 第五章 生命基本 记得我在上中学时就对生物学特别着迷，当时书上都把细胞形容成一只“装满原生质的口袋”(bagof protoplasm)。在过去十年间，人类对细胞活动有更深刻认识。比如，我们现在知道其实没有原生质这种物质，细胞也不是一个静止而被动的“口袋”。我们体内每一个活细胞都自成一体，组成动态而神奇的世界。不管它如何变化，状态却出奇地稳定；不管它如何更新换代，却永远遵循着跟生命一样古老的化学和电子原理。对我而言，细胞是一个隐藏的奇迹。 细胞和人体健康 我们体内各种细胞的变化，决定了我们的健康状况。人生病，就是细胞受到病菌攻击；要恢复健康就必须由此着手治疗。细胞健康与否，取决于细胞内部数以万计的分子的功能运转以及它所制造的、维护的和世代相传的每一个微小结构的稳定性。人体就像一个社会，由各种器官和纤维组织组成，它们各司其职，共同维护整个机体的正常功能。神经系统像电话公司，专门负责传送资讯。消化系统向器官和纤维组织输送原料和燃料，然后由器官和纤维组织制造蛋白质，燃烧燃料，为身体的活动提供动力。如果任何一个器官功能减弱，整个机体的功能也会随之紊乱和衰退。 人体内有近百万亿个细胞，每个细胞自成体系，由大量功能各异的独立结构“细胞器官”(organelles)组成。正如身体器官要对身体健康负责一样，每个细胞器官也必须在不同情况下维持细胞正常功能。细胞器官的组织排列使植物、动物跟更大更复杂的人体一样拥有专门的细胞和纤维组织。如果再往下细分，通过比细胞器官更小的单位分子来看，我们会发现细胞要做的事可真不少。正常情况下，在这个仅有十分一毫米空间里会生产出两万种不同蛋白质。每合成一种蛋白质至少需要六个工序-也就是说，每一瞬间都会发生成千上万次化学反应-同时，每一种物质都必须在适当时候，以适当形式和适当数量被输送到适当地方。 糖分解产生能量供应这些化学反应需要。另外，细胞会反复自我复塑；油脂和蛋白质通过代谢转化、进入细胞膜；碳水化合物转化成肝糖(即淀粉)被储存起来。正如自然界很多物质一样，细胞中大部份物质也会循环再生，被反复使用，特别是矿物质。 每一天，人体内有70%的分子被“清倒”-经过分解重新组成新的结构。也就是说，人体内大部份的分子每两周就被清倒一次！这种稳定的物质交换保证人体具有足够的灵活性，能够适应不断变化的外部环境。那么，保持健康的关键就是保证这些活动的持续稳定性，即为细胞的修复和再生提供最佳的营养。 细胞是一个充满奥秘的世界，一门蕴含丰富的科学。因为这不是一本教科书-它只是简单回顾了我的一些生平事迹及我的USANA公司自成立至今多年来的研究进程-所以，我在这里只对细胞的主要结构和功能作简单概述。 细胞核 The Nucleus 细胞核(The Nucleus)是最负盛名的细胞器官，是一切细胞活动的控制中心。所有指挥细胞活动资讯的编码，都存放在核子入面的脱氧核糖核酸(DNA)内。DNA的排列就像两个互相缠绕的螺旋形带子(又称“双螺旋”)。这一对核甘酸序列互相补充，决定了人体的遗传密码。最令人吃惊的是，人体基因中有80%的DNA都是“垃圾”，没有已知的任何作用。真正有用途的有三万多种独立基因，它们各自管理自己的氨基酸序列。人体细胞产生的两万多种蛋白质都由这些氨基酸组成。 蛋白质生产的数量和时间长短，由细胞内或身体内复杂且灵敏度高的回馈系统控制。通常，基因物质与核内蛋白质以松散形式排列在细胞核中，当细胞准备再生产时，它们就被压缩成一种叫染色体的结构。细胞核外有一层核膜，紧紧地包裹着细胞核。细胞核膜的结构复杂，由内外两层膜组成，位于核角膜和核膜孔复合体的下面。