細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)知識-細(xì)胞生物學(xué)在線課件

1、細(xì)胞生物學(xué)教程主講：田潤剛 博士CELL BIOLOGY COURSE電話：88345002,668526電郵：642175685網(wǎng)址：課程主要教學(xué)內(nèi)容章節(jié)周次教學(xué)內(nèi)容備注11細(xì)胞生物學(xué)簡史第一單元22細(xì)胞生物學(xué)實驗技術(shù)32細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)知識43質(zhì)膜及其表面結(jié)構(gòu)第二單元54細(xì)胞的物質(zhì)運輸65細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)76細(xì)胞能學(xué)87細(xì)胞核與染色體第三單元98細(xì)胞通信109細(xì)胞骨架第四單元1110細(xì)胞外基質(zhì)1210細(xì)胞連接1311細(xì)胞周期第五單元1412細(xì)胞分化1513細(xì)胞衰老與凋亡1614腫瘤細(xì)胞課程教學(xué)目的1. 掌握細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)，即：關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能、生活史的基本知識。2. 掌握細(xì)胞生物學(xué)的最新進(jìn)展，

2、并能檢索和整理文獻(xiàn)，解決自己感興趣的問題。3. 理論聯(lián)系實際，能用學(xué)到的細(xì)胞生物學(xué)知識理解生活和社會中的一些問題，如：健康生活（心血管病、老年性癡呆、癌癥等疾病的防治）。教學(xué)方法和要求1. 采用多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)。2. 遵守課堂紀(jì)律，不干擾同學(xué)和老師；3. 會利用本校圖書館資源和PubMED、Highwire等免費資源；4. 會閱讀外文文獻(xiàn)，整理出其中的重要內(nèi)容，并撰寫讀書報告。課程考核一、平時成績：50分就個人感興趣的問題，撰寫課程論文2份，不限字?jǐn)?shù)，但要求具有中英文摘要、關(guān)鍵詞和參考文獻(xiàn)列表；翻譯細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)展文獻(xiàn)2篇，每篇3000字以上。二、考試成績：50分采用教考分離，題型：不定項選

3、擇題（50分）、簡答題（30分）、論述題（20分），所有考題均可在網(wǎng)站下載，或在線練習(xí)。第一章 歷史與展望HISTORY AND PERSPECTIVE本章內(nèi)容提要第一節(jié) 一小段歷史一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)二、細(xì)胞學(xué)說三、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究四、分子細(xì)胞生物學(xué)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) 一小段歷史細(xì)胞生物學(xué)研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史。分三個層次：1）顯微水平2）超微水平3）分子水平由細(xì)胞學(xué)（Cytology）發(fā)展而來；是當(dāng)代生物技術(shù)的支撐學(xué)科；發(fā)展迅速，期刊數(shù)量最多， SCI源期刊中細(xì)胞生物學(xué)的平均影響影子為4. 1；是生物、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等專業(yè)的一門必修課程。

4、細(xì)胞生物學(xué)經(jīng)歷了四個主要發(fā)展階段：1）1665-1830s，細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，顯微生物學(xué)。2）1830s-1930s，細(xì)胞學(xué)說，Cytology誕生。3）1930s-1970s，電鏡技術(shù)應(yīng)用， Cytology發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。4）1970s以來，分子細(xì)胞生物學(xué)時代。一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生物學(xué)的變革和顯微技術(shù)的改進(jìn)息息相關(guān)。1590年J. 和Z. Janssen制作第一臺復(fù)式顯微鏡。1610年Galileo Galilei用顯微鏡觀察昆蟲。1665年英國人Robert Hooke出版顯微圖譜。觀察了軟木，并首次用cells來描述“細(xì)胞”。 Robert Hooke and his “cells”Robe

5、rt Hookes microscopeMicrographia Micrographia 1680年A. van Leeuwenhoek當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。他是第一個描述活細(xì)胞的科學(xué)家。觀察過植物、原生動物、水、鮭魚的紅細(xì)胞、牙垢中的細(xì)菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，對細(xì)胞的研究沒有實質(zhì)進(jìn)展。直到1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認(rèn)識。 Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.1831年R. Brown在蘭科植物表皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核。18

