个人笔记,禁止商用。部分图片来自教学老师PPT。

名词解释

表观遗传学:与核苷酸序列无关的调节基因表达的可遗传调控机制。

细胞分化:细胞中表达特异功能的蛋白质的基因的选择性表达的结果。

细胞凋亡:细胞凋亡(apoptosis)指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用,它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。

细胞学说:细胞学说指出,细胞是动植物结构和生命活动的基本单位,是1838~1839年间由德国植物学家施莱登 (Matthias Jakob Schleiden) 和动物学家施旺(Theodor Schwann) 最早提出,直到1858年,德国魏尔肖提出细胞通过分裂产生新细胞的观点,才较完善。它是关于生物有机体组成的学说。细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性,以及在进化上的共同起源。细胞学说揭示了细胞的统一性。这一学说的建立推动了生物学的发展,并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。革命导师恩格斯曾把细胞学说与能量守恒和转换定律、达尔文的自然选择学说等并誉为19 世纪最重大的自然科学发现之一,细胞分为原核细胞与真核细胞。

知识点

细胞生物学:细胞生物学是生命科学中发展迅速的重要基础学科之一。它是从细胞的显微、亚显微和分子3个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。细胞生物学将细胞看作是生命活动的基本单位,在3个不同水平上把结构和功能结合起来,以动态的观点来探索细胞的各种生命活动的具体反应过程。对细胞生物学的深入研究,可以使人们更加精确地了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象

细胞里的生命活动主要体现为3个方面:①物质的转化,即旧物质的分解,新物质的合成。②能量的转换和流动,包括从光能转换为化学能和能量的释放与利用。③信息的传递:

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反向发生遗传学:把改造过的基因注入卵中或用基因靶(gene targeting)技术替换某基因,研究控测其功能。

Griffith 肺炎链球菌转化实验:

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回文结构:

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单克隆抗体技术:

一种免疫学技术,将产生抗体的单个B淋巴细胞同骨髓肿瘤细胞进行细胞融合, 获得既能产生抗体, 又能无限增殖的杂种细胞,并以此生产抗体。是仅由一种类型的细胞制造出来的抗体,对应于多克隆抗体、多株抗体——由多种类型的细胞制造出来的一种抗体。

单克隆抗体技术(monoclonal antibody technique) 1975年英国科学家Milstein和Kohler所发明,并获得1984年诺贝尔医学奖。 1984 德国人G. J. F.Kohler、阿根廷人C. Milstein[3]和丹麦科学家N. K. Jerne由于发展了单克隆抗体技术,完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔生理医学奖。 其原理是:B淋巴细胞能够产生抗体, 但在体外不能进行无限分裂; 而瘤细胞虽然可以在体外进行无限传代, 但不能产生抗体。将这两种细胞融合后得到的杂交瘤细胞具有两种亲本细胞的特性。免疫反应是人类对疾病具有抵抗力的重要因素。当动物体受抗原刺激后可产生抗体。抗体的特异性取决于抗原分子的决定簇,各种抗原分子具有很多抗原决定簇,因此,免疫动物所产生的抗体实为多种抗体的混合物。用这种传统方法制备抗体效率低、产量有限,且动物抗体注入人体可产生严重的过敏反应。此外,要把这些不同的抗体分开也极困难。近年,单克隆抗体技术的出现,是免疫学领域的重大突破。

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单克隆抗体制备:

PEG:聚乙二醇

HAT培养基:1964年Littlefield首先发明了HAT(H—Hypoxanthine次黄嘌呤,A—Aminopterin氨基蝶呤,T——Thymidine 胸腺嘧啶核苷)培养基的选择培养。

HAT选择性培养基是根据次黄嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸生物合成途径设计的。HAT培养基也就是指含有这三种物质的细胞培养基。

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克隆羊的克隆过程:

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重点

1、什么是细胞生物学?主要研究内容、热点以及它与分子生物学的主要区别。

细胞生物学是生命科学中发展迅速的重要基础学科之一。它是从细胞的显微、亚显微和分子3个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。细胞生物学将细胞看作是生命活动的基本单位,在3个不同水平上把结构和功能结合起来,以动态的观点来探索细胞的各种生命活动的具体反应过程。对细胞生物学的深入研究,可以使人们更加精确地了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象。

