细胞生物学教案

1、文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持细胞生物学教案任课教师：向红、王绪英使用班级：生物与地理科学系生物教育2005 级本科生物教育2005 级专科二 00 七年三月七月参考书目：1 、面向二十一世纪课程教材，细胞生物学（主要参考书），翟中和主编，高等教育出版社2、细胞生物学（第二版），汪堃仁等，北京师范大学出版社3、细胞生物学，刘凌云等，高等教育出版社4、细胞生物学，翟中和主编，高等教育出版社5、细胞生物学（第二版），郑国41主编，高等教育出版社6、细胞生物学杂志第一章绪 论第一节 细胞生物学研究的内容与现状一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科细胞生物学（cel

2、l biology ）是研究细胞基本生命活动规律的科学1、细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同水平（显微、亚显微与分子水平）上，以研究细胞的结构与功能、细胞增殖、细胞分化、细胞衰老与凋亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容的一门科学。2、生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。一切生命现象的奥秘都要从细胞中寻求答案。细胞的研究是生命科学的基础，也是现代生命科学发展的重要支柱。3、细胞生物学与农业、医学、生物高技术发展有着密不可分的关系，将在解决人类面临的重大重大问题、促进

3、经济和社会发展中发挥重要作用。在医药方面, 细胞是人体正常结构和功能的基本单位, 也是疾病病理的基本单位。 细胞生物学的基础研究对了解如细胞衰老、癌变、 射线损伤以及激素作用、免疫和病毒感染机理均有重要意义。如对溶酶体的研究，了解到细胞的变性、坏死，特别是风湿性关节炎、痛风、矽肺等病的发病原因。现已研究发现有40 种以上的疾病是由于溶酶体中缺乏氨基己糖酯酶所致。癌基因、 抑癌基因的发现加深了对细胞癌变本质的了解，实际上它们是与细胞周期调控和信号转导有关的基因， 由于调控基因的空谈和基因组完整性不可逆的破坏而导致细胞生长、衰老和凋亡调控的失衡，这为探索癌变机理、寻找抗癌药物提供了新思路。医学实践

4、中应用细胞生物学技术对疾病的诊断、治疗和医用药物的生产等也有重要意义。如细胞培养技术对癌细胞和病毒的研究及疫苗生产均是不可缺少的手段， 在生产上已应用了高密度的细胞培养技术；染色体技术早已用于遗传病及肿瘤的诊断；细胞化学（包括免疫细胞化学）、荧光激活细胞分离、原位杂交等到新技术为癌细胞及其他疾病的诊断提供了快速可靠的方法。特别是20 世纪 70年代发明的淋巴细胞杂交瘤技术为肿瘤诊断及各种病原微生物的检测提供了专一的单克隆抗体。单克隆抗体体外诊断已用于许多种危害人类健康的重大疾病。近年来已开展应用基因操作技术对疾病进行基因治疗，即将外源基因通过载体导入体内（器官、组织、细胞内）表达，从而达到治疗

5、的目的。另一项在医疗上令人注目的是组织工程技术的发展。它能人工地创造生物的活组织、器官，用以修复或置换人体已损坏或丧失功能的组织、器官。在农业方面， 细胞生物学的理论技术对农业的发展也有重要意义。在农作物方面，作物的生长发育、物质运输与分配、遗传变异、抗逆性、育种途径的探索等基本问题无一不与细胞生物学的基础研究有关。细胞生物学技术在作物方面的应用：如细胞培养、选择细胞突变体、原生质体培养和细胞杂交、花粉培养和细胞转化等。基因工程应用于植物，自 20 世纪 80 年代以来主要在作物和蔬菜等转基因抗虫、抗病、抗旱和抗盐等方面的研究。中国为第四大转基因作物种植国。在畜牧方面，继1982年转基因“巨鼠

6、”出现之后，启发人们纷纷开展转基因家畜的研究，在国内外转基因猪、牛、羊已不罕见。在我国，转基因瘦型猪、高产奶的奶羊以及能从奶中提取药物的转基因羊、转基因鱼等也逐渐进入实用阶段。4、细胞生物学是生命科学的四大基础学科之一。在我国基础科学发展规划中，把细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科，反映了现代生命科学的发展趋势。随着科学技术的发展和一些现代物理学、化学以及现代实验生物学技术应用于细胞的研究，对细胞结构与功能的认识不断深入、更新与拓展，特别是分子生物学的成就、方法与技术的引入，深刻地影响到对细胞的研究和认识，使细胞学发展到一个新阶段细胞生物学。 细胞学主要是从

