生物竞赛--细胞生物学课件

1、细胞生物学课件当涂一中唐海燕当涂一中唐海燕第一章第一章 细胞生物学概要细胞生物学概要 第二章第二章 细胞概述细胞概述第三章第三章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法第四章第四章 细胞质膜细胞质膜第五章第五章 细胞连接细胞连接第六章第六章 物质跨膜运输物质跨膜运输第七章第七章 细胞质基质与细胞器细胞质基质与细胞器第八章第八章 细胞骨架细胞骨架第九章第九章 细胞核与染色体细胞核与染色体第十章第十章 信号传递信号传递第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控第十二章第十二章 细胞分化、细胞衰老与凋亡细胞分化、细胞衰老与凋亡第一讲第一讲 细胞生物学概述细胞生物学概述一、细胞生物学是现代生命科

2、学的重要基础学科一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学：是在细胞生物学：是在显微、亚显微与分子水平显微、亚显微与分子水平等不同等不同层次上研究层次上研究细胞结构、功能及生命细胞结构、功能及生命 活动规律活动规律的科学。的科学。 细胞生物学研究的对象是细胞生物学研究的对象是细胞细胞。 细胞分子生物学是当前细胞生物学发展的主要方向。细胞分子生物学是当前细胞生物学发展的主要方向。 细胞生物学研究的主要内容是细胞生物学研究的主要内容是 细胞的形态与结构、细胞的形态与结构、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、起源与进化、兴奋与运动以及细

3、胞的信息传递等起源与进化、兴奋与运动以及细胞的信息传递等。具体如下。具体如下。二、细胞生物学的主要研究内容大致可分为以下二、细胞生物学的主要研究内容大致可分为以下几几 个方面：个方面： (一一) 细胞核、染色体以及基因表达的研究细胞核、染色体以及基因表达的研究 (二二) 生物膜与细胞器的研究生物膜与细胞器的研究 (三三) 细胞骨架体系的研究细胞骨架体系的研究 (四四) 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 （五（五) 细胞分化及其调控细胞分化及其调控 (六六) 细胞的衰细胞的衰 老与程序死亡老与程序死亡 (七七) 细胞的起源进化细胞的起源进化 (八八) 细胞工程细胞工程三、细胞生物学研究的总体趋势

4、与重点领域三、细胞生物学研究的总体趋势与重点领域（一）当前细胞生物学研究中的（一）当前细胞生物学研究中的三大基本问题三大基本问题 1、细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序、细胞内的基因组是如何在时间与空间上有序表达的？表达的？ 2、基因表达的产物如何逐级装配成基本结构体、基因表达的产物如何逐级装配成基本结构体系及各种细胞器？系及各种细胞器？ 3、基因表达的产物如何调节细胞最重要的生命、基因表达的产物如何调节细胞最重要的生命活动过程的？活动过程的？（二）（二）当前细胞基本生命活动研究的若干当前细胞基本生命活动研究的若干重大课题重大课题 1、染色体、染色体DNA与蛋白质相互作用关系与蛋白质相互作

5、用关系主要主要是非组蛋白对基因组的作用是非组蛋白对基因组的作用。 2、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的、细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及调控。相互关系及调控。 3、细胞信号传导的研究。、细胞信号传导的研究。 4、细胞结构体系的装配。、细胞结构体系的装配。第二讲 细胞概述一、细胞的发现一、细胞的发现 英国学者英国学者胡克（虎克）胡克（虎克）于于16651665年制造了第一台有科研年制造了第一台有科研价值的显微镜，价值的显微镜，第一次描述了植物细胞的构造第一次描述了植物细胞的构造，细胞的发，细胞的发现是在现是在16651665年。年。1677168316771683年，荷兰人年，

6、荷兰人列文列文. .胡克胡克用自己用自己设计好的显微镜设计好的显微镜第一次观察到第一次观察到活细胞活细胞。二、细胞学说的建立及其意义二、细胞学说的建立及其意义1 1、建立：、建立： 1838183918381839年德国植物学家施莱登和动物学家施年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出：旺提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位，这就是著名的动植物的基本单位，这就是著名的“细胞学说细胞学说”。2 2、细胞学说的基本内容：、细胞学说的基本内容：一切有机体都是由细胞发育而来的，并由细胞和细胞产物一切有机体都是由细胞发育而来的，并由细胞

7、和细胞产物构成；细胞是一个相对独立的结构和功能单位；细胞构成；细胞是一个相对独立的结构和功能单位；细胞只能源于先前细胞细胞分裂而来。只能源于先前细胞细胞分裂而来。（一）（一）细胞的概念：细胞是生命活动的基本单位细胞的概念：细胞是生命活动的基本单位 细胞是有细胞是有膜包围膜包围的能进行的能进行独立繁殖的最小原生质团独立繁殖的最小原生质团，简单，简单地说细胞是生命活动的基本单位。理解为：地说细胞是生命活动的基本单位。理解为：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；细胞是代谢与功能的基本单位，有严格自动控制的代谢体细胞是代谢与功能的基本单位，有严格自动控制的代谢体系，并且系，并且有保