与分子生物学的主要区别:

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细胞生物学主要研究的内容:

    • 细胞膜和细胞器结构与功能
    • 细胞骨架体系
    • 细胞核与基因组活动
    • 细胞增殖,分化,衰老与凋亡的调控
    • 细胞信号转导
    • 干细胞及其应用
    • 细胞的起源与进化
    • 细胞工程

重点领域:

    • 染色体DNA与蛋白质相互作用
    • 细胞增殖、分化、调亡、衰老及其调控
    • 细胞信号转导
    • 细胞结构体系的装配
    • 蛋白质与蛋白质相互作用
    • 细胞内的网络调控

细胞生物学研究的一些热点问题:

    • 功能基因组学
    • 蛋白质组学
    • 干细胞研究
    • 细胞的信号转导
    • 细胞周期调控
    • 细胞衰老与凋亡
    • 真核基因转录调控
    • 细胞生长与分化
    • 细胞免疫和分子免疫
    • 细胞粘附与细胞通讯

2、细胞的生命活动主要体现在哪几方面?

①物质的转化,即旧物质的分解,新物质的合成。

②能量的转换和流动,包括从光能转换为化学能和能量的释放与利用。

③信息的传递:

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3、谈谈你个人对细胞生物学未来的展望。

人类经历了漫长的采猎文明后,约在一万年前进入农业经济时代,18世纪60年代,英国率先进入工业经济时代,20 世纪50年代美国最早走完工业经济的历程,进入信息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为75~80年,本世纪20年代将渐渐失去活力,届时人类迎接下一个经济时代,即生物经济时代的到来。

1、基因克隆和重组技术日趋成熟,在商业目的的驱使下,人类将大量的改造物种,开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”。

2、人类基因组计划完成,进入以基因功能为主要研究内容的后人类基因组计划。人类将解读自身大约10万个基因的含义,到时危害人类健康的5000多种遗传病,以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等,都可以得到早期诊断和治疗。基因工程药物将得到广泛的应用,目前人工干扰素售价高达440亿美元/Kg。

3、克隆技术和干细胞定向分化技术取得突破,人工创建的组织,器官将用于医学治疗的目的。从无精密计划与碰运气的育种方式,变为更加有效更容易控制. 在下世纪更多的重要的经济动物和植物将被克隆,濒于绝灭的珍世稀宝如大熊猫等,有希望通过克隆技术的应用得到更快的繁衍,从而做好保护工作,免于从地球上绝灭。

4.、煤(350年)与石油天然气(30-50年)资源的枯竭指日可待,对光合作用机理的研究,使人工光解水成为可能。

5、基因武器可能成为又一种足以令人类毁灭的武器。

6、生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。计算机和网络系统为生物经济的遗传信息管理和交流提供了方便。

7、在理论上将有重大的发展。生命的起源、原始细胞的产生、物种的形成与进化、新生命的合成等(克雷格·文特)一直为人们关心并为之奋斗而尚未解决的理论问题,在21 世纪中叶时,将会取得重大的突破。

8、基因治疗将会以常规的方式服务于广大人民在人类现已发现的3000 多种疾病中,大多数都直接和间接与遗传有关,就是某些传染病,外界环境引起的病,也与遗传有某些关联、基因治疗就是将目的基因导入特定的组织细胞内,进行适时的表达来治疗与改善自身的目的。 应用基因治疗还能减弱疾病的锐气,改善人们的记忆、感觉和协调能力,甚至能对老年人已老化的脑还能得到部分改善。

4、显微镜的发展在细胞生物学研究中的作用。

1)1604年,荷兰眼镜制造商詹森(Hans Janssen)发明了世界上第一台显微镜,人类观察微观世界成为可能。

2)英国物理学家胡克(Robert Hooke)设计并改善了显微镜的光源系统,制造出复合式显微镜(X40-140),首次描述了软木塞的显微结构,第一次观察到了植物的细胞,更确切地说看到了软木塞的细胞壁结构。他首次提出“cella”(拉丁语“小室”。因为软木塞里的小室让他想起了修道院僧侣所住的小房间)。其后,生物学家就用“cell”一词来描述生物体的基本结构单位,一般认为1665年发现了“细胞”。

3)1674年,荷兰布商列文虎克(Antonievan Leeuwenhoek)为了检查布的质量,亲自磨制透镜,装配了高倍显微镜(300倍左右)。同时,他观察到了血细胞、池塘水滴中的绿藻、原生动物、人类和哺乳动物活的精子,这是人类第一次观察到完整的细胞。

5、什么是细胞学说?

