細胞生物學(翟中和)筆記

1、第1頁共27頁細胞生物學細胞生物學?生命體是多層次、非線性、多側(cè)面的復雜結(jié)構(gòu)體系，而細胞是生命體的結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位，有了細胞才有完整的生命活動。?細胞生物學是研究細胞基本生命活動規(guī)律的科學，它是在不同層次（顯微、亞顯微與分子水平）上以研究細胞結(jié)構(gòu)與功能、細胞增殖、分化、衰老與凋亡、細胞信號傳遞、真核細胞基因表達與調(diào)控、細胞起源與進化等為主要內(nèi)容。核心問題是將遺傳與發(fā)育在細胞水平上結(jié)合起來?？傏厔菘傏厔?細胞生物學與分子生物學(包

2、括分子遺傳學與生物化學)相互滲透與交融是總的發(fā)展趨勢。重點領(lǐng)域重點領(lǐng)域?染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系—主要是非組蛋白對基因組的作用?細胞增殖、分化、凋亡的相互關(guān)系及其調(diào)控?細胞信號轉(zhuǎn)導的研究?細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝美國科學情報研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學研究中論文發(fā)表最集中的三個領(lǐng)域分別是：?細胞信號轉(zhuǎn)導細胞信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）

3、；?細胞凋亡細胞凋亡（cellapoptosis）；?基因組與后基因組學研究基因組與后基因組學研究（genomepostgenomicanalysis）。美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）在1988年底發(fā)表的一份題為《什麼是當今科研領(lǐng)域的熱門話題？》（“Whatispopularinresearchtoday？”）的調(diào)查報告中指出，目前全球研究最熱門的是?三種疾病三種疾病：?癌癥（cancer）?心血管?。╟ardiovulardisease

4、s）?愛滋病和肝炎等傳染病?五大研究方向五大研究方向：?細胞周期調(diào)控（cellcyclecontrol）；?細胞凋亡（cellapoptosis）；?細胞衰老（cellularsenescence）；?信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）；?DNA的損傷與修復（DNAdamagerepair）“細胞學說細胞學說”的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容?認為細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發(fā)育而來并由細胞和細胞產(chǎn)物所構(gòu)成；?每個細胞作為一個相

5、對獨立的單位，既有它“自己的”生命又對與其它細胞共同組成的整體的生命有所助益；?新的細胞可以通過老的細胞繁殖產(chǎn)生。第二章細胞基本知識概要細胞是生命活動的基本單位?一切有機體都由細胞構(gòu)成，細胞是構(gòu)成有機體的基本單位?細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位?細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)?細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性?沒有細胞就沒有完整的生命細胞概念的一些新思考細胞概念的一些新思考?細胞是多層次非線性的復

6、雜結(jié)構(gòu)體系?細胞具有高度復雜性和組織性?細胞是物質(zhì)（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過程精巧結(jié)合的綜合體?細胞完成各種化學反應；?細胞需要和利用能量；?細胞參與大量機械活動；?細胞對刺激作出反應；?細胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。?細胞能進行自我調(diào)控；?繁殖和傳留后代；細胞的基本共性細胞的基本共性?所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細胞膜。?所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復制與轉(zhuǎn)錄的載體

7、。?作為蛋白質(zhì)合成的機器─核糖體，毫無例外地存在于一切細胞內(nèi)。?所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。病毒的基本知識病毒的基本知識?病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核酸蛋白質(zhì)復合體；根據(jù)病毒的核酸類型可以將其分為兩大類：?DNA病毒與RNA病毒?病毒的多樣性）?類病毒（viroid）——僅由感染性的RNA構(gòu)成；?朊病毒（prion）——僅由感染性的蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成；病毒在細胞內(nèi)增殖（復制）病毒在細胞內(nèi)增殖

8、（復制）?病毒侵入細胞，病毒核酸的侵染?病毒核酸的復制、轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的合成?病毒的裝配、成熟與釋放病毒與細胞在起源與進化中的關(guān)系病毒與細胞在起源與進化中的關(guān)系病毒是非細胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細胞內(nèi)實現(xiàn)。病毒與細胞在起源上的關(guān)系，目前存在3種主要觀點：?生物大分子→病毒→細胞病毒?生物大分子細胞?生物大分子→細胞→病毒原核細胞原核細胞基本特點基本特點：?遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個環(huán)狀DNA構(gòu)成；細胞內(nèi)沒有分化為

9、以膜為基礎(chǔ)的具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細胞器和細胞核膜。主要代表主要代表：?支原體（mycoplast）——目前發(fā)現(xiàn)的最小最簡單的細胞；?細菌?藍藻又稱藍細菌（Cyanobacteria）真核細胞真核細胞?真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系?細胞的大小及其分析細胞的大小及其分析?原核細胞與真核細胞的比較原核細胞與真核細胞的比較真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系真核細胞的基本結(jié)構(gòu)體系?以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；?以核酸（DNA或R