8、证完成生命过程有序性的独立的结构装置有保证完成生命过程有序性的独立的结构装置。有机体的生长发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。有机体的生长发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。细胞是有机体生长发育的基础；细胞是有机体生长发育的基础；细胞具有遗传的全能性（除少数特化细胞），是细胞具有遗传的全能性（除少数特化细胞），是遗传的基遗传的基本单位。本单位。 三、 细胞（二）细胞的基本共性（二）细胞的基本共性所有细胞都有细胞膜；所有细胞都有细胞膜；所有细胞都有所有细胞都有DNA与与RNA；细胞都有核糖体；细胞都有核糖体；细胞都以一分为二的方式分裂增殖。细胞都以一分为二的方式分裂增殖。（三）细胞的种类

9、（三）细胞的种类1、20世纪世纪60年代，生物学家把细胞分为两类：年代，生物学家把细胞分为两类：原核细胞、真核细胞原核细胞、真核细胞。2.1990年，沃斯（年，沃斯（Woese）根据三主干学说将）根据三主干学说将细胞分为三个主干：细胞分为三个主干：原核细胞、古核细胞与原核细胞、古核细胞与真核细胞。真核细胞。 a、特点、特点: 无典型的细胞核，遗传物质仅由一个裸露无典型的细胞核，遗传物质仅由一个裸露的环状的环状DNA构成；构成； 细胞内没有分化出以膜为基础细胞内没有分化出以膜为基础的细胞器与细胞核膜。的细胞器与细胞核膜。1.原核细胞原核细胞b、种类：大约出现在、种类：大约出现在35亿年前亿年前，

10、包括支原体、衣原，包括支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌及蓝藻体、立克次体、细菌、放线菌及蓝藻(蓝细菌蓝细菌)等等6类。类。 u支原体：支原体：支原体是目前发现的最小、最简单的细胞支原体是目前发现的最小、最简单的细胞，直，直径只有径只有0.10.3m,能在体外生长，也能寄生在细胞内。能在体外生长，也能寄生在细胞内。c、原核细胞与真核细胞的比较、原核细胞与真核细胞的比较 原核细胞与真核细胞的根本区别：原核细胞与真核细胞的根本区别：细胞膜系统细胞膜系统的分化演变的分化演变；遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化化。由于上述的根本差异，真核细胞的体积也相应扩。由于上述

11、的根本差异，真核细胞的体积也相应扩增，细胞内部出现精密的网架结构增，细胞内部出现精密的网架结构细胞骨架。细胞骨架。 二者的区别可分为两部分进行比较：二者的区别可分为两部分进行比较： 结构与功能比较结构与功能比较：真核细胞的生物膜将细胞分化为：真核细胞的生物膜将细胞分化为核与质两部分，细胞质又分化出各种细胞器，细胞骨核与质两部分，细胞质又分化出各种细胞器，细胞骨架又保证了细胞形态的合理排布与执行功能的有序性架又保证了细胞形态的合理排布与执行功能的有序性 细胞遗传装置与基因表达方式的比较细胞遗传装置与基因表达方式的比较：核膜使扩增：核膜使扩增了的遗传信息与复杂的遗传装置相对独立了的遗传信息与复杂的

12、遗传装置相对独立 ，使基因表，使基因表达的程序有严格的阶段性与区域性。达的程序有严格的阶段性与区域性。古细菌（又称原细菌）是一些生长在极端特殊环境中（高古细菌（又称原细菌）是一些生长在极端特殊环境中（高温或高盐）的细菌。最早发现的是温或高盐）的细菌。最早发现的是产甲烷细菌类产甲烷细菌类。 古核细胞的形态结构、遗传装置虽与原核细胞相似，但古核细胞的形态结构、遗传装置虽与原核细胞相似，但一些一些 基本分子生物学特点又与真核细胞接近。现已有更基本分子生物学特点又与真核细胞接近。现已有更多的论据说明真核生物可能起源于古核生物，论据如下：多的论据说明真核生物可能起源于古核生物，论据如下： （1）古细菌的

13、细胞壁成分与真核细胞一样；）古细菌的细胞壁成分与真核细胞一样； （2）古核细胞）古核细胞DNA中有重复序列中有重复序列的存在；的存在； （3）具有）具有组蛋白组蛋白； （4）古核细胞的核糖体与真细菌的差异很大，从对抗生）古核细胞的核糖体与真细菌的差异很大，从对抗生素的反应看，应更素的反应看，应更类似真核细胞的核糖体类似真核细胞的核糖体. （5）根据对）根据对5SrRNA的分子进化分析和二级结构的研究，的分子进化分析和二级结构的研究，认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差别认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差别甚远。甚远。2.古核细胞（古细菌）古核细胞（古细菌）3、真核细胞、真

14、核细胞 1）、真核细胞的基本结构体系）、真核细胞的基本结构体系 生物膜系统生物膜系统 细胞表面是一种多功能结构；核膜又把细胞分细胞表面是一种多功能结构；核膜又把细胞分为细胞质与细胞核。为细胞质与细胞核。 以生物膜系统为基础形成以生物膜系统为基础形成了各种细胞器。了各种细胞器。 遗传信息表达遗传信息表达结构系统结构系统 由由 DNA蛋白质与蛋白质与 RNA蛋白质复合体形成的蛋白质复合体形成的遗传信息载体与表达系统，一般以颗粒或纤维状遗传信息载体与表达系统，一般以颗粒或纤维状的基础结构存在。包括染色质，核的基础结构存在。包括染色质，核 仁、核糖体等。仁、核糖体等。 细胞骨架系统细胞骨架系统 细胞骨

