細(xì)胞生物學(xué)(翟中和)筆記

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

2、括分子遺傳學(xué)與生物化學(xué))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(xì)胞增殖、分化、凋亡的相互關(guān)系及其調(diào)控?細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究?細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝美國科學(xué)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(xué)研究中論文發(fā)表最集中的三個領(lǐng)域分別是：?細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）

3、；?細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）；?基因組與后基因組學(xué)研究基因組與后基因組學(xué)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(dāng)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?。?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(xì)胞周期調(diào)控（cellcyclecontrol）；?細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）；?細(xì)胞衰老（cellularsenescence）；?信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）；?DNA的損傷與修復(fù)（DNAdamagerepair）“細(xì)胞學(xué)說細(xì)胞學(xué)說”的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容?認(rèn)為細(xì)胞是有機(jī)體，一切動植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；?每個細(xì)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(xì)胞共同組成的整體的生命有所助益；?新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。第二章細(xì)胞基本知識概要細(xì)胞是生命活動的基本單位?一切有機(jī)體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位?細(xì)胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功能的基本單位?細(xì)胞是有機(jī)體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)?細(xì)胞是遺傳的基本單位，細(xì)胞具有遺傳的全能性?沒有細(xì)胞就沒有完整的生命細(xì)胞概念的一些新思考細(xì)胞概念的一些新思考?細(xì)胞是多層次非線性的復(fù)

6、雜結(jié)構(gòu)體系?細(xì)胞具有高度復(fù)雜性和組織性?細(xì)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(xì)胞完成各種化學(xué)反應(yīng)；?細(xì)胞需要和利用能量；?細(xì)胞參與大量機(jī)械活動；?細(xì)胞對刺激作出反應(yīng)；?細(xì)胞是高度有序的，具有自組裝能力與自組織體系。?細(xì)胞能進(jìn)行自我調(diào)控；?繁殖和傳留后代；細(xì)胞的基本共性細(xì)胞的基本共性?所有的細(xì)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(xì)胞膜。?所有的細(xì)胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體

7、。?作為蛋白質(zhì)合成的機(jī)器─核糖體，毫無例外地存在于一切細(xì)胞內(nèi)。?所有細(xì)胞的增殖都以一分為二的方式進(jìn)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(fù)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(xì)胞內(nèi)增殖（復(fù)制）病毒在細(xì)胞內(nèi)增殖

8、（復(fù)制）?病毒侵入細(xì)胞，病毒核酸的侵染?病毒核酸的復(fù)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(xì)胞在起源與進(jìn)化中的關(guān)系病毒與細(xì)胞在起源與進(jìn)化中的關(guān)系病毒是非細(xì)胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)。病毒與細(xì)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(xì)胞病毒?生物大分子細(xì)胞?生物大分子→細(xì)胞→病毒原核細(xì)胞原核細(xì)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(xì)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(xì)胞器和細(xì)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(xì)胞；?細(xì)菌?藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）真核細(xì)胞真核細(xì)胞?真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系?細(xì)胞的大小及其分析細(xì)胞的大小及其分析?原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系真核細(xì)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(dá)系統(tǒng)?由特異蛋白分子裝配構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)。細(xì)胞的大小及其分析細(xì)胞的大小及其分析各類細(xì)胞直徑的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較?原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基本特征的比較?原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達(dá)的比較?植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的比較?細(xì)胞壁?液泡?葉綠體古細(xì)菌古細(xì)菌古細(xì)菌（archaebacteria）與真核細(xì)胞曾在進(jìn)化上有過共

11、同歷程主要證據(jù)主要證據(jù)（1）細(xì)胞壁的成分與真核細(xì)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(xì)菌類有強(qiáng)的抑制生長作用，而對古細(xì)菌與真核細(xì)胞卻無作用。（2）DNA與基因結(jié)構(gòu)：古細(xì)菌DNA中有重復(fù)序列的存在。此外，多第3頁共27頁物質(zhì)在細(xì)胞中的分布和含量。物質(zhì)在細(xì)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(biāo)技術(shù)免疫酶標(biāo)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(yīng)與免疫印跡反應(yīng)(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(yīng)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(yīng)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(xì)胞內(nèi)特異核酸的定位與定性四、細(xì)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(biāo)記或熒光素標(biāo)記的探針）（同位素標(biāo)記或熒光素標(biāo)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(biāo)記的探針與抗生物素抗體相連的膠體金標(biāo)記結(jié)合）（生物素標(biāo)記的探針與抗生物素抗體相連的膠體

