高中生物競賽精英教案細(xì)胞生物學(xué)第一節(jié)

高中生物競賽精英教案細(xì)胞生物學(xué)第一節(jié)課件第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容大致可分為以下幾個(gè)方面：

(一)細(xì)胞核、染色體以及基因表達(dá)的研究

(二)生物膜與細(xì)胞器的研究

(三)細(xì)胞骨架體系的研究

(四)細(xì)胞增殖及其調(diào)控（五)細(xì)胞分化及其調(diào)控

(六)細(xì)胞的衰老與程序死亡

(七)細(xì)胞的起源進(jìn)化

(八)細(xì)胞工程第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的總體趨勢與重點(diǎn)領(lǐng)域（一）當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究中的三大基本問題1、細(xì)胞內(nèi)的基因組是如何在時(shí)間與空間上有序表達(dá)的？2、基因表達(dá)的產(chǎn)物如何逐級(jí)裝配成基本結(jié)構(gòu)體系及各種細(xì)胞器？3、基因表達(dá)的產(chǎn)物如何調(diào)節(jié)細(xì)胞最重要的生命活動(dòng)過程的？第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

（二）當(dāng)前細(xì)胞基本生命活動(dòng)研究的若干重大課題1、染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系——主要是非組蛋白對基因組的作用。2、細(xì)胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互關(guān)系及調(diào)控3、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的研究

4、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的裝配

第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)英國學(xué)者胡克于1665年制造了第一臺(tái)有科研價(jià)值的顯微鏡，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是在1665年。1677—1683年，荷蘭人列文胡克用自己設(shè)計(jì)好的顯微鏡第一次觀察到活細(xì)胞。二、細(xì)胞學(xué)說的建立及其意義

1、建立：1838—1839年德國植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺提出：一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位，這就是著名的“細(xì)胞學(xué)說”。2、細(xì)胞學(xué)說的基本內(nèi)容：①一切有機(jī)體都是由細(xì)胞發(fā)育而來的，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；②每個(gè)細(xì)胞是一個(gè)相對獨(dú)立的單位，執(zhí)行特定的功能；③細(xì)胞只能通過細(xì)胞分裂而來。第二講細(xì)胞概述第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）細(xì)胞的概念：細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位細(xì)胞是有膜包圍的能進(jìn)行獨(dú)立繁殖的最小原生質(zhì)團(tuán)，簡單地說細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位?？梢詮囊韵陆嵌热ダ斫猓孩偌?xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位；②細(xì)胞是有是代謝與功能的基本單位，有嚴(yán)格自動(dòng)控制的代謝體系，并且有保證完成生命過程有序性的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)裝置。③有機(jī)體的生長發(fā)育是依靠細(xì)胞增殖、分化與凋亡來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞是有機(jī)體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；④細(xì)胞具有遺傳的全能性（除少數(shù)特化細(xì)胞），是遺傳的基本單位。（二）細(xì)胞的基本共性細(xì)胞的基本共性有：①所有細(xì)胞都有細(xì)胞膜；②所有細(xì)胞都有DNA與RNA；③細(xì)胞都有核糖體；④細(xì)胞都以一分為二的方式分裂增殖。

三、細(xì)胞第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）細(xì)胞的種類a、特點(diǎn):①無典型的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)僅由一個(gè)裸露的環(huán)狀DNA構(gòu)成；②細(xì)胞內(nèi)沒有分化出以膜為基礎(chǔ)的細(xì)胞器與細(xì)胞核膜。1、種類繁多的細(xì)胞可以分為原核細(xì)胞、古核細(xì)胞與真核細(xì)胞。2、原核細(xì)胞b、種類：大約出現(xiàn)在35億年前，包括支原體、衣原體、立克次體、細(xì)菌、放線菌及藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)等6類。支原體：支原體是目前發(fā)現(xiàn)的最小、最簡單的細(xì)胞，直徑只有0.1~0.3μm,能在體外生長，也能寄生在細(xì)胞內(nèi)。第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌（1）形態(tài)：球菌、桿菌、螺旋菌。（2）核區(qū)與基因：一個(gè)環(huán)狀的DNA分子盤繞在核區(qū)，沒有或有極少的組蛋白，無明顯的Feulgen（福爾根）反應(yīng)。DNA復(fù)制不受細(xì)胞分裂周期的限制，可以連續(xù)進(jìn)行，且DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯可以同時(shí)進(jìn)行,這是細(xì)菌乃至整個(gè)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞最顯著的差異之一。

