细胞生物学 · 专题2 细胞生物学研究方法彩色背诵页
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本章学习方法 · 基础阶段①先高分笔记+教材+求臻细胞课学习理解一遍②再复盘、理解、写划、增补高分笔记,并重点记忆表格、划线段落③做细胞通关必刷660题巩固,开卷做。高分笔记+660刷题至少2遍。 强化阶段:按年份做目标院校《历年真题》+按章节背目标院校《真题狂背》 冲刺阶段:冲刺背诵手册+实验综合+冲刺押题
本章考情分析 · 本章在考研中属于重点章节,考研在问答题必考。对于本章的复习: 如下几点是考研常考点:①几种光学显微镜和电子显微镜的类型、用途,其中组成、分辨率、原理②用超离心技术分离细胞组分时不同时间不同转速下所沉淀下来的物质是什么;细胞成分的细胞化学显示方法;③特异蛋白抗原的定位与定性所采用的技术;④细胞内特异核酸的定位与定性所采用的技术;⑤定量细胞化学分析与细胞分选技术中的流式细胞术。⑥单克隆抗体技术的制备方法、优点;显微操作技术与动物的克隆;细胞拆合的方法。⑦荧光漂白恢复技术、酵母双杂交技术、荧光共振能量转移(FRET)技术和放射自显影技术这几项技术的原理,应用。重中之重是第⑦

专题2:细胞生物学研究方法

本章内容

考点一:细胞形态结构的观察方法本章内容

考点二:细胞及其组分的分析方法本章内容

考点三:细胞培养与细胞工程本章内容

考点四:细胞及生物大分子的动态变化本章内容

考点五:模式生物与功能基因组的研究本章内容

很多内容可以自己看会,不懂的地方请看求臻讲解

考点一:细胞形态结构的观察方法考点一细胞形态结构有哪些观察方法?

病毒、支原体、细菌、动植物细胞的直径各是多少?

细胞生物学常见观察对象:病毒直径 20-300 nm,支原体直径 0.1-0.3 μm,细菌直径 0.5-5.0 μm,动植物细胞直径 20-30 μm。活细胞多是无色透明的观察对象数值

肉眼、光镜、电镜的分辨率与放大倍数各是多少?

细胞生物学分辨率:肉眼分辨率为0.2 mm,光学显微镜分辨率为0.2 μm,电子显微镜分辨率为0.2 nm,扫描隧道显微镜比电子显微镜分辨率更小,光学显微镜的放大倍数是1000倍,电子显微镜的放大倍数是10⁶倍。分辨率数值

一、光学显微镜
光学显微镜包括哪几类?

光学显微镜包括:普通光学复式显微镜、相差显微镜、微分干涉显微镜、荧光显微镜、激光扫描共焦显微镜、超高分辨率显微术。考试最常考的是各个显微镜的不同用途,难一点的问答题会问某显微镜原理光学显微镜

各类光学显微镜的核心组成、分辨率、原理、制样要求和主要用途?
显微镜核心组成有效分辨率原理制样要求主要用途
普通光学复式显微镜目镜+物镜、光源+聚光镜、镜架及样品调节系统最大分辨率 0.2 μm利用光学系统放大成像,通过染色产生明暗反差死细胞,固定→包埋→切片→染色观察单细胞生物、体外培养细胞
相差显微镜普通光镜+环状光阑+相差板有效分辨率同普通光镜将细胞不同密度区域的光程差/相位差,通过干涉转换为振幅差(亮暗差异)无需染色,直接观察活细胞观察非染色的活细胞,可看到细胞核、线粒体等细胞器的运动
微分干涉显微镜偏振光光源、棱镜、物镜优于相差显微镜,可分辨细微厚度差异偏振光分束后经样品相邻部位,汇合后将厚度差异转化为明暗区别无需染色,直接观察活细胞活细胞研究,搭配录像机观察颗粒/细胞器动态(如微管运输)
荧光显微镜滤光片系统(激发+阻断)、专用物镜高于普通光镜短波激发光→荧光分子发射长波长荧光→阻断滤光片筛选荧光,暗视野提供高反差荧光标记(免疫荧光、DAPI 染 DNA、GFP 融合蛋白)细胞内特异组分(蛋白、核酸等)定性定位;活细胞动态变化观察
激光扫描共焦显微镜激光光源、共焦成像系统、二向色镜、检测器、计算机处理系统比荧光显微镜高 1.4~1.7 倍,纵向分辨率显著改善激光聚焦样品单点,排除焦平面外杂散光,通过光学切片+计算机重构三维图像荧光标记样品,可用于厚样品亚细胞结构/组分定位及动态变化;厚样品内部结构观察,三维结构重构
超高分辨率显微术包括 TIRFM、PALM/STORM、4π 和 STED 等多种类型实现纳米级分辨率破了光的衍射极限而制作的显微镜-直接观察细胞内的蛋白质、细胞器等纳米尺度的结构和动态
(一)普通光学复式显微镜
普通光学复式显微镜由哪三部分组成?
1、组成

由3部分组成:

光学放大系统(目镜与物镜)

照明系统(光源和聚光镜)

镜架及样品调节系统

高分笔记要配合求臻课程以及通关660使用

什么是分辨率?决定光镜分辨率的要素有哪些?
2、分辨率(resolution)分辨率
分辨率的定义是什么?

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 μm。分辨率名词解释

决定光学显微镜分辨率的三要素?

决定光学显微镜的分辨率的要素:物镜的镜口角(α)、入射光的波长(λ)以及介质的折射率(N)分辨率

分辨率公式是什么?如何提高显微镜的分辨能力?

R = 0.61λ / (N·Sinα/2),N·Sinα/2 为数值孔径又叫作镜口率,简写为 NA,故提高显微镜的分辨能力可以缩短波长、增大镜口率分辨率公式

3、用途
普通光学复式显微镜的用途?

可以直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。用途

光学显微镜制样的四个步骤?
4、光学显微镜制样方法制样方法

(1)固定:使用固定剂(如甲醛)对材料进行处理。制样方法

(2)包埋:使用包埋剂(如石蜡)将固定好的样品包埋。制样方法

(3)切片:将包埋好的样品切成厚度约 5 μm 的薄片。制样方法

(4)染色:对切片进行染色,以便清晰观察。苏木精和伊红染色(H-E 染色) 是一种常用方法制样方法H-E染色

苏木精染什么?呈什么颜色?

苏木精(一种碱性染料)与细胞核的某些成分特异性结合,呈现蓝紫色的细胞核。H-E染色

伊红染什么?呈什么颜色?

伊红(一种酸性染料)与细胞质的某些成分特异性结合,呈现红色的细胞质。H-E染色

(二)相差显微镜和微分干涉显微镜(可能问答题会考)
1、相差显微镜相差显微镜

(1)原理:

人眼能感知光程差还是振幅差?

光学特性:光的光程差/相位差人眼无法感知,但光的振幅差能被人眼感知(振幅差即亮暗差异)相差显微镜原理

光程差是怎样产生的?

光程差的产生:光线穿过细胞不同区域(如细胞核与细胞质)时,因样品各部分的密度不同,光被滞留的时间也不同,于是光产生了光程差/相位差。相差显微镜原理

相差显微镜靠哪两个部件把相位差转成振幅差?

相位到振幅的转换:相差显微镜在普通光学显微镜基础上,增加“环状光阑”和“相差板”,将光程差/相位差通过光的干涉作用转换为人眼可识别的振幅差(即亮暗差异),从而区分细胞内不同密度的区域相差显微镜原理

(2)应用:

相差显微镜解决了什么问题?

用于观察非染色的活细胞:解决了“生物样品固定后会失去活性”的问题,可实现对活细胞的细节观察。相差显微镜应用

相差显微镜可以观察到某些细胞器(细胞核或线粒体)的运动。相差显微镜应用

微分干涉显微镜的原理是什么?
2、微分干涉显微镜原理:微分干涉显微镜
微分干涉显微镜如何把厚度差转成明暗差?

原理:以平面偏振光为光源,光线经棱镜折射后分成两束,在不同时间经过样品的相邻部位,然后再经过另一棱镜将这两束光汇合,从而使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别。微分干涉显微镜原理

应用:

微分干涉显微镜很适合用于研究活细胞微分干涉显微镜应用

什么是录像增差显微镜?有何用途?

微分干涉显微镜+录像机可制备录像增差显微镜:可用于观察记录活细胞中的颗粒和细胞器的运动,例如用来直接观察颗粒物质沿着微管运输的动态过程。微分干涉显微镜录像增差显微镜

(三)荧光显微镜荧光显微镜
荧光显微镜是研究什么的工具?

荧光显微镜是在光镜水平上,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

1、组成荧光显微镜

滤光片系统:荧光显微镜组成

激发滤光片装在哪里?作用是什么?

激发滤光片:安装在光源和样品之间,只允许特定波长的激发光通过。荧光显微镜组成

阻断滤光片装在哪里?作用是什么?

阻断滤光片:安装在物镜和目镜之间,只容许荧光染料所发出的荧光通过。荧光显微镜组成

专用的物镜镜头荧光显微镜组成

荧光显微镜的成像原理(三步)?
2、原理荧光显微镜原理

①激光发出:光源发出的光,首先经过激发滤光片,筛选出特定波长的短波激发光,用以照射样品。荧光显微镜原理

②荧光产生:样品内的荧光分子吸收激发光后,发射出波长更长、颜色不同的荧光。荧光显微镜原理

暗视野在荧光成像中起什么作用?

③成像观察:阻断滤光片只容许荧光通过,同时完全阻挡残余的激发光。同时显微镜的暗视野为荧光信号提供了强反差背景,使非常微弱的荧光信号亦得以分辨。荧光显微镜原理

配图:荧光显微镜光路图(标注:光源、1. 激发光滤片、2. 反光镜、3. 阻断滤光片、物镜、目镜、样品)配图

荧光显微镜有哪些用途?
3、用途荧光显微镜用途

对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂类以及某些离子等组分进行定性定位研究;荧光显微镜用途

观察细胞内动态变化:荧光显微镜用途

可将标记荧光素的分子(如肌动蛋白)注射到细胞中,观察其组装过程。荧光显微镜用途

GFP 如何用于观察蛋白质的动态变化?

可将绿色荧光蛋白(GFP)的基因与某种蛋白质的基因融合,在活细胞中观察该蛋白质的动态变化。荧光显微镜GFP

荧光显微镜的样品制备技术有哪两类?
4、荧光显微镜样品制备技术荧光显微镜制样

免疫荧光技术(后面有展开)荧光显微镜制样

DAPI 结合什么?显示什么?

荧光素直接标记技术(如染料 DAPI 可特异性结合细胞 DNA,显示细胞核/染色体的位置)荧光显微镜制样DAPI

荧光显微镜和普通显微镜有何区别?
5、荧光显微镜和普通显微镜区别对比

照明方式通常为落射式,即光源通过物镜投射于样品上;对比

光源为紫外光,波长较短,分辨率高于普通显微镜;对比

有两个特殊的滤光片,激发滤光片安装在光源和样品之间,只允许特定波长的激发光通过。阻断滤光片安装在物镜和目镜之间,只容许荧光染料所发出的荧光通过对比

荧光显微镜与相差/微分干涉显微镜在应用上有何区别?
6、荧光显微镜和相差显微镜及微分干涉显微镜应用方面的区别对比

二者都是观察活细胞对比

荧光显微镜强调观察蛋白质、DNA等生物大分子定性定位研究;而相差显微镜及微分干涉显微镜强调能观察到整体显微结构细节如细胞器对比

(四)激光扫描共焦显微镜(不是很重要)激光扫描共焦显微镜
1、相关原理激光扫描共焦显微镜原理
普通荧光显微镜有何局限?共焦显微镜如何改进?

前言:普通荧光显微镜存在局限:样品焦平面以外的荧光图像反差小、分辨能力低;而激光扫描共焦显微镜,是在普通荧光显微镜基础上加装了一套激光共焦成像系统,并以激光(可见或紫外光)作为光源,以此提升成像效果。激光扫描共焦显微镜原理

“共焦”是什么意思?

“共焦”的核心含义:指聚光镜和物镜会同时聚焦到同一个点,因此只有聚光镜聚焦在样品中某一位点时产生的激发荧光,才能清晰成像;而来自焦平面以外的散射光则无法被聚焦,不能形成清晰像。激光扫描共焦显微镜名词解释

原理:激光扫描共焦显微镜原理

激光扫描共聚焦显微镜的激发过程是怎样的?

激发:激光束经二向色镜反射后,通过物镜会聚到样品的某一焦点。激光扫描共聚焦显微镜原理

检测:从该焦点发射的荧光经过物镜和光学系统会聚成像,被测量检测器检出。激光扫描共聚焦显微镜原理

共聚焦显微镜如何排除焦点以外的杂散光?

排除杂散光:来自样品焦点以外其他部位的散射光(荧光)不会聚焦成像,因此被检测器有效阻挡,无法检出。激光扫描共聚焦显微镜原理

计算机成像:利用激光扫描装置和计算机高速采集与处理会聚每一个点上的信息,形成一幅清晰的二维图像。激光扫描共聚焦显微镜原理

优越性:激光扫描共聚焦显微镜
激光扫描共焦显微镜的分辨率比普通荧光显微镜提高多少倍?

分辨率提高:激光扫描共焦显微镜的分辨率可以比普通荧光显微镜的分辨率提高1.4~1.7倍。激光扫描共聚焦显微镜优越性数值

纵向分辨率:其纵向分辨率也得到很大的改善。激光扫描共聚焦显微镜优越性

共聚焦显微镜怎样通过“光学切片”获取三维结构?

获取三维结构:由于可自动调节并改变观察的焦平面,所以可以通过“光学切片”即改变焦点获得一系列不同切面上的细胞图像,经叠加后重构出样品的三维结构。激光扫描共聚焦显微镜优越性光学切片

2、用途激光扫描共聚焦显微镜
激光扫描共聚焦显微镜的主要用途是什么?

研究亚细胞结构与组分的定位及动态变化,例如在细胞内动态变化的研究、观察细胞内特定蛋白质的动态变化等。激光扫描共聚焦显微镜用途

可以观察较厚样品的内部结构:可以获得一系列不同切面上的细胞图像,经叠加后重构出样品的三维结构。激光扫描共聚焦显微镜用途

(五)超高分辨率显微术(了解即可,几乎不考)超高分辨率显微术
显微术名称基本原理优点缺点
全内反射荧光显微术(TIRFM)基于斯涅耳定律,利用全内反射现象,激发靠近玻片的样品内特定的荧光分子发光,降低背景噪声,提高图像分辨率。可以观察细胞紧靠玻片的大约 100 nm 范围内的特定荧光分子,提高图像分辨率。只能观察细胞紧靠玻片的区域,对细胞其他部分的观察无能为力。
光激活定位显微术(PALM)利用 PA-GFP 的发光特性与单分子荧光的定位精度相结合,通过多次循环激活、激发、定位和漂白,实现超高分辨率成像。分辨率比传统光学显微技术高 10 倍以上,可以用于外源表达蛋白的定位。不能用于活细胞动态观察,图像采集时间长。
随机光学重构显微术(STORM)基于花青染料的特性,通过不同波长的光波控制荧光分子的发光或暗态,实现超高分辨率成像。可以对多达 4 种内源性蛋白进行精细定位,分辨率可达 20 nm 左右。得到一张超分辨图像的时间很长,在活细胞中很难实现。
4π 显微镜基于增加物镜的接受角而等效增加物镜的数值孔径。在样品的两侧各放置一个相同的高性能物镜,使总的接受角接近 4π,进而提高了数值孔径。将 z 轴分辨率从 500 纳米提高到 100 纳米。没有突破衍射极限。
STED 显微术使用一束激光激发荧光基团,再用环状高强度脉冲激光照射,仅中间未完全损耗的荧光分子可以观察到,实现超高分辨率成像。水平面分辨率可达纳米级,可以快速观察活细胞内的实时动态变化。没有提高 z 轴方向的分辨率。
结构照明显微术(SIM)通过光栅的旋转和移动产生多重相互衍射的光束照射样本,并发生干涉,提取高分辨信息生成完整图像。x、y 平面分辨率达到 100 nm,z 轴向分辨率提高了 2 倍,适用于普通荧光标记样本。分辨率远低于其他超高分辨率显微术。

二、电子显微镜电子显微镜

(一)电子显微镜与光学显微镜的区别电子显微镜光学显微镜对比
分辨本领光源透镜真空成像原理
光学显200 nm可见光波长玻璃透镜不要求真利用样本对光的吸收形成明
微镜400-760 nm暗反差和颜色变化
电子显微镜0.2 nm电子束波长 0.01-0.9 nm电磁透镜要求真空利用样品对电子的散射和透射形成明暗反差
(二)基本构造电子显微镜基本构造
电子显微镜由哪四大系统构成?

(1)电子束照明系统:包括电子枪和聚光镜。电子显微镜基本构造

(2)成像系统:包括物镜、中间镜与投影镜等。电子显微镜基本构造

(3)真空系统电子显微镜基本构造

(4)记录系统:荧光屏、感光胶片、CCD 相机电子显微镜基本构造

(三)主要的电镜制样技术电镜制样技术
为什么电镜的实际分辨率远低于其理论分辨率 0.2 nm?

实际情况下,电镜的实际分辨率常受到生物制样技术本身的限制,如在超薄切片样品中其分辨率约为超薄切片厚度的 1/10,即通常超薄切片厚度若为 50 nm,则实际分辨率约为 5 nm,远远低于电镜本身的 0.2 nm。电镜制样技术分辨率数值

1、主要的电镜制样技术——超薄切片技术(熟练掌握)★★★超薄切片技术
什么是超薄切片?切片厚度是多少?★★★

a.定义:由于电子束的穿透能力有限,为获得较高分辨率,切片厚度一般仅为 40~50 nm,即一个直径为 20 μm 的细胞可被切成几百片,故称超薄切片★★★超薄切片技术定义数值

b.电镜制样要求:超薄切片技术制样要求

电镜制样有哪三点要求?

①要求样品很薄超薄切片技术制样要求

②样品既要具有一定韧性又要有一定刚性超薄切片技术制样要求

③要求保持样品的精细结构超薄切片技术制样要求

超薄切片技术的流程是什么?★★★

c.超薄切片技术流程:取材→固定→包埋→切片→染色→观察★★★超薄切片技术流程

(1)固定:保持样品真实性超薄切片技术固定

方法:超薄切片技术固定

电镜超薄切片常用的化学固定剂有哪些?

化学法:固定剂:戊二醛和四氧化锇(OsO4,锇酸)超薄切片技术固定固定剂

物理法:低温冷冻等超薄切片技术固定

注意事项:快速进行处死和取材,防止细胞自融造成损伤超薄切片技术固定注意事项

(2)包埋:包埋前需要进行脱水处理超薄切片技术包埋

超薄切片中包埋的目的是什么?

目的:保证在切片过程中,包埋介质能够均匀良好地支撑样品,以便获得连续完整并有足够强度的超薄切片超薄切片技术包埋目的

常用包埋剂:各种环氧树脂超薄切片技术包埋包埋剂

(3)切片:超薄切片技术切片

工具:常用玻璃刀进行切片超薄切片技术切片工具

注意事项:切片须捞在覆有支持膜的载网上超薄切片技术切片注意事项

(4)染色超薄切片技术染色

电镜样品用什么染色?为什么电镜图像只能是黑白的?

电镜样品用重金属盐进行染色。样品中的不同成分对各种重金属盐“染料”有不同的亲和性。超薄切片技术染色重金属盐

锇酸、柠檬酸铅、乙酸双氧铀分别染什么?

锇酸——脂质;超薄切片技术染色重金属盐

柠檬酸铅——蛋白质;超薄切片技术染色重金属盐

乙酸双氧铀——核酸超薄切片技术染色重金属盐

当电子束穿过样品时,样品中的金属离子不同程度地散射和吸收电子,在样品的图像上形成明暗差别。因此,电镜下观察到图像只能为黑白图像。超薄切片技术染色成像原理

超薄切片技术流程填空题该怎么填?★★★

注意:考研若出超薄切片技术流程填空题,若 4 个空,填:固定、包埋、切片、染色,若 5 个空,填:固定、脱水、包埋、切片、染色★★★超薄切片技术流程答题技巧

d.超薄切片技术应用超薄切片技术应用

超薄切片技术有哪些应用?

(1)观察各种细胞的超微结构;超薄切片技术应用

(2)可以与放射同位素自显影、细胞化学、免疫化学和原位杂交等技术结合,在超微结构水平上完成蛋白质与核酸等组分的定性、定位和半定量研究。超薄切片技术应用

2、主要的电镜制样技术——负染色技术(熟练掌握)★★★负染色技术
负染色技术的原理是什么?★★★

(1)原理:用重金属盐,如磷钨酸或醋酸双氧铀溶液对铺展在载网上的样品进行染色,样品自然干燥后,整个载网上都铺上了一薄层重金属盐,从而衬托出样品的精细结构。★★★负染色技术原理重金属盐

负染色技术的分辨率是多少?★★★

(2)分辨率:分辨率可达 1.5 nm 左右。★★★负染色技术分辨率数值

负染色技术主要用于观察什么?★★★

(3)应用:显示经纯化的细胞组分或精细结构,如线粒体、核糖体、蛋白颗粒及细胞骨架纤维甚至病毒等。★★★负染色技术应用

3、主要的电镜制样技术——冷冻蚀刻技术(熟练掌握)★★★冷冻蚀刻技术

(1)原理冷冻蚀刻技术原理

冷冻蚀刻技术总体分为哪两大步?★★★

总体可概括为两大步:冰冻断裂(如下第①)、蚀刻复形(如下第②-⑤)★★★冷冻蚀刻技术原理步骤

冷冻断裂时样品从膜的什么部位裂开?★★★

①冷冻断裂:在低温环境下,于液氮或液氦中快速冷冻样品使其迅速冷却,样品会从膜脂双分子层疏水端(结构相对“脆弱”部位)裂开,露出镶嵌在膜脂中的蛋白质颗粒。★★★冷冻蚀刻技术冷冻断裂

②升华蚀刻:通过冰的升华(即蚀刻),进一步增强图像的“浮雕”样效果。冷冻蚀刻技术升华蚀刻

③倾斜喷镀:用铂等重金属进行倾斜喷镀,形成对应凹凸断裂面的电子反差。冷冻蚀刻技术倾斜喷镀

④垂直喷镀:用碳进行垂直喷镀,在断裂面上形成一层连续的碳膜。冷冻蚀刻技术垂直喷镀

⑤复型膜获取:用消化液去除生物样品,将含图像信息的金属复型膜(碳膜及其被碳包裹的金属微粒镶嵌膜)移到载网上,以便后续电镜观察。冷冻蚀刻技术复型膜

(2)应用冷冻蚀刻技术应用

冷冻蚀刻技术主要用于观察什么?★★★

①该技术主要用于观察膜断裂面上的蛋白质颗粒、膜表面形貌特征。★★★冷冻蚀刻技术应用

快速冷冻深度蚀刻技术主要用于观察什么?

②在此基础上发展出快速冷冻深度蚀刻技术,主要用于观察胞质中的细胞骨架纤维及其结合蛋白冷冻蚀刻技术快速冷冻深度蚀刻技术细胞骨架

(3)特点冷冻蚀刻技术特点

冷冻蚀刻技术的特点是什么?★★★

图像富有立体感,且样品无需包埋甚至固定,能更好保持真实结构。★★★冷冻蚀刻技术特点

4、主要的电镜制样技术——电镜三维重构技术和低温电镜技术电镜三维重构技术低温电镜技术

电镜三维重构技术和低温电镜技术是一系列技术统称,有如下这些技术电镜三维重构技术低温电镜技术

(1)电镜三维重构技术电镜三维重构技术

透射电镜图像包含样品三维结构的全部信息,可从二维图像出发构建三维图像。电镜三维重构技术原理

(2)低温电镜技术低温电镜技术

低温电镜技术的原理是什么?(冰膜厚度、成像温度)

原理:不经过固定、包埋、染色和干燥步骤,而是将样品直接在冷冻剂中快速冷冻成 100~300nm 厚的冰膜,在电镜内-160℃低温下利用相位衬度成像,经数据处理后构建出样品的三维结构密度图。低温电镜技术原理数值

低温电镜技术相比负染色技术的优势是什么?

特点:负染色技术存在局限性(分辨率仅 1.5~2nm)、干燥过程会损伤样品结构,低温电镜技术能避免负染色技术的缺陷低温电镜技术特点负染色技术数值

(3)低温电镜单颗粒分析技术低温电镜单颗粒分析技术
低温电镜单颗粒分析技术的原理是什么?

原理:对包被在冰膜中相同、分散、取向随机的大量颗粒性样品拍照并进行三维重构低温电镜单颗粒分析技术原理

为什么说低温电镜单颗粒分析技术是研究生物大分子三维结构的主要方法?

特点:目前研究生物大分子三维结构的主要方法,三维结构图像分辨率已接近原子尺度,为解析生命活动运转的分子结构与作用机理提供了手段。低温电镜单颗粒分析技术特点

(4)电子断层成像技术电子断层成像技术
电子断层成像技术的原理是什么?

原理:对样品同一物体在不同倾角下连续拍照,获得一系列二维投影图,再重构出三维结构。电子断层成像技术原理

电子断层成像技术与低温电镜单颗粒分析技术相比有何特点?

特点:①它可用于研究蛋白质复合体,但分辨率明显低于低温电镜单颗粒分析技术;②同时也适用于更大尺度的细胞器、细胞骨架等研究,在细胞生物学中应用广泛,可用于冷冻样品或超薄切片样品。电子断层成像技术特点

(5)扫描电镜背散射电子成像技术扫描电镜背散射电子成像技术
扫描电镜背散射电子成像技术的原理是什么?

原理:①经典扫描电镜是表面扫描,而该技术利用背散射电子成像,图像携带原子序数信息,组织染色后可显示细胞内部结构;②在扫描电镜中对样品做类似超薄切片的处理,结合背散射电子成像,可得到样品内部超微结构图像,进而构建整个组织的三维结构图像。扫描电镜背散射电子成像技术原理

特点:该技术可研究更大尺度细胞、组织的超微结构三维结构,是脑科学研究中不可或缺的技术。扫描电镜背散射电子成像技术特点脑科学

5、主要的电镜制样技术——扫描电镜技术(SEM)扫描电镜技术SEM

(1)原理扫描电镜技术原理

扫描电镜是如何成像的?

电子束经磁透镜会聚成极细的电子“探针”,在样品表面扫描,激发二次电子、背散射电子等信号,二次电子由探测器收集并转化为光信号,其产生量与样品表面形貌相关,从而获取样品表面的立体图像信息扫描电镜技术原理二次电子

(2)样品处理扫描电镜技术样品处理

扫描电镜样品为什么要用 CO₂ 临界点干燥法?

干燥处理:为避免样品在扫描观察前发生表面变形,通常利用 CO₂ 临界点干燥法对样品进行干燥处理。扫描电镜技术样品处理干燥处理

扫描电镜样品为什么要喷镀金膜?

导电处理:为获取正确的二次电子信号,需保证样品表面有良好导电性,因此样品在观察前要喷镀一层金膜。扫描电镜技术样品处理导电处理

(3)分辨率扫描电镜技术分辨率

扫描电镜的分辨率是多少?

一般是 3 nm,最高可达 0.7 nm。扫描电镜技术分辨率数值

(4)特点扫描电镜技术特点

扫描电镜技术有什么特点?

扫描电镜技术一般不需要染色、对样品厚度没什么要求扫描电镜技术特点

不能观察活的生物样品;扫描电镜技术特点

(5)应用扫描电镜技术应用

扫描电镜常用来观察哪些结构?

可用于观察核孔复合体等更精细的结构;常用 SEM 观察染色体三维结构以及一些单细胞生物表面形态扫描电镜技术应用核孔复合体染色体

6、主要的电镜制样技术——透射电镜技术(补充知识)透射电镜技术TEM

(1)原理透射电镜技术原理

透射电子显微镜(TEM)是一种以波长极短的电子束作为电子光源,利用电子枪发出的透射电镜技术TEM原理

透射电子流经电磁透镜多级放大后成像的高分辨率、高放大倍数的显微镜。电子显微镜透射电镜TEM定义

(2)特点透射电镜TEM特点
透射电镜对样品厚度有什么要求?

样品必须很薄,使电子束能够穿透,一般厚度要求小于 150 nm。透射电镜TEM特点数值

样品也需要染色,常用的染色方法包括重金属染色、负染色等;透射电镜TEM特点染色

透射电镜显微照片为什么是黑白色?

透射电镜显微照片一般为黑白色,主要是因为其使用的是电子束光源而不是自然光。透射电镜TEM特点

(3)说明透射电镜TEM说明
想同时获取样品内部与表面信息用什么显微镜?

想要从样品内部结构获得信息时,透射电镜(TEM)是最佳的选择,而当需要样品表面信息都想获取,那么用高科技——扫描透射电镜(STEM)透射电镜TEMSTEM扫描透射电镜

技术名称原理特点应用
超薄切片技术将样品切成 40~50nm 超薄切片,经固定-包埋-切片-染色处理切片 50nm 时分辨率≈5nm;样品需薄、兼具韧刚性观察细胞超微结构;结合其他技术做组分定性/定位
负染色技术用重金属盐在载网上衬托样品结构分辨率≈1.5nm观察纯化的细胞组分(线粒体、核糖体、病毒等)
冷冻蚀刻技术冰冻断裂样品+蚀刻复形(喷镀-制复型膜)无需包埋固定,图像有立体感,保留真实结构观察膜表面/断裂面结构、细胞骨架结合蛋白
电镜三维重构系列技术①三维重构:从二维图像重构三维结构 ②低温电镜:冷冻样品后成像,含单颗粒分析、电子断层成像等分支低温电镜可减少样品损伤;单颗粒分析分辨率近原子尺度研究生物大分子、细胞器、细胞/组织三维结构
扫描电镜(SEM)电子束扫描样品表面,收集二次电子信号成像常规分辨率约 3 nm;高分辨型号可达 0.7 nm;需 CO₂干燥、喷金导电,无法观察活样观察样品表面结构(染色体、单细胞表面、核孔等)
透射电镜(TEM)电子束照射<150nm 的薄样品,收集透射电子成像样品需薄,需染色,成像为黑白获取样品内部超微结构信息

三、其他显微镜(STM、AFM)其他显微镜STMAFM

技术名称原理特点应用
扫描隧道显微镜(STM)原理基于量子力学中的隧道效应:当两个电极间距极小(50nm 以内)时,会产生隧道电流,该电流与针尖和样品间距(d)呈指数关系,通过测量电流可确定针尖位置及样品表面形貌①高分辨率:侧分辨率为 0.1-0.2nm,纵分辨率可达 0.001nm ②工作环境多样:可在真空、大气、液体(接近生理环境的离子强度)等条件下工作,在生物学研究中意义重大 ③非破坏性测量:扫描时不接触样品,且无高能电子束轰击,基本可避免样品形变可直接观察到 DNA、RNA 和蛋白质等生物大分子及生物膜、病毒的结构
原子力显微镜(AFM)利用悬梁臂弹簧末端的微小探针操纵、测量样品;探针与样品作用时,悬梁臂的微小位移会通过“光杠杆”效应放大上千倍,投射到光电探测器上,并通过反馈通路控制探针和样品之间的相互作用可以精确测量样品的形貌,可以测量样品的微观力学性质,适合细胞信号分子与配体结合、蛋白质分子的折叠和展开等研究同特点

考点二:细胞及其组分的分析方法★★★考点二细胞组分分析考点二讲了哪些细胞及其组分的分析方法?

一、用超离心技术分离细胞组分超离心技术细胞组分分离

(一)离心技术概述离心技术概述
离心技术分为哪两大类?

离心技术即超离心技术,是分离细胞组分的重要方法,主要包括差速离心和密度梯度离心两大类。离心技术差速离心密度梯度离心

差速离心与密度梯度离心有何区别?★★★
特性差速离心密度梯度离心
核心原理利用颗粒大小/质量差异,在不同离心力下分批沉淀。利用颗粒在梯度介质中的沉降速度差或密度差进行连续区带分离。
分离介质均一的悬浮介质(如匀浆缓冲液)。非均一的密度梯度介质(如蔗糖、氯化铯)。
操作过程多次更换转速,每次取沉淀和上清。一次离心,样品在梯度中形成多条区带。
分离效果分辨率较低,组分间交叉污染较严重(沉淀会夹带上清中的小颗粒)。分辨率很高,能分离沉降系数或密度非常接近的组分。
主要目的快速富集、浓缩特定细胞器。高纯度分离、分析亚细胞组分或生物大分子。
典型应用①从组织匀浆中快速分离细胞核、线粒体等。 ②收集细菌或细胞沉淀。 ③血液中分离红细胞。①速度沉降:分离核糖体亚基、多聚核糖体、不同大小的细胞器(如溶酶体与过氧化物酶体)。 ②等密度沉降:分离核酸(DNA/RNA)、纯化病毒、分离质膜与内质网膜。(经典案例:实验证明 DNA 半保留复制)。
(二)差速离心差速离心
1、差速离心定义差速离心定义
什么是差速离心?★★★

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★★★差速离心定义名词解释

2、利用差速离心分离细胞组分差速离心分离细胞组分
破坏细胞质膜后得到的混合匀浆含哪些成分?

通过低渗匀浆、超声破碎或研磨等方式破坏细胞质膜,可得到由细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器,以及细胞组分共同组成的混合匀浆。差速离心匀浆细胞器

用差速离心法分离细胞匀浆中的各种细胞组分,随着离心力(g)大小和离心时间的不同,各种细胞组分沉淀在离心管不同的位置差速离心离心力离心时间

(三)密度梯度离心密度梯度离心
1、定义密度梯度离心定义
什么是密度梯度离心?★★★

密度梯度离心:将要分离的细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加的、高溶解性的惰性物质(蔗糖或氯化铯)形成的密度梯度溶液表面,通过重力或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度溶液中沉降,形成不同的沉降带★★★密度梯度离心定义名词解释蔗糖氯化铯

沉降率与什么有关?用什么表示?★★

沉降率:沉降率与各组分的形状和大小有关,通常以沉降系数(S值)表示。★★沉降率沉降系数S值

2、分类密度梯度离心分类
(1)速度沉降速度沉降
速度沉降适用于分离什么样的组分?★★

适用:适用于分离密度相近但大小不同的组分。★★速度沉降适用

速度沉降如何操作?★★

操作:样品置于蔗糖梯度上层,各组分按大小以不同速率沉降,形成多个沉降带,可分别收集分析★★速度沉降操作蔗糖梯度

(2)等密度沉降等密度沉降
等密度沉降适用于分离什么样的组分?★★

适用:分离不同密度的组分。★★等密度沉降适用

等密度沉降如何操作?★★

操作:细胞组分在连续梯度的高密度介质中,经离心力长时间作用,会沉降或漂浮至与自身密度相等的位置,形成不同的密度区带。★★等密度沉降操作密度区带

哪个经典实验用等密度沉降证明了DNA半保留复制?★★★

案例:利用¹⁵N 标记大肠杆菌 DNA,通过氯化铯等密度沉降法,直接证明了 DNA 的半保留复制★★★等密度沉降案例15N氯化铯半保留复制

速度沉降与等密度沉降的分离依据分别是什么?★★★
对比项目速度沉降(速率区带离心)等密度沉降(等密度区带离心)
分离依据颗粒的沉降速度,由颗粒大小、形状决定(要求颗粒密度相近)颗粒的密度差异(颗粒大小、形状影响小)
速度沉降与等密度沉降在介质、离心要求、结果和样品上有何不同?★★★
对比项目速度沉降(速率区带离心)等密度沉降(等密度区带离心)
介质特点密度均一,低于所有待分离颗粒密度,存在微弱密度梯度密度范围覆盖所有待分离颗粒密度,存在连续且较陡的密度梯度
离心要求短时间、中速离心,颗粒形成区带后立即停止长时间、高速离心,直至颗粒迁移至对应密度的介质位置
分离结果按沉降速度快慢形成区带,管上部为沉降速度慢的颗粒颗粒停留在与自身密度一致的介质区带
适用样品大小不同、密度相近的样品,如核糖体亚基、不同大小的细胞密度不同的样品,如不同密度的细胞/细胞器、核酸纯化

二、细胞成分的细胞化学显示方法(第五版删除内容)细胞化学显示方法第五版删除内容

福尔根反应、PAS反应分别检测什么?★★
反应名称检测物质具体
福尔根反应核酸DNA 的嘌呤水解暴露出醛基,与希夫试剂(品红)反应呈红紫色,可特异显示 DNA 的存在部位
PAS 反应多糖过碘酸氧化多糖暴露出醛基,与希夫试剂(品红)反应呈红紫色,可确定多糖的存在
四氧化锇反应脂肪可证明脂肪滴的存在
苏丹 Ⅲ脂肪常用于脂肪的鉴定
米伦反应及重氮反应蛋白质用来测定蛋白质

三、细胞内蛋白质的定位与定性细胞内蛋白质定位定性

哪些技术可对蛋白质组分做体外分析定性?

免疫印迹(Western blotting)、放射免疫沉淀和蛋白质芯片、质谱分析等技术可对蛋白质组分进行体外分析定性,本部分接下来要学的是蛋白质组分细胞内分析定性Western blotting免疫印迹蛋白质芯片质谱分析体外分析

细胞内蛋白定位显示的具体方法有哪两种?

细胞内蛋白的定位显示可通过抗原-抗体特异结合的方法得以实现,具体方法是免疫荧光与免疫电镜技术抗原-抗体免疫荧光免疫电镜

(一)免疫荧光技术免疫荧光技术
什么是免疫荧光技术?★★★

(1)定义:将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合并用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。★★★免疫荧光技术定义名词解释

(2)步骤:免疫荧光技术步骤
免疫荧光技术的第一步是什么?★★

①荧光抗体的制备:将荧光分子与抗体偶联,形成荧光标记的抗体。★★免疫荧光技术步骤荧光抗体制备

②标本的处理:对细胞或组织进行适当的处理,以保持抗原性。★★免疫荧光技术步骤标本处理抗原性

③免疫染色:将荧光标记的抗体与待检测的抗原结合,形成荧光标记的抗原-抗体复合物★★免疫荧光技术步骤免疫染色

④观察记录:在荧光显微镜下观察并记录荧光信号,从而确定抗原在细胞内的分布情况。★★免疫荧光技术步骤观察记录荧光显微镜

什么是直接免疫荧光技术?★★

(3)直接免疫荧光技术:将荧光分子与抗体偶联后直接用于免疫标记技术★★直接免疫荧光技术定义

什么是间接免疫荧光技术?第一抗体、第二抗体各指什么?★★★

(4)间接免疫荧光技术:先将抗体(称第一抗体)与抗原反应,然后加入与荧光分子相偶联的抗第一抗体的抗体(称第二抗体)★★★间接免疫荧光技术定义第一抗体第二抗体

(二)免疫电镜技术免疫电镜技术
什么是免疫电镜技术?可分为哪三类?★★★

定义:免疫电镜技术是指将抗体进行特异性免疫反应标记后再在电子显微镜下观察免疫反应结果的技术。免疫电镜技术可有效地提高样品的分辨率,在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位。可分为免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术与免疫胶体金技术,其主要区别是与抗体结合的标志物不同★★★免疫电镜技术定义名词解释免疫铁蛋白技术免疫酶标技术免疫胶体金技术

分类:主要区别是与抗体结合的标志物不同免疫电镜技术分类

(1)免疫铁蛋白技术:用得比较少;免疫铁蛋白技术

(2)免疫酶标技术:用得也比较少;免疫酶标技术

免疫胶体金技术的金颗粒可制成哪些直径?

