细胞生物学(全套1047张课件)

1、细胞生物学细胞生物学绪论绪论一、细胞生物学(cell biology)细胞生物学是现代生命科学的重要基础前沿学科细胞生物学的主要研究内容细胞生物学的发展总趋势细胞生物学研究的重点领域细胞生物学的主要参考书一、细胞生物学(cell biology)细胞生物学是现代生细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为重大生命过程。细胞工程及其相关的组织工程和再生医学是21世纪生物工程发展的重要组成部分。细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从

2、显微、细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念和方法，研究细胞的结构、功能和细胞生命活动的学科。细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念细胞生物学的主要研究内容细胞结构与功能生物膜与细胞器细胞信号转导细胞骨架体系细胞核、染色体及基因表达细胞增殖及其调控细胞分化及干细胞生物学细胞死亡细胞衰老细胞工程细胞的起源与进化细胞重要生命活动细胞生物学的主要研究内容细胞结构与功能细胞重大生命活动及其相互关系细胞重大生命活动及其相互关系细胞生物学研究的总趋势细胞生物学与分子生物学（包括分子遗传学和生物化学）相互渗透与交融是细胞生物学研究的总趋势。细胞生物学研究的总趋势细

3、胞生物学与分子生物学（包括分子遗传学细胞生物学研究的重点领域染色体DNA与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（编程性死亡）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装配由蛋白与核酸构建的遗传信息结构体系（染色体、核仁、核糖体）由蛋白与脂质构建的膜的结构体系（细胞膜、核膜和细胞器膜）由蛋白与蛋白构成的细胞骨架结构体系 细胞生物学研究的重点领域染色体DNA与蛋白质相互作用关系主美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导（sig

4、nal transduction）；细胞凋亡（cell apoptosis）；基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science美国国立卫生研究院（NIH）在1998年底发表的一份题为什么是当今科研领域的热门话题？（“What is popular in research today？”）的调查报告中指出，目前全球最热门的研究方向是：细胞周期调控、细胞凋亡、细胞衰老、信号转导、DNA的损伤修复美国国立卫生研究院（NIH）在1998年底发表的一份题为什主要参考书Alberts B et al.

5、Essential Cell Biology , 3rd ed. New York：Garland publishing，Inc., 2009Alberts B et al. Molecuar Biology of the Cell, 5th ed. New York：Garland Publishing，Inc. , 2008Becker W.M. et al. The World of the Cell. 7th ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 2009Gerald Karp. Cell and Molecular Biology：Concept

6、s and experiments，6th ed. New York: John Wiley & Sons, Inc. , 2009Lodish H. et al. Molecular Cell Biology. 6th ed. New York: W.H. Freeman and Company, 2008主要参考书Alberts B et al. Essentia二、细胞生物学的发展简史细胞的发现（1665年）细胞学说的建立（1665 1875）细胞学的经典时期（1875 1900）实验细胞学时期（1887 1953）细胞生物学学科的形成与发展（1953 至今）二、细胞生物学的发展简史细胞

7、的发现（1665年）1、细胞的发现1665年，英国学者胡克（Robert Hooke）用自制的显微镜（40 140倍）观察软木，第一次描述了植物细胞的构造，并首次借用拉丁文（cellar）来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室。1665年发表显微图谱。荷兰学者列文虎克（Leeuwen Hoek）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。意大利Malpighi与英国Grew注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。1、细胞的发现1665年，英国学者胡克（Robert Hoo2、细胞学说的建立1838-1839年，德国植物学家施莱登（Schleiden

8、）和动物学家施旺（Schwann）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。1858年，魏尔肖（Virchow）提出“一切细胞来自细胞”的著名论断，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 细胞学说的重要补充。2、细胞学说的建立1838-1839年，德国植物学家施莱登（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，既是它“自己的”生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益。新的细胞通过已存在的细胞繁殖产生。 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

9、而来细胞学说的意义恩格斯：有了这个发现（Cell theory）以后，对有机的有生命的自然产物的研究-比较解剖学、生理学和解剖学才得到了稳固的基础，于是有机体产生、成长和结构的过程的秘密被揭穿了，从前神妙莫测的奇迹，现在却表现为依据一切有机体本质上所共同的规律而进行的过程了。细胞学说的意义恩格斯：有了这个发现（Cell theory）19世纪自然科学的“三大发现”细胞学说能量转化与守恒定律达尔文进化论现代生物学的三大基石1838-1839年施旺与施莱登确立的细胞学说1859年达尔文确立的进化论1866年孟德尔确立的遗传学19世纪自然科学的“三大发现”3、细胞学的经典时期原生质理论的提出1840

