细胞骨架的研究方法论文

主要应用于工业生产等！

21世纪生命科学的研究进展和发展趋势 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。很多科学家认为，在未来的自然科学中，生命科学将要成为带头学科，甚至预言21世纪是生物学世纪，虽然目前对这些论断还有不同看法，但勿庸置疑，在21世纪生命科学将继续蓬勃发展，生命科学对自然科学所起的巨大推动作用，决不亚于19世纪与20世纪上半叶的物理学。假如过去生命科学曾得益于引入物理学、化学和数学等学科的概念、方法与技术而得到长足的发展，那么，未来生命科学将以特有的方式向自然科学的其他学科进行积极的反馈与回报。当21世纪来临的时候，一些有远见的科学家、思想家与政治家将日益严重的诸多人类社会问题，如人口、地球环境、食物、资源与健康等重大问题的解决，莫不寄希望于生命科学与生物技术的进步。 2· 08·生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科 20世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发现，随后遗传信息传递“中心法则”的确立与DNA重组技术的建立使生命科学的面貌起了根本性的变化。分子生物学与遗传学的结合将用10一15年测定出人类基因组30亿个碱基对（遗传密码）的全序列，人体细胞约有10万个基因。人类基因组的“工作草图”迄今20％的测序已达的准确率和完成率，今后将要继续发现与阐明大量新的重要基因，诸如控制记忆与行为的基因，控制细胞衰老与程序性死亡的基因，新的癌基因与抑癌基因，以及与大量疾病有关的基因。将利用这些成果去为人类健康服务。 70年代后，分子生物学的发展，以基因工程为代表的生物工程的出现，生物技术通过对DNA链的精确切割与有目的地重组，使有目的地改良生物的性状与品质成为可能。迄今生物工程所取得的成就已在生产上显示出诱人的前景，尽管还存在有不少争议的问题，但很有可能成为21世纪的新兴产业。 发育生物学将要快速地兴起，它将要回答无数科学家100多年来孜孜以求而未解决的重大课题，一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为结构与功能无比复杂的个体，阐明在个体发育中时空上有条不紊的程序控制机理，从而为人类彻底控制动植物生长、发育创造条件。 RNA分子既有遗传信息功能又有酶功能的发现，为数十年踏步不前的难题“生命如何起源”的解决提供了新的契机。在21世纪，人们还要试图在实验室人工合成生命体。人们己有可能利用生物技术将保存在特殊环境中的古生物或冻干的尸体的DNA扩增，揭示其遗传密码，建立已绝灭生物的基因库，研究生物的进化与分类问题。 神经科学的崛起，预示着生命科学又一个高峰的来临。脑是含有1011细胞的无比复杂的高级结构体系，21世纪初从分子到行为水平的各个层次对脑功能的研究都将有重大突破，在阐明学习。记忆。思维。行为与感情机理等方面也将有重大进展。脑机能在理论上的进展将会促进新一代智能计算机的研制，这可能成为未来生命科学对自然科学与技术科学回报的最好例子。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务并对国民经济持续与协调发展起重要作用的科学。生态学的理论与实践为中国三峡水库建设提供的决策依据就是一个例证。保护生物的多样性是当前生命科学最紧迫的任务之一。据可靠的数据说明每天约有100多种生物在地球上绝灭，很多生物在没有被人类认识以前就已消亡，这对人类无疑是一种灾难。生态学与生物多样性保护与利用的研究成果将指导人类遵循自然规律积极保护自己生存环境，否则人类的物质文明与精神文明都要受到灾难性影响。 顺应生命科学迅速发展的形势，发达国家政府及一些国际组织先后提出了《国际地圈及生物圈计划》、《人类基因组作图与测序计划》、《人类前沿科学计划》、《脑的十年》及《生物多样性利用与保护研究》等投资巨大的生命科学研究计划。其中仅《人类基因组作图与测序计划》，一项预算就高达30亿美元。 由于生命科学的发展，人才的需求量激增，近年除越来越多的物理学家，化学家与技术科学家被吸引到生物学研究领域外，以美国为例，近年统计48万博士学位获得者中从事生命科学的占51％。优秀青年科学家流向生命科学前沿，这是21世纪生命科学欣欣向荣的动力与源泉。 2． 08． 2 21世纪初生命科学的重大分支学科和发展趋势 80年代有远见的生物学家把分子生物学（包括分子遗传学）、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科，无疑是正确地反映了现代生命科学的总趋势。遗传学（主要是分子遗传学）不仅当前是生物科学的带头学科，在今后多年还将保持其在生命科学中的核心作用。 有些科学家早就预测到，由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合，必然促进发育生物学的蓬勃发展，从而提出发育生物学将成为21世纪生命科学的“新主人”，这种预测已逐渐变为现实。 分子生物学（包括分子遗传学）在生命科学中的主流地位，以及它在推动整个生命科学发展中所起的巨大作用是无可争辩的。细胞是生命活动基本的结构与功能单位，细胞生物学作为生物科学的基础学科地位必须给予重视。 很多生物科学家认为神经科学或脑科学的崛起将代表着生命科学发展的下一个高峰，然后将促进认知科学与行为科学的兴起。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务，井对国民经济持续与协调发展起重要作用的学科。 A.分子生物学 分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的学科。核酸与蛋白质（有人认为还有糖）是生命的最基本物质，因此核酸与蛋白质结构与功能的研究今后仍然是分子生物学研究的主要内容。蛋白质是生命活动的主要承担者，几乎一切生命活动都要依靠蛋白质（包括酶）来进行。蛋白质分子结构与功能的研究除了要阐明由氨基酸形成的并有一定顺序的肽链结构外，今后将特别重视肽链拆叠成的特定的三维空间结构，因为蛋白质生物功能与它的空间构型关系极为密切，核酸是遗传信息的携带者与传递者，遗传信息由DNA～RNA一蛋白质的传递过程，称为遗传信息传递的“中心法则”，是分子生物学（分子遗传学）研究的核心。其基本问题己比较清楚，当前研究的重点是： ①约经10一15年，人类基因组30亿个碱基对全序列（遗传密码）可以测出，这是具有里程碑意义的工作； ②真核生物基因表达过程在各层次上调节的研究仍然是今后相当长一段时间的任务。 分子生物学的概念、方法与技术和各学科的渗透，正在形成很多新的学科，诸如分子遗传学、细胞分子生物学、神经分子生物学、分子分类学、分子药理学与分子病理学等等。