7、显微和亚显微两个结构层次研究细胞的结构与功能，在此基础上，细胞生物学又发展到从分子水平上研究细胞的结构与生命活动，细胞生物学得到迅猛发展。由于细胞是生命的基本单位，对各种生命现象的探索都需要深入到细胞，因此细胞学、细胞生物学是生命科学中重要的分支学科，也是基础学科。从生命的结构层次上来看，细胞生物学位于分子生物学和个体生物学之间，与它们相互衔接、相互渗透，细胞生物学又是一门承上启下的学科。在21 世纪，它仍然是揭示生命奥秘不可缺少的“主角”。5、细胞生物学的核心问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。二、细胞生物学的主要研究内容包括两大方面：细胞结构与功能、细胞重要生命活动。细胞核、染色体以及

8、基因表达的研究；生物膜与细胞器的研究；细胞 骨架体系的研究；细胞增殖及其调控；细胞分化及其调控；细胞的衰老与凋亡；细胞的起源与进化；细胞工程；细胞信号转导。1文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域当今人类面临着人口爆炸、环境污染、粮食危机、资源匮乏等的严重挑战， 直接威胁着人类社会的可持续发展，因此生命科学的地位显得更加突出重要。细 胞生物学在研究生命奥秘的过程中，应用和发展了许多新的手段和思路，如基因 重组技术的应用、转基因动植物的发展、 人类基因组计划的实施、生物

9、芯片的开 发等。生物技术的研究、开发以及产业化方面发展迅速，有着难以估量的潜力， 已为或将为医药、保健、农业、食品以及环境等问题的解决做出重要贡献。1、总趋势：细胞生物学与分子生物学（包括分子遗传学与生物化学）相互渗 透与交融是总的发展趋势。分子生物学 细胞生物学以研究结构为主细胞生命活动生物的活性与效率细胞生物学的应用细胞生物学的研究方法：从体外体内2、重点领域：染色体 DNAtf蛋白质相互作用关系主要是非组蛋白对基因 组的作用，细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控，细胞信号转导的研 究，细胞结构体系的组装。3、细胞重大生命活动的相互关系目前自然科学研究论文发表最集中的三个领域：细胞信号转

10、导；细胞凋亡；基因组与后基因组学研究。全球研究最热门的是：三种疾病：1、癌症；2、心血管病；3、艾滋病和肝炎等传染病。五大研究方向：1、细胞周期调控；2、细胞凋亡；3、细胞衰老；4、信号 转导；5、DNA®伤与修复。第二节细胞学与细胞生物学发展简史细胞的发现1665年英国有Robert Hooke观察软木（栋树皮）的薄片，第一次描述了植 物细胞，称之为cell （小房间、巢室、细胞），将人类的认知视野史无前例地带 进细胞这个微观世界。不久，荷兰学者 AV Leeuwen Hoek用设计较好的显微镜 观察了许多动植物的活细胞与原生动物，并于1674年观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构。

11、二、细胞学说的建立其意义1、细胞学说的提出18381839年，施莱登和施旺共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成 的，细胞是一切动植物的基本单位。“细胞学说”的建立使细胞及其功能有了一个较为明确的定义，对现代生物学的发展具有重要的意义。恩格斯把细胞学说、能量转化与守恒定律和达尔文进 化论并列为19世纪自然科学的“三大发现”。2、细胞学说的基本内容：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来 ，并由细胞和细胞产物所 构成；每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命 ，又对与其 它细胞共同组成的整体的生命有所助益；新的细胞可以通过老的细胞繁殖产“细胞学说”提出后的十几年中即迅速被推广到许

12、多领域的研究，对当时生物学的发展起到了巨大的促进和指导作用。这一学说本身也迅速得到充实、发展和日臻完善。德国医生和病理学家魏尔肖(Virchow) 1858年指出“细胞内能来自细胞”。此观点进一步指明了细胞作为一个相对独立的生命活动基本单位的性质，通常被认为是对细胞学说的一个重要补充。因此，有人建议细胞学说应当是在1858 年才最后完成。三、细胞学的经典时期：19 世纪的最后25 年。1、原生质理论的提出1840年普金耶和1846年冯莫尔首次将动物、植物细胞的内含物称为“原生质 ( protoplasm ) ”； 1861 年舒尔策提出了原生质理论；1880年汉斯特提出 “原生质体( prot

13、oplast ) ”的概念。2、细胞分裂的研究直接分裂；有丝分裂；减数分裂。3、重要细胞器的发现随着显微镜原理和装置的重大发展，显微镜的分辨能力大大提高，同时石蜡切片法和若干重要的染色方法的发明，各种细胞器相继被发现。中心体、 线粒体、高尔基体。四、实验细胞学与细胞学的分支及其发展细胞遗传学的发展；细胞生理学的研究；细胞化学的发展。五、细胞生物学学科的形成与发展从 20世纪 60年代起， 现代意义的细胞生物学随着分子生物学的发展而兴起，细胞学发展为细胞生物学。由于分子生物学、分子遗传学以及一些新的物理学、化学的技术方法不断地应用于细胞的研究，再结合细胞学的方法定位研究的特点，不仅为细胞生物学的

