绪论

这是一篇关于绪论的思维导图，主要内容有定义(2017名解)、细胞生物学研究内容、细胞学与细胞生物学发展简史、论述题。

绪论

• 定义（2017名解）
  • 细胞生物学（cell biology）以细胞为研究对象，运用近代物理学和化学的技术成就以及分子生物学的概念和方法研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，他从 显微，亚显微和分子水平上研究细胞结构与功能，细胞增殖分化，代谢，运动，衰老，死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等重大生命过程，是现代生命科学的基础学科
• 细胞生物学研究内容
  • 学科范畴
    • 研究和揭示细胞基本生命活动规律
    • 当前研究的三个根本性问题（简答）
      • 基因组是如何在时间与空间上有序表达的？
      • 基因表达的产物是如何逐级组装成能行使生命活动的基本结构体系及各种细胞器的？
      • 基因及其表达的产物，特别是各种信号分子与活性因子，是如何调节诸如细胞的增殖，分化，衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程的？
    • 发展趋势：细胞生物学与分子生物学相互渗透和交叉融合
  • 主要研究内容（简答）
    • 1.细胞核，染色体，基因调控 2.生物膜与细胞器 3.细胞骨架体系 4.细胞的增殖和调控 5.细胞分化及其调控干细胞生物学 6.细胞衰老和死亡 7.细胞工程，细胞信号转导 8.细胞起源和进化
    • 1.细胞内的基因组如何有序表达 2.基因表达的产物如何逐级装配进而行使功能 3.基因表达的产物如何调节细胞的重要生命活动
    • 1. 染色体DNA与蛋白质的相互作用 2.细胞增殖，分化，凋亡的相互关系及其调控 3.细胞信号转导的研究 4.细胞结构体系装配的研究
• 细胞学与细胞生物学发展简史
  • 细胞的发现
    • 胡克：观察到的是细胞壁，首次描述细胞，1665年发表著作《显微图谱》
    • 列文虎克：观察到活细胞与原生动物等
  • 细胞学说的建立
    • 细胞学说内容及其重要性（简答）
      • 内容：1838—1839年，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺提出一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成，每一个细胞作为相对独立的单位，但也与其他细胞相互影响，新的细胞可以通过存在的细胞繁殖产生，1858年，德国医生和病理学家魏尔肖，对细胞学说作了重要的补充，强调细胞只能来自细胞
      • 意义：细胞学说的提出，对于生物学科的发展具有重大意义，细胞学说，进化论，孟德尔遗传学称为现代生物学的三大基石，而细胞学说又是后二者的基石，对细胞结构的了解是生物科学及医学分支进一步发展所不可缺少的
      • 恩格斯把细胞学说，能量转化与守恒定律，和达尔文进化论并列为19世纪自然科学的三大发现
  • 细胞学的经典时期
    • 原生质理论，细胞分裂的研究，细胞器的发现
  • 实验细胞学时期（实验细胞学与细胞学的分支及其发展）
    • 细胞遗传学
      • 细胞遗传学主要从细胞学角度，特别是从染色体的结构与功能，以及染色体和其他细胞器的关系来研究遗传现象，阐明遗传和变异的机制及核心就是染色体-基因学说
    • 细胞生理学
      • 细胞学同生理学结合建立了细胞生理学，主要研究内容包括细胞从周围环境中摄取营养的能力，代谢功能，能量的获取，生长，发育与繁殖机理，以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动。细胞的离体培养技术对细胞生理学的研究具有巨大贡献。
    • 细胞化学
      • 细胞化学是研究细胞的化学成分，在不破坏细胞形态结构的状态下，用生化和物理的技术对各种组分做定性的分析，研究其动态变化，了解细胞代谢过程中各种细胞组分的作用，使人们对细胞成分特别是核酸与蛋白质的定性，定位，定量以及动态变化研究达到前所未有的精确性与专一性