因此分子生物学在生命科学中的主导作用还将要持续下去。 B.遗传学 遗传学比分子生物学更具有自己独立的学科体系。但现代遗传学与分子生物学是不可分割、相互交叉的两个学科，且很难截然分开。 有些著名的遗传学家把遗传学概括称为基因学，因为现代遗传学主要是研究生物体遗传信息传递与表达的学科。基因携带的信息是由基因的结构所决定，信息的表达是由基因的功能实现的，因此遗传学研究的是基因的结构与功能。从遗传学的角度看，所有生命现象的机制，追根究底都会与基因的结构与功能相关。因此遗传学在今后较长时间仍然是生命科学的核心学科和推动力。 有人估计人体细胞内约有10万个基因，迄今弄清楚的不到5％，所以与重要生命活动有关与疾病有关的新基因的发现与阐明将是今后几十年的重要任务。 C.细胞生物学 著名生物学家威尔逊（Wilson）早在20世纪20年代就提出一句名言“一切生物学关键问题必须在细胞中找寻”，至今还有着很深的内涵。魏斯曼与摩尔根都曾先后试图在细胞研究的基础上建立遗传、发育与进化统一的理论，虽然当时没有找到具体解决的途径，但关于细胞的知识在生物科学中的重要性是显而易见的。细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位，细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学，细胞的结构。细胞代谢、细胞遗传、细胞的增殖与分化，细胞信息的传递与细胞的通讯等是细胞生物学主要研究内容。虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的，但概括起来可能是两个基本点： 一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动，如生长、增殖、分化与衰老等，在此要涉及到一个全新的问题，细胞内外信号如何传递；二是基因产物一一蛋白质分子与其他生物分子如何构建与装配成细胞的结构，并行使细胞的有序的生命活动。 今后20多年，以下一些问题可望取得重要进展与突破： ①遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者——染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上得到阐明。 ②细胞骨架（包括核骨架与染色体骨架）的研究将得到全方位的进展。 ③细胞生物学与分子生物学、遗传学的结合，将在细胞分化机理研究方面有重要突破，为发育生物学快速发展奠定基础。 ④细胞衰老与细胞程序化死亡的机理将在更深层次上阐明。 ⑤以细胞分子生物学为骨干学科与其他学科结合，人工装配生命体的理想可能逐步 实现。 D．发育生物学 从一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为一个结构与功能复杂的个体，是至今未能解决的生命科学的重大课题，也是发育生物学的主课题。由于近几十年分子生物学、遗传学与细胞生物学所取得一一系歹（突破性成果与知识的积累，已为解决这一重大课题创造了条件，这也就是今后发育生物学应运而飞速发展的原因。 发育生物学当今要解决的基本问题是细胞的基因如何按一定的时空关系选择性地表达专一性的蛋白质，从而控制细胞的分化与个体发育。阐明基因在多层次水平上控制胚胎的发育就不仅是涉及到个别基因的问题，而是一系列调节基因在时空上的联系与配合，从而支配发育的程序。虽然这是难度极大的课题，但近年已初见端倪并有所突破。估计今后发育生物学将沿着这条道路深入下去，并可望取得丰硕的成果。 E．神经科学（或脑科学） 神经科学是研究人与动物神经系统（主要是脑）的结构与功能，在分子水平、神经网络水平、整体水平乃至行为水平阐明神经系统特别是脑的活动规律的学科群。脑的结构与功能是无比复杂的高级体系，含有10 11细胞。它是感觉、运动、学习、记忆、感情、行为与思维的活动基础。大脑细胞，口何指导人与动物的行为是未来生物学中最富潜力与最吸引人的领域；神经科学的崛起，预示着生命科学又有一个高峰的来临。神经科学或脑科学必然在下世纪促进认知科学与行为科学的兴起。因此各国政府投入巨资支持这一课题，包括美国总统签署的“命名1990年1月1日为脑的10年”不是没有道理的。 在今后几十年内可以预示到的神经科学突破性的进展可能包括： ①在分子到行为的各层次上阐明学习、记忆与认知等活动的基础； ②很快会发现与阐明一系列与记忆、行为有关的基因与基因产物； ③神经细胞的分化与神经系统的发育研究会有重大进展； ④脑机能在理论上的进展与突破（如模式识别、联想记忆、思维逻辑机理的阐明）会 促进新一代智能计算机与智能机器人的研制； ⑤一系列神经性疾病与精神病的病因可望在神经生物学研究中得到解释。 F．主态学（包括物种多样性保护研究） 生态学是研究有机体与周围环境——包括非生物环境与生物环境相互关系的科学。 由于生态学理论与应用是与世界环境保护。资源合理开发与保护，以至人类本身在地球上继续生存紧密相关的，尤其是地球环境日益恶化的情况下，生态学的重要性就变得十分突出。未来生态学的主要任务是协调人类活动与环境的关系。所以生态学经典学科的概念与研究内容必然要适应人类生存环境的保护与社会经济持续发展的要求而不断改变。 今后生态学研究的重点可能表现在以下方面： ①生态群落的多样性、稳定性与演变规律与人类活动的关系； ②全球气候变化对生态系统结构与功能的影响； ③生物多样性的保护和永续利用也是保护人类自身生存环境尤其是拯救濒临绝灭的 生物种类更加具有紧迫性； ④城市生态学与经济生态学将迅速发展； ⑤生态工程与生态技术将在国民经济建设中发挥作用。 G．空间生命科学 空间环境向生命科学提出了新的挑战，也为生命科学的发展提供了机遇。 21世纪人类的空间活动将要离开地球附近，探索月球及其他太阳系的大体。这就要求人在地球外各种环境中能长期地生活和工作，首先是在，长期空间飞行器中航行，月球站以及火星或火卫站等，空间医学必须有重大突破，解决长期在地外空间所遇到的宇航员骨质疏松，肌肉萎缩和兔疫功能变化等生理学难题，同时，与开拓大疆相关联的是受控生态系统，创造一个不需要外界补给，而使人们能在其中长期生活的环境。这些问题有希望在21世纪20一30年代解决，其中空间生理学问题有可能利用中医和中药的方法取得某些重大突破。 地球外层空间为研究重力生物学提供了理想的条件，重力条件对各种层次结构生物的影响仍然是21世纪重力生物学的主题，今后的研究重点将集中于细胞，绿色植物，一些微生物和小动物。特别是重力环境对哺乳动物细胞形态、结构、变异和基因表达的影响将是一个热点。重力生物学的学术意义在于揭示重力效应在生物进化过程中的作用，是自然科学的基本问题；另一方面，重力生物学的成果将是空间制药及空间生态系统等应用领域的基础，重力生物学的学术和应用都是下个世纪的重要课题，可望在21世纪20-30年代取得突破性的进展。 