第一章 绪论.pdf

细胞生物学细胞生物学 cell biology 主讲：孙文秀主讲：孙文秀 长江大学生命科学学院长江大学生命科学学院 E-mail: 一切生命奥秘的答案都要到细一切生命奥秘的答案都要到细胞中去寻找。胞中去寻找。著名生物学家著名生物学家 威尔逊威尔逊 第一章第一章 绪论绪论 细胞生物学概述细胞生物学概述 细胞生物学发展简史细胞生物学发展简史 第一节第一节 细胞生物学概述细胞生物学概述 一、细胞生物学的定义一、细胞生物学的定义 细胞生物学（细胞生物学（cell biologycell biology）是在显微（细胞）、亚显微（细是在显微（细胞）、亚显微（细胞器）与分子水平（生物大分子）胞器）与分子水平（生物大分子）上研究细胞结构和生命活动规律上研究细胞结构和生命活动规律的科学。的科学。二、细胞生物学的地位二、细胞生物学的地位 分子生物学分子生物学 分子免疫学分子免疫学 细胞生物学细胞生物学 号称号称现代生命科学的三架马车，是重现代生命科学的三架马车，是重要基础学科要基础学科 基本结构和功能（从外基本结构和功能（从外内）内）1 1、质膜、质膜 2 2、细胞器、细胞器 内质网内质网(endoplasmic reticulum)(endoplasmic reticulum)、高尔基体、高尔基体(golgibody)(golgibody)、核糖体、核糖体(ribosome)(ribosome)、溶酶体、溶酶体(lysosome)(lysosome)、微体、微体(microbody)(microbody)、线粒体、线粒体(mitochondria)(mitochondria)、叶绿体、叶绿体(chloroplast)(chloroplast)、中心、中心体体(centriole)(centriole)、液泡、液泡(vacuole)(vacuole)三、研究内容三、研究内容 3 3、细胞核和染色体、细胞核和染色体 4 4、细胞表面和细胞质基质、细胞表面和细胞质基质 5 5、细胞骨架、细胞骨架 6 6、物质的跨膜运输与信号传递、物质的跨膜运输与信号传递 基本生命规律基本生命规律 细胞的增殖、分化、衰老与凋亡及细胞的增殖、分化、衰老与凋亡及其基因表达调控。其基因表达调控。细胞的起源与进化细胞的起源与进化 真核、原核和古核细胞的关系真核、原核和古核细胞的关系 细胞工程细胞工程 应用转基因：转基因番茄（应用转基因：转基因番茄（ACCACC酶反义酶反义RNARNA），转基因猪（水母发光基因），转基因猪（水母发光基因）细胞融合：远缘杂交细胞融合：远缘杂交 细胞克隆：无性繁殖细胞克隆：无性繁殖 四、当前研究中的三大基本问题四、当前研究中的三大基本问题 基因表达（时间空间上有序表达）基因表达（时间空间上有序表达）产物的装配和调控机制产物的装配和调控机制 有功能的生物大分子：多个亚基有功能的生物大分子：多个亚基 细胞器：核糖体：细胞器：核糖体：RNA+PrRNA+Pr 产物对其他活动的调控产物对其他活动的调控 活性分子活性分子 信号分子信号分子 五、当前研究中的重大课题五、当前研究中的重大课题 染色体与蛋白质相互作用关系：非组染色体与蛋白质相互作用关系：非组蛋白对基因组的作用蛋白对基因组的作用 1 1、PrPr作用：作用：DNADNA复制；转录；染色体构建复制；转录；染色体构建 2 2、组蛋白：、组蛋白：H H1 1、H H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4 3 3、基因组：单倍体中所含的全部基因、基因组：单倍体中所含的全部基因 细胞增殖、分化、凋亡（细胞增殖、分化、凋亡（PCDPCD）的相）的相互关系及其调控互关系及其调控 细胞信号转导的研究细胞信号转导的研究 分为三个层次：分为三个层次：1 1、细胞间信号传递：信号分子、信号分、细胞间信号传递：信号分子、信号分子与受体子与受体 2 2、受体与信号跨膜转导：、受体与信号跨膜转导：G G蛋白的研究蛋白的研究 3 3、细胞内信号传递途径：蛋白质磷酸化、细胞内信号传递途径：蛋白质磷酸化与去磷酸化。与去磷酸化。