15、架由特异的结构蛋白质构成网架系统，可细胞骨架由特异的结构蛋白质构成网架系统，可分为胞质骨架与核骨架。分为胞质骨架与核骨架。2）细胞大小及其分析）细胞大小及其分析 细胞体积的守恒规律。细胞体积的守恒规律。3）细胞形态结构与功能的关系）细胞形态结构与功能的关系 细胞的形态与功能具有相关性与一致性。细胞的形态与功能具有相关性与一致性。4）植物细胞与动物细胞的比较）植物细胞与动物细胞的比较 植物细胞特有的细胞结构：细胞壁、液泡、植物细胞特有的细胞结构：细胞壁、液泡、叶绿体等；叶绿体等； 而动物细胞的中心粒在植物细而动物细胞的中心粒在植物细胞中胞中不常见不常见到。到。（1）病毒的基本知识）病毒的基本知识

16、 病毒是由一个核酸分子病毒是由一个核酸分子(DNA或或RNA)与蛋白质构与蛋白质构成的非细胞形态的生命体成的非细胞形态的生命体。类病毒仅由一个有感染性。类病毒仅由一个有感染性的的RNA构成。朊病毒仅由有感染性的蛋白质构成。构成。朊病毒仅由有感染性的蛋白质构成。病病毒是完整的寄生物毒是完整的寄生物。 根据核根据核 酸类型不同，病毒酸类型不同，病毒 可分为可分为DNA病毒与病毒与RNA病毒。依据宿主可分为动物病毒、植物病毒和细病毒。依据宿主可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）等。菌病毒（噬菌体）等。4、非细胞形态的生命体、非细胞形态的生命体病毒及其与病毒及其与细胞的关系细胞的关系（2）病毒

17、在细胞内的增殖（复制）病毒在细胞内的增殖（复制） 病毒的增殖又称病毒的病毒的增殖又称病毒的复制复制，病毒的增病毒的增殖必须在细胞内进行殖必须在细胞内进行。 病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与翻译病毒蛋白，然后将核酸与蛋白装配成病翻译病毒蛋白，然后将核酸与蛋白装配成病毒的基本结构。其复制过程大到可分为：毒的基本结构。其复制过程大到可分为： 侵染，脱去衣壳，早基因的复制与表达，侵染，脱去衣壳，早基因的复制与表达，晚基因的复制、结构蛋白质的合成，装配、晚基因的复制、结构蛋白质的合成，装配、成熟与释放等过程。成熟与释放等过程。 （3）病毒与细胞病毒与细胞在起源和进化中

18、的关系在起源和进化中的关系 病毒可能是细胞在特定条件下病毒可能是细胞在特定条件下“扔出扔出”的的一个基因组，或者是具有复制与转录能力的一个基因组，或者是具有复制与转录能力的mRNA。这些游离的基因组只有回到它们原来。这些游离的基因组只有回到它们原来的细胞内环境中才能进行复制与转录。的细胞内环境中才能进行复制与转录。第三讲第三讲 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法 一、光学显微镜技术一、光学显微镜技术 1、普通复式光学显微镜技术、普通复式光学显微镜技术 普通光学显微镜（最大分辨率为普通光学显微镜（最大分辨率为0.2m），主要，主要由三部分组成：光学放大系统，即目镜和物镜；由三部分组成：光学放大

19、系统，即目镜和物镜；照照 明系统；机械和支架系统。明系统；机械和支架系统。 显微镜的性能优劣决定于它的显微镜的性能优劣决定于它的分辨率分辨率d。分辨率。分辨率是指显微镜是指显微镜区分开相近两点的能力区分开相近两点的能力。 a为光源波长，为光源波长，为物镜镜口角为物镜镜口角 。 NA为物镜的数值孔径。为物镜的数值孔径。 在可见光中，亮度最大时（或在可见光中，亮度最大时（或）近似为）近似为0.2m。即，使用普通光学显微镜，在中心照明的情况下，分即，使用普通光学显微镜，在中心照明的情况下，分辨距离的极限为辨距离的极限为0.2m。也就是说，小于。也就是说，小于0.2m的两的两物体，普通光学显微镜无法区

20、分。物体，普通光学显微镜无法区分。 使用紫外线，可以减小照明光线的波长，能使分使用紫外线，可以减小照明光线的波长，能使分辨距离达到辨距离达到0.1m。但因。但因紫外线不能为人眼所见紫外线不能为人眼所见。只。只能拍成照片后再观察。能拍成照片后再观察。 电子流的波长只有电子流的波长只有0.00387nm。利用。利用“电子透镜电子透镜”或磁透镜来控制电子流，所制成的电子显微镜的分辨或磁透镜来控制电子流，所制成的电子显微镜的分辨距离达零点几距离达零点几nm。可以用它去观察原子的结构。可以用它去观察原子的结构。 d=061NANA=n sin(/2)，n为介质的折射率，为介质的折射率，a为孔径角为孔径角

21、 要提高分辨率，即减小要提高分辨率，即减小值，可采取值，可采取以下措施以下措施 ：（1） 降低降低波长波长值，使用短波长光源。值，使用短波长光源。 （2） 增大增大介质介质n值以值以提高提高NA值值 NA=n.sin（a/2）。）。 （3） 增大增大孔径角孔径角a值以值以提高提高NA值值。 （4） 增加增加明暗反差。明暗反差。2、荧光显微镜技术、荧光显微镜技术 在紫外光显微镜基础上发展而来，利用样品自发荧在紫外光显微镜基础上发展而来，利用样品自发荧光和诱发荧光，可以光和诱发荧光，可以对某些生物大分子进行定性和对某些生物大分子进行定性和 定位定位研究研究。不仅可以。不仅可以观察固定切片标本，还可

