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01 细胞生物学绪论.ppt

页数:48页文件大小:7.68 MB来源: 细胞生物学ppt课件

本课件为课程绪论,界定细胞生物学在细胞整体、超微与分子水平上的研究对象与主要内容,说明其在生命科学中的核心地位,并按细胞的发现、细胞学说的建立与学科大事记三条主线梳理发展简史,适合作为课程开头的导学材料。

细胞生物学课程封面,标示课程中英文名称 Cell Biology 与本课程的教学主题
第一章绪论章节页,标示本章主题为细胞生物学的研究对象、研究内容与学科发展简史
本节开篇定义细胞生物学:从细胞整体、超微结构与分子水平研究细胞结构与生命活动规律的科学
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第1页:细胞生物学课程封面

本课程封面页,课程名称:Cell Biology(细胞生物学)。

第2页:第一章 绪论

第一章 绪论(Chapter 1 Introduction):概述细胞生物学的研究对象与内容、细胞生物学在生命科学中的地位以及学科发展简史。

第3页:细胞生物学的研究对象与内容

细胞(cell)
生物结构与功能的基本单位,也是生命的基本单位;细胞生物学的研究对象。
细胞生物学(cell biology)
从细胞整体、超微结构和分子水平上研究细胞的结构和生命活动规律的科学,是现代生命科学的基础学科。

第4页:研究内容一:细胞结构与功能

1. 细胞结构与功能的研究:

  • I. 细胞核、染色体的研究
  • II. 生物膜与细胞器的研究
  • III. 细胞骨架体系的研究

第5页:细胞增殖、分化、衰老与凋亡

2. 细胞增殖、分化、衰老与凋亡的研究:一切动、植物的生长与发育都是通过细胞的增殖与分化来实现的,一个受精卵通过分裂与分化发育成复杂的有机体;肿瘤是不分化或去分化的结果。

第6页:真核细胞基因表达与调控

3. 真核细胞基因表达、调控的研究:是细胞生物学、遗传学与发育生物学在细胞水平与分子水平上相结合的最活跃的热门课题。

第7页:细胞信号传导通路图

4. 细胞信号传导的研究。图示信号传导的三段过程:细胞间信号传递 → 受体与信号跨膜传递 → 细胞内信号传递。

图中标注 Ras、Raf、MEK1/2、ERK1/2、PKC、Bcl-2、Jun 等信号分子;ERK2 在 Thr-183 位点磷酸化后进入细胞核,作用于转录因子调控基因转录,并涉及 MAP2 等底物。

第8页:细胞周期振荡器研究文献

文献引用:Joseph R. Pomerening, Sun Young Kim and James E. Ferrell, Jr.《Systems-Level Dissection of the Cell-Cycle Oscillator: Bypassing Positive Feedback Produces Damped Oscillations》,Cell,Volume 122, Issue 4,26 August 2005,Pages 565-578。

第9页:细胞的起源与进化

5. 细胞的起源与进化:据古微生物的证据,原始细胞在大约 35 亿多年前就在地球上出现。

第10页:细胞工程

6. 细胞工程(cell engineering):是细胞生物学与遗传学的交叉领域,即改造细胞的技术。

  • 动、植物杂交——最活跃的领域
  • 单克隆抗体技术——最成功的范例
  • 体细胞克隆——最具创新的进展之一

第11页:细胞生物学与相关学科的关系

细胞生物学以细胞为研究对象,研究细胞结构和生命活动规律,在生命科学中占居核心地位。

生理学、解剖学、遗传学、免疫学、组织胚胎学、发育生物学、分子生物学、生物化学、动物学、植物学、微生物学、基因组学、蛋白质组学、生态学等兄弟学科,均须从细胞水平阐明各自研究领域中生命现象的机理,彼此相互促进、相互渗透、相互汇融。

第12页:细胞化学、细胞生理学与细胞遗传学

  • 细胞化学(Cytochemistry)——生物化学
  • 细胞生理学(Cytophysiology)——生理学
  • 细胞遗传学(Cytogenetics)——遗传学

可以毫不夸张地说:脱离开细胞,现代生物学的所有分支学科都将失去意义!