（3）細(xì)菌細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu)：主要指細(xì)胞膜、細(xì)胞壁及其特化結(jié)構(gòu)(中膜體、莢膜、鞭毛等)。細(xì)胞膜是細(xì)胞表面的重要結(jié)構(gòu)。第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞膜的功能包括：①選擇性地物質(zhì)運(yùn)輸；②細(xì)菌細(xì)胞膜有豐富的酶系，執(zhí)行重要的代謝功能。中膜體由細(xì)胞膜內(nèi)陷形成，可能起DNA復(fù)制的支點(diǎn)作用細(xì)胞壁的共同成分是肽聚糖，革蘭氏陽性菌與陰性菌細(xì)胞壁成分與結(jié)構(gòu)差異明顯。莢膜是某些細(xì)菌表面的特殊結(jié)構(gòu)，是位于細(xì)胞壁表面的一層粘液物質(zhì)。鞭毛是某些細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，結(jié)構(gòu)簡單第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）細(xì)菌細(xì)胞的核糖體 核糖體的沉降系數(shù)為70S，由50S大亞單位和30S亞單位組成。大亞單位含有23SrRNA,5SrRNA和30多種蛋白質(zhì)，對紅霉素與氯霉素敏感；小亞單位含有16SRNA與20多種蛋白質(zhì)，對四環(huán)素與鏈霉素敏感。（5）細(xì)菌細(xì)胞擬核外DNA

擬核外DNA：質(zhì)粒。裸露的環(huán)狀DNA，能自我復(fù)制，并可整合到核DNA中。（6）細(xì)菌細(xì)胞的內(nèi)生孢子又稱芽孢，是對不良環(huán)境有強(qiáng)抵抗力的休眠體。是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的重要物質(zhì)(特別是DNA)，積聚在細(xì)胞的一端，形成致密體，可度過惡劣環(huán)境。第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌，是原核生物，又是最簡單的自養(yǎng)植物類型之一。藍(lán)藻含有豐富的色素，可進(jìn)行類似高等植物的光合作用。其中央相當(dāng)于細(xì)菌的核區(qū)；光合作用片層由藻膽蛋白構(gòu)成，作用是將光能傳遞給葉綠素a；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物有的是儲(chǔ)存的養(yǎng)料，有的功能不詳；細(xì)胞膜外有細(xì)胞壁和膠質(zhì)層(鞘)。

第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月c、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的根本區(qū)別：①細(xì)胞膜系統(tǒng)的分化演變；②遺傳信息量與遺傳裝置的擴(kuò)增與復(fù)雜化。由于上述的根本差異，真核細(xì)胞的體積也相應(yīng)擴(kuò)增，細(xì)胞內(nèi)部出現(xiàn)精密的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)——細(xì)胞骨架。二者的區(qū)別可分為兩部分進(jìn)行比較：①結(jié)構(gòu)與功能比較：真核細(xì)胞的生物膜將細(xì)胞分化為核與質(zhì)兩部分，細(xì)胞質(zhì)又分化出各種細(xì)胞器，細(xì)胞骨架又保證了細(xì)胞形態(tài)的合理排布與執(zhí)行功能的有序性②細(xì)胞遺傳裝置與基因表達(dá)方式的比較：核膜使擴(kuò)增了的遺傳信息與復(fù)雜的遺傳裝置相對獨(dú)立，使基因表達(dá)的程序有嚴(yán)格的階段性與區(qū)域性。第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月古細(xì)菌（又稱原細(xì)菌）是一些生長在極端特殊環(huán)境中（高溫或高鹽）的細(xì)菌。最早發(fā)現(xiàn)的是產(chǎn)甲烷細(xì)菌類。古核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、遺傳裝置雖與原核細(xì)胞相似，但一些基本分子生物學(xué)特點(diǎn)又與真核細(xì)胞接近?，F(xiàn)已有更多的論據(jù)說明真核生物可能起源于古核生物，論據(jù)如下：（1）古細(xì)菌的細(xì)胞壁成分與真核細(xì)胞一樣；（2）古核細(xì)胞DNA中有重復(fù)序列的存在；（3）具有組蛋白；（4）古核細(xì)胞的核糖體與真細(xì)菌的差異很大，從對抗生素的反應(yīng)看，應(yīng)更類似真核細(xì)胞的核糖體.（5）根據(jù)對5SrRNA的分子進(jìn)化分析和二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為古細(xì)菌與真核生物同屬一類。而真細(xì)菌卻與之差別甚遠(yuǎn)。3、古核細(xì)胞（古細(xì)菌）第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月4、真核細(xì)胞1）、真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)體系