细胞核膜把核物质跟细胞分开，但却允许微小的极生分子和大分子进出，尤其是RNA。这些“RNA信差”大概有几千个硷基那么长，它们专门传递资讯，指挥蛋白质合成。细胞每次再生产时，细胞膜就会破裂形成两个新的细胞。 细胞的再生循环 细胞再生要经过三个步骤： 复制DNA，向再生成的细胞分配复制的染色体，分裂成两个单独的新细胞。通过显微镜可以观察到培养体细胞的全部过程。在我的纤维培养实验室里的健康细胞，大约每24小时完成一转再生循环，分裂为两个新的细胞。细胞在再生过程中，不仅会受到来自外部和内部信号的指挥，还要接受检查，确认再生成的细胞是否已获得全部的基因组(完整的基因物质成份)。一发现有染色体偏离、DNA遭到破坏或DNA不完全复制等问题，整个循环过程就会被中断。不管是在做试验还是在人体内，营养不良都会导致细胞再生减缓或中断。 细胞更新: 细胞具有惊人的更新能力，在维持人体功能正常运转起了举足轻重的作用。不同器官有不同情况，但总的来说，人体细胞每两天就要完成一个生产、磨耗和代换的过程。有些人体器官的细胞更新得非常频繁，它们的DNA复制过程必须完美无缺，否则会百病丛生。 我们知道血液细胞的更新非常迅速，肠内膜的上皮细胞也一直不停地以新换旧。每一天有近170亿的上皮细胞被换掉，小肠的整个表皮每五天就全部更新一次。人类皮肤大约每27天更新一次，一生中更新的皮肤近千张。每小时中，我们的身体会抖落60万块皮屑，加起来每年有1.5磅重。到七十岁的时候，我们身上掉下来的皮已经达到105磅(48公斤)-相当于一个成年人体重的三分二。(可怜的吸尘器！) 骨骼的改造和重塑过程也日以继夜不断进行，到欠上了年纪后才会渐渐缓慢下来。人体的骨骼每两年更新一次。由于骨骼在日常生活中磨损得厉害，所以它的更新率也自然而然是最高的。 有些人体器官在履行职责的同时要承受巨大伤害，所以每次都需要更换大量细胞。其中最有代表性的是肝脏，除制造与新陈代谢相关的重要物质如胆固醇和凝固蛋白质等，肝脏还负责化解人体内部的有毒化学物，例如药物和酒精。在这个解毒过程中，肝脏细胞以牺牲自我来保护身体而遭到严重破坏。如果说肝脏是人体内部器官中更新量最大的也并不为过。 DNA的包装: 人体细胞内的DNA含量可能各不相同，但所含种类却完全一样。细胞容纳DNA的形式向我们提供了一个进行高效包装的好例子。在大肠杆菌中，一个直径一微米(百万分一米)、长二微米的细胞必须要容纳一个长1300微米的DNA分子，这相当于把一段长为18米(60英尺)的缝纫线放到一只裁缝用顶针里面。人体细胞的任务就更艰巨了，因为他们必须比大肠杆菌多容纳上千倍的DNA。于是他们把DNA带围着蛋白质核(组蛋白)缠绕成超螺旋。人体内最大的细胞-女性卵巢中的卵子，体积也不过只有一个英文句号那么大。如果把卵巢或其它任何一种人体细胞中所有染色体的DNA拉成一根直线的话，它总长可能达到两米，即六英尺。 刚才我举例说把一段长为18米(60英尺)的缝纫线放到一只裁缝用顶针里面，现在说得更明白一些，就是把一根长十英里的绳子压缩五万倍以后塞进一只一平方英尺宽的盒子里。如果把人体内一百万亿个细胞中所有的DNA连成一根绳子，长度足以来回地球和月球之间。 DNA的修复: 每一个细胞都含有三十亿对核甘酸，所以细胞在进行分裂的过程中很容易发生复制错误。另外，化学物质、辐射或氧化剂也会使DNA遭到破坏。幸运的是，大自然已经为我们准备好几种不同的DNA复制纠错系统：细胞中有一百多种酶可以修正在DNA复制过程中，或促使蛋白质合成的复制活动中出现的各种错误。