1、Segment 1 Segment 1 Segment 2 Segment 2 Segment 3 Segment 3 Segment 4 Segment 4 Chapter 1 Cell Biology and Chapter 1 Cell Biology and Medicine MedicineSegment 1 Segment 1 1665 1838-1839 1965-1665 1838-1839 1965-Cell Cell Theory Cell Cell Theory ！Cell Biology Cell Biology兴起兴起 17 17世纪世纪 19 19世纪世纪 20 2
2、0世纪世纪 -发展简史发展简史细胞学发展的萌芽阶段细胞学发展的萌芽阶段(sprouting stage)(sprouting stage)1616世纪世纪-19-19世纪初世纪初细胞学说的创立阶段细胞学说的创立阶段(crestion stage)(crestion stage)1919世纪初世纪初-19-19世纪中世纪中经 典 细 胞 学 的 阶 段经 典 细 胞 学 的 阶 段(classical stage)(classical stage)1919世纪中世纪中-20-20世纪初世纪初实 验 细 胞 学 的 阶 段实 验 细 胞 学 的 阶 段(experimental stage)(ex
3、perimental stage)2020世纪初世纪初2020世纪中世纪中细 胞 生 物 学 的 阶 段细 胞 生 物 学 的 阶 段(cellular biological stage)(cellular biological stage)始于始于2020世纪世纪6060年代年代16651665年年英国英国物理学家物理学家-胡克胡克(Robert Robert HookeHooke)观察软木观察软木(栎树皮栎树皮)细胞细胞(cellcell).).细胞的发现细胞的发现16681668年年-J.SwammerdanJ.Swammerdan-观察到真正的活细胞观察到真正的活细胞17001700年
4、年-A.V.LeewenhookA.V.Leewenhook-发现红细胞中的细胞核发现红细胞中的细胞核16741674年年-A.V.LeewenhookA.V.Leewenhook-发现原生动物发现原生动物18381838 18391839年德国植物学家年德国植物学家 M.J.Schleiden M.J.Schleiden 和和 动物学家动物学家T.Schwann T.Schwann 细胞学说细胞学说 (Cell Theory)(Cell Theory)细胞学说的形成细胞学说的形成1)1)所有生物体都是由细胞构成的。所有生物体都是由细胞构成的。2)2)细胞是生物体细胞是生物体结构和功能的基本单
5、位。结构和功能的基本单位。3)3)细胞是生命的基本单位。细胞是生命的基本单位。4)4)细胞细胞来源来源于已经存在的细胞。于已经存在的细胞。19世纪自然科学的三大发明细胞学说达尔文进化论能量转化与守恒定律细胞学说细胞学说:从整个生物界的层面说明了从整个生物界的层面说明了动物动物和和植物植物的的统一性统一性，细胞与生物体的，细胞与生物体的结构结构和和功能功能之间的之间的相互相互关系关系，以及生物体中各种细胞的，以及生物体中各种细胞的起源起源。细胞学说的形成细胞学说的形成18581858年年,德国病理学家德国病理学家 R.C.VirchowR.C.Virchow提出提出“一切一切细胞来自细胞细胞来自
6、细胞”的著名论断的著名论断,彻底否定彻底否定了传统的了传统的生命自然发生说生命自然发生说的观点的观点生物生物学界的学界的金科玉律金科玉律 .细胞学说被细胞学说被广泛地接受和应用广泛地接受和应用，将当时的生物学研究从，将当时的生物学研究从宏宏 观观水平和水平和大大 体体水平引入到了水平引入到了微微 观观水平，并导致了对细胞本水平，并导致了对细胞本身认识的深入。身认识的深入。！细胞重建(cell reformation)“生物体内某种物质生物体内某种物质,可围绕胞质内或可围绕胞质内或细胞外的某种基质细胞外的某种基质,通过自组织、自装通过自组织、自装配过程配过程,一步步地形成完整的细胞一步步地形成完