地外生物探索是生命起源的重大课题，其中地球以外的智能生物探索是一个长期的 课题。地球上的人类正在向外层空间发射电波和接收讯号。外星人与地球人之间可能存在的学术和技术差距不仅是一种危险，也是自然科学的重大前沿问题，将被持续地研究下去。 2． 08． 5 21世纪初生命科学最有可能突破的领域 ①人类基因组的全序列（遗传密码）将在10一15年测定完毕，为全部遗传信息的破译奠定基础。 ②与生命活动有关的重要基因与重要疾病有关的基因将被陆续发现，其中特别引人注目的是控制记忆与行为的基因、控制衰老与细胞程序性死亡的基因、控制细胞增殖的系列基因、胚胎发育多层次网络调节基因。新的癌基因与抑癌基因的发现与其生物学功能的释明将大大提高对生命本质的了解。 ③人与动物的高级生命活动：感知、思维、记忆、行为与感情的发生与活动机制在脑科学研究突破的基础上，有更深的认识。 ④癌症的治疗将有全面的突破，爱滋病的防治得到控制。 ⑤在阐明地球上原始生命起源的基础上，人类还可能在实验室合成生命体，这种生命体应具有原始细胞的基本特征。 回答者： monkeynobd - 高级经理 六级 5-22 18:16给楼主论文： 分子细胞基因组的研究 随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。70年代末以来，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。 发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视。 蛋白质－核酸体系 生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由 DNA构成。简单的病毒，如λ噬菌体的基因组是由 46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA（由于是双股DNA，通常以碱基对计算其长度）。细菌，如大肠杆菌的基因组，含4×106碱基对。人体细胞染色体上所含DNA为3×109碱基对。 遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代 DNA为模板合成子代 DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类RNA起着信息传递作用，故称信使核糖核酸(mRNA)。由于构成RNA的核苷酸是4种，而蛋白质中却有20种氨基酸，它们的对应关系是由mRNA分子中以一定顺序相连的 3个核苷酸来决定一种氨基酸，这就是三联体遗传密码。 基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板，复制出子代 DNA链。转录是在 RNA聚合酶的催化下完成的。转译的场所核糖核蛋白体是核酸和蛋白质的复合体，根据mRNA的编码，在酶的催化下，把氨基酸连接成完整的肽链。基因表达的调节控制也是通过生物大分子的相互作用而实现的。如大肠杆菌乳糖操纵子上的操纵基因通过与阻遏蛋白的相互作用控制基因的开关。真核细胞染色质所含的非组蛋白在转录的调控中具有特殊作用。正常情况下，真核细胞中仅2～15％基因被表达。这种选择性的转录与转译是细胞分化的基础。 蛋白质－脂质体系 生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。 高等植物的性状主要由核基因控制，其遗传遵循孟德尔规律。1900年Coorence和Baut等人就已发现影响质体表型的一些突变不符合孟德尔遗传规律；1962年里斯(Ris)和Plont证明植物叶绿体中存在遗传物质DNA。现已证明，植物细胞质中的叶绿体和线粒体都含有自己的DNA及整套的转录和翻译系统，能够合成蛋白质。高等植物的叶绿体和线粒体基因组，多数在有性杂交过程中表现为母性遗传。其机制有两种解释：一是认为雄配子不含有细胞质，因而没有胞质基因；另一种观点是雄配子含有少量的细胞质，其细胞器在受精前即已解体，失去功能。胞质基因组的母性遗传，大大限制了胞质基因的遗传研究，利用有性杂交方法难以知晓当胞质基因处于杂合状态时的遗传和生理效应及其对表型的影响。近年来发展起来的体细胞杂交技术为胞质基因的研究开辟了一条新途径。本文拟对植物体细胞杂交后代胞质基因重组的多样性，创制胞质杂种的可能途径及胞质基因组的传递等问题加以说明。 1 植物体细胞杂交后代胞质基因组重组的多样性 体细胞杂交时，核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组三者均既可以单亲传递又可以双亲传递，因而可以产生许多有性杂交难以产生的核-质基因组的新组合类型。Kumar等人根据已有的实验结果结合理论推导提出，植物体细胞杂交一代理论上可以产生48种类型，而相应的有性杂交一代只能产生两种类型。48种类型可分为亲型、核杂种和胞质杂种3类。胞质杂种即是具有一个亲本的细胞核和双亲细胞质的植株或愈伤组织，它是研究胞质基因组的好材料。 2 创制胞质杂种的方法 2．1 “供体-受体”原生质体融合技术 这是目前最为可行的方法，由Zelcer等(1987)提出。其原理基于生理代谢互补，利用高于致死剂量的电离辐射处理供体原生质体使其核解或完全失活，细胞质完整无损；再用碘乙酸或碘乙酚胺处理受体原生质体以使其受到暂时抑制而不分裂，这样双亲原生质体融合后，只有融合体能够实现代谢上的补偿，进行持续分裂，形成愈伤组织或再生植株，这些融合体就是各种各样的胞质杂种。此技术的优点是双亲不需任何选择标记，适用范围广，可行性强，缺点是适宜的辐射剂量难以掌握。 2．2 “胞质体-原生质体”融合法 所谓胞质体是指去核后的原生质体。该法由Maliga提出。优点是避免了电离辐射可能产生的不利影响，缺点是制备胞质体尚存在一些技术性的困难。最近Lesney等人提出了一种能够从悬浮系原生质体制备大量胞质体的方法。 2．3 其它的可能途径 (1)根据双亲原生质体形态上的差异或通过荧光染料标记来机械分离融合体，然后进行微培养。(2)利用分别由核基因组和质基因组编码的抗药性状，通过双重抗性选择获得胞质杂种。(3)原生质体直接摄取外缘细胞器。(4)通过显微注射或电激法实现细胞器转移。 3 胞质杂种中双亲胞质基因的传递遗传学 3．1 叶绿体基因组 胞质杂种中，叶绿体基因组的传递分为单亲传递和双亲传递两种。单亲传递是指胞质杂种愈伤组织及由之再生的植株只含有亲本之一的叶绿体基因组。这种分离机制目前尚不清楚。关于叶绿体基因组的分离是否随机的问题，由于研究者们采用的试验材料不同得出两种结论：一种是叶绿体基因组的随机分离，这在品种间、种间及属间原生质体融合中都被观察到；另一种是叶绿体基因组的非随机分离(即亲本之一的叶绿体基因组优先保留)，如弗利克(Flick)和埃文(Evens，1982)在烟草的研究中表明，所有的N．