完整版细胞生物学翟中和完美版笔记.docx
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完整版细胞生物学翟中和完美版笔记
.
细胞生物学教案
.第一章绪论
授课目标
1掌握本学科的研究对象及内容;
2认识本学科的前因结果(发展史及发展远景);
3掌握与本学科相关的重要事件和名词。
授课要点本学科的研究对象及内容
第一节细胞生物学研究内容与现状
一、细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科
1.细胞学(Cytology):
是研究细胞的构造、功能和生活史的科学
2.细胞生物学(CellBiology):
运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的见解与
方法,从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上,研究细胞的构造、功能及各样生命
活动规律。
二、细胞生物学的主要研究内容
1.细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控是当前细胞生物学、遗传学和发育生物学在
细胞和分子水平相结合的最活跃领域。
2.生物膜与细胞器的研究膜及细胞器的构造与功能问题(“膜学”)。
3.细胞骨架系统的研究胞质骨架、核骨架的装置调治问题和对细胞执行多种功能的重要
.
性。
4.细胞增殖及调控控制生物生长和发育的机理是研究癌变发生和逆转的重要路子(“再教
育细胞”)。
5.细胞分化及调控一个受精卵怎样发育为完满个体的问题。
(细胞全能性)
6.细胞衰老、凋亡及寿命问题。
7.细胞的起源与进化。
8.细胞工程改造利用细胞的技术。
生物技术是信息社会的四大技术之一,而细胞工程又是
生物技术的一大领域。
当前已利用该技术获取了重要成就(培育新品种,单克隆抗体等)
所谓21世纪是生物学时代,将主要表此刻细胞工程方面。
三、当前细胞生物学研究的总趋势与要点领域
1.染色体DNA与蛋白质相互作用关系;
2.细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控;
,
3.细胞信号转导的研究;
4.细胞构造系统的装置。
第二节细胞生物学发展简史
一细胞生物学研究简史
1.细胞学创立时期19世纪以及更前的时期(1665—1875),是以形态描述为主的生物科学
时期;
2.细胞学经典时期20世纪前半世纪(1875—1900),主若是实验细胞学时期;
3.实验细胞学时期(1900—1953);
.
4.分子细胞学时期(1953到此刻)。
总过程归纳为:
细胞发现→细胞学说成立→细胞学形成→细胞生物学的发展
(1665)(1838—1839)(1892)(1965)
R.HookeSchleiden、SchwannHertiwigDeRobertis
二、细胞的发现(discoveryofcell)以及细胞学说的成立及其意义(
Thecelltheory)
1.1838年,德国植物学家施莱登(J.Schleiden)关于植物细胞的工作,
公布了《植物发生论》
一文(BeitragezurPhytogenesis
).
2.1839年,德国动物学家施旺(
T.Shwann)关于动物细胞的工作,公布了《关于动植物的
构造和生长一致性的显微研究》
一文,论证了所有动物体也是由细胞组成的,
并作为一种系
统地科学理论提出了细胞学说。
○1
细胞是生物体的基本构造单位(单细胞生物,一个细胞就是一个个体)
;
○2
细胞是生物体最基本的代谢功能单位(动、植物的各样细胞拥有共同的基本构造、基本
特点,按共同规律发育,有共同的生命过程);
○3细胞只能经过细胞分裂而来。
三、细胞学的出生(细胞学的经典时期和实验细胞学时期)
1原生质理论的提出
2关于细胞分裂的研究
3重要细胞器的发现
4遗传学方面的成就四、细胞生物学的流行
1965年,D.Robetis将他原著的《一般细胞学》更名为《细胞生物学》(第四版),率先提出
这一见解。
五、分子细胞生物学
第二章细胞基本知识大纲
授课目标
1.掌握相关细胞的几个见解(细胞、原生质、细胞器等)和几个问题;
2.认识细胞的共同特点;各样化学成分在细胞中的造形等;
3.真、原核细胞的一般构造特点。
授课要点和难点
真、原核细胞的主要差别授课内容:
第一节细胞的基本见解
一、细胞和原生质的见解
1.细胞:
细胞是由膜包围的,能进行独立生殖的最小原生质团,是生命活动的基本单位,
是生物体最基本的形态构造和功能活动单位。
2.原生质(Protoplasm):
指细胞内所含有的生活物质(组成细胞的生活物质)
,真核细胞包
括细胞膜、细胞质和细胞核。
细胞质(Cytoplasm),指质膜之内核以外的原生质。
它不是匀质的,其构造大体划分为两部
分,一部分是有形构造,称为细胞器(Organelle),另一部分是可溶相,称细胞质基质
(Cytoplasmicmiatrix)。
细胞器(Organelle):
指存在于细胞中,用光镜或电镜能够辩白出的,拥有必然形态特点,
.
