医学细胞生物学复习资料

河北医科大学1第一章细胞生物学概述一、细胞生物学及其研究对象与目的•细胞（cell）是有机体形态、结构和功能的基本单位。•细胞生物学(cellbiology)是运用近代物理、化学技术和分子生物学方法，从不同层次研究细胞生命活动规律的学科。（细胞整体——亚微结构——分子水平）•研究的主要任务:•以细胞作为生命活动的基本单位为出发点•探索生命活动基本规律•阐明生物生命活动的基本规律•阐明细胞生命活动的结构基础•研究内容:•在不同层次(显微、亚显微与分子水平)上研究细胞结构与功能•细胞核、染色体以及基因表达•细胞骨架体系•细胞增殖、分化、衰老与凋亡•细胞信号传递•真核细胞基因表达与调控•细胞起源与进化二、细胞生物学的发展历史（一）细胞生物学发展的萌芽阶段(从显微镜的发明到十九世纪初叶，开始了细胞学的研究)•1665RobertHook——Cell概念•1677Leeuwenhoek——观察到纤毛虫、人和哺乳动物的精子、细菌等。（二）细胞学说的创立阶段(从十九世纪初叶到十九世纪中叶，这一阶段创立了细胞学说)•1838-1839Schleiden，Schwan——细胞学说•1855Virchow——细胞只能来自细胞（三）经典细胞学阶段(从十九世纪中叶到二十世纪初叶，这一阶段细胞学有了蓬勃的发展)•1841Remark——鸡胚血细胞直接分裂•1861Schultze——原生质•1880Flemming——无丝分裂•1883VanBeneden；•1886Strasburger——减数分裂•1883VanBeneden，Boveri——中心体•1898Benda——线粒体•1898Golgi——高尔基复合体（四）实验细胞学阶段(从二十世纪初叶到二十世纪中叶)•1902Boveri，Sutton——染色体遗传理论•1909Harrison——组织培养•1910Morgen——基因－染色体学说•1924Feulgen——Feulgen染色测定DNA•1933Ruska——电子显微镜河北医科大学2•1940Brachet——Unna染色测定RNA•1943Cloude——高速离心提取细胞器（五）细胞生物学阶段(从二十世纪初叶到二十世纪中叶60年代～)•1953Watson，Crick——DNA双螺旋模型•1958Meselson，Matthaei——半保留复制•1958Crick——中心法则•1961Nirengerg，Matthaei——确定遗传密码•1972Jackson，Symons——DNA体外重组•1996英国苏格兰卢斯林研究所——“多利羊”诞生。•1987——人类基因组计划•2003——后基因组计划三、细胞生物学与医学•细胞是人体正常结构和功能的基本单位，也是病理发生的基本单位，细胞结构与功能的异常是疾病发生的基本原因或结构基础。•细胞生物学实验技术运用到医学研究中，引起广大学者的普遍关注。•细胞生物学与多门基础医学课程密切相关，也是临床医学有关学科的重要基础之一。复习思考题什么是细胞生物学？它与医学科学的关系如何？细胞生物学的历史发展对我们有什么启示？第二章细胞生物学的研究技术和方法第一节细胞形态结构研究技术一、细胞的显微结构观察•分辨率（resolution，R），即极限分辨率，指能够区分相近两点的最小距离。•R光镜=0.2μm•R人眼=0.07mm（70μm）•R电镜=0.2nm普通动物细胞d=10～20μm最大的人类细胞人卵d=0.2mm最小的细胞支原体d=0.1μm•显微结构:是指通过光学显微镜所观察到的细胞结构。•光学显微镜是利用光线照明，将微小物体形成放大影像的仪器。（一）普通光学显微镜1、构成：①照明系统②光学放大系统③机械装置2、基本原理利用颜色（光的波长）和亮度（光波的振幅）的差别，达到观察被检物的目的。3、基本应用主要用于染色标本的观察。细胞内的许多结构选择性染色后都可被观察。根据标本的不同及需观察目的物的不同常选用不同的显色方法。（二）相差显微镜河北医科大学3•用途：观察未经染色的标本和活细胞。（三）暗视野显微镜•用途：主要是观察物体的轮廓形态及其变化，但看不清内部的微细结构，适合于观察活细胞内的细胞核、线粒体、液体介质中的细菌和真菌等。