细胞生物学与医学

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1、细胞生物学和医学第一章细胞生物学与医学　　医学的目标是维护与促进人类健康。回顾医学发展史，可以看到，医学的发展和生物学的发展是相互依赖和丰富的。现代生命科学领域内有四大基础学科，即细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学。毫无疑问，细胞生物学是生命科学最重要的基石；当然，细胞生物学也是医学科学的重要基础。本书的标题为医学细胞生物学，因此其重点是阐述与医学密切相关的细胞生物学内容。第一节细胞和细胞生物学　　细胞（cell），是英国科学家Hooke于1665年发现的，他当时见到的仅仅是植物细胞壁。与此同时，荷兰科学家Leeuwenhoek于1677年

2、观察了人和哺乳动物的精子以及细胞与纤毛虫等。　　19世纪中叶，德国科学家Schleiden与Schwann两人共同提出"一切植物、动物都是由细胞组成的。"这就是著名的细胞学说（celltheory）。这个学说的建立对现代生物学的发展具有重要意义。恩格斯把细胞学说、能量守恒定律与达尔文的进化论并列为19世纪自然科学的"三大发现"。正由于一切生物都无不由细胞所组成，这就使人们从无限多样的生物世界中看到了它的统一性。　　随后的100余年，由于研究技术的限制，主要集中研究细胞的化学组成及形态结构，被称之为细胞学（cytology）。20世纪30年代以后，由

3、于大量采用了近代物理与化学技术，同时，物理学家、生化学家、遗传学家及微生物学家等一起闯入细胞与生命科学的研究，这一阶段的细胞研究已由纯形态的细胞学阶段发展形成细胞生物学（cellbiology）。　　值得指出的是，电子显微镜的发明，使人们得以了解细胞的超微结构（ultrastructure）。此后，英国科学家Watson与Crick于1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型，在此基础上又提出了遗传信息传递的"中心法则。"在此基础上形成的分子生物学（molecularbiology）是继细胞学说与进化论以来生物学的第二次革命。从此细胞生物学与分子生

4、物学分别从细胞、亚细胞与分子水平三个层次来研究细胞的结构与机能，并将三个层次的研究有机地结合起来，动态地探索细胞的基本活动规律，包括细胞的代谢、增殖、生长、分化、发育、运动与衰老和死亡等一系列生命现象。两门学科相互渗透与融合，发展成为分子细胞生物学（molecularcellbiology）。可以预见，分子细胞生物学的研究必将为整个医学科学从理论到实践开拓出无限广阔的光辉前景。　　今天的地球是个瑰丽多彩的生态世界，包括数以百万计的动物、植物和微生物品种。所谓生物多样性（biodiversity）是指地球上所有生命形式的总和。必须指出的是，细胞是一切

5、生命活动的基本单位，没有细胞就没有完整的生命。这意味着一切有机体均由细胞构成，细胞是构成有机体的基本结构和功能单位。以人体为例，卵子与精子融合为受精卵（单细胞）时，便是人的生命的起始。受精卵细胞一分为二，然后不断分裂与分化，直至发育成为由多达1014个细胞的人体。人体内大约有200多种不同类型的细胞，功能相同的细胞群体构成机体的各种组织（tissues）。人体的细胞虽然都是高度"社会化"的细胞，具有分工与协同的相互关系，但每个细胞具有自己独立的有序的完整结构与功能体系。总之，细胞是有机体生长与发育的基础，必须指出的是病毒（virus）是非细胞形态的

6、生命体，但病毒必须寄生在细胞内才能表现出它的基本生命特征（繁殖与遗传）。因此，即使就病毒而言，也应当认为细胞是生命活动的基本单位。　　第二节细胞的进化　　生命，只是原始地球发展到一定时期的产物。大约30多亿年以前，我们这个星球还是一片死寂荒漠。原始细胞(primordialcell)的出现，标志着生物发展史上的一次大的飞跃。从某种意义上来说，细胞是由分子进化到人类之间的中间阶段。进化是生物学的中心法则。整个进化过程包括从分子到原始细胞、从原核细胞到真核细胞以及从单细胞生物到多细胞机体三个发展阶段。一、从分子到原始细胞　　生命的进化是通过化学的进化而

7、实现的。在生命出现以前的远古时代，经历了元素形成（C、H、O、N、P、S、卤素及金属）及简单化合物（CH4、CO2、H2O、H2S、H3PO4及NH3等）两个阶段，然后形成了四大类有机物，即氨基酸、核苷酸、糖类及脂肪酸，在此基础上又进一步聚合演变成多肽、多核苷酸、多糖及脂类。　　从分子生物学的角度来看，进化包括遗传信息的形成、传递与选择三个要素。蕴藏在多核苷酸中的碱基序列信息即为遗传信息的结构基础。多核苷酸RNA由四种核苷酸组成，构成四种核苷酸的碱基分别为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。生命进化的关键是遗传信息能正确无误地传

8、递下去，在此过程中碱基的互补配对原则起着决定性的作用。根据碱基配对互补原则，A与U、C与G可以专一地互补配对，这样就能合成