学文网细胞结构和功能的实验研究方法总结
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细胞结构和功能的实验研究方法总结
认识细胞的结构和功能除了使用显微镜作形态、结构的观察之外，还常常采用细胞组分的观察，以揭示生物大分子在细胞内构建的相互关系，探究细胞内各种细胞器的功能。
细胞组分的观察方法主要有：分级离心法、 纸层析法、同位素标记法、荧光抗体免***标记法等。
1 分级离心法
分级离心法又叫做超速离心技术。该项实验技术的操作包括：先用低渗匀浆、超声破碎或研磨等方法，使细胞膜破碎，形成细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体、内质网、高尔基体等和细胞组分的混合匀浆；再通过差速离心结合密度梯度离心技术，将细胞各组分分离开来。运用超速离心技术，可测知真核细胞内不同结构的生理功能。
例7 在低温条件下，将绿色植物的叶片置于研钵中，加入某种溶液研磨后，将细胞碎片和细胞器用超速离心技术进行分离。第一次分离成沉淀P1(含细胞核和细胞壁碎片)和上层液体S1 ；随后又将S1分离成沉淀P2(含叶绿体)和上层液体S2 ；第三次离心将S2分离成沉淀P3(含线粒体)和上层液体S3 ；最后一次将S3分离成沉淀P4(含核糖体)和上层液体S4。(如下***所示)。
请根据下列问题填入相应的符号（S1-S4和P1-P4）。
（1）含DNA最多的部分是
（2）与光合作用有关的酶存在于 部分。
（3）与呼吸作用有关的酶存在于 部分。
（4）蛋白质含量最多的部分是
（5）合成蛋白质的细胞器存在于 部分。
（参考答案：（1）P1 （2）S1；P2 （3）S1、S2；P3 （4）S1 （4）S1、S2、S3；P4）
2 纸层析法
纸层析法是以定性滤纸作为惰性支持物，利用样品混合物中的各组分在流动相和固定相两种不同溶剂中分配系数的差异，将它们分离开来。
实验：绿叶中色素的提取和分离
叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，从而将叶绿体中的色素进行了分离。
2.1 实验操作的简要程序：
2.2 实验操作的注意事项：
2.2.1 提取叶绿体中色素要用到的药品及作用
叶绿体中含有两类共4种光合色素（叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素），这些色素均能溶解无水乙醇等有机溶剂中。
提取色素时，加入SiO2有助于研磨得充分；加入CaCO3是可防止研磨中色素遭到破坏。
2.2.2 研磨液制备和画滤液细划线
采用研磨法制备的叶绿体色素粗提液必须先过滤，过滤时选用单层尼龙布。
画滤液细线时，需要小心、均匀轻画、干燥后再重复划2~3次，要求所画滤液细线越细越齐越好，以避免滤纸条上的分离的色带发生重叠。
2.2.3 纸上层析时应该注意的问题
不能让层析液没及滤液细线，否则，滤液细线中的色素会溶解到层析液中。
由于层析液有毒，容易挥发，所以用小烧杯代替试管时，要用培养皿盖住小烧杯。
例8 分别在Ａ、Ｂ、Ｃ三个研钵中加２g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。试回答：
处 理
A
B
C
SiO2（少量）
CaCO3（少量）
95%乙醇（10 mL）
蒸馏水（10 mL）
（注：“＋”表示加；“－”表示不加。）
（１）Ａ处理得到的溶液颜色是 ，原因 。
（２）Ｂ处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
（３）Ｃ处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。
（参考答案：（1）黄绿色 部分叶绿素遭到破坏 （2）几乎无色 叶绿体不溶于水
（3）深绿色 大量叶绿素溶于乙醇中）
