(細(xì)胞生物學(xué))第一章 緒論課件

1、第一章 緒論教學(xué)目的與要求：使學(xué)生了解細(xì)胞生物學(xué)的研究對象，任務(wù)及總趨勢與主要領(lǐng)域。了解細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史。教學(xué)重點與難點：細(xì)胞生物學(xué)的研究對象、任務(wù)和發(fā)展趨勢。教學(xué)時數(shù)：2學(xué)時。組織教學(xué)：考勤，強(qiáng)調(diào)課堂紀(jì)律及學(xué)習(xí)本課程中的有關(guān)注意事項。 新課內(nèi)容：1.1 細(xì)胞生物學(xué)研究的對象、任務(wù)與現(xiàn)狀一、細(xì)胞生物學(xué)研究的性質(zhì)與任務(wù)細(xì)胞：是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。細(xì)胞生物學(xué)：是研究細(xì)胞生命活動基本規(guī)律的學(xué)科。細(xì)胞生物學(xué)研究的任務(wù)：是1961年在第一次國際細(xì)胞生物學(xué)大會上確定的，它的任務(wù)是：以動態(tài)觀點，采用現(xiàn)代科技手段，從三個層次或水平上（細(xì)胞水平、亞細(xì)胞水平、分子水平）研究細(xì)胞的生命活動規(guī)律或細(xì)胞的整

2、合功能。細(xì)胞生物學(xué)研究的主要內(nèi)容：是在不同層次上研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞的增殖分化、衰老與凋亡、細(xì)胞信號傳遞、真核細(xì)胞基因的表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞的起源與進(jìn)化。 細(xì)胞生物學(xué)是目前生物科學(xué)中發(fā)展最快的學(xué)科之一。細(xì)胞分子生物學(xué)是目前細(xì)胞生物學(xué)的重點。細(xì)胞工程是21世紀(jì)生物工程發(fā)展的重要組成部分?？梢灶A(yù)見細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與基本生命活動的研究將越來越深入，并將成為21生命科學(xué)研究的重要領(lǐng)域之一。 由于分子生物學(xué)概念、方法與技術(shù)的引入，使細(xì)胞生物學(xué)取得了突破性的進(jìn)展，產(chǎn)生許多新的研究點。如細(xì)胞核、染色體及基因表達(dá)的研究，生物膜與細(xì)胞器的研究，細(xì)胞骨架體系的研究，細(xì)胞增殖、分化及其調(diào)控，細(xì)胞的衰老與凋亡、細(xì)胞起源與進(jìn)

3、化等等，這些研究正成為新的概念與新的領(lǐng)域。很多學(xué)者認(rèn)為，在21世紀(jì)，細(xì)胞生物學(xué)將繼續(xù)迅猛發(fā)展，并成為生命科學(xué)研究的主流。二、細(xì)胞生物學(xué)研究的總趨勢與重點領(lǐng)域從發(fā)展趨勢看，細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)聯(lián)系將更加密切，它們相互滲透、相互交融已成為一種新的趨勢。（一）當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究中有三大基本問題1、細(xì)胞內(nèi)的基因組是如何在時間上與空間上有序表達(dá)的？ 2001年，世界人類基因組計劃已經(jīng)完成，估計人類約有3-4萬個基因。研究表明，如果將一些基因放在試管內(nèi)，只要條件滿足，便可以表達(dá)。但在細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中，它能否表達(dá)及其表達(dá)程序都將受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)與控制。2、基因表達(dá)產(chǎn)物這些產(chǎn)物主要指蛋白質(zhì)與核酸、脂質(zhì)、多糖及其復(fù)

