细胞生物学教案完整版.docx

1、细胞生物学教案完整版细胞生物学教案 (来自)目 录前 言第一章 绪论 第二章 细胞结构概观第三章 研究方法第四章 细胞膜 第五章 物质运输与信号传递 第六章 基质与内膜 第七章 线粒体与叶绿体 第八章 核与染色体 第九章 核糖体第十章细胞骨架第十一章细胞增殖及调控 第十二章 细胞分化 第十三章 细胞衰老与凋亡 前 言依照高等师范院校生物学教学计划,我们开设细胞生物学。一、学科本身得重要性要最终阐明生命现象,必须在细胞水平上。细胞就是生命有机体最基本得结构与功能单位,生命寓于细胞之中,只有把各种生命活动同细胞结构相联系,才能在细胞水平上阐明各种生命现象。世界著名生物学家lso(德国人)曾说过:“

2、一切生物学问题得答案最终要到细胞中去寻找”、二、学科发展特点细胞生物学涉及知识面广、内容浩繁且更新迅速。它同生物化学、遗传学形成生命科学得鼎立三足,既就是当代生命科学发展得前沿,又就是生命科学赖以发展得基础、三、欲达到得目得通过系统地学习细胞生物学,丰富细胞学知识,以适应当代人类社会知识结构发展得需求,也就是为考研做准备。本课程讲授5学时,实验21学时,共2学时。参考资料 。oris,细胞生物学,1965年(第四版);180年(第七版)细胞与分子生物学2 Avers, “Moleular Cell Biooy”, 196年 lbers,细胞得分子生物学,“Mlecuarbiology thec

3、ll,19年4 arnell,分子细胞生物学,1986年(第一版);199年(第二版)“Moecular CellBilgy”5郑国錩,细胞生物学,190年,高教出版社;92年,再版6 郝水,细胞生物学教程,983年,高教出版社7 翟中与,细胞生物学基础,1987年,北京大学出版社8 韩贻仁,分子细胞生物学,188年,高等教育出版社;2000年由科学出版社再版汪堃仁等,细胞生物学,190年,北京师范大学出版社10 翟中与,细胞生物学,19年,高等教育出版社,200年再版11郑国錩、翟中与主编细胞生物学进展, 2翟中与主编细胞生物学动态,从1997年起(-3卷),北师大出版社13徐承水等,分子细

4、胞生物学手册92,中国农业大学出版社4徐承水等,现代细胞生物学技术19,中国海洋大学出版社15徐承水,细胞超微结构研究20,中国国际教育出版社学术期刊、杂志国外:Cll、Sciece、atur、J。ellBio.、.Mol。 Biol.国内:中国科学、科学通报、实验生物学报、细胞生物学杂志等第一章 绪 论教学目得 1 掌握本学科得研究对象及内容;了解本学科得来龙去脉(发展史及发展前景);3 掌握与本学科有关得重大事件与名词。教学重点 本学科得研究对象及内容教学方法 讲授法教学过程第一节细胞生物学研究内容与现状一、细胞生物学就是现代生命科学得重要基础学科(一)细胞学(ytolo):就是研究细胞得

5、结构、功能与生活史得科学(二)细胞生物学(e Biology):运用近代物理学与化学得技术成就以及分子生物学得概念与方法,从显微水平、亚显微水平与分子水平三个层次上,研究细胞得结构、功能及各种生命活动规律。二、细胞生物学得主要研究内容1 细胞核、染色体及基因表达基因表达与调控就是目前细胞生物学、遗传学与发育生物学在细胞与分子水平相结合得最活跃领域、2 生物膜与细胞器得研究膜及细胞器得结构与功能问题(“膜学”)、3 细胞骨架体系得研究 胞质骨架、核骨架得装配调节问题与对细胞行使多种功能得重要性。4 细胞增殖及调控 控制生物生长与发育得机理就是研究癌变发生与逆转得重要途径(“再教育细胞”)、细胞分

6、化及调控 一个受精卵如何发育为完整个体得问题、(细胞全能性)细胞衰老、凋亡及寿命问题。7细胞得起源与进化。8 细胞工程 改造利用细胞得技术。生物技术就是信息社会得四大技术之一,而细胞工程又就是生物技术得一大领域。目前已利用该技术取得了重大成就(培育新品种,单克隆抗体等),所谓1世纪就是生物学时代,将主要体现在细胞工程方面。三、当前细胞生物学研究得总趋势与重点领域1 染色体DN与蛋白质相互作用关系;2 细胞增殖、分化、凋亡得相互关系及其调控; 细胞信号转导得研究;4 细胞结构体系得装配。第二节 细胞生物学发展简史1细胞学创立时期1世纪以及更前得时期(1665187),就是以形态描述为主得生物科学

