细胞生物学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第一章 绪论第一节 细胞生物学研究 内容与现实状况一、细胞生物学是当代生命科学主要基础学科 细胞生物学:是在显微、亚显微与分子水平等不一样层次上研究细胞结构、功效及生命 活动规律科学。细胞生物学研究对象是细胞。细胞分子生物学是当前细胞生物学发展主要方向。细胞生物学研究主要内容是 细胞形态与结构、代谢与调控、增殖分化、遗传变异、衰老与死亡、起源与进化、兴奋与运动以及细胞传递等。第2页二、细胞生物学主要研究内容二、细胞生物学主要研究内容 大致可分为以下几 个方面:(一)细胞核、染色体以及基因表示研究 (二)生物膜与细胞器研究 (三)细胞骨架体系研究 (四)细胞增殖及其调控 (五)细胞分化及其调控
2、(六)细胞衰 老与程序死亡 (七)细胞起源进化 (八)细胞工程第3页 细胞生物学不一样于细胞学主要表现在:第一,深刻性。它从细胞整体结构,超微结构和分子结构对细胞进行剖析,并把细胞生命活动同分子水平和超分子水平联络起来。第二,综合性。这所研究内容广泛包括到许多学科领域,同生理学、遗传学、生物化学、发育生物学等融合到一起。三、当前细胞生物学研究总体趋势与重点领域三、当前细胞生物学研究总体趋势与重点领域(一)当前细胞生物学研究中三大基本问题1、细胞内基因组是怎样在时间与空间上有序表示?2、基因表示产物怎样逐层装配成基本结构体系及各种细胞器?第4页 3、基因表示产物怎样调整细胞最主要生命活动过程?(
3、二)当前细胞基本生命活动研究若干重大课题1、染色体DNA与蛋白质相互作用关系主要是非组蛋白对基因组作用。2、细胞增殖、分化、凋亡(程序性死亡)相互关系及调控3、细胞信号传导研究 4、细胞结构体系装配 第5页第二节 细胞学与细胞生物学 发展简史一、细胞发觉 英国学者胡克于1665年制造了第一台有科研价值显微镜,第一次描述了植物细胞结构,细胞发觉是在1665年。16771683年,荷兰人列文胡克用自己设计好显微镜第一次观察到活细胞。二、细胞学说建 立及其意义 1、建立:18381839年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出:一切植物、动物都是由细胞组成,细胞是一切动植物 基本单位,这就是著名“细胞
4、学说”。第6页2、细胞学说基本内容:一切有机体都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所组成;每个细胞是一个相对独立单位,执行特定功效;细胞只能经过细胞分裂而来。三、细胞学经典时期三、细胞学经典时期 这一时期研究方法,主要是显微镜下形态描述。1、原生质理论提出;2、细胞分裂研究;3、主要细胞器发觉。四、试验细胞学与细胞学分支及其发展 1876年O Hertwig以细胞为基础,对全部生物现象作普通性综合,他采取试验方法研究海胆和蛔虫 发育中核 质关系,实际上创建了试验细胞学。从此,试验方法得到广泛应用,使细胞学得到快速发展。第7页 伴随对细胞 认识深入,开始了对细胞遗传、细胞器功效、细胞生化代谢及
5、生理研究,于是便以细胞 为中心,发展起来一些新兴学科,如细胞遗传学、细胞生理学、细胞化学。五、细胞生物学学科形成与发展五、细胞生物学学科形成与发展 细胞生物学形成基础是:细胞超微结构研究;细胞生物化学发展;70年代以来分子生物学概念与技术引入细胞学。概括地说,细胞生物学是以细胞作为一切有机体进行生命活动基本单位,在各个层次上(显微、亚显微、分子水平)研究细胞生命活动规律学科。其主要发展方向是细胞分子生物学。第8页 思索题1、细胞学说基本内容是什么?恩格斯对细胞学说评价很高,为何?P92、细胞生物学与经典细胞学有什么区分?3、当前细胞生物学研究热点课题中你最感受兴趣是哪些?为何?第9页第二章 细