14、形成发展创造了条件，也极大地促进了细胞结构和功能深入到分子水平上的研究。从 20 世纪 60 年代以来，特别是20 世 80年代以后，细胞生物学在分子水平上逐渐地获得了全方位的进展：细胞膜的结构与功能在分子水平上的深化、已知细胞器新功能的发现、活细胞内蛋白质的折叠、蛋白质通过分选信号的分选和定向运输、细胞核染色质的DNAa制与转录、表达调控、细胞骨架、细胞周期的调控等研究均在分子水平上取得了迅速发展。细胞通讯、信号转导通路的发现，发展为更深层次的研究信息相互交谈( cross talking ) 。细胞分化的研究已认识到分化需要多基因以及一系列调控因子的作用。对细胞衰老、死亡等研究也在基因水平

15、上取得了很大进展。六、细胞生物学的主要学术组织、学术刊物与教科书第三节、学习细胞生物学应注意的问题1、结构与功能的统一2、抽象思维与动态相结合3、同一性和多样性的思考复习与思考题：1、 通过学习细胞生物学发展简史，你如何认识细胞学说的重要意义第二章细胞的基本知识概要第一节 细胞的基本概念一、细胞是生物体和生命活动的基本单位一切生物从单细胞到高等动植物都是由细胞组成的，细胞是生物体和生命活动的基本单位。因此研究生命活动的本质，需要从生命有机体的基本单位细胞着手。1、细胞是构成有机体的基本单位一切有机体均由细胞构成，只有病毒是非细胞形态的生命体。高等动植物有机体由无数的功能与形态结构不同的细胞组成

16、。成人有机体大约有1014个细胞，刚出生的婴儿约含有1012个细胞。但无论它们的形态结构与功能差异多大，它们都是由一个受精卵通过分裂与分化来的。构成高等有机体的细胞虽然是高度 “社会化”的细胞，具有分工与协同的相互关系， 但它们又保持着形态与结构的独立性，每个细胞具有自己独立的一套完整的结构体系，构成有机体的基本结构单位。随着生命科学的不断发展，人们不仅可以在“死”的状态下研究细胞的结构和组成，而且已经开始在“活”的状态下研究细胞的功能以及生命活动现象。细胞的新陈代谢、呼吸作用、光合作用、信息传递、跨膜转运等生命活动都与细胞“活”的状态有关。2、细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与

17、功能的基本单位细胞结构完整性的任何破坏，都会导致细胞代谢有序性和自控性的失调。3、细胞是有机体生长与发育的基础有机体的生长与发育是通过细胞的分裂、细胞体积的增长、细胞的分化与凋亡来实现的。4、细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性细胞含有物种一整套的遗传信息，具有发育成为一个完整个体的潜能。5、没有细胞就没有完整的生命二、细胞概念的一些新思考1、细胞是多层次非线性的复杂结构体系；细胞具有高度复杂性和组织性2、细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体细胞完成各种化学反应；细胞需要和利用能量；细胞参与大量机械活动；细胞对刺激作出反应；3、细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。

18、细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代；三、 细胞的基本共性1、所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌，蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。2、所有的细胞都含有两种核酸：即DNAf RNA乍为遗传信息复制与转录的载体。3、作为蛋白质合成的机器一核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。4、所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。第二节非细胞形态的生命体病毒 （ virus） 及其与细胞的关系一、病毒的基本知识5文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持1、病毒的基本概念：病毒是迄今发现的最小的、最简单的专性活细胞内寄 生的非

19、胞生物体，是仅由一种核酸（DNAE RNA和蛋白质构成的核酸蛋白质复 合体。类病毒（viroid 仅由感染性的RNA与成。如马铃薯纺锤形块茎病毒。肮病毒（prion 仅由感染性的蛋白质亚基构成。如疯牛病病毒。2、病毒的基本特征（与细胞生物相区别）病毒是“不完全”的生命体。病毒不具备细胞的形态结构，但却具备生命 的基本特征（复制与遗传），其主要的生命活动必需在细胞内才能表现。病毒是彻底的寄生物。病毒没有独立的代谢和能量系统， 必需利用宿主的 生物合成机构进行病毒蛋白质和病毒核酸的合成。病毒只含有一种核酸病毒的繁殖方式特殊称为复制。3、病毒的成分及基本结构病毒的成分：a、病毒核酸：病毒遗传信息唯一

20、的贮存场所，是病毒的感染单位，是病毒 最重要的组分。根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类： DNAW毒与RNAW毒（SARS HIV） b、病毒蛋白质：主要构成病毒的壳体，具有保护病毒核酸的作用，具有抗 原性。病毒的结构：二、病毒在细胞内增殖（复制）1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成3、病毒的装配、成熟与释放三、病毒与细胞在起源与进化中的关系病毒与细胞在起源上的关系，目前存在 3种主要观点：1、生物大分子一病毒一细胞一 一病毒2、生物大分子一b细胞3、生物大分子一细胞一病毒原核细胞与真核细胞一、原核细胞概念：没有典型的细胞核（无核膜、无核仁）；细胞核仅由一个

