分子细胞生物学教学课件：Chapter1- 绪论

分子细胞生物学分子细胞生物学Molecular Cell Biology 参考书参考书 l 细胞生物学细胞生物学 翟中和等翟中和等 高等教育出版社高等教育出版社3版版l 细胞生物学细胞生物学 汪堃仁等汪堃仁等 北京师范大学出版社北京师范大学出版社 3版版l Cell and Molecular Biology Gerald Karp，3th Edl Molecular Biology of the Cell Bruce Alberts，3th Ed l Essential Cell Biology Bray Alberts 参考网站参考网站 绍兴文理学院细胞生物学绍兴文理学院细胞生物学http:/ 细胞细胞/分子生物学在线分子生物学在线 英文英文 http:/ 中国科学中国科学科学通报科学通报实验生物学报实验生物学报细胞生物学杂志细胞生物学杂志 Cell Nature Science Molecular and Cell Biology Cell Growth/Death and Differentiation Cell stem cell第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 细胞生物学的研究任务细胞生物学的研究任务细胞细胞是生命的基本单位细胞生物学是从细胞整体、超微和分子细胞整体、超微和分子三个水平上研究细胞的结构和生命活动结构和生命活动规律规律的科学。A.细胞是组成所有有机体的基本细胞是组成所有有机体的基本结构结构单位单位B.细胞是所有有机体代谢活动的细胞是所有有机体代谢活动的功能功能单位单位C.细胞是繁殖的基础和遗传的桥梁细胞是繁殖的基础和遗传的桥梁 Dolly and her daughterThe process of cloning DollyD.细胞细胞(或细胞核或细胞核)是全能性的是全能性的,形成新的胚形成新的胚体或个体体或个体E.细胞是生命生长发育的基础细胞是生命生长发育的基础Human fetal development.(a)At 5 weeks,limb buds,eyes,the heart,the liver and rudiments of all other organs have started to develop in the embryo,which is only about 1cm long.(b)Growth and development of the offspring,now called a fetus,continue during the second trimester.This fetus is 14 weeks old and about 6cm long.(c)The fetus in this photograph is 20 weeks old.Now the fetus grows to about 30cm in length.所有的细胞的具有共同的基本属性所有的细胞的具有共同的基本属性A.高度复杂有序性高度复杂有序性 自我调节自我调节 自我装配自我装配 自我繁殖自我繁殖B.所有细胞具有类似结构、组成和代谢所有细胞具有类似结构、组成和代谢特性特性 质膜、质膜、DNA/RNA 核糖体核糖体 C.细胞能对外界刺激进行应答，感知细胞能对外界刺激进行应答，感知周围环境的变化周围环境的变化.Cells within plant or animal respond to stimuli less obviously than single-celled protist.But they respond.They possess receptors that interact with substances in the environment in highly specific ways.Wilson（1925）:一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找第二节第二节 细胞生物学的发展史细胞生物学的发展史(1665-2013，五个阶段)与工具和技术的发明、进步息息相关一一、细胞的发现细胞的发现1665年，英国Robert Hooke，“cell”1668年，荷兰Leeuwenhoek，活细胞此后此后100多年没有大进展多年没有大进展二、二、细胞学说（细胞学说（18391839年）和细胞学形成年）和细胞学形成（18921892年）年）cell theory:Schleiden SchwanVirchowCell theory:细胞是多细胞生物的结构、功细胞是多细胞生物的结构、功能单位，细胞由细胞分裂而来能单位，细胞由细胞分裂而来意义：显示了细胞对于生命非常重要意义：显示了细胞对于生命非常重要,把生把生命的奥秘和生命本身浓缩到了细胞这个微观命的奥秘和生命本身浓缩到了细胞这个微观世界，推动了对细胞的研究。世界，推动了对细胞的研究。细胞学说提出后取得的进展：细胞学说提出后取得的进展：细胞器的发现细胞器的发现 18881888年发现了年发现了中心体中心体；18891889年发现了年发现了线粒体线粒体;18901890年提出年提出染色体染色体概念；概念；18971897年发现了年发现了内质网内质网 18981898年发现了年发现了高尔基体高尔基体。