细胞骨架及其研究进展论文范文

过去的生物学，对生命的认识仅仅是从个体水平上对生物进行形态描述和分析，以后随着科学技术的发展，才开始以实验为基础逐渐深入到生命本质的研究。今天，人类已经能够深入到细胞内部，对它的极其细微的结构和化学物质进行研究，取得了许多突破性的成就。1953年，对遗传物质DNA分子双螺旋结构的发现，是生物科学发展史上的一个里程碑，开创了现代生物学的全新时代，奠定了分子水平上研究生命现象的基础。分子生物学的诞生，有助于阐明生命活动的规律，揭示生命现象的本质。分子生物学的发展不可避免地影响到生命科学各个学科领域，改变了整个生物学的面貌；同时对医学和农业科学及其应用产生了巨大影响。在新的分支科学中，细胞生物学和神经生物学（或脑科学）的研究发展非常迅速。由此，它们和分子生物学（包括分子遗传学）一起成为了当代生命科学研究的三大热点。 分子生物学是在分子水平上研究生命活动及其规律的科学。它的主要研究内容是蛋白质、核酸和糖类等生物大分子的结构、功能及其相互组织和互相作用。目前发现，DNA分子结构具有多态性，是一种可塑的分子。它的功能不仅具有自我复制和指导蛋白质合成的作用，还有酶的活性，起某种催化作用。现在科学家的目光已由DNA转向RNA的研究。由于RNA结构的复杂性及其种类的多样性，决定了RNA具有多种生物学功能。它不仅在蛋白质合成上起重要作用，而且具有催化、调控基因表达、抑止转译、DNA和RNA剪接等重要功能。关于蛋白质的研究一直被科学家们所重视。目前人们除了要阐明肽链的一级结构以外，特别重视肽链如何折叠成为有功能作用的三维结构的蛋白质研究。除此以外，还发现蛋白质分子在一定程度上是处于运动之中，它们的功能与分子空间构型的运动性密切相关。关于蛋白质合成的研究，目前研究的热点己转到蛋白质合成后的分拣、运输到特定地点，以及蛋白质的修饰加工和降解。近年来，糖类的研究有许多新的研究成果，它们在细胞间不仅起黏附作用，而且能传递信息，是一类重要的信息分子。过去的分子生物学是在核酸和蛋白质水平上阐明生命现象，现在看来，显然是不够的。因为多细胞生物是由许多细胞集团组成的，它们以不同方式通过糖链分子相互黏附，彼此之间均有相互识别、相互作用和相互制约的关系，传递着各种不同的“生物信息”。因而不能忽视糖类物质的作用。由以上看出，进入21世纪，分子生物学对生物大分子结构与功能的前沿研究，已从单个大分子结构的研究转向生物大分子体系的研究；从晶体结构的研究转向溶液中天然构象及其动态变化的研究。由于分子生物学已深入到生命活动本质的探索，蛋白质、核酸及糖类等生物大分子的知识越来越多地在新闻媒体上广泛传播，几乎家喻户晓。在这种形势下，新课程标准和实验教材的教学内容应适当缩减有关形态学的知识，加强分子生物学的内容。原初中生物教学大纲和教材不敢涉及DNA等生物大分子的知识，现在看来应有所体现。因此，在新课程标准中加强了这方面的内容。 遗传学是专门研究基因的科学，其发展主流是认识基因，即从认识基因的存在、阐明基因的本质和研究基因的作用到分离基因、操作基因和改变基因，一直是20世纪生物科学研究的焦点之一，而且始终位于科学发展的前沿。通过对基因的研究发现，基因对生命的影响不是单一的，有必要扩展到基因组进行研究。因此，从20世纪90年代开始，研究基因组已成为国际生物学界最热门的研究对象。“基因组学”（genomics）在不到10年时间里，已从一门以测定基因组全序列为目标的方法学成为包括结构基因组学和功能基因组学的完整学科，开展这方面的研究是人所共知的“人类基因组计划”（GHP）。这项被誉为生物科学的“阿波罗计划”，自1990年启动以来，已基本完成了“人类基因组工作草图”的绘制工作。