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生物医学工程《688基础医学综合之细胞生物学》考

一、细胞生物学概述

(1)细胞生物学作为一门研究生命现象最基本单位的学科，是生物科学的重要分支。在细胞层面，我们可以观察到生命活动的所有基本特征，如生长、分裂、代谢、遗传等。近年来，随着分子生物学、遗传学、生物化学等学科的快速发展，细胞生物学的研究方法和技术也日新月异。例如，荧光显微镜技术能够实时观察细胞内分子的动态变化，而基因编辑技术如CRISPR/Cas9则使我们对细胞内基因的精确操控成为可能。

(2)细胞是生命的基本单位，其结构复杂且功能多样。细胞主要由细胞膜、细胞质、细胞核等部分组成。细胞膜作为细胞的边界，具有选择性通透性，能够调控物质进出细胞。细胞质是细胞内除细胞核以外的所有细胞结构的总称，包括细胞器、细胞骨架和细胞质基质等。细胞核则是细胞的控制中心，含有遗传物质DNA，负责细胞的遗传信息的存储和传递。以哺乳动物细胞为例，其直径大约为10-30微米，细胞核的直径约为1-2微米。

(3)细胞生物学的研究对于理解生命现象、治疗疾病具有重要意义。例如，细胞凋亡是细胞编程性死亡的过程，对于维持生物体内细胞数量的平衡和清除异常细胞具有重要作用。研究发现，细胞凋亡在多种疾病的发生、发展中扮演着关键角色，如癌症、自身免疫性疾病等。通过研究细胞凋亡的分子机制，有助于开发针对这些疾病的治疗方法。此外，细胞信号传导是细胞与外界环境相互作用的重要途径，涉及到生长、分化、凋亡等多个生物学过程。研究细胞信号传导的异常与多种疾病的发生密切相关，如心血管疾病、神经系统疾病等。通过对细胞信号传导的研究，有助于揭示疾病的发生机制，为疾病的治疗提供新的思路。

二、细胞结构

(1)细胞膜是细胞最外层的结构，由磷脂双分子层和蛋白质组成，具有选择性通透性。磷脂分子由亲水头部和疏水尾部构成，在水中形成双层结构，头部朝向水相，尾部朝向内部。细胞膜中的蛋白质分为内嵌蛋白和表面蛋白，内嵌蛋白嵌入磷脂双分子层，表面蛋白则位于膜表面。细胞膜的面积在静息状态下约为150平方微米，而在细胞分裂时，细胞膜的面积可以增加一倍以上。例如，哺乳动物的红细胞细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成，其中磷脂占细胞膜的50%，蛋白质占40%，其余为糖类。

(2)细胞骨架是维持细胞形态、提供细胞运动和物质运输等功能的网络结构。细胞骨架主要由微管、微丝和中间纤维组成。微管是由13个蛋白质亚基组成的异源二聚体，直径约为25纳米，具有动态组装和解聚的特性。微丝主要由肌动蛋白组成，直径约为7纳米，在细胞内负责细胞形态的维持和细胞分裂。中间纤维是一种直径约为10纳米的蛋白质纤维，具有抗拉伸和抗压缩的特性。细胞骨架的长度和结构在不同细胞类型和不同生理状态下有所不同。例如，神经细胞的细胞骨架具有高度的组织性，而肌肉细胞的细胞骨架则具有很强的收缩能力。

(3)细胞器是细胞内执行特定功能的结构，包括线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体等。线粒体是细胞的能量工厂，通过氧化磷酸化产生ATP，为细胞提供能量。线粒体的直径约为1-2微米，含有自己的DNA和RNA。内质网分为粗面内质网和滑面内质网，粗面内质网负责蛋白质的合成和修饰，滑面内质网则参与脂质代谢。高尔基体负责蛋白质和脂质的修饰、分选和运输。溶酶体含有多种水解酶，能够分解细胞内的废弃物和外来物质。核糖体是蛋白质合成的场所，由rRNA和蛋白质组成。细胞器的结构和功能对于维持细胞内环境稳定和生命活动至关重要。例如，在癌细胞中，线粒体的结构和功能可能发生改变，导致能量代谢异常。

三、细胞功能

(1)细胞功能是生命活动的基础，涵盖了细胞的生长、分裂、代谢、遗传、信号传导等多个方面。细胞通过复杂的生物化学反应和分子机制，实现这些功能以维持生命活动。细胞生长是指细胞体积的增加和细胞器的增多，这是细胞分裂和生物体发育的基础。在细胞生长过程中，细胞需要合成新的蛋白质、核酸和脂质等生物大分子，以满足细胞结构和功能的需要。细胞分裂是细胞生命周期中的重要环节，通过有丝分裂和无丝分裂等方式，细胞能够产生新的细胞，保证生物体的生长和修复。例如，人体每天约有10亿个细胞死亡，同时也有10亿个新细胞产生。

(2)细胞代谢是细胞进行能量转换和物质合成、分解的过程。细胞代谢包括合成代谢和分解代谢两个过程。合成代谢是指细胞利用小分子前体合成大分子物质，如蛋白质、核酸和多糖等。分解代谢是指细胞将大分子物质分解为小分子物质，释放能量，以满足细胞活动所需的能量。细胞代谢过程高度有序，通过一系列酶催化反应完成。例如，糖酵解是细胞在缺氧条件下产生ATP的重要途径，它将葡萄糖分解为丙酮酸，同时产生少量的ATP和NADH。此外，三羧酸循环和氧化磷酸化是细胞在有氧条件下产生大量ATP的主要途径。

(3)细胞遗传是细胞内基因的复制、