并执行特定功能的构造。
细胞质基质(Gytoplasmicmatrix),是细胞质的可溶相,是作为细胞器的环境而存在的。
细胞核(nucleus):
遗传物质的集中地区,在原核生物细胞称拟核(nucleoid)或类核区。
第二节非细胞形态的生命体
——病毒(略)
第三节原核细胞与真核细胞
原核细胞(Prokaryoticcell)拥有两大特点:
1
遗传信息量少(仅有一个环状
DNA),无膜围细胞器及核膜
2
最小、最简单的细胞——支原体(mycoplasma)
为什么说支原体是最小的细胞?
3
原核细胞的两个代表——细菌和蓝藻
细菌(bacteria,bacterium)主要来自对大肠杆菌(
)的研究。
细菌是原核细胞的典型代表,特点是:
无典型的细胞核,
有细胞壁,细胞质中除核糖体外无
其他细胞器。
蓝藻(Blue-greenalgae)
又称蓝绿藻或蓝细菌,是绿色植物中最原始的自养种类,含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等,故不用然都是兰色。
第四节真核细胞基本知识大纲
大体在12—16亿年前在地球上出现,是拥有典型细胞核和核膜、核仁,体积较大,构造较
复杂,进化程度较高的一类细胞。
一、真核细胞的基本构造系统
生物膜系统以脂质及蛋白质成分为基础成立而成。
遗传信息表达构造系统以核酸与蛋白质为主要成分成立而成。
细胞骨架系统由特异蛋白质分子装置而成。
综合原核细胞和真核细胞的特点,两者的根本差别可归纳为下面两条:
1细胞膜系统的分化与演变
真核细胞以膜分化为基础,分化为构造更精巧,功能更专一的单位——各样膜围细胞器,使细胞内部构造与职能分工。
而原核细胞无此情况。
2遗传信息量大与遗传装置的复杂化
真核细胞的遗传信息可达上万个基因,并具重复序列,染色体功能具二倍性或多倍性。
原核
细胞为单倍性。
仅为一条环状DNA分子,细菌只有几千个基因。
二、细胞的大小及其解析
原核细胞多在1—10或1—5μm,细菌多在3—4μm,支原体只有μm。
动物细胞多在(10—100μm,20—30μm,15—70μm)。
最大的细胞要属鸵鸟卵,可达
10cm,卵黄只有5cm。
隆鸟卵直径可达20cm。
那么,细胞的大小是怎样决定的呢?
第一,细胞的核质比与细胞大小相关,决定细胞上限。
其次,细胞的相对表面积与细胞大小相关。
最后,细胞内物质的交流与细胞大小相关。
三、细胞形态构造与功能的关系
.
细胞的形态构造与功能的相关性和一致性是多数细胞的共性。
四、细胞的化学成分及在原生质中的造形
膜系统:
主要以脂蛋白组成,包括细胞膜、核膜,以及一系列细胞器膜。
颗粒系统:
由蛋白质或核蛋白组成,如存在于线粒体内膜上的基本颗粒(F因子),亦称内膜亚单位(innermembranesubunits)和核糖核蛋白体,分别是氧化磷酸化和合成蛋白质的场所。
纤维系统:
由蛋白质和核酸组成。
第三章细胞生物学研究方法
授课目标
1认识主要工具和常用方法,重视掌握基本源理和基本应用;
2认识工具和方法与学科发展的相关性。
授课要点仪器方法的基本源理和基本应用
授课难点电镜制样及分子杂交技术
第一节细胞形态构造的观察方法
一、光学显微镜技术
(一)一般复式光学显微镜技术
(二)荧光显微镜(fluorescencemicroscope)
(三)暗视野显微镜(darkfieldmicroscope)
(四)相差显微镜(phasecontrastmicroscope)
(五)激光共焦点扫描显微镜(略)
(六)微分干涉显微镜(略)
二、电子显微镜技术
(一)电镜设计原理及分类
(二)电镜的种类
(三)透射式电子显微镜
(四)光镜与电镜的主要差别
综上可见,电镜与光镜差别主要在于:
(1)光源不相同光镜为可见光或紫外线;电镜为电子束
(2)透镜不相同光镜为玻璃;电镜为电磁透镜
(3)真空
(4)显示记录系统
(五)扫描式电子显微镜
扫描电镜的特点
扫描电镜的基本构造
(六)电镜样品制备技术
1超薄切片技术(详见光盘)
2负染色(negativestaining)技术
.
