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1、1细胞生物学细胞生物学CELL BIOLOGY234第一章绪论第一章绪论 第二章第二章细胞的统一性与多样性细胞的统一性与多样性第三章第三章细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法第四章第四章细胞质膜细胞质膜第五章第五章物质的跨膜的运输物质的跨膜的运输第六章第六章线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体第七章第七章细胞基质与内膜系统细胞基质与内膜系统第八章蛋白质分选与膜泡运输第八章蛋白质分选与膜泡运输第九章第九章细胞信号转导细胞信号转导第十章第十章细胞骨架细胞骨架第十一章第十一章细胞核与染色体细胞核与染色体第十二章第十二章核糖体（不讲）核糖体（不讲）第十三章细胞周期与细胞分裂第十三章细胞周期与细胞分裂第十四章第
2、十四章细胞增殖调控与癌细胞细胞增殖调控与癌细胞第十五章第十五章细胞分化与胚胎发育细胞分化与胚胎发育第十六章细胞死亡与衰老第十六章细胞死亡与衰老第十七章细胞的社会联系第十七章细胞的社会联系内容内容5第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 细胞生物学的发展简史细胞生物学的发展简史第二节第二节 细胞生物学的研究内容及研究现状细胞生物学的研究内容及研究现状第三节第三节 细胞生物学与其他学科的关系细胞生物学与其他学科的关系第四节第四节 细胞生物学的主要学术组织和学术刊物细胞生物学的主要学术组织和学术刊物6第一节第一节 细胞生物学的发展简史细胞生物学的发展简史7把细胞生物学的发展分为三个主要阶段：把细胞生物学
3、的发展分为三个主要阶段：一、一、19世纪以及更早的时期，是以形态描述为世纪以及更早的时期，是以形态描述为主的主的细胞生物科学时期细胞生物科学时期。二、二、20世纪的前半个世纪，主要是世纪的前半个世纪，主要是细胞实验生细胞实验生物学时期物学时期。三、三、20世纪五六十年代以来，由于世纪五六十年代以来，由于DNA双螺旋双螺旋的发现与中心法则的建立，开始进入了精细定性的发现与中心法则的建立，开始进入了精细定性与定量的与定量的细胞生物学时期细胞生物学时期。8一、形态描述为主的一、形态描述为主的时期时期（ 19世纪以及更早的时期）世纪以及更早的时期）1、细胞的发现、细胞的发现2、细胞学说的建立、细胞学说
4、的建立3、细胞学的经典时期、细胞学的经典时期9细胞的发现细胞的发现101604年年hans Janssen制作第一台真正意义上制作第一台真正意义上的显微镜，放大倍数超过的显微镜，放大倍数超过10-30倍。倍。1610年年Galileo Galilei用显微镜观察昆虫。用显微镜观察昆虫。 11In1665Robert Hooke and his “cells”12RobertHookesmicroscope13In1665- 14MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.Resolvingpoweris1.4m荷
5、兰尤特莱克特大学博物馆151830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。和功能有了新的认识。1831年年Robert. Brown在兰科植物和其它几在兰科植物和其它几种植物表皮细胞中发现了种植物表皮细胞中发现了细胞核细胞核。1836年年GG. Valentin在动物神经细胞中发现在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。具有重要意义。 细胞学说的建立细胞学说的建立16通常认为施莱登（通常认为施莱登（MJ. Schleiden）和施旺（）和施旺（T. Schwann
6、）正式提出了细胞学说。）正式提出了细胞学说。实际上它是实际上它是19世纪许多科学家共同努力的结果。世纪许多科学家共同努力的结果。包括包括:BC. Dumortier、JB. de Lamark、CB. Milbel、H. Dutrochet、R. Brown、JE. Purkyne、R. Remak、R.Virchow等许等许多著名科学家。多著名科学家。171838年年Schleiden发发表表“植植物物发发生生论论” ，认认为为无无论论怎怎样样复复杂杂的的植植物物都都由由细细胞胞构构成成。但但他他以以free-cell formation理论来解释细胞形成。理论来解释细胞形成。Schwann
7、提提出出了了“细细胞胞学学说说”（Cell Theory) ；1839年年发发表表了了“关关于于动动植植物物结结构构和和生生长长一一致致性性的的显显微研究微研究”。指出动植物都是细胞的集合物。指出动植物都是细胞的集合物。二二人人共共同同提提出出：一一切切植植物物、动动物物都都是是由由细细胞胞组组成成的的，细细胞胞是是一一切切动动植植物物体体的的基基本本单单位位著著名名的的细细胞胞学学说。说。1855 德德国国人人R. Virchow 提提出出“一一切切细细胞胞来来源源于于细细胞胞”（omnis cellula e cellula）的的著著名名论论断断；进一步完善了细胞学说。进一步完善了细胞学说