nesophila和N．tabacum体细胞杂种都只具有N．nesophila叶绿体基因组，类似的例子很多。双亲传递是指胞质杂种中，同时含有双亲的叶绿体基因组，其在体细胞杂种以后的有性繁殖过程中能够保持稳定，既然双亲叶绿体能够共存，理论上二者就有可能发生重组。事实上，叶绿体基因组重组现象已被观察到，但频率很低。 3．2 线粒体基因组 胞质杂种中，线粒体基因组的传递方式是双亲传递，且发生活跃的重组，产生丰富的新类型。然而在分析线粒体基因组重组类型时不可忽视由于离体培养而诱发的线粒体基因组分子内重组(突变)的可能性，因为离体培养过程中不仅使核基因组产生大量变异，而且对于某些植物，也可诱发线粒体基因组发生变异。 4 植物胞质基因组控制的重要性状 目前已基本阐明的由叶绿体基因组编码的性状主要是一些抗药性状。如：链霉素抗性、林肯霉素抗性等。在与线粒体基因组有关的性状中，研究最多的是胞质型雄性不育性状。许多学者在不同植物上研究发现，雄性不育系与其同型保持系之间在线粒体DNA内切图谱或其编码的蛋白上存在明显差异。如在玉米上已发现T型雄性不育植株的线粒体基因组发生了多至7次重组，且主要发生于26s rRAN基因附近，产生一个嵌合基因，因此导致转录时阅读框架发生了改变，如果这个嵌合基因发生了缺失或小段插入，则阅读框架恢复正常，育性也随之恢复。 总之，植物体细胞杂交是胞质基因组及其所控制性状研究的有效途径，关于胞质性状的研究对于某些植物已从分子水平上深入到了与雄性不育相关的特异线粒体DNA片段及相应的特殊蛋白，但仍有许多问题有待深入研究。这些问题的阐明将会使得从分子水平上改良雄性不育性状成为可能。是真的哦

细胞骨架在细胞的组成中占有重要地位。它是活细胞的支撑物质,维持细胞及核的形态,决定各细胞器及某些大分子的空间位置,并参与其位移活动;参与细胞内的物质转运,细胞的收缩及伪足的运动,与细胞分裂活动有密切关系。自60年代发现细胞骨架结构汇来,国内外对其研究十分活跃,本文介绍一种微量培养整装提取观察细胞骨架的方法,其特点在于节省细胞用量、血清、培养液及某些昂贵试剂,同时使细胞便于在覆膜镍网上生长。方法主要有电镜、间接免疫荧光技术、酶标、组织化学等。

细胞结构解读绝大多数的真核生物细胞都有核、质、膜三个部分，膜是生命系统的边界，是控制物质交换的门户；质是新陈代谢的主要中心，质中的细胞器在系统内分工合作；核是遗传物质贮存和复制的主要场所，也是遗传性状和新陈代谢的控制中心，是生命系统的控制中心；各有其重要性，又有其特殊性，相互独立，又相互联系，构成一个和谐统一的、有机的、复杂的生命系统。1．1 细胞膜的结构和功能细胞生活在液体环境中，膜是与外界环境相隔的界线，是保证细胞内化学反应顺利进行的天然屏障，这与结构有关。(1)主要的分子组成由磷脂双分子层构成基本骨架，这种结构的存在就必然有与之相对应的功能存在，脂溶性物质能够以自由扩散的方式优先通过细胞膜；在磷脂双分子层中镶嵌有蛋白质分子，这一结构的存在，也必然有与之相对应的功能存在，蛋白质分子可作为物质运输载体，从而使膜具有主动运输的功能。(2)结构特点与功能特性组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动，因而决定了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，细胞膜的功能特性是具有选择透过性，这是两个不同而又有联系的概念，膜的流动性存在，既可以使膜中的各种成分需要调整其组合分布而有利于控制物质出入细胞，又能使细胞经受一定的变形而不致破裂(如：人体的自细胞能变形穿过毛细血管壁)，具有保护的作用，从而保证了活细胞完成各种生理功能。细胞膜的流动性是选择透过性的基础，而活细胞的细胞膜具有选择透过性，是细胞生命活动的体现，这样就保证细胞按生命活动的需要吸收和排出物质，而物质透过细胞膜等各项生理功能的实施，又需要细胞膜的流动性这一结构特点来保障，这就是结构特点和功能特性的统一。流动性是细胞膜结构固有的属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是对细胞膜生理特性的描述，这一特性只有在流动性基础上，完成物质交换功能方面体现出来。总结如下：(图附在后面)1．2 细胞质的结构和功能细胞质是细胞结构中的重要组成部分，是活细胞内新陈代谢的主要场所，也是同化作用和异化作用发生的主要场所。活细胞中的生命活动，绝大多数物质的合成和分解，就是发生在细胞质中，是细胞生命活动最活跃的部位，活细胞中的细胞质处在流动状态。在亚显微结构下，把细胞质作为一个整体来研究，实际上细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。本部分内容上连接第一章“生命的物质基础”(细胞质也是由化学元素和化学元素组成的化合物而形成的结构)，尤其是细胞质中的水分、无机盐、核苷酸、氨基酸等，进一步体现了生命系统的物质性。该内容下连接第三章“生物的新陈代谢”中细胞呼吸和光合作用的重点知识，本部分具有承上启下的作用。线粒体与细胞呼吸正相关，叶绿体与光合作用正相关。其余多种细胞器教学中，限于教材，侧重介绍其分布，结构和功能作简要介绍。最后归类总结出双层膜的、单层膜的、非膜结构的、生成水的、生成ATP的、含有DNA的细胞器、“四个场所”。但应凸现出一个重要的教学理念：物质组成结构，结构决定功能；结构和功能和谐统一的学科思想。1．3 细胞核的结构和功能该内容介绍细胞核的组成及原核细胞的基本结构，前者主要由三个部分核模、核仁、染色质组成，核膜使核内与质中的化学反应分开，既相互联系，又相互独立，核膜同样具有选择透过性，控制细胞质与细胞核之间的物质交换，对细胞核内物质具有保护作用，膜上的核孔有利于核、质问进行频繁的、大量的大分子的物质交流，是大分子交换的理想通道[2]；核仁的折光系统强，是真核生物细胞最明显的标志；染色质与染色体的关系既是重点又是难点，具有抽象性，是难消化的知识点；都含有DNA分子，是生物的遗传物质，同样也体现了结构和功能和谐统一。1．4 细胞质流动的实验指导学生正确使用高倍显微镜观察黑藻细胞质的流动，观察中为什么只看到叶绿体，而看不到其他细胞器的原因(叶绿体大，有色素)，为什么只看到叶绿体黑藻细胞边缘流动(成熟的植物细胞大部分的空间被液泡占有)，这都是在实验中遇到的实际问题。

1:胚胎干细胞的自组织，分裂和分化。 应用：修建细胞汽车，细胞房屋，细胞```等等。设定一个具有特定分化功能的干细胞，提供原料，让它自己把汽车，房屋等造出来。 2：叶绿体的光合作用。 应用：将叶绿体的光合作用机制移植到人身上来，从此我们不需要在吃东西了，直接吸收太阳光补充能量。 3：细胞融合&细胞受体，识别信号。 应用：培养共生生物，使之寄居在我们体内，监测身体的各项生理特征，并在某组织，器官发生病变时主动修复。在必要时，还能给我们提供保护功能，如生物防身武器。 4：对神经元网络结构的研究。 应用：研发颠覆性的另一种意义上的网络，它能够将我们所有人的大脑连接起来，这样信息的传递与分享，交流将进入史无前例高效的境界。 5：（这属于分子水平了）揭开基因选择性表达的机制。

