细胞学概论 (2)幻灯片.ppt

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1、细胞学概论第1页，共45页，编辑于2022年，星期二人类所面临的人口、食品、能源、环境、健康等一系人类所面临的人口、食品、能源、环境、健康等一系列问题都有待生命科学回答。列问题都有待生命科学回答。2121世纪以来发展迅速，世纪以来发展迅速，SCISCI收录收录100100万篇万篇/年，年，近一半近一半是生命科学，其中是生命科学，其中IFIF排在前十位的均为生物医学类期排在前十位的均为生物医学类期刊。其中细胞生物学的平均影响影子为刊。其中细胞生物学的平均影响影子为4.14.1，高居榜高居榜首首.二十一世纪是生命科学的世纪二十一世纪是生命科学的世纪第2页，共45页，编辑于2022年，星期二 细胞生

2、物学细胞生物学 在现代生物学中的地位在现代生物学中的地位1919世世纪纪时时期期，达达尔尔文文的的进进化化论论、孟孟德德尔尔的的遗遗传传学学、施施旺旺和和施莱登的施莱登的细胞学说细胞学说为现代生物学的三大基石。为现代生物学的三大基石。2020世世纪纪8080年年代代分分子子生生物物学学（包包括括分分子子遗遗传传学学）、细细胞胞生生物物学学、神神经经生生物物学学与与生生态态学学列列为为当当前前生生物物科科学学的的四四大大基基础础学学科科，反映了现代生命科学的总趋势。，反映了现代生命科学的总趋势。第3页，共45页，编辑于2022年，星期二 对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、对细胞的深入研究是揭开生命

3、奥秘、改造生命和征服疾病的关键改造生命和征服疾病的关键,一切疾病发一切疾病发病机制也要以细胞病变研究为基础。病机制也要以细胞病变研究为基础。2121世纪年代以来诺贝尔生理与医学奖大世纪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。都授予了从事细胞生物学研究的科学家。著名生物学家威尔逊（著名生物学家威尔逊（WilsonWilson）早在）早在19251925年就提出一句名言年就提出一句名言“一切生物学关键问题必须一切生物学关键问题必须在细胞中找寻在细胞中找寻”，至今还有着很深的内涵。，至今还有着很深的内涵。第4页，共45页，编辑于2022年，星期二Leland H.Hartwe

4、ll R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 2001年年，美美 国国 人人 LelandHartwell、英英 国国 人人 Paul Nurse、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生理理医学奖。医学奖。第5页，共45页，编辑于2022年，星期二20022002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、美国人罗伯特霍维茨和英霍维茨和英国人约翰国人约翰苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖

5、。面的研究获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston 第6页，共45页，编辑于2022年，星期二20032003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麦金农，分别因对麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon 第7页，共45页，编辑于2022年，星期二2004年，美国人年，美国人RichardAxel和和LindaB.Buck获诺贝尔生获诺贝尔生理与医学奖，他

6、们发现气味受体和嗅觉系统的组成。理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。Richard AxelLinda B.Buck第8页，共45页，编辑于2022年，星期二2005年年BarryJ.Marshall和和J.RobinWarren获诺贝尔生获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。面的作用。Barry J.MarshallJ.Robin Warren第9页，共45页，编辑于2022年，星期二2006年美国人年美国人AndrewZ.Fire和和CraigC.Mello因对因对RNA干干扰的研究而获诺贝尔生理与

7、医学奖。扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。Andrew Z.FireCraig C.Mello第10页，共45页，编辑于2022年，星期二20072007三位科学家三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物重组方面在涉及胚胎干细胞和哺乳动物重组方面有着一系列突破性发现有着一系列突破性发现”，为，为“基因靶向基因靶向”技术的发展奠定了技术的发展奠定了基础。基础。奥利弗史密斯 马丁埃文斯马里奥卡佩基 第11页，共45页，编辑于2022年，星期二20102010年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特爱德华兹，以表爱德华兹，以表彰他在体外受精技术领域做出的开

