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1、细胞生物学细胞生物学Cell Biology授课人授课人：樊樊 洪洪 泓泓 学学 习习 方方 法法 细胞生物学课程是生命科学的四大基础学科之一 从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与 功能 将分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课程 知识与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来 坚持知识的真知来源于实验室 时刻注意培养自主学习能力、利用各种学习资源的 能力、提高学习效率和利用时间的能力 提高英文水平，紧跟世界学科发展第一章第一章 绪论绪论 IntroductionIntroduction 细胞生物学的学科地位细胞生物学的学科地位 细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学研究的内容和现状 细胞学
2、与细胞生物学发展简史细胞学与细胞生物学发展简史 第一节第一节 细胞生物学的学科地位细胞生物学的学科地位 高等学校生物科学中细胞生物学的地位高等学校生物科学中细胞生物学的地位 细胞生物学细胞生物学 分子生物学 神经生物学 生态学 生命科学的四大基础学科生命科学的四大基础学科第二节第二节 细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学的细胞生物学的主要研究主要研究内容内容当前细胞生物学研究的当前细胞生物学研究的总趋势总趋势与与重点领域重点领域 细胞重大生命活动的相互关系细胞重大生命活动的相互关系细胞生物学细
3、胞生物学 生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有有 了细胞才有完整的生命活动。了细胞才有完整的生命活动。细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它 是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究 细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细 胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与胞信号传递、真核细胞基因表达
4、与调控、细胞起源与 进化等为主要内容。进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞核心问题是将遗传与发育在细胞 水平上结合起来。水平上结合起来。主要内容主要内容 细胞结构与功能、细胞重要生命活动细胞结构与功能、细胞重要生命活动：细胞核、染色体以及基因表达的研究细胞核、染色体以及基因表达的研究 生物膜与细胞器的研究生物膜与细胞器的研究 细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 细胞分化及其调控细胞分化及其调控 细胞的衰老与凋亡细胞的衰老与凋亡 细胞的起源与进化细胞的起源与进化 细胞工程细胞工程2121世纪细胞生物学发展趋势世纪细胞生物学发展趋势细胞生物学与分子生物
5、学细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物包括分子遗传学与生物化学化学)相互渗透与交融相互渗透与交融是总的发展趋势。是总的发展趋势。1、“一切生物学的关键问题必须在细胞中找寻一切生物学的关键问题必须在细胞中找寻”细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位。2、细胞生物学研究的核心内容：细胞生物学研究的核心内容：遗传与发育的关系问题，两者的关系是，遗传在发育过程中实现，发育又以遗传为基础。3、细胞生物学的主要发展趋势：细胞生物学的主要发展趋势：用分子生物学及其它相关学科的方法，深入研究真核细胞 基因表达的调节和控制，以期从根本上揭示遗传与发育基因表达的调节和控制，以期从根本上揭示遗传与发育的关系
6、、细胞衰老、死亡及癌变的机理等基本的生物学的关系、细胞衰老、死亡及癌变的机理等基本的生物学问题，为生物工程的广泛应用提供理论依据。问题，为生物工程的广泛应用提供理论依据。4 4、两个基本点：两个基本点：一是基因与基因产物如何控制细胞的生命一是基因与基因产物如何控制细胞的生命活动，包括细胞内外信号是如何传递的；二是基因表达活动，包括细胞内外信号是如何传递的；二是基因表达产物产物蛋白质如何构建和装配成细胞的结构，并使细蛋白质如何构建和装配成细胞的结构，并使细胞正常的生命活动得以进行。胞正常的生命活动得以进行。5 5、蛋白质组学：蛋白质组学：生命科学的研究已经进入后基因组时代，生命科学的研究已经进入
7、后基因组时代，随着一大批模式生物基因组结构的阐明，研究的重心将随着一大批模式生物基因组结构的阐明，研究的重心将回归到在细胞的水平研究蛋白质的结构与功能，即蛋白回归到在细胞的水平研究蛋白质的结构与功能，即蛋白质组学的研究，同时对糖类的研究将提升到新的高度。质组学的研究，同时对糖类的研究将提升到新的高度。基因、细胞到发育将是贯穿基因、细胞到发育将是贯穿2121世纪生命科学研究的一条主世纪生命科学研究的一条主线。线。真核细胞基因组结构及其功能调控是未来分子细胞生物学研究的核心问题。结构基因组计划的主要内容是：开展规模化地基因克隆、结构基因组计划的主要内容是：开展规模化地基因克隆、结构基因组计划的主要
8、内容是：开展规模化地基因克隆、结构基因组计划的主要内容是：开展规模化地基因克隆、表达、蛋白质分离纯化，测定和分析蛋白质的三维结构。表达、蛋白质分离纯化，测定和分析蛋白质的三维结构。表达、蛋白质分离纯化，测定和分析蛋白质的三维结构。表达、蛋白质分离纯化，测定和分析蛋白质的三维结构。以蛋白质为药物作用的靶分子，为药物设计和药物筛选以蛋白质为药物作用的靶分子，为药物设计和药物筛选以蛋白质为药物作用的靶分子，为药物设计和药物筛选以蛋白质为药物作用的靶分子，为药物设计和药物筛选奠定基础奠定基础奠定基础奠定基础。美 国 科 学 情 报 研 究 所（ISI）1997年SCI（Science Citation
9、 Index）收录及引用论文检索，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：细胞信号转导细胞信号转导（signal transduction）；细胞凋亡细胞凋亡（cell apoptosis）；基基因因组组与与后后基基因因组组学学研研究究（genome and post-genomic analysis）。重点领域重点领域 染色体染色体DNADNA与蛋白质相互作用关系与蛋白质相互作用关系 主要是非组蛋白对基因组的作用主要是非组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