（四）荧光显微镜•运用：成像反差强、检测灵敏度高•定性、定位和定量的研究组织内荧光标记物质•对活细胞内分子的动态变化进行实时观察（五）共聚焦激光扫描显微镜二、细胞的亚微结构观察•细胞中直径小于0.2µm的结构统称为亚微结构。•亚微结构需用电子显微镜进行观察。•电子显微镜分辨率一般为0.2nm，最高达0.08nm。（一）电子显微镜1.透射电镜•原理：当电子束透射样品时，根据标本各部位密度的不同，部分电子发生散射，只有剩余电子成像，经物镜和投射镜等放大后投射到照相底片上或荧光屏上。散射的电子不参加成像，故标本中密度大的部分成像后形成电子流量减少的暗区，相反，标本密度小的部位散射的电子少而形成明区。•由于透射电镜的电子穿透力较弱，所以观察样品需特殊制备成超薄切片（其厚度一般为50-100nm）。2.扫描电镜（scanningelectronmicroscope，SEM）•分辨力一般在3nm，观察细胞等生物标本可得到富有真实立体感的三维结构图像。•原理：通过电子束照射在标本(标本表面喷涂上一层重金属微粒)后产生的二次电子成像，二次电子产生的多少与电子束在标本表面的投射角有关，即与样品的表面结构有关。经标本表面所发射的二次电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控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。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。•应用：可直接观察标本表面的三维形态。3.高压电子显微镜•加速电压大于120kV的电镜称为高压电镜。•加速电压超过500kV的高压电镜称为超高压电镜（1）穿透力强，分辨力高，可观察10μm厚的样品。不需进行超薄切片。（2）景深大，厚样品在不同高度上的细节都能同时清楚成像在同一平面上。（3）若加上特殊信号处理系统，可以得到细胞内部的三维精细结构图像。第二节细胞分离和培养•细胞的分离和培养是细胞生物学的基本研究技术。一、不同类型细胞的分离•将组织制备成游离的细胞悬液——通过破坏细胞外基质和细胞间连接来获得。•遵守的基本原则：•分离体系所用的溶液必须是等渗的，具有缓冲性的离子强度；•分离体系保持低温，降低细胞的代谢活动；河北医科大学4•无菌操作；•所用试剂、器皿必须灭菌。（一）差速离心或密度梯度离心1、差速离心•原理：根据细胞的大小不同进行细胞的分离•方法：从低速到高速逐级沉降•分离对象：体积、质量差别较大的颗粒2、密度梯度离心•原理：分离的细胞组分放在已形成密度梯度的物质（如蔗糖）溶液的表面，在这种条件下进行离心，不同组分以不同的沉降速度沉降，形成不同的沉降带。（二）流式细胞技术•利用流式细胞仪从多细胞悬液中分离目的细胞。•样品处理：用带有荧光的特异抗体标记待分离的细胞•分离速度：2万个细胞/S•分离纯度：95%二、细胞培养•细胞培养：是指细胞在体外的培养技术，即在无菌条件下，从机体中取出组织或细胞，模拟机体内正常生理状态下生存的基本条件，让它在培养器皿中继续生存、生长和繁殖的方法。（一）细胞培养的条件1、营养条件：•培养基：体外培养细胞要生存需要与其在体内生存基本相同的营养物质。人工培养基（商品化）：各种营养物质经过一定的搭配、组合，形成了适合各种体外培养细胞生长人工培养基。常用：PRMI-1640、DMEM等。•血清：提供生长因子和细胞所需物质的很好来源。2、支持物：培养瓶或培养皿3、5%CO2：多数细胞的最适PH值为7.2-7.4,生存PH值为6-84、温度：37℃。5、无菌环境（二）原代培养与传代培养•原代培养：直接从体内获取的组织或细胞进行的首次培养。•传代培养：当原代细胞经增殖达到一定密度后，将细胞分散，从一个培养器以一定比例移到另一个或几个容器中的扩大培养。（三）细胞建系•细胞系：原代培养物经首次传代成功即称为细胞系，因此细胞系可泛指一般可能传代的细胞。•有限细胞系：不能连续培养的称为有限细胞系，大多数二倍体细胞为有限细胞系。