細(xì)胞生物學(xué)教程課件

細(xì)胞生物學(xué)教程主講：CELLBIOLOGYCOURSE電話：（66）E-mail：網(wǎng)絡(luò)課程：帳號/密碼:51search二十一世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)1）生命科學(xué)吸引了大批優(yōu)秀科學(xué)家。2）人類所面臨的人口、食品、能源、環(huán)境、健康等一系列問題都有待生命科學(xué)回答。3）發(fā)展迅速，期刊數(shù)量最多，SCI源期刊IF排在前十位的均為生物醫(yī)學(xué)類期刊。其中細(xì)胞生物學(xué)的平均影響影子為4.1，高居榜首。第一章緒論（歷史與展望）HISTORYANDPERSPECTIVE第一節(jié)一小段歷史細(xì)胞生物學(xué)研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史。由細(xì)胞學(xué)（Cytology）發(fā)展而來。是揭開生命奧秘的關(guān)鍵學(xué)科。是當(dāng)代生物科學(xué)中發(fā)展最快的一門學(xué)科。是生物、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等專業(yè)的一門必修課程。細(xì)胞生物學(xué)的研究內(nèi)容分三個層次：1）顯微水平，光學(xué)顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。2）超微水平，電子顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。3）分子水平，細(xì)胞結(jié)構(gòu)的分子組成，及其在生命活動中的作用。細(xì)胞生物學(xué)經(jīng)歷了四個主要發(fā)展階段：1）1665-1830s，細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，顯微生物學(xué)。2）1830s-1930s，細(xì)胞學(xué)說，Cytology誕生。3）1930s-1970s，電鏡技術(shù)應(yīng)用，Cytology發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。4）1970s以來，分子細(xì)胞生物學(xué)時代。1665年英國人RobertHooke出版《顯微圖譜》。觀察了軟木，并首次用cells來描述“細(xì)胞”。1680年A.vanLeeuwenhoek當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。他觀察過植物、原生動物、水、鮭魚的紅細(xì)胞、牙垢中的細(xì)菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，對細(xì)胞的研究沒有實(shí)質(zhì)進(jìn)展。RobertHookeandhis“cells”Micrographia

MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認(rèn)識。1931年R.Brown在蘭科植物表皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核。1936年GG.Valentin在動物神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核與核仁。這些工作對于細(xì)胞學(xué)說的誕生具有重要意義。通常認(rèn)為施萊登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了細(xì)胞學(xué)說。實(shí)際上它是19世紀(jì)許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等許多著名科學(xué)家。Jean-BaptistedeLamark1838年Schleiden發(fā)表“植物發(fā)生論”，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都由細(xì)胞構(gòu)成。但他以free-cellformation理論來解釋細(xì)胞形成。Schwann提出了“細(xì)胞學(xué)說”（CellTheory)；1939年發(fā)表了“關(guān)于動植物結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究”。Schwann提出：有機(jī)體是由細(xì)胞構(gòu)成的；細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。但他也采用了的Schleiden細(xì)胞形成理論。1855德國人R.Virchow提出“一切細(xì)胞來源于細(xì)胞”（omnis

cellulaecellula）的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。RudolfVirchow

細(xì)胞學(xué)理論對細(xì)胞學(xué)發(fā)展的推動作用

細(xì)胞科學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展既依賴于實(shí)驗(yàn)觀察，又有待于理論的升華。盡管細(xì)胞是1665年發(fā)現(xiàn)的，但在其后的170年的時間里細(xì)胞學(xué)的研究沒有什么大的發(fā)展，究其原因主要是沒有將這一發(fā)現(xiàn)上升為理論，因而也就沒有指導(dǎo)意義。但是，細(xì)胞學(xué)理論創(chuàng)立之后，在這一理論的指導(dǎo)下，細(xì)胞學(xué)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。三、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究1932年德國人E.Ruska和M.Knoll發(fā)明透射電鏡，人類視野進(jìn)入超微領(lǐng)域。1939年Siemens公司生產(chǎn)商品電鏡。1940-50s用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心、電泳、無細(xì)胞體系等分析技術(shù)研究這些結(jié)構(gòu)的功能。Cytology發(fā)展為CellBiology。1952年RE.Franklin拍攝到清晰的DNA晶體的X-衍射照片。1953年她認(rèn)為DNA是一種對稱結(jié)構(gòu)，可能是螺旋。1953年，JD.Watson和FHC.Crick提出DNA雙螺旋模型。與Wilkins分享1962年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎。1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。1961-1964年Nirenberg等破譯遺傳密碼。1972年DA.Jackson，RH.Symons和P.Berg創(chuàng)建DNA體外重組。1973年SN.Cohen和HW.Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，并在大腸桿菌中表達(dá)。一系列技術(shù)和理論的提出，使細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合越來越緊密。1983年，KB.Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎。1990年，美國國會正式批準(zhǔn)的“人類基因組計(jì)劃”（HumanGenomeProject）。我國于1993年加入該計(jì)劃，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號染色體短臂上約30Mb的測序任務(wù)。2000年6月28日人類基因組工作草圖完成。同年，美國國立衛(wèi)生研究院給一名患有先天性重度聯(lián)合免疫缺陷病的4歲女孩實(shí)施了首例基因治療。這種疾病因腺苷脫氨酶（ADA）基因變異引起。1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英國蘇格蘭盧斯林研究所的試驗(yàn)基地誕生。DollywithherfirstbornlambEMBRYOCOLONINGLelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