21、环状 DNA 构成（无组蛋白或仅有少量组蛋白结合）；无专门的细胞器。基本特点：遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状 DNA与成；细胞 内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜， 细胞膜具 有多功能性。主要代表：1-支原体一一目前发现的最小最简单的细胞；支原体是目前发现的最小、最简单的、能独立生活的细胞生物，具有作为生命活动基本单位存在的主要特征。基本特征：体积很小，直径一般是 0.10.3仙 具有典型的细胞膜；环 状DNA乍为遗传信息载体；细胞质内，电镜下唯一可见的细胞内结构是多聚核糖 体（能指导合成700多种蛋白）；含有一定数量的酶；以二分分裂方式繁殖。一个细胞生存与

22、增殖必需具备的结构细胞膜、遗传信息载体DNAW RNA进行蛋白质生物合成的一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。保证一个细胞生命活动运转所必需的条件：完成细胞功能至少需要100种酶，这些分子进行酶促反应所必须占有的空间直径约为50nm加上核糖体（每个核糖体直径约为10 20nm） 、细胞膜、核酸等，可以推算出：一个细胞体积的最小直径不可能小于100nm。2、细菌（bacteria）形态：球菌、杆菌、螺旋菌。结构表面结构a、细胞膜：化学成分与真核生物相似，具多功能性b、间体：细胞膜向内突起形成。c、细胞壁：主要成分为肽聚糖，G+与G有很大差异。d、荚膜：某些细胞细胞壁表面一层松散的粘液

23、物，主要成分为多糖、多肽。e、鞭毛细菌细胞核区与基因组细菌细胞只具有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，结构简单，称为核区或拟核或类核，实际主要由一个环状的DN协子组成，称之为细菌染色体或细 菌基因组，没有或只有极少的组蛋白与 DNA吉合。由于细菌细胞没有核膜将核与 质绝对地分开，DNA勺复制、RNA专录与蛋白质合成的结构装置没有在位置上截 然分开， 因此， 基因复制、转录与表达过程没有严格的时间上的阶段性与位置上的区域性，也即DNAM制、RNA专录与蛋白质翻译可以同时进行，基因复制与表达在时间与空间上是连续进行的，这是细菌乃至整个原核细胞与真核细胞电显著的差异之一。细菌细胞的核糖体每个细菌细

24、胞约含500050000个核糖体，部分附着于细胞膜内，大部分游离于细胞质中，与 mRN即成多聚核糖体。细菌核糖体的沉降系数为 70S,由 大亚单位（50S）和小亚单位（30S）组成。细菌细胞核外DNA-质粒：细菌细胞核外可进行自主复制的遗传因子， 为裸露的环状DNA可从细胞中失去而不影响细胞正常的生活，在基因工程中常 作为基因重组和基因转移的载体。细菌细胞内生孢子芽孢： 细菌细胞为抵抗外界不良环境而产生的休眠体。3、蓝藻又称蓝细菌最简单的自养生物类型之一，能进行与高等植物类似的光合作用（以水为电子供体，放出O2） ，与光合细菌的光合作用的机制不一样。二、 真核细胞1、真核细胞的基本结构体系：真

25、核细胞亚显微水平的三大基本结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统。细胞表面、核膜以及由生物膜构建成的封闭结构。膜功能的共性：保证物质的交换与跨膜运输；信息与能量的传递和化学反应 的进行。以核酸（DNAE RNA与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统。染色质、核仁、核糖体。由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。2、细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较直径大小（m m）最小的病毒支原体细胞细菌细胞动植物细胞原生动物细胞0.020.1-0.31-220-30 (10-50)数百至数千3、植物细胞与动物细胞的比较（参图 26、27）三、原核细胞与真核细胞的比较1、原核细胞与真核细胞基本特征的

26、比较（参表 22）2、原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较（参表23）3、原核细胞与真核细胞最根本的区别细胞膜系统的分化与演变。真核细胞以膜系统的分化为基础，分化为两个 独立的部分一一核与质，细胞质又以膜系统为基础分隔为结构更精细、功能更专 的单位一一各种重要的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。真核细胞结构与功能的复杂化， 遗传信息量相应随之扩增，即编码结构蛋白与功能蛋白的基因数首先大大增多。 遗传信息重复序列与染色体多倍性的出现是真核细胞区别于原核细胞的另一重 大标志。遗传信息的复制、转录与翻译的装置和程序也相

27、应复杂化，真核细胞内遗传信息的转录与翻译有严格的阶段性现区域性， 而在原核细胞内转录与翻译可 同时进行，这也是两者区别的重要特征。由于真核细胞内部结构与功能的复杂化，以及遗传信息量与遗传装置的扩 增，真核细胞的体积必然增大。止匕外，真核细胞内有一个比较复杂的骨架系统， 对维持细胞的形态结构、对细胞内部的一系列功能起着十分重要的作用， 而在原 核细胞内至今没有发现明显的骨架系统。四、古细菌（了解）古细菌是一些生长在极端特殊环境中的细菌， 其形态结构DN阂构及其基本 生命活动方式与原核细胞相似，是一类与人类生活关系不大的一类原核生物。 但 是随着进化分子生物学与进化细胞生物学的兴起，古细胞可能与地

