号传递等（四）细胞增殖及其调控Howdocellsknowwhentodivide？核心：研究细胞增殖的基本规律及其调控机制控制生物的生长与发育控制癌变的发生（五）细胞分化及其调控一个成年人包含约1013个细胞，由同一个受精卵发育而来，这些细胞是否都相同？细胞分化是生物发育的基础，是细胞生物学﹑发育生物学与遗传学的重要汇合点。人猪龟鸟鱼蝾螈不同物种的胚胎发育：当形态发生基因突变会导致发育途径的改变触角变大腿大腿上长眼睛植物细胞具有全能性：暗示细胞分化可用人为控制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。动物细胞的全能性说明已分化的上皮细胞仍具有细胞核全能性成年绵羊的乳腺上皮细胞（体细胞）卵细胞（六）细胞的衰老与凋亡◆

细胞衰老的研究将是21世纪初的热门课题之一细胞的衰老与动植物寿命目前多数科学家是用细胞体外培养的方法来研究细胞衰老的规律。寻找细胞中的“衰老因子”及其信号传导，解答生物体寿命的奥秘。Hutchinson-Gilfordsyndrome

（早衰症）◆细胞凋亡是近年生命科学发展起来的新兴领域之一

细胞凋亡是多细胞生物在发育过程中，一种由基因控制的主动的细胞生理性自杀行为，也常常被称为细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD）。人胚手掌分离过程的PCD41天51天观赏植物龟背竹叶片上的缺口与空洞是叶原基在发育过程中，特异区域的组织发生PCD造成的生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物的正常生理发育以及抵御外界各种因素的干扰等方面起着非常关键的作用病原菌入侵植物叶片所产生的病斑也是PCD造成的（七）细胞的起源与进化◆有了细胞才会有生命活动，由此研究细胞的起源实质就是研究生命的起源。◆在生命起源和细胞进化的漫长过程中，有机物是怎样演化成细胞和真核细胞是怎样产生的，是引人注目的两大重要问题。（八）细胞工程◆细胞工程：应用细胞生物学或分子生物学的方法，在细胞或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质，获得新型生物或特种细胞产品的科学技术。在工农业生产、医药实践和科学研究等方面具有重要意义。细胞工程的重要应用：动植物体细胞的杂交试验：克服种间障碍，聚合优良性状，培养新品种利用动植物体细胞的全能性进行无性繁殖：良种快繁、濒危物种保护

转基因动植物的生物反应器：例：2002年我国科学家培育出带有人的α抗胰蛋白酶基因的转基因山羊，可从羊奶中提取治疗慢性肺气肿等疾病的药物器官修复或移植的组织工程：利用人体残余器官体外繁殖供患者移植之用三﹑当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域◆总趋势：

细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融，即要从分子水平研究细胞结构与功能以及细胞的重大生命活动◆当前细胞生物学研究的三大基本问题：1）细胞内的众多基因如何实现有序的表达和调控？2）基因的表达产物如何组装成各级结构及细胞器？组装过程是如何调控的？3）细胞内的重要生命活动过程，如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等，是如何被信号分子调节的？◆细胞基本生命活动的重点研究领域：

1.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

2.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控

3.细胞信号转导的研究

4.细胞结构体系的组装第二节细胞学与细胞生物学发展简史一﹑细胞的发现﹡细胞的发现得益于光学显微镜的研制和发展；

﹡荷兰眼镜商H.Janssen和Z.Janssen父子于1604年创制了世界上第一台复式显微镜；﹡这台显微镜由放大倍数约为10～30倍,仅可观察一些小昆虫的整体形态(跳蚤等);﹡英国物理学家胡克RobertHooke(1635~1703)创造了第一架对科学研究有价值的显微镜,其放大倍数为40~140倍;﹡1665年在观察了栎树软木塞切片时，发现了许多如蜂窝状的小室，借用拉丁文cellar(小室)一词命名为:cell;﹡是人类第一次发现细胞实际是死细胞的细胞壁﹡1674年，荷兰布商列文虎克(Leeuwenhoek)为了检查布的质量，亲自磨制透镜，装配了高倍显微镜(300倍左右)，并观察到了血细胞、池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物的精子﹡是人类第一次观察到完整的活细胞﹡1680年当选为英国皇家学会外籍会员；﹡1699年被授予巴黎通讯学院院士的光荣称号MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.二﹑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T.Schwann在施莱登的研究基础上，发表《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

