1、醫(yī)學細胞生物學緒論醫(yī)學細胞生物學緒論 全面系統(tǒng)地介紹細胞生物學的基本理論、知識和技能，特別是與醫(yī)學有關的細胞生命活動規(guī)律。2 全面系統(tǒng)地介紹細胞生物學的基本理論、33第一篇 概述第1章 細胞生物學與醫(yī)學第2章 細胞的起源與進化第3章 細胞的基本特征第4章 細胞生物學的研究技術4第一篇 概述第1章 細胞生物學與醫(yī)學4第1章 細胞生物學與醫(yī)學(Cell Biology and Medicine) 細胞生物學(Cell Biology)是從分子水平、亞細胞(超微)水平、細胞(顯微水平)和個體水平等不同層次探討細胞細胞生命現(xiàn)象的發(fā)生規(guī)律及其本質的科學。四大基礎學科。5第1章 細胞生物學與醫(yī)學 細胞生物

2、學( 細胞的生命現(xiàn)象是細胞生命特征的表現(xiàn)形式,主要有:細胞的生長、分裂、分化、發(fā)育、遺傳、變異、運動、興奮傳導、信號轉導、癌變、衰老、死亡 四維體系 現(xiàn)代生物學的重疊核心學科 (overlapping core discipline) 基因組學(genomics)和蛋白質組學 (proteomics) 高集成性的實驗研究體系的引入6 細胞的生命現(xiàn)象是細胞生命特征的表現(xiàn)形式 細胞生物學的誕生與發(fā)展 細胞的發(fā)現(xiàn) 細胞學說的形成 其他學科的滲透 細胞生物學的興起 細胞結構知識的深入和整合 細胞”時空”特性的認識 細胞學”單位”概念的深化 細胞生物學的發(fā)展趨勢 思想方法 細胞本身的認識 細胞與個體 細

3、胞與社會 細胞生物學在醫(yī)學科學中的地位與作用 細胞與個體的生殖發(fā)育 細胞與人類疾病 細胞與醫(yī)學研究本章內容提要7 細胞生物學的誕生與發(fā)展本章內容提要71. Cell biology2. Complex system(多層次、非線性、多側面)3. Cell proliferation and development, heridity, activity of nervus(brain)4. Cell biology, molecular biology, neurobiology ecology5. Leading role6. Modern physics and chemical, mol

4、ecular biology. Core: Connection between heridity AND development on the level of the cell Role of cell biology in modern life science81. Cell biologyRole of cell 細胞生物學的主要研究內容細胞核、染色體以及基因表達的研究Karyon, chromosome and gene expression regulation生物膜與細胞器的研究Cell membrane and organelle細胞骨架體系的研究Cell cytoskele

5、ton study細胞增殖及其調控 Cell proliferation and regulation世界首報核型：46,XY,t(4;9)(q21;p11)9細胞生物學的主要研究內容細胞核、染色體以及基因表達的研究世界1010Cell differentiation and regulation細胞分化及其調控Cell aging and cell PCD(apoptosis)細胞的衰老與凋亡Origin and evolutionof the cell細胞的起源與進化Cell engineering細胞工程Study object of cell biology11Cell differe

6、ntiation and regul1212 1 細胞學的誕生與發(fā)展 細胞生物學由細胞學(Cytology)發(fā)展而來，Cytology是指對細胞形態(tài)(特別是染色體形態(tài))的觀察。一、細胞的發(fā)現(xiàn) 光學顯微鏡（microscopy）與細胞的發(fā)現(xiàn) Hooke (1665) & Leeuwenhoek (1677)與cell的發(fā)現(xiàn) Leeuwenhoek:細胞核(1700)纖毛蟲、精子、細菌等。“巴黎科學院通訊院士”。13 1 細胞學的誕生與發(fā)展 二、細胞學說的創(chuàng)立 細胞學說(cell theory)：“一切生物，從單細胞生物到高等動物和植物都是由細胞組成的；細胞是生物形態(tài)結構和功能活動的基本單位；細胞

