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细胞生物学[cellbiology]论述郑州大学基础医学《2》姓名：学号：11061226022摘要：细胞生物学与其说是一个学科，倒不如说它是一个领域。这可以从两个方面来理解：一：是它的核心问题的性质──把发育与遗传在细胞水平结合起来，这就不局限于一个学科的范围。二：是它和许多学科都有交叉，甚至界限难分。例如，就研究材料而言，单细胞的原生动物既是最简单的动物，也是最复杂的细胞，因为它们集许多功能于一身；尤其是其中的纤毛虫，不仅对于研究某些问题，例如纤毛和鞭毛的运动，特别有利，关于发育和遗传的研究也积累了大量有价值的资料。但是这类研究也可以列入原生动物学的范畴。其次，就研究的问题而言，免疫性是细胞的重要功能之一，细胞免疫应属细胞生物学的范畴，但这也是免疫学的基本问题。由于广泛的学科交叉，细胞生物学虽然范围广阔，却不能像有些学科那样再划分一些分支学科──如象细胞学那样，根据从哪个角度研究细胞而分为细胞形态学、细胞化学等。如果要把它的内容再适当地划分，可以首先分为两个方面：一是研究细胞的各种组分的结构和功能（按具体的研究对象），这应是进一步研究的基础，把它们罗列出来，例如基因组和基因表达、染色质和染色体、各种细胞器、细胞的表面膜和膜系、细胞骨架、细胞外间质等等。其次是根据研究细胞的哪些生命活动划分，例如细胞分裂、生长、运动、兴奋性、分化、衰老与病变等，研究细胞在这些过程中的变化，产生这些过程的机制等。关键字：细胞生物结构基因蛋白质结构发展正文：1.定义细胞生物学(cellbiology)是在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律的一门科学。细胞生物学由Cytology发展而来，Cytology是关于细胞结构与功能(特别是染色体)的研究。现代细胞生物学从显微水平，超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命活动。在我国基础学科发展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。2.基本介绍（1）系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。（2）系统生物学的灵魂——整合作为后基因组时代的新秀，系统生物学与基因组学、蛋白质组学等各种“组学”的不同之处在于，它是一种整合型大科学。首先，它要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）整合在一起进行研究。系统生物学研究所的第一篇研究论文，就是整合酵母的基因组分析和蛋白质组分析，研究酵母的代谢网络[2]。由于不同生物分子的研究难度不一样，技术发展程度不一样，目前对它们的研究水平有较大的差距。例如，基因组和基因表达方面的研究已经比较完善，而蛋白质研究就较为困难，至于涉及生物小分子的代谢组分的研究就更不成熟。因此，要真正实现这种整合还有很长的路要走。（3）对于多细胞生物而言，系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化——从基因到细胞、到整个器官”的论文，很好地体现了这种整合性[3]。我们知道，系统科学的核心思想是：“整体大于部分之和”；系统特性是不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”的新性质；对组成部分或低层次的分析并不能真正地预测高层次的行为。如何通过研究和整合去发现和理解涌现的系统性质，是系统生物学面临的一个带根本性的挑战。（4）系统生物学整合性的第三层含义是指研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。首先是在DNA水平上寻找特定的基因，然后通过基因突变、基因剔除等手段研究基因的功能；在基因研究的基础上，研究蛋白质的空间结构，蛋白质的修饰以及蛋白质间的相互作用等等。