高中生物学竞赛初赛——细胞生物学课件.pptx

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1、细胞生物学教学课件细胞生物学教学课件第一章 绪论 第一节第一节 细胞生物学研究细胞生物学研究 的内容与现状的内容与现状 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、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。进化、兴奋与运动以及细胞的传递等。 第二节 细胞学与细胞生物学

2、 发展简史 一、细胞的发现一、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、细胞学说的建二、细胞学说的建 立及其意义立及其意义 1、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”。2、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所构成；每个细胞是一个相对独立的单位，执行特定的功能；细胞只能通过细胞分裂而来。 人体

3、由200多种不同的细胞组成（图2-1）第一节第一节 细胞的基本特征细胞的基本特征第二章第二章 细胞的统一性与多样性细胞的统一性与多样性一、细胞是生命活动的基本单位一、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；细胞是 有 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。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），是遗传的基本单位。 二、细胞的基本共性二、细胞的基

4、本共性 细胞的基本共性基本共性有：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。这些是细胞结构与生存不可缺少的基础。 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、和真核生物三大界，将细胞相应分为三大类型：原核细胞、古核原核细胞、古核细胞与真核细胞。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。 第二节第二节 原

5、核细胞与古核细胞原核细胞与古核细胞 真核细胞与原核细胞的比较真核细胞与原核细胞的比较 原核细胞和真核细胞无论在结构上还是在功能上都有许多相同之处（表），但真核细胞具有许多原核细胞所没有的特点。原核细胞与真核细胞的相同点原核与真核细胞的区别细菌的复制、转录和翻译同时进行（图2-6）(一一)原核生物原核生物 1. 原核生物的基本特征原核生物的基本特征 由原核细胞构成的单细胞生物，极少数可形由原核细胞构成的单细胞生物，极少数可形成细胞群，通过无丝分裂进行繁殖。成细胞群，通过无丝分裂进行繁殖。 2. 原核生物的种类原核生物的种类 细菌、蓝藻、放线菌、立克次氏体、支原体细菌、蓝藻、放线菌、立克次氏体、支

6、原体、衣原体等。、衣原体等。1、 细菌细菌(bacteria) 细菌是自然界分布最广、个体数量最多、与人类关系极为密切的有机体。形态:球形、杆形、梭形、螺旋形或弧形。直径：0.5-5.0m。大肠杆菌淋病球菌肉毒梭菌弧形霍乱菌典型的细菌细胞形态结构细胞膜外有细胞壁及其特化结构：中膜体荚膜鞭毛细菌的结构：没有典型的核结构，但有明显的核区或拟核，主要由一个环状DNA分子盘绕而成。核区四周是较浓密的细胞质。除了核糖体外，没有类似真核细胞的细胞器。细胞膜是典型的生物膜结构，具有多功能性。(1).细菌细胞的核区： 细菌的细胞只有原始形态的核，没有核膜，更没有核仁，结构简单，称为核区或拟核。细菌的核区主要由

7、一个环状、双螺旋DNA分子组成，习惯地称之为细菌染色体。然而它没有或只有极少的组蛋白与DNA结合。 因为细菌没有细胞核，所以细菌的DNA环在复制时结合在质膜上作为支持点。质膜参与遗传物质的复制和分配，然后进行细胞的分裂。细菌质膜参与细菌质膜参与DNADNA的的复制与分配复制与分配 细菌没有核膜，DNA的转录与蛋白质合成没有空间的隔离，所以细菌的RNA转录与蛋白质翻译几乎是同步进行的，这是原核与真核生物的最主要的差别。(2).(2).细菌细胞的表面结构细菌细胞的表面结构 细菌细胞的表面结构是指细胞膜、细胞壁及其特化结构：中膜体、夹膜与鞭毛等。1）细胞膜细胞膜又称质膜，是包围细菌原生质的典型生物膜

