第1章　緒　論

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一、名詞解釋題

1．cell biology[中國科學院大學2017研]、細胞生物學[吉林大學2004研]

答：cell biology的中文名稱是細胞生物學，是指在細胞水平上研究生物體生長、運動、遺傳、變異、分化、衰老、死亡等生命現象的學科?，F代細胞生物學利用顯微水平、超微水平和分子水平等方法研究細胞的結構、功能及生命活動，并將細胞整體、亞細胞結構、分子等不同層次的研究有機地結合起來，最終揭示生命的本質。

2．cell theory[華中科技大學2006研]、細胞學說[山東大學2015研]

答：cell theory的中文名稱是細胞學說。細胞學說是1838～1839年由德國植物學家施萊登和德國動物學家施旺共同提出的，并由德國醫生和病理學家魏爾肖進行修正的有關細胞生物規律的學說，其主要內容包括：細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來，并由細胞和細胞產物所構成；每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有自己的生命，又對與其他細胞共同組成的整體的生命有所助益；新的細胞可通過老的細胞繁殖產生。

二、選擇題

細胞學說創建時提出（　　）。[中國科學院2005研]

A．細胞由細胞膜、細胞核、細胞質組成

B．一切動植物都由細胞組成，細胞是一切動植物的基本單位

C．細胞只能來自細胞

D．生物個體發育的過程就是細胞不斷增殖和分化的連續過程

【答案】B

【解析】①細胞學說創建時期是1838～1839年，那個時期只有簡單的顯微鏡。②德國植物學家施萊登和動物學家施旺，共同提出了“細胞學說”：一切植物、動物都是由細胞組成的，細胞是一切動植物的基本單位。細胞學說的基本內容：a．細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來，并由細胞和細胞產物構成；b．每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有“它”自己的生命，又對與其他細胞共同組成的整體的生命有所助益；c．新的細胞可以通過已存在的細胞繁殖產生。

三、填空題

1．細胞生物學的發展時期有細胞學、______、______、______、現代細胞生物學。[中國科學院大學2017研]

【答案】細胞遺傳學；細胞生理學；細胞化學

2．細胞生物學的發展史可以分為五個時期，分別是______、______、______、______、______。[中國科學院大學2016研]

【答案】細胞質的發現；細胞學說的建立；細胞學的經典時期；實驗細胞學時期；細胞生物學時期

四、簡答題

簡述細胞學說的基本內容。[鄭州大學2005、2007研]

答：細胞學說是由施旺和施萊登兩人共同提出，并由一系列的學者進行修正的學說，其基本內容是：

（1）細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來，并由細胞和細胞產物構成；

（2）每個細胞是一個相對獨立的單位，既有“它自己”的生命，又對與其他細胞共同組成的整體的生命有所助益；

（3）新的細胞可以通過已存在的細胞繁殖產生。

五、論述題

1．試述細胞生物學研究最新進展。[中國科學院大學2017研]

答：（1）細胞生物學研究最近進展主要是2016年日本科學家大隅良典獲得諾貝爾生理學或醫學獎，關于細胞自噬的機制和意義。

細胞自噬是細胞通過溶酶體與雙層膜包裹的細胞自身物質融合，從而降解細胞自身物質的過程。AMPK能以不同的方式，調控一種稱為Vps34激酶家族不同的復合物，一些Vps34酶參與了正常細胞的囊泡運輸-細胞中一種重要的分子運輸，還有一些Vps34復合物則參與了細胞自噬。此外，AMPK能抑制那些未參與細胞自噬的酶，而激活參與細胞自噬的Vps34酶。

引發細胞自噬的信號機制是新近的研究熱點之一，研究者已克隆了若干與細胞自噬作用相關的基因。Atg是細胞自噬過程中關鍵的執行因子，其基因家族首先在酵母中發現，包括約20個成員，其中大部分在線蟲、果蠅和哺乳動物細胞內有同源蛋白。Atg家族蛋白彼此形成復合物，在細胞自噬的各個階段發揮作用。例如絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶Atg1、13和17負責接收細胞營養狀態的信號；Atg6介導分離膜泡的形成；Atg5、8和12負責介導膜泡的擴展。在細胞的正常狀態下，生長因子如胰島素濃度正常，與細胞表面受體結合后，能夠激活磷脂酰肌醇激酶，進而活化激酶AKT/PKB，再通過結節性硬化癥相關蛋白TSC1/2和G蛋白Rheb活化蛋白激酶mTor，mTor能夠抑制Atg1的激酶活性，從而抑制細胞自噬的發生；當細胞處于營養缺乏等應急狀態時，生長因子濃度下降，mTor的活性被抑制，導致Atg1的活化，促進自噬體的形成。

細胞自噬是促使細胞存活的自我保護機制。一方面，細胞面臨代謝壓力如營養或生長因子匱乏，或處于低氧環境中時，細胞通過降解自身蛋白大分子或細胞器，為細胞生存提供原材料或ATP；另一方面，細胞自噬具有自我“清理”功能，與泛素介導的蛋白降解途徑不同，細胞自噬不僅能夠降解錯誤折疊的蛋白質多聚物，還能夠降解功能失常的整個線粒體、過氧化物酶體、高爾基體等細胞器；甚至可以清除細胞內的病原體。而一些疾病，如神經退行性病，人們原先認為細胞自噬是這些疾病的元兇，現在實驗證明，敲除Atg5和Atg7的小鼠均表現出蛋白質聚集導致的神經功能退化。因此，細胞自噬很可能是進化過程中形成的一種重要的細胞保護機制。

