2019细胞生物学教案.pdf
1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 : 是 在 显 微 、 亚 显 微 与 分 子 水 平 等 不 同 层 次 上 研 究 细 胞 结 构 、 功 能 及生 命 活 动 规 律 的 科 学 。细 胞 生 物 学 研 究 的 对 象 是 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 生 物 学 研 究 的 主 要 内 容 是 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 、 起 源 与 进 化 、 兴 奋 与 运 动 以 及 细 胞 的 传 递 等 。细 胞 生 物 学 不 同 于 细 胞 学 主 要 表 现 在 : 第 一 , 深 刻 性 。 它 从 细 胞 整 体 结 构 , 超 微结 构 和 分 子 结 构 对 细 胞 进 行 剖 析 , 并 把 细 胞 生 命 活 动 同 分 子 水 平 和 超 分 子 水 平 联 系 起来 。 第 二 , 综 合 性 。 这 所 研 究 的 内 容 广 泛 涉 及 到 许 多 学 科 领 域 , 同 生 理 学 、 遗 传 学 、生 物 化 学 、 发 育 生 物 学 等 融 合 到 一 起 。二 、 细 胞 生 物 学 的 主 要 研 究 内 容大 致 可 分 为 以 下 几 个 方 面 :(一 )细 胞 核 、 染 色 体 以 及 基 因 表 达 的 研 究(二 )生 物 膜 与 细 胞 器 的 研 究(三 )细 胞 骨 架 体 系 的 研 究(四 )细 胞 增 殖 及 其 调 控( 五 )细 胞 分 化 及 其 调 控(六 )细 胞 的 衰 老 与 程 序 死 亡(七 )细 胞 的 起 源 进 化(八 )细 胞 工 程三 、 当 前 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 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 表 达 的 ?2、 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 ?3、 基 因 表 达 的 产 物 如 何 调 节 细 胞 最 重 要 的 生 命 活 动 过 程 的 ?( 二 ) 当 前 细 胞 基 本 生 命 活 动 研 究 的 若 干 重 大 课 题1、 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 。2、 细 胞 增 殖 、 分 化 、 凋 亡 ( 程 序 性 死 亡 ) 的 相 互 关 系 及 调 控3、 细 胞 信 号 传 导 的 研 究4、 细 胞 结 构 体 系 的 装 配第 二 节 细 胞 学 与 细 胞 生 物 学 发 展 简 史一 、 细 胞 的 发 现英 国 学 者 胡 克 于 1665年 制 造 了 第 一 台 有 科 研 价 值 的 显 微 镜 , 第 一 次 描 述 了 植 物 细胞 的 构 造 , 细 胞 的 发 现 是 在 1665年 。 16771683年 , 荷 兰 人 列 文 胡 克 用 自 己 设 计 好 的显 微 镜 第 一 次 观 察 到 活 细 胞 。二 、 细 胞 学 说 的 建 立 及 其 意 义2建 立 : 18381839年 德 国 植 物 学 家 施 莱 登 和 动 物 学 家 施 旺 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 , 这 就 是 著 名 的 “细 胞 学 说 ”。第 二 章 细 胞 基 本 知 识 概 要第 一 节 细 胞 的 基 本 概 念一 、 细 胞 是 生 命 活 动 的 基 本 单 位细 胞 是 有 膜 包 围 的 能 进 行 独 立 繁 殖 的 最 小 原 生 质 团 , 简 单 地 说 细 胞 是 生 命 活 动 的 基 本单 位 。 