当然，这只是标志着人类认识自身新纪元的开始，完成人类基因组测序以后，还要认清上面的基因及其作用，因而又诞生了“后基因组计划”。这标志着遗传学已进入一个以序列信息为基础的新时期，改变了过去经典遗传学的从表型到基因型的研究方法，建立了反向遗传学，开拓了一个以序列为基础的生物学的新世纪。在研究基因作用过程中必然引伸到两个重大问题：一是基因表达的调控，这也是当今分子生物学研究的热点之一；另一是有关蛋白质的作用。目前发现，虽然对功能基因组研究有重大意义，但是由于蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来认识生命活动是不够的。于是在1994年提出了蛋白质组（proteome）的概念，并诞生了从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质组学（proteomics）。根据以上研究的进展，“基因”已成为人们所共知的名词术语，在课程内容标准和教材上不仅应提出基因的名词，而且要强调基因组的整体作用，介绍“人类基因组计划”的伟大意义。另外，在强调基因作用的同时，注意不要出现“基因决定一切论”的错误观点。 自20世纪80年代以来，由于分子生物学和分子遗传学研究的进展以及基因工程、反向遗传学方法的应用，在细胞学上取得了许多重大研究成果。在细胞结构上，由于生物膜系统的发现使细胞膜、细胞质和细胞核在形态上和功能上联成一个完整的统一体。细胞膜的作用不仅保持细胞和细胞器的完整性、相对独立性和稳定性；许多极为重要的生命活动，如能量转化和流动、物质的交换以及细胞内外、细胞间的信息传递都离不开膜的作用。因此，对细胞膜系统的研究是细胞生物学研究的热点之一。此外，近年来对细胞骨架（cytoske1eton）的发现是超微结构研究的一大进步，它对细胞器的空间分布、功能活动和细胞运动有着密切关系。关于细胞核骨架的研究，说明它与DNA复制、基因表达调控、RNA剪接、修饰和运输等都有重要作用。关于细胞功能的研究，虽然细胞中各种结构都有各自相对专一的功能，但它们是相互联系的，彼此协调一致，完成一个细胞的整体功能。综合地讲，在一个细胞里的生命活动主要体现3个方面：①物质的转化，即旧物质的分解，新物质的合成；②能量的转换和流动，包括从光能转换为化学能和能量的释放与利用；③信息的传递，其中有遗传信息的传递，即从DNA→RNA→蛋白质（基因的表达），也可以从DNA→DNA（基因的复制）；生长发育的传递，即从细胞外（第一信号）→细胞膜（受体）→细胞质（第二信号）→某一生化反应或→细胞核（相应的基因被调节）。这个信号系统包括细胞内外的通讯联系、细胞间通讯、细胞的化学信号转导和以受体为介导的信号传递。另外，神经传导也是一个信息传递过程，从接受信息（感官）→传递信息（神经）→贮存信息（脑）→利用信息（产生反应）。细胞的生命活动就是物质转化、能量流动和信息传递的统一体。关于细胞内调控系统的研究。目前研究较多的有：细胞周期和细胞生长发育的调控。生命活动最基本的问题是发育生物学。它已成为现代生物学研究的热点和焦点。这里涉及细胞的分化、形态的建成和细胞的调亡等重大问题。由于细胞调亡与癌变等问题，以及人类的健康和寿命非常密切，从而引起科学家们的关注。由于细胞是生物体结构与功能的基本单位，有关细胞生物学的知识非常重要。因此，在新课程内容标准及教材中，有必要加强细胞生物学的内容。例如，在细胞结构上为了说明能量的转换与流动，不仅要讲解叶绿体的基本知识，而且增加了有关线粒体的内容；在细胞分裂中增加了染色体变化的内容；在细胞功能方面，体现细胞是物质转化、能量转换和信息传递的统一体。 脑科学（思维科学或神经生物学）是生命科学研究的又一前沿领域。探索和揭示脑的奥秘具有高度复杂性，蕴含着深奥的哲理，以及对人类有特殊重要的意义，所以已成为当代自然科学面临的最大挑战之一。近10年来，脑科学的研究得到了飞速的发展，因而被誉为“脑的10年”。有关脑科学的研究进展，将在高中生物学课程标准和教材中适当介绍；在初中生物课程标准和教材中涉及不多。不过，在标准中设置了“动物的运动与行为”主题，为今后学习脑科学奠定基础。