6、36年GG. Valentin在動物神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核與核仁。這些工作對于細(xì)胞學(xué)說的誕生具有重要意義。 二、細(xì)胞學(xué)說 Cell Theory是19世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容有三條：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；新細(xì)胞來源于已存在細(xì)胞的分裂。 1838年Schleiden發(fā)表“植物發(fā)生論” ，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都由細(xì)胞構(gòu)成。但他以free-cell formation理論來解釋細(xì)胞形成。Schwann提出了“細(xì)胞學(xué)說”（Cell Theory) ；1839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”。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。Ma

7、tthias Jacob SchleidenTheodar Schwann通常認(rèn)為施萊登（MJ. Schleiden）和施旺（T. Schwann）正式提出了細(xì)胞學(xué)說。實際上它是19世紀(jì)許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。包括:BC. Dumortier、JB. de Lamark、CB. Milbel、H. Dutrochet、R. Brown、JE. Purkyne、R. Remak、R.Virchow等許多著名科學(xué)家。Jean-Baptiste de Lamark 1855 德國人Rudolf Virchow 提出omnis cellula e cellula的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。19

8、世紀(jì)30年代后發(fā)現(xiàn)活細(xì)胞并不是空的而是充滿粘稠的液體。F. Dujardin（1835）將之稱為“sarcode”；JE. Purkinje（1839）和von Mohl（1846）則將之稱作原生質(zhì)“protoplasm” 。如今“原生質(zhì)”一詞已從生物學(xué)文獻(xiàn)中消失了，但在當(dāng)時具有十分重要的意義。 三、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究1932年德國人E. Ruska和M. Knoll發(fā)明透射電鏡，人類視野進(jìn)入超微領(lǐng)域 。1939年Siemens公司生產(chǎn)商品電鏡。1940-50s用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心、電泳、無細(xì)胞體系等分析技術(shù)研究這些結(jié)構(gòu)的功能。Cytology發(fā)展為Cell Biolog

9、y。四、分子細(xì)胞生物學(xué)時代1869年瑞士人F. Miescher 從膿細(xì)胞中分離出核酸，但未引起重視。1944年O. Avery等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗，1952年M. Chase等通過噬菌體標(biāo)記感染實驗肯定了核酸與遺傳的關(guān)系。 Oswald T. Avery Colin MacLeod Maclyn McCarty微生物轉(zhuǎn)化試驗1952年Franklin拍攝到清晰的DNA晶體X-衍射照片。1953年她認(rèn)為DNA是一種對稱結(jié)構(gòu)，可能是螺旋。 1953年，Watson 和 Crick提出DNA雙螺旋模型。與Wilkins分享1962 年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎 。1958 年Crick 提出分子遺傳的“中

10、心法則”。1961-1964年Nirenberg 等破譯遺傳密碼。1972年DA. Jackson，RH. Symons和P. Berg創(chuàng)建DNA體外重組。1973年SN. Cohen和HW. Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，并在大腸桿菌中表達(dá)。一系列技術(shù)和理論的提出，使細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合越來越緊密。 1983年，Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎。1990年，美國國會正式批準(zhǔn)的“人類基因組計劃” （Human Genome Project）。 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26日人類基因

11、組工作草圖完成。同年，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。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。Dolly sheep with her first born lamb Dolly Parton：a famous singerEMBRYO COLONING2004年，首爾大學(xué)黃禹錫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在Science雜志發(fā)表論文，稱率先用卵子成功培育出人類胚胎干細(xì)胞，2005年，又在Science上發(fā)表用患者體細(xì)胞克隆出胚胎干細(xì)胞，但隨后即陷入干細(xì)胞數(shù)據(jù)造假丑聞。

