细胞生物学概论

2020/1/2312020/1/232第一章绪论第一节细胞生物学研究的内容和现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科二、细胞生物学的主要研究内容三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域细胞重大生命活动的相互关系第二节细胞生物学发展简史一、细胞的发现和细胞学说的建立及其意义二、细胞学的经典时期三、实验细胞学与细胞学的分支及其发展四、细胞生物学和分子细胞生物学学科的形成与发展五、细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书六、细胞生物学学习方法2020/1/2331、CellBiology概念CellBiology：是以细胞作为生命活动基本单位的思想为出发点，在不同层次（显微、亚显微和分子水平）上研究细胞结构与功能,细胞重大生命活动规律及其调控机制的科学。其核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。2020/1/234研究对象：生活细胞及其组成结构研究任务：以动态观点，采用现代科技手段，在3个层次上（显微、亚显微和分子水平）研究细胞结构与功能,细胞重大生命活动规律及其分子调控机制。目的：揭示生命活动的本质与奥秘，通过实现调节、控制、利用和改造生命活动，为人类的生产实践、生活健康服务的目的。2020/1/2353、CellBiology的地位CellBiology在现代生命科学中占有十分重要基础地位：（1）细胞是生命的体现和缩影细胞是生命体结构和功能的基本单位，能独立生存，而生命现象就是细胞运动方式（物质、能量和信息）在各级水平上动态有机综合表现，生命实质上即是细胞属性的体现，没有细胞就没有完整的生命活动。2020/1/2363、CellBiology的地位（2）CellBiology是现代生命科学中四大基础学科之一，是当前生物科学中发展最快的一门高端学科，是当代生物技术的支撑学科，是生物、农学、医学、畜牧、水产和许多生物相关专业的一门必修专业核心课程。1950年代以来诺贝尔生理与医学奖(近十年）大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，期刊数量最多。1925年美国著名生物学大师Wilson指出“Everykeyproblemcanbediscoveredincells”正在成为现实。2020/1/237LelandH.HartwellR.Timothy(Tim)HuntSirPaulM.Nurse•2001年，美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。2020/1/2382002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.RobertHorvitz•JohnE.Sulston2020/1/2392003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。PeterAgreRoderickMacKinnon2020/1/23102004年，美国人RichardAxel和LindaB.Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。RichardAxelLindaB.Buck2020/1/23112009年美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白·布莱克本(ElizabethBlackburn)、美国巴尔的摩约翰·霍普金斯医学院的卡罗尔-格雷德(CarolGreider)、美国哈佛医学院的杰克·绍斯塔克(JackSzostak)发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理而获诺贝尔生理学医学奖。美国伊丽莎白·布莱克本(ElizabethBlackburn)美国卡罗尔-格雷德(CarolGreider)美国杰克·绍斯塔克(JackSzostak)2020/1/2312细胞生物学正成为现代生命科学的瓶颈2020/1/23134、CellBiology意义探索细胞生命活动的本质，推动现代生命科学发展；服务人类，在农业（良种繁育）、医学（解决癌症等重大疾病）和生物技术（细胞工程）方面有着非常重要应用价值。所以，我常对生物学学生说，“Asastudenttrainedinaprogrammeofmodernlifesciences,youhavetohandlethecellbiologystudyverywell,otherwise,youwillnotbeaqualifiedgraduatefromtheschooloflifesciences!”。2020/1/2314Dollywithherfirstbornlamb1996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。2020/1/2315主要内容1、包括三大基本部分：基本概要与实验方法等、细胞结构与功能、细胞重要生命活动规律与分子调控机制。2、主要内容：细胞核、染色体以及基因表达的研究生物膜与细胞器的研究细胞骨架体系的研究细胞增殖及其调控细胞分化及其调控细胞的衰老与凋亡细胞的起源与进化细胞工程2020/1/2316总趋势细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与分子生理学)相互渗透与交融是总的发展趋势，它们共同推动着生命科学的前进。细胞分子生物学（MolecularBiologyoftheCell）是当前细胞生物学发展的主要方向,即从生物大分子结构化学组成与动态变化的水平上研究细胞组分的功能和细胞生命活动的根本机制。2020/1/2317重点领域1、染色体DNA与蛋白质相互作用关系—主要是非组蛋白（主要是与DNA、RNA能特异性结合的顺式作用蛋白调控因子和核骨架蛋白）对基因组的作用（调控基因表达与染色体高级结构的构建与动态变化）2、细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控机制3、细胞信号转导通路及其对生命活动调控机制（如传递蛋白磷酸化与去磷酸化、G蛋白与受体的信号转换等）的研究4、细胞结构体系的分子动态装配过程及调控机制还有如蛋白质合成、分选与跨膜定向运输途径与机制等。