可 以 从 以 下 角 度 去 理 解 : 细 胞 是 构 成 有 机 体 的 基 本 单 位 ; 细 胞 具 有 独 立 完整 的 代 谢 体 系 , 是 代 谢 与 功 能 的 基 本 单 位 ; 细 胞 是 有 机 体 生 长 与 发 育 的 基 础 ; 细 胞 具 有 遗 传 的 全 能 性 , 即 具 有 一 套 基 因 组 (基 因 组 是 指 一 种 生 物 的 基 本 染 色 体 套 即单 个 配 子 内 所 含 有 的 全 部 基 因 , 在 原 核 生 物 中 即 是 一 个 连 锁 群 中 所 含 的 全 部 遗 传 信息 )。 没 有 细 胞 就 没 有 完 整 的 生 命 。二 、 细 胞 概 念 的 思 考三 、 细 胞 的 基 本 共 性组 成 细 胞 的 基 本 化 学 元 素 是 相 同 的 , 并 由 这 些 元 素 构 成 无 机 与 有 机 化 合 物 。 生 物膜 体 系 与 遗 传 信 息 的 复 制 与 表 达 体 系 是 构 建 细 胞 所 必 需 的 。细 胞 的 基 本 共 性 有 : 所 有 细 胞 都 有 细 胞 膜 ; 所 有 细 胞 都 有 DNA 与 RNA; 细胞 都 有 核 糖 体 ; 细 胞 都 以 一 分 为 二 的 方 式 分 裂 增 殖 。第 二 节 病 毒一 、 病 毒 的 基 本 知 识病 毒 是 由 一 个 核 酸 分 子 (DNA 或 RNA)与 蛋 白 质 构 成 的 非 细 胞 形 态 的 生 命 体 。 类 病毒 仅 由 一 个 有 感 染 性 的 RNA构 成 。 朊 病 毒 仅 由 有 感 染 性 的 蛋 白 质 构 成 。 病 毒 是 完 全 的寄 生 物 。 根 据 核 酸 类 型 不 同 , 病 毒 可 分 为 DNA 病 毒 与 RNA病 毒 。 依 据 宿 主 可 分 为 动 物病 毒 、 植 物 病 毒 和 噬 菌 体 等 。二 、 病 毒 在 细 胞 内 的 增 殖 ( 复 制 )病 毒 在 细 胞 内 的 增 殖 又 叫 复 制 。 其 复 制 过 程 大 致 可 分 为 : 1.侵 染 ; 2.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 ; 3.装 配 、 成 熟 与 释 放 。三 、 病 毒 与 细 胞 在 起 源 和 进 化 中 的 关 系病 毒 可 能 是 细 胞 在 特 定 条 件 下 “扔 出 ”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 的 细 胞 内 环 境 中 才 能 进 行 复 制 与 转录 。第 三 节 原 核 细 胞 与 古 核 细 胞种 类 繁 多 的 细 胞 可 以 分 为 原 核 细 胞 与 真 核 细 胞 两 类 大 类 。近 年 有 些 生 物 学 家 建 议 将 生 物 划 分 原 核 生 物 、 古 核 生 物 和 真 核 生 物 三 大 界 , 将细 胞 相 应 分 为 三 大 类 型 : 原 核 细 胞 、 古 核 细 胞 与 真 核 细 胞 。原 核 细 胞 无 典 型 的 细 胞 核 , 其 基 本 特 点 : 遗 传 物 质 仅 由 一 个 裸 露 的 环 状 DNA构 成 ; 细 胞 内 没 有 分 化 出 以 膜 为 基 础 的 细 胞 器 与 细 胞 核 膜 。原 核 细 胞 大 约 出 现 在 35亿 年 前 , 包 括 支 原 体 、 衣 原 体 、 立 克 次 体 、 细 菌 、 放 线菌 及 蓝 藻 (蓝 细 菌 )等 6类 。3一 、 支 原 体支 原 体 是 目 前 发 现 的 最 小 、 最 简 单 的 细 胞 , 直 径 只 有 0.10.3m,能 在 体 外 生 长 ,也 能 寄 生 在 细 胞 内 。二 、 原 核 细 胞 的 两 个 代 表 细 菌 和 蓝 藻( 一 ) 细 菌细 菌 有 3种 形 态 : 球 菌 、 杆 菌 、 螺 旋 菌 。进 化 上 , 细 菌 又 可 分 为 原 细 菌 ( 古 细 菌 ) 与 真 细 菌 两 类 大 类 。1、 细 菌 细 胞 的 核 区 与 基 因 :一 个 环 状 的 DNA分 子 盘 绕 在 核 区 , 没 有 或 有 极 少 的 组 蛋 白 , 无 明 显 的 Feulgen正反 应 。 