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1、精品细胞生物学讲义绪论一、细胞生物学的概念二、细胞生物学的学科地位既是基础学科,又是前沿学科三、细胞生物学的主要研究内容细胞的结构与功能：细胞核，染色体以及基因表达的研究生物膜与细胞器的研究细胞骨架体系的研究细胞的生命活动:细胞的增裂、细胞的分化、细胞的衰老与凋亡、细胞的起源与进化、细胞工程四、研究细胞生物学有重要的意义*1揭示生命活动的规律发育、衰老等2为工农医服务单克隆抗体技术、动物克隆、组织工程、肿瘤等五、细胞学与细胞生物学的发展简史1细胞的发现技术：显微技术学者：Z。Jansen和H。Jansen,R。Hooke,A.V.Leeuhoek2细胞学说的建立技术：显微技术学者：M。J.Sc

2、hleiden和T.Schwann成果：提出了细胞学说3细胞学的经典时期技术：显微技术、石腊切片技术和染色技术；观察与描述学者：普金耶、雷马克、弗勒明、高尔基等成果：发现了多种细胞器与细胞的分裂活动4实验细胞学与细胞学的分支技术：实验手段学者：孟德尔、摩尔根等成果：细胞遗传:受精现象、核质关系、遗传三大规律细胞生理:组织培养技术细胞化学:（化学染色、放射自显影技术免疫荧光技术等）细胞的化学组成5细胞生物学学科的形成与发展技术:电子显微镜技术、超薄切片技术、分子生物学技术等学者:Ruska，Waston和Crick成果：细胞的超微结构与细胞分子生物学第二章细胞基本知识概要第一节细胞的形状与大小一

3、、细胞的概念细胞是由原生质小团所组成的基本单位,其中含有一个核(或拟核）,四周被膜包围着.二、细胞的形状多样有球状、柱状、纤维状、纺垂体状等.形状的维持：细胞骨架和某些细胞的胞壁三、细胞的大小千差万别测量方法与使用的单位大小悬殊：最小支原体，最大的驼鸟卵细胞四、细胞形态大小与细胞的功能是相适应的1。细胞的大小有一定的限制2.细胞的形态与功能相适应哺乳动物红细胞神经细胞骨骼肌细胞第二节原核细胞与真核细胞一、原核细胞与原核生物在原核细胞内含有DNA的区域，没有核膜包围，这个区域为拟核，其中只有一条DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但含有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色

4、体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡,多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物，如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。(一）支原体(二）细菌1.形状2。结构鞭毛荚膜细胞壁细胞膜中膜体拟核核糖体质粒芽孢3生理功能(1)能量转换(2)蛋白质合成（3）与外界环境的物质交换(4)繁殖方式(5）运动3蓝藻1概述2形态3结构胶质鞘细胞壁细胞膜光合片层藻胆蛋白体中心质4光合作用光合色素：藻蓝素和叶绿素a等特点:电子供体为水，可放出氧气。细胞分裂：隔壁分裂二、真核细胞的基本结构概述1真核细胞的基本结构体系以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统;以核酸（DNA或RNA)与蛋白质为主要成分的遗传信

5、息表达系统由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。动物细胞与植物细胞的区别细胞壁液泡叶绿体病毒（非细胞结构）1病毒的概念：2。病毒的核酸类型3.病毒的形态与结构乙肝病毒SARS病毒4.病毒在宿主细胞中的增殖病毒的侵入粘附特异性结合-内吞、融合或注入病毒核酸的侵染脱壳释放核酸病毒核酸的复制、转录与翻译病毒的装配成熟与释放自我装配释放病毒的复制（右图为SARS病毒）第三章细胞生物学研究方法概述形态结构观察方法光学显微镜技术、电子显微镜技术与扫描隧道电子显微镜技术细胞组分的分析方法离心技术、细胞化学技术、免疫技术、分子杂交技术、放射自显影技术、显微分光光度测定技术与流式细胞仪。细胞工程技术细胞培养技术