8、，由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的富有弹性的半透膜。膜厚约8-10nm，外侧紧贴细胞壁。细菌细胞的细胞质膜是多功能的，其最重要的功能就是运输作用，包括营养物质的吸收、废物的排除、能量代谢等。细菌的细胞膜含有丰富的酶系，执行许多代谢功能，如线粒体、内质网和高尔基体的部分功能等。2）中膜体中膜体又称间体或质膜体间体或质膜体，由细胞质膜内陷质膜内陷形成。每个细胞内有一个或数个。中膜体与中膜体与DNADNA有联系，推测可能起有联系，推测可能起DNADNA复制的支点作用复制的支点作用。也有人推测其它有类似线粒体的作用。3）细胞壁细胞壁是位于细胞膜外的一层较厚、较坚韧并略具有弹性的结构。所有细菌的细胞壁都

9、具有共同的成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成的双糖单元与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子。N-乙酰胞壁酸N-乙酰葡糖胺肽键革兰氏阳性菌的细胞壁结构革兰氏阳性菌细胞壁厚约2080nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含90的壁酸（teichoic acid），有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白，壁酸含量仅占5%。革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌对青霉素敏感而革兰氏阴性菌对青霉素不敏感。因为青霉素的抑菌作用主要是通过抑制壁酸的合成。阳性菌因壁酸的含量极高，故对青霉素很敏感。细胞壁对细胞有保护作

10、用，对物质的交换起部分调节作用。细胞壁的成分与抗原性、致病性及对病毒的敏感性均有关系。4）荚膜 荚膜是某些细菌表面的特殊结构，是位于细胞壁表面细菌最外表的一层多糖类多糖类物质， 边界明显的称荚膜（capsule），如肺炎球菌；边界不明显的称粘液层（ slime layer），如葡萄球菌。功能：抵御不良环境；保护自身不受吞噬；选择性的粘附到特定细胞的表面上。细菌荚膜负染的细菌5）鞭毛：是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白弹性蛋白鞭毛蛋白弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。(3).细菌细胞的核糖体细菌细胞的核糖体约含500050000个。部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。沉降系

11、数为70S。由大亚单位(50S)与小亚单位(30S)组成。大亚单位含有30S rRNA，5S rRNA与30多种蛋白质，小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质。 30S的小亚单位对四环素与链霉素敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素敏感。(4).细菌细胞核外DNA 除核区DNA外，可进行自主复制的遗传因子，称为质粒。是裸露的环状DNA分子，所含遗传信息量为2200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。质粒常常赋质粒常常赋予细胞对抗生素的抗性。予细胞对抗生素的抗性。(5).细菌细胞的内生孢子某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又

12、称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。细菌的芽孢革兰氏阳性菌（A）与革兰氏阴性菌（B）的细胞壁（图2-5）红色2、蓝藻又称蓝细菌（CyanobacteriaCyanobacteria），是原核生物，又是最简单的自养生物。它的光合作用类似于高等植物(以水位电子供体,放出O2)而不同于光合细菌。没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕光装置。 DNA分子环状，但遗传信息量很大，可与高等植物相比体积比其它原核细胞大得多，直径约10m左右，甚至可达70m (如颤藻)。属单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如： 属蓝藻门念珠藻类的发菜蓝藻门念珠藻类的发菜(nostoc communevar,fla

13、gtlliforme) 就是蓝藻的丝状体。分布十分广泛,淡水、海洋、高山、极地、沙漠、草原与森林均有分布。含有色素，如藻篮素与叶绿素藻篮素与叶绿素，使细胞呈绿色。有些种类的蓝藻含有黄色、红色色素，使细胞呈现不同的颜色。蓝藻细胞的基本特征：1） 中心质是遗传物质DNA所在的部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。蓝藻细胞模式图DNA也是裸露的，不与碱性蛋白结合。复制也是连续的，不局限于某一特定时间内进行。2）光合作用片层是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构，上面规则地排列着直径约35nm的小体，称藻胆蛋白体。藻胆蛋白体。藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素a。蓝藻不含叶绿素蓝藻不含叶绿素b,

