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細(xì)胞生物學(xué)教程,CELL BIOLOGY COURSE,細(xì)胞生物學(xué)從顯微水平、超微水平和分子水平等不同層次研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能及生活史。 細(xì)胞生物學(xué)由細(xì)胞學(xué)Cytology發(fā)展而來，Cytology是指對細(xì)胞形態(tài)（特別是染色體形態(tài)）的觀察。 在我國的基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展規(guī)劃中，細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)，神經(jīng)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)并列為生命科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科。,第一章 歷史與展望,HISTORY AND PERSPECTIVE,本章內(nèi)容提要,第一節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)簡史 一、顯微鏡的發(fā)明與細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 二、細(xì)胞學(xué)說 三、細(xì)胞學(xué)的發(fā)展 第二節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法 第三節(jié) 對未來的展望 附錄 細(xì)胞生物學(xué)參考書：,第一節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)簡史,細(xì)胞生物學(xué)的歷史大致可以劃分為四個主要的階段： 第一階段：細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，16世紀(jì)末-19世紀(jì)30年代。 第二階段：細(xì)胞學(xué)說提出，19世紀(jì)30年代-20世紀(jì)中期。 第三階段：超微結(jié)構(gòu)研究，20世紀(jì)30年代-70年代。 第四階段：分子細(xì)胞生物學(xué)，20世紀(jì)70年代分子克隆技術(shù)出現(xiàn)以來。,一、顯微鏡的發(fā)明與細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),沒有顯微鏡就不可能有細(xì)胞學(xué)誕生。 1、1590年，荷蘭眼鏡制造商J和Z.Janssen父子制作了第一臺復(fù)式顯微鏡。 2、1665年，英國人Robert Hook首次描述了植物細(xì)胞(木栓)，命名為cella。 3、1680年，荷蘭人A.van Leeuwenhoek成為皇家學(xué)會會員，他一生中制作了200多臺顯微鏡和400多個鏡頭，用設(shè)計較好的顯微鏡觀察了許多動植物的活細(xì)胞與原生動物。,Robert Hooke,Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x.,Large Student Microscope made by Charles Chevalier 1840,4、1752年，英國人J. Dollond 發(fā)明消色差顯微鏡。 5、1812年，蘇格蘭人D. Brewster 發(fā)明油浸物鏡，改進(jìn)了體視顯微鏡。 6、1886年，德國人Ernst Abbe 發(fā)明復(fù)消差顯微鏡，并改進(jìn)了油浸物鏡，至此普通光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。,Bausch & Lomb Investigator microscope – circa 1893,現(xiàn)代顯微鏡,5、1932年，荷蘭籍德國人F. Zernike成功設(shè)計了相差顯微鏡（phase contrast microscope)，并因此獲1953年諾貝爾物理獎。,7、1932年，德國人M.Knoll和E.A.F.Ruska發(fā)明電鏡，1940年，美、德制造出分辨力為0.2nm的商品電鏡。,TEM,8、1981年，瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM蘇黎世實驗中心（Zurich Research Center）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡而與電鏡發(fā)明者Ruska同獲1986年度的諾貝爾物理學(xué)獎。,Cs atoms (red) on the GaAs surface (blue).,,二、細(xì)胞學(xué)說,Jean-Baptiste de Lamark （1744~1829)，獲得性遺傳理論的創(chuàng)始人，法國退伍陸軍中尉，50歲成為巴黎動物學(xué)教授，1809年他認(rèn)為只有具有細(xì)胞的機(jī)體，才有生命?！癐t has been recognized for a long time that the membranes which 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 organization and that without this tissue no living body would be able to exist，nor could it have been formed?！?Charles Brisseau Milbel（1776~1854)，法國植物學(xué)家，1802年認(rèn)為植物的每一部分都有細(xì)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 continuity and form one and the same membranous tissue”。 