氧化性压力是破坏DNA最主要原因，所以细胞的DNA修复系统也是它的抗氧化剂防御系统的一部份(后面章节将对此作进一步阐述)。 线粒体 Mitochondria: 线粒体(Mitochondria)是细胞的能量发生器，也是细胞中最活跃的组成部份之一。需要大量能量的细胞如肌肉等部位，细胞之中约含有1000到2000个线粒体，每个线粒体都能生产出三磷酸腺酶(ATP)分子，为细胞活动提供足够能量。 为甚么我们的饮食中有一半-是碳水化合物和糖类？原因是糖分能较好地制造能量以及ATP物质。无论是甚么时候，每个细胞中都必须要有约十亿个备用ATP分子。ATP的能量来自化学合成物，主要是碳水化合物。这些能量合成物为细胞活动提供能量。每两到三分钟，分子的循环再生过程要使磷酸盐生成和分裂十亿次，人体每24小时就会制造和消耗掉几磅重ATP。 这一过程中所产生的电子流动，也会在线粒体中生成高度活跃的分子-氧气的废物-游离基。我在后面将会谈到游离基对健康造成的负面影响。 ATP所含的能量可以帮助细胞发挥所有功能：不管是细胞在摄取养份或分泌废物的时候，还是新的分子被合成或发生退化的时候，都会有一个或更多ATP分子在发生作用。当我们眨眼的时候，鸟儿振翅的时候，萤火虫闪闪发光的时候，ATP都在起作用。这种能量随处可见，存在于地球上任何一种生物的细胞中。 细胞液内的内质网 The EndoplasmicReticulum: 细胞内部但凡与蛋白质有关的活动-氨基酸代谢，蛋白质、荷尔蒙和酶积淀-都发生在粗面细胞内液的内质网(rough endoplasmicreticulum；RER)中。内质网是一个复杂的膜状网路系统，它占据了细胞核外细胞中的大部份空间。部份RER中有一种被包埋在膜中的微小蛋白质复合体-糖酶素。糖酶素就像一张微型工作台，氨基酸块就在这张工作台上依据DNA制定的“蓝图”组成蛋白质的。脂肪在进行物质交替作用和利用时，都会在滑面细胞内液的内质网(smooth endoplasmicreticulum；SER)中进行。SER还有一个功能就是帮助维持肝脏血糖量的稳定。肝脏把跟SER相关的葡萄糖转化成糖原，以颗粒形式储存起来，然后在身体需要的时候，尤其是饭前饭后和对体力活动做出反应的时候，再释放出来。糖原在SER中被加工后再在适当时候被运送到血液中。像其它许多细胞器官一样，胞内液的内质网(endoplasmic reticulum；ER)也有多种功能。 内质网其中一个很重要的附加功能是把有毒分子转化成无毒无害的衍生物，然后通过细胞膜将它们排泄出去。内质网不仅工作效率高(因为它拥有多功能的细胞器官)，而且还拥有许多后备系统，它们像“后备发电机”一样，在“停电”的时候保证细胞能继续正常运转。 高尔基器 Golgi Appartatus: 高尔基器(GolgiAppartatus)是专门讨论运输对身体有益的细胞分泌物的部门。它是由一系列互相重叠的膜和与其相连的囊和细管构成。任何一种有益的细胞分泌物-甲状腺、荷尔蒙、胰岛素或是抗体-都是在高尔基器中做好准备后被运输到身体各个部位的。 溶酶体 Lysosomes: 一个老掉牙的笑话，有个人想通过发明一种万能溶液致富成为百万富翁，然而后来他发现，如果不能发明出一种合适的瓶子，他的万能液就没有地方可放。然而这个人没有办到的事，细胞却通过一种叫溶酶体的细胞器官办到了。溶酶体(Lysosomes)体形各异，含有参加消化的三十种不同的酶-它们能够降解所有主要的生物性物质。