6、、显微操作技术与细胞融合技术一、光学显微镜技术（一）普通复式光学显微镜技术分辨率的概念.分辨率:指能够分辨清的两点之间的最小距离。可由下式表示：两物点的最小分辨距离D0。61/N。sin/2.为成像光线的波长，N为样品周围介质的折射率，/2是进入物镜光锥的半角，,Nsin/2为物镜的数值孔径（常用N.A。表示），用于测定物镜的分辨率.数值孔径越大，能够分辨出二物点之间的距离则越小，因而分辨率就越强。光学显微镜的最小分辨距离为0。2微米提高分辨率的方法：显微镜的基本调试操作：（二）荧光显微镜技术激发光(紫外光或蓝紫光)与发射光(荧光）免疫荧光技术与荧光素直接标记技术激发滤片与阻断滤片（三）激光共

7、聚焦扫描显微镜技术成像的原理：只有物镜焦平面处的切面成像。(四）相差显微镜技术普通复式光学显微镜的成像特点明暗反差或颜色反差相差显微镜的成像原理及应用相差显微镜利用物体不同结构成分之间的折射率和厚度的差别，把通过物体不同部分的光程差转变为振幅（光强度）的差别，经过带有环状光阑的聚光镜和带有相板的相差物镜实现观察的显微镜.光的衍射与干涉活细胞的观察相差显微镜的主要构件相差显微镜的光路图相差显微镜成像直射光（超前1/4波长）共轭面入射光环状光栏标本衍射光补偿面目镜成像共轭面与补偿面的功能（一般情况）：共轭面使直射光振幅减小80左右，相位（光程差）延滞1/4波长.补偿面通过衍射光.结果：合光振幅增大

8、，物像比背景亮，形成明反差.二、电子显微镜技术概述分辨率：2-4A放大倍数：100多万倍亚显微结构：(一）电镜与光镜的区别电镜与光镜的比较电镜上述特征的功能提高分辨率-电子束波长很短放大电磁透镜可使电子偏转空气中的分子使电子散射-高真空电子束不可见-荧光屏电子束成像的原理电子束与样品的作用：透射电子、二次电子、散射电子、x射线等根据成像的原理与功能不同，电镜可分为两类：透射电镜与扫描电镜透射电镜与光镜光路图比较透射电子显微镜的基本构造电子束照明系统（电子枪、聚光镜）电子光学系统样品室电磁透镜成像部分中间镜，物镜，投影镜机械泵真空系统扩散泵高压、小电流（电子枪）供电系统低压、大电流（电磁透镜）荧

9、光屏观察记录系统照相装置超薄切片技术取材固定脱水渗透包埋聚合切片电子染色超薄切片为什么要进行电子染色？常用的电子染色剂.冰冻蚀刻技术冷冻断裂蚀刻喷铂喷碳消化观察扫描电镜成像原理扫描电镜的外观扫描电镜样品的制备取材-固定-临界点干燥-倾斜喷镀一层金膜-垂直喷镀一层碳膜-上样-观察第二节细胞组分分析方法超离心技术-细胞器与生物大分子的分离细胞化学技术检测细胞组分的分布免疫技术-检测细胞的特异抗原的分布原位杂交技术-定位特异核酸序列的分布放射自显影技术-可对动态过程进行定位显微分光光度测定技术-测定细胞内特定组分的含量流式细胞仪技术-测定、计数、分离一、超离心技术离心机类型：相对离心力大小的计算超离

10、心技术(制备超速离心与分析超速离心）差速离心：由低速到高速逐渐沉降分离，将不同大小的颗粒分开。密度梯度离心：利用离心溶液所形成的密度梯度来维持重力的稳定性和抑制对流，待分离颗粒的密度在离心溶液的梯度柱密度范围内，经过一定时间离心后，不同密度的颗粒分别集中在离心溶液某密度带上而得到分离。速度区带密度梯度离心：蔗糖介质等密度梯度离心：氯化铯介质差速离心与超速离心的结合二、细胞化学技术（一）概念：应用已知的细胞化学反应在细胞的原位上显示细胞的结构、成分和功能的技术。（二）技术要求：1、2、3(三）步骤：（四）显色方法化学方法：孚尔根反应詹纳斯绿染线粒体物理方法:苏丹III染脂肪滴、溴化乙锭染DNA、