经历了近两年的艰苦努力，《药学细胞生物学》一书终于完稿待印。在欣慰之余，编写组的 全体人员期待着借此书同读者进行学术的交流与沟通。 细胞生物学是最活跃的生物学科之一，其知识结构更新迅速，而药学版细胞生物学书籍国内 外尚无先例可借鉴。为适应学科发展的实际需要，改变国内药学院校细胞生物学课程一直只 能选用《细胞生物学》或《医学细胞生物学》教材而与药学专业有一定偏离的被动局面，我 们竭尽所能，编写了此书。 鉴于本书主要为药学本科专业的生物学基础教材，在编写过程中，既着重考虑了教材所要求 的基础性与系统性，又充分注意到将内容的新颖性与知识结构的合理性相结合。本书的主线 是根据当前细胞生物学与药学两门学科交叉发展的特点与趋势，从细胞、超微结构和分子水 平的不同层次，阐述细胞在生命活动中的规律和本质，特别强调细胞生物学与药学学科的紧 密联系，并提供了一定篇幅的药学示例，以有助于药学专业读者对细胞生物学学科的理解与 把握。本书力求使读者既掌握细胞生物学的基本理论与知识，又增强对药学知识的理解和应 用。 本书虽是应实际所需而编写，但毕竟是初次尝试，编者深感自己的知识水平与能力有限，在 取材范围和编写深度上难免有不当、疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正，以便再版时努 力完善与修正。 编者 2005年9月 作者简介：目录：第一章绪论(1) 内容提要(1) 第一节细胞生物学概述(1) 一、细胞生物学的研究内容(1) 二、细胞生物学发展简史(5) 三、细胞生物学与诺贝尔奖(9) 第二节细胞生物学与现代药学(11) 一、细胞生物学是现代药学的基础理论(11) 二、细胞生物学研究成果与技术在药学领域中的应用(12 ) 三、药学细胞生物学的涵义(19) 思考题(20) 参考文献(20) 第二章细胞概述(22) 内容提要(22) 第一节细胞的基本生物学意义(22) 一、细胞是生物有机体的基本结构单位(22) 二、细胞是生物有机体代谢与功能的基本单位(23) 三、细胞是生物有机体生长与发育的基本单位(23) 四、细胞是遗传的基本单位(23) 第二节细胞的化学组成(23) 第三节细胞的形态与大小(24) 一、细胞的形态(24) 二、细胞的大小(25) 三、细胞的计量单位(25) 第四节原核细胞与真核细胞(26) 一、原核细胞的结构特点(26) 二、真核细胞的结构特点(27) 三、原核细胞与真核细胞基本特征的比较(29 ) 第五节细胞与药物作用靶标(31) 一、药物作用靶标的概念(31) 二、细胞的药物作用靶标(31) 三、靶标药物在抗肿瘤研究中的应用现状(33) 思考题(33) 参考文献(33) 第三章细胞生物学研究方法与技术(35) 内容提要(35) 第一节细胞形态显微观察技术(35) 一、显微镜的发展简史(35) 二、显微镜的分类(37) 三、显微技术的基本概念与成像原理(38) 四、常用的光学显微镜(44) 五、电子显微镜(48) 六、显微技术在药学领域的应用(58) 第二节细胞化学技术(63) 一、酶细胞化学原理与方法(64) 二、免疫细胞化学原理与方法(65) 三、放射自显影术(67) 四、原位杂交技术(69) 五、问题与展望(69) 第三节细胞及其组分的分级分离与分析(70) 一、细胞的分离与纯化(70) 二、细胞组分的分级分离(73) 三、细胞分离与纯化技术的整合应用(77) 四、细胞组分的显色分析(78) 五、流式细胞计量术及其应用(79) 第四节细胞培养与细胞制药工程(85) 一、细胞培养概述(85) 二、动物细胞培养与Caco-2细胞模型(88) 三、细胞工程制药的主要技术与发展(93) 第五节功能基因组学及其重要研究技术(97) 一、功能基因组学的定义和内涵(97) 二、功能基因组的重要研究技术(98) 思考题(101) 参考文献(102) 第四章细胞膜(103) 内容提要(103) 第一节生物膜的化学组成与结构特征(104) 一、生物膜的化学组成(104) 二、细胞膜的分子结构模型(110) 三、细胞膜的基本特性(112) 第二节物质的跨膜运输(116) 一、小分子物质和离子的穿膜运输(117) 二、大分子物质的膜泡运输(124) 第三节膜表面受体与介导的主要信号转导(129 ) 一、离子通道受体(131) 二、G蛋白偶联受体与其介导的信号转导(134) 三、酶偶联受体(142) 四、受体理论与临床用药(147) 第四节细胞膜异常与疾病(148) 一、细胞膜转运系统异常(149) 二、细胞膜受体异常(149) 三、细胞膜与肿瘤(150) 四、细胞膜损伤(151) 第五节细胞膜在药学领域中的研究和应用(152 ) 一、药物与细胞膜的相互作用(152) 二、细胞膜研究热点内容(158) 三、细胞膜技术及其在药学研究中的应用(158 ) 思考题(164) 参考文献(164) 第五章细胞内膜系统(166) 内容提要(166) 第一节研究细胞内膜系统的方法学(167) 一、放射自显影术(168) 二、荧光蛋白技术(168) 三、亚细胞组分的生化分析(168) 四、无细胞系统(168) 五、遗传菌株突变技术(169) 第二节内质网(169) 一、内质网的基本结构特征(170) 二、内质网的化学组成(171) 三、内质网的类型(172) 四、内质网的功能(174) 五、内质网与疾病(183) 六、分子伴侣及其应用(185) 七、内质网研究展望(188) 第三节高尔基体(188) 一、高尔基体的基本特征(190) 二、高尔基体的功能(194) 三、高尔基体的病理状态(203) 四、高尔基体与药学研究的相互促进(204) 第四节溶酶体(205) 一、溶酶体的基本结构特征与分类(205) 二、溶酶体的功能(207) 三、溶酶体的形成(210) 四、溶酶体与疾病(212) 五、溶酶体的相关药学应用(213) 第五节微粒体与药物代谢(217) 一、微粒体与细胞色素P450酶系(218) 二、药物代谢研究的基本概念与方法(221) 三、重要的CYP氧化代谢酶举例(229) 思考题(234) 参考文献(235) 第六章线粒体(237) 内容提要(237) 第一节线粒体的生物学特征(237) 一、线粒体的形态与结构(238) 二、线粒体的化学组成与酶定位(240) 三、线粒体的增殖方式(242) 四、线粒体的半自主性(243) 第二节线粒体的主要功能(246) 一、真核细胞中的氧化作用(247) 二、氧化磷酸化是代谢能量转换的主要环节(249) 第三节线粒体与医药学(256) 一、病理过程中的线粒体变化及线粒体病的诊断(256 ) 