《探索生物细胞》教学课件

探索生物细胞欢迎进入微观世界的奇妙旅程！生物细胞是生命的基本单位，也是生命活动的基本场所在这个课程中，我们将共同揭开细胞的神秘面纱，探索其精密的结构与复杂的功能无论是构成我们人体的数万亿细胞，还是组成植物、动物和微生物的各种细胞，都遵循着相似的生命规律通过了解细胞，我们能够更好地理解生命本质、疾病机制以及生物技术的发展方向请系好安全带，准备好显微镜，我们即将开始一次奇妙的细胞之旅！课程目标认识细胞结构掌握细胞的基本形态、结构和各细胞器的功能特点，建立细胞的整体概念理解细胞功能理解细胞的生理活动过程，包括物质运输、能量转换、信息传递和遗传表达掌握研究方法了解细胞研究的基本技术和方法，培养科学探究能力和实验操作技能应用知识解决问题能够运用细胞生物学知识解释生命现象，分析与细胞相关的生物学问题什么是细胞？细胞的定义细胞的共同特征细胞是生物体结构和功能的基本单位，是能够独立生活的最小生•都具有细胞膜界定的空间命体系所有生物体都由一个或多个细胞构成，新细胞只能由已•都含有遗传物质DNA存在的细胞分裂产生•都具有蛋白质合成系统每个细胞都包含遗传物质，能够进行物质代谢、能量转换、信息•都能进行能量转换过程处理、自我调节和自我复制等生命活动•都能进行自我复制细胞的发现历史年11665英国科学家罗伯特·胡克观察软木切片，首次发现并命名细胞Cell，这个词来源于拉丁文，意为小房间年代21670荷兰科学家列文虎克改进显微镜，首次观察到活的单细胞生物，包括细菌、原生动物和精子等，开创了微生物学领域年代31830德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出细胞学说，确立了细胞作为生物体基本单位的理论，奠定了现代细胞生物学基础年41855德国病理学家魏尔啸补充细胞学说，提出著名论断所有细胞都来源于细胞，完善了细胞理论细胞理论的建立细胞理论的主要内容细胞理论的意义细胞理论的发展•所有生物都由一个或多个细胞组成统一了植物界和动物界，将生物学研究重随着研究深入，细胞理论不断丰富现代点转向细胞水平，为现代生物学奠定了基细胞生物学强调细胞的分子基础，研究细•细胞是生物体结构和功能的基本单位础细胞理论与进化论、遗传学并称为现胞内各种分子的结构与功能，以及它们之•所有细胞都来源于已存在的细胞代生物学的三大支柱间的相互作用•细胞含有遗传信息，可传递给下一代细胞的基本类型真核单细胞原核细胞具有完整细胞核和细胞器结构简单，无核膜和细胞器•原生动物•细菌•单细胞藻类•古菌•酵母菌动物细胞植物细胞多样化的特化细胞具有细胞壁和叶绿体•上皮细胞•神经细胞•陆生植物细胞•肌肉细胞•水生植物细胞•血液细胞原核细胞真核细胞vs特征原核细胞真核细胞细胞核无核膜，DNA在核区有核膜，DNA位于核内大小通常

0.5-5微米通常10-100微米膜性细胞器缺乏无线粒体等丰富有线粒体等基因组单一环状DNA多条线性DNA构成染色体分裂方式二分裂有丝分裂或减数分裂代表生物细菌、蓝藻动物、植物、真菌细胞的基本结构遗传系统细胞核、染色体、DNA1代谢系统各种细胞器、酶系统保护系统细胞膜、细胞壁支持系统细胞骨架、基质细胞膜生命的边界7-10nm细胞膜厚度尽管极薄，但功能强大50%蛋白质含量嵌入脂质双层中40%脂质含量主要是磷脂和胆固醇10%糖类含量形成细胞表面识别标记细胞膜的结构模型单层模型年代初1900认为细胞膜是由单层脂质