细胞生物学教程 http://www.cella.cn 表23目前实验室中常用的几种细胞系 细胞系名称 细胞类型 来源 3T3 成纤维细胞 小鼠 HeLa 宫颈癌上皮细胞 人 BHK21 成纤维细胞 叙利亚仓鼠 PtKl 上皮细胞 袋鼠 L6 成肌细胞 大鼠 PCI2 嗜铬细胞 大鼠 SP2 浆细胞 小鼠 SP2/0 骨髓瘤浆细胞 小鼠 CHO 卵巢细胞 中国地鼠 正常细胞培养的世代数有限，只有癌细胞和发生转化的细胞才能无限生长下去。 所谓转化即是指正常细胞在某种因子的作用下发生突变而具有癌性的细胞。目前世 界上许多实验室所广泛传用的HeLa细胞系就是1951年从一位名叫Henrietta Lacks的妇女身上取下的宫颈癌细胞培养而成。此细胞系一直延用至今。 1.原代培养(primary culture):从动物机体取出的进行培养的细胞群。原代培养 的细胞生长比较缓慢，而且繁殖一定的代数后（一般10代以内）停止生长，需 要从更换培养基。将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代 培养(Passage)。 2.细胞株(cell strain):从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞 群，能够繁殖50代左右，在培养过程中其特征始终保持。 3.细胞系(cell line):从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转 化的细胞，在培养条件下可无限繁殖 4.克隆(cloe):亦称无性繁殖系或简称无性系。对细胞来说，克隆是指由同一 个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。 (二)、植物细胞培养 植物细胞培养主要有如下几种技术： 1.组织培养：诱发产生愈伤组织（图2-26），如果条件适宜，可培养出再生植株。 用于研究植物的生长发育、分化和遗传变异；进行无性繁殖；制取代谢产物。 2.悬浮细胞培养：在愈伤组织培养技术基础上发展起来的一种培养技术。适合于 进行产业化大规模细胞培养，制取植物代谢产物。 3.原生质体培养：脱壁后的植物细胞称为原生质体(protoplast),其特点是：① 比较容易摄取外来的遗传物质，如DNA:②便于进行细胞融合，形成杂交细胞： ③与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁，经诱导分化成完整植株： 4.单倍体培养：通过花药或花粉培养可获得单倍体植株，经人为加倍后可得到完 全纯合的个体。 33
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 33 表 2-3 目前实验室中常用的几种细胞系 细胞系名称 细胞类型 来源 3T3 成纤维细胞 小鼠 HeLa 宫颈癌上皮细胞 人 BHK21 成纤维细胞 叙利亚仓鼠 PtKl 上皮细胞 袋鼠 L6 成肌细胞 大鼠 PCI2 嗜铬细胞 大鼠 SP2 浆细胞 小鼠 SP2／0 骨髓瘤浆细胞 小鼠 CHO 卵巢细胞 中国地鼠 正常细胞培养的世代数有限，只有癌细胞和发生转化的细胞才能无限生长下去。 所谓转化即是指正常细胞在某种因子的作用下发生突变而具有癌性的细胞。目前世 界上许多实验室所广泛传用的 HeLa 细胞系就是 1951 年从一位名叫 Henrietta Lacks 的妇女身上取下的宫颈癌细胞培养而成。此细胞系一直延用至今。 1． 原代培养 （primary culture）：从动物机体取出的进行培养的细胞群。原代培养 的细胞生长比较缓慢，而且繁殖一定的代数后（一般 10 代以内）停止生长，需 要从更换培养基。将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代 培养（Passage）。 2． 细胞株（cell strain）：从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞 群，能够繁殖 50 代左右，在培养过程中其特征始终保持。 3． 细胞系（cell line）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转 化的细胞，在培养条件下可无限繁殖 4． 克隆（clone）：亦称无性繁殖系或简称无性系。对细胞来说，克隆是指由同一 个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。 （二）、植物细胞培养 植物细胞培养主要有如下几种技术： 1． 组织培养：诱发产生愈伤组织（图 2-26），如果条件适宜，可培养出再生植株。 用于研究植物的生长发育、分化和遗传变异；进行无性繁殖；制取代谢产物。 2． 悬浮细胞培养：在愈伤组织培养技术基础上发展起来的一种培养技术。适合于 进行产业化大规模细胞培养，制取植物代谢产物。 3． 原生质体培养：脱壁后的植物细胞称为原生质体（protoplast），其特点是：① 比较容易摄取外来的遗传物质，如 DNA；②便于进行细胞融合，形成杂交细胞； ③与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁，经诱导分化成完整植株： 4． 单倍体培养：通过花药或花粉培养可获得单倍体植株，经人为加倍后可得到完 全纯合的个体
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 图2-26植物细胞培养 二、细胞融合 通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞 融合(cell fusion)或细胞杂交(cell hybridization)。 基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体(homokaryon):来自不同基 因型的杂交细胞则称为异核体(heterokaryon)。 同种细胞在培养时2个靠在一起的细胞自发合并，称自发融合：异种间的细胞 必须经诱导剂处理才能融合，称诱发融合。 诱导细胞融合的方法有三种：生物方法（病毒）、化学方法（聚乙二醇PEG)、 物理方法（电激和激光）。某些病毒如：仙台病毒、副流感病毒和新城鸡瘟病毒的被 膜中有融合蛋白(fusion protein),可介导病毒同宿主细胞融合，也可介导细胞与 细胞的融合，因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。化学和物理方法可 造成膜脂分子排列的改变，去掉作用因素之后，质膜恢复原有的有序结构，在恢复 过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。 细胞融合不仅可用于基础研究，而且还有重要的应用价值，在植物育种方面已 经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等。 单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用（图2-27），正常淋巴细胞（如小 鼠脾细胞)具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可 以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国人Kohler和Milstein1975将两种细 胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获1984年诺贝尔奖。 34
