第二章 细胞生物学研究方法
- 格式:docx
- 大小:26.20 KB
- 文档页数:9
细胞生物学的研究方法
细胞生物学是研究细胞的结构、功能和生理过程的科学。
在细胞生物学的研究中,有许多常用的方法。
以下是其中一些常见的研究方法:
1. 细胞培养:将细胞从其天然环境中分离出来,并在实验室中以适当的培养基中培养细胞。
细胞培养使得研究人员能够对细胞进行控制和观察。
2. 显微镜观察:使用光学显微镜或电子显微镜观察细胞的形态、结构和运动。
光学显微镜可以用来观察活细胞,而电子显微镜则能够提供更高分辨率的细胞图像。
3. 免疫细胞化学:使用特异性抗体与细胞中的特定蛋白质结合,然后通过染色或荧光探针,观察并分析这些蛋白质在细胞中的分布和表达水平。
4. 分子生物学技术:包括PCR、DNA克隆、基因测序和蛋白质表达等技术,可以用于研究细胞中的基因和蛋白质。
5. 细胞色素分析:利用生物化学检测方法,测定细胞内特定生物分子的含量和代谢活性,以研究细胞功能和代谢过程。
6. 分离和纯化细胞器:通过细胞破碎和离心技术,将细胞内不同的细胞器分离和纯化出来,以研究它们的结构和功能。
7. 基因编辑技术:如CRISPR/Cas9,可以对细胞中的基因进行精确编辑和改变,以研究基因对细胞功能的影响。
8. 活体成像:利用荧光探针或标记的蛋白质,观察和记录活细胞的动态变化,如细胞分裂、运动和细胞内信号传导等。
以上只是细胞生物学研究中的一些常见方法,实际研究中可能还会使用其他特定的技术和方法,具体取决于研究的目的和需要。
《细胞生物学》教学大纲第一章绪论第一节细胞生物学研究的内容和现状一、细胞生物学的定义二、细胞生物学的主要研究内容三、细胞生物学研究的总趋势与重点领域四、细胞重大生命活动的相互关系第二节细胞生物学发展简史一、显微镜的发明与发展二、细胞的发现与细胞学说的建立三、细胞生物学的发展第三节细胞生物学的实践意义以及与其他学科的关系一、医药方面二、农业方面三、细胞生物学与其他学科的关系四、细胞生物学主要参考书目第二章细胞生物学研究方法第一节显微技术—、光学显微镜二、电子显微镜三、扫描隧道显微镜四、显微操作技术第二节生物化学与分子生物学技术一、细胞化学技术二、免疫细胞化学三、显微光谱分析技术四、放射自显影术五、分子杂交技术六、PCR技术第三节细胞分离技术一、离心技术二、流式细胞术三、细胞电泳第四节细胞培养与细胞工程一、细胞培养二、细胞工程第三章细胞的基本结构第一节真核细胞一、质膜二、细胞核三、细胞质四、细胞的形状和大小第二节原核细胞与古核细胞一、细菌二、支原体三、衣原体和立克次氏体四、蓝藻五、古细菌六、细胞结构与生物系统第三节病毒与蛋白质感染因子一、病毒的形态和结构二、类病毒三、病毒的进化地位四、蛋白质感染因子第四节细胞的化学成分一、水与无机盐二、细胞的有机分子三、酶与生物催化剂第四章细胞质膜及其表面第一节质膜的化学组成一、膜脂二、膜蛋白第二节质膜的结构一、质膜结构的研究历史二、质膜的流动镶嵌模型三、脂筏四、细胞膜的功能第三节细胞表面的特化一、细胞外被二、膜骨架三、质膜的特化结构第五章物质跨膜运输第一节被动运输一、简单扩散二、协助扩散第二节主动运输一、钠钾泵二、钙离子泵三、质子泵四、ABC 转运器五、协同运输第三节膜泡运输一、吞噬作用二、胞饮作用三、外排作用四、穿胞运输五、胞内膜泡运输第六章细胞内膜系统与蛋白质分选第一节内质网一、形态与组成二、RER的功能三、ER的其它功能第二节高尔基体一、形态与组成二、功能区隔三、主要功能第三节溶酶体与过氧化物酶体一、溶酶体的结构二、溶酶体的功能三、溶酶体的发生四、溶酶体与疾病五、过氧化物酶体第四节蛋白质分选一、蛋白质分选信号二、蛋白质分选运输的途径第五节膜泡运输一、衣被类型二、衣被的形成三、膜泡运输的定向机制四、细胞的内吞与外排第七章线粒体与叶绿体第一节线粒体一、结构二、氧化磷酸化的分子基础三、氧化磷酸化的作用机理四、线粒体的半自主性五、线粒体的增殖第二节叶绿体一、形态与结构二、光合作用机理三、叶绿体的半自主性四、叶绿体的增殖第三节线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运一、线粒体蛋白质的转运一、叶绿体体蛋白质的转运第八章细胞信号转导第一节细胞信号系统概述一、几个容易混淆的概念二、细胞信号分子三、受体四、蛋白激酶五、胞间通信的主要类型第二节胞内受体介导的信号传导第三节膜表面受体介导的信号转导一、离子通道型受体二、G蛋白耦联型受体三、酶耦联型受体第九章细胞骨架第一节微丝一、分子结构二、微丝结合蛋白三、肌肉的组成第二节微管一、分子结构二、微管结合蛋白三、分子发动机(Molecular