分子组成的，这一模型很快被证明不正确三明治模型年1935丹尼利和戴维森提出蛋白质-脂质-蛋白质三明治结构，但不能解释许多膜功能单位膜学说年代1950罗伯特森基于电镜观察，提出膜的基本结构相似，都为三层结构流动镶嵌模型年1972辛格和尼科尔森提出现代被广泛接受的模型磷脂双分子层嵌入蛋白质，且具有流动性细胞膜的功能物质转运物理屏障控制物质进出细胞，包括被动扩散、主动转运和胞吞胞吐隔离细胞内外环境，维持细胞内稳态信号传导接收外界信号并转导至细胞内部，调控细胞活动细胞连接细胞识别与其他细胞形成连接结构，建立细胞社会通过膜表面的糖蛋白和糖脂作为标记，实现细胞间相互识别细胞质生命的摇篮细胞质的组成细胞质基质特点•细胞质基质半流动胶状物呈现溶胶-凝胶状态，含有70-质80%的水分，以及蛋白质、脂类、碳水化合物、RNA和各种离•细胞器专职功能的结构子具有一定的粘度和流动性，•包涵体暂时储存的物质能够发生溶胶-凝胶转变•细胞骨架支持网络结构细胞质基质功能是酶促反应的场所，为细胞代谢提供水溶性环境储存细胞需要的各种营养物质和代谢产物维持细胞内部环境稳定，运输物质和信息细胞核遗传信息的中心核膜双层膜结构，有核孔复合体染色质DNA与蛋白质的复合体核仁合成核糖体RNA的场所核基质支持染色体与核内活动生命的密码DNA的化学组成的结构特点DNA DNA脱氧核糖核酸DNA是由脱氧核苷酸组成的长链分子每个脱氧•双螺旋结构，两条链相互缠绕核苷酸由一个五碳糖脱氧核糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基•碱基对位于内侧，骨架在外侧组成•每个螺旋周期包含10个碱基对DNA中有四种碱基腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞•两条链呈反平行排列嘧啶C根据碱基互补配对原则，A始终与T配对，G始终与C配•链间通过氢键连接对染色体的包装形式DNA双螺旋DNA1直径2nm的基本单位核小体DNA缠绕组蛋白形成，直径11nm染色质纤维核小体进一步盘绕，直径30nm环状结构域形成约300nm的螺旋圈染色体最终紧密包装，约700nm细胞器微型工厂线粒体能量工厂结构特点能量转换遗传特性双层膜结构，外膜光通过三羧酸循环和电子具有自己的环状DNA和滑，内膜折叠形成嵴，传递链进行有氧呼吸，核糖体，可自我复制内充满基质直径约将食物分子中的化学能线粒体DNA呈母系遗

0.5-

1.0微米，长度1-2转换为ATP形式的能传，即仅从母亲传给后微米，形态可变含有量产生的ATP可供应代这一特性被用于追自己的DNA和蛋白质合细胞90%以上的能量需踪人类进化和种群迁移成系统求历史叶绿体光合作用的场所叶绿体的结构叶绿体的功能叶绿体是植物和藻类特有的细胞器，呈椭圆形或圆盘形，通常长•进行光合作用，将光能转化为化学能2-4微米，宽1-2微米具有双层膜结构，内膜形成扁平囊状的类•光反应发生在类囊体膜上，产生ATP和NADPH囊体，类囊体可以堆叠形成基粒•暗反应发生在基质中，固定二氧化碳合成糖类类囊体膜上含有叶绿素和其他光合色素，能够捕获光能类囊体•合成脂肪酸和氨基酸等重要分子之间的空间称为基质，含有DNA、RNA和各种酶，是碳固定反应•储存淀粉等光合产物的场所内质网物质运输和加工中心形态与分类粗面内质网功能内质网是由扁平囊状、管状结主要负责分泌蛋白和膜蛋白的构相互连接形成的膜性网络系合