综述
作者单位:100083北京大学基础医学院医学信息系北京大学心血管研究所
医学中的系统生物学
张其鹏 卢铭 孙冬泳 覃璞 尚彤
对生命体抽象之后就形成一个关于生命体的系统。以生命体为研究对象的生物学和医学,其实就是研究一个生命体的系统,并形成一个关于此系统的知识体系。系统的看待解决医学生物学的问题是一个更符合医学生物学本质需求的思路,而系统生物学的概念也在这样的需求下产生。医学生物学进入21世纪后,首先是医学生物学测量系统化的转变,以基因组为先导的一系列 组!(基因组、蛋白质组、代谢组等)项目的开展、特别是高通量实验技术的发展,使得医学生物学领域内的数据急剧膨胀,而既往的以单一因素为研究重点的研究方法,已经不能适应基于系统测量产生的数据增长速度。这就导致了领域内数据过多而知识和运用相对缺乏。将系统的观念贯彻到科学实践的每一个步骤???从数据测量、数据采集、数据储存、数据分析到知识发现和实际运用的开发???系统的认识生命系统,在系统模型的指导下进行科学实践,已经成为21世纪医学生物学发展的必然趋势。系统生物学也因此再一次兴起,成为21世纪医学生物学的热点和发展方向。然而在憧憬系统生物学给我们带来无限美好未来之前,我们应该了解到离真正的系统生物学的起飞还有一段距离,这包括了实验技术、仪器设备、分析方法和数据资源构建等多方面软硬件条件的成熟。
生物学的根本目标是理解生物学系统的每一个细节及原理。自中世纪人体解剖学开始,生物学进入到器官系统时代。而到A nton i van L eeu w enhoek 1665年发现细胞结构,生物学又进入了细胞系统的时代。1953年W atson 和C rick 发现了DNA 的结构,从此生物学进入了分子系统时代。随着每一次对生命体系统认识的微小化和复杂化,医学生物学都有长足的进步。特别是DNA 的发现,形成了分子生物学研究领域,并取得巨大的成功。分子生物学使我们将生物学系统理解为分子机器,使我们能够深刻的理解了遗传、进化、发育、疾病背后的基本过程。
随着基因组被完整测序,大量的基因及其转录后产物的功能的鉴定,诸如支原体、大肠杆菌、线虫、果蝇及人类的基因组测序完成,蛋白质组、转录组、代谢组工作的开展,以及对蛋白质相互作用研究方法的进展,转基因和基因敲除,RNA i 的技术发展,毫无疑问,人类对生物学系统分子水平机制的理解将加速发展。然而,这样的知识并不能提供给我们对生物学系统在系统层次上的理解。基因和蛋白质作为系统的组成成分,对其的理解系统非常必要,但并不充分。系
统生物学作为新的生物学研究领域,其目的在于从系统水平对生物学系统进行理解。系统水平的理解需要一系列的原理和方法来描述统御分子行为和系统特征、系统功能,最终达到在细胞、器官乃至人体水平得以理解,并且这种理解是一种得到物理学、化学等基本原理支撑的坚实的知识结构。
科学总是遵循螺旋上升的规律,从系统水平理解生物学系统概念产生已经有半个多世纪的历史。N orbe ttW iener 是最早提出系统层次理解的先驱,这导致控制论、生物控制论的产生[1]。奥地利理论生物学家伯塔兰费早在1928年就在其论文中写道: 生命体是各组分动态变化和各过程相互作用的系统##生物学的跟本任务就是发现这个生化系统的规律##!,其又在1968年试图建立通用的系统理论。Cannon 在1933年提出了 稳态!(homeostasis)的概念,这也是一种系统的概念。但由于早期的研究没有分子生物学的支持,大多数的尝试都是在生理水平上描述和对生物学系统的分析。系统生物学现在和过去的区别就在于现在有可能将系统水平的理解直接建立于如基因、蛋白质等分子水平上。因此,尽管这不是第一次从系统水平进行理解,却是第一次有机会从分子水平到系统水平建立知识结构进而理解生物学系统。
随着分子生物学的发展,逐渐出现了生化系统理论和代谢控制理论等更进一步的系统生物学发展[2,3]。上世纪末本世纪初,H iroaki 和John 等系统生物学家进一步发展了系统生物学的概念,并且提出了 系统生物学是基于模拟的分析,是用芯片上的实验来验证假想,并对真实生物学实验结果的预测!。并对系统生物学的工作方向提出了 四元素论!:系统结构鉴定、系统行为分析、系统控制以及系统设计[4,5]。具体内容如下。
1 系统结构的辨识:系统结构辨识就是明确系统组分的内涵和组分间的相互作用。诸如基因与信号转导、代谢通路相关的蛋白质相互作用的调控关系,有机体、细胞、细胞器、染色质以及其他组分的物理结构和组分所构成的网络的拓扑关系以及每一种关系的参数。在辨识过程中,诸如:DNA 芯片、蛋白质芯片、RT PCR 等高通量的测量方法和具有批量监测生物学过程的方式是必须的。然而,由于细胞与细胞之间通信、三维空间物理构形等的影响,多细胞有机体的基因调控网络的识别十分复杂。多细胞有机体结构的识别不仅需要辨识基因调控网络、代谢网络的结构,而且还需要在细胞层次精确的理解整个生命体的物理结构。既往的
技术难以处理如此复杂的关系,显然需要开发新的仪器系统来收集必要的数据。
2 系统行为分析:研究系统随时间、空间改变而产生的行为。一旦系统结构在一定程度上被弄清楚,就具备了研究系统行为的基础。可以使用多种分析方法。譬如,有人想知道系统对外界刺激的敏感性、系统在刺激后多长时间恢复到正常状态。这样的分析不仅仅揭示了系统水平的特征,而且可以通过发现细胞对特定化学物质的反应来深入理解医学治疗,以至最大程度减少副作用提高效果。
3 系统的控制:系统结构和系统行为模型的构建完成,就将对基于系统而衍生出来的实践统纳在可控的范围内,无疑将减少实验的盲目性和错误发生率。同时系统模型是基于明确的设计原则,并且是对现实世界的仿真,导致此系统模型具有一定的预测性。可以有效地缩小治疗靶点搜索范围,从而减少基础实验的数量,提高实验质量。
为了应用来自系统结构和行为理解的知识成果,有必要建立一个控制生物学系统状态的方法。在掌握了控制细胞系统的技术后,就可以将功能异常的细胞改变成健康的细胞,控制癌细胞使之成为正常细胞或调亡、控制特定细胞成为干细胞状态、使之分化为特定的细胞类型。完成这些控制的技术对人类健康造福无穷。
4 系统的设计:基于以上三种工作,系统生物学的最终目的就是对构建一个为治愈疾病提供方法指导的生物学系统的方法论的研究,基于对实际生命系统的认识,设计出在特定时空环境中,最健康的系统模式,达到从根本上纠正疾病症状,让病人系统恢复到健康状态。例如,我们可以根据某一严重心梗病人现实情况,根据健康状态下的系统情况,计算出病人心肌细胞再生以及心脏重建的参数,通过系统控制的手段干预,让病人从自体组织分化出正常心肌细胞,在调控下模拟心脏的形成,分化出健康的心脏。彻底治愈疾病。这样的器官克隆技术对需要器官移植的疾病治疗有巨大的用途。
K itano等还就一个系统实现的具体问题和原则进行了探讨。至此,以计算机建模和系统模拟为主要工作的计算系统生物学(co m puta tiona l syste m s biology)[2,3]就成为了系统生物学发展的一个重要的方向。在这方面的进展主要体现在几个项目的开展,诸如:细胞信号联盟的信号通路门户(si gna li ng gatew ay,a lli ance for ce ll u lar si gna li ng,A f CS),虚拟细胞计划(V irt ua l ce ll pro ject,http://www.nrca https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,),日本的电子细胞计划(E Ce ll pro ject,http://www.e cel.l o rg),I UPS phy si ome pro ject计划(h ttp://www.physi om https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,. nz)等。由于这些项目多为国际合作项目,需要多个团队的协同,存在大量的数据交换和信息传递。因此,在这些项目发展的同时,一种为了便利信息共享与交换的机制也被建立起来,诸如:E Ce ll项目中的电子细胞建模描述语言(E M L)!和系统生物学标记语言(SB M L)!以及physio m e项目中的细胞标志语言(Ce lM l L)!等。以这些语言为核心的信息交换机制为专业知识的传递,实验数据的交换提供了便利,从而促进了这些项目的国际合作。详细介绍如下。
(1)信号通路门户:该项目是A f CS和?自然%(nature)杂志合办的一个关于信号通路建模的信息平台。此平台的核心是名为m o l ecule pages!的关系数据库,收录了信号蛋白质相关的被发表或已经被证实的信息。由于该数据库的构建目的就是为了对相互作用乃至信号通路的建模,所以数据库支持智能化的数据挖掘。领域专家介入了数据的录入和筛选,保证了该数据库的高数据质量。该平台还提供了诸如A f CS D a ta Center!的数据仓储和Si gna li ng U pda te!的实时文献信息报道。
(2)虚拟细胞计划:该项目是美国国立卫生研究院(N I H)支持的国家中心研究资源建设项目(nationa l center f o r research resources)中的子项目,目的是为细胞生物学的量化研究提供一个软件建模环境。用户可以通过提供的网络的访问界面,根据自己的需求,通过调节系统拓扑结构、分子性质和相互作用系数等参数来构建自己的虚拟细胞。它可以将用户对自己虚拟细胞的生物学描述(输入的参数)转换为相应的数学系统模型或方程。
(3)电子细胞计划:该项目是由日本庆应大学高级生命科学系牵头的一个国际合作项目。其目的是为大型复杂系统提供一套面向对象的建模、模拟、分析的软件群,为生物学系统建模提供一个软件模拟环境。1999年发布了1.0版本,随后发布了W indo w s平台下的2.0版本。现在正在开发3.0版本,V3.0是一个可以整合各种来源算法的基于网络的服务平台。V3.0的服务器核心程序是运用C/C++语言开发。在数据交换和通讯上,他们有正在开发了基于XM L语言的电子细胞建模描述语言(E cell m ode ling language, E M L)对细胞模型进行描述,系统生物学标记语言(system biology m arkup language)试图构建一种跨平台的模型对象交换机制。
