生物細胞第一章 歷史與展望

生物細胞第一章歷史與展望第一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三第一章歷史與展望HISTORYANDPERSPECTIVE第二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三本章內(nèi)容提要第一節(jié)一小段歷史一、細胞的發(fā)現(xiàn)二、細胞學說三、細胞超微結(jié)構(gòu)研究四、分子細胞生物學第二節(jié)細胞生物學學習方法第三節(jié)對未來的展望附錄細胞生物學參考書第三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)一小段歷史細胞生物學研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能和生活史。分三個層次：1）顯微水平，光學顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。2）超微水平，電子顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。3）分子水平，細胞結(jié)構(gòu)的分子組成，及其在生命活動中的作用。第四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三細胞生物學由細胞學（Cytology）發(fā)展而來。是當代生物技術(shù)的支撐學科。發(fā)展迅速，期刊數(shù)量最多，SCI源期刊中細胞生物學的平均影響影子為4.1。是生物、農(nóng)學、醫(yī)學等專業(yè)的一門必修課程。第五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三細胞生物學經(jīng)歷了四個主要發(fā)展階段：1）1665-1830s，細胞發(fā)現(xiàn)，顯微生物學。2）1830s-1930s，細胞學說，Cytology誕生。3）1930s-1970s，電鏡技術(shù)應用，Cytology發(fā)展為細胞生物學。4）1970s以來，分子細胞生物學時代。第六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三一、細胞的發(fā)現(xiàn)細胞生物學的變革和顯微技術(shù)的改進息息相關(guān)。1590年J.和Z.Janssen制作第一臺復式顯微鏡。1610年GalileoGalilei用顯微鏡觀察昆蟲。1665年英國人RobertHooke出版《顯微圖譜》。觀察了軟木，并首次用cells來描述“細胞”。

第七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三RobertHookeandhis“cells”第八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三RobertHooke’smicroscope第九頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三Micrographia

第十頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三Micrographia

第十一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1680年A.vanLeeuwenhoek當選為英國皇家學會會員。他是第一個描述活細胞的科學家。觀察過植物、原生動物、水、鮭魚的紅細胞、牙垢中的細菌、唾液、血液、精液等等。Hooke之后的160多年里，對細胞的研究沒有實質(zhì)進展。直到1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對細胞的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認識。

第十二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.第十三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1831年R.Brown在蘭科植物表皮細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了細胞核。1836年GG.Valentin在動物神經(jīng)細胞中發(fā)現(xiàn)了細胞核與核仁。這些工作對于細胞學說的誕生具有重要意義。第十四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三二、細胞學說CellTheory是19世紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容有三條：①有機體是由細胞構(gòu)成的；②細胞是構(gòu)成有機體的基本單位；③新細胞來源于已存在細胞的分裂。第十五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三通常認為施萊登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了細胞學說。實際上它是19世紀許多科學家共同努力的結(jié)果。包括:BC.Dumortier、JB.deLamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等許多著名科學家。第十六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三Jean-BaptistedeLamark第十七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1838年Schleiden發(fā)表“植物發(fā)生論”，認為無論怎樣復雜的植物都由細胞構(gòu)成。但他以free-cellformation理論來解釋細胞形成。Schwann提出了“細胞學說”（CellTheory)；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”。第十八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann第十九頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三Schwann提出：有機體是由細胞構(gòu)成的；細胞是構(gòu)成有機體的基本單位。但他也采用了的Schleiden細胞形成理論。1855德國人R.Virchow提出omniscellulaecellula的著名論斷；進一步完善了細胞學說。第二十頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三RudolfVirchow

第二十一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三19世紀30年代后發(fā)現(xiàn)活細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vonMohl（1846）則將之稱作原生質(zhì)“protoplasm”。如今“原生質(zhì)”一詞已從生物學文獻中消失了，但在當時具有十分重要的意義。第二十二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三第二十三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三三、細胞超微結(jié)構(gòu)研究1932年德國人E.Ruska和M.Knoll發(fā)明透射電鏡，人類視野進入超微領域。1939年Siemens公司生產(chǎn)商品電鏡。1940-50s用電鏡觀察了各類細胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心、電泳、無細胞體系等分析技術(shù)研究這些結(jié)構(gòu)的功能。Cytology發(fā)展為CellBiology。第二十四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三四、分子細胞生物學時代1869年瑞士人F.Miescher從膿細胞中分離出核酸，但未引起重視。1944年O.Avery等通過細菌轉(zhuǎn)化試驗，1952年M.Chase等通過噬菌體標記感染實驗肯定了核酸與遺傳的關(guān)系。第二十五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三微生物轉(zhuǎn)化試驗第二十六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1952年Franklin拍攝到清晰的DNA晶體X-衍射照片。1953年她認為DNA是一種對稱結(jié)構(gòu)，可能是螺旋。第二十七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1953年，Watson和Crick提出DNA雙螺旋模型。與Wilkins分享1962年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎。第二十八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則”。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。一系列技術(shù)和理論的提出，使細胞生物學與分子生物學的結(jié)合越來越緊密。第二十九頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1983年，Mullis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學獎。第三十頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1990年，美國國會正式批準的“人類基因組計劃”（HumanGenomeProject）。我國于1993年加入該計劃，承擔其中1%的任務，即人類3號染色體短臂上約30Mb的測序任務。2000年6月28日人類基因組工作草圖完成。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。第三十一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三1996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。Dollywithherfirstbornlamb第三十二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三EMBRYOCOLONING第三十三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2001年，美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