6、胞基本知识概念第一节 细胞基本概念第10页一、细胞是生命活动基本单位一、细胞是生命活动基本单位 细胞是有膜包围能进行独立繁殖最小原生质团,简单地说细胞是生命活动基本单位。能够从以下角度去了解:细胞是组成有机体基本单位;细胞是 有 是代谢与功效基本单位,有严格自动控制代谢体系,而且有确保完成生命过程有序性独立结构装置。有机体生长发育是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现。细胞是有机体生长发育基础;细胞含有遗传全能性(除少数特化细胞),是遗传基本单位。二、细胞基本共性二、细胞基本共性 细胞基本共性有:全部细胞都有细胞膜;全部细胞都有DNA与RNA;细胞都有核糖体;细胞都以一分为二方式分裂增殖。这些是细胞
7、结构与生存不可缺乏基础。第11页 第二节 非细胞形态生命体病毒及 其与细胞关系一、病毒基本知识一、病毒基本知识 病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质组成非细胞形态生命体。类病毒仅由一个有感染性RNA组成。朊病毒仅由有感染性蛋白质组成。病毒是完整寄生物。依据核 酸类型不一样,病毒 可分为DNA病毒与RNA病毒。依据宿主可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒(噬菌体)等。二、病毒在细胞内增殖(复制)、病毒在细胞内增殖(复制)病毒增殖又称病毒复制,病毒增殖必须在细胞内进行。第12页 病毒在宿主细胞内分别复制病毒核酸与翻译病毒蛋白,然后将核酸与蛋白装配成病毒基本结构。其复制过程大到可分为:侵染,
8、脱去衣壳,早基因复制与表示,晚基因复制、结构蛋白质合成,装配、成熟与释放等过程。三、病毒与细胞在起源和进化中关系三、病毒与细胞在起源和进化中关系 病毒可能是细胞在特定条件下“扔出”一个基因组,或者是含有复制与转录能力mRNA。这些游离基因组只有回到它们原来细胞内环境中才能进行复制与转录。第13页第三节 原核细胞与古核细胞 种类繁多细胞能够分为原核细胞与真核细胞两类大类。近年有些生物学家提议将生物划分原核生物、古核生物和真核生物三大界,将细胞对应分为三大类型:原核细胞、古核细胞与真核细胞。原核细胞无经典细胞核,其基本特点:遗传物质仅由一个裸露环状DNA组成;细胞内没有分化出以膜为基础细胞器与细胞
9、核膜。原核细胞大约出现在35亿年前,包含支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌及蓝藻(蓝细菌)等6类。第14页 一、支原体一、支原体 支原体是当前发觉最小、最简单细胞,直径只有0.10.3m,能在体外生长,也能寄生在细胞内。二、原核细胞两个代表二、原核细胞两个代表细菌和蓝藻细菌和蓝藻 (一)细菌 细菌有3种形态:球菌、杆菌、螺旋菌。在进化上,细菌又可分为原细菌(古细菌)与真细菌两类大类。1、细菌细胞核 区与基因:一个环状DNA分子盘绕在核区,没有或有极少组蛋白,无显著Feulgen正反应。DNA复制不受细胞分裂周期限制,能够连续进行,且DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译能够同时进行,这是细菌乃
10、至整个原核细胞器与真核细胞最显著差异之一。第15页 2、细菌细胞表面结构:主要指细胞膜、细胞壁及其特化结构(中膜体、荚膜、鞭毛等)。细胞膜是细胞表面主要结构。细胞膜细胞膜功效包含:选择性地物质运输;细菌细胞膜含有丰富酶系,执行主要代谢功效。中膜体中膜体由细胞膜内陷形成,可能起DNA复制支点作用。细胞壁细胞壁共同成份是肽聚糖 ,革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁成份与结构差异显著。荚荚 膜膜是一些细菌表面特殊结构,是位于细胞壁表面一层粘液物质。鞭鞭 毛毛是一些细菌运动器官,结构简单 第16页3、细菌细胞核糖体 核糖体沉降系数为70S,由50S大亚单位和30S亚单位组成。大亚单位含有23S rRNA,5S