22、以在活体染色观察固定切片标本，还可以在活体染色后对活细胞进行研究后对活细胞进行研究。 3、激光共焦点扫描显微镜、激光共焦点扫描显微镜 技术技术 共焦点是共焦点是 指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它 在某一瞬间只用一束通过检测器前的小孔的光成像，可在某一瞬间只用一束通过检测器前的小孔的光成像，可显著提高分辨率。显著提高分辨率。可以观察较厚样品的内部结构可以观察较厚样品的内部结构。 4、相差显微镜技术和微分干涉显微镜技术、相差显微镜技术和微分干涉显微镜技术 光线在通过密度不同的介质时，其滞留程度不同，光线在通过密度不同的介质时，其滞留程度不同，即产生了光程差和

23、相位差。相差显微镜即产生了光程差和相位差。相差显微镜 的基本原理的基本原理把光程差变成振幅差把光程差变成振幅差(即明暗即明暗)。从而提高样品反差，。从而提高样品反差，故故样品不需染色样品不需染色，适合观察活细胞适合观察活细胞。甚至研究细胞核、。甚至研究细胞核、线粒体等细胞器的动态。它在结构上与普通显微镜线粒体等细胞器的动态。它在结构上与普通显微镜最最大的不同是在物镜后装有相差板。大的不同是在物镜后装有相差板。 微分干涉显微镜用的是偏振光，增加了样品反差，微分干涉显微镜用的是偏振光，增加了样品反差，并具有立体感，可作于研究并具有立体感，可作于研究活体细胞中较大的细胞器活体细胞中较大的细胞器。 录

24、像增差显微镜技术在一定程度上可以录像增差显微镜技术在一定程度上可以填补光镜与填补光镜与电镜之间分辨率上的间隙。电镜之间分辨率上的间隙。 二、电了显微镜技术二、电了显微镜技术（一）电了显微镜基本知识（一）电了显微镜基本知识 分辨率最终决定于光的波长，由于使用分辨率最终决定于光的波长，由于使用电子束作光源，电镜的分辨率大大提高。电子束作光源，电镜的分辨率大大提高。电镜的分辨率常常是超薄切片厚度的电镜的分辨率常常是超薄切片厚度的1/10，它的它的分辨率可达分辨率可达0.2nm，其放大倍数为，其放大倍数为106倍。倍。 电镜的基本构造包括：电子束照明系电镜的基本构造包括：电子束照明系统统 ；电磁透镜成

25、像系统；真空系统；电磁透镜成像系统；真空系统；记录系统；电源系统。记录系统；电源系统。（二）主要电镜制样技术介绍（二）主要电镜制样技术介绍1.样品制备技术的特殊要求：样品制备技术的特殊要求：样品要薄；样品要薄；更好地保持样品的精细结构；更好地保持样品的精细结构；样品具有一定的反差。样品具有一定的反差。2.主要的用于观察生物样品的电镜技术有：主要的用于观察生物样品的电镜技术有：超薄切片技术，是观察细胞超微结构的基础；超薄切片技术，是观察细胞超微结构的基础；负染色技术；负染色技术；冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术；冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术； 电镜三维重构技术；电镜三维重构技术；扫描电镜技术（扫描电镜技

26、术（SEM）是观察细胞表面形的）是观察细胞表面形的有力手段。有力手段。 （三）扫描隧道显微镜（三）扫描隧道显微镜(STM) 这是一种探测微观世界物质表面形貌这是一种探测微观世界物质表面形貌的仪器，在纳米生物学的研究领域具有的仪器，在纳米生物学的研究领域具有独特的优越性。独特的优越性。 STM的特点：具有原子尺度的高分的特点：具有原子尺度的高分辨本领；可在真空、大气、液体等条辨本领；可在真空、大气、液体等条件下工作；非破坏性测量。件下工作；非破坏性测量。 三、离心技术三、离心技术细胞组分的分析方法细胞组分的分析方法 用于细胞成分分析和形态学观察，可揭示生物大分子在细胞内用于细胞成分分析和形态学观

27、察，可揭示生物大分子在细胞内的构建及功能。的构建及功能。（一）（一）差速离心分离细胞器与生物大分子及其复合物差速离心分离细胞器与生物大分子及其复合物 首先使细胞崩解，形成细胞器和细胞组分的混合匀浆，再通过首先使细胞崩解，形成细胞器和细胞组分的混合匀浆，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，将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。种亚细胞组分和各种颗粒分开。（二）（二）平衡密度梯度离心技术分离精确分离平衡密度梯度离心技术分离精确分离 细胞不同组分沉降率不同，主要依赖于它们的形状和大小，通细胞不同组分沉降率不同，主要依赖于它们的形状和