成、加工、折叠和运输表统，遍布整个细胞质根据表面附着的核糖体合成蛋白质，面是否附着核糖体，分为粗面新生的蛋白质进入内质网腔内内质网有核糖体和光面内质进行加工和修饰，然后被转运网无核糖体至高尔基体光面内质网功能主要参与脂质代谢，合成磷脂、固醇类等脂类物质此外，还参与糖原的合成和分解、药物和毒物的解毒作用，以及调节细胞内钙离子浓度等功能高尔基体包装和分泌中心结构特点加工与修饰分选与运输高尔基体由3-8个扁平囊状结构膜槽堆叠接收来自内质网的蛋白质，进行进一步加将加工好的蛋白质分选并包装成不同类型而成，形似堆叠的饼状根据位置和功工修饰，包括糖基化、磷酸化、硫酸化的囊泡，根据信号肽将它们运送到正确的能，可分为形成面靠近内质网、中间区等这些修饰对蛋白质的稳定性、活性和目的地，如细胞膜、溶酶体或分泌至细胞和成熟面靠近细胞膜，三个区域的酶和定向至目标位置至关重要外功能不同溶酶体细胞的消化系统溶酶体的形成溶酶体是由高尔基体产生的膜性囊泡，内含多种水解酶，这些酶能分解蛋白质、核酸、多糖和脂质等生物大分子溶酶体内部呈酸性环境pH约

4.5，有利于水解酶活性的发挥自噬作用溶酶体可以消化细胞自身受损或老化的组分，包括细胞器在这个过程中，细胞质中待降解的成分被包裹形成自噬泡，然后与溶酶体融合进行消化自噬对细胞的更新和适应环境变化非常重要异噬作用溶酶体可以消化通过胞吞作用摄入细胞的外源物质当外源物质被胞吞进入细胞后，形成的胞吞泡与溶酶体融合，内容物被降解为小分子物质，可被细胞再利用这对细胞的防御功能尤为重要分泌作用在某些特化细胞中，溶酶体可以通过胞吐方式将其内容物释放到细胞外，参与细胞外基质的重塑、骨组织的发育，以及免疫反应等过程这种受控的分泌对组织发育和修复至关重要核糖体蛋白质合成工厂25nm真核核糖体大小由大小亚基组成70-80%含量RNA主要组分是rRNA20-30%蛋白质含量包含多种核糖体蛋白秒15000/肽键形成速率高效精准的蛋白质合成细胞骨架细胞的支架结构支持物质运输细胞运动细胞骨架是由蛋白质纤细胞骨架形成的网络系细胞骨架参与细胞的各维构成的网络，遍布整统是细胞内物质运输的种运动，包括细胞整体个细胞质，为细胞提供高速公路，负责细胞的爬行运动、细胞分裂机械支持，维持细胞形器、囊泡和大分子在细中的染色体分离，以及态就像建筑物的钢筋胞内的定向运输，确保细胞内的细胞质流动混凝土结构，让细胞能物质能准确到达目的等，是细胞动态活动的够抵抗外力而不变形地基础微管、微丝和中间丝特征微管微丝中间丝直径25nm7nm10nm基本组分α和β微管蛋白肌动蛋白多种中间丝蛋白形态空心管状实心双螺旋绳索状极性有极性有极性无极性动态性高度动态动态性强相对稳定主要功能细胞分裂、物细胞运动、形机械支持、抗质运输态变化张力植物细胞的特殊结构叶绿体细胞壁进行光合作用，合成有机物主要由纤维素构成，提供机械支持和保护液泡储存物质、维持膨压质体胞间连丝不同类型的质体具有不同功能，如储存淀粉的淀粉体、储存色素的色素体等贯穿细胞壁的细胞质通道，连接相邻细胞细胞壁植物细胞的保护层细胞壁的组成细胞壁的结构细胞壁的功能植物细胞壁主要由多糖类物质组成，典型的植物细胞壁由三层构成中胶•提供机械支持，维持细胞形态包括纤维素40-50%、半纤维素20-层、初生壁和次生壁中胶层是相邻•抵抗膨压，防止细胞破裂30%、果胶10-35%和少量蛋白质细胞共用的，富含果胶；初生壁是生•参与水分和矿物质运输在某些特化细胞中，还会