11、 rRNA和30各种蛋白质,对红霉素与氯霉素敏感;小亚单位含有16S RNA与20各种蛋白质,对四环素与链霉素敏感。4、细菌细胞核外DNA 核外DNA:质粒。裸露环状DNA,能自我复制,并可整合到核DNA中。5、细菌细胞内生孢子 又称芽孢,是对不良环境有强抵抗力休眠体。第17页 内生孢子:细菌细胞内主要物质(尤其是DNA),积聚在细胞一端,形成致密体,可度过恶劣环境。细菌增殖为直接分裂。(二)蓝藻 又称蓝细菌,是原核生物,又是最简单自养植物类型之一。蓝藻含有丰富色素,可进行类似高等植物光合作用。其中央相当于细菌核区;光合作用片层由藻胆蛋白组成,作用是将光能传递给叶绿素a;细胞质内含物有是储存养
12、料,有功效不详;细胞膜外有细胞壁和胶质层(鞘)。第18页三、原核细胞与真核细胞比较三、原核细胞与真核细胞比较 原核细胞与真核细胞根本区分:细胞膜系统分化演变;遗传信息量与遗传装置扩增与复杂化。因为上述根本差异,真核细胞体积也对应扩增,细胞内部出现精密网架结构细胞骨架。二者区分可分为两部分进行比较:结构与功效比较:真核细胞生物膜将细胞分化为核与质两部分,细胞质又分化出各种细胞器,细胞骨架又确保了细胞形态合理排布与执行功效有序性(P36 表2-2)。细胞遗传装置与基因表示方式比较:核膜使扩增了遗传信息与复杂遗传装置相对独立,使基因表示程序有严格阶段性与区域性(P36表2-3 )。第19页四、古核细
13、胞(古细菌)四、古核细胞(古细菌)古细菌(又称原细菌)是一些生长在极端特殊环境中(高温或高盐)细菌。最早发觉是产甲烷细菌类。古核细胞形态结构、遗传装置虽与原核细胞相同,但一些 基本分子生物学特点又与真核细胞靠近。现已经有更多论听说明真核生物可能起源于古核生物,论据以下:(1)古细菌细胞壁成份与真核细胞一样;(2)古核细胞DNA中有重复序列存在;(3)含有组蛋白;(4)古核细胞核糖体与真细菌差异很大,从反抗生素反应看,应更类似真核细胞核糖体;第20页(5)依据对5SrRNA分子进化分析和二级结构研究,认为古细菌与真核生物同属一类。而真细菌却与之差异甚远。第21页第四节 真核细胞基本知识 概要一、
14、真核细胞基本结构体系 1、生物膜系统 细胞表面是一个多功效结构;核膜又把细胞分为细胞质与细胞核。以生物膜系统为基础形成了各种细胞器。线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体及溶酶体等。2、遗传信息表示结构系统 由 DNA蛋白质与 RNA蛋白质复合体形成遗传信息载体与表示系统,普通以颗粒或纤维状基础结构存在。包含染色质,核 仁、核糖体等。第22页3、细胞骨架系统 细胞骨架由特异结构蛋白质组成网架系统,可分为胞质骨架与核骨架。二、细胞大水及其分析二、细胞大水及其分析 细胞体积守恒规律。三、细胞形态结构与功效关系三、细胞形态结构与功效关系 细胞形态与功效含有相关性与一致性。四、植物细胞与动物细胞比较四、植物
15、细胞与动物细胞比较 植物细胞特有细胞器:细胞壁(主要成份是纤维素)、液泡、叶绿体等;而动物细胞中心粒在植物细胞中不常见到。第23页 思索题1、怎样了解细胞是生命活动基本单位?P172、细胞有那些基本共性?P193、比较原核细胞与真核细胞主要差异?P354、比较植物细胞与动物细胞主要差异?P455、细胞结构与功效相关性观点是学习细胞生物学主要标准之一,你是否能提出一些更有说服力论据来说明这一问题?第24页第三章 细胞生物学研究方法第一节 细胞形态结构观察方法一、光学显微镜技术一、光学显微镜技术1、普通复式光学显微镜技术 普通光学显微镜(最大分辨率为0.2m),主要由三部分组成:光学放大系统,即目