二、药物与毒物对线粒体的影响(257) 三、线粒体靶标药物制剂技术(262) 四、线粒体与糖尿病(264) 五、线粒体与细胞凋亡(264) 思考题(265) 参考文献(265) 第七章细胞核(267) 内容提要(267) 第一节细胞核的超微结构与功能(268) 一、核被膜的超微结构与功能(268) 二、染色质的结构与染色体的构建(272) 三、核仁的超微结构与功能(284) 四、细胞核基质(核骨架)(288) 五、细胞核的功能(289) 第二节细胞核异常相关疾病及其治疗(291) 一、遗传性疾病(291) 二、恶性肿瘤(294) 思考题(294) 参考文献(295) 第八章核糖体(296) 内容提要(296) 第一节核糖体的形态结构与存在类型(297) 一、核糖体的形态结构(297) 二、核糖体的存在类型(297) 第二节核糖体的理化性质(298) 第三节核糖体的自组装(299) 第四节核糖体的功能(300) 一、合成蛋白质的类型(301) 二、蛋白质的生物合成(302) 第五节异常情况下核糖体的变化(308) 第六节影响蛋白质合成的药物(308) 一、血红素对血红蛋白合成的调节(309) 二、干扰素对蛋白质合成的调节(309) 三、抗生素对蛋白质生物合成的影响(309) 思考题(310) 参考文献(310) 第九章细胞骨架(311) 内容提要(311) 第一节细胞骨架概述(311) 一、细胞骨架的概念与主要功能(311) 二、细胞骨架的遗传学研究方法(313) 第二节微丝(314) 一、微丝的分子结构(314) 二、微丝结合蛋白(316) 三、肌肉收缩系统(319) 四、微丝的功能(322) 五、研究微丝的遗传学新方法(324) 第三节微管(324) 一、微管的分子结构(324) 二、微管结合蛋白(326) 三、微管组织中心(327) 四、微管的功能(329) 第四节中间纤维(332) 一、中间纤维的类型(332) 二、中间纤维的分子结构(334) 三、中间纤维结合蛋白(335) 四、中间纤维的功能(335) 五、三种细胞骨架的比较(336) 第五节细胞骨架蛋白与疾病及新药开发(336) 一、细胞骨架蛋白异常表达与疾病的举例(336 ) 二、微管抑制剂作为抗肿瘤药物的研究与开发(338) 三、功能基因组学为细胞骨架研究提供了新机遇 (347) 思考题(348) 参考文献(348) 第十章细胞增殖(350) 内容提要(350) 第一节细胞周期的基本概念(351) 一、什么是细胞周期(351) 二、细胞同步化(353) 第二节有丝分裂(354) 一、细胞分裂的类型(354) 二、有丝分裂的基本过程(354) 第三节减数分裂(363) 一、间期(365) 二、分裂期(365) 第四节细胞周期调控(369) 一、细胞周期调控的研究背景概述(369) 二、细胞周期的主要调控因子及其调控方式(374) 三、DNA复制的调控(381) 四、细胞周期关卡的调控(382) 五、生长因子的调控(384) 六、蛋白质合成对细胞增殖的影响(384) 第五节酵母细胞周期调控的功能基因组学研究实例(385 ) 一、寻找周期性表达的基因(385) 二、M和G1期转录水平达到峰值的基因(386) 三、S期和G2期转录水平达到峰值的基因(386) 四、周期性表达基因的转录调控(386) 五、细胞周期调控的基因表达的保守性(387) 第六节基于细胞周期相关机制的新药开发(389 ) 一、细胞周期研究在抗肿瘤新药开发中的应用(389) 二、细胞周期研究在抗病毒与抗真菌药物开发中的应用( 395) 三、利用细胞周期标记分子研究药物作用的机制与筛选新药(395) 思考题(396) 参考文献(397) 第十一章细胞分化(398) 内容提要(398) 第一节细胞分化的概念与胚胎发育过程中细胞分化的潜能变化(398) 一、细胞分化的概念与特点(399) 二、细胞分化的主要标志与研究方法(408) 三、胚胎发育过程中细胞分化的潜能变化(410 ) 第二节细胞分化的分子机制与基因表达的调控(414) 一、细胞分化的分子机制(414) 二、细胞分化基因表达的调控(415) 第三节影响细胞分化的因素(419) 一、细胞内部组分对细胞分化的影响(421) 二、位置信息对分化的影响(422) 三、外部信号等对细胞分化的诱导和抑制(423 ) 第四节细胞分化及其相关技术在肿瘤研究中的应用(426 ) 一、细胞分化与肿瘤(426) 二、干细胞研究的应用价值与肿瘤(433) 三、肿瘤与诱导分化(439) 四、应用蛋白质组学技术研究肿瘤诱导分化的药物靶标( 442) 思考题(445) 参考文献(445) 第十二章细胞凋亡与衰老(446) 内容提要(446) 第一节细胞凋亡的特征与分子机制(447) 一、细胞凋亡的形态学与生物化学特征(447) 二、细胞凋亡与坏死的区别(452) 三、细胞凋亡发生的四个阶段(453) 四、影响细胞凋亡的因素(459) 五、细胞凋亡检测技术(460) 第二节细胞凋亡在药物开发中的应用远景(463 ) 一、细胞凋亡异常与疾病(463) 二、细胞凋亡药物的应用远景(464) 第三节细胞衰老(470) 一、细胞衰老的机制(471) 二、抗衰老药物(476) 思考题(480) 参考文献(480)详细介绍： 《药学细胞生物学》为国内第一部将细胞生物学与药学学科有机结合，面向全国高等药学院 校各专业本科生的生物学基础教材。本书以细胞生物学理论、原理和技术为基础， 研究其在新药研发、药学研究以及药品生产等方面的应用。全书共12章，涵盖药学细胞生物 学所涉及的基本理论和一些研究热点，包括绪论、细胞概述、研究方法、细胞膜、细胞内膜 系统、线粒体、细胞核、核糖体、细胞骨架，细胞增殖、细胞分化、细胞衰老与凋亡，并在 各章中融入了相关的药学知识与应用。相信本书的出版将对读者有所启迪，使其更加易于理 解细胞生物学与药学学科的相关知识和技术。

