细胞生物学细胞生物学研究方法精选PPT.ppt
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1、关于细胞生物学细胞生物学关于细胞生物学细胞生物学研究方法研究方法第1页,讲稿共67张,创作于星期三F显微镜技术显微镜技术第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术m(10-6m)nm(10-9m)(10-10m)肉眼分辨率肉眼分辨率肉眼分辨率肉眼分辨率:0.2mm:0.2mm光学显微镜光学显微镜光学显微镜光学显微镜:0.2m:0.2m电子显微镜电子显微镜电子显微镜电子显微镜:0.2nm:0.2nm第2页,讲稿共67张,创作于星期三显微镜技术显微镜技术1光学显微镜技术光学显微镜技术2电子显微镜技术电子显微镜技术SEM(scanningele
2、ctronmicroscope)TEM(transmitionelectronmicroscope)3扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第3页,讲稿共67张,创作于星期三一、光学显微镜技术一、光学显微镜技术F以可见光(或紫外光)为光源以可见光(或紫外光)为光源F类型类型普通复式光学显微镜普通复式光学显微镜特殊光学显微镜:相差和微分干涉显微镜、录像增差显微镜、暗视特殊光学显微镜:相差和微分干涉显微镜、录像增差显微镜、暗视野显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜等野显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜等多功能显微镜多功能
3、显微镜激光扫描共焦显微镜激光扫描共焦显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第4页,讲稿共67张,创作于星期三1、普通复式光学显微镜、普通复式光学显微镜F构成:构成:F性能参数:性能参数:分辨率分辨率放大率放大率F特点和局限性特点和局限性第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第5页,讲稿共67张,创作于星期三(1)普通复式光学显微镜性能参数)普通复式光学显微镜性能参数F分辨率:区分开两点间的最小距离分辨率:区分开两点间的最小距离 R=0.61/nsin(/2)NA=nsi
4、n(/2)NA(numerical aperture)NA(numerical aperture)为物镜的数值孔径值为物镜的数值孔径值F影响分辨率的因素影响分辨率的因素入射光的波长入射光的波长镜口角镜口角介质的折射率介质的折射率第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第6页,讲稿共67张,创作于星期三(2)普通复式光学显微镜特点和局限性)普通复式光学显微镜特点和局限性F特点:特点:明视场显微镜是以标本的颜色及其透射率为基础明视场显微镜是以标本的颜色及其透射率为基础的显微镜。的显微镜。一般需要对处理过的样品(固定染色)进行观察一般需要对处
5、理过的样品(固定染色)进行观察以可见光为光源(波长范围以可见光为光源(波长范围400nm-700nm400nm-700nm)F局限性局限性难以观察活的样品难以观察活的样品分辨能力有限分辨能力有限 能不能用光学显微镜观察活细胞呢?能不能用光学显微镜观察活细胞呢?能不能用光学显微镜观察活细胞呢?能不能用光学显微镜观察活细胞呢?第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第7页,讲稿共67张,创作于星期三2、活细胞观察技术、活细胞观察技术F相差显微镜相差显微镜F微分干涉显微镜微分干涉显微镜F录像增差显微镜录像增差显微镜F倒置显微镜倒置显微镜第第第
6、第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第8页,讲稿共67张,创作于星期三(1)活细胞观察技术)活细胞观察技术相差显微镜相差显微镜F原原理理:把把透透过过标标本本的的可可见见光光的的光光程程差差(相相位位差差)变变成成振振幅幅差差,从从而而提提高高了了各各种种结结构构间间的的对对比比度度,使使各各种种结结构变得清晰可见。构变得清晰可见。F特特殊殊构构造造:相相差差物物镜镜、环环形形光光阑阑、合合轴轴调调中中望望远远镜镜、绿绿色色滤光片滤光片第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第9页
