细胞生物学

第一章绪论细胞生物学：以细胞为研究对象,从细胞的显微水平、亚显微水平，分子水平三个层次，以动态的观点,研究细胞和细胞器的结构和功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡和各种生命活动规律（细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等）的学科。

细胞生物学的发展简史一、细胞的发现第一个发现细胞的是英国学者胡克，1665年。

二、细胞学说的创立：1838年, 德国植物学家施来登(Mathias Schleiden) 1839年,德国动物学家施旺(Theodor Schwan) 1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow) 发表论文指出∶植物是由细胞构成的;细胞学说的内容1、所有的生物都是由一个或多个细胞组成的;2、细胞是生命的基本单位;3、一切细胞产自细胞。

三、细胞学的经典时期：1861年舒尔策提出原生质理论。

原生质：是细胞内生命物质的总称。

它的主要成分是蛋白质，核酸，脂质原生质体：脱去细胞壁的植物、真菌或细菌细胞。

四、实验细胞学时期(1900-1953)细胞遗传学的研究：①1876年赫特维希兄弟发现了动物的受精现象②孟德尔豌豆实验遗传因子③ 1910年摩尔根果蝇连锁互换伴性遗传第二章细胞的统一性和多样性一、细胞——生命活动的基本单位. 1、一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位2、细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位3、细胞是有机体生长与发育的基础4、细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性5、没有细胞就没有完整的生命二、细胞的基本特性1. 具有相似的化学组成:2. 均有细胞膜:脂-蛋白体系3. 均有有控制遗传的装置-DNA和RNA4. 细胞有核糖体:细胞功能的体现者是蛋白质(包括酶)，蛋白质是在核糖体上合成的。

5. 以一分为二的分裂方式进行增殖:动、植物细胞、细菌细胞都是如此。

6. 其它特性：可进行生化反应可运动结构相似为什么说支原体是最小最简单的细胞？课本p24比较细菌和蓝藻。

细菌的结构：1、核区与基因组2、表面结构（细胞质膜中膜体细胞壁荚膜）3、核糖体4、质粒（核外DNA、裸露的环状DNA分子）5、内生孢子蓝藻的结构：1、中心质（原核或原始核）2、光合片层：同心环样膜片层结构，上有藻胆蛋白体，由几种藻胆蛋白构成。

只含叶绿素a无叶绿素b；3、表面结构：细胞壁、胶质鞘DNA复制、RNA转录与蛋白质翻译可以同时进行，这是细菌乃至整个原核细胞与真核细胞最显著的差异之一。

细胞大小的计量单位，一般都用微米计算。

细胞对体积增大的限制因素①细胞体积与表面积的关系②核质比③细胞内物质的运输真核细胞与原核细胞最根本的区别：1、细胞膜系统的分化与演变。

2、遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化真核与原核细胞比较（共同点）1、功能上的共同点∶都是生命的基本结构单位；都能进行分裂；都能遗传。

2、结构上的共同点:：都有细胞膜；都有DNA和RNA；都有核糖体原核细胞与真核细胞比较(不同点)原核细胞真核细胞代表生物细菌、蓝藻和支原体原生生物、真菌、植物和动物细胞大小较小(1-10μm) 较大(一般5～100μm)细胞膜 有(多功能性) 有核糖体 70S(由50S 和30S 两个 80S(由60S 和40S 两个大小大小亚基组成) 亚基组成)细胞器 极少 有细胞核、线粒体、叶绿体,内质网,溶酶体等细胞核 无核膜和核仁 有核膜和核仁染色体 一个细胞只有一条 一个细胞有两条以上的染色双链DNA, DNA 不与或 DNA 与蛋白质联结在一起很少与组蛋白结合DNA 环状，存在于细胞质 很长的线状分子，含有很多非编码区，并被核膜所包裹。

原核细胞与真核细胞基因表达方式的比较 课本p36-37在生物细胞内繁殖1、侵入 宿主细胞2、病毒核酸的释放3、病毒核酸的复制及蛋白质的合成4、病毒的装配5、释放动物病毒进入细胞主要的三种方式：1、直接进入2、膜融合3、细胞的内吞作用病毒与细胞在起源与进化中的关系：生物大分子→细胞→病毒第三章 细胞生物学研究方法对任何显微镜来说，最重要的性能参数是分辨率和视场的宽度和深度。

分辨率（即分辨极限, D ）是指区分开两个质点间的最小距离.人眼的分辨率：0.2mm ，光学显微镜的分别率0.2 μm.电子显微镜的分辨率为0.2nm放大倍数: 光学显微镜在用空气作介质时,最大放大倍数为1000倍,用油镜时为1400倍. 激光共聚焦扫描显微镜(L C S M )：1、激光共聚焦扫描显微镜用激光作扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像。

2、经一次调焦，扫描限制在样品的一个平面内。

调焦深度不一样时，能显示细胞样品的立体结构。

电子显微镜与光学显微镜的基本区别电子显微镜的基本构造：1、电子束照明系统：包括电子枪、聚光镜。

2、成像系统：包括物镜，中间镜与投影镜等。

3、真空系统。

4、记录系统。

超薄切片技术：过程：取材、脱水（乙醇）、固定、包埋、切片、染色（重金属盐）负染色技术：用重金属盐(如磷钨酸) 染色；吸去染料干燥后，样品凹陷处铺了一层重金属盐，而凸的出地方没有染料沉积，从而出现负染效果，分辨力可达1.5nm 左右。

