翟中和细胞生物学ppt

细胞生物学CELLBIOLOGYCOURSE2Textbook&Referencebooks翟中和主编，细胞生物学，高等教育出版社，2011年王金发主编，细胞生物学，科学出版社，2005年AlbertsBetal.EssentialCellBiology,3rded.NewYork：Garlandpublishing，Inc.,2009AlbertsBetal.MolecuarBiologyoftheCell,5thed.NewYork：GarlandPublishing，Inc.,2008BeckerW.M.etal.TheWorldoftheCell.7thed.SanFrancisco:BenjaminCummings,2009GeraldKarp.CellandMolecularBiology：Conceptsandexperiments，6thed.NewYork:JohnWiley&Sons,Inc.,2009LodishH.etal.MolecularCellBiology.6thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany,20084TheNatureandStatusofCellBiologyOneofthesubjectcoursesinthecontemporarybiologyeducation当代生物学教育的主体课程之一Themajorsubdisciplineofthecontemporarybiologyeducation当代生物学主要分支学科Therequiredcoursewithbiotechnologicalspeciality生物技术专业的必修课Thebasisoflifesciences各类生命科学的基础Theimportantpillarforthedevelopmentoflifesciences现代生命科学发展的重要支柱Oneofmajorfieldsoflifescienceresearchof21stcentury21世纪生命科学研究的重要领域之一5Thekeytoeverybiologicalproblemmustfinallybesoughtinthecell，……--------E.B.WilsonCellBiologist细胞生物学是各生命科学的基础CellBiology细胞生物学Genetics遗传学Zoology动物学Botany植物学Physiology生理学Microbiology微生物学Biochemistry生物化学按物种分科按生命现象分科Cellbiologyisthebasisofalllifesciences.6TheresearchoncelllifeactivitiesisbecomingthebottleneckofthecontemporarylifesciencesdevelopmentFunctionalgenomicsIsolationandcloningofDNASequencingGeneexpressionMutantanalysisCelllifeProteinmodificationanalysisQualitativeanalysisofpolypeptidesTwo-dimensionalelectrophoresisSeparationandpreparationofproteinsProteomicsBioinformatics7Howtostudythiscourse？RecognizetheimportanceofcellbiologyFamiliarizetheresearchcontentsofcellbiologyRememberthefollowingprinciplesinlearningcellbiology:Understandthecellfrommolecularview,Understandthecellfromsystemicview,UnderstandthecellfromtheviewthattheunificationofstructureandfunctionLearncellstructureandfunctionfromthelevelsofmolecular,microscopic,ultramicroscopic,andwholeorganism.UnderstandthecellinaperspectiveofdevelopmentFollowthenewdevelopmentsofcellbiology第一章历史与展望HISTORYANDPERSPECTIVE本章内容提要第一节历史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第二节对未来的展望第一节历史细胞生物学研究细胞的结构、功能和生活史。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。细胞生物学由细胞学（Cytology）发展而来。是当代生物技术的支撑学科。发展迅速，期刊数量最多，SCI源期刊中细胞生物学的平均影响影子为4.1。是生物、农学、医学等专业的一门必修课程。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细胞生物学的变革和显微技术的改进息息相关。1590年J.和Z.Janssen制作第一台复式显微镜。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”。•1590年，荷兰眼镜商Janssen父子制造出第一台显微镜。放大镜+望远镜光学性能不够理想，放大倍数不超过10倍。RobertHookeandhis“cells”“Cell”from“cellulae”第一个发现细胞的是英国学者胡克(RorbertHooke)。◆1665年，胡克发表了《Micrographia》一书,报道用自制的显微镜(30倍)观察栎树软木塞切片时发现“cella”。MicrographiaMicrographia1680年荷兰布商列文虎克A.vanLeeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他自制了高倍显微镜(300倍左右)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。是第一个描述活细胞的科学家。Hooke之后的160多年里，对细胞的研究没有实质进展。直到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。MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.•1777年W.Hewson在无脊椎动物的红细胞中观察到了细胞核；•1781年F.Fontana在鳗鱼的皮肤上皮细胞中发现细胞核；•1805年G.R.TreviranuS发现毛茛科植物花蕾中的相邻细胞间有膜作为界限；•1812年J.Moldenhawer通过细胞分离的方法证实了细胞的个体特性；•1829年P.J.F.Turpin提出植物体是由互不依赖的单个细胞的聚会体；•1830年F.J.F.Meyen提出细胞是一个由膜所包围的实体．1831年R.Brown在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。1836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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；(Allorganismsarecomposedofoneormorecells)②细胞是构成有机体的基本单位；(Thecellisthestructuralunitoflife.)③新细胞来源于已存在细胞的分裂。(Cellscanariseonlybydivisionfromapreexistingcell.)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。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等许多著名科学家。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)；1839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omniscellulaecellula的著名论断；进一步完善了细胞学说。RudolfVirchow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。随着显微镜油镜，切片、固定和染色技术的发展：细胞器的发现:1887V.Beneden中心体1889C.Golgi内网器（高尔基复合体）1897C.Garnier内质网1898C.Benda线粒体细胞生理活动:1873Schneider细胞分裂细胞核的变化1892W.Flenning精确描述细胞分裂过程，提出有丝分裂1883E.Beneden发表染色体遗传连续性的原理1884W.HertwigandE.Strasburger细胞核是遗传特征的载体三、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。1.细胞显微结构从亚微水平的重新认识显微镜的放大倍数和分辨率提高内质网,高尔基体变更清晰2.更多细胞结构的发现核糖体,溶酶体,过氧化物体,微管,微丝,核孔3.多层面结构知识的整合多学科的交叉使人们对细胞结构的认识在显微水平、亚微水平和分子水平得到统一。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Franklin拍摄到清晰的DNA晶体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，Watson和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