28、球早期生命环 境有密切关系，可能在细胞起源与进化中扮演过重要角色。近年的研究发现，古细菌与真核细胞可能在进化上有过共同历程。1、细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制 壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素 与万古霉素等对真细菌类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作 用。2、DNAW基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细 胞的基因组中存在内含子。3、有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA勾建成类似核小体结构。4、 有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介

29、于真核细胞（7084）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。5、5SrRNA根据对5S rRNA的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属 一类，而真细菌却与之差距甚远。5S rRNA二级结构的研究也说明很多古细菌与 真 核生物相似。除上述各点外，根据DNAK合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨 基酰 tRNA 与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。复习与思考题1、 根据你所掌握的知识，如何理解 “细胞是生命活动的基本单位”这一概念？2、病毒是非

30、细胞形态的生命体，又是最简单的生命体，请论证一下它与细胞不可分割的关系。3、为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式？4、试说明原核细胞与真核细胞的根本区别。第三章 细胞生物学研究方法科学的发展离不开技术的进步，细胞生物学的发展也不例外。细胞生物学从显微、 亚显微和分子三个水平研究细胞，在显微水平研究细胞需要显微镜技术的支持， 现在已发展了许多显微镜技术；在亚显微水平研究细胞需要多种电子显微镜技术； 在分子水平研究细胞的分子组成、结构和功能，需要用多种现代分子生物学技术及其他现代物理、化学新技术。而这三个层次的研究也并不是独立的，要探索生命活动的某个规律，常需要这三种技术甚至更多技术的结合

31、。第一节 细胞形态结构的观察方法一个典型的动物细胞，通常直径为1020um比人眼能看到的最小颗粒还小若干倍。自1665年Hooke用自制的显微镜发现细胞以来， 经历了三个多世纪， 人们不断地改进、创新提高显微镜的分辨率和反差，拓展显微镜的性能。迄今已发展了多种类型的显微镜用于细胞的研究。可以说普通光学显微镜至今仍是细胞生物学研究的重要工具之一。一、光学显微镜技术1、普通复式光学显微镜技术光学显微镜的组成光学显微镜主要包括：光学放大系统：目镜和物镜（为二组透镜）；照明系统：光源、折光镜和聚光器；机械支架系统。分辨率显微镜的有效放大倍数为几十倍到一千倍，但对任何显微镜来说，最重要的不是放大倍数，而

32、是它的分辨率。分辨率是指能区分开两个质点间的最小距离。光学显微镜的最小分辨距离是0.2um。9文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持光镜样本制作在一般的光镜下，几乎看不清细胞的结构。为了看清细胞的结构，通常要采 取一些方法制备光镜样品，如涂片、滴片、切片和压片等。首先将细胞样品固定 （如用甲醇、乙醇等固定剂），然后根据需要进行染色。由于不同染料对细胞组 分有特异的吸附作用，如伊红、美蓝等特异地与甩质中的蛋白结合，甲绿、地衣 红等能特异地显示DN峨分，这样就可以增强反差，便于观察结构。2、荧光显微镜技术荧光显微

33、镜技术是在光镜水平，对特异性蛋白质等大分子定性定位的最有力 的工具。广泛用于测定细胞和细胞器中的核酸、氨基酸、蛋白质等，主要优点在 于：灵敏度高，测定方法简单。原理：用激发光照射，观察细胞中的荧光。利用荧光染料与生物分子的特异 性结合作标记，用不同光激发，观察。应用：直接荧光标记技术：用荧光染料对细胞中的成分进行特异染色， 再经激发 光照射。如：观察活细胞的线粒体和细胞核，根据荧光染料Hoechst33342与DNA 特异结合；若丹明123与线粒体特异性结合的特性，分别用紫外光、 蓝光作为激 发光，观察到蓝色的核、绿色的线粒体。免疫荧光标记技术：免疫荧光技术是将免疫学方法（抗原抗体特异结合）

34、与荧光标记技术结合，用来研究特异蛋白抗原在细胞内的分布的方法。 它主要包 括荧光抗体的制备、标本的处理、免疫染色和观察记录等。免疫荧光技术具有快 速、灵敏、有特异性等特点，但其分辨率有限。在光镜水平用于特异蛋白质等生物大分子的定性定位：如绿色荧光蛋白（GFP）的应用3、激光共焦扫描显微镜技术排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率（1.4 1.7）,可重构 样品的三维结构。4、相差显微镜将光程差或相位差转换成振幅差， 可用于观察活细胞、甚至研究细胞核、线 粒体等细胞器的动态。5、微分干涉显微镜明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的细胞器二、电子显微镜技术（Elec