motor)四、微管组织中心五、微管的功能第三节中间纤维一、类型二、结构三、IF的结合蛋白第十章细胞核与染色体第一节核被膜与核孔复合物一、核被膜是双层膜结构二、核孔是物质运输的通道三、通过核孔的物质运输与信号序列有关第二节染色体一、染色质的化学组成二、从DNA——到染色体三、异染色质和常染色质四、染色体结构第三节核仁一、核仁形态二、核仁周期三、核仁的功能四、核糖体第四节核基质一、核基质的组成二、核骨架的功能第十一章细胞周期及其调控第一节基本概念一、什么是细胞周期二、细胞周期时间的测定三、细胞同步化第二节有丝分裂一、细胞分裂的类型二、有丝分裂第三节减数分裂一、间期二、分裂期三、联会复合体第四节细胞周期调控一、研究背景二、CDK三、CKI四、Cyclin五、DNA复制当且仅当一次六、M期CDK的激活七、细胞周期检验点八、生长因子对细胞增殖的影响第十二章细胞分化第一节受精与胚胎发育一、精子和卵的结构二、受精三、精卵识别四、卵裂与胚胎发育第二节细胞分化的主要机制一、不对称分裂二、诱导机制三、细胞数量控制四、细胞行为五、细胞结构的变化第三节细胞的分化潜能一、全能性、多能性和单能性二、干细胞的特点三、胚胎干细胞四、再生第十三章细胞衰老、死亡与癌变第一节细胞衰老一、人体细胞的动态分类二、细胞衰老的特征三、细胞衰老的机理第二节细胞坏死与细胞凋亡一、细胞坏死二、细胞凋亡第三节细胞凋亡的分子机理一、凋亡相关的基因和蛋白二、Fas介导的细胞凋亡三、线粒体与细胞凋亡第四节肿瘤细胞一、癌细胞的主要特征二、肿瘤形成三、肿瘤的起源与演进第十四章细胞环境与互作第一节细胞连接一、封闭连接二、锚定连接三、通讯连接第二节细胞黏着分子一、钙粘素二、选择素三、免疫球蛋白超家族四、整合素五、透明质酸粘素第三节细胞外基质一、胶原(collagen)二、纤粘连蛋白(fibronectin,FN)三、层粘连蛋白(laminin,LN)四、氨基聚糖与蛋白聚糖五、弹性蛋白(elastin)六、细胞外基质的生物学作用。
一、填空题1.透射电子显微镜由、、三部分所组成。
2.在酵母人工染色体制备过程中,要使用酶脱去酵母的细胞壁,使之成为,并且进行观察和计数。
3.观察贴壁生长的培养动物细胞可用。
4.电子显微镜使用的是透镜,而光学显微镜使用的是透镜。
5.物质在紫外光照射下发出的荧光可分为和两种,其中需要将被照射的物质进行染色。
6.用紫外光为光源观察物体比用可见光的分辨率要高,这是因为。
7.相差显微镜与普通显微镜的区别是用替代可变光阑,用代替普通物镜。
8.倒置显微镜与普通显微镜的不同在于其。
9.显微镜的分辨本领是指能够能力,用来表示。
10.电子染色是用来增强电子的散射能力。
11.在光学显微镜下见到的结构称为,在电子显微镜下见到的结构称为。
12.细菌质膜的多功能性主要表现在:具有的呼吸作用,具有的分泌作用,具有的信号传导作用。
13.显微镜的分辨率约等于光波长的,通常把这一数值看成是光学显微镜分辩力的。
14.在同位素追踪技术中,用于研究DNA的同位素标记的前体物是。
15.单克隆抗体技术是将与无限繁殖的肿瘤细胞杂交的技术。
16.可用技术来研究质膜结构的不对称性。
17.乙醇沉淀DNA的主要原理是。
18.动物细胞培养所用的合成培养基中除含多种、和外,一般还需加入。
19.用荧光显微镜观察细胞时,经吖啶橙染色的细胞中的DNA发荧光,而RNA发荧光。
20.适于观察活细胞的光学显微镜有、和等。
21.分辨率是指人的肉眼或显微镜在25cm处能够分辨到的相邻两个物体间最近距离的能力。
人眼为,普通光学显微镜为,透射电子显微镜为,扫描隧道显微镜为,以紫外光为光源的光学显微镜为。
22.光学显微镜的组成主要分为、和三大部分,光学显微镜的分辩率由、和三种因素决定。
23.用紫外光为光源观察物体比用可见光的分辨率要高,这是因为。
24.荧光显微镜是以为光源,而电子显微镜则以作为光源。
25.电子显微镜按工作原理和用途的不同可分为和。
26.利用超速离心机对细胞组分进行分级分离的常用方法有和。
名词解释第二章细胞生物学研究方法1、显微镜分辨率(resolution/R):指在人眼明视距离处,能清楚地分辨被检物体细微结构最小间隔的能力。
2、细胞培养(cell culture):是将活体中分离的细胞或其他建系细胞,在体外模拟体内的生理环境的一定条件培养,使其能继续生存、生长甚至增殖的一种方法。
3、原代培养(primary culture):指直接从生物体获取细胞进行培养。
4、传代培养(secondary culture):指将适应了体外生长的原代细胞进行按1:2以上比例的连续扩大培养。
5、细胞融合(cell fusion):在自发或人工诱导下,相同或不同基因型细胞之间相互融合的过程。
6、细胞株(cell strain):当培养细胞具有某些特征与标志并能继续培养下去时称为细胞株。
7、细胞系(cell line):原代培养细胞经传代成功后即成为细胞系。
8、差速离心:(differential centrifugation):通过一系列递增速度的离心,即由低速到高速逐渐沉降分离,将不同大小颗粒分离的方法。
第三章细胞概述9、DNA双螺旋结构(DNA double helix):一种核酸的构象,在该构象中,两条反向平行的多核甘酸链相互缠绕形成一个右手的双螺旋结构。
10、蛋白质一级结构(primary structure):指一条或几条多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。
11、生物大分子(biomacromolecule)12、生物小分子(biomicromolecule)第四章细胞膜13、生物膜(biological membrane):细胞膜和细胞内膜的合称。
14、单位膜(unit membrane):生物膜有共同的结构特征,在透射电镜下表现为“二暗夹一明”的三层结构,故又称单位膜。
15、液态镶嵌模型(fluid mosaic model):膜中脂质双层构成膜的连贯主体,它既具有晶体分子排列的有序性,又具有液体的流动性。
细胞生物学研究方法细胞生物学是研究细胞结构、功能和过程的科学学科,主要研究对象是细胞的组成、分裂、分化、代谢、运动、增殖和死亡等。