2001年，美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。2002年，英國人悉尼·布雷諾爾、美國人羅伯特·霍維茨和英國人約翰·蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

2003年，美國科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)氣味受體和嗅覺系統(tǒng)的組成。RichardAxelLindaB.Buck2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。BarryJ.MarshallJ.RobinWarren2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予兩名美國科學(xué)家安德魯·菲爾和克雷格·梅洛，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了RNA干擾現(xiàn)象。菲爾和梅洛將分享一千萬瑞典克朗的獎金(137萬美元、107萬歐元)。安德魯·法爾克雷格·梅洛近年,諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲獎?wù)呙麊渭捌渲饕删?005年，澳大利亞科學(xué)家巴里·馬歇爾和羅賓·沃倫。他們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致人類罹患胃炎、胃潰瘍和十二指腸潰瘍的罪魁——幽門螺桿菌，革命性地改變了世人對這些疾病的認(rèn)識。2004年，美國科學(xué)家理查德·阿克塞爾和琳達(dá)·巴克。他們在氣味受體和嗅覺系統(tǒng)組織方式研究中做出貢獻(xiàn)，揭示了人類嗅覺系統(tǒng)的奧秘。2003年，美國科學(xué)家保羅·勞特布爾和英國科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德。他們在核磁共振成像技術(shù)上獲得關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)最終導(dǎo)致核磁共振成像儀的出現(xiàn)。2002年，英國科學(xué)家悉尼·布雷內(nèi)、約翰·蘇爾斯頓和美國科學(xué)家羅伯特·霍維茨。他們?yōu)檠芯科鞴侔l(fā)育和程序性細(xì)胞死亡過程中的基因調(diào)節(jié)作用做出了重大貢獻(xiàn)。2001年，美國科學(xué)家利蘭·哈特韋爾、英國科學(xué)家保羅·納斯和蒂莫西·亨特。他們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致細(xì)胞分裂的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)為研究治療癌癥的新方法開辟了途徑。2000年，瑞典科學(xué)家阿爾維德·卡爾松、美國科學(xué)家保羅·格林加德和埃里克·坎德爾。他們在研究腦細(xì)胞間信號的相互傳遞方面獲得了重要發(fā)現(xiàn)。第二節(jié)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法一、認(rèn)識細(xì)胞生物學(xué)課程的重要性正如原子是物理性質(zhì)的最小單位，分子是化學(xué)性質(zhì)的最小單位，細(xì)胞是生命的基本單位。諾貝爾獎頻繁授予細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域。各國政府都重視細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科，新西蘭科技部（MinistryofResearch,ScienceandTechnology）的報告BIOTECHNOLOGIESTO2005中認(rèn)為細(xì)胞生物學(xué)是未來生物技術(shù)的重要支撐學(xué)科。二、了解生物科學(xué)與哲學(xué)和其它自然科學(xué)的關(guān)系人類對于生命的認(rèn)識論主要有：活力論（vitalism）機(jī)械論、還原論（reductionism），機(jī)械唯物論整體論（holism），即辯證唯物論現(xiàn)代生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，與其它自然科學(xué)具有密切的關(guān)系。DNA雙螺旋模型的提出就是理科知識綜合應(yīng)用的典范。三、掌握學(xué)科的基本邏輯掌握學(xué)科的思維邏輯對于學(xué)習(xí)和預(yù)見一個有價值的發(fā)現(xiàn)很有幫助。1．結(jié)構(gòu)與功能2．基因與表型3．信號與效應(yīng)4．趨同與分異5．同源與同工四、將學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆。將學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問幾個為什么？盡可能形成對細(xì)胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。善于靈活應(yīng)用學(xué)過的知識解釋生命現(xiàn)象。五、了解學(xué)科的過去、現(xiàn)在和未來了解學(xué)科的發(fā)展，把握時代的脈搏，才能作出有價值的工作，當(dāng)前的熱點(diǎn)主要有“膜生物學(xué)”、“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細(xì)胞周期調(diào)控”、“細(xì)胞凋亡”、“細(xì)胞分化”、“腫瘤生物學(xué)”、“干細(xì)胞”等。