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1、CELL BIOLOGY COURSE,细胞生物学,2010年春,陕西师范大学生命科学学院细胞生物学教研组 齐 浩 (13060388299） ,第一章 绪论,INTRODUCTION,OUTLINE,第一节：细胞生物学的研究内容与现状 第二节：细胞学与细胞生物学发展简史 第三节：细胞生物学学习方法 第四节：对未来的展望,主要参考教材： （中文） 1、细胞生物学 翟中和等 高等教育出版社 （第三版） 2、分子细胞生物学 韩贻仁 科学出版社 3、医学细胞与分子生物学 陈诗书 上海医科大学出版社 4、细胞生物学 王德耀 上海科学技术出版社 5、细胞生物学 汪堃仁 北京师范大学出版社 6、细胞生物学
2、 王金发 科学出版社 2004 7、细胞生物学 薛绍白 科学出版社 2002 8、 细胞生物学研究方法与技术 刘鼎新北医、协和医大联合出版社 9、细胞分子生物学 中国军事医学科学院 科学出版社 10、分子细胞生物学 清华大学出版社 陈烨光等主编,第一节 细胞生物学的研究内容与现状,细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性。对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。细胞生物学是当代生命科学领域发展速度最快的前沿学科，是生命科学包括农学、医学等相关领域的一门必修课。50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。,细胞生物学研究细胞的基本生命活动规律
3、，例如细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡，信号转导、基因表达调控，细胞的起源与进化，从显微（微米结构）、亚显微（纳米结构）和分子三个层次进行综合研究，以分子细胞生物学为主，发展速度之快可用中国的一句古语形容：“洞中方数月，世上已千年”。,细胞生物学的概念与范围,细胞生物学的发展趋势： 结构 功能 静态 动态 显微结构 超微结构 精细结构 细胞器 大分子复合物 大分子 （纳米机器）,细胞生物学由细胞学（Cytology）发展而来，Cytology是指对细胞形态（特别是染色体形态）与结构的观察使用的主要工具是显微镜类。,但是，细胞是一个复杂系统，具有多层次、非线性、多侧面等特点。在细胞水平
4、的主要研究策略是还原论，但随生物信息学的快速崛起，21世纪伊始已转向系统学的研究策略，各种组学应运而生。 由于细胞是能够独立生存的最小生命单位，同时又是有机体的结构与功能单元，因此生命的奥秘应当从细胞中寻找,我国基础学科发展规划将细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。 一般而论，细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法，以细胞为生命活动核心问题是基因调控在细胞层面的展开的基本单位来探索生命活动规律的一门学科。其，研究细胞在其生成、生长、分化与遗传诸多生命过程中是怎样被遗传信息和环境信息所支配和影响。,细胞生物学的主要研究内容,（一）细
5、胞核、染色体与基因表达调控 细胞核是遗传物质储存的场所与复制和转录的部位，核仁负责生成rRNA并组装核糖体亚基，核孔复合体负责核内外的物质交流。细胞生物学的研究任务之一是染色体在核内的动态变化及其在核中的定位分布、染色体结构特征对基因表达调控的影响。这一研究领域与细胞遗传、表观遗传和发育生物学研究领域关系密切。,（二）生物膜与细胞器的研究 生物膜的出现标志独立生命体的出现。由于细胞器大多数由膜组成，生物膜的结构及其功能、含膜细胞器的研究以及与膜相关的物质转运是这一领域的研究热点。生物能量的合成与利用也与膜的功能相关。,（三）细胞骨架体系的研究 广义的细胞骨架是核骨架和细胞质骨架，后者有时也称为
6、细胞骨架。 细胞骨架与细胞形态维持、组织形成、细胞生存、细胞内物质与细胞器的运输、大分子加工与转运、基因表达与调控等生命活动关系紧密，已成为国际上热点研究领域之一，进展速度很快。,（四）细胞增殖与调控 生物体的生长依赖于细胞的生长、增殖与分化。对细胞增殖基本规律及其调控机制的研究可能理解生物体的生长与发育，理解癌症发生以寻找对策等。目前的研究焦点是环境因子中对细胞增殖有重要影响的因子，以及在细胞增殖过程中有关键作用的一些基因，以及这些因子和相关基因相互作用的模式与效应。,（五）细胞分化与调控 分化是发育的基础。细胞层面的分化是理解有机体在发育过程中形态建成以及功能特化的基础。这是细胞生物学、发
7、育生物学和遗传学交汇的研究领域，由一个受精卵发育成复杂生命体的过程一直是生命科学中最引人入迷的研究课题。,（六）细胞的衰老和凋亡 衰老研究的是生物体的寿命特别是人类的寿命，细胞的衰老与整体的衰老密切相关。 细胞凋亡又称为程序性细胞死亡，是由一系列基因控制并被复杂信号调控的细胞的自然死亡过程。细胞凋亡牵涉到机体内众多病理过程，与疾病的产生和发展相关。,（七）细胞的起源与进化 这是生命科学的重大理论和难度极高的研究课题之一. 有一些实验室2007年底声称他们已经人工合成了能够独立生活的人造细胞，尽管这种合成细胞有重大缺陷，而且存活时间很短，但仍标志着对生命的理解向前跨出了一大步。,（八）细胞工程
8、细胞生物学与遗传学的交叉领域，这是传统意义的看法。细胞工程主要属于工程技术领域。将已经了解的原理通过技术得到应用，而这个应用的速度极快。同时为基础理论提供问题和方法。 细胞工程现阶段的主要工作是人工将不同细胞来源的基因转移或对不同细胞的基因组进行重组，例如体细胞杂交和物种的克隆实验。,细胞生物学的总研究趋势与重点领域,三大基本问题： 1、基因组在细胞中的有序时空表达如何进行？ 2、基因表达产物如何组装为生命分子并行使功能？ 3、基因表达产物（活性分子与信号分子）如何调节细胞生命活动的过程？,细胞基本生命活动研究的若干问题 1、染色体DNA与蛋白质的相互关系 2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡
9、）的相互关系与调控 3、细胞信号转导的研究 4、细胞结构体系的组装,细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段： 1、细胞的发现。16世纪末-19世纪30年代。细胞发现和细胞知识的积累阶段。 2、细胞学说的提出。19世纪30年代-20世纪中期细胞学说提出之后，主要进行细胞显微形态的研究。,第二节：细胞生物学简史,3、细胞超微结构研究。20世纪30年代-70年代。以细胞超微结构、细胞核型、染色体带型研究为主要内容。,4、分子细胞生物学。从20世纪80年代分子克隆技术的成熟到当前，细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容,
10、没有显微镜就不可能有细胞学诞生。,一、显微镜的发明与细胞的发现,1、1590年，荷兰眼镜制造商J和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜。,2、1665年，英国人Robert Hook首次描述了植物细胞(木栓)，命名为cella。,Robert Hooke,3、1672，1682英国人Nehemaih Grew出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。,4、1680 荷兰人A. van Leeuwenhoek成为皇家学会会员，一生中制作了200多台显微镜和500多个镜头。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。,Made
11、by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x.,（图片来自http:/）,5、1752 英国望远镜商人J. Dollond 发明消色差显微镜。,6、1812 苏格兰人D. Brewster 发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。,7、1886 德国人Ernst Abbe 发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。,Large Student Microscope made by Charles Chevalier 1840,现代显微镜,7、1932年，荷兰籍德国人F. Zernike成功
12、设计了相差显微镜（phase contrast microscope)，并因此获1953年诺贝尔物理奖。,8、1932年，德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska发明电镜，1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。,9、1981年，瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验中心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。,二、细胞学说,在十九世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对各种有机体中出现细胞的意义一直没有作出理论的概括，直到19世纪30年代
13、德国人施莱登Matthias Jacob Schleiden 、施旺Theodar Schwann提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。这一学说即“细胞学说（Cell Theory)”，在19世纪已有不少科学家的工作对细胞学说的创立做出了很大的贡献。其中，有,1、Jean-Baptiste de Lamark （17441829)，获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆军中尉，50岁成为巴黎动物学教授，1809年他认为只有具有细胞的机体，才有生命。“It has been recognized for a long time that the membranes whi
14、ch form the envelopes of the brain，of the nerves，of vessels，of all kinds of glands，of viscera，of muscles and their fibers，and even the skin of the body are in general the productions of cellular tissue。But no one，so far as I know， has yet perceived that cellular tissue is the general matrix of all o
15、rganization and that without this tissue no living body would be able to exist，nor could it have been formed。”,2、Charles Brisseau Milbel（17761854)，法国植物学家，1802年认为植物的每一部分都有细胞存在，“the plant is wholly formed of a continuous cellular membranous tissue。Plants are made up of cells，all parts of which are in
16、continuity and form one and the same membranous tissue”。,3、Henri Dutrochet （17761847），法国生理学家，1824年进一步 描述了细胞的原理，他认为“All organic tissues are actually globular cells of exceeding smallness，which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues， all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified。This uniformity of finer structure proves that organs actually di