14、b,所以光合效率比高等植物低。所以光合效率比高等植物低。蓝藻的光合作用于细菌不同：蓝藻放出氧气，而光合细菌不能放出氧气。3）细胞内含物 蓝藻细胞包含许多各具特点的内含物，包括蓝藻淀粉、脂滴、颗粒体、多磷酸脂体、多角体等。内含物的形态各异，与细胞的生理状态、发育时期和环境因素有关。功能 有的是储存养料，有的功能不清。4）细胞表面结构细胞壁 电镜观察可见四个结构层次，除了含有和高等植物一样的纤维素成分外，还含有与细菌相似的肽聚糖。胶质层 细胞壁外的胶质层也称为鞘。易被碱性燃料着色。鞘对于蓝藻抵抗不良环境很重要。3、放线菌 生活于土壤中，具生活于土壤中，具“土腥气土腥气”。菌落放射状，能形成有分支的

15、菌丝。菌落放射状，能形成有分支的菌丝。多有基内菌丝和气生菌丝。多有基内菌丝和气生菌丝。繁殖慢，常用于抗生素的生产，如红霉素、链霉素。繁殖慢，常用于抗生素的生产，如红霉素、链霉素。放线菌在固体培养基上形成与细菌不同的菌落特征，放线菌菌丝相互交错缠绕形成质地致密的小菌落，干燥、不透明、难以挑取，当大量孢子覆盖于菌落表面时，就形成表面为粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落。没有细胞壁，没有细胞壁，形态多变,有圆形、丝状或梨形，光镜下难以看清其结构。具有细胞膜。细胞膜中胆固醇胆固醇含量较多，约占36%，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。有一环状双螺旋DNA，

16、没有类似细菌的核区(拟核), 能指导合成700多种蛋白质。惟一可见的细胞器是核糖体，每个细胞中约有8001500个。可以在培养基上培养，也能在寄主细胞中繁殖。没有鞭毛,无活动能力。支原体的形态结构4. 支原体(mycoplasma) 又称霉形体，细胞直径一般是0.1-0.3m，仅为细菌的十分之一，是目前发现的最小、最简单的原核细胞。可以通过一分为二的方式繁殖，也有进行出芽增殖的。可以通过一分为二的方式繁殖，也有进行出芽增殖的。 支原体是目前发现的最小、最简单的细胞d=0.10.3m,能在体外生长，也能寄生在细胞内。没有细胞壁细胞膜含有胆固醇环状DNA均匀分散在细胞内，没有典型核区能够通过细菌滤

17、器能够通过细菌滤器 5.立克次氏体：立克次氏体：是专是专性寄生于动物、植物性寄生于动物、植物活性细胞中的致病性活性细胞中的致病性原核微生物，形态结原核微生物，形态结构与细菌相似，以二构与细菌相似，以二分裂方式进行繁殖。分裂方式进行繁殖。 6.衣原体：衣原体：是一类比立克次氏体小，自身的结构更简单，专是一类比立克次氏体小，自身的结构更简单，专门寄生在活细胞中的致病性原核微生物。由于它自己没有的产门寄生在活细胞中的致病性原核微生物。由于它自己没有的产能系统，需要从其它生物取得能量，故有能系统，需要从其它生物取得能量，故有“能量寄生物能量寄生物”之称。之称。这类微生物在宿主细胞这类微生物在宿主细胞内

18、生活周期独特，存在内生活周期独特，存在原体和始体两种细胞形原体和始体两种细胞形态，始体形态较大，以态，始体形态较大，以二等分裂方式在宿主细二等分裂方式在宿主细胞内形成一个微菌落，胞内形成一个微菌落，随后，大量的子细胞又随后，大量的子细胞又分化成较小而壁厚的感分化成较小而壁厚的感染性衣原体。衣原体比染性衣原体。衣原体比一般病毒大得多，而且一般病毒大得多，而且可以被抗生素杀死，这可以被抗生素杀死，这是它和病毒的主要区别。是它和病毒的主要区别。1.古细菌是一类很持殊的细菌，多生活在古细菌是一类很持殊的细菌，多生活在极端极端的生态环境中，的生态环境中，如海底烟筒附近的高温、高压热水环境。如海底烟筒附近

19、的高温、高压热水环境。具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白；具有内含子并结合组蛋白；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，

20、有的类似于肽聚糖，但都不含蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。型氨基酸和二氨基庚二酸。因之有人认为古细菌代表由一共同祖先传来的第三界生物(古细菌，原核生物，真核生物)。（二）古核细胞（二）古核细胞 古细菌的细胞膜脂（图2-8） 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

