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1.细胞生物学教程(发展史)


细胞生物学教程

CELL BIOLOGY COURSE

? 细胞生物学从显微水平、超微水平和分子水平等不同层

次研究细胞结构、功能及生活史。
? 细胞生物学由细胞学Cytology发展而来,Cytology是指

对细胞形态(特别是染色体形态)的观察。
? 在我国的基础学科

发展规划中,细胞生物学与分子生物

学,神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学
科。

第一章 历史与展望

HISTORY AND PERSPECTIVE

本章内容提要
? 第一节 细胞生物学简史 ? 一、显微镜的发明与细胞的发现 ? 二、细胞学说 ? 三、细胞学的发展 ? 第二节 细胞生物学学习方法

? 第三节 对未来的展望
? 附录 细胞生物学参考书:

第一节 细胞生物学简史
? 细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段: ? 第一阶段:细胞的发现,16世纪末-19世纪30年代。

? 第二阶段:细胞学说提出,19世纪30年代-20世纪中期。
? 第三阶段:超微结构研究,20世纪30年代-70年代。

? 第四阶段:分子细胞生物学,20世纪70年代分子克隆技术
出现以来。

一、显微镜的发明与细胞的发现
?
? ?

没有显微镜就不可能有细胞学诞生。
1、1590年,荷兰眼镜制造商J和Z.Janssen父子制作了 第一台复式显微镜。 2、1665年,英国人Robert Hook首次描述了植物细胞 (木栓),命名为cella。

?

3、1680年,荷兰人A.van Leeuwenhoek成为皇家学会
会员,他一生中制作了200多台显微镜和400多个镜头, 用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生 动物。

Robert Hooke

Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).
Magnification ranges at 50-275x.

Large Student Microscope made by Charles Chevalier 1840

?

4、1752年,英国人J. Dollond 发明消色差显微镜。

?
?

5、1812年,苏格兰人D. Brewster 发明油浸物镜,改进了
体视显微镜。 6、1886年,德国人Ernst Abbe 发明复消差显微镜,并改进 了油浸物镜,至此普通光学显微镜技术基本成熟。

Bausch & Lomb Investigator microscope – circa 1893

现 代 显 微 镜

?

5、1932年,荷兰籍德国人F. Zernike成功设计了相 差显微镜(phase contrast microscope),并因此获 1953年诺贝尔物理奖。

?

7、1932年,德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska发明电镜,
1940年,美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。

TEM

? 8、1981年,瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验 中心(Zurich Research Center)发明了扫描隧道显微镜而 与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。

Cs atoms (red) on the GaAs surface (blue).

二、细胞学说
1. Jean-Baptiste de Lamark (1744~1829),获得性遗传理论的创始 人,法国退伍陆军中尉,50岁成为巴黎动物学教授,1809年他认 为只有具有细胞的机体,才有生命。“It has been recognized for a long time that the membranes which form the envelopes of the brain,of the nerves,of vessels,of all kinds of glands,of viscera,of muscles and their fibers,and even the skin of the body are in general the productions of cellular tissue。 But no one,

so far as I know, has yet perceived that cellular tissue is the
general matrix of all organization and that without this tissue no living body would be able to exist , nor could it have been

formed。”

2.

Charles Brisseau Milbel(1776~1854),法国植物学家,1802年认
为植物的每一部分都有细胞存在,“the plant is wholly formed of a continuous cellular membranous tissue。Plants are made up of

cells,all parts of which are in continuity and form one and the
same membranous tissue”。 3. Henri Dutrochet (1776~1847),法国生理学家,1824年进一步 描述了细胞的原理,他认为 “All organic tissues are actually globular cells of exceeding smallness,which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues, all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified。

This uniformity of finer structure proves that organs actually differ
among themselves merely in the nature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed” 。

4.

Matthias Jacob Schleiden(1804~1881),德国植物学

教 授 , 1838 年 发 表 “ 植 物 发 生 论 ” (Beitr?ge zur
Phytogenesis),认为无论怎样复杂的植物都有形形色色

的细胞构成。
5. Theodor Schwann(1810~1882),德国解剖学教授,

一开始就研究Schleiden的细胞形成学说,并于1838年
提出了“细胞学说”(Cell Theory)这个术语;1939年

发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”

?
a. b. ?