7、时期;2 细胞学经典时期 20世纪前半世纪(75-190),主要就是实验细胞学时期;3 实验细胞学时期(900-1953); 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细胞生物学得发展(665) (83-9) (1892)(5)。HokeSceid、Schwn Hertiig DeRoertis一、细胞得发现(discovry o ell) 二、细胞学说得建立及其意义(Theell theory)38年,德国植物学家施莱登(J、Schleidn)关于植物细胞得工作,发表了植物发生论一文(Birae rPytogenesis)。189年,德国动物学家施旺(T.S

8、hwann)关于动物细胞得工作,发表了关于动植物得结构与生长一致性得显微研究一文,论证了所有动物体也就是由细胞组成得,并作为一种系统地科学理论提出了细胞学说。1细胞就是生物体得基本结构单位(单细胞生物,一个细胞就就是一个个体);2细胞就是生物体最基本得代谢功能单位(动、植物得各种细胞具有共同得基本构造、基本特性,按共同规律发育,有共同得生命过程);3细胞只能通过细胞分裂而来。三、细胞学得诞生(细胞学得经典时期与实验细胞学时期)1 原生质理论得提出2 关于细胞分裂得研究重要细胞器得发现遗传学方面得成就四、细胞生物学得兴起965年,D.Rbetis将她原著得普通细胞学更名为细胞生物学(第四版),率

9、先提出这一概念。五、分子细胞生物学参考资料 庄孝惠 从胡克到细胞生物学,细胞生物学杂志,1987,22 王亚辉细胞生物学得发展历史与现状,细胞生物学杂志 98,3王亚辉细胞生物学得趋向与发展战略,大自然探索,97,6(27)1217第二章细胞基本知识概要教学目得 1掌握有关细胞得几个概念(细胞、原生质、细胞器等)与几个问题;了解细胞得共同特征;各种化学成分在细胞中得造形等;3 真、原核细胞得一般结构特点。教学重点与难点真、原核细胞得主要区别讲授与讨论第一节 细胞得基本概念一、细胞与原生质得概念(一)细胞: 细胞就是由膜包围得,能进行独立繁殖得最小原生质团,就是生命活动得基本单位,就是生物体最基

10、本得形态结构与功能活动单位。(二)原生质(Prtoplas):指细胞内所含有得生活物质(构成细胞得生活物质),真核细胞包括细胞膜、细胞质与细胞核。细胞质(Cytoplasm),指质膜以内核以外得原生质。它不就是匀质得,其结构大体划分为两部分,一部分就是有形结构,称为细胞器(Oganelle),另一部分就是可溶相,称细胞质基质(Cyplasmic mitrix)。细胞器(Organlle):指存在于细胞中,用光镜或电镜能够分辩出得,具有一定形态特点,并执行特定功能得结构。细胞质基质(Gytopasmc marix),就是细胞质得可溶相,就是作为细胞器得环境而存在得。细胞核(uclu):遗传物质得

11、集中区域,在原核生物细胞称拟核(ucleoi)或类核区、第二节 非细胞形态得生命体病毒(略)第三节原核细胞与真核细胞原核细胞(Proaryotic cell)具有两大特点:遗传信息量少(仅有一个环状DA)2无膜围细胞器及核膜1、最小、最简单得细胞支原体(mycplsa)为何说支原体就是最小得细胞？2、原核细胞得两个代表细菌与蓝藻细菌(baeria,bacterium)主要来自对大肠杆菌(E.oli)得研究。细菌就是原核细胞得典型代表,特点就是:无典型得细胞核,有细胞壁,细胞质中除核糖体外无其它细胞器。蓝藻(u-ren algae)又称蓝绿藻或蓝细菌,就是绿色植物中最原始得自养类型,含有兰色素、

12、红色素、黄色素、叶绿素等,故不一定都就是兰色。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,就是具有典型细胞核与核膜、核仁,体积较大,结构较复杂,进化程度较高得一类细胞。一、真核细胞得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。综合原核细胞与真核细胞得特点,二者得根本区别可归纳为下面两条:第一,细胞膜系统得分化与演变真核细胞以膜分化为基础,分化为结构更精细,功能更专一得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。第二,遗传信息量大与遗传装置得复杂化真核