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 34 图 2-26 植物细胞培养 二、细胞融合 通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞 融合（cell fusion）或细胞杂交（cell hybridization）。 基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体（homokaryon）；来自不同基 因型的杂交细胞则称为异核体（heterokaryon）。 同种细胞在培养时 2 个靠在一起的细胞自发合并，称自发融合；异种间的细胞 必须经诱导剂处理才能融合，称诱发融合。 诱导细胞融合的方法有三种：生物方法（病毒）、化学方法（聚乙二醇 PEG）、 物理方法（电激和激光）。某些病毒如：仙台病毒、副流感病毒和新城鸡瘟病毒的被 膜中有融合蛋白（fusion protein），可介导病毒同宿主细胞融合，也可介导细胞与 细胞的融合，因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。化学和物理方法可 造成膜脂分子排列的改变，去掉作用因素之后，质膜恢复原有的有序结构，在恢复 过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。 细胞融合不仅可用于基础研究，而且还有重要的应用价值，在植物育种方面已 经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等。 单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用（图 2-27），正常淋巴细胞（如小 鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可 以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国人 Kohler 和 Milstein 1975 将两种细 胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获 1984 年诺贝尔奖
细胞生物学教程 http://www.cella.cn The Production of Monoclonal Antibodies Antigen Tumor cells B lymphocytes (HGPRT deficient) Spleen Fusion 0 Selective HAT medium 0 0①0 ● B lymphocytes die Hybrid cells Tumor cells die survive Grow clones from single cells Use ELISA to identify hybridoma producing desired antibody ①① ①Q① ①① 0① ①0 Hybridoma producing desired Hybridoma A Hybridoma B Hybridoma C monoclonal antibody 图2-27单克隆抗体技术 35
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 35 图 2-27 单克隆抗体技术
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 第三章细胞生物学基础知识 细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为： 1.细胞是由膜包围的原生质(protoplasm)团，通过质膜与周围环境进行物质和 信息交流： 2.是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础： 3.是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系： 4.是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 第一节真核细胞 、质膜 细胞表面的一层单位膜，特称为质膜(plasmolemma;plasma membrane)。 真核细胞除了具有质膜、核膜外，发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成 的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构 上形成了一个连续的体系，称为内膜系统(endomembrane system)。内膜系统将 细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化(compartmentalization)。区隔化是 细胞的高等性状，它不仅使细胞内表面积增加了数十倍，各种生化反应能够有条不 紊地进行，而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核(nucleus)是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被 膜(nuclear envelope),核内包含有由DNA和蛋白质构成的染色体(chromosome)。 间期染色体结构疏松，称为染色质(chromatin):有丝分裂过程中染色体凝缩变短， 称为染色体。其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的 数目因物种而异，有的如蕨类植物Ophioglossum reticulum的染色体数多达1260 个：有的如马蛔虫Ascaris megalocephala只有两条染色体。核内1至数个小球形 结构，称为核仁(nucleolus)。 6 Purkinje(1839)用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核（或拟 核)。 36