沉积木质长中的细胞形成的，较薄且有弹性；•抵御病原微生物侵染素、角质或栓质等物质，进一步增强次生壁在细胞停止生长后形成，较厚保护功能且坚硬•通过胞间连丝允许细胞间通讯液泡植物细胞的储存仓库液泡的形成液泡的内容物液泡由内质网和高尔基体分泌液泡内充满液泡液，主要成分的囊泡融合而成，随着植物细是水，还溶解有无机离子、有胞的生长发育，小液泡不断融机酸、糖类、氨基酸和色素等合形成中央大液泡成熟的植多种物质许多次生代谢产物细胞中，液泡可占据细胞体物，如单宁、生物碱和花青素积的90%以上，将细胞质和细等也储存在液泡中液泡内胞核挤向细胞周边pH通常较低，约为5-

5.5液泡的功能液泡具有多种功能储存营养物质和代谢废物；通过调节渗透压维持细胞膨压，支持非木质化组织；储存色素，产生花和果实的颜色；储存防御物质，抵御病原体和食草动物；降解和回收细胞内的大分子细胞连接细胞社会的纽带紧密连接膜蛋白形成的封闭带，将相邻细胞紧密连接，防止物质在细胞间隙穿过在上皮组织中尤为重要，形成屏障，控制物质选择性通过间隙连接由连接蛋白形成的通道，允许小分子和离子直接从一个细胞传递到相邻细胞对心脏和平滑肌等需要协调活动的组织尤为重要，实现细胞间的电信号和化学信号传递锚定连接将细胞与相邻细胞或细胞外基质连接的结构，包括桥粒、黏着带和半桥粒等这些结构与细胞骨架相连，提供机械强度，使组织能承受拉伸力，在皮肤等承受机械应力的组织中尤为丰富胞间连丝植物细胞特有的连接方式，是穿过细胞壁连接相邻细胞质的细胞质通道通过这些通道，水分、矿物质、糖类和信号分子可以直接从一个细胞传递到另一个细胞，实现物质和信息的快速交流细胞通讯细胞间的对话信号分子传递信号分子释放通过局部或全身循环系统传播发送细胞合成并释放信号分子配体受体识别靶细胞上的特异性受体识别并结合信号分子细胞响应信号转导改变基因表达或酶活性，产生特定反应激活细胞内信号传递通路细胞分裂生命的延续细胞分裂的类型细胞分裂的意义生物体内细胞分裂主要有三种类型有丝分裂、减数分裂和原核•实现个体生长与发育细胞的二分裂有丝分裂是体细胞复制的方式，产生遗传学上完•维持组织器官的正常更新全相同的两个子细胞；减数分裂特化用于产生配子细胞，染色体•修复受损组织数目减半；原核生物通过二分裂简单复制•产生生殖细胞，实现生殖繁衍细胞分裂对生物体至关重要，它实现了生物体的生长发育、组织•单细胞生物通过分裂实现繁殖修复和生殖繁衍等基本生命过程同时，细胞分裂也受到严格调•产生遗传变异，促进生物进化控，失控的分裂可能导致癌症等疾病有丝分裂体细胞分裂前期1染色体凝聚、核膜解体、纺锤体形成中期染色体排列在赤道板上后期姐妹染色单体分离，向两极移动末期染色体去凝聚、核膜重建胞质分裂胞质分裂形成两个子细胞减数分裂生殖细胞形成细胞周期细胞的生命历程检查点监控细胞周期进程的质量控制系统调控蛋白周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶细胞周期阶段G1期、S期、G2期间期和M期分裂期细胞分化从万能到专业受精卵全能性细胞，可发育成完整个体胚胎干细胞多能性细胞，可分化为多种细胞类型组织干细胞多潜能细胞，可分化为特定组织细胞分化细胞终末分化细胞，执行特定功能干细胞生命的源泉干细胞的特性干细胞的类型•自我更新能力无限分裂产生根据分化潜能可分为全能干细胞受相同的干细胞精卵、多能干细胞胚胎干细胞、多潜能干细胞成体干细胞和单潜•分化潜能能够