10、年普金耶（Pukinje）和1846年冯莫尔（Von Mohl）：原生质1861年舒尔策（Max Schultze）：原生质理论1880年Hanstein：原生质体3、细胞学的经典时期原生质理论的提出细胞分裂的研究1841年Remak发现鸡胚血细胞的直接分裂Flemming和Strasburger分别在动植物细胞中发现有丝分裂Van Beneden（1883）和Strasburger（1886）分别在动植物细胞中发现减数分裂细胞分裂的研究重要细胞器的发现1883年Van Beneden和Boveri发现中心体1894年Altmann发现线粒体Golgi发现高尔基体重要细胞器的发现4、实验细胞学

11、时期1876年Hertwig以海胆、蛔虫的卵为材料，研究细胞卵的受精作用。细胞遗传学的发展：染色体 基因学说细胞生理学研究细胞化学4、实验细胞学时期1876年Hertwig以海胆、蛔虫的卵为细胞生理学活细胞的研究：主要是Fischer和Hardy的工作。19世纪末，Overton提出细胞膜是类脂膜的理论。Michaelis制成膜的模型来研究物质的通透性，并对线粒体做了最早的活体染色。1909年，Harrison和Carrel创立组织培养技术。1943年，Claude用高速离心机从活细胞内分离核和各种细胞器，分别研究其生理活性。细胞生理学活细胞的研究：主要是Fischer和Hardy的工细胞化学

12、1924年，福尔根（Feulgen）等首先用Feulgen反应法专门作为DNA的定性方法。1940年，Brachet用甲基绿-派洛宁染色方法测定细胞中的DNA和RNA。1936和1940年，Casperson用紫外光显微分光光度法测定细胞中DNA含量。细胞组分分离技术、放射自显影技术和超微量分析等方法的广泛应用。细胞化学1924年，福尔根（Feulgen）等首先用Feul5、细胞生物学学科的形成与发展1953年由Waston和Crick提出DNA双螺旋的分子结构模型。1956年科恩伯格（Kornberg）在体外首次合成DNA片段的互补链。1958年梅塞尔森（Meselson）证明了DNA的半保

13、留复制。80年代以来细胞生物学的主要发展方向是分子细胞生物学。5、细胞生物学学科的形成与发展1953年由Waston和Cr 英国科学家胡克（R.Hook，1635-1703），27岁成为英国皇家 学 会领导成员, 发表对木栓的观察,命名Cell。荷兰人列文虎克（Antoni von Leeuwenhoek，1623-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。 英国科学家胡克（R.Hook，1635-1703），27岁细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)小 结细胞生物学及其研究内容细胞生物学的发展简史小 结细胞生物学及其研究内容细胞的统一性与多样性

14、细胞的统一性与多样性细胞基本知识概要细胞的基本概念病毒及其与细胞的关系原核细胞、真核细胞、古核细胞的比较细胞基本知识概要细胞的基本概念一、细胞的基本特征细胞是生命活动的基本单位关于细胞概念的一些新思考细胞的基本共性一、细胞的基本特征细胞是生命活动的基本单位1、细胞是生命活动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细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁1、细胞是生命活动的基本单位细胞是构成有机体的基本单位细胞是有机体生长与发育的基础细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点没有细胞就没有完整的生命细胞是有机体生长与发育的基础2、细胞概念的新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系细胞是

15、物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体细胞是高度有序的、具有自装配与自组织能力的体系2、细胞概念的新思考细胞是多层次非线性的复杂结构体系3、细胞的基本共性相似的化学组成脂蛋白体系的生物膜相同的遗传装置一分为二的分裂方式3、细胞的基本共性相似的化学组成二、非细胞形态的生命体 病毒病毒的基本知识病毒在细胞内的增殖（复制）病毒与细胞在起源和进化中的关系二、非细胞形态的生命体 病毒病毒的基本知识1、病毒的基本知识真病毒（virus） 核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、“原料”、能量与酶系统进行增殖，是专性寄生物