10、构体系的组装 美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为什麽是当今科研领域的热门话题？（“What is popular in research today？”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是：三种疾病三种疾病：癌症（cancer）心血管病（cardiovascular diseases）爱滋病和肝炎等传染病infectious diseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向五大研究方向：细胞周期调控（cell cycle control）；细胞凋亡（cell apoptosis）；细胞衰老（cellular senescence）；信号转导（signal
11、 transduction）；DNA的损伤与修复 （DNA damage and repair）细胞重大生命活动的相互关系细胞重大生命活动的相互关系第三节第三节 细胞学与细胞生物学发展简史细胞学与细胞生物学发展简史 从研究内容来看分为，即：显微水平、超微水平和分子水平。从研究内容来看分为，即：显微水平、超微水平和分子水平。从时间纵轴来看，可以划分为五个主要的阶段：从时间纵轴来看，可以划分为五个主要的阶段：第一阶段：第一阶段：从从16世纪末世纪末19世纪世纪30年代，是细胞发现和细胞知年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。识的积累阶段。第二阶段：第二阶段：19世纪世纪3070年代，细胞学说形成后
12、，主要进行细年代，细胞学说形成后，主要进行细胞显微形态的研究。胞显微形态的研究。第三阶段：第三阶段：19世纪最后世纪最后25年，主要细胞器的发现，细胞学的经年，主要细胞器的发现，细胞学的经典时期。典时期。第四阶段：第四阶段：20世纪五十年代前，实验细胞学。世纪五十年代前，实验细胞学。第五阶段：第五阶段：从从20世纪世纪80年代分子克隆技术的成熟到当前，细胞年代分子克隆技术的成熟到当前，细胞生物学学科的形成与发展，基因调控、信号转导、细胞分化和生物学学科的形成与发展，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。凋亡、肿瘤生物学等领域成为当前的主流研究内容。1665
13、年，英国人 Robert Hooke出版显微图谱。观察了软木，并首次用cells来描述“细胞”。A.van Leeuwenhoek（列文虎克）用设计较好的显微镜观察到多种动植物的活细胞与原生动物。细胞学说的建立细胞学说的建立18381839年，施旺和施莱登确立“细胞学说”。细胞的发现细胞的发现Robert Hooke and his“cells”认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞 发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。细胞学说的基本内容细胞学说的基本内容 自然科
14、学的自然科学的“三大发现三大发现”、现代生物、现代生物学的三大基石学的三大基石 细胞学说细胞学说 18381839年，施旺和施莱登 进化论进化论 1859年，达尔文 遗传学遗传学 1866年，孟德尔细胞学的经典时期细胞学的经典时期(1875-1900)原生质(protoplasm)理论的提出 在动物、植物中发现“肉样质”的物质,并命名为“原生质”;1861年，Max Schultze舒尔策提出原生质理论: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。并把细胞明确地定义为:“细胞是具有细胞核和细胞膜的活物质”。重要细胞器的发现1883年范.贝内登和博费里在动、植物细胞中发现了中
15、心体;1888年沃尔德耶提出染色体概念;1894年范.阿尔特曼发现了线粒体;1898年高尔基(Golgi)发现了高尔基体。实验细胞学时期实验细胞学时期(1900-1953)experimental cytology 是指采用实验的手段研究细胞学的问题,即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。cytogenetics的研究 cytophysiology的研究 1912年,Carrel研制成Carrel培养瓶,采用严格的组织培养技术,成功地培养了鸡胚胎成纤维细胞持续了34年之久(1912-1946);cytochemistry的研究细胞生物学的诞生细胞生物学的诞生Molec
16、ular Biology 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结模型标志分子生物学的诞生；Cell Biology 1965年，DPDerobetis将其普通细胞学改为细胞生物学，标志着细胞生物学的诞生；Molecular Cell Biology 80年代开始出现了分子细胞生物学。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1.细胞结构功能 细胞生命活动2.单一基因与蛋白 基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用3.信号转导途径 信号调控网络4.体外研究 体内研究5.静态研究 活细胞的动态研究6.实验室研究为主 计算机生物学的介入7.细胞生物学与生物学其它
17、学科的渗透 与数理化纳米科学的交叉总的特点：总的特点：从静态的分析到活细胞的动态综合 思考题思考题根据细胞生物学研究的内容与你所掌握的生命科根据细胞生物学研究的内容与你所掌握的生命科 学知识学知识,客观地、恰当地估价细胞生物学在生命客观地、恰当地估价细胞生物学在生命 科学中所处的地位以及它与其它生物科学的关系科学中所处的地位以及它与其它生物科学的关系 从细胞学发展简史，你如何认识细胞学说的重要从细胞学发展简史，你如何认识细胞学说的重要 意义意义?试简明扼要地分析细胞生物学学科形成的客观试简明扼要地分析细胞生物学学科形成的客观 条件以及它今后发展的主要趋势。条件以及它今后发展的主要趋势。当前细胞生物学研究的热点课题中你最感兴趣当前细胞生物学研究的热点课题中你最感兴趣 的是哪些？为什么？的是哪些？为什么？