分化为一种或能干细胞前体细胞根据来源可多种功能性细胞分为胚胎干细胞、成体干细胞和诱•非特化状态未分化，没有组导多能干细胞iPS细胞织特异性结构•特定微环境存在于特定的干细胞微环境中干细胞的应用干细胞在再生医学、疾病模型研究、药物筛选测试、基因治疗等领域具有广阔应用前景目前已在血液系统疾病、角膜损伤、某些神经系统疾病等方面取得临床应用成果细胞凋亡程序性细胞死亡凋亡信号细胞凋亡可以由外部信号死亡配体、放射线、毒素或内部信号DNA损伤、氧化应激、内质网应激触发这些信号激活细胞内特定的信号通路，启动凋亡过程凋亡执行凋亡信号通路最终激活一系列蛋白水解酶——caspases半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活的caspases切割细胞内众多蛋白质底物，导致细胞形态和生化变化，最终导致细胞死亡细胞清除凋亡细胞表面暴露磷脂酰丝氨酸等吃我信号，吸引巨噬细胞识别并吞噬这一过程不引起炎症反应，确保组织环境的稳定性，是与坏死等其他细胞死亡方式的重要区别细胞衰老生命的终点衰老的特征衰老的机制•细胞分裂能力下降或停止细胞衰老由多种因素引起，包括端粒缩短、DNA损伤积累、氧化应激、蛋白质稳态失衡和表观遗传修饰改变等这些因素相互作•细胞形态变大且扁平用，激活p53和p16等抑癌基因，导致细胞周期停滞•染色质结构改变•衰老相关β-半乳糖苷酶活性增加衰老细胞会分泌多种细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶等，形成衰老相关分泌表型SASP，影响邻近细胞和组织微环境，•DNA损伤响应持续激活可能促进组织功能下降和衰老相关疾病的发生•端粒缩短•线粒体功能障碍•分泌炎症因子增多癌细胞失控的细胞癌细胞的特征癌变过程•无限增殖能力，逃避生长抑制癌变是多阶段过程，从正常细胞到恶性肿瘤需要积累多个基因突变关键•抵抗细胞死亡凋亡、坏死等步骤包括启动细胞获得初始突变、•能够诱导血管生成促进基因组不稳定性增加，突变积•具有侵袭和转移能力累和进展获得侵袭和转移能力•避免免疫系统清除•重编程能量代谢•基因组不稳定性和突变•促炎症微环境癌基因与抑癌基因促进细胞增殖和存活的基因原癌基因突变激活，和限制细胞生长的基因抑癌基因突变失活，共同导致细胞生长控制系统崩溃，最终发展为癌症细胞代谢生命的能量流动食物摄入碳水化合物、脂质、蛋白质消化分解大分子→小分子单糖、脂肪酸、氨基酸中间代谢通过多种代谢途径转化为能量能量释放产生ATP用于细胞活动糖酵解能量释放的开始1葡萄糖分子每次反应的起始原料2消耗ATP激活过程中投入能量4产生ATP净产生2个ATP分子2丙酮酸最终产物，进入后续反应三羧酸循环能量代谢的中心乙酰进入柠檬酸合成CoA丙酮酸氧化脱羧形成的活性乙酰基与草酰乙酸结合形成柠檬酸产能收获循环反应释放CO₂，产生NADH、FADH₂和GTP通过一系列酶促反应相互转化电子传递链能量收获的终点光合作用捕获太阳能光反应暗反应光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，是光合作用的第一阶段其暗反应发生在叶绿体基质中，又称卡尔文循环，是光合作用的第过程包括光能吸收、水分解、电子传递、ATP合成和NADP+还二阶段该过程不直接依赖光能，但使用光反应产生的ATP和原等步骤NADPH光反应的主要成果是将光能转化为化学能，