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细胞生物学教程CELLBIOLOGYCOURSECELLBIOLOGYCOURSE电话：88345002,668526电邮：网址：2021/3/29 星期一1课程主要教学内容章节章节周次周次教学内容教学内容备注备注11细胞生物学简史细胞生物学简史第一单元第一单元22细胞生物学实验技术细胞生物学实验技术32细胞生物学基础知识细胞生物学基础知识43质膜及其表面结构质膜及其表面结构第二单元第二单元54细胞的物质运输细胞的物质运输65细胞内膜系统细胞内膜系统76细胞能学细胞能学87细胞核与染色体细胞核与染色体第三单元第三单元98细胞通信细胞通信109细胞骨架细胞骨架第四单元第四单元1110细胞外基质细胞外基质1210细胞连接细胞连接1311细胞周期细胞周期第五单元第五单元1412细胞分化细胞分化1513细胞衰老与凋亡细胞衰老与凋亡1614肿瘤细胞肿瘤细胞2021/3/29 星期一2课程教学目的1.掌握细胞生物学基础，即：关于细胞结构、功能、生活史的基本知识。2.掌握细胞生物学的最新进展，并能检索和整理文献，解决自己感兴趣的问题。3.理论联系实际，能用学到的细胞生物学知识理解生活和社会中的一些问题，如：健康生活（心血管病、老年性痴呆、癌症等疾病的防治）。2021/3/29 星期一3教学方法和要求1.采用多媒体教学和网络辅导。2.遵守课堂纪律，不干扰同学和老师；3.会利用本校图书馆资源和PubMED、Highwire等免费资源；4.会阅读外文文献，整理出其中的重要内容，并撰写读书报告。2021/3/29 星期一4课程考核一、平时成绩：50分就个人感兴趣的问题，撰写课程论文2份，不限字数，但要求具有中英文摘要、关键词和参考文献列表；翻译细胞生物学进展文献2篇，每篇3000字以上。二、考试成绩：50分采用教考分离，题型：不定项选择题（50分）、简答题（30分）、论述题（20分），所有考题均可在网站下载，或在线练习。2021/3/29 星期一5 第一章 历史与展望HISTORY AND PERSPECTIVE2021/3/29 星期一6本章内容提要第一节第一节 一小段历史一小段历史一、细胞的发现一、细胞的发现二、细胞学说二、细胞学说三、细胞超微结构研究三、细胞超微结构研究四、分子细胞生物学四、分子细胞生物学第二节第二节 细胞生物学学习方法细胞生物学学习方法第三节第三节 对未来的展望对未来的展望附录附录 细胞生物学参考书细胞生物学参考书2021/3/29 星期一7第一节 一小段历史细胞生物学研究细胞的结构、功能和生活史。分三个层次：1）显微水平2）超微水平3）分子水平2021/3/29 星期一8由细胞学（Cytology）发展而来；是当代生物技术的支撑学科；发展迅速，期刊数量最多，SCI源期刊中细胞生物学的平均影响影子为4.1；是生物、农学、医学等专业的一门必修课程。2021/3/29 星期一9细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1）1665-1830s，细胞发现，显微生物学。2）1830s-1930s，细胞学说，Cytology诞生。3）1930s-1970s，电镜技术应用，Cytology发展为细胞生物学。4）1970s以来，分子细胞生物学时代。2021/3/29 星期一10一、细胞的发现细胞生物学的变革和显微技术的改进息息相关。1590年J.和Z.Janssen制作第一台复式显微镜。1610年Galileo Galilei用显微镜观察昆虫。1665年英国人Robert Hooke出版显微图谱。观察了软木，并首次用cells来描述“细胞”。2021/3/29 星期一11Robert Hooke and Robert Hooke and his“cells”his“cells”2021/3/29 星期一12Robert Hookes microscope2021/3/29 星期一13Micrographia 2021/3/29 星期一14Micrographia 2021/3/29 星期一151680年A.van Leeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他是第一个描述活细胞的科学家。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。Hooke之后的160多年里，对细胞的研究没有实质进展。直到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。2021/3/29 星期一16Made by A.van Leeuwenhoek(1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.2021/3/29 星期一171831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。