(3)免疫胶体金技术:电镜下金颗粒容易识别,并可以制成 5 nm,10 nm 或 20 nm 等不同直免疫胶体金技术金颗粒数值双重标记

径的金颗粒,用以双重标记或多重标记。免疫胶体金技术金颗粒双重标记

免疫荧光技术与免疫电镜技术在特点、标记方式、样品制备上有何不同?★★★
技术名称技术特点应用范围标记方式样品制备
免疫荧光技术快速、灵敏、特异性强,但分辨率有限研究特异蛋白抗原在细胞内分布荧光分子与抗体偶联荧光抗体的制备、标本的处理、免疫染色和观察记录
免疫电镜技术提高样品的分辨率,在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位按铁蛋白、酶、胶体金颗粒等标记方式,可分为免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术与免疫胶体金技术样品的固定、包埋、超薄切片制备、免疫标记和染色

四、细胞内核酸的定位与定性细胞内核酸定位定性

什么是原位杂交?★★★

(1)原位杂交:用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置★★★原位杂交定义名词解释核酸探针

原位杂交主要应用于哪些研究?★★

(2)应用:运用于显微与亚显微水平上基因定位、特异 mRNA 表达等问题的研究。★★原位杂交应用基因定位mRNA

(3)光镜原位杂交技术光镜原位杂交技术

原位杂交技术最初在光镜水平发展起来,不同阶段的探针标记及检测方式如下:光镜原位杂交技术探针标记

放射性标记法如何显示杂交物的存在部位?

①放射性标记法:与样品中的 DNA 或 RNA 杂交后,用显微放射自显影的方法显示杂交物的存在部位。光镜原位杂交技术放射性标记法显微放射自显影

②荧光素标记法:在荧光显微镜下直接显示细胞中与探针杂交的特异核酸。光镜原位杂交技术荧光素标记法荧光显微镜

③生物素标记法:以生物素等生物小分子代替同位素或荧光素标记探针,使原位杂交技术的应用范围得到了更广泛的拓展光镜原位杂交技术生物素标记法

(4)电镜原位杂交技术电镜原位杂交技术

该技术可将特异序列核苷酸的定位与细胞的超微结构结合:电镜原位杂交技术超微结构

电镜原位杂交与光镜原位杂交的核心差异是什么?

基本原理:与光镜原位杂交类似,核心差异是探针的标记物不同。电镜原位杂交技术基本原理探针标记物

电镜原位杂交靠什么显示杂交结果?

杂交反应的检测方式:通常通过与抗生物素抗体相连的胶体金颗粒,将杂交结果显示出来。电镜原位杂交技术检测方式抗生物素抗体胶体金颗粒

五、细胞成分的分析与细胞分选技术细胞成分分析细胞分选技术

(1)流式细胞术可实现以下应用流式细胞术应用
流式细胞术能定量测定细胞中的哪些成分?★★

①定量测定单一细胞中 DNA、RNA 的含量,或某一特异标记蛋白的含量;★★流式细胞术应用DNARNA特异标记蛋白

②统计细胞群体中“上述成分(DNA/RNA/特异标记蛋白)含量不同”的细胞的数量;★★流式细胞术应用统计

③分离特定细胞/染色体:从数以万计的细胞群体中分离某一特异染色的细胞;分离 DNA 含量不同的中期染色体;★★流式细胞术应用分离细胞中期染色体

④用于细胞的分选。★★流式细胞术应用细胞分选

(2)流式细胞术步骤流式细胞术步骤
流式细胞术第一步样本如何处理?★★★

①样本处理:细胞群体需先分散,之后对待测的某一种成分进行特异的荧光染色;★★★流式细胞术步骤样本处理荧光染色

流式细胞仪的进样速度可达多少?★★★

②细胞进样:让含染色细胞的悬液,使细胞逐个快速通过流式细胞仪,速度可达每秒几万个细胞;★★★流式细胞术步骤细胞进样数值

液滴通过激光束时会发生什么?★★★

③激光充电:当含单个细胞的液滴通过激光束时,带有不同荧光的细胞对应的液滴会被充上正电荷、负电荷,或不被充电;★★★流式细胞术步骤激光充电液滴电荷

④检测与记录:检测器同步测出并记录每个细胞中待测成分的含量;★★★流式细胞术步骤检测与记录

流式细胞术靠什么实现细胞分选?★★★

⑤细胞分选:因不同表面标志的细胞对应的液滴电荷种类不同,当液滴通过高压偏转板时,液滴会发生偏转,从而实现细胞分选★★★流式细胞术步骤细胞分选高压偏转板

考点三:细胞培养与细胞工程细胞培养细胞工程细胞培养的类型、原代培养与传代培养、细胞工程

一、细胞培养细胞培养

(一)动物细胞培养动物细胞培养
1、细胞培养类型细胞培养类型
什么是原代细胞?

(1)原代细胞:指从动物机体取出后立即进行培养的细胞;也有定义将传至 10 代以内的细胞归为原代细胞培养范畴。原代细胞名词解释

什么是传代细胞?

(2)传代细胞:原代细胞经过传代培养后(通常10代左右)得到的细胞,其中能适应体外持续传代培养条件的细胞被称为传代细胞。传代细胞名词解释

原代培养 vs 传代培养:定义、特点、传代次数、细胞状态
培养类型定义特点传代次数细胞状态
原代培养从机体取出后立即进行的细胞培养细胞直接来源于组织,保持原有特性一般传至 10 代左右单层贴壁生长以及接触抑制。后期细胞生长出现停滞,大部分细胞衰老死亡
传代培养对原代培养的细胞进行连续培养细胞适应体外培养条件,可连续传代一般可顺利传 40-50 代次细胞保持原来染色体的二倍体数量及接触抑制行为
2、原代培养原代培养

(1)定义原代培养

什么是原代细胞与原代培养?

从动物机体取出后立即进行培养的细胞叫做原代细胞,这种细胞培养方法称为原代培养。原代培养名词解释

(2)原代细胞培养步骤原代培养

原代细胞培养分哪三步?

①取材剪碎:取出健康动物的组织,将其剪碎;原代培养实验步骤

②分散细胞:用浓度与活性适中的胰酶或胶原酶,配合 EDTA(螯合剂)处理细胞间的连接,使细胞分散;原代培养实验步骤

③细胞培养:提供良好的营养液与无菌环境(条件需接近体温、体内 pH),进行静置或缓慢转动培养;原代培养实验步骤

(3)一些考点知识考点知识

培养液中为什么要加小牛(胎牛)血清?

小牛血清作用:不论用何种培养液一般都要加一定量的小牛(或胎牛)血清提供生长因子,这样细胞才能很好地贴壁生长与分裂。小牛血清生长因子

什么是细胞贴壁?

细胞贴壁:分散的细胞悬液在培养瓶中很快(在几十分钟至数小时内)就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞贴壁名词解释

什么是单层细胞与单层细胞培养?

单层细胞培养:分散呈圆球形的细胞一经贴壁就迅速铺展并开始有丝分裂,逐渐形成致密的细胞单层,称为单层细胞,这种培养方法称为单层细胞培养。单层细胞培养名词解释

什么是接触抑制?

接触抑制:当细胞生长到彼此相互接触时,其运动和分裂活动将会停止,即接触抑制接触抑制名词解释

体外培养动物细胞的生长特点是什么?

单层贴壁生长以及接触抑制是体外培养动物细胞生长特点接触抑制生长特点

3、传代培养:传代培养

(1)传代培养定义传代培养

传代培养的定义是什么?

原代培养的细胞在体外培养至一定代次(通常10代左右)后,将其转移至新的适宜培养条件下继续进行体外培养的过程。传代培养名词解释

(2)细胞系细胞系

原代培养的细胞传至 10 代左右会发生什么?

原代培养的细胞传至 10 代左右时,通常难以继续传代:细胞生长出现停滞,大部分细胞会衰老死亡。细胞系传代培养

什么是细胞系?

极少数细胞可传至 40~50 代,这些细胞仍保持原有染色体的二倍体数量及接触抑制行为,这类细胞被称为细胞系。细胞系名词解释

(3)有限细胞系与永生细胞系有限细胞系永生细胞系

什么是有限细胞系?

有限细胞系:除胚胎干细胞等特殊细胞外,细胞传至 50 代以后会再次遭遇“危机”,难以继续传代,这类传代次数有限的体外培养细胞称为有限细胞系。有限细胞系名词解释

永生细胞系:永生细胞系

什么是永生细胞系(连续细胞系)?

定义:传代过程中,部分细胞可能发生遗传突变,获得癌细胞的特性,能够在体外培养条件下无限制传代,这类细胞被称为永生细胞系或连续细胞系。永生细胞系名词解释

永生细胞系的核心特点是什么?

核心特点:染色体数量明显改变,多呈亚二倍体或非整倍体;失去接触抑制特性,易于传代培养。永生细胞系特点

永生细胞系最常见的实例是什么?

常见实例:HeLa 细胞系永生细胞系HeLa

(4)细胞株细胞株

什么是细胞克隆?

细胞克隆:借助单细胞克隆培养或药物筛选的方法,从某一细胞系中分离出单个细胞,再通过增殖形成遗传性状基本一致的细胞群体。细胞克隆名词解释

什么是细胞株?它与细胞系的区别是什么?

细胞株:若通过细胞克隆得到的细胞群体经过生物学鉴定,具备特殊的遗传标记或特定生物学性质,即可将其称为细胞株。细胞株名词解释

(5)体外培养动物细胞的形态类型形态类型

体外培养的动物细胞可分为哪三种基本形态类型?

体外培养的动物细胞(包括原代细胞和传代细胞)通常无法维持体内原有的细胞形态,大体可分为三种基本类型形态类型

成纤维样细胞;形态类型

上皮样细胞;形态类型

少量可移动的游走细胞;形态类型

(6)悬浮培养悬浮培养

除了单层细胞培养,还有一种叫悬浮培养悬浮培养

悬浮培养的特点与最大优势是什么?

部分传代细胞可采用悬浮培养的方式培养,该方法的培养条件相对复杂,但其最大优势是能在有限体积的培养液中获取大量细胞。悬浮培养优势

悬浮方法培养例子:淋巴细胞悬浮培养淋巴细胞

(二)植物细胞培养植物细胞培养
植物细胞培养三类:单倍体细胞培养、原生质体培养、植物组织培养的材料、步骤与结果
培养类型主要材料关键步骤/特点应用/结果
单倍体细胞培养花药用花药在人工培养基上进行培养;可以从小孢子直接发育成胚状体长成单倍体植株
原生质体培养植物的体细胞(二倍体细胞)先经纤维素酶处理去掉细胞壁,形成原生质体;在无菌培养基中生长与分裂;也可用不同植物的原生质体进行融合与体细胞杂交经过诱导分化长成植株;获得体细胞杂交植株;是植物基因工程的基础
植物组织培养(无性繁殖)小块植物体(外殖体)在体外无菌条件下培养,形成愈伤组织;在一定条件下诱导分化最终长成植株

二、细胞工程细胞工程

(一)细胞工程细胞工程
细胞工程包含哪些主要技术?

细胞工程是生物工程的重要领域之一。细胞工程所涉及的主要技术包括细胞培养、细胞分化的定向诱导、细胞融合和显微注射等。细胞工程名词解释

(二)细胞融合细胞融合
细胞融合的定义与三种方法(动物细胞融合、植物细胞融合、电融合技术)
类别内容
定义细胞融合是指两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象。
方法动物细胞融合常用促融剂为灭活的病毒(如仙台病毒)或化学物质(如聚乙二醇、PEG)
植物细胞融合需先用纤维素酶去掉细胞壁,再进行原生质体融合。
电融合技术将悬浮细胞在低压交流电场中聚集成串珠状细胞群/相对融合的单层培养细胞,再施加高压电脉冲处理使其融合。
(三)单克隆抗体技术单克隆抗体
单克隆抗体技术:定义、特点、六步骤、细节解释(HAT 筛选)与四大应用
类别内容
定义单克隆抗体技术是将产生抗体的淋巴细胞与肿瘤细胞进行融合,形成能无限增殖并分泌特定抗体的杂交瘤细胞的技术方法。
特点最主要的优点是可以用混合性的异质抗原制备出针对某单一性抗原分子上特异决定簇的同质性单克隆抗体。
基本步骤1. 刺激免疫使用特定抗原刺激动物产生免疫反应。
2. 细胞获取从免疫后的小鼠脾脏中,分离得到脾 B 淋巴细胞;同时准备骨髓瘤细胞。
3 细胞融合将脾 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合操作,得到包含不同融合状态细胞的混合体系。
4. 筛选杂交瘤细胞对融合后的细胞混合体系进行筛选,去除未融合的细胞等非目标细胞,得到兼具两种亲本细胞特性的杂交瘤细胞。
5. 克隆化培养将筛选得到的杂交瘤细胞进行克隆化培养,使单个杂交瘤细胞增殖形成单克隆的细胞群体。
6. 抗体的检测和扩大培养筛选出能分泌所需抗体的细胞株,随后对该细胞株进行扩大培养,大量制备单克隆抗体。
细节解释B 淋巴细胞特点是受外界抗原刺激后可产生相应抗体,但体外难以增殖。在单克隆抗体实验中 B 淋巴细胞用的是经绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞
骨髓瘤细胞特点是不分泌抗体,但在体外培养条件下可无限传代。在单克隆抗体实验中骨髓瘤细胞用的是小鼠骨髓瘤细胞
融合细胞特性兼具两种亲本细胞的特点——可分泌抗绵羊红细胞的抗体,同时像肿瘤细胞一样能在体外培养条件下/移植到体内无限增殖。
融合介导通过聚乙二醇或灭活的病毒诱导融合
筛选培养骨髓瘤细胞因缺乏 TK 或 HGPRT,在含氨基蝶呤的培养液中不能成活;只有融合细胞可在 HAT(次黄嘌呤、氨基蝶呤和胸腺嘧啶核苷)培养液中,通过旁路合成核酸得以生存。
获得细胞株通过 HAT 选择培养和细胞克隆,得到能大量分泌单克隆抗体的杂交瘤细胞株。
应用发现新基因与基因克隆技术结合,为分离、鉴定新的蛋白质和基因开辟途径
临床诊断用于检测病原体、肿瘤标志物等,如早孕试纸和新冠病毒检测试剂盒
疾病治疗靶向结合病变靶点,用于癌症、自身免疫病的精准治疗
药物开发用于靶点筛选、药效评价,辅助新药的研发与验证
(四)显微操作技术与动物的克隆显微操作技术动物克隆
细胞拆合技术(定义、物理法/化学法)、显微操作技术(定义、应用)及二者结合的意义
显微操作技术与动物的克隆
类别内容
细胞拆合技术定义把细胞核与细胞质分离开,将不同来源的胞质体和核质体相互组合,形成核质杂交细胞。
方法物理法用机械方法或短波光去掉或使细胞核失活,再用微吸管吸取其他细胞的核,注入去核的细胞质,组成新的杂交细胞;
化学法用细胞松弛素 B 处理细胞,使细胞出现排核现象,结合离心技术,将细胞拆分为核质体和胞质体两部分。
显微操作技术定义是指在显微镜下,用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射的技术。
应用现在显微操作装置的设计愈来愈精密,不仅用于核移植,而且亦可对细胞核进行解剖和向核内注入基因
二者结合细胞拆合、显微注射与现代分子生物学技术相结合使这些经典的胚胎学技术展现出极大的潜力,它不仅成为核质关系、细胞内某种 mRNA 或蛋白质功能等基础研究的重要手段,而且在转基因动物、高等动物的克隆方面的理论与实践研究中取得了重大的突破。

考点四:细胞及生物大分子的动态变化动态变化研究方法研究细胞及生物大分子动态变化的四大技术:FRAP、酵母双杂交、FRET、放射自显影

研究生物大分子动态变化的四个技术是什么?求臻笔记如何将其分为两大类?

教科书上给了四个研究生物大分子的动态变化的技术方法分别是荧光漂白恢复技术、酵母双杂交技术、荧光共振能量转移技术、放射自显影技术。这四个技术方法教材上是直接平行的罗列,但为了更好地理解并应用好这些技术方法,求臻高分笔记把这四个方法按照研究蛋白质相互作用的技术、以及研究生物大分子运动分成两大类。前者包括酵母双杂交技术、荧光共振能量转移技术,后者包括荧光漂白恢复技术、放射自显影技术动态变化分类框架

一、研究蛋白质相互作用的技术蛋白质相互作用

(一)酵母双杂交技术酵母双杂交
1、定义酵母双杂交定义
酵母双杂交系统的定义是什么?

酵母双杂交系统是一种利用单细胞真核生物酵母在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用的系统。酵母双杂交名词解释

2、原理酵母双杂交原理

(1)技术基础:真核生物转录激活机制转录激活机制

细胞基因转录起始需要转录激活因子的参与转录激活因子

转录激活因子由哪两个独立结构域构成?

转录激活因子一般由两个或两个以上相互独立的结构域构成,即 DNA 结合域 DB 和转录激活域 AD。转录激活因子DBAD

DB 与 AD 分离时报告基因能否表达?

只有 DB 与 AD 这两个独立结构域合并到一起形成复合物,转录激活因子才能发挥作用,报告基因才会表达DBAD报告基因

(2)基于真核生物转录激活机制研究蛋白质相互作用酵母双杂交原理

用酵母双杂交验证蛋白 A 与蛋白 B 是否相互作用,需要做哪些操作?

酵母双杂交系统正是利用上述转录激活机制原理来研究蛋白质-蛋白质的相互作用。故若要验证“蛋白 A 是否与蛋白 B 在细胞内相互作用”,或“寻找与蛋白 A 可能发生作用的蛋白”,需进行以下操作:酵母双杂交实验设计

什么是“诱饵”(bait)和“猎物”(prey)?

①制备两种融合蛋白:将 DB 与蛋白 A 偶联,得到的融合蛋白称为“诱饵”(bait);将 AD 与蛋白 B(或可能与蛋白 A 作用的蛋白)偶联,得到的融合蛋白称为“猎物”(prey)。诱饵猎物baitprey

②结果判断:若蛋白 A 与蛋白 B(或其他猎物蛋白)在细胞内相互结合,则会形成兼具 DB酵母双杂交结果判断

和 AD 结构域的、类似转录激活因子的复合物,进而启动报告基因的表达;反之,报告基因不表达;酵母双杂交

3、特点酵母双杂交
酵母双杂交的优点是什么?★★

优点:高灵敏度、可在活细胞内研究蛋白质相互作用★★酵母双杂交必背优缺点

酵母双杂交的缺点是什么?为什么会出现假阳性?★★

缺点:由于“猎物”蛋白可能与“诱饵”蛋白存在非特异性结合,该实验系统有可能存在假阳性的问题★★酵母双杂交必背优缺点假阳性

4、应用酵母双杂交
酵母双杂交主要应用于哪些领域?★★

研究蛋白质相互作用(哺乳动物、高等植物均可),广泛应用于细胞信号转导网络中各种蛋白质的相互关系研究等领域。★★酵母双杂交必背应用

(二)荧光共振能量转移技术 FRETFRET
1、定义FRET
名词解释:荧光共振能量转移(FRET)技术★★

荧光共振能量转移 FRET 技术,是用来检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用的重要手段。★★FRET必背名词解释

2、原理:FRET
FRET 原理之一:供体与受体对同一激发光的响应有何差异?

①供体与受体的激发响应差异:在一定波长的激发光照射下,只有携带发光基团A的供体分子可被激发出荧光A,而同一激发光不能激发携带发光基团B的受体分子发出荧光B。FRET原理

FRET 发生需要满足哪两个条件?现象是什么?★★

②FRET 的发生条件及现象:然而,当供体所发出的荧光光谱 A 与受体上的发光基团的吸收光谱 B 相互重叠,并且两个发光基团之间的距离小到一定程度时,就会发生不同程度的能量转移现象,即以供体的激发波长 A 激发时,可观察到受体发射的荧光 B,这种现象称为 FRET。★★FRET原理大题

体内两个蛋白距离小于多少才判断为直接相互作用?★★

③检测蛋白质相互作用:在体内,如果两个蛋白质分子(前提是先打上荧光标记)的距离在10 nm之内,就可能发生FRET现象,由此认为这两个蛋白质存在着直接的相互作用。★★FRET原理数据

3、具体案例:FRET
CFP-YFP 实验第一步做什么?

①选择青色荧光蛋白(CFP)和黄色荧光蛋白(YFP)的基因,分别与蛋白A与蛋白B的基因融合表达。FRETCFPYFP实验设计

蛋白 A 与蛋白 B 距离大于 10 nm 时观察到什么荧光?

②若蛋白 A 与蛋白 B 之间的距离大于 10 nm:在一定波长的激发光照射下,只有蛋白 A 中的 CFP 被激发,放出蓝色荧光。FRETCFPYFP实验设计

蛋白 A 与蛋白 B 距离在 5~10 nm 时会发生什么?如何判断互作?★★

③若蛋白 A 与蛋白 B 之间的距离在 5~10 nm 范围内:蛋白 A 中 CFP 发出的荧光会被蛋白 B 中的 YFP 吸收,进而激发 YFP 发出黄色荧光;此时可通过测量 CFP 的荧光强度损失量,判断这两个蛋白是否存在相互作用。★★FRETCFPYFP实验设计大题

FRET 技术的应用是什么?★★

4、应用:FRET 技术用于检测体内两种蛋白质之间是否存在直接的相互作用。★★FRET应用必背

(三)补充:免疫共沉淀(Co-IP)技术Co-IP

这个技术在教材中没有展开,但是它也是一种验证蛋白质互作的技术,既然教材中没有提及,那么其具体原理你也不需要掌握,只需要知道它是一种蛋白质互作技术并且知道何种情况用它即可Co-IP非重点

三种蛋白互作技术如何选择?★★

一般来说:★★Co-IP酵母双杂交FRET技术选择

筛选未知互作→优先选酵母双杂交;技术选择

验证天然已知互作→优先选免疫共沉淀;技术选择

看活细胞动态互作→必选 FRET技术选择

间接互作能检测→Co-IP、Y2H;技术选择

仅能检测直接互作→FRET技术选择

离体、酵母内、高等生物活细胞三种场景分别选哪种互作检测技术?★★

离体检测→Co-IP;酵母内活体检测→Y2H;高等生物活细胞实时检测→FRET★★Co-IP酵母双杂交FRET技术选择必背

Co-IP、Y2H、FRET 在应用定位、检测类型、体系条件、优势、局限、定量能力上如何比较?★★
对比维度免疫共沉淀(Co-IP)酵母双杂交技术(Y2H)荧光共振能量转移技术(FRET)
核心应用定位验证已知蛋白间的天然互作;鉴定某一已知蛋白的互作蛋白筛选未知蛋白间的互作;大规模筛选互作蛋白库;验证已知蛋白是否互作实时检测活细胞内蛋白互作的动态变化;验证蛋白是否直接结合;定位互作发生的亚细胞位点
互作检测类型天然生理性互作(直接/间接均可)酵母细胞内蛋白互作仅检测蛋白间直接、近距离(1-10nm)互作
检测体系/条件体外或活体裂解后检测;酵母活体内,需构建 AD/BD 融合蛋白活细胞内实时检测;也可体外检测
应用验证细胞内生理性存在的蛋白互作、鉴定蛋白复合物组成筛选未知互作蛋白;大规模绘互作网络;初步验已知互作追踪互作动态变化;定位亚细胞互作位点;监测蛋白构象
优势1. 接近生理状态,结果可信度高; 2. 可捕获天然蛋白复合物; 3. 操作相对成熟1. 高效筛选未知互作蛋白,性价比高; 2. 无需提前知道互作蛋白; 3. 适合大规模筛选1. 活细胞实时动态检测,无损伤; 2. 精准判断直接互作; 3. 可定位互作位点,兼顾定性 + 半定量
局限1. 仅能验证已知蛋白,无法筛选未知; 2. 抗体特异性直接影响结果; 3. 无法区分直接/间接互作1. 假阳性高; 2. 仅适用于能进入酵母细胞核的蛋白; 3. 无法反映高等生物体内真实互作; 4. 无法检测瞬时互作1. 对荧光标记和成像设备要求高; 2. 荧光蛋白可能影响蛋白功能; 3. 仅检测近距离直接互作,漏检间接互作; 4. 半定量为主,定量精度有限
是否能定量可半定量仅定性可半定量

二、研究生物大分子运动的技术生物大分子运动

(一)荧光漂白恢复技术荧光漂白恢复
1、定义荧光漂白恢复
名词解释:荧光漂白恢复技术(FPR/FRAP)★★

荧光漂白恢复技术是指使用亲脂性或亲水性的荧光分子与蛋白或脂质偶联,用于检测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部的运动及其迁移速率的技术。★★荧光漂白恢复必背名词解释

2、原理荧光漂白恢复
什么是光漂白?光漂白区如何形成?★★

①光漂白:利用高能激光束照射细胞的某一特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆的淬灭,这一区域被称为光漂白区。★★荧光漂白恢复原理必背

什么是荧光恢复?为什么光漂白区荧光会恢复?★★

②荧光恢复:由于细胞中脂质分子或蛋白质分子的运动,周围非漂白区的荧光分子会不断向光漂白区迁移,最终使光漂白区的荧光强度逐渐恢复到原有水平,这一过程称为荧光恢复。★★荧光漂白恢复原理必背

3、应用荧光漂白恢复
FPR 技术能给出哪些定性与定量信息?★★

荧光恢复的速度,在很大程度上能反映标记的脂质或蛋白质在细胞中的运动速率;FPR 技术不仅能给出活细胞内脂质或蛋白质运动的定性结果,还可以获得定量信息(如膜脂分子的扩散系数、蛋白质的迁移率等)。★★荧光漂白恢复应用必背

(二)放射自显影技术放射自显影
1、定义放射自显影
名词解释:放射自显影技术(原理、乳胶成分、研究层次)★★

放射自显影技术,是利用放射性同位素的电离射线对乳胶(含 AgBr 或 AgCl)的感光作用,对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。★★放射自显影必背名词解释

2、步骤放射自显影
放射自显影第一步:标记方式分哪两种?

① 同位素标记:用合适的放射性前体分子标记机体或细胞,根据实验需求,按标记持续时间分为持续标记和脉冲标记。放射自显影步骤

② 样品制片:将标记后的组织与细胞,按照常规方法制作成实验样品片。放射自显影步骤

③ 敷乳胶膜:在暗室环境中,向样品表面均匀敷上一层厚度为 3~10 μm 的乳胶膜。放射自显影步骤

④ 暗盒曝光:将处理后的样品置于暗盒中进行曝光(也称自显影),时长为数天。放射自显影步骤

⑤ 显影定影:对曝光后的样品进行显影、定影处理。放射自显影步骤

放射自显影最后如何读片?银颗粒代表什么?

⑥ 显微镜观察:在显微镜下观察样品,细胞中银颗粒所在的部位,即为放射性同位素的标记部位。放射自显影步骤

3、应用放射自显影
放射自显影技术的应用是什么?★★

对细胞或生物体内生物大分子进行动态研究和追踪★★放射自显影应用必背

4、常用的同位素放射自显影同位素
研究 DNA 合成、RNA 合成、含硫蛋白代谢、蛋白质合成分别用什么同位素标记物?★★
研究对象对应的同位素标记物
DNA 合成氚(³H)标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(³H-TdR)
RNA 合成氚(³H)标记的尿嘧啶核苷(³H-U)
含硫蛋白分子代谢³⁵S 标记的蛋氨酸和半胱氨酸
蛋白质合成³H 或 ¹⁴C 标记的蛋氨酸、亮氨酸等

考点五:模式生物★★模式生物模式生物:概念、特点与七大代表生物

一、模式生物的概念及特点模式生物

名词解释:模式生物★★

模式生物是指在生物学研究中被广泛使用的、具有代表性的生物种类★★模式生物必背名词解释

模式生物研究结果为什么能推广到其他生物?★★

模式生物基因具有进化上的保守性、遗传密码具有通用性,从该类生物中获得的实验结果通常可适用于其他生物或对其他生物具有借鉴性。★★模式生物特点必背

模式生物在个体与培养方面有什么共同特点?★★

模式生物通常个体较小,容易培养,操作简单,生长繁殖快★★模式生物特点必背

二、模式生物代表模式生物

大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥各自作为模式生物的特点是什么?★★
常见模式生物特点
大肠杆菌1997 年测定完其基因组,培养方便,生长快,突变株的诱变、分离和鉴定容易,基因简单,相关转基因技术成熟,基因定位容易
酵母生长迅速,易于遗传,是基因表达、蛋白互作、细胞分化等研究的重要材料,包括芽殖酵母和裂殖酵母
线虫基因组测定完成,繁殖快,胚胎发育过程中细胞分裂、分化、死亡具有高度的程序性,适用于遗传研究
果蝇基因组序列测定完成,表型特征丰富,许多基因在进化上很保守
斑马鱼基因数目与人类的相近,易饲养,鱼卵和胚胎透明易于观察
小鼠进化方面最接近人类,研究人类疾病小鼠模型,转基因小鼠、基因打靶、条件基因打靶及 RNA 干扰等技术在小鼠中应用广泛
拟南芥个体小,生长周期快,种子多,生命力强,自花授粉易获得突变体

章节题库 · A组+B组 共 120 题(C组、D组按你的要求未收录)

官方答案与解析存在。《细胞生物学660题》纸质页(page_0019「本章答案与解析」)原话为:「第二章开始答案与解析以电子版形式呈现给大家,请加入求臻淘宝客服给你发的售后群,进入后查看群公告,即可看到在线的答案与解析电子版,如需纸质版,可自行导出打印。另外求臻有此习题册刷题视频课」;对应电子版即《细胞生物学通关660解析》专题二(p0004-p0022),其中 A 组题考点一~考点四的全部答案与解析均完整可用,本专题所有题目均标注 answer_source=官方解析。

AA 组题(一轮复习,注意按照发给你的学习计划刷题)

考点一:细胞形态结构的观察方法混合

1选择题
下列各类观察手段的分辨率匹配正确的是()
A. 肉眼——0.2 μmB. 光学显微镜——0.2 nmC. 电子显微镜——0.2 nmD. 扫描隧道显微镜——0.2 μm
C
官方解析
肉眼的分辨率为 0.2 mm,光学显微镜为 0.2 μm,电子显微镜为 0.2 nm,扫描隧道显微镜比电子显微镜更小、也是纳米级尺度,故只有 C 匹配正确。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 1 题。
2选择题
普通光学复式显微镜观察样品时,对样品的状态和处理要求是()
A. 活细胞,无需染色B. 死细胞,经固定、包埋、切片、染色处理C. 活细胞,仅需简单固定D. 死细胞,直接染色即可观察
B
官方解析
普通光学复式显微镜依靠染色产生明暗反差成像,染色需先固定,固定后细胞失去活性;完整制样流程还包括包埋、切片和染色,无法直接观察活细胞。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 2 题。
3选择题
相差显微镜是在普通光学显微镜基础上做了改造,其特有的核心组成部件是()
A. 偏振光光源和棱镜B. 环状光阑和相差板C. 激发滤光片和阻断滤光片D. 激光光源和共焦成像系统
B
官方解析
偏振光光源和棱镜是微分干涉显微镜的特有组成,激发/阻断滤光片属荧光显微镜,激光光源和共焦成像系统属激光扫描共焦显微镜;相差显微镜正是通过添加环状光阑和相差板把光程差转换为振幅差。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 3 题。
4选择题
荧光显微镜的滤光片系统是实现特异荧光观察的关键,该系统的核心组成是()
A. 激发滤光片+阻断滤光片B. 偏振滤光片+激发滤光片C. 阻断滤光片+偏振滤光片D. 折射滤光片+反射滤光片
A
官方解析
激发滤光片筛选特定波长的短波激发光照射样品使荧光分子发光,阻断滤光片只允许荧光通过、阻挡残余激发光,二者配合是实现特异荧光观察的关键。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 4 题。
5选择题
激光扫描共焦显微镜相较于普通荧光显微镜,最突出的优越性是()
A. 可直接观察未标记的活细胞B. 能通过光学切片重构样品三维结构C. 仅需简单制样,无需荧光标记D. 分辨率达到纳米级,突破光的衍射极限
B
官方解析
该镜仍需荧光标记、也未突破光的衍射极限(纳米级分辨率属超高分辨率显微术);它通过调节焦平面获得光学切片,再经计算机叠加重构三维结构,这是相较普通荧光显微镜最突出的优势。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 5 题。
6选择题
冷冻蚀刻技术是电镜制样的重要技术,该技术最主要的应用方向是()
A. 观察细胞整体的表面形态特征B. 观察膜断裂面的蛋白质颗粒及细胞骨架结合蛋白C. 解析生物大分子的原子尺度三维结构D. 对细胞内核酸、蛋白质进行定性定位研究
B
官方解析
观察细胞表面形态是扫描电镜的主要应用,原子尺度结构解析属低温电镜单颗粒分析,超微结构水平定性定位属超薄切片结合其他技术;冷冻蚀刻通过冰冻断裂和蚀刻复形,可清晰观察膜断裂面的蛋白质颗粒及细胞骨架结合蛋白。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 6 题。
7填空题
无需染色可直接观察非染色活细胞,能将光程差转换为振幅差看到细胞核、线粒体运动的显微镜为 ___。
相差显微镜
官方解析
相差显微镜以样品密度差为基础,通过环状光阑与相差板把光程差(相位差)转换为振幅差,故不需染色即可观察活细胞的显微结构细节。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 7 题。
8填空题
依靠荧光标记实现细胞内蛋白、核酸等特异组分定性定位,以紫外光为光源且分辨率高于普通光镜的微镜为___
荧光显微镜
官方解析
荧光显微镜采用特定滤光片系统与专用物镜,用短波(紫外)激发光激发荧光分子,可对细胞内特异蛋白质、核酸等组分进行定性定位研究。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 8 题。
9填空题
可通过光学切片排除焦平面外杂散光,经计算机处理重构样品三维结构的荧光类显微镜为___
激光扫描共焦显微镜
官方解析
只有聚光镜聚焦点产生的激发荧光才能清晰成像,来自焦平面以外的散射光被小孔或狭缝挡住,由此获得光学切片并重构三维结构。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 9 题。
10填空题
主要用于观察样品表面立体形貌,需对样品进行 CO₂ 临界点干燥和喷金导电处理的电镜为 ___
扫描电镜(SEM)
官方解析
扫描电镜以电子探针在样品表面扫描、激发二次电子成像,制样需 CO₂ 临界点干燥防止表面变形并喷镀金膜导电。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 10 题。原页 OCR 将题号「10.」误识为「30.」,且「CO₂」误识为「CO:」,按页面实际顺序订正〔OCR订正〕
11填空题
基于量子力学隧道效应,可在生理环境下直接观察 DNA、蛋白质等生物大分子的显微镜为 ___
扫描隧道显微镜(STM)
官方解析
扫描隧道显微镜利用量子力学隧道效应探测物质表面形貌,分辨率达纳米级,可在接近生理的条件下直接观察 DNA、蛋白质等生物大分子。依据:官方解析 专题二 A 组 考点一 第 11 题。

考点二:细胞及其组分的分析方法混合

1选择题
差速离心是利用()将细胞组分分开
A. 不同的离心速度产生的离心力B. 密度梯度溶液C. 抗原 - 抗体特异结合D. 分子杂交
A
官方解析
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。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 1 题。
2选择题
密度梯度离心常用的介质不包括()
A. 蔗糖B. 氯化铯C. 环氧树脂D. 以上都不是
C
官方解析
密度梯度离心常用介质有蔗糖和氯化铯等;环氧树脂是超薄切片技术中的包埋剂,不是离心介质。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 2 题。
3选择题
速度沉降主要用于分离()
A. 不同密度的细胞组分B. 密度相近而大小不一的细胞组分C. 细胞核、线粒体等细胞器D. 掺入重同位素的生物大分子和未标记物
B
官方解析
速度沉降主要用于分离密度相近而大小不一的细胞组分;分离不同密度的细胞组分用等密度沉降。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 3 题。
4选择题
免疫荧光技术中,直接免疫荧光技术是将()
A. 荧光分子与抗体偶联后直接用于免疫标记B. 先将抗体与抗原反应,再加入与荧光分子相偶联的抗第一抗体的抗体C. 荧光分子与抗原偶联D. 抗体与荧光分子直接混合
A
官方解析
直接免疫荧光技术是把荧光分子与抗体偶联后直接用于免疫标记;B 描述的是间接免疫荧光技术(再加入与荧光分子偶联的抗第一抗体的抗体)。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 4 题。
5选择题
免疫电镜技术可分为()
A. 免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术与免疫胶体金技术B. 直接免疫荧光技术和间接免疫荧光技术C. 速度沉降和等密度沉降D. 超薄切片技术和负染色技术
A
官方解析
免疫电镜技术可分为免疫铁蛋白技术、免疫酶标技术与免疫胶体金技术,其主要区别是与抗体结合的标志物不同。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 5 题。
6选择题
原位杂交可用于确定()在染色体上或细胞中的位置
A. 特异蛋白抗原B. 特异核酸C. 多糖D. 脂肪
B
官方解析
原位杂交是用标记的核酸探针通过分子杂交,确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 6 题。
7选择题
流式细胞术可用于()
A. 定量测定细胞中的 DNA、RNA 或特异标记蛋白的含量B. 分离细胞群体中不同的细胞C. 分离 DNA 含量不同的中期染色体D. 以上都是
D
官方解析
流式细胞术可定量测定单个细胞中 DNA、RNA 或某一特异标记蛋白的含量,统计群体中含量不同的细胞数量,还可把特异染色的细胞及 DNA 含量不同的中期染色体分离出来并用于细胞分选,故三项皆是。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 7 题。
8填空题
利用超离心技术分离细胞组分的方法主要包括___和___两大类。
差速离心;密度梯度离心
官方解析
通过离心进行细胞组分分离的两大方法即差速离心与密度梯度离心。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 8 题。
9填空题
免疫荧光技术根据标记方式的不同,可分为___和___
直接免疫荧光技术;间接免疫荧光技术
官方解析
直接法是荧光分子直接与抗体偶联,间接法是先用第一抗体结合抗原、再用荧光标记的第二抗体识别第一抗体。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 9 题。
10填空题
免疫电镜技术中,电镜下金颗粒易识别且可进行多重标记的是___技术。
免疫胶体金
官方解析
免疫胶体金技术以胶体金颗粒作标志物,电子密度高、在电镜下易识别,且可用不同粒径金颗粒实现多重标记。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 10 题。
11填空题
原位杂交技术的核心是用标记的___通过分子杂交确定特异核苷酸序列的位置。
核酸探针
官方解析
原位杂交的核心是标记的核酸探针与细胞或染色体上的特异核苷酸序列杂交,从而实现原位定位。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 11 题。
12填空题
密度梯度离心可分为根据颗粒大小分离的速度沉降和根据颗粒差异分离的___
等密度沉降
官方解析
密度梯度离心分速度沉降(分离密度相近、大小不同的组分)与等密度沉降(分离密度不同的组分)两类。依据:官方解析 专题二 A 组 考点二 第 12 题。