生成ATP和NADPH在暗反应中，CO₂被固定并与核酮糖-1,5-二磷酸结合，经过一这两种能量载体，同时释放出氧气作为副产物这一过程依赖于系列反应最终合成葡萄糖等碳水化合物这一过程的关键酶是类囊体膜上的光系统I、光系统II、细胞色素b6f复合体和ATP合RuBisCO核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，是地球上最丰富酶等蛋白质复合体的蛋白质细胞呼吸释放食物能量食物分子糖类、脂肪、蛋白质等有机物分解代谢通过各种途径分解为丙酮酸三羧酸循环在线粒体基质中完全氧化电子传递链产生大量ATP，释放CO₂和H₂O细胞内蛋白质运输蛋白质合成分泌和膜蛋白在核糖体上合成后，通过信号肽序列被导向内质网腔细胞质蛋白直接在细胞质中合成并停留在那里线粒体和叶绿体蛋白质含有特定的转运信号，被运输到这些细胞器蛋白质修饰进入内质网的蛋白质开始折叠，并进行糖基化等翻译后修饰分子伴侣帮助蛋白质正确折叠，错误折叠的蛋白质被标记并降解这些修饰对蛋白质的功能和定位至关重要囊泡运输修饰后的蛋白质被包装到囊泡中，从内质网运输到高尔基体进行进一步加工在高尔基体中，蛋白质根据其携带的分选信号被包装到不同的囊泡中，运往细胞膜、溶酶体或其他目的地到达目的地囊泡通过特异性识别和融合机制与目标膜融合，将蛋白质运送到最终目的地整个运输过程受到严格调控，确保蛋白质能够准确到达它们应该发挥功能的位置细胞外分泌与外界交流合成分泌蛋白在内质网中合成并初步加工高尔基体加工进一步修饰和包装成分泌囊泡囊泡转运沿细胞骨架向细胞膜运动胞吐作用囊泡与细胞膜融合，内容物释放到细胞外细胞内吞和胞吐吞噬作用胞饮作用胞吐作用特化细胞如巨噬细胞摄取大颗粒物质，细胞摄取液体和溶解其中的小分子物质细胞通过囊泡与细胞膜融合，将内容物释如细菌、死亡细胞或其他大型颗粒细胞分为两种类型巨胞饮细胞膜凹陷形成较放到细胞外胞吐有两种主要类型组成膜伸出伪足包围目标物，形成吞噬体，随大囊泡和微胞饮通过包被小凹坑形成小型胞吐持续进行和调节型胞吐响应特定后与溶酶体融合进行消化吞噬作用在免囊泡胞饮可以是非特异性的，也可以通信号神经递质释放、激素分泌和细胞外疫防御和组织清理中发挥关键作用过受体介导实现特异性摄取基质成分分泌都依赖胞吐过程细胞骨架与细胞运动前端伸展细胞运动始于前缘处肌动蛋白聚合形成突起结构，如薄板状的板状伪足或丝状的丝状伪足微丝的有序聚合产生向前推动的力量，使细胞膜向前伸展形成新黏附伸展的前缘通过整合素等跨膜蛋白与细胞外基质形成新的黏附点这些黏附点连接细胞骨架，提供细胞前进所需的牵引力，像锚一样固定前端细胞体前移肌动蛋白和肌球蛋白相互作用产生收缩力，加上微管的重新定向，共同推动细胞核和细胞质向前移动这一过程需要细胞骨架各组分的协同配合后端解离细胞后端的黏附点解离，肌动蛋白网络解聚，使后端收缩并跟随前进的细胞体这一步骤对细胞持续前进至关重要，否则细胞会被拉伸到极限细胞信号转导感知外界变化细胞响应代谢改变、基因表达、细胞命运决定信号放大激酶级联、第二信使系统细胞表面受体G蛋白偶联受体、酶联受体、离子通道受体信号分子激素、神经递质、生长因子、细胞因子细胞应激反应适应环境变化热休克反应损伤反应内质网应激DNA当细胞暴露于高温环境当细胞DNA受到辐射、当错误折叠蛋白质积累时，会诱导热休克蛋白化学物质或活性氧损伤在内质网时，会激活未HSPs的表达这些分时，会激活DNA损伤检折叠蛋白