(4)生理组计划(I U PS physi om e pro ject,h ttp://www. physi om https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,):该项目是一个国际合作的开源项目,其目的是为计算生理学提供一个公共的领域框架,该结构包含了针对所有脊椎动物的结构和功能建模标准、计算工具和网络数据库的开发。目前已经基本完成的部分包括器官与器官系统的建模、结构构建和描述标准系统以及细胞过程的标记语言系统。在未来5年内,该项目将逐步完成在器官、细胞以及蛋白质水平的生理建模工作。
近十年被称之为测量的10年!或者组革命时期!,以人类基因组计划为代表的组革命!(om i c revo l ution,即基因组、蛋白质组等方面的工作)的兴起,大量的组数据集! (om ic da taset,所谓组数据!,就是指基因组、蛋白质组、代谢组等产生的数据资源)由这场革命!中产生。这些经过系统的测量产生数据集无疑为系统的理解生命体系带来了很大好处,但同时如此海量的数据也让系统生物学家为之头痛。如何处理好这些数据,如何从这些数据中寻找到被蕴涵的知识,如何让组革命!的价值得到真正的体现,都是生物学家及其关心的问题。正是在这样的需求下,源数据系统生物学(data derived systems b i o l ogy)发展起来,并成为系统生物学的一个发展方向,其任务就是对组数据集!的挖掘和
知识的发现。这方面的领军团体是L ee H ood领导的系统生物学研究所(the i nstit ute for syste m s bio l ogy,http://www. syste m sbio l https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,)和beyond geno m ics公司(http://www. beyondgenom ics.co m)。他们通过整合统计学、生物信息学和知识工程等多方面的技术,构建组数据集!的分析平台,试图创建更实用的算法,从组数据集!分析出发,来寻找被蕴涵的关于遗传、基因组、蛋白质组、代谢通路组以及分子网络中复杂的相互关系[6 8]。
系统生物学不单单是科技的一个新的分支,它体现了一种整合的思想,体现了传统生物学向大生物学!(big b i o l ogy)过渡的一种趋势,是研究从组成!到功能!的升华[9]。科研工作者往往有这样的感受,大自然是个麻烦制造者!,不管是研究到亚原子水平还是细胞水平,他只告诉你信息,而不是知识,而随着发现的深入,我们将获得更多的信息,而就更加缺乏解释和管理这些信息的知识,知识随着研究的深入、信息的增加而加速匮乏。
当今信息的获取速度在高通量实验技术和计算机自动化技术的辅助下急剧提高,而相反的,在知识获取的速度上却没有太多改变。人类对自然的探索和认识的速度被从信息上升到知识的速度所限制,如何打破这个瓶颈,将成为系统生物学未来研究的一大热点。笔者认为这个瓶颈的根源在于信息数据的获取和信息数据上升到知识的不连贯性,这个不连贯分为两个方面。
其一,信息、数据的采集与知识的获取相比较,其过程和逻辑计算相对简单,而获得知识就只有整合多方面的信息和知识,运用合理的技术从这些数据中提炼,这导致了数据信息采集在计算机辅助方面贯彻得比较好,而知识获取因为过程复杂,现在尚无成熟的机制从数据信息规模化中提取知识。
其二,信息采集、信息到知识整个流程的不连贯。目前信息采集的结果主要是面向人,而不是面向计算机处理。诸如G enBank,S w isspro t等大型数据库提供的都是针对人查询的访问接口。用户可以根据自己的需求向系统提交查询条件,获取带有一定含义限定的数据子集。而这种含义也只能被用户所理解,对于计算机,每次查询就只是以字符串匹配为核心的数据子集的生成。即使是数据的注释(data annota ti on),也是以自然语言构成的文本来记录,这些注释所表达的注释计算机是不能处理的。
因此,就必须寻找一种机制可以让计算机理解这些数据所表达的知识,并使用这样一个知识体系来管理和吸收新的数据。
知识表示是人工智能核心概念之一。其目的就是将物质或现象的本质用结构化的数据表示出来,它是推理的基础,是高效计算的媒介,是人表示描述知识的媒介[10]。目前,知识表示的技术已经被大量的运用于医学生物学领域。诸如:信号传导通路模型建立[11],器官建模[12],外科手术病例分析[13]等。知识表示运用正是因为医学生物学领域中存在大量急待处理上升为知识的数据。而进入组革命!时代以后,这种数据更是急剧的膨胀,科学工作者在实践中发现,系统化的测量(如:基因组计划)并不能得到系统化的知识,因此大家都在寻求可以解决数据到知识的方法。经过尝试,以知识表示为核心和先导的人工智能的知识管理技术被认为是最可能解决组数据集!问题的方法:根据运用的需求和数据的特征,根据数据产生领域的知识体系,运用知识表示的方法,构建相应领域内的知识本体(on t o logy),以本体作为参照模型,构建知识库以及相应的运用软件,从而管理和储存产生的组数据!。
为了完成这项工作,目前有两个不同的方向:其一,是上文提到的源数据系统生物学!,对组数据集!进行数据特征的发现,根据数据特征建模;其二,是领域知识本体的构建,根据领域内已经存在的知识,进行概念建模。
目前,后者已经有了初步的发展,在工具、方法和解决方案上有实际的例子。在2000年Prot g 出现后有了更好的发展(P rot g 是由美国斯坦福大学医学院的医学信息中心开发的一个可视化编辑构建领域本体的工具)。P ro t g 在为广大医学生物学专业的工作者提供了一个门槛较低实用的O nto l ogy构建工具同时,还形成了一个基于网络的学术社区。有近50个涉及到基因、蛋白质、信号通路、解剖、临床诊断治疗、药物等领域的onto logy在其主页上发布(htt p:// pro tege.stanfo https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,)。基因本体(g ene on t o logy,GO)是由基因本体联盟(gene onto logy consorti um,www.g eneonto https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,)所构建的一个以基因表达产物为核心的分子生物学领域的ontology。其目的是提供一个结构化的可控词汇集和标准分类,为正在成型的生物信息标准化提供了一个成功的例子。它分成分子功能、生物学过程和细胞组分3个子集,每个子集从不同的角度提供了描述基因属性的词汇和语义环境。目前其主要被运用基因组的数据处理和基因功能的注释[14]。例如:Bor i s等以GO的树形结构作为框架开发了名为GO C l uster的工具用来对基因表达数据进行聚类分析(c l uster ana l ys i s)[15]。D etlef等运用GO提供的词汇服务开发了名为G ob l e t的基于网络的服务平台来对匿名序列(anony m ous sequence)进行注释[16]。GO的出现,以及相关的一系列运用工具的开发,极大地加速了处理基因组数据的效率。我们可以预期,如果在医学的特定领域如果构建了相应的onto l ogy,那该领域的数据处理效率也会有很大的提高。
医学实践中产生的数据与基因组数据相比较,其具有更多的层次和更复杂的关系。当前,医学领域onto l ogy的运用集中在医学数据资源的搜索、疾病的注释、临床数据的管理和不同医学资源间的映射。此领域最具代表性的工作就是由美国国立医学图书馆(nati ona l li brary o fm edic i ne,NLM)开发构建的统一医学语言系统。其构建的目的就是为了提取和整合从电子病例记录(co m puter based patien t records)、实体数据库(fac t ua l database)、文献数据库(b i b liog raph ic da tabase)、文献资源(f u ll tex t resource)和专家系统(expert syste m)中产生的信息。
UM L s主要包含元词汇数据库(m eta t hesaurus)、语义网
络(semantic net work)、信息源地图(i nfor m ation sources m ap)、专家词典(specia list lex icon)和词汇处理工具(lex ical processi ng too ls)五个部分。元词汇数据库记录了同一概念在不同数据源环境中的映射关系。每一个概念被分配映射到一个或几个数据库的语义标示(se m anti c type),这些语义标示和概念间蕴涵的关系就构成了语义网络。信息源地图则为用户(人或者系统)提供访问数据资源的最适指导的工具。专家词典和词汇处理工具主要用于构建元词汇数据库和用户提交的查询进行语义解析的工具。
目前,UM L s主要被用于P ub M ed和M ed L i ne的文献管理和文献查询。也有不少运用是基于UM L s,如美国国立肿瘤研究所(NC I)运用UM L s进行肿瘤分类学的研究[17],美国犹他大学医学院则将UM L s整合到急诊信息管理系统的开发标准中[18],在国内,浙江大学则运用UM Ls来构建中医的onto l ogy。
UM L s被广泛的运用于医学领域的数据处理和知识建模中,极大的提高了数据的处理能力和数据存储传递的一致性和标准性,为基于医学数据的自动化规模化的管理系统的开发提供了良好的基础。