总的来说，溶酶体是由一层厚厚的类似于细胞膜的膦脂和蛋白质基质构成的，溶酶体膜一旦在细胞内液的内质网(endoplasmic reticulum，ER)中形成后就异常坚韧，不受消化影响。至于其中的原由，科学家一直未能破解。平时，细胞还有一个聪明的小把戏：有些酶在没有接触到被消化物质的时候，可以暂时保持不完全活跃状态。细胞中形似小气球的囊-由单个的膜构成-可以包裹已经退化的细胞器官。遭到氧化剂破坏的功能紊乱的老线粒体残渣则可以被溶酶体消化掉。 噬菌细胞吞噬细菌和来自细胞外的因数，然后把它们包裹在囊中，使其成为免疫反应的一部份。囊又被含有消化酶的溶酶体溶化、分解后或被回收用于细胞的再生或被抛出细胞膜。在血红细胞(红血球)成熟过程中，溶酶体也发挥很大作用。血红细胞最初是骨髓里拥有一套完整的细胞器官的干细胞。进入血液循环后，红血球的功能变得非常专一，只负责输送氧气和分解葡萄糖，因而不再需要核子、线粒体、核糖和太多的细胞质。这些没有用处的细胞器官被红血球抛弃后由囊包裹起来，然后被溶酶体酶消化掉。这可是一个规模巨大的过程。一个健康成年人每天要制造一百亿个血红细胞。它们的成熟期为24到48个小时，存活期120天。120天后，肝、脾、髓中的噬菌细胞就会把它们清理出来，不再参与血液循环。 过氧物酶体 Peroxisomes: 三十年前，科学家发现人体内有一种独立的实体，叫过氧物酶体。它含有一种解毒酶，可以帮助细胞中和在日常生活所遇到的一切有毒物质。过氧物酶体数量虽然不多，但它像线粒体一样要消耗氧气来进行跟解毒有关的化学反应。这一活动还产生过氧化氢，一种高度反应性游离基。因此，过氧物酶体还含有抗氧化剂的过氧化氢酶，中和过氧化氢。如果没有溶酶体和过氧物酶体中的这些保护系统，细胞在有毒物质和相应的游离基攻击下将坐以待毙。 细胞膜 The Cell Membrane: 虽然经常被忽视，但细胞膜(CellMembrane)-细胞的外表皮-一个独特的实体仍然是维护健康最重要的细胞器官。细胞膜主要成份是油脂和蛋白质。组成细胞膜的油脂是一个双分子层，它的疏水极一头朝里，指向细胞的中央；一头朝外，指向细胞外空间。蛋白质嵌在细胞膜中，像一个物质接受器，接受诸如荷尔蒙、神经传递素等五花八门的物质。细胞膜中还有各式各样的管道和埠。通过它们，细胞把钙、钠等特定的原子压出去或抽进来。 这个处于动态的油脂和蛋白质的混合物，常常具有“流动嵌合体”(fluidmosaic)特点。由于有关细胞膜构造特点的研究，从二十世纪七十年代才开始起步，细胞膜的工作原理还有待进一步探讨。为了跟上科学发展步伐，也因为进一步了解细胞膜免疫性和抗原性对我研制滤过性毒菌测试法非常重要，我在高露实验室的时候曾经在这方面进行过多年的基础研究。 还有一个例子可以说明细胞膜是一个活跃的动态结构，那就是细胞膜构成成份的更新率。在一个活细胞内，细胞膜的更新和转化进程从来没有停止过。当然，由于不同的蛋白质和油脂的更新率不同，这一进程也是有选择性的：细胞膜中的部份磷脂的半衰期是以小时计算，蛋白质的更新期一般以天计算。细胞通过细胞膜的更新还可以不断地清除掉被破坏的组织，比如脂肪酶就用来清除被氧化作用破坏的丧失正常功能的脂肪酸，从而维护细胞膜的正常状态。蛋白酶的作用也很相似，是用来修复细胞膜蛋白质的。细胞会根据需要在内质网内不断合成新的细胞膜组织。细胞能够准确地判断出不同细胞膜的需要，并按所需比例合成新的油脂和蛋白质组织。 在我看来，能够处理如此复杂的问题只是细胞神奇功能中的一个而已。细胞膜常常被视为最简单、最乏味的细胞构成。然而，一旦深入研究，我们就又会在它里面发现一个神奇的世界。 