3核酸大分子的制样技术(大分子铺展技术,Kleinschmidt法)
4整装细胞电镜技术
5电子显微镜细胞化学技术
是能过特其他细胞化学反响,使待测物转变成某种不溶性的电子致密积淀物,并利用电镜在
超微构造水平上对产物进行定位和半定量。
主要有各样酶的定位,其次是核酸、蛋白质、脂
肪、碳水化合物等的定位。
酶的化学定位技术
免疫细胞化学电镜技术(见本编第十一章)。
6冰冻蚀刻技术(freezeetching)
7扫描式电镜制样技术
第二节细胞组分的解析方法
(生化解析法)
一、超速离心技术分别细胞(组分)及生物大分子
(一)各样离心技术——分别细胞器、生物大分子
离心方法:
依照分别对象和目的不相同,采用不相同的离心方法,制备离心和解析离心。
(1)制备离心(preparativecentrifuge)分别和纯化亚细胞成分和大分子,目的是制备样品。
差速离心法:
是最常用的方法,依照不相同离心速度所产生的不相同离心力,将各样亚细胞组分
和各样颗粒分别开来。
密度梯度离心(区带离心法)
a、速率区带离心法(蔗糖密度梯度离心)
b、等密度梯度离心法(氯化铯密度梯度离心)
(2)解析离心(analyticalcentrifuge)解析和测定制剂中纯的大分子的种类和性质,如浮力密度和分子量、生物大分子的构象变化、解析样品的纯度等。
此工作必定是在制备离心的基础进步行。
(二)细胞的选择性抽提(分别蛋白质、核酸大分子)
(三)柱层析的技术(解析蛋白质和核酸)
(四)电泳技术
(五)色谱解析技术(色谱学——分别纯化样品)
(六)氨基酸解析技术二、细胞化学技术
(一)组织化学和细胞化学法
基本源理:
利用某些化学物质和某些细胞成发散生化学结合,进而显示出必然的颜色,进行
定性和定位研究的方法。
(二)免疫细胞化学法(特异蛋白抗原的定位与定性)
基本源理:
此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反响结合显微或亚显微组织学的一些研究方法的统称。
是免疫学原理与光镜或电镜技术的结合。
抗体的标志
抗体标志的方法好多,有铁蛋白标志法、免疫酶标志法、免疫金标志法、杂交抗体标志法、搭桥标志法、同位素标志法、荧光标志法等。
三、细胞内特异核酸序列的定位与定性
(一)DNA序列测定技术
(二)核酸分子杂交技术(moleculargbridizationtechnique)
(特异核酸的定性定位)
.
见解两条拥有互补核酸序次的单链核酸分子片断,在合适的实验条件下,经过氢键结合,形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。
印迹杂交(blothybridization)
用已知的带有标志的特定核酸分子(或抗体、蛋白质分子)作为探针,与经过印迹被转移的核酸分子(或抗原、蛋白质分子)片段杂交的过程。
(1)Southernblotting(DNA印迹法)将分其他DNA片段经过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上,用DNA探针与之杂交的过程。
是以发明此项技术的人名命名的
(E?
M?
Southern)。
是体外解析特异DNA序列的方法。
(2)RNA印迹术(Northernblotting)
(3)蛋白质印迹术(Westernblotting)
(4)Easternblotting(Westernblotting的变形)当用凝胶进行抗原抗体反响,再进行印迹的方法)。
(5)DNA与蛋白质的体外吸附技术(Southwesternblotting)结合了Western印迹与
southern印迹两种实验方法的特点而设计的一种检测序列特异性DNA结合蛋白的实验方法
(翟P51)。
(6)原位杂交(Insituhybridization)用已知的带有标志的特定核酸分子作为探针,来测定与之成互补关系的染色体DNA区段的地址。
四、电镜放射自显影技术
原理这是一种利用放射性同位素作为标志物对细胞化学物质进行超显微构造的定位、定性或定量的实验技术。
五、定量细胞化学解析技术
(一)显微分光光度测定技术
第三节细胞培育、细胞工程与显微操作技术
一、细胞培育
(一)动物细胞培育
(二)植物细胞的培育包括单倍体细胞的培育和原生质体培育
“全能性”—指生物体的每一世活细胞,处于合适条件下,都拥有进行独立生长发育,并形成一个完满生物个体的能力。
1单倍体细胞的培育
2原生质体培育
3植物细胞杂交(交融)
(三)突变株和非细胞系统在细胞生物学研究中的应用
二、细胞工程
见解应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术,按人们的预定设计宏图有计划的
保留、改变和创立细胞遗传物质,以产生新的物种和品系,或大规模培育组织细胞以获取生物产品。
该技术在细胞和亚细胞水平上开辟了基因重组的新路子,不需分别、提纯、剪切、拼接等基因操作,只要将遗传物质直接转入受体细胞,即可形成杂交细胞。
主要技术领域
细胞(组织、器官)培育:
invivo在体、活体、生物体内invitro离体、生物体外
细胞交融(体细胞杂交、细胞并合)
.