系统生物学发展至今主要应面向解决组革命!后产生的一系列问题。21世纪是组时代!,医学生物的主要任务是力求通过解决后基因组、蛋白质组、代谢组等问题进一步了解生命这个系统。目前国内适应组!需求的基于O nto l ogy的医学生物知识管理工具还不多见,而且对onto l ogy 的认识与运用和国外先进水平还有一定差距。我们应该借鉴国外一些成型解决方案的经验,发展适合中国医学生物发展的系统生物学的道路。这其中NCI生物信息中心(The NC I Center f o r B i o i n f o r m atics,NC ICB)开发的以caCore (h ttp://ncicb.nc.i n i https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,/core)为核心的知识信息管理平台不失为我们的一个典范[19,20]。caCore是NCI数据管理和相应软件开发的核心框架,它包括了词汇服务(vocabu l ary services)、原数据管理(m etadata m anagement)和实现了具有良好鲁棒性企业软件体系结构!(enterprise so ft ware architec t ure)的生物医学数据对象(bio m edical data ob jects!)[21]。它本质上就是基于肿瘤的科研、临床等领域的onto logy而构建形成的一个知识服务平台[22]。基于caCo re开发的一系列软件和信息服务系统就是力图实现从实验数据上升到知识思想[23]。构建caCo re的本质就是在知识层面上统一所有信息资源,整合所有产生的数据。再以知识的形式为专业研究提供服务。caCo re的核心问题与技术难点就是肿瘤领域的知识表示和领域的本体的构建。而具体的知识信息服务都是参照这个知识框架所进行的具体实现。而中国的系统生物学要作为一种产业来发展,第一步就是要构建系统化的数据资源和相应的运用管理平台。而构建这样的平台,首先就要构建领域的onto l ogy。在未来10年,中国的系统生物学工作重点之一就是领域onto l ogy的构建和onto logy方法论的研究。
参考文献
1W e i ner N,Cyb erneti cs or Contro l and Comm un i cati on i n the An i m al and t h eM ach i n e.M I T Press,C a mb ri dge,M A1948,3 27.
2K itano H.Foundations of Syste m s B i ology.M I T Press,USA,2001.
13 18.
3K itano,H.Co m putati onal s yste m s b i ology.Nature,2002,420: 206 210.
4K itano H.Syste m s b iol ogy:A brief overvi ew.Science,1999,284:
87 89.
5K itano H.Look i ng b eyond t he details:ar i se i n syste m oriented approaches i n genetics and m olecu l ar b i ology.Cu rr Gen et,2002, 41:1 10.
6Ideker T,Thorss on V,Ran is h J A,et a.l Integrated geno m ic and p roteo m i c anal ys i s of a s yste m aticall y perturb ed m et ab oli c net w ork.
S ci ence,2001,292:929 934.
7M orel N M,H olland J M,van d er G reef J,et a.l I n trodu cti on to s yste m s b i ology a n e w approach to understanding d isease and treat m ent.M ayo C li n Proc,2004,79:651 658.
8C lis h CB,D avi dov E,O resic M,et a.l I n tegrative B iol og i cal An al ysis of t he AP OE*3tran s gen icm ouse.Om ics,2004,8:3 13. 9S tephen N,John C.S tat us of s yste m s b i ology does it have a f u t u re?
B i os ili co,2004,2:171 174.
10D avis R,Shrob e H,Szol ovits P.W hat i s a kno w l edge rep resen tati on?A IM agaz i ne,1993,14:17 33.
11Fukuda K,T akagi T.Kno w l edge representati on of s i gn al tran s duction pat hw ays.B i o i nfor m ati cs,2001,17:829 837.
12Ross e C,M eji n o J L,M odayur BR,et a.l M oti vati on and organ i zational p ri nci p l es f or anat o m icalknow ledge represen t ati on:the
d i g i tal anat om ist s y m bolic know ledg
e base.J Am M ed In
f or m A ss oc.
1998,5:17 40.
13K irch er A,G ran fel dt H,B ab i c A,et a.l Know ledge representation for m s for dat a m i n i ng m et hodol ogi es as appli ed i n t horaci c surgery.
Proc A M I A Sy m p,2000,428 432.
14G ene ontol ogy consorti um.The gene on t o l ogy(GO)database and
i n for m atics resource.Nuclei c A ci ds Res,2004,32:568 571.
15Bori s A,Rei nhard S.Gen e ontology b ased cl usteri ng of gene exp ress i on data.B ioi n f o m atics,2004,20:2851 2852.
16D etl ef G,H ans L,Steffen H.Goblet a p l atfor m for gene on t ology annotati on of an ony m ous sequen ce data.Nu cl eic A ci ds Res,2004, 32:313 317.
17Ber m an JJ.Tum or t axono m y f or the devel opm en t al li n eage cl assification of neoplas m s.B M C C ancer,2004,4:88.
18Coonan K M.M edical i nfor m ati cs standards app licab l e to e m ergen cy
d epart m en t i n for m ation syst
e m s:m ak i ng s en se o
f t he j umb le.A cad
Em ergM ed,2004,11:1198 205.
19Peter A.Covitz,Frank H art e,l et a.l ca CORE:a co mm on
i n frastruct u re for can cer i n f or m atics.B ioi n f or m atics,2003,19:
2402 2412.
20K ennet h HB.The NC I C enter f or B i o i nfor m ati cs(NC I CB):bu ilding
a foundati on for i n silico
b i o m ed ical res earch.Can cer Invest,2004,
22:117 122.
21Frank W H,SherriC,RobertD,et a.l M odeli ng a Descri p tion Logic V ocabu lary for Can cer Research.J B i om ed In,f2005,38:114 129. 22Jennifer G,G il bert o F,Frank H,et a.l The n ati ona l cancer
i n stitute&s thesau rus and ontol ogy.JW eb Se m an,2003,1:75 80. 23G ilberto F,Sh erriC,M argaretH,et a.l Overv i e w and U tili zation of t h e NC I Thes https://www.doczj.com/doc/2b1131785.html,p Funct Geno m,2005,5:648 654.
