v1.0 可编辑可修改 第一章绪论
生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体的结构与生命活动的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。
细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学，它是在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上以研究细胞结构与功能、细胞增殖、分化、衰老与凋亡、细胞信号传递、真核
细胞需要和利用能量； 细胞参与大量机械活动； 细胞对刺激作出反应；
细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。 细胞能进行自我调控；
繁殖和传留后代；细胞的基本共性
所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的
细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容。核心生物膜，即细胞膜。 问题是将遗传与发育在细胞水平上结合起来。
所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制
细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相与转录的载体。 互渗透与交融是总的发展趋势。 “细胞学说”的基本内容
认为细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；
作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。
所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞
每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生内实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种观 命,又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益； 新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。 学习细胞生物学的注意点
生物大分子→病毒→细胞病毒 生物大分子细胞 生物大分子→细胞→病毒 原核细胞 基本特点：
遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细
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抽象思维与动态观点 结构与功能统一的观点
同一性(unity)和多样性(diversity)的问题
细胞生物学的主要内容：基本概念与实验证据；细胞器的胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器
和细胞核膜。 主要代表：
支原体（mycoplast）——目前发现的最小最简单的细胞； 细菌
蓝藻又称蓝细菌（Cyanobacteria） 真核细胞
原核细胞与真核细胞的比较 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息表达系统
由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。 原核细胞与真核细胞的比较
动态特征；化学能的产生与利用；细胞的活动及其调控等 实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow细胞是生命活动的基本单位
一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位
细胞是有机体生长与发育的基础
细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性 没有细胞就没有完整的生命细胞概念的一些新思考 细胞是多层次非线性的复杂结构体系 细胞具有高度复杂性和组织性
细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体 细胞完成各种化学反应； 1
v1.0 可编辑可修改 原核细胞与真核细胞基本特征的比较
原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较 植物细胞与动物细胞的比较 植物细胞与动物细胞的比较 细胞壁 液泡 叶绿体 古细菌
古细菌（archaebacteria）与真核细胞曾在进化上有过共同历程 主要证据
（1）细胞壁的成分与真核细胞一样，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的
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同一性(unity)和多样性(diversity)的问题 细胞生物学的主要内容：
结构与功能（动态特征）； 细胞的生命活动；
实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室——Whatweknow第三章细胞生物学研究方法 细胞形态结构的观察方法 细胞组分的分析方法
细胞培养、细胞工程与显微操作技术 第一节细胞形态结构的观察方法 光学显微镜技术（lightmicroscopy） 电子显微镜技术(Electromicroscopy)
扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope）
环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对真细菌扫描遂道显微镜(scanningtunnelingmicroscope) 类有强的抑制生长作用，而对古细菌与真核细胞却无作用。 第二节细胞组分的分析方法 （2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。此外，多数古核细胞的基因组中存在内含子。
（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。
（4）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有60种以上蛋白，介于真核细胞（70～
离心分离技术
细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 特异蛋白抗原的定位与定性 细胞内特异核酸的定位与定性 放射自显影技术 定量细胞化学分析技术
84）与真细菌（55）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类第三节细胞培养、细胞工程与显微操作技术 的核糖体的蛋白质合成。
（5）5SrRNA：根据对5SrRNA的分子进化分析，认为古细菌与
细胞的培养 细胞工程
真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。5SrRNA二级一、光学显微镜技术（lightmicroscopy) 结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。
除上述各点外，根据DNA聚合酶分析，氨基酰tRNA合成酶的作用，起始氨基酰tRNA与肽链延长因子等分析，也提供了以上类似依据，说明古细菌与真核生物在进化上的关系较真细菌类更为密切。因此近年来，真核细胞起源于古细菌的观点得到了加强。
第三章细胞生物学研究方法 如何学习细胞生物学
普通复式光学显微镜技术
荧光显微镜技术（FluorescenceMicroscopy）
激光共焦扫描显微镜技术（LaserConfocalMicroscopy） 相差显微镜（phase-contrastmicroscope） 微分干涉显微镜
（differentialinterferencecontrastmicroscope,DIC） 录像增差显微镜技术（video-enhancemicroscopy） 二、电子显微镜技术 电子显微镜的基本知识 电镜与光镜的比较
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抽象思维与动态观点 结构与功能统一的观点
v1.0 可编辑可修改 电镜与光镜光路图比较 电子显微镜的基本构造 主要电镜制样技术 负染色技术 冰冻蚀刻技术 超薄切片技术 电镜三维重构技术
扫描电镜（Scanningelectronmicroscope，SEM） 三、扫描遂道显微镜
ScanningProbeMicroscope,SPM
(80年代发展起来的检测样品微观结构的仪器) 包括：STM、AFM、磁力显微镜、摩擦力显微镜等
间接免疫荧光标记技术 在光镜水平用于特异蛋白质 等生物大分子的定性定位： 如绿色荧光蛋白(GFP)的应用 激光共焦扫描显微镜技术
（LaserScanningConfocalMicroscopy） 原理
应用：排除焦平面以外光的干扰，增强图像反差和提高分辨率—，可重构样品的三维结构。
相差显微镜（phase-contrastmicroscope）将光程差或相位差转换成振幅差，可用于观察活细胞
微分干涉显微镜（differential-interferencemicroscope）
原理：扫描探针与样品接触或达到很近距离时，即产生彼此偏振光经合成后，使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区间相互作用力，如
别，增加了样品反差且具有立体感。适于研究活细胞中较大的
量子力学中的隧道效应（隧道电流）、原子间作用力、磁力、细胞器 摩擦力等，
录像增差显微镜技术（video-enhancemicroscopy）计算机
并在计算机显示出来，从而反映出样品表面形貌信息、电特辅助的DIC显微镜可在高分辨率下研究活细胞中的颗粒及细胞性或磁特性等。
器的运动
装置：扫描的压电陶瓷，逼近装置，电子学反馈控制系统电镜与光镜的比较 和数据采集、处理、显示系统。
特点：（1）可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高。