7、整的细胞.”贝时璋(1903-2009)贝时璋的发现贝时璋的发现:1.1.19321932年年丰年虫丰年虫(虾虾)为为“中间性别中间性别”.在其生活的某一时期在其生活的某一时期可发生可发生性别转变性别转变.2.“2.“中性中性”丰年虫的丰年虫的卵母细胞卵母细胞中中可产生可产生新细胞新细胞(新细胞是以母细胞胞质中新细胞是以母细胞胞质中卵黄颗粒为基础材料卵黄颗粒为基础材料,经由经由“自组织自组织”方式逐渐形成方式逐渐形成)!)!3.19763.1976年研究年研究证实证实鸡胚鸡胚发育中发育中体细胞体细胞普遍存在细胞重建现象普遍存在细胞重建现象.1979.1979年证实年证实小鼠小鼠成体骨髓造血系统
8、中存在细胞重建现象成体骨髓造血系统中存在细胞重建现象.4.19864.1986年年研究研究证实证实不论是不论是真核真核细胞还是细胞还是原核原核细胞都广泛存在细胞重建现细胞都广泛存在细胞重建现象象.组织细胞培养技术组织细胞培养技术的建立的建立细胞膜理化特性认细胞膜理化特性认识的加深识的加深电子显微镜的出现电子显微镜的出现与应用与应用其他学科的渗透其他学科的渗透细胞中核酸与蛋白细胞中核酸与蛋白质分析技术的建立质分析技术的建立其他学科的渗透其他学科的渗透细胞学的经典时期细胞学的经典时期从从19C中叶中叶20C初叶初叶:显微技术逐显微技术逐步提高步提高-油镜油镜 各种染色技各种染色技术问世术问世 细胞
9、分裂中细胞细胞分裂中细胞核变化核变化被发现被发现 -(-(有丝、减数分有丝、减数分裂裂)-)-细胞核是遗传特征的细胞核是遗传特征的载体！载体！多种生物体的染多种生物体的染色体被认定色体被认定各种细胞器被先后认定各种细胞器被先后认定改变了改变了“细胞质由均一原细胞质由均一原生质组成生质组成”的观点的观点其他学科的渗透其他学科的渗透实验细胞技术发展壮大实验细胞技术发展壮大20C初初-20C中中:细胞学的研究从形态结构的观察深入到生理功能、细胞学的研究从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究生物化学、遗传发育机理的研究.电子显微镜、超薄切电子显微镜、超薄切片技术的应用使细胞形片技
10、术的应用使细胞形态学的研究深入到超微态学的研究深入到超微水平水平 .体外体外组织细胞培养组织细胞培养技术被建立技术被建立.细胞膜理化特性认识的加细胞膜理化特性认识的加深深:具有具有半透性半透性、具有、具有脂质脂质特性特性;液态镶嵌液态镶嵌模型建立模型建立.紫外线显紫外线显微镜微镜+富尔富尔根染色根染色等等法法可区分胞内可区分胞内DNADNA、RNARNA,并进行特异性并进行特异性定位定位,RNARNA在在蛋白合成中的中心地位被蛋白合成中的中心地位被确定确定.细胞形态学细胞形态学 细细 胞胞 化化 学学细胞生理学细胞生理学细胞遗传学细胞遗传学细胞生态学细胞生态学细胞能力学细胞能力学细胞动力学细胞
11、动力学其他学科的渗透其他学科的渗透Segment 2 Segment 2 细胞生物学的兴起细胞生物学的兴起细胞结构认识的细胞结构认识的深入和整合深入和整合细胞细胞“时空时空”特特性的认识性的认识细胞细胞“单位单位”概念概念的深化的深化 对细胞的认对细胞的认识从识从显微显微水平水平进入到了进入到了超微超微水平水平,乃至乃至分分子子水平水平从非从非常常简单简单到相当到相当复杂复杂重新重新认认识、识、全面全面认识认识.深深 入入?例：例：整整 合合?各种各种生化生化技术、细胞技术、细胞组分分离组分分离技术使人们对细胞技术使人们对细胞结结构构的认识在显微的认识在显微-超微超微-分子水平上得到分子水平上
12、得到统一统一。最终最终,对细胞的认识实现了对细胞的认识实现了结构与功能的统一。结构与功能的统一。“时空时空”特性的认识特性的认识胞质中化学物质的区域化！胞质中化学物质的区域化！细胞器存在的时空特性！细胞器存在的时空特性！细胞器功能活动的时空特性！细胞器功能活动的时空特性！细胞在个体中存在的时空特性！细胞在个体中存在的时空特性！与细胞能量代与细胞能量代谢相关的柠檬酸谢相关的柠檬酸循环及氧化磷酸循环及氧化磷酸化等酶系化等酶系.DNADNA复制、复制、RNA RNA 转录所需的各种酶转录所需的各种酶,与细胞各与细胞各种生命活动遗传信息的复制与转录有关种生命活动遗传信息的复制与转录有关.各种与各种与蛋