为了深入研究细胞相关问题,细胞生物学采用了多种研究方法。
第一,显微镜观察法。
显微镜是细胞生物学中最常用的工具之一。
通过显微镜观察,可以观察到细胞的形态、结构和各种细胞器的分布情况。
常用的显微镜有光学显微镜和电子显微镜。
光学显微镜适用于观察活细胞,电子显微镜适用于观察细胞内部细节,如细胞核、线粒体和内质网等。
第二,细胞培养法。
细胞培养是指将细胞在无菌条件下培养于含有营养物质的培养基中,使其持续生长和繁殖。
通过细胞培养,可以研究细胞的生长特性、分裂过程以及对外界刺激的反应。
常用的细胞培养方法有原代培养、细胞株培养和三维培养等。
第三,细胞分离和纯化法。
细胞分离和纯化是将不同类型的细胞从混合细胞群中分离出来,以便对某种细胞进行独立的研究。
常用的方法有细胞悬浮液经过离心分离、细胞表面标记技术以及细胞排序等。
第四,分子生物学技术。
分子生物学技术可以用于研究细胞的基因表达、代谢等分子机制。
其中,PCR技术可以复制DNA序列,用于检测细胞内特定基因的存在和表达水平。
原位杂交技术可以检测细胞内特定mRNA的定位和表达情况。
第五,蛋白质分析技术。
蛋白质分析技术主要用于研究细胞内蛋白质的分布、结构和功能。
常用的方法有蛋白质电泳、质谱分析、免疫印迹等。
第六,遗传学方法。
遗传学方法可以用于研究细胞的遗传特征和突变。
如基因敲除和基因敲入技术可以研究基因在细胞中的作用;细胞杂交技术可以研究细胞核酸的互补性和杂交情况。
细胞生物学研究方法的不断更新和发展,使我们对细胞的理解越来越深入。
这些方法的应用使得我们能够更好地揭示细胞的机制和功能,为解决许多重大疾病和生物学问题提供了有力的工具。
第二章细胞生物学研究方法1.举例(3~5个)说明研究方法的突破对细胞生物学发展的推动作用。
答:①细胞培养技术,…②离心分离技术,…③流式细胞分离技术,…④基因敲除技术,…⑤干细胞培养技术,…⑥……2.为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术之一?3.用什么方法追踪活细胞中蛋白质合成与分泌过程?包括哪几个步骤?答:追踪活细胞中某种蛋白质合成与分泌的过程一般采用同位素示踪技术。
其基本步骤是:①将放射性同位素标记的氨基酸(3H-亮氨酸)加到细胞培养基中,在很短时间内使这些与未标记的相应氨基酸化学性质相同的标记分子进入细胞(称为脉冲标记);②除去培养液并洗涤细胞,再换以未标记氨基酸的培养基培养细胞,已进入细胞的标记氨基酸将被蛋白质合成系统作为原料加以利用,掺入到某种新合成的蛋白质中;③每隔一定时间取出一定数量的细胞,利用电镜放射自显影技术探查被标记的特定蛋白质在不同时间所处的位置。
通过比较不同时间细胞取样的电镜照片就可以了解细胞中蛋白质合成及分泌的动态过程。
4. 图2-3的解释。
答:两个儿童共同振动一根绳子产生的波动类似于光子光子和电子形成的波,以此说明物体的大小对波的干扰。
(a)两个儿童振动绳子产生的特征波长;(b)向绳子波中扔进一个球或一个物体,如果扔进物体的直径与绳子波长相近,就会干扰绳子波的移动;(3)如果扔进一个垒球或其他物体比绳子波长小得多,对绳子波的移动只有很小或没有干扰;(d)如果将绳子快速振动,波长就会大大缩短;(e)此时扔进垒球就会干扰绳子波的移动。
5.为什么电子显微镜需要真空系统(vacuum system)?答:由于电子在空气中行进的速度很慢,所以必须由真空系统保持电镜的真空度,否则,空气中的分子会阻挠电子束的发射而不能成像。
用两种类型的真空泵串连起来获得电子显微镜镜筒中的真空,当电子显微镜启动时,第一级旋转式真空泵(rotary pump)获得低真空,作为二级泵的预真空;第二级采用油扩散泵(oil diffusion pump)获得高真空。
细胞生物学研究方法细胞生物学是生物学的重要分支,它研究细胞的结构、功能和活动特征。
而现代细胞生物学的研究方法却是非常多样化的。
一、细胞培养技术细胞培养技术是现代细胞生物学最重要的实验手段之一。
它可以用来研究细胞的生长、分裂、分化和死亡等基本生物学过程,同时也可以用来筛选和测试新药物。
在细胞培养方面,流行的方法包括传统的水平指向法、悬浮式培养法、三维培养法等。
其中,三维培养法是比较新的技术,它可以用来模拟体内的三维环境,提高细胞培养的成功率。
二、显微镜技术显微镜是细胞生物学研究中必不可少的工具。
根据不同的研究目标,可以使用不同的显微镜。
光学显微镜用于观察细胞表面结构和细胞内分子分布,而电子显微镜用于观察细胞的内部结构和纳米级别的分子组成。
与传统显微镜相比,近年来兴起的超分辨率显微镜则更加革命性。
超分辨率显微镜可以在纳米级别下观察细胞内部的生物活动,这种技术又被称为“光学雷达”。
三、基因编辑技术基因编辑技术是一种能够修改基因的方法,它可以用于研究某些基因在细胞生物学中的作用。
最著名的一种基因编辑技术是CRISPR/Cas9,它可以精确地切割DNA序列,进而实现基因的精准编辑。
基因编辑技术的核心技术是分子生物学,分子生物学技术的快速发展促进了基因编辑技术的加速发展。
同时,这些技术也正在被用于战胜某些遗传疾病。
四、蛋白质组学技术蛋白质组学技术是一种研究细胞内蛋白质分布、结构和功能的技术。
目前,主要的蛋白质组学技术包括蛋白质电泳、蛋白质质谱和蛋白质芯片技术等。
在这些技术中,蛋白质质谱技术是一个较为常用的技术。
蛋白质质谱技术可以快速而准确地识别和定量细胞内蛋白质。