质反应子伴侣帮助其他蛋白质查点这一机制停止细UPRUPR通过减少维持正确折叠，防止变胞周期进程，启动DNA蛋白质合成、增加分子性和聚集热休克反应修复机制，如碱基切除伴侣表达和促进错误折由热休克转录因子修复、核苷酸切除修复叠蛋白质降解等方式，HSF调控，是最保守和双链断裂修复等修恢复内质网稳态严重的细胞应激反应之一复失败时可能触发细胞持久的内质网应激可导凋亡致细胞凋亡细胞融合技术细胞融合的原理细胞融合的应用细胞融合是将两个或多个细胞的细胞膜融合，形成一个共享细胞•杂交瘤技术融合B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，用于单克隆抗质和细胞器的杂交细胞的过程自然界中，细胞融合发生在受精体生产过程中精子与卵子的结合，以及某些组织发育过程中，如骨骼肌•细胞核移植将体细胞核移入去核卵细胞，用于动物克隆和和胎盘形成干细胞研究在实验室中，可以通过物理方法电融合、激光诱导、化学方法•细胞重编程融合体细胞和胚胎干细胞，研究细胞命运决定机制聚乙二醇处理或病毒介导仙台病毒等方式诱导不同来源的细胞融合融合后的细胞具有两个细胞的遗传物质和细胞质成分•基因作图通过细胞融合研究基因在染色体上的位置•杂种作物培育植物原生质体融合创造新的杂交植物单克隆抗体技术免疫动物将特定抗原注射到实验动物通常是小鼠体内，刺激B淋巴细胞产生针对该抗原的抗体这一过程通常需要多次注射，以增强免疫反应强度提取细胞B从免疫动物的脾脏中分离出产生抗体的B淋巴细胞这些细胞能够产生特异性抗体，但在体外培养条件下存活时间有限，无法长期生长细胞融合将B淋巴细胞与永生化的骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞融合通常使用聚乙二醇PEG作为促融剂产生的杂交瘤既有B细胞产生特定抗体的能力，又具有骨髓瘤细胞的无限增殖潜能筛选克隆将融合细胞培养在HAT选择培养基中，只有成功融合的杂交瘤细胞才能存活然后检测各克隆产生的抗体，选择能产生目标抗体的单一克隆进行扩增培养生产抗体选定的杂交瘤克隆可在体外培养或注射到小鼠腹腔中形成腹水，大量生产单克隆抗体这些抗体具有高度特异性，能精确识别目标抗原细胞工程人造细胞器生物膜仿生体系人造生物催化系统科学家已成功构建磷脂双分子层囊在仿生膜结构内部装载酶或酶系泡脂质体、聚合物囊泡等仿生膜统，可构建具有特定生化功能的人系统，这些结构模拟细胞膜的基本造细胞器科学家已成功创建了能特性通过嵌入跨膜蛋白，这些人够进行简单代谢反应、光合作用甚造膜可实现选择性物质转运功能，至蛋白质合成的人造系统这些人为构建复杂的人造细胞器铺平了道造细胞器可用于药物生产、环境修路复和能源转换等领域细胞器的工程化改造通过基因工程手段对天然细胞器进行改造，赋予其新功能例如，改造叶绿体以提高光合效率、工程化线粒体以优化能量产生，或者创造具有新陈代谢功能的合成细胞器这些工程化细胞器可集成到现有细胞中，拓展细胞功能基因编辑改写生命密码系统基因敲除与插入CRISPR-Cas9革命性的基因编辑工具，由引通过基因编辑可以特异性地敲导RNA和Cas9蛋白组成引导除特定基因，研究其功能；也RNA精确定位目标DNA序列，可以将外源基因精确插入基因Cas9蛋白切割DNA双链，然组特定位置，赋予细胞新功后细胞通过修复机制引入改能这些技术广泛应用于基础变该技术因其简单、高效、研究，解析基因功能和调控网经济和精