1838年,德国植物学家施来登(Matthias J. Schleideng)发表了《植物发生论》;1839年,德国动物学家施旺(Theodor Schwann)发表了《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》,提出了细胞学说的两条最重要的基本原理:①地球上的生物都是由细胞构成的;②所有的生活细胞在结构上都是类似的。大家公认二位共同提出了细胞学说(Cell theory)。恩格斯对细胞学说给予极高评价,把它与进化论和能量守恒定律(热力学第一定律,即,能量守恒定律是一个整个科学的普适定律之一。它是有迈耶、焦耳、赫尔姆霍茨等人在1840年~1851年之间建立的) 并列为19世纪的三大发明。1858年,德国医生和病理学家魏尔肖(Rudolf Virchow)补充了细胞学说的第三条原理:所有的细胞都是来自已有细胞的分裂,即细胞来自细胞。

6、确定人类细胞染色体数目是46而不是48的关键人物和发现过程。

染色体在动物细胞中的变化随后被德国的细胞学家Walther Flemming详细地阐述,1882年他发现了细胞的有丝分裂。1956年,蒋有兴(TjioJH)(美籍华人)利用徐道觉发明的低渗处理技术证实了人的体细胞有46条染色体,而不是48条。

1923年,美国遗传学权威、得克萨斯大学校长Paint(1889-1969)提出人体的染色体数目为2n=48,这被后来作为一条定论充斥于各种教科书和百科全书。1955年,华裔学者蒋有兴与瑞典学者Levan通过实验确认了人体的46条染色体,并毫不犹豫地、勇敢地向Paint的“定论”挑战,于第2年公布了这一发现。很快获得了众口一词的赞同。至此,关于人类染色体数目的探索大功告成。于是,46条人体染色体的发现权便属于这位敢于向权威挑战的华裔科学家,而不属于在他之前的发现者。(蒋有兴因此荣获了美国肯尼迪国际奖)。

徐道觉(1917—2003),浙江绍兴人。美籍华裔生物学家,现代细胞遗传学大师,人类和哺乳动物细胞遗传学的开拓者。1936—1941年就读于国立浙江大学农学院,尔后在遗传学家谈家桢指导下获理科硕士学位后留校任教,1948年赴美,于1951年在美国得克萨斯大学获哲学博士学位,随后在得克萨斯大学校医学院从事博士后研究工作,历任得克萨斯大学助理教授、得克萨斯大学安德森医院和肿瘤研究所(后改名为安德森癌症中心)实验细胞学研究室(后改名为细胞生物学研究室)主任、副教授、教授,1980年被聘为该中心第一位首席教授。徐道觉一生的学术成就硕果累累,发表了近400篇论文,徐道觉于1973—1974年被选为美国细胞生物学会主席。

20世纪50年代初,徐道觉在美国得克萨斯大学取得博士学位以后,鉴于当时的处境,只得抛弃自己拿手的果蝇遗传学研究,经White教授推荐到Pomerat的实验室出事研究培养中的人和哺乳类细胞的核现象。他先用了半年的时间学习如何建立培养物,拍摄相差显微镜照片、缩时电影等技术。但当他试图观察细胞的染色体时,却发现它们拥挤在一起,如同在组织切片中一样,是没有指望“突破”这一难关的。尽管他喜欢这个实验室,却又怀念起过去研究的果蝇,甚至想再回去搞果蝇遗传学。

徐道觉曾师从我国最著名的遗传学家谈家桢先生,被欣赏为最有出息的学生。因此,事业的停顿让他感到十分失望和沮丧,但就在此时,“奇迹”发生了。一天晚上,在一些治疗性流产的胚胎组织(皮肤和脾)培养标本中,他按照常规操作步骤用盐溶液冲洗细胞时,竟然在显微镜下看到了铺展很好的染色体!他简直不敢相信自己的眼睛,到实验室外的咖啡馆里喝了一杯咖啡,清醒头脑之后再回到实验桌上,仍然观察到了同样的现象.他试图研究另一些标本并建立更多的培养物,但再也未得到分散得那样好的标本。花了大约3个月时间力图从各个因素的试验中寻找其“奥秘”——包括培养基的成分、培养条件、培养温度、秋水仙素、固定和染色等。直到1952年4月当他改变平衡盐溶液的张力时才获得成功。

