第3章-细胞生物学研究方法(翟中和第四版)课件.ppt
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- 细胞生物学 研究 方法 中和 第四 课件
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1、翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学(第细胞生物学(第4版)版)第第3章章 细胞生物学研究方法细胞生物学研究方法1本章主要内容本章主要内容 细胞形态结构的观察方法 细胞及其组分的分析方法 细胞培养与细胞工程 细胞及其生物大分子的动态变化 模式生物与功能基因组的研究2ppt课件第一节第一节 细胞形态结构的观察方法细胞形态结构的观察方法 病毒 20-200 nm 支原体 0.1-0.3 m 细菌 0.5-5.0 m 动植物细胞 20-30 m 活细胞多是无色透明无色透明的直径直径3ppt课件 显微镜观察范围显微镜观察范围 肉眼观察范围肉眼观察范围4ppt课件 肉眼 0.2 mm 光学显微镜 0
2、.2 m 电子显微镜 0.2 nm 扫描隧道显微镜 样品制备样品制备技术分辨率分辨率5ppt课件一、光学显微镜一、光学显微镜(light microscope)从细胞的发现、细胞学说的建立,直至今天光学显微镜仍然是细胞生物学研究的重要工具1.目镜目镜 2.准焦螺旋准焦螺旋3.物镜物镜 4.载物台载物台5.反光镜反光镜6ppt课件(一)普通复式光学显微镜(一)普通复式光学显微镜组成组成 由由3 部分组成:部分组成:光学放大系统(目镜光学放大系统(目镜与物镜)与物镜)照明系统(光源和照明系统(光源和聚光镜)聚光镜)镜架及调节系统镜架及调节系统7ppt课件(一)普通复式光学显微镜(一)普通复式光学显
3、微镜成像成像 放大的倒立虚像放大的倒立虚像 经物镜形成倒立实像 经目镜进一步放大成虚像8ppt课件(一)普通复式光学显微镜(一)普通复式光学显微镜分辨率分辨率 分辨率:分辨率:显微镜最重要的性能参数 分辨率是指能区分开两个质点间的最小距离 普通光学显微镜最大分辨率0.2 m:光源波长光源波长N:介质折射率介质折射率,空气为空气为1,油为油为1.4:物镜镜口角物镜镜口角(最大最大140o,Sin/2 最大最大0.94)9ppt课件 镜口角是指被观察点射入物镜镜口角是指被观察点射入物镜前透镜的边缘光线之间的夹角。前透镜的边缘光线之间的夹角。10ppt课件(一)普通复式光学显微镜(一)普通复式光学显
4、微镜样品制备样品制备Figure 9-10,11a Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)石蜡切片石蜡切片H.E染色染色11ppt课件(二)相差显微镜和微分干涉显微镜(二)相差显微镜和微分干涉显微镜 利用光线干涉的原理,将相位差转换成振幅差,实现对非染色活细胞非染色活细胞的观察 A.当两束光的相位相同时,相互干涉的结果使光波的振幅增加 B.当两束光的相位相反时,则导致光波的振幅降低12ppt课件(二)相差显微镜和微分干涉显微镜(二)相差显微镜和微分干涉显微镜 相差显微镜是在普通光学显微镜的基础上,添加“环状光阑”和“相差板”,将光
5、程差或相位差,转换成振幅差体外培养MDCK 细胞在普通(明视场)光学显微镜(A)和相 差显微镜(B)下拍摄图像效果的比较13ppt课件(二)相差显微镜和微分干涉显微镜(二)相差显微镜和微分干涉显微镜 微分干涉显微镜以平面偏振光为光源,使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别 分辨率比普通光镜提高了一个数量级 录像增差显微镜可以用来直接观察颗粒物质沿着微管运输的动态过程Figure 9-9 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)14ppt课件Four types of light microscopy(A)The image of a