它可以被用作生物医学和生命科学的研究手段,推动蛋白质研究的发展。
总之,在现代细胞生物学研究中,许多方法都得到了迅速发展。
这些方法的应用广泛,它们推动着细胞生物学的不断前进。
未来,我们相信这些工具将继续提高我们对细胞结构、功能及疾病机制的认识。
目 录第一章 绪论1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第二章 细胞生物学研究方法2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第三章 细胞质膜3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第四章 物质的跨膜运输4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第五章 细胞质基质与内膜系统5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第六章 蛋白质分选与膜泡运输6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第七章 线粒体和叶绿体7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第八章 细胞骨架8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第九章 细胞核与染色质9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第十章 核糖体10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第十一章 细胞信号转导11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第十二章 细胞周期与细胞分裂12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第十三章 细胞增殖调控与癌细胞13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解第十四章 细胞分化与干细胞14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 名校考研真题详解第十五章 细胞衰老与细胞程序性死亡15.1 复习笔记15.2 课后习题详解15.3 名校考研真题详解第十六章 细胞的社会联系16.1 复习笔记16.2 课后习题详解16.3 名校考研真题详解第一章 绪论1.1 复习笔记【本章概述】本章为绪论部分,主要对细胞生物学的研究内容与现状、细胞学发展简史、原核细胞、古核细胞、真核细胞等内容做了简单的介绍,考点较细,需要理解掌握。
【重点难点归纳】一、细胞学与细胞生物学发展简史1生物科学3个阶段以及细胞的发现(1)三个阶段:形态描述阶段、实验室生物阶段、现代生物学阶段。
细胞生物学研究方法细胞生物学是研究细胞结构、功能和行为的科学学科。
细胞是生物体的基本组成单位,研究细胞生物学可以帮助我们揭示生物体内部的复杂机制,并对疾病的发生和治疗提供重要的指导。
在细胞生物学的研究中,有许多重要的实验方法和技术。
下面将介绍几种主要的细胞生物学研究方法。
1. 细胞培养:细胞培养是一种最基本的细胞生物学实验方法。
它通过在培养基中提供适当的营养物质和条件,使细胞在体外生长和繁殖。
细胞培养可以用于研究细胞的生理功能、生长和分化等过程。
2. 细胞染色:细胞染色是观察和研究细胞结构和组成的重要方法。
常用的细胞染色方法包括荧光染色、核酸染色、蛋白质染色等。
例如,核酸染色可以使用荧光染料如荧光素染色DNA,观察细胞的染色体结构和DNA复制过程。
3. 细胞分离与纯化:细胞分离与纯化是将混合细胞群体中的细胞单独分离出来并获得纯净的细胞群体的方法。
常用的细胞分离与纯化方法包括离心、差速离心、密度梯度离心等。
这些方法可以帮助研究者获得纯净的细胞样本,便于后续的分析和实验。
4. 细胞显微镜观察:细胞显微镜观察是研究细胞结构和功能的主要方法之一。
通过使用显微镜,研究者可以观察到细胞的内部结构和细胞器。
随着光学显微镜和电子显微镜技术的发展,观察细胞的分辨率和细节越来越高。
5. 免疫学技术:免疫学技术在细胞生物学研究中扮演了重要的角色。
常用的免疫学技术包括免疫组织化学、流式细胞术、免疫沉淀等。
这些技术可以用来检测和定量细胞表面标记物、细胞内蛋白质和核酸等,以研究细胞的功能和代谢过程。
6. 分子生物学技术:分子生物学技术是研究细胞基因表达和遗传信息的重要工具。
常用的分子生物学技术包括PCR、蛋白质电泳、蛋白质质谱等。
这些技术可以帮助研究者检测和分析细胞中的DNA、RNA和蛋白质等分子成分,以了解细胞基因表达和调控的机制。
7. 基因编辑技术:基因编辑技术如CRISPR-Cas9已经成为细胞生物学研究中的重要工具。
大学生物学实验:细胞生物学研究方法1. 引言1.1 概述细胞生物学是生物学领域中的重要分支,研究细胞的结构、功能和生理过程。
随着科技的发展和实验方法的不断改进,人们对于细胞生物学的研究也越来越深入。
大学生物学课程中的实验,旨在培养学生对细胞生物学基础知识与实验技术的理解,并通过实际操作加深对这一领域的认识。