(收稿日期:2005 01 17)
(本文编辑:李群)
医学细胞生物学试题集及答案 第一章细胞生物学与医学 一、单选题 1.生命活动的基本结构单位和功能单位是() A.细胞核 B.细胞膜 C.细胞器 D.细胞质 E.细胞 2.DNA 双螺旋模型是美国人J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick 哪一年提出的() A.1951 B.1952 C.1953 D.1954 E.1955 3. 那两位科学家最早提出了细胞学说()
A. Shleiden 、Schwann B.Brown 、Porkinjie C.Virchow 、Flemming D. Hertwig、Hooke E.Wanson 、Click 4. 最早观察到活细胞的学者是() A. Brown R B. Flemming W C. Hooke R D. Leeuwenhoek A E. Darvin C 5. 最早观察到有丝分裂的学者是() A. Brown R B. Flemming W C. Hooke R D. Leeuwenhoek A E. Darvin C
二、多选题 1.以下哪些是当代细胞生物学研究的热点( ) A. 细胞器结构 B.细胞凋亡 C.细胞周期调控 D.细胞通信 E.肿瘤细胞 2. 现代的细胞生物学在哪些层次上研究细胞的生命活动() A. 分子水平 B.亚细胞水平 C.组织水平 D.器官水平 E.细胞整体水平 三、是非题 1. 细胞最早于1665 年由Robert Hooke 发现。() 2. 在十八世纪Hooke 和Flemming 提出了细胞学说。() 3. 细胞生物学就是细胞学。()
医学细胞生物学期末复习资料 第一章绪论 一、A型题 1. 世界上第一个在显微镜下看到活细胞的人是 A. Robert Hooke B、Leeuwenhoek C、Mendel D、Golgi E、Brown 2. 生命活动的基本结构和功能单位是 A、细胞核 B、细胞膜 C、细胞器 D、细胞质 E、细胞 3. 被誉为十九世纪自然科学三大发现之一的是 A、中心法则 B、基因学说 C、半保留复制 D、细胞学说 E、DNA双螺旋结构模型 4. 细胞学说的提出者是 A、Robert Hooke和Leeuwenhoek； B、Crick和Watson； C、Schleiden和Schwann； D、Sichold和Virchow； E、以上都不是 二、X型题 1. 当今细胞生物学的发展热点集中在_______等方面 A、细胞信号转导 B、细胞增殖及细胞周期的调控 C、细胞的生长及分化 D、干细胞及其应用 E、细胞的衰老及死亡 2. ______促使细胞学发展为分子细胞生物学 A、细胞显微结构的研究 B、细胞超微结构的研究 C、细胞工程学的发展 D、分子生物学的发展 E、克隆技术的发展 三、判断题 1. 细胞生物学是研究细胞基本结构的科学。 2. 细胞的亚显微结构是指在光学显微镜下观察到的结构。 3. 细胞是生命体的结构和生命活动的基本单位。 4. 英国学者Robert Hooke第一次观察到活细胞有机体。 5. 细胞学说、进化论、遗传学的基本定律被列为19世纪自然科学的“三大发现”。 四、填空题 ?细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科。?1838年，施莱登和施旺提出了细胞学说，认为细胞? ?是一切动植物的基本单位。 ?1858年德国病理学家魏尔肖提出一切细胞只能来自原来的细胞的观点，通常被认为是对细胞学说的一个重要补充。 第二章细胞的起源及进化 一、A型题 1. 由非细胞原始生命演化为细胞生物的转变中首先出现的是 A、细胞膜； B、细胞核； C、细胞器； D、核仁； E、内质网 2. 在分类学上，病毒属于 A、原核细胞 B、真核细胞 C、多种细胞生物 D、共生生物 E、非细胞结构生物 3. 目前发现的最小的细胞是 A、细菌 B、双线菌 C、支原体 D、绿藻 E、立克次氏体 4. 原核细胞和真核细胞都具有的细胞器是 A、中心体； B、线粒体； C、核糖体； D、高尔基复合体； E、溶酶体 5. 一个原核细胞的染色体含有 A、一条DNA并及RNA、组蛋白结合在一起； B、一条DNA及组蛋白结合在一起； C、一条DNA不及RNA、组蛋白结合在一起； D、一条以上裸露的DNA； E、一条以上裸露的DNA及RNA结合在一起 6. 关于真核细胞，下列哪项叙述有误 A、有真正的细胞核； B、体积一般比原核细胞大； C、有多条DNA分子并及组蛋白结合构成染色质； D、遗传信息的转录及翻译同时进行； E、膜性细胞器发达 7. 下面那种生物体属于真核细胞 A、酵母 B、蓝藻 C、病毒 D、类病毒 E、支原体 8. 下列哪种细胞属于原核生物 A、精子细胞 B、红细胞 C、细菌细胞 D、裂殖酵母 E、绿藻 9. 原核细胞的mRNA转录及蛋白质翻译 A、同时进行； B、均在细胞核中进行； C、分别在细胞核和细胞质中进行；
论文题目： 光电技术在生物医学中的应用——现状与发展 学院 专业名称 班级学号 学生 2013年12月19日
摘要： 简要介绍光电技术在生物医学应用中的发展概况，从基因表达与蛋白质——蛋白质相互作用研究方面，重点讨论了生物分子光子技术的特点与优势，阐明基于分子光学标记的光学成像技术是重要的实时在体监测手段，最后简要讨论了医学光学成像技术在组织功能成像和脑功能成像中的应用原理。 关键词：光电技术，医学诊断与治疗，分子光子学，医学成像
1.生物医学光子学发展简介 光电技术在生物医学中的应用实质上就是生物医学光子学的研究畴。生物医学光子学是近年来受到国际光学界和生物医学界广泛关注的研究热点。在国际上一般称为生物医学光子学或生物医学光学。 光子学以量子为单位，研究能量的产生、探测、传输与信息处理。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学，其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。研究容包括:光子医学与光子生物学，X-射线成像，MRI ，PET等。近年来，生物医学光子学在生物活检、光动力治疗、细胞结构与功能检测、对基因表达规律的在体观测等问题上取得了可喜研究成果，目前正在从宏观到微观多层面上对大脑活动与功能进行研究。美国《科学》杂志在最近儿年已发表相关论文近20篇。随着光子学技术的发展，生物医学光子学将在多层次上对研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象产生重要影响。 在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society)，简称IBOS。IBOS每年与国际光学工程学会(SPIE)联合举办学术会议。国外 学术交流方面，作为生物医学工程和光学工程领域重要国际会议的“生物医学光学国际学术研讨会”(International BiomedicalOptics Symposium，简称BIOS)每年在美国和欧洲各举办一次。在国，国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。在第六届学术会议上发表学术论文75篇，论文摘要27篇。 从光电技术(或光子技术)在生物医学中的应用现状可以看到，光子医学与光子生物学的研究和应用围是广泛而且深入的，并正在形成有特色的学科和产业。例如，由于生物超微弱发光与生物体的细胞分裂、细胞死亡、光合作用、生物氧化、解毒作用、肿瘤发生、细胞和细胞间的信息传递与功能调节等重要的生命过程有着密切的联系，基于生物超微弱发光的生物光子技术在肿瘤诊断、农业、环境监测、食品监测和药理研究等方面己经得到应用。 下面主要从生物分子光子技术和医学光学成像技术两个方面介绍当前的研究现状 与发展趋势。
《细胞生物学》名词解释 1.拟核：原核细胞仅由细胞膜包绕，在细胞质内含有DNA区域，但 无被膜包围，该区域称为拟核。 2.单位膜：电子显微镜下，生物膜呈“两暗一明”的铁轨样形态，称 为单位膜。 3.脂质体：膜脂都是两亲性分子，具有亲水的极性头部和疏水的非 极性尾部。当这些两亲性分子被水环境包围时，它们就聚集起来，使疏水的尾部埋在里面，亲水的头部露在外面与水接触，形成双分子层。为了避免双分子层两端疏水尾部与水接触，其游离端往往能自动闭合，形成自我封闭的脂质体。 4.主动运输：是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度，由 低浓度一侧向高浓度一侧进行的跨膜转运方式。 5.自由扩散：不需要跨膜运输蛋白协助，转运是由高浓度向低浓度 方向进行，所需的能量来自高浓度本身所包含的势能，不需要能量的一种跨膜转运方式。 6.易化扩散：一些非脂溶性（或亲水性）的物质不能通过简单扩散 的方式通过细胞膜，但它们在载体蛋白的介导下，不消耗细胞的代谢能量，顺物质浓度梯度或电化学梯度进行转运，称为易化扩散。 7.协同运输：是一类由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用， 间接消耗ATP所完成的主动运输方式。