讀一點(diǎn)科技史，了解科學(xué)家的成功之路。讀一些新的文獻(xiàn)。以下提供一些文獻(xiàn)檢索入口。免費(fèi)的數(shù)據(jù)庫，提供918中期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)優(yōu)秀期刊，提供1955年以來的全文。生物化學(xué)方面的優(yōu)秀期刊，提供1905年以來的全文。美國科學(xué)院學(xué)報，提供1915年以來的全文，一些經(jīng)典細(xì)胞生物學(xué)論文發(fā)表于該刊。Pubmed，大名鼎鼎的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫，屬于美國國立醫(yī)學(xué)圖書館，可查閱生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的文摘。我校具有以下數(shù)據(jù)庫，初步能夠滿足學(xué)習(xí)需要。中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（重慶維普）中國期刊網(wǎng)鏡像萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)鏡像EBSCOhost外文全文數(shù)據(jù)庫Springer外文電子期刊閑暇之余到我們的網(wǎng)站坐坐，我會回答你們的任何問題51search51search第三節(jié)對未來的展望人類經(jīng)歷了漫長的采獵文明后，約在一萬年前進(jìn)入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，18世紀(jì)60年代，英國率先進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)，20世紀(jì)50年代美國最早走完工業(yè)經(jīng)濟(jì)的歷程，進(jìn)入信息時代。據(jù)專家估計(jì)這一經(jīng)濟(jì)形態(tài)的“壽命”為75~80年，到本世紀(jì)20年代將漸漸失去活力，屆時人類迎接下一個經(jīng)濟(jì)時代，即生物經(jīng)濟(jì)時代的到來。它有以下特點(diǎn)：一、推動產(chǎn)業(yè)革命，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)生長點(diǎn)生物產(chǎn)業(yè)的比重將逐步提高。目前藥品中有15%基于生物技術(shù)，這一數(shù)字據(jù)估計(jì)到2010年會增加到40%。生物芯片已廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)、司法鑒定等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)基因動植物的市場前景廣闊，2004年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已經(jīng)達(dá)到8100萬公頃。GeneChip二、推動醫(yī)學(xué)革命，延長人類壽命20世紀(jì)抗生素和疫苗的應(yīng)用、醫(yī)療技術(shù)的提高使人類平均壽命從20世紀(jì)初的40幾歲在世紀(jì)末達(dá)到70多歲。但是心血管病、癌癥和各類遺傳病或遺傳相關(guān)的疾病仍然是威脅人類健康的主兇。21世紀(jì)生物技術(shù)將推動新一輪醫(yī)學(xué)革命，從疾病預(yù)防、疾病診斷、藥物研制、基因治療、組織工程、器官移植、抗衰老等方面，延長人類壽命。三、推動綠色革命，解決食品危機(jī)。20世紀(jì)60年代以來，雜交高產(chǎn)作物的廣泛應(yīng)用，引起第一次綠色革命。二十一世紀(jì)轉(zhuǎn)基因動植物、組織培養(yǎng)、胚胎移植、動物克隆等一系列新技術(shù)將再一次改變農(nóng)業(yè)的面貌，創(chuàng)造新品種、生產(chǎn)人類所急需的糧食、藥物和工業(yè)用品，推動第二次綠色革命。四、創(chuàng)造新品種，改善生態(tài)環(huán)境植物抗旱、抗寒、抗鹽基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有可能徹底改變10億畝干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使5億畝不毛之地、鹽堿地變?yōu)榱继铩Ｓ糜趶U氣、廢水、廢渣處理的基因工程極端微生物的應(yīng)用，可降解生物塑料產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推廣，將會解決工業(yè)排放、白色垃圾等環(huán)保難題，有效改善生態(tài)環(huán)境。五、發(fā)展綠色能源，解決能源危機(jī)煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的開發(fā)涉及國家安全。全球生物質(zhì)能的儲量為18000億噸，相當(dāng)于640億噸石油。開發(fā)生物乙醇、生物柴油、生物發(fā)電、生物氫等，已經(jīng)成為許多國家的能源戰(zhàn)略。植物光合作用機(jī)理研究取得重大突破，人工光解水產(chǎn)生的氫氣將成為繼化石燃料之后主要的能源。六、生物安全關(guān)系到國家安全生物技術(shù)是一柄雙刃劍。轉(zhuǎn)基因動植物可能對野生資源造成破壞。生物工程武器將改變戰(zhàn)爭的方式與后果。生物恐怖的防范必須重視。外來入侵物種的危害日趨嚴(yán)重。七、是沖擊傳統(tǒng)倫