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1、细胞生物学要点,一、名词解释：4分/题 X 5题 = 25分二、填空题：1分/空 X 30空= 30分三、选择题：1分/题 X 20题= 20分四、问答题：10分/题 X 3题= 30分,主要内容细胞结构与功能：细胞核、染色体生物膜与细胞器的研究细胞质膜、内膜系统、线粒体等细胞骨架体系的研究微丝、微管、中间纤维、Septin 细胞连接与细胞外基质 细胞重要生命活动：细胞增殖及其调控细胞分化与肿瘤细胞细胞凋亡,第一章 绪 论 细胞生物学概念: 细胞生物学是以细胞为研究对象, 从显微水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点, 研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的起源与进化和各种生命活动规
2、律的学科。细胞学说的内容: 一切生物体都是由细胞组成的； 细胞是生命的基本组成单位； 一切细胞只能来自原来的细胞(的分裂)提出者：德国的动物学家施莱登/Schleiden、植物学家施旺/Schwann病理学家/魏尔肖Rudolf Virchow进行补充。,第一个利用显微镜观察细胞的人：英国人胡克/Robert Hooke 第一个利用显微镜观察到活细胞的人：荷兰学者列文虎克/Leeuwenhoek支原体是最小最简单的细胞，直径只有0.1-0.3m。它具有的唯一细胞器是核糖体。自然界中最小最简单的生命体是病毒。,原核细胞和真核细胞比较：,(原核细胞主要为无丝分裂),第二章 细胞生物学研究方法,普通
3、光学显微镜以可见光为光源，荧光显微镜的光源是以紫外线为光源，而电子显微镜是以电子束为光源。电子显微镜按工作原理和用途的不同可分为透射电镜和扫描电镜。扫描电镜：观察样品表面的结构特征； 透射电镜：观察样品的内部精细结构。,一、显微成像技术：,R = 0.61 /n Sin= 0.61 /NA,分辨率: 指能分辨出的相邻两个质点间最小距离的能力，这种距离称为分辨距离，它受到光衍射性质的限制。分辨率由光源的波长、物镜的镜口角、介质折射率三种因素决定。 =照明光源的波长。 n=聚光镜和物镜之间介质的折射率，空气为1，油为1.5。 =样品对物镜角孔径的半角， sin的最大值为1。数值孔径(又叫镜口率)
4、是物镜和聚光镜聚光能力的主要技术参数，是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低的重要标志。 数值孔径越大，进入物镜的光越多；介质的折射率越大，则数值孔径越大，这些都可以使分辨率提高。放大率：最终成像的大小与原物体大小的比值。 对显微镜来说，最重要的性能参数是分辨率，而不是放大倍数。,超薄切片： 电子束穿透力很弱，须将标本制成40-50nm（小于100nm）的超薄切片。 方法： 透射电镜观察的组织细胞样本在超薄切片之前常用戊二醛和四氧化锇双重固定；丙酮逐渐脱水；环氧树脂包埋；切片；采用柠檬酸铅和醋酸双氧铀等进行染色。透射电镜的样品制备包括固定、脱水、包埋、切片、染色五个步骤。,荧光显微镜是以紫外线为
5、光源， 用以照射被检物体，使之发出荧光。利用一定波长的光激发标本发射荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置，或对发光物质进行定性和定量研究。 直接发光物质：如GFP荧光蛋白； 另有一些物质本身虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光。,Fluorescence Microscopy/荧光显微镜,细胞操作中用作固定液的是：醇类： 甲醇，乙醇 醛类：甲醛，戊二醛等,二、细胞组分的分析方法：,离心分离方法： 利用超速离心机对细胞组分进行分级分离的常用方法有：差速离心法、密度梯度离心法。差速离心： 利用不同离心速度所产生的不同离心力，将亚细胞组分和各种颗粒进行分开
6、的方法。 密度梯度离心：利用各组分在介质中的沉降系数不同，使各组分形成区带。介质溶液是具有密度梯度、高溶解性和化学惰性的溶液。分为速度沉降和等密度沉降两种，前者主要用于分离密度相近而大小不一的组分，后者用于分离不同密度的细胞成分。,Cell fractionation by centrifugation. Repeated centrifugation at progressively higher speeds will fractionate homogenates of cells into their components. In general, the smaller the su
7、bcellular component, the greater is the centrifugal force required to sediment it. Typical values for the various centrifugation steps referred to in the figure are low speed: 1,000 times gravity for 10 minutes medium speed: 20,000 times gravity for 20 minutes high speed: 80,000 times gravity for 1
8、hour very high speed: 150,000 times gravity for 3 hours.,1000g,10min,20000g,20min,80000g,1h,150000g,3h,差速离心,velocity sedimentation/速度沉降 and equilibrium sedimentation/等密度沉降或平衡沉降法.,密度梯度离心,原理：依据待分离对象的密度不同而进行分离。,常用蛋白质鉴定和分离方法 Chromatography/层析Paper chromatography/ 纸层析Column chromatography/柱层析离子交换层析亲和层析凝胶
9、过滤层析 Electrophoresis/电泳SDS-PAGE/聚丙烯酰胺凝胶电泳Isoelectric focusing/等电聚焦two-dimensional electrophoresis /双向电泳 Western-Blot/免疫印迹技术,SDS-PAGE/SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,原理: SDS-PAGE根据蛋白质亚基分子量的不同分开蛋白质。 SDS能断裂分子内和分子间氢键，破坏蛋白质的二级和三级结构；蛋白质与SDS分子按比例结合，形成带负电荷的SDS-蛋白质复合物，这种复合物由于结合大量的SDS，使蛋白质丧失了原有的电荷状态形成仅保持原有分子大小为特征的负离子团块，从而降低或消除