1.2 文章结构本文将围绕细胞生物学研究方法展开介绍。
首先,我们将提供有关细胞结构与功能、细胞分裂与增殖以及细胞代谢与能量转化方面的基础知识。
然后,我们将详细探讨细胞培养技术与实验方法,包括培养基与细胞株选择、操作步骤和注意事项以及常用的细胞实验技术。
接着,我们将介绍免疫染色技术在细胞研究中的应用,包括原理和方法、免疫荧光染色技术及其应用以及免疫组织化学染色技术及其应用。
此外,我们还将探讨分子生物学技术在细胞研究中的应用,例如DNA 提取和聚合酶链式反应(PCR)技术、基因克隆技术和蛋白质表达与纯化技术,以及RNA干扰技术的原理与应用。
最后,在结论部分,我们将对本文进行总结,并展望未来细胞生物学实验的发展方向。
1.3 目的本文的目的是通过详细介绍大学生物学实验中常用的细胞生物学研究方法,帮助读者了解和掌握这些实验方法,并培养对细胞生物学领域深入研究的兴趣。
通过实际操作和理论知识相结合,读者将能够更好地理解细胞结构、功能和相关实验技术,并为未来在该领域开展研究打下坚实基础。
2. 细胞生物学基础知识:2.1 细胞结构与功能:细胞是生物体的基本单位,具有众多的结构和功能。
所有的细胞都包含细胞膜、细胞质、细胞核等主要组成部分。
细胞膜是由磷脂双分子层构成的,起到隔离和保护内部环境的作用。
细胞质位于细胞膜内部,其中含有多种细胞器,如线粒体、内质网、高尔基体等,这些细胞器在各自的功能区域执行着不同任务。
而细胞核则存储了遗传信息,控制和调节生命活动。
不同类型的细胞具有不同的功能。
例如,神经元是主要负责传递电信号的特化细胞;肌肉细胞具有收缩能力,使得动物可以运动;而叶绿素能够吸收光能并参与光合作用的植物叶片中存在于叶绿体中。
细胞生物学及其研究方法细胞是生命的基本单位,是构成生物体的组成部分。
细胞生物学是研究细胞的结构、功能及其在生物体中的作用的学科。
细胞生物学的研究方法主要包括显微术、分子生物学与遗传工程、细胞培养和细胞成像等。
显微术是研究细胞生物学的起点。
早在17世纪,荷兰科学家安东尼·范·莱文虽然没有能看到活细胞,但是用普通显微镜可以看到大量的组织细胞。
随着显微告诉的不断升级,人们可以越来越清晰的观察到细胞的变化。
后来,人们发现了两种新的显微方法:电子显微术和荧光显微术。
电子显微术是采用电子束代替了可见光束,可以提供比普通光学显微镜更高分辨率的细节,可以看到细胞更小的结构,如各种病毒、某些蛋白质和酶等细胞器,能够帮助细胞生物学家研究细胞结构的形态、成分及其内部组成。
而荧光显微术则是一种主要用于显示细胞中蛋白质、细胞器等分子的成像方法。
在荧光显微术中,将染色体、生物标记物标记上荧光染料,再用启动器在激发荧光染料后引诱波长,并从接收信号孔中分离荧光。
分子生物学和遗传工程是另外一个用于研究细胞生物学的方法。
分子生物学是指用分子方法研究细胞的生物学性质的学科。
近年来,分子生物学的发展极大地推动了生物化学和遗传工程的进步。
现在,分子生物学通过逆转录聚酰酶(RT-PCR)、互补DNA技术(reverse genetics)、DNA测序、GeneChip技术等方法,已经能够用细胞DNA的序列来推断细胞的含义、生命特征和进化历程等。
细胞培养是指在特定的药品、培养液、温度、湿度等条件下,培养细胞,并研究其生物学特性和遗传转录特性。
细胞培养在许多实验中是令人难以替代的手段,特别是细胞生物学和生物技术方面。
常常的,研究人员需要在特定的培养液中,进行细胞培养,并通过增减试剂、药品和调整细胞的生物环境,来探究细胞的各种生物学变化及分子内部组板。
----------最后,细胞成像是指通过显微镜、荧光显微镜等设备来获取细胞的图像。
(生物科技行业)第二章细胞生物学研究方法第二章细胞生物学研究方法(theresearchmethodinthecellbiology)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、认识工具和方法和学科发展的相关性。
教学内容本章从以下5个方面介绍了细胞生物学的研究方法:1.显微成像技术2.细胞化学技术3.细胞分选技术4.细胞工程技术5.分离技术6.分子生物学方法计划学时及安排本章计划3学时。
教学重点和难点生命科学是实验科学,它的很多成果都是通过实验才得以发现和发展的。
许多细胞生物学的重要进展以及新概念的形成,往往来自新技术的应用。
因此,方法上的突破,对于理论和应用上的发展具有巨大的推动作用,这是学习本章应确立的基本思想。
1.显微成像包括直接成像和间接成像。
显微技术是细胞生物学最基本的研究技术,包括光学显微技术和电子显微技术。
在光学显微技术中要掌握几种常用显微镜成像的基本原理,包括普通双筒显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、暗视野显微镜、倒置显微镜。
电子显微镜是研究亚显微结构的主要工具,透射和扫描电镜的是俩类主要的电子显微镜,对其基本结构、工作原理和样品制备方法则是学习的重点。
2.细胞化学技术介绍了酶细胞化学技术、免疫细胞化学技术、细胞分选技术,其中流式细胞分选技术是细胞生物学和现代生物技术中的重要技术,应重点掌握。
3.细胞工程技术是细胞生物学和遗传学的交叉领域,主要利用细胞生物学的原理和方法,结合工程学的技术手段,按照人们预先的设计,有计划地改变或创造细胞遗传性的技术。
包括体外大量培养和繁殖细胞,或获得细胞产品、或利用细胞体本身。