细胞骨架 细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。广义的细胞骨架包括细胞核骨架(核内骨架及分裂期染色体骨架和核纤层)、细胞质骨架(微丝、微管、中间纤维和微梁)、细胞膜骨架、细胞外基质。狭义的细胞骨架仅指细胞质骨架。细胞骨架（cytoskeleton）真核细胞中主要分布于细胞质的一种纤维状结构系统，包括三种不同类型的纤维，即：微管、微丝和中间纤维。这些不同的纤维是由不同的蛋白质亚单位（骨架蛋白）以特定的方式聚合形成的。细胞骨架在细胞内形成支持网络系统，以维持细胞形态。各种细胞运动如肌肉收缩、鞭毛摆动、纤毛煽动、有丝分裂期的染色体移动及各种细胞运动均依赖于细胞骨架。细胞骨架的一个最大特征是它的动力学可变性。这种动力学变化是适应于细胞内部的结构与功能而发生的，如有丝分裂期由微管组成的纺锤丝的延长与缩短。体外培养的成纤维细胞移动时，由细胞核至前进方向的微管不断延伸，相反方向的则不断缩短。延伸的细胞伪足的皮质部含有丰富的微丝，这些微丝或缩短甚至消失或重新恢复又延长。这些变化是在短时间内进行的，这种动力学变化的基础在于骨架蛋白不断聚合使纤维延长，或不断解聚使纤维缩短，甚至消失。因此，细胞骨架在细胞内处于不断的重组状态。细胞骨架的另一重要特征是从细胞核到细胞膜包括某些细胞器与之发生联系，这种联系由于细胞骨架本身具有的动力学变化而呈可逆的，由于这种联系而形成的以细胞骨架系统为主体纤维网络，在其周围附着和包埋着各种其他细胞结构和一些生物大分子的细胞质基质，由于细胞骨架的动力学变化而赋予细胞质基质也呈动力学变化特征。这种基质可决定细胞器及一些生物大分子的定位及运动，因而对细胞器及一些生物大分子的移动、运输、分泌等许多重要细胞学功能甚至整个细胞的代谢活动的调节都有密切关系。细胞骨架的概念既老又新，早在1879年，弗莱明（W.Flemming）首先观察和描述了有丝分裂过程，并指出细胞质由纤维网络及网络中的非纤维物质组成。但长期以来，由于方法学的限制，未能真正观察到细胞骨架的形态和结构，更不知骨架纤维的组成成分。60年代由于电镜技术的改进，开始在电镜切片中看到骨架纤维。60年代末以来，相继分离提纯了各种骨架蛋白，并制备出相应的抗体。1974年，拉扎里季斯（E.Lazarides）和韦伯（K.Weber）首先应用间接免疫荧光技术研究了细胞骨架。间接免疫荧光技术的应用把细胞骨架的研究推进到一个新阶段，使细胞骨架在整个细胞中的分布才有可能观察到。此后10余年的研究对细胞骨架的结构与功能积累了大量资料，70年代中期以来细胞骨架研究的突破性进展，建立了细胞骨架的新概念，细胞骨架作为一种重要的细胞器得到了承认，细胞骨架的研究已成为细胞生物学中最大的分支学科之一。但无论是电镜技术或免疫荧光方法均是对固定后的细胞进行研究的。由于细胞骨架具有动力学变化的特征，对其在活细胞中的结构和功能的研究受到一定的限制。最近新发展的影像增强技术使在活细胞内对细胞骨架的观察有了可能，特别是这种方法结合荧光猝灭技术，对在分子水平上弄清细胞骨架的结构与功能将是个有力的推动。 编辑词条