8.內吞作用：又称胞吞作用或入胞作用，它是质膜内陷，包围细胞 外物质形成胞吞泡，脱离质膜进入细胞内的转运过程。分为，吞噬作用、吞饮作用及受体介导的内吞作用。 9.核孔复合体：核空上镶嵌有复杂的结构，它是由多个蛋白质颗粒 以特殊的方式排列成的蛋白分子复合物，称为核孔复合体。 10.核纤层：是附着于内核膜下的纤维蛋白网。它与中间纤维及核骨 架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系。 11.核定位信号：亲核蛋白是一类在细胞质中合成，需要或能够进入 细胞核发挥功能的蛋白质，通常它们是4~8个氨基酸组成的特殊序列来保证整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到核内，该序列称为核定位序列或核定位信号。 12.常染色质：是间期核内碱性染料染色时着色较浅，螺旋化程度低， 处于伸展状态的染色质细丝。 13.异染色质：间期核中处于凝缩状态，结构致密，无转录活性，用 碱性染料染色较深。分为，结构异染色质、兼性异染色质。 14.端粒：是染色体末端特化部位，由富含G的端粒DNA和蛋白质 构成。 15.基因组：指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有 染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需的全部遗传信息。 16.核型：是指一个体细胞的全部染色体在有丝分裂中期的表现，包 括染色体数目、大小的形态特征。
细胞生物学习题及答案 第一章 名词解释： 医学细胞生物学： 是指用细胞生物学的原理和方法研究人体细胞的结构、功能、生命活动规律及其疾病关系的科学。 细胞学说： 是指Schleiden和Schwann提出的：所有都生物体由细胞构成。细胞是生命体结构和功能的 简答题： 比较真核细胞与原核细胞的异同 原核细胞 细胞壁有，主要成分肽聚糖 细胞膜有 细胞器 核糖体70S（50S+30S） 染色体单个DNA组成（环状） 运动简单原纤维和鞭毛 有 转录在细胞核内 翻译在细胞质内 有丝分裂，减数分裂 分子量可达到上万或更多的 螺旋结构。其主要特点是：DNA分子的碱基均位于双链的内侧，通过氢键相连，且遵循碱基互补配对原则。 蛋白质二级结构： 在一级结构的基础上，通过氢键在氨基酸残基之间的对应点连接，使蛋白质结构发生曲折的结构。有三种类型：a螺旋结构：肽链以右手螺旋盘绕成空心的筒状构象。b折叠片层：一条肽链回折而成的平行排列构象。三股螺旋：是胶原的特有构象，由原胶原的三条多肽链共同铰接而成。 第五章1-5节
名词解释 单位膜：细胞膜在光镜下呈三层式结构，内外两层为密度高的暗线，中间层为密度低的亮线，这种“两暗一明”的结构为单位膜。 液态镶嵌模型： 1.细胞膜由流动的脂双层和镶嵌在其中的蛋白质构成。 2.磷脂分子脂双层以疏水的尾部相对，极性头部朝向两面组成的生物膜骨架。 3.蛋白质或镶嵌在脂双层的表面、或镶嵌在其中、或横跨脂双层，体现了蛋白质分布的不对称性。 该模型强调了膜的流动性和不对称性。 被动运输： 物质顺浓度梯度运输， 主动运输： 物质逆浓度梯度运输， 能量，分为离子泵、伴随运输（协同运输）。 易化扩散： 进出细胞， 通过膜囊 运输 具有选 Na-K ATP酶，具有载体和酶的活性。由a.b 两个大小亚单位组成，大的a亚单位为该酶的催化部分，其细胞质端有ATP和Na+的结合位点，外端有K+和乌本苷的结合位点，通过反复磷酸化和去磷酸化进行活动。该酶在Na+、K+、Mg2+同时存在的情况下才能被激活，催化水解A TP，为Na+、K+的对向运输提供能量。 简答题 1、简述细胞膜液态（流动）镶嵌模型的分子结构及特性。 细胞膜由流动的脂双层和镶嵌在其中的蛋白质构成。 蛋白质镶嵌在脂双层的表面、或镶嵌在其中、或横跨脂双层，具有分布的不对称性。 磷脂分子脂双层的疏水尾部相对，其极性头部朝向两面组成的生物膜骨架。
免疫学在生物学和医学发展中的作用 一、免疫学与医学 免疫学的发展及其向医学各学科的渗透，产生了许多免疫学分支学科和交叉学科，如免疫理学、免疫遗传学、免疫药理学、免疫毒理学、神经免疫学、肿瘤免疫学、移植免疫学、生殖免疫学、临床免疫学等。这些分支学科的研究极大地促进了现代生物学和医学的发展。免疫学的发展必将在恶性肿瘤的防治、器官移植、传染病的防治、免疫性疾病的防治、生殖的控制，以及延缓衰老等方面推动医学的进步。 二、免疫学与生物学 免疫系统对自己与非己的识别，以及对自己成分的免疫耐受和对非已成分的免疫应答，都涉及细胞间的信息传递、细胞内信号传导和能量转换等生命过程的基本特性。 免疫系统的功能受遗传控制。目前对机体各种生理功能的遗传控制还知之甚少。免疫遗传学的研究第一次揭开了机体生理功能系统的遗传控制机制。这对在基因水平研究机体的生理功能具有重要意义。 免疫细胞在发育成熟的过程中都伴随有膜表面标志的变化。在发育的任何阶段发生恶性变的免疫细胞，都具有其固有的、特定的膜标志。这些不同分化阶段的恶性肿瘤细胞是研究细胞恶性变机制的理想模型，对研究恶性肿瘤发生学具有重要意义。 MHC基因复合体的结构和功能研究、免疫球蛋白基因表达的等位排斥现象的研究、免疫球蛋白以及其他免疫分子基因的研究、对DNA结合蛋白调节细胞因子表达的研究等都大大地丰富了分子生物学的研究内容，促进了对真核细胞基因结构和表达调控的认识。免疫学技术的发展，为生命科学的研究提供了有力的手段。单抗的应用给生物科学的发展带来了突破性的变革；免疫组化技术与分子杂交技术的结合，使得对基因及其表达的研究可达到定量、定性、定位的程度。显然，免疫学在生物学的发展中具有重要作用。 三、免疫学与生物技术的发展 回顾免疫学的发展历史，可以清楚地看到，免疫学每一步重要进展都推动着生物技术的发展。上世纪末本世纪初，免疫学在抗感染方面的巨大成功，促进了生物制品产业的发展。人工主动免疫和被动免疫的应用，有力地控制了多种传染病的传播。在过去30年中，免疫学的巨大进展在更深的层次和更广阔的范围内，推动了生物高技术产业的发展。用细胞工程产生的单克隆抗体，用基因工程产生的细胞因子为临床医学提供了一大类具有免疫调节作用的新型药物。这些新型药物主要着重于调节机体的免疫功能，则副作用较少，因而在多种疾病的治疗上具有传统药物所不可替代的作用。目前以免疫细胞因子和单克隆抗体为主要产品的生物高技术产业，已成为具有巨大市场潜力的新兴产业部门。
微生物制药技术 工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。 微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物
合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容： 第一方面菌种的获得 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 分离思路新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。
细胞生物学试题题库第五部分 简答题 1. 根据光镜与电镜的特点，观察下列结构采用那种显微镜最好？如果用光镜（暗视野、相差、免疫荧显微镜） 那种最有效？为什么？ 2. 细胞是生命活动的基本单位，而病毒是非细胞形态的生命体，如何理解二者之间的关系？ 3. 为什么说支原体是最小、最简单的细胞？ 4. 原核细胞与真核细胞差别是后者有细胞器，细胞器结构的出现有什么优点？（至少2点） 5. 简述动物细胞与植物细胞之间的主要区别。 6. 简述动物细胞、植物细胞、原生动物应付低渗膨胀的主要方式？ 7. 简述单克隆抗体的主要技术路线。 8. 简述钠钾泵的工作原理及其生物学意义。 9. 受体的主要类型。 10. 细胞的信号传递是高度复杂的可调控过程，请简述其基本特征。 11. 简述胞饮作用和吞噬作用的主要区别。 12. 细胞通过分泌化学信号进行通讯主要有哪几种方式？ 13. 简要说明G蛋白偶联受体介导的信号通路的主要特点。 14. 信号肽假说的主要内容。 15. 简述含信号肽的蛋白在细胞质合成后到内质网的主要过程。 16. 简述蛋白质糖基化修饰中N－连接与O－连接之间的主要区别。 17. 溶酶体膜有何特点与其自身相适应？ 18. 简述A.TP合成酶的作用机制。 19. 化学渗透假说的主要内容。 20. 内共生学说的主要内容。 21. 线粒体与叶绿体基本结构上的异同点。 22. 细胞周期中核被膜的崩解和装配过程。 23. 核孔复合体的结构模型。 24. 染色质的多级螺线管模型。 25. 染色体的放射环模型。 26. 细胞内以多聚核糖体的形式合成蛋白质，其生物学意义是什么？ 27. 肌肉收缩的机制。 28. 纤毛的运动机制。 29. 中心体周期。 30. 简述C.D.K1（MPF）激酶的活化过程。 31. 泛素化途径对周期蛋白的降解过程。 32. 人基因组大约能编码5万个基因，而淋巴细胞却能产生约107－109个不同抗体分子，为什么？ 33. 细胞学说的主要内容。 34. 溶酶体膜有何与其自身功能相适应的特点？ 35. 何为信号肽假说的？ 36. 核孔复合体的结构模型。 37. 胞饮作用和吞噬作用的区别。 38. 为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？ 39. 简述核被膜的主要功能 40. 简述减数分裂的意义