细胞的结构体系装配细胞的结构体系装配 分为三个基本结构体系：分为三个基本结构体系：1 1、遗传信息：蛋白质、遗传信息：蛋白质+核酸核酸 染色体：染色体：Pr+DNAPr+DNA 核核 仁：仁：rDNArDNA、RNPRNP、PrPr 核糖体：核糖体：Pr+RNAPr+RNA 2 2、膜：蛋白质、膜：蛋白质+脂类构成细胞膜及内膜系统脂类构成细胞膜及内膜系统 3 3、细胞骨架：、细胞骨架：Pr+PrPr+Pr构成细胞质、细胞核骨架构成细胞质、细胞核骨架 其它其它 1 1、蛋白质合成、分选与跨膜定向运输、蛋白质合成、分选与跨膜定向运输 2 2、起源与进化、起源与进化 六、自然科学研究中论文最集中的三大领域六、自然科学研究中论文最集中的三大领域 1 1、Signal transduction Signal transduction 细胞信号转导细胞信号转导 2 2、Cell apoptoris Cell apoptoris 细胞凋亡细胞凋亡 3 3、Genome and postGenome and post-genomic analysis genomic analysis 基因组与后基因组学研究基因组与后基因组学研究 第二节第二节 细胞生物学发展简史细胞生物学发展简史 细胞生物学研究细胞的结构细胞生物学研究细胞的结构、功能和生命功能和生命活动活动。分三个层次：分三个层次：1 1）显微水平，光学显微镜下可见的结构。）显微水平，光学显微镜下可见的结构。2 2）超微水平，电子显微镜下可见的结构。）超微水平，电子显微镜下可见的结构。3 3）分子水平，细胞结构的分子组成，及其）分子水平，细胞结构的分子组成，及其在生命活动中的作用。在生命活动中的作用。细胞生物学由细胞学细胞生物学由细胞学（CytologyCytology）发发展而来展而来。是当代生物技术的支撑学科是当代生物技术的支撑学科。发展迅发展迅速速，期刊数量最多期刊数量最多，SCISCI源期刊中细源期刊中细胞生物学的平均影响影子为胞生物学的平均影响影子为4 4.1 1。是生物是生物、农学农学、医学等专业的一门必医学等专业的一门必修课程修课程。细胞生物学经历了四个主要发展阶段：细胞生物学经历了四个主要发展阶段：1 1）16651665-1830s1830s，细胞发现，显微生物学。，细胞发现，显微生物学。2 2）1830s1830s-1930s1930s，细胞学说，细胞学说，CytologyCytology诞诞生。生。3 3）1930s1930s-1970s1970s，电镜技术应用，电镜技术应用，CytologyCytology发展为细胞生物学。发展为细胞生物学。4 4）1970s1970s以来，分子细胞生物学时代。以来，分子细胞生物学时代。一、细胞的发现一、细胞的发现 细胞生物学的变革和显微技术的改进息息细胞生物学的变革和显微技术的改进息息相关。相关。15901590年年J.J.和和Z.JanssenZ.Janssen制作第一台复式显制作第一台复式显微镜。微镜。16651665年英国人年英国人Robert HookeRobert Hooke出版出版显微图显微图谱谱。观察了软木，并首次用。观察了软木，并首次用cellcell来描述来描述“细胞细胞”。Robert Hooke and his“cells”Robert Hookes microscope 16801680年年A.van LeeuwenhoekA.van Leeuwenhoek当选为当选为英国皇家学会会员。他是第一个描英国皇家学会会员。他是第一个描述活细胞的科学家。观察过植物、述活细胞的科学家。观察过植物、原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙原生动物、水、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌、唾液、血液、精液等垢中的细菌、唾液、血液、精液等等。等。列文列文 虎克的一生致虎克的一生致力于在微观世界中探力于在微观世界中探索，发表论文索，发表论文402402篇，篇，其中其中列文列文 虎克发现虎克发现的自然界的秘密的自然界的秘密是是人类关于微生物研究人类关于微生物研究的最早专著。的最早专著。Made by A.van Leeuwenhoek(1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.HookeHooke之后的之后的160160多年里，对细胞多年里，对细胞的研究没有实质进展。直到的研究没有实质进展。直到1830s1830s消色差显微镜出现，人们才对细消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构和功能有了新的认识。胞的结构和功能有了新的认识。18311831年年R.BrownR.Brown在兰科植物表皮细胞在兰科植物表皮细胞内发现了细胞核。内发现了细胞核。18361836年年GG.ValentinGG.Valentin在动物神经细胞在动物神经细胞中发现了细胞核与核仁。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这些工作对于细胞学说的诞生具有重要意义。要意义。