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1、第一章 绪论,教学目的与要求：使学生了解细胞生物学的研究对象，任务及总趋势与主要领域。了解细胞生物学发展简史。 教学重点与难点：细胞生物学的研究对象、任务和发展趋势。 教学时数：2学时。 组织教学：考勤，强调课堂纪律及学习本课程中的有关注意事项。,新课内容： 1.1 细胞生物学研究的对象、任务与现状 一、细胞生物学研究的性质与任务 细胞：是生物形态结构和功能的基本单位。 细胞生物学：是研究细胞生命活动基本规律的学科。 细胞生物学研究的任务：是1961年在第一次国际细胞生物学大会上确定的，它的任务是：以动态观点，采用现代科技手段，从三个层次或水平上（细胞水平、亚细胞水平、分子水平）研究细胞的生命
2、活动规律或细胞的整合功能。 细胞生物学研究的主要内容：是在不同层次上研究细胞结构与功能、细胞的增殖分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因的表达与调控、细胞的起源与进化。,细胞生物学是目前生物科学中发展最快的学科之一。细胞分子生物学是目前细胞生物学的重点。细胞工程是21世纪生物工程发展的重要组成部分。可以预见细胞的结构与基本生命活动的研究将越来越深入，并将成为21生命科学研究的重要领域之一。 由于分子生物学概念、方法与技术的引入，使细胞生物学取得了突破性的进展，产生许多新的研究点。如细胞核、染色体及基因表达的研究，生物膜与细胞器的研究，细胞骨架体系的研究，细胞增殖、分化及其调控，细胞的衰老
3、与凋亡、细胞起源与进化等等，这些研究正成为新的概念与新的领域。很多学者认为，在21世纪，细胞生物学将继续迅猛发展，并成为生命科学研究的主流。,二、细胞生物学研究的总趋势与重点领域,从发展趋势看，细胞生物学与分子生物学联系将更加密切，它们相互渗透、相互交融已成为一种新的趋势。 （一）当前细胞生物学研究中有三大基本问题 1、细胞内的基因组是如何在时间上与空间上有序表达的？ 2001年，世界人类基因组计划已经完成，估计人类约有3-4万个基因。研究表明，如果将一些基因放在试管内，只要条件满足，便可以表达。但在细胞内环境中，它能否表达及其表达程序都将受到严格的调节与控制。 2、基因表达产物这些产物主要指
4、蛋白质与核酸、脂质、多糖及其复合物，它们是如何 级装配成能行使生命活动的基本结构体系的？ 3、基因调控产物这些产物是一些活性因子与信号分子，这些因子是如何调节细胞最重要的生命过程的？诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等过程。,（二）当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题。 1、染色体DNA与蛋白质相互作用关系。 目前认为染色体是由一条巨大的DNA分子与其结合蛋白形成的一种动复合结构，可分为细胞间期染色体与分裂期染色体。两者在细胞周期中的交替与相互转换，主要主要是由DNA与蛋白动态结合关系所决定的。与染色体DNA结合的蛋白可分为组蛋白与非组蛋白。目前大量与种类繁多的非组蛋白与DNA的相互关系是研究
5、的主要问题，特别是它们对DNA的复制表达以及与染色体高层次构建等，及动态结构变化的作用是核心问题。,2、细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及调控 细胞的增殖、分化、凋亡与衰老是细胞最重要的生命活动现象，它们既相互联系又相互制约。一切动植物生长发育都是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。 3、细胞信号传导的研究 当前的细胞信号传递的基本内容主要有三方面：（1）是细胞间信号传递：重点是信号分子的结构与功能，信号分子与受体相互作用机制。（2）是受体与信号跨膜转导：G蛋白的发现与较深入的研究使受体转换器的概念与结构功能更具体化。（3）是细胞内信号传递途径：蛋白质的磷酸化与去磷酸化可能是信号转导的关键。,4、