①生物膜系統(tǒng)細(xì)胞表面是一種多功能結(jié)構(gòu)；核膜又把細(xì)胞分為細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核。以生物膜系統(tǒng)為基礎(chǔ)形成了各種細(xì)胞器。線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及溶酶體等。

②遺傳信息表達(dá)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由DNA—蛋白質(zhì)與RNA—蛋白質(zhì)復(fù)合體形成的遺傳信息載體與表達(dá)系統(tǒng)，一般以顆?；蚶w維狀的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在。包括染色質(zhì)，核仁、核糖體等。

③細(xì)胞骨架系統(tǒng)細(xì)胞骨架由特異的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)構(gòu)成網(wǎng)架系統(tǒng)，可分為胞質(zhì)骨架與核骨架。第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月2）、細(xì)胞大小及其分析細(xì)胞體積的守恒規(guī)律。3）、細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

細(xì)胞的形態(tài)與功能具有相關(guān)性與一致性。4）、植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的比較植物細(xì)胞特有的細(xì)胞結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁（主要成分是纖維素）、液泡、葉綠體等；而動(dòng)物細(xì)胞的中心粒在植物細(xì)胞中不常見到。第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）病毒的基本知識(shí)

病毒是由一個(gè)核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)構(gòu)成的非細(xì)胞形態(tài)的生命體。類病毒僅由一個(gè)有感染性的RNA構(gòu)成。朊病毒僅由有感染性的蛋白質(zhì)構(gòu)成。病毒是完整的寄生物。根據(jù)核酸類型不同，病毒可分為DNA病毒與RNA病毒。依據(jù)宿主可分為動(dòng)物病毒、植物病毒和細(xì)菌病毒（噬菌體）等。5、非細(xì)胞形態(tài)的生命體——病毒及其與細(xì)胞的關(guān)系（2）病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖（復(fù)制）病毒的增殖又稱病毒的復(fù)制，病毒的增殖必須在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。

病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)分別復(fù)制病毒核酸與翻譯病毒蛋白，然后將核酸與蛋白裝配成病毒的基本結(jié)構(gòu)。其復(fù)制過程大到可分為：侵染，脫去衣殼，早基因的復(fù)制與表達(dá)，晚基因的復(fù)制、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的合成，裝配、成熟與釋放等過程。第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）、病毒與細(xì)胞在起源和進(jìn)化中的關(guān)系病毒可能是細(xì)胞在特定條件下“扔出”的一個(gè)基因組，或者是具有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力的mRNA。這些游離的基因組只有回到它們原來的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中才能進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第三講細(xì)胞生物學(xué)研究方法一、光學(xué)顯微鏡技術(shù)1、普通復(fù)式光學(xué)顯微鏡技術(shù)普通光學(xué)顯微鏡（最大分辨率為0.2μm），主要由三部分組成：①光學(xué)放大系統(tǒng)，即目鏡和物鏡；②照明系統(tǒng)；③機(jī)械和支架系統(tǒng)。顯微鏡的性能優(yōu)劣決定于它的分辨率d。分辨率是指顯微鏡區(qū)分開相近兩點(diǎn)的能力。aλ為光源波長，α為物鏡鏡口角。n物鏡和標(biāo)本之間介質(zhì)的折射率。