7、,讲稿共67张,创作于星期三第10页,讲稿共67张,创作于星期三相差显微镜的应用相差显微镜的应用F特点:可以对无色透明的标本进行观察。适合于观察未经染色特点:可以对无色透明的标本进行观察。适合于观察未经染色的活细胞。的活细胞。第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第11页,讲稿共67张,创作于星期三(2)活细胞观察技术)活细胞观察技术微分干涉显微镜微分干涉显微镜F特点:以平面偏振光为光源,能区分样品厚度的微小差特点:以平面偏振光为光源,能区分样品厚度的微小差别,增加样品反差,有立体感。别,增加样品反差,有立体感。F应用:观察未染色标本
8、,更适于研究活细胞中较大的细胞器应用:观察未染色标本,更适于研究活细胞中较大的细胞器(3)录像增差显微镜)录像增差显微镜计算机辅助的微分干涉显微计算机辅助的微分干涉显微镜镜F降低背景噪声,提高分辨率,填补光镜与电镜之间的空白降低背景噪声,提高分辨率,填补光镜与电镜之间的空白第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第12页,讲稿共67张,创作于星期三(4)活细胞观察技术)活细胞观察技术倒置显倒置显微镜微镜F应用:通常具有相差物镜,应用:通常具有相差物镜,用来观察正在培养的活细胞用来观察正在培养的活细胞第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞
9、胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第13页,讲稿共67张,创作于星期三3、特殊光学显微镜、特殊光学显微镜荧光显微镜荧光显微镜F光源:汞灯光源:汞灯短波长紫外光短波长紫外光F装置:激发滤光片、阻断滤光片、分色镜装置:激发滤光片、阻断滤光片、分色镜F荧光染料染色荧光染料染色F应用:在光镜水平对细胞中特异的蛋白质分子或核苷酸片应用:在光镜水平对细胞中特异的蛋白质分子或核苷酸片段等进行定位、定性分析。段等进行定位、定性分析。绿色荧光蛋白(绿色荧光蛋白(green fluorescent proteingreen fluorescent protein,GFP GFP)第第第第
10、一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第14页,讲稿共67张,创作于星期三3、特殊光学显微镜、特殊光学显微镜荧光显微镜荧光显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术Fluorescenceimageofepithelialcell,Fluorescenceimageofepithelialcell,Fluorescenceimageofepithelialcell,DNAinblueandMicrotubulesingreenDNAinblueandMicrotubulesingr
11、eenDNAinblueandMicrotubulesingreen第15页,讲稿共67张,创作于星期三4、光学显微镜、光学显微镜激光扫描共焦显微镜激光扫描共焦显微镜F用激光作光源,逐点、逐行、逐面快速扫描,排除焦平面以外用激光作光源,逐点、逐行、逐面快速扫描,排除焦平面以外光的干扰,增强图像反差和提高分辨率光的干扰,增强图像反差和提高分辨率F分辨力是普通光学显微镜的分辨力是普通光学显微镜的3 3倍。倍。F用用途途类类似似荧荧光光显显微微镜镜,可可自自动动改改变变观观察察的的焦焦平平面面,通通过过“光光学学切切片片”观观察察较较厚厚样样品品的的内内部部结结构构,并并可可通通过过三三维维重重构构
12、,形成立体图像。形成立体图像。F在研究亚细胞结构与组分方面应用广泛在研究亚细胞结构与组分方面应用广泛.第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第16页,讲稿共67张,创作于星期三4、光学显微镜、光学显微镜激光扫描共焦显微镜激光扫描共焦显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第17页,讲稿共67张,创作于星期三光学显微镜光学显微镜激光扫描共焦显微镜激光扫描共焦显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术FigureC
