南方醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 第一章 緒論

1、第一章第一章 緒緒 論論Chapter 1 Chapter 1 IntroductionIntroduction第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的幾個主要階段細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的幾個主要階段1604s-1830s1604s-1830s，顯微鏡發(fā)明與，顯微鏡發(fā)明與細(xì)胞發(fā)現(xiàn)細(xì)胞發(fā)現(xiàn). .1830s-1930s1830s-1930s，高分辨光學(xué)顯微鏡的發(fā)，高分辨光學(xué)顯微鏡的發(fā)展與展與細(xì)胞學(xué)細(xì)胞學(xué)說誕生。說誕生。1970s1970s以來，分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用與以來，分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用與細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)與和功能的研究，細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)與和功能的研究，分子細(xì)分子細(xì)胞生物學(xué)胞生物學(xué)時代。時代。1930s-1970s193

2、0s-1970s，電鏡的發(fā)明與超微結(jié)構(gòu)，電鏡的發(fā)明與超微結(jié)構(gòu)研究，研究， 細(xì)胞學(xué)發(fā)展為細(xì)胞學(xué)發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)。一一. .顯微鏡的發(fā)明和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)顯微鏡的發(fā)明和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 科學(xué)的發(fā)展水平具有時代的特征，科學(xué)的發(fā)展水平具有時代的特征，總是和總是和工具工具的改進分不開的。的改進分不開的。因此，細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)必須依靠因此，細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)必須依靠放大工具放大工具！1. 1. 第一臺顯微鏡是荷蘭眼鏡商詹森第一臺顯微鏡是荷蘭眼鏡商詹森父子父子(H & Z. Janssen)(H & Z. Janssen)在在16041604年發(fā)年發(fā)明的明的. . 由由2 2個透鏡個透鏡組成，光學(xué)性能不理想，組成，光學(xué)性能

3、不理想，放大倍數(shù)放大倍數(shù)1030 倍，但具有劃時代的倍，但具有劃時代的意義。意義。1.16041.1604年年, Janssen, Janssen父子設(shè)計的放大鏡父子設(shè)計的放大鏡1030 只能用來觀察跳蚤等一些小的昆蟲只能用來觀察跳蚤等一些小的昆蟲鏡筒長約鏡筒長約 46cm46cm雙凸透鏡雙凸透鏡自然光光源自然光光源“跳蚤鏡跳蚤鏡”2.16652.1665年：年：Robert HookeRobert Hooke( (英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家) )顯微鏡顯微鏡(microscope)4014040140 他以極其興奮的心情寫道：他以極其興奮的心情寫道：“當(dāng)我一看當(dāng)我一看到這些形像時，我就到這些形

4、像時，我就認(rèn)為這是我的發(fā)現(xiàn)。認(rèn)為這是我的發(fā)現(xiàn)。因為這的確是我第一因為這的確是我第一次看到的微小空洞，次看到的微小空洞，可能這也是歷史上的可能這也是歷史上的第一次發(fā)現(xiàn)。顯然，第一次發(fā)現(xiàn)。顯然，這使我理解了軟木為這使我理解了軟木為什么這么輕的原因。什么這么輕的原因。”HookeHooke用自制顯微鏡對礦物、動物和用自制顯微鏡對礦物、動物和植物標(biāo)本等進行了廣泛觀察，并將其觀植物標(biāo)本等進行了廣泛觀察，并將其觀察結(jié)果整理成察結(jié)果整理成“”(”(顯微圖顯微圖譜譜),),并首次用并首次用cellscells來描述來描述“細(xì)胞細(xì)胞”在在HookeHooke開始使用開始使用“cellcell”一詞后的一百多年中

5、，學(xué)者一詞后的一百多年中，學(xué)者們一直把注意力集中到們一直把注意力集中到細(xì)胞細(xì)胞壁壁上，而對完整細(xì)胞內(nèi)部的上，而對完整細(xì)胞內(nèi)部的觀察沒有任何進展。觀察沒有任何進展。顯微圖集顯微圖集其中收集的就有其中收集的就有著名的軟木切片著名的軟木切片細(xì)胞圖。細(xì)胞圖。 3.16713.1671年年 A.V. Leeuwenhoek（荷蘭（荷蘭):制作了制作了200200多臺顯微鏡和多臺顯微鏡和400400多個鏡頭多個鏡頭觀察到了池塘水中的原生動物觀察到了池塘水中的原生動物-270500 觀察到了人和哺乳動物的觀察到了人和哺乳動物的精子，也看到，也看到了鮭魚紅細(xì)胞的了鮭魚紅細(xì)胞的核。鑒于鑒于Leeuwenhoek