13、细胞得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、细胞得大小及其分析原核细胞多在10或15m,细菌多在34m,支原体只有0.1。动物细胞多在(1010m,2030m, 15-0)。最大得细胞要属鸵鸟卵,可达0 cm,卵黄只有m。隆鸟卵直径可达20 m。那么,细胞得大小就是怎样决定得呢？ 首先,细胞得核质比与细胞大小有关,决定细胞上限。其次,细胞得相对表面积与细胞大小有关。最后,细胞内物质得交流与细胞大小有关。三、细胞形态结构与功能得关系细胞得形态结构与功能得相关性与一致性就是多数细胞得共性。四、细胞得化学成

14、分及在原生质中得造形膜系统: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得基本颗粒(F因子),亦称内膜亚单位(iermbrn ubu )与核糖核蛋白体,分别就是氧化磷酸化与合成蛋白质得场所。纤维系统:由蛋白质与核酸组成、第三章 细胞生物学研究方法(研究方法与工具)教学目得 1 了解主要工具与常用方法,侧重掌握基本原理与基本应用;2 认识工具与方法与学科发展得相关性。教学重点 仪器方法得基本原理与基本应用教学难点 电镜制样及分子杂交技术教学方法讲授、参观第一节 细胞形态结构得观察方法一、光学显微镜技术(一)普通复式光学显微镜技术(二

15、)荧光显微镜(uoresc microscop)(三)暗视野显微镜(dakfield icroscop)(四)相差显微镜(pascontraicrscoe)(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)电镜设计原理及分类(二)电镜得种类(三)透射式电子显微镜(四)光镜与电镜得主要区别综上可见,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得特点扫描电镜得基本结构(六)电镜样品制备技术1 超薄切片技术(详见光盘)负染色(negati

16、e sni)技术3 核酸大分子得制样技术(大分子铺展技术,Kleinshi法)4 整装细胞电镜技术 电子显微镜细胞化学技术就是能过特殊得细胞化学反应,使待测物转变成某种不溶性得电子致密沉淀物,并利用电镜在超微结构水平上对产物进行定位与半定量。主要有各种酶得定位,其次就是核酸、蛋白质、脂肪、碳水化合物等得定位。酶得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(feze eing) 扫描式电镜制样技术 第二节 细胞组分得分析方法(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:根据分离对象与目得不同,采用不同得离

17、心方法,制备离心与分析离心。(1)制备离心 (pepative cntifug) 分离与纯化亚细胞成分与大分子,目得就是制备样品。差速离心法:就是最常用得方法,根据不同离心速度所产生得不同离心力,将各种亚细胞组分与各种颗粒分离开来。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)()分析离心(analyticalcentrige) 分析与测定制剂中纯得大分子得种类与性质,如浮力密度与分子量、生物大分子得构象变化、分析样品得纯度等。此工作必须就是在制备离心得基础上进行。(二)细胞得选择性抽提(分离蛋白质、核酸大分子)(三)柱层析得技术(分

18、析蛋白质与核酸)(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)组织化学与细胞化学法基本原理:利用某些化学物质与某些细胞成分发生化学结合,从而显示出一定得颜色,进行定性与定位研究得方法。(二)免疫细胞化学法(特异蛋白抗原得定位与定性)基本原理:此项技术就是将免疫学中抗原、抗体以及补体间专一性反应结合显微或亚显微组织学得一些研究方法得统称。就是免疫学原理与光镜或电镜技术得结合。抗体得标记抗体标记得方法很多,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得定位与定性(一)D

19、N序列测定技术(二) 核酸分子杂交技术(moeclargbidza tehnqu)(特异核酸得定性定位)概念 两条具有互补核酸顺序得单链核酸分子片断,在适当得实验条件下,通过氢键结合,形成DNA-DNA、NA-RNA或A-NA双链分子得过程。印迹杂交(bot hyidizatn)用已知得带有标记得特定核酸分子(或抗体、蛋白质分子)作为探针,与通过印迹被转移得核酸分子(或抗原、蛋白质分子)片段杂交得过程、(1) ouern blottig(DNA印迹法) 将分离得NA片段通过毛细管作用转移到硝基纤维素膜上,用DNA探针与之杂交得过程。就是以发明此项技术得人名命名得(E?？Sotern)。就是体外

