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自然界生物千姿百態(tài),有動(dòng)物?植物?微生物? 既是生物體的結(jié)構(gòu)單位,又是功能單位?有機(jī)體是由 無(wú)論是小的細(xì)菌?支原體,還是大的參大大樹(shù)?海里 一個(gè)細(xì)胞(如高等牛物的受精卵)通過(guò)高度有序的細(xì) 的鯨魚(yú)?陸地的大象,它們都是由細(xì)胞( cell)構(gòu)成的? 胞增殖?分化?生艮和發(fā)育而形成的?生物體的代L, 恩格斯曾經(jīng)說(shuō)過(guò):"在整個(gè)有機(jī)界里,所看到的最簡(jiǎn)單 是以細(xì)胞為單位進(jìn)行的,所以,細(xì)胞又是發(fā)育和代謝 的類型,是細(xì)胞,它確實(shí)是高級(jí)有機(jī)體的基礎(chǔ)?"細(xì)胞 的單位?有機(jī)體有了細(xì)胞才有完整的生命活動(dòng)? 及時(shí)節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)的概念及研究?jī)?nèi)容 一?細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科 微生物?遺傳學(xué)?發(fā)育生物學(xué)?生理學(xué)?生物化學(xué)? 細(xì)胞是1665年英同科學(xué)家R.Hooke用自制的顯 萎磊牛物學(xué)?神經(jīng)牛物I等,均離不開(kāi)細(xì)胞牛物I的 微鏡發(fā)現(xiàn)的?白從細(xì)胞發(fā)現(xiàn)以來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, ;基因上程?細(xì)胞工程?蛋白質(zhì)上程等生物工程 研究手段的進(jìn)步,特別是分子生物學(xué)方法?技術(shù)的建立? 學(xué)新技術(shù)的產(chǎn)牛和發(fā)展,也以細(xì)胞為對(duì)象進(jìn)行研究和 滲透,對(duì)細(xì)胞的研究不斷發(fā)生變化,從傳統(tǒng)的細(xì)胞學(xué) 實(shí)踐? 逐漸發(fā)展成為細(xì)胞生物學(xué)( cell biology)? 細(xì)胞生物學(xué)?發(fā)育生物學(xué)?神縊生物學(xué)和分子生 細(xì)胞/物學(xué)是研究細(xì)胞的學(xué)科,是從顯微?亞顯 物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的新生長(zhǎng)點(diǎn),因此,細(xì)胞生物學(xué) 微及分子水平這三個(gè)層次研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)?功能,細(xì) 彳i僅是當(dāng)今生命科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科,而且還是前沿學(xué) 胞的增殖?分化?衰老與凋亡,細(xì)胞的白噬?應(yīng)激? 科/2.- ? 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),細(xì)胞的基因表達(dá)與調(diào)控,細(xì)胞的起源與進(jìn) 一 細(xì)胞生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 化,是從細(xì)胞?分子水平揭示生命本質(zhì)的學(xué)科?而醫(yī) 一? 學(xué)細(xì)胞/i物學(xué)是研究細(xì)胞各種結(jié)構(gòu)及細(xì)胞牛命現(xiàn)象與 細(xì)胞生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能及 疾病發(fā)牛?發(fā)展的關(guān)系,應(yīng)用這些知識(shí)為疾病的預(yù)防? 細(xì)胞的各種生命現(xiàn)象? 診斷?治療及藥物的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和服務(wù)的學(xué)科? (一)細(xì)胞膜和細(xì)胞器的研究 所以,醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)是醫(yī)學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)交義?融 生物膜是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ),閂然界出現(xiàn)細(xì)胞 合的學(xué)科,是醫(yī)學(xué)的理論基礎(chǔ)?對(duì)細(xì)胞的深入研究是 膜以后A-有了真正意義卜^的生命體,大部分細(xì)胞器是以 揭丌生命奧秘?征服疾病的關(guān)鍵?早(11925年,生 牛物膜為基礎(chǔ)建立的?牛物膜的研究?jī)?nèi)容包括膜的分子 物學(xué)大師Wilson就提出:一切牛命的關(guān)鍵問(wèn)題都要 結(jié)構(gòu)模型?