10、NA）與蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達系統(tǒng)?由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細胞骨架系統(tǒng)。細胞的大小及其分析細胞的大小及其分析各類細胞直徑的比較原核細胞與真核細胞的比較原核細胞與真核細胞的比較?原核細胞與真核細胞基本特征的比較?原核細胞與真核細胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達的比較?植物細胞與動物細胞的比較植物細胞與動物細胞的比較植物細胞與動物細胞的比較?細胞壁?液泡?葉綠體古細菌古細菌古細菌（archaebacteria）與真核細胞曾在進化上有過共

11、同歷程主要證據(jù)主要證據(jù)（1）細胞壁的成分與真核細胞一樣，而非由含壁酸的肽聚糖構(gòu)成，因此抑制壁酸合成的鏈霉素，抑制肽聚糖前體合成的環(huán)絲氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素與萬古霉素等對真細菌類有強的抑制生長作用，而對古細菌與真核細胞卻無作用。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細菌DNA中有重復序列的存在。此外，多第3頁共27頁物質(zhì)在細胞中的分布和含量。物質(zhì)在細胞中的分布和含量。FeulgenStaining三、特異蛋白抗原的定位與定性三、特異蛋白抗原的定

12、位與定性?免疫酶標技術(shù)免疫酶標技術(shù)?免疫膠體金免疫膠體金?免疫熒光技術(shù)：免疫熒光技術(shù)：快速、靈敏、有特異性，但其分辨率有限快速、靈敏、有特異性，但其分辨率有限（圖）（圖）?蛋白電泳蛋白電泳(SDSPAGE)SDSPAGE)與免疫印跡反應與免疫印跡反應(WesternBlot)WesternBlot)?免疫電鏡技術(shù)：免疫電鏡技術(shù)：?免疫鐵蛋白技術(shù)免疫鐵蛋白技術(shù)技術(shù)應用：通過對分泌蛋白的定位，可以確定某種蛋白的分泌動技術(shù)應用：通過對分泌蛋白

13、的定位，可以確定某種蛋白的分泌動態(tài)；胞內(nèi)酶的研究；膜蛋白的定位與骨架蛋白的定位等態(tài)；胞內(nèi)酶的研究；膜蛋白的定位與骨架蛋白的定位等四、細胞內(nèi)特異核酸的定位與定性四、細胞內(nèi)特異核酸的定位與定性?光鏡水平的原位雜交技術(shù)光鏡水平的原位雜交技術(shù)（同位素標記或熒光素標記的探針）（同位素標記或熒光素標記的探針）?電鏡水平的原位雜交技術(shù)電鏡水平的原位雜交技術(shù)（生物素標記的探針與抗生物素抗體相連的膠體金標記結(jié)合）（生物素標記的探針與抗生物素抗體相連的膠體

14、金標記結(jié)合）?PCR技術(shù)技術(shù)五、放射自顯影技術(shù)五、放射自顯影技術(shù)?原理及應用原理及應用：?利用同位素的放射自顯影，對細胞內(nèi)生物大分子進行定性、利用同位素的放射自顯影，對細胞內(nèi)生物大分子進行定性、定位與半定量研究；定位與半定量研究；?實現(xiàn)對細胞內(nèi)生物大分子進行動態(tài)和追蹤研究。實現(xiàn)對細胞內(nèi)生物大分子進行動態(tài)和追蹤研究。?步驟：步驟：?前體物摻入細胞（標記：持續(xù)標記和脈沖標記）前體物摻入細胞（標記：持續(xù)標記和脈沖標記）———放射自顯影放射自顯

15、影六定量細胞化學分析技術(shù)六定量細胞化學分析技術(shù)?細胞顯微分光光度術(shù)（細胞顯微分光光度術(shù)（Microspectrophotometry）?利用細胞內(nèi)某些物質(zhì)對特異光譜的吸收，測定這些物質(zhì)利用細胞內(nèi)某些物質(zhì)對特異光譜的吸收，測定這些物質(zhì)（如核酸與蛋白質(zhì)等）在細胞內(nèi)的含量。（如核酸與蛋白質(zhì)等）在細胞內(nèi)的含量。包括：包括：紫外光顯微分光光度測定法紫外光顯微分光光度測定法可見光顯微分光光度測定法可見光顯微分光光度測定法?流式細胞儀（流式細胞儀（F

16、lowCytometry）?主要應用：主要應用：用于定量測定細胞中的用于定量測定細胞中的DNADNA、RNARNA或某一特異蛋白的含量；或某一特異蛋白的含量；測定細胞群體中不同時相細胞的數(shù)量；測定細胞群體中不同時相細胞的數(shù)量；從細胞群體中分離某些特異染色的細胞；從細胞群體中分離某些特異染色的細胞；分離分離DNADNA含量不同的中期染色體。含量不同的中期染色體。一、細胞的培養(yǎng)一、細胞的培養(yǎng)?動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)?類型：原代培養(yǎng)細胞（類