21、DNA中有重复序列的存在； （3）具有组蛋白具有组蛋白； （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。细胞的大小及其调控（图2-9）第三节第三节 真核细胞真核细胞原核细胞与真核细胞基本特征的比较（表2-1）动物细胞（A）和植物细胞（B）模式图（图2-11）第四节第四节 病毒病毒非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体病毒在细胞中的增殖过程（图2-18）病毒的核酸类型及其代表科（表2-2）第四节 真核细胞的基本知识 概要 一、真核细

22、胞的基本结构体系一、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

23、性。 四、植物细胞与动物细胞的比较四、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。第三章第三章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法第一节第一节 细胞形态结构的观察方法细胞形态结构的观察方法第二节第二节 细胞及其组分的分析方法细胞及其组分的分析方法第三节第三节 细胞培养与细胞工程细胞培养与细胞工程第四节第四节 细胞及生物大分子的动态变化细胞及生物大分子的动态变化第五节第五节 模式生物与功能基因组的研究模式生物与功能基因组的研究第一节第一节 细胞形态结构的观察方法细胞形态结构的观察方法一、光学显微镜一、光学

24、显微镜二、电子显微镜二、电子显微镜三、扫描隧道显微镜三、扫描隧道显微镜几种显微镜可观察的样品大小（箭头之间的范围）及其分辨能力（右侧箭头所指位置）（图3-1） 分辨率：能区分开两个质点间的最小距离 眼睛、光学显微镜和电子显微镜的分辨率分别为：0.2mm、0.2m和0.2nm一、光学显微镜一、光学显微镜（一）、普通复式光学显微镜（二）、相差显微镜和微分干涉显微镜（三）、荧光显微镜（四）、激光扫描共焦显微镜（一）、普通复式光学显微镜普通光学显微镜（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

25、分开相近两点的能力。决定光学显微镜的分辨率的要素（图3-3） D 0.61 N sin(/2) D: 分辨率 ：入射光的波长 N：介质的折射率（1或1.5） ：物镜的镜口角（二）、相差显微镜和微分干涉显微镜 相差显微镜：一种将相位差转变成振幅差（相位差转变成振幅差（明暗差）的显微镜，可观察不染色的活细胞。 微分干涉显微镜：一种将样品厚度上的微小区别转化成明暗样品厚度上的微小区别转化成明暗区别区别相差显微镜。 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，适合观察活细适合观察活细胞。胞。甚

26、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。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。 两束光波之间的相互干涉（图3-5） A：相位相同时 B: 相位相反时两种不同类型的光学显微镜所拍摄的图像比较（图3-6）体外培养的MDCK细胞的图像 A: 普通显微镜所拍 B：相差显微镜所拍（三）、荧光显微镜 由于荧光显微镜的暗视野为荧光信号提供了强反差背景，非常微弱的荧光信号亦可得以分辨。

27、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，可以对某些对某些生物大分子进行定性和生物大分子进行定性和 定位研究定位研究。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。荧光显微镜的基本原理及其应用（图3-7）A: 基本原理B：不同荧光素所需激发波长与所产生的荧光波长比较C：在有丝分裂中期中（四）、激光扫描共焦显微镜 激光扫描共焦显微镜：用聚焦极好的激光束对样品单一景深的层面进行快速扫描，从而获得“光学切片”效果的显微镜。 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。 激光

28、扫描共焦显微镜的原理图荧光显微镜（A）和激光扫描共焦显微镜（B）所观察图像的比较（图3-9）二、电子显微镜二、电子显微镜（一）、电子显微镜的基本知识（一）、电子显微镜的基本知识 1. 电子显微镜与光学显微镜的基本区别 2. 电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数 3. 电子显微镜的基本构造（二）、主要电镜制样技术（二）、主要电镜制样技术 1. 超薄切片技术 2. 负染色技术 3. 冷冻蚀刻技术 4. 电镜三维重构与低温电镜技术 5. 扫描电镜技术 （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1/10，它的分辨分辨率