28、大小，通常以沉降系数常以沉降系数S来表示来表示(沉降系数是指悬浮在密度较低的溶剂中的沉降系数是指悬浮在密度较低的溶剂中的一种溶质大分子，在每单位离心场作用下的沉降速率一种溶质大分子，在每单位离心场作用下的沉降速率)。l 原位成分分析常利用一些显色剂与所检物质原位成分分析常利用一些显色剂与所检物质的特殊基团特异性结合的特征，通过染色反的特殊基团特异性结合的特征，通过染色反应的部位和颜色的深浅来判断某种物质在细应的部位和颜色的深浅来判断某种物质在细胞内的分布与含量。胞内的分布与含量。 福尔根福尔根(Feulgen)反应反应可特异显示可特异显示DNA的存在的存在部位。部位。 Unna染色法染色法显示

29、细胞中显示细胞中DNA和和RNA的分布。的分布。 PAS反应反应可确定多糖的存在。可确定多糖的存在。 四氧化锇四氧化锇 可证明脂肪滴的存在。可证明脂肪滴的存在。苏苏 丹丹 和和苏丹苏丹也常用于脂肪的鉴定。也常用于脂肪的鉴定。 米伦反应米伦反应及及重氮反应重氮反应等用来测定蛋白质。等用来测定蛋白质。四、显色方法四、显色方法细胞内核酸、蛋白质、酶、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等测定糖类、脂质等测定五、荧光技术五、荧光技术特异蛋白质抗原的定位特异蛋白质抗原的定位与定性与定性免疫荧光免疫荧光和和免疫电镜技术免疫电镜技术是最常用的细胞内蛋白质定位技术。是最常用的细胞内蛋白质定位技术。1、荧光染色技

30、术和免疫荧光技术、荧光染色技术和免疫荧光技术荧光素技术荧光素技术是用荧光素（如核黄素、脂褐素）直接标是用荧光素（如核黄素、脂褐素）直接标记某些物质，可用激光共焦点扫描显微镜看到标记记某些物质，可用激光共焦点扫描显微镜看到标记物的荧光。物的荧光。荧光蛋白标记技术荧光蛋白标记技术是用荧光蛋白基因与目的基因连接，是用荧光蛋白基因与目的基因连接，转入细胞后，如果荧光蛋白基因表达，在荧光显微转入细胞后，如果荧光蛋白基因表达，在荧光显微镜下可以看到荧光，表明目的基因存在于细胞中镜下可以看到荧光，表明目的基因存在于细胞中免疫荧光技术免疫荧光技术就是将免疫学方法与荧光标记技术就是将免疫学方法与荧光标记技术 相

31、结相结合的方法。合的方法。 将荧光物质和抗体结合，再去处理被检将荧光物质和抗体结合，再去处理被检测的细胞或组织。测的细胞或组织。 六、六、原位杂交技术原位杂交技术细胞内特异核酸的定位与定性细胞内特异核酸的定位与定性l 用用标记的核酸探针标记的核酸探针通过分子杂交确定特殊核苷酸序通过分子杂交确定特殊核苷酸序列在染色体上或细胞中的位置的方法列在染色体上或细胞中的位置的方法七、七、放射自显影技术放射自显影技术研究生物大分子在细胞内的合研究生物大分子在细胞内的合成动态成动态 放射自显影技术是放射自显影技术是利用放射性同位素的电离辐射对乳利用放射性同位素的电离辐射对乳胶的感光作用胶的感光作用，对样品中放

32、射性标记物进行定性与，对样品中放射性标记物进行定性与定位测定。定位测定。 放射自显影技术包括两个主要步骤：即同位素标记放射自显影技术包括两个主要步骤：即同位素标记的大分子前体的掺入和细胞内同位素所在位置的显的大分子前体的掺入和细胞内同位素所在位置的显示。示。基本步骤为：掺入、制片、敷胶、曝光、显影、基本步骤为：掺入、制片、敷胶、曝光、显影、镜检。镜检。七七. 细胞培养、细胞工程与显微操作技术细胞培养、细胞工程与显微操作技术 （一）（一）动物细胞培养动物细胞培养 从机体取出立即培养的细胞叫从机体取出立即培养的细胞叫原代细胞原代细胞（10代）。代）。 将原代细胞分离、稀释接种到新的培养中继续培养的

33、细胞为将原代细胞分离、稀释接种到新的培养中继续培养的细胞为传代细胞传代细胞。 从原代培养细胞中分离出来的可继续传代繁殖到从原代培养细胞中分离出来的可继续传代繁殖到4050的细的细胞群体叫胞群体叫细胞株细胞株，细胞具有接触抑制的行为，有些具有贴壁，细胞具有接触抑制的行为，有些具有贴壁生长的行为，具有正常的遗传物质。生长的行为，具有正常的遗传物质。 从原代细胞或细胞株中获得的可无限传代的细胞叫从原代细胞或细胞株中获得的可无限传代的细胞叫细胞系细胞系。细胞无接触抑制行为，且具有遗传突变，带有癌细胞的特征。细胞无接触抑制行为，且具有遗传突变，带有癌细胞的特征。细胞培养细胞培养 细胞培养就是将动植物组织

34、或细胞从机体取出，分散成细胞培养就是将动植物组织或细胞从机体取出，分散成单个细胞单个细胞 或直接以单细胞或直接以单细胞 生物，给予必要的生长条件，让生物，给予必要的生长条件，让其在培养瓶中或培养基上继续生长与增殖。其在培养瓶中或培养基上继续生长与增殖。（二）动物细胞融合技术（二）动物细胞融合技术( (含单克隆抗体含单克隆抗体技术技术) ) 单克隆抗体单克隆抗体就是单个杂交瘤细胞增殖产就是单个杂交瘤细胞增殖产生的生的克隆细胞群克隆细胞群分泌的高度纯一的抗体。分泌的高度纯一的抗体。 要借助于瘤细胞和要借助于瘤细胞和B淋巴细胞的融合技淋巴细胞的融合技术术 需要动物细胞培养技术需要动物细胞培养技术 需