16、。1、病毒的基本知识真病毒（virus） 核酸分子（DNA类病毒（viroid）仅由一个感染性的RNA构成朊病毒（prion） 仅由感染性的蛋白质构成根据核酸类型，病毒可分为：DNA病毒和RNA病毒类病毒（viroid）仅由一个感染性的RNA构成 2. 病毒的增殖病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染病毒核酸的复制、转录与蛋白质 的合成病毒的装配、成熟与释放 2. 病毒的增殖病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染细胞生物学(全套1047张课件)3、病毒与细胞在起源与进化中的关系3种主要观点：生物大分子病毒细胞 病毒生物大分子 细胞生物大分子细胞病毒第三种观点越来越具有说服力 3、病毒与细胞在起源与进化中的关系3种

17、主要观点：三、原核细胞与真核细胞原核细胞（ procaryotic cell） 真核细胞（eucaryotic cell） 古细菌（Archaeobacteria ）三、原核细胞与真核细胞原核细胞（ procaryotic c1、原核细胞真细菌基本特点无核膜，DNA游离在细胞质中除核糖体与细胞膜及其特化结构外，几乎不存在其他复杂的细胞器无细胞骨架遗传信息量小，遗传信息载体仅由一个裸露的环状DNA构成细胞体积小，直径多在0.2-10微米1、原核细胞真细菌基本特点主要代表支原体（Mycoplast）最小最简单的细胞；蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria）细菌（Bacteria）主要代表2、真

18、核细胞真核细胞的基本结构体系细胞的大小比较原核细胞与真核细胞的比较2、真核细胞真核细胞的基本结构体系真核细胞的基本结构由脂蛋白体系构成的生物膜系统由核酸-蛋白质复合体构成的遗传信息传递与表达系统由特异的结构蛋白分子装配而成的细胞骨架系统真核细胞的基本结构由脂蛋白体系构成的生物膜系统细胞大小及其调控细胞大小及其调控原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞遗传结构装置与基因表达的比较植物细胞与动物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基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞遗传结构装置与基因表达

19、的比较原核细胞与真核细胞遗传结构装置与基因表达的比较植物细胞与动物细胞的比较植物细胞与动物细胞的比较3、古核细胞古细菌一些生长在极端环境中的细菌3、古核细胞古细菌一些生长在极端环境中的细菌形态结构与遗传结构装置和原核细胞相似，但有些分子进化特征更接近真核细胞细胞壁的成分：不含肽聚糖DNA与基因结构：DNA中存在重复序列和内含子核小体结构：具有组蛋白核糖体：含有60种以上蛋白，介于真核细胞与真细菌之间。5S rRNA：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。形态结构与遗传结构装置和原核细胞相似，但有些分子进化特征更接小 结“细胞是生命活动的基本单位”的涵义。原核细胞与真

20、核细胞的比较。病毒的基本知识。小 结“细胞是生命活动的基本单位”的涵义。细胞生物学(全套1047张课件)The cell is the structural unit of life, All organisms is make up of cells.The cell is the structural uniThe cell is the functional unit of organisms. All metabolic activity is based on cells.The cell is the functional uniThe cell is the foundation

21、 of reproduce, and the bridge of inheritance.七对双生子The cell is the foundation of The cell is the growing and developing basis of lifeHuman fetal development. (a)At 5 weeks, limb buds, eyes, the heart, the liver and rudiments of all other organs have started to develop in the embryo, which is only abo

22、ut 1cm long. (b)Growth and development of the offspring, now called a fetus, continue during the second trimester. This fetus is 14 weeks old and about 6cm long. (c)The fetus in this photograph is 20 weeks old. Now the fetus grows to about 30cm in length.The cell is the growing and de 精子穿卵受精卵6周胚胎11周

23、胚胎12周胚胎4月胚胎 精子穿卵受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)DNA病毒与RNA病毒DNA病毒与RNA病毒病毒的多样性病毒的多样性细胞生物学(全套1047张课件)最小最简单的细胞支原体迄今发现的能独立生活的最小基因组：482 genes, 其中minimal essential gene：256大小0.10.3m，仅为细菌的十分之一典型细胞膜，一个环状双螺旋DNA（482gene），mRNA与核糖体结合为多聚核糖体二分裂方式繁殖最小最简单的细胞支原体迄今发现的能独立生活的最小基因组蓝 藻蓝 藻

24、细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法细胞形态结构的观察方法细胞组分的分析方法细胞培养、细胞工程与显微操作技术细胞生物学研究方法细胞形态结构的观察方法一、细胞形态结构的观察方法光学显微镜技术（Light microscopy）电子显微镜技术（Electron microscopy）扫描隧道显微镜技术（scanning tunneling microscopy