13、omparisonofconventionalandconfocalfluorescencemicroscopy.These two micrographs are of the same intact gastrula-stage Drosophila embryo that has been stained with a fluorescent probe for actin filaments.The conventional,unprocessed image(A)is blurred by the presence of fluorescent structures above an
14、d below the plane of focus.In the confocal image(B),this out-of-focus information is removed,which results in a crisp optical section of the cell in the embryo.第18页,讲稿共67张,创作于星期三1荧光共振能量转移技术荧光共振能量转移技术5、与荧光观察有关的技术、与荧光观察有关的技术第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术2荧光漂白恢复技术荧光漂白恢复技术 检测活体中生物大分子纳
15、检测活体中生物大分子纳检测活体中生物大分子纳检测活体中生物大分子纳米级距离和距离变化的工具。米级距离和距离变化的工具。米级距离和距离变化的工具。米级距离和距离变化的工具。GFPGFPGFPGFP突变体:突变体:突变体:突变体:CFPCFPCFPCFP青绿色、青绿色、青绿色、青绿色、YFPYFPYFPYFP黄色黄色黄色黄色检测活体细胞表面或内检测活体细胞表面或内检测活体细胞表面或内检测活体细胞表面或内部的分子运动以及在各部的分子运动以及在各部的分子运动以及在各部的分子运动以及在各种结构上分子动态变化种结构上分子动态变化种结构上分子动态变化种结构上分子动态变化率大小的技术。率大小的技术。率大小的技
16、术。率大小的技术。第19页,讲稿共67张,创作于星期三6、特殊显微镜、特殊显微镜暗视野显微镜暗视野显微镜F原理:原理:通过在明场显微镜上安装暗场聚光镜,使来自聚光镜的光通过在明场显微镜上安装暗场聚光镜,使来自聚光镜的光线不直接入射到物镜内,而被标本散射的光则可以进入物镜,从而线不直接入射到物镜内,而被标本散射的光则可以进入物镜,从而达到在黑暗的背景下可看到标本的外部形态。达到在黑暗的背景下可看到标本的外部形态。F特点特点视野是暗的,物象是亮的。视野是暗的,物象是亮的。可以观察在明视场中看不见的细菌等微小标本的存在。可以观察在明视场中看不见的细菌等微小标本的存在。只能看清标本轮廓,分不清内部结构
17、只能看清标本轮廓,分不清内部结构第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第20页,讲稿共67张,创作于星期三第21页,讲稿共67张,创作于星期三7、多功能显微镜、多功能显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第22页,讲稿共67张,创作于星期三二、电子显微镜二、电子显微镜F以电子束作为光源以电子束作为光源F扫描电子显微镜利用二次反射电子成像,主要用来观察扫描电子显微镜利用二次反射电子成像,主要用来观察样品表面的形态特征。样品表面的形态特征。F透射电子显微镜利用透过的电子成像
18、,用来观察细胞内部透射电子显微镜利用透过的电子成像,用来观察细胞内部的详细结构。的详细结构。第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第23页,讲稿共67张,创作于星期三Figure Limit of resolution of the electron microscope.Electron micrograph of a thin layer of gold showing the individual files of atoms in the crystal as bright spots.The distance between
19、 adjacent files of gold atoms is about 0.2 nm(2).第24页,讲稿共67张,创作于星期三二、电子显微镜二、电子显微镜1、基本构造、基本构造F电子束照明系统:电子束照明系统:F成像系统:电磁透镜成像系统:电磁透镜F真空系统:真空系统:F记录系统:荧光屏或感光胶片记录系统:荧光屏或感光胶片第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第25页,讲稿共67张,创作于星期三第26页,讲稿共67张,创作于星期三第27页,讲稿共67张,创作于星期三第28页,讲稿共67张,创作于星期三电子显微镜能不能电子显微镜