35、tro microscopy）、电子显微镜的基本知识1、电子显微镜的基本原理电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透 镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。2、电子显微镜与光学显微镜的区别电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为 0.3纳米（人眼的分辨本领约为0.1 毫米）。现在电子显微镜最大放大倍率超过 300万倍，而光学显微镜的最大放大 倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和品 体中排列整齐的原子点阵。电镜与光镜的比较显微镜分辨本领光源透镜真空成像原LM2

36、00nm可见光玻璃透镜要求真空利用样品对光的吸收形成FM100nm(400-700)玻璃透镜不要求真空明暗反差和颜色变化EM紫外光电磁透镜则滇空利用样品对电子的散射和10文档来源为:从onmfe理.word版本可编33x10血下量支持透射形成明暗反差文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持电镜与光镜光路图比较电子显微镜的基本构造（参图3-3） 。尽管电镜具有分辨率高这一光学显微镜无可比拟的优越性，但直至目前人们还不能用它来观察活的生物样品，而且难以观察细胞的全貌，因此在很多研究中仍需这两者相结合。3、电子显微镜的有效放大倍数与分辨本领光学显微镜的分辨率为0.2um左右，其

37、放大倍数为0.2mm/um,即1000倍；而 电子显微镜的分辨率可达0.2nm,其放大倍数为106倍。电镜的分辨本领是指电镜处于最佳状态下的分辨率。在实际情况下，电镜的实际分辨率常常受到生物制样技术本身的限制，如在超薄切片样品中其分辨率约为超薄切片厚度的1/10,即通常切片厚度若是50nm其实际分辨率约为5nm远低于电镜的分辨本领0.2nm。、主要电镜制样技术负染色技术负染色技术与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。快速冷冻深度蚀刻技术超薄切片技术超薄切片技术：用于电镜观察的样本制备示意图（参图3-5）

38、 。主要包括固定、包埋、切片和染色。电镜三维重构技术电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。电镜三维重构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合， 是当前结构生物学（主要研究生物大分子空间结构及其相互关系）的主要实验手段。、扫描电镜（SEM原理与应用：电子 “探针” 扫描， 激发样品表面放出二次电子，探测器收集二次电子成象。CO2 临界点干燥法能防止引起样品变形的表面张力问题。扫描电镜景深长，成像具有强烈的立体感。主要用于观察样品表面的形貌特征。三、扫描探针显微镜和扫描遂道显微镜（STM）1、原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此

39、间相互作用力，如量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、摩擦力等，并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电特性或磁特性等。2、装置：扫描的压电陶瓷，逼近装置，电子学反馈控制系统和数据采集、处理、显示系统。3、特点：可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高。（侧分辨率为0.1 0.2nm,纵分辨率可达0.01nm）;可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息；可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量。可连续成像，进行动态观察4、 用途： 纳米生物学研究领域中的重要工具, 在原子水平上揭示样本表面的结构。目前，STM乍为一种新技术，已被广泛用于生命科学各研

40、究领域，人们可用 STM直接观察到DNA RNAffi蛋白质等到生物大分子及生物膜、病毒等的结构。第二节 细胞组分的分析方法（了解）一、超速离心分离技术用途：分离细胞器与生物大分子及其复合物1、差速离心：分离密度不同的细胞组分，利用不同的离心速度所产生的不同的离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。通过差速离心分离微粒体用机械匀浆将细胞破碎,各种膜细胞器破碎,并且重新自我融合形成各种球形膜泡,通过较高速度离心除去细胞核、线粒体、过氧化物酶体等细胞器。收集悬浮液再用较低速度离心,然后用电子显微镜检查离心后分开的两部分结构。发现上层的囊泡表面是光滑的,沉淀下的囊泡表面有核糖体颗粒。2、密度梯度离心

41、：精细组分或生物大分子的分离。将要分离的细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加的、形成密度梯度的、高溶解性的、惰性物质（常用蔗糖）溶液的表面，进行离心，不同组分以不同的沉降速率沉降，形成不同的沉降带。各组分的沉降速率与它们的形状和大小有关，通常以沉降系数（S 值）表示。二、 细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法原理： 利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。Feulgen反应可以特异显示DNA勺分布。三、特异蛋白抗原的定位与定性1、免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限蛋白电泳（SDS-

42、PAGEX免疫印迹反应（Western-Blot）免疫电镜技术：2、免疫铁蛋白技术3、免疫酶标技术4、免疫胶体金技术应用： 通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等四、 细胞内特异核酸的定位与定性1、光镜水平的原位杂交技术（同位素标记或荧光素标记的探针）2、电镜水平的原位杂交技术（生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合）3、PCRK术五、放射自显影技术1、原理及应用：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。2、步骤：前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）