20、分析特异NA序列得方法。() RA印迹术(Nrhern loting)(3) 蛋白质印迹术(Western bloting)(4) Esternlotin(Westn blotting得变形)当用凝胶进行抗原抗体反应,再进行印迹得方法)。()A与蛋白质得体外吸附技术(Suthwsern blotin)结合了Weten印迹与sohen印迹两种实验方法得特点而设计得一种检测序列特异性DA结合蛋白得实验方法(翟1)。(6) 原位杂交(Intu hybriization)用已知得带有标记得特定核酸分子作为探针,来测定与之成互补关系得染色体DNA区段得位置。四、电镜放射自显影技术原理这就是一种利用放射性

21、同位素作为标记物对细胞化学物质进行超显微结构得定位、定性或定量得实验技术。五、定量细胞化学分析技术(一) 显微分光光度测定技术第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养(一)动物细胞培养(二)植物细胞得培养 包括单倍体细胞得培养与原生质体培养“全能性”指生物体得每一生活细胞,处于适当条件下,都具有进行独立生长发育,并形成一个完整生物个体得能力。单倍体细胞得培养2原生质体培养3植物细胞杂交(融合) (三)突变株与非细胞体系在细胞生物学研究中得应用二、细胞工程概念应用细胞生物学与分子生物学得理论、方法与技术,按人们得预定设计蓝图有计划得保存、改变与创造细胞遗传物质,以产生新得物种与品系,

22、或大规模培养组织细胞以获得生物产品、该技术在细胞与亚细胞水平上开辟了基因重组得新途径,不需分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,只需将遗传物质直接转入受体细胞,就可形成杂交细胞。主要技术领域细胞(组织、器官)培养:in vvo在体、活体、生物体内in vitr离体、生物体外细胞融合(体细胞杂交、细胞并合)细胞拆合(细胞质工程、细胞器移植)染色体(组)工程繁殖生物学技术(胚胎冷冻技术、试管婴儿、生物复制、胚胎移植、发育工程、胚胎工程、胚胎分割技术、胚胎融合技术、嵌合体)组分移植技术 将细胞得组分(核、质、染色体、甚至基因)直接移植到另一个细胞中去得技术第四章 细胞膜与细胞表面教学目得1 掌握质膜得分

23、子模型 了解流动镶嵌模型得主要特点3掌握细胞连接得方式与特点教学重点 流动镶嵌模型结构要点教学难点细胞连接得超微结构教学方法 讲授、讨论第一节 细胞膜与细胞表面得特化结构一、细胞膜得结构模型细胞膜(Cllmemrane) 指围绕在细胞最外层,由脂类与蛋白质组成得薄膜。就是所有细胞共有得包被(原生质,细胞质)得一层膜。又有原生质膜(Plasmlemm)之称,通常简称质膜(Plasa embran)。1、双分子片层模型(bimlecula lflt modl) 这一模型就是Daili Davson于1935年提出得,因此又称Danielli ason模型。2、 单位膜模型(The unt mbrn

24、 ode) 这个模型就是9571959年,英国伦敦大学得罗伯逊(Robertson),通过电镜观察后提出得。、流动镶嵌模型(fuidmosai model)这个模型得主要内容可归纳为:1脂类物质以双分子层排列,构成膜得骨架;2镶嵌性 蛋白质分子镶嵌在脂双层得网架中。存在方式有内在蛋白(整体蛋白)与外在蛋白(边周蛋白)。3不对称性蛋白质分子与脂质分子在膜上得分布具不对称性,膜两侧得分子性质与结构不同。4流动性脂质双分子层与蛋白质就是可以流动或运动得脂质分子得运动性:有实验表明,类脂分子得脂肪酸链部分在正常生理状态下,可作多种形式得运动:旋转、振荡、摆动、翻转,同时整个分子可作侧向扩散运动。蛋白质