第13页:细胞生物学发展简史三阶段

第二节 细胞生物学的发展简史。细胞生物学的发展史可分成以下三个阶段:

  • 一、细胞的发现
  • 二、细胞学说的建立及其意义
  • 三、细胞生物学的发展

第14页:细胞的发现

一、细胞的发现:细胞的发现必须依靠放大工具——从光镜到电镜。科学的发展水平具有时代的特征,总是和工具的改进分不开的。

第15页:1604年 Janssen 放大镜

1604年,H. & Z. Janssen(荷兰眼镜商)
放大倍数 10~30×;镜筒长约 46 cm,双凸透镜,以自然光为光源,只能用来观察跳蚤等一些小的昆虫,故称“跳蚤镜”。

第16页:1665年 Hooke 显微镜

1665年,英国物理学家 Robert Hooke 用自制显微镜(microscope)观察标本,放大倍数 40~140×。

第17页:胡克《显微图谱》与软木观察

他以极其兴奋的心情写道:“当我一看到这些形像时,我就认为这是我的发现。因为这的确是我第一次看到的微小空洞,可能这也是历史上的第一次发现。显然,这使我理解了软木为什么这么轻的原因。”

Hooke 用自制显微镜对矿物、动物和植物标本等进行了广泛观察,并将观察结果整理成《Micrographia》(显微图谱),开启显微研究的时代。

第18页:“cell”一词的含义与局限

Hooke 所用的“cell”实际上是指由植物细胞壁所围成的空腔,并无现代的“细胞”涵义。在 Hooke 开始使用“cell”一词后的一百多年中,学者们一直把注意力集中到细胞壁上,而对完整细胞内部的观察没有任何进展。

第19页:1671年 列文虎克

3. 1671年,荷兰人 A. V. Leeuwenhoek(列文虎克)。本页及其后各页介绍他磨制高倍显微镜、首次观察到活细胞的贡献。

第20页:列文虎克与活细胞的发现

布店学徒出身的列文虎克,为检查布的质量才开始磨制显微镜,放大倍数达 270~500×。他用自制显微镜观察到了池塘水中的原生动物——他是历史上第一个观察到活细胞的人!

第21页:列文虎克与英国皇家学会

他把自己的观察结果告诉英国皇家学会的 R. Hooke,得到了肯定和鼓励。后来他又对多种动植物活细胞进行了观察,观察到了人和哺乳动物的精子,也看到了鲑鱼红细胞的核。鉴于其在生物学上的卓越贡献,1680年他当选为英国皇家学会外籍会员。

第22页:英国皇家学会简介

英国皇家学会是英国资助科学发展的组织,成立于 1660 年,并于1662年、1663年、1669年领到皇家的各种特许证,女王是学会的保护人。全称“伦敦皇家自然知识促进学会”,宗旨是促进自然科学的发展。它是世界上历史最长而又从未中断过的科学学会,在英国起着全国科学院的作用。

第23页:细胞学说建立的技术背景

二、细胞学说的建立及其意义:19世纪30年代,显微镜制作技术有了明显进步,分辨率才提高到 1 µm 以内;此外还发明了切片机,使观察手段大为改进。从18世纪末至19世纪初,学者们开始注意到植物组织小室中的内部结构。

第24页:施莱登与植物发生论

德国植物学教授 Matthias Jacob Schleiden(施莱登,1804~1881),1838年发表“植物发生论”,认为无论怎样复杂的植物都由形形色色的细胞构成。他试图重建细胞发育的过程,为此聪明地选择了胚胎细胞作为研究的起点。

第25页:施旺与细胞学说的推广

德国解剖学教授 Theodar Schwann(施旺,1810~1882) 一开始就研究施莱登的细胞形成学说,完全接受了这个学说,并把它扩展为所有生命现象的起源和基础的一般理论。

第26页:细胞学说

细胞学说(Cell Theory)
19世纪30年代施莱登和施旺提出: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。

第27页:魏尔肖“细胞来自细胞”

1855年,德国医生和病理学家 Virchow(魏尔肖) 提出“一切细胞来源于细胞”(omnis cellula e cellula)的著名论断,进一步指明了细胞作为一个相对独立的生命活动基本单位的性质,通常被认为是对细胞学说的一个重要补充。

第28页:细胞生物学的发展脉络

三、细胞生物学的发展:

  • 19世纪后期:显微技术的改进、生物固定技术和染色技术的出现——认识细胞显微结构,各种细胞器相继被发现
  • 20世纪30年代:电子显微镜技术问世——细胞形态研究空前高涨
  • 20世纪50年代:生物化学与细胞学相互渗透——推动学科深入发展