8、创性贡献彰他在体外受精技术领域做出的开创性贡献1998年7月20日，罗伯特爱德华兹与两名试管婴儿 罗伯特爱德华兹 第12页，共45页，编辑于2022年，星期二20112011年美国人布鲁斯年美国人布鲁斯博伊特勒、法国人朱尔斯博伊特勒、法国人朱尔斯霍夫曼和加拿大霍夫曼和加拿大人拉尔夫人拉尔夫斯坦曼以免疫系统研究赢得诺贝尔医学奖斯坦曼以免疫系统研究赢得诺贝尔医学奖 斯坦曼所作贡献，是发现免疫系统中的“枝状细胞”（DC细胞）及其在适应性免疫反应、即以自身调控方式适应并清除体内微生物过程中的作用，构成免疫反应的后续步骤。第13页，共45页，编辑于2022年，星期二20122012年诺贝尔医学奖授予日本

9、的山中伸弥，英国的约翰年诺贝尔医学奖授予日本的山中伸弥，英国的约翰-戈戈登在细胞核重新编程研究领域的贡献杰出。所谓细胞核重登在细胞核重新编程研究领域的贡献杰出。所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学形成各种类型的细胞，应用于临床医学 长山中伸弥长山中伸弥 约翰约翰-戈登戈登第14页，共45页，编辑于2022年，星期二细胞生物学已经成为现代生命科学细胞生物学已经成为现代生命科学前沿分支学科之一前沿分支学科之一,是当代生物科学是当代生物科学中发展最快的一门尖端学科。中发展最快的一门尖端学科。

10、第15页，共45页，编辑于2022年，星期二细胞生物学是细胞生物学是联系分子生物联系分子生物学和普通生物学和普通生物学或医学（即学或医学（即个体或组织水个体或组织水平）的桥梁平）的桥梁 第16页，共45页，编辑于2022年，星期二目前该领域值得关注的一些研究进展目前该领域值得关注的一些研究进展20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使细胞生物学的位置起了革命性的变化!第17页，共45页，编辑于2022年，星期二（一）、新技术催生（一）、新技术催生“基因改造人基因改造人”美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心生殖医学科学研究所的科学家，利美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心

11、生殖医学科学研究所的科学家，利用一种叫做用一种叫做“卵质转移卵质转移”的技术，从捐献的卵子中抽出少量细胞的技术，从捐献的卵子中抽出少量细胞质，注入不孕妇女的卵子内，然后进行受精。这样，原本因卵质，注入不孕妇女的卵子内，然后进行受精。这样，原本因卵子有缺陷而无法生育的妇女经过这种移植后就怀了孕。采用的子有缺陷而无法生育的妇女经过这种移植后就怀了孕。采用的技术只不过是把健康妇女捐献的正常卵子中的某些成分添加到技术只不过是把健康妇女捐献的正常卵子中的某些成分添加到不孕妇女的卵子中，并没有对培育出的婴儿基因进行修改，因不孕妇女的卵子中，并没有对培育出的婴儿基因进行修改，因此他们培育出的这些婴儿称不上是

12、此他们培育出的这些婴儿称不上是“转基因婴儿转基因婴儿”。第18页，共45页，编辑于2022年，星期二（二）、（二）、“抗癌婴儿抗癌婴儿”在美国出世在美国出世美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用“胚胎植胚胎植入前的基因诊断入前的基因诊断”（PDGPDG）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一个没有个没有“利弗劳梅尼综合症利弗劳梅尼综合症”的健康男婴。这名婴儿后来被称的健康男婴。这名婴儿后来被称之为之为“抗癌婴儿抗癌婴儿”。利弗劳梅尼综合症是一种家族性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺利弗劳梅尼综合症是一种家族

13、性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺癌和白血病有遗传倾向。在孩子活到癌和白血病有遗传倾向。在孩子活到4545岁时，将有岁时，将有5050的可能患上的可能患上与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到6060岁时，这种可能性岁时，这种可能性就增加为就增加为9090。通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，从胚胎中取出从胚胎中取出1 1至至2 2个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎中是否存在遗传疾病的基因，再把经过筛查确认为健康的胚中是否存在遗传疾病的基因，再把