8、。18Matthias Jacob SchleidenTheodar Schwann19细胞学说内容：细胞学说内容：有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；新细胞来源于已存在细胞的分裂。新细胞来源于已存在细胞的分裂。细细胞胞学学说说的的科科学学意意义义： Cell Theory是是19世世纪纪的的重重大大发发现现之之一一，细细胞胞学学说说的的提提出出先先于于进进化化论论约约20年年，它它、进进化化论论及及1866年年孟孟德德尔尔确确立立的的遗遗传传学学一一起起，奠奠定定了了现现代代生生物物学学的的基基础础，同同时时也也孕孕育育细细胞胞
9、学学的的产产生生。细细胞胞学学说说也也可可以以认认为为是两者的是两者的“基石基石”。 20细胞学的经典时期细胞学的经典时期1、原生质理论的提出、原生质理论的提出19世纪世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是年代后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。充满粘稠的液体。F. Dujardin（1835）将之称为）将之称为“sarcode”；JE. Purkinje（1839）和）和von Mohl（1846）首次将动物、植物细胞的内）首次将动物、植物细胞的内含物称作原生质含物称作原生质“protoplasm” 。Max Schultze(1861)提出原生质理论，认提出原生质理论，认为有机体的组
10、织单位是一小团原生质，这种物为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般机体中是相似的。质在一般机体中是相似的。如今如今“原生质原生质”一词已从生物学文献中消失了，一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。但在当时具有十分重要的意义。 212、细胞分裂的研究、细胞分裂的研究1841年年Remak 发现鸡胚血细胞的直接分裂，其后发现鸡胚血细胞的直接分裂，其后Flemming 在动物细胞中，在动物细胞中，Strasburger在植物细胞在植物细胞中发现有丝分裂，并证实有丝分裂的实质是核内丝状体物中发现有丝分裂，并证实有丝分裂的实质是核内丝状体物的形成及其向两个子细胞的平均分配。的
11、形成及其向两个子细胞的平均分配。Van Beneden （1883）和）和Strasburger（1886）分）分别在动物细胞和植物细胞中发现减数分裂别在动物细胞和植物细胞中发现减数分裂至此发现了细胞中所有的细胞分裂类型至此发现了细胞中所有的细胞分裂类型. 1880 Flemming 1880 Flemming首次对细胞的有丝分裂进行了精确的描首次对细胞的有丝分裂进行了精确的描述。首次观察到了染色体和染色质。并提出了有丝分裂述。首次观察到了染色体和染色质。并提出了有丝分裂（mitosismitosis）、染色质（）、染色质（chromatinchromatin）等一系列科学术语。）等一系列科学
12、术语。后来又发现了灯刷染色体，遗憾的是后来又发现了灯刷染色体，遗憾的是FlemmingFlemming对染色体和对染色体和灯刷染色体都没有命名。虽然如此，可以说从灯刷染色体都没有命名。虽然如此，可以说从FlemmingFlemming开开始人们对细胞才有了实质性的研究进展。细胞学始人们对细胞才有了实质性的研究进展。细胞学cytologycytology从此在科学史上有了一席之地。从此在科学史上有了一席之地。223、细胞器的发现、细胞器的发现1883年年 van Bneneden 和和Boveri 发现中心发现中心体，体，1894年年Altmann 发现线粒体发现线粒体1894年年Golgi 发
13、现高尔基体发现高尔基体等等等等 由于上述的发现，人们对细胞的基本认识大由于上述的发现，人们对细胞的基本认识大为丰富起来，这一时期的研究方法，主要是显微为丰富起来，这一时期的研究方法，主要是显微镜下的形态的描述。镜下的形态的描述。23二、实验细胞学时期二、实验细胞学时期（20世纪的前半个世纪）世纪的前半个世纪）241、细胞遗传学、细胞遗传学1876年年O.Hertwig 发现了动物的受精现象发现了动物的受精现象1883年年Van Beneden发现了蛔虫的卵和精子的染色体只发现了蛔虫的卵和精子的染色体只有体细胞的一半有体细胞的一半1888年年Strasburger，1893年年Overton等在
14、植物体中等在植物体中也发现受精现象，并证明生殖细胞的染色体比体细胞少一半。也发现受精现象，并证明生殖细胞的染色体比体细胞少一半。1900年孟德尔年孟德尔34年前发表的遗传法则被重新发现年前发表的遗传法则被重新发现1905年年Wilson发现性别与染色体的关系；发现性别与染色体的关系；Weissman推测遗传单位有序的排列在染色体上。推测遗传单位有序的排列在染色体上。在以上研究的基础上，德国在以上研究的基础上，德国Borveri和美国和美国Sutton同时提同时提出遗传的染色体学说，把染色体的行为同孟德尔的遗传因子出遗传的染色体学说，把染色体的行为同孟德尔的遗传因子联系起来。联系起来。1910年
15、摩尔根年摩尔根Morgan证明基因是决定遗传性状的基本单证明基因是决定遗传性状的基本单位，而且直线排在染色体上，建立了基因学说。位，而且直线排在染色体上，建立了基因学说。上述工作把细胞学与遗传学结合起来，奠定了细胞遗传学的上述工作把细胞学与遗传学结合起来，奠定了细胞遗传学的基础。基础。252、细胞生理学、细胞生理学1909 年，年，Harrison和和Carrel创立了组织培养创立了组织培养技术，为研究细胞生理学开辟了一条重要途径技术，为研究细胞生理学开辟了一条重要途径1943年，年，Claude用高速离心机从活细胞内把核用高速离心机从活细胞内把核和各种细胞器，如线粒体、叶绿体分离出来，分和各