细胞膜的功能: 细胞膜可以有选择性地允许微小的分子渗透。这样，细胞可以精确地控制和维持内部的成份构成。微小的无极性分子，诸如氧气、二氧化碳等可溶解于油脂的双分子层，能轻易通过细胞由一边到另一边。像水(H2O)这样微小的无极性分子也可以渗透细胞膜，但是大的极性分子和离子却不行。要把葡萄糖等养份运进细胞、把废物送出来就需要保持运输系统的活跃状态，消耗掉大量能量。如果我们吃的食物或营养补品中的养份不易被吸收，它们就没有办法从内脏进入血液循环到达细胞，从而为身体所用。 细胞程序死亡: 人体细胞不仅有自己重要的角色(否则它就没有存在价值了)，而且还清醒地知道，自己一旦失去应有的价值就必须被清理掉。细胞程序死亡(Apoptosis)，也称为细胞的“自杀”(cell suicide)。以子宫为例，胎盘每分钟可以制造出成千上万个神经细胞，速度极其惊人。然而实际能够用得上的并没有那么多，于是，那些多余的神经细胞就会被杀死，从而简化剩下的细胞间的资讯交流。有的神经系统通过这一过程可以清理掉80%的神经细胞。(细胞的自我清理过程还帮助人类完成了手指和脚趾的分离)。 除了它们在成长发育期接收到的信号外，细胞还会在自己遭到破坏或丧失正常功能的时候作出准确判断，发出相关信号，进行自我清理。如果被癌症控制，细胞会受到一种至今未知的物质和过程影响，无法发出这些清理信号。于是，威胁人体健康的癌症前期细胞就可以毫无顾忌的扩张，直至发展成肿瘤。任何一种人体自我保护功能被打乱，其结果都会导致不治之症发生。 我不厌其烦地一次又一次讲过，细胞是最基本的生命单位。那么，生命又是甚么呢？ 从140年前科学家提出细胞理论至今，人类的注意力一次次地投向细胞，一步步地了解这个有生命的有机体的意义；然而对于生命的定义，即使是我们中最睿智和渊博的人也未能作出精确、完整的解释。在当前人类基因组工程(Human Genome Project)时代，我们似乎把太多希望都寄托在遗传学上。然而遗传学并不同于生命，男性的精子与女性的卵子结合成一个细胞，经过不断分裂发育成胎儿。整个过程中不仅仅有遗传密码的功劳，一定有来自其它方面的资讯和指令，帮助细胞生长和发育，促使一个新生命诞生。它们具体是甚么，我们还不得而知。目前，根据我对细胞(不管是人体细胞内的还是细胞培养基中的)的研究，细胞本身还有很多科学不能解释的东西。人类生命如此复杂，有时连科学和运气在它面前都显得渺小和无助。 法兰西斯.克里克(Francis Crick)和詹姆斯.沃森(James Watson)推演出DNA的结构以后，法兰西斯在当地一间小酒馆里兴奋地向大家宣布他们“发现了生命的奥秘”。毫无疑问，他们的发现揭示一个重要的生命机制原理-众所周知，DNA的补充性对生命是必要而重要的-但是，要完整地解释所有生命现象，它还远远不够。 我曾经通过细胞培养研究和培养病毒，发现DNA就像一个软体程序，本身的价值有限。虽然每个病毒自身可以制造蛋白质，但它必须先跟细胞拴在一起的：它的生命只能依赖细胞的生命，它的存在也必须要以细胞的存在为前提。细胞的生命是一个蕴藏无穷奥秘的神秘世界。虽然我可以通过显微镜用肉眼观察到他们的活动-就像天文学家用望远镜观测星系一样，但我知道，这些创造出你我的小东西的的确确是隐藏着的奇迹。  ----------------------------------------------------- 大家好，这里是一个致力于关注健康，传播健康知识的平台。 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