科学家的故事　细胞世界探微三例 (3).pptx

1、细胞世界探微三例,细胞科学史,桂华中学 黄斐,探微细胞世界的“三剑客”1974年诺贝尔生理学或医学奖获得者,勇于探幽入微的克劳德,具有敏锐洞察力的德迪夫,善于利用和改进先进技术手段的帕拉德,铁匠出生，却为深入研究细胞精细结构奠定基础,阿尔伯特克劳德 比利时裔美国科学家,(1899-1983),克劳德于1899年生于比利时的布鲁塞尔，是一位著名的细胞生物学家，他帮助建立了现代细胞生物学，发展了一套用于分析细胞结构的方法。原本他是一个与学问毫无关系的铁匠，在学校读了几年书后，在他12岁那年就去了一家钢厂工作了。第一次世界大战期间，克劳德服役于英国情报局，并因为他的勇敢获得了奖章。战后为当一名铁匠师

2、傅考入矿山学校，在学校里接触到化学后，萌生了做学问的念头。当时比利时政府宣布参加过一战的老兵不需要高中文凭就可以上大学，于是克劳德申请就读于列日大学的医学院。1928年，他顺利获得了医学博士的学位，并于次年前往柏林达拉姆的德皇凯撒威廉研究院继续他的博士后学习。最后于1929年加入纽约市洛克菲勒医学研究所继续他的研究工作。,在细胞学说创立后的100年间，人们对细胞的研究都只是停留在形态结构的简单描述水平，细胞里面一团胶状物究竟和何物，并未被人所知。克劳德决心把细胞内部的组分分离开。在1930年，克劳德首先发明了细胞组分分离技术，采用不同的转速对破碎的细胞进行离心，从而使研究人员可获得足够数量相对

3、均匀的组织匀浆来进行细胞生物化学和形态学分析。这是一种沿用至今的定性定量分离细胞组分的经典方法。此外，他率先将电子显微镜作为亚细胞结构研究工具应用到生命科学领域研究，这也是他的又一项重大科学贡献。1945年，克劳德和他的同事发表了培养细胞的第一张电子显微镜照片，首次发现了一些新的细胞亚显微结构线粒体和内质网，他们是第一个把线粒体定位为细胞的动力工厂的人。这次重大突破开创建立了细胞生物学，开启了现代细胞生物学的一扇大门，为随后全面深入研究细胞精细结构奠定了基础。,差速离心法,差速离心法：用低渗匀浆、超声波破碎或研磨等方法可使细胞质膜破损,形成细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等细胞

4、器和细胞组分组成的混合匀浆,再通过差速离心,即利用不同的离心速度所产生的不同离心力,将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开,分离结果见下图。,【小试牛刀1】(8分)差速离心法的一般步骤：匀浆离心分离处理分析研究(借助其他仪器或方法)。在低温条件下，将叶片置于研钵中，加入某种溶液研磨后，用离心法进行分离。第一次分离成沉淀P1(含细胞核和细胞壁碎片)和上清液S1；随后又将S1分离成沉淀P2(含叶绿体)和上清液S2；第三次离心将S2分离成沉淀P3(含线粒体)和上清液S3；最后一次离心将S3分离成沉淀P4(含核糖体)和上清液S4。请分析实验后回答下列问题(填入相应的字母符号，如S1S4，P1P

5、4，见下图)：,(1)细胞的DNA主要存在于 。 (2)若要继续分离得到与光合作用有关的酶，应选取 部分。 (3)若要研究合成蛋白质的细胞器，应选取 部分。 (4)含有与有氧呼吸有关的酶的是 。,P1,P2,P4,S1、S2、P3,敏锐洞察力发现溶酶体，开启“替代疗法”方案的时代,(1917-2013),克里斯汀德迪夫 比利时生物学家,德迪夫出生于英国伦敦郊外泰晤士迪顿，在安特卫普长大，精通英语、德语、法语和弗拉芒语四种语言。比利时人的父亲和德国人的母亲为躲避第一次世界大战，从比利时暂时搬到英国，直至1920年全家又搬回比利时。德迪夫在安特卫普的圣母学院完成初等教育，1934年秋进人天主教勒芬

6、大学主攻古代人文。大学期间，德迪夫学习了拉丁文、哲学和数学等课程。但他逐渐发现对医学和科学更感兴趣，从而树立终身从事科研的理想。1938年，德迪夫毕业后一方面就读医学院并最终获得医学学位，另一方面开始研究胰岛素。在第二次世界大战期间，德迪夫作为军医加入比利时军队为士兵服务。在法国南部执行任务时，不幸被德军俘获。在随后押往战俘营时凭借熟练的德语能力而成功逃脱。回到比利时后，德迪夫继续开始他的实验研究。,在1948年之后，德迪夫在勒芬大学一方面教授生物化学课一方面花费大量时间继续研究胰岛素的作用机制。德迪夫在运用差速离心技术分离细胞时发现，6磷酸葡萄糖酶总是与微粒体一起被分离。当时人们普遍认为，微