（侧分辨率为～，纵分辨率可达）；
（2）可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息；
主要电镜制样技术
超薄切片技术用于电镜观察的样本制备示意图
负染色技术（Negativestaining）与金属投影染色背景，衬托出样品的精细结构
冰冻蚀刻技术（Freezeetching）（技术示意图）冰冻断裂
（3）可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测与蚀刻复型：主要用来观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜表面结量。
（4）可连续成像，进行动态观察
用途：纳米生物学研究领域中的重要工具,在原子水平上揭示样本表面的结构。 普通复式光学显微镜技术 光镜样本制作
分辨率是指区分开两个质点间的最小距离 荧光显微镜技术（FluorescenceMicroscopy） 原理与应用 直接荧光标记技术 3
构。
快速冷冻深度蚀刻技术（quickfreezedeepetching） 电镜三维重构技术
电子显微术、电子衍射与计算机图象处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。
电镜三维重构技术与X-射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前结构生物学（StructuralBiology）——主要研究生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。 扫描电镜 原理与应用：
v1.0 可编辑可修改 电子“探针”扫描，激发样品表面放出二次电子，探测器六．定量细胞化学分析技术 收集二次电子成象。
CO2临界点干燥法防止引起样品变形的表面张力问题 一、离心分离技术
用途：于分离细胞器与生物大分子及其复合物 差速离心：分离密度不同的细胞组分 密度梯度离心：精细组分或生物大分子的分离 二、细胞内核酸、蛋白质、 酶、糖与脂类等的显示方法
细胞显微分光光度术（Microspectrophotometry） 利用细胞内某些物质对特异光谱的吸收，测定这些物质(如核酸与蛋白质等）在细胞内的含量。包括：紫外光显微分光光度测定法可见光显微分光光度测定法 流式细胞仪（FlowCytometry）
主要应用：用于定量测定细胞中的DNA、RNA或某一特异蛋白的含量；测定细胞群体中不同时相细胞的数量；从细胞群体中分离某些特异染色的细胞；分离DNA含量不同的中期染色体。
原理：利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异第四章细胞质膜与细胞表面 性结合的特征，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和含量。FeulgenStaining 三、特异蛋白抗原的定位与定性 免疫酶标技术
细胞质膜与细胞表面特化结构 细胞连接
细胞外被与细胞外基质
第一节细胞质膜与细胞表面特化结构
免疫胶体金免疫荧光技术：快速、灵敏、有特异性，但细胞质膜(plasmamembrane),又称细胞膜(cellmembrane)。 其分辨率有限（图）
蛋白电泳(SDS-PAGE)与免疫印迹反应(Western-Blot) 免疫电镜技术： 免疫铁蛋白技术技术
细胞内膜(intracellularmembrane);生物膜(biomembrane) 一、胞质膜的结构模型 结构模型
和F．Grendel（1925）:
应用：通过对分泌蛋白的定位，可以确定某种蛋白的分泌动“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型 态；胞内酶的研究；膜蛋白的定位与骨架蛋白的定位等 四、细胞内特异核酸的定位与定性 光镜水平的原位杂交技术 （同位素标记或荧光素标记的探针）
电镜水平的原位杂交技术（生物素标记的探针与抗生物素抗体相连的胶体金标记结合） PCR技术
五、放射自显影技术 原理及应用：
利用同位素的放射自显影，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究；
实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究。 步骤：
（1959年）：
单位膜模型(unitmembranemodel) 和（1972）：
生物膜的流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel) (1997):脂筏模型（lipidraftsmodel） :569-572 生物膜结构
磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分, 尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；
蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； 生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。 “Centraldogma”ofmembranebiology
前体物掺入细胞（标记：持续标记和脉冲标记）———放膜的流动性 射自显影
4
膜脂的流动性
v1.0 可编辑可修改 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越类。
短,不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动运动方式 有明显的影响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪
沿膜平面的侧向运动（基本运动方式）,其扩散系数为
-8
酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动10cm2/s； 物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。 膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验
成斑现象(patching)或成帽现象(capping)
脂分子围绕轴心的自旋运动； 脂分子尾部的摆动；
双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10
－10
。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动
膜的流动性受多种因素影响；细胞骨架不但影响膜蛋白的发生频率很高。
运动，也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相脂质体（liposome）脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳互作用也是影响膜流动性的重要因素 膜的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 膜蛋白与糖蛋白的不对称性
膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面
(GO+HBH4labeling)；膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。 二、膜脂——生物膜的基本组成成分
成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 膜脂的４种热运动方式 脂质体（liposome） 膜脂成分
磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）
分为二类:甘油磷脂和鞘磷脂
主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾
3
定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。 脂质体的类型。 脂质体的应用 脂质体的应用
研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质； 脂质体中裹入DNA可用于基因转移； 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体 三、膜蛋白 基本类型
内在膜蛋白与膜脂结合的方式 外在膜蛋白与膜脂结合的方式 去垢剂(detergent) 外在(外周)膜蛋白
(extrinsic/peripheralmembraneproteins)；
水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。 内在（整合）膜蛋白
(intrinsic/integralmembraneproteins)。
水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂
(脂肪酸链)（心磷脂除外）；②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多
数碳链由16,18或20个组成；③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱使膜崩解后才可分离。 和脂肪酸(如油酸)；
糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖脂含量较高；
胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂
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脂质锚定蛋白（lipid-anchoredproteins) 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。
膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。
跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负
翟中和细胞生物学笔记_全_(整理打印版)