6、Leeuwenhoek在生物學(xué)上的卓越貢在生物學(xué)上的卓越貢獻(xiàn)，獻(xiàn)，16801680年他當(dāng)選為年他當(dāng)選為英國皇家學(xué)會外籍會英國皇家學(xué)會外籍會員員!他把自己的觀察結(jié)果告訴他把自己的觀察結(jié)果告訴英國皇家學(xué)會英國皇家學(xué)會的的R. HookeR. Hooke，得到了肯定和鼓勵。，得到了肯定和鼓勵。英國皇家學(xué)會英國皇家學(xué)會 是英國資助科學(xué)發(fā)展的是英國資助科學(xué)發(fā)展的組織。成立于組織。成立于 1660年年 。并于。并于 1662年年 、 1663年年 、 1669年年 領(lǐng)到皇家的各種特許領(lǐng)到皇家的各種特許證。女王是學(xué)會的保護人。全稱證。女王是學(xué)會的保護人。全稱“ 倫倫敦皇家自然知識促進學(xué)會敦皇家自然知識促進學(xué)

7、會 ”。學(xué)會宗。學(xué)會宗旨是促進自然科學(xué)的發(fā)展。旨是促進自然科學(xué)的發(fā)展。它是世界它是世界上歷史最長而又從未中斷過的科學(xué)學(xué)上歷史最長而又從未中斷過的科學(xué)學(xué)會。會。它在英國起著全國科學(xué)院的作用。它在英國起著全國科學(xué)院的作用。1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代，顯微鏡制作技術(shù)有了明年代，顯微鏡制作技術(shù)有了明顯的進步顯的進步, , 分辨率分辨率提高到提高到1 1 m m以內(nèi)以內(nèi)。此外，此外，還還發(fā)明了發(fā)明了切片機切片機，使觀察手使觀察手段大為改進。段大為改進。從從1818世紀(jì)末至世紀(jì)末至1919世紀(jì)初，學(xué)者們開始注世紀(jì)初，學(xué)者們開始注意到植物組織小室中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)意到植物組織小室中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并，并也把它稱為也

8、把它稱為cellcell。至此至此 cellcell 一詞才具有一詞才具有了了現(xiàn)代現(xiàn)代“細(xì)胞細(xì)胞”的真正意義的真正意義。二、顯微鏡的發(fā)展與細(xì)胞學(xué)說誕生二、顯微鏡的發(fā)展與細(xì)胞學(xué)說誕生德國植物學(xué)教授，德國植物學(xué)教授，施萊登施萊登( (Matthias Jacob Schleiden, ,18041881) )，18381838年年發(fā)表發(fā)表“植物發(fā)生論植物發(fā)生論”，認(rèn)為無論怎樣復(fù)，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都由形形色色的雜的植物都由形形色色的細(xì)胞細(xì)胞構(gòu)成構(gòu)成。他。他試圖重建細(xì)胞發(fā)育的過程，為此他聰明試圖重建細(xì)胞發(fā)育的過程，為此他聰明地選擇了胚胎細(xì)胞作為他研究的起點，地選擇了胚胎細(xì)胞作為他研究的起點，他還

9、在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了他還在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了核仁核仁。 1838 1838年，德國人年，德國人施萊登提出了：細(xì)施萊登提出了：細(xì)胞是構(gòu)成植物體的胞是構(gòu)成植物體的基本單位基本單位. .施萊登著作中的插圖施萊登著作中的插圖德國解剖學(xué)教授，德國解剖學(xué)教授，施旺施旺( (Theodar Schwann, , 18101882) )，一開始就研究，一開始就研究施萊登施萊登（Schleiden）的細(xì)胞形成學(xué)說，他完全接）的細(xì)胞形成學(xué)說，他完全接受了這個學(xué)說，并把它擴展為所有生命現(xiàn)受了這個學(xué)說，并把它擴展為所有生命現(xiàn)象 的 起 源 和 基 礎(chǔ) 的 一 般 理 論 。象 的 起 源 和 基 礎(chǔ) 的 一 般 理 論 。 他

