细胞生物学考研笔记(共69页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 绪 论一、细胞生物学概况二、细胞生物学简史三、细胞生物学研究内容四、细胞生物学学习方法一、细胞生物学概况(P1)1、什么是细胞生物学?细胞生物学(cell biology)是研究细胞基本生命活动规律的科学,是现代生命科学的重要基础学科之一;它从显微、亚显微和分子三个层次以动态的观点来研究细胞和细胞器结构与功能,探讨细胞的各种生命活动规律。2、细胞是所有生物体(不包括病毒)一切生命活动的基本单位具有自我复制、自我装配和自我调控的能力,通过与外界物质和信息交流,保持自身动态平衡。病毒、生物大分子和细胞的关系“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找”“一切生命的关键问
2、题都要到细胞中去寻找”3、细胞生物学分支细胞形态学 细胞遗传学 细胞化学 细胞生理学 细胞分类学 细胞免疫学二、细胞生物学发展简史(P8)五个阶段1、细胞的发现1665年 Robert Hooke(英)(30)“cellar”cell1677年Leeuwen Hoek(荷兰)(300)活细胞观察,第一次观察到原生动物、人类和 动物的精子。2、细胞学说的建立18381839 Schleiden和Schwann(德)分别提出了细胞学说(cell theory);基本内容:所有生物都是由一个或者多个细胞构成的;细胞是生命的基本单位。1858年Rodulf Virchow(德)对细胞学说进行了重要补充
3、:细胞只能来自细胞。意义:19世纪自然科学三大发现之一; 现代生物学三大基石之一。3、细胞学经典时期19世纪的后25年(P9)原生质理论的提出:protoplasm 1861年,Max Schultze: 有机体的单位是一小团原生质,这种物质在一般有机体是相似的。细胞分裂的研究:有丝、减数分裂;重要细胞器的发现。4、实验细胞学及发展(19001953)(P10)experimental cytology用实验的手段研究细胞学的问题,即从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学及遗传发育机理的研究。细胞遗传学 细胞生理学 细胞化学5、细胞生物学学科形成、发展(20世纪50年代)(P12)1953年
4、DNA结构的发现分子生物学诞生;1965年,DPDerobetis将普通细胞学改为细胞生物学,标志着细胞生物学的诞生。新研究技术手段的促进:电子显微镜、超薄切片、扫描隧道显微镜、细胞化学、分子生物学80年代:分子细胞生物学(Molecular Cell Biology)细胞生物学发展历史(总结)1、细胞的发现、细胞学说的创立(16651874);2、细胞学的经典时期(18751900);3、实验细胞学时期(19001953);4、细胞生物学的诞生和发展(1953)三、细胞生物学的研究内容(P2)1、膜学和细胞器学生物膜细胞质膜和细胞内膜的总称,细胞物质交换、能量转换、信息交流的关键功能部位。细
5、胞器学探讨细胞器的结构和功能2、核学和染色体学细胞生物学、分子遗传学、发育生物学共同关注的焦点之一,研究染色体结构动态变化与基因表达及其调控的关系。3、细胞骨架体系4、细胞分裂和细胞分化5、细胞凋亡6、细胞工程学四、细胞生物学学习方法1、细胞是生命结构和功能的基本单位,细胞生物学在生命科学研究领域具有重要地位;2、明确细胞的结构和功能的一致性;3、从显微、亚微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能;4、和多学科知识相结合,同分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等课程紧密联系;5、注意细胞生物学各章节之间内容的相互关联;6、关注学科前沿;关注新技术方法进展;学习一点科技史。本 章 完一、细胞生物学
6、概况二、细胞生物学简史三、细胞生物学研究内容四、细胞生物学学习方法一、光学显微技术(P49)1、普通复式光学显微镜技术组成:光学放大系统、照明系统、机械系统;性能参数:放大倍数、分辨力、清晰度、焦点深度、镜像亮度等,其中最重要的是分辨力。分辨力(分辨率、分辨本领):能分辨两个物点之间最短距离的能力。该距离越小,则分辨力越高。显微镜的分辨力计算公式:普通光镜分辨极限最大值140;最小波长450nm; N最大值1.5;因此普通光镜的分辨力极限为0.2微米,此数值亦为显微水平和亚微水平的分界点。普通光镜有效放大倍数(经验值)物镜最大镜口率1000提高光学显微镜分辨力的手段a、缩短照明光线波长;b、应
7、用特殊光学效应,增强反差。显微镜技术和计算机技术结合倒置显微镜2、荧光显微镜技术(P49)(fluorescence microscopy)原理:以紫外光为光源,激发标本中的荧光物质产生荧光,从而对某些物质进行定性和定位分析。荧光种类: 自发荧光:细胞内某些天然物质被UV激发产生的荧光,如叶绿素产生血红色荧光。 诱发荧光:细胞中加入荧光染料,与特定成分结 合,经过UV照射发出荧光。荧光显微镜的工作原理Olympus BX51荧光显微镜3、激光共聚焦扫描显微镜(P50)(laser scanning confocal microscope,LSCM)4、相差和微分干涉显微镜技术(P50)相差显微