11、考马斯亮蓝染蛋白质三、免疫细胞化学技术(一）概念:利用抗体和抗原的特异性结合在细胞原位研究抗原的技术。（二）优点（与细胞化学技术相比）特异性强、灵敏度高、定位性强（三）免疫细胞化学常用方法细胞的特异抗原+标记的相应抗体抗原抗体复合物细胞的特异抗原+一级抗体(特异）抗原一抗二抗复合物二级抗体（通用、已标记）抗体标记法荧光抗体酶标抗体铁蛋白法免疫胶体金法放射性同位素标记抗体法四、原位杂交原位杂交：在细胞原位进行核酸杂交的定性和定位技术.(分子)探针的标记：杂交过程:五、放射自显影技术原理：利用放射性同位素放射出的射线作作于感光乳胶的卤化银晶体，从而产生潜影。再通过显影把感光的卤化银还原成黑色金属银

12、颗粒，根据黑色的部位和黑度，来判断样品中放射性物质分布的位置和强度。常用的放射性同位素：放射性同位素掺入的方法:根据标记的时间分类制样过程六、流式细胞仪应用：定量、计数与不同特征细胞的分离样品的制备：制备分散的细胞染色细胞列队通过细胞流式仪细胞流式仪的工作原理光源发射激光（激发光）通过单个细胞收集单个细胞发出的荧光和折射光电脑分析对该细胞充电偏转盘调控该细胞的运动方向分部收集第三节、细胞工程(一）细胞培养技术概述它是指将动植物组织或细胞从机体取出，分散成单个细胞、或直接将单个细胞给予必要的生长条件,让其在培养瓶中或培养基上继续生长与繁裂.细胞培养的名词术语原代培养物：从机体,特别是从幼小的动物

13、机体取出的组织培养而成细胞群，一般指分裂10代以内的细胞群。原代培养:直接取自动植体的组织或细胞的培养。传代培养：无论是否稀释，将细胞从一个培养瓶转入另一个培养瓶的培养都叫传代培养。细胞系：来源于原代培养物和培养过程中发生突变或转化的细胞，在培养过程中可无限生长增裂的细胞群；从肿瘤组织建立的细胞群.细胞株:通过选择法或克隆法从原代培养物或细胞系获得的具有特定性质或标志的细胞群,在培养过程中特征始终存在.细胞克隆：从一个单一细胞通过有丝分裂而发展起来的细胞群体。（二)细胞融合技术概念:两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象。分类:自发融合与人工诱导融合促融合剂：生物因子(仙台病毒)、化学因

14、子(聚乙二醇）与物理因子（电融合）同核融合细胞与异核融合细胞单克隆抗体技术将产生抗体的淋巴细胞与肿瘤细胞融合，形成产生特异抗体(单克隆抗体)细胞的技术。（三）显微操作技术概念：在显微镜下,用显微操作装置对细胞进行解剖，核移植和微量注射的技术。显微操作过程显微操作技术的应用核移植显微解剖显微注射小结采用上述这些技术，可以从三个水平层次来研究细胞的形态、结构与功能，揭示细胞生命活动的规律。第四章质膜与细胞表面一、膜的概述形态特征生物膜质膜细胞内膜内膜系统内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡线粒体质体过氧化物酶体核膜生物膜的重要功能1形成封闭的结构，有利于内环境的稳定2维持细胞内生化反应的有序性质膜生理