16、种细胞器，如线粒体、叶绿体分离出来，分别研究他们的生理活性。别研究他们的生理活性。263、细胞化学、细胞化学1924年福尔根（年福尔根（Feulgen）等首先将）等首先将Fulgen反应法作为脱氧核糖核酸特异性的定性研究方法。反应法作为脱氧核糖核酸特异性的定性研究方法。1940年年Brachet用甲基绿用甲基绿-派洛宁染色方法来测派洛宁染色方法来测定细胞中的定细胞中的DNA与与RNA。1936年和年和1940年，年，Casperson用紫外显微分用紫外显微分光光光度法测定光光光度法测定DNA在细胞中的含量，并认为蛋在细胞中的含量，并认为蛋白质的合成可能与白质的合成可能与RNA有关。有关。细胞组
17、分分离技术、放射自显影技术、超微量分细胞组分分离技术、放射自显影技术、超微量分析、流式细胞分析技术、分子原位杂交等等使细析、流式细胞分析技术、分子原位杂交等等使细胞成分，特别是核酸和蛋白质的定性、定位、定胞成分，特别是核酸和蛋白质的定性、定位、定量的研究达到了前所未有的精确性和专一性。量的研究达到了前所未有的精确性和专一性。27三、细胞生物学学科的形成三、细胞生物学学科的形成（20世纪五六十年代以来）世纪五六十年代以来）281932年德国人E. Ruska和M. Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域 。1939年Siemens公司生产商品电镜。1940-50s人们用电镜观察了各类细胞超
18、微结构。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能结构的功能。由于DNA双螺旋的发现与中心法则的建立，是细胞学进入了细胞生物学时期。291952年RE. Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。 30Cytology发展为Cell Biology60十年代出现“细胞生物学”概念细胞生物学：概括地说，是以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本单位，在各个层次上（主要是在分子水平上）研究细胞生命活动的基本规律的学科，它是生命科学的基本学科。311958 年年Crick 提出分子遗传的提出分子遗传的“中心法则中心法则”。
19、1961-1964年年Nirenberg 等破译遗传密码。等破译遗传密码。1972年年DA. Jackson，RH. Symons和和P. Berg创建创建DNA体外重组。体外重组。1973年年SN. Cohen和和HW. Boyer将外源基因拼将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。一系列技术和理论的提出，一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。物学的结合越来越紧密。 3280年代以来，年代以来，细胞生物学的发展方向是细胞的分细胞生物学的发展方向是细胞的分子生物学子生物学（也叫作分子细胞生物学），在分子水（也叫
20、作分子细胞生物学），在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合，并在分子水平上深质、能量、信息过程的结合，并在分子水平上深入探索其生命规律，入探索其生命规律，深刻性与综合性是细胞生物深刻性与综合性是细胞生物学进一步发展的特点。学进一步发展的特点。33巨大成就综观与分析40多年来诺贝尔奖医学和生理学奖与化学奖的课题和内容，很多都是与深刻揭示细胞生命活动的规律有关的。341953年，年，JD. Watson 和和FHC. Crick提出提出DNA双双螺旋模型螺旋模型。与。与Wilkins分享分享1962 年诺贝尔生理学与年诺
21、贝尔生理学与医学奖医学奖 。351983年年，KB. Mullis发发明明PCR仪仪，于于1993年年获获诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。36Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年年，美美国国人人LelandHartwell、英英国国人人PaulNurse、TimothyHunt因因对对细细胞胞周周期期调调控控机机理理的的研研究究而而获获诺诺贝贝尔尔生理医学奖。生理医学奖。3720022002年，英国人悉尼年，英国人悉尼年，英国人悉尼年，英国人悉尼 布雷诺尔、美国人罗伯特布雷诺尔、美国人罗伯特布雷诺尔、美国人
22、罗伯特布雷诺尔、美国人罗伯特 霍维茨和霍维茨和霍维茨和霍维茨和英国人约翰英国人约翰英国人约翰英国人约翰 苏尔斯顿，因在苏尔斯顿，因在苏尔斯顿，因在苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序器官发育的遗传调控和细胞程序器官发育的遗传调控和细胞程序器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究性死亡方面的研究性死亡方面的研究性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。Sydney BrennerH. Robert HorvitzJohn E. Sulston 3820032003年，美国科学家彼得年，美国科学