7、粒体是一些破碎的线粒体，但德迪夫却看到的是6磷酸葡萄糖酶并不与线粒体一起被分离。而且采用细胞组分分级分离技术得到的酸性磷酸酶活性仅有用单纯酶纯化方法得到的10%。在一次实验获得大量细胞组分，由于时间原因而暂时放置冰箱以备后续利用，五天后取出实验却惊奇地发现酶活性基本恢复。德迪夫未放过这一偶然现象，并敏锐意识到这种现象背后可能隐藏着一个更大的秘密，因此全面转向酸性磷酸酶定位。德迪夫和他的同事除冷藏外，冷冻、加热和添加去污剂等操作均可提升匀浆酸性磷酸酶活性，这些结果进一步印证了该酶定位于膜包被的细胞器。德迪夫设计了一系列的鉴别实验，通过实验发现这种特殊的细胞结构内还含有一些小分子的酶类，并且能起到

8、细胞内消化的作用。1955年，德迪夫把这种细胞结构命名为“溶酶体”。不久，电子显微镜观察证实了溶酶体的真实存在。科学的逻辑往往就是发现在“眼见为实”之前。,溶酶体的发现,为什么酶活性会提升？,酸性磷酸酶（acid phosphatase，ACP）主要存在于巨噬细胞，定位于溶酶体内。 在溶酶体膜稳定完整时，底物不易渗入，ACP活力微弱或无活性，经固定，在合适pH条件下，膜本身变为不稳定，逐渐改变其渗透性，底物可以渗入，酶活力被显示。,除冷藏外，冷冻、加热和添加去污剂等操作均可提升匀浆酸性磷酸酶活性.,为什么酶活性会提升？,目前，已鉴定出五十多种溶酶体特异酶，它们既发挥正常的细胞内消化功能，又参与

9、对入侵细菌、毒素、异常过程中发挥关键作用。溶酶体内特定酶基因突变或功能异常可导致相关疾病发生，如戈谢病和糖原贮积症II型等，这些统称溶酶体贮积病，德迪夫提出可通过补充相关酶而实现疾病治疗，从而开启“替代疗法”方案的时代。,戈谢病：溶酶体贮积病，常染色体隐性遗传。,电镜下的溶酶体,彩色透射电子显微镜观察到的初级溶酶体,溶酶体是如何产生？有什么功能？,溶酶体来源于高尔基体，内含多种水解酶，能分解衰老和损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌。,溶酶体功能： 1.细胞内消化； 2.自溶作用（细胞凋亡）； 3.自体吞噬； 4.防御作用（吞噬细胞内）； 5.形成精子的顶体等,【小试牛刀2】(2010

10、年山东高考T5)溶酶体具有细胞内消化功能,其内部水解酶的最适PH在5.0左右.下列叙述错误的是（ ） A.溶酶体内的水解酶是由核糖体合成的. B.溶酶体执行功能时伴随膜组分的更新. C.细胞质基质内的H+转运到溶酶体内需要消耗能量. D.正常生理状态下溶酶体对自身机体的细胞结构无分解作用.,D,3.,（1）细胞中合成关键蛋白的细胞器是_。囊泡 里的内含物排出细胞的方式是 。,4.2013年10月，诺贝尔生理学或医学奖授予了发现了细胞囊泡运输调控机制的三位科学家，他们的研究成果解答了细胞如何组织其内部最重要的运输系统之一囊泡运输系统的奥秘。,核糖体,胞吐,（2）囊泡运输的物质中除了囊泡内含物外，

11、还包括囊泡膜。那么，囊泡膜的主要成分是_。科学家为探究这一过程，用含15N标记的氨基酸培养液来培养某哺乳动物的乳腺细胞，请在图2中绘出三条曲线，用于分别表示乳腺细胞内核糖体、内质网、高尔基体上的放射性强度随培养时间的变化。由此可看出，细胞内的生物膜在_上具有紧密联系。,脂质和蛋白质,结构和功能,乔治埃米尔帕拉德,美国细胞生物学家,（1912-）,乔治埃米尔帕拉德（George Emil Palade， 是一位 罗马尼亚出生的 美国细胞生物学家。由于对细胞胞器功能与构造的研究，而与阿尔伯特克劳德（Albert Claude）及 克里斯汀德迪夫（Christian de Duve）共同获得 诺贝尔

12、生理学或医学奖。,善于利用和改进先进技术手段， 获“现代细胞生物学之父”的称号,他是克劳德的学生和助手改进了电子显微镜样品固定技术，并应用于动物细胞超微结构的研究，发现了核糖体和线粒体结构。不仅如此，帕拉德还将对细胞结构和功能的静态描述，引向动态研究，他通过大胆想像作出推测，再用同位素示踪技术加以证实的实验，这个实验后来成为生物学史上最精彩的实验之一。,5.乔治埃米尔帕拉德及其同事在探究豚鼠胰腺腺泡细胞合成、运输、分泌蛋白质途径的经典实验中：他们向豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的囊泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。 （1）上述实验中，乔治埃米尔帕拉德及其同事采用了_等技术方法，通过控制_来探究3H标记的亮氨酸转移路径，证实了分泌蛋白质的合成、运输及分泌与_等细胞器直接相关。 （2）如果注射3H标记的亮氨酸后立即观察，会首先发现放射性出现在细胞质基质中的一种核酸上，该核酸是_；若最终发现放射性出