冰冻蚀刻技术：冰冻断裂与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结构。

分辨本领 光 源 透 镜 真 空 成像原理 人眼 100 m 可见光光学显微镜 0.2 m 可见光波长 400 ～ 700nm)利用样本对光的吸收形 成明暗反差和颜色变化 0.1 m 紫外光玻璃透镜 不要求真空 电子显微镜 接近 0.1nm 电子束 ( 波长 0.01 ～ 0.9nm) 电磁透镜 1.33 × 10 -5 ～ 1.33 × 10 - 3 Pa 利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差离心分离技术：用途：离心是研究如细胞核、线粒体、高尔基体、溶酶体和微体等细胞器，以及各种大分子基本手段。

差速离心 密度梯度离心差速离心：在密度均一的介质中由低速到高速逐级离心，用于分离不同大小的细胞和细胞器。

在差速离心中细胞器沉降的顺序依次为：核、线粒体、溶酶体与过氧化物酶体、内质网与高基体、最后为核蛋白体。

密度梯度离心：用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离。

细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法1. Schiff反应：分子中的醛基可使Schiff试剂中的无色品红变为紫红色。

这种反应通常用于显示糖和脱氧核糖核酸（Feulgen反应）.DNA的福尔根反应2. 脂溶染色法：借苏丹染料溶于脂类而使脂类显深红色。

3. 茚三酮反应：显示蛋白质。

免疫荧光技术：根据免疫学原理，利用抗体同特定抗原专一结合，并标上标记荧光素，对抗原进行定位测定的技术。

快速、灵敏、有特异性，但其分辨率有限。

细胞内特异核酸的定位与定性原位杂交：用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置的方法。

①光镜水平的原位杂交技术:同位素标记或荧光素标记的探针②电镜水平的原位杂交技术:生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合放射自显影技术：原理及应用：利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。

步骤：前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）→放射自显影动物细胞培养步骤：首先从健康动物中去除组织，剪碎，用浓度与活性适中的胰酶后胶原酶与EDTA（螯合剂）等将细胞连接处消化分散，给予良好的营养液与无菌的培养环境（接近体温与体内pH），在培养瓶中进行静止培养或慢速转动培养。

原代培养：也叫初代培养，指直接从体内取出的细胞、组织和器官进行的第一次的培养物。

传代：将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代培养。

细胞系：原代培养物成功传代后，则称之为细胞系。

如细胞系的生存期有限，则称之为有限细胞系；已获无限繁殖能力能持续生存的细胞系，称连续细胞系或无限细胞系。

细胞株：通过选择法或克隆形成法从原代培养物或细胞系中获得具有特殊性质或标志物称为细胞株。

细胞融合：通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为-诱导融合方法：灭活的病毒（如仙台病毒）或化学物质（如聚乙二醇,PEG）或电融合法单克隆抗体技术的原理：动物受到外界抗原刺激后可诱发免疫反应，产生相应抗体，这一职能是由B淋巴细胞承担的，但B淋巴细胞在体外难以增殖，一些骨髓瘤细胞不分泌抗体，但在踢完培养条件下可以无限传代。

将这两种细胞在聚乙二醇或灭火的病毒的介导下发生融合。

融合后的细胞就会具有两种亲本细胞的特性：一方面可以分泌抗体，另一方面可以再体外培养条件下能够无限增殖。

细胞拆合：就是把细胞核与细胞质分离开来，然后把不同来源的细胞质和细胞核相互结合，形成核质杂交细胞。

方法：物理法：机械方法和短波光。

化学法：细胞松弛素B.第四章细胞质膜生物膜的结构模型：流动镶嵌模型：生物膜是由磷脂双分子层和蛋白质构成,膜蛋白和膜脂均可侧向运动，膜蛋白是镶嵌于脂双分子层中，是不对称分布的。

1972年,S.J.Singer 和G.Nicolson提出生物膜的流动镶嵌模型。

该模型主要强调：1、膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向移动。

2、膜蛋白分布的不对称性，有的镶嵌在膜表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。

生物膜的化学组成:膜脂、膜蛋白膜脂主要包括：磷脂、糖脂和胆固醇3种类型。

磷脂：又可分为两类：甘油磷脂和鞘磷脂。

甘油磷脂包括卵磷脂、磷脂酰丝氨酸、脑磷脂和磷脂酰肌醇等。

糖脂(Glycolipid)：一般分布在生物膜外侧，与信号识别有关。

在神经细胞表面糖脂含量较高，因与信号的传导和识别有关。

胆固醇分子包括三部分: 极性的头部：羟基；非极性的类固醇环结构；一个非极性的碳氢尾部作用:调节膜的流动性，增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性等膜脂的运动:沿膜平面的侧向运动基本运动方式）；脂分子围绕轴心的自旋运动；脂分子尾部的摆动；双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10－10。

但在内质网膜上（SER）,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。

膜蛋白的种类 :膜周边蛋白、整合蛋白膜周边蛋白：外周蛋白为水溶性;靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合;只要改变离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。

整合蛋白（内在膜蛋白）：部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质；整合蛋白约占膜蛋白的70-80%。

内在膜蛋白与膜脂结合的方式①跨膜结构域与脂双分子层的疏水核心相互作用②跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。