考点三:细胞培养与细胞工程混合

1选择题
下列关于动物细胞原代细胞培养范畴的描述,符合定义的是()
A. 从动物机体取出后传至 20 代的细胞培养B. 从动物机体取出后立即进行的细胞培养C. 传至 50 代后能无限传代的细胞培养D. 从细胞系中分离克隆得到的细胞培养
B
官方解析
原代细胞培养指从动物机体取出后立即进行的培养(也有定义把传至 10 代以内归入此范畴),20 代已超出范围;传至 50 代后无限传代的是永生细胞系;从细胞系中分离克隆得到的是细胞株相关培养。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 1 题。
2选择题
动物细胞原代培养的培养液中通常添加小牛血清,其核心作用是()
A. 单纯提供细胞代谢所需的营养物质B. 调节培养液的 pH 值使其接近体内环境C. 提供生长因子,支持细胞贴壁生长与分裂D. 对培养液进行无菌处理,防止杂菌污染
C
官方解析
小牛血清的核心作用是为体外培养的动物细胞提供生长因子,保证细胞正常贴壁生长和分裂;营养由培养液基础成分提供,pH 由缓冲物质调节,无菌靠灭菌操作实现。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 2 题。
3选择题
下列属于体外培养动物细胞核心生长特点的是()
A. 悬浮生长为主,无分裂限制B. 多层堆积生长,无接触抑制C. 单层贴壁生长,具有接触抑制D. 维持体内原有形态,不发生铺展
C
官方解析
体外培养的动物细胞以单层贴壁生长为主要特点,细胞相互接触时运动和分裂停止即接触抑制;悬浮生长仅见于淋巴细胞等少数细胞,且体外培养细胞不能维持体内原有形态,贴壁后会迅速铺展。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 3 题。
4选择题
动物细胞传代培养中,能保持原有染色体二倍体数量及接触抑制行为的细胞系,通常可顺利传代的次数为()
A. 10 代以内B. 40~50 代次C. 50 代以后D. 无限制传代
B
官方解析
原代培养细胞一般传至 10 代左右生长停滞;渡过危机后可顺利传 40~50 代次,此阶段仍保持原有染色体二倍体数量与接触抑制行为,称为细胞系;50 代以后再次遭遇危机,极少数突变者可无限传代成为永生细胞系。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 4 题。
5选择题
永生细胞系与有限细胞系相比,最核心的特征是()
A. 保持染色体二倍体数量B. 具有明显的接触抑制特性C. 可在体外无限制传代培养D. 直接来源于动物机体组织
C
官方解析
永生细胞系因发生遗传突变获得癌细胞特性,核心特征是可在体外无限制传代培养;其染色体数量改变,已失去二倍体特征和接触抑制;直接来源于机体组织的是原代细胞。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 5 题。
6填空题
动物细胞培养主要分为___和___两种基本类型。
原代细胞培养;传代细胞培养
官方解析
原代培养指从机体取出后立即进行的培养,传代培养指原代细胞分散后继续扩大培养。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 6 题。
7填空题
原代培养的动物细胞一般传至___代左右时,生长会出现停滞。
10
官方解析
原代培养的细胞一般传至 10 代左右就不易传下去,大部分细胞衰老死亡,极少数可渡过「危机」继续传代。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 7 题。
8填空题
分散的动物细胞悬液在培养瓶中贴附在瓶壁上的现象称为___。
细胞贴壁
官方解析
分散的细胞悬液在数十分钟至数小时内贴附于瓶壁称为细胞贴壁,随后迅速铺展并分裂形成单层细胞。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 8 题。
9填空题
传代次数有限的体外培养动物细胞被称为___。
有限细胞系
官方解析
能顺利传 40~50 代次、仍保持二倍体数量与接触抑制、但传代次数有限的细胞群体称为有限细胞系,与可无限传代的永生细胞系相对。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 9 题。
10填空题
从细胞系中分离单个细胞增殖形成遗传性状一致的细胞群体的过程称为___
细胞克隆
官方解析
由单个细胞增殖形成遗传性状一致的细胞群体的过程即细胞克隆(单细胞克隆培养)。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 10 题。
11填空题
借助单细胞克隆培养从细胞系中获得的、具备特殊遗传标记的细胞群体称为 ___。
细胞株
官方解析
通过单细胞克隆培养从细胞系中分离出的、具有特殊遗传标记或性质的细胞群体称为细胞株。依据:官方解析 专题二 A 组 考点三 第 11 题。

考点四:细胞及生物大分子的动态变化混合

1选择题
关于荧光漂白恢复技术(FPR),下列说法正确的是()
A. 仅能检测细胞内蛋白质分子的运动B. 光漂白区的荧光分于淬灭是可逆的C. 荧光恢复速度反映标记分子的运动速率D. 无需荧光分子与目标分子偶联
C
官方解析
FPR 可检测活体细胞表面或内部蛋白或脂质的运动(排除 A);光漂白区荧光分子淬灭是不可逆的(排除 B);须用荧光分子与蛋白或脂质偶联(排除 D);荧光恢复速度很大程度上反映标记分子在细胞中的运动速率。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 1 题。
2选择题
酵母双杂交技术中,“诱饵”指的是()
A. AD 与目标蛋白的融合蛋白B. DB 与目标蛋白的融合蛋白C. 单独的 DNA 结合域(DB)D. 单独的转录激活域(AD)
B
官方解析
DB 与蛋白 A 的融合蛋白称为「诱饵」(bait),AD 与蛋白 B(或可能相互作用的蛋白)的融合蛋白称为「猎物」(prey)。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 2 题。
3选择题
荧光共振能量转移技术(FRET)可检测的蛋白质相互作用条件不包括()
A. 供体荧光光谱与受体吸收光谱重叠B. 两蛋白质距离在 10 nm 以内C. 需用高能激光束漂白荧光分子D. 依赖非放射性能量转移
C
官方解析
FRET 的技术条件包括供体荧光光谱与受体吸收光谱重叠、两分子距离在 10 nm 以内、依赖非放射性能量转移;「用高能激光束漂白荧光分子」是 FPR 的步骤,不是 FRET 的条件。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 3 题。
4选择题
酵母双杂交技术启动报告基因表达的关键是()
A. 单独的 DB 结构域与 DNA 结合B. 单独的 AD 结构域形成转录复合体C. 融合蛋白形成含 DB 和 AD 的复合物D. 供体与受体荧光分子距离足够近
C
官方解析
两种蛋白质相互结合后形成兼具 DB 和 AD 结构域的复合物,才能像转录激活因子一样启动报告基因表达;单独的 DB 或 AD 都无法启动转录,D 是 FRET 的条件。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 4 题。
5选择题
荧光漂白恢复技术(FPR)的应用不包括()
A. 活细胞内脂质运动的定性分析B. 蛋白质分子运动速率的定量研究C. 检测两种蛋白质的直接相互作用D. 分析蛋白质与其他成分的相互作用
C
官方解析
FPR 的应用包括活细胞内脂质或蛋白质运动的定性结果、定量信息,以及分子动态变化与其他成分相互作用的分析;「检测两种蛋白质的直接相互作用」是 FRET 或酵母双杂交的应用。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 5 题。
6选择题
关于放射自显影技术的原理,下列描述正确的是()
A. 利用荧光分子的发光作用B. 依赖放射性同位素的电离射线感光乳胶C. 无需标记生物大分子前体D. 仅能进行生物大分子的定性研究
B
官方解析
放射自显影的原理是利用放射性同位素的电离射线对乳胶(AgCl 或 AgBr)的感光作用;它不依赖荧光分子,需导入同位素标记的生物大分子前体,且可进行定性、定位与半定量研究。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 6 题。
7选择题
酵母双杂交技术的优点不包括()
A. 高灵敏度B. 快速C. 直接D. 可检测体外蛋白质相互作用
D
官方解析
酵母双杂交的优点是高灵敏度、快速、直接;该技术是利用酵母在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用,不能检测体外相互作用。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 7 题。
8选择题
荧光共振能量转移技术(FRET)中,供体与受体分子的距离需满足()
A. 大于 10 nmB. 等于 10 nmC. 小于 10 nmD. 无距离要求
C
官方解析
两个蛋白质分子的距离在 10 nm 之内时才可能发生能量转移现象,即距离需小于 10 nm。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 8 题。
9选择题
荧光漂白恢复技术(FPR)中,光漂白区的形成是由于()
A. 荧光分子自然降解B. 高能激光束淬灭荧光分子C. 非漂白区荧光分子迁移D. 标记分子与其他成分结合
B
官方解析
FPR 用高能激光束照射细胞特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆淬灭,形成光漂白区;非漂白区荧光分子向漂白区迁移是随后的恢复过程。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 9 题。
10选择题
荧光共振能量转移技术(FRET)的核心现象是()
A. 荧光分子的不可逆淬灭B. 放射性同位素的感光作用C. 供体到受体的非放射性能量转移D. 融合蛋白启动报告基因表达
C
官方解析
FRET 的核心是供体发射的荧光与受体吸收光谱重叠且距离足够近时,发生供体到受体的非放射性能量转移;A 是 FPR 的现象,B 是放射自显影的原理,D 是酵母双杂交的机制。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 10 题。
11选择题
放射自显影技术的主要步骤不包括()
A. 同位素标记的生物大分子前体掺入B. 细胞内同位素位置显示C. 高能激光束照射细胞D. 乳胶感光、显影定影
C
官方解析
放射自显影的主要步骤为同位素标记的生物大分子前体掺入、细胞内同位素所在位置的显示,以及乳胶感光、显影定影;「高能激光束照射细胞」是 FPR 的步骤。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 11 题。
12选择题
关于酵母双杂交技术的原理,下列说法错误的是()
A. 转录激活因子含 DB 和 AD 结构域B. “猎物”是AD与目标蛋白的融合蛋白C. 蛋白质相互作用后形成DB-AD复合物D. 仅需 DB 结构域即可启动报告基因表达
D
官方解析
转录激活因子含 DB 与 AD 两个结构域,「猎物」为 AD 与目标蛋白的融合蛋白,蛋白相互作用后形成 DB-AD 复合物启动报告基因表达(A、B、C 正确);单独的 DB 或 AD 无法启动转录,需两者共同存在,故 D 错误。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 12 题。
13填空题
荧光漂白恢复技术(FPR)中,高能激光束照射后发生不可逆淬灭的区域称为()。
光漂白区
官方解析
高能激光束照射使该区域标记的荧光分子不可逆淬灭,形成的暗区即光漂白区,其后周围荧光分子迁移进入使荧光恢复。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 13 题。
14填空题
酵母双杂交系统中,转录激活因子的两个核心结构域分别是 DNA 结合域(DB)和()。
转录激活域(AD)
官方解析
转录激活因子一般由相互独立的 DNA 结合域 DB 和转录激活域 AD 构成,二者合并形成复合物后转录激活因子才能发挥作用。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 14 题。
15填空题
放射自显影技术中,常用³H胸腺嘧啶脱氧核苷(³H-TdR)来显示()分子。
DNA
官方解析
胸腺嘧啶脱氧核苷是 DNA 特有的合成前体,故 ³H-TdR 掺入后经放射自显影即可显示 DNA 分子的合成与定位。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 15 题。
16填空题
荧光共振能量转移技术(FRET)中,供体与受体发光基团的距离需在()nm之内才可能发生能量转移,
10
官方解析
在体内,若两个已打上荧光标记的蛋白质分子距离在 10 nm 之内,就可能发生 FRET 现象,据此认为二者存在直接相互作用。依据:官方解析 专题二 A 组 考点四 第 16 题。

BB 组题(二轮复习,经典题、经典真题合集)

一、填空题填空题

1填空题
显微镜分辨率是指能够___。肉眼的分辨率一般为___,光学显微镜的分辨率为___,电子显微镜可以达到___。
区分两个质点间的最小距离;0.2mm;0.2μm;0.2nm
官方解析
官方解析:分辨率即能区分开两个质点间的最小距离;并明确肉眼分辨率 0.2mm、光学显微镜 0.2μm、电子显微镜 0.2nm。这组数据是本专题最基本的常识。
2填空题
荧光显微镜技术包括___技术和___技术。
免疫荧光;荧光素直接标记
官方解析
官方解析指出,荧光显微镜样品制备技术部分明确列出免疫荧光技术和荧光素直接标记技术,二者是荧光显微镜技术的重要组成部分。
3填空题
激光共聚焦扫描显微镜所谓共聚焦是指___和___共同聚焦到同一个小点。它的分辨率比普通荧光显微镜提高了___倍。
物镜;聚光镜;1.4-1.7
官方解析
官方解析:共焦是指聚光镜和物镜同时聚焦到样品中的同一点上;其分辨率比普通荧光显微镜提高 1.4-1.7 倍。
4填空题
电镜超薄切片样品制备包括___、___、___、___和___五个步骤。
固定;脱水;包埋;切片;染色
官方解析
官方解析:超薄切片样品制备完整流程为固定、脱水、包埋、切片、染色五步;若题目只留 4 个空,脱水一步可省略。
5填空题
电镜样品制备常用的固定剂为___和___。
锇酸(四氧化锇);戊二醛
官方解析
官方解析:电镜超薄切片技术中化学法固定剂常用戊二醛和四氧化锇(锇酸),二者对保持样品真实性起关键作用。
6填空题
通过离心进行细胞组分分离的方法有___和___。
差速离心;密度梯度离心
官方解析
官方解析:用超离心技术分离细胞组分主要有差速离心和密度梯度离心两种方法,是通过离心分离细胞组分的主要手段。
7填空题
在动物细胞培养过程中,贴壁生长的正常二倍体细胞表面相互接触时分裂随之停止,这种现象称为细胞的___。
接触抑制
官方解析
官方解析:正常细胞培养时,当细胞生长到彼此相互接触,其运动和分裂活动将会停止,这种现象即接触抑制。
8填空题
流式细胞仪可以定量测定细胞中的___、___或某一种特异蛋白的含量,以及细胞群体中上述成分含量不同的细胞数量。
DNA;RNA
官方解析
官方解析:流式细胞术可定量地测定某一细胞中的 DNA、RNA 或某一特异标记蛋白的含量,这是流式细胞术的重要功能之一。
9填空题
体外培养动物细胞生长特点是___、___。
单层贴壁生长;接触抑制
官方解析
官方解析:体外培养动物细胞的生长特点包括单层贴壁生长以及接触抑制,这是区别于体内生长的重要特征。
10填空题
生物学上常用的电镜技术包括___技术、___技术和___技术等。
超薄切片;负染色;冷冻蚀刻
官方解析
官方解析:生物学上常用的电镜制样技术为超薄切片技术、负染色技术和冷冻蚀刻技术。
11填空题
单克隆抗体技术制备的过程中,利用___和___在适当条件下进行融合,从而通过筛选大量制备单克隆抗体。
骨髓瘤细胞;B 淋巴细胞
官方解析
官方解析:单克隆抗体制备是将产生抗体的 B 淋巴细胞与肿瘤细胞(如小鼠骨髓瘤细胞)融合,形成杂交瘤细胞后筛选获得。

二、判断题判断题

1判断题
对显微镜来说,最重要的性能参数是放大倍数
官方解析
错在把放大倍数当成最重要参数。官方解析引教材:显微镜最重要的性能参数是分辨率而不是放大倍数;分辨率指能区分开两个质点间的最小距离。
2判断题
普通光镜样品的制备,在包埋、切片后可直接进行观察,一般不需要组织染色
官方解析
错在漏掉染色一步。官方解析:生物组织样品需固定和包埋(固定剂如甲醛、包埋剂如石蜡),切成约 5μm 切片后还必须染色才能观察。
3判断题
荧光显微镜技术只能静态观察细胞组分的分布位置和量的多少
官方解析
错在"只能静态观察"。官方解析:荧光显微镜除定性定位外还可研究细胞内动态变化,如把荧光素标记的肌动蛋白显微注射入培养细胞,可看到其组装成肌动蛋白纤维的过程。
4判断题
电镜的实际分辨率受到生物制样技术的限制,实际分辨率通常低于 $ 0.2 \, nm $
官方解析
官方解析:电镜实际分辨率受生物制样技术限制,超薄切片样品中分辨率约为切片厚度的 1/10(50nm 切片约 5nm),远低于电镜分辨本领 0.2nm。
5判断题
为了确认培养的 HeLa 细胞是否被病毒污染,可通过相差显微镜直接观察培养液中是否有病毒颗粒存在。
官方解析
错在用相差显微镜看病毒。官方解析:大部分病毒只有 20-200nm,必须在电子显微镜下才能清楚看到,相差显微镜分辨率不足以观察病毒颗粒。
6判断题
激光扫描共焦显微镜因为可以过滤掉焦平面以外的散射光,因此其成像质量比普通显微镜好。
官方解析
官方解析:只有聚光镜聚焦在样品某一位点所产生的激发荧光才能清晰成像,焦平面以外的散射光被小孔或狭缝挡住,故成像质量优于普通显微镜。
7判断题
无论光镜还是电镜制样,固定样品的主要目的是保证样品固有形态和结构。
官方解析
官方解析:固定是保持样品真实性最重要的环节,要求形态和精细结构不发生改变,有时还要求内部成分保持在原位甚至免疫原性不变;光镜制样固定目的与此类似。
8判断题
荧光染料 DAPI 是一种常用的 DNA 结合染料,为了特异性地显示细胞核或染色体所在部位,可用 DAPI 直接标记细胞,并在透射电镜下观察。
官方解析
错在观察仪器。官方解析:DAPI 特异结合 DNA 后显示细胞核或染色体定位,是在荧光显微镜下观察;透射电镜观察需用重金属盐染色等方法。
9判断题
为了保持样品的固有形貌,扫描电镜制样过程中常用二氧化碳临界点干燥的办法对样品进行干燥处理。
官方解析
官方解析引教材原文:为保证样品在扫描观察前不发生表面变形,通常需利用 CO₂ 临界点干燥法对样品进行干燥处理。
10判断题
体外培养的细胞,一般保持体内原有的细胞形态。
官方解析
错在"保持体内原有形态"。官方解析:体外培养的细胞无论原代还是传代,一般不能保持体内原有形态,大体分为成纤维样细胞与上皮样细胞等基本形态。
11判断题
普通光镜的应用原理是:不同的染料对某种细胞组分有特异的吸附,形成足够的反差或产生不同波长的光谱以区分细胞组分
官方解析
官方解析:如 H-E 染色中碱性染料苏木精和酸性染料伊红分别与细胞核、细胞质的某些成分特异结合,改变透射光波长,从而可见蓝紫色细胞核与红色细胞质。
12判断题
经冷冻蚀刻技术处理后的样品,在电子显微镜下所观察到的图像是样品本身所形成的
官方解析
错在观察对象。官方解析:冷冻蚀刻经铂倾斜喷镀、碳垂直喷镀后用消化液消化掉生物样品,电镜下观察的是复型膜(碳膜及被其包裹的金属微粒膜),并非样品本身。
13判断题
超薄切片后需要对样品进行染色,常用染色试剂是苏木精和伊红。
官方解析
错在染料种类。官方解析:超薄切片染色常用重金属盐,锇酸易染脂质、柠檬酸铅易染蛋白质、乙酸双氧铀用以染核酸;苏木精和伊红是普通光镜样品染色试剂。
14判断题
原代培养的细胞经过多次传代后可以成为无限增殖的永生细胞。但与原代细胞相比,除了增殖能力增强外,永生细胞仍然保持了二倍体细胞特性。
官方解析
错在"仍保持二倍体特性"。官方解析:少数细胞发生遗传突变成为永生细胞系,其根本特点是染色体明显改变,一般呈亚二倍体或非整倍体并失去接触抑制,不再保持二倍体细胞特性。
15判断题
通过酵母双杂交系统显示两种蛋白可能相互作用后,还可以通过荧光共振能量转移技术进一步确认这两种蛋白是否相互作用。
官方解析
官方解析:酵母双杂交在体内分析蛋白质相互作用但可能存在假阳性;FRET 是检测活细胞内两种蛋白是否直接相互作用的重要手段,可用于进一步确认。
16判断题
细胞内蛋白质的起始合成部位与其功能发挥部位往往并非一致。为了显示某种新生蛋白在细胞内的合成与分泌动态性,可以用同位素标记进行跟踪。
官方解析
官方解析:放射自显影技术可对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究并作动态追踪,研究蛋白质合成时可用 ³H 标记的相关前体化合物。
17判断题
相差显微镜可以研究细胞核、线粒体的活体动态。
官方解析
官方解析:相差显微镜把光程差变成振幅差(明暗)提高样品反差,样品不需染色,适合观察活细胞,甚至可研究细胞核、线粒体等细胞器的动态。

三、选择题选择题

2选择题
观察 GFP 融合蛋白在活体细胞生长过程中的动态变化,采用哪种显微镜技术最佳:()
A. 透射电镜B. 激光共聚焦显微镜C. 普通光学显微镜D. 扫描电镜
B
官方解析
官方解析:激光共聚焦显微镜可通过"光学切片"获得不同切面图像并重构三维结构,最适合观察活细胞内融合蛋白的动态变化;透射电镜不能看活细胞,普通光镜分辨率有限,扫描电镜只看表面立体形貌。(原书本节自第 2 题起,无第 1 题;官方解析亦只列"1."而无答案,故编号沿用原书)〔OCR订正〕
3选择题
当前在光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位最有力的工具是:()
A. 暗视野显微镜B. 荧光显微镜C. 倒置相差显微镜D. 普通光学显微镜
B
官方解析
官方解析:荧光显微镜可对细胞内特异蛋白质、核酸等组分作定性定位研究,是光镜水平最有力的工具;暗视野镜用于观察未染色透明样品,倒置相差镜用于活细胞显微结构细节,普通光镜特异性不足。
4选择题
关于相差显微镜,下列说法错误的是:()
A. 基本原理是以样品密度差别为基础,将光程差转换为振幅差,形成明暗区别B. 样品不需要染色C. 可以观察活细胞D. 可以对细胞的生物大分子进行定位和定性分析
D
官方解析
官方解析:相差显微镜通过"环状光阑"和"相差板"把光程差转为振幅差,可观察未染色活细胞(A、B、C 正确);但它只能观察显微结构,不能对生物大分子定位定性,那需免疫荧光、原位杂交等技术,故 D 错误。
5选择题
显微镜的分辨率与下列哪项无关()。
A. 物镜的放大倍数B. 入射波的波长C. 镜口角D. 样品与物镜之间的介质的折射率
A
官方解析
官方解析:分辨率取决于光源波长(λ)、物镜镜口角(α)和介质折射率(N),与物镜的放大倍数无关。
6选择题
透射电镜显微照片之所以从来都没有彩色的,是因为()。
A. 细胞结构不是彩色的B. 透射电镜用的彩色底片还没有发明C. 样品被超薄切片并被重金属盐染色D. 是透过样品的透射电子打在荧光屏上获得的图像
D
官方解析
官方解析:透射电镜是靠透过样品的透射电子打在荧光屏上成像,电子成像只能形成黑白图像;重金属盐染色只是增强反差,与无彩色无关。
7选择题
为了观察病毒,可通过何种方法进行观察()。
A.相差显微镜观察B.负染后用电镜观察C.激光扫描共焦显微镜观察D.以上都错
B
官方解析
官方解析:大部分病毒仅 20-200nm,必须在电镜下观察;经纯化的细胞组分或结构(如病毒)可通过电镜负染色技术显示其精细结构。
8选择题
关于荧光显微镜技术,下列说法错误的是:()
A. 荧光显微镜中只有激发荧光可以成像B. 荧光显微镜可以直接观察细胞组分的动态变化C. 同一种样品只能用一种荧光素标记D. 滤光片是荧光显微镜不可缺少的组成部分
C
官方解析
官方解析:同一样品可以用两种以上荧光素标记,从而同时显示不同成分在细胞中的定位,故 C 错误;A、B、D 均正确。
9选择题
荧光漂白恢复技术主要用于:()
A. 特异蛋白质等生物大分子定性定位B. 直接观察细胞器的动态变化C. 分子运动以及在各种结构上分子动态变化率D. 检测活细胞中大分子纳米级距离及距离变化,研究分子间相互作用
C
官方解析
官方解析:FPR 用高能激光束使特定区域荧光分子淬灭,周围非漂白区分子迁移入内,恢复速度反映脂质或蛋白质的运动速率,故用于研究分子运动及分子动态变化率;D 项是 FRET 的用途。
10选择题
分析膜蛋白和蛋白质-核酸复合物等大分子复合物三维晶体结构的技术是:()
A. 负染色技术B. 冷冻蚀刻技术C. 电镜三维重构技术D. 扫描隧道显微镜技术
C
官方解析
官方解析:电镜三维重构技术从二维电镜图像构建样品三维图像,可分析大分子复合物三维晶体结构(如 A. Klug 获得 T4 噬菌体三维结构);负染色显示精细结构,冷冻蚀刻看膜断裂面,STM 探测表面形貌。
11选择题
扫描电子显微镜主要用于:()
A. 获得细胞不同切面的图像B. 观察活细胞C. 定量分析细胞中的化学成分D. 观察细胞表面的立体形貌
D
官方解析
官方解析:扫描电镜以极细电子"探针"在样品表面扫描,激发二次电子,二次电子多少与表面形貌相关,故主要用于观察细胞表面的立体形貌。
12选择题
速度沉降离心法主要用于:()
A. 分离不同密度的细胞成分B. 分离密度相近而大小不一的细胞组分C. 将亚细胞组分和各种颗粒分开D. 以上皆可
B
官方解析
官方解析:速度沉降用于分离密度相近而大小不一的细胞组分;分离不同密度的组分用等密度沉降,将亚细胞组分和各种颗粒分开用差速离心。
13选择题
将染色体上基因定位的研究手段应为:()
A.PCRB.Southern blotC.Northern blotD.In situ hybridization
D
官方解析
官方解析:原位杂交(In situ hybridization)用标记的核酸探针经分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或细胞中的位置,可用于染色体基因定位;PCR 扩增 DNA、Southern 检测 DNA、Northern 检测 RNA。
14选择题
细胞培养液中一般都要加少量的小牛血清,最主要的原因是:()
A. 为细胞生长提供基本的营养成分B. 将细胞连接处消化分散C. 有利于细胞贴壁生长与分裂D. 使细胞突变,转化成具有癌细胞的特点
C
官方解析
官方解析引教材:不论用何种培养液一般都要加一定量的小牛(或胎牛)血清,这样细胞才能很好地贴壁生长与分裂;提供营养不是最主要原因,消化分散靠胰酶或胶原酶与 EDTA。
15选择题
在细胞培养基中加入牛血清的主要目的是()。
A. 为培养细胞提供维生素B. 为培养细胞提供生长因子C. 避免细菌污染D. 让细胞分化
B
官方解析
官方解析:小牛血清含多种生长因子,加入培养基主要是为培养细胞提供生长因子、促进细胞生长;提供维生素不是主要目的,避免污染靠抗生素与无菌操作。
16选择题
建立分泌单克隆抗体的杂交瘤细胞是通过下列技术构建的:()
A. 细胞融合B. 核移植C. 病毒转化D. 基因转移
A
官方解析
官方解析:1975 年 C. Milstein 和 G. J. F. Köhler 将产生抗体的淋巴细胞同肿瘤细胞融合,建立 B 淋巴细胞杂交瘤技术制备单克隆抗体,故用的是细胞融合技术。
17选择题
要探知细胞内某一蛋白质的表达水平,可以通过___实现
A. Southern blotB. Northern blotC. Western blotD. 原位分子杂交
C
官方解析
官方解析:Western blot(蛋白质免疫印迹)通过对蛋白质分离和检测,可探知细胞内某一蛋白质的表达水平;Southern 测 DNA、Northern 测 RNA、原位杂交主要用于核酸定位。
18选择题
为了研究某种蛋白在细胞内的分布情况,可用()。
A. 经组织切片后经 H-E 染色观察B. 与荧光偶联的抗体进行孵育后观察C. 直接将细胞超薄切片并用重金属盐染色后用透射电镜观察D. 超速离心收集该蛋白
B
官方解析
官方解析:用荧光偶联抗体孵育后观察即免疫荧光技术,可研究特异蛋白抗原在细胞内的分布;H-E 染色只看形态结构,重金属盐染色电镜看超微结构,超速离心不能直观显示分布。
19选择题
研究膜蛋白或膜脂的流动性,以下哪种技术可行()。
A. 荧光漂白恢复技术B. 酵母双杂交技术C. 荧光共振能量转移技术D. 放射自显影技术
A
官方解析
官方解析:荧光漂白恢复技术可检测所标记分子在活体细胞表面或内部的运动及迁移速率,常用于研究膜蛋白或膜脂的流动性。
20选择题
为了提高雌性乳牛出生的比例,可在体外将携带 X 染色体和 Y 染色体的精子分离开,进行人工授精。最好的分离方法是()。
A. 流式细胞分选术B. 离心技术C. 细胞电泳D. 层析
A
官方解析
官方解析:流式细胞术可将某一特异染色的细胞从数以万计的细胞群体中分离出来并用于细胞分选,对精子作特异染色后即可按 X/Y 特性分选。
21选择题
关于荧光共振能量转移技术,下列说法错误的是:()
A. 供体发射的荧光与受体发色团分子的吸收光谱重叠B. 两个探针的距离在 $ 10 \, nm $ 范围以内时,产生 FRET 现象C. 可用于检测活细胞内两个蛋白分子之间的相互作用D. 两个分子距离越近,供体所发出的荧光就被受体吸收的量越多,检测器所接收到的荧光
D
官方解析
官方解析:A、B、C 正确;两分子距离越近,供体荧光被受体吸收越多,检测器接收到的供体蓝色荧光越弱、受体黄色荧光越强,故 D 错误。
22选择题
动物细胞在体外培养条件下的生长情况是:()
A. 能无限增殖B. 不能增殖分裂而很快死亡C. 经过有限次数分裂后最终死亡D. 一般进行有限次数分裂后死亡,但少数情况下有些细胞发生了遗传突变,获得了无限增殖能力
D
官方解析
官方解析:原代细胞一般传至 10 代左右难以再传,少数渡过"危机"可再传 40-50 代,50 代后再现"危机";部分细胞发生遗传突变带有癌细胞特点者可无限制传代,故选 D。
23选择题
有关扫描电镜成像的描述,正确的是()。
A. 电子探针在样品表面“扫面”激发二次电子成像B. 电子穿透样品后打在荧光屏上成像C. 生物样品表面不需要镀重金属D. 扫描电镜不能观察样品的立体形貌
A
官方解析
官方解析:扫描电镜工作原理即电子探针在样品表面"扫描"激发二次电子成像;B 是透射电镜,C 错在扫描电镜生物样品需喷镀一层金膜,D 错在扫描电镜成像具有强烈立体感。
24选择题
用于制备单克隆抗体的骨髓瘤细胞与经绵羊红细胞免疫过的小鼠 B 淋巴细胞分别具有什么特点()。
A. 骨髓瘤细胞能无限增殖,B 淋巴细胞能分泌抗体B. 骨髓瘤细胞能分泌抗体,B 淋巴细胞能无限增殖C. 骨髓瘤细胞在 HAT 培养基中能无限增殖,B 淋巴细胞则不能分泌抗体D. 骨髓瘤细胞在 HAT 培养基中不能增殖,B 淋巴细胞则能无限增殖
A
官方解析
官方解析:骨髓瘤细胞能无限增殖但不分泌抗体,免疫过的小鼠 B 淋巴细胞能分泌抗体但体外难以增殖;C 错在骨髓瘤细胞缺乏 TK 或 HGPRT,在含氨基蝶呤的 HAT 培养基中不能成活。

四、问答题问答题

1问答题
常见的光学显微镜有哪几种,分别简述原理与应用
常见的光学显微镜有普通光学复式显微镜、相差显微镜、微分干涉显微镜、荧光显微镜、激光扫描共焦显微镜。 (1)普通光学复式显微镜。由光学放大系统(目镜与物镜)、照明系统(光源和聚光镜)、镜架及样品调节系统组成。是细胞生物学研究的重要工具,用于研究细胞的结构与功能。 (2)相差显微镜。基本原理是在普通光学显微镜基础上添加环状光阑和相差板,将光程差或相位差转换为振幅差。该显微镜适合观察活细胞的显微结构细节。 (3)微分干涉显微镜。基本原理是以平面偏振光为光源,通过棱镜折射分成两束光,经过样品不同部位后汇合。该显微镜用于观察活细胞中的颗粒及细胞器的运动。 (4)荧光显微镜。基本原理是采用特定的滤光片系统和专用物镜镜头,通过激发特定波长的激发光照射样品中的荧光分子。该显微镜广泛应用于细胞内动态变化的研究,如观察肌动蛋白分子组装过程。 (5)激光扫描共焦显微镜。基本原理是在荧光显微镜上安装激光共焦成像系统,使用激光作为光源。该显微镜可研究亚细胞结构与组分的定位及动态变化,如荧光共振能量转移技术、荧光漂白恢复技术等。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 1 题参考答案。背诵抓手:五种光镜按"普通—相差—微分干涉—荧光—共聚焦"顺序,每种一句原理+一句应用。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Living Cells Are Seen Clearly in a Phase-Contrast or a Differential-Interference-Contrast Microscope · 教材 p. 568

When light passes through a living cell, the phase of the light wave is changed according to the cell’s refractive index: a relatively thick or dense part of the cell, such as a nucleus, slows the light passing through it. The phase of the light, consequently, is shifted relative to light that has passed through an adjacent thinner region of the cytoplasm (Figure 9–6C). The phase-contrast microscope and, in a more complex way, the differential-interference-contrast microscope increase these phase differences to produce amplitude differences, or contrast, when the sets of waves recombine, thereby creating an image of the cell’s structure.

当光穿过一个活细胞时,光波的相位会依细胞的折射率而改变:细胞中较厚或较致密的部位(例如细胞核)会使穿过它的光减慢。因此,相对于穿过邻近较薄的细胞质区域的光,此处光的相位发生了位移(图9–6C)。相差显微镜,以及以更复杂方式实现同样目的的微分干涉差显微镜,会放大这些相位差,使两组光波重新汇合时转变为振幅差、即反差,从而形成细胞结构的图像。

教材把相差与微分干涉差显微镜归到同一原理家族:相位差源于细胞各部位折射率不同,两者都是"把相位差放大成振幅差(反差)"。英文答题用 phase-contrast microscope、differential-interference-contrast (DIC) microscope、refractive index、amplitude differences/contrast。
2问答题
简述荧光显微镜成像原理与应用
(1)成像原理 ①激发光发出:光源发出的光,首先经过激发滤光片,筛选出特定波长的短波激发光,用以照射样品。 ②荧光产生:样品内的荧光分子吸收激发光后,发射出波长更长、颜色不同的荧光。 ③成像观察:阻断滤光片只容许荧光通过,同时完全阻挡残余的激发光。同时显微镜的暗视野为荧光信号提供了强反差背景,使非常微弱的荧光信号亦得以分辨。 (2)应用 ①对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂类以及某些离子等组分进行定性定位研究; ②观察细胞内动态变化:例如可将标记荧光素的分子(如肌动蛋白)注射到细胞中,观察其组装过程;再比如可将绿色荧光蛋白(GFP)的基因与某种蛋白质的基因融合,在活细胞中观察该蛋白质的动态变化。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 2 题参考答案(原文"①激光发出"应为激发光发出)。关键词:激发滤光片—荧光分子—阻断滤光片—暗视野强反差。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Specific Molecules Can Be Located in Cells by Fluorescence Microscopy · 教材 p. 570

This microscope is similar to an ordinary upright or inverted light microscope except that the illuminating light, from a very powerful source, is passed through two sets of filters—one to filter the light before it reaches the specimen, and one to filter the light obtained from the specimen. The first filter passes only the wavelengths that excite the particular fluorescent dye, while the second filter blocks out this light and passes only those wavelengths emitted when the dye fluoresces (Figure 9–10C). Fluorescence microscopy is most often used to detect specific proteins or other molecules in cells and tissues.

这种显微镜与普通的正置或倒置光学显微镜相似,区别在于来自极强光源的照明光要通过两组滤光片——一组在光到达标本之前滤光,另一组滤过来自标本的光。第一片滤光片只让能激发该特定荧光染料的波长通过,第二片则挡掉这些激发光、只放行染料发出荧光时的发射波长(图9–10C)。荧光显微术最常用于检测细胞和组织中的特定蛋白质或其他分子。

中文答案的"激发滤光片—阻断滤光片"在教材里就是 two sets of filters:第一片只透过激发波长,第二片挡掉激发光、只透过发射波长。英文答题用 excitation / emission、fluorescent dye、the first (second) filter;应用一句可直接写 detect specific proteins or other molecules in cells and tissues。
3问答题
简述免疫荧光技术
(1)定义:将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合并用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。 (2)步骤: ①荧光抗体的制备:将荧光分子与抗体偶联,形成荧光标记的抗体。 ②标本的处理:对细胞或组织进行适当的处理,以保持抗原性。 ③免疫染色:将荧光标记的抗体与待检测的抗原结合,形成荧光标记的抗原-抗体复合物。 ④观察记录:在荧光显微镜下观察并记录荧光信号,从而确定抗原在细胞内的分布情况。 (3)分类:①直接免疫荧光技术:将荧光分子与抗体偶联后直接用于免疫标记技术;②间接免疫荧光技术:先将抗体(称第一抗体)与抗原反应,然后加入与荧光分子相偶联的抗第一抗体的抗体(称第二抗体)。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 3 题参考答案,按"定义+步骤+分类"三段式答满得分点。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Antibodies Can Be Used to Detect Specific Proteins · 教材 p. 572

The precise antigen specificity of antibodies makes them powerful tools for the cell biologist. When chemically coupled to fluorescent dyes, antibodies are invaluable for locating specific molecules in cells by fluorescence microscopy (Figure 9–14). When labeled with electron-dense particles such as colloidal gold spheres, they are used for similar purposes in the electron microscope (discussed later). The antibodies employed in microscopy are commonly either purified from antiserum so as to remove all nonspecific antibodies or they are specific monoclonal antibodies that only recognize the target molecule.

抗体精确的抗原特异性使它们成为细胞生物学家的有力工具。当与荧光染料化学偶联后,抗体在荧光显微镜下定位细胞内特定分子时极为有用(图9–14)。当用胶体金球等电子致密颗粒标记时,它们在电子显微镜下用于同样的目的(后文讨论)。显微术中所用的抗体,通常要么是从抗血清中纯化、除去了全部非特异性抗体的抗体,要么是只识别靶分子的特异性单克隆抗体。

教材补了一条中文答案没写的前提:用于显微定位的抗体必须是纯化抗血清或单克隆抗体,否则非特异信号无法排除;同一支抗体偶联荧光染料即免疫荧光,偶联胶体金即免疫电镜。中文的"间接法"英文叫 indirect immunocytochemistry(一抗不标记,用一群标记二抗放大信号)。
4问答题
简述超薄切片技术关键技术流程与应用
超薄切片技术是电镜的主要制样技术,核心特点是因电子束穿透能力有限,需将样品切成 40~50 nm 的薄片以保障高分辨率。 (1)完整流程为:取材→固定→包埋→切片→染色→观察。 ①固定:需快速处死取材(避免细胞自融),常用戊二醛、四氧化锇化学固定或低温冷冻物理固定,核心目的是维持样品真实性; ②包埋:包埋前需先脱水,采用环氧树脂作为包埋剂,以确保切片时样品能获得均匀支撑,形成连续完整且强度足够的切片; ③切片:常用玻璃刀操作,切片需捞在覆有支持膜的载网上; ④染色:采用重金属盐,其中锇酸特异性亲和脂质、柠檬酸铅亲和蛋白质、乙酸双氧铀亲和核酸,电子束穿过时因金属离子的散射与吸收形成黑白图像。 (2)主要应用:①观察各类细胞的超微结构;②与放射同位素自显影、细胞化学、免疫化学等技术结合,在超微结构水平完成蛋白质与核酸的定性、定位及半定量研究。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 4 题参考答案。易考细节:切片厚度 40~50 nm、包埋剂环氧树脂、三种重金属盐各自亲和的成分。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 589

Because the specimen is exposed to a very high vacuum in the electron microscope, living tissue is usually killed and preserved by chemical fixation. As electrons have very limited penetrating power, the fixed tissues normally have to be cut into extremely thin sections (25–100 nm thick, about 1/200 the thickness of a single cell) before they are viewed. This is achieved by dehydrating the specimen, permeating it with a monomeric resin that polymerizes to form a solid block of plastic, then cutting the block with a fine glass or diamond knife on a special microtome.

由于标本在电子显微镜中要处于极高真空环境,活组织通常先被杀死并用化学固定加以保存。因为电子的穿透能力非常有限,固定后的组织通常必须切成极薄的切片(厚 25–100 nm,约为单个细胞厚度的 1/200)才能观察。做法是先对标本脱水,再用单体树脂浸透,树脂聚合后形成固体塑料块,然后在专门的切片机上用锋利的玻璃刀或金刚石刀切开该块。

教材给的超薄切片厚度是 25–100 nm(约细胞厚度的 1/200),比中文答案的 40~50 nm 宽;流程讲得也更明确:高真空→化学固定→脱水→单体树脂浸透聚合成块→玻璃刀/金刚石刀切片,切下的切片再捞到 metal grid(载网)上观察。英文答题用 ultrathin sections、chemical fixation、dehydrating、embedding resin、microtome。
5问答题
简述冷冻蚀刻技术原理与应用
(1)原理总体可概括为两大步:冰冻断裂(第①步)、蚀刻复形(第②~⑤步)。 ①冷冻断裂:在低温环境下,于液氮或液氦中快速冷冻样品使其迅速冷却,样品会从膜脂双分子层疏水端(结构相对“脆弱”部位)裂开,露出镶嵌在膜脂中的蛋白质颗粒。 ②升华蚀刻:通过冰的升华(即蚀刻),进一步增强图像的“浮雕”样效果。 ③倾斜喷镀:用铂等重金属进行倾斜喷镀,形成对应凹凸断裂面的电子反差。 ④垂直喷镀:用碳进行垂直喷镀,在断裂面上形成一层连续的碳膜。 ⑤复型膜获取:用消化液去除生物样品,将含图像信息的金属复型膜(碳膜及其被碳包裹的金属微粒镶嵌膜)移到载网上,以便后续电镜观察。 (2)应用 ①该技术主要用于观察膜断裂面上的蛋白质颗粒、膜表面形貌特征; ②在此基础上发展出快速冷冻深度蚀刻技术,主要用于观察胞质中的细胞骨架纤维及其结合蛋白。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 5 题参考答案。要点:断裂面在膜脂双分子层疏水端;电镜下看到的是复型膜而非样品本身。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 590

Some rapidly frozen specimens can be examined directly in the electron microscope using a special cooled specimen holder. In other cases, the frozen block can be fractured to reveal interior cell surfaces or the surrounding ice can be sublimed away to expose external surfaces. However, we often want to examine thin sections, and the frozen tissue can be sectioned directly in a cooled microtome.