第29页:细胞生物学与细胞学的区别

细胞生物学不同于细胞学主要有两点:

⑴ 深刻性
从细胞的整体、超微和分子各个结构层次对细胞进行剖析,并把细胞的生命活动同分子水平和超分子水平的结构变化联系起来。
⑵ 综合性
研究内容极其广泛,涉及许多领域,并同生理学、遗传学、发育生物学和生物化学相互融汇在一起。

第30页:技术进步推动学科兴起

细胞生物学的兴起是先进实验技术发展的必然产物:光学显微镜——细胞学;电子显微镜结合其它先进技术——细胞生物学。

第31页:细胞生物学大事记(1839—1879)

  • 1839年,捷克人 J. E. Pukinye 用 protoplasm 这一术语描述细胞物质;“Protoplast”为神学用语,指人类始祖亚当。
  • 1879年,德国人 W. Flemming 观察了蝾螈细胞的有丝分裂,于1882年提出了 mitosis 这一术语(另涉及德国人 E. Stransburger 的工作)。

第32页:

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第34页:细胞生物学大事记(1956—1964)

  • 8. 1956年,蒋有兴(美籍华人)利用徐道觉发明的低渗处理技术,证实了人的 2n 为 46 条,而不是48条。
  • 9. 1961年,英国人 P. Mitchell 提出线粒体氧化磷酸化偶联的化学渗透学说,获1978年诺贝尔化学奖。
  • 10. 1961—1964年,美国人(遗传密码相关工作,源文件该条文字未提取完整)。

源文件该页第10条仅提取到“1961-1964年,美国人”,人物与内容缺失,建议对照原课件图片补充。

第35页:基因工程与DNA测序

  • 13. 1973年,美国人 S. Cohen 和 H. Boyer 将外源基因拼接在质粒中、在大肠杆菌中表达,揭开基因工程的序幕。
  • 14. 1975年,英国人 F. Sanger 设计出 DNA 测序的双脱氧法,1980年获诺贝尔化学奖。

第36页:

第37页:艾滋病的发现与HIV特点

16. 1981年美国首次发现艾滋病;1983年法国巴斯德研究所发现 AIDS(获得性免疫缺陷综合征)病毒,由人类免疫缺陷病毒 HIV 引起。HIV 有以下特点:

  • (1)嗜 T 淋巴细胞
  • (2)整合宿主细胞,终身难以消除
  • (3)多变性:基因变异是其致病能力增强之原因
  • (4)感染者潜伏期长、病死率高
  • (5)56℃ 30分钟就可以将其灭活
  • (6)基因组比已知的任何逆转录病毒基因都复杂

第38页:朊病毒(prion)的发现

17. 1982年,美国人 S. B. Prusiner 在患羊瘙痒病的样本体内发现蛋白质感染因子(prion),更新了医学感染的概念,获1997年诺贝尔生理学奖。

第39页:

第40页:人类基因组计划

19. 1990年,美国国会正式批准“人类基因组计划”(Human Genome Project),计划在15年内投入30亿美元以上的资金进行人类基因组分析。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 30 Mb 的测序工作。

第41页:基因治疗的早期实践

  • 20. 1990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。
  • 21. 1991年12月,复旦大学遗传所薛京伦主持对一例血友病患者进行了基因治疗试验,并获成功。

第42页:

第43页:

第44页:

第45页:2001年诺贝尔生理学或医学奖

23. 2001年,美国人 Leland Hartwell、英国人 Paul Nurse 和 Timothy Hunt 因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理学或医学奖。

第46页:2002年诺贝尔生理学或医学奖

24. 2002年,英国人 Sydney Brenner、美国人 H. Robert Horvitz 和英国人 John E. Sulston 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生理学或医学奖。

第47页:2003年诺贝尔化学奖

25. 2003年,美国科学家 Peter Agre 和 Roderick Mackinnon 分别因对细胞膜水通道、离子通道结构和机理的研究而获诺贝尔化学奖。

第48页:第一章本章小结

本章小结:

1. 什么是细胞生物学?
是从细胞整体、超微结构和分子水平上研究细胞的结构和生命活动规律的科学。
2. 细胞生物学的主要研究内容
细胞结构与功能的研究;细胞增殖、分化、衰老与凋亡的研究等。
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