医学生物学知识点
医学生物学知识点 第一章生命的特征与起源 1.生命的基本特征★★★(9条 p7-p9) ①生命是以核酸与蛋白质为主导的自然物质体系 ②生命是以细胞为基本单位的功能结构体系 ③生命是以新陈代谢为基本运动形式的自我更新体系 ④生命是以精密的信号转导通路网络维持的自主调节体系 ⑤生命是以生长发育为表现形式的“质”“量”转换体系 ⑥生命是通过生殖繁衍实现的物质能量守恒体系 ⑦生命是以遗传变异规律为枢纽的综合决定体系 ⑧生命是具有高度时空顺序性的物质运动演化体系 ⑨生命是与自然环境的协同共存体系 第二章生命的基本单位-细胞 1.细胞的发现(时间、人物)（P10） 1665年，英国物理科学家胡克。 2.细胞学说的基本内容(4条)p13 ①一切生物都是由细胞组成的 ②所有细胞都具有共同的基本结构 ③生物体通过细胞活动反映其生命特征 ④细胞来自原有细胞的分裂
3.细胞的基本定义(4条)p14 ①细胞是构成生物有机体的基本结构单位。一切有机体均由细胞构成（病毒为非细胞形态的生命体除外）； ②细胞是代谢与功能的基本单位。在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很强的独立代谢体系； ③细胞是生物有机体生长发育的基本单位。生物有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。绝大多数多细胞生物的个体最初都是由一个细胞——受精卵，经过一系列过程发育而来的; ④细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性。人体内各种不同类型的细胞，所含的遗传信息都是相同的，都是由一个受精卵发育来的，他们之所以表现功能不同是有于基因选择性开放和表达的结果。 4.细胞体积守恒定律(p14) 器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种关系有人称为“细胞体积守恒定律”。 5.细胞的主要共性(3条) ①所有细胞都具有选择透性的膜结构 ②细胞都具有遗传物质 ③细胞都具有核糖体 6.真核细胞和原核细胞的主要区别★★★(表2-1)
医学细胞生物学名词解释重点 医学细胞生物学名词解释 1. 细胞( cell )是组成包括人类在内的所有生物体的基本单位，这一基本单位的含义即包括结构上的，也包括功能上的。 2. 细胞生物学( cell biology )是在细胞水平上研究生物体的生长、运动、遗传、变异、分化、衰老、死亡等生命现象的学科。 3. 医学细胞生物学( medical cell biology )以人体或医学为对象的细胞生物学研究或学科。 4. 原核细胞( prokaryotic cell )是组成原核生物的细胞，这类细胞主要特征是细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜，且遗传信息量小，因此进化地位较低。 5. 真核细胞( eukaryotic cell )指含有真核(被核膜包围的核)的细胞，主要特征是有细胞膜、发达的内膜系统和细胞骨架体系。 6. 生物大分子( biological macromolecules )也称多聚体，由许多小分子单体通过共价键连接而成，相对分子质量比较大，包括蛋白质、核酸和多糖等。 7. 多肽链( polypeptide chain )多个氨基酸通过肽键组成的肽称为多肽链。 8. 细胞蛋白质组( proteome )将细胞内基因活动和表达后所产生的全部蛋白质作为一个整体，研究在个体发育的不同阶段，在正常或异常情况下，某种细胞内所有蛋白质的种类、数量、结构和功能状态，从而阐明基因的功能。 9. 拟核( nucleoid )原核细胞没有核膜包被的细胞核，也没有核仁，DNA 位于细胞中央 的核区就称为拟核。 10. 质粒( plasmid )很多细菌除了基因组DNA 外，还有一些小的双链环形DNA 分子，称为质粒。 11. 细胞膜( cell membrane )又称质膜，是指围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类所组成的生物膜。 12. 生物膜(biological membrane) 人们把生物膜和细胞内各种模性结构统称为生物膜。 13. 单位膜(unit membrane) 生物膜在电镜下呈现出较为一致的3 层结构，即电子致密度高的内、外两层之间夹着电子密度较低的中间层。 14. 脂质体(liposome) 脂质体是脂质分子在水相中形成的一种自我封闭的稳定的脂质双层膜。 15. 细胞外被(cell coat) 细胞外被即为细胞膜中糖蛋白和糖脂伸出细胞外表面分支或不分支的寡糖链，其蛋白质和脂质部分参加了细胞膜本身的构造。 16. 细胞表面(cell surface) 细胞膜、细胞外被、细胞内面的胞质溶胶、各种细胞连接结构和细胞膜的一些特化结构统称为细胞表面。 17. 内膜系统( endomembrane system )指真核细胞内在结构、功能及发生上有一定联系的有膜构成的细胞器。 18. 初级溶酶体( primary lysosome )只含水解酶而没有底物的溶酶体称为初级溶酶体。 19. 次级溶酶体( secondary lysosome )初级溶酶体与底物结合后的溶酶体称为次级溶酶体。 20. 残质体( residue body )吞噬溶酶体到达终末阶段，水解酶活性下降，还残留一些未被消化和分解的物质，形成在电镜下电子密度高、色调较深的残余物，这时的溶酶体称为残质体。 21. 类核体 (nucleoid )有的过氧化物酶体中央含有电子密度高、呈规则形的结晶状结构，称类核体，实质是尿酸氧化酶的结晶。 22. 微粒体( microsome )利用蔗糖密度梯度离心法得到的由内质网碎片组成的封闭小泡。 23. 线粒体( mitochondrion )是细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所，被称为能量 转换器，细胞生命活动所需能量的80 %由线粒体提供，所以线粒体被比喻为细胞的动力工厂”。 24. 基粒( elementary particle )又称ATP 合酶复合体，是产生ATP 的部位，形态上分为三部分：
《医用细胞生物学》期末复习 ?绪论（P1—3） 什么是细胞生物学？细胞生物学研究的任务？ 1.细胞生物学是把细胞形态和功能相结合，以整体和动态的观点，把细胞的显微水平，亚 显微水平和分子水平有机结合，研究细胞的基本生命活动。细胞生物学是一门从细胞、亚细胞及分子水平研究细胞生命活动的基础学科。 2.细胞生物学的研究内容：①细胞的形态结构和化学组成；②细胞和细胞器的功能；③细 胞的增殖和分化；④细胞的衰老和死亡。 细胞是谁发现的？细胞学说的内容？ 1.英国物理学家Hooke（胡克）首先描述了细胞壁构成的小室，成为“cell” 荷兰科学家Leeuwenhoek（列文虎克）用较高倍放大镜发现了精子，红细胞，肌细胞等2.“一切生物，从单细胞生物到高等动、植物是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功 能活动的基本单位”。——细胞学说 ?细胞生物学的研究方法（P6—9） 什么是分辨率？光学显微镜和电子显微镜的分辨率分别是多少？ 1.分辨率是指区分开两个质点间的最小距离。 2.肉眼的分辨率为0.2mm；光学显微镜的分辨率是0.2μm，而电子显微镜的最大分辨率可 达1.14nm。 普通光学显微镜的主要组成结构？ 光学显微镜的组成主要分为三部分：①光学放大系统，为两组玻璃透镜：目镜和物镜；②照明系统：光源、折光镜和聚光镜，有时另加各种滤光片以控制光的波长范围；③机械和支架系统（镜筒、镜柱、镜座、物镜转换器、调焦装置），主要是保证光学系统的准确配置和灵活控制。 常见的光学显微镜的种类？ ①普通光学显微镜；②荧光显微镜；③相差显微镜；④微分干涉显微镜；⑤激光扫描共焦显微镜。 ?细胞的起源与进化（P32） 原核细胞和真核细胞在结构特征上的主要区别？ 见附表。 ?细胞的分子基础（P41—52） 核酸的基本组成单位？单核苷酸之间的连接方式？ 1.核酸的基本组成单位是核苷酸，每个核苷酸分子由一个戊糖（核糖或脱氧核糖）、一个