主要内容包括:细胞融合、细胞生物反应器、染色体转移、细胞器移植、基因转移、细胞及组织培养。
4.分离技术是壹大类技术的总称,包括细胞组分的分离和生物大分子的分离,应掌握各种分离技术的原理和用途。
本章对分子生物学方法作了简要介绍,为今后的学习奠定基础。
简言之,本章教学重点是仪器方法的基本原理和基本应用;教学难点是电镜制样及分子杂交技术。
细胞生物学的基础理论与研究方法细胞是所有生物体中最基本的组成单位,细胞生物学研究细胞的结构、功能、分裂、生长和死亡等过程。
这是一个重要且广泛的领域,许多生物学、医学和农业领域都依赖于该领域的研究,而该领域的理论和方法也在不断发展和改善。
一、细胞生物学的基础理论1.细胞的发现细胞学的研究始于1590年左右,当时荷兰人Zacharias Janssen和Hans Lippershey发明了显微镜,并观察到了一些简单的生物体。
段宝愚在20世纪20年代依靠显微技术,把细胞内结构摆放到显微镜下,掀起了细胞学的热潮,此后,各种显微技术不断创新,细胞学的研究日渐深入。
2.细胞的组成和结构细胞主要由质膜、细胞质和细胞核三部分组成。
细胞质由液体和固体两部分组成,液体部分称为胞浆,固态部分由细胞器构成,如线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。
细胞核则含有遗传信息的核糖核酸,其中DNA是遗传物质。
细胞中的分子和结构是很多的,其中许多都具有高度复杂性。
除了上述之外,还有一些细胞骨架(如微管、中间纤维和微丝等),它们是支持细胞结构和形态的重要组成部分。
3.细胞的功能细胞是生命的基本单位,细胞的相关功能非常多:(1)营养摄取:细胞和环境之间的交换是通过细胞膜完成的,它是一种半透性膜,在外部环境和细胞内部之间选择性地过滤物质,需要时向内部运输并排除废弃物。
(2)代谢活动:细胞内有许多化学反应,如变换原料、能量转换等。
其中最重要的化学反应是细胞呼吸,是提供细胞所需能量的主要途径。
(3)受体功能:细胞膜上含有多种受体,能够接收内外环境刺激,并启动细胞的生理反应,如神经递质作用于神经元。
4.细胞增殖细胞增殖和分裂是细胞生物学的关键问题之一,意义重大。
细胞增殖与细胞分裂相关,细胞分裂需要细胞增殖的先决条件,细胞增殖数量和速度是直接影响生长和繁殖的。
二、细胞生物学的研究方法1.显微技术显微技术是细胞生物学研究不可或缺的工具。
过去的显微镜分为光学显微镜和电子显微镜,但如今,各种先进的显微技术层出不穷,如荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜(简称LCSM)、电子能量损失光谱仪(EELS)等最新显微技术,它们能够让细胞内部的结构更为清晰,为细胞研究提供更强有力的支持。
第二章细胞生物学研究方法(the research method in the cell biology)教学目的1、了解要紧工具和常用方法,侧重把握差不多原理和差不多应用;2、认识工具和方法与学科进展的相关性。
教学内容本章从以下5个方面介绍了细胞生物学的研究方法:1.显微成像技术2.细胞化学技术3.细胞分选技术4.细胞工程技术5.分离技术6.分子生物学方法打算学时及安排本章打算3学时。
教学重点和难点生命科学是实验科学,它的专门多成果差不多上通过实验才得以发觉和进展的。
许多细胞生物学的重要进展以及新概念的形成,往往来自新技术的应用。
因此,方法上的突破,关于理论和应用上的进展具有庞大的推动作用,这是学习本章应确立的差不多思想。
1.显微成像包括直截了当成像和间接成像。
显微技术是细胞生物学最差不多的研究技术, 包括光学显微技术和电子显微技术。
在光学显微技术中要把握几种常用显微镜成像的差不多原理,包括一般双筒显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、暗视野显微镜、倒置显微镜。
电子显微镜是研究亚显微结构的要紧工具, 透射和扫描电镜的是两类要紧的电子显微镜, 对其差不多结构、工作原理和样品制备方法则是学习的重点。
2.细胞化学技术介绍了酶细胞化学技术、免疫细胞化学技术、细胞分选技术, 其中流式细胞分选技术是细胞生物学和现代生物技术中的重要技术, 应重点把握。
3.细胞工程技术是细胞生物学与遗传学的交叉领域,要紧利用细胞生物学的原理和方法,结合工程学的技术手段,按照人们预先的设计,有打算地改变或制造细胞遗传性的技术。
包括体外大量培养和繁育细胞,或获得细胞产品、或利用细胞体本身。
要紧内容包括:细胞融合、细胞生物反应器、染色体转移、细胞器移植、基因转移、细胞及组织培养。
4.分离技术是一大类技术的总称,包括细胞组分的分离和生物大分子的分离, 应把握各种分离技术的原理和用途。
本章对分子生物学方法作了简要介绍, 为今后的学习奠定基础。
第二章细胞生物学研究方法(the research method in the cell biology)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。
教学内容本章从以下5个方面介绍了细胞生物学的研究方法:1.显微成像技术2.细胞化学技术3.细胞分选技术4.细胞工程技术5.分离技术6.分子生物学方法计划学时及安排本章计划3学时。
教学重点和难点生命科学是实验科学,它的很多成果都是通过实验才得以发现和发展的。
许多细胞生物学的重要进展以及新概念的形成,往往来自新技术的应用。