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。2021/3/29 星期一18二、细胞学说 Cell Theory是19世纪的重大发现之一，其基本内容有三条：有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位；新细胞来源于已存在细胞的分裂。2021/3/29 星期一191838年Schleiden发表“植植物物发发生生论论”，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以free-cell formation理论来解释细胞形成。Schwann提出了“细胞学说”（Cell Theory)；1839年发表了“关关于于动动植植物物结结构构和和生生长长一一致致性性的的显显微微研研究究”。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。2021/3/29 星期一20Matthias Jacob SchleidenTheodar Schwann2021/3/29 星期一21通常认为施莱登（MJ.Schleiden）和施旺（T.Schwann）正式提出了细胞学说。实际上它是19世纪许多科学家共同努力的结果。包括:BC.Dumortier、JB.de Lamark、CB.Milbel、H.Dutrochet、R.Brown、JE.Purkyne、R.Remak、R.Virchow等许多著名科学家。2021/3/29 星期一22Jean-Baptiste de Lamark 2021/3/29 星期一231855 德国人Rudolf Virchow 提出omnis cellula e cellula的著名论断；进一步完善了细胞学说。2021/3/29 星期一2419世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是充满粘稠的液体。F.Dujardin（1835）将之称为“sarcode”；JE.Purkinje（1839）和von Mohl（1846）则将之称作原生质“protoplasm”。如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了，但在当时具有十分重要的意义。2021/3/29 星期一252021/3/29 星期一26三、细胞超微结构研究1932年德国人E.Ruska和M.Knoll发明透射电镜，人类视野进入超微领域。1939年Siemens公司生产商品电镜。1940-50s用电镜观察了各类细胞超微结构。并结合超速离心、电泳、无细胞体系等分析技术研究这些结构的功能。Cytology发展为Cell Biology。2021/3/29 星期一27四、分子细胞生物学时代1869年瑞士人F.Miescher 从脓细胞中分离出核酸，但未引起重视。2021/3/29 星期一281944年O.Avery等通过细菌转化试验，1952年M.Chase等通过噬菌体标记感染实验肯定了核酸与遗传的关系。Oswald T.Avery Colin MacLeod Maclyn McCarty2021/3/29 星期一29微生物转化试验2021/3/29 星期一301952年Franklin拍摄到清晰的DNA晶体X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。2021/3/29 星期一311953年，Watson 和 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。2021/3/29 星期一321958 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。2021/3/29 星期一331983年，Mullis发明 PCR仪，于 1993年获诺贝尔化学奖。2021/3/29 星期一341990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划”（Human Genome Project）。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26日人类基因组工作草图完成。同年，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（腺苷脱氨酶（ADA）基因变异引起。2021/3/29 星期一351996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 sheep with her first born lamb Dolly Parton：a famous singer2021/3/29 星期一36EMBRYO COLONING2021/3/29 星期一372004年，首尔大学黄禹锡领导的研究小组在Science杂志发表论文，称率先用卵子成功培育出人类胚胎干细胞，2005年，又在Science上发表用患者体细胞克隆出胚胎干细胞，但随后即陷入干细胞数据造假丑闻。