细胞生物学展望:由考德里的“通用细胞学”启发的思考——Visions of Cell Biology: Reflections Inspired by Cowdry's "General Cytology"
作 者:Karl Matlin, Jane Maienschein, Manfred Laubichler
出版社: University of Chicago Press
ISBN-13:978-0-226-52051-3
ISBN-10:0-226-52051-X
索书号:Q2/V831/2018/Y
藏书地点:武大外教中心
虽然现代细胞生物学通常被认为是在第二次世界大战后出现的,特别是某些技术和方法学上的进步,但电子显微镜和细胞分离的起源实际上可以追溯到19世纪30年代和细胞学的发展,即细胞的科学研究。到1924年,随着Edmund Vincent Cowdry的通用细胞学的出版,该学科已经超越了纯粹的微观观察范围,包括细胞的化学,物理和遗传分析。受Cowdry经典流域作品的启发,本书收集了细胞生物学家,历史学家和科学哲学家的贡献,以探索细胞生物学的历史和现状。尽管在描述细胞的结构和功能方面取得了非凡的进展,但细胞生物学往往被分子生物学所掩盖,分子生物学是一个同时发展的领域。本书通过对细胞生物学进化的研究及其在推动生物学理解边界中的作用来弥补这种不公正的差异。贡献者表明,细胞组织,机制解释,表观遗传学,分子思维甚至计算方法的现代概念都可以置于从细胞学到细胞生物学以及更远的细胞研究的连续体中。
细胞(cell),是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成,但病毒的生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说,细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成,即单细胞生物,高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为原核细胞、真核细胞两类。细胞体形极微,在显微镜下开始能窥见,形状多种多样。细胞主要由细胞核与细胞质构成,表面有细胞膜。高等植物细胞膜外有细胞壁,细胞质中常有质体,体内叶绿体、液泡和线粒体。动物细胞无细胞壁,细胞质中常有中心体,而高等植物细胞中则没有中心体。
细胞是由英国科学家罗伯特•虎克于1665年发现的,他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片,放大后发现一格一格的小空间,并以“cell”命名。但他所观察到的细胞早已死亡,仅能看到残存的植物细胞壁,虽然并非真的看见生命的单位,后世的科学家仍认为其功不可没,一般而言还是将他当作发现细胞的第一人。而事实上真正发现活细胞的,还是荷兰生物学家列文虎克。1674年,荷兰著名磨镜技师列文虎克以自制的镜片,由雨水,以及自己的口中发现了微生物。到19世纪中期,德国动物学家施旺进一步发现动物细胞里有细胞核,核的周围有液状物质,在外圈还有一层膜,却没有细胞壁,他认为细胞的主要部分是细胞核而非外圈的细胞壁。同一时期,德国植物学家施莱登以植物为材料,研究结果获得与施旺相同的结论,他们都认为“动植物皆由细胞及细胞的衍生物所构成”,这就是细胞学说的基础。在之后的十年,科学家陆续发现新的证据,证明细胞都是从原来就存在的细胞分裂而来,而至21世纪初期的细胞学说大致上可以简述为以下三点:细胞为一切生物的构造单位;细胞为一切生物的生理单位;细胞由原已生存的细胞分裂而来。
细胞膜是由蛋白质分子和磷脂双分子层组成的一层薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。
细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中,或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的。
细胞膜的基本结构:
(1)磷脂双分子层:磷脂、胆固醇、糖脂,每个动物细胞质膜上约有109个脂分子,即每平方微米的质膜上约有5x106个脂分子。
(2)膜蛋白,分内在蛋白和外在蛋白两种。内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合,两端带有极性,贯穿膜的内外;外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上,或结合在磷脂分子的亲水头上。如载体、特异受体、酶、表面抗原。
(3)膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂。
细胞膜的特性:
(1)结构特性:以磷脂双分子层作为基本骨架——流动性;
(2)功能特性:载体蛋白在一定程度上决定了细胞内生命活动的丰富程度——选择透过性
细胞老化(cellular aging)是细胞随生物体年龄增长而发生退行性变化的总和。生物个体及其细胞须经生长、发育、老化及死亡等阶段,老化是生命发展的必然,任何细胞从诞生之时起,老化过程就开始了。老化的细胞结构蛋白、酶蛋白和受体蛋白合成减少,摄取营养和修复染色体损伤的能力均下降,表现为细胞和胞核变形,线粒体、高尔基体扭曲或呈囊泡状,胞质色素沉着,细胞体积缩小,由此导致器官重量减轻,间质增生硬化,功能代谢降低,储备功能不足。
细胞老化的特征主要有以下四点:普遍性:所有的细胞、组织、脏器和机体都会在不同水平上出现老化改变;不可逆性:随着时间的推移,老化不断进行性的发展;内因性:不是由于外伤、事故等的外因作用,而是细胞内在决定性的衰退;有害性:细胞老化时,细胞代谢、适应、代偿等多种功能低下且缺乏恢复能力,机体患病率和死亡率逐渐增加。
表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所 致基因表达水平变化,如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等;而表观遗传学 则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变 化等;表观基因组学(epigenomics) 则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。在生物学中,表观遗传学这个名词指的是基因表达中的多种变化。这种变化在细胞分裂的过程中,有时甚至是在隔代遗传中保持稳定,但是不涉及到基本DNA的改变。这个概念意味着即使环境因素会导致生物的基因表达出不同,但是基因本身不会发生改变。表观遗传学在真核生物中的变化主要被举例为细胞分化过程中干细胞分化成与胚胎有关的多种细胞这一过程。这个过程通过一些可能包含某些基因的沉默,移除某些基因上沉默的标志并且永久的失活于其他基因的机制变得稳定。
《细胞生物学展望:由考德里的“通用细胞学”启发的思考》一书于2018年由University of Chicago Press出版,作者是Karl Matlin, Jane Maienschein, Manfred Laubichler。
《细胞生物学展望:由考德里的“通用细胞学”启发的思考》一书语言简洁易懂,内容充实准确,发人深省,此外,还具有以下的特点:
1、该书详尽的介绍了考德里的“通用细胞学”的发展历程及演变方式,为现代细胞生物学的诞生提供了丰富的历史背景,有助于读者理解细胞生物学相关知识的演变和发展。
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总之,《细胞生物学展望:由考德里的“通用细胞学”启发的思考》一书作为细胞生物学领域的专业书籍,为涉足该领域的相关人员提供全面、宝贵的参考资料,是一本值得推荐的专业书籍。
本书目录:
1、简介
2、将关于细胞看成复杂系统的想法转变
3、寻找细胞结构:通用细胞学和二十世纪早期的细胞生物学概念
4、历史视角下通用细胞学的方法论反思
5、细胞发病机制:病毒包涵体和组织化学
6、细胞的年龄:细胞的老化和其他问题中的老化
7、可视化细胞:图像样式及其在通用细胞学中的认知目标
8、托马斯追捕摩根以及染色体在遗传中的作用
9、表观遗传学及其他
10、头和尾部:分子想象力和脂质双层,1917-1941
11、图片和部分:细胞生物学形式和在认识策略的表现
12、观察活细胞:Shinya Inoué和光学显微镜的重新出现
13、生物学中创造机械解释策略的丰富
14、更新的考德里理论:模型在当代实验和计算细胞生物学中的作用