Schwann提出:
有机体是由细胞构成的; 细胞是构成有机体的基本单位。 1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞” (omnis cellula e cellula)的著名论断;进一步完善了 细胞学说。

?

把细胞作为生命的一般单位,以及作为动植物界生命现

象的共同基础的这种概念立即受到了普遍的接受。
? 恩格斯将细胞学说誉为19世纪的三大发现之一。

三、细胞学的发展
? 1、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。 ? 2、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。德国人E. Strasburger (1876~80)在植物细胞中发现有丝分裂。

?

3、1883年,比利时人E. van Beneden 发现马蛔虫
Ascaris megalocephala的减数分裂现象。

? 4 、 1869 年 , 瑞 士 人 F. Miescher 从脓细胞中分离 出核酸。 ? 5、1928年,英国微生物学

家 F.Griffith 于 发 表 了 著 名
的肺炎双球菌转化试验。 ? 6 、 1944 年 , 美 国 人 O. Avery,C. Macleod 和M. McCarthy等人通过微生物

转化试验证明DNA是遗传
物质。

?

7、1953年,美国人J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick提出 DNA双螺旋模型。

? ?

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、1961~64年,美国人M. W. Nirenberg破译DNA遗传
密码。 11、1968年,瑞士人Werner Arber从细菌中发现DNA限 制性内切酶。 12 、 1970 年 , 美 国 人 D.Baltimore 、 R.Dulbecco 和

H.Temin由于发现逆转录酶而共享诺贝尔生理医学奖。

?

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。此外Sanger还由于1953年
测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。

?

15、1975年,德国人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein和
丹麦科学家N.K.Jerne发展了单克隆抗体技术,荣获1984

年度诺贝尔生理医学奖。

? 16、1981年,美国首次发现艾滋病,1983年,法国巴斯德
研究所的Luc Montagbier 发现AIDS病毒。艾滋病的全称为 Acquired ImmunoDeficiency Syndrome ,由人类免疫缺陷 病毒HIV引起。20年来全球共有约5800万人受到艾滋病病毒 感染,2200万人死于艾滋病。我国于1985年发现。

? 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 异是艾滋病病毒致病能力增强之原因;④广泛存在于感染者的血液、

精液、阴道分泌物以及唾液、尿液、脑脊液及有神经症状者的脑组
织中;⑤较乙肝病毒对外界的抵抗力低,56℃30分钟就可以使其灭 活;⑥感染者潜伏期长、病死率高;⑦基因组比已知的任何逆转录

酶病毒基因都复杂。

HIV

侵 染 淋 巴 细 胞

?

17、1982年,美国人S.B.Prusiner 在患羊瘙痒病 的羊体内发现蛋白质感染因子(prion)。更新了

医学感染的概念,获1997年诺贝尔生理医学奖。

PrPC

PrPSC

? 18、1983年,美国人
K.B.Mullis发明PCR仪,

于1993年获诺贝尔化
学 奖 。 1988 年 美 国

Cetus 公 司 获 PCR 技
术专利,1990年其诊

断试剂盒和仪器的销
售额达2600万美元。

? 19、1990年,美国国会正式批准的“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30Mb的测序任务。 – 2000年6月28日人类基因组工作草图完成。

? 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。这种疾

病因腺苷脱氨酶(ADA)基因变异引起。
? 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,并获得成功。

22、1996年7月5日,
世界上第一只克隆羊 “多利”在英国苏格兰 卢 斯 林 研 究 所 的 试验基地诞生。成为世

纪末的重大新闻。

Dolly sheep born in Roslin Institute, Scottland.