25、） 一、细胞形态结构的观察方法光学显微镜技术（Light mic（一）光学显微镜技术普通复式光学显微镜技术（Light microscopy）相差显微镜技术（Phase-contrast microscopy）微分干涉显微镜技术（Differential-interference microscopy）荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy）激光扫描共焦显微镜（ Laser scanning confocal Microscope ）（一）光学显微镜技术普通复式光学显微镜技术（Light mi1、普通光学显微镜技术结构光学放大系统：物镜和目镜照明系统：光源和聚光镜镜架及

26、样品调节系统1、普通光学显微镜技术结构分辨率：指区分开两个质点间的最小距离。d=0.61/ NA （NA= sin） d：分辨率 ：波长 NA：数值孔径 ：物镜与物体间介质折射率 ：光束进入物镜的半角分辨率：指区分开两个质点间的最小距离。2、相差显微镜技术相差显微镜与普通显微镜的区别：添加“环状光阑”和在物镜后焦面上的“相差板”，偏转的光线分别通过相差板的不同区域，由于相差板上部分区域有吸光物质，使两组光线之间增添了新的光程差，从而对样品不同密度造成的相位差起“夸大”作用。最后这两组光线经过透镜又会聚成一束，发生互相叠加或抵消的干涉现象，表现出肉眼可见的明暗区别。2、相差显微镜技术相差显微镜与

27、普通显微镜的区别：相差显微镜将光程差或相位差转换为振幅差，即明暗差别。相差显微镜的样品不需染色，可以观察活细胞。光线通过不同密度的物质时，其滞留程度也不同，密度大则光的滞留时间长，密度小则滞留时间短。相差显微镜将光程差或相位差转换为振幅差，即明暗差别。相差显微3、微分干涉显微镜技术以平面偏振光为光源。光线经棱镜折射后分为两束，在不同时间经过样品的相邻部位，然后再经过另一棱镜将这两束光汇合，使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞。3、微分干涉显微镜技术以平面偏振光为光源。光线经棱镜折射后分4、荧光显微镜技术原理：荧光物质，激发光，发射光仪器：点光源（高

28、压汞灯），滤色系统荧光：自发荧光：如叶绿素、维生素A诱发荧光：甲醛蒸汽处理诱发细胞和组织中的生物单胺类产生荧光荧光染料染色荧光应用4、荧光显微镜技术原理：荧光物质，激发光，发射光5、激光扫描共焦显微镜5、激光扫描共焦显微镜细胞生物学(全套1047张课件)（二）电子显微镜技术电子显微镜的基本知识电镜与光镜的比较电子显微镜的基本构造电镜与光镜光路图的比较（二）电子显微镜技术电子显微镜的基本知识主要电镜制片技术超薄切片技术负染色技术冷冻蚀刻技术电镜三维重构技术扫描电镜（SEM，Scanning electron microscope）主要电镜制片技术显微镜分辨本领光源透镜真空成像原理LMTEM200

29、nm0.2nm可见光400-700nm 电子束0.01-0.9nm玻璃透镜电磁透镜不要求真空要求真空1.3310-51.3310-3Pa利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差电镜与光镜的比较显微镜分辨本领光源透镜真空成像原理电镜与光镜的比较1、超薄切片技术1、超薄切片技术2、负染色技术负染色：利用电子密度比标本高的重金属盐（如磷钨酸、乙酸双氧铀等）将生物标本包围起来，增强背景散射电子的能力以提高反差，在暗的背景下显示标本的形态结构。2、负染色技术负染色：利用电子密度比标本高的重金属盐（如磷钨3、冷冻蚀刻技术方法冰冻 快速低温冷冻法将样品在液氮或液氦中迅速

30、冷冻断裂低温下断裂蚀刻复型3、冷冻蚀刻技术方法冷冻蚀刻技术主要用来观察断裂面的蛋白质颗粒和膜表面形貌特征，样品不需包埋、固定，能更好地保持样品的真实结构。冷冻蚀刻技术主要用来观察断裂面的蛋白质颗粒和膜表面形貌特征，4、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（Structural Biology）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。4、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5、扫描电子显微镜技术特点：景深大，提供表面结构的立

31、体图象， 分辨率大约为6nm (60埃)样品制备：暴露 - 固定 - 干燥 - 镀膜5、扫描电子显微镜技术特点：景深大，提供表面结构的立体图象，光镜、透射电镜、扫描电镜的比较光镜、透射电镜、扫描电镜的比较（三）扫描隧道显微镜技术原理：量子力学中的隧道效应装置：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。特点：分辨本领高，（侧分辨率为0.10.2nm，纵分辨率可达0.001nm）；可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量。用途：纳米生物学研究领域中的重要工具 （三）扫描隧道显微镜技术原理：量子力学中的隧道效应二、细胞组分的分析方法细胞组分的分离技术特异蛋白抗

