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11细胞生物学知识点绪论一、细胞生物学研究的内容和现状1、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科什么是细胞生物学？细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。二、细胞生物学的主要研究内容1、细胞核、染色体以及基因表达的研究2、生物膜与细胞器的研究3、细胞骨架体系的研究4、细胞增殖及其调控5、细胞分化及其调控6、细胞的衰老与凋亡7、细胞的起源与进化8、细胞工程三、细胞生物学的发展趋势从分子水平→细胞水平，相互渗透交融从细胞结构功能研究为主→细胞重大生命活动为主分析→综合功能基因组学研究是细胞生物学研究的基础与归宿(应用)由基因治疗→细胞治疗四、当前细胞生物学研究的重点领域染色体DNA与蛋白质相互作用关系细胞增殖、分化、衰老及凋亡的调控及其相互关系细胞信号转导五、最近几年诺贝尔奖与细胞生物学（2000-2010）2000：神经系统中的信号传递2001：控制细胞周期的关键物质2002:细胞凋亡调节机制2003：细胞膜水通道及离子通道结构和机理2004：泛素调节的蛋白质降解系统2005：幽门螺旋杆菌2006：RNAi2007：基因敲除小鼠2008：绿色荧光蛋白2009：端粒和端粒酶保护染色体的机理2010：试管受精技术2001年，美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt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究获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。222003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。2004年，美国人RichardAxel和LindaB.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。2005年BarryJ.Marshall和J.RobinWarren获诺贝尔生理与医学奖，他们发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用。2006年美国人AndrewZ.Fire和CraigC.Mello因对RNA干扰的研究而获诺贝尔生理与医学奖。2009年美国人ElizabethBlackburn、CarolGreider、JackSzostak获诺贝尔医学和生理学奖，他们发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。２０１０年度诺贝尔生理学或医学奖在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓。被誉为“试管婴儿之父”的英国科学家罗伯特·爱德华兹(RobertG.Edwards)，因“在试管受精技术方面的发展”而被授予该奖项。第二节细胞学与细胞生物学发展简史细胞的发现细胞学说的建立其意义细胞生物学的研究内容分三个层次：1）显微水平，光学显微镜下可见的结构。2）超微水平，电子显微镜下可见的结构。3）分子水平，细胞结构的分子组成，及其在生命活动中的作用。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。一、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。1590年J.和Z.Janssen父子制作第一台复式显微镜，放大倍数不超过10倍。1665年英国人RobertHooke出版《显微图谱》。观察了软木，并首次用cells来描述“细胞”1680年荷兰学者A.vanLeuwenhoek当选为英国皇家学会会员。他观察过植物、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。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。这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。二、细胞学说的建立及其意义1838年Schleiden发表“植物发生论”，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以free-cellformation理论来解释细胞形成。Schwann提出了“细胞学说”（CellTheory)；1939年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”。Schwann提出：33有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位。但他也采用了的Schleiden细胞形成理论。1855德国人R.Virchow提出“一切细胞来源于细胞”（omniscellulaecellula）的著名论断；进一步完善了细胞学说。细胞学说是19世纪的重大发现之一，其基本内容有三条：1.认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；2.每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益；3.新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。三、细胞学发展的经典时期19世纪30年代至20世纪初，细胞学得到了蓬勃的发展。其研究方法主要是显微镜下细胞形态的描述。研究的主要特点是应用生物固定和染色技术，在光学显微镜下观察细胞的形态和细胞的分裂活动。原生质理论的提出、细胞分裂活动的研究以及重要细胞器的发现等，构成了细胞学发展的经典时期。四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展从20世纪初到中叶，为实验细胞学的发展时期。