在可見光中，亮度最大時(shí)ｄ近似為0.2μm。即，使用普通光學(xué)顯微鏡，在中心照明的情況下，分辨距離的極限為0.2μm。也就是說，小于0.2μm的兩物體，普通光學(xué)顯微鏡無法區(qū)分。使用紫外線，可以減小照明光線的波長，能使分辨距離達(dá)到0.1μm。但因紫外線不能為人眼所見。只能拍成照片后再觀察。電子流的波長只有0.00387nm。利用“電子透鏡”或磁透鏡來控制電子流，所制成的電子顯微鏡的分辨距離達(dá)零點(diǎn)幾nm?？梢杂盟ビ^察原子的結(jié)構(gòu)。d=0·61λN·sin(ɑ/2)第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月2、熒光顯微鏡技術(shù)在紫外光顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展而來，利用樣品自發(fā)熒光和誘發(fā)熒光，可以對某些生物大分子進(jìn)行定性和定位研究。不僅可以觀察固定切片標(biāo)本，還可以在活體染色后對活細(xì)胞進(jìn)行研究。

3、激光共焦點(diǎn)掃描顯微鏡技術(shù)共焦點(diǎn)是指物鏡和聚光鏡同時(shí)聚焦到同一小點(diǎn)。它在某一瞬間只用一束通過檢測器前的小孔的光成像，可顯著提高分辨率。可以觀察較厚樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月4、相差顯微鏡技術(shù)和微分干涉顯微鏡技術(shù)光線在通過密度不同的介質(zhì)時(shí)，其滯留程度不同，即產(chǎn)生了光程差和相位差。相差顯微鏡的基本原理把光程差變成振幅差(即明暗)。從而提高樣品反差，故樣品不需染色，適合觀察活細(xì)胞。甚至研究細(xì)胞核、線粒體等細(xì)胞器的動(dòng)態(tài)。它在結(jié)構(gòu)上與普通顯微鏡最大的不同是在物鏡后裝有相差板。微分干涉顯微鏡用的是偏振光，增加了樣品反差，并具有立體感，可作于研究活體細(xì)胞中較大的細(xì)胞器。錄像增差顯微鏡技術(shù)在一定程度上可以填補(bǔ)光鏡與電鏡之間分辨率上的間隙。

第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、電了顯微鏡技術(shù)（一）電了顯微鏡基本知識(shí)分辨率最終決定于光的波長，由于使用電子束作光源，電鏡的分辨率大大提高。電鏡的分辨率常常是超薄切片厚度的1/10，它的分辨率可達(dá)0.2nm，其放大倍數(shù)為106倍。電鏡的基本構(gòu)造包括：①電子束照明系統(tǒng)；②電磁透鏡成像系統(tǒng)；③真空系統(tǒng)；④記錄系統(tǒng)；⑤電源系統(tǒng)。（二）主要電鏡制樣技術(shù)介紹樣品制備技術(shù)的特殊要求：①樣品要?。虎诟玫乇３謽悠返木?xì)結(jié)構(gòu)；③樣品具有一定的反差。第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

主要的用于觀察生物樣品的電鏡技術(shù)有：①超薄切片技術(shù)；是觀察細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。②負(fù)染色技術(shù)；③冷凍斷裂和冷凍蝕刻電鏡技術(shù)；④電鏡三維重構(gòu)技術(shù)；⑤掃描電鏡技術(shù)（SEM）是觀察細(xì)胞表面形的有力工具。（三）掃描隧道顯微鏡(STM)

是一種探測微觀世界物質(zhì)表面形貌的儀器，在納米生物學(xué)的研究領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

STM的特點(diǎn)：①具有原子尺度的高分辨本領(lǐng)；②可在真空、大氣、液體等條件下工作；③非破壞性測量。第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、離心技術(shù)——細(xì)胞組分的分析方法

細(xì)胞成分分析和形態(tài)學(xué)觀察相結(jié)合，可揭示生物大分子在細(xì)胞內(nèi)的構(gòu)建及功能。（一）用差速離心技術(shù)分離細(xì)胞器與生物大分子及其復(fù)合物