10、了各种蛋白质分子之间天然的电荷差异，由于SDS与蛋白质的结合是按重量成比例的，因此在进行电泳时，蛋白质分子的迁移速度取决于分子量的大小。,第三章 细胞膜与物质的跨膜运输,一、细胞质膜的概念与功能：细胞膜(cell membrane)定义：又称质膜(plasma membrane)，是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质等组成的膜结构体系。功能：细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质、能量的交换及信息传递过程中也起着决定性的作用。真核细胞内部存在着由膜围绕构建的各种细胞器。细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜(biomembrane)，它们具有共同
11、的结构特征。,细胞质膜的基本功能 1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。2、选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递。3、提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜传递。4、为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行。5、介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6、参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构（膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等）。7、膜蛋白的异常与某些疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。,二、细胞质膜的结构模型：单位膜：流动镶嵌模型（内容）： 膜蛋白以不连续的颗粒形式嵌入膜层中。 细胞膜是一个动态结构，其组分可以运动，还能聚
12、集以便参与各种瞬时的或非永久性的相互作用。 主要强调膜的流动性和膜蛋白的不对称性。脂筏模型（内容）： 脂筏是指膜脂双层内，含有特殊脂质的微区，以鞘脂和胆固醇为主，载体特殊的蛋白质，微区内陷可形成囊泡，部分脂筏与细胞骨架蛋白交联。这一模型可解释生物膜的某些性质与功能。,三、细胞质膜的组成成分及特点： 主要由脂质、蛋白质（包括酶）和多糖类等组成。 1. 膜脂生物膜的基本组成成分，主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。磷脂是膜脂的基本成分，分为甘油磷脂和鞘磷脂两类。甘油磷脂主要包括：卵磷脂/磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、脑磷脂/磷脂酰乙醇胺。 蛋白质 生物膜的特定功能主要是由蛋白质完成的； 膜
13、蛋白约占膜的40%50%； 在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异,一般来说,功能越复杂的膜，其上的蛋白质含量越多，种类越多。,根据其与质膜的结合方式不同，膜蛋白可被分为: 整合膜蛋白: 部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质；外周膜蛋白: 水溶性蛋白，占膜蛋白总量的 20%30%；脂锚定蛋白：以共价方式与膜脂结合的蛋白。,22,用去垢剂分离跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段. 去垢剂(detergent)是一种一端亲水一端疏水的两性小的脂分子。,膜蛋白的研究方法, 离子型去垢剂（如十二烷基磺酸钠(SDS)： 它不仅可使细胞膜崩解，并与膜蛋白疏水部分结合使其分离，而且还可以破坏蛋白内部的非
14、共价键，甚至改变亲水部分的构象。 蛋白质的作用较为剧烈，引起蛋白质变性，因此在纯化膜蛋白时，特别是为获得有生物活性的膜蛋白时，常采用非离子去垢剂。,23, 非离子型去垢剂Triton X-100，其分子式如下：非离子型去垢剂也可使细胞膜崩解，但对蛋白质的作用比较温和，它不仅用于膜蛋白的分离与纯化，也用于除去细胞的膜系统，以便对细胞骨架蛋白和其他蛋白进行研究。 Tween-20 NP-40 Digitonin/洋地黄皂苷,3. 膜糖： 细胞质膜上的膜糖都位于细胞质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则面向膜的腔面（非胞质面）。 膜糖的存在方式： N-连接：即糖链与肽链中天冬酰胺残基相连 O-连接：糖链与
15、肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连 O-连接糖链较短，约含4个糖基，N-连接糖链一般有10个以上的糖基。,四、生物膜基本特征： 一）膜的流动性1. 膜脂的流动性：1）运动方式： 侧向扩散运动 (lateral diffusion): 基本运动方式. 旋转运动 (rotation) 摆动 (flexion): 尾 大于头 翻转运动 (flip-flop):. 2）影响其流动性的因素： 膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短； 脂肪酸越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。 与卵磷脂/鞘磷脂的比值呈正比； 胆固醇的双重调节作用； 膜蛋白的影响。,2. 膜蛋白的流动性：,二）膜的不对称性 细
16、胞质膜各部分的名称：细胞外表面(ES)，原生质表面(PS)细胞外小页断裂片(EF)，原生质小页断裂面(PF)2. 膜脂的不对称性指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。糖基侧链仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础。3. 膜蛋白的不对称性在膜两侧分布不对称，如：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白决定的; 膜蛋白的不对称性是生物膜执行复杂的、在时间上和空间上有序的各种生理功能的保证。,细胞膜和其他的生物膜不仅是半透膜，还是选择性通透屏障.,一些概念：扩散(diffusion)：指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散。协助扩散：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小的方向的扩膜转运。主动运输：由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度的由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜运输的方式，是一种耗能的运输方式。,