8、镜:phase contrast microscope, Ph ) 1935年荷兰物理学家Frits Zernicke发明了相差显微镜,它利用光的衍射和干涉原理,将人眼无法感受到的光的相位差转换成为人眼可以感受到的振幅差,从而将无色透明物体中的细节表现为明与暗的对比,适合观察活细胞和未染色的样品 。 普通光学显微镜相差显微镜微分干涉显微镜(P51)(differentialinterference microscope ,DIM)DIM获得的反差取决于光线穿过样品折射率变化的速率。样品边缘结构反差增大(相对小的距离内折射率发生明显变化)。Nomarski microscope二、电子显微镜技术
9、(P51)1、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)电子显微镜是模仿光学显微镜的工作原理,用电子束来代替可见光束,用电磁线圈代替玻璃透镜汇聚电子束,通过荧光屏或者胶片捕获图像的观察工具,理论分辨率可达0.2nm 。HITACHI H-8100透射电子显微镜电子显微镜基本构造(P52)电子显微镜基本构造电子显微镜基本构造电子显微镜基本构造超薄切片制备2、透射电镜特点“照明”光源电子束放大倍数调节方式改变磁透镜电流强度高电压工作几万十几万伏内部高真空104托样品厚度90nm电子穿透力有限,产热标本染色技术不同重金属盐(正染,负染)冰冻蚀刻(冰冻断
10、裂)技术 freezeetching(freezefracture)样品于-190快速冰冻在真空中用冷却刀切割撕裂真空中冰升华暴露出的断裂面喷碳膜或者碳-铂膜(表面复型膜)用有机溶剂或酶去除样品将膜金属喷镀后在电镜下观察2、扫描电子显微镜(P58)(scanning electron microscope,SEM)SEM发明于1965年,它是利用电子束扫描样品表面,再通过检测样品表面逐点散发的二次电子,将样品表面的形貌逐点成像并合成为放大的图像。 PHILIPS XL20扫描电子显微镜扫描电镜的特点:可观察较大较厚的样品;景深大,获得的是清晰逼真的三维立体图像;放大倍数在2020万倍间连续变换
11、,无需多次聚焦;样品可在样品室内多方位移动和转动;分辨力不太高:310nm只能观察标本表面,不能观察内部。3、扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)(P59)1981年发明的用于探测微观世界物质表面形貌的仪器。利用量子力学中的隧道效应。扫描隧道电镜下的DNA双螺旋STM的特点:具有原子尺度的高分辨本领;真空、大气、液体环境中都能工作,不接触样品,保持样品原貌。原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)第二节 细胞组分的分析方法一、超速离心技术(P60)离心技术原理 由于不同的细胞器具有不同的密度和体积,因此,可以利用离心
12、方法加以分离和纯化。1、差速离心(differential centrifugation)利用不同的离心速度产生的不同的离心力,将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。适合分离沉降速率差别较大的亚微结构颗粒。多次离心达到纯化的目的2、密度梯度离心(P61)蔗糖密度梯度离心氯化铯密度梯度离心将介质形成一函盖所有组分密度的密度梯度,不同的样品由于其密度差异,在离心过程中进入到等密度介质区域即不再移动,从而实现分离的目的。蔗糖密度梯度离心和氯化铯密度梯度离心的比较二、组织化学和细胞化学(P61)利用一些显色剂与被测物质中的某些基团特异性结合,来判断核酸、蛋白质(酶)、糖类、脂类在细胞中的分布和含量。福尔
13、根(Feulgen)反应显示DNA格莫瑞(Gomori)反应显示碱性磷酸酶三、免疫细胞化学(P62)(Immunocytochemistry,ICC)根据抗体能与对应的抗原自行识别结合的免疫学原理,来检测特定蛋白质在细胞内的分布状况和含量。人成纤维细胞中肌动蛋白束(800)BHK细胞中的微管蛋白(500)四、细胞内特异核酸序列的定位和定性研究对象:细胞内特异核酸(DNA或RNA)目的:进行定位、定量分析方法:原位杂交(in situ hybridization,ISH)以目标核酸的互补序列为探针,对细胞或者组织标本进行杂交处理,使目标核酸可视呈现的技术。是细胞生物学、细胞遗传学、分子生物学相互
14、交融的研究手段。构建DNA分子物理图谱光谱核型分析(spectral karyotype, SKY)SKY of Human五、定量细胞化学分析技术P65细胞分选(cell sorting) 是细胞生物学中较新技术,是利用流式细胞仪(flow cytometery,FCM)对细胞或者其他生物微粒(如染色体)进行分选,并对其进行定量分析(大小、形状、核酸含量和蛋白质含量等)的技术。1、流式细胞仪(FCM)是集合了流体喷射、激光、伽马射线能谱、电子计算机、显微荧光光度计量等技术于一体的设备;可以定性和定量分析生物颗粒(包括细胞)的物理化学特性并将之分离纯化;目前的FCM已经运用于细胞生物学、肿瘤学
15、、免疫学、血清学、药物学等研究领域,可以用来分析免疫复合物、病毒、脂质体、细胞器、原核细胞、真核细胞、简单多细胞生物等等。流式细胞仪结构和工作原理2、标记细胞:免疫荧光染色 荧光素标记抗体:异硫氰酸荧光素(FITC)、 藻红素(PE)、Texas红(Texas Red) 荧光染色分为:直接染色和间接染色荧光染料直接染色 使用碘化丙啶(propidium iodide,PI)或者DAPI,对固定处理过的细胞或者细胞核直接进行染色,利用这些荧光染料嵌合入双螺旋结构堆积的碱基之间,使得所有双链区域均被染色。再利用FCM根据细胞激发的荧光的差异对细胞加以分离。第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一