14、经过筛查确认为健康的胚胎放回母亲子宫内，孕育成健康的胎儿。胎放回母亲子宫内，孕育成健康的胎儿。第19页，共45页，编辑于2022年，星期二（三）、人类基因组计划（三）、人类基因组计划TheHumanGenomeProject(HGP)Completed in April 2003Completed in April 2003Completed in April 2003Completed in April 2003 19861986年由美国生物学家杜伯克首次提出年由美国生物学家杜伯克首次提出 1990 1990年年1010月美国投资月美国投资3030亿美元启动计划亿美元启动计划 预计预计151

15、5年完成年完成 国际化研究项目国际化研究项目 美国、日本、英国、加拿大、瑞典美国、日本、英国、加拿大、瑞典19991999年年7 7月我国注册承担人类基因组月我国注册承担人类基因组1%1%测序任务测序任务20002000年年3 3月我国科学家完成月我国科学家完成3 3号染色体测序号染色体测序20002000年年5 5月人类基因组草图完成月人类基因组草图完成第20页，共45页，编辑于2022年，星期二（四）后基因组计划（四）后基因组计划（Post-genome）随着随着“人类基因组计划人类基因组计划的完成，结构基因测序的完成，结构基因测序的突破，由此延伸的的突破，由此延伸的“后基因组计划后基因组

16、计划”即即以功能基以功能基因鉴定为中心的因鉴定为中心的“功能基因组学功能基因组学”应运而生。后基因应运而生。后基因组计划利用结构基因组计划所提供的信息和产物，发展组计划利用结构基因组计划所提供的信息和产物，发展和应用新的技术手段，通过在基因组或系统水平上全面和应用新的技术手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学的研究从单一基因或蛋白分析基因的功能，使得生物学的研究从单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，为在整体水平上探讨生命活动规律奠定了基础。目前国为在整体水平上探讨生命活动规律奠定了基础。目前国际基因

17、组研究开发的总体趋势已发生了新的变化。际基因组研究开发的总体趋势已发生了新的变化。第21页，共45页，编辑于2022年，星期二 (五五)生物信息学和生物芯片生物信息学和生物芯片 (Bioinformatics and Biochip)(Bioinformatics and Biochip)美国美国HGPHGP自自19901990年年1010月正式启动以来，基因组研究月正式启动以来，基因组研究产生了大量的信息，海量信息的分析、加工和利用，产生了大量的信息，海量信息的分析、加工和利用，促进了促进了生物信息学生物信息学的诞生和发展。生物信息学不但集中的诞生和发展。生物信息学不但集中了许多国家政府的投

18、入，而且吸引了全世界不同学科的了许多国家政府的投入，而且吸引了全世界不同学科的精英，包括数学、物理、化学、计算机、材料等，同时精英，包括数学、物理、化学、计算机、材料等，同时也推动了生物芯片技术的研究和开发也推动了生物芯片技术的研究和开发第22页，共45页，编辑于2022年，星期二（六）（六）RNA RNA 干扰干扰(RNA interference)(RNA interference)20022002年最重要的科学发现之一年最重要的科学发现之一,RNAi,RNAi 在多种生物中，外源或内源性的双链在多种生物中，外源或内源性的双链RNA(dsRNA)RNA(dsRNA)导入导入细胞中，与细胞中

19、，与dsRNA dsRNA 同源的同源的mRNAmRNA则受到降解，使其相应的基则受到降解，使其相应的基因受到抑制，称为因受到抑制，称为RNARNA干扰干扰(RNA interference,RNAi)(RNA interference,RNAi)。RNAiRNAi可能是生物普遍存在的可能是生物普遍存在的RNARNA水平上调节基因表达的方水平上调节基因表达的方式，对于细胞防御病毒的感染、以及调节正常基因的功能式，对于细胞防御病毒的感染、以及调节正常基因的功能具有重要作用具有重要作用.第23页，共45页，编辑于2022年，星期二(七七)microRNA)microRNAmicroRNAmicro

20、RNA，简称，简称miRNAmiRNA，是一类由动物、植物和病毒基因组，是一类由动物、植物和病毒基因组所编码的长约所编码的长约19-2319-23个核苷酸的小分子单链个核苷酸的小分子单链RNA.RNA.miRNAmiRNA调控着细胞生命活动中众多的信号转导途径，在胚胎调控着细胞生命活动中众多的信号转导途径，在胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育、胚胎后期发育、细胞增干细胞和多种成体干细胞的发育、胚胎后期发育、细胞增殖、分化、凋亡、胰岛素分泌、大脑形成、血管生成、心殖、分化、凋亡、胰岛素分泌、大脑形成、血管生成、心脏发生及免疫应答等过程中都发挥着重要作用。脏发生及免疫应答等过程中都发挥着重要作用。m