7、來源于已經(jīng)存在的細胞”Schleiden and Schwann(1839) 1845，A.Braun提出“細胞是生命的基本單位”。 1885，R.Virchow提出“細胞來源于細胞”。14二、細胞學說的創(chuàng)立 細胞學說(cell the 細胞學說被廣泛接受和應用，將當時的生物學研究從宏觀水平和大體水平引入到了微觀水平(19世紀下半葉,油鏡,顯微切片,固定,染色技術)T.Boveri, V.Beneden(1887)發(fā)現(xiàn)中心體;C.Garnieroveri(1897)發(fā)現(xiàn)內質網(wǎng);C.Golgi(1889)發(fā)現(xiàn)內網(wǎng)器(高爾基復合體);C.Benda(1898)發(fā)現(xiàn)線粒體;F.A.Schneider

8、(1873)和W.Flemming(1892)發(fā)現(xiàn)細胞分裂,后者提出mitosis;E.Beneden(1883)染色體遺傳,單倍體與二倍體;W.Hertwig,E.Strasburger(1884)細胞核是遺傳特征載體;細胞學(cytology)產生貝時璋(1932)細胞重建(cell reformation)15 細胞學說被廣泛接受和應用，將當時的生物學研究 1865, Mendel G16 1865, Mendel G16 1948年遴選的中央研究院第一批院士，也是最年長的中國科學院院士 貝時璋(1903- )生物學家 資深院士、104歲高齡的貝時璋先生(2007) 17 1948年遴選

9、的中央研究院第一批院士，也是最三、其他學科的滲透1. 細胞培養(yǎng)技術的建立 R.G.Harrison(1907)蛙胚的神經(jīng)管組織體外培養(yǎng), A.Carrel(1912)雞的心臟成纖維細胞培養(yǎng)(培養(yǎng)了34年?)2. 細胞膜理化特性認識的加深 C.E.Overton(1895)發(fā)現(xiàn)細胞膜具有半透性,細胞膜具有脂質特性(1900), E.Gorter和F.Grendel(1925) 細胞膜是由類脂雙層組成3. 整體細胞中核酸和蛋白質的分析技術的出現(xiàn) R.Feulgen和H.Rossenbeck(1924)”福爾根染色” , 1936年,T.Caspersson 4. 電子顯微鏡的出現(xiàn)和使用18三、其他

10、學科的滲透1. 細胞培養(yǎng)技術的建立 R.G.Ha1919 1.細胞顯微結構從亞微水平的重新認識 0.2m 1nm, 膜相結構(m. structure),單位膜(unit m.) 2.更多細胞結構的發(fā)現(xiàn) 核糖體,溶酶體,細胞骨架 3.多層面結構知識的整合 光鏡,電鏡,生化,細胞組分分離,從顯微/亞顯微/分子水平上達到統(tǒng)一。DNA、組蛋白、核小體，動態(tài)關系。2 細胞生物學的興起 細胞生物學的興起于20世紀50年代,電鏡/生化/細胞組分分離技術引用一、細胞結構知識的深入和整合20 1.細胞顯微結構從亞微水平的重新認識 2121 二、細胞“時空”特性的認識 1.細胞質中化學物質的區(qū)域化 細胞器(or

11、ganelle)，區(qū)域化(compartmentation) 2.細胞器存在的時空特性 高爾基體的分布 3.細胞器功能活動的時空特性 饑餓與溶酶體 4.細胞在個體中存在的時空特性 皮膚細胞與肝細胞等。 時空特征的、四維的知識體系。22 二、細胞“時空”特性的認識 1.細 1.細胞獨立生存的潛能性 體外細胞培養(yǎng)及生存 2.細胞中物質代謝體系的完整性 基因-RNA-蛋白質-表型,例外的如紅細胞 3.細胞基本生物學特性的相似性 人體細胞類型有200多種,但都具有基本的生物學特征:存活、分裂、運動、衰老 由細胞生物學與分子生物學和遺傳學的交叉重疊形成的學科群被稱為現(xiàn)代生物學中的重疊核心學科(overl

12、apping core discipline),也稱為統(tǒng)一生命科學(unified science of life) 三、細胞“單位”概念的深化23 1.細胞獨立生存的潛能性 體外細胞培養(yǎng)及24241933 T.H.Morgan 發(fā)現(xiàn)連鎖定律，基因本質的研究1962 J.D.Watson, F.H.C rick, 建立DNA的雙螺旋模型1965 F.Jacob, J.Monod, 提出乳糖操縱子模型1982 A.Klug 核小體結構的研究1984 G.Kohler,N.K.Jerne,C .Milstein 產生單克隆抗體的雜交瘤技術1987 S.Tonegawa(日，利根川進) 免疫球蛋白基