10、把他 把Schleiden在植物中在植物中的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到動物動物中去中去。 德國人施旺德國人施旺18391839年發(fā)表了年發(fā)表了關(guān)于動植關(guān)于動植物在構(gòu)造與生長上的物在構(gòu)造與生長上的一致性的顯微研究一致性的顯微研究。 提出：細(xì)胞結(jié)構(gòu)提出：細(xì)胞結(jié)構(gòu)是一切動物體共有的是一切動物體共有的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征，并進一步并進一步指出了動物和植物在指出了動物和植物在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性。 在在1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代施萊登施萊登和和施旺施旺提出：提出：一切一切植物、動物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一植物、動物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動植物的基本單位。切動植物的基本單位。這一學(xué)說即這一學(xué)

11、說即“細(xì)胞細(xì)胞學(xué)說學(xué)說”（Cell Theory) )”。1855 1855 德國醫(yī)生和病理學(xué)德國醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖（家魏爾肖（VirchowVirchow） 提出提出“一切細(xì)胞來源于一切細(xì)胞來源于細(xì)胞細(xì)胞” 的著名論斷，通的著名論斷，通常被認(rèn)為是對常被認(rèn)為是對細(xì)胞學(xué)說細(xì)胞學(xué)說的一個重要補充。的一個重要補充。顯微鏡的發(fā)明和顯微鏡的發(fā)明和細(xì)胞學(xué)說的提出，細(xì)胞學(xué)說的提出， 將生物學(xué)研究從將生物學(xué)研究從宏觀水平和大體水宏觀水平和大體水平引入到微觀水平平引入到微觀水平顯微鏡發(fā)展歷程顯微鏡發(fā)展歷程17521752年，發(fā)明消色差顯微鏡。年，發(fā)明消色差顯微鏡。18121812年，發(fā)明油浸物鏡，改進了體視顯

12、年，發(fā)明油浸物鏡，改進了體視顯微鏡。微鏡。18861886年，發(fā)明復(fù)消差顯微鏡，至此普通年，發(fā)明復(fù)消差顯微鏡，至此普通光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。19321932年，荷蘭籍德國人年，荷蘭籍德國人F. ZernikeF. Zernike成功成功設(shè)計了相差顯微鏡，設(shè)計了相差顯微鏡，并因此獲并因此獲19531953年諾年諾貝爾物理獎。貝爾物理獎。細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時期細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時期（ 1875-1898年）1.1.原生質(zhì)理論的提出原生質(zhì)理論的提出 2.2.受精現(xiàn)象受精現(xiàn)象3.3.細(xì)胞分裂活動的發(fā)現(xiàn)（無絲、有絲細(xì)胞分裂活動的發(fā)現(xiàn)（無絲、有絲和減數(shù)分裂）和減數(shù)分裂）4.4.主要細(xì)胞器的發(fā)

13、現(xiàn)（細(xì)胞核、中心主要細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn)（細(xì)胞核、中心體、線粒體和高爾基體）體、線粒體和高爾基體）5.5.從膿細(xì)胞中分離出核酸從膿細(xì)胞中分離出核酸 特點：應(yīng)用特點：應(yīng)用固定固定、染色技術(shù)染色技術(shù)，在顯微，在顯微鏡下觀察細(xì)胞的鏡下觀察細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)和和分裂活動分裂活動實驗細(xì)胞學(xué)階段（ 1900-1943年年） 1.1.細(xì)胞遺傳學(xué)發(fā)展起來（細(xì)胞遺傳學(xué)發(fā)展起來（19001900年孟德爾年孟德爾的遺傳法則重新發(fā)現(xiàn)，的遺傳法則重新發(fā)現(xiàn)，19101910年摩爾根提年摩爾根提出基因?qū)W說）出基因?qū)W說）2.2.細(xì)胞生理學(xué)發(fā)展起來（細(xì)胞生理學(xué)發(fā)展起來（19091909年細(xì)胞培年細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)立、養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)立、194