二、细胞学说的创立二、细胞学说的创立 CellCell TheoryTheory是是1919世纪的重大发现之世纪的重大发现之一一，其基本内容有三条：其基本内容有三条：有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；新细胞来源于已存在细胞的分裂新细胞来源于已存在细胞的分裂。通常认为施莱登（通常认为施莱登（MJ.SchleidenMJ.Schleiden）和）和施旺（施旺（T.SchwannT.Schwann）正式提出了细胞）正式提出了细胞学说。学说。实际上它是实际上它是1919世纪许多科学家共同努世纪许多科学家共同努力的结果。包括力的结果。包括:BC.Dumortier:BC.Dumortier、JB.JB.de Lamarkde Lamark、CB.MilbelCB.Milbel、H.H.DutrochetDutrochet、R.BrownR.Brown、JE.PurkyneJE.Purkyne、R.RemakR.Remak、R.VirchowR.Virchow等许多著名科学等许多著名科学家。家。18381838年年SchleidenSchleiden发表发表“植物发生论植物发生论”，认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成认为无论怎样复杂的植物都由细胞构成。但他以但他以freefree-cellcell formationformation理论来解理论来解释细胞形成释细胞形成。SchwannSchwann提出了提出了“细胞学说细胞学说”（CellCell Theory)Theory)；18391839年发表了年发表了“关于动植物关于动植物结构和生长一致性的显微研究结构和生长一致性的显微研究”。Matthias Jacob Schleiden Theodar Schwann SchwannSchwann提出：提出：a.a.有机体是由细胞构成的；有机体是由细胞构成的；b.b.细胞是构成有机体的基本单位细胞是构成有机体的基本单位。但他也采用了的但他也采用了的SchleidenSchleiden细胞形成理论细胞形成理论。18551855 德 国 人德 国 人 R R.VirchowVirchow 提 出提 出 omnisomnis cellulacellula e e cellulacellula的著名论断；进一步完的著名论断；进一步完善了细胞学说善了细胞学说。Rudolf Virchow 三、细胞生物学经典时期三、细胞生物学经典时期 原生质理论的提出原生质理论的提出 18401840年普金耶年普金耶(Pukinje)(Pukinje)在动物、在动物、18461846年年冯冯 莫耳莫耳(von.Mohl)(von.Mohl)在植物中分别看到了在植物中分别看到了“肉样质肉样质”的物质，并将其命名为的物质，并将其命名为“原生原生质质”(protoplasm)(protoplasm)。18611861年舒尔策年舒尔策(Max Schultze)(Max Schultze)认为动植物认为动植物细胞中的原生质具有同样的意义，提出了细胞中的原生质具有同样的意义，提出了原生质理论。原生质理论。细胞受精和分裂的研究细胞受精和分裂的研究 18751875年赫特维希年赫特维希(O.Hertwig)(O.Hertwig)发现受精卵发现受精卵中两亲本核的合并中两亲本核的合并;1877;1877年施特拉斯布格年施特拉斯布格(Strasburger)(Strasburger)发现动物的受精现象发现动物的受精现象;18831883年范年范 贝内登贝内登(van Beneden)(van Beneden)在动物在动物中、中、18861886年施特拉斯布格年施特拉斯布格(Stras(Stras-burger)burger)在植物中发现了减数分裂现象在植物中发现了减数分裂现象;18801880-18821882年年FlemmingFlemming在蝾螈幼虫的组织在蝾螈幼虫的组织细胞中发现了有丝分裂。细胞中发现了有丝分裂。一些重要细胞器的发现一些重要细胞器的发现 18831883年范年范 贝内登贝内登(Van Beneden)(Van Beneden)和博和博费里费里(Boveri)(Boveri)在动、植物细胞中发现在动、植物细胞中发现了中心体（了中心体（centriolecentriole）;18881888年沃尔德耶年沃尔德耶(Waldeyer)(Waldeyer)提出染提出染色体概念色体概念;18981898年高尔基年高尔基(Golgi)(Golgi)发现了高尔基发现了高尔基复合体复合体;同年，线粒体也被正式命名。同年，线粒体也被正式命名。四、细胞超微结构研究四、细胞超微结构研究 19311931年德国人年德国人E.RuskaE.Ruska和和M.KnollM.Knoll发明透射电发明透射电镜，人类视野进入超微领域镜，人类视野进入超微领域 。