21世纪生命科学的研究进展和发展趋势 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。很多科学家认为，在未来的自然科学中，生命科学将要成为带头学科，甚至预言21世纪是生物学世纪，虽然目前对这些论断还有不同看法，但勿庸置疑，在21世纪生命科学将继续蓬勃发展，生命科学对自然科学所起的巨大推动作用，决不亚于19世纪与20世纪上半叶的物理学。假如过去生命科学曾得益于引入物理学、化学和数学等学科的概念、方法与技术而得到长足的发展，那么，未来生命科学将以特有的方式向自然科学的其他学科进行积极的反馈与回报。当21世纪来临的时候，一些有远见的科学家、思想家与政治家将日益严重的诸多人类社会问题，如人口、地球环境、食物、资源与健康等重大问题的解决，莫不寄希望于生命科学与生物技术的进步。 2· 08·生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科 20世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发现，随后遗传信息传递“中心法则”的确立与DNA重组技术的建立使生命科学的面貌起了根本性的变化。分子生物学与遗传学的结合将用10一15年测定出人类基因组30亿个碱基对（遗传密码）的全序列，人体细胞约有10万个基因。人类基因组的“工作草图”迄今20％的测序已达的准确率和完成率，今后将要继续发现与阐明大量新的重要基因，诸如控制记忆与行为的基因，控制细胞衰老与程序性死亡的基因，新的癌基因与抑癌基因，以及与大量疾病有关的基因。将利用这些成果去为人类健康服务。 70年代后，分子生物学的发展，以基因工程为代表的生物工程的出现，生物技术通过对DNA链的精确切割与有目的地重组，使有目的地改良生物的性状与品质成为可能。迄今生物工程所取得的成就已在生产上显示出诱人的前景，尽管还存在有不少争议的问题，但很有可能成为21世纪的新兴产业。 发育生物学将要快速地兴起，它将要回答无数科学家100多年来孜孜以求而未解决的重大课题，一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为结构与功能无比复杂的个体，阐明在个体发育中时空上有条不紊的程序控制机理，从而为人类彻底控制动植物生长、发育创造条件。 RNA分子既有遗传信息功能又有酶功能的发现，为数十年踏步不前的难题“生命如何起源”的解决提供了新的契机。在21世纪，人们还要试图在实验室人工合成生命体。人们己有可能利用生物技术将保存在特殊环境中的古生物或冻干的尸体的DNA扩增，揭示其遗传密码，建立已绝灭生物的基因库，研究生物的进化与分类问题。 神经科学的崛起，预示着生命科学又一个高峰的来临。脑是含有1011细胞的无比复杂的高级结构体系，21世纪初从分子到行为水平的各个层次对脑功能的研究都将有重大突破，在阐明学习。记忆。思维。行为与感情机理等方面也将有重大进展。脑机能在理论上的进展将会促进新一代智能计算机的研制，这可能成为未来生命科学对自然科学与技术科学回报的最好例子。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务并对国民经济持续与协调发展起重要作用的科学。生态学的理论与实践为中国三峡水库建设提供的决策依据就是一个例证。保护生物的多样性是当前生命科学最紧迫的任务之一。据可靠的数据说明每天约有100多种生物在地球上绝灭，很多生物在没有被人类认识以前就已消亡，这对人类无疑是一种灾难。生态学与生物多样性保护与利用的研究成果将指导人类遵循自然规律积极保护自己生存环境，否则人类的物质文明与精神文明都要受到灾难性影响。 顺应生命科学迅速发展的形势，发达国家政府及一些国际组织先后提出了《国际地圈及生物圈计划》、《人类基因组作图与测序计划》、《人类前沿科学计划》、《脑的十年》及《生物多样性利用与保护研究》等投资巨大的生命科学研究计划。其中仅《人类基因组作图与测序计划》，一项预算就高达30亿美元。 由于生命科学的发展，人才的需求量激增，近年除越来越多的物理学家，化学家与技术科学家被吸引到生物学研究领域外，以美国为例，近年统计48万博士学位获得者中从事生命科学的占51％。优秀青年科学家流向生命科学前沿，这是21世纪生命科学欣欣向荣的动力与源泉。 2． 08． 2 21世纪初生命科学的重大分支学科和发展趋势 80年代有远见的生物学家把分子生物学（包括分子遗传学）、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科，无疑是正确地反映了现代生命科学的总趋势。遗传学（主要是分子遗传学）不仅当前是生物科学的带头学科，在今后多年还将保持其在生命科学中的核心作用。 有些科学家早就预测到，由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合，必然促进发育生物学的蓬勃发展，从而提出发育生物学将成为21世纪生命科学的“新主人”，这种预测已逐渐变为现实。 分子生物学（包括分子遗传学）在生命科学中的主流地位，以及它在推动整个生命科学发展中所起的巨大作用是无可争辩的。细胞是生命活动基本的结构与功能单位，细胞生物学作为生物科学的基础学科地位必须给予重视。 很多生物科学家认为神经科学或脑科学的崛起将代表着生命科学发展的下一个高峰，然后将促进认知科学与行为科学的兴起。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务，井对国民经济持续与协调发展起重要作用的学科。 A.分子生物学 分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的学科。核酸与蛋白质（有人认为还有糖）是生命的最基本物质，因此核酸与蛋白质结构与功能的研究今后仍然是分子生物学研究的主要内容。蛋白质是生命活动的主要承担者，几乎一切生命活动都要依靠蛋白质（包括酶）来进行。蛋白质分子结构与功能的研究除了要阐明由氨基酸形成的并有一定顺序的肽链结构外，今后将特别重视肽链拆叠成的特定的三维空间结构，因为蛋白质生物功能与它的空间构型关系极为密切，核酸是遗传信息的携带者与传递者，遗传信息由DNA～RNA一蛋白质的传递过程，称为遗传信息传递的“中心法则”，是分子生物学（分子遗传学）研究的核心。其基本问题己比较清楚，当前研究的重点是： ①约经10一15年，人类基因组30亿个碱基对全序列（遗传密码）可以测出，这是具有里程碑意义的工作； ②真核生物基因表达过程在各层次上调节的研究仍然是今后相当长一段时间的任务。 分子生物学的概念、方法与技术和各学科的渗透，正在形成很多新的学科，诸如分子遗传学、细胞分子生物学、神经分子生物学、分子分类学、分子药理学与分子病理学等等。因此分子生物学在生命科学中的主导作用还将要持续下去。 B.遗传学 遗传学比分子生物学更具有自己独立的学科体系。但现代遗传学与分子生物学是不可分割、相互交叉的两个学科，且很难截然分开。 有些著名的遗传学家把遗传学概括称为基因学，因为现代遗传学主要是研究生物体遗传信息传递与表达的学科。基因携带的信息是由基因的结构所决定，信息的表达是由基因的功能实现的，因此遗传学研究的是基因的结构与功能。从遗传学的角度看，所有生命现象的机制，追根究底都会与基因的结构与功能相关。因此遗传学在今后较长时间仍然是生命科学的核心学科和推动力。 有人估计人体细胞内约有10万个基因，迄今弄清楚的不到5％，所以与重要生命活动有关与疾病有关的新基因的发现与阐明将是今后几十年的重要任务。 C.细胞生物学 著名生物学家威尔逊（Wilson）早在20世纪20年代就提出一句名言“一切生物学关键问题必须在细胞中找寻”，至今还有着很深的内涵。魏斯曼与摩尔根都曾先后试图在细胞研究的基础上建立遗传、发育与进化统一的理论，虽然当时没有找到具体解决的途径，但关于细胞的知识在生物科学中的重要性是显而易见的。