15、生化特性对水通透性很高脂溶性越高，通透速度越快低的表面张力高的电阻率外表面带负电荷脂溶剂和蛋白酶可破坏质膜二、膜的化学组成概述1、膜脂组成磷脂（phospholipid)胆固醇（cholesterol）与中性脂肪糖脂（glycolipid）2、膜蛋白膜内在蛋白质（intergralprotein)膜周边蛋白质（peripheralprotein）3、膜糖类:糖蛋白(glycoprotein）、糖脂(glycolipid3膜蛋白与脂质双分子层的结合方式3。1蛋白质肽链以螺旋结构一次或多次穿过脂质双分子层3。2某些跨膜蛋白的跨膜部分由折叠多次穿膜形成筒状结构而穿过脂质双分子层3.3外在蛋白通过共价

16、键与脂质双分子层的脂肪酸或其它脂类物质分子结合3.4外在蛋白通过糖链与脂质双分子层结合3.5外在蛋白通过非共价键与其它蛋白分子或磷脂分子极性头部结合三、生物膜的分子结构1早期脂质双分子层模型2Danielli-Davison模型3单位膜模型4流动镶嵌模型流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel)要点：1.膜脂的组织方式2.膜蛋白的组织方式3。不对称性4.流动性进步性：四、膜的特性1、膜的流动性1。1膜组分的运动方式膜脂的流动沿膜平面的侧向运动围绕轴心的自旋运动尾部的摆动双层脂分子间的翻转运动膜蛋白的流动侧向扩散与膜平面相垂直的轴线运动膜的流动性与膜组成的关系影响膜脂流动性的因素胆固醇与磷

17、脂比值脂肪酸链的不饱和程度与链长卵磷脂与鞘磷脂比值膜脂结合蛋白影响膜蛋白流动性的因素内在蛋白聚集形成复合物某些特异性脂类聚集内在蛋白与周围某些分子作用膜蛋白与细胞骨架成份相互作用2、膜的不对称性膜蛋白分布的不对称性膜脂分布的不对称性五、细胞连接封闭连接锚定连接通讯连接胞间连丝（植物细胞之间)1、封闭连接(occludingjunction)紧密连接（tightjunction)2、锚定连接粘合带（adheringjunction)：粘合斑(beltdesmosome)桥粒（spotdesmosome)半桥粒（hemidesmosome）3、通讯连接(communicatingjunction)

18、：间隙连接(gapjunction）;结构：2030A的间隙,有相通的孔道连接子:分布:非常广泛功能：传递信息调节细胞的生长与分化胞间运输（中小分子）传导电兴奋（钠钾离子）化学突触（chemicalsynapse)胞间连丝结构：相邻植物细胞的质膜穿过细胞壁融合在一起,形成具孔道的丝状结构。孔径20-30nm功能：运输中小分子传导信号扩散病毒第五章物质的跨膜运输与信号传递质膜的功能物质运输信号传递代谢调控细胞识别细胞免疫第一节、物质的跨膜运输运输方向：出入细胞跨膜运输穿膜运输：小分子与离子膜泡运输：大分子与颗粒（一）穿膜运输类型：被动运输和主动运输1、被动运输(passivetransport)

19、：顺浓度梯度，不需要细胞提供能量。可分为简单扩散和协助扩散两种方式。1.1简单扩散（simplediffusion）：不需要膜转运蛋白;运输的物质有：氧气，二氧化碳，水分子,脂溶性物质.不能运输的物质有离子和极性分子1。2协助扩散(facilitateddiffusion）概念：又称促进扩散,依赖于质膜上的运输蛋白，顺浓度梯度.运输蛋白:载体蛋白和通道蛋白载体蛋白（carrierprotein）：膜内运输蛋白,与被运输的物质暂时性结合后构象发生变化，将物质跨膜转运如饥饿时，肝细胞中的葡萄糖向胞外运输。简单扩散与载体参与的协助扩散的比较:被运输物质的特异性运输速度饱和机制构象变化通道蛋白非门控型