确的特点，已成为现络代生物技术的核心工具疾病治疗潜力基因编辑技术为遗传性疾病治疗带来希望，通过修复致病突变，可能治愈镰状细胞贫血、囊性纤维化等单基因疾病在肿瘤治疗领域，基因编辑可用于增强免疫细胞抗癌能力或直接靶向肿瘤基因细胞疗法未来医学的希望干细胞疗法细胞疗法细胞外囊泡治疗CAR-T利用干细胞的再生和分化能力修复损伤组将患者T细胞基因工程化，使其表达嵌合利用细胞分泌的纳米级膜性囊泡，携带蛋织已在骨髓移植、角膜修复、某些心脏抗原受体CAR，能特异性识别并杀死癌白质、脂质和核酸等生物活性分子这些疾病和神经系统疾病治疗中取得进展诱细胞已在某些白血病和淋巴瘤治疗中获囊泡参与细胞间通讯，具有调节免疫、促导多能干细胞iPS技术使患者自体细胞重得突破性疗效，多种CAR-T产品已获批用进组织修复和调控基因表达的功能作为编程成干细胞成为可能，减少免疫排斥风于临床研究正努力扩展该技术至实体瘤无细胞疗法，细胞外囊泡可能比完整细胞险治疗更安全、更容易标准化细胞培养体外研究生命细胞培养基本原理三维细胞培养技术细胞培养是在体外控制条件下生长细胞的过程需要提供适当的•细胞球体细胞聚集形成三维球状结构培养基含必需营养物质、生长因子和激素、适宜的温度通常•细胞外基质支架细胞在蛋白质基质中三维生长37°C、CO₂浓度通常5%和湿度培养过程在无菌条件下进•微流控芯片模拟体内组织微环境和流体动力学行，以防止微生物污染•生物3D打印精确定位不同类型细胞构建复杂组织根据培养对象不同，可分为原代培养直接从组织分离的细胞和•类器官培养自组织形成模拟器官功能和结构的微型器官细胞系培养经过驯化可无限传代的细胞细胞通常生长在特殊处理的塑料或玻璃表面上形成单层，或在悬浮状态下生长显微镜技术窥探细胞奥秘细胞生物学前沿研究单细胞组学技术类器官与体外模型单细胞RNA测序、单细胞DNA测类器官是从干细胞培养的三维微型序、单细胞蛋白质组学和单细胞代器官结构，能模拟真实器官的结构谢组学等技术，使科研人员能够在和功能脑类器官、肠类器官、肝单个细胞水平研究基因表达、突变类器官等已被广泛用于发育研究、和代谢特征，揭示细胞异质性和罕疾病建模和药物筛选人体芯片技见细胞类型的功能这些技术正在术将多种类器官连接在微流控系统彻底改变我们对发育过程、免疫反中，创造更复杂的体外人体模型应和肿瘤生物学的理解合成生物学与人工细胞合成生物学家致力于设计和构建全新的生物系统，包括简化基因组的细胞、具有非天然功能的工程化细胞，甚至完全人工合成的细胞样系统这些研究不仅深化了我们对生命基本原理的理解，还可能创造具有独特应用的全新生物系统总结细胞生命的基石-代谢活动场所遗传信息中心能量转换与物质合成2细胞储存并表达基因信息1生命延续单位通过分裂实现生长与繁殖适应进化主体组织功能基础细胞变异驱动生物进化4细胞协同形成功能性器官问题与讨论思考问题实验设计前沿探索

1.细胞为什么被认为是生命的基本单位？请设计一个实验，研究特定环境因素如温选择一项细胞生物学领域的前沿研究，了请从结构和功能角度分析度、pH值或特定化学物质对细胞结构或功解其研究进展、关键技术和潜在应用，准能的影响说明实验目的、方法、可能的备一个5分钟的简短汇报可选主题合成

2.线粒体和叶绿体具有自己的DNA，这一结果及其意义生物学、单细胞测序技术、细胞命运决定现象如何解释？与细胞进化有何关系？机制等

3.不同类型的细胞膜转运方式各有什么优缺点？不同细胞如何选择适合的转运方式？。