17、型：原代培養(yǎng)細胞（primaryprimarycultureculturecellcell）繼代培養(yǎng)細胞（繼代培養(yǎng)細胞（subculturesubculturecellcell）?細胞株細胞株（cellcellstrainstrain）正常二倍體正常二倍體，接觸抑制接觸抑制?細胞系細胞系（cellcelllineline）亞二倍體亞二倍體，接觸抑制喪失接觸抑制喪失?植物細胞?類型類型：原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)（體細胞培養(yǎng)體細胞培養(yǎng)）單倍

18、體細胞培養(yǎng)單倍體細胞培養(yǎng)（花藥培養(yǎng)花藥培養(yǎng)）?非細胞體系（cellfreesystem）二、細胞工程二、細胞工程?細胞融合細胞融合（cellfusion）與細胞雜交與細胞雜交（cellhybridization）技術(shù)技術(shù)?單克隆抗體單克隆抗體（monoclonemonocloneantibodyantibody）技術(shù)技術(shù)圖?細胞拆合與顯微操作技術(shù)細胞拆合與顯微操作技術(shù)?物理法結(jié)合顯微操作技術(shù)物理法結(jié)合顯微操作技術(shù)(圖1、圖、圖2)2)?

19、化學法結(jié)合離心技術(shù)化學法結(jié)合離心技術(shù)?制備核體（制備核體（karyoplastkaryoplast）和胞質(zhì)體（和胞質(zhì)體（cytoplastcytoplast）。）。?其它技術(shù)其它技術(shù)遺傳分析（遺傳分析（mutantknockoutknockin）對細胞生命活動的研究成為當今生命科學發(fā)展的瓶頸對細胞生命活動對細胞生命活動的研究成為當今生命科學發(fā)展的瓶頸對細胞生命活動的研究成為當今生命科學發(fā)展的瓶頸的研究成為當今生命科學發(fā)展的瓶頸第四章第四

20、章細胞質(zhì)膜與細胞表面細胞質(zhì)膜與細胞表面第一節(jié)細胞質(zhì)膜與細胞表面特化結(jié)構(gòu)細胞質(zhì)膜(plasmamembrane)又稱細胞膜(cellmembrane)。細胞內(nèi)膜(intracellularmembrane)生物膜(biomembrane)?細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型?膜脂膜脂——生物膜的基本組成成分?膜蛋白膜蛋白?確定膜蛋白方向的實驗程序確定膜蛋白方向的實驗程序?光脫色恢復技術(shù)光脫色恢復技術(shù)?分子生物學技術(shù)在膜蛋白研究上的應用分

21、子生物學技術(shù)在膜蛋白研究上的應用?生物膜結(jié)構(gòu)特征生物膜結(jié)構(gòu)特征?細胞質(zhì)膜的功能細胞質(zhì)膜的功能?膜骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu)膜骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié)細胞連接細胞連接?細胞連接的功能分類細胞連接的功能分類?封閉連接封閉連接?錨定連接錨定連接?通訊連接通訊連接?細胞表面的粘連分子細胞表面的粘連分子一、胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型一、胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型?E.Gter和FGrendel（1925）:“蛋白質(zhì)脂類蛋白質(zhì)”三夾板質(zhì)膜結(jié)構(gòu)

22、模型?J.D.Robertson（1959年）：單位膜模型(unitmembranemodel)?S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)?K.Simonsetal(1997):脂筏模型（lipidraftsmodel）FunctionalraftsinCellmembranes.Nature387:569572生物膜結(jié)構(gòu)生物膜結(jié)構(gòu)?磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)

23、構(gòu)成分尚未發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白；?蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決定者；?生物膜是磷脂雙分子層嵌有蛋白質(zhì)的二維流體?！癈entraldogma”ofmembranebiology膜的流動性膜的流動性?膜脂的流動性膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質(zhì)決定的脂肪酸鏈越短不飽和程度越高膜脂的流動性越大。溫度對膜脂的運動有明顯的影響。在細菌和動物細胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調(diào)節(jié)膜脂的

24、相變溫度以維持膜脂的流動性。在動物細胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用。?膜蛋白的流動熒光抗體免疫標記實驗成斑現(xiàn)象(patching)或成帽現(xiàn)象(capping)?膜的流動性受多種因素影響；細胞骨架不但影響膜蛋白的運動，也影響其周圍的膜脂的流動。膜蛋白與膜脂分子的相互作用也是影響膜流動性的重要因素膜的不對稱性膜的不對稱性?細胞質(zhì)膜各部分的名稱細胞質(zhì)膜各部分的名稱?膜脂與糖脂的不對稱性膜脂與糖脂的不對稱性糖脂僅存在于質(zhì)膜