32、原的定位与定性细胞内特异核酸的定位与定性定量细胞化学分析与细胞分选技术二、细胞组分的分析方法细胞组分的分离技术（一）细胞组分的分离技术离心分离层析分离电泳分离（一）细胞组分的分离技术离心分离1、离心分离技术原理类型差速离心密度梯度离心1、离心分离技术原理密度梯度离心将待分离细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加的、高溶解性的惰性物质（如蔗糖）形成的密度梯度溶液表面，通过重力或离心力的作用使样品中不同组分以不同的沉降率沉降，形成不同的沉降带。密度梯度离心将待分离细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加的、类型速度沉降：主要用于分离密度相近而大小不一的细胞组分。（介质：蔗糖）等密度沉降：分离不同密度的细

33、胞组分。（介质：氯化铯）类型2、大分子分离-层析技术离子交换层析凝胶过滤层析亲和层析2、大分子分离-层析技术离子交换层析3、电泳技术聚丙烯酰胺凝胶电泳双向电泳琼脂糖凝胶电泳（核酸）3、电泳技术聚丙烯酰胺凝胶电泳（二）特异蛋白抗原的定位与定性原理：利用免疫反应定位组织或细胞中抗原成分分布的一类技术。类型：免疫荧光技术免疫印迹反应免疫电镜技术免疫铁蛋白技术免疫酶标技术免疫胶体金技术（二）特异蛋白抗原的定位与定性原理：利用免疫反应定位组织或细（三）细胞内特异核酸的定位与定性原位杂交技术放射性同位素标记：利用放射性核素所放射出来的射线作用于感光材料的AgCl晶体，从而产生潜影，并通过显影过程把“像”显

34、示出来，以研究用放射性核素标记的物质在生物体内的定位和定量的一种技术。生物素标记（三）细胞内特异核酸的定位与定性原位杂交技术（四）定量细胞化学分析与细胞分选技术细胞成分的细胞化学显示方法福尔根反应：测定DNA含量PAS反应：检测多糖苏丹染色：检测脂滴米伦反应：检测蛋白质（四）定量细胞化学分析与细胞分选技术细胞成分的细胞化学显示方流式细胞术可定量测定细胞中DNA、RNA或某一特异的标记蛋白的含量，以及细胞群体中上述成分含量不同的细胞的数量；它还可以将某一特异染色的细胞从数以万计的细胞群体中分离出来，以及将DNA含量不同的中期染色体分离出来，甚至可用于细胞的分选。流式细胞术三、细胞培养与细胞工程细

35、胞培养细胞工程三、细胞培养与细胞工程细胞培养（一）细胞培养技术动物细胞培养原代细胞培养传代细胞培养培养方法：贴壁培养、悬浮培养植物细胞培养愈伤组织诱导 4) 细胞悬浮培养继代培养 5) 细胞团或愈伤组织再形成单细胞分离 6) 植株的再生（一）细胞培养技术动物细胞培养（二）细胞工程细胞融合（cell fusion）与细胞杂交（cell hybridization）技术重组DNA技术单克隆抗体（monoclone antibody）技术细胞拆合与显微操作技术（二）细胞工程细胞融合（cell fusion）与细胞杂交（1、细胞融合技术两种或两种以上细胞融合在一起的技术病毒诱导，PEG，电击融合植物和

36、微生物用原生质体应用：很广，如杂交瘤1、细胞融合技术两种或两种以上细胞融合在一起的技术2、重组DNA技术传统的DNA扩增：分子克隆法聚合酶链反应PCR (polymerase chain reaction) DNA顺序分析2、重组DNA技术传统的DNA扩增：分子克隆法PCR1983年由美国PE-Cetus公司的Mullis等发明，1985年公开报道的一种体外核酸扩增系统。原理：由引物（模板片段两端的已知序列）介导，聚合酶（如Taq DNA聚合酶，依赖于模板）催化底物（4种脱氧核苷酸），在体外进行特异DNA（目的基因等）扩增（或合成）的一种方法。PCR1983年由美国PE-Cetus公司的Mul