6、 fibroblast in culture obtained by the simple transmission of light through the cell,a technique known as bright-field microscopy (B)phase-contrast microscopy(C)Nomarski differential-interference-contrast microscopy(D)dark-field microscopyFigure 9-8 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008
7、)15ppt课件正置显微镜与倒置显微镜比较正置显微镜与倒置显微镜比较组成一样,倒置显微镜的物镜与照明系统颠倒,前者在载物台之下,组成一样,倒置显微镜的物镜与照明系统颠倒,前者在载物台之下,后者在载物台之上,用于观察培养的活细胞,具有相差物镜。后者在载物台之上,用于观察培养的活细胞,具有相差物镜。16ppt课件(三)荧光显微镜(三)荧光显微镜基本原理基本原理 荧光:荧光:分子吸收入射光能量后电子从基态跃迁到激发态,再从激发态回到基态而发出的可见光(波长比入射光长)17ppt课件(三)荧光显微镜(三)荧光显微镜基本原理基本原理 光源和光学系统与普通光学显微镜不同 核心部件是滤光片系统及专用物镜镜头
8、 滤光片系统由激发滤光片和阻断滤光片组成18ppt课件1.1.照明方式通常为落射式照明方式通常为落射式 2.2.光源为紫外光或其他短波光源为紫外光或其他短波 长的光长的光 3.3.有两个特殊的滤光片有两个特殊的滤光片 (发射滤片和阻断滤片发射滤片和阻断滤片)19ppt课件荧光显微镜光路系统荧光显微镜光路系统20ppt课件(三)荧光显微镜(三)荧光显微镜样品制备样品制备 免疫荧光技术免疫荧光技术 荧光素直接标记技术荧光素直接标记技术 绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白(GFP)的基因与编码某种蛋白质的基因相融合表达融合表达 两种以上荧光素标记同一样品,可同时显示不同成分在细胞中的定位21ppt课件(三)荧
9、光显微镜(三)荧光显微镜应用应用 在光镜水平上,对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂质以及某些离子等组分进行定性定位研究的有力工具荧光显微镜显示出在有丝分裂中期细胞中,纺纺锤体微管(绿色)锤体微管(绿色)、中期染色体(蓝色)中期染色体(蓝色)和原原纤维状蛋白(纤维状蛋白(fibrillarin)(红色)(红色)等结构成分22ppt课件(四)激光扫描共焦显微镜(四)激光扫描共焦显微镜 以激光为光源 聚光镜和物镜同时聚焦到同一点上,排除焦平面以外的成像 利用激光扫描装置和计算机高速采集与处理汇聚每一个点上的信息,形成清晰的二维图像 分辨率比普通荧光显微镜1.41.7 倍23ppt课件(四)激光扫描
10、共焦显微镜(四)激光扫描共焦显微镜 可通过“光学 切片”叠加后重构出样品的三维结构Figure 9-20 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)(二向的)24ppt课件3D Image Reconstructionzxy25ppt课件zxyzyy26ppt课件荧光显微镜(荧光显微镜(a)和激光扫描共焦显微镜()和激光扫描共焦显微镜(b)27ppt课件二、电子显微镜二、电子显微镜透射电镜透射电镜 transmission electron microscope,TEM扫描电镜扫描电镜 scanning electron micros
11、cope,SEM28ppt课件(一)透射电子显微镜(一)透射电子显微镜 电子束电子束作为光源 电磁透镜电磁透镜聚焦 镜筒高度真空真空 图像通过荧光屏或感光胶片记录29ppt课件1电子显微镜与光学显微镜的基本区别电子显微镜与光学显微镜的基本区别Figure 9-42(part 1 of 2)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)30ppt课件 光镜光镜 电镜电镜光源光源 可见光(可见光(300-700nm)电子束电子束 紫外光(紫外光(200nm)分辨率分辨率 200nm 0.2nm透镜透镜 玻璃透镜玻璃透镜 磁透镜磁透镜真空真空