2021/3/29 星期一382007年，京都大学的山中伸弥团队和威斯康星大学的J.Thomson/俞君英团队，通过插入4个特定基因，首次将人体皮肤细胞制造成了胚胎干细胞。Shinya YamanakaJames Thomson2021/3/29 星期一392010年，J.Craig Venter领导的小组宣告首例人造细胞诞生。这是一个山羊支原体Mycoplasma capricolum细胞，但遗传物质却是完全人工合成的蕈状支原体Mycoplasma mycoides的基因组，人造细胞表现出的是后者的生命特性。2021/3/29 星期一40第二节 细胞生物学学习方法2021/3/29 星期一41一、认识细胞生物学课程的重要性细胞是生命的基本单位。细胞生物学是生物技术的重要支撑学科，人类所面临的人口、食品、能源、环境、健康等一系列问题都有待生命科学回答。诺贝尔奖频繁授予细胞生物学领域。2021/3/29 星期一422006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.FireCraig C.Mello2021/3/29 星期一432007年美国的马里奥卡佩奇、奥利弗史密斯和英国的马丁伊文思因对基因打靶技术的研究而获诺贝尔生理学医学奖。Mario R.CapecchiSir Martin J.EvansOliver Smithies 2021/3/29 星期一442008年德国人豪森因发现人乳头状瘤病毒（引起宫颈癌）；法国人巴尔西诺西和蒙塔尼因发现HIV病毒获得诺贝尔生理医学奖。同年日本人下村修、美国人马丁沙尔菲和钱永健因在GFP方面做出贡献而诺贝尔化学奖。华裔科学家钱永健2021/3/29 星期一452009年V.Ramakrishnan，TA.Steitz,AE.Yonath，因对核糖体结构和功能的研究而诺贝尔化学奖。同年JW.Szostak,CW.Greider,EH.Blackburn因对端粒酶的研究获诺贝尔生理与医学奖。2021/3/29 星期一462010年英国人罗伯特爱德华兹，因试管受精技术方面的成就获得诺贝尔生理医学奖。左为爱德华，右为已经长大成人的第一位试管婴儿路易丝布朗（1978年7月25日出生）与她的孩子，中为路易丝之母蕾斯利。Robert Edwards2021/3/29 星期一472011年法国人霍夫曼、美国的博弈特勒，加拿大的斯坦因曼发现先天性和获得性免疫的激活机制而获得生理医学奖。Jules Hoffmann Bruce Beutler Ralph Steinman2021/3/29 星期一48同年美国的Robert J.Lefkowitz与Brian K.Kobilka因对G蛋白偶联受体的研究获诺贝尔化学奖。2012年Gurden和山中伸弥因对细胞重编程的研究获诺贝尔生理与医学奖。2021/3/29 星期一492013年美国、德国3位科学家James E.Rothman,Randy W.Schekman和Thomas C.Sdhof获生理医学奖。他们发现膜泡运输的调节机制。James E.Rothman、Randy W.Schekman、Thomas C.Sdhof2021/3/29 星期一502014年美国及挪威三位科学家John OKeefe、May-Britt Moser和Edvard I.Moser诺贝尔生理学奖。因为发现构成大脑定位系统的细胞。John OKeefe、May-Britt Moser、Edvard I.Moser2021/3/29 星期一512015年，我国科学家屠呦呦因为对青蒿素的研究与另外两位科学家共享了生理医学奖2021/3/29 星期一52同年，瑞典的林达尔（Tomas Lindahl）、美国的莫德里（Paul Modrich）和土耳其的桑贾尔（Aziz Sancar）因细胞DNA修复的机理研究。获诺贝尔化学奖。2021/3/29 星期一53二、掌握学科的基本逻辑掌握学科的思维逻辑对于学习和预见一个有价值的发现很有帮助。1结构与功能2基因与表型3信号与效应4趋同于分异5同源与同工2021/3/29 星期一54三、将学过的知识关联起来学而不思则罔，思而不学则殆。将学过的知识关联起来，多问几个为什么？尽可能形成对细胞和生命的完整印象，不要只见树木不见森林。善于灵活应用学过的知识解释生命现象。2021/3/29 星期一55四、了解学科的过去、现在和未来了解学科的发展，把握时代的脉搏，才能作出有价值的工作，当前的热点主要有“膜生物学”、“信号转导”、“细胞周期调控”、“细胞凋亡”、“细胞分化”、“肿瘤生物学”、“干细胞”等。读一点科技史，了解科学家的成功之路。读一些新的文献。以下提供一些免费文献入口。2021/3/29 星期一56免费的数据库，提供918种期刊的全文。包括著名的JCB、PNAS、JBC等2021/3/29 星期一57细胞生物学专业优秀期刊，提供1955年以来的全文。2021/3/29 星期一58生物化学方面的优秀期刊，提供1905年以来的全文。