Henri Dutrochet （1776~1847），法國生理學(xué)家，1824年進(jìn)一步描述了細(xì)胞的原理，他認(rèn)為 “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 differ among themselves merely in the nature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed” 。,Matthias Jacob Schleiden（1804~1881)，德國植物學(xué)教授，1838年發(fā)表“植物發(fā)生論”(Beitrge zur Phytogenesis)，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都有形形色色的細(xì)胞構(gòu)成。 Theodor Schwann（1810~1882)，德國解剖學(xué)教授，一開始就研究Schleiden的細(xì)胞形成學(xué)說，并于1838年提出了“細(xì)胞學(xué)說”（Cell Theory)這個術(shù)語；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。 1855 德國人R. Virchow 提出“一切細(xì)胞來源于細(xì)胞”（omnis cellula e cellula）的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。 把細(xì)胞作為生命的一般單位，以及作為動植物界生命現(xiàn)象的共同基礎(chǔ)的這種概念立即受到了普遍的接受。 恩格斯將細(xì)胞學(xué)說譽(yù)為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一。,1、1839年，捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm這一術(shù)語描述細(xì)胞物質(zhì)，“Protoplast”為神學(xué)用語，指人類始祖亞當(dāng)。 2、1879年，德國人W. Flemming觀察了蠑螈細(xì)胞的有絲分裂，于1882年提出了mitosis 這一術(shù)語。德國人E. Strasburger (1876~80)在植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有絲分裂。 3、1883年，比利時人E. van Beneden 發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲Ascaris megalocephala的減數(shù)分裂現(xiàn)象。,三、細(xì)胞學(xué)的發(fā)展,4、1869年，瑞士人F. Miescher 從膿細(xì)胞中分離出核酸。 5、1928年，英國微生物學(xué)家F.Griffith于發(fā)表了著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗。 6、1944年，美國人O. Avery，C. Macleod 和M. McCarthy等人通過微生物轉(zhuǎn)化試驗證明DNA是遺傳物質(zhì)。,7、1953年，美國人J. D. Watson 和英國人F. H. C. Crick提出DNA雙螺旋模型。,8、1956年，蔣有興（美籍華人）利用徐道覺發(fā)明的低滲處理技術(shù)證實了人的2n為46條，而不是48條。 9、1961年，英國人P. Mitchell 提出線粒體氧化磷酸化偶聯(lián)的化學(xué)滲透學(xué)說，獲1978年諾貝爾化學(xué)獎。 10、1961~64年，美國人M. W. Nirenberg破譯DNA遺傳密碼。 11、1968年，瑞士人Werner Arber從細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)DNA限制性內(nèi)切酶。 12、1970年，美國人D.Baltimore、R.Dulbecco和H.Temin由于發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶而共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,13、1973年，美國人S. Cohen和H. Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，在大腸桿菌中表達(dá)，揭開基因工程的序幕。 14、1975年，英國人F.Sanger設(shè)計出DNA測序的雙脫氧法，1980年獲諾貝爾化學(xué)獎。此外Sanger還由于1953年測定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)而獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎。 15、1975年，德國人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein和丹麥科學(xué)家N.K.Jerne發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)，榮獲1984年度諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,16、1981年，美國首次發(fā)現(xiàn)艾滋病，1983年，法國巴斯德研究所的Luc Montagbier 發(fā)現(xiàn)AIDS病毒。艾滋病的全稱為Acquired ImmunoDeficiency Syndrome ，由人類免疫缺陷病毒HIV引起。20年來全球共有約5800萬人受到艾滋病病毒感染，2200萬人死于艾滋病。我國于1985年發(fā)現(xiàn)。 HIV有以下特點： ①嗜T淋巴細(xì)胞；②整合宿主細(xì)胞終身難以消除；③多變性，基因變異是艾滋病病毒致病能力增強(qiáng)之原因；④廣泛存在于感染者的血液、精液、陰道分泌物以及唾液、尿液、腦脊液及有神經(jīng)癥狀者的腦組織中；⑤較乙肝病毒對外界的抵抗力低，56℃30分鐘就可以使其滅活；⑥感染者潛伏期長、病死率高；⑦基因組比已知的任何逆轉(zhuǎn)錄酶病毒基因都復(fù)雜。