35、要抗原抗体杂交技术（包括免疫荧光需要抗原抗体杂交技术（包括免疫荧光技术）技术）骨髓瘤细胞？骨髓瘤细胞？体外培养体外培养从培养液中获取从培养液中获取抗原？抗原？淋巴细胞？淋巴细胞？体内培养体内培养从腹水中提取从腹水中提取单克隆抗体单克隆抗体细胞融合细胞融合、筛选、筛选杂交瘤细胞杂交瘤细胞细胞培养细胞培养（三）植物细胞培养（三）植物细胞培养1.单倍体细胞培养：花药离体培养。单倍体细胞培养：花药离体培养。（秋水仙素）（秋水仙素）2.原生质体培养：去壁的植物细胞叫原原生质体培养：去壁的植物细胞叫原生质体。可培养成植株或体细胞杂交生质体。可培养成植株或体细胞杂交植株。植株。离体的植物器官、组织或细胞离体

36、的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养植物组织培养植物组织培养条件植物组织培养条件： 含有全部营养成分的含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、适时光照等。适时光照等。植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解

37、法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交三、三、非细胞体系非细胞体系在细胞生物学研究中的作用在细胞生物学研究中的作用 来源于细胞，而不具有完整的细胞结构，但包含了正来源于细胞，而不具有完整的细胞结构，但包含了正常生物学反应所需的物质（供能系统和酶反应体系等）组常生物学反应所需的物质（供能系统和酶反应体系等）组成的体系即为非细胞体系。用于研究细胞核重构、核质运成的体系即为非细胞体系。用于研究细胞核重构、核质运输、

38、细胞周期等理论问题。输、细胞周期等理论问题。四、细胞工程四、细胞工程 应用细胞生物学方法，按照预先的设计，有计划地改应用细胞生物学方法，按照预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术以及发展这种技术变或创造细胞遗传物质的技术以及发展这种技术 的领域为的领域为细胞工程。细胞工程。 细胞工程所使用的技术主要是细胞工程所使用的技术主要是细胞培养细胞培养、细胞分化细胞分化的的定向诱导定向诱导、细胞融合细胞融合和和显微注射显微注射等。等。（一）（一）细胞融合与细胞培养技术细胞融合与细胞培养技术（二）（二）细胞折合与显微操作技术细胞折合与显微操作技术 细胞拆合就是用物理方法（机械法和短波细胞拆合就是

39、用物理方法（机械法和短波光）、化学法（用细胞松弛素）把细胞核与光）、化学法（用细胞松弛素）把细胞核与质分离开后将不同来源的细胞质与细胞核相质分离开后将不同来源的细胞质与细胞核相互配合，形成核质杂交细胞。互配合，形成核质杂交细胞。 显微操作技术：即在显微镜下用显微操作装显微操作技术：即在显微镜下用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射的技术。置对细胞进行解剖和微量注射的技术。第四讲第四讲 细胞质膜和细胞连接细胞质膜和细胞连接一一 细胞膜细胞膜 质膜质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本

40、骨架，膜蛋白是膜存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。等量的脂类和蛋白质。（一）、膜脂（一）、膜脂 膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。三种类型。 磷脂是构成膜脂的基本成分，约占磷脂是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的整个膜脂的5050以上。以上。包括包括甘油磷甘油磷脂脂和和鞘磷脂鞘磷脂. 甘油磷脂甘油磷脂（1）. 甘油磷脂甘油磷脂以甘油为骨架的磷脂类，在骨架下结合以甘油为骨架的磷脂类，在骨架下结合两个脂肪酸链两个脂肪酸链，上有一个，上有一个磷酸基团磷酸基团，胆碱、乙醇胺

41、、丝氨酸或肌醇等分子胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子借磷酸基团连接到脂分子上。主要类借磷酸基团连接到脂分子上。主要类型有：磷脂酰胆碱（卵磷脂），磷脂型有：磷脂酰胆碱（卵磷脂），磷脂酰乙醇胺（脑磷脂），磷脂酰丝氨酸，酰乙醇胺（脑磷脂），磷脂酰丝氨酸，磷脂酰肌醇。磷脂酰肌醇。磷脂磷脂胆碱胆碱磷酸磷酸甘油基团甘油基团脂脂肪肪酸酸链链(2).(2).鞘磷脂鞘磷脂 鞘磷脂在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘磷脂在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘胺醇鞘胺醇为骨架，与为骨架，与一条脂肪酸链一条脂肪酸链组成组成疏水疏水尾部尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂核