6、细胞结构体系的装配 生物大分子是如何逐级装配并最终形成生物赖以进行生命活动的细胞结构体的？这是当前生命科学面临的最基本的问题之一。 此外，当前细胞生命活动研究还包括很多方面，诸如蛋白质合成、分选与跨膜定向运输。真核细胞起源与进化等等，近年均有迅速的进展。,根据美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收录及引用论文检索说明，目前全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导、细胞凋亡和基因组与后基因组学研究。 而当前全球研究最热门的是三种疾病是：癌症、心血管病、艾滋病和肝炎等传染病， 5大研究方向是（1）细胞周期调控；（2）细
7、胞凋亡；（3）细胞衰老；（4）信号转导；（5）DNA的损伤与修复。,1.2 细胞生物学的发展简史,一、细胞的发现 细胞的发现来自于显微镜的发明。1665年英国学者诺波特.胡克用自制的显微镜观察了软木的薄片，第一次描述了植物细胞的结构，并首次借用拉丁文cellar这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭小室。荷兰的列文.虎克第一次观察到活细胞，虎克一生制作了400多架显微镜，放大倍数一般在50200倍之间，1676年他发现了池塘中的原生动物，1683年又发现了牙垢中的细菌，并把它们描绘下来，寄给当时欧洲的科学中心伦敦皇家学会，刊登在会报上。,1665年，英国人虎克（Robert Hooke）曾
8、用原始的显微镜对 生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。,1676年，微生物学的先驱 荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次 观察到了细菌。他没有上 过大学，是一个只会荷兰 语的小商人，但却在1680 年被选为英国皇家学会的 会员。,列文虎克利用业余时间制造过400多架 单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，,二、细胞学说的建立,1838年，德国植物学家施莱登（MJSchleiden）发表了植物发生论指出细胞是构成植物的基本单位。一年之后，德国动物学家施旺（MJSchwarn）也发表论文指出，动植物都是细胞的集合物。施莱登、施旺共同指出：一切植物、动物都
9、是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位，这就是著名的“细胞学说”。,“细胞学说”提出不久，就迅速被推广到许多领域的研究，对当时生物学的发展起了巨大的促进和指导作用。如施罗德（Sichold）等通过对原生物的研究证明，不仅动植物，而且原生动物也是由细胞组成的，它是只含一个细胞的动物，它能独立地进行全部生命活动。艾伯特可里克（Albert kolliker）通过胚胎研究，证明了生物个体发育的过程就是细胞不断繁殖和分化的连续过程。1958年德国病理学家魏尔肖（Virchow），有一段最著名的话，正如“动物只能来自动物，植物只能来自植物一样”，“细胞只能来自细胞”。魏尔肖有关细胞来自细胞的观点，进
10、一步指明了细胞作为一个相对独立的生命活动基本单位的性质，通常被认为是对细胞学说的一个重要补充。,三、细胞学的经典时期,1、原生质理论的提出 自从迪雅尔丹在原生动物细胞内，发现了十分均匀、有弹性、能收缩的胶状物质后，就称它为“肉样质”。其后1840年普金耶（Pukinje）在动物，1846年冯莫尔在植物细胞中也看到了“肉样质”的东西，并命名为“原生质”。1861年舒尔策（Max Schultze）认为动物细胞内的“肉样质”和植物细胞内的“原生质”具有同样的意义。由此提出了原生质理论：有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般有机体中是相似的。至此，细胞的含义就和最初发现时大不相同了。于是汉森
11、（Hanstein,1880）就提出 “原生质体（protoplast），但由于cell一词沿用已久，因此人们仍采用旧名。,2、细胞分裂的研究 1841年雷马克（Remak）在观察鸡胚血细胞时发现了细胞的直接分裂，其后费莱明（Flemming）在动物细胞，施特拉斯伯格（strasburger）在植物细胞中发现了有丝分裂，并证实有丝分裂的实质是核内丝状物（染色体）的形成及其向两个子细胞的平均分配。1883年范贝内登（Van Beneden）在动物细胞，1886年施特拉斯伯格在植物细胞中又发现了减数分裂，至此细胞分裂的主要类型都被人类发现了。,3、重要细胞器的发现 1883年范贝内登（Van Be
