生命基础-第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、基本概念,1.,生物学及细胞生物学,生物学,：研究生命的科学，又叫生命科学,是研究生命发,生、发展本质规律的科学。,细胞生物学,：是研究细胞形态结构和功能和起源的科。,2.,医学模式,：又叫医学观，是人们研究处理健康疾病问题,的观点、方法。,分为：,生物模式,心理模式,社会模式,第一章 绪 论,细胞水平,光学显微镜术,亚细胞水平,电子显微镜术,分子水平,生物化学及分子生物学技术,二、,研究内容,（三个水平）,三、,发展简史,1、,细胞学说的创立,（1900）,1665年 Robert Hook 发现软木塞中蜂窝状小室,1667年 Leeuwen Hook 观察到真正的活细胞,2、,细胞生物学经典时期,（18001900）,特点：应用固定、染色技术，在显微镜下观察细,胞的形态结构和分裂活动。,3、,实验细胞学阶段,（19001950）,在第二阶段基础上，采用了大量实验手段进行研,究，并与其它学科相互融合形成了一些重要的分,支学科。,4、,细胞生物学和分子生物学形成阶段,（1950至今）,主要在分子水平上探索细胞的各种生物活动。,四、目前该领域值得关注的一些研究进展,（一）、新技术催生“基因改造人”,美国新泽西州圣巴纳巴斯医学中心生殖医学科学研究所的科学家，利用一种叫做“,卵质转移,”的技术，从捐献的卵子中抽出少量细胞质，注入不孕妇女的卵子内，然后进行受精。这样，原本因卵子有缺陷而无法生育的妇女经过这种移植后就怀了孕。采用的技术只不过是把健康妇女捐献的正常卵子中的某些DNA成分添加到不孕妇女的卵子中，并没有对培育出的婴儿基因进行修改，因此他们培育出的这些婴儿称不上是“,转基因婴儿,”。,（二）、“抗癌婴儿”在美国出世,美国芝加哥生育遗传研究所的科学家宣布，他们利用“胚胎植入前的基因诊断”（PDG）帮助来自纽约的一对夫妇怀孕，并生育一个没有“利弗劳梅尼综合症”的健康男婴。这名婴儿后来被称之为“,抗癌婴儿,”。,利弗劳梅尼综合症是一种家族性遗传病，它对多种癌症，包括乳腺癌和白血病有遗传倾向。利弗劳梅尼综合症基因携带者通常会把这种基因遗传给孩子，在孩子活到45岁时，将有50的可能患上与利弗劳梅尼综合症有关的癌症；而孩子活到60岁时，这种可能性就增加为90。,这种“定制”婴儿技术，实际上就是试管婴儿技术和胚胎植入前的遗传诊断技术的联合应用。先通过试管婴儿技术使精子、卵子在体外结合后形成多个胚胎，待每个胚胎长到一定重量时，从胚胎中取出1至2个细胞，对其进行细胞学检查，判断胚胎中是否存在遗传疾病的基因，再把经过筛查确认为健康的胚胎放回母亲子宫内，孕育成健康的胎儿。,（三）、克隆羊多利（Dolly）,克隆羊制备原理,已分化的细胞仍具有,全能性,实验表明：植入的表皮细胞核如同受精卵的核一样，具有全套基因，在发育上是全能的；体细胞的分化并非是由于它们丢失了基因或所含的基因不同，而是分化的细胞各自选择性地“打开”并表达了不同的“奢侈”基因,（四）、人类基因组计划,The Human Genome Project (HGP),Completed in April 2003,1986年由美国生物学家杜伯克首次提出,1990年10月美国投资30亿美元启动计划,预计15年完成,国际化研究项目,美国、日本、英国、加拿大、瑞典,1999年7月我国注册承担人类基因组1%测序任务,2000年3月我国科学家完成3号染色体测序,2000年5月人类基因组草图完成,（五）中国水稻基因组,锦绣般的,中国云南红河哈尼梯田,，成为2002年4月5日出版的美国,科学杂志的封面,。这份世界权威学术期刊，以封面文章形式和显著篇幅，登出中国科学家绘出水稻基因组工作框架图的历史性论文。这是由中国科学家独立完成的一项世界级研究成果，它标志着在基因组学这一生命科学前沿领域，中国已部分具备世界领先的实力。“毫无疑问，,中国基因组学研究已达到世界水平,”，科学杂志总编、美国国家科学院院士唐纳德肯尼迪对新华社记者说。,（六）后基因组计划,（Post-genome）,随着“人类基因组计划的完成，结构基因测序的突破，由此延伸的“,后基因组计划,”即以功能基因鉴定为中心的“功能基因组学”应运而生。后基因组计划利用结构基因组计划所提供的信息和产物，发展和应用新的技术手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学的研究从单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，为在,整体水平上,探讨生命活动规律奠定了基础。目前国际基因组研究开发的总体趋势已发生了新的变化。