42、细胞、植物中没有鞘磷脂。糖脂糖脂 是含糖而不含磷酸的脂类是含糖而不含磷酸的脂类:极性头部极性头部为糖基为糖基,非极性尾部非极性尾部是鞘氨醇的碳氢链和连于鞘氨醇酰是鞘氨醇的碳氢链和连于鞘氨醇酰氨基上的脂肪酸侧链，头尾通过鞘氨醇的羟基氨基上的脂肪酸侧链，头尾通过鞘氨醇的羟基相连接，在神经细胞膜上糖脂含量较高。相连接，在神经细胞膜上糖脂含量较高。 糖脂也是两性分子，其结构与鞘磷脂很相似，糖脂也是两性分子，其结构与鞘磷脂很相似，只是由糖残基代替了磷脂酰胆碱。最简单的糖只是由糖残基代替了磷脂酰胆碱。最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的膜中含量丰富脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的膜中含量丰富糖糖 脂脂脂肪酸脂肪

43、酸鞘氨醇的碳氢链鞘氨醇的碳氢链D葡萄糖或葡萄糖或D半乳糖半乳糖胆固醇胆固醇广泛存在与动物细胞膜中，广泛存在与动物细胞膜中，植物和原核细胞中不含植物和原核细胞中不含（支原体的胆固醇占细胞（支原体的胆固醇占细胞膜成分的膜成分的36%36%）其功能是其功能是提高脂双层的稳定性。提高脂双层的稳定性。分分子结构子结构包括羟基（极性头包括羟基（极性头部）、类固醇环（环戊烷部）、类固醇环（环戊烷多氢菲）、一条碳氢链多氢菲）、一条碳氢链（非极性尾部）。（非极性尾部）。环戊环戊烷多烷多氢菲氢菲脂质体脂质体（liposome）人工制得，在水中，搅动后磷脂形人工制得，在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直

44、径成双层脂分子的球形脂质体，直径251000nm不等。不等。（二）、膜蛋白（二）、膜蛋白 是膜功能的主要体现者。根据在膜中的位置以及与脂分子的结合方式，可分为：整合蛋白、外周蛋白整合蛋白；整合蛋白；外周蛋白外周蛋白 整合蛋白整合蛋白（内在蛋白或跨膜蛋白（内在蛋白或跨膜蛋白) )分布于膜脂分布于膜脂双分子层中，是两性分子。与膜的结合非常双分子层中，是两性分子。与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来。紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来。 外周蛋白（外在蛋白）外周蛋白（外在蛋白）: :分布于细胞膜的内外分布于细胞膜的内外表面，为水溶性蛋白质，靠离子键或其它较表面，为水溶性蛋白质，靠离子

45、键或其它较弱的键与膜表面的亲水基团结合，结合松散，弱的键与膜表面的亲水基团结合，结合松散，因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度等比较温和的方法就可以从膜上分离下来。等比较温和的方法就可以从膜上分离下来。( (三）膜的结构三）膜的结构Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示片，显示暗暗-明明-暗三层暗三层结结构，它由构，它由双层脂分子双层脂分子和和内外内外表面表面的蛋白质构成，总厚约的蛋白质构成，总厚约7.5nm。S. J. SingerS. J. Singer（桑格）（桑格） &

46、G. Nicolson & G. Nicolson （尼克（尼克森）于森）于19721972根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了研究结果，提出了“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”。 （1 1）质膜的不对称性）质膜的不对称性膜的不对称性膜的不对称性 质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。不对称性。 样品经样品经冰冻断裂冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：央断开，各断面命名为：ESES，细胞外表面；，细胞外表面；EFEF，细胞外小页断面；细胞外小页断面；P

47、SPS，原生质表面；，原生质表面；PFPF，原生，原生质小页断面。质小页断面。 ESEFPSPF膜脂的不对称性膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：卵磷脂和鞘磷脂层中呈不均匀分布，如：卵磷脂和鞘磷脂主要分布在外小页，脑磷脂和磷脂酰丝氨主要分布在外小页，脑磷脂和磷脂酰丝氨酸分布在内小页。酸分布在内小页。复合糖的不对称性复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。布于细胞膜的外表面。 膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。如细胞

48、色素域性。如细胞色素C位于线粒体内膜位于线粒体内膜M（胞质）侧（胞质）侧。（2）质膜的流动性）质膜的流动性由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。膜脂分子的运动膜脂分子的运动侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。子交换位置。旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。快速旋转。摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。行左右摆动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转运动：

49、膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。翻转到另一层。旋转异构化运动：脂肪酸链围绕旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键键旋转。旋转。膜脂分子的运动膜脂分子的运动侧向侧向扩散扩散运动运动旋转旋转运动运动摆动摆动运动运动伸缩伸缩振荡振荡运动运动翻转翻转运动运动旋转异旋转异构化运构化运动动影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素温度：液晶态（能流动）温度：液晶态（能流动） 凝胶态凝胶态相变相变温度越低温度越低，膜脂的，膜脂的流动性就越大流动性就越大。相变温度：指物质在不同相之间转变时的临界温度，相变温度：指物质在不同相之间转变时的临界温度，比如水变成冰的相变温度是比如水变成冰的相变温度是0度等度等脂肪酸

50、链：脂肪酸链所含脂肪酸链：脂肪酸链所含双键双键越多越越多越不不饱和饱和，使膜，使膜流动性增加流动性增加；短链脂肪酸短链脂肪酸相变相变温度低，膜温度低，膜流动性增加流动性增加。胆固醇：胆固醇胆固醇：胆固醇增加增加会会降低膜的流动性降低膜的流动性。卵磷脂卵磷脂/ /鞘磷脂：该鞘磷脂：该比例高比例高则膜则膜流动性增流动性增加加，是因为，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。鞘磷脂粘度高于卵磷脂。降温降温第五章第五章 细胞连接细胞连接 细胞连接是细胞与细胞间或细胞与细细胞连接是细胞与细胞间或细胞与细胞外基质间的联结结构。分为三大类：胞外基质间的联结结构。分为三大类： 封闭连接封闭连接：紧密连接：紧密连接 锚定连