物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制?細(xì)胞器的 到細(xì)胞中去尋拽?疾病的關(guān)鍵問(wèn)題也要在小小的細(xì)胞 研究是認(rèn)識(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分?近年米, 中去尋找? 胞的識(shí)別?信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)?蛋白質(zhì)合成后的運(yùn)輸及定 從生命結(jié)構(gòu)層次來(lái)看,細(xì)胞生物學(xué)介丁-分子生物 篙券選等方面取得了巨人進(jìn)展,有關(guān)膜泡運(yùn)輸方面的 學(xué)和個(gè)體生物學(xué)之問(wèn),同它們互相銜接?相互滲透? 兇此,細(xì)胞生物學(xué)是一門承上啟卜-的學(xué)科,與分子生 研究獲得了2013年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)? 物學(xué)一樣是現(xiàn)代牛命科學(xué)的基礎(chǔ),廣泛滲透到遺傳學(xué)? (二)細(xì)胞核?染色質(zhì)及基因表達(dá)的研究 發(fā)育生物學(xué)?生殖生物學(xué)?神經(jīng)生物學(xué)和免疫生物學(xué) 細(xì)胞核是真核細(xì)胞遺傳物質(zhì)儲(chǔ)藏的重要場(chǎng)所,也 等的研究中,并與醫(yī)學(xué)和生物高技術(shù)發(fā)展有著極其密 是遺傳信息復(fù)制?轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所,核糖體業(yè)基的形成及 切的關(guān)系? 組裝是在細(xì)胞核內(nèi)的核仁中進(jìn)行的,核膜?核孔復(fù)合 生命科學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科,如動(dòng)物學(xué)?植物學(xué)? 體是核質(zhì)之間物質(zhì)交換及信息傳遞的重要門戶,染色質(zhì)與基兇的表達(dá)調(diào)控是細(xì)胞核研究的核心內(nèi)容? 細(xì)胞化學(xué)( cytochemistry):研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)ill化 (三)多細(xì)胞生物細(xì)胞社會(huì)的研究 學(xué)成分(主要是生物大分子成分)的定位?分布及其 對(duì)丁-多細(xì)胞生物,細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境之問(wèn)密t)J結(jié) 牛理功能?用切片或分離細(xì)胞成分的方法,對(duì)甲`個(gè)細(xì) 合,形成?個(gè)細(xì)胞社會(huì),構(gòu)成組織?器官才能發(fā)揮整 胞或細(xì)胞各個(gè)部分進(jìn)行定性和定量的化學(xué)分析? 體功能?細(xì)胞與細(xì)胞之間?細(xì)胞與微環(huán)境之間的相互 細(xì)胞生理學(xué)( cytophysiology):研究細(xì)胞的生命 活動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)制,包括細(xì)胞如何從環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng), 關(guān)系也是細(xì)胞生物學(xué)研究的重要內(nèi)容? (四)細(xì)胞生命現(xiàn)象及其調(diào)控研究 經(jīng)代謝而獲得能量,進(jìn)行生長(zhǎng)?分裂或其他功能活動(dòng), 以及細(xì)胞如何對(duì)各種環(huán)境因素產(chǎn)生反應(yīng),而表現(xiàn)感應(yīng) 細(xì)胞的增殖?分化?衰老?死亡和細(xì)胞的麻激等 性和運(yùn)動(dòng)性活動(dòng)(如神經(jīng)細(xì)胞傳導(dǎo)?肌肉細(xì)胞收縮? 細(xì)胞的生命現(xiàn)象及其調(diào)控機(jī)制是細(xì)胞生物學(xué)研究的核 腺細(xì)胞分泌)等?近年來(lái)特別著重于從分子水平和膠 心內(nèi)容,只有將這些細(xì)胞生命現(xiàn)象及其本質(zhì)研究清楚 體水平闡明細(xì)胞生理活動(dòng)過(guò)程的物理化學(xué)基礎(chǔ)? 了,才能最終揭示生命的本質(zhì)? 細(xì)胞遺傳學(xué)( cytogenetics):根據(jù)染色體遺傳學(xué) (五)干細(xì)胞與細(xì)胞工程 說(shuō)發(fā)展起米的一門屬于細(xì)胞學(xué)與遺傳學(xué)之f剛的邊緣學(xué) 干細(xì)胞是一種具有自我更新能力及多向分化潛能 科?