13、因結構四、授于諾貝爾獎的細胞生物學研究者251933 T.H.Morgan 發(fā)現(xiàn)連1944, Avery OT, et al DNAAvery OTMacLeod CM McCarty M 261944, Avery OT, et al DNAAv271953, Watson JD & Crick FHC DNA double helix structure1944, Avery OT, et al DNA27271953, Watson JD & Crick FHC The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965for their discove

14、ries concerning genetic control of enzyme and virus synthesisJacob FMonod J28The Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesisHolley RWKhorana HGNirenberg MW29The Nobel Prize in Physiology Th

15、e Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978Arber WNathans DSmith Hfor the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics30The Nobel Prize in Physiology 1992 E.H.Fischer,E.G.Krebs 蛋白質的磷酸化發(fā)現(xiàn)1993 R.J.Roberts,P.A.Sharp 割裂基因的發(fā)現(xiàn)1993 K.B.Mullis, M.Smith PCR技術與寡核苷酸

16、定向誘變法1994 A.Gilman,M.Rodbell G蛋白與細胞信息轉換作用1995 E.B.Lewis,C.Nusslein-Volhand, E.F.Wieschaus 控制果蠅早期胚胎發(fā)育的各種基因1997 S.B.Prusiner 朊蛋白構象的研究1999 C.Blobel 蛋白質內部信號決定其在細胞內轉移與定位311992 E.H.Fischer,E.G.Krebs The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975Baltimore DTemin HM for their discoveries concerning the inte

17、raction between tumour viruses and the genetic material of the cell32The Nobel Prize in Physiology 1977, Sanger F dideoxy sequencingThe Nobel Prize in Chemistry 1980Sanger F for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids331977, Sanger F dideoxy sequ1985, Mull

18、is K polymerase chain reactionThe Nobel Prize in Chemistry 1993Mullis Ffor his invention of the polymerase chain reaction (PCR) method341985, Mullis K polymerase c逆轉錄酶； 限制性內切酶、DNA連接酶斷裂基因； DNA序列測定核酶；體細胞重組調控序列：順式作用元件和反式作用因子顯微注射與轉基因動物 基因治療HGP及其意義35逆轉錄酶； 限制性內切酶、DNA連接酶352000 A.Carlsson,P.Greengard,E.R.Ka

19、ndel 神經(jīng)系統(tǒng)信號傳遞2001 L.H.Hartwell,R.T.Hunt,S.P.M.Narse 調節(jié)細胞周期的一類特異基因2002 H.R.Horviz,J.E.Sulston,S.Brenner 器官發(fā)育及細胞調亡的基因調節(jié)2003 P.Agre, R.MacKinnon 細胞膜水通道，鉀通道的立體結構 2004 R.Axel,B.Buck 編碼決定氣味的一個基因大家族 A.Ciechanover,A.Hershko,I.Rose 遍在蛋白(ubiquitin)調節(jié)蛋白質降解的機制2006 A.Z.Fire,C.C.Mello RNAi機制362000 A.Carlsson,P.Gr

20、eengard,E 2006年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國科學家安德魯法爾和克雷格梅洛，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了(核糖核酸)干擾機制。 37 2006年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國科學 斯坦福大學教授羅杰科恩伯格和他的父親阿瑟科恩伯格(1959年的諾貝爾醫(yī)學獎得主) 2006年諾貝爾化學獎授予美國科學家羅杰科恩伯格，以獎勵他在“真核轉錄的分子基礎”研究領域作出的貢獻。 38 斯坦福大學教授羅杰科恩伯格和他的父親阿瑟 2007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎分別授予兩名美國人馬里奧卡佩基、奧利弗史密斯和一名英國人馬丁埃文斯，以表彰他們在“基因靶向”技術方面的突出貢獻。 39 2007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎分別