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 36 第三章 细胞生物学基础知识 细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为： 1. 细胞是由膜包围的原生质6 （protoplasm）团，通过质膜与周围环境进行物质和 信息交流； 2. 是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础； 3. 是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系； 4. 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 第一节 真核细胞 一、质膜 细胞表面的一层单位膜，特称为质膜（plasmolemma；plasma membrane）。 真核细胞除了具有质膜、核膜外，发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成 的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构 上形成了一个连续的体系，称为内膜系统（endomembrane system）。内膜系统将 细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化（compartmentalization）。区隔化是 细胞的高等性状，它不仅使细胞内表面积增加了数十倍，各种生化反应能够有条不 紊地进行，而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核（nucleus）是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被 膜（nuclear envelope），核内包含有由 DNA 和蛋白质构成的染色体（chromosome）。 间期染色体结构疏松，称为染色质（chromatin）；有丝分裂过程中染色体凝缩变短， 称为染色体。其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的 数目因物种而异，有的如蕨类植物 Ophioglossum reticulum 的染色体数多达 1260 个；有的如马蛔虫 Ascaris megalocephala 只有两条染色体。核内 1 至数个小球形 结构，称为核仁（nucleolus）。 6 Purkinje（1839）用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核（或拟 核）
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 三、细胞质 存在于质膜与核被膜之间的原生质称为细胞质(cytoplasm),细胞之中具有可 辨认形态和能够完成特定功能的结构叫做细胞器(organelles)。除细胞器外，细 胞质的其余部分称为细胞质基质(cytoplasmic matri>ⅸ)或胞质溶胶(cytosol),其 体积约占细胞质的一半。细胞质基质并不是均一的溶胶结构，其中还含有由微管、 微丝和中间纤维组成的细胞骨架结构。 (一)细胞质基质的功能： 1)具有较大的缓冲容量，为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离 子环境。 2)许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成、②核酸的合成、③ 脂肪酸合成、④糖酵解、⑤磷酸戊糖途径、⑥糖原代谢、⑦信号转导。 3)供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 4)细胞骨架参与维持细胞形态，做为细胞器和酶的附着点，并与细胞运动、物质 运输和信号转导有关。 5)控制基因的表达与细胞核一起参与细胞的分化，如卵母细胞中不同的RNA定 位于细胞质不同部位，卵裂是不均等的。 6)参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。 (二)主要细胞器 1.内质网(endoplasmic reticulum):由膜围成一个连续的管道系统。；粗面内 质网(rough endoplasmic reticulum,RER),表面附有核糖体，参与蛋白质 的合成和加工；光面内质网(smooth endoplasmic reticulum,SER)表面没有 核糖体，参与脂类合成。 2.高尔基体(Golgi body;Golgi apparatus):由成摞的扁囊和小泡组成，与细 胞的分泌活动和溶酶体的形成有关。 3.溶酶体(lysosome)：动物细胞中行细胞内消化作用的细胞器，含有多种酸性 水解酶。 4.线粒体(mitochondrion):由双层膜围成的与能量代谢有关的细胞器，主要作 用是通过氧化磷酸化合成ATP。 5.叶绿体(chloroplast)：植物细胞中与光合作用有关的细胞器，由双层膜围成。 6.细胞骨架(cytoskeleton)：由微管、微丝和中间丝构成与细胞运动和维持细胞 形态有关。 7.中心粒(centriole):位于动物细胞的中心部位，故名，由相互垂直的两组9+0 三联微管组成。中心粒加中心粒周物质称为中心体(centrosome)。 8.微体(microbody)：由单层单位膜围成的小泡状结构，含有多种氧化酶，与分 37
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 37 三、细胞质 存在于质膜与核被膜之间的原生质称为细胞质（cytoplasm），细胞之中具有可 辨认形态和能够完成特定功能的结构叫做细胞器（organelles）。除细胞器外，细 胞质的其余部分称为细胞质基质（cytoplasmic matrix）或胞质溶胶（cytosol），其 体积约占细胞质的一半。细胞质基质并不是均一的溶胶结构，其中还含有由微管、 微丝和中间纤维组成的细胞骨架结构。 （一）细胞质基质的功能： 1） 具有较大的缓冲容量，为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离 子环境。 2） 许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成、②核酸的合成、③ 脂肪酸合成、④糖酵解、⑤磷酸戊糖途径、⑥糖原代谢、⑦信号转导。 3） 供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 4） 细胞骨架参与维持细胞形态，做为细胞器和酶的附着点，并与细胞运动、物质 运输和信号转导有关。 5） 控制基因的表达与细胞核一起参与细胞的分化，如卵母细胞中不同的 mRNA 定 位于细胞质不同部位，卵裂是不均等的。 6） 参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。 （二）主要细胞器 1. 内质网（endoplasmic reticulum）：由膜围成一个连续的管道系统。；粗面内 质网（rough endoplasmic reticulum，RER），表面附有核糖体，参与蛋白质 的合成和加工；光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）表面没有 核糖体，参与脂类合成。 2. 高尔基体（Golgi body；Golgi apparatus）：由成摞的扁囊和小泡组成，与细 胞的分泌活动和溶酶体的形成有关。 3. 溶酶体（lysosome）：动物细胞中行细胞内消化作用的细胞器，含有多种酸性 水解酶。 4. 线粒体（mitochondrion）：由双层膜围成的与能量代谢有关的细胞器，主要作 用是通过氧化磷酸化合成 ATP。 5. 叶绿体（chloroplast）：植物细胞中与光合作用有关的细胞器，由双层膜围成。 6. 细胞骨架（cytoskeleton）：由微管、微丝和中间丝构成与细胞运动和维持细胞 形态有关。 7. 中心粒（centriole）：位于动物细胞的中心部位，故名，由相互垂直的两组 9+0 三联微管组成。中心粒加中心粒周物质称为中心体（centrosome）。 8. 微体（microbody）：由单层单位膜围成的小泡状结构，含有多种氧化酶，与分