细胞拆合(细胞质工程、细胞器移植)
染色体(组)工程
生殖生物学技术(胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎切割技术、胚胎交融技术、嵌合体)
组分移植技术将细胞的组分(核、质、染色体、甚至基因)直接移植到另一个细胞中去的技术
第四章细胞膜与细胞表面
授课目标:
1掌握质膜的分子模型
2认识流动镶嵌模型的主要特点
3掌握细胞连结的方式和特点授课要点流动镶嵌模型构造要点授课难点细胞连结的超微构造
第一节细胞膜与细胞表面的特化构造
一、细胞膜的构造模型
细胞膜(Cellmembrane)指围绕在细胞最外层,由脂类和蛋白质组成的薄膜。
是所有细胞
共有的包被(原生质,细胞质)的一层膜。
又有原生质膜(Plasmalemma)之称,平时简称
质膜(Plasmamembrane)。
1、双分子片层模型(bimolecularleafletmodel)
这一模型是Danielli&Davson于1935年提出的,所以又称
2、单位膜模型(Theunitmembranemodel)
Danielli&davson
模型。
这个模型是1957~1959年,英国伦敦大学的罗伯逊(Robertson),经过电镜观察后提出的。
3、流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)
这个模型的主要内容可归纳为:
○1脂类物质以双分子层排列,组成膜的骨架;
○2镶嵌性蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。
存在方式有内在蛋白(整体蛋白)和外在蛋白(边周蛋白)。
○3不对称性蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性,膜两侧的分子性质和构造不相同。
○4流动性脂质双分子层和蛋白质是能够流动或运动的
脂质分子的运动性:
有实验表示,类脂分子的脂肪酸链部分在正常生理状态下,可作多种形
式的运动:
旋转、振荡、摇动、翻转,同时整个分子可作侧向扩散运动。
蛋白质分子的运动性:
有侧向扩散和旋转两种方式,受周围膜质性质和相态的限制。
荧光抗
体免疫标志可观察。
综合流动镶嵌模型之内容,不难看出,其突出特点在于,流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白
质极性。
由此造成各样膜的功能差别。
4、晶格镶嵌模型(蛋白液晶膜模型)
5、板块镶嵌模型
近来有人提出脂筏模型(Lipidraftsmodel)。
当前认为,这些模型并无本质差别,可是对流动镶嵌模型的进一步补充说明,不能够作为膜的通用模型。
.