43、放射自显影六、 定量细胞化学分析技术1、细胞显微分光光度术利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括：紫外光显微分光光度测定法；可见光显微分光光度测定法。2、流式细胞仪主要应用：用于定量测定细胞中的DNA RNAE某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中 不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DN蛤量不同的中期染色体。第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养（cell culture）组织培养：（广义）把来自机体内的细胞、组织或器官放在类似于体内的外环境中，使之成活、生长、繁殖或传代，借以观察其生长、发育等一系列生命现象

44、的过程，组织培养可被严格地分为细胞培养、组织培养和器官培养。细胞培养：把机体内的组织取出后经过分散（机械方法或酶消化）为单个细胞，在人工培养的条件下，使其生存、生长、繁殖、传代，观察其生长、繁殖、接触抑制、衰老等生命现象的过程。1、动物细胞培养类型：原代细胞培养：直接从有机体取出组织，通过组织块长出单层细胞，或者用酶消化或机械方法将组织分散成单个细胞，在体外进行培养，在首次传代前的培养称为原代培养。传代细胞培养：原代细胞形成的单层培养细胞汇合以后，需要进行分离培养（即将细胞从一个培养器皿中以一定的比率移植至另一些培养器皿中的培养，否则细胞会因生存空间不足或由于细胞密度过大引起营养枯竭，将影响细

45、胞的生长） ，这一分离培养称为传代细胞培养。细胞株（cell strain ）在体外一般可顺利地传4050代，并且仍能保持原来染色体的二倍体数量及接触抑制行为的传代细胞。特点：正常二倍体（保持原来染色体的二倍体数），具有接触抑制。细胞系（cell line ）在体外培养的条件下，有的细胞发生了遗传突变，且带有癌细胞的特点，有可能无限制地传下去，这样的传代细胞称为细胞系。特点：染色体明显改变，一般呈亚二倍体或非整倍体，接触抑制丧失，容易传代培养。Hela细胞系（来自美国黑人妇女子宫颈瘤细胞）、BHK21叙利亚鼠 肾细胞；CHO中国仓鼠卵巢细胞系等都是常用的细胞系。2、植物细胞类型：原生质体培养（

46、体细胞培养）；单倍体细胞培养（花药培养）二、细胞工程（cell engineering）1、细胞融合（cell fusion ）与细胞杂交技术细胞融合：两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象。一般通过灭活的病毒（如仙台病毒）或化学物质（如聚乙二醇，PGE介导，也可通过电刺激融合。2、单克隆抗体技术单克隆抗体技术一直被认为是细胞工程技术发展的一项典范，对细胞生物学中的抗体研究手段进行了彻底的改革。1975 年， 英国两位科学家Milstein 和 Kohler， 发明单克隆抗体技术，因而获得 1984年诺贝尔奖。传统上通过接种动物所获得的免疫血清或抗血清是多种抗体的混合物，称为多克隆抗体（

47、一个抗原通常有几个不同的抗原决定簇，每个免疫B 淋巴细胞都有可能产生一种针对某一抗原决定簇的抗体，由同一抗原诱导而产生的不同抗体称为多克隆抗体。）必须制备单一类型的、只针对某一特定抗原决定簇的抗体单克隆抗体。单克隆抗体：通过克隆单个分泌抗体的B 淋巴细胞，获得的只针对某一特定抗原决定簇的抗体。具有专一性强，能大规模生产的特点。单克隆抗体不但广泛应用于疾病的诊断、治疗， 而且成为科学研究中一项有力的技术方法。单克隆抗体的产生：在正常培养条件下，B 淋巴细胞的寿命有限，将免疫动物中的每个产生抗体的B 淋巴细胞与具有无限繁殖能力的B 淋巴瘤细胞进行融合，产生杂种细胞，再从各种各样的杂种细胞混合物中，

48、筛选出既能产生特殊抗体、 又能在组织培养条件下进行无限繁殖的杂种细胞杂交瘤。 对每种克隆的杂交瘤传代培养，就能长久地得到单一的单克隆抗体。用抗原（A）免疫小鼠B淋巴瘤细胞B 淋巴细胞瘤细胞（具有产生抗A的抗体，仅能存活几天）（正常培养无限传代，在选择培养基上死亡）细胞融合在多孔培养板中生长在选择培养基中只有杂交瘤生长检测上清液中的抗A抗体并用阳性细胞克隆，每孔一个细胞让细胞繁殖，检测上清液中抗 A抗体，阳性克隆连续提供抗 A抗体。复习与思考题1、光学显微镜技术有哪些新发展？它们各有哪些突出优点？为什么电子显微镜不能完全替代光学显微镜？2、为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一？3、超