12、无要求无要求 1.33*10-310-5Pa电子束的波长与加速电压有关。当加速电压为电子束的波长与加速电压有关。当加速电压为50100千千伏时,电子束波长约为伏时,电子束波长约为0.00530.0037纳米纳米 31ppt课件2电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数 电子显微镜分辨率分辨率可达0.2 nm 电镜的分辨本领分辨本领是指电镜处于最佳状态下的分辨率32ppt课件3电子显微镜的基本构造电子显微镜的基本构造 电子束照明系统电子束照明系统 成像系统成像系统 真空系统真空系统 记录系统记录系统33ppt课件(二)透射电镜制样技术(二)透射电镜制样技术超薄切片技术
13、超薄切片技术戊二醛和四氧化锇环氧树脂厚度40-50nm重金属盐超薄切片黑白图像34ppt课件超薄切片技术显示的细胞超微结构超薄切片技术显示的细胞超微结构 应用超薄切片技术,几乎可以观察细胞的各种超微结构Figure 9-45 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)35ppt课件(二)透射电镜制样技术(二)透射电镜制样技术负染色技术负染色技术 观察线粒体基粒、核糖体、蛋白颗粒及细胞骨架纤维甚至病毒等 重金属盐沉积在铜网上,而样品未被染色样品未被染色(故名负染)分辨率可达1.5 nm 左右36ppt课件(二)透射电镜制样技术(二)透射
14、电镜制样技术冷冻蚀刻技术冷冻蚀刻技术 包括冰冻断裂冰冻断裂与蚀刻复型蚀刻复型两步 观察膜断裂面上的蛋白质颗粒和膜表面形貌特征,图像有立体感 样品不需固定包埋 37ppt课件冰冻蚀刻电镜照片冰冻蚀刻电镜照片 38ppt课件透射电镜照片与冰冻断裂透射电镜照片与冰冻断裂和冰冻蚀刻电镜照片比较和冰冻蚀刻电镜照片比较39ppt课件电镜三维重构与低温电镜技术电镜三维重构与低温电镜技术 电镜三维重构技术电镜三维重构技术 低温电镜技术低温电镜技术 电子扫描断层成像技术电子扫描断层成像技术核孔复合物核孔复合物40ppt课件(三)扫描电镜技术(三)扫描电镜技术 利用电子“探针”在样品表面进行“扫描”激发样品表面放
15、出的二次电子成像,可以得到样品表面的立体形貌41ppt课件(三)扫描电镜技术(三)扫描电镜技术 样品利用CO2 临界点干燥法处理 样品观察前喷镀一层金膜 一般扫描电镜的分辨本领仅为3 nmFigure 9-49(part 1 of 2)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)42ppt课件小结:光镜、透射电镜与扫描电镜原理比较小结:光镜、透射电镜与扫描电镜原理比较注意样品制备技术的差异!43ppt课件三、扫描隧道显微镜三、扫描隧道显微镜 探测微观世界物质表面形貌 利用量子力学中的隧道效应 具有原子尺度的高分辨本领 可以在真空、大气、
16、液体等多种条件下工作 非破坏性测量http:/en.wikipedia.org/wiki/File:ScanningTunnelingMicroscope_schematic.png44ppt课件第二节第二节 细胞及其组分的分析方法细胞及其组分的分析方法45ppt课件一、用超离心技术分离细胞组分一、用超离心技术分离细胞组分 差速离心:差速离心:利用不同的离心速度所产生的不同离心力,将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开差速离心差速离心46ppt课件一、用超离心技术分离细胞组分一、用超离心技术分离细胞组分 密度梯度离心:密度梯度离心:通过离心力的作用使样品中不同组分以不同的沉降率在密度梯
17、度溶液中沉降,形成不同的沉降带47ppt课件二、细胞成分的细胞化学显示方法二、细胞成分的细胞化学显示方法 显色剂与细胞组分中特殊基团的结合 通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断蛋白质、核酸、多糖和脂质在细胞中的分布和相对含量48ppt课件福尔根反应福尔根反应 Feulgen stain 特异显示特异显示细胞内呈紫红色的DNA 的分布的分布 原理:原理:酸水解可以去除RNA,仅保留 DNA,并除去DNA 上嘌呤脱氧核糖核苷键的嘌呤,使 脱氧核糖的醛基暴露。所暴露的自由醛基与希夫试剂(Schiffs reagent)反应呈紫红色49ppt课件三、特异蛋白抗原的定位与定性三、特异蛋白抗原的定位
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