21、授予兩名美 復旦大學科研人員將一種源于飛蛾的PB轉座因子(夸蛾因子)用于小鼠和人類細胞的基因功能研究，在世界上首次創(chuàng)立了一個高效實用的哺乳動物轉座因子系統(tǒng)，為大規(guī)模研究哺乳動物基因功能提供了嶄新途徑。該成果被國際一流的生命科學雜志細胞作為封面文章發(fā)表。許田吳曉暉40 復旦大學科研人員將一種源于飛蛾的PB轉座因子夏家輝教授長期從事人類與醫(yī)學細胞遺傳學研究，獲全國科學大會獎1次，4次獲國家科技進步二等獎。 他是世界上最早將人類顯帶染色體技術應用于腫瘤病因學研究的學者之一，創(chuàng)建“中國醫(yī)學遺傳學國家重點實驗室”，自1996年以來，該室以“基因治療新載體”的研究為核心，直接引進國外資助經(jīng)費288萬美元，

22、1998年11月在世界上最先克隆了神經(jīng)性高頻聽力下降的耳聾疾病基因，實現(xiàn)了在我國本土上克隆遺傳病疾病基因零的突破。 1999年當選為中國工程院院士。41夏家輝教授長期從事人類與醫(yī)學細胞遺傳學研究，獲全國科學大 1985年趙雙民對鄭老漢家族6代200多名成員逐一調查發(fā)現(xiàn)，有30多人都出現(xiàn)乳牙脫落后長不出恒牙現(xiàn)象。 賀林等首先揭開了困擾人類幾乎整整一個世紀的第一例AD病A-1型短指(趾)癥基因之謎，相關研究發(fā)表在Am J. Hum. Genet和Nature Genetics雜志上。發(fā)現(xiàn)了得到國際公認的世界上第一例以中國人姓氏“賀-趙缺陷”命名的罕見的恒齒缺失遺傳病并成功地定位了該致病基因。被OM

23、IM收錄。42 1985年趙雙民對鄭老漢家族6代200多名成 對生命及生命現(xiàn)象的解釋,可能有賴于新的思想方法的產生,以及相關研究體系的應用。 還原論(reductionism) 生物也是由化學元素組成的，同樣遵循自然界無機物質運動的基本規(guī)律 活力論(vitalism) 認為構成生命的物質完全不同于自然界的無機物質，它們受一種非自然的，也許是不可知的“生命力”所支配。 薛定諤(E.Schrodinger):細胞是什么?活細胞的物理學觀 基于細胞的時空特征、非線形關系，以及其網(wǎng)絡特征而發(fā)展起來的高層次的整合性研究體系，如系統(tǒng)生物學(systems biaology),有望推進對活力本質的認識。3

24、細胞生物學的發(fā)展趨勢一、思想方法43 對生命及生命現(xiàn)象的解釋,可能有賴于薛定諤(E.Schrodinger):細胞是什么?活細胞的物理學觀薛定諤（18871961）奧地利理論物理學 生命是什么薛定諤著湖南科學技術出版社 44薛定諤(E.Schrodinger):細胞是什么?活細胞的 為了認識組成細胞的分子的功能形式，蛋白質的生物化學和生物物理學可能會重新活躍起來，并與結構生物學(structure biology)一齊產生大量關于生物大分子裝配方面的信息。 具有實時(real time)觀察功能的顯微鏡和生物物理學技術的應用，將有助于細胞內各種大分子參與細胞結構和功能活動的動態(tài)過程。 相同的信

25、號分子為何能夠產生不同的反應？ 需要更多具有定量特性的研究手段。如數(shù)學方面的思路、方法或模型的應用?；瘜W生物學也可能與遺傳學互補，以設計出一些可以人為控制細胞生命活動，并具有高度特異性的抑制物、激活物或修飾物。二、細胞本身的認識45 為了認識組成細胞的分子的功能形式，structure biology46structure biology46 了解在個體中，細胞之間是如何協(xié)調的？ 基因工程動物可能是最好的研究體系，其四維體系可以做到對某一特定基因的定點修飾，甚至可以做到對同一個體中某些特定類型細胞中的基因組的定點或定時的修飾，進而分析在一個完整的個體中，某些特定類型細胞中的基因活動，或其相應蛋

26、白質的功能。 正向遺傳學(forward genetics)與反向遺傳學(reverse g.) RNA干涉和反義技術 出現(xiàn)一些更為有效，探討大分子在活體中的作用的新技術和新方法。三、細胞與個體47 了解在個體中，細胞之間是如何協(xié)調的？4848細胞生物學可能通過對醫(yī)學科學發(fā)展的推動而比較直接地影響人類的健康。如基因治療，干細胞技術目前，細胞生物學已經(jīng)有了一定的人為干預生命起始、生命質量的改善，以及生命延長等人類健康方面問題的技術，并不斷發(fā)展和提高，引發(fā)的倫理問題。如胚胎組織、克隆和轉基因食物。(如轉基因動物的倫理學方面的爭議，現(xiàn)已慢慢消失了)生命科學中基因組學與計算機生物學對社會的影響。四、細