利用多種方法使細(xì)胞崩解，形成細(xì)胞器和細(xì)胞組分的混合勻漿，再通過差速離心，即利用不同的離心速度所產(chǎn)生的不同離心力，將各種亞細(xì)胞組分和各種顆粒分開。（二）用平衡密度梯度離心技術(shù)分離精確分離細(xì)胞不同組分沉降率不同，主要依賴于它們的形狀和大小，通常以沉降系數(shù)S來表示(沉降系數(shù)是指懸浮在密度較低的溶劑中的一種溶質(zhì)大分子，在每單位離心場作用下的沉降速率)。第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

原位成分分析常利用一些顯色劑與所檢物質(zhì)的特殊基團(tuán)特異性結(jié)合的特征，通過染色反應(yīng)的部位和顏色的深淺來斷某種物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布與含量。福爾根(Feulgen)反應(yīng)可特異顯示DNA的存在部位。PAS反應(yīng)可確定多糖的存在。四氧化鋨可證明脂肪滴的存在。蘇丹Ⅲ和蘇丹黑也常用于脂肪的鑒定。米倫反應(yīng)及重氮反應(yīng)等用來測定蛋白質(zhì)。四、顯色方法

——細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、酶、糖類、脂質(zhì)等測定第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月五、熒光技術(shù)——特異蛋白質(zhì)抗原的定位與定性免疫熒光和免疫電鏡是最常用的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)定位技術(shù)。1、熒光染色技術(shù)和免疫熒光技術(shù)熒光染色技術(shù)是用熒光素（如核黃素、脂褐素）直接標(biāo)記物質(zhì)，在激發(fā)光的激發(fā)下，看到標(biāo)記物所發(fā)熒光。免疫熒光技術(shù)就是將免疫學(xué)方法與熒光標(biāo)記技術(shù)相結(jié)合研究特異蛋白質(zhì)抗原在細(xì)胞內(nèi)分布的方法。2、免疫電鏡技術(shù)免疫電鏡技術(shù)使特異蛋白的定位與超微結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，使抗原定位更準(zhǔn)確。如蛋白分泌的研究、胞內(nèi)酶的研究、一些結(jié)構(gòu)蛋白的研究。第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月六、原位雜交技術(shù)——細(xì)胞內(nèi)特異核酸的定位與定性用標(biāo)記的核酸探針通過分子雜交確定特殊核苷酸序列在染色體上或細(xì)胞中的位置的方法。七、放射自顯影技術(shù)——研究生物大分子在細(xì)胞內(nèi)的合成動(dòng)態(tài)放射自顯影技術(shù)是利用放射性同位素的電離輻射對乳膠的感光作用，對樣品中放射性標(biāo)記物進(jìn)行定性與定位測定。放射自顯影技術(shù)包括兩個(gè)主要步驟：即同位素標(biāo)記的大分子前體的摻入和細(xì)胞內(nèi)同位素所在位置的顯示?；静襟E為：摻入、制片、敷膠、曝光、顯影、鏡檢。第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第四講細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞工程與顯微操作技術(shù)

（一）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)從機(jī)體取出立即培養(yǎng)的細(xì)胞叫原代細(xì)胞（10代）。將原代細(xì)胞分離、稀釋接種到新的培養(yǎng)中繼續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞為傳代細(xì)胞。從原代培養(yǎng)細(xì)胞中分離出來的可繼續(xù)傳代繁殖到40—50的細(xì)胞群體叫細(xì)胞株，細(xì)胞具有接觸抑制的行為，有些具有貼壁生長的行為，具有正常的遺傳物質(zhì)。從原代細(xì)胞或細(xì)胞株中獲得的可無限傳代的細(xì)胞叫細(xì)胞系。細(xì)胞無接觸抑制行為，且具有遺傳突變，帶有癌細(xì)胞的特征。一、細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)就是將動(dòng)植物組織或細(xì)胞從機(jī)體取出，分散成單個(gè)細(xì)胞或直接以單細(xì)胞生物，給予必要的生長條件，讓其在培養(yǎng)瓶中或培養(yǎng)基上繼續(xù)生長與增殖。第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)即單克隆抗體技