2020/1/2318美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导（signaltransduction）；细胞凋亡（cellapoptosis）；基因组与后（功能）基因组学研究（genomeandpost-genomicanalysis）。包括基因组学、RNA组学、蛋白质组学和结构基因组学等。2020/1/2319美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为《什麽是当今科研领域的热门话题？》（“Whatispopularinresearchtoday？”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是三种疾病：癌症（cancer）心血管病（cardiovasculardiseases）爱滋病和肝炎等传染病（infectiousdiseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向：细胞周期调控（cellcyclecontrol）；细胞凋亡（cellapoptosis）；细胞衰老（cellularsenescence）；信号转导（signaltransduction）；DNA的损伤与修复（DNAdamageandrepair）2020/1/23202020/1/2321细胞学说的提出：1838－1839年德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann共同提出：一切动植物都是由细胞组成，细胞是一切动植物的基本单位。基本内容:1、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；3、新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生。1858年被Virchow修正为“细胞只能来自细胞的分裂”。意义：（1）明确地论证了动植物界之间的统一性和共同起源，有力地推动了生物科学和哲学的进步，被恩格斯赞誉为19世纪自然科学“三大发现”之一。（2）有力地促进了细胞学的诞生与发展，是“结构与功能”、“个体生长发育”等理论的基础。2020/1/2322国外优秀教材：GeraldKarp.CellandMolecularBiology：conceptsandexperiments，3ndEdition.PublishedbyJohnWiley&Sons,Inc.2002.11国内主要教材：1、翟中和等，《细胞生物学》，3nd，高教版，2007.82、汪堃仁等，《细胞生物学》，2nd，北师大版，1998.103、韩贻仁等，《分子细胞生物学》，3nd，科学出版社，2003.34、王金发，《细胞生物学》，2nd，中山大学版，20045、郑国昌，《细胞生物学》，3nd，高教版，20002020/1/2323细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：1）1665-1830s，细胞发现，显微生物学，细胞知识的积累阶段。2）1830s-1930s，细胞学说，细胞显微形态的研究，Cytology诞生。3）1930s-1970s，电镜技术应用，细胞超微结构、核型、带型研究，Cytology发展为细胞生物学。4）1970s以来，分子细胞生物学时代，细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。2020/1/2324细胞的发现1、1665年英国学者RobertHooke用自制第一台有科学价值的显微镜（40－140倍）第一次观察了植物死细胞（壁）结构并第一次命名为“Cellar”和描绘细胞模式图。2、1677荷兰LeeuwenHoek用自制放大很高水平（270－500倍）的显微镜首次观察并描述了大量类型的活细胞：原生动物、精子、鱼红细胞核和细菌等。Hooke之后的160多年里，对细胞的研究没有实质进展。RobertHooke2020/1/2325MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.2020/1/23262020/1/23272020/1/2328MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann2020/1/2329学习细胞生物学的方法抽象思维与动态观点结构与功能统一的观点同一性(unity)和多样性(diversity)的问题抓住细胞生物学的重点掌握内容：基本概念与实验证据；细胞器的动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow//Howweknow.2020/1/2330三、细胞学的经典时期（1840－1898）：主要是在光镜水平下对细胞形态结构和细胞分裂类型及活动现象的认识，并进一步深化了细胞的概念（原生质团）。1，原生质理论的提出原生质(protoplasm)(Purkinje,1839和vonMohl,1846)，原生质理论（Schultze,1861），原生质体(protoplast)(Hanstein1880)2，细胞分裂的研究直接分裂；有丝分裂；减数分裂（1841－1886）1880Flemming首次观察到了染色体和染色质。并提出了有丝分裂（mitosis）、染色质（chromatin）等一系列科学术语。可以说从Flemming开始人们对细胞才有了实质性的研究进展。3，重要细胞器的发现中心体（BenedenandBoveri,1883）；线粒体(Altmann)，高尔基体（Golgi,1894）2020/1/23311、细胞学（cytology）作为独立学科的诞生：1892年Hertiwig发表《细胞与组织》一书标志诞生；1896年美国Wilson第一部系统论述书《细胞与发育和遗传》并绘制史上第二个细胞模式图，代表光镜水平的最高认识。2、实验细胞学及其分支的发展（1876－1953）：主要是应用实验的手段和分析的方法研究细胞学基本问