20、通道门控型通道电压门控型配体门控型（离子通道）压力激活型*离子通道的特点被运输的离子具有选择性通道的开启与关闭受调控通道蛋白与载体蛋白的某些区别：2.主动运输(activetransport）特点:逆浓度梯度需要载体蛋白消耗能量2。1.直接主动运输钠钾泵：Na+K+pump（钠钾ATP酶)Na-K泵的组成Na-K泵的运输过程运输机制:（1)NaKATP酶的激活Na和Mg2与大亚基结合,使之产生活性，水解ATP产生ADP和Pi(2)磷酸化变构Pi使大亚基磷酸化,使ATP酶构象改变，窗口朝外对Na的亲和力降低，将Na释放到胞外，对K的亲和力增强与K结合。（3)脱去磷酸化变构去磷酸化构象改变窗口向外

21、释放K二、数量关系：消耗1分子ATP向胞外泵出3个钠离子，向胞内泵入2个钾离子。三、功能:渗透压调节。物质运输：如钠离子驱动的协同运输.2.2间接主动运输(协同运输）概念：运输动力来自膜两侧的离子电化学浓度梯度.但维持该梯度需要离子泵，它发挥功能需要消耗ATP.钠钾泵或氢泵协同作用,间接消耗ATP运输方向共运输（antiport)对向运输(symport）：膜载体将两种不同的分子向相反方向的间接主动运输。举例:小肠上皮细胞吸收葡萄糖(二）、膜泡运输类型:胞吞作用与胞吐作用1.胞吞作用(endocytosis)概念：吞噬作用（phagocytosis),吞噬体(phegosome)胞饮作用(pi

22、nocytosis)，吞饮体（pinosome）受体介导的胞吞作用参与的成份：被运输物质：如低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein，LDL)受体结合素（adaptin）：连接笼形蛋白与运载物受体的蛋白质，由4个亚基组成，在捕捉结合运载物的受体和形成衣被小泡中发挥作用。网格蛋白（clathrin）：它是一种纤维多肽与另一种较小的多肽形成的包被的结构单位-三叉辐射型单体(三腿蛋白复合物triskelion)动力蛋白（dynamin）:在有被小窝的颈部形成颈环，促使其与质膜脱落。形成的结构：有被小窝(coatedpits）有被小泡（coatedvesicle）光滑小跑有被小泡的结构

23、囊泡的运输：短距离通过简单的扩散运动，长距离由马达蛋白介导沿细胞骨架纤维进行主动运输.（补充胞内体(endosome)：可能是来源于质膜的一类囊泡，不含酸性磷酸酶)，而另一类相关的细胞器溶酶体含有酸性磷酸酸）2。胞吐作用exocytosisendocytosis)又叫外排作用类型:组成型胞吐作用：连续的运输调节型胞吐作用：受胞外信号调节的运输两类胞吐作用的区别：1囊泡的受体不同,被转运的物质不同.2因而不同种类的物质通过不同的途径排到胞外.受体的胞内体分选途径大部分受体返回原来的质膜结构域有些受体在溶酶体中被消化，即下行调节。有些受体被运至质膜不同结构域（三）融合蛋白的作用机制概念:是指能介导

24、相邻生物膜发生融合的蛋白质,它具有疏水的区域,能与靶膜的脂双层相互作用,使两个脂双层接近，并使之不稳定，以致双层膜融合。融合蛋白具有分别与囊泡和靶膜的受体SNARE结合的部位。举例：病毒融合蛋白第二节细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识识别(一）细胞通讯概念：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应.通讯方式分泌化学信号分子：内分泌旁分泌自分泌细胞间接触细胞间形成间隙连接（二）细胞识别与信号通路1概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号分子（配体)选择性地相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为整体的生物学效应的过程。2细胞信号传递的通路由胞外信号转导为胞内信号，或胞

25、外信号分子与胞内受体结合，最终调节基因表达，引起细胞的缓慢应答反应的途径.由胞外信号转导为胞内，或胞外信号分子与胞内受体结合，信号调节酶的活性，引起细胞的快速应答反应的途径.（三）细胞的信号分子与受体信号分子药物分子激素局部介质神经递质接触依赖性信号分子类型亲水性信号分子子亲脂性信号分子受体:有选择性地与特异的配体（信号分子）结合，启动信号传导的生物大分子。受体(分布）细胞表面的受体胞内受体受体（结构)与配体结合的区域产生效应的区域（不一定是具催化功能的基团）受体与配体的对应关系及生物效应信号的跨膜传递第二信使：第一信使与细胞膜上的受体结合后最早在胞内产生的信号分子。如cAMP、IP3和DG.