DNA复 制 不 受 细 胞 分 裂 周 期 的 限 制 , 可 以 连 续 进 行 , 且 DNA复 制 、 RNA转 录 、蛋 白 质 翻 译 可 以 同 时 进 行 ,这 是 细 菌 乃 至 整 个 原 核 细 胞 器 与 真 核 细 胞 最 显 著 的 差 异 之一 。2、 细 菌 细 胞 的 表 面 结 构 :主 要 指 细 胞 膜 、 细 胞 壁 及 其 特 化 结 构 (中 膜 体 、 荚 膜 、 鞭 毛 等 )。 细 胞 膜 是 细 胞 表 面的 重 要 结 构 。细 胞 膜 的 功 能 包 括 : 选 择 性 地 物 质 运 输 ; 细 菌 细 胞 膜 含 有 丰 富 的 酶 系 , 执 行重 要 的 代 谢 功 能 。中 膜 体 由 细 胞 膜 内 陷 形 成 , 可 能 起 DNA复 制 的 支 点 作 用 。细 胞 壁 的 共 同 成 分 是 肽 聚 糖 , 革 兰 氏 阳 性 菌 与 阴 性 菌 细 胞 壁 成 分 与 结 构 差 异 明 显 。荚 膜 是 某 些 细 菌 表 面 的 特 殊 结 构 , 是 位 于 细 胞 壁 表 面 的 一 层 粘 液 物 质 。鞭 毛 是 某 些 细 菌 的 运 动 器 官 , 结 构 简 单 。3、 细 菌 细 胞 的 核 糖 体核 糖 体 的 沉 降 系 数 为 70S, 由 50S大 亚 单 位 和 30S亚 单 位 组 成 。 大 亚 单 位 含 有 23SrRNA, 5S rRNA和 30多 种 蛋 白 质 , 对 红 霉 素 与 氯 霉 素 敏 感 ; 小 亚 单 位 含 有 16S rRNA与20多 种 蛋 白 质 , 对 四 环 素 与 链 霉 素 敏 感 。4、 细 菌 细 胞 核 外 DNA核 外 DNA: 质 粒 。 裸 露 的 环 状 DNA, 能 自 我 复 制 , 并 可 整 合 到 核 DNA中 。5、 细 菌 细 胞 的 内 生 孢 子又 称 芽 孢 , 是 对 不 良 环 境 有 强 抵 抗 力 的 休 眠 体 。内 生 孢 子 : 细 菌 细 胞 内 的 重 要 物 质 (特 别 是 DNA), 积 聚 在 细 胞 的 一 端 , 形 成 致 密体 , 可 度 过 恶 劣 环 境 。细 菌 的 增 殖 为 直 接 分 裂 。( 二 ) 蓝 藻又 称 蓝 细 菌 , 是 原 核 生 物 , 又 是 最 简 单 的 自 养 植 物 类 型 之 一 。蓝 藻 含 有 丰 富 的 色 素 , 可 进 行 类 似 高 等 植 物 的 光 合 作 用 。中 央 相 当 于 细 菌 的 核 区 ; 光 合 作 用 片 层 由 藻 胆 蛋 白 构 成 , 将 光 能 传 递 给 叶 绿 素 a;细 胞 质 内 含 物 有 的 是 储 存 的 养 料 , 有 的 功 能 不 详 ; 细 胞 膜 外 有 细 胞 壁 和 胶 质 层 (鞘 )。4三 、 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 : 细 胞 膜 系 统 的 分 化 演 变 ; 遗 传 信 息 量 与 遗传 装 置 的 扩 增 与 复 杂 化 。 由 于 上 述 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 细 胞 骨 架 。二 者 的 区 别 可 分 为 两 部 分 进 行 比 较 : 结 构 与 功 能 比 较 : 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 架 又 保 证 了 细 胞 形 态 的 合 理 排 布 与 执 行 功 能 的 有 序 性 (P36 表 2-2)。 细 胞 遗 传 装 置 与 基 因 表 达 方 式 的 比 较 : 核 膜 使 扩 增 了 的 遗 传 信 息 与 复 杂 的 遗 传 装 置相 对 独 立 , 使 基 因 表 达 的 程 序 有 严 格 的 阶 段 性 与 区 域 性 (P36表 2-3 )。