37、lis等发步骤：变性：加热使模板DNA双链间的氢键断裂而形成两条单链；退火：突然降温后模板与引物按碱基配对原则互补结合；延伸：在DNA聚合酶及镁离子等存在的条件下，以单核苷酸为底物，从引物的3端开始合成，形成了与模板链互补的新DNA链。循环一次，DNA量增加一倍；经过25-30个循环，DNA可扩增106-109倍。优点：快速（数小时）、灵敏（ng）、操作简便（自动化）等。步骤：3、单克隆抗体技术1975年英国科学家Milstein和Kohler将产生抗体的淋巴细胞同肿瘤细胞融合，成功建立了单克隆抗体技术，获得1984年诺贝尔医学和生理学奖。 每个B淋巴细胞仅专一地产生、分泌一种针对某种抗原决定

38、簇的特异性抗体，而肿瘤细胞可以无限增殖，因此杂交瘤细胞可在体外培养或移植到体内条件下分泌大量单克隆抗体。单克隆抗体技术的最主要优点是可以用不纯的抗原分子大量制备纯一的单克隆抗体。3、单克隆抗体技术1975年英国科学家Milstein和Ko4、显微操作技术仪器：显微操作仪显微操作的应用显微注射：标记蛋白、外源DNA的导入核移植转基因动植物动物克隆4、显微操作技术仪器：显微操作仪动物克隆生物繁殖后代通常是以精、卵细胞结合的有性生殖方式进行。通过营养体细胞繁殖个体的方法称为无性繁殖。克隆是指离体条件下的无性繁殖。1981年Illmenses 率先报告用小鼠幼胚细胞核克隆出正常小鼠。随后，1984年W

39、illadsen用未成熟羊胚细胞核克隆出一头羊。动物克隆生物繁殖后代通常是以精、卵细胞结合的有性生殖方式进行英国PPI生物技术的罗斯林（Roslin）研究所的维尔穆特(Wilmut)博士1997年2月27日在世界著名权威杂志Nature宣布的用乳腺细胞的细胞核克隆出一只绵羊“多莉 (Dolly) ”的消息。“多莉”的诞生，既说明了体细胞核的遗传全能性，也翻开了人类以体细胞核竞相克隆哺乳动物的新篇章。此项技术因而荣登美国Science周刊评出的1997 年十大科学发现的榜首。英国PPI生物技术的罗斯林（Roslin）研究所的维尔穆特(绵羊B乳腺细胞核易核卵融合卵绵羊C子宫多莉植入植入生产克隆多莉

40、羊示意图取出未受精卵去核电激体外胚胎发育绵羊A绵羊B乳腺细胞核易核卵融合卵绵羊C子宫多莉植入植入生产克隆多“多莉”的产生与三只母羊有关；一只是芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境子宫，是“多莉”羊的“生”母。 “多莉”的产生与三只母羊有关；一只是芬兰多塞特母绵羊，两只是克隆技术将对21世纪产生的重大影响遗传素质完全一致的克隆动物将更有利于开展对动物(人)生长、发育、衰老和健康等机理的研究；有利于大量培养品质优良的家畜; 经转基因的克隆哺乳动

41、物，将能为人类提供源源不断的廉价的药品、保健品以及较易被人体接受的移植器官； 科学家将很快地从目前的同种克隆技术推进到异种克隆,即借腹怀胎的新领域,这无疑将大大促进对濒临灭种的哺乳动物的保护工作。 伦理与社会问题克隆技术将对21世纪产生的重大影响遗传素质完全一致的克隆动细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)光镜样品制备光镜样品制备细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)Phase-contrast microscope andDifferential-interference microscopePhase-co

42、ntrast microscope andA comparison of yeast cells that were growing on the vaginal epithelium seen with different types of LM.a)under bright-field;b)phase-contrast;c)DICA comparison of yeast cells th细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)电子显微镜的基本构造电子显微镜的基本构造细胞

43、生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)S=(dx/dt)/2x =110-13sec.S=(dx/dt)/2x细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)差速离心差速离心细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞

44、生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)等电聚焦电泳等电聚焦电泳细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)直接免疫荧光标记与间接免疫荧光标记技术直接免疫荧光标记与间接免疫荧光标记技术免疫印迹（westernblotting）SDS（或双向电泳）转移到膜上免疫显色免疫印迹（westernblotting）SDS细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047

45、张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)多莉克隆猴多莉克

46、隆猴细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞质膜细胞质膜 细胞膜（质膜） 真核细胞：构成细胞器的膜 原核细胞：间体 生物膜细胞内膜 细胞膜（质膜）生物细胞质膜的结构模型细胞质膜的成分细胞质膜的特征细胞质膜的功能膜骨架细胞质膜的结构模型一、细胞膜的结构模型研究简史生物膜的流动镶嵌模型生物膜的结构特征一、细胞膜的结构模型研究简史1、细胞膜的研究简史1925年E.Gorter and F.Grendel：质膜由双层脂分子构成30年代，Danielli and Davison： “蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治式的结构模型1959年，J.D.