基因组学、蛋白质组学和其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千4.研究方法细胞生物学广泛地利用相邻学科的成就，在技术方法上是博采众长，凡是能够解决问题的都会被使用。例如用分子生物学的方法研究基因的结构，用生物化学、分子生物学的方法研究染色体上的各种非组蛋白和它们对基因活动的调节和控制或者利用免疫学的方法研究细胞骨架的各种蛋白（微管蛋白、微丝蛋白、各种中等纤维蛋白）在细胞中的分布以及在生命活动中的变化。起源于分子遗传学的重组DNA技术和起源于免疫学的产生单克隆抗体的杂交瘤技术，也成了细胞生物学的有力工具。显然，一种方法所解决的问题不一定属于原来建立这一方法的学科。例如用分子生物学的方法解决了核小体的结构，严格地说这应是形态学的范畴。这样的例子并不少见，在这里学科的界限也被抹掉了。也许可以说细胞核移植、微量注射和细胞融合是细胞生物学自身发展起来的方法，但是用这些方法进行的实验往往也需要其他方法配合来做进一步分析3.生物经济发展的前景与阻碍1、有效地解决当今重大疑难疾病治疗的世界性难题：当前胚胎组织干细胞技术已经发展到只要获取病人身体上任意活细胞的DNA，就可以培养出身体除大脑以外的任意部分组织结构的器官（科普：皮肤，指甲等组织也是器官的一种），从而达到医学上真正的器官再生。2、带动信息产业和某些特殊行业如电脑制造业的划时代的革命；一个现在的你从未想到过得世界：3、经济结构发生变化：钢铁已经不是在重工业的标志性的产品了。坚硬“骨头”构成的房屋，高度仿生化的汽车、飞机。。。等等。返璞归真的生活在等待着你。4、目前生物技术的发展其实已经超越了想象，但是根据《国际教科文组织45号协议》中约定的各国之间由于民族、文化、生活传统等巨大差异造成的一些列相关问题的讨论决议。很多已经实现了的成果和产品不能进入我们的现实生活。这也是制约生物技术发展和应用的最关键因素4.细胞生物学的影响和意义细胞生物学是生命科学中一门发展十分迅速的重要基础学科。从细胞学的诞生到细胞生物学，按其自然发展经历了细胞显微、亚显微和分子三个水平的发展时期。细胞学是从显微和亚显微两个结构层次上研究细胞；细胞生物学是细胞学发展的高级阶段，发展到从分子水平研究细胞，从显微、亚显微、分子水平三个结构层次上研究细胞结构和功能以阐明生命活动基本规律的各个方面。由于细胞是生命的基本单位，一切生命现象都要从细胞中获得答案，因此，它是生命科学中一个核心部分。近半个世纪以来，在研究细胞的结构与功能、揭示生命奥秘所取得的一系列突破性进展是自然科学中的伟大成就，对人类的健康和生存，对生物的控制、利用和改造都有重要作用。当今世界面临着人口爆炸、环境污染、粮食危机、资源匮乏的严重挑战，对此，生命科学的地位和作用日益突出重要，其中细胞生物学的作用也不容忽视。可以预见，在未来的时代细胞生物学仍然是生命科学的领头学科，是支撑生物技术发展的基础科学。尽管发现细胞已经300多年了，但人类目前对细胞在整体层次上（哪怕是“简单的”细菌）的工作机理并未获得一个完整清晰的认识。细胞生物学在如下领域内的发现将为生物技术带来新的发展动力。①对干细胞生长和分化的控制机制的认识或许会带来治疗应用方面的重大突破；②对遗传基因和生化途径调控机制的认识将催生更先进的遗传修饰方法；③理解细胞感知环境的机理会有助于研发具有广泛应用前景的生物传感器；④了解细胞骨架和分子马达的协同工作机制将很可能在下半个世纪中引领纳米技术的生物应用。参考文献：1.BruceAlbertsetal.MolecularBiologyoftheCell4th.GarlandScience,2002.2.HarveyLodishetal.MolecularCellBiology4th.W.H.FreemanandCompany,1999.3.GeraldKarp.CellandMolecularBiology:ConceptsandExperiments3rd.Wiley&Sons,2002.4.韩贻仁.分子细胞生物学科学出版社.2001年03月.5.郭葆玉.细胞分子生物学实验操作指南.安徽科学技术出版社1998年04月.6.王德耀.细胞生物学.上海科学技术出版社.1998年.