    • 分子细胞生物学：（2020名解） 是一门从分子水平研究基因表达调控和蛋白质修饰，细胞膜物质运输，细胞运动的分子基础，细胞增殖及其调控，细胞分化与干细胞和细胞凋亡等内容的学科。
    • 细胞社会学（cell sociology）:（2020名解） 是从系统论的观点出发，研究细胞整体和细胞群体中细胞间的社会行为(包括细胞间识别，通讯集合和相互作用等)，以及整体和细胞群对细胞的生长分化和死亡等活动的调节控制的一门学科
  • 细胞生物学时期（细胞生物学学科的形成与发展）
    • 20世纪50年代以来，电子显微镜与超薄切片技术结合，产生的细胞超微结构学
    • 50年代中期到60年代末，分子生物学生物化学遗传学等学科与细胞学相互渗透与结合
    • 20世纪70年代，分子生物学概念与技术的引入
    • 80年代以来，细胞生物学主流为细胞的分子生物学
    • 90年代后期，纳米生物学兴起
    • 进入21世纪，生命科学研究从分子水平回归到细胞水平，细胞生物学的发展进入新阶段
• 论述题
  • 根据细胞生物学发展史，谈谈你对生命科学研究的体会和认识（2011）
    • 答：细胞学开始孕育于细胞的发现之时。经过170多年的资料积累，特别是19世纪上半叶，随着显微镜质量的提高和切片机的发明，细胞学说于1838~1839年创立，这是细胞学的第一次飞跃。到1892年，Hertwig的《细胞与组织》一书出版，使细胞学作为一个独立的学科正式诞生。随后又经过几十年的发展，到20世纪40年代，细胞学已发展成为一门内容丰富、学科体系比较完整的学科。然而，细胞学主要是一门描述性学科。 20世纪50年代开始，电子显微镜与超薄切片技术相结合，产生了细胞超微结构学，使对细胞结构的认识得到了很大程度的更新和拓展；生物化学与细胞学的相互渗透和结合，使细胞生化得到了快速发展；70年代以来，科学家们将分子生物学的概念与技术引进了细胞学，为细胞生物学的最后形成与建立奠定了坚实的基础。目前细胞生物学与分子生物学在许多领域仍互相交汇和融合，其研究内容与范畴与生命科学的其它学科往往交错在一起，以致目前很难为细胞生物学划出一个明确范围。从细胞的发展至今已有300多年的历史了。纵观细胞生物学的发展历史，其进步的主要原因有两点：一是仪器设备的改进和技术方法的进步，推动了学科的发展。科学的发展总是和工具的改进分不开的，每当有重大的工具和技术发明时，科学也就在孕育着重大的飞跃。细胞生物学也不例外，对细胞的观察、解剖和分析手段的发明和不断的进步，促使细胞生物学不断地向更高的水平发展。例如，电子显微镜的发明和超薄切片技术的发展，产生了细胞超微结构学，在短短的十多年的时间里，它所积累的资料使细胞结构的知识在很大程度上得到了更新。大大深化和拓展了对细胞的认识。二是学科间的相互渗透与促进也有一定的作用。如细胞学与生化结合产生细胞化学，解读了大量的科学事实，对细胞生物学的诞生和发展起了巨大的推动作用。
  • 举出三个例子，说明细胞生物学的发展对整体生物学的作用（2015）
  • 什么叫细胞生物学？是论述细胞生物学研究的基本内容？（2016）
  • 简述细胞生物学领域当前的研究热点？（2017）
  • 论述当前细胞生物学研究的热点领域中你最感兴趣的是哪些？请论述？（2018）
    • 基因组编辑
      • 基因组编辑是一项在某一种生物的基因组水平上按照人的意愿对特定位点的DNA序列进行定向改造的遗传操作技术，其编辑的对象以及操作的过程，首先一定是在整个基因组上，但可以是基因组上的基因序列，也可以是非基因序列，比如说控制基因表达的序列，通过基因组编辑可以达到以下四个目的，①基因敲除，就是将特定基因在基因组上将其完全破坏掉，②特异突变引入，③定点转基因，④有缺陷的基因纠正 CRISPR，被称为规律成簇间隔短回文序列，实际上就是一种基因编辑器，是细菌用于保护自身对抗病毒的一个系统，也是一种对付攻击者的基因武器。后来，研究人员发现，他似乎是一种精确的万能基因武器，可以用来删除，添加，激活或抑制其他生物体的目标基因，这些目标基因包括人，老鼠，斑马鱼，细菌，果蝇，酵母，线虫和农作物细胞内的基因，这也意味着基因编辑器是一种可以广泛使用的生物技术。 CRISPR的工作原理：当细菌抵御噬菌体的外源DNA入侵时，在前导区的调控下，CRISPR被转录为长的RNA前体，然后加工成一系列短的含有保守重复序列和间隔区的成熟crRNA，最终识别并结合到与其互补的外源DNA序列上发挥剪切作用