四 、 古 核 细 胞 ( 古 细 菌 )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 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 一 些 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 :( 1) 古 细 菌 的 细 胞 壁 成 分 与 真 核 细 胞 一 样 ;( 2) 古 核 细 胞 DNA中 有 重 复 序 列 的 存 在 ;( 3) 具 有 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 素 的 反 应 看 , 应 更 类 似 真 核细 胞 的 核 糖 体 ;( 5) 根 据 对 5SrRNA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 甚 远 。第 四 节 真 核 细 胞 的 基 本 知 识 概 要一 、 真 核 细 胞 的 基 本 结 构 体 系1、 生 物 膜 系 统细 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 。以 生 物 膜 系 统 为 基 础 形 成 了 各 种 细 胞 器 。 线 粒 体 、 叶 绿 体 、 内 质 网 、 高 尔 基 体 及溶 酶 体 等 。2、 遗 传 信 息 表 达 结 构 系 统由 DNA蛋 白 质 与 RNA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 的 基 础 结 构 存 在 。 包 括 染 色 质 , 核 仁 、 核 糖 体 等 。3、 细 胞 骨 架 系 统细 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 。二 、 细 胞 大 水 及 其 分 析细 胞 体 积 的 守 恒 规 律 。三 、 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 。四 、 植 物 细 胞 与 动 物 细 胞 的 比 较植 物 细 胞 特 有 的 细 胞 器 : 细 胞 壁 ( 主 要 成 分 是 纤 维 素 ) 、 液 泡 、 叶 绿 体 等 ; 而动 物 细 胞 的 中 心 粒 在 植 物 细 胞 中 不 常 见 到 。第 三 章 细 胞 生 物 学 研 究 方 法5第 一 节 细 胞 形 态 结 构 的 观 察 方 法一 、 光 学 显 微 镜 技 术1、 普 通 复 式 光 学 显 微 镜 技 术普 通 光 学 显 微 镜 ( 最 大 分 辨 率 为 0.2m) , 主 要 由 三 部 分 组 成 : 光 学 放 大 系 统 ,即 目 镜 和 物 镜 ; 照 明 系 统 ; 机 械 和 支 架 系 统 。显 微 镜 的 性 能 优 劣 决 定 于 它 的 分 辨 率 。 分 辨 率 是 指 显 微 镜 区 分 开 相 近 两 点 的 能 力 。2、 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 光 和 诱 发 荧 光 , 可 以 对 某 些 生物 大 分 子 进 行 定 性 和 定 位 研 究 。 不 仅 可 以 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 。3、 激 光 共 焦 点 扫 描 显 微 镜 技 术共 焦 点 是 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 显 著 提 高 分 辨 率 。 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 相 位 差 。 相差 显 微 镜 的 基 本 原 理 把 光 程 差 变 成 振 幅 差 (即 明 暗 )。 从 而 提 高 样 品 反 差 , 故 样 品 不 需染 色 , 适 合 观 察 活 细 胞 。 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 最 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 , 并 具 有 立 体 感 , 可 作 于 研 究 活体 细 胞 中 较 大 的 细 胞 器 。