2021/3/29 星期一59美国科学院学报，提供1915年以来的全文，一些经典细胞生物学论文发表于该刊。2021/3/29 星期一60Pubmed，大名鼎鼎的免费数据库，属于美国国立医学图书馆，可查阅生物医学领域的文摘。2021/3/29 星期一61我校具有以下数据库，初步能够满足学习需要。中文科技期刊全文数据库（重庆维普）中国期刊网镜像万方数据资源系统镜像国家科技图书文献中心（NSTL）EBSCOhost外文全文数据库Elsevier（已过期，但可查阅文摘）Springer外文电子期刊2021/3/29 星期一62利用好馆藏资源2021/3/29 星期一63用好Google等检索引擎2021/3/29 星期一64第三节 对未来的展望人类在一万年前进入农业经济，18世纪60进入工业经济，20世纪50年代迎来信息时代。据估计这一经济形态的“寿命”为7580年，到本世纪20年代人类将迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来。它有以下特点：2021/3/29 星期一65一、推动产业革命，创造新的经济生长点生物产业的比重将逐步提高。2013年全球基因药物的销售额为1808亿美元，其中欧美公司的销售额占全球的97%。生物芯片已广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。转基因动植物的市场前景广阔，2014年全球转基因作物种植面积达1.815亿公顷。2021/3/29 星期一66Gene Chip2021/3/29 星期一67二、推动医学革命，延长人类寿命20世纪抗生素和疫苗的应用、医疗技术的提高使人类平均寿命从20世纪初的40几岁在世纪末达到70多岁。但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍然是威胁人类健康的主凶。21世纪生物技术将推动新一轮医学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、基因治疗、组织工程、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。2021/3/29 星期一68三、推动绿色革命，解决食品危机。20世纪60年代以来，杂交高产作物的广泛应用，引起第一次绿色革命。二十一世纪转基因动植物、组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改变农业的面貌，创造新品种、生产人类所急需的粮食、药物和工业用品，推动第二次绿色革命。2021/3/29 星期一69四、创造新品种，改善生态环境植物抗旱、抗寒、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变10亿亩干旱地区的生态环境，使5亿亩不毛之地、盐碱地变为良田。用于废气、废水、废渣处理的基因工程极端微生物的应用，可降解生物塑料产品的产业化推广，解决工业排放、白色垃圾等环保难题，有效改善生态环境。2021/3/29 星期一70五、发展绿色能源，解决能源危机煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的开发涉及国家安全。全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。开发生物乙醇、生物柴油、生物发电、生物氢等，已经纳入许多国家的能源战略规划。植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气将成为继化石燃料之后主要的能源。2021/3/29 星期一71六、生物安全关系到国家安全生物技术是一柄双刃剑。转基因动植物可能对野生资源造成破坏。生物工程武器将改变战争的方式与后果。生物恐怖的防范必须重视。外来入侵物种的危害日趋严重。2021/3/29 星期一72七、冲击传统伦理观念安乐死器官移植人工授精转基因动植物动物克隆胚胎干细胞、组织工程2021/3/29 星期一73特丽夏沃迈克尔夏沃2021/3/29 星期一741.Bruce Alberts et al.Molecular Biology of the Cell 5th.Garland Science,2007.2.Harvey Lodish et al.Molecular Cell Biology 6th.W.H.Freeman and Company,2007.3.Gerald Karp.Cell and Molecular Biology:Concepts and Experiments 6rd.Wiley&Sons,2010.4.翟中和,王喜忠,丁明孝主编.细胞生物学.北京：高等教育出版社,2008.5.韩贻仁主编.分子细胞生物学.北京：高等教育出版社,2007.6.王金发.细胞生物学.北京：科学出版社,2003.附录：细胞生物学参考书：附录：细胞生物学参考书：2021/3/29 星期一75