细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位，细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学，细胞的结构。细胞代谢、细胞遗传、细胞的增殖与分化，细胞信息的传递与细胞的通讯等是细胞生物学主要研究内容。虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的，但概括起来可能是两个基本点： 一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动，如生长、增殖、分化与衰老等，在此要涉及到一个全新的问题，细胞内外信号如何传递；二是基因产物一一蛋白质分子与其他生物分子如何构建与装配成细胞的结构，并行使细胞的有序的生命活动。 今后20多年，以下一些问题可望取得重要进展与突破： ①遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者——染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上得到阐明。 ②细胞骨架（包括核骨架与染色体骨架）的研究将得到全方位的进展。 ③细胞生物学与分子生物学、遗传学的结合，将在细胞分化机理研究方面有重要突破，为发育生物学快速发展奠定基础。 ④细胞衰老与细胞程序化死亡的机理将在更深层次上阐明。 ⑤以细胞分子生物学为骨干学科与其他学科结合，人工装配生命体的理想可能逐步 实现。 D．发育生物学 从一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为一个结构与功能复杂的个体，是至今未能解决的生命科学的重大课题，也是发育生物学的主课题。由于近几十年分子生物学、遗传学与细胞生物学所取得一一系歹（突破性成果与知识的积累，已为解决这一重大课题创造了条件，这也就是今后发育生物学应运而飞速发展的原因。 发育生物学当今要解决的基本问题是细胞的基因如何按一定的时空关系选择性地表达专一性的蛋白质，从而控制细胞的分化与个体发育。阐明基因在多层次水平上控制胚胎的发育就不仅是涉及到个别基因的问题，而是一系列调节基因在时空上的联系与配合，从而支配发育的程序。虽然这是难度极大的课题，但近年已初见端倪并有所突破。估计今后发育生物学将沿着这条道路深入下去，并可望取得丰硕的成果。 E．神经科学（或脑科学） 神经科学是研究人与动物神经系统（主要是脑）的结构与功能，在分子水平、神经网络水平、整体水平乃至行为水平阐明神经系统特别是脑的活动规律的学科群。脑的结构与功能是无比复杂的高级体系，含有10 11细胞。它是感觉、运动、学习、记忆、感情、行为与思维的活动基础。大脑细胞，口何指导人与动物的行为是未来生物学中最富潜力与最吸引人的领域；神经科学的崛起，预示着生命科学又有一个高峰的来临。神经科学或脑科学必然在下世纪促进认知科学与行为科学的兴起。因此各国政府投入巨资支持这一课题，包括美国总统签署的“命名1990年1月1日为脑的10年”不是没有道理的。 在今后几十年内可以预示到的神经科学突破性的进展可能包括： ①在分子到行为的各层次上阐明学习、记忆与认知等活动的基础； ②很快会发现与阐明一系列与记忆、行为有关的基因与基因产物； ③神经细胞的分化与神经系统的发育研究会有重大进展； ④脑机能在理论上的进展与突破（如模式识别、联想记忆、思维逻辑机理的阐明）会 促进新一代智能计算机与智能机器人的研制； ⑤一系列神经性疾病与精神病的病因可望在神经生物学研究中得到解释。 F．主态学（包括物种多样性保护研究） 生态学是研究有机体与周围环境——包括非生物环境与生物环境相互关系的科学。 由于生态学理论与应用是与世界环境保护。资源合理开发与保护，以至人类本身在地球上继续生存紧密相关的，尤其是地球环境日益恶化的情况下，生态学的重要性就变得十分突出。未来生态学的主要任务是协调人类活动与环境的关系。所以生态学经典学科的概念与研究内容必然要适应人类生存环境的保护与社会经济持续发展的要求而不断改变。 今后生态学研究的重点可能表现在以下方面： ①生态群落的多样性、稳定性与演变规律与人类活动的关系； ②全球气候变化对生态系统结构与功能的影响； ③生物多样性的保护和永续利用也是保护人类自身生存环境尤其是拯救濒临绝灭的 生物种类更加具有紧迫性； ④城市生态学与经济生态学将迅速发展； ⑤生态工程与生态技术将在国民经济建设中发挥作用。 G．空间生命科学 空间环境向生命科学提出了新的挑战，也为生命科学的发展提供了机遇。 21世纪人类的空间活动将要离开地球附近，探索月球及其他太阳系的大体。这就要求人在地球外各种环境中能长期地生活和工作，首先是在，长期空间飞行器中航行，月球站以及火星或火卫站等，空间医学必须有重大突破，解决长期在地外空间所遇到的宇航员骨质疏松，肌肉萎缩和兔疫功能变化等生理学难题，同时，与开拓大疆相关联的是受控生态系统，创造一个不需要外界补给，而使人们能在其中长期生活的环境。这些问题有希望在21世纪20一30年代解决，其中空间生理学问题有可能利用中医和中药的方法取得某些重大突破。 地球外层空间为研究重力生物学提供了理想的条件，重力条件对各种层次结构生物的影响仍然是21世纪重力生物学的主题，今后的研究重点将集中于细胞，绿色植物，一些微生物和小动物。特别是重力环境对哺乳动物细胞形态、结构、变异和基因表达的影响将是一个热点。重力生物学的学术意义在于揭示重力效应在生物进化过程中的作用，是自然科学的基本问题；另一方面，重力生物学的成果将是空间制药及空间生态系统等应用领域的基础，重力生物学的学术和应用都是下个世纪的重要课题，可望在21世纪20-30年代取得突破性的进展。 地外生物探索是生命起源的重大课题，其中地球以外的智能生物探索是一个长期的 课题。地球上的人类正在向外层空间发射电波和接收讯号。外星人与地球人之间可能存在的学术和技术差距不仅是一种危险，也是自然科学的重大前沿问题，将被持续地研究下去。 2． 08． 5 21世纪初生命科学最有可能突破的领域 ①人类基因组的全序列（遗传密码）将在10一15年测定完毕，为全部遗传信息的破译奠定基础。 ②与生命活动有关的重要基因与重要疾病有关的基因将被陆续发现，其中特别引人注目的是控制记忆与行为的基因、控制衰老与细胞程序性死亡的基因、控制细胞增殖的系列基因、胚胎发育多层次网络调节基因。新的癌基因与抑癌基因的发现与其生物学功能的释明将大大提高对生命本质的了解。 ③人与动物的高级生命活动：感知、思维、记忆、行为与感情的发生与活动机制在脑科学研究突破的基础上，有更深的认识。 ④癌症的治疗将有全面的突破，爱滋病的防治得到控制。 ⑤在阐明地球上原始生命起源的基础上，人类还可能在实验室合成生命体，这种生命体应具有原始细胞的基本特征。