21、iRNAmiRNA吸引了科研人员通过多种途径、从多种角度、利用多吸引了科研人员通过多种途径、从多种角度、利用多种模式生物来探讨种模式生物来探讨miRNAmiRNA的起源、作用机制和功能，也使得的起源、作用机制和功能，也使得miRNAmiRNA在在20022002年和年和20032003年连续两年被年连续两年被ScienceScience杂志评选杂志评选为年度十大科技突破。为年度十大科技突破。第24页，共45页，编辑于2022年，星期二(八八)干细胞研究进展干细胞研究进展 治疗遗传性疾病和恶性肿瘤；治疗遗传性疾病和恶性肿瘤；以干细胞为种子培育成组织以干细胞为种子培育成组织和器官，用于移植医学；和

22、器官，用于移植医学；抗衰老，延年益寿。抗衰老，延年益寿。第25页，共45页，编辑于2022年，星期二教学方法和理念教学方法和理念1.1.开展开展“开放式、研究性开放式、研究性”教学教学;2.2.提倡提倡“读书、思考、讨论读书、思考、讨论”的研究性学习；的研究性学习；3.3.提倡有能力的同学申请自学。提倡有能力的同学申请自学。第26页，共45页，编辑于2022年，星期二学习细胞生物学的意义学习细胞生物学的意义认识生命认识生命,认识自我认识自我;珍惜生命，爱护生命珍惜生命，爱护生命;认识社会认识社会,服务社会。服务社会。第27页，共45页，编辑于2022年，星期二细胞生物学发展简史细胞生物学发展简

23、史第28页，共45页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 细胞的发现及细胞学说的创立细胞的发现及细胞学说的创立1.11.1、细胞的发现、细胞的发现显微镜之于生物学，犹如望远镜之于天文学，细胞显微镜之于生物学，犹如望远镜之于天文学，细胞生物学的变革无不和显微技术的改进息息相关。生物学的变革无不和显微技术的改进息息相关。16041604年，荷兰眼镜商年，荷兰眼镜商JanssenJanssen发明了第一台显微镜，发明了第一台显微镜，放大倍数不超过放大倍数不超过1010倍，只能观察小昆虫。倍，只能观察小昆虫。16651665年，英国人年，英国人Robert HookeRobert Hooke，发表显

24、微图谱，发表显微图谱，用自制显微镜（用自制显微镜（4040倍）来观察软木，首次用倍）来观察软木，首次用cellscells描述描述“细胞细胞”。第29页，共45页，编辑于2022年，星期二Robert Hooke and his Robert Hooke and his“cells”“cells”第30页，共45页，编辑于2022年，星期二Robert Hookes microscope第31页，共45页，编辑于2022年，星期二16741674年，荷兰布商列文虎克年，荷兰布商列文虎克(Anton van(Anton van Leeuwenhoek)Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜自制

25、了高倍显微镜(300(300倍左右倍左右)观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。第32页，共45页，编辑于2022年，星期二Made by A.van Leeuwenhoek(1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.第33页，共45页，编辑于2022年，星期二1830s1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。构和功能有了新的认识。18311831年年R.BrownR.Brown

26、在兰科植物表皮细胞内发现了在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。细胞核。18361836年年GG.ValentinGG.Valentin在动物神经细胞中发现了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。第34页，共45页，编辑于2022年，星期二1.21.2、细胞学说的创立、细胞学说的创立细细胞胞学学说说、能能量量守守恒恒定定律律和和达达尔尔文文进进化化论并列为是论并列为是1919世纪的世纪的“三大发现三大发现”。推推进进了了人人类类对对自自然然界界的的认认识识，大大大大促促进进了了自自然科学的进步。然科学的进步