4、合物，它們是如何 級裝配成能行使生命活動的基本結(jié)構(gòu)體系的？3、基因調(diào)控產(chǎn)物這些產(chǎn)物是一些活性因子與信號分子，這些因子是如何調(diào)節(jié)細(xì)胞最重要的生命過程的？諸如細(xì)胞的增殖、分化、衰老與凋亡等過程。（二）當(dāng)前細(xì)胞基本生命活動研究的若干重大課題。1、染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系。 目前認(rèn)為染色體是由一條巨大的DNA分子與其結(jié)合蛋白形成的一種動復(fù)合結(jié)構(gòu)，可分為細(xì)胞間期染色體與分裂期染色體。兩者在細(xì)胞周期中的交替與相互轉(zhuǎn)換，主要主要是由DNA與蛋白動態(tài)結(jié)合關(guān)系所決定的。與染色體DNA結(jié)合的蛋白可分為組蛋白與非組蛋白。目前大量與種類繁多的非組蛋白與DNA的相互關(guān)系是研究的主要問題，特別是它們對DNA的復(fù)制

5、表達(dá)以及與染色體高層次構(gòu)建等，及動態(tài)結(jié)構(gòu)變化的作用是核心問題。4、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的裝配 生物大分子是如何逐級裝配并最終形成生物賴以進(jìn)行生命活動的細(xì)胞結(jié)構(gòu)體的？這是當(dāng)前生命科學(xué)面臨的最基本的問題之一。 此外，當(dāng)前細(xì)胞生命活動研究還包括很多方面，諸如蛋白質(zhì)合成、分選與跨膜定向運(yùn)輸。真核細(xì)胞起源與進(jìn)化等等，近年均有迅速的進(jìn)展。根據(jù)美國科學(xué)情報研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收錄及引用論文檢索說明，目前全世界自然科學(xué)研究中論文發(fā)表最集中的三個領(lǐng)域分別是：細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞凋亡和基因組與后基因組學(xué)研究。而當(dāng)前全球研究最熱門的是三種疾病是：癌癥、心血管病、艾滋

6、病和肝炎等傳染病，5大研究方向是（1）細(xì)胞周期調(diào)控；（2）細(xì)胞凋亡；（3）細(xì)胞衰老；（4）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；（5）DNA的損傷與修復(fù)。1.2 細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展簡史一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)來自于顯微鏡的發(fā)明。1665年英國學(xué)者諾波特.胡克用自制的顯微鏡觀察了軟木的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并首次借用拉丁文cellar這個詞來稱呼他所看到的類似蜂巢的極小的封閉小室。荷蘭的列文.虎克第一次觀察到活細(xì)胞，虎克一生制作了400多架顯微鏡，放大倍數(shù)一般在50200倍之間，1676年他發(fā)現(xiàn)了池塘中的原生動物，1683年又發(fā)現(xiàn)了牙垢中的細(xì)菌，并把它們描繪下來，寄給當(dāng)時歐洲的科學(xué)中心倫敦皇家學(xué)會，刊登在會報上

7、。1665年，英國人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個只會荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學(xué)會的會員。二、細(xì)胞學(xué)說的建立 1838年，德國植物學(xué)家施萊登（MJSchleiden）發(fā)表了植物發(fā)生論指出細(xì)胞是構(gòu)成植物的基本單位。一年之后，德國動物學(xué)家施旺（MJSchwarn）也發(fā)表論文指出，動植物都是細(xì)胞的集合物。施萊登、施旺共同指出：一切植物、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，這就是

8、著名的“細(xì)胞學(xué)說”。 “細(xì)胞學(xué)說”提出不久，就迅速被推廣到許多領(lǐng)域的研究，對當(dāng)時生物學(xué)的發(fā)展起了巨大的促進(jìn)和指導(dǎo)作用。如施羅德（Sichold）等通過對原生物的研究證明，不僅動植物，而且原生動物也是由細(xì)胞組成的，它是只含一個細(xì)胞的動物，它能獨立地進(jìn)行全部生命活動。艾伯特可里克（Albert kolliker）通過胚胎研究，證明了生物個體發(fā)育的過程就是細(xì)胞不斷繁殖和分化的連續(xù)過程。1958年德國病理學(xué)家魏爾肖（Virchow），有一段最著名的話，正如“動物只能來自動物，植物只能來自植物一樣”，“細(xì)胞只能來自細(xì)胞”。魏爾肖有關(guān)細(xì)胞來自細(xì)胞的觀點，進(jìn)一步指明了細(xì)胞作為一個相對獨立的生命活動基本單位的