可以肯定,在3个月之前出现的“奇迹”一定是实验室中的某一位技术员在配制平衡盐溶液时读错了刻度标尺以致配为低渗液的缘故,使得徐道觉成功地将低渗透液技术运用到人体染色体的研究上,使染色体得以很好地铺展,不再重叠,可以清晰地进行观察。遗憾的是,迄今仍不知道这位“女英雄”的姓名,正是这位女士的粗心大意对细胞遗传学的发展做出了意外的“贡献”。由此,徐道觉确认了正确的人类染色体数目:2n=46。

利用低渗液处理染色体标本是人类细胞遗传学和脊椎动物细胞遗传学得以发展的一个重要转折,是染色体研究中不可缺少的一个环节。但由于受到Paint人类48条染色体结论的影响,徐道觉未能确认自己所观察到的46条染色体的事实(他确认了,可是并没有发布),也许是面对众多的权威不敢于发布,也许是认为条件未成熟不肯轻易发布,也许……总之,他终于没有发布………遗憾。

7、DNA是遗传物质是如何被证明的?

Griffith 肺炎链球菌转化实验:

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1943年,Oswald Theodore Avery等发现DNA在细菌的感染过程中起了很重要的作用。

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DNA作为遗传物质的作用是Alfred Hershey和Martha Chase用T2噬菌体表明了DNA在遗传中的作用。

8、谈谈“一个基因,一个酶”学说的正确与局限性。

1941年,美国人George W. Beadle和Edward L. Tatum提出一个基因一个酶的概念(两人因此共同获得1958年的诺贝尔生理学或医学奖)。

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以后发现,不仅链孢霉,而且细菌和酵母菌等各种生物由于生化突变都会引起特定酶的缺损,从而导致了特定的代谢反应阻滞,这进一步证明了这个假说的正确性。但是有些酶是由不同的多肽链特异地聚合起来才会呈现有活性,也有一个基因所决定的同样多肽链是两种或两种以上不同酶的组成成分。此外,有的基因能决定具有两种或两种以上作用的酶,也有几个基因所决定的多肽链通过聚合才能发挥作用。随着酶学、蛋白质化学的进展、遗传学方法的进步,进一步弄清楚了基因与酶的关系是建立在基因与多肽链严密对应的关系基础上的。表示这种对应关系的学说就是一个基因一条多肽链假说。

1953年,克里克和沃森发现了DNA分子的双螺旋结构,后来克里克又提出了DNA、RNA和蛋白质间信息传递的中心法则,这意味着达尔文留下的黑箱,在分子层面被完全打开了。

9、发现RNA反转录酶的过程及意义。

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反转录酶(reverse transcriptase,也可写成逆转录酶) 又称为依赖RNA 的DNA 聚合酶。1970 年Temin 等在致癌RNA 病毒中发现了一种特殊的DNA 聚合酶,该酶以RNA 为模板,以dNTP 为底物,tRNA( 主要是色氨酸tRNA) 为引物,在tRNA 3'-OH 末端上,根据碱基配对的原则,按5'-3'方向合成一条与RNA 模板互补的DNA 单链,这条DNA 单链叫做互补DNA (complementary DNA,CDNA)。

反转录酶(Reverse transcriptase)是以RNA为模板指导三磷酸脱氧核苷酸合成互补DNA(cDNA)的酶。哺乳类C型病毒的反转录酶和鼠类B型病毒的反转录酶都是一条多肽链。鸟类RNA病毒的反转录酶则由两上亚基结构。真核生物中也都分离出具有不同结构的反转录酶。

反转录酶的发现对于遗传工程技术起了很大的推动作用,目前它已成为一种重要的工具酶。用组织细胞提取mRNA并以它为模板,在反转录酶的作用下,合成出互补的DNA(cDNA),由此可构建出cDNA文库(cDNa library),从中筛选特异的目的基因,这是在基因工程技术中最常用的获得目的基因的方法。

10、单克隆抗体技术是什么?