现代生物学与医学 医学院邵逸夫医院 黄悦 [摘 要] 本文回顾了生物学和医学发展的历程，展望了现代医学所面临的机遇与挑战。现代生物学技术极大地促进了医学的发展，现代生物学技术使现 代医学获得了前所未有的发展机遇，同时也正遭遇着严峻挑战。 [关键词] 生物学技术， 医学， 现代生物学，正以迅猛的速度向前发展着，其影响之广泛，意义之深远，是以往任何科学技术所不可比拟的。随着现代生物学技术在医学领域的渗透，各种强有力研究手段的运用，现代医学正面临着前所未有的机遇与挑战。人类社会经历了200多万年的漫长历史，已经发展到了高度文明的阶段。伴随着古代科学技术的萌芽，产生过巴比伦、中国、印度和希腊的古代文明；从文艺复兴到19世纪，近代科学技术使得欧洲成了近代世界文明的中心；而现代生物学技术的发展使我们正处在现代生物学革命时代。 一、医学的历史发展与生物学技术发展相一致 医学是人类长期同疾病作斗争的实践经验的总结。有了人类，就有了医疗活动。医学的发展，经历了原始医学、经验医学、实验医学和现代医学几个阶段，每一个阶段医学的特点和发展水平，都是同当时社会的科学技术发展水平相一致的。 在原始社会，人们在生产实践中逐渐懂得了一些医学卫生知识，这是医学的萌芽，还谈不上科学形态的医学。到了奴隶社会，由于脑力劳动和体力劳动的分离，才有可能出现专门从事医疗工作的医生，产生了医学。古代埃及、巴比伦、中国和印度等人类文化的摇篮中，产生了经验医学。这也是与当时低水平的生物学发展相一致的。随着生物学的进一步发展，自16世纪开始了建立在实验基础上的近代实验医学时代。16、17世纪的主要成就在于基础医为。到18、19世纪，医学的重点已经转移到了临床医学。经过300多年，人们借助于近代科学技术，在细胞水平上，对人体的结构和功能，对疾病的症状和机制，进行了深入的研究，积累了大量的临床实践经验，极大地拓展了医学的领域。 进入20世纪以来，由于生物学技术的渗透，各种强有力的研究手段的运用，
线粒体： 1.呼吸链（电子传递链）Respiratory chain一系列能够可逆地接受和释放H+和e-的化学物质所组成的酶体系在线粒体内膜上有序地排列成互相关联的链状。 2.化学渗透假说（氧化磷酸化偶联机制）：线粒体内膜上的呼吸链起质子泵的作用，利用高能电子传递过程中释放的能量将H+泵出内膜外，造成内膜内外的一个H+梯度（严格地讲是离子的电化学梯度），A TP合酶再利用这个电化学梯度来合成A TP。 3.电子载体:在电子传递过程中与释放的电子结合并将电子传递下去的物质称为电子载体。参与传递的电子载体有四种∶黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和辅酶Q，在这四类电子载体中，除了辅酶Q以外，接受和提供电子的氧化还原中心都是与蛋白相连的辅基。 4.阈值效应：突变所产生的效应取决于该细胞中野生型和突变型线粒体DNA的比例，只有突变型DNA达到一定数量（阈值）才足以引起细胞的功能障碍，这种现象称为阈值效应。 5.导向序列：将游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号称为导向信号，或导向序列，由于这一段序列是氨基酸组成的肽，所以又称为转运肽。 6.信号序列：将膜结合核糖体上合成的蛋白质的N-端的序列称为信号序列，将组成该序列的肽称为信号肽。 7.共翻译转运：膜结合核糖体上合成的蛋白质通过定位信号，一边翻译，一边进入内质网，由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的，故称为共翻译转运。 8.蛋白质分选：在膜结合核糖体上合成的蛋白质通过信号肽，经过连续的膜系统转运分选才能到达最终的目的地，这一过程又称为蛋白质分选。 核糖体： 1.原核生物mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence) 。 2.核酶：将具有酶功能的RNA称为核酶。 3.N-端规则(N-end rule): 每一种蛋白质都有寿命特征，称为半衰期(half-life)。研究发现多肽链N-端特异的氨基酸与半衰期相关，称为N-端规则。 4.泛素介导途径：蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,故称为泛素降解途径。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。 细胞核： 1.核内膜：有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体），膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，即核纤层（nuclear lamina），可支持核膜。 核外膜：靠向细胞质的一层，是内质网的一部分，胞质面附有核糖体 核周隙：内、外膜之间有宽20~40nm的腔隙，与粗面内质网腔相通 核孔复合体：内、外膜融合处，物质运输的通道 核纤层：内核膜内表面的纤维网络，支持核膜，并与染色质、核骨架相连。 2.核孔复合体：是细胞核内外膜融合形成的小孔，直径约为70 nm，是细胞核与细胞质间物质交换的通道。 3.核孔蛋白：参与构成核孔的蛋白质，可能在经核孔的主动运输中发挥作用。 核运输受体：参与物质通过核孔的主动运输。 核周蛋白: 是一类与核孔选择性运输有关的蛋白家族，相当于受体蛋白。 5.输入蛋白：核定位信号的受体蛋白, 存在于胞质溶胶中, 可与核定位信号结合, 帮助核蛋白进入细胞核。 输出蛋白：存在于细胞核中识别并与输出信号结合的蛋白质, 帮助核内物质通过核孔复合
《医学细胞生物学》期末考试试卷附答案 一、单选（共25小题，每小题2分，共50分） 1.生命活动的基本结构单位和功能单位是（） A.细胞核 B.细胞膜 C.细胞器 D.细胞质 E.细胞 2．DNA双螺旋模型是美国人J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick哪一年提出的（） A.1951 B.1952 C.1953 D.1954 E.1955 3.下列有关原核细胞和真核细胞的叙述，哪项有误（） A. 原核细胞有细胞壁，真核细胞没有 B. 原核细胞无完整细胞核，真核细胞有 C. 原核细胞和真核细胞均有核糖体 D. 原核细胞无细胞骨架，真核细胞有 E. 原核细胞无内膜系统，真核细胞有 4. 下列有关原核细胞的描述那项有误（） A. 原核细胞无内膜系统 B. 原核细胞无细胞骨架 C. 原核细胞无核糖体 D. 原核细胞无细胞核 E. 原核细胞有单条染色体 5. 以下有关蛋白质的描述，哪项不正确（） A. 蛋白质是生命的物质基础 B. 蛋白质的一级结构是指特异的氨基酸排列顺序 C. 蛋白质的二级结构主要有两种形式 D. 蛋白质的空间结构是指蛋白质的三、四级结构 E. 按不同功能，蛋白质可分为结构蛋白和调节蛋白 6．蛋白质结构的基本单位是（） A.脂肪酸 B.戊糖 C.核苷酸 D.磷酸 E.氨基酸 7. 跨膜蛋白属于（） A. 整合蛋白（integral protein） B. 外周蛋白（peripheral protein） C. 脂锚定蛋白（lipid-anchored protein） D. 整合蛋白或外周蛋白 E. 运输蛋白 8.下列哪种结构不是单位膜（） A. 细胞膜 B.内质网膜 C.糖被 D.核膜外层 E.线粒体外膜 9．下列哪种物种不是第二信号（） A、cAMP B、cGMP C、AC D、NO E、Ca2+ 10．受体的化学成分及存在部位分别是：（） A、多为糖蛋白，细胞膜或细胞核内 B、多为糖蛋白、细胞膜或细胞质内 C、多为糖蛋白，只存在于细胞质中 D、多为糖蛋白，只存在于细胞膜上 E、多为糖蛋白，只存在于核内 11. 矽肺与哪一种细胞器有关（）
