细胞生物学第三章 复习题

katonglang@

1. 超微结构是如何定义的?

也称为亚显微结构，指在电镜下所观察到的细胞结构，如细胞核、线粒体、高尔基体等细胞器的微细结构。显微结构是指在光镜下所观察到样品的各种结构，如细胞大小、外部形态以及细胞核、线粒体等内部构成都属于显微结构。

2. 相差与微分干涉显微镜在用途上有何区别?

微分干涉差显微镜是在相差显微镜原理的基础上发明的。相差显微镜其优点是能显示结构的

三维立体投影影像。微分干涉差显微镜与相差显微镜相比，其标本可略厚一点，折射率差别

更大，故影像的立体感更强。微分干涉显微镜使细胞的结构，特别是一些较大的细胞器，如

核、线粒体等，立体感特别强，适合于显微操作。目前像基因注入、核移植、转基因等的显微操作常在这种显微镜下进行。相差显微镜最大的特点是可以观察未经染色的标本和活细胞。

微分干涉显微镜的物理原理完全不同于相差显微镜，技术设计要复杂得多。微分干涉显微

镜利用的是偏振光，有四个特殊的光学组件：偏振器（polarizer）、微分干涉显微镜棱镜、

微分干涉显微镜滑行器和检偏器（analyzer）。偏振器直接装在聚光系统的前面，使光线发

生线性偏振。在聚光器中则安装了石英Wollaston棱镜，即微分干涉显微镜棱镜，此棱镜可

将一束光分解成偏振方向不同的两束光（x和y），二者成一小夹角。聚光器将两束光调整

成与显微镜光轴平行的方向。最初两束光相位一致，在穿过标本相邻的区域后，由于标本的

厚度和折射率不同，引起了两束光发生了光程差。在物镜的后焦面处安装了第二个Wollaston

棱镜，即微分干涉显微镜滑行器，它把两束光波合并成一束。这时两束光的偏振面（x和y）

仍然存在。最后光束穿过第二个偏振装置，即检偏器。在光束形成目镜微分干涉显微镜影像

之前，检偏器与偏光器的方向成直角。检偏器将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两

束光，从而使二者发生干涉。x和y波的光程差决定着透光的多少。光程差值为0时，没有

光穿过检偏器；光程差值等于波长一半时，穿过的光达到最大值。于是在灰色的背景上，标

本结构呈现出亮暗差。为了使影像的反差达到最佳状态，可通过调节微分干涉显微镜滑行器

的纵行微调来改变光程差，光程差可改变影像的亮度。调节微分干涉显微镜滑行器可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，这便造成了标本的人为三维立体感，类似大理石上的浮雕。

细胞融合与细胞杂交有何区别?

细胞融合（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization），是指两个或两个以上的细胞融合成一个细胞的现象。没有什么区别只是叫法不一样。

4.所做习题中的第五项为何选C? 扫描电镜观察的不是已经死亡的细胞吗?

有动态变化?第七项与第七项有何区别?观察的不是已经死亡的细胞吗?

因为观察的是细胞表面形态结构的变化，题目中并没有给出观察活体细胞，观察表面的结构最好用扫描电镜。第七项看的是线粒体的结构变化，必须用透射电镜。用扫描电镜没法观察它的结构。

3.STM与(电子显微镜三维成像与X射线衍射技术及核磁共振技术)的用途是否等同?若不

同,区别是什么?

不等同。各有各的用途。STM适合观察细胞内质网膜系统和细胞骨架系统等细胞内的复杂网络。也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量。

三维重构技术适合分析不能形成三维晶体的膜蛋白以及病毒、蛋白质-核酸复合物等大的复合体的三维结构。

X衍射线衍射技术是能够根据X-射线通过结晶样品形成的衍射样式成像。这一技术可用于在原子分辨的水平上推测分子的结构。实际上X-射线衍射技术是目前在原子水平上分析蛋白质、核酸和其他生物分子的惟一方法。