由于在大量涉及細胞死亡的病理切片中觀察到特征性的自噬泡的存在，細胞自噬導致的細胞死亡曾被認為是與細胞凋亡不同的另一種細胞死亡方式，被稱為“第Ⅱ型細胞程序化死亡”。這一現象在兩棲類和昆蟲的變態過程中普遍存在，典型代表是果蠅幼蟲變態過程中唾液腺細胞的死亡。在變態過程中，幼蟲的許多細胞通過細胞自噬和凋亡的共同作用被清除，新的成體結構同時建成。推測產生這一現象的原因是細胞凋亡后需要鄰近的吞噬細胞將殘余物清除，而吞噬細胞數量有限，并且可能受到如基底膜等生理結構的限制，無法接觸到凋亡細胞；而細胞自噬不需要吞噬細胞的協助就能進行自我消減，從而大大減少死亡細胞的體積，因此能夠在需要大量細胞死亡的變態過程中發揮作用。關于自噬性細胞死亡的分子機制，以及其在不同物種發育過程中的保守性現在還不很清楚，前述營養缺乏導致的細胞自噬的相關信號分子如Atg1可能也參與其中。

（2）CRISPR/Cas9技術

CRISPR是一種來自細菌降解入侵的病毒DNA或其他外源DNA的免疫機制。在細菌及古細菌中，CRISPR系統共分成3類，其中Ⅰ類和Ⅲ類需要多種CRISPR相關蛋白（Cas蛋白）共同發揮作用，而Ⅱ類系統只需要一種Cas蛋白即可，這為其能夠廣泛應用提供了便利條件。

①CRISPR/Cas9技術的工作原理是crRNA（CRISPR-derived RNA）通過堿基配對與tracrRNA結合形成tracrRNA/crRNA復合物，此復合物引導核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA。而通過人工設計這兩種RNA，可以改造形成具有引導作用的sgRNA（short guide RNA），足以引導Cas9對DNA的定點切割。

②CRISPR/Cas9技術的應用是作為一種RNA導向的dsDNA結合蛋白，Cas9效應物核酸酶是已知的第一個統一因子，能夠共定位RNA、DNA和蛋白，從而擁有巨大的改造潛力。將蛋白與無核酸酶的Cas9融合，并表達適當的sgRNA，可靶定任何dsDNA序列，而sgRNA的末端可連接到目標DNA，不影響Cas9的結合。因此，Cas9能在任何dsDNA序列處帶來任何融合蛋白及RNA，這為生物體的研究和改造帶來巨大潛力。CRISPR-Cas9系統已經成功應用于植物、細菌、酵母、魚類及哺乳動物細胞，是目前最高效的基因組編輯系統。

2．什么叫細胞生物學？試論述細胞生物學研究的基本內容。[中國科學院大學2016研]

答：（1）細胞生物學是指一門研究和揭示細胞基本生命活動規律的科學，它從顯微、亞顯微與分子水平上研究細胞結構與功能，細胞增殖、分化、代謝、運動、衰老、死亡，以及細胞信號轉導，細胞基因表達與調控，細胞起源與進化等重大生命過程。

（2）細胞生物學的主要研究內容：

①生物膜與細胞器；②細胞信號轉導；③細胞骨架體系；④細胞核、染色體及基因表達；⑤細胞增殖及其調控；⑥細胞分化及干細胞生物學；⑦細胞死亡；⑧細胞衰老；⑨細胞工程；⑩細胞的起源與進化。

3．試述細胞生物學的主要研究內容以及當前細胞生物學研究的總趨勢與重點領域；并談談你對我國細胞生物學發展前景的認識。[鄭州大學2004、2005、2006、2007、2008研]

答：（1）細胞生物學的主要研究內容：①細胞核、染色體以及基因表達；②生物膜與細胞器；③細胞骨架體系；④細胞增殖及其調控；⑤細胞分化及其調控；⑥細胞衰老與凋亡；⑦細胞起源與進化；⑧細胞工程。

（2）當前細胞生物學研究的總趨勢

①從體外到體內，從單一到系統，從靜態到動態；

②不斷與計算機、物理、化學、數學等學科相互滲透，且對生物學科內其他學科也日益呈現交融互補的趨勢。

（3）細胞生物學的重點領域

①染色體DNA與蛋白質相互作用關系；

②細胞增殖、分化、凋亡的相互關系及其調控；

③細胞信號傳導的研究；

④細胞結構體系的組裝等。

（4）我國細胞生物學發展前景

細胞生物學從顯微、超微和分子的水平上研究和認識生命活動，近些年來有了突飛猛進的進展。在我國，細胞生物學不僅涉及種植業、畜牧業、漁業、醫療、制藥、衛生等方面，還擴展到食品、化工、環境保護、能源和冶金工業等方面。細胞生物學在克隆技術、延長生命研究和促進生物經濟中發揮重要作用。

①在醫藥行業，動物細胞生物反應器的應用為生物制藥創造了新的領域，干細胞的相關研究將會為器官移植提供新的思路。

②在農業畜牧業，轉基因動植物、動物克隆不僅為人類提供了優良的新物種，解決食品危機，某些轉基因動植物甚至在環保以及疫苗開發中發揮著重要作用。

③在能源行業，世界上已經出現了利用固相化細胞技術的工業化沼氣厭氧反應器，同樣也是我國細胞生物學發展的一種趨勢。