有些快速冷冻的标本可以用特制的冷冻样品台直接在电子显微镜中观察。在另一些情况下,可以把冷冻的样品块断裂开以暴露细胞内部的断面,或者让周围的冰升华掉以暴露外表面。不过我们常常还是希望观察薄切片,此时冷冻组织可以直接在低温切片机上切片。

第7版正文只用一句话交代冷冻蚀刻的两个核心动作:fractured(冷冻断裂,暴露细胞内部断面)与 sublimed away(冰升华即"蚀刻",暴露表面);中文答案里的铂/碳喷镀、消化去样品得复型膜等步骤 7 版正文未展开(quick-freeze deep-etch 只出现在参考文献)。英文答题用 freeze-fracture、freeze-etching、replica、shadowing。
6问答题
细胞生物学研究中有哪些分离技术?各有什么特点?
(1)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。 (2)密度梯度离心:是一种分离细胞组分的技术。其原理是将样品铺在蔗糖、氯化铯等惰性物质形成的密度递增梯度溶液表面,通过重力或离心力使组分按沉降率沉降形成不同带。该技术分为速度沉降(分离密度相近、大小不同的组分)和等密度沉降(分离密度不同的组分),适用于不同特性样品的分离纯化。 (3)流式细胞术:是一种对细胞进行定量分析与分选的技术。能够①定量测定单一细胞中 DNA、RNA 的含量,或某一特异标记蛋白的含量;②统计细胞群体中上述成分含量不同的细胞的数量;③从数以万计的细胞群体中分离某一特异染色的细胞,分离 DNA 含量不同的中期染色体;④用于细胞的分选。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 6 题参考答案。注意区分:速度沉降分"大小不一、密度相近",等密度沉降分"密度不同"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 480

Such cell fractionations became possible only after the commercial development in the early 1940s of an instrument known as the preparative ultracentrifuge, which rotates extracts of broken cells at high speeds (Figure 8–4). This treatment separates cell components by size and density: in general, the largest objects experience the largest centrifugal force and move the most rapidly. At relatively low speed, large components such as nuclei sediment to form a pellet at the bottom of the centrifuge tube; at slightly higher speed, a pellet of mitochondria is deposited; and at even higher speeds and with longer periods of centrifugation, first vesicles and then ribosomes can be collected (Figure 8–5).

这类细胞分级分离只有在 20 世纪 40 年代初制备型超速离心机商品化之后才成为可能,该仪器把破碎细胞的提取物高速旋转(图8–4)。这种处理按大小和密度分离细胞组分:一般来说,最大的颗粒受到的离心力最大、移动最快。在相对低速时,细胞核这类大组分沉降到离心管底部形成沉淀;转速略高时线粒体沉淀下来;在更高转速和更长的离心时间下,先是囊泡、随后是核糖体被收集下来(图8–5)。

教材把"差速离心"讲成一条逐级提速的流水线:低速沉细胞核→中速沉线粒体/溶酶体/过氧化物酶体→高速沉微粒体和小囊泡→极高速沉核糖体,判据是"大小与密度"。英文答题用 preparative ultracentrifuge、cell fractionation、pellet、supernatant(教材正文并未使用 differential centrifugation 这一词组)。
7问答题
体外培养的动物细胞生长有哪些特点
(1)单层贴壁生长:分散的细胞悬液在培养瓶中很快(在几十分钟至数小时内)就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。分散呈圆球形的细胞一经贴壁就迅速铺展并开始有丝分裂,逐渐形成致密的细胞单层,称为单层细胞。 (2)接触抑制:当细胞生长到彼此相互接触时,其运动和分裂活动将会停止,即接触抑制。 (3)传代次数有限:原代培养的细胞传至 10 代左右时,通常难以继续传代,极少数细胞可传至 40~50 代,这些细胞仍保持原有染色体的二倍体数量及接触抑制行为;但在传代过程中,部分细胞可能发生遗传突变,获得癌细胞的特性,能够在体外培养条件下无限制传代。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 7 题参考答案。数字要点:10 代、40~50 代、50 代后再遇"危机"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

Most vertebrate cells stop dividing after a finite number of cell divisions in culture, a process called replicative cell senescence (discussed in Chapter 17). Normal human fibroblasts, for example, typically divide only 25–40 times in culture before they stop. In these cells, the limited proliferation capacity reflects a progressive shortening and uncapping of the cell’s telomeres, the repetitive DNA sequences and associated proteins that cap the ends of each chromosome (discussed in Chapter 5).

大多数脊椎动物细胞在培养中分裂有限次数之后就停止分裂,这一过程称为复制性细胞衰老(见第17章)。例如正常人成纤维细胞在培养中通常只分裂 25–40 次就停下来。在这些细胞中,增殖能力受限反映的是细胞端粒的逐渐缩短与"去帽",端粒即封盖每条染色体末端的重复 DNA 序列及其结合蛋白(见第5章)。

中文答案的"传至10代左右、极少数可到40~50代"是国内教材说法;教材给的是正常人成纤维细胞可分裂 25–40 次,并把该现象正式命名为 replicative cell senescence,机制归于端粒缩短与去帽(人体细胞关闭了 telomerase)。英文答题用 replicative cell senescence、finite number of divisions、telomere shortening、immortalized cell line。
8问答题
简述酵母双杂交技术的原理与优缺点
(1)定义:酵母双杂交技术是一种利用单细胞真核生物酵母在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用的技术。 (2)原理:细胞基因转录起始需要转录激活因子的参与,转录激活因子一般由两个或两个以上相互独立的结构域构成,即 DNA 结合域(DB)和转录激活域(AD),只有 DB 与 AD 这两个独立结构域合并到一起形成复合物,转录激活因子才能发挥作用,报告基因才会表达。故若要验证“蛋白 A 是否与蛋白 B 在细胞内相互作用”,或“寻找与蛋白 A 可能发生作用的蛋白”,需进行以下操作: ①将 DB 与蛋白 A 偶联,得到的融合蛋白称为“诱饵”;将 AD 与蛋白 B(或可能与蛋白 A 作用的蛋白)偶联,得到的融合蛋白称为“猎物”。 ②若蛋白 A 与蛋白 B 在细胞内相互结合,则会形成兼具 DB 和 AD 结构域的、类似转录激活因子的复合物,进而启动报告基因的表达;反之,报告基因不表达。 (3)特点:优点是高灵敏度、可在活细胞内研究蛋白质相互作用;缺点是由于“猎物”蛋白可能与“诱饵”蛋白存在非特异性结合,该实验系统有可能存在假阳性的问题。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 8 题参考答案(A 组第 7 题解析亦补充其"快速、直接"的优点、且不能检测体外相互作用)。
9问答题
简述荧光共振能量转移技术的原理
(1)定义:荧光共振能量转移 FRET 技术,是用来检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用的重要手段。 (2)原理:在一定波长的激发光照射下,只有携带发光基团 A 的供体分子可被激发出荧光 A,而同一激发光不能激发携带发光基团 B 的受体分子发出荧光 B。然而,当供体所发出的荧光光谱 A 与受体上的发光基团的吸收光谱 B 相互重叠,并且两个发光基团之间的距离小到一定程度时,就会发生不同程度的能量转移现象,即以供体的激发波长 A 激发时,可观察到受体发射的荧光 B,这种现象称为 FRET。在体内,如果两个蛋白质分子(前提是先打上荧光标记)的距离在 10 nm 之内,就可能发生 FRET 现象,由此认为这两个蛋白质存在着直接的相互作用。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 9 题参考答案。得分关键:光谱重叠+距离 10 nm 以内+非放射性能量转移。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 575

First, interactions between one protein and another can be monitored by Förster resonance energy transfer, also called fluorescence resonance energy transfer but both abbreviated to FRET. In this technique, two molecules of interest are each labeled with a different fluorochrome, chosen so that the emission spectrum of one fluorochrome, the donor, overlaps with the absorption spectrum of the other, the acceptor. If the two proteins interact in such a way as to bring their fluorochromes into very close proximity (closer than about 5 nm), one fluorochrome, when excited, can transfer energy from the absorbed light directly (by resonance, nonradiatively) to the other.

首先,蛋白质之间的相互作用可以用福斯特共振能量转移来监测,它也叫荧光共振能量转移,两者都缩写为 FRET。在该技术中,两个目标分子各自用一种不同的荧光基团标记,选择的原则是:其中一个荧光基团(供体)的发射光谱与另一个(受体)的吸收光谱相互重叠。如果两个蛋白质发生相互作用、使它们的荧光基团靠得非常近(近于约 5 nm),那么被激发的那个荧光基团就能把吸收的光能直接地(以共振方式、非辐射地)转移给另一个。

教材给的 FRET 有效距离是"近于约 5 nm"(图9–19 写作 1–5 nm),比中文答案的 10 nm 严格得多,写距离时以"数纳米之内"为稳。教材另点明能量转移是非辐射(nonradiatively)的共振过程,FRET 首选全称是 Förster resonance energy transfer,定量做法是测供体荧光的下降幅度。
10问答题
分析超离心技术、免疫荧光技术和原位杂交技术在细胞及其组分分析中的原理、应用及相互之间的关联?
(1)超离心技术 原理:通过差速离心,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;密度梯度离心则是将细胞组分铺放在密度逐渐增加的溶液表面,通过重力或离心力使样品中不同组分以不同沉降率沉降,形成不同沉降带。 应用:可分离细胞核、线粒体、叶绿体等细胞器和细胞组分,如从细胞匀浆中分离出不同的细胞器进行后续研究;还能用于分离不同密度的生物大分子,如用氯化铯等密度沉降法证明 DNA 的半保留复制。 (2)免疫荧光技术 原理:将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合,用荧光标记的抗体与细胞内特异蛋白抗原结合,通过荧光显微镜观察荧光的分布来确定蛋白的位置。 应用:在细胞内特异蛋白的定位与定性研究中发挥重要作用,可研究细胞内蛋白质的分布情况,如用抗鼠细胞质膜蛋白的荧光抗体标记小鼠细胞表面,观察质膜蛋白的分布。 (3)原位杂交技术 原理:用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置。 应用:在显微与亚显微水平上研究基因定位、特异 mRNA 表达等问题,如用原位杂交技术显示 Z13 基因在受精后 1 天的斑马鱼胚胎的体节、质和松果体中的表达。 (4)相互关联:超离心技术为免疫荧光技术和原位杂交技术提供了研究的细胞组分样本。通过超离心分离出特定的细胞组分后,可以用免疫荧光技术研究其中特异蛋白的定位,也可以用原位杂交技术分析相关核酸的情况。免疫荧光技术和原位杂交技术都可以在细胞水平对超离心分离得到的细胞组分进行更深入的分析,三者相互配合,从不同角度对细胞及其组分进行研究,为揭示细胞的结构和功能提供全面的信息。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 10 题参考答案。原书题号印作 11(本节从 9 直接跳到 11、无 10 题),官方解析连续编为 10,此处按页面实际顺序订正为 10〔OCR订正〕
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 482

This method, called equilibrium sedimentation, is so sensitive that it can separate macromolecules that have incorporated heavy isotopes, such as 13C or 15N, from the same macromolecules that contain the lighter, common isotopes (12C or 14N). In fact, the cesium-chloride method was developed in 1957 to separate the labeled from the unlabeled DNA produced after exposure of a growing population of bacteria to nucleotide precursors containing 15N; this classic experiment provided direct evidence for the semiconservative replication of DNA (see Figure 5–5).

这种方法称为平衡沉降,它非常灵敏,能把掺入了 13C 或 15N 等重同位素的大分子,与含较轻常见同位素(12C 或 14N)的同种大分子分开。事实上,氯化铯法正是在 1957 年为分离细菌在含 15N 的核苷酸前体中生长后产生的标记 DNA 与未标记 DNA 而建立的;这一经典实验为 DNA 的半保留复制提供了直接证据(见图5–5)。

中文答案里的"等密度沉降"在教材中叫 equilibrium sedimentation(与之相对的"速度沉降"叫 velocity sedimentation),分离依据是浮力密度(buoyant density),与颗粒大小、形状无关;氯化铯梯度 1957 年正是为区分 15N/14N 标记 DNA 而发明,即 Meselson–Stahl 证明半保留复制的那个实验。
11问答题
对于免疫荧光技术、原位杂交技术、荧光漂白恢复技术和酵母双杂交技术,举例说明这些技术分别可以解决哪类研究问题?
若要研究细胞内蛋白的定位和定性,优先选择免疫荧光技术(如显示细胞骨架蛋白在细胞内的分布);探究基因定位或 mRNA 表达,原位杂交技术更为合适(如将基因定位到某条染色体、显示特异 mRNA 的表达部位);研究膜脂或膜蛋白的流动性,荧光漂白恢复技术是较好的选择(如测定膜蛋白的侧向扩散速率);而分析蛋白质之间的相互作用,则应考虑酵母双杂交技术(如大规模筛选与已知蛋白互作的未知蛋白)。在实际研究中,往往需要根据具体研究问题,综合运用多种技术,相互验证结果,以获得更全面准确的信息。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 11 题参考答案(括号内举例据同章各技术应用整理)。原书题号印作 12,按页面实际顺序订正为 11〔OCR订正〕
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

Another way to exploit GFP fused to a protein of interest is known as fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). Here, a strong focused beam of light from a laser is used to extinguish the GFP fluorescence in a specified region of the cell, after which one can analyze the way in which remaining unbleached fluorescent protein molecules move into the bleached area as a function of time. This technique, like photoactivation, can deliver valuable quantitative data about a protein’s kinetic parameters, such as diffusion coefficients, active transport rates, or binding and dissociation rates from other proteins (Figure 9–20).

利用与目标蛋白融合的 GFP 的另一种方式,称为光漂白后荧光恢复(FRAP)。在这里,用来自激光的强聚焦光束把细胞中某一指定区域内的 GFP 荧光淬灭,随后就可以分析剩余未被漂白的荧光蛋白分子如何随时间迁入被漂白的区域。这项技术与光激活一样,能提供关于某蛋白动力学参数的宝贵定量数据,例如扩散系数、主动运输速率,或与其他蛋白的结合与解离速率(图9–20)。

教材版 FRAP 用的是 GFP 融合蛋白(不是中文答案说的"亲脂/亲水荧光分子偶联"),而且它给出的不只是"侧向扩散速率":还能测主动运输速率以及与其他蛋白的结合/解离速率,另可读出可动比例(mobile fraction)。英文答题用 fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)、photobleach、diffusion coefficient。
12问答题
在研究细胞内蛋白质的定位、相互作用及动态变化时,如何选择合适的研究方法?
(1)蛋白质定位研究方法选择 ①免疫荧光技术:将免疫学方法与荧光标记技术结合,用荧光标记的抗体与细胞内特异蛋白抗原结合,通过荧光显微镜观察荧光信号来确定蛋白位置。如研究细胞骨架蛋白的分布时,可使用相应荧光素标记抗体染色后在荧光显微镜下观察,能直观显示蛋白质在细胞内的定位,操作相对简便,且可在光镜水平进行观察。 ②免疫电镜技术:能在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位,分辨率高。对于细胞内微小结构或细胞器上蛋白的准确定位优势明显,如研究线粒体膜上特定蛋白的定位,可通过免疫电镜技术在电镜下清晰观察到蛋白在膜上的分布。 (2)蛋白质相互作用研究方法选择 ①酵母双杂交技术:利用单细胞真核生物酵母在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用。将待研究的两种蛋白分别与酵母转录激活因子的不同结构域融合,若蛋白相互作用则启动报告基因表达。此技术可大规模筛选与已知蛋白相互作用的未知蛋白,如在研究细胞信号转导网络中各种蛋白质的相互关系时应用广泛,但存在假阳性问题。 ②荧光共振能量转移技术:用于检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用。当供体荧光光谱与受体吸收光谱重叠且两个发光基团距离在一定范围内时发生能量转移,可通过检测荧光变化判断蛋白质是否相互作用。如选择青色荧光蛋白(CFP)和黄色荧光蛋白(YFP)的基因分别与目的蛋白的基因融合表达,根据荧光变化确定蛋白间相互作用,能在活细胞内进行检测且准确性较高,但对实验条件要求较严格。 (3)蛋白质动态变化研究方法选择 ①荧光漂白恢复技术:用亲脂性或亲水性的荧光分子与蛋白偶联,利用高能激光束照射细胞特定区域使荧光分子淬灭,通过观察周围非漂白区荧光分子向漂白区迁移的情况来检测蛋白的运动及其迁移速率,可获得蛋白动态变化的定量信息,常用于研究膜蛋白的流动性等,但标记过程可能影响蛋白正常功能。 ②放射自显影技术:利用放射性同位素的电离射线对乳胶的感光作用,对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究,可追踪蛋白质的合成、运输等动态过程。如用 ³H 标记的氨基酸培养细胞,通过放射自显影技术观察蛋白质在细胞内的合成与运输路径,能直观展示蛋白质在细胞内的动态变化过程,但操作相对复杂且涉及放射性物质。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 12 题参考答案。答题框架:定位(免疫荧光/免疫电镜)—互作(酵母双杂交/FRET)—动态(FPR/放射自显影),每种技术附原理、举例与局限。原书题号印作 13,按页面实际顺序订正为 12〔OCR订正〕
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 590

Molecules in all kinds of thin sections can be labeled to identify and localize them. We have seen earlier how antibodies can be used in conjunction with fluorescence microscopy to localize specific macromolecules. An analogous method—immunogold electron microscopy—can be used in the electron microscope. The usual procedure is to incubate a thin section first with a specific primary antibody, and then with a secondary antibody to which a colloidal gold particle has been attached. The gold particle is electron-dense and can be seen as a black dot in the electron microscope (Figure 9–43).

各种薄切片中的分子都可以被标记,以便鉴定和定位。前面我们已经看到抗体如何与荧光显微术结合来定位特定的大分子。一种与之对应的方法——免疫金电子显微术——可以用于电子显微镜。通常的做法是先用特异性一抗孵育薄切片,再用连有胶体金颗粒的二抗孵育。金颗粒是电子致密的,在电子显微镜下可见为一个黑点(图9–43)。

中文答案里的"免疫电镜(免疫胶体金)"英文即 immunogold electron microscopy,其逻辑与间接免疫荧光完全同构:一抗识别抗原→偶联胶体金的二抗放大并显影,只是把荧光基团换成电子致密的金颗粒。教材还补充:把不同粒径的金颗粒偶联到不同抗体,可在同一张切片上同时定位多种蛋白。
13问答题
电子显微镜与普通光学显微镜的基本区别有哪些。并讨论二者应用范围以及两者不能相互替代的原因。
(1)基本区别 ①成像原理不同:光学显微镜的基本原理是利用被检样品的不同结构吸收光的不同特点,以亮度差的形式呈现样品的物像;在电子显微镜中,利用细聚焦电子束在样品表面逐点扫描,与样品相互作用产生各种物理信号,这些信号经检测器接收、放大并转换成调制信号,最后在荧光屏上显示反映样品特征的图像。 ②照明源不同:光学显微镜的照明源是可见光(日光或灯光),而电子显微镜所用的照明源是电子枪发出的电子流;由于电子流的波长远短于光波波长,故电子显微镜的放大及分辨率显著地高于光镜。 ③透镜不同:电子显微镜中起放大作用的物镜是电磁透镜(能在中央部位产生磁场的环形电磁线圈),而光学显微镜的物镜则是玻璃磨制而成的光学透镜;电子显微镜中的电磁透镜共有三组,分别与光学显微镜中聚光镜、物镜和目镜的功能相当。 ④分辨本领不同:光学显微镜的分辨率在 200nm,而电子显微镜在 0.2nm。 ⑤工作条件不同:光学显微镜在使用时不要求真空环境,电子显微镜要求真空(1.3×10⁻³~1.3×10⁻⁵Pa)。 (2)光学显微镜应用范围:观察细胞的基本形态结构,如在普通光学显微镜下可观察到细胞的轮廓、细胞核等结构;研究细胞内生物大分子的定位和动态变化,如荧光显微镜结合免疫荧光技术可对细胞内特异蛋白进行定位和动态观察,激光扫描共焦显微镜可用于研究亚细胞结构与组分的定位及动态变化。 (3)电子显微镜应用范围:观察细胞内部的超微结构,如线粒体、内质网、核糖体等细胞器的精细结构,以及病毒等微小生物的结构;研究生物大分子的三维结构,如通过电镜三维重构技术可解析膜蛋白、核糖体等生物大分子及其复合物的三维结构。 (4)两者不能相互替代的原因:光学显微镜技术可观察活细胞,能对细胞进行实时动态观察,且操作相对简单、成本较低,适合对细胞进行初步的形态观察和一般的定性研究;而电子显微镜虽然分辨率高,但不能观察活细胞,样品制备复杂,难以观察细胞的全貌。在某些研究中,需要先利用光学显微镜对细胞进行整体观察和定位,再利用电子显微镜对感兴趣的区域进行深入的精细结构研究,两者相互补充,才能更全面地探究细胞的结构与功能。例如在研究细胞内某一蛋白的定位时,先用免疫荧光技术在荧光显微镜下初步确定蛋白在细胞内的分布区域,再通过免疫电镜技术在超微结构水平上进一步明确其在细胞器或细胞结构上的具体定位。
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 13 题参考答案。五点区别可按"成像原理—照明源—透镜—分辨本领—真空"顺口记。原书题号印作 14,按页面实际顺序订正为 13〔OCR订正〕
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §The Electron Microscope Resolves the Fine Structure of the Cell · 教材 p. 588

Because the aberrations of an electron lens are considerably harder to correct than those of a glass lens, however, the practical resolving power of modern electron microscopes is, even with careful image processing to correct for lens aberrations, about 0.05 nm (0.5 Å) (Figure 9–39). This is because only the very center of the electron lenses can be used, and the effective numerical aperture is tiny. Furthermore, problems of specimen preparation, contrast, and radiation damage have generally limited the normal effective resolution for biological objects to 1 nm (10 Å). This is nonetheless about 200 times better than the resolution of the light microscope.

然而,由于电子透镜的像差比玻璃透镜的像差难校正得多,即使配合仔细的图像处理来校正透镜像差,现代电子显微镜实际的分辨本领也只有约 0.05 nm(0.5 Å)(图9–39)。这是因为只能使用电子透镜最中心的部分,有效数值孔径极小。此外,制样、反差和辐射损伤等问题,通常把生物样品的常规有效分辨率限制在 1 nm(10 Å)。即便如此,这仍比光学显微镜的分辨率高约 200 倍。

中文答案写"光镜 200 nm、电镜 0.2 nm"是理论/习惯值;教材给的分层数据更准:理论约 0.002 nm,现代电镜实际分辨本领约 0.05 nm,而受制样、反差、辐射损伤限制,生物样品常规有效分辨率约 1 nm——恰好是光镜的约 200 倍。答"为何不能互相替代"时,这三个层次比单一数字更得分。英文用 resolving power、lens aberration、numerical aperture、radiation damage。
14问答题
你的实验室正在研究一种新型肿瘤抑制蛋白 “p53-Beta” 的功能。以下是需要完成的实验任务,请为每个任务选择最合适的实验技术。 (1)观察 p53-Beta 蛋白在固定的人肝癌细胞系(HepG2)切片中的亚细胞定位(是否定位于细胞核)。 (2)在电子显微镜下,精确观察 p53-Beta 蛋白与线粒体外膜的结合情况。 (3)实时观察 p53-Beta 蛋白在活细胞内的运动轨迹和聚集状态。 (4)观察 p53-Beta 蛋白(假设其为跨膜蛋白)在细胞膜脂质层中的二维分布模式,要求保持蛋白质的天然构象。 (5)从肝脏组织匀浆液中初步分离出线粒体组分。 (6)将上述粗提的线粒体组分进一步纯化,去除污染的其他膜结构(如微粒体)。 (7)验证在纯化后的线粒体组分中,是否存在 p53-Beta 蛋白,并估计其相对丰度。 (8)从肿瘤组织消化得到的混合细胞悬液中,分选出 p53-Beta 蛋白高表达的细胞群,用于后续单细胞测序。 (9)在全基因组范围内,系统性筛选与 p53-Beta 蛋白直接相互作用的候选蛋白。 (10)在活细胞中,确认 p53-Beta 与筛选到的候选蛋白“MDM2-X”是否发生直接的物理结合。 (11)测量 p53-Beta 蛋白在细胞核基质中的侧向扩散速率。 (12)追踪新合成的 p53-Beta 蛋白从翻译后到被运送至线粒体的过程。 (13)快速、可逆地降低细胞中 p53-Beta 的蛋白表达水平,观察其急性功能缺失表型。 (14)为了模拟 p53-Beta 基因完全失活在肿瘤发生中的作用,需要在体外培养的正常上皮细胞中,永久性地使其 p53-Beta 基因功能丧失,以构建一个稳定的疾病研究模型。 (15)检测 p53-Beta 的 mRNA 在细胞胁迫条件下,是否从细胞质重新定位至应激颗粒。 (16)检测不同肿瘤细胞系中 p53-Beta 基因的转录水平(mRNA 丰度)及转录本大小。 (17)检测在 p53-Beta 基因敲除细胞系中,外源导入的 p53-Beta 表达载体是否成功整合到基因组中,以及整合的拷贝数。
(1)蛋白定位:免疫荧光技术 (2)超微定位:免疫电镜技术(通常指免疫胶体金技术) (3)活细胞成像:活细胞荧光蛋白标记技术(如 GFP 融合表达) (4)膜蛋白拓扑分布:冷冻蚀刻技术 (5)细胞器初步分离:差速离心 (6)细胞器精细纯化:密度梯度离心(通常使用蔗糖或 Percoll 密度梯度) (7)蛋白验证与半定量:免疫印迹(Western blot) (8)特定细胞群分选:流式细胞分选术 (9)互作蛋白系统性筛选:酵母双杂交技术 (10)活细胞内互作验证:荧光共振能量转移技术 (11)蛋白运动性分析:荧光漂白恢复技术 (12)生物合成与运输追踪:放射自显影技术(脉冲-追踪实验) (13)基因功能可逆干扰:RNA 干扰技术 (14)基因功能永久失活:CRISPR-Cas9 基因敲除技术 (15)核酸原位定位:原位杂交(荧光原位杂交,FISH) (16)RNA 水平分析:Northern Blotting (17)DNA 水平分析:Southern Blotting
官方解析
依据官方解析"四、问答题"第 14 题参考答案(17 小问一一对应)。选技术的判据:固定样品定位用免疫荧光、超微用免疫电镜、活细胞用 GFP/FRET/FPR、组分分离先差速后密度梯度、核酸层次分别用 FISH/Northern/Southern。原书题号印作 15,按页面实际顺序订正为 14〔OCR订正〕
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Specific Proteins Can Be Detected by Blotting with Antibodies · 教材 p. 490

A specific protein can be identified after its fractionation on a polyacrylamide gel by exposing all the proteins on the gel to a specific antibody that has been labeled with a radioactive isotope or a fluorescent dye. This procedure is normally carried out after transferring all of the separated proteins in the gel onto a sheet of nitrocellulose paper or nylon membrane. Placing the membrane against the gel and driving the proteins out of the gel with a strong electric current transfers the protein onto the membrane. The membrane is then soaked in a solution of labeled antibody to reveal the protein of interest. This method of detecting proteins is called Western blotting, or immunoblotting (Figure 8–17).

一种特定蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶上分离之后,可以通过把凝胶上的全部蛋白质暴露于一种用放射性同位素或荧光染料标记的特异性抗体来加以鉴定。这一步通常是在把凝胶中已分离的全部蛋白质转移到硝酸纤维素膜或尼龙膜上之后进行的。把膜贴在凝胶上,用强电流把蛋白质从凝胶中驱出,即可把蛋白质转移到膜上。然后把膜浸在标记抗体的溶液中,从而显示出目标蛋白。这种检测蛋白质的方法称为 Western 印迹法,或免疫印迹法(图8–17)。

对应本题第(7)小问:教材把"免疫印迹"正式称为 Western blotting / immunoblotting,三步是 SDS-PAGE 分离→电转到硝酸纤维素膜或尼龙膜→标记抗体显影;灵敏度可低至 1 ng 以下,因此既能"验证是否存在"也能"估计相对丰度"。英文答题用 Western blotting (immunoblotting)、transfer、nitrocellulose membrane、labeled antibody。

五、实验题实验题

1实验题
设计实验证明以鉴定某蛋白质是否以二聚体形式存在的两种方法。
【思路】把待测蛋白视为“自身与自身”的一对互作对象:分别给同一蛋白装上两套不同的检测元件,若两份拷贝能靠拢结合,即证明其以二聚体形式存在。 (1)酵母双杂交系统 ①原理:这是一种在活细胞内研究蛋白质相互作用的实验技术。通过制备融合蛋白,即“诱饵”蛋白与 DNA 结合域(DB)融合,以及“猎物”蛋白与转录激活域(AD)融合,如果两种蛋白在细胞内相互作用,则可形成具有 DB 和 AD 结构域的复合物,从而启动报告基因的表达。这种方法可以用来检测蛋白质之间是否存在直接的相互作用,从而推断蛋白质是否以二聚体形式存在。 ②步骤:将待测蛋白的编码基因分别与 DB、AD 融合,构建诱饵质粒与猎物质粒;共转化酵母细胞;在选择培养基上培养并检测报告基因表达。 ③对照:共转化空载质粒(DB-空载+AD-待测、DB-待测+AD-空载)作阴性对照,已知互作蛋白对作阳性对照。 ④预期结果:若报告基因表达、酵母能在筛选培养基上生长,说明该蛋白可自身结合,即以二聚体形式存在;空载对照不应有报告基因表达。 (2)荧光共振能量转移技术(FRET) ①原理:FRET 技术用于检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用。基本原理是当两个蛋白质分子的距离在 10nm 之内时,可以发生能量转移现象,即供体分子发出的荧光可以被受体分子吸收并激发受体分子发出荧光。通过测量供体荧光强度的损失量,可以判断两个蛋白是否存在相互作用。如果两个蛋白距离越近,供体所发出的荧光被受体接收的量就越多,检测器所接收到的蓝色荧光就越弱,而黄色荧光就越强。 ②步骤:将待测蛋白基因分别与 CFP(供体)和 YFP(受体)基因融合,共转染同一细胞表达;以 CFP 激发波长激发,检测 CFP 与 YFP 两个通道的荧光强度。 ③对照:只转染 CFP-待测蛋白或只转染 YFP-待测蛋白的单标记细胞,以及游离 CFP+YFP 共表达细胞作阴性对照。 ④预期结果:若激发 CFP 时 CFP(蓝色)荧光减弱而 YFP(黄色)荧光增强,说明两份拷贝距离在 10nm 之内、直接结合,该蛋白以二聚体形式存在;对照组无此现象。
官方解析
依据官方解析"五、实验题"第 1 题参考答案(酵母双杂交+FRET 两法);其中对照设置与预期结果按同篇解析第 4 题"设置对照组(如共转化空载质粒等)"及第 3 题 FRET 预期结果补齐。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Optical Methods Can Monitor Protein Interactions · 教材 p. 494

Another optical method for probing protein interactions uses green fluorescent protein (discussed in detail later) and its derivatives of different colors. In this application, two proteins of interest are each labeled with a different fluorescent protein, such that the emission spectrum of one fluorescent protein overlaps the absorption spectrum of the second. If the two proteins come very close to each other (within about 1–5 nm), the energy of the absorbed light is transferred from one fluorescent protein to the other. The energy transfer, called fluorescence resonance energy transfer (FRET), is determined by illuminating the first fluorescent protein and measuring emission from the second (see Figure 9–19).

另一种探测蛋白质相互作用的光学方法利用绿色荧光蛋白(后文详述)及其不同颜色的衍生物。在这一应用中,两个目标蛋白各自用一种不同的荧光蛋白标记,使其中一种荧光蛋白的发射光谱与另一种的吸收光谱相重叠。如果两个蛋白彼此靠得非常近(约 1–5 nm 之内),被吸收的光能就会从一种荧光蛋白转移到另一种。这种能量转移称为荧光共振能量转移(FRET),其判定方式是照射第一种荧光蛋白并测量第二种的发射(见图9–19)。

用 FRET 判断"是否二聚体"的量化门槛就是这句 1–5 nm(中文答案写 10 nm 偏宽),检测方式是"激发供体、测受体发射",并配套观察供体荧光下降。需注意:酵母双杂交在 MBoC 7e 正文中已不再收录,若用英文作答该法,需自行交代 DNA-binding domain / activation domain 与 reporter gene 的原理。
2实验题
设计实验证明 P53 基因在哪条染色体上,以及 P53 蛋白在细胞中的定位。
(1)可利用原位杂交技术探究 p53 基因在哪条染色体上。 ①实验原理:原位杂交是一种直接在染色体上定位特定 DNA 序列的技术。它利用已知的 DNA 探针与细胞内染色体 DNA 进行杂交。探针通常被标记为荧光分子,通过显微镜观察,可以确定目标基因在染色体上的精确位置。 ②实验步骤: A. 制备 p53 的特异性 DNA 探针,并用荧光基团标记。 B. 将标记的探针与已经固定并变性的染色体样本进行杂交。 C. 在荧光显微镜下观察,荧光信号会出现在与探针互补配对的基因所在的位置,从而确定基因在染色体上的位置。 ③对照与预期结果:以无关序列探针作阴性对照、以已知定位的基因探针作阳性对照;同时对染色体作 DAPI 复染以识别染色体核型。预期在某一条特定染色体的特定区带上出现成对荧光信号,即为 p53 基因所在位置;阴性对照无特异信号。 (2)可利用免疫荧光技术探究 p53 蛋白在细胞中的定位。 ①实验原理:免疫荧光技术是将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的一种技术。此技术是采用荧光素标记的抗体作为探针,检测待测组织、细胞标本中的靶抗原。形成的抗原抗体复合物带有荧光素,在荧光显微镜下,受高压汞灯光源的紫外光照射,荧光素发出明亮的荧光,这样就可以分辨出抗原的所在位置。 ②实验步骤: A. 荧光抗体的制备:将荧光分子与抗体相偶联(直接免疫荧光标记);或先用已知未标记的特异抗体(第一抗体)与 p53 蛋白进行反应,作用一定时间后,洗去未反应的抗体,再用标记荧光分子的第二抗体与抗原标本反应,如果第一抗体和抗原互相发生了反应,则与荧光素标记的抗抗体结合,形成抗原-抗体-抗抗体复合物(间接免疫荧光标记)。 B. 对标本进行处理(固定、通透以保持抗原性),在荧光显微镜下观察荧光分布,从而可以确定 p53 蛋白在细胞中的位置。 ③对照与预期结果:设只加第二抗体不加第一抗体的空白对照、无关抗体对照,并以 DAPI 标记细胞核共定位。预期 p53 的荧光信号主要与 DAPI 标记的细胞核重叠,说明 p53 蛋白定位于细胞核;对照组无特异荧光。
官方解析
依据官方解析"五、实验题"第 2 题参考答案(原位杂交定位基因+免疫荧光定位蛋白);对照与预期结果部分按同专题免疫荧光、原位杂交的常规做法补充说明。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Hybridization Provides a Powerful but Simple Way to Detect Specific Nucleotide Sequences · 教材 p. 505

This fundamental capacity of a single-strand nucleic acid molecule, either DNA or RNA, to form a double helix with a single-strand molecule of a complementary sequence provides a powerful and sensitive technique for detecting specific nucleotide sequences. Today, one simply designs a short, single-strand DNA molecule (often called a DNA probe) that is complementary to the nucleotide sequence of interest. Because the nucleotide sequences of so many genomes are known—and are stored in publicly accessible databases—designing a probe to hybridize anywhere in a genome is straightforward.

单链核酸分子(DNA 或 RNA 均可)能与具互补序列的单链分子形成双螺旋,这一基本能力提供了检测特定核苷酸序列的强大而灵敏的技术。今天,人们只需设计一段与目标核苷酸序列互补的短单链 DNA 分子(常称为 DNA 探针)。由于如此多基因组的核苷酸序列都已知晓、并存放在可公开检索的数据库中,设计一条能杂交到基因组任意位置的探针是很容易的事。

本题"把 p53 定位到哪条染色体"用的正是这一探针杂交原理:探针典型长约 30 个核苷酸,长度足以保证在约 30 亿碱基对的人基因组中只匹配唯一位点,且杂交条件可严格到"错配一个碱基即不杂交"。教材图8–32 说明把不同标记的 DNA 探针杂交到中期染色体上即可为基因定位,该技术英文简称 FISH(fluorescence in situ hybridization)。
3实验题
设计实验证明一个细胞中的两个蛋白质X和Y是否有功能上的联系。
(一)实验目的:验证细胞中的两个蛋白质 X 和 Y 是否有功能上的联系。 (二)实验方法介绍: (1)免疫共沉淀:此方法可以用来检测蛋白质 X 和 Y 是否在细胞内相互作用。免疫共沉淀是利用特异性抗体与目标蛋白结合,然后通过沉淀的方式将目标蛋白及其相互作用的蛋白从细胞裂解液中分离出来,进而通过 Western blot 等方法检测目标蛋白及其相互作用蛋白的存在。 (2)荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET):此技术可以用来检测蛋白质 X 和 Y 在细胞内是否处于足够近的距离(通常小于 10nm),从而判断它们是否具有直接的相互作用。FRET 技术通过检测供体蛋白发出的荧光能量是否被受体蛋白接收并发出荧光来判断两者之间的距离。 (三)实验步骤: (1)免疫共沉淀实验流程: 步骤 1:细胞培养并转染表达带有标签的蛋白质 X 和 Y 的质粒。 步骤 2:细胞裂解,收集含有目标蛋白的细胞裂解液。 步骤 3:加入特异性抗体与目标蛋白结合。 步骤 4:加入蛋白 A/G 珠子,使抗体-蛋白复合物沉淀。 步骤 5:洗涤沉淀,去除非特异性结合的蛋白。 步骤 6:用 SDS-PAGE 电泳分离沉淀中的蛋白。 步骤 7:通过 Western blot 检测沉淀中的蛋白质 X 和 Y。 (2)荧光共振能量转移实验流程: 步骤 1:将带有 CFP 和 YFP 荧光标签的蛋白质 X 和 Y 的质粒转染到细胞中。 步骤 2:细胞培养一段时间后,进行荧光显微镜观察。 步骤 3:在特定激发光照射下,观察 CFP 和 YFP 的荧光信号。 步骤 4:分析 CFP 和 YFP 的荧光强度,判断是否存在 FRET 现象。 (对照设置:免疫共沉淀需设无关 IgG 沉淀组与只表达单一蛋白组作阴性对照,并留取裂解液 Input 作上样对照;FRET 需设 CFP 单标、YFP 单标及游离 CFP+YFP 共表达组作阴性对照。) (四)实验预期结果: (1)免疫共沉淀:如果蛋白质 X 和 Y 在 Western blot 中同时被检测到,说明它们可能在细胞内存在相互作用。 (2)荧光共振能量转移:如果在 FRET 实验中观察到 YFP 发出的荧光信号增强,而 CFP 的荧光信号减弱,表明蛋白质 X 和 Y 在细胞内距离足够近,存在直接的相互作用。
官方解析
依据官方解析"五、实验题"第 3 题参考答案(实验目的—方法—步骤—预期结果四段式);括号内对照设置为按常规免疫共沉淀/FRET 要求补充,其余逐条照录解析。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Sets of Interacting Proteins Can Be Identified by Biochemical Methods · 教材 p. 493

A key method for identifying proteins that bind to one another tightly is co-immunoprecipitation. A target protein is immunoprecipitated from a cell lysate using specific antibodies coupled to beads, as described earlier. If the target protein is associated tightly enough with another protein when it is captured by the antibody, the partner precipitates as well and can be identified by mass spectrometry. This method is useful for identifying proteins that are part of a complex inside cells, including those that interact only transiently; for example, when extracellular signal molecules stimulate cells (discussed in Chapter 15).

