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1、细胞生物学,主讲教师：张晶 电邮： 网址：http:/ 21世纪以来发展迅速，SCI收录100万篇/年， 近一半是生命科学，其中IF排在前十位的均为生物医学类期刊。其中细胞生物学的平均影响影子为4.1， 高居榜首.,二十一世纪是生命科学的世纪,细胞生物学 在现代生物学中的地位,19世纪时期，达尔文的进化论、孟德尔的遗传学、施旺和施莱登的细胞学说为现代生物学的三大基石。 20世纪80年代分子生物学（包括分子遗传学）、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科，反映了现代生命科学的总趋势。,对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键,一切疾病发病机制也要以细胞病变研
2、究为基础。 21世纪年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。,著名生物学家威尔逊（Wilson）早在1925年就提出一句名言“一切生物学关键问题必须在细胞中找寻”，至今还有着很深的内涵。,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,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。,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
3、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,2004年，美国人Richard Axel和Linda B. Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成。,Richard Axel,Linda B. Buck,2005年Barry J. Marshall 和J. Robin Warren 获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽
4、门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。,Barry J. Marshall,J. Robin Warren,2006年美国人Andrew Z. Fire和Craig C. Mello因对RNA干扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。,Andrew Z. Fire,Craig C. Mello,2007三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物重组方面有着一系列突破性发现”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。,奥利弗史密斯,马丁埃文斯,马里奥卡佩基,2010年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特爱德华兹，以表彰他在体外受精技术领域做出的开创性贡献,1998年7月20日，罗伯特爱德华兹与两名试管婴儿
5、,罗伯特爱德华兹,2011年美国人布鲁斯博伊特勒、法国人朱尔斯霍夫曼和加拿大人拉尔夫斯坦曼以免疫系统研究赢得诺贝尔医学奖,斯坦曼所作贡献，是发现免疫系统中的“枝状细胞”（DC细胞）及其在适应性免疫反应、即以自身调控方式适应并清除体内微生物过程中的作用，构成免疫反应的后续步骤。,2012年诺贝尔医学奖授予日本的山中伸弥，英国的约翰-戈登在细胞核重新编程研究领域的贡献杰出。所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学,长山中伸弥 约翰-戈登,细胞生物学已经成为现代生命科学前沿分支学科之一,是当代生物科学中发展最快的一门尖端学科。,细胞生物学是联系
6、分子生物学和普通生物学或医学（即个体或组织水平）的桥梁,目前该领域值得关注的一些研究进展,20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使细胞生物学的位置起了革命性的变化,!,（一）、新技术催生“基因改造人”,美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心生殖医学科学研究所的科学家，利用一种叫做“卵质转移”的技术，从捐献的卵子中抽出少量细胞质，注入不孕妇女的卵子内，然后进行受精。这样，原本因卵子有缺陷而无法生育的妇女经过这种移植后就怀了孕。采用的技术只不过是把健康妇女捐献的正常卵子中的某些成分添加到不孕妇女的卵子中，并没有对培育出的婴儿基因进行修改，因此他们培育出的这些婴儿称不上
7、是“转基因婴儿”。,（二）、“抗癌婴儿”在美国出世,美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用“胚胎植入前的基因诊断”（PDG）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一个没有“利弗劳梅尼综合症”的健康男婴。这名婴儿后来被称之为“抗癌婴儿”。 利弗劳梅尼综合症是一种家族性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺癌和白血病有遗传倾向。在孩子活到45岁时，将有50的可能患上与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到60岁时，这种可能性就增加为90。 通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，从胚胎中取出1至2个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎中是否存在遗传疾病的基因，再把经过筛查确认为健康的胚胎放
8、回母亲子宫内，孕育成健康的胎儿。,（三）、人类基因组计划,The Human Genome Project (HGP) Completed in April 2003 1986年由美国生物学家杜伯克首次提出 1990年10月美国投资30亿美元启动计划 预计15年完成 国际化研究项目 美国、日本、英国、加拿大、瑞典 1999年7月我国注册承担人类基因组1%测序任务 2000年3月我国科学家完成3号染色体测序 2000年5月人类基因组草图完成,（四）后基因组计划 （Post-genome） 随着“人类基因组计划的完成，结构基因测序的突破，由此延伸的“后基因组计划”即以功能基因鉴定为中心的“功能基因