EMBRYO COLONING

?23 、 2001 年 , 美 国 人 Leland Hartwell 、 英 国 人 Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获

诺贝尔生理医学奖。

Leland H. Hartwell

R. Timothy (Tim) Hunt

Sir Paul M. Nurse

2002年,英国人悉尼· 布雷诺尔、美国人罗伯特· 霍维茨和英 国人约翰· 苏尔斯顿,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诺贝尔生理学或医学奖。

Sydney Brenner

H. Robert Horvitz

?John E. Sulston

2003年,美国科学家彼得· 阿格雷和罗德里克· 麦金农,分别 因对细胞膜水通道,离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化

学奖。

Peter Agre

Roderick MacKinnon

2006年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安 德鲁·菲尔和克雷格·梅洛,以表彰他们发现了 控制基因信息流动的基本机制,RNA干扰的发现。 2009年,美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白?布莱克 本(Elizabeth H.Blackburn)、美国巴尔的摩约翰?霍普 金斯医学院的卡罗尔?格雷德(Carol W.Greider)、美国 哈佛医学院的杰克?绍斯塔克(Jack W.Szostak)因发现端 粒和端粒酶保护染色体的机理而获此殊荣。伊丽莎白?布 兰克波恩来自美国加利福尼亚旧金山大学,于1948年出 生于澳大利亚。来自巴尔的摩约翰-霍普金斯医学院的卡 罗尔?格雷德出生于1961年。另外,杰克?绍斯塔克来自 霍华德休斯医学研究所,他于1952年出生于英国伦敦。

第二节 细胞生物学学习方法
? ? ? ? 第一、认识细胞生物学课程的重要性。 第二、明确细胞生物学的研究内容。 第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构 与功能。 第四、将所学过的知识关联起来,多问几个为什么。

?
?

第五、紧跟学科前沿,当前的热点主要有“信号转导”、 “细胞周期调控”、 “细胞凋亡”、“肿瘤细胞”等。
第六、学一点科技史,尤其是生物学史。

第三节 对未来的展望
? 人类经历了漫长的采猎文明后,约在一万年前进入农业

经济时代,18世纪60年代,英国率先进入工业经济,20
世纪50年代美国最早走完工业经济的历程,进入信息时

代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为75~80年,
到本世纪20年代将渐渐失去活力,届时人类迎接下一个

经济时代,即生物经济时代的到来。

1.

基因克隆和重组技术日趋成熟,在商业目的的驱使下, 人类将大量的改造物种,开始了偏离自然进化规律的二 次“创世纪” 。

2.

人类基因组计划完成,进入以基因功能为主要研究内容 的后人类基因组计划。人类将解读自身大约10万个基因

的含义,到时危害人类健康的5000多种遗传病,以及与
遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、 高血压、精神病等,都可以得到早期诊断和治疗。基因 工程药物将得到广泛的应用,目前人工干扰素售价高达 440亿美元/Kg。

3.

克隆技术和干细胞定向分化技术取得突破,人工创建的

组织,器官将用于医学治疗的目的。
4. 煤(350年)与石油天然气(30-50年)资源的枯竭指日

可待,对光合作用机理的研究,使人工光解水成为可能。
5. 6. 基因武器可能成为又一种足以令人类毁灭的武器。 生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环 境保护、司法鉴定等领域。计算机和网络系统为生物经 济的遗传信息管理和交流提供了方便。

Gene Chip

?附录:细胞生物学参考书:
1. 分子细胞生物学 韩贻仁 科学出版社 2001年03月

2.
3. 4.

医学细胞与分子生物学 陈诗书 上海医科大学出版社 1999年01月
细胞生物学 王德耀 上海科学技术出版社 1998年出版 细胞生物学 翟中和等编 高等教育出版社 2000年8月出版

5.
6. 7. 8. 9. 10.

细胞生物学(第二版) 汪堃仁 北京师范大学出版社1998年11月出版
细胞生物学研究方法与技术(第二版) 刘鼎新 北医、协和医大联合 出版社1997年05月出版 细胞生物学实验(第二版) 杨汉民 高等教育出版社1997年07月出版 Molecular Biology of the Cell 4th Edition, Bruce Alberts et al., 2002 Molecular Cell Biology 4th Edition, Harvey Lodish et al., 1999 Cell and Molecular Biology 3rd Gerald Karp, 2002


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