录 像 增 差 显 微 镜 技 术 在 一 定 程 度 上 可 以 填 补 光 镜 与 电 镜 之 间 分 辨 率 上 的 间 隙 。二 、 电 子 显 微 镜 技 术( 一 ) 电 子 显 微 镜 基 本 知 识分 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 镜 的 分 辨 率 常 是 超 薄 切 片 厚 度 的 1/10, 它 的 分 辨 率 可 达 0.2nm, 其 放 大 倍 数 为 106倍 。电 镜 的 基 本 构 造 包 括 : 电 子 束 照 明 系 统 ; 电 磁 透 镜 成 像 系 统 ; 真 空 系 统 ; 记 录 系 统 ; 电 源 系 统 。 ( P52表 3-1)( 二 ) 主 要 电 镜 制 样 技 术 介 绍 人样 品 制 备 技 术 的 特 殊 要 求 : 样 品 要 薄 ; 更 好 地 保 持 样 品 的 精 细 结 构 ; 样 品具 有 一 定 的 反 差 。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 。 负 染 色 技 术 ; 冷 冻 断 裂 和 冷 冻 蚀 刻 电 镜 技 术 技 术 ; 电 镜 三 维 重 构 技术 ; 扫 描 电 镜 技 术 ( SEM) 是 观 察 细 胞 表 面 形 的 有 力 工 具 。三 、 扫 描 隧 道 显 微 镜 (STM)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 独 特 的优 越 性 。STM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 件 下工 作 ; 非 破 坏 性 测 量 。第 二 节 细 胞 组 分 的 分 析 方 法细 胞 成 分 分 析 和 形 态 学 观 察 相 结 合 , 可 揭 示 生 物 大 分 子 在 细 胞 内 的 构 建 及 功 能 。6一 、 用 超 速 离 心 技 术 分 离 细 胞 器 与 生 物 大 分 子 及 其 复 合 物利 用 多 种 方 法 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 种 亚 细 胞 组 分 和 各 种 颗 粒 分 开 。差 速 离 心 与 密 度 离 心 相 结 合 可 以 达 到 精 确 的 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 常 以 沉 降 系 数 S来表 示 (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 )。二 、 细 胞 内 核 酸 、 蛋 白 质 、 酶 、 糖 类 、 脂 质 等 到 的 显 色 方 法原 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 应 的 部 位 和 颜 色 的 深 浅 来 断 某 种 物 质 在 细 胞 内 的 分 布 与 含 量 。福 尔 根 (Feulgen)反 应 可 特 异 显 示 DNA的 存 在 部 位 。PAS反 应 可 确 定 多 糖 的 存 在 。四 氧 化 锇 可 证 明 脂 肪 滴 的 存 在 。 苏 丹 和 苏 丹 黑 也 常 用 于 脂 肪 的 鉴 定 。米 伦 反 应 及 重 氮 反 应 等 用 来 测 定 蛋 白 质 。检 测 和 定 位 酶 的 技 术 是 基 于 细 胞 或 组 织 切 片 与 适 宜 底 物 共 同 孵 育 , 通 过 一 定 方 法使 产 物 显 示 出 来 。 例 如 检 测 碱 性 磷 酸 酶 的 格 莫 瑞 方 法 。三 、 特 异 蛋 白 质 抗 原 的 定 位 与 定 性免 疫 荧 光 和 免 疫 电 镜 是 最 常 用 的 细 胞 内 蛋 白 质 定 位 技 术 。