鉴定彼此紧密结合的蛋白质,一个关键方法是免疫共沉淀。用偶联到珠子上的特异性抗体,把靶蛋白从细胞裂解液中免疫沉淀下来(如前所述)。如果靶蛋白被抗体捕获时与另一种蛋白结合得足够紧密,那么这个伙伴蛋白也会一并被沉淀下来,并可用质谱加以鉴定。该方法适用于鉴定细胞内属于同一复合物的蛋白,包括那些只发生瞬时相互作用的蛋白;例如细胞外信号分子刺激细胞时的情形。

教材把中文答案里"抗体+蛋白 A/G 珠子拉下复合物"的做法正式称为 co-immunoprecipitation,并指出下游首选质谱(mass spectrometry)而不仅是 Western blot——这样连事先未知的互作蛋白也能一并鉴定出来。另一个中文答案没强调的优点:能抓到只维持瞬时的相互作用。英文答题用 co-immunoprecipitation、cell lysate、beads、mass spectrometry。
4实验题
某实验室利用遗传学的筛选方法筛选与酵母 DNA 修复相关的基因。发现 X 或 Y 基因的缺失不影响酵母细胞存活,但影响酵母 DNA 修复,表现在 X 或 Y 基因的缺失导致细胞对紫外线敏感。经搜索数据库,发现 X 和 Y 基因分别有一个编码框,可能编码 50 和 40 千道尔顿(KDa)的蛋白。为了进一步研究它们的功能,他们决定分四组同时回答下面的问题: 第一组,X蛋白和Y蛋白是否同一通路上。请你设计一个实验回答这个问题。 第二组,X蛋白和Y蛋白是否直接相互作用。请你设计一个实验回答这个问题。 第三组,X蛋白和Y蛋白是否结合DNA,请你设计一个实验回答这个问题。 第四组,与X蛋白或Y蛋白相互作用的因子。请你设计一个实验回答这一问题。
总述:这四组实验设计分别从不同角度探究 X 蛋白和 Y 蛋白在酵母 DNA 修复过程中的作用机制。通过双突变体构建与表型分析、酵母双杂交及免疫共沉淀、染色质免疫沉淀、蛋白质亲和纯化结合质谱分析等实验技术,可深入了解 X 蛋白和 Y 蛋白的功能及相互关系,为揭示酵母 DNA 修复机制提供重要依据。 (1)第一组实验:探究 X 蛋白和 Y 蛋白是否在同一通路上 ①实验原理:若 X 蛋白和 Y 蛋白在同一通路上,那么同时缺失 X 和 Y 基因所产生的表型应与单独缺失其中一个基因的表型相似或更严重;若不在同一通路,双突变体可能会出现不同的表型。 ②实验步骤:构建 X 和 Y 基因的双突变体酵母菌株,同时保留野生型酵母菌株、X 基因单突变体菌株和 Y 基因单突变体菌株作为对照。将这四组菌株分别培养在相同条件下,用相同剂量的紫外线照射处理。观察并记录四组菌株在紫外线照射后的生长情况,可通过计算细胞存活率、克隆形成率等指标进行量化分析。 ③结果分析:若双突变体菌株的生长受抑制情况(如存活率、克隆形成率等指标)与单突变体菌株相似或更严重,表明 X 蛋白和 Y 蛋白可能在同一通路上,共同参与酵母 DNA 修复过程;若双突变体菌株的表型与单突变体菌株有明显差异,则提示它们可能不在同一通路,在 DNA 修复中发挥不同作用。 (2)第二组实验:探究 X 蛋白和 Y 蛋白是否直接相互作用 ①实验原理:酵母双杂交系统可在体内检测蛋白质-蛋白质之间的相互作用;免疫共沉淀技术则能在细胞裂解物中捕获与目标蛋白相互作用的蛋白质,从体外验证蛋白间的相互作用。 ②实验步骤:利用酵母双杂交系统,将 X 蛋白编码基因与 DNA 结合结构域(BD)融合构建诱饵质粒,将 Y 蛋白编码基因与激活结构域(AD)融合构建猎物质粒。将这两种质粒共转化至酵母细胞中,同时设置对照组(如共转化空载质粒等)。若酵母细胞在筛选培养基上能生长并激活报告基因表达,初步表明 X 蛋白和 Y 蛋白可能直接相互作用。为进一步验证,提取表达 X 蛋白和 Y 蛋白的酵母细胞裂解物,使用抗 X 蛋白的抗体进行免疫共沉淀实验,通过 Western blot 检测沉淀产物中是否存在 Y 蛋白。若能检测到 Y 蛋白,则说明 X 蛋白和 Y 蛋白在细胞内存在直接相互作用。 (3)第三组实验:探究 X 蛋白和 Y 蛋白是否结合 DNA ①实验原理:染色质免疫沉淀技术(ChIP)能够研究体内蛋白质与 DNA 的相互作用,可特异性富集与目标蛋白结合的 DNA 片段,经后续分析确定蛋白是否与特定 DNA 区域结合。 ②实验步骤:培养表达 X 蛋白或 Y 蛋白的酵母细胞,用甲醛等试剂对细胞进行交联处理,使蛋白质与 DNA 交联固定。破碎细胞,获取染色质片段。使用抗 X 蛋白或抗 Y 蛋白的特异性抗体进行免疫沉淀,捕获与 X 蛋白或 Y 蛋白结合的染色质片段。对免疫沉淀得到的 DNA 进行纯化,可采用 PCR、测序或芯片技术分析纯化后的 DNA。若能检测到特定的 DNA 片段,说明 X 蛋白或 Y 蛋白能够结合 DNA;若未检测到,则表明它们可能不直接与 DNA 结合。 (4)第四组实验:探究与 X 蛋白或 Y 蛋白相互作用的因子 ①实验原理:蛋白质亲和纯化结合质谱分析技术,可利用与目标蛋白特异性结合的配体,从细胞裂解物中纯化出与目标蛋白相互作用的蛋白质复合物,再通过质谱分析鉴定这些蛋白质成分。 ②实验步骤:构建带有特定标签(如 His 标签、GST 标签等)的 X 蛋白和 Y 蛋白表达载体,将其转化至酵母细胞中进行表达。提取表达融合蛋白的酵母细胞裂解物,将裂解物与带有对应标签结合位点的亲和层析介质孵育,使融合蛋白与介质特异性结合。通过洗涤去除未结合的杂质,然后用适当的洗脱液洗脱与 X 蛋白或 Y 蛋白结合的蛋白质复合物。对洗脱得到的蛋白质复合物进行质谱分析,鉴定其中的蛋白质成分。通过生物信息学分析和文献查阅,确定这些蛋白质与 X 蛋白或 Y 蛋白在功能上的关联,筛选出可能与 X 蛋白或 Y 蛋白相互作用且参与 DNA 修复过程的关键因子。
官方解析
依据官方解析"五、实验题"第 4 题参考答案,四组各含原理、步骤(含对照)与结果分析。记忆线索:遗传学上位分析→酵母双杂交+免疫共沉淀→ChIP→亲和纯化联质谱。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Gene Products Can Be Ordered in Pathways by Epistasis Analysis · 教材 p. 524

Sometimes, a double mutant will show a new or more severe phenotype than either single mutant alone. This type of genetic interaction is called a synthetic phenotype, and if the phenotype is death of the organism, it is called synthetic lethality. In most cases, a synthetic phenotype indicates that the two genes act in two different parallel pathways, either of which is capable of mediating the same cell process. Thus, when both pathways are disrupted in the double mutant, the process fails altogether, and the synthetic phenotype is observed.

有时,双突变体会表现出比任一单突变体都新的或更严重的表型。这类遗传相互作用称为合成表型;如果该表型是生物体死亡,就称为合成致死。多数情况下,出现合成表型说明这两个基因作用于两条不同的平行通路上,而其中任一条都能介导同一细胞过程。因此,当双突变体把两条通路都破坏掉时,该过程就彻底失败,于是观察到合成表型。

这段直接校正中文答案第一组的判读方向:双突变体表型"更严重"(synthetic phenotype / synthetic lethality)恰恰提示 X 与 Y 在两条平行通路上;只有双突变体表型与某一单突变体相同(该基因 epistatic 于另一个)才说明二者在同一通路,而且严格来说要求两个突变都是 null allele。英文答题用 epistasis analysis、double mutant、null mutation、synthetic lethality。
5实验题
请设计实验制备抗人 CD20 蛋白的单克隆抗体,并验证其特异性。(包括实验目的、实验原理、实验材料和试剂、实验流程、预期结果及分析方法、注意事项)
1. 实验目的和科学意义 目的:制备高特异性抗人 CD20 单克隆抗体。 意义:①为 B 细胞淋巴瘤诊断提供特异性检测工具;②为研发靶向治疗药物奠定基础;③建立单抗制备标准化流程。 2. 实验原理 (1) 杂交瘤技术原理:免疫 B 细胞(抗原特异性)+骨髓瘤细胞(无限增殖)→杂交瘤细胞。 (2) HAT 选择系统:氨基蝶呤阻断 DNA 主合成途径;SP2/0 细胞(HGPRT−)死亡;脾细胞自然凋亡;仅杂交瘤细胞存活(获得 HGPRT+ 补偿)。 3. 关键材料和试剂 材料:Balb/c 小鼠(8 周龄雌性)、SP2/0 骨髓瘤细胞系、人 CD20 重组蛋白。 试剂:①免疫相关:弗氏完全/不完全佐剂、CD20 蛋白(纯度>90%);②细胞培养:HAT/HT 培养基、50% PEG-4000、胎牛血清(优级);③检测试剂:抗小鼠 IgG-HRP 二抗、TMB 显色液、流式抗体(CD19/CD20)。 4. 实验流程设计 (1) 动物免疫:①初次免疫:50μg CD20+弗氏完全佐剂(腹腔);②加强免疫:3 次(间隔 2 周,不完全佐剂);③融合前 3 天静脉加强。 (2) 细胞融合:①制备免疫脾细胞(台盼蓝检测>85%);②SP2/0 细胞(对数生长期);③PEG 融合(37℃,90s);④HAT 培养基筛选。 (3) 阳性克隆筛选:①ELISA 初筛(CD20 包被);②有限稀释法亚克隆(3 次);③扩大培养。 (4) 抗体鉴定:①流式检测(CD20+ B 细胞染色);②Western blot 验证特异性;③亚型鉴定(试剂盒)。 5. 预期结果及分析 (1) 融合效率:阳性孔率约 30-50%。 (2) 抗体特性:①ELISA 效价>1:10⁴;②流式检测:仅结合 CD20+ 细胞;③WB:单一约 33kDa 条带。 (3) 数据分析:①计算亲和常数(Scatchard 分析);②检测亚型(多为 IgG1)。 6. 关键控制点和注意事项 (1) 关键控制点:免疫方案:血清效价检测(>1:10³);细胞状态:融合前活率>90%;克隆时机:集落占孔 1/3 时筛选。 (2) 注意事项:①严格无菌操作;②融合后轻柔换液;③尽早冻存阳性克隆;④设立空白对照(未免疫小鼠脾细胞);⑤避免反复冻融抗体。
官方解析
依据官方解析"五、实验题"第 5 题参考答案(六段式:目的—原理—材料试剂—流程—预期结果—注意事项)。特异性验证三件套:ELISA 效价、流式只结合 CD20+ 细胞、WB 单一约 33kDa 条带;对照为未免疫小鼠脾细胞。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Hybridoma Cell Lines Are Factories That Produce Monoclonal Antibodies · 教材 p. 479

B lymphocytes normally have a limited life span in culture, but individual antibody-producing B lymphocytes from an immunized mouse, when fused with cells derived from a transformed B lymphocyte cell line, can give rise to hybrids that have both the ability to make a particular antibody and the ability to multiply indefinitely in culture (Figure 8–3). These hybridomas are propagated as individual clones, each of which provides a permanent and stable source of a single type of monoclonal antibody. Each type of monoclonal antibody recognizes a single type of antigenic site; for example, a particular cluster of five or six amino acid side chains on the surface of a protein.

B 淋巴细胞在培养中通常寿命有限,但来自免疫小鼠的单个产抗体 B 淋巴细胞,与源自转化 B 淋巴细胞系的细胞融合后,可以产生同时具备两种能力的杂种细胞:既能制造某一特定抗体,又能在培养中无限增殖(图8–3)。这些杂交瘤以单个克隆的形式扩增,每个克隆都提供一种单一类型单克隆抗体的永久而稳定的来源。每一种单克隆抗体只识别一种类型的抗原位点;例如蛋白表面某一簇由五六个氨基酸侧链组成的位点。

教材点明杂交瘤两种"能力"的来源——免疫小鼠的 B 淋巴细胞贡献特异性、转化的 B 淋巴细胞系贡献无限增殖,并强调单抗只识别单一抗原位点(约由 5–6 个氨基酸侧链构成),这正是"特异性验证"在原理上的落点。另注:教材把融合伙伴写作 transformed B lymphocyte cell line(即 SP2/0 一类骨髓瘤细胞系)。英文答题用 hybridoma、monoclonal antibody、antigenic site、clone。

历年真题 真题资料全量筛查 · 命中 57 题

【细胞真题】来源A《细胞真题》(华中农业大学2007—2026年历年真题,PaddleOCR 完整版共36页)已逐页通读:p1-2 目录、p3-36 为 2007—2026 各年份试卷(p3=2007,p4=2008,p5-8=2009,p9=2010,p10=2011,p11=2012,p12=2013,p13=2014,p14=2015,p15=2016,p16-18=2017,p19=2018,p20=2019,p21=2020,p22-23=2021,p24-26=2022,p27-28=2023,p29=2024,p30-32=2025,p33-36=2026)。该资料只有题目、无参考答案,故全部 answer 依据《2027求臻细胞学 高分笔记》专题2(page_0012~page_0030,含考点一细胞形态结构观察方法/考点二细胞及其组分分析方法/考点三细胞培养与细胞工程/考点四细胞及生物大分子动态变化/考点五模式生物)整理。命中专题2共 55 题,按题型拆分为 1a(名词解释9)、1b(名词解释8)、1c(选择8+判断2+填空2)、1d(简答4+论述1+实验5)、1e(实验8)、1f(实验8)。判定口径:以高分笔记专题2的五个考点为准。已排除但存疑的边缘题(供复核):①干细胞类概念(2007胚胎干细胞、2009多潜能干细胞、2015 iPS cell、2016多功能干细胞、2026 embryonic stem cell/induced pluripotent stem cell、2014简答5干细胞分类、2022综合1山中伸弥iPSC)——高分笔记归专题14细胞分化与干细胞,故未收;②2012问答6、2015论述1「细胞生物学研究方向/热点」属绪论;③2013简答6「透射电镜检测凋亡的超微结构特征」题干虽提TEM但答案全为凋亡形态学;④2021问答1水孔蛋白(非洲爪蟾卵母细胞/脂质体重建)、2021实验1抗胰蛋白酶体外翻译、2022简答1海胆核小体微球菌核酸酶消化+电泳、2024简答8胞质环流证明、2024论述2细胞骨架动态不稳定性设计实验、2025简答4证明MPF存在的实验、2017论述1判断A基因原癌/抑癌的实验设计、2009论述1核孔复合体「如何通过实验证明」——均以他章知识为主体,方法只是载体,未收。⑤2016填空1「细胞生物学从显微、亚显微、分子3个水平研究」属绪论,未收。 | 【细胞真题狂背】来源B《细胞真题狂背》(华中农大27版按章节,PaddleOCR 完整版共104页,自带参考答案)已逐页通读:p2 目录、p3-4 第一章绪论、p5-12 第二章细胞生物学研究方法、p13-16 第三章细胞质膜、p17-22 第四章物质跨膜运输、p23-32 第五章细胞质基质与内膜系统、p33-39 第六章蛋白质分选与膜泡运输、p40-43 第七章线粒体和叶绿体、p44-51 第八章细胞骨架、p52-57 第九章细胞核与细胞质、p58 第十章核糖体、p59-69 第十一章细胞信号转导、p70-73 第十二章细胞周期与细胞分裂、p74-75 第十三章细胞增殖调控与癌细胞、p76-79 第十四章细胞分化与干细胞、p80-86 第十五章细胞衰老与程序性死亡、p87-91 第十六章细胞的社会联系、p92-104 其他未分类。共命中专题2 题目 49 道:其中 29 道在该书第二章(名解9+小题7+大题13),另有 20 道被该书归入他章但按考点内容属专题2,已逐一收录并在 source 字段标出真实页码——原生质体(p3 绪论)、微粒体(p23 第五章)、溶酶体vs过氧化物酶体的细胞化学区分(p28 第五章)、共焦激光扫描显微镜选择题(p46 第八章)、判断凋亡还是坏死(p73 第十二章)、细胞克隆名解(p76 第十四章)、体外培养终末分化细胞活性(p79 第十四章)、Hayflick界限判断题/秀丽隐杆线虫/凋亡检测方法选择题(p81 第十五章)、以及"其他未分类"中的蛋白质分选实验设计(p93)、证明溶酶体(p94)、Feulgen反应(p95)、凋亡检测生化分子技术(p96)、荧光显微镜研究微管动态(p96)、脂质体研究膜蛋白(p97)、荧光显微镜三重标记(p98)、冷冻电镜三维重构(p100)、多莉羊克隆(p100)、核质蛋白显微注射(p103)。全部 answer 抄自该书【参考答案】/【求臻答案】原文。按题型拆为 2a(名词解释12)、2b(选择7+判断2+填空2)、2c(简答4+论述1+实验5)、2d(实验8)、2e(实验8)。判定口径以《2027求臻细胞学 高分笔记》专题2 五个考点为准,故该书中的干细胞类名解(胚胎干细胞、多潜能干细胞、iPS细胞、多能干细胞 p76)、iPSC致瘤性大题(p80)、水孔蛋白发现简史(p21)、海胆核小体电泳(p56)、核孔复合体"如何实验证明"(p54)、A基因原癌/抑癌实验设计(p99)、细胞骨架动态不稳定性设计实验(p104)、胞质环流证明(p51)、TEM检测凋亡超微结构(p84)、细胞生物学研究方向(p95)等边缘题未收,供复核。第二章大题2"超薄切片"该书未标年份,经与《细胞真题》p8 比对确认为 2009 年实验设计题第1题,已据此补年份。

名词解释15 题

10名词解释2007 · 华中农业大学 · 细胞真题 p3;细胞真题狂背 p5考点一 细胞形态结构的观察方法(其他显微镜 STM/AFM)
原子力显微镜 (AFM)
原子力显微镜是一种利用悬梁臂弹簧末端的微小探针来操纵和测量样品形貌与力学性质的扫描探针显微镜。探针与样品作用时,悬梁臂的微小位移通过"光杠杆"效应放大上千倍投射到光电探测器上,并通过反馈通路控制探针与样品间的相互作用。它可精确测量样品形貌,还能测量样品的微观力学性质,适合细胞信号分子与配体结合、蛋白质分子的折叠和展开等研究。
据高分笔记整理
AFM 与扫描隧道显微镜(STM)同属"其他显微镜",答题要点为"探针+光杠杆放大+可测力学性质"三点。
10名词解释2008 · 华中农业大学 · 细胞真题 p4;细胞真题狂背 p5考点一 细胞形态结构的观察方法(电镜制样技术·负染色)
负染色
负染色技术是一种常用的电镜制样技术。其原理是用磷钨酸或醋酸双氧铀等重金属盐溶液对铺展在载网上的样品进行染色,样品自然干燥后整个载网上铺上一薄层重金属盐,从而反衬(衬托)出样品的精细结构。分辨率可达 1.5 nm 左右,主要用于显示经纯化的细胞组分或精细结构,如线粒体、核糖体、蛋白颗粒、细胞骨架纤维甚至病毒等。
据高分笔记整理
"负"在于染的是背景而非样品本身;缺点是分辨率仅 1.5~2 nm 且干燥会损伤结构,故被低温电镜取代。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Heavy Metals Can Provide Additional Contrast · 教材 p. 591

Negative staining is a similar approach that also allows fine detail to be seen in isolated molecules or macromolecular machines. In this technique, the molecules are supported on the thin film of carbon on a grid and mixed with a solution of a heavy-metal salt such as uranyl formate or acetate. After the sample has dried, a very thin film of metal salt covers the carbon film everywhere except where it has been excluded by the presence of an adsorbed macromolecule.

负染色是一种类似的方法,同样能显示分离的分子或大分子机器的精细结构。在该技术中,分子被支撑在载网的碳支持膜上,并与重金属盐溶液(如甲酸铀酰或醋酸铀酰)混合。样品干燥后,除被吸附的大分子占据(把染液排开)的位置以外,碳膜各处都覆盖上一层极薄的金属盐薄膜。

英文术语就是 negative staining;教材写明重金属盐是 uranyl formate or acetate(醋酸双氧铀),样品支撑物是 thin film of carbon on a grid,比中文答案更精确地交代了"载网+碳支持膜"。
MBoC 7e Ch.9 · §Summary(LOOKING AT CELLS AND MOLECULES IN THE ELECTRON MICROSCOPE)· 教材 p. 599

The shapes of isolated molecules can be roughly determined by electron microscopy techniques involving negative staining or heavy-metal shadowing, but detailed molecular structures require cryoEM and single-particle reconstruction using computational manipulations of data obtained from multiple images and multiple viewing angles to produce detailed reconstructions of macromolecules and molecular complexes.

分离出来的分子,其形状可以用负染色或重金属投影这类电镜技术大致测定;但精细的分子结构则需要冷冻电镜和单颗粒重构——即对多幅图像、多个观察角度所得的数据进行计算处理,从而重建出大分子及大分子复合物的精细结构。

英文归类时负染与 heavy-metal shadowing 并列,都只能 roughly determine 分子形状;要精细结构必须上 cryoEM 与 single-particle reconstruction——这层对比是中文答案没有的。
1名词解释考过 2 次2008、2023 · 华中农业大学 · 细胞真题 p4;细胞真题狂背 p5考点三 细胞培养与细胞工程(动物细胞培养·细胞系)
细胞系
原代培养的细胞传至10代左右时通常难以继续传代,极少数细胞可传至40~50代,这些细胞仍保持原有染色体的二倍体数量及接触抑制行为,这类细胞被称为细胞系。细胞系又可根据传代次数是否有限分为有限细胞系(最多可传至40~50代)和永生(无限/连续)细胞系(可无限制传代,染色体多呈亚二倍体或非整倍体、失去接触抑制,如 HeLa 细胞系)。
据高分笔记整理
细胞系与细胞株的区别是高频考点:细胞系强调"传代获得",细胞株强调"单细胞克隆+生物学鉴定"。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

The cell cultures obtained by disrupting tissues tend to suffer from a problem—eventually the cells die. Most vertebrate cells stop dividing after a finite number of cell divisions in culture, a process called replicative cell senescence (discussed in Chapter 17). Normal human fibroblasts, for example, typically divide only 25–40 times in culture before they stop.

通过打散组织得到的细胞培养物往往有一个问题——细胞最终会死亡。多数脊椎动物细胞在培养中经过有限次数的分裂后就停止分裂,这一过程称为复制性细胞衰老(见第 17 章)。例如,正常人成纤维细胞在培养中通常只分裂 25~40 次就停下来。

英文答题用 cell line、replicative cell senescence;教材把中文答案里含糊的"传 10 代左右就难以继续传代"量化为正常人成纤维细胞只分裂 25–40 次,并把原因归到端粒缩短。
MBoC 7e Ch.8 · §Summary(ISOLATING CELLS AND GROWING THEM IN CULTURE)· 教材 p. 480

Many animal and plant cells survive and proliferate in a culture dish if they are provided with a suitable culture medium containing nutrients and appropriate signal molecules. Although many animal cells stop dividing after a finite number of cell divisions, cells that have been immortalized through spontaneous mutations or genetic manipulation can be maintained indefinitely as cell lines.

只要提供含有营养物和适当信号分子的合适培养基,许多动物细胞和植物细胞都能在培养皿中存活并增殖。虽然许多动物细胞在有限次数的分裂后就停止分裂,但那些通过自发突变或遗传操作而实现永生化的细胞,可以作为细胞系被无限期地维持下去。

"永生(连续)细胞系"英文写 immortalized cell line;教材补出中文答案没说的永生化来源——spontaneous mutations or genetic manipulation(如导入端粒酶催化亚基)。
4名词解释2009 · 华中农业大学 · 细胞真题 p5;细胞真题狂背 p5考点三 细胞培养与细胞工程(动物细胞培养的生长特点)
接触抑制
接触抑制是指在细胞培养时,分散的细胞贴壁铺展后经有丝分裂形成致密的单层细胞,当细胞生长到彼此相互接触时,其运动和分裂活动将会停止的现象。单层贴壁生长以及接触抑制是体外培养动物细胞的基本生长特点;癌细胞与永生细胞系则失去接触抑制。
据高分笔记整理
答完定义后加一句"癌细胞丧失接触抑制"可与2022选择题"癌细胞典型特征=接触抑制丧失"呼应。
2名词解释考过 2 次2009、2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p5;细胞真题 p11;细胞真题狂背 p5考点七 非细胞(无细胞)体系
非细胞体系
非细胞体系(cell-free system,又称无细胞体系)是指去除完整细胞结构,只保留生物大分子(如酶、核酸)及代谢必需组分的体外实验系统。其特点是成分可控、干扰因素少、反应高效,可人为添加或去除特定组分以研究单一因素的作用。广泛应用于体外转录翻译、DNA 复制、蛋白质分选与信号传导等分子机制的研究,如 Blobel 提出信号假说所依据的体外无细胞翻译系统。
据高分笔记整理
该词 2009、2012 两次考名解,属华中农大高频名解,答题需带"体外、去除完整细胞、成分可控、可研究分子机制"。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.8 · §Purified Cell-free Systems Are Required for the Precise Dissection of Molecular Functions · 教材 p. 487

For example, the experiments to decipher the mechanisms of protein synthesis began with a cell homogenate that could translate RNA molecules to produce proteins. Fractionation of this homogenate, step by step, produced in turn the ribosomes, tRNAs, and various enzymes that together constitute the protein-synthetic machinery. Once individual pure components were available, each could be added or withheld separately to define its exact role in the overall process.

例如,破译蛋白质合成机制的那些实验,是从一份能够翻译 RNA 分子以生成蛋白质的细胞匀浆开始的。对这份匀浆逐步进行分级分离,依次得到了核糖体、tRNA 以及共同构成蛋白质合成机器的各种酶。一旦获得了单个的纯化组分,就可以逐一加入或去除,以确定它在整个过程中的确切作用。

英文用 cell-free system、cell homogenate、fractionation;教材以破译蛋白质合成机制为例,说明该体系的核心优势是各纯化组分可被 added or withheld separately,正对应中文答案的"成分可控"。
MBoC 7e Ch.8 · §Purified Cell-free Systems Are Required for the Precise Dissection of Molecular Functions · 教材 p. 487

A major goal for cell biologists is the reconstitution of every biological process in a purified cell-free system. Only in this way can we define all of the components needed for the process and control their concentrations, which is required to work out their precise mechanism of action. Although much remains to be done, a great deal of what we know today about the molecular biology of the cell has been discovered by studies in such cell-free systems. They have been used, for example, to decipher the molecular details of DNA replication and DNA transcription, RNA splicing, protein translation, muscle contraction, particle transport along microtubules, and many other processes that occur in cells.

细胞生物学家的一个主要目标,是在纯化的非细胞体系中重建每一个生物学过程。只有这样,我们才能确定该过程所需的全部组分并控制它们的浓度,而这正是弄清其精确作用机制所必需的。尽管仍有大量工作要做,但我们今天所掌握的细胞分子生物学知识,有很大一部分正是通过这类非细胞体系的研究获得的。例如,它们已被用于阐明 DNA 复制与 DNA 转录、RNA 剪接、蛋白质翻译、肌肉收缩、颗粒沿微管运输,以及细胞内许多其他过程的分子细节。

英文答题落点是 reconstitution of a biological process in a purified cell-free system;教材列出的应用(DNA replication and transcription、RNA splicing、protein translation、muscle contraction、particle transport along microtubules)可直接替换中文答案的举例。
1名词解释2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p11;细胞真题狂背 p5考点三 细胞培养与细胞工程(细胞株)
细胞株
细胞株是指先通过单细胞克隆培养或药物筛选的方法,从某一细胞系中分离出单个细胞,经增殖形成遗传性状基本一致的细胞群体(即细胞克隆)后,再经过生物学鉴定,证实其具备特殊遗传标记或特定生物学性质的细胞群体。
据高分笔记整理
细胞株=细胞系→单细胞克隆→生物学鉴定;三步缺一不可,是与细胞系的判分点。
15名词解释2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p11;细胞真题狂背 p5考点一 细胞形态结构的观察方法(电镜制样技术·负染色)
电镜负染技术
负染色技术是一种常用的电镜制样技术。其原理是用磷钨酸、醋酸双氧铀等重金属盐溶液对铺展在载网上的样品进行染色,样品干燥后形成重金属盐薄层以衬托出样品的精细结构。分辨率可达 1.5 nm 左右,主要用于显示纯化的线粒体、核糖体、蛋白颗粒及病毒等细胞组分或精细结构。
据高分笔记整理
与2008年"负染色"为同一考点,2008、2012两次考察。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Heavy Metals Can Provide Additional Contrast · 教材 p. 591

Because the macromolecule allows electrons to pass through it much more readily than does the surrounding heavy-metal stain, a reverse or negative image of the molecule is created. Negative staining is especially useful for quickly and cheaply viewing large macromolecular aggregates such as viruses or ribosomes and for seeing the subunit structure of protein filaments (Figure 9–44B). Shadowing and negative staining can provide high-contrast surface views of small macromolecular assemblies, but the size of the smallest metal particles in the shadow or stain limits the resolution of both techniques to about 2 nm.

由于电子穿过大分子远比穿过周围的重金属染液容易,于是形成该分子的一个反转的、即负性的图像。负染色特别适合快速而廉价地观察病毒、核糖体这类大型大分子聚合体,也适合观察蛋白质纤维的亚基结构(图 9–44B)。投影(喷镀)与负染色都能给出小型大分子组装体的高反差表面形貌,但阴影或染液中最小金属颗粒的尺寸,把这两种技术的分辨率限制在约 2 nm。

答"为什么叫负染"要用 a reverse or negative image of the molecule;注意教材给的分辨率上限是 about 2 nm(受最小金属颗粒尺寸限制),与中文答案常写的 1.5 nm 不同,引英文时按教材写 2 nm。
MBoC 7e Ch.9 · §Cryo-electron Microscopy Can Determine Molecular Structures at Atomic Resolution · 教材 p. 595

A special sample holder keeps this hydrated specimen at –160°C in the vacuum of the microscope, where it can be viewed directly without fixation, staining, or drying. Unlike negative staining, in which what we see is the envelope of stain exclusion around the particle, cryoEM produces an image from the macromolecular structure itself.

特制的样品台把这一含水样品保持在显微镜真空环境中的 –160°C,使其无需固定、染色或干燥即可直接观察。与负染色不同——负染色看到的是颗粒周围染液被排开所形成的外廓——冷冻电镜得到的图像来自大分子结构本身。

负染原理最地道的一句英文是 the envelope of stain exclusion around the particle(染液被排开形成的外廓);教材用冷冻电镜作对照,点明负染看到的是"轮廓"而非分子本身,可补进中文答案的局限性。
6名词解释考过 3 次2013、2016、2019 · 华中农业大学 · 细胞真题 p12;细胞真题 p15;细胞真题 p20;细胞真题狂背 p23考点二 细胞及其组分的分析方法(超离心技术分离细胞组分)
微粒体 (microsomes)
微粒体是细胞匀浆经差速(超速)离心处理后,由破碎的内质网自发形成的近似球形的囊泡结构。其核心组分包括内质网膜与核糖体。微粒体虽是分离过程中产生的形态学人工产物,但仍具备蛋白质合成、糖基化及脂类合成等内质网的基本功能,故在生化与功能研究中常被等同于内质网使用。
据高分笔记整理
微粒体本质是"离心技术的产物",故既属专题2组分分离,也常在内膜系统章出现;2013、2016、2019三次考名解。
教材原文对照3 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 480

Provided that the homogenization medium has been carefully chosen (by trial and error for each organelle), the various components—including the vesicles derived from the endoplasmic reticulum, called microsomes—retain most of their original biochemical properties. The different components of the homogenate must then be separated. Such cell fractionations became possible only after the commercial development in the early 1940s of an instrument known as the preparative ultracentrifuge, which rotates extracts of broken cells at high speeds (Figure 8–4).

只要匀浆介质选择得当(针对每种细胞器反复试验确定),各种组分——包括由内质网衍生而来、被称为微粒体的那些囊泡——都能保留其大部分原有的生化特性。随后必须把匀浆中的不同组分分开。这类细胞分级分离只有在 20 世纪 40 年代初制备型超速离心机作为商品问世之后才成为可能,该仪器可使破碎细胞的提取物高速旋转(图 8–4)。

微粒体的英文定义就是 the vesicles derived from the endoplasmic reticulum, called microsomes;教材强调它们 retain most of their original biochemical properties,正是中文答案"仍具备内质网基本功能"的原文出处。
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 480

These procedures break many of the membranes of the cell (including the plasma membrane and endoplasmic reticulum) into fragments that immediately reseal to form small closed vesicles. If carefully carried out, however, the disruption procedures leave organelles such as nuclei, mitochondria, the Golgi apparatus, lysosomes, and peroxisomes largely intact.

这些操作把细胞的许多膜(包括质膜和内质网)打碎成片段,这些片段随即重新封闭,形成小的封闭囊泡。但若操作得当,破碎过程仍会使细胞核、线粒体、高尔基体、溶酶体和过氧化物酶体等细胞器基本保持完整。

讲微粒体怎么来的,英文用 membranes … break into fragments that immediately reseal to form small closed vesicles;这句正好解释了中文答案里"自发形成囊泡"与"分离过程中的人工产物"两点。
MBoC 7e Ch.8 · §Cell Extracts Provide Accessible Systems to Study Cell Functions · 教材 p. 482

Studies of organelles and other large subcellular components isolated in the ultracentrifuge have contributed enormously to our understanding of the functions of different cell components. Experiments on mitochondria and chloroplasts purified by centrifugation, for example, demonstrated the central function of these organelles in converting energy into forms that the cell can use. Similarly, resealed vesicles formed from fragments of rough and smooth endoplasmic reticulum (microsomes) have been separated from each other and analyzed as functional models of these compartments of the intact cell.

用超速离心分离得到的细胞器及其他大的亚细胞组分,对它们的研究极大地增进了我们对各种细胞组分功能的理解。例如,用离心纯化的线粒体和叶绿体所做的实验,证明了这些细胞器在把能量转换成细胞可利用形式方面的核心作用。同样,由粗面内质网与光面内质网片段重新封闭形成的囊泡(即微粒体)也已被彼此分开,并作为完整细胞中这些区室的功能模型加以分析。

英文可写 resealed vesicles formed from fragments of rough and smooth endoplasmic reticulum (microsomes);教材补充了中文答案没有的一点——粗面与光面来源的微粒体可以彼此分开,并当作内质网区室的 functional models 使用。
1名词解释2015 · 华中农业大学 · 细胞真题 p14考点四 细胞及生物大分子的动态变化(研究生物大分子运动的技术)
荧光漂白恢复技术
荧光漂白恢复技术(FPR/FRAP)是指使用亲脂性或亲水性的荧光分子与蛋白或脂质偶联,用于检测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部的运动及其迁移速率的技术。其原理分两步:①光漂白,利用高能激光束照射细胞的某一特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆的淬灭,该区域称为光漂白区;②荧光恢复,由于细胞中脂质分子或蛋白质分子的运动,周围非漂白区的荧光分子不断向光漂白区迁移,最终使光漂白区的荧光强度逐渐恢复到原有水平。荧光恢复的速度可反映标记分子的运动速率,并可获得膜脂扩散系数、蛋白质迁移率等定量信息。
据高分笔记整理
FRAP 是华中农大反复考的技术(2015名解、2018实验、2020实验),必须能同时写出原理与定量意义。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

Another way to exploit GFP fused to a protein of interest is known as fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). Here, a strong focused beam of light from a laser is used to extinguish the GFP fluorescence in a specified region of the cell, after which one can analyze the way in which remaining unbleached fluorescent protein molecules move into the bleached area as a function of time. This technique, like photoactivation, can deliver valuable quantitative data about a protein’s kinetic parameters, such as diffusion coefficients, active transport rates, or binding and dissociation rates from other proteins (Figure 9–20).

利用与目的蛋白融合的 GFP 的另一种做法,称为光漂白后荧光恢复(FRAP)。其做法是:用激光发出的强聚焦光束熄灭细胞某一指定区域内的 GFP 荧光,随后即可分析剩余未被漂白的荧光蛋白分子随时间迁入漂白区域的方式。该技术与光激活一样,能给出关于蛋白质动力学参数的有价值的定量数据,例如扩散系数、主动运输速率,或与其他蛋白质的结合与解离速率(图 9–20)。

英文规范名是 fluorescence recovery after photobleaching (FRAP),真题里的 FPR 是旧称;教材补出中文答案未点名的定量产出:diffusion coefficients、active transport rates、binding and dissociation rates。
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells(图 9–20 图注)· 教材 p. 576

A strong focused pulse of laser light will extinguish, or bleach, fluorescent proteins. By selectively photobleaching a set of fluorescently tagged protein molecules within a defined region of a cell, the microscopist can monitor recovery over time, as the remaining fluorescent molecules move into the bleached region (see Movie 10.6).

一束强聚焦的激光脉冲会熄灭(即漂白)荧光蛋白。通过选择性地漂白细胞内某一限定区域中的一组荧光标记蛋白质分子,显微镜使用者就能随时间监测荧光的恢复,因为其余未被漂白的荧光分子会不断迁入该漂白区域(见 Movie 10.6)。

"光漂白"用 extinguish/bleach,"荧光恢复"用 recovery … as the remaining fluorescent molecules move into the bleached region;同一图注还给出中文答案未提的可测指标 mobile fraction(可动分数)。
8名词解释2015 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p5考点四 细胞及生物大分子的动态变化(荧光漂白恢复技术)
荧光漂白恢复技术(fluorescence photobleaching recovery, FPR)
荧光漂白恢复技术是指使用亲脂性或亲水性的荧光分子与蛋白或脂质偶联,用于检测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部的运动及其迁移速率的技术【定义】。其基本原理分为光漂白与荧光恢复两步:利用高能激光束照射细胞的某一特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆的淬灭,这一区域被称为光漂白区。由于细胞中脂质分子或蛋白质分子的运动,周围非漂白区的荧光分子会不断向光漂白区迁移,最终使光漂白区的荧光强度逐渐恢复到原有水平,这一过程称为荧光恢复【原理】。
真题资料原答案
FRAP 在 2015(名解)、2018(实验)、2020(实验)连考三次,属华中农大最高频技术。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

Another way to exploit GFP fused to a protein of interest is known as fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). Here, a strong focused beam of light from a laser is used to extinguish the GFP fluorescence in a specified region of the cell, after which one can analyze the way in which remaining unbleached fluorescent protein molecules move into the bleached area as a function of time. This technique, like photoactivation, can deliver valuable quantitative data about a protein’s kinetic parameters, such as diffusion coefficients, active transport rates, or binding and dissociation rates from other proteins (Figure 9–20).