    • m6A基因组甲基化修饰
      • m6A修饰是一种新型的，发生在RNA上腺嘌呤第六位碳原子上的化学修饰，其在RNA甲基转移酶的作用下，在RNA腺嘌呤第六位，碳原子上加一个甲基基团，在RNA去甲基化酶的作用下，移除RNA上腺嘌呤第六位碳原子的甲基基团，一旦RNA上发现m6A修饰，细胞的识别m6A甲基化修饰的蛋白质便会识别和结合该RNA，进而通过不同的方式调控RNA的加工，修饰，翻译，转运，降解等 m6A的这种甲基化修饰是可逆的调控因子，包括甲基化转移酶，去甲基化酶和甲基化阅读蛋白等。甲基化转移酶包括METTL3，METTL14，WTAP，KIAA1429等，主要作用是催化mRNA上腺苷酸发生m6A修饰，而去甲基化酶包括FTO和ALKHB5等，作用是对已发生m6A修饰的碱基进行去甲基化修饰。阅读蛋白主要功能是识别发生m6A修饰的碱基，从而激活下游的调控通路，如RNA降解，miRNA加工等。甲基化转移酶也被称为writers,能够让mRNA上的碱基发生m6A甲基化修饰，METTL3，METTL14，WTAP，KIAA1429都属于m6A甲基化转移酶的核心蛋白，这些蛋白会形成复合物共同行使催化功能，m6A去甲基化酶主要包括FTO和ALKHB5等。FTO蛋白属于AIKB蛋白家族中的一员，并且与肥胖相关，发生m6A修饰的mRNA，想要行使特定的生物学功能，需要甲基化阅读蛋白，也称为reader,阅读蛋白主要包括YTH结构域的蛋白，核不均一核糖蛋白以及真核起始因子，这些阅读蛋白的功能主要包括特异性结合m6A甲基化区域削弱与RNA结合蛋白同源结合，以及改变RNA二级结构从而改变蛋白质与RNA的互作，已知绝大多数真核生物中，mRNA 5’UTR区域发生的甲基化修饰，在mRNA剪接，编辑，稳定性，降解，多腺苷酸化等方面发挥重要功能，而3’UTR区域发生的甲基化修饰有利于mRNA的出核转运，翻译起始与poly A结合蛋白一起维持mRNA的结构稳定。
    • 单细胞测序
      • 单细胞能够构建出有机生命体所需的各种组织器官系统，每个新细胞在正确的时间，在正确的地方，分裂分化，并与相邻细胞协调，精准发挥功能，使用单细胞测序技术可以在胚胎发育的最初24个小时内追踪单细胞的命运，揭示出单个细胞基因开启或关闭的综合景观，以及胚胎细胞何时何地转变为新的细胞状态和类型 单细胞测序首先不是仅仅对一个细胞进行测序，而是说该项技术能对单一细胞的基因组和转录组进行测序，可以理解为单细胞水平上的测序，世界上没有两片相同的叶子，对于多细胞生物来说，细胞与细胞之间是存在差异的，很多时候是基因组转录组上的失之毫厘，功能上差之千里，比如在肿瘤组织中，肿块中心的细胞与肿块周围的细胞，原发灶与转移灶的细胞，其基因组与转录组遗传信息是存在差异的，这也就导致了不同肿瘤细胞表现出的免疫特性，生长速度，侵袭能力等表型方面的差异，最终导致对不同抗肿瘤药物的敏感性不同，或者放疗敏感性的差异。 具体实例运用：以色列研究团队使用单细胞转录组测序揭示了黑色素肿瘤浸润T细胞的转录组异质性和分化途径 以色列实验室李汉杰博士发现癌症中免疫细胞的异质性，对免疫治疗的效果有重要影响，功能失调的cd 8T细胞在肿瘤微环境中处于动态分化和高度活跃的状态，而且很有可能驱动肿瘤特异性免疫应答，该团队通过对25名黑色素瘤肿瘤患者中的免疫细胞进行了单细胞转录组测序和单细胞TCR测序分析，绘制黑色素瘤详尽的免疫细胞图谱，该研究发现，尽管不同免疫细胞亚型存在于大多数患者中，但是他们的相对丰度在不同患者中存在很大的差异，此外，尽管丰度不同，所观察到的cd8T细胞的分化途径却是高度保守的，该研究为癌症中免疫细胞的异质对免疫治疗的效果进一步提供了理论支撑。