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结构单位，这就是著名的“细胞学说”﹙celltheory﹚。1858年，德国病理学家魏尔肖﹙R.Virchow﹚补充了细胞学说的第三条原理:所有的细胞都是来自于已有细胞的分裂，即细胞来自于细胞

1）认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；2）每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；3）新的细胞可以通过老细胞的繁殖产生。“细胞学说”的基本内容“细胞学说”的意义◆细胞学说的创立使得形形色色的生物界找到了统一性，解决了生命的共同起源，即生命的同一性问题，大大推进了人类对生命自然界的认识

。因此，恩格斯对细胞学说给予极高的评价，把它与能量转化与守恒定律和达尔文进化论并列为19世纪自然科学的三大发现。细菌、蝴蝶、玫瑰和海豚所有生物都是由细胞构成，它们具有基本相似的化学性质和化学组成

三﹑细胞学的经典时期构成细胞学的经典时期，主要是指19世纪的最后25年(1875-1900)，主要有如下发现：1.原生质(protoplasm)理论的提出■1840年普金耶和1846年冯·莫尔首次将动、植物细胞的内含物称为“原生质”;■

1861年舒尔策提出原生质理论: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。并把细胞明确地定义为:“细胞是由细胞膜包围的一团原生质，分化成细胞质和细胞核”。2.

细胞分裂的研究1841年，雷马克（Remak）发现鸡胚血细胞的直接分裂，即无丝分裂（amitosis）

1879年，德国人W.Flemming观察了动物细胞的有丝分裂，于1882年提出了mitosis这一术语。德国人E.Strasburger(1876-1880)在植物细胞中发现有丝分裂(mitosis)。

1883年，比利时人VanBeneden

发现马蛔虫Ascaris

megalocephala的减数分裂现象。1886年，Strasburger在植物细胞中也发现减数分裂，至此发现了细胞分裂的主要类型3.

重要细胞器的发现■1883年范.贝内登VanBeneden和博费里Boveri在动、植物细胞质中发现了中心体;■1888年瓦尔德耶（Waldeyer）提出染色体(chromosome)概念;■1894年阿特曼（Altmann）发现了线粒体;■1898年高尔基(Golgi)发现了高尔基体。

四﹑实验细胞学时期（1900-1953）在此时期，人们开始广泛采用实验的手段来研究细胞学中的问题，即从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗传发育机理的研究，从而促使细胞学与其它生物学科结合形成一些重要的分支。﹙一﹚细胞遗传学Cytogenetics的发展细胞学和遗传学的紧密结合建立了细胞遗传学，主要是从细胞学的角度,特别是从染色体的结构和功能,以及染色体和其他细胞器的关系来研究遗传现象,阐明遗传和变异的机制。其核心就是染色体-基因学说（二）细胞生理学Cytophysiology的研究细胞学同生理学结合建立了细胞生理学，主要研究内容包括细胞从周围环境中摄取营养的能力、代谢功能、能量的获取、生长、发育与繁殖机理,以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动。细胞的离体培养技术对细胞生理学的研究具有巨大贡献

细胞学和化学的结合产生了细胞化学,主要是研究细胞结构的化学组成及化学分子的定位、分布及其生理功能,包括定性和定量分析。如：（三）细胞化学Cytochemistry

1924年福尔根﹙Feulgen﹚等发明的DNA的特殊染色方法---Feulgen反应法,开创了DNA的定性和定量分析

1940年Brachet用甲基绿-派洛宁染色方法来测定细胞中的DNA和RNA；1936和1940年Casperson用紫外光显微分光光度法测定DNA在细胞中的含量，并认为蛋白质的合成可能与RNA有关。由于细胞组分分离技术﹑放射自显影技术和超微量分析等技术的广泛运用，对细胞内核酸与蛋白质的代谢作用研究也有很大的促进作用。五﹑细胞生物学学科的形成与发展1)20世纪50～60年代，由于电子显微镜与超薄切片技术相结合而产生的细胞超微结构学，使人们对细胞结构的认识有了很大程度的更新，对已知的细胞器如：线粒体﹑高尔基体﹑细胞膜﹑核膜﹑核仁﹑染色质与染色体的结构有了更全面﹑深入的认识；同时还发现了一些新的细胞器，如内质网﹑核糖体﹑溶酶体﹑核孔复合体与细胞骨架体系等；细胞生物学一词是20世纪60年代出现，该学科的形成得益于三个方面：2)这一时期细胞生物化