26、信号传递的终止:细胞内信号传递过程中两类分子开关蛋白由可逆磷酸化控制的开关蛋白（蛋白激酶蛋白磷酸酯酶）GTP结合蛋白（G蛋白）(结合GTP而活化，结合GDP而失活）。二、通过细胞内受体介导的信号传递亲脂性小分子:脂溶性激素经扩散进入胞内，与胞内受体特异性结合受体的本质从功能上说是激活的基因表达的调控蛋白。激素与受体结合受体与抑制性蛋白分离活化的受体与特异DNA序列结合调控基因表达该类受体的结构:C端:激素结合部位。中部：特异DNA序列结合部位。N端：转录激活结构域甾类激素:甾类激素经扩散进入胞内与受体结合，形成激素受体复合物,受体蛋白构象改变穿核孔进入核内受体与特异DNA序列结合调控基因的表达

27、NO:NO在胞内合成（NOS)扩散到相邻细胞内与受体鸟苷酸环化酶结合鸟苷酸环化酶的活性增强cGMP浓度增高多种蛋白质级联磷酸化胞内生理生化反应广泛的生物学效应三、介导信号跨膜传递的细胞表面的受体细胞表面受体的三大家族：离子通道偶联的受体G蛋白偶联的受体酶偶联的受体（一）离子通道偶联的受体组成:受体-离子通道复合体分布：化学突触处（也可分布于内质网等细胞器）配体：神经递质被运输物质：具有特异性（二）蛋白偶联的受体蛋白偶联的受体概念：G蛋白的结构：三聚体:由三个亚基组成由、三个不同的亚单位构成,各种G蛋白的差别主要在亚单位。根据亚单位的不同可以将G蛋白分为Gs、Gi等.胞内外在蛋白(与脂双质结合方

28、式）分子开关*G蛋白的功能：蛋白偶联的受体的结构：次跨膜胞外结构域胞内结构域蛋白偶联的受体所介导的细胞信号通路主要有：cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路cAMP信号通路的组成概念：主要组成：Rs与Ri（受体）*差别Gs与i（G蛋白)*差别：细胞表面受体与Gs(stimulatingadenylatecyclaseGprotein,Gs）偶联激活腺苷酸环化酶，产生cAMP第二信使，继而激活cAMP依赖的蛋白激酶。细胞表面受体同Gi(inhibitoryadenylatecyclaseGprotein，Gi）偶联则产生与Gs相反的生物学效应。腺苷酸环化酶(效应器，又称催化成分）cAMP介导的信号跨

29、膜传递RS-GS腺苷酸环化酶途径：信号分子（激素）G蛋白偶联的受体结合G蛋白活化腺苷酸环化酶活性改变cAMP浓度（水平）改变cAMP依赖的蛋白激酶A活性变化cAMP依赖的蛋白激酶A的活化与功能cAMP依赖的蛋白激酶A的组成活化:发挥功能:快速应答途径激活靶酶缓慢应答途径穿核孔转运活化基因调控蛋白-调节基因的表达*不同类型细胞中,蛋白激酶A对不同套的靶蛋白进行磷酸化，产生不同的生物效应。cAMP信号的调节与终止Gi对腺苷酸环化酶活性的调节环腺苷酸磷酸二酯酶GTP的水解激素与受体的分离磷脂酰肌醇信号通路(双信使系统）主要组成：受体G蛋白磷脂酶C（PLC）:PLC作用于底物磷脂酰肌醇（PIP2)产生三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油（DAG）两个第二信使。*信