14、31943年細(xì)胞器的分離）年細(xì)胞器的分離）3.3.細(xì)胞化學(xué)發(fā)展起來（孚爾根染色）細(xì)胞化學(xué)發(fā)展起來（孚爾根染色）三、三、電鏡的發(fā)明與電鏡的發(fā)明與細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究19321932年德國人年德國人E. RuskaE. Ruska和和M. KnollM. Knoll發(fā)明發(fā)明透射電鏡，人類視野進入超微領(lǐng)域透射電鏡，人類視野進入超微領(lǐng)域 。19391939年年SiemensSiemens公司生產(chǎn)公司生產(chǎn)商品電鏡商品電鏡。1940-50s1940-50s用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心超速離心、電泳電泳等技術(shù)等技術(shù)研究這些結(jié)構(gòu)的功能。研究這些結(jié)

15、構(gòu)的功能。19651965年年E.D.P.Derobetis E.D.P.Derobetis 將原著將原著“普普通生物學(xué)通生物學(xué)”更名為更名為“細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)”(透射電鏡）透射電鏡）分辨率：分辨率：2nm1932年：年：Rushia制造第一臺透射電鏡制造第一臺透射電鏡電子顯微鏡：電子顯微鏡：使我們看到細(xì)使我們看到細(xì)胞亞微結(jié)構(gòu)胞亞微結(jié)構(gòu)( ( 掃描電鏡）掃描電鏡）分辨率：分辨率：2nm2nm5050年代，電鏡技術(shù)和年代，電鏡技術(shù)和 生物化學(xué)和生物化學(xué)和 超薄切片技術(shù)結(jié)合超薄切片技術(shù)結(jié)合 細(xì)胞學(xué)結(jié)合細(xì)胞學(xué)結(jié)合 細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu) 細(xì)胞生物化學(xué)細(xì)胞生物化學(xué) 細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué) 19

16、651965年年E.D.P.Derobetis 將原著將原著“普通普通生物學(xué)生物學(xué)”更名為更名為“細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)”四、分子細(xì)胞生物學(xué)時代 19441944年年O. AveryO. Avery等通過細(xì)菌等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化試驗，試驗，19521952年年M. ChaseM. Chase等通過等通過噬菌體噬菌體標(biāo)記感染實標(biāo)記感染實驗肯定了驗肯定了核酸與遺傳核酸與遺傳的關(guān)系。的關(guān)系。18691869年瑞士人年瑞士人F. Miescher F. Miescher 從膿細(xì)胞中分從膿細(xì)胞中分離出核酸，但未引起重視。離出核酸，但未引起重視。 19521952年年FranklinFranklin拍攝到清晰

17、的拍攝到清晰的DNADNA晶晶體體X-X-衍射照片衍射照片。19531953年她認(rèn)為年她認(rèn)為DNADNA是是一種一種對稱結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu)，可能是，可能是螺旋螺旋。 1953年，Watson 和 Crick提出DNADNA雙螺旋模型雙螺旋模型。與Wilkins分享1962 年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎 。研究內(nèi)容（三個水平）研究內(nèi)容（三個水平）細(xì)胞水平：細(xì)胞水平：光學(xué)顯微鏡技術(shù)光學(xué)顯微鏡技術(shù)亞細(xì)胞水平：亞細(xì)胞水平：電子顯微鏡技術(shù)電子顯微鏡技術(shù)分子水平分子水平：生物化學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)：生物化學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞生物學(xué)（細(xì)胞生物學(xué)（cell biology)cell biology)：是從細(xì)胞的顯微、亞顯微和分子水平是從細(xì)胞的顯微、亞顯微和分子水平三個層面研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和各三個層面研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和各種生命活動規(guī)律的科學(xué)。種生命活動規(guī)律的科學(xué)。第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)一一. .細(xì)胞生物學(xué)是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論學(xué)科細(xì)胞生物學(xué)是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論學(xué)科系統(tǒng)：呼吸系統(tǒng)呼吸