29、可达率可达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；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。 电子显微镜的基本结构（A）和成像原理（B）（图3-10）电子显微镜与普通光学显微镜的基本区别（表3-1）（二）、主要电镜制样技术（二）、主要电镜制样技术1. 超薄切片技术：切片厚度一般仅为4050nm2. 负染色技术：用重金属盐对电镜样品进行染色的技术，使得

30、重金属盐沉积在样品周围，而样品不被染色，从而衬托出样品的精细结构。 3. 冷冻蚀刻技术：样品经冷冻断裂后，在真空中短暂暴露，使断裂面上的一层薄冰升华，暴露出蚀刻面，以便在电子显微镜下进行观察。 4. 电镜三维重构与低温电镜技术5. 扫描电镜技术：利用电子在样品表面扫描产生二次电子成像的显微镜。 电镜超薄切片样本制备示意图（图3-11）冰冻蚀刻技术示意图（图3-14）冷冻断裂复型 ：样品组织冷冻后，用刀口撞击，使样品沿阻力最小的面阻力最小的面断裂（通常在断裂（通常在脂双层两小叶脂双层两小叶之间发生断之间发生断裂）裂），产生两个断裂面，用金属喷镀获得断裂面的投影复制品，用于电子显微镜分析。 三、扫

31、描隧道显微镜三、扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜：一种利用隧道效应隧道效应来探测微观世界物质表面形貌的显微镜。扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(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；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；可在真空、大气、液体等条件下工作；非破坏性测量。非破坏性测量。 第二节第二节 细胞及其组分的分析方法细胞及其组分的分析方法一、用超离心技术分离细胞组分一、用超离心技术分离细胞组分二、细胞成分的细胞化学显示方法二、细胞成分的细胞化学显示方法三、特异蛋白抗原的定位与定性三、特

32、异蛋白抗原的定位与定性四、细胞内特异核酸的定位与定性四、细胞内特异核酸的定位与定性五、定量细胞化学分析与细胞分选技术五、定量细胞化学分析与细胞分选技术用差速离心法分离细胞匀浆中的各种细胞组分（图3-17） 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。一、用超离心技术分离细胞组分一、用超离心技术分离细胞组分用密度梯度离心分离细胞组分示意图（图3-18）氯化铯或者蔗糖氯化铯或者蔗糖 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

33、数沉降系数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、脂质等到的显二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等到的显色方法色方法 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。 福尔根福尔根(Feulgen)反应可特异显示反应可特异显示DNA的存在部位的存在部位。 PAS反应可确定多糖的存在。反应可确定多糖的存在。 n 四氧化锇四氧化锇 可证明脂肪滴的存在。苏可证明脂肪滴的存在。苏 丹丹 和苏丹和苏丹 黑也常用于脂肪的鉴定。黑

34、也常用于脂肪的鉴定。n 米伦反应及重氮反应等用来测定蛋白质。米伦反应及重氮反应等用来测定蛋白质。n 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。n三、特异蛋白质抗原的定位与定性三、特异蛋白质抗原的定位与定性n 免疫荧光和免疫电镜是最常用的细胞内蛋白质定位技术。n1、免疫荧光技术n 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。直接免疫荧光标记与间接免疫荧光标记技术（图3-19）直接免疫荧光标记技术：利用偶联荧光分子的抗体与细胞或细胞切片进行孵育，使抗体和相应抗原结合，在荧光显微

35、镜下对抗原进行定位的技术。 间接免疫荧光标记技术：即不带荧光标记的第一抗体与相应抗原孵育形成复合物后，再用荧光标记的第二抗体识别第一抗体，从而显示抗原所在位置。 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。 用原位杂交技术显示Z13

36、基因在受精后1d的斑马鱼胚胎的体节、眼和松果体中的表达（箭头所指）（图3-21）五、定量细胞化学分析与细胞分选技术五、定量细胞化学分析与细胞分选技术 流式细胞术：一种用于核酸、蛋白质、染色体和细胞等的定量、分离和分选的技术。显微分光光度测定技术分光光度测定技术 根据细胞内某些物质对光谱吸收光谱吸收的原理，来测定这些物质（如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。流式细胞仪的工作原理（图3-22）一、细胞培养一、细胞培养（一）、动物细胞培养（二）、植物细胞培养 原代培养：用直接从生物体获得的细胞所进行的培养。 传代培养：在体外培养条件下对细胞一代接一代的持续培养。 细胞系：来源于动物或植物细胞，能够在体