9、性質(zhì)，通常被認(rèn)為是對細(xì)胞學(xué)說的一個重要補(bǔ)充。三、細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時期1、原生質(zhì)理論的提出 自從迪雅爾丹在原生動物細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了十分均勻、有彈性、能收縮的膠狀物質(zhì)后，就稱它為“肉樣質(zhì)”。其后1840年普金耶（Pukinje）在動物，1846年馮莫爾在植物細(xì)胞中也看到了“肉樣質(zhì)”的東西，并命名為“原生質(zhì)”。1861年舒爾策（Max Schultze）認(rèn)為動物細(xì)胞內(nèi)的“肉樣質(zhì)”和植物細(xì)胞內(nèi)的“原生質(zhì)”具有同樣的意義。由此提出了原生質(zhì)理論：有機(jī)體的組織單位是一小團(tuán)原生質(zhì)，這種物質(zhì)在一般有機(jī)體中是相似的。至此，細(xì)胞的含義就和最初發(fā)現(xiàn)時大不相同了。于是漢森（Hanstein,1880）就提出 “原生質(zhì)體（pr

10、otoplast），但由于cell一詞沿用已久，因此人們?nèi)圆捎门f名。 2、細(xì)胞分裂的研究 1841年雷馬克（Remak）在觀察雞胚血細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的直接分裂，其后費萊明（Flemming）在動物細(xì)胞，施特拉斯伯格（strasburger）在植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了有絲分裂，并證實有絲分裂的實質(zhì)是核內(nèi)絲狀物（染色體）的形成及其向兩個子細(xì)胞的平均分配。1883年范貝內(nèi)登（Van Beneden）在動物細(xì)胞，1886年施特拉斯伯格在植物細(xì)胞中又發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂，至此細(xì)胞分裂的主要類型都被人類發(fā)現(xiàn)了。3、重要細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn) 1883年范貝內(nèi)登（Van Beneden）和博費里（Bovri）發(fā)現(xiàn)了中心體，1894

11、年阿爾特曼（Altmann），1897年本達(dá)（Benda）發(fā)現(xiàn)了線粒體，1898年高爾基（Golgi）發(fā)現(xiàn)了高爾基體。四、實驗細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞學(xué)分支及其發(fā)展 隨著研究的深入，細(xì)胞學(xué)在發(fā)展過程中自然而然地與遺傳學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)聯(lián)系起來，由此出現(xiàn)了三個重要的分支科學(xué)，即：細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞生理學(xué)和細(xì)胞化學(xué)。（一）、細(xì)胞遺傳學(xué) 1876年赫特維希兄弟（Q和RHertuing）在研究海膽卵受精作用時，發(fā)現(xiàn)受精后兩個親本細(xì)胞核具有合并的現(xiàn)象。1888年施特斯伯格在植物體也發(fā)現(xiàn)兩個親本細(xì)胞核的合并現(xiàn)象，并證明植物生殖細(xì)胞的染色體，也象動物一樣比體細(xì)胞少一半。 遺傳的基本規(guī)律是1865年由孟德爾（Gregeo

12、r Mendel）發(fā)現(xiàn)的。但當(dāng)時對生殖的細(xì)胞變化沒有足夠的了解，不足以用來解釋遺傳性狀的自由分配定律。由于這些原因，Mendel的工作當(dāng)時未引起人們的重視。直到1901年孟德爾遺傳定律才被重新發(fā)現(xiàn)。這時細(xì)胞學(xué)的進(jìn)展已經(jīng)能夠?qū)γ系聽栒J(rèn)定的遺傳單位分配機(jī)制有所理解和說明。已知體細(xì)胞的遺傳組是雙倍體，而生殖細(xì)胞或配子是單倍體。1905年威爾遜（Wilson）證實性別與染色體的關(guān)系， 19021903年德國的博韋里（Boveri）同美國的薩頓（Sutton）不謀而合地提出了“染色體遺傳理論”。1910年摩爾根（Morgan）以果蠅為材料，研究它的遺傳與變異，證明基因是決定遺傳性狀的基本單位，而且直線排