12、2007年，京都大學(xué)的山中伸彌團(tuán)隊和威斯康星大學(xué)的J. Thomson/俞君英團(tuán)隊，通過插入4個特定基因，首次將人體皮膚細(xì)胞制造成了胚胎干細(xì)胞。Shinya YamanakaJames Thomson2010年，J. Craig Venter領(lǐng)導(dǎo)的小組宣告首例人造細(xì)胞誕生。這是一個山羊支原體Mycoplasma capricolum細(xì)胞，但遺傳物質(zhì)卻是完全人工合成的蕈狀支原體Mycoplasma mycoides的基因組，人造細(xì)胞表現(xiàn)出的是后者的生命特性。第二節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法一、認(rèn)識細(xì)胞生物學(xué)課程的重要性細(xì)胞是生命的基本單位。細(xì)胞生物學(xué)是生物技術(shù)的重要支撐學(xué)科，人類所面臨的人口、食品、能

13、源、環(huán)境、健康等一系列問題都有待生命科學(xué)回答。諾貝爾獎頻繁授予細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域。2006年美國人Andrew Z. Fire和Craig C. Mello因?qū)NA干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。Andrew Z. FireCraig C. Mello2007年美國的馬里奧卡佩奇、奧利弗史密斯和英國的馬丁伊文思因?qū)虼虬屑夹g(shù)的研究而獲諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。Mario R. CapecchiSir Martin J. EvansOliver Smithies 2008年德國人豪森因發(fā)現(xiàn)人乳頭狀瘤病毒（引起宮頸癌）；法國人巴爾西諾西和蒙塔尼因發(fā)現(xiàn)HIV病毒獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。同年日本人下村修、美

14、國人馬丁沙爾菲和錢永健因在GFP方面做出貢獻(xiàn)而諾貝爾化學(xué)獎。華裔科學(xué)家錢永健2009年V. Ramakrishnan，TA. Steitz, AE. Yonath ，因?qū)颂求w結(jié)構(gòu)和功能的研究而諾貝爾化學(xué)獎。 同年JW.Szostak, CW. Greider, EH.Blackburn因?qū)Χ肆Ｃ傅难芯揩@諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。2010年英國人羅伯特愛德華茲，因試管受精技術(shù)方面的成就獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。左為愛德華，右為已經(jīng)長大成人的第一位試管嬰兒路易絲布朗（1978年7月25日出生）與她的孩子，中為路易絲之母蕾斯利。Robert Edwards2011年法國人霍夫曼、美國的博弈特勒，加拿大的斯坦

15、因曼發(fā)現(xiàn)先天性和獲得性免疫的激活機(jī)制而獲得生理醫(yī)學(xué)獎。Jules Hoffmann Bruce Beutler Ralph Steinman同年美國的Robert J. Lefkowitz與Brian K. Kobilka因?qū)蛋白偶聯(lián)受體的研究獲諾貝爾化學(xué)獎。2012年Gurden和山中伸彌因?qū)?xì)胞重編程的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。2013年美國、德國3位科學(xué)家James E. Rothman, Randy W. Schekman和Thomas C. Sdhof獲生理醫(yī)學(xué)獎。他們發(fā)現(xiàn)膜泡運輸?shù)恼{(diào)節(jié)機(jī)制。James E. Rothman、Randy W. Schekman、Thomas C.

16、Sdhof2014年美國及挪威三位科學(xué)家John OKeefe、May-Britt Moser和Edvard I. Moser諾貝爾生理學(xué)獎。因為發(fā)現(xiàn)構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞。John OKeefe、May-Britt Moser、Edvard I. Moser2015年，我國科學(xué)家屠呦呦因為對青蒿素的研究與另外兩位科學(xué)家共享了生理醫(yī)學(xué)獎同年，瑞典的林達(dá)爾（Tomas Lindahl）、美國的莫德里（Paul Modrich）和土耳其的桑賈爾（Aziz Sancar）因細(xì)胞DNA修復(fù)的機(jī)理研究。獲諾貝爾化學(xué)獎。二、掌握學(xué)科的基本邏輯掌握學(xué)科的思維邏輯對于學(xué)習(xí)和預(yù)見一個有價值的發(fā)現(xiàn)很有幫助。 1結(jié)