二、质膜的化学组成
细胞膜几乎全都是脂类(50%)和蛋白质(40%),仅含少量糖类(2~10%糖脂和糖蛋白)和微量核酸(细菌质膜、核膜、mit、chl内膜),结合方式及存在意义尚不清楚。
(一)膜脂(Lipids)
(二)蛋白质(Protein)(膜蛋白)
(三)糖类(Carbohydrate)
三、质膜的功能(functionofc.m)
质膜与外界环境隔走开,经过它保持着一个相对牢固的细胞内环境,在细胞生命活动中执行着多种重要功能,归纳为:
物质运输,能量变换,信息传达,细胞鉴别,细胞连结,代谢调
控,膜电位保持等。
四、骨架与细胞表面的特化构造
膜骨架(membraneassociatedcytoskeleton)
指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架构造,参加保持细胞质膜的形状并协助质膜达成多种生理机能。
早期有人称膜下溶胶层,本质为膜骨架。
第二节细胞连结
细胞连结可分为三大类:
即
一、关闭连结
亲近连结(tightjunction)为典型的关闭连结,又称结合小带或关闭小带(zonulaoceludens),
是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连结方式,中间无缝隙,而且两质膜表面面相互交融,所以
电镜下观察呈三暗夹两明的五层构造。
二、锚定连结
经过这类连结方式将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚硬、有序的细胞集体。
1、桥粒和半桥粒(与中间纤维相关)
○1桥粒(desmosme,maculaeadherens)指相邻细胞间形成的
“钮扣”样构造,联系
处约有30nm的缝隙,缝隙充满丝状的粘多糖性物质,其中有一层电子密度较高的接触层,或称中央层(桥粒蛋白)将缝隙均分为二。
○2半桥粒:
位于表皮基细胞与基膜接触的一面,由于相对应的为基膜而不是细胞,所以称
半桥粒(hemidesmosome)。
2、粘着带与粘着斑(与肌动蛋白丝相关)
○1粘着带介于亲近连结与桥粒之间,亦称为中间连结。
是相邻细胞间有较宽(15~20nm)
缝隙的一种联系方式。
○2粘着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连结方式。
如贴壁细胞的贴壁行为,经过
粘着斑贴在瓶壁上。
三、通讯连结
1缝隙连结(gapjunction)
又有缝隙联系或接合斑(nexus)、缝管连结或关闭筋膜(fasciaoccludens)之称,是相邻细胞间有2-3nm缝隙的一种连结方式。
电镜下观察联系处呈四暗夹三明的七层构造之称。
2植物细胞的连结——胞间连丝(Plasmodesma)
在植物细胞,两相邻细胞的壁之间靠一层称作胞间层(中胶层middletamella)的果胶类
(Pectin)物质粘合在起,但在有些部位,细胞壁及胞间层其实不连续,在此有原生质丝经过
而勾通相邻两细胞,这即是植物细胞特有的连结方式——胞间连丝,是指相邻植物细胞穿通细胞壁的细胞质通路。
.
3化学突触:
是可愉悦细胞之间的连结方式,经过释放神经递质激动,电信号→化学信号→电信号(四)细胞表面的粘着因子
(如乙酰胆碱)来传导神经
第三节细胞外被与细胞外基质
一、细胞外被(Cellcoat)
又称糖萼(glgcocalyx),指由细胞产生的、与细胞膜表面面联系亲近的粘多糖类物质。
由于
它林立在细胞表面,与质膜中蛋白质和脂类结合,故能够为它是质膜的组成部分,但有其独
立性。
有人将细胞外被与质膜比喻成“毛”与“皮”的关系。
二、细胞外基质(extracellularmatrix)
分布于细胞外空间(如细胞之间或细胞表面),由细胞分泌的蛋白和多糖组成的网络构造。
与膜关系不亲近,功能在于:
○1细胞间粘着;○2保护作用;○3保持细胞外环境(调治
细胞周围的物质浓度);○4过滤作用等等。
在形态发生中作用重要,包括:
细胞迁移、增
殖、形态变化、分化、保护、组建等。
主要包括四大类物质
(一)胶原(collagen):
属糖蛋白类物质,为纤维状蛋白多聚体,含量最高,具刚性,抗张强度大,组成细胞外基质的骨架系统。
(二)氨基聚糖(glycosaminoglycanGAC)和蛋白聚糖(proteoglycan,PG)(粘多糖,粘
蛋白)
(三)层粘连蛋白(Lamimin,LN)(较大的糖蛋白分子)和纤粘连蛋白(fibronectin,FN)
(由两条或更多的肽链及一些低聚糖组成。
对细胞迁移作用大)。
(四)弹性蛋白
第五章物质的跨膜运输与信号传达
授课目标:
1掌握物质跨膜运输的方式
2掌握细胞通讯的基础知识
3掌握细胞信号转导的详尽方式授课要点物质跨膜运输的方式,
授课难点大分子的运输机理,细胞信号转导的详尽方式
第一节物质的跨膜运输
一、被动运输(Passivetransport)
指经过简单扩散或协助扩散实现物质从浓度高处经质膜向浓度低处运输的方式。
运输速率依
赖于膜两侧被运送物质的浓度差及其分子大小、电荷性质等。
不需要细胞代谢供应能量。
(一)简单扩散(simplediffusion)
指物质顺浓度梯度的扩散,不需要耗资细胞自己的代谢能,也不需专一的载体(膜蛋白),
只要物质在膜两侧保持必然的浓度差,物质便扩散穿膜,又称自由扩散(freediffusion)。
特点:
(二)协助扩散(facilitateddiffusion)
又称促使扩散。
绝大多数在细胞
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