细胞质细胞质cytoplasmcytoplasm 核质核质karyoplasmkaryoplasm19891989年年核酸核酸nucleicnucleic acidacid19091909年年基因基因genegene细胞活动的发现细胞活动的发现 18801880年年有丝分裂有丝分裂mitosismitosis 19051905年年减数分裂减数分裂meiosismeiosis细胞学细胞学(cytology)作为一门学科成立作为一门学科成立标志标志:1892:1892年年 O.HertwigO.Hertwig细胞与组织细胞与组织200200多年来从细胞的发现到细胞学的成多年来从细胞的发现到细胞学的成立依赖于立依赖于:显微镜技术的发明和放大倍数的提高显微镜技术的发明和放大倍数的提高 罗伯特罗伯特胡克和他的显微镜胡克和他的显微镜 普通光学显微镜人血细胞 蟾蜍血细胞小鼠和人精子石蜡切片机马蛔虫卵细胞内中心体蝾螈小肠上皮细胞 小鼠肝细胞 新技术：电子显微镜、超薄切片技术新技术：电子显微镜、超薄切片技术 1939年，年，Siemens公司第一台电子显微镜公司第一台电子显微镜 成果：成果：细胞的超微结构（内质网，叶绿体，细胞的超微结构（内质网，叶绿体，高尔基体，溶酶体，核糖体，单位膜）高尔基体，溶酶体，核糖体，单位膜）三、细胞生物学的兴起三、细胞生物学的兴起透射电子显微镜Ernst Ruska,Gerd Binnig,Heinrich Rohrer电镜发明者 扫描电镜发明者 超薄切片机CytologyCytology：光学显微镜观察，细光学显微镜观察，细胞的整体水平的形态和生理变化胞的整体水平的形态和生理变化CellCell BiologyBiology：电镜、超离心、电镜、超离心、X X射线衍射等新技术，细胞的超微结射线衍射等新技术，细胞的超微结构和分子结构水平。多方位研究细构和分子结构水平。多方位研究细胞的生命活动。其标志是：胞的生命活动。其标志是：19651965年年 DeDe RobetisRobetis细胞生物学细胞生物学细胞生物学的特点 深刻性：多层次水平、功能活动与分子、超分子结构变化相联系 综合性 同生理、生化、遗传、发育等学科融汇四、分子细胞生物学的出现四、分子细胞生物学的出现 DNA双螺旋结构分子生物学形成 八十年代，提出Molecular Cell Biology 研究亚细胞成分的分子结构 细胞膜五、信息细胞生物学五、信息细胞生物学 信号传递网络第三节第三节 细胞生物学的进展历程细胞生物学的进展历程 三百多年来细胞生物学领域取得了丰硕成果，许多细胞相关的成果荣获Nobel 生理、医学、化学奖重要进展有 前期对质膜、线粒体膜、核糖体、细胞骨架、染色体等的结构功能有了认识 1931年电子显微镜发明 1958年遗传信息传递的中心法则 1960年蛋白质合成的调控操纵子学说 1966年扫描干扰显微镜可以识别分子 1976年细胞质膜上的离子通道 1979年合成了胰岛素 1982年扫描隧道显微镜（发明人获1986年诺贝尔物理奖，可用于观察单个原子在物质表面的排列及与表面电子有关的物化性质）1985年高压电镜观察DNA三维双螺旋结构 1990年人类基因组计划 1996年克隆羊 1997年高分辨X射线显示了核心颗粒原子水平结构 2001-2010年 人类基因组草图 RNA干扰，端粒及端粒酶，嗅觉的本质，细胞程序性死亡，细胞周期调控，人脑神经细胞间的信号传递，病毒致癌学说，基因打靶，胃病元凶幽门螺旋杆菌 成果的不断深入和提高显示出以成果的不断深入和提高显示出以下特点下特点（一）细胞结构层次的深入和整合（一）细胞结构层次的深入和整合1.从显微结构到亚微、分子水平的重新认识从显微结构到亚微、分子水平的重新认识 高尔基复合体高尔基复合体2.更多的细胞结构被发现更多的细胞结构被发现 核糖体、溶酶体、过氧化物酶体、细胞骨架结构、核孔核糖体、溶酶体、过氧化物酶体、细胞骨架结构、核孔核核膜膜 3.多层面结构知识的整合多层面结构知识的整合 即在显微水平、亚微水平和分子水平三个层次对即在显微水平、亚微水平和分子水平三个层次对细胞结构进行分析研究细胞结构进行分析研究.（二）细胞（二）细胞“时空时空”特性的认识特性的认识1.细胞质中化学物质的区域化细胞质中化学物质的区域化各种特定物质尤其各种特定物质尤其是酶被区域化是酶被区域化2.细胞器的存在有时空性细胞器的存在有时空性 细胞器在细胞质中的排布与细胞功能活动相适应细胞器在细胞质中的排布与细胞功能活动相适应3.细胞在个体中存在的时空特性细胞在个体中存在的时空特性多细胞生物由不同类型多细胞生物由不同类型的细胞组成，细胞之间的细胞组成，细胞之间形成特殊的联系以协调形成特殊的联系以协调工作，执行整体功能。工作，执行整体功能。出生前的造血部位：卵黄囊造血：人胚第3-9周。肝脏造血：人胚第6周至第45个月达高峰，以红、粒细胞造血为主，不生成淋巴细胞。67周的人胚已有胸腺，开始有淋巴细胞形成，脾脏自 第5个月形成淋巴细胞，出生时成为淋巴细胞的器官。骨髓造血：人胚第5个月以后始成为造血中心出生时全身骨髓普遍造血，5岁以后由四肢远侧呈向心性退缩。（三）细胞（三）细胞“单位单位”概念的深化概念的深化1.细胞独立生存的潜能性细胞独立生存的潜能性2.细胞中物质代谢体系的完整性细胞中物质代谢体系的完整性3.细胞基本的生物学特性相似细胞基本的生物学特性相似虽然细胞内各种细胞器的含量与分布有很大虽然细胞内各种细胞器的含量与分布有很大差别，但细胞的存活、分裂、运动、衰老、差别，但细胞的存活、分裂、运动、衰老、死亡等活动的基本特征相似死亡等活动的基本特征相似 本门课程中认识细胞要：本门课程中认识细胞要：显微、超微、分子三个水平上综合显微、超微、分子三个水平上综合动态变化动态变化结构与功能联系结构与功能联系细胞器细胞器组织组织器官器官系统系统生物大分子生物大分子细胞细胞个体个体2、是四大基础学科之一是四大基础学科之一（分子生物学、细胞生物学、神经生物学和生态学）（分子生物学、细胞生物学、神经生物学和生态学）1、是联系生命科学和医学各学科的纽带和桥梁、是联系生命科学和医学各学科的纽带和桥梁。