27、胞與社會49細胞生物學可能通過對醫(yī)學科學發(fā)展的推動而比較直接地影響人類的4 細胞生物學在醫(yī)學科學 中的地位與作用R.Virchow(德)(1859)：“病理改變是由于細胞異?！?。一、細胞與人體的生殖發(fā)育人體發(fā)育：配子受精卵胎兒新生兒青少年成人老年人先天畸形細胞分化504 細胞生物學在醫(yī)學科學R.Virchow(德)因與疾病 膜受體與疾病;溶酶體與疾病;線粒體與疾病;細胞表面與腫瘤細胞外基質與疾病細胞周期與腫瘤、衰老細胞調控與疾病的發(fā)生基因轉移等。二、細胞與人類疾病53基因與疾病 二、細胞與人類疾病5354 細胞是人體結構和功能的基本單位，也是人體疾病的基本單位。 現(xiàn)代

28、醫(yī)學重要課題的研究將依賴于細胞生物學的更 深入發(fā)展。如腫瘤、衰老等。它是在不同層次(顯微、亞顯微與分子水平)上研究細胞結構與功能、細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調控、細胞起源與進化等。 細胞生物學技術廣泛應用于醫(yī)學實踐：如生物制藥 單抗，疫苗、基因治療,診斷疾病等。 與基礎及臨床其他學科關系。二、細胞與醫(yī)學研究5454 細胞是人體結構和功能的基本單位，Molecular GeneticsDolly55Molecular GeneticsDolly55一、學習細胞生物學的注意點抽象思維與動態(tài)觀點結構與功能統(tǒng)一的觀點同一性(unity)和多樣性(diversity)的

29、問題細胞生物學的主要內容： 基本概念與實驗證據(jù)；細胞器的動態(tài)特征； 化學能的產生與利用；細胞的活動及其調控等實驗科學與實驗技術細胞真知源于實驗室 What we know/How we know.5 學習方法及文獻資源利用56一、學習細胞生物學的注意點抽象思維與動態(tài)觀點5 學習方法細胞生物學雜志 實驗生物學報 遺傳學報 解剖學報 動物學報 微生物學報 科學通報 中國科學 國外醫(yī)學（遺傳學分冊，分子生物學分冊等）Cell,Science,Nature,EMBO. J ,Gene,PNAS(Proceedings of National Academy of Science),J. Cell Bi

30、ol.,J. Mol. Biol,J. Histochem. Cytochem.,Exp. Cell Res.,Life Science, J. Cell Science ,Histochemistry,Cell Tissue Res., Histochem. J. ,Cell Struct. Funct.,Acta Histochem. Cytochem .,Cell Biology Int. Reports,Protoplasma and so on. 二、有關細胞生物學的主要刊物57細胞生物學雜志 實驗生物學報 遺傳學報 三、主要參考書汪堃仁等. 細胞生物學,第二版,北京師范大學出版社，

31、1998翟中和等主編. 細胞生物學，高等教育出版社，2000韓貽仁主編. 分子細胞生物學(第3版),高等教育出版社,2007艾伯茨等著，趙壽元等譯. 基礎細胞生物學，上?？茖W技術出版社，2002王金發(fā). 細胞生物學,科學出版社，2004王金發(fā)主編.英漢細胞生物學詞典，科學出版社，2005Karp G. Cell and Molecular Biology,3rd ed(2002), 高等教育出版社,2002Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell. Garland Pub. Inc. 1994Lodish H et al. Molecular Cell Biology. 4th ed. W H Freeman and Company, 200058 三、主要參考書5859596060四、細胞生物學主要網(wǎng)站新鄉(xiāng)醫(yī)學院精品課程 /yj.asp活細胞 / 生物谷 /cellbio.htm在線人類孟德爾遺傳 /entrez/query.fcgi?db=OMIMNCBI /細胞生物學在線 /細胞生物學 0/wjf/index.htm(中山大學) 細胞生物學專業(yè)信息網(wǎng) /細胞生物學 45/204/show.a