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单克隆抗体是由单一B细胞克隆产生的高度均一、仅针对某一特定抗原表位的抗体。通常采用杂交瘤技术来制备,杂交瘤(hybridoma)抗体技术是在细胞融合技术的基础上,将具有分泌特异性抗体能力的致敏B细胞和具有无限繁殖能力的骨髓瘤细胞融合为B细胞杂交瘤。用具备这种特性的单个杂交瘤细胞培养成细胞群,可制备针对一种抗原表位的特异性抗体即单克隆抗体。

11、克隆羊是如何产生的?

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12、第一例基因治疗SCID,基于的原理是什么?

真正意义上的基因治疗起始于1990年9月14日,美国的三位医生在NIH对一名4岁的女孩进行了基因治疗,她所患的病是SCID(Severe Combined Immunodeficiency严重的综合免疫缺乏症)。

基因治疗原理:

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13、GFP的发现过程及其应用价值。

现在研究生物的人,几乎都知道绿色荧光蛋白(GFP),但常常不知或搞错其发现者。毫无争议的发现者是日裔美国科学家下村修(Osamu Shimomura,下村修(下村脩)和已故美国科学家约翰森(Frank H. Johnson)。

1961到1974年发现两种发光的蛋白质:水母素(aequorin)和GFP。下村修1961年33岁做出重要发现(1962年发表),到1974年46岁时,全部关键实验完成。但到80岁的今年,他几乎是默默无闻。他多年没有实验室,在约翰森实验室做了近20年博士后,不是为了功。他也没有当选美国科学院院士,不是为了名。GFP后来带来了相当的收益,但下村修没得,也不是为了利。

下村修和约翰森用过几种实验动物,和本故事相关的是学名为Aequoreavictoria的水母。1962年,下村修和约翰森等在《细胞和比较生理学杂志》上报道,他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时,有天下班要回家了,他把产物倒进水池里,临出门前关灯后,回头看一眼水池,结果见水池闪闪发光。因为养鱼缸的水也流到同一水池,他怀疑是鱼缸排出的成分影响水母素,不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年,他们在《科学》杂志报道钙和水母素发光的关系。1967年Ridgway和Ashley提出检测钙的新方法:用水母素。钙离子是生物体内的重要信号分子,水母素成为第一个有空间分辨能力的钙检测方法,是目前仍用的方法之一。

下村修虽然做了非常原创性的工作,很多人用他发现的GFP,有些生物学杂志每期都有文章用GFP,有些生物杂志每期20%的文章用了GFP,但绝大多数人并不知道发现者是下村修。下村修和约翰森1962年发现水母素的文章迄今被377次引用,1974年纯化GFP的文章被引用169次,Chalfie等1994年《科学》文章被引用3349次,Inouye 和Tsuji的1994年文章被引用256次。说明大多数科学工作者并不知道所用的东西怎么来的。所以,简单重视引用率也不能代替对领域的真正了解。

钱永健是钱学森的堂侄。他家多科学家和工程师。他中学时获得过西屋天才奖第一名,大学在哈佛念化学和物理,20岁毕业,后获英国剑桥大学生理学博士。他哥哥钱永佑(Richard W Tsien)是神经生物学家,曾任Stanford大学生理系主任。两兄弟分别获Rhodes和Marshall学者奖(通常认为是美国大学生竞争性最强的两个奖学金,克林顿总统曾获Rhodes),到英国留学,九十年代双双成为美国科学院院士。

1994年,华裔美国科学家钱永健(Roger Y Tsien)开始改造GFP,有多项发现。世界上目前使用的荧光蛋白大多是钱永健实验室改造后的变种,有的荧光更强,有的呈黄色、蓝色,有的可激活、可变色。

应用价值:

作为最有效的活细胞标记物质,荧光蛋白可用于研究基因表达调控、生物大分子相互作用、胚胎发育以及发展生物传感器等。两种基于荧光蛋白的技术———荧光互补技术和荧光共振能量转移为研究生物大分子相互作用提供了十分有效的手段,而基于“光学荧光笔”的超分辨成像技术突破了传统光学成像的衍射极限,更具有重要意义。