14、金標(biāo)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(yīng)用原理及應(yīng)用：?利用同位素的放射自顯影，對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行定性、利用同位素的放射自顯影，對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行定性、定位與半定量研究；定位與半定量研究；?實現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行動態(tài)和追蹤研究。實現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行動態(tài)和追蹤研究。?步驟：步驟：?前體物摻入細(xì)胞（標(biāo)記：持續(xù)標(biāo)記和脈沖標(biāo)記）前體物摻入細(xì)胞（標(biāo)記：持續(xù)標(biāo)記和脈沖標(biāo)記）———放射自顯影放射自顯

15、影六定量細(xì)胞化學(xué)分析技術(shù)六定量細(xì)胞化學(xué)分析技術(shù)?細(xì)胞顯微分光光度術(shù)（細(xì)胞顯微分光光度術(shù)（Microspectrophotometry）?利用細(xì)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(xì)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(xì)胞內(nèi)的含量。（如核酸與蛋白質(zhì)等）在細(xì)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(xì)胞儀（流式細(xì)胞儀（F

16、lowCytometry）?主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：用于定量測定細(xì)胞中的用于定量測定細(xì)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(xì)胞群體中不同時相細(xì)胞的數(shù)量；測定細(xì)胞群體中不同時相細(xì)胞的數(shù)量；從細(xì)胞群體中分離某些特異染色的細(xì)胞；從細(xì)胞群體中分離某些特異染色的細(xì)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(xì)胞的培養(yǎng)一、細(xì)胞的培養(yǎng)?動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)?類型：原代培養(yǎng)細(xì)胞（類

17、型：原代培養(yǎng)細(xì)胞（primaryprimarycultureculturecellcell）繼代培養(yǎng)細(xì)胞（繼代培養(yǎng)細(xì)胞（subculturesubculturecellcell）?細(xì)胞株細(xì)胞株（cellcellstrainstrain）正常二倍體正常二倍體，接觸抑制接觸抑制?細(xì)胞系細(xì)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(xì)胞?類型類型：原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)（體細(xì)胞培養(yǎng)體細(xì)胞培養(yǎng)）單倍

18、體細(xì)胞培養(yǎng)單倍體細(xì)胞培養(yǎng)（花藥培養(yǎng)花藥培養(yǎng)）?非細(xì)胞體系（cellfreesystem）二、細(xì)胞工程二、細(xì)胞工程?細(xì)胞融合細(xì)胞融合（cellfusion）與細(xì)胞雜交與細(xì)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(xì)胞拆合與顯微操作技術(shù)細(xì)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(xué)法結(jié)合離心技術(shù)化學(xué)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(xì)胞生命活動的研究成為當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的瓶頸對細(xì)胞生命活動對細(xì)胞生命活動的研究成為當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的瓶頸對細(xì)胞生命活動的研究成為當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的瓶頸的研究成為當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的瓶頸第四章第四

20、章細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane)又稱細(xì)胞膜(cellmembrane)。細(xì)胞內(nèi)膜(intracellularmembrane)生物膜(biomembrane)?細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型細(xì)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(fù)技術(shù)光脫色恢復(fù)技術(shù)?分子生物學(xué)技術(shù)在膜蛋白研究上的應(yīng)用分

21、子生物學(xué)技術(shù)在膜蛋白研究上的應(yīng)用?生物膜結(jié)構(gòu)特征生物膜結(jié)構(gòu)特征?細(xì)胞質(zhì)膜的功能細(xì)胞質(zhì)膜的功能?膜骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)膜骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié)細(xì)胞連接細(xì)胞連接?細(xì)胞連接的功能分類細(xì)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(xì)胞表面的粘連分子細(xì)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。“Centraldogma”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(xì)菌和動物細(xì)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(xì)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(biāo)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(xì)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(xì)胞質(zhì)膜各部分的名稱細(xì)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