17、構(gòu)與功能2基因與表型3信號與效應(yīng)4趨同于分異5同源與同工三、將學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆。將學(xué)過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問幾個為什么？盡可能形成對細(xì)胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。善于靈活應(yīng)用學(xué)過的知識解釋生命現(xiàn)象。 四、了解學(xué)科的過去、現(xiàn)在和未來了解學(xué)科的發(fā)展，把握時代的脈搏，才能作出有價值的工作，當(dāng)前的熱點主要有“膜生物學(xué)”、“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細(xì)胞周期調(diào)控”、“細(xì)胞凋亡”、“細(xì)胞分化”、“腫瘤生物學(xué)”、“干細(xì)胞”等。讀一點科技史，了解科學(xué)家的成功之路。讀一些新的文獻(xiàn)。 以下提供一些免費文獻(xiàn)入口。免費的數(shù)據(jù)庫，提供918種期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等細(xì)

18、胞生物學(xué)專業(yè)優(yōu)秀期刊，提供1955年以來的全文。生物化學(xué)方面的優(yōu)秀期刊，提供1905年以來的全文。美國科學(xué)院學(xué)報，提供1915年以來的全文，一些經(jīng)典細(xì)胞生物學(xué)論文發(fā)表于該刊。Pubmed，大名鼎鼎的免費數(shù)據(jù)庫，屬于美國國立醫(yī)學(xué)圖書館，可查閱生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的文摘。我校具有以下數(shù)據(jù)庫，初步能夠滿足學(xué)習(xí)需要。中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（重慶維普）中國期刊網(wǎng)鏡像萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)鏡像國家科技圖書文獻(xiàn)中心（NSTL）EBSCOhost外文全文數(shù)據(jù)庫Elsevier（已過期，但可查閱文摘）Springer外文電子期刊利用好館藏資源用好Google等檢索引擎第三節(jié) 對未來的展望人類在一萬年前進(jìn)入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，18世紀(jì)6

19、0進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)，20世紀(jì)50年代迎來信息時代。據(jù)估計這一經(jīng)濟(jì)形態(tài)的“壽命”為7580年，到本世紀(jì)20年代人類將迎接下一個經(jīng)濟(jì)時代，即生物經(jīng)濟(jì)時代的到來。它有以下特點：一、推動產(chǎn)業(yè)革命，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)生長點生物產(chǎn)業(yè)的比重將逐步提高。2013年全球基因藥物的銷售額為1808億美元，其中歐美公司的銷售額占全球的97%。生物芯片已廣泛應(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。轉(zhuǎn)基因動植物的市場前景廣闊，2014年全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)1.815億公頃。Gene Chip二、推動醫(yī)學(xué)革命，延長人類壽命20世紀(jì)抗生素和疫苗的應(yīng)用、醫(yī)療技術(shù)的提高使人類平均壽命從20世紀(jì)初的40幾歲在世紀(jì)末達(dá)到

20、70多歲。但是心血管病、癌癥和各類遺傳病或遺傳相關(guān)的疾病仍然是威脅人類健康的主兇。21世紀(jì)生物技術(shù)將推動新一輪醫(yī)學(xué)革命，從疾病預(yù)防、疾病診斷、藥物研制、基因治療、組織工程、器官移植、抗衰老等方面，延長人類壽命。三、推動綠色革命，解決食品危機(jī)。20世紀(jì)60年代以來，雜交高產(chǎn)作物的廣泛應(yīng)用，引起第一次綠色革命。二十一世紀(jì)轉(zhuǎn)基因動植物、組織培養(yǎng)、胚胎移植、動物克隆等一系列新技術(shù)將再一次改變農(nóng)業(yè)的面貌，創(chuàng)造新品種、生產(chǎn)人類所急需的糧食、藥物和工業(yè)用品，推動第二次綠色革命。 四、創(chuàng)造新品種，改善生態(tài)環(huán)境植物抗旱、抗寒、抗鹽基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有可能徹底改變10億畝干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使5億畝不毛之地、鹽堿地變?yōu)榱继铩Ｓ糜趶U氣、廢水、廢渣處理的基因工程極端微生物的應(yīng)用，可降解生物塑料產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推廣，解決工業(yè)排放、白色垃