49、薄切片的样品制片过程包括哪些步骤？4、名词解释：分辨率，细胞培养，细胞系，细胞株，原代细胞，传代细胞，细胞融合，单克隆抗体。第四章细胞质膜与细胞表面第一节细胞质膜与细胞表面特化结构细胞膜（cell membrane）又称细胞质膜（plasma membrane）,是细胞重要的组 分，包围在所有细胞的表面，为一层极薄的膜，具有独特的结构与功能。在真核细胞中，除具有质膜以外，细胞内还有构成各种细胞器的膜，称为细胞内膜。相对于内膜，细胞膜也称为外周膜，外周膜与细胞内膜统称为生物膜 （biomembrane）。质膜的出现在漫长的生命进化过程中是一个重要的关键阶段。没有它， 细胞的生存是不可能的，它确定

50、了细胞成为生命的基本单位。质膜最基本的作用是维持细胞内微环境的相对稳定，并对外界环境不断地进行物质交换、能量和信息的传递，对细胞的生存、生长、分裂分化都至为重要。生命科学中许多基本问题与生物膜密切相关，如：细胞起源、细胞分裂分化、细胞识别、免疫、物质运输、信息传递、代谢调控、能量转换、神经传导以及肿瘤发生等。一、细胞质膜的结构模型研究简史由于质膜太薄在光镜下看不见，所以人类首先是从质膜的生理功能膜的透性开始研究的。早在1899 年 Overton 曾用 500 多种化学物对植物细胞的透性进行过上万次的实验，得出的结论是，活的原生质的特殊透性是由于选择的可溶性机制。 疏水的化合物进入细胞比亲水的

51、快。他认为在细胞的表面有类脂层，并推测其中含有胆固醇、卵磷脂和脂肪油。此后有不少学者进行实验，对膜的结构提出了种种假说，但是由于质膜太薄，在光镜下不能直接看到，一般都是间接的证据。1931 年 Plowe 用微针触及植物原生质体，指出质膜有弹性，可伸展， 不同于细胞质的部分，用微针可穿过质膜，引起局部的可恢复的损伤，大量广泛的损伤会导致细胞死亡。Plowe 的工作不仅证明了质膜的存在，也证明了膜具有保护作用。20 世纪 50 年代，电子显微镜技术的发展，不仅证明了质膜的存在，且发现细胞内具有复杂的内膜系统。60 年代已能成功地分离出具膜的细胞器，同时生化与电镜技术结合，对分离出的细胞器膜进行化

52、学组分分析，并探讨其功能。70年代以来，一些化学与物理技术如：红外光谱、核磁共振、冰冻断裂蚀刻等新技术不断用于膜的研究膜内部的分子组成、膜蛋白的分子结构与功能及其与膜脂之间的关系等研究，更深入一步。膜的研究是当前细胞生物学和分子生物学的重要课题之一。结构模型1、 E.Gorter 和 F Grendel（ 1925） “蛋白质-脂类-蛋白质”三明治式质膜结构模型： 用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜脂成分并测定膜脂单层分子在水面的铺展面积发现，为红细胞表面积的二倍，提示质膜是由双层脂分子构成的；脂类表面吸附有蛋白质成分，提出 “蛋白质脂质蛋白质” 的三明治式的质膜结构模型。2、 ， 其内外表面的蛋

53、白质是单层伸展的，各约2nm。 这与他在电镜下所看到的膜的三层结构一致，因此提出真核细胞和原核细胞具有共同的膜结构，即单位膜， 他强调在电镜下所见约7.5nm 的三层结构都是同一膜的一部分，而且所有各种膜都具有相似的分子排列和起源。单位膜模型的主要内容：两暗一明，细胞共有，厚约7.5nm,各种膜都具有相似的分子排列和起源。单位膜模型的不足点：膜是静止的、不变的。 但是在生命系统中一般功能的不同常伴随着结构的差异，这样共同的单位膜结构很难与膜的多样性与特殊性一致起来。膜的厚度一致：不同膜的厚度不完全一样，变化范围在510nm。蛋白质在脂双分子层上为伸展构型：很难理解有活性的球形蛋白怎样保持其活性

54、，通常蛋白质形状的变化会导致其活性发生深刻的变化。3、主要内容：脂双分子层构成膜的基本骨架，蛋白质分子或镶在表面或部分或全部嵌入其中或横跨整个脂类层。优点：强调膜的流动性：认为膜的结构成分不是静止的，而是动态的，细胞膜是由流动的脂类双分子层中镶嵌着球蛋白按二维排列组成的，脂类双分子层17文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持像轻油般的流体，具有流动性，能够迅速地在膜平面进行侧向运动； 强调膜的 不对称性：大部分膜是不对称的，在其内部及其内外表面具有不同功能的蛋白质（如在红细胞膜或其他细胞膜只在膜外表面有糖脂、糖蛋白等，这显然是不对称的）；脂类双分子层，内外两层脂类分子也是不对称的。生物膜的基本结构1、磷脂双分子层是生物膜的基本结构成分，磷脂分子是双型性分子（双亲媒 性分子、兼性分子）。2、蛋白分子或镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，分布不对称，膜蛋白是生物膜功能的主要体现者；3、生物膜具有流动性