•无限细胞系：能够连续传代的细胞叫做无限细胞系，通常来源于恶性肿瘤组织的细胞能够在体外无限繁殖、传代，称为无限细胞系。•细胞系中有多种细胞混合存在。•细胞株：从一个经过生物学鉴定的细胞系用单细胞分离培养或通过筛选的方法，由单河北医科大学5细胞增殖形成的细胞群，称细胞株。（四）细胞融合•细胞融合：是指细胞彼此接触时，两个或两个以上的细胞合并形成一个细胞的现象。①自然融合②人工诱导融合诱导方法：生物法——灭活的仙台病毒化学法——聚乙二醇PEG物理法——电融合同核体、异核体•细胞融合时，首先形成双核或多核的异核体，通过有丝分裂，形成杂交细胞（hybridcell）。•应用：①膜蛋白流动性②单克隆抗体制备B淋巴细胞+小鼠骨髓瘤细胞=杂交细胞(细胞融合）——具B分泌抗体功能，具瘤细胞无限增殖能力——不断从上清中获得mAb。第三章细胞的分子基础1．原生质：细胞中的生命物质，由细胞质（包括质膜）和细胞核组成。2．元素组成•主要元素：C.H.O.N4种•少量元素：S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe8种•微量元素：Cu.Zn.Mn.Co.I.Br.F.Si.Sr.Ba10种3．分子组成•无机化合物：水、无机盐•有机化合物：糖、脂、维生素、蛋白质（酶）、核酸。第一节细胞的小分子物质一、水•水是细胞内最重要的无机小分子，占细胞总重量的70%。•大多数代谢过程都需要水参与。二、无机盐•占细胞总重量的19%左右，以离子形式存在。•维持细胞内的渗透压和酸碱平衡。•作为酶的辅助因子。三、有机小分子•是细胞代谢过程中的中间产物，也是构成生物大分子的基本单位。•主要包括：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸。•单糖•脂肪酸功能：1、构成细胞膜的主要成分。2、能量•氨基酸功能：组成蛋白质的基本结构单位。•核苷酸第二节细胞的大分子物质一、蛋白质•构成细胞的主要成分，是各种生命物质的主要结构基础。•基本结构单位：氨基酸河北医科大学6•基本化学键：肽键•氨基酸：•组成蛋白质的氨基酸有20种，主要以侧链（R）区别----蛋白质特异性和多样性。•氨基酸通过肽键相连形成多肽链。（一）蛋白质的分子结构1.蛋白质的一级结构•组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数量和排列顺序。•是蛋白质的基本结构和功能基础。•主键：肽键，少量二硫键2.蛋白质的二级结构•在一级结构基础上，肽链上相邻近氨基酸残基间主要靠氢键维系的有规律、重复有序的空间结构。•有三种类型：α螺旋（右手螺旋），β折叠，三股螺旋。（1）α螺旋肽链以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象（2）β折叠一条肽链自身回折而成的平行排列构象（3）三股螺旋是胶原蛋白特有的结构，是动物重要的纤维蛋白3.蛋白质的三级结构4.蛋白质的四级结构(血红蛋白四级结构)注意：•并非所有蛋白质都有四级结构；•蛋白质必须在三级结构基础上才能表现出生物活性。（二）蛋白质的功能二、核酸•细胞内贮存和传递遗传信息的生物大分子物质。•基本结构单位：核苷酸•基本化学键：3’，5’——磷酸二酯键1．脱氧核糖核酸（DNA)2．核糖核酸（RNA)：信使RNA(mRNA）转运RNA(tRNA）核糖体RNA(rRNA）（一）DNA1.DNA的结构：1953年Watson和Crick提出B-DNA分子的双螺旋结构模型。2.DNA的功能•携带和传递遗传信息。•核酶（ribozyme）•具有酶活性的RNA分子。•功能：核酶的底物是RNA分子，它们通过与序列特异性的靶RNA分子配对而发挥作用。DNA和RNA的比较DNARNA戊糖脱氧核糖核糖河北医科大学7碱基A、G、C、TA、G、C、U磷酸相同结构双螺旋单链或假双链分布细胞核为主细胞质为主功能储存遗传信息传递和调控遗传信息第四章细胞的基本结构第二节细胞结构的一般特征一、细胞的基本共性•所有细胞表面都有脂质双分子层与镶嵌蛋白构成的生物膜。•所有细胞都具有DN