37、外培养过程中无限增殖的细胞群体。第三节第三节 细胞培养与细胞工程细胞培养与细胞工程体外培养的细胞（图3-23） A：正在生长分裂的HeLe（宫颈瘤）细胞 B: 长满单层的CHO（中国仓鼠卵巢）原代细胞二、细胞工程二、细胞工程（一）、细胞融合与单克隆抗体技术（二）、显微操作技术与动物的克隆 细胞融合：两个细胞通过质膜的接触并相互融合形成一个细胞的过程。融合后的细胞只有一个连续的细胞质膜。 单克隆抗体单克隆抗体：来自单个细胞克隆所分泌的抗体分子。 杂交瘤技术杂交瘤技术：由一个正常的产生抗体的B淋巴细胞与一个恶性骨髓瘤细胞融合产生的杂种细胞系。具有无限增殖和产生单克隆抗体的特性。 细胞拆合：即先把细

38、胞核与细胞质分离开来，然后把不同来源的核体和胞质体相互融合，形成核-质杂交细胞。单克隆抗体制备过程示意图（图3-24）应用显微注射技术进行细胞核移植（图3-25）第四节第四节 细胞及生物大分子的动态变化细胞及生物大分子的动态变化（一）、大肠杆（一）、大肠杆菌菌（二）、酵母（二）、酵母（三）、线虫（三）、线虫（四）、果蝇（四）、果蝇（五）、斑马鱼（五）、斑马鱼（六）、小鼠（六）、小鼠（七）、拟南芥（七）、拟南芥细胞质膜与生物膜 细胞质膜 （plasma membrane ）：细胞与其外部环境之间的生物膜，构成细胞的界膜和选择性渗透屏障。质膜在物质运输、能量转换和信息传递过程中起着重要作用。 生物

39、膜生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内的膜系统统称为生物膜。第四章第四章 细胞质膜细胞质膜第一节第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分细胞质膜的结构模型与基本成分 根据已有的实验结果，生物膜具有如下共同特征：镶嵌性。膜的基本结构由脂双层分子层镶嵌蛋白构成，双层脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水 相。流动性。蛋白质和类脂分子具有相对侧向流动性，不对称性。膜两侧的分子性质和结构不同。蛋白质极性。多肽链的极性区突向膜表面，非极性部位埋在脂双层内。 二、膜脂二、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

40、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

41、垢剂使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。 （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去垢剂有离子型去垢剂(如如SDS)和非离子去垢剂和非离子去垢剂(Triton x100)。 四、膜的流动性四、膜的流动性 （一

42、）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 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

43、与基质这间的连接； 参与形成细胞表面特化结构。 七、骨架与细胞表面的特化结构七、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4.1蛋白还可以与血型糖蛋白或带3蛋

44、白结合，起到与质膜连接的作用。第二节 细胞连接 细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过质膜相互联系、协同作用的重要结构。主要有3种类型： 一、封闭连接一、封闭连接 封闭连接的主要形式是紧密连接。 紧密连接存在于上皮细胞之间，通过嵴线使相邻细胞质膜紧靠在一起，可阻止可溶性物质沿细胞间隙渗入体内。同时还起到膜蛋白的隔离作用。 二、锚定连接二、锚定连接 锚定连接使相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成 一个坚挺有序的群体。（一）桥粒与半桥粒 桥粒在细胞之间形成纽扣式的结构将相邻细胞铆接在一起，同时也是细胞内中等纤维的锚定位点。桥粒相邻细胞质膜的间隙约30nm。在质膜的胞质面有一致密斑，中间纤维直