13、列在染色體上，由此建立了基因?qū)W說，并為細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。摩爾根的基因論20世紀(jì)中生命科學(xué)取得的革命性進(jìn)展： 美國的生物學(xué)家沃森和英國的物理學(xué)家克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型的建立是20世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的里程碑，標(biāo)志著現(xiàn)代分子遺傳學(xué)的誕生，開辟了20世紀(jì)分子生物學(xué)的新紀(jì)元。 （二）、細(xì)胞生理學(xué) 最早的細(xì)胞學(xué)知識大都是根據(jù)對固定和染色后的細(xì)胞和組織的觀察而得來的，到1899年后，人們研究的興趣轉(zhuǎn)移到活細(xì)胞上。1909年，哈瑞森（Harrison）開辟了研究活動細(xì)胞的一個重要途徑，他發(fā)現(xiàn)胚胎的神經(jīng)細(xì)胞能在體外生長和分化，由此產(chǎn)生了組織培養(yǎng)技術(shù)，純系細(xì)胞

14、株的分離，特別是腫瘤細(xì)胞株的建立及組織培養(yǎng)就成為研究正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的活細(xì)胞結(jié)構(gòu)和行為的一種理想的技術(shù)。（三）、細(xì)胞化學(xué) 細(xì)胞化學(xué)是細(xì)胞學(xué)和物理學(xué)及化學(xué)相結(jié)合的一門“邊緣”科學(xué)。 1924年孚爾根（Feulgen）等介紹了他們首創(chuàng)的孚爾根核染色反應(yīng)，1940年布勒歇（Brachet）用昂納染色液（甲基綠的派洛寧染色法）來測定細(xì)胞中的DNA與RNA?？ㄋ拱厣–aspersson）用紫外光顯微分光光度法測定DNA在細(xì)胞中的含量。 目前細(xì)胞化學(xué)這一分支學(xué)科仍然保持著強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢，尤其是在近20年，由顯微分光光度計到流式分光光度檢測技術(shù)，由免疫熒光與免疫膠體到技術(shù)微光基焦點掃描顯微鏡技術(shù)等，使細(xì)胞

15、成分，特別是核酸與蛋白質(zhì)的定性、定位、定量以及動態(tài)變化的研究達(dá)到了空前的精確性與專一性。五、現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的興起 1839年施萊登繪制出一個植物細(xì)胞模式圖，圖中有核，并顯示了液泡系統(tǒng)和原生質(zhì)流動。 1925年以后細(xì)胞學(xué)家魏爾遜（Wilson）又繪制了一幅細(xì)胞模型圖，圖中描繪了細(xì)胞中含有核、核仁、染色體、中心粒、質(zhì)體、高爾基器、液泡等。 這個模式圖反映了光鏡時代對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平，是細(xì)胞史上第二個具有代表意義的細(xì)胞模式。 1937年電鏡的發(fā)明和應(yīng)用又把細(xì)胞學(xué)帶入到第三個發(fā)展時期。特別是50年代，學(xué)者們利用電鏡觀察了各種超微結(jié)構(gòu)，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、葉綠體、高爾基器、核被膜、溶酶體、線粒體、核糖體等，在電