因此,方法上的突破,对于理论和应用上的发展具有巨大的推动作用,这是学习本章应确立的基本思想。
1.显微成像包括直接成像和间接成像。
显微技术是细胞生物学最基本的研究技术, 包括光学显微技术和电子显微技术。
在光学显微技术中要掌握几种常用显微镜成像的基本原理,包括普通双筒显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、暗视野显微镜、倒置显微镜。
电子显微镜是研究亚显微结构的主要工具, 透射和扫描电镜的是两类主要的电子显微镜, 对其基本结构、工作原理和样品制备方法则是学习的重点。
2.细胞化学技术介绍了酶细胞化学技术、免疫细胞化学技术、细胞分选技术, 其中流式细胞分选技术是细胞生物学和现代生物技术中的重要技术, 应重点掌握。
3.细胞工程技术是细胞生物学与遗传学的交叉领域,主要利用细胞生物学的原理和方法,结合工程学的技术手段,按照人们预先的设计,有计划地改变或创造细胞遗传性的技术。
包括体外大量培养和繁殖细胞,或获得细胞产品、或利用细胞体本身。
主要内容包括:细胞融合、细胞生物反应器、染色体转移、细胞器移植、基因转移、细胞及组织培养。
4.分离技术是一大类技术的总称,包括细胞组分的分离和生物大分子的分离, 应掌握各种分离技术的原理和用途。
本章对分子生物学方法作了简要介绍, 为今后的学习奠定基础。
简言之,本章教学重点是仪器方法的基本原理和基本应用;教学难点是电镜制样及分子杂交技术。
教学方法 讲授、参观 教学过程 2.1显微成像技术2.1.1、光学和电子显微镜成像原理共同点:照明系统;被观察的样品;聚焦和成像的透镜系统 不同点:• 光学显微镜:以可见光(或紫外线)为光源。
• 电子显微镜:以电子束为光源。
表3-1电镜与光镜的比较电镜与光镜光路图比较电子显微镜的基本构造2.2.2、常用的光学显微镜⑴ 普通光学显微镜 ◆构成: • ①照明系统利用样品对光的吸收形成明暗反差和颜色变化利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差要求真空不要求真空要求真空 1.33x10-5~1.33x10-3Pa玻璃透镜玻璃透镜电磁透镜可见光(400-700) 紫外光 (约200nm)电子束(0.01-0.9)200nm 100nmLM FM EM成像原真空 透镜 光源分辨本领显微镜• ②光学放大系统• ③机械装置◆原理:经物镜形成倒立实像,经目镜进一步放大成像。
◆分辨力:指分辨物体最小间隔的能力。
• R=0.61λ/n sin(α/2)或者R=0.61λ/N.A.其中λ为入射光线波长;N.A.为物镜的数值孔径(numerical aperture),sinα/2,n=介质折射率;α=镜口角(样品对物镜镜口的张角)。
• 思考:如何提高显微镜的分辨能力?◆显微镜的几个光学特点:•制作光学镜头所用的玻璃折射率为1.65-1.78,所用介质的折射率越接近玻璃的越好。
•sinα/2的最大值必然小于1;介质为空气,镜口率一般为0.05-0.95;油镜头用香柏油为介质,镜口率可接近1.5。
•普通光线的波长为400-700nm,分辨力数值不会小于0.2μm,人眼的分辨力为0.2mm,因此显微镜的最大设计倍数为1000X。
⑵荧光显微镜(Fluorescence microscope)•特点:光源为紫外线,波长较短;分辨力高于普通显微镜;有两个特殊的滤光片;照明方式通常为落射式。
•用于观察能激发出荧光的结构。
用途:免疫荧光观察、基因定位、疾病诊断。
⑶激光共聚焦扫描显微境(Laser confocal scanning microscope, LCSM)•用激光作光源,逐点、逐行、逐面快速扫描。
•能显示细胞样品的立体结构。
•分辨力是普通光学显微镜的3倍。
•用途类似荧光显微镜,但能扫描不同层次,形成立体图像。
⑷相差显微镜• 把透过标本的可见光的光程差变成振幅差,从而提高了各种结构间的对比度,使各种结构变得清晰可见。
在构造上,相差显微镜有不同于普通光学显微镜两个特殊之处。
①环形光阑(annular diaphragm):位于光源与聚光器之间。
②相位板(annular phaseplate):物镜中加了涂有氟化镁的相位板,可将直射光或衍射光的相位推迟1/4λ。
•用途:观察未经染色的玻片标本⑸倒置显微镜(inverse microscope)•物镜与照明系统颠倒,前者在载物台之下,后者在载物台之上,用于观察培养的活细胞,通常具有相差物镜,有的还具有荧光装置。
2.2.3、光学显微镜的样品制备⑴样品的固定⑵包埋和切片⑶染色⑷放射自显影2.2.4、电子显微镜⑴透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)◆原理:• 以电子束作光源,电磁场作透镜。
电子束的波长短,并且波长与加速电压(通常50~120KV)的平方根成反比。
• 由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。
• 分辨力0.2nm,放大倍数可达百万倍。
• 用于观察超微结构(ultrastructure),即小于0.2μm、光学显微镜下无法看清的结构,又称亚显微结构(submicroscopic structures)。
◆制样技术①超薄切片•电子束穿透力很弱,用于电镜观察的标本须制成厚度仅50nm的超薄切片,用超薄切片机(ultramicrotome)制作。