45、接与其相连。相邻两细胞的致密斑由跨膜连接糖蛋白连接。 （二）粘合带与粘合斑 粘合带位于上皮组织的下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构。粘合带处相邻细胞质膜的间隙约1520nm。与粘合带相连的是微丝（又称肌动蛋白纤维），在细胞中形成平行质膜的可收缩的纤维束。 粘合斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质的连接方式。在粘合斑处，跨膜连接糖蛋白向外通过纤粘连蛋白与胞外 基质结合，其胞内结构域则通过微丝结合蛋白与肌动蛋白纤维结合。 粘合带及粘合斑均起细胞附着与支持作用。三、通讯连接三、通讯连接 （一）间隙连接 间隙连接相邻处质膜间的间隙为23nm。连接的基本单位是连接子。连接子由6个相同或类似的跨膜蛋白亚单位环

46、绕。形成直径越1.5nm的孔道。相邻细胞质膜上的两个连接子相对形成间隙连接单位。 间隙连接在细胞间代谢耦联和细胞通讯中具有重要作用。 （二）胞间连丝 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，完成细胞通讯联络。 （三）化学突触 化学突触是存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。 四、细胞表面的粘着因子（了解）四、细胞表面的粘着因子（了解） 细胞与细胞之间的粘连是由特定的细胞粘着因子钙粘素等介导的，细胞之间的锚定连接也需要粘着因子钙粘素与整联蛋白等参与。 粘着因子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连。多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用，少数不需要Ca2 。 1、钙

47、粘素 同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。目前已发现几十种钙粘素，如E钙粘素、P钙粘素等。2、选择素 异亲性依赖于Ca2+的糖蛋白，主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。3、免疫球蛋白超家族的CAM 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域CAM超家族。其粘着作用不依赖于Ca2+。其中了解最多的为NCAMs，它在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。4、整联蛋白 一类重要的细胞粘着因子，是由和两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着。第三节 细胞外被与细胞外基质 细胞外被(cell coat)

48、又叫糖萼。一般指动物细胞外表由糖蛋白或糖脂构成的绒絮状物质。起保护细胞和识别细胞的作用。 细胞外基质是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的确良蛋白和多糖所构成的网络结构，它将细胞粘连在一起构成组织，在细胞中或组织之间起支持作用。 细胞外基质的基本成分是由胶原蛋白和弹性蛋白组成的蛋白纤维和由糖胺聚糖形成的水合胶体构成的复杂的结构体系。层粘连蛋白和纤粘连蛋白具有多个结合位点，在细胞与胞外基质成分相互粘着中起重要作用。 一、胶原一、胶原 1、胶原的类型及分子结构 胶原是胞外基质最基本成分之一，是动物体内含量最丰富的蛋白，目前已发现20种。型胶原是形成纤维的胶原，型纤维为片状(或网状)结构，基膜所特有。

49、胶原纤维的基本分子结构是原胶原。原胶原由3条多肽连盘绕成3股螺旋结构，长300nm直径1.5nm，具有Glyxy重复序列。 2、胶原的功能 胶原在细胞外基质中含量最高，刚性和抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，对细胞具有粘连作用。 胶原基质能影响培养细胞的生长和分化。二、糖胺聚糖和蛋白聚糖二、糖胺聚糖和蛋白聚糖 A1、糖胺聚糖 糖胺聚糖由重复的氨基已糖+糖醛酸二糖单位构成的长链多糖。可分为7类。如透明质酸、肝素等。 透明质酸是一种透明质酸是一种重要的糖氨聚糖是细胞增殖和迁移细胞胞外基质的主要成分，尤其在胚胎组织中。在胞外基质中，透明质酸使结缔具有抗压能力。2、蛋白聚糖 蛋白聚糖是由糖胺聚

50、糖与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的分子，这样的单体可借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体。 三、层粘连蛋白和纤粘连蛋白三、层粘连蛋白和纤粘连蛋白 这两种蛋白均为高分子量糖蛋白。1、层粘连蛋白 层粘连蛋白是动物组织基膜的主要结构组分，对基膜基质的组装起关键作用，可介导细胞粘着于胶原进而铺展，并促进细胞生长。 通常细胞不直接与型胶原或蛋白聚糖结合，而是通过层粘连蛋白将细胞锚定于基膜上。2、纤粘连蛋白 纤粘连蛋白的主要功能是介导细胞粘着。 四、弹性蛋白四、弹性蛋白 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分。弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组织以弹性及抗张性。五、植物细胞壁五、植物细胞壁 植物细胞