这一时期细胞学研究的特点是由对细胞形态结构的观察，深入到对其生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究。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CellBiology。五、细胞生物学学科的形成和发展从20世纪60年代起，细胞学发展成为细胞生物学。细胞生物学是随着分子生物学的发展而兴起的。1869年瑞士人F.Miescher从脓细胞中分离出核酸，但未引起重视。1941年Beatle和Tatum提出了“一个基因一个酶”的理论。1944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。1952年RE.Franklin拍摄到清晰的DNA晶体的X-衍射照片。1953年她认为DNA是一种对称结构，可能是螺旋。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。20世纪80年代以来，细胞生物学的主要发展方向是细胞的分子生物学，即在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合，并在分子水平上深入探索其生命活动的规律，深刻性与综合性是细胞生物学进一步发展的特点。1983年，KB.Mullis发明PCR仪，于1993年获诺贝尔化学奖。1990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划”（HumanGenomeProject）。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27日科学家公布完成人类基因组草图。442001年2月12日联合公布人类基因组图谱及分析结果。初步分析表明，人类基因组由31.647108bp组成，共有3万～4万个基因。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（ADA）基因变异引起。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。目前细胞生物学研究的基本特点和趋势可归纳如下：细胞结构功能细胞生命活动。细胞中单一基因与蛋白基因组与蛋白质组及其在细胞生命活动中的协同作用。细胞信号转导途径信号调控网络。体外研究体内研究。静态已经活细胞的动态研究。研究为主计算生物学更多地介入并与之结合。细胞生物学与生物学其他学科的渗透与数、理、化及纳米科学等多学科的交叉。总的特点是从静态的分析到活细胞的动态综合，这在很大程度也反映了生命科学研究的趋势。第二章细胞的统一性与多样性第一节细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位二、细胞的基本共性一、细胞是生命活动的基本单位1、一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位.2、细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位3、细胞是有机体生长与发育的基础4、细胞是遗传的基本单位。细胞具有遗传的全能性5、没有细胞就没有完整的生命6.细胞概念的一些新思考（1）细胞是多层次非线性的复杂结构体系细胞具有高度复杂性和组织性（2）细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体1、细胞完成各种化学反应；2、细胞需要和利用能量；3、细胞参与大量机械活动；4、细胞对刺激作出反应；（3）细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。1、细胞能进行自我调控；2、繁殖和传留后代；二、细胞的基本共性1.所有的细胞都有相似的化学组成2.脂-蛋白体系的生物膜所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。3.DNA-RNA的遗传装置55所有的细胞都有两种核酸，即DNA-与RNA，作为遗传信息复制与转录的载体。4.蛋白质合成的机器——核糖体一切细胞均存在合成蛋白质的基本结构体─核糖体。5.一分为二的分裂方式。原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较特征原核细胞真核细胞细胞膜核膜染色体核仁线粒体内质网高尔基体溶酶体核糖体光合作用结构核外DNA细胞壁细胞骨架细胞增殖（分裂）方式有（多功能性）无由一个环状DNA分子构成的单个染色体，DNA不与或很少与蛋白质结合无无无无无70S（包括50S与30S的大小亚单位）蓝藻含有叶绿素a的膜层结构，细菌具有菌色素细菌具有裸露的质粒DNA主要成分是氨基糖与壁酸无无丝分裂（直接分裂）有有2个染色体以上，染色体由线状DNA与蛋白质组成有有有有有80S（包括60S与40S的大小亚单位）植物叶绿体具有叶绿素a与b线粒体DNA，叶绿体DNA动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶有以有丝分裂（间接分裂）为主特征原核细胞真核细胞DNA量（信息量）DNA分子数DNA分子结构基因组数基因数大量“多余”的“重复”的DNA序列基因中插入内含子DNA与组蛋白结合DNA与组蛋白以核小体及各级高级结构构成染色质与染色体DNA复制的明显周期性基因表达的调控转录与翻译的时空关系转录后与翻译后大分子的加工与修饰细胞复制与分裂（DNA传递与分配）少1环状1n几千——不与或与少量类组蛋白结合——主要以操纵子方式转录与翻译同时同地进行—无丝分裂多2个以上线状2n，多n大于几万，十万十十与5种组蛋白结合十十复杂性，多层次性核内转录，细胞质内翻译严格的阶段性与区域性十有丝分裂，减数分裂66细胞的体积受什么因素控制？可以从3个方面进行探讨：1、不论细胞体积相差多大，各种细胞核的大小相差不大。2、细胞的表面积限制了细胞的大小（1）细胞体积相对细胞表面积呈反比关系,体积越大,表面积就越小（2）细胞体积比表面积增大速度快3、细胞内物质的交流运输与细胞体积有关，细胞内的物质从一端向另一端运输或扩散是有时间与空间关系的。4.细胞形态结构与功能的关系细胞的形态有球形、星形、扁平、立方