16、镜和物镜;照 明系统;机械和支架系统。显微镜性能优劣决定于它分辨率。分辨率是指显微镜区分开相近两点能力。D=061N sin/2第25页 为光源波长,为物镜镜口角。2、荧光显微镜技术 在紫外光显微镜基础上发展而来,利用样品自发荧光和诱发荧光,能够对一些生物大分子进行定性和 定位研究。不但能够观察固定切片标本,还能够在活体染色后对活细胞进行研究。3、激光共焦点扫描显微镜 技术 共焦点是 指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。它 在某一瞬间只用一束经过检测器前小孔光成像,可显著提升分辨率。能够观察较厚样品内部结构。第26页4、相差显微镜技术和微分干涉显微镜技术 光线在经过密度不一样介质时,其滞留程度不
17、一样,即产生了光程差和相位差。相差显微镜 基本原理把光程差变成振幅差(即明暗)。从而提升样品反差,故样品不需染色,适合观察活细胞。甚至研究细胞核、线粒体等细胞器动态。它在结构上与普通显微镜最大不一样是在物镜后装有相差板。微分干涉显微镜用是偏振光,增加了样品反差,并含有立体感,可作于研究活体细胞中较大细胞器。录像增差显微镜技术在一定程度上能够填补光镜与电镜之间分辨率上间隙。第27页 二、电了显微镜技术二、电了显微镜技术(一)电了显微镜基本知识 分辨率最终决定于光波长,因为使用电子束作光源,电镜分辨率大大提升。电镜分辨率经常是超薄切片厚度1/10,它分辨率可达0.2nm,其放大倍数为106倍。电镜
18、基本结构包含:电子束照明系统;电磁透镜成像系统;真空系统;统计系统;电源系统。(P52表3-1)(二)主要电镜制样技术介绍人 样品制备技术特殊要求:样品要薄;更加好地保持样品精细结构;样品含有一定反差。第28页LOREM IPSUM DOLOR 主要用于观察生物样品电镜技术有:超薄切片技术;是观察细胞超微结构基础。负染色技术;冷冻断裂和冷冻蚀刻电镜技术技术;电镜三维重构技术;扫描电镜技术(SEM)是观察细胞表面形有力工具。三、扫描隧道显微镜(STM)是一个探测微观世界物质表面形貌仪器,在纳米生物学研究领域含有独特优越性。STM特点:含有原子尺度高分辨本事;可在真空、大气、液体等条件下工作;非破
19、坏性测量。第29页第二节 细胞组分分析方法细胞成份分析和形态学观察相结合,可揭示生物大分子在细胞内构建及功效。一、用超速离心技术分离细胞器与生物大分子及其复合物 利用各种方法使细胞崩解,形成细胞器和细胞组分混合匀浆,再经过差速离心,即利用不一样离心速度所产生不一样离心力,将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。差速离心与密度离心相结合能够到达准确分离。第30页 细胞不一样组分沉降率不一样,主要依赖于它们形状和大小,通常以沉降系数S来表示(沉降系数是指悬浮在密度较低溶剂中一个溶质大分子,在每单位离 心场作用下沉降速率)。二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质等到显色二、细胞内核酸、蛋白质、酶、糖类、脂质
20、等到显色方法方法 原位成份分析常利用一些显色剂与所检物质特殊基团特异性结合特征,经过染色反应部位和颜色深浅来断某种物质在细胞内分布与含量。福尔根(Feulgen)反应可特异显示DNA存在部位。PAS反应可确定多糖存在。第31页 四氧化锇 可证实脂肪滴存在。苏 丹 和苏丹 黑也惯用于脂肪判定。米伦反应及重氮反应等用来测定蛋白质。检测和定位酶技术是基于细胞或组织切片与适宜底物共同孵育,经过一定方法使产物显示出来。比如检测碱性磷酸酶格莫瑞方法。三、特异蛋白质抗原定位与定性三、特异蛋白质抗原定位与定性 免疫荧光和免疫电镜是最惯用细胞内蛋白质定位技术。1、免疫荧光技术 免疫荧光技术就是将免疫学方法与荧光