1、 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 相 结 合 研 究 特 异 蛋 白 质 抗 原 在细 胞 内 分 布 的 方 法 。2、 免 疫 电 镜 技 术免 疫 电 镜 技 术 使 特 异 蛋 白 的 定 位 与 超 微 结 构 结 合 起 来 , 使 抗 原 定 位 更 准 确 。如 蛋 白 分 泌 的 研 究 胞 内 酶 的 研 究 ; 一 些 结 构 蛋 白 的 研 究 。四 、 细 胞 内 特 异 核 酸 的 定 位 与 定 性1、 原 位 杂 交 技 术用 标 记 的 核 酸 探 针 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 。2、 Southern技 术 ( 了 解 )蛋 白 样 品 经 电 泳 后 , 与 DNA探 针 进 行 吸 附 , 与 DNA有 亲 合 作 用 的 蛋 白 带 被 显 示 出来 。五 、 利 用 放 射 性 标 记 技 术 研 究 生 物 大 分 子 在 细 胞 内 的 合 成 动 态放 射 自 显 影 技 术 是 利 用 放 射 性 同 位 素 的 电 离 辐 射 对 乳 胶 的 感 光 作 用 , 对 样 品 中 放射 性 标 记 物 进 行 定 性 与 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 的 大 分 子 前 体 的 掺 入 和 细 胞 内同 位 素 所 在 位 置 的 显 示 。基 本 步 骤 为 : 掺 入 、 制 片 、 敷 胶 、 曝 光 、 显 影 、 镜 检 。六 、 定 量 细 胞 化 学 分 析 技 术1、 显 微 分 光 光 度 测 定 技 术根 据 细 胞 内 某 些 物 质 对 光 谱 吸 收 的 原 理 , 来 测 定 这 些 物 质 ( 如 核 酸 与 蛋 白 质 等 )在 细 胞 内 的 含 量 。72、 流 式 细 胞 仪可 定 量 地 测 定 某 一 细 胞 中 的 DNA、 RNA或 某 一 特 异 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 。第 三 节 细 胞 培 养 、 细 胞 工 程 与 显 微 操 作 技 术一 、 细 胞 培 养细 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 或 直 接 以 单 细 胞生 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 。( 一 ) 动 物 细 胞 培 养从 机 体 取 出 立 即 培 养 的 细 胞 叫 原 代 细 胞 。 适 应 在 培 养 条 件 下 持 续 传 代 培 养 的 细胞 为 传 代 细 胞 。通 过 纯 系 化 或 选 择 法 从 原 代 培 养 细 胞 中 分 离 出 来 的 细 胞 群 体 叫 细 胞 株 , 细 胞 分裂 周 期 约 限 于 5060次 。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 。( 二 ) 植 物 细 胞 培 养单 倍 体 细 胞 培 养 。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 植 株 。( 三 ) 非 细 胞 体 系 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 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 。二 、 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 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 细 胞 工 程 。细 胞 工 程 所 使 用 的 技 术 主 要 是 细 胞 培 养 、 细 胞 分 化 的 定 向 诱 导 、 细 胞 融 合 和 显 微注 射 等 。