19391939年年SiemensSiemens公司生产商品电镜。公司生产商品电镜。19401940-50s50s用电镜观察了各类细胞超微结构。并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。研究这些结构的功能。CytologyCytology发展为发展为Cell Cell BiologyBiology。五、分子细胞生物学时代五、分子细胞生物学时代 18691869年瑞士人年瑞士人F.Miescher F.Miescher 从脓细胞从脓细胞中分离出核酸，但未引起重视。中分离出核酸，但未引起重视。19441944年年O.AveryO.Avery等通过细菌转化试验，等通过细菌转化试验，19521952年年M.ChaseM.Chase等通过噬菌体标记感等通过噬菌体标记感染实验肯定了核酸与遗传的关系。染实验肯定了核酸与遗传的关系。19521952年年FranklinFranklin拍摄到清晰的拍摄到清晰的DNADNA晶体晶体X X-衍射照片。衍射照片。19531953年她认为年她认为DNADNA是一种对称结构，可能是螺旋。是一种对称结构，可能是螺旋。19531953年，年，Watson Watson 和和 CrickCrick提出提出DNADNA双螺旋双螺旋模型。与模型。与WilkinsWilkins分分享享1962 1962 年年诺贝尔生理诺贝尔生理学与医学学与医学奖奖 。1958 1958 年年Crick Crick 提出分子遗传的提出分子遗传的“中心法则中心法则”。19611961-19641964年年Nirenberg Nirenberg 等破译遗传密码。等破译遗传密码。19721972年年DA.JacksonDA.Jackson，RH.SymonsRH.Symons和和P.BergP.Berg创建创建DNADNA体外重组。体外重组。19731973年年SN.CohenSN.Cohen和和HW.BoyerHW.Boyer将外源基因拼将外源基因拼接在质粒中，并在大肠杆菌中表达。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。分子生物学的结合越来越紧密。19831983年，年，MullisMullis发明发明PCRPCR仪，于仪，于19931993年获诺贝尔年获诺贝尔化学奖。化学奖。19901990年年，美国国会正式批准的美国国会正式批准的“人类基因组计划人类基因组计划”（HumanHuman GenomeGenome ProjectProject）。我国于我国于19931993年加入该计划年加入该计划，承担其中承担其中1 1%的任务的任务，即人类即人类3 3号染色体短臂上约号染色体短臂上约3030MbMb的测序任务的测序任务。20002000年年6 6月月2626日人类基因组工作草图完成日人类基因组工作草图完成。同年，美国国立卫生研究院给一名患有先天性重同年，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度联合免疫缺陷病的4 4岁女孩实施了首例基因治岁女孩实施了首例基因治疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（疗。这种疾病因腺苷脱氨酶（ADAADA）基因变异引）基因变异引起。起。19961996年年7 7月月5 5日日，世界上第一只克世界上第一只克隆羊隆羊“多利多利”在在英国苏格兰卢斯英国苏格兰卢斯林研究所的试验林研究所的试验基地诞生基地诞生。Dolly with her first born lamb 六、目前该领域值得关注的一些六、目前该领域值得关注的一些研究进展研究进展 1 1、新技术催生、新技术催生“基因改造人基因改造人”。2 2、“抗癌婴儿抗癌婴儿”在美国出世。在美国出世。3 3、克隆羊、克隆羊多莉。多莉。4 4、人类基因组计划。、人类基因组计划。5 5、中国水稻基因组。、中国水稻基因组。6 6、后基因组计划、后基因组计划 7 7、功能基因组和蛋白质组研究成为主、功能基因组和蛋白质组研究成为主要研究热点。要研究热点。8 8、生物信息学和生物芯片。、生物信息学和生物芯片。9 9、RNARNA干扰，干扰，RNAiRNAi 1010、Severe Acute Respiratory Severe Acute Respiratory Syndrome,Syndrome,（SARSSARS）1111、干细胞研究进展。、干细胞研究进展。1212、转基因技术。、转基因技术。