•通常以锇酸和戊二醛固定样品,丙酮逐级脱水,环氧树脂包埋,以热膨胀或螺旋推进的方式切片,重金属(铀、铅)盐染色。
②负染技术•用重金属盐(如磷钨酸)对铺展在载网上的样品染色;吸去染料,干燥后,样品凹陷处铺了一层重金属盐,而凸的出地方没有染料沉积,从而出现负染效果,分辨力可达1.5nm左右。
③冰冻蚀刻(freeze-etching)• 亦称冰冻断裂。
标本置于干冰或液氮中冰冻。
然后断开,升温后,冰升华,暴露出了断面结构。
向断裂面上喷涂一层蒸汽碳和铂。
然后将组织溶掉,把碳和铂的膜剥下来,此膜即为复膜(replica)。
⑵扫描电子显微镜•20世纪60年代问世,用来观察标本表面结构。
•分辨力为6-10nm,由于人眼的分辨力(区别荧光屏上距离最近两个光点的能力)为0.2mm,扫描电镜的有效放大倍率为0.2mm/10nm=20000X。
• 工作原理:是用一束极细的电子束扫描样品,在样品表面激发出次级电子,次级电子的多少与样品表面结构有关,次级电子由探测器收集,信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度,显示出与电子束同步的扫描图像。
• 为了使标本表面发射出次级电子,标本在固定、脱水后,要喷涂上一层重金属膜,重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。
⑶扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)• 原理:根据隧道效应而设计,当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时,此处电子云重叠,外加一电压(2mV-2V),针尖与样品之间形成隧道电流。
电流强度与针尖和样品间的距离有函数关系,将扫描过程中电流的变化转换为图像,即可显示出原子水平的凹凸形态。
• 分辨率:横向为0.1-0.2nm,纵向可达0.001nm。
• 用途:三态(固态、液态和气态)物质均可进行观察。
2.2 细胞化学技术2.2.1、酶细胞化学技术通过酶的特异细胞化学反应来显示酶在细胞内的定位。
如:★金属沉淀法:如磷酸酶分解磷酸酯底物后,反应产物最终生成CoS或PbS有色沉淀,而显示出酶活性。
★Schiff反应:细胞中的醛基可使Schiff试剂中的无色品红变为红色。
用于显示糖和脱氧核糖核酸(Feulgen反应)。
★联苯胺反应:过氧化酶分解H202。
产生新生氧,后者再将无色联苯胺氧化成联苯胺蓝,进而变成棕色化合物。
★脂溶染色法:借苏丹染料溶于脂类而使脂类显色。
★茚三酮反应:显示蛋白质。
2.2.2、免疫细胞化学技术(immunocytochemistry)利用免疫反应定位组织或细胞中抗原成分分布的一类技术。
• 免疫荧光技术(immunofluorescent technique)快速、灵敏、有特异性,但其分辨率有限• 免疫电镜技术,包括:免疫铁蛋白技术免疫酶标技术免疫胶体金技术应用:通过对分泌蛋白的定位,可以确定某种蛋白的分泌动态;胞内酶的研究;膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等2.2.3、其他细胞化学技术显微光谱分析技术•细胞中有一些成分具有特定的吸收光谱,核酸、蛋白质、细胞色素、维生素等都有自己特征性的吸收曲线。
•可利用显微分光光度计对某些成分进行定位、定性和定量测定。
2.3 细胞分选技术流式细胞术• 用途:对单个细胞进行快速定量分析与分选的一门技术。
• 原理:包在鞘液中的细胞通过高频振荡控制的喷嘴,形成包含单个细胞的液滴,在激光束的照射下,这些细胞发出散射光和荧光,经探测器检测,转换为电信号,送入计算机处理,输出统计结果,并可根据这些性质分选出高纯度的细胞亚群,分离纯度可达99%。
包被细胞的液流称为鞘液,所用仪器称为流式细胞计(flow cytometer)。
2.4细胞工程技术2.4.1、细胞培养几个概念:• 原代培养(primary culture):即:培养直接来自动物机体的细胞群,将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶称为传代或传代培养(Passage)•细胞株(cell strain):由单细胞分离培养或通过筛选的方法由单细胞增殖形成的细胞群称细胞株(cell strain)。
即通过选择法或克隆形成法从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质或标志的培养细胞。
•细胞系(cell line):原代培养物经首次传代成功后即为细胞系(cell line)。
• 克隆(clone):亦称无性系。
指由同一个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。
⑴动物细胞培养• 群体培养(mass culture):将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中,让细胞贴壁生长,汇合(confluence)后形成均匀的单细胞层;• 克隆培养(clonal culture):培养高度稀释的细胞悬液,细胞贴壁生长,每一个细胞形成一个细胞集落,称为克隆。
⑵植物细胞培养◆外植体培养:诱发产生愈伤组织。