12、neden）和博费里（Bovri）发现了中心体，1894年阿尔特曼（Altmann），1897年本达（Benda）发现了线粒体，1898年高尔基（Golgi）发现了高尔基体。,四、实验细胞学与细胞学分支及其发展,随着研究的深入，细胞学在发展过程中自然而然地与遗传学、生理学、生物化学联系起来，由此出现了三个重要的分支科学，即：细胞遗传学、细胞生理学和细胞化学。 （一）、细胞遗传学 1876年赫特维希兄弟（Q和RHertuing）在研究海胆卵受精作用时，发现受精后两个亲本细胞核具有合并的现象。1888年施特斯伯格在植物体也发现两个亲本细胞核的合并现象，并证明植物生殖细胞的染色体，也象动物一样比体细
13、胞少一半。,遗传的基本规律是1865年由孟德尔（Gregeor Mendel）发现的。但当时对生殖的细胞变化没有足够的了解，不足以用来解释遗传性状的自由分配定律。由于这些原因，Mendel的工作当时未引起人们的重视。直到1901年孟德尔遗传定律才被重新发现。这时细胞学的进展已经能够对孟德尔认定的遗传单位分配机制有所理解和说明。已知体细胞的遗传组是双倍体，而生殖细胞或配子是单倍体。1905年威尔逊（Wilson）证实性别与染色体的关系， 19021903年德国的博韦里（Boveri）同美国的萨顿（Sutton）不谋而合地提出了“染色体遗传理论”。1910年摩尔根（Morgan）以果蝇为材料，研究
14、它的遗传与变异，证明基因是决定遗传性状的基本单位，而且直线排列在染色体上，由此建立了基因学说，并为细胞遗传学的发展奠定了基础。,孟德尔遗传定律的再发现,摩尔根的基因论,20世纪中生命科学取得的革命性进展： 美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克建立的DNA双螺旋结构的分子模型。,美国的生物学家沃森（右）和英国的物理学家克里克（左）,DNA双螺旋结构的分子模型的建立是20世纪生命科学发展的里程碑，标志着现代分子遗传学的诞生，开辟了20世纪分子生物学的新纪元。,（二）、细胞生理学 最早的细胞学知识大都是根据对固定和染色后的细胞和组织的观察而得来的，到1899年后，人们研究的兴趣转移到活细胞上。1
15、909年，哈瑞森（Harrison）开辟了研究活动细胞的一个重要途径，他发现胚胎的神经细胞能在体外生长和分化，由此产生了组织培养技术，纯系细胞株的分离，特别是肿瘤细胞株的建立及组织培养就成为研究正常细胞和癌细胞的活细胞结构和行为的一种理想的技术。,（三）、细胞化学 细胞化学是细胞学和物理学及化学相结合的一门“边缘”科学。 1924年孚尔根（Feulgen）等介绍了他们首创的孚尔根核染色反应，1940年布勒歇（Brachet）用昂纳染色液（甲基绿的派洛宁染色法）来测定细胞中的DNA与RNA。卡斯柏森（Caspersson）用紫外光显微分光光度法测定DNA在细胞中的含量。 目前细胞化学这一分支学科
16、仍然保持着强劲的发展趋势，尤其是在近20年，由显微分光光度计到流式分光光度检测技术，由免疫荧光与免疫胶体到技术微光基焦点扫描显微镜技术等，使细胞成分，特别是核酸与蛋白质的定性、定位、定量以及动态变化的研究达到了空前的精确性与专一性。,五、现代细胞生物学的兴起,1839年施莱登绘制出一个植物细胞模式图，图中有核，并显示了液泡系统和原生质流动。 1925年以后细胞学家魏尔逊（Wilson）又绘制了一幅细胞模型图，图中描绘了细胞中含有核、核仁、染色体、中心粒、质体、高尔基器、液泡等。 这个模式图反映了光镜时代对细胞结构的认识水平，是细胞史上第二个具有代表意义的细胞模式。,1937年电镜的发明和应用又把细胞学带入到第三个发展时期。特别是50年代，学者们利用电镜观察了各种超微结构，如内质网、叶绿体、高尔基器、核被膜、溶酶体、线粒体、核糖体等，在电镜下观察到的各种细胞器结构要比在光镜下看到的形态复杂得多。1961年布拉舍（JBrachet）根据电镜下观察到的结构，集4050年代之大成一幅细胞模式图，这幅图比魏尔逊的模式图已大为改观，其主要特点是不仅描绘