附、近附、近1313年诺贝尔生理医学奖成就年诺贝尔生理医学奖成就 20002000年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 阿尔维德阿尔维德 卡尔森卡尔森 保罗保罗 格林加德格林加德 埃里克埃里克 坎德尔坎德尔 成就：表彰他们三人在人类“神经系统信成就：表彰他们三人在人类“神经系统信号传送”领域做出的突出贡献号传送”领域做出的突出贡献 简介：简介：人脑中共有数千亿个神经细胞，这些神经细胞通过一个人脑中共有数千亿个神经细胞，这些神经细胞通过一个异常复杂的神经网络相互连接。由一个神经细胞传往另异常复杂的神经网络相互连接。由一个神经细胞传往另一个神经细胞的信息可以通过不同的化学传送器进行，一个神经细胞的信息可以通过不同的化学传送器进行，这种信号传送在特殊的接触点进行，这种接触点被称作这种信号传送在特殊的接触点进行，这种接触点被称作神经键。一个神经细胞可以与其他神经细胞进行上千条神经键。一个神经细胞可以与其他神经细胞进行上千条类似信息的传送。类似信息的传送。三位诺贝尔奖获得者的发现对于理解脑部在正常情况下三位诺贝尔奖获得者的发现对于理解脑部在正常情况下的运作原理以及类似信号传送如果受到干扰会引发何种的运作原理以及类似信号传送如果受到干扰会引发何种神经和生理疾病将产生至关重要的作用。这些发现还将神经和生理疾病将产生至关重要的作用。这些发现还将导致医药学研制领域获得重大进展。导致医药学研制领域获得重大进展。阿尔维德阿尔维德 卡尔森教授卡尔森教授 ：发现了多巴胺（一种治疗脑神经的药：发现了多巴胺（一种治疗脑神经的药物）可以作为人脑中的信号传送器，而且这种药物对于人类物）可以作为人脑中的信号传送器，而且这种药物对于人类控制其身体动作具有非常重要的作用。他的研究成果已使人控制其身体动作具有非常重要的作用。他的研究成果已使人们意识到，患上帕金森症的原因正是人脑某个部位中缺少了们意识到，患上帕金森症的原因正是人脑某个部位中缺少了多巴胺，而且人类可以很快研制出针对这种疾病的有效药物。多巴胺，而且人类可以很快研制出针对这种疾病的有效药物。保罗保罗 格林加德格林加德 ：他发现，多巴胺这种传导药物首先作用于细：他发现，多巴胺这种传导药物首先作用于细胞表面的一个感受器，接着它会产生一个能够影响某些胞表面的一个感受器，接着它会产生一个能够影响某些“关关键蛋白质键蛋白质”的连锁反应，从而调节神经细胞的各种功能。这的连锁反应，从而调节神经细胞的各种功能。这些些“关键蛋白质关键蛋白质”在磷酸盐基被增加（磷酸化）或者被去掉在磷酸盐基被增加（磷酸化）或者被去掉（逆磷酸化）时会发生改变，它会导致（逆磷酸化）时会发生改变，它会导致“关键蛋白质关键蛋白质”功能功能和形状上的改变。通过这种机制，传导物质能够将信息从一和形状上的改变。通过这种机制，传导物质能够将信息从一个神经细胞传递给另一个神经细胞。个神经细胞传递给另一个神经细胞。埃里克埃里克 坎德尔坎德尔 ：揭示了神经键效能的改进原理，同时还发现：揭示了神经键效能的改进原理，同时还发现了参与其改进过程的分子组成系统。神经键中的蛋白磷酸化了参与其改进过程的分子组成系统。神经键中的蛋白磷酸化作用在短期记忆的产生过程中扮演着一个重要的角色。而对作用在短期记忆的产生过程中扮演着一个重要的角色。而对于长期记忆的产生，蛋白质的合成也是必要的，因为它可以于长期记忆的产生，蛋白质的合成也是必要的，因为它可以导致神经键形状和功能的转变。导致神经键形状和功能的转变。利兰利兰 哈特韦尔哈特韦尔 蒂莫西蒂莫西 亨特亨特 保罗保罗 纳斯纳斯 20012001年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就成就:表彰他们发现了细胞周期的关键分表彰他们发现了细胞周期的关键分子调节机制子调节机制 简介：简介：所有有机体均由通过分裂而成倍增加的细胞所组成。一所有有机体均由通过分裂而成倍增加的细胞所组成。一个成年人大约拥有个成年人大约拥有100100万亿个细胞，而这些细胞都源于一万亿个细胞，而这些细胞都源于一个受精卵细胞。同时，成年人机体中大量的细胞还通过个受精卵细胞。同时，成年人机体中大量的细胞还通过不断的分裂产生新细胞，以取代那些死亡细胞。不断的分裂产生新细胞，以取代那些死亡细胞。哈特韦尔、纳斯和亨特哈特韦尔、纳斯和亨特3 3人的发现对研究细胞的发育有重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，因为细胞周期控制过程中出现的缺陷可以导远的意义，因为细胞周期控制过程中出现的缺陷可以导致癌细胞中染色体的变异。致癌细胞中染色体的变异。