16、、细胞培养P661、什么是细胞培养是指从机体内取出某种组织或者细胞,模拟机体内的生理条件使其在体外生存、生长和繁殖的过程。细胞培养示意图2、细胞培养分类:按照培养过程中培养物是否经过了分割,分类为:原代培养(primary culture)继代培养(secondary culture)或者再培养(subculture)原代培养(primary culture)直接从机体取出组织或者细胞后所进行的首次培养。继代培养(secondary culture)/传代培养(subculture) 当原代培养的细胞增殖到一定的密度后,将其从原培养容器中取出,按照一定的比例向另外一个或者多个容器中所进行的再培
17、养,简称传代。传代的累计次数就是细胞的代数。两个概念细胞系(cell line):通过原代培养并且经过传代后所形成的细胞群体,由于来源于原代培养物,故一个细胞系往往由多个生物学性状不同的细胞群体组成。如HeLa、CHO等。细胞株(cell strain):利用单细胞分离培养法或者克隆形成法从原代培养物或者细胞系中选择出来的细胞群体,一个细胞株往往具有特殊的生物学性状或者标记,并且可以持续存在。二、细胞工程(cell engineering)细胞水平的生物工程。(一)细胞融合1、细胞融合(cell fusion)两个或者多个细胞融合成双核或者多核细胞的现象。产生的细胞称为融合细胞。2、细胞融合的
18、应用:动物和植物的不同种、属之间的细胞可以融合,并且动植物之间的细胞可以融合,从而培养成各种性状的杂种细胞。细胞融合被广泛应用于研究核质关系、绘制染色体基因图谱、制备单克隆抗体、研究肿瘤发生机制等领域。3、人工诱导细胞融合: 病毒诱导融合:灭活的仙台病毒等。 化学诱导融合:PEG 电激诱导融合:(二)单克隆抗体技术(三)细胞显微操作技术第四章 细胞膜和细胞表面Plasma Membrane & its Surface Structures第一节 主要内容一、细胞膜的研究历史和结构模型(model)二、细胞膜的化学组成(膜脂、膜蛋白)三、细胞膜的性质(膜的流动性、不对称性)四、细胞膜的功能五、膜
19、骨架与细胞表面特化结构一、 细胞膜的研究历史和结构模型P731、Ernest Overton (1895) 发现:溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜;不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜。推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2、E. Gorter 和 F. Grendel(1925)发现:红细胞质膜的脂类成分在水面展开的面积是红细胞表面积的2倍推测细胞膜由双层脂分子组成。3、三明治式质膜结构模型P74J. Danielli 和 H. Davson(1935) 发现:质膜的表面张力比油水界面的张力低得多,推测膜中含有蛋白质。 1959年提出了“蛋白质脂质蛋白质”的三明治式的质膜结构模型4、单位膜模型(u
20、nit membrane model)J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片,显示暗-明-暗三层结构5、流动镶嵌模型(fluid mosaic model)S. J. Singer 和 G. Nicolson 1972 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果,提出了“流动镶嵌模型”。6、晶格镶嵌模型Wallach(1975) 生物膜含有的”流动性脂质“进行可逆地无序(流动性)到有序(晶态)的相变。 在大多数动物细胞的膜系统中,这种“流动性脂质”呈小片的点状分布,面积小于100 nm2。7、板块镶嵌模型1977年,Jain和White提出了板块镶嵌模型。
21、在流动的类脂双分子层中存在许多大小不同,刚度较大的彼此独立移动的类脂板块(有序结构板块)。8、脂筏(lipid rafts)和质膜微囊(caveolae)(补充)1997年。脂筏富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域 , 约70nm左右,是一种动态结构,位于质膜的外小页;介于无序液体与液晶之间,称为有序液体(Lo);如同一个蛋白质停泊的平台,与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。1995年。质膜微囊细胞表面内陷小孔结构,以鞘脂和胆固醇为主,以微囊素/内陷素(caveolin)为标志蛋白。脂筏和质膜微囊的功能:信号转导中心?膜的运送内吞、外排疾病关联癌、动脉粥样硬化、糖尿病、老年性痴呆质膜应该视为脂质
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- 细胞生物学 考研 笔记 69
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