利用与目的蛋白融合的 GFP 的另一种做法,称为光漂白后荧光恢复(FRAP)。其做法是:用激光发出的强聚焦光束熄灭细胞某一指定区域内的 GFP 荧光,随后即可分析剩余未被漂白的荧光蛋白分子随时间迁入漂白区域的方式。该技术与光激活一样,能给出关于蛋白质动力学参数的有价值的定量数据,例如扩散系数、主动运输速率,或与其他蛋白质的结合与解离速率(图 9–20)。

英文规范名是 fluorescence recovery after photobleaching (FRAP),真题里的 FPR 是旧称;教材补出中文答案未点名的定量产出:diffusion coefficients、active transport rates、binding and dissociation rates。
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells(图 9–20 图注)· 教材 p. 576

A strong focused pulse of laser light will extinguish, or bleach, fluorescent proteins. By selectively photobleaching a set of fluorescently tagged protein molecules within a defined region of a cell, the microscopist can monitor recovery over time, as the remaining fluorescent molecules move into the bleached region (see Movie 10.6).

一束强聚焦的激光脉冲会熄灭(即漂白)荧光蛋白。通过选择性地漂白细胞内某一限定区域中的一组荧光标记蛋白质分子,显微镜使用者就能随时间监测荧光的恢复,因为其余未被漂白的荧光分子会不断迁入该漂白区域(见 Movie 10.6)。

"光漂白"用 extinguish/bleach,"荧光恢复"用 recovery … as the remaining fluorescent molecules move into the bleached region;同一图注还给出中文答案未提的可测指标 mobile fraction(可动分数)。
1名词解释2018 · 华中农业大学 · 细胞真题 p19;细胞真题狂背 p76考点三 细胞培养与细胞工程(细胞克隆与细胞株)
细胞克隆
细胞克隆是指借助单细胞克隆培养或药物筛选的方法,从某一细胞系中分离出单个细胞,再通过增殖形成遗传性状基本一致的细胞群体的过程。细胞克隆是获得细胞株的前提步骤,在单克隆抗体技术(杂交瘤细胞的克隆化培养)中有重要作用。
据高分笔记整理
细胞克隆→(生物学鉴定)→细胞株,答题时把两者串起来更完整。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.8 · §Hybridoma Cell Lines Are Factories That Produce Monoclonal Antibodies · 教材 p. 479

B lymphocytes normally have a limited life span in culture, but individual antibody-producing B lymphocytes from an immunized mouse, when fused with cells derived from a transformed B lymphocyte cell line, can give rise to hybrids that have both the ability to make a particular antibody and the ability to multiply indefinitely in culture (Figure 8–3). These hybridomas are propagated as individual clones, each of which provides a permanent and stable source of a single type of monoclonal antibody.

B 淋巴细胞在培养中通常寿命有限,但取自免疫小鼠的单个产抗体 B 淋巴细胞,在与来源于转化 B 淋巴细胞系的细胞融合后,可以产生既能制造某一特定抗体、又能在培养中无限增殖的杂交细胞(图 8–3)。这些杂交瘤被作为一个个单独的克隆加以扩增,每个克隆都提供某一单一类型单克隆抗体的永久而稳定的来源。

"细胞克隆"在英文里表述为 propagated as individual clones;教材以杂交瘤为例,说明克隆化的意义是得到 a permanent and stable source of a single type of monoclonal antibody,正对中文答案的单抗应用。
MBoC 7e Ch.8 · §Hybridoma Cell Lines Are Factories That Produce Monoclonal Antibodies · 教材 p. 479

But if the B lymphocytes that produce the various components of this antiserum are made into hybridomas, it becomes possible to screen individual hybridoma clones from the large mixture to select one that produces the desired type of monoclonal antibody and to propagate the selected hybridoma indefinitely so as to produce that antibody in unlimited quantities.

但如果把产生这份抗血清中各种成分的 B 淋巴细胞制成杂交瘤,就有可能从庞大的混合群体中筛选单个杂交瘤克隆,挑出能产生所需类型单克隆抗体的那一个,并把选中的杂交瘤无限扩增,从而无限量地生产该抗体。

克隆筛选的地道英文是 screen individual hybridoma clones … and propagate the selected hybridoma indefinitely;教材点出中文答案未强调的一点——克隆化能从复杂混合物中挑出针对微量组分的抗体产生细胞。
5名词解释2022 · 华中农业大学 · 细胞真题 p24;细胞真题狂背 p3考点三 细胞培养与细胞工程(植物细胞培养·原生质体培养与细胞融合)
原生质体(protoplast)
原生质体是指去除细胞壁后,由细胞膜包裹的细胞结构,包含细胞质、细胞核、细胞器等全部原生质成分。主要通过纤维素酶等处理植物细胞、真菌细胞或细菌获得,保留细胞基本生命活动能力;因无细胞壁屏障,易吸收外源 DNA、蛋白质等物质,可在无菌培养基中生长分裂并经诱导分化长成植株,也可进行不同植物原生质体的融合与体细胞杂交,是植物细胞培养、细胞融合与植物基因工程的重要研究材料。
据高分笔记整理
原生质体是植物细胞培养与细胞融合的"入场券",答题必须落到"去壁"与"细胞工程应用"。
10名词解释2023 · 华中农业大学 · 细胞真题 p27考点三 细胞培养与细胞工程(动物细胞培养·细胞系)
cell line
细胞系(cell line):原代培养的细胞传至10代左右时通常难以继续传代,极少数细胞可传至40~50代,这些细胞仍保持原有染色体的二倍体数量及接触抑制行为,这类细胞被称为细胞系。根据传代次数是否有限又分为有限细胞系与永生(连续)细胞系,后者染色体数量明显改变、失去接触抑制、可无限传代,典型如 HeLa 细胞系。
据高分笔记整理
英文名解仍按中文要点作答;2008、2023两次考察。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

Cell lines can often be most easily generated from cancer cells, but these cultures—referred to as transformed cell lines—differ from those prepared from normal cells in several ways. Transformed cell lines often grow without attaching to a surface, for example, and they can proliferate to a much higher density in a culture dish. Similar properties can be induced experimentally in normal cells by transforming them with a tumor-inducing virus or chemical.

细胞系往往最容易由癌细胞建立,但这类培养物——被称为转化细胞系——在若干方面不同于由正常细胞制备的培养物。例如,转化细胞系常常不贴附于表面也能生长,而且能在培养皿中增殖到高得多的密度。用致瘤病毒或化学致癌剂转化正常细胞,也可以在实验上诱导出类似的性质。

由癌细胞建立、失去贴壁与密度限制的细胞系,英文叫 transformed cell line;教材用 grow without attaching to a surface、proliferate to a much higher density 来表述中文答案里的"失去接触抑制"。
1名词解释2024 · 华中农业大学 · 细胞真题 p29;细胞真题狂背 p5考点四 细胞及生物大分子的动态变化(研究蛋白质相互作用的技术)
Fluorescence resonance energy transfer FRET
荧光共振能量转移(FRET)是用来检测活细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用的重要手段。原理是:在一定波长的激发光照射下,只有携带发光基团 A 的供体分子可被激发出荧光 A,而同一激发光不能激发受体分子发出荧光 B;当供体的发射光谱与受体发光基团的吸收光谱相互重叠,且两个发光基团之间的距离小到一定程度(10 nm 以内)时,就会发生能量转移,即以供体的激发波长激发时可观察到受体发射的荧光 B,此现象称为 FRET。据此,若在标记蛋白质中观察到 FRET 现象,即可判定两蛋白质之间存在直接相互作用。典型案例是将 CFP、YFP 分别与蛋白 A、B 融合表达,通过测量 CFP 荧光强度损失量判断二者是否互作。
据高分笔记整理
FRET 与酵母双杂交、Co-IP 并列为蛋白互作三大技术;FRET 的独门标签是"活细胞、实时、仅检测直接互作、距离<10 nm"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 575

First, interactions between one protein and another can be monitored by Förster resonance energy transfer, also called fluorescence resonance energy transfer but both abbreviated to FRET. In this technique, two molecules of interest are each labeled with a different fluorochrome, chosen so that the emission spectrum of one fluorochrome, the donor, overlaps with the absorption spectrum of the other, the acceptor. If the two proteins interact in such a way as to bring their fluorochromes into very close proximity (closer than about 5 nm), one fluorochrome, when excited, can transfer energy from the absorbed light directly (by resonance, nonradiatively) to the other.

首先,一种蛋白质与另一种蛋白质之间的相互作用,可以通过福斯特共振能量转移来监测,它也被称为荧光共振能量转移,两者都缩写为 FRET。在该技术中,两个目标分子各自用一种不同的荧光基团标记,所选的荧光基团须满足:其中一个(供体)的发射光谱与另一个(受体)的吸收光谱相互重叠。如果两种蛋白质的相互作用使它们的荧光基团彼此靠得非常近(近于约 5 nm),那么其中一个荧光基团被激发后,就能把所吸收光的能量直接(以共振方式、非辐射地)转移给另一个。

英文正名是 Förster resonance energy transfer(fluorescence resonance energy transfer 为同义词);关键条件是供体发射谱与受体吸收谱重叠且距离 closer than about 5 nm——比中文答案的"10 nm 以内"更严,写英文按教材的 5 nm。
6名词解释2026 · 华中农业大学 · 细胞真题 p33考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞内蛋白质的定位与定性·免疫荧光技术)
immunofluorescence technique
免疫荧光技术是将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合,用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。步骤包括:①荧光抗体的制备,将荧光分子与抗体偶联;②标本的处理,保持抗原性;③免疫染色,使荧光标记抗体与待检抗原结合形成荧光标记的抗原-抗体复合物;④在荧光显微镜下观察记录,确定抗原在细胞内的分布。分为直接免疫荧光技术(荧光分子直接偶联抗体)和间接免疫荧光技术(先加第一抗体,再加偶联荧光分子的第二抗体)。其特点是快速、灵敏、特异性强,但分辨率有限。
据高分笔记整理
2026年再考,与2008、2011、2019的免疫荧光大题同源;名解要写全"定义+步骤+直接/间接"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Antibodies Can Be Used to Detect Specific Proteins · 教材 p. 572

Antibodies are proteins produced by the vertebrate immune system as a defense against infection (discussed in Chapter 24). They are unique among proteins in that they are made in billions of different forms, each with a different binding site that recognizes a specific target molecule (or antigen). The precise antigen specificity of antibodies makes them powerful tools for the cell biologist. When chemically coupled to fluorescent dyes, antibodies are invaluable for locating specific molecules in cells by fluorescence microscopy (Figure 9–14).

抗体是脊椎动物免疫系统为抵御感染而产生的蛋白质(见第 24 章)。它们在蛋白质中独一无二之处在于:可以有数十亿种不同形式,每一种都带有一个不同的结合位点,能识别某一特定的靶分子(即抗原)。抗体这种精确的抗原特异性,使其成为细胞生物学家的有力工具。当与荧光染料化学偶联后,抗体对于用荧光显微镜定位细胞内的特定分子极为宝贵(图 9–14)。

免疫荧光的英文落点是 antibodies chemically coupled to fluorescent dyes(间接法叫 indirect immunocytochemistry);教材把"特异性强"的来源讲透——抗体有 billions of different forms,每种识别一个 antigen。

选择题8 题

1选择题2009 · 华中农业大学 · 细胞真题 p5;细胞真题狂背 p6考点三 细胞培养与细胞工程(原代培养·小牛血清的作用)
正常细胞培养中除培养基外常需加入血清,主要是因为血清中含有
A. 大量氨基酸B. 核酸C. 生长因子D. 维生素
C
据高分笔记整理
不论用何种培养液一般都要加一定量的小牛(或胎牛)血清以提供生长因子,这样细胞才能很好地贴壁生长与分裂。
2选择题2009 · 华中农业大学 · 细胞真题 p5;细胞真题狂背 p6考点一 细胞形态结构的观察方法(电子显微镜类型与制样)
不必用超薄切片、不经染色而能观察较厚标本内部结构的电镜是
A. 一般透射电子显微镜B. 扫描透射电镜C. 扫描电镜D. 超高压透射电子显微镜
D
据高分笔记整理
超高压 TEM 加速电压高、电子穿透力强,可观察较厚样品(甚至整装细胞)的内部立体结构;普通 TEM 受电子穿透力限制必须做 40~50 nm 超薄切片,SEM 只看表面。
1选择题2017 · 华中农业大学 · 细胞真题 p16;细胞真题狂背 p6考点三 细胞培养与细胞工程(细胞融合·单克隆抗体技术)
目前制造的单克隆抗体多为
A、鼠-人型B、鼠-兔型C、人-鼠型D、鼠-鼠型
A
据高分笔记整理
单克隆抗体技术是把产生抗体的 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合成杂交瘤;经典体系用小鼠脾 B 细胞与小鼠骨髓瘤细胞,临床应用则发展为鼠-人嵌合型以降低免疫排斥。
12选择题2017 · 华中农业大学 · 细胞真题 p16;细胞真题狂背 p46考点一 细胞形态结构的观察方法(激光扫描共焦显微镜)
适于观察细胞复杂网络如内质网膜系统、细胞骨架系统的三维结构的显微镜是
A. 普通光镜B. 荧光显微镜C. 相差显微镜D. 共焦激光扫描显微镜
D
据高分笔记整理
激光扫描共焦显微镜可自动改变焦平面做"光学切片",把一系列不同切面的图像叠加后重构出三维结构,纵向分辨率显著改善,分辨率比普通荧光显微镜高 1.4~1.7 倍。
1选择题2022 · 华中农业大学 · 细胞真题 p24;细胞真题狂背 p81考点五 模式生物(线虫)
秀丽隐杆线虫与什么发现有关?
A. 细胞周期调控B. 细胞凋亡的分子机理C. 细胞蛋白质分选机制D. 细胞分化机理
B
据高分笔记整理
线虫胚胎发育中细胞分裂、分化、死亡具有高度程序性且细胞谱系全部可追踪,Brenner、Horvitz、Sulston 借此阐明细胞凋亡的分子机理并获 2002 年诺贝尔生理学或医学奖。
13选择题2022 · 华中农业大学 · 细胞真题 p25;细胞真题狂背 p81考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞成分分析与检测技术)
下列哪种方法可用于检测细胞凋亡?
A. MTT 法B. 台盼蓝染色C. Annexin V-FITC 染色D. 吉姆萨染色
C
据高分笔记整理
细胞凋亡早期磷脂酰丝氨酸(PS)由膜内侧翻转到膜外侧,Annexin V-FITC 可特异结合 PS 而检出早期凋亡;MTT 测细胞活力,台盼蓝只区分死活细胞,吉姆萨为普通染色质染色。
14选择题2025 · 华中农业大学 · 细胞真题 p31;细胞真题狂背 p6考点二 细胞及其组分的分析方法(流式细胞术)
流式细胞术可用于实现以下哪些功能
A. 测定细胞的大小以及特定细胞类群的数量B. 分选出特定的细胞类群C. 测定细胞中 DNA、RNA 或某种蛋白质的含量D. 以上三种功能都具备
D
据高分笔记整理
流式细胞术可定量测定单细胞中 DNA/RNA 或特异标记蛋白含量、统计不同含量细胞的数量、分离特定细胞或中期染色体并实现细胞分选,四项功能均具备。
13选择题2026 · 华中农业大学 · 细胞真题 p35考点一 细胞形态结构的观察方法(扫描电镜 SEM)
下面哪个显微镜具有最高的分辨率,并且能够观察到细胞表面的超微结构?
A. 荧光显微镜B. 激光扫描共聚焦显微镜C. 透射电子显微镜D. 扫描电子显微镜
D
据高分笔记整理
题干两个条件必须同时满足:"观察细胞表面超微结构"只有 SEM 能做(TEM 看内部),而 SEM 分辨率一般 3 nm、最高可达 0.7 nm,远高于两种光学显微镜。

判断题2 题

9判断题2017 · 华中农业大学 · 细胞真题 p18;细胞真题狂背 p6考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞内核酸的定位与定性·原位杂交)
带有标记的特定核酸分子作探针,测定与之互补的染色体 DNA/RNA 区段的位置,称为原位杂交。
√(正确)
据高分笔记整理
原位杂交即用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或细胞中的位置,探针可用放射性、荧光素或生物素标记,分光镜原位杂交与电镜原位杂交。
15判断题2017 · 华中农业大学 · 细胞真题 p18;细胞真题狂背 p81考点三 细胞培养与细胞工程(有限细胞系与永生细胞系)
所谓Hayfick界限就是指细胞分化的极限。
×(错误)
据高分笔记整理
Hayflick 界限指体外培养的正常(有限)细胞系所能进行的最大分裂/传代次数(约50代)的极限,是细胞增殖(复制衰老)的极限,而非细胞分化的极限。

填空题2 题

1填空题2007 · 华中农业大学 · 细胞真题 p3;细胞真题狂背 p6考点三 细胞培养与细胞工程(体外培养动物细胞的生长方式)
体外培养的细胞根据是否附于支持物上生长的特性,主要分为(1)和(2)两种类型。
(1) 贴壁细胞(贴壁/单层培养细胞);(2) 悬浮细胞(悬浮培养细胞)
据高分笔记整理
分散细胞在几十分钟至数小时内贴附瓶壁称细胞贴壁,铺展后有丝分裂形成单层即单层细胞培养;部分传代细胞(如淋巴细胞)可用悬浮培养,优势是在有限体积培养液中获得大量细胞。
3填空题2016 · 华中农业大学 · 细胞真题 p15;细胞真题狂背 p6考点三 细胞培养与细胞工程(原代培养与传代培养)
细胞培养一般分为()和()两种情况。
原代培养;传代培养
据高分笔记整理
原代培养指从机体取出后立即进行的培养(一般传至10代左右);传代培养指对原代培养细胞进行连续培养,一般可顺利传40~50代次并保持二倍体数目与接触抑制。

简答题4 题

7简答题2015 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p28;细胞真题 p14考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞化学显示方法+超薄切片技术的应用)
试比较溶酶体和过氧化物酶体在结构和功能上的异同点。如何用细胞化学技术在细胞超微结构上明确区分这2种细胞器?
过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似,但过氧化物酶体中高浓度的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构,因此可作为电镜识别的主要特征。此外,这两种细胞器在成分、功能及发生方式等方面都有很大的差异:①形态大小——溶酶体多呈球形,直径 0.2-0.5 μm,无酶晶体;过氧化物酶体球形,哺乳动物细胞中直径多在 0.15-0.25 μm,内常有酶的晶体。②酶种类——溶酶体为酸性水解酶;过氧化物酶体含有氧化酶类。③pH——溶酶体 5 左右;过氧化物酶体 7 左右。④是否需氧——溶酶体不需要;过氧化物酶体需要。⑤功能——溶酶体行细胞内的消化作用;过氧化物酶体具多种功能。⑥发生——溶酶体的酶在糙面内质网合成,经高尔基体出芽形成;过氧化物酶体的酶在细胞质基质中合成,经组装与分裂形成。⑦识别的标志酶——溶酶体为酸性水解酶等;过氧化物酶体为过氧化氢酶。区分方法:①过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构,因此可作为电镜下识别的主要特征。②使用特定的细胞化学标记物,如酸性水解酶作为溶酶体的标志酶,可以帮助识别溶酶体。
真题资料原答案
该书归入第五章,但后半问考的是细胞化学(酶细胞化学)+电镜的联合应用;补充记忆:溶酶体用 Gomori 铅盐法显示酸性磷酸酶,过氧化物酶体用 DAB 法显示过氧化氢酶。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.1 · §Eukaryotic Cells Contain a Variety of Organelles · 教材 p. 24(第1章)

There are many other membrane-enclosed organelles in eukaryotic cells. Unlike the nucleus, most of them are enclosed by single membranes. The most extensive organelle is the endoplasmic reticulum (ER), which is where most cell membrane components are made, along with materials destined for secretion to the outside of the cell. The Golgi apparatus receives these molecules from the ER and modifies and packages them for secretion or transport to another cell compartment. Lysosomes are small irregularly shaped organelles in which intracellular digestion occurs. Peroxisomes are small vesicles where hydrogen peroxide is used to inactivate toxic molecules.

真核细胞中还有许多其他膜包裹的细胞器。与细胞核不同,它们大多数由单层膜包裹。最庞大的细胞器是内质网(ER),大多数细胞膜组分以及待分泌到细胞外的物质都在这里合成。高尔基体从内质网接收这些分子,对其修饰并包装,以便分泌或转运到另一个细胞区隔。溶酶体是形状不规则的小型细胞器,细胞内消化就在其中进行。过氧化物酶体则是小囊泡,其中利用过氧化氢使有毒分子失活。

答“异同点”时可直接引教材对两者功能的定义:溶酶体 = intracellular digestion,过氧化物酶体 = 用 hydrogen peroxide 使毒性分子失活;两者同属单层膜包裹的细胞器,因而形态上难分、必须靠标志酶细胞化学反应区分。
2简答题2021 · 华中农业大学 · 细胞真题 p22考点三 细胞培养与细胞工程(显微操作技术与动物的克隆·细胞核移植)
材料:克隆羊多利 ① 克隆羊早衰症是由于它克隆于体细胞,其中和端粒有关的可能的原因。 ② 克隆时为什么使用卵细胞细胞质用于发育成体培养。
①端粒角度:多莉羊是通过体细胞核移植(克隆)技术产生的,供体体细胞已经历一定次数分裂,端粒已经缩短;正常体细胞端粒酶活性很低,无法有效延长端粒。核移植后虽然卵细胞质可在一定程度上重新激活端粒酶,但这种重编程往往不完全,端粒酶活性不足以完全弥补复制过程中的端粒丢失,故多莉的端粒长度短于同龄正常个体,端粒缩短到一定程度会触发 p53 介导的 DNA 损伤应答使细胞周期停滞,因而表现出早衰。②使用卵细胞细胞质的原因:(a)提供营养与能量,支持重构胚早期发育;(b)卵母细胞质中含有大量重编程因子,可对导入的体细胞核进行表观遗传修饰(去甲基化、组蛋白修饰改变等),擦除体细胞的分化标记,使其重新获得全能性;(c)卵细胞质中含转录因子与信号分子,可调控核基因表达,启动胚胎发育程序;(d)核质之间存在密切的相互作用,借助卵细胞质可更好实现核质协调,提高克隆成功率。
据高分笔记整理
本题的方法学落点是"显微操作技术与动物的克隆"(细胞拆合+核移植),答题需把"去核卵母细胞质=重编程环境"讲清楚。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

In these cells, the limited proliferation capacity reflects a progressive shortening and uncapping of the cell’s telomeres, the repetitive DNA sequences and associated proteins that cap the ends of each chromosome (discussed in Chapter 5). Human somatic cells in the body have turned off production of the enzyme, called telomerase, that normally maintains the telomeres, which is why their telomeres shorten with each cell division.

在这些细胞中,增殖能力受限反映的是细胞端粒的逐渐缩短与“失帽”;端粒即封盖每条染色体末端的重复 DNA 序列及与之相关的蛋白质(见第 5 章)。人体内的体细胞已经关闭了端粒酶——这种正常维持端粒的酶——的产生,这就是它们的端粒会随每次细胞分裂而缩短的原因。

答“多莉供体体细胞端粒已缩短”的直接依据:增殖能力受限 = progressive shortening and uncapping of telomeres;且人体体细胞已 turned off 端粒酶表达,所以每分裂一次端粒就短一截。
17简答题2021 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p100考点三 细胞培养与细胞工程(显微操作技术与动物的克隆·细胞核移植)
材料:有人认为多莉羊出现早衰是因为其来自于体细胞克隆。 (1)请从端粒和端粒酶分析这一观点有无道理? (2)为什么动物克隆常借助卵细胞的细胞质才能实现,试分析其可能的原因。 ①克隆羊早衰症是由于它克隆于体细胞,其中和端粒有关的可能的原因。 ②克隆时为什么使用卵细胞细胞质用于发育成体培养。
(1)从端粒和端粒酶的角度分析,这一观点有一定的道理:端粒角度——端粒是染色体末端的特殊结构,随着细胞分裂次数的增加,端粒会逐渐缩短。正常细胞的端粒酶活性较低,无法有效延长端粒,导致端粒逐渐变短,细胞进入衰老状态。多莉羊是通过体细胞克隆技术产生的,其体细胞已经经历了一定次数的分裂,端粒可能已经缩短。在克隆过程中,虽然细胞核来自于体细胞,但细胞质来自于卵细胞;卵细胞中的细胞质可能含有一些能够影响端粒长度的物质或信号,导致多莉羊的端粒长度比正常情况下的同类动物短,从而出现早衰现象。端粒酶角度——端粒酶能够以自身含有的 RNA 为模板,反转录出端粒 DNA,从而避免端粒的缩短;大多数正常细胞中端粒酶活性很低,而干细胞和癌细胞中端粒酶活性较高。在体细胞克隆过程中,导入体细胞的细胞核需要在卵细胞细胞质的环境中重新编程,卵细胞细胞质可能会重新激活端粒酶的活性,使端粒酶能够在一定程度上延长端粒;然而这种重新编程可能并不完全,导致端粒酶的活性仍然不足以完全弥补细胞复制过程中端粒的缩短,从而使多莉羊的端粒长度仍然较短,增加了早衰的风险。(2)动物克隆常借助卵细胞的细胞质才能实现,可能有以下原因:①提供营养和支持——卵细胞的细胞质中含有丰富的营养物质和能量,能够为重构胚胎的早期发育提供必要的支持和保障;②影响细胞核重编程(表观遗传修饰)——卵细胞细胞质中的成分可能会对导入的体细胞细胞核进行表观遗传修饰,去除体细胞的分化标记,使其重新编程为具有全能性的干细胞状态,从而能够发育成完整的个体;③转录因子和信号分子——卵细胞细胞质中可能含有一些转录因子和信号分子,能够调节细胞核基因的表达,促进胚胎的发育和分化;④核质相互作用——卵细胞的细胞质和细胞核之间存在着密切的核质相互作用,能够协调基因的表达和功能,确保胚胎的正常发育,借助卵细胞的细胞质可以更好地实现核质之间的协调,提高克隆的成功率。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类",方法学落点是显微操作技术与动物克隆(细胞核移植);答题需把"去核卵母细胞质=重编程环境"讲透。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

Human fibroblasts can often be coaxed to proliferate indefinitely by providing them with the gene that encodes the catalytic subunit of telomerase; in this case, they can be propagated as an immortalized cell line. Some human cells, however, cannot be immortalized by this trick. Although their telomeres remain long, they still stop dividing after a limited number of divisions because culture conditions cause excessive stimulation of cell proliferation, which activates a poorly understood protective mechanism that stops cell division—a process sometimes called culture shock.

如果给人类成纤维细胞导入编码端粒酶催化亚基的基因,它们往往就能被诱导着无限增殖,此时可作为永生化细胞系传代。不过,有些人类细胞并不能用这一招永生化:尽管它们的端粒仍然很长,却依旧在有限次数的分裂后停止分裂,因为培养条件会过度刺激细胞增殖,从而启动一种尚未弄清的保护性机制来停止细胞分裂——这一过程有时被称为“培养休克”。

答“端粒酶角度”的反向证据:导入端粒酶催化亚基基因就能让成纤维细胞无限增殖;但教材同时提醒,光有端粒酶并不够(culture shock)——可用于论证多莉早衰不能完全归因于端粒。
5简答题2023 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p73;细胞真题 p27考点二 细胞及其组分的分析方法(电泳、原位标记与免疫印迹检测技术)
体外培养的细胞系中的细胞正在死亡,如何判断其是细胞凋亡还是细胞坏死,用两种实验证明。
(1) 形态学观察:①凋亡细胞通常会经历细胞皱缩、染色质凝聚、DNA 断裂成 180-200 bp 的片段(DNA 梯状条带),以及形成膜包裹的凋亡小体等形态学变化。可以通过显微镜观察细胞形态,使用 DAPI 染色来观察染色质凝聚情况,以及进行 TUNEL 实验来检测 DNA 断裂。②坏死细胞则表现为细胞膜破裂、细胞内容物泄漏到细胞外,引起炎症反应。可以通过显微镜观察细胞形态,检查细胞膜的完整性,以及检测炎症因子的释放情况。(2) DNA 电泳:可以采用琼脂糖凝胶电泳的方法。细胞凋亡过程中,细胞内特异性核酸内切酶活化,染色质 DNA 在核小体间被特异性切割,DNA 降解成 180~200 bp 或其整数倍片段,因此凋亡细胞中提取的 DNA 在进行常规的琼脂糖凝胶电泳时,这些大小不同的 DNA 片段就呈现出梯状条带。而与细胞凋亡不同,细胞坏死过程中染色质不发生凝集,也不产生有规律的 200 bp 的 DNA 降解片段,而是随机被降解,进行琼脂糖凝胶电泳时呈弥散性分布,也就是"拖尾"现象。(3) 分子生物学检测:①凋亡的分子标志——凋亡过程中,caspase 家族成员会被激活,特别是 caspase-3 和 caspase-7,可以通过 Western blot 或活性检测来检测这些 caspase 的活性。②坏死的分子标志——坏死过程中,细胞膜的完整性被破坏,导致细胞内成分泄漏到细胞外,可以检测细胞培养上清液中的乳酸脱氢酶(LDH)水平,作为细胞膜完整性的指标。
真题资料原答案
该书归入第十二章。答"两种实验"最稳的组合是 DNA 梯状电泳 + Western/LDH(或 Annexin V-PI 流式),一正一反互相验证。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Eukaryotic Cell Lines Are a Widely Used Source of Homogeneous Cells · 教材 p. 478

The cell cultures obtained by disrupting tissues tend to suffer from a problem—eventually the cells die. Most vertebrate cells stop dividing after a finite number of cell divisions in culture, a process called replicative cell senescence (discussed in Chapter 17). Normal human fibroblasts, for example, typically divide only 25–40 times in culture before they stop. In these cells, the limited proliferation capacity reflects a progressive shortening and uncapping of the cell’s telomeres, the repetitive DNA sequences and associated proteins that cap the ends of each chromosome (discussed in Chapter 5).

通过打散组织而获得的细胞培养物往往面临一个问题——细胞最终会死亡。大多数脊椎动物细胞在培养中经过有限次数的细胞分裂后就停止分裂,这一过程称为复制性细胞衰老(见第 17 章)。例如,正常人成纤维细胞在培养中通常只分裂 25~40 次就停止。在这些细胞中,增殖能力受限反映的是细胞端粒的逐渐缩短与去帽;端粒即位于每条染色体末端、起帽子作用的重复 DNA 序列及其结合蛋白(见第 5 章)。

本题问「培养的细胞系中细胞正在死亡,如何判断是凋亡还是坏死」。教材第 8 章只交代了培养细胞为什么会死这一层背景:正常细胞系受复制性衰老(端粒缩短/去帽)限制、有限增殖后停止分裂并死亡——答题时可先用这一句区分「培养体系本身导致的衰老性死亡」与「凋亡/坏死」。凋亡与坏死的具体判别指标(形态学、Annexin V/PI、DNA ladder、TUNEL、caspase 活性)在本教材第 8、9 两章中没有对应原文,见第 18 章 Cell Death。

问答题2 题

2问答题2021 · 华中农业大学 · 细胞真题 p22考点三 细胞培养与细胞工程(细胞培养的条件与局限)
体外培养组织的功能不能达到体内自然生长组织的功能的可能性及原因。
原因主要有:①细胞微环境的差异——体外培养缺乏体内复杂的细胞间相互作用与细胞外基质的三维结构,而这些因素对细胞成熟和功能至关重要(体外多为单层贴壁的二维培养);②细胞因子与信号通路调控不足——体外诱导分化所用细胞因子的种类、浓度、组合和作用时间难以完全模拟体内自然发生的精细调控;③时空调控缺失——细胞分化是高度有序的时空过程,体外条件难以精确重现,导致分化不完全或功能不成熟;④培养基与血清成分、氧分压、机械力、神经-体液调节等体内因素在体外均缺失。改进策略:采用三维培养体系与类器官技术、共培养与仿生支架以重建微环境;借助单细胞测序等手段解析分化过程的关键信号通路,精确调控细胞因子的时序与浓度。
据高分笔记整理
该题实质是考"体外培养的局限性",可与原代/传代培养、单层贴壁、接触抑制等培养特点串讲。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Isolated from Tissues and Grown in Culture · 教材 p. 477

Unlike yeast, most tissue cells are not adapted to living suspended in fluid and require a solid surface on which to grow and divide. For cell cultures, this support is usually provided by the surface of a plastic culture dish. Cells vary in their requirements, however, and many do not proliferate or differentiate unless the culture dish is coated with materials that cells adhere to, such as polylysine or extracellular matrix components.

与酵母不同,大多数组织细胞并不适应悬浮于液体中生存,而需要一个固体表面供其生长和分裂。在细胞培养中,这种支撑通常由塑料培养皿的表面提供。不同细胞的要求各异,许多细胞除非培养皿被包被上细胞可黏附的材料(如多赖氨或细胞外基质成分),否则不会增殖或分化。

答“体外缺乏体内微环境”时引用:教材明确指出组织细胞必须贴附固体表面才能生长分裂,且很多细胞需 extracellular matrix components 包被才会 proliferate or differentiate——这就是二维贴壁培养不如体内三维环境的教材依据。
4问答题2021 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p79考点三 细胞培养与细胞工程(细胞培养条件与体外培养的局限)
人胚胎干细胞在体外分化成人体各种细胞类型的研究,是目前干细胞最具应用前景的研究热点之一。然而,大量研究表明:在体外通过有序加入各种细胞因子诱导产生的终末分化细胞,如胰腺 B 细胞、肝细胞等,其生物学活性远远低于体内相应细胞。其原因可能是什么?体外诱导分化如何获得高生物活性的终末分化细胞?
在体外通过有序加入各种细胞因子诱导产生的终末分化细胞,其生物学活性低于体内相应细胞的原因可能包括:(1)细胞微环境的差异:体外培养的细胞缺乏体内复杂的细胞间相互作用和细胞外基质的三维结构,这些因素对于细胞的成熟和功能至关重要。(2)细胞因子和信号通路的调控:体外诱导分化过程中使用的细胞因子和信号通路可能无法完全模拟体内自然发生的调控机制;细胞因子的浓度、组合以及作用时间的精确控制对于细胞分化至关重要,但目前的技术可能还无法达到体内条件的精细调控。(3)细胞分化过程中的时间与空间调控:细胞分化是一个高度有序的过程,需要在特定的时间和空间内进行,体外培养条件难以精确控制这些因素,可能导致细胞分化不完全或功能不成熟。为了在体外获得高生物活性的终末分化细胞,可以采取以下策略:(1)改进培养体系:使用三维培养体系和类器官技术,以更接近体内环境的方式培养细胞,从而促进细胞的成熟和功能化。(2)优化细胞因子和信号通路的调控:通过单细胞测序技术等手段,深入理解细胞分化过程中的关键信号通路和调控机制,从而更精确地模拟体内条件。
真题资料原答案
该书归入第十四章,但题干实质考"体外细胞培养体系的局限性与改进",属专题2考点三。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Isolated from Tissues and Grown in Culture · 教材 p. 477

Embryonic stem cells are an important cell type isolated from the early mammalian embryo. As described in Chapter 22, these cells are pluripotent; that is, they have the potential to differentiate into any cell type in the body. When cultured in the presence of the appropriate extracellular signaling factors and nutrients, stem cells can be directed to differentiate into a wide range of specific cell types. Under some conditions, it is even possible to stimulate these cells to assemble into three-dimensional multicellular structures that are miniature versions of certain organs, such as the gut. These organoids provide a powerful tool for the analysis of tissue function (see Chapter 22).

胚胎干细胞是从哺乳动物早期胚胎中分离出的一类重要细胞。如第 22 章所述,这些细胞是多能的,即具有分化为体内任何细胞类型的潜能。在含有适当的细胞外信号因子和营养成分的条件下培养时,干细胞可被定向诱导分化为多种特定细胞类型。在某些条件下,甚至可以刺激这些细胞装配成三维的多细胞结构,即某些器官(如肠)的微型版本。这些类器官为分析组织功能提供了强有力的工具。

“如何获得高生物活性的终末分化细胞”的教材答案:在适当 extracellular signaling factors 下定向分化,并进一步装配成 three-dimensional multicellular structures(organoids,类器官)——写“改进策略”时直接引用。

论述题1 题

4论述题2018 · 华中农业大学 · 细胞真题 p19;细胞真题狂背 p100考点一 细胞形态结构的观察方法(电镜三维重构技术与低温电镜技术)
2017年的诺贝尔化学奖颁发给了从事冷冻电镜三维重构的3位科学家。根据你掌握的文献简要说明冷冻电镜三维重构技术的工作原理,并说明该技术在细胞结构与功能研究方面的作用。
(一)工作原理:透射电镜利用穿透样品的电子成像,这部分电子携带了样品的内部结构信息,因此可以从二维电镜图像出发、通过一系列数据处理构建出样品的三维结构密度图,此即电镜三维重构。低温(冷冻)电镜技术不经过固定、包埋、染色和干燥等步骤,而是将样品直接在冷冻剂中快速冷冻成 100~300 nm 厚的冰膜,在电镜内 −160 ℃ 低温下利用相位衬度成像;对包被在冰膜中大量相同、分散、取向随机的颗粒性样品拍照,再经计算机数据处理进行三维重构,即低温电镜单颗粒分析技术。这样既避免了负染色分辨率低(仅 1.5~2 nm)的局限,又避免了干燥过程对样品结构的损伤。相关技术还包括电子断层成像技术(对同一物体在不同倾角下连续拍照获得系列二维投影图再重构)和扫描电镜背散射电子成像技术。(二)作用:①低温电镜单颗粒分析是目前研究生物大分子三维结构的主要方法,其分辨率已接近原子尺度,为解析生命活动运转中各种"纳米机器"的结构与作用机理提供了手段,如膜蛋白、核糖体、30 nm 染色质、病毒颗粒等复合物的结构解析;②电子断层成像适用于更大尺度的细胞器、细胞骨架研究,可用于冷冻样品或超薄切片样品;③典型实例:施一公等应用低温电镜单颗粒分析技术获得神经细胞质膜上 γ-分泌酶复合体的高分辨三维结构,为阐明阿尔茨海默病发病机制与治疗提供了重要理论依据。
据高分笔记整理
要把"不固定不染色不干燥→快速冷冻成冰膜→相位衬度成像→大量二维投影→计算机三维重构"这条链条写完整,再补一个具体应用实例。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Cryo-electron Microscopy Can Determine Molecular Structures at Atomic Resolution · 教材 p. 595

Cryo-electron microscopy (cryoEM) depends crucially on very rapidly freezing the aqueous specimen to form vitreous ice, which does not allow ice crystals to form and therefore does not damage the specimen. A very thin (about 100 nm) film of an aqueous suspension of purified macromolecular complex is prepared on a microscope grid and is then rapidly frozen by being plunged into a coolant.