利兰利兰 哈特韦尔哈特韦尔：发现了大量控制细胞周期的基因，：发现了大量控制细胞周期的基因，其中一种被称为其中一种被称为“STARTSTART”的基因对控制各个细胞的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗保罗 纳斯纳斯：在哈特韦尔的基础上，通过基因与分：在哈特韦尔的基础上，通过基因与分子法发现了调节细胞周期的一种关键物质子法发现了调节细胞周期的一种关键物质CDKCDK（细胞周期蛋白依赖激酶），（细胞周期蛋白依赖激酶），CDKCDK是通过对其他是通过对其他蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蒂莫西蒂莫西 亨特亨特：首次发现了调节：首次发现了调节CDKCDK功能的物质功能的物质CYCLINCYCLIN（细胞周期蛋白）。（细胞周期蛋白）。悉尼悉尼 布雷内布雷内 罗伯特罗伯特 霍维茨霍维茨 约翰约翰 苏尔斯顿苏尔斯顿 20022002年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就成就:表彰他们发现了在器官发育和表彰他们发现了在器官发育和“程序性细程序性细胞死亡胞死亡”过程中的基因规则过程中的基因规则 简介简介:在健康的机体中，细胞的生生死死总是处于一个良性的动态平在健康的机体中，细胞的生生死死总是处于一个良性的动态平衡中，如果这种平衡被破坏，人就会患病。如果该死亡的细胞衡中，如果这种平衡被破坏，人就会患病。如果该死亡的细胞没有死亡，就可能导致细胞恶性增长，形成癌症。如果不该死没有死亡，就可能导致细胞恶性增长，形成癌症。如果不该死亡的细胞过多地死亡，比如受艾滋病病毒的攻击，不该死亡的亡的细胞过多地死亡，比如受艾滋病病毒的攻击，不该死亡的淋巴细胞大批死亡，就会破坏人体的免疫能力，导致艾滋病发淋巴细胞大批死亡，就会破坏人体的免疫能力，导致艾滋病发作。作。这这3 3位获奖者的成果为其他科学家研究位获奖者的成果为其他科学家研究“程序性细胞死亡程序性细胞死亡”提提供了重要基础，后来科学家又在这一领域取得了一系列新成绩。供了重要基础，后来科学家又在这一领域取得了一系列新成绩。科学家们发现，控制科学家们发现，控制“程序性细胞死亡程序性细胞死亡”的基因有两类，一类的基因有两类，一类是抑制细胞死亡的，另一类是启动或促进细胞死亡的。两类基是抑制细胞死亡的，另一类是启动或促进细胞死亡的。两类基因相互作用控制细胞正常死亡。如果能发现所有的调控基因，因相互作用控制细胞正常死亡。如果能发现所有的调控基因，分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，那么分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，那么就可加速癌细胞自杀，达到治疗癌症的目的，提高免疫细胞的就可加速癌细胞自杀，达到治疗癌症的目的，提高免疫细胞的生命力，达到抵御艾滋病的目的。生命力，达到抵御艾滋病的目的。布雷内布雷内：早在：早在2020世纪世纪6060年代初期就正确地选择线年代初期就正确地选择线虫作为研究对象。这一选择使得基因分析能够和虫作为研究对象。这一选择使得基因分析能够和细胞的分裂、分化，以及器官的发育联系起来，细胞的分裂、分化，以及器官的发育联系起来，并且能够通过显微镜追踪这一系列过程并且能够通过显微镜追踪这一系列过程 霍维茨霍维茨：发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因：发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因并描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因并描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因怎样在细胞死亡过程中相互作用，并且证实了相怎样在细胞死亡过程中相互作用，并且证实了相应的基因也存在于人体中。应的基因也存在于人体中。苏尔斯顿苏尔斯顿：描述了线虫组织在发展过程中细胞分：描述了线虫组织在发展过程中细胞分裂和分化的具体情况。他还确认了在细胞死亡过裂和分化的具体情况。他还确认了在细胞死亡过程中发挥控制作用的基因的最初变化情况。程中发挥控制作用的基因的最初变化情况。彼得彼得.阿格雷阿格雷 罗德里克罗德里克.麦金农麦金农 20032003年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 成就：表彰他们在细胞膜通道方面做出的成就：表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。开创性贡献。