47、Robertson提出单位膜模型(unit membrane model) 电镜下见“两暗一明”的结构1972年，S.J.Singer and G. Nicolson 提出流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 脂筏模型（lipid rafts model）1、细胞膜的研究简史1925年E.Gorter and F.2、流动镶嵌模型2、流动镶嵌模型3、生物膜的结构特征磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分；蛋白质：生物膜功能的主要决定者；流动性 ：生物膜的基本特征之一， 细胞进行生命活动的必要条件；不对称性液晶态3、生物膜的结构特征磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分；流动性膜

48、脂流动性：主要指脂分子的侧向运动脂分子本身的性质；温度的影响；在动物细胞中，胆固醇起双向调节作用。 流动性膜脂流动性：主要指脂分子的侧向运动膜蛋白流动性荧光抗体免疫标记实验成斑现象(patching)或成帽现象(capping) 影响膜流动性的因素细胞骨架膜蛋白与膜脂分子的相互作用膜蛋白流动性2、不对称性膜脂与糖脂的不对称性糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础。膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性；糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面。2、不对称性膜脂与糖脂的不对称性二、细胞膜的化学组成二、细胞膜的化学组成细胞生物学(全套1047张课件)1、 组成细胞膜的脂类膜脂类型磷脂糖脂胆

49、固醇1、 组成细胞膜的脂类膜脂类型膜脂的热运动方式沿膜平面的侧向运动脂分子围绕轴心的自旋运动脂分子尾部的摆动双层脂分子之间的翻转运动脂质体膜脂的热运动方式三种类型的膜脂磷脂：膜脂的基本成分（50以上）分类甘油磷脂：由甘油、脂肪酸、磷酸、胆碱或胆胺组成。鞘氨醇磷脂：由神经鞘氨醇、脂肪酸、磷酸、胆碱或胆胺组成。主要特点具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）；脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸)。三种类型的膜脂磷脂：膜脂的基本成分（50以上）糖脂含量5神经细胞糖脂含量较高胆固醇真核细胞膜含量30%糖脂细胞生物学(全

50、套1047张课件)磷脂磷脂细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)脂质体（Liposome）脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。脂质体的类型脂质体的应用研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入DNA可用于基因转移；在临床治疗中，脂质体作为药物或酶等载体。脂质体（Liposome）脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成2、膜蛋白类型膜内在蛋白与膜脂结合的方式功能去垢剂2、膜蛋白类型膜蛋白类型外周膜蛋白（外在膜蛋白）(extrinsic/peripheral membrane proteins ) 水溶性蛋白离子键或其它弱键容易分离膜蛋白类

51、型外周膜蛋白（外在膜蛋白）(extrinsic/pe内在蛋白（整合膜蛋白）(intrinsic/ integral membrane proteins) 水不溶性蛋白形成跨膜螺旋去垢剂脂锚定膜蛋白(lipid anchored protein)与脂肪酸结合质膜内侧与糖脂结合质膜外侧内在蛋白（整合膜蛋白）(intrinsic/ integra膜内在蛋白与膜脂结合的方式膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。某些膜蛋白在细胞质基质一侧的

52、半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。膜内在蛋白与膜脂结合的方式膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏细胞生物学(全套1047张课件)去垢剂去垢剂是一端亲水一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。类型离子型去垢剂：如SDS非离子型去垢剂：如Triton X - 100去垢剂去垢剂是一端亲水一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋3、膜糖类糖蛋白：N乙酰葡萄糖胺与蛋白质特定部位的丝氨酸或天冬酰胺残基以糖苷键相连。糖脂甘油醇糖脂（植物、细菌）：由甘油二酯和己糖（半乳糖、甘露糖）或脱氧葡萄糖组成。鞘氨醇糖酯：由神经鞘氨醇