21、标识技术 相结合研究特异蛋白质抗原在细胞内分布方法。第32页2、免疫电镜技术 免疫电镜技术使特异蛋白定位与超 微结构结合起来,使抗原定位更准确。如蛋白分泌研究胞内酶 研究;一些结构蛋白研究。四、细胞内特异核酸定位与定性四、细胞内特异核酸定位与定性1、原位杂交技术 用标识核酸探针经过分子杂交确定特殊核苷酸序列在染色体上或细胞中位置方法。2、Southern技术(了解)蛋白样品经电泳后,与DNA探针进行吸附,与DNA有亲合作用蛋白带被显示出来。第33页五、利用放射性标识技术五、利用放射性标识技术 硕士物大分子在细胞内合成硕士物大分子在细胞内合成动态动态 放射自显影技术是利用放射性同位素电离辐射对乳
22、胶感光作用,对样品中放射性标识物进行定性与定位测定。放射自显影技术包含两个主要步骤:即同位素标识大分子前体掺入和细胞内同位素所在位置显示。基本步骤为:掺入、制片、敷胶、曝光、显影、镜检。六、定量细胞化学分析技术六、定量细胞化学分析技术1、显微分光光度测定技术 依据细胞内一些物质对光谱吸收原理,来测定这些物质(如核酸与蛋白质等)在细胞内含量。第34页2、流式细胞仪 可定量地测定某一细胞中DNA、RNA或某一特异蛋白含量,以及细胞群体中上述成份含量不一样细胞数量。第35页第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术一、细胞培养 细胞培养就是将动植物组织或细胞从机体取出,分散成单个细胞 或直接以单细胞
23、生物,给予必要生长条件,让其在培养瓶中或培养基上继续生长与增殖。(一)动物细胞培养 从机体取出马上培养细胞叫原代细胞。适应在培养条件下连续传代培养细胞为传代细胞。经过纯系化或选 择法从原代培养细胞中分离出来细胞群体叫细胞株,细胞分裂周期约限于5060次。第36页从原代细胞或细胞株中取得可无限传代细胞叫细胞系。(二)植物细胞培养 单倍体细胞培养。原生质体培养:去壁植物细胞叫原生质体。可培养成植株或体细胞杂交植株。(三)非细胞体系在细胞生物学研究中作用 起源于细胞,而不含有完整细胞结构,但包含了正常生物学反应所需物质(供能系统和酶反应体系等)组成体系即为非细胞体系。二、细胞工程二、细胞工程 应用细
24、胞生物学方法,按照预先设计,有计划地改变或创造细胞遗传物质技术以及发展这种技术 领域为细胞工程。第37页 细胞工程所使用技术主要是细胞培养、细胞分化定向诱导、细胞融合和显微注射等。(一)细胞融合与细胞杂交技术 真核生物体细胞经过培养,两个或多个细胞融 合成一个双核 或多核细胞过程叫细胞融合。动物细胞融合普通要用灭活病毒(如仙台病毒)或 化学物质(如聚乙二醇,即PEG)介导;植物细胞事例时,要用纤维素酶去掉纤维素壁。20世纪80年代又创造了电融合技术。细胞融合能够在基因型相同细胞间进行,也能够在基因型不一样种内细胞间甚至种间细胞间进行。第38页(二)单克隆抗体技术 1975年英国学者Milest
25、ein等开创了将产生抗体单 个细胞同瘤细胞杂交技术。他们设计是经绵羊红 细胞免过小鼠脾细胞(B淋巴细胞)与骨髓瘤细胞融合,融合杂交瘤含有两种亲本细胞特征即可分泌抗绵 羊红细胞抗体,又可无限增殖。学者们纷纷利用这 一技术来制备针对不一样抗原高度纯一单克隆抗体。单克隆抗体就是单个杂交瘤细胞 增殖产生克隆细胞群分泌高度纯一抗体。(三)细胞折合与显微操作技术 细胞拆合就是把细胞核与质分离开后将不一样起源细胞质与细胞核相互配合,形成核质杂交细胞。第39页 显微操作技术:即在显微镜下用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射技术。第40页 思索题1、解释名词;细胞培养,细胞系,细胞株,单克隆抗体,细胞工程2、
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