51、接锚定连接：粘和带、桥粒、半桥粒：粘和带、桥粒、半桥粒 通讯连接通讯连接：间隙连接、胞间连丝：间隙连接、胞间连丝 存在于脊椎动物的存在于脊椎动物的上皮细胞间上皮细胞间。连接。连接区域具有区域具有蛋白质焊接线蛋白质焊接线，由跨膜的蛋，由跨膜的蛋白分子构成。白分子构成。 相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。缝隙。 主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，如脑血屏障等。内，如脑血屏障等。紧密连接紧密连接紧密连接蛋白紧密连接蛋白 桥粒是相邻细胞间形成的桥粒是相邻细胞间形成的纽扣

52、状结构纽扣状结构：通：通过质膜下的致密斑连接过质膜下的致密斑连接中间纤维中间纤维；如承；如承受强拉力的组织中，如皮肤、心肌。受强拉力的组织中，如皮肤、心肌。 间隙连接（通讯连接）间隙连接（通讯连接） 存在于大多数动物组织。连接处有存在于大多数动物组织。连接处有24nm的缝隙。的缝隙。 基本单位称基本单位称连接子连接子，由，由6个相同或相个相同或相似的跨膜蛋白环绕而成。似的跨膜蛋白环绕而成。 注射染料证明间隙连接可允许相对分注射染料证明间隙连接可允许相对分子量小于子量小于1000的分子通过，但通透性的分子通过，但通透性是是可调节可调节的。如蔗糖、的。如蔗糖、cAMP等。等。Gap junctio

53、n胞间连丝胞间连丝 由穿过植物细胞壁的原生质构成，直径约由穿过植物细胞壁的原生质构成，直径约2040nm。中央有。中央有SER形成的连丝小管。形成的连丝小管。 功能上与动物细胞间的间隙连接类似。允许功能上与动物细胞间的间隙连接类似。允许分子量小于分子量小于800的分子通过，的分子通过，在相邻细胞间起在相邻细胞间起通讯作用。通讯作用。 通透性可调节。某些植物病毒能制造特殊的通透性可调节。某些植物病毒能制造特殊的蛋白质，使胞间连丝的有效孔径扩大，植物蛋白质，使胞间连丝的有效孔径扩大，植物病毒能扩大感染。病毒能扩大感染。胞间层初生壁次生壁连丝微管连丝微管胞质环带 据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占

54、据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的核基因编码蛋白的1530%1530%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的总消耗能量的2/32/3。细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：。细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白载体蛋白（carrier proteincarrier protein）和）和通道蛋白通道蛋白（channel proteinchannel protein）。）。 载体蛋白载体蛋白又称做载体（又称做载体（carriercarrier）、）、通透酶通透酶（permeasepermease）和）和转运器转运器（transpo

55、rtertransporter），有的需要能量驱动，如：各类），有的需要能量驱动，如：各类ATPATP驱动的离子泵；有的则不需要能量，如：缬氨酶素。驱动的离子泵；有的则不需要能量，如：缬氨酶素。 通道蛋白通道蛋白能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质自由扩散的方式运输溶质。 物质的物质的跨膜运输跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一是细胞维持正常生命活动的基础之一指通过指通过简单扩散简单扩散或或协助扩散协助扩散实现物质实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。动力来自物质

56、的动力来自物质的浓度梯度浓度梯度，不需要细，不需要细胞提供代谢能量胞提供代谢能量。（一）简单扩散（一）简单扩散也叫也叫自由扩散自由扩散（free diffusion）。特点：）。特点：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。没有膜蛋白的协助。 某种物质对膜的通透性（某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水）可以根据它在油和水中的分配系数（中的分配系数（K）及其扩散系数（）及其扩散系数（D）来计算：）来计算： P=KD/t （t为膜的厚度）为膜的厚度） 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；脂溶性越高通透性越大，

57、水溶性越高通透性越小； 非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；等可以透过人工脂双层，但速度较慢； 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；蔗糖则很难透过； 人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。（二）协助扩散（二）协助扩散 也称促进扩散（facilitated diffusion）。 特点： 比自由扩散转运速率高；运输速率同物质浓度成非线性关系； 特异性；饱和性。

58、 载体：离子载体和通道蛋白两种类型。 Figure 11-7 Kinetics of simple diffusion compared to carrier-mediated diffusion. Whereas the rate of the former is always proportional to the solute concentration, the rate of the latter reaches a maximum (Vmax) when the carrier protein is saturated. The solute concentration when

59、transport is at half its maximal value approximates the binding constant (KM) of the carrier for the solute and is analogous to the KM of an enzyme for its substrate. The graph applies to a carrier transporting a single solute; the kinetics of coupled transport of two or more solutes (see text) are

60、more complex but show basically similar phenomena. The carrier protein, the Glucose transporter (GluT1 ) in the erythrocyte PM, alter conformation to facilitate the transport of glucose.vFacilitate diffusion: Protein-mediated movement, movement down the gradient膜转运蛋白膜转运蛋白1 1、载体蛋白载体蛋白（carrier proteins）：具有通透酶