,（七）功能基因组和蛋白质组,（Function genome and protein group）,研究成为,主要研究热点,随着人类基因组遗传图、物理图的相继完成，基因组序列工作框架图于2000年6月绘就。2001年2月，国际著名杂志Nature和Science分别发表国际公共领域人类基因组合作计划和美国Celera公司同时公布的人类基因组图谱，预示着一场以排列人类基因组DNA全序列的“,结构基因组,”的研究阶段基本完成。基因组研究翻开了历史新篇章，一个以破译、解读、开发基因组功能信息为主要研究内容的时代已经开始，即转入对基因组功能的研究。,(八)生物信息学和生物芯片 (Bioinformatics and Biochip),美国HGP自1990年10月正式启动以来，基因组研究产生了大量的信息，海量信息的分析、加工和利用，促进了,生物信息学,的诞生和发展。生物信息学不但集中了许多国家政府的投入，而且吸引了全世界不同学科的精英，包括数学、物理、化学、计算机、材料等，同时也推动了生物芯片技术的研究和开发,（九）RNA 干扰(,RNA interference,),2002年最重要的科学发现之一,RNAi,在多种生物中，外源或内源性的双链RNA(doublestranded RNA dsRNA)导入细胞中，与dsRNA 同源的mRNA则受到降解，因而其相应的基因受到抑制，由于这是一种在RNA水平的基因表达抑制，故也称为RNA干扰(RNA interference,RNAi)。RNAi可能是生物普遍存在的RNA水平上调节基因表达的方式，对于细胞防御病毒的感染、以及调节正常基因的功能具有重要作用,。,（十）Severe Acute Respiratory,Syndrome,(SARS),严重急性呼吸综合症,（Severe Acute Respiratory Syndrome,SARS,或传染性非典型肺炎）肆虐全球。2002-2003年冬春之交SARS的流行，不仅威胁着人类的健康与生命，也使社会经济生活受到巨大的影响。面临与SARS不期而遇的遭遇战，全世界的医务和科技工作者在几乎毫无准备的情况下迎难而上，经11个国家和地区的13个实验室的科学家通力合作，不到一个月时间就确定了导致SARS的元凶一种前所未知的新型冠状病毒（SARS Coronavirus SARSCov）。,冠状病毒基本结构,SARS冠状病毒其核心为螺旋状排列的RNA及衣壳（N蛋白）组成的核壳体，其外为包膜。N蛋白是SARS病毒重要结构蛋白，在病毒转录、复制和成熟中起作用。病毒核酸除编码RNA聚合酶外，编码的主要结构蛋白是N、S、M、E等蛋白。病毒包膜有E蛋白，表面有两种糖蛋白，即S蛋白和M蛋白。S蛋白其功能是与细胞受体结合，使细胞发生融合，是SARS冠状病毒侵染细胞的关键蛋白。M蛋白为跨膜蛋白，参与包膜形成。,新型冠状病毒基因片段在基因组中的定位,NS 非结构蛋白；S 针刺糖蛋白；HE 血凝集素脂酶糖,蛋白；M 膜糖蛋白；N 核衣壳蛋白,(十一)干细胞研究进展,2002年8月17日，美宝环球集团正式向外界宣布：他们发现了一种全新的人体细胞-,再生潜能细胞,，潜能再生细胞是以普通细胞形式存在于人体组织里的，它具备原位启动自身增殖功能，能及时补充凋亡、退化、损伤、坏死的组织细胞。也就是说当组织器官中的细胞凋亡时，潜伏在组织器官中的潜能再生细胞就能够及时地再生复制同种细胞，以补偿空缺，这样,就不会出现人体器官坏,死的现象。,（十二）转基因技术（Transgenic technique）,五、2007-2001年在生物和医学学领域,获诺贝尔医学奖情况,瑞典卡罗林斯卡医学院2001年10月日宣布，将本年度诺贝尔生理学、医学奖授予美国科学家利兰哈特韦尔与英国科学家蒂莫西亨特和保罗纳斯，以表彰他们发现了,细胞周期,的关键分子调节机制。,三名科学家所作出的重大贡献在于发现了具有调节所有真核有机体中细胞周期的关键分子。其中，利兰哈特韦尔发现了大量控制细胞周期的基因，其中一种被称为“”的基因（R点）对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗纳斯的贡献是，在哈特韦尔的基础上，通过分子生物学方法发现了调节细胞周期的一种关键物质（细胞周期蛋白依赖激酶），是通过对其他蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蒂莫西亨特的贡献是首次发现了调节功能的物质（细胞周期蛋白）。哈特韦尔、纳斯和亨特三人的发现对研究细胞的发育有重大的影响，特别是对开辟治疗癌症新途径将具有极其深远的意义。