20、能不能电子显微镜能不能电子显微镜能不能 取代光学显微镜呢?取代光学显微镜呢?取代光学显微镜呢?取代光学显微镜呢?第29页,讲稿共67张,创作于星期三二、电子显微镜二、电子显微镜2、电子显微镜的优缺点、电子显微镜的优缺点F优点:比光学显微镜分辨率高优点:比光学显微镜分辨率高F缺点:不能观察活的生物样品,而且不能观缺点:不能观察活的生物样品,而且不能观察细胞全貌。察细胞全貌。第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第30页,讲稿共67张,创作于星期三二、电子显微镜二、电子显微镜3、电子显微镜制样技术、电子显微镜制样技术F超薄切片技术(厚度超
21、薄切片技术(厚度404050nm50nm)F电镜负染色技术电镜负染色技术F冷冻断裂和冷冻蚀刻技术冷冻断裂和冷冻蚀刻技术F电镜三维重构技术电镜三维重构技术第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术超薄切片技术:固定、包埋、切片、染色染色剂:超薄切片技术:固定、包埋、切片、染色染色剂:超薄切片技术:固定、包埋、切片、染色染色剂:超薄切片技术:固定、包埋、切片、染色染色剂:重金属,成黑白图像重金属,成黑白图像重金属,成黑白图像重金属,成黑白图像冷冻蚀刻电镜技术主要用于膜断裂面的蛋白质冷冻蚀刻电镜技术主要用于膜断裂面的蛋白质冷冻蚀刻电镜技术主要用
22、于膜断裂面的蛋白质冷冻蚀刻电镜技术主要用于膜断裂面的蛋白质颗粒和膜面结构,深度蚀刻主要用于观察胞质颗粒和膜面结构,深度蚀刻主要用于观察胞质颗粒和膜面结构,深度蚀刻主要用于观察胞质颗粒和膜面结构,深度蚀刻主要用于观察胞质中的细胞骨架纤维及其结合蛋白中的细胞骨架纤维及其结合蛋白中的细胞骨架纤维及其结合蛋白中的细胞骨架纤维及其结合蛋白电镜三维重构技术适于分析电镜三维重构技术适于分析电镜三维重构技术适于分析电镜三维重构技术适于分析难以形成三维晶体的膜蛋白难以形成三维晶体的膜蛋白难以形成三维晶体的膜蛋白难以形成三维晶体的膜蛋白及病毒和蛋白质及病毒和蛋白质及病毒和蛋白质及病毒和蛋白质-核酸复合核酸复合核酸
23、复合核酸复合物等大的复合体的三维结物等大的复合体的三维结物等大的复合体的三维结物等大的复合体的三维结构构构构第31页,讲稿共67张,创作于星期三第32页,讲稿共67张,创作于星期三三、三、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜F分辨率:横向为分辨率:横向为0.10.10.2nm0.2nm,纵向可达,纵向可达0.001nm0.001nm。F用用途途:是是探探测测微微观观世世界界物物质质表表面面形形态态的的仪仪器器,三三态态(固固态态、液液态态和和气气态态)物物质质均均可可进进行行观观察察。可可直直接接观观察察生生物物大大分分子子生物结构的原子排列,并且可避免损伤样品。生物结构的原子排列,并且可避免损伤样品
24、。F工作原理工作原理第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第33页,讲稿共67张,创作于星期三三、三、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术STMimage,BenzenemoleculesaccumulateatstepedgesonCu25002500万倍硅晶万倍硅晶体表面体表面 DNA第34页,讲稿共67张,创作于星期三第第第第一一一一节节节节 细细细细胞胞胞胞的的的的形形形形态态态态观观观观察察察察技技技技术术术术第35页,讲稿共67张,创
25、作于星期三细胞组分的分析方法细胞组分的分析方法细胞组分的分离细胞组分的分离细胞组分的分析细胞组分的分析定量细胞化学技术定量细胞化学技术第第第第二二二二节节节节 细细细细胞胞胞胞组组组组分分分分分分分分析析析析技技技技术术术术第36页,讲稿共67张,创作于星期三一、细胞组分的分离一、细胞组分的分离细胞组分的获得:用低渗匀浆、超声破碎、研磨等细胞组分的获得:用低渗匀浆、超声破碎、研磨等方法获得方法获得细胞组分匀浆细胞组分匀浆。细胞组分分离细胞组分分离离心技术离心技术:离心是研究如细胞核、:离心是研究如细胞核、线粒体、高尔基体、溶酶体和微体,以及各种大分线粒体、高尔基体、溶酶体和微体,以及各种大分子
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