第一章 細胞生物學緒論

細胞生物學CellBiology課件制作與講授:楊谷良授課對象:生物2013級Pleasebequiet,上課了??！本門課程基本要求認真聽講，積極思考。遵守課堂紀律，不遲到不早退。按班級分班坐成兩排。按時完成作業(yè)：在布置完作業(yè)后三天內由學習委員交到弧形樓310。利用課外時間，自學課外內容。第一章緒論

ChapterⅠIntroduction本章內容提要細胞生物學的研究內容和現(xiàn)狀細胞生物學研究的總趨勢和重點領域細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史我國細胞生物學的主要研究方向1細胞生命的起源與進化

甲烷,NH3水,H2,氨基酸、堿基、單糖2Miller證明地球上的有機分子自動合成的裝置模擬早期的地球生態(tài)環(huán)境條件，在實驗條件下，得到的產物中有大量的有機物,包括尿素、生物和非生物的氨基酸。也就是說在進化的某一過程中地球上有了構成細胞生命物質的基本元件:氨基酸、堿基、單糖等,為細胞的起源作好了物質準備。3Miller證明地球上的有機分子自動合成的裝置

41.細胞生物學研究的內容與現(xiàn)狀所有的生物都是由細胞(cell)構成的。研究細胞及其生物學功能的科學稱為細胞生物學(cellbiology)。

5細胞生物學：研究和揭示細胞基本生命活動規(guī)律的科學，它從顯微、亞顯微與分子水平上研究細胞結構與功能，細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調控、細胞起源與進化等重大生命過程。6生命的層次細胞,cell,是生命體的結構與生命活動的基本單位。所謂生命實質上即是細胞屬性的體現(xiàn)。7生命能夠對外界刺激作出反應。細胞能夠獨立生存并與外界有物質和信息交換。是生物體結構與功能的基本單位。細胞生物學在現(xiàn)代生物學中的地位細胞生物學是現(xiàn)代生物學的基礎學科，是生物學各學科在細胞水平的統(tǒng)一。我國基礎科學發(fā)展規(guī)劃中，把細胞生物學、分子生物學、神經(jīng)生物學、生態(tài)學并列為生命科學的四大基礎學科。

8CellBiology&MolecularBiology分子生物學的進步推動著細胞生物學向著更深層次發(fā)展，－－CellandMelecularBiology，人們不斷從分子水平上去揭示生命活動現(xiàn)象的本質。需要指出的是，雖然許多生命現(xiàn)象可以用分子的結構屬性來解釋，但是生物體最基本的結構單位是細胞，細胞是作為一個整體而存在，分子對于細胞來說總歸是從屬關系。大分子所表現(xiàn)出的一些屬性只有在細胞這個體系里才具有生命的意義。相關思考：有人試圖用某物種（如恐龍）的總DNA來恢復物種的存在，你認為可行嗎？Why?9基本問題

1.細胞內的基因組如何在時間與空間上有序表達。

2.基因表達的產物（主要是結構蛋白）是如何逐級裝配成能行使生命活動的基本結果體系及各種細胞器的？

3.基因表達的產物（主要是活性因子與信號分子）是如何調節(jié)細胞最重要的生命活動過程的？

14 美國科學情報研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學研究中論文發(fā)表最集中的三個領域分別是：

細胞信號轉導（signaltransduction）；

細胞凋亡（cellapoptosis）；

基因組與后基因組學研究（genomeandpost-genomicanalysis）。16目前研究最熱門的三大疾?。喊┌Y、艾滋病、心腦血管和肝炎等傳染性疾病。2細胞生物學研究的主要研究內容細胞結構功能與細胞重要生命活動當前，細胞生物學的研究內容主要包括以下諸方面：101.2.1

生物膜與細胞器的研究生物膜的結構及物質基礎的跨膜轉動1.2.3

細胞骨架體系的研究細胞質骨架、細胞核骨架的結構與功能1.2.4

細胞增殖及其調控細胞增殖與分化的調控機制111.2.2細胞信號轉導細胞對信號的識別與跨膜轉導1.2.5

細胞增殖及其調控與多細胞生物體的生長與發(fā)育相關。1.2.6

細胞分化及干細胞生物學基因如何受復雜信號調控

1.2.10

細胞的起源與進化

35-38億年前形成原始生物后，如何在以后的時間內形成了如此復雜的生物。1.2.9

細胞工程跨越種的基因轉移成為可能。121.2.7細胞死亡細胞凋亡與壞死1.2.8細胞衰老端粒學說與氧化損傷學說2細胞學與細胞生物學發(fā)展簡史從時間縱軸來看細胞生物學的歷史大致可以劃分為四個主要的階段：（1）細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立，從1665年－1874年；（2）細胞學的經(jīng)典時期，從1875－1900年；（3）實驗細胞學時期，從1900年到1953年的半個世紀；（4）細胞生物學的誕生。172.1.1顯微鏡的發(fā)明與細胞的發(fā)現(xiàn)1590年荷蘭眼鏡制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一臺復式顯微鏡。2.1細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立1665年，英國的物理學家胡克用自己設計并制造的顯微鏡觀察櫟樹軟木塞切片時發(fā)現(xiàn)其中有許多小室，狀如蜂窩，稱為"cella"，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)細胞，不過，胡克發(fā)現(xiàn)的只是死的細胞壁。胡克的發(fā)現(xiàn)對細胞學的建立和發(fā)展具有開創(chuàng)性的意義，其后，生物學家就用"cell"一詞來描述生物體的基本結構。