冷冻电镜(cryoEM)至关重要地依赖于将含水样品极快速冻结以形成玻璃态冰;玻璃态冰不允许冰晶形成,因而不会损伤样品。先将纯化的大分子复合物水悬液制成非常薄(约 100 nm)的膜,附于镜用载网上,再把它投入冷却剂中快速冻结。

“工作原理”的核心句:极快速冻结形成 vitreous ice(玻璃态冰,不生冰晶、不损伤样品)、约 100 nm 薄膜、投入冷却剂;后续的“大量随机取向颗粒平均”在教材里叫 single-particle reconstruction,可作为术语一并写入。

实验题23 题

1实验题2007 · 华中农业大学 · 细胞真题 p3考点二 细胞组分分析(差速离心、电泳)+ 考点四 放射自显影、免疫荧光
细胞内膜系统中的内质网、高尔基体等细胞器与蛋白质的合成、运输和分选有关。请运用您所学的细胞生物学相关技术,设计一个详细的实验方案,说明某种蛋白质在内质网合成和通过高尔基体转运和分选的途径。要求采用不少于两种实验方法,并且两种方法的结果可以相互验证。
以目的蛋白 Protein X 为例:(1)材料准备:选用 HeLa 细胞系,备 35S-甲硫氨酸、Protein X 特异性抗体、荧光二抗、SDS-PAGE 及放射自显影设备。(2)方法一——脉冲追踪放射自显影+差速离心:将细胞置于含 35S-甲硫氨酸的培养基中脉冲培养 15~30 min,使新合成的 Protein X 带上放射性标记;转入含过量非标记甲硫氨酸的培养基中追踪培养,于 0、30、60、120 min 收样;用差速离心分离内质网、高尔基体等细胞组分,经 SDS-PAGE 电泳后作放射自显影。若早期内质网组分放射性最强,随后高尔基体组分放射性增强而内质网减弱,即证明 Protein X 由内质网向高尔基体转运。(3)方法二——免疫荧光(或免疫电镜)定位观察:对不同时间点的细胞固定、透化,用 Protein X 特异抗体与荧光二抗孵育,并与内质网、高尔基体标志物共染,在荧光显微镜(或激光扫描共焦显微镜)下观察荧光信号的时序分布;若早期与内质网标志物共定位、随后与高尔基体标志物共定位,则与方法一互相验证。(4)验证实验:设对照组与实验组,实验组加内质网—高尔基体转运抑制剂 Brefeldin A;若实验组 Protein X 滞留内质网、到达高尔基体延迟或缺失,而对照组正常,则最终确认该转运途径。(5)结论:两种方法(生化分离+放射自显影 与 原位免疫荧光定位)分别从"组分定量"和"原位定位"角度得到一致结论,可相互印证。
据高分笔记整理
"不少于两种且可相互验证"是给分点:必须一条是生化/离心+同位素路线,一条是形态学/免疫标记路线,最后再加抑制剂对照。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 481

When centrifuged, the various components in the mixture move as a series of distinct bands through the solution, each at a different rate, in a process called velocity sedimentation (Figure 8-6A). For the procedure to work effectively, the bands must be protected from convective mixing, which would normally occur whenever a denser solution (for example, one containing organelles) finds itself on top of a lighter one (the salt solution). This is achieved by augmenting the solution in the tube with a shallow gradient of sucrose prepared by a special mixing device.

离心时,混合物中的各种组分以不同速率向下运动,形成一系列彼此分开的条带,这一过程称为速度沉降。为使该方法有效,必须保护条带不受对流混合的干扰——只要较重的溶液(例如含细胞器的那一层)处于较轻溶液(盐溶液)之上,就会发生对流混合。解决办法是用专门的混合装置在离心管内制备一个浅蔗糖梯度。

“分离内质网与高尔基体组分”靠的就是这里的 velocity sedimentation(速度沉降)+ 蔗糖密度梯度;写实验步骤时可用它代替笼统的“差速离心”,并点出梯度是为了防止 convective mixing。
2实验题2007 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p93考点二 差速离心与电泳 + 考点四 放射自显影、免疫荧光
设计实验说明某种蛋白质在内质网合成和通过高尔基体转运和分选的途径。(要求不少于两种实验方法并且结果可互相验证)
为探究 Protein X 在内质网合成及经高尔基体转运分选的途径,可设计如下实验:(1)材料准备:选用 HeLa 细胞系,准备放射性标记的 35S-甲硫氨酸、Protein X 特异性抗体、细胞处理试剂、荧光二抗、SDS-PAGE 及放射自显影设备。(2)脉冲-追踪标记:将细胞置于含 35S-甲硫氨酸的培养基中脉冲培养 15-30 分钟,使新合成的 Protein X 带上放射性标记,随后转移至含过量未标记甲硫氨酸的培养基中追踪培养,在 0、30、60、120 分钟等时间点收集细胞样本。(3)细胞组分分离检测:通过差速离心分离内质网、高尔基体等细胞组分,经 SDS-PAGE 电泳后进行放射自显影。若早期内质网组分放射性强,随后高尔基体组分放射性增强而内质网减弱,可初步证明 Protein X 从内质网向高尔基体转运。(4)免疫荧光定位观察:对不同时间点的细胞进行固定透化,用 Protein X 特异性抗体和荧光二抗孵育,荧光显微镜下观察荧光信号分布。若早期内质网荧光强,之后高尔基体荧光增强,可进一步验证上述转运过程。(5)抑制剂验证实验:设置对照组和实验组,实验组加入内质网-高尔基体转运抑制剂 Brefeldin A,对照组不加。若实验组 Protein X 在高尔基体中出现延迟或缺失,而对照组正常,则最终确认该转运途径。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类"。给分点是两条互相验证的技术路线:脉冲追踪+差速离心+SDS-PAGE+放射自显影(生化定量)与免疫荧光(原位定位),再加抑制剂对照。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 481

The ultracentrifuge is also used to separate cell components on the basis of their buoyant density, independently of their size and shape. In this case, the sample is sedimented through a steep density gradient that contains a very high concentration of sucrose or cesium chloride. Each cell component begins to move down the gradient as in Figure 8–6A, but it eventually reaches a position where the density of the solution is equal to its own density.

超速离心机还可以根据细胞组分的浮力密度、而与其大小和形状无关地将它们分开。这时,样品被离心通过一个含有很高浓度蔗糖或氯化铯的陡密度梯度。每一种细胞组分都像图 8–6A 那样开始沿梯度下行,但最终会到达一个位置,在那里溶液的密度恰好等于它自身的密度。

若要把内质网与高尔基体膜囊彻底分开,光靠大小不够,要用这里的 equilibrium sedimentation(等密度/浮力密度梯度离心);写方法一的分离步骤时可以补上这一层。
1实验题2008 · 华中农业大学 · 细胞真题 p4;细胞真题狂背 p6考点二 细胞及其组分的分析方法(免疫荧光技术与免疫电镜技术)
为了研究某种特异性蛋白在细胞中的定位,可以借助免疫荧光技术或免疫电镜技术。请比较两者的各自的优点与不足?并说明免疫电镜技术,详细实验步骤(以辣根过氧化物为标记物)
(一)两者比较:免疫荧光技术优点是快速、灵敏、特异性强,适合在光镜水平上观察特异蛋白的分布;不足是分辨率有限,无法达到超微结构水平的观察。免疫电镜技术优点是能在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位,分辨率高;不足是样品制备过程复杂、技术要求高、耗时长,且固定包埋易损伤抗原性。(二)免疫电镜(以辣根过氧化物酶 HRP 为标记物)实验步骤:①样品的固定:用适当固定剂(如 4% 多聚甲醛,或低浓度戊二醛)固定组织样本,既保持细胞超微结构又尽量保存抗原性;②包埋与超薄切片:脱水、环氧树脂包埋,用玻璃刀切成 40~50 nm 超薄切片并捞于覆膜载网上(或采用包埋前染色);③免疫标记:将切片与特异性第一抗体孵育,使其与目标蛋白特异结合,充分洗涤去除未结合抗体;④加入标记物:加入与辣根过氧化物酶(HRP)偶联的第二抗体,与第一抗体结合形成抗体-抗原-抗体复合物;⑤显色反应:用 DAB(3,3′-二氨基联苯胺)+ H2O2 底物孵育,HRP 催化 DAB 氧化聚合形成不溶产物,再用锇酸后固定使产物呈电子致密沉淀;⑥(必要时)重金属复染与负染处理;⑦电镜观察:置于透射电镜下观察,电子致密的 DAB 反应产物所在部位即为抗原定位部位。⑧对照:设不加一抗、非免疫血清等阴性对照以排除非特异性染色。
据高分笔记整理
免疫电镜按标记物分为免疫铁蛋白、免疫酶标(本题 HRP 即酶标)与免疫胶体金三类;用 HRP 时关键补充"DAB 显色 + 锇酸增强电子密度"这一步,否则电镜下看不到。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 590

Molecules in all kinds of thin sections can be labeled to identify and localize them. We have seen earlier how antibodies can be used in conjunction with fluorescence microscopy to localize specific macromolecules. An analogous method—immunogold electron microscopy—can be used in the electron microscope. The usual procedure is to incubate a thin section first with a specific primary antibody, and then with a secondary antibody to which a colloidal gold particle has been attached. The gold particle is electron-dense and can be seen as a black dot in the electron microscope (Figure 9–43). Different antibodies can be conjugated to different-sized gold particles so multiple proteins can be localized in a single sample.

各类超薄切片中的分子都可以被标记,以便鉴定和定位。前文已介绍了如何将抗体与荧光显微术结合来定位特定大分子;类似的方法——免疫胶体金电镜术——也可用于电子显微镜。通常的做法是先用特异性的第一抗体与超薄切片孵育,再用偶联了胶体金颗粒的第二抗体孵育。金颗粒具有电子致密性,在电镜下表现为黑点。不同抗体可偶联不同大小的金颗粒,因而可在同一样品中定位多种蛋白质。

免疫电镜步骤的教材原文:先 primary antibody、再加偶联标记物的 secondary antibody;教材的标记物是 electron-dense 胶体金(答题时把 HRP–DAB 与胶体金并列为两类标记),不同粒径金颗粒可做多重标记。
MBoC 7e Ch.9 · §Heavy Metals Can Provide Additional Contrast · 教材 p. 591

Biological tissues are composed mainly of atoms of very low atomic number (primarily carbon, oxygen, nitrogen, and hydrogen). To make them more readily visible, tissues are often impregnated (before or after sectioning) with the salts of heavy metals such as uranium, lead, and osmium. The degree of impregnation, or “staining,” with these salts will vary for different cell constituents. Lipids, for example, tend to stain darkly after osmium fixation, revealing the location of cell membranes (see, for example, Figure 12–2 or Figure 12–15).

生物组织主要由原子序数很低的原子(主要是碳、氧、氮、氢)组成。为了使它们更易于观察,常常要用铀、铅、锑等重金属的盐对组织(在切片前或切片后)进行浸泡。不同细胞成分对这些盐的浸泡程度(即“染色”)各不相同。例如,脂质在锑酸固定后往往着色很深,从而显示出细胞膜的位置。

免疫电镜流程里“锑酸后固定 / 重金属复染”一步的原理:生物组织原子序数低、本身没反差,必须用铀、铅、锑等重金属盐浸泡;锑酸固定后脂质着色最深,正是膜结构变黑的原因。
1实验题2009 · 华中农业大学 · 细胞真题 p8;细胞真题狂背 p7考点一 细胞形态结构的观察方法(电镜制样技术·超薄切片技术)
如何将动物或植物组织成细胞制备成可在透射电镜下观察的超薄切片标本?
超薄切片技术是电镜的主要制样技术,因电子束穿透能力有限,需将样品切成 40~50 nm 的薄片以保证分辨率(切片 50 nm 时实际分辨率约 5 nm)。完整流程为取材→固定→(脱水)→包埋→切片→染色→观察:①取材与固定:快速处死并迅速取材(防止细胞自融损伤),常用戊二醛和四氧化锇(锇酸)双固定的化学法,或低温冷冻等物理法,目的是保持样品的真实性;②脱水与包埋:包埋前需梯度乙醇/丙酮脱水,用环氧树脂等包埋剂包埋,保证切片时包埋介质能均匀良好地支撑样品,以获得连续完整并有足够强度的超薄切片;③切片:用超薄切片机配玻璃刀(或钻石刀)切片,切片须捞在覆有支持膜的载网上;④染色:用重金属盐染色,锇酸亲和脂质、柠檬酸铅亲和蛋白质、乙酸双氧铀亲和核酸;电子束穿过时金属离子不同程度地散射和吸收电子,在图像上形成明暗差别(故电镜图像只能是黑白图像);⑤观察:将染色后的载网置于透射电镜下观察记录细胞超微结构。
据高分笔记整理
考研填空常问流程:4个空填固定、包埋、切片、染色;5个空填固定、脱水、包埋、切片、染色。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 589

Because the specimen is exposed to a very high vacuum in the electron microscope, living tissue is usually killed and preserved by chemical fixation. As electrons have very limited penetrating power, the fixed tissues normally have to be cut into extremely thin sections (25–100 nm thick, about 1/200 the thickness of a single cell) before they are viewed. This is achieved by dehydrating the specimen, permeating it with a monomeric resin that polymerizes to form a solid block of plastic, then cutting the block with a fine glass or diamond knife on a special microtome. The resulting ultrathin sections, free of water and other volatile solvents, are supported on a small metal grid for viewing in the microscope (Figure 9–41).

由于样品在电镜中暴露于极高真空,活组织通常要用化学固定杀死并保存。因为电子的穿透能力很有限,固定后的组织通常必须先切成极薄的切片(25–100 nm 厚,约为单个细胞厚度的 1/200)才能观察。具体做法是:将样品脱水,用单体树脂渗透并使其聚合成固体塑料块,再用精细的玻璃刀或钻石刀在专用切片机上切开塑料块。所得的超薄切片不含水及其他易挥发溶剂,被承载在小小的金属载网上以供镜下观察。

超薄切片全流程的教材原文:化学固定 → 脱水 → 单体树脂渗透并聚合成塑料块 → 玻璃刀/钻石刀切片 → 金属载网承载;注意教材给的厚度是 25–100 nm(中文课本常写 40–50 nm)。
MBoC 7e Ch.9 · §Biological Specimens Require Special Preparation for Electron Microscopy · 教材 p. 590

However, we often want to examine thin sections, and the frozen tissue can be sectioned directly in a cooled microtome. A compromise is to rapidly freeze the tissue, replace the water with organic solvents, embed the tissue in plastic resin, and finally cut sections. This approach, called freeze substitution, stabilizes and preserves the tissue in a condition very close to its original living state (Figure 9–42).

不过,我们往往仍希望观察薄切片,而冻结的组织可以在冷却的切片机上直接切片。一种折中的做法是:先将组织快速冻结,再用有机溶剂置换其中的水,然后用塑料树脂包埋,最后切片。这种方法称为冷冻置换(freeze substitution),它能使组织稳定并保存在与其原来活体状态极为接近的状况中。

对应中文答案里“低温冷冻物理固定”一条:教材的标准术语是 freeze substitution(冷冻置换),其优势在于把组织保存在极接近活体的状态,可用来回答“如何保持样品真实性”。
2实验题2009 · 华中农业大学 · 细胞真题 p8;细胞真题狂背 p7考点三 细胞融合 + 考点四 荧光漂白恢复技术
细胞膜的流动性如何用实验证明?请举例两种方法证明细胞膜的流动性,并说明原理。
(1)荧光抗体免疫标记(细胞融合)实验:用抗人细胞质膜蛋白的红色荧光抗体和抗鼠细胞质膜蛋白的绿色荧光抗体,分别标记人细胞与鼠细胞表面的膜蛋白;再用灭活的仙台病毒(或 PEG)介导两种细胞融合。融合初期,融合细胞表面的红、绿荧光呈分区分布,37 ℃ 保温约 40 min 后两种荧光均匀混合分布于整个融合细胞表面。由于膜蛋白随膜的流动而移动,说明细胞膜具有流动性。(2)荧光漂白恢复技术(FPR/FRAP):用荧光素标记膜蛋白或膜脂,以高能激光束照射细胞表面某一区域使该区域荧光不可逆淬灭(光漂白区);由于细胞膜具有流动性,周围未淬灭的荧光分子会不断向漂白区扩散迁移,最终漂白区荧光强度恢复至与周围一致。通过荧光恢复的速度可推算膜成分的扩散系数与迁移率,直接证实并定量描述细胞膜的流动性。
据高分笔记整理
两法一定性一定量:细胞融合实验定性直观,FRAP 可给出扩散系数;答题时把"仙台病毒/PEG"和"40 min 均匀分布"这两个细节写出来。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.8 · §Hybridoma Cell Lines Are Factories That Produce Monoclonal Antibodies · 教材 p. 479

It is possible to fuse one cell with another to form a heterokaryon, a combined cell with two separate nuclei. Typically, a suspension of cells is treated with certain inactivated viruses or with polyethylene glycol, each of which alters the plasma membranes of cells in a way that induces them to fuse.

可以将一个细胞与另一个细胞融合,形成异核细胞(heterokaryon)——一个含有两个独立细胞核的融合细胞。典型做法是用某些灭活病毒或聚乙二醇处理细胞悬液,二者都能改变细胞的质膜,从而诱导细胞相互融合。

人-鼠细胞融合实验的教材依据(图 8–3 图注):融合剂就是 inactivated viruses(即灭活仙台病毒)或 polyethylene glycol(PEG),两者都是通过改变质膜而诱导融合;融合产物叫 heterokaryon。
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

After a small region of the plasma membrane is selectively photobleached, the remaining fluorescent molecules diffuse rapidly within the plane of the membrane and populate the bleached region. This recovery can be followed as a function of time.

在质膜的一个小区域被选择性地光漂白之后,剩余的荧光分子会在膜平面内快速扩散,并填充到漂白区域中。这一恢复过程可以作为时间的函数加以追踪。

证明膜流动性的直接表述(图 9–20 图注):质膜局部漂白后,剩余荧光分子 diffuse rapidly within the plane of the membrane(在膜平面内快速侧向扩散)填充漂白区——这就是膜具有流动性的直接证据。
2实验题2010 · 华中农业大学 · 细胞真题 p9;细胞真题狂背 p94考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞化学显示方法、免疫标记与电镜观察)
如何用实验证明,一个特定小泡实际为溶酶体?
可从酶、pH、形态三方面互相印证:(1)标志酶活性检测(细胞化学法):溶酶体含多种酸性水解酶(酸性磷酸酶、蛋白酶、核酸酶、糖苷酶等),酸性磷酸酶是其标志酶。可用 Gomori 铅盐法在电镜水平做酶细胞化学反应——以 β-甘油磷酸钠为底物,酸性磷酸酶水解产生的磷酸根与铅离子生成电子致密的磷酸铅沉淀,若小泡内出现该沉淀即证明含酸性水解酶;生化上也可分离该组分测定酸性磷酸酶比活性。(2)pH 测定:溶酶体膜上有 V 型质子泵,利用 ATP 水解将 H+ 泵入腔内,使腔内 pH 约为 5.0。可用吖啶橙、LysoTracker 等 pH 敏感荧光探针或 pH 指示剂测定小泡内 pH,若呈强酸性且可被质子泵抑制剂(如 Bafilomycin A1)解除,则支持其为溶酶体。(3)形态学与免疫标记:电镜下观察,溶酶体为单层膜包被、球形、直径 0.2~0.5 μm、内容物均一、无酶晶体(可与含晶格状尿酸氧化酶的过氧化物酶体区分);进一步可用抗 LAMP1/LAMP2 等溶酶体膜蛋白抗体做免疫荧光或免疫胶体金电镜标记。(4)功能验证:用荧光标记的大分子(如 FITC-葡聚糖)或胶体金示踪胞吞途径,若示踪物最终进入该小泡并被降解,则进一步证明其为溶酶体。
据高分笔记整理
答题主线是"标志酶(酸性磷酸酶)→酸性 pH→单层膜球形超微形态",若能补一条免疫标记或示踪则更完整。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Cells Can Be Separated into Their Component Fractions · 教材 p. 480

This treatment separates cell components by size and density: in general, the largest objects experience the largest centrifugal force and move the most rapidly. At relatively low speed, large components such as nuclei sediment to form a pellet at the bottom of the centrifuge tube; at slightly higher speed, a pellet of mitochondria is deposited; and at even higher speeds and with longer periods of centrifugation, first vesicles and then ribosomes can be collected (Figure 8–5). All of these fractions are impure, but many of the contaminants can be removed by resuspending the pellet and repeating the centrifugation procedure several times.

这一处理按大小和密度分离细胞组分:一般而言,最大的颗粒受到的离心力最大,也运动得最快。在相对低的转速下,细胞核这类大组分沉降到离心管底形成沉淀;转速稍高时,得到线粒体的沉淀;转速更高、离心时间更长时,则依次可收集到囊泡和核糖体。所有这些组分都不纯,但可以把沉淀重新悬浮并反复离心多次,以除去其中许多杂质。

“先把含目标小泡的组分分出来再测酸性磷酸酶”的教材依据:中速离心的沉淀正是线粒体/溶酶体/过氧化物酶体那一档;注意教材强调 all of these fractions are impure,所以必须再靠标志酶与形态学互相印证。
1实验题2011 · 华中农业大学 · 细胞真题 p10;细胞真题狂背 p7考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞内蛋白质的定位与定性·免疫荧光技术)
通过免疫荧光技术可以对细胞内特定的分子进行检测和定位,而且特异性强。请说明免疫荧光技术检测细胞内特定分子的原理;在实验过程中通过哪些措施能提高被检测物质的阳性检出率,同时又能减少非特异性染色?
(一)原理:免疫荧光技术是将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合,用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。荧光标记的抗体与细胞内相应抗原特异结合形成荧光标记的抗原-抗体复合物,在荧光显微镜下由短波激发光激发出长波荧光,配合暗视野的强反差背景即可确定抗原在细胞内的位置。它包括直接免疫荧光技术(荧光分子直接偶联抗体)和间接免疫荧光技术(先加第一抗体,再加偶联荧光分子的抗第一抗体的第二抗体,可放大信号)两种。实验步骤主要包括荧光抗体的制备、标本的处理、免疫染色和观察记录。(二)提高阳性检出率、减少非特异性染色的措施:①荧光抗体的制备:使用高亲和力、高特异性的抗体,确保荧光标记抗体与目标抗原特异结合;必要时采用间接法以放大信号;②标本处理:对标本进行适当的固定和透化处理,既保持抗原的活性(抗原性)又利于抗体进入,同时减少背景染色;③免疫染色:优化抗体的浓度与孵育时间和温度,避免抗体过量导致非特异结合;使用血清或 BSA 预先封闭非特异结合位点;④对照实验:设立适当的阴性对照(不加一抗、用非免疫血清替代)和阳性对照,确保结果可靠;⑤洗涤步骤:染色后充分洗涤以去除未结合的荧光抗体,降低背景信号;⑥其他:选用自发荧光低的封片剂与合适滤光片组合,避免长时间强激发光造成荧光淬灭。
据高分笔记整理
题目两问要分开答:"原理"照免疫荧光名解写,"措施"按抗体—标本—染色—对照—洗涤五个环节列点最不易漏分。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Antibodies Can Be Used to Detect Specific Proteins · 教材 p. 572

The antibodies employed in microscopy are commonly either purified from antiserum so as to remove all nonspecific antibodies or they are specific monoclonal antibodies that only recognize the target molecule. When we use antibodies as probes to detect and assay specific molecules in cells, we frequently use methods to amplify the fluorescent signal they produce.

显微术中所用的抗体,通常要么是从抗血清中纯化以去除所有非特异性抗体,要么是只识别靶分子的特异性单克隆抗体。当我们用抗体作为探针来检测和测定细胞中的特定分子时,常常使用各种方法来放大它们产生的荧光信号。

直接对应本题两个得分点:减少非特异性染色靠 purified from antiserum / monoclonal antibodies;提高阳性检出率靠 amplify the fluorescent signal(即间接法放大信号)。
MBoC 7e Ch.9 · §Specific Molecules Can Be Located in Cells by Fluorescence Microscopy · 教材 p. 571

A versatile and widely used technique is to couple fluorescent dyes to antibody molecules, which then serve as highly specific and versatile staining reagents that bind selectively to the particular macromolecules they recognize in cells or in the extracellular matrix. Two fluorescent dyes that have been commonly used for this purpose are fluorescein, which emits an intense green fluorescence when excited with blue light, and rhodamine, which emits a deep red fluorescence when excited with green-yellow light (Figure 9–12).

一种多用途且广泛使用的技术,是将荧光染料偶联到抗体分子上,使其成为高度特异、用途广泛的染色试剂,选择性地结合它们在细胞中或细胞外基质中所识别的特定大分子。为此常用的两种荧光染料是荧光素(受蓝光激发时发出强烈的绿色荧光)和罗丹明(受黄绿光激发时发出深红色荧光)。

免疫荧光原理的核心句:荧光染料偶联抗体 → 成为 bind selectively 的染色试剂;常用对子是 fluorescein(蓝光激发、发绿)与 rhodamine(黄绿光激发、发红),写实验时可直接拿来当标准命名。
7实验题2011 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p95;细胞真题 p10考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞成分的细胞化学显示方法·福尔根反应)
Feulgen 反应法是检测细胞中脱核糖核酸(DNA)的经典方法。请说明反应的原理;为了达到理想的实验效果应注意哪些事项?
Feulgen 反应法是一种用于检测细胞中脱氧核糖核酸(DNA)的特异性染色方法。其原理基于 Schiff 试剂与醛基的反应。在 Feulgen 反应中,首先用酸水解处理细胞样本,使得 DNA 中的脱氧核糖部分被水解,暴露出醛基。然后,Schiff 试剂(一种无色的亚硫酸盐溶液)与这些醛基反应,生成紫红色的复合物,从而使得含有 DNA 的细胞结构染色,便于在显微镜下观察。为了达到理想的实验效果,应注意以下事项:(1)酸水解的控制:酸水解是 Feulgen 反应的关键步骤,需要精确控制水解时间。水解时间过短,DNA 中的脱氧核糖部分可能未能完全水解,导致醛基暴露不充分;水解时间过长,则可能导致 DNA 降解,影响染色效果。(2)Schiff 试剂的新鲜度:Schiff 试剂在使用前应确保新鲜,因为随着时间的推移,试剂可能会被氧化,从而失去反应活性。(3)温度控制:整个反应过程中的温度控制也很重要,温度过高或过低都可能影响反应的效率和特异性。(4)避免光敏感性:Schiff 试剂对光敏感,因此在操作过程中应尽量避免光照,以防止试剂失效。(5)对照实验:进行 Feulgen 反应时,应设置适当的对照实验,以确保实验结果的可靠性。(6)样本的固定和保存:样本的固定和保存方法也会影响 Feulgen 反应的效果,应选择合适的固定剂和保存条件,以保持 DNA 的完整性。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类"。核心化学链:酸水解使嘌呤脱落暴露醛基→Schiff 试剂显紫红色;注意含醛类固定剂会造成假阳性。
1实验题2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p11;细胞真题狂背 p8考点一 电镜制样技术(冷冻蚀刻、超高压电镜)+ 考点二 细胞化学显示方法
高尔基体具有顺面网络结构(cis Golgi network, CGN)、中间膜囊(medial Gdgi)和反面网络结构(trans Golgi network, CGN)等功能区隔,但它们又是一个动态结构。如何利用生物电子显微镜技术追踪和定位不同功能区隔的变化?说明其实验原理。
可综合运用酶细胞化学+电镜的三条路线:(1)细胞化学(标志酶)反应显示不同区隔:高尔基体各膜囊含不同的标志酶,可通过电镜细胞化学反应在超微结构上特异显示。例如嗜锇反应可特异显示顺面膜囊(CGN);NADP 酶(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶)的细胞化学反应是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应;焦磷酸硫胺素酶(TPP 酶)可特异显示反面膜囊的 1~2 层膜囊;CMP 酶(胞苷单磷酸酶)的细胞化学反应可显示靠近反面的膜囊及反面管网结构(TGN)。反应产物为电子致密沉淀,在电镜下即可定位各功能区隔。(2)超高压电镜观察:利用超高压电镜穿透力强的特点观察较厚样品,从不同角度倾斜拍摄高尔基体的立体照片,对其形态结构进行比较并作系统的三维结构分析,有助于理解高尔基体的动态结构与功能区隔变化。(3)冷冻蚀刻(冰冻断裂)扫描电镜观察:通过冷冻蚀刻技术制备复型膜并结合扫描电镜观察,可显示高尔基体的三维结构分区与膜面形貌,从而追踪和定位不同功能区隔的变化。(4)如需追踪动态过程,还可结合放射自显影脉冲追踪或免疫胶体金电镜标记特定货物蛋白/驻留酶,在不同时间点观察其在 CGN→中间膜囊→TGN 中的位移。
据高分笔记整理
答案的核心是"标志酶细胞化学"——不同膜囊有不同标志酶,这是电镜下区分功能区隔的唯一手段;再补超高压电镜三维分析与冷冻蚀刻。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Electron Microscope Tomography Allows the Molecular Architecture of Cells to Be Seen in Three Dimensions · 教材 p. 593

The lost information in the third dimension can be recovered if we have views of the same specimen but from many different directions. The computational methods for this technique are widely used in medical CT scans. In a CT scan, the imaging equipment is moved around the patient to generate the different views. In electron microscope (EM) tomography, the specimen holder is tilted in the microscope, which achieves the same result. The specimen is usually tilted to a maximum of 60° in every direction, and in this way we can arrive at a three-dimensional reconstruction, in a chosen standard orientation, by combining different views of a single object.

如果能从许多不同方向获得同一样品的图像,丢失的第三维信息就可以被恢复。这种技术所用的计算方法已广泛用于医学 CT 扫描。在 CT 扫描中,成像设备绕患者移动以获得不同角度的图像;而在电镜断层成像(EM tomography)中,则是在镜内倾斜样品杆来达到同样效果。样品通常在各个方向上最大倾斜 60°,这样就能把同一物体的不同视图组合起来,得到一个处于选定标准取向的三维重构。

答“电镜追踪高尔基体不同区隔”的原理句:在镜内倾斜样品杆(最大约 60°)拍系列投影图,再合成三维重构,原理同医学 CT——对应中文答案里的“超高压电镜多角度拍立体照片”。
MBoC 7e Ch.9 · §Electron Microscope Tomography Allows the Molecular Architecture of Cells to Be Seen in Three Dimensions · 教材 p. 593

Thick plastic sections of embedded material have been used to create three-dimensional reconstructions, or tomograms (Movie 9.2), of cells, but increasingly microscopists are applying EM tomography to unstained, frozen, hydrated sections, and even to rapidly frozen whole cells or organelles.

人们曾用包埋材料的厚塑料切片来制作细胞的三维重构(即断层图,tomograms),但显微镜学家正越来越多地将电镜断层成像应用于未经染色的、冻结的、保持水化状态的切片,甚至应用于快速冻结的整个细胞或细胞器。

追踪高尔基体动态区隔时的样品选择:既可用包埋后的厚切片,也越来越多地用 unstained, frozen, hydrated 切片甚至整个快速冻结的细胞(教材图 9–48 正是高尔基体的断层重构实例)。
2实验题2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p11;细胞真题狂背 p8考点四 细胞及生物大分子的动态变化(放射自显影技术)
追踪活细胞中某种蛋白质合成与分泌的过程一般采用同位素示踪技术。说明其原理和基本步骤。
(一)原理:追踪活细胞中蛋白质的合成与分泌通常采用放射自显影技术,即利用放射性同位素的电离射线对乳胶(含 AgBr 或 AgCl)的感光作用,对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。用放射性标记的前体分子(研究蛋白质合成常用 3H 或 14C 标记的氨基酸,如 3H-亮氨酸、35S-甲硫氨酸)掺入细胞,被细胞用于合成蛋白质;标记分子在细胞中的分布位置可通过乳胶感光后显影产生的银颗粒显示出来。按标记持续时间分为持续标记和脉冲标记(脉冲-追踪可显示时序)。(二)基本步骤:①同位素标记(前体掺入):用含放射性同位素的生物大分子前体(如放射性氨基酸)短时间脉冲标记细胞,随后换入含过量非标记前体的培养液继续追踪培养,按时间梯度取样;②样品制片:将标记后的组织与细胞按常规方法固定、包埋、切片,制作成实验样品片;③敷乳胶膜:在暗室中向样品表面均匀敷上一层厚 3~10 μm 的乳胶膜;④暗盒曝光:将处理后的样品置于暗盒中曝光(自显影),时长为数天;⑤显影定影:对曝光后的样品进行显影、定影处理;⑥显微镜(或电镜)观察:细胞中银颗粒所在的部位即为放射性同位素的标记部位,据此可依次观察到标记蛋白从糙面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞外的转移过程。
据高分笔记整理
Palade 用 3H-亮氨酸脉冲追踪+放射自显影阐明分泌蛋白途径,是本题的经典范例,可作为举例加分。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §Proteins Can Be Separated by SDS Polyacrylamide-Gel Electrophoresis · 教材 p. 488

When small amounts of protein are present and more sensitive methods are required, gels can be treated with a silver stain, which will detect as little as 10 ng of protein in a band. For some purposes, specific proteins can also be labeled with a radioactive isotope tag; exposure of the gel to film or a radiation detector results in an autoradiograph on which the labeled proteins are visible (see Figure 8–16).

当蛋白质量很少、需要更灵敏的方法时,可对凝胶做银染色,它能检出条带中低至 10 ng 的蛋白质。出于某些目的,还可以用放射性同位素标签标记特定蛋白质;将凝胶曝光于胶片或辐射探测器,就得到一张放射自显影图,其上可见被标记的蛋白质。

同位素示踪的“检测”环节可引此句:放射性同位素标记蛋白 + 曝光于胶片或辐射探测器 → autoradiograph(放射自显影);MBoC 未展开脉冲-追踪分泌路径,那部分仍按中文课本作答。
3实验题2012 · 华中农业大学 · 细胞真题 p11考点二 细胞及其组分的分析方法(电泳、原位标记、流式细胞术)
细胞凋亡检测方法有很多,除了通过光学显微镜和电子显微镜进行形态学检测外,还有哪些生化和分子生物学检测技术?详细说明 其中3种常用检测方法的原理和步骤。
(一)形态学观察类:①台盼蓝染色法——台盼蓝不能进入活细胞,只能使膜破损的死细胞着色;②DAPI 染色法——DAPI 是与 DNA 结合的荧光染料,可染细胞核,借助荧光显微镜观察核形态变化;③吉姆萨(Giemsa)染色法——使染色质着色后在普通光镜下观察染色质固缩、趋边化和凋亡小体形成。(二)生化与分子生物学检测技术:DNA 琼脂糖凝胶电泳、TUNEL 原位末端标记、彗星电泳、流式细胞分析、Annexin V 检测膜磷脂酰丝氨酸外翻、caspase 活性/Cyt c 释放/线粒体膜电位检测等。(三)详述三种常用方法:①DNA 琼脂糖凝胶电泳:原理——细胞凋亡时细胞内特异性核酸内切酶被活化,在核小体之间切割染色质 DNA,使其降解成 180~200 bp 或其整数倍的片段;步骤——收集细胞、裂解、蛋白酶 K 消化并抽提基因组 DNA,行常规琼脂糖凝胶电泳,溴化乙锭染色后紫外观察,凋亡样品呈梯状条带(DNA ladder),坏死则呈弥散拖尾。这是鉴定细胞凋亡最简便可靠的方法之一。②DNA 断裂的原位末端标记法(TUNEL):原理——凋亡细胞核 DNA 断裂后产生大量 3′-OH 末端,可在末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)催化下接上荧光素(或生物素、地高辛)标记的 dUTP,从而对单个凋亡细胞核或凋亡小体进行原位染色;正常或增殖细胞几乎无 DNA 断裂、无 3′-OH,很少被染色;步骤——细胞/切片固定、透化,加 TdT 与标记 dUTP 反应液温育,洗涤后(如为生物素/地高辛标记则再加显色系统),荧光显微镜下观察计数阳性细胞。③流式细胞分析:原理——凋亡细胞 DNA 发生断裂和丢失,呈亚二倍体状态,用碘化丙啶(PI)染色使 DNA 产生激发荧光,流式细胞仪可检测出位于 G1 峰前的亚二倍体(sub-G1)凋亡细胞峰;也可用 Annexin V-FITC/PI 双染区分早期凋亡与坏死;步骤——收集细胞制成单细胞悬液、固定(或不固定直接双染)、RNase 处理并 PI 染色、上机检测并分析各期细胞比例。(此外还有彗星电泳法:单细胞包埋于琼脂糖、裂解后短时电泳、荧光染色,凋亡细胞 DNA 降解片段泳动快而呈彗星尾。)
据高分笔记整理
"详细说明3种"要给足原理+步骤;最稳的组合是 DNA ladder 电泳、TUNEL、流式(sub-G1 或 Annexin V),三者分别对应片段化、原位断裂、群体定量。
9实验题2012 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p96考点二 细胞及其组分的分析方法(电泳、原位标记、流式细胞术)
细胞凋亡检测方法有很多,除了通过光学显微镜和电子显微镜进行形态学检测外,还有哪些生化和分子生物学检测技术?
(1)形态学观察:①台盼蓝染色法——台盼蓝无法进入活细胞,但可使死细胞着色。②4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色法——DAPI 是一种与 DNA 结合的荧光染料,可以染细胞核,借助荧光显微镜可以观察到细胞核的形态变化。③吉姆萨(Giemsa)染色法——吉姆萨使染色质着色后,在普通光学显微镜下可观察到染色质固缩、趋边化、凋亡小体的形成等凋亡过程。(2)DNA 电泳:细胞凋亡时,染色质 DNA 在核小体间被特异性切割,降解成 180~200 bp 或其整数倍片段,提取的 DNA 在进行琼脂糖凝胶电泳时,呈现出梯状条带。这一方法是鉴定细胞凋亡最为简便可靠的方法之一。(3)DNA 断裂的原位末端标记法(TUNEL):凋亡细胞的核 DNA 断裂后产生 3′-OH 末端,可借助一种可观测的标记物如荧光素对单个凋亡细胞核或凋亡小体进行原位染色,用荧光显微镜进行观察;而正常的或正在增殖的细胞几乎没有 DNA 的断裂,因而没有 3′-OH 形成,很少能够被染色。(4)彗星电泳法:①彗星电泳法是指将单个细胞悬浮于琼脂糖凝胶中,经裂解处理后,再在电场中进行短时间的电泳,并用荧光染料染色来鉴定细胞凋亡的方法。②凋亡细胞中的 DNA 降解片段,在电场中泳动速度较快,使细胞核呈现出一种彗星式的图案,而正常的无 DNA 断裂的核在泳动时保持圆球形。(5)流式细胞分析:凋亡细胞 DNA 发生断裂和丢失,呈亚二倍体状态;采用碘化丙啶染色使 DNA 产生激发荧光,流式细胞仪能够检测出凋亡的亚二倍体细胞。(6)检测细胞膜成分变化:细胞凋亡早期,位于细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸(PS)翻转至细胞膜外侧,可以用针对磷脂酰丝氨酸的荧光标记探针进行检测。(7)其他的生理生化方法:检测 caspase 的激活、Cyt c 的释放、线粒体膜电位的变化等。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类",并注明第五版教材已删去该知识点但仍很重要。若题目要求"详细说明其中3种",建议选 DNA 电泳、TUNEL、流式分析。
1实验题2013 · 华中农业大学 · 细胞真题 p12;细胞真题狂背 p8考点一 细胞形态结构的观察方法(分辨率、数值孔径与电镜制样限制)
什么是分辨率?影响显微镜(包括光学显微镜和电子显微镜)分辨率的因素有哪些?采取哪些措施能提高其分辨率?
(一)分辨率:分辨率是指显微镜能够区分开两个质点(物点)的最小距离,是衡量显微镜性能最重要的参数。肉眼分辨率约 0.2 mm,普通光学显微镜最大分辨率 0.2 μm,电子显微镜可达 0.2 nm。(二)影响因素(据公式 R=0.61λ/(N·sin(α/2)),其中 N·sin(α/2) 即数值孔径 NA):①光源(照明束)的波长 λ——波长越短分辨率越高,可见光 400~760 nm,电子束波长仅 0.01~0.9 nm,故电镜分辨率远高于光镜;②物镜的镜口角 α;③介质的折射率 N——②③合称数值孔径(镜口率 NA),NA 越大分辨率越高;④对电镜而言,实际分辨率还受生物制样技术限制,如超薄切片样品的实际分辨率约为切片厚度的 1/10(切片 50 nm 时约 5 nm),远低于电镜本身的 0.2 nm;此外还有电磁透镜像差、样品衬度与损伤等。(三)提高措施:①缩短波长——光镜可用短波长光源(紫外光)、电镜用更高加速电压使电子束波长更短;②增大数值孔径——使用油镜,以香柏油(折射率约 1.5)代替空气(约 1.0)作介质,并使用大镜口角物镜;③对电镜而言,优化样品制备技术:切得更薄、改进固定、脱水、包埋与染色(重金属染色提高衬度),减少制样过程对超微结构的破坏;采用低温电镜避免染色和干燥损伤;④突破衍射极限:采用超高分辨率显微术(TIRFM、PALM、STORM、4π、STED、SIM 等)实现纳米级分辨率。
据高分笔记整理
把公式 R=0.61λ/NA 写出来是最高效的答题方式,三个变量对应三条提高措施;电镜部分务必点出"实际分辨率受制样限制"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §The Conventional Light Microscope Can Resolve Details 0.2 μm Apart · 教材 p. 566

The limiting separation at which two objects appear distinct—the so-called limit of resolution—depends on both the wavelength of the light and the numerical aperture of the lens system used. The numerical aperture affects the light-gathering ability of the lens and is related both to the angle of the cone of light that can enter it and to the refractive index of the medium the lens is operating in; the wider the microscope opens its eye, so to speak, the more sharply it can see (Figure 9–5).