核磁共振技术可以直接研究溶液或细胞中分子量较小的蛋白质、核酸以及其他的分子的结构。

电子显微镜三维成像（重构）理论运用的数学原理：将一个密度函数进行三维傅立叶变换，密度函数就变为频率函数。这样一个三维信息就压缩到一个二维平面上,这就是电镜照片的情况。取一个中心截面,那么一个投影的富氏变换就相当于一个三维富氏变换的中心截面。根据这样的原理，就可以根据投影得到的信息通过三维变换来算出分子在的结构。比如,分子在溶液中不同的去向,分子直立或躺倒的状态，在电镜观察时，投影是不一样的，然后将投影进行傅立叶变换，理论上说,如果得到足够多的投影,就是得到分子在所有方向上的投影,然后进行傅氏变换,就可得到三维结构.这就是三维重构的具体原理。根据样品台的特点，在实际操作中有不同的方法。对于二维结构,怎么得到不同的截面呢？可以从水平开始,倾斜不同角度,以得到投影。这样的技术存在一个问题：由于样品台倾斜角度的限制,只能在0-70度之间转动,不可能从0度倾斜到90度，所以70-90度之间没有信息,这就是一个视锥问题,分辨率只有3-5埃米.第二种情况就是对于在溶液中的分子,分子取向是随机分布的,所以只要分子数量足够多,所观察的现象就可得到在不同方向上的投影,也不必旋转载物台,不必倾斜角度.以上二维结构和溶液中分子的观察,都是叠加后取平均分布结果.还有一种情况就是对于大的物体,如细胞器,细胞,由于存在个体差异,不可能用平均分布,这时就要摄取一个细

胞进行照相,进行不同角度倾斜,同样由于视锥问题,70-90度之间没有数据。三维重构技术适合分析不能形成三维晶体的膜蛋白以及病毒、蛋白质-核酸复合物等大的复合体的三维结构。

X衍射线衍射技术是能够根据X-射线通过结晶样品形成的衍射样式成像。这一技术可用于在原子分辨的水平上推测分子的结构。实际上X-射线衍射技术是目前在原子水平上分析蛋白质、核酸和其他生物分子的惟一方法。

核磁共振技术可以直接研究溶液或细胞中分子量较小的蛋白质、核酸以及其他的分子的结构。它的原理是，原子核有自旋运动，在恒定的磁场中，自旋的原子核将围绕外加磁场作回旋运动，也称进动，进动的频率与所加磁场的强度成正比。如果在此基础上再加一个固定频率的电磁波，并调节外加磁场的强度，使进动频率与电磁波频率相同。这时原子核的进动与电磁波产生共振，就称作核磁共振。核磁共振时，原子核吸收电磁波的能量，记录下的吸收曲线就是核磁共振谱。由于不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱，记录这种波谱就可以判断该原子在分子中所处的位置及相对数目。用以进行定量分析及分子质量的测定，并对有机化合物进行结构分析。

5.X衍射线衍射技术及核磁共振技术的用途是否一样？

X-衍射技术并不涉及显微镜，但是能够根据X-射线通过结晶样品形成的衍射样式成像。这一技术可用于在原子分辨的水平上推测分子的结构。实际上X-射线衍射技术是目前在原子水平上分析蛋白质、核酸和其他生物分子的惟一方法。Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型的主要依据之一就是根据Franklin对DNA晶体衍射的结果.

X-射线晶体学技术，这是唯一能给出高分辨率的技术,他可以分辨到一个原子水平，这是X-射线晶体学的优点，现在测定一个大分子，最基础的根据就是X－射线晶体学；它的缺点是首先要拿到晶体,但是不是所有的生物大分子都能够获得晶体，有些大分子的复合物晶体获得比较困难,所以有些大分子达不到测定的要求；其次分子在晶体中往往是被锁定于某一状态,晶体培养的时间较长,所得到的晶体往往是分子处于基态,而分子功能的行使多发生在激发态,过渡态，X－射线晶体技术很难捕捉的分子的功能状态。

核磁共振衍射技术同样具有高分辨率的特点,仅次于X-射线晶体学技术,另外可以在溶液中操作,接近生理状态,缺点是所作样品的分子量要比较小,一般在50KD以下,而且分子量越大所测到的谱线就越多，有时各谱线很难分辨，所以有时波谱不容易分辨.当然随着超导磁铁的发展,有可能分子量向大分子挺进，但还是有一定限制。另外核磁共振衍射技术的反应体系是溶液,这对不溶的蛋白比较困难,如膜蛋白,很难溶解，需要用去垢剂才可溶解,这就使研究复杂化。在核磁共振衍射的观察中,去垢剂会造成很大的噪音和假相.

与前两种技术不同，以上两种方法都是间接观察,都是利用衍射谱.而先进的冷冻电子显微镜是直接观察生物大分子,是直接看到分子，因此这样的性质就决定分子越大反而越好，越利于观察,因此原则上来讲用冷冻电子显微镜观察分子，分子的大小没有上限,可用于复杂大分子,超分子体系。另外由于这种技术的特点，它可以捕捉到活化的过渡状态，可以研究分子的功能状态.另外适于薄体系,二维平面。冷冻电子显微镜最大的缺点是低分辨率,最高只达到3埃米,这是很难达到的,而X-射线晶体学技术分辨率是1埃米,核磁共振衍射技术分辨率是2埃米.

X-射线晶体学技术,核磁共振衍射技术能看到分子，但只能在体外观察,体内的状态无法观察。冷冻电子显微镜可以直接观察。