( 一 ) 细 胞 融 合 与 细 胞 杂 交 技 术真 核 生 物 的 体 细 胞 经 过 培 养 , 两 个 或 多 个 细 胞 融 合 成 一 个 双 核 或 多 核 细 胞 的 过程 叫 细 胞 融 合 。动 物 细 胞 融 合 一 般 要 用 灭 活 的 病 毒 (如 仙 台 病 毒 )或 化 学 物 质 (如 聚 乙 二 醇 , 即 PEG)介 导 ; 植 物 细 胞 融 合 时 , 要 用 纤 维 素 酶 去 掉 纤 维 素 壁 。20世 纪 80年 代 又 发 明 了 电 融 合 技 术 。细 胞 融 合 可 以 在 基 因 型 相 同 的 细 胞 间 进 行 , 也 可 以 在 基 因 型 不 同 的 种 内 细 胞 间 甚至 种 间 细 胞 间 进 行 。( 二 ) 单 克 隆 抗 体 技 术1975年 英 国 学 者 Milestein等 开 创 了 将 产 生 抗 体 的 单 个 细 胞 同 瘤 细 胞 杂 交 的 技 术 。他 们 的 设 计 是 经 绵 羊 红 细 胞 免 疫 过 的 小 鼠 脾 细 胞 (B淋 巴 细 胞 )与 骨 髓 瘤 细 胞 融 合 , 融合 的 杂 交 瘤 具 有 两 种 亲 本 细 胞 的 特 性 既 可 分 泌 抗 绵 羊 红 细 胞 的 抗 体 , 又 可 无 限 增 殖 。学 者 们 纷 纷 利 用 这 一 技 术 来 制 备 针 对 不 同 抗 原 的 高 度 纯 一 的 单 克 隆 抗 体 。单 克 隆 抗 体 就 是 单 个 杂 交 瘤 细 胞 增 殖 产 生 的 克 隆 细 胞 群 分 泌 的 高 度 纯 一 的 抗 体 。( 三 ) 细 胞 折 合 与 显 微 操 作 技 术细 胞 拆 合 就 是 把 细 胞 核 与 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 。8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 。第 四 章 细 胞 膜 与 细 胞 表 面第 一 节 细 胞 膜 与 细 胞 表 面 特 化 结 构细 胞 膜 又 称 质 膜 , 是 围 绕 在 细 胞 最 外 层 , 由 膜 脂 和 膜 蛋 白 构 成 。一 、 细 胞 膜 的 结 构 模 型1925年 Gorter等 人 提 出 质 膜 由 双 层 脂 分 子 构 成 。1935年 Danielli和 Davson提 出 三 夹 板 模 型 。1959年 Robertson提 出 单 位 膜 模 型 。1972年 Singer和 Nicolson提 出 流 动 镶 嵌 模 型 。 该 模 型 主 要 强 调 膜 的 流 动 性 ; 膜 蛋白 的 分 布 不 对 称 性 ; 这 是 生 物 膜 的 基 本 特 征 。根 据 已 有 的 实 验 结 果 , 生 物 膜 具 有 如 下 共 同 特 征 : 膜 的 基 本 结 构 由 脂 双 分 子 层镶 嵌 蛋 白 质 构 成 , 双 层 脂 分 子 以 疏 水 性 尾 部 相 对 , 极 性 头 部 朝 向 水 相 。 蛋 白 质 分 子以 不 同 的 方 式 镶 嵌 在 脂 双 分 子 层 中 或 结 合 在 其 表 面 , 其 分 布 的 不 对 称 性 和 与 脂 分 子 的协 同 作 用 使 生 物 膜 具 有 各 自 的 特 性 与 功 能 。 生 物 膜 可 看 成 是 蛋 白 质 在 双 层 脂 分 子 中的 二 维 溶 液 。二 、 膜 脂( 一 ) 成 分膜 脂 主 要 包 括 磷 脂 、 糖 脂 、 胆 固 醇 三 种 类 型 。1、 磷 脂 :磷 脂 构 成 了 膜 脂 的 基 本 成 分 , 分 为 甘 油 磷 脂 和 鞘 磷 脂 。由 极 性 头 部 和 两 条 疏 水 尾 部 组 成 , 为 双 极 性 分 子 。2、 糖 脂 :为 鞘 氨 醇 的 衍 生 物 。 含 17个 糖 残 基 。3、 胆 固 醇 和 中 性 脂 质 :胆 固 醇 主 要 存 在 于 动 物 细 胞 , 可 调 节 膜 的 流 动 性 、 增 加 膜 的 稳 定 性 及 降 低 水 溶 性物 质 的 通 透 性 。 某 些 细 菌 含 有 中 性 脂 类 。