16、鏡下觀察到的各種細(xì)胞器結(jié)構(gòu)要比在光鏡下看到的形態(tài)復(fù)雜得多。1961年布拉舍（JBrachet）根據(jù)電鏡下觀察到的結(jié)構(gòu)，集4050年代之大成一幅細(xì)胞模式圖，這幅圖比魏爾遜的模式圖已大為改觀，其主要特點是不僅描繪出了細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)，而且反映出細(xì)胞活動的動態(tài)觀點。比如，吞飲泡和分泌泡就是細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)吞和外排活動的一種結(jié)構(gòu)形態(tài)。 由此可見，細(xì)胞學(xué)是在光學(xué)顯微鏡時代成立和發(fā)展的，那時側(cè)重于細(xì)胞整體水平的形態(tài)和生理變化的研究；電鏡技術(shù)的發(fā)展，使學(xué)者們側(cè)重于細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)水平的研究，同時，由于超速離心法及X衍射新技術(shù)的應(yīng)用，使學(xué)者們有可能將亞細(xì)胞成分和大分子分離出來進(jìn)行分析研究。至此，細(xì)胞學(xué)隨之發(fā)展到

17、一新階段細(xì)胞生物學(xué)。 細(xì)胞生物學(xué)由細(xì)胞學(xué)發(fā)展而來，但又不同于細(xì)胞學(xué)，主要表現(xiàn)為兩點：（1）深刻性，它從細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)，超微結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)對細(xì)胞進(jìn)行剖析，并把細(xì)胞的生命活動現(xiàn)象同分子水平和超分子水平聯(lián)系起來。（2）綜合性，它所研究的內(nèi)容更為廣泛，涉及到許多學(xué)科領(lǐng)域，并同遺傳學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)等融合到一起。 70年代，采用高壓電鏡，能顯示出細(xì)胞的立體結(jié)構(gòu)，因而又發(fā)現(xiàn)細(xì)胞基質(zhì)中除微管、微絲外，還有網(wǎng)狀物微梁網(wǎng)架或稱微梁系統(tǒng)的存在。至此，人們認(rèn)識到所謂細(xì)胞基質(zhì)，是含有一定秩序的立體結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)形成了縱橫交錯的“骨架”，總稱為“細(xì)胞骨架”。細(xì)胞骨架同細(xì)胞器的空間分布，功能活動和細(xì)胞運(yùn)動有著密切的關(guān)系。

18、細(xì)胞骨架的發(fā)現(xiàn)是在超微結(jié)構(gòu)研究方面的更大進(jìn)步。1976年，波特（Porter）繪制了細(xì)胞微梁的模式圖。雖然這個模式圖還稱不上是細(xì)胞生物學(xué)史上的第四個細(xì)胞模型，但它卻在細(xì)胞的結(jié)構(gòu)方向刷新了過去的一些概念，如游離核糖體的空間位置（定位），以及各細(xì)胞器之間的相互關(guān)系等。 從細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史中可以看出，科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)工具的進(jìn)步是分不開的。四個細(xì)胞模式圖反映了四個發(fā)展階段的水平，是細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展史中的里程碑，它們都是以重大技術(shù)進(jìn)步為基礎(chǔ)的。 80年代以來，細(xì)胞生物學(xué)主要發(fā)展方向是細(xì)胞的分子生物學(xué)（分子細(xì)胞生物學(xué)），在分子水平上探索細(xì)胞的基本生命規(guī)律，把細(xì)胞看成是物質(zhì)、能量、信息過程的結(jié)合。六、細(xì)胞生物學(xué)的主要學(xué)術(shù)組織、學(xué)術(shù)刊物與教科書 1976年國際上成立了世界性的細(xì)胞生物學(xué)學(xué)術(shù)聯(lián)盟，每4年舉行一次代表大會，會議反映了細(xì)胞生物學(xué)研究的世界水平。 1978年我國在蘭州召開了第一次全國細(xì)胞生物學(xué)大會。 1980年成立了中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會。由此推動了我國細(xì)胞生物學(xué)的不斷發(fā)展。 目前國際上有關(guān)細(xì)胞生物學(xué)或相關(guān)學(xué)術(shù)刊物中，發(fā)表的細(xì)胞生物學(xué)論文被引用最多的三種最重要的學(xué)術(shù)刊物是： cell