13、白质蛋白质加工及加工及修饰有修饰有关的糖关的糖基化酶、基化酶、水解酶水解酶及硫酸及硫酸化酶等化酶等.与细胞消化功能与细胞消化功能有关的各种水解有关的各种水解酶类酶类.与细胞解毒、糖与细胞解毒、糖代谢、脂类代谢代谢、脂类代谢功能有关的各种功能有关的各种水解酶类水解酶类.化学物质的区域化化学物质的区域化 -凡是含有酶的细胞器凡是含有酶的细胞器,都是由膜包围而成都是由膜包围而成认识到认识到-区域化是各种化学反应能够有序地进行区域化是各种化学反应能够有序地进行,不会相互干扰不会相互干扰的结构基础的结构基础.肌原纤维细胞中的线粒体肌原纤维细胞中的线粒体细胞器存在的时空特性细胞器存在的时空特性线粒体与细胞
14、的能量代谢线粒体与细胞的能量代谢有关有关,它的分布大多集中于它的分布大多集中于能量需求的部位能量需求的部位.细胞核、内质网、高尔基复合体与蛋白质细胞核、内质网、高尔基复合体与蛋白质的生物合成及修饰有关的生物合成及修饰有关,它们在细胞质中的它们在细胞质中的分布就具有位置上的相邻性分布就具有位置上的相邻性.中心体的时空变化中心体的时空变化minmin后后约约1 120min20min后后约约20min20min后后细胞器功能活动的时空特性细胞器功能活动的时空特性膜片钳技术局部离子浓度测定、各离子通道开放的电流幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量测定.蛋白质合成脉冲追踪分析高尔基复合体功能区隔
15、化示意图高尔基复合体功能区隔化示意图溶酶体溶酶体分分泌泌泡泡质膜质膜内质内质网网顺面顺面高尔高尔基网基网反面反面高尔高尔基网基网细胞器功能活动的时空特性细胞器功能活动的时空特性例：胰腺中消例：胰腺中消化液产生细化液产生细胞胞进食后功进食后功能活动进入旺能活动进入旺盛状态盛状态产生产生大量消化液进大量消化液进入肠道入肠道消化消化各种营养物质各种营养物质.例：例：在多细胞生物体中在多细胞生物体中,不不同同细胞类型总是具有细胞类型总是具有不不同同的存在形式的存在形式.即便是即便是同一同一细胞类型细胞类型,在在不同不同发育阶段也可表现出发育阶段也可表现出不不同同的生理功能的生理功能.细胞在个体中存在的
16、时空特性细胞在个体中存在的时空特性例：例：细胞时空特性的认识细胞时空特性的认识,意味着意味着关于细胞的知识已经关于细胞的知识已经从局从局部的部的或或分散的分散的一般认识一般认识,发展成有时空特征的发展成有时空特征的四维知识四维知识体系体系.也意味也意味着着300300多年来一直认为多年来一直认为“细胞是个由膜围细胞是个由膜围成的囊、细胞质中各种成分或结构仅为囊中之物成的囊、细胞质中各种成分或结构仅为囊中之物”的的观点观点从根本上得到了修正从根本上得到了修正.细胞的研究细胞的研究不再仅仅是不再仅仅是 为了认识细胞而研究细胞为了认识细胞而研究细胞，而是而是被赋予了被赋予了 通过细胞去通过细胞去解读
17、生命解读生命 的全新内涵的全新内涵.细胞细胞“单位单位”概念的深化概念的深化升升 华华细胞独立细胞独立生存的潜能生存的潜能性的证实性的证实细胞中物质代细胞中物质代谢体系完整性谢体系完整性的证实的证实自然界各类细胞自然界各类细胞基本生物学特性基本生物学特性的相似性的证实的相似性的证实Cell Biology Cell Biology：是探讨细胞生命现象的发生规律及：是探讨细胞生命现象的发生规律及其本质的科学其本质的科学.细胞的生命现象是细胞生命特性的细胞的生命现象是细胞生命特性的表现形式，主要有细胞的生长、分裂、分化、遗传、表现形式，主要有细胞的生长、分裂、分化、遗传、变异、发育、运动、兴奋传导