主要是從細(xì)胞學(xué)的角度,特別是從染色體的結(jié)構(gòu) 的細(xì)胞,是發(fā)育中的一種細(xì)胞,對(duì)T細(xì)胞的研究有利 和行為以及染色體與其他細(xì)胞器的關(guān)系來(lái)研究遺傳現(xiàn) 于揭示各種生命現(xiàn)象及其調(diào)控機(jī)制,同時(shí)在細(xì)胞的庶 象,這對(duì)遺傳和變異機(jī)制的闡明?動(dòng)物和植物育種理 用?細(xì)胞工程方而也具有重要意義? 論的建立?人類疾病遺傳有關(guān)的問(wèn)題及生物進(jìn)化學(xué)說(shuō) 的發(fā)展十分重要,特別對(duì)人類染色體病的診斷?治療 三?細(xì)胞生物學(xué)的分科 和預(yù)防具有現(xiàn)實(shí)的意義? 細(xì)胞生物學(xué)的主要分支學(xué)科包括以下幾種? 其他分支學(xué)科還有細(xì)胞生態(tài)學(xué)(cytoecoIogy)?細(xì)胞 細(xì)胞形態(tài)學(xué)( cytomorphology):研究細(xì)胞形態(tài) 能力學(xué)(cytoenergetics)?細(xì)胞動(dòng)力學(xué)(cytodynamics)等? 和結(jié)構(gòu)及其在生命過(guò)程中變化的學(xué)科? 第二節(jié) 細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展歷史及趨勢(shì) 細(xì)胞生物學(xué)是彳i斷發(fā)展的學(xué)科,在其發(fā)展過(guò)程中 貢獻(xiàn)而當(dāng)選為英同皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,并被授予"巴 的一些新成就,對(duì)整個(gè)生命科學(xué)起著巨大的推動(dòng)作用? 黎科學(xué)院通訊院P的榮譽(yù)稱號(hào)?由~名布店學(xué)徒成 細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展大致可劃分為如下階段? 為一位著名的科學(xué)家,他刻苦勤奮的一生,為后人樹(shù) 立了自學(xué)成才的光輝榜樣? 一?細(xì)胞學(xué)研究的萌芽階段 從顯微鏡( microscope)的發(fā)明到19世紀(jì)初葉 一?細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立階段 為細(xì)胞學(xué)研究的萌芽階段,開(kāi)始了細(xì)胞學(xué)的研究?科 這一階段大致從19世紀(jì)初葉到中葉?這一時(shí)期 學(xué)的發(fā)展總是與實(shí)驗(yàn)設(shè)備水平相適應(yīng)的,細(xì)胞學(xué)的興 的突出成就是創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)? 起也不例外,細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是與顯微鏡的發(fā)明密切相關(guān) 在R.Hooke發(fā)現(xiàn)細(xì)胞后的近200年ill,由于顯 的?1590年,荷j,-^眼鏡制造商Z.Janssen兄弟試制成 微技術(shù)未得到成功的改進(jìn),對(duì)細(xì)胞的研究沒(méi)有任何突 第`臺(tái)復(fù)式顯微鏡?半個(gè)多世紀(jì)以后,英同科學(xué)家R. 破性進(jìn)展?1827年,K.E.V Bear在蛙卵和幾種無(wú)脊 Hooke用白制的顯微鏡觀察了軟木及其他植物組織? 椎動(dòng)物的卵il r觀察到了細(xì)胞核?1831年,R.Brown 1665年,他發(fā)表了《顯微圖譜》(Micrographia),其 也在j皇科和其他兒種植物表皮細(xì)胞中觀察到了細(xì)胞 中關(guān)于軟術(shù)的描述是最值得稱道的,他將在軟水中看 核?1835年,E.Dujerdin將根足生和多孔蟲(chóng)細(xì)胞內(nèi)的 到的許多小室稱為"細(xì)胞"(cell,原意為小室),實(shí) 黏稠物質(zhì)稱為肉樣質(zhì)(sarcode)?1839年,捷克學(xué)者 際卜他所見(jiàn)到的僅僅是植物死細(xì)胞的細(xì)胞壁,因?yàn)樗?Purkinje首先提…了原生質(zhì)(protoplasm)的概念?后 首先描述了這`結(jié)構(gòu),所以,細(xì)胞`詞也就沿用至 米被H Von Mohl應(yīng)用到植物細(xì)胞?雖然當(dāng)時(shí)細(xì)胞的 今?值得一提的是荷蘭科學(xué)家A. Van Leeuwenhoek 一些主要結(jié)構(gòu)都被觀察到了,但是,一直沒(méi)有從理論 (1632~1723年),他丁1677年用自制的顯微鏡觀 卜加以概括? 察了池塘中的纖毛蟲(chóng)類?人和哺乳動(dòng)物的精子及細(xì)菌 德同植物學(xué)家M.J.Schleiden (1938)?動(dòng)物學(xué)家 等,后來(lái)他又觀察到了鮭魚(yú)紅細(xì)胞及其核?