医学生物学复习思考题 1 生物学的概念 生物学是研究生命现象的本质，并探讨生命发生，发展规律的一种生命科学。 2 生命的基本特征 核酸、蛋白质：生命大分子——共同的物质基础； 细胞——相似的生物结构和功能的基本单位； 新陈代谢——高度一致的生命基本运动形式； 信息传递——维持机体生命活动的统一机制； 生长和发育——生物体由量变到质变的表现形式； 生殖——生命现象无限延续的根本途径； 遗传和变异——决定和影响生命现象的中枢； 进化——生命活动的全部历史； 生物与环境的统一——生命自然界的基本法则。 3 生物大分子的概念；蛋白质和核酸的基本组成单位。 生物大分子包括蛋白质和核酸等，它们分子结构复杂，分子量大，分子中载有生命活动的信息，是在生命有机体中担负各种各样生理功能的有机化合物。生命大分子是一切生命有机体形态结构和生理功能最重要的物质基础。蛋白质：由许多氨基酸脱水缩合而成的大分子多聚体。 4 核酸的种类分布和分子组成。 核酸：核酸是由许多核苷酸构成的多聚体。 核苷酸：由磷酸、戊糖和含氮碱基构成。 核酸主要包括核糖核酸和脱氧核糖核酸。核糖核酸主要分布于细胞质和少量细胞核内；脱氧核糖核酸主要分布在细胞核和线粒体。 5 DNA、RNA的结构和功能。 DNA 结构分为一级结构和二级结构： 一级结构：脱氧核苷酸由3’-5’磷酸二酯键结合成多核苷酸； 二级结构：DNA 双螺旋结构。 DNA 分子能够指导细胞中蛋白质合成，进而控制细胞中蛋白质的合成、组成和各种代谢反应的完成。DNA具有自我复制能力，从而逐代传递遗传信息。RNA：不同核糖核酸由3’-5’磷酸二酯键连接；多呈链状，某些通过单键自身回折形成假 DNA 由两条走向相反的互补核苷酸链构成，两条链均按同一中心轴呈右手螺旋，两链依靠彼此的碱基在双螺旋内侧形成氢键连接。 碱基互补配对原则：A—T（2 个氢键），G—C（3个氢键）。
第二章细胞的基本概念和分子基础 1.蛋白质是生命活动的体现者。 2.蛋白质的一级结构：多肽链中的氨基酸的种类，数目，排列顺序形成的线性结构。主键为肽键。 3.翻白眼的二级结构：在一级结构的基础上多肽链中主碳原子的局部空间排列，即构象。有α—螺旋和β-折叠。主键为氢键。 4.蛋白质的三级结构：多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲和折叠形成具有一定规律的结构。主键为氢键，离子键，疏水键。 5.蛋白质的四级结构：具有两条或者两条以上的独立三级结构的多肽链间通过次级键相互结合形成的空间结构。主键为次级键。 6.核酸有两大类：核糖核酸和脱氧核糖核酸。 7.核酸的基本组成单位是核苷酸，一个核苷酸分子由磷酸，戊糖和碱基三部分组成。 8.脱氧核糖核苷酸的双螺旋结构：①两条反向平行的脱氧核苷酸链围绕同一中心轴以右手方向盘绕成螺旋结构。②两条脱氧核苷酸链之间的碱基严格遵守碱基互补配对原则。③脱氧核苷酸链中的磷酸和脱氧核糖排列在两条链的外侧，碱基排列在内侧。④双螺旋结构的直径为2.0nm螺距为3.4nm相邻碱基对之间的距离0.34nm。 9.DNA的主要功能是遗传，表达，进化。10.原核细胞和真核细胞最主要的区别是：真核细胞有核膜包围的细胞核，而原核一般没有。11.原核细胞内没有细胞骨架体系。12.真核细胞与原核细胞的区别 。 第三章细胞膜 1.人们把细胞膜和细胞内膜统称为生物膜。 2.细胞膜的化学成分主要有脂类，蛋白质和糖类。 3.细胞膜上的脂类称为膜脂，主要有磷脂，胆固醇和糖脂构成。其中以磷脂的含量最高。并且这三种物质均具有双亲性。 4.膜蛋白分为外在蛋白和内在蛋白。其中外在蛋白约占20％-30％并且与膜的结合力较弱；内在蛋白约占70％-80％，与膜的结合机较强。 5.流动镶嵌模型：①以膜脂双分子层构成膜的基本骨架。②蛋白质分子以不同程度镶嵌于脂质双分子层③膜的内外两侧具有不对称性。④膜具有流动性。 6.细胞膜具有两个明显的特征：不对称性和流动性。 7.不对称性包括①膜脂的不对称性②膜蛋白的不对称性③膜糖类的不对称性 8.细胞膜的流动性包括膜脂的流动性和膜蛋白的流动性 9.膜脂的流动性包括①侧向移动②旋转运动③左右摆动④翻转运动10.膜蛋白的流动性包括①旋转运动②侧向运动。11.影响膜流动性的因素：①胆固醇的含量越高，流动性越慢，反之则越快②脂肪酸链越短，流动性越快；越长，流动性越慢。并且饱和的脂肪酸链流动性降低，不饱和的脂
－学年第一学期医学细胞生物学期末试题Ｂ卷 (级临床医学\基础医学\法医\预防医学\留学生) 姓名专业学号成绩 *所有试题请答在答卷上，答在试卷上无效 一、型选择题(以下每题只有一个正确答案,请将答案填写在答卷纸上) 每题分,共分 一、型题 、一分子碱基和一分子戊糖和一分子磷酸组成一分子 ． ． ． ． ． 、两条互补的链能形成双链结构是依靠 ．肽键 ．氢键 ．二硫键 ．疏水键 ．盐键 、油镜使用的油为 ．汽油 ．煤油 ．石蜡油 ．松节油 ．香柏油 、培养原代细胞时，下列哪项是正确的： ．组织块剪下后要用酒精清洗以防细菌污染 ．吸管取用培养液后要再次过火以防污染 ．全部过程可以只使用一根吸管以简化操作 ．剪刀使用时放在火焰上方“过火”时间不能太长，以防金属退火 ．组织块移入培养瓶后要立刻浸入培养液中以防细胞因缺乏营养而死亡、实验中分离细胞核所用的是 ．超速离心法 ．密度梯度离心法 ．差速离心法 ．密度梯度平衡离心法 ．浮集法 、两个或两个以上细胞合并形成一个细胞的过程叫 ．细胞融合
．细胞吞噬 ．细胞识别 ．细胞分化 、实验中显示微丝的染料是： ．台盼蓝 ．考马斯亮兰 ．伊红 ．染液 ．甲基绿 、在电镜下观察生物膜结构可见 ．三层深色致密层 ．三层浅色疏松层 ．两层深色致密层和中间一层浅色疏松层．两层浅色疏松层和中间一层深色致密层．上面两层浅色疏松层和下面一层深色致密层、决定血型抗原的化学成分是 ．蛋白质 ．寡糖链 ．核苷酸 ．胆固醇 ．磷脂 、肌细胞中钙离子的释放与下列哪种结构有关． ． ． ． ． 、高尔基复合体的小泡来自于 ．高尔基复合体反侧 ．内质网 ．细胞核 ．高尔基复合体顺侧 ．细胞膜 、下列细胞器中由两层单位膜围成的是 ．高尔基复合体 ．溶酶体 ．线粒体 ．微体 ．以上都不是 、溶酶体不具有的功能是 ．细胞外物质的消化 ．细胞内物质的消化 ．细胞的免疫
第一章生物医学信号概述 第一节学习生物医学信号处理的理由生物医学工程是一个应用性的研究领域，生物医学信号处理自然应该成为该专业的主干课程之一，使学生掌握处理信号和系统的方法。 信号处理的含义比纯粹的数学运算更深更广。生物医学信号处理以严谨的组织行为方式为分析和概念化物理行为提供了一个基础框架，不管这种行为是一个电子控制系统的输出还是一次种植与周围组织的反应。 对信号/系统进行计算能够获得较精确的分析结果，但对分析过程的理解（定性的）也十分重要。例如，一名学生建议用小波来检测心电图信号中的异常，则他/她必须理解小波变换的数学概念。另一名具有神经生理学兴趣的学生希望研究全身振动对视觉功能的影响，则他/她需要理解共振的概念（即使他/她已经忘记了量化这种现象的二阶差分方程）。类似地，一名要研究心率的神经中枢控制的学生，不管他/她用哪种方法来描述心率，都需要理解记忆或相关的概念以及在能量记录中瞬时变化的原因。简言之，作为一名生物医学工程师应该掌握信号处理的定性描述并具备应用定量分析方法解决生物医学问题的技能。通过学习《生物医学信号处理》课程，学生可以达到上述要求。 更具体地说，生物医学信号处理将教给学生两种主要技能：（1）为了提取原始的生物医学信息，获取和处理生物医学信号的技能；（2）解释处理结果性质的技能。为此，《生物医学信号处理》课程应该包含以下四个重要内容： （1）测量生物医学信号，即量化和校正测量仪器对待测信号的影响。 （2）操作（即滤波）生物医学信号，即识别和分离信号中的有用成份和无用成份。 （3）定量描述生物医学信号，即揭示产生生物医学信号的本质，根据第二步得出的结果预测信号未来的行为。 （4）探测生物医学信号源，即描述一个生物医学物理系统的输入与输出信号之间内在联系。 大多数信号处理教材都很强调计算和算法。对于生物医学工程专业的学生来说，如果在生物医学信号处理课程中仍选用大量信号处理的内容，则可能是熟悉知识的枯糙重复。本教材的宗旨是通过许多具体生物医学信号处理实例，将真实世界与理论研究联系起来，并指导学生如何应用一项理论去解决一个具体的生物医学问题。 第二节信号及其类型 信息是一个过程产生的能量的测量，而信号则是信息的一种表达形式。来自于真实世界的信号各不相同，但大致可分为四种类型：（1）确定性信号；（2）随机信号；（3）分形信号；（4）混沌信号，如图1-1（a）、（b）、（c）和（d）分别是四种类型信号的一个例子。 确定性信号在教材中常作为例子给出，是学生最熟悉的一类信号，但这类信号在真实世界中则较少出现。所谓确定性信号是指在已知足够过去值的条件下，能够准确预测该信号未来值的一类信号。例如，正弦波信号A Sinωt。换句话说，只要能够用数学封闭表达式来表达的一类信号就是确定的信号。 既使信号的全部过去值已知，也不能准确预测其未来值的一类信号称为随机信号。随机信号