简介：简介：2020世纪世纪5050年代中期，科学家发现，细胞膜中存在着某种通道只年代中期，科学家发现，细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通道。因为水对于生命至关重允许水分子出入，人们称之为水通道。因为水对于生命至关重要，可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道。尽管科学家发要，可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道。尽管科学家发现存在水通道，但水通道到底是什么却一直是个谜。现存在水通道，但水通道到底是什么却一直是个谜。对水通道和离子通道的研究意义重大。很多疾病，比如一些神对水通道和离子通道的研究意义重大。很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应药物。另外，利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功相应药物。另外，利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。中药的一个重要功能是调节人能，从而达到治疗疾病的目的。中药的一个重要功能是调节人体体液的成分和不同成分的浓度，这些成分可以通过不同细胞体体液的成分和不同成分的浓度，这些成分可以通过不同细胞膜通道调节细胞的功能。有专家认为，对细胞膜通道的研究可膜通道调节细胞的功能。有专家认为，对细胞膜通道的研究可以为揭示中医药的科学原理提供重要的途径。以为揭示中医药的科学原理提供重要的途径。阿格雷阿格雷：揭示了水通道蛋白的特殊结构只允许水：揭示了水通道蛋白的特殊结构只允许水分子通过。分子通过。麦金农麦金农：利用：利用X X射线晶体成像技术获得了世界第射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片，并第一次从原子一张离子通道的高清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。这张照片上的层次揭示了离子通道的工作原理。这张照片上的离子通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金农离子通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。穿过通道后的状态。理查德理查德 阿克塞尔阿克塞尔 琳达琳达 巴克巴克 20042004年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就：发现气味受体和嗅觉系统的组成。成就：发现气味受体和嗅觉系统的组成。简介：简介：人类的嗅觉长期以来一直是一个非常神秘的领域。人类人类的嗅觉长期以来一直是一个非常神秘的领域。人类认识和记忆认识和记忆1 1万种不同气味的基本原理一直不为人所知。万种不同气味的基本原理一直不为人所知。每个嗅觉受体细胞只含有一种嗅觉受体，每个受体可以每个嗅觉受体细胞只含有一种嗅觉受体，每个受体可以探测到数量有限的气味。我们的嗅觉受体细胞因此对一探测到数量有限的气味。我们的嗅觉受体细胞因此对一些气味很敏感。这些细胞直接向特定的微型终端传送神些气味很敏感。这些细胞直接向特定的微型终端传送神经反应过程。携带同样受体的受体细胞向同样的肾小球经反应过程。携带同样受体的受体细胞向同样的肾小球传送他们的神经反应过程。微型终端再向大脑其它的部传送他们的神经反应过程。微型终端再向大脑其它的部分传送信息。数个嗅觉受体所得到的信息在大脑进行综分传送信息。数个嗅觉受体所得到的信息在大脑进行综合，形成一种模式。合，形成一种模式。理查德理查德 阿克塞尔和琳达阿克塞尔和琳达 巴克得出的结论认为每个嗅觉受巴克得出的结论认为每个嗅觉受 体细胞都只表达某一种特定气味受体基因。体细胞都只表达某一种特定气味受体基因。巴里巴里 马歇尔马歇尔 罗宾罗宾 沃伦沃伦 20052005年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就：表彰他们发现了幽门螺旋杆菌以及该细菌成就：表彰他们发现了幽门螺旋杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理对消化性溃疡病的致病机理 。简介：简介：马歇尔和沃伦采用传统的研究方法，早在马歇尔和沃伦采用传统的研究方法，早在19821982年就证实年就证实了新发现的幽门螺杆菌是胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡了新发现的幽门螺杆菌是胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的病因。