由于他的 T.Schwann (1839)根據(jù)前人的研究成果結(jié)合白己的T作}j`次提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)( cell theory)?其主要內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)研究,使細(xì)胞學(xué)增加了一個(gè)重要的研究于段?J. 是:①系統(tǒng)地論證了細(xì)胞是動(dòng)物?植物有機(jī)體的基本 Brachet用組織化學(xué)方法研究核酸在發(fā)育中的變化,最 結(jié)構(gòu)甲,位,也是有機(jī)體功能的基本譯位;②滄證了動(dòng)物? 甲提出核酸與細(xì)胞牛命活動(dòng)的關(guān)系?此外,Caspersson 植物各種組織的細(xì)胞具有共]一J的基本結(jié)構(gòu)?基本特性, 設(shè)計(jì)了十分精密的顯微分光光度計(jì),根據(jù)極小范圍內(nèi) 并按共同規(guī)律發(fā)育,有共同的生命過(guò)程;③論證了細(xì) 的吸收光譜可以超微量地測(cè)定細(xì)胞中的核酸含量?這 胞也有自己的生長(zhǎng)發(fā)展過(guò)程?細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立,明確 兩個(gè)方面的成就,對(duì)細(xì)胞學(xué)產(chǎn)生了重人影響? 了動(dòng)物?植物界的統(tǒng)一?恩格斯對(duì)此給弘了極高的評(píng)價(jià), 將由A.Claude發(fā)展起來(lái)的組織勻漿差速離心方 認(rèn)為這是19世紀(jì)自然科學(xué)的j大發(fā)現(xiàn)之一? 法及以后…現(xiàn)的放射性核素技術(shù)應(yīng)用到細(xì)胞的研究中, 使人們對(duì)細(xì)胞的代謝及某些細(xì)胞器的功能產(chǎn)牛了新的 三?經(jīng)典細(xì)胞學(xué)階段 認(rèn)識(shí)? 這一階段從19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初葉?這一時(shí) 從20世紀(jì)40年代開(kāi)始,電子顯微鏡的應(yīng)用使 期細(xì)胞學(xué)有了蓬勃的發(fā)展? 細(xì)胞形態(tài)學(xué)的研究深入到亞顯微層次,不僅清楚了人 首先是實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步?1865年,Bohm首先使 部分細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)(如線粒體?葉綠體?高爾基復(fù)合體? 用蘇木精對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色,而Corti (1851)和Hartig 中心體等),而且結(jié)合細(xì)胞生化的成果,逐漸把結(jié)構(gòu) (1854)則使用洋紅對(duì)細(xì)胞進(jìn)行了染色?Oschatz設(shè)計(jì) 和功能統(tǒng)+起米,同時(shí)對(duì)細(xì)胞質(zhì)也有更為深入的了解? 出第`臺(tái)切片機(jī)?1878年,Ernest Abbe設(shè)計(jì)出近代的 五?細(xì)胞生物學(xué)階段 復(fù)式顯微鏡,這種顯微鏡具有消色差物鏡,并具有載 物臺(tái)下照明的聚光器?這些儀器和技術(shù)對(duì)細(xì)胞學(xué)的發(fā) 這一階段始自20世紀(jì)60年代?這一時(shí)期對(duì)細(xì)胞 展都起到了極人的推動(dòng)作用? 的研究從各個(gè)方面都有深入和擴(kuò)展?形態(tài)方面,從顯 19世紀(jì)70年代,有三位細(xì)胞學(xué)家(Strasburger? 微層次深入到亞顯微層次,甚至分子層次,進(jìn)而擴(kuò)展 Butschil及0.Hertwig)兒乎同時(shí)描述了細(xì)胞核分裂時(shí) 到對(duì)活細(xì)胞的觀察和實(shí)驗(yàn)研究;從單純的形態(tài)描述, 的變化?其中0.Hertwig用硼酸洋紅染色觀察到在赤 進(jìn)入到形態(tài)與功能和牛化研究的結(jié)合?牛命科學(xué)各分 道板上有著色的線狀或棒狀物體?后來(lái)這種著色的線 支學(xué)科——遺傳學(xué)?胚胎學(xué)?生理學(xué)歿進(jìn)化的研究, 狀物體被Waldyer命名為染色體?Flemming將細(xì)胞分 都力求深入到細(xì)胞層次和亞細(xì)胞層次來(lái)解釋各種生命 裂命名為有絲分裂(mitosis)?Strasburger根據(jù)染色體 現(xiàn)象?細(xì)胞學(xué)的發(fā)展已經(jīng)超出原有的范圍,并向細(xì)胞 的行為將有絲分裂分為前期?中期?后期和術(shù)期? 生物學(xué)轉(zhuǎn)變?可以說(shuō),細(xì)胞生物學(xué)是在分子遺傳學(xué)和 1882年,Strasburger首先發(fā)現(xiàn)一種百