27、。第35页，共45页，编辑于2022年，星期二THE CELL THEORYTHE CELL THEORYAll living things are made up of cellsCells are the smallest working units of lifeAll cells come from pre-existing cells through cell divisionCells The component of LifeCells The functional unit of LifeCells Structure of self-replication第36页，共45页，

28、编辑于2022年，星期二18381838年年,德国植物学家施来登德国植物学家施来登(Mathias Schleiden)(Mathias Schleiden)发表论文指出发表论文指出植物是由细胞构成的植物是由细胞构成的;18391839年年,德国动物学家施旺德国动物学家施旺(Theodor Schwan(Theodor Schwan）首）首次提出细胞学这个名称次提出细胞学这个名称,并提出了细胞学说的前并提出了细胞学说的前两条原理；两条原理；1858 1858年年,德国医生和病理学家魏尔肖德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf(Rudolf Virchow)Virchow)对细胞学说进行了重要补

29、充并提出对细胞学说进行了重要补充并提出 一切细胞产自细胞。一切细胞产自细胞。第37页，共45页，编辑于2022年，星期二1.31.3、细胞生物学发展简史、细胞生物学发展简史细胞生物学经历了四个主要发展阶段：细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1 1）1665-1875 1665-1875 细胞发现细胞发现及细胞学说。及细胞学说。2 2）1875s-1900 1875s-1900 细胞学经典时期细胞学经典时期：原生质理论的提：原生质理论的提出和重要细胞器的发现。出和重要细胞器的发现。3 3）1900s-1953 1900s-1953 实验细胞学时期实验细胞学时期：采用实验的手段：采用实验的手段从形

30、态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗传发育机理的研究。传发育机理的研究。4 4）1953s1953s以来，以来，分子细胞生物学分子细胞生物学时代。时代。第38页，共45页，编辑于2022年，星期二1953年，年，JD.Watson和和FHC.Crick提出提出DNA双螺旋模双螺旋模型。与型。与Wilkins分享分享1962年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖。第39页，共45页，编辑于2022年，星期二1958 1958 年年Crick Crick 提出分子遗传的提出分子遗传的“中心法则中心法则”。1961-19641961-1964年年

31、Nirenberg Nirenberg 等破译遗传密码。等破译遗传密码。19721972年年DA.JacksonDA.Jackson，RH.SymonsRH.Symons和和P.BergP.Berg创建创建DNADNA体体外重组。外重组。19731973年年SN.CohenSN.Cohen和和HW.BoyerHW.Boyer将外源基因拼接在质粒中，将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。并在大肠杆菌中表达。一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生物学一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。的结合越来越紧密。第40页，共45页，编辑于2022年，星期二1996年

32、年7月月5日日，世世界界上上第第一一只只克克隆隆羊羊“多多利利”在在英英国国苏苏格格兰兰卢卢斯斯林林研研究究所所的的试试验验基基地诞生。地诞生。DollyandherdaughterTheprocessofcloningDolly第41页，共45页，编辑于2022年，星期二第42页，共45页，编辑于2022年，星期二细胞生物学的主要研究内容细胞生物学的主要研究内容 以细胞为研究对象以细胞为研究对象,从细胞的整体从细胞的整体水平、亚显微水平，分子水平三个层水平、亚显微水平，分子水平三个层次，以动态的观点次，以动态的观点,研究细胞和细胞研究细胞和细胞器的结构和功能器的结构和功能,研究细胞的生活史研

33、究细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。和各种生命活动规律的学科。认识认识 利用利用 改造改造第43页，共45页，编辑于2022年，星期二细胞生物学研究的基本特点和趋势细胞生物学研究的基本特点和趋势细胞结构功能细胞生命活动细胞结构功能细胞生命活动细胞信号转导途径信号网络调控细胞信号转导途径信号网络调控实验室研究计算生物学更多介入与之结实验室研究计算生物学更多介入与之结合合细胞生物学与生物学的交叉与数理化细胞生物学与生物学的交叉与数理化及纳米科学等多学科的交叉及纳米科学等多学科的交叉总的特点：总的特点：从静态分析到活细胞的动态综合，从静态分析到活细胞的动态综合，反映生命科学研究的趋势反映生命科学研究的趋势第44页，共45页，编辑于2022年，星期二主要参考书主要参考书第45页，共45页，编辑于2022年，星期二