25、分子得运动性:有侧向扩散与旋转两种方式,受周围膜质性质与相态得制约。荧光抗体免疫标记可观察。综合流动镶嵌模型之内容,不难瞧出,其突出特点在于,流动性、镶嵌性、不对称性与蛋白质极性。由此造成各种膜得功能差异。4、晶格镶嵌模型(蛋白液晶膜模型)5、板块镶嵌模型最近有人提出脂筏模型(ipidrat d)。目前认为,这些模型并无本质区别,只就是对流动镶嵌模型得进一步补充说明,不能作为膜得通用模型、二、质膜得化学组成细胞膜几乎全都就是脂类(0%)与蛋白质(%),仅含少量糖类(0糖脂与糖蛋白)与微量核酸(细菌质膜、核膜、mt、cl内膜),结合方式及存在意义尚不清楚。(一)膜脂(Lipids)(二)蛋白质(

26、Poti)(膜蛋白)(三)糖类(Carbohydate)三、质膜得功能(untionof c、m)质膜与外界环境隔离开,通过它保持着一个相对稳定得细胞内环境,在细胞生命活动中行使着多种重要功能,概括为:物质运输,能量转换,信息传递,细胞识别,细胞连接,代谢调控,膜电位维持等、四、骨架与细胞表面得特化结构膜骨架(membran asoiated tskelto)指质膜下与膜蛋白相连得由纤维蛋白组成得网架结构,参与维持细胞质膜得形状并协助质膜完成多种生理机能。早期有人称膜下溶胶层,实质为膜骨架。第二节 细胞连接细胞连接可分为三大类:即一、封闭连接紧密连接(ightuncion )为典型得封闭连接,

27、又称结合小带或封闭小带(zula oceludens),就是相邻两细胞膜紧紧靠在一起得连接方式,中间无空隙,并且两质膜外表面互相融合,所以电镜下观察呈三暗夹两明得五层结构、二、锚定连接通过这种连接方式将相邻细胞得骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚挺、有序得细胞群体。1、桥粒与半桥粒(与中间纤维有关)1桥粒(desmosme,maculae adere) 指相邻细胞间形成得“钮扣”样结构,联结处约有3nm得间隙,间隙充满丝状得粘多糖性物质,其中有一层电子密度较高得接触层,或称中央层(桥粒蛋白)将间隙等分为二。2半桥粒:位于表皮基细胞与基膜接触得一面,由于相对应得为基膜而不就是细胞,因而称半桥粒(

28、hemide moso)。2、粘着带与粘着斑(与肌动蛋白丝有关)粘着带 介于紧密连接与桥粒之间,亦称为中间连接。就是相邻细胞间有较宽(150m)间隙得一种联结方式、2粘着斑就是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间得连接方式。如贴壁细胞得贴壁行为,通过粘着斑贴在瓶壁上。三、通讯连接1 间隙连接(gp ntn)又有缝隙联结或接合斑(nexu)、缝管连接或封闭筋膜(fsia occudens)之称,就是相邻细胞间有2-3nm间隙得一种连接方式。电镜下观察联结处呈四暗夹三明得七层结构之称。 2 植物细胞得连接-胞间连丝(Plasmodema)在植物细胞,两相邻细胞得壁之间靠一层称作胞间层(中胶层midlaea

29、)得果胶类(in)物质粘合在起,但在有些部位,细胞壁及胞间层并不连续,在此有原生质丝通过而勾通相邻两细胞,这便就是植物细胞特有得连接方式-胞间连丝,就是指相邻植物细胞穿通细胞壁得细胞质通路。3 化学突触:就是可兴奋细胞之间得连接方式,通过释放神经递质(如乙酰胆碱)来传导神经冲动,电信号化学信号电信号(四)细胞表面得粘着因子 第三节细胞外被与细胞外基质一、细胞外被(Cll cat)又称糖萼(glcolyx),指由细胞产生得、与细胞膜外表面联系密切得粘多糖类物质、由于它林立在细胞表面,与质膜中蛋白质与脂类结合,故可认为它就是质膜得组成部分,但有其独立性。有人将细胞外被与质膜比喻成“毛”与“皮”得关系。二、细胞外基质(etacelluarmatrix)分布于细胞外空间(如细胞之间或细胞表面),由细胞分泌得蛋白与多糖构成得网络结构。与膜关系不密切,功能在于:细胞间粘着;2保护作用;3维持细胞外环境(调节细胞周围得物质浓度);4过滤作用等等。在形态发生中作用重大,包括:细胞迁移、增殖、形态变化、分化、保护、组建等。主要包括四大类物质(一)胶原(llage):属糖蛋白类物质,为纤维状蛋白多聚体,含量最高,具刚性,抗张强度大,构成细胞外基质得骨架体系。(二)氨基聚糖(gysminog