第三十四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2002年，英國人布雷諾爾、美國人霍維茨和英國人蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

第三十五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2003年，美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別因?qū)毎にǖ溃x子通道結(jié)構(gòu)和機理研究而獲諾貝爾化學獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

第三十六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)氣味受體和嗅覺系統(tǒng)的組成。RichardAxelLindaB.Buck第三十七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎，他們發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌及其在胃炎和胃潰瘍方面的作用。BarryJ.MarshallJ.RobinWarren第三十八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2006年美國人AndrewZ.Fire和CraigC.Mello因?qū)NA干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎。AndrewZ.Fire CraigC.Mello第三十九頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三2007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醫(yī)學獎。MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies第四十頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)細胞生物學學習方法第四十一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三一、認識細胞生物學課程的重要性細胞是生命的基本單位。細胞生物學是生物技術(shù)的重要支撐學科，人類所面臨的人口、食品、能源、環(huán)境、健康等一系列問題都有待生命科學回答。諾貝爾獎頻繁授予細胞生物學領域。第四十二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三二、了解生物科學與哲學和其它自然科學的關(guān)系人類對于生命的認識論主要有：活力論（vitalism）機械論、還原論（reductionism），機械唯物論整體論（holism），即辯證唯物論現(xiàn)代生物學是一門實驗科學，與其它自然科學具有密切的關(guān)系。DNA雙螺旋模型的提出就是理科知識綜合應用的典范。第四十三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三三、掌握學科的基本邏輯掌握學科的思維邏輯對于學習和預見一個有價值的發(fā)現(xiàn)很有幫助。1．結(jié)構(gòu)與功能2．基因與表型3．信號與效應4．趨同于分異5．同源與同工第四十四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三四、將學過的知識關(guān)聯(lián)起來學而不思則罔，思而不學則殆。將學過的知識關(guān)聯(lián)起來，多問幾個為什么？盡可能形成對細胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。善于靈活應用學過的知識解釋生命現(xiàn)象。第四十五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三五、了解學科的過去、現(xiàn)在和未來了解學科的發(fā)展，把握時代的脈搏，才能作出有價值的工作，當前的熱點主要有“膜生物學”、“信號轉(zhuǎn)導”、“細胞周期調(diào)控”、“細胞凋亡”、“細胞分化”、“腫瘤生物學”、“干細胞”等。讀一點科技史，了解科學家的成功之路。讀一些新的文獻。以下提供一些免費文獻入口。第四十六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三免費的數(shù)據(jù)庫，提供918種期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等第四十七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三細胞生物學專業(yè)優(yōu)秀期刊，提供1955年以來的全文。第四十八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三生物化學方面的優(yōu)秀期刊，提供1905年以來的全文。第四十九頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三美國科學院學報，提供1915年以來的全文，一些經(jīng)典細胞生物學論文發(fā)表于該刊。第五十頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三Pubmed，大名鼎鼎的免費數(shù)據(jù)庫，屬于美國國立醫(yī)學圖書館，可查閱生物醫(yī)學領域的文摘。第五十一頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三我校具有以下數(shù)據(jù)庫，初步能夠滿足學習需要。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外文電子期刊第五十二頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)對未來的展望人類在一萬年前進入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，18世紀60進入工業(yè)經(jīng)濟，20世紀50年代迎來信息時代。據(jù)估計這一經(jīng)濟形態(tài)的“壽命”為75~80年，到本世紀20年代人類將迎接下一個經(jīng)濟時代，即生物經(jīng)濟時代的到來。它有以下特點：第五十三頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三一、推動產(chǎn)業(yè)革命，創(chuàng)造新的經(jīng)濟生長點生物產(chǎn)業(yè)的比重將逐步提高。目前藥品中有15%基于生物技術(shù)，這一數(shù)字據(jù)估計到2010年會增加到40%。生物芯片已廣泛應用于科研、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護、司法鑒定等領域。轉(zhuǎn)基因動植物的市場前景廣闊，2004年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已經(jīng)達到8100萬公頃。第五十四頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三GeneChip第五十五頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三二、推動醫(yī)學革命，延長人類壽命20世紀抗生素和疫苗的應用、醫(yī)療技術(shù)的提高使人類平均壽命從20世紀初的40幾歲在世紀末達到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世紀生物技術(shù)將推動新一輪醫(yī)學革命，從疾病預防、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。第五十六頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三三、推動綠色革命，解決食品危機。20世紀60年代以來，雜交高產(chǎn)作物的廣泛應用，引起第一次綠色革命。二十一世紀轉(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。第五十七頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三四、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、白色垃圾等環(huán)保難題，有效改善生態(tài)環(huán)境。第五十八頁，共六十二頁，編輯于2023年，星期三五、發(fā)展綠色能源，解決能源危機煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的開發(fā)涉及國家安全。全球生物質(zhì)能的儲量為18000億噸，相當于640億噸石油。開發(fā)生物乙醇、生物柴油、生物發(fā)電、生物氫等，已經(jīng)納入許多國家的能源戰(zhàn)略規(guī)劃。植