53、、脂肪酸、糖类组成。3、膜糖类糖蛋白：N乙酰葡萄糖胺与蛋白质特定部位的丝氨酸或三、细胞膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；选择性的物质运输；提供细胞识别位点，完成细胞内外信息跨膜传递；为多种酶提供结合位点；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。三、细胞膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；四、膜骨架膜骨架细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构；参与维持细胞膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。四、膜骨架膜骨架红细胞的生物学特性膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。 红细胞质膜蛋白及膜

54、骨架红细胞的生物学特性细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)膜脂流动性膜脂流动性膜蛋白流动性膜蛋白流动性膜脂与糖脂的不对称性膜脂与糖脂的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性三种类型的膜脂三种类型的膜脂细胞生物学(全套1047张课件)脂质体的类型 (a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜；(d)用于疾病治疗的脂质体的示意图脂质体的类型 (a)水溶液中的磷脂分子团；细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生

55、物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)糖脂糖脂细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套1047张课件)物质的跨膜运输物质的跨膜运输跨膜运输小分子物质被动运输（passive transport）简单扩散（simple diffusion）协助扩散（facilitated diffusion）主动运输（active

56、transport）基团转位运输跨膜运输小分子物质大分子和颗粒物质：膜泡运输，批量运输胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）属于主动运输大分子和颗粒物质：膜泡运输，批量运输属于主动运输一、简单扩散特点没有膜载体的参与；不消耗能量；物质运输速率与被运输物质在膜两侧浓度梯度成正比，还与它们在水相和油相中的分配系数、电离度、分子大小等因素有关。一、简单扩散特点细胞膜的通透性可通透：疏水小分子： O2，N2， CO2，苯小的不带电荷的极性分子：H2O，尿素，甘油不可通透：大的不带电荷的极性分子：葡萄糖、蔗糖带电荷的离子： H+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-，HC

57、O3-细胞膜的通透性可通透：影响通透性的因素分子的大小、分子的极性、分子的带电性影响通透性的因素二、协助扩散特点不消耗能量；有膜转运蛋白的参与载体蛋白（carrier proteins）通透酶，介导被动运输和主动运输，扩散速率有饱和现象；通道蛋白（channel proteins）：只介导被动运输具离子选择性，转运速率高离子通道是门控的二、协助扩散特点对被运输的物质有高度选择性；运输物质：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸、细胞代谢物等细胞生物学(全套1047张课件)三、主动运输特点消耗能量，能量来自ATP水解（原始主动运输）、光能驱动、另一种物质顺电化学梯度运输所释放的能量（协同主

58、动运输）；电化学梯度=浓度梯度+电势梯度主动运输能逆电化学梯度进行；主动运输需要载体蛋白的参与。三、主动运输特点1. 原始主动运输 钠钾泵1. 原始主动运输 钠钾泵Na+-K+-ATP酶的作用原理Na+-K+-ATP酶的作用原理细胞生物学(全套1047张课件)钠钾泵对维持渗透平衡的意义钠钾泵对维持渗透平衡的意义细胞生物学(全套1047张课件)2. 协同主动运输（cotransport)动物细胞：Na+- 葡萄糖运输，Na+- 氨基酸运输植物细胞和细菌：H+- 糖、 H+-氨基酸的运输方式同向转运（symport）：物质运输方向与离子转移方向相同反向转运（antiport）：物质运输方向与离子转

59、移方向相反2. 协同主动运输（cotransport)动物细胞：Na+四、基团转位运输PEP: 磷酸烯醇丙酮酸四、基团转位运输PEP: 磷酸烯醇丙酮酸五、胞吞作用（内吞作用）原虫类的营养方式人体的防御系统 均与溶酶体融合五、胞吞作用（内吞作用）原虫类的营养方式两种方式吞噬作用（phagocytosis） ：胞吞物为大的颗粒性物质（微生物和细胞碎片），形成的囊泡较大。胞饮作用（pinocytosis） ：胞吞物为溶液，形成的囊泡较小。受体介导的内吞作用两种方式六、胞吐作用（外排作用）组成型外排途径（constitutive exocytosis pathway）所有真核细胞；连续分泌过程；用于质

60、膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）。途径：糙面内质网高尔基体分泌泡细胞表面 六、胞吐作用（外排作用）组成型外排途径（constituti调节型外排途径（regulated exocytosis pathway）特化的分泌细胞；产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）；具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定。调节型外排途径（regulated exocytosis p膜流：动态过程，对质膜更新和维持细胞的生存和生长是必要的。膜流：动态过程，对质膜更新和维持细胞的生存和生长是必要的。细胞生物学(全套1047张课件)细胞生物学(全套10