3 . 同位素标记法
同位素标记法又叫同位素示踪法。放射性同位素用于追踪物质的运行和变化规律时，也叫做示踪元素。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以探究并弄清化学反应中的详细过程。
例如，将含有3H的氨基酸注射入豚鼠的胰脏腺泡细胞中，可研究分泌蛋白质的合成和分泌过程；用含有14C的二氧化碳参与光合作用，可追踪碳原子的转移途径；用含有15N、14N的DNA，可证明DNA分子的半保留复制特点；用含有18O的水，可追踪光合作用中的氧原子的转移途径；用含有18O的氧气饲喂小白鼠，可追踪细胞呼吸过程中氧原子的转移途径；用32P标记DNA、35S标记蛋白质，可追踪它们在噬菌体侵染细菌的实验中的去向，从而得到在该实验中究竟是什么物质进入了细菌的事实，以证明遗传物质是DNA，等等。
例9 为了证明噬菌体侵染细菌时，进入细菌的是噬菌体DNA，而不是它的蛋白质外壳，可用两种不同的放射性同位素对噬菌体进行标记。再让带有这两种不同标记的噬菌体分别去侵染未被标记的细菌，从而对此作出实验论证。据分析，噬菌体的蛋白质中含有S元素，而DNA中含有P元素。实验室已备好分别含3H、14C、15N、18O、32P、35S等6种同位素的微生物培养基。试问：你将怎样去实现对噬菌体的标记？请简要说明实验的设计方法。
参考答案：先将细菌放在含32P或35S的培养基上培养，使细菌被标记上32P或35S；然后用噬菌体去侵染分别被32P或35S标记的细菌，噬菌体在细菌体内增殖，子代噬菌体就被标记上32P或35S。
4. 荧光抗体免***标记法
以细胞膜为代表的生物膜具有流动性，不仅是生物膜的基本特征，也是细胞进行生命活动的必要条件。荧光抗体免***标记实验就是证明细胞膜具有流动性的典型实例。
用抗鼠细胞膜蛋白的荧光抗体（显绿色荧光）和抗人细胞膜蛋白的荧光抗体（显红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒处理使两种细胞融合。实验结果表明，细胞开始融合时，人、鼠细胞的表面抗原“泾渭分明”，只分布于各自细胞表面；但在融合之后，两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。这一实验清楚地显示了与抗体结合的膜蛋白在细胞膜上的运动。
例10 请回答人、鼠细胞融合实验中的有关问题：
（1）细胞融合实验表明了组成细胞膜的 分子是可以运动的，由此证明了细胞膜具有 的特点。
（2）在细胞融合实验中，一种抗体与只能与相应的抗原结合，说明这类物质在分子结构具有 性，这种特性从根本上是受 分子的结构来决定的。
（3）细胞融合实验若在20℃条件下进行，则两种表面抗原平均分布的时间大大延长，这说明 ；若在1℃条件下，两种表面抗原便不能平均分布。这一事实可证明膜蛋白运动的特点是 。
参考答案：
（1）蛋白质 一定的流动性 （2）特异性 DNA
（3）随温度的降低，膜上蛋白质分子的运动速度减慢。
膜蛋白的运动是一种自发的热运动，不需要细胞代谢提供能量。
生物细胞的研究方法主要有以下几个：
1. 间接观察法：通过使用显微镜观察细胞的形态、结构和功能，并进行相应的测量来确定细胞的某些基本特征；
2. 蛋白质印迹法：使用SDS-PAGE或其他相应仪器对细胞内蛋白质进行定量分析，用以研究细胞内复杂的结构及其相应的功能；
3. 生化分析法：使用常规的生物化学分析手段，如光度分析、流式细胞仪等，进行细胞内DNA、RNA、蛋白质含量的测定，从而探究细胞的生理过程；
4. 基因工程技术：使用基因工程技术，如PCR、质粒遗传学及克隆等，进行细胞基因结构的分析，加以研究；
5. 细胞培养：利用细胞的体外培养来研究细胞的生长发育、衰老与死亡等生理过程，也可以用于诱导器官或细胞系的发育。
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