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1、细 胞 生 物 学 教 案. 第一章 绪 论教学目的 1 掌握本学科的研究对象及内容；2 了解本学科的来龙去脉（发展史及发展前景）；3 掌握与本学科有关的重大事件和名词。教学重点 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）：是研究细胞的结构、功能和生活史的科学2.细胞生物学（Cell Biology）：运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念与方法，从显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能及各种生命活动规律。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
2、调控是目前细胞生物学、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 膜及细胞器的结构与功能问题（“膜学”）。3. 细胞骨架体系的研究 胞质骨架、核骨架的装配调节问题和对细胞行使多种功能的重要.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途径（“再教育细胞”）。5. 细胞分化及调控 一个受精卵如何发育为完整个体的问题。（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。目前已利用该技术取得了重大成就（培育新品
3、种，单克隆抗体等），所谓21世纪是生物学时代，将主要体现在细胞工程方面。三、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域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 .细胞结构体系的装配。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（16651875），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（18751900），主要是实验细胞学时期；3. 实验细胞学时期（19001953）；4. 分子细胞学时期（1953至今）。总过程概括为：细胞发现细胞学说建立细胞学形成
4、细胞生物学的发展（1665） （18381839） （1892） （1965）R.Hooke Schleiden、Schwann Hertiwig DeRobertis二、 细胞的发现（discovery of cell）以及细胞学说的建立及其意义（The cell theory）1.1838年，德国植物学家施莱登（J.Schleiden）关于植物细胞的工作，发表了植物发生论一文（Beitrage zur Phytogenesis）.2.1839年，德国动物学家施旺（T.Shwann）关于动物细胞的工作，发表了关于动植物的结构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
5、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结构单位（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、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同规律发育，有共同的生命过程）；3细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学的诞生（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、细胞生物学的兴起1965年，D.Robetis将他原著的普通细胞学更名为细胞生物学（第四版），率先提出这一概念。五、分子细胞生物学第二章 细胞基本知识概要教学目的 1. 掌握有关细胞的几个概念（细胞、原生质、细胞器
6、等）和几个问题；2.了解细胞的共同特征；各种化学成分在细胞中的造形等；3. 真、原核细胞的一般结构特点。教学重点和难点 真、原核细胞的主要区别教学内容：第一节 细胞的基本概念一、细胞和原生质的概念1.细胞： 细胞是由膜包围的，能进行独立繁殖的最小原生质团，是生命活动的基本单位，是生物体最基本的形态结构和功能活动单位。2.原生质（Protoplasm）：指细胞内所含有的生活物质（构成细胞的生活物质），真核细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。细胞质（Cytoplasm），指质膜以内核以外的原生质。它不是匀质的，其结构大体划分为两部分，一部分是有形结构，称为细胞器（Organelle），另一部分是可溶相
7、，称细胞质基质（Cytoplasmic miatrix）。细胞器（Organelle）：指存在于细胞中，用光镜或电镜能够分辩出的，具有一定形态特点，并执行特定功能的结构。细胞质基质（Gytoplasmic matrix），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）：遗传物质的集中区域，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（Prokaryotic cell）具有两大特点：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）为何说支原
8、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（E.coli）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它细胞器。蓝藻（Blue-green algae）又称蓝绿藻或蓝细菌，是绿色植物中最原始的自养类型，含有兰色素、红色素、黄色素、叶绿素等，故不一定都是兰色。第四节 真核细胞基本知识概要大约在1216亿年前在地球上出现，是具有典型细胞核和核膜、核仁，体积较大，结构较复杂，进化程度较高的一类细胞。一、真核细胞的基本结构体系生物膜系统 以脂质及蛋白质成分为基础构建而成。遗传信息表达结构系
9、统 以核酸与蛋白质为主要成分构建而成。细胞骨架系统 由特异蛋白质分子装配而成。综合原核细胞和真核细胞的特点，二者的根本区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，分化为结构更精细，功能更专一的单位各种膜围细胞器，使细胞内部结构与职能分工。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、细胞的大小及其分析原核细胞多在110或15m，细菌多在34m，支原体只有0.1m。动物细胞多在（10100m，2030m， 1570m）。最大
10、的细胞要属鸵鸟卵，可达10 cm，卵黄只有5cm。隆鸟卵直径可达20 cm。那么，细胞的大小是怎样决定的呢？ 首先，细胞的核质比与细胞大小有关，决定细胞上限。其次，细胞的相对表面积与细胞大小有关。最后，细胞内物质的交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能的关系细胞的形态结构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：主要以脂蛋白构成，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（inner membrane subunits ）和核糖核蛋白体，分别是氧化磷酸化和合成蛋白质
11、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教学目的 1 了解主要工具和常用方法，侧重掌握基本原理和基本应用；2 认识工具和方法与学科发展的相关性。教学重点 仪器方法的基本原理和基本应用教学难点 电镜制样及分子杂交技术第一节 细胞形态结构的观察方法一、 光学显微镜技术（一） 普通复式光学显微镜技术（二）荧光显微镜（fluorescence microscope）（三）暗视野显微镜（darkfield microscope）（四）相差显微镜（phase contrast microscope）（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
12、镜设计原理及分类（二）电镜的种类（三）透射式电子显微镜（四）光镜与电镜的主要区别综上可见，电镜与光镜区别主要在于：（1） 光源不同 光镜为可见光或紫外线；电镜为电子束（2） 透镜不同 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结构（六）电镜样品制备技术1 超薄切片技术（详见光盘）2 负染色（negative staining）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殊的细胞化学反应，使待测物转变成某种不溶性的电子致密沉淀物，并利用电镜在超微结构
13、水平上对产物进行定位和半定量。主要有各种酶的定位，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（freeze etching）7 扫描式电镜制样技术 第二节 细胞组分的分析方法（生化分析法）一、超速离心技术分离细胞（组分）及生物大分子（一） 各种离心技术分离细胞器、生物大分子离心方法：根据分离对象和目的不同，采用不同的离心方法，制备离心和分析离心。（1）制备离心 (preparative centrifuge) 分离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，根据不同离心速度所产生的不同离心力，
14、将各种亚细胞组分和各种颗粒分离开来。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）分析离心（analytical centrifuge） 分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、分析样品的纯度等。此工作必须是在制备离心的基础上进行。（二）细胞的选择性抽提（分离蛋白质、核酸大分子）（三）柱层析的技术（分析蛋白质和核酸）（四）电泳技术（五）色谱分析技术（色谱学分离纯化样品）（六）氨基酸分析技术二、细胞化学技术（一）组织化学和细胞化学法基本原理：利用某些化学物质和某些细胞成分发生化学结合，从而
15、显示出一定的颜色，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）基本原理：此项技术是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应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。抗体的标记抗体标记的方法很多，有铁蛋白标记法、免疫酶标记法、免疫金标记法、杂交抗体标记法、搭桥标记法、同位素标记法、荧光标记法等。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（molecular gbridization technique）（特异核酸的定性定位）概念 两条具有互补核酸顺序的单链核酸分子片断，在适当的实验条件下，通过氢键结合，形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双链分子的过程。印迹杂交 (blot hybridization)