,HIV侵染淋巴細(xì)胞,17、1982年，美國人S.B.Prusiner 在患羊瘙癢病的羊體內(nèi)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)感染因子（prion）。更新了醫(yī)學(xué)感染的概念，獲1997年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。,PrPC,PrPSC,18、1983年，美國人K.B.Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎。1988年美國Cetus公司獲PCR技術(shù)專利，1990年其診斷試劑盒和儀器的銷售額達(dá)2600萬美元。,19、1990年，美國國會正式批準(zhǔn)的“人類基因組計劃” （Human Genome Project）,計劃在15年內(nèi)投入30億美元以上的資金進(jìn)行人類基因組分析。 我國于1993年加入該計劃，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。 20、1990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。 1991年12月，復(fù)旦大學(xué)遺傳所薛京倫主持對一例血友病患者進(jìn)行了基因治療試驗，并獲得成功。,Dolly sheep born in Roslin Institute, Scottland.,22、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 試驗基地誕生。成為世紀(jì)末的重大新聞。,EMBRYO COLONING,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,23、2001年，美國人Leland Hartwell、英國人Paul Nurse、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。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. 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。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,第二節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法,第一、認(rèn)識細(xì)胞生物學(xué)課程的重要性。 第二、明確細(xì)胞生物學(xué)的研究內(nèi)容。 第三、從顯微、超微和分子三個層次來認(rèn)識細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能。 第四、將所學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問幾個為什么。 第五、緊跟學(xué)科前沿，當(dāng)前的熱點主要有“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細(xì)胞周期調(diào)控”、 “細(xì)胞凋亡”、“腫瘤細(xì)胞”等。 第六、學(xué)一點科技史，尤其是生物學(xué)史。,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。,基因克隆和重組技術(shù)日趨成熟，在商業(yè)目的的驅(qū)使下，人類將大量的改造物種，開始了偏離自然進(jìn)化規(guī)律的二次“創(chuàng)世紀(jì)” 。 人類基因組計劃完成，進(jìn)入以基因功能為主要研究內(nèi)容的后人類基因組計劃。人類將解讀自身大約10萬個基因的含義，到時危害人類健康的5000多種遺傳病，以及與遺傳密切相關(guān)的癌癥、心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、糖尿病、高血壓、精神病等，都可以得到早期診斷和治療。基因工程藥物將得到廣泛的應(yīng)用，目前人工干擾素售價高達(dá)440億美元/Kg。,克隆技術(shù)和干細(xì)胞定向分化技術(shù)取得突破，人工創(chuàng)建的組織，器官將用于醫(yī)學(xué)治療的目的。 煤（350年）與石油天然氣（30-50年）資源的枯竭指日可待，對光合作用機(jī)理的研究，使人工光解水成為可能。 基因武器可能成為又一種足以令人類毀滅的武器。 生物芯片技術(shù)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。計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為生物經(jīng)濟(jì)的遺傳信息管理和交流提供了方便。,Gene Chip,分子細(xì)胞生物學(xué) 韓貽仁 科學(xué)出版社 2001年03月 醫(yī)學(xué)細(xì)胞與分子生物學(xué) 陳詩書 上海醫(yī)科大學(xué)出版社 1999年01月 細(xì)胞生物學(xué) 王德耀 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1998年出版 細(xì)胞生物學(xué) 翟中和等編 高等教育出版社 2000年8月出版 細(xì)胞生物學(xué)(第二版) 汪堃仁 北京師范大學(xué)出版社1998年11月出版 細(xì)胞生物學(xué)研究方法與技術(shù)(第二版) 劉鼎新 北醫(yī)、協(xié)和醫(yī)大聯(lián)合出版社1997年05月出版 細(xì)胞生物學(xué)實驗(第二版) 楊漢民 高等教育出版社1997年07月出版 Molecular Biology of the Cell 4th Edition, Bruce Alberts et al., 2002 Molecular Cell Biology 4th Edition, Harvey Lodish et al., 1999 Cell and Molecular Biology 3rd Gerald Karp, 2002,附錄：細(xì)胞生物學(xué)參考書：,