幽门螺杆菌是一种螺旋状细菌，一半以上人的的病因。幽门螺杆菌是一种螺旋状细菌，一半以上人的胃中都存在有这种细菌。这一发现革命性地改变了世人胃中都存在有这种细菌。这一发现革命性地改变了世人对胃炎等疾病的认识：以前人们仅从生活习惯中寻找胃对胃炎等疾病的认识：以前人们仅从生活习惯中寻找胃病的原因，今天已可以从临床角度使用新的抗生素进行病的原因，今天已可以从临床角度使用新的抗生素进行治疗。科学的进步大幅提高了胃炎、胃溃疡和十二指肠治疗。科学的进步大幅提高了胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡患者彻底治愈的机会，从而提高了病人的生活质量。溃疡患者彻底治愈的机会，从而提高了病人的生活质量。安德鲁安德鲁 菲尔菲尔 克雷格克雷格 梅洛梅洛 20062006年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就：表彰其在成就：表彰其在RNARNA干扰干扰双链双链RNARNA引发引发的基因沉默领域所做出的杰出贡献的基因沉默领域所做出的杰出贡献 。简介：简介：RNARNA干扰现象是一种在进化上保守的抵御转基因或外来病干扰现象是一种在进化上保守的抵御转基因或外来病毒侵犯的防御机制。将与靶基因的转录产物毒侵犯的防御机制。将与靶基因的转录产物mRNAmRNA存在同存在同源互补序列的双链源互补序列的双链RNARNA导入细胞后，能特异性地降解该导入细胞后，能特异性地降解该mRNAmRNA，从而产生相应的功能表型缺失，这一过程属于转，从而产生相应的功能表型缺失，这一过程属于转录后基因沉默机制。录后基因沉默机制。RNARNA干扰已被广泛用作研究基因功能的一种手段，并有望干扰已被广泛用作研究基因功能的一种手段，并有望在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。几十年来，科学界一直认为几十年来，科学界一直认为RNARNA分子的作用并不比脱氧核分子的作用并不比脱氧核糖核酸（糖核酸（DNADNA）大，它只需负责把基因密码）大，它只需负责把基因密码“送进送进”细胞细胞的蛋白质合成的蛋白质合成“工厂工厂”中。但法尔和梅洛的研究让科学中。但法尔和梅洛的研究让科学界认识到，界认识到，RNARNA分子在细胞中发挥的作用远不止如此。双分子在细胞中发挥的作用远不止如此。双链链RNARNA分子激活了降解分子激活了降解mRmR鄄鄄NANA分子的生物化学机制，这些分子的生物化学机制，这些分子携带着遗传密码。当分子携带着遗传密码。当mRNAmRNA分子消失后，其相应的基分子消失后，其相应的基因将变得因将变得“沉默沉默”，被其编码的蛋白质也不再合成。，被其编码的蛋白质也不再合成。在这一发现后，许多研究显示在这一发现后，许多研究显示RNARNA干扰作用能让植物、果干扰作用能让植物、果蝇和人等生物中的基因蝇和人等生物中的基因“沉默沉默”。向生物体内注入微小。向生物体内注入微小RNARNA片段，会干扰生物体本身的片段，会干扰生物体本身的RNARNA“信使信使”功能，导致相功能，导致相应蛋白质无法合成，从而应蛋白质无法合成，从而“关闭关闭”特定基因。科学家预特定基因。科学家预测，这一机制可以保护包括人类在内的生物体免受病毒测，这一机制可以保护包括人类在内的生物体免受病毒侵袭。现在，科学家正利用这一机制阻断特定基因的表侵袭。现在，科学家正利用这一机制阻断特定基因的表达以确定其功能。达以确定其功能。马里奥马里奥 卡佩奇卡佩奇 奥利弗奥利弗 史密斯史密斯 马丁马丁 伊文思伊文思 20072007年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖 成就：表彰他们在干细胞研究方面尤其是成就：表彰他们在干细胞研究方面尤其是“基因靶向”技术的发明方面所作的贡献。“基因靶向”技术的发明方面所作的贡献。简介：简介：“基因靶向基因靶向”技术，也通常被称作基因敲除。技术，也通常被称作基因敲除。“基因靶基因靶向向”技术利用胚胎干细胞改造老鼠体内的特定基因。在技术利用胚胎干细胞改造老鼠体内的特定基因。在“基因靶向基因靶向”技术的帮助下，科学家可以使实验鼠体内技术的帮助下，科学家可以使实验鼠体内的一些的一些“不活跃不活跃”基因失去作用，从而发现这些基因的基因失去作用，从而发现这些基因的实际功能。科学家希望借此发现人类一些疑难杂症在分实际功能。科学家希望借此发现人类一些疑难杂症在分子水平上的发病原因，并最终找到治疗途径。目前，子水平上的发病原因，并最终找到治疗途径。目前，“基因靶向基因靶向”已被应用于对囊肿性纤维化、心脏病、糖已