使两个物体仍能被区分开的最小间距——即所谓的分辨率极限——取决于光的波长和所用透镜系统的数值孔径。数值孔径影响透镜的集光能力,它既与能够进入透镜的光锥角度有关,也与透镜所处介质的折射率有关;打个比方,显微镜“睁眼”睁得越大,它就看得越清楚。

定义与影响因素的标准英文表述:limit of resolution 取决于 wavelength 与 numerical aperture,而 NA 又由镜口角(cone of light)和介质 refractive index 决定;紧接着教材给出光镜极限约 0.2 μm(紫光 0.4 μm、NA 1.4)。
10实验题2013 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p96;细胞真题 p12考点一 荧光显微镜(观察细胞内动态变化)+ 考点四 GFP 标记与活细胞成像
如何用荧光显微镜研究细胞中微管的动态变化,说明实验原理和实验流程。
实验原理:(1)荧光标记技术:荧光显微镜利用荧光染料或荧光蛋白标记特定的细胞组分,如微管。当特定波长的激发光照射到标记的荧光分子上时,这些分子会吸收光能并发射出较长波长的荧光,从而在显微镜下可见。(2)荧光显微镜的组成:荧光显微镜的核心部件包括滤光片系统和专用的物镜镜头。滤光片系统由激发滤光片(只允许特定波长的激发光通过)和阻断滤光片(只容许荧光通过)组成。(3)暗视野背景:荧光显微镜的暗视野为荧光信号提供了强反差背景,使得即使是微弱的荧光信号也能被分辨出来。实验流程:(1)样品制备:将细胞接种于培养皿加入完全培养基,置于 37 ℃、5% CO2 培养箱培养。待细胞贴壁且汇合度达 50%-60% 时进行转染。(2)荧光染色:使用荧光染料(如荧光素)或荧光蛋白(如绿色荧光蛋白 GFP)与微管蛋白结合。例如,可以将 GFP 与微管蛋白的基因融合,然后在细胞内表达,使得微管在细胞内自然形成时就带有荧光标记。(3)显微镜观察:将标记好的细胞样品置于荧光显微镜下,使用特定波长的激发光照射样品。由于微管已被荧光标记,它们会发出荧光,从而在显微镜下可见。(4)图像采集:通过显微镜的目镜或相机系统捕获微管的荧光图像。可以使用高分辨率录像装置记录微管的动态变化。(5)数据分析:对采集到的图像进行分析,观察微管的组装、解聚等动态行为。例如,可以观察到微管在细胞边缘交替地缩短和伸长的过程。实验注意事项:(1)荧光标记的选择:选择合适的荧光染料或荧光蛋白,确保其对微管的标记不会影响微管的正常功能和细胞的生理状态。(2)激发光的强度和时间:激发光的强度和照射时间需要适当控制,以避免对细胞造成光毒性损伤。(3)图像的分辨率和对比度:确保显微镜的分辨率和对比度足够高,以便清晰地观察微管的动态变化。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类"。关键词是"活细胞+GFP 融合或荧光素标记微管蛋白+延时录像",若答成固定后免疫荧光则体现不了"动态"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Individual Proteins Can Be Fluorescently Tagged in Living Cells and Organisms · 教材 p. 574

The GFP DNA-coding sequence can also be inserted at the beginning or end of the coding sequence for another protein, yielding a chimeric product consisting of that protein with a new GFP domain attached. In many cases, this GFP fusion protein behaves in the same way as the original protein, directly revealing its location and activities by means of its genetically encoded fluorescence (Figure 9–18).

GFP 的 DNA 编码序列也可以插入另一种蛋白质编码序列的起始或末端,产生一种嵌合产物,即该蛋白质上附加了一个新的 GFP 结构域。在很多情况下,这种 GFP 融合蛋白的行为与原来的蛋白质相同,因而能借由其基因编码的荧光直接显示该蛋白质的定位与活动。

GFP-管蛋白融合表达的标准表述:把 GFP 编码序列接在目的基因首或尾形成 chimeric product,融合蛋白行为与原蛋白一致,因而可在活细胞中直接显示定位与动态(教材图 9–18 就是微管正端跟踪蛋白 EB3 的例子)。
3实验题2013 · 华中农业大学 · 细胞真题 p12;细胞真题狂背 p97考点七 非细胞体系(体外重建)+ 膜蛋白功能研究技术
脂质体是人工制备的连续脂双层的球形脂质小囊。如何利用脂质体研究膜蛋白(以ATP酶为例)的功能?请说明其原理和实验流程。
(一)原理:①模拟细胞膜环境——脂质体由磷脂分子构成,能形成稳定的脂双层结构,模拟细胞膜环境,为膜蛋白提供合适平台;②膜蛋白嵌入——纯化的膜蛋白可定向嵌入脂质体的脂双层中并保持其正常结构与功能,即所谓"重建(reconstitution)";③这是一种典型的非细胞(无细胞)体系,成分完全可控、排除了其他细胞组分的干扰,可精确研究单一膜蛋白(如 ATP 酶)在模拟膜环境中的 ATP 水解与离子泵送功能。(二)实验流程:①脂质体的制备——用磷脂和胆固醇等脂质材料,经超声、挤出(或去污剂透析)等方法形成大小均一的球形脂质体;②膜蛋白的嵌入(重建)——将纯化的 ATP 酶与脂质体(或脂质-去污剂混合胶束)混合,通过去污剂透析等物理化学方法使 ATP 酶嵌入脂双层,形成蛋白脂质体;③功能检测——利用荧光探针、电化学等技术检测膜蛋白功能,例如对 ATP 酶可检测 ATP 水解产生的无机磷酸(磷钼酸比色法),或用 pH 敏感/膜电位敏感荧光探针检测质子泵送引起的腔内 pH 或膜电位变化,或用同位素标记离子测定跨膜转运速率;④药物或底物处理——向体系中加入特异抑制剂(如钒酸盐、寡霉素)或改变底物(ATP、离子)浓度,观察功能变化以研究其调节机制与动力学;⑤数据分析——收集数据分析 ATP 酶在脂质体中的功能表现,并与其在天然细胞膜中的功能比较。
据高分笔记整理
本题落在"体外重建/非细胞体系"这一方法学考点:脂质体重建的最大优势是排除其他细胞组分干扰、条件可控(与非洲爪蟾卵母细胞表达体系形成对照)。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.8 · §Purified Cell-free Systems Are Required for the Precise Dissection of Molecular Functions · 教材 p. 487

A major goal for cell biologists is the reconstitution of every biological process in a purified cell-free system. Only in this way can we define all of the components needed for the process and control their concentrations, which is required to work out their precise mechanism of action.

细胞生物学家的一个重要目标,是在纯化的无细胞体系中重建每一项生物学过程。只有这样,我们才能确定该过程所需的全部组分并控制它们的浓度,而这正是弄清其精确作用机制所必需的。

脂质体重建 ATP 酶属于典型的 purified cell-free system(非细胞体系);引此句可直接论证“成分完全可控、可定量控制浓度,从而搞清精确作用机制”这一实验设计理由。
MBoC 7e Ch.8 · §Genetically Engineered Tags Provide an Easy Way to Purify Proteins · 教材 p. 486

Using the recombinant DNA methods discussed later in this chapter, any gene can be modified to produce its protein with an extra amino acid sequence that provides a specific recognition tag, so as to make subsequent purification of the protein simple and rapid. Often the recognition tag is an antigenic determinant, or epitope, which can be recognized by a highly specific monoclonal antibody. The antibody can then be used to purify the protein by affinity chromatography or immunoprecipitation (Figure 8–11).

利用本章后面讨论的重组 DNA 方法,任何基因都可以被改造,使其产物携带一段额外的、提供特异识别标签的氨基酸序列,从而使后续的蛋白纯化变得简单而快速。这种识别标签往往是一个抗原决定簇(表位),可被高度特异的单克隆抗体所识别。随后就可以用该抗体通过亲和层析或免疫沉淀来纯化这个蛋白质。

实验流程第二步“将纯化的 ATP 酶嵌入脂质体”的前提——怎么拿到纯化的膜蛋白:基因工程加 recognition tag(如 epitope 标签),再用亲和层析或免疫沉淀一步纯化。
1实验题2014 · 华中农业大学 · 细胞真题 p13;细胞真题狂背 p9考点一 电镜技术 + 考点二 免疫电镜、电镜原位杂交、放射自显影
举例说明生物电子显微镜技术与细胞分子生物学技术的结合在现代细胞生物学研究中的应用。注意说明其原理,并列出主要的实验流程。
(一)原理:①电子显微镜技术——电镜以电子束作为光源,其波长(0.01~0.9 nm)远短于可见光,因此分辨率极高(可达 0.2 nm),能观察细胞内部超微结构;透射电镜(TEM)观察细胞内部细微结构,扫描电镜(SEM)观察细胞表面三维形貌。②细胞分子生物学技术——包括免疫荧光技术、免疫电镜技术、原位杂交、放射自显影、Western blotting、放射免疫沉淀等,可对细胞内分子进行定位、定性和功能分析。③结合应用的原理在于:利用电镜的高分辨率来观察细胞内分子的精确位置,同时结合分子生物学技术对特定分子进行标记和检测,从而在超微结构水平上完成蛋白质与核酸等组分的定性、定位和半定量研究。典型实例:免疫胶体金电镜定位膜蛋白、电镜原位杂交定位特异 mRNA、电镜放射自显影追踪分泌蛋白途径、低温电镜单颗粒分析解析生物大分子(如 γ-分泌酶复合体)三维结构。(二)主要实验流程(以免疫胶体金电镜定位某蛋白为例):①样品制备——对细胞或组织进行快速取材、固定(戊二醛/多聚甲醛)、脱水、包埋、超薄切片(40~50 nm)并捞于覆膜载网上,以保持细胞结构完整与抗原性;②标记技术——用特异性第一抗体与切片孵育,再加偶联胶体金颗粒(5、10 或 20 nm,可用于双重/多重标记)的第二抗体;充分洗涤后用重金属盐复染;③电镜观察——将标记好的载网放入透射电镜观察,金颗粒呈高电子密度黑点,指示抗原所在的超微结构位置(SEM 则扫描表面成像);④图像分析——统计金颗粒在各细胞器上的分布密度,分析目标分子在细胞内的分布、形态与相互作用;设不加一抗的阴性对照排除非特异标记。
据高分笔记整理
答题要抓超薄切片技术的第二条应用:"可与放射同位素自显影、细胞化学、免疫化学和原位杂交等技术结合,在超微结构水平上完成蛋白质与核酸的定性、定位和半定量研究"。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Light Microscopy and Electron Microscopy Are Mutually Beneficial · 教材 p. 597

A major disadvantage, however, of all fluorescence imaging techniques is that it is only the tagged molecules that are imaged—their cellular context remains invisible. When fluorescence imaging is combined, however, with looking at the same specimen in the electron microscope, this correlative light microscopy and electron microscopy technique, or CLEM, can allow specific target molecules to be examined in their full cellular context.

然而,所有荧光成像技术都有一个重大缺点:能成像的只有被标记的分子,它们所处的细胞环境仍然不可见。但如果把荧光成像与对同一样品的电镜观察结合起来,这种光镜-电镜相关成像技术(CLEM)就能使特定靶分子在其完整的细胞环境中得到考察。

“电镜 + 分子生物学技术结合”的教材经典案例——CLEM;关键论据是荧光成像只看得到被标记分子、cellular context remains invisible,必须靠电镜补上。
12实验题2014 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p98;细胞真题 p13考点一 荧光显微镜(多色荧光标记技术)+ 考点二 荧光探针定位
以体外培养的动物细胞(如 HeLa 细胞)为材料,如何利用荧光显微镜技术同时标记线粒体、细胞核和微丝,请说明实验原理和设计实验流程。
(一)实验原理:利用荧光显微镜技术可对体外培养的 HeLa 细胞中的线粒体、细胞核和微丝进行标记,从而在荧光显微镜下实现对这些细胞结构的同时观察。这一技术基于不同荧光染料或标记物与特定细胞结构的特异性结合,使得在荧光显微镜下能够清晰区分不同结构。(1)线粒体标记原理:线粒体具有特定的膜电位,一些亲脂性阳离子荧光染料(如 MitoTracker 系列染料)能选择性地进入线粒体,并在线粒体内积累发出荧光。MitoTracker Green FM 是一种常用的线粒体荧光探针,它能与线粒体特异性结合,且对细胞的毒性较小,可在活细胞中实现对线粒体的标记,从而在荧光显微镜下呈现出绿色荧光。(2)细胞核标记原理:DAPI(4′,6-二脒基-2-苯基吲哚)是一种可以与 DNA 强力结合的荧光染料,它能插入到 DNA 的双螺旋结构中,与双链 DNA 的小沟结合,在荧光显微镜下发出蓝色荧光,从而清晰地显示出细胞核的位置和形态。(3)微丝标记原理:鬼笔环肽是一种由毒蕈产生的双环七肽,能够特异性地与微丝(F-actin)结合,且结合力很强。将鬼笔环肽与荧光素(如罗丹明)偶联,形成罗丹明标记的鬼笔环肽,处理细胞后偶联的荧光素会在荧光显微镜下发出红色荧光,从而实现对微丝的标记。(二)实验流程:(1)细胞培养:将 HeLa 细胞接种在适宜的培养基(如含 10% 胎牛血清的 DMEM 培养基)中,放置在 37 ℃、5% CO2 的培养箱中培养,使细胞贴壁生长至对数生长期。(2)线粒体标记:在培养细胞的培养基中加入适量的 MitoTracker Green FM 工作液(终浓度一般为 100-500 nM),在培养箱中孵育 30-60 分钟,孵育结束后用预热的 PBS 轻轻冲洗细胞 3 次,去除未结合的染料以减少背景荧光干扰。(3)细胞核标记:先处理细胞(固定和透化),然后加入适量的 DAPI 工作液(工作浓度一般为 1-5 μg/mL),室温避光孵育 5-15 分钟,再用 PBS 轻轻冲洗细胞 3 次。(4)微丝标记:先处理细胞(固定和透化),然后加入适量罗丹明标记的鬼笔环肽工作液(一般为 5-20 nM),室温下避光孵育 20-30 分钟,之后用 PBS 冲洗细胞 3 次。(5)荧光显微镜观察:将处理好的细胞置于荧光显微镜下,使用相应的滤光片组进行观察——MitoTracker Green FM 标记的线粒体选绿色通道,DAPI 标记的细胞核选蓝色通道,罗丹明-鬼笔环肽标记的微丝选红色通道;通过切换不同的滤光片,可在同一视野下同时观察到线粒体、细胞核和微丝的分布和形态,并可拍照记录。
真题资料原答案
该书归入"其他未分类"。三个探针一一对应是核心给分点:MitoTracker(膜电位依赖)—线粒体、DAPI(结合 DNA 小沟)—细胞核、罗丹明-鬼笔环肽(结合 F-actin)—微丝。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Specific Molecules Can Be Located in Cells by Fluorescence Microscopy · 教材 p. 571

By coupling one antibody to fluorescein and another to rhodamine, the distributions of different molecules can be compared in the same cell; the two molecules are visualized separately in the microscope by switching back and forth between two sets of filters, each specific for one dye. As shown in Figure 9–13, multiple fluorescent dyes can be used in the same way to clearly distinguish several different types of molecules in the same cell.

把一种抗体偶联荧光素、另一种抗体偶联罗丹明,就可以在同一个细胞中比较不同分子的分布;只需在两组分别适配一种染料的滤光片之间来回切换,便可在显微镜下分别观察这两种分子。如图 9–13 所示,同样可以使用多种荧光染料,以清晰地区分同一细胞中几种不同类型的分子。

多色标记(线粒体/细胞核/微丝)能同时分辨的教材依据:靠 switching back and forth between two sets of filters(切换滤光片组)分别成像,图 9–13 就是微丝/线粒体/核三色标记的实例。
MBoC 7e Ch.9 · §Specific Molecules Can Be Located in Cells by Fluorescence Microscopy · 教材 p. 570

The fluorescent dyes used for staining cells are visualized with a fluorescence microscope. This microscope is similar to an ordinary upright or inverted light microscope except that the illuminating light, from a very powerful source, is passed through two sets of filters—one to filter the light before it reaches the specimen, and one to filter the light obtained from the specimen. The first filter passes only the wavelengths that excite the particular fluorescent dye, while the second filter blocks out this light and passes only those wavelengths emitted when the dye fluoresces (Figure 9–10C).

用于细胞染色的荧光染料要用荧光显微镜来观察。这种显微镜与普通的正置或倒置光学显微镜相似,差别在于:来自强光源的照明光要依次通过两套滤光片——一套在光到达样品之前过滤,另一套过滤从样品得到的光。第一块滤光片只让能激发该荧光染料的波长通过;第二块则挡掉这些光,只让染料发荧时发出的波长通过。

三色标记能分开看的硬件基础:两套滤光片——第一块只放行激发该染料的波长,第二块挡住激发光、只放行发射荧光;答题时写 excitation filter / barrier filter 更规范。
1实验题2015 · 华中农业大学 · 细胞真题 p14;细胞真题狂背 p9考点二 细胞及其组分的分析方法(细胞成分分析与细胞分选技术·流式细胞术)
流式细胞术(flow cytometry)可以定量测定细胞中 DNA,RNA 或某种特异标记蛋白的含量,还能从细胞群体中将某一特异染色的细胞分离出来并计数。以体外培养的成纤维细胞为例,说明从群体中分离出分裂周期处于S期细胞的实验原理和技术流程。
(一)实验原理:①样本处理——细胞群体需先分散成单细胞悬液,之后对待测成分进行特异的荧光染色;②细胞进样——含染色细胞的悬液使细胞逐个快速通过流式细胞仪,速度可达每秒几万个细胞;③激光充电——当含单个细胞的液滴通过激光束时,带有不同荧光的细胞对应的液滴被充上正电荷、负电荷或不被充电;④检测与记录——检测器同步测出并记录每个细胞中待测成分的含量;⑤细胞分选——因不同标志的细胞对应的液滴电荷种类不同,当液滴通过高压偏转板时发生偏转,从而实现细胞分选。S 期细胞的判别依据是其正在进行 DNA 复制(DNA 含量介于 2C 与 4C 之间,且可掺入 BrdU)。(二)技术流程:①细胞培养与标记——将成纤维细胞在适宜条件下体外培养至足够数量,在培养基中加入胸腺嘧啶脱氧核苷类似物 BrdU 短时间脉冲标记,处于 S 期的细胞会将 BrdU 掺入新合成的 DNA 中;②细胞固定与染色——收集细胞、消化分散成单细胞悬液并固定,酸变性使 DNA 部分解链后用抗 BrdU 的荧光标记抗体染色(可同时用 PI 或 7-AAD 做 DNA 总量染色);③流式细胞仪分析——将染色后的细胞悬液上机,激光束照射细胞并检测荧光强度,S 期细胞因含 BrdU 而发出特定荧光信号,在 BrdU/DNA 含量双参数散点图上位于"马蹄形"上方区域;④细胞分选——设置门(gate)与阈值,圈出 BrdU 阳性(S 期)细胞群,通过液滴充电与高压偏转板将其偏转分离并收集到特定容器中;⑤后续处理——分离出的 S 期细胞可用于细胞周期研究、DNA 复制分析等。(若不做 BrdU 标记,也可仅用 PI 染 DNA,按 DNA 含量在 2C~4C 之间的峰间区分选 S 期细胞。)
据高分笔记整理
答题必须体现流式的五步原理(染色—进样—充电—检测—偏转分选),并给出一个可行的 S 期识别指标(BrdU 掺入或 PI-DNA 含量)。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.8 · §The Same Network Can Behave Differently in Different Cells Because of Stochastic Effects · 教材 p. 557

Another approach is to use flow cytometry, which works by streaming a dilute suspension of cells past an illuminator and measuring the fluorescence of individual cells as they flow past the detector. Fluorescence values can be used to build histograms that reveal the variability in a process across a population of cells, with a broad histogram indicating higher variability.

另一种方法是使用流式细胞术:它的工作方式是让稀释的细胞悬液流过一个光源,并在细胞逐个流过探测器时测定单个细胞的荧光。所得的荧光值可用于绘制直方图,从而揭示某一过程在细胞群体中的变异情况,直方图越宽说明变异越大。

只引其中的仪器原理句:稀释的单细胞悬液逐个流过光源,逐细胞测荧光并绘成直方图(即 DNA 含量/BrdU 分布图的由来);MBoC 未展开充电偏转分选,分选部分仍按中文课本作答。
1实验题2018 · 华中农业大学 · 细胞真题 p19;细胞真题狂背 p10考点四 细胞及生物大分子的动态变化(荧光漂白恢复技术)
说明利用荧光漂白恢复 (fluorescence photobleaching recovery, FPR) 技术检测细胞膜流动性的实验原理。同时举例说明利用 FPR 技术研究细胞某种质膜受体蛋白动态的实验流程。
(一)实验原理:荧光漂白恢复技术是用亲脂性或亲水性荧光分子与膜脂或膜蛋白偶联,用以检测所标记分子在活细胞表面或细胞内部运动及其迁移速率的技术。①光漂白——利用高能激光束照射细胞的某一特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆的淬灭,该区域称为光漂白区;②荧光恢复——由于细胞中脂质分子或蛋白质分子的运动,周围非漂白区的荧光分子不断向光漂白区迁移,结果使光漂白区的荧光强度逐渐恢复到原有水平。荧光恢复的速度在很大程度上反映了荧光标记的脂质或蛋白质在细胞中的运动速率,据此可定量得到膜脂分子的扩散系数与蛋白质的迁移率(以及可动分数),从而证明并定量描述细胞膜的流动性。(二)研究某质膜受体蛋白动态的实验流程:①荧光标记——将目标受体蛋白与荧光分子偶联,如用荧光素标记的特异性抗体(或其 Fab 段)标记,或将 GFP 基因与受体基因融合后转染细胞表达;②细胞处理——将标记好的活细胞置于显微镜载物台(控温、活细胞成像条件)下,确认荧光标记的受体蛋白定位于细胞质膜上,先采集漂白前的基线荧光图像;③光漂白——用高能激光束照射细胞膜上选定的小区域,使该区域内荧光分子迅速淬灭,形成光漂白区,并立即记录漂白后即时荧光强度;④荧光恢复监测——延时记录光漂白区荧光强度随时间的恢复曲线,由于受体蛋白在膜内侧向扩散,非漂白区荧光分子迁入使漂白区荧光逐渐增强;⑤数据分析——拟合恢复曲线,计算半恢复时间 t1/2、扩散系数 D 与可动分数,即得该受体蛋白在质膜上的运动速率与被锚定(不可动)的比例;可比较不同温度、细胞骨架解聚剂或配体刺激前后的差异,分析受体的动态调控。
据高分笔记整理
"可动分数"是 FRAP 的特色输出——若受体被膜骨架锚定,荧光只能部分恢复,这一点常被忽略但很加分。
教材原文对照2 处
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

Measurements of the fluorescence intensity in the bleached area as a function of time can be plotted as a fluorescence recovery curve. From such graphs quantitative data can be derived about the rate of recovery and the fraction of fluorescent protein molecules that are either mobile or immobile.

将漂白区域内的荧光强度作为时间的函数测定后,可以绘成一条荧光恢复曲线。从这类图谱中,可以得到关于恢复速率、以及荧光蛋白分子中可动部分与不可动部分所占比例的定量数据。

答 FPR 的“数据分析”环节时引用(图 9–20 图注):把漂白区荧光强度-时间拟合成 fluorescence recovery curve,从中得到 rate of recovery 与 mobile/immobile fraction(可动分数)。
MBoC 7e Ch.9 · §Protein Dynamics Can Be Followed in Living Cells · 教材 p. 576

This cultured mammalian cell is expressing an integral membrane protein called CD86, which is fused with a fluorescent protein. CD86 is a co-stimulatory protein present in the plasma membrane of antigen-presenting cells and is required for the activation of T cells (see Figure 24–34).

这个培养的哺乳动物细胞表达着一种名为 CD86 的质膜整合蛋白,它与一种荧光蛋白融合在一起。CD86 是一种共刺激蛋白,存在于抗原提递细胞的质膜上,是 T 细胞激活所必需的。

“举例说明用 FPR 研究质膜受体蛋白动态”的现成教材例子(图 9–20):将质膜整合蛋白 CD86(抗原提递细胞上的共刺激分子)与荧光蛋白融合表达,再做局部漂白。
1实验题2019 · 华中农业大学 · 细胞真题 p20;细胞真题狂背 p10考点二 细胞及其组分的分析方法(免疫荧光技术)
什么是免疫荧光技术?有哪些应用?
(1)定义:免疫荧光技术是将免疫学方法(抗原-抗体特异结合)与荧光标记技术相结合,用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。(2)步骤:①荧光抗体的制备——将荧光分子与抗体偶联,形成荧光标记的抗体;②标本的处理——对细胞或组织进行适当处理(固定、透化),以保持抗原性;③免疫染色——将荧光标记的抗体与待检测的抗原结合,形成荧光标记的抗原-抗体复合物;④观察记录——在荧光显微镜下观察并记录荧光信号,确定抗原在细胞内的分布情况。(3)分类:①直接免疫荧光技术——将荧光分子与抗体偶联后直接用于免疫标记;②间接免疫荧光技术——先将第一抗体与抗原反应,然后加入与荧光分子相偶联的抗第一抗体的第二抗体,可放大信号。(4)应用:①细胞内特异蛋白的定位——通过荧光标记抗体与细胞内抗原特异结合,在荧光显微镜下观察特定蛋白质在细胞内的位置和分布;②研究细胞内动态变化的过程,如用荧光素标记肌动蛋白可观察到肌动蛋白组装成肌动蛋白纤维的过程;③多色标记同时显示多种成分的定位与共定位分析;④与激光扫描共焦显微镜结合作光学切片与三维重构;⑤与电镜结合发展为免疫电镜技术,在超微结构水平定位抗原;⑥用于细胞骨架、细胞器、病原体检测及临床病理诊断等。(特点:快速、灵敏、特异性强,但光镜水平分辨率有限。)
据高分笔记整理
答"是什么"要给定义+步骤+直接/间接分类,答"应用"要覆盖定位、动态观察、多色共定位、与共聚焦/电镜结合四个层次。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Antibodies Can Be Used to Detect Specific Proteins · 教材 p. 573

This detection method is very sensitive because many molecules of the secondary antibody recognize each primary antibody. The secondary antibody is covalently coupled to a marker molecule that makes it readily detectable. Commonly used marker molecules include fluorescent dyes (for fluorescence microscopy) and colloidal gold spheres (for electron microscopy).

这种检测方法非常灵敏,因为每一个第一抗体都可被许多个第二抗体分子识别。第二抗体与一种使其易于被检测的标记分子共价偶联。常用的标记分子包括荧光染料(用于荧光显微术)和胶体金颗粒(用于电子显微术)。

间接免疫荧光为什么更灵敏的教材回答(图 9–15 图注):一个一抗可被多个二抗识别;同时点出标记物两大类——荧光染料(光镜)与胶体金(电镜),正好对应“应用”一问里免疫荧光向免疫电镜的延伸。
2实验题2019 · 华中农业大学 · 细胞真题 p20;细胞真题狂背 p11考点一 细胞形态结构的观察方法(荧光显微镜的用途与样品制备技术)
荧光显微镜技术的应用有哪些,观察其他细胞器的实验原理和流程。
(一)荧光显微镜技术的应用:①对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂质及某些离子等组分进行定性定位研究——用特定波长激发光照射标记在样品中的荧光分子使其产生荧光,从而实现对细胞内特定组分的定性定位;②观察细胞内动态变化——如通过显微注射器将标记荧光素的肌动蛋白注射到培养细胞中,可观察到肌动蛋白分子组装成肌动蛋白纤维的过程;又如将绿色荧光蛋白(GFP)的基因与编码某种蛋白质的基因相融合,可在活细胞中观察该蛋白质的动态变化;③多色荧光标记技术——由于不同荧光素激发出的荧光波长不同,可用两种以上荧光素同时标记,从而同时显示不同成分在细胞中的定位;④配合钙离子、pH 敏感荧光探针检测胞内离子浓度变化;⑤衍生出激光扫描共焦显微术、FRAP、FRET 及超高分辨率显微术等。(二)观察其他细胞器的实验原理:①特异性标记——利用针对不同细胞器的特异性抗体或荧光探针,与细胞器中的特定成分结合,实现对细胞器的标记(如 MitoTracker 标记线粒体、ER-Tracker 标记内质网、LysoTracker 标记溶酶体、DAPI/Hoechst 标记细胞核);②荧光信号检测——这些标记物与荧光分子偶联,在荧光显微镜下能够发出特定的荧光信号,从而使细胞器得以可视化。(三)实验流程:①样品制备——包括组织切片、冷冻切片、整装细胞等,目的是保持被检测细胞器内蛋白质的抗原性;②荧光标记——将荧光素与抗体结合,通过抗原-抗体特异性结合标记细胞内的特定蛋白质或结构(或直接用细胞器荧光探针孵育活细胞);③荧光显微镜观察——使用荧光显微镜观察标记后的样品,用特定波长的激发光照射,观察荧光信号;④图像分析——对获得的荧光图像进行分析,以确定特定蛋白质或结构在细胞中的定位和分布情况。
据高分笔记整理
与2014年"同时标记线粒体、细胞核和微丝"是同一考点的不同问法,常用探针清单要背下来。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Individual Proteins Can Be Fluorescently Tagged in Living Cells and Organisms · 教材 p. 574

One of the simplest uses of GFP is as a reporter molecule, a fluorescent probe to monitor gene expression. A transgenic organism can be made with the GFP-coding sequence placed under the transcriptional control of the promoter belonging to a gene of interest, giving a directly visible readout of the gene’s expression pattern in the living organism (Figure 9–17). In another application, a peptide location signal can be added to the GFP to direct it to a particular cell compartment, such as the endoplasmic reticulum or a mitochondrion (see Figure 9–25B), lighting up these organelles so they can be observed in the living state.

GFP 最简单的用途之一是作为报告分子,即用于监测基因表达的荧光探针。可以制备这样一种转基因生物:把 GFP 编码序列置于目的基因启动子的转录控制之下,从而在活体中直接可见地读出该基因的表达模式。在另一种应用中,可以给 GFP 加上一段肽定位信号,把它定向到某一特定的细胞区隔,如内质网或线粒体,从而点亮这些细胞器,使其在活的状态下便能被观察。

答“观察其他细胞器”时引用:除探针染料外,可给 GFP 加上 peptide location signal 将其定向到内质网、线粒体等区隔,从而在活体状态下点亮细胞器;GFP 作 reporter 则是它另一大应用。
13实验题2020 · 华中农业大学 · 细胞真题狂背 p11;细胞真题 p21考点四 GFP 标记与荧光漂白恢复技术 + 考点五 模式生物拟南芥
请简述荧光漂白恢复技术的原理,并阐述 Pip4 与植物抗低温的关系。若要探究 Pip4 在植物抗低温过程中的作用机制,拟采用 gfp 标记技术,设计一个完整的实验进行检验,包括实验目的、实验材料与方法、预期实验结果及结论等内容。
(1)荧光漂白恢复技术的原理:荧光漂白恢复技术是一种用于研究活细胞内脂质或蛋白质分子运动速率的技术。其基本原理是利用高能激光束照射细胞的某一特定区域,使该区域内标记的荧光分子发生不可逆的淬灭,这一区域称为光漂白区。随后,由于细胞中脂质分子或蛋白质分子的运动,周围非漂白区的荧光分子不断向光漂白区迁移,结果使光漂白区的荧光强度逐渐地恢复到原有水平,这一过程称为荧光恢复。荧光恢复的速度在很大程度上反映了荧光标记的脂质或蛋白质在细胞中的运动速率。通过测量荧光恢复的速度,可以得到膜脂分子的扩散系数和蛋白质的迁移率等定量信息,从而有助于解决细胞内脂质和蛋白质分子的动态变化以及与其他成分相互作用等问题。(2)Pip4 与植物抗低温的关系:Pip4 可能是一种植物蛋白或基因,它可能在植物的抗低温过程中起作用,例如通过调节细胞膜的流动性或参与信号传导途径来增强植物对低温的适应性。(3)实验设计:①实验目的:探究 Pip4 在植物抗低温过程中的作用机制,包括 Pip4 是否影响植物细胞膜的流动性,以及它是否参与了低温应答信号传导途径。②实验材料与方法——实验材料:选择一种已知对低温敏感的植物模型,如拟南芥;制备 Pip4 基因的过表达和敲除(或沉默)植物株系;准备荧光标记的 Pip4 蛋白或使用 GFP 标记技术标记 Pip4 蛋白。实验方法:荧光漂白恢复技术——对过表达和敲除 Pip4 的植物细胞进行 FRAP 实验,观察 Pip4 对细胞膜流动性的影响;低温处理——将植物暴露于低温条件下,观察 Pip4 过表达和敲除株系的存活率和生理反应;基因表达分析——通过 qPCR 或 Western blot 分析 Pip4 过表达和敲除株系在低温下的基因表达变化,特别是与抗逆相关的基因;蛋白质互作分析——使用酵母双杂交技术或免疫共沉淀技术检测 Pip4 与其他蛋白的相互作用。③预期实验结果及结论:如果 Pip4 过表达株系的荧光恢复速度比野生型或敲除株系快,表明 Pip4 可能增加了细胞膜的流动性;如果 Pip4 过表达株系在低温下的存活率显著高于敲除株系,表明 Pip4 可能增强了植物的抗低温能力;如果在低温下 Pip4 过表达株系中抗逆相关基因的表达上调,而敲除株系中这些基因的表达下调或无变化,这可能表明 Pip4 通过调控这些基因的表达参与了抗低温应答;如果 Pip4 与其他已知参与抗逆反应的蛋白有互作,这可能揭示了 Pip4 在信号传导途径中的作用。通过上述实验设计,可以对 Pip4 在植物抗低温过程中的作用机制进行较为全面的探究。
真题资料原答案
实验设计题四段式(目的—材料与方法—预期结果—结论)必须齐全;本题把 GFP 标记(定位)与 FRAP(动态)绑定使用,并用拟南芥这一模式生物作材料。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Individual Proteins Can Be Fluorescently Tagged in Living Cells and Organisms · 教材 p. 573

Foremost among the fluorescent proteins used for these purposes by cell biologists is the green fluorescent protein (GFP), isolated from the jellyfish Aequorea victoria. This protein is encoded by a single gene, which can be cloned and introduced into cells of other species. The freshly translated protein is not fluorescent, but within an hour or so (less for some alleles of the gene, more for others) some of the amino acids undergo a self-catalyzed post-translational modification to generate an efficient fluorochrome, shielded within the interior of a barrel-like protein, which will now fluoresce green when illuminated appropriately with blue light (Figure 9–16).

在细胞生物学家为此类目的所用的荧光蛋白中,首屈一指的是从水母 Aequorea victoria 中分离的绿色荧光蛋白(GFP)。该蛋白由单一基因编码,这个基因可以被克隆并导入其他物种的细胞。刚翻译出的蛋白并不发荧光,但大约一小时后(因等位基因而或长或短),其中部分氨基酸会发生自催化的翻译后修饰,生成一个高效的发色团;它被屏蔽在桶状蛋白的内部,在适当的蓝光照射下就会发出绿色荧光。

实验设计中“gfp 标记 Pip4”的原理交代:GFP 来自水母 Aequorea victoria,由单一基因编码、可克隆入其他物种(故可转入拟南芥),新生肽链需经自催化翻译后修饰才形成发色团。
2实验题2023 · 华中农业大学 · 细胞真题 p27;细胞真题狂背 p103考点三 显微操作技术(显微注射)+ 考点二 免疫荧光与免疫电镜定位
核质蛋白(nucleoplasmin)具有头尾两个不同的结构域。通过研究核质蛋白的入核转运,人们发现了指导其进入细胞核的信号序列。将完整核质蛋白显微注射到细胞质基质中,免疫荧光观察发现该蛋白很快进入细胞核,而将其头部和尾部分别显微注射到细胞质基质中,只有尾部能够进入细胞核。 (1)推测核质蛋白核定位信号序列位于头部还是尾部? (2)如何简单证明亲核蛋白进入细胞核是一个主动转运过程? (3)如果将编码核质蛋白尾部与编码内质网信号序列的 DNA 融合在一起,然后转染到细胞中表达,那么该融合蛋白是进入细胞核还是进入内质网? (4)如果要观察核质蛋白通过什么部位进入细胞核,用什么样的实验手段可以达到此目的?
(1)核定位信号序列(NLS)位于尾部。因为分别显微注射头部与尾部时,头部未进入细胞核,说明头部缺乏指导入核的信号序列;尾部能进入细胞核,说明尾部含有核定位信号。(2)可用两类简单实验证明入核为主动转运:①温度敏感性实验——在低温条件下(如 4 ℃)观察亲核蛋白入核情况;若入核被明显抑制,说明该过程依赖能量代谢,为主动转运。②能量抑制剂实验——用 ATP 酶抑制剂或代谢毒物(如叠氮化钠+2-脱氧葡萄糖)处理细胞耗竭 ATP,再观察入核;若入核被抑制,则证明需要消耗能量(Ran-GTP 循环供能),为主动转运。此外还可用大分子金颗粒标记显示其入核具有饱和动力学与信号依赖性。(3)该融合蛋白进入内质网。因为内质网信号序列(信号肽)介导的是共翻译转运,肽链刚合成约 80 个氨基酸时信号肽即被 SRP 识别并把核糖体引导到内质网膜上,启动更为迅速,使蛋白质在合成过程中就已开始向内质网转运,从而"忽略"了后来才可能起作用的核定位信号。(4)可采用显微注射+免疫荧光/活细胞荧光标记结合高分辨成像观察:①用荧光标记(或 GFP 融合)的核质蛋白显微注射入细胞质,用激光扫描共焦显微镜作光学切片与延时成像,动态追踪荧光在核膜处的分布与进入路径;②更直接的经典方法是胶体金标记核质蛋白后显微注射,作电镜观察——在透射电镜下可直接看到金颗粒排队通过核孔复合体的图像,从而证明其经由核孔复合体入核;③也可用免疫电镜/电镜三维重构在超微结构水平定位。
据高分笔记整理
本题是"显微操作技术"(显微注射)+"免疫荧光/免疫电镜"两大方法学的综合应用;第(4)问的标准答案落点是胶体金标记+电镜观察核孔复合体。
教材原文对照1 处
MBoC 7e Ch.9 · §Superresolution Fluorescence Techniques Can Overcome Diffraction-limited Resolution · 教材 p. 580

Yet many cellular structures—from nuclear pores and ribosomes to nucleosomes and clathrin-coated pits—are much smaller than this and so are unresolvable by conventional light microscopy. However, several approaches are now available that bypass the limit imposed by the diffraction of light, and some can now successfully resolve objects as small as 10 nm, a remarkable, twentyfold improvement.

然而,许多细胞结构——从核孔、核糖体到核小体和网格蛋白包被小窝——都比这个极限小得多,因而无法用常规光学显微镜分辨。不过,现在已有几种途径可以绕开光的衍射所施加的限制,其中一些已能成功分辨小至 10 nm 的物体,相当于提高了令人惊叹的二十倍。

对应第(4)问:核孔尺寸远低于光镜衍射极限(教材把 nuclear pores 列为典型例子),所以“看到从哪里入核”必须靠胶体金电镜或超分辨显微术(可达 10 nm)。
答案来源标记 · 绿色 = 资料自带的原答案/官方解析,逐字抄录;橙色 = 该题在你的资料里没有现成答案,由我依据高分笔记原文与英文原版教材推导,已在解析里注明依据。