,2001 年,从左至右分别为：罗伯特霍维茨，悉尼布雷内，约翰苏尔斯顿,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，把2002年诺贝尔生理学或医学奖授予分别来自英国的悉尼布雷内、来自美国的罗伯特霍维茨和来自英国的约翰苏尔斯顿，以表彰他们发现了在器官发育和“,程序性细胞死亡,”过程中的基因规则。,今年诺贝尔生理学或医学奖的3位获奖者利用线虫作为研究对象，先后发现了“程序性细胞死亡”是由基因控制的，并发现了与之相关的一些基因，证实了人体内也存在相应的基因。对这些基因的研究，有助于研究针对癌症、艾滋病和老年痴呆症等疾病的新疗法。,2002 年,年,，美国科学家保罗劳特布尔和英国科学家彼得曼斯菲尔德。他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。,年,，美国科学家理查德阿克塞尔和琳达巴克。他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出贡献，揭示了人类嗅觉系统的奥秘。,将年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚科学家巴里马歇尔和罗宾沃伦，以表彰他们发现了导致胃炎和胃溃疡的细菌-,幽门螺杆菌,2005年,2006年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家安德鲁法尔和克雷格梅洛因发现,RNA(核糖核酸)干扰,机制而获得诺贝尔生理学或医学奖,安德鲁法尔,克雷格梅洛,2006年,年诺贝尔生理学或医学奖授予来自美国的马里奥卡佩奇、奥利弗史密斯和来自英国的马丁埃文斯是因为“在涉及,胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面,的一系列突破性发现”而获得这一殊荣的。,奥利弗史密斯,马丁埃文斯,马里奥卡佩奇,2007年,美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为什么是当今科研领域的热门话题？（“What is popular in research today？”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是,三种疾病,：,癌症（cancer）,心血管病（cardiovascular diseases）,爱滋病和肝炎等传染病,（infectious diseases：AIDS，hepatitis）,五大研究方向,：,细胞周期调控（cell cycle control）；,细胞凋亡（cell apoptosis）；,细胞衰老（cellular senescence）；,信号转导（signal transduction）；,DNA的损伤与修复（DNA damage and repair）,六、,当今科研领域的热门话题,美国科学情报研究所（ISI）1997年,SCI（Science Citation Index）,收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：,细胞信号转导,（signal transduction）；,细胞凋亡,（cell apoptosis）；,基因组与后基因组学研究,（genome and post-genomic analysis）。,七、参考书,Alberts B,et al,.,Essential Cell Biology,.,New York and London：Garland publishing，Inc.1998,Alberts B,et al,.,Molecuar Biology of the Cell,3rd ed,.New York and London：Garland Publishing，Inc.1994,Becker W.M.,et al,.,The World of the Cell,.,Fourth Ed.The Benjamin/Cummings Publishing Company.2000,Gerald Karp.,Cell and Molecular Biology,：concepts and experiments，2nd Edition.Published by John Wiley&Sons,Inc.1999,Lodish H.,et al,.,Molecular Cell Biology,.4th Ed.Scientific American Books,Inc.2000.,八、学习细胞生物学的注意点,抽象思维与动态观点,结构与功能统一的观点,同一性(unity)和多样性(diversity)的问题,实验科学与实验技术细胞真知源于实验室,