第四节第四节 细胞生物学与医学细胞生物学与医学 细胞生物学是医学重要的基础学科之一细胞生物学是医学重要的基础学科之一细胞生物学理论和知识，可加深人们对疾病发生机理的认识，从而提出有效的诊治方案。如:肿瘤发病机理、心脑血管病防治等。医学新课题的解决离不开细胞生物学研究医学新课题的解决离不开细胞生物学研究例如干细胞研究。细胞生物学实验技术运用到医学中，可为疾细胞生物学实验技术运用到医学中，可为疾病治疗提供新途径病治疗提供新途径。例：基因工程制药、单克隆抗体 细胞与人体的生长发育细胞与人体的生长发育细胞生物学是生命科学的前沿学科细胞生物学是生命科学的前沿学科 1、是四大前沿学科之一、是四大前沿学科之一 （分子生物学、细胞生物学、神经生物学和免疫学）（分子生物学、细胞生物学、神经生物学和免疫学）2、是生命科学带头学科和生长点、是生命科学带头学科和生长点 （细胞凋亡、干细胞、（细胞凋亡、干细胞、克隆技术）克隆技术）3、SCI论文最集中的三个领域论文最集中的三个领域（细胞信号转导、细胞凋亡、基因组与后基因（细胞信号转导、细胞凋亡、基因组与后基因 组研究）组研究）4、NIH热门话题热门话题五大方向五大方向（细胞周期调控、细胞凋亡、细胞衰老、信号转导、（细胞周期调控、细胞凋亡、细胞衰老、信号转导、DNA损伤与修复）损伤与修复）细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位，细细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位，细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学。胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学。细胞的结构、细胞代谢、遗传、增殖与分化，信细胞的结构、细胞代谢、遗传、增殖与分化，信息的传递与细胞通讯等是细胞生物学主要研究内息的传递与细胞通讯等是细胞生物学主要研究内容。容。虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的，但虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的，但概括起来可能是两个基本点：概括起来可能是两个基本点：一、基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活一、基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动，如生长、增殖、分化与衰老等，在此要涉及动，如生长、增殖、分化与衰老等，在此要涉及到一个全新的问题，细胞内外信号如何传递到一个全新的问题，细胞内外信号如何传递 二、基因产物二、基因产物蛋白质分子与其他生物分子蛋白质分子与其他生物分子如何构建与装配成细胞的结构，行使细胞的有序如何构建与装配成细胞的结构，行使细胞的有序的生命活动的生命活动 今后今后20多年，以下问题可望取得重要进展与突破多年，以下问题可望取得重要进展与突破遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上得到阐明。得到阐明。细胞骨架（包括核骨架与染色体骨架）的研究细胞骨架（包括核骨架与染色体骨架）的研究将得到全方位的进展将得到全方位的进展 细胞生物学与分子生物学、遗传学的结合，将细胞生物学与分子生物学、遗传学的结合，将在细胞分化机理研究方面有重要突破，为发育生在细胞分化机理研究方面有重要突破，为发育生物学快速发展奠定基础。物学快速发展奠定基础。细胞衰老与细胞程序化死亡的机理将在更深层细胞衰老与细胞程序化死亡的机理将在更深层次上阐明次上阐明以细胞分子生物学为骨干学科与其他学科结合以细胞分子生物学为骨干学科与其他学科结合，人工装配生命体的理想可能逐步实现。，人工装配生命体的理想可能逐步实现。作业 细胞生物学的研究任务是什么?什么是显微结构?什么是超微结构?各自的分辨率?How big is a cell and how big are its parts?These drawings convey a sense of scale between living cells and atoms.Each panel shows an image that is then magnified by a factor of 10 in an imaginary progression from a thumb,to skin,to skin cells to a mitochondrion,to a ribosome,and ultimately to a cluster of atoms forming part of one of the many protein molecules in our bodies.Details of molecular structure,an shown in the last two panls,are beyond the power of the electron microscope.20 mm 2mm 0.2 mm20 m 2m 0.2 m20 nm 2 nm 0.2 nm