( 二 ) 膜 脂 的 运 动 方 式膜 脂 分 子 的 热 运 动 方 式 : 1、 侧 向 运 动 ; 2、 自 旋 运 动 ; 3、 尾 部 摆 动 ; 4、 翻 转 运 动 。三 、 膜 蛋 白( 一 ) 类 型膜 蛋 白 可 分 为 两 类 : 膜 周 边 蛋 白 和 膜 内 在 蛋 白 。 外 在 膜 蛋 白 为 水 溶 性 蛋 白 , 分布 在 膜 表 面 , 与 膜 结 合 较 疏 松 , 用 温 和 的 方 法 就 可 从 膜 上 分 离 下 来 , 膜 结 构 并 不 被 破坏 。 内 在 蛋 白 多 为 跨 膜 蛋 白 , 也 有 些 插 入 脂 双 层 中 , 与 脂 双 层 分 子 结 合 紧 密 。 只 有 用去 垢 剂 使 膜 崩 解 后 才 可 分 离 出 。( 二 ) 膜 内 在 蛋 白 与 膜 脂 结 合 的 方 式与 膜 结 合 的 主 要 方 式 有 3种 。 内 在 膜 蛋 白 跨 膜 结 构 域 是 与 膜 脂 结 合 的 主 要 部 位 。具 体 作 用 方 式 为 : 跨 膜 结 构 域 含 有 20个 左 右 的 疏 水 氨 基 酸 残 基 形 成 螺 旋 , 其 外部 疏 水 侧 链 通 过 范 德 华 力 与 脂 双 层 分 相 互 作 用 。 某 些 螺 旋 的 外 侧 是 非 极 性 链 ,内 侧 极 性 链 , 形 成 特 异 极 性 分 子 的 跨 膜 通 道 。 某 些 跨 膜 蛋 白 的 跨 膜 结 构 域 常 常 仅 有1012个 氨 基 酸 残 基 形 成 折 叠 结 构 。9( 三 ) 去 垢 剂是 分 离 与 研 究 膜 蛋 白 的 常 用 试 剂 , 可 使 细 胞 膜 分 解 。去 垢 剂 有 离 子 型 去 垢 剂 (如 SDS)和 非 离 子 去 垢 剂 (Triton x100)。四 、 膜 的 流 动 性( 一 ) 膜 脂 的 流 动膜 脂 的 流 动 性 主 要 指 脂 分 子 的 侧 向 运 动 。( 二 ) 膜 蛋 白 的 流 动五 、 膜 的 不 对 称 性( 一 ) 细 胞 膜 各 部 分 的 名 称( 二 ) 膜 脂 的 不 对 称 性是 指 膜 脂 分 子 在 膜 的 脂 双 层 中 呈 不 均 匀 分 布 。 糖 脂 的 分 布 表 现 出 完 全 不 对 称性 。( 三 ) 膜 蛋 白 的 不 对 称 性膜 蛋 白 的 不 对 称 性 是 指 每 种 膜 蛋 白 分 子 在 细 胞 膜 上 都 具 有 明 确 的 方 向 性 。各 种 生 物 膜 的 特 征 及 其 生 物 学 功 能 主 要 由 膜 蛋 白 来 决 定 的 。六 、 细 胞 膜 的 功 能细 胞 质 膜 的 主 要 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 并 伴 随 着 能 量 的 传 递 ; 细 胞 识 别 与 信 息 传 递 ; 为 多 种 酶 提 供 结 合 位 点 ; 介 导 细 胞 与 细 胞 、 细 胞 与 基 质 这 间 的 连 接 ; 参 与 形 成 细 胞 表 面 特 化 结 构 。七 、 膜 骨 架 与 细 胞 表 面 的 特 化 结 构细 胞 表 面 的 特 化 结 构 包 括 膜 骨 架 、 鞭 毛 、 纤 毛 、 变 形 足 和 微 绒 毛 等 , 它 们 都 是 细胞 质 膜 与 膜 内 细 胸 骨 架 纤 维 形 成 的 复 合 结 构 , 分 别 于 维 持 细 胞 的 形 态 、 细 胞 的 运 动 、细 胞 与 环 境 的 物 质 交 换 等 功 能 有 关 。( 一 ) 膜 骨 架膜 骨 架 是 指 细 胞 质 膜 下 与 膜 蛋 白 相 连 的 由 纤 维 蛋 白 组 成 的 网 架 结 构 , 它 参 与 维 持细 胞 质 膜 的 形 状 并 协 助 完 成 多 种 功 能 。红 细 胞 的 膜 骨 架 成 分 主 要 包 括 : 血 影 蛋 白 、 肌 动 蛋 白 、 锚 蛋 白 、 带 4.1蛋 白 等 。(二 )红 细 胞 质 膜 蛋 白 及 膜 骨 架膜 骨 架 蛋 白 网 络 与 细 胞 膜 之 间 的 连 接 主 要 通 过 锚 蛋 白 。 此 外 , 带 4