23、家彼得年，美国科学家彼得年，美国科学家彼得 阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克 麦金农，分麦金农，分麦金农，分麦金农，分别因对别因对别因对别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔而获诺贝尔而获诺贝尔而获诺贝尔化学奖。化学奖。化学奖。化学奖。 PeterAgreRoderickMacKinnon 392004年，美国人年，美国人Richard Axel和和Linda B. Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受气
24、味受体和嗅觉系统体和嗅觉系统的组成。的组成。Richard AxelLinda B. Buck402006年美国人年美国人Andrew Z. Fire和和Craig C. Mello因因对对RNA干扰的研究干扰的研究而获诺贝尔生理与医而获诺贝尔生理与医学奖。学奖。Andrew Z. FireCraig C. Mello412005年年Barry J. Marshall 和和J. Robin Warren 获诺贝尔生理与医学奖，他们发现获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。Barry J. MarshallJ. Robin
25、Warren421990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划” （Human Genome Project）。 我国于1993年加入该计划，承担其中1%的任务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28日人类基因组工作草图完成。同年，美国国立卫生研究院给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（腺苷脱氨酶（ADA）基因变异引起。431996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英国苏格兰卢斯林研究所的试验基地诞生。Dolly with her first born lamb 44Cell Under the Microscope
26、 The Invention of Light Microscope Led to the Discovery of CellsCells, Organelles,and Even Molecules Can Be Seen Under the Microscope454647484950515253545556575859第二节第二节 细胞生物学的研究内容细胞生物学的研究内容及研究现状及研究现状60当前细胞生物学研究内容1、细胞核、染色体以及基因表达的研究2、生物膜与细胞器的研究3、细胞骨架体系的研究4、细胞增殖及其调控5、细胞分化及其调控6、细胞的衰老与凋亡7、细胞的起源与进化8、细胞工程
27、61当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域总趋势总趋势 细胞生物学与分子生物学相互渗透细胞生物学与分子生物学相互渗透 与交融与交融 3大基本问题大基本问题 基因组在细胞内是如何在时间和空间上有序表达的基因组在细胞内是如何在时间和空间上有序表达的？基因表达的产物，主要是结构蛋白和核酸基因表达的产物，主要是结构蛋白和核酸 、脂质、脂质、多糖及其复合物，如何逐级组装成能行使生命活动多糖及其复合物，如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器？这种自组装过程的的基本结构体系及各种细胞器？这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么？调控程序与调控机制是什么？基因
28、表达的产物，主要是大量活性因子与信号分子，基因表达的产物，主要是大量活性因子与信号分子，是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程？细胞最重要的生命活动过程？62染色体与蛋白质相互作用的关系染色体与蛋白质相互作用的关系主要是非组主要是非组蛋白对基因组的作用蛋白对基因组的作用细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控细胞信号转导的研究细胞信号转导的研究细胞结构体系的组装细胞结构体系的组装当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题6364第三节第三节 细胞生物学
29、与其他学科的关细胞生物学与其他学科的关系系65细胞遗传学细胞遗传学 细胞学与遗传学细胞学与遗传学细胞生理学细胞生理学 细胞学与生理学细胞学与生理学细胞化学细胞化学 细胞学与生物化学细胞学与生物化学超微结构与分子生物学超微结构与分子生物学66第四节第四节 细胞生物学的主要学术组织细胞生物学的主要学术组织和学术刊物和学术刊物67细胞生物学的主要学术组织细胞生物学的主要学术组织国际细胞生物学联盟国际细胞生物学联盟亚太地区细胞生物学亚太地区细胞生物学海峡两岸细胞生物学海峡两岸细胞生物学中国细胞生物学会中国细胞生物学会68学术刊物学术刊物6970免费的数据库，提供918种期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等71细胞生物学专业优秀期刊，提供1955年以来的全文。72生物化学方面的优秀期刊，提供1905年以来的全文。73美国科学院学报，提供1915年以来的全文，一些经典细胞生物学论文发表于该刊。74Pubmed，大名鼎鼎的免费数据库，属于美国国立医学图书馆，可查阅生物医学领域的文摘。75Thanks！