18圖－1.2

RobertHook和他的顯微鏡

RobertHook和他的顯微鏡192.1.1顯微鏡的發(fā)明與細胞的發(fā)現(xiàn)2.1細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立1674年，荷蘭布商列文虎克(AntonvanLeeuwenhoek)為了檢查布的質量，親自磨制透鏡，裝配了高倍顯微鏡(300X左右)，并觀察到了血細胞、池塘水滴中的原生動物、人類和哺乳類動物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細胞。列文虎克把他的觀察結果寫信報告給了英國皇家學會，得到英國皇家學會的充分肯定，并很快成為世界知名人士。成為皇家學會會員，一生中制作了200多臺顯微鏡和500多個鏡頭。20A.vanLeeuwenhoek的顯微鏡圖－1.3A.vanLeeuwenhoek的顯微鏡21列文虎克設計的顯微鏡，是當時最小，但是放大倍數(shù)量大的。

1838年，

德國植物學家施來登(MathiasSchleiden)提出:盡管植物的不同組織在結構上有著很大的差異，但是植物是由細胞構成的，植物的胚是由單個細胞產生的。

1839年，

德國動物學家施旺(TheodorSchwann)提出了細胞學說的兩條最重要的基本原理∶①地球上的生物都是由細胞構成的;②所有的生活細胞在結構上都是類似的。

2.1.1顯微鏡的發(fā)明與細胞的發(fā)現(xiàn)2.1細胞的發(fā)現(xiàn)及細胞學說的創(chuàng)立2.1.2細胞學說的創(chuàng)立及其意義22此細胞學說的創(chuàng)立被認為歸功于Schleiden和Sehwann兩個人，而且年份也被定到1839年。

Schwann提出：1)

有機體是由細胞構成的；2)

細胞是構成有機體的基本單位。

1855年，德國醫(yī)生和病理學家魏爾肖(RudolfVirchow)補充了細胞學說的第三條原理:所有的細胞都是來自于已有細胞的分裂，即細胞來自于細胞，進一步完善了細胞學說。232.2細胞學的經(jīng)典時期2.2.1

原生質理論的提出》1840年．Pukinje在動物、1846年VonMohl在植物中分別看到了“肉樣質”的物質，并將其命名為“原生質”

protoplasm。》1861年Schultze認為動植物細胞中的原生質具有同樣的意義，并提出了原生質理論：有機體的組織單位是一小團原生質，這種物質在一般有機體中是相似的，并把細胞明確地定義為：“細胞是具有細胞核和細胞膜的活物質”?！?880年Hanstain提出“原生質體”（protoplast）概念，把細胞概念演變成由細胞膜包圍著的原生質，原生質分化為細胞核和細胞質。242.2.2細胞受精和分裂的研究1876德國人O.Hertwig發(fā)現(xiàn)海膽的受精現(xiàn)象。1879德國人W.Flemming觀察了蠑螈細胞的有絲分裂，于1882年提出了mitosis(有絲分裂)這一術語。后來德國人E.Strasburger(1876~80)在植物細胞中發(fā)現(xiàn)有絲分裂，認為有絲分裂的實質是核內絲狀物（染色體)的形成及其向兩個子細胞的平均分配，動植物的受精實質上是父本和母本配子核的融合，并于1984提出了Prophase(分裂前期)和Metaphase(分裂中期)的概念。1883年VanBeneden在動物、1886年Strasburger在植物分別發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂現(xiàn)象。252.2.3

重要細胞器的發(fā)現(xiàn)

1883年VanBeneden和Boveri在動物細胞中發(fā)現(xiàn)了中心體；1888年Waldeyer提出染色體概念；1898年Golgi發(fā)現(xiàn)了高爾基體；同年，線粒體也被正式命名。262.3

實驗細胞學時期從1900年到1953年的半個世紀里，細胞學的發(fā)展主要是采用實驗的手段研究細胞學的問題，將這一時期稱為實驗細胞學（experimentalcytology）時期，其特點是從形態(tài)結構的觀察深入到生理功能、生物化學、遺傳發(fā)育機制的研究。272.3

實驗細胞學時期2.3.1

細胞遺傳學cytogenetics遺傳學和細胞學結合建立了細胞遺傳學，主要是從細胞學的角度，特別是從染色體的結構和功能以及染色體和其他細胞器的關系來研究遺傳現(xiàn)象，闡明遺傳和變異的機制。282.3

實驗細胞學時期2.3.1

細胞遺傳學Cytogenetics2.3.2

細胞生理學Cytophysiology

細胞學同生理學結合建立了細胞生理學，主要研究內容包括細胞從周圍環(huán)境中攝取營養(yǎng)的能力、代謝功能、能量的獲取、生長、發(fā)育與繁殖機制以及細胞受環(huán)境的影響而產生適應性和運動性的活動。細胞的離體培養(yǎng)技術對細胞生理學的研究具有巨大貢獻。292.3

實驗細胞學時期2.3.1

細胞遺傳學Cytogenetics2.3.2

細胞生理學Cytophysiology

2.3.3

細胞化學Cytochemistry細胞學和化學的結合產生了細胞化學，主要是研究細胞結構的化學組成及化學分子的定位、分布及其生理功能。302.4

細胞生