18、、信号转导、癌变、变异、发育、运动、兴奋传导、信号转导、癌变、衰老及死亡等衰老及死亡等.细胞生物学与分子生物学和遗传学的交叉重叠细胞生物学与分子生物学和遗传学的交叉重叠.这这三个学科交叉而成的三个学科交叉而成的学科群学科群是现代生物学中的是现代生物学中的重叠重叠核心学科核心学科(overlapping core discipline),也有人将其称也有人将其称之为之为统一生命科学统一生命科学(unified science of life).未未 来来 21世纪是生命科学的世纪世纪是生命科学的世纪,生命科学将成为生命科学将成为整个自然科学中的带头学科整个自然科学中的带头学科,从从分子层次分子层
19、次研研究细胞生命活动的细胞分子生物学究细胞生命活动的细胞分子生物学,无疑将无疑将在其中发挥重大作用在其中发挥重大作用.可以认为可以认为,细胞生物细胞生物学和分子生物学是现代生命科学新的生长学和分子生物学是现代生命科学新的生长点点,是现代生命科学的重要基础是现代生命科学的重要基础,是当今生是当今生命科学中的前沿学科命科学中的前沿学科.共共 识：识：Segment 4Segment 4 细胞生物学在医学科学细胞生物学在医学科学 中的地位与作用中的地位与作用医学医学细胞生物学细胞生物学（medical cell biology)medical cell biology)：是以细胞生物：是以细胞生物学
20、和分子生物学为基础，研究和探讨人体细胞的结构、学和分子生物学为基础，研究和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机理和防治的科学。律及其发病机理和防治的科学。细胞生物学被认为是：细胞生物学被认为是：1.1.阐明病因及发病机制的基础阐明病因及发病机制的基础2.2.诊断疾病的基础诊断疾病的基础3.3.治疗疾病的基础治疗疾病的基础b 传染病与感染性疾病传染病与感染性疾病：感染中的种属与器官特异性取决：感染中的种属与器官特异性取决 于病原体于病原体(细胞细胞)与感染细胞之间的识别与粘附与感染细胞之间的识别与粘附.b 遗
21、传病遗传病：基因及染色体的异常或缺失：基因及染色体的异常或缺失.b 肿肿 瘤瘤：是细胞病：是细胞病体细胞的遗传性疾病体细胞的遗传性疾病.b 心、脑血管病心、脑血管病：脉管内皮细胞、平滑肌细胞及细胞外基质的：脉管内皮细胞、平滑肌细胞及细胞外基质的异常，以及血小板与内皮细胞的粘附异常异常，以及血小板与内皮细胞的粘附异常.b 免免疫病疫病：免疫细胞异常及免疫应答紊乱：免疫细胞异常及免疫应答紊乱.b 退行性病变退行性病变：细胞变性、衰老或死亡：细胞变性、衰老或死亡,细胞外基质成分异常细胞外基质成分异常.b 创伤修复创伤修复：上皮细胞、成纤维细胞及内皮细胞的协同作用：上皮细胞、成纤维细胞及内皮细胞的协同
22、作用.病理诊断病理诊断：细胞病理：细胞病理学、细胞化学、细胞学、细胞化学、细胞免疫组化等免疫组化等诊断疾病的基础诊断疾病的基础血清诊断血清诊断：单克隆：单克隆抗体（来自于杂交瘤抗体（来自于杂交瘤细胞）细胞）基因及染色体诊断基因及染色体诊断：原：原位杂交、位杂交、PCRPCR、细胞移植细胞移植：糖尿病、老年性痴呆及肿瘤镇痛等：糖尿病、老年性痴呆及肿瘤镇痛等组织工程组织工程：体外培养、构建含特定细胞的组织块移植：体外培养、构建含特定细胞的组织块移植到体内到体内,如人工骨、软骨、角膜、心肌及肝脏的移植。如人工骨、软骨、角膜、心肌及肝脏的移植。治 疗 疾 病 的 基 础治 疗 疾 病 的 基 础体内动
23、物模型和体外器官培养诱导合成骨骼仿生材料再生骨,软骨和牙齿 American researchers develop functioning artificial rat lung Human ear grown in a lab from stem cells.组织工程膀胱组织工程膀胱组织工程皮肤组织工程皮肤治疗疾病的基础治疗疾病的基础人工细胞及人工器官人工细胞及人工器官：治疗急性肝衰竭：治疗急性肝衰竭 人工包封多酶体系人工包封多酶体系人工肝细胞人工肝细胞;以包封的猪肝细以包封的猪肝细胞作为人工肝胞作为人工肝肿瘤的导向治疗肿瘤的导向治疗：将针对肿瘤细胞表面抗原的抗体：将针对肿瘤细胞表面抗原的
