【培训课件】细胞生物学教程

第一章细胞生物学简史HISTORYANDPERSPECTIVE本章内容提要第一节发展历史一、细胞的发现二、细胞学说三、细胞超微结构研究四、分子细胞生物学第二节细胞生物学研究的内容与现状附录细胞生物学参考书细胞生物学的研究内容分三个层次：1）显微水平，光学显微镜下可见的结构。2）超微水平，电子显微镜下可见的结构。3）分子水平，细胞结构的分子组成，及其在生命活动中的作用。第一节发展历史细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1）1665-1830s，细胞发现，显微生物学。2）1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。3）1930s-1970s，电镜技术应用，Cytology发展为细胞生物学。4）1970s以来，分子细胞生物学时代。一、细胞的发现显微镜之于生物学，犹如望远镜之于天文学，细胞生物学的变革无不和显微技术的改进息息相关。1590年J.和Z.Janssen父子制作第一台复式显微镜，放大倍数不超过10倍。1610年GalileoGalilei用显微镜观察昆虫。1665年英国人RobertHooke出版《显微图谱》。观察了软木，并首次用cells来描述“细胞”。1680年A.vanLeeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，对细胞的研究没有实质进展。RobertHookeandhis“cells”RobertHooke’smicroscopeMicroscopeusedbyRobertHooke.Hooke`sdrawingofathinsliceofcork,showingthehoney-comb-likenetworkof“cells”MicrographiaMadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。1931年R.Brown在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。1936年GG.Valentin在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。二、细胞学说通常认为施莱登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了细胞学说。实际上它是19世纪许多科学家共同努力的结果。CellTheory是19世纪的重大发现之一，其基本内容有三条：①有机体是由细胞构成的；②细胞是构成有机体的基本单位；③新细胞来源于已存在细胞的分裂。1838年Schleiden发表“植物发生论”，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以free-cellformation理论来解释细胞形成。Schwann提出了“细胞学说”（CellTheory)；1939年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”。MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannSchwann提出：a.有机体是由细胞构成的；b.细胞是构成有机体的基本单位。但他也采用了的Schleiden细胞形成理论。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。19世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。F.Dujardin（1835）将之称为“sarcode”；JE.Purkinje（1839）和vonMohl（1846）则将之称作原生质“protoplasm”。如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。三、细胞超微结构研究1932年德国人E.Ruska和M.Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域。1939年Siemens公司生产商品电镜。1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。并结合超速离心、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CellBiology。四、分子细胞生物学时代1869年瑞士人F.Miescher从脓细胞中分离出核酸，但未引起重视。1944年O.Avery等通过细菌转化试验，1952年M.Chase等通过噬菌体标记感染实验肯定了核酸与遗传的关系。•微生物转化试验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，可能是螺旋。1953年，JD.Watson和FHC.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。1958年Crick提出分子遗传的“中心法则”。1961-1964年Nirenberg等破译遗传密码。1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg创建DNA体外重组。1973年SN.Cohen和HW.Boyer将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。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”（HumanGenomeProject）。我国于1993年加入该计划，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。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。DollywithherfirstbornlambEMBRYOCOLONING第二节细胞生物学研究的内容与现状一.细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学cellbiology：是研究细胞基本生命活动规律的科学。1.细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位。2.重大生命现象的研究都要以细胞为基础。3.生命科学的四大基础学科之一，代表生命科学的发展趋势。4.概括说：Cellbiology其核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来研究生命现象。5.新兴学科，没有明确的范围。二.细胞生物学的主要研究内容两大内容：细胞的结构。细胞的功能及重要生命活动。1、细胞核nucleus，染色体chromosome以及基因表达2、生物膜与细胞器3、细胞骨架体系4、细胞增殖及其调控5、细胞分化及其调控6、细胞的衰老与凋亡7、细胞的起源与进化8、细胞工程：细胞生物学与遗传学的交叉领域三.细胞生物学的主要研究特点1.重视结构与功能的统一：结构是功能的物质基础。2.重视细胞的整体机能和它的结构的辩证关系：例：能量转换的各种组分都定位在线粒体内膜上，内膜面积大，为线粒体进行高速率的生化反应提供了场所。3.从动态和发展的观点来分析问题：活细胞在不同的生长阶段，不同的生活状态下，某些部分的结构功能要发生改变，或者有些反应发生改变，因此，必须从动态和发展的观点来分析问题。四.细胞生物学的总趋势及重要领域总趋势：细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融。三大基本问题：1.细胞内基因组（人10万基因）是如何在时间与空间上有序表达的。2.表达产物--结构蛋白与核酸，脂质、糖及其复合物，如何逐级装配。3.基因表达产物--大量活性因子与信号分子。当前若干重大课题（细胞基本生命活动研究）1.染色体DNA与蛋白质互相作用关系。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.细胞结构体系的装配。5.蛋白质合成分选与跨膜定向运输。6.细胞及细胞器的起源等。中文科技期刊全文数据库（重庆维普）中国期刊网镜像万方数据资源系统镜像国家科技图书文献中心（NSTL）EBSCOhost外文全文数据库Elsevier（已过试用期，但可查阅文摘）Springer外文电子期刊我校具有以下数据库，可供使用1.分子细胞生物学韩贻仁科学出版社2001年03月2.医学细胞与分子生物学陈诗书上海医科大学出版社1999年01月3.细胞生物学王德耀上海科学技术出版社1998年出版4.细胞生物学翟中和等编高等教育出版社2000年8月出版5.细胞生物学(第二版)汪堃仁北京师范大学出版社1998年11月出版6.细胞生物学研究方法与技术(第二版)刘鼎新北医、协和医大联合出版社1997年05月出版7.细胞生物学实验(第二版)杨汉民高等教育出版社1997年07月出版8.MolecularBiologyoftheCell4thEdition,BruceAlbertsetal.,20029.MolecularCellBiology4thEdition,HarveyLodishetal.,199910.CellandMolecularBiology3rdGeraldKarp,2002•附录：细胞生物学参考书：