9、组学”应运而生。后基因组计划利用结构基因组计划所提供的信息和产物，发展和应用新的技术手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学的研究从单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，为在整体水平上探讨生命活动规律奠定了基础。目前国际基因组研究开发的总体趋势已发生了新的变化。,(五)生物信息学和生物芯片 (Bioinformatics and Biochip ) 美国HGP自1990年10月正式启动以来，基因组研究产生了大量的信息，海量信息的分析、加工和利用，促进了生物信息学的诞生和发展。生物信息学不但集中了许多国家政府的投入，而且吸引了全世界不同学科的精英，包括
10、数学、物理、化学、计算机、材料等，同时也推动了生物芯片技术的研究和开发,（六） RNA 干扰(RNA interference) 2002年最重要的科学发现之一,RNAi 在多种生物中，外源或内源性的双链RNA(dsRNA)导入细胞中，与dsRNA 同源的mRNA则受到降解，使其相应的基因受到抑制，称为RNA干扰(RNA interference, RNAi)。RNAi可能是生物普遍存在的RNA水平上调节基因表达的方式，对于细胞防御病毒的感染、以及调节正常基因的功能具有重要作用.,(七) microRNA,microRNA，简称miRNA，是一类由动物、植物和病毒基因组所编码的长约19-23个
11、核苷酸的小分子单链RNA. miRNA调控着细胞生命活动中众多的信号转导途径，在胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育、胚胎后期发育、细胞增殖、分化、凋亡、胰岛素分泌、大脑形成、血管生成、心脏发生及免疫应答等过程中都发挥着重要作用。 miRNA吸引了科研人员通过多种途径、从多种角度、利用多种模式生物来探讨miRNA的起源、作用机制和功能，也使得miRNA在2002年和2003年连续两年被Science杂志评选为年度十大科技突破。,(八)干细胞研究进展,治疗遗传性疾病和恶性肿瘤； 以干细胞为种子培育成组织 和器官，用于移植医学； 抗衰老，延年益寿。,教学方法和理念,开展“开放式、研究性”教学; 2.
12、提倡“读书、思考、讨论”的研究性学习； 3. 提倡有能力的同学申请自学。,学习细胞生物学的意义,认识生命, 认识自我; 珍惜生命，爱护生命; 认识社会, 服务社会。,细胞生物学发展简史,第一节 细胞的发现及细胞学说的创立 1.1、细胞的发现,显微镜之于生物学，犹如望远镜之于天文学，细胞生物学的变革无不和显微技术的改进息息相关。 1604年，荷兰眼镜商Janssen发明了第一台显微镜，放大倍数不超过10倍，只能观察小昆虫。 1665年，英国人Robert Hooke，发表显微图谱，用自制显微镜（40倍）来观察软木，首次用cells描述“细胞”。,Robert Hooke and his “cel
13、ls”,Robert Hookes microscope,1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。,Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x.,1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。 1831年R. Brown在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。 1836年GG. Valentin在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。这些工作对于细
14、胞学说的诞生具有重要意义。,1.2、细胞学说的创立,细胞学说、能量守恒定律和达尔文进化论并列为是19世纪的“三大发现”。 推进了人类对自然界的认识，大大促进了自然科学的进步。,THE CELL THEORY,All living things are made up of cells Cells are the smallest working units of life All cells come from pre-existing cells through cell division,Cells The component of Life,Cells The functional un
15、it of Life,Cells Structure of self-replication,1838年, 德国植物学家施来登(Mathias Schleiden)发表论文指出植物是由细胞构成的; 1839年,德国动物学家施旺(Theodor Schwan）首次提出细胞学这个名称, 并提出了细胞学说的前两条原理； 1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow)对细胞学说进行了重要补充并提出 一切细胞产自细胞。,1.3、细胞生物学发展简史,细胞生物学经历了四个主要发展阶段： 1）1665-1875 细胞发现及细胞学说。 2）1875s-1900 细胞学经典时期：原生质理论的
16、提出和重要细胞器的发现。 3）1900s-1953 实验细胞学时期：采用实验的手段从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗传发育机理的研究。 4）1953s以来，分子细胞生物学时代。,1953年，JD. Watson 和FHC. Crick提出DNA双螺旋模型。与Wilkins分享1962年诺贝尔生理学与医学奖 。,1958 年Crick 提出分子遗传的“中心法则”。 1961-1964年Nirenberg 等破译遗传密码。 1972年DA. Jackson，RH. Symons和P. Berg创建DNA体外重组。 1973年SN. Cohen和HW. Boyer将外源基因拼接在质粒中，并
17、在大肠杆菌中表达。 一系列技术和理论的提出，使细胞生物学与分子生物学的结合越来越紧密。,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。,Dolly and her daughter,The process of cloning Dolly,细胞生物学的主要研究内容,以细胞为研究对象,从细胞的整体 水平、亚显微水平，分子水平三个层 次，以动态的观点,研究细胞和细胞 器的结构和功能,研究细胞的生活史 和各种生命活动规律的学科。 认识 利用 改造,细胞生物学研究的基本特点和趋势,细胞结构功能细胞生命活动 细胞信号转导途径信号网络调控 实验室研究计算生物学更多介入与之结合 细胞生物学与生物学的交叉与数理化及纳米科学等多学科的交叉 总的特点： 从静态分析到活细胞的动态综合，反映生命科学研究的趋势,主要参考书,