24、抗体与对肿瘤细胞具有杀伤性的物质与对肿瘤细胞具有杀伤性的物质(核素、毒素、或药核素、毒素、或药物物)偶联。偶联。基因治疗：基因治疗：遗传病、心血管病遗传病、心血管病、肿瘤等肿瘤等治疗疾病的基础治疗疾病的基础Summary 细胞生物学在医学的作用和地位？细胞生物学在医学的作用和地位？Nowadays,research of fife science can be divide into twelfth levels:Electron(电子电子),Molecular(分子分子),Organelle(细胞器细胞器),Cell(细胞细胞),Tissues(组织组织),Organ(器官器官),Syste
25、m(系统系统),Individual(个体个体),Population(种群种群),Herd(群体群体),Ecosystem(生态系生态系)and Biosphere(生物圈生物圈)。Modern life science development of the main characteristics and trends三三.Study of life sciences will be extend to macro cosmos.(宏观领域扩展)二二.Research of life sciences will continue deep into micro cosmos(微观世界微观世
26、界).scientists always want to know those item from the molecules,something like the life micro-essence(微观本质微观本质),origination(起源起源),metabolism(新陈代谢新陈代谢),energy transform(能量能量转换转换)and how the human cranial nerves go around,(大脑神经活动大脑神经活动)and so on.五五.The experiment method will develop to modernization.(
27、生命科学实验手段的日益现代化生命科学实验手段的日益现代化)六六.With artificial methods to change life material will be systematized.(人工改造生命物质体系愈趋工程化人工改造生命物质体系愈趋工程化)环境工程学环境工程学（environmental engineering）细胞工程细胞工程（cell engineering）医学生物工程学医学生物工程学（biomedical engineering）四四.All natural sciences will infiltrate each other and promote eac
28、h other.(各学科间的相互渗透和彼此促进)细胞生物学研究的核心问题是发育与细胞生物学研究的核心问题是发育与遗传的关系！遗传的关系！遗传是在发育过程中实现的遗传是在发育过程中实现的,而发育又要以遗传为基而发育又要以遗传为基础。在分子层次上这两方面的问题交织在一起础。在分子层次上这两方面的问题交织在一起,所以所以,分子遗传学分子遗传学(molecular genetics)的成就的成就,对细胞生物学对细胞生物学的形成和发展起了关键作用。的形成和发展起了关键作用。细胞形态学细胞形态学(cytomorphology)研究细胞形态和结构及其在生研究细胞形态和结构及其在生命过程中变化的科学。命过程中
29、变化的科学。细胞生理学细胞生理学(cytophysiology)研究细胞的生命活动规律。研究细胞的生命活动规律。细胞化学细胞化学(cytochemistry)研究细胞结构的化学成分研究细胞结构的化学成分(主要是主要是生物大分子成分生物大分子成分)的定位、分布及其生理功能。的定位、分布及其生理功能。细胞遗传学细胞遗传学(cytogenetics)从染色体结构、行为及染色体和从染色体结构、行为及染色体和其他细胞器间的关系去研究遗传现象、遗传和变异机制、进其他细胞器间的关系去研究遗传现象、遗传和变异机制、进化、疾病的诊断、治疗和预防等。化、疾病的诊断、治疗和预防等。推荐参考书推荐参考书：推荐期刊杂志推荐期刊杂志：CellNatureScienceCell Research推荐生物学网站推荐生物学网站：
